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集成电路制造技术

第十一章金属化与多层互连

西安电子科技大学微电子学院

戴显英

2016年9月

主要内容

金属化的应用

Al的尖楔现象与电迁移现象

Ti-TiN的作用

自对准金属硅化物

互连线延迟的降低的途径

Cu互连的优缺点其关键工艺

平坦化的必要性与CMP的应用

本章学习要求

了解金属化的应用和平坦化的必要性

熟悉尖楔现象与电迁移现象的改善

熟悉并掌握Ti-TiN的作用与应用

熟悉自对准金属硅化物的实现

了解互连线延迟的降低的途径

熟悉Cu互连的优缺点其关键工艺

熟悉并掌握CMP的应用

金属化的应用

金属化：金属及金属性材料在IC中的应用。

金属化材料分类：（按功能划分）

①MOSFET栅电极材料－MOSFET器件的组成部分；

②互连材料－将各个独立的元件连接成为具有

一定功能的电路模块。

③接触材料－直接与半导体材料接触的材料，

以及提供与外部相连的接触点。

互连材料－Interconnection

互连在金属化工艺中占有主要地位

Al-Cu合金最为常用

W塞（80s和90s）

Ti：焊接层

TiN：阻挡、黏附层

先进的互连金属－－Cu

SiCMOS的标准金属化

互连：Al-Cu合金

接触孔与通孔：金属W（Ti/TiN/W）

Ti/TiN：焊接层、阻挡层、防反射层

电极材料：金属硅化物，如TiSi2

9.1集成电路对金属化的基本要求

1.形成低阻欧姆接触；

2.提供低阻互连线；

3.抗电迁移；

4.良好的附着性；

5.耐腐蚀；

6.易于淀积和刻蚀；

7.易键合；

8.层与层之间绝缘要好。

9.2金属化材料及应用

常用金属材料：

Al、Cu、Pt、Au、W、Mo等

常用的金属性材料：

1）掺杂的poly-Si；

2）金属硅化物--PtSi、CoSi、WSi、TiSi；

222

3）金属合金--AlSi、AuCu、CuPt、TiB、SiGe、

2

ZrB、TiC、MoC、TiN。

2

9.2金属化材料及应用

1、多晶硅

－栅和局部互连，

－70s中期后代替Al作为栅极，

－高温稳定性：满足注入后退火的要求，Al不能自对准

－重掺杂，LPCVD淀积

2、硅化物

－电阻率比多晶硅更低，

－常用TiSi,WSi和CoSi

222

9.2金属化材料及应用

2、硅化物

自对准形成硅化钛

•提问：自对准形成硅化钛工艺中，侧墙的形成和全覆盖

金属Ti的刻蚀分别需要什么特性的刻蚀和哪种最佳的刻

蚀方法？

9.2金属化材料及应用

3、铝（Al）

最常用的金属

导电性第四好的金属

–铝2.65μΩ-cm

–金2.2μΩ-cm

–银1.6μΩ-cm

–铜1.7μΩ-cm

1970s中期以前用作栅电极金属

9.2金属