半导体处理中伴随颗粒污染减轻的电氧化金属移除制造技术

在半导体衬底上的电氧化金属移除期间，对具有金属层的衬底施加阳极偏置，并且金属被电化学溶解于电解液中。金属颗粒(例如，当溶解的金属是铜时为铜颗粒)可能在电化学金属移除期间无意中形成于衬底的表面上，并且在后续的半导体处理期间造成缺陷。可通过防止颗粒形成和/或通过将颗粒溶解以减轻这种颗粒的污染。在一实现方案中，减轻涉及在电化学金属移除期间使用包含氧化剂(例如过氧化氢)的电解液。在一实施方案中，电化学金属移除设备具有用于将氧化剂导入电解液的导管及用于监控电解液中的氧化剂浓度的传感器。的氧化剂浓度的传感器。的氧化剂浓度的传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体处理中伴随颗粒污染减轻的电氧化金属移除
通过引用并入
[0001]PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。


[0002]本专利技术涉及利用电化学金属去除来改善金属层的均匀度的设备与方法。在一实现方案中，本专利技术涉及通过伴随化学颗粒移除的电化学金属移除来改善通掩模电镀特征的均匀度的设备与方法。

技术介绍

[0003]通掩模电镀为在半导体装置制造中于多个处理方案中形成金属凸块和柱的方法。使用通掩模电镀的标准处理中的一者涉及下列步骤。首先，以薄导电晶种层材料(如Cu或Ni晶种层)覆盖衬底(如具有平坦裸露表面的半导体衬底)，其中薄导电晶种层材料可以任何合适的方法沉积，例如物理气相沉积(PVD)。接下来，将非导电性的掩模层，如光致抗蚀剂，沉积在晶种层上，然后对其进行图案化以定义凹陷特征，其中图案化裸露了每一凹陷特征的底部处的晶种层。在图案化后，衬底的裸露表面包含在场区域中的非导电性掩模的部分及凹陷特征的底部部分处的导电晶种层。
[0004]接下来，进行通掩模电镀(或在光致抗蚀剂的情况中进行通光致抗蚀剂电镀)。在通光致抗蚀剂电镀中，衬底被置于电镀设备中以对晶种层建立电接触，大部分通常位于衬底的外缘处。设备容纳阳极及包含将电镀的一或多种金属的离子的电解液。衬底被阴极偏置作用并被浸没于电解液中，其中如方程式(1)中所示来自电解液的金属离子在衬底表面处被还原，其中M为金属(如铜)，而n为在还原期间被传送的电子数。M
n+ + ne
ꢀ→ꢀ
M0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0005]由于导电晶种层仅于凹陷特征的底部处暴露，因此电化学沉积仅在凹陷特征内发生而(在凹陷特征填满金属之前)不会在场(field)上发生，这导致嵌入光致抗蚀剂层中的许多金属填充的凹陷。
[0006]在电镀后，通过例如传统的湿式或干式剥除方法去除掩模，由此提供具有许多独立的金属凸块或柱的衬底。
[0007]这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的专利技术人的工作在其在此
技术介绍
部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

