專利名稱：銅薄膜形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及半導(dǎo)體制造的后道工藝中銅薄膜形成方 法。
背景技術(shù)：
目前，在混合信號射頻(MS/RF)電路中的器件需要應(yīng)用到超厚金屬(UTM，Ultra Thick Metal)工藝。例如，通過電鍍銅(ECP，Electro-CopperPlating)工藝形成例如約 3 μ m厚的銅薄膜。所述電鍍銅工藝一般包括在需要形成銅薄膜的表面通過電鍍的方法形 成設(shè)計(jì)厚度的銅薄膜，然后進(jìn)行退火。在例如申請?zhí)枮?00580019070. 0的中國專利申請中還能發(fā)現(xiàn)更多與上述電鍍銅
工藝相關(guān)的信息。然而，隨著大尺寸晶圓的普遍應(yīng)用，超厚金屬工藝隨之帶來的問題也越來越明顯。 例如，對于如今較常采用的應(yīng)用于90nm工藝的300mm晶圓，由于銅薄膜具有較大的張應(yīng)力 (Tensile Stress)，例如90nm工藝中銅薄膜的張應(yīng)力達(dá)到了 280Mpa，因此，厚度較大的銅 薄膜會使得晶圓產(chǎn)生翹曲變形。其中，較嚴(yán)重的晶圓翹曲變形，其翹曲最大值(bow)，即翹曲 變形時(shí)晶圓最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間的高程差，甚至達(dá)到了約300 μ m，幾乎接近了晶圓的一半 厚度。而所述的晶圓翹曲變形將可能導(dǎo)致晶圓在后續(xù)工藝中報(bào)廢，例如在后續(xù)封裝工藝的 晶圓背面研磨過程中產(chǎn)生晶圓破裂，或晶圓被后續(xù)的工藝機(jī)臺視為廢品而拒絕載入。因而，所述超厚金屬工藝所帶來的晶圓翹曲變形已成為了制約大尺寸晶圓(例如 300mm晶圓)后道工藝順利實(shí)施的瓶頸之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有技術(shù)超厚金屬工藝使得晶圓翹曲變形的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種銅薄膜的形成方法，包括在需要形成銅薄膜的表面，執(zhí)行第一電鍍步驟形成第一厚度的銅薄膜；對已形成的第一厚度的銅薄膜執(zhí)行第一退火步驟；在已形成的銅薄膜表面，執(zhí)行第二電鍍步驟繼續(xù)形成銅薄膜直至達(dá)到所需的銅薄 膜厚度；對已形成的銅薄膜執(zhí)行第二退火步驟，其中，第一電鍍步驟和第二電鍍步驟的電鍍條件相同。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述銅薄膜的形成方法具有以下優(yōu)點(diǎn)通過兩次退火使得所形成的厚度較大的銅薄膜的張應(yīng)力減小，改善了晶圓翹曲變形的情況。


圖1是本發(fā)明銅薄膜的形成方法的一種實(shí)施方式流程圖；圖2a至圖2d是本發(fā)明銅薄膜的形成方法的一種實(shí)施例的簡易示意圖。
具體實(shí)施例方式參照圖1所示，本發(fā)明銅薄膜的形成方法的一種實(shí)施方式包括步驟Si，在需要形成銅薄膜的表面，執(zhí)行第一電鍍步驟形成第一厚度的銅薄膜；步驟s2，對已形成的第一厚度的銅薄膜執(zhí)行第一退火步驟；步驟S3，在已形成的銅薄膜表面，執(zhí)行第二電鍍步驟繼續(xù)形成銅薄膜直至達(dá)到所需的銅薄膜厚度；步驟s4，對已形成的銅薄膜執(zhí)行第二退火步驟。 其中，第一電鍍步驟和第二電鍍步驟的電鍍條件相同。以下通過一具體的工藝實(shí)例對上述銅薄膜的形成方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。參照圖2a所示，基底10中已具有邏輯器件結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的多層金屬結(jié)構(gòu)，例如基底 10中具有除頂層金屬外的其他各層金屬層間結(jié)構(gòu)及其下的邏輯器件結(jié)構(gòu)。所述基底10中 還具有導(dǎo)電層11。所述基底10表面具有蝕刻停止層12，所述蝕刻停止層12上還具有絕緣 層13。溝槽14貫通所述絕緣層13及其下的蝕刻停止層12，與所述導(dǎo)電層11連通。所述 溝槽14為需要形成銅薄膜的所在。為方便描述，假定所需形成的銅薄膜應(yīng)填滿溝槽14并 與所述絕緣層13的表面齊高。此處，假定所述溝槽14的深度為3 μ m,也即所需形成的銅薄 膜的厚度為3 μ m。則首先應(yīng)用電鍍的方法在所述溝槽14內(nèi)形成第一厚度的銅薄膜，例如形成 1. 5 μ m的銅薄膜。電鍍銅使用含銅離子的電鍍液，例如可以采用H2S04、CuS04和CuCl2的混 合溶液，電鍍時(shí)的電流可以為例如5安(A)，電鍍時(shí)的溫度為室溫，例如25°C。在上述電鍍過程中，將銅接于電源的陽極，將基底10接于電源的陰極，將基底10 浸泡于所述電鍍液中，并通過電源施加電流，使電鍍液中的銅離子與電子反應(yīng)形成銅而在 溝槽14內(nèi)沉積。