本文目录

• 接触（Contact）

• 互连（Interconnection）
  

• 通孔（Via）

• 填充塞（Filling Plug）

• 阻挡层（Barrier Layer）

1. 接触（Contact）

1.1 接触材料的要求

• 低接触电阻：接触材料需要具有低电阻率，以减少接触电阻。例如，硅化物（如钛硅化物TiSi₂、钴硅化物CoSi₂）具有较低的电阻率，能够显著降低源漏和栅区的接触电阻。
• 良好的热稳定性和化学稳定性：接触材料需要在高温和化学环境中保持稳定，以防止扩散或腐蚀。
• 与硅的良好兼容性：接触材料需要与硅衬底形成良好的欧姆接触。

1.2 常见接触材料

• 硅化物（Silicides）：如钛硅化物（TiSi₂）、钴硅化物（CoSi₂）和镍硅化物（NiSi），通过在硅表面形成硅化物来实现低电阻的欧姆接触。
• 钨（W）：在一些高温应用中，钨被用于接触点，因其高熔点和良好的导电性。

2. 互连（Interconnection）

2.1 互连材料的要求

• 低电阻率：减少信号传输过程中的能量损耗和延迟。例如，铜（Cu）的电阻率约为1.678 μΩ・cm，比铝（Al）的2.65 μΩ・cm低很多。
• 高抗电迁移能力：在高电流密度和高温环境下，金属原子可能会发生迁移，导致互连线路断裂或短路。例如，铝铜合金（Al-Cu）通过掺入少量铜，显著提高了抗电迁移性能。
• 良好的加工性能：能够通过光刻、蚀刻等工艺精确地形成所需的图案。

2.2 常见互连材料

• 铝（Al）：曾是主流互连材料，具有成本低、加工工艺成熟等优点，但存在电迁移问题。
• 铜（Cu）：目前主流的互连材料，具有低电阻率和高抗电迁移能力，适用于高密度和高性能芯片。
• 钨（W）：在某些高温或高密度应用中使用，具有高熔点和良好的导电性。

3. 通孔（Via）

通孔是用于连接不同金属层之间的导电通道。通孔的主要作用是实现垂直方向的电连接，从而实现多层互连结构。

3.1 通孔材料的要求

• 低电阻率：减少信号传输过程中的能量损耗。

• 高抗电迁移能力：在高电流密度和高温环境下，通孔材料需要具有高抗电迁移能力，以确保可靠性。

• 良好的填充性能：能够完全填充深孔或盲孔，确保良好的电连接。

3.2 常见通孔材料

• 钨（W）：具有高熔点和良好的导电性，适用于高温工艺和多层互连结构。

• 铜（Cu）：目前主流的通孔材料，具有低电阻率和高抗电迁移能力，适用于高密度互连。

• 铝（Al）：早期用于通孔，但由于电迁移问题，逐渐被铜取代。

4. 填充塞（Filling Plug）

填充塞用于填充通孔或盲孔，确保良好的电连接和结构稳定性。填充塞的主要作用是防止空洞或断裂，确保信号传输的可靠性。

4.1 填充塞材料的要求

• 低电阻率：减少信号传输过程中的能量损耗。

• 高抗电迁移能力：在高电流密度和高温环境下，填充塞材料需要具有高抗电迁移能力。

• 良好的填充性能：能够完全填充深孔或盲孔，确保良好的电连接。

4.2 常见填充塞材料

• 铜（Cu）：目前主流的填充塞材料，具有低电阻率和高抗电迁移能力，适用于高密度互连。

• 钨（W）：在一些高温应用中使用，具有高熔点和良好的导电性。

• 铝（Al）：早期用于填充塞，但由于电迁移问题，逐渐被铜取代。

4.3 工艺

• 通常使用电镀（Electroplating）或化学气相沉积（CVD）技术来填充通孔。

5. 阻挡层（Barrier Layer）

5.1 阻挡层材料的要求

• 良好的热稳定性和化学稳定性：阻挡层材料需要在高温和化学环境中保持稳定，以防止金属扩散。
• 高阻隔性能：能够有效阻止金属原子扩散到半导体材料中。
• 良好的附着力：与金属和半导体材料具有良好的附着力，确保结构稳定。

5.2 常见阻挡层材料

• 钽（Ta）：钽具有优异的阻挡性能和抗电迁移能力。常用于高性能芯片的阻挡层，尤其是在铜互连工艺中。

• 氮化钛（TiN）：氮化钛具有良好的阻挡性能、高熔点、低电阻率、良好的抗氧化性和抗电迁移能力。常用于钨（W）和铝（Al）互连的阻挡层，能够有效防止金属扩散到半导体材料中

• 氮化钽（TaN）：氮化钽具有低电阻率、高熔点、界面稳定、晶格和晶界扩散的激活能高等优异性能。是制备铜（Cu）扩散阻挡层的首选材料，广泛用于铜互连工艺中。

• 钛（Ti）：常用于阻挡层，具有良好的热稳定性和化学稳定性。常与氮化钛（TiN）一起使用，作为阻挡层和促黏层

• 钛钨合金（TiW）：在一些特殊应用中使用，具有良好的附着力和阻隔性能。

• 氧化铝（Al₂O₃）：氧化铝具有较高的化学稳定性和耐热性，能够有效防止金属扩散。除了作为阻挡层材料外，还常用于钝化层，保护半导体层免受湿气和氧气的影响。

• 氮化硅（Si₃N₄）：氮化硅具有良好的化学稳定性和绝缘性能，能够有效防止水汽和氧气的渗透。广泛用于钝化层和刻蚀阻挡层，保护半导体层免受外界环境的影响