鑲嵌製程與蝕刻成形導線的差異:製程順序、金屬、CMP、微細導線比較
以蝕刻成形的導線(減成法),是在整面沉積金屬膜,以光阻圖案為遮罩用乾式蝕刻去除不需要的部分,再以絕緣膜填入剩下的導線之間,長期用於鋁導線。鑲嵌製程的順序相反,先在絕緣膜上蝕刻出溝槽,填入金屬後,再以 CMP 磨除多餘的金屬。銅不易形成容易揮發的化合物,難以乾式蝕刻,因此鑲嵌製程成為銅導線的標準。在最細的導線上,也在研究以蝕刻將釕等金屬成形的方法。
| 項目 | 鑲嵌製程 | 以蝕刻成形的導線(減成法) |
|---|---|---|
| 製程順序 | 沉積絕緣膜 → 蝕刻溝槽與介層窗孔 → 阻障金屬與晶種層 → 鍍銅 → 以 CMP 去除多餘部分 | 沉積金屬膜 → 微影 → 乾式蝕刻金屬 → 以絕緣膜填入導線之間並平坦化 |
| 蝕刻的對象 | 絕緣膜 | 金屬膜 |
| 主要金屬 | 銅(Cu) | 鋁(Al-Cu 合金)。最細的導線也在研究使用釕等 |
| 金屬的填入 | 以電鍍填滿溝槽。在細溝槽中無孔洞(void)地填入是一大課題 | 只需以濺鍍等方式形成平坦的膜 |
| 絕緣膜的填入 | 絕緣膜先平坦地沉積,因此不太會成為問題 | 必須以絕緣膜無縫隙地填入狹窄的導線之間(過去使用 HDP-CVD 等) |
| CMP | 必需。磨除溝槽外的銅與阻障金屬,將導線一條條分開 | 不用於金屬的加工。用於絕緣膜的平坦化 |
| 阻障層 | 為防止銅擴散,以 TaN/Ta 等覆蓋溝槽的底部與側壁。導線越細,在截面中所占的比例越大 | 鋁不太有擴散問題,在上下疊加 Ti/TiN 等膜 |
| 介層窗的製作方式 | 雙鑲嵌製程中,導線溝槽與介層窗同時填入,以 1 次 CMP 完成 | 介層窗以另外的製程開孔,以鎢等填入並以 CMP 平坦化後,再製作下一層導線 |
| 微細導線的課題 | 線寬變細時,銅的電阻率上升(尺寸效應),阻障層的比例也增加 | 以蝕刻加工細金屬線的精度,以及以絕緣膜填入導線之間是課題 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。