当前课程知识点:微纳加工技术 >  第八章节 CMOS集成电路工艺模块 >  第四小节 大马士革工艺 >  大马士革工艺

返回《微纳加工技术》慕课在线视频课程列表

大马士革工艺在线视频

大马士革工艺

下一节:集成电路良率定义

返回《微纳加工技术》慕课在线视频列表

大马士革工艺课程教案、知识点、字幕

诸位同学的大家好

今天我们来学习第八章

工艺模块的第四节

大马士革工艺

大马士革工艺是用来

作为后端布线的一个工艺

那么后端布线

我们称为back-end-of-the-line

就是BEOL

是专门用来作为铜布线的工艺

为什么要用铜布线

大家知道 现在的集成电路

它的互连网络是非常庞杂的

那么互连的层数

已经达到了十层左右

那么这也使得互连的加工工艺

也就是Back-end process

它的工作量已经超过了

器件加工的工艺

也就是 Front-end process

那么一个大规模集成电路里的

互连线到什么程度呢

它的最细线宽到了45纳米左右

而它的总长度到了5公里

这样的一个量级

你可以想象 非常细的这个线条

那么它的总长度这么长的时候

它的RC延迟是非常大的

通常的这个

早期的集成电路

它的互连体系是用这个

互连线是用铝材料

那么它的介质隔离是用二氧化硅

原因是铝

是一个非常容易加工的金属

而二氧化硅它的稳定性非常的好

但是它主要的问题是刚才说的

它的互连的 在庞杂的

这样的一个大的互连系统下

它的这个RC延迟比较大

我们可以看这张图

那么对于铝和二氧化硅

这个互连体系的话

在0.25微米这个技术带的时候

它的这个互连引起的延迟

已经超过了这个门延迟

那么这样一来

为了提高整个电路的频率性能

我们就需要引入比铝电阻率

更低的金属

而比二氧化硅它的介电常数

更低的这样的一个层间的

绝缘材料

那么这是什么呢

我们就想到了用铜来替代铝

作为引线的金属材料

那么用LOW-K介质

所谓LOW-K介质

就是说它的K值比二氧化硅小的

这样的一些绝缘材料

作为层间的这个绝缘材料

那么即使是采用了这样的

一些铜布线和LOW-K介质材料

到了0.13微米及以下技术带

实际上集成电路的互连延迟

也超过了门延迟

那么所以目前集成电路里头的

速度的瓶颈实际上是互连

互连是集成电路里头的

这个速度瓶颈

当然用铜布线取代铝布线

还有另外一个原因

我们在铜布线工艺里边也讲到过

就是说

铜的抗电迁徙的能力

比铝高两个数量级

刚才讲到整个互连网络

是集成电路里头速度的瓶颈

那么除了用铜布线和LOW-K介质

作为互连以外

从布局的角度来讲

那么实际上它比下面几层的互连

它用很细的线条

而上面几层的互连

它尽可能地用比较宽的线条

比较厚的金属 这样的话

使得全局互连的时候

它的RC延迟能相对来说比较小

那么我们看一下互连

就是铜互连的它的这个加工工艺

那么就是我们今天要讲的

所谓的大马士革工艺

为什么要用大马士革工艺呢

它的主要的原因是铜和铝的

这个区别在于 铝的话

是很容易用干法刻蚀来加工的

而铜的它的干法反应的时候

它的反应生成物是非挥发的

所以铜是没办法用

干法刻蚀来加工的

这样的话

我们就要用相反的工艺

就是所谓的大马士革工艺

