专利名称：铜电镀方法
技术领域：
本发明是关于铜电镀方法，特别是关于半导体铜制程中，用以形成铜导线的铜电镀的方法。
背景技术：
近年来，随着集成电路微小化的显著提升，在集成电路制程中属于后段制程的金属化制程中的铝导线，已逐渐由导电系数较小的铜导线所取代，亦即由所谓的铜制程形成铜导线。举例而言，在铜制程中，会形成所谓的嵌刻结构(damascenestructure)，在嵌刻结构中形成障壁层及/或种子层之后，以电镀铜的方式，形成铜导线。在集成电路制程中，由于制造及检测过程中，会有例如有机物等污染物残留。虽然，这些残留物会被控制在适当范围之内，但是，随着集成电路进一步地微小化，特征尺寸持续缩减，这些污染物所造成的负面影响愈加显著，以致于愈来愈难以取得无缺陷的铜填充。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的在于提供铜电镀方法，其能够在进行铜电镀时，先除去障壁层及/或种子层上的污染物，而曝露新铜层以致于电镀时能够从新铜层上沉积铜，而能无缝地生长铜。
本发明铜电镀方法；包括下述步骤清洗步骤，以去离子水稀释低浓度的H2O2所形成的清洗液，清洗有铜种子层的基底，以致于在该铜种子层的表面上形成铜氧化物；铜氧化物移除步骤，将该基底置于包含硫酸铜(CuSO4)及硫酸(H2SO4)的电解液中，以移除该铜种子层上的铜氧化物；及电镀步骤，执行铜电镀以在曝露的新铜种子层上生长铜。
在根据本发明的铜电镀方法中，清洗液中H2O2的浓度范围为10PPM至9％，而清洗时间约1-10秒，然后，再以诸如旋转等方式干燥化。
此外，根据本发明的铜电镀方法，在一秒内完成该铜氧化物移除步骤，然后立即执行该电镀步骤。
再者，根据本发明的铜电镀方法，该铜氧化物移除步骤与该电镀步骤可以实质上同时地进行。
根据本发明的铜电镀方法，能够增加电解液对狭窄特征的润湿性并能够将表面铜氧化物与不需要的污染物一起移除，以在铜开始电镀之前曝露出新铜层，藉以取得具有良好品质的电镀铜。
根据本发明，现有的电镀机仅需对硬件作稍微修改以填加清洗液，即可执行本发明，因此，可以减少设备投资，但又可取得具有优良性能的铜导线，因而能以高产能制造半导体装置，显著地减少生产成本。
再者，根据本发明，可以简单及容易地取得无缝生长的铜，并可在室温下执行铜电镀，不会劣化任何重要的界面，而能以低成本可靠地形成铜导线。
在参考附图的实施例说明中，将可更加清楚本发明的上述及其它目的和优点，其中图1是拟形成铜导线及/或铜栓塞的嵌刻结构实施例；图2是用以说明根据本发明的铜电镀方法的实施例的清洗程序；图3是用以说明根据本发明的铜电镀方法的实施例的铜氧化物层移除程序；及图4是显示根据本发明的铜电镀方法的实施例所形成的最后铜导线及/或铜栓塞。
具体实施例方式
将于下参考附图，说明根据本发明的制造集成电路中的铜导线的铜电镀实施例。应了解下述说明仅作为举例说明之用，并非用以限定本发明。此外，为了提供更清楚的说明，图示并未依比例绘制。
在下述说明中，根据本发明的实施例的制程步骤及对应结构，并未涵盖制造完整的IC电路的完整制程，但是可以配合半导体技术领域中不同的IC电路中的其它制程而制造所需的完整IC电路。
图1是拟形成铜导线及/或铜栓塞的嵌刻结构实施例，其使用根据本发明的铜电镀方法的实施例，进行铜电镀之前的嵌刻结构。如图1所示，101是SiO2层，作为层间金属电介质，在SiO2层101中形成有沟槽，且在SiO2层101上以物理汽相沉积法(PVD)形成障壁层/种子层102。为了简洁起见，在图1中仅显示一个沟槽，但是，沟槽数目可以为多于一的数目。此外，在图1中多个黑色颗粒代表制造过程或检测过程中附着于种子层表面上的有机物或及不必要的污染物P。
