最新36金属互连技术
铝铜互连线电迁移失效的研究_陈军
ElectromigrationFailureMechanismsofAl-CuInterconnect
ChenJun, MaoChanghui＊ (AdvancedElectronicMaterialInstitute, GeneralResearchInstitutefor Non-FerrousMetals, Beijing100088, China)
Abstract:Withthedevelopmentoflarge-scaleinte- andetchingtechnology.Theinfluenceoftemperature gratedcircuits, thefailureofinterconnectbecameone andcurrentdensityontheelectromigrationlifeofinofthemostimportantfactorsaffectingintegratedcircuit terconnectswasstudiedbyacceleratedlifetimetest. (IC) reliability.Al-Cuinterconnectwascommonly Thethermodynamicprocessofinterconnectelectromiusedtoimproveelectromigrationperformance.Thin grationwasanalyzed.Themedianfailuretime(MTF) filmsweresuccessfullydepositedonSibyDCmagne- ofelectromigrationofAl-Cuinterconnectswasderived tronsputteringwithAlandAl-Cutargets.Intercon- accordingtotheexperimentalresults. nectionwirewaspreparedbyphotolithographicetching
金属化和多层互连
当金属与半导体之间的载流子输运以隧道 穿透为主时，Rc与半导体的掺杂浓度N及 金－半接触的势垒高度qVb 有下面的关系
qVb Rc exp N
qVb在数值上等于金属费米能级上的电子 进入半导体所需的能量。 结论：要获得低接触电阻的金－半接触， 必须减小金－半接触的势垒高度及提高半 导体的掺杂浓度
CoSi2
Ta 或 TaN Cu
W
W
PSG STI n+
+ + n+ p p USG P型井區 N型井區 P型磊晶層 P型晶圓
铜及低K介质
低K介质材料的沉积与刻蚀： 沉积工艺： （1）旋涂工艺：工艺简单，缺陷密度较低，产率高，易于 平整化，不使用危险气体 （2）CVD工艺：与IC工艺兼容性好 刻蚀要求： （1）工艺兼容性好 （2）对刻蚀停止层材料选择性高 （3）能形成垂直图形 （4）对Cu无刻蚀和腐蚀 （5）刻蚀的残留物易于清除
鋁
p+ N型矽
SiO2
鋁
p+
鋁
Al/Si接触的改善
合 金 化 ： 采 用 含 少 量 Si 的 Al-Si 合 金 （ 一 般 为 1% ） , 由于合金中已存在足量的 Si ，可以抑制底 层Si的扩散，防止“尖锲”现象。 在 300oC 以上，硅就以一定比例熔于铝中， 在此温度，恒温足够时间，就可在Al-Si界面形成 一层很薄的 Al-Si 合金。 Al 通过 Al-Si 合金和接触 孔下的重掺杂半导体接触，形成欧姆接触
铜及低K介质
势垒层材料: 包括介质势垒层和导电势垒层 介质势垒层材料：ＳiＮ、ＳiＣ等新材料 主要功能:和介质层形成多层结构，防止介质 在工艺过程或环境中吸潮而影响性能。 导电势垒层：ＷＮ、ＴiＮ、Ｔa、ＴaＮ等 主要功能：防止Ｃu扩散、改善Ｃu的附着性、 作为ＣＭＰ和刻蚀停止层、作为保护层。
5nm金属互连材料al
