第十一章金属淀积
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(2) 抗电迁移能力强。
11.3.3、铝- 铜（2~4%）合金 (1) 抗电迁移能力强。 (2) 热处理过程中能阻止铝、硅的再结晶，减
小膜中小丘的产生，对多层布线有利。
缺点：
增加了淀积设备和工艺的复杂性；造成了 不同的刻蚀率；增加了薄膜的电阻率。
11.4 铜 铜作为金属互连线的优点：
• 电阻率小，减少RC延迟（RC系统常量：金 属电阻R和电容C联合作用，就会使集成电 路的信号变慢。），增加芯片速度；
11.1金属化的专门术语
互连（interconnect)指由导体材料如铝、多 晶硅或铜制成的连线将电信号传输到芯片的 不同部分。也被用于芯片上器件和整个封装 之间的金属连接。
接触（contact）指芯片内部的器件与第一金 属层间在硅片表面的连接。
通孔（via）指穿过各种介质从某一金属层到 毗邻金属层形成电通路的开口。
2.硅在铝中的溶解和扩散，会产生铝尖楔现 象，导致浅PN结退化甚至穿通。
• 铝尖楔现象（结穿刺现象）这是由于硅溶 解到铝中，特别是在几个点上大量溶解形 成的。它使铝像尖钉一样刺入硅中，造成 PN结的短路失效。
3.高温下与SiO2反应，使铝膜变薄，电阻变 大，SiO2受侵蚀。
3SiO2+4Al
3Si+2Al2O3
（9）长期的稳定性 （10）高纯度 （11）均匀的颗粒结构 （12）能够淀积出均匀而且没有“空洞”和
“小丘”的薄膜
半导体工业中常用的金属材料
但是能满足上述要求的最佳金属是铝，它已
广泛地应用于双极和 MOS集成电路中．铝
的室温电阻率很低2.7 ·cm，因而能满
足低阻的要求，与N+、P+硅或多晶硅的欧 姆接触电阻可低至（1—10)x10-6 ，与 SiO2和磷硅玻璃附着性好，又易于淀识和 刻蚀．但是铝也有缺点，主要是电迁移问题； 硅在铝中的扩散引 起铝在Al／Si界面向硅 中楔进和耐腐蚀性差等问题．为了解决这
和单层金属系统相比，多层金属系统更昂 贵，良品率低，同时需要尽量使晶片表面和中 间层平整化，才能制造出较好的载流导线。
11.3导体
11.3.1 铝
从导电性能的观点看，铝的导电性要比 铜和金差些，因此早期的金属化结构曾使用 金，但是由于它与硅的接触电阻很高，因此 需要一个铂中间层，其顶部需要加入一层钼 金属来克服其柔软性。如果直接使用铜作为 铝的取代物的话，首先，它与硅有很高的接 触电阻，其次，如果它进入器件区的话，会 降低器件的性能。而铝不具有上述问题。
• 减小线宽，较低功耗； • 集成度提高，金属层可减少； • 良好的抗电迁移能力；
铜互连技术的挑战： • 铜很快扩散进氧化硅和硅 • 刻蚀困难 • 低温下，铜很容易被氧化 • 缺乏学习曲线 • 易刮伤、腐蚀 使用铜金属还需要发展双波纹光刻工艺，并 采用化学机械抛光工艺。
11.5隔离层金属 一个阻止硅和铝共熔形成合金的金属化工艺 的方法就是在它们中间加入一个隔离层。目 前的选择有钛化钨和氮化钛。
一问题，发展了一系列的方法。
相应地采取了AI—Si、Al—Si—Cu合金 （合金电阻增加30%)；Pt—Si／Si、Pd— Si／Si、W／Si界面；TiW、 TiN扩散阻挡 层和难熔金属或难熔金属硅化物、多晶硅 ／硅化物 复合材料互连等．因此金属化系
统实际上是一个相当复杂的 系统问题．
11.2多层金属导体框架 增加芯片密度能够在晶片表面放置更多的
