旋转对流下铜在微沟道中的电沉积-电化学.PDF

第 10 卷 　第 2 期 电化学 Vol. 10 　No. 2 2004 年 5 月 EL ECTROCHEMISTR Y May 2004 文章编号 (2004) 旋转对流下铜在微沟道中的电沉积 孙建军 , 谢步高 ,阴文辉 ,陈国南 (福州大学化学化工学院 ,福建 福州 350002) 将刻有微沟道的芯片固定在旋转圆盘电极上 ,在旋转对流条件下于微沟道中电沉积铜. 摘要 : 　 微沟道深度为 1 μ μ μ μ m ,宽度分别为 0. 35 m ,0. 50 m ,0. 70 m. 研究了芯片的旋转、电流密度以及 Cu2 + 浓度等对微沟道中铜沉积的影响. 实验表明 ,在旋转对流传质下 ,铜在微沟道中的沉积速率 比静止芯片时的约快2～3 倍. 较低的 Cu2 + 浓度和适中的沉积电流密度更有利于超等厚沉积的形 成. 关键词 : 　电沉积;铜 ;旋转电极 ;微沟道 ;芯片 ;超等厚沉积 O 646 　　　　　　　　　　 A 中图分类号: 　 文献标识码 : 　 ( ) 芯片金属化 Onchip metalization 是半导体芯片制造中一个非常重要的工艺过程. 其中包 括芯片内部的一些元器件和结构单元通过金属布线连接集成在一起. 随着芯片集成度的提高 , 金属布线线宽变得越来越窄. 以前用作金属化材料的铝, 由于导电率的限制, 已不能满足制造 工艺要求. 铜的电导率比铝大 40 % ,而且在常温下就能应用电化学沉积方法布线 ,具有铝不能 比拟的许多优点. 目前,铜线工艺已成为芯片制造的主流工艺[1～3 ] . 在铜布线工艺中 ,关键之处即在必须将铜无孔洞、无缝隙地完全电沉积在高深宽比的微沟 道或微孔中. 电沉积时,如果铜在沟道两侧和底面以相同的沉积速率进行沉积 ,亦即等厚沉积 (Conformal plating) ,就很容易在沟道中心位置留下缝隙. 但若沟道上部的沉积速率比其下部 的沉积速率快 ,则难免在沟道中留下孔洞. 只有当铜在沟道底部的沉积速率大于在沟道侧面的 沉积速率时 ,才能保证铜在微沟道中的完全填充. 这种完全填充方式一般被称为超等厚沉积 ( Superconformal plating) [2～5 ] . 有关铜在微沟道中的超等厚沉积研究 , 已有许多报道. 但大多考虑的是静止芯片条件下的 电沉积[6～8 ] . 而实际的生产工艺 ,铜的沉积大多是在搅拌溶液的情况下进行的. 本文将刻有微 沟道的硅芯片固定在旋转圆盘电极上 ,研究了旋转对流条件下铜在微沟道中的电沉积以及 Cu2 + 浓度、沉积电流密度等对沉积过程的影响. 收稿日期 ,修订日期 通讯联系人 ,jjsun @fzu. edu. cn ( ) ( ) ( 国家自然科学基金 ,福建省青年科技人才创新项目 2003J013 ,福州大学科技发展基金 2003XQ ) 10 资助 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 2 期 　　　　　　　　　孙建军等 :旋转对流下铜在微沟道中的电沉积 2·11 · 1 　实验方法 实验用硅片为刻有一系列微沟道的模