行乾式蝕刻，直到 90 年代的中期化學機械研磨 (CMP，Chemical Mechanical Polishing)技術發展成熟才解決這個問題。1997 年 IBM 首先發表銅的雙鑲嵌製程技 術 (Dual Damascene Process)[1]，並且在隔年發表完整銅製程的 CPU[2]，宣告了半 導體工業進入了銅製程的時代，銅製程開始大量被使用在各式的元件。
所謂的雙鑲嵌製程技術跟之前的鋁製程在過程上有很大的不同，傳統的製程 是先將金屬導線成長完，再利用乾式蝕刻將金屬蝕刻成想要的形貌，接著將介電 層(dielectric layer)填充進去。而雙鑲嵌製程是先在介電層上面將溝渠(trench)以及導 孔(via)蝕刻出來，然後利用 PVD 方法長上一層阻障層(barrier layer)防止銅原子在 接下來的過程中擴散進入矽基材之中，最後再用 CVD 或是 ALD 等方法將一層很 薄的銅佈值其去，作為後續電鍍銅時候所需要的晶種層。最後步驟是用化學機械 研磨將整個表面多餘的銅磨平。
圖 1：雙鑲嵌製程的示意圖。
2-2 電化學電鍍法
電化學電鍍銅的優點在於成本低廉，可以大量製造，產量高而且速度快，不 需要高真空、高溫等各式嚴苛的操作環境。除此之外，另用液體作為媒介的先天 優勢，可以克服各式表面形貌以及擁有較高的階梯覆蓋率，非常適合作為未來新 世代小尺寸元件的製造開發，因此成為目前的主流。
在利用銅電鍍填滿凹槽的過程之中，銅並沒有辦法完美的填滿每一個孔洞，
必須藉由外力的幫助才有辦法減少缺陷的產生。1966 年由 H. G. Creutz 等人發表的 專利 [3] 可以知道如果要利用由下而上 (bottom-up)的概念來達成銅電鍍的填 孔，必須加入各式的添加劑，利用改變銅離子或其他添加劑之擴散速度或者是官 能基錯合反應來改變活度 (Activity)等不同的機制來減少缺陷的產生。這些添加劑 主要有 PEG (Polyethylene Glycols)、氯離子、SPS (bis (3-sulfopropyl) disulfide) [4-6]、以及 Janus Green B [7]等。銅製程中的添加劑依照用途的不同可以分成加速 劑、抑制劑和平整劑三種，加速劑可以提高電鍍反應的交換電流密度使反應速率 變快，加速銅的沉積；抑制劑正好相反，它會降低銅的還原沉積速率，最後平整 劑也是利用抑制反應速率的原理來達到表面光滑平整的效果。在本實驗中主要是
想要單純利用抑制劑的效果來達成完美填孔的效果，因此以下就抑制劑的機
抑制劑的機制眾說紛紜，目前最常被廣泛使用的抑制劑是 PEG (Polyethylene Glycols)，大多數添加劑的機制都跟 PEG 類似，以吸附在待鍍物表面以及和銅離子 形成錯合物來減緩整個反應的發生。1984 年 Yokoi 等人提出了 PEG 在硫酸銅溶液
Moffat 等人自 2000 年起加入了 MPS ( 3-Mercapto-1-Propanesulfonate)作為加速劑和 PEG 行複合添加劑電鍍[11-14]，他們認為少量 PEG 在銅的還原過程之中會被埋入 還原的銅層當中，並且以 MPS 的表面覆蓋率作為影響底部以及表面沉積速率的決 定性因素，他們認為 superfilling 並非完全以抑制劑的吸附機制就可以達成，必須 存在其他適當的添加劑作為輔助之用。
根據 IBM 公司在 1998 年提出的可能機制[15]顯示如圖 3，晶圓電鍍銅存在三 種形式的結果。”conformal”的成因是由於在孔洞結構內每一個部分的銅都以相同
的速率還原，一旦銅依照這種方式還原的話最後就會留下”seam”，也就是隙縫。
假如在孔洞中的銅離子因為擴散不及而濃度降低，造成外面的電流密度比較高而 還原的量較多，會使內部留下空孔(void)，就稱為”subconformal”，通常存在於試片 的孔洞深寬比較大的時候。介於兩者之間稱為 superconformal (superfilling)，也就 是完全沒有留下任何缺陷的填孔，在這種情況下金屬化製程達到最理想的狀態，
緊實的銅導線擁有最佳的導電度及可靠度，是工業應用上必須達到的基本需求。
圖 3：IBM 提出的銅電鍍模型[41]。
除了添加劑的作用之外，在整個電化學還原銅的製程還有一個重要的因素乃 是電鍍液的酸鹼值。2001 有文獻認為[16]如果電鍍液的硫酸濃度提高會產生電化學 遷移效應 (migration effect)，使硫酸的質子被吸引到陰極銅表面，與銅離子一起吸 收電子而降低了銅離子的還原速率。在此效應作用之下，有機添加劑的抑制效果 也就相對減弱，造成整體的填孔能力下降。這也是商用的銅製程溶液的 pH 值都普 遍不會太低的一個原因。
2-3 無電鍍法
無電銅電鍍是利用化學反應的方式來提供銅離子還原所需要的電子，跟一般電
圖 4：無電鍍銅的常用配方組成[17]。