超大规模集成电路技术基础82修改过

1、8.5.2 化学气相淀积化学气相淀积 ： cvd比比pvd能形成一致性更好的台阶覆盖层，能形成一致性更好的台阶覆盖层， 且适用于大批量淀积。且适用于大批量淀积。1. cvd钨（电阻率钨（电阻率 5.3 ，熔点，熔点 3382 ：金属层及：金属层及）（1）硅衬底）硅衬底 首先，采用首先，采用成核层：成核层： （硅还原反应）（硅还原反应） 然后，再用然后，再用加厚层：加厚层： （硅烷还原反应）（硅烷还原反应）黄君凯 教授/cmoco300550642323cwfsiwsif o300550644223236cwfsihwsifh （2）非硅衬底）非硅衬底 首先，利用首先，利用生成具有高淀积率和小生

2、成具有高淀积率和小w 晶粒尺寸的成晶粒尺寸的成核层；然后，采用具有极佳台阶覆盖性的核层；然后，采用具有极佳台阶覆盖性的加厚层：加厚层： （氢还原反应）（氢还原反应）2. cvd tin（pvd 或或cvd: 金属扩散金属扩散和和） cvd比比pvd具有更好台阶覆盖：具有更好台阶覆盖： ： 高温下高温下tin 成膜质量更好。成膜质量更好。黄君凯 教授侵蚀氧化层并使侵蚀氧化层并使w表面粗糙表面粗糙o7004222428cticlnhtinhcl大于o40070043268624cticlnhtinhcln o3005506236cwfhwhf 8.5.3 铝的金属化（铝熔点铝的金属化（铝熔点660

3、 ，电阻率，电阻率2.7 ）1. 结的尖锲现象结的尖锲现象（1）al-si相图相图：al-si 组合使系统组合使系统 熔点降至低于任一组分，其熔融温熔点降至低于任一组分，其熔融温 度最小值为共熔温度度最小值为共熔温度577 。n al 在在si 中的中的（大图）：（大图）： 550 时约时约1%n si 在在al 中的中的（小图）：（小图）： 400 时时25%，500 时时80%。 al 不能熔于不能熔于si，但，但si 则完全能则完全能 熔于熔于al。黄君凯 教授图图8-24 ： al在在si中的固熔度中的固熔度（大图）（大图） 和和si在在al中的固熔度（小图）中的固熔度（小图）oc/c

4、mococococ固熔度很大固熔度很大铝熔点铝熔点al-si共共熔温度熔温度硅熔点硅熔点固熔度可忽略固熔度可忽略o1412(2) 尖锲现象尖锲现象 设设s为退火温度下为退火温度下si 在在al 中固中固 熔度，若右图中体积为熔度，若右图中体积为 的的si，在时间，在时间t 内以内以d 扩散而熔解扩散而熔解 在在al中，范围为中，范围为 ， 则则al 和和si 的密度的密度 和和 有：有： 这里这里 和和 分别为分别为 和和 中的中的al 及及si 原子数，原子数， 为为 al-si 接触孔面积。接触孔面积。 解出：解出： （8-1） 由于由于si 被消耗，被消耗，al 填入填入si 中的深度为

5、中的深度为b; 实际的实际的a很小很小, 故故b远大于上式，远大于上式，si 中形成中形成al 的尖锲引起结短路。的尖锲引起结短路。黄君凯 教授图图8-25 si 在在al 中扩散中扩散sivblzalsi(/)11(/)22alalalalsisisisisialnvnvblzbanvnvssdthzdthz2alsihzbdtsa2alvdthzsinalnalzsivalv（3）预防方法）预防方法n al-si 合金金属化引线（共蒸发）：合金金属化引线（共蒸发）： 在纯在纯al 中加入中加入si，使合金中含硅量满足固熔度要求。但会造成，使合金中含硅量满足固熔度要求。但会造成硅在多晶硅在多

6、晶al 分凝而形成硅单晶分凝而形成硅单晶“结瘤结瘤”。n al/si 之间增添金属阻挡层（之间增添金属阻挡层（tin、tiw ）黄君凯 教授图图8-26 铝尖锲铝尖锲图图8-27 al/si 之之间的阻挡层间的阻挡层2. 电迁移电迁移（1）物理机制）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。致引线开路（断裂）和短路。（2）mtf 电流电流j 通过后，通过后，50%互连引线失效的平均时间为：互连引线失效的平均时间为： （8-2） 式中式中c为为，a为为，n取值取值2至至3，ea为为。多

7、晶。多晶al 中中 ，单晶，单晶al 中中 。 大晶粒可提高大晶粒可提高mtf; 采用采用al-si (12%)-cu (4%)可降低可降低al 原子的迁移，提高原子的迁移，提高mtf。黄君凯 教授exp(/)namtfcajekt0.5aeev1.4aeev黄君凯 教授图图8-29 电迁移结果电迁移结果图图8-28 电迁移现象电迁移现象8.5.4 铜的金属化铜的金属化 （电阻率（电阻率1.7 ）1. 镶嵌技术（双嵌工艺）镶嵌技术（双嵌工艺）黄君凯 教授图图8-30 双嵌工艺制备双嵌工艺制备cu 引线引线金属阻挡层金属阻挡层/cm2. 化学机械抛光化学机械抛光cmp（1）平坦化工艺）平坦化工艺 部分平坦化部分平坦化 局部平坦化局部平坦化 全面平坦化全面平坦化黄君凯 教授图图8-31 平坦化工艺平坦化工艺（2）化学机械抛光机）化学机械抛光机黄君凯 教授图图8-33 晶片固定与抛光垫晶片固定与抛光垫图图8-32 cmp机机8.5.5 硅化物硅化物1. 性质和应用性质和应用结论结论: 适用于制备适用于制备mosfet的栅电极，或是直接淀积在栅氧化层上，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或是与掺杂多晶硅形成淀积在栅氧化层。