金属和半导体形成低阻欧姆接触课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,金属化与平坦化,1,金属化与平坦化1,概 述,金属化,将晶片上制成的各种元器件用互连金属线连接起来构成具有各种功能的集成电路的工艺。,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,。,2,概 述金属化将晶片上制成的各种元器件用互连金属线连接起,互连金属,3,互连金属3,4,4,在集成电路中金属薄膜主要用于,1.欧姆,接触,（Ohmic Contact）,2.肖特基,接触,（Schottky Barrier Contact）,3.低阻栅,电极,（Gate Electrode）,4.器件间,互联,（interconnect）,5,5,金属化的,几个术语,接触（contact）,：指硅芯片内的,器件与第一层金属层,之间在硅表面的连接,互连（interconnect）,：由导电材料，(如铝，多晶硅或铜)制成的连线将电信号传输到芯片的不同部分,通孔（via）：,通过各种介质层从,某一金属层到相邻的另一金属层,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。,层间介质（,ILD:,Inner Layer,Dielectric,）：,是,绝缘材料，,它,分离了金属之间的电连接。,ILD一旦被淀积，便被光刻刻蚀成图形，以便为各金属层之间形成通路。用金属（通常是钨 W）填充通孔，形成通孔填充薄膜。,6,金属化的几个术语6,对IC金属化系统的主要要求,(1)低阻互连,(2)金属和半导体形成低阻,欧姆接触,(3)与下面的氧化层或其它介质层的,粘附性好,(4)对台阶的,覆盖好,(5),结构稳定,，不发生电迁移及腐蚀现象,(6),易刻蚀,(7),制备工艺简单,High speed,High reliability,High density,7,对IC金属化系统的主要要求(1)低阻互连High spe,Early structures were simple Al/Si contacts.,早期结构是简单的AL/Si接触,为了将半导体器件与外部有效地联系起来，必须首先在半导体和互连线之间制作,接触,。,8,Early structures were simple A,金属层和硅衬底形成什么接触？,9,金属层和硅衬底形成什么接触？9,金属层和硅衬底的接触，既可以形成,整流接触，,也可以形成,欧姆接触，,主要取决于半导体的掺杂,浓度及金半接触的势垒高度,Heavily doped N,+,Si,metal,Ohmic Contact,N,-,Si,metal,SchottkyContact,金属/半导体的两种接触类型：,欧姆接触：,具有线性和对称的V-I特性，且接触电阻很小；,肖特基接触：,相当于理想的二极管；,10,Heavily doped N+SimetalOhmic,11,11,形成欧姆接触的方式,高复合欧姆接触,高掺杂欧姆接触,Al/N-Si势垒高度 0.7eV,需高掺杂欧姆接触,半导体表面的,晶体缺陷,和高复合中心,杂质,在半导体表面耗尽区中,起复合中心作用,低势垒欧姆接触 一般,金属和P型半导体,的接触势垒较低,Al/p-Si势垒高度,0.4eV,12,形成欧姆接触的方式 Al/N-Si势垒高度 0.7eV半导,常用的金属化材料,1.Al,是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料。,电阻率较低（,20时具有2.65,-cm,）；工艺简单；,易形成低阻欧姆接触。,13,常用的金属化材料1.Al13,铝互连,14,铝互连14,金属和硅接触的问题-,-,硅不均匀溶解到Al中，并向Al中扩散，硅片中留下,空洞,Al填充到空洞,引起短路,1.