【半导光电】芯片制造-金属化-1

来源:今日光电发布时间:2023-02-102732浏览

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有人说，20世纪是电的世纪，21世纪是光的世纪；知光解电，再小的个体都可以被赋能。欢迎来到今日光电！

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选择铝作为金属互连线，其优点主要有：

电阻率低（2.7uΩ•cm），有很好的过电流密度；
对二氧化硅有优异的黏附性；
纯度高，可被提纯到99.999%~99.9999%；
与硅的接触电阻低；
图形化工艺简单；

铝金属的主要问题

1、铝硅合金共熔问题：两种材料相互接触并进行加热时，其熔点将比各自的熔点低很多，称为“共熔现象”。铝和硅在450℃左右就开始发生共熔，而这个温度是形成良好的电接触所必需的。所形成的合金能够溶解进硅晶片内，如果其表面有浅结点，则合金区域将扩散进入这些结点，造成这些结点的短路。

解决方案：一是在硅和铝之间增加一个金属阻挡层来隔离铝和硅，以避免共熔现象的发生；二是采用含硅1%~2%的铝合金，在接触加热的处理中，铝合金更倾向于与合金内部的硅发生作用，而不是晶圆中的硅，但该方法并不是完全有效。

2、电迁移问题：铝导线比较细长，而且承载很高的电流，会发生所谓的电迁移的问题。电迁移：电流在导线内部产生一个电场，并且电场强度从输入端到输出端逐渐减弱，电流产生的热也是一个梯度，在它们的作用下，导线内部的铝就会运动并沿着两个梯度的方向扩散，最直接的影响就是使导线变细，甚至断裂。

解决方案：淀积含铜0.5%~4%的铝铜合金或钛0.1%~0.5%的铝钛合金，都可以防止或减轻电迁移问题。

阻挡层金属：

硅和铝阻挡层金属：一般使用TiN和TiW两层金属，防止硅和铝金属化共晶合金。在TiN下还会淀积一层钛，目的是和硅衬底之间提供一个高的导电率中间层。

铜金属阻挡层：TiN、Ta、TaN；

金属塞：难熔金属最广泛的用途是在多层金属结构中的通孔填充，这个工艺称为塞填充（plug filling），填充的孔称为塞。使用最广泛的是金属钨，钨依靠其良好的台阶覆盖、降低电阻、抗电迁移和耐高温而受到青睐。但由于与硅的接触电阻和黏附性的问题，在钨淀积之前，Ti（接触）首先被淀积，其次是TiN（增加黏附性）。