Refractory Barrier Metal
隨著在大約相同硅面積上封裝的器件數(shù)目的不斷增加,集成電路的尺寸穩(wěn)步縮小。為了獲得必須的封裝密度,contact和via openings的sidewall變得越來越陡。鋁蒸汽沉積時(shí)并不是各向同性的;穿過氧化物臺(tái)階的金屬比較薄(圖2.26A)。在lead代表性區(qū)域的任何縮小都會(huì)增大電流密度和加速electromigration。有很多技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)出來提升像厚氧化層的反應(yīng)式離子蝕刻產(chǎn)生的非常陡的sidewalls上的臺(tái)階覆蓋。
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圖2.26 未reflow(A)和reflow(B)的鋁蒸汽step coverage
通過緩和sidewall的角度能極大提高蒸汽鋁的step coverage。這個(gè)能靠加熱wafer直到氧化物融化并垂下來形成傾斜的表面來達(dá)到。這個(gè)步驟叫做reflow(圖2.26B)。純氧化物的熔點(diǎn)太高而不容易reflow,所以磷和硼被加入到氧化物中來降低它的熔點(diǎn)。最終摻雜的氧化物薄膜要么叫做phosphosilicate glass(PSG)或borophosphosilicate glass(BPSG),看添加的成分的選擇了。
鋁被沉積后就不能reflow了,因?yàn)樗荒艹惺苘浕疨SG或BPSG時(shí)的溫度。因此,盡管reflow能幫助提高第一層金屬的step coverage,但為了成功的制造多層金屬系統(tǒng)必須用其他技術(shù)來補(bǔ)充。一個(gè)可能的方法是用在陡峭傾斜的sidewall上各向同性沉積的金屬,比如鉬,鎢或鈦。這些refractory barrier metals有非常高的熔點(diǎn)因此不適合蒸發(fā)沉積。一個(gè)叫做sputtering的低溫步驟能成功的沉積他們。圖2.27 是sputtering設(shè)備的簡(jiǎn)圖。Wafer處于一個(gè)充滿低壓氬氣的chamber內(nèi)的一個(gè)平臺(tái)上。正對(duì)wafer的是作為高壓電極中的一塊的refractory barrier metal。氬原子轟擊refractory metal plate。這樣就敲松了原子然后就沉積在wafer上形成一薄層金屬薄膜。
圖2.27 sputtering設(shè)備的簡(jiǎn)圖
sputtered refractory barrier metal薄膜不但有更好的step coverage,而且消除了emitter punchthrough。(23 T. Hara, N. Ohtsuka, K. Sakiyama, and <?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />
Refractory barrier metal對(duì)electromigration有極大的阻止,所以在contact的sidewall和via里的薄薄的鋁不會(huì)引起electromigration的風(fēng)險(xiǎn)。Refractory barrier metal也通過連接在鋁金屬層中的開路而制止典型的electromigration失效。被electromigration代替的鋁仍舊能縮短附近的leads,所以除了在contact的sidewall和via opening外,不能依靠refractory barrier metal來補(bǔ)充鋁連線的電流負(fù)載能力。
正如前面提到的,refractory barrier metal 能去除emitter punchthrough。硅和refractory metal之間的混合程度可以忽略不計(jì),鋁也不能滲透barrier metal后接觸硅。應(yīng)此多數(shù)refractory barrier metal系統(tǒng)用鋁-銅合金而不是鋁-銅-硅,因?yàn)殇X-硅混合不會(huì)產(chǎn)生。
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