金属化铝膜蒸镀原理及特性IC工艺技术

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1、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；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

2、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；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；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

3、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。旋转行星盘：台阶覆盖：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。已

4、经发现反射率服从下列关系：R∝e-[4πσ/λ]2其中σ是均方根表面粗糙度，λ是入射波长，通常λ》σ。另外铝膜下面的材料也会影响淀积膜的形貌，因而，也会影响膜的镜面反射，大概服从以下关系式：R∝（λ1-λ0）/（λ1+λ0）其中λ1为铝膜的光学导纳，λ0为衬底的光学导纳；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；

5、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）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LWddoPolyL=1mmd=1um=1000cmSiO2do=0.5umRC=Rs(L/w)(Lwo/do)=RsL2o/do=(/d)(L

6、2o/do)=0.07ns互连线CMOS倒相器（不考虑互连线延时）特征尺寸　　　　　　　开关延时3um1ns2um0.5ns1um0.2ns0.5um0.1ns互连线延时已与晶体管开关延时接近，不可忽略。金属半导体接触qmqq(m-)qsEcEFEvqmqqVbi=q(m-s)qsEcEFEv势垒高度qBn=q(m-)金属半导体接触n-SiSchottky势垒(Diode)JF10-110-2(A/cm2)10-310-410-500.10.20.3VF(V)W-SiJsJ=Js[exp(qV/kT)-1]Js=A*

7、T2exp(qBn/kT)Schottky势垒(Diode)ＣＥＢＥＢＣPt-Si欧姆接触Rc=(J/v)v=o-1(.cm2)对低掺杂浓度硅Rc=（k/qAT）(qBn/kT)对高掺杂浓度硅，发生隧道穿透电流Rc=exp[4(mns)1/2Bn/ND1/2h]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最大温度(C)电阻率(ucm)Al/Al-Si4202.7W700

8、5.6Ti>110041Cu>8001.7TiSi2>90013-25TiW45065-75n+-Si>900500金属化系统金属化系统纯铝系统铝/硅