最後更新:2026年10月8日半導體材料內連線・金屬化

銅(Cu)是什麼

Copper

銅(Cu)是原子序29、導電性僅次於銀的金屬,在半導體中是用於晶片內導線、焊線、凸塊、基板線路以及晶片間接合的核心材料。比鋁電阻低、更耐電遷移,但不易蝕刻且容易擴散,因此以鑲嵌法(damascene)搭配阻障金屬製作導線。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

銅(Copper)是原子序29、元素符號Cu的金屬,特點是導電性僅次於銀(室溫電阻率約1.7μΩ・cm)。價格低廉且容易加工,廣泛用於電線與電子設備。在半導體中,晶片內的導線、封裝的焊線與凸塊、基板線路、晶片間的接合等,幾乎所有傳輸電流的場合都以銅為核心材料。

晶片導線開始正式使用銅,大約是在1997年,在此之前以鋁為主流。銅的電阻比鋁(電阻率約2.7μΩ・cm)低,也更能抵抗電流使原子移動的電遷移現象,因此能改善導線延遲與可靠度。另一方面,銅很難以電漿蝕刻,且會擴散到矽或絕緣膜中污染元件,因此開發出一種新的製作方式——鑲嵌法:先在絕緣膜上挖出溝槽,形成防止擴散的阻障金屬與晶種層,再以電解電鍍填入銅,最後以CMP研磨去除多餘部分。為避免銅污染帶入前段製程,工廠會將設備與傳送盒分開管理。

在晶片外部,銅同樣不可或缺。在封裝中,銅用於取代金的低成本銅焊線、覆晶的銅柱、IC載板與印刷電路板的線路及其材料銅箔。在先進封裝中,將晶片之間的銅電極直接接合的混合鍵合已經實用化。另一方面,當線寬縮小到十數nm以下時,由於晶界與表面的電子散射,加上阻障金屬的厚度,銅導線的電阻會大幅上升,因此在最細的導線中,正在評估改用釕或鉬。

銅(Cu)的常見問題

為什麼半導體導線從鋁改用銅?
因為銅的電阻比鋁低,也更能抵抗電流使原子移動的電遷移,能改善微縮化後成為問題的導線延遲與可靠度。銅導線約在1997年實用化,難以蝕刻的問題則以填入溝槽的鑲嵌法解決。
為什麼銅在半導體工廠中被視為需要警戒的污染?
因為銅在矽中擴散得非常快,即使極微量也會造成漏電流增加或載子壽命降低。因此除了以阻障金屬包覆導線周圍之外,工廠也會將處理銅的設備與傳送盒,與製作電晶體的前段製程分開管理。

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