電遷移現(xiàn)象是一種在大電流密度作用下的質(zhì)量輸運(yùn)現(xiàn)象。質(zhì)量輸運(yùn)是沿電子流方向進(jìn)行的,EL5373IUZ結(jié)果在一個方向形成空洞,而在另一方向則由于Al原子的堆積而形成小丘,前者會使連線開路,后者會使光刻困難或使多層布線間短路。當(dāng)線條變得越窄時,這個問題更為突出。具體的改進(jìn)方法如下:

   (1)提高Al膜沉積溫度。溫度越高,成長的晶粒也就比較大,沉積薄膜的均勻性也就比較好。大的晶粒不易產(chǎn)生質(zhì)量的輸運(yùn),從而改善了電遷移。

   (2)Al中摻入少量的Cu。Al中加入少量的Cu可以改善電遷移現(xiàn)象,一般為0.5%~4%(質(zhì)量比)。但過多加入Cu會使Al膜電阻率升高,以及使Al刻蝕有難度。為什么加入少量的Cu可以改善電遷移現(xiàn)象呢?在金屬多晶膜中,金屬離子的傳輸主要是沿晶界進(jìn)行的,加入Cu后,Cu原子與Al晶界缺陷產(chǎn)生相互作用,這種相互作用表現(xiàn)在以溶質(zhì)原子本身或以CuA12形式在晶界處沉淀,占據(jù)了晶界處的空位。由于可供Al原子擴(kuò)散的晶界空位點(diǎn)大大減少,或者說Al在CuA12中的擴(kuò)散系數(shù)小,從而改善了電遷移。

   (3)三層夾心結(jié)構(gòu)。改進(jìn)Al電遷移的另一種方法是在兩層A1薄膜之間加一層約500A的過渡金屬層,如△、Cr及Ta等。這三層結(jié)構(gòu)經(jīng)鍆0℃退火1小時后,將形成金屬間化合物,它們是很好的Al擴(kuò)散阻擋層,可以防止空洞穿透整個Al金屬化引線,同時也可以在Al晶粒間界處形成化合物,降低Al在晶粒間界中的擴(kuò)散系數(shù),改善了電遷移。