CN1181530C - 集成电路芯片上的电镀互连结构 - Google Patents

Abstract

描述了一种制造集成电路芯片的亚微米互连结构的工艺。借助于含有添加剂且通常用来淀积平整光亮的可延展的低应力Cu金属的浴液电镀Cu，得到了无空洞和无缝隙的导体。此方法极好地填充图形而不留下空洞或缝隙的能力是独一无二的且优越于其它淀积方法。

Description

集成电路芯片上的电镀互连结构

本发明涉及到诸如集成电路(IC)芯片之类的电子器件上的互连布线，更确切地说是涉及到在通常用来生产光亮平整的低应力淀积物的含有添加剂的浴液中，进行铜电镀而制得的无空洞和无缝隙的亚微米结构。

AlCu及其相关合金是用来制作诸如集成电路芯片之类的电子器件上的互连的可取合金。AlCu中的Cu含量通常在0.3-4％的范围内。

用Cu和Cu合金取代AlCu作为互连材料，在性能方面有优点。由于Cu和某些铜合金的电阻率低于AlCu的电阻率而使性能得到改善；这样就能够采用更窄的线条并实现更高的布线密度。

整个半导体工业界已经认识到了Cu金属化的优点。铜金属化已经是广泛研究的课题，材料研究学会(MRS)会刊的整整二期登载了这方面的论文，MRS Bulletin，Vol.XVIII，No.6(1993年6月)专门讨论这一课题的学术研究，而另一期，MRS Bulletin，Vol.XIX，No.8(1994年8月)专门讨论这一课题的工业研究。Luther等人1993年在《IEEEVLSI多层互连会议论文集(1993年6月8-9日加州Santa Clara)》p.15中的论文“ULSI器件引线互连的平坦铜-聚酰亚胺尾端”，描述了具有四层金属化的Cu芯片互连的制造。

诸如化学汽相淀积(CVD)和无电镀之类的工艺是淀积Cu的通用方法。这二种淀积方法通常充其量也不过能生产共形淀积物，并由于光刻或反应离子刻蚀(RIE)不完善而在布线中不可避免地引起缺陷(空洞或缝隙)，特别是当沟槽具有顶部比底部窄的截面时，更是如此。Li等人的论文“ULSI结构中的铜基金属化-第二部分：Cu能够成为芯片上的材料吗？”(见MRS Bull.，XIX，15(1994))，描述了CVD的其它问题。在无电镀中，虽然有成本低的优点，但氢在金属淀积过程中的放出引起爆炸和其它缺陷，这被认为是工业广泛应用中的弱点。

1993年10月26日授权的J.Poris的美国专利5256274(‘274)描述了在半导体晶片上淀积铜、银或金的电镀工艺。在‘274的图1A中，用符号“良好”示出了其中心部分有裂缝的铜导体，而在图1B中，用符号“差”示出了其中心部分有空洞的铜导体。电镀浴液含有每加仑水12盎司的CuSO₄、5H₂O、10％体积的浓缩硫酸、50ppm的来自盐酸的氯离子、以及0.4％体积的Technic Inc.公司(地址为P.O.Box965，Providence，RI02901)提供的TECHNI-COPPER W添加剂。通过不起化学作用的掩模选择性地淀积镀层。

描述了一种低成本高可靠的用亚微米尺度的无空洞无缝隙导体在集成电路芯片中进行布线的Cu互连结构的制造工艺。此工艺包含：在晶片上淀积绝缘材料；在绝缘材料中光刻确定和形成亚微米沟槽或孔，其中淀积导体以便最终形成引线或通孔；淀积用作引晶层或镀敷基底的导电薄层；在含有添加剂的浴液中进行电镀以淀积导体；以及对得到的结构进行整平或化学机械抛光，以便完成各个引线和/或通孔的电隔离。

本发明还提供了一种用来在电子器件上制造互连结构的工艺，它包含下列步骤：在具有绝缘区和导电区的衬底上制作引晶层；在引晶层上制作图形化的光刻胶层；在含有添加剂的浴液中，在未被图形化光刻胶覆盖的引晶层上电镀导电材料；以及清除图形化光刻胶。

本发明还提供了一种用来制造具有无空洞无缝隙导体的电子器件上的互连结构的工艺，它包含下列步骤：在衬底上制作绝缘材料；光刻确定并制作其中要淀积互连导体材料的引线和/或通孔；制作用作镀敷基底的导电层；在镀敷基底上制作图形化光刻胶层；在含有添加剂的浴液中进行电镀以淀积导体材料；以及清除光刻胶。

本发明还提供了一种用来在电子器件上制造互连结构的工艺，它包含下列步骤：在具有绝缘区和导电区的衬底上制作引晶层；在含有添加剂的浴液中，在引晶层上制作导电材料构成的覆盖层；在覆盖层上制作图形化光刻胶层；清除未被图形化光刻胶覆盖处的导体材料；以及清除图形化光刻胶。本发明还提供了一种用于电子器件上的互连中的导体，它包含通过电镀方法用含有添加剂的浴液制作的含有少量选自C(重量比小于2％)、O(重量比小于1％)、N(重量比小于1％)、S(重量比小于1％)和Cl(重量比小于1％)的材料的Cu。

