鋁硅合金

晶圓表面的淺結(jié)是最初使用純鋁導(dǎo)線所遇到的問題之一。前面已經(jīng)講到，為了降低并穩(wěn)定鋁一硅界面的接觸電阻，需要對(duì)芯片進(jìn)行烘焙，以形成所謂的“歐姆接觸'，這時(shí)電壓一電流的特征行為服從歐姆定律。遺憾的是，鋁和硅能夠相互溶解，而且在577℃時(shí)它們存在一個(gè)共熔點(diǎn)。共熔現(xiàn)象是指當(dāng)兩種材料相互接觸并進(jìn)行加熱的話，它們的熔點(diǎn)將比各自的熔點(diǎn)低得多。共熔現(xiàn)象發(fā)生在一個(gè)溫度范圍之內(nèi)，鋁硅共熔大概在450℃左右就已經(jīng)開始了，而這個(gè)溫度是形成良好的電接觸所必需的。問題的關(guān)鍵在于所形成的合金能夠溶解進(jìn)硅芯片內(nèi)，如果其表面有淺節(jié)點(diǎn)的話，合金區(qū)域?qū)U(kuò)散并進(jìn)人這些節(jié)點(diǎn)，從而造成這些節(jié)點(diǎn)的短路（參見下圖）。

解決這個(gè)問題有兩種辦法：其一，在硅和鋁之間增加一個(gè)金屬阻擋層（參見“阻擋層金屬”）來隔離鋁和硅，以此來避免共熔現(xiàn)象的發(fā)生；其二，采用含硅1％·2％的鋁合金，在接觸加熱的處理中，鋁合金更傾向于和合金內(nèi)部的硅發(fā)生作用，而不是晶圓中的硅。當(dāng)然了，這個(gè)方法并不是百分之百有效，晶圓和鋁之間的合金化反應(yīng)還是經(jīng)常會(huì)發(fā)生的。

鋁銅合金

鋁還會(huì)遭遇一個(gè)所謂電遷蓯(electromigration)的問題。在VISI/UISI電路中，鋁導(dǎo)線比較細(xì)長(zhǎng)，而且經(jīng)常承載很高的電流，這個(gè)時(shí)候問題就會(huì)發(fā)生。電流在導(dǎo)線內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，并且電場(chǎng)強(qiáng)度從輸人端到輸出端逐漸減弱。同時(shí)，電流所產(chǎn)生的熱也產(chǎn)生一個(gè)熱梯度。在它們的作用下，導(dǎo)線內(nèi)部的鋁就會(huì)運(yùn)動(dòng)并沿著兩個(gè)梯度的方向擴(kuò)散。這樣最直接的影響就是使導(dǎo)線變細(xì)。在極端的情況下，導(dǎo)線甚至?xí)耆珨嚅_。遺憾的是，這種情況經(jīng)常在集成電路的使用后發(fā)生，從而引起芯片失效。不過，通過淀積含銅0.5％-4％的鋁銅合金圍或含鈦0.1％-0.5％的鋁鈦合金就可以防止或減輕電遷移現(xiàn)象。在實(shí)際的應(yīng)用中，人們經(jīng)常使用既含有銅又含有硅的鋁合金以防止合金化問題和電遷移問題。

使用鋁合金的缺點(diǎn)是增加了淀積設(shè)備和工藝的復(fù)雜性，以及造成了不同的刻蝕率，同時(shí)和純鋁相比，它也增加了薄膜的電阻率。增加的幅度因合金成分和熱處理工藝的不同而異六通常多達(dá)25％-30％。

阻擋層金屬

使用阻擋層是一種防止硅和鋁金屬化共晶合金的方法。使用鈦鎢(TiW）和氮化鈦（TiN）兩層。在鋁或鋁合金淀積之前，將TiW濺射淀積在晶圓開口的接觸孔上。在鋁刻蝕步驟中，淀積在場(chǎng)氧化層上TiW被從表面去除。有時(shí)，在TiW淀積之前，在暴露的硅上面形成第一層硅化鉑。

可用所有的淀積技術(shù)將氮化鈦層放置在晶圓表面，如蒸發(fā)、濺射和CVD還能用在氮?dú)饣虬睔鈿夥罩校?00℃形成鈦的熱氮化層CVD氮化鈦層有良好的臺(tái)階覆蓋，并能填充亞微米接觸孔。在TiN膜下要求一層鈦，目的是和硅襯底之間提供一個(gè)高的電導(dǎo)率中間層。

用銅金屬化，阻擋層也是關(guān)鍵。在硅中的銅會(huì)毀壞器件的性能。使用的阻擋層金屬是TiN、鉭(Ta)和氮化鉭(TaN)。