Металлизация

 
 
 
 

МЕТАЛЛИЗАЦИЯ

 
 
 
 

Назначение  металлизации  

• Процесс металлизации  заключается в реализации межкомпонентных  соединений с низким сопротивлением  и создании контактов с низким  сопротивлением к высоколегированным  областям p- и n- типа.

 
 
 
 

Схема поперечного  сечения полевого МОП транзистора 

 
 
 
 

Требования  к металлизации  

• хорошая адгезия  металла на осаждаемой поверхности,
• отсутствие электромиграции,
• высокая коррозионная стойкость,
• стабильность на последующих стадиях процесса,
• простота изготовления.

 
 
 
 

Используемые  материалы  

• Для металлизации  используются медь, алюминий, золото  и многокомпонентные соединения, такие как Ti-Pt, Ti-Pd-Au, Ti-Pt-Au.

 
 
 
 

• Для создания  межэлементных соединений  в окисной  пленке вскрывают окна способом  фотолитографии, напыляют металлическую  плёнку толщиной 0,1 -1 мкм и вытравливают  необходимый рисунок межэлементных  соединений (ширина проводников 20-50 мкм).

 
 
 
 

Методы осаждения  металлических пленок  

• Вакуумное напыление
• Катодное распыление
• Ионно-плазменное распыление
• Магнетронное распыление
• Электрохимическое осаждение

 
 
 
 

Вакуумное  напыление 

•  Испарение
• Распространение потока вещества в камере
• Осаждение на подложку

 
 
 
 

Основные  характеристики процесса 

• Термическое  испарение вещества характеризуется  скоростью испарения V исп., давлением  паров и температурой испарения.
• Давление, которое соответствует динамическому равновесию в замкнутой системе между испарившимися и конденсируемыми частицами называется давлением насыщенного пара.
• Температуру, при которой давление паров вещества над его поверхностью составляет 1, 33 Па называют температурой испарения вещества.

 
 
 
 

Удельная  скорость испарения – количество  граммов вещества, испаряемого за 1 секунду с поверхности 1 кв.см.

 
 
 
 

Свойства  некоторых металлов, используемых  для нанесения пленок 

0,95 

1546 

3260 

1668 

Ti 

1,95 

1447 

2966 

1063 

Au 

1,18 

1273 

2560 

1083 

Cu 

0,85 

966 

2056 

660 

Al 

Vисп.*10^-4, г/(cм*c) 

tисп, ºC  

tкип, ºC 

tпл, ºС 

Металл

 
 
 
 

Виды испарителей  вещества 

• Резистивный  испаритель

 Металл закрепляется на нити, изготовленной из тугоплавкого материала (например, вольфрама), или помещается в специально приготовленную лодочку. Затем нить или лодочку нагревают, пропуская через них электрический ток. Металл при этом испаряется в окружающее пространство рабочей вакуумной камеры.

 
 
 
 

Испаритель  с использованием индукционного  нагрева 
 

Схема установки  приведена на рисунке. В тигель, обычно изготовленный из нитрида  бора, помещают испаряемый материал. Тигель нагревается с помощью  высокочастотного индуктора.

 
 
 
 

Металлизация  с использованием 
электронно-лучевого испарения  

• Горячий катод (Cu) испускает пучок электронов (величина  тока порядка 1 А), ускоряемых напряжением 10 кВ. Эти электроны направляются  магнитным полем на участок  мишени, где располагается испаряемый  материал (Al).

 
 
 
 

Влияние степени  вакуума в рабочей камере 

• Степень вакуума  влияет на длину свободного  пробега молекул
• ∂-эффективный диаметр молекулы газа (для воздуха 3,7*10 ^-10 м)
• При р=1,33 Па , λ=4,7 мм; при р=1,33 *10 ^-2 Па, λ=47 см
• р~10^-4 – 10^-5 Па

 
 
 
 

Процесс конденсации  вещества зависит от температуры  подложки 

• При столкновении  атома с подложкой:

1. Адсорбция

2.Адсорбция и реиспарение

3. Отражение

Вероятность  реиспарения 
 

  Тп ~ 200-400ºС

 
 
 
 

Преимущества  метода вакуумного напыления 

• Относительная  простота процесса
• Высокие скорости осаждения
• Получение пленок с минимальным содержанием примесей

 
 
 
 

Недостатки  метода 

• Трудности получения  пленок из тугоплавких металлов
• Неравномерность составов пленок из сплавов
• Трудность получения высокого вакуума
• Трудность создания испарителей с большим ресурсом работы(>100 часов)