專利名稱：銅電鍍?nèi)芤杭般~電鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅電鍍?nèi)芤汉鸵环N銅電鍍方法，特別涉及一種含有EDTA抑制劑的銅電鍍?nèi)芤骸?br> 背景技術(shù)：
在集成電路的技術(shù)上，為了提高組件的集成度以及數(shù)據(jù)傳輸速度，制造技術(shù)已由次微米(sub-micron)進(jìn)入了四分的一微米(quarter-micron)甚或更細(xì)微尺寸的范圍。然而，當(dāng)線寬愈來愈小，鋁導(dǎo)線已無法滿足對速度的要求，因此，以具有高導(dǎo)電性、低電遷移(electromigration)的銅金屬做為導(dǎo)線，以降低RC延遲(RC delay)為目前的趨勢。
但是，銅金屬無法以干蝕刻的方式來定義圖案，因?yàn)殂~金屬與氯氣電漿氣體反應(yīng)生成的氯化銅(CuCl2)的沸點(diǎn)極高(約1500℃)，因此銅導(dǎo)線的制作需以鑲嵌(damascene)制作過程來進(jìn)行。雙鑲嵌(dual damascene)制作過程是指在介電層中形成內(nèi)聯(lián)機(jī)圖案的溝槽(trench)和其下方的介層窗(via hole)后，然后以電鍍法(electroplating)同時(shí)于其中填入銅金屬。
圖1a至1c顯示使用傳統(tǒng)銅電鍍?nèi)芤涸诮閷哟皟?nèi)電鍍銅的制作過程剖面圖。請參閱圖1a，標(biāo)號10代表一半導(dǎo)體基底，例如一硅晶片，其上可以形成任何所需的半導(dǎo)體組件(未顯示)。在半導(dǎo)體基底10上有一介電層12，例如是以化學(xué)氣相沉積法(CVD)而形成的氧化硅層，或是低介電常數(shù)的有機(jī)聚合物材料層。以微影和蝕刻程序，在介電層12內(nèi)形成一介層窗14，以供后續(xù)制作銅導(dǎo)線的用。
接著，使用銅電鍍?nèi)芤哼M(jìn)行銅電鍍，以在介層窗14內(nèi)填入銅。如圖1b所示，在傳統(tǒng)銅電鍍?nèi)芤褐?，介層?4的上方側(cè)壁有較大質(zhì)傳空間，于是，在介層窗14的上方側(cè)壁處，銅的沉積速率較快，在介層窗14的底部，銅的沉積速率較慢，因而造成圖1b的銅層16的圖形。隨著電鍍的進(jìn)行，在銅尚未完全填滿介層窗14之前，銅會(huì)將介層窗14的上方封住，使得銅無法再電鍍進(jìn)去介層窗14內(nèi)。如此，會(huì)形成如圖1c所示的銅層圖形18，如狗骨頭(dog-bone)狀，并在介層窗14內(nèi)產(chǎn)生空隙30。對于高深寬比(aspect ratio)的介層窗而言，亦即，非常深、非常窄的介層窗，這種填溝能力差的現(xiàn)象會(huì)更為嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為解決上述問題而提供一種銅電鍍?nèi)芤阂约笆褂么算~電鍍?nèi)芤旱你~電鍍方法，可改善銅電鍍的填溝能力，避免介層窗內(nèi)產(chǎn)生空隙。
為達(dá)成本發(fā)明的目的，本發(fā)明的銅電鍍?nèi)芤喊ㄒ缓~的電解質(zhì)；一加速劑；以及乙二胺四乙酸(EDTA)，作為抑制劑。本發(fā)明的銅電鍍?nèi)芤嚎捎脕磉M(jìn)行銅電鍍，以填入一半導(dǎo)體基底上的一介電層內(nèi)的介層窗中。
本發(fā)明銅電鍍的方法包括以下步驟提供一半導(dǎo)體基底，此半導(dǎo)體基底上有一介電層，介電層內(nèi)有一介層窗。接著，將半導(dǎo)體基底置入一銅電鍍?nèi)芤褐校┮噪妷?，沉積一銅層在介層窗內(nèi)。此銅電鍍?nèi)芤喊ㄒ缓~的電解質(zhì)；一加速劑；以及乙二胺四乙酸(EDTA)，作為抑制劑。


圖1a至1c為使用傳統(tǒng)銅電鍍?nèi)芤涸诮閷哟皟?nèi)電鍍銅的制作過程剖面圖。
圖2a至2c為使用本發(fā)明的銅電鍍?nèi)芤涸诮閷哟皟?nèi)電鍍銅的制作過程剖面圖。
圖3為加速劑和EDTA抑制劑在介層窗內(nèi)的吸附情形示意圖。
圖4為其上有阻障層和銅晶種層的介層窗。
標(biāo)號的說明10--半導(dǎo)體基底，12--介電層，14--介層窗，16--銅層，18--銅層，30--空隙，20--半導(dǎo)體基底，22--介電層，
22a--介電層的上表面，24--介層窗，24a--介層窗的底部，24b--介層窗的上側(cè)壁，24c--介層窗的下側(cè)壁，A--加速劑E--EDTA抑制劑26--銅層，28--銅層，52--阻障層，54--銅晶種層54。
