本章要求
1.说明金属化(metallization)在元器件中的应用
金属化工艺主要应用于形成金属互连(interconnection)线
2.列出5种集成电路芯片连线最常使用的材料
对于集成电路芯片成熟的铝铜互连技术最常使用的金属是Al、W、Ti、TiN
对于铜互联的先进IC芯片，最常使用的金属是Cu、Ta和/或TaN
3.说明铜互连相比铝铜互连的优点
铜比铝合金的电阻率低。因为铜原子比铝原子重，所以电迁移抵抗力较强。
使用铜取代铝合金可以显著降低互连电阻。
铜有较高的电迁移抵抗力，所以铜连线允许较高的电流密度。这两个特性可以提高IC芯片的速度
4.列出3种金属沉积的方法
金属可以通过CVD、PVD、ALD和EPD工艺沉积
5.说明溅射工艺过程
溅射涉及的离子轰击是物理性从固态金属表面撞击出原子和分子，并在衬底表面重新沉积一层薄金属薄膜。
6.解释说明高真空在金属沉积工艺中的作用
金属物理气相沉积工艺需要高真空状态以减小薄膜的污染物和电阻。对于铝物理气相沉积，为了减小物理气相沉积反应室内的湿气浓度，UHV所需的基本压力为十的负九次方Torr
7.列出用于高k、金属栅mosfet的金属
二氧化铪HfO2，二氧化钛TiO2，五氧化钽，二氧化锆ZrO2（来自第十章）
习题
1.集成电路芯片制造过程中，经常使用哪4种金属？
对于集成电路芯片成熟的铝铜互连技术最常使用的金属是Al、W、Ti、TiN
对于铜互联的先进IC芯片，最常使用的金属是Cu、Ta和/或TaN
2.为什么铝通常与铜形成合金？为什么有时铝与硅形成合金？
铝的电迁移抵抗力很差。当少量百分比的铜与铝形成合金时，铝的电迁移抵抗力将显著增强，因为铜起了铝晶粒之间的粘着剂作用，并防止晶粒因电子轰击而迁移
硅可以溶解在铝中，且硅在铝中的饱和溶解度约为1%。增加大约1%的硅到铝中可以使硅在铝中达到饱和而有效防止硅进一步溶解在铝中以避免形成尖凸现象。
3.为什么电子束蒸镀(蒸发evaporator)机比热灯丝蒸镀机具有优势？
热灯丝加热将造成薄膜内的钠污染，并有较差的阶梯覆盖。
而电子束蒸渡沉积过程中，靶材金属的外围并不会融化而保持固体状，这样可以减少来自石墨或碳化硅坩埚内的微量杂质而造成的薄膜污染。同时，电子束蒸镀时采用转盘式晶圆装载系统，以改进沉积的均匀性和阶梯覆盖。
4.为什么使用钨作为金属栓(metal plug)塞连接各层导线？
CVD钨可填充高深宽比的接触窗/金属层间的接触孔，且经常作为连线工艺的金属栓塞
5.列出氮化钛的4种应用？
氮化肽通常用于作为钨扩散的阻挡层和附着层，也可以作为抗反射层镀膜以改善金属图形化工艺的解析度。氮化钛用于ulk介质刻蚀工艺的硬掩膜层，也可以作为HKMG mosfet的金属栅(plug)
(利用高K介质材料代替常规栅氧SiON和金属栅代替多晶硅栅的工艺称为HKMG工艺技术， HK是HighK的缩写， MG是Metal Gate的缩写，也就是金属栅极)
由于化学气相沉积氮化钛具有良好的侧壁阶梯覆盖，所以通常被用于亚微米集成电路连线工艺
氮化钛也可以作为DRAM芯片电容的电极，这种电极需要很好的薄膜形貌，而且为了形成高深宽比SN孔需要很好的侧壁和底部阶梯覆盖
三种典型应用：钨遮蔽层及附着层(gkue layer)；Al-Cu层下的TiN层；抗反射层镀膜应用（ARC）
6.通常使用哪种测量工具测量方块电阻？
通常使用四点探针作为测量工具
7.描述溅射沉积工艺流程
溅射沉积涉及的离子轰击是物理性从晶固态金属表面撞击出原子或分子，并在衬底表面轰击成型，形成一层薄金属薄膜
溅射相比蒸发工艺，质量更好但成本更高
8.解释为什么直流溅射系统无法沉积介质材料。
溅镀工艺的另一个优点是通过使用适当金属比例的合金靶材，比较容易地沉积金属合金薄膜
9.哪种工艺过程中钛和TiN pvd需要准直式溅射(collimated sputtering)系统？
对于接触窗/金属层间接触孔的应用，钛和氮化钛pvd通常使用准直式系统或离子化金属等离子系统，以改善底层阶梯覆盖(step coverage)而降低接触电阻。
