專利名稱：電鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電鍍方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)工藝中，通常應(yīng)用電鍍工藝形成器件與外部電路間的互連金屬層(如銅)。利用傳統(tǒng)工藝執(zhí)行電鍍操作的步驟包括，步驟11 :如圖1所示，提供基底IO，所述基底10表面形成有晶種層20 ;步驟12 :如圖2所示，將所述基底10置于電鍍?nèi)芤?0中，以所述基底10為陰極，執(zhí)行電鍍操作。 形成電鍍層的基本原理在于將表面具有晶種層20的基底10沉浸在電鍍?nèi)芤?0
中，所述基底10和晶種層20作為帶負(fù)電荷的平板或陰極電連接到外電源。固體金屬(如
銅)塊沉浸在電鍍?nèi)芤?0中并構(gòu)成帶正電荷的陽極。電鍍過程中，電鍍?nèi)芤褐械慕饘匐x子
在晶種層20表面被還原成金屬原子，同時(shí)在金屬陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，以平衡陰極電流。 然而，實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，如圖3-5所示，應(yīng)用上述工藝形成的電鍍層40中易形成孔洞
及/或由此產(chǎn)生的斷線等缺陷42，所述孔洞及/或斷線的存在將影響金屬互連的效果，如何
減少所述孔洞及/或斷線的產(chǎn)生成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。 2006年10月4日公告的公告號(hào)為"CN 1277958C"的中國(guó)專利中公開了一種電鍍
方法，通過采用毫秒量級(jí)的簡(jiǎn)短循環(huán)周期切換電鍍的陰極和陽極、并在中間插入毫秒量級(jí)
的停滯時(shí)間的方法，以在向通孔中沉積金屬層時(shí)提供足量的電流密度，改善電鍍效果，減少
電鍍孔洞的產(chǎn)生。 但是，應(yīng)用上述循環(huán)方法改善電鍍效果時(shí)，關(guān)鍵的改善手段是縮短循環(huán)周期和停滯時(shí)間，顯然，上述電鍍方法的實(shí)施依賴于循環(huán)電鍍?cè)O(shè)備，適用范圍較窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種電鍍方法，可在電鍍過程中減少孔洞及/或斷線的產(chǎn)生。
本發(fā)明提供的一種電鍍方法，包括
提供基底，所述基底表面形成有晶種層；在承載ra值為5-9的液體的槽中，以所述基底為陽極，執(zhí)行電解操作； 將經(jīng)歷所述電解操作的所述基底置于電鍍?nèi)芤褐?，以所述基底為陰極，執(zhí)行電鍍操作。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn) 上述技術(shù)方案提供的電鍍方法，通過在執(zhí)行電鍍操作之前，預(yù)先執(zhí)行電解操作，以去除在形成所述晶種層和開始電鍍過程的時(shí)間間隔內(nèi)附著于所述晶種層上的微粒，繼而，增強(qiáng)浸沒于所述電鍍?nèi)芤褐械木ХN層的表面光潔度，減少所述微粒附著處由于所述微粒的存在導(dǎo)致的電鍍層不連續(xù)及其由此產(chǎn)生的電鍍孔洞現(xiàn)象的發(fā)生，而不必依賴于循環(huán)電鍍?cè)O(shè)備。


圖1-圖2為說明現(xiàn)有技術(shù)中電鍍流程的剖面示意 圖3為說明現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)歷電鍍操作后形成的缺陷的結(jié)構(gòu)示意 圖4_圖5為現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)歷電鍍操作后形成的缺陷的示例圖片；
