KR20070059617A - Cu electro deposition by using leveler - Google Patents

Cu electro deposition by using leveler Download PDF

Info

Publication number
KR20070059617A
KR20070059617A KR1020050118660A KR20050118660A KR20070059617A KR 20070059617 A KR20070059617 A KR 20070059617A KR 1020050118660 A KR1020050118660 A KR 1020050118660A KR 20050118660 A KR20050118660 A KR 20050118660A KR 20070059617 A KR20070059617 A KR 20070059617A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
copper
electrodeposition
seconds
benzotriazole
disulfide
Prior art date
Application number
KR1020050118660A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100880521B1 (en
Inventor
황순식
조성기
김수길
김재정
Original Assignee
재단법인서울대학교산학협력재단
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인서울대학교산학협력재단, 주식회사 엘지화학 filed Critical 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority to KR1020050118660A priority Critical patent/KR100880521B1/en
Publication of KR20070059617A publication Critical patent/KR20070059617A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100880521B1 publication Critical patent/KR100880521B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/38Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/34Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)

Abstract

A Cu electrodeposition method which performs conformal deposition and manufactures a Cu thin film free of bumps at the same time by using a Cu electrodeposition solution comprising benzotriazole as a leveler is provided. In a Cu electrodeposition solution having a basic composition comprising copper sulfate, sulfuric acid, polyethylene glycol, sodium chloride, and bis(3-sulfopropyl)disulfide, the Cu electrodeposition solution comprises benzotriazole as a leveler. In a Cu electrodeposition method using a basic composition comprising copper sulfate, sulfuric acid, polyethylene glycol, sodium chloride, and bis(3-sulfopropyl)disulfide, the Cu electrodeposition method comprises performing post-electrodeposition, or pre- and post-electrodeposition using benzotriazole as a leveler. The Cu electrodeposition method comprises the steps of: (i) electrodepositing a substrate for 5 to 50 seconds in a Cu electrodeposition solution prepared by adding polyethylene glycol, sodium chloride, and bis(3-sulfopropyl)disulfide into a basic solution comprising copper sulfate and sulfuric acid; (ii) cleaning the electrodeposited substrate with ultra-pure water for 1 to 5 seconds, and removing water from the substrate using nitrogen gas; (iii) adding benzotriazole into the basic solution, and performing post-electrodeposition of the water-removed substrate for 140 seconds; and (iv) cleaning the post-electrodeposited substrate with ultra-pure water for 5 to 10 seconds, and removing water from the substrate using nitrogen gas.

Description

평탄화제를 이용한 금속 전해 도금 방법{CU ELECTRO DEPOSITION BY USING LEVELER}Metal electroplating method using leveling agent {CU ELECTRO DEPOSITION BY USING LEVELER}

도 1은 다마신(damascene) 구조 내에서 종래의 구리 전해 도금 방법에 의해 형성된 구리 박막의 SEM 사진이다.1 is a SEM photograph of a copper thin film formed by a conventional copper electroplating method in a damascene structure.

도 2는 구리 박막 형성을 나타낸 단면도로, (a)는 종래 기술에 의해 전착된 구리 박막의 단면도이고, (b)는 평탄제를 사용하여 전착된 구리 박막의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view showing the formation of a copper thin film, (a) is a cross-sectional view of a copper thin film electrodeposited by the prior art, and (b) is a cross-sectional view of a copper thin film electrodeposited using a flattening agent.

도 3은 본 발명의 구리 전해 도금 방법(A)를 이용하여 제조된 기판의 구리 박막의 SEM 사진이다.3 is a SEM photograph of a copper thin film of a substrate prepared using the copper electroplating method (A) of the present invention.

도 4는 본 발명의 구리 전해 도금 방법(B)를 이용하여 제조된 기판의 구리 박막의 SEM 사진이다.4 is an SEM photograph of a copper thin film of a substrate manufactured using the copper electroplating method (B) of the present invention.

본 발명은 반도체 배선 공정의 구리 전해 도금 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평탄제로 벤조트리아졸을 포함하는 구리 전해 도금 용액을 사용하여, 범프의 형성 및 성장을 억제하여 웨이퍼 전 영역에서 단차(leveling)가 없는 구리 박 막을 제조할 수 있는 구리 전해 도금 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a copper electroplating method of a semiconductor wiring process, and more particularly, using a copper electroplating solution containing benzotriazole as a flattener, to suppress bump formation and growth, thereby leveling the entire wafer area. The present invention relates to a copper electroplating method capable of producing a copper thin film.

반도체 구리 배선에서 배선이 다층화 됨에 따라 높은 종횡비(high aspect ratio)를 갖는 트렌치(trench)가 형성되고, 이에 따라 보이드(void)와 심(seam) 등의 결함이 없는 신뢰성 높은 구리 박막에 대한 요구가 높아지고 있다. As semiconductor wiring becomes multi-layered, trenches with high aspect ratios are formed, and thus there is a need for a reliable copper thin film without defects such as voids and seams. It is rising.

