第十章金属化与平坦化案例.ppt

第十章 金属化与平坦化;概 述;互连金属;; 在微电子工业硅晶集成电路中金属薄膜主要用于 1.欧姆接触（Ohmic Contact） 2.肖特基接触（Schottky Barrier Contact） 3.低阻栅电极（Gate Electrode） 4.器件间互联（interconnect）;对IC金属化系统的主要要求 ;金属化的几个术语;接触;金属层和硅衬底形成什么接触？; 金属层和硅衬底的接触，既可以形成整流接触， 也可以形成欧姆接触，主要取决于半导体的掺杂 浓度及金－半接触的势垒高度;10.1 形成欧姆接触的方式;;10.2合金化 ;硅和硅片制造业中所选择的金属 (at 20°C);金 属 铝;铝互连;欧姆接触;欧姆接触结构;金属和硅接触的问题--- 尖峰现象spiking problems;解决spiking问题的方法 ;电迁移(electromigration)现象;由于铝的低电阻率及其与硅片制造工艺的兼容性，因此被选择为IC的主要互连材料。然而铝有众所周知的电迁徒引起的可靠性问题。由于电迁徒??在金属表面金属原子堆起来形成小丘（如图所示）如果大量的小丘形成，毗邻的连线或两层之间的连线有可能短接在一起。 当少量百分比的铜与铝形成合金，铝的电迁移现象会被显著的改善。 Al-Si-Cu (0.5%)合金是最常使用的连线金属;由于ULSI组件密度的增加，互连电阻和寄生电容也会随之增加，从而降低了信号的传播速度。 减小互连电阻可通过用铜取代铝作为基本的导电金属而实现。对于亚微米的线宽，需要低K值层间介质（ILD）。通过降低介电常数来减少寄生电容。;IC互连金属化引入铜的优点;对铜的挑战;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。;可接受的阻挡层金属的基本特征：;钽作为铜的阻挡层金属：对于铜互连冶金术来说，钽（Ta） 、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75埃），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。;硅化物 Silicide ;多晶硅上的多晶硅化物 Polycide;Silicide Polycide Salicide;Polycide ：其一般制造过程是，栅氧化层完成以后，继续在其上面生长多晶硅(POLY-SI），然后在POLY上继续生长金属硅化物（silicide），其一般为 WSi2 （硅化钨）和 TiSi2 （硅化钛）薄膜，然后再进行栅极刻蚀和有源区注入等其他工序，完成整个芯片制造。;Salicide: 它的生成比较复杂，先是完成栅刻蚀及源漏注入以后，以溅射的方式在POLY上淀积一层金属层（一般为 Ti,Co或Ni），然后进行第一次快速升温退火处理（RTA），使多晶硅表面和淀积的金属发生反应，形成金属硅化物。 根据退火温度设定，使得其他绝缘层（ Nitride 或 Oxide）上的淀积金属不能跟绝缘层反应产生不希望的硅化物，因此是一种自对准的过程(does not require lithographic patterning processes)。 然后再用一种选择性强的湿法刻蚀（NH4OH/H2O2/H20或H2SO4/H2O2的混合液）清除不需要的金属淀积层，留下栅极及其他需要做硅化物的salicide。;自对准硅化物 salicide;;2. 钛淀积;金属填充塞;多层金属的钨填充塞;IC 中的金属塞;阻挡层金属;通常用做阻挡层的金属是一类具有高熔点的金属，如钛Ti、钨W、钽Ta、钼MO、钴Co、铂Pt等 钛钨（TiW）和氮化钛（TiN）是两种常用的阻挡层材料 TiN引起在Al合金互连处理过程中的优良阻挡特性，被广泛应用于超大规模集成电路的制造中。 TiN的缺点是TiN和硅之间的接触电阻较大，为解决这个问题，在TiN淀积之前，通常先淀积一薄层钛（典型厚度为几十纳米或更少）。这层钛能和Si形成硅化物，从而降低接触电阻。 ;具有 Ti/TiN 阻挡层金属的垫膜钨 CVD;双大马士革工艺;双大马士革法的铜金属化;2：Si3N4 刻蚀阻挡层淀积 ;3：确定通孔图形和阻挡层 ;4：淀积保留介质的 SiO2 ;5：确定互连图形 ;6：刻蚀互连槽和通孔 ;7：淀积阻挡金属层 ;8：淀积铜种子层 ;9：淀积铜填充 ;10：用CMP清除额外的铜 ;铜镶嵌布线;10.3 平坦化;用于晶圆平坦化的术语 ;e)全面平坦化 ;平坦化技术;10.3.1 旋涂玻璃