集成電路互連技術(shù)

1、集成電路的互連技術(shù)2015 年 8月 目目 錄錄1、集成電路互連簡介、集成電路互連簡介2、早期和目前應(yīng)用最為廣泛的互連技術(shù)、早期和目前應(yīng)用最為廣泛的互連技術(shù)3、下一代互連材料與互連技術(shù)、下一代互連材料與互連技術(shù)1、集成電路互連簡介、集成電路互連簡介1.1 什么是集成電路互連技術(shù)什么是集成電路互連技術(shù)所謂的集成電路互連技術(shù)，就是將同一芯片內(nèi)各個(gè)獨(dú)立的元器件通過一定的方式，連接成具有一定功能的電路模塊的技術(shù)。p1.2 集成電路對互連金屬材料的要求集成電路對互連金屬材料的要求p具有較小的電阻率p易于沉積和刻蝕p具有良好的抗電遷移特性p1.3 電遷移現(xiàn)象：電遷移現(xiàn)象： 電遷移現(xiàn)象是集成電路制造中需要努

2、力解決的一個(gè)問題。特別是當(dāng)集成度增加，互連線條變窄時(shí)，這個(gè)問題更為突出。 2、早期和目前應(yīng)用最為廣泛的、早期和目前應(yīng)用最為廣泛的 互連技術(shù)互連技術(shù)2.1 早期互連技術(shù)早期互連技術(shù)-鋁互連鋁互連鋁互連的優(yōu)點(diǎn)： 鋁在室溫下的電阻率很低，與硅和磷硅玻璃的附著性很好，易于沉積與刻蝕。由于上述優(yōu)點(diǎn)，鋁成為集成電路中最早使用的互連金屬材料。2.2 鋁互連的不足（一）：鋁互連的不足（一）：Al/Si接觸中的尖楔現(xiàn)象接觸中的尖楔現(xiàn)象AlSiAl/Si接觸中的接觸中的尖楔現(xiàn)象尖楔現(xiàn)象2.3 Al/Si接觸的改進(jìn)接觸的改進(jìn)lAl-Si合金金屬化引線在鋁中加入硅飽和溶解度所需要的足量硅，形成Al-Si 合金，避免硅

3、向鋁中擴(kuò)散，從而杜絕尖楔現(xiàn)象。l鋁-摻雜多晶硅雙層金屬化結(jié)構(gòu)摻雜多晶硅主要起隔離作用。l鋁-阻擋層結(jié)構(gòu)在鋁與硅之間淀積一薄層金屬，阻止鋁與硅之間的作用，從而限制Al尖楔問題。一般將這層金屬稱為阻擋層。l采用新的互連金屬材料解決Al/Si接觸問題最有效的方法。2.4 鋁互連的不足（二）：電遷移現(xiàn)象鋁互連的不足（二）：電遷移現(xiàn)象 電遷移現(xiàn)象的本質(zhì)是導(dǎo)體原子與通過該導(dǎo)體電子流之間存在相互作用，當(dāng)一個(gè)鋁金屬粒子被激發(fā)處于晶體點(diǎn)陣電位分布的谷頂?shù)臅r(shí)候，它將受到兩個(gè)方向相反的作用力：（1）靜電作用力，（2）“電子風(fēng)”作用力，金屬為良導(dǎo)體時(shí)，靜電作用力將減小，金屬為良導(dǎo)體時(shí)，靜電作用力將減小，電子風(fēng)作用力將

4、起主要作用。電子風(fēng)作用力將起主要作用。2.5 改進(jìn)電遷移的方法改進(jìn)電遷移的方法 “竹狀“結(jié)構(gòu)的選擇“竹狀竹狀“結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)常規(guī)結(jié)構(gòu)常規(guī)結(jié)構(gòu)2.5 目前應(yīng)用最廣泛的互連技術(shù)目前應(yīng)用最廣泛的互連技術(shù)-銅互連銅互連IBM 6層Cu互連表面結(jié)構(gòu)圖l2.6 以以Cu作為互連材料的工藝流程作為互連材料的工藝流程淀積刻蝕停止層淀積刻蝕停止層淀積介質(zhì)材料淀積介質(zhì)材料光刻引線溝槽圖形光刻引線溝槽圖形刻蝕引線溝槽刻蝕引線溝槽去掉光刻膠去掉光刻膠光刻通孔圖形光刻通孔圖形刻蝕通孔刻蝕通孔去掉光刻膠去掉光刻膠去掉刻蝕停止層去掉刻蝕停止層濺射勢壘和籽晶層濺射勢壘和籽晶層金屬填充通孔金屬填充通孔CMP金屬層金屬層2.7 Cu互

5、連存在的問題互連存在的問題a 尺寸太大尺寸太大b 導(dǎo)電能力不符合發(fā)展需求導(dǎo)電能力不符合發(fā)展需求3、下一代互連材料與互連技術(shù)、下一代互連材料與互連技術(shù)3.1 下一代互聯(lián)材料與互連技術(shù)：碳納米管互連下一代互聯(lián)材料與互連技術(shù)：碳納米管互連p碳納米管于1991年發(fā)現(xiàn)以來, 就一直是納米科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。p由于其超高電流密度承載能力的特性（碳納米管上可以通過高達(dá)1010A/cm2的電流 ），引起了集成電路器件制造領(lǐng)域?qū)＜业年P(guān)注。p 碳納米管互連的研究目前主要都集中在Via上。3.2 碳納米管的結(jié)構(gòu)碳納米管的結(jié)構(gòu)碳納米管是由單層或多層石墨片按一定形式卷曲形成的中空的無縫圓柱結(jié)構(gòu)，是一種石墨晶體。碳納米管

6、的每層都是一個(gè)C原子通過sp2雜化與旁邊另外3個(gè)C原子結(jié)合在一起形成六邊形平面組成的圓柱。 3.3 碳納米管的導(dǎo)電機(jī)制碳納米管的導(dǎo)電機(jī)制碳納米管的電子平均自由程約為1.6m（室溫下金屬Cu的電子平均自由程約為45nm ），如果碳納米管長度小于這個(gè)值，那么電子在碳納米管中傳輸就可能為彈道輸運(yùn)，此時(shí)碳納米管的電阻跟管的長度無關(guān) 。3.4 目前目前CNT的發(fā)展現(xiàn)狀的發(fā)展現(xiàn)狀p日本： 1000根CNTs的Via互連技術(shù)；p美國：定向生長CNT，填充SiO2并進(jìn)行拋光實(shí)現(xiàn)了 CNTs的互連；p德國：20-60nm單根多壁CNT互連；p法國：單根40nm多壁CNT互連；p國內(nèi)：研究集中在CNT互連模擬領(lǐng)域， CNT互連研究處于起步階段。3.5 CNT應(yīng)用