이러한 구리 박막을 제조하기 위한 전해 도금 방법은 가속제와 억제제의 첨가제 조합을 통해 초등각 전착(superconformal deposition)을 가능하게 하는 박막 형성 방법이다. 가속제는 구리 표면에 흡착하여 구리 이온의 환원을 가속하는 물질로서 술폰(sulfonate) 계열의 화합물 중 멀캡토(-SH), 디설파이드(S-S) 결합을 갖는 물질이 가속제로서 잘 알려져 있다. 억제제 역시 구리 표면에 흡착하나 환원 반응을 막는 층(blocking layer)을 형성하여 구리 환원을 방지하는 물질이다. 현재 초등각 전착을 이루기 위한 첨가제로는 억제제로 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol)(PEG)과 염소 이온(Cl-)의 조합, 가속제로 비스(3-설포프로필)디설파이드(bis(3-sulfopropyl)disulfide)(SPS)가 가장 널리 이용되고 있다.The electroplating method for manufacturing such a copper thin film is a thin film formation method that enables superconformal deposition through a combination of an additive of an accelerator and an inhibitor. Accelerators are substances which adsorb on the surface of copper to accelerate the reduction of copper ions. Among the sulfonate-based compounds, materials having mercapto (-SH) and disulfide (S-S) bonds are well known as accelerators. Inhibitors are also substances which adsorb on the copper surface but form a blocking layer to prevent the reduction of copper. At present, additives for forming elementary electrodeposition include inhibitors of polyethylene glycol (PEG) and chlorine ions (Cl-), and accelerators of bis (3-sulfopropyl) disulfide. (SPS) is the most widely used.

구리 전해 도금에서 첨가제인 PEG-Cl-SPS의 조합은 초등각 전착에 있어서 우수한 효과가 있기 때문에 가장 많이 이용되고 있다. 그러나 전착 중 가속제의 영향으로 범프가 형성되고, 범프가 성장하면서 전착 후반에 하나의 집합체를 형성하게 된다. 형성된 집합체는 트렌치(trench)의 종횡비가 크고 밀도가 높은 지역일수록 범프의 밀집이 증가하기 때문에 더욱 커지게 되는데, 이러한 현상을 과전착(overplating, overburden)이라고 한다. 과전착 된 영역은 주변 지역과 단차를 형성하는데, 이렇게 형성된 단차는 화학적 기계적 연마 공정에서 공정의 시간을 증가 시키고, 잔류 두께의 균일성을 낮게 하기 때문에 소자의 결함을 야기하는 문제가 있다. The combination of PEG-Cl-SPS, an additive in copper electroplating, is most commonly used because of its excellent effect in conformal electrodeposition. However, bumps are formed under the influence of the accelerator during electrodeposition, and as the bumps grow, one aggregate is formed in the late stage of electrodeposition. The formed aggregates become larger because the densities of the bumps increase in areas where the aspect ratio of the trench is high and the density is higher. This phenomenon is called overplating or overburden. The over-deposited areas form a step with the surrounding area, which increases the process time in the chemical mechanical polishing process and causes a problem of device defects because the uniformity of the residual thickness is low.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 단차 형성을 방지하는 연구가 진행되고 있다. 미국특허 제6,679,973호, 제6,610,192호 및 제6,350,364호는 평탄제(leveler)를 사용하여 단차 형성을 방지하는 기술에 대하여 개시하고 있다. 그 밖의 기술로 미국특허 제6,653,226호는 공정 조건을 바꾸는 기술로서 산화 전위를 이용한 단차 평탄화 공정을 개시하고 있다.In order to solve such a problem, research is being conducted to prevent the formation of steps. US Pat. Nos. 6,679,973, 6,610,192 and 6,350,364 disclose techniques for preventing the formation of steps using levelers. As another technique, US Pat. No. 6,653,226 discloses a step planarization process using an oxidation potential as a technique for changing process conditions.

도 2에 따르면, 평탄화제를 사용하지 않고 종래 기술에 의해 전착한 구리 박막(a)의 경우 전착 시간이 경과함에 따라 단차가 형성되고, 특히, 조밀한 트렌치가 모여 있는 지역일수록 더 큰 단차를 형성하게 된다. 반면, 평탄제를 사용하여 전착한 구리 박막(b)은 트렌치의 크기 및 밀도와 상관없이 전착이 종료된 후 전면에서 단차가 없이 평탄하게 형성된다.According to FIG. 2, in the case of the copper thin film (a) electrodeposited according to the prior art without using a flattening agent, a step is formed as the electrodeposition time elapses, and particularly, the area where the dense trenches are gathered forms a larger step. Done. On the other hand, the copper thin film (b) electrodeposited using the planarizer is formed flat without any step on the front side after the electrodeposition is completed regardless of the size and density of the trench.

단차 형성을 방지하기 위한 평탄제로는 분자량이 큰 유기 화합물(organic compound)이나 고분자 계열로써 아미노기(amino group)와 같은 특정한 작용기를 가진 물질이 특허에 등록되어 있다. 그러나 현재 상용화되어 대부분의 물질이 특허에 등록되어 있는 평탄제는 대다수가 고분자 계열로써 평탄제에 대한 사용이 한정되어 있다. As a flattening agent for preventing the formation of a step, a patent has been registered for a substance having a specific functional group such as an organic group having a high molecular weight or a high molecular weight and an amino group. However, the flattening agent, which is currently commercialized and most of the materials are registered in the patent, is mostly polymer-based, and thus the use of the flattening agent is limited.

본 발명에서는 벤조트리아졸을 평탄제로 사용하여, 현재까지 주로 알려진 평탄제 이외에 새로운 물질을 제공함으로써 평탄제 사용의 다양화를 제공하고자 하였다.In the present invention, the use of benzotriazole as a leveling agent, to provide a new material in addition to the leveling agent mainly known to date to provide a variety of use of the leveling agent.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 평탄제로 벤조트리아졸을 포함하는 구리 전해 도금 용액을 사용하여 초등각 전착을 이룸과 동시에 단차가 없는 구리 박막을 제조할 수 있는 구리 전해 도금 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention uses a copper electroplating solution containing benzotriazole as a flattening agent to achieve an elemental electrodeposition and at the same time a copper electroplating method that can produce a copper thin film without a step The purpose is to provide.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 황산구리, 황산, 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨, 비스(3-설포프로필)디설파이드를 기본 조성으로 하는 구리 전해 도금 용액에 있어서, 첨가제인 벤조트리아졸(Benzotriazole, BTA)을 평탄제(leveler)로 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구리 전해 도금 용액을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a copper electrolytic plating solution based on copper sulfate, sulfuric acid, polyethylene glycol, sodium chloride, bis (3-sulfopropyl) disulfide, benzotriazole (BTA) as an additive It provides a copper electrolytic plating solution comprising a as a leveler (leveler).

