步入深亚微米的互连技术《半导体国际》互连技术在线研讨会

半导体产业发展至今,大部分时间内AI互连技术都扮演了极为重要的角色,铝材料和SiO2一直作为制造集成电路中的微连线或配线;0．13微米以下的设计标准中,采用铝微连线制造的器件开始在可靠性方面出现问题．铜互连工艺应运而生。基于双大马士革的Cu工艺、高／低K介质材料等已成为业界热门话题,进一步改善互连性能的需求,推动今后互连技术的发展。集成电路技术的进一步发展对互连性能提出更高的要求。     

铜互连可靠性分析

在简要的对铜互连和铝互连进行了比较后,本文从材料特性和集成工艺两方面讨论了铜互连和铝互连对可靠性的不同影响,并详细的分析了一个关键的可靠性失效机理:电迁移(包括通孔损耗和连线损耗).最后讨论了影响铜电迁移的一些工艺要素,如通孔、阻挡层和覆盖层.     

铝连线在高端DRAM和FLASH互连金属连线的应用

铝连线工艺作为一种相对成熟的技术以其稳定的工艺，相对低廉的性价比和成熟的技术在超大规模集成电路中得到了广泛的应用。随着芯片集成度不断提高的要求．铜工艺给硅芯片的互连材料带了很大的变化．它以它的低电阻（低30％）在逻辑芯片的的高端应用上（130纳米及以下）优势明显。然而对更在乎制造成本的DRAM和FLASH而言．即使是在110纳米及以下．不断发展更新的铝工艺仍然是很有竞争力的。     

VLSI／ULSI集成电路多层金属互连技术

随着半导体微电子器件制造技术迅速发展，多层金属互连技术对于提高器件集成度、速度和可靠性更为重要，需要不断发展新型多层金属互连结构、材料和工艺，本文介绍近年正在发展的一些多层金属互连新技术，如多层复合金属化体系、Ｃｕ等新型薄膜互连材料，ＴｉＮ在互连技术中的多种用途，新的介质薄膜材料及工艺、平坦化技术等。     

0.13μm铜互连工艺鼓包状缺陷问题的解决

传统集成电路制造工艺主要采用铝作为金属互连材料,但是随着晶体管尺寸越来越小,在0.13μm及以上制程中,一般采用铜大马士革互连工艺来提高器件的可靠性。铜互连工艺中需要用氮化硅作为穿孔图形蚀刻的阻挡层,由于氮化硅材质具有很强的应力,再加上制程中的热反应和蚀刻效应就会造成氮化硅层从界面掀起从而形成一种鼓包状缺陷(bubble defect)。文章通过调整并控制铜金属连线层间氧化电介质层的蚀刻速率,改变有机介质层(BARC)的沉积方法,以及改进产品的电路设计的检验规则,从而解决鼓包状缺陷的产生,降低产品芯片的报废率,提高产品的良率。     

美IBM和Motorola公司研发成功以铜代铝布线互连技术

据《半导体国际》杂志(97年13期)报道,在半导体器件制造工业中的新技术开发会引起新闻界如此极大关注,这是半导体工业发展史上出现的很稀奇古怪的事情。然而在去年9～10月间,由于美国IBM公司宣布了将1998年(即今年)某个时候计划提供以铜取代铝互连线技术的芯片,这一信息在当时轰动了全美国新闻界,媒介纷纷报道了IBM公司以铜代铝这一研究成果。据当时IBM公司总裁J·Kelly宣称:本公司以铜取代铝互连线技术,是美国9月份最大轰动新闻     

内存产品的金属化技术集成铜工艺

得益于双重大马士革结构的尺寸不断缩小、低介电常数绝缘材料的引入和铜互连可靠性的提升,逻辑产品的互连技术不断向前发展。随着内存产品由铝工艺转向铜工艺,包括间隙填充在内的多项工艺也面临着更多的挑战。     

集成电路片内铜互连技术的发展

论述了铜互连取代铝互连的主要考虑,介绍了铜及其合金的淀积、铜图形化方法、以及铜与低介电常数材料的集成等。综述了ULSI片内铜互连技术的发展现状。     

铜互连

铜互连是指以Cu作为金属互连材料的一系列半导体制造工艺，以此克服传统工艺中采用Al作为金属互连材料在芯片尺寸越来越小时产生的信号延时增大的问题。在90nm及其以下的技术节点上，主要信号延时将来自互连电路部分。因此，选用电阻率比较小的金属互连材料和选用介电常数比较小的介电材料是降低信号延时、提高时钟频率的两个主要方向。     

多芯片组件用薄膜多层互连技术

本文首先指出研究多芯片组件用薄膜多层互连技术的必要性,然后对此类薄膜多层互连的材料、结构及工艺进行详细介绍,最后举例说明它在多芯片组件中的应用情况。     

芯片制造的电化学处理技术

电化学处理技术的性价比优势在芯片制造上是一个范例转移。Cu芯片金属化的双大马士革处理和面阵列芯片封装互连的C4(倒装)技术使电化学技术置于最复杂的制造工艺技术之间。这些工艺技术被集成到用于芯片制造的300mm晶圆处理中。新材料和工艺的持续发展来满足微处理器件不断增加性能和小型化的趋势。电迁移问题和集成超低k电介质材料与Cu镀层的新抛光方法是芯片制造中的一个关键问题。发展一个适用成本低的无铅C4芯片封装互连是微电子工业的主要目标,微电子工业正作努力在几年里市场化无铅产品。     

非直角互连——布线技术发展的新趋势

由于集成电路制造工艺的不断提高 ,集成电路的设计规模遵循Moore定律持续向前发展 ,并出现了系统级芯片 (SOC)这一新的集成电路设计概念 .同时遇到的困难之一是互连线成为影响电路性能的决定因素 :芯片速度变慢、功耗增大、噪声干扰加剧 .若采用以往基于直角互连结构的基础模型进行互连线性能的优化 ,其能力受到限制 .于是 ,人们试图采用其他互连结构作为突破途径 ,以实现高性能的集成电路 .在这种技术需求与目前工艺支持的背景下 ,从 2 0世纪 90年代初出现的关于非直角互连的零散的、试探性的研究 ,将成为国际上布线领域新的热点研究方向 .     

