铝的沉积和去除

大多数金属系统用铝或铝合金来作为主要的互联层。铝的导电能力几乎和铜或银一样好，并且它能快速沉积在覆盖在半导体制造中所有的物质的薄膜上。经过一段时间的加热，铝和硅形成低电阻的contact合金。

铝通常靠和与图2.25相似的设备蒸发来沉积。Wafer被装在架子上，他们曝光的面都朝着一个盛有小量铝的坩锅。当坩锅被加热后，一些铝会蒸发并在硅表面沉积。为了防止铝蒸汽在wafer上沉积之前氧化，整个蒸发系统都处于高真空状态下。图示的蒸发系统只能处理纯铝，但一些更复杂的系统也能蒸发铝合金。

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图2.25 铝蒸发设备简图

铝和硅在合适的温度下能成为合金。经过一段时间的加热后，在contact openings下会形成非常薄的铝掺杂硅层。这个步骤叫做sintering，它能在P型硅上形成Ohmic contact，因为铝作为acceptor。铝硅合金形成的浅的重掺杂P型diffusion在金属和P型硅之间架起了桥梁。不是很明显，Ohmic contact在铝接触重掺杂N型硅时也能形成。在这些contacts下有结，但他们的耗尽区很薄，载流子通过量子隧道很容易穿过他们。如果donor浓度太低，rectification就会发生，所以Ohmic contact在铝和轻掺杂的N型硅之间不可能直接建立。浅的N＋diffusion的增加使得这些区域可以有Ohmic contact。

Sintering也使少量铝溶解到底下的硅里。一些硅同时也溶解到铝金属里，腐蚀了硅表面。有些diffusion太薄了，腐蚀甚至能整体穿过他们，这引起了一个叫contact spiking的失效机制。历史上，这个首次被发现是在NPN晶体管发射极diffusion的连接处，所以它也叫做emitter punchthrough。（21 M. D. Giles, “Ion Implantatkion,” in S. M. Sze, ed., VLSI Technology (New York: McGraw-Hill, 1983)，pp.367-369. ）可以用铝－硅合金代替金属铝来使contact spking化。如果沉积的铝已经和硅混合了，那么－至少在理论上－它不能再溶解了。实际上，合金中的硅成分在sinterring时试图脱离出来，留下一个未混合的铝matrix。小心的控制sinter时间和温度就能使这种效应化。

另一种失效机制则会发生在高密度的数字逻辑中。随着集成电路尺寸慢慢缩小，流过金属的电流密度增大了。一些器件在高温下成千上万小时的工作后表现出了开路金属失效。当检查损坏单元时，一些leads都有意料之外的break。这些终的结果都来自于叫做electromigration的失效机制。（22 J.R.. Black, “Physics of Electromigration,” Proc. 12^th Reliability Phys. Symp., 1974, p.142.）载流子在金属中流动时会碰撞到晶体结构中的原子。当电流密度超过几百万安培每平方厘米时，这些冲击太厉害使金属原子开始移动。这些原子的替换造成了多晶金属集合体的独立颗粒之间的空隙。终这些空隙连在了一起形成一个穿过整个lead的gap，造成了开路失效（节 4.1.2）。在铝合金里加入一点点的铜能提升electromigration resistance大约一个等级。因此多数现代金属系统要么使用铝－铜－硅或铝－铜合金。