电子科大微电子工艺(第七章)金属化.pptVIP

自对准金属硅化物的形成 金属填充塞 0.18μm STI 硅化钴 6层金属IC的逻辑器件 7.3 金属淀积系统 金属淀积系统： 1. 蒸发 2. 溅射 3. 金属CVD 4. 铜电镀 半导体传统金属化工艺—物理气相淀积（PVD） SSI、MSI→蒸发 LSI以上→溅射 蒸发是在高真空中，把固体成膜材料加热并使之变成气态原子淀积到硅片上的物理过程。 蒸发的工艺目的 在硅片上淀积金属膜以形成金属化电极结构。 成膜材料的加热方式：蒸发器分为电阻加热、电子束加热、高频感应加热等三种。在蒸发工艺中，本底真空通常低于 10－6Torr。 金属淀积系统——蒸发 简单的蒸发系统 机械泵 Roughing pump Hi-Vac valve高真空阀 高真空泵 Hi-Vac pump Process chamber工艺腔（钟罩) Crucible 坩锅 Evaporating metal蒸发金属 Wafer carrier 载片台 电子束蒸发是电子束加热方式的蒸发，是在高真空中，电子枪发出电子经系统加速聚焦形成电子束、再经磁场偏转打到坩锅的成膜材料上加热，并使之变成气态原子淀积到硅片上的物理过程。 在蒸发技术中，电子束蒸发占主流。 电子束蒸发系统的组成： 1. 高压电源系统 2. 真空系统 3. 电子加速聚焦偏转系统 4. 工艺腔 5. 水冷坩锅系统（通常为带旋转的四坩锅） 6. 载片架 电子束蒸发系统 电子束蒸发系统 电子束蒸发过程 电子束蒸发的3个基本步骤： 1. 在高真空腔中，电子枪发射的电子经加速获得足够的动能并聚焦形成电子束。 2. 电子束经磁场偏转，向成膜材料轰击加热并使之蒸发 3. 成膜材料蒸发出的原子或分子在高真空环境下的平均自由程增加，并以直线运动形式撞到硅片表面凝结形成薄膜。 蒸发的优点： 1. 金属膜淀积速率高，常用于功率器件的厚金属化 电极（厚度达到5.0μm） 蒸发的缺点： 1. 台阶覆盖能力差 2. 不能淀积金属合金 正因为第一个缺点，在大规模集成电路制造中，蒸发被溅射所替代。 溅射是在高真空下，利用高能粒子撞击具有高纯度的靶材料表面，撞击出的原子最后淀积在硅片上的物理过程。 在溅射工艺中，本底真空通常低于10－7Torr，工作真空通常为10－3Torr左右。高能粒子通常选用惰性气体氩Ar离子，氩离子不与其它物质发生化学反应。 溅射的工艺目的：同蒸发 金属淀积系统——溅射 溅射过程 溅射有6个基本步骤： 1. 在高真空腔等离子体中产生正氩离子，并向具有负 电势的靶材料加速。 2. 在加速中离子获得动能，并轰击靶。 3. 离子通过物理过程从靶表面撞击出（溅射）原子。 4. 被撞击出（溅射）的原子迁移到硅表面。 5. 被溅射的原子在硅片表面凝聚并形成膜。薄膜具 有与靶相同的材料组分。 6. 多余粒子由真空泵抽走。 溅射过程 Exhaust e- e- e- DC直流二极管溅射装置 Substrate 1) 电场产生Ar+ 离子 2) 高能Ar+撞击靶材 3) 将金属原子从靶材中撞出. 阳极 (+) 阴极(-) Ar原子 电场 金属靶材 等离子体 5) 金属淀积在衬底上 6) 用真空泵将多于物质从腔体中抽出 4) 金属原子向衬底迁移 Gas delivery + + + + + 溅射过程 + 0 高能量的Ar+离子 被溅射出的金属原子 金属原子 阴极 (-) 弹回的氩离子和自由电子复合形成中性原子 溅射离子的能量范围 0.5KEV～5.0KEV 能量太小轰击不出来靶材料原子，能量太大产生氩离子注入现象。 溅射率（溅射产额）每个入射离子轰击出的靶原子数 影响溅射率的因素 1. 轰击离子的入射角 2. 靶材料的组分和它的几何因素 3. 轰击离子的质量 4. 轰击离子的能量 溅射的优点： 1. 台阶覆盖能力好 2. 能淀积金属合金（成膜组分与靶材组分相同） 溅射的缺点： 1. 溅射速率低 溅射系统分类 1. RF（射频）溅射系统 2. 磁控溅射系统 3. IMP（离子化的金属等离子体）系统 RF（射频）溅射系统缺点：溅射速率低。 磁控溅射系统是现代集成电路制造最广泛应用的溅射系统。 IMP的优点：填充高深宽比的通孔和狭窄沟道能力强，满足深亚0.25μm的应用。 RF（射频）溅射系统 磁控溅射是一种高密度等离子体溅射，是利用靶表面附近的正交电磁场使电子平行靶表面做回旋运动，从而大大增加了与氩原子的碰撞几率，显著地提高了等离子体区的Ar离子密度，使溅射速率成倍增加。 在溅射技术中，磁控溅射占主流。