[發明專利]一種集成電路銅布線電沉積用的電解液

有效

• 申請號: 200810246695.6
• 申請日: 2008-12-31
• 公開（公告）號: CN101481812A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 路新春;張偉;雒建斌;劉宇宏;潘國順
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C25D3/38
• 分類號: C25D3/38;C25D7/12;H01L21/288;H01L21/445
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 張慶敏

技術領域

本發明屬于微電子加工領域中的銅布線技術，特別是涉及一種集成電路銅布線電沉積用的電解液。

背景技術

隨著IC(integrated?circuit，集成電路)向VLSI/ULSI(very?largescale?integrated?circuit/ultra?large?scale?integrated?circuit，大規模集成電路)的發展，器件尺寸進入深亞微米階段，不斷向微細、復雜、三維化方向發展。根據摩爾定律，到2014年作為特征尺寸的布線寬度將達到35nm。市場要求IC芯片具有更快的運算速度、更好的可靠性、更低的功耗、更小的噪音和更低的成本，在這種情況下，銅互連布線作為鋁互連布線的替代產品應運而生。

Cu作為互連布線金屬與Al相比其優點主要表現在：電阻率低，Cu的電阻率為1.7μΩ·cm，僅為Al的55％；寄生電容小，因為Cu電阻率低、導電性好，在承受相同電流時，Cu互連線截面積比Al互連線小，因而相鄰連線間寄生電容C小，信號串擾小，也就是說Cu互連線的時間常數RC比Al互連線小，信號傳輸速率快；Cu布線電阻小，使其芯片功耗比Al互連線功耗低，利于電池供電的筆記本電腦和移動通訊設備；耐電遷移性能要遠比Al好，與Al布線相比，抗電遷移性可以提高兩個數量級，很大程度上可避免因應力遷移而產生連線空洞，造成芯片失效；Cu互連線芯片制造成本低。

集成電路生產工藝中采用“大馬士革”鑲嵌工藝形成銅布線。大馬士革工藝中銅布線層可以通過多種方法實現，如化學氣相沉積和電沉積等化學方法、準直長程濺射沉積和離子輔助物理氣相沉積等物理方法。濺射法臺階覆蓋性差，化學氣相沉積成本較高、沉積速率慢且所沉積銅層純度不高。電沉積成本低、純度高，另外，還可以通過優化電解液添加劑來提高鍍液的填充性能，實現自下而上的填充模式(superfilling)，提高臺階覆蓋性。因而，大馬士革工藝中采用電沉積的方法來制備銅互連層，其中，以硫酸鹽酸性鍍銅電解液的應用最為廣泛。

電沉積工藝中影響鍍層質量的因素可分為兩類：鍍液成分和工作條件，包括所選擇陽極、工作溫度、電流密度、鍍液的攪拌和過濾等。為提高鍍層質量，電解液選用具有高分散性的低銅高酸體系，用磷銅作陽極，并在沉積過程中對電解液持續攪拌過濾。在這種條件下沉積電流密度和電解液添加劑成為進一步改善鍍層質量的關鍵因素。電解液添加劑包括加速劑和抑制劑等。加速劑可改善沉積鍍層的表面形貌，與抑制劑共同作用可實現自下而上的填充模式，提高鍍液的填充能力。但是沉積過程中加速劑在電極表面的吸脫附行為受電極電位影響較大，從而容易在沉積表面產生孔洞，并出現枝狀生長模式。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可避免沉積層呈現枝狀生長模式且表面無孔洞缺陷的電解液。

為了實現本發明目的，本發明的一種集成電路銅布線電沉積用的電解液，包括：硫酸銅為50～200克/升，硫酸為50～220克/升，氯離子為10～150毫克/升，抑制劑為5～200毫克/升，加速劑為5～50毫克/升，整平劑為0.5～20毫克/升，其余為去離子水。

其中，所述硫酸銅含量優選為50～100克/升。

所述硫酸含量優選為150～220克/升。一般由硫酸濃度為95.0％～98.0％的分析純試劑配制。

所述氯離子含量優選為20～80毫克/升。所述氯離子一般由鹽酸提供。

所述抑制劑所占的質量百分含量為20～100毫克/升。

所述抑制劑包括十二烷基磺酸鈉等離子型表面活性劑、聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚(OP乳化劑)或脂肪醇聚氧乙烯醚類非離子表面活性劑，優選為聚乙二醇，相應分子量為2000～8000。

所述加速劑優選為10～30毫克/升，加速劑為含硫磺酸鹽類試劑，例如：醇硫基丙烷磺酸鈉、苯基聚二硫丙烷磺酸鈉、二甲基甲酰胺基磺酸鈉、噻唑啉基二硫代丙烷磺酸鈉和聚二硫二丙烷磺酸鈉等，其中，聚二硫二丙烷磺酸鈉為最佳選擇。

所述整平劑含量為0.5～10毫克/升。

所述整平劑為2-巰基苯駢咪唑、巰基咪唑丙磺酸鈉、四氫噻唑硫酮和亞乙基硫脲等，優選為亞乙基硫脲。

本發明所述集成電路銅布線的電沉積用電解液可采用本領域常用的方法制備，比如，首先將硫酸銅用總體積約1/2的40～50℃去離子水溶解，將濃硫酸在攪拌條件下慢慢加入到上述溶液中，加去離子水至體積并冷卻至室溫，按配比加入鹽酸和抑制劑攪拌，再按配比加入加速劑和整平劑攪拌均勻而成。

本發明的集成電路銅布線的電沉積電解液，具有如下優點：