超大规模集成电路中的电沉积铜
半导体或芯片岗位招聘笔试题与参考答案2025年
2025年招聘半导体或芯片岗位笔试题与参考答案(答案在后面)一、单项选择题（本大题有10小题，每小题2分，共20分）1、在半导体工艺中，使用多种类型的光刻胶，其中最常用于大规模集成电路生产的是（）。
A. GRI-45B. GRI-25C. GRI-46D. GRI-422、MOS（金属-氧化物-半导体）制作技术中，晶体管结构所采用的材料中不包括（）。
A. 金属B. 绝缘体C. 导电材料D. 电阻体3.在半导体制造工艺中，以下哪个步骤不属于典型的半导体制造流程？A. 氧化B.光刻C. 薄膜沉积D. 清洗4.下列哪种材料是用于制作半导体器件的理想材料？A. 铜B. 锌C. 石墨D. 硅5、以下哪个半导体工艺技术能够实现更小的晶体管尺寸？A、传统CMOS工艺B、FinFET工艺C、GAAFET工艺D、平面晶体管工艺6、在半导体制造过程中，以下哪个步骤是为了提高硅片的纯度？A、扩散B、蚀刻C、清洗D、热处理7、半导体材料中最常用的材料是什么？（）A. 硅（Si）B. 铜（Cu）C. 金（Au）D. 镁（Mg）8、在芯片制造过程中，光刻技术的主要作用是什么？（）A. 去除不需要的材料B. 增加材料的功能性C. 将电路设计图案转移到硅片上D. 加热固化硅片结构9.在半导体制造工艺中，以下哪个步骤不属于典型的CMOS工艺流程？A. 氧化硅膜沉积B. 光刻C. 切割D. 离子注入 10.在半导体器件中，MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的主要组成部分包括：A. 沟道区B. 源极C. 栅极D. 上述全部二、多项选择题（本大题有10小题，每小题4分，共40分）1、以下哪个物理现象通常用于提高晶体管开关速度？（）A、短沟道效应B、量子隧道效应C、沟道极化D、多晶硅栅极2、在数字电路中，一种常见的数字缓冲器是 _ 。
（）A、反馈触发器B、D触发器C、三态缓冲器D、差分放大器3.以下关于半导体材料的说法正确的是（）：A. SiC的禁带宽度比 Si 更宽B. GaN的发光效率比 Si 更高C. InGaAs 的电子迁移率比 Si 更快D. ZnSe可以用于制造红光 LED4.在半导体器件制造中，对于离子注入工艺，正确的工作原则包括（）：A. 离子注入可以形成三维空间中的杂质分布B. 注入离子可以改变晶格特性，增强材料强度C. 注入离子能量过高，可能导致晶体缺陷D. 离子注入温度应当尽可能高，以提高注入效率5.半导体芯片制造过程中，哪些步骤通常需要使用光刻技术？A. 芯片设计B. 光刻C. 薄膜沉积D. 金属化6.在半导体器件中，MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的主要组成部分包括：A. 沟道区B. 源极C. 次沟道区D. 栅极7、在半导体的制造过程中，以下哪个工艺步骤不用于清洗晶圆？A. 刻蚀B. 化学机械抛光C. 清洁去毛刺D.湿法沉积8、在半导体制造过程中，以下哪种类型的晶圆对齐是用来确保图案精确地转移到光罩上的？A. 接触式对准B. 深亚微米对准C. 缩放对准D. 光学对准9.在半导体行业中，晶体管通常分为两种类型：双极型晶体管（BJTs）和场效应晶体管（FETs）。
电镀工艺总结
电镀工艺总结随着芯片集成度的不断提高，铜互连己经取代铝互连成为超大规模集成电路制造中的主流互连技术。
作为铝互连线的替代技术，铜互连线可以降低互连阻抗，提高集成度、器件密度和时钟频率，降低功耗及成本。
由于对铜的刻蚀异常困难，因此铜互连采用双嵌入式工艺，又称双大马士革工艺(Dual Damascene)，1)首先沉积一层薄的氮化硅作为刻蚀终止层和扩散阻挡层;2)接着在氮化硅上面沉积一定厚度的氧化硅；3）光刻出微通孔(Via)；4)对微通孔进行部分刻蚀；5）光刻出来沟槽；6)继续刻蚀出完整的通孔和沟槽；7)溅射扩散阻挡层(TaN/Ta)和铜种籽层(Seed Layer)。
Ta的作用是增强与铜的粘附性，种籽层的作用是作为电镀时的导电层；8)铜互连线的电镀工艺；9)退火和化学机械抛光(CMP)，对铜镀层进行平坦化处理和清洗。
铜互连双嵌入式工艺示意图如图所示：铜互连双嵌入式工艺示意图电镀是完成铜互连线的最主要的工艺。
集成电路中的铜电镀工艺一般采用硫酸盐体系的电镀液，镀液由硫酸、硫酸铜和水组成，颜色呈淡蓝色。
当电源加在硅片(阴极)和铜(阳极)之间时，溶液中就会产生电流并形成电场。
阳极的铜发生反应转化成为铜离子和电子，同时阴极也发生反应，阴极附近的铜离子与电子结合形成镀在硅片表面的铜，铜离子在外加电场的作用下，由阳极向阴极定向移动并补充阴极附近的铜浓度损耗。
电镀的主要目的是在硅片上沉积一层致密、无缝隙、无孔洞及其它缺陷，分布均匀的铜。
集成电路电镀铜工艺示意图脉冲电镀的工作原理主要是利用电流(或电压)脉冲的张弛增加阴极的活化极化和降低阴极的浓差极化。
当电流导通时，接近阴极的金属离子充分地被沉积; 当电流关断时，阴极周围的放电离子恢复到初始浓度。
