芯片制程之常见的金属化制程

芯片的电子信号的传递需要金属的参与，因此金属化是芯片制程中必不可少的步骤之一。金属化的方式多种多样，我们今天就来介绍一下最常见的金属化制程。

1 什么是金属化

金属化（Metallization）指在晶圆上形成图形化的金属导电薄膜。

2 金属化的作用？   2.1互连作用   主要用于互连不同的电子组件，如晶体管、电阻、电容等。IC是由数亿甚至数十亿的晶体管组成，这些晶体管在硅片上并行工作。但是，如果这些晶体管不能相互导通，那么它们就不能实现指定功能。而这些互连金属电路像是IC的血管，确保电子信号在不同组件之间的顺利传输。

2.2充当阻挡层

阻挡层的作用是防止不同金属层间的电子迁移，将不同金属层之间相互隔离，避免物质之间的扩散或渗透等。另外，阻挡层有时也被用作其他材料层之间的粘附层，确保新沉积的材料可以牢固地附着在基底上。

典型的阻挡层材料包括钛、钛氮化物、钛钨化物，钽、钽氮化物等。例如，铝容易与硅发生反应。当铝需要在硅上布线时时，需要在两者之间放置阻挡金属（TiN,TiW）作为屏障。

  2.3保护作用

金属化层可以作为一个保护层，紧紧地包裹在活泼金属的表面，防止环境中的化学物质、水分或氧气渗入芯片内部，达到防腐的作用。例如，暴露在空气中的铜会逐渐形成氧化铜层。为了防止这种情况，可以在铜导线上覆盖一层防腐金属，如钯、金或镍。

3 金属化有哪些方式？

3.1PVD

溅射沉积 (Sputtering)：使用高能离子轰击靶材料，使靶材料的原子或分子溅射并沉积到基片上。   电子束蒸发 (E-beam Evaporation)：利用高能电子束加热金属，使其蒸发并沉积到基片上。

3.2CVD   气态前驱体在晶圆上反应，形成所需的薄膜沉积在晶圆表面。CVD可用于沉积多种金属，如钨、铜、钛等。   主要方式有：MOCVD，LPCVD，PECVD，ALD等，常见反应式为：

TiCl4+2H2—>Ti+4HCl

WF6+3H2—>W+6HF

3.3电镀

通电，利用电化学原理，在晶圆表面沉积金属，一般电镀的镀种为Cu，Ni，Au，Sn等单质及其合金。比如Cu是互联的主要金属，由于铜无法被干法刻蚀，只能通过双大马士革工艺来进行互联金属的填充。  

3.4化学镀

不通电，单纯利用化学反应在晶圆表面沉积金属，常见的沉积金属为Ni，Pd,Au等单质。   晶圆制程的金属化一般只有这几种方式，可以根据设计的要求与实际需求来选择合适的金属化方式。  

编辑：黄飞