1、金属（Al）的电阻率、粘附性和可光刻性
2、几个物理问题 1）合金的形成 相图 固溶度 金属化合金温度 的选择557°C 合金处理也将改 变界面态
2）界面渗透
557°C 金属化时，Al/Si界面的渗透主要 是Si向Al内扩散。
金属/半导体界面的低温相互渗透，将使 界面的机械强度增加，但也可能影响界面态 的稳定。
无油真空系统：
分子泵
低温吸附泵
溅射离子泵 （Ti升华泵）
• 真空的测量 9.4, 热偶规 电离规
• 坩埚: 与蒸发材料的粘润性和互溶度 钨、刚玉等
P302~303
– 优点与缺点： 系统简单、可蒸镀各种材料、易做厚膜 纯度不够高、镀膜速率不易控制、均匀性 较差（星型夹具）
– 平衡蒸气压：
Gas flow controller
Target Substrate
Gas panel
Chuck
Turbo pump
RF generator Microcontroller operator interface
Pressure controller
Exhaust
Argon
Roughing pump
Al/SiO2界面的在低温下可形成一极薄的 Al2O3层
3） Al/Si接触中的尖刺现象
Al向硅中扩散，（100）方向的扩散系数 大，所以MOS IC器件中明显。
Junction Spiking
Shallow junction
Junction short
尖刺现象的抑制：
Al/Si合金层结构——但Si从Al 中分凝将 在Al层中形成单晶硅“结瘤”或“外延膜” 使接触整流化。
Hi-Vac valve Hi-Vac pump
Roughing pump
2）电子束蒸发： 纯度高 镀膜速率易控制
诱生软x射线： 辐照损伤问题
3）溅射沉积 (10.5)(12.6~12.8) 直流溅射
RF Sputtering System
Matching network
Electrode
Blocking capacitor
– 射频溅射： 解决绝缘靶材料上的电荷堆积问题和合金材 料的组分问题
– 等离子体溅射：低压（电压、气压） – 磁控溅射：提高离化率、分离非离化离子 – 优点：？
– 工艺： （组分的控制，界面态）
– 台阶覆盖： （301，12.10 Morphology and Step Coverage）
(台阶的应用)
• 9.4. 器件中的金属膜 在器件中的作用：
—欧姆电极、连线、肖特基接触
9.4.1.欧姆接触与肖特基接触（半导体物理）
1、金属功函数与半导体亲合能对金—半接触 时的界面空间电荷区的影响 阻挡层和反阻挡层的形成
2、界面态的影响
FWe ？
费米能级钉扎
3、隧穿效应
4、与半导体载流子浓度的关系
5、实现低欧姆接触的途径 高掺杂（正面） 粗表面（背面） 合金（双面）：合金层和扩散层 表面态的形成
6、实现肖特基接触的途径
表面态的处理——表面费米能级的工艺调制
金属的选择 表面的处理 镀膜温度和速率
9.4.2. Al在硅器件中的特点 Al是硅平面器件中的三种基本材料之一
主要做欧姆电极和连线，也能与p型硅形成 欧姆接触。
欧姆电极和连线材料的要求： 电阻率低、稳定抗氧化、与基质材料的粘接 性好、能与各型硅材料形成良好的欧姆接触、 易于光刻、易于键合
• 9.3. PVD的主要应用 PVD技术主要用于金属膜的制备 （也可以用于非金属薄膜材料的生长）
9.3.1 主要金属材料 连线材料（铝Al、铝铜合金、铜Cu） 阻挡层金属（W、Ti、Mo、Ta等） 硅化物（Pt、W、Ti等） 金属填充物（W等） 其它
*真空度对生长膜质量的影响 **材料纯度对生长膜质量的影响 ***技术方法对生长膜质量的影响
Molybdenum(Mo) Platinum(Pt)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Melting Temperature (C)
1412
1412 660 1083 3417 1670 2996 2620 1772
Resistivity (-cm)
109
500 – 525 2.65 1.678 8 60
13 – 16 5 10
Al/多晶Si双层金属化结构——重掺杂（P、 As）多晶硅具有低阻、互连性好、多晶粒不 易在低温下再结晶等特点。但不适宜在p型 层上作互连。
Al-阻挡层结构——用薄（几十纳米）金 属膜（Ti0.03~0.28W、TiN 0.4） 作Al/Si间的阻 挡层（可在600°C下阻挡Al 20h）。TiW的 压应力大，因而目前多用TiN。由于TiW、 TiN与Si的欧姆接触和粘附性不好，故需在 阻挡层和Si之间加一层金属硅化物（如： PtSi、Pd2Si、CoSi等），形成多层金属化电 极。
– 合金与化合物蒸发：P305 无分解蒸发、分解蒸发；不同蒸气压
的蒸发
– 膜厚的实时测量：
石英振荡法（原理？）
精度可达~0.01Å
Simple Evaporator
Crucible
Wafer carrier
Evaporating metal Process chamber (bell jar)
Silicon and Select Wafer Fab Metals (at 20°C)
Material
Silicon (Si) Doped Polysilicon (Doped Poly)
Aluminum(Al) Copper (Cu) Tungsten (W) Titanium(Ti) Tantalum(Ta)
第9章IC工艺薄膜物理淀积技术_393
Copper Metallization
• 9.1.薄膜沉积的特点：pages 296
• 微电子技术中的薄膜种类繁多，一般都不 能（也不需要）形成与衬底晶格匹配的晶 体。形成非晶或多晶薄膜即可（但要求其 界面的应力足够小）。其生长的过程大致 为：
• 晶核形成、晶粒成长、晶粒聚结、逢道填 补、成积膜成长。
晶粒自由能对成核的影响： 临界半径—表面能的约束
界面亲和能对成核的影响： 浸润湿夹角—界面键的形成
晶粒间界的形成与多晶膜的生长：
杂质的影响：
非晶膜的形成：
（Si非晶膜、多晶膜和外延层的形成）
9.2.几种物理沉积（PVD）方法 1）热阻加热蒸发镀膜
常规真空系统： （Ch 12）
油扩散泵原理:(P.245)