在非铜衬垫层上的铜电填充制造技术

在非铜衬垫层上实现特征中的铜的无孔隙由下往上填充。非铜衬垫层具有比铜更高的电阻率。用于将铜镀覆于非铜衬垫层上的电镀溶液包含低铜浓度、高pH、有机添加剂以及作为铜络合剂的溴离子。高pH和溴离子不会干扰有机添加剂的活性。在一些实现方案中，铜离子浓度为介于约0.2g/L至约10g/L之间，硫酸浓度为介于约0.1g/L至约10g/L之间，并且溴离子的浓度为介于约20mg/L至约240mg/L之间。在一些实现方案中，电镀溶液还包含氯离子作为额外的铜络合剂，其浓度为介于约0.1mg/L至约100mg/L之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在非铜衬垫层上的铜电填充通过引用并入PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。
技术介绍
可利用镶嵌或双重镶嵌处理以实现集成电路(ICs)中的金属布线互联件的形成。通常，将沟槽或孔洞蚀刻至位于衬底上的介电材料(例如二氧化硅)中。可使孔洞或沟槽内衬有一或更多衬垫层和阻挡层。接着，可在孔洞或沟槽中沉积薄的铜层，其可用作铜晶种层。之后，可利用铜填充孔洞或沟槽。常规的铜沉积通常以两个步骤进行。首先，利用PVD处理以在衬底上沉积铜晶种层。其次，将铜电镀于晶种层上以填充孔洞或沟槽。已开发出通过直接将铜电镀于阻挡层或衬垫层上而避免使用PVD以沉积铜晶种层的技术。然而，在直接将铜电镀于阻挡或衬垫层上的方面存在挑战。这里提供的
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是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的专利技术人的工作在其在此
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以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
技术实现思路
本文提供了一种电镀铜至晶片的表面上的方法。所述方法包括：接收晶片，所述晶片在所述晶片的表面处具有多个特征和非铜衬垫层；以及使所述晶片的所述表面与电镀溶液接触。所述电镀溶液包含：铜离子，其在所述电镀溶液中的浓度为介于约0.2g/L至约10g/L之间；加速剂添加剂；抑制剂添加剂；以及溴离子，其中所述电镀溶液的pH大于约1.0。所述方法还包括：电镀铜至所述非铜衬垫层上，以利用铜填充所述多个特征。在一些实现方案中，所述电镀溶液还包含：整平剂添加剂。在一些实现方案中，所述电镀溶液中的所述溴离子的浓度为介于约20mg/L至约240mg/L之间。在一些实现方案中，所述非铜衬垫层包含钴或钌。在一些实现方案中，所述电镀溶液还包含：硫酸，其在所述电镀溶液中浓度为介于约0.1g/L至约10g/L之间。在一些实现方案中，所述电镀溶液还包含：氯离子，其在所述电镀溶液中浓度为介于约1mg/L至约100mg/L之间。以铜填充的所述多个特征是无孔隙或实质上无孔隙的。在一些实现方案中，该方法还包含在使所述晶片的所述表面与所述电镀溶液接触之前或之后立即施加相对于Hg/HgSO4而介于约-400mV至约-2000mV之间的恒定电位至所述晶片。在一些实现方案中，所述方法还包含在电镀铜至所述非铜衬垫层上时，施加介于约0.2mA/cm2至约5mA/cm2之间的电流密度下的恒定电流至所述晶片。在一些实现方案中，所述电镀溶液被配置为在所述非铜衬垫层上导致阴极过电位，其足以防止所述非铜衬垫层溶解。电镀铜至该非铜衬垫层上是在没有沉积铜晶种层的情况下进行的。另一方面涉及一种用于电镀铜至晶片的表面上的铜电镀溶液，所述晶片具有多个特征和非铜衬垫层。所述铜电镀溶液包含：铜离子，其在所述铜电镀溶液中的浓度为介于约0.2g/L至约5g/L之间；加速剂添加剂；抑制剂添加剂；溴离子，其在所述铜电镀溶液中的浓度为介于约20mg/L至约240mg/L之间；氯离子，其在所述铜电镀溶液中的浓度为介于约1mg/L至约100mg/L之间；以及硫酸，其在所述铜电镀溶液中浓度为介于约0.1g/L至约10g/L之间。在一些实现方案中，所述铜电镀溶液还包含：整平剂添加剂。在一些实现方案中，所述抑制剂添加剂的浓度为介于约30ppm至约300ppm之间。在一些实现方案中，所述加速剂添加剂的浓度为介于约5ppm至约40ppm之间。在一些实现方案中，所述氯离子的浓度为介于约10mg/L至约80mg/L之间，且所述硫酸的浓度为介于约0.5g/L至约5g/L之间。在一些实现方案中，所述氯离子用作所述铜离子的第一络合剂，而所述溴离子用作所述铜离子的第二络合剂。以下参照附图进一步描述这些及其他方面。附图说明图1显示了铜衬底上的铜成核的扫描式电子显微镜(SEM)图及钴衬底上的铜成核的SEM图。图2显示了使用常规铜电镀溶液的钴衬底上的铜成核以及使用具有乙二胺四乙酸(EDTA)的铜电镀溶液的钴衬底上的铜成核的SEM图。图3显示了使用常规铜电镀溶液的钴衬垫的特征中的铜填充、以及使用具有EDTA的常规铜电镀溶液的钴衬垫的特征中的铜填充的扫描透射电子显微镜(STEM)。