这样周期的连续重复脉冲电流主要用于金属离子的还原，从而改善镀层的物理化学性能。
脉冲电镀参数主要有:脉冲电流密度、平均电流密度、关断时间、导通时间、脉冲周期(或脉冲频率)、占空比。
巴斯夫创造用于集成电路的先进电镀铜化学品
的经验。作 为时风 的战略同盟 ，我们一定会竭尽全力 利用公司 的资源优势 ，与时风集团通力合作 ，共 同打 造战略合作 同盟成功 的典范 ，为中国汽车行业 的低碳 之路做 出卓越贡献。” ＰＧ Ｐ 是全球交通涂料 的领导者 ，全球 几乎所有汽 日本精 工 拜发 出爨有 出 绝耐 腐蚀牲 的 车制造 商都使 用Ｐ Ｇ的汽车涂 料产 品或技 术。 近３ Ｐ 年 轴承 来 ，Ｐ Ｇ每年把 销售额 的３ Ｐ ％左右 用于研 发 ，并 把研 日本精工开 发出了对于酸碱等腐蚀环境具 有高耐 发资金 的７ ％用于绿 色产品和环保技术的开发。 ０ 性 的轴承 “ 高耐蚀 高硬度 不锈 钢Ｅ Ｚ Ｓ 轴承 ”。通过 在 内环和 外环 中采用 新开 发 的材料 ，大幅 改善 了其 寿 巴斯 夫铡选 用 于集 琏 电路 的 先进 电镀 命 。该轴承将于２ １ 年４ ０ ０ 月开 始销售 ，销售 额 目标在 铜化学品 ２ １ 年度 为年３ 日元。 ０ １ 亿 内环和外环 中采用的材料是新开发 的 “ 高耐蚀 高 两 家公 司正扩展他们的合作计划 ，以确定 量产所 硬 度 不锈钢 Ｅ Ｚ ，与原 来 的不锈 钢 （ Ｕ ６ ０） Ｓ” Ｓ Ｓ ３ 相 需 的参 数 。相 关 的 技 术 、 化 学 品和 材 料 预 计 可于 比，硬度 高约３ ％。而且 ，转动体 中采用 了具 有出色 ２ １ 年 中期上市供应。 ０ ００ 耐腐蚀性和耐摩 擦性的陶瓷球。 由此 ，在水 中等腐蚀 巴斯夫全球 电子材料业务部研发部 门的资深经理 兼该 项 目负责 人ＤｅｅＭａ ｅ表 示 ： “ ｉ ｒ ｙｒ ｔ 我们 为这一创 环境下 ，与原来相 比 ，寿命延长 了１ 倍左右 。 Ｏ 新产品 的具体用途包括 支撑太阳能面板和液 晶面 新 的化学品感到兴奋 无比。 巴斯夫 与ＩＭ团队选择 了 Ｂ 板 中使用 的高功 能薄膜传 动辊。另外 ，还可用于进行 种 新的方式 ，通 过对于沉积铜物理特性 的了解来设 清洗 、杀菌和灭菌 的食 品机械 和医疗 器械等 的搬运设 计分子添加 剂系统。利用 巴斯夫与 ＩＭ强大 的资源 ， Ｂ 备。 我们 已经克服 了在 电镀铜 方面的主要挑战 ，朝着制造 产 品 种 类备 有内径 为 １ ０～６ 毫米 、外径 最 大为 更小、更快、更可靠芯 片的 目标又迈进 了一步。 ” Ｏ １Ｏ 毫米的２ 种。 内径超过３ 毫米 的中型尺 寸设想用 １ ６ ５ 实现无缺陷 的导线 电沉积是成 功沉积铜工艺最关 于承受较大负重 ，因此在保持器 中采用 了高强度高耐 键的条件。在 电镀铜沉积 工艺中 ，传统的等 向性充填 蚀 的树脂材料聚醚醚酮。 会在形体的上 、下 、外 围产 生同样的铜沉积率 ，形成 接缝及缺陷。通过采用 巴斯 夫的化学品可 以实现快速 超填 】 为 山东 肘 越酋拙 缴卡 提供 环保 电 的充填 ，一般称 为 “ 孔” ，可以将铜快速的充填 ６ 至细小的通孔及沟槽 ，制造 出无缺 陷的铜 导线。通过 泳潦 超 填 充 的方式 ，底 部 的铜 沉积 率会 比顶 部及 外 围更 日前 ，全球领先 的汽车涂 料供 应商 Ｐ Ｇ工业公司 高。 Ｐ 受邀出席 了山东时风集 团在 山东省聊城 市举 办的 “ 提 铜导线 可显著 改善芯片效能 ，这种 高传 导性金 属 精度 、调结构 、抢机遇 、顺机制”实施８ ６ Ｔ程科学 的沉 积是建构多层互连结构 的关键性工 艺。时下最先 ６９ 发展誓 师大会 ，即时风集 团微型卡车批量 下线剪彩 仪 进 的芯片技 术被 称 为３ 纳 米技 术节 点 ，而下 一代 的 ２ 式 。Ｐ ＧＴ业公司为此 次下线 的微 型卡车提供 了环保 ２ 纳 米技 术预 期将于 ２ １ 年推 出。 当芯 片尺 寸越来 Ｐ ２ ０ １ 的水性 阴极 电泳 漆作 为底漆。该水性 电泳漆具有卓越 越小 ，互连 结构 日趋复杂 ，要制造 出高性 能的芯片就 的环境 友好性 ，并能为车身提供长期 的防腐保 护 ，从 更需 要专 门的化学知识。 同时 ，纯熟完 善的化 学工艺
影响电镀铜沉积物理因素
影响电镀铜沉积的物理因素【摘要】本文从电镀电源、温度、添加剂等条件出发，研究了几种影响电镀的因素，并做了具体的说明。
【关键词】电镀铜；影响因素；添加剂随着芯片集成度的不断提高，铜已经逐渐取代铝成为超大规模集成电路互连中的主流互连技术所用材料。
在目前的芯片制造中，芯片的布线和互连几乎全部是采用铜镀层。
镀层与基体的结合强度是衡量镀层与基体表面结合牢固程度的重要指标，也是其各项性能得以实现的重要前提。
关于电镀铜层与基材的结合力方面的研究已有一些报道，但有关沉积参数与沉积物性能之间的关系尚不清楚。
众所周知，镀层的性能主要依靠它们的微观结构，而微观结构受沉积条件如电源、电解液的组成、阴极过电位值、ph 值、电流密度以及基材表面状态等的影响。
