专利名称：电镀方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种电镀方法。
背景技术：
传统工艺中，通常应用电镀工艺形成器件与外部电路间的互连金属层(如铜)。利用传统工艺执行电镀操作的步骤包括，步骤11 :如图1所示，提供基底IO，所述基底10表面形成有晶种层20 ;步骤12 :如图2所示，将所述基底10置于电镀溶液30中，以所述基底10为阴极，执行电镀操作。 形成电镀层的基本原理在于将表面具有晶种层20的基底10沉浸在电镀溶液30
中，所述基底10和晶种层20作为带负电荷的平板或阴极电连接到外电源。固体金属(如
铜)块沉浸在电镀溶液30中并构成带正电荷的阳极。电镀过程中，电镀溶液中的金属离子
在晶种层20表面被还原成金属原子，同时在金属阳极发生氧化反应，以平衡阴极电流。 然而，实际生产发现，如图3-5所示，应用上述工艺形成的电镀层40中易形成孔洞
及/或由此产生的断线等缺陷42，所述孔洞及/或断线的存在将影响金属互连的效果，如何
减少所述孔洞及/或断线的产生成为本领域技术人员亟待解决的问题。 2006年10月4日公告的公告号为"CN 1277958C"的中国专利中公开了一种电镀
方法，通过采用毫秒量级的简短循环周期切换电镀的阴极和阳极、并在中间插入毫秒量级
的停滞时间的方法，以在向通孔中沉积金属层时提供足量的电流密度，改善电镀效果，减少
电镀孔洞的产生。 但是，应用上述循环方法改善电镀效果时，关键的改善手段是縮短循环周期和停滞时间，显然，上述电镀方法的实施依赖于循环电镀设备，适用范围较窄。
发明内容
本发明提供了一种电镀方法，可在电镀过程中减少孔洞及/或断线的产生。
本发明提供的一种电镀方法，包括
提供基底，所述基底表面形成有晶种层；在承载ra值为5-9的液体的槽中，以所述基底为阳极，执行电解操作； 将经历所述电解操作的所述基底置于电镀溶液中，以所述基底为阴极，执行电镀操作。 与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点 上述技术方案提供的电镀方法，通过在执行电镀操作之前，预先执行电解操作，以去除在形成所述晶种层和开始电镀过程的时间间隔内附着于所述晶种层上的微粒，继而，增强浸没于所述电镀溶液中的晶种层的表面光洁度，减少所述微粒附着处由于所述微粒的存在导致的电镀层不连续及其由此产生的电镀孔洞现象的发生，而不必依赖于循环电镀设备。
图1-图2为说明现有技术中电镀流程的剖面示意 图3为说明现有技术中经历电镀操作后形成的缺陷的结构示意 图4_图5为现有技术中经历电镀操作后形成的缺陷的示例图片；
图6为说明本发明第一实施例的执行电镀操作的流程示意 图7_图9为说明本发明第一实施例的电镀流程的剖面示意图； 图10为说明本发明实施例的确定执行电解和电镀操作时电压的极化曲线示意图； 图11为说明应用本发明优选实施例与应用现有技术的缺陷检测结果对比示意图； 图12为说明应用本发明优选实施例与应用现有技术的电性检测结果对比示意图。
具体实施例方式
尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。 为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。 在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 如图6所示，作为本发明的第一实施例，执行电镀操作的步骤包括，步骤601 :提供基底，所述基底表面形成有晶种层；步骤602 :在承载ra值为5-9的液体的槽中，以所述基底为阳极，执行电解操作；步骤603 :将经历所述电解操作的所述基底置于电镀溶液中，以所述基底为阴极，执行电镀操作。 具体地，在衬底上定义器件有源区并完成浅沟槽隔离、继而形成栅极结构及源区和漏区后，进而沉积第一层间介质层(即金属前介质层，PMD)，继续在所述第一层间介质层内形成第一层通孔(via)及沟槽(trench)，在形成覆盖所述通孔及沟槽的底壁和侧壁的晶种层后，可形成基底100。可扩展地，在沉积第N-l层间介质层后，继续形成第N-l层通孔及沟槽，在形成覆盖所述通孔及沟槽的底壁和侧壁的晶种层后，仍可形成基底100。显然，所述层间介质层的数目N可为任意自然数，如1、3、5、7或9等，所述层间介质层的具体数目根据产品要求确定。所述金属前介质层覆盖所述栅极结构及源区和漏区并填满位于所述栅极结构间的线缝；所述栅极结构包含栅极、环绕栅极的侧墙及栅氧化层。所述栅极结构还可包含覆盖所述栅极和侧墙的阻挡层。所述衬底包含但不限于包括元素的硅材料，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)，也可以是绝缘体上硅(SOI)。形成的表面具有晶种层120的所述基底100如图7所示。 在形成所述通孔和沟槽的步骤和形成所述晶种层120的步骤之间，还包括形成覆盖所述通孔和沟槽的底部和侧壁的粘接层。所述粘接层用以增强所述晶种层120与所述通孔和沟槽的底部和侧壁的接合程度，以减小由于接合效果不良而导致的接触电阻的增加。