电镀方法技术

一种电镀方法，包括：　　　　在基片表面与阳极之间提供高电阻结构，所述基片表面与阴极连接；　　　　用电镀液填充基片与阳极间的空间，同时在阴极与阳极之间施加电压；　　　　使镀膜在基片的表面上生长，同时将阴极与阳极间流动的电流控制为恒定值。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术
技术介绍
领域本专利技术涉及一种，尤其涉及将导电材料如铜(Cu)等填充到在基片如半导体晶片中形成的细互连图案(凹槽)中从而形成互连的方法。
技术介绍
近年来，突出的趋势是使用电阻率低且耐电迁移能力高的铜而非铝或铝合金作为在半导体基片上形成互连电路的材料。通常，通过将铜填充到基片表面上形成的细凹槽内来形成铜互连。形成这种铜互连的各种技术是已知的，包括CVD、溅射和电镀。依照任何现有技术，基本都在基片的整个表面上形成铜膜，随后通过化学机械抛光(CMP)来去除多余的铜。图21A-21C按照基本处理步骤的次序说明了通过在基片表面上镀铜来制造具有铜互连的半导体设备的例子。如图21A所示，将绝缘膜2如二氧化硅膜或低k值介质材料的膜沉积在于半导体基片上形成的导电层1a上，在导电层1a中形成电子器件。通过光刻或蚀刻技术在绝缘膜2上形成用于互连的由连接孔3和沟槽4组成的细凹槽5。在绝缘膜2的整个表面上形成TaN等的阻挡层6。接下来，如图21B所示，在半导体基片W的表面上镀铜以用铜填充半导体基片W上的凹槽(洞/孔)5，同时，在阻挡层6上沉积铜膜7。此后，通过进行化学机械抛光(CMP)去除绝缘膜2上的铜膜7和阻挡层6，以使填充到连接孔3和沟槽4内的铜表面互连，并使绝缘膜2的表面基本处于相同的平面上。如图21C所示，这就形成由铜膜7组成的嵌入式互连。如图22所示，例如通过电镀法将铜膜7嵌入到在半导体基片W的表面内形成的细凹槽5中，广泛的做法是在镀铜之前，通过例如溅射(sputtering)或CVD在半导体基片W的表面中形成的阻挡层6的表面上形成籽晶层(seedlayer)8。籽晶层8的主要目的在于使其表面作为阴电极来为还原电镀液中的金属离子提供充足的电流，并使金属离子沉积为固态金属。通常通过溅射、CVD等形成籽晶层8。目前，由于互连变得高度密集且更细，连接孔和通孔的纵横比也变得更高。例如，如图22所示，当在直径约为0.15微米，其纵横比约为6的凹槽(洞)5上形成例如铜的籽晶层8时，B1/A1比(sidecoverage)，即凹槽5内侧表面上籽晶层8的膜厚B1与基片W外表面上籽晶层8的膜厚A1的比值约为5～10％。而且，在这种情况下难以形成连续的籽晶层8。部分原因是由于溅射的铜原子粘附到了成膜(film formation)上。另外，目前的趋向是基片外表面上籽晶层8的膜厚A1薄至仅仅80～100nm，甚至仅仅40～60nm，因而，凹槽5内侧表面上籽晶层8的厚度B1也变得更薄。通常，电镀液由硫酸铜，硫酸，氯及多种添加剂组成，并且是强酸性的。因此电镀液可以溶解铜的籽晶层8。因而，如图23所示，对在其表面上具有上述籽晶层8的基片W进行电镀中，通过基片W与电镀液接触而使籽晶层8被电镀液溶解。特别是，微孔或沟槽侧壁上的，尤其是接近微孔或沟槽底部部分处的籽晶层8被溶解掉，致使在这些部分处不导电并形成孔隙。如图22所示，如果为了确保侧面覆盖而使基片外表面上籽晶层8的膜厚A1变大，那么凹槽5的实际纵横比也应该增加。此外，当铜嵌入时可能发生孔的开口阻塞，从而会在孔内形成空隙，导致生产率下降。另一方面，如图24A所示，当基片W的表面上形成阻挡层6时，其中在表面上共存相对小的和大的细凹槽，例如窄的沟槽5a和宽的沟槽5b，如图24B所示，在该阻挡层6上形成籽晶层8，然后如图24C所示，通过镀铜将铜嵌入到沟槽5a、5b中，窄的沟槽5a上的镀层生长速度趋于提高，从而，即使当优化电镀液或电镀液中的添加剂时，铜镀膜7也可能增加，反之，在宽的沟槽5b中不能实现充分高水平的电镀，这导致铜不能充分嵌入。关于这一点，可以考虑提高整个嵌入铜膜的厚度来防止嵌入不足。但是，当考虑后续CMP加工以使基片W的表面变平时，较厚的镀膜势必会增加抛光量，因此势必延长加工时间。提高CMP速度以避免加工时间延长会造成在CMP加工中宽沟槽5b内产生缺陷。为了解决这些问题，即使当窄沟槽和宽沟槽在基片的表面上共存时，也必须使镀膜厚度尽可能的薄，并降低或消除镀膜中高出的部分和凹槽从而提高镀膜的平整度。但是目前，例如，当使用硫酸铜电镀浴(plating bath)进行电镀时，不可能只通过电镀液或添加剂的作用来同时降低高出的部分并减少凹槽。