또한, 본 발명은 황산구리, 황산, 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨, 비스(3-설포프로필)디설파이드를 기본 조성으로 하는 구리 전해 도금 방법에 있어서, 평탄제로 벤조트리아졸을 사용하여 후기 전착 또는 전 및 후기 전착하는 것을 특징으로 하는 구리 전해 도금 방법을 제공한다.In addition, the present invention is a copper electrolytic plating method based on copper sulfate, sulfuric acid, polyethylene glycol, sodium chloride, bis (3-sulfopropyl) disulfide, the late electrodeposition or pre-deposition and post-deposition using benzotriazole as a flattening agent It provides a copper electroplating method, characterized in that.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서는 구리 전해 도금 시 평탄제로 벤조트리아졸이 포함된 구리 전 해 도금 용액을 사용하여, 기존 공정에서 잘 알려진 PEG-Cl-SPS와 조합을 통해 초등각 전착을 이룸과 동시에 단차가 없이 평탄화된 구리 박막을 제조할 수 있다. 본래 벤조트리아졸은 반도체 구리 전해 도금 공정에서 초등각 전착을 이루기 위한 억제제나 구리 박막의 거칠기를 감소시키는 광택제(brightener)로써 연구되고 있다. 이외에도 화학적 기계적 연마 공정에서의 부식 방지제(corrosion inhibitor)로써 널리 알려져 있다. 그러나 본 발명에서는 첨가제인 PEG-Cl-SPS 조합과 함께 평탄제로 사용함으로써, 현재까지 알려진 역할 이외에 평탄제로써 매우 우수한 효과를 나타내고 있다.In the present invention, using a copper electrolytic plating solution containing benzotriazole as a flattening agent in the copper electroplating, the planarization without the step at the same time through the elementary electrodeposition through a combination with PEG-Cl-SPS, which is well known in the conventional process A copper thin film can be manufactured. Originally, benzotriazole has been studied as a brightener for reducing the roughness of copper thin films or as an inhibitor for forming an isotropic electrodeposition in a semiconductor copper electroplating process. In addition, it is widely known as a corrosion inhibitor in chemical mechanical polishing processes. However, in the present invention, by using the PEG-Cl-SPS combination additive as a flattening agent, it shows a very excellent effect as a flattening agent in addition to the role known to date.

본 발명의 구리 전해 도금 용액은 황산구리, 황산, 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨, 비스(3-설포프로필)디설파이드를 기본 조성으로 하는 구리 전해 도금 용액에 있어서, 평탄제로 벤조트리아졸을 포함하여 이루어지는 것을 구리 전해 도금 용액이다.The copper electrolytic plating solution of the present invention is a copper electrolytic plating solution having copper sulfate, sulfuric acid, polyethylene glycol, sodium chloride, and bis (3-sulfopropyl) disulfide as a base composition, and comprising benzotriazole as a flattener. Solution.

본 발명의 구리 전해 도금 방법은 황산구리, 황산, 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨, 비스(3-설포프로필)디설파이드를 기본 조성으로 하는 구리 전해 도금에 있어서, 평탄제로 벤조트리아졸을 사용하여 후기 전착 또는 전 및 후기 전착하는 것을 특징으로 하는 구리 전해 도금 방법이다. The copper electroplating method of the present invention is a late electrodeposition or pre and post electrodeposition using benzotriazole as a flattener in copper electroplating based on copper sulfate, sulfuric acid, polyethylene glycol, sodium chloride, bis (3-sulfopropyl) disulfide. It is a copper electroplating method characterized by electrodeposition.

상기 구리 전해 도금 방법은 The copper electroplating method

(ⅰ) 황산구리, 황산으로 이루어지는 기본 용액에 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨, 비스(3-설포프로필)디설파이드를 첨가한 구리 전해 도금 용액에서 5 내지 50 초간 기판을 전기 전착하는 단계;(Iii) electroplating the substrate for 5 to 50 seconds in a copper electrolytic plating solution in which polyethylene glycol, sodium chloride, and bis (3-sulfopropyl) disulfide are added to a basic solution consisting of copper sulfate and sulfuric acid;

(ⅱ) 상기 전기 전착된 기판을 초순수로 1 내지 5 초간 세척하고 질소 가스로 물기를 제거하는 단계; (Ii) washing the electrodeposited substrate with ultrapure water for 1 to 5 seconds and removing water with nitrogen gas;

(ⅲ) 상기 기본 용액에 벤조트리아졸을 첨가하고, 상기 물기가 제거된 기판을 140 초간 후기 전착하는 단계; 및 (Iii) adding benzotriazole to the base solution and late electrodepositing the substrate from which the moisture has been removed for 140 seconds; And

(ⅳ) 상기 후기 전착된 기판을 초순수로 5 내지 10 초간 세척하고 질소 가스로 물기를 제거하는 단계;(Iii) washing the late electrodeposited substrate with ultrapure water for 5 to 10 seconds and removing water with nitrogen gas;

를 포함하여 이루어지는 방법(A)이다.It is a method (A) which consists of.

