微电子工艺之金属化

四、 金属化的实现
③类型 直流溅射 磁控溅射 RF溅射 离子束溅射和反应金属
图8－5 平板型磁控溅射源示意图
由于在阴极面上存在极强的磁场，电子受洛伦茲力作用而被限制 在阴影区内，沿着类似摆线的轨迹运动（虚线），于是增加了电子 与气体的碰撞次数，增加了等离子体的密度，提高了溅射速率。
四、 金属化的实现
③改进电迁移的方法
a.“竹状”结构：晶粒间界垂直电流方向。
b.Al-Cu(Al-Si-Cu)合金：Cu等杂质的分凝降低Al在晶粒间界的扩 散系数。
c.三层夹心结构：两层Al之间加一层约500Å的金属过渡层。
六、 多层布线
多层布线是高集成度的必然。 第一层：基本单元布线； 第二层：单元之间电路布线； 介质：SiO2 ， P S G ,Al2O3 ，聚铣亚铵
散阻挡层。
第六章 金属化与多层互连技术
三、欧姆接触
1.定义：金属－相对于半导体主体或串联电阻，当半导体 接触处的接触电阻可以忽略不计时，称为欧姆接触。
2.三个重要的参数：
①功函数:费米能级与真空能级的能量差.
金属功函数- WM；半导体功函数－ WS。
②肖特基势垒高度Φb: Φb＝WM- ,
③接触电阻RC:RC=(dV/dJ)v=0
CMooSCi、）T、iN金）属合金（AuCu、CuPt、TiB2 、ZrB2 、TiC、
第六章 金属化与多层互连技术
二、集成电路对金属化的基本要求 1.对P＋、N＋或poly-Si形成低阻欧姆接触，即硅/金属接触
电阻越小越好； 2.提供低阻互连线，从而提高集成电路的速度； 3.抗电迁移； 4.良好的附着性； 5.耐腐蚀； 6.易于淀积和刻蚀； 7.易键合； 8.层与层之间绝缘要好，即相互不扩散，即要求有一个扩
4.电迁移现象及改进
①电迁移机理：在大电流密度作用下，导电电子与铝金属离子发 生动量交换，使金属离子沿电子流方向迁移。迁移使金属离子 在阳极端堆积，形成小丘或须晶，造成电极间短路；在阴极端 形成空洞，导致电极开路。
②电迁移现象的表征－中值失效时间MTF，即50％互连线失效的 时间。
MTF与引线截面积成正比。
金和硅共熔点:370℃ 合金气氛：真空或H2 , N2混合。
五、铝硅接触
2.Al/Si接触的现象 ①Al/Si互溶：Al在Si中的溶解度非常低；Si在Al中的溶解
度相对较高：400℃时，0.25wt%; 450℃时，0.5wt%;500℃时，0.8wt%。 ②Si在Al中扩散：Si在Al薄膜中的扩散比在晶体Al中大
六、 多层布线
1.对布线材料的要求 ①导电性好；②欧姆接触好；③与绝缘介质层的粘附性
好；④对介质腐蚀液的抗蚀性好；⑤热匹配好。 常用材料：Al、Al合金、Cu、MoSi等。 2.对绝缘介质的要求 ①绝缘性好；②较高的介电强度和较低的介电常数；③
理化性能稳定；④杂质离子的迁移率小；⑤易刻蚀 常用材料：SiO2、Al2O3、PSG、聚铣亚铵
④溅射条件： 衬底温度：200～230℃； 背景真空：5nm/s。
五、铝硅接触
1. 合金化原理：铝和硅（重掺杂1019）在300℃以 上可以在界面形成硅铝合金，从而形成半导体和 金属的欧姆接触。
铝硅合金工艺：500℃（577℃共熔点），10～ 15分钟。
四、 金属化的实现
2. 溅射淀积 ①定义：用核能离子轰击靶材，使靶材原子从耙表
面逸出，淀积在衬底材料上的过程。
被溅射材料称为靶材，作为阴极；而硅片作为阳 极接地。
②机理：抽真空后充惰性气体，电子在电场加速下， 与惰性气体碰撞，产生惰性气体离子和更多电子， 而惰性气体离子打到靶材上时，溅射出耙原子则 淀积在阳极衬底上形成薄膜。
工艺：载流子浓度大于1019 /cm3，耗尽区宽度小 于10nm。
应用实例：引线孔
第六章 金属化与多层互连技术
四、 金属化的实现 1.真空蒸发淀积 ①电阻加热蒸发：利用难熔金属电阻丝（W）或电
阻片（Mo）加热蒸发源，使之蒸发淀积在硅片 表面。 淀积的金属：Al、Au、Cr等易熔化、气化金属。 ②电子束蒸发：利用高压加速并聚焦的电子束加热 蒸发源，使之蒸发淀积在硅片表面。 淀积的金属：熔点>3000℃的难熔金属。
低掺杂：
RC
k qAT
exp
Φb kT
，A*-理查德逊常数
三、欧姆接触
高掺杂： ，
RC
exp
a
S
m
1/ 2
Φb N D
3.形成欧姆接触的方法
①的低功势函垒数欧W姆S接或触金:属金的属功的函功数函W数MW高M于低p于半n导半体导的体 功函数WS。
实际：必须低于0.3eV以下才能形成欧姆接触。 （由于有半导体表面态的存在，存在较宽的耗尽 层。）
应用实例：测试探针
三、欧姆接触
②高复合欧姆接触:半导体表面高浓度缺陷，在表 面耗尽区起复合中心作用，使RC明显减少。
工艺：半导体表面研磨或喷沙处理，离子注入。 应用：功率管背面金属化；接触电极。
三、欧姆接触
③高掺杂欧姆接触：在半导体表面扩散形成高掺杂 层，金－半接触时，只形成很薄的耗尽区，载流 子能以隧道穿透方式通过势垒。
六、 多层布线
3.影响多层布线质量的因素 ①通孔：孔中残留的介质层；通孔过腐蚀。 解决：反应离子刻蚀 ②介质层：绝缘层上的针孔；金属与绝缘层的热不匹
第六章 金属化与多层互连技术
一、金属及金属性材料 1.按功能划分 ①MOSFET栅电极材料－MOSFET器件的组成部分，对器
件的性能起着重要的作用。 ②互连材料－将同一芯片的各个独立的元件连接成为具有
一定功能的电路模块。 ③接触材料－直接与半导体材料接触的材料，以及提供与
外部相连的接触点。 2.常用金属材料：Al、Cu、Pt、Au、W、Mo等 3.常压的金属性材料：掺杂的poly-Si、金属硅化物（PtSi、
40倍。 ③与SiO2反应：3SiO2+4Al→3Si+2Al2O3 好处：降低Al/Si欧姆接触电阻；改善Al与SiO2的粘附性 ④Al/Si接触的尖楔现象：
五、铝硅接触
3. Al/Si接触的改善 ①Al-Si合金金属化引线 ②Al--掺杂poly-Si双层金属化结构 ③ Al-阻挡层结构