5nm金属互连材料al（原创实用版）目录1.5nm 金属互连材料的概述2.5nm 金属互连材料的特点3.5nm 金属互连材料的应用领域4.5nm 金属互连材料的发展前景正文5nm 金属互连材料 al，即采用 5 纳米工艺制程的金属互连材料，是一种应用于微电子领域的高性能材料。
随着科技的不断发展，电子产品对于性能和体积的要求越来越高，因此，5nm 金属互连材料应运而生，以满足这一需求。
一、5nm 金属互连材料的概述金属互连材料是微电子领域中的一种关键材料，主要用于连接芯片中的各个元件，以实现信号传输和电能传递。
在工艺制程不断微缩的背景下，5nm 金属互连材料成为了研究的热点。
它具有优异的导电性、良好的机械性能和稳定的化学性能，是实现高性能微电子设备的重要基础。
二、5nm 金属互连材料的特点1.高导电性：5nm 金属互连材料具有高导电性，可以降低电阻，减少信号传输过程中的损耗，提高芯片性能。
2.良好的机械性能：5nm 金属互连材料具有较好的延展性和抗拉强度，能够应对微电子设备的复杂结构和应力环境。
3.稳定的化学性能：5nm 金属互连材料在各种环境条件下均具有稳定的化学性能，能够有效防止腐蚀和氧化，保证芯片的可靠性和寿命。
三、5nm 金属互连材料的应用领域1.集成电路：5nm 金属互连材料可应用于各种集成电路，包括处理器、存储器、传感器等，实现高性能、低功耗的电子设备。
2.物联网：随着物联网的发展，对于微电子设备的需求日益增长，5nm 金属互连材料可为各类物联网设备提供性能卓越的连接方案。
3.人工智能：在人工智能领域，对于计算能力和数据传输速度有着极高的要求，5nm 金属互连材料可为相关设备提供强大的支持。
四、5nm 金属互连材料的发展前景随着科技的不断进步，对于微电子设备的性能和体积要求将越来越高。
5nm 金属互连材料凭借其优异的性能，将成为未来微电子领域的重要发展方向。
芯片物理堆叠互连方式
芯片物理堆叠互连方式随着科技的不断发展，芯片的集成度越来越高，为了满足更多的计算和存储需求，人们提出了芯片物理堆叠的概念。
芯片物理堆叠是一种将多个芯片垂直堆叠在一起的技术，通过互连方式使各个芯片之间能够实现高速通信和数据传输。
在芯片物理堆叠中，互连技术起到了至关重要的作用。
互连方式决定了芯片之间的通信速度和性能。
目前常用的芯片物理堆叠互连方式主要包括TSV（Through-Silicon Via）和面向互连层的金属线互连两种。
TSV是一种将芯片堆叠在一起的三维封装技术。
在TSV技术中，通过在芯片的硅层中打孔，然后在孔中填充导电材料，形成垂直的电路通道，实现了芯片之间的信号传输。
TSV技术具有互连密度高、传输速度快的优点，并且能够满足多芯片之间高速数据传输的需求。
然而，TSV技术也存在一些问题，比如制造工艺复杂、成本高昂等。
因此，在实际应用中需要权衡各种因素来选择是否采用TSV技术。
面向互连层的金属线互连是另一种常用的芯片物理堆叠互连方式。
在这种方式中，芯片之间通过金属线进行信号传输。
金属线互连技术具有制造工艺简单、成本低廉的优点，适用于大规模芯片的互连。
然而，由于金属线的长度限制，面向互连层的金属线互连方式对于长距离的数据传输不太适用。
因此，在实际应用中需要综合考虑芯片之间的通信距离和传输速度来选择互连方式。
芯片物理堆叠互连方式的选择需要综合考虑多个因素。
首先是通信距离，如果芯片之间的距离较短，可以选择TSV技术，实现高速的垂直互连。
其次是通信速度，如果需要实现高速数据传输，可以选择金属线互连技术。
另外，还需要考虑制造工艺的复杂度和成本等因素。
芯片物理堆叠互连方式在提高芯片集成度和性能方面具有重要的意义。
通过将多个芯片堆叠在一起，并通过适当的互连方式进行连接，可以实现更强大的计算和存储能力。
同时，芯片物理堆叠互连方式也面临一些挑战，比如热管理、信号干扰等问题，需要进一步的研究和解决。
芯片物理堆叠互连方式是一种将多个芯片垂直堆叠在一起的技术，通过互连方式实现芯片之间的高速通信和数据传输。
Low-K介质与Cu互连技术在新型布线系统中的应用前景
Low-K介质与Cu互连技术在新型布线系统中的应用前景摘要：集成电路（IC）的快速发展对ULSI布线系统提出了更高的要求。
