Tungsten and Other Advanced Metals for Ulsi Applications in 1990 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Materials Research Society

作者:Blumenthal, R. 编

出品人:

页数:395

译者:

出版时间:1991-03

价格:USD 62.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781558991125

丛书系列:

图书标签:

• Tungsten
• ULSI
• Metallurgy
• Materials Science
• Semiconductor
• Thin Films
• Microelectronics
• 1990s
• Advanced Materials
• Metal Properties

钨与其他先进金属在超大规模集成电路（ULSI）应用中的前景与挑战（1990年） 导言：后摩尔时代对材料科学的迫切需求 进入20世纪90年代，半导体工业正处于一个关键的转折点。随着特征尺寸持续向亚微米甚至纳米级别逼近，基于传统硅基工艺的集成电路（IC）在性能、可靠性与功耗控制方面遭遇了前所未有的物理和工程瓶颈。集成电路的密度（Area Density）和复杂度（Complexity）的爆炸式增长，要求互连线（Interconnects）材料必须具备极低的电阻率、优异的抗迁移能力（Electromigration Resistance）以及与硅、二氧化硅以及后续沉积薄膜之间无可挑剔的界面兼容性。 传统的铝（Al）合金互连系统，尽管在过去的几十年中取得了巨大的成功，但其固有的高电阻率、易受晶界散射影响以及在高温退火过程中易发生机械应力导致的开路或短路问题，使其在面对未来ULSI架构中动辄数百万甚至数十亿晶体管的复杂网络时，显得力不从心。因此，探索和开发下一代互连金属——即“先进金属”——成为了半导体制造领域研究的重中之重。 本书深入探讨了在这一时代背景下，一系列被视为最有希望替代或补充铝的过渡金属及其合金，重点聚焦于钨（Tungsten, W）及其在深亚微米互连结构中展现出的独特优势和必须克服的技术障碍。同时，我们也广泛考察了其他具备潜力的新兴金属候选者，旨在为90年代及后续的芯片设计和制造工艺提供坚实的材料学基础。 --- 第一部分：钨（Tungsten, W）——首选的填充金属与接触材料 钨，凭借其在高温下的卓越稳定性、极低的电阻率（相对而言，尤其是在窄线宽下）以及出色的抗迁移性能，在1990年前后已成为替代铝作为通孔（Via）和深宽比结构填充材料的首选。 1. 钨的沉积技术与挑战：化学气相沉积（CVD）的演进 钨的集成主要依赖于化学气相沉积（CVD）技术，特别是还原六氟化钨（WF6）的工艺。本部分详细分析了早期钨CVD工艺的关键参数控制： 成核机制与薄膜质量： 探讨了在不同衬底（如氮化钛/TiN、氮化硅/SiN等阻挡层）上钨薄膜的异质成核行为。强调了表面预处理（如硅烷或氢化处理）对消除局部非均匀成核点、保证孔隙填充的致密性和均匀性的重要性。 选择性沉积（Selective Deposition）： 分析了如何通过精确控制WF6流量、反应温度和H2/WF6比例，实现对未覆盖介质区域的自终止生长，从而避免昂贵的等离子体刻蚀步骤。然而，随着集成度的提高，选择性沉积的可靠性下降，非选择性沉积后通过刻蚀或CMP（化学机械抛光）实现全局平坦化的方案开始占据主导地位。 填充高深宽比结构（High Aspect Ratio Filling）： 针对深孔和窄槽的填充问题，分析了“空洞效应”（Voiding）的成因，即由于侧壁反应速率低于底部，导致中心区域过早封闭形成微小空洞。研究了脉冲CVD、PECVD（等离子体增强CVD）以及双步沉积策略对实现无空洞填充的优化路径。 2. 钨的电阻率与尺寸效应 尽管宏观电阻率低于铝，但对于低于0.5微米级别的互连线，电子散射（特别是颗粒边界散射和表面散射）对有效电阻率的影响急剧增加。 表面散射的贡献： 详细讨论了费希尔-格鲁尼森（Fischher-Grummesen）模型在描述窄金属线中电子平均自由程与线宽关系上的应用。