最新36金属互连技术
铝铜互连线电迁移失效的研究_陈军
ElectromigrationFailureMechanismsofAl-CuInterconnect
ChenJun, MaoChanghui＊ (AdvancedElectronicMaterialInstitute, GeneralResearchInstitutefor Non-FerrousMetals, Beijing100088, China)
Abstract:Withthedevelopmentoflarge-scaleinte- andetchingtechnology.Theinfluenceoftemperature gratedcircuits, thefailureofinterconnectbecameone andcurrentdensityontheelectromigrationlifeofinofthemostimportantfactorsaffectingintegratedcircuit terconnectswasstudiedbyacceleratedlifetimetest. (IC) reliability.Al-Cuinterconnectwascommonly Thethermodynamicprocessofinterconnectelectromiusedtoimproveelectromigrationperformance.Thin grationwasanalyzed.Themedianfailuretime(MTF) filmsweresuccessfullydepositedonSibyDCmagne- ofelectromigrationofAl-Cuinterconnectswasderived tronsputteringwithAlandAl-Cutargets.Intercon- accordingtotheexperimentalresults. nectionwirewaspreparedbyphotolithographicetching
金属化和多层互连
当金属与半导体之间的载流子输运以隧道 穿透为主时，Rc与半导体的掺杂浓度N及 金－半接触的势垒高度qVb 有下面的关系
qVb Rc exp N
qVb在数值上等于金属费米能级上的电子 进入半导体所需的能量。 结论：要获得低接触电阻的金－半接触， 必须减小金－半接触的势垒高度及提高半 导体的掺杂浓度
CoSi2
Ta 或 TaN Cu
W
W
PSG STI n+
+ + n+ p p USG P型井區 N型井區 P型磊晶層 P型晶圓
铜及低K介质
低K介质材料的沉积与刻蚀： 沉积工艺： （1）旋涂工艺：工艺简单，缺陷密度较低，产率高，易于 平整化，不使用危险气体 （2）CVD工艺：与IC工艺兼容性好 刻蚀要求： （1）工艺兼容性好 （2）对刻蚀停止层材料选择性高 （3）能形成垂直图形 （4）对Cu无刻蚀和腐蚀 （5）刻蚀的残留物易于清除
鋁
p+ N型矽
SiO2
鋁
p+
鋁
Al/Si接触的改善
合 金 化 ： 采 用 含 少 量 Si 的 Al-Si 合 金 （ 一 般 为 1% ） , 由于合金中已存在足量的 Si ，可以抑制底 层Si的扩散，防止“尖锲”现象。 在 300oC 以上，硅就以一定比例熔于铝中， 在此温度，恒温足够时间，就可在Al-Si界面形成 一层很薄的 Al-Si 合金。 Al 通过 Al-Si 合金和接触 孔下的重掺杂半导体接触，形成欧姆接触
铜及低K介质
势垒层材料: 包括介质势垒层和导电势垒层 介质势垒层材料：ＳiＮ、ＳiＣ等新材料 主要功能:和介质层形成多层结构，防止介质 在工艺过程或环境中吸潮而影响性能。 导电势垒层：ＷＮ、ＴiＮ、Ｔa、ＴaＮ等 主要功能：防止Ｃu扩散、改善Ｃu的附着性、 作为ＣＭＰ和刻蚀停止层、作为保护层。
