本发明专利技术为用于经改进工艺稳定性及性能的电沉积系统的配置及操作方法，描述用于借助具有低氧浓度的电镀溶液将金属电镀到工件上的方法、系统及设备。在一个方面中，一种方法包含减小电镀溶液的氧浓度。所述电镀溶液包含约100PPM或小于100PPM的加速剂。在减小所述电镀溶液的所述氧浓度之后，在电镀池中使晶片衬底与所述电镀溶液接触。所述电镀池中的所述电镀溶液的所述氧浓度为约1PPM或小于1PPM。在所述电镀池中借助所述电镀溶液将金属电镀到所述晶片衬底上。在将所述金属电镀到所述晶片衬底上之后，增加所述电镀溶液的氧化强度。
【技术实现步骤摘要】
本文中所揭示的实施例涉及金属电镀，特定来说，涉及金属电镀到晶片衬底上。
技术介绍
镶嵌处理是用于在集成电路上形成金属线的方法。由于所述方法相比于其它方法需要较少处理步骤且提供高合格率，因此经常使用所述方法。通常用铜填充集成电路的表 面上的在镶嵌处理期间形成的导电路线。可借助使用电镀溶液的电镀工艺将铜沉积于所述导电路线中。
技术实现思路
本专利技术提供用于电镀金属的方法、设备及系统。根据各种实施方案，所述方法涉及减小电镀溶液中的氧浓度、使晶片衬底与所述电镀溶液接触、将金属电镀到所述晶片衬底上及增加所述电镀溶液的氧化强度。根据一项实施方案，一种将金属电镀到晶片衬底上的方法包含减小电镀溶液的氧浓度，其中所述电镀溶液包含约100PPM或小于100PPM的加速剂。在减小所述电镀溶液的氧浓度之后，在电镀池中使晶片衬底与所述电镀溶液接触。电镀池中的电镀溶液的氧浓度为约IPPM或小于1PPM。在电镀池中，借助电镀溶液将金属电镀到晶片衬底上。在电镀之后，增加电镀溶液的氧化强度。根据一项实施方案，一种用于电镀金属的设备包含电镀池、脱气装置、氧化站及控制器。所述电镀池经配置以保持电镀溶液。所述脱气装置耦合到所述电镀池且经配置以在电镀溶液流动到所述电镀池中之前从电镀溶液移除氧气。所述氧化站耦合到所述电镀池，且所述氧化站经配置以在电镀溶液从所述电镀池中流出之后增加电镀溶液的氧化强度。所述控制器包含用于进行一种工艺的程序指令，所述工艺包含以下操作使用脱气装置来减小电镀溶液的氧浓度。所述电镀溶液包含约100PPM或小于100PPM的加速剂。在脱气之后，在电镀池中使晶片衬底与电镀溶液接触。电镀池中的电镀溶液的氧浓度为约IPPM或小于IPPM0在电镀池中，借助电镀溶液将金属电镀到晶片衬底上。在电镀之后，使用氧化站来增加电镀溶液的氧化强度。根据一项实施方案，一种包括用于控制沉积设备的程序指令的非暂时计算机机器可读媒体包含用于减小电镀溶液的氧浓度的代码。所述电镀溶液可包含约100PPM或小于100PPM的加速剂。在减小所述电镀溶液的氧浓度之后，在电镀池中使晶片衬底与所述电镀溶液接触。电镀池中的电镀溶液的氧浓度为约IPPM或小于1PPM。在电镀池中，借助电镀溶液将金属电镀到晶片衬底上。在电镀之后，增加电镀溶液的氧化强度。下文在附图及说明中陈述本说明书中所描述标的物的实施方案的这些及其它方面。附图说明图I展示将金属电镀到晶片衬底上的方法的实例。 图2A展示经配置以执行本文中所揭示方法的设备的示意性图解的实例。图2B展示储液槽的示意性图解的实例。图3展示电填充系统的示意性图解的实例。具体实施例方式一般来说，本文中所描述的实施方案提供用于控制电镀溶液组合物的设备及方法。在以下详细说明中，陈述众多具体实施方案以提供对所揭示实施方案的透彻理解。然而，如所属领域的技术人员将显而易见，可在没有这些特定细节的情况下或通过使用替代元件或工艺来实践所揭示实施方案。