1.电源的影响一般铜电镀操作电源有下列三种不同的方式（1）可以固定直流电源来进行化学电镀，（2）亦可以脉冲电源（pulsed plating；简称 pr）进行电镀，（3）或则以可程序化波形（periodic pulsed plating；简称 ppr）的电源供应器，来进行电镀反应。
使用脉冲电源，会使电极表面的反应周期中断，溶液中部分铜离子得以扩散进入较深处的阴极表面沟渠中，而促使阴极表面的电流密度趋于相等，使镀膜变得平滑。
此外，若以可程化的波形来进行电镀，这种的电镀方式，不仅会具有上述脉冲式电源的优点亦会蚀刻电镀表面过量沉积的铜，而让铜膜更加平滑，并可有效的帮助铜金属的填洞能力。
使用脉冲式电源或可程序化的波形电源来进行铜电镀之最大的优点在于可以不用使用化学添加剂来控制铜膜的生成。
仅管脉冲式电源或可程序化的波形电源电镀具有此优点，但两者在电镀过程中，由于电极表面反应的不可逆性，使得电源输出的波形与实际电镀时所产生的波形，两者间的差异并无法得知，因此要深入了解以改变电源供应的波形对电镀铜成膜的影响，实际上有其困难性。
基于上述原因，本实验将以固定的直流电源波形来进行铜电镀反应。
光刻——精选推荐
光刻光刻基本知识光刻工艺的定义判断题1.光刻工艺是一种光复制图像和材料刻蚀相结合的微电子基片表面微细加工技术。
（）2.光刻工艺仅仅是一种材料刻蚀的微电子基片表面微细加工技术。
（）3.超大规模集成电路需要光刻工艺具备高分辨率、高灵敏度、精密的套刻对准、大尺寸、低缺陷这几方面的要求。
（）单选题在集成电路工艺中，光复制图形和材料刻蚀相结合的工艺技术是（）。
（A）刻蚀（B）氧化（C）淀积（D）光刻多选题超大规模集成电路需要光刻工艺具备的要求有（）。
（A）高分辨率（B）高灵敏度（C）精密的套刻对准（D）大尺寸（E）低缺陷光刻工艺流程判断题光刻的主要工艺流程的操作顺序是涂胶、前烘、曝光、坚膜、显影、去胶。
（）光刻工艺流程的操作顺序是涂胶、前烘、曝光、显影、烘烤、坚膜、刻蚀、去胶。
（）单选题光刻的主要工艺流程按照操作顺序是（）。
（A）涂胶、前烘、曝光、坚膜、显影、去胶（B）涂胶、前烘、坚膜、曝光、显影、去胶（C）涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、去胶（D）前烘、涂胶、曝光、坚膜、显影、去胶常用光刻技术判断题光刻工艺所需要的三要素为：光刻胶、掩模版和光刻机。
（）光刻工艺所需要的三要素为：光刻胶、掩模版和光刻机；随着曝光技术的进步，可以不用掩模在晶片上就能够生成特征尺寸在亚微米范围内的图案。
（）光刻胶的种类判断题光刻胶通常可分为正胶和负胶两类。
（）光刻胶通常可分为正胶和负胶两类,不论正胶还是负胶，它们所形成的图形结构是相同的。
（）光刻胶通常可分为正胶和负胶两类,它们所形成的图形结构是互补的。
（）通常，光刻胶对湿法刻蚀有比较好的抗刻蚀能力。
（）单选题用g线和i线进行曝光时通常使用哪种光刻胶（）。
（A）ARC （B）HMDS （C）正胶（D）负胶光刻胶的成分判断题光刻胶主要由树脂、感光剂、溶剂等不同材料混合而成的。
（）光刻胶主要由树脂、感光剂、溶剂等不同材料混合而成的；其中树脂是粘合剂，感光剂是一种光活性极强的化合物，两者同时溶解在溶剂中，以液态的形式保存以便于使用。
集成电路用磷铜阳极及相关问题研究
中图分类 号 ： Ｑ ３ １ Ｔ １ ５．
Ｐ ｏ ｐ ｏ ｉｅ ｐ ｅ ｏ ｅ ｉ ｈ ｓ ｈ ｒｚ ｄ Ｃｏ ｐ ｒ Ａｎ ｄ ｎ ＵＬＳ ｎ ｔ ｄ ｅ ｎ ｒ ｌ ｔ ｄ ｐ ｏ ｌｍ ｓ Ｉ ａ ｄ ｓｕ ｉ ｓｏ ｅ ａ ｅ ｒ ｂ ｅ
电镀 成本 。
电镀铜是完成铜填充的主要工艺 （ １ 图 中③ ） ， 该工艺要求在制备超微结构刻槽 的铜连线过程 中电 镀铜必须具有很高 的凹槽填充能力 ，因此就对 电镀
过程 中的电镀 阳极 ， 电镀液 ， 有机添加剂等的要求很
高， 特别是 电镀用磷铜阳极的要求就更高 。 集成电路用磷铜阳极通常是 由高纯磷铜合金构 成； 铜电镀液通常由硫酸铜、 硫酸和水组成 。在 电镀 溶液中，当电源加在带有铜种子层的硅片 （阴极 ）
规模集成线路 （ 芯片 ） 的铜互连技术等 电子领域都 离不开它，因此电镀铜技术已成为现代微电子制造 中必不可少的关键 电镀技术之一 。大规模集成电路 中广泛采用 电镀铜工艺， 制备铜互联线 。 因此铜的电
域 ，电镀铜技术也因此渗透到了整个 电子材料制造 镀工艺 ，以及电镀 阳极 的选择越来越成为集成电路 领域 ， 印制电路板 （ Ｃ ） 从 Ｐ Ｂ 制造到 Ｉ Ｃ封装 ， 再到大 行业关 注 的焦点 。
磁力搅拌效果好 ， 铜磷熔融搅拌均匀 ， 自动控制 ， 这样制造的铜阳极磷分布均匀 溶解均匀 ，结晶细 致 晶粒细小 ， 阳极利用率高 ， 有利于镀层光滑光亮 ， 减少 了毛刺和粗糙缺陷圆 随着大规模集成电路引入酸『电镀铜技术的发 生 晶圆上的更细线宽、 更小孑 径 、 Ｌ 线路 的密集化 和 多层化对铜镀层的要求就越来越严格 镀层的硬度 、 晶粒的精细 小孑 分散能力以及镀层的延展性等物 Ｌ 理化学特性要求磷铜阳极的质量更加的精细
