1.2.7. Нанесение тонких пленок

Операция нанесения тонких плёнок является основной операцией металлизации («разводки»), предназначенной для создания электрических соединений между компонентами ИС.

Тонкие пленки являются основой тонкопленочных гибридных интегральных схем, но широко используются и в полупроводниковых интегральных схемах. Поэтому методы получения тонких пленок относятся к общим вопросам технологии микроэлектроники.

Существует три основных метода нанесения тонких пленок на подложку и друг на друга:

— вакуумное термическое напыление;

—  ионно-плазменное напыление;

— электрохимическое осаждение.

1.2.7.1. Вакуумное термическое напыление

По этому методу тонкие пленки толщиной 0,01…0,1 мкм получаются в результате нагрева, испарения и осаждения вещества на подложку в замкнутой камере при сниженном давлении газа в ней. В камере с помощью вакуумного насоса создается предельное давление остаточных газов около 1,3·10^-4 Па (7,5·10^-4 Па =10^-6 мм Hg). Схема камеры для вакуумного термического напыления изображена на рис. 1.26.

Рабочая камера 1  представляет собой металлический или стеклянный колпак с системой наружного водяного охлаждения. Камера расположена на опорной плите 6 и образует с ней вакуумно-плотное соединение. Подложка 2, на которую проводится напыление, закреплена на держателе. К подложке примыкает нагреватель 3, нагревающий подложку до 200⁰… 400⁰ С для улучшения адгезии напыляемой пленки. Испаритель 4 включает в себя нагреватель и источник напыляемого вещества. Поворотная заслонка 5 перекрывает поток паров от испарителя к подложке. Напыление длится в течении времени, когда заслонка открыта.

Для нагрева напыляемого вещества в основном используется два типа испарителей:

–  прямонакальные проволочные и ленточные испарители изготавляемые из вольфрама или молибдена;

–  электронно-лучевые испарители с нагревом испаряемого вещества электронной бомбардировкой.

Для напыления пленок из многокомпонентых материалов применяется взрывное испарение. При этом испаритель нагревается до 2000⁰ С и посыпается порошком из смеси испаряемых материалов. Таким образом удаётся получать композиционные покрытия

 Некоторые распространенные материалы для покрытий (например, золото) имеют плохую адгезию с кремнием и другими полупроводниковыми материалами. В случае плохой адгезии испаряемого материала к подложке испарение проводят в два слоя. Сначала на подложку наносят подслой металла, имеющего хорошую адгезию к полупроводниковой подложке, например Ni, Cr или Ti. Затем напыляют основной слой, у которого адгезия с подслоем уже хорошая.

1.2.7.2. Ионно-плазменное напыление

Этот метод заключается в распылении материала наносимого вещества, находящегося под отрицательным потенциалом, в результате бомбардировки ионами инертного газа, возникающими в процессе возбуждения тлеющего разряда внутри установки вакуумного напыления.

Материал отрицательно заряженного электрода распыляется под действием ударяющихся о него ионизованных атомов инертного газа. Эти распыленные нейтральные атомы и осаждаются на подложку. Главным преимуществом ионно-плазменного метода напыления является отсутствие необходимости нагрева испарителя до высокой температуры.

Механизм возникновения тлеющего разряда. Тлеющий разряд наблюдается в камерах с низким давлением газа  между двумя металлическими электродами, на которые подается высокое  напряжение до 2…3 кВ. При этом анод обычно заземлен. Катодом является мишень из распыляемого материала. Из камеры предварительно откачивается воздух, затем запускается аргон до давления 0,5 Па (4·10^{-3 мм} Hg). Распределение потенциала между электродами изображено на рисунке 1.27.

Tлеющий разряд получил своё название из-за наличия на мишени (катоде) так называемого тлеющего свечения (TC, 2 на рис. 1.27). Это свечение обусловлено большим падением потенциала в узком слое объёмного заряда вблизи катода (КС, 1). К зоне TC примыкает область фарадеева тёмного пространства (ФТП, 3), переходящая в положительный столб (ПС, 4), который является самостоятоятельной частью разряда, не зависящей от других слоев разряда.

