顶层金属AI工艺的制造流程

顶层金属 AI工艺是指形成顶层金属 AI 互连线。因为 Cu很容易在空气中氧化，形成疏松的氧化铜，而且不会形成保护层防止铜进一步氧化，另外，Cu 是软金属，不能作绑定的金属，所以必须利用AL 金属作为顶层金属。顶层金属 AI 工艺还包括TMV 工艺，TMV 工艺是指形成第三层金属和顶层金属 AI的通孔连接互连线。

1）TMV光刻处理。通过微影技术将 TMV 掩膜版上的图形转移到晶圆上，形成 TMV 光刻胶图案，非TMV 区域上保留光刻胶。M3作为TMV 光刻曝光对准。图4-285所示为电路的版图，工艺的剖面图是沿 AA'方向，图4-286 所示TMV光刻的剖面图。图4-287所示为TMV显影的剖面图。

2）量测 TMV光刻的关键尺寸。

3）量测TMV的套刻，收集曝光之后的TMV 光刻与M3的套刻数据。

4）检查显影后曝光的图形。

5）TMV 干法刻蚀。干法刻蚀利用 CF4和CHF3等混合气体产生等离子电浆刻蚀 USG和SiON层，SiCN作为停止层。图4-288所示为TMV 刻蚀的剖面图。

6）去除ESL SiCN层。利用湿法刻蚀去除SiCN层。

7）去除光刻胶。通过干法刻蚀和湿法刻蚀去除光刻胶。图4-289所示为去除光刻胶的剖面图。

8）Ar 刻蚀。PVD 前用Ar 离子溅射清洁表面。

9）淀积Ti/TiN 层。利用PVD 的方式淀积300A的Ti和500A的TiN。通入气体Ar轰击Ti 靶材，淀积Ti薄膜。通入气体Ar 和N2轰击Ti靶材，淀积TiN 薄膜。Ti作为粘接层，TiN是AI 的辅助层，TiN也作为夹层防止 AI 与二氧化硅相互扩散，TiN也可以改善 AI的电迁移，TiN 中的Ti会与Al反应生成 TiAl3， TiAl3是非常稳定的物质，它可以有效地抵御电迁移现象。

10）淀积 AICu金属层。使用的原料为铝合金靶材，其成分为0.5%的Cu，1%的Si及98.5%的Al通过 PVD的方式利用 Ar 离子轰击错靶材淀积AICu 金属层，厚度为8500A 作为顶层金属互连线。顶层金属需要作为电源走线，需要比较厚的金属从而得到较低的电阻，另外它也需要很大的线宽最终应允许通过很大的电流。

11）淀积 TiN层。通过 PVD的方式利用Ar 离子轰击Ti靶材，Ti与N2反应生成TiN，淀积350A的TiN。TiN 隔离层可以防止 AI 和氧化硅之间相互扩散，TiN 除具有防止电迁移的作用外，还作为PAD窗口蚀刻的停止层和 TM光刻的抗反射层。图4-290所示为淀积金属层Ti/TiN/AICu/TiN 的剖面图。

12）TM 顶层金属光刻处理。通过微影技术将 TM 掩膜版上的图形转移到晶圆上，形成TM 光刻胶图案，TM 区域上保留光刻胶。TMV作为TM光刻曝光对准。图4-291所示为电路的版图，工艺的剖面图是沿 AA'方向，图4-292 所示，是 TM光刻的剖面图，图4-293所示为TM显影的剖面图。

13） 量测TM光刻的关键尺寸。

14） 量测TM的套刻，收集曝光之后的TM 光刻与TMV的套刻数据。

15） 检查显影后曝光的图形。

16） TM干法刻蚀。利用干法刻蚀去除没有被光刻胶覆盖的金属，保留有光刻胶区域的金属形成金属互连线。刻蚀的气体是Cl2。刻蚀最终停在氧化物上，终点侦查器会侦查到刻蚀氧化物的副产物。图4-294所示为TM 刻蚀的剖面图。

17）去除光刻胶。干法刻蚀利用氧气形成等离子浆分解大部分光刻胶，再通过湿法刻蚀利用有机溶剂去除金属刻蚀残留的氯离子，因为氯离子会与空气接触形成HCI 腐蚀金属。如图4-295所示，是去除光刻胶的剖面图。

18）量测TM 刻蚀关键尺寸。

19）淀积SiO2。通过PECVD 淀积一层厚度约为1000A的SiO2。淀积的方式是利用TEOS在400°C发生分解反应形成二氧化硅淀积层。SiO2可以保护金属，防止后续的 HDP CVD 工艺损伤金属互连线。图4-296所示为淀积SiO2的剖面图。