CN103698372B - 铜互连电镀填充效果的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铜互连电镀填充效果的评价方法，包括如下步骤：利用一种表面形成图形化的金属电极测电化学曲线；利用一种平面的金属电极测电化学曲线；比较上述两种电化学曲线，评价镀铜液的填充效果；调整电镀铜液的组分浓度和金属电极表面图形的直径和深度，重复上述各个步骤，评价不同的镀液组分在一种铜互连沟道及通孔中的填充效果以及一种镀液组分在不同的铜互连沟道及通孔中的填充效果。本发明方法操作简单、方便，不但可以评价镀液在与金属电极表面的图形相似的铜互连沟道及通孔中的填充效果，而且还可以评价不同的镀液组分在一种铜互连沟道及通孔中的填充效果以及一种镀液组分在不同的铜互连沟道及通孔中的填充效果。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造和电化学技术领域，特别涉及一种铜互连电镀填充效果的评价方法。
背景技术
铜互连广泛应用于电子工业中，尽管有很多优势，但铜电镀工艺很容易出现空洞，特别是孔或金属槽的底部、侧壁和上部。这主要是由于电镀铜在通孔/金属槽填满之前，上部已经封口，造成中间空洞。在电镀过程中，形成的空洞或者缝隙都会导致严重的可靠性问题。孔镀铜工艺与普通镀铜技术有很大不同，其难点在于必须保证铜在深孔内优先沉积，完成无缝隙、无孔洞填充，即达到所谓的超填充效果。超填充是指孔底的沉积速率比孔口的快，而只有在电镀液中添加多种特殊的添加剂才会形成超填充镀铜。通常在镀液中添加的有机添加剂分为三类：加速剂、抑制剂和整平剂。加速剂主要吸附在硅通孔的孔底，加速孔底的铜沉积速率，而抑制剂主要吸附在硅通孔的孔口附近，抑制该处的铜沉积速率，使硅通孔孔底的沉积速率大于孔口的沉积速率，实现自底向上（bottom-up）填充。因此需要一种方法，可以在硅通孔填充前评价镀铜液在硅通孔各处的填充速率，从而对硅通孔填充过程起到指导作用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种铜互连电镀填充效果的评价方法，本发明方法操作简单、方便，不但可以评价镀液在与金属电极表面的图形相似的铜互连沟道及通孔中的填充效果，而且还可以评价不同的镀液组分在一种铜互连沟道及通孔中的填充效果以及一种镀液组分在不同的铜互连沟道及通孔中的填充效果。
本发明是通过以下技术方案实现的，一种铜互连电镀填充效果的评价方法，包括如下步骤：
步骤（1）采用一种表面图形化的金属电极作为工作电极，镀铜电镀液作为电解液，置于三电极体系中，测其电化学曲线；所述表面图形化的金属电极为电极表面形成图形化的通孔的金属电极；
步骤（2）将一种平面的金属电极作为工作电极，与步骤（1）中相同的镀铜电镀液作为电解液，置于三电极体系中，测其电化学曲线；
步骤（3）比较步骤（1）和（2）中的电化学曲线，评价镀铜液的填充效果；
步骤（4）调整电镀铜液的组分浓度和金属电极表面图形化的通孔的直径和深度，重复步骤（1）～（3），评价不同的镀液组分在一种铜互连沟道及通孔中的填充效果以及一种镀液组分在不同的铜互连沟道及通孔中的填充效果。
优选的，所述的金属电极为金、银、铂、铜或镍。
优选的，所述的镀铜电镀液包含浓度为0.5～100mol/L的铜离子、浓度为50～1000ppm的氯离子、加速剂、抑制剂和整平剂，pH值为1～7。更优选的，所述加速剂为SPS（聚二硫二丙烷磺酸钠）或3-巯基丙烷磺酸；所述抑制剂为聚乙二醇（PEG）或聚丙二醇；所述整平剂为聚亚烷基亚胺、烷基咪唑啉、金胺或贾纳斯绿B（JGB）。
优选的，所述的三电极体系由工作电极、辅助电极和参比电极组成，所述工作电极为贵金属电极，所述的辅助电极为惰性电极，所述参比电极为饱和甘汞电极、银/氯化银电极或汞/氧化汞电极。
优选的，所述平面的金属电极与所述表面图形化的金属电极的材质相同。
优选的，所述电化学曲线为循环伏安曲线、线性扫描伏安曲线、计时电流曲线、计时电压曲线或阻抗谱曲线，更优选的，所述比较步骤（1）与步骤（2）中的电化学曲线包括以下具体过程：比较两种电极在循环伏安曲线、线性扫描伏安曲线、计时电流曲线或计时电压曲线上相同电压下的电流大小，或阻抗谱曲线上相同电压下的电阻大小，可知在通孔底部和通孔口部的铜沉积情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：该方法采用表面图形化的金属电极作为工作电极，通过三电极体系测定表面图形化的和平面的金属电极上的电流值，根据镀铜填充电解液阴极电化学的特征极化曲线，在平面的金属电极上可以确定孔口附近的铜沉积速率，在表面图形化的金属电极上可以确定孔底的铜沉积速率，最终实现评价镀液在与金属电极表面的图形相似的铜互连沟道及通孔中的填充效果。本发明不但可以快速地确定铜互连沟道及通孔的底部和孔口的电流密度，有效地评价电镀液的填充效果，对铜互连沟道及通孔的填充具有指导作用，促进电镀铜填充孔的工艺研发；而且采用不同的图形化尺寸就可以评价多种沟道及通孔的填充效果，采用表面图形化的工作电极还可以优化镀液中添加剂的配比，最终能够实现无缺陷填充；另外本发明还可以评价不同的镀液组分在一种铜互连沟道及通孔中的填充效果以及一种镀液组分在不同的铜互连沟道及通孔中的填充效果。本发明操作简单、方便，可用于评价芯片铜互连沟道、三维叠层硅通孔以及高密度封装基板通孔的填充效果。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为表面图形化的金电极的横截面示意图。
