代替传统的Al互连主要有两个优势:金属 Cu 的电阻率大约只有 Al 的 2/3(Cu 的电阻率约 1.67μΩ·cm , Al 的电阻率约 2.7μΩ·cm),有利于降低互连串联电阻从而降低RC延迟;且Cu具有比Al高 2 个数量级的抗电迁移率及更高的热传导系数,因而采用金属Cu作为互连金属能使器件具有更高的可靠性[12]。Р当前的Cu互连工艺中,Cu的制备方法主要包括物理汽相淀积(PVD),化学汽相淀积(CVD)及化学电镀(ECP)方法。其中,传统的PVD方法可进行快速薄膜淀积,但在尺寸持续减小而沟槽深宽比增大的情况下,由于阴影效应(shadow effect) 而易产生Cu通孔中的空洞,对互连可靠性造成严重影响,因而在 45nm工艺节点以下已不再适应工业界的需求。CVD方法相对于PVD而言具有更好的台阶覆盖性, 但相对淀积速度较慢。而ECP方法镀Cu具有优良的沟槽及通孔填充能力,且速度非常快,因而成为当前工业界Cu互连工艺的首选。ECP方法镀Cu一般采用CuSO4 溶液为电镀液,.其具体过程包括Cu的电离及还原两个步骤,其中Cu2+还原为Cu原子时需要从阴极得到电子,因而需要一个初始的导电籽晶层。籽晶层一般厚度约数十纳米,材料选取PVD方法制备的Cu。Р目前,一种新型的无籽晶Cu电镀工艺也得到广泛关注。在无籽晶Cu电镀工艺中,合适地选取导电性良好、不易因氧化而终止电镀并与Cu具有良好粘附性的扩散阻挡层,从而使Cu可以直接电镀在扩散阻挡层上[13, 14, 15]。Р1.2.2 铜互连存在的问题Р铜与铝互连线相比,铜互连线虽然在改善 RC 延迟和可靠性方面有着很大的优势当在实际应用中还存在着一些问题。Р图 1-3 列出了Cu互连中一些常见的问题[18]。Р图 1-3 Cu 互连中的问题举例Р首先,Cu在Si和SiO2基底中有很强的扩散能力,导致集成电路失效。在 150℃
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