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生產(chǎn)集成電路時由高純銅電鍍形成導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法

文檔序號:6839592閱讀:287來源:國知局
專利名稱:生產(chǎn)集成電路時由高純銅電鍍形成導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及在生產(chǎn)集成電路時在半導(dǎo)體基底(晶片)的表面上由高純銅電鍍形成導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法,這類導(dǎo)體結(jié)構(gòu)例如是導(dǎo)體通路(conductor paths)、通孔、連接觸點(connection contactings)和連接位置(connection places),該半導(dǎo)體基底的表面具有一些凹穴,更特別的是,在某些情況下這些凹穴具有大的高寬比。
為了生產(chǎn)集成電路,采用所謂的硅平面技術(shù),在該技術(shù)中采用外延生長法和摻雜法。為此,將單晶硅片,即所謂的晶片,通過物理方法加工以便在該硅表面上形成微米級的、且有時是亞微米級(目前為0.25微米)的不同導(dǎo)電區(qū)。
該生產(chǎn)方法可分為三步(a)晶體管的生產(chǎn)及其相互氧化(mutual oxidation);該法也稱作FEOL(線路的前端(Front End of Line))(“Technologiehochintegrierter Schaltungen”,D.Widmann,H.Mader,H.Friedrich,第2版,Springer-Verlag,1996;“VLSI電子微結(jié)構(gòu)科學(xué)(VLSI-Electronic Microstructure Science)”,Norman G.Einspruch,編輯,更特別是第19卷“先進的CMOS工藝學(xué)(AdvancedCMOSTechnology)”,J.M.Pimbley,M.Ghezzo,H.G.Parks,D.M.Brown,Academic Press,New York,1989);(b)根據(jù)所要求的集成電路,將該FOEL部分的各單晶硅和多晶硅的區(qū)域接觸和連接;(c)鈍化或防止機械性損傷或防止外來物質(zhì)的侵入。
在第二步中,通常,通過多層金屬化將這些晶體管接觸并互相連接,為此,通常采用介電二氧化硅使所形成的導(dǎo)體電路線隔離。
為了產(chǎn)生導(dǎo)體通路、連接接觸孔和連接位置,長期以來采用物理方法例如蒸發(fā)法(電子束蒸發(fā)法)或濺鍍法涂覆厚度通常為1微米的鋁層。隨后采用光刻膠通過適宜的蝕刻法使所述鋁層結(jié)構(gòu)化。
在早期的文獻中,鋁被認為是用于生產(chǎn)導(dǎo)體通路、連接觸點和連接位置的最佳選擇材料。例如在H.-M.Rein和R.Ranfft所著的“Integrierte Bipolarschaltungen”(Springer-Verlag,Berlin,1980)中敘述了有關(guān)該層的要求。其中所提及的問題實際上是通過特定方法的優(yōu)化使其減少到最低程度,但仍不能完全避免這些問題。
