超大规模集成电路技术基础8-2修改过.ppt

8.5.2 化学气相淀积,金属化工艺： CVD比PVD能形成一致性更好的台阶覆盖层， 且适用于大批量淀积。 1. CVD钨（电阻率 5.3 ，熔点 3382 ：金属层及钨插塞） （1）硅衬底 首先，采用选择性W 淀积成核层： （硅还原反应） 然后，再用覆盖式W 淀积加厚层： （硅烷还原反应）,黄君凯 教授,（2）非硅衬底 首先，利用硅烷还原反应生成具有高淀积率和小W 晶粒尺寸的成核层；然后，采用具有极佳台阶覆盖性的选择性W 淀积加厚层： （氢还原反应） 2. CVD TiN（PVD 或CVD: 金属扩散阻挡层和防反射层） CVD比PVD具有更好台阶覆盖： 注意： 高温下TiN 成膜质量更好。,黄君凯 教授,侵蚀氧化层并使W表面粗糙,8.5.3 铝的金属化（铝熔点660 ，电阻率2.7 ）,1. 结的尖锲现象 （1）Al-Si相图 Al-Si 共熔温度：Al-Si 组合使系统 熔点降至低于任一组分，其熔融温 度最小值为共熔温度577 。 Al 在Si 中的固熔度（大图）： 550 时约1% Si 在Al 中的固熔度（小图）： 400 时25%，500 时80%。 结论 Al 不能熔于Si，但Si 则完全能 熔于Al。,黄君凯 教授,图8-24 Al-Si相图： Al在Si中的固熔度（大图） 和Si在Al中的固熔度（小图）,固熔度很大,铝熔点,Al-Si共熔温度,硅熔点,固熔度可忽略,(2) 尖锲现象 设S为退火温度下Si 在Al 中固 熔度，若右图中体积为 的Si，在时间t 内以D 扩散而熔解 在Al中，范围为 ， 则Al 和Si 的密度 和 有： 这里 和 分别为 和 中的Al 及Si 原子数， 为 Al-Si 接触孔面积。 解出： （8-1） 结论 由于Si 被消耗，Al 填入Si 中的深度为b; 实际的A很小, 故b远大于上式，Si 中形成Al 的尖锲引起结短路。,黄君凯 教授,图8-25 Si 在Al 中扩散,（3）预防方法 Al-Si 合金金属化引线（共蒸发）： 在纯Al 中加入Si，使合金中含硅量满足固熔度要求。但会造成硅在多晶Al 分凝而形成硅单晶“结瘤”。 Al/Si 之间增添金属阻挡层（TiN、TiW ）,黄君凯 教授,图8-26 铝尖锲,图8-27 Al/Si 之间的阻挡层,2. 电迁移 （1）物理机制 引线原子与其中的电子流之间相互作用，结果形成空洞和积累，导 致引线开路（断裂）和短路。 （2）导线平均失效时间 MTF 电流J 通过后，50%互连引线失效的平均时间为： （8-2） 式中C为常数，A为引线截面积，n取值2至3，Ea为激活能。多晶Al 中 ，单晶Al 中 。 实验结论 大晶粒可提高MTF; 采用Al-Si (12%)-Cu (4%)可降低Al 原子的迁移，提高MTF。,黄君凯 教授,黄君凯 教授,图8-29 电迁移结果,图8-28 电迁移现象,8.5.4 铜的金属化 （电阻率1.7 ）,1. 镶嵌技术（双嵌工艺）,黄君凯 教授,图8-30 双嵌工艺制备Cu 引线,金属阻挡层,2. 化学机械抛光CMP （1）平坦化工艺 回蚀 部分平坦化 旋涂玻璃法 局部平坦化 化学机械抛光 全面平坦化,黄君凯 教授,图8-31 平坦化工艺,（2）化学机械抛光机,黄君凯 教授,图8-33 晶片固定与抛光垫,图8-32 CMP机,8.5.5 硅化物,1. 性质和应用 结论: 适用于制备MOSFET的栅电极，或是直接淀积在栅氧化层上， 或是与掺杂多晶硅形成多晶金属硅化物淀积在栅氧化层。,黄君凯