电镀铜和化学镀铜的性能分析和影响因素
电镀铜的性能分析及影响因素（作者）摘要：关键词：英文摘要：0 绪论●电镀和化学镀概述在国民经济的各个生产和科学发展领域里，如机械、无线电、仪表、交通、航空及船舶工业中，在日用品的生产和医疗器械等设备的制造中，金属镀层都有极为广泛而应用。
世界各国由于钢铁所造成的损失数据是相当惊人的，几乎每年钢铁产量的，三分之一由于腐蚀而报废，当然电镀层不可能完全解决这个问题，但是良好的金属镀层还是能在这方面做出较大贡献的。
电镀和化学镀则是获得金属防护层的有效方法。
化学镀方法所得到的金属镀层，结晶细致紧密，结合力良好，它不但具有良好的防腐性能，而且满足工业某些特殊用途。
●化学镀与电镀的优缺点化学镀与电镀比较具有以下优点：（1）镀层厚度比较均匀，化学镀液的分散力接近百分之百，无明显的边缘效应，几乎是基材形状的复制因此特适合形状复杂工件、腔体件、深孔件、盲孔件、管件内壁等表面施镀。
电镀法因受力线分布不均匀的限制是很难做到的。
（2）通过敏化、活化等前处理化学镀可以在非金属（非导体）如塑料、玻璃、陶瓷及半导体材料表面上进行，而电镀发只能在导体表面上进行。
因此，化学镀工艺是非金属表面金属化的常用方法。
也是非导体材料电镀前作导电底层的方法。
（3）工艺设备简单，不需要电源、输电系统及辅助电极，操作时只需要把工件正确的悬挂在镀液中即可。
（4）化学镀是靠基体材料的自催化活性才能起镀，其结合力一般优于电镀。
镀层有光亮或半光亮的外观。
晶粒细、致密、孔隙率低。
某些化学镀层还具有特殊的物理性能。
电镀也具有其不能为化学镀代替的优点：（1）可以沉积的金属及合金品种远多于化学镀。
（2）价格比化学镀低得多。
（3）工艺成熟，镀液简单、易于控制。
化学镀铜的应用领域及进展铜具有良好的导电、导热性能，质软而韧，有良好的压延性和抛光性能。
为了提高表面镀层和基体金属的结合力，铜镀层常用作防护、装饰性镀层的底层，对局部渗碳工件，常用镀铜来保护不需要渗碳的部位。
1）印刷线路板通孔金属化处理目前化学镀铜在工业上最重要的应用是印刷线路板(PrintedCircuit Board，简称PCB)的通孔金属化过程，使各层印刷导线的绝缘孔壁内沉积上一层铜，从而使两面的电路导通，成为一个整体。
电化学沉积设备在集成电路制造中的应用及发展现状
维 叠 层封 装 （ ３ Ｄ） 等 先 进封 装 方 向发展 ， 而 凸 点
（ Ｂ ｕ ｍｐ ） 、 重 分布 层 （ Ｒ Ｄ Ｌ ） 、 硅通孔 （ Ｔ Ｓ Ｖ） 等 均 为 先进 封 装 的关 键 工 艺 技 术 ［ ２ ］ 。
（ １ ） 随着 半导 体技 术 的 发展 ， 集 成 电 路 线 条
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ；Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ；Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ
集 成 电路 向“ 高集成度 、 高可靠性 、 高速率 、 低
更 加微 细 化 ， 微 结 构尺 寸 小 ， 仅有 ０ ． １ ～１ Ｉ ｘ ｍ， 而 铜 的 电阻 率 比铝 小 ， 抗 电迁 移 能 力 比铝 好 、 扩 散 迅速 ， １ ３ ０ ｎ ｉ ｎ及 以下 集成 电路 工艺均应 采用铜 互联工 艺［ １ ］ 。 （ ２ ） 集 成 电路 封 装 向 圆 片 级 封 装 （ ＷＬ Ｐ ） 和 三
的 关键 设 备 。
（ ２ ）随着封装结构尺寸 的缩小和对尺寸一 致 性 要求 的提 高 ， 印刷 等 工 艺 无 法 满 足 使 用 要 求 ， 而 蒸镀 、 溅 射 等 由于 工 艺 时 间 太 长 、 材 料 利 用 率 低 等
问题 也 不 适 用 于 此 类 应 用 ，这 些 工 艺 均 主 要 通 过
（ ３ Ｄ ） 所 必 需 的工 艺 设 备 ， 主 要 用 于 集 成 电路 芯 片
制 作 中 的 大 马 士 革 铜 互 连 工 艺 和 晶 圆封 装 工 艺 中
电化学与生活
使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极上引起氧化复原反响的过程叫做电解。
把电能转变为化学能的装置叫做电解池或电解槽。
电解池的阴极就是与电源负极相连的电极；阳极就是与电源正极相连的电极。
电解池反响与原电池反响的原理正好相反，一个是由化学能转变为电能，另一个是将电能转变为化学能。
具体的应用有电解饱和食盐水来制取氯气、氢气以及氢氧化钠，电镀应用，金属防护以及冶炼金属等用途。
其中电解饱和食盐水又被称为氯碱工业，在工业生产上有着很广泛的用途，可以用来那么是通过在要防护的外表嵌入活性较强的金属块来参与氧化复原反响来代替保护金属进行腐蚀。
而电解池反响在冶炼金属上的应用那么是表达在电解熔融活泼金属氧化物，如三氧化二铝等氧化物。
