第十一章金属淀积

1、 集成电路的制造可以分为两个主要的部分。首集成电路的制造可以分为两个主要的部分。首先，在晶片的表面制造出有源器件和无源器件，先，在晶片的表面制造出有源器件和无源器件，这这称做称做前线或前线或FEOL；在；在后线（后线（BEOL）中，需要在中，需要在芯片上用金属系统来连接各个器件和不同的层。芯片上用金属系统来连接各个器件和不同的层。 金属薄膜金属薄膜在半导体技术中最一般和最常见的在半导体技术中最一般和最常见的用途就是用途就是表面连线表面连线。把各个元件连接到一起的材。把各个元件连接到一起的材料、工艺、连线过程一般称为料、工艺、连线过程一般称为金属化工艺流程金属化工艺流程。金属化工艺的作用金属化工

2、艺的作用 金属化金属化：在绝缘介质膜上淀积金属膜以及随：在绝缘介质膜上淀积金属膜以及随后刻印图形形成互连金属线和集成电路的孔后刻印图形形成互连金属线和集成电路的孔填充塞的过程。填充塞的过程。 对未来的集成电路微芯片，互连技术已成为对未来的集成电路微芯片，互连技术已成为关键技术。关键技术。 为提高电路速度与集成度，应尽可能为提高电路速度与集成度，应尽可能缩短互缩短互连线连线，或采用，或采用多层金属化多层金属化系统，或系统，或减小金属减小金属电阻率电阻率铜代替铝作为互连金属，对深亚铜代替铝作为互连金属，对深亚微米线宽，利用微米线宽，利用低低k层层间介质。间介质。11.1金属化的专门术语金属化的专门

3、术语互连互连（interconnect)指由导体材料如铝、多指由导体材料如铝、多晶硅或铜制成的连线将电信号传输到芯片的晶硅或铜制成的连线将电信号传输到芯片的不同部分。也被用于芯片上器件和整个封装不同部分。也被用于芯片上器件和整个封装之间的金属连接。之间的金属连接。接触接触（contact）指芯片内部的器件与第一金）指芯片内部的器件与第一金属层间在硅片表面的连接。属层间在硅片表面的连接。通孔通孔（via）指穿过各种介质从某一金属层到）指穿过各种介质从某一金属层到毗邻金属层形成电通路的开口。毗邻金属层形成电通路的开口。填充薄膜填充薄膜：指用金属薄膜填充通孔，以便在两：指用金属薄膜填充通孔，以便在两

4、层金属间形成电连接。层金属间形成电连接。合金化合金化（alloying）指为了确保金属和晶片之）指为了确保金属和晶片之间具有较好的导电性能，经常在金属的光刻间具有较好的导电性能，经常在金属的光刻之后加入一个热处理步骤。之后加入一个热处理步骤。集成电路对金属化的基本要求集成电路对金属化的基本要求(1)对对N+、P+硅或多晶硅能形成硅或多晶硅能形成低阻的欧姆接触低阻的欧姆接触，即金属硅即金属硅 接触电阻要小；接触电阻要小； (2)能提供能提供低阻的互连引线低阻的互连引线，从而有利于提高电，从而有利于提高电路速度；路速度；(3)在长时期的较高电流密度负荷下，金属材料在长时期的较高电流密度负荷下，金属

5、材料的输运问题的输运问题(电迁移现象电迁移现象)不致引起金属化引线不致引起金属化引线的失效，即的失效，即抗电迁移性能要好抗电迁移性能要好； (4)与绝缘体与绝缘体(例如例如Si02)有良好的附着性；有良好的附着性；(5)耐腐蚀；耐腐蚀； (6)易于淀积和刻蚀；易于淀积和刻蚀； (7)易于键合，且键合点能经受长期工作；易于键合，且键合点能经受长期工作；(8)从多层互连要求讲，层与层之间从多层互连要求讲，层与层之间绝缘要好绝缘要好，不互相渗透和扩散不互相渗透和扩散，即要求有一个扩散阻挡，即要求有一个扩散阻挡层等；层等； （9）长期的稳定性）长期的稳定性（10）高纯度）高纯度（11）均匀的颗粒结构）