互连材料可以是在通常用来生产光亮平整的低应力淀积物的含有添加剂的浴液中电镀得到的Cu。在这种浴液中电镀Cu的速率，在空腔深处比其它地方更高。因此，这一电镀工艺呈现独一无二的极好的填充性能，导致任何其它方法无法得到的无空洞无缝隙淀积物。由这种方法电镀的Cu制得的互连结构，具有很高的抗电迁移能力，电迁移激活能量等于或大于1.0eV。导体主要由Cu和少量的C(重量比小于2％)、O(重量比小于1％)、N(重量比小于1％)、S(重量比小于1％)和Cl(重量比小于1％)的原子和/或分子碎片组成。

高度抗电迁移的Cu，在含有添加剂的通常用来生产光亮可延展的低应力涂敷淀积物的电镀液中被电镀。

本发明的目的是电镀诸如互连布线之类的Cu导体而不在导体中心留下缝隙或空洞。

本发明的另一目的是以基本上均匀的填充厚度来电镀导体Cu，其中导体具有诸如小于1微米和大于10微米的宽度差异。导体深度对宽度之比可以等于或大于1。通孔深度对宽度之比可以超过1。

本发明的又一目的是借助于组合下列三个效应而降低集成电路的制造成本：1)用电镀方法进行Cu的覆盖淀积、2)双重镶嵌制造(一种在单一覆盖淀积步骤中制造二层金属化的方法)、和3)用化学机械抛光之类的工艺整平上表面的能力。

结合附图考虑本发明的下列详细描述，本发明的这些和其它的特点、目的和优点将变得明显。

图1-5是中间结构的剖面图，示出了互连布线的制作。

图6示出了用一个电镀步骤制作的多层布线图形。

图7示出了部件中深处的淀积速率大于部件外面的淀积速率的淀积过程的早期阶段。

图8示出了部件内部的淀积速率大于部件外面的淀积速率的淀积过程的后期阶段。

图9示出了部件内部的淀积速率低于部件外面的淀积速率的淀积过程的早期阶段。

图10示出了部件内部的淀积速率低于部件外面的淀积速率的淀积过程的后期阶段。

图11示出了部件内外的淀积速率相同的淀积过程的早期阶段。

图12示出了部件内外的淀积速率相同的淀积过程的后期阶段。

图13示出了镀层分布顺序的剖面图。

图14示出了用没有添加剂的电镀浴液电镀的部件的剖面图。

图15示出了用具有添加剂的电镀浴液电镀的部件的剖面图。

图16示出了具有待要电镀的亚微米空腔和宽空腔二者的衬底的剖面图。

图17是随后在水浸型电镀池中电镀过的图16衬底的剖面图。

图18是随后在弯月型电镀池(杯型电镀池，其中使晶片表面与电解液的上表面即弯月面接触)中电镀过的图16衬底的剖面图。

图19a-d是厚度为1微米的电镀Cu膜的同一个区域的晶粒取向图、晶粒对比图、反极象图和(111)极象图。晶粒尺寸约为1.4微米，结晶织构是随机的。

图20a-d是厚度为1微米的PVD(物理汽相淀积的、磁控溅射淀积的)Cu膜的同一个区域的晶粒取向图、晶粒对比图、反极象图和(111)极象图。晶粒尺寸约为0.4微米，且此膜具有很强的(111)/(100)结晶织构。

图21a和21b示出了电镀Cu对CVD Cu膜(a)和对PVD Cu膜(b)的电阻随时间(小时)的变化曲线的比较。电阻的变化与Cu引线中的电迁移损伤有关。显然，电镀Cu比CVD Cu或PVD Cu二者具有好得多的电迁移性能。电镀Cu的激活能为1.1-1.3eV，而PVDCu的激活能明显地小(0.7-0.8eV)。

图22-26剖面图示出了在平坦基底上的穿通掩模镀层。

图27-31剖面图示出了在有凹槽的基底上的穿通掩模镀层。

图32-35剖面图示出了随之以图形腐蚀的覆盖镀层。

镶嵌镀敷工艺是一种在整个晶片表面上进行镀敷，随之以整平工艺来隔离和确定图形的工艺。借助于在整个已经光刻确定的布线图形上淀积镀层而进行镀敷。在镀敷基底与绝缘体之间，淀积改善粘附性并防止导体/绝缘体相互作用和扩散的层。此工序的示意图示于图1-5中。被腐蚀/整平层(氮化硅)2和7包覆的绝缘层(氧化硅，聚合物)1被首先淀积在晶片8上；在包覆绝缘体上制作光刻胶图形3并转移到绝缘体；随后淀积势垒材料4和引晶层(Cu)5，且电镀Cu6，使所有图形被填充；用整平的方法使此结构成为图5所示的最终形状。如图6所示，有可能在绝缘体上光刻确定多层图形；在此节约成本的制造方法中，接着淀积同样顺序的层。

