TW589410B - A novel composition of copper electroplating solution - Google Patents
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589410 玖、發明說明 (發日^兌^^敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、內容、實施方式及圖式簡 單說明） 本發明是有關於一種用於極大型積體電路ULSI中的 化學配方’且特別是有關於一種用於金屬鑲嵌製程中之銅 電鍍液組成物。 在積體電路製程中，以鋁作爲金屬導線的技術已經發 展的相當成熟了。但是，由於鋁本身材質的電阻値太大（約 爲2.7mQ-cm)’且鋁易產生電致遷移的現象而易造成斷線 的情形’因此在深次微米的半導體製程中以電阻値較低(約 爲1.7m Ω -cm)且抗電致遷移能力較佳的銅來取代鋁已經成 爲一種趨勢。因此，目前各大半導體製造公司，莫不投入 大量的人力與物力來從事銅製程的硏發。 由於不易蝕刻金屬銅，因此銅製程中的金屬導線大多 以金屬鑲嵌製程來製作。金屬鑲嵌製程是於形成介電層之 後，再於介電層中形成介層窗開口與導線溝渠，隨後以銅 金屬材料塡滿開口與溝渠，以作爲導線及插塞。這樣的製 程雖然可以避免銅層不易蝕刻的問題，但是在形成銅層 時’能將開口完全塡滿，且沒有孔洞（Void)或縫隙（Seam) 之形成，就成了製作銅層時最大的挑戰。 可用於形成銅層的方法包括物理氣相沉積法（physical vapor deposition ; PVD)、化學氣相沉積法（chemical vapor deposition ; CVD)以及電鍍銅（Cu electroplating)技術等。 其中，若以物理與化學氣相沉積法來製作銅層，不但成本 7 5953twO.doc/008 較闻’且其所形成的銅層也將因爲塡洞能力不佳而造成銅 層品質的低落。因此以電鍍銅技術來製作銅層可以說是積 體電路製程中形成銅層的最佳選擇。 電鍍銅的塡洞能力，不但與進行電鍍的條件有關，其 所使用之電鍍液的成分更是一項不可或缺的因素。一般傳 統的銅電鍍液只注重電鍍銅後之銅層外觀，並未考慮銅層 开》成後之電性問題，所以加入過量之平整劑（leveling agents)來維持優良的塡洞能力，以致殘留微量之平整劑 於銅層中’而造成銅層之電性不良問題。因此，尋找一種 適用於極大型積體電路中的高效添加劑，已成爲硏究銅電 鍍液組成物之重要課題。所謂高效添加劑亦即加入少量添 加劑就能於深次微米金屬鑲嵌製程中達到超塡塞 (super-filling)能力。 因此本發明提供一種高效銅電鍍液之組成物，適用於 極大型積體電路製程。於銅電鍍液中加入少量之添加劑， 即可使得形成在低於0.2/zm開口中的銅層具有較佳的品 質且不會產生孔洞或是縫隙。 根據本發明之上述及其他目的，提出一種銅電鍍液組 成物。此電鍍液組成物中具有高的酸/銅離子濃度比値、 一種不同平均分子量之聚乙烯二醇（polyethylene glycol ; PEG )以及具有選擇性抑制梯度（selective inhibition gradient)之平整劑，其中平整劑主要是由具有位於氮原 子鄰位之硫醇基（mercapto-group)的吡啶（pyridine)衍 生物或同時具有苯並（benzyl groups)與氨基 (amino- 5953twO.doc/008 8 group)的噻哩（thiazole)衍生物組成。 因此，本發明提供一種銅電鍍液組成物，此銅電鍍液 可以在深次微米金屬鑲嵌之電鍍銅製程中提供良好的塡洞 能力。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下文特舉較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖所繪示爲依照本發明之較佳實施例吡啶衍生物 與銅層表面吸附/脫附作用的示意圖；以及 第2A圖至第2C圖所繪示爲依照本發明之較佳實施 例金屬鑲嵌之製造流程剖面圖。 