(3)在长时期的较高电流密度负荷下，金属材料 的输运问题(电迁移现象)不致引起金属化引线 的失效，即抗电迁移性能要好；
(4)与绝缘体(例如Si02)有良好的附着性； (5)耐腐蚀；
(6)易于淀积和刻蚀；
(7)易于键合，且键合点能经受长期工作；
(8)从多层互连要求讲，层与层之间绝缘要好， 不互相渗透和扩散，即要求有一个扩散阻挡 层等；
1、概念及过程 真空蒸发技术是对淀积薄膜的源材料施加
热能或动能，使之分解为原子或原子的集合 体，蒸发并输运到硅片表面后结合或凝聚在 硅片表面而形成薄膜。
2、对真空蒸发的要求
（1）真空蒸发系统应具有加热源，以便将被 蒸发材料加热到足够高的温度，形成汽相 原子或分子；
（2）蒸发必须在真空室中进行，真空度应在 1.33×10-2Pa~1.33×10-5Pa ，因为：
第十一章 金属淀积
集成电路的制造可以分为两个主要的部分。首 先，在晶片的表面制造出有源器件和无源器件，
这 称做前线或FEOL；在后线（BEOL）中，需要在 芯片上用金属系统来连接各个器件和不同的层。
金属薄膜在半导体技术中最一般和最常见的 用途就是表面连线。把各个元件连接到一起的材 料、工艺、连线过程一般称为金属化工艺流程。
填充薄膜：指用金属薄膜填充通孔，以便在两 层金属间形成电连接。
合金化（alloying）指为了确保金属和晶片之 间具有较好的导电性能，经常在金属的光刻 之后加入一个热处理步骤。
集成电路对金属化的基本要求
(1)对N+、P+硅或多晶硅能形成低阻的欧姆接触， 即金属／硅 接触电阻要小；
(2)能提供低阻的互连引线，从而有利于提高电 路速度；
难熔金属及其硅化物有较低的接触电 阻。这些难熔金属主要包括钛、钨、钽和 钼。当它们在硅表面熔合时，它们的硅化物 就形成了。最初计划把难熔金属用于金属化 工艺是在20世纪50年代，但是由于没有可靠 的淀积方法，所以一直进展甚微。由于 LPCVD和溅射工艺的发展，这种状况才得以 改变。
• 难熔金属硅化物的优点和其作用 1、降低接触电阻， 2、作为金属与有源层的粘合剂。 3、高温稳定性好，抗电迁移性能好 4、可直接在多晶硅上淀积难熔金属，经加温
处理形成硅化物，工艺与现有硅栅工艺兼 容。
自对准金属硅化物的形成
金属填充塞
11.7掺杂的多晶硅 用硅做栅极的MOS技术的出现，使得
人们自然而然的考虑在芯片中使用多晶硅作 为导线。为了把多晶硅作为导体使用，不得 不在多晶硅中掺杂一些其他物质以增加其导 电性。
掺杂一般通过扩散、离子注入或在 LPCVD工序中原处掺杂。对于离子注入，掺 杂温度越低，该多晶颗粒结构获取的掺杂物 的量就越大。
元件，这实际上就减少了表面连线的可用空间。 解决的方法就是利用多层金属结构。到2012年， 芯片上的金属层可望达到9层.这种堆栈结构的底 部是在硅表面形成硅化物隔离层，有利于降低硅 表面和上层之间的阻抗。如果铝作为导电物质的 话，隔离层也能够阻止铝和硅形成合金。
接下来是由某种绝缘物质构成的绝缘层，这 种绝缘材料可能是淀积的氧化物、氮化硅或 聚酰亚胺膜。这一层需要经过光刻形成新的 连接孔，直达第一层金属。在这些连接孔中 淀积导电的物质，就可以形成导电的连接 柱。紧接着第一层金属层被淀积并光刻。在 以后的工艺中，重复这个步骤，就形成了多 层金属结构。
对于铜的金属化工艺来说，对隔离层的要求 很严格。通常是氮化钛、钽或氮化钽。
Hale Waihona Puke 1.6 难熔金属和难熔金属的硅化物 虽然电迁移和共熔合金的的问题通过采