Вблизи анода также имеется тонкий слой объёмного заряда, называемый анодным слоем (AC, 5). Остальная часть межэлектродного промежутка занята квазинейтральной плазмой.

Таким образом, в камере наблюдается растровое свечение из чередующихся тёмных и светлых полос.

Для прохождения тока между электродами необходима постоянная эмиссия электронов катода. Эту эмиссию можно вызвать принудительно путем нагрева катода, или облучения его ультрафиолетовым светом. Такой разряд является несамостоятельным.

Для возникновения самостоятельного тлеющего разряда необходимо вызвать эмиссию электронов из катода путем подачи высокого напряжения величиной 2…3 кВ между электродами. Если приложенное напряжение превышает потенциал ионизации газа в камере (обычно Ar), то, в резу­ль­тате столкновений электронов с молекулами Ar в области 2, газ ионизуется с образованием положительно заряженных ионов Ar⁺. В результате в области катодного темного пространства возникает локализованный про­­­стран­ственный разряд и, соответственно, сильное электрическое поле (рис.1.27).

Ионы Ar⁺, приобретающие энергию в этом поле, выбивают атомы материала катода, одновременно вызывая эмиссию вторичных электронов из катода. Эта эмиссия и поддерживает самостоятельный тлеющий разряд. Нейтральные атомы из материала катода достигают подложки и осаждаются на ее поверхности.

Распыление диэлектрических материалов. Рассмотренный выше метод получения тонких пленок использует постоянное напряжение, прикладываемое к электродам системы распыления мишени. Это позволяет распылять мишени только из электропроводящих или полупроводниковых материалов. Разряд на постоянном токе нельзя использовать для распыления диэлектрических материалов, так как электроны должны непрерывно уходить с мишени во внешнюю цепь.

Если мишень выполнена из диэлектрика, то при ее бомбардировке положительно заряженными ионами на ней очень быстро будет накапливаться положительный заряд. Этот заряд создаст электрическое поле, которое будет тормозить бомбардирующие мишень ионы. Распыление мишени очень быстро прекратится.

Такое требование ограничивает ассорти­мент напыляемых материалов. В частности, оказывается невозмож­ным напыление диэлектриков, в том числе многих окислов и дру­гих химических соединений, распространенных в технологии полу­проводниковых приборов.

Для распыления диэлектрических материалов к мишени прикладывают ВЧ электрическое поле, создаваемого с помощью специального генератора. При отрицательном потенциале на мишени будет происходить ее распыление ионами, а при положительном потенциале–нейтрализация заряда потоком электронов. Следовательно, ВЧ поле компенсирует во время положительных полупериодов накапливающийся на мишени положительный заряд. На поверхность диэлектрической мишени будут поступать электроны, заряжающие её отрицательно.

На практике используются следующие варианты ионно-плазменного напыления.

1.2.7.3. Катодное напыление

Это двухэлектродный вариант катодного напыления. В простых установках для ионно-плазменного напыления мишень из распыляемого материала является катодом, а держатель подложки – анодом. Такие системы называют двухэлектродными, а ионно-плазменное напыление – катодным.

 Схема установки для катодного напыления изображена на рис. 1.28. В данной установке отсутствует испаритель. Его место занимает катод 2, который либо состоит из напыляемого вещества, либо электрически контактирует с ним. Роль анода выполняет подложка 3, электрически соединенная с держателем. Подогреватель 4 служит для улучшения адгезии распыляемогоматериала к подложке.

Технология напыления следующая.

Подколпачное пространство сначала откачивают до 7,5·10^-3… 7,5·10^-4 Па (10^-5-10^{-6 мм} Hg), а затем в него вводят некоторое количество очищенного нейтрального газа (чаще всего аргона), так что создает­ся давление 75… 7,5 Па (10^-1 - 10^{-2 мм} Hg).  При подаче высокого отрицательного (2-3 кВ) напряжения на катод 2 (анод заземлен из соображений электробез­опасности) в пространстве анод - катод возникает аномальный тлеющий разряд, сопровождающийся образованием электронно-ионной плазмы.

Недостатками катодного напыления в целом являются:

- неко­торая загрязненность пленок (из-за использования сравнительно низкого вакуума);

- меньшая по сравнению с термическим методом скорость напыления (по той же причине);

- сложность конт­роля процессов.