6、均匀的颗粒结构（12）能够淀积出均匀而且）能够淀积出均匀而且没有没有“空洞空洞”和和“小丘小丘”的薄膜的薄膜 但是能满足上述要求的最佳金属是铝，它已但是能满足上述要求的最佳金属是铝，它已广泛地应用于双极和广泛地应用于双极和 MOS集成电路中铝集成电路中铝的室温电阻率很低的室温电阻率很低2.7 cm，因而能满，因而能满 足低阻的要求，与足低阻的要求，与N+、P+硅或多晶硅的欧硅或多晶硅的欧姆接触电阻可低至（姆接触电阻可低至（110)x10-6 ，与，与SiO2和磷硅玻璃附着性好，又易于淀识和和磷硅玻璃附着性好，又易于淀识和 刻蚀但是铝也有缺点，主要是电迁移问题；刻蚀但是铝也有缺点，主要是电迁移问

7、题；硅在铝中的扩散引硅在铝中的扩散引 起铝在起铝在AlSi界面向硅界面向硅中楔进和耐腐蚀性差等问题为了解决这中楔进和耐腐蚀性差等问题为了解决这 一问题，发展了一系列的方法。一问题，发展了一系列的方法。 相应地采取了相应地采取了AISi、AlSiCu合金合金（合金电阻增加（合金电阻增加30%)；PtSiSi、PdSiSi、WSi界面；界面；TiW、 TiN扩散阻挡扩散阻挡层和难熔金属或难熔金属硅化物、多晶硅层和难熔金属或难熔金属硅化物、多晶硅硅化物硅化物 复合材料互连等因此金属化系复合材料互连等因此金属化系统实际上是一个相当复杂的统实际上是一个相当复杂的 系统问题系统问题 11.2多层金属导体框

8、架多层金属导体框架 增加芯片密度增加芯片密度能够在晶片表面放置更多的能够在晶片表面放置更多的元件，这实际上就元件，这实际上就减少了表面连线的可用空间减少了表面连线的可用空间。解决的方法就是解决的方法就是利用多层金属结构利用多层金属结构。到。到2012年，年，芯片上的金属层可望达到芯片上的金属层可望达到9层层.这种堆栈结构的这种堆栈结构的底底部部是在是在硅表面形成硅化物隔离层硅表面形成硅化物隔离层，有利于，有利于降低硅降低硅表面和上层之间的阻抗表面和上层之间的阻抗。如果铝作为导电物质的。如果铝作为导电物质的话，隔离层也能够阻止铝和硅形成合金。话，隔离层也能够阻止铝和硅形成合金。接下来接下来是由某

9、种绝缘物质构成的是由某种绝缘物质构成的绝缘绝缘层，这层，这种绝缘材料可能是淀积的种绝缘材料可能是淀积的氧化物氧化物、氮化硅氮化硅或或聚酰亚胺膜聚酰亚胺膜。这一层需要经过光刻。这一层需要经过光刻形成新的形成新的连接孔连接孔，直达第一层金属直达第一层金属。在这些连接。在这些连接孔中孔中淀积导电的物质淀积导电的物质，就可以形成导电的连接，就可以形成导电的连接柱。柱。紧接着紧接着第第一一层层金属层金属层被被淀积淀积并光刻。在并光刻。在以后的工艺中，以后的工艺中，重复这个步骤重复这个步骤，就形成了多，就形成了多层金属结构。层金属结构。 和单层金属系统相比，多层金属系统更昂和单层金属系统相比，多层金属系统

10、更昂贵，良品率低，同时需要贵，良品率低，同时需要尽量使晶片表面和中尽量使晶片表面和中间层平整化间层平整化，才能制造出较好的载流导线。，才能制造出较好的载流导线。11.3导体导体11.3.1 铝铝 从导电性能的观点看，铝的导电性要比从导电性能的观点看，铝的导电性要比铜和金差些，因此早期的金属化结构曾使用铜和金差些，因此早期的金属化结构曾使用金金，但是由于它，但是由于它与硅的接触电阻很高与硅的接触电阻很高，因此，因此需要一个铂中间层需要一个铂中间层，其，其顶部需要加入一层钼顶部需要加入一层钼金属来金属来克服其柔软性克服其柔软性。如果直接使用。如果直接使用铜铜作为作为铝的取代物的话，首先，它铝的取代

