[发明专利]一种电镀铜的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种电镀铜的方法。

背景技术

在半导体集成电路制造领域，使用电镀铜布线来减小互连中信号的延迟。使用铜作为互连材料的最大的优点是，铜的电阻低于历史上最常用作互连材料的铝。使用铜这种电阻小的互连材料能够降低互连中的信号延迟，从而提高了集成电路的速度。集成电路的速率极限是指其晶体管开关的频率。

由于集成电路中晶体管尺寸越小，时钟频率越高，集成电路通常通过减小器件的尺寸来提高集成电路的速率。随着器件尺寸减小的难度越来越大，现在，先进的集成电路的速度极限由信号在金属导线的时间常数来决定。导线的时间常数是导线的电阻与导线和其它互连导线的电容的乘积。

铜布线的过程通常采用电镀。一般地，首先制作种子层，然后在种子层上电镀出需要的图形，最后去除种子层。

在电镀铜中，大的晶粒对应小的电阻，好的性能。所以工艺过程中需要对电镀铜进行退为以形成的大的晶粒。通常的退火过程是在100度退火1小时来减小晶界能，使晶粒长大。

电镀铜的热稳定性在集成电路半导体器件可靠性中很重要的参数。需要更高的退火温度来稳定电镀铜的微观结构。

高的退火温度会引起高的热应力，这是因为电镀铜和它周围的介电材料、硅材料等的热膨胀系数差别很大。

热应力过大会引起电镀铜中孔洞的形成。孔洞的形成不利于电镀铜的电阻减小、晶粒长大。

进一步分析发现，电镀铜中的孔洞有可能在电镀后退火前就已经形成。在退火后进一步长大。这是由于作为种子层的溅射铜表面本身存在孔洞，如图1a~图1b所示。这些孔洞本身在100nm左右，极小的孔洞不利于电镀液的进入，造成了这些孔洞内不能电镀，从而引起孔洞的形成，经过退火后，这些孔洞会长大，如图2a~图2b所示。溅射铜表面的孔洞引起电镀铜孔洞的原理示意图所图3所示，在基底20上溅射的种子层21，一般具有大量极小的孔洞23，在电镀铜层22后这些孔洞23会留在电镀铜的内部。

这些孔洞问题，本身会使铜的电阻变大。孔洞的存在必然影响互连的晶粒长大，阻止互连在高温退火时电阻的减小。不利于提高器件的信号传递速率，影响器件的整体性能。

发明内容

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电镀铜的方法，用于解决现有技术中电镀铜过程中或退火过程中产生大量孔洞影响晶粒长大而导致电阻增大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电镀铜的方法，至少包括以下步骤：

1）提供一需要制作电镀铜布线的基底，采用溅射法于所述基底表面形成用于电镀铜的种子层；

2）先依据所述电镀铜布线于所述种子层表面制作图形掩膜，然后腐蚀所述种子层；或先腐蚀所述种子层，然后依据所述电镀铜布线于所述种子层表面制作图形掩膜；

3）采用电镀法于未被所述图形掩膜覆盖的种子层表面制作电镀铜层；

4）去除所述图形掩膜及所述图形掩膜覆盖的种子层。

作为本发明的电镀铜的方法的一个优选方案，步骤2）后还包括采用超声方法去除所述种子层表面气泡的步骤。

作为本发明的电镀铜的方法的一个优选方案，步骤3）还包括于所述电镀铜层表面溅射TaN钝化层的步骤。

作为本发明的电镀铜的方法的一个优选方案，步骤4）后还包括对所述电镀铜层进行退火的步骤。

作为本发明的电镀铜的方法的一个优选方案，所述种子层包括采用溅射法制作的TiW/Cu及Ti/Cu的一种。

作为本发明的电镀铜的方法的一个优选方案，步骤2）中，采用过硫酸铵溶液作为腐蚀液腐蚀所述种子层，以在所述种子层表面形成大孔洞。

进一步地，所述过硫酸铵溶液中，过硫酸铵与水的比例为1∶10~1∶300。

更近一步地，腐蚀的时间为10s~120s。

如上所述，本发明提供一种电镀铜的方法，先提供一需要制作电镀铜布线的基底，采用溅射法于所述基底表面形成用于电镀铜的种子层；然后依据所述电镀铜布线于所述种子层表面制作图形掩膜并腐蚀所述种子层；接着采用电镀法于未被所述图形掩膜覆盖的种子层表面制作电镀铜层；最后去除所述图形掩膜及所述图形掩膜覆盖的种子层，以完成制作。本发明具有以下有益效果：本发明首先可以消除电镀铜与溅射铜界面的孔洞，其次可以消除高温退火时形成的孔洞。由此电镀铜的方法获得电镀铜具有无孔洞，电阻小等特点。此工艺改进适于半导体、集成电路等使用电镀铜的方法制作铜引线的领域。

附图说明