金属化铝膜蒸镀原理及特性IC工艺技术
数字电路蒸镀方法
数字电路蒸镀方法
数字电路蒸镀方法是指通过蒸镀技术将金属材料蒸发到半导体片上的方法，用于制作电子器件中的导线、电极等部分。
数字电路蒸镀方法的具体步骤如下：
1. 准备工作：清洁半导体片表面，以确保蒸镀层与半导体片的封装层之间有良好的附着力。
2. 蒸镀材料准备：将所需的金属材料加热至蒸发温度，使其变为气态。
常用的金属材料有铝、铜、银等。
3. 蒸镀过程：将半导体片放置于真空腔室中，使蒸发的金属材料沉积在半导体片表面。
蒸镀时间和温度需根据具体要求进行控制，以确保蒸镀层的均匀性和厚度。
4. 后处理：将蒸镀后的半导体片进行清洗和光刻等工艺步骤，以形成所需的电路结构。
总的来说，数字电路蒸镀方法是通过将金属材料从固态到气态再沉积到半导体表面的方式，实现在半导体器件中制作导线、电极等功能结构的过程。
铝蒸镀参数
铝蒸镀参数1. 简介铝蒸镀是一种常用的表面处理技术，用于给物体表面镀上一层铝膜，以提高其外观和性能。
铝蒸镀参数是指在铝蒸镀过程中需要控制和调节的一些关键参数，包括蒸镀温度、蒸镀压力、蒸镀速度等。
本文将详细介绍铝蒸镀参数的相关内容。
2. 蒸镀温度蒸镀温度是指在铝蒸镀过程中需要控制的温度参数。
蒸镀温度的选择对于获得良好的蒸镀效果至关重要。
通常情况下，铝蒸镀温度范围为500°C至600°C，具体的温度取决于被镀物体的材料和尺寸。
蒸镀温度的选择应考虑以下几个因素： - 铝的蒸发温度：铝的蒸发温度约为2467°C，因此蒸镀温度要高于铝的蒸发温度，以确保铝能够充分蒸发并沉积在被镀物体上。
- 被镀物体的材料和耐热性：不同材料的耐热性不同，蒸镀温度应根据被镀物体的材料来选择，以避免被镀物体因温度过高而变形或损坏。
- 蒸镀速度：蒸镀温度的选择还应考虑蒸镀速度，通常情况下，蒸镀温度越高，蒸镀速度越快。
3. 蒸镀压力蒸镀压力是指在铝蒸镀过程中需要控制的气体压力参数。
蒸镀压力的选择对于获得均匀的蒸镀效果非常重要。
通常情况下，蒸镀压力范围为10-4至10-6 Torr。
蒸镀压力的选择应考虑以下几个因素： - 蒸镀速度：蒸镀压力的选择应与蒸镀速度相匹配，以确保蒸镀过程稳定。
- 被镀物体的形状和尺寸：不同形状和尺寸的被镀物体对蒸镀压力的要求也不同，蒸镀压力应根据被镀物体的形状和尺寸来选择，以确保蒸镀效果均匀。
- 蒸镀物体的材料：不同材料对蒸镀压力的要求也不同，蒸镀压力应根据蒸镀物体的材料来选择，以确保蒸镀效果良好。
4. 蒸镀速度蒸镀速度是指在铝蒸镀过程中铝膜在被镀物体上的沉积速度。
蒸镀速度的选择对于获得所需的铝膜厚度非常重要。
通常情况下，蒸镀速度范围为10至100 Å/mi n。
蒸镀速度的选择应考虑以下几个因素： - 蒸镀温度和蒸镀压力：蒸镀速度与蒸镀温度和蒸镀压力密切相关，蒸镀温度和蒸镀压力的选择应与蒸镀速度相匹配，以确保蒸镀过程稳定。