또한 상기 구리 전해 도금 방법은In addition, the copper electroplating method

(ⅰ) 황산구리, 황산으로 이루어지는 기본 용액에 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨, 비스(3-설포프로필)디설파이드 및 벤조트리아졸을 첨가한 구리 전해 도금 용액에서 5 내지 50 초간 기판을 전기 전착하는 단계;(Iii) electrodepositing the substrate for 5 to 50 seconds in a copper electrolytic plating solution in which polyethylene glycol, sodium chloride, bis (3-sulfopropyl) disulfide and benzotriazole are added to a basic solution consisting of copper sulfate and sulfuric acid;

(ⅱ) 상기 전기 전착된 기판을 초순수로 1 내지 5초간 세척하고 질소 가스로 물기를 제거하는 단계; (Ii) washing the electrodeposited substrate with ultrapure water for 1 to 5 seconds and removing water with nitrogen gas;

(ⅲ) 상기 물기가 제거된 기판을 상기 (ⅰ)의 구리 전해 도금 용액으로 140 초간 후기 전착하는 단계; 및 (Iii) post-depositing the water-removed substrate with the copper electrolytic plating solution of (iii) for 140 seconds; And

(ⅳ) 상기 후기 전착된 기판을 초순수로 5 내지 10 초간 세척하고 질소 가스로 물기를 제거하는 단계;(Iii) washing the late electrodeposited substrate with ultrapure water for 5 to 10 seconds and removing water with nitrogen gas;

를 포함하여 이루어지는 방법(B)이다.It is a method (B) which consists of.

상기 구리 전해 도금 방법은 황산구리, 황산으로 이루어진 기본 용액에서 SCE(Standard Calomel Electride) 대비 -250 mV의 전압을 인가함으로써 이루어지는 방법으로, 구리 전해 도금이 여러 단계로 나누어지는 다단계(multi-step) 공정으로 이루어진다.The copper electroplating method is performed by applying a voltage of -250 mV to SCE (Standard Calomel Electride) in a basic solution consisting of copper sulfate and sulfuric acid, and is a multi-step process in which copper electroplating is divided into several steps. Is done.

상기 구리 전해 도금 방법(A)는 황산구리 0.25 M, 황산 1 M로 이루어진 기본 용액에, 첨가제로 폴리에틸렌글리콜 88 μM, 염화나트륨 1 mM, 비스(3-설포프로필)디설파이드 50 μM을 포함하는 구리 전해 도금 용액으로 5 내지 50 초간 전기 전착을 하고, 상기 기본 용액에 평탄제로 벤조트리아졸 0.01 내지 5 mM을 포함하는 구리 전해 도금 용액을 사용하여 후기 전착을 하는 방법이다.The copper electroplating method (A) is a copper electrolytic plating solution containing a copper sulfate of 0.25 M, 1 M sulfuric acid, a polyethylene glycol 88 μM, sodium chloride 1 mM, bis (3-sulfopropyl) disulfide 50 μM as an additive Electrodeposition for 5 to 50 seconds, and the late electrodeposition using a copper electrolytic plating solution containing 0.01 to 5 mM of benzotriazole as the leveling agent to the base solution.

상기 구리 전해 도금 방법(B)는 황산구리, 황산으로 이루어진 기본 용액에, 첨가제로 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨을 포함하고, 또한 첨가제로 비스(3-설포프로필)디설파이드 및 평탄제로 벤조트리아졸을 포함하는 구리 전해 도금 용액을 사용하되, 각 단계의 비스(3-설포프로필)디설파이드 및 벤조트리아졸의 농도를 변화시켜 단계별 전착에 의해 결함이 없고 단차가 없는 구리 박막을 제조하는 방법이다.The copper electroplating method (B) is a copper electrolytic plating solution comprising copper sulfate and sulfuric acid, including polyethylene glycol and sodium chloride as an additive, and bis (3-sulfopropyl) disulfide as an additive and benzotriazole as a flattening agent. By using a plating solution, the concentration of bis (3-sulfopropyl) disulfide and benzotriazole in each step is changed to produce a defect-free and step-free copper thin film by stepwise electrodeposition.

상기 구리 전해 도금 방법(B)는 황산구리 0.25 M, 황산 1 M로 이루어진 기본 용액에, 첨가제로 폴리에틸렌글리콜 88 μM, 염화나트륨 1 mM, 비스(3-설포프로필)디설파이드 0.01 내지 1 mM 및 평탄제로 벤조트리아졸 0.01 내지 5 mM을 포함하는 구리 전해 도금 용액으로 5 내지 50 초간 전기 전착을 하고, 상기와 동일한 구성의 구리 전해 도금 용액으로 후기 전착을 하는 방법이다.The copper electroplating method (B) is a basic solution consisting of 0.25 M copper sulfate and 1 M sulfuric acid, 88 μM polyethylene glycol as an additive, 1 mM sodium chloride, 0.01 to 1 mM bis (3-sulfopropyl) disulfide, and benzotria as a flatter. Electrolytic electrodeposition is carried out for 5 to 50 seconds with a copper electrolytic plating solution containing 0.01 to 5 mM of a sol, and late electrodeposition is carried out with a copper electrolytic plating solution having the same configuration as above.

상기 구리 전해 도금 방법(B)의 전기 전착 단계(ⅰ)는 비스(3-설포프로필)디설파이드와 벤조트리아졸의 농도비가 1:1 내지 1:20인 것이 바람직하며, 최적 농도 비로 1:8인 것이 보다 바람직하다.In the electrodeposition step (i) of the copper electrolytic plating method (B), the concentration ratio of bis (3-sulfopropyl) disulfide and benzotriazole is preferably 1: 1 to 1:20, and the ratio is 1: 8 at an optimum concentration ratio. It is more preferable.