5nm金属互连材料al
5nm金属互连材料al（原创实用版）目录1.5nm 金属互连材料的概述2.5nm 金属互连材料的特点3.5nm 金属互连材料的应用领域4.5nm 金属互连材料的发展前景正文5nm 金属互连材料 al，即采用 5 纳米工艺制程的金属互连材料，是一种应用于微电子领域的高性能材料。
随着科技的不断发展，电子产品对于性能和体积的要求越来越高，因此，5nm 金属互连材料应运而生，以满足这一需求。
一、5nm 金属互连材料的概述金属互连材料是微电子领域中的一种关键材料，主要用于连接芯片中的各个元件，以实现信号传输和电能传递。
在工艺制程不断微缩的背景下，5nm 金属互连材料成为了研究的热点。
它具有优异的导电性、良好的机械性能和稳定的化学性能，是实现高性能微电子设备的重要基础。
二、5nm 金属互连材料的特点1.高导电性：5nm 金属互连材料具有高导电性，可以降低电阻，减少信号传输过程中的损耗，提高芯片性能。
2.良好的机械性能：5nm 金属互连材料具有较好的延展性和抗拉强度，能够应对微电子设备的复杂结构和应力环境。
3.稳定的化学性能：5nm 金属互连材料在各种环境条件下均具有稳定的化学性能，能够有效防止腐蚀和氧化，保证芯片的可靠性和寿命。
三、5nm 金属互连材料的应用领域1.集成电路：5nm 金属互连材料可应用于各种集成电路，包括处理器、存储器、传感器等，实现高性能、低功耗的电子设备。
2.物联网：随着物联网的发展，对于微电子设备的需求日益增长，5nm 金属互连材料可为各类物联网设备提供性能卓越的连接方案。
3.人工智能：在人工智能领域，对于计算能力和数据传输速度有着极高的要求，5nm 金属互连材料可为相关设备提供强大的支持。
四、5nm 金属互连材料的发展前景随着科技的不断进步，对于微电子设备的性能和体积要求将越来越高。
5nm 金属互连材料凭借其优异的性能，将成为未来微电子领域的重要发展方向。
芯片物理堆叠互连方式
芯片物理堆叠互连方式随着科技的不断发展，芯片的集成度越来越高，为了满足更多的计算和存储需求，人们提出了芯片物理堆叠的概念。
芯片物理堆叠是一种将多个芯片垂直堆叠在一起的技术，通过互连方式使各个芯片之间能够实现高速通信和数据传输。
在芯片物理堆叠中，互连技术起到了至关重要的作用。
互连方式决定了芯片之间的通信速度和性能。
目前常用的芯片物理堆叠互连方式主要包括TSV（Through-Silicon Via）和面向互连层的金属线互连两种。
TSV是一种将芯片堆叠在一起的三维封装技术。
在TSV技术中，通过在芯片的硅层中打孔，然后在孔中填充导电材料，形成垂直的电路通道，实现了芯片之间的信号传输。
TSV技术具有互连密度高、传输速度快的优点，并且能够满足多芯片之间高速数据传输的需求。
然而，TSV技术也存在一些问题，比如制造工艺复杂、成本高昂等。
因此，在实际应用中需要权衡各种因素来选择是否采用TSV技术。
面向互连层的金属线互连是另一种常用的芯片物理堆叠互连方式。
在这种方式中，芯片之间通过金属线进行信号传输。
金属线互连技术具有制造工艺简单、成本低廉的优点，适用于大规模芯片的互连。
然而，由于金属线的长度限制，面向互连层的金属线互连方式对于长距离的数据传输不太适用。
因此，在实际应用中需要综合考虑芯片之间的通信距离和传输速度来选择互连方式。
芯片物理堆叠互连方式的选择需要综合考虑多个因素。
首先是通信距离，如果芯片之间的距离较短，可以选择TSV技术，实现高速的垂直互连。
其次是通信速度，如果需要实现高速数据传输，可以选择金属线互连技术。
另外，还需要考虑制造工艺的复杂度和成本等因素。
芯片物理堆叠互连方式在提高芯片集成度和性能方面具有重要的意义。
通过将多个芯片堆叠在一起，并通过适当的互连方式进行连接，可以实现更强大的计算和存储能力。
