通孔是在不同金属布线层之间建立垂直电连接的结构。它不同于把器件端子接到第一层布线的接触插塞 。通孔要在下方预期导体上准确落点,并在介质开口中形成可靠界面和连续导体。堆叠芯片所用的硅通孔属于不同尺度和集成序列,不能与普通金属层间通孔混为一谈。
通孔在流程中的作用位置
免费 40nm 流程总览含有真实的第一层通孔序列。先看负责定义开口的 VIA 1 - Photo,再看在该位置移除介质的 ILD 1-2 Oxide Etch。下方截面展示的是更早的接触插塞开口、衬层和填充工位,用来比较共通的集成约束,并非 Via 1 的图像。
免费 40nm 流程中的接触插塞截面,仅供对照。学习路线打开真正的 Via 1 图形化与刻蚀步骤。
Process checkpoint · 工艺坐标
理解 VIA 1 - Photo 的工艺作用
查看具名 Via 1 光刻工位,理解它为后续介质开口形成光刻胶图形。
与「垂直互连通路(Via):物理原理、集成逻辑与先进节点演进」相关的流程位置:40nm BSI CMOS Image Sensor · V1 · Step 164
物理与机制
在图形化开口之前,介质隔开相邻布线。开口露出下方导体后,导电填充必须在该处形成低阻界面,同时继续与相邻导线绝缘。对准偏差会减小与下方金属的重叠;刻蚀不足会留下绝缘残留;衬层不连续或填充空洞会增加电阻并降低可靠性。衬层和填充的具体方法取决于布线方案,不能只凭截面认定材料或沉积技术。
工艺原则
- 区分接触与通孔:接触连接器件和布线;通孔连接不同布线层 。
- 核对落点:开口须抵达预期导体,同时避免损伤邻近结构。
- 保护界面:残留、覆盖不足和空洞可能形成高阻或失效位置。
- 检查整条序列:光刻、介质刻蚀、清洗、衬层、填充和平坦化需要协同;不同流程不一定使用相同材料。
挑战与失效模式
对准误差会减少接触面积;刻蚀残留或开口不完整会妨碍导电;阻挡层缺口或填充空洞则可能影响可靠性,具体取决于金属体系。这些是可能的失效机制,不能据此断言图示流程已经出现这些问题。
节点演进
布线密度增加后,更小的落点与界面使对准、电阻和填充缺陷的容差收紧。三维堆叠增加贯穿衬底的连接,但应与普通金属层间通孔分开分析。
展望
每一层布线的核心问题仍是:通孔能否以可接受的电阻和可靠性连接预期导体。几何、界面与填充应一起核验。
参考来源
Silicon VLSI Technology - Full
James D. Plummer, Michael D. Deal, Peter B. Griffin
Silicon VLSI Technology · ISBN 978-0130850379