CN103077923A - 一种可避免空洞的电镀铜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制造领域，具体来说是一种可避免空洞的电镀铜的方法。包括以下步骤：在晶圆上刻蚀出需要填充的沟槽；在所述沟槽的表面以及晶圆的上表面添加添加剂；使用4～5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为5～6秒，填充铜的厚度为130～140埃；分三步对所述沟槽以不同大小的电流通过电镀方式填充不同厚度的铜；淀积：使用41～42安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为10～14转每分钟，填充时间为10～14秒，填充铜的厚度为3510～3520埃。本发明能防止在电镀的过程中产生空洞以及过早封口。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体来说是一种可避免空洞的电镀铜的方法。
背景技术
在半导体的制造领域，通常采用电镀铜工艺进行互连，导通逻辑晶圆与像素晶圆，由于深槽的深宽比大,对填充能力要求严格，传统工艺极易形成空洞，传统工艺电镀铜填充的透射电子显微镜(TEM：Transmissionelectronmicroscope)图,如图1所示，可以明显看到槽内的空洞,而空洞会对传感器的可靠性产生影响，背照式影像传感器最新工艺的电镀铜填充工艺在填充铜的过程中，存在空隙问题，影响后续工艺的进行，迫切需要解决。
目前还没有方法能避免在电镀铜工艺中空洞的产生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供种可避免空洞的电镀铜的方法解决上述问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种可避免空洞的电镀铜的方法，包括以下步骤：
步骤101，在晶圆上刻蚀出需要填充的沟槽；
步骤102，在所述晶圆的上表面添加平坦剂，在所述沟槽的底部添加加速剂，在所述沟槽上部的拐角处添加抑制剂；
步骤103，使用4～5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为5～6秒，填充铜的厚度为130～140埃（1埃=0.1纳米）；
步骤104，第一次向沟槽填充铜：使用6～7安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为85～95秒，填充铜的厚度为3265～3275埃；
步骤105，第二次向沟槽填充铜：使用13～14安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为115～125秒，填充铜的厚度为8715～8725埃；
步骤106：第三次向沟槽填充铜：使用25～29安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为25～35秒，填充铜的厚度为4355～4365埃；
步骤107，淀积：使用41～42安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为10～14转每分钟，填充时间为10～14秒，填充铜的厚度为3510～3520埃。
本发明的有益效果是：填孔步骤由传统的一次填充分为三次填充，并调整电流、电镀时间等参数来改变生长速率，使生长之初速率较低，防止过早封口，再逐渐提高电流，增加生长速率，来避免电镀过程中空洞的产生。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，种籽修复：使用4.5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为5.5秒，填充铜的厚度为135埃。
进一步，步骤四所述的填充即第一次向沟槽填充铜：使用6.75安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为90秒，填充铜的厚度为3270埃。
进一步，步骤五所述的填充即第二次向沟槽填充铜：使用13.5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为120秒，填充铜的厚度为8720埃。
进一步，步骤六所述的填充即第三次向沟槽填充铜：使用27安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为30秒，填充铜的厚度为4360埃。
进一步，所述步骤七中淀积即：使用40.5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为12转每分钟，填充时间为12秒，填充铜的厚度为3515埃。
进一步，在所述沟槽的底部添加浓度为4～6mol/L的加速剂。
进一步，在所述沟槽上部的拐角处添加浓度为3～9mol/L的抑制剂。
进一步，在所述晶圆的上表面添加浓度为3～5mol/L的平坦剂。
采用上述进一步方案的有益效果是：上述具体的参数是在长期的工艺制作中总结出的较好的工艺数据。调整加速剂与抑制剂的配比，使得沟槽侧壁和底部的速率促进与拐角处的速率抑制更优化，使槽各处平衡生长，防止空洞产生。
附图说明
图1为为传统工艺电镀铜填充的透射电子显微镜示意图；
图2为本发明的操作流程图；
图3为本发明的透射电子显微镜示意图。
附图中，各标注所代表的部件如下：
1、空洞。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
表1为传统工艺电镀铜填充的参数图，表2为传统工艺电镀铜使用添加剂的比例图，图1为使用传统工艺参数以及传统比例的添加剂制造的成品的透射电子显微镜(TEM：Transmissionelectronmicroscope)示意图，如图1所示，可见有明显的空洞1。
表1
表2
| 浓度（mol/L） | |
| 加速剂 | 1～3 |
| 抑制剂 | 5～10 |
| 平坦剂 | 3～5 |
本发明为一种可避免空洞的电镀铜的方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤101，在晶圆上刻蚀出需要填充的沟槽；
步骤102，在所述晶圆的上表面添加平坦剂，所述平坦剂一般含有氮原子，通常是含氮的高分子聚合物，粘度大，在平坦和突出的表面，质量传输更有效。因此加速剂与抑制剂的配比很大程度上影响电镀铜的填孔能力；在所述沟槽的底部添加加速剂，所述加速剂含有硫或及其官能团的有机物，如聚二硫二丙烷磺酸钠(SPS),分子量小，一般吸附在沟槽底部；在所述沟槽上部的拐角处添加抑制剂，所述抑制剂包括聚乙二醇(PEG)、聚丙烯二醇和聚乙二醇的共聚物，一般为长链聚合物。扩散系数低，易聚集在沟槽开口处，抑制铜淀积，防止空洞；
步骤103，使用4～5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为5～6秒，填充铜的厚度为130～140埃；
步骤104，第一次向沟槽填充铜：使用6～7安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为85～95秒，填充铜的厚度为3265～3275埃；
步骤105，第二次向沟槽填充铜：使用13～14安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为115～125秒，填充铜的厚度为8715～8725埃；
步骤106：第三次向沟槽填充铜：使用25～29安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为25～35秒，填充铜的厚度为4355～4365埃；
