导电薄膜

Ch11 MetallizationIntroduction to Semiconductor Processing1Passivation 2Silicon NitridePassivation 1Al•Cu AlloyAl•CuUSGCMP USGMetal 4IMD 3IMD 3USGTi/TiNTiN ARCMetal 3Al•Cu AlloyCMP USG, WTiIMD 2USGWTi/TiNM2Al•CuCMP USG, WIMD 1WUSGWTiSi2CMP PSG, WM1Al•Cu AlloySidewall PMDWBPSGSpacer, USG CMP USGSTIn+n+USGp+p+PMD Barrier P-WellNitride N-WellP-EpiP-Wafer21Metal structureLines (Trench) vs. Through hole (via)Metal: ÆPros: better conductivityCons:1.2.3.Diffusion barrier:3導電薄膜󰂄多晶矽: 󰂄金屬矽化物:󰂄鋁合金:󰂄鈦金屬:󰂄氮化鈦:󰂄鎢金屬:󰂄銅金屬:󰂄鉭金屬42Silicon and Silicide多晶矽•_______________󰂄閘極及局部連線•_______________•_______________矽化物󰂄電阻率較多晶矽為低󰂄TiSi2, WSi2, 及CoSi2最常被使用5鋁󰂄最常使用之金屬󰂄導電度最佳的前四種金屬󰂄銀1.6 µΩ⋅cm󰂄銅1.7 µΩ⋅cm󰂄Gold silver2.2 µΩ⋅cm󰂄鋁2.65 µΩ⋅cm󰂄在1970中葉以前已被作為閘極使用63接面尖凸(Junction Spike)AlSiOAlp+2Alp+N型矽電遷移效應󰂄鋁為一多晶物質; 許多單晶晶粒; 電流流經鋁線; 電子持續地轟擊晶粒; 較小之晶粒開始移動; 此效應稱做電遷移效應󰂄Al-Cu (0.5%) 較普遍7電子束蒸鍍器晶圓鋁材鋁蒸氣電子束10-6托耳至幫浦電源供應器84DC 或RF 二極濺鍍-V鈀材Ar電漿晶圓吸盤金屬薄膜晶圓9磁控濺鍍系統磁鐵鈀材高電漿密度磁力線腐蝕環溝105Endura®PVD 系統PVD 鈀材PVD反應室CVD反應室11薄片電阻LtwI施加電流I並測量電壓V,電阻: R = V/I = ρL/(wt)對一正方形薄片, L = w, 所以R = ρ/t = RRss單位: 每平方歐姆(Ω/󰂈)126鈦之應用TiN(ARC) (_____)Al-CuTi (______)TiN/TiW(________)PSGTi (______)TiSin+213接觸窗金屬化製程的演變Al·Si·CuAl·Si·CuVoidAl·CuSiO2SiO2WSiO2SiSiSi大開口的接觸窗小開口的接觸窗小開口的接觸窗PVD 金屬可填入PVD 金屬填入CVD鎢填入產生空洞147鎢CVD (Plug)󰂄WF6為鎢的先驅物󰂄和SiH4反應形成成核層󰂄和H2反應作為巨量鎢的沈積󰂄需要一TiN層以附著在氧化物上15W 栓塞及TiN/Ti 阻擋層/附著層鎢TiN/Ti氧化矽168金屬CVD 例如,2 WF6 + 3 Si -> 2 W (s) + 3 SiF4WF6 + 3 H2 -> W (s) + 6 HF製程氣體RF 功率製程反應室晶圓加熱平台至幫浦17銅󰂄低電阻(1.7 µΩ⋅cm), 󰂄低功率損耗及較快之IC速率󰂄高電遷移阻力󰂄較佳的可靠度󰂄對二氧化矽的附著力較差󰂄高擴散速率，重度金屬污染󰂄非常難進行乾式蝕刻󰂄銅-鹵素化合物揮發性低189銅之沈積󰂄PVD 種晶層󰂄ECP 或CVD 巨量沈積層󰂄在巨量銅沈積後進行加熱退火󰂄增加晶粒尺寸󰂄改進導電度19Step1: 蝕刻溝槽與空洞FSGSiNFSGFSGCuCu2010Step 2: PVD沈積Ta阻擋層與銅種晶層CuTaFSGSiNFSGFSGCuCu21Step 3: 電化學鍍銅CuTaFSGSiNFSGFSGCuCu2211Step 4: 銅與鉭CMP製程, CVD 氮化矽SiNTaFSGCuSiNFSGCuCu2312