在大規模積體電路中為了將數億隻電晶體互相連線起來形成各種功能的電路系統，單層互聯已經遠遠不夠，必須進行多層互聯。層與層之間互聯是通過打通層之間的深孔並填充金屬導電材料實現的。這些不同層之間的連通孔稱為via holes。把這些連通孔填充連線起來的工藝在積體電路製造中叫做嵌入法，其英文的名稱是Damascene process。
基本介紹
- 中文名：嵌入法
- 外文名：Damascene process
嵌入法是Damascene process的意譯。
嵌入是一種很古老的手工藝製作工藝，它相當於中國景泰藍工藝中的“掐絲”工藝，即將金或銅線鑲嵌到工藝品表面形成各種圖案，再以琺瑯釉料填充，最後燒製成精美的工藝品。圖一是積體電路製作中雙重嵌入（dual-Damascene）工藝的示意圖。圖（a）是未互聯前的多層積體電路結構。為了將襯底上的兩個電晶體隔層互聯，首先用深刻蝕方法形成連通孔如圖（b）。然後通過沉積將銅材料填充到連通孔之中如圖（c）。最後用化學機械拋光工藝（chemical mechanical polishing,CMP）將表面磨平，以便進行下一道光刻加工工序。所謂雙重嵌入工藝是指用一次沉積填充同時完成平面與連通孔的金屬互聯，而單重嵌入工藝只作深連通孔的金屬填充。早期積體電路以鋁材料作為互聯金屬材料。由於鋁可以通過乾法刻蝕加工，平面互聯與連通孔填充可以分別加工，單重嵌入工藝是當時多層互聯的主要工藝。隨著銅逐漸取代鋁成為積體電路金屬互聯線材料，雙重嵌入工藝逐漸占主導地位，因為銅很難通過乾法刻蝕形成平面互聯圖案，二雙重嵌入工藝可以一次形成平面互聯與連通孔填充，避免了刻蝕銅。
圖一：嵌入工藝實現多層金屬互聯的基本步驟
圖二顯示了將埋藏多層銅連線的介質層腐蝕清除後所揭示的多層互聯結構。可以清楚的看到層與層之間連線通過填充連通孔的導電柱連線起來。銅的沉積可以通過物理方法（如濺射）、化學方法（CVD）或電鍍方法。CVD方法沉積速度太慢，濺射方法在孔的入口處速度大於孔內部沉積速度，有可能導致孔腔內還沒有完全填充滿，但孔的入口已經被封死。這種現象在孔比較深時很容易發生。電鍍法成本低，沉積速度快，是一種有效的填充深孔的方法。但電鍍法需要預先在表面沉積一層導電膜。沉積導電膜的最有效的方法是CVD，因為CVD能夠獲得表面均勻覆蓋的沉積層。
圖二：將介質層腐蝕清除後所揭示的積體電路金屬互聯結構