为了避免在Cu6中形成空洞或缝隙，在部件中的下部即深部，电镀速率应当比其它地方更高。图7-12示出了这一点，其中描述了金属淀积的三种可能情况。在图7和8所示的第一种情况下，利用用电镀浴液添加剂，部件11中的金属淀积，比部件11外面的点12处更快，从而得到图8所示的无空洞和无缝隙的淀积物(极好的填充)。部件内部的择优淀积可能是由于添加剂在这些位置处的传输速率较低，反过来导致Cu淀积的局部速率增大。特别是在内部角落处，添加剂的传输速率最低，因而铜的淀积速率最高。在图9和10所示的第二种情况下，部件14中的金属淀积比部件14外面的点15处更慢，从而由于部件14的下部点16中的淀积是来自淀积离子高度耗尽的浴液而得到空洞和高电阻率的引线或通孔。较高的离子耗尽程度引起电镀浴液中的淀积反应的过电位局部提高。在图11和12所示的第三种情况下，由于在液体电镀浴液中不存在局部离子耗尽，而且由于失去了添加剂和其对部件内部择优淀积的有利作用，部件17内部和部件17外面的点18处的淀积速率到处都相等(共形填充)。虽然用共形填充能够得到几乎可接受的淀积物，但在高形状比的引线和通孔中，Cu金属6中的缝隙19是不可避免的。在凹下的分布中，共形填充是不可容许的，会导致空洞。显然，具有图7和8所示的极好的填充的镀层是镶嵌工艺所要求的和最佳的方法。在恰当配置的溶液中进行电镀是实现图7和8所示的淀积类型的最好的方法。极好的填充及其与Cu金属化的关系是完全不清楚的；例如，在上述的Li等人的论文中，Li等人指出，电镀Cu镀层对通孔的填充能力是“相当差的”。

如图13所示，利用电镀浴液中的添加剂的极好的填充，即使光刻工艺在介质层1中产生顶部比底部窄的图形或空腔22，也有可能得到无空洞和无缝隙的引线和通孔。根据此处本发明的电镀是一种实现无空洞和无缝隙的引线和通孔的最好的方法。诸如CVD之类的其它淀积方法充其量产生共形分布，不可避免地引起大量缺陷，特别是当存在这种光刻不完整性，亦即在介电质1中的顶部比底部窄的图形或空腔22，致使侧壁23相对于顶表面26可能与垂直参考线24形成0-20度的角时，更是如此。

通常用来在粗糙的表面上生产平坦的淀积物的在含有添加剂的溶液中电镀铜的方法，可以用来实现填充亚微米空腔所要求的极好的填充。一种适当的添加剂系统是康涅狄克州纽黑文市的Enthone-OMI公司所售的称为SelRex Cubath M系统。厂家将上述添加剂称为MHy。另一种适当的添加剂系统是纽约州Freeport市的LeaRonal公司所售的称为Copper Gleam 2001的系统。厂家将此添加剂称为Copper Gleam 2001载体、Copper Gleam 2001-HTL和Copper Gleam2001整平器。还有一种适当的添加剂系统是宾州State Park市的Atotech USA公司所售的称为Cupracid HS的系统。厂家将此系统中的添加剂称为Cupracid抛光剂和Cupracid HS基本整平器。

在一些专利中描述了本发明中可加入到浴液中的具体添加剂的例子。1978年8月29日授权的已故H-G Creutz等人的题为“铜的电镀”的美国专利4110176，描述了诸如聚链烷醇季铵盐的电镀浴液添加剂，它形成为反应副产品，以提供来自含水的酸性铜电镀浴液的高度延展性的低应力且良好平整的铜淀积物，此处将此专利列为参考。

1983年3月15日授权的A.Watson的题为“含有抛光和整平添加剂的酸性铜电镀浴液”的美国专利4376685，描述了诸如烷基化聚烯化亚胺的电镀浴液添加剂，它形成为反应副产品，以提供用含水的酸性浴液形成光亮而平整的铜电镀淀积物，此处将此专利列为参考。

1990年12月4日授权的W.Dahms的题为“用来电化学淀积光亮的无缝隙的铜涂层的含水酸性浴液及其使用方法”的美国专利4975159，描述了在含水的酸性浴液中加入一定量的包括至少一种取代的烷氧基化内酰胺作为含酰胺原子团的化合物的有机添加剂组合，以便优化淀积的铜的光泽度和延展性，此处将此专利列为参考。在美国专利4975159中，表I列出了大量可以加入到本发明的浴液中的烷氧基化内酰胺。表II列出了大量具有可以加入到本发明的浴液中的诸如3-氢硫基丙烷-1-磺酸之类的水增溶原子团的含硫化合物。表III列出了可以加入到本发明的浴液中作为表面活化剂的诸如聚乙二醇之类的有机化合物。

1973年11月6日授权的H-G Creutz的题为“用酸性浴液电淀积铜”的美国专利3770598，描述了用来获得可延展的光亮的铜的浴液，其中含有溶解的一定量的聚乙烯亚胺和烷基溶剂的反应产物抛光剂，以产生四价氮、至少带有一个磺基的有机硫化物、和诸如聚丙二醇的聚醚化合物，此处将此专利列为参考。

1967年6月27日授权的H-G Creutz等人的题为“用酸性浴液电淀积铜”的美国专利3328273，描述了用来获得光亮的低应力的具有良好平整性的淀积物的硫酸铜和氟硼酸盐浴液，它包含化学式为XR_i-(S_n)-R₂-SO₃H的有机硫化物，其中R₁和R₂相同或不相同，并且是含有1-6个碳原子的聚亚甲基原子团或炔原子团，X是氢或磺基，而n是2-5的整数，此处将此专利列为参考。这些浴液还可以含有聚醚化合物、具有邻位硫原子的有机硫化物、和吩嗪染料。在美国专利3328273中，表I列出了大量可以加入到本发明的浴液中的聚硫化物化合物。表II列出了大量可以加入到本发明的浴液中的聚醚。

