【原】浅谈现代集成电路28nm芯片制造工艺B(后端BEOL)

接续以上《浅谈现代集成电路28nm芯片制造工艺A(前端FEOL)》

9. ILD是器件与第一层金属之间的介质，完成ILD-1之后进行高k金属栅替换临时虚拟栅。接触孔是器件与第一层金属之间的连接通道，钨栓填充接触孔。
9.1淀积二氧化硅ILD-1, 9.1.1，PECVD氦作用下硅烷与一氧化二氮反应（400℃）淀积氮氧化硅，（防止硼磷硅玻璃中B/P析出影响衬底器件）。 9.1.2.SACVD淀积TEOS-O3二氧化硅(400℃)淀积硼磷硅玻璃2000Å，[TEOS-O3+B(OC2H2）+PO(OC2H5)加热]之后660℃氮气中回流，清洗去除析出的硼和磷。 9.1.3 SACVD淀积氧化层5000Å。与下面的氧化硅，氮氧化硅包裹密封磷硅玻璃。 9.1.4抛光CMP，停止在多晶硅层，干法刻蚀去除多晶硅和湿法腐蚀临时栅氧化层。见图14. 9.1.5 预清洗，淀积界面氧化层（IL）和高K介质HfO2 9.1.6淀积覆盖层TiN/TaN氮化钛/氮化钽.见图15 9.1.7淀积p型功函数氮化钽层约40Å，见图16 9.1.8光刻打开nmos湿法刻蚀上次淀积的p型功函数氮化钽。 9.1.9淀积n型功函数铝钛（TiAlN）约30Å.图16 9.1.10光刻/淀积氮化钛/钛/铝电极层，之后CMP平坦化抛光。 9.2 淀积第二层介质ILD-2。见图17 9.2.1 SACVD二氧化硅5000Å，隔离磷硅玻璃与上层金属，避免析出硼、磷影响金属布线质量。 9.2.2 PECVD淀积氮氧化硅200Å，（抗反射层）， 9.2.3制作接触孔（连接器件与第一层金属）。首先光刻/高密度等离子刻蚀接触孔，然后PVD淀积钛150Å/氮化钛50Å，阻止硅与钨化学反应。（钨的阻挡层与粘结层）。 9.2.4速退火RTA 700℃，钛/氮化钛与硅合金化，降低接触电阻。 9.2.5.钨淀积：反应腔中通入气体WF6+SiH4+H2.钨淀积进入接触孔和硅片表面。 9.2.6. CMP抛光钨，抛光掉Ti/TiN层（氧化硅为停止层）。再多研磨一段时间防止接触孔之间短路。图17
10.第一层金属布线,M1（将不同区域的接触孔连接并连接上层通孔）。第一层金属之间的隔离是超低k介质绝缘层IMD-1，材料是SiCOH。 见图18 10.1淀积第一层金属刻蚀停止层PECVD（SiCN）300Å，—PECVD淀积SiCOH(3000Å),—淀积二氧化硅250Å（TEOS400℃）用于包裹密封覆盖多孔超低K介质(SiCOH)，同时防止光刻工艺中氧自由基破坏超低k介质。 10.2  SiCOH淀积方法：DEMS（Di-甲基乙氧基硅烷）和CHO（氧化环乙烯或C6H10O）淀积具有CxHy的OSG有机复合膜，利用超紫外线（UV）和可见光处理排出有机体，最终形成多孔的SiCOH介质膜。 10.3淀积TiN硬掩膜300Å（防反射层） 10.4. TiN上涂胶—光刻/刻蚀M-1第一层金属的TiN硬掩膜—去胶—以硬掩膜为掩蔽刻蚀氧化层/SiCOH以SiCN为停止层-湿法腐蚀SiCN-—淀积Ta/TaN粘附/阻挡层和铜种子层—电镀铜—CMP平坦化（以TiN下面的氧化层为停止层），形成金属1（M-1）互联布线. 见图18图19 10.5刻蚀方法：等离子刻蚀腔体通入CF4+CHF3+CO混合气体，SiCN为停止层 11.