1.2.7.4. Трехэлектродное ионно-плазменное напыление

Скорость распыления можно увеличить, понижая давление остаточного газа в камере, увеличивая длину свободного пробега ионов. Однако понижение давления приводит к тому, что при большой длине свободного пробега электронов вероятность их столкновения с атомами рабочего газа становится ничтожно малой, и при давлении около 10^{-3 мм Hg самостоятельный разряд в газе прекращается. Для поддержания самостоятельнго разряда при низком давлении необходимы специальные меры:}

- создание дополнительного источника электронов;

- повышение эффективности ионизации газа имеющимися электронами, например, за счет дугового разряда.

Одним из вариантов решения проблемы является применение трехэлектродной системы распыления, изображенной на рис. 1.29. В данной системе имеются три независимо управляемых электрода: термокатод 1, анод 2 и распыляемая мишень 3, потенциал которой относительно термокатода составляет несколько киловольт.

Главная особенность трехэлектродного метода напыления заключается в том, что в промежутке между мишенью и подложкой действует дополнительный несамостоятельный дуговой разряд. Кроме того, удается уменьшить давление Ar в камере почти до 10^-3…10^{-4 мм Hg, что приводит к увеличению длины свободного пробега положительных ионов.}

По достижении в камере вакуума порядка 10^-4  Па термокатод разогревают и в камеру через натекатель подают инертный газ при давлении 0,05…1 Па (10^-3…10^{-4 мм Hg}). В результате термоэлектронной эмиссии с катода будут интенсивно испускаться электроны, ускоряющиеся вертикальным электрическим полем. Дополнительные электроны, испускаемые термокатодом, способствуют увеличению степени ионизации остаточного газа. При напряжении между термокатодом и анодом порядка +50…100 В возникает несамостоятельный газовый разряд. При этом в промежутке термокатод-анод удается получить ток до нескольких ампер. Мишень, имеющая отрицательный потенциал относительно катода, оттягивает на себя значительную часть ионов, образующихся в газовом разряде, и ускоряет их. Таким образом, возрастает интенсивность бомбардировки мишени.

В результате бомбардировки мишени ионами происходит ее распыление, и распыленные атомы осаждаются на подложке, формируя тонкую пленку. Такие трехэлектродные системы, в которых электрические цепи разряда и распыления разделены и управляются независимо друг от друга, обеспечивают гибкость управления процессом. Скорость осаждения составляет более 1 нм/с, что в несколько раз превышает аналогичный показатель для двухэлектродной схемы катодного распыления.

Подавая на электрод мишени переменное напряжение 100 В с частотой около 10 МГц, можно в такой установке осуществлять высокочастотное напыление диэлектриков. В этом случае диэлектрическая мишень приклеивается токопроводящим клеем, или припаивается к медному массивному электроду. Мишень в этом случае является как бы прокладкой конденсатора.

Дальнейшее развитие трехэлектродных систем распыления привело к использованию автономных ионных источников. Ионный источник представляет собой газоразрядную камеру с термокатодом, в которую подается рабочий газ под давлением ~ 0,5 Па, что обеспечивает высокую концентрацию ионов. Газоразрядная камера отделена от камеры осаждения калиброванными отверстиями, благодаря чему обеспечивается перепад давлений, и давление в камере осаждения, где расположены мишень и подложка, составляет~ 0,015 Па. Часть ионов поступает через отверстия в камеру осаждения, ускоряется  и распыляет мишень. Такая конструкция позволяет увеличить скорость распыления мишени и повысить чистоту осаждаемых на подложке пленок.

1.2.7.5. Высокочастотное распыление

Для распыления диэлектрической мишени необходимо между анодом и катодом-мишенью подавать переменное напряжение. В этом случае мишень поочередно будет обрабатываться потоками электронов и положительно заряженных ионов. При отрицательном потенциале на мишени будет происходить ее распыление ионами, а при положительном потенциале – нейтрализация заряда потоком электронов. Это в принципе позволяет распылять мишени из диэлектрических материалов, однако эффективность такого метода распыления будет невысокой.