3.电化学腐蚀金属外表由于外界介质的化学或电化学作用而造成的变质及损坏的现象或过程称为腐蚀。
介质中被复原物质的粒子在与金属外表碰撞时取得金属原子的价电子而被复原，与失去价电子的被氧化的金属“就地〞形成腐蚀产物覆盖在金属外表上，这样一种腐蚀过程称为化学腐蚀。
由于金属是电子的良导体，如果介质是离子导体的话，金属被氧化与介质中被复原的物质获得电子这两个过程可以同时在金属外表的不同部位进行。
金属被氧化成为正价离子〔包括配合离子〕进入介质或成为难溶化合物〔一般是金属的氧化物或含水氧化物或金属盐〕留在金属外表。
这个过程是一个电极反响过程，叫做阳极反响过程。
被氧化的金属所失去的电子通过作为电子良导体的金属材料本身流向金属外表的另一部位，在那里由介质中被复原的物质所接受，使它的价态降低，这是阴极反响过程。
在金属腐蚀学中，习惯地把介质中接受金属材料中的电子而被复原的物质叫做去极化剂。
经这种途径进行的腐蚀过程，称为电化学腐蚀。
在腐蚀作用中最为严重的是电化学腐蚀，它只有在介质中是离子导体时才能发生。
即便是纯水，也具有离子导体的性质。
在水溶液中的腐蚀，最常见的去极化剂是溶于水中的氧(O2)。
二、电化学在生活中的应用首先，说一下电化学在我们日常生活中的作用。
超大规模集成电路(ULSI)制造技术与工艺
超大规模集成电路（ULSI）制造技术与工艺超大规模集成电路（ULSI）是指在一块芯片上集成了上亿个电子器件的集成电路。
随着计算机技术的快速发展，ULSI制造技术和工艺在现代电子产业中起着至关重要的作用。
本文将介绍ULSI的制造技术与工艺，包括其概述、制程流程、制造工艺的发展趋势等。
一、ULSI制造技术与工艺概述超大规模集成电路（ULSI）制造技术是现代电子工程领域中的一项核心技术。
随着集成电路技术的不断进步，传统的制造工艺已经无法满足高性能芯片的需求。
ULSI制造技术大大提高了芯片集成度，使得芯片能够集成更多的晶体管和电子器件。
它使得计算机、通信、嵌入式系统等领域的产品更加强大、高效。
二、ULSI制程流程为了了解ULSI的制造过程，我们将简要介绍ULSI的制程流程。
ULSI芯片的制造过程通常可以分为以下几个关键步骤：1.晶圆加工：晶圆是ULSI芯片制造的基础，晶圆的材料通常为硅。
晶圆加工包括晶圆清洁、蚀刻、镀膜等工艺。
2.曝光与光刻：曝光和光刻技术是ULSI制造中的关键步骤，用于通过光的照射和图案形成来定义芯片上的回路和结构。
3.薄膜沉积：薄膜沉积是一种将材料以薄膜的形式附着在晶圆表面的工艺。
常用的薄膜沉积技术有化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等。
4.雕刻与刻蚀：雕刻和刻蚀技术用于去除非晶体硅或金属上多余的材料。
5.离子注入：离子注入技术用于向晶圆表面注入所需的掺杂材料，以改变晶体的导电特性。
6.金属化与封装：金属化工艺是为了将不同的晶体管等器件连接起来，形成电路。
封装工艺则是为了保护芯片并方便连接到其他电子设备。
7.测试与封装：测试是对制造完成的芯片进行功能测试，以确保其质量和性能。
封装则是将芯片封装在塑料或陶瓷外壳中，以保护芯片免受环境的影响。
三、ULSI制造工艺的发展趋势随着科技的不断进步和市场对电子产品性能的要求不断提高，ULSI 制造工艺也不断发展。
以下是ULSI制造工艺的一些发展趋势：1.纳米级工艺：随着技术的进步，芯片上的电子器件尺寸不断缩小，纳米级工艺已经成为ULSI制造的重要趋势。
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文章编号1001-3849(2004)01-0012-05D超大规模集成电路中的电沉积铜辜敏杨防祖黄令姚士冰周绍民(厦门大学化学系物理化学研究所福建厦门361005)摘要利用铜代替铝作为超大规模集成电路的互连接线代表了半导体工业的重要转变铜电沉积是互连大马士革(Damascene)工艺中最为重要的技术之一综述了铜在芯片微刻槽中电沉积填充的过程机理并着重讨论了实现无裂缝和无空洞理想填充的主要因素镀液的组成和添加剂的影响关键词铜电沉积微刻槽填充超大规模集成电路中图分类号153.14文献标识码Acopper electrodeposition in ULSIGU Min YANG Fang-Zu HUANG Ling YAO Shi-bing ZHOU Shao-min (Department of chemistry Institute of physical chemistry Xiamen University Xiamen 361005 china)Abstract Shift from Al to cu interconnects in Ultra-Large Scale Integrate(ULSI)is important for semiconductor industry.cu electrodeposition is one of the most important technologies in the Damascene