圖示標號說明： 200 :半導體基材 202 :介電層 204 :開口 206 :黏著層 208 :阻障層 210 :銅晶種層 212 :銅層 實施例 本發明之銅電鍍液組成物包括銅離子源、電解質、潤 濕劑以及具有選擇性抑制梯度之平整劑。其中，銅離子源 例如爲CuS04 · 5H20 ;電解質例如爲硫酸以及氯離子；潤 濕劑則例如爲二種不同平均分子量之聚乙烯二醇 5953twf2.doc/008 9 589410 (polyethylene glycol; PEG)，其中較低分子量之聚乙烯二 醇分子量約爲200至600，而較高分子量之聚乙烯二醇分 子量約爲2,000至20,000;具有選擇性抑制梯度之平整劑， 而此平整劑主要是由具有位於氮原子鄰位之硫醇基的吡啶 衍生物，例如爲2-硫醇吡啶，其結構式如下所示：
2-硫醇^比啶
或由同時具有苯並與氨基的噻唑衍生物組成，而噻唑衍生 物，例如爲2-氨基苯並噻唑、2-氨基-4-甲基苯並噻唑或2-氨基-5，6_二甲基苯並噻哩，其結構式如下所示：
5953twO.doc/008 10 589410 CH,
NH〇 2-氨基苯並噻唑 H3C， s
NH,
-N
NH, 2-氨基-4-甲基莱16噻唑 η3^ 2-氨基-5,6-二甲基苯並噻唑 其中各個成份的使用濃度則分述如下：銅離子的濃度較佳 爲5至60g/l，更佳爲10至30g/l ;硫酸的濃度較佳爲100 至600g/l，更佳爲150至300g/l ;氯離子的濃度較佳爲50 至lOOppm ; PEG ( 2000)的濃度較佳爲10至300ppm，更 佳爲20至80ppm ; PEG ( 200 )的濃度較佳爲100至 3000ppm，更佳爲500至1500ppm ;用以增加此銅電鍍液 之塡洞效果的平整劑，例如爲2-氨基苯並噻唑，而2-氨基 苯並噻唑的濃度較佳爲3至200ppm，更佳爲10至90ppm ◦ 其中，PEG可降低表面張力，而PEG ( 2000 )可改善晶粒 11 5953twf2.doc/008 品質，PEG ( 200 )可促進塡洞能力。另外，請參照第1 圖，其所繪示爲依照本發明之較佳實例吡啶衍生物與銅層 表面吸附/脫附作用的示意圖。平整劑可與銅層表面之銅 原子形成螯狀化合物。因此藉由平整劑與銅晶種層與新成 長之銅核團的強吸附作用，以降低銅晶體成長的速率。同 時因平整劑在開口頂端與開口側壁之濃度高於開口底部的 濃度。所以相較於開口底部，較強的抑制效應會發生在開 Q頂端與開口側壁。如此，於開口底部之銅晶體成長速率 相對的較高，因而可達到超塡塞的效果。 爲了更加淸楚的說明本發明所揭露的銅電鍍液之使用 方法，以下將說明進行電鍍銅的方法。 請參照第2A圖’首先提供一個半導體基底200 ’其 中於此半導體基底200上已形成有半導體元件（未繪示於 圖中）。接著，於此半導體基底200上形成一層介電層202， 其中此介電層202的材質可以爲氧化物。之後，移除部分 的介電層202，以在介電層202中形成尺寸小於0.2# m之 開口 204，此開口 204暴露出半導體基底200的部分表面。 請參照第2B圖，形成黏著層206覆蓋於半導體基材 200與介電層202上，其中黏著層206與半導體基材200 以及介電層202所構成之結構共形。其中黏著層206的材 質包括氮化鈦（TiN)。接著，形成與黏著層206共形的阻障 層208。阻障層208的材質包括氮化钽(TaN)，而其沉積方 法，例如爲離子化金屬電漿法（IMP)。其中，阻障層208 的功能在於避免後續形成之導電層擴散至介電層202中， 5953twf2.doc/008 12 而黏著層206的作用則是在增進阻障層208與介電層2〇2 之間的附著力。 請參照第2C圖，形成與阻障層208共形的銅晶種層 210覆蓋於阻障層208，其作用在於增進電鍍時銅質沉積 的效率及品質。其中銅晶種層210之沉積方法，例如爲離 子化金屬電漿法。接著，將半導體基材2〇〇放入裝有本發 明之銅.電鍍液的Hull電池中，在低於溫度攝氏3〇度，電 流密度爲〇.5A/dm2至5A/dm2的條件下進行電鏟，而形成 銅層212覆蓋於半導體基底200上，並旦塡滿開口 2〇4。 