Эффективность распыления можно значительно повысить, если между анодом и катодом-мишенью подать переменное напряжение частотой порядка 10 МГц (обычно используют частоту 13,56 МГц, разрешенную для технологических установок, работающих в этом частотном диапазоне). Повышениие эффективности при высокочастотном распылении объясняется следующим образом. Масса электронов значительно меньше массы ионов. Поэтому, обладая начительно большей подвижностью, электроны успевают следовать за быстроменяющимся полем, переходя с одного электрода на другой. Ионы, будучи гораздо менее подвижными, не успевают заметно перемещаться в межэлектродном пространстве, в результате чего там образуется объемный положительный заряд ионов. Кроме того, количество электронов, поступающих на мишень за полпериода, значительно превышает то количество, которое необходимо для нейтрализации заряда ионов на мишени. В результате на диэлектрической мишени накапливается отрицательный заряд электронов. Все это приводит к появлению в межэлектродном пространстве дополнительного электрического поля, которое способно ускорить часть ионов до больших энергий, что и увеличивает эффективность распыления мишени.

В условиях высокочастотного разряда заряженные частицы (электроны и ионы) совершают колебательное движение с амплитудой А, равной

,

где µ− подвижность частицы, зависящая от давления газа, м²/В∙с; Е₀– амплитуда напряженности переменного электрического поля, В/м; ω− циклическая частота питающего напряжения, рад/с.

Если расстояние между электродами превышает амплитуду А, то на электроды поступают только те частицы, которые находятся от электрода на расстоянии, не превышающем А. При этом существенно, что в средней части разряда электроны совершают осциллирующие движения, эффективно ионизируя газ, поэтому высокочастотный разряд может существовать при более низких давлениях, и надобность в сложной трехэлектродной системе отпадает.

Принципиальная схема установки для высокочастотного ионного напыления приведена на рис. 1.30.

За половину периода высокочастотного напряжения, приложенного к электродам Э1 и Э2  электроны не успевают пройти расстояние между анодом и катодом. В этом случае электроны попеременно движутся то к электроду Э1, то к электроду Э2, производя на своем пути ионизацию газа. Для поддержания стационарного характера разряда необходимо, чтобы за время своей жизни каждый электрон произвел в среднем одну ионизацию. Роль электродов Э1 и Э2 сводится теперь лишь к созданию поля в газоразрядном промежутке, их можно в принципе вынести за пределы газоразрядной камеры. В установках высокочастотного распыления электроды покрываются мишенями М1 и М2 из распыляемого диэлектрика.

Так как электроны плазмы имеют гораздо большие скорости теплового движения, чем ионы, то поверхности мишеней, соприкасающиеся с плазмой, заряжаются отрицательно. Величина этого разряда растет при подаче на электроды ВЧ напряжения. Действительно, когда положительный заряд на каком-либо электроде, например на Э1, оказывается больше отрицательного заряда на мишени М1, поле будет направленно от мишени к газу и на мишень пойдет дополнительный поток электронов. Остальную часть периода к мишени будут дрейфовать ионы. Однако так как их подвижность значительно ниже чем у электронов, то они практически почти не будут изменять величину отрицательного заряда мишени. При достаточно большом ВЧ напряжении мишени будут весьма энергично бомбардироваться ионами и распыляться. Попадая на подложку П и конденсируясь, распыленные частицы мишени будут создавать на ней пленку.

В качестве примера характеристики полученных диэлектрических плёнок приведены в таблице 1.3.

Благодаря пониженному давлению в газоразрядной камере, высокочастотные системы с успехом используют для распыления не только диэлектрических мишеней, но и мишеней из металлов и полупроводников.