所述電鍍第一厚度的銅薄膜可以通過電鍍時(shí)間來控制，例如在沒有圖形的晶圓上 做不同電鍍時(shí)間的實(shí)驗(yàn)可以得到電鍍時(shí)銅薄膜的生長速率。然后根據(jù)所述第一厚度以及電 鍍時(shí)銅薄膜的生長速率就可獲得電鍍時(shí)間。參照圖2b所示，經(jīng)過上述電鍍銅步驟，溝槽14內(nèi)已形成有第一厚度的銅薄膜15a。 接著對基底10加熱以對所形成的第一厚度的銅薄膜15a退火。所述退火過程可在退火爐管中進(jìn)行，所述退火的溫度可以為例如200°C。所述退 火的時(shí)間根據(jù)工藝規(guī)格對所形成銅薄膜的電性要求而定，例如所述退火的時(shí)間可以為100秒。參照圖2c所示，在經(jīng)退火的第一厚度的銅薄膜15a表面繼續(xù)形成銅薄膜，同樣采 用電鍍的方法。本步驟中所采用的電鍍液、電鍍時(shí)的電流以及電鍍時(shí)的溫度均與上述形成 第一厚度的銅薄膜15a時(shí)采用的相同。所述電鍍過程持續(xù)到銅薄膜填滿溝槽14并與所述 絕緣層13的表面齊高。上述第二次電鍍時(shí)銅薄膜的厚度可以通過電鍍時(shí)間來控制，例如在沒有圖形的晶 圓上做不同電鍍時(shí)間的實(shí)驗(yàn)可以得到銅薄膜的生長速率。然后根據(jù)需要電鍍的銅薄膜的厚 度以及電鍍時(shí)銅薄膜的生長速率就可獲得電鍍時(shí)間。參照圖2d所示，在第二次電鍍之后，溝槽14內(nèi)所形成的銅薄膜15的厚度達(dá)到3μπι。最后，再次對對基底10加熱以對所形成的銅薄膜15退火。所述退火過程可在退火爐管中進(jìn)行，所述退火的溫度可以為200°C。所述退火的時(shí) 間根據(jù)工藝規(guī)格對所形成銅薄膜的電性要求而定，例如所述退火的時(shí)間可以為100秒。以下為分別對采用現(xiàn)有技術(shù)方法和本發(fā)明方法形成同樣厚度的銅薄膜后，檢測晶 圓翹曲最大值，所獲得的結(jié)果對比表。 表 1從表1中可以看到，通過對3組不同的晶圓樣本的檢測可以看到，采用本發(fā)明方法 的兩次電鍍、兩次退火工藝后形成的銅薄膜對晶圓造成的變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)形成同樣 厚度的銅薄膜對晶圓造成的變形。本發(fā)明方法的翹曲最大值基本下降到了現(xiàn)有技術(shù)方法的 翹曲最大值的一半。因此，本發(fā)明銅薄膜的形成方法改善了晶圓翹曲變形的情況。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種銅薄膜形成方法，其特征在于，包括在需要形成銅薄膜的表面，執(zhí)行第一電鍍步驟形成第一厚度的銅薄膜；對已形成的第一厚度的銅薄膜執(zhí)行第一退火步驟；在已形成的銅薄膜表面，執(zhí)行第二電鍍步驟繼續(xù)形成銅薄膜直至達(dá)到所需的銅薄膜厚度；對已形成的銅薄膜執(zhí)行第二退火步驟，其中，第一電鍍步驟和第二電鍍步驟的電鍍條件相同。
2.如權(quán)利要求1所述的銅薄膜形成方法，其特征在于，所述第一厚度為所需銅薄膜厚度的一半。
3.如權(quán)利要求1所述的銅薄膜形成方法，其特征在于，所述電鍍條件包括電鍍時(shí)采用 的電鍍液、電鍍時(shí)的電流以及電鍍時(shí)的溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的銅薄膜形成方法，其特征在于，所述第一電鍍步驟和第二電鍍 步驟采用的電鍍液為H2S04、CuSO4和CuCl2的混合溶液。
5.如權(quán)利要求3所述的銅薄膜形成方法，其特征在于，所述第一電鍍步驟和第二電鍍 步驟在電鍍時(shí)的電流為5安。
6.如權(quán)利要求3所述的銅薄膜形成方法，其特征在于，所述第一電鍍步驟和第二電鍍 步驟在電鍍時(shí)的溫度為室溫。
7.如權(quán)利要求6所述的銅薄膜形成方法，其特征在于，所述室溫為25°C。
8.如權(quán)利要求1所述的銅薄膜形成方法，其特征在于，所述第一退火步驟的溫度為 200°C，時(shí)間為100秒。
9.如權(quán)利要求1所述的銅薄膜形成方法，其特征在于，所述第二退火步驟的溫度為 200°C，時(shí)間為100秒。
全文摘要
一種銅薄膜形成方法，包括在需要形成銅薄膜的表面，執(zhí)行第一電鍍步驟形成第一厚度的銅薄膜；對已形成的第一厚度的銅薄膜執(zhí)行第一退火步驟；在已形成的銅薄膜表面，執(zhí)行第二電鍍步驟繼續(xù)形成銅薄膜直至達(dá)到所需的銅薄膜厚度；對已形成的銅薄膜執(zhí)行第二退火步驟，其中，第一電鍍步驟和第二電鍍步驟的電鍍條件相同。所述銅薄膜形成方法改善了晶圓翹曲變形的情況。
文檔編號H01L21/768GK101840883SQ20091004764
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月16日
發(fā)明者張弓 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司