解释了为什么在极窄结构中，钨的优势相较于铝（如果铝能够解决可靠性问题）的体现会变得复杂。 应力管理： 钨薄膜在沉积和后续热循环过程中会产生显著的压应力。分析了这种残余应力如何影响薄膜的机械稳定性，以及如何通过在钨层和阻挡层之间引入缓冲层来缓解应力集中，以防止应力诱导的结构失效。 --- 第二部分：新兴的阻挡层与扩散屏障材料 钨的引入，尤其是作为通孔填充材料，迫使人们重新审视金属/硅界面。钨与硅在高温下会发生反应形成硅化钨（WSi$_{x}$），这虽然在某些应用中有益，但对于要求良好欧姆接触的场合，需要有效的扩散屏障。 1. 氮化钛（TiN）作为标准阻挡层 在1990年，氮化钛（TiN）被确认为最可靠的通用金属阻挡层材料。 溅射沉积的工艺控制： 分析了直流磁控溅射（DC Magnetron Sputtering）中，通过控制氮气分压来调节TiN的化学计量比（即N/Ti比）。探讨了“化学计量”TiN（TiN$_{x}$，x≈1）相对于富氮或缺氮薄膜在阻挡效应和电阻率方面的权衡。 界面反应动力学： 详细研究了TiN如何有效抑制钨与硅之间在接触孔内的反应，同时允许低电阻的硅化钨接触区域形成，或者，在铝/TiN/Ti/Si结构中，TiN如何作为扩散屏障，阻止Al向Si扩散，并促进Ti的快速硅化形成低阻抗的TiSi$_{2}$接触。 2. 探索中的其他屏障金属 鉴于未来可能引入的铜（Cu）或钴（Co）等新材料，本章预见性地讨论了替代TiN的潜在候选者： 钽（Ta）及其氮化物（TaN）： 强调了Ta和TaN在抵抗高迁移率金属（如Cu）渗透方面的潜力，这是TiN在更高温度下可能存在的弱点。讨论了TaN的PVD（物理气相沉积）沉积参数对形成致密结构的影响。 铌（Nb）与钒（V）： 对这些具有高熔点和良好化学惰性的金属在特定高温或高电流密度环境下的潜在作用进行了初步评估。 --- 第三部分：除钨之外的互连金属候选者 虽然钨在通孔中表现出色，但在大面积平面互连（Local Interconnects）的替换方面，研究人员仍在积极寻找电阻率更低、且易于加工的材料。 1. 铝合金的改进与极限 分析了如何通过添加高熔点元素（如铜、硅、镁）来提高铝的抗迁移能力和机械强度，以争取更多时间。重点讨论了Al-Cu合金的相图，以及铜在晶界处的析出如何有效“钉扎”晶界，抑制滑动和空洞形成。 2. 钴（Co）与镍（Ni）的初步研究 在1990年，对于铜互连的研究还处于早期阶段。本部分聚焦于过渡金属的硅化物和金属间化合物的研发趋势： 硅化物互连： 探讨了利用原位反应形成低电阻金属硅化物（如CoSi$_{2}$或NiSi$_{2}$）作为接触层或薄层互连的可能性。这些硅化物在某些情况下展现出比纯金属更低的界面电阻。 钴的潜力： 简要介绍了钴作为一种高导电性金属，在未来可能替代铝作为平面互连的设想，尽管当时其CVD和刻蚀工艺成熟度远低于钨。 3. 铜（Copper, Cu）的展望与障碍 本书承认铜的极低电阻率和极高的抗迁移能力使其成为“终极”的金属互连材料。然而，也明确指出了其在90年代初面临的不可逾越的障碍： 硅毒性（Si-Poisoning）： 铜原子在高温下极易快速扩散进入硅衬底，严重破坏器件的电学特性，特别是降低PN结的寿命和击穿电压。 加工难度： 缺乏适用于铜的可靠、低缺陷的阻挡层系统以及成熟的刻蚀技术，使得其在当时的工艺流程中难以实现。因此，本书将铜的广泛应用定性为“未来十年（90年代）的主要研究方向，但短期内无法实现大规模量产”。 --- 结论：90年代ULSI互连的材料路线图 到1990年，材料科学为ULSI的发展提供了一个清晰的、分层的解决方案： 1. 接触层（Contacts）： 依赖于硅化钛（TiSi$_{2}$）或通过硅化钨（WSi$_{x}$）提供的低阻抗接触。 2. 通孔/垂直互连（Vias/Contacts）： 钨（W）凭借其优异的填充能力和高温稳定性，成为标准选择，并辅以氮化钛（TiN）作为关键的扩散屏障。 3. 平面互连（Local Interconnects）： 经过充分优化的Al-Cu合金仍然是主力，但其应用范围正被钨的更高层级所压缩。 本书的分析奠定了未来十年半导体制造对先进金属材料的基本认知框架，强调了材料兼容性、界面工程以及沉积工艺对突破亚微米技术节点的决定性作用。

