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铜互连系统是继铝互连系统之后广泛应用于超大规模集成电路的金属互连系统。表84所示是几种常用互连金属材料特性,从中可知铜的电阻率很低,只有铝的62%;而铜的抗电迁移性高,实际上比铝能高出两个数量级。 PM8355-NGT但是,早期的集成电路并不使用铜制作互连布线,这主要是由于两方面原因,其一是铜中毒(污染)问题,铜在硅和二氧化硅中都是快扩散杂质,在较低温度(如120℃)与硅接触时,就能扩散进入硅,且铜在硅中是深能级杂质,对硅中的载流子具有较强的陷阱效应,从而改变硅衬底的电学特性,这种现象称为铜中毒;其二是铜膜的图形刻蚀难,至今尚未找到适合的刻蚀剂与刻蚀方法。
随着材料与工艺技术的发展进步,各种铜的扩散阻挡层被研究应用,如氮化钛、氮化钽、金属钽等,解决了铜中毒问题;而镶嵌工艺和化学机械抛光(CMP)技术的结合解决了铜图形刻蚀难问题。20世纪末IBM公司、TI公司已将研制出的铜互连系统技术应用于存储器电路之中。当前,铜已逐渐取代铝成为超大规模集成电路的互连布线。
