第九章-布线与组装.ppt

9.1 欧姆接触 形成欧姆接触的基本方法 金属化材料的选择 接触与互连 Al是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料 但Al连线也存在一些比较严重的问题 电迁移严重、电阻率偏高、浅结穿透等 Cu连线工艺有望从根本上解决该问题 IBM、Motorola等已经开发成功 目前，互连线已经占到芯片总面积的70～80%；且连线的宽度越来越窄，电流密度迅速增加 布线金属的电迁移 集成电路多层布线结构图 集成电路封装工艺流程 集成电路封装类型很多，按管壳分为： 金属封装; 塑料封装; 陶瓷封装 集成工艺小结 1、前工序：是指从原始晶片直至最终测试之前的所有工序过程，前工序主要包括以下三类技术： 图形转移技术：主要包括光刻、刻蚀等技术 薄膜制备：主要包括外延、氧化、CVD、PVD 掺杂技术：主要包括扩散、离子注入等 2、后工序：是指从最终测试到集成电路完成直至出厂间的工序。主要包括划片、封奘、测试、老化、筛选等。 3、辅助工序：为保证前后工序顺利进行所需的一些辅助工艺技术。如超净厂房、超纯水、高纯气体制备等。 * * 第九章 布线组装技术 教师： 潘国峰 E-mail: pgf@hebut.edu.cn 河北工业大学微电子研究所 在集成电路制造过程中，不仅各个器件之间在电学上相互隔离，而且根据电路的要求，通过接触孔和互连材料将各个器件连接起来，实现电路功能。 微电子器件有源区形成后，各个有源区通过金属薄膜线在芯片表面经适当的连接来实现器件功能。这种通过对金属薄膜的微细加工，实现各个相互隔离的器件间的连接工艺称之为布线。经过布线,器件构成一个完整的电路,具有完整的功能。但器件还容易受外界环境的干扰和破环,可靠性低，不能满足实化的要求。必须通过适当的组装技术将器件保护起来。 组装技术主要包括芯片输入/输出(I/O)端的引出和芯片的封装。 §9.1 欧姆接触 §9.2 布线技术 §9.3 键合技术 §9.4 封装技术 金属与半导体接触,在电学特性上既可形成整流特性,又可形成欧姆特性。对布线金属层与半导体接触的基本要求是形成欧姆接触。 所谓欧姆接触是指金属与半导体间的电压与电流的关系具有对称和线性关系,且接触电阻很小,不产生明显的附加阻抗。欧姆接触的特性可用单位电流密度所引起的电压降,即比接触电阻Rc来表征 Rc的单位是Ω·cm2。对于硅砷化镓等半导体材料，载流子平均自由程较大，可用热电子发射理论来描述金属－半导体接触。在掺杂浓度低时，比接触电阻可表示成： A*理查逊常数，qUb接触势垒高度 qUbkT时 低接触势垒高度可形成良好的欧姆接触。在qUbkT的情况下，将形成肖特基接触。在半导体掺杂浓度较高（大于或等于1019cm－3）的情况下，势垒高度减小，势垒宽度变窄，此时除热载流子发射外，还有大量的载流子以隧道效应穿过势垒。当隧道效应为主时，比接触电阻为： εs是半导体界电常数；Ns是表面掺杂浓度；m*是荷电载流子的有效质量；h是普朗克常数。显然，Ns≥1019cm－3时，Rc很小，可形成良好的欧姆接触。 不同的金属与半导体接触势垒高度不同: 形成金属-半导体欧姆接触的基本方法有三种:半导体高掺杂接触；低势垒高度接触；高复合中心接触。 1.半导体高浓度掺杂欧姆接触 在N1019/cm-3时，半导体表面势垒宽度很小,载流子可以以隧道方式穿过势垒，从而形成欧姆接触。由于隧道穿通几率与势垒宽度密切相关,而势垒宽度又取决于半导体表面层的掺杂浓度,因此,该方式的接触电阻是随掺杂浓度的变化而变化的,在器件制造中常采用此方法。 2.低势垒高度欧姆接触 当金属功函数大于p型硅或小于n型硅的功函数时,金属-半导体接触可形成理想的欧姆接触。但是,由于金属－半导体界面的表面态的影响,会在半导体表面产生感应空间电荷层，形成势垒接触。因此,在导体表面掺杂浓度低的情况下,很难形成理想的欧姆接触。由式 (6.2〉可见,在Ub较小的情况下,可把这种接触近似为欧姆接触,实际上它是一种低势垒高度肖特基接触。由表6.1可见,铂与p型硅可形成这种接触。 3.高复合中心欧姆接触 当半导体表面具有较高的复合中心密度时,金属－半导体间的电流传输主要受复合中心的产生-复合机构控制。高复合中心密度会使撞触电阻明显减小,伏安特性近似对称，半导体与金属形成欧姆接触。电力半导体器件接触电极，IC背面金属化，常采用这种方式形成欧姆接触。引入高密度复合中心的方法很多,如喷砂、离子注入、扩散原子半径与半导体原子半径相差较大的杂质等。 随着微电子器件特征尺寸的缩小,芯片面积和集成密度的日益增大,对互连和接触技术的要求不断提高。除要求接触具有良好的欧姆特性