第十一章 金屬淀積

1、 集成電路的制造可以分為兩個主要的部分。首集成電路的制造可以分為兩個主要的部分。首先，在晶片的表面制造出有源器件和無源器件，先，在晶片的表面制造出有源器件和無源器件，這這稱做稱做前線或前線或FEOL；在；在后線（后線（BEOL）中，需要在中，需要在芯片上用金屬系統(tǒng)來連接各個器件和不同的層。芯片上用金屬系統(tǒng)來連接各個器件和不同的層。 金屬薄膜金屬薄膜在半導體技術中最一般和最常見的在半導體技術中最一般和最常見的用途就是用途就是表面連線表面連線。把各個元件連接到一起的材。把各個元件連接到一起的材料、工藝、連線過程一般稱為料、工藝、連線過程一般稱為金屬化工藝流程金屬化工藝流程。金屬化工藝的作用金屬化工

2、藝的作用 金屬化金屬化：在絕緣介質(zhì)膜上淀積金屬膜以及隨：在絕緣介質(zhì)膜上淀積金屬膜以及隨后刻印圖形形成互連金屬線和集成電路的孔后刻印圖形形成互連金屬線和集成電路的孔填充塞的過程。填充塞的過程。 對未來的集成電路微芯片，互連技術已成為對未來的集成電路微芯片，互連技術已成為關鍵技術。關鍵技術。 為提高電路速度與集成度，應盡可能為提高電路速度與集成度，應盡可能縮短互縮短互連線連線，或采用，或采用多層金屬化多層金屬化系統(tǒng)，或系統(tǒng)，或減小金屬減小金屬電阻率電阻率銅代替鋁作為互連金屬，對深亞銅代替鋁作為互連金屬，對深亞微米線寬，利用微米線寬，利用低低k層層間介質(zhì)。間介質(zhì)。11.1金屬化的專門術語金屬化的專門

3、術語互連互連（interconnect)指由導體材料如鋁、多指由導體材料如鋁、多晶硅或銅制成的連線將電信號傳輸?shù)叫酒木Ч杌蜚~制成的連線將電信號傳輸?shù)叫酒牟煌糠?。也被用于芯片上器件和整個封裝不同部分。也被用于芯片上器件和整個封裝之間的金屬連接。之間的金屬連接。接觸接觸（contact）指芯片內(nèi)部的器件與第一金）指芯片內(nèi)部的器件與第一金屬層間在硅片表面的連接。屬層間在硅片表面的連接。通孔通孔（via）指穿過各種介質(zhì)從某一金屬層到）指穿過各種介質(zhì)從某一金屬層到毗鄰金屬層形成電通路的開口。毗鄰金屬層形成電通路的開口。填充薄膜填充薄膜：指用金屬薄膜填充通孔，以便在兩：指用金屬薄膜填充通孔，以便在兩

4、層金屬間形成電連接。層金屬間形成電連接。合金化合金化（alloying）指為了確保金屬和晶片之）指為了確保金屬和晶片之間具有較好的導電性能，經(jīng)常在金屬的光刻間具有較好的導電性能，經(jīng)常在金屬的光刻之后加入一個熱處理步驟。之后加入一個熱處理步驟。集成電路對金屬化的基本要求集成電路對金屬化的基本要求(1)對對N+、P+硅或多晶硅能形成硅或多晶硅能形成低阻的歐姆接觸低阻的歐姆接觸，即金屬硅即金屬硅 接觸電阻要??；接觸電阻要小； (2)能提供能提供低阻的互連引線低阻的互連引線，從而有利于提高電，從而有利于提高電路速度；路速度；(3)在長時期的較高電流密度負荷下，金屬材料在長時期的較高電流密度負荷下，金屬