同时，芯片物理堆叠互连方式也面临一些挑战，比如热管理、信号干扰等问题，需要进一步的研究和解决。
芯片物理堆叠互连方式是一种将多个芯片垂直堆叠在一起的技术，通过互连方式实现芯片之间的高速通信和数据传输。
Low-K介质与Cu互连技术在新型布线系统中的应用前景
Low-K介质与Cu互连技术在新型布线系统中的应用前景摘要：集成电路（IC）的快速发展对ULSI布线系统提出了更高的要求。
本文通过对ULSI互连布线系统的分析，在介绍了ULSI新型布线系统的同时，尝试预测互连技术的趋势走向，同时展望Low-K 介质与Cu互连技术在新型布线系统中的应用前景。
关键词：ULSI Low-K介质Cu互连Abstract：The rapid development of IC technology has led to a search for the ULSI routing system.This paper discussed for ULSI interconnect routing system,designed to introduce ULSI interconnect routing system and the trend of interconnect technologies,the future application of the Low-k and Cu interconnect technology are also prospected.Key Words:ULSI Low-K medium Cu interconnect如今，半导体工业飞速发展，人们对于电子产品的功能和体积也提出了进一步的要求，因而，提高集成电路的集成度、应用新式材料和新型布线系统以缩小产品体积、提高产品稳定性势在必行。
根据Moore定律，IC上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。
日益减小的导线宽度和间距与日益提升的晶体管密度促使越来越多的人把目光投向了低介电常数材料在ULSI中的应用。
另一方面，金属铝（Al）是芯片中电路互连导线的主要材料，然而，由表1可知，金属铜（Cu）的电阻率比金属铝（Al）低40%左右，且应用Al会产生更明显的互联寄生效应。
金属互连
金属互连Metal Interconnection马菲⏹1.集成电路对金属化材料特性的要求⏹2.铝在集成电路制造中的应用⏹3.铜在集成电路制造中的应用⏹金属互连的作用1.将有源器件按照设计的要求联结起来形成一个完整的电路和系统2.提供与外电源相连接的接点⏹金属互连不仅占去了相当芯片的面积，还往往是限制电流速度的主要矛盾之所在1.集成电路对金属化材料特性的要求对应用在硅集成电路中的金属材料的基本要求：1. 与n，p硅或多晶硅能形成低阻的欧姆接触；2. 抗电迁移性能要好；3. 与绝缘体要有良好的附着性；4. 耐腐蚀；5. 易于淀积和刻蚀；6. 易于键合，而且键合点能长期稳定工作；7. 层间的绝缘性要好，不发生相互渗透和扩散。
（电学特性）（化学特性）（热力学特性）⏹2.1 Al/Si接触中的几个物理现象⏹2.2 Al/Si接触中的尖楔现象⏹2.3 Al/Si接触的改进Al 的优点：1.电阻率低2.与n 、p 硅或者多晶硅能形成低的欧姆接触3.与硅有良好的附着性4.易于淀积和刻蚀因此成为最常用的互连材料2.7Al cmρμ=Ω•6210R cm-=Ω•2.1 Al/Si 接触中的几个物理现象2.1.1 Al 与SiO 2的反应。
Al 容易与SiO 2反应，其反应式为：作用：1.Al 可以“吃”掉Si 表面的SiO 2，降低接触电阻2.改善Al 引线与下面SiO 2的粘附性2233432SiO Al Si Al O +→+2.1 Al/Si接触中的几个物理现象2.1.2 Al-Si相图Al在Si中的溶解度低，但Si在Al中的溶解度高例如：在400°C时，重量溶解度为0.25，在450 °C时，重量溶解度为0.5，在500 °C时，重量溶解度为0.8。
