顶层金属工艺是指什么

顶层金属工艺是指形成最后一层金属互连线，顶层金属互连线的目的是实现把第二层金属连接起来。顶层金属需要作为电源走线，连接很长的距离，需要比较低的电阻，需要很大的宽度以支持很大的电流。顶层金属层也是三文治结构。

1）Ar 刻蚀。PVD 前用 Ar 离子溅射清洁表面。

2） 淀积 Ti/TiN层。利用PVD的方式淀积300A的Ti和500A的TiN。首先通入气体Ar轰击Ti靶材，淀积Ti薄膜。再通入气体 Ar和N2轰击Ti靶材，淀积TiN 薄膜。Ti作为料接层，TiN 是AI 的辅助层，TiN 也作为夹层防止Al与二氧化硅相互扩散，TiN 也可以改善AI的电迁移，TiN 中的Ti会与AI 反应生成 TiAl3，TiAl3是非常稳定的物质，它可以有效抵御电迁移现象。TiN 除具有防止电迁移的作用外还作为 VIA 蚀刻的停止层。

3）淀积 AICu金属层。使用的原料为铝合金靶材，其成分为0.5%铜，1%硅及98.5%铝。通过 PVD 的方式利用 Ar离子轰击铝靶材淀积 AICu金属层，厚度8500A作为顶层金属互连线。顶层金属需要作为电源走线，需要比较厚的金属从而得到较低的电阻，另外它也需要很大的线宽最终应许通过很大的电流。

4）淀积TiN层。通过PVD 的方式利用Ar 离子轰击Ti靶材，Ti与N2反应生成TiN，淀积350A的TiN。TiN 隔离层可以防止 AI和氧化硅之间相互扩散，TiN 除具有改善电迁移的作用外，还作为PAD（钝化层）窗口蚀刻的停止层和TM 光刻的抗反射层。图4-130所示为淀积金属层 Ti/TiN/AICu/TiN的剖面图。

5） TM （Top Metal 顶层金属）光刻处理。通过微影技术将TM 掩膜版上的图形转秘到晶圆上，形成 TM 光刻胶图案，TM 区域上保留光刻胶。VIA2 作为 TM 光刻曝光对准。如图4-131所示，是电路的版图，与图4-122比较，它多一层 TM，工艺的剖面图是沿 AA'方向。图4-132所示为 TM光刻的剖面图，图4-133所示为TM 显影的剖面图。

6）量测TM 光刻的关键尺寸。

7）量测TM 的套刻，收集曝光之后的 TM 光刻与VIA2 的套刻数据。

8）检查显影后曝光的图形。

9）TM干法刻蚀。利用干法刻蚀去除没有被光刻胶覆盖的金属，保留有光刻胶区域的金属形成金属互连线。刻蚀的气体是Cl2。刻蚀最终停在氧化物上，终点侦查器会侦查到刻蚀氧化物的副产物。图4-134所示为 TM 刻蚀的剖面图。

10）去除光刻胶。除了前面提到的干法刻蚀利用氧气形成等离子浆分解大部分光刻胶，还要通过湿法刻蚀利用有机溶剂去除金属刻蚀残留的氯离子，因为氯离子会与空气接触形成 HCI 腐蚀金属。图4-135 所示为去除光刻胶的剖面图。

11）量测TM 刻蚀关键尺寸。

12）淀积SiO2。通过PECVD淀积一层厚度约为1000A 的SiO2。淀积的方式是利用TEOS 在400°C发生分解反应形成二氧化硅淀积层。SiO2可以保护金属，防止后续的HDPCVD 工艺损伤金属互连线。图4-136所示为淀积SiO2的剖面图。