3.脈沖電鍍和化學鍍在銅互連中的應用
在目前的集成電路制造中，芯片的布線和互連幾乎全部是采用直流電鍍的方法獲得銅鍍層。但直流電鍍只有電流/電壓一個可變參數(shù)，而脈沖電鍍則有電流/電壓、脈寬、脈間三個主要可變參數(shù)，而且還可以改變脈沖信號的波形。相比之下，脈沖電鍍對電鍍過程有更強的控制能力。最近幾年，關于脈沖電鍍在集成電路銅互連線中的應用研究越來越受到重視[3，4].脈沖電鍍銅所依據(jù)的電化學原理是利用脈沖張馳增加陰極的活化極化，降低陰極的濃差極化，從而改善鍍層的物理化學性能。在直流電鍍中，由于金屬離子趨近陰極不斷被沉積，因而不可避免地造成濃差極化。而脈沖電鍍在電流導通時，接近陰極的金屬離子被充分地沉積；當電流關斷時，陰極周圍的放電離子又重新恢復到初始濃度。這樣陰極表面擴散層內(nèi)的金屬離子濃度就得到了及時補充，擴散層周期間隙式形成，從而減薄了擴散層的實際厚度。而且關斷時間的存在不僅對陰極附近濃度恢復有好處，還會產(chǎn)生一些對沉積層有利的重結(jié)晶、吸脫附等現(xiàn)象。脈沖電鍍的主要優(yōu)點有：降低濃差極化，提高了陰極電流密度和電鍍效率，減少氫脆和鍍層孔隙；提高鍍層純度，改善鍍層物理性能，獲得致密的低電阻率金屬沉積層。
除了電鍍以外，還有一種無需外加電源的沉積方式，這就是化學鍍�；瘜W鍍不同于電鍍，它是利用氧化還原反應使金屬離子被還原沉積在基板表面，其主要特點是不需要種籽層，能夠在非導體表面沉積，具有設備簡單、成本較低等優(yōu)點。化學鍍目前在集成電路銅互連技術中的應用主要有：沉積CoWP等擴散阻擋層和沉積銅種籽層。最近幾年關于化學鍍銅用于集成電路銅互連線以及溝槽填充的研究亦成為一大熱點，有研究報道通過化學鍍同樣可以得到性能優(yōu)良的銅鍍層[5，6].但是化學鍍銅通常采用甲醛做為還原劑，存在環(huán)境污染的問題。
4.銅互連工藝發(fā)展趨勢
使用原子層沉積（ALD ，Atomic Layer Deposition）技術沉積阻擋層和銅的無種籽層電鍍是目前銅互連技術的研究熱點[7].在當前的銅互連工藝中，擴散阻擋層和銅種籽層都是通過PVD工藝制作。但是當芯片的特征尺寸變?yōu)?5nm或者更小時，擴散阻擋層和銅種籽層的等比例縮小將面臨嚴重困難。首先，種子層必須足夠薄，這樣才可以避免在高縱寬比結(jié)構(gòu)上沉積銅時出現(xiàn)頂部外懸結(jié)構(gòu)，防止產(chǎn)生空洞；但是它又不能太薄。其次，擴散層如果減薄到一定厚度，將失去對銅擴散的有效阻擋能力。還有，相對于銅導線，阻擋層橫截面積占整個導線橫截面積的比例變得越來越大。但實際上只有銅才是真正的導體。例如，在65nm工藝時，銅導線的寬度和高度分別為90nm和150nm，兩側(cè)則分別為10nm.這意味著橫截面為13，500 nm2的導線中實際上只有8，400 nm2用于導電，效率僅為62.2%[7].目前最有可能解決以上問題的方法是ALD和無種籽電鍍。使用ALD技術能夠在高深寬比結(jié)構(gòu)薄膜沉積時具有100%臺階覆蓋率，對沉積薄膜成份和厚度具有出色的控制能力，能獲得純度很高質(zhì)量很好的薄膜。而且，有研究表明：與PVD阻擋層相比，ALD阻擋層可以降低導線電阻[7].因此ALD技術很有望會取代PVD技術用于沉積阻擋層。不過ALD目前的缺點是硬件成本高，沉積速度慢，生產(chǎn)效率低。
此外，過渡金屬-釕可以實現(xiàn)銅的無種籽電鍍，在釕上電鍍銅和普通的銅電鍍工藝兼容。釕的電阻率（~7 μΩ-cm），熔點（~2300℃），即使900℃下也不與銅發(fā)生互熔。釕是貴金屬，不容易被氧化，但即使被氧化了，生成的氧化釕也是導體。由于釕對銅有一定的阻擋作用，在一定程度上起到阻擋層的作用，因此釕不僅有可能取代擴散阻擋層常用的Ta/TaN兩步工藝，而且還可能同時取代電鍍種籽層，至少也可以達到減薄阻擋層厚度的目的。況且，使用ALD技術沉積的釕薄膜具有更高的質(zhì)量和更低的電阻率。但無種籽層電鍍同時也為銅電鍍工藝帶來新的挑戰(zhàn)，釕和銅在結(jié)構(gòu)上的差異，使得釕上電鍍銅與銅電鍍并不等同，在界面生長，沉積模式上還有許多待研究的問題。
5.結(jié)語
銅互連是目前超大規(guī)模集成電路中的主流互連技術，而電鍍銅是銅互連中的關鍵工藝之一。有機添加劑是銅電鍍工藝中的關鍵因素，各種有機添加劑相互協(xié)同作用但又彼此競爭，恰當?shù)奶砑觿舛饶鼙ＷC良好的電鍍性能。在45nm或更小特征尺寸技術代下，為得到低電阻率、無孔洞和缺陷的致密銅鍍層，ALD和無種籽電鍍被認為是目前最有可能的解決辦法。此外，研究開發(fā)性能更高的有機添加劑也是途徑之一，而使用新的電鍍方式（比如脈沖電鍍）也可能提高銅鍍層的質(zhì)量。