5、材料的輸運問題的輸運問題(電遷移現(xiàn)象電遷移現(xiàn)象)不致引起金屬化引線不致引起金屬化引線的失效，即的失效，即抗電遷移性能要好抗電遷移性能要好； (4)與絕緣體與絕緣體(例如例如Si02)有良好的附著性；有良好的附著性；(5)耐腐蝕；耐腐蝕； (6)易于淀積和刻蝕；易于淀積和刻蝕； (7)易于鍵合，且鍵合點能經(jīng)受長期工作；易于鍵合，且鍵合點能經(jīng)受長期工作；(8)從多層互連要求講，層與層之間從多層互連要求講，層與層之間絕緣要好絕緣要好，不互相滲透和擴散不互相滲透和擴散，即要求有一個擴散阻擋，即要求有一個擴散阻擋層等；層等； （9）長期的穩(wěn)定性）長期的穩(wěn)定性（10）高純度）高純度（11）均勻的顆粒結構）

6、均勻的顆粒結構（12）能夠淀積出均勻而且）能夠淀積出均勻而且沒有沒有“空洞空洞”和和“小丘小丘”的薄膜的薄膜 但是能滿足上述要求的最佳金屬是鋁，它已但是能滿足上述要求的最佳金屬是鋁，它已廣泛地應用于雙極和廣泛地應用于雙極和 MOS集成電路中鋁集成電路中鋁的室溫電阻率很低的室溫電阻率很低2.7 cm，因而能滿，因而能滿 足低阻的要求，與足低阻的要求，與N+、P+硅或多晶硅的歐硅或多晶硅的歐姆接觸電阻可低至（姆接觸電阻可低至（110)x10-6 ，與，與SiO2和磷硅玻璃附著性好，又易于淀識和和磷硅玻璃附著性好，又易于淀識和 刻蝕但是鋁也有缺點，主要是電遷移問題；刻蝕但是鋁也有缺點，主要是電遷移問

7、題；硅在鋁中的擴散引硅在鋁中的擴散引 起鋁在起鋁在AlSi界面向硅界面向硅中楔進和耐腐蝕性差等問題為了解決這中楔進和耐腐蝕性差等問題為了解決這 一問題，發(fā)展了一系列的方法。一問題，發(fā)展了一系列的方法。 相應地采取了相應地采取了AISi、AlSiCu合金合金（合金電阻增加（合金電阻增加30%)；PtSiSi、PdSiSi、WSi界面；界面；TiW、 TiN擴散阻擋擴散阻擋層和難熔金屬或難熔金屬硅化物、多晶硅層和難熔金屬或難熔金屬硅化物、多晶硅硅化物硅化物 復合材料互連等因此金屬化系復合材料互連等因此金屬化系統(tǒng)實際上是一個相當復雜的統(tǒng)實際上是一個相當復雜的 系統(tǒng)問題系統(tǒng)問題 11.2多層金屬導體框

8、架多層金屬導體框架 增加芯片密度增加芯片密度能夠在晶片表面放置更多的能夠在晶片表面放置更多的元件，這實際上就元件，這實際上就減少了表面連線的可用空間減少了表面連線的可用空間。解決的方法就是解決的方法就是利用多層金屬結構利用多層金屬結構。到。到2012年，年，芯片上的金屬層可望達到芯片上的金屬層可望達到9層層.這種堆棧結構的這種堆棧結構的底底部部是在是在硅表面形成硅化物隔離層硅表面形成硅化物隔離層，有利于，有利于降低硅降低硅表面和上層之間的阻抗表面和上層之間的阻抗。如果鋁作為導電物質(zhì)的。如果鋁作為導電物質(zhì)的話，隔離層也能夠阻止鋁和硅形成合金。話，隔離層也能夠阻止鋁和硅形成合金。接下來接下來是由某

9、種絕緣物質(zhì)構成的是由某種絕緣物質(zhì)構成的絕緣絕緣層，這層，這種絕緣材料可能是淀積的種絕緣材料可能是淀積的氧化物氧化物、氮化硅氮化硅或或聚酰亞胺膜聚酰亞胺膜。這一層需要經(jīng)過光刻。這一層需要經(jīng)過光刻形成新的形成新的連接孔連接孔，直達第一層金屬直達第一層金屬。在這些連接。在這些連接孔中孔中淀積導電的物質(zhì)淀積導電的物質(zhì)，就可以形成導電的連接，就可以形成導電的連接柱。柱。緊接著緊接著第第一一層層金屬層金屬層被被淀積淀積并光刻。在并光刻。在以后的工藝中，以后的工藝中，重復這個步驟重復這個步驟，就形成了多，就形成了多層金屬結構。層金屬結構。 和單層金屬系統(tǒng)相比，多層金屬系統(tǒng)更昂和單層金屬系統(tǒng)相比，多層金屬系統(tǒng)