在其它例项中，尚未详细描述众所周知的工艺、程序及组件以便不会不必要地使所揭示实施方案的各方面模糊不清。在本申请案中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”及“经部分制作的集成电路”可互换地使用。所属领域的技术人员将理解，术语“经部分制作的集成电路”可以是指在其上制作集成电路的许多阶段中的任一者期间的硅晶片。以下详细说明假设，所揭示实施方案实施于晶片衬底上。然而，所揭示实施方案并不受如此限制。工件可具有各种形状、大小及材料。除半导体晶片之外，可利用所揭示实施方案的其它工件还包含例如印刷电路板及类似物等各种物品。本文中所揭示的实施方案的各种方面涉及控制电镀溶液中的气体浓度及电镀溶液的氧化强度的方法。此可通过在电镀设备中的电镀溶液流动路径中的不同位置处所采用的单独机构来实现。举例来说，一种方法的实施方案可包含(a)在将电镀溶液引入到电镀池之前将所述电镀溶液脱气及(b)在所述电镀池下游的位置处增加所述电镀溶液的氧化强度。电镀溶液的氧化强度可增加到促进或维持处于所要氧化状态的电镀添加剂(例如，加速剂的二硫化物形式)的形成的水平。将接触晶片衬底以将金属电镀到晶片衬底上的电镀溶液脱气可减少对晶片衬底上的籽晶层的腐蚀且有助于溶解晶片衬底上的小气泡。另外，电镀溶液的脱气可扰乱电镀溶液中的添加剂(特别是加速剂)的氧化分解，借此减少添加剂使用且减少所述添加剂的有害副产物的形成，从而允许较长的电镀溶液寿命。当将电镀溶液脱气与电镀池具有分离的阳极室组合以使得还防止阳极上的添加剂氧化时，情况尤其如此。具有单独阳极室的电镀设备描述于第6，527，920号美国专利及第6，821，407号美国专利中，所述专利中的两者均以引用方式并入本文中。然而，如果电镀溶液维持在约O. Ippm到Ippm的氧浓度下，那么防止在电镀期间于晶片衬底处减少的加速剂的正常氧化，如下文所描述。此迅速导致电镀溶液的去极化及电镀溶液的填充能力的损失。为克服此问题，且根据本文中所描述的各种实施方案，可在将金属电镀到晶片衬底上之后增加电镀溶液的氧化强度。 引言 电镀溶液可含有若干种添加剂，包含加速剂、抑制剂及整平剂。加速剂(替代地称作光亮剂)是增加电镀反应的速率的添加剂。加速剂是吸附在铜表面上且在给定所施加电压下增加局部电流密度的分子。加速剂可含有悬垂硫原子，理解所述硫原子参与铜离子还原反应且因此强有力地影响铜膜的成核及表面生长。加速剂添加剂通常是巯基丙烷磺酸(MPS)、二巯基丙烷磺酸(DPS)或双(3-磺丙基)二硫化物(SPS)的衍生物，但可使用其它化合物。沉积加速剂的非限制性实例包含以下各项2_巯基乙烷磺酸(MESA)、3-巯基-2-丙烷磺酸(MPSA)、二巯基丙酰磺酸(DMPSA)、二巯基乙烷磺酸(DMESA)、3_巯基丙酸、巯基丙酮酸盐、3-巯基-2- 丁醇及I-硫代甘油。一些有用加速剂描述于(举例来说)第5，252，196号美国专利中，所述专利以引用方式并入本文中。加速剂可从市面上购得，如来自希普利(Shipley)(马萨诸塞州马尔伯勒(Marlborough,MA))的Ultrafill A-2001或如来自乐思化学(Enthone Inc.)(康涅狄格州西黑文(West Haven, CT))的SC Primary,举例来说。 抑制剂(替代地称作载运剂)是往往在其吸附到铜表面上之后抑制电流的聚合物。抑制剂可从聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚氧化乙烯或者其衍生物或共聚物得到。