集成电路制造技术——原理与工艺（第3版）课件 第11章 工艺集成.pptx

集成电路制造技术集成电路制造技术JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU ——原理与工艺第十一章 工艺集成金属化与多层互连金属化与多层互连JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU 金属化与多层互连金属及金属性材料在芯片上的应用被称为金属化，形成的整个金属及金属性材料结构称金属化系统。金属化材料可分为三类：1互连材料指将同一芯片内的各个独立的元器件连接成为具有一定功能的电路模块；23接触材料是指直接与半导体材料接触的材料以及提供与外部相连的连接点；MOSFET栅电极材料是作为MOSFET器件的一个组成部分，对器件的性能起着重要作用。集成电路对互连布线有以下要求： 金属化与多层互连布线技术2布线材料有低的电阻率和良好的稳定性；布线材料可被精细刻蚀，并具有抗环境侵蚀的能力；布线应具有强的抗电迁移能力；布线材料易于淀积成膜，粘附性要好，台阶覆盖要好，并有良好的可焊性。 金属化与多层互连铝的应用优点导电性好；与p+-Si 、 n+-Si(5*1019)或Poly-Si能形成欧姆接触；光刻性好；黏附性好；易淀积，刻蚀；铝表面有致密稳定的氧化铝。缺点抗电迁移性差；有尖楔现象；台阶覆盖性较差；耐腐蚀、稳定性较差。工艺EB蒸镀，磁控溅射，退火来提高粘附性和减小与Si的接触电阻。 金属化与多层互连空洞组织1. 电迁移现象小丘组织在大电流密度作用下金属化引线的质量输运现象。质量输运沿电子流方向，结果在一方形成空洞，另一方形成小丘。中值失效时间MTF指50%互连线失效的时间 ： 金属化与多层互连电迁移效应解决方法（一）(1)“竹状”结构Al膜结构的影响和“竹状”结构的选择“竹状”结构的Al引线，可使MTF值提高二个数量级(2)常规结构不同铝引线薄膜截面结构 金属化与多层互连电迁移效应解决方法（续）三层夹心结构：在两层铝薄膜之间增加一个约500?的过渡金属层(如Ti，Hf，Cr或Ta等)采用适当工艺淀积Al膜 EB蒸镀的Al的晶粒的优选晶向为（111），比溅射Al薄膜MTF大2-3倍。；Al-Cu(Al-Si-Cu)合金；加入1-2％ Si和4％Cu，这些杂质在铝的晶粒间界分凝，可降低铝原子在晶粒间界的扩散系数，使MTF值提高一个量级。由Al/Si接触的物理现象引起：Si在Al中的溶解度较高、扩散系数较大； 金属化与多层互连尖楔现象T＝500℃，t＝30min，A＝44μm2，w=5μ m，d＝1μ m．z=0.3μm 。克服这种影响的主要方法： 金属化与多层互连 硅在铝中具有一定的固溶度，若芯片局部形成“热点”，硅会溶解进入铝层中，致使硅片表面产生蚀坑，进而出现尖楔现象，造成浅结穿通。2. 稳定性 选择与半导体接触稳定的金属类材料作为阻挡层在金属铝中加入少量半导体硅元素，使其含量达到或接近固溶度 金属化与多层互连 尖楔现象的解决方法（续）铝-阻挡层结构：Al/阻挡层/CoSi2漏电流/(μA)Al-阻挡层结构作用时间/hAl/TiN/CoSi2多层欧姆接触(b) Al/CoSi2和Al/TiN/CoSi2结构p-n结漏电流的对比一、 概述一级标题二级标题2.2离子注入相关理论基础1. 核碰撞三级标题四级标题四级标题字体：正文中文：思源黑体 CN Medium思源黑体 CN Normal 英文： Times New RomanCambria Math 基础字号：28 备注：封面为了效果更突出，用了思源宋体，如果不需要可以直接更换为思源黑体即可色调：请老师确认模板中使用的元素是否符合需求可用使用集成电路制造技术集成电路制造技术JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU ——原理与工艺第十一章 工艺集成隔离工艺隔离工艺JI CHENG DIAN LU ZHI ZAO JI SHU 集成电路中的隔离IC是将多个元件如晶体管、电阻、电容等，集成在一个芯片上，各个元件间必须进行电隔离。电隔离工艺是由多个单项工艺组的工艺模块。当前常用的隔离工艺有四种：绝缘介质隔离PN结隔离沟槽隔离场区隔离 集成电路中的隔离pn结隔离特点、用途用途：双极型集成电路多采用pn结隔离，各元件作在隔离岛上，由隔离墙形成的pn结隔离；一些其它低密度的、低成本的IC。工艺成熟，方法简单，成品率高，实现了平面隔离。1pn结有反向漏电现象，反向漏电受温度、辐射等外部环境影响大，密度低，有寄生电容。32 集成电路中的隔离pn结隔离SiO2P+-Si隔离岛N-SiN+-Si隔离墙P-Si MOS电路无pn结隔离，集成度高，但会形成寄生场效应晶体管； 集成电路中的隔离场区隔离“场”氧是栅氧的7-10倍厚寄生的厚氧MOSFETP-SiMOSFET 及相邻的寄生场效应晶体管示意图防止方法之一就是提高寄生管的开启电压。工艺措施：增加场