10、更昂貴，良品率低，同時需要貴，良品率低，同時需要盡量使晶片表面和中盡量使晶片表面和中間層平整化間層平整化，才能制造出較好的載流導線。，才能制造出較好的載流導線。11.3導體導體11.3.1 鋁鋁 從導電性能的觀點看，鋁的導電性要比從導電性能的觀點看，鋁的導電性要比銅和金差些，因此早期的金屬化結構曾使用銅和金差些，因此早期的金屬化結構曾使用金金，但是由于它，但是由于它與硅的接觸電阻很高與硅的接觸電阻很高，因此，因此需要一個鉑中間層需要一個鉑中間層，其，其頂部需要加入一層鉬頂部需要加入一層鉬金屬來金屬來克服其柔軟性克服其柔軟性。如果直接使用。如果直接使用銅銅作為作為鋁的取代物的話，首先，它鋁的取代

11、物的話，首先，它與硅有很高的接與硅有很高的接觸電阻觸電阻，其次，如果它，其次，如果它進入器件區(qū)進入器件區(qū)的話，會的話，會降低器件的性能降低器件的性能。而鋁不具有上述問題。而鋁不具有上述問題。 優(yōu)點：優(yōu)點： 鋁與鋁與P 型硅及高濃度型硅及高濃度N型硅均能形成低歐姆型硅均能形成低歐姆接觸。接觸。 電阻率低。電阻率低。 與與SiO2 粘附性強，無需粘附層。粘附性強，無需粘附層。 能單獨作金屬化布線，工藝簡單。能單獨作金屬化布線，工藝簡單。 能用電阻絲加熱蒸發(fā)，工藝簡單能用電阻絲加熱蒸發(fā)，工藝簡單 鋁與硅的接觸處無空隙，粘附牢固。鋁與硅的接觸處無空隙，粘附牢固。 材料價格低廉。材料價格低廉。 鋁能夠穿

12、透引線孔內(nèi)殘余的氧化層，容易鋁能夠穿透引線孔內(nèi)殘余的氧化層，容易形成歐姆接觸。形成歐姆接觸。 容易腐蝕，且在腐蝕鋁時對容易腐蝕，且在腐蝕鋁時對SiO2 和和Si 不產(chǎn)不產(chǎn)生腐蝕。生腐蝕。 固溶在鋁引線內(nèi)的硅對鋁引線的電阻率影固溶在鋁引線內(nèi)的硅對鋁引線的電阻率影響不大。響不大。缺點：缺點：1.鋁布線的鋁布線的電遷移現(xiàn)象電遷移現(xiàn)象比較嚴重。鋁導線比較比較嚴重。鋁導線比較細長，經(jīng)常承載很高的電流，電流在導線內(nèi)細長，經(jīng)常承載很高的電流，電流在導線內(nèi)部產(chǎn)生一個電場，電場強度從輸入端到輸出部產(chǎn)生一個電場，電場強度從輸入端到輸出端逐漸減弱。同時，電流所產(chǎn)生的熱也產(chǎn)生端逐漸減弱。同時，電流所產(chǎn)生的熱也產(chǎn)生一個

13、熱梯度。在它們的作用下，導線內(nèi)部的一個熱梯度。在它們的作用下，導線內(nèi)部的鋁就會運動并沿著兩個梯度的方向擴散。這鋁就會運動并沿著兩個梯度的方向擴散。這樣最直接的影響就是使用導線變細，導線甚樣最直接的影響就是使用導線變細，導線甚至完全斷開，引起芯片失效。至完全斷開，引起芯片失效。2.硅在鋁中的溶解和擴散硅在鋁中的溶解和擴散，會產(chǎn)生鋁尖楔現(xiàn)，會產(chǎn)生鋁尖楔現(xiàn)象，導致淺象，導致淺PN結退化甚至穿通。結退化甚至穿通。 鋁尖楔現(xiàn)象（結穿刺現(xiàn)象）這是由于硅溶鋁尖楔現(xiàn)象（結穿刺現(xiàn)象）這是由于硅溶解到鋁中，特別是在幾個點上大量溶解形解到鋁中，特別是在幾個點上大量溶解形成的。它使鋁像尖釘一樣刺入硅中，造成成的。它使

