减少镀膜的缺陷数的制造半导体器件的方法技术

提供了一种用于制造半导体器件的方法，所述方法包括执行电镀步骤，以填充形成在衬底上的凹陷。所述电镀步骤还包括：执行第一电镀步骤；执行第一反向偏置步骤；执行第二电镀步骤；执行第二反向偏置步骤；以及第三电镀步骤。所述第一和第二反向偏置步骤的极性与所述第一电镀步骤的极性不同。第三电流密度和第四电流密度之间的差大于第一电流密度和第二电流密度之间的差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造半导体器件的方法。具体地，本专利技术涉及一 种通过其包括电镀膜的布线或通孔中的缺陷数得以减少的制造半导体 器件的方法。
技术介绍
在近来的半导体器件中，器件的性能受限于布线中信号传播的延 迟。布线中的时延常数由布线电阻和布线间的电容的乘积表示。为了降低布线电阻以加速器件的运行，通常使用Cu作为布线材料，因为Cu具有小的电阻率。此外，近年来，随着高集成度的要求，通过降低器件特征，Cu布线宽度也已经变窄。因此，布线层中的缺陷不仅引起布线电阻的增加， 而且会导致断路，严重地影响半导体器件的可靠性。为此，形成具有很少缺陷的高质量Cu布线层是重要的。Cu多层互连通常通过镶嵌方法形成。所述镶嵌方法包括衬底上的 绝缘膜(诸如层间绝缘膜)的膜成形过程，凹陷(就布线层而言是布 线槽，或者就通孔而言是通路孔)的成形步骤，隔离金属膜成形步骤， 称为Cu籽晶的Cu薄膜的膜成形步骤，通过Cu薄膜用作在电镀中的阴极 电极的Cu膜成形的嵌入步骤，通过沉积在凹陷外的隔离金属和Cu的化 学机械抛光(CMP)的去除步骤以及隔离绝缘膜成形步骤。此处，通 常在电镀中，设置在电镀液中的Cu电极被用作阳极，而在衬底上形成 的籽晶层被用作阴极。由于通过电镀形成的Cu层的截面形状和膜质量取决于电镀电流值，为了获得平滑的截面形状和良好的膜质量，电镀中的电流分布控 制变得重要。一般地，制造半导体器件的方法中的电镀步骤概略地划分成填充宽度窄于大约0.3jim的精细图案的步骤(在下文中，填充步骤) 和填充宽布线并在场上形成膜的步骤(在下文中，场膜成形步骤)。 当像日本专利特开No.2001-217208，插入用于表面平面化的施加反向偏 置的步骤时，随后的膜成形步骤是场膜成形步骤。注意，反向偏置意 思是偏置方向与生长电镀膜的方向相反。对于在场膜成形步骤的电流值，通常使它高于在填充步骤的电流 值，例如，美国专利No.6140241和美国专利No.6319831-Bl分别公开。 此外，为了提高凹陷中的电镀膜的平滑属性，通过在两个步骤之间插 入反向偏置以将凹陷中的促进剂扩散到电镀液中，并使随后的电镀沉 积速度 一 致的提高平滑属性的方法分别在日本专利特开 No.2003-268590、 2004-270028和2001-217208中公开。此外，在日本专利特开No.ll-238703中公开了通过在填充步骤或 场膜成形步骤轮流多次施加反向偏置和正向偏置而从衬底表面去除抑 制剂，并抑制侵蚀或凹形变形生成的方法。然而，上述文献中描述的传统技术在如下方面仍有改进的空间。尽管通过插入反向偏置作为平面化步骤防止在CMP步骤中的侵蚀 等，但是传统技术具有在CMP步骤之后在电镀膜中仍存在许多缺陷的 课题。此处，缺陷是指Cu布线层和通孔中的凹陷和切屑。这种缺陷对 半导体器件的可靠性具有不利影响。当本专利技术者专心调查了上述问题 时，发现在电镀中场膜成形步骤的电流分布影响CMP之后诸如Cu层的电镀膜中的缺陷数。如上所述，在场膜成形步骤的电流分布仅在日本 专利特开No.ll-238703中公开，通过在日本专利特开No.2003-268590、 2004-270028、 11-238703、 2001-217208，美国专利No.6140241和美国 专利No.6319831-Bl中描述的方法，在CMP之后缺陷仍很多。