图2为0.5mol/LCu2+、50ppmCl-、4ppmSPS、300ppmPEG、100ppmJGB、pH值为1的镀液在孔（直径为100μm，深度为300μm）的不同位置的电流密度-电压曲线。
图3为0.5mol/LCu2+、50ppmCl-、20ppmSPS、300ppmPEG、100ppmJGB、pH值为1的镀液在孔（直径为100μm，深度为300μm）的不同位置的电流密度-电压曲线。
图4为0.5mol/LCu2+、50ppmCl-、4ppmSPS、300ppmPEG、100ppmJGB、pH值为1的镀液在孔（直径为100μm，深度为500μm）的不同位置的电流密度-电压曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种铜互连电镀填充效果的评价方法，具体步骤如下：
步骤（1）在金片表面制作图形化的通孔，如图1所示，孔的直径为100μm，深度为300μm；
步骤（2）硅通孔镀铜液组成为0.5mol/L的铜离子，浓度为50ppm的氯离子，4ppmSPS、300ppmPEG、100ppmJGB、pH值为1；
步骤（3）将表面图形化的金电极作为工作电极，硅通孔电镀铜液作为电解液，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片为对电极组成三电极体系，测其线性扫描伏安（LSV）曲线；
步骤（4）将一种平面的金电极作为工作电极，硅通孔电镀液作为电解液，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片作为对电极组成三电极体系，测其LSV曲线；
步骤（5）从平面的金电极的LSV曲线可以确定表面的电流密度，而对于图形化的金电极认为其孔的上半部分的电流密度相同并等于表面的电流密度，下半部分的电流密度相同并等于孔底附近的电流密度，这样通过计算可确定孔内的电流密度。表面电流密度与孔内电流密度，如图2所示，孔内的电流密度大于表面的电流密度说明可以实现良好的孔填充。
实施例2
本实施例涉及一种铜互连电镀填充效果的评价方法，具体步骤如下：
步骤（1）在金片表面制作图形化的通孔，如图1所示，孔的直径为100μm，深度为300μm；
步骤（2）硅通孔镀铜液组成为0.5mol/L的铜离子，浓度为50ppm的氯离子，20ppmSPS、300ppmPEG、100ppmJGB、pH值为1；
步骤（3）将表面图形化的金电极作为工作电极，硅通孔电镀铜液作为电解液，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片为对电极组成三电极体系，测其线性扫描伏安（LSV）曲线；
步骤（4）将一种平面的金电极作为工作电极，硅通孔电镀液作为电解液，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片作为对电极组成三电极体系，测其LSV曲线；
步骤（5）采用与实施例1相同的方法获得表面的电流密度与孔内的电流密度，如图3所示，可以看到表面的铜沉积速率与孔内的铜沉积速率相差不大，在这种情况下填充容易产生空洞等缺陷。
实施例3
本实施例涉及一种铜互连电镀填充效果的评价方法，具体步骤如下：
步骤（1）在金片表面制作图形化的通孔，如图1所示，孔的直径为100μm，深度为500μm；
步骤（2）硅通孔镀铜液组成为0.5mol/L的铜离子，浓度为50ppm的氯离子，20ppmSPS、300ppmPEG、100ppmJGB、pH值为1；
步骤（3）将表面图形化的金电极作为工作电极，硅通孔电镀铜液作为电解液，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片为对电极组成三电极体系，测其线性扫描伏安（LSV）曲线；
步骤（4）将一种平面的金电极作为工作电极，硅通孔电镀液作为电解液，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片作为对电极组成三电极体系，测其LSV曲线；
步骤（5）采用与实施例1相同的方法获得表面的电流密度与孔内的电流密度，如图4所示，在较高的过电位下孔口的铜沉积速率小于孔底的铜沉积速率，可以实现良好的填充。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (2)
1.一种铜互连电镀填充效果的评价方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤(1)采用一种表面图形化的金属电极作为工作电极，镀铜电镀液作为电解液，置于三电极体系中，测其线性扫描伏安曲线；所述表面图形化的金属电极为电极表面形成图形化的通孔的金属电极；
