使用次磷酸钠作为还原剂的无电镀铜溶液

摘要

本发明系关于以无电镀法于半导体晶片上沉积铜金属导线的方法及制程，本发明案提出了四种不同的无电镀铜溶液组成。这四种无电镀铜溶液皆是以次磷酸钠作为还原剂，且此四种电镀铜溶液皆使用不同的媒介剂，此媒介剂分别为(l)硫酸镍;(2)硫酸钯;(3)硫酸钴;(4)硫酸铁。另外溶液中还须有错化合剂(柠檬酸钠、硼酸、硫酸铵等)。这四种无电镀溶液的pH值约为8至10之间。本发明案所提出的这四种无电镀铜溶液皆能沉积出高纯度的铜金属导线，且其对方向比为2.7的孔洞的步阶覆盖效果相当好，所以可以应用在半导体元件上制作多层导线的结构。

主权项

1.一种利用无电镀技术于半导体基板上沉积铜金属的方法,其至少包含:利用无电镀的技术于半导体晶片上制作铜金属导线,其无电镀铜溶液成份至少包含:a)水;b)一铜离子源,此铜离子源是硫酸铜且其浓度为23.2至24.8mM之间;c)一错化合剂,此错化合剂是柠檬酸钠且其浓度介于50至54mM之间;d)一媒介剂,此媒介剂为硫酸镍且其浓度介于1.95至2.05mM之间;e)一次磷酸钠(作为还原剂)成份,其浓度为140至160mM之间;f)一pH调整剂,此pH调整剂为氢氧化钠,须将溶液的pH値调整至9.1-9.3之间;g)沉积温度为64至66℃之间。2.如申请专利范围第1项所述的方法,其中利用上述的无电镀铜溶液所沉积的铜镀层中,其铜含量介于94至96wt%之间,镍含量为2至3wt%,而磷含量为2至3wt%,且此镀层的电阻系数为3.0至3.2-cm。3.如申请专利范围第1项所述的方法,其中上述的无电镀铜溶液可以沉积铜金属镀层于复晶层、铝或钛基板上,且基板表面可以先经由含钯离子的活化液进行活化处理。4.如申请专利范围第1项所述的方法,其中的无电镀铜溶液,可以沉积出铜金属镀层,且此镀层的厚度以800至2000nm为宜。5.如申请专利范围第1项所述的方法,其中以上述的无电镀铜溶液所沉积的铜金属镀层,适用于方向比小于2.7的孔洞之步阶覆盖。6.一种利用无电镀的技术于半导体晶片上制作铜金属导线的方法,其至少包含:利用无电镀的技术于半导体晶片上制作铜金属导线,其无电镀铜溶液成份至少包含:a)水;b)一铜离子源,此铜离子源是硫酸铜且其浓度介于23.2至24.8mM之间;c)一媒介剂,此媒介剂为硫酸钯且其浓度介于0.012至0.013mM之间;d)一次磷酸钠(作为还原剂)成份,其浓度为90至110mM之间;g)一硼酸成份,且其浓度为135至165mM之间;h)一四甲基乙二铵成份,且其浓度为40—60Mm之间;i)一pH调整剂,此pH调整剂为氢氧化钠,须将溶液的pH値调整至9.1-9.3之间;h)沉积温度为64至66℃之间。7.如申请专利范围第6项所述的方法,其中以上述的无电镀铜溶液所沉积的铜镀层中,其铜含量可达99至99.9wt%之间。8.如申请专利范围第6项所述的方法,其中的无电镀铜溶液,可以沉积铜金属镀层于复晶层、铝和钛基板上,且这些基板表面可以先经由含钯离子的活化液进行活化处理。9.如申请专利范围第6项所述的方法,其中的无电镀铜溶液,可以沉积出铜金属镀层,且此镀层的厚度以800至2000nm为宜。10.如申请专利范围第6项所述的方法,其中以上述的无电镀铜溶液所沈积的铜金属镀层,适用于方向比小于2.7的孔洞之步阶覆盖。11.一种利用无电镀的技术于半导体晶片上制作铜金属导线的方法其至少包含:利用无电镀的技术于半导体晶片上制作铜金属导线,其无电镀铜溶液成份至少包含:a)水;b)一铜离子源,此铜离子源是硫酸铜且其浓度为23.2至24.8mM之间;c)一媒介剂,此媒介剂可以为硫酸钴且其浓度为5至15mM之间;d)一错化合剂,此错化合剂是柠檬酸钠且其浓度为50至54mM之间;e)一次磷酸钠(作为还原剂)成份,其浓度为90至110mM之间;f)一硼酸成份,且其浓度为135至165mM之间;g)一pH调整剂,此pH调整剂为氢氧化钠,须将溶液的pH値调整至9.1~9.3之间;h)沉积温度为88至92℃之间。12.如申请专利范围第11项所述的方法,其中以上述的无电镀铜溶液所沉积的铜镀层中,其铜含量可达99至99.9wt%之间。13.如申请专利范围第11项所述的方法,其中的无电镀铜溶液,可以沉积铜金属镀层于复晶层、铝和钛基板。14.如申请专利范围第11项所述的方法,其中的无电镀铜溶液,可以沉积出铜金属镀层,且此镀层的厚度以800至2000nm为宜。15.如申请专利范围第11项所述的方法,其中以上述的无电镀铜溶液所沈积的铜金属镀层,适用于方向比小于2.7的孔洞之步阶覆盖。16.一种利用无电镀的技术于半导体晶片上制作铜金属导线的方法,其至少包含:利用无电镀的技术于半导体晶片上制作铜金属导线,其无电镀铜溶液成份至少包含:a)水;b)一铜离子源,此铜离子源是硫酸铜且其浓度为24至26g/L之间;c)一媒介剂,此媒介剂为硫酸铁且其浓度为1.8至2.2g/L之间;d)一硫酸铵成份,且其浓度为35至45g/L之间;e)一错化合剂,此错化合剂是柠檬酸钠且其浓度为25至35g/L之间;f)一次磷酸钠(作为还原剂)成份,其浓度为38至42g/L之间;g)一pH调整剂,此pH调整剂为氢氧化钠,须将溶液的pH値调整至8.0-8.2之间;h)沉积温度为78至82℃之间。17.如申请专利范围第16项所述的方法,其中的无电镀铜溶液,于半导体基板上沉积铜金属导线制程时,须先利用含钯离子的活化液活化基板表面。18.如申请专利范围第16项所述的方法,其中以上述的无电镀铜溶液所沉积的铜金属镀层,适用于方向比小于2.7的孔洞之步阶覆盖。19.如申请专利范围第16项所述的方法,其中以上述的无电镀铜溶液所沉积的铜度层中,其铜含量可达99至99.9wt%之间。图式简单说明:第一图是本发明中使用第二种无电镀铜溶液所沉积的铜金属层,其能量分布扫描(energy-dispersivespectroscopy; EDS)分析的光谱图。第二图是本发明中使用第三种无电镀铜溶液所沉积的铜金属层,其能量分布扫描(energy-dispersivespectroscopy; EDS)分析的光谱图。