直流和脈沖電鍍Cu互連線的性能比較

2．3 AFM測(cè)量結(jié)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(guān)系?？梢?jiàn)脈沖所得鍍層表面粗糙度僅為幾個(gè)納米，而直流所得鍍層表面粗糙度在10 nm以上，最大時(shí)甚至達(dá)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(gè)易于進(jìn)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(cè)量結(jié)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(jī)添加劑將極大地影響Cu晶粒的生長(zhǎng)過(guò)程，為了單獨(dú)考察電沉積條件對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響，SEM測(cè)量的是在沒(méi)有三種添加劑情況下得到的鍍層?？梢?jiàn)在相同的電流密度下，脈沖所得鍍層的表面晶粒密度遠(yuǎn)大于直流。之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的差別，原因在于脈沖關(guān)斷時(shí)間雖然對(duì)電鍍效率沒(méi)有貢獻(xiàn)，但它并不是一個(gè)“死時(shí)間”。在關(guān)斷周期內(nèi)可能發(fā)生一些對(duì)電結(jié)晶過(guò)程很有影響的現(xiàn)象，如重結(jié)晶、吸脫附等。在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)，晶粒會(huì)長(zhǎng)大，這是由于晶粒在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)發(fā)生了重結(jié)晶現(xiàn)象。從熱力學(xué)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?yàn)榇蟪叽缇Я５木Я＿吔巛^少，偏折電子的幾率較小，相應(yīng)的電阻系數(shù)也較小，抗電遷移能力也更強(qiáng)。

3 結(jié)語(yǔ)
本文研究了脈沖電鍍和直流電鍍所得Cu鍍層電阻率、織構(gòu)系數(shù)、晶粒大小和表面粗糙度等特性參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(duì)電沉積過(guò)程有著更強(qiáng)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(shù)中，脈沖電鍍將有良好的研究應(yīng)用前景。