一種電鍍銅溶液的制作方法
【專利摘要】本發明屬于半導體集成電路制造【技術領域】，具體為一種電鍍銅溶液。該電鍍銅溶液包括：硫酸銅、硫酸、氯離子、烷基丁二酸酯磺酸鈉和磺酸鹽類。其優點在于調高了電鍍液的酸銅比，可以保證在納米級的深孔中銅層應有的厚度；流動性更好，電鍍銅的臺階覆蓋能力得到了有效的提高，溝槽在納米級銅填充后，沒有空隙和裂縫等存在；電鍍后的樣品在后續器件的制備過程有很好的可靠性。
【專利說明】一種電鍍銅溶液
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于半導體集成電路制造【技術領域】，具體涉及一種應用于集成電路后道工藝中的電鍍銅溶液。
【背景技術】
[0002]隨著超大規模集成電路(VLSI)和特大規模集成電路(ULSI)的發展，集成度不斷提高，電路元件越來越密集，芯片互連成為影響芯片性能的關鍵因素。然而，由于電路系統的尺寸限制，VLSI和ULSI技術中互連線的尺寸縮小對加工能力提出了額外的要求。這種要求包括多層面、高深寬比結構特征的精確加工等。這些互連結構的可靠性對VLSI和ULSI的成功和電路密度的提高起著非常重要的作用。
[0003]隨著電路密度增加，互連線的線寬、接觸通孔大小及其他特征尺寸都將隨之減小，然而，介電層的厚度卻不能隨之等比例的縮小，結果就是特征深寬比增大。其次，在集成電路后道工藝中，銅已經逐漸取代鋁成為超大規模集成電路互連中的主流互連技術所用材料。在目前的芯片制造中，芯片的布線和互連幾乎全部是采用銅鍍層。[0004]銅具有比鋁更低的電阻率(低約35%)和更高的抗電遷移能力(約為鋁的2倍)，且銅具有良好的導熱性。這對于多層面的集成更高電路密度和電流密度的器件非常有利。銅可以通過電鍍、噴鍍、物理氣相沉積和化學氣相沉積生長在基片上。通常認為采用電鍍形式的鑲嵌工藝(大馬士革工藝)是制備銅互連線的最佳方法。銅大馬士革工藝通過電鍍的形式，可以填充微納米級的深孔，具有沉積速度快、成本低等特點。
[0005]然而隨著集成電路技術的技術節點不斷往前推進，對納米級孔洞的填充要求越來越嚴格。例如，目前業界廣泛應用的65-45nm互連技術，一般要求能夠無缺陷地填充65-90nm直徑的溝槽，深寬比要求達到2.3:1.為此，各國的科學人員采取了多種方法來提高電鍍銅的質量和效果。電鍍時，使用的銅電鍍液是決定電鍍效果的關鍵之所在。所以，如何配比電鍍銅溶液，滿足對小尺寸、高密度、高精度產品的鍍銅要求成為亟需解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種應用于集成電路互連技術中的新型電鍍銅溶液，用以制備納米級的電鍍銅，可制造尺寸小，密度高，精度高的產品。
[0007]本發明提供的電鍍銅溶液，其組分包括:
50-100g/L的硫酸銅；
120-170g/L 的硫酸；
40-60ppm濃度的氯離子；
5-8g/L的烷基丁二酸酯磺酸鈉；
5-8ppm濃度的磺酸鹽類。
[0008]本發明中，所述烷基丁二酸酯磺酸鈉為丁二酸二戊酯磺酸鈉或丁二酸二己酯磺酸鈉。
[0009]本發明中，所述磺酸鹽類為聚二硫二丙烷磺酸鈉或噻唑啉丙烷磺酸鈉。
[0010]本發明中，所述烷基丁二酸酯磺酸鈉優選含量為5_6g/L。
[0011]本發明中，所述磺酸鹽類的優選濃度為5_6ppm。
[0012]本發明中，所述硫酸銅的優選含量為80_100g/L，硫酸的優選含量為150_170g/L，氯離子的優選濃度為40-50ppm。
[0013]發明的作用和效果
