集成电路互连技术汇总
集成电路互连技术
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1.2 集成电路对互连金属材料的要求
具有较小的电阻率 易于沉积和刻蚀 具有良好的抗电迁移特性
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1.3 电迁移现象：
电迁移现象 是集成电路制造 中需要努力解决 的一个问题。特 别是当集成度增 加，互连线条变 窄时，这个问题 更为突出。
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2、早期和目前应用最为广泛的 互连技术
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2.1 早期互连技术----铝互连
在铝中加入硅饱和溶解度所需要的足量硅，形成Al-Si 合金，避免硅向铝中扩散，从而杜绝尖楔现象。
铝-掺杂多晶硅双层金属化结构 掺杂多晶硅主要起隔离作用。 铝-阻挡层结构
在铝与硅之间淀积一薄层金属，阻止铝与硅之间的作 用，从而限制Al尖楔问题。一般将这层金属称为阻挡层。
采用新的互连金属材料
解决Al/Si接触问题最有效的方法。
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3.2 碳纳米管的结构
碳纳米管是由单层或多层石墨片按一定形式卷曲形成的中空 的无缝圆柱结构，是一种石墨晶体。碳纳米管的每层都是一 个C原子通过sp2杂化与旁边另外3个C原子结合在一起形成 六边形平面组成的圆柱。
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3.3 碳纳米管的导电机制
碳纳米管的电子平均自由程约为1.6μm（室温下金属Cu的 电子平均自由程约为45nm ），如果碳纳米管长度小于这 个值，那么电子在碳纳米管中传输就可能为弹道输运，此 时碳纳米管的电阻跟管的长度无关 。
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2.4 铝互连的不足（二）：电迁移现象
电迁移现象的本质 是导体原子与通过该导 体电子流之间存在相互 作用，当一个铝金属粒 子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候， 它将受到两个方向相反 的作用力： （1）静电作用力， （2）“电子风”作用 力，
集成电路工艺原理接触及互连原理
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各
种
延
迟
减小互连延迟的途径:
1）低电阻率金属(Cu) 2）low-k介质
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对IC金属化系统的主要要求
电学、机械、热学、热力学及化学
(1) 金属和半导体形成低阻接触 (2) 低阻互连 (3) 与下面的氧化层或其它介质层的粘附性好 (4) 台阶覆盖好 (5) 结构稳定，不发生电迁移及腐蚀现象 (6) 易刻蚀 (7) 制备工艺简单
1540 2165 1326 992
TiN
50-150
2950
Ti30W70 Heavily doped poly-Si
75-200 450-10000
2200 1417
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衡量欧姆接触质量的参数是比接触电阻 c
金属线 接触面积A
重掺杂硅
rc
1 dJ
dV V 0
定义：零偏压附近电流密
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（1）铝的电迁移
当大密度电流流过金属薄膜时，具有大动量 的导电电子将与金属原子发生动量交换，使 金属原子沿电子流的方向迁移，这种现象称 为金属电迁移
电迁移会使金属原子在阳极端堆积，形成小 丘或晶须，造成电极间短路；在阴极端由于 金属空位的积聚而形成空洞，导致电路开路
void Hillock e
金属间介质（IMD）
钝化层（passivation）
