电抛光和电镀方法技术

一种在具有凹槽区和非凹槽区上的半导体结构上电镀金属层的方法，包括：　　　　在第一密度的凹槽区上金属层平坦之前在第一电流密度范围内电镀；以及　　　　凹槽区上的金属层平坦之后在第二电流密度范围内电镀，其中第二电流密度范围大于第一电流密度范围。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电抛光和电镀方法相关申请的交叉参考本申请要求以下较早申请的临时申请的优先权：2002年4月12日申请的U.S.申请No.60/372,263，题目为“ENHANCING SURFACEROUGHNESS AFTER ELECTROPOLISHING”；2002年5月21日申请的No.60/382,133，题目为“METHOD FOR REDUCING RECESSIN COPPER ELECTROPOLISHING”；2002年6月8日申请的No.60/387,826，题目为“METHOD TO PLATE PLANAR EMTALFILM ON SEMICONDUCTOR WAFERS”；2002年7月24日申请的No.60/398,316，题目为“METHOD FOR REDUCING RECESSNON-UNIFORMITY ON PATTERNED TRENCH OR PAD AREA INELECTROPOLISHING PROCESS”，这里引入其全部内容作为参考。专利技术的背景1.领域本专利技术总体涉及半导体处理方法，特别涉及用于在半导体器件上电抛光和电镀导电层的电抛光和电镀方法。2.现有技术说明使用许多不同的处理步骤在半导体晶片上产生晶体管和互连部件，制造或制备了半导体器件。要电连接与半导体晶片相关联的晶体管端子，导电(例如，金属)沟槽、通孔等形成在介质材料中作为半导体器件的一部分。沟槽和通孔耦合晶体管、半导体器件的内部电路以及半导体器件外部电路之间的电信号和功率。形成互连部件期间，半导体晶片会经受例如，掩模、蚀刻以及淀积工艺以形成半导体器件需要的电子电路。特别是，进行多个掩模和蚀刻以在半导体晶片上的介质层形成凹槽区的图形，作为用于互连的-->沟槽和通孔。可以进行淀积工艺以在半导体晶片上淀积金属层，由此在半导体晶片的沟槽和通孔以及非凹槽的区域中淀积金属层。要隔离互连，例如构图的沟槽和通孔，需要除去半导体晶片的非凹槽区上淀积的金属。除去在半导体晶片上介质层的非凹槽区上淀积的金属膜的常规方法包括例如化学机械抛光(CMP)。CMP方法广泛地用在半导体工业中以抛光和平面化沟槽和通孔内以及介质层的非凹槽区上的金属层，以便形成互连线路。在CMP工艺中，晶片组件设置在CMP垫上，CMP垫位于台板(platen)或坯料(web)上。晶片组件包括具有一层或多层的衬底和/或结构，例如形成在介质层中的互连元件。然后施加力以将晶片组件压向CMP垫。CMP垫和衬底组件相向移动并相对移动，同时施加力以抛光和平面化晶片的表面。经常称做抛光浆料的抛光溶液分散在CMP垫上以帮助抛光。抛光浆料通常含有磨料并化学地反应，以便选择性地比其它材料(例如介质材料)明显快地从晶片上除去不需要的材料(例如金属层)。然而，由于涉及到较强的机械力，CMP法对下面的半导体结构具有几个有害作用。例如，随着互连的几何尺寸发展到0.13微米及以下，如铜的导电材料和典型镶嵌工艺中使用的低k膜的机械特性之间存在大的差异。例如，低k膜的杨氏模量比铜低大于10的数量级。因此，在CMP工艺中施加在介质膜和铜上的较强机械力会在半导体结构上造成于应力有关的缺陷，包括分层剥离、碟状沉陷、腐蚀、膜剥离、划痕等。除去淀积在介质层的非凹槽区上的金属膜的另一方法包括电抛光。然而，由于电抛光的各向同性和较差的平面化效率，金属膜形貌的表面需要平坦以防止凹陷等降低器件性能。需要新的淀积和除去金属层的处理技术。例如，可以使用电镀或电抛光从晶片上淀积或除去金属层。一般来说，在电镀或电抛光工艺中，待镀或抛光的那部分晶片浸在电解液内，然后电荷施加到晶片。