技术实现思路

[0008]通过在电镀步骤之后使用电化学金属移除步骤，可改善被电沉积于通掩模凹陷特征中的金属层的均匀度。在电化学金属移除(也称为电氧化金属移除)期间，对半导体衬底
施加正偏压并将其浸入电解液中，使得金属层的一部分通过电化学方式溶解于电解液中。对电化学金属移除步骤的条件进行选择以改善金属层的均匀度。
[0009]金属颗粒可能在电氧化金属移除期间形成于衬底的表面上。具体而言，当铜被电化学移除时，金属铜颗粒(指零氧化态的铜)可能在衬底表面上形成，并且可能干扰后续的衬底处理。本文提供用于减轻这种颗粒的污染的方法和设备(例如，用于防止颗粒形成和/或用于溶解颗粒)。在一些实施方案中，通过将氧化剂添加至电化学金属移除期间所使用的电解液以减轻颗粒的污染，其中氧化剂防止金属颗粒形成和/或将金属颗粒溶解。在一些实施方案中，所提供的方法用于改善经历晶片级图案化(WLP)处理的衬底的通光致抗蚀剂特征中的金属层的均匀度。
[0010]在一方面，提供了一种用于从半导体衬底电化学移除铜的设备。在一些实施方案中，该设备包含：(a)容器，其被配置成在从所述半导体衬底电化学移除铜的期间容纳电解液和阴极；(b)半导体衬底保持器，其被配置成保持所述半导体衬底，使得在从所述半导体衬底电化学移除铜的期间，所述半导体衬底的工作表面被浸没于所述容器中的所述电解液中并且与所述阴极分离，其中所述设备被配置成对所述半导体衬底施加阳极偏置；以及(c)流体导管，其被配置成将氧化剂提供至所述容器中的所述电解液，其中所述流体导管与氧化剂源流体连通。
[0011]在一些实施方案中，所述设备包含连接至所述流体导管的泵，其中所述泵被配置成将所述氧化剂从所述氧化剂源朝所述电解液的方向泵送；以及流量计，所述流量计被配置成测量所述氧化剂在所述流体导管中的流量。
[0012]在一些实施方案中，所述流体导管被配置成使得所述氧化剂是在所述电解液被引导进入所述容器并邻近或遍及所述半导体衬底之后被提供至所述电解液。在其他实施方案中，所述流体导管可以被配置成使得所述氧化剂是在所述电解液被引导进入所述容器并邻近或遍及所述半导体衬底之前被提供至所述电解液。
[0013]在一些实施方案中，所述电解液包含酸(例如磷酸)，且所述设备还包含酸流体导管，所述酸流体导管被配置成将所述酸提供至所述容器中的所述电解液，其中所述酸流体导管与酸源流体连通。
[0014]在一些实施方案中，所述氧化剂选自由以下项所组成的群组：过氧化物、基于卤素的氧化剂、臭氧、硝酸、过锰酸盐、铁离子(Fe
3+
)、以及基于铬(VI)的氧化剂。在一实施方案中，过氧化氢被用作氧化剂。
[0015]在一些实施方案中，所述设备被配置成将所述电解液横向地注入所述容器中，以在所述半导体衬底附近产生电解液横流。
[0016]在一些实施方案中，所述设备还包含传感器，其被配置成测量所述电解液中的所述氧化剂(例如过氧化氢)的浓度。在一些实施方案中，所述传感器位于所述容器中。在一些实施方案中，所述设备被配置成在电化学移除铜的期间使所述电解液流过所述容器，且所述传感器位于所述容器的下游。合适的过氧化氢传感器的示例包括分光光度传感器和电化学传感器。
[0017]在一些实施方案中，所述设备还包含具有程序指令的控制器，所述程序指令被配置成使所述容器中的所述氧化剂保持足够的浓度以减轻铜颗粒对所述半导体衬底的污染。
[0018]在一些实施方案中，所述控制器包含致使按预定计划将所述氧化剂间歇地添加至
所述电解液的程序指令。
[0019]在一些实施方案中，所述控制器包含致使响应于从测量所述氧化剂的浓度的传感器所接收的数据而将所述氧化剂添加至所述电解液的程序指令。
[0020]在一些实施方案中，所述设备包含具有程序指令的控制器，所述程序指令被配置成致使：(i)在低于临界电位的电蚀刻状态中从所述半导体衬底移除铜；(ii)在(i)之后，在高于所述临界电位的电抛光状态中从所述半导体衬底移除铜；以及(iii)至少在所述电蚀刻状态中移除铜的步骤的一部分期间，经由所述流体导管将所述氧化剂输送至所述电解液。在一些实施方案中，所述程序指令被配置成在所述电抛光状态中移除铜的期间不致使将所述氧化剂输送至所述电解液。
[0021]在另一方面，提供了一种用于处理半导体衬底的方法，其中所述方法包含：(a)将具有工作表面的半导体衬底提供至被配置用于电化学金属移除的设备中，其中所述工作表面包含多个通掩模铜特征；以及(b)通过对所述半导体衬底施加阳极偏置且同时使所述半导体衬底与包含氧化剂的电解液接触，从所述通掩模铜特征电化学移本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从半导体衬底电化学移除铜的设备，该设备包含：(a)容器，其被配置成在从所述半导体衬底电化学移除铜的期间容纳电解液和阴极；(b)半导体衬底保持器，其被配置成保持所述半导体衬底，使得在从所述半导体衬底电化学移除铜的期间，所述半导体衬底的工作表面被浸没于所述容器中的所述电解液中并且与所述阴极分离，其中所述设备被配置成对所述半导体衬底施加阳极偏置；以及(c)流体导管，其被配置成将氧化剂提供至所述容器中的所述电解液，其中所述流体导管与氧化剂源流体连通。