根據本發明提供的電鍍銅溶液，因為具有50-100g/L的硫酸銅、120-170g/L的硫酸、40-60ppm濃度的氯離子的成分調高了電鍍液的酸銅比，可以保證深孔中銅層應有的厚度。烷基丁二酸酯磺酸鈉作為分散劑，有效地防止溶液粒子之間相互聚集，5-8g/L分散劑的含量使得電鍍銅溶液的流動性更好，電鍍銅的臺階覆蓋能力得到了有效的提高，在納米級的溝槽填充過程中，能夠大大減少各種缺陷的產生，例如孔洞和縫隙，使得互連線的可靠性有很大的提高。磺酸鹽類作為光亮劑去除產品表面的氧化物，增加產品表面的光澤度，5-8ppm濃度的光亮劑使得電鍍銅溶液的電鍍獲得的產品表面在后續過程中的有很好的平整性能，不僅美觀，而且產品的連接特性更好，可以大大降低表面的粗糙度，減少后續化學機械拋光工藝的成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為電鍍銅的X射線衍射圖。
[0015]圖2為電鍍后銅的表面形貌。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的描述。
[0017]實施例1
電鍍銅液的分配比如下:
硫酸銅:80 g/L 硫酸:150 g/L 氯離子濃度:40ppm 丁二酸二戊酯磺酸鈉:5g/L 聚二硫二丙烷磺酸鈉:5ppm
按照上述的組分配置的電鍍銅液，經過反復過濾，然后空氣攪拌，在電鍍過程中持續保持該電鍍銅液的循環。
[0018]實施例2:
電鍍銅液的分配比如下:
硫酸銅:90 g/L 硫酸:160 g/L 氯離子濃度:45ppm 丁二酸二戊酯磺酸鈉:5.5g/L 噻唑啉丙烷磺酸鈉:5.5ppm按照上述的組分配置的電鍍銅液，經過反復過濾，然后空氣攪拌，在電鍍過程中持續保持該電鍍銅液的循環。
[0019]實施例3:
電鍍銅液的分配比如下:
硫酸銅:100 g/L 硫酸:170 g/L 氯離子濃度:50ppm 丁二酸二己酯磺酸鈉:6g/L 噻唑啉丙烷磺酸鈉:6ppm
按照上述的組分配置的電鍍銅液，經過反復過濾，然后空氣攪拌，在電鍍過程中持續保持該電鍍銅液的循環。[0020]當然，本發明提供的電鍍銅液可以在該配方的基礎上添加其他輔助添加劑，只是對本發明的內容再優化，同樣還是本發明所保護的范圍內。
[0021]實驗測試
使用本發明提供的電鍍銅的鍍液進行如下實驗:
1、電鍍液的配制
電鍍銅液的分配比如下:
硫酸銅:80 g/L 硫酸:150 g/L 氯離子濃度:40ppm 丁二酸二戊酯磺酸鈉:5g/L 聚二硫二丙烷磺酸鈉:5ppm
2、電鍍液的老化
按照上述的組分配置的電鍍銅液，經過反復過濾，然后空氣攪拌，并進行6個小時的老化。
[0022]2、電鍍實驗
根據要求，選擇不同的電流密度進行電鍍實驗，選擇1.0A/dm2的電鍍電流密度，在一個帶有籽晶銅的平面光片進行電鍍銅4分鐘。
[0023]4、樣品的測試
對電鍍好的樣品進行結構和形貌測試。圖1給出了電鍍銅的X射線衍射圖，表面電鍍銅的Cu(Ill)峰很強，而Cu(200)峰強度很弱，說明了有很好的電鍍銅結構特性。
[0024]電鍍后銅的表面形貌如圖2所示，從圖2中可以看出，Cu表面晶粒非常均勻。
【權利要求】
1.一種電鍍銅溶液，其特征在于，其組成為: 50-100g/L的硫酸銅； 120-170g/L 的硫酸； 40-60ppm濃度的氯離子； 5-8g/L的烷基丁二酸酯磺酸鈉； 5-8ppm濃度的磺酸鹽類。
2.根據權利要求1所述的電鍍銅溶液，其特征在于所述烷基丁二酸酯磺酸鈉為丁二酸二戊酯磺酸鈉或丁二酸二己酯磺酸鈉。
3.根據權利要求1所述的電鍍銅溶液，其特征在于所述磺酸鹽類為聚二硫二丙烷磺酸鈉或噻唑啉丙烷磺酸鈉。
4.根據權利要求1所述的電鍍銅溶液，其特征在于所述烷基丁二酸酯磺酸鈉含量為5_6g/L。
5.根據權利要求1所述的電鍍銅溶液，其特征在于所述磺酸鹽類的濃度為5-6ppm。
6.根據權利要求1所述的電鍍銅溶液，其特征在于所述硫酸銅的含量為80-100g/L，硫酸的含量為150-170g/L，氯離子的濃度為40-50ppm。
【文檔編號】C25D3/38GK103911635SQ201410109968
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】盧紅亮, 謝立恒, 丁士進, 張衛 申請人:復旦大學