尖峰现象spiking problems,15,金属和硅接触的问题-硅不均,解决spiking问题的方法,一种方法是,在Al中掺入1-2%Si,以满足溶解性,另一种方法是利用,扩散阻挡层(Diffusion Barrier),常用扩散阻挡层：TiN,TiW,较好的方法是采用阻挡层,Ti 或 TiSi,2,有好的接触和黏附性,TiN 可作为阻挡层,16,解决spiking问题的方法 一种方法是在Al中掺入1-2%,2.铝的电迁移,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,后果：,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,17,2.铝的电迁移 当直流电流流过金属薄膜时，,解决方法：,采用Al-Cu或Al-Si-Cu（硅1.22，铜24）合金。,铜原子在多晶状Al的晶粒边界处分凝，阻止Al原子沿晶粒边界的运动。,优化版图设计，降低电流密度。,18,解决方法：18,3.Al 与二氧化硅的反应,4Al+3SiO,2,2Al,2,O,3,+3Si,会使铝穿透下面的SiO2绝缘层，导致电极间的短路失效。,19,3.Al 与二氧化硅的反应4Al+3SiO22Al2O3,合金化,合金化的,目的是,使接触孔中的,金属与硅,之间,形成低阻欧姆接触,，并,增加,金属与二氧化硅,之间的,附着力,在硅片制造业中，常用的各种金属和金属合金,铝,铝铜合金,铜,硅化物,金属填充塞,阻挡层金属,20,合金化 合金化的目的是使接触孔中的金属与硅之间形成低阻欧姆接,硅和硅片制造业中所选择的金属(at 20C),21,硅和硅片制造业中所选择的金属(at 20C)21,由于铝的低电阻率及其与硅片制造工艺的兼容性，因此被选择为IC的主要互连材料。然而,铝,有众所周知,的电迁徒引起,的,可靠性问题,。,由于电迁徒，,在金属表面金属原子堆起来形成小丘（如图所示）如果大量的小丘形成，毗邻的连线或两层之间的,连线有可能短接在一起。,当,少量,百分比的,铜与铝形成合金，,铝的电迁移现象会被显著的改善。,Al-Si-Cu(0.5%),合金是最常使用的连线金属,铝铜合金,22,由于铝的低电阻率及其与硅片制造工艺的兼容性，因此被选择为IC,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。,23,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，,IC互连金属化引入铜的优点,1.电阻率的减小：,互连金属线的电阻率减小可以减少信号的延迟，增加芯片速度。,2.功耗的减少：,减小了电阻，降低了功耗。,3.更高的集成密度：,更窄的线宽，允许更高密度的电路集成，这意味着需要更少的金属层。,4.良好的抗电迁移性能：,铜不需要考虑电迁徒问题。,5.更少的工艺步骤：,用大马士革 方法处理铜具有减少工艺步骤 20 to 30%的潜力。,24,IC互连金属化引入铜的优点1.电阻率的减小：互连金属线的电,对铜的挑战,与传统的铝互连比较，用铜作为半导体互连主要涉及,三个方面的挑战,，这些挑战明显不同于铝技术，在铜应用与IC互连之前必须解决：,1.铜快速扩散进氧化硅和硅，,一旦进入器件的有源区，将会损坏器件。,2.,应用常规的,等离子体刻蚀工艺，铜不能容易形成图形。,干法刻蚀铜时，在它的化学反应期间不产生挥发性的副产物，而这对于经济的干法刻蚀是必不可少的。,3.,低温下（200）空气中，,铜很快被氧化,，而且不会形成保护层阻止铜进一步氧化。,25,对铜的挑战 与传统的铝互连比较，用铜作为半导体互,阻挡层金属,铜,铜在硅和二氧化硅中都有,很高的扩散率,，这种高扩散率将破坏器件的性能。可,淀积一层阻挡层金属,，作用是,阻止层上下的材料互相混合,（见下图）。其厚度对0.25m工艺来说为100nm；对0.35m工艺来说为400600nm。,铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来，这层封闭薄膜的作用是,加固附着,并,有效地阻止扩散,。