具體實(shí)施例方式
圖2a至2c顯示使用本發(fā)明的銅電鍍?nèi)芤涸诮閷哟皟?nèi)電鍍銅的制作過程剖面圖。請參閱圖2a，標(biāo)號20代表一半導(dǎo)體基底，例如一硅晶片，其上可以形成任何所需的半導(dǎo)體組件(未顯示)。在半導(dǎo)體基底20上有一介電層22，例如是以化學(xué)氣相沉積法(CVD)而形成的氧化硅層，或是低介電常數(shù)材料，如FLARE，PAE-2，SILK等有機(jī)聚合物材料，或FSG，HSQ(hydrogen silsesquioxane)等非有機(jī)材料。接著，以微影和蝕刻程序，在介電層22內(nèi)形成一介層窗24，例如，具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的介層窗，以供后續(xù)制作銅導(dǎo)線的用。
接著，如圖4所示，可在介電層22和介層窗24表面上形成一阻障層52和一銅晶種層54。阻障層52可選用研磨速率低于銅金屬的材質(zhì)，例如鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、或氮化鉭(TaN)，以利后續(xù)研磨處理時(shí)作為研磨終止層的用，沉積方法可使用化學(xué)氣相沉積法(CVD)或?yàn)R鍍法。阻障層的厚度可為50至500之間。銅晶種層54可以濺鍍法或離子化金屬電漿(IMP；ionizedmetal plasma)濺鍍法沉積，厚度可為500至5000之間。
接著，使用銅電鍍?nèi)芤哼M(jìn)行銅電鍍，以在介層窗24內(nèi)填入銅。本發(fā)明的銅電鍍?nèi)芤喊ㄒ缓~的電解質(zhì)、一加速劑、和乙二胺四乙酸(EDTA；ethylenediaminetetraacetic acid)抑制劑。含銅的電解質(zhì)例如可為硫酸銅(CuSO4)溶液，加速劑可為有機(jī)硫化合物。銅電鍍?nèi)芤鹤詈檬撬嵝缘模鏿H在3至7之間。加速劑的用量可為5至1000mg/l，EDTA抑制劑的用量可為20至120mg/l，以銅電鍍?nèi)芤旱目偭繛榛鶞?zhǔn)。
以下為了方便說明起見，阻障層52和銅晶種層54不再顯示。請參閱圖3，介電層22具有上表面22a，介層窗24具有底部24a、上側(cè)壁24b、和下側(cè)壁24c。本發(fā)明的特征在于，本發(fā)明銅電鍍?nèi)芤旱某煞葜泻屑铀賱?斜線圈圈，標(biāo)示為A)和乙二胺四乙酸(EDTA；ethylenediaminetetraacetic acid)抑制劑(白色圈圈，標(biāo)示為E)。乙二胺四乙酸(EDTA)具有四個(gè)羧酸基(-COOH)及兩個(gè)胺基，在酸性溶液中，EDTA的胺基會(huì)質(zhì)子化而強(qiáng)烈吸附在銅上以抑制銅電鍍沉積，因而可作為銅電鍍沉積的抑制劑。EDTA的分子巨大且擴(kuò)散慢，因此，傾向于吸附在介層窗上側(cè)壁24b和介電層上表面22a，可減緩在介層窗上側(cè)壁24b和介電層上表面22a位置的銅電鍍沉積速度。加速劑(如有機(jī)硫化合物)(A)則傾向于吸附在介層窗的底部24a和下側(cè)壁24c，因而可增進(jìn)在介層窗的底部24a和下側(cè)壁24c處的銅電鍍沉積速度，并且降低EDTA抑制劑在介層窗的底部24a和下側(cè)壁24c處的吸附情形。
因此，在介層窗底部24a和下側(cè)壁24c處，銅電鍍沉積的速度會(huì)比介層窗上側(cè)壁24b和介電層上表面22a處的速度來得快。結(jié)果，銅電鍍的沉積情形會(huì)如圖2b和2c所示的情形，由介層窗底部而往上填充，而先形成如圖2b的銅層26，最后再填滿介層窗24而形成圖2c的銅層28。如此，不致于有像使用傳統(tǒng)銅電鍍?nèi)芤耗菢咏閷哟吧戏椒庾∏矣锌障兜那闆r發(fā)生。
最后，可對銅層28進(jìn)行平坦化處理，例如，化學(xué)機(jī)械研磨(CMP；chemicaimechanical polishing)。