11、物的话，首先，它与硅有很高的接与硅有很高的接触电阻触电阻，其次，如果它，其次，如果它进入器件区进入器件区的话，会的话，会降低器件的性能降低器件的性能。而铝不具有上述问题。而铝不具有上述问题。 优点：优点： 铝与铝与P 型硅及高浓度型硅及高浓度N型硅均能形成低欧姆型硅均能形成低欧姆接触。接触。 电阻率低。电阻率低。 与与SiO2 粘附性强，无需粘附层。粘附性强，无需粘附层。 能单独作金属化布线，工艺简单。能单独作金属化布线，工艺简单。 能用电阻丝加热蒸发，工艺简单能用电阻丝加热蒸发，工艺简单 铝与硅的接触处无空隙，粘附牢固。铝与硅的接触处无空隙，粘附牢固。 材料价格低廉。材料价格低廉。 铝能够穿

12、透引线孔内残余的氧化层，容易铝能够穿透引线孔内残余的氧化层，容易形成欧姆接触。形成欧姆接触。 容易腐蚀，且在腐蚀铝时对容易腐蚀，且在腐蚀铝时对SiO2 和和Si 不产不产生腐蚀。生腐蚀。 固溶在铝引线内的硅对铝引线的电阻率影固溶在铝引线内的硅对铝引线的电阻率影响不大。响不大。缺点：缺点：1.铝布线的铝布线的电迁移现象电迁移现象比较严重。铝导线比较比较严重。铝导线比较细长，经常承载很高的电流，电流在导线内细长，经常承载很高的电流，电流在导线内部产生一个电场，电场强度从输入端到输出部产生一个电场，电场强度从输入端到输出端逐渐减弱。同时，电流所产生的热也产生端逐渐减弱。同时，电流所产生的热也产生一个

13、热梯度。在它们的作用下，导线内部的一个热梯度。在它们的作用下，导线内部的铝就会运动并沿着两个梯度的方向扩散。这铝就会运动并沿着两个梯度的方向扩散。这样最直接的影响就是使用导线变细，导线甚样最直接的影响就是使用导线变细，导线甚至完全断开，引起芯片失效。至完全断开，引起芯片失效。2.硅在铝中的溶解和扩散硅在铝中的溶解和扩散，会产生铝尖楔现，会产生铝尖楔现象，导致浅象，导致浅PN结退化甚至穿通。结退化甚至穿通。 铝尖楔现象（结穿刺现象）这是由于硅溶铝尖楔现象（结穿刺现象）这是由于硅溶解到铝中，特别是在几个点上大量溶解形解到铝中，特别是在几个点上大量溶解形成的。它使铝像尖钉一样刺入硅中，造成成的。它使

14、铝像尖钉一样刺入硅中，造成PN结的短路失效。结的短路失效。3.高温高温下与下与SiO2反应反应，使铝膜变薄，电阻变，使铝膜变薄，电阻变大，大，SiO2受侵蚀。受侵蚀。 3SiO2+4Al 3Si+2Al2O34.铝是铝是软金属软金属，容易擦伤。，容易擦伤。5.金丝与铝互连线金丝与铝互连线键合键合会产生黄斑和紫斑，会产生黄斑和紫斑，可靠性差可靠性差。11.3.2铝铝- 硅（硅（12%）合金系统）合金系统解决铝解决铝- 硅共熔的问题有两种方法：硅共熔的问题有两种方法：其一，在铝其一，在铝- 硅之间增加一个金属层；硅之间增加一个金属层；其二，采用含硅其二，采用含硅12%的铝合金。的铝合金。(1) 避

