一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法技术

本发明专利技术公开了一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法，通过在对晶圆表面的沟槽或通孔进行电镀填充时，采用电流方向可控的电路，以形成电流大小和方向可调的电路，交替对晶圆施加正向和反向电流，形成电镀/刻蚀序列，使得在电镀过程中，不仅可以在晶圆表面进行电镀，也可以将晶圆表面的镀膜进行解离，以得到较好的台阶覆盖率和好的沟槽(通孔)开口，形成完美的填充过程，从而可减少填充过程中形成的空洞缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制造
，更具体地，涉及一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法。
技术介绍
在半导体集成电路制造过程中，电镀铜(ECP)是一种通过电镀的方式在晶圆的表面沉积铜膜，并完成铜布线工艺的制程，其被广泛应用于先进的半导体制造领域。请参阅图1，图1是ECP制程的电镀原理示意图。如图1所示，在电镀槽10中，将需要电镀的晶圆12作为电镀阴极，以铜材13为电镀阳极，并与电源形成回路，对晶圆12施加正向电流，在电镀槽液11中进行电镀，使晶圆12表面覆盖上一层铜膜。其基本原理是采用法拉第电解原理，即晶圆上沉积铜薄膜的厚度与通过晶圆表面的电流成正比。因此电镀的过程与电流和时间强相关，电流是电镀率的直接函数，在晶圆表面不同的电流大小会带来不同的沉积速率。在对晶圆进行ECP制程时，当在通孔或者沟槽位置进行铜填充的时候，由于沟槽或通孔开口处具有台阶结构特征，使得此处的电流密度较大；并且，随着半导体集成电路制造技术的不断发展，特征尺寸越来越小，沟槽或通孔的尺寸也越来越小，即工艺窗口也越来越小。上述这些因素导致电镀时铜填充还未结束的时候，沟槽或通孔的开口已经闭合，这样便容易形成空洞缺陷。请参阅图2-图4，图2-图4是ECP制程中在沟槽开口处形成空洞缺陷的过程原理示意图。半导体行业中的电镀(ECP)制程，电镀过程一般采用直流电进行电镀。如图2所示，由于电镀率正比于电流大小，采用这种电镀方式，在对晶圆20的沟槽21进行电镀铜填充的时候，沟槽的开口23处因存在电流密度较大的问题，使得铜膜22在沟槽开口23处的填充速度过快，远超过其在侧壁及底部的填充速度，使得沟槽开口的宽度小于沟槽侧壁其他位置的宽度；如图3所示，在此状态下，当沟槽仅得到部分填充时，其开口23已变得明显缩小，使得填充更加困难；如图4所示，在铜填充还未结束的时候，沟槽的开口已经闭合，最终在开口处铜膜下方形成空洞24缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法，包括以下步骤：步骤一：提供一晶圆，所述晶圆表面形成有沟槽或通孔；步骤二：利用一直流电镀槽，将晶圆作为电镀阴极，对其施加正向电流，对晶圆表面的沟槽或通孔进行以填充为目的的电镀；步骤三：当沟槽或通孔的开口被镀膜填充而闭合时，将晶圆作为电镀阳极，对其施加反向电流，利用反向电流产生的解离作用，对沟槽或通孔开口处的镀膜形成刻蚀，以将沟槽或通孔的开口重新打开；步骤四：将晶圆作为电镀阴极，对其施加正向电流进行电镀，以使沟槽或通孔打开的开口再次被镀膜填充而闭合。优选地，步骤三中，通过将直流电镀槽的电源方向反接，以对晶圆施加反向电流。优选地，所述直流电镀槽的电源电流方向及电流大小可调。优选地，所述电流大小为不超过50A。优选地，步骤三和步骤四重复进行1次以上。优选地，所述镀膜为铜膜。优选地，利用一转接开关，使所述晶圆在连接直流电镀槽的电源负极或正极之间转换，以使晶圆作为电镀阴极或电镀阳极。从上述技术方案可以看出，本专利技术通过在对晶圆表面的沟槽或通孔进行电镀填充时，采用电流方向可控的电路，以形成电流大小和方向可调的电路，交替对晶圆施加正向和反向电流，形成电镀/刻蚀序列，使得在电镀过程中，不仅可以在晶圆表面进行电镀，也可以将晶圆表面的镀膜进行解离，以得到较好的台阶覆盖率和好的沟槽(通孔)开口，形成完美的填充过程，从而可减少填充过程中形成的空洞缺陷。