集成电路制造工艺-金属化与多层互连解析.ppt

9.6.1 多层互连对VLSI的意义 1.提高集成度； 2.降低互连延迟： 3. 降低成本 （目前Cu互连最高已达10多层） 9.6 VLSI与多层互连 平坦化的必要性 9.6.2 平坦化 9.6 VLSI与多层互连 台阶的存在：如， 引线孔、通孔边缘； 影响：薄膜的覆盖效果； 改善： ①改进薄膜淀积的工艺： 行星旋转式真空蒸发装置； 溅射替代蒸发； ②PSG、BPSG回流； ③平坦化工艺 9.6.2 平坦化 9.6 VLSI与多层互连 BPSG回流工艺 牺牲层工艺：等离子刻蚀工艺，局域完全平坦化 9.6.2 平坦化 9.6.3 CMP工艺 CMP：chemical mechanical planarization化学机械平面化 或 chemical-mechanical polishing 化学机械抛光 9.6 VLSI与多层互连 CMP的基本构成： ①磨盘：聚亚胺酯薄片 ②磨料： a.反应剂：氧化剂； b.摩擦剂：SiO2 CMP的基本机理： ①金属被氧化，形成氧化物； ②SiO2磨掉氧化物。 9.6.3 CMP工艺 9.6 VLSI与多层互连 9.6.4 CMOS IC的多层互连 1）PECVD Nitride 9.6.4 CMOS IC的多层互连 2）PECVD USG 3）PECVD Etch Stop Nitride 4）PECVD USG 5）Photoresist Coating 9.6.4 CMOS IC的多层互连 Via 1 Mask 6）Via 1 Mask Exposure and Development 7）Etch USG, Stop on Nitride 9.6.4 CMOS IC的多层互连 8）Strip Photoresist 9）Photoresist Coating Metal 1 Mask 10）Metal 1 Mask Exposure and Development 9.6.4 CMOS IC的多层互连 11）Etch USG and Nitride 12）Strip Photoresist 13）Deposit Tantalum Barrier Layer 14）Deposit Copper 9.6.4 CMOS IC的多层互连 15）CMP Copper and Tantalum 16）PECVD Seal Nitride 集成电路制造技术第九章 金属化与多层互连 西安电子科技大学 微电子学院 戴显英 2013年9月 第九章 金属化与多层互连 金属化：金属及金属性材料在IC中的应用。 金属化材料分类：（按功能划分） ①MOSFET栅电极材料－MOSFET器件的组成部分； ②互连材料－将各个独立的元件连接成为具有一 定功能的电路模块。 ③接触材料－直接与半导体材料接触的材料， 以及提供与外部相连的接触点。 互连材料－Interconnection 互连在金属化工艺中占有主要地位 Al-Cu合金最为常用 W塞（80s和90s） Ti：焊接层 TiN：阻挡、黏附层 未来互连金属－－Cu CMOS标准金属化 互连：Al-Cu合金 接触孔与通孔：金属W（Ti/TiN/W） Ti/TiN：焊接层、阻挡层、防反射层 电极材料：金属硅化物，如TiSi2 9.1 集成电路对金属化的基本要求 1. 形成低阻欧姆接触； 2. 提供低阻互连线； 3. 抗电迁移； 4. 良好的附着性； 5. 耐腐蚀； 6. 易于淀积和刻蚀； 7. 易键合； 8. 层与层之间绝缘要好。 9.2 金属化材料及应用 常用金属材料： Al、Cu、Pt、Au、W、Mo等 常用的金属性材料： 1）掺杂的poly-Si； 2）金属硅化物--PtSi、CoSi2、WSi2、TiSi2； 3）金属合金--AlSi、AuCu、CuPt、TiB2 、 SiGe 、 ZrB2 、TiC、MoC、TiN。 1、多晶硅 －栅和局部互连， －70s中期后代替Al作为栅极， －高温稳定性：满足注入后退火的要求，Al不能自对准 －重掺杂，LPCVD淀积 2、硅化物 －电阻率比多晶硅更低， －常用TiSi2, WSi2和 CoSi2 9.2 金属化材料及应用 自对准形成硅化钛 9.2 金属化材料及应用 2、硅化物 3、铝（Al） 最常用的金属 导电性第四好的金属 – 铝 2.65 μΩ-cm – 金 2.2 μΩ-cm – 银 1.6 μΩ-cm – 铜 1.7 μΩ-cm 1970s中期以前用作栅电极金