采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法
采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法
【专利摘要】本发明属于铜互连结构【技术领域】，具体为一种采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法。本发明方法包括以下步骤：在半导体衬底上，使用等离子物理溅射法淀积介质层；使用物理溅射法溅射TaN作为扩散阻挡层，再溅射Ta作为粘附促进层；使用物理溅射法溅射铜籽晶层；将获得铜籽晶层的衬底切片成小矩形片；将所述小矩形片作为阴极，高纯度的铜棒作为阳极为进行脉冲电镀铜。其优点在于降低浓差极化，提高阴极电流密度和电镀效率，减少氢脆和镀层孔隙，提高纯度，改善镀层物理性能，所得镀层具有较好的防护性，能获得致密的低电阻率金属沉积层，具有更低的电阻率，抗电迁移能力。
【专利说明】采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铜互连结构【技术领域】，具体涉及一种采用脉冲电镀铜的方式实现铜互 连的方法。
【背景技术】
[0002]随着芯片集成度的不断提高，铜已经逐渐取代铝成为超大规模集成电路互连中的 主流互连技术。在目前的芯片制造中，芯片的布线和互连几乎全部是采用直流电镀的方法 获得铜镀层。直流电镀只有电流/电压一个可变参数，脉冲电镀则中有电流/电压、脉宽、 脉间三个主要可变参数，而且还可以改变脉冲信号的波形。相比之下，脉冲电镀对电镀过程 有更强的控制能力。
[0003]关于脉冲电镀的理论在上个世纪初就有人提出。近几年来，国外陆续发表了一些 关于脉冲电镀在集成电路铜互连应用中的研究。但是目前在国内，针对脉冲电镀铜的研究 主要集中在冶金级电镀和印刷电路板(PCB)布线方面，几乎没有关于脉冲电镀应用于集成 电路铜互连的文献报道。PCB中线路的特征尺寸约为几十微米，而芯片中铜互连的特征尺寸 是I微米，因此对亚微米级厚度铜镀层的性能决定了整个集成电路的性能。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种适用于超大规模集成电路生产 的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法，以解决现有技术的不足。
[0005]本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法，具体步骤为:
步骤A.在半导体衬底上，使用等离子物理溅射法淀积厚度为80(T1000 nm的二氧化 娃，作为介质层；
步骤B.使用物理溅射法溅射厚度为1(T20 nm的TaN，作为扩散阻挡层；再溅射厚度为 10?20 nm的Ta，作为粘附促进层；
步骤C.使用物理溅射法溅射厚度为3(T100 nm的铜籽晶层；
步骤D.将获得铜籽晶层的半导体衬底切片成小矩形片；
步骤E.将所述小矩形片作为阴极，包裹一层过滤膜的高纯度的铜棒作为阳极，进行脉 冲电镀铜。
[0006]进一步，本发明中，所述半导体衬底为单晶硅衬底或II1-V化合物衬底。
[0007]进一步，本发明中，所述小矩形片的尺寸为2.5 cmX I cm至10 cmX4 cm。
[0008]进一步，本发明中，进行脉冲电镀铜时，在电解槽底部靠近阴极处放置一个磁力搅 拌子，转速设定为300?500转/分。
[0009]进一步，本发明中，进行脉冲电镀铜时，脉冲的脉宽和脉间在2?10 ms，电流密度为 2?8 A/dm2，温度为25?40 °C，电压为30?50 V，pH值为8?10进行电镀。
[0010]进一步，本发明中，进行脉冲电镀铜时，电镀液成分包括:Cu离子含量15?20 g/L、 H2SO4含量100?200 g/L、Cl离子含量30?50 mg/L，加速剂I?5 ml/L，抑制剂2?10 ml/L和整平剂3飞ml/L。
[0011]其中，所述加速剂、抑制剂、整平剂均为通常电镀液的常用成分，例如可采用 Enthone公司的ViaForm系列产品。
[0012]本发明的作用和效果
