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第11章-金属化工艺
半导体制造技术导论(第二版)
第十一章 金属化工艺
白雪飞
中国科学技术大学电子科学与技术系
提纲
• 简介
• 导电薄膜
• 金属薄膜特性
• 金属化学气相沉积
• 物理气相沉积
• 铜金属化工艺
• 安全性
2
简 介
金属化
• 金属化
– 一种添加工艺过程,将金属层沉积在晶圆表面
– 要求:低的电能损耗、高抗电迁移能力、低的薄膜应力、稳定的机械性
和电特性、优越的抗腐蚀能力、易沉积、易刻蚀、易化学机械研磨
• 金属薄膜
– 铝、铝硅合金:金属互连
– 钨:接触窗和金属层间接触窗孔填充
– 钛、氮化钛:钨金属沉积工艺阻挡层和附着层,防止钨扩散和薄膜脱落
– 铜、铝铜合金:金属互连
– 钽、氮化钽:铜金属互连工艺阻挡层
– … …
4
铝铜互连集成电路芯片
铝铜互连集成电路芯片截面图
5
铜/低互连集成电路芯片
铜/低互连集成电路芯片截面图
6
集成电路制造工艺流程
集成电路制造工艺流程
7
导电薄膜
多晶硅
• 应用
– 栅极、局部互连线
• 工艺
– LPCVD工艺,源材料SiH 、SiH Cl ,550~750 ℃
4 2 2
– 可以在临场沉积期间通过后续的离子注入大量掺杂硼、磷、砷
9
金属硅化物
• 应用
– 减小多晶硅互连电阻,提高电路速度
• 金属硅化物材料
– 硅化钛(TiSi )
2
• 自对准金属硅化物工艺形成,钛溅射沉积在晶圆表面,再经过加热退火工艺
– 硅化钨(WSi )
2
• WF 和SiH 为源材料的加热CVD工艺
6 4
– 硅化钴(CoSi )
2
• 180nm~90nm工艺节点,自对准金属硅化物工艺形成
– 硅化镍(NiSi)
• 60nm~10nm工艺节点,自对准金属硅化物工艺形成,显著降低退火温度
– 镍铂硅化物
• 镍靶材中加入铂并溅射到晶圆表面,解决硅化镍侵蚀硅衬底的缺陷
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钴金属硅化物自对准工艺
钴金属硅化物自对准工艺示意图
(a) 钴沉积;(b) 硅化物退火;(c) 钴湿法刻蚀和第二次退火
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铝
• 应用
– 铜成为互连工艺主流之前,铝用作金属连线,易于进行干法刻蚀
– 离子注入工艺引入之前,铝用作栅极和连线材料
• 铝合金
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