金属化铝膜蒸镀原理及特性IC工艺技术
耐熔金属硅化物
Poly-Si
TiSi2
n+
n+
金属化铝膜蒸镀原理及特性IC工艺 技术
钨塞 (Tungsten plug)
Metal 2 钨塞 ILD
Metal 1
金属化铝膜蒸镀原理及特性IC工艺 技术
背面金属化
• 背面金属化的目的 • 背面减薄后金属化 • 金属化系统 • Cr-Au, Cr-Ni-Au, • Ti-Ni-Au, Ti-Ni-Ag, • V-Ni-Au, V-Ni-Ag,
旋转行星盘：
金属化铝膜蒸镀原理及特性IC工艺 技术
台阶覆盖：
金属化铝膜蒸镀原理及特性IC工艺 技术
二、铝层反射率
• 对半导体器件制造很重要的变量是淀积膜 的反射率，反射率低的膜常常呈现雾状或 乳白色，这些膜的大晶粒会造成光刻困难， 或看不到前一层的对准记号，或由于铝晶 粒散射出杂散光。
金属化铝膜蒸镀原理及特性IC工艺 技术
=0.07ns
W L
d do
金属化铝膜蒸镀原理及特性IC工艺 技术
互连线
• CMOS倒相器（不考虑互连线延时）
特征尺寸
开关延时
3um
1ns
2um
0.5ns
1um
0.2ns
0.5um
0.1ns
• 互连线延时已与晶体管开关延时接近，不可忽略。
金属化铝膜蒸镀原理及特性IC工艺 技术
金属半导体接触
qm
q
阻挡层金属
• 阻止上下层材料（金－半或金－金）互相混合， 提高欧姆接触可靠性
• 对阻挡层金属的要求
* 有很好的阻挡扩散特性 * 高电导率，低欧姆接触电阻 * 与上下层材料有很好黏附性 * 抗电迁移 * 很薄并高温下的稳定性
真空镀铝基础知识介绍
4． 激光加熱方式及蒸發源
它是用激光照射在膜料表面﹐使其加熱蒸發。由于 不同材料吸收激光的波段范圍不同﹐因而需要選用相應 的激光器。例如﹕SiO, ZnS, MgF2, TiO2, Al2O3, Si3N4 等膜 料﹐ 宜采用二 氧化碳連 續激光 (波 長 ﹕10 . 6 μm, 9.6μm); Cr, W, Ti, Sb2S3 等膜料選用玻璃脈沖激光( 波長﹕1.06μm)﹔Ge, GaAs等膜料宜采用紅寶石脈沖激 光(波長﹕0.694μm﹐ 0.692μm) 。這種方式經聚焦后 功率密度可達106W/cm2 ,可蒸發任何能吸收激光光能的高 熔點材料﹐蒸發速率極高﹐制得的膜成分几乎與料成分 一樣。
真空蒸镀基础知识介绍
目录
一.真空蒸镀原理 二.真空蒸镀方式 三.真空蒸镀设备 四.真空蒸镀工艺
一﹑真空蒸镀原理
1．料在真空状态下的蒸发特性 2．蒸气粒子的空间分布 3．凝结﹐生长过程
1． 料在真空狀態下的蒸發特性
真空蒸镀是将工件放入真空室﹐并用 一定的方法加热﹐使镀膜材料(简称膜 料)蒸发或升华﹐飞至工件表面凝聚成 膜。 膜料的蒸发温度最终要根据膜料的熔 点和饱和蒸气压等参数定。表1-1和表 1-2分别列出了部分元素和化合物的熔 点以及饱和蒸气压为1.33Pa 时相应的 蒸发温度。 更多文章591cto
