对半导体基片进行电镀和抛光的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种在半导体基片（２）上电镀／沉积导电材料并抛光该基片的方法和装置。在一个装置中设置有多个腔（１００，２００），其中一个腔（１００）用于电镀／沉积导电材料，另一个腔（２００）用于抛光该半导体基片。电镀／沉积过程可以通过刷镀或电化学机械沉积进行，抛光过程可以通过电解抛光或化学机械抛光进行。本发明专利技术还提供了一种用于间断地给半导体基片（２）施加导电材料并当不再给基片（２）施加导电材料时间断地抛光该基片的方法和装置。另外，本发明专利技术还提供了一种使用一新型阳极组件电镀／沉积和／或抛光导电材料并改善电解质移性能的方法和装置。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在半导体基片上电镀和抛光导电材料的方法及装置。具体地说，本专利技术涉及的是一种使用同一装置在半导体基片上先电镀然后抛光导电材料的方法及装置。另外，本专利技术涉及一种间断地在半导体基片上施加导电材料并当不再向基片施加导电材料时间断地抛光该基片的方法及装置。本专利技术还涉及一种使用一个新型衬垫组件在基片表面上电镀/沉积和/或抛光导电材料的方法及装置。
技术介绍
制造集成电路及设备的常规工艺包括用一个电镀装置在半导体晶片表面上电镀一金属层。通常晶片表面已经被事先蚀刻并具有许多孔和/或沟槽。晶片电镀的一个目的是用导电材料均匀填充这些孔和沟槽。但是，很难将这些孔和沟槽均匀填充得没有空隙存在。众所周知，这些空隙的存在将导致较差的性能和有缺陷的设备。在电镀步骤后，通常利用一个抛光装置进行抛光步骤以得到晶片的平坦表面。在晶片表面的晶种金属层上电镀导电材料在半导体工业具有重要和广泛的应用。通常，电镀的是铝或其他金属，其形成为组成半导体芯片的许多金属层中的一层。但是，近来用铜沉积来互连半导体芯片引起了人们很大的兴趣，这是因为与铝相比，铜的电阻较低从而允许在产生更少热量的情况下使半导体芯片运行得更快，结果是芯片在容量和效率方面都有显著改善。此外，铜还是比铝更好的导体，这一点是公知的。在ULSI芯片的加工中，铜进入亚微米孔和沟槽中的薄膜电镀是非常困难的，尤其是当特征尺寸小于0.25μm、纵横比大于5比1时则变得更加困难。可以使用普通的化学气相沉积填充这些孔和沟槽以形成硅基片。但是，这种加工方法使得ULSI技术的发展和集成互连的费用非常高。因此，需要一种更加精确、费用经济和可靠的将导电材料施加到半导体基片上的方式。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种在半导体工件的表面上电镀/沉积导电材料然后抛光该工件表面的方法和装置。本专利技术的另一个目的是提供一种利用刷镀或电化学机械沉积在半导体工件的表面上电镀/沉积导电材料然后利用电解抛光或化学机械抛光来抛光该工件表面的方法和装置。本专利技术的目的还在于提供一种在同一装置上具有用于电镀/沉积导电材料和抛光工件表面的多个腔的方法和装置。本专利技术的目的还在于提供一种具有用于电镀/沉积导电材料和抛光工件表面的新型衬垫组件的方法和装置。本专利技术的目的还在于提供一种在衬垫或其他固定部件不直接与工件表面接触的情况下在工件表面上电镀/沉积导电材料的方法和装置。本专利技术的这些和其他目的可以通过在同一装置中提供邻接的、独立的电镀和抛光步骤来实现。第一腔用于将来自于电解质溶液中的导电材料电镀/沉积到工件表面。这是通过将一个衬垫安装在柱状阳极上，并利用处于该衬垫上或通过该衬垫的电解质溶液将导电材料施加到工件表面来完成的。进行该电镀操作的装置包括一个阳极和一个阴极、一个工件或一个与阳极隔开的工件。一个安装在柱状阳极上的衬垫绕着第一轴转动，工件绕着第二轴转动，当在工件和阳极之间形成电势差时，电解质溶液中的金属就被沉积在工件上。该电镀腔也可以包括一个与阴极或工件隔开的阳极板。根据供给到阳极板和阴极上的能量，盛放在电镀腔中的电解质溶液被用来将导电材料沉积在工件表面上。在抛光腔中，在另一个阳极或一个柱状辊子上也安装有一个用于抛光工件表面的衬垫。抛光既可以利用电解抛光完成，也可以利用化学机械抛光来完成。工件表面的抛光防止了导电材料在工件的一定区域内的沉积，从而提供一个基本上平坦的表面。本专利技术还描述了一种新型的衬垫组件，该衬垫组件具有可以用于电镀和/或抛光工件表面的独特的阳极衬垫结构。附图概述本专利技术的这些和其他目的、优点将通过下面结合附图详细描述最佳实施例的方式变得更加清楚明了，其中附图说明图1显示了根据本专利技术的导体中要被填充的一种典型通路；图2是本专利技术第一最佳实施例的透视图；图3是本专利技术第一最佳实施例的横截面图；图4是本专利技术第二最佳实施例的透视图；图5是本专利技术第二最佳实施例的横截面图；图6是根据本专利技术最佳实施例的第一新型阳极组件的透视图；图7是根据本专利技术最佳实施例的第一新型阳极组件的横截面图；图8是根据本专利技术最佳实施例的第二新型阳极组件的透视图；图9是根据本专利技术最佳实施例的第二新型阳极组件的横截面图；图10是根据本专利技术最佳实施例的“邻近电镀”装置和方法的横截面图；图11是一个具有多层并在其上沉积有微粒的基片的横截面图；图12A-12B是根据本专利技术最佳实施例有利地影响导电材料纹理的方法的横截面图。最佳实施例的详细描述现在参照附图1-12描述本专利技术的最佳实施例。如上所述，常规的加工方法需要在不同的时段使用不同的设备，以使导电物质位于孔和沟槽内或者位于半导体晶片的表面上其他希望的位置处，其中半导体晶片包括许多不同的半导体芯片。因此，制造一个高质量的半导体集成电路设备所需的装置费用是非常高的。本专利技术包括不同的实施例，其可以使用同一装置将导电材料电镀/沉积到表面上并进入触点、通孔和沟槽及抛光该晶片表面。本专利技术可以使用任何导电材料，尤其适用于将铜作为导体，以及尤其适用于具有大的纵横比的亚微米特征的ULSI集成电路的制造。另外，尽管在本专利技术最佳实施例的描述中使用的是半导体晶片，但是，本专利技术也可以使用其他的半导体工件，如平面平台或磁性薄膜头等。图1显示了晶片2的一部分，在晶片2中形成有一个通路。正如半导体领域公知的，这些通路是与不同电路层电连接的导电材料。