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这本书的书名，“Tungsten and Other Advanced Metals for ULSI Applications in 1990”，首先给我的感觉是它非常专业且具有时代印记。作为一名业余但极度热衷于电子技术发展史的读者，我立刻意识到这是一本深入探讨90年代初半导体材料关键技术的重要著作。ULSI（超大规模集成电路）的开发，是那个时代半导体产业的核心追求，而金属材料，尤其是钨，在其中扮演了不可或缺的角色。我非常好奇这本书会如何深入剖析钨在ULSI制造中的具体应用。它是否会详细介绍钨的物理化学性质，比如其高熔点、优异的导电性和良好的阻挡层特性，以及这些特性如何使其成为互连、栅极等关键结构的理想选择？同时，书中关于“Other Advanced Metals”的部分，也让我充满了期待。我想象着书中会介绍当时其他正在崭露头角或已经成熟的金属材料，比如铝合金、铜，甚至是更前沿的合金体系，它们在ULSI技术发展中的地位、优势和面临的挑战。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一份那个年代的“工业百科全书”，它记录了在那个信息爆炸前夜，科学家们是如何通过对金属材料的深入研究和创新应用，推动半导体技术向前迈进，为我们今天所熟知的数字世界打下了坚实的基础。

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这本书的封面上“Tungsten and Other Advanced Metals for ULSI Applications in 1990”这几个字，立刻勾起了我对那个充满技术革新年代的回忆与遐想。作为一名对半导体行业发展历程充满好奇的读者，我深知1990年对于ULSI（超大规模集成电路）的发展而言，是一个承前启后的关键时期。而金属材料，尤其是像钨这样在高温和严苛环境中表现出优异性能的材料，在其中扮演的角色不言而喻。我迫切地想知道，这本书究竟是如何细致地描绘钨在当时ULSI制造中的具体应用。它是否会深入到钨的物理化学性质，例如其高熔点、良好的导电性以及作为扩散阻挡层的能力？是否会详细介绍当时先进的钨沉积技术，如化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD），以及这些技术在当时所面临的挑战和解决方案？此外，“Other Advanced Metals”的表述，也让我充满了期待。书中是否还会探讨当时其他重要金属材料，如铝、铜，以及各种合金在ULSI技术中的地位、优势与局限？这本书不仅仅是一部技术指南，更像是一份那个时代半导体材料科学的“档案”，它记录了在那个信息技术腾飞的黎明，科学家和工程师们如何通过对先进金属材料的理解和应用，推动着集成电路产业的飞速发展，为我们构建起如今高度互联的数字世界。