Таблица 1.3 Электрические характеристики диэлектрических пленок, полученных ВЧ ионно-плазменным распылением
Характеристика	Материал
	SiO2	Al2O3	Ta2O5
Диэлектрическая проницаемость	3.94	8.55	25.0
Температурный коэффициент ёмкости в интервале температур (-30...+125 оС), 10-6 оС	-57	212	350
tg δ при f=1 кГц	0.0007	0.0032	0.0365
Электрическая прочность, 108 В/м	(1...2)	(8...2)	(4.0...0.5)
Толщина диэлектрика, нм	50...1000	90...800	150...1500

1.2.7.5. Реактивное распыление. Химическое напыление и анодирование

При реактивном распылении в газоразрядную камеру наряду с рабочим газом (обычно аргоном) добавляется небольшое количество реакционного активного газа (кислорода, азота и др.), в результате чего на подложке образуется пленка из химического соединения, образованного атомами мишени и активного газа. Если, например, мишень изготовлена из алюминия, а в качестве активного газа используется кислород, то на подложке получается пленка из оксида алюминия, если же в камеру добавляется азот, то получится пленка из нитрида алюминия.

Кроме оксидных и нитридных пленок, данным способом можно получать карбидные и сульфидные пленки, добавляя в камеру соответственно метан СН₄ или пары серы. Для получения химического соединения необходимо строго определенное парциальное давление активного газа, зависящее от материала мишени. Поэтому чаще получаются не химические соединения, а твердые растворы. На основе одной мишени из какого-либо металла и различных активных газов можно получать широкую гамму свойств осаждаемых пленок – от проводящих и низкоомных резистивных до высокоомных резистивных и диэлектрических.

Использовать реактивное распыление взамен непосредственного распыления мишени из химического соединения целесообразно тогда, когда коэффициент распыления данного химического соединения (оксида, нитрида и так далее) низкий, либо тогда, когда технологически трудно изготовить массивную мишень из этого соединения. Кроме того, реактивное распыление создает условия для гибкого управления свойствами пленок при создании многослойных структур (например, пленочных конденсаторов).

В общем случае процесс осаждения пленок при реактивном распылении обусловлен тремя механизмами, действующими параллельно:

-образование химического соединения на поверхности мишени и его распыление;

-образование химического соединения в пролетном пространстве «мишень− подложка» и осаждениие его на подложку;

- взаимодействие осажденных на подложке атомов мишени с атомами активного газа.

В условиях невысокого давления газа в камере вероятность второго механизма весьма мала и его вклад в общий процесс формирования пленки на подложке незначителен. Что касается соотношения вкладов первого и второго механизмов, то это зависит от условий распыления, а именно, от рода материала мишени и от рода активного газа, от общего давления газовой смеси  в камере и от парциального давления активного газа; от расстояния между мишенью и подложкой. На практике часто уменьшение давления парциального газа при прочих равных условиях увеличивает вероятность образования соединения непосредственно на подложке. В большинстве случаев необходимые реакции полностью протекают при содержании активного газа в газовой смеси (аргон+ активный газ) порядка единиц процентов.

Один из вариантов реактивного напыления называют плазменное анодирование. Этот процесс получения изолирующих окисных диэлектрических плёнок на поверхности ряда металлов за счет окисления их в газоразрядной плазме. Название процесс получил в связи с приложением к подложке дополнительного положительного потенциала формовки U_ф.

Таким образом получают пленки окислов Al₂О₃, Ta₂О₅, CrО₂, SiО₂, TiО₂  и др., используемые для обкладок конденсаторов ИС.

Сам процесс образования окисного слоя называют формовкой.

Для проведения формовки используются подложки с предварительно нанесённой на них металлической плёнкой, которую нужно окислить.

Участки плёнки, не подлежащие формовке, тщательно изолируются, токоподвод осуществляется анодированной алюминиевой проволокой. На плёнку подаётся дополнительный положительный потенциал, поскольку кислород находится в газоразрядной плазме в виде анионов .

Схема установки для проведения плазменного анодирования, показанная на рис. 1.31, а, является вариантом схемы катодного напыления.

Процесс анодирования проходит следующим образом.

1.  После откачки и запуска смеси Ar+O₂ до давления в камере около 1…3 Па (≈10^{-2 мм Hg) возбуждается газовый разряд путем подачи высокого напряжения U≈–3 кВ на катод 2.}

2.  На подложку с нанесенной на нее пленкой металла подается положительный потенциал +U_ф=3…7 В относительно анода. При этом все токовводы и металлические элементы на подложке тщательно изолируются во избежании утечки через них формовочного тока I_ф.