如图1中所示，该通路包括一个连接下部导电层4和上部导电层6的导体8，在导体8旁边设置有绝缘材料10。应该理解到，本专利技术可以用于多层集成电路芯片中的任何金属层。图2和图3分别显示了本专利技术第一最佳实施例的透视图和横截面图。参见图2-3，利用来自于第一腔100的电解质溶液11，将最好是铜的导电材料施加到通路、沟槽和/或晶片的其他希望区域，而在第二腔200中，由于在晶片表面而不是在触点、通孔和沟槽处进行电解抛光或化学机械抛光，使得导电材料在不希望区域的积聚被消除或至少被最小化。第一腔100和第二腔200被一个中部隔离物60隔开。第一腔100和第二腔200分别各一个阳极组件12、14，这两个阳极组件具有安装在柱状阳极20、22上的圆形或方形机械衬垫16、18，其中柱状电极20、22绕着第一轴24转动，具有晶片2的一个晶片头组件26绕着第二轴28转动。整个晶片头组件26还能沿着箭头30所示的方向侧向移动以便电镀和抛光晶片2的中部区域。柱状阳极20、22分别与轴32、34连接，从而可以绕着轴24旋转。如上所述，晶片2在机械衬垫16、18覆盖的区域内转动，这将在下面详细描述，该区域位于盛放有电解质溶液11的腔100，200内。尽管显示的是对一个晶片进行操作，但是可以理解到本专利技术也可以使用多个晶片头组件26。如图3所示，晶片头组件26可以包括一个不导电的，最好是圆形的卡盘36，该卡盘36具有一个空腔，该空腔中部的深度为几个毫米，并且该空腔可以容纳有一个静止衬垫(未显示)。晶片2位于该空腔中，其后部利用一个常规形式的传送器或真空装置抵靠在静止衬垫上，以确保在使用时晶片相对于晶片头组件26静止。一个位于晶片头组件26的周缘的诸如O形环的不导电保持环40或其他橡胶类型的密封件和阴极触点电极38都压靠在晶片2的边缘上，并将晶片2保持在其位置处。晶片2的整个后侧都抵靠在位于保持环40下面的卡盘36上，从而不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对半导体工件的表面进行电镀和抛光的装置，包括： 具有用于对工件表面进行电镀的电镀设备的第一腔； 具有用于对工件表面进行抛光的抛光设备的第二腔；以及 分隔第一腔和第二腔的隔离物。

【技术特征摘要】
US 1999-4-3 09/285,6211.一种用于对半导体工件的表面进行电镀和抛光的装置，包括具有用于对工件表面进行电镀的电镀设备的第一腔；具有用于对工件表面进行抛光的抛光设备的第二腔；以及分隔第一腔和第二腔的隔离物。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电镀设备包括一个安装到柱状阳极上的衬垫。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，柱状阳极可以绕着第一轴转动。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电镀设备包括一个安装在第一腔底侧附近处的阳极板。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，抛光设备包括一个安装在一柱状阳极上的衬垫。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，柱状阳极可以绕着第一轴转动。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述抛光设备包括一个化学机械抛光设备。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的化学机械抛光设备包括一个安装在一柱状辊子上的衬垫。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的柱状辊子可以绕着第一轴转动。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括盛放在第一和第二腔中的电解质溶液。11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括一个在电镀和抛光过程中支撑工件的攻击支撑，该工件支撑可以绕着第二轴转动并可以侧向移动。12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，工件包括晶片、平面平台和磁性薄膜头之一。13.一种对半导体工件的表面进行电镀和抛光的方法，该方法包括下述步骤使用工件表面上的电解质溶液将导电材料电镀到工件的表面，其中工件位于一阳极附近；和当不再进行电镀的一定时间内对工件表面进行抛光。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，电镀步骤在第一腔中进行，而抛光步骤在第二腔中进行。15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其一腔和第二腔被一隔离物分隔。16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，电镀步骤使用刷镀和电化学机械沉积之一进行。17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，抛光步骤使用电解抛光和化学机械抛光之一进行。18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，电镀步骤在抛光步骤之前进行。19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，工件是晶片、平面平台和磁性薄膜头之一。20.一个用于对半导体工件进行电镀和抛光的衬垫组件，包括一个具有外表面的柱状阳极；多个安装到柱状阳极上并从该柱状阳极的外表面上突出的衬垫条。21.根据权利要求20所述的衬垫组件，其特征在于，所述的柱状阳极可以绕着第一轴转动。22.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍梅昂塔利，希普里安埃梅卡乌佐，
申请(专利权)人：ASM纳托尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]