一種電鍍銅的鍍液及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于銅互連結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電鍍銅的鍍液及其制備方法。本發(fā)明提供電鍍銅的鍍液，其組成成分：0.84-0.92摩爾/升的硫酸銅，2.95-3.05毫克/升的加速劑，195-205毫克/升的聚醚，19.5-20.5毫克/升的整平劑，59.5-60.5毫克/升的氯離子溶液。其優(yōu)點(diǎn)在于在集成電路中實(shí)現(xiàn)銅互連工藝帶來(lái)革新，可以有效的保證好的填充能力，較小的晶粒尺寸以及可接受的電阻率，為90nm及其以下銅互連填充工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)提供了一種理想的電鍍實(shí)現(xiàn)方案。
【專利說(shuō)明】一種電鍍銅的鍍液及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于銅互連結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電鍍銅的鍍液及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電鍍技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛。具體到集成電路制造工藝中，主要用在銅互連的步驟中，隨著集成電路的發(fā)展，電鍍銅填孔的技術(shù)日益受到人們的重視。在銅互連工藝中，涉及到很多相關(guān)的技術(shù)，包括電鍍液的配方、添加劑的選擇、電鍍?cè)O(shè)備及相關(guān)配套設(shè)備、電鍍過(guò)程的控制、鍍件的保護(hù)等等。
[0003]在集成電路的銅互連填充工藝中，有效的添加劑成分是必不可少的。適當(dāng)?shù)奶砑觿╊愋瓦x擇、濃度百分百、以及相互之間的比例選的是否得當(dāng)，將會(huì)對(duì)電鍍過(guò)程產(chǎn)生不同的影響。在傳統(tǒng)的填孔工藝中，我們所采用的是聚乙二醇PEG作為抑制劑，SPS或者M(jìn)PS做加速劑，健那綠(JGB)做平整劑。這種傳統(tǒng)的添加劑配方在大尺寸下還是可以保證填充效果的。隨著器件尺寸的不斷縮小，當(dāng)進(jìn)入90nm的工藝領(lǐng)域時(shí)，這樣的配方在填孔方面的缺點(diǎn)就逐漸顯示出來(lái)，使用現(xiàn)有的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍，填孔中，出現(xiàn)了不同程度的細(xì)縫和小的空洞，此外，在高深寬比的孔內(nèi)完成銅的填充，將顯得越來(lái)越困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種電鍍銅的鍍液，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，并提供該電鍍銅的鍍液的制備方法。
[0005]本發(fā)明提供一種電鍍銅的鍍液，包括:0.840.92摩爾/升的硫酸銅、2.95-3.05毫克/升的加速劑、195-205毫克/升的聚醚、19.5-20.5毫克/升的整平劑、59.5-60.5
暈克/升的氯尚子溶液。
[0006]進(jìn)一步，本發(fā)明提供一種電鍍銅的鍍液，所述聚醚為聚醚L31、聚醚L61或聚醚L62。
[0007]進(jìn)一步，本發(fā)明提供一種電鍍銅的鍍液，所述加速劑為二硫二丙烷磺酸鈉SPS。
[0008]進(jìn)一步，本發(fā)明提供一種電鍍銅的鍍液，所述整平劑為健那綠JGB。
[0009]進(jìn)一步，本發(fā)明提供一種電鍍銅的鍍液，所述氯離子溶液為鹽酸溶液。
[0010]另外，本發(fā)明提供上述電鍍銅的鍍液的制備方法，具體步驟為:
步驟A.將五水硫酸銅晶體和濃硫酸均勻混合作為溶質(zhì)；
步驟B.加入去離子水，攪拌至溶質(zhì)完全溶解；
步驟C.加入加速劑、聚醚、整平劑和氯離子溶液。
[0011]本發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液及其制備方法，因?yàn)椴捎镁勖汛鎮(zhèn)鹘y(tǒng)的聚乙二醇PEG作為抑制劑，制備獲得的電鍍液可以得到純度高且晶體尺寸小的銅鍍層，所以該電鍍液在集成電路中實(shí)現(xiàn)銅互連工藝帶來(lái)革新，可以有效的保證好的填充能力，較小的晶粒尺寸以及可接受的電阻率，為90 nm及其以下銅互連填充工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)提供了一種理想的電鍍實(shí)現(xiàn)方案。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的X射線衍射結(jié)果圖。