用来作为钨遮蔽层及附着层的TiN需要有低的电阻率和良好的阶梯覆盖，所以需要使用的溅镀工具为准直系统或离子化金属等离子体系统(ionized metal plasma)。
＞教材原文：对于亚微米接触窗/金属层间接触窗孔应用，整个晶圆上的薄膜需要良好的底层阶梯覆盖以降低接触电阻。因为从晶圆中心到边缘会引起不平坦的阶梯覆盖，所以标准的磁控系统不能再满足这种要求，因此准直装置和金属离子化技术已经在接触窗/金属层间接触窗孔的Ti/TiN溅镀工艺中开发出来。
10.为什么铝合金溅射(sputtering)反应室需要超高真空？
金属物理气相沉积工艺需要高真空状态以减小薄膜的污染物和电阻。对于铝物理气相沉积，为了减小物理气相沉积反应室内的湿气浓度，UHV所需的基本压力为十的负九次方Torr
11.如果输送氩气的管道有小裂缝，对沉积薄膜会有什么影响？
钨CVD过程中，氩气通常用来吹除净化晶圆背面，以防止钨沉积在晶圆边缘和背面形成微粒污染物。
如果输送氩气的管道有小裂缝，则沉积薄膜会沉积在晶圆边缘和背面形成微粒污染物。
12.如果直流磁控溅射系统增加直流电压，沉积速率如何变化？
增加直流电压，沉积速率将增大
13.如果直流磁控溅射系统提高沉积温度，金属薄膜的方块电阻如何变化？
电阻率与薄膜材料的晶粒尺寸及结构有关。对于特定的金属薄膜，大的晶粒尺寸有较低的电阻率。
所以推测沉积温度升高，晶粒尺寸减小，电阻应该增大（答案不一定对）
14.列出20世纪90年代前，哪些因素影响铜应用于集成电路工艺？
虽然铜比铝电阻率低，但由于附着扩散及干法刻蚀克制困难等技术性瓶颈，常期阻碍了铜在集成电路芯片制造上的应用。
由于铜对二氧化硅的附着性很差，在硅与二氧化硅中有高的扩散速率，铜污染物形成的深能级可以造成元器件性能恶化，而且因为缺乏单纯的挥发性化合物而难以采用干法刻蚀，所以阻碍了铜在20世纪90年代之前应用于集成电路芯片的金属化工艺
15.比较铜金属化工艺和标准的铝合金-钨金属化工艺，两者之间有什么区别？
铝工艺过程有两种，分别是标准工艺和热力工艺。铝合金-钨金属化工艺等铝合金沉积往往需要超高真空以获得低的薄膜电阻。钨cvd及铝合金pvd工艺之前一般需要沉积一层钛薄膜，以降低接触电阻，因为钛能够俘获氧，并且防止氧与钨或铝产生化学反应生成高阻氧化钨或氧化铝
16.列出铜沉积的三种方法
铜沉积通常分为两个过程。第一个过程为籽晶层溅镀沉积，接着利用化学气相沉积或化学电镀法(EPD)大量沉积。大量铜沉积后进行退火工艺增加晶粒尺寸并在铜化学机械研磨之前改善电导率。
17.对于HKMG工艺，哪种方法使用铝cvd、先栅法和后栅法工艺？
对于先进的HKMG MOSFET，氮化钛用于作为金属栅电极。先栅法使用氮化钛作为nnos和pmos的栅电极。后栅法使用TiN和TiAl反应形成TiAlN作为nmos栅电极。
对于先栅法HKMG，使用 PVD TiN。对于后栅法HKMG，使用CVD TiN或 ALD TiN。
18.对于pmos和nmos，需要的金属功函数是多少？
19.为什么在HKMG MOSFET最后栅中使用Ta？
Ta作为铜沉积前的遮蔽层，可以防止铜扩散穿过氧化硅进入硅衬底损坏元器件。Ta是一种很好的遮蔽层材料，一般利用溅镀工艺沉积。
20.为什么DRAM可以使用钨金属，而CMOS逻辑集成电路中不能使用
化学气相沉积物薄膜具有非常好的阶梯覆盖和间隙填充能力，所以成为填充大深宽比接触孔或金属层间接触窗孔的选择。但钨电阻率比pvd铝铜合金的电阻率高，所以钨cvd只能作为连接不同层间的栓塞和局部连线。
钨或钨硅化物可以和多晶硅形成DRAM的字线。
因为钨不能很好附着在二氧化硅表面，所以通常需要一层氮化钛辅助黏附，帮助钨附着在氧化层表面
教材自问自答中有另一套答案的表达：钨电阻率比pvd铝铜合金的电阻率高。钨可以形成局部连线，但对于长距离连线而言，高的电阻率将变得不能接受，因为高电阻会降低芯片的速度而增加损耗，这对于大多数CMOS逻辑芯片是不可接受的。 DRAM时钟频率不是很高，因此钨可以作为位线使用。
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