TWI279458B - Electro-chemical deposition apparatus and method of preventing cavities in an ECD copper film - Google Patents

Description

1279458 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係提供-種電鍍沉積銅(Ele秦ChemieaiDep〇siti〇n

Copper’ECD-Cu)裝置’尤指—種改良之電鍍沉積銅裝置，可避免 電鍍沉積銅薄膜生成空穴。 【先前技術】 隨著積體電路的積集度不斷增加，金屬連線的Rc延遲㈣ time delay)效應將可麵地會影響到元件操作效能。若欲改善此一 狀況可以採用電阻值較低的金屬做為金屬導線或是降低金屬導線 間的介電層的寄生電容。轉程是—個解決RC延遲效應的可行方 案。近兩年，-些製程技術的魏，例如各種擴散阻障的研究發 展，以及銅化學機械研磨技術的開發等等，使得早期銅製程所遭 遇的問題，逐一被解決。製程整合問題的解決，加上銅本身具有 低電阻值及兩導熱性4優點，因此在〇·25em世代以下的製程中， 銅在積體電路製程中的應用將會越來越廣泛。 目前，用以沈積銅膜的技術包括有物理氣相沈積、化學氣相 沈積、無電鑛法、及電鑛法等。其中，由於銅電鍍法具有成本便 宜以及產出率快的優點，已被廣泛應用在工業界中。在電錢過程 中，鍍膜表面的均勻性會受到鍍液的成分、溫度、電流密度、以 及被鑛物表面的潔淨鑛等因素的影響。例如，在鑛銅的時候，含 氰離子的鍍液所鍍的銅膜會比含硫酸根離子的鍍液所錢的銅膜光 1279458 滑 2高溫及高電流密度下所得到的鍍膜表面較為粗造，而錢液 可染物或是被錢物表面的污染物則均會導致鑛膜容易脫 、匕在電鑛時，為了增加表面均勻性會對以上的條件做控制。 々此外’為了使被鍍物表_離子敍維持定值，—般陰極多 疋轉電極’使鍍液中的離子易於傳至被鍍物的表面。請參閱 回-與二’圖—與圖二為習知之電鑛裝置示意圖。首先，如圖一 戶^，電社槽1G，分為⑽兩層，其分別為電勒抑以及電 二夕槽14，用以盛裝電鍍液。電鍍液的主要成料含有銅離子的 命液參考電極（Reference dectr〇de ) 16，陽極（C_論) 18，皆制多孔_設計，可使場流方向—致。陰極（歸 ele^r〇de) 2G ’為-旋轉電極，連接至欲電鍍之晶圓r上。當此電 鑛系統被施予—外在链或是電流時，由陽極、讀液、陰極所 組成的電路便會被導通’在陰極進行還原反應，而將銅原:沉積 在晶圓上。 ' 圖二為陰極運動方向示意圖。如圖二所示，為了增進鍍膜厚 度之均勻性’―般在電鍍時陰極都會旋轉，以確保晶_能持續 ，觸到新鮮的電解液。f知技射，陰極採單—魏方向，也就 :在電綱財_—方向旋轉，這樣很料在溶財形成一穩 、定的璇渦(VQrtex) ’並會有許多氣泡生錢雜在旋渦林易去除。 乂些乳泡會造成鍍縣面有㈣(eavity)產生，進㈣響鍍膜 質。 、〇 1279458 【發明内容】 因此，本發明的目的為提供一種電鍍裝置及其使用方式，以 改善膜品質。 本發明係提供一種用於半導體製程之電鍍沈積 (Electro-Chemical Deposition，ECD)裝置，該電鍍裝置包含有一電 解槽，一陽極，設於該電解槽内，以及一旋轉平台，用以放置一 作為電錢沈積陰極之晶圓，且該旋轉平台於該電鍍沈積製程進行 時係以順時針及逆時針方向交錯運轉。 由於本發明之放置晶圓之旋轉平台係以順時針及逆時針方向 父錯運轉’可改善習知技術中之單一方向旋轉而造成穩定漩渦之 缺點，進而改善旋渦中之氣泡留置於晶圓表面而導致鍍膜表面有 許多空洞產生關題，錢龍高鑛膜品質的目的。 【實施方式】 本發明為-種餘半導難程之電舰積(Ele__chemicai