-->这些条件造成根据相对的电荷，铜淀积到晶片或从晶片上除去。专利技术概述在本专利技术的一个方案中，提供一种在晶片上电镀导电膜的实例性方法。一个示例性方法包括在具有凹槽区和非凹槽区上的半导体结构上电镀金属层。方法包括第一密度的凹槽区上金属层平坦之前在第一电流密度范围内电镀。而且，凹槽区上的金属层平坦之后在第二电流密度范围内电镀，其中第二电流密度范围大于第一电流密度范围。在一个例子中，方法还包括在第二电流密度范围内电镀直到第二密度的凹槽区之上的金属层平坦，第二密度大于第一密度，此后在第三电流密度范围内电镀。通过考虑了下面结合附图的详细说明可以更好低理解本专利技术。附图简介图1A和1B示出了金属电镀和电抛光之后的互连结构的剖面图；图2A-2C示出了示例性电镀工艺期间金属膜轮廓的剖面图；图3示出了隆起尺寸、平整剂浓度以及电镀电流之间的示例性关系；图4示出了具有和不具有平整剂的电镀电流和隆起尺寸之间的关系；图5A-5C示出了示例性的金属电镀工艺期间金属膜轮廓的剖面图；图6A-6C示出了示例性的金属电镀工艺期间金属膜轮廓的剖面图；图7A-7C示出了示例性的金属电镀工艺期间金属膜轮廓的剖面图；图8A-8C示出了示例性的金属电镀工艺期间金属膜轮廓的剖面图；图9示出了具有虚拟结构的互连结构的剖面图；图10A和10B示出了示例性的金属电镀工艺期间金属膜轮廓的-->剖面图；图11A和11B示出了示例性的金属电镀工艺期间金属膜轮廓的剖面图；图12A-12C示出了示例性的金属电镀工艺期间金属膜轮廓的剖面图；图13A-13H示出了示例性电镀电流顺序；图14A-14C示出了多种示例性虚拟结构的平面图；图15A-15C示出了多种示例性虚拟结构的平面图；图16A-16C示出了多种示例性虚拟结构的平面图；图17A-17C示出了多种示例性虚拟结构的平面图；图18A和18B示出了示例性的金属电镀工艺期间金属膜轮廓的剖面图；图19A-19F示出了双镶嵌结构的示例性电抛光工艺；图20A-20D示出了半导体结构的示例性电抛光工艺；图21A-21D示出了在半导体结构上形成的不同晶粒尺寸的示例性金属层；图22A-22C示出了具有较大晶粒尺寸的铜层的多种示例性图像；图23A-23C示出了具有较大晶粒尺寸的铜层的多种示例性图像；图24示出了电抛光之后铜层的晶粒尺寸和表面粗糙度之间的关系曲线；图25A-25D示出了金属层晶粒尺寸相对于时间的变化；图26示出了金属层晶粒尺寸相对于时间的总的关系曲线；图27示出了晶粒生长速率相对于退火温度的总的关系曲线；图28A示出了示例性的电抛光装置；图28B示出了电抛光晶片的示例性工艺；图29A-29D示出了电抛光一部分晶片的示例性工艺；图30A-30D示出了电抛光半导体结构的示例性工艺；图30E示出了具有铜凹槽的示例性电抛光半导体结构；图31示出了用于电抛光法的示例性正向和反向脉冲波形；-->图32A-32F示出了包括正向和反向脉冲波形的示例性电抛光工艺；以及图32G示出了具有正向和反向脉冲波形的示例性半导体结构。详细说明为了更彻底地理解本专利技术，下面的说明陈述了大量的具体细节，例如具体的材料、参数等。然而，应该知道说明书不是对本专利技术的范围进行限定，相反是为了更好地说明示例性实施例。I.电镀平面金属膜的方法根据一个方案，介绍了一种在半导体结构上电镀平面的金属膜的示例性方法。示例性电镀方法包括电镀金属膜，增加了半导体晶片上形成的互连结构的平面性，减少了隆起或过镀覆和碟状沉陷。介绍了多种示例性电镀方法，通过组合使用化学试剂、电镀工艺顺序和/或在互本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在具有凹槽区和非凹槽区上的半导体结构上电镀金属层的方法，包括：在第一密度的凹槽区上金属层平坦之前在第一电流密度范围内电镀；以及凹槽区上的金属层平坦之后在第二电流密度范围内电镀，其中第二电流密度范围大于第一电流密度范围。2.