[發明專利]一種在半導體硅片的通孔中進行電鍍銅的方法

有效

• 申請號: 201110285111.8
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102443828A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 周軍
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: C25D5/10
• 分類號: C25D5/10;C25D7/12
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發明涉及半導體集成電路及其制造技術領域，尤其涉及一種對半導體硅片通孔電鍍銅的方法。

背景技術

隨著集成電路的集成度不斷提高，現有的集成度提高主要是采取減小最小特征尺寸，例如：最小特征尺寸為90納米、最小特征尺寸為45納米、最小特征尺寸為32納米、最小特征尺寸為22納米，這就使得在給定的區域能夠集成更多的元件。另一方面，利用現代電子封裝技術，如硅通孔（Through-Silicon-Via，TSV）技術，實現高密度的3D集成，成為了微電子電路（包括MEMS）系統級集成的重要技術途徑。

無論是更小的特征尺寸，還是三維集成都需要面對越來越小的通孔、越來越高的深寬比，這給工藝技術帶來了諸多的挑戰。其中通孔的填充就是其中之一，填充技術可使用電鍍、化學氣相沉積、高分子涂布等方法。因為銅的電阻更小，而且銅的電鍍更方便易行，目前主要使用的是銅的電鍍。越來越小的通孔和越來越高的深寬比，使得在晶片的表面、通孔的側壁和底部同時進行的銅的電鍍的工藝窗口不斷減小，經常會在其中形成孔隙，從而影響器件的可靠性。

中國專利CN101871110A披露了一種電鍍銅方法，包括初始化、填洞和過量電鍍三個階段，其中初始化、填洞和過量電鍍三個階段的晶圓的轉速范圍都為10圈/分鐘至14圈/分鐘。填洞階段包括兩個步驟，第一步驟的電鍍電流范圍為6.5安培至7安培；第二步驟的電鍍電流范圍為13安培至14安培。

中國專利CN102154670A披露了電鍍銅方法，用于對大尺寸、大深度的集成電路圖形形成銅鍍膜，該方法采用階段性電鍍工藝處理，在不同的電流密度、硅片旋轉速度、電鍍液流速以及硅片工藝位置條件下分階段進行電鍍工藝處理。

目前，通過常用淀積的金屬銅工藝在通孔中填充金屬銅都會存在一定空隙，這些空隙會對器件的運行和發展會產應一定影響，如能減少其中空隙將有利于半導體技術的發展。

發明內容

本發明目的在于提供一種在半導體硅片的通孔中進行電鍍銅的方法，有效改善金屬銅在電鍍過程中通孔的外貌，提高銅的電鍍的工藝窗口，消除通孔中的孔隙，提高器件的可靠性。

為了實現上述目的提供一種在半導體硅片的通孔中進行電鍍銅的方法，包括以下順序步驟：

步驟1，先進行電鍍，在硅片表面和通孔的底部及側壁上形成一層金屬銅層，從而對半導體硅片中的通孔進行部分填充，之后對硅片進行清洗。

步驟2，對形成的金屬銅層進行部分電解，使硅片表面和通孔側壁上的金屬銅層厚度變薄，并對硅片進行清洗，所述開口處減少的厚度多于通孔底部和側壁減少的厚度。

步驟3，在已填充有金屬銅層的通孔內再次進行電鍍，以在已填充有金屬銅層的通孔內填充另一層金屬銅層，并對所形成的金屬銅層再次進行部分電解。

步驟4，待通孔內填滿金屬銅后，清洗半導體硅片并進行退火處理。

在上述提供的方法中，其中重復步驟2過程一次以上。重復多次填充、清洗、電解、清洗過程可以使得填充到通孔內的金屬銅不形成空隙，避免對器件產生不良影響。

在上述提供的方法中，其中鍍用的電鍍液中含有抑制劑、加速劑和平整劑，所述抑制劑的分子量大于加速劑的分子量。電解用的電解液中含有抑制劑、加速劑和平整劑，所述加速劑的分子量大于抑制劑的分子量。加速劑和抑制劑優選用有機物型的加速劑和抑制劑。

在上述提供的方法中，其中電鍍過程中硅片表面的銅電鍍速度慢于通孔內的銅電鍍速度。通孔內銅電鍍速度快于硅片表面的銅電鍍速度，使得大部分的金屬銅電鍍到通孔之內。

在上述提供的方法中，其中電解過程中硅片表面的銅電解速度快于通孔內的銅電解速度。通孔內銅電度速度慢于硅片表面的銅電解速度，使得多數電鍍在通孔內的金屬銅保留在通孔內。

本發明中所使用的加速劑和抑制劑皆屬于本技術領域公知常識，本技術領域人員根據實際操作情況而選用相應的加速劑和抑制劑。

在上述提供的方法中，其中所述退火溫度控制在400℃以下。

在上述提供的方法中，其中所述退火時間控制在30分鐘之內。

本發明提供的電解銅的方法可以改善銅電鍍過程中通孔的形貌，提高銅電鍍的工藝窗口，消除通孔中的孔隙，提高器件的可靠性。

具體實施方式