也就是说，在日本专利特开No.2003-268590、 2004-270028、 11-238703、 2001-217208中，将一次或多次的反向偏置插入到填充步骤 和场膜成形步骤之间。从而，尽管图案的平滑属性可以提高，但是在 CMP之后电镀'膜中仍存在许多缺陷。尽管在日本专利特开 No.2004-270028中同样将反向偏置插入填充步骤和场膜成形步骤之间 一次，但是在CMP之后电镀膜中存在许多缺陷的课题仍存在。尽管在日本专利特开No.ll-238703描述了在场膜成形步骤施加多 次反向偏置，但是这种反向偏置步骤的目标在于从衬底表面除去抑制 剂。尽管已经公开通过去除抑制剂而增加精细布线图案上的膜厚度对 于抑制侵蚀是有效的，但是这提出了导致CMP成本增加以及形成凹形 变形的问题。此外，在日本专利特开No.ll-238703中，由于电流分布通 过电流值稳定变为零的未通电状态，所以在电流极性反相时，不会如 下文中提及的那样促进碳杂质向电镀膜中的结合，因此，在CMP之后 电镀膜中的缺陷数仍很多。本专利技术根据上述情形作出，并提供了一种通过控制在场膜成形步 骤时的电流分布制造具有带有很少缺陷的电镀膜的半导体器件的方 法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于制造半导体器件的方法，包括 在具有第一凹陷和第二凹陷的衬底上形成籽晶层，所述第二凹陷的宽度宽于所述第一凹陷的宽度；以及执行电镀步骤，以通过使用所述籽晶层作为阴极使用包括促进剂 和抑制剂的电镀液填充所述凹陷，其中，形成所述电镀步骤还包括执行第一电镀步骤以第一电流密度通过电镀填充所述第'一凹陷; 执行第一反向偏置步骤在所述第一凹陷的填充完成之后，以第二电流密度施加与在所述第一电镀步骤中使用的电流具有不同极性的 电流；执行第二电镀步骤以与所述第一电镀步骤中使用的电流相同极 性的第三电流密度电镀；执行第二反向偏置步骤以第四电流密度，施加与在所述第一反 向偏置步骤中使用的电流具有相同极性的电流；以及执行第三电镀步骤以与所述第一电镀步骤中使用的电流相同极 性的第五电流密度电镀，其中，所述第三电流密度和所述第四电流密度之间的差大于所述 第一电流密度和所述第二电流密度之间的差。在本专利技术的用于制造半导体器件的方法中，在执行所述第二反向 偏置步骤中，所述电镀液中的所述促进剂被分解。此外，在本专利技术的用于制造半导体器件的方法中，在所述第二电 镀步骤中的所述第三电流密度可大于在所述第一电镀步骤中的所述第 一电流密度。此外，在本专利技术的用于制造半导体器件的方法中，在所述第二反 向偏置步骤的所述第四电流密度可等于在所述第一反向偏置步骤中的 所述第二电流密度，并且在所述第二反向偏置步骤的施加时间可等于 在所述第一反向偏置步骤中的施加时间。此外，在所述第二反向偏置步骤的积分电流量的绝对值可大于在 所述第一反向偏置步骤的积分电流量的绝对值。本专利技术提供了一种用于制造半导体器件的方法，用所述方法通过 控制在场膜成形步骤的电流分布，在CMP过程之后电镀膜的缺陷数得 以减少。附图说明图l是图解第一实施例中的电镀过程的流程图； 图2A至图2C是图解在第一实施例中半导体器件生产过程的步骤 的截面图3是图解第一实施例中的电流分布的示意图； 图4是图解实例1的电镀步骤中的电流分布C的示意图5是图解对比例1-1的电镀步骤中的电流分布A的示意图6是图解对比例1-2的电镀步骤中的电流分布B的示意图7是图解实例1-1中的电流分布A至C的缺陷数的图表；图8是图解本实施例中的电流分布的示意图9是图解在反向偏置步骤的积分电流量的绝对值和缺陷数的比 值之间的关系的图表；以及图10是图解第一实施例的修改实例中的电流分布的示意图。具体实施方式 第一实施例下文将参照图1至图3描述本专利技术的实施例。图l是用于描述在本实施例中制造半导体器件的方法的流程图。