金属化（二）

铝硅合金

晶圆表面的浅结是最初使用纯铝导线所遇到的问题之一。前面已经讲到，为了降低并稳定铝一硅界面的接触电阻，需要对芯片进行烘焙，以形成所谓的“欧姆接触'，这时电压一电流的特征行为服从欧姆定律。遗憾的是，铝和硅能够相互溶解，而且在577℃时它们存在一个共熔点。共熔现象是指当两种材料相互接触并进行加热的话，它们的熔点将比各自的熔点低得多。共熔现象发生在一个温度范围之内，铝硅共熔大概在450℃左右就已经开始了，而这个温度是形成良好的电接触所必需的。问题的关键在于所形成的合金能够溶解进硅芯片内，如果其表面有浅节点的话，合金区域将扩散并进人这些节点，从而造成这些节点的短路（参见下图）。

解决这个问题有两种办法：其一，在硅和铝之间增加一个金属阻挡层（参见“阻挡层金属”）来隔离铝和硅，以此来避免共熔现象的发生；其二，采用含硅1％·2％的铝合金，在接触加热的处理中，铝合金更倾向于和合金内部的硅发生作用，而不是晶圆中的硅。当然了，这个方法并不是百分之百有效，晶圆和铝之间的合金化反应还是经常会发生的。

铝铜合金

铝还会遭遇一个所谓电迁蓯(electromigration)的问题。在VISI/UISI电路中，铝导线比较细长，而且经常承载很高的电流，这个时候问题就会发生。电流在导线内部产生一个电场，并且电场强度从输人端到输出端逐渐减弱。同时，电流所产生的热也产生一个热梯度。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。这样最直接的影响就是使导线变细。在极端的情况下，导线甚至会完全断开。遗憾的是，这种情况经常在集成电路的使用后发生，从而引起芯片失效。不过，通过淀积含铜0.5％-4％的铝铜合金围或含钛0.1％-0.5％的铝钛合金就可以防止或减轻电迁移现象。在实际的应用中，人们经常使用既含有铜又含有硅的铝合金以防止合金化问题和电迁移问题。

使用铝合金的缺点是增加了淀积设备和工艺的复杂性，以及造成了不同的刻蚀率，同时和纯铝相比，它也增加了薄膜的电阻率。增加的幅度因合金成分和热处理工艺的不同而异六通常多达25％-30％。

阻挡层金属

使用阻挡层是一种防止硅和铝金属化共晶合金的方法。使用钛钨(TiW）和氮化钛（TiN）两层。在铝或铝合金淀积之前，将TiW溅射淀积在晶圆开口的接触孔上。在铝刻蚀步骤中，淀积在场氧化层上TiW被从表面去除。有时，在TiW淀积之前，在暴露的硅上面形成第一层硅化铂。

可用所有的淀积技术将氮化钛层放置在晶圆表面，如蒸发、溅射和CVD还能用在氮气或氨气气氛中，在600℃形成钛的热氮化层CVD氮化钛层有良好的台阶覆盖，并能填充亚微米接触孔。在TiN膜下要求一层钛，目的是和硅衬底之间提供一个高的电导率中间层。

用铜金属化，阻挡层也是关键。在硅中的铜会毁坏器件的性能。使用的阻挡层金属是TiN、钽(Ta)和氮化钽(TaN)。