铝/铜互连工艺与双镶嵌法（AL/Cu Interconnect and Dual Damascenes）

铝/铜互连工艺是指将前段工艺制备的晶体管连接起来的工艺。硅片上的金属互连工艺过程是应用化学方法和物理方法制备金属连线的过程，这些金属线在IC电路中负责传导信号，而周围介质层的物性对邻近金属线的影响很大。在金属互连中，接触孔（Contact）是指硅芯片内器件与第一金属层之间的连接，过孔（Via）是指相邻金属层之间的连接。连接通道中填充薄膜金属，以便在两层金属层之间形成电学连接。多层金属互连是指金属/平面金属/垂直过孔的重复叠加，只是金属连线与过孔的尺寸上的变化，以及平面金属连线的厚度上的变化。互连的金属主要有铝、铝-硅合金、铝-铜合金等。0.13um 以前的互连技术是在铝工艺基础上发展出来的较为系统的铝互连工艺技术，其中包括铝刻蚀和铝沉积等工艺模块。

对于集成电路来说，由于集成度和工作频率的提高，为了减小 RC 延迟和互连金属的电阻，用铜替代铝是必然的趋势；同时还需要用低K层间介质（ILD）来减小寄生电容。铜互连技术是 Intel 公司率先在0.13um 技术代的产品中大规模引入生产线的，是一种在逻辑器件产品中全面替代铝互连的技术。由于采用铜具有较高的电导率，从而使互连线的厚度降低（导电界面减薄），在保持较高电导的同时，降低其电容，提高工作频率。铜互连的技术特点是，由于其具有更小的电阻和更大的电子迁移率，减小了互连能耗和互连时延，提升了芯片速度。但是铜具有不可挥发性，所以铝互连技术中的金属刻蚀技术无法在铜互连工艺中继续应用。

为此，一种用于铜互连的新型工艺技术 —— 双镶嵌法(Dual Damascenes )被研发出来，这种技术也称为“双大马士革法”。所谓的双镶嵌法，就是在介质上打孔和挖槽，然后将铜填充进去，再进行 CMP 抛光研磨，如上图所示。由于铜的扩散性和迁移率较高，在介质中填充铜会导致铜原子扩散渗透到介质中从而导致互连的可靠性变差。为此，需要在铜与介质之间通过物理沉积制备一层阻挡层（Ta/TaN )来阻止铜的扩散，然后通过物理沉积制备一层铜籽晶层，再通过电镀技术将铜填入通孔和沟槽，多余的部分通过化学机械研磨去除掉。

审核编辑 ：李倩