技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種階段性電鍍工藝電鍍銅方法。

背景技術(shù)

隨著單個(gè)器件變得越來越小，集成電路的運(yùn)行速度越來越快，傳統(tǒng)鋁制程已經(jīng)無(wú)法滿足要求，因此，銅互連技術(shù)發(fā)展成為主流的半導(dǎo)體集成電路互連技術(shù)，而銅電鍍工藝則勝過PVD、CVD等傳統(tǒng)成膜工藝，成為銅互連技術(shù)中制備銅膜的主要工藝。

同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的概念升溫，射頻芯片逐漸成為市場(chǎng)的熱點(diǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)CMOS工藝制備的芯片，其高頻性能較為一般，需要使用外加線圈電感的方式來提高器件的高頻性能。而銅互連電感可以實(shí)現(xiàn)高Q值、高穩(wěn)定性的射頻器件，因此是獲得高性能射頻芯片的有效途徑之一。

現(xiàn)有技術(shù)的大馬士革電鍍工藝主要關(guān)注小尺寸圖形的無(wú)空洞填充效果，一般在相同的硅片工藝位置、硅片轉(zhuǎn)速和電鍍液流速上采用電流密度逐步升高的階梯式電鍍工藝，所述階梯式電鍍工藝主要包括以下幾個(gè)階段：

初始階段，電鍍的初始階段采用低電流密度，以獲得表面均勻的電鍍效果，修復(fù)銅種子層為高電流密度做準(zhǔn)備；

第二階段，電鍍的第二階段采用較高電流密度，以獲得快速的自下而上的電鍍效果，快速填孔并保證無(wú)空洞無(wú)縫隙；

最后階段，電鍍的最后階段采用高電流密度迅速加厚銅層，給化學(xué)機(jī)械拋光工藝提供工藝窗口。

但現(xiàn)有的階梯式電鍍工藝技術(shù)對(duì)于大尺寸(5～100微米)的圖形缺少控制，由于大尺寸圖形的電鍍銅沉積速率較慢，因此相對(duì)于無(wú)圖形區(qū)域的臺(tái)階高度增大。而對(duì)于化學(xué)機(jī)械拋光工藝而言，大尺寸圖形相對(duì)于無(wú)圖形區(qū)域的臺(tái)階高度決定了該區(qū)域的過拋量，臺(tái)階高度越大，過拋量也越大，因此必須增加銅層厚度來控制過拋量，從而滿足設(shè)計(jì)要求(圖形內(nèi)保留的銅層厚度達(dá)標(biāo))，這就增加了電鍍工藝和化學(xué)機(jī)械拋光工藝的負(fù)擔(dān)。

由于銅互連電感主要是大尺寸(1～50微米)、大深度(1～5微米)的圖形，需要幾微米厚的銅膜，因此將顯著地增加電鍍工藝和化學(xué)機(jī)械拋光工藝的負(fù)擔(dān)。

因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的電鍍銅工藝進(jìn)行改進(jìn)。

CN102154670A公開了一種階段性電鍍銅工藝，但是其沒有對(duì)電解液對(duì)電鍍效果的影響進(jìn)行研究，沒有提出一種適合上述電鍍方法的電鍍液。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種階段性電鍍工藝電鍍銅方法，以減少大尺寸、大深度集成電路圖形區(qū)域相對(duì)于無(wú)圖形區(qū)域的銅鍍層的臺(tái)階高度。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種電鍍銅方法，用于對(duì)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和與該工藝相適應(yīng)的電鍍液進(jìn)行處理，在不同的電流密度、硅片旋轉(zhuǎn)速度、電鍍液流速以及硅片工藝位置條件下分階段進(jìn)行電鍍工藝處理。

本發(fā)明的核心思想在于，提供一種電鍍銅方法，該方法通過采用階段性電鍍工藝和與該工藝相適應(yīng)的電鍍液進(jìn)行處理，在不同的電流密度、硅片旋轉(zhuǎn)速度、電鍍液流速以及硅片工藝位置條件下分階段進(jìn)行電鍍工藝處理，從而在保證高的填充速率的同時(shí)，有效地減小了大尺寸、大深度圖形相對(duì)于無(wú)圖形區(qū)域的臺(tái)階高度，在保證化學(xué)機(jī)械拋光工藝窗口的前提上，間接地減少了電鍍工藝所需的銅膜厚度，進(jìn)而縮短了電鍍工藝時(shí)間和化學(xué)機(jī)械拋光工藝時(shí)間，并節(jié)約化學(xué)耗材的使用；并且，該工藝過程不影響銅鍍層的質(zhì)量，銅互連線的各項(xiàng)工藝性能達(dá)到指標(biāo)。

以下對(duì)電鍍液和階段性電鍍工藝進(jìn)行詳細(xì)說明：

（1）電鍍液

所述電鍍液，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?jī)?yōu)選為50～100克/升。

所述硫酸含量?jī)?yōu)選為150～220克/升。一般由硫酸濃度為95.0％～98.0％的分析純?cè)噭┡渲啤?/p>

所述氯離子含量?jī)?yōu)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(zhì)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(yōu)選為聚乙二醇，相應(yīng)分子量為2000～8000。

所述加速劑優(yōu)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。