专利名称：电镀工艺稳定性的在线监控方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种电镀工艺稳定性的在线监控方 法。
背景技术：
电镀(Electrochemical Plating)工艺是半导体制作工艺中比较常见的一种工艺 形式，例如用于在沟槽(trench)或者孔(via)中沉积金属以形成金属互连线，或者在凸点 (Bump)制作工艺中，经常用电镀工艺形成凸点下金属层以及凸点材料层。
但是，在电镀工艺中，电镀溶液中的离子浓度，例如主要金属离子，添加剂浓度等 都会由于工艺过程中的消耗而发生变化，这就需要及时检测电镀溶液中各种离子的浓度变 化情况，以及时调整电镀溶液，从而使电镀溶液的性能保持稳定。目前，监控电镀溶液性能 的方法通常都是采用离线(offline)的方法进行，随机选取电镀液，离线进行浓度测试，但 是，所述的离线方法晶圆并不能实时有效反映电镀过程中电镀溶液或者电镀工艺性能的变 化。
参考附图1所示，为现有的离线监控方法获取的数据，图中的横坐标表示选取对 应数值的日期，纵坐标表示电镀溶液中反应加速剂的浓度(单位ml/L，即每升电镀溶液中 反应加速剂的量)的变化，一般来说，只要所述反应加速剂的浓度数值在设定的两条控制 线之间，就说明反应加速剂浓度变化满足工艺要求，电镀溶液的性能基本上是稳定的，从附 图1中可以看出，离线的监控方法是每天离线检测一个数值点来判断电镀溶液性能的稳定 性，这种评价方法无法实时反应电镀溶液的性能(尤其是镀液中反应加速剂浓度)变化。发明内容
本发明解决的问题是现有的离线监控方法无法反应电镀溶液即时的性能变化的 缺陷。
本发明提供了一种电镀工艺稳定性的在线监控方法，包括
提供具有沟槽的晶圆，采用电镀工艺在所述沟槽内沉积金属，所述电镀工艺的电 镀溶液中包含反应加速剂，使沟槽位置金属的沉积速度大于其它位置；
测量沟槽位置与其它位置沉积的金属层的厚度差；
如果所述的厚度差数值不在设定的标准数值之间，根据金属层厚度差的变化情 况，对电镀溶液进行调整。
可选的，所述的金属为铜。
可选的，所述的沟槽内填充的金属层用于形成金属铜互连结构。
可选的，所述的对电镀溶液进行调整指调整电镀溶液中反应加速剂的质量百分比 含量或者摩尔百分比含量。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明可以在线监控电镀溶液的稳 定性，从而保证形成的金属层的性能稳定。
图1为现有的离线监控方法获取的有关电镀溶液性能的数据图2至图4为本发明具体实施方式
所述的在沟槽内电镀铜的工艺过程图5为本发明具体实施方式
形成的金属层在沟槽位置与其它位置的厚度差和对 应的电镀溶液中反应加速剂浓度的变化曲线图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明是如 何对电镀工艺的稳定性进行在线监控的。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技 术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外， 本发明还可以具有其他实施方式。
本实施例提供一种电镀工艺稳定性的在线监控方法，包括
步骤Sl 提供具有沟槽的晶圆，采用电镀工艺在所述沟槽内沉积金属，所述电镀 工艺的电镀溶液中包含反应加速剂，使沟槽位置金属的沉积速度大于其它位置；
参考附图2，为本实施例所述的电镀工艺的一个详细描述，为了简便，附图2没有 画出整个晶圆，而仅仅画出位于晶圆上的一个沟槽结构，所述的沟槽结构通常形成于介电 层中，在沟槽中采用电镀工艺沉积金属之后，用于制作金属互连线，或者用于形成凸点。所 述的介电层材料例如为氧化硅，氮氧化硅等，在沟槽中沉积的金属材料例如是金属铜用于 形成金属互连线。
所述的电镀溶液中主要包含
主要金属离子，在电镀铜的工艺中，所述的主要金属离子为铜离子；
反应加速剂(Accelerator)，主要是小分子量的有机分子/原子(organic molecules)，例如硫醇或者二硫化物基的有机分子/原子(thiol/disulfide based)，所述 的反应加速剂促使主要金属离子在沟槽位置快速沉积；