2.1 Al/Si 接触中的几个物理现象2.1.3 Si 在Al 中的扩散系数退火时间为ta ，Si 原子的扩散距离L Si 为:例如: t a =30min 时，L Si =55um(500°C)L Si =38um(450°C)L Si =25um(400°C)()12si a L Dt =2.2 Al/Si接触中的尖楔现象尖楔现象：Si在与Al接触的孔内并不是均匀消耗的，往往是在几个点上消耗Si,这样Al就会在这几个接触点像尖钉一样楔进Si的衬底中，从而使P-N结失效。
《金属互连技术》课件
尺寸检测
使用测量工具对金属互连的尺 寸进行测量，确保其符合设计 要求。
结构分析
通过X射线衍射、电子显微镜等 手段对金属互连的内部结构进 行分析，了解其相组成和微观 结构。
力学性能测试
对金属互连进行拉伸、压缩、 弯曲等力学性能测试，以评估
其机械强度和可靠性。
金属互连技术的可靠性评估方法
环境试验
加强人员培训和技术交流
提高从业人员的技能水平和专业 素养，促进技术交流与合作。
THANKS。
多层布线
可靠性研究
随着电子设备复杂性的增加，多层布线成 为金属互连技术的发展趋势，能够实现更 加复杂的电路设计和信号传输。
为了提高电子设备的可靠性和稳定性，金 属互连技术的可靠性研究逐渐受到重视， 涉及到材料、工艺、可靠性评估等方面。
02
金属互连技术的种类与原理
焊接技术
焊接技术
通过熔融或融合两个金属 表面，使它们永久性地连 接在一起。
熔焊
将两个金属表面加热至熔 化状态，然后进行连接。 常见的熔焊技术包括电弧 焊、气焊和激光焊。
压焊
通过施加压力而不是加热 使两个金属表面连接在一 起。常见的压焊技术包括 电阻焊和超声波焊。
压接技术
压接技术
压接工具
通过施加外部压力使两个金属导体在 连接处紧密接触，实现电流的传输。
用于压接连接的专用工具，能够提供 足够的压力以确保连接的可靠性和稳 定性。
和可靠性。
04
金属互连技术的工艺流程与设 备
金属互连技术的工艺流程
打孔
在基材上制造通孔，以便将金属 层连接起来。
镀铜
在孔壁上沉积一层导电铜层，以 确保良好的导电性。
涂布抗蚀剂
2024年电子专用高端金属粉体市场前景分析
2024年电子专用高端金属粉体市场前景分析引言近年来，随着电子行业的快速发展，电子产品的性能和功能要求也越来越高。
电子专用高端金属粉体作为电子产品的重要组成部分，具有良好的导电性、热导性和机械性能，应用广泛且需求量大。
本文旨在分析电子专用高端金属粉体市场的发展前景。
电子专用高端金属粉体的应用领域电子专用高端金属粉体主要应用于以下几个领域：1.电子元件制造：电子专用高端金属粉体可用于制造电子元件，如电子器件、集成电路等。
其优异的导电性和热导性能能够提高电子元件的性能和稳定性。
2.互连技术：电子专用高端金属粉体可用于制造电子元件的互连材料，如微线、引线和电阻器等。
通过使用高端金属粉体制造的互连材料，可以实现更高的互连密度和更稳定的电性能。
3.光电子器件：对于需要高导电性和高反射性能的光电子器件，电子专用高端金属粉体是理想的材料选择。
其高反射率和低能量损失能够提高光电子器件的效率。
4.3D打印：随着3D打印技术的发展，电子专用高端金属粉体作为3D打印材料的应用也在逐渐增多。
通过3D打印技术，可以实现金属粉末的精细成型和快速制造。
电子专用高端金属粉体市场现状当前，全球电子专用高端金属粉体市场呈现快速增长的趋势。
以下是市场现状的主要特点：1.市场规模扩大：随着电子行业的高速发展，对电子专用高端金属粉体的需求持续增长。
市场规模不断扩大，预计在未来几年内将进一步增长。
