Methode waarbij eerst bedradingsgroeven en via-gaten in de isolatielaag worden gemaakt en beide gelijktijdig met Cu worden gevuld en met één CMP-stap worden gevormd. Vermindert het aantal processtappen.
Japanse benaming: デュアルダマシン法
Vakgebied: Interconnectprocessen
Eerst wordt een diëlektrische stack gedeponeerd, meestal een low-k-film met dunne etsstop- of caplagen. Lithografie en etsen openen daarin vervolgens twee soorten structuren: viagaten die tot de bedradingslaag eronder reiken, en trenches in de vorm van de bedrading van de huidige laag. Een dunne diffusiebarrière zoals TaN/Ta en een koperen seedlaag worden gesputterd, koper wordt elektrolytisch aangebracht om via's en trenches in één keer te vullen, en chemical mechanical polishing (CMP) verwijdert het overtollige koper en de barrière van het oppervlak, zodat alleen metaal achterblijft waar het gepatroneerd was.
Aluminiumbedrading werd gemaakt door een metaalfilm te deponeren en die tot lijnen te etsen. Koper is zo moeilijk te patroneren, omdat de reactieproducten met gangbare plasma-etschemieën bij normale procestemperaturen niet vluchtig zijn. Damascene omzeilt dit probleem door in plaats daarvan het diëlektricum te etsen en met metaal te vullen, vergelijkbaar met het inlegwerk uit Damascus waaraan de methode haar naam dankt. De barrièrelaag is essentieel, omdat koper gemakkelijk diffundeert in silicium en diëlektrica, waar het devices en isolatie aantast.
Single-damascene bouwt via's en lijnen in afzonderlijke rondes, elk met eigen patronering van het diëlektricum, depositie van barrière en seed, plating en CMP. Dual-damascene patroneert beide structuren vóór één enkele metallisatie en bespaart zo per bedradingslaag een ronde depositie, plating en CMP. Omdat de via en de lijn erboven één doorlopend stuk koper zijn, zit er geen barrièregrensvlak tussen, wat de viaweerstand verlaagt en de betrouwbaarheid tegen elektromigratie ten goede komt. Geavanceerde chips herhalen deze module voor elk van hun vele koperlagen.
Dual-damascene bestaat in varianten die verschillen in welke structuur eerst wordt geopend: via-first etst de gaten vóór de trenches, trench-first doet het omgekeerde, en hardmaskschema's helpen via's uit te lijnen op de trench erboven. Bij geavanceerde nodes zijn via's slechts ongeveer 20 nm breed en bevat een chip er miljarden, dus voidvrij vullen, uniforme CMP en het vermijden van schade aan kwetsbare low-k-diëlektrica tijdens etsen en resistverwijdering hebben grote invloed op zowel prestaties als yield. Eén open via kan een circuit onbruikbaar maken.
Single-damascene vormt via's en bedradingslijnen in afzonderlijke sequenties van depositie, plating en CMP. Dual-damascene opent eerst beide in het diëlektricum en vult ze in één sequentie met koper, wat stappen bespaart en een barrièrelaag tussen via en lijn vermijdt.
Koper vormt met standaard plasmachemieën niet gemakkelijk vluchtige etsproducten, dus een koperfilm patroneren met droog etsen is onpraktisch. In plaats daarvan wordt het diëlektricum gepatroneerd, met koper gevuld en vervolgens vlak gepolijst.
Van het traditionele inlegwerk dat met Damascus wordt geassocieerd, waarbij goud of zilver in groeven in een metalen oppervlak werd ingelegd, net zoals koper wordt ingelegd in groeven in het diëlektricum.
Air gap Backside power delivery Barrièremetaal (barrier metal) Contact Crosstalk Damascene-proces IR-drop Low-k-materiaal Meerlaagse bedrading MOL (middle of line)