它的做法是

我在介质上加工通孔和槽

然后把这个金属铜

填充到孔和槽里头

然后用CMP把多余的铜抛掉

这样的话就使得

把金属线镶嵌到这个槽里头

这就是所谓的大马士革工艺

其实大马士革是欧洲的一个

一个手工艺加工的一种工艺

其实我们国家的景泰蓝

也是类似的一个做法

那我们看一下

大马士革铜布线的工艺

整个工艺流程大概是什么

那么这张图给出了

做完第一层的钨通孔的接触之后

那么我们要做铜布线了

那我们首先要淀积两层这个介质

两层介质之间

我们加一层氮化硅的这个层

那么像这个图里表示的

那么第一层的介质

实际上是为做通孔用的这个介质

那么中间的这层氮化硅

是作为刻蚀时候的介质层

stop layer来做的

上层的这个介质是为了髁槽用的

那么我们第一步

是利用下面的这个氮化硅的

stop layer来

光刻和刻蚀这个铜布线的线槽

那么我整个走线

我是先刻成介质上的一个槽

之后我再用下面这个氮化硅

作为掩蔽 刻相应的孔

这个孔是我这个第一层铜布线

与下边钨的这个导通地方的

一个连通孔

那么就是把槽和孔全刻好了之后

那么还有一个重要的这个步骤是

大家知道 铜和铝另外一个差别

就是铜在半导体里头

在介质和硅里头都是

快扩散的杂质

那么为了抑制铜的扩散

我在淀积铜之前

我们要加一层阻挡层

就是这个图里头深蓝色显示的

那么阻挡层的材料

我们往往是用钽

用钽做阻挡层材料

所以在沉积铜之前

我们用建设的办法

建设一层薄薄的钽

那么作为在这个介质和通孔的

侧壁上 这样的话

起一个阻挡铜扩散的作用

那么 建设完这个钽之后

那么我们就用电镀的办法

来电镀这个铜

那么电镀完这个铜之后

我们用CMP来抛光

这样的话把多余的铜抛掉

这样的话我们就完成了第一层的

这个铜布线

那么如果需要十层的话

我们就一层一层的

周而复始的做上去

那么这就是所谓的

大马士革的铜布线的工艺

那么另外一个事情

刚才已经说到

就是我们的层间介质

如果是用二氧化硅的话

它的介电常数大概在3.9

那么为了进一步的减小RC延迟

我们需要更低介电常数的介质

譬如说我们现在的集成电路里头

主要用的布线的介电介质

它的介电常数

我们要求它在2以下

那么2以下的话

我们开发的时候

主要要注意的问题是什么呢

我开发的这种介质

它一定要有相对比较稳定的

理化特性

来保证电路布线长期的可靠性

另外它要与金属

布线层要有一个很好的黏附性

而且它要易于干法刻蚀的加工

因为我们整个布线网络

它是一个非常庞杂的网络

任何地方有一点点工艺缺陷

都会整个把这个集成电路毁掉

那么用LOW-K做介质的话

它整个铜布线工艺

比如我刚才讲的这个

这个流程是一样的

那么

就像这张图显示的这样

那我们小结一下

那么这一节我们主要是讲了

布线已经成为了

制约现代集成电路运行速度的

一个瓶颈

那么处于抑制互连延迟

以及抑制铝布线里头

电迁徙的这个问题

我们目前的这个集成电路

它通常采用的是铜布线

而且LOW-K的这个层间介质

那么由于铜它无法干法刻蚀

那么

它的整个的加工工艺

是正好与铝布线反过来

它是采用镶嵌的技术

也就是所谓的

大马士革工艺来加工的

好 谢谢大家

微纳加工技术课程列表:

