Méthode de formation des interconnexions consistant à creuser des tranchées dans l'isolant, à les remplir de métal puis à retirer l'excédent par CMP. Utilisée pour les interconnexions Cu.
Nom japonais: ダマシン法
« Procédé damascène » apparaît dans 4 questions d'entraînement réparties sur 3 thèmes, dont Procédés d'interconnexion, Dépôt (CVD et PVD), Gravure.
Domaine: Procédés d'interconnexion
Les interconnexions en aluminium étaient structurées de façon soustractive : on déposait un film métallique, puis on le gravait à sec à travers un masque de résine. Le cuivre ne forme pas d'halogénures volatils aux températures de gravure praticables et ne peut donc pas être gravé par plasma de la même façon. Le procédé damascène inverse l'ordre des opérations. Le motif est d'abord gravé dans le film isolant, le cuivre remplit les ouvertures, puis le polissage mécano-chimique (CMP) retire l'excédent, ne laissant le métal que dans les tranchées. Le nom vient de l'art de l'incrustation associé à Damas, où l'on sertissait de l'or ou de l'argent dans des rainures creusées dans le métal.
Une séquence damascène cuivre typique se déroule ainsi : dépôt du diélectrique intercouche, souvent un film low-k ; lithographie et gravure des tranchées, et aussi des vias en double damascène ; pulvérisation d'une barrière comme le Ta/TaN pour empêcher la diffusion du cuivre dans le diélectrique, suivie d'une couche d'amorce (seed) en cuivre de quelques nm à quelques dizaines de nm ; dépôt électrolytique de cuivre pour remplir les motifs ; recuit pour faire croître les grains de cuivre ; puis retrait par CMP du cuivre en excès et de la barrière. Une couche de couverture diélectrique est déposée par-dessus pour sceller le cuivre avant la construction du niveau suivant.
En simple damascène, les vias et les lignes sont formés dans des cycles distincts, chacun avec son propre remplissage et son propre CMP. Le double damascène grave à la fois les trous de via et les tranchées de lignes dans le diélectrique, puis les remplit en une seule étape de dépôt électrolytique et un seul CMP, ce qui économise des étapes de procédé et supprime une interface entre via et ligne. Le remplissage par le bas (bottom-up) pendant le dépôt électrolytique est essentiel dans les deux cas : le bain contient un suppresseur, un accélérateur et un niveleur qui font croître le cuivre plus vite au fond des motifs, afin qu'il ne reste ni cavité ni joint.
Le CMP retire le cuivre et le diélectrique à des vitesses qui dépendent de la densité de motifs : les lignes larges peuvent subir du dishing et les réseaux denses de l'érosion, ce qui amincit les interconnexions. Les règles de dessin imposent une densité métallique minimale et maximale, et des motifs factices sont ajoutés pour l'équilibrer. À mesure que la largeur des lignes diminue, la barrière, mauvaise conductrice, occupe une part plus grande de la section, et la diffusion des électrons aux surfaces et aux joints de grains augmente la résistivité du cuivre : les lignes étroites deviennent donc disproportionnellement plus résistives. La fiabilité vis-à-vis de l'électromigration dépend aussi fortement de la qualité de l'interface avec la couche de couverture.
Réponse : B. Des tranchées sont formées dans l'isolant, remplies de Cu, et le Cu excédentaire est retiré par CMP
Dans le procédé damascène, on grave d'abord dans l'isolant des tranchées ayant la forme des interconnexions, on dépose par pulvérisation la couche barrière et la couche d'amorçage de Cu, puis on remplit de Cu par électrodéposition. Enfin, la CMP retire le Cu et la barrière excédentaires en surface, ne laissant les interconnexions que dans les tranchées. Le nom vient de l'art de la damasquinerie de l'ancienne Damas, qui consiste à incruster de l'or ou de l'argent dans des sillons gravés dans le métal. La méthode qui remplit en une fois tranchées et vias est appelée procédé double damascène.
Le cuivre ne forme pas de produits de gravure volatils aux températures praticables et ne peut donc pas être structuré par gravure plasma comme l'aluminium. Graver le diélectrique, le remplir de cuivre et polir l'excédent évite tout simplement de graver le cuivre.
Le simple damascène forme les vias et les lignes dans des cycles de remplissage et de CMP distincts, tandis que le double damascène grave les deux dans le diélectrique et les remplit de cuivre en une seule étape de dépôt électrolytique et de CMP.
Une fine barrière comme le Ta/TaN empêche le cuivre de diffuser dans le diélectrique et le silicium, où il provoquerait des fuites et des défaillances des composants ; elle améliore aussi l'adhérence.
Dans le procédé damascène, on grave d'abord dans l'isolant des tranchées ayant la forme des interconnexions, on dépose par pulvérisation la couche barrière et la couche d'amorçage de Cu, puis on remplit de Cu par électrodéposition.
Quelle description du procédé damascène, couramment utilisé…Dans le procédé damascène, une barrière (Ta/TaN, etc.) et une couche d'amorçage Cu de quelques nm à quelques dizaines de nm sont déposées par pulvérisation dans les tranchées, puis le Cu est déposé par électrolyse.
Quelle méthode de dépôt est principalement utilisée pour re…Les interconnexions en Cu sont donc réalisées sans gravure, par le procédé damascène : des tranchées sont creusées dans l'isolant, remplies de cuivre, et l'excédent est retiré par CMP.
Pourquoi est-il difficile d'usiner directement les intercon…En revanche, le Cu forme difficilement des composés volatils, ce qui rend la gravure sèche difficile, et il diffuse facilement dans les isolants ; il est donc formé par procédé damascène et entouré d'une couche barrière en Ta, TaN, etc.
Quelle est la principale raison pour laquelle l'aluminium (…Couche d'amorçage (seed layer) CMP Gravure sèche Procédé double damascène Dépôt électrolytique (électroplacage) Électromigration Alimentation par la face arrière (backside power delivery) Barrière métallique Chute IR (IR drop) Contact