金属层1工艺是指形成第一层金属互连线,第一层金属互连线的目的是实现把不同区域的接触孔连起来,以及把不同区域的通孔1连起来。第一金属层是大马士革的铜结构,先在介质层上挖沟槽,再利用电镀(Electro Chemical Plating, ECP)在沟槽里填充 Cu。
1) M1 光刻处理。通过微影技术将 M1掩膜版上的图形转移到晶圆上,形成 M1光刻胶图案,M1区域上保留光刻胶。CT作为 M1光刻曝光对准。图4-240所示为电路的版图,工艺的剖面图是沿 AA'方向,图4-241所示为M1光刻的剖面图。图4-242所示为M1显影的剖面图。
2) 测量 M1 光刻的关键尺寸。
3)测量 M1套刻数据。收集曝光之后的 M1 光刻图形与 CT对准图形的套刻数据。
4)检查显影后曝光的图形。
5) M1硬掩膜干法刻蚀。利用干法刻蚀去除没有光刻胶覆盖的 TiN 区域。图4-243所示为M1硬掩膜刻蚀的剖面图。
6)去除光刻胶。通过干法刻蚀和湿法刻蚀去除光刻胶。图4-244 所示为去除光刻胶的剖面图。
7)测量 M1的关键尺寸。收集刻蚀后的 M1的关键尺寸数据,检查 M1 的关键尺寸是否符合产品规格。
8)M1干法刻蚀。干法刻蚀利用CF4,CHF3和 CO 等混合气体产生等离子电浆刻蚀 Si-COH 层,SiCN 作为停止层。
9)去除ESL SiCN 层。利用湿法刻蚀去除SiCN层。图4-245所示为去除SiCN 层的剖面图。
10)淀积 Ta/TaN。利用PVD淀积Ta/TaN。预淀积一层 Ta/TaN 有助于后续的Cu 附着在氧化层上,因为Cu与氧化物之间的粘附性很差,如果没有Ta/TaN的辅助,Cu 层很容易脱落。另外Cu在氧化物中很容易扩散,Ta/TaN 层作为阻挡层可以有效地防止Cu扩散。
11)淀积Cu 薄籽晶层。利用PVD淀积一层Cu 薄籽晶层。预淀积一层厚度约500A的Cu 薄籽晶层,Cu薄籽晶层作为电镀的阴极。图4-246所示为淀积Cu薄籽晶层的剖面图。
12)电镀淀积铜。利用ECP 电镀淀积一层铜作为金属连接层,化学溶液是 H2SO4,CuSO4和H2O。图4-247所示为电镀淀积铜的剖面图。
13)Cu CMP。利用CMP去除表面多余的铜,防止不同区域的金属线短路,留下Cu填充金属互连线区域。氧化层作为CMP的停止层。CMP 终点侦察器侦查到 IMD1 硅玻璃的信号,但还要考虑工艺的容忍度,防止有铜残留造成短路,所以侦查到终点时,还要进行一定时间的工艺。图4-248所示 CuCMP 的剖面图。
14)清洗。首先利用NH4OH和H2O清洗,再使用 HF:H2O(100:1)清洗,最后用超纯净水清洗,得到清洁的表面。