圖6為說明本發(fā)明第一實(shí)施例的執(zhí)行電鍍操作的流程示意 圖7_圖9為說明本發(fā)明第一實(shí)施例的電鍍流程的剖面示意圖； 圖10為說明本發(fā)明實(shí)施例的確定執(zhí)行電解和電鍍操作時(shí)電壓的極化曲線示意圖； 圖11為說明應(yīng)用本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例與應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)的缺陷檢測(cè)結(jié)果對(duì)比示意圖； 圖12為說明應(yīng)用本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例與應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)的電性檢測(cè)結(jié)果對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式
盡管下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛教導(dǎo)，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。 為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。 在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下列說明和權(quán)利要求書本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。 如圖6所示，作為本發(fā)明的第一實(shí)施例，執(zhí)行電鍍操作的步驟包括，步驟601 :提供基底，所述基底表面形成有晶種層；步驟602 :在承載ra值為5-9的液體的槽中，以所述基底為陽極，執(zhí)行電解操作；步驟603 :將經(jīng)歷所述電解操作的所述基底置于電鍍?nèi)芤褐?，以所述基底為陰極，執(zhí)行電鍍操作。 具體地，在襯底上定義器件有源區(qū)并完成淺溝槽隔離、繼而形成柵極結(jié)構(gòu)及源區(qū)和漏區(qū)后，進(jìn)而沉積第一層間介質(zhì)層(即金屬前介質(zhì)層，PMD)，繼續(xù)在所述第一層間介質(zhì)層內(nèi)形成第一層通孔(via)及溝槽(trench)，在形成覆蓋所述通孔及溝槽的底壁和側(cè)壁的晶種層后，可形成基底100?？蓴U(kuò)展地，在沉積第N-l層間介質(zhì)層后，繼續(xù)形成第N-l層通孔及溝槽，在形成覆蓋所述通孔及溝槽的底壁和側(cè)壁的晶種層后，仍可形成基底100。顯然，所述層間介質(zhì)層的數(shù)目N可為任意自然數(shù)，如1、3、5、7或9等，所述層間介質(zhì)層的具體數(shù)目根據(jù)產(chǎn)品要求確定。所述金屬前介質(zhì)層覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)及源區(qū)和漏區(qū)并填滿位于所述柵極結(jié)構(gòu)間的線縫；所述柵極結(jié)構(gòu)包含柵極、環(huán)繞柵極的側(cè)墻及柵氧化層。所述柵極結(jié)構(gòu)還可包含覆蓋所述柵極和側(cè)墻的阻擋層。所述襯底包含但不限于包括元素的硅材料，例如單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe)，也可以是絕緣體上硅(SOI)。形成的表面具有晶種層120的所述基底100如圖7所示。 在形成所述通孔和溝槽的步驟和形成所述晶種層120的步驟之間，還包括形成覆蓋所述通孔和溝槽的底部和側(cè)壁的粘接層。所述粘接層用以增強(qiáng)所述晶種層120與所述通孔和溝槽的底部和側(cè)壁的接合程度，以減小由于接合效果不良而導(dǎo)致的接觸電阻的增加。所述粘接層可包括TaN/Ta或TiN/Ti的疊層結(jié)構(gòu)。所述粘接層可利用化學(xué)氣相沉積工藝獲得。 所述晶種層120可利用物理氣相沉積(PVD)工藝形成。填充所述通孔和溝槽的互連材料為金屬銅時(shí)，所述晶種層為銅。實(shí)踐中，所述晶種層120用以在形成電鍍層時(shí)作為帶負(fù)電荷的平板或陰極電連接到外電源，以承載由電鍍?nèi)芤褐械慕饘巽~離子被還原而形成的金屬銅原子。 但是，實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，在上述晶種層120上形成的電鍍層中易形成孔洞及/或由此產(chǎn)生的斷線。 