銅導線(Copper Interconnect)是在半導體元件的多層內連線中使用銅(Cu)的技術。銅的電阻率比鋁(Al)約低40%(Cu:1.7μΩ・cm,Al:2.7μΩ・cm),抗電遷移(電流造成的原子移動)能力也較高,因此作為高速、高可靠度的導線材料,於1997年在 IBM 180nm 節點首度導入量產。
銅導線的製造使用「鑲嵌製程(Damascene Process)」。單鑲嵌是在絕緣膜上挖出溝槽(trench)並以銅填充的方式;雙鑲嵌則是同時挖出通孔與溝槽,以一次銅填充連接上下層導線的方式。銅若直接接觸絕緣膜會擴散與腐蝕,因此先以濺鍍形成 TaN/Ta(阻障金屬),再濺鍍銅晶種層,最後以電鍍填充銅。
銅填充後以 CMP(化學機械研磨)研磨去除多餘的銅與阻障金屬,使表面平坦化。為防止銅擴散,以 PECVD 在絕緣膜上沉積 SiCN、SiN 等銅擴散阻障膜(覆蓋層)。這套 CMP→覆蓋層沉積的流程會在每一層導線重複進行。
在先進節點(5nm 以下)中,導線微縮持續推進,銅導線線寬降至10nm 以下後,阻障金屬的體積比例增加,使有效電阻上升。為因應此問題,採用釕(Ru)、鉬(Mo)等低電阻金屬作為無阻障層導線的研究與開發正在進行中。
相關設備方面,主要供應商為:阻障金屬與晶種層形成有應用材料(Endura PVD),電鍍銅有科林研發(Sabre 系列)與應用材料(Raider 系列),銅 CMP 研磨有應用材料(Reflexion)與荏原製作所。與低介電常數(Low-k)絕緣膜的組合(Cu/Low-k 導線)是先進邏輯的標準架構。