近來,已有可能用電解淀積銅代替鋁(IEEE-Spektrum,1998年1月,Linda Geppert,“固態(tài)(Solid State)”,第23-28頁)。更特別的是已經(jīng)證實, 由于銅的導(dǎo)電性更高、熱阻更大且抗擴散和遷移,因此它可替代鋁作為優(yōu)選的材料。為此,采用所謂“Damaszene”技術(shù)(IEEE-Spektrum,1998年1月,Linda Geppert,“固態(tài)(Solid State)”,第23-28頁,和P.C.Andricacos等人,IBM J.Res.Developm.,第42卷,第567-574頁)。為此,最初在該半導(dǎo)體基底上涂覆介電層。通常采用干蝕刻法蝕刻出所需的通路(vias)和溝道(trenches)以便獲得理想的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在涂覆了擴散阻擋層(主要是一氮化鈦、鉭或一氮化鉭)和導(dǎo)電層(主要是濺鍍的銅)以后,采用所謂溝道充填法將這些凹穴,即通路和溝道電解充填。在這種情況下,由于是將銅淀積在整個表面上,所以隨后必須再將不需要部位上的過量銅除去。這可采用所謂的CMP法(化學(xué)-機械拋光(Chemico-mechanical polishing))進行。通過重復(fù)該過程,即重復(fù)涂覆電介質(zhì)(例如二氧化硅)且通過蝕刻形成凹穴,可以生產(chǎn)多層電路。
茲將電解銅淀積法的技術(shù)要求列出如下(a)在整個晶片表面上的層厚恒定(平面度);偏離設(shè)計的層厚越小,則隨后的CMP法操作越容易;(b)即使溝道很深、具有大的高寬比,也要求可靠的溝道充填;將來,高寬比預(yù)計為1∶10;(c)導(dǎo)電性盡可能最大,因而自然要求該淀積銅具有最高的純度;例如該銅層中所有雜質(zhì)的總和必須小于100ppm(0.01wt%)。
顯然,這種生產(chǎn)導(dǎo)體通路、連接觸點和連接位置的技術(shù)呈現(xiàn)出的優(yōu)點勝過迄今使用鋁的技術(shù)。然而,當采用現(xiàn)有技術(shù)的電鍍法時,其缺點也是顯而易見的,這些缺點導(dǎo)致產(chǎn)量降低或至少使生產(chǎn)成本提高(a)當使用可溶性陽極時,其缺點是陽極的幾何形狀在淀積過程中漸漸地改變,由于這些陽極在淀積過程中溶解,其結(jié)果完全不可能達到尺寸穩(wěn)定且因此也完全不可能達到在這些陽極和晶片間的場力線分布恒定。為了克服,至少部分克服上述問題,實際上采用裝有厚實陽極材料的惰性容器,以使這些陽極的尺寸在淀積過程中不致變化太大且易于重新更換溶解了的陽極。然而,在用新的陽極材料補充到所謂的陽極籃中時必須停止淀積過程,致使重新啟動該過程時,由于淀積浴所發(fā)生的變化,開始時只能加工測試樣品,以便再次達到恒定不變的加工條件。此外,每次更換陽極時由于雜質(zhì)從陽極上脫離(陽極泥)而引起淀積浴污染。因此,在補充陽極以后需要較長的啟動時間。
(b)此外,在銅的淀積過程中,溶解于淀積浴中的銅逐漸減少。如果隨后將銅鹽補加到淀積浴中,則會使淀積液中的銅含量發(fā)生變化。而為了使銅含量保持恒定又不得不在控制工程方面支付相當多的費用。
(c)而且,當采用不溶性陽極時,在陽極處有產(chǎn)生氣體的風險。在淀積過程中,這些氣體從通常保持水平的陽極中析出且在淀積溶液中向上升。在該處它們與通常也是保持水平且位于該陽極對面的晶片相遇,即沉積在所述晶片的下表面上。這些其上有氣泡沉積的晶片表面上的部位被屏蔽而不能受到該淀積浴中均勻電場的作用,以致在該處不能發(fā)生銅的淀積。受到這種干擾的區(qū)域會導(dǎo)致晶片或該晶片的至少一部分報廢。
(d)此外,當采用脈沖技術(shù)時,由于貴金屬涂層被溶解而使不溶性陽極遭受破壞。
(e)而且,由于從凹穴底部和/或側(cè)面生成的銅層,或甚至銅中的空穴的原因,不可能在充填了銅的凹穴中形成相界面。這一點已經(jīng)例如由P.C.Andricacos等人(出處同上)作了敘述。通過向淀積浴中添加用以改善該層性質(zhì)的添加劑可獲得改進。
