半导体制造流程（六） - 互连

半导体制造流程（六） - 互连

半导体（semiconductor）指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体应用领域非常广泛。从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。大部分的电子产品都和半导体有着极为密切的关联。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，硅是各种半导体材料应用中最具有影响力的一种。

每个半导体产品的制造都需要数百个工艺，整个制造过程分为八个步骤：晶圆加工 - 氧化 - 光刻 -刻蚀 - 薄膜沉积 - 互连 - 测试 - 封装。今天小编给大家介绍的是半导体制造的第六个步骤：互连，希望能对大家有所帮助！

半导体制造第六步：互连

半导体的导电性处于导体与非导体（即绝缘体）之间，这种特性使我们能完全掌控电流。通过基于晶圆的光刻、刻蚀和沉积工艺可以构建出晶体管等元件，但还需要将它们连接起来才能实现电力与信号的发送与接收。

金属因其具有导电性而被用于电路互连。用于半导体的金属需要满足以下条件：

1、低电阻率：由于金属电路需要传递电流，因此其中的金属应具有较低的电阻。

2、热化学稳定性：金属互连过程中金属材料的属性必须保持不变。

3、高可靠性：随着集成电路技术的发展，即便是少量金属互连材料也必须具备足够的耐用性。

4、制造成本：即使已经满足前面三个条件，材料成本过高的话也无法满足批量生产的需要。

互连工艺主要使用铝和铜这两种物质。

铝互连工艺

铝互连工艺始于铝沉积、光刻胶应用以及曝光与显影，随后通过刻蚀有选择地去除任何多余的铝和光刻胶，然后才能进入氧化过程。前述步骤完成后再不断重复光刻、刻蚀和沉积过程直至完成互连。

除了具有出色的导电性，铝还具有容易光刻、刻蚀和沉积的特点。此外，它的成本较低，与氧化膜粘附的效果也比较好。其缺点是容易腐蚀且熔点较低。另外，为防止铝与硅反应导致连接问题，还需要添加金属沉积物将铝与晶圆隔开，这种沉积物被称为“阻挡金属”。

铝电路是通过沉积形成的。晶圆进入真空腔后，铝颗粒形成的薄膜会附着在晶圆上。这一过程被称为“气相沉积 (VD) ”，包括化学气相沉积和物理气相沉积。

铜互连工艺

随着半导体工艺精密度的提升以及器件尺寸的缩小，铝电路的连接速度和电气特性逐渐无法满足要求，为此我们需要寻找满足尺寸和成本两方面要求的新导体。铜之所以能取代铝的第一个原因就是其电阻更低，因此能实现更快的器件连接速度。其次铜的可靠性更高，因为它比铝更能抵抗电迁移，也就是电流流过金属时发生的金属离子运动。

但是，铜不容易形成化合物，因此很难将其气化并从晶圆表面去除。针对这个问题，我们不再去刻蚀铜，而是沉积和刻蚀介电材料，这样就可以在需要的地方形成由沟道和通路孔组成的金属线路图形，之后再将铜填入前述“图形”即可实现互连，而最后的填入过程被称为“镶嵌工艺”。

随着铜原子不断扩散至电介质，后者的绝缘性会降低并产生阻挡铜原子继续扩散的阻挡层。之后阻挡层上会形成很薄的铜种子层。到这一步之后就可以进行电镀，也就是用铜填充高深宽比的图形。填充后多余的铜可以用金属化学机械抛光 (CMP) 方法去除，完成后即可沉积氧化膜，多余的膜则用光刻和刻蚀工艺去除即可。前述整个过程需要不断重复直至完成铜互连为止。

通过上述对比可以看出，铜互连和铝互连的区别在于，多余的铜是通过金属 CMP 而非刻蚀去除的。

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