在半導體制造領域，金屬互連材料的處理工藝對芯片性能與精度起著決定性作用。隨著摩爾定律的推進，芯片尺寸不斷縮小，集成度越來越高，鋁互連的局限性逐漸顯現(xiàn)，如較大的 RC 延遲、電子遷移導致的器件可靠性下降等問題日益突出。在這樣的背景下，銅以其優(yōu)異的性能脫穎而出，成為新一代金屬互聯(lián)材料的首選。

銅具備諸多優(yōu)勢，較低的電阻率使其有助于降低 RC 延遲，有效減少信號傳輸延遲，從而提升芯片工作速度;在高頻工作條件下，銅的寄生效應更少，且電遷移抗性更高，能夠顯著延長芯片的使用壽命。但在銅互連技術中，如何去除多余的銅成為關鍵難題。目前，化學機械研磨(CMP)是半導體工藝中去除多余銅的主要方法，而非刻蝕方法，這背后有著多方面的原因。

CMP 和刻蝕工藝介紹

CMP 利用研磨液的機械研磨和化學腐蝕交互作用實現(xiàn)全局平坦化。其原理是，研磨液中的氧化劑(如高鈰等)先將金屬銅氧化為一價銅或二價銅離子，隨后研磨粒子(如氧化硅、氧化鈰復合物等)發(fā)揮機械作用，將氧化后的銅離子去除，如此循環(huán)達成平坦化效果。在實際操作中，需綜合考慮研磨粒子的種類與特性、氧化劑的氧化能力與穩(wěn)定性、絡合劑對金屬離子的絡合作用等因素，以確保銅與介質層的研磨速率達到平衡，避免出現(xiàn)碟型凹陷等問題，實現(xiàn)全局高度平坦化。

刻蝕工藝旨在有選擇性地移除不需要的材料以創(chuàng)建微細圖案，涉及 “選擇比”“刻蝕方向選擇性”“刻蝕速率” 等關鍵概念?？涛g工藝可分為濕刻蝕和干刻蝕。濕刻蝕刻蝕速率快且選擇比高，但準確度較差，光刻膠背面受保護部分也可能被腐蝕，不適用于制作半導體核心層;干刻蝕包括采用化學反應的等向性刻蝕和采用物理反應的非等向性刻蝕，實際中常采用將化學和物理方法結合的反應性離子刻蝕(RIE)，通過將刻蝕氣體變成等離子體 ，利用陽離子的物理刻蝕作用、弱化材料化學鍵以及自由基的高化學活性，實現(xiàn)非等向性很高的刻蝕。

銅難以采用刻蝕方法去除的原因

化學特性方面

在芯片制程里，干法刻蝕能對大多數(shù)材料形成易從表面蒸發(fā)的反應產(chǎn)物，這些產(chǎn)物迅速擴散，不會再次沉積在晶圓表面。但銅與常見刻蝕氣體(如氟基氣體等)反應生成的化合物往往是非揮發(fā)性的，像銅與氣體反應產(chǎn)生的副產(chǎn)物熔點在 1000℃以上，會在晶圓表面形成一層難以去除的 “銹”。若要去除這層 “銹”，需向晶圓施加 1000℃高溫，而這會燒毀其他重要電子元件。

精度控制方面

在納米尺度下，濕法刻蝕銅難以實現(xiàn)高度均勻和精確的控制。一般濕法刻蝕適用于線寬 3um 以上的情況，而在當前芯片制程新線寬幾十納米的情況下，其精度遠遠達不到要求。雖然在特定條件下，如線寬較大時可用濕法刻蝕除去銅，Cu 層較薄時可考慮用離子束刻蝕(IBE)去除，但 IBE 存在速率慢、設備成本高、銅容易再沉積等問題，均無法成為主流的除銅方式。

成本和工藝復雜性方面

CMP 工藝經(jīng)過多年發(fā)展已相對成熟，能夠較好地滿足銅互連技術對多余銅去除及全局平坦化的要求，并且在成本控制和工藝穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢。相比之下，開發(fā)適用于銅的刻蝕工藝面臨諸多技術難題，不僅需要研發(fā)新的刻蝕氣體和工藝參數(shù)，還可能增加工藝的復雜性和成本，且難以保證刻蝕的精度和均勻性。

綜上所述，在半導體工藝中，由于銅自身的化學特性、刻蝕工藝在精度控制上的局限性以及成本和工藝復雜性等多方面因素，使得化學機械研磨工藝成為去除多余銅的更優(yōu)選擇。隨著半導體技術持續(xù)向更小尺寸、更高性能發(fā)展，銅互連技術以及相關的 CMP 等工藝也將不斷改進與完善，為芯片制造的進步提供堅實支撐。