fabrication of interconnects.he procedure and mechanism of copper filling in the trench of the chip are reviewed the effect of electrolyte components and additives on superfilling are discussed.Keywords copper electrodeposition trench filling ULSI1引言几十年来集成电路(Ic)技术迅猛发展集成度以每3年4倍的速度增长[1~3]目前已达到超大规模的集成(ULSI)阶段其基本特征是集成电路特征宽不断缩小由微米级降到了亚微米级[1~4]由于电路的门延迟越来越小互连延迟却在逐渐增大从而使得各元件之间优化的互连技术成为集成电路的关键技术之一这就要求在设计方面必须对布线进行几何优化在工艺方面则需要降低互连线的电阻率以及线间电介质层间电介质的介电常数传统上采用铝做为芯片内部连线由于铜具有比铝更低的电阻(铝的电阻率为2.7po!cm铜为1.72po!cm)和较高的抗电迁移性(可提高约两个数量级)[2 5]已被认为是一种更理想的互连材料利用铜代替铝作为互连接线代表了半导体工业的重要转变[2~21]可以使计算机芯片体积缩小30"运算速度提高40"并且可大幅度降低成本[5]已受到学术界和工业界的高度重视当前铜布线技术采用大马士革结构的镶嵌工艺该工艺先在介质上刻!31!2004年1月电镀与精饰第26卷第1期(总154期)D收稿日期2003-03-17作者简介辜敏(1969-)女四川乐山人厦门大学化学系博士后副教授.好所需的沟槽,然后在其上生长一薄层扩散阻挡层,再进行铜填充,最后通过化学机械抛光(CMP>,去掉上层多余的铜和扩散阻挡层[Z~5]该工艺的关键之一是要求在超微结构刻槽的铜连线过程必须具有很高的凹槽填充能力因此,铜沉积的理论与技术的研究成为了铜互连技术中的核心[Z~17]探索超微结构中铜金属化填充的基本理论与技术,这无疑对铜电沉积技术与理论在高技术领域中的应用,芯片的加工以及我国电子工业的发展有重要的科学价值和重大的应用前景铜沉积技术主要采用物理气相沉积(PVD>~化学气相沉积(CVD>~化学沉积及电沉积(ECD>法其中,电沉积方法具有铜沉积时沿槽的侧壁向下沉积速率依次加快,使沉积层含有更少的空洞和裂缝,成为目前唯一能够用于商业化的技术[Z,3]此外,电沉积技术还具有技术较简单~沉积速率快~费用低~所需温度较低~环境友好等优点先进的微刻槽铜沉积填充技术从侧面代表着半导体封装加工的水平刻槽中铜镀层的质量直接关系到其电阻率的大小及抗电迁移性能的好坏因此,如何在高宽比比较大的亚微米刻槽中沉积出致密的铜镀层,避免微刻槽中出现空洞和裂缝,理解填充过程,则是铜互连技术的重点[Z~17]常规的铜电沉积在国内外得到广泛研究[6,Z0,Z1],从酸性溶液沉积铜有大约Z00年的历史[8],至今仍然在工程~装饰和电子工业等方面有广泛的应用但是将铜沉积技术应用于半导体微电子工业,对高宽比比较大的亚微米刻槽中的几何形状填充还是一个崭新的研究领域,如,IBM公司1997年开始设计利用铜代替铝制作芯片连线技术[5]目前,在微刻槽中的铜电沉积绝大多数仍采用有添加剂的酸性硫酸铜镀液体系[4~17],不少学者为铜电沉积提供了数学模型[5,8,14],但在沉积填充的外形轮廓中起着重要作用的添加剂,其作用机理及其控制仍存在很多问题需要解决,此外对铜沉积过程的形状填充还缺乏有力的理论阐述我国在这一领域的研究仍处于初始阶段,未见有关铜在芯片上沉积方面的报道2沉积填充过程目前,Cu电沉积技术主要应用于进行微刻槽处理了的Z00mm Si片互连线加工,并向300mm转变电沉积的目的是对微结构刻槽进行均匀致密金属填充并使得Si表面平整对于高宽比比较大的刻槽,由于其几何条件,扩散到刻槽底部的金属离子较少,这样将导致填充缺陷,即出现垂直于槽底方向的裂缝或是刻槽中的空洞补救的方法是在镀液中加入添加剂添加剂能够促进金属在刻槽中的填充过程,该过程称为超等角电沉积[4~9]裂缝与在刻槽铜填充过程中由于槽口的合拢而形成的空洞是由于Cu晶种层的覆盖不好而产生[4]图1示出了沉积铜过程可能形成的几种外形轮廓[3]当铜在槽的顶角附近的沉积速度较快时[图1(a>],很可能在填充过程中由于顶部先合拢而形成空洞当铜的填充速率比较均匀时,则很可能在槽中央形成裂缝[图1(1>] 空洞和裂缝可使铜电阻率升高~抗迁移性减弱只有当铜的沉积速度随着槽的深度而变化,即沿槽的侧壁越向下,沉积速度越快,铜在槽底部的沉积速度最快,才是最理想的填充方式,见图1(G>这时,沉积的空洞和裂缝较少图1沉积铜过程可能形成的几种外形轮廓[3]填充质量与电沉积时的电流密度~电流波形~沉积温度~搅拌等因素有关,值得重视的是添加剂对填充过程有很大的影响[5~17],如图Z所示[15]如果镀液中没有添加剂,Cu沉积层会产生空洞同一添加剂在镀液中含量太低或过高时也都不能获得填充致密的Cu沉积层,如图Z(1>和图Z(d>所示镀液中适宜的添加剂MPSA(3-巯基丙烷磺酸>浓度应为5.0pmol/L添加剂中的促进剂有利于Cu在刻槽-41-Jan.Z004Plating