工艺技术_微电子工艺技术培训课程

微电子工艺技术微电子工艺技术 第八讲第八讲 单项工艺单项工艺 金属膜制备金属膜制备- -蒸发、溅射、蒸发、溅射、CVDCVD和电镀和电镀 钱钱 鹤鹤 清华大学微纳电子系清华大学微纳电子系 布线层数和总长度：布线层数和总长度：1010层布线，最层布线，最 细线宽在细线宽在45nm45nm左右，而布线总长度左右，而布线总长度 可达到可达到5 5公里量级；公里量级； CMOS器件旁的器件旁的 Plug 除了金属引线本身的电阻以外，金属与半导体接触界除了金属引线本身的电阻以外，金属与半导体接触界 面引入的接触电阻往往对器件特性起重要的作用，通常采面引入的接触电阻往往对器件特性起重要的作用，通常采 用硅化物（用硅化物（SilicideSilicide）作为接触材料）作为接触材料 Specific Contact Resistance M S/C Area A Contact Resistance rC Specific Contact Resistance RC D N C R BC R A C R C r exp exp Specific Contact Resistance Thermionic Emission Theory for W 5 nm Tunneling Theory for W 1000 TaSi2 38-50 2200 8.8-10.7 - 1000 WSi2 30-70 2165 6.3, 7.9 - 1000 PtSi 28-35 1398 - - 750 CoSi2 10-18 1326 10.1 - 950 TiN 40-150 2950 - 450-500 450 硅化物的形成温度也是一个重要的硅化物的形成温度也是一个重要的 考量因素考量因素 最常用的三种硅化物的性能对比最常用的三种硅化物的性能对比 蒸发蒸发 Evaporation: Simple, straight forward, system Clean if e-gun and good vacuum Cant handle alloys Mediocre step coverage unless planetary drive is used Measurement of thickness of deposited film requires special equipment (thickness monitor) Sputtering Principle + + Anode (-) Target Substrate E (B) Ion Sputter Ionization DC or RF Fields Vacuum p, T Neutral Atom Deposition Cathode (+) Diffusion Ejected Ion Sputtering Principle DC Bias, Ion Sputtering RF Sputtering System Pressure Range: 0.1 -1 Pa Sputtering Modes: RF, DC. Magnetron Applications: Metals, Metal Alloys, Semiconductors, Insulators DC Plasma Generation DC Glow Discharge e Ion Sputter deposition of conductors RF sputtering system principle RF Plasma Discharge Average Potential Reverses bias before a repulsive surface charge build up on the insulator to be sputtered No alloy problem ! Good adhesion of film ! Metals (DC, RF) as well as insulators (RF) Precise thickness control via sputtering current x time measurement Expensive systems requiring RF power supply KW of RF, can be picked up by long interconnects on IC chip, damaging transistors. Radiation damage (UV) Lots of variables, gas pressure, RF power, plasma potential etc etc. Pro and Con of Sputtering Vacuum pumps In the high pressure regime, vacuum pumps work by dilution pV = RT. If the volume is expanded, the pressure falls. Rotary pumps, Root pumps etc A Roots pump with a pumping speed of 5500 Liters/minute Vacuum Pumps Balzers, 1992 Leybold M2000, 1999 “Clean, Lean Vacuum Machine” Turbos The innards of a turbo pump A bit like a jet engine in reverse ! 电镀工艺原理示意图电镀工艺原理示意图 电镀工艺在电镀工艺在CuCu线工艺中的应用线工艺中的应用 CVDCVD、PVDPVD和电镀填充性能的比较和电镀填充性能的比较 电镀工艺的填充效果电镀工艺的填充效果 典型的金属化应用场合总结典型的金属化应用场合总结 小结小结: : 金属与半导体的接触：金属与半导体的接触： 肖特基接触肖特基接触 欧姆接触欧姆接触 - - 或低势垒，或高复合，或高掺杂或低势垒，或高复合，或高掺杂 - - 利用硅化物已成为通行的做法利用硅化物已成为通行的做法 CuCu布线已成为布线已成为当当今今ICIC互连的主流：互连的主流： 具具有优越的抗电迁移性能和更低的电阻率有优越的抗电迁移性能和更低的电阻率 因刻蚀困难采用大马士革（镶嵌）工艺因刻蚀困难采用大马士革（镶嵌）工艺 几种金属膜的制备方法：蒸发、溅射、几种金属膜的制备方法：蒸发、溅射、CVDCVD和电镀和电镀 孔和深槽填充性能成为一个重要的问题孔和深槽填充性能成为一个重要的问题 课后请阅读教材第课后请阅读教材第9 9章的章的9.3.59.3.5- -9.3.109.3.10节节, , 9.49.4节节, , 9.59.5节节, , 以及第以及第1111章章(