電鍍工藝穩定性的在線監控方法
2023-07-04 21:13:26 1
專利名稱：電鍍工藝穩定性的在線監控方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種電鍍工藝穩定性的在線監控方 法。
背景技術：
電鍍(Electrochemical Plating)工藝是半導體製作工藝中比較常見的一種工藝 形式，例如用於在溝槽(trench)或者孔(via)中沉積金屬以形成金屬互連線，或者在凸點 (Bump)製作工藝中，經常用電鍍工藝形成凸點下金屬層以及凸點材料層。
但是，在電鍍工藝中，電鍍溶液中的離子濃度，例如主要金屬離子，添加劑濃度等 都會由於工藝過程中的消耗而發生變化，這就需要及時檢測電鍍溶液中各種離子的濃度變 化情況，以及時調整電鍍溶液，從而使電鍍溶液的性能保持穩定。目前，監控電鍍溶液性能 的方法通常都是採用離線(offline)的方法進行，隨機選取電鍍液，離線進行濃度測試，但 是，所述的離線方法晶圓並不能實時有效反映電鍍過程中電鍍溶液或者電鍍工藝性能的變 化。
參考附圖1所示，為現有的離線監控方法獲取的數據，圖中的橫坐標表示選取對 應數值的日期，縱坐標表示電鍍溶液中反應加速劑的濃度(單位ml/L，即每升電鍍溶液中 反應加速劑的量)的變化，一般來說，只要所述反應加速劑的濃度數值在設定的兩條控制 線之間，就說明反應加速劑濃度變化滿足工藝要求，電鍍溶液的性能基本上是穩定的，從附 圖1中可以看出，離線的監控方法是每天離線檢測一個數值點來判斷電鍍溶液性能的穩定 性，這種評價方法無法實時反應電鍍溶液的性能(尤其是鍍液中反應加速劑濃度)變化。發明內容
本發明解決的問題是現有的離線監控方法無法反應電鍍溶液即時的性能變化的 缺陷。
本發明提供了一種電鍍工藝穩定性的在線監控方法，包括
提供具有溝槽的晶圓，採用電鍍工藝在所述溝槽內沉積金屬，所述電鍍工藝的電 鍍溶液中包含反應加速劑，使溝槽位置金屬的沉積速度大於其它位置；
測量溝槽位置與其它位置沉積的金屬層的厚度差；
如果所述的厚度差數值不在設定的標準數值之間，根據金屬層厚度差的變化情 況，對電鍍溶液進行調整。
可選的，所述的金屬為銅。
可選的，所述的溝槽內填充的金屬層用於形成金屬銅互連結構。
可選的，所述的對電鍍溶液進行調整指調整電鍍溶液中反應加速劑的質量百分比 含量或者摩爾百分比含量。
由於採用了上述技術方案，與現有技術相比，本發明可以在線監控電鍍溶液的穩 定性，從而保證形成的金屬層的性能穩定。
圖1為現有的離線監控方法獲取的有關電鍍溶液性能的數據圖2至圖4為本發明具體實施方式
所述的在溝槽內電鍍銅的工藝過程圖5為本發明具體實施方式
形成的金屬層在溝槽位置與其它位置的厚度差和對 應的電鍍溶液中反應加速劑濃度的變化曲線圖。
具體實施方式
在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然 而，對於本領域技術人員來說顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以 實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對於本領域公知的一些技術特徵未進 行描述。
為了徹底了解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便說明本發明是如 何對電鍍工藝的穩定性進行在線監控的。顯然，本發明的施行並不限定於半導體領域的技 術人員所熟習的特殊細節。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外， 本發明還可以具有其他實施方式。
本實施例提供一種電鍍工藝穩定性的在線監控方法，包括
步驟Sl 提供具有溝槽的晶圓，採用電鍍工藝在所述溝槽內沉積金屬，所述電鍍 工藝的電鍍溶液中包含反應加速劑，使溝槽位置金屬的沉積速度大於其它位置；
參考附圖2，為本實施例所述的電鍍工藝的一個詳細描述，為了簡便，附圖2沒有 畫出整個晶圓，而僅僅畫出位於晶圓上的一個溝槽結構，所述的溝槽結構通常形成於介電 層中，在溝槽中採用電鍍工藝沉積金屬之後，用於製作金屬互連線，或者用於形成凸點。所 述的介電層材料例如為氧化矽，氮氧化矽等，在溝槽中沉積的金屬材料例如是金屬銅用於 形成金屬互連線。
所述的電鍍溶液中主要包含
主要金屬離子，在電鍍銅的工藝中，所述的主要金屬離子為銅離子；