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仅仅是书名——“Tungsten and Other Advanced Metals for ULSI Applications in 1990”——就足以让我这位对电子技术演进史充满兴趣的读者，产生强烈的探索欲望。1990年，ULSI（超大规模集成电路）正在成为半导体产业的焦点，而先进金属材料，特别是钨，无疑是实现这一目标的关键因素之一。我非常期待这本书能够深入剖析钨在当时ULSI制造工艺中的具体角色。书中是否会详尽阐述钨的物理化学特性，例如其高熔点、优秀的导电性以及作为扩散阻挡层的优越性能，是如何被有效地应用于集成电路制造中的？我猜测书中可能包含了关于钨的各种沉积技术，如CVD或PVD，以及这些技术在当时的工艺水平和所面临的挑战。而“Other Advanced Metals”这个宽泛的表述，则暗示了这本书的内容将更加丰富。它是否会探讨当时其他重要的金属材料，如铝、铜，以及它们在ULSI技术中的应用，它们的优缺点，以及它们与钨的协同作用？甚至，书中是否还会触及一些当时正在研究中的新型金属材料，为未来的技术发展提供启示？对我而言，这本书不仅仅是一本技术著作，它更像是一份关于90年代初半导体材料科学发展的“时光胶囊”，它凝固了那个时代技术精英们的智慧结晶，为我们理解现代电子设备的根源提供了宝贵的视角。

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这本书的名字，“Tungsten and Other Advanced Metals for ULSI Applications in 1990”，光是读起来就有一种沉甸甸的学术感和工业分量。它精准地指出了核心研究对象——钨与其他先进金属，以及其应用领域——ULSI（超大规模集成电路），并且点明了研究的时间节点——1990年。这个1990年的标签，让我立刻联想到那个时代半导体技术正在经历的剧烈变革。ULSI的实现，不仅仅是设计上的突破，更是材料科学上的飞跃。作为一名对科技史和材料科学都充满好奇的读者，我迫不及待地想知道，在那个年代，科学家们是如何看待和应用钨这种曾经被视为“稀有”的金属的。这本书或许会详细介绍钨在ULSI制造中的各种角色，比如作为栅极材料、接触材料，甚至在特定结构中的应用。它是否会深入探讨钨的各种沉积技术，如化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD），以及这些技术在当时所面临的挑战和解决方案？而“Other Advanced Metals”的加入，则暗示了书中不仅仅局限于钨，还会涵盖当时正在兴起的其他对ULSI至关重要的金属材料，比如为了提高导电性或耐腐蚀性而开发的各种合金。这本书的出现，对于理解90年代初期的半导体产业发展脉络，以及那些决定了我们今天所用电子设备性能和形态的早期技术决策，无疑提供了一个极其宝贵的第一手资料。它像是一扇窗，让我得以窥视那个充满挑战与机遇的时代，工程师们是如何用他们的智慧和汗水，将那些坚硬的金属塑造成我们数字世界的基石。

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当我拿到这本书，首先被吸引住的便是其散发出的一种朴实而强大的知识气息。封面上“Tungsten and Other Advanced Metals for ULSI Applications in 1990”这几个字，如同一个承诺，预示着我将要深入了解那个年代半导体制造工艺的核心技术。特别是“Tungsten”（钨）这个词，它本身就带着一种强烈的金属质感和工业力量，让人联想到在极端环境下依然能保持稳定性的材料特性。这本书的市场定位，显然是瞄准了当时以及未来的半导体工业界，那些致力于提升芯片性能、缩小电路尺寸的研究者和工程师。在1990年，ULSI（超大规模集成电路）的概念已经成为半导体行业追求的终极目标，而实现这一目标的关键之一，就在于不断开发和应用更先进的材料。这本书恰恰聚焦于这一核心问题，它不仅仅是理论的堆砌，更可能是对实际应用场景的深度剖析。我想象中的内容，会详细阐述钨以及其他一系列在ULSI应用中扮演重要角色的金属材料的物理化学性质，它们的制备工艺，以及在晶圆制造过程中的具体应用。例如，在互连技术中，钨的低电阻率和良好的粘附性使其成为不可或缺的材料。这本书或许还会探讨其他合金金属，如铝、铜，在当时ULSI发展中所扮演的角色，以及它们各自的优缺点和发展前景。对于一个渴望理解现代电子产品是如何从“微观世界”的精妙设计演变而来的读者而言，这本书提供了一个难得的切入点，能够帮助我追溯那些支撑起我们数字生活的早期技术基石。

