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半导体工艺之金属化工艺(九)
2025年06月20日 17:04   浏览:91   来源:小萍子

掺杂多晶硅具有与晶圆硅的良好欧姆接触,并且可以被氧化形成绝缘层。多晶硅氧化物的质量低于在单晶硅上生长的热氧化物,因为多晶硅表面粗糙,导致生长的氧化物不均匀。


尽管多晶硅与硅的接触电阻较低,但它与其他用于导电引线的金属材料之间的电阻仍然过高。这一问题通过创建多晶硅和硅化物(如钛硅化物)的多金属堆叠来解决。这些被称为多晶硅硅化物结构。

CVD难熔金属沉积

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低压化学气相沉积(LPCVD)的进步为金属沉积提供了第三种选择。LPCVD的优点是不需要昂贵且维护密集的高真空泵,具有良好的共形阶梯覆盖,并且生产率高。也许最常沉积的CVD难熔金属膜是钨(W)。


钨被用于多种结构,包括接触阻挡层、MOS栅互连和通孔插头。填充通孔是有效多金属系统的关键。介质层相对较厚,而通孔必须相对较窄(高纵横比)。这两个因素使得在填充通孔时金属连续沉积变得困难,而不会导致通孔中的金属变薄。选择性化学气相沉积钨插头可以完全填充整个通孔,并为后续的导电金属层创建一个平面表面。作为阻挡金属使用时,钨可以通过硅还原六氟化钨(WF₆)气体来选择性沉积,反应如下:

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钨也可以通过氢还原从WF₆选择性沉积在铝和其他材料上。这些过程被称为衬底还原。所有沉积过程都在约300℃的LPCVD系统中进行,这使得这些过程与铝金属化兼容。


钨硅化物和钛硅化物的沉积过程如下:

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金属膜的用途

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 MOS栅和电容器电极:大多数电气设备依赖电流通过来运行。电容器是一个例外。这些设备需要两个导电层,称为电极,它们被一层介质分隔。在大多数设计中,上电极是导体金属系统的一部分。MOS晶体管是一种电容器结构,上电极,称为栅极,是MOS电路中的一个关键结构。


背面金属化:有时会在整个晶圆背面溅射沉积一层金属,用于封装过程。该金属作为热互连层或在某些封装过程中用于键合。使用的金属包括金、铂、钛和铜。

真空系统

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在微芯片制造的早期,只有两种基于真空的工艺:铝的蒸发和背面金的沉积。如今,大约四分之一的工艺是在真空或低压下进行的。它们包括光刻曝光、剥离和蚀刻系统、离子注入、溅射工艺、低压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和快速热处理。此外,自动化加工需要低压环境用于装载锁站和传输工具。真空腔室提供了无污染气体的过程条件。在沉积过程中,真空增加了沉积原子和分子的平均自由程,从而使得沉积的薄膜更加均匀和可控。LPCVD在低至10-3托(中等范围)的压力下进行,而其他工艺则在低至10-9托(高到超高范围)的压力下进行。中等范围的压力可以通过机械真空泵达到。这些泵也用于在高真空过程腔室中最初降低压力。在这种情况下,它们被称为粗抽泵。此外,机械真空泵还用于高真空泵系统的出口端,以协助将气体分子从泵中移除到排气系统。


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