反应抑止剂(Suppressors)主要是高分子量的聚合表面活性剂(high Mw polymeric surfactants),例如聚乙;I；希己二醇基的高分子材料(polyalkylene glycol based)，所述的反应抑止剂主要通过改变晶圆表面的极性来抑止金属离子在除沟槽之外的 其它位置沉积，尤其是在沟槽边缘位置的沉积。
平衡剂(Levelers)是一种离子表面活性剂(ionic surfactant)，平衡剂倾向于 吸附在具有高电势的区域(比如沟槽边缘)，从而极大地降低了金属离子向这些区域表面 的扩散，同时也抑制了多余的电镀。
在所述电镀溶液中各种成份的共同作用下，在电镀金属铜时，所述的金属铜在沟 槽位置快速沉积，参考附图3所示，因此，电镀工艺结束后，在沟槽位置上形成的金属层的 高度大于其它位置的高度，参考附图4所示。如果电镀过程中电镀溶液的性能稳定，即电镀溶液中各种成份的浓度变化不大，对于不同批次的晶圆，在位置对应的区域，晶圆沟槽位置 上金属层与其它位置金属层的高度差是几乎相同的，如果所述的高度差波动较大，则说明 电镀溶液中各成份的浓度发生变化，导致电镀溶液的稳定性变差，则需要调整电镀溶液的 成份。
步骤S2 测量沟槽位置与其它位置沉积的金属层的厚度差；如附图4所示，测量沟 槽中心的最高点与其它位置的高度差h。通常情况下，对于高度差H，具有设定的数值变化 范围，如果其在设定的标准范围内，则说明电镀溶液稳定。所述高度差的设定值根据具体的 电镀工艺、以及工艺要求的不同而不同。
步骤S3 如果所述的厚度差数值不在设定的标准数值之间，根据金属层厚度差的 变化情况，对电镀溶液进行调整。如果所述金属层的厚度差一直在设定的标准数值之间，说 明电镀工艺中电镀溶液的性能稳定，无需调整电镀溶液。
参考附图5所示，为针对不同的电镀样本，沟槽位置与其它位置沉积的金属层的 厚度差的变化值，以及对应的电镀溶液中反应加速剂的浓度变化值，从附图中可以看出，厚 度差的变化趋势基本上与反应加速剂的浓度变化趋势相同，因此，如果高度差发生较大的 波动，则电镀溶液中反应加速剂的浓度液必定发生了较大的波动。
采用本实施例所述的方法，可以直接根据沟槽位置与其它位置沉积的金属层的厚 度差的稳定性，来判断电镀溶液的性能稳定性，尤其是电镀溶液中反应加速剂的浓度稳定 性。
在发现电镀溶液的性能发生变化后，可根据现有的电镀溶液中各离子的浓度测定 方法测定电镀溶液中离子的浓度(质量百分比浓度或者摩尔百分比浓度)，并进行调整。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种电镀工艺稳定性的在线监控方法，其特征在于，包括提供具有沟槽的晶圆，采用电镀工艺在所述沟槽内沉积金属，所述电镀工艺的电镀溶 液中包含反应加速剂，使沟槽位置金属的沉积速度大于其它位置；测量沟槽位置与其它位置沉积的金属层的厚度差；如果所述的厚度差数值不在设定的标准数值之间，根据金属层厚度差的变化情况，对 电镀溶液进行调整。
2.根据权利要求1所述的电镀工艺稳定性的在线监控方法，其特征在于，所述的金属 为铜。
3.根据权利要求1所述的电镀工艺稳定性的在线监控方法，其特征在于，所述的沟槽 内填充的金属层用于形成金属铜互连结构。
4.根据权利要求1所述的电镀工艺稳定性的在线监控方法，其特征在于，所述的对电 镀溶液进行调整指调整电镀溶液中反应加速剂的质量百分比含量或者摩尔百分比含量。
全文摘要
一种电镀工艺稳定性的在线监控方法，包括提供具有沟槽的晶圆，采用电镀工艺在所述沟槽内沉积金属，所述电镀工艺的电镀溶液中包含反应加速剂，使沟槽位置金属的沉积速度大于其它位置；测量沟槽位置与其它位置沉积的金属层的厚度差；如果所述的厚度差数值不在设定的标准数值之间，根据金属层厚度差的变化情况，对电镀溶液进行调整。本发明可以在线监控电镀溶液的稳定性，从而保证形成的金属层的性能稳定。
文档编号C25D21/12GK102031554SQ200910196468
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者刘盛, 聂佳相 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司