集成電路中基礎器件工藝綜述

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,集成電路中基礎器件工藝綜述,1. BIPOLOR,（,雙極型）,IC,工藝簡介,(1),平面三極管工藝,* 制造工藝,摻雜窗口形成：摻雜掩膜的形成,+,光刻工藝,摻 雜 工 藝： 擴散或離子注入,引 線 工 藝： 接觸孔形成,+,淀積金屬膜,+,光刻金屬引線,+,金,/,半合金,表 面 鈍 化： 淀積鈍化膜,+,光刻鍵合孔,硅平面三極

2、管截面圖,緒 論,（,2,）雙極型,IC,工藝,* 與三極管工藝的區(qū)別,各元件間電學性能隔離,埋層工藝,減小集電極串聯(lián)電阻,a,雙極型三極管截面圖,b,雙極型,IC,截面圖,PN,結 隔 離 及 埋 層 的 功 能,(3),雙極型,IC,制造工藝流程,2. MOS IC,工藝簡介,(1),Si,柵,MOS FET,工藝原理圖,(2) CMOS,工藝原理圖,（,3,）,NMOS,工藝流程,3. IC,發(fā)展史,器 件,年 份,世界上第一個晶體管,1947,年,世界上第一個,Ge,單晶,晶體管,1952,年,世界上第一個,Sl,單晶,晶體管,1954,年,世界上第一個,IC,器件,1958,年,世界

3、上第一個,IC,產(chǎn)品,1961,年,基本工藝,清洗工藝,氧化工藝,擴散工藝,光刻工藝,蒸發(fā)及鍍膜工藝,腐蝕工藝,清洗工藝,吸附在物體表面的雜質一般可分為：,分子型 離子型 原子型,利用各種化學試劑和有機溶劑與吸附在被清洗物體表面上的雜質和油污發(fā)生化學反應和溶解作用,一，去除分子型雜質,H2SO4 : H2O2 = 1:1,配比，,燒煮硅片表面的油脂，使其脫附,二，去除離子型 原子型雜質,1.,配制,號液,NH4OH : H2O2 : H2O = 1 : 1 : 6,(,體積比,),在電爐上煮沸幾分鐘，倒掉殘液，用去離子水,沖洗幾遍,2.,配制,號液,HCl,: H2O2 : H2O = 1 :

4、 1 : 6,(,體積比,),在電爐上煮沸,10,分鐘左右，倒掉殘液，用去離,子水沖洗,30,次以上。,氧化工藝,一,概述,1,二氧化硅膜是硅平面工藝的基礎,（,1,）,SiO,2,在高溫下，阻擋,、,族雜質擴散的能力很強,利于局部摻雜。,（,2,）,Si,上熱生長,SiO,2,工藝簡便。,（,3,）,SiO,2,化學性能穩(wěn)定，一般不與酸，堿發(fā)生化學反應,（,HF,除外）,利于化學清洗。,（,4,）,SiO,2,能被,HF,腐蝕,利于圖形化。,SiO,2,膜的制備方式簡介,（,1,）熱氧化 （,2,）,CVD,（,3,）,陽極氧化 （,4,）射頻濺射,二, SiO,2,膜在電路中的功能,1.,

5、雜質選擇擴散的掩膜,2.,器件表面的保護和鈍化膜,3.,集成電路的隔離介質和絕緣介質,4. MOS,電容的介質材料,5. MOS FET,的絕緣柵材料,三,熱氧化原理,1.,干氧氧化的氧化膜生長機理,Si + O,2,= SiO,2,2.,水汽氧化的氧化膜生長機理,Si + 2H,2,O = SiO,2,+ 2H,2,Si, O,反應速率,O,2,在,SiO,2,中的擴散速率,生長速率,機理分析：,（,1,）,H,2,O,擴散穿越,SiO,2,在,Si-SiO,2,界面與,Si,反應，生成,SiO,2,。,Si + 2H,2,O = SiO,2,+ 2H,2,（,2,）,H,2,O,與表面,S

