6、集成电路多层金属化技术解析

集成电路多层金属化技术解析

1. 平面化与金属化

多层金属化和金属可靠性使金属化要求变得更加复杂。随着集成电路技术采用更多的层，地形变得更加严峻。接触（到源/漏或栅极）或通孔（在各种金属层之间）的回流或锥形化将改善金属化覆盖。然而，回流在接触层的应用有限，在通孔层则无法应用，因为在沉积的电介质中回流或使接触角变圆所需的温度可能很高（约 800°C），这会对掺杂剂扩散和硅化物稳定性产生不利影响。由于几何形状的考虑，在蚀刻过程中对接触或通孔顶部进行锥形化或增加直径不能用于亚微米设计规则。

减少地形可以改善电介质覆盖，但通常意义上并不能实现“平面化”。因此，在进行下一层金属沉积之前，必须减少地形并对每个层间电介质表面进行“平面化”。平面化增加了金属化的复杂性。层间电介质必须比回流电介质更厚，以平整底层地形，并考虑到沉积电介质厚度的不均匀性和反应离子刻蚀（RSE）的不均匀性。这增加了接触的纵横比（高度/直径），并使溅射台阶覆盖变差。此外，接触到各种器件特征和金属层的深度不同，化学气相沉积（CVD）金属塞可以减少这些问题。

有两种常见的金属塞工艺：
- 选择性塞工艺 ：用于部分填充或过度填充各种接触。选择性 CVD 钨（W）被广泛考虑用于此应用，该选择性工艺只在金属化过程中增加了一个步骤，但对于钨而言，选择性工艺存在各种困难。
- 毯式 CVD W 金属化工艺 ：在薄阻挡层上到处沉积 CVD W。由于钨与二氧化硅（SiO₂）的附着力较差，阻挡层也是附着力层。然后在毯式 W 或 W 塞（当毯式 W 通过 RSE 进行毯式回蚀时形成）上溅射沉积金属化层（例如 Ti/TiN/Al/TiN，按照惯例，T