在積體電路片上澱積金屬薄膜，並通過光刻技術形成布線，把互相隔離的元件按一定要求互連成所需電路的工藝。
基本介紹
- 中文名：金屬互連工藝
- 定位：積體電路片上澱積金屬薄膜
- 性質：互連成所需電路的工藝
- 分類：工業
在積體電路片上澱積金屬薄膜，並通過光刻技術形成布線，把互相隔離的元件按一定要求互連成所需電路的工藝。
對用於積體電路互連的金屬材料的要求是：電阻率低，能與元件的電極形成良好的低歐姆接觸；與二氧化矽層的粘附性要好；便於澱積和光刻加工形成布線等。
鋁是最常用的積體電路互連金屬材料，能滿足上述要求。鋁的電阻率為2.8×10歐·厘米，僅略高於銀、銅等少數金屬的電阻率。鋁能與N和 P的鍺和矽同時形成良好的歐姆接觸，對二氧化矽的粘附性良好。鋁便於蒸發澱積形成薄膜和光刻腐蝕加工形成布線。因此，長期以來鋁一直是積體電路中廣泛使用的金屬互連材料，但有如下一些缺點：①鋁和矽的接觸電阻偏大，矽表面很難避免有一層厚約10～20埃的自然氧化層，受這一層二氧化矽的影響，鋁-矽的接觸電阻易於偏大。通過400～500
的熱處理可以有效地減小鋁-矽接觸電阻，但當接觸孔尺寸很小時，接觸電阻偏大仍是一個問題。②鋁和矽間產生固-固擴散,在上述400～500
的熱處理過程中，與鋁接觸的矽原子溶入鋁並沿鋁布線擴散。在冷卻過程中，進入鋁中的矽原子又可能在接觸孔處再結晶形成摻鋁的P型矽，造成對淺PN結的破壞,使電路失效。③鋁存在電遷徙現象，當通過鋁布線的電流密度超過10安/厘米時,電流會引起鋁原子質量遷移。由於鋁的電遷徙明顯，要求1微米厚的鋁布線每1微米寬度的電流強度不大於 1毫安。這對線寬的縮小是一個限制。④鋁不能承受高溫處理，鋁和矽接觸的最低共熔點為 577
。布線之後，矽片的加工溫度受到限制。高於該溫度的擴散或熱氧化工序不能在布線之後進行，這對自對準技術是個限制。⑤鋁-矽肖特基勢壘高度不穩定,在雙極型高速電路工藝中,布線金屬往往又是金屬-半導體接觸二極體（如肖特基勢壘二極體）的接觸金屬。鋁可以與N-Si形成肖特基勢壘二極體,但鋁-矽肖特基器件有接觸不均勻、串聯電阻大和熱處理後勢壘高度變化等缺點。
因為鋁的上述缺點，以及由於控制肖特基勢壘二極體勢壘高度和適應MOS電晶體閾值電壓的需要,可採用合金或多元金屬系統來代替單一的鋁布線金屬，其中比較常見的有:①在鋁中摻入1%～2%的矽,可以防止熱處理時矽向鋁中的溶入，以避免對淺結的破壞。摻矽鋁的澱積比較困難，但對防止淺結受到破壞的效果較好。②在鋁中摻入2%～4%的銅，可使電遷徙效應減低一個數量級,布線的電流容量增加10倍。③難熔金屬矽化物-阻擋金屬-鋁的多元結構,用鉑或鈀等難熔金屬的矽化物和矽接觸，可形成良好的歐姆接觸和穩定的肖特基勢壘。但是，這些金屬矽化物在高溫下容易和鋁作用，使接觸性能發生變化。為此，在這種矽化物和鋁之間澱積一層耐熔金屬如鎢和鈦等作為阻擋金屬，以阻止或延緩鋁和難熔金屬矽化物之間的反應。這種多元結構在低功耗肖特基電路中已廣泛套用。④多晶矽和難熔金屬矽化物－多晶矽結構。在 MOS電路中常用摻雜的多晶矽作為柵極材料併兼作一層布線材料。其優點是多晶矽可以經受高溫工藝，並可在表面生長氧化層,又可得到適當的MOS電晶體的閾值電壓，但多晶矽的薄層電阻約為20～50歐。當電路集成度增大時，較大的串聯電阻會造成較大的串聯電壓降和RC延遲時間而影響電路速度。為此,又提出矽-難熔金屬化合物替代技術，其法是在多晶矽上面再生成一層難熔金屬矽化物。這種多層結構的布線的電阻比多晶矽低1～2個數量級，又能保持多晶矽的優點。
積體電路的金屬互連技術，隨著集成度的提高，也從簡單向複雜、從單層向多層發展。大規模積體電路中，兩層和兩層以上的金屬布線已得到廣泛套用。
在金屬互連技術中，金屬澱積是關鍵技術，採用的工藝有蒸發、濺射和化學澱積等。真空蒸發工藝使用廣泛；濺射工藝可形成附著力強的金屬膜，對耐熔金屬和合金的澱積特別適宜；化學汽相澱積工藝在澱積耐熔金屬和金屬矽化物等方面也開始得到套用。