可以为了实现各种目的而将添加剂加入浴液。浴液可以包括铜盐和矿物酸。为了在导体中引入包括相对于膜的厚度而言的大晶粒或随机取向的晶粒的特定膜的微结构，可以包括添加剂。为了将含有选自C、O、N、S和Cl的原子的材料分子碎片引入到导体中，也可以将添加剂加入到浴液中，从而增强纯铜上的抗电迁移能力。而且，为了在导体中引入包括相对于膜的厚度而言的大晶粒或随机取向的晶粒的特定膜的微结构，可以将添加剂加入到浴液，从而增强未电镀的Cu上的电迁移性能。

图14示出了现有技术的含有0.3M硫酸铜和10％体积的硫酸的电镀溶液的空腔填充行为的剖面图。在完全填充空腔之前突然终止电镀，以便测量部件各个位置处的淀积物厚度从而确定填充类型。可见得到了Cu的共形淀积物30。但由加入了氯离子和MHy的同一个溶液得到的淀积物呈现图15所示的极好的填充。部件中深处的淀积速率高于其它地方，从而由于部件内部比部件外面电镀速率更高而最终使图15所示的Cu的淀积物36成为无空洞和无缝隙。产生极好的填充的MHy浓度在大约0.1-大约2.5％体积的范围内。氯离子浓度在10-300ppm范围内。

从含有0.1-0.4M的硫酸铜、10-20％体积的硫酸、10-300ppm的氯化物和0.1-1％体积的LeaRonal添加剂Copper Gleam 2001载体、0.1-1％体积的Copper Gleam 2001-HTL和0-1％体积的CopperGleam 2001整平器的溶液，得到了相似的极好的填充结果。最后，从含有上述范围的硫酸铜、硫酸和氯化物以及0.5-3％体积的Atotech添加剂Cupracid抛光剂和0.01-0.5％体积的Cupracid HS基本整平器的溶液，得到了相似的极好的填充结果。

迄今所述的具有添加剂的电镀工艺，当在诸如1994年5月17日授权的P.Andricacos等人的美国专利5516412、5312532和美国专利3652442中所述的叶片式电镀池之类的常规电镀池中执行时，产生了亚微米的高形状比图形或空腔的极好的填充。但当工艺在衬底表面只与电解液的自由表面相接触的电镀池中，例如在1982年7月13日公布的授予S.Aigo的美国专利4339319(此处将其列为参考)中所述的杯状电镀池中执行时，实现了下述的进一步好处。此好处是使可能存在于窄的(亚微米)部件或空腔中的范围为1-100微米的宽空腔得到极好的填充。

在衬底被浸在电解液中的电镀池中，1-100微米的宽部件将比宽度小于1微米例如约为0.1微米和以上的窄部件填充得更慢；因此，为了得到在顶部电镀表面上的无凹坑的整平了的结构，宽部件需要更长的电镀时间和更长的抛光时间。

与杯状电镀池相比，当衬底表面在电镀过程中被保持在与电解液的弯月面相接触的情况下电镀时，诸如小于1微米和大于10微米的宽度如此极为不同的空腔，被迅速且均匀地以相同的速率填充。

电解液的弯月面是液柱的弯曲的上表面。弯曲的上表面可以是诸如毛细管引起的或由诸如上喷液体引起的液流造成的凸面。

图16是衬底60的剖面图，它可以具有其中制作有用于镶嵌布线的表面部件或空腔62和63的诸如二氧化硅之类的上部介质层61。空腔62的宽度可小于1微米，而空腔63的宽度范围可为1-100微米。衬里64可提供对介电质61的粘附，并提供对随后镀敷的金属的扩散势垒。衬里64可以是导电的，以用作电镀的镀敷基底，或者可以加入额外的镀敷基底层。

图17是衬底60的剖面图，它具有足以填充空腔62并填充在浸入式电镀池中电镀的宽的空腔63的金属电淀积物66。在图17中，宽部件63比窄部件即亚微米部件62填充得更慢。部件63上的上表面67相对于金属66的平均高度有下沉68。

在图17和18中，相似的参考号被用于对应于图16和17的装置的功能。

图18是衬底60的剖面图，它具有足以填充空腔62并填充在弯月型杯状电镀池中电镀的宽的空腔63的可能是Cu的金属电淀积物66。如图18所示，衬底可以放置成与浴液表面接触。浴液可以在浴液表面处流动。

在图18中，宽部件63与窄部件62同样快地填充。相对于金属66的平均高度，部件63上的上表面69有很小的下沉。因此，描述了本发明的一种模式，其中在杯状电镀池中完成电镀，从而获得窄部件和宽部件均匀的极好的填充。相信弯月型电镀的优越性能是由空气-液体表面处表面激活的添加剂分子的更高的浓度或者不同的取向造成的。虽然在引进衬底时，这些分子可能开始重新分布，但残留的效应或许在几分钟的电镀期间一直保持着。

