集成电路的接触孔工艺是用于将前段(FEOL)所制好的有源和无源器件与后段(BEOL)的第一层互连金属在物理和电学上连接起来的工艺。它是多个集成电路制造工艺的集成:
①CVD生长SiO2或 Si3N4介质层,CMP 磨平 SiO2介质层的平坦化工艺;
②光刻工艺曝光接触孔图形,刻蚀 SiO2或Si3N4介质打开接触孔,热退火回流形成光滑的接触孔形状;
③PVD 生长阻挡层(如Ti/TiN),CVD 金属钨栓塞(W-Plug),CMP 金属钨;
④为了形成良好的金属与硅衬底的欧姆接触而进行的中温(约 400°)退火。
接触孔工艺是集成电路制造中的关键工艺,也是技术难度最高的工艺之一。接触孔的尺寸是集成电路工艺中最小的尺寸之一,是决定芯片面积的关键尺寸。
考虑到接触孔有的是在源漏硅衬底上,有的是在多晶硅栅上,这样就导致需要被干法刻蚀掉的 Si3N4或 SiO20的厚度不同,也就是说,接触孔的深度不一致,容易引起浅的接触孔下面的材料被损伤或刻蚀掉,所以要求干法刻蚀的选择比很高,既要将介质膜刻体完,又不能损坏其下面的材料。
为此,通常在介质层中加入 Si3N4作为阻挡层(Barrier Layer)。干法刻蚀的气体通常是 CF4、 C2F3、C3F8、 NF3、He 等气体,以及它们的混合气体。
接触孔的形状也是需要重点关注的,上、下尺寸要求基本一样,孔的表面平滑,上开口稍微打开(像一个喇叭口),以确保阻挡层的均匀性,并形成良好的覆盖。为了形成接触孔开口良好、光滑的形状,通常在 SiO2介质层中掺杂硼和磷,形成硼磷硅玻璃或磷硅玻璃(用热退火回流形成)。
最后的 CMP 金属钨或干法刻蚀金属钨,是为了去除残留在氧化层表面的多余的钨,以便形成互相隔离的接触孔(通常其形状是圆形的)。
审核编辑 :李倩
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