電阻加熱蒸發方式之優缺點：
優點： 1.製程簡單。 2.電源設備價格便宜。 3.蒸發源形狀容易配合需要做成各種形式。 缺點： 1.由於需先加熱電阻片再傳熱給薄膜材料，因此電阻片多少會
與材料起作用，或引生雜質。此點雖可加隔化學性質穩定之陶 瓷層，惟耗電量增加。 2.電片能加熱之溫度有限，對於高熔點之氧化物則大部分無法 熔融蒸鍍。 3.蒸鍍速率有限。 4.材料若為化合物，則有被熱分解之可能。閃燃法可蒸鍍部分 此類材料之薄膜。 5.膜質不硬，密度不高。
(工艺技术)真空蒸镀金属薄膜工艺
真空蒸镀金属薄膜工艺一、概述真空蒸镀金属薄膜是在真空条件下，将金属蒸镀在薄膜基材的表面而形成复合薄膜的一种新工艺。
被镀金属材料可以是金、银、铜、锌、铬、铝等，其中用的最多的是铝。
在塑料薄膜或纸张表面（单面或双面）镀上一层极薄的金属铝即成为镀铝薄膜，它广泛地用来代替铝箔复合材料如铝箔/塑料、铝箔/纸等使用。
镀铝薄膜与铝箔复合材料相比具有以下特点：（1）大大减少了用铝量，节省了能源和材料，降低了成本，复合用铝箔厚度多为7～8pm，而镀铝薄膜的铝层厚度约为0.05nm左右，其耗铝量约为铝箔的1/140～1/180，且生产速度可高达450m/min。
（2）具有优良的耐折性和良好的韧性，很少出现针孔和裂口，无揉曲龟裂现象，因此对气体、水蒸汽、气味、光线等的阻隔性提高。
（3）具有极佳的金属光泽，光反射率可达97%；且可以通过涂料处理形成彩色膜，其装潢效果是铝箔所不及的。
（4）可采用屏蔽式进行部分镀铝，以获得任意图案或透明窗口，能看到内装物。
（5）镀铝层导电性能好，能消除静电效应；其封口性能好，尤其包装粉末状产品时，不会污染封口部分，保证了包装的密封性能。
（6）对印刷、复合等后加工具有良好的适应性。
由于以上特点，使镀铝薄膜成为一种性能优良、经济美观的新型复合薄膜，在许多方面已取代了铝箔复合材料。
主要用于风味食品、农产品的真空包装，以及药品、化妆品、香烟的包装。
另外，镀铝薄膜也大量用作印刷中的烫金材料和商标标签材料等。
二、镀膜基材镀铝薄膜的基材主要是塑料薄膜和纸张。
真空蒸镀工艺对被镀基材有以下几点要求：（1）耐热性好，基材必须能耐受蒸发源的辐射热和蒸发物的冷凝潜热。
（2）从薄膜基材上产生的挥发性物质要少；对吸湿性大的基材，在镀膜前理。
（3）基材应具有一定的强度和表面平滑度。
（4）对蒸镀层的粘接性良好；对于PP、PE等非极性材料，蒸镀前应进行表面处理、以提高与镀层的粘接性。
常用的薄膜基材有：BOPET、BONY、BOPP、PE、PVC等塑料薄膜和纸张类。
金属镀膜技术系列ㄧ金属蒸镀
17
基板温度与偏压的影响
➢对于镀厚膜的工业应用而言,当基板温度加热至被蒸镀材 料熔点的一半或 三分之一时,蒸镀物的正常體(normal bulk)性质可以得到.