第一章节 课程介绍

-课程介绍

--课程介绍

第二章节 微纳工艺综述和超净环境

-微纳工艺综述和超净环境

--微电子工艺综述和超净环境

-第二章节 微纳工艺综述和超净环境--微纳工艺综述和超净环境

第三章节 集成电路中的材料和单晶硅的制备

-第一小节 集成电路中的材料

--集成电路中的材料

-第一小节 集成电路中的材料--作业

-第二小节 单晶硅的特性及生长方法

--单晶硅的特性及生长方法

-第二小节 单晶硅的特性及生长方法--作业

第四章节 薄膜制备技术

-第一小节 薄膜制备技术简介

--薄膜制备技术简介

-第一小节 薄膜制备技术简介--作业

-第二小节 化学气相淀积技术

--化学气相淀积技术

-第二小节 化学气相淀积技术--作业

-第三小节 氧化和原子层淀积技术

--氧化和原子层淀积技术

-第三小节 氧化和原子层淀积技术--作业

-第四小节 外延技术

--外延技术

-第四小节 外延技术--作业

-第五小节 溅射、蒸发和电镀技术

--溅射、蒸发和电镀技术

-第五小节 溅射、蒸发和电镀技术--作业

第五章节 图形化工艺

-第一小节 光刻工艺综述

--光刻工艺综述

-第一小节 光刻工艺综述--作业

-第二小节 光刻工艺详解

--光刻工艺详解

-第二小节 光刻工艺详解--作业

-第三小节 光刻系统及其关键参数

--光刻系统及其关键参数

-第三小节 光刻系统及其关键参数--作业

-第四小节 光刻工艺中的常见问题及解决方法

--光刻工艺中的常见问题及解决方法

-第四小节 光刻工艺中的常见问题及解决方法--作业

-第五小节 提高光刻精度的办法及其他先进光刻技术

--提高光刻精度的办法及其他先进光刻技术

-第五小节 提高光刻精度的办法及其他先进光刻技术--作业

第六章节 图形转移技术

-第一小节 湿法腐蚀和干法刻蚀

--干法刻蚀和湿法腐蚀

-第一小节 湿法腐蚀和干法刻蚀--作业

-第二小节 干法刻蚀中的若干问题

--干法刻蚀中的若干问题

-第二小节 干法刻蚀中的若干问题--作业

第七章节 掺杂

-第一小节 扩散工艺综述

--扩散工艺综述

-第一小节 扩散工艺综述--作业

-第二小节 影响扩散的因素

--影响扩散的因素

-第二小节 影响扩散的因素--作业

-第三小节 离子注入工艺介绍

--离子注入工艺介绍

-第三小节 离子注入工艺介绍--作业

-第四小节 影响离子注入的因素

--影响离子注入因素

-第四小节 影响离子注入的因素--作业

第八章节 CMOS集成电路工艺模块

-第一小节 浅槽隔离

--浅槽隔离

-第一小节 浅槽隔离--作业

-第二小节 自对准硅化物

--自对准硅化物

-第二小节 自对准硅化物--作业

-第三小节 High-K介质和金属栅

--High-K介质和金属栅

-第三小节 High-K介质和金属栅--作业

-第四小节 大马士革工艺

--大马士革工艺

-第四小节 大马士革工艺--作业

第九章节 良率与封装技术

-第一小节 集成电路良率定义

--集成电路良率定义

-第一小节 集成电路良率定义--作业

-第二小节 封装和封装驱动力

--封装和封装驱动力

-第二小节 封装和封装驱动力--作业

第十章节 工艺集成

-第一小节 典型的CMOS制造工艺流程

--典型的CMOS制造工艺流程

-第一小节 典型的CMOS制造工艺流程--作业

-第二小节 CMOS scaling 中的若干问题

--CMOS scaling 中的若干问题

-第二小节 CMOS scaling 中的若干问题--作业

第十一章节 微机电系统

-第一小节 MEMS制造工艺

--MEMS制造工艺

-第一小节 MEMS制造工艺--作业

-第二小节 体型微加工技术

--体型微加工技术

-第二小节 体型微加工技术--作业

-第三小节 表面型的微加工技术

--表面型的微加工技术

-第三小节 表面型的微加工技术--作业

-第四小节 MEMS工艺实例

--MEMS工艺实例

-第四小节 MEMS工艺实例--作业

大马士革工艺笔记与讨论

也许你还感兴趣的课程:

© 柠檬大学-慕课导航 课程版权归原始院校所有,
本网站仅通过互联网进行慕课课程索引,不提供在线课程学习和视频,请同学们点击报名到课程提供网站进行学习。