小丘(Hillock)是在金屬導線或金屬膜表面形成的小丘狀突起,英文意為「小山丘」。在半導體中以鋁(Al)導線為主,銅(Cu)導線或電極金屬膜也會發生,高度可達數十 nm 至數 μm。它會刺穿形成於導線上方的介電層,或造成高低差使曝光失焦,是金屬連線製程的代表性缺陷之一。
主要原因是金屬與矽熱膨脹差異造成的應力。鋁的熱膨脹係數約為矽的 9 倍,沉積後以熱處理加熱晶圓時,受矽基板拘束的金屬膜中會產生很大的壓縮應力。為了釋放這個應力,金屬原子會經由晶界等擴散,在表面局部隆起形成小丘。反之,冷卻時產生的拉伸應力使原子流失時,導線中會形成孔洞(void),即應力遷移(stress migration),小丘與孔洞是一體兩面的關係。在電流搬運原子的電遷移(electromigration)中,原子堆積的一側(陽極側)會產生小丘,流失的一側則產生孔洞。
小丘若觸及上下或相鄰導線就會造成短路,也會損害導線上方層間介電層的平坦性與可靠度。對策包括:在鋁中添加少量銅或矽成為合金以抑制原子移動、以 Ti 或 TiN 等膜上下包夾導線加以壓制、降低熱處理溫度與時間(熱預算,thermal budget)等方法。檢測時以光學式缺陷檢測或 SEM 觀察管理突起的密度與高度。