[发明专利]铜薄膜形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及半导体制造的后道工艺中铜薄膜形成方法。

背景技术

目前，在混合信号射频(MS/RF)电路中的器件需要应用到超厚金属(UTM，Ultra Thick Metal)工艺。例如，通过电镀铜(ECP，Electro-CopperPlating)工艺形成例如约3μm厚的铜薄膜。所述电镀铜工艺一般包括：在需要形成铜薄膜的表面通过电镀的方法形成设计厚度的铜薄膜，然后进行退火。

在例如申请号为200580019070.0的中国专利申请中还能发现更多与上述电镀铜工艺相关的信息。

然而，随着大尺寸晶圆的普遍应用，超厚金属工艺随之带来的问题也越来越明显。例如，对于如今较常采用的应用于90nm工艺的300mm晶圆，由于铜薄膜具有较大的张应力(Tensile Stress)，例如90nm工艺中铜薄膜的张应力达到了280Mpa，因此，厚度较大的铜薄膜会使得晶圆产生翘曲变形。其中，较严重的晶圆翘曲变形，其翘曲最大值(bow)，即翘曲变形时晶圆最高点和最低点之间的高程差，甚至达到了约300μm，几乎接近了晶圆的一半厚度。而所述的晶圆翘曲变形将可能导致晶圆在后续工艺中报废，例如在后续封装工艺的晶圆背面研磨过程中产生晶圆破裂，或晶圆被后续的工艺机台视为废品而拒绝载入。

因而，所述超厚金属工艺所带来的晶圆翘曲变形已成为了制约大尺寸晶圆(例如300mm晶圆)后道工艺顺利实施的瓶颈之一。

发明内容

本发明要解决的是现有技术超厚金属工艺使得晶圆翘曲变形的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种铜薄膜的形成方法，包括：

在需要形成铜薄膜的表面，执行第一电镀步骤形成第一厚度的铜薄膜；

对已形成的第一厚度的铜薄膜执行第一退火步骤；

在已形成的铜薄膜表面，执行第二电镀步骤继续形成铜薄膜直至达到所需的铜薄膜厚度；

对已形成的铜薄膜执行第二退火步骤，

其中，第一电镀步骤和第二电镀步骤的电镀条件相同。

与现有技术相比，上述铜薄膜的形成方法具有以下优点：通过两次退火使得所形成的厚度较大的铜薄膜的张应力减小，改善了晶圆翘曲变形的情况。

附图说明

图1是本发明铜薄膜的形成方法的一种实施方式流程图；

图2a至图2d是本发明铜薄膜的形成方法的一种实施例的简易示意图。

具体实施方式

参照图1所示，本发明铜薄膜的形成方法的一种实施方式包括：

步骤s1，在需要形成铜薄膜的表面，执行第一电镀步骤形成第一厚度的铜薄膜；

步骤s2，对已形成的第一厚度的铜薄膜执行第一退火步骤；

步骤s3，在已形成的铜薄膜表面，执行第二电镀步骤继续形成铜薄膜直至达到所需的铜薄膜厚度；

步骤s4，对已形成的铜薄膜执行第二退火步骤。

其中，第一电镀步骤和第二电镀步骤的电镀条件相同。

以下通过一具体的工艺实例对上述铜薄膜的形成方法进行进一步说明。

参照图2a所示，基底10中已具有逻辑器件结构及相应的多层金属结构，例如基底10中具有除顶层金属外的其他各层金属层间结构及其下的逻辑器件结构。所述基底10中还具有导电层11。所述基底10表面具有蚀刻停止层12，所述蚀刻停止层12上还具有绝缘层13。沟槽14贯通所述绝缘层13及其下的蚀刻停止层12，与所述导电层11连通。所述沟槽14为需要形成铜薄膜的所在。为方便描述，假定所需形成的铜薄膜应填满沟槽14并与所述绝缘层13的表面齐高。此处，假定所述沟槽14的深度为3μm，也即所需形成的铜薄膜的厚度为3μm。

则首先应用电镀的方法在所述沟槽14内形成第一厚度的铜薄膜，例如形成1.5μm的铜薄膜。电镀铜使用含铜离子的电镀液，例如可以采用H₂SO₄、CuSO₄和CuCl₂的混合溶液，电镀时的电流可以为例如5安(A)，电镀时的温度为室温，例如25℃。

在上述电镀过程中，将铜接于电源的阳极，将基底10接于电源的阴极，将基底10浸泡于所述电镀液中，并通过电源施加电流，使电镀液中的铜离子与电子反应形成铜而在沟槽14内沉积。

所述电镀第一厚度的铜薄膜可以通过电镀时间来控制，例如在没有图形的晶圆上做不同电镀时间的实验可以得到电镀时铜薄膜的生长速率。然后根据所述第一厚度以及电镀时铜薄膜的生长速率就可获得电镀时间。