,26,阻挡层金属铜 铜在硅和二氧化硅中都有很高的扩散率，这种,钽作为铜的阻挡层金属：,对于铜互连冶金术来说，,钽（Ta）、氮化钽和钽化硅,都是阻挡层金属的待选材料，,阻挡层厚度必须很薄,（约75埃），,以致它不影响,具有高深宽比填充薄膜的,电阻率,而又能扮演一个,阻挡层,的角色。,铜,钽,27,钽作为铜的阻挡层金属：对于铜互连冶金术来说，钽（Ta）、氮,可接受的,阻挡层金属的基本特征：,1.有,很好的阻挡扩散作用；,2.高导电率具有很,低的欧姆接触电阻；,3.在半导体和金属之间有,很好的附着；,4.,抗电迁移,5.在,很薄的并且高温下具有很好的稳定性；,6.,抗侵蚀和氧化。,28,可接受的阻挡层金属的基本特征：1.有很好的阻挡扩散作用；2,Silicide Polycide Salicide,这三个名词对应的,应用应该是一样的,，都是利,用硅化物来,降低连接电阻。,但生成的工艺是不一样的,29,Silicide Polycide Salicide这三个名,硅化物,Silicide,Silicide就是金属硅化物，,是由金属和硅经过物理化学反应形成的一种化合态，其导电特性介于金属和硅之间,硅化物,是一种,具有,热稳定性,的金属化合物，并且在硅/难熔金属的分界面具有,低的电阻率,。在硅片制造业中，难熔金属硅化物是非常重要的，因为为了提高芯片性能，需要,减小,许多,源漏和栅区硅接触的电阻,。在,铝互连技术中，,钛和钴,是用于接触的普通难熔金属,。,30,硅化物 Silicide Sili,Polycide,和,Salicide,则是分别指对着,不同的形成,Silicide,的工艺流程，,下面对这两个流程的区别简述如下：,31,Polycide和Salicide则是分别指对着不同的形成S,多晶硅上的,多晶硅化物,Polycide,钛多晶硅化物,钛硅化物,多晶硅栅,掺杂硅,如果难熔金属,和多晶硅,反应。那么它被称为,多晶硅化物,。,掺杂的多晶硅,被用作,栅电极,，相对而言它有,较高的电阻率,（约500,-cm），正是这导致了不应有的,信号延迟,。,多晶硅化物对减小,连接多晶硅的串联,电阻是有益的,32,多晶硅上的多晶硅化物 Polycide钛多晶硅化物钛硅化物多,Polycide,：,其一般制造过程是，栅氧化层完成以后，继续在其上面生长多晶硅(POLY-SI），然后,在POLY上,继续,生长金属硅化物（silicide），,其一般为 WSi2（硅化钨）和 TiSi2（硅化钛）薄膜，然后,再进行栅极刻蚀,和,有源区注入,等其他工序，完成整个芯片制造。,33,Polycide：其一般制造过程是，栅氧化层完成以后，继续,自对准硅化物 salicide,由于在优化超大规模集成电路的性能方面，需要进一步按比列缩小器件的尺寸，因此在,源/漏和第一金属层之间电接触的面积是很小的,。这个小的接触面积将,导致接触电阻增加。,一个可提供稳定接触结构、减小源/漏区接触电阻的工艺被称为,自对准硅化物技术。,它能很好地与露出的源、漏以及多晶硅栅的硅对准。许多芯片的性能问题取决于自对准硅化物的形成（见下图）。,自对准硅化物的,主要优点是避免了对准误差,。,34,自对准硅化物 salicide由于在优化超大规模集成电路的性,Salicide:,它的生成比较复杂，先是完成,栅刻蚀,及,源漏注入,以后，以溅射的方式在POLY上,淀积,一层,金属层,（一般为 Ti,Co或Ni），,然后进行,第一次,快速升温退火处理（RTA）,，使多晶硅表面和淀积的金属发生反应，,形成金属硅化物,。,根据退火温度设定，使得其他,绝缘层,（Nitride 或 Oxide）,上的淀积金属不能跟绝缘层反应产生,不希望的,硅化物，,因此,是一种自对准的过程(,does not require lithographic patterning processes,),。,然后,再用一种选择性强的湿法刻蚀,（NH4OH/H2O2/H20或H2SO4/H2O2的混合液）,清除不需要的金属淀积层，,留下栅极及其他需要做硅化物的salicide。,35,Salicide:它的生成比较复杂，先是完成栅刻蚀及源漏注,2.钛淀积,Silicon substrate,1.