用铝合金和隔离金属的方法得到了解决。然 而接触电阻的问题是铝金属化的最大障碍之 一。
在一个简单的铝系统中有两种接触：硅 铝的相互接触以及铝和焊线相互接触。
金属化工艺的作用
• 金属化：在绝缘介质膜上淀积金属膜以及随 后刻印图形形成互连金属线和集成电路的孔 填充塞的过程。
• 对未来的集成电路微芯片，互连技术已成为 关键技术。
• 为提高电路速度与集成度，应尽可能缩短互 连线，或采用多层金属化系统，或减小金属 电阻率——铜代替铝作为互连金属，对深亚 微米线宽，利用低k层间介质。
• 容易腐蚀，且在腐蚀铝时对SiO2 和Si 不产 生腐蚀。
• 固溶在铝引线内的硅对铝引线的电阻率影 响不大。
缺点：
1.铝布线的电迁移现象比较严重。铝导线比较 细长，经常承载很高的电流，电流在导线内 部产生一个电场，电场强度从输入端到输出 端逐渐减弱。同时，电流所产生的热也产生 一个热梯度。在它们的作用下，导线内部的 铝就会运动并沿着两个梯度的方向扩散。这 样最直接的影响就是使用导线变细，导线甚 至完全断开，引起芯片失效。
接触电阻的大小主要由材料、基体掺杂 浓度、接触尺寸等决定。接触尺寸越小，电 阻越高。它是影响VLSI电路以上的金属系统 性能的最主要的因素。
而铝和硅的接触电阻已经没有降低的余 地了，同时它还存在着和硅的共熔问题。这 使人们不得不开发其他的金属以适应VLSI集 成电路金属化系统的要求。多晶硅因为和铝 相比有较低的接触电阻，因而广泛被用在 MOS集成电路中。
由于淀积多金属系统和合金的需要，以 及对金属淀积阶梯覆盖度的更高要求，使得 溅射技术成为了VLSI电路制造的标准淀积方 法。而难熔金属的应用，使金属化工艺发展 出了第三种技术—金属化学气相淀积。
11.8.1真空蒸发
真空蒸发技术一般被用在分立器件或较 低集成电路的金属淀积上。在封装工艺中， 它也可以用来在晶片的背面淀积金，以提 高芯片和封装材料的黏合力。
3.灯丝蒸发 通常适用于要求不是很严格的蒸发，比
如说晶片背面的蒸金。将钨丝（或其他金属 丝）缠绕在需要蒸发的金属材料上面，然后 在钨丝上通以大电流，它将淀积金属加热到 液态进而蒸发，淀积到晶片上。
缺点：灯丝各个部位的温度分布不均匀，灯 丝蒸发很难做到精确控制，而且污染物也会 蒸发到晶片表面。合金很难用这种方法淀 积。由于在给定温度下，各种元素的蒸发速 度不同，这样的话，淀积到晶片上的薄膜成 分和原金属的成分就不同了。
(a) 保证金属蒸发原子在系统中输运时的平均 自由程远大于蒸发源与衬底间的距离；
(b) 以免金属原子、分子被氧化；
(c) 保证淀积薄膜的纯度。
• 由于铝在所有蒸发材料中最常见也最重要， 因此更加关注铝的淀积。淀积是在真空环 境下进行的。首先是化学方面的考虑，当 高能的铝原子在晶片上凝结时，如果有任 何空气分子存在于容器中的话，它们将会 和铝反应形成三氧化二铝，它是一种绝缘 材料，如果它们被掺杂进淀积的薄膜，就 会使铝作为导体的导电性能打折扣。其次， 为了形成均匀的淀积层，铝的真空蒸发真 空压力为5×10-5~1×10-9托的环境中进行。
对于扩散掺杂来说，可以获得最低的电阻 率。
掺杂的多晶硅能够和晶体形成良好的欧姆 接触，因而具有较低的接触电阻，并且能够 氧化形成绝缘层。
11.8淀积方法 金属化工艺技术，像其他制造工艺一样，
由于集成电路发展的需要和新材料的出现，它 经历了一个发展和进化的过程。直到20世纪70 年代，金属淀积的主要方法仍然是真空蒸发。 铝、金和熔断丝金属都通过这个技术来淀积。