根据本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法，脉冲电镀铜所依据的电 化学原理是利用脉冲张驰增加阴极的活化极化，降低阴极的浓差极化，从而改善镀层的物 理化学性能。在直流电镀中，由于金属离子趋近阴极不断被沉积，因而不可避免地造成浓差 极化。而脉冲电镀在电流导通时，接近阴极的金属离子被充分地沉积；当电流关断时，阴极 周围的放电离子又重新恢复到初始浓度。这样阴极表面扩散层内的金属离子浓度就得到了 及时补充，扩散层周期间隙式形成，从而减薄了扩散层的实际厚度。如果使用短脉冲，则将 出现非常大的电流强度，这将使金属离子处在直流电镀实现不了的极高过电位下沉积，极 化程度加大，分散能力更好，从而改善镀层性能，其作用和在电镀液中加入添加剂的作用相 似。关断时间的存在不仅对阴极附近浓度恢复有好处，而且还会产生一些对沉积层有利的 重结晶、吸脱附等现象。
[0013]本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法主要优点有:
(1)降低浓差极化，提高了阴极电流密度和电镀效率；
(2)减少氢脆和镀层孔隙，提高纯度，改善镀层物理性能；
(3)所得镀层具有较好的防护性；
(4)能获得致密的低电阻率金属沉积层；
(5)相比传统铝互连，铜互连具有更低的电阻率，抗电迁移能力；
(6)采用脉冲电镀方法实现通互连，成本低于传统PVD方法，且效率更高。具体表现为 小矩形片的尺寸可以进一步扩大到工业应用所需的尺寸，且能保证其电镀的效果。而大尺 寸的应用意味着产量的上升和单位成本的下降。本发明涉及的电镀效果优于一般电镀效 果，体现在【专利附图】
【附图说明】的电阻率(图2)、铜的晶向(图3)、AFM测得的表面形貌(图5)。这些效果 的提高得益于阴极的设计、电镀液、Si02/TaN/Cu籽晶叠层以及脉冲设置这些因素的综合。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法流程图。
[0015]图2为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得电镀铜的电 阻率与电流密度的关系。
[0016]图3为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得电镀铜的 Cu(200)晶向与(111)晶向强度之比。
[0017]图4为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得电镀铜的晶 粒大小。
[0018]图5为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得电镀铜的表 面形貌的三维AFM示意图。
[0019]图6为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得电镀铜的表 面形貌的SEM示意图。【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
[0021]实施例1
采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法如下:
步骤A.采用单晶硅衬底，先使用等离子物理溅射法(PECVD)淀积SOOnm的二氧化硅 SiO2作为介质层。
[0022]步骤B.使用物理派射法(Physical Vapor Deposition, PVD)派射 IOnm 的 TaN 作为扩散阻挡层、再溅射10 nm的Ta粘附促进层。
[0023]步骤C.使用物理派射法(Physical Vapor Deposition, PVD)派射30nm的铜籽 晶层，铜籽晶层为后面的脉冲电镀提供了一个导电层。
[0024]步骤D.将获得铜籽晶层的衬底切片成尺寸为2.5 cmX I cm小矩形片。
[0025]步骤E.将所述小矩形片作为阴极，包裹一层过滤膜的高纯度的铜棒作为阳极为 进行脉冲电镀铜，阳极铜棒外的过滤膜的作用是电镀时阻止杂质进入铜镀层，影响镀层性 倉泛。
[0026]脉冲电镀铜时，在电解槽底部靠近阴极处放置一个磁力搅拌子。电镀时，置于电解 槽下面的磁力搅拌仪产生磁场，驱动搅拌子匀速转动，转速设定为300转/分。
[0027]脉冲电镀铜时，脉冲的脉宽和脉间在2 ms，电流密度为2 A/dm2，温度为25 °C，电 压为30V，pH值为8进行电镀。