有源硅区,场氧化层,侧墙氧化层,多晶硅,有源硅区,3.快速热退火处理,钛硅反应区,4.去除钛,TiSi,2,形成,Self-aligned silicide(“salicide”)process,自对准硅化物工艺 Salicide,36,2.钛淀积Silicon substrate1.有源,The term salicide refers to a technology used in the,microelectronics,industry used to form electrical contacts between the semiconductor device and the supporting,interconnect,structure.The salicide process involves the reaction of a thin metal film with,silicon,in the active regions of the device,ultimately forming a metal,silicide,contact through a series of annealing and/or etch processes.,The term salicide is a compaction of the phrase self-aligned silicide.The description self-aligned suggests that,the contact formation does not require lithographic patterning processes,as opposed to a non-aligned technology such as,polycide,.The term salicide is also used to refer to the metal silicide formed by the contact formation process,such as titanium salicide,although this usage is inconsistent with accepted naming conventions in,chemistry,.,37,The term salicide refers to a,polycide:降低栅极电阻salicide：既能降低栅极电阻，又能降低源漏电阻,38,polycide:降低栅极电阻salicide：既能,什么叫做polycide和Salicide结构及工艺？他们的优点是什么？如何实现？,39,什么叫做polycide和Salicide结构及工艺？他们,答：Polycide一般是由silicide和poly si组成的多晶硅化物。,优点在于：低的电阻，热稳定性好，好的化学稳定性，能与硅形成均匀一致的界面。,实现：,1.多晶硅的沉积和掺杂，PVD或者CVD沉积。,2.金属硅化物沉积，PVD或者CVD沉积。,3.热退火。,4.栅掩模光刻,5.RIE刻蚀,6.S/D离子注入,40,答：Polycide一般是由silicide和poly si,Salicide（Self Aligned Silicide）是自对准硅化物的简称。,优点在于：1.自对准。2.s/d区寄生电阻大大减少3.栅层互联电阻减少，很好的界面，适合应用于短沟道器件。,实现过程：,1.自对准多晶硅生成，。,2.绝缘介质沉积，RIE刻蚀形成侧墙。,3.S/D区形成,4.磁控溅镀一层金属在整个晶片的表面,5.低温快速热退火，使淀积的金属膜与源漏极的硅和栅极的多晶硅反应，而形成金属硅化物,6.未参加反应的金属用湿法刻蚀加以去除。,7.高温快速热退火，形成高电导的金属硅化区。,41,Salicide（Self Aligned Silicide,金属填充塞,多层金属化产生了对数以十亿计的,通孔,用,金属填充塞,填充的需要，以便,在两层金属之间形成电通路。,接触填充薄膜也被用于连接硅片中硅器件和第一层金属化。