直流和脈沖電鍍Cu互連線的性能比較

2．3 AFM測量結果
圖3為脈沖電鍍與直流電鍍電沉積Cu鍍層表面粗糙度RMS(root mean square)與電流密度的關系?？梢娒}沖所得鍍層表面粗糙度僅為幾個納米，而直流所得鍍層表面粗糙度在10 nm以上，最大時甚至達到了40 nm，這樣大的粗糙度將為后續(xù)CMP工藝造成極大的困難。而平整的表面可以為CMP工藝提供一個易于進行處理的基底表面，采用脈沖電鍍Cu鍍層的表面粗糙度RMS比直流電鍍的低。

2．4 SEM測量結果
圖4為脈沖電鍍與直流電鍍電沉積Cu鍍層的SEM照片。由于有機添加劑將極大地影響Cu晶粒的生長過程，為了單獨考察電沉積條件對晶粒生長的影響，SEM測量的是在沒有三種添加劑情況下得到的鍍層?？梢娫谙嗤碾娏髅芏认拢}沖所得鍍層的表面晶粒密度遠大于直流。之所以會出現(xiàn)這樣的差別，原因在于脈沖關斷時間雖然對電鍍效率沒有貢獻，但它并不是一個“死時間”。在關斷周期內可能發(fā)生一些對電結晶過程很有影響的現(xiàn)象，如重結晶、吸脫附等。在關斷時間內，晶粒會長大，這是由于晶粒在關斷時間內發(fā)生了重結晶現(xiàn)象。從熱力學規(guī)律可知，晶粒越大越穩(wěn)定。集成電路芯片互連中通常需要較大尺寸的晶粒，因為大尺寸晶粒的晶粒邊界較少，偏折電子的幾率較小，相應的電阻系數(shù)也較小，抗電遷移能力也更強。

3 結語
本文研究了脈沖電鍍和直流電鍍所得Cu鍍層電阻率、織構系數(shù)、晶粒大小和表面粗糙度等特性參數(shù)。實驗結果表明，在相同電流密度條件下，脈沖電鍍所得Cu鍍層電阻率較低、表面粗糙度較小、表面晶粒尺寸和晶粒密度較大，而直流電鍍所得鍍層(111)晶面的擇優(yōu)程度優(yōu)于脈沖。
脈沖電鍍對電沉積過程有著更強的控制能力，能降低濃差極化，改善鍍層物理性能，獲得致密的低電阻率金屬電沉積層，所得鍍層在很多性能方面優(yōu)于直流電鍍。在超大規(guī)模集成電路Cu互連技術中，脈沖電鍍將有良好的研究應用前景。