形成铜结构的方法技术

本发明专利技术提供了一种形成铜结构的方法，包括：提供半导体结构，半导体结构包括至少一个待填充的孔洞或沟槽；在孔洞或沟槽中形成导电薄膜或导电种子层；以导电薄膜或导电种子层为阴极，采用脉冲电镀沉积方法在孔洞或沟槽中形成铜结构，其中，脉冲电镀沉积方法中使用的脉冲包括第一期脉冲与第二期脉冲，第一期脉冲包括多个第一正电脉冲和多个负电脉冲，多个第一正电脉冲的电功依序逐渐递减，第二期脉冲包括多个第二正电脉冲，多个第二正电脉冲的电功相同，以改善容易形成空洞以及很难在小尺寸沟槽和通孔中形成纳米孪晶铜的问题，从而获得从底部到顶部的纳米孪晶铜结构。部到顶部的纳米孪晶铜结构。部到顶部的纳米孪晶铜结构。

【技术实现步骤摘要】
形成铜结构的方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种形成铜结构的方法。

技术介绍

[0002]由于纯铜具有较低的电阻率、较高的热导率，在微电子器件中被广泛用作各种互连体，比如引线键合(wire bonding)、凸点下金属层(under bump metallization，UBM)、再布线层(Redistribution layer，RDL)、铜柱凸点(copper pillar)、通孔(via)、硅通孔(through silicon via，TSV)等。随着微电子器件的集成度不断提高，互连体尺寸不断减小，施加在铜互连体上的温度梯度、应力强度以及电流密度不断增加，这就要求铜互连体有更好的综合性能。而铜互连体的可靠性与微观组织、结构以及晶体取向有非常密切的关系，因此，可以通过改变铜互连体的组织进而改善纯铜的性能，比如纳米孪晶铜，纳米孪晶铜具有非常高的力学性能和超高的导电性能。目前，制备生长纳米孪晶铜较为常见的技术有磁控溅射和电镀沉积，由于磁控溅射的过程较为复杂，而且样品厚度有限，所以不适合微电子
，而电镀沉积制备纳米孪晶铜在微电子
应用广泛。
[0003]目前，电镀沉积制备纳米孪晶铜主要使用固定脉冲频率和峰值电流的方法，然而，首先，由于电镀沉积的电镀液通常使用无添加剂或者无抑制剂的硫酸铜(化学式：CuSO4)溶液，该电镀液与集成电路工艺中的溶液不兼容；其次，由于在电镀沉积铜时以各向同性的模式生长，导致容易形成空洞(void)；最后，由于采用传统制备方法的籽晶层为多晶或非晶，存在较厚的过渡层，很难在小尺寸沟槽(trench)和通孔(via)中形成纳米孪晶铜。因此，现有技术存在缺陷，有待改进与发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种形成铜结构的方法，通过该方法改善电解液与集成电路工艺中的溶液不兼容、容易形成空洞(void)以及很难在小尺寸沟槽(trench)和通孔(via)中形成纳米孪晶铜的问题，从而获得从底部到顶部的纳米孪晶铜结构。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种形成铜结构的方法，包括：提供半导体结构，半导体结构包括至少一个待填充的孔洞或沟槽；在孔洞或沟槽中形成导电薄膜或导电种子层；以导电薄膜或导电种子层为阴极，采用脉冲电镀沉积方法在孔洞或沟槽中形成铜结构，其中，脉冲电镀沉积方法中使用的脉冲包括第一期脉冲与第二期脉冲，第一期脉冲包括多个第一正电脉冲和多个负电脉冲，多个第一正电脉冲的电功依序逐渐递减，第二期脉冲包括多个第二正电脉冲，多个第二正电脉冲的电功相同。
[0006]其中，各第一正电脉冲的电流和各第一正电脉冲的第一时间中，其中之一相同，另一依序逐渐减小。
[0007]其中，多个第一正电脉冲的电流相同，多个第一正电脉冲的第一时间依序逐渐减小。
[0008]其中，多个第一正电脉冲的第一时间相同，多个第一正电脉冲的电流依序逐渐减
小。
[0009]其中，多个负电脉冲的电功依序逐渐递减。
[0010]其中，各负电脉冲的电流和各负电脉冲的第二时间中，其中之一相同，另一依序逐渐减小。
[0011]其中，多个负电脉冲的电流相同，多个负电脉冲的第二时间依序逐渐减小。
[0012]其中，多个负电脉冲的第二时间相同，多个负电脉冲的电流依序逐渐减小。
[0013]其中，负电脉冲的电功小于第一正电脉冲的电功。
[0014]其中，第二正电脉冲的电功小于第一正电脉冲的电功，第二正电脉冲的电功大于负电脉冲的电功。
[0015]其中，多个第二正电脉冲的第三时间相同，多个第二正电脉冲的电流相同。
[0016]其中，在第二期脉冲之前还包括中间期脉冲，中间期脉冲包括多个第三正电脉冲，多个第三正电脉冲的电功依序逐渐递减。
[0017]其中，第三正电脉冲的电功小于第一正电脉冲的电功。
[0018]其中，各第三正电脉冲的电流和各第三正电脉冲的第四时间中，其中之一相同，另一依序逐渐减小。
[0019]其中，多个第三正电脉冲的电流相同，多个第三正电脉冲的第四时间依序逐渐减小，且第三正电脉冲的第四时间不大于第一正电脉冲的第一时间。