상기 구리 전해 도금 방법(B)의 후기 전착 단계(ⅲ)는 비스(3-설포프로필)디설파이드와 벤조트리아졸의 농도비가 1:1 내지 1:200인 것이 바람직하며, 최적 농도비로 1:80인 것이 보다 바람직하다.In the late electrodeposition step (B) of the copper electrolytic plating method (B), the concentration ratio of bis (3-sulfopropyl) disulfide and benzotriazole is preferably 1: 1 to 1: 200, and the optimal concentration ratio is 1:80. It is more preferable.

상기 구리 전해 도금 방법(A) 및 (B)의 후기 전착하는 단계는 전착 시간이 140 초인 것이 바람직하며, 이는 공정 상의 조건에 의해 조절할 수 있다.In the late electrodeposition of the copper electrolytic plating methods (A) and (B), the electrodeposition time is preferably 140 seconds, which can be controlled by process conditions.

상기 구리 전해 도금 방법의 각 단계별 첨가제의 조합 및 농도를 하기 표 1에 나타내었다.The combination and concentration of the additives in each step of the copper electroplating method are shown in Table 1 below.

구리 전해 도금 방법(A)Copper Electroplating Method (A) 구리 전해 도금 방법(B)Copper Electroplating Method (B) 전기 전착Electric electrodeposition 후기 전착Late electrodeposition 전기 전착Electric electrodeposition 후기 전착Late electrodeposition 전착 시간 (s)Electrodeposition time (s) 5 ~ 505 to 50 140140 5 ~ 505 to 50 140140 평탄제 BTALeveling agent BTA -- 0.01 ~ 5 mM0.01 to 5 mM 0.01 ~ 5 mM0.01 to 5 mM 0.01 ~ 5 mM0.01 to 5 mM 첨가제additive PEGPEG 88 μM88 μM -- 88 μM88 μM 88 μM88 μM Cl- Cl - 1 mM1 mM -- 1 mM1 mM 1 mM1 mM SPSSPS 50 μM50 μM -- 0.01 ~1 mM0.01 to 1 mM 0.01 ~1 mM0.01 to 1 mM

상기 기판은 종횡비(aspect ratio) 2:1, 트렌치 폭(trench width) 160 nm 형태이고, Cu(60 nm)/Ta(7.5 nm)/TaN (7.5 nm)/Si 구조를 갖는 것이다. The substrate has an aspect ratio of 2: 1, a trench width of 160 nm, and has a structure of Cu (60 nm) / Ta (7.5 nm) / TaN (7.5 nm) / Si.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예 에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are provided to help understanding of the present invention, but the following examples are merely to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

[실시예]EXAMPLE

실시예 1Example 1

구리 전해 도금 방법(A)를 이용한 구리 박막의 제조Preparation of Copper Thin Film Using Copper Electroplating Method (A)

종횡비(aspect ratio) 2:1, 트렌치 폭(trench width) 160 nm 형태이고, Cu(60 nm)/Ta(7.5 nm)/TaN (7.5 nm)/Si 구조를 갖는 기판을 황산구리 0.25 M, 황산 1 M로 이루어진 기본 용액에, 첨가제로 폴리에틸렌글리콜 88 μM, 염화나트륨 1 mM, 비스(3-설포프로필)디설파이드 50 μM을 포함한 PEG-Cl-SPS에서 구리 전해 도금 용액으로 40 초간 전기 전착하여 범프가 형성되기 전까지 구리 전해 도금을 실시하였다. 상기 전기 전착된 기판을 초순수로 5초간 세척하고 질소 가스로 물기를 제거하였다. 상기 물기가 제거된 기판을 황산구리 0.25 M, 황산 1 M로 이루어진 기본 용액에 벤조트리아졸 200 μM을 첨가한 구리 전해 도금 용액에서 140 초간 후기 전착하여 전해 도금을 실시하였다. 상기 후기 전착된 기판을 초순수로 10초간 세척하고 질소 가스로 물기를 제거하였다.A substrate having an aspect ratio of 2: 1, a trench width of 160 nm, and having a Cu (60 nm) / Ta (7.5 nm) / TaN (7.5 nm) / Si structure was formed using copper sulfate 0.25 M, sulfuric acid 1 In a basic solution consisting of M, bumps were formed by electro-depositing with a copper electrolytic plating solution for 40 seconds in a PEG-Cl-SPS containing 88 μM polyethylene glycol, 1 mM sodium chloride, and 50 μM bis (3-sulfopropyl) disulfide as an additive. Copper electroplating was performed until now. The electrodeposited substrate was washed with ultrapure water for 5 seconds and dried with nitrogen gas. The water-removed substrate was subjected to late electrodeposition for 140 seconds in a copper electrolytic plating solution in which 200 μM of benzotriazole was added to a basic solution consisting of 0.25 M of copper sulfate and 1 M of sulfuric acid. The late electrodeposited substrate was washed with ultrapure water for 10 seconds and dried with nitrogen gas.

상기 전기 전착 공정(a) 및 후기 전착 공정(b) 후의 구리 박막의 SEM 사진을 도 3에 나타내었다. The SEM photograph of the copper thin film after the said electrodeposition process (a) and the late electrodeposition process (b) is shown in FIG.