本發(fā)明的發(fā)明人分析后認(rèn)為，形成孔洞及/或斷線的原因在于實(shí)踐中，在形成所述晶種層120和開始電鍍過程之間總是存在著一定的時(shí)間間隔，在所述時(shí)間間隔內(nèi)，置放所述基底的環(huán)境中存在的微粒易在靜電吸附作用下附著于所述晶種層120上，附著的微粒將降低所述晶種層120的表面光潔度，繼而，將所述晶種層120浸沒于電鍍?nèi)芤褐袝r(shí)，在附著微粒處，易導(dǎo)致所述電鍍層的缺失，即，易導(dǎo)致形成的電鍍層不連續(xù)，由此產(chǎn)生電鍍孔洞及/或斷線現(xiàn)象的發(fā)生。 由此，本發(fā)明的發(fā)明人提出，在執(zhí)行電鍍操作之前去除附著于所述晶種層120上的微粒，成為減少電鍍孔洞及/或斷線現(xiàn)象的發(fā)生的指導(dǎo)方向。 具體地，通過在執(zhí)行電鍍操作之前，預(yù)先執(zhí)行電解操作，以去除附著于所述晶種層120上的微粒，繼而，增強(qiáng)浸沒于所述電鍍?nèi)芤褐械木ХN層120的表面光潔度，減少所述微粒附著處由于所述微粒的存在導(dǎo)致的電鍍層不連續(xù)及其由此產(chǎn)生的電鍍孔洞及/或斷線現(xiàn)象的發(fā)生。 如圖8所示，執(zhí)行所述電解操作時(shí)，需將所述基底100置于承載液體140的槽中，所述液體140的ra值可為5-9，如5、6、7、8、9 ;具體地，所述液體140可為稀釋的硫酸及/或鹽酸溶液、氨水或去離子水中的一種。所述液體140作為所述電解操作的電解質(zhì)，所述基底100為陽極，陰極可為浸沒于所述液體140中的固體銅塊。施加電壓后，所述微粒在反向電場(chǎng)力(與執(zhí)行電鍍操作相比而言)的作用下，靜電吸附作用被破壞，由于所述靜電吸附作用的減弱或消除，以及，具有所述晶種層120的基底100在執(zhí)行所述電解操作時(shí)倒置(即所述晶種層120的表面面向所述液體)于所述液體140(對(duì)于電鍍操作，所述液體140為電鍍?nèi)芤?中，使得所述微粒將脫離所述晶種層120，而進(jìn)入所述液體140中。
繼而，如圖9所示，將經(jīng)歷所述電解操作的所述基底置于電鍍?nèi)芤?60中，以所述基底IOO為陰極，執(zhí)行電鍍操作。執(zhí)行所述電鍍操作的方法可采用任何傳統(tǒng)的工藝，在此不再贅述。 作為本發(fā)明的其他實(shí)施例，執(zhí)行所述電解操作時(shí)，所述ra值為5-9的液體處于流動(dòng)平衡中。處于流動(dòng)狀態(tài)的所述液體將對(duì)附著的微粒產(chǎn)生一定的沖擊，利于破壞其與晶種層間的靜電吸附作用，易于增加所述微粒脫離所述晶種層的速度。此外，處于流動(dòng)平衡中的所述液體還易于排除其內(nèi)包含的雜質(zhì)，利于所述電解操作的進(jìn)行。 具體地，所述ra值為5-9的液體可為電鍍?nèi)芤?。此時(shí)，執(zhí)行電鍍操作的步驟為首先，提供基底，所述基底表面形成有晶種層；隨后，將所述基底置于電鍍?nèi)芤褐校运龌诪殛枠O，執(zhí)行電解操作；再后，在所述電鍍?nèi)芤褐校运龌诪殛帢O，執(zhí)行電鍍操作。
以所述電鍍?nèi)芤鹤鳛槌休d上述電解操作的液體，可簡(jiǎn)化工藝，減少制程中所需的化學(xué)品的種類，減少所述基底在承載不同溶液的槽之間轉(zhuǎn)送的次數(shù)，可減少?gòu)U品的產(chǎn)生；顯然，執(zhí)行所述電解操作時(shí)，所述電鍍?nèi)芤阂沧詈锰幱诹鲃?dòng)平衡中。處于流動(dòng)狀態(tài)的所述電鍍?nèi)芤阂子谠黾铀鑫⒘Ｃ撾x所述晶種層的速度，并且，還易于排除其內(nèi)包含的雜質(zhì)，利于所述電鍍操作的進(jìn)行。 填充所述通孔和溝槽的互連金屬為銅(即，所述電鍍層為銅)時(shí)，所述晶種層也為銅，所述晶種層采用物理氣相沉積工藝形成；所述電鍍?nèi)芤簽榱蛩徙~；具體地，實(shí)踐中，出于生產(chǎn)需要，所述電鍍?nèi)芤褐型ǔ＿€包含有利于電鍍反應(yīng)進(jìn)行的Cl—和H+等，g卩，所述電鍍?nèi)芤嚎蔀榱蛩徙~的酸性溶液。 此外，為了使得在利用所述電解操作去除微粒時(shí)，所述晶種層受到盡量少的損傷，可優(yōu)選所述電解操作的執(zhí)行條件。 具體地，作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在執(zhí)行所述電解操作之前，還包括確定所述電鍍操作的極化曲線。