图16和17所示的电镀Cu金属66主要由Cu组成，并也可以含有少量C(小于2％重量)、O(小于1％重量)、N(小于1％重量)、S(小于1％重量)或Cl(小于1％重量)的原子和/或分子碎片。这些额外的组分显然来源于添加剂的分解，并且随后以分子碎片而不是原子的可能形式进入淀积物66。氯由于其激活添加剂作用中的复合作用而被相互吸附。结果，相信这些包络物位于晶粒边界中，并且在这样做时，不影响电镀的金属的电阻率。对电镀Cu的电阻率的测量确实得到了低于2μΩcm的数值。还相信，相同的分子由于位于Cu的晶粒边界处，而使电镀Cu的抗电迁移能力比用其它工艺淀积的纯Cu好得多。

电镀Cu的晶粒尺寸通常大于用其它Cu淀积方法产生的晶粒(见图19a-d和20a-d)。图19a-d分别是1微米厚的电镀Cu膜的同一个区域的晶粒取向图、晶粒对比图、反极象图和(111)极象图。晶粒尺寸大约是1.4微米，而结晶织构是随机的。图20a-d分别是1微米厚的PVD Cu膜的同一个区域的晶粒取向图、晶粒对比图、反极象图和(111)极象图。晶粒尺寸大约是0.4微米，且此膜具有很强的(111)/(100)结晶织构。

电镀Cu的结晶取向(也称为织构)比非电镀Cu膜的结晶取向明显地更随机(见图19a-d和20a-d)。反极象图或(111)极象图中晶粒的均匀分布表明了这种随机取向(见图19a-d)。这明显地不同于从非电镀Cu膜看到的情况。例如，参见图20a-d，其中在这种PVDCu膜中，有明显的(100)和(111)织构。

正如用参照此处列为参考的MRS Bulletin，Vol.XVIII，No.6(1993年6月)和Vol.XIX，No.8(1994年8月)的方法所测得的那样，电镀Cu和纯Cu的抗电迁移能力是激活能的函数。电镀Cu的激活能等于或大于1.0eV。此外，图21a和21b示出了电镀膜对PVD膜的漂移速度的比较。显然，电镀Cu表现出电阻随时间的小的变化，而PVD Cu膜的电阻剧烈地增大。电阻的变化与Cu引线中的电迁移损伤量有关。显然，电镀Cu比PVD Cu具有改进得多的电迁移性能。电镀Cu的激活能是1.1-1.3eV，而PVD Cu的激活能明显地小(0.7-0.8eV)。

本发明的意义超过了镶嵌结构的实现。与含有C、O、N、S和Cl的原子和/或分子碎片的存在相关的提高了的抗电迁移能力，同样有利于如图22-26所示在平坦基底上用穿通掩模电镀的方法、如图22和27-31所示在凹下基底上用穿通掩模电镀方法、或如图22、23和32-35所示用覆盖电镀随之以图形化腐蚀的方法而制造的导体元件。

在平坦基底上的穿通掩模电镀工艺示于图22-26。图22示出了绝缘层1。图23示出了制作在绝缘层1上的引晶层(Cu)5。可以安置势垒材料4(未示出)作为绝缘层1和引晶层5之间的层。图24示出了引晶层5上的已经被图形化了的光刻胶71。图25示出了通过光刻胶71进行电镀之后的Cu6。图26示出了清除了光刻胶71和未被Cu6保护处的引晶层5的图25的结构。图26示出了图形化引晶层5上的图形化Cu层6。

在凹下基底上的穿通掩模电镀工艺示于图22和27-31。图22示出了绝缘层1。图27示出了制作在绝缘层1中的通道72。图28示出了制作在绝缘层1上的引晶层(Cu)5。势垒材料4(未示出)可以制作在引晶层(Cu)5下方。图29示出了引晶层5上的已经被图形化了的光刻胶71。图30示出了穿通掩模或光刻胶71进行电镀而淀积的通道72中和引晶层5上的Cu6。图31示出了清除了光刻胶71和未被Cu6保护处的引晶层5的Cu6。要指出的是，本发明的电镀工艺引起的极好的填充，使得有可能填充凹下的基底中的空腔或图形而不留下空洞或缝隙。

图形化腐蚀之前用来在绝缘层上制作图形化引线的覆盖电镀的工艺示于图22、23和32-35。图22示出了绝缘层1。图23示出了制作在绝缘层1上势垒层4。引晶层(Cu)5制作在势垒层4的上表面上。如图32所示，Cu的覆盖层76用电镀方法制作在引晶层5上。如图33所示，光刻胶层71制作在覆盖层76上并被光刻图形化。图34示出了用腐蚀方法图形化了的或用其它工艺清除了未被光刻胶71保护的部分的覆盖层76。图35示出了清除了光刻胶71的图形化覆盖层76。

在图2-15和22-35中，相似的参考号被用于相应于早先图中即图1中的装置的功能。

虽然已经描述了制造电子器件上的互连结构的方法和具有由C、O、N、S和Cl的原子和/或分子碎片造成的抗电迁移能力的Cu导体，以及诸如相对于膜厚而言的大晶粒尺寸和随机结晶取向之类的特定微结构图形，但对本技术领域熟练人员来说，显然可以作出各种修正和改变而不偏离本发明的广阔范围，本发明的范围只受所附权利要求的范围的限制。

Claims (88)

