金属化与平坦化课件

1第八章金属化与平坦化1第八章2

集成电路的各个组件制作完成后，需要按照设计要求将这些组件进行相应的连接以形成一个完整的电路系统，并提供与外电路相连接的接点，完成此项任务的就是金属布线。

金属化就是在组件制作完成的器件表面淀积金属薄膜，金属线在IC中传导信号，介质层则保证信号不受临近金属线的影响。金属化2集成电路的各个组件制作完3金属化工艺的作用3金属化工艺的作用4金属铝互连4金属铝互连5金属铝互连5金属铝互连6金属铝互连6金属铝互连7金属铝互连系统中的失效与改进7金属铝互连系统中的失效与改进8899101011金属铜互连11金属铜互连12金属铜互连12金属铜互连13金属铜互连13金属铜互连14铜大马士革14铜大马士革151516最早用于集成电路制造的金属就是铝，室温下，铝的电阻率比铜、金、银的电阻率稍高，但是由于铜和银比较容易腐蚀，在硅和二氧化硅中的扩散率太高，这些都不利于它们用于集成电路的制造；另外，金和银的成本比铝高，而且与二氧化硅的粘附性不好，所以，也不常用。铝则能很容易的淀积在wafer上，而且刻蚀时分辨率较高，所以，铝作为首选金属用于金属化。

对于多层电极系统，由于铜具有更低的电阻率，已在逐步取代铝成为主要的互连金属材料。铝互连&铜互连16最早用于集成电路制造的金属就17金属填充塞多层金属布线使得金属化系统中出现很多通孔，为了保证两层金属间形成电通路，这些通孔需要用金属塞来填充。用于制作栓塞的材料有很多种，但实用性较高，且已被集成电路制造广泛应用的是钨塞和铝塞。17金属填充塞多层金属布线使得金属化181819化学机械平坦化

平坦化就是将wafer表面起伏不平的介电层加以平坦的工艺。经过平坦化处理的介电层，没有高低落差，在制作金属线时很容易进行，而且光刻出的连线图形比较精确。19化学机械平坦化平坦化就是将wafer表面起伏20传统的平坦化技术20传统的平坦化技术21反刻法是先淀积一层牺牲层来填充wafer表面的空洞和凹槽，然后再用干法刻蚀技术刻蚀掉牺牲层，通过比低处图形快的刻蚀速率刻蚀掉高处图形达到平坦化的效果。刻蚀直到待刻材料达到最后的厚度，而且牺牲层材料仍然填充着wafer表面的凹槽。反刻工艺有多种，由图形、金属层次等决定。但反刻只能实现局部表面的平坦，不能实现整个表面的平坦化。反刻平坦化21反刻法是先淀积一层牺牲层来填充wafer表面22反刻平坦化22反刻平坦化23玻璃回流平坦化玻璃回流是在高温下对掺杂氧化硅加热，使其流动，从而达到局部平坦化的效果。但这种方法不能满足深亚微米集成电路中的多层金属布线技术的要求。23玻璃回流平坦化玻璃回流是在高温下对掺杂氧化硅加热24旋涂膜层平坦化旋涂膜层是在wafer表面旋涂不同液体材料以获得平坦化的一种技术，主要用于0.35μm及以上尺寸的器件平坦化与缝隙填充。这种方法的平坦化效果与溶液的成分、分子重量等因素都有关。旋涂的材料可以是光刻胶、掺杂二氧化硅或各种树脂。旋涂后通过烘烤蒸发掉溶剂，留下氧化硅填充低处的间隙，为了进一步填充表面的缝隙，可采用CVD法再淀积一层氧化硅。24旋涂膜层平坦化旋涂膜层是在wafer表面旋涂不同25旋涂膜层平坦化25旋涂膜层平坦化26化学机械平坦化（CMP）CMP是利用wafer和抛光头之间的运动来平坦化的，通过比去除低处图形快的速度去除高处图形来获得平坦的表面。抛光头与wafer之间有磨料，利用加压使得磨料与wafer表面相互作用达到平坦化的效果。CMP的抛光精度比较高，是目前使用最广泛的平坦化技术。

传统的平坦化方法都只是局部化的平坦，如果是整个平面的介电层平坦则通常采用化学机械抛光法来完成。2