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第十一章 器件隔离、接触和金属化 • 一、器件隔离 • 基本原理 • 隔离的种类 –PN结隔离 –氧化物隔离 LOCOS, STI，SOI • 二、接触和金属化 • 肖特基接触 • 欧姆接触 • 多层金属化 • 先进引线技术 接触与金属化 将晶片上制成的各种元器件用互连薄膜材料（通常为金属） 的线条连接起来构成具有各种功能的集成电路的工艺。 • 为了将半导体器件与外部有效地联系起来，必须首先在半导 体和互连线之间制作接触。 • 金属/半导体的两种接触类型： –欧姆接触：具有线性和对称的V-I特性，且接触电阻很小 –肖特基接触：相当于理想的二极管,正向导通，反向阻断 金属的功函数φ m 半导体的功函数φ s 半导体电子亲和势cs φm s 肖特基接触 • 肖特基势垒高度 • 耗尽层宽度 • 金属化工艺要求形成低阻欧姆接触 smms   VD内建电势，VR外加电压，ND衬底掺杂浓度 2/1 0 2               D RD s eN VV W  N 型半导体 肖特基二极管 • 形成肖特基二极管的条件： 金属的功函数φ m n半导体的功函数φ s， 金属的功函数φ m p半导体的功函数φ s 。 • 肖特基二极管的电流大小由热电子发射决定，即 是由具有足够能量克服势垒的载流子的数量决定。 ]exp[ )1(exp 2 0 0 kT ARTI nkT qV II ms  电流强烈依赖于势垒高度 对轻掺杂N型硅，常用PtSi来制作肖特基接触（势垒高度0.85V） 肖特基接触的两种类型 隧穿欧姆接 触 整流接触 • 针对做金属线与器件层的接触来讲，我们 并不需要肖特基接触，而需要欧姆接触！ • 针对利用肖特基二极管的应用来讲，我们 要主动构造肖特基接触。 形成欧姆接触的方法 欧姆接触：金属与半导体的接触，其接触 面的电阻值远小于半导体本身的电阻，电流随电 压线性变化，使得器件工作时，大部分的电压降 在活动区(Active region)而不在接触面。 重掺杂衬底接触电阻由下式表达 其中，Φ b功函数差，ND衬底掺杂浓度 • 低势垒欧姆接触 • 高掺杂欧姆接触 ]exp[ 20 D ms c N C AR   1.低势垒欧姆接触 • 如果金属的功函数φ m n半导体的功函数φ s， 或 金属的功函数φ m p半导体的功函数φ s 。 即是欧姆接触。 • 由于界面处存在表面态，使半导体表面产生一个 耗尽层，仍然有整流特性。 • 只要势垒高度低于0.3eV以下，可近似看作欧姆接 触。（铂与p型硅,0.2eV） 2.高掺杂欧姆接触 • 在半导体表面形成高掺杂层，金-半接触时，可形成极薄 的耗尽区，载流子浓度大于1019 /cm3时，耗尽区宽度小于 10 nm。除热电子发射外，载流子能以隧道穿透方式通过 势垒，形成低阻且对称的VI特性。 VD内建电势 ND衬底掺杂浓度 2/1 0 2               D RD s eN VV W  3. 欧姆接触的检测 集成电路对互连金属的基本要求 • 有良好的导电性； • 容易与N型、P型硅形成低阻欧姆接触； • 与硅和二氧化硅等有良好的粘附性； • 易于淀积和刻蚀，便于键合； • 性能稳定可靠； • 互连线对台阶的覆盖率要好。 常用的金属化材料 金属 （metal）：low resistivity 多晶硅（poly–Si）： Medium resistivity 硅化物（metal silicides）： 介于以上二者之间 Properties of Interconnect Materials Material Thin film resistivity (cm) Melting point (oC) Al 2.7-3.0 660 W 8-15 3410 Cu 1.7-2.0 1084 Ti 40-70 1670 PtSi 28-35 1229 C54 TiSi2 13-16 1540 WSi2 30-70 2165 CoSi2 15-20 1326 NiSi 12-20 992 TiN 50-150 2950 Ti30W70 75-200 2200 H-doped poly-Si 450-10000 1417 常用的金属化材料