專利名稱：半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及半導(dǎo)體器件制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件(特別是邏輯器件)的關(guān)鍵尺寸不斷減小。相應(yīng)的，后端工藝中的通孔(via)和溝槽的尺寸也不斷減小。這意味著金屬(諸如銅)的電鍍工藝變得越來越困難。另外，在現(xiàn)有技術(shù)的銅的電鍍工藝中，可能會在銅塞中產(chǎn)生空洞(void)，如圖1中所示。從而，可能會導(dǎo)致WAT(晶片接受測試)不通過，并可能導(dǎo)致工藝能力(CP)及成品率低的問題。并且，還會導(dǎo)致EM失效的問題。
·
因此，存在對克服上述問題的技術(shù)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于改善金屬電鍍工藝。本發(fā)明的另一目的在于改善后端工藝中孔(包括貫穿孔和通孔(或者，盲孔))和溝槽的縫隙填充。本發(fā)明的另一目的在于抑制或消除金屬電鍍過程中的空洞的發(fā)生，從而改善WAT通過率，提高CP成品率，并提高可靠性。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述方法包括在對半導(dǎo)體器件的待電鍍部件進行電鍍金屬的過程中，對所述半導(dǎo)體器件施加雙脈沖電源，并且，在所述電鍍的過程中對所述半導(dǎo)體器件施加超聲波。優(yōu)選地,所述待電鍍部件是電介質(zhì)層或襯底中的開口，所述開口包括溝槽或者孔，所述孔包括貫穿孔或者盲通孔。優(yōu)選地，所述雙脈沖電源的脈沖頻率為1800KHZ至5000KHz。優(yōu)選地，所述雙脈沖電源在一個脈沖周期的正向脈沖和反向脈沖的電流比為5 :1 至 10 :1。優(yōu)選地，所述雙脈沖電源在一個脈沖周期的正向脈沖和反向脈沖的時間比為
10 I 至Ij 20 I。 優(yōu)選地，所述超聲波是間歇性地施加的。優(yōu)選地，所述超聲波是周期性地施加的。優(yōu)選地，每次施加超聲波的持續(xù)時間為5-20秒。優(yōu)選地，所述超聲波的頻率為1000-5000HZ，功率為50-1500W。優(yōu)選地，所述方法還包括在進行所述電鍍之前，在待電鍍部件的表面上形成金屬種籽層。從下面結(jié)合附圖的具體描述，本發(fā)明的其他的優(yōu)點、目的、方面將變得更加明了。


本申請包含附圖。附圖與說明書一起用于說明本發(fā)明的原理。通過參考附圖閱讀下面的詳細描述，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖1是示出了現(xiàn)有技術(shù)中在諸如銅的金屬的電鍍工藝中造成的空洞的示意圖；圖2詳細示出了現(xiàn)有技術(shù)中金屬的電鍍工藝中的鍍層形成過程的示意圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半導(dǎo)體器件制造方法的示意圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例所施加的雙脈沖電源的特性的示意圖；以及圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的半導(dǎo)體器件的制造方法。
應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖僅僅是示例性的，而不是限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，各組成部分并未嚴格按比例或嚴格按實際形狀示出，其中的某些組成部分(例如，層或部件)可以被相對于其他的一些放大，以便更加清楚地說明本發(fā)明的原理。并且，那些可能導(dǎo)致使得本發(fā)明的要點模糊的細節(jié)并未在附圖中示出。
具體實施例方式下面將結(jié)合

本發(fā)明的實施例。圖2以更詳細的方式示出了現(xiàn)有技術(shù)中金屬的電鍍工藝中的鍍層形成過程。如圖2(a)中所示，在器件中，在銅阻擋物201上形成有圖案化(例如，具有貫穿孔或者通孔(例如，盲通孔)的電介質(zhì)層203。銅阻擋物201可以形成在例如半導(dǎo)體襯底(圖中未示出)上。通常，如本領(lǐng)域中所公知的，將器件浸入在含銅離子的溶液中，對襯底施加負電勢，從而使得銅離子向襯底聚集，并在襯底表面處進行還原反應(yīng)，從而使得銅被鍍在襯底上。在電鍍的初始階段，所形成的金屬(例如，銅)205保形地覆蓋孔的底面和側(cè)壁并覆蓋襯底的表面。由于電鍍更易于在凸起的角部處發(fā)生，因此隨著電鍍的銅層的厚度增加，在其角部位置處形成凸起207，如圖2(b)中207所示。并且，隨著銅層的厚度的進一步增加，孔兩端的角部位置處的凸起207將逐漸增大，使得凸起之間的距離越來越近靠近，如圖2(c)中209所示；在銅層達到一定厚度時，孔兩端的角部位置處的相鄰?fù)蛊鹩锌赡鼙舜俗罱K搭接，并且可能在通過填充孔而形成的銅塞中留下空洞211，如圖2(d)中所示。