举例来说，商用抑制剂包含来自希普利(马萨诸塞州马尔伯勒)的Ultrafill S-2001及来自乐思化学(康涅狄格州西黑文)的S200。整平剂通常是抑制其质量转移速率最快速的位置处的电流的阳离子表面活性剂及染料。因此，电镀溶液中存在整平剂用以减小优先吸收整平剂的突出表面或拐角处的膜生长速率。由于有差别质量转移效应所致的整平剂的吸收差异可具有显著效应。一些有用整平剂描述于(举例来说)第5，252，196,4, 555，135及3，956，120号美国专利中，所述专利中的每一者均以引用方式并入本文中。整平剂可从市面上购得，举例来说，如来自希普利(马萨诸塞州马尔伯勒)的Liberty或Ultrafill整平剂及来自乐思化学(康涅狄格州西黑文)的Booster 本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2011.01.07 US 61/430,7091.一种方法，其包括 (a)减小电镀溶液的氧浓度，其中所述电镀溶液包含约IOOPPM或小于100PPM的加速剂； (b)在操作(a)之后，在电镀池中使晶片衬底与所述电镀溶液接触，其中所述电镀池中的所述电镀溶液的所述氧浓度为约IPPM或小于IPPM ； (C)在所述电镀池中借助所述电镀溶液将金属电镀到所述晶片衬底上；及 (d)在操作(C)之后，增加所述电镀溶液的氧化强度。2.根据权利要求I所述的方法，其进一步包括 重复操作(a)及(d)，其中所述电镀溶液在执行操作(C)的同时流过所述电镀池。3.根据权利要求I所述的方法，其进一步包括 将所述电镀溶液从电镀储液槽供应到所述电镀池，其中所述电镀储液槽中的所述电镀溶液的所述氧浓度大于约1PPM，且其中在从所述电镀储液槽供应所述电镀溶液时执行减小所述电镀溶液的所述氧浓度。4.根据权利要求I所述的方法，其中所述金属包含铜。5.根据权利要求I所述的方法，其中所述电镀溶液包含约20克/升到60克/升的浓度的铜离子。6.根据权利要求I所述的方法，其中所述加速剂包含含巯基的物质。7.根据权利要求I所述的方法，其中操作(d)包含将所述电镀溶液暴露于含有氧化剂的气体，且其中所述气体选自由空气、氧气、臭氧及一氧化二氮组成的群组。8.根据权利要求I所述的方法，其中操作(d)包含通过使含有氧化剂的气体呈泡状经过所述电镀溶液来将所述电镀溶液暴露于所述气体，且其中所述气体选自由空气、氧气、臭氧及一氧化二氮组成的所述群组。9.根据权利要求I所述的方法，其中操作(d)包含将所述电镀溶液暴露于含有氧化剂的气体同时增加所述电镀溶液的气体接触面积，其中所述气体选自由空气、氧气、臭氧及一氧化二氮组成的所述群组。10.根据权利要求I所述的方法，其中操作(d)将所述电镀溶液的所述氧浓度增加到约IPPM或大于1PPM。11.根据权利要求I所述的方法，其中操作(d)包含将含有氧化剂的液体混合到所述电镀溶液中。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述液体包含过氧化氢。13.根据权利要求I所述的方法，其中借助脱气装置执行操作(a)。14.根据权利要求I所述的方法，其中通过使用氦气或氮气鼓泡所述电镀溶液来执行操作(a...
【专利技术属性】
技术研发人员：古斯克·加内桑，泰伊·斯珀林，乔纳森·D·里德，尚蒂纳特·古恩加迪，安德鲁·麦克罗，詹姆斯·E·邓肯，
申请(专利权)人：诺发系统有限公司，
类型：发明
国别省市：
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