1、12345678接觸接觸Early structures were simple Al/Si contacts.早期結構是簡單的早期結構是簡單的AL/SiAL/Si接觸接觸9金屬層和硅襯底形成什么接觸？金屬層和硅襯底形成什么接觸？10 金屬層和硅襯底的接觸，既可以形成金屬層和硅襯底的接觸，既可以形成整流接觸，整流接觸，也可以形成也可以形成歐姆接觸，歐姆接觸，主要取決于半導體的摻雜主要取決于半導體的摻雜濃度及金半接觸的勢壘高度濃度及金半接觸的勢壘高度Heavily doped N+ SimetalOhmic ContactN- Si metalSchottkyContact11Al/N-Si勢壘

2、高度勢壘高度 0.7eV需高摻雜歐姆接觸需高摻雜歐姆接觸 半導體表面的半導體表面的晶體缺陷晶體缺陷和高復合中心和高復合中心雜質雜質在半導體表面耗盡區中在半導體表面耗盡區中起復合中心作用起復合中心作用q低勢壘歐姆接觸低勢壘歐姆接觸 一般一般金屬和金屬和P型半導體型半導體 的接觸勢壘較低的接觸勢壘較低Al/p-SiAl/p-Si勢壘高度勢壘高度 0.40.4eVeV1213141516ILD-4ILD-5ILD-6Top NitrideBonding pad Metal-5 (Aluminum)Metal-4Via-4Metal-4 is preceded by other vias, inter

3、layer dielectric, and metal layers.Metal-3鋁互連鋁互連1718Gate阻擋層金屬歐姆接觸鋁、鎢、銅等SourceDrainOxide在在300300o oC C以上，硅就以一定比例熔于鋁中，在此溫以上，硅就以一定比例熔于鋁中，在此溫度，恒溫足夠時間，就可在度，恒溫足夠時間，就可在Al-SiAl-Si界面形成一層很界面形成一層很薄的薄的Al-SiAl-Si合金。合金。AlAl通過通過Al-SiAl-Si合金和接觸孔下的合金和接觸孔下的重摻雜半導體接觸，形成歐姆接觸重摻雜半導體接觸，形成歐姆接觸Al-SiAl-Si系統一般合金溫度為系統一般合金溫度為450

4、450o o500 500 19金屬和硅接觸的問題金屬和硅接觸的問題- - 尖峰現象尖峰現象spiking problemsspiking problems硅不均勻溶解到硅不均勻溶解到Al中，并向中，并向Al中擴散，硅片中留下中擴散，硅片中留下空洞空洞 ,Al填充到孔洞填充到孔洞,引起短路引起短路2021小丘短接的兩條金屬線金屬線中的空洞22鋁銅合金鋁銅合金2324 25 26阻擋層金屬阻擋層金屬銅銅27 28銅銅鉭鉭 銅銅在硅和二氧化硅中都在硅和二氧化硅中都有很高的擴散率有很高的擴散率，這種高擴，這種高擴散率將破壞器件的性能。散率將破壞器件的性能。傳統的阻擋層金屬對銅來說阻擋傳統的阻擋層金屬

5、對銅來說阻擋作用不夠，銅需要作用不夠，銅需要由一層薄膜阻擋層完全封閉起來，這層由一層薄膜阻擋層完全封閉起來，這層封閉薄膜的作用是封閉薄膜的作用是加固附著加固附著并有效地并有效地阻止擴散。阻止擴散。2930鈦多晶硅化物鈦硅化物多晶硅柵摻雜硅Figure 12.10 3132333435362. 鈦淀積Silicon substrate1. 有源硅區場氧化層側墻氧化層多晶硅有源硅區3. 快速熱退火處理鈦硅反應區4. 去除鈦TiSi2 形成Self-aligned silicide (“salicide”) process自對準硅化物工藝自對準硅化物工藝 SalicideSalicide3738早期