4.电子束蒸发
（1）原理
电子束在电场作用下穿过加速极阳极进入 磁场空间，通过调节磁场强度控制电子束 的偏转半径，准确地打到坩埚内的蒸发源 上（Al 或Ti等），将电子的动能转变为热 能，使金属熔化并蒸发到硅片表面上，形 成薄膜。
（2）特点
优点：
容器无需加热，故K、Na 离子沾污轻；能 蒸发熔点在2000℃以上的材料或难熔金属； 蒸发速率大；台阶覆盖性好；膜厚控制好。
优点：
• 铝与P 型硅及高浓度N型硅均能形成低欧姆 接触。
• 电阻率低。 • 与SiO2 粘附性强，无需粘附层。 • 能单独作金属化布线，工艺简单。 • 能用电阻丝加热蒸发，工艺简单 • 铝与硅的接触处无空隙，粘附牢固。 • 材料价格低廉。
• 铝能够穿透引线孔内残余的氧化层，容易 形成欧姆接触。
4.铝是软金属，容易擦伤。
5.金丝与铝互连线键合会产生黄斑和紫斑， 可靠性差。
11.3.2铝- 硅（1~2%）合金系统 解决铝- 硅共熔的问题有两种方法： 其一，在铝- 硅之间增加一个金属层； 其二，采用含硅1~2%的铝合金。
(1) 避免硅在铝中溶解，保护PN 结，但热处 理过程中，铝、硅的再结晶，形成硅小丘。
缺点： 导致辐射损伤。蒸发后应当采用退火的方法 来消除辐射损伤。合金蒸发效果不是很好。 退火条件： 380℃~500℃，N2 或N2 + H2 混合气氛中退 火15 ~ 40 min 。
5.热平板蒸发
它的温度永远保持在特定金属熔点之上。 自动装置将一个合金细丝靠近并接触热平 板的表面。在接触的瞬间，金属细丝顶端 熔化，合金材料快速蒸发成为蒸气，然后 凝结并覆盖在容器中的晶片上。因为所有 元素几乎同时蒸发，所以晶片上薄膜的成 分和合金金属丝的组成很接近。
11.3.3、铝- 铜（2~4%）合金 (1) 抗电迁移能力强。 (2) 热处理过程中能阻止铝、硅的再结晶，减
小膜中小丘的产生，对多层布线有利。
缺点：
增加了淀积设备和工艺的复杂性；造成了 不同的刻蚀率；增加了薄膜的电阻率。
11.4 铜 铜作为金属互连线的优点：
• 电阻率小，减少RC延迟（RC系统常量：金 属电阻R和电容C联合作用，就会使集成电 路的信号变慢。），增加芯片速度；
11.1金属化的专门术语
互连（interconnect)指由导体材料如铝、多 晶硅或铜制成的连线将电信号传输到芯片的 不同部分。也被用于芯片上器件和整个封装 之间的金属连接。
接触（contact）指芯片内部的器件与第一金 属层间在硅片表面的连接。
通孔（via）指穿过各种介质从某一金属层到 毗邻金属层形成电通路的开口。
2.硅在铝中的溶解和扩散，会产生铝尖楔现 象，导致浅PN结退化甚至穿通。
• 铝尖楔现象（结穿刺现象）这是由于硅溶 解到铝中，特别是在几个点上大量溶解形 成的。它使铝像尖钉一样刺入硅中，造成 PN结的短路失效。
3.高温下与SiO2反应，使铝膜变薄，电阻变 大，SiO2受侵蚀。
3SiO2+4Al
3Si+2Al2O3
（9）长期的稳定性 （10）高纯度 （11）均匀的颗粒结构 （12）能够淀积出均匀而且没有“空洞”和
“小丘”的薄膜
半导体工业中常用的金属材料
但是能满足上述要求的最佳金属是铝，它已
广泛地应用于双极和 MOS集成电路中．铝
的室温电阻率很低2.7 ·cm，因而能满