15、免硅在铝中溶解，保护避免硅在铝中溶解，保护PN 结，但热处结，但热处理过程中，铝、硅的理过程中，铝、硅的再结晶再结晶，形成，形成硅小丘硅小丘。(2) 抗电迁移能力强。抗电迁移能力强。11.3.3、铝、铝- 铜（铜（24%）合金）合金(1) 抗电迁移能力强。抗电迁移能力强。(2) 热处理过程中能热处理过程中能阻止阻止铝、硅的铝、硅的再结晶再结晶，减，减小膜中小丘的产生，对多层布线有利。小膜中小丘的产生，对多层布线有利。缺点：缺点： 增加了淀积设备和工艺的复杂性；造成了增加了淀积设备和工艺的复杂性；造成了不同的刻蚀率；增加了薄膜的电阻率。不同的刻蚀率；增加了薄膜的电阻率。11.4 铜铜铜作为金属互

16、连线的优点：铜作为金属互连线的优点： 电阻率小，减少电阻率小，减少RC延迟（延迟（RC系统常量系统常量：金属电阻金属电阻R和电容和电容C联合作用，就会使集成联合作用，就会使集成电路的信号变慢。），增加芯片速度；电路的信号变慢。），增加芯片速度； 减小线宽，较低功耗；减小线宽，较低功耗； 集成度提高，金属层可减少；集成度提高，金属层可减少； 良好的抗电迁移能力；良好的抗电迁移能力；铜互连技术的挑战：铜互连技术的挑战： 铜很快扩散进氧化硅和硅铜很快扩散进氧化硅和硅 刻蚀困难刻蚀困难 低温下，铜很容易被氧化低温下，铜很容易被氧化 缺乏学习曲线缺乏学习曲线 易刮伤、腐蚀易刮伤、腐蚀使用铜金属还需要发展

17、双波纹光刻工艺，并使用铜金属还需要发展双波纹光刻工艺，并采用化学机械抛光工艺。采用化学机械抛光工艺。11.5隔离层金属隔离层金属一个一个阻止阻止硅和铝硅和铝共熔共熔形成合金的金属化工艺形成合金的金属化工艺的的方法方法就是在它们中间就是在它们中间加入一个隔离层加入一个隔离层。目。目前的选择有前的选择有钛化钨和氮化钛钛化钨和氮化钛。 对于铜的金属化工艺来说，对隔离层的要求对于铜的金属化工艺来说，对隔离层的要求很严格。通常是氮化钛、钽或氮化钽。很严格。通常是氮化钛、钽或氮化钽。11.6 难熔金属和难熔金属的硅化物难熔金属和难熔金属的硅化物 虽然电迁移和共熔合金的的问题通过采虽然电迁移和共熔合金的的问

18、题通过采用铝合金和隔离金属的方法得到了解决。然用铝合金和隔离金属的方法得到了解决。然而接触电阻的问题是铝金属化的最大障碍之而接触电阻的问题是铝金属化的最大障碍之一。一。 在一个简单的铝系统中有两种接触：硅在一个简单的铝系统中有两种接触：硅铝的相互接触以及铝和焊线相互接触。铝的相互接触以及铝和焊线相互接触。 接触电阻的大小主要由材料、基体掺杂接触电阻的大小主要由材料、基体掺杂浓度、接触尺寸等决定。接触尺寸越小，电浓度、接触尺寸等决定。接触尺寸越小，电阻越高。它是影响阻越高。它是影响VLSI电路以上的金属系统电路以上的金属系统性能的最主要的因素。性能的最主要的因素。 而铝和硅的接触电阻已经没有降低

19、的余而铝和硅的接触电阻已经没有降低的余地了，同时它还存在着和硅的共熔问题。这地了，同时它还存在着和硅的共熔问题。这使人们不得不开发其他的金属以适应使人们不得不开发其他的金属以适应VLSI集集成电路金属化系统的要求。多晶硅因为和铝成电路金属化系统的要求。多晶硅因为和铝相比有较低的接触电阻，因而广泛被用在相比有较低的接触电阻，因而广泛被用在MOS集成电路中。集成电路中。 难熔金属及其硅化物有较低的接触电难熔金属及其硅化物有较低的接触电阻。这些难熔金属主要包括阻。这些难熔金属主要包括钛、钨、钽和钛、钨、钽和钼钼。当它们在硅表面熔合时，它们的硅化物。当它们在硅表面熔合时，它们的硅化物就形成了。最初计划

