語音芯片的制造技術2之銅互連技術

發布日期：2015-03-19

長期以來，語音芯片互連金屬化層采用鋁。運用按比例縮小的設計方法，隨著特征尺寸越來越小，集成電路的速度越來越快，用180nm技術制作的微處理器的時鐘頻率已經超過1GHz。在這種情況下，語音芯片上微細的鋁互連線的電阻已經成為影響集成電路速度的主要因素。
幾年前，IBM公司推出了銅互連技術。用銅代替鋁作為互連金屬被公認為是降低互連線電阻，改進集成電路性能的重要方法。首先，這是因為銅互連線的電阻比起鋁互連線來，在相同的截面積下可以減小40%，使用銅互連可以減小芯片上互連線的電阻，或者在保持電阻不變的情況下減小互連金屬的厚度來減小同一層內互連線間的耦合電容，從而降低耦合噪聲和互連線的信號延遲。其次，近幾年用于銅互連的雙大馬士革工藝結構已開發成功，它可以在芯片制造中減小幾步昂貴的工藝步驟，降低制造成本。再者，在電遷徙方面，銅顯著優于鋁。因此，當特征尺寸為180nm或更小時，銅將代替鋁用于語音芯片制造工藝。
在12年的SEMI研討會上，IBM公司和Infineon（原西門子公司半導體部）發表了CMOS 7S和7SF工藝，受到廣泛關注。它采用全集成的ULSICMOS/銅互連技術，銅互連層可以多到6層，這兩種工藝的柵長（圖形上的）分別為0.20μm和0.18μm，有效溝道長度小于0.15μm和0.11μm(對NFET），金屬接觸中心距為0.63~0.81μm（對CMOS 7S）和0.44~0.46μm(對CMOS 7SF)，6晶體管的SRAM單元大小僅為6.8μm和4.8μm。
在肯定銅互連技術優越性的同時，有些專家也強調了該技術在材料集成和可靠性方面所面臨的挑戰。因為銅易于擴散入硅和大多數電介質中，因此它必須用金屬（如Ta,TaN）和介質（如SiN，SiC）的擴散阻擋層“包封”起來，以免引起金屬線之間的漏電和芯片上晶體管性能的退化。同時，芯片工作時，鄰近金屬線之間施加的電場也大大提高了銅的擴散速率，因而保證“阻擋層”的絕對完整性對器件的長期可靠性致關重要。在采用銅互連技術時，如何在語音芯片制造中避免銅的沾污也成為制造工藝中的重要課題。
總的來說，將銅互連技術納入180nm或更小特征尺寸的語音芯片制造工藝是必然趨勢，但作為大規模生產中的一項基本制造工藝而論，它還處在發展初期，目前各大公司和美國Sematech都正在開展進一步深入的研究開發工作。

音樂芯片