,目前被用于填充的最普通的金属是钨,，因此填充薄膜常常被称为钨填充薄膜(见下图)。,钨具有均匀填充高深宽比通孔的能力,，因此被选作传统的填充材料。,铝虽然电阻率比钨低，但溅射的,铝不能填充具有高深宽比的通孔，,基于这个原因，,铝,被用作,互连材料,，,钨,被限于做,填充材料,。,42,金属填充塞多层金属化产生了对数以十亿计的通孔用金属填充塞填充,多层金属的钨填充塞,早期金属化技术,1.厚氧化层淀积,2.氧化层平坦化,3.穿过氧化层刻蚀接触孔,4.阻挡层金属淀积,5.钨淀积,6.钨平坦化,1.穿过氧化层刻蚀接触孔,2.铝淀积,3.铝刻蚀,在接触孔(通孔),中的钨塞,氧化硅,(介质),铝接触孔,氧化硅,(介质),现代金属化技术,43,多层金属的钨填充塞早期金属化技术1.厚氧化层淀积1.,IC 中的金属塞,SiO2,44,IC 中的金属塞SiO244,阻挡层金属,阻挡层金属在半导体工艺被广泛使用，采用,阻挡层可以消除,诸如AlSi互溶和尖刺（如图所示）等问题,45,阻挡层金属阻挡层金属在半导体工艺被广泛使用，采用阻挡层可以消,通常用做,阻挡层的金属,是一类具有,高熔点的金属,，如钛Ti、钨W、钽Ta、钼MO、钴Co、铂Pt等,钛钨（TiW）和氮化钛（TiN）是,两种常用的阻挡层材料,TiN,引起在Al合金互连处理过程中的,优良阻挡特性,，被广泛应用于超大规模集成电路的制造中。,TiN的缺点是,TiN和硅,之间的,接触电阻较大,，为解决这个问题，,在TiN淀积之前，通常先淀积一薄层钛（,典型厚度为几十纳米或更少）。这层,钛能和Si形成硅化物，从而降低接触电阻。,46,通常用做阻挡层的金属是一类具有高熔点的金属，如钛Ti、钨W、,具有 Ti/TiN 阻挡层金属的垫膜钨 CVD,Ti,2 准直钛淀积覆,盖通孔底部,间隙填充介质,铝,通孔,PECVD SiO,2,1.层间介质通孔刻蚀,CVD TiN,等角淀积,TiN,4.CVD 钨淀积,钨通孔薄膜,5.钨平坦化,钨填充,薄膜,钛,充当了将钨限制在通孔中的,粘合剂,；,氮化钛,充当钨的,扩散阻挡层,47,具有 Ti/TiN 阻挡层金属的垫膜钨 CVDTi2 准直,超大规模集成电路中Cu的互连集成技术,48,超大规模集成电路中Cu的互连集成技术 48,铜连线的电阻,R,比铝连线小。铜的电阻率为,1.7,/cm,，铝的电阻率为,3.1,/cm,铜连线的寄生电容比铝连线小,铜比铝有更低耐电迁移性能，能承受更高的温度,铜连线,IC,制造成本低,铜连线的双镶嵌,(,dual damascene,),IC工艺，比铝连线,IC,工艺减少了约,20,一,30,的工序，特别是省略了腐蚀铝等难度较大的瓶颈工序,Why Cu needed,49,铜连线的电阻R比铝连线小。铜的电阻率为1.7/cm，铝的,铜互连所面临的问题,铜的污染问题,Cu是半导体的深能级杂质，对半导体中的载流子具有强的陷阱效应,Cu在SiO,2,介质中的扩散很快，从而使SiO,2,的介电性能严重退化,Cu引线的图形加工问题,Cu在空气和低温下（200）易氧化，不能形成保护层来阻止自身的进一步被氧化和腐蚀,50,铜互连所面临的问题铜的污染问题50,解决方案,阻挡Cu扩散的,扩散阻挡层,成功解决了Cu的污染问题,大马士革结构与CMP技术,相结合成功解决了Cu引,线图形的加工问题,51,解决方案阻挡Cu扩散的扩散阻挡层大马士革结构与CMP技术51,Cu的大马士革结构,单镶嵌,(Single damascene),工艺,双镶嵌,(Dual damascene),工艺,SD工艺的互连沟槽和接线柱的制造要经过各自的介质刻蚀、金属淀积和CMP工艺过程，其互连和接线柱的材料可以是不同的金属,DD工艺中，先在绝缘介质中刻蚀出互连和接线柱，然后一步完成金属的淀积和CMP过程，接线柱和上层金属是同一种材料,52,Cu的大马士革结构 单镶嵌(Single damascen,Cu金属淀积技术,Cu,薄膜的淀积方法有多种，包括：,物理气相淀积,(PVD),化学气相淀积,(CVD),电镀,(electro,plating),化学镀,(electroless,plating),等,电镀,是目前普遍使用的方法，它具有优秀的间隙填充能力，高的淀积速度，低的淀积温度，系统简单积淀积过程易于控制等特点，但电镀需要,籽晶层,，目前籽晶层由PVD或CVD制备。