技术实现思路
本专利技术是在考虑到现有技术的上述情况下作出的。因此，本专利技术的目的是提供一种，即使当凹槽具有高的纵横比时，该方法也能在基片表面的凹槽内形成无缺陷的、完全嵌入的导电材料的互连；即使在基片表面同时存在窄的沟槽和宽的沟槽时，该方法也能增加镀膜的平整度，使后续CMP加工在较短时间内完成，同时防止在CMP加工中产生缺陷。为达到上述目的，本专利技术提供一种，包括在基片的表面与阳极间提供高电阻结构，所述表面与阴极连接；用电镀液填充基片与阳极间的空间，同时在阳极与阴极间施加电压；使镀膜在基片表面上生长，同时将流过阴极与阳极间的电流控制为恒定值。这种方法可以防止为了进行电镀而在基片表面上提供的电镀液溶解籽晶层，因此能够使镀膜在籽晶层上生长以实现例如铜的嵌入。在本专利技术的一个优选实施方案中，提供这样的电压以使平均阴极电流密度相对于基片表面为1～30mA/cm2的电流流动。优选地，当电流在阴阳极之间开始流动后，施加电压100～2000毫秒。本专利技术还提供另一种，包括在基片的表面与阳极间提供高电阻结构，所述表面与阴极连接；用电镀液填充阴极与阳极间的空间；使镀膜在基片表面上生长，同时以逐步改变的恒定值的方式控制阴阳极间流动的电流。用这种能够在低电流下进行第一步电镀以强化基片上的籽晶层，再进行第二步电镀以使电镀膜在籽晶层上生长，从而实现例如铜的嵌入。即使甚至当凹槽具有高的纵横比时，这种分步的电镀也能够在基片表面的凹槽中形成导电材料如铜的无缺陷、完全嵌入的互连。在本专利技术的一个优选实施方案中，逐步升高在阴阳极间流动的电流的值。在本专利技术一个优选实施方案中，在成膜过程中将电镀液换为不同的电镀液。在本专利技术一个优选实施方案中，在成膜过程中清洁基片的表面。本专利技术还提供另一种。包括在基片的表面与阳极间提供高电阻结构，所述表面与阴极连接；用电镀液填充基片与阳极间的空间；使镀膜在基片表面上生长，同时将流过阴极与阳极间的电流控制为恒定值；颠倒阴阳极间流动的电流的方向以蚀刻掉镀膜的表面；进而使镀膜在基片表面上生长，同时将阴阳极间流动的电流控制为恒定值。根据这种方法，在电镀加工间蚀刻掉镀膜的表面以使镀膜平整，由此，可以提高最终镀膜的平整度。在本专利技术的一个优选实施方案中，重复进行蚀刻镀膜表面的步骤和随后的镀膜生长步骤。本专利技术还提供另外一种，包括用电镀液填充基片表面与阳极间的空间，所述表面与阴极连接；同时在阳极与阴极间施加电压；使镀膜在基片表面上生长，同时将流过阴极与阳极间的电流控制为恒定值。当与通过实施例说明本专利技术优选实施方案的附图结合时，从下面的描述中，本专利技术的上述及其它目的、特点和优点将会更明显。附图说明图1是基片加工装置的整体平面图，该装置装配有实施本专利技术的电镀装置；图2是图1所示电镀装置的平面图；图3是图1所示电镀装置的支架和电极部分的放大剖面图；图4是图1所示电镀装置的预涂/回收臂的正视图；图5是图1所示电镀装置的基片支架的平面图；图6是沿图5中B-B线的剖面图；图7是沿图5中C-C线的剖面图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电镀方法，包括在基片表面与阳极之间提供高电阻结构，所述基片表面与阴极连接；用电镀液填充基片与阳极间的空间，同时在阴极与阳极之间施加电压；使镀膜在基片的表面上生长，同时将阴极与阳极间流动的电流控制为恒定值。2.根据权利要求1的电镀方法，其特征在于在电流于阴极与阳极之间开始流动后施加电压100-2000毫秒。3.根据权利要求1的电镀方法，其特征在于这样施加上述电压以使平均阴极电流密度相对于基片表面为1～30mA/cm2的电流流动。4.根据权利要求3的电镀方法，其特征在于在电流于阴极与阳极之间开始流动后施加电压100-2000毫秒。5.一种电镀方法，包括在基片表面与阳极之间提供高电阻结构，所述基片表面与阴极连接；用电镀液填充基片与阳极间的空间；使镀膜在基片表面上生长，同时以逐步改变恒定值的方式控制在阳极与阴极间流动的电流。6.根据权利要求5的电镀方法，其特征在于在成膜过程中将电镀液替换为不同的电镀液。7.根据权利要求6的电镀方法，其特征在于在成膜过程中清洁基片的表面。8.根据权利要求5的电镀方法，其特征在于逐步升高在阴极与阳极之间流动的电流的值。9.根据权利要求8的电镀方法，其特征在于在成膜过程中将电镀...

【专利技术属性】
技术研发人员：长井瑞树，三岛浩二，神田裕之，
申请(专利权)人：株式会社荏原制作所，
类型：发明
国别省市：