그 결과, 본 발명의 구리 전해 도금 방법(A)로 제조된 구리 박막은 전기 전착 과정에서 바닥부터 채움(bottom-up precess)이 관찰되었으며, 그 증거물인 범프가 형성된 것을 확인할 수 있었다. 그러므로, 전착된 막이 결함이 없음을 확인할 수 있었다. 또한, 다마신 구조를 갖는 기판에서 종래의 전해 도금 방법에 의해 형성된 도 1의 구리 박막과 비교하여 단차가 많이 감소된 것을 확인할 수 있다. As a result, the copper thin film produced by the copper electroplating method (A) of the present invention was observed from the bottom (bottom-up precess) during the electrodeposition process, it was confirmed that the bump was formed as evidence. Therefore, it was confirmed that the electrodeposited membrane was free of defects. In addition, it can be seen that in the substrate having the damascene structure, the step difference is much reduced as compared with the copper thin film of FIG. 1 formed by the conventional electrolytic plating method.

실시예 2Example 2

구리 전해 도금 방법(B)를 이용한 구리 박막의 제조Preparation of Copper Thin Film Using Copper Electroplating Method (B)

상기 실시예 1에서 황산구리 0.25 M, 황산 1 M로 이루어진 기본 용액에, 첨가제로 폴리에틸렌글리콜 88 μM, 염화나트륨 1 mM, 비스(3-설포프로필)디설파이드 50 μM 및 벤조트리아졸 400 μM을 포함한 PEG-Cl-SPS-BTA 구리 전해 도금 용액으로 40 초간 전기 전착하고, 황산구리 0.25 M, 황산 1 M로 이루어진 기본 용액에, 첨가제로 폴리에틸렌글리콜 88 μM, 염화나트륨 1 mM, 비스(3-설포프로필)디설파이드 25 μM 및 벤조트리아졸 2000 μM을 포함한 PEG-Cl-SPS-BTA 구리 전해 도금 용액으로 140 초간 후기 전착하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.In Example 1, the base solution consisting of 0.25 M copper sulfate and 1 M sulfuric acid, PEG-Cl containing 88 μM polyethylene glycol, 1 mM sodium chloride, 50 μM bis (3-sulfopropyl) disulfide, and 400 μM benzotriazole -Electrodeposited for 40 seconds with -SPS-BTA copper electrolytic plating solution, to a basic solution consisting of 0.25 M copper sulfate, 1 M sulfuric acid, 88 μM polyethylene glycol, 1 mM sodium chloride, 25 μM bis (3-sulfopropyl) disulfide and Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1 except for the late electrodeposition for 140 seconds with PEG-Cl-SPS-BTA copper electroplating solution containing 2000 μM of benzotriazole.

상기 전기 전착 공정(a) 및 후기 전착 공정(b) 후의 구리 박막의 SEM 사진을 도 4에 나타내었다. The SEM photograph of the copper thin film after the said electrodeposition process (a) and the late electrodeposition process (b) is shown in FIG.

그 결과, 본 발명의 구리 전해 도금 방법(B)로 제조된 구리 박막은 상기 실시예 1에서 제조된 구리 박막과 마찬가지로 전기 전착 과정에서 바닥부터 채움(bottom-up precess)이 관찰되고 그 증거물인 범프가 형성된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 종래의 구리 전해 도금 방법에 의해 형성된 도 1의 구리 박막과 비교하여 단차 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다.As a result, the copper thin film produced by the copper electroplating method (B) of the present invention, like the copper thin film prepared in Example 1, bottom-up precess was observed in the electrodeposition process and bumps as a proof thereof. It could be confirmed that was formed. In addition, it was confirmed that there is no step difference compared with the copper thin film of FIG. 1 formed by the conventional copper electroplating method.

비교예 1Comparative Example 1

종횡비(aspect ratio) 2:1, 트렌치 폭(trench width) 160 nm 형태이고, Cu(60 nm)/Ta(7.5 nm)/TaN (7.5 nm)/Si 구조를 갖는 기판을 황산구리 0.25 M, 황산 1 M로 이루어진 기본 용액에, 첨가제로 폴리에틸렌글리콜 88 μM, 염화나트륨 1 mM, 비스(3-설포프로필)디설파이드 50 μM을 포함한 PEG-Cl-SPS에서 구리 전해 도금 용액으로 180 초간 전기 전착하여 전해 도금을 실시하였다. A substrate having an aspect ratio of 2: 1, a trench width of 160 nm, and having a Cu (60 nm) / Ta (7.5 nm) / TaN (7.5 nm) / Si structure was formed using copper sulfate 0.25 M, sulfuric acid 1 Electrolytic plating was carried out on a basic solution consisting of M, electro-deposited with copper electrolytic plating solution for 180 seconds in PEG-Cl-SPS containing 88 μM polyethylene glycol, 1 mM sodium chloride, and 50 μM bis (3-sulfopropyl) disulfide as an additive. It was.

상기 제조된 구리 박막의 SEM 사진을 도 1에 나타내었다. An SEM photograph of the prepared copper thin film is shown in FIG. 1.

그 결과, 트렌치 밀도가 높은 지역에서 약 400 ㎚ 이상의 단차가 형성된 것을 확인할 수 있었으며, 이는 가속제, 감속제의 조합만으로 전착하여 제조한 구리 전해 도금에 있어서 평탄제의 역할의 중요성을 나타내고 있다.As a result, it was confirmed that a step of about 400 nm or more was formed in a region of high trench density, which indicates the importance of the planarizer in the copper electroplating produced by electrodeposition only with a combination of an accelerator and a moderator.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 벤조트리아졸(Benzotriazole, BTA)을 평탄제(leveler)로 사용하여 구리 전해 도금하여 초등각 전착(superconformal deposition)을 시키고, 범프의 형성 및 성장을 억제하여 웨이퍼 전 영역에서 단차(leveling)가 없어 화학적 기계적 연마 공정에서 효율을 향샹시키고 소자의 수율을 개선할 수 있는 구리 박막을 제조할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, benzotriazole (BTA) is used as a leveler, and copper electroplating is used to perform superconformal deposition, and to suppress bump formation and growth. Since there is no leveling in all areas, there is an effect of manufacturing a copper thin film which can improve the efficiency and improve the yield of the device in the chemical mechanical polishing process.