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后端工艺越来越重要 占了工艺步骤中大部分 影响IC芯片的速度
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多层金属互 连增加了电 路功能并使 速度加快
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互
连
的
速
度
限
制
可
以
作
由全局互连造成的延迟可以表达为：
集成电路设计中的多层互连技术研究
集成电路设计中的多层互连技术研究集成电路这玩意儿，在咱们如今的生活里那可是无处不在！从手机到电脑，从汽车到飞机，到处都有它的身影。
今天咱就来聊聊集成电路设计里的多层互连技术。
你知道吗？我有一次参加一个科技展览，看到了一块被拆解开来的集成电路板。
那密密麻麻的线路和微小的元件，就像一座微型的城市，每一条线路都是一条街道，每一个元件都是一座建筑。
而这其中的多层互连技术，就像是城市里复杂的交通网络，把各个部分紧密地连接在一起。
咱们先来说说为啥要有多层互连技术。
想象一下，如果集成电路里的线路都在一个平面上，那得多拥挤啊！就像一个狭窄的小胡同，人来人往，挤得不行。
所以多层互连技术就像是给线路们建了高楼大厦，让它们可以分层布局，互不干扰，大大提高了电路的集成度和性能。
多层互连技术里的材料选择也很有讲究。
比如说铜，它的导电性能那是相当不错，就像是高速公路一样，能让电信号快速通过。
但是铜也有它的“小脾气”，它容易扩散，这可不好办。
于是科学家们就得想办法，给它穿上一层“防护服”，来解决这个问题。
再说说多层互连中的绝缘层。
这绝缘层就像是线路之间的“隔离带”，把它们分隔得清清楚楚，不让它们“串门”，避免短路。
而且这“隔离带”还得足够结实，能经受住各种考验。
在多层互连技术的制造过程中，那可是跟绣花一样精细。
光刻技术就像是一把超级精确的剪刀，把线路的形状一点一点地剪出来。
而刻蚀技术呢，则像是一个细心的工匠，把不需要的部分一点点地挖掉。
每一个步骤都得小心翼翼，稍有差错，整个芯片可能就报废了。
还有啊，多层互连技术还得考虑散热的问题。
芯片工作的时候会产生热量，如果热量散不出去，那可就麻烦了。
这就好比人在大热天里，如果不能及时散热，就会中暑一样。
所以得设计好散热通道，让热量能够快速跑掉。
另外，多层互连技术还在不断地发展和创新。
新的材料、新的工艺不断涌现，就像是一场永不停歇的竞赛。
科研人员们都在努力，想让集成电路变得更小、更快、更强大。
集成电路封装和可靠性Chapter2-1-芯片互连技术【半导体封装测试】
UESTC-Ning Ning1Chapter 2Chip Level Interconnection宁宁芯片互连技术集成电路封装测试与可靠性UESTC-Ning Ning2Wafer InWafer Grinding (WG 研磨)Wafer Saw (WS 切割)Die Attach (DA 黏晶)Epoxy Curing (EC 银胶烘烤)Wire Bond (WB 引线键合)Die Coating (DC 晶粒封胶/涂覆)Molding (MD 塑封)Post Mold Cure (PMC 模塑后烘烤)Dejunk/Trim (DT 去胶去纬)Solder Plating (SP 锡铅电镀)Top Mark (TM 正面印码)Forming/Singular (FS 去框/成型)Lead Scan (LS 检测)Packing (PK 包装)典型的IC 封装工艺流程集成电路封装测试与可靠性UESTC-Ning Ning3⏹电子级硅所含的硅的纯度很高，可达99.9999 99999 %⏹中德电子材料公司制作的晶棒(长度达一公尺，重量超过一百公斤)UESTC-Ning Ning4Wafer Back Grinding⏹PurposeThe wafer backgrind process reduces the thickness of the wafer produced by silicon fabrication (FAB) plant. The wash station integrated into the same machine is used to wash away debris left over from the grinding process.