互連

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性處于導(dǎo)體與非導(dǎo)體（即絕緣體）之間，這種特性使我們能完全掌控電流。通過基于晶圓的光刻、刻蝕和沉積工藝可以構(gòu)建出晶體管等元件，但還需要將它們連接起來才能實(shí)現(xiàn)電力與信號(hào)的發(fā)送與接收。

金屬因其具有導(dǎo)電性而被用于電路互連。用于半導(dǎo)體的金屬需要滿足以下條件：

低電阻率：由于金屬電路需要傳遞電流，因此其中的金屬應(yīng)具有較低的電阻。

熱化學(xué)穩(wěn)定性：金屬互連過程中金屬材料的屬性必須保持不變。

高可靠性：隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，即便是少量金屬互連材料也必須具備足夠的耐用性。

制造成本：即使已經(jīng)滿足前面三個(gè)條件，材料成本過高的話也無法滿足批量生產(chǎn)的需要。

互連工藝主要使用鋁和銅這兩種物質(zhì)。

1、鋁互連工藝

鋁互連工藝適于鋁沉積、光刻膠應(yīng)用以及曝光與顯影，隨后通過刻蝕有選擇地去除任何多余的鋁和光刻膠，然后才能進(jìn)入氧化過程。前述步驟完成后再不斷重復(fù)光刻、刻蝕和沉積過程直至完成互連。

除了具有出色的導(dǎo)電性，鋁還具有容易光刻、刻蝕和沉積的特點(diǎn)。此外，它的成本較低，與氧化膜粘附的效果也比較好。其缺點(diǎn)是容易腐蝕且熔點(diǎn)較低。另外，為防止鋁與硅反應(yīng)導(dǎo)致連接問題，還需要添加金屬沉積物將鋁與晶圓隔開，這種沉積物被稱為“阻擋金屬”。

鋁電路是通過沉積形成的。晶圓進(jìn)入真空腔后，鋁顆粒形成的薄膜會(huì)附著在晶圓上。這一過程被稱為“氣相沉積 (VD) ”，包括化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積。

2、銅互連工藝

隨著半導(dǎo)體工藝精密度的提升以及器件尺寸的縮小，鋁電路的連接速度和電氣特性逐漸無法滿足要求，為此我們需要尋找滿足尺寸和成本兩方面要求的新導(dǎo)體。銅之所以能取代鋁的第一個(gè)原因就是其電阻更低，因此能實(shí)現(xiàn)更快的器件連接速度。其次銅的可靠性更高，因?yàn)樗蠕X更能抵抗電遷移，也就是電流流過金屬時(shí)發(fā)生的金屬離子運(yùn)動(dòng)。

但是，銅不容易形成化合物，因此很難將其氣化并從晶圓表面去除。針對(duì)這個(gè)問題，我們不再去刻蝕銅，而是沉積和刻蝕介電材料，這樣就可以在需要的地方形成由溝道和通路孔組成的金屬線路圖形，之后再將銅填入前述“圖形”即可實(shí)現(xiàn)互連，而最后的填入過程被稱為“鑲嵌工藝”。

隨著銅原子不斷擴(kuò)散至電介質(zhì)，后者的絕緣性會(huì)降低并產(chǎn)生阻擋銅原子繼續(xù)擴(kuò)散的阻擋層。之后阻擋層上會(huì)形成很薄的銅種子層。到這一步之后就可以進(jìn)行電鍍，也就是用銅填充高深寬比的圖形。填充后多余的銅可以用金屬化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP) 方法去除，完成后即可沉積氧化膜，多余的膜則用光刻和刻蝕工藝去除即可。前述整個(gè)過程需要不斷重復(fù)直至完成銅互連為止。

通過陸芯精密劃片機(jī)對(duì)上述可以看出，銅互連和鋁互連的區(qū)別在于，多余的銅是通過金屬CMP而非刻蝕去除的。