具有冗余设计的铜互连线电迁移可靠性评估

铜互连的电迁移可靠性与晶粒结构、几何结构、制造工艺以及介质材料等因素有着密切的关系。分别试制了末端有一定延伸的互连线冗余结构设计的样品,以及无冗余结构的互连线样品,并对样品进行了失效加速测试。测试结果显示,采用冗余结构设计的互连线失效时间更长,具有更好的抗电迁移可靠性。对冗余结构的失效模式进行了讨论,并结合互连线的制造工艺,指出采用冗余结构设计的互连线可以在有效改善互连线的电迁移特性,而且不会引入其他影响可靠性的因素,是一种有效提高铜互连电迁移可靠性的方法。     

超深亚微米集成电路中的互连问题--低k介质与Cu的互连集成技术

半导体集成电路技术的发展对互连技术提出了新的需求,互连集成技术在近期和远期发展中将面临一系列技术和物理限制的挑战,其中Cu互连技术的发明是半导体集成电路技术领域中具有革命性的技术进展之一,也是互连集成技术的解决方案之一.在对互连集成技术中面临的技术与物理挑战的特点和可能的解决途径概括性介绍的基础上,重点介绍和评述了低k介质和Cu的互连集成技术及其所面临关键的技术问题,同时还对三维集成互连技术、RF互连技术和光互连技术等Cu互连集成技术之后的可能的新一代互连集成技术和未来互连技术的发展趋势给予了评述和展望.     

波导光互连的研究进展

介绍了波导光互连的研究现状及发展趋势.波导光互连研究主要包括波导结构的成形、微反光镜的制作、功能结构的设计以及可靠性测试,应用前景广阔,是今后几年光互连技术的研究重点之一.然而波导光互连也面临着很大的挑战:廉价材料和工艺的选择,性能与可靠性的完善,互连密度的提高与可靠性的协调,3D封装以及标准化与产业化等.     

Cu互连及其关键工艺技术研究现状

低介电常数材料和低电阻率金属的使用可以有效地降低互连线引起的延时.Cu因其具有比Al及Al合金更低的电阻率和更高的抗电迁移能力而成为新一代互连材料.论述了Cu互连技术的工艺过程及其研究发展现状.对Cu互连技术中的阻挡层材料、电化学镀Cu技术以及化学机械抛光技术等一系列关键工艺技术进行系统的分析和讨论.     

超深亚微米集成电路中的互连问题--低k介质与Cu的互连集成技术

半导体集成电路技术的发展对互连技术提出了新的需求,互连集成技术在近期和远期发展中将面临一系列技术和物理限制的挑战,其中Cu互连技术的发明是半导体集成电路技术领域中具有革命性的技术进展之一,也是互连集成技术的解决方案之一.在对互连集成技术中面临的技术与物理挑战的特点和可能的解决途径概括性介绍的基础上,重点介绍和评述了低k介质和Cu的互连集成技术及其所面临关键的技术问题,同时还对三维集成互连技术、RF互连技术和光互连技术等Cu互连集成技术之后的可能的新一代互连集成技术和未来互连技术的发展趋势给予了评述和展望.     

低K材料在半导体集成电路中的应用与展望

在超大规模集成电路工艺中，有着极好热稳定性、抗湿性的二氧化硅一直是金属互连线路间使用的主要绝缘材料，金属铝则是芯片中电路互连导线的主要材料。然而，相对于元件的微型化及集成度的增加，电路中导体连线数目不断的增多，使得导体连线架构中的电阻（R）及电容（C）所产生的寄生效应，造成了严重的传输延迟（RC delay），在130纳米及更先进的技术中成为电路中讯号传输速度受限的主要因素。     

用于3D集成的精细节距Cu/Sn微凸点倒装芯片互连工艺研究

芯片异构集成的节距不断缩小至10 μm及以下,焊料外扩、桥联成为焊料微凸点互连工艺的主要技术问题.通过对微凸点节距为8 μm的Cu/Sn固液扩散键合的工艺研究,探索精细节距焊料微凸点互连工艺存在的问题,分析Cu/Sn微凸点键合界面金属间的化合物,实现了精细节距和高质量的Cu/Sn微凸点互连,获得了节距为8 μm、微凸点...     

非直角互连--布线技术发展的新趋势

由于集成电路制造工艺的不断提高,集成电路的设计规模遵循Moore定律持续向前发展,并出现了系统级芯片(SOC)这一新的集成电路设计概念.同时遇到的困难之一是互连线成为影响电路性能的决定因素:芯片速度变慢、功耗增大、噪声干扰加剧.若采用以往基于直角互连结构的基础模型进行互连线性能的优化,其能力受到限制.于是,人们试图采用其他互连结构作为突破途径,以实现高性能的集成电路.在这种技术需求与目前工艺支持的背景下,从20世纪90年代初出现的关于非直角互连的零散的、试探性的研究,将成为国际上布线领域新的热点研究方向.文中将针对非直角布线方面以往零散的研究工作进行总结与分析,指出了目前需要解决的关键技术,并结合自己的研究工作基础提出了可行的技术路线与设想.