[0020]其中，多个第三正电脉冲的第四时间相同，多个第三正电脉冲的电流依序逐渐减小，且第三正电脉冲的电流不大于第一正电脉冲的电流。
[0021]其中，在孔洞或沟槽中形成导电薄膜或导电种子层之前，还包括：
[0022]在孔洞或沟槽的底部和侧壁形成扩散阻挡层。
[0023]其中，扩散阻挡层的材料包括钽和/或钽化氮。
[0024]其中，通过物理气相沉积在孔洞或沟槽中形成导电薄膜或导电种子层。
[0025]其中，在孔洞或沟槽中形成导电薄膜或导电种子层之后，还包括：
[0026]对导电薄膜或导电种子层进行活化处理。
[0027]其中，在以导电薄膜或导电种子层为阴极，采用脉冲电镀沉积方法在孔洞或沟槽中形成铜结构之后，还包括：
[0028]退火处理。
[0029]其中，脉冲电镀沉积方法中使用的电镀液包括硫酸铜和添加剂。
[0030]其中，添加剂包括加速剂、抑制剂或平整剂中的任一种或多种。
[0031]其中，脉冲电镀沉积方法中使用的阳极材料包括磷和铜。
[0032]本专利技术的有益效果是：区别于现有技术，本专利技术提供的形成铜结构的方法，包括：提供半导体结构，半导体结构包括至少一个待填充的孔洞或沟槽；在孔洞或沟槽中形成导电薄膜或导电种子层；以导电薄膜或导电种子层为阴极，采用脉冲电镀沉积方法在孔洞或沟槽中形成铜结构，其中，脉冲电镀沉积方法中使用的脉冲包括第一期脉冲与第二期脉冲，第一期脉冲包括多个第一正电脉冲和多个负电脉冲，多个第一正电脉冲的电功依序逐渐递减，第二期脉冲包括多个第二正电脉冲，多个第二正电脉冲的电功相同，通过在第一期脉冲中采用负电脉冲，消除已经形成的铜结构表面的凸起，从而形成表面平整的过渡层，进而改善容易形成空洞以及由于过渡层较厚，很难在小尺寸的沟槽和通孔中形成孪晶的问题，通
过在第二期脉冲中采用多个电功相同的第二正电脉冲，在<111>结晶面的铜上形成纳米孪晶铜，从而形成从底部到顶部的片层状的纳米孪晶铜结构。
【附图说明】
[0033]图1为本专利技术一个实施例的形成铜结构的方法的流程示意图；
[0034]图2为本专利技术一个实施例中提供半导体结构的结构示意图；
[0035]图3为本专利技术一个实施例中形成导电薄膜或导电种子层的结构示意图；
[0036]图4为本专利技术一个实施例中第一期脉冲中第一正电脉冲形成铜结构的结构示意图；
[0037]图5为本专利技术一个实施例中第一期脉冲中负电脉冲形成铜结构的结构示意图；
[0038]图6为本专利技术一个实施例中中间期脉冲形成铜结构的结构示意图；
[0039]图7为本专利技术一个实施例中第二期脉冲形成铜结构的结构示意图；
[0040]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形成铜结构的方法，包括：提供半导体结构，所述半导体结构包括至少一个待填充的孔洞或沟槽；在所述孔洞或所述沟槽中形成导电薄膜或导电种子层；以所述导电薄膜或所述导电种子层为阴极，采用脉冲电镀沉积方法在所述孔洞或所述沟槽中形成铜结构，其中，所述脉冲电镀沉积方法中使用的脉冲包括第一期脉冲与第二期脉冲，所述第一期脉冲包括多个第一正电脉冲和多个负电脉冲，所述多个第一正电脉冲的电功依序逐渐递减，所述第二期脉冲包括多个第二正电脉冲，所述多个第二正电脉冲的电功相同。2.如权利要求1所述的形成铜结构的方法，其特征在于，各所述第一正电脉冲的电流和各所述第一正电脉冲的第一时间中，其中之一相同，另一依序逐渐减小。3.如权利要求2所述的形成铜结构的方法，其特征在于，所述多个第一正电脉冲的电流相同，所述多个第一正电脉冲的第一时间依序逐渐减小。4.如权利要求2所述的形成铜结构的方法，其特征在于，所述多个第一正电脉冲的第一时间相同，所述多个第一正电脉冲的电流依序逐渐减小。5.如权利要求1所述的形成铜结构的方法，其特征在于，所述多个负电脉冲的电功依序逐渐递减。6.如权利要求5所述的形成铜结构的方法，其特征在于，各所述负电脉冲的电流和各所述负电脉冲的第二时间中，其中之一相同，另一依序逐渐减小。7.如权利要求6所述的形成铜结构的方法，其特征在于，所述多个负电脉冲的电流相同，所述多个负电脉冲的第二时间依序逐渐减小。8.如权利要求6所述的形成铜结构的方法，其特征在于，所述多个负电脉冲的第二时间相同，所述多个负电脉冲的电流依序逐渐减小。9.如权利要求1所述的形成铜结构的方法，其特征在于，所述负电脉冲的电功小于所述第一正电脉冲的电功。10.如权利要求1所述的形成铜结构的方法，其特征在于，所述第二正电脉冲的电功小于所述第一正电脉冲的电功，所述第二正电脉冲的电功大于所述负电脉冲的电功。11.如权利要求1所述的形成铜结构的方法，其特征在于，所述多个第二正电脉冲的第三时间相同，所述多个第二正电脉冲的电流相同。12.如权利要求1所述的形成铜结构的方法，其特征在于，在所述第二期脉冲之前还包括中间...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永平，武素衡，蔡志勇，蔡继泽，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：