制作IMD-2，通孔-1和金属-2 11.1淀积二氧化硅IMD-2A,淀积第一层金属刻蚀停止层PECVD（SiCN-2）600Å，—PECVD淀积SiCOH(3500Å),—淀积SiCN -1 ，600Å作为第一次刻蚀停止层， 用于包裹密封覆盖多孔超低K介质(SiCOH)，同时防止铜扩散。 11.2 再淀积SiCOH 3000Å， 11.3 TEOS分解淀积二氧化硅500Å。 11.4 淀积氮化钛硬掩膜。 12.通孔1（连接第一层金属与第二层金属）和金属层M2制作。 12.1光刻/刻蚀金属层M2（铜布线槽）氮化钛硬掩膜（暴露金属布线区）—去胶。见图20 12.2，涂胶光刻通孔（仅暴露通孔），等离子刻蚀通孔。SiCN-1为停止层，湿法去除SiCN。去胶。见图21 12.3 以硬掩膜为掩蔽，继续刻蚀金属层M2和通孔。以SiCN-2为停止层。湿法去除SiCN-2。见图22 12.4 淀积Ta/TaN作为粘附层和铜的阻挡层。 12.5. 淀积铜种子层，电镀铜。 12.5抛光CMP铜。防止短路。清洗。见图23 重复上述可制作多层布线。...... 13.  顶层金属之下介质隔离，隔离顶层铝与下层布线 13.1淀积SiCN刻蚀停止层600Å。 13.2在400℃淀积二氧化硅3000Å。（低温淀积硅氧化物） 13.3淀积氮化硅（400℃）300Å。 14.  顶层金属铝互连线：因为铜易氧化且不能生成钝化层，也不能制作压焊盘，故铝作为顶层金属。 14.1光刻/刻蚀氮化硅，二氧化硅，停止在SiCN层。 14.2 去胶，去除SiCN。淀积Ti/TiN.阻挡层/粘附层，（阻挡铝扩散，钛与铝形成TiAl3改善电迁徙，） 14.3 淀积铝铜层（铝合金中含铜0.5%，含硅1%，铝98.5%） PVD氩离子轰击靶淀积AlCu层8500Å。（顶层有大电流电源线，需要宽厚金属层，） 14.4淀积钛/氮化钛350Å作为焊盘钝化层刻蚀停止层，隔离铝与二氧化硅，且具有防反射作用。见图24. 14.5. 光刻焊盘，铝布线，通入氯气Cl2等离子刻蚀焊盘。去胶，湿法去除参与氯离子。见图25 14.6 淀积1000Å二氧化硅。（400℃）， 15.淀积氧化硅，氮化硅形成钝化层，阻挡水蒸气和可动离子扩散，保护芯片免于受潮，污染及划伤。 15.1HDPCVD磷硅玻璃8000Å（低温）， 15.2 400℃淀积氮化硅12000Å 15.3  光刻压焊盘（PAD）作为测试连接点和和封装连线窗口。刻蚀停止在氮化钛层。 15.4 去胶，退火，合金。（400℃通入氮气和氢气）30分钟。合金再结晶，改善金属与氧化层界面，使之更紧密（增密）减小接触电阻，释放金属应力。见图26 15.5测试晶圆，测试晶圆上下左右中间5点工艺控制检测参数。及显微镜检查。
*7.漏源用应变硅技术代替离子注入重掺杂工艺
*7.1用LPCVD淀积SiO2（作为外延材料的阻挡层）
*7.2光刻/刻蚀掉nmos有源区域氧化层，选择性刻蚀衬底硅，形成凹槽。见图*7.1
*7.3经过多次淀积和多次湿法刻蚀，在n型有源区凹槽内外延生长单晶态SiC，同时进行磷掺杂。（漏源区形成凸起）见图7.2
*7.4用LPCVD淀积SiO2（作为外延SiGe应变材料的阻挡层）
*7.5光刻/刻蚀掉pmos有源区域氧化层，选择性刻蚀衬底硅，形成凹槽.图*7.3
*7.6经过多次淀积和多次湿法刻蚀，在p型有源区凹槽内外延生长单晶态SiGe应变材料，同时进行硼掺杂。（漏源区形成凸起）图*7.4

