大馬士革銅互連工藝詳解

芯片制造可分為前段(FEOL)晶體管制造和后段(BEOL)金屬互連制造。后段工藝是制備導(dǎo)線將前段制造出的各個(gè)元器件串連起來連接各晶體管，并分配時(shí)鐘和其他信號(hào)，也為各種電子系統(tǒng)組件提供電源和接地。

第一代互連技術(shù)通常采用鋁和鋁合金作為導(dǎo)體材料。鋁通常采用干法刻蝕中的反應(yīng)離子刻蝕工藝進(jìn)行布線。至0.18微米技術(shù)節(jié)點(diǎn)以下時(shí)，鋁作為金屬材料的缺點(diǎn)逐漸顯示出來。銅因具有良好的導(dǎo)電性、較高的熔點(diǎn)以及較好的抗電遷移性能，成為鋁之后金屬互連材料首選。

銅屬于穩(wěn)定金屬，反應(yīng)時(shí)不易產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)，因此干法刻蝕不再適用于銅布線。1997年IBM公司提出大馬士革工藝，通過沉積銅實(shí)現(xiàn)布線，互連技術(shù)進(jìn)入銅互連時(shí)代。

大馬士革工藝可分為單大馬士革工藝和雙大馬士革工藝，兩者的區(qū)別在于互連引線溝槽與互連通孔是否同時(shí)淀積填充銅金屬。單大馬士革工藝通過一次刻蝕和填充工藝來形成，即僅包含溝槽或僅包含通孔，具有更高的分辨率。通常第一金屬銅層(M1)用單大馬士革工藝，其他層用雙大馬士革工藝。雙大馬士革工藝可一次形成通孔和溝槽，較單大馬士革工藝可減少約20%的工藝流程，可分為先通孔-后溝槽和先溝槽-后通孔兩類。

先通孔-后溝槽：65nm及以上技術(shù)節(jié)點(diǎn)多采用基于光阻掩膜的先通孔工藝，原因是先形成溝槽會(huì)導(dǎo)致表面不平整，而通孔關(guān)鍵尺寸小于溝槽，為了在不平整的溝槽上光刻形成達(dá)到要求的通孔，對光刻膠的要求較高，要求光刻膠較厚且景深較大。

先溝槽-后通孔：金屬硬掩模一體化刻蝕(Metal Mard Mask All-in-One Etch)因更好的CD控制和更少的介質(zhì)損傷，成為45nm及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)后段金屬溝槽/通孔刻蝕的主流，采用的是先溝槽的雙大馬士革工藝。

來源：半導(dǎo)體材料與工藝