➢当沉积速率增加時,被给定的压力,对被气体及其他污染物 的损伤影响将降 低
➢沉积物的微结构及张力性质可以藉著控制温度而改善 ➢最近在基板加偏压促使基板表面被離子轰击,此趋势會降低 柱狀颗粒成长
Base Unit
STIH-270-2CK Turret Source
7
Reduced Beam Curl Magnetics
Improved Source Magnetics Reduce Beam Curl
Traditional Magnetic Melt Inventory Usage
Enhanced Magnetics Melt Inventory Usage
20
真空在蒸镀中的影响
➢因为低压下(10-6Torr)作業,可得最高纯度 ➢在10-5Torr压力下,可能从真空环境中得到小 于百万分之 ㄧ不纯度的沉积物
21
The Vacuum vs Pumping Time (New Unloading)
Time(Min) Pressure(torr)
0.5
➢电子束蒸发源的结構:设计与操作 ➢基板温度与偏压的影响
10
热平衡关係(Heat Balance)
经过蒸镀制程的整体制程的热平衡
Qi =Qv+Qr+Ql+Qn+Qx+Qc
whereQi:在被加速到阳极的电子束发展出的功率. Qv:在灯丝被加速到阳极的电子束撞击所损失功率.(可被忽略) Qr:从液态被蒸镀材料表面借着热輻射所损失的功率. (依赖着蒸镀温度;对顽抗性金属W,Mo,Qr大;相对室温下Zn,Al Qr小) Ql:对被蒸镀材料蒸镀的潜熱(latent heat). Qn:对被蒸镀材料因游離及二次电子产生所造成的功率损失.(max 20%) Qx:起因于x-ray产生损造成的功率损失. Qc :坩埚藉传导所损失的功率.(坩埚的热传导主要依赖接触面積, 表面张力,表面粗糙度,及流体静力學)
真空镀铝薄膜概述及工艺
真空镀铝薄膜概述及工艺一、概述真空蒸镀金属薄膜是在高真空（10－4mba以上）条件下，以电阻、高频或电子束加热使金属熔融气化，在薄膜基材的表面附着而形成复合薄膜的一种工艺。
被镀金属材料可以是金、银、铜、锌、铬、铝等，其中用的最多的是铝。
在塑料薄膜或纸张表面镀上一层极薄的金属铝即成为镀铝薄膜或镀铝纸。
用于包装上的真空镀铝薄膜具有以下特点：（1）和铝箔相比大大减少了铝的用量，节省了能源和材料，降低了成本。
复合用铝箔厚度多为7～9um，而镀铝薄膜的铝层厚度约为400Å（0.04um）左右，其耗铝量约为铝箔的1/200，且生产速度可高达700m／min。
（2）具有优良的耐折性和良好的韧性，很少出现针孔和裂口，无揉曲龟裂现象，对气体、水蒸汽、气味、光线等的阻隔性提高。
（3）具有极佳的金属光泽，光反射率可达97％；且可以通过涂料处理形成彩色膜，其装潢效果是铝箔所不及的。
（4）可采用屏蔽或洗脱进行部分镀铝，以获得任意图案或透明窗口，能看到包装的内容物。
（5）镀铝层导电性能好，能消除静电效应，尤其包装粉末状产品时，不会污染封口部分，保证了包装的密封性能。
（6）对印刷、复合等后加工具有良好的适应性。
由于以上特点，使镀铝薄膜成为一种性能优良、经济美观的新型复合薄膜，在许多方面已取代了铝箔复合材料。
主要用于风味食品、日用品、农产品、药品、化妆品以及香烟的包装。
黄山永新股份有限公司生产真空镀铝薄膜已有10多年的历史，主要产品有VMPET、VMCPP、VMBOPP、VMBOPA、VMPE、VMPVC以及彩虹膜、激光防伪膜、网布等。
2002年公司与英国REXAM公司进行技术合作，将其CAMPLUS技术运用在镀铝工艺中，大幅度提高了真空镀铝薄膜的铝层牢度、阻隔性能，现已大量替代铝箔应用在奶粉、药品等包装领域。