本文通过对ULSI互连布线系统的分析，在介绍了ULSI新型布线系统的同时，尝试预测互连技术的趋势走向，同时展望Low-K 介质与Cu互连技术在新型布线系统中的应用前景。
关键词：ULSI Low-K介质Cu互连Abstract：The rapid development of IC technology has led to a search for the ULSI routing system.This paper discussed for ULSI interconnect routing system,designed to introduce ULSI interconnect routing system and the trend of interconnect technologies,the future application of the Low-k and Cu interconnect technology are also prospected.Key Words:ULSI Low-K medium Cu interconnect如今，半导体工业飞速发展，人们对于电子产品的功能和体积也提出了进一步的要求，因而，提高集成电路的集成度、应用新式材料和新型布线系统以缩小产品体积、提高产品稳定性势在必行。
根据Moore定律，IC上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
日益减小的导线宽度和间距与日益提升的晶体管密度促使越来越多的人把目光投向了低介电常数材料在ULSI中的应用。
另一方面，金属铝（Al）是芯片中电路互连导线的主要材料，然而，由表1可知，金属铜（Cu）的电阻率比金属铝（Al）低40%左右，且应用Al会产生更明显的互联寄生效应。
金属互连
金属互连Metal Interconnection马菲⏹1.集成电路对金属化材料特性的要求⏹2.铝在集成电路制造中的应用⏹3.铜在集成电路制造中的应用⏹金属互连的作用1.将有源器件按照设计的要求联结起来形成一个完整的电路和系统2.提供与外电源相连接的接点⏹金属互连不仅占去了相当芯片的面积，还往往是限制电流速度的主要矛盾之所在1.集成电路对金属化材料特性的要求对应用在硅集成电路中的金属材料的基本要求：1. 与n，p硅或多晶硅能形成低阻的欧姆接触；2. 抗电迁移性能要好；3. 与绝缘体要有良好的附着性；4. 耐腐蚀；5. 易于淀积和刻蚀；6. 易于键合，而且键合点能长期稳定工作；7. 层间的绝缘性要好，不发生相互渗透和扩散。
（电学特性）（化学特性）（热力学特性）⏹2.1 Al/Si接触中的几个物理现象⏹2.2 Al/Si接触中的尖楔现象⏹2.3 Al/Si接触的改进Al 的优点：1.电阻率低2.与n 、p 硅或者多晶硅能形成低的欧姆接触3.与硅有良好的附着性4.易于淀积和刻蚀因此成为最常用的互连材料2.7Al cmρμ=Ω•6210R cm-=Ω•2.1 Al/Si 接触中的几个物理现象2.1.1 Al 与SiO 2的反应。
Al 容易与SiO 2反应，其反应式为：作用：1.Al 可以“吃”掉Si 表面的SiO 2，降低接触电阻2.改善Al 引线与下面SiO 2的粘附性2233432SiO Al Si Al O +→+2.1 Al/Si接触中的几个物理现象2.1.2 Al-Si相图Al在Si中的溶解度低，但Si在Al中的溶解度高例如：在400°C时，重量溶解度为0.25，在450 °C时，重量溶解度为0.5，在500 °C时，重量溶解度为0.8。
2.1 Al/Si 接触中的几个物理现象2.1.3 Si 在Al 中的扩散系数退火时间为ta ，Si 原子的扩散距离L Si 为:例如: t a =30min 时，L Si =55um(500°C)L Si =38um(450°C)L Si =25um(400°C)()12si a L Dt =2.2 Al/Si接触中的尖楔现象尖楔现象：Si在与Al接触的孔内并不是均匀消耗的，往往是在几个点上消耗Si,这样Al就会在这几个接触点像尖钉一样楔进Si的衬底中，从而使P-N结失效。
