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：16714776(2006)10—0464—06AdvancedICProcessinCopper／Low-kDielectricsInterconnectionsSUNMing，LIUYu—ling，LIUBo，JIAYing—qian(InstituteofMicroelectronicTechnique＆Material，HebeiUniversityofTechnology，nin300130，China)Abstract：ThecriticalroleofCu／lowkdielectricsinterconnectionsinsteadofeonventionalAlprocessplayedintheICfabricationwasdemonstrated．Accordingtotheprocessflow，howtorealizetheICfabricationwasdescribed——embeddedprocess．1OWkdielectrics&CMP，CuECP&CMP．Thestatusofprocesslevelandtheissueswerepointedout．theworldadvancedsolutionsweregiven．Keywords：embeddedprocess；low—kdielectric；CuECP；CMP1引言集成电路关键尺寸微小化已迈入超深亚微米阶段，且金属连线中的电流密度不断增大，响应时间不断缩短，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，可以达到降低寄生电容、提升电路速度的目的⋯。故在()．13m以下线宽工艺中，以可靠性较好的铜布线取代传统铝线来降低电阻值(铜电阻值比铝低35％)及降低互连层厚度，利用低介电常数(<3．0E2J)材料作为介质层材料以取代传统的二氧化硅介质，提高器件密度，提升芯片集成度及降低功耗，给硅芯片制造带来了巨大变化。目前，几乎所有芯片厂商都在亚0．13m逻辑器件生产中使用铜收稿日期：2006—05—22互连工艺。铜互连工艺主要包括嵌入式工艺、低k介质与平坦化、铜电镀工艺与平坦化关键环节。2嵌入式工艺目前，美国、中国(包括台湾地区)及新加坡的芯片制造商已将90nm，65nm的铜互连工艺用于晶片生产或研发。由于使用传统干法刻蚀工艺很难刻蚀铜金属化互连图形[3]，并且在刻蚀过程中产生的铜氯化物不易挥发，故在低k介质与铜互连集成工艺中，先刻蚀介质再充填金属互连材料的嵌入式工艺成为主流趋势]。通常，嵌入式工艺先淀积介电材料，然后进行介电材料的干法刻蚀，接着在扩散层淀积铜种子层，最后采用铜电镀进行孔微纳电子技术2006年第10期维普资讯http://www.cqvip.com纳米器件与技术I、lan0electr0nicDevice＆Technolo蓍。豢艺，减少了金属互连3低介质材料及其化学机械抛光的层数，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公司发明的双嵌入式工艺。双嵌入式工艺较单嵌入式工艺缩短了工艺制程——微通孑L与互连沟槽同时用金属铜填充。对于典型的具有微通孑L结构的双嵌入式结构，先要在硅衬底或低一层布线结构上沉积0．1txm的SiO2或SiC，然后沉积0．3~0．8Ixm的低k介质薄膜，最后在低k介质薄膜上再次沉积0．3~0．5Ixm的siN作为刻蚀停止层[6-7]。通过两道光刻和蚀刻(过程中可能还需要硬掩膜工艺)在电介质中蚀刻出微通孑L和导线沟道图案。在嵌入结构经过CVD和刻蚀等工艺后，就形成了微通孑L与导线沟道结构。由于铜的扩散速度很快，很容易在电介质内部移动使器件“中毒”，故在和源／漏和栅区域的接触金属仍然选用重金属钨。由于Cu对si与SiO的快速扩散性、较差的抗氧化腐蚀性及对SiOz较差的黏附性，所以在淀积铜前先必须在微通孑L上淀积扩散阻挡层与黏附层，提升对铜的钝化效果。然后以物理气相淀积方式沉积上一层作为电镀铜金属晶体生长的晶核层——铜种子层。种子层是铜电镀沉积反应(通常又称为“铜填充”)的必要条件。随后采用铜电镀进行孑L洞填充。接着进行退火和化学机械抛光平坦化处理。对铜进行平坦化处理和清洗后，再沉积上一层siN或SiC介电材料层。至此，该工艺周期结束，然后开始重复下一个工艺周...
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