(f)另一重大缺點在于所涂覆的銅層必須是非常平的。由于在這些凹穴中和晶片的凸起部位上均形成銅層,因此產(chǎn)生了厚度很不均勻的銅層。當采用Damaszene技術(shù)時,通過CMP法使該表面平整。在此情況下,這類結(jié)構(gòu)(溝道和通路)上增加的拋光率(表面凹陷)是不利的。P.C.Andricacos等人(出處同上)所公開的最佳結(jié)果表明在這些凹穴上的銅層仍有輕微的凹痕。該凹痕在拋光時會引起問題。
因此,本發(fā)明的基本目的是避免已知方法的缺點,更特別是,當采用更有利的不溶性陽極時可使所得銅鍍層上增加的污染降低到最小。此外,希望在高寬比大的凹穴中形成銅結(jié)構(gòu)時,能防止銅結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電解質(zhì)夾雜物。而且,還要解決由于在淀積液中補充銅鹽所引起的問題??朔砻姘枷莸膯栴}也很重要。
采用根據(jù)權(quán)利要求1的方法解決了這些問題。本發(fā)明的優(yōu)選實施方案可在從屬權(quán)利要求中查到。
根據(jù)本發(fā)明,當生產(chǎn)集成電路時在半導(dǎo)體基底(晶片)上由高純銅電鍍形成導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法包括下列主要方法步驟a.優(yōu)選采用物理金屬淀積法和/或CVD法和/或PECVD法,在位于晶片表面的凹穴中充填全表面基礎(chǔ)金屬層,優(yōu)選其厚度為0.02微米至0.3微米,以產(chǎn)生足夠的導(dǎo)電性(電鍍基底(plating base));b.在該基礎(chǔ)金屬層上采用電解金屬淀積法在銅淀積浴中全表面淀積具有均勻?qū)雍竦你~層,i.該銅淀積浴包含至少一種銅離子源、至少一種用以控制該銅層物理-機械性能的添加劑化合物以及Fe(II)和/或Fe(III)化合物,和ii.在晶片和尺寸穩(wěn)定的、不溶于淀積浴并與其接觸的反電極之間施加電壓,使電流在晶片和反電極之間流通,而該電壓和流通的電流或是恒定的或是按單位時間以單-或雙極性脈沖的形式變化;c.將該銅層結(jié)構(gòu)化,優(yōu)選采用CMP法。
采用本發(fā)明的方法,可以首次避免各種用于生產(chǎn)集成電路的已知方法變體的缺點。
令人驚奇地發(fā)現(xiàn),通過添加Fe(II)/Fe(III)化合物,不僅能克服上述缺點(a)至(d)-如用于印刷電路板工藝的DE 19545231 A1中所述,而且與所有的預(yù)料相反,該銅層的純度也極好且更特別的是沒有鐵混入銅中,從而使淀積的銅符合所有的規(guī)格,更特別的是,還符合良好溝道充填的要求,這是一種迄今尚無似乎合理的科學(xué)解釋的現(xiàn)象。特別令人驚奇的觀察結(jié)果是,在凹穴上形成的金屬層比在凸起結(jié)構(gòu)上形成的更厚一點,從而使“表面凹陷”的不利影響得以補償。
優(yōu)點詳述(a)與所有的預(yù)料相反,已經(jīng)查明當采用尺寸穩(wěn)定的不溶性陽極時,盡管在淀積浴中添加另外的組分即鐵鹽,卻仍能顯著地降低所生產(chǎn)的銅結(jié)構(gòu)的污染程度。通常,該銅僅含至多10ppm的鐵。所發(fā)現(xiàn)的這一結(jié)果與預(yù)料的相反,原以為通過向淀積浴中添加另外的物質(zhì)通常會得到污染更嚴重的涂層。因此,為了生產(chǎn)集成電路迄今仍要求使用盡可能純的化學(xué)品。其實,通常的基本觀念是為了生產(chǎn)集成電路應(yīng)限于使用高純化學(xué)品以防止污染極其敏感的硅。這種要求是基于以下事實,當用于生產(chǎn)集成電路的化學(xué)品的污染程度越大,則該集成電路的電區(qū)域(electrical regions)的污染程度也越大??傊畱?yīng)避免污染硅的電區(qū)域,因為擔心這些區(qū)域的極少雜質(zhì)也會發(fā)生不利的后果甚至可能使整個電路失靈。