后记，芯片国产化几点建议：

1）尽快普及集成电路芯片制造知识。在引进人才的同时，要培养一批熟练精通集成电路制造工艺的人才。除了加强EDA/TCAD教学外，建议高校微电子专业要加强实践与知识经验的培训，要有一定规模的半导体车间供学生较长时间实践实习（七十年代清华大学电子系一楼有集成电路车间）强化动手能力和项目管理能力。芯片制造行业许多专利都来自实践经验与大量数据的结晶，芯片制造技术的提高来源于工艺实践，特别是芯片制造工艺中的Know-how，是经过大量反复试验、测试总结出来的经验数据和方法。功课学生也要学MBA知识。

2）制造半导体器件依赖于设备，设备使用极致方可以提高工艺水平。如何制造出与TCAD模拟设计的器件性能一样的器件且具有重复性、再现性、均匀性及高良品率；如何测量检验出你做的IC器件性能参数及可靠性与TCAD模拟的一样。要靠动手实践下真功夫。

工艺改进，工艺创新，与设备仪器创新改造要紧密结合。半导体设备（含仪器）厂必须紧密与半导体制造厂fab结合，按照fab要求改进设备性能，以提高芯片质量。先进设备必须有技术精通的工匠操作才能将设备性能发挥极致。半导体行业也要有大量鲁班类型的工匠，才能在现有设备基础上尽快实现现进芯片国产化。

3）芯片制造不仅要性能好、质量高、价格合理，还要有忠实的客户群。只有生产线连续运转，才能确保按计划摊销昂贵的设备投资。开工不足，芯片成本就会增加。市场销售也是重头戏。代工厂foundry必须有许多根据市场需求而设计适销对路的芯片的设计公司Fabless作为客户。类似PCB厂，要有许多通信/电子厂不断设计出不同的PCB版图，由PCB厂加工一样。有了众多的大大小小的设计公司Fabless，则大大小小的代工厂foundry可以维持一定的经济规模生产。foundry众多则互相竞争，提高质量，降低成本。使设计公司利润空间加大。还要有类似兴森快捷快速加工PCB样板那样的芯片代工厂，为Fabless快速加工芯片样品，以便设计公司尽快占领市场。此外，芯片市场扩大，使得半导体设备企业、原材料、化学品等企业也能降低成本提高质量，从而促进芯片厂foundry设备、材料国产化，且整机设备性能质量提高。整个产业链、供应链成本低而质量高，才能在提高国内外市场的竞争力。芯片国产化才能良性循环，螺旋上升。重视并支持中小Fabless和foundry在芯片国产化过程中必不可少。

4）组织半导体工艺技术交流和技术市场，有偿分享积累的经验和Know-how。群策群力进行技术攻关。不要闭关自守，不要同行是冤家互相保密。国外阻止技术输入我国，我们就要互相激励和帮助，将芯片制造技术搞上去。（上世纪七十年代半导体技术交流与分享曾极快促进IC技术普及）

5）加强企业管理，扩大市场，降低成本，重视资金现金流的同时提高芯片质量。foundry内部要实施精益生产、统计制程管理spc、质量体系和6σ管理等。建立合理的激励机制，全员持股。君子喻于义，小人喻于利。有制度就要实施，实时检查监督PDCA（硬件软件结合，电脑程序自动检查），奖惩分明，强调执行力。创出一条芯片国产化的新路。

不妥之处请指教。

张红专 保定无线电实验厂（原保定无线电二厂）高级工程师。

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