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第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 ? 当直流电流流过金属薄膜时，导电电子与金属离子将发生动量交换，使金属离子沿电子流的方向迁移，这种现象称为金属电迁移 ? 电迁移会使金属离子在阳极端堆积，形成小丘或晶须，造成电极间短路，在阴极端由于金属空位的积聚而形成空洞，导致电路开路 问题之三：大电流密度(0.1-0.5MA/cm2)下，有 显著的电迁移现象 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 铝的电迁移 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 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 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 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. 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 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 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 Spacer 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 Self-aligned silicide (“salicide”) process 自对准硅化物工艺 Salicide 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 有多种硅化物应用于集成电路工艺中 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 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 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 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 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 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 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 目前集成电路多层布线技术中采用了上述工艺 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 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 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 Dielectrics 介质 Dielectrics electrically and physically separate interconnects from each other and from active regions. 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 Two types: - First level dielectric - Intermetal dielectric (IMD) 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 ? First level dielectric is usually SiO2 “doped” with P or B or both (2-8 wt. %) to enhance reflow properties. ? PSG: phosphosilicate glass, reflows at 950-1100°C ? BPSG: borophosphosilicate glass, reflows at 800°C. SEM image of BPSG oxide layer after 800°C reflow step, showing smooth topography over step. 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 Undoped SiO2 often used above and below PSG or BPSG to prevent corrosion of Al . 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 介质层（inter-metal dielectric） SiO2－CVD（SiH4源)、PECVD SiO2（T