《金属互连技术》课件
尺寸检测
使用测量工具对金属互连的尺 寸进行测量，确保其符合设计 要求。
结构分析
通过X射线衍射、电子显微镜等 手段对金属互连的内部结构进 行分析，了解其相组成和微观 结构。
力学性能测试
对金属互连进行拉伸、压缩、 弯曲等力学性能测试，以评估
其机械强度和可靠性。
金属互连技术的可靠性评估方法
环境试验
加强人员培训和技术交流
提高从业人员的技能水平和专业 素养，促进技术交流与合作。
THANKS。
多层布线
可靠性研究
随着电子设备复杂性的增加，多层布线成 为金属互连技术的发展趋势，能够实现更 加复杂的电路设计和信号传输。
为了提高电子设备的可靠性和稳定性，金 属互连技术的可靠性研究逐渐受到重视， 涉及到材料、工艺、可靠性评估等方面。
02
金属互连技术的种类与原理
焊接技术
焊接技术
通过熔融或融合两个金属 表面，使它们永久性地连 接在一起。
熔焊
将两个金属表面加热至熔 化状态，然后进行连接。 常见的熔焊技术包括电弧 焊、气焊和激光焊。
压焊
通过施加压力而不是加热 使两个金属表面连接在一 起。常见的压焊技术包括 电阻焊和超声波焊。
压接技术
压接技术
压接工具
通过施加外部压力使两个金属导体在 连接处紧密接触，实现电流的传输。
用于压接连接的专用工具，能够提供 足够的压力以确保连接的可靠性和稳 定性。
和可靠性。
04
金属互连技术的工艺流程与设 备
金属互连技术的工艺流程
打孔
在基材上制造通孔，以便将金属 层连接起来。
镀铜
在孔壁上沉积一层导电铜层，以 确保良好的导电性。
涂布抗蚀剂
2024年电子专用高端金属粉体市场前景分析
2024年电子专用高端金属粉体市场前景分析引言近年来，随着电子行业的快速发展，电子产品的性能和功能要求也越来越高。
电子专用高端金属粉体作为电子产品的重要组成部分，具有良好的导电性、热导性和机械性能，应用广泛且需求量大。
本文旨在分析电子专用高端金属粉体市场的发展前景。
电子专用高端金属粉体的应用领域电子专用高端金属粉体主要应用于以下几个领域：1.电子元件制造：电子专用高端金属粉体可用于制造电子元件，如电子器件、集成电路等。
其优异的导电性和热导性能能够提高电子元件的性能和稳定性。
2.互连技术：电子专用高端金属粉体可用于制造电子元件的互连材料，如微线、引线和电阻器等。
通过使用高端金属粉体制造的互连材料，可以实现更高的互连密度和更稳定的电性能。
3.光电子器件：对于需要高导电性和高反射性能的光电子器件，电子专用高端金属粉体是理想的材料选择。
其高反射率和低能量损失能够提高光电子器件的效率。
4.3D打印：随着3D打印技术的发展，电子专用高端金属粉体作为3D打印材料的应用也在逐渐增多。
通过3D打印技术，可以实现金属粉末的精细成型和快速制造。
电子专用高端金属粉体市场现状当前，全球电子专用高端金属粉体市场呈现快速增长的趋势。
以下是市场现状的主要特点：1.市场规模扩大：随着电子行业的高速发展，对电子专用高端金属粉体的需求持续增长。
市场规模不断扩大，预计在未来几年内将进一步增长。
2.技术创新推动市场发展：随着材料科学和先进制造技术的迅猛发展，电子专用高端金属粉体的制备技术和应用技术也在不断创新。
新技术的应用推动了市场的发展并提升了产品的质量和性能。
3.市场竞争激烈：电子专用高端金属粉体市场存在一定程度的竞争压力。
主要竞争者包括国际知名企业和本土企业。
因此，在市场上保持领先地位需要不断提升产品的质量和技术水平。
电子专用高端金属粉体市场的发展前景展望未来，电子专用高端金属粉体市场具有广阔的发展前景：1.电子行业的持续增长：随着新兴技术的不断涌现，如人工智能、物联网和5G通信等，电子行业将继续保持快速增长，进一步推动电子专用高端金属粉体市场的需求增长。
集成电路互连技术
Cu互连面临的挑战
✓ 铜在硅和二氧化硅中都有很高的扩散率，这种高扩散率将破坏器件的 性能。可淀积一层阻挡层金属，作用是阻止上下层的材料互相混合。
阻挡层金属 铜
