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淺談現代集成電路28nm芯片制造工藝B(後端BEOL)

接續以上《淺談現代集成電路28nm芯片制造工藝A(前端FEOL)》

9. ILD是器件與第一層金屬之間的介質，完成ILD-1之後進行高k金屬栅替換臨時虛拟栅。接觸孔是器件與第一層金屬之間的連接通道，鎢栓填充接觸孔。

9.1澱積二氧化矽ILD-1,

9.1.1，PECVD氦作用下矽烷與一氧化二氮反應（400℃）澱積氮氧化矽，（防止硼磷矽玻璃中B/P析出影響襯底器件）。

9.1.2.SACVD澱積TEOS-O3二氧化矽(400℃)澱積硼磷矽玻璃2000Å，[TEOS-O3+B(OC2H2）+PO(OC2H5)加熱]之後660℃氮氣中回流，清洗去除析出的硼和磷。

9.1.3 SACVD澱積氧化層5000Å。與下面的氧化矽，氮氧化矽包裹密封磷矽玻璃。

9.1.4抛光CMP，停止在多晶矽層，幹法刻蝕去除多晶矽和濕法腐蝕臨時栅氧化層。見圖14.

9.1.5 預清洗，澱積界面氧化層（IL）和高K介質HfO2

9.1.6澱積覆蓋層TiN/TaN氮化钛/氮化钽.見圖15

9.1.7澱積p型功函數氮化钽層約40Å，見圖16

9.1.8光刻打開nmos濕法刻蝕上次澱積的p型功函數氮化钽。

9.1.9澱積n型功函數鋁钛（TiAlN）約30Å.圖16

9.1.10光刻/澱積氮化钛/钛/鋁電極層，之後CMP平坦化抛光。

9.2 澱積第二層介質ILD-2。見圖17

9.2.1 SACVD二氧化矽5000Å，隔離磷矽玻璃與上層金屬，避免析出硼、磷影響金屬布線質量。

9.2.2 PECVD澱積氮氧化矽200Å，（抗反射層），

9.2.3制作接觸孔（連接器件與第一層金屬）。首先光刻/高密度等離子刻蝕接觸孔，然後PVD澱積钛150Å/氮化钛50Å，阻止矽與鎢化學反應。（鎢的阻擋層與粘結層）。

9.2.4速退火RTA 700℃，钛/氮化钛與矽合金化，降低接觸電阻。

9.2.5.鎢澱積：反應腔中通入氣體WF6+SiH4+H2.鎢澱積進入接觸孔和矽片表面。

9.2.6. CMP抛光鎢，抛光掉Ti/TiN層（氧化矽為停止層）。再多研磨一段時間防止接觸孔之間短路。圖17

10.第一層金屬布線,M1（将不同區域的接觸孔連接并連接上層通孔）。第一層金屬之間的隔離是超低k介質絕緣層IMD-1，材料是SiCOH。 見圖18

10.1澱積第一層金屬刻蝕停止層PECVD（SiCN）300Å，—PECVD澱積SiCOH(3000Å),—澱積二氧化矽250Å（TEOS400℃）用于包裹密封覆蓋多孔超低K介質(SiCOH)，同時防止光刻工藝中氧自由基破壞超低k介質。

10.2 SiCOH澱積方法：DEMS（Di-甲基乙氧基矽烷）和CHO（氧化環乙烯或C6H10O）澱積具有CxHy的OSG有機複合膜，利用超紫外線（UV）和可見光處理排出有機體，最終形成多孔的SiCOH介質膜。

10.3澱積TiN硬掩膜300Å（防反射層）

10.4. TiN上塗膠—光刻/刻蝕M-1第一層金屬的TiN硬掩膜—去膠—以硬掩膜為掩蔽刻蝕氧化層/SiCOH以SiCN為停止層-濕法腐蝕SiCN-—澱積Ta/TaN粘附/阻擋層和銅種子層—電鍍銅—CMP平坦化（以TiN下面的氧化層為停止層），形成金屬1（M-1）互聯布線. 見圖18圖19