Deposition，ECD)裝置，該電鑛裝置包含有-電解槽，-陽極，設 於，電解槽内’以及-旋轉平台，用以放置—作為電鏟沈積陰極 :晶圓’雌旋轉平台於該電鍍沈積製程進行時係以順時針及逆 方向又錯運轉由於本發明之旋轉平台係以順時針及逆時針 =錯運轉’故可有效地降低溶液中穩定㈣之形成，以改善 ⑽中之氣_著於晶圓表面，而不易排除之缺點，進而減少鑛 1279458 膜表面所產生的許多小洞，以提高鍍膜品質。 圖三與圖四為本發明之示意圖。請參考圖三，圖三為本發明 之電鍍裝置，同樣地，電解主槽30，分為内外兩層，分別為電解 内槽32以及電解外槽34，用以盛裝電解液。電解液的主要成分為 含有銅離子的溶液，現在工業上所使用的鍍液内以分為含有氰離 子及硫酸根離子等溶液。不過基於環保上的考量，目前工業界多 使用硫酸銅溶液。此外，在鍍液中還會加入一些添加劑，以增加 鑛臈表面平整度。在本發明之較佳實_中，電解料硫酸銅溶 液，流篁約為1公升每分鐘(literperminute，lpm)至15公升每分鐘。 參考電極（Reference dectrode讲以及陽極（c_ter咖伽如) 38，皆採多孔銅網設計，可使場流方向一致，陰極（w〇rk ) 4〇，為一旋轉電極，連接至欲電鍍之晶圓42上。當此電鍍系統被 施予一外在電壓或是電流，由陽極、電解液、陰極所組成的電路 便會被導通，而在陰極進行還原反應，而將銅原子沉積在晶圓上。 在本發明所使用的為一直流電(DC)，電流約為！安培⑷至⑴安 或疋父’现電(AC)，電流約為-ίο安培(a)至1〇安培，頻率約為 5赫茲(Hz)至20赫茲。 圖四為本發明之陰極運動方向示意圖。如圖四所示，為了增 、、、厚度之均勻性，一般在電錢時陰極都會旋轉，以確保晶圓 22月b持雛觸_鮮的電解液。在本發明巾，陰極採順時針與逆 9 1279458 ::方=錯運轉’其正逆旋轉方向交替週期約為丨 逮約母分鐘50轉(_至每分鐘15〇轉。藉由 轉 轉’可以避免溶财產生穩定的制，^ ；^向父錯運 於賴表面，蝴縣錢伽。杨撕的氣泡留滞 =目1於1知触’本發縣由改變陰極旋轉電極的運動方 fΜ液中穩定旋渦的產生’以改善氣泡留滞於鑛膜表面 的現象，而達到減少賴表面空洞產生的目的，以增加賴 坦度。 、斤述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發财請專利範 圍所做之轉變化射㈣1綱树财狀涵蓋卵。 【圖式簡單說明】 .· · 圖一為習知技術之電鍍裝置 圖^為習知技術之陰極運動方式示意圖 圖三為本發明之電鍵方式 圖四為本發明之陰極運動方式示意圖 【主要元件符號說明】 電解内槽 參考電極 10 電解主槽 u 14 電解外槽 16 1279458 22 電鍍之晶圓 32電解内槽 36參考電極 40 陰極 30電解主槽 34電解外槽 38 陽極 42電鍍之晶圓

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Claims (1)

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本 圍： • 一種用於一半導體製程中之電鑛沉積(Ele祕Chemical Dep〇sltion，ECD)裝置，該電錢沉積裝置包含有： 電解槽，用來盛裝一電解液； 一陽極，設於該電解槽内；以及 、，旋轉平台’用來置放_作為電鑛沉積陰極之晶圓，該旋轉 平台於㈣航積s程進行日杨以猶針方向與逆時針方向交錯

運轉，其中该旋轉平台順時針方向與逆時針方向交錯運轉 之週期為1秒至10秒。 2·如中請專利範15第1項之電航積裝置，其中該魏沉積裝置 係用來電鑛沉積銅金屬(eGpper，cu)，而該電解液係為硫酸銅 (copper sulfate，CuS04)溶液。 3_如中請專·圍第1項之電鍍沉魏置，其中該賴液之流量 為每分鐘1公升(lpm)至每分鐘15公升。 4·如申請專利範圍第1項之電鍍沉積裝置，其中該電鍍沉積裝置 係使用一直流電(DC) ’電流為1安培(A)至1〇安培，或使用一交流 電(AC)，電流為-10安培(A)至10安培，頻率為5赫茲(Hz)至2〇赫兹。 5.如申請專利範圍第1項之電鍍沉積裝置，其中該旋轉平台之轉 速每分鐘50轉(rpm)至每分鐘150轉。 12 1279458 6. —種避免一電鍍沉積銅(Eiectro_chemical Deposition Copper， 積之薄膜生成空穴㈣奶的方法，該麵沉積銅 裝置包含有-電解槽用來盛裝—電解液，—陽極設於該電解槽 内，以及—旋轉平台，用來置放—作為f鍍沉積陰極之晶圓，該 方法係使該旋轉平台於該魏沉積_程進行時以別秒至⑴秒 之週期交替正逆方向旋轉。 7·如_明專利fell第6項之方法，其中該電驗係為硫酸銅 (copper sulfate，CuS04)溶液。 8.如帽專纖_7項之方法，其愤f驗之流量為每分鐘丨 公升(lpm)至每分鐘15公升。 9·如申#專利補第6項之方法，其中該電航積裝置係使用 、 流電㈣，树培(A)細安培，錢用—錢電(Μ)，電. 流為-H)安培⑷至10安培，頻率為5赫邮Z)至2〇_。 · 10·如申請專利範圍第6項之方法， 50轉(rpm)至每分鐘15〇轉。 其中該旋轉平台之轉速每分鐘 十一、圓式： 13 1279458 七、指定代表圖： (一） 、本案代表圖為··第三圖 (二） 、本案代表圖之元件代表符號簡單說明 電解外槽 陰極 30 電解主槽 32 電解内槽 34 36參考電極 38 陽極 40 42電鍍之晶圓 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學