⏹Process Methods:1) Coarse grinding by mechanical.(粗磨)2) Fine polishing by mechanical or plasma etching. (细磨抛光)UESTC-Ning Ning5旋转及振荡轴在旋转平盘上之晶圆下压力工作台仅在指示有晶圆期间才旋转Method:The wafer is first mounted on a backgrind tape and is then loaded to the backgrind machine coarse wheel . As the coarse grinding is completed, the wafer is transferred to a fine wheel for polishing .。
集成电路的基本原理和工作原理
集成电路的基本原理和工作原理集成电路是指通过将多个电子元件（如晶体管、电容器、电阻器等）和互连结构（如金属导线、逻辑门等）集成到单个芯片上，形成一个完整的电路系统。
它是现代电子技术的重要组成部分，广泛应用于计算机、通信、嵌入式系统和各种电子设备中。
本文将介绍集成电路的基本原理和工作原理。
一、集成电路的基本原理集成电路的基本原理是将多个电子元件集成到单个芯片上，并通过金属导线将这些元件互连起来，形成一个完整的电路系统。
通过集成电路的制造工艺，可以将电子元件和互连结构制造到芯片的表面上，从而实现芯片的压缩和轻量化。
常见的集成电路包括数字集成电路（Digital Integrated Circuit，简称DIC）、模拟集成电路（Analog Integrated Circuit，简称AIC）和混合集成电路（Mixed Integrated Circuit，简称MIC）等。
集成电路的基本原理包括以下几个关键要素：1. 材料选择：集成电路芯片的制造材料通常选择硅材料，因为硅材料具有良好的电子特性和热特性，并且易于形成晶体结构。
2. 晶圆制备：集成电路芯片的制造过程通常从硅晶圆开始。
首先，将硅材料熔化，然后通过拉伸和旋转等方法制备成硅晶圆。
3. 掩膜制备：将硅晶圆表面涂覆上光感光阻，并通过光刻机在光感光阻表面形成图案。
然后使用化学溶液将未曝光的部分去除，得到掩膜图案。
4. 传输掩膜：将掩膜图案转移到硅晶圆上，通过掩膜上沉积或蚀刻等方法，在硅晶圆表面形成金属或电子元件。
5. 互连结构制备：通过金属导线、硅氧化物和金属隔离层等材料，形成元件之间的互连结构，实现元件之间的电连接。
6. 封装测试：将芯片放置在封装材料中，通过引脚等结构与外部电路连接，然后进行测试和封装。
集成电路的基本原理通过以上几个关键步骤实现电子元件和互连结构的制备和组装，最终形成一个完整的电路系统。
二、集成电路的工作原理集成电路的工作原理是指通过控制电流和电压在电路系统中的分布和变化，从而实现电子元件的工作和电路系统的功能。
半导体 第十五讲 互连
铝互连的不足（二）：电迁移现象
电迁移现象的本质是导体原 子与通过该导体电子流之间 存在相互作用，当一个铝金 属粒子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候，它 将受到两个方向相反的作用 力：
（1）静电作用力，方向沿 着电场（电流）的方向。 （2）由于导电电子与金属 原（离）子之间的碰撞引起的相 互间的动量交换，我们称之为 “电子风”作用力，方向沿着电 子流的方向。
以Cu作为互连材料的工艺流程
刻蚀引线沟槽 去掉刻蚀停止层 淀积刻蚀停止层 淀积介质材料 光刻通孔图形 去掉光刻胶 刻蚀通孔 溅射势垒和籽晶层 光刻引线沟槽图形 金属填充通孔 去掉光刻胶 CMP 金属层
电迁移现象是集成电路 制造中需要努力解决的 一个问题。特别是当集 成度增加，互连线条变 窄时，这个问题更为突 出。
早期互连技术：铝互连
铝互连的优点：
铝在室温下的电阻率仅为2.7μΩ·cm； 与n+ 和p+ 硅的欧姆接触电阻可以低至 10E- 6Ω/cm2；与硅和磷硅玻璃的附着 性很好，易于沉积与刻蚀。由于上述优 点，铝成为集成电路中最早使用的互连 金属材料。