3.  Отрицательные ионы кислорода, имеющиеся в плазме газового разряда устремляются под действием положительного потенциала к металлической пленки и окисляют ее.

При U_ф =const ток формовки I_ф с ростом толщины пленки убывает, как показано на рис. 1.31, б.

Толщина выращенной пленки рассчитывается по формуле

d=A∙U_ф ,

где А =2,2∙10^-3 мкм/В (для алюминия).

 Процесс длится несколько часов.

1.2.7.6. Магнетронное распыление

Стремление снизить давление рабочего газа в камере и увеличить скорость распыления мишеней привело к созданию метода магнетронного распыления. Один из возможных вариантов схем магнетронного распылителя представлен на рис. 1.32.

Цифрами обозначены: 1– мишень, одновременно являющаяся катодом распылительной системы; 2– постоянный магнит, создающий магнитное поле, силовые линии которого параллельны поверхности мишени; 3– кольцевой анод. Выше анода располагается подложка (на рисунке не показана), на которой формируется пленка из материала мишени.

Отличительной особенностью магнетронного распылителя является наличие двух скрещенных полей – электрического и магнитного. Если из мишени-катода будет испускаться электрон (за счет вторичной электронной эмиссии), то траектория его движения будет определяться действием на него этих полей. Под воздействием электрического поля электрон начнет двигаться к аноду. Действие магнитного поля на движущийся заряд приведет к возникновению силы Лоренца, направленной перпендикулярно скорости. Суммарное действие этих сил приведет к тому, что в результате электрон будет двигаться параллельно поверхности мишени по сложной замкнутой траектории, близкой к циклоиде.

Важным здесь является то, что траектория движения замкнутая. Электрон будут двигаться по ней до тех пор, пока не произойдет несколько столкновений его с атомами рабочего газа, в результате которых произойдет их ионизация, а сам электрон, потеряв скорость, переместится за счет диффузии к аноду. Таким образом, замкнутый характер траектории движения электрона резко увеличивает вероятность его столкновения с атомами рабочего газа. Это означает, что газоразрядная плазма может образовываться при значительно более низких давлениях, чем в методе катодного распыления. Значит и пленки, полученные методом магнетронного распыления, будут более чистыми.

Другое важное преимущество магнетронных систем бусловлено тем, что ионизация газа происходит непосредственно вблизи поверхности мишени. Газоразрядная плазма локализована вблизи мишени, а не «размазана» в межэлектродном пространстве, как в методе катодного распыления. В результате резко возрастает интенсивность бомбардировки мишени ионами рабочего газа, тем самым увеличивается скорость распыления мишени и, как следствие, скорость роста пленки на подложке (скорость достигает несколько десятков нм/с).

Наличие магнитного поля не дает электронам, обладающим высокой скоростью, долететь до подложки, не столкнувшись с атомами рабочего газа. Поэтому подложка не нагревается вследствие бомбардировки ее вторичными электронами. Основным источником нагрева подложки является энергия, выделяемая при торможении конденсации осаждаемых атомов вещества мишени, в результате чего температура подложки не превышает 100… 200 °С. Это даёт возможность напылять пленки на подложки из материалов с малой термостойкостью (пластики, полимеры, оргстекло и так далее).

1.2.7.7. Электрохимическое осаждение

Электрохимическое осаждение металлов основано на разложении солей и окислов в растворах под действием постоянного тока.

В растворе соль металла диссоциирует по схеме:

Ме[Х]₂→Ме⁺² +2.

Ион Ме⁺²  называют катионом, ион  называют анионом.

Катионы осаждаются на катоде по схеме Ме⁺² +2е=Ме.

Метод электрохимического нанесения плёнок отличается от вакуумных методов тем, что рабочей средой является жидкость - электролит. Например, если требуется осадить медь, то используется раствор медного купороса Cu₂SO₄ , при осаждении золота или никеля используют растворы соответствующих солей.

Поскольку ионы металлов в растворе заряжены положительно, то подложку используют как катод.

Большое преимущество электрохимического осаждения перед напылением состоит в гораздо большей скорости процесса, которую легко регулировать изменением тока. Этим методом можно получать сравнительно толстые пленки (до 10…20 мкм). Однако качество структуры пленок хуже, чем при напылении.

