金属化与多层互连.pdf

微电子工艺 电子科学与技术系 张加宏 第七章 金属化与多层互连 微电子工艺 电信学院微电子教研室 概 述 金属化是芯片制造过程中在绝缘介质薄膜上 淀积金属薄膜，通过光刻形成互连金属线和集成 电路的孔填充塞的过程。金属线被夹在两个绝缘 介质层中间形成电整体。高性能的微处理器用金 属线在一个芯片上连接几千万个器件，随着互连 复查性的相应增加，预计将来每个芯片上晶体管 的密度将达到10亿个。 由于ULSI组件密度的增加，互连电阻和寄生电 容也会随之增加，从而降低了信号的传播速度。 减小互连电阻可通过用铜取代铝作为基本的 导电金属而实现。对于亚微米的线宽，需要低K值 层间介质（ILD）。通过降低介电常数来减少寄生 电容。 微电子工艺 电信学院微电子教研室 目 标 通过本章学习，将能够： 1. 解释金属化； 2. 列出并描述在芯片制造中的6种金属，讨论它们的 性能要求并给出每种金属的应用； 3. 解释在芯片制造过程中使用金属化的优点，描述 应用铜的挑战； 4. 叙述溅射的优点和缺点； 5. 描述溅射的物理过程，讨论不同的溅射工具及其 应用； 6. 描述金属CVD 的优点和应用； 7. 解释铜电镀的基础； 8. 描述双大马士革法的工艺流程。 微电子工艺 电信学院微电子教研室 引 言 芯片金属化是应用化学或物理处理方法在芯片 上淀积导电金属膜的过程。这一过程与介质的淀积 紧密相关，金属线在IC 电路中传输信号，介质层则 保证信号不受邻近金属线的影响。 金属化对不同金属连接有专门的术语名称。互 连（interconnect ）意指由导电材料（铝、多晶硅或 铜）制成的连线将信号传输到芯片的不同部分。互 连也被用做芯片上器件和整个封装之间普通的金属 连接。接触（contact ）意指硅芯片内的器件与第一 层金属之间在硅表面的连接。通孔（via ）是穿过 各种介质层从某一金属层到毗邻的另一金属层之间 形成电通路的开口。“填充薄膜”是指用金属薄膜填 充通孔，以便在两金属层之间形成电连接。 微电子工艺 电信学院微电子教研室 多层金属化 金属互连结构 复合金属互连 具有钨塞的通孔互连结构 层间介质 局部互连（钨） 初始金