• 引入铜工艺技术，可以说是半导体制造业的一场 革命。由此带来了设计、设备、工艺、材料、可 靠性以及工艺线管理等方面的巨大变化。从技术 层面上来说，涉及工艺线后段从光刻、等离子刻 蚀、铜金属化、化学机械抛光、多层介质、清洗 ，直到工艺集成的所有模块。 • 随着设计的进一步缩小，金属布线层不断增加， 随之而来的互联延迟也随之加大。
三层夹心结构
在两层铝膜之间增加一个约50nm的过渡金属层（如Ti）可以改 善铝的电迁移。这种方法可以使MTF值提高2-3个量级，但工艺 比较复杂。
采用新的互连金属材料
目前应用最广泛的互连技术：铜互连
半导体封装互连技术详解
1.引言任何一个电子元件，不论是一个三极管还是一个集成电路（Integrated Circuit, IC），想要使用它，都需要把它连入电路里。
一个三极管，只需要在源极、漏极、栅极引出三根线就可以了，然而对于拥有上百或上千个引脚的超大规模集成电路（Very Large Scale Integration Circuit, VLSI）来说，靠这种类似于手动把连线插到面包板的过程是不可能的。
直接把IC连接到（未经封装的集成电路本体，裸片，Die）电路中也是不可能实现的，因为裸片极容易收到外界的温度、杂质和外力的影响，非常容易遭到破坏而失效。
所以电子封装的主要目的就是提供芯片与其他电子元器件的互连以实现电信号的传输，同时提供保护，以便于将芯片安装在电路系统中。
一般的半导体封装都类似于下面的结构，将裸片安装到某个基板上，裸片的引脚通过内部连接路径与基板相连，通过塑封将内部封装好后，基板再通过封装提供的外部连接路径与外部电路相连，实现内部芯片与外界的连接，就像上面两个图一样，裸Die和封装内部复杂的连接等都埋在里面，封装好后就是对外就是一些规整的引脚了。
不论是多复杂的封装，从黑盒的角度来看其实现的基本功能都是一样的，最简单的就是封装一个分立器件，给出几个引脚；复杂一点想要封装具有多个I/O 接口的IC，以及多个IC一起封装，在封装的发展过程中也发展出了很多封装类型和很多技术，比如扇出技术、扇入技术这些。
这些概念和缩写非常多，尤其是当谈到先进封装（Advanced Packaging）的时候，为了实现高密度集成以及快速信号传输这些需求，不得不在每一个地方都发展一些新的技术，很多情况下会把它们都并入到先进封装技术里来介绍，这有时候会引起一些困惑，这里主要整理一下IC封装里的互连技术。
在IC封装种几种典型的互连技术包括引线键合（Wire Bonding，WB）、载带自动焊（Tape-automated Bonding，TAB）、倒装芯片（Flip Chip，FC）、晶圆级封装（Wafer-Level Packaging，WLP）、以及硅通孔（Through Silicon Via，TSV）。
集成电路设计的最新技术和趋势
集成电路设计的最新技术和趋势随着信息技术不断发展，集成电路设计也在不断更新换代。
今天，我们就来谈谈集成电路设计的最新技术和趋势。
一、三维集成电路设计三维集成电路设计是近年来的一个热门技术，其基本思想是将不同层次的电路堆叠在一起，从而提高集成度。
这种技术可以有效地利用垂直空间，减小电路面积，提高电路性能。
因此，三维集成电路设计被认为是未来电路设计的主流趋势之一。
目前，三维集成电路设计已经被广泛应用于高端芯片的制造，如服务器、智能手机等。
二、互连技术互连技术是指如何将大量的互联网设备连接起来，形成一个庞大的网络。
在集成电路中，互连技术也是至关重要的一环。
随着芯片容量的不断扩大，互连技术变得越来越复杂，需要更加高效和可靠的解决方案。
目前，高速串行通信和光通信是最流行的互连技术，它们能够提高数据传输速度，并减少功耗。
三、人工智能人工智能已经成为近年来最热门的技术之一，它在集成电路设计中的应用也越来越广泛。
人工智能能够识别物体、语音、图像等，从而实现智能控制和自主决策。
在集成电路设计中，人工智能可用于优化电路布局、减少功耗、提高性能等方面。
例如，使用深度学习技术可以实现智能预测和异常检测，从而保障电路的稳定性和可靠性。
四、功耗优化功耗优化一直是集成电路设计的重点，随着智能设备的普及，功耗优化的意义更加凸显。
为减少功耗，目前大多数芯片采用了多种技术，如功率管理单元、时钟门控技术、电压调节等。
