大马士革工艺介绍

一、 Al 布线 VS Cu布线

我们都知道，铜的导电性比铝好，而且我们的生活中的电线都是铜丝做的，那么为什么集成电路早期要用铝布线呢？

这是因为铜与硅的接触电阻很高，而且铜容易扩散进入硅中，引起器件性能灾难。铝虽然导电性差一些，但它对二氧化硅有良好的粘附性，高纯度的硅有很低的接触电阻，而且容易干法刻蚀。

那么铝作为互联线时会遇到什么问题呢？
铝和硅在577℃下会共熔，容易破坏浅结形成短路，即“铝钉”；第二个问题是，大规模集成电路里面的铝导线很细长，经常要承受很高密度的电流，内部的Al容易在在电场作用和热作用下扩散，甚至断开，称为“电迁移”现象。

如何解决“铝钉”和“电迁移”呢？
通常在铝中加入1%~2%的Si，在加热时铝合金更倾向于和内部硅发生作用，而不是源漏端的Si；也可以在硅铝之间增加一个金属阻挡层（如TiW，TiN），避免发生共熔，但不影响导电性。

铝中加入4%的铜可以有效减轻电迁移。

二、为什么还要用铜？

随着时钟频率上升，和尺度的下降（0.18微米），信号的延时增大，需要更高电导率的材料。随着通孔数量增加，铝硅表面的小接触电阻变大，而且铝很难垫积在10：1深宽比的通孔中。因此铜重新进入工程师的视野。

铜互连的致命弱点：无法向铝一样采用干法刻蚀，即等离子体不能与铜发生反应生成易挥发的副产物，为之奈何？

三、大马士革工艺

传统的铝布线的流程

先铺一层铝，光刻（1）、干法刻蚀（2）留下需要连接的部分，最后淀积二氧化硅（3），抛光（4）。如图

 

 

铜布线的流程（大马士革工艺）

先淀积二氧化硅，光刻（1）、刻蚀（2）出留给Cu的槽，最后电镀铜（3），抛光（4）。如图

 

 

为了减少窜扰，铜线之间的要采用低k介质，而不是二氧化硅介电常数是3.9。铜电镀时要需要铺上一层薄的TaN，防止铜扩散。