图1-1 1947年至1996年半导体领域的重大发明和引发的新兴产业

最近半个世纪以来，半导体技术相关领域中每一次重大的进步发明，几乎都直接造就了一个全新的产业，形成了覆盖面十分广泛的“泛半导体产业”。如图1-1展示了从1947年晶体管发明一直到上世纪末蓝光LED发明的50年间半导体相关领域的重大发明和造就的新兴产业。毫无疑问，当今世界，集成电路是半导体领域中重中之重，集成电路的每一次进步都会深深的影响着我们的生活的方方面面。对于国家而言，掌握先进的集成电路技术就意味着在国际竞争中占据了一定的主动权。冷战期间，集成电路开始涉足航天和军事领域。接着到了1969年，美国击败苏联，利用阿波罗11号率先登月成功。到了90年代的海湾战争中，美国利用先进的技术，做到了“芯片打败钢铁”(即用装备高端芯片的巡航导弹打垮了伊拉克的坦克、大炮)[4]。这些都是集成电路应用在航天和军事方面最成功的事例。

1。2 互连技术的发展

自集成电路问世以来，在集成电路的内部，人们一直习惯于采用Al作为连线(简称引线)材料。尽管Al和Cu相比，存在许许多多的不足，比如Cu更耐磨，而且它的导电性也远远超过后者，Al还特别容易发生电迁移现象，但是由于Al的引线工艺更简单，成本更低，更重要的是Si和Al拥有比较高的表面杂质浓度，容易粘接形成良好的欧姆接触，所以Al引线一直沿用至今[2]。

然而，随着集成电路的尺寸持续性的缩小，Al引线的缺陷越来越明显，最明显的就是由它的电阻和分布寄生效应会造成功耗急剧上升，更糟糕的是信号延迟等现象的出现，这些都制约着集成电路的进一步提速。由于Al极易发生电迁移现象，同时Al和Si还能共溶，在一定温度下，比如300℃左右的时候，Al薄膜表面会形成凸起，这会穿透电介质之间的绝缘层，直接造成短路。很明显，集成电路工艺发展到现在，Al引线已经满足不了大部分的要求了，因此，必须做出改进[2]。

对比来看，可以发现Cu是极佳的引线材料。首先，它的电阻率ρ比Al低了将近35％，而且抗迁移能力远远好于Al，大概比Al高了两个数量级。其次，由于工艺的改进，双镶嵌工艺制造Cu引线的成本不但比Al引线低了很多，而且应力性能也远好于Al。最后，在275℃下，Cu因电引起的离子漂移速度仅为Al的1/65[5]。这一切都表明，Cu是目前取代Al最合适的选择。文献综述

1。3 Cu互连技术的研究现状

1。3。1 扩散阻挡层的研究

1。3。2 Cu沉淀技术的研究

1。4 变电场对阻挡层的影响

Zuo L等人研究对冷轧铝合金在400kV/mm的电场和14特斯拉的磁场作用下织构和微观结构特征变化的研究中发现，电场和磁场都会对织构和微观结构特征的变化产生影响。再结晶退火的冷轧3104铝合金钢板在电场的作用下，再结晶的速度明显变慢。通过Al原子和电子结构进行分析后发现，缺陷所带电负性能够促进电子空位的恢复。在电场退火过程中当样品充当阳极时，缺陷被表面正电荷吸引并迁移，最后在表面处湮灭。由于这种恢复过程的存在，再结晶过程被推迟。总的来说，电场会对冷轧铝合金早期再结晶产生影响。这种影响体现在促进电子空位的恢复和使带负电荷的空位湮灭[13]。在此之前，已经有研究人员Wu T K等人采用电子背散射模式技术研究退火过程中外加电场对高纯度冷轧镍片立方织构产生的影响。在300℃的时候，一组样品不外加任何电场进行退火，另一组样品在电场强度为2000V/cm的条件下退火[14]。结果表明，外加电场退火的样品的晶粒尺寸比没有加电场的晶粒尺寸要小。这说明，电场强度会对晶粒的生长造成影响[15]。操振华等人研究了不同退火温度下外加电场对纳米晶Cu薄膜晶粒的生产影响的研究。通过透射电镜和X射线衍射分析后发现：在不同的退火温度下，外加电场对于Cu薄膜晶粒的生长具有耦合效应。在退火过程中，外加的电场和温度场会直接耦合，从而对Cu薄膜的晶粒生长产生影响。从已有的理论可以理论推导得出，晶粒生长的速度和f(E)· μT/100℃成正比。进一步研究表明，在电场作用下，晶粒的生长是通过沿着晶界进行空位的迁移和位错攀移来实现的。总的来说，可以确定的是，在不同退火温度下，一旦外加电场，可以对纳米晶Cu薄膜晶粒的生长起到促进作用。而对晶粒生长效果的促进速度是和f(E)·μT/100℃成正比的。外加电场可以增加空位和位错密度，这给晶粒生长提供了一个驱动力[16]。