根据权利要求1的方法，其中第一电流密度范围在0.5m/cm2和5m/cm2之间，第二电流密度范围在5m/cm2和30m/cm2之间。3.根据权利要求1的方法，其中以恒定的电流密度进行第一电流密度范围内的电镀。4.根据权利要求1的方法，其中以增加的电流密度进行第一电流密度范围内的电镀。5.根据权利要求4的方法，其中第一电流密度线性增加。6.根据权利要求4的方法，其中第一电流密度非线性增加。7.根据权利要求1的方法，其中第一电流密度范围内的电镀包括降低电流密度。8.根据权利要求1的方法，其中以恒定的电流密度进行第二电流密度内的电镀。9.根据权利要求1的方法，其中以增加的电流密度进行第二电流密度范围内的电镀。10.根据权利要求9的方法，其中第二电流密度非线性增加。11.根据权利要求1的方法，其中以降低的电流密度进行第二电流密度范围内的电镀。12.根据权利要求1的方法，其中第一密度的凹槽区包括尺寸在0.035到0.5微米且间距在0.035到0.5微米范围内的凹槽，具有虚拟结构的大的凹槽的尺寸在0.05到2.0微米且间距在0.05到2.0微米范围的。13.根据权利要求12的方法，其中在第一密度的区域上电镀金属层，直到第一密度的区域上的金属层平坦，以及在第二密度的区域上电镀，直到第一密度的区域和第二密度的区域上的金属层平坦后，其中第二密度的区域大于第一密度的区域。14.根据权利要求13的方法，其中第一密度的区域和第二密度区域上的金属层平坦，在大于第二电流密度的第三电流密度下电镀。15.根据权利要求1的方法，其中用包括促进剂、抑制剂和平整剂的电解液电镀金属层。16.根据权利要求15的方法，其中促进剂的浓度在1.5ml/升到约2.5ml/升之间，抑制剂的浓度在7ml/升到9ml/升之间，平整剂的浓度在1.25ml/升到约1.75ml/升之间。17.根据权利要求1的方法，还包括用电解液中的添加剂控制金属层的晶粒尺寸。18.根据权利要求17的方法，其中添加剂包括抛光剂、促进剂、抑制剂和平整剂中的至少一种。19.根据权利要求1的方法，还包括利用夹盘以50-200rpm的旋转速度旋转半导体结构。20.根据权利要求1的方法，还包括利用夹盘以125rpm的旋转速度旋转半导体结构。21.一种在半导体结构上电抛光的方法，包括：电抛光凹槽区和非凹槽区上形成的金属层，其中金属层被电抛光到小于非凹槽区的高度的一个高度，非凹槽区包括硬掩模层；以及除去至少部分硬掩模层，以使金属层和非凹槽区的高度基本上平坦。22.根据权利要求21的方法，其中仅除去了部分硬掩模层。23.根据权利要求21的方法，其中硬掩模层形成在介质层上。24.根据权利要求21的方法，其中硬掩模层包括牺牲层和蚀刻终止层。25.根据权利要求24的方法，其中金属层被电抛光到基本上与包含在掩模层中的蚀刻终止层同一平面的高度。26.根据权利要求25的方法，其中利用与包含在掩模层中的蚀刻终止层相比对牺牲层具有更高选择性的蚀刻除去牺牲层。27.根据权利要求21的方法，还包括电抛光之前平面化形成在半导体结构上的金属层。28.根据权利要求27的方法，其中通过化学机械抛光工艺平面化金属层。29.根据权利要求21的方法，其中半导体结构包形成在凹槽区中的虚拟结构以增加形成的金属层的平面性。30.根据权利要求21的方法，其中蚀刻非凹槽区。31.根据权利要求21的方法，其中金属层被电抛光到200到1000之间的高度，小于结构的非凹槽区的高度。32.根据权利要求21的方法，其中金属层被电抛光到500的高度，小于结构的非凹槽区的高度。33.根据权利要求21的方法，其中除去的结构的非凹槽区包括阻挡层和蚀刻终止层。34.根据权利要求21的方法，其中蚀刻时没有蚀刻包含在结构的非凹槽区中的介质层。35.根据权利要求21的方法，还包括在所述结构的金属层和非凹槽区上淀积聚合物层。36.根据权利要求21的方法，还包括在所述结构的金属层和非凹槽区上淀积介质层。37....

【专利技术属性】
技术研发人员：王晖，王坚，易培豪，吴辉全，
申请(专利权)人：ACM研究公司，
类型：发明
国别省市：