與集成電路生產(chǎn)技術(shù)相比,在印刷電路板工藝中規(guī)定的銅層純度要求遠非如此高。因此,在此情況下采用鐵鹽是可以接受的而不會有任何問題。
此外,已知也可將由淀積含鐵銅合金的電鍍浴而來的鐵淀積為合金金屬。例如在J.W.Chang,P.C.Andricacos,B.Petek,L.T.Romankiw,Proc.-Electrochem.Soc.(1992),92-10(Proc.Int.Symp.Magn.Mater.Processes,Devices,2nd,1991),第275-287頁,關(guān)于淀積含銅和鐵的合金的“電解淀積用于錄音磁頭的高Ms鈷-鐵-銅合金”一文中所述,淀積浴中的鐵含量(15g/l FeSO4·7H2O),基本上相當于本發(fā)明的銅淀積浴中的鐵含量,導(dǎo)致該合金中的鐵含量相當高。在其他出版物中也介紹了電解淀積含鐵合金,例如L.T.Romankiw,Proc.-Electrochem.Soc.(1987),87-17(Proc.Symp.ElectrodepositionTechnol.,Theory Pract.),301-25,“在鎳、鐵和銅及其合金的電解過程中陰極處的pH變化和測定電極處pH變化的簡單方法”一文。
(b)還可達到該晶片所有部位上的銅層厚度都非常均勻。
通常寬度很小或分別具有很小直徑的凹穴可非常迅速地用金屬完全充填。在這類凹穴上達到的金屬厚度甚至比在凸起的結(jié)構(gòu)上達到的更厚一點。因此,隨后采用CMP法拋光的費用不是很多。通常這些凹穴的寬度或直徑為0.15微米至0.5微米。其深度通常基本上為1微米。
與已知的方法相反,在凹穴具有較大的側(cè)面尺寸的情況下,通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)所得的銅層在待敷金屬的凹穴入口緣處與這些凹穴的側(cè)壁處和基底處一樣具有相等的厚度。該銅層基本上仿照該晶片表面的表面輪廓形成。因而可避免凹穴的截面在上緣處完全被銅充填,而淀積溶液仍處在該凹穴的下部區(qū)域的缺點。因此完全避免了隨著夾雜這種電解質(zhì)而出現(xiàn)的問題例如在對該電路加熱過程中所夾雜液體的類似爆炸的逸出、雜質(zhì)通過銅的擴散。獲得了一種金屬結(jié)構(gòu),該金屬結(jié)構(gòu)是用銅均勻充填的且符合現(xiàn)有生產(chǎn)集成電路的慣常要求。
(c)此外,能夠避免采用可溶性(銅)陽極時出現(xiàn)的缺點。更特別的是,可在淀積浴內(nèi)實現(xiàn)可重現(xiàn)的場力線分布。然而,可溶性陽極的幾何形狀由于溶解而不斷地變化,以致至少在位于陽極對面的晶片的外部區(qū)域不能獲得時間-穩(wěn)定的場力線分布。因此,通過采用尺寸穩(wěn)定的陽極,現(xiàn)在可以生產(chǎn)甚至比迄今更大的晶片。
當采用不溶性陽極時,還能夠避免在增補廢舊陽極材料時發(fā)生的問題(淀積浴被陽極泥和其它雜質(zhì)污染、由于斷開淀積浴而使操作中斷以及淀積浴的重新啟動和裝料)。
(d)還令人驚奇的是,采用本發(fā)明的方法能夠容易地以銅充填高寬比很大的凹穴而不在銅導(dǎo)體電路線中形成氣體或液體夾雜物。迄今尚未獲得對此現(xiàn)象的科學(xué)解釋。