二、真空蒸镀原理将卷筒状的待镀薄膜基材装在真空蒸镀机的放卷站上，将薄膜穿过冷却辊（蒸镀辊）卷绕在收卷站上，用真空泵抽真空，使蒸镀室中的真空度达到4×10－4mba以上，加热蒸发舟使高纯度的铝丝在1300℃～1400℃的温度下融化并蒸发成气态铝。
铝膜蒸镀原理及特性
如图所示：
蒸发材料被加热蒸发后，在真空腔室
中蒸气压非常高，因此我们可得到可 接受的淀积速率； 淀积速率通常用石英晶体速率指示仪 测量，所用器件是一个谐振器板，当 晶体顶部有材料蒸发淀积，所外加的 质量将使得频率偏移，由测得得频率 移动可得出淀积速率；
蒸发的一个重要限制是台阶覆盖，
一种常用的改进台阶覆盖的方法是 在蒸发过程中旋转圆片，为此，蒸 发台内用于承载圆片的半球形夹具， 被设计成能使圆片环绕蒸发器顶部 转动，此时，侧壁上的淀积速率仍 低于平坦表面，但是它成为轴向均 匀的。
电子束蒸发系统包括一个加热钨丝环，它
围绕着一根相对钨丝处于高偏压的材料细 棒周围，从钨丝射出的电子轰击材料棒， 提高材料末端的温度，从而产生出蒸发原 子束，高能束流在一个强磁场下弯曲270度， 子束，高能束流在一个强磁场下弯曲270度， 射到材料表面，达到蒸发目的；电子束加 热系统热电子灯丝易成为沾污源，并且对 于硅基材料，易造成辐射损伤；
实现，扩散泵系统一般有冷 阱，用以防止泵油蒸气反流 到腔室；
蒸发台加热系统一般有三种：电阻、电感和电子
束。 电阻加热系统用一个小线圈和一台可调变压器， 将要蒸发材料放入加热灯丝中加热蒸发，但加热 灯丝本身易造成沾污，且常常没有合用的加热难 熔金属的电阻加热元件； 电感加热系统将蒸发材料放入一个BN制成的坩锅 电感加热系统将蒸发材料放入一个BN制成的坩锅 中，一个金属线圈绕在坩锅上，通过这个线圈施 加RF功率，RF射频在材料中感应出涡流电流使其 RF功率，RF射频在材料中感应出涡流电流使其 加热，线圈本身用水冷，保持温度在100℃，但是 加热，线圈本身用水冷，保持温度在100℃ 坩锅本身材料的沾污仍然是一个严重问题；
旋转行星盘：
台阶覆盖：
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平均自由程
• • • • • • 腔体中原子分子不发生碰撞的平均距离 λ＝KT/Pπσ2√2 σ 分子直径, P 压强 室温 分子直径3A λ＝1.455/ P(Pa) λ 蒸发 P＝10-4 (Pa) λ=145.5米 溅射 P＝0.5 (Pa) λ=2.91cm
散射几率和台阶覆盖
• 散射几率 n/no=1- exp(-d/λ) no－总分子数 n－遭碰撞分子数 • 蒸发 n/no=0.3% 非随机性，直线渡越， 台阶覆盖差 • 溅射 n/no=100% 渡越方向随机性 台阶覆盖好
蒸发系统
蒸发设备(MARK-50)
坩埚电阻加热
坩埚电子束加热
多组分薄膜的蒸发
蒸发工艺参数
• • • • • • • MARK-50 蒸发Ti-Ni-Ag Ti Ni 真空度 <10-5 Torr 蒸发速率 5A/min 5A/min 加热温度 100°C 时间 厚度 600A 3000A Ag 5A/min
• 电子束蒸发系统包括一个加热钨丝环，它 围绕着一根相对钨丝处于高偏压的材料细 棒周围，从钨丝射出的电子轰击材料棒， 提高材料末端的温度，从而产生出蒸发原 子束，高能束流在一个强磁场下弯曲270度， 射到材料表面，达到蒸发目的；电子束加 热系统热电子灯丝易成为沾污源，并且对 于硅基材料，易造成辐射损伤；
11000A
蒸发膜台阶覆盖
低衬底温度，无旋转
加热并旋转
溅射系统
溅射设备（ILC-1013）
高密度等离子溅射－ 磁控溅射
• 等离子体内加一磁场，电子作螺旋运 动．增加碰撞几率和离子密度 • 通常等离子密度: 0.0001% • 高密度等离子体密度: 0.03%
磁控溅射系统
DC 电源 阴极 靶
