電化學電鍍製程簡介及設備暨廠務系統說明

3.3.1 電化學電鍍製程簡介^[12]

半導體製程的演進，近期因銅電阻很低，可以有效減少導線電 阻和介電質相乘(RC)延遲效應對於晶片速度的影響，而且對於 0.25 微米以下的半導體元件，也提供了更高的電子遷移阻力，而取代鋁 半導體元件作為導線材料。

電化學電鍍(Electro-Chemical-Plating, ECP)製程屬於金屬化製 成的其中一階段，主要乃使用電流以提供電子將金屬離子轉換成金 屬原子於某一介面之金屬薄膜沉積之製程反應，通常使用濺鍍製程 沉積一層薄的銅種子層，此"種子”層作用是為了成為電鍍銅時之起 始層。而電鍍為將先行以物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition, PVD)將銅種層增長為銅金屬層，如圖 5 銅製程製造程序說明。

圖 5、銅製程製造程序

電化學電鍍製程主要包括電鍍(Plating Cell)、斜邊清洗(Edge Bevel Remove, EBR)及回火(Anneal)等製程所組成，以下就此三種製

程進行說明：

1.電鍍(Electroplating)：是為將銅種層增長為銅金屬層，成為量產銅沉 積的其中一種方法，主要是因為其沉積溫度較低、較高的沉積速率、

傑出的填溝能力以及非常低的製造成本。低溫的需求是因為若要使 用低 K 值的介電層，此種子層必須被均勻的鍍在栓塞孔/槽的底部和 周圍，以確保銅金屬導線的物理性質和電性質的均勻，因此電鍍製 程成為半導體元件的嵌刻製程中主要的銅充填技術。

2.斜邊清除(Edge Bevel Remove, EBR)：隨著種晶層被完全覆蓋，電化 學電鍍之後的「斜邊清除」就越來越重要的，主要是將晶圓邊緣約 2mm 的殘餘銅藉由硫酸銅化學品進行清洗，以避免晶圓邊緣殘餘的 銅在化學機械研磨過程中剝離而傷害金屬表面且影響後續製程，故 必須藉由 EBR 製程進行清洗。詳細說明見圖 5 Edge Bevel Remove process 所示。

圖 6. EBR(Edge Bevel Remove) Process

3.退火(Annealing)：由於銅很容易發生「自行回火」(Self – annealing) 的現象，因此在進行化學機械研磨(CMP)的時候，就必須處理銅薄膜 上不同的微型結構，可見圖 7 所示。為了將化學機械研磨後的銅製程

缺陷減到最小，在進行化學機械研磨前，必須先提供熱穩定的製程步 驟。

Trenches with incomplete anneal Trenches with complete anneal

圖 7、經過回火製程之前後差異

3.3.2 電化學電鍍製程設備簡介

半導體製程所使用新的電化學電鍍機台是將回火反應室與電化學電 鍍整合在一起的製程設備，可以大幅降低製程設備的安裝成本，並且降 低製程設備的安裝成本，並且增加晶圓的產出率及良率。機台組成包括 電鍍槽、洗邊槽(化學品製程)及退火 Anneal Module（氣體製程）兩種不 同危害特性所組成之機台設備。

此機台設備主要涵蓋以下組成：

1. FOUP Load Ports

2. Anneal Module Robotic handler 3. Fan Filter Unit for Anneal Module 4. Fan Filter Unit for Sabre Module 5. Process Area Robot

6. Process baths and SRDs

 EBR process

 Copper plating process

7. Filter area which houses four filters for the copper sulfate solution 8. Pump area which houses pumps for process chemistry supply

圖 8、ECP 機台設備組成說明

3.3.3 電化學電鍍製程所需之廠務供應系統相關資料

1.有關電化學電鍍製程所使用之化學物質危害特性及物理性、化學性等危害特性如表 7 所示：

表 7、ECP 製程所使用之化學物質危害特性 物料名稱

製程

物料 名稱

英文 名稱

化學式

危害

特性 氣體偵

測器 可能影響

Anneal 氫氣 Hydrogen H2 易燃氣體 是 極度易燃氣體遇熱可能爆炸 硫酸 Sulfuric acid H2SO4 腐蝕性液體

否 可能腐蝕金屬吞食可能有害吸入致命造成嚴 重皮膚灼傷和眼睛損傷造成嚴重眼睛損傷 EBR

過氧化氫 Hydrogen Peroxide

H2O2 氧化性液體

否

可能引起燃燒或爆炸，強氧化劑吞食有害造成 嚴重皮膚灼傷和眼睛損傷造成嚴重眼睛損傷 長期或重複暴露可能對器官造成傷害

Electroplating 硫酸銅 Copper Sulfate Pentahydrate

CuSO4 腐蝕性液體

否 吞食有毒造成皮膚刺激造成眼睛刺激對水生 生物毒性非常大並具長期持續影響

、 變

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