第一章、緒論
由於積體電路(Integrated Circuit, IC)製程技術的進步，IC 半導體 元件積集度(Integration)也隨之快速成長，從 1960 年代第一個 IC 發明至 今，製程技術已進展到 VLSI、ULSI（Ultra Large Scale Integration,極 大型積體電路）。英特爾公司於 2002 年發表新一代 90nm 技術的 IC 晶片，
在約只有一片指甲大小的晶片上容納了將近 3 億 3000 萬個電晶體。
IC 製程技術發展主要有兩大趨勢，其一是透過持續縮減個別元件的尺 度增加電晶體的速度來提高元件積集度；另一面持續發展複雜的內連線 (Interconnect)系統，在 ULSI 技術製程中更開發出多重內連線(Multi- Level Interconnects)之結構，並透過多層化的技術進一步提高 IC 元件的 積集度。
早期 IC 工業(約 1970 年代中~1990 年)中金屬內連線的延遲(delay)，
相對而言，遠小於 IC 內部元件(device)的 switching times，因此 IC 的效 能(performance)主要由內部元件的速度所決定，隨著元件尺度縮小，只要 把金屬導線做得更細就可以滿足產業需求。但是當製程技術進展至 0.25 微 米技術節點（technology node）時，內部金屬導線的電阻-電容延遲 (Resistance Capacitance delay, RC delay)，超越了個別元件速度的影 響，成為影響 IC 效能的主導因素之後，就必須改用 RC delay 更小的導線 材料，所以發展出銅製程技術。圖 1.1[1]說明了各個技術節點及兩種導線
2
材料系統分別對應的 delay 情形與趨勢。
圖 1.1： RC delay 與 IC 製程技術 Generation 關係圖[1]。
為降低金屬導線之 RC delay，於是選擇導電率更高之銅金屬取代鋁、
鋁銅合金成為新一代之導線材質，銅相較於鋁而言，不僅電阻較低，而且 電致遷移耐力(Electro-migration Endurance)為鋁的二十倍，經過多方考 慮後，銅被選為新一代導線材料。表 1.1 就各種可能被選為導線材質之金 屬材料的物理性質做一列表比較[2]。
但銅製程技術在當時仍有一些待解決的問題，例如無法適用乾式蝕刻技 術等，直到 1990 年代中期化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)技術發展成功後才獲克服。1997 年 IBM 公司率先發表銅的雙鑲崁製程 技術(Dual Damascene Process)[3]，並於隔年推出第一個完整以銅製程製
3 Deposition)和 CVD(Chemical Vapor Deposition)兩種方法。PVD 製程可精 確控制導線的組成成份，但其階梯覆蓋率不佳，應用於高深寬比微結構時 鍍層品質不佳。CVD 製程的階梯覆蓋率雖然較好，但其製程溫度較高，需要 較高的系統真空度，且反應前驅物的毒性也高。反觀之，以電化學沉積法 (Electrochemical Deposition, ECD)鍍銅的製程，相較於 PVD、CVD 法鍍 銅，具有成本低廉、產率高且品質較高的優勢。
但電鍍銅製程需預先於矽晶圓表面鍍上一層很薄的晶種層（Sputtered Seed-Layer），因為銅晶種層會與矽互相擴散產生介金屬相，所以在晶種層
4
與矽基材間還需先鍍上一層阻障層。晶種層一般是以 ALD（Atomic Layer Deposition）方法製作[5]，目前此技術尚可以應付技術上的需求，但 ALD 製程所需的反應物和前驅物都昂貴，系統的設置也相對複雜。
本研究是於銅電鍍配方中嘗詴分別添加兩種含有硫醇基（Mercapto Functional Group）的有機添加劑，探討這兩種添加劑對增進銅導線製程 的電鍍填孔力之效果。
5
第二章、理論與文獻回顧