深亚微米集成电路工艺中铜金属互联技术.pdf

第A期徐小城：深亚微米集成电路工艺中铜金属互联技术>

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综述!
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深亚微米集成电路工艺中铜金属互联技术

徐小城

（上海华虹集团有限公司技术中心，上海!"""!"）

摘要：本文介绍了铜互联技术在深亚微米半导体工艺中的应用，重点介绍了铜金属互联技术
中的关键工艺，包括在器件中采用铜金属互联线以降低互联延迟，大马士革（#$%$&’()(）结构
微细加工工艺，物理汽相淀积（*+#）技术制备铜扩散阻挡层（,$--.(-）和铜子晶层（/01&((2），
铜金属层化学电镀技术（34(’5-674$5.)8），对铜金属互联工艺集成方面的要点也作了一些探讨。
关键词：铜；大马士革结构；物理汽相淀积；铜阻挡层；铜子晶；电镀
中图分类号：9:;"<文献标识码：=文章编号：>""?1">;@（!"">）"A1">1"@

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种电阻率比=4更低的金属材料，减小金属互联线
>引言的串联电阻，进而减小总的互联延迟效应。由于铜
具有较低的电阻率、优越的抗电迁移特性和高的可
随着超大规模集成电路（CONH）工艺技术的不靠性，越来越多地被半导体生产厂家应用。
断进步，半导体器件特征尺寸不断缩小，芯片面积
持续增大，人们面临着如何克服由于连线长度的急!铜金属互联技术的应用
速增长而带来的P/延迟的显著增加。特别是由于
金属布线线间电容的影响日益严重，造成器件性能虽然铜是一种非常有前途的金属互联材料，多
大幅度下降，已经成为半导体工业进一步发展的关年来人们也一直在研究如何在半导体生产中使用铜
键制约因素。为了减小互联造成的P/延迟，人们金属材料。特别是大马士革（#$%$&’()(）工艺的
一方面积极开发低介电常数介质材料，同时寻求一开发背景耐人寻味。一开始都想在铜刻蚀上取得突

收稿日期万方数据：!"">D>"D!;
7微电子技术

破，但无一例外地以失败而告终。正当人们为不同
地结构和几乎要改变所有的设备的时候，大马士革
工艺技术取得重大进展。!""#年"月，$%&宣布了
在生产线引入铜大马士革技术的消息。&’(’)’*+紧
接着在,&-.工艺中应用铜技术，并于!"""年/
月开始批量供货。同一年，在的
$%&01!/!23.$,
制造线上引入低介电常数材料，在有效沟道长度为
的器件上，获得了速度加快和功耗下
0104!2/05
降605的优异成绩。
迄今为止，世界上大约有77家半导体生产线采
用了铜互联技术［!］。早期引入铜工艺是在
0176!2
图铜工艺线按地区分类
技术层次，而现在绝大多数的铜生产8引导线多处于7
铜技术也不再是美国一家独秀，从地区发布图中
01!42—01!/2阶段，园片尺寸也正从70022转7
!!可以看出：目前亚洲已占世界铜生产线的半数以
到/0022。据预测，在01!/2工艺技术阶段，约
!上。
905的逻辑电路生产线会用到铜工艺，到了01!02
!引入铜工艺技术，可以说是半导体制造业的一
则有"05的半导体生产线采用铜工艺（图!）。另一
方面，场革命。由此带来了设计、设备、工艺、材料、可
靠性以及工艺线管