以此銅電鏟液組成物來進行電鍍銅於半導體基底上，可達 到最佳之塡洞能力。此效果之產生是因銅在開口底部之沉 積速率高於在開口頂端或開口側壁的沉積速率。因此優良 的平整劑除了需要有適當的活化超電勢（activation overpotential)，還必需具有選擇性抑制梯度。 由上述本發明較佳實施例可知，依本發明之銅電鍍液 組成物來進行電鍍，可以將尺寸低於0.2/zm且高寬比大 的開口完全塡滿，而達到超塡塞效能。此乃因本發明之銅 電鍍液組成物中之添加劑具有適當的活化超電勢，且能降 低電解液之表面張力，並對於欲鑲嵌之開口具有選擇性抑 制梯度。如此一來，以金屬鑲嵌技術製作銅導線就可以得 到與上、下層元件或導線接觸較佳、雜質較少且沒有孔洞 或縫隙的銅插塞，以達到製程所需的要求。另外，本發明 之銅電鍍液組成物所添加之平整劑量極少，但卻可達到超 塡塞之效果。 5953twf2.doc/008 13 589410 綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然 其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本 發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本 發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 5953twf2.doc/008 14
Claims (1)
- 中該聚乙烯二醇PEG ( 200)之濃度爲100至3000 ppm。 8. 如申請專利範圍第1項所述之銅電鍍液組成物，其 中該聚乙烯二醇PEG ( 200 )之濃度爲500至1 500 ppm。 9. 如申請專利範圍第1項所述之銅電鍍液組成物，其 中該聚乙烯二醇PEG ( 2000)之濃度爲10至300 ppm。 10. 如申請專利範圍第1項所述之銅電鏟液組成物，其 中該聚乙烯二醇PEG ( 2000)之濃度爲20至80 ppm。 Π.如申請專利範圍第1項所述之銅電鍍液組成物，其 中該平整劑包括2-硫醇吡啶。 12. 如申請專利範圍第1項所述之銅電鍍液組成物，其 中該平整劑包括2-氨基苯並噻唑。 13. 如申請專利範圍第1項所述之銅電鍍液組成物，其 中該平整劑包括2-氨基-4-甲基苯並噻唑。 14. 如申請專利範圍第1項所述之銅電鍍液組成物，其 中該平整劑包括2-氨基-5,6-二甲基苯並噻唑。 15. 如申請專利範圍第12項所述之銅電鍍液組成物， 其中2_氨基苯並噻哩之濃度爲3至200 ppm。 16. 如申請專利範圍第12項所述之銅電鍍液組成物， 其中氨基苯並噻唑之濃度爲10至90 ppm。 5953twf2.doc/008 16
Priority Applications (1)
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| TW89111827A TW589410B (en) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | A novel composition of copper electroplating solution |
Applications Claiming Priority (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
| TW (1) | TW589410B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103103587A (zh) * | 2013-02-22 | 2013-05-15 | 陕西师范大学 | 含巯基杂环化合物的电镀铜溶液 |
-
2000
- 2000-06-16 TW TW89111827A patent/TW589410B/zh not_active IP Right Cessation
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