實驗方法步驟

金屬鑲嵌法是先在低介電質層上蝕刻出圖案，接著填充低阻值的金屬材料 及必須的黏合層或防擴散層， 最後以化學機械研磨法除去表面的金屬層。 此 製 程 的 重 點 為 圖 案 的 蝕 刻 和 金 屬 的 化學機械研磨。

雙鑲嵌製程一步驟如以下所述：

1. 首先在 GaAs 上沉積上一層介電材料。在此一步驟上，我們會面臨到介電 材料的選擇以及沉積方法的問題。目前可使用的介電材料及其沉積方法 如：1) SiOx, SixNy：PECVD，2) BCB：Spin coating，最終選擇 SixNy作為 本次研究的介電材料，沉積厚度達1.2µm。

介電材料(SixNy)沉基製程(PECVD)參數如下：

製程溫度(Temperature)：300^oC 壓力(Pressure)：100 Pa

氣體(Gas)：SiH4 20 sccm、NH3 10 sccm、N2 490 sccm 沉基速率(Deposition rate)：100 A/min

2. 接著利用微影曝光的方法定義出介電材料的圖形。因圖形的線寬大小形狀 及邊緣平整度和曝光顯影製程有密切關聯，這部分必須經過謹慎的測試。

曝光顯影製程(Photolithography)參數如下:

試片清洗(Substrate cleaning)：ACE for 5 minute，IPA for 5 minute。

光阻塗佈(Spin coating)：1000 rpm for 5 sec/4000 rpm for 40 sec。

軟烤(Soft bake)：90 ^oC for 60 sec

曝光(Exposure)：22 秒(加濾鏡)，VIA MASK。

顯影(Development)：AZ300，1 minute。

硬烤(Hard bake)硬烤：120 ^oC for 5 minutes，即完成光阻圖形定義。

3. 定義出圖形後，即可利用 RIE 蝕刻介電材料。

4. 接續在由乾式蝕刻所定義出的介電材料上以濺鍍法鍍上銅金屬層。這部分 在熟悉機器操作及考核後即可開始動作。最後，利用化學機械研磨法除去 表面多餘金屬層。化學機械研磨終點的拿捏將是此一製程最重要的步驟，

需不斷測試檢驗。

化學機械研磨製程(CMP)參數如下：

研磨材料(Material)：Cu 研磨轉速(RPM)：5 rpm 下壓力(Pressure)：4 psi

研磨速率(Polishing rate)：0.05 µm/min

研磨液流速度(Slurry flow rate)：180 c.c./min

研磨液組成成分(Slurry composition)：氧化鋁粉、水、漂白水

5. 上步驟中完成了第一層金屬銅導線，接續在第一層表面上以 PECVD (同先 前之製程參數) 方式沉積相同的介電材料 SixNy 1.2µm，並進行曝光顯影製 程，如下圖所示。

6. 完成曝光顯影製程後，以 RIE 對介電材料進行乾式蝕刻至第一層金屬銅導 線的深度。待乾式蝕刻至預設蝕刻深度後，同以電鍍方式鍍上第二層金屬 銅並以化學機械研磨將其表面平坦化。此一連續步驟中，最重要的是 RIE 乾式蝕刻深度的控制，若無法精準地控制蝕刻深度，則第一層銅導線與第 二層銅導線將無法有效地接觸及導通，會產生電性缺陷。

雙鑲嵌製程二步驟如以下所述：

1. 雙鑲嵌製程所採用的介電材料如同單鑲嵌之 SixNy，接續進行第一次曝光 製程及第一次介電材料RIE 乾式蝕刻至設定深度 1.5µm。

第一次曝光顯影製程(Photolithography)參數如下：

光阻塗佈(Spin coating)：500 rpm for 10 sec/3000 rpm for 45 sec，

AZ5214E (2µm)

軟烤(Soft bake)：90 ^oC for 60 sec 冷卻(Cool down)：23 ^oC for 30 sec

曝光(Exposure)：1.5 mW/cm^2 for 30 sec 顯影(Development)：AZ 300 for 70 sec 硬烤(Hard bake)：1 minute

第一次反應離子蝕刻製程(RIE)參數如下：

蝕刻材料(Material)：SixNy (1.5µm) 氣體(Gas)：SF6

流量(Flow rate)：40 sccm 壓力(Pressure)：25 mTorr 射頻功率(RF power)：40 W

基板溫度(Substrate temperature)：25 ^oC

光阻去除(Removal of photoresist)：浸泡丙銅、IPA 清洗

2. 接下來進行第二次曝光製程並第二次介電材料 RIE 乾式蝕刻至 1.0µm

第二次曝光顯影製程(Photolithography)參數如下：

光阻塗佈(Spin coating)：500 rpm for 5 sec/2400 rpm for 30 sec，

AZ5214E(2µm)

軟烤(Soft bake)： 90 ^oC for 60 sec 冷卻(Cool down)：23 ^oC for 30 sec 曝光(Exposure)：1.5 mW/cm² for 30 sec

曝後烤(Post exposure bake)：110 ^oC for 270 sec 曝光(Flood exposure)：12 mW/cm² for 15 sec 顯影(Development)：AZ 300 for 70 sec 硬烤(Hard bake)：1 minute

第二次反應離子蝕刻製程(RIE)參數如下：

蝕刻材料(Material)：SixNy (1.0µm) 氣體(Gas)：SF6

流量(Flowrate)：40 sccm

壓力(Pressure)：25 mTorr 射頻功率(RF Power)：40 W

基板溫度(Substrate temperature)：25 ^oC

3. 去除之前曝光製程的殘留光阻，在介電材料上鍍上並定義出擴散阻擋層。

此一擴散阻擋層可避免後續鍍銅時的銅離子擴散現象並可提升銅與介電 材料之附著。最後在擴散阻擋層上以電鍍方式鍍上銅金屬導線，並執行化 學機械研磨。

濺鍍(Sputtering)擴散阻擋層參數如下：

擴散阻擋層材料(Material)：TaN (500A) 氣體(Gas)：Ar

功率(Power)：1000 W 濺鍍時間(Time)：300 sec

濺鍍速率(Deposition rate)：5 A/min 電鍍銅(Electroplating)參數如下：

電流(Current)：169 mA， 電壓(Voltage)：40 V