图4显示了针对三种不同电镀溶液而显示随着与晶片中心的距离而变化的电流密度的图表。图5显示了使用不同铜离子浓度以及不同溴离子浓度的铜成核的SEM图。图6显示了在不同pH值以及不同溴离子浓度情况下使用低铜电镀溶液的钴衬垫的特征中的铜填充的STEM图。图7显示了随硫酸浓度而变化的电镀溶液电导率的图表。图8A显示了使用常规铜电镀溶液的钴衬垫的特征中的铜填充的STEM图。图8B显示了使用常规铜电镀溶液且溴离子作为络合剂的钴衬垫的特征中的铜填充的STEM图。图8C显示了使用具有溴离子及降低的铜离子浓度的常规铜电镀溶液的钴衬垫的特征中的铜填充的STEM图。图8D显示了使用具有溴离子、降低的铜离子浓度以及提高的pH的常规铜电镀溶液的钴衬垫的特征中的铜填充的STEM图。图9根据一些实现方案显示了在非铜衬垫层上电镀铜的示例性方法的流程图。图10根据一些实现方案显示了示例性电沉积设备的俯视示意图。图11显示了另一示例性电沉积设备的俯视示意图。具体实施方式在本公开内容中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”以及“部分加工的集成电路”可互换地使用。本领域技术人员应理解：术语“部分加工的集成电路”可指在其上的集成电路制造的许多阶段中的任一阶段期间的硅晶片。用于半导体装置产业中的晶片或衬底通常具有200mm、或300mm或450mm的直径。另外，术语“电解液”、“镀覆浴”、“浴”、“镀覆溶液”以及“电镀溶液”可互换地使用。以下的详细说明假设在晶片上实现本公开内容。然而，实现方案并非如此受限。工件可为各种外形、尺寸以及材料。除了半导体晶片之外，可利用本公开内容的其他工件包含各种对象，例如印刷电路板等。前言用于将铜电镀至镶嵌互联件中的晶种层上的电解液或电镀溶液通常含有铜盐、酸、卤离子、加速剂、抑制剂以及整平剂。铜盐为用于沉积的铜来源。示例性铜盐包括但不限于硫酸铜、甲烷磺酸铜、焦磷酸铜、丙烷磺酸铜等。如本文所使用的，铜离子的浓度反映铜阳离子的浓度(每单位体积的质量)，而不包括与铜阳离子相关的任何阴离子的质量。酸通常用于控制电镀浴的电导率。示例性的酸包括但不限于硫酸及甲烷磺酸。如本文所使用的，酸的浓度反映整个酸分子的浓度(每单位体积的质量)，而非单独的氢阳离子的质量。卤离子可用作桥梁，以协助某些有机添加剂(例如加速剂、抑制剂和/或整平剂)吸附至衬底表面上，其促进常规的由下往上的填充机制，如下文所述。示例性的卤离子包括但不限于氯离子、溴离子、碘离子以及其组合。有机添加剂对于达成期望的冶金、膜均匀性、缺陷控制以及填充性能会是重要的。通常，铜电镀溶液包含有机电镀浴添加剂，以促成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电镀铜至晶片的表面上的方法，所述方法包括：/n接收晶片，所述晶片在所述晶片的所述表面处具有多个特征和非铜衬垫层；以及/n使所述晶片的所述表面与电镀溶液接触，其中所述电镀溶液包含：/n铜离子，其在所述电镀溶液中的浓度为介于约0.2g/L至约10g/L之间；/n加速剂添加剂；/n抑制剂添加剂；和/n溴离子，其中所述电镀溶液的pH大于约1.0；以及/n电镀铜至所述非铜衬垫层上，以利用铜填充所述多个特征。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180409 US 62/655,1291.一种电镀铜至晶片的表面上的方法，所述方法包括：
接收晶片，所述晶片在所述晶片的所述表面处具有多个特征和非铜衬垫层；以及
使所述晶片的所述表面与电镀溶液接触，其中所述电镀溶液包含：
铜离子，其在所述电镀溶液中的浓度为介于约0.2g/L至约10g/L之间；
加速剂添加剂；
抑制剂添加剂；和
溴离子，其中所述电镀溶液的pH大于约1.0；以及
电镀铜至所述非铜衬垫层上，以利用铜填充所述多个特征。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀溶液还包含：
整平剂添加剂。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀溶液中的所述溴离子的浓度为介于约20mg/L至约240mg/L之间。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述非铜衬垫层包含钴或钌。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述电镀溶液还包含：
硫酸，其在所述电镀溶液中浓度为介于约0.1g/L至约10g/L之间。


6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述电镀溶液还包含：
氯离子，其在所述电镀溶液中浓度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李·J·布罗根，乔纳森·大卫·里德，刘艺华，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US