足低阻的要求，与N+、P+硅或多晶硅的欧 姆接触电阻可低至（1—10)x10-6 ，与 SiO2和磷硅玻璃附着性好，又易于淀识和 刻蚀．但是铝也有缺点，主要是电迁移问题； 硅在铝中的扩散引 起铝在Al／Si界面向硅 中楔进和耐腐蚀性差等问题．为了解决这
和单层金属系统相比，多层金属系统更昂 贵，良品率低，同时需要尽量使晶片表面和中 间层平整化，才能制造出较好的载流导线。
11.3导体
11.3.1 铝
从导电性能的观点看，铝的导电性要比 铜和金差些，因此早期的金属化结构曾使用 金，但是由于它与硅的接触电阻很高，因此 需要一个铂中间层，其顶部需要加入一层钼 金属来克服其柔软性。如果直接使用铜作为 铝的取代物的话，首先，它与硅有很高的接 触电阻，其次，如果它进入器件区的话，会 降低器件的性能。而铝不具有上述问题。
• 减小线宽，较低功耗； • 集成度提高，金属层可减少； • 良好的抗电迁移能力；
铜互连技术的挑战： • 铜很快扩散进氧化硅和硅 • 刻蚀困难 • 低温下，铜很容易被氧化 • 缺乏学习曲线 • 易刮伤、腐蚀 使用铜金属还需要发展双波纹光刻工艺，并 采用化学机械抛光工艺。
11.5隔离层金属 一个阻止硅和铝共熔形成合金的金属化工艺 的方法就是在它们中间加入一个隔离层。目 前的选择有钛化钨和氮化钛。
一问题，发展了一系列的方法。
相应地采取了AI—Si、Al—Si—Cu合金 （合金电阻增加30%)；Pt—Si／Si、Pd— Si／Si、W／Si界面；TiW、 TiN扩散阻挡 层和难熔金属或难熔金属硅化物、多晶硅 ／硅化物 复合材料互连等．因此金属化系
统实际上是一个相当复杂的 系统问题．
11.2多层金属导体框架 增加芯片密度能够在晶片表面放置更多的
(3)在长时期的较高电流密度负荷下，金属材料 的输运问题(电迁移现象)不致引起金属化引线 的失效，即抗电迁移性能要好；
(4)与绝缘体(例如Si02)有良好的附着性； (5)耐腐蚀；
(6)易于淀积和刻蚀；
(7)易于键合，且键合点能经受长期工作；
(8)从多层互连要求讲，层与层之间绝缘要好， 不互相渗透和扩散，即要求有一个扩散阻挡 层等；
1、概念及过程 真空蒸发技术是对淀积薄膜的源材料施加
热能或动能，使之分解为原子或原子的集合 体，蒸发并输运到硅片表面后结合或凝聚在 硅片表面而形成薄膜。
2、对真空蒸发的要求
（1）真空蒸发系统应具有加热源，以便将被 蒸发材料加热到足够高的温度，形成汽相 原子或分子；
（2）蒸发必须在真空室中进行，真空度应在 1.33×10-2Pa~1.33×10-5Pa ，因为：
第十一章 金属淀积
集成电路的制造可以分为两个主要的部分。首 先，在晶片的表面制造出有源器件和无源器件，
这 称做前线或FEOL；在后线（BEOL）中，需要在 芯片上用金属系统来连接各个器件和不同的层。
金属薄膜在半导体技术中最一般和最常见的 用途就是表面连线。把各个元件连接到一起的材 料、工艺、连线过程一般称为金属化工艺流程。
填充薄膜：指用金属薄膜填充通孔，以便在两 层金属间形成电连接。
合金化（alloying）指为了确保金属和晶片之 间具有较好的导电性能，经常在金属的光刻 之后加入一个热处理步骤。
集成电路对金属化的基本要求
(1)对N+、P+硅或多晶硅能形成低阻的欧姆接触， 即金属／硅 接触电阻要小；
(2)能提供低阻的互连引线，从而有利于提高电 路速度；
难熔金属及其硅化物有较低的接触电 阻。这些难熔金属主要包括钛、钨、钽和 钼。当它们在硅表面熔合时，它们的硅化物 就形成了。最初计划把难熔金属用于金属化 工艺是在20世纪50年代，但是由于没有可靠 的淀积方法，所以一直进展甚微。由于 LPCVD和溅射工艺的发展，这种状况才得以 改变。