14、鋁像尖釘一樣刺入硅中，造成PN結的短路失效。結的短路失效。3.高溫高溫下與下與SiO2反應反應，使鋁膜變薄，電阻變，使鋁膜變薄，電阻變大，大，SiO2受侵蝕。受侵蝕。 3SiO2+4Al 3Si+2Al2O34.鋁是鋁是軟金屬軟金屬，容易擦傷。，容易擦傷。5.金絲與鋁互連線金絲與鋁互連線鍵合鍵合會產(chǎn)生黃斑和紫斑，會產(chǎn)生黃斑和紫斑，可靠性差可靠性差。11.3.2鋁鋁- 硅（硅（12%）合金系統(tǒng)）合金系統(tǒng)解決鋁解決鋁- 硅共熔的問題有兩種方法：硅共熔的問題有兩種方法：其一，在鋁其一，在鋁- 硅之間增加一個金屬層；硅之間增加一個金屬層；其二，采用含硅其二，采用含硅12%的鋁合金。的鋁合金。(1) 避

15、免硅在鋁中溶解，保護避免硅在鋁中溶解，保護PN 結，但熱處結，但熱處理過程中，鋁、硅的理過程中，鋁、硅的再結晶再結晶，形成，形成硅小丘硅小丘。(2) 抗電遷移能力強?？闺娺w移能力強。11.3.3、鋁、鋁- 銅（銅（24%）合金）合金(1) 抗電遷移能力強。抗電遷移能力強。(2) 熱處理過程中能熱處理過程中能阻止阻止鋁、硅的鋁、硅的再結晶再結晶，減，減小膜中小丘的產(chǎn)生，對多層布線有利。小膜中小丘的產(chǎn)生，對多層布線有利。缺點：缺點： 增加了淀積設備和工藝的復雜性；造成了增加了淀積設備和工藝的復雜性；造成了不同的刻蝕率；增加了薄膜的電阻率。不同的刻蝕率；增加了薄膜的電阻率。11.4 銅銅銅作為金屬互

16、連線的優(yōu)點：銅作為金屬互連線的優(yōu)點： 電阻率小，減少電阻率小，減少RC延遲（延遲（RC系統(tǒng)常量系統(tǒng)常量：金屬電阻金屬電阻R和電容和電容C聯(lián)合作用，就會使集成聯(lián)合作用，就會使集成電路的信號變慢。），增加芯片速度；電路的信號變慢。），增加芯片速度； 減小線寬，較低功耗；減小線寬，較低功耗； 集成度提高，金屬層可減少；集成度提高，金屬層可減少； 良好的抗電遷移能力；良好的抗電遷移能力；銅互連技術的挑戰(zhàn)：銅互連技術的挑戰(zhàn)： 銅很快擴散進氧化硅和硅銅很快擴散進氧化硅和硅 刻蝕困難刻蝕困難 低溫下，銅很容易被氧化低溫下，銅很容易被氧化 缺乏學習曲線缺乏學習曲線 易刮傷、腐蝕易刮傷、腐蝕使用銅金屬還需要發(fā)展

17、雙波紋光刻工藝，并使用銅金屬還需要發(fā)展雙波紋光刻工藝，并采用化學機械拋光工藝。采用化學機械拋光工藝。11.5隔離層金屬隔離層金屬一個一個阻止阻止硅和鋁硅和鋁共熔共熔形成合金的金屬化工藝形成合金的金屬化工藝的的方法方法就是在它們中間就是在它們中間加入一個隔離層加入一個隔離層。目。目前的選擇有前的選擇有鈦化鎢和氮化鈦鈦化鎢和氮化鈦。 對于銅的金屬化工藝來說，對隔離層的要求對于銅的金屬化工藝來說，對隔離層的要求很嚴格。通常是氮化鈦、鉭或氮化鉭。很嚴格。通常是氮化鈦、鉭或氮化鉭。11.6 難熔金屬和難熔金屬的硅化物難熔金屬和難熔金屬的硅化物 雖然電遷移和共熔合金的的問題通過采雖然電遷移和共熔合金的的問