Схема ванны для электрохимического осаждения изображена на рис. 1.33.

Электрохимическое анодирование. На поверхности некоторых металлов (Al, Bi, Sb, Zr, Ta, W, Ni, Ti), при помещении их на аноде электрохими­ческой ванны, образуется тонкий плотный слой их окисла. Перечисленные металлы называют вентильными, а процесс образования окисла получил наз­вание анодирования, или формовки. Он нашел широкое применение в производстве электро­литических конденсаторов. Например, для алюминия в качестве формовочных электролитов используются водные или этилспиртовые растворы борной и лимонной кислоты, буры, борной и углекислого аммония. Тантал практически формуется в любых электролитах, в том числе и в растворах сильных кислот.

1.2.8 Металлизация элементов ИС

В полупроводниках ИС процесс металлизации необходим для обеспечения омических контактов со слоями полупроводника, а также для создания рисунка межсоединений и контактных площадок. Основным материалом для металлизации служит алюминий, имеющий следующие достоинства:

 ‑малое удельное электросопротивление(1,72·10^-6 ом·см);

‑хорошая адгезия к окислу SiO₂, по поверхности которого осуществляется металлизация;

-возможность получения сварных контактов с Al золотыми проволоками для осуществления внешних выводов;

 ‑отсутствие коррозии и низкая стоимость.

Для создания омического контакта непосредственно с поверхностью Si слой алюминия вжигают в кремний при температуре около 550⁰C. При такой температуре на границе Al-Si образуется слой, в котором практически растворён весь алюминий. Концентрация Al в кремниии достигает 5·10¹⁸ см^-3. Поскольку Al является акцептором по отношению к кремнию, то возможно образование p‑n-перехода в слаболегированных n‑слях Si, что нежелательно. Для предотвращения этого явления приповерхностный слой n‑Si специально легируют, превращая его в n⁺ слой с концентрацией n=10²⁰ см^-3. Тогда концентрация Al оказывается недостаточной для образования p‑слоя. В качестве иллюстрации на рис.1.34 показаны физические структуры невыпрямляющих контактов алюминия с кремнием n⁺ и р типа проводимости, полученные при создании биполярного n-p-n транзистора.

Процесс металлизации при создании металлической разводки показан на рис. 1.35 и включает в себя следующие операции.

1.Сначала в маске из защитного окисла SiO₂ вытравливают окна (рис.1.35, а).

2. На всю поверхность ИС напыляют сплошную пленку Al толщиной около 1 мкм. Эта пленка контактирует со слоем Si в окнах, проделанных в окисле SiO₂. (рис. 1.35, б).

3. Затем пленку Al покрывают негативным фоторезистом, экспонируют его через соответствующий фотошаблон и проявляют. Получают фоторезистную маскуиз фоторезиста, которая защищает будущие полоски металлизации и контактные площадки от травления (рис. 1.35, в).

После этого проводят вытравливание Al с незащищенных участков. Травление осуществляют в водных растворах щелочей  KOH, NAOH,  HCl или H₂SO₄.

4. После вытравливания алюминия с незащищенных участков и удаления фоторезиста кипячением в специальных растворах на поверхности ИС  остается спроектированная металлическая разводка (рис.1.35, г).

Ширина полосок алюминиевой разводки в ИС составляет 10…15 мкм. Удельное сопротивление проводника составляет около 2 Ом/кв. Типичные размеры контактных площадок 100×100 мкм, поскольку присоединение внешних выводов непосредственно к полоскам невозможно из-за их малой ширины. Затем осуществляется вжигание Al-контактов в атмосфере сухого азота при температуре T=550⁰C.

Многоуровневая разводка. В ИС высокой степени интеграции не удается спроектировать металлическую разводку так, чтобы избежать пересечений. В этом случае исползуется многослойная разводка в несколько слоёв металлизации. Эти слои металлизации разделяются изолирующими слоями. Изоляцию между слоями обычно обеспечивают путем ВЧ-напыления диэлектрика (моноокись кремния SiO) после завершения очередной металлической разводки. Количество уровней изоляции может достигать четырёх. Примерный вид многослойной металлической разводки показан на рис. 1.36.