➢ 铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来，这层封闭薄膜的作用是加固附着并有效 地阻止扩散。
Cu互连面临的挑战
✓ 钽作为铜阻挡层金属：对于铜互连冶金术来说，钽、氮化钽和钽化硅 都是阻挡层金属的待选材料，阻挡层厚度必须很薄(约75Å)，以致它不 影响具有高深宽比填充薄膜的电阻率而又能扮演一个阻挡层的角色。
Cu互连面临的挑战
✓ 目前IC芯片内的互连线主要是铜材料，与原来的 铝互连线相比，铜在电导率和电流密度方面有了 很大的改进。但是，随着芯片内部器件密度越来 越大，要求互连线的线宽越来越小，铜互连的主 导地位也面临着严峻的考验。当芯片发展到一定 尺寸，在芯片内以铜作为互连线就会遇到一系列 问题。
Cu互连面临的挑战
倍的通路电阻。
Contents
集成电路互连技术简介 早期互连技术——铝互连 目前应用最广泛的互连技术——铜互连 其他互连技术——碳纳米管互连
其他互连技术——碳纳米管互连
✓ 碳纳米管（Carbon Nanotubes）于1991年发现以来, 就一直 是纳米科学领域的研究热点。
✓ 由于其超高电流密度承载能力的特性（碳纳米管上可以 通过高达1010A/cm2的电流 ），引起了集成电路器件制造领 域专家的关注。
Contents
集成电路互连技术简介 早期互连技术——铝互连 目前应用最广泛的互连技术——铜互连 其他互连技术——碳纳米管互连
目前应用最广泛的互连技术——铜互连
IBM利用亚0.25μm技术制备的 6层Cu互连表面结构的SEM图
✓ 金属铜的电阻率小于2.0μΩ·cm，使用金属铜取代传 统的金属铝，可以极大地降低互连线的电阻。 较低的电阻率可以减小引线的宽度和厚度，从而减
超大规模集成电路铜互连电镀工艺
1.双嵌⼊式铜互连⼯艺 随着芯⽚集成度的不断提⾼，铜已经取代铝成为超⼤规模集成电路制造中的主流互连技术。
作为铝的替代物，铜导线可以降低互连阻抗，降低功耗和成本，提⾼芯⽚的集成度、器件密度和时钟频率。
由于对铜的刻蚀⾮常困难，因此铜互连采⽤双嵌⼊式⼯艺，⼜称双⼤马⼠⾰⼯艺（Dual Damascene），1）⾸先沉积⼀层薄的氮化硅（Si3N4）作为扩散阻挡层和刻蚀终⽌层，2）接着在上⾯沉积⼀定厚度的氧化硅（SiO2），3）然后光刻出微通孔（Via），4）对通孔进⾏部分刻蚀，5）之后再光刻出沟槽（Trench），6）继续刻蚀出完整的通孔和沟槽，7）接着是溅射（PVD）扩散阻挡层（TaN/Ta）和铜种籽层（Seed Layer）。
Ta的作⽤是增强与Cu的黏附性，种籽层是作为电镀时的导电层，8）之后就是铜互连线的电镀⼯艺，9）最后是退⽕和化学机械抛光（CMP），对铜镀层进⾏平坦化处理和清洗。
电镀是完成铜互连线的主要⼯艺。
集成电路铜电镀⼯艺通常采⽤硫酸盐体系的电镀液，镀液由硫酸铜、硫酸和⽔组成，呈淡蓝⾊。
当电源加在铜（阳极）和硅⽚（阴极）之间时，溶液中产⽣电流并形成电场。
阳极的铜发⽣反应转化成铜离⼦和电⼦，同时阴极也发⽣反应，阴极附近的铜离⼦与电⼦结合形成镀在硅⽚表⾯的铜，铜离⼦在外加电场的作⽤下，由阳极向阴极定向移动并补充阴极附近的浓度损耗。
电镀的主要⽬的是在硅⽚上沉积⼀层致密、⽆孔洞、⽆缝隙和其它缺陷、分布均匀的铜。
2.电镀铜⼯艺中有机添加剂的作⽤ 由于铜电镀要求在厚度均匀的整个硅⽚镀层以及电流密度不均匀的微⼩局部区域（超填充区）能够同时传输差异很⼤的电流密度，再加上集成电路特征尺⼨不断缩⼩，和沟槽深宽⽐增⼤，沟槽的填充效果和镀层质量很⼤程度上取决于电镀液的化学性能，有机添加剂是改善电镀液性能⾮常关键的因素，填充性能与添加剂的成份和浓度密切相关，关于添加剂的研究⼀直是电镀铜⼯艺的重点之⼀[1，2].⽬前集成电路铜电镀的添加剂供应商有Enthone、Rohm&Haas等公司，其中Enthone公司的ViaForm系列添加剂⽬前应⽤较⼴泛。
金属互连工艺技术
金属互连工艺技术金属互连工艺技术是一种将不同金属材料通过特定方法连接在一起的技术。
在现代工业生产过程中，金属互连工艺技术被广泛应用于各个领域，如电子、电器、汽车、航空等。