18、題通過采用鋁合金和隔離金屬的方法得到了解決。然用鋁合金和隔離金屬的方法得到了解決。然而接觸電阻的問題是鋁金屬化的最大障礙之而接觸電阻的問題是鋁金屬化的最大障礙之一。一。 在一個簡單的鋁系統(tǒng)中有兩種接觸：硅在一個簡單的鋁系統(tǒng)中有兩種接觸：硅鋁的相互接觸以及鋁和焊線相互接觸。鋁的相互接觸以及鋁和焊線相互接觸。 接觸電阻的大小主要由材料、基體摻雜接觸電阻的大小主要由材料、基體摻雜濃度、接觸尺寸等決定。接觸尺寸越小，電濃度、接觸尺寸等決定。接觸尺寸越小，電阻越高。它是影響阻越高。它是影響VLSI電路以上的金屬系統(tǒng)電路以上的金屬系統(tǒng)性能的最主要的因素。性能的最主要的因素。 而鋁和硅的接觸電阻已經(jīng)沒有降低

19、的余而鋁和硅的接觸電阻已經(jīng)沒有降低的余地了，同時它還存在著和硅的共熔問題。這地了，同時它還存在著和硅的共熔問題。這使人們不得不開發(fā)其他的金屬以適應使人們不得不開發(fā)其他的金屬以適應VLSI集集成電路金屬化系統(tǒng)的要求。多晶硅因為和鋁成電路金屬化系統(tǒng)的要求。多晶硅因為和鋁相比有較低的接觸電阻，因而廣泛被用在相比有較低的接觸電阻，因而廣泛被用在MOS集成電路中。集成電路中。 難熔金屬及其硅化物有較低的接觸電難熔金屬及其硅化物有較低的接觸電阻。這些難熔金屬主要包括阻。這些難熔金屬主要包括鈦、鎢、鉭和鈦、鎢、鉭和鉬鉬。當它們在硅表面熔合時，它們的硅化物。當它們在硅表面熔合時，它們的硅化物就形成了。最初計劃

20、把難熔金屬用于金屬化就形成了。最初計劃把難熔金屬用于金屬化工藝是在工藝是在20世紀世紀50年代，但是由于沒有可靠年代，但是由于沒有可靠的淀積方法，所以一直進展甚微。由于的淀積方法，所以一直進展甚微。由于LPCVD和濺射工藝的發(fā)展，這種狀況才得以和濺射工藝的發(fā)展，這種狀況才得以改變。改變。 難熔金屬硅化物的優(yōu)點和其作用難熔金屬硅化物的優(yōu)點和其作用1、降低接觸電阻，、降低接觸電阻，2、作為金屬與有源層的粘合劑。、作為金屬與有源層的粘合劑。3、高溫穩(wěn)定性好，抗電遷移性能好、高溫穩(wěn)定性好，抗電遷移性能好4、可直接在多晶硅上淀積難熔金屬，經(jīng)加溫、可直接在多晶硅上淀積難熔金屬，經(jīng)加溫處理形成硅化物，工藝與

21、現(xiàn)有硅柵工藝兼處理形成硅化物，工藝與現(xiàn)有硅柵工藝兼容。容。11.7摻雜的多晶硅摻雜的多晶硅 用硅做柵極的用硅做柵極的MOS技術的出現(xiàn)，使得技術的出現(xiàn)，使得人們自然而然的考慮在芯片中使用多晶硅作人們自然而然的考慮在芯片中使用多晶硅作為導線。為了把多晶硅作為導體使用，不得為導線。為了把多晶硅作為導體使用，不得不在多晶硅中摻雜一些其他物質(zhì)以增加其導不在多晶硅中摻雜一些其他物質(zhì)以增加其導電性。電性。 摻雜一般通過擴散、離子注入或在摻雜一般通過擴散、離子注入或在LPCVD工序中原處摻雜。對于離子注入，摻工序中原處摻雜。對于離子注入，摻雜溫度越低，該多晶顆粒結構獲取的摻雜物雜溫度越低，該多晶顆粒結構獲取的

