雙層布線技術(shù)研究

申 猛，孔 明，吳會(huì)利

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032）

雙層布線技術(shù)研究

申 猛，孔 明，吳會(huì)利

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032）

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，雙層布線技術(shù)顯得越來越重要。主要對(duì)雙層布線中二次金屬淀積前的通孔預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行了研究和探索，通過對(duì)反濺射時(shí)間、反濺射功率等不同工藝參數(shù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，給出了最優(yōu)的反濺射清洗工藝條件。

雙層布線；反濺射；歐姆接觸

1 引 言

隨著超大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，對(duì)器件的性能和集成度的要求不斷提高，雙層布線技術(shù)已經(jīng)顯得越來越重要。在雙層布線中，兩層金屬間的通孔接觸電阻的大小是衡量雙層布線好壞的重要指標(biāo)之一，而淀積第二層金屬前通孔的清洗是影響接觸電阻大小的主要因素，因此，研究通孔的前清洗技術(shù)有著重要的意義。

2 實(shí)驗(yàn)原理及過程

實(shí)驗(yàn)主要是在Varian 3180磁控濺射臺(tái)上進(jìn)行的。此設(shè)備具有反濺射清洗功能，硅片進(jìn)入大腔后，離化后的Ar＋經(jīng)過電場(chǎng)加速，直接轟擊到硅片表面，將其表面的Al2O3、SiO2等有效去除。反濺射清洗結(jié)束后，硅片在高真空狀態(tài)下直接進(jìn)行二次金屬淀積，避免清洗后硅片在二次淀積金屬前的沾污。

首先在硅片上熱生長(zhǎng)900nmSiO2，濺射第一層金屬700nm AI－SI－CU，刻蝕AI后形成圖形，然后淀積1200nmPESiO2進(jìn)行平坦化工藝，刻蝕接觸孔?？椎某叽鐬?μm×4μm，再進(jìn)行反濺射清洗、濺射第二層金屬1200nm AI－SI－CU，刻蝕AI后形成最終的圖形，如圖1所示。最后進(jìn)行420℃合金后用探針及圖示儀測(cè)試串聯(lián)孔的接觸電阻。

圖1 雙層布線鋁鏈測(cè)試圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)過程中，首先要得出反濺清洗的速率，而此項(xiàng)指標(biāo)要通過測(cè)試前后氧化層的厚度差得出。

用熱生長(zhǎng)的方法在硅單晶片上生長(zhǎng)氧化層600nm，用膜厚儀進(jìn)行九點(diǎn)厚度測(cè)試，然后通過手動(dòng)進(jìn)行反濺射清洗條件實(shí)驗(yàn)拉網(wǎng)后，再對(duì)氧化層厚度進(jìn)行測(cè)試，最后得出反濺射氧化層速率，并以此作為反濺射清洗速率的參考。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 反濺去除二氧化硅厚度試驗(yàn)

從表中可以看出，隨著反濺射時(shí)間的增加，反濺打掉的氧化層厚度逐漸變多，隨著反濺射功率的增加，反濺打掉的氧化層厚度也隨之增多。反濺射功率80%，濺射時(shí)間70″，反濺打掉的氧化層最多達(dá)到20nm多。

以反濺功率分別為80%、反濺射時(shí)間70″為反濺射清洗條件，進(jìn)行雙層布線通孔接觸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 接通情況

從表中數(shù)據(jù)來看，反濺工藝采用80%、70″即使打掉的氧化層最多，但鋁鏈接通狀態(tài)并不好，整片都不通，只有加電壓后才能打通。

對(duì)此種情況，分別采用功率80%、反濺射清洗時(shí)間70″和功率60%、反濺射清洗時(shí)間70″進(jìn)行反濺清洗實(shí)驗(yàn)，然后在高倍顯微鏡下觀察接觸孔內(nèi)清洗情況，如圖2和圖3所示。

從圖2和圖3的對(duì)比來看，功率增大到80%后，孔內(nèi)確實(shí)存在雜質(zhì)顆粒，而當(dāng)功率降低到60%后，孔內(nèi)明顯干凈。這種現(xiàn)象主要是由于反濺射再淀積的原因引起的，在進(jìn)行反濺射時(shí)，被濺射起的物質(zhì)一部分又會(huì)淀積回到硅片表面的孔內(nèi)，造成接觸不好，濺射功率越大，雖然打掉的氧化層越多，但同時(shí)再淀積現(xiàn)象也越明顯，因此才會(huì)導(dǎo)致鋁鏈接通狀況仍不好。對(duì)此，需要降低反濺射功率，再進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

圖2 反濺射功率80%

圖3 反濺射功率60%

降低反濺射功率和時(shí)間再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 接通情況

從表中結(jié)果來看，反濺射功率過高、過低都會(huì)影響通孔的接觸情況，功率低會(huì)使一鋁表面的氧化鋁去除不凈，功率高又會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的再淀積現(xiàn)象。同時(shí)，濺射時(shí)間過長(zhǎng)又會(huì)出現(xiàn)片面發(fā)烏的現(xiàn)象，如圖4和圖5所示。

圖4 正常鋁表面（暗場(chǎng)）

圖5 發(fā)烏鋁表面（暗場(chǎng)）

反濺射時(shí)間過長(zhǎng)，基片襯底溫度高，在進(jìn)行濺射二鋁時(shí)，鋁晶粒過大，導(dǎo)致鋁的表面發(fā)烏。

從接通情況來看，采用反濺射功率為70%，濺射時(shí)間為60″的工藝條件，合金后接通效果最佳，接觸電阻可以做到0.5Ω／孔，并且片面光亮未出現(xiàn)發(fā)烏的現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

在雙層布線中，雙層金屬間的導(dǎo)通狀況主要取決于一層金屬表面上氧化鋁的去除情況，而去除效果的好壞主要由反濺射清洗的功率、時(shí)間決定。功率低、時(shí)間短，氧化鋁去除不凈；功率大、時(shí)間長(zhǎng)又會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的反濺射再淀積現(xiàn)象。本文經(jīng)過對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)拉網(wǎng)調(diào)整，確定了最優(yōu)的反濺射清洗工藝條件，保證了雙層布線間的良好導(dǎo)通，工藝穩(wěn)定。

［1］陳華倫.反濺射再淀積現(xiàn)象的研究［J］.微電子技術(shù)，1996，24（1）：46－48.

［2］楊國(guó)渝.雙層布線兩層鋁引線間的導(dǎo)通技術(shù)［J］.微電子學(xué)，1992，22（5）：18－23.

［3］孫承松.薄膜技術(shù)及應(yīng)用［M］.沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，1998，68－84.

Research on Technology of Double－layer Routing

SHEN Meng，KONG Ming，WU Hui－li
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

With the development of IC，the technology of double－layer routing is getting more and more important.This article studies the sputter－etch technology before the second Al－routing in process of double－layer routing.By the contrast of different experiments such as sputter－etch time and sputter－etch power，the optimized process conditions of the sputter－etch are provided.

Double－layer routing；Sputter－etch；Ohmic－contact

10.3969／j.issn.1002－2279.2014.06.007

TN4

：A

：1002－2279（2014）06－0019－03

申猛（1983－），男，遼寧鐵嶺人，碩士，工程師，主研方向：半導(dǎo)體分立器件研發(fā)及半導(dǎo)體制造工藝。

2014－02－21