6、iO,2,反應，生成硅烷醇，硅烷醇擴散穿越,SiO,2,與,Si,反應。,H,2,O +,Si-O-Si,Si-OH + HO-Si,H,2,+ 2(-O-Si,),2(,Si-OH),（,使二氧化硅網(wǎng)絡疏松）,熱氧化系統(tǒng),熱氧化方式,-,常 規(guī) 熱 氧 化,（通常采用,:,干氧,+,濕氧,+,干氧）,氧 化 方 式,氧 化 速 率,氧 化 膜 質 量,水 汽,很 快,疏松,含水量大,與光刻膠粘附差,表,面有蝕坑，掩蔽雜質擴散力,鈍化效,果都差,.,干 氧,很 慢,致密,干燥,均勻性,重復性好,掩蔽雜,質擴散力強,鈍化效果好,.,濕 氧,快,致密性略差于干氧氧化膜,表面有,Si-,OH,與光刻

7、膠粘附不好,表面有蝕坑,掩蔽雜質擴散力及鈍化效果能滿足一,般器件的要求,.,熱氧化,SiO,2,層的物理性能：,四,氧化膜質量評價,膜厚測量,1.,光干涉法：,2.,橢圓偏振法：,偏振光以一定的角度入射到樣品上，在表面和界面產(chǎn)生折、反,射，其振幅與偏振角都發(fā)生變化。跟據(jù)偏振情況的改變，可獲,得膜厚及膜的折射率。,3.,MOS C-V,法：,當, = 0,o,時,= 0,o,2n,1,d,cos,= N,氧化膜缺陷的檢測,1.,針孔,2.,氧化層錯的檢測,Sirtle,液腐蝕, TEM,成像, X,射線貌相法,摻雜工藝,一， 概述,1.,摻雜,將所需雜質按濃度和分布的需要，摻入到半導體中，改變,

8、半導體電學性能，以達到制備半導體器件的目的。,2.,摻雜的意義,（,1,）改變材料導電性能,形成電阻，歐姆接觸，互連線。,（,2,）,改變半導體的導電類型,形成,pn,結,合金,氣,-,固擴散：液態(tài)源擴散,擴散,粉末源擴散,片狀源擴散,固,-,固擴散：摻雜,SiO,2,乳膠源擴散,CVD,摻雜薄膜源擴散,離子注入,3.,摻雜的方法,n-Si,P-Si,n-Si,P-Si,e,b,c,n,+,p,n,電 阻 及 三 極 管 示 意 圖,二，雜質在半導體中的擴散,擴散原理,擴散是微觀粒子（原子或分子）熱運動的統(tǒng)計果。在一定溫度 下,微觀粒子具有一定能量,能克服某種阻力進入半導體,并在其 中作緩慢遷

9、移運動。這些雜質或替代硅原子的位置,或處在晶格 的間隙中,分別稱作替位式擴散,或間隙式擴散。擴散的方向,總,是由高雜質濃度指向低雜質濃度。,替 位 式 擴 散 間 隙 式 擴 散,兩步擴散,為獲得所需雜質分布，往往要進行二步擴散,* 預淀積所需雜質總量,恒定表面濃度擴散,* 獲得所需表面濃度及擴散深度,有限源擴散,(,再分布,),.,擴散氣氛和襯底晶向的影響,（,1,）,氧化增強擴散（,OED,）,*,在氧氣氛中，,P,，,B,等雜質擴散得到增強。,*,氧化增強擴散機理,雜質可在缺陷,(,氧化堆垛層錯,),處綴飾。,氧化堆垛層錯處晶體結構不完整，原子鍵合不,全，較易產(chǎn)生空位，增強替位式擴散。,

10、（,2,）,襯底晶向對擴散系數(shù)的影響,* 在氧化氣氛中，雜質在不同晶向硅中擴散，其增強系,數(shù)不同。,* 不同晶向氧化生長速率不同。,三，擴散方法,擴散系統(tǒng),擴散方法：,氣,-,固擴散： 液相源,開管擴散,片狀源,開管擴散,粉末源,箱法或雙溫區(qū)擴散,固,-,固擴散：摻雜,SiO,2,乳膠源,開管擴散,CVD,摻雜薄膜源,開管擴散,擴散工藝過程：,擴散實例：,氣,-,固擴散：片狀源,1.,氮化硼,2.,硼微晶玻璃,(PWB),3.,磷微晶玻璃,(LWP),*,擴散系統(tǒng),* 擴散原理,BN,4BN+3O,2,2B,2,O,3,+2N,2,2B,2,O,3,+3Si,4B+3SiO,2,(1100-1

