金属化工艺(gōngyì)概述目标引言层间介质（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(tōngcháng)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）。铜金属化以提高性能为目的，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(dīwēn)处理后具有均匀的结构和组分刻印图形/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。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。硅和硅片制造业中所选择(xuǎnzé)的金属(at20°C)在硅片制造业中各种金属(jīnshǔ)和金属(jīnshǔ)合金可组成下列种类金属铝欧姆(ōumǔ)接触IC互连金属化引入铜的优点(yōudiǎn)与0.25-m器件比较(bǐjiào)互连延迟的变化铝和铜之间特性(tèxìng)和工艺的比较对铜的挑战(tiǎozhàn)阻挡层金属在半导体工业中被广泛应用。为了连接(liánjiē)铝互连金属和硅源漏之间的钨填充薄膜接触，阻挡层金属阻止了硅和钨互相进入接触点，也阻止了钨和硅的扩散以及任何结尖刺。可接受的阻挡层金属的基本特征：铜在硅和二氧化硅中都有很高的扩散率，这种高扩散率将破坏器件的性能。传统(chuántǒng)的阻挡层金属对铜来说阻挡作用不够，铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来，这层封闭薄膜的作用是加固附着并有效地阻止扩散。对铜来说对这个特殊的阻挡层金属要求：钽作为铜的阻挡层金属：对于铜互连冶金术来说，钽、氮化钽和钽化硅（TaSiN）都是阻挡层金属的待选材料，阻挡层厚度必须很薄（约75埃），以致(yǐzhì)它不影响具有高深宽比填充薄膜的电阻率而又能扮演一个阻挡层的角色。硅化物硅化物的一些(yīxiē)特性自对准(duìzhǔn)硅化物与自对准硅化物有关的芯片(xīnpiàn)性能问题自对准金属(jīnshǔ)硅化物的形成金属(jīnshǔ)填充塞多层金属(jīnshǔ)的钨填充塞IC中的金属(jīnshǔ)塞金属淀积系统(xìtǒng)物理气相淀积(PVD)蒸发简单(jiǎndān)的蒸发装置溅射：简单平行金属板直流二极管溅射(jiànshè)系统基本(jīběn)溅射步骤溅射(jiànshè)中的物理学溅射过程中从靶的表面(biǎomiàn)撞出金属原子除了被溅射的原子被轰击外，还有其它核素淀积在衬底上（见下图）。这些核素给衬底加热（使温度(wēndù)达到350℃），引起薄膜淀积不均匀。在铝的淀积过程中，高温也可能产生不需要的铝氧化，这反而妨碍了溅射过程。另外如果这些核素（杂质原子）掺杂进正在衬底上生长的薄膜，这将引起薄膜的质量问题。以上介绍的溅射系统是一个简单的直流二极管系统，它不能用于溅射介质，因为电极被介质覆盖，辉光放电不能够维持。同样也不能用于溅射刻蚀。下面介绍三类溅射系统：RF(射频)磁控IMP(离子化的金属等离子体)不同(bùtónꞬ)核素淀积在衬底上磁控溅射准直(zhǔnzhí)溅射准直(zhǔnzhí)溅射离子化的金属(jīnshǔ)等离子体PVD的概念金属(jīnshǔ)CVD：具有(jùyǒu)Ti/TiN阻挡层金属的垫膜钨CVDPVD多腔集成(jíchénꞬ)设备铜电镀(diàndù)系统铜电镀(diàndù)铜电镀(diàndù)工具双大马士革(dàmǎshìꞬé)法的铜金属化表双大马士革(dàmǎshìꞬé)法的铜金属化金属化质量(zhìliàng)测量小结连接金属时常使用阻挡层金属，不同的阻挡层金属是否具有合适的特性取决于应用。硅化物是难熔金属和硅形成的合金，用于减小接触电阻和附着。自对准硅化物是一种特殊的硅化物，它被用于对准源、漏和栅结构。应用最广泛的系统是溅射。溅射的物理特性是轰击靶，以轰击出原子(yuánzǐ)，并在硅片表面淀积这些原子(yuánzǐ)形成薄膜。三类最普通的溅射类型是RF、磁控和粒子化金属等离子体。感谢您的观看(guānkàn)。内容(nèiróng)总结