申請人:在細致研究了諸如銅的電鍍工藝過程之后，提出了本發(fā)明，以抑制或克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題或缺點。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半導(dǎo)體器件制造方法的示意圖。在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法中，在對器件電鍍金屬的過程中，對器件施加雙脈沖電源。如圖3所示，在襯底(圖中未示出)上形成有銅阻擋物305，在銅阻擋物305上形成有圖案化的電介質(zhì)層303。所述電介質(zhì)層303可以是低k(low-k)電介質(zhì)。所述電介質(zhì)層303具有開口。所述開口可以包括溝槽(trench)或者孔，所述孔可以包括貫穿孔(throughhole)、通孔(例如，盲通孔)、或者貫穿襯底的孔(例如，所謂的貫穿硅的孔(throughsilicon hole))等等。這里，所述開口作為器件的待電鍍銅的部件，更準確地講，所述開口的表面(例如，側(cè)壁和底面)作為待電鍍銅的部件。然而應(yīng)當(dāng)理解這僅僅是示例性的。實際上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要自由地選擇待電鍍的部件，例如襯底、某些層，等等。為了電鍍銅，將器件浸入在含銅離子的溶液中。例如，可以通過夾具夾持器件(大多數(shù)情況下，是夾持其上形成所述器件的晶片)，并對半導(dǎo)體器件施加雙脈沖電源(例如，以所述夾具作為施加電源的電極)。所述雙脈沖電源在一個脈沖周期內(nèi)具有正電勢脈沖和負電勢脈沖兩者，相應(yīng)地，具有正的脈沖電流(或電壓)和負的脈沖電流(或電壓)兩者。圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例所施加的雙脈沖電源的特性。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，例如，在對器件施加負脈沖(也稱作正向(forward)脈沖或正向陽極脈沖，也即，陽極接正電壓，器件接負電壓)時，或者說，在對器件的待電鍍的部件(例如，襯底·或者任何其它構(gòu)件的表面或?qū)?施加負脈沖時，器件或器件的待電鍍的部件處于負電勢，從而金屬離子(例如，銅離子)在器件或器件的待電鍍的部件的表面處發(fā)生還原反應(yīng)，從而銅被電鍍在器件的表面(或待電鍍表面)上。而在對器件施加正脈沖(也稱作反向脈沖或反向陽極脈沖，也即，陽極接負電壓，器件接正電壓)時，或者說，在對器件的待電鍍的部件(例如，襯底或者任何其它構(gòu)件(如，表面或?qū)?)施加正脈沖時，器件或器件的待電鍍的部件處于正電勢，從而溶液中的離子被排斥遠離器件，并且在器件或器件的待電鍍的部件的表面處發(fā)生金屬的氧化反應(yīng)，使得部分的電鍍得到的金屬例如銅被解離(電離，或者說，被離子化)。根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述雙脈沖電源的脈沖周期(或者頻率)可以為約1800KHZ至5000KHZ。另外，優(yōu)選地，所述雙脈沖電源在一個脈沖周期的正向脈沖和反向脈沖的電流比為5 :1至10 :1。優(yōu)選地，所述雙脈沖電源在一個脈沖周期的正向脈沖和反向脈沖的時間比為10 :1至20 :1。在圖4的示意性示例中，負㈠電流(即，正向脈沖的幅值)是正⑴電流(即，反向脈沖的幅值)的5倍，而正向脈沖的持續(xù)時間是反向脈沖的持續(xù)時間的20倍。應(yīng)當(dāng)理解，這樣的雙脈沖電源的波形僅是示意性的，而非限制性的。優(yōu)選地，在電鍍開始時就對襯底施加雙脈沖電源，直至電鍍完成(例如，孔被完全填充，或者，金屬被鍍至期望的厚度，等等)。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，在電鍍的過程中，在施加雙脈沖電源的同時，可以對器件施加超聲波。一般地，對器件施加超聲波自然地會影響到器件周圍的溶液。因此，在一些實施方案中，對器件被置于其中的整個溶液施以超聲波。超聲波的微噴射(micro jet)改善了溶液中銅離子的分布。根據(jù)本發(fā)明，在電鍍的同時施加超聲波改善了開口(例如，孔或者溝槽)的間隙填充，并改善了銅鍍層質(zhì)量。優(yōu)選地，所述超聲波的頻率為1000-5000HZ，功率為50-1500W。在本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例中，在電鍍的過程中，可以間歇性地施加超聲波，也即，重復(fù)(多次)地施加超聲波。在另一些實施例中，所述間歇性的施加可以是周期性的。并且每次施加超聲波的持續(xù)時間可以相同也可以不同。另外，優(yōu)選地，單次施加超聲波的持續(xù)時間可以為5-20秒，然而在某些實施例中也可以采用更大或更小的持續(xù)時間。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，上面實施例中所提及的銅僅僅是作為金屬的示例，本發(fā)明也可以同樣地適用于電鍍其他適合的金屬，比如，鎳、銀等。并且，如從下面的實施例將理解的，銅阻擋物對于本發(fā)明而言并非是必要的。