• 难熔金属硅化物的优点和其作用 1、降低接触电阻， 2、作为金属与有源层的粘合剂。 3、高温稳定性好，抗电迁移性能好 4、可直接在多晶硅上淀积难熔金属，经加温
处理形成硅化物，工艺与现有硅栅工艺兼 容。
自对准金属硅化物的形成
金属填充塞
11.7掺杂的多晶硅 用硅做栅极的MOS技术的出现，使得
人们自然而然的考虑在芯片中使用多晶硅作 为导线。为了把多晶硅作为导体使用，不得 不在多晶硅中掺杂一些其他物质以增加其导 电性。
掺杂一般通过扩散、离子注入或在 LPCVD工序中原处掺杂。对于离子注入，掺 杂温度越低，该多晶颗粒结构获取的掺杂物 的量就越大。
元件，这实际上就减少了表面连线的可用空间。 解决的方法就是利用多层金属结构。到2012年， 芯片上的金属层可望达到9层.这种堆栈结构的底 部是在硅表面形成硅化物隔离层，有利于降低硅 表面和上层之间的阻抗。如果铝作为导电物质的 话，隔离层也能够阻止铝和硅形成合金。
接下来是由某种绝缘物质构成的绝缘层，这 种绝缘材料可能是淀积的氧化物、氮化硅或 聚酰亚胺膜。这一层需要经过光刻形成新的 连接孔，直达第一层金属。在这些连接孔中 淀积导电的物质，就可以形成导电的连接 柱。紧接着第一层金属层被淀积并光刻。在 以后的工艺中，重复这个步骤，就形成了多 层金属结构。
对于铜的金属化工艺来说，对隔离层的要求 很严格。通常是氮化钛、钽或氮化钽。
Hale Waihona Puke 1.6 难熔金属和难熔金属的硅化物 虽然电迁移和共熔合金的的问题通过采
用铝合金和隔离金属的方法得到了解决。然 而接触电阻的问题是铝金属化的最大障碍之 一。
在一个简单的铝系统中有两种接触：硅 铝的相互接触以及铝和焊线相互接触。
金属化工艺的作用
• 金属化：在绝缘介质膜上淀积金属膜以及随 后刻印图形形成互连金属线和集成电路的孔 填充塞的过程。
• 对未来的集成电路微芯片，互连技术已成为 关键技术。
• 为提高电路速度与集成度，应尽可能缩短互 连线，或采用多层金属化系统，或减小金属 电阻率——铜代替铝作为互连金属，对深亚 微米线宽，利用低k层间介质。
• 容易腐蚀，且在腐蚀铝时对SiO2 和Si 不产 生腐蚀。
• 固溶在铝引线内的硅对铝引线的电阻率影 响不大。
缺点：
1.铝布线的电迁移现象比较严重。铝导线比较 细长，经常承载很高的电流，电流在导线内 部产生一个电场，电场强度从输入端到输出 端逐渐减弱。同时，电流所产生的热也产生 一个热梯度。在它们的作用下，导线内部的 铝就会运动并沿着两个梯度的方向扩散。这 样最直接的影响就是使用导线变细，导线甚 至完全断开，引起芯片失效。
接触电阻的大小主要由材料、基体掺杂 浓度、接触尺寸等决定。接触尺寸越小，电 阻越高。它是影响VLSI电路以上的金属系统 性能的最主要的因素。
而铝和硅的接触电阻已经没有降低的余 地了，同时它还存在着和硅的共熔问题。这 使人们不得不开发其他的金属以适应VLSI集 成电路金属化系统的要求。多晶硅因为和铝 相比有较低的接触电阻，因而广泛被用在 MOS集成电路中。
由于淀积多金属系统和合金的需要，以 及对金属淀积阶梯覆盖度的更高要求，使得 溅射技术成为了VLSI电路制造的标准淀积方 法。而难熔金属的应用，使金属化工艺发展 出了第三种技术—金属化学气相淀积。
11.8.1真空蒸发
