铜互连技术与low-k电介质

　　由于半导体制程的不断进步，集成电路的尺寸愈来愈小、电路愈来愈密，同时工作频率愈来愈快，芯片内电路内的寄生电阻效应和寄生电容效应也就愈来愈严重，进而使频率无法再提升，这种情况称之为阻容延迟（又叫阻容迟滞，RC延时,RC Delay），RC延时不仅阻碍频率成长，同时也会增加电路的无用功的功耗。

 ●  铜互连技术解决寄生电阻延迟　

1997年，IBM公司开发出芯片铜互联技术　

　　寄生电阻的问题来自于线路本身的电阻性，如果可以用电阻值更低、传导性更佳的线路材质，寄生电阻的问题就可以缓解。目前集成电路业界已经采用铜互联技术来代替铝互连技术，由于铜比铝有更好的导电率，电阻较低，单纯采用铜来代替铝作为互联材料可以降低RC 大约40%。

●  Low-K电介质解决寄生电容

寄生电容

　　而寄生电容则是在集成电路内部，由于ILD(Inter Layer Dielectrics，层间电介质)的存在，导线之间就不可避免地存在电容，称之为寄生电容（分布电容）。随着工艺制程的提高，单位面积里的导线越来越多，连线间的间距变小，连线间的耦合电容变得显著，寄生电容产生的串绕和延时增加等一系列问题更加突出。寄生电容不仅影响芯片的速度，也对工作可靠性构成严重威胁。

图中蓝色部分low-K电介质用于ILD

　　所以必须减少连接晶体管的导线之间的电容，以减少延迟和串扰。我们知道在决定电容器容量的大小的各种因素里，在结构不变的情况下，减少电介质的k值，可以减小电容的容量。因此，使用low-k电介质作为ILD来替代传统的二氧化硅，可以有效地降低互连线之间的分布电容，从而可使芯片总体性能提升10％左右。

Airgap技术：铜导线间加入气孔，取代传统的Low-k电介质

　　当然最好的low-k是“没有材料”为此，IBM提出了用气隙代替绝缘材料的Airgap技术。Airgap的方法是在硅片上涂上一层特殊的聚合材料，这种材料通过烘焙，能够自然形成数万亿个大小均匀尺寸仅为20纳米的细孔，提高了元件及导线间的绝缘性能。仅此一项措施，就能让微芯片的运行速度再次提高三分之一，并可以节能15%。不过，我们担心它的散热效果和机械强度。