铜的多层金属化

   铜作为集成电路中金属互连的材料有如下的特点:

   (1)铜在硅和S⒑2中都有很高的扩散率,一旦铜EL5451IS扩散进入器件的有源区,将会损坏器件,因此,必须使用阻挡层金属;

   (2)应用常规的等离子体刻蚀工艺,铜不容易形成图形,干法刻蚀铜时,在它的化学反应期间不产生挥发性的副产物,而这一点对于经济的干法刻蚀是必不可少的;

   (3)低温下((200℃)空气中,铜会很快被氧化,而且不会形成保护层阻止铜进一步氧化,铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来。

   金属Cu很稳定,很难找到一种廉价的化学反应,以便通过形成挥发性物质对它进行刻蚀。然而Cu很容易被CMP(化学机械抛光)去除。一种被称为双镶嵌的工艺配以Cu的金属化及CMP工艺成为普遍采用的Cu互连线的布线工艺。该工艺先进行介质层的刻蚀,决定互连线的宽度和间距,然后沉积Cu,最后进行Cu的CMP。

   铜的多层金属化不需要刻蚀铜,此外钨填充被用做第一层金属与源、漏和栅的接触。应用钨克服了铜沾污硅衬底的问题。钨甚至可以刻蚀成金属线用于局部互连。而用于多层的所有其他金属连线和通孔都是铜。对铜互连来说,阻挡层金属是关键的。传统的阻挡层金属对铜来说阻挡作用不够好,需要用一层薄膜阻挡层完全封装起来,这层封装薄膜的作用是加固附着并有效地阻止扩散。对铜来说,这个特殊的阻挡层金属要求:阻止铜扩散,低薄膜电阻,对介质材料和铜都有很好的附着,与化学机械平坦化过程兼容,具有很好的台阶覆盖,填充高深宽比间隙的金属层是连续、等角的,允许铜有最小厚度,占据最大的横截面积。目前用做铜的阻挡层是金属钽(%)。

   如前所述,铜的快速扩散可采用阻挡层进行屏蔽,而铜的刻蚀技术则采用所谓的双大马士革法解决。其方法是通过在层间介质中刻蚀孔和槽,然后沉积铜进入刻蚀好的图形,再应用化学机械平坦化去除额外的铜。双大马士革法有许多可能的过程步骤。解释了使用基本技术的工艺流程。