真空蒸发技术一般被用在分立器件或较 低集成电路的金属淀积上。在封装工艺中， 它也可以用来在晶片的背面淀积金，以提 高芯片和封装材料的黏合力。
3.灯丝蒸发 通常适用于要求不是很严格的蒸发，比
如说晶片背面的蒸金。将钨丝（或其他金属 丝）缠绕在需要蒸发的金属材料上面，然后 在钨丝上通以大电流，它将淀积金属加热到 液态进而蒸发，淀积到晶片上。
缺点：灯丝各个部位的温度分布不均匀，灯 丝蒸发很难做到精确控制，而且污染物也会 蒸发到晶片表面。合金很难用这种方法淀 积。由于在给定温度下，各种元素的蒸发速 度不同，这样的话，淀积到晶片上的薄膜成 分和原金属的成分就不同了。
(a) 保证金属蒸发原子在系统中输运时的平均 自由程远大于蒸发源与衬底间的距离；
(b) 以免金属原子、分子被氧化；
(c) 保证淀积薄膜的纯度。
• 由于铝在所有蒸发材料中最常见也最重要， 因此更加关注铝的淀积。淀积是在真空环 境下进行的。首先是化学方面的考虑，当 高能的铝原子在晶片上凝结时，如果有任 何空气分子存在于容器中的话，它们将会 和铝反应形成三氧化二铝，它是一种绝缘 材料，如果它们被掺杂进淀积的薄膜，就 会使铝作为导体的导电性能打折扣。其次， 为了形成均匀的淀积层，铝的真空蒸发真 空压力为5×10-5~1×10-9托的环境中进行。
对于扩散掺杂来说，可以获得最低的电阻 率。
掺杂的多晶硅能够和晶体形成良好的欧姆 接触，因而具有较低的接触电阻，并且能够 氧化形成绝缘层。
11.8淀积方法 金属化工艺技术，像其他制造工艺一样，
由于集成电路发展的需要和新材料的出现，它 经历了一个发展和进化的过程。直到20世纪70 年代，金属淀积的主要方法仍然是真空蒸发。 铝、金和熔断丝金属都通过这个技术来淀积。
4.电子束蒸发
（1）原理
电子束在电场作用下穿过加速极阳极进入 磁场空间，通过调节磁场强度控制电子束 的偏转半径，准确地打到坩埚内的蒸发源 上（Al 或Ti等），将电子的动能转变为热 能，使金属熔化并蒸发到硅片表面上，形 成薄膜。
（2）特点
优点：
容器无需加热，故K、Na 离子沾污轻；能 蒸发熔点在2000℃以上的材料或难熔金属； 蒸发速率大；台阶覆盖性好；膜厚控制好。
优点：
• 铝与P 型硅及高浓度N型硅均能形成低欧姆 接触。
• 电阻率低。 • 与SiO2 粘附性强，无需粘附层。 • 能单独作金属化布线，工艺简单。 • 能用电阻丝加热蒸发，工艺简单 • 铝与硅的接触处无空隙，粘附牢固。 • 材料价格低廉。
• 铝能够穿透引线孔内残余的氧化层，容易 形成欧姆接触。
4.铝是软金属，容易擦伤。
5.金丝与铝互连线键合会产生黄斑和紫斑， 可靠性差。
11.3.2铝- 硅（1~2%）合金系统 解决铝- 硅共熔的问题有两种方法： 其一，在铝- 硅之间增加一个金属层； 其二，采用含硅1~2%的铝合金。
(1) 避免硅在铝中溶解，保护PN 结，但热处 理过程中，铝、硅的再结晶，形成硅小丘。
缺点： 导致辐射损伤。蒸发后应当采用退火的方法 来消除辐射损伤。合金蒸发效果不是很好。 退火条件： 380℃~500℃，N2 或N2 + H2 混合气氛中退 火15 ~ 40 min 。
5.热平板蒸发
它的温度永远保持在特定金属熔点之上。 自动装置将一个合金细丝靠近并接触热平 板的表面。在接触的瞬间，金属细丝顶端 熔化，合金材料快速蒸发成为蒸气，然后 凝结并覆盖在容器中的晶片上。因为所有 元素几乎同时蒸发，所以晶片上薄膜的成 分和合金金属丝的组成很接近。