以確定電極反應(yīng)的變化趨勢(shì)。所述極化曲線可在利用傳統(tǒng)工藝執(zhí)行電鍍操作時(shí)獲得，具體可應(yīng)用任何現(xiàn)行的方法，在此不再贅述。 以銅電鍍操作為例，如圖IO所示，隨著電壓的變化(包含陰、陽極的極性轉(zhuǎn)化和電性大小的變化)，其極化曲線分為耗盡區(qū)ab、截止區(qū)bc、線性區(qū)cd和飽和區(qū)de。實(shí)踐中，執(zhí)行所述電鍍操作的電壓在所述極化曲線的線性區(qū)內(nèi)選取，既利于提高電鍍反應(yīng)的速度，也利于改善經(jīng)由電鍍反應(yīng)形成的電鍍層的質(zhì)量。 此外，由前述分析可知，執(zhí)行所述電解操作時(shí)，與執(zhí)行所述電鍍操作時(shí)相比，極性相反(執(zhí)行所述電鍍操作時(shí)，基底/晶種層為陰極；執(zhí)行所述電解操作時(shí)，基底/晶種層為陽極)；而執(zhí)行所述電鍍操作時(shí)，所需的電壓取值可為其極化曲線內(nèi)線性區(qū)cd中的任意值，但是，在極性相反時(shí)，對(duì)應(yīng)所述電壓取值的絕對(duì)值的電壓處于所述極化曲線內(nèi)的耗盡區(qū)ab，即，以此處于所述極化曲線內(nèi)的耗盡區(qū)ab的電壓執(zhí)行所述電解操作時(shí)，將導(dǎo)致已形成的晶種層材料(即銅)的反向電鍍(即，由于極性的改變，所述晶種層由陰極變?yōu)殛枠O，電極反應(yīng)由電鍍?nèi)芤褐械腃u2+得電子生成Cu，變?yōu)镃u失電子變?yōu)镃u2+)，失電子后的銅將進(jìn)入電鍍?nèi)芤褐校瑩Q言之，將導(dǎo)致所述晶種層的耗損。因此，執(zhí)行所述電解操作的電壓最好在所述極化曲線的截止區(qū)內(nèi)選取。 作為示例，以銅電鍍?yōu)槔瑢?shí)踐中，執(zhí)行所述電鍍操作的電壓選為0. 5V，此0. 5V為銅電鍍極化曲線內(nèi)線性區(qū)cd中的任一值；且所述極化曲線內(nèi)截止區(qū)bc對(duì)應(yīng)的電壓范圍為-O. 3V 0. 3V，執(zhí)行所述電解操作的電壓的取值范圍為(OV，O. 3V]，優(yōu)選為
，如0. 1V、0. 2V或0. 3V。 需說明的是，執(zhí)行所述電解操作的電壓的取值范圍也可為[-0.3V，0V)，優(yōu)選為[-0. IV， -0. 3V]，如-0. IV、 -0. 2V或-0. 3V，此時(shí)，所述電解操作即為反向電鍍操作，只是對(duì)反應(yīng)程度有限制，要稍弱一些。此外，在執(zhí)行所述反向電鍍操作時(shí)，所需的電鍍?nèi)芤嚎梢詢H為ra值為5-9的液體，如ra值為5、6、7、8或9 ;具體地，所述液體可為稀釋的硫酸及/或鹽酸溶液、氨水或去離子水中的一種。 此外，執(zhí)行所述電解操作的持續(xù)時(shí)間為1秒-10秒，具體如1秒、3秒、5秒、8秒或10秒。這是因?yàn)槌掷m(xù)時(shí)間太短，易減弱微粒去除效果，即減弱改善所述孔洞及/或斷線缺陷的效果；持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)，所述晶種層易被所述ra值為5-9的液體或電鍍?nèi)芤呵治g，繼而，影響經(jīng)歷后續(xù)操作后獲得的晶片的電學(xué)性能。 為驗(yàn)證上述技術(shù)方案對(duì)所述孔洞及/或斷線的改善效果，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)應(yīng)用上述優(yōu)選方案與應(yīng)用傳統(tǒng)方案獲得的執(zhí)行電鍍操作后的基底進(jìn)行了所述孔洞及/或斷線缺陷檢測(cè)，如圖11所示，結(jié)果表明，應(yīng)用上述優(yōu)選方案后，可使得在一片基底上的所述孔洞及/或斷線缺陷42由20個(gè)-100個(gè)減小至1個(gè)-5個(gè)。 此外，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)應(yīng)用上述優(yōu)選方案與應(yīng)用傳統(tǒng)方案執(zhí)行電鍍操作時(shí)獲得的(已檢測(cè)合格)基底進(jìn)行了晶片可接受性測(cè)試(WAT)，具體測(cè)試了填充后的通孔的接觸電阻(Rc)，結(jié)果表明，與應(yīng)用傳統(tǒng)方案執(zhí)行電鍍操作時(shí)相比，應(yīng)用上述優(yōu)選方案執(zhí)行電鍍操作后，填充后的通孔的接觸電阻的變化可被忽略，即，應(yīng)用上述技術(shù)方案改善所述孔洞及/或斷線時(shí)，不會(huì)對(duì)晶片的電學(xué)性能產(chǎn)生不良影響。 