and f inishing Vol.Z6No.1底部优先填充O在所有的情况下,为了得到无空洞的由底部向上晶体生长的填充镀层,在刻槽表面必须有强的抑制剂或阻化剂O通常,抑制剂的分子量较大,扩散于刻槽底部的量相对较少O图Z添加剂对填充机理的影响[1B]S镀液组成目前,应用于刻槽电沉积填充的铜镀液采用的是酸性硫酸铜镀液[4~17]O典型的镀液成分主要由无机盐和有机添加剂组成O无机盐包括CuSO4, H Z SO4,Cl-O采用的主要的有机添加剂包括促进剂(或称为光亮剂D;抑制剂(表面活性剂,润湿剂,阻化剂D O促进剂在没有抑制剂和整平剂的情况下,本身能催化Cu的沉积O促进剂的作用主要是催化或加速Cu在微刻槽中的沉积填充;抑制剂是使Cu在微刻槽口和其侧壁上的生长O虽然添加剂的作用已经研究了不短时间,但是,作用机理的不确定性导致添加剂的分类是按其作用效果而不是作用的特定模式O添加剂的作用机理仍然有待深入探讨[4~8]O Wmmamd[17]综述了不同添加剂对微结构中电沉积金属膜填充的作用,指出,尽管对应用于印刷线路板PCB中铜电沉积镀液中添加剂的作用已经有所理解[18,19],但这并不意味着芯片上铜沉积填充中添加剂的作用与其相同,因为PCB中的线路特征宽约1OO pm,而微电子中是约1pm[1O]O因此,对应用于微结构中铜沉积的镀液添加剂的研究更显得必要O S.1无机成分CuSO4是提供Cu Z+的主盐O通常在镀液中的浓度为1O-1mol/L左右[5,1O]O浓度过高,镀液的分散能力不好,带出的损失大,而且硫酸铜易结晶析出OH Z SO4是强电解质,通常在镀液中的浓度为1.8mol/L左右[5,1O]O适当高的H Z SO4浓度,不仅可提高镀液导电能力和分散能力,使硅片阴极上的电流分布均匀,而且通常可导致添加剂活性提高,增大其润湿性O当然,过高的HZ SO4浓度会降低CuSO4在镀液中的溶解度并增大对镀槽的腐蚀性OCl-离子,对铜沉积填充的镀液,每升数十毫克的Cl-离子是必须的O Cl-能够提高镀层的光亮度和整平性,降低镀层的内应力O镀液中没有氯离子,抑制剂将失去抑制效果[5~11]O氯离子吸附在硅片表面,导致抑制剂的吸附,使Cu沉积物晶粒细小致密O过量的氯离子会导致不溶物氯化亚铜的形成并夹杂于镀层中[18,Z Z]OS.z有机添加剂促进剂,通常是含有硫或是其它官能团的有机物,包括硫脲及其衍生物[18,19]O促进剂的作用一方面是促进Cu的成核;另一方面,优先吸附在某些活性较高~生长速度较快的晶面上,使得吸附金属原子进入这些活性点有困难,于是这些晶面的生长速度下降,这样,就有可能使各个晶面的生长速度趋于均匀,形成结构致密~定向排列整齐的晶体O目前,通常使用1O-B~1O-6mol/L的SPS[聚二硫二丙烷磺酸钠NaSO B(CH Z D B-S-S(CH Z D B SO B Na]和MPSA[B-巯基丙烷磺酸,HSOB-(CH Z D B SH][7]O抑制剂,其特征是在阴极表面上形成一层连续膜以阻止铜的沉积O抑制剂能够吸附在Sm片的表面形成扩散层,阻化或减少光亮剂和整平剂的扩散传递,而加大在刻槽口的吸附,达到整平效果O氯离子的存在,可以加强其吸附和阻化作用[Z O]O抑制剂包括聚乙二醇(PEG D~聚丙烯二醇和聚乙二醇的共聚物~以及它们与离子的协同作用体[11,Z O]O目前,最为常用的是PEG和PEG与氯离子的协同作用物[5~19]O抑制剂的特点是相对分子质量高(平均相对分子质量>1OOOD,扩散系数低,溶解度较小O抑制剂的有效性与其相对分子质量有关O抑制剂单独使用,对沉积层有整平作用;与其它添加剂一起有协同作用,可使整平效果达到最大O51Z OO4年1月电镀与精饰第Z6卷第1期(总154期D3.3Cu电沉积层的形貌研究表明[4] 1.51m的Cu电沉积层在50h 内会自身退火O形貌和结构的改变会影响镀层的电阻~内应力O沉积层的这种自身退火与Cu沉积层的热力学不稳定性有关通过重结晶释放张力O这个过程的速度服从Arrhenius方程O镀层的晶面取向在退火后也会发生改变O4电沉积和添加剂作用理论实验用的三电极体系电解槽其中发生的主要反应为阴极(Si片):Cu2++2e-=Cu和阳极: 2H2O-4e-=4H++O2由于damascene结构镶嵌工艺还是一个新技术有关阻化剂和促进剂的作用还没有被充分理解[4~7]其作用机理可通过添加剂整平理论的吸附观点来说明[9]O由于阻化剂的浓度很小(10-3~ 10-6mol/L)吸附过程是扩散控制阻化剂吸附在金属/电解质界面减少了活性表面因此阻化了金属的还原过程[5 19]O促进剂有利于金属在其吸附处电结晶O结果在阻化剂起主要作用的刻槽顶部与促进剂起主要作用的刻槽底部金属沉积速度不同从而导致刻槽被致密填充O添加剂之间具有明显的协同效应并对填充过程有重要的影响O只有当几种添加剂同时存在时才具有整平效果[4~21]O电沉积开始阻化剂PEG和氯离子在Si表面形成氯桥如图3所示这个复杂的分子的体积很大O由于微结构刻槽的几何因素无添加剂时因为扩散到底部的金属离子量较小Cu 