專利名稱：一種改善電鍍銅工藝的方法
技術領域：
本發明涉及一種工藝方法，尤其涉及一種改善電鍍銅工藝的方法。
背景技術：
隨著集成電路制造工藝的不斷進步，芯片集成度的不斷提高，銅已經取代鋁成為超大規模集成電路制造中的主流互連技術。作為鋁的替代物，銅導線可以提高芯片的集成度，提高器件密度，提高時鐘頻率以及降低降低功耗和成本。因為對銅的刻蝕非常困難，銅互連一般采用如下的雙大馬士革嵌入式工藝首先沉積一層薄的刻蝕終止層；接著在上面沉積一定厚度的絕緣層；然后進行相應的光刻、刻蝕工藝，形成出完整的通孔和溝槽；接著是濺射擴散阻擋層和銅種籽層。鈦的作用是增強與銅的黏附性，種籽層是作為電鍍時的導電層；之后就是銅互連線的電鍍工藝；最后是退火和化學機械拋光，對銅鍍層進行平坦化處理和清洗。重復上述工序，進而形成多層金屬的疊加。其中，電鍍是完成銅互連線的主要工藝。集成電路的銅電鍍工藝通常采用硫酸鹽體系的電鍍液，當電源加在銅(陽極)和硅片(陰極)上面時，溶液中產生電場并形成電流。根據法拉第電解定律，電鍍槽里面陽極的銅失去電子轉化成銅離子，銅離子在陰極的硅片表面得到電子轉化為銅原子并沉積在硅片表面，每電鍍一個銅原子便需要兩個電子的消耗， 因此通過對電流的控制和分配來達到對電鍍銅膜的沉積的控制。在此電鍍體系中銅離子在外加電場的作用下，由陽極向陰極定向移動并補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。為了得到一致性和均勻性比較好的銅膜，電鍍銅工藝要求電鍍整個硅片表面鍍層及微小局部區域同時傳輸差異比較小的電流密度，由于集成電路特征尺寸的不斷縮小，和溝槽深寬比的增大，溝槽的填充效果和鍍層質量受很多因素影響，如刻蝕后剖面、種籽的厚度、主鹽濃度、PH值、電流參數、溫度、有機添加劑(加速劑、抑制劑和平坦劑)，等等，其中填充性能與添加劑的成份和濃度更是密切相關。雙大馬士革結構的特殊要求導致添加劑對ECP工藝的影響在整個電鍍過程的不同階段可能有所不同。一般的過程是，先進行溝槽和孔洞的填充，再進行硅片表面的大面積銅沉積。一般認為此電鍍體系中用到的三種有機添加劑分別在不同的階段產生作用加速劑擴散速度比較快，可均勻的吸附在硅片的表面和溝槽中，它和銅的結合力比較大，密度過大的時候會在硅片表面取代抑制劑和銅結合；抑制劑通過氯離子在銅膜表面形成一層阻隔膜，來阻止銅的沉積；平整劑擴散的速度比較慢，溝槽填充的階段它在溝槽中的濃度比較小，主要在大面積沉積階段起作用。一種可能的機理是首先進行的是均勻性填充，填充反應動力學受抑制劑控制。隨著電鍍的進行加速劑在溝槽的底部不斷對抑制劑進行取代，分布的密度會越來較大，當加速劑達到臨界濃度時，電鍍開始從均勻性填充轉變成由底部向上的填充，如圖1所示，加速劑吸附在銅表面，降低電鍍反應的電化學反應勢，促進快速沉積反應。溝槽填充完成后，加速劑并不停止工作，繼續促進銅的沉積，表面吸附的平坦劑有著對電流敏感的特性，會移動到電流大的區域，開始發揮作用，抑制銅的繼續沉積，以減小表面的粗糙度。平坦劑通過在電流密度比較大的地方抑制銅的過度沉積從而獲得較好的平坦化效果，保證了較小尺寸的圖形在電鍍填充結束后不會被過分沉積，有效地降低了鍍層表面起伏。此可見銅電鍍過程中，對填充過程產生影響的主要是加速劑、抑制劑和氯離子，填充過程完成后對鍍層表面粗糙度產生影響的主要是平坦劑。此三種添加劑在電鍍銅中具有不同的角色，又相互影響，同樣道理，其它工藝條件也會對電鍍過程產生影響，且這種影響會隨著電鍍的不同階段而變化。現有的銅電鍍工藝一般會經過以下主要流程
由圓片裝載、電鍍(單一電鍍槽)、洗邊、退火以及最后的圓片卸載。輔佐以硅片對準，清洗，化學添加劑補給等其它模塊。其中的電鍍過程是在單一電鍍槽內完成的。在此電鍍過程中電鍍液、有機添加劑成份和濃度及其它條件雖然會隨著電化學反應過程有所消耗和波動，但通過監控和補液等手段，基本可視為固定不變。溝槽的填充效果和鍍層質量是所有影響因素共同作用的結果，它們之間彼此競爭又相互關聯。為實現無空洞高質量的電鍍銅，除了改進添加劑的單個性能外，還需要確定幾種添加劑比例及其它條件，使它們之間互相平衡，才能達到良好的綜合性能，得到低電阻率、結構致密和表面粗糙度小的銅鍍層。這給ECP工藝的優化帶來很大挑戰。此外，版形特性對銅電鍍后的形貌有很大影響，如圖2所示，銅線越細密的區域生長得越厚的過電鍍效應。這種效應對銅電鍍后的銅的化學機械拋光工藝帶來困難，應盡量消除。而現有的單一電鍍槽的銅電鍍工藝給改善這種現象造成很大障礙。
