的影响。平坦化就是将wafer表面起伏不平的介电层加以平
坦的工艺。经过平坦化处理的介电层，没有高低落差，在制
作金属线时很容易进行，而且光刻出的连线图形比较精确。
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欧姆接触
加工成型的金属互连线与半导体之间由于功函数的差异
会形成一个势垒区。若只是简单的将金属和半导体连接在一 起，接触区就会出现整流效应，这种附加的单向导电性，使 得晶体管或集成电路不能正常工作。要使接触区不存在整流 效应，就是要形成欧姆接触，良好的欧姆接触应满足以下的
采用各种退火方法进行热退火，包括传统的烧结退火和 快速热退火，以便反应生产金属硅化物；
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3.栓塞
多层金属布线使得金属
化系统中出现很多通孔，为
了保证两层金属间形成电通 路，这些通孔需要用金属塞 来填充。用于制作栓塞的材 料有很多种，但实用性较高，且已被集成电路制造广泛应用
的是钨塞和铝塞。
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钨塞的制备有毯覆式金属钨淀积和选择性金属钨两种。 毯覆式金属钨淀积也叫反刻钨塞工艺，采用化学气相淀积法 生长钨薄膜后，将wafer上多余的钨刻蚀掉，是最广泛的制
方会出现空洞，金属连线变薄，极易引起断路，器件可靠性
较低。而在其它区域，由于原子的堆积会造成金属薄膜上出
现小丘，小丘短接会导致相邻的两条连线发生短路。器件工 作时，随着温度的增加，这两种缺陷会使铝的电迁移更加严 重，继而形成恶性循环 。 向铝中加入少量的铜（0.5%～4%），电迁移被有效
的抑制。但由于铜的抗腐蚀性较差，所以，金属反刻
接触区的整流特性严重退化，电压-电流的正反向特性趋于
一致，即由整流接触转化为欧姆接触。 势垒越窄，遂穿效应越明显，而势垒的宽度取决于半导 体的掺杂浓度，掺杂浓度越高，势垒越窄。因此，只要控制 好半导体的掺杂浓度，就可以得到良好的欧姆接触。
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2.欧姆接触的制备
需要制备欧姆接触的地方并非都是重掺杂区，因次，必
备技术。选择性金属钨工艺中，钨只在接触窗底部成核生
长，直至长满整个孔洞，介质层表面不会生长钨膜，所以，
不需附加粘着层，也不需进行钨反刻，工艺简单。但互连可
靠性较低，而且钨要同时填满接触窗也很困难。因此，集成 电路制造不采用此法。
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PVD法制备的铝膜台阶覆盖能力较差，接触窗或通孔 开口的水平方向有较厚的铝淀积，孔洞内壁的铝膜较薄， 易产生孔隙，影响可靠性。CVD法制备的铝膜电阻率低， 台阶覆盖能力强。因此，通常选择铝作为互连材料，钨作 为栓塞填充材料。
性仍然很高；抗侵蚀和氧化性要好。
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通常用于阻挡层的金属是钛、钨、钽等难熔金属。铜在 硅和二氧化硅中的扩散率都很高，传统的阻挡层远不能满足 阻挡铜扩散的需要，需要有一层薄膜阻挡层将铜完全包装起
来。作为铜的阻挡层金属材料需满足以下要求：阻止铜扩
散；薄膜电阻低；与介质材料和铜的粘附性都很好；台阶覆
盖性好等。钽、氮化钽和钽硅氮都是铜阻挡层的备选材料。
条件：电压与电流之间具有线性的对称关系；接触电阻尽可
能低，不产生明显的附加阻抗；有一定的机械强度，能承受
冲击、震动等外力的作用。
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1.欧姆接触的形成条件 金属铝与轻掺杂浓度（ N D 1017 / cm3）的N型硅接触时， 形成整流接触；当提高N型硅的掺杂浓度（ N D 1019 / cm3）后，
金属化与平坦化
一、欧姆接触 二、金属布线
三、金属膜的制备
四、平坦化 五、铜金属化
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集成电路的各个组件制作完成后，需要按照设计要求将 这些组件进行相应的连接以形成一个完整的电路系统，并提 供与外电路相连接的接点，完成此项任务的就是金属布线。 金属化就是在组件制作完成的器件表面淀积金属薄膜，
金属线在IC中传导信号，介质层则保证信号不受临近金属线
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填充生产金属硅化物的步骤如下： 依次用有机溶液、稀释过的氢氟酸和去离子水除去 wafer表面的杂质，再用氮气干燥wafer。 快速将清洗干燥后的wafer金属淀积腔内，有的 wafer需要采用氩离子溅射法清洁表面； 在wafer上淀积厚约20～200nm的金属薄膜，衬底
温度保持室温，也可在较高或较低的温度下进行淀积；
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金属膜的制备
金属薄膜的制备方法有蒸发、溅射、金属CVD以及电
镀等。
1.金属CVD
CVD有很强的台
阶覆盖能力，具有良 好的高深宽比接触和 无间隙式的填充，在 金属淀积方面应用非
常广泛。
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（1）氮化钛CVD
金属化系统中氮化钛主要作为Al、Cu以及W的金属阻
挡层，可以阻止上下层材料间的交互扩散，增强稳定性和可 靠性。 PVD法制备的氮化钛膜会在接触窗或介质窗顶部产生 悬突，继而导致孔洞的产生。所以，氮化钛通常采用金属化
硅化物是把难熔金属淀积在wafer上，进行高温退火处
