半導(dǎo)體制造流程（六） - 互連

半導(dǎo)體（semiconductor）指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。從科技或是經(jīng)濟發(fā)展的角度來看，半導(dǎo)體的重要性都是非常巨大的。大部分的電子產(chǎn)品都和半導(dǎo)體有著極為密切的關(guān)聯(lián)。常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等，硅是各種半導(dǎo)體材料應(yīng)用中最具有影響力的一種。

每個半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造都需要數(shù)百個工藝，整個制造過程分為八個步驟：晶圓加工 - 氧化 - 光刻 -刻蝕 - 薄膜沉積 - 互連 - 測試 - 封裝。今天小編給大家介紹的是半導(dǎo)體制造的第六個步驟：互連，希望能對大家有所幫助！

半導(dǎo)體制造第六步：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現(xiàn)電力與信號的發(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：

1、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。

2、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。

3、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。

4、制造成本：即使已經(jīng)滿足前面三個條件，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)。

鋁互連工藝

鋁互連工藝始于鋁沉積、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。此外，它的成本較低，與氧化膜粘附的效果也比較好。其缺點是容易腐蝕且熔點較低。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。晶圓進入真空腔后，鋁顆粒形成的薄膜會附著在晶圓上。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。

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原因就是其電阻更低，因此能實現(xiàn)更快的器件連接速度。其次銅的可靠性更高，因為它比鋁更能抵抗電遷移，也就是電流流過金屬時發(fā)生的金屬離子運動。

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。針對這個問題，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”。

隨著銅原子不斷擴散至電介質(zhì)，后者的絕緣性會降低并產(chǎn)生阻擋銅原子繼續(xù)擴散的阻擋層。之后阻擋層上會形成很薄的銅種子層。到這一步之后就可以進行電鍍，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。前述整個過程需要不斷重復(fù)直至完成銅互連為止。

通過上述對比可以看出，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。

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