還觀察到有些電解質(zhì)具有出乎意料好的溝道充填性能,而用其它電解質(zhì)不可能達到這樣的結(jié)果。
優(yōu)選采用脈沖電流法或脈沖電壓法。在脈沖電流法中,將極化了的作為陰極的工件和陽極之間的電流設(shè)定為恒電流且通過適當?shù)姆椒S時間調(diào)制。在脈沖電壓法中將晶片和反電極(陽極)之間的電壓設(shè)定為恒電位且隨時間調(diào)節(jié),以致使電流設(shè)定為按單位時間變化。
優(yōu)選采用帶有雙極性脈沖的從工藝學(xué)角度認為是反脈沖法的方法。特別適宜的是這樣的一些方法其中的雙極性脈沖包括持續(xù)20毫秒至100毫秒的陰極脈沖和持續(xù)0.3毫秒至10毫秒的陽極脈沖的程序。在一種優(yōu)選的應(yīng)用中,將陽極脈沖的峰值電流設(shè)定為至少與陰極脈沖的峰值電流相同的值。優(yōu)選將陽極脈沖的峰值電流設(shè)定為高達陰極脈沖的峰值電流的二倍至三倍。
(e)還可防止在不溶性陽極上產(chǎn)生氣泡??杀苊庠诓捎靡阎椒〞r,隨著氣泡沉積在位于陽極對面的晶片上而出現(xiàn)的問題,這是由于水并未按根據(jù)下式的陽極反應(yīng)而分解而是發(fā)生下式的反應(yīng)因此,在銅淀積的過程中晶片表面上各區(qū)域不會發(fā)生電屏蔽,所以,通常在生產(chǎn)集成電路時可以獲得更大的產(chǎn)率。此外,所需要的電能也較少。
根據(jù)本發(fā)明,也可以獲得一種在具有凹穴的半導(dǎo)體基底(晶片)上產(chǎn)生全表面、高純銅層的方法,其中進行上述方法的步驟a和b。在這種情況下,根據(jù)該方法可省略使該銅層結(jié)構(gòu)化的步驟c。上述有利條件也適合于生產(chǎn)全表面銅層,因為,采用已知的方法就可以容易地用這種銅層生產(chǎn)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
除含有至少一種銅離子源,優(yōu)選具有無機或有機陰離子的銅鹽,例如硫酸銅、甲磺酸銅、焦磷酸銅、氟硼酸銅或氨基磺酸銅之外,用于銅淀積的浴另外含有至少一種增加該淀積浴導(dǎo)電性的物質(zhì),例如硫酸、甲磺酸、焦磷酸、氟硼酸或氨基硫酸。
茲將這些基本成分的典型濃度給出如下硫酸銅(CuSO4·5H2O) 20-250g/l優(yōu)選 80-140g/l或 180-220g/l濃硫酸 50-350g/l優(yōu)選 180-280g/l或 50-90g/l。
淀積液也可以含氯化物,例如氯化鈉或鹽酸。茲將它們的典型濃度給出如下氯離子(例如以NaCl形式添加的) 0.01-0.18g/l優(yōu)選 0.03-0.10g/l此外,根據(jù)本發(fā)明的淀積浴含有至少一種用于控制該銅層物理-機械性能的添加劑化合物。適宜的添加劑化合物是例如含氧的聚合化合物、有機硫化合物、硫脲化合物以及聚合的二甲基苯基吡唑酮鎓化合物。
這類添加劑化合物按以下濃度范圍含在淀積液中普通的含氧聚合化合物 0.005-20g/l優(yōu)選 0.01-5g/l普通的水溶性有機硫化合物 0.0005-0.4g/l優(yōu)選 0.001-0.15g/l。
茲將一些含氧聚合化合物列于表1。表1(含氧聚合化合物)羧甲基纖維素壬基酚-聚乙二醇醚辛二醇-雙-(聚亞烷基二醇醚)