22、摻雜物的量就越大。的量就越大。 對于擴散摻雜來說，可以獲得最低的電阻對于擴散摻雜來說，可以獲得最低的電阻率。率。 摻雜的多晶硅能夠和晶體形成良好的歐姆摻雜的多晶硅能夠和晶體形成良好的歐姆接觸，因而具有較低的接觸電阻，并且能夠接觸，因而具有較低的接觸電阻，并且能夠氧化形成絕緣層。氧化形成絕緣層。11.8淀積方法淀積方法 金屬化工藝技術，像其他制造工藝一樣，金屬化工藝技術，像其他制造工藝一樣，由于集成電路發(fā)展的需要和新材料的出現(xiàn)，它由于集成電路發(fā)展的需要和新材料的出現(xiàn)，它經(jīng)歷了一個發(fā)展和進化的過程。直到經(jīng)歷了一個發(fā)展和進化的過程。直到20世紀世紀70年代，年代，金屬淀積的主要方法仍然是真空蒸發(fā)金屬

23、淀積的主要方法仍然是真空蒸發(fā)。鋁、金和熔斷絲金屬都通過這個技術來淀積。鋁、金和熔斷絲金屬都通過這個技術來淀積。 由于淀積多金屬系統(tǒng)和合金的需要，以由于淀積多金屬系統(tǒng)和合金的需要，以及對金屬淀積階梯覆蓋度的更高要求，使得及對金屬淀積階梯覆蓋度的更高要求，使得濺射技術成為了濺射技術成為了VLSI電路制造的標準淀積方電路制造的標準淀積方法。而難熔金屬的應用，使金屬化工藝發(fā)展法。而難熔金屬的應用，使金屬化工藝發(fā)展出了第三種技術出了第三種技術金屬化學氣相淀積。金屬化學氣相淀積。11.8.1真空蒸發(fā)真空蒸發(fā) 真空蒸發(fā)技術一般被用在分立器件或較真空蒸發(fā)技術一般被用在分立器件或較低集成電路的金屬淀積上。在封裝

24、工藝中，低集成電路的金屬淀積上。在封裝工藝中，它也可以用來在晶片的背面淀積金，以提它也可以用來在晶片的背面淀積金，以提高芯片和封裝材料的黏合力。高芯片和封裝材料的黏合力。1、概念及過程概念及過程 真空蒸發(fā)技術是對淀積薄膜的源材料施加真空蒸發(fā)技術是對淀積薄膜的源材料施加熱能或動能，使之分解為原子或原子的集合熱能或動能，使之分解為原子或原子的集合體，蒸發(fā)并輸運到硅片表面后結合或凝聚在體，蒸發(fā)并輸運到硅片表面后結合或凝聚在硅片表面而形成薄膜。硅片表面而形成薄膜。2、對真空蒸發(fā)的要求對真空蒸發(fā)的要求（1）真空蒸發(fā)系統(tǒng)應具有加熱源，以便將被）真空蒸發(fā)系統(tǒng)應具有加熱源，以便將被蒸發(fā)材料加熱到足夠高的溫度，

25、形成汽相蒸發(fā)材料加熱到足夠高的溫度，形成汽相原子或分子；原子或分子；（2）蒸發(fā)必須在真空室中進行，真空度應在）蒸發(fā)必須在真空室中進行，真空度應在1.3310-2Pa1.3310-5Pa ，因為：，因為：(a) 保證金屬蒸發(fā)原子在系統(tǒng)中輸運時的平均保證金屬蒸發(fā)原子在系統(tǒng)中輸運時的平均自由程遠大于蒸發(fā)源與襯底間的距離；自由程遠大于蒸發(fā)源與襯底間的距離；(b) 以免金屬原子、分子被氧化；以免金屬原子、分子被氧化；(c) 保證淀積薄膜的純度。保證淀積薄膜的純度。 由于鋁在所有蒸發(fā)材料中最常見也最重要，由于鋁在所有蒸發(fā)材料中最常見也最重要，因此更加關注鋁的淀積。淀積是在真空環(huán)因此更加關注鋁的淀積。淀積是