이상에서 본 발명의 기재된 구체예를 중심으로 상세히 설명하였지만, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Although described in detail above with reference to the specific embodiments of the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention, and such variations and modifications belong to the appended claims. It is also natural.

Claims (7)

황산구리, 황산, 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨, 비스(3-설포프로필)디설파이드를 기본 조성으로 하는 구리 전해 도금 용액에 있어서, 평탄제로 벤조트리아졸(Benzotriazole, BTA)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 구리 전해 도금 용액.A copper electrolytic plating solution having copper sulfate, sulfuric acid, polyethylene glycol, sodium chloride, and bis (3-sulfopropyl) disulfide as a base composition, comprising a benzotriazole (BTA) as a flattening agent. solution. 황산구리, 황산, 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨, 비스(3-설포프로필)디설파이드를 기본 조성으로 하는 구리 전해 도금 방법에 있어서,In the copper electrolytic plating method which makes copper sulfate, sulfuric acid, polyethyleneglycol, sodium chloride, bis (3-sulfopropyl) disulfide a basic composition, 평탄제로 벤조트리아졸을 사용하여 후기 전착 또는 전 및 후기 전착하는 것을 특징으로 하는 구리 전해 도금 방법.A copper electroplating method characterized by late electrodeposition or pre and late electrodeposition using benzotriazole as a flattening agent. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 구리 전해 도금 방법은 The copper electroplating method (ⅰ) 황산구리, 황산으로 이루어지는 기본 용액에 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨, 비스(3-설포프로필)디설파이드를 첨가한 구리 전해 도금 용액에서 5 내지 50 초간 기판을 전기 전착하는 단계;(Iii) electroplating the substrate for 5 to 50 seconds in a copper electrolytic plating solution in which polyethylene glycol, sodium chloride, and bis (3-sulfopropyl) disulfide are added to a basic solution consisting of copper sulfate and sulfuric acid; (ⅱ) 상기 전기 전착된 기판을 초순수로 1 내지 5 초간 세척하고 질소 가스로 물기를 제거하는 단계; (Ii) washing the electrodeposited substrate with ultrapure water for 1 to 5 seconds and removing water with nitrogen gas; (ⅲ) 상기 기본 용액에 벤조트리아졸을 첨가하고, 상기 물기가 제거된 기판 을 140 초간 후기 전착하는 단계; 및 (Iii) adding benzotriazole to the base solution and late electrodepositing the substrate from which the moisture has been removed for 140 seconds; And (ⅳ) 상기 후기 전착된 기판을 초순수로 5 내지 10 초간 세척하고 질소 가스로 물기를 제거하는 단계;(Iii) washing the late electrodeposited substrate with ultrapure water for 5 to 10 seconds and removing water with nitrogen gas; 를 포함하여 이루어지는 방법(A)인 것을 특징으로 하는 구리 전해 도금 방법.It is a method (A) which consists of a copper electroplating method characterized by the above-mentioned. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 구리 전해 도금 방법은 The copper electroplating method (ⅰ) 황산구리, 황산으로 이루어지는 기본 용액에 폴리에틸렌글리콜, 염화나트륨, 비스(3-설포프로필)디설파이드 및 벤조트리아졸을 첨가한 구리 전해 도금 용액에서 5 내지 50 초간 기판을 전기 전착하는 단계;(Iii) electrodepositing the substrate for 5 to 50 seconds in a copper electrolytic plating solution in which polyethylene glycol, sodium chloride, bis (3-sulfopropyl) disulfide and benzotriazole are added to a basic solution consisting of copper sulfate and sulfuric acid; (ⅱ) 상기 전기 전착된 기판을 초순수로 1 내지 5초간 세척하고 질소 가스로 물기를 제거하는 단계; (Ii) washing the electrodeposited substrate with ultrapure water for 1 to 5 seconds and removing water with nitrogen gas; (ⅲ) 상기 물기가 제거된 기판을 상기 (ⅰ)의 구리 전해 도금 용액으로 140 초간 후기 전착하는 단계; 및 (Iii) post-depositing the water-removed substrate with the copper electrolytic plating solution of (iii) for 140 seconds; And (ⅳ) 상기 후기 전착된 기판을 초순수로 5 내지 10 초간 세척하고 질소 가스로 물기를 제거하는 단계;(Iii) washing the late electrodeposited substrate with ultrapure water for 5 to 10 seconds and removing water with nitrogen gas; 를 포함하여 이루어지는 방법(B)인 것을 특징으로 하는 구리 전해 도금 방법.It is a method (B) which consists of a copper electroplating method characterized by the above-mentioned. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 구리 전해 도금 방법(A)는 황산구리 0.25 M, 황산 1 M로 이루어진 기본 용액에, 첨가제로 폴리에틸렌글리콜 88 μM, 염화나트륨 1 mM, 비스(3-설포프로필)디설파이드 50 μM을 포함하는 구리 전해 도금 용액으로 전기 전착을 하고, 상기 기본 용액에 평탄제로 벤조트리아졸 0.01 내지 5 mM을 포함하는 구리 전해 도금 용액을 사용하여 후기 전착을 하는 것을 특징으로 하는 구리 전해 도금 방법.The copper electroplating method (A) is a copper electrolytic plating solution containing a copper sulfate of 0.25 M, 1 M sulfuric acid, a polyethylene glycol 88 μM, sodium chloride 1 mM, bis (3-sulfopropyl) disulfide 50 μM as an additive Electro-deposition of the copper electroplating method, characterized in that the electro-deposition by using a copper electrolytic plating solution containing 0.01 to 5 mM of benzotriazole as a flat agent to the base solution. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 구리 전해 도금 방법(B)는 황산구리 0.25 M, 황산 1 M로 이루어진 기본 용액에, 첨가제로 폴리에틸렌글리콜 88 μM, 염화나트륨 1 mM, 비스(3-설포프로필)디설파이드 0.01 내지 1 mM 및 평탄제로 벤조트리아졸 0.01 내지 5 mM을 포함하는 구리 전해 도금 용액으로 전기 전착을 하고, 상기와 동일한 구성의 구리 전해 도금 용액으로 후기 전착을 하는 것을 특징으로 하는 구리 전해 도금 방법.The copper electroplating method (B) is a basic solution consisting of 0.25 M copper sulfate and 1 M sulfuric acid, 88 μM polyethylene glycol as an additive, 1 mM sodium chloride, 0.01 to 1 mM bis (3-sulfopropyl) disulfide, and benzotria as a flatter. Electrolytic electrodeposition with a copper electrolytic plating solution containing 0.01 to 5 mM of a sol, and late electrodeposition with a copper electrolytic plating solution having the same configuration as above. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 구리 전해 도금 방법(B)는 전기 전착 단계(ⅰ)의 비스(3-설포프로필)디설파이드와 벤조트리아졸의 농도비가 1:1 내지 1:20이며, 후기 전착 단계(ⅲ)의 비스(3-설포프로필)디설파이드와 벤조트리아졸의 농도비가 1:1 내지 1:200인 것을 특징으로 하는 구리 전해 도금 방법.In the copper electroplating method (B), the bis (3-sulfopropyl) disulfide and benzotriazole in the electrodeposition step (v) have a concentration ratio of 1: 1 to 1:20, and the bis (3) in the late electrodeposition step (v). The concentration ratio of sulfopropyl) disulfide and benzotriazole is 1: 1 to 1: 200, characterized in that the copper electroplating method.
KR1020050118660A 2005-12-07 2005-12-07 Cu electro deposition by using leveler KR100880521B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050118660A KR100880521B1 (en) 2005-12-07 2005-12-07 Cu electro deposition by using leveler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050118660A KR100880521B1 (en) 2005-12-07 2005-12-07 Cu electro deposition by using leveler

