[發(fā)明專利]一種降低金屬損傷的電鍍銅方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010110206.1
• 申請日: 2010-02-11
• 公開（公告）號: CN102157436A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉盛
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造加工方法，尤其涉及一種降低金屬損傷的電鍍銅方法。

背景技術(shù)

隨著芯片集成度的不斷提高，銅已經(jīng)取代鋁成為超大規(guī)模集成電路制造中的主流互連技術(shù)。作為鋁的替代物，銅導(dǎo)線可以降低互連阻抗，降低功耗和成本，提高芯片的集成度、器件密度和時鐘頻率。

由于對銅的刻蝕非常困難，因此銅互連采用雙嵌入式工藝，又稱雙大馬士革工藝(Dual?Damascene)，雙大馬士革工藝的工藝步驟為：1)首先沉積一層薄的氮化硅(Si₃N₄)作為擴(kuò)散阻擋層和刻蝕終止層，2)接著在上面沉積一定厚度的氧化硅(SiO₂)，3)然后光刻出微通孔(Via)，4)對通孔進(jìn)行部分刻蝕，5)之后再光刻出溝槽(Trench)，6)繼續(xù)刻蝕出完整的通孔和溝槽，7)接著是濺射(PVD)擴(kuò)散阻擋層(TaN/Ta)和銅種籽層(Seed?Layer)，8)之后就是銅互連線的電鍍工藝，9)最后是退火和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，對銅鍍層進(jìn)行平坦化處理和清洗。

在雙大馬士革工藝的工藝過程中，銅互連線的電鍍工藝通常采用硫酸鹽體系的電鍍液，電鍍液由硫酸銅、硫酸和水組成，呈淡藍(lán)色。當(dāng)電源加在銅(陽極)和硅片(陰極)之間時，溶液中產(chǎn)生電流并形成電場。陽極的銅發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化成銅離子和電子，同時陰極也發(fā)生反應(yīng)，陰極附近的銅離子與電子結(jié)合形成鍍在硅片表面的銅，銅離子在外加電場的作用下，由陽極向陰極定向移動并補(bǔ)充陰極附近的濃度損耗。電鍍的主要目的是在硅片上沉積一層致密、無孔洞、無縫隙和其它缺陷、分布均勻的銅。

電鍍工藝中，理想的銅的填充過程為：首先銅均勻地沉積在側(cè)壁和底部，然后快速切換為從底部向上填充，防止產(chǎn)生縫隙和孔洞。為了實(shí)現(xiàn)上述效果，通常需要在電鍍液中使用三種有機(jī)添加劑：抑制劑、促進(jìn)劑和平坦劑，當(dāng)晶片被浸入電鍍槽中時，首先進(jìn)行的是均勻性填充，填充反應(yīng)動力學(xué)受抑制劑控制。接著，當(dāng)加速劑達(dá)到臨界濃度時，電鍍開始從均勻性填充轉(zhuǎn)變成由底部向上的填充。加速劑吸附在銅表面，降低電鍍反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)勢，促進(jìn)快速沉積反應(yīng)。當(dāng)溝槽填充過程完成后，表面吸附的平坦劑開始發(fā)揮作用，抑制銅的繼續(xù)沉積，以減小表面的粗糙度，從而獲得較好的平坦化效果，保證了較小尺寸的圖形不會被提前填滿，有效地降低了鍍層表面起伏。

在目前的集成電路制造中，芯片的布線和互連幾乎全部是采用直流電鍍的方法獲得銅鍍層，具體來說，首先采用低電流的直流電鍍方法在晶片上的通孔的側(cè)壁和底部沉積銅，然后采用高電流的直流電鍍方法從底部向上填充銅。然而，隨著電鍍槽使用時間的增長，在電鍍的過程中，有機(jī)添加劑會發(fā)生分解反應(yīng)而產(chǎn)生一些有機(jī)附產(chǎn)物，這些有機(jī)附產(chǎn)物與沉積的銅結(jié)合，從而在銅中引入了雜質(zhì)，進(jìn)而對銅的耐腐蝕性造成一定的影響。因此，在對銅進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)時將會產(chǎn)生金屬損傷，可能會導(dǎo)致通孔斷路，進(jìn)而影響晶片的電性能測試(WAT：wafer?acceptance?testing)以及芯片的良率。

因此，對電鍍工藝進(jìn)行改善，從而減少金屬損傷成為業(yè)界亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種降低金屬損傷的電鍍銅方法，用于在晶片上沉積銅互連層，以解決現(xiàn)有的電鍍銅工藝所得到的銅耐腐蝕性差，在后續(xù)工藝中對銅進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)時會產(chǎn)生金屬損傷，可能會導(dǎo)致通孔斷路，進(jìn)而影響晶片的電性能測試(WAT：wafer?acceptance?testing)以及芯片的產(chǎn)量的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種降低金屬損傷的電鍍銅方法，所述方法包括如下步驟：

將所述晶片放入電鍍槽中，在電鍍電流為第一直流電流的條件下電鍍第一時間段；

在電鍍電流為脈沖電流的條件下電鍍第二時間段；

在電鍍電流為第二直流電流的條件下電鍍第三時間段。

可選的，所述第一直流電流的值小于所述第二直流電流的值。

可選的，所述第一直流電流的值為2～6安培。

可選的，所述第一時間段的大小為3～9秒。

可選的，所述脈沖電流的波形為：加電流的時間與不加電流的時間的比值為5∶1～10∶1，周期為6～11秒。

可選的，所述第二時間段的大小為3～6個周期。

可選的，所述第二直流電流的值為30～40安培。

可選的，所述時間第三時間段的大小為45～60秒。

本發(fā)明所提供的降低金屬損傷的電鍍銅方法通過在低直流電流電鍍銅和高直流電流電鍍銅之間增加脈沖電流電鍍銅，從而提高電鍍銅的耐腐蝕性能，降低后續(xù)工藝中對銅進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)時產(chǎn)生的金屬損傷。