所述粘接层可包括TaN/Ta或TiN/Ti的叠层结构。所述粘接层可利用化学气相沉积工艺获得。 所述晶种层120可利用物理气相沉积(PVD)工艺形成。填充所述通孔和沟槽的互连材料为金属铜时，所述晶种层为铜。实践中，所述晶种层120用以在形成电镀层时作为带负电荷的平板或阴极电连接到外电源，以承载由电镀溶液中的金属铜离子被还原而形成的金属铜原子。 但是，实际生产发现，在上述晶种层120上形成的电镀层中易形成孔洞及/或由此产生的断线。 本发明的发明人分析后认为，形成孔洞及/或断线的原因在于实践中，在形成所述晶种层120和开始电镀过程之间总是存在着一定的时间间隔，在所述时间间隔内，置放所述基底的环境中存在的微粒易在静电吸附作用下附着于所述晶种层120上，附着的微粒将降低所述晶种层120的表面光洁度，继而，将所述晶种层120浸没于电镀溶液中时，在附着微粒处，易导致所述电镀层的缺失，即，易导致形成的电镀层不连续，由此产生电镀孔洞及/或断线现象的发生。 由此，本发明的发明人提出，在执行电镀操作之前去除附着于所述晶种层120上的微粒，成为减少电镀孔洞及/或断线现象的发生的指导方向。 具体地，通过在执行电镀操作之前，预先执行电解操作，以去除附着于所述晶种层120上的微粒，继而，增强浸没于所述电镀溶液中的晶种层120的表面光洁度，减少所述微粒附着处由于所述微粒的存在导致的电镀层不连续及其由此产生的电镀孔洞及/或断线现象的发生。 如图8所示，执行所述电解操作时，需将所述基底100置于承载液体140的槽中，所述液体140的ra值可为5-9，如5、6、7、8、9 ;具体地，所述液体140可为稀释的硫酸及/或盐酸溶液、氨水或去离子水中的一种。所述液体140作为所述电解操作的电解质，所述基底100为阳极，阴极可为浸没于所述液体140中的固体铜块。施加电压后，所述微粒在反向电场力(与执行电镀操作相比而言)的作用下，静电吸附作用被破坏，由于所述静电吸附作用的减弱或消除，以及，具有所述晶种层120的基底100在执行所述电解操作时倒置(即所述晶种层120的表面面向所述液体)于所述液体140(对于电镀操作，所述液体140为电镀溶液)中，使得所述微粒将脱离所述晶种层120，而进入所述液体140中。
继而，如图9所示，将经历所述电解操作的所述基底置于电镀溶液160中，以所述基底IOO为阴极，执行电镀操作。执行所述电镀操作的方法可采用任何传统的工艺，在此不再赘述。 作为本发明的其他实施例，执行所述电解操作时，所述ra值为5-9的液体处于流动平衡中。处于流动状态的所述液体将对附着的微粒产生一定的冲击，利于破坏其与晶种层间的静电吸附作用，易于增加所述微粒脱离所述晶种层的速度。此外，处于流动平衡中的所述液体还易于排除其内包含的杂质，利于所述电解操作的进行。 具体地，所述ra值为5-9的液体可为电镀溶液。此时，执行电镀操作的步骤为首先，提供基底，所述基底表面形成有晶种层；随后，将所述基底置于电镀溶液中，以所述基底为阳极，执行电解操作；再后，在所述电镀溶液中，以所述基底为阴极，执行电镀操作。
以所述电镀溶液作为承载上述电解操作的液体，可简化工艺，减少制程中所需的化学品的种类，减少所述基底在承载不同溶液的槽之间转送的次数，可减少废品的产生；显然，执行所述电解操作时，所述电镀溶液也最好处于流动平衡中。处于流动状态的所述电镀溶液易于增加所述微粒脱离所述晶种层的速度，并且，还易于排除其内包含的杂质，利于所述电镀操作的进行。 填充所述通孔和沟槽的互连金属为铜(即，所述电镀层为铜)时，所述晶种层也为铜，所述晶种层采用物理气相沉积工艺形成；所述电镀溶液为硫酸铜；具体地，实践中，出于生产需要，所述电镀溶液中通常还包含有利于电镀反应进行的Cl—和H+等，g卩，所述电镀溶液可为硫酸铜的酸性溶液。 此外，为了使得在利用所述电解操作去除微粒时，所述晶种层受到尽量少的损伤，可优选所述电解操作的执行条件。 具体地，作为本发明的优选实施例，在执行所述电解操作之前，还包括确定所述电镀操作的极化曲线。以确定电极反应的变化趋势。所述极化曲线可在利用传统工艺执行电镀操作时获得，具体可应用任何现行的方法，在此不再赘述。 以铜电镀操作为例，如图IO所示，随着电压的变化(包含阴、阳极的极性转化和电性大小的变化)，其极化曲线分为耗尽区ab、截止区bc、线性区cd和饱和区de。实践中，执行所述电镀操作的电压在所述极化曲线的线性区内选取，既利于提高电镀反应的速度，也利于改善经由电镀反应形成的电镀层的质量。 此外，由前述分析可知，执行所述电解操作时，与执行所述电镀操作时相比，极性相反(执行所述电镀操作时，基底/晶种层为阴极；执行所述电解操作时，基底/晶种层为阳极)；而执行所述电镀操作时，所需的电压取值可为其极化曲线内线性区cd中的任意值，但是，在极性相反时，对应所述电压取值的绝对值的电压处于所述极化曲线内的耗尽区ab，即，以此处于所述极化曲线内的耗尽区ab的电压执行所述电解操作时，将导致已形成的晶种层材料(即铜)的反向电镀(即，由于极性的改变，所述晶种层由阴极变为阳极，电极反应由电镀溶液中的Cu2+得电子生成Cu，变为Cu失电子变为Cu2+)，失电子后的铜将进入电镀溶液中，换言之，将导致所述晶种层的耗损。因此，执行所述电解操作的电压最好在所述极化曲线的截止区内选取。 作为示例，以铜电镀为例，实践中，执行所述电镀操作的电压选为0. 5V，此0. 5V为铜电镀极化曲线内线性区cd中的任一值；且所述极化曲线内截止区bc对应的电压范围为-O. 3V 0. 3V，执行所述电解操作的电压的取值范围为(OV，O. 3V]，优选为