铝-硅接பைடு நூலகம்形成尖刺
Al SiO2
PN结
Si-sub
Al-Si-Cu系统
% 积 累 失 效 50 30 10 6 10 90 70 Pure Al Al-4%Cu
J=4E6A/cm2 T=175
100 400 1000 MTF (hr)
铜系统
优点 • 电阻率低 • 抗电迁移能力强 最大电流密度是AlCu的 十倍 • 更窄的线宽，更高的集成密度 缺点 • 刻蚀性差
耐熔金属硅化物
TiSi2 Poly-Si n+ n+
钨塞 (Tungsten plug)
Metal 2 钨塞 Metal 1
ILD
背面金属化
• • • • • • 背面金属化的目的 背面减薄后金属化 金属化系统 Cr-Au, Cr-Ni-Au, Ti-Ni-Au, Ti-Ni-Ag, V-Ni-Au, V-Ni-Ag,
影响反射率因素
• • • • 影响铝基金属化层镜面反射的因素包括： 衬底温度 膜厚度 腔室内残余气体颗粒
• 衬底温度对反射率影响有两个方面： • 一是衬底温度高，常常会形成大的晶粒， 导致薄膜的形貌较差； • 二是到达圆片的原子在它们化学成键成为 薄膜的一部分之前，能沿表面扩散，加热 圆片的温度会极大的增加表面扩散长度；
铝膜蒸镀原理及特性
目录: • 一、蒸发台蒸镀原理； • 二、铝膜反射率；
一、蒸发台蒸镀原理
• 半导体蒸发工艺是指在高真空条件 下，将被淀积材料加热到发出蒸气， 蒸气原子以直线运动通过腔体到达 圆片表面，堆积为薄膜；
• MARK-50蒸发台外观：
• 高真空一般由扩散泵或冷泵 实现，扩散泵系统一般有冷 阱，用以防止泵油蒸气反流 到腔室；
如图所示：
• 蒸发材料被加热蒸发后，在真空腔室 中蒸气压非常高，因此我们可得到可 接受的淀积速率； • 淀积速率通常用石英晶体速率指示仪 测量，所用器件是一个谐振器板，当 晶体顶部有材料蒸发淀积，所外加的 质量将使得频率偏移，由测得得频率 移动可得出淀积速率；
• 蒸发的一个重要限制是台阶覆盖， 一种常用的改进台阶覆盖的方法是 在蒸发过程中旋转圆片，为此，蒸 发台内用于承载圆片的半球形夹具， 被设计成能使圆片环绕蒸发器顶部 转动，此时，侧壁上的淀积速率仍 低于平坦表面，但是它成为轴向均 匀的。
• 腔室内残余气体尤其是N2会严重恶化反射 率； • 另外真空腔室中大的颗粒也将影响反射率； • 此问题可通过提高泵体能力，即提高真空 度及保持腔室内洁净度很好的解决；
集成电路工艺技术讲座
第八讲
金属化
（Metallization） Metallization）
内容
• • • • 金属化概论 金属化系统 PVD形成金属膜－蒸发和溅射 平坦化和先进的互连工艺
接触电阻理论和实际值
IC对金属化的要求
• • • • • • • • • • 低电阻率 低欧姆接触 容易形成金属膜 容易刻蚀成图形＝氧化气氛中稳定 机械稳定（黏附性，应力） 表面光滑 工艺过程稳定（兼容性） 不沾污器件 寿命和可靠性 能热压键合
一些金属膜参数
金属膜 Al/Al-Si W Ti Cu TiSi2 TiW n+-Si 最大温度(C) 420 700 >1100 >800 >900 450 >900 电阻率(uΩcm) 2.7 5.6 41 1.7 13-25 65-75 500
纯铝系统优点
• • • • • • • 简单 低阻率低 2.7-3µΩ-cm 和SiO2黏附性好 容易光刻 腐蚀铝时不腐蚀SiO2和硅(H3PO4) 和P型硅和高浓度N型硅形成低欧姆接触 易和外引线键合
纯铝系统缺点
• • • • • • 电迁移现象比较严重 铝能在较低温度下再结晶产生小丘 金和铝键合产生紫斑，降低可靠性 软，易擦伤 多层布线中，铝－铝接触不理想 铝－硅合金化时形成尖刺
电迁移现象 (Electromigration)