6、金屬化技術1. 厚氧化層淀積2. 氧化層平坦化3. 穿過氧化層刻蝕接觸孔4. 阻擋層金屬淀積5. 鎢淀積6. 鎢平坦化1. 穿過氧化層刻蝕接觸孔2. 鋁淀積3. 鋁刻蝕在接觸孔 (通孔)中的鎢塞氧化硅(介質)鋁接觸孔氧化硅(介質)現代金屬化技術39SiO2404142Ti2 準直鈦淀積覆 蓋通孔底部間隙填充介質鋁通孔PECVD SiO21. 層間介質通孔刻蝕CVD TiN 等角淀積TiN4. CVD 鎢淀積鎢通孔薄膜5. 鎢平坦化鎢填充薄膜Figure 12.23 鈦鈦充當了將鎢充當了將鎢限制在通孔中限制在通孔中的的粘合劑粘合劑；氮氮化鈦化鈦充當鎢的充當鎢的擴散阻擋層擴散阻擋層4344SiO2

7、Table 12.5.1 45Si3N4Table 12.5.2 46SiNTable 12.5.3 47SiO2Table 12.5.4 48PhotoresistTable 12.5.5 49Table 12.5.6 50阻擋層金屬Table 12.5.7 51銅種子層Table 12.5.8 52銅層Table 12.5.9 53Copper54ILDILDM1CuSiNCu通孔通孔和和金屬層金屬層的銅填充的銅填充同時進行同時進行，節省了工節省了工藝步驟藝步驟并并消除了消除了通孔和金屬線之間的通孔和金屬線之間的界面界面5556平坦化形式 描述 平滑化 階梯高度的轉角為圓滑的且側壁是傾斜式

8、的，但其高度則未能明顯降低。 部分平坦化 平滑化加上局部的階梯高度降低。 局部平坦化 在較小間隙(1 到 10m) 或在晶粒間局部區域的完全填充，跨于晶圓上相對與平面的整體階梯高度并未明顯降低。 全面平坦化 完成局部平坦化加上跨于全晶圓的整體階梯高度也有明顯的降低，此又稱為均一性。 57e)e)全面平坦化全面平坦化 a)a)未平坦化未平坦化 b)b)平滑化平滑化 c)c)部分平坦化部分平坦化 d)d)局部平坦化局部平坦化585960圖（圖（a a）剛沉積在有高低起伏的晶片表面剛沉積在有高低起伏的晶片表面的介電層截面的介電層截面（b b）經部分平坦化后的介電層外觀；經部分平坦化后的介電層外觀；（

9、c c）具備局部平坦度的介電層具備局部平坦度的介電層（d d）具備全面性平坦度的介電層具備全面性平坦度的介電層 制程啟始于晶片制程啟始于晶片已完成第一層金已完成第一層金屬層的蝕刻；屬層的蝕刻； 以以PECVDPECVD法沉法沉積第一層積第一層SiOSiO2 2 進行進行SOGSOG的涂的涂布與固化。布與固化。 在有回蝕的在有回蝕的SOGSOG制程中，上完制程中，上完SOGSOG的晶片，將進行電漿干蝕的晶片，將進行電漿干蝕刻，以去除部分的刻，以去除部分的SOG SOG 然后再沉積第二層然后再沉積第二層PECVD SiOPECVD SiO2 2，而完成而完成整個制作流程整個制作流程 至于至于“無加

10、蝕無加蝕”的的SOGSOG制程，則在制程，則在晶片上完晶片上完SOGSOG之后，直接進行第二之后，直接進行第二層層PECVD SiOPECVD SiO2 2的沉積的沉積。 6465多孔的表面圖 18.15 66(Photo courtesy of Speedfam-IPEC) 照片 18.2 67研磨研磨用用磨料磨料磨料噴嘴旋轉中的轉盤拋光墊磨頭連桿磨頭背膜硅片圖 18.17 68(Photo courtesy of Speedfam-IPEC) 照片 18.3 6970圖 18.23 1Planarization by chemical mechanical polishingSTI oxi

11、de after polishLiner oxidep+ Silicon substratep- Epitaxial layern-wellp-wellNitride strip3Oxide CVD2CMP之研磨氧化物之CVD 研磨後STI氧化物氮化物剝除 襯氧化物 p 磊晶層 p 矽基板 n井 p井71圖 18.24 n-wellp-wellOxide CMP 3LI oxidep+ Silicon substratep- Epitaxial layer2Doped oxide CVD1Nitride CVD摻雜氧化物之CVD 氮化矽之CVD氧化物之CMPLI氧化物 n井 p井 p 磊晶層 p 矽基板72圖 18.25 Oxide CMPILD-1 oxide etchp+ Silicon substratep- Epitaxial layern-wellp-well23LI oxideILD-1 oxide deposition1ILD-1ILD-1氧化物之沈積氧化物之CM