在刻槽底部的沉积速度比在表面低O吸附作用导致了刻槽顶部活性表面的减少使Cu沉积速度比刻槽底部的小;另一方面促进剂如MPSA也能够导致Cu的成核并阻化金属沉积防止枝晶的形成;此外在沉积过程中刻槽被沉积物填充刻槽内的表面积减小底部MPSA累积并和表面MPSA出现浓度梯度这个积累过程导致Cu在底部的沉积速度比在其它面上快[15]如图4所示从而成为致密~平滑光亮的Cu镀层O使用SPS它能够被还原成MPS[HS(CH2)3SO3-] MPS 很容易和Cu+形成复杂物质O在阴极Cu(I)S(CH2)3SO3物质有利于铜的电沉积[20]O最近还发现添加剂之间的相互作用很复杂在过填充中凸表面轮廓变成了凹表面[8]O因此促进剂和抑制剂之间的作用竞争需要考虑在含有添加剂的溶液中铜沉积过程的表面化学O不过这些理论还不完善应该根据实验事实进行修改以充分揭示形状填充过程的机理O图3PEG和氯离子在Si表面形成的氯桥图4促进剂在刻槽内表面的吸附随沉积时间(填充高度)的变化[13]5结语应用于半导体芯片加工的铜电沉积技术已经成功表明可以用铜代替铝作为互连接线O铜电沉积填充的关键在于在高深宽比的微刻槽中形成无空洞和无裂缝的~均匀的Cu沉积层O当前的工作是发展和优化铜镀液组成~有机添加剂和电镀参数探索Cu填充过程和添加剂作用机理使Cu沉积技术应用于高宽比更大的微结构刻槽的金属化填充适应半导体工业的发展和要求O参考文献:[1]李志坚.21世纪微电子技术发展展望[J].科技导报1999(3):11-13.[2]陈智涛李瑞伟.集成电路片内铜互连金属的发展[J].微电子学2001 31(2):239-241.[3]张国海夏洋龙世兵等.ULSI中铜互连技术的关键工艺[J].微电子学2001 31(2):146-149.[4]Mikkola R D Jiang@-T Carprenter B.Copper elec-troplating for advance interconnect technologY[J].Plating g Surface f inishing2000 87(3);81-85.61Jan.2004Plating and f inishing Vol.26No.1[5]AndricacoS P C ,UZoh C J ,Dukovic 0,et al .DamaScene copper 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2OO4年1月电镀与精饰第26卷第1期(总154期D超大规模集成电路中的电沉积铜作者：辜敏， 杨防祖， 黄令， 姚士冰， 周绍民作者单位：厦门大学,化学系,物理化学研究所,福建,厦门,361005刊名：电镀与精饰英文刊名：PLATING & FINISHING年，卷(期)：2004,26(1)被引用次数：8次1.李志坚21世纪微电子技术发展展望[期刊论文]-科技导报 1999(03)2.陈智涛;李瑞伟集成电路片内铜互连技术的发展[期刊论文]-微电子学 2001(04)3.张国海;夏洋;龙世兵ULSI中铜互连线技术的关键工艺[期刊论文]-微电子学 2001(02)4.Mikkola R D;Jiang Q-T;Carprenter B Copper electroplating for advance interconnect technology[外文期刊] 2000(03)5.Andricacos P C;Uzoh C J;Dukovic O Damascene copper electrodeposition for chip interconnects1998(05)ndolt D Electrodeposition science and technology in the last quarter of the twentieth century [外文期刊] 2002(03)7.Moffat T P;Bonevich J E;Huber W H Superconformal electrodeposition of copper in 500-90 nmfeature[外文期刊] 2000(12)8.Georgiadou M;Veyret D;Sant R L Simulation of shape evolution during electrodeposition of copper in the presence of additive[外文期刊] 2001(01)9.Kelly J J;Tian C Y;West A C Leveling and macrostructure effects of additive for copper electrodeposition[外文期刊] 2001(07)10.BROWN G A;Hope G A 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