8、大马士革工艺制程的由来

话说上世纪90年代，按照摩尔定律，半导体制程进入0.18微米时代，后段铝互联技术已经遇到巨大瓶颈，主要在两方面：

（1）RC delay：电阻与电容的乘积称为RC时间常数（RC time constant），主要用于描述电子传输的时间迟滞程度，当RC时间常数越大时，代表时间迟滞现象越严重，宏观表现就是传输速度越慢，也就是你的电脑、手机运行软件时卡顿。当线宽越来越小时，线路越来越密集，造成电容、电阻升高，造成器件运行速度无法提高。

（2）电子迁移（electromigration）：当电流通过铝线时，因电场的影响，铝原子会沿着晶粒界面移动，如果迁移过于剧烈，会导致线路断路，导致器件失效。宏观表现就是电脑、手机运行时间过长，突然死机，而且永远开不了。

图1 摩尔定律

世界各大半导体制造公司都在寻找替代铝的金属，大家不约而同想到了铜，毕竟铜价格不贵，导电性能好，也容易沉积，但是铜有个致命的缺点就是无法用干法蚀刻，简单的说就是等离子体（plasma）不能与铜（Cu）反应生成易挥发的副产物。

铜的问题如同乌云一般笼罩在大家头上，时代在进步，线宽在缩小，摩尔定律在发展，后段互联问题迟迟不能解决。这时候IBM的一个工程师实在想不到解决问题的办法，为了躲避老板的AR，索性以身体为由请假除出去度假，顺带寻找灵感。

图2 IBM

这位IBM的工程师对历史特别感兴趣，尤其是中东阿拉伯历史，于是他来到了曾经的阿拉伯帝国倭马亚王朝的首都-----大马士革（damascus），现在的叙利亚首都，号称人间的花园，地上的天堂。 

图3 大马士革

这里就不介绍大马士革的旅游了，喜欢刀具的人应该会知道大马士革刀，水浒中武松的两口镔铁雪花刀貌似就是大马士革刀，锋利程度能吹须立断，相对于日本刀，本人更喜欢大马士革刀，不仅因为它锋利，更喜欢刀上花纹。

图4 大马士革刀

图5 武松的镔铁雪花刀

言归正传，我们回到IBM工程师这里，我估计这位工程师也喜欢大马士革刀。。。好了，不说刀了！

IBM工程师在大马士革古城闲逛时，发现偏僻角落有位匠人在从事金属镶嵌工作。

大马士革匠人首先用利器在金属铜花瓶上雕刻出各种精美花纹，然后用贵金属金或银填充在雕刻出的花纹里面。步骤虽然只有两步，但是工艺极其复杂，匠人用小刀反复刻画铜表面，然后金银丝线用细针镶嵌其中，连续敲打直到金箔完全渗入到图案文理中，最后通过高温烘烤让铜氧化并冷却，与金色图案形成鲜明对比。对于大马士革镶金匠人来说，时间是不从在的，因为每当投入工作，就会忘记时间。

图6 匠人

IBM工程师脑海中不断浮现两个场景，雕刻，镶嵌，雕刻=蚀刻，镶嵌=沉积，铜虽然不能被蚀刻，但可以沉积，现在的工艺是先沉积铝，然后蚀刻铝，最后沉积电介质，换成铜就不能被蚀刻，但是可以先沉积电介质，然后蚀刻电介质，最后沉积铜，这样所有问题迎刃而解，这就是大马士革工艺！

IBM工程师提前结束休假，回到公司，最后顺利解决铜互联技术问题，并为其命名大马士革工艺。

上述故事即为半导体制造工艺中大马士革工艺的由来。

图7 铝制程

图8 大马士革铜制程