步骤107，淀积：使用41～42安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为10～14转每分钟，填充时间为10～14秒，填充铜的厚度为3510～3520埃。
种籽修复：使用4.5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为5.5秒，填充铜的厚度为135埃。
步骤四所述的第一次向沟槽填充铜即：使用6.75安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为90秒，填充铜的厚度为3270埃。
步骤五所述的第二次向沟槽填充铜即：使用13.5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为120秒，填充铜的厚度为8720埃。
步骤六所述的第三次向沟槽填充铜即：使用27安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为30秒，填充铜的厚度为4360埃。
步骤七，淀积：使用40.5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为12转每分钟，填充时间为12秒，填充铜的厚度为3515埃。
表3中的数据为本发明较好的工艺参数，通过表3和表1中工艺参数的对比可得知本发明将传统工艺的一步填充铜分为三步填充铜，并且从填充的结果可以看到，本发明与传统电镀铜工艺最后得到的填充铜的厚度是相等的，都为20000埃。
表4为本发明使用的添加剂的比例图，如表4所示，在所述沟槽的底部添加浓度为4～6mol/L的加速剂；在所述沟槽上部的拐角处添加浓度为3～9mol/L的抑制剂；在所述晶圆的上表面添加浓度为3～5mol/L的平坦剂。
表3
表4
| 浓度（mol/L） | |
| 加速剂 | 4～6 |
| 抑制剂 | 3～9 |
| 平坦剂 | 3～5 |
图3为通过本发明制造而成的影像传感器的透射电子显微镜示意图，可见无空洞现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可避免空洞的电镀铜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在晶圆上刻蚀出需要填充的沟槽；
步骤二，在所述晶圆的上表面添加平坦剂，在所述沟槽的底部添加加速剂，在所述沟槽上部的拐角处添加抑制剂；
步骤三，种籽修复：使用4～5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为5～6秒，填充铜的厚度为130～140埃；
步骤四，填充：使用6～7安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为85～95秒，填充铜的厚度为3265～3275埃；
步骤五，填充：使用13～14安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为115～125秒，填充铜的厚度为8715～8725埃；
步骤六：填充：使用25～29安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为85～95转每分钟，填充时间为25～35秒，填充铜的厚度为4355～4365埃；
步骤七，淀积：使用41～42安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为10～14转每分钟，填充时间为10～14秒，填充铜的厚度为3510～3520埃。
2.根据权利要求1所述的一种可避免空洞的电镀铜的方法，其特征在于，种籽修复：使用4.5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为5.5秒，填充铜的厚度为135埃。
3.根据权利要求1所述的一种可避免空洞的电镀铜的方法，其特征在于，步骤四所述的填充即：使用6.75安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为90秒，填充铜的厚度为3270埃。
4.根据权利要求1所述的一种可避免空洞的电镀铜的方法，其特征在于，步骤五所述的填充即：使用13.5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为120秒，填充铜的厚度为8720埃。
5.根据权利要求1所述的一种可避免空洞的电镀铜的方法，其特征在于，步骤六所述的填充即：使用27安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为90转每分钟，填充时间为30秒，填充铜的厚度为4360埃。
6.根据权利要求1所述的一种可避免空洞的电镀铜的方法，其特征在于，所述步骤七，淀积中：使用40.5安培的电流对所述沟槽通过电镀方式填充铜，填充过程中所述晶圆的转速为12转每分钟，填充时间为12秒，填充铜的厚度为3515埃。
7.根据权利要求1至6任一所述的一种可避免空洞的电镀铜的方法，其特征在于，在所述沟槽的底部添加浓度为4～6mol/L的加速剂。
8.根据权利要求1至6任一所述的一种可避免空洞的电镀铜的方法，其特征在于，在所述沟槽上部的拐角处添加浓度为3～9mol/L的抑制剂。
9.根据权利要求1至6任一所述的一种可避免空洞的电镀铜的方法，其特征在于，在所述晶圆的上表面添加浓度为3～5mol/L的平坦剂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: WUHAN XINXIN SEMICONDUCTOR MANUFACTURING CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: LU WEI Effective date: 20130712 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 200124 PUDONG NEW AREA, SHANGHAI TO: 430205 WUHAN, HUBEI PROVINCE |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130712 Address after: 430205 Wuhan Province, East Lake City Development Zone, No., No. four high road, No. 18 Applicant after: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co.,Ltd. Address before: 200124, room 9, No. 905, Lane 301, Haiyang Road, Shanghai, Pudong New Area Applicant before: Lu Wei |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 430205 No.18, Gaoxin 4th Road, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: Wuhan Xinxin Integrated Circuit Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 430205 No.18, Gaoxin 4th Road, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee before: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address |