[0028]脉冲电镀铜时，电镀液成分包括:Ci离子含量15 g/L、H2SO4含量100g/L、Cl离 子含量30 mg/L，加速剂I ml/L，抑制剂2 ml/L和整平剂3ml/L。其中，加速剂、抑制剂、整 平剂采用Enthone公司的ViaForm系列产品。
[0029]实施例2
采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法如下:
步骤A.采用II1-V化合物衬底，先使用等离子物理溅射法淀积900 nm的二氧化硅作 为介质层。
[0030]步骤B.使用物理溅射法溅射15nm的TaN作为扩散阻挡层、再溅射15nm的Ta粘 附促进层。
[0031]步骤C.使用物理溅射法溅射65 nm的铜籽晶层，铜籽晶层为后面的脉冲电镀提供 了一个导电层。
[0032]步骤D.将获得铜籽晶层的衬底切片成尺寸为5 cmX2 cm小矩形片。
[0033]步骤E.将所述小矩形片作为阴极，包裹一层过滤膜的高纯度的铜棒作为阳极为 进行脉冲电镀铜，阳极铜棒外的过滤膜的作用是电镀时阻止杂质进入铜镀层，影响镀层性 倉泛。
[0034]脉冲电镀铜时，在电解槽底部靠近阴极处放置一个磁力搅拌子。电镀时，置于电解 槽下面的磁力搅拌仪产生磁场，驱动搅拌子匀速转动，转速设定为400转/分。
[0035]脉冲电镀铜时，脉冲的脉宽和脉间在6 ms,电流密度为5 A/dm2，温度为33 °C，电 压为40 V, pH值为9进行电镀。
[0036]脉冲电镀铜时，电镀液成分包括:Cu离子含量17g/L、H2SO4含量150g/L、Cl离子 含量40 mg/L，加速剂3 ml/L，抑制剂6 ml/L和整平剂4 ml/L。其中，加速剂、抑制剂、整平剂采用Enthone公司的ViaForm系列产品。
[0037]实施例3
采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法如下:
步骤A.采用单晶硅衬底，先使用等离子物理溅射法淀积1000 nm的二氧化硅作为介质层。
[0038]步骤B.使用物理溅射法溅射20 nm的TaN作为扩散阻挡层、再溅射20 nm的Ta 粘附促进层。
[0039]步骤C.使用物理溅射法溅射100 nm的铜籽晶层，铜籽晶层为后面的脉冲电镀提 供了 一个导电层。
[0040]步骤D.将获得铜籽晶层的衬底切片成尺寸为10 cmX4 cm小矩形片。
[0041]步骤E.将所述小矩形片作为阴极，包裹一层过滤膜的高纯度的铜棒作为阳极为 进行脉冲电镀铜，阳极铜棒外的过滤膜的作用是电镀时阻止杂质进入铜镀层，影响镀层性 倉泛。
[0042]脉冲电镀铜时，在电解槽底部靠近阴极处放置一个磁力搅拌子。电镀时，置于电解 槽下面的磁力搅拌仪产生磁场，驱动搅拌子匀速转动，转速设定为500转/分。
[0043]脉冲电镀铜时，脉冲的脉宽和脉间在10 ms,电流密度为8 A/dm2，温度为40 °C，电 压为?50 V，pH值为10进行电镀。
[0044]脉冲电镀铜时，电镀液成分包括:Cu离子含量20 g/L、H2SO4含量200 g/L、Cl离 子含量50 mg/L，加速剂5 ml/L，抑制剂10 ml/L和整平剂6 ml/L。其中，加速剂、抑制剂、 整平剂采用Enthone公司的ViaForm系列产品。
[0045]实验测试
使用本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得的电镀铜进行如下 测试:
在完成脉冲电镀后，在保证铜的厚度在I Pm的前提下，测量电阻率、X射线衍射谱 (X-Ray Diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)和 原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)。
[0046]1、电镀铜的电阻率与电流密度的关系，如图2所示。
[0047]2、电镀铜的Cu (200)晶向与(111)晶向强度之比，如图3所示。
[0048]3、电镀铜的晶粒大小测试结果，如图4所示。
[0049]4、电镀铜的表面形貌的三维AFM测试结果，如图5所示。
[0050]5、电镀铜的表面形貌的SEM测试结果，如图6所示。
【权利要求】