在 本实施例中制造半导体器件的方法具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造半导体器件的方法，包括：　　　　在具有第一凹陷和第二凹陷的衬底上形成籽晶层，所述第二凹陷的宽度宽于所述第一凹陷的宽度；以及　　　　执行电镀步骤，以通过用所述籽晶层作为阴极使用包括促进剂和抑制剂的镀液填充所述凹陷，　　　　其中，形成所述电镀步骤还包括：　　　　执行第一电镀步骤：以第一电流密度通过电镀填充所述第一凹陷；　　　　执行第一反向偏置步骤：在所述第一凹陷的填充完成之后，以第二电流密度施加与在所述第一电镀步骤中使用的电流具有不同极性的电流；　　　　执行第二电镀步骤：以与所述第一电镀步骤中使用的电流相同极性的第三电流密度电镀；　　　　执行第二反向偏置步骤：以第四电流密度，施加与在所述第一反向偏置步骤中使用的电流具有相同极性的电流；以及　　　　执行第三电镀步骤：以与所述第一电镀步骤中使用的电流相同极性的第五电流密度电镀，　　　　其中，所述第三电流密度和所述第四电流密度之间的差大于所述第一电流密度和所述第二电流密度之间的差。

【技术特征摘要】
JP 2007-5-14 2007-128108;JP 2007-5-14 2007-1281061.一种用于制造半导体器件的方法，包括在具有第一凹陷和第二凹陷的衬底上形成籽晶层，所述第二凹陷的宽度宽于所述第一凹陷的宽度；以及执行电镀步骤，以通过用所述籽晶层作为阴极使用包括促进剂和抑制剂的镀液填充所述凹陷，其中，形成所述电镀步骤还包括执行第一电镀步骤以第一电流密度通过电镀填充所述第一凹陷；执行第一反向偏置步骤在所述第一凹陷的填充完成之后，以第二电流密度施加与在所述第一电镀步骤中使用的电流具有不同极性的电流；执行第二电镀步骤以与所述第一电镀步骤中使用的电流相同极性的第三电流密度电镀；执行第二反向偏置步骤以第四电流密度，施加与在所述第一反向偏置步骤中使用的电流具有相同极性的电流；以及执行第三电镀步骤以与所述第一电镀步骤中使用的电流相同极性的第五电流密度电镀，其中，所述第三电流密度和所述第四电流密度之间的差大于所述第一电流密度和所述第二电流密度之间的差。2. 根据权利要求l所述的用于制造半导体器件的方法，其中，在 执行所述第二反向偏置步骤中，所述电镀液中的所述促进剂被分解。3. 根据权利要求l所述的用于制造半导体器件的方法，其中，在 所述第二电镀步骤中的所述第三电流密度大于在所述第一电镀步骤中 的所述第一电流密度。4. 根据权利要求3所述的用于制造半导体器件的方法，其中，在 所述第二反向偏置步骤中的所述第四电流密度等于在所述第一反向偏置步骤中的所述第二电流密度，并且在所述第二反向偏置步骤中的施 加时间等于在所述第一反向偏置步骤中的施加时间。5. 根据权利要求3所述的用于制造半导体器件的方法，其中，在 所述第二电镀步骤中的所述第三电流密度等于在所述第三电镀步骤中 的所述第五电流密度。6. 根据权利要求3所述的用于制造半导体器件的方法，其中，在 所述第二反向偏置步骤中的所述第四电流密度处在-4 A/dm2至-1 A/dn^之间，包括端值在内，并且其中，从阳极流向所述阴极的电流方向被定义为正方向。7. 根据权利要求3所述的用于制造半导体器件的方法，其中，电 流的极性被反相而在所述第二反向偏置步骤和所述第二电镀步骤之间 以及所述第二反向偏置步骤和所述第三电镀步骤之间不经过稳态非偏 置步骤。8. 根据权利要求3所述的用于制造半导体器件的方法，其中，当 镀层厚度比预期厚度薄10至200mn时，所述第二电镀步骤完成，接下 来执行所述第二反向偏置步骤，并且在所述第二反向偏置步骤，所述 第四电流密度处在-4A/dr^至-l A/di^之间，包括端值在...

【专利技术属性】
技术研发人员：古谷晃，古住信介，有田幸司，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]