11、150,),PWB,B,2,O,3,+SiO,2,+Al,2,O,3,+(MgO+BaO),2B,2,O,3,+3Si,4B+3SiO,2,LWB,Al(PO,3,),3,+SiP,2,O,7,Al(PO,3,),3,AlPO,4,+P,2,O,5,SiP,2,O,7,SiO,2,+P,2,O,5,2P,2,O,5,+5Si,5SiO,2,+4P,（約,950,）,擴散質量分析,影響薄層電阻,Rs,的因素：,氣體流量,R,S,擴散溫度,R,S,氣體功能：保護表面 （流量過小，起不到保護作用）,雜質輸運 （流量過大產(chǎn)生渦流，影響擴散均勻性）,氣氛的影響：氧氣可阻止硼硅相的產(chǎn)生，使薄層電阻變小。,

12、源片與硅片間距：間距小使薄層電阻小。,影響結深和表面濃度的因素：,結深：擴散溫度（,T2,）,擴散時間（,t2,）,表面濃度： 擴散溫度,T1D1Ns,T,2D2, Ns,（,D,為擴散系數(shù)） 擴散時間,t1Ns,t2 Ns,擴散質量分析,表面狀況：,表面合金點（表面雜質濃度過高）,表面黑點和白霧（,wafer,表面被沾污）,pn,結特性,:,表面溝道（擴散掩膜太薄或雜質沾污）,軟擊穿（雜質沾污）,四，,擴散工藝的質量檢測,擴散工藝的污染控制,（,1,）常規(guī)沾污, 沾污種類：顆粒、薄膜、有機、金屬離子,顆粒：硅屑，石英屑，灰塵，操作者帶入的顆粒等,清洗,薄膜：光刻膠的殘留膜、天然氧化膜,有機：

13、油脂（指紋），有機溶劑殘留,1,#,或,3,#,清洗液,金屬離子：化學清洗中的再沾污，金屬工具, 預防措施：嚴格清洗，不用不潔器具與手接觸硅片。,有機,1,#,或,3,#,清洗液,SiO,2,HF,：,HNO,3,屬,1,#,清洗液,重金屬,2,#,清洗液,（,2,）高溫處理的污染控制, 系統(tǒng), 定期清洗各類工具及器皿,C-V,在線檢測，判斷系統(tǒng)的清潔度，常用,HCl,清洗爐管, 系統(tǒng)撿漏,2.,擴散工藝的質量檢測,（,1,）,常規(guī)檢測內容及手段,高溫系統(tǒng),氣體管道,采用高純材料制備,（,2,）,R,s,，,X,j,及,N(x),的測量原理,R,s,的測量原理,四探針技術,X,j,的測量原理,

14、磨角染色法, SEM,成象,-,樣品介離,-,腐蝕法顯示,pn,結邊界 （,HF:HNO,3,:CH,3,COOH=1:30:30,）,-SEM,成象,N,（,X,）,的測量原理,擴展電阻法,由于擴展電阻法可測得,10,-10,cm,3,區(qū)域的電阻率，分辨率達,1,，,比四探針測量的分辨率高，所以被廣泛用于測量淺結,的雜質濃度分布。,當探針,-,半導體接觸面為半球面（,r,o,2.510,-3,cm,）,時,:,U,O,R,SP,=U,O,/I,當探針,-,半導體接觸面為圓盤形：,測試誤差,（,1,）探針,/,半導體接觸形成整流接觸。,（,2,）接觸點小，形成強電場，可改變載流子遷移率。,（,

15、3,）焦耳熱使觸點處局部升溫，形成溫差電勢，可改變,載流子濃度及遷移率。,當測試電壓小于,1.5mv,這些因素造成的誤差可忽略，但仍需修正。,光刻,概述,* 光刻技術的重要性：,IC,制造中的重要工藝技術之一，可形成局部摻雜區(qū)域，,多晶硅柵， 金,半歐姆接觸孔，互連圖形等。,* 光刻技術：,圖象復印與刻蝕相結合的技術。,* 光刻質量的判別：,由分辨率，光刻精度（條寬及套刻精度）以及缺陷密度,來標稱。,* 影響光刻質量的因素：,光刻膠，曝光方式（曝光系統(tǒng)）及刻蝕方式等。,* 光刻工藝簡介,* 光刻工藝簡介,光刻膠的種類和感光原理,光刻膠：高分子聚合物，增感,劑，溶劑及添加劑按,一定比例配制而成,