20、把难熔金属用于金属化就形成了。最初计划把难熔金属用于金属化工艺是在工艺是在20世纪世纪50年代，但是由于没有可靠年代，但是由于没有可靠的淀积方法，所以一直进展甚微。由于的淀积方法，所以一直进展甚微。由于LPCVD和溅射工艺的发展，这种状况才得以和溅射工艺的发展，这种状况才得以改变。改变。 难熔金属硅化物的优点和其作用难熔金属硅化物的优点和其作用1、降低接触电阻，、降低接触电阻，2、作为金属与有源层的粘合剂。、作为金属与有源层的粘合剂。3、高温稳定性好，抗电迁移性能好、高温稳定性好，抗电迁移性能好4、可直接在多晶硅上淀积难熔金属，经加温、可直接在多晶硅上淀积难熔金属，经加温处理形成硅化物，工艺与

21、现有硅栅工艺兼处理形成硅化物，工艺与现有硅栅工艺兼容。容。11.7掺杂的多晶硅掺杂的多晶硅 用硅做栅极的用硅做栅极的MOS技术的出现，使得技术的出现，使得人们自然而然的考虑在芯片中使用多晶硅作人们自然而然的考虑在芯片中使用多晶硅作为导线。为了把多晶硅作为导体使用，不得为导线。为了把多晶硅作为导体使用，不得不在多晶硅中掺杂一些其他物质以增加其导不在多晶硅中掺杂一些其他物质以增加其导电性。电性。 掺杂一般通过扩散、离子注入或在掺杂一般通过扩散、离子注入或在LPCVD工序中原处掺杂。对于离子注入，掺工序中原处掺杂。对于离子注入，掺杂温度越低，该多晶颗粒结构获取的掺杂物杂温度越低，该多晶颗粒结构获取的

22、掺杂物的量就越大。的量就越大。 对于扩散掺杂来说，可以获得最低的电阻对于扩散掺杂来说，可以获得最低的电阻率。率。 掺杂的多晶硅能够和晶体形成良好的欧姆掺杂的多晶硅能够和晶体形成良好的欧姆接触，因而具有较低的接触电阻，并且能够接触，因而具有较低的接触电阻，并且能够氧化形成绝缘层。氧化形成绝缘层。11.8淀积方法淀积方法 金属化工艺技术，像其他制造工艺一样，金属化工艺技术，像其他制造工艺一样，由于集成电路发展的需要和新材料的出现，它由于集成电路发展的需要和新材料的出现，它经历了一个发展和进化的过程。直到经历了一个发展和进化的过程。直到20世纪世纪70年代，年代，金属淀积的主要方法仍然是真空蒸发金属

23、淀积的主要方法仍然是真空蒸发。铝、金和熔断丝金属都通过这个技术来淀积。铝、金和熔断丝金属都通过这个技术来淀积。 由于淀积多金属系统和合金的需要，以由于淀积多金属系统和合金的需要，以及对金属淀积阶梯覆盖度的更高要求，使得及对金属淀积阶梯覆盖度的更高要求，使得溅射技术成为了溅射技术成为了VLSI电路制造的标准淀积方电路制造的标准淀积方法。而难熔金属的应用，使金属化工艺发展法。而难熔金属的应用，使金属化工艺发展出了第三种技术出了第三种技术金属化学气相淀积。金属化学气相淀积。11.8.1真空蒸发真空蒸发 真空蒸发技术一般被用在分立器件或较真空蒸发技术一般被用在分立器件或较低集成电路的金属淀积上。在封装

24、工艺中，低集成电路的金属淀积上。在封装工艺中，它也可以用来在晶片的背面淀积金，以提它也可以用来在晶片的背面淀积金，以提高芯片和封装材料的黏合力。高芯片和封装材料的黏合力。1、概念及过程概念及过程 真空蒸发技术是对淀积薄膜的源材料施加真空蒸发技术是对淀积薄膜的源材料施加热能或动能，使之分解为原子或原子的集合热能或动能，使之分解为原子或原子的集合体，蒸发并输运到硅片表面后结合或凝聚在体，蒸发并输运到硅片表面后结合或凝聚在硅片表面而形成薄膜。硅片表面而形成薄膜。2、对真空蒸发的要求对真空蒸发的要求（1）真空蒸发系统应具有加热源，以便将被）真空蒸发系统应具有加热源，以便将被蒸发材料加热到足够高的温度，