2.根据权利要求1所述的设备，其还包含连接至所述流体导管的泵，其中所述泵被配置成将所述氧化剂从所述氧化剂源朝所述电解液的方向泵送。3.根据权利要求1所述的设备，其还包含流量计，所述流量计被配置成测量所述氧化剂在所述流体导管中的流量。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备，其中所述流体导管被配置成使得所述氧化剂是在所述电解液被引导进入所述容器并邻近或遍及所述半导体衬底之后被提供至所述电解液。5.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备，其中所述流体导管被配置成使得所述氧化剂是在所述电解液被引导进入所述容器并邻近或遍及所述半导体衬底之前被提供至所述电解液。6.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备，其中所述电解液包含酸，且所述设备包含酸流体导管，所述酸流体导管被配置成将所述酸提供至所述容器中的所述电解液，其中所述酸流体导管与酸源流体连通。7.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备，其中所述氧化剂选自由以下项所组成的群组：过氧化物、基于卤素的氧化剂、臭氧、硝酸、过锰酸盐、铁(Fe
3+
)离子、以及基于铬(VI)的氧化剂。8.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备，其中所述氧化剂为过氧化氢。9.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备，其中所述设备被配置成将所述电解液横向地注入所述容器中，以在所述半导体衬底附近产生电解液横流。10.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备，其中所述设备还包含传感器，其被配置成测量所述电解液中的所述氧化剂的浓度。11.根据权利要求10所述的设备，其中所述传感器位于所述容器中。12.根据权利要求10所述的设备，其中所述设备被配置成在电化学移除铜的期间使所述电解液流过所述容器，且其中所述传感器位于所述容器的下游。13.根据权利要求10所述的设备，其中所述传感器是过氧化氢传感器。14.根据权利要求10所述的设备，其中所述传感器是过氧化氢传感器，其选自于由分光光度传感器和电化学传感器所组成的群组。15.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备，其中所述设备还包含具有程序指令的控制器，所述程序指令被配置成使所述容器中的所述氧化剂保持足够的浓度以减轻铜颗粒对所述半导体衬底的污染。16.根据权利要求15所述的设备，其中所述控制器包含致使按预定计划将所述氧化剂间歇地添加至所述电解液的程序指令。
17.根据权利要求15所述的设备，其中所述控制器包含致使响应于从测量所述氧化剂的浓度的传感器所接收的数据而将所述氧化剂添加至所述电解液的程序指令。18.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的设备，其中所述设备还包含具有程序指令的控制器，所述程序指令被配置成致使：(i)在低于临界电位的电蚀刻状态中从所述半导体衬底移除铜；(ii)在(i)之后，在高于所述临界电位的电抛光状态中从所述半导体衬底移除铜；以及(iii)至少在所述电蚀刻状态中移除铜的步骤的一部分期间，经由所述流体导管将所述氧化剂输送至所述电解液。19.根据权利要求18所述的设备，其中所述程序指令被配置成在所述电抛光状态中移除铜的期间不致使将所述氧化剂输送至所述电解液。20.一种用于处理半导体衬底的方法，所述方法包含：(a)将具有工作表面的半导体衬底提供至被配置用于电化学金属移除的设备中，其中所述工作表面包含多个通掩模铜特征；以及(b)通过对所述半导体衬底施加阳极偏置且同时使所述半导体衬底与包含氧化剂的电解液接触，从所述通掩模铜特征电化学移除铜的一部分，其中含氧化剂的所述电解液防止在所述半导体衬底上形成铜颗粒和/或将铜颗粒溶解。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述氧化剂选自于由以下项所组成的群组：过氧化物、基于卤素的氧化剂、臭氧、硝酸、过锰酸盐、铁(Fe
3+
)离子以及基于铬(VI)的氧化剂。22.根据权利要求20所述的方法，其中所述氧化剂是过氧化氢。23.根据权利要求20
‑
22中任一项所述的方法，其中，在电化学移除铜的期间，所述氧化剂将所述电解液中的Cu
+
离子氧化。24.根据权利要求20<...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡利，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：