16、。,1.,光刻膠的種類,光 刻 膠 種 類,性,能,負,膠,聚肉桂酸酯類,對環(huán)境因素不敏感，感光速率高，與硅片粘附性能好，抗蝕能力強 ，分辨率差。,聚 羥 類,正 膠,鄰,-,疊 氮 醌 類,有極高分辨率，較強的抗干法刻蝕及抗熱處理能力，與硅片粘附差，抗?jié)穹ǜg力差。,2.,光刻膠的感光原理,光 刻 膠,感 光 機 理,負,膠,聚肉桂酸酯類,在紫外光輻照下，引起聚合物分子間的交聯(lián)，轉變?yōu)椴蝗苡陲@影液的物質。,聚 羥 類,在紫外光輻照下，交聯(lián)劑,(,雙疊氮交聯(lián)劑,),放出氮氣，轉變?yōu)殡p氮烯自由基，并和聚羥類樹酯作用，在聚合物分子鏈間形成橋鍵，成為三維結構的不溶性物質。,正,膠,鄰,-,疊氮醌類,

17、在紫外光輻照下放出氮氣，分子結構重新排列，產(chǎn)生環(huán)收縮，在堿性水溶液中生成可溶性羥酸鹽。,6.2.2,光刻膠的主要性能,主 要 性 能,定 義,對光刻質量的影響,感 光 度,S,S=K/H,*,(,曝光量,),H=,光照度,曝光時間,影響光刻水平,-R,( ),d:,掩膜面與膠,/,硅,片界面的間距,:,曝光源波長,分 辨 率,R,1/R=1/W (,最小線條寬度,),能獲得圖形的最小尺寸,粘 附 性,膠,/,襯底間粘附強度,抗 蝕 性,能經(jīng)受濕,(,干,),腐蝕的最長時間,影響合格率,-,缺陷密度,針 孔 密 度,單位面積的針孔數(shù),留膜率,(d,1,/d,2,),曝光顯影后與曝光前膠膜厚度之比

18、,*,H,：,光刻膠在標準條件下，發(fā)生光化學反應所需的最小能量。,6.3,光刻工藝,光刻流程：,襯底預處理,-,勻膠,-,前烘,-,對位曝光,-,顯影,-,后烘,-,腐蝕,-,去膠,1.,襯底預處理：清潔，增粘處理,清潔處理：去除顆粒,-,化學清洗，刷片,去除有機沾污,-,化學清洗,增粘處理：高溫焙烘,(800,，,N,2,或,O,2,),使用增粘劑,(,二甲基二氯硅烷，六甲基二硅亞胺,),增粘處理的原理：,2.,勻膠,工藝要求：膠膜均勻，無缺陷，厚度適當。,均勻無缺陷膠膜的獲得,:,環(huán)境相對濕度低,凈化級別高。,膠膜厚度,(d),的確定,:,d,R d,d,針孔密度,d,膠膜厚度需相應考慮,

19、* 膠膜過厚，表面光吸收強：負膠,-,粘附性差；,正膠,-,顯影后有底膜。,3.,前烘,目的：去除膠膜中的溶劑，增強粘附性，提高膜的機械強度。,方式：烘箱,-,生產(chǎn)率高，溫度不均勻。,紅外,-,溶劑揮發(fā)充分，前烘效果好。,熱板,-,生產(chǎn)率高，溫度均勻，能自動傳送硅片。,4.,對位曝光,*,光源：光源為平行光，與襯底片垂,直，并根據(jù)光敏圖譜，選擇,曝光波長。,* 正確控制曝光量，過量曝光可導致條寬精度下降。,#,曝光量與留膜率,正膠,-HH,T,(,略大于,),負膠,-HH,0,(,略大于,),#,曝光量與線寬控制,5.,顯影,顯影工藝：顯影，漂洗，干燥。,顯影中的常見問題：,(1),負膠經(jīng)顯影

20、保留下來的膜會膨脹，使窗口變小。,選擇膨脹效應較弱的顯影液。,選擇可使光刻膠收縮的漂洗液。,選擇最佳顯影方式,(,噴顯,),。,掌握適當?shù)娘@影時間。,(2),正膠經(jīng)顯影保留下來的膠膜未經(jīng)曝光，與顯影液不浸潤，,不會膨脹， 分辨率高。,6.,后烘,去除顯影后膠膜內殘留的溶液，增加膠膜與襯底間,粘附性，使光刻膠更致密，抗蝕性更強。,7.,腐蝕,(1),濕法腐蝕,-,化學反應,-,各向同性,-,線寬,5,常用薄膜的濕法腐蝕,SiO,2, HF : NH,4,F : H,2,O,HF(49%) :,腐蝕速率大，腐蝕時間難以控制，有剝,離光刻膠的侵向。,NH,4,F :,減緩,HF,對,SiO,2,的腐