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070059617A true KR20070059617A (en) 2007-06-12
KR100880521B1 KR100880521B1 (en) 2009-01-28

Family

ID=38355900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050118660A KR100880521B1 (en) 2005-12-07 2005-12-07 Cu electro deposition by using leveler

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100880521B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114703517A (en) * 2021-03-19 2022-07-05 南通麦特隆新材料科技有限公司 Copper electroplating solution for filling through holes of IC carrier plate and electroplating method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1497069A (en) * 2002-06-03 2004-05-19 希普雷公司 Uniform-planar agent compound
EP1741804B1 (en) * 2005-07-08 2016-04-27 Rohm and Haas Electronic Materials, L.L.C. Electrolytic copper plating method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114703517A (en) * 2021-03-19 2022-07-05 南通麦特隆新材料科技有限公司 Copper electroplating solution for filling through holes of IC carrier plate and electroplating method
CN114703517B (en) * 2021-03-19 2024-02-27 南通麦特隆新材料科技有限公司 Electrolytic copper plating solution for filling through holes of IC carrier plate and electrolytic plating method

Also Published As

Publication number Publication date
KR100880521B1 (en) 2009-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6610192B1 (en) Copper electroplating
US6709562B1 (en) Method of making electroplated interconnection structures on integrated circuit chips
US20060017169A1 (en) Electroplated interconnection structures on integrated circuit chips
TW200424330A (en) Reverse pulse plating composition and method
EP0932913A1 (en) Electroplated interconnection structures on integrated circuit chips
CN1296375A (en) Method for filling through hole
TW200415263A (en) Electrolytic copper plating solutions
JP7223083B2 (en) Acidic aqueous composition for electrolytic copper plating
US20080087549A1 (en) Additive For Copper Plating And Process For Producing Electronic Circiut Substrate Therewith
KR20230054707A (en) Compositions and methods for electrodeposition of nanotwinned copper
US20040222104A1 (en) Electroplating composition
JP5039923B2 (en) Electroplated interconnect structures on integrated circuit chips.
US20120175744A1 (en) Copper electroplating composition
KR100880521B1 (en) Cu electro deposition by using leveler
JP5419793B2 (en) Electroplated interconnect structures on integrated circuit chips.
KR100885369B1 (en) New leveler for leveling and cu electro deposition by using the same
US20210062353A1 (en) Leveling agent and copper plating composition comprising the same
KR100429770B1 (en) Copper electroplating solution
JP4551206B2 (en) Electroplated interconnect structures on integrated circuit chips.
US7227265B2 (en) Electroplated copper interconnection structure, process for making and electroplating bath
KR100727213B1 (en) Superconformal Cu Electro-Deposition by Using Additive
KR102445575B1 (en) Leveller for plating, composition for plating comprising the same and method of forming copper wire
OYAMADA et al. Via-filling by Copper Electroplating using Stepwise Current Control

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee