Per utilizzare il rame si sono dovuti risolvere essenzialmente tre problemi: come depositarlo, come imprimere la geometria desiderata e come includerlo.

   Con l’alluminio si deposita un film, si definisce la geometria tramite fotoresist e si rimuove il metallo in eccesso tramite attacco chimico. Segue quindi la deposizione di biossido di silicio (isolante) per riempire le cavità tra le linee metalliche. Una volta effettuata la planarizzazione meccanica della superficie (lappatura), il metallo e l’ossido isolante diventano la base per il successivo livello di metallizzazione.

   L’alluminio, come noto, forma un ossido autopassivante e resistente alla corrosione.

   Il rame differisce molto dall’alluminio. Per prima cosa, il rame non può essere attaccato chimicamente a basse temperature. Si corrode facilmente in quanto l’ossido è instabile e poco duro. Inoltre è difficile ottenere una buona adesione con gli altri materiali, in parte a causa di un ossido così poco compatto. Tali differenze hanno obbligato ad approntare una tecnologia interamente nuova.

   IBM ha inventato e sviluppato il processo Damascene, dove i passaggi per la definizione delle metallizzazioni sono praticamente rovesciati: invece di imprimere la geometria della metallizzazione con le tecniche litografiche tradizionali, viene sagomato in negativo l’ossido di isolamento mediante la creazione di solchi. Questi ultimi vengono riempiti con il metallo e l’intera superficie viene poi lappata con i consueti metodi chimico - meccanici (CMP: Chemical - Mechanical Polishing).

   Come poi si è rivelato, lo stesso processo funziona bene anche con il rame e ciò è facilitato dal fatto che la lappatura del rame è più semplice di quella dell’alluminio o del tungsteno (utilizzato in alcuni processi Damascene per la produzione di memorie DRAM).
 
 

   Il primo problema è stato trovare un buon metodo per la deposizione. Le tecniche di evaporazione e di sputtering adottate per l’alluminio non hanno dato buoni risultati col rame ed il riempimento dei solchi praticati nell’ossido è stato tutt’altro che ottimale: il rame aderisce alle pareti, ma poi coalesce alla sommità del solco producendo così cavità che aggravano il fenomeno dell’elettromigrazione. L’elettroplaccatura si è quindi rivelata la soluzione migliore. Poiché la placcatura implica l’immersione in una soluzione piuttosto che la deposizione in una camera ad alto vuoto ed è noto che la contaminazione è la causa predominate di difetti nella fabbricazione dei semiconduttori, l'idea di utilizzare questa tecnica è sembrata a molti rivoluzionaria. Forse anche perché risulta poco intuitivo che un bagno di placcatura possa essere più pulito del vuoto. Per esempio, non vi è carica elettrostatica che possa attrarre polvere ed inoltre è possibile controllare elettrochimicamente gli ioni che migrano sul wafer di silicio. Nel vuoto, invece, il mezzo è un plasma di particelle cariche ed il wafer è polarizzato in modo da poter attrarre il metallo da depositare. Tuttavia il campo elettrico applicato attrae anche gli eventuali contaminanti.

   Il rame così deposto ha dimostrato di possedere una resistenza all’elettromigrazione eccezionalmente alta così come una migliore compattezza; inoltre il processo è risultato molto veloce ed economico e si è imposto in sostituzione della più affermata tecnica CVD (Chemical Vapour Deposition). Alcune misure effettuate dai laboratori IBM hanno messo in luce che nelle interconnessioni così realizzate non erano presenti difetti riscontrabili, come vuoti o interruzioni circuitali.

   Un altro punto importante per ottenere il successo della tecnologia del rame è stata la soluzione dei problemi di contaminazione.

   Il rame ha una mobilità superiore all’alluminio e diffonde più facilmente attraverso l’ossido di isolamento e il silicio stesso, più di quasi qualsiasi altro metallo. Inoltre il percorso diffusivo non è molto lungo, dal momento che le aree attive (transistor) sono realizzati sulla superficie del wafer e sono sufficienti le più piccole contaminazioni di rame per degradare le proprietà dei transistor. La presenza poi di campi elettrici durante il normale funzionamento di un circuito integrato non possono che accelerare i processi di diffusione nell’ossido di silicio, come pure la normale presenza di OH o H₂O. Di qui l’importanza che ha assunto la ricerca di materiali che costituiscano un’efficace barriera alla diffusione del rame.

   Nel processo Damascene, un materiale di barriera può essere deposto prima del rame sulle tre superfici che costituiscono i solchi delle interconnessioni. E tale barriera deve essere necessariamente un metallo, in quanto deve garantire il contatto elettrico con il circuito sottostante. Per questo motivo il nitruro di silicio è stato utilizzato come eccellente barriera di diffusione.

   Si è visto come l’introduzione del rame come metallo di interconnessione abbia richiesto l’adozione di nuove soluzioni tecnologiche e questo consentirà di spingere a più alti livelli di integrazione. Si prevede che la tecnologia basata sul rame sarà necessaria allorché si raggiungerà la soglia dei 0,15-0,13 micron (attualmente 0,2 – 0,18 micron), ma questa innovazione necessiterà della revisione delle regole di design dei circuiti integrati e di nuove specifiche per la misura e il monitoraggio delle deposizioni in rame.