1.一种采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法，其特征在于具体步骤为:步骤A.在半导体衬底上，使用等离子物理溅射法淀积厚度为80(T1000 nm的二氧化娃，作为介质层；步骤B.使用物理溅射法溅射厚度为1(T20 nm的TaN，作为扩散阻挡层；再溅射厚度为 10~20 nm的Ta，作为粘附促进层；步骤C.使用物理溅射法溅射厚度为3(T100 nm的铜籽晶层；步骤D.将获得铜籽晶层的半导体衬底切片成小矩形片；步骤E.将所述小矩形片作为阴极，包裹一层过滤膜的高纯度的铜棒作为阳极，进行脉冲电镀铜。
2.根据权利要求1所述的采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法，其特征在于:所述半导体衬底为单晶硅衬底或II1-V化合物衬底。
3.根据权利要求1所述的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法，其特征在于:所述小矩形片的尺寸为2.5 cmX I cm至10 cmX 4 cm。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法，其特征在于:进行脉冲电镀铜时，在电解槽底部靠近阴极处放置一个磁力搅拌子，转速设定为 300~500转/分。
5.根据权利要求4所述的采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法，其特征在于:进行脉冲电镀铜时，脉冲的脉宽和脉间在2~10 ms,电流密度为2~8 A/dm2，温度为25~40 °C，电压为30~50 V，pH值为8~10进行电镀。
6.根据权利要求4所述的采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法，其特征在于:进行脉冲电镀铜时，电镀液成分中，Cu离子15~20 g/L，H2S04100^200 g/L，Cl离子30~50mg/ L，加速剂1~5ml/L，抑制剂2~10ml/L和整平剂3~6ml/L。
【文档编号】C25D7/12GK103579101SQ201310540962
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】卢红亮, 谢章熠, 孙清清, 张卫 申请人:复旦大学
【专利摘要】本发明属于铜互连结构【技术领域】，具体为一种采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法。本发明方法包括以下步骤：在半导体衬底上，使用等离子物理溅射法淀积介质层；使用物理溅射法溅射TaN作为扩散阻挡层，再溅射Ta作为粘附促进层；使用物理溅射法溅射铜籽晶层；将获得铜籽晶层的衬底切片成小矩形片；将所述小矩形片作为阴极，高纯度的铜棒作为阳极为进行脉冲电镀铜。其优点在于降低浓差极化，提高阴极电流密度和电镀效率，减少氢脆和镀层孔隙，提高纯度，改善镀层物理性能，所得镀层具有较好的防护性，能获得致密的低电阻率金属沉积层，具有更低的电阻率，抗电迁移能力。
【专利说明】采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铜互连结构【技术领域】，具体涉及一种采用脉冲电镀铜的方式实现铜互 连的方法。
【背景技术】
[0002]随着芯片集成度的不断提高，铜已经逐渐取代铝成为超大规模集成电路互连中的 主流互连技术。在目前的芯片制造中，芯片的布线和互连几乎全部是采用直流电镀的方法 获得铜镀层。直流电镀只有电流/电压一个可变参数，脉冲电镀则中有电流/电压、脉宽、 脉间三个主要可变参数，而且还可以改变脉冲信号的波形。相比之下，脉冲电镀对电镀过程 有更强的控制能力。
[0003]关于脉冲电镀的理论在上个世纪初就有人提出。近几年来，国外陆续发表了一些 关于脉冲电镀在集成电路铜互连应用中的研究。但是目前在国内，针对脉冲电镀铜的研究 主要集中在冶金级电镀和印刷电路板(PCB)布线方面，几乎没有关于脉冲电镀应用于集成 电路铜互连的文献报道。PCB中线路的特征尺寸约为几十微米，而芯片中铜互连的特征尺寸 是I微米，因此对亚微米级厚度铜镀层的性能决定了整个集成电路的性能。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种适用于超大规模集成电路生产 的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法，以解决现有技术的不足。