而且，一些新兴的技术，如体感识别技术、环境感知技术等，也可以帮助实现更加智能化的功耗优化。
总之，随着信息技术的不断进步，集成电路设计也在不断更新换代。
未来的集成电路设计将更加注重性能、功耗、智能化和可靠性等方面。
相信随着技术的不断发展，集成电路将在更多领域得到广泛应用。
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常规结构
2.5 目前应用最广泛的互连技术----铜互连
IBM 6层Cu互连表面结构图
2.6 以Cu作为互连材料的工艺流程
金属填充通孔 溅射势垒和籽晶层
淀积介质材料 CMP金属层
光刻引线沟槽图形
去掉刻蚀停止层
去掉光刻胶
光刻通孔图形 刻蚀引线沟槽
刻蚀通孔 去掉光刻胶
淀积刻蚀停止层
2.7 Cu互连存在的问题
合金，避免硅向铝中扩散，从而杜绝尖楔现象。 铝-掺杂多晶硅双层金属化结构
掺杂多晶硅主要起隔离作用。 铝-阻挡层结构
在铝与硅之间淀积一薄层金属，阻止铝与硅之间的作 用，从而限制Al尖楔问题。一般将这层金属称为阻挡层。 采用新的互连金属材料
解决Al/Si接触问题最有效的方法。
2.4 铝互连的不足（二）：电迁移现象
铝互连的优点： 铝在室温下的
电阻率很低，与硅 和磷硅玻璃的附着 性很好，易于沉积 与刻蚀。由于上述 优点，铝成为集成 电路中最早使用的 互连金属材料。
2.2 铝互连的不足（一）：Al/Si接触中的尖楔现象
Al Si
Al/Si接触中的 尖楔现象2.3 Al/Si接触的改进
Al-Si合金金属化引线 在铝中加入硅饱和溶解度所需要的足量硅，形成Al-Si
✓ a 尺寸太大 ✓ b 导电能力不符合发展需求
3、下一代互连材料与互连技术
3.1 下一代互联材料与互连技术：碳纳米管互连
碳纳米管于1991年发现以来, 就一直是纳米科学领域的研究 热点。
由于其超高电流密度承载能力 的特性（碳纳米管上可以通过 高达1010A/cm2的电流 ），引 起了集成电路器件制造领域专 家的关注。
1.2 集成电路对互连金属材料的要求
具有较小的电阻率 易于沉积和刻蚀 具有良好的抗电迁移特性
1.3 电迁移现象：
电迁移现象 是集成电路制造 中需要努力解决 的一个问题。特 别是当集成度增 加，互连线条变 窄时，这个问题 更为突出。
2、早期和目前应用最为广泛的 互连技术
2.1 早期互连技术----铝互连
3.4 目前CNT的发展现状
日本： 1000根CNTs的Via互连技术； 美国：定向生长CNT，填充SiO2并进行抛光实现了 CNTs的互
连；
德国：20-60nm单根多壁CNT互连； 法国：单根40nm多壁CNT互连； 国内：研究集中在CNT互连模拟领域， CNT互连研究处于起
步阶段。
3.5 CNT应用于互连亟待解决的问题 碳纳米管的高密度定向生长问题 碳纳米管束的低温生长问题 碳纳米管的横向生长问题
集成电路的互连技术
2015 年 8月
目录
✓ 1、集成电路互连简介 ✓ 2、早期和目前应用最为广泛的互连技术 ✓ 3、下一代互连材料与互连技术
1、集成电路互连简介
1.1 什么是集成电路互连技术
所谓的集成电路互 连技术，就是将同 一芯片内各个独立 的元器件通过一定 的方式，连接成具 有一定功能的电路 模块的技术。
碳纳米管互连的研究目前主要 都集中在Via上。
3.2 碳纳米管的结构
碳纳米管是由单层或多层石墨片按一定形式卷曲形成的中空 的无缝圆柱结构，是一种石墨晶体。碳纳米管的每层都是一 个C原子通过sp2杂化与旁边另外3个C原子结合在一起形成 六边形平面组成的圆柱。
3.3 碳纳米管的导电机制
碳纳米管的电子平均自由程约为1.6μm（室温下金属Cu的 电子平均自由程约为45nm ），如果碳纳米管长度小于这 个值，那么电子在碳纳米管中传输就可能为弹道输运，此 时碳纳米管的电阻跟管的长度无关 。
金属为良导体时，静电作用力将减小， 电子风作用力将起主要作用。
电迁移现象的本质 是导体原子与通过该导 体电子流之间存在相互 作用，当一个铝金属粒 子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候， 它将受到两个方向相反 的作用力：
（1）静电作用力，
（2）“电子风”作用 力，
2.5 改进电迁移的方法 “竹状“结构的选择