辛醇聚亞烷基二醇醚油酸聚乙二醇酯聚亞乙基-亞丙基二醇聚乙二醇聚乙二醇-二甲醚聚氧丙二醇聚丙二醇聚乙烯醇硬脂酸聚乙二醇酯十八烷醇聚乙二醇醚β-萘酚聚乙二醇醚茲將各種具有適宜于產(chǎn)生水溶性的官能團的硫化合物列于表2。表2(有機硫化合物)3-(苯并噻唑基-2-硫基)-丙基磺酸,鈉鹽3-巰基丙烷-1-磺酸,鈉鹽亞乙基二硫基二丙基磺酸,鈉鹽雙-(p-磺基苯基)-二硫化物,二鈉鹽雙-(ω-磺基丁基)-二硫化物,二鈉鹽雙-(ω-磺基羥丙基)-二硫化物,二鈉鹽雙-(ω-磺基丙基)-二硫化物,二鈉鹽雙-(ω-磺基丙基)-硫化物,二鈉鹽甲基-(ω-磺基丙基)-二硫化物,二鈉鹽甲基-(ω-磺基丙基)-三硫化物,二鈉鹽O-乙基-二硫代碳酸-S-(ω-磺基丙基)-酯,鉀鹽巰基乙酸硫代磷酸-O-乙基-雙-(ω-磺基丙基)-酯,二鈉鹽硫代磷酸-三-(ω-磺基丙基)-酯,三鈉鹽。
按以下濃度采用硫脲化合物和聚合的二甲基苯基吡唑酮鎓化合物作為添加劑化合物
0.0001-0.50g/l優(yōu)選0.0005-0.04g/l為了達到本發(fā)明的效果,當采用權(quán)利要求的方法時,在淀積液中另外包含F(xiàn)e(II)和/或Fe(III)化合物。茲將這些物質(zhì)的濃度給出如下硫酸亞鐵(II)(FeSO4·7H2O) 1-120g/l優(yōu)選20-80g/l適宜的鐵鹽是硫酸亞鐵(II)-七水合物和硫酸鐵(III)-九水合物,在短的操作時間后,這些鐵鹽會形成有效的Fe2+/Fe3+氧化還原體系。這些鹽非常適宜于水基的、酸性的銅淀積浴。也可以采用其它水溶性鐵鹽,例如高氯酸鐵。不含(硬)絡(luò)合物形成劑的鹽類是有利的,該絡(luò)合物形成體是生物不可降解的或難以生物降解的,因為當處置漂洗廢水(offrinsing water)(例如鐵銨礬)時,這些絡(luò)合物形成劑會產(chǎn)生問題。具有在銅淀積液的情況下會導(dǎo)致不希望有的副反應(yīng)的陰離子的鐵化合物例如氯化物或硝酸鹽,應(yīng)盡可能不使用。因此,鐵的羧酸鹽,例如乙酸鹽、丙酸鹽和苯甲酸鹽以及六氟硅酸鹽也是有利的。
不采用由銅制成的可溶性陽極作為陽極,但是可采用尺寸穩(wěn)定的不溶性陽極。通過采用尺寸穩(wěn)定的不溶性陽極,可在該陽極與晶片之間設(shè)定恒定的間隔。與可溶性陽極相反,這類陽極在其幾何形狀上易于適應(yīng)晶片,實際上,它們不會改變其外形幾何尺寸。因此,對該晶片表面上層厚的分布有影響的陽極與晶片之間的間隔可以保持恒定。
為了生產(chǎn)不溶性陽極,可采用抗電解質(zhì)的(惰性)材料例如不銹鋼或鉛。優(yōu)選采用含有鈦或鉭作為基本材料的陽極,優(yōu)選將該陽極涂以貴金屬或該貴金屬的氧化物。采用鉑、銥或釕以及這些金屬的氧化物或混合氧化物例如作為涂層。除鉑、銥和釕之外,銠、鈀、鋨、銀和金或分別地其氧化物和混合的氧化物原則上也可以用作涂層。例如在具有氧化銥表面的鈦陽極上可以觀察到特別耐電解條件的性質(zhì),將該陽極用微粒,例如球形體輻射從而密實成無孔狀態(tài)。此外,當然也可以采用由貴金屬例如鉑、金或銠或這些金屬的合金形成的陽極。其它惰性的導(dǎo)電材料例如碳(石墨)也基本上可以采用。
對電解銅淀積法而言,在半導(dǎo)體基底和陽極之間施加電壓,選擇該電壓致使每平方分米半導(dǎo)體基底表面流通的電流為0.05A至20A、優(yōu)選為0.2A至10A、且更特別是0.5A至5A。
由于在淀積過程中從淀積液中消耗的銅離子不能通過溶解由該陽極直接補充,因此,可通過將相應(yīng)的銅構(gòu)件或含銅的成形體化學(xué)溶解以補充所述離子。在氧化還原反應(yīng)中通過含在該淀積液中的Fe(III)化合物的氧化作用即可由銅構(gòu)件或成形體形成銅離子。
因此,為了補充淀積所消耗的銅離子,采用裝有銅構(gòu)件的銅離子發(fā)生器。為了使由于銅離子消耗而貧化了的淀積液再生,可將所述溶液引導(dǎo)經(jīng)過該陽極,借此即可由Fe(II)化合物形成Fe(III)化合物。隨后,將該溶液引導(dǎo)通過銅離子發(fā)生器,使其與銅構(gòu)件接觸。Fe(III)化合物即與該銅構(gòu)件反應(yīng)以形成銅離子,即,該銅構(gòu)件溶解。Fe(III)化合物同時轉(zhuǎn)化為Fe(II)化合物。由于銅離子的生成,即可使含在淀積液中的銅離子總濃度保持恒定。該淀積液從銅離子發(fā)生器再返回到與晶片和陽極接觸的電解液室。
