电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响 - 图文(9)

13 20C 14 25C 15 25C 16 25C 18D 3D 9D 18D 表3.4-3工艺参数调整对比实验条件(表格中各项数据已作归一处理)

4. 实验结果及分析讨论

4.1不同的电镀时转速实验结果分析

第一组对比实验，结果见表4.1-1中的对照结果。这是使用不同的电镀时转速于孔洞缺陷的关系。我们可以看到低的转速对减少孔洞缺陷有非常明显的作用。

表4.1-1 两种不同薄膜生长设备得到的样品对比结果

错误!

样品 1 2 3 4

孔洞缺陷个数 0 30 55 220 如图4.1-2所示，图4(c)是采用低转速电镀CMP后KLA扫描的结果。从图上可以看出，defect的总数大大减少，另外，SEM扫描后没有发现pits defect(图4(d))。

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电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响

(4) (4-1) (1) (1-1)

图4.1-2 铝焊接点边缘铜扩散处的EDX分析

我们知道，有机杂质会在晶界上对晶界的移动起钉扎的作用。在高转速的情况下，有较多的有机杂质进入晶格，限制了晶粒的生长，使得热处理前，高转速的电镀的晶粒较低转速的小。在后续的热处理(anneal)过程中,如图5所示晶粒会慢慢张大，互相吞并，进行二次再结晶，最终长大成为较大晶粒。而在晶粒长大、相互吞并的阶段，晶格的总体积减少，从而会在某些区域会有空位（Void）的产生。初始晶粒越小，生长成大晶粒时，产生的空位就会越多。在高温下，内应力会推动空位在晶界聚集，最终形成我们看到如图4(a)的pits defect。而在低转速的条件下，晶界上杂质较少，对晶界的钉扎作用也较少，晶粒较大，在后续的热处理过程中，晶格总体积变化小，留下的空位较少，从而降低了pits defect的产生。

我们在研究不同转速对孔洞缺陷的影响的同时，也研究了转速与电导率和宏观应力的关系.电阻率是半导体互联材料的重要特性。图1给出了转速对电阻率的影响关系。从图上可以看出，随着RPM的增大，铜薄膜的Rs呈增大的趋势。在RPM为12时，Cu薄膜的电阻率最小，为21.895mohm/cm2. 另外，从图1还可以看出，所有薄膜的uniformity在1.5%以下，反映出整个晶圆铜薄膜具有很好的Rs均一性。

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电镀工艺优化对铜金属层后孔洞缺陷的影响

Rs(mohm/cm2)2322.52221.5211230RsRs UN!.510.506090RPM(r/m)图4.1-2 铝焊接点边缘铜扩散处的EDX分析

对半导体工艺来说，内应力对其对集成器件的可靠性（reliability）尤其对SM（stress migrate）有着重大的影响[3]。金属层内应力的产生主要是因为，金属Cu与基底材料SiO2之间有着不同的热膨胀系数，在ECP后的热处理过程中，由于不同的热膨胀系数导致了金属与基底之间不同的热膨胀率，最终导致了应力的产生[4]。一般来说，应力的大小与热处理温度有着密切的关系。在本研究中，为了消除不同的热处理温度对薄膜内应力的影响，采用的是同一温度的热处理工艺。从图2中可以看出，随着RPM的增大，薄膜的内应力呈增大的趋势。当RPM小于30r/m时，应力在340Mpa左右，而但大于60r/m时，则应力在390Mpa左右。

400380360340320300123060RPM(r/m)90Stress(Mpa)

图4.1-2 铝焊接点边缘铜扩散处的EDX分析

由上可见，ECP过程中电镀转速对铜薄膜的Rs和Stress都有重大的影响。究其原因，是因为ECP制程是电化学镀铜的过程。我们知道，在电化学镀铜的中，一般需要一个阴极和一个阳极，当电源加在铜（阳极）和硅片（阴极）之间时，溶液中产生电流并形成电场。阴阳两极将发生公式（1）(2)所示的反应,阳极的铜失电子，转化成铜离子而溶于溶液，阴极附近的铜离子得电子形成镀在硅片表面的铜。一般为了获得良好的填覆效果，需要在溶液中加入一定的有机添加剂（additive）,包括加速剂(accelerator)、抑制剂(suppressor)已经平整剂(leveler)等。

阳极：Cu-2e?Cu2+ 公式(1)

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