一种减少铜膜厚度的方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种减少铜膜厚度的方法。

背景技术：

基于硅片贯穿孔(tsv)技术的三维方向堆叠的集成电路封装技术(3dic)是目前最新的封装技术，具有最小的尺寸和质量，有效的降低寄生效应，改善芯片速度和降低功耗等优点。tsv技术是通过在芯片和芯片之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术，作为引线键合的一种替代技术，形成穿透硅圆片的通孔结构可以大大缩短互连的距离，从而消除了芯片叠层在数量上的限制，使得芯片的三维叠层能在更广的领域中得到应用。

现有的硅通孔使用金属铜作为金属层，铜金属层正面工艺主要包含以下步骤：铜种子层真空电镀(pvd)工艺、铜膜电镀工艺、退火工艺、化学机械抛光(cmp)平坦化工艺。因为tsv技术中的通孔有较大深宽比，一般从5：1到10：1，甚至20：1。大深宽比会造成在镀铜工艺中，孔内铜无法填满。经过优化的电镀铜工艺能够将深孔较好的填满，但是会造成晶圆表面金属铜层过厚，通常为3到5微米。金属内应力随着厚度增加，tsv硅片的金属表面应力会比传统晶圆金属层应力大，硅片会形成翘曲。退火工艺中，由于金属层较厚，并且金属晶粒长大，深孔上方金属会形成凸起。以上两点会造成使用传统化学机械平坦化工艺时晶圆破碎，以及无法有效的平坦化深孔上方的金属凸起，因此，减少铜膜厚度是非常有必要的。

现有的减少铜膜厚度的方法是这样实现的：在镀铜工艺之后，采用电化学抛光将晶圆表面铜膜厚度减薄，再进行退火工艺，最后采用化学机械平坦化工艺。在现有工艺方法中，电化学抛光后，金属铜表面会形成一层电化学氧化造成的氧化铜层，氧化层对后续化学机械平坦化工艺的去除率及均匀性产生影响，比自然氧化铜层去除率低。

技术实现要素：

针对现有的减少铜膜厚度的工艺中产生的氧化层对化学机械平坦化工艺的去除率及均匀性产生影响的问题，本发明提出一种减少铜膜厚度的方法。

本发明所采用的技术方案具体是这样实现的：

本发明提供了一种减少铜膜厚度的方法，包括以下步骤：

(1)采用电化学镀铜工艺在晶圆表面镀上铜层；

(2)采用电化学抛光工艺将晶圆表面铜膜厚度减薄；

(3)使用柠檬酸去除晶圆表面氧化层。

进一步，柠檬酸为1％-2％浓度的稀释柠檬酸。

较佳地，该方法进一步包括：

(4)将晶圆输送至退火工艺腔进行退火工艺；

(5)采用化学机械平坦化工艺去除晶圆表面残留杂质

进一步，在退火腔内通入还原气体。

进一步，还原气体为氢气和氮气的混合气体。

进一步，在进行电化学镀铜工艺后电化学抛光工艺前，清洗晶圆表面。

进一步，在进行电化学抛光工艺后退火工艺前，清洗晶圆表面。

进一步，在进行化学机械平坦化工艺后，清洗晶圆表面。

本发明利用柠檬酸清洗晶圆表面去除氧化层，解决了氧化层对化学机械平坦化工艺的去除率及均匀性产生影响的问题；本发明在退火工艺腔中通入还原气体，利用还原方法将晶圆表面由电化学氧化形成的氧化层去除，使后续平坦化效果更好。

附图说明

图1是本发明提供的一种具体实施方式的流程图；

图2是本发明提供的另一种具体实施方式的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

实施例1

一种减少铜膜厚度的方法，包括以下步骤：

(1)采用电化学镀铜工艺在晶圆表面镀上铜层；

(2)清洗晶圆表面；

(3)采用电化学抛光工艺将晶圆表面铜膜厚度减薄；

(4)清洗晶圆表面，清洗剂中加入1％-2％浓度的稀释柠檬酸，以便去除晶圆表面氧化层。

较佳地，上述方法中还可以进一步包括以下步骤：

(5)将晶圆输送至退火工艺腔进行退火工艺；

(6)采用化学机械平坦化工艺去除晶圆表面残留杂质；

(7)清洗晶圆表面。

实施例2

一种减少铜膜厚度的方法，包括以下步骤：

(1)提供晶圆，采用电化学镀铜工艺在晶圆表面镀上铜层；

(2)清洗晶圆表面；

(3)采用电化学抛光工艺将晶圆表面铜膜厚度减薄；

(4)清洗晶圆表面，清洗剂中加入1％-2％浓度的稀释柠檬酸；

(5)将晶圆输送至退火工艺腔进行退火工艺；

(6)在退火工艺腔中通入还原气体，还原气体为氢气和氮气的混合气体；

(7)采用化学机械平坦化工艺去除晶圆表面残留杂质；

(8)清洗晶圆表面。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种减少铜膜厚度的方法，包括以下步骤：采用电化学镀铜工艺在晶圆表面镀上铜层；采用电化学抛光工艺将晶圆表面铜膜厚度减薄；使用柠檬酸去除晶圆表面氧化层。本发明利用柠檬酸清洗晶圆表面去除氧化层，解决了氧化层对化学机械平坦化工艺的去除率及均匀性产生影响的问题。

技术研发人员：金一诺;代迎伟;王坚;王晖
受保护的技术使用者：盛美半导体设备(上海)有限公司
技术研发日：2016.05.05
技术公布日：2017.11.14