25、形成汽相蒸发材料加热到足够高的温度，形成汽相原子或分子；原子或分子；（2）蒸发必须在真空室中进行，真空度应在）蒸发必须在真空室中进行，真空度应在1.3310-2Pa1.3310-5Pa ，因为：，因为：(a) 保证金属蒸发原子在系统中输运时的平均保证金属蒸发原子在系统中输运时的平均自由程远大于蒸发源与衬底间的距离；自由程远大于蒸发源与衬底间的距离；(b) 以免金属原子、分子被氧化；以免金属原子、分子被氧化；(c) 保证淀积薄膜的纯度。保证淀积薄膜的纯度。 由于铝在所有蒸发材料中最常见也最重要，由于铝在所有蒸发材料中最常见也最重要，因此更加关注铝的淀积。淀积是在真空环因此更加关注铝的淀积。淀积是

26、在真空环境下进行的。首先是化学方面的考虑，当境下进行的。首先是化学方面的考虑，当高能的铝原子在晶片上凝结时，如果有任高能的铝原子在晶片上凝结时，如果有任何空气分子存在于容器中的话，它们将会何空气分子存在于容器中的话，它们将会和铝反应形成三氧化二铝，它是一种绝缘和铝反应形成三氧化二铝，它是一种绝缘材料，如果它们被掺杂进淀积的薄膜，就材料，如果它们被掺杂进淀积的薄膜，就会使铝作为导体的导电性能打折扣。其次，会使铝作为导体的导电性能打折扣。其次，为了形成均匀的淀积层，为了形成均匀的淀积层，铝的真空蒸发铝的真空蒸发真真空压力为空压力为510-5110-9托托的环境中进行。的环境中进行。3.灯丝蒸发灯丝

27、蒸发 通常适用于要求不是很严格的蒸发，比通常适用于要求不是很严格的蒸发，比如说晶片背面的蒸金。将钨丝（或其他金属如说晶片背面的蒸金。将钨丝（或其他金属丝）缠绕在需要蒸发的金属材料上面，然后丝）缠绕在需要蒸发的金属材料上面，然后在钨丝上通以大电流，它将淀积金属加热到在钨丝上通以大电流，它将淀积金属加热到液态进而蒸发，淀积到晶片上。液态进而蒸发，淀积到晶片上。缺点：灯丝各个部位的温度分布不均匀，灯缺点：灯丝各个部位的温度分布不均匀，灯丝蒸发很难做到精确控制，而且污染物也会丝蒸发很难做到精确控制，而且污染物也会蒸发到晶片表面。合金很难用这种方法淀蒸发到晶片表面。合金很难用这种方法淀积。由于在给定温度

28、下，各种元素的蒸发速积。由于在给定温度下，各种元素的蒸发速度不同，这样的话，淀积到晶片上的薄膜成度不同，这样的话，淀积到晶片上的薄膜成分和原金属的成分就不同了。分和原金属的成分就不同了。4.电子束蒸发电子束蒸发（1）原理）原理 电子束在电场作用下穿过加速极阳极进入电子束在电场作用下穿过加速极阳极进入磁场空间，通过调节磁场强度控制电子束磁场空间，通过调节磁场强度控制电子束的偏转半径，准确地打到坩埚内的蒸发源的偏转半径，准确地打到坩埚内的蒸发源上（上（Al 或或Ti等），将电子的动能转变为热等），将电子的动能转变为热能，使金属熔化并蒸发到硅片表面上，形能，使金属熔化并蒸发到硅片表面上，形成薄膜。成

29、薄膜。（2）特点）特点优点：优点： 容器无需加热，故容器无需加热，故K、Na 离子沾污轻；能离子沾污轻；能蒸发熔点在蒸发熔点在2000以上的材料或难熔金属；以上的材料或难熔金属；蒸发速率大；台阶覆盖性好；膜厚控制好。蒸发速率大；台阶覆盖性好；膜厚控制好。缺点：缺点：导致辐射损伤。蒸发后应当采用退火的方法导致辐射损伤。蒸发后应当采用退火的方法来消除辐射损伤。合金蒸发效果不是很好。来消除辐射损伤。合金蒸发效果不是很好。退火条件：退火条件：380500，N2 或或N2 + H2 混合气氛中退混合气氛中退火火15 40 min 。5.热平板蒸发热平板蒸发 它的温度永远保持在特定金属熔点之上。它的温度永

