·540· 北京科技大学学报 2000年第6期 图2改进工艺制出的铝膜{111面织构 (@){111极图（最大值156.8，密度水平：2,4,8,1640,99）b)取向分布函数m,=45截面图（最大值89，密度水平：2,4,6,8） Fig.2(111)fiber fexture of aluminum film prepared by modified technology 数245°截面图上，高取向密度区附近即是 2,2大规模集成电路芯片快速发展的问题 {111}面织构的分布位置，由此也可以看出薄膜 近20年来随着硅半导体产业的持续高速 中明显的{111)面织构.根据图1和图2所反应 发展，集成电路芯片不断地向大规模、超大规模 出的极密度和取向密度可知改进工艺所沉积的 的方向拓展，在表面积不变的条件下芯片内存 铝膜有更强的{111}面织构，其最高极密度值达 储单元的数目呈指数增长，预计每个芯片内的 到158.6，明显高于普通工艺22.2的最高值.定 存储单元很快可达10和，相应地，铝膜导线的宽 量计算表明)，改进工艺后{111}面织构的体积 度也将从70年代的10m减少到现在的约0.2 分数从22.2%增加到80.7%，且正态分布半角宽 um. 从5.49°降到3.47°，说明织构明显锋锐化.由此 通常，在芯片的制造和使用过程中总会经 可见，{111}面织构的锋锐化应该与大规模集成 历一定的甚至是很大的温度起伏过程.芯片由 电路芯片故障率的降低相关， 单晶硅基体和各种薄膜构成（图3）.一般来说， 各层物质的热膨胀系数不尽相同，因而各层之 2讨论 间总会承受一定的内应力.图4给出了A1-1% 2.1大规模集成电路芯片的铝膜导线结构 Si-0.5%Cu合金导线在温度下降时所承受的应 在制备大规模集成电路的过程中要在存储 力（图4(a)及应变（图4b)》.对于铝膜导线来说， 单元之间要敷设导线连接.通常在单晶硅的 导线宽度降低时一方面会使流通的电路密度增 {100}面上依次沉积SiO2、Ti(TN)、铝合金膜等， 加并造成更大的温度起伏，另一方面也会造成 将铝膜腐刻成设定的导线线路后附着上SN,层 导线整体强度的降低.这些因素都会降低导线 进而制成集成电路芯片的基础材料".图3示意 抵抗内应力的能力，导致导线中生成孔洞并容 性地给出了集成电路芯片制备过程中的涂层结 易在使用过程中造成断裂失效.电流密度的升 构（图3(a)及铝膜导线结构（图3(b).其中SiO, 高也会增强“电子风”效应”，即在铝膜导线中 和SN层是绝缘层 因电流的流动而引起内应力和原子明显的扩散， 并因此在晶界上造成孔洞.图5给出了铝薄膜 导线在长时间导电情况下之间生成空洞的示意 Al 图，这同样也会使导线失效，由于这些失效原 Ti,TiN Ti,TiN 因，一些学者根据实验现象考虑了利用织构克 SiOz SiO, 服失效现象的可能性“ Si Si 2.3{111}面织构效应 气相沉积是常用的制备导电用铝合金薄膜 (a) (b) 的方法.由于铝的{111}表面能比较低刀铝膜 图3集成电路芯片的层状结构示意图 中往往会生成{111}面织构4，根据对超深冲压 Fig.3 Layer structure of very large-scale intergrated elec- 性无间隙原子钢的分析可以知道，当铝膜晶粒 tronie circuits 的{111)面平行于沉积面时铝膜在垂直于沉积北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 图 改进工艺制出的铝膜 面织构 毛 极图 最大值 ， 密度水平 ， ， ， ， ， ， 助 取向分布函数叨闷 截面图 最大值 ， 密度水平 ， ， ‘ ， 啥 价 】 数外科 截 面 图上 ， 高 取 向密 度 区 附近 即 是 面 织构 的分布位 置 ， 由此也可 以看 出薄膜 中明显 的 面 织构 根据 图 和 图 所 反应 出 的极密 度和 取 向密度可知 改进工 艺所沉积 的 铝 膜有更强 的 面 织构 ， 其最 高极密度值达 到 ， 明显 高于 普通工 艺 的最 高值 定 量计算表 明口，， 改进工 艺 后 面织 构 的体积 分 数 从 增加 到 ， 且 正 态分布 半角宽 从 降到 ， 说 明织构 明显锋锐化 由此 可 见 ， 面 织 构 的锋锐化应 该 与大规模集成 电路芯 片故 障率 的降低相 关 讨论 大规模集成 电路芯 片的铝膜导线结构 在制 备大规模集成 电路 的过程 中要 在存储 单 元 之 间 要 敷 设 导 线 连接 通 常 在 单 晶硅 的 面上 依次 沉积 、 、 铝 合金膜等 ， 将铝 膜腐刻成 设 定 的导线线路后 附着上 层 进而 制成集成 电路芯 片 的基础材料川 图 示 意 性地给 出 了集成 电路 芯 片制备过程 中的涂层 结 构 图 及 铝 膜 导 线 结 构 图 伪 其 中 和 层 是绝缘层 一一一一一一叹 ， 丁 讯 圆圆圆，益 只 伪 圈 集成 电路芯片的层状结构示意图 啥 口 肠 代 妇 大规模集成 电路芯 片快速发展的问题 近 年来 随着硅半 导体产业 的持续高速 发展 ， 集成 电路芯 片不 断地 向大规模 、 超大规模 的方 向拓展 在表面积不 变 的条件下 芯 片 内存 储单元 的数 目呈 指数增长 预计每个芯片 内的 存储单元很 快可达 划 ， 相应地 ， 铝 膜导线的宽 度也将 从 年代 的 林 减少到现在 的约 县」 通常 ， 在 芯 片 的制造和 使用过程 中总会经 历 一 定 的甚 至 是很大 的温度起伏过 程 芯 片 由 单 晶硅基体和 各种 薄膜构成 图 一 般来说 ， 各层 物质 的热膨胀系数不 尽相 同 ， 因而 各层 之 间 总会承 受 一 定 的 内应力 图 给 出 了 卜 问 合金 导线在温度 下 降时所承 受 的应 力 图 及应变 图 伪 户 对于铝膜导线来说 ， 导线宽度 降低 时一方面会使流通 的 电路密度增 加 并 造成 更 大 的温度起伏 ， 另一 方面 也会造成 导 线整 体强 度 的 降低 这 些 因素都会 降低 导线 抵抗 内应 力 的能力 ， 导致导线 中生 成孔洞 并容 易在 使用 过程 中造成 断裂 失效 电流密度 的升 高也 会增 强 “ 电子 风 ” 效应 【 ， 即在铝 膜导线 中 因 电流 的流动而 引起 内应力和 原子 明显 的扩散 ， 并 因此在 晶界上造成孔洞 图 给 出 了铝 薄膜 导线在长 时 间导 电情况下之 间生成空洞 的示意 图 ， 这 同样也会 使导线 失效 由于 这些 失效原 因 ， 一些 学者根据 实验现象考虑 了利用织构克 服 失效现象 的可 能性， ， 面织构效应 气相 沉积 是常用 的制备导 电用铝 合金薄膜 的方法 由于 铝 的 表面 能 比较低， ， 铝 膜 中往往会生成 面织构卜 根据对超深冲压 性无 间 隙原子钢 的分析可 以知道 ， 当铝膜 晶粒 的 面平行 于 沉积 面 时铝 膜在垂 直于 沉积