21、蝕,抑制對光刻膠的剝離。,H,2,O :,調節(jié)腐蝕液濃度。,影響腐蝕速率的因素：溶液配比，腐蝕溫度，,SiO,2,的致密性，摻雜情況，腐蝕,方式。,Si,3,N,4, H,3,PO,4,(,180),(,溫度較高，光刻膠抗蝕性下降。,),H,3,PO,4,: HF,4,B (100,110 ),(,不傷害光刻膠，但可同時腐蝕,SiO,2,),Poly-Si HF : HNO,3,: CH,3,COOH,（,腐蝕質量差）,Al H,3,PO,4,: HNO,3,: CH,3,COOH : H,2,O,BPSG HF(6%) + NH,4,F(30%): CH,3,COOH = 2 : 1,薄 膜

22、 的 濕 法 腐 蝕 工 藝,薄 膜,腐 蝕 工 藝,備 注,SiO,2,HF : NH,4,F : H,2,O (,30,),HF:,腐蝕劑,NH,4,F:,緩沖劑,BPSG,HF(6%) + NH,4,F(30%): CH,3,COOH = 2 : 1,Si,3,N,4,1# ： H,3,PO,4,(180),2# ： H,3,PO,4,: HF,4,B (100 110 ),1#,：腐蝕溫度過高，傷害光,刻膠,2#,：能腐蝕,SiO,2,Poly-Si,HF : HNO,3,: CH,3,COOH,HF,：,腐蝕劑,HNO,3,：,氧化劑,CH,3,COOH,：,緩沖劑,Al,H,3,P

23、O,4,: HNO,3,: CH,3,COOH : H,2,O (,40,),H,3,PO,4,:,腐蝕劑,HNO,3,:,腐蝕劑,CH,3,COOH:,潤濕劑,H,2,O,：,稀釋劑,濕法腐蝕之不足：,化學藥品具有毒性及腐蝕性。,各向同性腐蝕，不利于提高分辨率。, Si,3,N,4, Poly-Si,腐蝕液可溶解光刻膠，使圖形畸變。,干法腐蝕方式：,等離子腐蝕,*,-,靠活性分子或游離基團腐蝕,-,各向同性腐蝕,反應離子刻蝕,*,-,靠活性分子或離子腐蝕,-,各向異性腐蝕,離子束,-,物理腐蝕,-,各向異性腐蝕,(2),干法腐蝕,等離子腐蝕的原理：,在,10,-1,-10,-3,范圍，利用,

24、RF,電源使反應室產(chǎn)生輝光,放電，同時反應氣體被激活，產(chǎn)生活性游離基，,與被腐蝕材料反應，產(chǎn)生揮發(fā)性氣體并排出。不,同材料需采用不同氣體進行腐蝕，從而實現(xiàn)選擇,性腐蝕。腐蝕完畢用氧離子進行去膠。,反應離子刻蝕（,RIE,）,#,反應離子刻蝕的優(yōu)越性：,反應離子刻蝕同時具有化學，物理腐蝕原理，因此刻蝕,速率各向異性效應更強，有利于提高光刻的分辨率。,#,反應離子刻蝕系統(tǒng),等離子刻蝕系統(tǒng) 反應離子刻蝕系統(tǒng),8,光刻膠的剝離,(,去膠,),(1),濕法剝離技術,#,介質膜上光刻膠的剝離：,H,2,SO,4,: H,2,O,2,= 3 : 1 (120, 5),H,2,SO,4,: HNO,3,= 8