30、远保持在特定金属熔点之上。自动装置将一个合金细丝靠近并接触热平自动装置将一个合金细丝靠近并接触热平板的表面。在接触的瞬间，金属细丝顶端板的表面。在接触的瞬间，金属细丝顶端熔化，合金材料快速蒸发成为蒸气，然后熔化，合金材料快速蒸发成为蒸气，然后凝结并覆盖在容器中的晶片上。因为所有凝结并覆盖在容器中的晶片上。因为所有元素几乎同时蒸发，所以晶片上薄膜的成元素几乎同时蒸发，所以晶片上薄膜的成分和合金金属丝的组成很接近。分和合金金属丝的组成很接近。11.8.2溅射淀积（溅射淀积（PVD） 溅射是另一种老工艺，能够适应现代半导溅射是另一种老工艺，能够适应现代半导体制造需要。它几乎可以在任何衬底上淀体制造需

31、要。它几乎可以在任何衬底上淀积任何材料。与真空蒸发一样都在真空下积任何材料。与真空蒸发一样都在真空下进行。溅射是物理工艺，所以被称为是物进行。溅射是物理工艺，所以被称为是物理气相淀积（理气相淀积（PVD）。）。1.基本原理基本原理 首先将氩气充入室内，并且电离成正电荷。首先将氩气充入室内，并且电离成正电荷。带正电的氩离子被不带电的靶（由镀膜所带正电的氩离子被不带电的靶（由镀膜所需的金属构成的固态厚板）吸引，加速冲需的金属构成的固态厚板）吸引，加速冲向靶。在加速的过程中这些离子受到引力向靶。在加速的过程中这些离子受到引力的作用，获得动量，轰击靶材。氩离子轰的作用，获得动量，轰击靶材。氩离子轰击靶

32、，引起其上的原子分散。被氩离子从击靶，引起其上的原子分散。被氩离子从靶上轰击出的原子和分子进入反应室。这靶上轰击出的原子和分子进入反应室。这就是溅射过程。就是溅射过程。 被轰击出的原子或分子散布在反应室中，其被轰击出的原子或分子散布在反应室中，其中一部分渐渐地停落在晶圆上。中一部分渐渐地停落在晶圆上。 溅射的主要特征是淀积在晶圆上的靶材不发溅射的主要特征是淀积在晶圆上的靶材不发生化学或合成变化。生化学或合成变化。2.优点优点 靶材的成分不会改变靶材的成分不会改变 阶梯的覆盖度得到改良阶梯的覆盖度得到改良 溅射形成薄膜对晶圆的黏附性较蒸发工艺溅射形成薄膜对晶圆的黏附性较蒸发工艺好好 对薄膜特性的

33、良好控制对薄膜特性的良好控制 清洁干燥的氩气可以保持薄膜成分特征不清洁干燥的氩气可以保持薄膜成分特征不变，而且低湿度可以阻止薄膜发生不必要变，而且低湿度可以阻止薄膜发生不必要的氧化。的氧化。3.溅射方法溅射方法 二级溅射二级溅射 在反应室中，靶接负电压呈阴极，而衬底在反应室中，靶接负电压呈阴极，而衬底呈阳极。带负电的靶驱逐电子，使其加速呈阳极。带负电的靶驱逐电子，使其加速飞向阳极。在运动过程中，电子与氩原子飞向阳极。在运动过程中，电子与氩原子碰撞，使氩原子电离呈氩离子。具有正电碰撞，使氩原子电离呈氩离子。具有正电性的氩离子加速飞向靶，开始溅射。氩离性的氩离子加速飞向靶，开始溅射。氩离子（子（+）和靶（）和靶（-）形成了两极。）形成了两极。缺点缺点： （1）工艺发生在晶圆表面上或附近。由于工艺发生在晶圆表面上或附近。由于氩原子的影响，系统产生大量电子。一方面，氩原子的影响，系统产生大量电子。