一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液及其电镀铜方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液及其电镀铜方法，包括以下质量浓度的组分：铜盐5

【技术实现步骤摘要】
一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液及其电镀铜方法


[0001]本专利技术涉及铜电镀
，尤其涉及一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液及其电镀铜方法。

技术介绍

[0002]镶嵌技术即大马士革技术，是先在介电层上蚀刻金属导线用的图膜，然后再填充金属。镶嵌技术最主要的特点是不需要进行金属层的蚀刻。当金属导线的材料由铝转换成电阻率更低的铜的时候，由于铜的干蚀刻较为困难，因此镶嵌技术对铜制程来说便极为重要，采用Cu
‑
CMP的大马士革镶嵌工艺是目前唯一成熟和已经成功用于IC制造中的铜图形化工艺。到了0.1μm工艺阶段，将有90%的半导体生产线采用铜布线工艺。在多层布线立体结构中，要求保证每层全局平坦化，Cu
‑
CMP能够兼顾硅晶片全局和局部平坦化。
[0003]当铜互连变小时，氮化钽介质层相对较厚，因为将衬里尺寸缩小得比1纳米还要薄是十分困难的，陈雪丽等人在专利CN113106506A中提出以电镀钴的方法来解决铜的电迁移问题，但是这种方式目前需要市场评估可靠性，存在风险性。
[0004]另外姚玉等人在专利CN113388869A中提出电镀铜的配方中采用组分乙醛酸会与铜发生氧化还原导致铜不稳定，因为EDTA二钠不足以在70摄氏度温度下对铜离子进行稳定，另外该溶液pH在12
‑
13，对硅层与介质层均有损伤。
[0005]因此市面上急需一种能保证铜与硅层之间不会出现因原子扩散而导致器件性能损坏现象的电镀铜溶液。