需強(qiáng)調(diào)的是，未加說明的步驟均可采用傳統(tǒng)的方法獲得，且具體的工藝參數(shù)根據(jù)產(chǎn)品要求及工藝條件確定。 盡管通過在此的實(shí)施例描述說明了本發(fā)明，和盡管已經(jīng)足夠詳細(xì)地描述了實(shí)施例，申請(qǐng)人不希望以任何方式將權(quán)利要求書的范圍限制在這種細(xì)節(jié)上。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說另外的優(yōu)勢(shì)和改進(jìn)是顯而易見的。因此，在較寬范圍的本發(fā)明不限于表示和描述的特定細(xì)節(jié)、表達(dá)的設(shè)備和方法和說明性例子。因此，可以偏離這些細(xì)節(jié)而不脫離申請(qǐng)人總的發(fā)明概念的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種電鍍方法，其特征在于，包括提供基底，所述基底表面形成有晶種層；在承載PH值為5-9的液體的槽中，以所述基底為陽極，執(zhí)行電解操作；將經(jīng)歷所述電解操作的所述基底置于電鍍?nèi)芤褐校运龌诪殛帢O，執(zhí)行電鍍操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍方法，其特征在于所述晶種層采用物理氣相沉積工藝 形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍方法，其特征在于所述晶種層材料為銅。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電鍍方法，其特征在于所述電鍍?nèi)芤簽榱蛩徙~的酸性溶液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的電鍍方法，其特征在于執(zhí)行所述電解操作時(shí)，所述ra值為5-9的液體處于流動(dòng)平衡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電鍍方法，其特征在于所述ra值為5-9的液體為電鍍?nèi)芤骸?br> 7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍方法，其特征在于執(zhí)行所述電解操作時(shí)的電壓小于執(zhí)行所述電鍍操作時(shí)的電壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍方法，其特征在于，在執(zhí)行所述電解操作之前，還包括 確定所述電鍍操作的極化曲線，執(zhí)行所述電解操作的電壓在所述極化曲線的截止區(qū)內(nèi)選 取。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電鍍方法，其特征在于執(zhí)行所述電鍍操作的電壓在所述極 化曲線的線性區(qū)內(nèi)選取。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍方法，其特征在于執(zhí)行所述電解操作的持續(xù)時(shí)間為1-10秒。
全文摘要
一種電鍍方法，包括提供基底，所述基底表面形成有晶種層；在承載pH值為5-9的液體的槽中，以所述基底為陽極，執(zhí)行電解操作；將經(jīng)歷所述電解操作的所述基底置于電鍍?nèi)芤褐?，以所述基底為陰極，執(zhí)行電鍍操作?？稍陔婂冞^程中減少孔洞及/或斷線的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101724877SQ20081022458
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者聶佳相 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司