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集成电路的发展趋势是集成密度的不断增加,伴随着特征尺寸的不断减小,互连延迟已经成为影响芯片速度的主要因素之一,而其中全局互连的时间延迟大大超过了局域互连的贡献,成为决定芯片最终性能的决定因素。各种降低互连延迟的技术方法都是目前研究的热点。降低互连延迟主要从工艺和设计两方面进行,本文从工艺方面入手,主要针对全局互连尺寸,将MEMS器件设计理念应用于铜互连引线架构,结合掩膜电镀、化学机械抛光(CMP)及牺牲层技术制备了铜互连镂空结构。进行了铜线通孔结构三氧化二铝填充物的CMP实验,满足了后续光刻工艺和最后湿法刻蚀工艺的要求。在3μm-4μm左右厚度的氧化铝填充铜线通孔结构情况下,抛光时间约为30分钟。进行了氧化铝作为牺牲层材料的湿法刻蚀研究。以三氧化二铝为牺牲层材料,用浓磷酸或KOH溶液进行湿法刻蚀,不仅在互连的金属间介质层而且在层内介质层都形成了镂空结构。本文最终制备了针对芯片全局互连尺寸的多层铜互连镂空结构。为了评价铜镂空互连结构降低互连延迟性能的情况,本文利用微细加工技术制备了四种不同填充介质的测试结构,测试了四种不同介质,二氧化硅、聚酰亚胺、FOX15(一种HSQ树脂,低k介质)、空气互连的电容。空气为介质时可以极大的减小互连线层内电容,相对传统的二氧化硅介质互连,可将线层内电容降低约50%, FOX15为介质时相对二氧化硅可将互连线层内电容降低约23%。用ANSYS有限元软件模拟结果和实验数据吻合较好,并且模拟得出随着互连线层间和层内距离比值的增大,互连电容将主要由互连线层内电容决定。最后研究了TaN薄膜作为扩散阻挡层的性能,当溅射氮气分压为10%,热处理温度在200~600℃时,电阻率变化不大。将本文制备铜互连镂空结构的工艺方法引入集成电路芯片制造工艺,将会有效的降低互连延迟,提高芯片速度,势必极大的提高芯片性能。