25、8 : 12 (100, 5),#,金屬膜上光刻膠的剝離：,采用有機類溶液浸泡，對金屬無腐蝕作用。,(2),干法剝離技術,# O,2,等離子去膠,+ 600 N,2,退火,#,紫外光分解，使膠分解成,CO,2, H,2,O,接觸與互連（蒸發(fā)工藝）,一，概述,1.,金屬化的意義：作為,IC,中各元件的接觸和互連,金屬,/,半導體間形成低阻歐姆接觸,2.,互連材料電阻率足夠低,互連線的臺階覆蓋性好,3.,VLSI/ULSI,金屬化：,(1),多層布線技術：單層金屬接觸與互連,金屬層間的絕緣與互連,(2),淺結（,sub-m,deep sub-m,）,接觸：,接觸界面的平整度,金屬,/,半導體間的擴

26、散阻擋層,金屬化的基本要求,二， 歐姆接觸,（一）歐姆接觸的基本原理,1,歐姆接觸：金,-,半接觸的伏,-,安特性呈線性，,并關于原點對稱。,2,描寫歐姆接觸性能的參數(shù),比接觸電阻,R,C,（,qV,b,：,M-S,接觸勢壘高度；,N,：,硅摻雜濃度）,3,實際接觸電阻,R = R,C,/S (S,為接觸面積,),（二）歐姆接觸,與整流接觸,a.,形成寬度為,的耗盡層，阻擋電子穿越,整流接觸,b.,形成寬度為,的載流子積累層,歐姆接觸,W,M,W,S,整流接觸,W,M,W,S,歐姆接觸,W,M,W,S,歐姆接觸,W,M,W,S,整流接觸,n-Si,P-Si,* 金,-,半表面態(tài)的存在，使幾乎所

27、有金屬與半導體接觸均,形成勢壘,整流接觸；當,qV,b,0.3eV,反向電流,I,f,100A/cm,2,近似認為歐姆接觸。,三， 接觸與互連材料的選擇：,（一）,選擇原則,1,良好的導電性,2,與,Si,形成低阻歐姆接觸,3,與,wafer,表面粘附良好，并不發(fā)生不良反應,4,抗電遷移能力強,5,抗龜裂,6,能經(jīng)受后續(xù)高溫工藝,（多層布線,BPSG,回流,）,7,易于淀積成膜,8,易于圖形化,9.,易于鍵合封裝,工藝可行性,降低功耗，提高信號傳輸速度,高可靠性,（二）,Al,常用接觸互連材料,1,Al,用于金屬布線的優(yōu)越性,（,1,）,= 2.65cm,（,2,）,Al-Si,（,n,+,p

28、,）,具有良好的歐姆接觸。,（,3,）易于淀積（真空蒸發(fā)，濺射），圖形化，鍵合。,2,Al,作接觸互連之不足,（,1,）,Al-Si,共熔點低（,577,）,不利于多層互連工藝。,（,2,）,Al-Si,互溶性強, Al-Si,界面不平整，不利于淺結接觸。,（,3,）,抗電遷移性能差,可靠性差。,（,4,）,Al,化學性能過于活潑,可靠性差。,4Al + 3SiO,2, 2Al,2,O,3,+ 3Si,2Al + 6HCl 2AlCl,3,+ 3H,2,2Al + 3H,2,SO,4, Al,2,(SO,4,),3,+ 3H,2,Al,2,O,3,+ 2NaOH 2NaAlO,2,+ H,2,

29、O,2Al + 2NaOH + 2H,2,O 2NaAlO,2,+ 3H,2,1.,鋁合金電極,(1),AlSi,(Si: 1,2 wt%),*,改善,M/Si,界面平整度。,* 抗電遷移性能提高。,* 提高機械強度。,（,2,）,AlCu,(Cu: 2,4 wt%),*,改善電遷移。,* 抗龜裂。,2.,金屬阻擋層,（,1,）,M/Si,界面平整。,（,2,）協(xié)調,M/Si,間的應力，提高抗龜裂性。,（三）,VLSI/ULSI,的接觸與互連,Poly-Si,（,1,）,Poly-Si/,Crys,-Si,界面平整。,（,2,）無接觸勢差，良好歐姆接觸。,（,3,）能承受高溫回流工藝。,難熔金

