第九章后端工艺讲述.ppt

第九章 后端工艺 BACKEND TECHNOLOGY 9.1 引言 9.2 接触 9.3 互连和通孔 9.4 介质 电路特征尺寸不断缩小 芯片引线数急剧增加 芯片内部连线长度迅速上升 金属布线层数不断增加 对IC金属化系统的主要要求 (1) 低阻互连 (2) 金属和半导体形成低阻接触 (3) 与下面的氧化层或其它介质层的粘附性好 (4) 对台阶的覆盖好 (5) 结构稳定，不发生电迁移及腐蚀现象 (6) 易刻蚀 (7) 制备工艺简单 第九章 后端工艺 BACKEND TECHNOLOGY 9.1 引言 9.2 接触 9.3 互连和通孔 9.4 介质 形成欧姆接触的方式 低势垒欧姆接触 一般金属和P型半导体 的接触势垒较低 高掺杂欧姆接触 高复合欧姆接触 解决Al Spike的问题 方法2 利用扩散阻挡层( Diffusion Barrier ) 常用扩散阻挡层：TiN, TiW， stable up to 500C 第九章 后端工艺 BACKEND TECHNOLOGY 9.1 引言 9.2 接触 9.3 互连和通孔 9.4 介质 互连材料的选择 1) 导电率高 2) 容易与P型和n型形成低阻欧姆接触 3) 与SiO2等介质粘附性好 4) 易于制备成薄膜 5) 易刻蚀 6) 易键合 Al是主要的互连材料 第九章 后端工艺 BACKEND TECHNOLOGY 9.1 引言 9.2 接触 9.3 互连和通孔 9.4 介质 铝的电迁移 金属化层因电迁移引起的平均失效时间MTF 式中 A 金属条横截面积 (cm2) J 电流密度 (A/cm2) ? 金属离子激活能 (ev) k 玻尔兹曼常数 T 绝对温度 C 与金属条形状、结构有关的常数 解决电迁移现象的方法 ? 在Al中加入 Cu (0.5-4 weight %) 可以消除电迁移 ? 通常在Al中加入 1-2 wt % Si 和0.5-4 wt % Cu. 进一步的发展是采用其他低电阻率材料作为局部互连， 如采用TiN 和 硅化物 ，silicides. 图中硅化物TiSi2可用于； 作为多晶硅栅上的连线 作为和pn结的连线 局部互连线 Spacer Self-aligned silicide (“salicide”) process 自对准硅化物工艺 Salicide 有多种硅化物应用于集成电路工艺中 Multilevel metal interconnects posed new challenges. 多层金属互连问题面临新挑战 早期集成电路是二层金属结构(1970-1980) 当金属互连层增加，不平整的形貌将会使 光刻、淀积和填充等成为严重问题 降低台阶高度，获得平坦形貌的工艺称平坦化工艺 Demonstration of Degree of Planarization 平坦化 程度定义 平坦化是第一个问题－－如何解决下节讨论 Al的电迁移仍然是个问题，解决方法：在Al的上、下，甚至中间加入分流金属层，如Ti,Ti-W,TiN和TiSi等。 分流层在多层布线中机械性能好且它的黏附性好，也是好的阻挡层。 电迁移是第二个问题 目前集成电路多层布线技术中采用了上述工艺 集成电路工艺原理 * Backend technology: fabrication of interconnects and the dielectrics that electrically and physically separate them. 后端工艺技术 : 互连和介质 早期的IC结构较现在的要简单的多 多层金属互连增加了电路功能并使速度加快 Local interconnects (polysilicon, silicides, TiN) versus global interconnects (usually Al). ? Backend processing is becoming more important. ? Larger fraction of total structure and processing. ? Starting to dominate total speed of circuit. Intel 奔腾 III Merced （1999） 6层金属互连，0.18μm工艺，集成晶体管数2500万个，连线总长度达5km 互连以及门的延迟和芯片面积的关系 电路特征尺寸不断缩小,芯片面积变大 均使互