交互氧化物，交互氮化物和保护层

图2.29显示了一个典型的现代金属系统的截面图。硅上的层物质是热生长氧化物。在这层氧化物上面的是多晶硅层，它终会形成MOS晶体管的gate。在这层多晶层上的是叫做multilevel oxide（MLO）的一薄层沉积的氧化物层，它能隔离多晶并加厚热生长氧化物层。穿过MLO和热生长氧化物层蚀刻的是contact opening，它能接触silicon，也穿过MLO来接触多晶。跟着reflow后，contact opening被硅化来降低接触电阻。在MLO上的是层金属，主要是一薄层refractory barrier metal和一层厚的多的铜掺杂铝。在层金属层上的是另一层沉积的氧化物层，叫做interlevel oxide（ILO），它能隔绝开层金属和它上面的第二层金属。Via穿过ILO。在这上面是第二层金属，它也主要是refractory barrier metal和铜掺杂铝。顶层也是一层主要是压缩的氮化物薄膜，它作为protective overcoat（PO）。这个金属系统总共有6层（一层多晶，两层金属，MLO，ILO，和PO），需要5个masking步骤（多晶，contact，金属－1，via，金属－2,和PO）。一些先进的工艺可以用到3层多晶和5层金属。

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图2.29 双金属，单多晶的金属系统截面图。

交互氧化层通常由低温沉积产生－比如，氮氧化物和硅烷的反应或tetraethoxysilane（TEOS）的分解。相对厚的ILO能帮助导体夹层之间的寄生电容化，但它也可能在via opening中引起step coverage。如前所述，一旦铝沉积后，reflow就不可能了，所以通常用refractory barrier metal来提高第二层金属的step coverage。

在两层金属或多晶之间就能形成电容。而这两级之间沉积的一薄层绝缘电介质完成了这个电容。电介质越薄，终的每单位面积的电容就越大。一种形成电容的技术是沉积一层多晶层，氧化它形成一薄层电介质，再沉积第二层多晶层来完成电容。在两层多晶层OVERLAP的区域就是两个多晶极板夹一层电介质的电容。氧化物是理想的电容电介质，因为它是几乎完美的绝缘体，而且氧化物形成时不会有小孔或其他缺陷。氧化物电介质形成的电容受到氧化物rupture电压的限制；为了承受高压而用的较厚的氧化层每单位面积的电容更小。

提升给定工作电压下每单位面积电容的一个方法是使用高介电常数的物质。氮化硅的介电常数是氧化物的2.3倍，它是制造高单位面积电容薄膜的普遍选择。不幸的是，相同厚度的氮化物薄膜比氧化物薄膜更容易有小孔形成。因此，有时把氧化物和氮化物混合起来作为电介质，它的介电常数介于氧化物和氮化物之间。典型的氧化物－氮化物－氧化物电介质能达到氧化物介电常数的两倍。

保护层是沉积在整个集成电路上的厚的氧化物或氮化物薄膜。它隔离开了顶上的金属层和外部空间，所以（比如）导电灰尘不会短路两个相邻的lead。保护层也帮助牢固集成电路，因为铝很软，在压力下很容易变形。保护层还能阻止污染物的进入。铝和底下的硅都很容易受到能穿透塑料封装的污染物的攻击。好的保护层就是对这些污染物的屏障。重掺杂的磷硅酸盐玻璃有时就作为保护层，但多数现代工艺已经转换到压缩氮化物薄膜上，它能提供更好的机械硬度和化学阻抗。