[0013]圖2為使用聚乙二醇PEG作為抑制劑的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的X射線衍射結(jié)果圖。
[0014]圖3為本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的表面形貌圖。
[0015]圖4為本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的截面填充狀況圖。
[0016]圖5為使用聚乙二醇PEG作為抑制劑的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的截面填充狀況圖。
[0017]圖6為本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的能譜分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0019]實(shí)施例1
電鍍銅的鍍液的制備方法如下:
步驟A:
利用精度為0.0Olg的電子·天平稱量210g的五水硫酸銅晶體；
利用膠頭滴管，在電子天平上量取50g的濃度約為98%濃硫酸；
將稱得的五水硫酸銅晶體和濃硫酸充分均勻地混合在一個(gè)2000ml的標(biāo)準(zhǔn)燒杯中； 步驟B:
在標(biāo)準(zhǔn)燒杯中，加入750ml去離子水溶解步驟A中混合的溶質(zhì)；
常溫下，攪拌10-20分鐘，直到硫酸銅晶體充分溶解完畢，沒(méi)有晶體析出；
步驟C:
在溶液中添加2.95毫克的二硫二丙烷磺酸鈉SPS ；
再添加195暈克的聚醚L31 ；
再添加19.5毫克的健那綠JGB ；
再添加提供含有59.5毫克氯離子的鹽酸溶液；
最后加去離子水將溶液調(diào)制成1000ml的溶液。
[0020]最終獲得電鍛銅的鍛液含有:
0.84摩爾/升的硫酸銅、加速劑為2.95毫克/升的二硫二丙烷磺酸鈉SPS、195毫克/升的聚醚L31、整平劑為19.5毫克/升的健那綠JGB、59.5毫克/升的氯離子溶液。
[0021]實(shí)施例2
電鍍銅的鍍液的制備方法如下:
步驟A:
利用精度為0.0Olg的電子天平稱量220g的五水硫酸銅晶體；
利用膠頭滴管，在電子天平上量取55g的濃度約為98%濃硫酸；
將稱得的五水硫酸銅晶體和濃硫酸充分均勻地混合在一個(gè)2000ml的標(biāo)準(zhǔn)燒杯中； 步驟B:在標(biāo)準(zhǔn)燒杯中，加入800ml去離子水溶解步驟A中混合的溶質(zhì)；
常溫下，攪拌10-20分鐘，直到硫酸銅晶體充分溶解完畢，沒(méi)有晶體析出；
步驟C:
在溶液中添加3暈克的二硫二丙烷橫Ife納SPS ；
再添加200暈克的聚醚L61 ；
再添加20毫克的健那綠JGB ；
再添加提供含有60毫克氯離子的鹽酸溶液；
最后加去離子水將溶液調(diào)制成1000ml的溶液。
[0022]最終獲得電鍍銅的鍍液含有:
0.88摩爾/升的硫酸銅、加速劑為3毫克/升的二硫二丙烷磺酸鈉SPS、200毫克/升的聚醚L61、整平劑為20毫克/升的健那綠JGB、60毫克/升的氯離子溶液。
[0023]實(shí)施例3
電鍍銅的鍍液的制備方法如下:
步驟A:
利用精度為0.0Olg的電子天 平稱量230g的五水硫酸銅晶體；
利用膠頭滴管，在電子天平上量取55g的濃度約為98%濃硫酸；
將稱得的五水硫酸銅晶體和濃硫酸充分均勻地混合在一個(gè)2000ml的標(biāo)準(zhǔn)燒杯中； 步驟B:
在標(biāo)準(zhǔn)燒杯中，加入800ml去離子水溶解步驟A中混合的溶質(zhì)；
常溫下，攪拌10-20分鐘，直到硫酸銅晶體充分溶解完畢，沒(méi)有晶體析出；
步驟C:
在溶液中添加3.05毫克的加速劑MPS ；
再添加205暈克的聚醚L62 ；
再添加20.5毫克的整平劑BAT ；
最后添加提供含有60.5毫克氯離子的鹽酸溶液。
[0024]最終獲得電鍛銅的鍛液含有:
0.92摩爾/升的硫酸銅、加速劑為3.05毫克/升的MPS、205毫克/升的聚醚L62、整平劑為20.5毫克/升的BAT、60.5毫克/升的氯離子溶液。
[0025]實(shí)驗(yàn)測(cè)試
使用本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn):
1、電鍍液的配制及老化
根據(jù)實(shí)施例中的制備方法，配制好所需的電鍍銅的鍍液，并進(jìn)行6-8個(gè)小時(shí)的老化。
[0026]2、電鍍實(shí)驗(yàn)
根據(jù)要求，選擇不同的電流密度進(jìn)行電鍍實(shí)驗(yàn)，可選擇0.1、0.2、0.4、0.8 (單位:ASD)這4組實(shí)驗(yàn)。每組樣品要包含一個(gè)平面光片和一個(gè)有圖形的樣品。