，如0. 1V、0. 2V或0. 3V。 需说明的是，执行所述电解操作的电压的取值范围也可为[-0.3V，0V)，优选为[-0. IV， -0. 3V]，如-0. IV、 -0. 2V或-0. 3V，此时，所述电解操作即为反向电镀操作，只是对反应程度有限制，要稍弱一些。此外，在执行所述反向电镀操作时，所需的电镀溶液可以仅为ra值为5-9的液体，如ra值为5、6、7、8或9 ;具体地，所述液体可为稀释的硫酸及/或盐酸溶液、氨水或去离子水中的一种。 此外，执行所述电解操作的持续时间为1秒-10秒，具体如1秒、3秒、5秒、8秒或10秒。这是因为持续时间太短，易减弱微粒去除效果，即减弱改善所述孔洞及/或断线缺陷的效果；持续时间太长，所述晶种层易被所述ra值为5-9的液体或电镀溶液侵蚀，继而，影响经历后续操作后获得的晶片的电学性能。 为验证上述技术方案对所述孔洞及/或断线的改善效果，本发明的发明人对应用上述优选方案与应用传统方案获得的执行电镀操作后的基底进行了所述孔洞及/或断线缺陷检测，如图11所示，结果表明，应用上述优选方案后，可使得在一片基底上的所述孔洞及/或断线缺陷42由20个-100个减小至1个-5个。 此外，本发明的发明人对应用上述优选方案与应用传统方案执行电镀操作时获得的(已检测合格)基底进行了晶片可接受性测试(WAT)，具体测试了填充后的通孔的接触电阻(Rc)，结果表明，与应用传统方案执行电镀操作时相比，应用上述优选方案执行电镀操作后，填充后的通孔的接触电阻的变化可被忽略，即，应用上述技术方案改善所述孔洞及/或断线时，不会对晶片的电学性能产生不良影响。 需强调的是，未加说明的步骤均可采用传统的方法获得，且具体的工艺参数根据产品要求及工艺条件确定。 尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地描述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。因此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备和方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发明概念的精神和范围。
权利要求
一种电镀方法，其特征在于，包括提供基底，所述基底表面形成有晶种层；在承载PH值为5-9的液体的槽中，以所述基底为阳极，执行电解操作；将经历所述电解操作的所述基底置于电镀溶液中，以所述基底为阴极，执行电镀操作。
2. 根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于所述晶种层采用物理气相沉积工艺 形成。
3. 根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于所述晶种层材料为铜。
4. 根据权利要求3所述的电镀方法，其特征在于所述电镀溶液为硫酸铜的酸性溶液。
5. 根据权利要求i所述的电镀方法，其特征在于执行所述电解操作时，所述ra值为5-9的液体处于流动平衡。
6. 根据权利要求5所述的电镀方法，其特征在于所述ra值为5-9的液体为电镀溶液。
7. 根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于执行所述电解操作时的电压小于执行所述电镀操作时的电压。
8. 根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，在执行所述电解操作之前，还包括 确定所述电镀操作的极化曲线，执行所述电解操作的电压在所述极化曲线的截止区内选 取。
9. 根据权利要求8所述的电镀方法，其特征在于执行所述电镀操作的电压在所述极 化曲线的线性区内选取。
10. 根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于执行所述电解操作的持续时间为1-10秒。
全文摘要
一种电镀方法，包括提供基底，所述基底表面形成有晶种层；在承载pH值为5-9的液体的槽中，以所述基底为阳极，执行电解操作；将经历所述电解操作的所述基底置于电镀溶液中，以所述基底为阴极，执行电镀操作。可在电镀过程中减少孔洞及/或断线的产生。
文档编号H01L21/02GK101724877SQ20081022458
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者聂佳相 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司