,53,Cu金属淀积技术Cu薄膜的淀积方法有多种，包括：53,电镀是完成铜互连线的主要工艺,。集成电路铜电镀工艺通常采用,硫酸盐,体系的,电镀液,当,电源加在铜（阳极）和硅片（阴极）之间时,，溶液中产生电流并形成电场。,阳极的,铜发生反应转化成铜离子和电子,，同时阴极也发生反应，,阴极附近的铜离子与电子结合形成镀在硅片表面的铜,，铜离子在外加电场的作用，由阳极向阴极定向移动并补充阴极附近的浓度损耗。电镀的主要目的是在硅片上沉积一层致密、无孔洞、无缝隙和其它缺陷、分布均匀的铜。,54,电镀是完成铜互连线的主要工艺。集成电路铜电镀工艺通常采用硫酸,55,55,双大马士革工艺,铜不适合用干法刻蚀，为了形成铜互连金属线，,应用双大马士革方法以避免铜的刻蚀。在大马士革过程中，不需要金属刻蚀确定线宽和间隔，而需介质刻蚀,通过在层间介质刻蚀,孔和槽,，既为每一金属层,产生通孔又产生引线,，然后淀积铜进入刻蚀好的图形，再用CMP去掉额外的铜,56,双大马士革工艺铜不适合用干法刻蚀，为了形成铜互连金属线，应用,双大马士革工艺,57,双大马士革工艺57,铜镶嵌布线,ILD,ILD,M1,Cu,SiN,Cu,通孔,和,金属层,的铜填充,同时进行,，,节省了工艺步骤,并,消除了,通孔和金属线之间的,界面,58,铜镶嵌布线ILDILDM1CuSiNCu通孔和金属层的铜填充,传统和大马士革金属化比较,传统互连流程,氧化硅通孔2刻蚀,钨淀积+CMP,金属2淀积+刻蚀,覆盖 ILD 层和 CMP,双大马士革流程,覆盖 ILD 层和 CMP,氮化硅刻蚀终止层,(光刻和刻蚀),第二层 ILD 淀积和穿过两层氧化硅刻蚀,铜填充,铜CMP,通孔,和,金属层,的铜填充,同时进行,，,节省了工艺步骤,并,消除了,通孔和金属线之间的,界面,59,传统和大马士革金属化比较传统互连流程氧化硅通孔2刻蚀 钨淀积,平坦化,为什么要实现芯片的平坦化？,为了能够在有限的圆晶片表面上,有足够的金属内连线,，以配合日趋精密且复杂的集成电路的发展需求，,在晶片上制作两层以上的金属层，早已成为半导体工艺发展的一种趋势(尤其是在VLSI逻辑产品上更显得重要),。为了使,两层金属线之间有良好的隔离效果,，在制作第二层金属层之前，必须先把,用来隔离这两层导线的介电层,做好才行。但是，因为这层以,CVD法,所沉积的介电层会受到第一层金属层的轮廓的影响，因此,必须加以平坦化，,以利于,第二层金属的,光刻,。,平坦化以后，就可以沉积第二层金属了。,60,平坦化为什么要实现芯片的平坦化？60,用於晶圓平坦化的術語,表 18.1,61,用於晶圓平坦化的術語 表 18.161,平坦化之定性定義,e),全面平坦化,a),未平坦化,b),平滑化,c),部分平坦化,d),局部平坦化,圖 18.2,62,平坦化之定性定義 e)全面平坦化 a)未平坦化 b)平滑化,平坦化技术,局部平坦化,的特点是在,一定范围,的硅片表面上,实现平坦化,，主要技术为,旋涂玻璃（SOG）法。,SOG是一种相当于SiO2的液相绝缘材料，通过类似涂胶的工艺，将其有效地填满凹槽以实现,局部平坦化,。,全局平坦化,则主要通过,化学机械抛光法（CMP）,来实现，其特点是,整个硅片表面,上介质层是平整的。,63,平坦化技术局部平坦化的特点是在一定范围的硅片表面上实现平坦化,1 旋涂玻璃法,旋涂玻璃法(SOG:Spin-On-Glass）,SOG基本原理：把一种溶于溶剂内的介电材料以旋涂的方式涂在晶片上。介电材料可以随着溶剂在晶片表面流动，填入凹槽内。,SOG的优点：,液态溶液覆盖，填充能力好。,SOG的缺点：,(1)易造成微粒，,主要来自SOG残留物，可以通过工艺和设备改善来减少。