由于這種特殊的技術(shù),可以很容易地使淀積液中的銅離子濃度保持恒定。
為進行銅淀積通常將晶片保持水平放置。其中應(yīng)注意不要使該晶片的背面與淀積液接觸。淀積浴中的陽極,也要保持水平,直接對著該晶片放置。
本發(fā)明的方法特別適合于形成位于晶片表面上的凹穴中的導(dǎo)體通路、連接觸點和連接位置。晶片的表面通常在形成這些金屬結(jié)構(gòu)之前由二氧化硅形成。為了生產(chǎn)導(dǎo)體通路和連接觸點,將銅淀積在溝道樣的凹穴或構(gòu)型像盲孔樣的凹穴中。
為了能夠使銅層電解淀積在二氧化硅層的介電表面上,必須在開始時先使其成為導(dǎo)電的。此外,必須采取適當?shù)拇胧┮苑乐广~原子擴散入位于下面的硅中。
因此,為了在該銅層和硅之間產(chǎn)生擴散阻擋層,例如采用濺鍍法形成氮化物層(例如氮化鉭層)。
隨后產(chǎn)生基礎(chǔ)金屬層,該基礎(chǔ)金屬層形成用于隨后電解金屬化的導(dǎo)電基底。優(yōu)選采用物理金屬淀積法和/或采用CVD法和/或PECVD法生產(chǎn)全表面層作為基礎(chǔ)金屬層,優(yōu)選其厚度為0.02微米至0.3微米。然而,原則上也可以采用電鍍法,例如無外部電流金屬淀積法。可以淀積例如由銅形成的基礎(chǔ)金屬層。其它導(dǎo)電層,優(yōu)選金屬層,也是適宜的。
然后,根據(jù)上述的方法電解淀積厚度基本上為1微米的銅層。當然,該層也可以較薄或較厚,例如從0.2微米至5微米。
該銅層形成后,可轉(zhuǎn)換導(dǎo)體通路、連接觸點和連接位置的結(jié)構(gòu)。為此可以采用通常結(jié)構(gòu)化的方法。例如,可以將所形成的銅層涂以抗蝕層,隨后,再曝光,將不打算形成導(dǎo)體通路、連接觸點或連接位置的部位上的抗蝕層除去。最后,在曝光區(qū)將該銅層除去。
在通稱為″Damaszene銅金屬化″的操作方式中,更特別是,將銅淀積在溝道樣或通路樣的凹穴中,然后采用基于機械和化學(xué)法(CMP法)的拋光法將淀積在晶片表面上凹穴外面的銅選擇性地除去。
下面給出一個根據(jù)本發(fā)明方法的實施例。
在以下條件下淀積銅陰極電流密度 4安/平方分米該浴的循環(huán)效率5升/分鐘不溶性陽極室溫該涂層的結(jié)果示于

圖1中,參見通過晶片1的截面圖,在進行CMP法之前,所述晶片具有充填了銅3的凹穴2,凹穴2具有不同的寬度D。這些晶片1上的凸起部位的表面上也被涂以銅層3。在凹穴2上面的銅層厚度d令人驚奇地大于晶片1上的凸起部位上面的厚度。因此,采用CMP法使晶片1達到平整的表面并不很復(fù)雜。
權(quán)利要求
1.當生產(chǎn)集成電路時,在具有凹穴、更特別是具有高寬比大的凹穴的半導(dǎo)體基底表面上由高純銅電鍍形成導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法,該方法包括下列方法步驟a.在具有凹穴的半導(dǎo)體基底表面上涂以全表面基礎(chǔ)金屬層,以獲得足以進行電解淀積的導(dǎo)電性;b.采用電解金屬淀積法,通過將該半導(dǎo)體基底與銅淀積浴接觸,在該基礎(chǔ)金屬層上全表面淀積具有均勻?qū)雍竦你~層,i.該銅淀積浴包含至少一種銅離子源、至少一種用以控制該銅層物理-機械性能的添加劑化合物以及Fe(II)和/或Fe(III)化合物,和ii.