[发明专利]一种阶段性电镀工艺电镀铜方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种阶段性电镀工艺电镀铜方法。

背景技术

随着单个器件变得越来越小，集成电路的运行速度越来越快，传统铝制程已经无法满足要求，因此，铜互连技术发展成为主流的半导体集成电路互连技术，而铜电镀工艺则胜过PVD、CVD等传统成膜工艺，成为铜互连技术中制备铜膜的主要工艺。

同时，随着物联网的概念升温，射频芯片逐渐成为市场的热点。对于传统CMOS工艺制备的芯片，其高频性能较为一般，需要使用外加线圈电感的方式来提高器件的高频性能。而铜互连电感可以实现高Q值、高稳定性的射频器件，因此是获得高性能射频芯片的有效途径之一。

现有技术的大马士革电镀工艺主要关注小尺寸图形的无空洞填充效果，一般在相同的硅片工艺位置、硅片转速和电镀液流速上采用电流密度逐步升高的阶梯式电镀工艺，所述阶梯式电镀工艺主要包括以下几个阶段：

初始阶段，电镀的初始阶段采用低电流密度，以获得表面均匀的电镀效果，修复铜种子层为高电流密度做准备；

第二阶段，电镀的第二阶段采用较高电流密度，以获得快速的自下而上的电镀效果，快速填孔并保证无空洞无缝隙；

最后阶段，电镀的最后阶段采用高电流密度迅速加厚铜层，给化学机械抛光工艺提供工艺窗口。

但现有的阶梯式电镀工艺技术对于大尺寸(5～100微米)的图形缺少控制，由于大尺寸图形的电镀铜沉积速率较慢，因此相对于无图形区域的台阶高度增大。而对于化学机械抛光工艺而言，大尺寸图形相对于无图形区域的台阶高度决定了该区域的过抛量，台阶高度越大，过抛量也越大，因此必须增加铜层厚度来控制过抛量，从而满足设计要求(图形内保留的铜层厚度达标)，这就增加了电镀工艺和化学机械抛光工艺的负担。

由于铜互连电感主要是大尺寸(1～50微米)、大深度(1～5微米)的图形，需要几微米厚的铜膜，因此将显著地增加电镀工艺和化学机械抛光工艺的负担。

因此，有必要对现有的电镀铜工艺进行改进。

CN102154670A公开了一种阶段性电镀铜工艺，但是其没有对电解液对电镀效果的影响进行研究，没有提出一种适合上述电镀方法的电镀液。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种阶段性电镀工艺电镀铜方法，以减少大尺寸、大深度集成电路图形区域相对于无图形区域的铜镀层的台阶高度。

为解决上述问题，本发明提出一种电镀铜方法，用于对大尺寸、大深度的集成电路图形形成铜镀膜，该方法采用阶段性电镀工艺和与该工艺相适应的电镀液进行处理，在不同的电流密度、硅片旋转速度、电镀液流速以及硅片工艺位置条件下分阶段进行电镀工艺处理。

本发明的核心思想在于，提供一种电镀铜方法，该方法通过采用阶段性电镀工艺和与该工艺相适应的电镀液进行处理，在不同的电流密度、硅片旋转速度、电镀液流速以及硅片工艺位置条件下分阶段进行电镀工艺处理，从而在保证高的填充速率的同时，有效地减小了大尺寸、大深度图形相对于无图形区域的台阶高度，在保证化学机械抛光工艺窗口的前提上，间接地减少了电镀工艺所需的铜膜厚度，进而缩短了电镀工艺时间和化学机械抛光工艺时间，并节约化学耗材的使用；并且，该工艺过程不影响铜镀层的质量，铜互连线的各项工艺性能达到指标。

以下对电镀液和阶段性电镀工艺进行详细说明：

（1）电镀液

所述电镀液，包括：硫酸铜为50～200克/升，硫酸为50～220克/升，氯离子为10～150毫克/升，抑制剂为5～200毫克/升，加速剂为5～50毫克/升，整平剂为0.5～20毫克/升，其余为去离子水。

其中，所述硫酸铜含量优选为50～100克/升。

所述硫酸含量优选为150～220克/升。一般由硫酸浓度为95.0％～98.0％的分析纯试剂配制。

所述氯离子含量优选为20～80毫克/升。所述氯离子一般由盐酸提供。

所述抑制剂所占的质量百分含量为20～100毫克/升。

所述抑制剂包括十二烷基磺酸钠等离子型表面活性剂、聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚(OP乳化剂)或脂肪醇聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂，优选为聚乙二醇，相应分子量为2000～8000。

所述加速剂优选为10～30毫克/升，加速剂为含硫磺酸盐类试剂，例如：醇硫基丙烷磺酸钠、苯基聚二硫丙烷磺酸钠、二甲基甲酰胺基磺酸钠、噻唑啉基二硫代丙烷磺酸钠和聚二硫二丙烷磺酸钠等，其中，聚二硫二丙烷磺酸钠为最佳选择。

所述整平剂含量为0.5～10毫克/升。