层间介质(ID)是绝缘材料,它分离了金属 之间的电连接。ⅡD一旦被淀积,便被光刻成 图形、刻蚀以便为各金属层之间形成通路。用 金属(通常是钨W)填充通孔,形成通孔填充 薄膜。在一个芯片上有许多通孔,据估计, 个300mm2单层芯片上的通孔数达到一千亿个 。在一层LD中制造通孔的工艺,在芯片上的 每一层都被重复。 金属化正处在一个过渡时期,随着铜冶金术的 介入正经历着快速变化以取代铝合金。这种变 化源于刻蚀铜很困难,为了克服这个问题,铜 冶金术应用双大马士革法处理,以形成通孔和 铜互连。这种金属化过程与传统金属化过程相 反(见下图)。 半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda • 层间介质（ILD）是绝缘材料，它分离了金属 之间的电连接。ILD一旦被淀积，便被光刻成 图形、刻蚀以便为各金属层之间形成通路。用 金属（通常是钨 W）填充通孔，形成通孔填充 薄膜。在一个芯片上有许多通孔，据估计，一 个300mm2单层芯片上的通孔数达到一千亿个 。在一层ILD中制造通孔的工艺，在芯片上的 每一层都被重复。 • 金属化正处在一个过渡时期，随着铜冶金术的 介入正经历着快速变化以取代铝合金。这种变 化源于刻蚀铜很困难，为了克服这个问题，铜 冶金术应用双大马士革法处理，以形成通孔和 铜互连。这种金属化过程与传统金属化过程相 反（见下图）
传统和大马士革金属化比较 传统互连流程 双大马士革流程 覆盖ⅡD层和CMP 覆盖ⅡD层和CMP 氮化硅刻蚀终止层 (光刻和刻蚀) 氧化硅通孔2刻蚀 第二层ID淀积和穿过 两层氧化硅刻蚀 钨淀积+CMP 了图 铜填充 金属2淀积+刻蚀 铜CMP 半导体制造技术 Figure 12.2 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 传统和大马士革金属化比较 传统互连流程 氧化硅通孔2刻蚀 钨淀积 + CMP 金属2淀积 + 刻蚀 覆盖 ILD 层和 CMP 双大马士革流程 覆盖 ILD 层和 CMP 氮化硅刻蚀终止层 (光刻和刻蚀) 第二层 ILD 淀积和穿过 两层氧化硅刻蚀 铜填充 铜CMP Figure 12.2
铜金属化 7(cu) PASSIVATION 3 PASSIVATION 2 PASSIVATION 1 METAL 6(Cu) lETAL 5(CU)AA METAL 4(Cu) 可凵 METAL 2(Cu) METAL 1(w) 半导体制造技术 Photo 12.1 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 铜金属化 Photo 12.1
金属类型 以提高性能为目的,用于芯片互连的金属和金属 合金的类型正在发展,对一种成功的金属材料的 要求是: 1.导电率:要求髙导电率,能够传道高电流密度 2.黏附性:能够黏附下层衬底,容易与外电路实现电连接 3.淀积:易于淀积经相对低温处理后具有均匀的结构和组分 4.刻印图形伻平坦化:提供高分辨率的光刻图形 5.可靠性:经受温度循环变化,相对柔软且有好的延展性 6.抗腐蚀性:很好的抗腐蚀性,层与层以及下层器件区有最 小的化学反应。 7.应力:很好的抗机械应力特性,以便减少硅片的扭曲和材 料的失效。 半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 以提高性能为目的，用于芯片互连的金属和金属 合金的类型正在发展，对一种成功的金属材料的 要求是： 1. 导电率: 要求高导电率，能够传道高电流密度。 2. 黏附性：能够黏附下层衬底，容易与外电路实现电连接 3. 淀积：易于淀积经相对低温处理后具有均匀的结构和组分 4. 刻印图形/平坦化：提供高分辨率的光刻图形 5. 可靠性：经受温度循环变化，相对柔软且有好的延展性 6. 抗腐蚀性：很好的抗腐蚀性，层与层以及下层器件区有最 小的化学反应。 7. 应力：很好的抗机械应力特性，以便减少硅片的扭曲和材 料的失效。 金属类型
硅和硅片制造业中所选择的金属(at20°C) 材料 熔点(C) 电阻率 (uQ2-cm) 硅(Si) 1412 ≈10 掺杂的多晶硅 1412 ≈500-525 铝(A) 660 265 铜(Cu) 1083 1678 钨(W) 3417 钛(T 1670 钽(Ta) 2996 16 钼(Mo) 2620 铂(Pt) 1772 半导体制造技术 Table 12.1 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda
半导体制造技术 电信学院微电子教研室 by Michael Quirk and Julian Serda 硅和硅片制造业中所选择的金属 (at 20°C) 材料 熔点(C) 电阻率 (-cm) 硅 (Si) 1412 109 掺杂的多晶硅 1412 500 – 525 铝 (Al) 660 2.65 铜 (Cu) 1083 1.678 钨 (W) 3417 8 钛 (Ti) 1670 60 钽 (Ta) 2996 13 – 16 钼(Mo) 2620 5 铂 (Pt) 1772 10 Table 12.1