發明內容
發明公開了一種改善電鍍銅工藝的方法。用以解決現有技術中對于銅電鍍的工藝中，整個電鍍在單一電鍍槽中進行的，形成各工藝條件、電鍍液以及添加劑之間相互制約， 且不能根據電鍍的不同階段分布設置，給工藝優化帶來困難。為實現上述目的，發明采用的技術方案是 一種改善電鍍銅工藝的方法，工藝步驟包括 步驟一，首先沉積一層刻蝕終止層；
步驟二，接著在刻蝕終止層表面沉積一層具有一定厚度的絕緣層； 步驟三，然后對絕緣層進行光刻以及刻蝕工藝，使在絕緣層中形成通孔和溝槽； 步驟四，接著使用物理氣相沉積擴撒阻擋層以及在擴撒阻擋層上沉積金屬銅，形成銅互連線；
步驟五，將形成銅互連線的器件放入電鍍槽內進行銅互連線上表面進行電鍍工藝； 步驟六，最后是使用退火和化學機械拋光，對經電鍍工藝過的銅互連線上表面進行平坦化處理與清洗；
通過重復以上步驟一至步驟六的工序，形成多層金屬疊加，其中，還包括在所述步驟五中，所述電鍍槽為多個獨立的電鍍槽模塊，根據電鍍工藝的要求，通過選擇對其中一個或多個電鍍槽模塊進行組合，分布連續進行，以形成所需要的所述電鍍工藝。上述的工藝方法，其中，所述獨立的電鍍槽模塊內分別具有調節，工藝條件、工藝參數、電鍍液、有機添加劑成分以及有機添加劑濃度的設置。
上述的工藝方法，其中，所述工藝參數為主鹽濃度、PH值、電流參數、溫度、電鍍轉速、電鍍槽溶液和更換速率。上述的工藝方法，其中，所述電鍍液為硫酸鹽體系會或其他體系具有相同功能的電鍍液。上述的工藝方法，其中，所述獨立的電鍍槽模塊的個數為2個至10個。上述的工藝方法，其中，在使用電鍍液時所用到的加速劑、抑制劑和平坦劑均為有命名的有機添加劑。上述的工藝方法，其中，所述擴散阻擋層的材料為氮化硅。上述的工藝方法，其中，所述絕緣層的材料為氧化硅或介電質。本發明中一種改善電鍍銅工藝的方法，采用了如上方案具有以下效果
1、將傳統的單一電鍍槽工藝分為多個電鍍槽模塊，在每個電鍍槽模塊中可分別設置電鍍條件、電鍍液以及有機添加劑的成分和濃度；
2、同時可選著其中一個或多個電鍍槽模塊進行組合，分布連續進行，從而使該電鍍工藝適合更大的范圍，并極大方便電鍍工藝的調整和優化。
通過閱讀參照如下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，發明的其它特征，目的和優點將會變得更明顯。圖1A-1D為現有技術中電鍍受加速劑、抑制劑和平坦劑共同影響的由底部向上填充過程的示意圖2為現有技術中版圖對電鍍后形貌影響的示意圖； 圖3為本發明一種改善電鍍銅工藝的方法的示意圖。
具體實施例方式為了使發明實現的技術手段、創造特征、達成目的和功效易于明白了解，下結合具體圖示，進一步闡述本發明。請參看3圖所示，一種改善電鍍銅工藝的方法，工藝步驟包括 步驟一，首先沉積一層刻蝕終止層；
步驟二，接著在刻蝕終止層表面沉積一層具有一定厚度的絕緣層； 步驟三，然后對絕緣層進行光刻以及刻蝕工藝，使在絕緣層中形成通孔和溝槽； 步驟四，接著使用物理氣相沉積擴撒阻擋層以及在擴撒阻擋層上沉積金屬銅，形成銅互連線；
步驟五，將形成銅互連線的器件放入電鍍槽內進行銅互連線上表面進行電鍍工藝； 步驟六，最后是使用退火和化學機械拋光，對經電鍍工藝過的銅互連線上表面進行平坦化處理與清洗；
通過重復以上步驟一至步驟六的工序，形成多層金屬疊加，其中，還包括在步驟五中， 電鍍槽為多個獨立的電鍍槽模塊，根據電鍍工藝的要求，通過選擇對其中一個或多個電鍍槽模塊進行組合，分布連續進行，以形成所需要的電鍍工藝。進一步的，獨立的電鍍槽模塊內分別具有調節，工藝條件、工藝參數、電鍍液、有機添加劑成分以及有機添加劑濃度的設置。進一步的，工藝參數為主鹽濃度、PH值、電流參數、溫度、電鍍轉速、電鍍槽溶液和更換速率。進一步的，電鍍液為硫酸鹽體系會或其他體系具有相同功能的電鍍液。進一步的，獨立的電鍍槽模塊的個數為2個至10個。進一步的，在使用電鍍液時所用到的加速劑、抑制劑和平坦劑均為有命名的有機添加劑。進一步的，擴散阻擋層的材料為氮化硅。進一步的，絕緣層的材料為氧化硅或介電質。本發明的具體實施方式