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拿到这本书，书名“Tungsten and Other Advanced Metals for ULSI Applications in 1990”立刻吸引了我。这不仅仅是一个书名，更像是一扇通往90年代初半导体技术核心的窗口。作为一个对科技发展史，特别是微电子领域有着浓厚兴趣的普通读者，我深知ULSI（超大规模集成电路）在那个时期是何等重要的技术目标，而金属材料，尤其是钨，在其中扮演的关键角色，更是让我产生了强烈的求知欲。我期待这本书能够详细阐述钨在ULSI制造中的具体应用场景，例如它作为高性能互连材料的优势，是如何克服其自身加工难度的，以及在当时的技术条件下，有哪些创新的沉积和刻蚀技术被开发出来。而“Other Advanced Metals”的引入，则拓宽了我的视野。这本书是否会深入探讨当时其他金属材料，如铝、铜及其合金，在ULSI发展中的地位、优缺点，以及它们与钨的协同作用？是否还会提及一些当时正在探索中的新型金属材料，为未来的集成电路技术发展埋下伏笔？这本书对我而言，不仅仅是一本技术资料，它更是一份珍贵的历史记录，记录了那个时代科学家和工程师们是如何以金属为媒，在微观世界里构筑起我们今天数字生活的基石。

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这本书的封面设计，从色调到字体选择，都透着一种90年代初特有的严谨与厚重感。那深沉的钨色背景，似乎在无声地诉说着金属的坚韧与不屈，仿佛是那个年代科技探索精神的直观体现。标题“Tungsten and Other Advanced Metals for ULSI Applications in 1990”本身的字里行间就充满了技术性的召唤，对于我这样对半导体材料科学领域抱有浓厚兴趣的读者来说，它就像是一张藏宝图的引言，预示着即将踏上一段深入探索高科技前沿的旅程。想象一下，在那个刚刚跨入信息时代门槛的时期，对于超大规模集成电路（ULSI）的追求已经进入白热化阶段，而先进金属材料，特别是钨，作为其中至关重要的组成部分，其研究和应用必然是那个时代技术革新的一大亮点。这本书的出现，恰恰填补了那个时期可能存在的、关于这些前沿材料系统性论述的空白，为当时的工程师、研究人员乃至学生提供了一个宝贵的知识源泉。它的出版年份“1990”也具有特殊的意义，那是一个技术快速迭代的时代，许多今天我们习以为常的技术，在那时还处于萌芽或初步发展阶段。因此，这本书不仅仅是一本技术手册，更是一份那个时代科技发展的历史印记，记录了在特定历史节点上，人类智慧与工业力量如何推动半导体技术向前迈进。对于那些想要理解现代电子产业根源的读者，或者对科技发展史有特殊情结的人来说，这本书的价值是不可估量的。它可能会提供一种独特的视角，让我们看到在那个“一切皆有可能”的年代，科学家们是如何通过对金属材料的深入理解和巧妙应用，为未来的电子设备打下坚实基础的。

