双层布线技术研究

申 猛，孔 明，吴会利

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

双层布线技术研究

申 猛，孔 明，吴会利

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

随着集成电路技术的发展，双层布线技术显得越来越重要。主要对双层布线中二次金属淀积前的通孔预处理技术进行了研究和探索，通过对反溅射时间、反溅射功率等不同工艺参数的对比实验，给出了最优的反溅射清洗工艺条件。

双层布线；反溅射；欧姆接触

1 引 言

随着超大规模集成电路的不断发展，对器件的性能和集成度的要求不断提高，双层布线技术已经显得越来越重要。在双层布线中，两层金属间的通孔接触电阻的大小是衡量双层布线好坏的重要指标之一，而淀积第二层金属前通孔的清洗是影响接触电阻大小的主要因素，因此，研究通孔的前清洗技术有着重要的意义。

2 实验原理及过程

实验主要是在Varian 3180磁控溅射台上进行的。此设备具有反溅射清洗功能，硅片进入大腔后，离化后的Ar＋经过电场加速，直接轰击到硅片表面，将其表面的Al2O3、SiO2等有效去除。反溅射清洗结束后，硅片在高真空状态下直接进行二次金属淀积，避免清洗后硅片在二次淀积金属前的沾污。

首先在硅片上热生长900nmSiO2，溅射第一层金属700nm AI－SI－CU，刻蚀AI后形成图形，然后淀积1200nmPESiO2进行平坦化工艺，刻蚀接触孔。孔的尺寸为4μm×4μm，再进行反溅射清洗、溅射第二层金属1200nm AI－SI－CU，刻蚀AI后形成最终的图形，如图1所示。最后进行420℃合金后用探针及图示仪测试串联孔的接触电阻。

图1 双层布线铝链测试图

3 实验结果

实验过程中，首先要得出反溅清洗的速率，而此项指标要通过测试前后氧化层的厚度差得出。

用热生长的方法在硅单晶片上生长氧化层600nm，用膜厚仪进行九点厚度测试，然后通过手动进行反溅射清洗条件实验拉网后，再对氧化层厚度进行测试，最后得出反溅射氧化层速率，并以此作为反溅射清洗速率的参考。实验数据如表1所示。

表1 反溅去除二氧化硅厚度试验

从表中可以看出，随着反溅射时间的增加，反溅打掉的氧化层厚度逐渐变多，随着反溅射功率的增加，反溅打掉的氧化层厚度也随之增多。反溅射功率80%，溅射时间70″，反溅打掉的氧化层最多达到20nm多。

以反溅功率分别为80%、反溅射时间70″为反溅射清洗条件，进行双层布线通孔接触实验，实验结果如表2所示。

表2 接通情况

从表中数据来看，反溅工艺采用80%、70″即使打掉的氧化层最多，但铝链接通状态并不好，整片都不通，只有加电压后才能打通。

对此种情况，分别采用功率80%、反溅射清洗时间70″和功率60%、反溅射清洗时间70″进行反溅清洗实验，然后在高倍显微镜下观察接触孔内清洗情况，如图2和图3所示。

从图2和图3的对比来看，功率增大到80%后，孔内确实存在杂质颗粒，而当功率降低到60%后，孔内明显干净。这种现象主要是由于反溅射再淀积的原因引起的，在进行反溅射时，被溅射起的物质一部分又会淀积回到硅片表面的孔内，造成接触不好，溅射功率越大，虽然打掉的氧化层越多，但同时再淀积现象也越明显，因此才会导致铝链接通状况仍不好。对此，需要降低反溅射功率，再进行对比试验。

图2 反溅射功率80%

图3 反溅射功率60%

降低反溅射功率和时间再进行实验，实验结果如表3所示。

表3 接通情况

从表中结果来看，反溅射功率过高、过低都会影响通孔的接触情况，功率低会使一铝表面的氧化铝去除不净，功率高又会出现严重的再淀积现象。同时，溅射时间过长又会出现片面发乌的现象，如图4和图5所示。

图4 正常铝表面（暗场）

图5 发乌铝表面（暗场）

反溅射时间过长，基片衬底温度高，在进行溅射二铝时，铝晶粒过大，导致铝的表面发乌。

从接通情况来看，采用反溅射功率为70%，溅射时间为60″的工艺条件，合金后接通效果最佳，接触电阻可以做到0.5Ω／孔，并且片面光亮未出现发乌的现象。

4 结束语

在双层布线中，双层金属间的导通状况主要取决于一层金属表面上氧化铝的去除情况，而去除效果的好坏主要由反溅射清洗的功率、时间决定。功率低、时间短，氧化铝去除不净；功率大、时间长又会出现严重的反溅射再淀积现象。本文经过对这两个参数进行实验拉网调整，确定了最优的反溅射清洗工艺条件，保证了双层布线间的良好导通，工艺稳定。

［1］陈华伦.反溅射再淀积现象的研究［J］.微电子技术，1996，24（1）：46－48.

［2］杨国渝.双层布线两层铝引线间的导通技术［J］.微电子学，1992，22（5）：18－23.

［3］孙承松.薄膜技术及应用［M］.沈阳：东北大学出版社，1998，68－84.

Research on Technology of Double－layer Routing

SHEN Meng，KONG Ming，WU Hui－li
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

With the development of IC，the technology of double－layer routing is getting more and more important.This article studies the sputter－etch technology before the second Al－routing in process of double－layer routing.By the contrast of different experiments such as sputter－etch time and sputter－etch power，the optimized process conditions of the sputter－etch are provided.

Double－layer routing；Sputter－etch；Ohmic－contact

10.3969／j.issn.1002－2279.2014.06.007

TN4

：A

：1002－2279（2014）06－0019－03

申猛（1983－），男，辽宁铁岭人，硕士，工程师，主研方向：半导体分立器件研发及半导体制造工艺。

2014－02－21