它不仅可以有效提高产品的性能和品质，还可以降低生产成本，提高生产效率。
金属互连工艺技术的应用主要体现在以下几个方面：焊接、铆接、搭接和钎焊。
焊接是将两个或更多金属件通过热能或压力相互接合。
常用的焊接方法有电弧焊、气焊、激光焊等。
焊接技术可以实现连续的连接，焊接强度高，适用于许多大型结构件的生产。
然而，焊接过程中产生的热量容易引起变形和应力集中，需要经过复杂的预加热和后处理。
铆接是通过钻孔，在金属件上安装铆钉，并用锤子或气动铆枪将其紧固在一起。
铆接技术不会产生过多热量，对金属件形状变化和应力集中的影响较小。
铆接强度高，适用于金属薄板的连接。
与焊接相比，铆接不需要额外的焊材和热源，成本较低。
然而，铆接方式需要预先钻孔，对本身结构强度也有一定的影响。
搭接是将两个金属件先后放在一起，然后通过施加压力或使用机械装置将其固定。
搭接工艺简单易行，无需额外材料，可以轻松拆卸。
但是，搭接强度相对较低，适用于一些要求不太高的结构件。
钎焊是通过加热填充金属材料，使其与工件表面的金属材料融合在一起。
钎焊技术可以在低温下进行，不会导致金属基材的形变和应力集中。
钎焊能够在连接的金属件之间形成坚固的连接层，具有较高的连接强度。
同时，钎焊技术还可以连接不同种类的金属，如不锈钢和铜。
总之，金属互连工艺技术是一种关键的生产技术，对于提高产品质量和性能、降低生产成本和提高生产效率起到至关重要的作用。
在未来的发展中，金属互连工艺技术将会进一步创新和完善，使其在各个领域的应用更加广泛。
《金属化与多层互连》课件
去除多余的金属，形成所需的电路和元件结 构。
沉积
通过物理或化学方法在基材表面形成金属薄 膜。
检测与修复
检查金属化质量，对缺陷进行修复。
金属薄膜制备技术
物理气相沉积（PVD）
利用物理方法将金属原子或分子沉积 在基材表面。
化学气相沉积（CVD）
利用化学反应将金属化合物沉积在基 材面，再通过热分解得到金属薄膜 。
THANKS
节能减排
优化生产工艺，降低能耗和减少废弃 物排放，实现绿色制造和可持续发展 。
智能制造与数字化转型
智能监控与检测
利用传感器、机器视觉等技术实现生产过程的实时监控和检测，提高产品质量和生产效率。
数字化转型
推动金属化与多层互连产业的数字化转型，实现生产数据的实时采集、分析和优化，提升企业核心竞争力。
感谢观看
《金属化与多层互连 》PPT课件
• 金属化与多层互连概述 • 金属化材料与技术 • 多层互连结构与设计 • 金属化与多层互连的挑战与解决
方案 • 金属化与多层互连的未来发展
目录
01
金属化与多层互连概述
定义与特点
定义
金属化与多层互连是指在电子设备中，通过金属材料和多层互联结构实现电子 元器件之间的连接。
电性能问题
总结词
金属化与多层互连的电性能问题主要表现在信号传输延迟、噪声干扰和电磁干扰等方面。
详细描述
随着电子设备工作频率的不断提高，信号传输延迟、噪声干扰和电磁干扰等问题愈发突出。需要优化 金属化与多层互连的结构和材料，以减小信号传输延迟、降低噪声和电磁干扰，提高电子设备的性能 。
制程技术挑战
总结词
金属化与多层互连的制程技术挑战主要表现在高精度加工、高密度集成以及异种材料连 接等方面。
金属化与多层互连
用于铜互连结构的阻挡层：提高欧姆接触可靠性更有效 的方法是用阻挡层金属化，这种方法可消除诸如浅结材 料刻蚀或结尖刺的问题。阻挡层金属是淀积金属或金属 塞，作用是阻止层上下的材料互相混合（见下图）。其 厚度对0.25µm工艺来说为100nm；对0.35µm工艺来说 为400～600nm。
金属铝
在半导体制造业中，最早的互连金属是铝， 目前在VLSI以下的工艺中仍然是最普通的互连金 属。在21世纪制造高性能IC工艺中，铜互连金属 有望取代铝。然而，由于基本工艺中铝互连金属 的普遍性， 所以选择铝金属化的背景是有益的。 铝在20℃时具有2.65µΩ-cm的低电阻率，比 铜、金及银的电阻率稍高。然而铜和银都比较容 易腐蚀，在硅和二氧化硅中有高的扩散率，这些 都阻止它们被用于半导体制造。另一方面，铝能 够很容易和二氧化硅反应，加热形成氧化铝（ AL2O3 ），这促进了氧化硅和铝之间的附着。还 有铝容易淀积在硅片上。基于这些原因。铝仍然 作为首先的金属应用于金属化。
