IC工艺技术8-金属化.pptVIP

集成电路工艺技术讲座第八讲 金属化 （Metallization） 金属化的作用 互连线 金属和硅的欧姆接触 MOSFET的栅极 Schottky 二极管 互连线 时间常数RC延时 互连线 CMOS倒相器（不考虑互连线延时） 3um RC延时 1ns 2um 0.5ns 1um 0.2ns 0.5um 0.1ns 互连线延时已与晶体管开关延时接近，不可忽略。 金属半导体接触 金属半导体接触 Schottky势垒(Diode) Schottky势垒(Diode) 欧姆接触 Rc=(?J/ ?v)v=o-1 (?.cm2) 对低掺杂浓度硅 　Rc=（k/qAT）(q?Bn/kT) 对高掺杂浓度硅，发生隧道穿透电流 　Rc=exp[4(mn?s)1/2 ?Bn/ND1/2h] 接触电阻理论和实际值 IC对金属化的要求 低电阻率 低欧姆接触 容易形成金属膜 容易刻蚀成图形＝氧化气氛中稳定 机械稳定（黏附性，应力） 表面光滑 工艺过程稳定（兼容性） 不沾污器件 寿命和可靠性 能热压键合 一些金属膜参数 金属化系统 纯铝系统 铝/硅系统 铝/硅/铜系统 铝/W-Ti/Pt/Si系统 铜互连 耐熔金属硅化物 背面金属化 倒装焊金属化 纯铝系统 铝， 在硅中是p型杂质，和p型硅能形成低阻欧姆接触 与n型硅（浓度＞1019/cm3）能形成低阻欧姆接触 铝－硅相图 铝－硅相图 纯铝系统优点 简单 低阻率低 2.7-3??-cm 和SiO2黏附性好 容易光刻 腐蚀铝时不腐蚀SiO2和硅(H3PO4) 和P型硅和高浓度N型硅形成低欧姆接触 易和外引线键合 纯铝系统缺点 电迁移现象比较严重 铝能在较低温度下再结晶产生小丘 金和铝键合产生紫斑，降低可靠性 软，易擦伤 多层布线中，铝－铝接触不理想 铝－硅合金化时形成尖刺 电迁移现象 电流携带的电子把动量转移给导电的金属原子，使其移动，金属形成空洞和小丘 电迁移现象 MTF=AJ-n exp[-EA/kT] 含硅量对铝膜寿命影响 铝-硅接触形成尖刺 Al-Si-Cu系统 Al/W-Ti/Pt/Si系统 铜布线 优点 电阻率低 抗电迁移能力强 最大电流密度是AlCu的十倍 缺点 刻蚀性差 耐熔金属硅化物 WSi2,MoSi2,TiSi2,TaSi2,PdSi2,CoSi ---SiliSide 比Poly Si电阻率低一个数量级 象Poly Si一样可以自对准 和硅低阻接触 不产生pn结穿透 黏附性好，应力小 和铝接触电阻低，不和铝反应 耐熔金属硅化物 背面金属化 背面金属化的目的 背面减薄后金属化 金属化系统 Cr-Au, Cr-Ni-Au, Ti-Ni-Au, Ti-Ni-Ag, V-Ni-Au, V-Ni-Ag, 倒装焊 (Flip Chip) 倒装焊 (Flip Chip) 金属膜形成方法 物理气相淀积（PVD） *蒸发－材料置于真空环境下并加热至熔点以上，原子以直线运动方式在衬底成膜 *溅射－离子撞击靶材表面，溅出的材料淀积在衬底成膜 化学气相淀积（CVD） PVD原理 成核三阶段 1.固相变成气相 2.气相分组分子原子从源渡越到衬底表面 3.成核，成长，形成固体膜 蒸发原理－蒸汽压曲线 蒸发原理－淀积速率 溅射原理－离子轰击表面 溅射原理－入射离子能量和产额 溅射原理－轰击离子原子序数和产额 平均自由程 腔体中原子分子不发生碰撞的平均距离 ?＝KT/P??2√2 ? 分子直径, P 压强 室温 分子直径3A ?＝1.455/ P(Pa) 蒸发 P＝10-4 (Pa) ?=145.5米 溅射 P＝0.5 (Pa) ?=2.91cm 散射几率和台阶覆盖 散射几率 　n/no=1- exp(-d/?) 　　no－总分子数 　　　　　　　　　　n－遭碰撞分子数 蒸发 　 n/no=0.3% 非随机性，直线渡越， 　台阶覆盖差 溅射 n/no=100% 渡越方向随机性 　台阶覆盖好 蒸发系统 坩埚电阻加热 坩埚电子束加热 多组分薄膜的蒸发 蒸发工艺参数 MARK-50 蒸发Ti-Ni-Ag Ti Ni Ag 真空度 10-5 Torr 蒸发速率 5A/min 5A/min 5A/min 加热温度 100°C 时间 厚度 600A 3000A 11000A 蒸发膜台阶覆盖