[0027]3、每組的兩個(gè)樣品，在電鍍之前，要固定在同一個(gè)陰極銅片上，一次浸入鍍液中。以保證同一組的2個(gè)樣品的電鍍條件一致。
[0028]4、樣品的測(cè)試。
[0029]測(cè)試一:X射線衍射測(cè)試采用Cu的Kal射線，掃描范圍設(shè)定為20-65°。所測(cè)試的樣品須為平面樣品。
[0030]圖1為本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的X射線衍射結(jié)果圖。
[0031]圖2為使用聚乙二醇PEG作為抑制劑的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的X射線衍射結(jié)果圖。
[0032]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的電鍍樣品的Cu (111)晶粒尺寸在24nm_28nm之間，而聚乙二醇PEG作為抑制劑的鍍液的電鍍樣品的Cu (111)晶粒尺寸則在26nnT30nm之間。由此可見(jiàn)，聚醚作為抑制劑的鍍液電鍍獲得的Cu (111)晶粒尺寸有一定的減小，有助于提高小尺寸器件的銅電鍍性能。
[0033]測(cè)試二:掃描電鏡SEM測(cè)試 ①觀察平面樣品的表面形貌
圖3為本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的表面形貌圖。
[0034]如圖3所示，樣品的表面形貌特征顯示顆粒均勻，表面平整，無(wú)空洞等缺陷。
[0035]②觀察圖形樣品的截面填充狀況
圖4為本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的截面填充狀況圖。
[0036]圖5為使用聚乙二醇PEG作為抑制劑的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的截面填充狀況圖。
[0037]如圖4和圖5所示，本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的截面填充無(wú)細(xì)縫，使用聚乙二醇PEG作為抑制劑的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的截面填充有明顯的細(xì)縫。由此可見(jiàn)，在填充過(guò)程中，使用聚醚替代聚乙二醇PEG的鍍液，能避免細(xì)縫的產(chǎn)生，因此聚醚的抑制能力更好，有助提高器件的電鍍銅之后的性能。
[0038]測(cè)試三:能譜分析EDXS
同樣是利用掃描電鏡，對(duì)表面樣品進(jìn)行一個(gè)能譜分析，以確定其中的雜質(zhì)種類和含量，通過(guò)此種方式來(lái)表征所電鍍的銅薄膜是否較純。
[0039]圖6為本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品的能譜分析圖。
[0040]如圖6所示，樣品的表面只有微量的C和Si元素，根據(jù)圖表可以得出，本發(fā)明提供的電鍍銅的鍍液進(jìn)行電鍍獲得樣品表面Cu的純度很高。
【權(quán)利要求】
1.一種電鍍銅的鍍液，其特征在于，組成成份為: 0.84-0.92摩爾/升的硫酸銅，2.95-3.05毫克/升的加速劑，195-205毫克/升的聚醚，19.5-20.5毫克/升的整平劑，59.5-60.5毫克/升的氯離子溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍銅的鍍液，其特征在于:聚醚為聚醚L31、聚醚L61或聚醚 L62。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍銅的鍍液，其特征在于:所述加速劑為二硫二丙烷磺酸鈉 SPS。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍銅的鍍液，其特征在于:所述整平劑為健那綠JGB。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍銅的鍍液，其特征在于:所述氯離子溶液為鹽酸溶液。
6.一種如權(quán)利要求1至5之一所述的電鍍銅的鍍液的制備方法，其特征在于具體步驟為: 步驟A.將五水硫酸銅晶體和濃硫酸均勻混合，作為溶質(zhì)； 步驟B.加入去離子水，攪拌至所述溶質(zhì)完全溶解； 步驟C.加入所述加速劑、所述聚醚、所述整平劑和所述氯離子溶液。
【文檔編號(hào)】C25D3/38GK103572332SQ201310493581
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】盧紅亮, 謝立恒, 孫清清, 張衛(wèi) 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)