,(2)有龟裂及剥离的现象，,通过对SOG材料本身与工艺的改进来避免,(3)有残余溶剂“释放”的问题,64,1 旋涂玻璃法64,SOG的制造过程可以分为,涂布与固化,两个阶段,涂布,是,将SOG,以旋涂的方式,覆盖在,晶片的,表面,固化,以热处理的方法,在高温下,把SOG内剩余的溶剂赶出,使SOG的密度增加,并固化为近似于SiO,2,的结构,SOG在实际应用上,主要是采用所谓的三明治结构,:,以SOG为主的平坦化内连线的介电层,事实上是由两层以CVD法沉积的SiO,2,和SOG法所覆盖的SiO,2,等,三层介电层,所构成的,SOG被两层CVD-SiO,2,所包夹,制作这种介电层主要有,“有回蚀”及“无回蚀”,两种方法,65,SOG的制造过程可以分为涂布与固化两个阶段65,下图是实际应用采用的结构，这一技术可以进行制程线宽到0.5的沟填（Gap Fill）与平坦化。列有两种主要的SOG的平坦化流程。,制程启始于晶片已完成第一层金属层的蚀刻；,以PECVD法沉积第一层SiO,2,进行SOG的涂布与固化。,66,下图是实际应用采用的结构，这一技术可以进行制程线宽到0.5,紧接着，SOG的制程将分为有/无回蚀两种方式,在有回蚀的SOG制程中，上完SOG的晶片，将进行电浆干蚀刻，以去除部分的SOG,然后再沉积第二层PECVD SiO,2,，而完成整个制作流程,至于“无加蚀”的SOG制程，则在晶片上完SOG之后，直接进行第二层PECVD SiO,2,的沉积,。,67,紧接着，SOG的制程将分为有/无回蚀两种方式 在有回蚀的S,2 化学机械抛光法,化学机械抛光(研磨)法,（CMP-Chemical-Mechanical Polishing），这是唯一一种能提供VLSI,全面平坦化,的技术，由IBM公司提出。,化学机械研磨技术，兼具有研磨性物质的,机械式研磨,与酸碱溶液的,化学式研磨,两种作用，可以使晶圆表面达到全面性的平坦化，以利于后续薄膜沉积之进行。,68,2 化学机械抛光法化学机械抛光(研磨)法（CMP-Chem,CMP的基本结构和工艺过程,69,CMP的基本结构和工艺过程69,带多个磨头的CMP设备,研磨,用磨料,磨料喷嘴,旋转中的转盘,抛光垫,磨头,连杆,磨头,背膜,硅片,圖 18.17,70,带多个磨头的CMP设备 研磨用磨料磨料喷嘴旋转中的转盘抛光垫,(Photo courtesy of Speedfam-IPEC),CMP,设备,照片 18.3,71,(Photo courtesy of Speedfam-IP,CMP,的應用,STI,氧化物的研磨,LI,氧化物的研磨,LI钨,的研磨,ILD,氧化物的研磨,钨插塞的研磨,大马士革铜的研磨,72,CMP的應用 STI氧化物的研磨72,用於,STI,之氧化物填溝的,CMP,圖 18.23,CMP,之研磨,氧化物之,CVD,研磨後,STI,氧化物,氮化物剝除,襯氧化物,p,磊晶層,p,矽基板,n,井,p,井,73,用於STI之氧化物填溝的CMP 圖 18.23CMP之研磨氧,LI,氧化物,圖 18.24,摻雜氧化物之,CVD,氮化矽之,CVD,氧化物之,CMP,LI,氧化物,n,井,p,井,p,磊晶層,p,矽基板,74,LI氧化物 圖 18.24摻雜氧化物之CVD 氮化矽之CVD,ILD,氧化物之研磨,圖 18.25,ILD-1,氧化物之沈積,氧化物之,CMP,ILD-1,氧化物之蝕刻,LI,氧化物,n,井,p,井,p,磊晶層,p,矽基板,75,ILD氧化物之研磨 圖 18.25ILD-1氧化物之沈積氧化,用於雙鑲嵌銅冶金化之,CMP,圖 18.26,銅之沈積,鉭之沈積,銅鉭氮化物氧化物之,CMP,鉭,氮化物,銅,76,用於雙鑲嵌銅冶金化之CMP 圖 18.26銅之沈積鉭之沈積,传统CMP与大马士革CMP比较,77,传统CMP与大马士革CMP比较7,习题,AL/Si接触存在哪两个问题？请简述他们形成的原因以及解决的办法？,IC互连金属化引入铜的优点以及对铜的挑战有哪些？,Cu的双大马士革工艺流程,什么叫做polycide和Salicide结构及工艺？他们的优点是什么？如何实现？,78,习题AL/Si接触存在哪两个问题？请简述他们形成的原因以及解,