铜薄膜之形成方法

摘要

本发明揭露一种铜薄膜之形成方法，其系在化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)的反应室中，藉由研磨垫(Polishing Pad)之辅助，依序重复进行多次的金属铜之电镀沉积以及电解蚀刻(Electroetching)。藉由控制电流方向以及电荷总量等制程参数，抑制场区(Field)上铜薄膜的形成，并在电解蚀刻时提高场区上铜薄膜的蚀刻率，而使铜几乎只在元件特征之开口内成长。因此，可避免产生共形(Conformal)沉积，减少元件特征外之多余铜的沉积量，减少或省却化学机械研磨的步骤，而降低化学机械研磨制程所造成之损伤。而且，制程的控制度高，而获得均匀度高以及平坦度较佳之铜薄膜，进而提高产量以及产品的良率。

主权项

1.一种铜薄膜之形成方法,至少包括:提供一基材,其中该基材上已形成有依序堆叠之一金属层以及一介电层,且该介电层中至少包括一开口,而该开口暴露出部分之该金属层;形成一阻障层(Barrier Layer)覆盖在该介电层、该开口、以及暴露之该金属层;进行一电镀沉积步骤以及一电解蚀刻(Electroetching)步骤,其中进行该电镀沉积步骤时,更至少使得在该开口上之一沉积率大于在该介电层上之一沉积率,且进行该电解蚀刻步骤时,更至少使得在该开口上之一蚀刻率小于在该介电层上之一蚀刻率;依序重复进行该电镀沉积步骤以及该电解蚀刻步骤,直至形成一铜薄膜填满该开口,并约暴露出该介电层上之该阻障层;以及移除暴露之该阻障层。2.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该基材系位于一化学机械研磨(CMP)反应室中。3.如申请专利范围第2项所述之方法,其中该化学机械研磨反应室至少包括一研磨垫(Polishing Pad),且该研磨垫至少包括复数个孔洞。4.如申请专利范围第3项所述之方法,其中进行该电镀沉积步骤以及该电解蚀刻步骤时,更包括利用该研磨垫进行一研磨步骤。5.如申请专利范围第1项所述之方法,其中进行该电镀沉积步骤以及该电解蚀刻步骤时,更包括使用一硫酸铜(CuSO4)溶液。6.如申请专利范围第1项所述之方法,其中进行该电镀沉积步骤时,更包括对该基材施加一电流。7.如申请专利范围第1项所述之方法,其中进行该电解蚀刻步骤时,更包括对该基材施加一反向电流。8.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该金属层之材料为铜。9.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该介电层为低介电常数材料。10.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该阻障层之材料为钽(Ta)。11.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该阻障层之材料为氮化钽(TaN)。12.如申请专利范围第1项所述之方法,其中移除暴露之该阻障层之步骤系利用一电浆蚀刻法。13.如申请专利范围第1项所述之方法,其中其中移除暴露之该阻障层之步骤系利用一湿式蚀刻法。14.一种铜薄膜之形成方法,至少包括:提供一基材,其中该基材上已形成有依序堆叠之一金属层以及一介电层,且该介电层中至少包括一开口,而该开口暴露出部分之该金属层;形成一阻障层覆盖在该介电层、该开口、以及暴露之该金属层;形成一晶种层(Seed Layer)覆盖在该阻障层上;进行一电镀沉积步骤以及一电解蚀刻步骤,其中进行该电镀沉积步骤时,更至少使得在该开口上之一沉积率大于在该介电层上之一沉积率,且进行该电解蚀刻步骤时,更至少使得在该开口上之一蚀刻率小于在该介电层上之一蚀刻率;依序重复进行该电镀沉积步骤以及该电解蚀刻步骤,直至形成一铜薄膜填满该开口,且使得该介电层上之该阻障层上的该铜薄膜具有一预设厚度;以及移除该介电层上之该阻障层上的该铜薄膜以及该介电层上之该阻障层。15.如申请专利范围第14项所述之方法,其中该基材系位于一化学机械研磨反应室中。16.如申请专利范围第15项所述之方法,其中该化学机械研磨反应室至少包括一研磨垫,且该研磨垫至少包括复数个孔洞。17.如申请专利范围第16项所述之方法,其中进行该电镀沉积步骤以及该电解蚀刻步骤时,更包括利用该研磨垫进行一研磨步骤。18.如申请专利范围第14项所述之方法,其中进行该电镀沉积步骤以及该电解蚀刻步骤时,更包括使用一硫酸铜溶液。19.如申请专利范围第14项所述之方法,其中进行该电镀沉积步骤时,更包括对该基材施加一电流。20.如申请专利范围第14项所述之方法,其中进行该电解蚀刻步骤时,更包括对该基材施加一反向电流。21.如申请专利范围第14项所述之方法,其中该金属层之材料为铜。22.如申请专利范围第14项所述之方法,其中该介电层为低介电常数材料。23.如申请专利范围第14项所述之方法,其中该阻障层之材料为钽。24.如申请专利范围第14项所述之方法,其中该阻障层之材料为氮化钽。25.如申请专利范围第14项所述之方法,其中形成该阻障层之步骤系利用一离子金属电浆沉积法(IMP)。26.如申请专利范围第14项所述之方法,其中移除该介电层上之该阻障层上的该铜薄膜以及该介电层上之该阻障层之步骤系利用一化学机械研磨制程。图式简单说明:第1图至第3图为绘示习知铜薄膜之制造流程剖面图;第4图为绘示第3图之铜薄膜经化学机械研磨步骤后之结构剖面图;第5图为绘示第3图之铜薄膜经电解步骤后之结构剖面图;以及第6图至第12图为绘示本发明之一较佳实施例之铜薄膜的制造流程剖面图。