7、基于铝的多层金属化技术详解

基于铝的多层金属化技术详解

1. 接触电阻问题

在亚微米高纵横比（高度/宽度）的接触中，由于台阶覆盖性差，铝填充不足会导致接触电阻过高。此外，湿法化学或溅射蚀刻对接触的清洁不充分（因接触壁上的SiO₂再沉积），以及高温下硅在铝中溶解后在接触处的外延再沉积，也会造成高接触电阻。

为解决纯铝接触带来的这些问题，人们采用了铝硅合金或底层阻挡金属（也称为底层）。但对于高纵横比的亚微米接触，这些方法仍不够理想。如今的超大规模集成电路（VLSI）技术中，为保证可靠性，垂直互连开始采用如钨等替代金属化材料。同时，新的铝沉积方法也在研发中，以改善接触填充，降低接触电阻并提高可靠性。

2. 水平互连问题

早期技术中，纯铝广泛用于水平互连。但在VLSI技术里，它存在多种可靠性问题：
- 电迁移 ：电流通过铝时会导致质量迁移，在纯铝水平互连中形成空洞或断路，最终使互连失效。随着互连尺寸缩小，电流密度增加，这种失效机制更为严重。特别是在台阶覆盖差的互连区域，金属较薄，电流密度增大，更易发生失效。向铝中添加少量铜等添加剂，可减缓电迁移过程，延长互连使用寿命。
- 应力空洞 ：底层和上层电介质施加的应力、互连本身的内应力和微观结构，会导致铝互连在后续加工、存储或操作的高温环境下形成空洞，还会加速电迁移导致的失效。
- 小丘形成/横向挤出 ：铝和硅/二氧化硅的热膨胀系数不同，会使铝互连产生应力，导致铝在垂直（小丘）或水平（横向挤出）方向突出，造成不同层相邻金属化之间以及同一层相邻金属线之间的短路。电迁移也会影响铝互连中的小丘形成和横向挤出。 <