薄膜物理淀积技术教程.ppt

Silicon and Select Wafer Fab Metals (at 20°C) 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 ？ 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—— 金属的选择 表面的处理 镀膜温度和速率 表面费米能级的工艺调制 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 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。 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 Junction short Shallow junction 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。 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。 4）电迁移现象： 表观现象为，Al电极引线在大电流密度作用下，一部分出现空洞而断裂，一部分出现Al原子堆积而形成小丘。 主要机理是，在高电流密度（~106A/cm2）Al离子被电子风“吹”离晶格位置。 对策包括，Al膜多晶化、Al-Cu等合金、夹心结构、介质膜覆盖和Cu基材料。 肖特基接触还大量用于MESFET器件 AlCu合金工艺（提高抗电迁移能力，Cu0.5~4%） Cu工艺：抗电迁移能力强、电阻率低、较少的工艺步骤 通常用溅射（SPUTTER）方法淀积Al 9.4.3. 钛金属硅化的自对准工艺 要点：钛能与硅形成难腐蚀的低电阻的TiSi2合金 （工艺难点），而不易与其它介质材料形 成化合物。 Al栅的困难 0.13?m Formation of Self-Aligned Metal Silicide (Salicide) 2. Titanium deposition Silicon substrate 1. Active silicon regions Field oxide Spacer oxide Polysilicon Active silicon region 3. Rapid thermal anneal treatment Titanium-silicon reaction regions 4. Titanium strip TiSi2 formation Chip Performance Issues Related to a Salicide Structure STI TiSi2 STI S G D TiSi2 TiSi2 TiSi2 Reduced sheet resistance Reduced gate to S/D resistance Reduced contact resistance Reduced diode leakage 9.4.4. 光学薄膜等应用 * * 第九章：薄膜物理淀积技术 Metal Layers in a Chip Multilevel