• 电流携带的电子把动量转移给导电的金属 原子，使其移动，金属形成空洞和小丘
电迁移现象
MTF=AJ-n exp[-EA/kT]
MTF=20 年
Jmax=105A/cm2
含硅量对铝膜寿命影响
(hr) 1000 Al-0.3%Si MTF 100 Pure Al 10 2.0 2.5 1/T 3.0 E-3(k) Al-1.8%Si
PVD形成金属膜 －蒸发和溅射
金属膜形成方法
• 物理气相淀积（PVD） *蒸发－材料置于真空环境下并加热至熔 点以上，原子以直线运动方式在衬底成膜 *溅射－离子撞击靶材表面，溅出的材料 淀积在衬底成膜 • 化学气相淀积（CVD） • 电镀
PVD原理
• 成核三阶段 1.成膜物质由固相变成气相 2.气相分子原子从源渡越到衬底表面 3.成核，成长，形成固体膜
• 蒸发台加热系统一般有三种：电阻、电感和电子 束。 • 电阻加热系统用一个小线圈和一台可调变压器， 将要蒸发材料放入加热灯丝中加热蒸发，但加热 灯丝本身易造成沾污，且常常没有合用的加热难 熔金属的电阻加热元件； • 电感加热系统将蒸发材料放入一个BN制成的坩锅 中，一个金属线圈绕在坩锅上，通过这个线圈施 加RF功率，RF射频在材料中感应出涡流电流使 其加热，线圈本身用水冷，保持温度在100℃， 但是坩锅本身材料的沾污仍然是一个严重问题；
溅射膜台阶覆盖
溅射膜晶粒结构
淀积膜的应力
压应力 淀积膜
拉应力
硅片
σ=δET2/t(1-v)3R2 E: 杨氏模量 v: 泊松比 T: 硅片厚度 R:硅片半径
t：膜厚
淀积膜的反射率
• 光刻工艺要求金属膜的反射率大于0.6 • 表面雾状和晶粒粗大使反射率降低 • 影响反射率因素： 成膜温度， 膜厚, 腔内残余气体(H2,N2,O2,H2O)， 淀积速率
金属化概论
金属化概论
• 互连线 • 金属和硅的接触 欧姆接触 Schottky 二极管 • IC对金属化的要求
互连线
• 时间常数RC延时
Poly L=1mm d=1um ρ=1000µΩcm
L
W
SiO2 do=0.5um RC=Rs(L/w)(Lwεo/do) = (ρ/d) (L2 εo/do) =0.07ns =Rs L2 εo/do
平坦化和先进的互连工艺
多层布线和平坦化
• 集成电路表面多台阶，起伏不平，集成密 度提高加剧了起伏不平程度 • 表面起伏不平使光刻线宽控制困难，是多 层金属布线的重大障碍 • 多层金属布线技术必须包含平坦化工艺 • 平坦化工艺按程度分为：平滑，部分平坦 化，全局平坦化
势垒高度qφBn= q (φm-χ)
金属半导体接触
金属功函数和势垒高度
1
势垒高度(eV) )
0.8 0.6 0.4 0.2 0 3 Mg
Ag Al
Au W Pb
Pt
系列1
n-Si
4 5 6
金属功函数(eV)
Schottky势垒(Diode)
(A/cm2) -1 10 10-2 10-3
J=Js[exp(qV/kT)-1] Js=A*T2exp(qφBn/kT)
阻挡层金属
• 阻止上下层材料（金－半或金－金）互相混合， 提高欧姆接触可靠性 • 对阻挡层金属的要求
* 有很好的阻挡扩散特性 * 高电导率，低欧姆接触电阻 * 与上下层材料有很好黏附性 * 抗电迁移 * 很薄并高温下的稳定性
• 阻挡层金属 Ti,W,Ta,Pt,TiW,TiN
Al/W-Ti/Pt/Si系统
金属化系统
金属化系统
• • • • • • • • 纯铝系统 铝/硅系统 铝/硅/铜系统 铜系统 阻挡层金属 耐熔金属硅化物 钨塞 背面金属化
纯铝系统
• 铝， 在硅中是p型杂质，和p型硅能形成低 阻欧姆接触 • 与n型硅（浓度＞1019/cm3）能形成低阻欧 姆接触 • 铝－硅相图
铝－硅相图
导电层 Al W－Ti 阻挡层 接触层 Pt－Si
耐熔金属硅化物 (Silicide)