26、在真空環(huán)境下進行的。首先是化學方面的考慮，當境下進行的。首先是化學方面的考慮，當高能的鋁原子在晶片上凝結時，如果有任高能的鋁原子在晶片上凝結時，如果有任何空氣分子存在于容器中的話，它們將會何空氣分子存在于容器中的話，它們將會和鋁反應形成三氧化二鋁，它是一種絕緣和鋁反應形成三氧化二鋁，它是一種絕緣材料，如果它們被摻雜進淀積的薄膜，就材料，如果它們被摻雜進淀積的薄膜，就會使鋁作為導體的導電性能打折扣。其次，會使鋁作為導體的導電性能打折扣。其次，為了形成均勻的淀積層，為了形成均勻的淀積層，鋁的真空蒸發(fā)鋁的真空蒸發(fā)真真空壓力為空壓力為510-5110-9托托的環(huán)境中進行。的環(huán)境中進行。3.燈絲蒸發(fā)燈絲

27、蒸發(fā) 通常適用于要求不是很嚴格的蒸發(fā)，比通常適用于要求不是很嚴格的蒸發(fā)，比如說晶片背面的蒸金。將鎢絲（或其他金屬如說晶片背面的蒸金。將鎢絲（或其他金屬絲）纏繞在需要蒸發(fā)的金屬材料上面，然后絲）纏繞在需要蒸發(fā)的金屬材料上面，然后在鎢絲上通以大電流，它將淀積金屬加熱到在鎢絲上通以大電流，它將淀積金屬加熱到液態(tài)進而蒸發(fā)，淀積到晶片上。液態(tài)進而蒸發(fā)，淀積到晶片上。缺點：燈絲各個部位的溫度分布不均勻，燈缺點：燈絲各個部位的溫度分布不均勻，燈絲蒸發(fā)很難做到精確控制，而且污染物也會絲蒸發(fā)很難做到精確控制，而且污染物也會蒸發(fā)到晶片表面。合金很難用這種方法淀蒸發(fā)到晶片表面。合金很難用這種方法淀積。由于在給定溫度

28、下，各種元素的蒸發(fā)速積。由于在給定溫度下，各種元素的蒸發(fā)速度不同，這樣的話，淀積到晶片上的薄膜成度不同，這樣的話，淀積到晶片上的薄膜成分和原金屬的成分就不同了。分和原金屬的成分就不同了。4.電子束蒸發(fā)電子束蒸發(fā)（1）原理）原理 電子束在電場作用下穿過加速極陽極進入電子束在電場作用下穿過加速極陽極進入磁場空間，通過調(diào)節(jié)磁場強度控制電子束磁場空間，通過調(diào)節(jié)磁場強度控制電子束的偏轉半徑，準確地打到坩堝內(nèi)的蒸發(fā)源的偏轉半徑，準確地打到坩堝內(nèi)的蒸發(fā)源上（上（Al 或或Ti等），將電子的動能轉變?yōu)闊岬龋?，將電子的動能轉變?yōu)闊崮?，使金屬熔化并蒸發(fā)到硅片表面上，形能，使金屬熔化并蒸發(fā)到硅片表面上，形成薄膜。成

29、薄膜。（2）特點）特點優(yōu)點：優(yōu)點： 容器無需加熱，故容器無需加熱，故K、Na 離子沾污輕；能離子沾污輕；能蒸發(fā)熔點在蒸發(fā)熔點在2000以上的材料或難熔金屬；以上的材料或難熔金屬；蒸發(fā)速率大；臺階覆蓋性好；膜厚控制好。蒸發(fā)速率大；臺階覆蓋性好；膜厚控制好。缺點：缺點：導致輻射損傷。蒸發(fā)后應當采用退火的方法導致輻射損傷。蒸發(fā)后應當采用退火的方法來消除輻射損傷。合金蒸發(fā)效果不是很好。來消除輻射損傷。合金蒸發(fā)效果不是很好。退火條件：退火條件：380500，N2 或或N2 + H2 混合氣氛中退混合氣氛中退火火15 40 min 。5.熱平板蒸發(fā)熱平板蒸發(fā) 它的溫度永遠保持在特定金屬熔點之上。它的溫度永