接着，在下述中，以图1所示的嵌刻结构为例以说明根据本发明的铜电镀方法的实施例。
根据本实施例，铜电镀方法主要包括三个程序，分别为清洗程序、铜氧化物层移除程序、及电镀程序。
首先，说明清洗程序。如图2所示，在清洗程序中，是以去离子水稀释H2O2而形成的稀释H2O2溶液RS清洗如图1所示的嵌刻结构。根据本实施例，稀释的H2O2溶液RS是以去离子水稀释含有3％的H2O2的低浓度的奥克多(oxydol)而形成的。嵌刻结构在浸入如此取得的稀释溶液RS后，会在铜种子层上形成厚度约50A的薄铜氧化物层，并能增进电解液ES对狭窄特征的可湿性，而有利于铜电镀程序。上述铜氧化物形成的化学反应如下所示(1)(2)此预清洗步骤可以在Novellus公司制造的Sabre电镀机或Applied Materials公司制造的iECP电镀机中的清洗及干燥室中执行，仅需在硬件上稍微修改以填加稀释的H2O2溶液即可。
接着，参考图3说明根据本实施例的新铜层曝露程序。在完成上述清洗程序并于铜种子层上形成所需的薄氧化物膜之后，将嵌刻结构置于电解液ES中一极短时间，举例而言，小于一秒，则清洗程序中所形成的铜氧化物层会由主要由硫酸铜(CuSO2)及硫酸(H2SO4)所组成的电解液ES快速地溶解掉，原先附着于种子层表面上的有机物或不必要的污染物会随着铜氧化物溶解于电解液ES中而被移除，并且曝露出未受污染的新铜种子层以在后续的电镀程序中作为铜电镀的初始层。关于铜氧化物与电解液ES的化学反应如下所示(3)(4)最后，在嵌刻结构置于电解液ES中完成氧化物去除程序后，立即执行电镀程序以无缝地沉积生长如图4所示的铜导线及/或铜栓塞104。电镀程序可使用一般的电镀程序，亦即，将适当的电极置入电解液ES中再通以适当电流以执行电镀。
根据本发明，现有的电镀机仅需稍微修改硬件，即可执行本发明，因此，可以减少设备投资，但又可取得具有优良性能的铜导线及/或铜栓塞，因而能以高产能制造半导体装置，显著地减少生产成本。此外，本发明可以简单及容易地实施铜电镀，并可在室温下执行铜电镀而不会劣化任何重要的界面，可靠地取得无缝生长的铜，可显著地增进生产效率及降低生产成本。
在上述中，以较佳实施例说明本发明，但本发明并不局限于上述较佳实施例，在不悖于本发明的精神及范围之下，熟悉本技术领域者可以实施不同的修改及改变，本发明的范围仅受限于后述的权利要求范围所界定的范围及其等效范围。
权利要求
1.一种用于铜制程的铜电镀方法；包括下述步骤清洗步骤，以去离子水稀释低浓度的H2O2所形成的清洗液，清洗形成有铜种子层的基底，以致于在该铜种子层的表面上形成铜氧化物；铜氧化物移除步骤，将该基底置于包含硫酸铜及硫酸的电解液中，以移除该铜种子层上的铜氧化物；及电镀步骤，执行铜电镀以在曝露的新铜种子层上生长铜。
2.如权利要求1所述的铜电镀方法，其特征在于，该清洗液的H2O2的浓度为10PPM到9％。如权利要求1所述的铜电镀方法，其特征在于，执行该铜氧化物移除步骤小于一秒的时间后，立即执行该电镀步骤。
3.如权利要求1所述的铜电镀方法，其特征在于，该铜氧化物移除步骤与该电镀步骤实质上同时执行。
全文摘要
一种用于铜制程的铜电镀方法，以去离子水稀释低浓度的H
文档编号H01L21/288GK1571121SQ0314156
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月11日 优先权日2003年7月11日
发明者姜庆堂, 吴廷斌 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司