[0005]本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法，具体步骤为:
步骤A.在半导体衬底上，使用等离子物理溅射法淀积厚度为80(T1000 nm的二氧化 娃，作为介质层；
步骤B.使用物理溅射法溅射厚度为1(T20 nm的TaN，作为扩散阻挡层；再溅射厚度为 10?20 nm的Ta，作为粘附促进层；
步骤C.使用物理溅射法溅射厚度为3(T100 nm的铜籽晶层；
步骤D.将获得铜籽晶层的半导体衬底切片成小矩形片；
步骤E.将所述小矩形片作为阴极，包裹一层过滤膜的高纯度的铜棒作为阳极，进行脉 冲电镀铜。
[0006]进一步，本发明中，所述半导体衬底为单晶硅衬底或II1-V化合物衬底。
[0007]进一步，本发明中，所述小矩形片的尺寸为2.5 cmX I cm至10 cmX4 cm。
[0008]进一步，本发明中，进行脉冲电镀铜时，在电解槽底部靠近阴极处放置一个磁力搅 拌子，转速设定为300?500转/分。
[0009]进一步，本发明中，进行脉冲电镀铜时，脉冲的脉宽和脉间在2?10 ms，电流密度为 2?8 A/dm2，温度为25?40 °C，电压为30?50 V，pH值为8?10进行电镀。
[0010]进一步，本发明中，进行脉冲电镀铜时，电镀液成分包括:Cu离子含量15?20 g/L、 H2SO4含量100?200 g/L、Cl离子含量30?50 mg/L，加速剂I?5 ml/L，抑制剂2?10 ml/L和整平剂3飞ml/L。
[0011]其中，所述加速剂、抑制剂、整平剂均为通常电镀液的常用成分，例如可采用 Enthone公司的ViaForm系列产品。
[0012]本发明的作用和效果
根据本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法，脉冲电镀铜所依据的电 化学原理是利用脉冲张驰增加阴极的活化极化，降低阴极的浓差极化，从而改善镀层的物 理化学性能。在直流电镀中，由于金属离子趋近阴极不断被沉积，因而不可避免地造成浓差 极化。而脉冲电镀在电流导通时，接近阴极的金属离子被充分地沉积；当电流关断时，阴极 周围的放电离子又重新恢复到初始浓度。这样阴极表面扩散层内的金属离子浓度就得到了 及时补充，扩散层周期间隙式形成，从而减薄了扩散层的实际厚度。如果使用短脉冲，则将 出现非常大的电流强度，这将使金属离子处在直流电镀实现不了的极高过电位下沉积，极 化程度加大，分散能力更好，从而改善镀层性能，其作用和在电镀液中加入添加剂的作用相 似。关断时间的存在不仅对阴极附近浓度恢复有好处，而且还会产生一些对沉积层有利的 重结晶、吸脱附等现象。
[0013]本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法主要优点有:
(1)降低浓差极化，提高了阴极电流密度和电镀效率；
(2)减少氢脆和镀层孔隙，提高纯度，改善镀层物理性能；
(3)所得镀层具有较好的防护性；
(4)能获得致密的低电阻率金属沉积层；
(5)相比传统铝互连，铜互连具有更低的电阻率，抗电迁移能力；
(6)采用脉冲电镀方法实现通互连，成本低于传统PVD方法，且效率更高。具体表现为 小矩形片的尺寸可以进一步扩大到工业应用所需的尺寸，且能保证其电镀的效果。而大尺 寸的应用意味着产量的上升和单位成本的下降。本发明涉及的电镀效果优于一般电镀效 果，体现在【专利附图】
【附图说明】的电阻率(图2)、铜的晶向(图3)、AFM测得的表面形貌(图5)。这些效果 的提高得益于阴极的设计、电镀液、Si02/TaN/Cu籽晶叠层以及脉冲设置这些因素的综合。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法流程图。
[0015]图2为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得电镀铜的电 阻率与电流密度的关系。
[0016]图3为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得电镀铜的 Cu(200)晶向与(111)晶向强度之比。