反應加速劑(Accelerator)，主要是小分子量的有機分子/原子(organic molecules)，例如硫醇或者二硫化物基的有機分子/原子(thiol/disulfide based)，所述 的反應加速劑促使主要金屬離子在溝槽位置快速沉積；
反應抑止劑(Suppressors)主要是高分子量的聚合表面活性劑(high Mw polymeric surfactants),例如聚乙;I；希己二醇基的高分子材料(polyalkylene glycol based)，所述的反應抑止劑主要通過改變晶圓表面的極性來抑止金屬離子在除溝槽之外的 其它位置沉積，尤其是在溝槽邊緣位置的沉積。
平衡劑(Levelers)是一種離子表面活性劑(ionic surfactant)，平衡劑傾向於 吸附在具有高電勢的區域(比如溝槽邊緣)，從而極大地降低了金屬離子向這些區域表面 的擴散，同時也抑制了多餘的電鍍。
在所述電鍍溶液中各種成份的共同作用下，在電鍍金屬銅時，所述的金屬銅在溝 槽位置快速沉積，參考附圖3所示，因此，電鍍工藝結束後，在溝槽位置上形成的金屬層的 高度大於其它位置的高度，參考附圖4所示。如果電鍍過程中電鍍溶液的性能穩定，即電鍍溶液中各種成份的濃度變化不大，對於不同批次的晶圓，在位置對應的區域，晶圓溝槽位置 上金屬層與其它位置金屬層的高度差是幾乎相同的，如果所述的高度差波動較大，則說明 電鍍溶液中各成份的濃度發生變化，導致電鍍溶液的穩定性變差，則需要調整電鍍溶液的 成份。
步驟S2 測量溝槽位置與其它位置沉積的金屬層的厚度差；如附圖4所示，測量溝 槽中心的最高點與其它位置的高度差h。通常情況下，對於高度差H，具有設定的數值變化 範圍，如果其在設定的標準範圍內，則說明電鍍溶液穩定。所述高度差的設定值根據具體的 電鍍工藝、以及工藝要求的不同而不同。
步驟S3 如果所述的厚度差數值不在設定的標準數值之間，根據金屬層厚度差的 變化情況，對電鍍溶液進行調整。如果所述金屬層的厚度差一直在設定的標準數值之間，說 明電鍍工藝中電鍍溶液的性能穩定，無需調整電鍍溶液。
參考附圖5所示，為針對不同的電鍍樣本，溝槽位置與其它位置沉積的金屬層的 厚度差的變化值，以及對應的電鍍溶液中反應加速劑的濃度變化值，從附圖中可以看出，厚 度差的變化趨勢基本上與反應加速劑的濃度變化趨勢相同，因此，如果高度差發生較大的 波動，則電鍍溶液中反應加速劑的濃度液必定發生了較大的波動。
採用本實施例所述的方法，可以直接根據溝槽位置與其它位置沉積的金屬層的厚 度差的穩定性，來判斷電鍍溶液的性能穩定性，尤其是電鍍溶液中反應加速劑的濃度穩定 性。
在發現電鍍溶液的性能發生變化後，可根據現有的電鍍溶液中各離子的濃度測定 方法測定電鍍溶液中離子的濃度(質量百分比濃度或者摩爾百分比濃度)，並進行調整。
雖然本發明己以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應 當以權利要求所限定的範圍為準。
權利要求
1.一種電鍍工藝穩定性的在線監控方法，其特徵在於，包括提供具有溝槽的晶圓，採用電鍍工藝在所述溝槽內沉積金屬，所述電鍍工藝的電鍍溶 液中包含反應加速劑，使溝槽位置金屬的沉積速度大於其它位置；測量溝槽位置與其它位置沉積的金屬層的厚度差；如果所述的厚度差數值不在設定的標準數值之間，根據金屬層厚度差的變化情況，對 電鍍溶液進行調整。
2.根據權利要求1所述的電鍍工藝穩定性的在線監控方法，其特徵在於，所述的金屬 為銅。
3.根據權利要求1所述的電鍍工藝穩定性的在線監控方法，其特徵在於，所述的溝槽 內填充的金屬層用於形成金屬銅互連結構。
4.根據權利要求1所述的電鍍工藝穩定性的在線監控方法，其特徵在於，所述的對電 鍍溶液進行調整指調整電鍍溶液中反應加速劑的質量百分比含量或者摩爾百分比含量。
全文摘要
一種電鍍工藝穩定性的在線監控方法，包括提供具有溝槽的晶圓，採用電鍍工藝在所述溝槽內沉積金屬，所述電鍍工藝的電鍍溶液中包含反應加速劑，使溝槽位置金屬的沉積速度大於其它位置；測量溝槽位置與其它位置沉積的金屬層的厚度差；如果所述的厚度差數值不在設定的標準數值之間，根據金屬層厚度差的變化情況，對電鍍溶液進行調整。本發明可以在線監控電鍍溶液的穩定性，從而保證形成的金屬層的性能穩定。
文檔編號C25D21/12GK102031554SQ200910196468
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月25日 優先權日2009年9月25日
發明者劉盛, 聶佳相 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司