2.技术创新推动市场发展：随着材料科学和先进制造技术的迅猛发展，电子专用高端金属粉体的制备技术和应用技术也在不断创新。
新技术的应用推动了市场的发展并提升了产品的质量和性能。
3.市场竞争激烈：电子专用高端金属粉体市场存在一定程度的竞争压力。
主要竞争者包括国际知名企业和本土企业。
因此，在市场上保持领先地位需要不断提升产品的质量和技术水平。
电子专用高端金属粉体市场的发展前景展望未来，电子专用高端金属粉体市场具有广阔的发展前景：1.电子行业的持续增长：随着新兴技术的不断涌现，如人工智能、物联网和5G通信等，电子行业将继续保持快速增长，进一步推动电子专用高端金属粉体市场的需求增长。
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研磨浆 ( Slurry )
转动轴 晶片保持器 ( Carrier )
研磨垫 ( Pad )
抛光台 ( Platen )
晶片 ( Wafer )
BPSG
P-井 P 衬底
N-井
抛光后
BPSG
P-井
N-井
P 衬底
作业： 集成电路工艺主要分为哪几大类？ 每一类中包括哪些主要工艺？ 并简述各工艺的主要作用。
36金属互连技术
半导体与金属线间的接触
半导体与金属线接触：欧姆接触和肖特基接触 理想欧姆接触：电流随外加电压线性变化。为了 将尽可能多的电流从器件传输给电路中的各种电 容充电，接触电阻占器件电阻的比例也必须小。 肖特基接触：接近理想的二极管，正偏时它们的 电阻应很低，而反偏时，电阻则为无穷大。
ห้องสมุดไป่ตู้属互连
3.6.2 多层布线
集成电路的金属互连技术，随着集成度的提高，也 从简单向复杂、从单层向多层发展。大规模集成电路 中，两层和两层以上的金属布线已得到广泛应用。
器件制备
绝缘介质层沉积
N
生成钝化层 Y
平坦化 最后一层
结束
接触孔 金属化
平坦化——化学机械抛光：是用化学和机械方法除去薄 膜平整表面的一种制造工艺。 这种工艺用于 减少晶片表面的起伏.
长期以来铝一直是集成电路中广泛使用的金属互连材料。
缺点
铝和硅间产生固-固扩散
集成电路封装时400～500℃的温度， Si→Al中，溶解度达0.5-1%，会使Si—Al界面出现孔穴。 Al → Si 中，硅半导体中出现铝尖峰，使电路失效。
铝不能承受高温处理
铝和硅接触的最低共熔点为577℃。布线之后，硅片的加 工温度受到限制。
铝存在电迁移现象
铝电迁移
在集成电路中，随着集成度的提高，要求金属引 线具有越来越小的面积。当通过Al布线的电流密 度超过106A/cm2时，电流的传输将引起离子位移， 即Al 原子在导电电子的作用下，沿晶界边界向高 电位端位移，结果，金属化中高电位处出现金属 原子堆积，电位低处出现空洞，导致开路。
加载之前
加载200 ℃， 10000A/mm2
2.Al-Si-Cu合金
铝和硅间产生固-固扩散
Al
铝不能承受高温处理
铝存在电迁移现象
克服铝和硅间产生固-固扩散: 在Al中掺入1％～2％的Si, 可以防止热处理时硅向铝中的溶入。
克服铝电迁移：在Al中掺入2％～4％的Cu， Cu在晶界处 聚集，使电迁移效应减低一个数量级。
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在集成电路片上淀积金属薄膜，并通过 光刻技术形成布线，把互相隔离的元件按 一定要求互连成所需电路的工艺。
集成电路金属层材料的要求
电阻率低； 能与元件的电极形成良好的低欧姆接触； 与二氧化硅层的粘附性要好； 便于淀积和光刻加工形成布线等。
3.6.1 常用的金属化材料
1.Al
优点
铝的电阻率低，导电性好； 铝能与N+和 P+的锗和硅同时形成良好的欧姆接触； 对二氧化硅的粘附性良好； 铝便于蒸发淀积形成薄膜和光刻腐蚀加工形成布线。