附图说明图1是ECP制程的电镀原理示意图；图2-图4是ECP制程中在沟槽开口处形成空洞缺陷的过程原理示意图；图5是本专利技术的一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法流程图；图6-图8是本专利技术一较佳实施例中根据图5的方法进行电镀时的填充效果示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。在以下本专利技术的具体实施方式中，请参阅图5，图5是本专利技术的一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法流程图。如图5所示，本专利技术的一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法，包括以下步骤：步骤一：提供一晶圆，所述晶圆表面形成有沟槽或通孔。在本专利技术一具体实施方式中，可采用正常的量产晶圆来实施本专利技术，并可采用标准的CMOS工艺，在晶圆上制作形成沟槽或通孔结构(以下简化以沟槽为例进行说明)。步骤二：利用一直流电镀槽，将晶圆作为电镀阴极，对其施加正向电流，对晶圆表面的沟槽或通孔进行以填充为目的的电镀。在本专利技术一具体实施方式中，可采用通常的电镀(ECP)制程用的直流电镀槽来实施本专利技术，并采用例如金属铜作为镀膜金属。但需要对直流电镀槽的电源连接方式进行改动。通常的电镀铜直流电镀槽，其电源正极连接作为电镀阳极的金属铜，电源负极连接作为电镀阴极的晶圆。在实施本专利技术时，在电镀过程中需要对晶圆施加反向电流，需要在这个时候将电源的接线方向反接，以对晶圆施加反向电流。即使得电源的正极连接晶圆、负极连接金属铜。故此，可利用一转接开关，并设置在电镀直流电路中，使晶圆可在连接直流电镀槽的电源负极或正极之间转换，以使晶圆作为电镀阴极或电镀阳极，而金属铜对应地作为电镀阳极或电镀阴极进行连接。在电镀过程中，当需要对晶圆施加正向电流进行电镀时，将转接开关拨动到使晶圆连接电源负极的方向，晶圆构成电镀中的电镀阴极；当需要对晶圆施加反向电流进行解离时，将转接开关拨动到使晶圆连接电源正极的方向，晶圆则构成电镀中的电镀阳极。从而，利用上述的电镀铜直流电镀槽，将原有的直流电电路改为电流方向可控的电路，并使得其电流大小也可以进行调节。在实施本专利技术时，首先对晶圆进行电镀，将晶圆与电源负极连接作为电镀阴极、将金属铜与电源正极连接作为电镀阳极；然后，打开电源，对晶圆施加正向电流，开始对晶圆表面的沟槽进行电镀填充。步骤三：当沟槽或通孔的开口被镀膜填充而闭合时，将晶圆作为电镀阳极，对其施加反向电流，利用反向电流产生的解离作用，对沟槽或通孔开口处的镀膜形成刻蚀，以将沟槽或通孔的开口重新打开。在本专利技术一具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：提供一晶圆，所述晶圆表面形成有沟槽或通孔；步骤二：利用一直流电镀槽，将晶圆作为电镀阴极，对其施加正向电流，对晶圆表面的沟槽或通孔进行以填充为目的的电镀；步骤三：当沟槽或通孔的开口被镀膜填充而闭合时，将晶圆作为电镀阳极，对其施加反向电流，利用反向电流产生的解离作用，对沟槽或通孔开口处的镀膜形成刻蚀，以将沟槽或通孔的开口重新打开；步骤四：将晶圆作为电镀阴极，对其施加正向电流进行电镀，以使沟槽或通孔打开的开口再次被镀膜填充而闭合。

【技术特征摘要】
1.一种消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法，其特征在于，包括以下步
骤：
步骤一：提供一晶圆，所述晶圆表面形成有沟槽或通孔；
步骤二：利用一直流电镀槽，将晶圆作为电镀阴极，对其施加正向电流，
对晶圆表面的沟槽或通孔进行以填充为目的的电镀；
步骤三：当沟槽或通孔的开口被镀膜填充而闭合时，将晶圆作为电镀阳
极，对其施加反向电流，利用反向电流产生的解离作用，对沟槽或通孔开口
处的镀膜形成刻蚀，以将沟槽或通孔的开口重新打开；
步骤四：将晶圆作为电镀阴极，对其施加正向电流进行电镀，以使沟槽
或通孔打开的开口再次被镀膜填充而闭合。
2.根据权利要求1所述的消除晶圆表面电镀空洞缺陷的方法，其特征
在于，步骤三中，通过将直流电镀槽的电源方...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏亚青，文静，张传民，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31