[0017]图4为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得电镀铜的晶 粒大小。
[0018]图5为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得电镀铜的表 面形貌的三维AFM示意图。
[0019]图6为本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得电镀铜的表 面形貌的SEM示意图。【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
[0021]实施例1
采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法如下:
步骤A.采用单晶硅衬底，先使用等离子物理溅射法(PECVD)淀积SOOnm的二氧化硅 SiO2作为介质层。
[0022]步骤B.使用物理派射法(Physical Vapor Deposition, PVD)派射 IOnm 的 TaN 作为扩散阻挡层、再溅射10 nm的Ta粘附促进层。
[0023]步骤C.使用物理派射法(Physical Vapor Deposition, PVD)派射30nm的铜籽 晶层，铜籽晶层为后面的脉冲电镀提供了一个导电层。
[0024]步骤D.将获得铜籽晶层的衬底切片成尺寸为2.5 cmX I cm小矩形片。
[0025]步骤E.将所述小矩形片作为阴极，包裹一层过滤膜的高纯度的铜棒作为阳极为 进行脉冲电镀铜，阳极铜棒外的过滤膜的作用是电镀时阻止杂质进入铜镀层，影响镀层性 倉泛。
[0026]脉冲电镀铜时，在电解槽底部靠近阴极处放置一个磁力搅拌子。电镀时，置于电解 槽下面的磁力搅拌仪产生磁场，驱动搅拌子匀速转动，转速设定为300转/分。
[0027]脉冲电镀铜时，脉冲的脉宽和脉间在2 ms，电流密度为2 A/dm2，温度为25 °C，电 压为30V，pH值为8进行电镀。
[0028]脉冲电镀铜时，电镀液成分包括:Ci离子含量15 g/L、H2SO4含量100g/L、Cl离 子含量30 mg/L，加速剂I ml/L，抑制剂2 ml/L和整平剂3ml/L。其中，加速剂、抑制剂、整 平剂采用Enthone公司的ViaForm系列产品。
[0029]实施例2
采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法如下:
步骤A.采用II1-V化合物衬底，先使用等离子物理溅射法淀积900 nm的二氧化硅作 为介质层。
[0030]步骤B.使用物理溅射法溅射15nm的TaN作为扩散阻挡层、再溅射15nm的Ta粘 附促进层。
[0031]步骤C.使用物理溅射法溅射65 nm的铜籽晶层，铜籽晶层为后面的脉冲电镀提供 了一个导电层。
[0032]步骤D.将获得铜籽晶层的衬底切片成尺寸为5 cmX2 cm小矩形片。
[0033]步骤E.将所述小矩形片作为阴极，包裹一层过滤膜的高纯度的铜棒作为阳极为 进行脉冲电镀铜，阳极铜棒外的过滤膜的作用是电镀时阻止杂质进入铜镀层，影响镀层性 倉泛。
[0034]脉冲电镀铜时，在电解槽底部靠近阴极处放置一个磁力搅拌子。电镀时，置于电解 槽下面的磁力搅拌仪产生磁场，驱动搅拌子匀速转动，转速设定为400转/分。
[0035]脉冲电镀铜时，脉冲的脉宽和脉间在6 ms,电流密度为5 A/dm2，温度为33 °C，电 压为40 V, pH值为9进行电镀。
[0036]脉冲电镀铜时，电镀液成分包括:Cu离子含量17g/L、H2SO4含量150g/L、Cl离子 含量40 mg/L，加速剂3 ml/L，抑制剂6 ml/L和整平剂4 ml/L。其中，加速剂、抑制剂、整平剂采用Enthone公司的ViaForm系列产品。
[0037]实施例3
采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法如下:
步骤A.采用单晶硅衬底，先使用等离子物理溅射法淀积1000 nm的二氧化硅作为介质层。
[0038]步骤B.使用物理溅射法溅射20 nm的TaN作为扩散阻挡层、再溅射20 nm的Ta 粘附促进层。
[0039]步骤C.使用物理溅射法溅射100 nm的铜籽晶层，铜籽晶层为后面的脉冲电镀提 供了 一个导电层。