1.一种在电子器件上制造具有无空洞无缝隙的导体的互连结构的工艺，它包含下列步骤：

在衬底上制作绝缘材料，

在所述绝缘材料中光刻确定并制作用于引线和/或通孔的凹槽，其中将淀积互连导体材料，

在所述绝缘材料上制作导电层，用作电镀基底，

通过电镀方法用含有添加剂的浴液，以无缝隙和无空洞的方式，用金属镶嵌工艺淀积所述导体材料，所述浴液添加剂使凹槽内部的镀敷速率高于凹槽外部的镀敷速率，使凹槽下部的镀敷速率高于凹槽上部的镀敷速率，从而防止在所述凹槽内的导体中形成缝隙或空洞，所述导体材料包括铜，以及

整平得到的结构以完成各个无缝隙无空洞引线和/或无缝隙无空洞通孔的电隔离。

2.权利要求1的工艺还包括将添加剂加入到所述浴液中的步骤，以便将含有选自C、O、N、S、Cl的原子和/或分子碎片引入到所述导体材料中，从而增强纯Cu上的抗电迁移能力。

3.权利要求2的工艺，其中所述C的重量百分比小于2％，所述O、N、S和Cl的重量百分比分别小于1％。

4.权利要求1的工艺还包括将添加剂加入到所述浴液中的步骤，以便在所述导体中引入具有相对于膜厚而言的大晶粒尺寸和/或随机取向晶粒的特定膜微结构，从而增强非电镀Cu上的电迁移性能。

5.权利要求1的工艺还包括在含有通常用来在粗糙表面上生产光亮平整的淀积物的试剂的浴液中进行电镀的步骤。

6.权利要求5的工艺，其中凹槽深度对宽度的比率等于或大于1。

7.权利要求1的工艺还包括用含有通常用来淀积光亮、平整、可延展、和低应力的淀积物的添加剂的溶液进行电镀的步骤。

8.权利要求7的工艺，其中凹槽深度对宽度的比率等于或大于1。

9.权利要求1的工艺，其中所述淀积步骤还包括使所述衬底的上表面与所述浴液的表面接触的步骤。

10.权利要求9的工艺，其中所述淀积步骤还包括在所述浴液的所述表面上流动所述浴液的步骤。

11.权利要求1的工艺，其中所述淀积步骤还包括用杯状电镀池进行电镀的步骤。

12.权利要求1的工艺还包括用电镀溶液进行电镀的步骤，此电镀溶液含有铜盐、矿物酸和一个或更多个选自带有水增溶原子团的有机硫化合物、可溶于浴液的高分子量含氧化合物、可溶于浴液的聚醚化合物、或也可能含有至少一个硫原子的可溶于浴液的有机氮化合物的添加剂。

13.权利要求12的工艺，其中所述电镀溶液含有10-300ppm的少量的氯离子。

14.权利要求12的工艺，其中所述Cu盐是硫酸铜。

15.权利要求12的工艺，其中所述矿物酸是硫酸。

16.权利要求12的工艺，其中所述有机硫化合物至少带有一个磺基。

17.权利要求12的工艺，其中所述有机硫化合物至少有二个邻位硫原子。

18.权利要求17的工艺，其中所述有机硫化合物带有至少一个端磺基。

19.权利要求12的工艺，其中所述有机硫化合物选自氢硫基丙烷磺酸、氢硫基乙酸、氢硫基苯并噻唑-S-丙烷磺酸、和亚乙基二硫代二丙基磺酸、二硫代氨基甲酸、所述化合物的碱金属盐、和所述化合物的胺盐。

20.权利要求12的工艺，其中所述有机硫化合物的化学式为X-R₁-(S_n)-R₂-SO₃H，其中R原子团相同或不同，并含有至少一个碳原子，X选自氢和磺基，n是2-5的整数。

21.权利要求12的工艺，其中所述含氧化合物选自聚乙二醇、聚乙烯乙二醇、聚丙二醇和羧甲基纤维素。

22.权利要求12的工艺，其中所述有机氮化合物选自吡啶、取代吡啶、酰胺、季铵盐、亚胺、酞菁、取代酞菁、吩嗪和内酰胺。

23.一种在电子器件上制造互连结构的工艺，它包含下列步骤：

在具有绝缘区和导电区的衬底上淀积引晶层，

在所述引晶层上制作图形化光刻胶层，

用含有添加剂的浴液，在未被所述图形化光刻胶覆盖的所述引晶层上，以无缝隙和无空洞的方式，用金属镶嵌工艺电镀导体材料，所述浴液添加剂使凹槽内部的镀敷速率高于凹槽外部的镀敷速率，使凹槽下部的镀敷速率高于凹槽上部的镀敷速率，从而防止在所述凹槽内的导体中形成缝隙或空洞，所述导体材料包括铜，以及

清除所述图形化光刻胶。

24.权利要求23的工艺还包括将添加剂加入到所述浴液中的步骤，以便将含有选自C、O、N、S、Cl的原子和/或分子碎片引入到所述导体材料中，从而增强纯Cu上的抗电迁移能力。

25.权利要求24的工艺，其中所述C的重量百分比小于2％，所述O、N、S和Cl的重量百分比分别小于1％。

26.权利要求23的工艺还包括将添加剂加入到所述浴液中的步骤，以便在所述导体中引入具有相对于膜厚而言的大晶粒尺寸和/或随机取向晶粒的特定膜微结构，从而增强非电镀Cu上的电迁移性能。