10.5刻蝕方法：等離子刻蝕腔體通入CF4+CHF3+CO混合氣體，SiCN為停止層

11.制作IMD-2，通孔-1和金屬-2

11.1澱積二氧化矽IMD-2A,澱積第一層金屬刻蝕停止層PECVD（SiCN-2）600Å，—PECVD澱積SiCOH(3500Å),—澱積SiCN -1 ，600Å作為第一次刻蝕停止層， 用于包裹密封覆蓋多孔超低K介質(SiCOH)，同時防止銅擴散。

11.2 再澱積SiCOH 3000Å，

11.3 TEOS分解澱積二氧化矽500Å。

11.4 澱積氮化钛硬掩膜。

12.通孔1（連接第一層金屬與第二層金屬）和金屬層M2制作。

12.1光刻/刻蝕金屬層M2（銅布線槽）氮化钛硬掩膜（暴露金屬布線區）—去膠。見圖20

12.2，塗膠光刻通孔（僅暴露通孔），等離子刻蝕通孔。SiCN-1為停止層，濕法去除SiCN。去膠。見圖21

12.3 以硬掩膜為掩蔽，繼續刻蝕金屬層M2和通孔。以SiCN-2為停止層。濕法去除SiCN-2。見圖22

12.4 澱積Ta/TaN作為粘附層和銅的阻擋層。

12.5. 澱積銅種子層，電鍍銅。

12.5抛光CMP銅。防止短路。清洗。見圖23

重複上述可制作多層布線。......

13. 頂層金屬之下介質隔離，隔離頂層鋁與下層布線

13.1澱積SiCN刻蝕停止層600Å。

13.2在400℃澱積二氧化矽3000Å。（低溫澱積矽氧化物）

13.3澱積氮化矽（400℃）300Å。

14. 頂層金屬鋁互連線：因為銅易氧化且不能生成鈍化層，也不能制作壓焊盤，故鋁作為頂層金屬。

14.1光刻/刻蝕氮化矽，二氧化矽，停止在SiCN層。

14.2 去膠，去除SiCN。澱積Ti/TiN.阻擋層/粘附層，（阻擋鋁擴散，钛與鋁形成TiAl3改善電遷徙，）

14.3 澱積鋁銅層（鋁合金中含銅0.5%，含矽1%，鋁98.5%）

PVD氩離子轟擊靶澱積AlCu層8500Å。（頂層有大電流電源線，需要寬厚金屬層，）

14.4澱積钛/氮化钛350Å作為焊盤鈍化層刻蝕停止層，隔離鋁與二氧化矽，且具有防反射作用。見圖24.