另外，優(yōu)選地，在對襯底進行電鍍之前，對開口(也即，待電鍍部件)進行金屬化，例如在開口側(cè)壁和底面上形成銅的種籽層(seed layer)?？梢酝ㄟ^例如物理氣相沉積(PVD)來形成該種籽層。此外，盡管上面的實施例被示出為對圖案化的(具有開口的)電介質(zhì)電鍍金屬，然而顯然本發(fā)明并不限于此。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中對具有開口509的襯底503電鍍銅。這里，開口 509被示出為貫穿襯底的孔，然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于此。圖5中左側(cè)的圖示出了對襯底施加負脈沖時的情形，其中示意性地示出了溶液中銅離子的分布。此時，銅離子聚集在襯底503以及開口 509表面附近，并在表面上發(fā)生銅的還原反應(yīng)，從而使得銅被鍍在所述表面。
而圖5中右側(cè)的圖示出了對襯底施加正脈沖時的情形，其中示意性地示出了溶液中銅離子的分布。此時，由于銅離子帶正電，因此，銅離子將被排斥遠離襯底503以及開口509的表面，并在所述表面上發(fā)生銅的氧化反應(yīng)，S卩，部分的電鍍的銅被解離成離子。優(yōu)選地，所述雙脈沖電源在一個脈沖周期的正向脈沖和反向脈沖的電流比為5 I至10 :1。優(yōu)選地，所述雙脈沖電源在一個脈沖周期的正向脈沖和反向脈沖的時間比為10 I至20 I。應(yīng)當(dāng)理解，這樣的正向脈沖和反向脈沖的電流比或者時間比不是必須的，可以是任何適當(dāng)?shù)臄?shù)值，只要電鍍的銅部分被解離并且不會改變銅被電鍍的總體趨勢即可。由于部分電鍍的銅被解離也易于發(fā)生在圖2所示的角部，從而使得銅能夠被均勻地電鍍并填充開口 509，從而避免了在開口 509的電鍍填充中產(chǎn)生空洞。另外，可以在電鍍過程中施加超聲波(例如，間歇性施加)，來改善電鍍?nèi)芤褐秀~離子的分布，進而改善了所得到的銅鍍層的質(zhì)量。以上參考附圖描述了本發(fā)明的實施例。然而，應(yīng)當(dāng)理解，這些實施例僅是示例性的，而不是對本申請權(quán)利要求的限制。這些實施例可以自由地進行組合，而不會超出本發(fā)明的范圍。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以對本發(fā)明的實施例和細節(jié)等進行多種修改，而不會偏離本發(fā)明的范圍。因此，所有的這些修改都被包括在下面的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述方法包括 在對半導(dǎo)體器件的待電鍍部件進行電鍍金屬的過程中，對所述半導(dǎo)體器件施加雙脈沖電源，并且，在所述電鍍的過程中對所述半導(dǎo)體器件施加超聲波。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述待電鍍部件是電介質(zhì)層或襯底中的開口，所述開口包括溝槽或者孔，所述孔包括貫穿孔或者盲通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述雙脈沖電源的脈沖頻率為1800KHZ至5000KHZ。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于， 所述雙脈沖電源在一個脈沖周期的正向脈沖和反向脈沖的電流比為5 I至10 :1。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述雙脈沖電源在一個脈沖周期的正向脈沖和反向脈沖的時間比為10 I到20 I。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述超聲波是間歇性地施加的。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于， 所述超聲波是周期性地施加的。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于， 每次施加超聲波的持續(xù)時間為5-20秒。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述超聲波的頻率為1000-5000Hz，功率為50-1500W。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 在進行所述電鍍之前，在待電鍍部件的表面上形成金屬種籽層。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于，所述方法包括在對半導(dǎo)體器件的待電鍍部件進行電鍍金屬的過程中，對所述半導(dǎo)體器件施加雙脈沖電源，并且，在所述電鍍的過程中對所述半導(dǎo)體器件施加超聲波。
文檔編號H01L21/321GK103000567SQ20111026848
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者周鳴 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司