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刚拿到这本书，映入眼帘的是“Tungsten and Other Advanced Metals for ULSI Applications in 1990”这个充满技术色彩的书名。对于我这样一个对微电子学和材料科学交叉领域有着深厚兴趣的普通读者来说，这个书名本身就充满了吸引力。它点明了核心内容——钨以及其他先进金属，以及其应用方向——ULSI（超大规模集成电路）制造，并且精确地定位在了1990年这一历史节点。1990年，对于半导体行业来说，是ULSI技术加速发展、向着更精密、更复杂方向迈进的关键时期。我可以想象，这本书的作者们一定是那个时代的顶尖专家，他们将自己多年的研究成果和实践经验，凝结成这本书，旨在为当时的行业提供最前沿的指导和参考。书中关于钨的部分，我期待它能详细阐述钨在ULSI制造中的种种应用，例如作为导电互连线、阻挡层，或是其他关键结构的组成部分。它是否会深入探讨钨材料本身的特性，如高熔点、良好的导电性和机械强度，以及如何克服其在加工过程中的困难？而“Other Advanced Metals”的提及，则进一步拓展了我的想象空间，这本书可能还会涵盖当时其他具有潜力的金属材料，如铝合金、铜以及一些稀有金属，它们在ULSI集成电路中的作用，以及它们与钨的协同性。这本书不仅仅是一本技术手册，更可能是一份那个时代半导体材料科学发展的“快照”，记录了技术探索的足迹，也为我们理解现代电子产品的根源提供了重要的线索。

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这本书的书名，“Tungsten and Other Advanced Metals for ULSI Applications in 1990”，如同一个精准的信号，立即吸引了我的目光。作为一名对电子产业历史及其背后技术演变有着深刻着迷的普通读者，我清楚地知道，1990年是ULSI（超大规模集成电路）技术迈向成熟的关键时期，而金属材料，特别是钨，在这一过程中发挥了不可替代的作用。我无比期待这本书能详细解答我对钨在ULSI制造中应用的疑问：它是否会深入探讨钨的独特物理化学属性，如其高熔点、优异的电导率和出色的阻挡层性能，以及这些属性是如何被转化为实际的工艺优势？我设想书中会包含对当时先进钨沉积技术的详尽描述，例如化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD），以及在那个时代，工程师们是如何克服这些技术中的难题，实现高精度、高均匀度的薄膜沉积？而“Other Advanced Metals”的加入，则进一步激发了我对书中内容的好奇心。这本书是否会涵盖当时其他重要的金属材料，比如铝、铜，以及它们在ULSI集成电路中扮演的角色，它们的优势与劣势，以及它们与钨之间可能的协同效应？抑或是，书中是否还会触及一些当时尚处于前沿研究阶段的金属材料，为我们洞察未来技术发展趋势提供线索？在我看来，这本书不仅仅是一份技术文献，它更是一面镜子，映射出90年代初半导体材料科学的辉煌成就，展现了人类在微观世界中通过对金属的巧妙运用，奠定我们今日数字文明根基的伟大探索。

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这本书的书名“Tungsten and Other Advanced Metals for ULSI Applications in 1990”本身就透露出一种严谨而深入的学术气息，它精确地勾勒出了书中将要探讨的核心主题。对于我这样一名对电子工程和材料科学领域抱有浓厚兴趣的读者来说，这个书名就像一张藏宝图的引子，预示着一段深入探索90年代初期半导体技术前沿的旅程。1990年，正值ULSI（超大规模集成电路）技术蓬勃发展的关键时期，而金属材料，尤其是钨，在其中扮演着至关重要的角色。这本书很可能详尽地阐述了钨在当时ULSI制造过程中的各种应用，从其独特的物理化学性质，到各种先进的沉积和加工技术。我期待书中会深入分析钨如何满足ULSI对高密度、高性能互连的需求，以及它在栅极、接触等关键区域的应用。同时，“Other Advanced Metals”的表述，也让我对书中可能涵盖的其他金属材料充满了好奇。这本书或许会探讨当时正在兴起或已经成熟的其他先进金属，如铝合金、铜，甚至一些尚未被广泛应用的稀有金属，它们在ULSI发展中的地位、优势与局限。它不只是一份技术报告，更可能是一份那个时代半导体材料科学发展的历史记录，展现了科学家和工程师们如何克服技术挑战，为信息时代的黎明奠定坚实的物质基础。

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