14.5. 光刻焊盤，鋁布線，通入氯氣Cl2等離子刻蝕焊盤。去膠，濕法去除參與氯離子。見圖25

14.6 澱積1000Å二氧化矽。（400℃），

15.澱積氧化矽，氮化矽形成鈍化層，阻擋水蒸氣和可動離子擴散，保護芯片免于受潮，污染及劃傷。

15.1HDPCVD磷矽玻璃8000Å（低溫），

15.2 400℃澱積氮化矽12000Å

15.3 光刻壓焊盤（PAD）作為測試連接點和和封裝連線窗口。刻蝕停止在氮化钛層。

15.4 去膠，退火，合金。（400℃通入氮氣和氫氣）30分鐘。合金再結晶，改善金屬與氧化層界面，使之更緊密（增密）減小接觸電阻，釋放金屬應力。見圖26

15.5測試晶圓，測試晶圓上下左右中間5點工藝控制檢測參數。及顯微鏡檢查。


*7.漏源用應變矽技術代替離子注入重摻雜工藝

*7.1用LPCVD澱積SiO2（作為外延材料的阻擋層）

*7.2光刻/刻蝕掉nmos有源區域氧化層，選擇性刻蝕襯底矽，形成凹槽。見圖*7.1

*7.3經過多次澱積和多次濕法刻蝕，在n型有源區凹槽内外延生長單晶态SiC，同時進行磷摻雜。（漏源區形成凸起）見圖7.2

*7.4用LPCVD澱積SiO2（作為外延SiGe應變材料的阻擋層）

*7.5光刻/刻蝕掉pmos有源區域氧化層，選擇性刻蝕襯底矽，形成凹槽.圖*7.3

*7.6經過多次澱積和多次濕法刻蝕，在p型有源區凹槽内外延生長單晶态SiGe應變材料，同時進行硼摻雜。（漏源區形成凸起）圖*7.4


後記，芯片國産化幾點建議：

1）盡快普及集成電路芯片制造知識。在引進人才的同時，要培養一批熟練精通集成電路制造工藝的人才。除了加強EDA/TCAD教學外，建議高校微電子專業要加強實踐與知識經驗的培訓，要有一定規模的半導體車間供學生較長時間實踐實習（七十年代清華大學電子系一樓有集成電路車間）強化動手能力和項目管理能力。芯片制造行業許多專利都來自實踐經驗與大量數據的結晶，芯片制造技術的提高來源于工藝實踐，特别是芯片制造工藝中的Know-how，是經過大量反複試驗、測試總結出來的經驗數據和方法。功課學生也要學MBA知識。

2）制造半導體器件依賴于設備，設備使用極緻方可以提高工藝水平。如何制造出與TCAD模拟設計的器件性能一樣的器件且具有重複性、再現性、均勻性及高良品率；如何測量檢驗出你做的IC器件性能參數及可靠性與TCAD模拟的一樣。要靠動手實踐下真功夫。

工藝改進，工藝創新，與設備儀器創新改造要緊密結合。半導體設備（含儀器）廠必須緊密與半導體制造廠fab結合，按照fab要求改進設備性能，以提高芯片質量。先進設備必須有技術精通的工匠操作才能将設備性能發揮極緻。半導體行業也要有大量魯班類型的工匠，才能在現有設備基礎上盡快實現現進芯片國産化。

3）芯片制造不僅要性能好、質量高、價格合理，還要有忠實的客戶群。隻有生産線連續運轉，才能确保按計劃攤銷昂貴的設備投資。開工不足，芯片成本就會增加。市場銷售也是重頭戲。代工廠foundry必須有許多根據市場需求而設計适銷對路的芯片的設計公司Fabless作為客戶。類似PCB廠，要有許多通信/電子廠不斷設計出不同的PCB版圖，由PCB廠加工一樣。有了衆多的大大小小的設計公司Fabless，則大大小小的代工廠foundry可以維持一定的經濟規模生産。foundry衆多則互相競争，提高質量，降低成本。使設計公司利潤空間加大。還要有類似興森快捷快速加工PCB樣闆那樣的芯片代工廠，為Fabless快速加工芯片樣品，以便設計公司盡快占領市場。此外，芯片市場擴大，使得半導體設備企業、原材料、化學品等企業也能降低成本提高質量，從而促進芯片廠foundry設備、材料國産化，且整機設備性能質量提高。整個産業鍊、供應鍊成本低而質量高，才能在提高國内外市場的競争力。芯片國産化才能良性循環，螺旋上升。重視并支持中小Fabless和foundry在芯片國産化過程中必不可少。

4）組織半導體工藝技術交流和技術市場，有償分享積累的經驗和Know-how。群策群力進行技術攻關。不要閉關自守，不要同行是冤家互相保密。國外阻止技術輸入我國，我們就要互相激勵和幫助，将芯片制造技術搞上去。（上世紀七十年代半導體技術交流與分享曾極快促進IC技術普及）

5）加強企業管理，擴大市場，降低成本，重視資金現金流的同時提高芯片質量。foundry内部要實施精益生産、統計制程管理spc、質量體系和6σ管理等。建立合理的激勵機制，全員持股。君子喻于義，小人喻于利。有制度就要實施，實時檢查監督PDCA（硬件軟件結合，電腦程序自動檢查），獎懲分明，強調執行力。創出一條芯片國産化的新路。

不妥之處請指教。

張紅專 保定無線電實驗廠（原保定無線電二廠）高級工程師。

郵箱;nam3002@163.com

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