低κ介质与铜互连集成工艺

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1、维普资讯http://www.cqvip.com纳米器件与技术noelectronicDevice＆Technology低k介质与铜互连集成工艺孙鸣，刘玉岭，刘博，贾英茜(河北工业大学微电子所，天津300130)摘要：阐明了低k介质与铜互连集成工艺取代传统铝工艺在集成电路制造中所发挥的关键作用。依照工艺流程，介绍了如何具体实现IC制造多层互连工艺：嵌入式工艺、低k介质与平坦化、铜电镀工艺与平坦化；阐述了工艺应用现况与存在的难题，给出了国际上较先进的解决方法。关键词：嵌入式工艺；低k介质；铜电镀；化学机械抛光中图分类号：TN405．97文献标识码：A文章编号：1

2、6714776(2006)10—0464—06AdvancedICProcessinCopper／Low-kDielectricsInterconnectionsSUNMing，LIUYu—ling，LIUBo，JIAYing—qian(InstituteofMicroelectronicTechnique＆Material，HebeiUniversityofTechnology，nin300130，China)Abstract：ThecriticalroleofCu／lowkdielectricsinterconnectionsinsteadofeonven

3、tionalAlprocessplayedintheICfabricationwasdemonstrated．Accordingtotheprocessflow，howtorealizetheICfabricationwasdescribed——embeddedprocess．1OWkdielectrics&CMP，CuECP&CMP．Thestatusofprocesslevelandtheissueswerepointedout．theworldadvancedsolutionsweregiven．Keywords：embeddedprocess；low—

4、kdielectric；CuECP；CMP互连工艺。1引言铜互连工艺主要包括嵌入式工艺、低k介质与集成电路关键尺寸微小化已迈入超深亚微米阶平坦化、铜电镀工艺与平坦化关键环节。段，且金属连线中的电流密度不断增大，响应时间2嵌入式工艺不断缩短，传统铝合金布线已达到工艺极限。在集成电路后段工艺，降低淀积电介质介电常数，可以目前，美国、中国(包括台湾地区)及新加坡达到降低寄生电容、提升电路速度的目的⋯。故的芯片制造商已将90nm，65nm的铜互连工艺用在()．13m以下线宽工艺中，以可靠性较好的铜布于晶片生产或研发。由于使用传统干法刻蚀工艺很线取代传统铝线来降低电阻值

5、(铜电阻值比铝低难刻蚀铜金属化互连图形[3]，并且在刻蚀过程中35％)及降低互连层厚度，利用低介电常数(<产生的铜氯化物不易挥发，故在低k介质与铜互连3．0E2J)材料作为介质层材料以取代传统的二氧化集成工艺中，先刻蚀介质再充填金属互连材料的嵌硅介质，提高器件密度，提升芯片集成度及降低功入式工艺成为主流趋势]。通常，嵌入式工艺先耗，给硅芯片制造带来了巨大变化。目前，几乎所淀积介电材料，然后进行介电材料的干法刻蚀，接有芯片厂商都在亚0．13m逻辑器件生产中使用铜着在扩散层淀积铜种子层，最后采用铜电镀进行孔收稿日期：2006—05—22微纳电子技术2006年第10

6、期维普资讯http://www.cqvip.com纳米器件与技术I、lan0electr0nicDevice＆Technolo的蓍层数。豢艺，减少了金属互连3低介质材料及其化学机械”抛～光，有效降低了生产成本。。”川一一．低k介质与铜互连集成工艺普遍采用IBM公IC芯片多层立体布线，不同传导层之间必须司发明的双嵌入式工艺。双嵌入式工艺较单嵌入式相互绝缘，而这种层间绝缘是通过在层间淀积绝工艺缩短了工艺制程——微通孑L与互连沟槽同时用缘介质(ILD)实现的。所谓低k介质材料是指介金属铜填充。对于典型的具有微通孑L结构的双嵌入电常数比SiO低的介质材料。近年来，因为

7、低k式结构，先要在硅衬底或低一层布线结构上沉积介质材料良好的机械性能、热稳定性和热传导性0．1txm的SiO2或SiC，然后沉积0．3~0．8Ixm的低能，众多研究者已致力于低k介质材料代替SiO：k介质薄膜，最后在低k介质薄膜上再次沉积的研究，如聚合物材料、有机／无机混合物。0．3~0．5Ixm的siN作为刻蚀停止层[6-7]。通过两表1[11]列举出了正在重点研究的各种低k介质材道光刻和蚀刻(过程中可能还需要硬掩膜工艺)在料。随着芯片工艺线宽不断缩小，低k介质的介电电介质中蚀刻出微通孑L和导线沟道图案。在嵌入结常数也是逐年下降，图2较形象地给出了不同低k构

8、经过CVD和刻蚀等工艺后，就形成了微通