提升铜填充能力的方法与流程

本发明涉及半导体，特别是涉及一种提升铜填充能力的方法。

背景技术：

1、随着集成电路工艺持续高速化、微缩化的发展，后段金属互连线的特征尺寸快速缩小，铜(cu)互连工艺也面对越来越多的问题。而铜的生长主要分为两步，首先是使用pvd方式生长薄的铜种子层，再利用电化学电镀(ecp)方式进行填充。

2、在cu电镀过程中，电镀液中的添加剂成分和含量直接影响cu的填充效果。目前，添加剂主要由加速剂、抑制剂及平整剂三部分构成，对cu生长分别起到加速作用、抑制作用及平整表面的作用。在电镀过程中，加速剂先发挥作用，进入到通孔及沟槽底部以加速cu的生长，在生长过程中，抑制剂用于抑制通孔及沟槽的顶部拐角(corner)处(图1中圆圈所圈位置)cu的生长，防止拐角处cu厚度增加造成提前封口而使得内部电镀完成形成空洞(void)(如图2所示)，从而导致器件性能受到影响。而随着特征尺寸的减小，添加剂对铜的加速和抑制效果均会受到影响，从而导致cu空洞的发生，使得cu填充面临越来越大的挑战。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提升铜填充能力的方法，用于解决以现有的电镀工艺填充小尺寸的通孔及沟槽时填充效果较差的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提升铜填充能力的方法，所述方法包括：

3、提供形成有通孔及沟槽的半导体结构，且所述通孔及所述沟槽的顶部开口尺寸小于60nm；

4、于所述通孔及所述沟槽的底部及侧壁形成铜阻挡层及铜籽晶层，且所述铜籽晶层形成于所述铜阻挡层的表面；

5、将形成有所述铜阻挡层及所述铜籽晶层的所述半导体结构置于电镀液中，以6a～10a的电流对所述通孔及所述沟槽进行第一步电镀，以6a～10a的电流对所述通孔及所述沟槽进行第二步电镀，以大于30a的电流对所述通孔及所述沟槽进行第三步电镀；

6、其中，所述电镀液中加速剂与抑制剂的比例为7:1～14:1。

7、可选地，通过物理气相沉积工艺形成所述铜阻挡层及所述铜籽晶层。

8、可选地，所述铜阻挡层包括氮化钽与钽的组合层。

9、可选地，在进行第一步电镀时，作用时长包括2.4s～4s。

10、可选地，在进行第二步电镀时，作用时长包括20s～40s。

11、可选地，所述方法还包括对完成第三步电镀后的所述半导体结构进行洗边及退火的步骤。

12、可选地，退火的工艺条件包括：退火温度为150℃～200℃，退火时长为80s～100s。

13、可选地，所述加速剂包括聚二硫二丙烷黄酸钠；所述抑制剂包括聚乙二醇-6000、聚乙二醇-8000或聚乙二醇-10000中的至少一种。

14、可选地，所述电镀液中还包括所述平整剂，且所述平整剂包括5-氨基-1,2,3-噻二唑-2-硫醇。

15、可选地，在进行第一步电镀之前，形成有所述铜阻挡层及所述铜籽晶层的所述半导体结构闲置20min及以上。

16、如上所述，本发明的提升铜填充能力的方法，通过采用加速剂与抑制剂为7:1～14:1的电镀液，提高加速剂扩散至通孔及沟槽底部的量，提升铜的填充速度，同时采用6a～10a的电镀电流进行第一步电镀，缩短第一步电镀的电镀时间，从而在抑制剂扩散至通孔及沟槽底部之前使加速剂充分发挥作用，提升小尺寸通孔及沟槽的填充能力，避免产生空洞。

技术特征：

1.一种提升铜填充能力的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的提升铜填充能力的方法，其特征在于，通过物理气相沉积工艺形成所述铜阻挡层及所述铜籽晶层。

3.根据权利要求2所述的提升铜填充能力的方法，其特征在于，所述铜阻挡层包括氮化钽与钽的组合层。

4.根据权利要求1所述的提升铜填充能力的方法，其特征在于，在进行第一步电镀时，作用时长包括2.4s～4s。

5.根据权利要求4所述的提升铜填充能力的方法，其特征在于，在进行第二步电镀时，作用时长包括20s～40s。

6.根据权利要求1所述的提升铜填充能力的方法，其特征在于，所述方法还包括对完成第三步电镀后的所述半导体结构进行洗边及退火的步骤。

7.根据权利要求6所述的提升铜填充能力的方法，其特征在于，退火的工艺条件包括：退火温度为150℃～200℃，退火时长为80s～100s。

8.根据权利要求1所述的提升铜填充能力的方法，其特征在于，所述加速剂包括聚二硫二丙烷黄酸钠；所述抑制剂包括聚乙二醇-6000、聚乙二醇-8000或聚乙二醇-10000中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的提升铜填充能力的方法，其特征在于，所述电镀液中还包括所述平整剂，且所述平整剂包括5-氨基-1,2,3-噻二唑-2-硫醇。

10.根据权利要求1所述的提升铜填充能力的方法，其特征在于，在进行第一步电镀之前，形成有所述铜阻挡层及所述铜籽晶层的所述半导体结构闲置20min及以上。

技术总结
本发明提供一种提升铜填充能力的方法，所述方法包括：提供形成有通孔及沟槽的半导体结构，且所述通孔及所述沟槽的顶部开口尺寸小于60nm；于所述通孔及所述沟槽的底部及侧壁形成铜阻挡层及铜籽晶层，且所述铜籽晶层形成于所述铜阻挡层的表面；将形成有所述铜阻挡层及所述铜籽晶层的所述半导体结构置于电镀液中，以6A～10A的电流对所述通孔及所述沟槽进行第一步电镀，以6A～10A的电流对所述通孔及所述沟槽进行第二步电镀，以大于30A的电流对所述通孔及所述沟槽进行第三步电镀。通过本发明解决了以现有的电镀工艺填充小尺寸的通孔及沟槽时填充效果较差的问题。

技术研发人员：李猛,高斌,邢中豪,林建树,李宗旭,梁金娥,赵正元,张守龙
受保护的技术使用者：华虹半导体（无锡）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5