半導(dǎo)體之ICT技術(shù)先通孔的過(guò)程詳解

對(duì)于先通孔的過(guò)程，首先沉積通孔刻蝕停止層(ESL)的層間介質(zhì)(ILD)、低k電介質(zhì)、溝槽ESL、低k電介質(zhì)的和覆蓋層(下圖(a))。

通孔ESL和溝槽ESL可以是氮化硅(SiN)或硅氮化碳(SiCN)。通過(guò)通孔光刻版(見(jiàn)下圖(b))定義岀圖形，通孔刻蝕即刻停止于通孔ESL(見(jiàn)下圖(c))。

溝槽圖形化前，晶圓表面覆蓋一層光刻膠填充通孔并在刻蝕過(guò)程中保護(hù)通孔ESL(見(jiàn)下圖(d))。

溝槽刻蝕后，通過(guò)光刻膠去除工藝移除通孔中的光刻膠。利用濕法清洗過(guò)程去除通孔底部的通孔ESL(見(jiàn)下圖(e))。

Ta/CuPVD和銅ECPX藝后，利用金屬CMP工藝從晶圓表面去除銅和鋌，并完成雙鑲嵌銅金屬化過(guò)程。

氯濺射刻蝕過(guò)程中的重離子轟擊有時(shí)可以從通孔底部濺射岀少量的銅并沉積在通孔側(cè)壁上。

對(duì)于大多數(shù)電介質(zhì)，如硅酸鹽玻璃和多孔二氧化硅，銅原子擴(kuò)散非?？臁?br />
如果銅原子擴(kuò)散到硅襯底，將可能導(dǎo)致微電子器件性能不穩(wěn)定。因此，金屬PVD前的氯濺射刻蝕可能會(huì)導(dǎo)致IC芯片長(zhǎng)期的可靠性問(wèn)題。

氫等離子體清潔工藝使用等離子體產(chǎn)生氫自由基，自由基和氧化銅發(fā)生反應(yīng)生成銅和水蒸氣，從而可以在沒(méi)有離子轟擊的情況下，有效地去除通孔底部的原生氧化銅。

如下圖所示為先通孔銅互連工藝流程。

下圖顯示了最后的金屬層和鈍化過(guò)程。氮化硅是一種非常致密的材料，可以防止水和鈉等雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入芯片導(dǎo)致器件損壞。

通常使用塑料封裝芯片作為鈍化介質(zhì)保護(hù)芯片免受化學(xué)污染，以及晶粒測(cè)試、分離和封裝過(guò)程中的機(jī)械損傷。厚的鈍化氮化物沉積之前，沉積一層PSG氧化層以提供應(yīng)力緩沖。

對(duì)于采用陶瓷封裝的芯片，效果比塑料封裝更好但價(jià)格昂貴,CVD二氧化硅或氮氧化硅層是常用的鈍化電介質(zhì)。鈍化層沉積后，覆蓋一層聚酰亞胺，隨后涂敷光刻膠，然后烘烤并顯影。

聚酰亞胺在光刻膠顯影過(guò)程中被刻蝕。聚酰亞胺涂層可以保護(hù)晶圓在傳送過(guò)程中免受機(jī)械劃傷，而且還可以保護(hù)微電子器件免受背景輻射，如阿爾法輻射。光刻膠去除后，晶圓加工過(guò)程基本完成。

下圖(c)顯示了倒裝芯片封裝的凸點(diǎn)形成工藝。凸點(diǎn)形成工藝是晶圓加工工藝的最后階段，通常在不同于芯片制造的工藝間操作，這是因?yàn)橥裹c(diǎn)的尺寸非常大，約50~100um，所以并不需要等級(jí)很好的潔凈室。

鉻、銅和金作為襯墊用于實(shí)現(xiàn)低接觸電阻，鉻用于防止銅、金和鉛擴(kuò)散到硅襯底造成重金屬污染，金用于幫助在晶圓表面形成鉛錫合金。

金屬沉積過(guò)程中，光刻版通常放置在晶圓表面，從而使得金屬只沉積在凸點(diǎn)開(kāi)口處。

使用圖形化的金屬沉積可以省略光刻和刻蝕工藝，這樣可以降低生產(chǎn)成本。鉛錫合金再流動(dòng)后，在晶圓表面形成凸點(diǎn),然后晶圓準(zhǔn)備測(cè)試、分離、挑選和封裝。

審核編輯：劉清