理形成的。钛/硅是最普遍的接触硅化物，它用作晶体管有 源区和钨栓塞之间的接触。因为颗粒尺寸比钛/硅的尺寸小 了约十倍，钴硅化物的接触电阻很低。颗粒尺寸小也使得它 的接触电阻比较容易形成。因此，对于小尺寸器件，钴硅化
物是很有希望的硅化物。
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在一些硅化物中发现，硅迅速的扩散穿过硅化物。扩散 发生在金属-硅化物-硅系统的热处理过程中，硅扩散穿过硅 化物进入到金属中，降低了系统的完整性。所以需要在硅化 物和金属层之间淀积一层金属阻挡层，氮化钛用于钨和铝的 金属阻挡层，钽用于铜的金属阻挡层。
裂、空洞以及应力等造成的材料失效。
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（2）互连金属
最早用于集成电路制造的金属就是铝，它也是最普遍的
互连金属，以薄膜的形式在wafer中连接不同的器件。 室温下，铝的电阻率比铜、金、银的电阻率稍高，但是 由于铜和银比较容易腐蚀，在硅和二氧化硅中的扩散率太 高，这些都不利于它们用于集成电路的制造；另外，金和银
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后若有剩余的铜就会促使侵蚀的发生。
钨可应用于小范围的局部金属互连。钨的抗电迁移性 好，可靠性比铝铜合金高。作为局部连线，钨的电阻率较 低，但对于长距离的连线，还是选择铝铜合金较好。
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（3）阻挡层金属
阻挡层金属是淀积金属或金
属塞，其作用是阻止上下层材料
互相混合，对于0.18μm工艺，
阻挡层金属厚约20nm。 阻挡层金属应具有以下基本特性：能很好的阻挡材料的 扩散；电导率高，且有很低的欧姆接触电阻；与半导体以及 金属间的粘附性很好；抗电迁移能力强；阻挡层很薄时稳定
短路，在层间
淀积了介电层
起到隔离作用。
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（2）多层电极 在一般的IC制造中通常采用铝作为电极，但对于高频
大功率器件、微波器件等会由于采用铝电极而导致器件失
效。要找到一种能完全代替铝的金属材料非常困难，金的导
电性很好但与二氧化硅之间的粘附性却很差，而且在高温下
会与硅形成金-硅合金；钼、铂等金属虽然熔点很高，但又 难以键合。因而只有采用多层金属电极。利用几种金属各自 的优点，取长补短，制作出符合要求的电极。
随着IC尺寸的减小，对金属布线的要求也越来越高：电
阻率要低、稳定性要高；可被精细的刻蚀，具有抗环境侵蚀
的能力；易于淀积成膜，粘附性要好，台阶覆盖能力强；互
连线应具有很强的抗电迁移能力，可焊性好。
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1.多层金属布线 （1）多层金属布线结构 为了提高电路速度、集成度、缩短互连线，大规模集成 电路的金属层都是多层金属布线层。为了防止金属层之间的
为了不影响深宽比较高的栓塞的电阻率，阻挡层必须很薄。
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（4）硅化物
难熔金属与硅反
应形成硅化物，硅化 物的热稳定性较高， 并且硅-难熔金属界面 的电阻率较低。为了
提高芯片性能，需要减小硅接触电阻，所以，硅化物是非常
重要的。
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若参加反应的是多晶硅，形成的是多晶硅化物，多晶硅 栅的电阻率较高，导致RC信号的延迟。多晶硅化物对减小 连接多晶硅的电阻有益，而且与氧化硅的界面特性也很好。
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多层金属电极大致可分为两类：用于微波晶体管、超高 频低噪声管等器件的铝基系统和用于高频大功率管的金基系 统。按器件经受的环境和使用的条件不同，采用不同的多层
金属结构。但按照作用，大体可分为四层（由硅片表面向外
依次为）：欧姆接触层、粘附层、阻挡层以及导电层。
欧姆接触层的作用是与半导体层形成良好的欧姆接触，
WF6 与氢气反应生成钨
WF6 3H 2 W 6HF
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为了阻止钨的扩散、保证它能很好的粘附在下层材料 上，需要在淀积钨之前淀积一层氮化钛膜。而为了得到低的 接触电阻，又需要在淀积氮化钛之前淀积钛。所以，垫膜 CVD的第一步是采用物理气相淀积法制备钛膜，接着淀积 一层氮化钛膜，最后再进行钨的淀积与平坦化.
学气相淀积法制备。
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氮化钛CVD根据参加反应的气体分为有机和无机两
种，无机的氮化钛CVD气体源主要是四氯化钛，有机的则
主要是是TDMAT和TDEAT两种。无机气体淀积由于淀积
温度过高以及残留氯原子影响器件的可靠性等问题，不常采
用。而有机淀积的温度较低，所以氮化钛的淀积通常采用金 属有机化学气相淀积（MOCVD）。 MOCVD可分为TDMAT/TDEAT和TDMAT+ NH 3 /TDEAT+ NH 3 两大类，反应气体中不含氨气时，淀积膜的
须对要制作接触区的半导体进行重掺杂，以实现欧姆接触。
常用的方法有扩散法和合金法。合金法又叫烧结法，这
种方法不仅可以形成欧姆接触，而且也可制备PN结。合金 时，将金属放在wafer上，装进模具，压紧后，在真空中加 热到熔点以上，合金溶解与wafer凝固而结合在一起，形成 欧姆接触，合金完成。整个过程分为升温、恒温、降温三个
的成本比铝高，而且与二氧化硅的粘附性不好，所以，也不
常用。铝则能很容易的淀积在wafer上，而且刻蚀时分辨率
较高，所以，作为首选金属用于金属化。