半导体 第十三讲 金属化与平坦化.ppt

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1、1一、欧姆接触二、金属布线三、金属膜的制备四、平坦化五、铜金属化金属化与平坦化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。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。3欧姆接触加工成型的金属互连线与半导体之间由于功函数的差异会形成一个势垒区。若只

2、是简单的将金属和半导体连接在一起，接触区就会出现整流效应，这种附加的单向导电性，使得晶体管或集成电路不能正常工作。要使接触区不存在整流效应，就是要形成欧姆接触，良好的欧姆接触应满足以下的条件：电压与电流之间具有线性的对称关系；接触电阻尽可能低，不产生明显的附加阻抗；有一定的机械强度，能承受冲击、震动等外力的作用。41.欧姆接触的形成条件金属铝与轻掺杂浓度（）的N型硅接触时，形成整流接触；当提高N型硅的掺杂浓度（）后，接触区的整流特性严重退化，电压-电流的正反向特性趋于一致，即由整流接触转化为欧姆接触。势垒越窄，遂穿效应越明显，而势垒的宽度取决于半导体的掺杂浓度，掺杂浓

3、度越高，势垒越窄。因此，只要控制好半导体的掺杂浓度，就可以得到良好的欧姆接触。562.欧姆接触的制备需要制备欧姆接触的地方并非都是重掺杂区，因次，必须对要制作接触区的半导体进行重掺杂，以实现欧姆接触。常用的方法有扩散法和合金法。合金法又叫烧结法，这种方法不仅可以形成欧姆接触，而且也可制备PN结。合金时，将金属放在wafer上，装进模具，压紧后，在真空中加热到熔点以上，合金溶解与wafer凝固而结合在一起，形成欧姆接触，合金完成。整个过程分为升温、恒温、降温三个阶段。7温度是合金质量好坏的关键。合金的方法很多，可在扩散炉或烧结炉中通惰性气体或抽真空；也可在真空中进行。8

4、金属布线金属层包括互连、接触以及栓塞等。互连是由铝、多晶硅或铜等材料制成使不同器件之间的电信号可相互传输的金属连线；接触是芯片内的器件与第一层金属在wafer表面的连接；通孔是穿过介质层在某两层金属层之间形成导电通路的开口；栓塞是通孔中填入的使金属层间电气导通的部分。随着IC尺寸的减小，对金属布线的要求也越来越高：电阻率要低、稳定性要高；可被精细的刻蚀，具有抗环境侵蚀的能力；易于淀积成膜，粘附性要好，台阶覆盖能力强；互连线应具有很强的抗电迁移能力，可焊性好。91.多层金属布线（1）多层金属布线结构为了提高电路速度、集成度、缩短互连线，大规模集成电路的金属层都是多层金属

5、布线层。为了防止金属层之间的短路，在层间淀积了介电层起到隔离作用。10（2）多层电极在一般的IC制造中通常采用铝作为电极，但对于高频大功率器件、微波器件等会由于采用铝电极而导致器件失效。要找到一种能完全代替铝的金属材料非常困难，金的导电性很好但与二氧化硅之间的粘附性却很差，而且在高温下会与硅形成金-硅合金；钼、铂等金属虽然熔点很高，但又难以键合。因而只有采用多层金属电极。利用几种金属各自的优点，取长补短，制作出符合要求的电极。11多层金属电极大致可分为两类：用于微波晶体管、超高频低噪声管等器件的铝基系统和用于高频大功率管的金基系统。按器件经受的环境和使用的条件不同，采

6、用不同的多层金属结构。但按照作用，大体可分为四层（由硅片表面向外依次为）：欧姆接触层、粘附层、阻挡层以及导电层。欧姆接触层的作用是与半导体层形成良好的欧姆接触，性能稳定，不与硅或电路中相邻的其它材料形成高阻化合物，厚度约几十纳米，目前最常用的是硅化钛。12粘附层起到将接触层与二氧化硅和上面的金属层粘和起来的作用，以便在二氧化硅上形成可靠的引线键合点。生产上经常将粘附层与接触层或阻挡层结合在一起。阻挡层一方面是为了防止导电层材料渗透至器件表面与硅形成合金，另一方面又要阻挡导电层与下层金属形成高阻化合物。因而，作为阻挡层的金属与硅的合金温度要足够高，而且不会与相邻的金属形

7、成高阻化合物。常用的是高熔点金属钨、钼、镍等。13导电层的电阻率要低，稳定性好，还要利于压焊引线，常用的是铝、铜等材料。142.器件互连（1）对用于器件互连的金属材料有以下一些要求：电导率：为了保证器件电性能的完整性，金属材料必须具有高的电导率，能够传导高的电流密度；粘附性：材料须与下层衬底之间有良好的粘附性，容易与外电路实现电连接。与半导体及器件中的其它金属之间连接时接触电阻低；淀积：易于淀积，且经过低温处理后具有均匀的结构；15图形：在金属层反刻时，与下层介质间的刻蚀分辨率高，易于平坦化；可靠性：为了在处理和应用过程中经受得住温度的循环变化，金属