[发明专利]铜互连电镀填充效果的评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造和电化学技术领域，特别涉及一种铜互连电镀填充效果的评价方法。 

背景技术

铜互连广泛应用于电子工业中，尽管有很多优势，但铜电镀工艺很容易出现空洞，特别是孔或金属槽的底部、侧壁和上部。这主要是由于电镀铜在通孔/金属槽填满之前，上部已经封口，造成中间空洞。在电镀过程中，形成的空洞或者缝隙都会导致严重的可靠性问题。孔镀铜工艺与普通镀铜技术有很大不同，其难点在于必须保证铜在深孔内优先沉积，完成无缝隙、无孔洞填充，即达到所谓的超填充效果。超填充是指孔底的沉积速率比孔口的快，而只有在电镀液中添加多种特殊的添加剂才会形成超填充镀铜。通常在镀液中添加的有机添加剂分为三类：加速剂、抑制剂和整平剂。加速剂主要吸附在硅通孔的孔底，加速孔底的铜沉积速率，而抑制剂主要吸附在硅通孔的孔口附近，抑制该处的铜沉积速率，使硅通孔孔底的沉积速率大于孔口的沉积速率，实现自底向上（bottom-up）填充。因此需要一种方法，可以在硅通孔填充前评价镀铜液在硅通孔各处的填充速率，从而对硅通孔填充过程起到指导作用。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种铜互连电镀填充效果的评价方法，本发明方法操作简单、方便，不但可以评价镀液在与金属电极表面的图形相似的铜互连沟道及通孔中的填充效果，而且还可以评价不同的镀液组分在一种铜互连沟道及通孔中的填充效果以及一种镀液组分在不同的铜互连沟道及通孔中的填充效果。 

本发明是通过以下技术方案实现的，一种铜互连电镀填充效果的评价方法，包括如下步骤： 

步骤（1）采用一种表面图形化的金属电极作为工作电极，镀铜电镀液作为电解液，置于三电极体系中，测其电化学曲线；所述表面图形化的金属电极为电极表面形成图形化的通孔的金属电极； 

步骤（2）将一种平面的金属电极作为工作电极，与步骤（1）中相同的镀铜电镀液 作为电解液，置于三电极体系中，测其电化学曲线； 

步骤（3）比较步骤（1）和（2）中的电化学曲线，评价镀铜液的填充效果； 

步骤（4）调整电镀铜液的组分浓度和金属电极表面图形化的通孔的直径和深度，重复步骤（1）～（3），评价不同的镀液组分在一种铜互连沟道及通孔中的填充效果以及一种镀液组分在不同的铜互连沟道及通孔中的填充效果。 

优选的，所述的金属电极为金、银、铂、铜或镍。 

优选的，所述的镀铜电镀液包含浓度为0.5～100mol/L的铜离子、浓度为50～1000ppm的氯离子、加速剂、抑制剂和整平剂，pH值为1～7。更优选的，所述加速剂为SPS（聚二硫二丙烷磺酸钠）或3-巯基丙烷磺酸；所述抑制剂为聚乙二醇（PEG）或聚丙二醇；所述整平剂为聚亚烷基亚胺、烷基咪唑啉、金胺或贾纳斯绿B（JGB）。 

优选的，所述的三电极体系由工作电极、辅助电极和参比电极组成，所述工作电极为贵金属电极，所述的辅助电极为惰性电极，所述参比电极为饱和甘汞电极、银/氯化银电极或汞/氧化汞电极。 

优选的，所述平面的金属电极与所述表面图形化的金属电极的材质相同。 

优选的，所述电化学曲线为循环伏安曲线、线性扫描伏安曲线、计时电流曲线、计时电压曲线或阻抗谱曲线，更优选的，所述比较步骤（1）与步骤（2）中的电化学曲线包括以下具体过程：比较两种电极在循环伏安曲线、线性扫描伏安曲线、计时电流曲线或计时电压曲线上相同电压下的电流大小，或阻抗谱曲线上相同电压下的电阻大小，可知在通孔底部和通孔口部的铜沉积情况。 

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：该方法采用表面图形化的金属电极作为工作电极，通过三电极体系测定表面图形化的和平面的金属电极上的电流值，根据镀铜填充电解液阴极电化学的特征极化曲线，在平面的金属电极上可以确定孔口附近的铜沉积速率，在表面图形化的金属电极上可以确定孔底的铜沉积速率，最终实现评价镀液在与金属电极表面的图形相似的铜互连沟道及通孔中的填充效果。本发明不但可以快速地确定铜互连沟道及通孔的底部和孔口的电流密度，有效地评价电镀液的填充效果，对铜互连沟道及通孔的填充具有指导作用，促进电镀铜填充孔的工艺研发；而且采用不同的图形化尺寸就可以评价多种沟道及通孔的填充效果，采用表面图形化的工作电极还可以优化镀液中添加剂的配比，最终能够实现无缺陷填充；另外本发明还可以评价不同的镀液组分在一种铜互连沟道及通孔中的填充效果以及一种镀液组分在不同的铜互连沟道及通孔中的填充效果。本发明操作简单、方便，可用于评价芯片铜互连沟道、三维叠层 硅通孔以及高密度封装基板通孔的填充效果。 

附图说明