电信学院微电子教研室
微电子工艺
引 言
芯片金属化是应用化学或物理处理方法在芯片 上淀积导电金属膜的过程。这一过程与介质的淀积 紧密相关，金属线在IC电路中传输信号，介质层则 保证信号不受邻近金属线的影响。 金属化对不同金属连接有专门的术语名称。互 连（interconnect）意指由导电材料（铝、多晶硅或 铜）制成的连线将信号传输到芯片的不同部分。互 连也被用做芯片上器件和整个封装之间普通的金属 连接。接触（contact）意指硅芯片内的器件与第一 层金属之间在硅表面的连接。通孔（via）是穿过 各种介质层从某一金属层到毗邻的另一金属层之间 形成电通路的开口。“填充薄膜”是指用金属薄膜填 充通孔，以便在两金属层之间形成电连接。
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研磨浆 ( Slurry )
转动轴 晶片保持器 ( Carrier )
研磨垫 ( Pad )
抛光台 ( Platen )
晶片 ( Wafer )
BPSG
P-井 P 衬底
N-井
抛光后
BPSG
P-井
N-井
P 衬底
作业： 集成电路工艺主要分为哪几大类？ 每一类中包括哪些主要工艺？ 并简述各工艺的主要作用。
36金属互连技术
半导体与金属线间的接触
半导体与金属线接触：欧姆接触和肖特基接触 理想欧姆接触：电流随外加电压线性变化。为了 将尽可能多的电流从器件传输给电路中的各种电 容充电，接触电阻占器件电阻的比例也必须小。 肖特基接触：接近理想的二极管，正偏时它们的 电阻应很低，而反偏时，电阻则为无穷大。
ห้องสมุดไป่ตู้属互连
3.6.2 多层布线
集成电路的金属互连技术，随着集成度的提高，也 从简单向复杂、从单层向多层发展。大规模集成电路 中，两层和两层以上的金属布线已得到广泛应用。
器件制备
绝缘介质层沉积
N
生成钝化层 Y
平坦化 最后一层
结束
接触孔 金属化
平坦化——化学机械抛光：是用化学和机械方法除去薄 膜平整表面的一种制造工艺。 这种工艺用于 减少晶片表面的起伏.
长期以来铝一直是集成电路中广泛使用的金属互连材料。
缺点
铝和硅间产生固-固扩散
集成电路封装时400～500℃的温度， Si→Al中，溶解度达0.5-1%，会使Si—Al界面出现孔穴。 Al → Si 中，硅半导体中出现铝尖峰，使电路失效。
铝不能承受高温处理
铝和硅接触的最低共熔点为577℃。布线之后，硅片的加 工温度受到限制。
铝存在电迁移现象
铝电迁移
在集成电路中，随着集成度的提高，要求金属引 线具有越来越小的面积。当通过Al布线的电流密 度超过106A/cm2时，电流的传输将引起离子位移， 即Al 原子在导电电子的作用下，沿晶界边界向高 电位端位移，结果，金属化中高电位处出现金属 原子堆积，电位低处出现空洞，导致开路。
加载之前
加载200 ℃， 10000A/mm2
2.Al-Si-Cu合金
铝和硅间产生固-固扩散
Al
铝不能承受高温处理
铝存在电迁移现象
克服铝和硅间产生固-固扩散: 在Al中掺入1％～2％的Si, 可以防止热处理时硅向铝中的溶入。
克服铝电迁移：在Al中掺入2％～4％的Cu， Cu在晶界处 聚集，使电迁移效应减低一个数量级。
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在集成电路片上淀积金属薄膜，并通过 光刻技术形成布线，把互相隔离的元件按 一定要求互连成所需电路的工艺。
集成电路金属层材料的要求
电阻率低； 能与元件的电极形成良好的低欧姆接触； 与二氧化硅层的粘附性要好； 便于淀积和光刻加工形成布线等。
3.6.1 常用的金属化材料
1.Al
优点
铝的电阻率低，导电性好； 铝能与N+和 P+的锗和硅同时形成良好的欧姆接触； 对二氧化硅的粘附性良好； 铝便于蒸发淀积形成薄膜和光刻腐蚀加工形成布线。