步骤(2)将一种平面的金属电极作为工作电极，与步骤(1)中相同的镀铜电镀液作为电解液，置于三电极体系中，测其线性扫描伏安曲线；
步骤(3)比较步骤(1)和(2)中的线性扫描伏安曲线，评价镀铜电镀液的填充效果；具体为：从平面的电极的线性扫描伏安曲线可以确定表面的电流密度，而对于图形化的电极认为其孔的上半部分的电流密度相同并等于表面的电流密度，下半部分的电流密度相同并等于孔底附近的电流密度，这样通过计算可确定孔内的电流密度，比较该表面电流密度与孔内电流密度：当孔内的电流密度大于表面的电流密度说明可以实现良好的孔填充；
步骤(4)调整镀铜电镀液的组分浓度和金属电极表面图形化的通孔的直径和深度，重复步骤(1)～(3)，评价不同的镀液组分在一种铜互连沟道及通孔中的填充效果以及一种镀液组分在不同的铜互连沟道及通孔中的填充效果；
所述的镀铜电镀液包含浓度为0.5～100mol/L的铜离子、浓度为50～1000ppm的氯离子、加速剂、抑制剂和整平剂，pH值为1～7；所述加速剂为聚二硫二丙烷磺酸钠或3-巯基丙烷磺酸；所述抑制剂为聚乙二醇或聚丙二醇；所述整平剂为聚亚烷基亚胺、烷基咪唑啉、金胺或贾纳斯绿B；
所述的三电极体系由工作电极、辅助电极和参比电极组成，所述工作电极为贵金属电极，所述的辅助电极为惰性电极，所述参比电极为饱和甘汞电极、银/氯化银电极或汞/氧化汞电极；
所述平面的金属电极与所述表面图形化的金属电极的材质相同。
2.根据权利要求1所述的铜互连电镀填充效果的评价方法，其特征是，所述的金属电极为金、银、铂、铜或镍。
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| US20160312372A1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-10-27 | Rohm And Haas Electronic Materials Llc | Acid copper electroplating bath and method for electroplating low internal stress and good ductiility copper deposits |
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| CN113960148B (zh) * | 2021-09-30 | 2022-07-08 | 深圳市联合蓝海黄金材料科技股份有限公司 | 预测电镀液的电镀均匀性的电化学方法、筛选电镀液的方法和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101004401A (zh) * | 2006-01-17 | 2007-07-25 | 伊希特化股份有限公司 | 电镀铜加速剂分析方法及其沉积电解液 |
| CN101004402A (zh) * | 2006-01-18 | 2007-07-25 | 伊希特化股份有限公司 | 监控铜电镀液填孔能力的方法 |
| TWI292295B (en) * | 2006-01-06 | 2008-01-01 | Rockwood Electrochemicals Asia Ltd | Method for monitoring the filling performance of copper plating formular |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI292295B (en) * | 2006-01-06 | 2008-01-01 | Rockwood Electrochemicals Asia Ltd | Method for monitoring the filling performance of copper plating formular |
| CN101004401A (zh) * | 2006-01-17 | 2007-07-25 | 伊希特化股份有限公司 | 电镀铜加速剂分析方法及其沉积电解液 |
| CN101004402A (zh) * | 2006-01-18 | 2007-07-25 | 伊希特化股份有限公司 | 监控铜电镀液填孔能力的方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 季春花 等.《硅通孔铜互连甲基磺酸铜电镀液中氯离子的作用》.《电镀与涂饰》.2012,第31卷(第2期), * |
| 李亚冰 等.《封孔镀铜过程中JGB作用机理研究》.《无机化学学报》.2008,第24卷(第4期), * |
| 蔡积庆.《应用电化学技术监控镀铜层性质的实用方法》.《孔化与电镀》.2010,(第2期), * |
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