27.权利要求23的工艺还包括在含有通常用来在粗糙表面上生产光滑平整的淀积物的试剂的浴液中进行电镀的步骤。

28.权利要求27的工艺，其中凹槽深度对宽度的比率超过1。

29.权利要求23的工艺还包括用含有通常用来淀积光亮、平整、可延展、或低应力淀积物的添加剂的溶液进行电镀的步骤。

30.权利要求29的工艺，其中凹槽深度对宽度的比率超过1。

31.权利要求23的工艺，其中所述淀积步骤还包括使所述衬底的上表面与所述浴液的表面接触的步骤。

32.权利要求31的工艺，其中所述淀积步骤还包括在所述浴液的所述表面上流动所述浴液的步骤。

33.权利要求23的工艺，其中所述淀积步骤还包括用杯状电镀池进行电镀的步骤。

34.权利要求23的工艺还包括用电镀溶液进行电镀的步骤，此电镀溶液含有铜盐、矿物酸和一个或更多个选自带有水增溶原子团的有机硫化合物、可溶于浴液的高分子量含氧化合物、可溶于浴液的聚醚化合物、或也可能含有至少一个硫原子的可溶于浴液的有机氮化合物的添加剂。

35.权利要求34的工艺，其中所述电镀溶液含有10-300ppm的少量的氯离子。

36.权利要求34的工艺，其中所述Cu盐是硫酸铜。

37.权利要求34的工艺，其中所述矿物酸是硫酸。

38.权利要求34的工艺，其中所述有机硫化合物至少带有一个磺基。

39.权利要求34的工艺，其中所述有机硫化合物至少有二个邻位的硫原子。

40.权利要求39的工艺，其中所述有机硫化合物带有至少一个端磺基。

41.权利要求34的工艺，其中所述有机硫化合物选自氢硫基丙烷磺酸、氢硫基乙酸、氢硫基苯并噻唑-S-丙烷磺酸、和亚乙基二硫代二丙基磺酸、二硫代氨基甲酸、所述化合物的碱金属盐、和所述化合物的胺盐。

42.权利要求34的工艺，其中所述有机硫化合物的化学式为X-R₁-(S_n)-R₂-SO₃H，其中R原子团相同或不同，并含有至少一个碳原子，X选自氢和磺基，n是2-5的整数。

43.权利要求34的工艺，其中所述含氧化合物选自聚乙二醇、聚乙烯乙二醇、聚丙二醇和羧甲基纤维素。

44.权利要求34的工艺，其中所述有机氮化合物选自吡啶、取代吡啶、酰胺、季铵盐、亚胺、酞菁、取代酞菁、吩嗪和内酰胺。

45.一种在电子器件上制造具有无空洞无缝隙的导体的互连结构的工艺，它包含下列步骤：

在衬底上淀积绝缘材料，

光刻确定并制作引线和/或通孔，其中将淀积互连导体材料，

制作用作电镀基底的导电层，

在所述电镀基底上制作图形化光刻胶层，

通过电镀方法用含有添加剂的浴液，以无缝隙和无空洞的方式，用金属镶嵌工艺淀积所述导体材料，所述浴液添加剂使凹槽内部的镀敷速率高于凹槽外部的镀敷速率，使凹槽下部的镀敷速率高于凹槽上部的镀敷速率，从而防止在所述凹槽内的导体中形成缝隙或空洞，所述导体材料包括铜，以及

清除所述图形化光刻胶。

46.权利要求45的工艺还包括将添加剂加入到所述浴液中的步骤，以便将含有选自C、O、N、S、Cl的原子和/或分子碎片引入到所述导体材料中，从而增强纯Cu上的抗电迁移能力。

47.权利要求46的工艺，其中所述C的重量百分比小于2％，所述O、N、S和Cl的重量百分比分别小于1％。

48.权利要求45的工艺还包括将添加剂加入到所述浴液中的步骤，以便在所述导体中引入具有相对于膜厚而言的大晶粒尺寸和/或随机取向晶粒的特定膜微结构，从而增强非电镀Cu上的电迁移性能。

49.权利要求45的工艺还包括用含有通常用来在粗糙表面上生产光滑平整的淀积物的试剂的浴液进行电镀的步骤。

50.权利要求49的工艺，其中凹槽深度对宽度的比率超过1。

51.权利要求45的工艺还包括用含有通常用来淀积光亮、平整、可延展、或低应力的淀积物的添加剂的溶液进行电镀的步骤。

52.权利要求51的工艺，其中凹槽深度对宽度的比率超过1。

53.权利要求45的工艺，其中所述淀积步骤还包括使所述衬底的上表面与所述浴液的表面接触的步骤。

54.权利要求53的工艺，其中所述淀积步骤还包括在所述浴液的所述表面上流动所述浴液的步骤。

55.权利要求45的工艺，其中所述淀积步骤还包括用杯状电镀池进行电镀的步骤。

56.权利要求45的工艺还包括用电镀溶液进行电镀的步骤，此电镀溶液含有铜盐、矿物酸和一个或更多个选自带有水增溶原子团的有机硫化合物、可溶于浴液的高分子量含氧化合物、可溶于浴液的聚醚化合物、或也可能含有至少一个硫原子的可溶于浴液的有机氮化合物的添加剂。

