銅作為集成電路中金屬互連的材料有如下的特點(diǎn):

   (1)銅在硅和S⒑2中都有很高的擴(kuò)散率,一旦銅EL5451IS擴(kuò)散進(jìn)入器件的有源區(qū),將會(huì)損壞器件,因此,必須使用阻擋層金屬;

   (2)應(yīng)用常規(guī)的等離子體刻蝕工藝,銅不容易形成圖形,干法刻蝕銅時(shí),在它的化學(xué)反應(yīng)期間不產(chǎn)生揮發(fā)性的副產(chǎn)物,而這一點(diǎn)對于經(jīng)濟(jì)的干法刻蝕是必不可少的;

   (3)低溫下((200℃)空氣中,銅會(huì)很快被氧化,而且不會(huì)形成保護(hù)層阻止銅進(jìn)一步氧化,銅需要由一層薄膜阻擋層完全封閉起來。

   金屬Cu很穩(wěn)定,很難找到一種廉價(jià)的化學(xué)反應(yīng),以便通過形成揮發(fā)性物質(zhì)對它進(jìn)行刻蝕。然而Cu很容易被CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)去除。一種被稱為雙鑲嵌的工藝配以Cu的金屬化及CMP工藝成為普遍采用的Cu互連線的布線工藝。該工藝先進(jìn)行介質(zhì)層的刻蝕,決定互連線的寬度和間距,然后沉積Cu,最后進(jìn)行Cu的CMP。

   銅的多層金屬化不需要刻蝕銅,此外鎢填充被用做第一層金屬與源、漏和柵的接觸。應(yīng)用鎢克服了銅沾污硅襯底的問題。鎢甚至可以刻蝕成金屬線用于局部互連。而用于多層的所有其他金屬連線和通孔都是銅。對銅互連來說,阻擋層金屬是關(guān)鍵的。傳統(tǒng)的阻擋層金屬對銅來說阻擋作用不夠好,需要用一層薄膜阻擋層完全封裝起來,這層封裝薄膜的作用是加固附著并有效地阻止擴(kuò)散。對銅來說,這個(gè)特殊的阻擋層金屬要求:阻止銅擴(kuò)散,低薄膜電阻,對介質(zhì)材料和銅都有很好的附著,與化學(xué)機(jī)械平坦化過程兼容,具有很好的臺(tái)階覆蓋,填充高深寬比間隙的金屬層是連續(xù)、等角的,允許銅有最小厚度,占據(jù)最大的橫截面積。目前用做銅的阻擋層是金屬鉭(%)。

   如前所述,銅的快速擴(kuò)散可采用阻擋層進(jìn)行屏蔽,而銅的刻蝕技術(shù)則采用所謂的雙大馬士革法解決。其方法是通過在層間介質(zhì)中刻蝕孔和槽,然后沉積銅進(jìn)入刻蝕好的圖形,再應(yīng)用化學(xué)機(jī)械平坦化去除額外的銅。雙大馬士革法有許多可能的過程步驟。解釋了使用基本技術(shù)的工藝流程。