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THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 铝和硅接触的问题--- spiking problems 硅不均匀溶解到Al中，并向Al中扩散， 形成孔洞 ,Al填充到孔洞,引起短路，因此结深大于2－3微米，是不能采用纯铝工艺 为了确保铝将Si表明的自然氧化层还原和铝和硅良好的物理 接触，要在450度和氢气中进行退火。然而在此温度，硅在铝中 的溶解度较大。 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 解决spiking问题的方法: 广泛采用的方法是在Al中掺入1-2% Si以满足溶解性,然而 当冷却时,会有硅的分凝并会增加rc 方法1：TiSi2/TiN结构 较好的方法是采用阻挡层, Ti 或 TiSi2有好的接触和黏附性, TiN 可作为阻挡层 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 解决Al Spike的问题 方法2 利用扩散阻挡层( Diffusion Barrier ) 常用扩散阻挡层：TiN, TiW， stable up to 500C 目前常用TiN淀积在 Ti上的双层结构，Ti和Si 形成TiSi2，接触好，而 TiN电阻率小，但接触 电阻较大。 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 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 互连材料的选择 1) 导电率高 2) 容易与P型和n型形成低阻欧姆接触 3) 与SiO2等介质粘附性好 4) 易于制备成薄膜 5) 易刻蚀 6) 易键合 THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 Al是主要的互连材料 - low resistivity 低电阻率 - adheres well to Si and SiO2 对硅和氧化硅黏附性好 - can reduce other oxides 可还原成氧化物 can be etched and deposited using reasonable techniques 易于制备和刻蚀 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 纯Al金属化系统的不足： 熔点较低和较软 问题之一： 需熔点较高的材料作为 栅电极( 自对准工艺）和局部互连线T掺杂多晶硅 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 问题之二： 容易在Al中形成小丘和孔洞 由于Al中的应力和扩散造成 Heating places Al under compression causing hillocks. Cooling back down can place Al under tension T voids. 第九章 后端工艺 集成电路工艺原理 Adding few % Cu stabilizes grain boundaries and minimizes hillock formation. 解决方法：加入少量的Cu稳定晶界和减少小丘的形成 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