一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法。
【背景技术】
[0002]在半导体集成电路制造过程中，电镀铜(ECP)是一种通过电镀的方式在晶圆的表面沉积铜膜，并完成铜布线工艺的制程，其被广泛应用于先进的半导体制造领域。
[0003 ]请参阅图1，图1是ECP制程的电镀原理示意图。如图1所示，在电镀槽1中，将需要电镀的晶圆12作为电镀阴极，以铜材13为电镀阳极，并与电源形成回路，对晶圆12施加正向电流，在电镀槽液11中进行电镀，使晶圆12表面覆盖上一层铜膜。其基本原理是采用法拉第电解原理，即晶圆上沉积铜薄膜的厚度与通过晶圆表面的电流成正比。因此电镀的过程与电流和时间强相关，电流是电镀率的直接函数，在晶圆表面不同的电流大小会带来不同的沉积速率。
[0004]在对晶圆进行ECP制程时，当在通孔或者沟槽位置进行铜填充的时候，由于沟槽或通孔开口处具有台阶结构特征，使得此处的电流密度较大;并且，随着半导体集成电路制造技术的不断发展，特征尺寸越来越小，沟槽或通孔的尺寸也越来越小，即工艺窗口也越来越小。
[0005]上述这些因素导致电镀时铜填充还未结束的时候，沟槽或通孔的开口已经闭合，这样便容易形成空洞缺陷。
[0006]请参阅图2-图4，图2-图4是ECP制程中在沟槽开口处形成空洞缺陷的过程原理示意图。半导体行业中的电镀(ECP)制程，电镀过程一般采用直流电进行电镀。如图2所示，由于电镀率正比于电流大小，采用这种电镀方式，在对晶圆20的沟槽21进行电镀铜填充的时候，沟槽的开口 23处因存在电流密度较大的问题，使得铜膜22在沟槽开口 23处的填充速度过快，远超过其在侧壁及底部的填充速度，使得沟槽开口的宽度小于沟槽侧壁其他位置的宽度;如图3所示，在此状态下，当沟槽仅得到部分填充时，其开口 23已变得明显缩小，使得填充更加困难;如图4所示，在铜填充还未结束的时候，沟槽的开口已经闭合，最终在开口处铜膜下方形成空洞24缺陷。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法。
[0008]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0009]—种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法，包括以下步骤:
[0010]步骤一:提供一晶圆，所述晶圆表面形成有沟槽或通孔；
[0011]步骤二:利用一直流电镀槽，将晶圆作为电镀阴极，对其施加正向电流，对晶圆表面的沟槽或通孔进行以填充为目的的电镀；
[0012]步骤三:当沟槽或通孔的开口被镀膜填充而闭合时，将晶圆作为电镀阳极，对其施加反向电流，利用反向电流产生的解离作用，对沟槽或通孔开口处的镀膜形成刻蚀，以将沟槽或通孔的开口重新打开；
[0013]步骤四:将晶圆作为电镀阴极，对其施加正向电流进行电镀，以使沟槽或通孔打开的开口再次被镀膜填充而闭合。
[0014]优选地，步骤三中，通过将直流电镀槽的电源方向反接，以对晶圆施加反向电流。
[0015]优选地，所述直流电镀槽的电源电流方向及电流大小可调。
[0016]优选地，所述电流大小为不超过50A。
[0017]优选地，步骤三和步骤四重复进行I次以上。
[0018]优选地，所述镀膜为铜膜。
[0019]优选地，利用一转接开关，使所述晶圆在连接直流电镀槽的电源负极或正极之间转换，以使晶圆作为电镀阴极或电镀阳极。
[0020]从上述技术方案可以看出，本发明通过在对晶圆表面的沟槽或通孔进行电镀填充时，采用电流方向可控的电路，以形成电流大小和方向可调的电路，交替对晶圆施加正向和反向电流，形成电镀/刻蚀序列，使得在电镀过程中，不仅可以在晶圆表面进行电镀，也可以将晶圆表面的镀膜进行解离，以得到较好的台阶覆盖率和好的沟槽(通孔)开口，形成完美的填充过程，从而可减少填充过程中形成的空洞缺陷。
【附图说明】
[0021]图1是ECP制程的电链原理不意图；
[0022]图2-图4是ECP制程中在沟槽开口处形成空洞缺陷的过程原理示意图；
[0023]图5是本发明的一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法流程图；
[0024]图6-图8是本发明一较佳实施例中根据图5的方法进行电镀时的填充效果示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0026]需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
[0027]在以下本发明的【具体实施方式】中，请参阅图5，图5是本发明的一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法流程图。如图5所示，本发明的一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法，包括以下步骤:
[0028]步骤一:提供一晶圆，所述晶圆表面形成有沟槽或通孔。
[0029]在本发明一【具体实施方式】中，可采用正常的量产晶圆来实施本发明，并可采用标准的CMOS工艺，在晶圆上制作形成沟槽或通孔结构(以下简化以沟槽为例进行说明)。
[0030]步骤二:利用一直流电镀槽，将晶圆作为电镀阴极，对其施加正向电流，对晶圆表面的沟槽或通孔进行以填充为目的的电镀。
[0031]在本发明一【具体实施方式】中，可采用通常的电镀(ECP)制程用的直流电镀槽来实施本发明，并采用例如金属铜作为镀膜金属。但需要对直流电镀槽的电源连接方式进行改动。通常的电镀铜直流电镀槽，其电源正极连接作为电镀阳极的金属铜，电源负极连接作为电镀阴极的晶圆。在实施本发明时，在电镀过程中需要对晶圆施加反向电流，需要在这个时候将电源的接线方向反接，以对晶圆施加反向电流。即使得电源的正极连接晶圆、负极连接金属铜。故此，可利用一转接开关，并设置在电镀直流电路中，使晶圆可在连接直流电镀槽的电源负极或正极之间转换，以使晶圆作为电镀阴极或电镀阳极，而金属铜对应地作为电镀阳极或电镀阴极进行连接。
[0032]在电镀过程中，当需要对晶圆施加正向电流进行电镀时，将转接开关拨动到使晶圆连接电源负极的方向，晶圆构成电镀中的电镀阴极；