57.权利要求56的工艺，其中所述电镀溶液含有10-300ppm的少量的氯离子。

58.权利要求56的工艺，其中所述Cu盐是硫酸铜。

59.权利要求56的工艺，其中所述矿物酸是硫酸。

60.权利要求56的工艺，其中所述有机硫化合物至少带有一个磺基。

61.权利要求56的工艺，其中所述有机硫化合物至少有二个邻位硫原子。

62.权利要求61的工艺，其中所述有机硫化合物带有至少一个端磺基。

63.权利要求56的工艺，其中所述有机硫化合物选自氢硫基丙烷磺酸、氢硫基乙酸、氢硫基苯并噻唑-S-丙烷磺酸、和亚乙基二硫代二丙基磺酸、二硫代氨基甲酸、所述化合物的碱金属盐、和所述化合物的胺盐。

64.权利要求56的工艺，其中所述有机硫化合物的化学式为X-R₁-(S_n)-R₂-SO₃H，其中R原子团相同或不同，并含有至少一个碳原子，X选自氢和磺基，n是2-5的整数。

65.权利要求56的工艺，其中所述含氧化合物选自聚乙二醇、聚乙烯乙二醇、聚丙二醇和羧甲基纤维素。

66.权利要求56的工艺，其中所述有机氮化合物选自吡啶、取代吡啶、酰胺、季铵盐、亚胺、酞菁、取代酞菁、吩嗪和内酰胺。

67.一种在电子器件上制造互连结构的工艺，它包含下列步骤：

在具有绝缘区和导电区的衬底上淀积引晶层，

用含有添加剂的浴液，以无缝隙和无空洞的方式，用金属镶嵌工艺在所述引晶层上制作导体材料覆盖层，所述浴液添加剂使凹槽内部的镀敷速率高于凹槽外部的镀敷速率，使凹槽下部的镀敷速率高于凹槽上部的镀敷速率，从而防止在所述凹槽内的导体中形成缝隙或空洞，所述导体材料包括铜，

在所述覆盖层上制作图形化光刻胶层，

清除未被所述图形化光刻胶覆盖处的所述导体材料，以及

清除所述图形化光刻胶。

68.权利要求67的工艺还包括将添加剂加入到所述浴液中的步骤，以便将含有选自C、O、N、S、Cl的原子和/或分子碎片引入到所述导体材料中，从而增强纯Cu上的抗电迁移能力。

69.权利要求68的工艺，其中所述C的重量百分比小于2％，所述O、N、S和Cl的重量百分比分别小于1％。

70.权利要求67的工艺还包括将添加剂加入到所述浴液中的步骤，以便在所述导体中引入具有相对于膜厚而言的大晶粒尺寸和/或随机取向晶粒的特定膜微结构，从而增强非电镀Cu上的电迁移性能。

71.权利要求67的工艺还包括用含有通常用来在粗糙表面上生产光滑平整的淀积物的试剂的浴液进行电镀的步骤。

72.权利要求71的工艺，其中凹槽深度对宽度的比率超过1。

73.权利要求67的工艺还包括用含有通常用来淀积光亮、平整、可延展、或低应力的淀积物的添加剂的溶液进行电镀的步骤。

74.权利要求73的工艺，其中凹槽深度对宽度的比率超过1。

75.权利要求67的工艺，其中所述淀积步骤还包括使所述衬底的上表面与所述浴液的表面接触的步骤。

76.权利要求75的工艺，其中所述淀积步骤还包括在所述浴液的所述表面处流动所述浴液的步骤。

77.权利要求67的工艺，其中所述淀积步骤还包括用杯状电镀池进行电镀的步骤。

78.权利要求67的工艺还包括用电镀溶液进行电镀的步骤，此电镀溶液含有铜盐、矿物酸和一个或更多个选自带有水增溶原子团的有机硫化合物、可溶于浴液的高分子量含氧化合物、可溶于浴液的聚醚化合物、或也可能含有至少一个硫原子的可溶于浴液的有机氮化合物的添加剂。

79.权利要求78的工艺，其中所述电镀溶液含有10-300ppm的少量的氯离子。

80.权利要求78的工艺，其中所述Cu盐是硫酸铜。

81.权利要求78的工艺，其中所述矿物酸是硫酸。

82.权利要求78的工艺，其中所述有机硫化合物至少带有一个磺基。

83.权利要求78的工艺，其中所述有机硫化合物至少有二个邻位硫原子。

84.权利要求83的工艺，其中所述有机硫化合物带有至少一个端磺基。

85.权利要求78的工艺，其中所述有机硫化合物选自氢硫基丙烷磺酸、氢硫基乙酸、氢硫基苯并噻唑-S-丙烷磺酸、和亚乙基二硫代二丙基磺酸、二硫代氨基甲酸、所述化合物的碱金属盐、和所述化合物的胺盐。

86.权利要求78的工艺，其中所述有机硫化合物的化学式为X-R₁-(S_n)-R₂-SO₃H，其中R原子团相同或不同，并含有至少一个碳原子，X选自氢和磺基，n是2-5的整数。

87.权利要求78的工艺，其中所述含氧化合物选自聚乙二醇、聚乙烯乙二醇、聚丙二醇和羧甲基纤维素。

88.权利要求78的工艺，其中所述有机氮化合物选自吡啶、取代吡啶、酰胺、季铵盐、亚胺、酞菁、取代酞菁、吩嗪和内酰胺。

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