技术实现思路

[0006]针对上述技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液及其电镀铜方法，该溶液保证了铜与硅层之间不会出现因原子扩散而导致器件性能损坏现象；本方案使用无氯加速剂，不会对基材造成损伤，而且电镀在常温条件下即可实现；无需预先进行导电铜沉积这一步骤，缩短了工艺流程。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液，包括以下质量浓度的组分：铜盐
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20g/L复合导电剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
30
‑
90mg/L无氯加速剂
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10
‑
15mg/L络合剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ1‑ꢀ
8g/L表面活性剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20
‑
60mg/L复合稳定剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
15
‑
45mg/L还原剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.1
‑
0.5g/L余量为纯水
pH为6.5
‑
8.5操作温度25
‑
35℃电流密度为2.0
‑
3.5A/dm2所述复合稳定剂为硫酸锰和醋酸铅的复合物, 在使用时硫酸锰和醋酸铅的质量浓度比为3:2，硫酸锰为9
‑
27mg/L,醋酸铅为6
‑
18mg/L；所述复合导电剂为二苯并吡咯并[1 ,2
‑
a][1 ,8]二氮杂萘、聚吡咯和2
‑
氨基
‑
(4
‑
氮杂吲哚基)
‑4‑
甲基噻唑啉三种物质的复合物，且三者在使用时的质量浓度比为1:1:1；电镀时，将基体浸泡在溶液中，可以在介质阻挡层上迅速形成一层有机膜，该有机膜可以通过吸附作用将还原剂吸附并对铜进行还原，并在短时间内形成一层种子铜层，实现电路导通，进而在电镀条件下实现加厚，同时对于铜原子向硅层的扩散还具有阻碍作用。
[0008]其中，所述铜盐为硫酸铜，提供铜离子；所述络合剂为绿原酸或者康原酸的一种或两种；pH由质量浓度10%的氢氧化钠和体积浓度10%浓硫酸的溶液进行调节。
[0009]其中，所述加速剂为硫酸铈或者氧化铈以提供铈离子实现催化作用。
[0010]其中，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸。
[0011]其中，所述还原剂为亚硫酸钠。
[0012]其中，所述的一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液，配制方法如下，以每升槽液计：第一，先将按照以上所述质量浓度的复合导电剂在体积浓度为10%浓硫酸约50毫升的溶液中进行溶解，冷却后加入以上所述质量浓度的复合稳定剂，加纯水搅拌均匀，配制体积为300
‑
500mL;第二，将还原剂与表面活性剂按照上述质量浓度一起配制，加纯水搅拌均匀，配制体积为100
‑
200mL;第三，将铜盐与络合剂以及加速剂按照以上质量浓度配制，加纯水搅拌均匀，配制体积为50
‑
100mL;第四，再将以上三体积溶液混合加入纯水稀释近一升，再用10%的氢氧化钠和体积浓度为10%的浓硫酸溶液调节pH，以上操作均在常温下进行。
[0013]为实现上述目的，本专利技术还提供一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜方法，包括具体步骤如下：步骤1，通过气相沉积介质层后，进行水洗三遍和超声震荡，超声震荡的目的是为了彻底清洗吸附的灰尘和杂质；步骤2，进入具有上述电镀铜溶液的电镀铜槽后，连接阴阳极，通电之前吹气3
‑
8min；步骤3，闭合开关，导通电路，继续吹气至电镀完成。
[0014]其中，所述步骤1中超声震荡使用的具体条件为：时间3
‑
5min和频率为25
‑
35KHz，既要保证杂质清除干净，同时防止氮化硅介质在超声波作用下分解和破坏，可以通过观察外观，如果介质层被破坏，表面会发黑、有色差，无色差、光亮说明介质层光亮干净无损。
[0015]其中，所述步骤2吹气的具体条件是：吹气气体为氮气，吹气由吹气孔喷射，只需打开电镀铜槽的槽液底部向上吹气，压强设置为3
‑
4.5kg/cm2；吹气的作用是起到快速搅拌液体，加速种子铜的沉积；同时快速排除电镀铜溶液中的氧气，防止铜被氧化。
[0016]其中，所述步骤3吹气的具体条件是：该气体也是氮气，是在通电条件促进电镀铜的进行，使得镀层不断加厚；吹气的目的一方面是防止铜氧化，另一方面是实现离子均匀传输至镀件；在吹气条件下进行垂直电镀铜，该吹气的具体参数设置为：电镀铜槽的槽液上下两边孔的大小均匀一致，上面压强设置为1
‑
1.5kg/cm2，下面压强设置为1.5
‑
2.0kg/cm2；吹气方向为槽液上下两面向中间垂直角方向吹向板面，其目的是提高离子传输速度的均匀性，从而提高镀件基体板面电镀铜层的均匀性。
[0017]本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术提供的一种应用干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液及其电镀铜方法，存在以下优势：1）在镀液组分中增加了复合导电剂，所述复合导电剂为二苯并吡咯并[1 ,2
‑
a][1 ,8]二氮杂萘、聚吡咯和2
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液，其特征在于，包括以下质量浓度的组分：铜盐
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20g/L复合导电剂
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90mg/L无氯加速剂
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15mg/L络合剂
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8g/L表面活性剂
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60mg/L复合稳定剂
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45mg/L还原剂
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0.5g/L余量为纯水pH为6.5
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8.5操作温度25
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35℃电流密度为2.0
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3.5A/dm2所述复合稳定剂为硫酸锰和醋酸铅的复合物, 在使用时硫酸锰和醋酸铅的质量浓度比为3:2，硫酸锰为9
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27mg/L,醋酸铅为6
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18mg/L；所述复合导电剂为二苯并吡咯并[1 ,2
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a][1 ,8]二氮杂萘、聚吡咯和2
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氨基
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氮杂吲哚基)
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甲基噻唑啉三种物质的复合物，且三者在使用时的质量浓度比为1:1:1；电镀时，将基体浸泡在具有上述组分的电镀铜溶液中，在介质阻挡层上迅速形成一层有机膜；该有机膜通过吸附作用将还原剂吸附并对铜进行还原，并在3
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8min内形成一层种子铜层。2.根据权利要求1所述的一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液，其特征在于，所述无氯加速剂为硫酸铈，并提供铈离子实现催化作用。3.根据权利要求1所述的一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液，其特征在于，所述铜盐为硫酸铜，提供铜离子；所述络合剂为绿原酸或者康原酸的一种或两种；pH由质量浓度10%的氢氧化钠和体积浓度10%浓硫酸的溶液进行调节。4.根据权利要求1所述的一种应用于干蚀刻法铜互连大马士革的电镀铜溶液，其特征在于，所述表面活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚玉，
申请(专利权)人：深圳市创智成功科技有限公司，
类型：发明
国别省市：