半導(dǎo)體工藝(第10章)-平坦化

學(xué)習(xí)情景7

平坦化學(xué)習(xí)子情景1金屬化與平坦化布線概念：微電子器件有源區(qū)形成后，各個有源區(qū)通過金屬膜線在芯片表面經(jīng)過適當?shù)倪B接來實現(xiàn)器件的功能；這種通過對金屬薄膜的微細加工，實現(xiàn)各個相互隔離的器件的連接工藝稱為布線；金屬化：金屬膜線通過蒸發(fā)或濺射的方式形成，然后通過光刻、刻蝕，把金屬膜的連線刻蝕出來，這是構(gòu)成器件功能的關(guān)鍵；要求：滿足電學(xué)性能，形成歐姆接觸；平坦化把晶片表面起伏的電介質(zhì)層加以平坦的一種工藝技術(shù)；經(jīng)過平坦化處理的介電層，無懸殊的高低落差，在制作第二層金屬內(nèi)連線時，很容易進行；歐姆接觸金屬與半導(dǎo)體間的電壓與電流關(guān)系具有線性關(guān)系，接觸電阻小，不產(chǎn)生明顯的附加阻抗；布線技術(shù)對布線互連線的要求布線材料有低的電阻率和良好的穩(wěn)定性；布線材料可以被精細刻蝕，并具有抗環(huán)境侵蝕的能力；布線材料易于淀積成膜，粘附性要好，臺階覆蓋要好；布線材料具有很強的抗電遷移能力，并有良好的可焊性；金屬電遷移當電流流過布線金屬時，導(dǎo)電電子與金屬離子發(fā)生碰撞并產(chǎn)生動量交換，金屬離子將沿電子流的方向運動，形成金屬的遷移運動，這種運動現(xiàn)象稱為電遷移；后果：導(dǎo)致金屬在靠近正極一端堆積，形成小丘或晶須，而靠近負極一端則產(chǎn)生空洞。金屬的堆積會引起布線金屬間的短路、空洞則會引起布線金屬開路；金屬化要求：臺階覆蓋（蒸發(fā)源射向晶片表面的金屬會在臺階的陰面和陽面產(chǎn)生很大的沉積速率差，要求晶片陽面或陰面所得到的薄膜厚度要一致，利用多源蒸發(fā)和旋轉(zhuǎn)晶片）致密性（稀疏的金屬膜容易吸收水汽和雜質(zhì)離子，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可降低淀積速率）粘附性（金屬膜與晶片表面應(yīng)有良好粘附）穩(wěn)定性（金屬與半導(dǎo)體間的任何反應(yīng)，都會造成對器件性能的影響）合金工藝金屬膜經(jīng)過圖形加工后，形成了互連線。但是還必須對金屬互連線進行熱處理，使金屬牢固地附著于晶片表面，并且與半導(dǎo)體形成良好的歐姆接觸。這一熱處理稱為合金工藝；熱處理使金屬與半導(dǎo)體界面形成一層合金層或化合物層，并通過這一層與表面重摻雜的半導(dǎo)體形成良好的歐姆接觸；合金過程：

以硅-鋁合金為例將鋁放置在硅片上；當合金溫度大于577℃時，一部分鋁熔化到硅中，一部分硅熔化到鋁中，形成鋁硅合金；當冷凝以后，就形成了一層再結(jié)晶層，這就得到了良好的歐姆接觸；平坦化原因：多層布線隨著金屬層表面而產(chǎn)生高低不平的介電層沉積，因為沉積層不平坦，將使得接下來的第二層金屬層的光刻工藝在曝光聚焦上有困難；集成電路的多層布線勢在必行，于是平坦化也就成了新出現(xiàn)的一種工藝技術(shù)；旋涂玻璃法（SOG）化學(xué)機械拋光（CMP）SOG是目前普遍采用的一種局部平坦化技術(shù)，其原理類似于光刻膠旋涂，即把一種溶于溶劑的介電材料以旋涂的方式涂布在晶片上；經(jīng)涂布的介電材料可以隨著溶劑而在晶片表面流動，因此很容易填入晶片表面的凹槽內(nèi)。經(jīng)過適當熱處理，去除這些用來溶解介電材料的溶劑以后，即完成平坦化；CMP是目前能提供超大規(guī)模集成電路制造過程中全面平坦化的一種新技術(shù)；對介電層的拋光的目的是去除光刻膠，并使整個晶片表面均勻平坦，被去除的厚度約為0.5~1μm；拋光成分構(gòu)成拋光晶片拋光墊拋光料拋光固定裝置使用CMP主要難處在于不容易保證整個晶片拋光的均勻性要達到均勻性，必須滿足以