為，首先沉積一層刻蝕終止層，接著在刻蝕終止層表面沉積一層具有一定厚度的絕緣層，然后對絕緣層進行光刻以及刻蝕工藝，使在絕緣層中形成通孔和溝槽，接著使用物理氣相沉積擴撒阻擋層以及在擴撒阻擋層上沉積金屬銅，形成銅互連線，對銅互連線的上表面進行電鍍工藝，根據電鍍工藝的要求，在多個獨立的電鍍槽模塊中，通過選擇對其中一個或多個電鍍槽模塊進行組合，分布連續進行，所需要的電鍍工藝的加工，最后是使用退火和化學機械拋光，對經電鍍工藝過的銅互連線上表面進行平坦化處理與清洗，最后通過重復以上工序，形成多層金屬疊加。從而使本電鍍工藝方法適合更大的應用范圍，并極大方便了電鍍工藝的調整和優化。綜上所述，發明一種改善電鍍銅工藝的方法，有效的將傳統的單一電鍍槽工藝分為多個電鍍槽模塊，在每個電鍍槽模塊中可分別設置電鍍條件、電鍍液以及有機添加劑的成分和濃度，同時可選著其中一個或多個電鍍槽模塊進行組合，分布連續進行，從而使該電鍍工藝適合更大的范圍，并極大方便電鍍工藝的調整和優化。以上對發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，發明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施; 本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響發明的實質內容。
權利要求
1.一種改善電鍍銅工藝的方法，工藝步驟包括 步驟一，首先沉積一層刻蝕終止層；步驟二，接著在刻蝕終止層表面沉積一層具有一定厚度的絕緣層； 步驟三，然后對絕緣層進行光刻以及刻蝕工藝，使在絕緣層中形成通孔和溝槽； 步驟四，接著使用物理氣相沉積擴撒阻擋層以及在擴撒阻擋層上沉積金屬銅，形成銅互連線；步驟五，將形成銅互連線的器件放入電鍍槽內進行銅互連線上表面進行電鍍工藝； 步驟六，最后是使用退火和化學機械拋光，對經電鍍工藝過的銅互連線上表面進行平坦化處理與清洗；通過重復以上步驟一至步驟六的工序，形成多層金屬疊加，其特征在于，還包括在所述步驟五中，所述電鍍槽為多個獨立的電鍍槽模塊，根據電鍍工藝的要求，通過選擇對其中一個或多個電鍍槽模塊進行組合，分布連續進行，以形成所需要的所述電鍍工藝。
2.根據權利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述獨立的電鍍槽模塊內分別具有調節，工藝條件、工藝參數、電鍍液、有機添加劑成分以及有機添加劑濃度的設置。
3.根據權利要求2所述的工藝方法，其特征在于，所述工藝參數為主鹽濃度、PH值、電流參數、溫度、電鍍轉速、電鍍槽溶液和更換速率。
4.根據權利要求2所述的工藝方法，其特征在于，所述電鍍液為硫酸鹽體系會或其他體系具有相同功能的電鍍液。
5.根據權利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述獨立的電鍍槽模塊的個數為2個至10個。
6.根據權利要求1所述的工藝方法，其特征在于，在使用電鍍液時所用到的加速劑、抑制劑和平坦劑均為有命名的有機添加劑。
7.根據權利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述擴散阻擋層的材料為氮化硅。
8.根據權利要求1所述的工藝方法，其特征在于，所述絕緣層的材料為氧化硅或介電質。
全文摘要
本發明一種改善電鍍銅工藝的方法，包括電鍍槽為多個獨立的電鍍槽模塊，根據電鍍工藝的要求，通過選擇對其中一個或多個電鍍槽模塊進行組合，分布連續進行，以形成所需要的電鍍工藝。通過發明一種改善電鍍銅工藝的方法，有效的將傳統的單一電鍍槽工藝分為多個電鍍槽模塊，在每個電鍍槽模塊中可分別設置電鍍條件、電鍍液以及有機添加劑的成分和濃度，同時可選著其中一個或多個電鍍槽模塊進行組合，分布連續進行，從而使該電鍍工藝適合更大的范圍，并極大方便電鍍工藝的調整和優化。
文檔編號C25D7/12GK102443830SQ20111030798
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月12日 優先權日2011年10月12日
發明者方精訓, 蘇亞青 申請人:上海華力微電子有限公司