3.6 金属布线技术金属布线技术金属互连技术金属材料作用：金属材料作用：AlAlAlP SUB接触线接触线互连互连线线焊盘焊盘金属互连技术半导体与金属线间的接触半导体与金属线间的接触 半半导导体体与与金金属属线线接接触触：欧欧姆姆接接触触和和肖肖特特基基接接触触 理理想想欧欧姆姆接接触触：电电流流随随外外加加电电压压线线性性变变化化。为为了了将将尽尽可可能能多多的的电电流流从从器器件件传传输输给给电电路路中中的的各各种种电电容充电，接触电阻占器件电阻的比例也必须小。容充电，接触电阻占器件电阻的比例也必须小。 肖肖特特基基接接触触：接接近近理理想想的的二二极极管管，正正偏偏时时它它们们的的电阻应很低，而反偏时，电阻则为无穷大。电阻应很低，而反偏时，电阻则为无穷大。 金属互连技术 在集成电路片上淀积金属薄膜，并通在集成电路片上淀积金属薄膜，并通过光刻技术形成布线，把互相隔离的元件过光刻技术形成布线，把互相隔离的元件按一定要求互连成所需电路的工艺。按一定要求互连成所需电路的工艺。金属互连金属互连金属互连技术集成电路金属层材料的要求集成电路金属层材料的要求n电阻率低；电阻率低；n能与元件的电极形成良好的低欧姆接触；能与元件的电极形成良好的低欧姆接触；n与二氧化硅层的粘附性要好；与二氧化硅层的粘附性要好；n便于淀积和光刻加工形成布线等。便于淀积和光刻加工形成布线等。 金属互连技术3.6.1 3.6.1 常用的金属化材料常用的金属化材料n铝的电阻率低，导电性好；铝的电阻率低，导电性好；n铝能与铝能与N+和和 P+的锗和硅同时形成良好的欧姆接触；的锗和硅同时形成良好的欧姆接触；n对二氧化硅的粘附性良好；对二氧化硅的粘附性良好；n铝便于蒸发淀积形成薄膜和光刻腐蚀加工形成布线。铝便于蒸发淀积形成薄膜和光刻腐蚀加工形成布线。1.Al1.Al优点优点长期以来铝一直是集成电路中广泛使用的金属互连材料。长期以来铝一直是集成电路中广泛使用的金属互连材料。金属互连技术n铝和硅间产生固铝和硅间产生固- -固扩散固扩散 集成电路封装时集成电路封装时400400500500的温度，的温度， SiAl SiAl中，溶解度达中，溶解度达0.5-1%0.5-1%，会使，会使SiAlSiAl界面出现孔穴。界面出现孔穴。 Al Si Al Si 中，硅半导体中出现铝尖峰，使电路失效。中，硅半导体中出现铝尖峰，使电路失效。n铝不能承受高温处理铝不能承受高温处理 铝和硅接触的最低共熔点为铝和硅接触的最低共熔点为577577。布线之后，硅片的加。布线之后，硅片的加 工温度受到限制。工温度受到限制。n铝存在电迁移现象铝存在电迁移现象缺点缺点金属互连技术铝电迁移铝电迁移 在集成电路中，随着集成度的提高，要求金属引在集成电路中，随着集成度的提高，要求金属引线具有越来越小的面积。当通过线具有越来越小的面积。当通过Al布线的电流密布线的电流密度超过度超过106A/cm2时，电流的传输将引起离子位移，时，电流的传输将引起离子位移，即即Al 原子在导电电子的作用下，沿晶界边界向高原子在导电电子的作用下，沿晶界边界向高电位端位移，结果，金属化中高电位处出现金属电位端位移，结果，金属化中高电位处出现金属原子堆积，电位低处出现空洞，导致开路原子堆积，电位低处出现空洞，导致开路。金属互连技术加载之前加载之前加载加载200 ，10000A/mm2金属互连技术2.Al-Si-Cu合金合金n铝和硅间产生固铝和硅间产生固-固扩散固扩散n铝不能承受高温处理铝不能承受高温处理n铝存在电迁移现象铝存在电迁移现象Al克服铝和硅间产生固克服铝和硅间产生固-固扩散固扩散: 在在Al中掺入中掺入12的的Si, 可以防止热处理时硅向铝中的溶入可以防止热处理时硅向铝中的溶入。克服铝电迁移：克服铝电迁移：在在Al中掺入中掺入24的的Cu， Cu在晶界处在晶界处 聚集，使电迁移效应减低一个数量级。聚集，使电迁移效应减低一个数量级。金属互连技术3.6.2 多层布线n集成电路的金属互连技术，随着集成度的提高，也集成电路的金属互连技术，随着集成度的提高，也从简单向复杂、从单层向多层发展。大规模集成电路从简单向复杂、从单层向多层发展。大规模集成电路中，两层和两层以上的金属布线已得到广泛应用。中，两层和两层以上的金属布线已得到广泛应用。 金属互连技术器件制备器件制备绝缘介质层沉积绝缘介质层沉积平坦化平坦化接触孔接触孔金属化金属化最后一层最后一层生成钝化层生成钝化层结束结束YN金属互连技术平坦化平坦化化学机械抛光：化学机械抛光：是用化学和机械方法除去薄是用化学和机械方法除去薄 膜平整表面的一种制造工艺膜平整表面的一种制造工艺。 这种工艺用于这种工艺用于 减少晶片表面的起伏减少晶片表面的起伏.晶片晶片 ( Wafer )研磨垫研磨垫 ( Pad ) 晶片保持器晶片保持器 ( Carrier )研磨浆研磨浆 ( Slurry )转动轴转动轴抛光台抛光台 ( Platen )金属互连技术BPSGP 衬底衬底P-井井N-井井P 衬底衬底P-井井N-井井BPSG抛光后抛光后金属互连技术作业：作业：集成电路工艺主要分为哪几大类？集成电路工艺主要分为哪几大类？每一类中包括哪些主要工艺？每一类中包括哪些主要工艺？并简述各工艺的主要作用。并简述各工艺的主要作用。金属互连技术