30、遠保持在特定金屬熔點之上。自動裝置將一個合金細絲靠近并接觸熱平自動裝置將一個合金細絲靠近并接觸熱平板的表面。在接觸的瞬間，金屬細絲頂端板的表面。在接觸的瞬間，金屬細絲頂端熔化，合金材料快速蒸發(fā)成為蒸氣，然后熔化，合金材料快速蒸發(fā)成為蒸氣，然后凝結并覆蓋在容器中的晶片上。因為所有凝結并覆蓋在容器中的晶片上。因為所有元素幾乎同時蒸發(fā)，所以晶片上薄膜的成元素幾乎同時蒸發(fā)，所以晶片上薄膜的成分和合金金屬絲的組成很接近。分和合金金屬絲的組成很接近。11.8.2濺射淀積（濺射淀積（PVD） 濺射是另一種老工藝，能夠適應現(xiàn)代半導濺射是另一種老工藝，能夠適應現(xiàn)代半導體制造需要。它幾乎可以在任何襯底上淀體制造需

31、要。它幾乎可以在任何襯底上淀積任何材料。與真空蒸發(fā)一樣都在真空下積任何材料。與真空蒸發(fā)一樣都在真空下進行。濺射是物理工藝，所以被稱為是物進行。濺射是物理工藝，所以被稱為是物理氣相淀積（理氣相淀積（PVD）。）。1.基本原理基本原理 首先將氬氣充入室內(nèi)，并且電離成正電荷。首先將氬氣充入室內(nèi)，并且電離成正電荷。帶正電的氬離子被不帶電的靶（由鍍膜所帶正電的氬離子被不帶電的靶（由鍍膜所需的金屬構成的固態(tài)厚板）吸引，加速沖需的金屬構成的固態(tài)厚板）吸引，加速沖向靶。在加速的過程中這些離子受到引力向靶。在加速的過程中這些離子受到引力的作用，獲得動量，轟擊靶材。氬離子轟的作用，獲得動量，轟擊靶材。氬離子轟擊靶

32、，引起其上的原子分散。被氬離子從擊靶，引起其上的原子分散。被氬離子從靶上轟擊出的原子和分子進入反應室。這靶上轟擊出的原子和分子進入反應室。這就是濺射過程。就是濺射過程。 被轟擊出的原子或分子散布在反應室中，其被轟擊出的原子或分子散布在反應室中，其中一部分漸漸地停落在晶圓上。中一部分漸漸地停落在晶圓上。 濺射的主要特征是淀積在晶圓上的靶材不發(fā)濺射的主要特征是淀積在晶圓上的靶材不發(fā)生化學或合成變化。生化學或合成變化。2.優(yōu)點優(yōu)點 靶材的成分不會改變靶材的成分不會改變 階梯的覆蓋度得到改良階梯的覆蓋度得到改良 濺射形成薄膜對晶圓的黏附性較蒸發(fā)工藝濺射形成薄膜對晶圓的黏附性較蒸發(fā)工藝好好 對薄膜特性的

33、良好控制對薄膜特性的良好控制 清潔干燥的氬氣可以保持薄膜成分特征不清潔干燥的氬氣可以保持薄膜成分特征不變，而且低濕度可以阻止薄膜發(fā)生不必要變，而且低濕度可以阻止薄膜發(fā)生不必要的氧化。的氧化。3.濺射方法濺射方法 二級濺射二級濺射 在反應室中，靶接負電壓呈陰極，而襯底在反應室中，靶接負電壓呈陰極，而襯底呈陽極。帶負電的靶驅(qū)逐電子，使其加速呈陽極。帶負電的靶驅(qū)逐電子，使其加速飛向陽極。在運動過程中，電子與氬原子飛向陽極。在運動過程中，電子與氬原子碰撞，使氬原子電離呈氬離子。具有正電碰撞，使氬原子電離呈氬離子。具有正電性的氬離子加速飛向靶，開始濺射。氬離性的氬離子加速飛向靶，開始濺射。氬離子（子（+）和靶（）和靶（-）形成了兩極。）形成了兩極。缺點缺點： （1）工藝發(fā)生在晶圓表面上或附近。由于工藝發(fā)生在晶圓表面上或附近。由于氬原子的影響，系統(tǒng)產(chǎn)生大量電子。一方面，氬原子的影