半导体制造工艺第6章-金-属-化.pptVIP

6.3　金属淀积 1.脉冲电镀法2.添加剂法 图6-13　沟槽中的三种添加剂和氯离子 6.4　金属化流程 6.4.1　传统金属化流程 传统的互连金属是铝铜合金（99%铝，1%铜），并用SiO2作为层间介质隔离层。以下是制备第二层金属的传统铝互连技术的工艺流程。该过程中铝被淀积为薄膜，然后被刻蚀掉（减去）以形成电路。 图6-14　第一层金属 6.4　金属化流程 1. 第一层金属(金属1)2.通孔2的形成3.钨塞2的形成 图6-15　形成通孔2 6.4　金属化流程 图6-16　形成钨塞2 6.4　金属化流程 图6-17　淀积金属2 4.淀积金属2 6.4　金属化流程 图6-18　刻蚀金属2 5.刻蚀出互连线 6.4　金属化流程 6.4.2　双大马士革流程 　　铜金属化在各方面的性能比铝更具优势，半导体产业正在实现用铜做微芯片的互连材料。而传统工艺中的干法刻蚀铜不能产生易挥发的副产物，因此铜不适合干法刻蚀。这个问题直接导致铜金属化不能采用传统的工艺流程进行。双大马士革工艺是通过层间介质刻蚀形成孔和槽，确定好线宽和图形间距，然后将铜淀积至刻蚀好的图形，再经过化学机械抛光除掉多余的铜。利用这种方法不需要金属刻蚀而且通孔和引线同时被制备好。所以使用双大马士革法完成铜金属化成为最佳选择。 6.4　金属化流程 图6-19　层间介质淀积 1.层间介质淀积 6.4　金属化流程 图6-20　刻蚀金属2的线槽 2.金属2的线槽刻蚀 6.4　金属化流程 图6-21　刻蚀通孔 3.金属层间通孔刻蚀 6.4　金属化流程 图6-22　淀积阻挡层金属 4.淀积阻挡层金属 6.4　金属化流程 图6-23　淀积铜种子层 5.淀积铜种子层 6.4　金属化流程 图6-24　铜电镀 6.铜电镀 6.4　金属化流程 图6-25　化学机械抛光 7.用CMP清除额外的铜 6.5　金属化质量控制 1.反射率的测量2.金属膜厚的测量 图6-26　薄层导体示意图 (1)方块电阻　估算导电膜厚度一种最实用的方法是测量方块电阻Rs。 6.5　金属化质量控制 图6-27　四探针仪示意图 (2)四探针法　在半导体工厂中，广泛使用测量方块电阻的方法是四探针法。 6.6　金属淀积的工艺模拟 图6-28　铝刻蚀后的结构示意图 6.6　金属淀积的工艺模拟 图　6-29 半导体制造工艺 第6章　金　属　化 第6章　金　属　化 6.1　概述6.2　金属化类型6.3　金属淀积6.4　金属化流程6.5　金属化质量控制6.6　金属淀积的工艺模拟 6.1　概述 6.1.1　金属化的概念　　在硅片上制造芯片可以分为两部分：第一，在硅片上利用各种工艺（如氧化、CVD、掺杂、光刻等）在硅片表面制造出各种有源器件和无源元件。第二，利用金属互连线将这些元器件连接起来形成完整电路系统。金属化工艺（Metallization）就是在制备好的元器件表面淀积金属薄膜,并进行微细加工，利用光刻和刻蚀工艺刻出金属互连线，然后把硅片上的各个元器件连接起来形成一个完整的电路系统，并提供与外电路连接接点的工艺过程。6.1.2　金属化的作用　　金属化在集成电路中主要有两种应用：一种是制备金属互连线，另一种是形成接触。1.金属互连线 6.1　概述 2.接触1)扩散法是在半导体中先扩散形成重掺杂区以获得N+N或P+P的结构，然后使金属与重掺杂的半导体区接触，形成欧姆接触。2)合金法是利用合金工艺对金属互连线进行热处理，使金属与半导体界面形成一层合金层或化合物层，并通过这一层与表面重掺杂的半导体形成良好的欧姆接触。 图6-1　金属互连线与半导体区之间的接触 6.2　金属化类型 6.2.1　半导体制造中对金属材料的要求　　金属化技术在中、小规模集成电路制造中并不是十分关键。但是随着芯片集成度越来越高，金属化技术也越来越重要，甚至一度成为制约集成电路发展的瓶颈。早期的铝互连技术已不能满足高性能和超高集成度对金属材料的要求，直到铜互连技术被应用才解决了这个问题。硅和各种金属材料的熔点和电阻率见表6?1。为了提高IC性能，一种好的金属材料必须满足以下要求：1)具有高的导电率和纯度。2)与下层衬底(通常是二氧化硅或氮化硅)具有良好的粘附性。3)与半导体材料连接时接触电阻低。4)能够淀积出均匀而且没有“空洞”的薄膜，易于填充通孔。5)易于光刻和刻蚀，容易制备出精细图形。 6.2　金属化类型 6)很好的耐腐蚀性。7)在处理和应用过程中具有长期的稳定性。 表6-1　硅和各种金属材料的熔点和电阻率(20°C) 表6-1　硅和各种金属材料的熔点和电阻率(20°C) 6.2　金属化类型 6.2.2　铝 　　与硅和二氧化硅一样，铝一直是半导体制造技术中最主要的材料之一。从集成电路制造早期开始就选择铝作为金