[0040]步骤D.将获得铜籽晶层的衬底切片成尺寸为10 cmX4 cm小矩形片。
[0041]步骤E.将所述小矩形片作为阴极，包裹一层过滤膜的高纯度的铜棒作为阳极为 进行脉冲电镀铜，阳极铜棒外的过滤膜的作用是电镀时阻止杂质进入铜镀层，影响镀层性 倉泛。
[0042]脉冲电镀铜时，在电解槽底部靠近阴极处放置一个磁力搅拌子。电镀时，置于电解 槽下面的磁力搅拌仪产生磁场，驱动搅拌子匀速转动，转速设定为500转/分。
[0043]脉冲电镀铜时，脉冲的脉宽和脉间在10 ms,电流密度为8 A/dm2，温度为40 °C，电 压为?50 V，pH值为10进行电镀。
[0044]脉冲电镀铜时，电镀液成分包括:Cu离子含量20 g/L、H2SO4含量200 g/L、Cl离 子含量50 mg/L，加速剂5 ml/L，抑制剂10 ml/L和整平剂6 ml/L。其中，加速剂、抑制剂、 整平剂采用Enthone公司的ViaForm系列产品。
[0045]实验测试
使用本发明提供的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法获得的电镀铜进行如下 测试:
在完成脉冲电镀后，在保证铜的厚度在I Pm的前提下，测量电阻率、X射线衍射谱 (X-Ray Diffraction, XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)和 原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)。
[0046]1、电镀铜的电阻率与电流密度的关系，如图2所示。
[0047]2、电镀铜的Cu (200)晶向与(111)晶向强度之比，如图3所示。
[0048]3、电镀铜的晶粒大小测试结果，如图4所示。
[0049]4、电镀铜的表面形貌的三维AFM测试结果，如图5所示。
[0050]5、电镀铜的表面形貌的SEM测试结果，如图6所示。
【权利要求】
1.一种采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法，其特征在于具体步骤为:步骤A.在半导体衬底上，使用等离子物理溅射法淀积厚度为80(T1000 nm的二氧化娃，作为介质层；步骤B.使用物理溅射法溅射厚度为1(T20 nm的TaN，作为扩散阻挡层；再溅射厚度为 10~20 nm的Ta，作为粘附促进层；步骤C.使用物理溅射法溅射厚度为3(T100 nm的铜籽晶层；步骤D.将获得铜籽晶层的半导体衬底切片成小矩形片；步骤E.将所述小矩形片作为阴极，包裹一层过滤膜的高纯度的铜棒作为阳极，进行脉冲电镀铜。
2.根据权利要求1所述的采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法，其特征在于:所述半导体衬底为单晶硅衬底或II1-V化合物衬底。
3.根据权利要求1所述的采用脉冲电镀铜的方式实现铜互连的方法，其特征在于:所述小矩形片的尺寸为2.5 cmX I cm至10 cmX 4 cm。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法，其特征在于:进行脉冲电镀铜时，在电解槽底部靠近阴极处放置一个磁力搅拌子，转速设定为 300~500转/分。
5.根据权利要求4所述的采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法，其特征在于:进行脉冲电镀铜时，脉冲的脉宽和脉间在2~10 ms,电流密度为2~8 A/dm2，温度为25~40 °C，电压为30~50 V，pH值为8~10进行电镀。
6.根据权利要求4所述的采用脉冲电镀铜方式实现铜互连的方法，其特征在于:进行脉冲电镀铜时，电镀液成分中，Cu离子15~20 g/L，H2S04100^200 g/L，Cl离子30~50mg/ L，加速剂1~5ml/L，抑制剂2~10ml/L和整平剂3~6ml/L。
【文档编号】C25D7/12GK103579101SQ201310540962
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】卢红亮, 谢章熠, 孙清清, 张卫 申请人:复旦大学
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