语音芯片的制造技术2之铜互连技术

发布日期：2015-03-19

长期以来，语音芯片互连金属化层采用铝。运用按比例缩小的设计方法，随着特征尺寸越来越小，集成电路的速度越来越快，用180nm技术制作的微处理器的时钟频率已经超过1GHz。在这种情况下，语音芯片上微细的铝互连线的电阻已经成为影响集成电路速度的主要因素。
几年前，IBM公司推出了铜互连技术。用铜代替铝作为互连金属被公认为是降低互连线电阻，改进集成电路性能的重要方法。首先，这是因为铜互连线的电阻比起铝互连线来，在相同的截面积下可以减小40%，使用铜互连可以减小芯片上互连线的电阻，或者在保持电阻不变的情况下减小互连金属的厚度来减小同一层内互连线间的耦合电容，从而降低耦合噪声和互连线的信号延迟。其次，近几年用于铜互连的双大马士革工艺结构已开发成功，它可以在芯片制造中减小几步昂贵的工艺步骤，降低制造成本。再者，在电迁徙方面，铜显著优于铝。因此，当特征尺寸为180nm或更小时，铜将代替铝用于语音芯片制造工艺。
在12年的SEMI研讨会上，IBM公司和Infineon（原西门子公司半导体部）发表了CMOS 7S和7SF工艺，受到广泛关注。它采用全集成的ULSICMOS/铜互连技术，铜互连层可以多到6层，这两种工艺的栅长（图形上的）分别为0.20μm和0.18μm，有效沟道长度小于0.15μm和0.11μm(对NFET），金属接触中心距为0.63~0.81μm（对CMOS 7S）和0.44~0.46μm(对CMOS 7SF)，6晶体管的SRAM单元大小仅为6.8μm和4.8μm。
在肯定铜互连技术优越性的同时，有些专家也强调了该技术在材料集成和可靠性方面所面临的挑战。因为铜易于扩散入硅和大多数电介质中，因此它必须用金属（如Ta,TaN）和介质（如SiN，SiC）的扩散阻挡层“包封”起来，以免引起金属线之间的漏电和芯片上晶体管性能的退化。同时，芯片工作时，邻近金属线之间施加的电场也大大提高了铜的扩散速率，因而保证“阻挡层”的绝对完整性对器件的长期可靠性致关重要。在采用铜互连技术时，如何在语音芯片制造中避免铜的沾污也成为制造工艺中的重要课题。
总的来说，将铜互连技术纳入180nm或更小特征尺寸的语音芯片制造工艺是必然趋势，但作为大规模生产中的一项基本制造工艺而论，它还处在发展初期，目前各大公司和美国Sematech都正在开展进一步深入的研究开发工作。

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