在半導體制程中，為了連接不同的電路元件，傳遞電子信號和為電路元件供電，需要使用導電金屬來形成互連結(jié)構(gòu)。曾今，鋁是半導體行業(yè)中用于這些互聯(lián)結(jié)構(gòu)的主要材料。然而，隨著半導體技術(shù)的進步和線寬尺寸的不斷縮小，導致銅成為了替代選擇。那么鋁為什么會被替代呢？
芯片互連金屬的歷史早期的集成電路使用了金作為互連材料，尤其是在1950年代到1960年代初。金因其優(yōu)越的導電性、化學穩(wěn)定性和與許多半導體材料的兼容性而受到青睞。但是由于金十分昂貴，對于商業(yè)化的大規(guī)模集成電路來說是一個顯著的問題。在1960年代至1990年代中期，鋁成為半導體制造中最主要的互連導線材料。1997年，IBM公布了其先進的銅互連技術(shù)，標志著銅正式開始替代鋁成為高性能集成電路的主要互連材料。
芯片互連金屬性質(zhì)對比點擊加入作者的芯片制造與封裝知識社區(qū)金 (Au)導電性: 金是優(yōu)良的導電材料，其導電率僅次于銀?；瘜W穩(wěn)定性: 金對大多數(shù)化學物質(zhì)都非常穩(wěn)定，不容易氧化或受到腐蝕。黏附性: 金具有良好的黏附性，能夠與許多其他材料形成良好的界面。問題: 其成本相對較高。鋁 (Al)導電性: 雖然鋁的導電性較低，但仍然比許多其他金屬都要好?；瘜W穩(wěn)定性: 在集成電路的生產(chǎn)環(huán)境中，鋁相對穩(wěn)定。易加工: 鋁容易進行干刻蝕和濕刻蝕，這使其成為早期IC制造的理想選擇。銅 (Cu)
導電性: 銅是集成電路中使用的最佳導電材料之一，僅次于銀和金?；瘜W穩(wěn)定性: 銅容易氧化，但在制造過程中，可以通過某些方法來控制。成本: 相對于金和其他貴金屬，銅的成本更低。為什么銅取代了鋁？鋁導線在長時間的電流作用下，可能會出現(xiàn)電遷移現(xiàn)象，即鋁原子在導線內(nèi)部遷移，導致導線斷裂或形成空洞，這會導致集成電路的失效。隨著互連間距的縮小，鋁導線的電阻增加和導線之間的電容增加，從而增加了RC延遲，這對于高速的集成電路是不利的。
而銅具有比鋁更低的電阻率，可以更有效地傳遞電流，并可在更細的金屬線中承載更大的電流。而銅的電遷移抗性遠高于鋁，這使得銅互聯(lián)在高電流條件下更為可靠。銅互連用哪種工藝方法？
由于銅不容易被刻蝕，因此一般不采用刻蝕的方法進行芯片互聯(lián)。較為普遍的是雙大馬士革工藝。雙大馬士革工藝是一種在種子層上，通過電化學沉積方法沉積銅的方法。電化學沉積即電鍍，是一種速率較快的一種金屬化方法，沉積速率遠遠大于化學氣相沉積，物理氣相沉積，在集成電路，晶圓級封裝中應用廣泛。
原創(chuàng) 芯片智造 Tom聊芯片智造 2023-08-23 09:21 發(fā)表于廣東
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