30、屬及其硅化物,（,1,）,M/Si,界面平整。,（,2,）能承受高溫回流工藝。,（,3,）電阻率大大低于,Poly-Si,。,四， 金屬薄膜形成的方法,（一） 電子束蒸發(fā),克服鎢絲阻熱蒸發(fā)之不足：,（,1,）,Na,沾污,（,2,）形成鋁鎢合金,（,4Al + W WAl,4,）,（,3,）,不能蒸發(fā)難熔金屬,（,4,）蒸發(fā)合金時成分難以控制,電子束蒸發(fā)：,經(jīng)高壓加速并聚焦的電子束轟擊金屬源，將能量交給金屬源，使之溫度升至汽化點，產(chǎn)生蒸發(fā)，并淀積在樣品上。,電子束蒸發(fā)的優(yōu)點：,淀積膜純度高，沾污少，可蒸發(fā)難熔金屬，合金材料的成分可控（采用多坩堝，多槍技術）,（二） 磁控濺射,濺 射：在真空中充

31、入惰性氣體,(,Ar,),，,施加一強電場，使靶子置于,陰極，在電場作用下使氣體放電，產(chǎn)生大量離子；正離子,在電場加速下轟擊靶子,當離子的動能超過靶材的結合能,時，靶表面原子脫離表面，濺射到樣品上，淀積成膜，稱,為二極濺射。,磁控濺射：在陰極上加一磁場，使磁場與電場成正交，電子受洛倫,茨力作用，在陰極表面附近作回旋運動，有更多機會撞,擊氣體分子，增加了等離子體密度，從而提高了濺射速,率。,磁控濺射的優(yōu)點：,（,1,）可濺射氣化點很高，蒸汽壓強較?。ú贿m宜蒸發(fā)）,的材料。,（,2,）,采用多靶共濺或鑲嵌靶，可濺射合金，且成分穩(wěn)定。,（,3,）,二次電子受洛倫茨力作用，不轟擊樣品，損傷小。,（,4

32、,） 在電磁場作用下，提高了氣體分子的離化率，可在,較低氣壓下濺射，使淀積膜純度提高。,五，合金化,合金的目的,通過熱處理，使,M-S,間形成低阻歐姆接觸，并增,加金屬互連線與,SiO,2,的粘附性。,合金化原理,M-S,系統(tǒng)經(jīng)合金,界面二側原子相互擴散，共熔形,成合金。,M-S,系統(tǒng)經(jīng)合金,界面二側原子相互擴散，形成有,確定組分的硅化物（,CoSi,2, TiSi,2,MoSi,2,）。,合金化,真空,N,2,（,或惰性氣體）,H,2,/N,2,形成氣,（,H,2,5%N,2,95%,）,合金化氣氛,六， 多層布線技術,（一）多層布線的一般考慮,1,多層布線的必要性,（,1,）縮短互連線長度

33、（使芯片面積縮小，提高信號傳輸速度）,（,2,）避免連線交叉,2,對絕緣介質和布線金屬的要求,（,1,）絕緣介質,* 介電強度高，介電常數(shù)小。,* 理化性能穩(wěn)定，雜質離子遷移率低。,* 熱膨脹系數(shù)與襯底匹配。,* 結構致密針孔密度低。,* 與襯底及金屬膜粘附性好。,* 便于刻蝕層間互連孔。,* 表面平整。,* 常用：,SiO,2, PSG, Al,2,O,3,Polymind,（,聚酰亞胺）,（,2,）,布線金屬,* 良好的導電性能,* 與硅能形成低阻歐姆接觸,* 與介質粘附好,* 對介質腐蝕液有良好的抗蝕性,2,影響多層布線質量的因素,（,1,）互連孔的刻蝕,為防介質腐蝕液腐蝕布線金屬，通常

34、選擇干法刻蝕。,（,2,）層間絕緣,介質膜的完整性,（針孔，龜裂可造成金屬層間漏電或短路）,（,3,）臺階復蓋,金屬層間介質層不宜過厚,采用平坦化工藝,（二） 多層布線技術簡介,(Advanced VLSI Fabrication),1.,AlCu,互連技術,2. Cu,互連技術,七，,VLSI,中的接觸與互連問題, 固定布線與選擇布線,固定布線：多層布線均安設計版圖進行。,選擇布線：在第一層布線形成單元電路后，進行單元測試，,將合格單元存入計算機，然后由計算機設計第二,層布線圖形。,難熔金屬及其硅化物在,VLSI,中的應用,（,1,）,VLSI,中線條特征尺寸小于,2,，,摻雜,Poly-Si,電阻,變得相當大，因此,RC,延遲將限制電路中信號傳,輸速度的提高。,（,2,）,難熔金屬（,W,Ti,Mo,）,及其硅化物（,WSi,2,TiSi,2,MoSi,2,）,的應用，將彌補上述缺點。,