銅互連電鍍工藝研究及設(shè)備改進(jìn).pdf

1、隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的不斷減小，銅互連工藝對電鍍過程中鍍層厚度的均勻性要求也越來越高，傳統(tǒng)的垂直電鍍和水平電鍍設(shè)備越來越不適用于現(xiàn)階段超大規(guī)模集成電路銅互連電鍍工藝。對原有電鍍設(shè)備的改進(jìn)成為解決鍍層厚度不均勻的一種行之有效的方法。
　　首先，我們對濕法清洗對鍍層質(zhì)量的影響和鍍層厚度的均勻性進(jìn)行了研究。用中科院微電子研究所自行搭建的物理氣相沉積臺PVD-300濺射了44.8nm的銅種晶層之后，進(jìn)行方阻測試，其結(jié)果顯示均勻性較好。然

2、后對銅種晶層進(jìn)行清洗，通過不斷調(diào)整時(shí)間參數(shù)，最終確定為先在去油活化劑中浸泡60s，然后再在去離子水中漂洗20s，最后浸泡在稀硫酸溶液中120s，然后用去離子水?dāng)嚢枨逑?次，每次清洗時(shí)間是20s，用高純氮?dú)獯蹈傻那逑捶椒?，這種方法可以有效去除種晶層表面的油污以及銅氧化物。在電鍍的過程中選取銅互連專用電鍍液，添加劑2-四氫噻唑硫酮(H1)濃度為1.0mg/L、苯基聚二硫二丙烷磺酸鈉(S1)濃度為10mg/L，Cl-濃度為30mg/L，陰極電

3、流密度為2.42A/dm2，溫度為20℃。在上述參數(shù)下進(jìn)行水平電鍍和垂直電鍍，電鍍完成后進(jìn)行方阻測試，測試結(jié)果表明兩種電鍍情況下都存在著厚度分布不均勻的情況，并對這種不均勻的情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)這種不均勻的厚度分布是由晶圓上電流密度分布不均勻造成的。在靠近陰極接觸處的電流密度較大，遠(yuǎn)離陰極接觸處的電流密度較小，因此就會出現(xiàn)靠近陰極接觸處的厚度較大，遠(yuǎn)離陰極接觸處的厚度小的情況。
　　其次，以上述鍍層厚度不均勻性研究結(jié)果為依據(jù)對設(shè)備

4、進(jìn)行了改進(jìn)。由于減少銅陽極與晶圓之間的距離可以減少溶液電阻，據(jù)此，我們設(shè)計(jì)了弓形銅陽極系統(tǒng);通過調(diào)整銅棒分布密度來人為的改變電鍍槽中的電流密度分布情況，據(jù)此，我們設(shè)計(jì)了棒狀銅陽極系統(tǒng);打破原有的鍍槽不可動(dòng)的思維，我們設(shè)計(jì)了可移動(dòng)鍍槽系統(tǒng)，這種可以根據(jù)鍍層厚度的分布情況實(shí)時(shí)的調(diào)整鍍槽位置，來達(dá)到鍍層均勻一致。我們又針對弓形銅陽極系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的創(chuàng)新，提出雙陽極系統(tǒng)，用兩個(gè)銅陽極代替原有的單一陽極系統(tǒng)。綜合銅陽極消耗后更換的方便性，減少電鍍