在該半導(dǎo)體基底和尺寸穩(wěn)定的、不溶于淀積浴并與其接觸的反電極之間施加電壓,使電流在該半導(dǎo)體基底和反電極之間流通;c.將該銅層結(jié)構(gòu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于該電流隨時間以單-或雙極性脈沖的程序變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法,其特征在于該電流隨時間以雙極性脈沖的程序變化,該雙極性脈沖包括持續(xù)20毫秒至100毫秒的陰極脈沖和持續(xù)0.3毫秒至10毫秒的陽極脈沖的程序。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3的方法,其特征在于在雙極性脈沖的情況下,將陽極脈沖的峰值電流設(shè)定為至少與陰極脈沖的峰值電流相同的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項的方法,其特征在于在雙極性脈沖的情況下,將陽極脈沖的峰值電流設(shè)定為高達陰極脈沖的峰值電流的二倍至三倍。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法,其特征在于采用至少一種添加劑化合物,該添加劑化合物選自含氧的聚合化合物、有機硫化合物、硫脲化合物以及聚合的二甲基苯基吡唑酮鎓化合物。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法,其特征在于采用涂以貴金屬或該貴金屬的氧化物的惰性金屬,作為尺寸穩(wěn)定的、不溶性反電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法,其特征在于采用涂以氧化銥并通過微粒輻射的鈦板網(wǎng)作為反電極。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法,其特征在于由于將銅構(gòu)件或含銅的成形體與銅淀積浴接觸,并使銅通過與含在該淀積浴中的Fe(III)化合物和/或Fe(III)離子反應(yīng)而溶解,從而使該銅淀積浴中銅離子源的化合物的濃度隨時間保持恒定。
全文摘要
本發(fā)明涉及在生產(chǎn)集成電路時在半導(dǎo)體基底(晶片)1的表面上由高純銅電鍍形成導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法,該半導(dǎo)體基底的表面具有一些凹穴2。該方法包括下列方法步驟:a.在具有凹穴2的半導(dǎo)體基底1的表面上涂以全表面基礎(chǔ)金屬層,以獲得足以進行電解淀積的導(dǎo)電性;b.采用電解金屬淀積法,通過將該半導(dǎo)體基底與銅淀積浴接觸,在該基礎(chǔ)金屬層上全表面淀積均勻?qū)雍竦你~層3,該銅淀積浴包含至少一種銅離子源、至少一種用以控制該銅層物理-機械性能的添加劑化合物以及Fe(II)和/或Fe(III)化合物,和在該半導(dǎo)體基底和尺寸穩(wěn)定的、不溶于淀積浴并與其接觸的反電極之間施加電壓,使電流在該半導(dǎo)體基底1和反電極之間流通;c.將該銅層3結(jié)構(gòu)化。
文檔編號H01L21/28GK1337064SQ00802937
公開日2002年2月20日 申請日期2000年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月21日
發(fā)明者H·梅伊爾, A·賽斯 申請人:阿托特德國有限公司
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