綜合以上，本發(fā)明使用加速劑和EDTA抑制劑作為銅電鍍?nèi)芤旱某煞?，加速劑傾向于吸附在介層窗的底部和下側(cè)壁，EDTA抑制劑傾向于吸附在介層窗上側(cè)壁和介電層上表面，因此，介層窗底部和下側(cè)壁的銅電鍍沉積速度會(huì)較快，而可完成從介層窗底部往上填充的銅電鍍沉積，填溝能力良好，可避免介層窗上部封住而有空隙產(chǎn)生的情況。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作等效變化與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種銅電鍍?nèi)芤?，其可用來進(jìn)行銅電鍍，以填入一半導(dǎo)體基底上的一介電層內(nèi)的介層窗中，其特征在于，該銅電鍍?nèi)芤喊ㄒ缓~的電解質(zhì)；一加速劑；以及乙二胺四乙酸(EDTA)，作為抑制劑。
2.如權(quán)利要求1所述的銅電鍍?nèi)芤?，其特征在于，該含銅的電解質(zhì)為硫酸銅溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的銅電鍍?nèi)芤?，其特征在于，該加速劑為有機(jī)硫化合物。
4.如權(quán)利要求1所述的銅電鍍?nèi)芤?，其特征在于，該銅電鍍?nèi)芤簽樗嵝浴?br> 5.如權(quán)利要求4所述的銅電鍍?nèi)芤?，其特征在于，該銅電鍍?nèi)芤旱膒H值為3至7之間。
6.如權(quán)利要求1所述的銅電鍍?nèi)芤海涮卣髟谟?，該介層窗具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的銅電鍍?nèi)芤?，其特征在于，該介電層具有上表面，該介層窗具有底部、上?cè)壁、和下側(cè)壁，該加速劑傾向于吸附在介層窗的底部和下側(cè)壁，而該EDTA抑制劑傾向于吸附在介層窗上側(cè)壁和介電層上表面。
8.如權(quán)利要求1所述的銅電鍍?nèi)芤?，其特征在于，該加速劑的用量?至1000mg/l，以銅電鍍?nèi)芤旱目偭繛榛鶞?zhǔn)。
9.如權(quán)利要求1所述的銅電鍍?nèi)芤?，其特征在于，該EDTA抑制劑的用量為20至120mg/l，以銅電鍍?nèi)芤旱目偭繛榛鶞?zhǔn)。
10.一種銅電鍍的方法，其特征在于，包括提供一半導(dǎo)體基底，該半導(dǎo)體基底上有一介電層，該介電層內(nèi)有一介層窗；將該半導(dǎo)體基底置入一銅電鍍?nèi)芤褐?，施以電壓，沉積一銅層在該介層窗內(nèi)，其中該銅電鍍?nèi)芤喊ㄒ缓~的電解質(zhì)；一加速劑；以及乙二胺四乙酸(EDTA)，作為抑制劑。
11.如權(quán)利要求10所述的銅電鍍的方法，其特征在于，該含銅的電解質(zhì)為硫酸銅溶液。
12.如權(quán)利要求10所述的銅電鍍的方法，其特征在于，該加速劑為有機(jī)硫化合物。
13.如權(quán)利要求10所述的銅電鍍的方法，其特征在于，該銅電鍍?nèi)芤簽樗嵝浴?br> 14.如權(quán)利要求13所述的銅電鍍的方法，其特征在于，該銅電鍍?nèi)芤旱膒H值為3至7之間。
15.如權(quán)利要求10所述的銅電鍍的方法，其特征在于，該介層窗具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求10所述的銅電鍍的方法，其特征在于，該介電層具有上表面，該介層窗具有底部、上側(cè)壁、和下側(cè)壁，該加速劑傾向于吸附在介層窗的底部和下側(cè)壁，而該EDTA抑制劑傾向于吸附在介層窗上側(cè)壁和介電層上表面。
17.如權(quán)利要求10所述的銅電鍍的方法，其特征在于，該加速劑的用量為5至1000mg/l，以銅電鍍?nèi)芤旱目偭繛榛鶞?zhǔn)。
18.如權(quán)利要求10所述的銅電鍍的方法，其特征在于，該EDTA抑制劑的用量為20至120mg/l，以銅電鍍?nèi)芤旱目偭繛榛鶞?zhǔn)。
19.如權(quán)利要求10所述的銅電鍍的方法，其特征在于，還包括在沉積銅層之后，平坦化該銅層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種銅電鍍?nèi)芤杭般~電鍍方法，其可用來進(jìn)行銅電鍍，以填入一半導(dǎo)體基底上介電層內(nèi)的介層窗中。此銅電鍍?nèi)芤喊ㄒ缓~的電解質(zhì)，一加速劑，以及作為抑制劑的乙二胺四乙酸(EDTA)?？筛纳沏~電鍍的填溝能力，避免介層窗內(nèi)產(chǎn)生空隙。
文檔編號C25D3/38GK1465752SQ0214050
公開日2004年1月7日 申請日期2002年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月5日
發(fā)明者劉宏偉 申請人:旺宏電子股份有限公司