專利名稱：用于在半導體表面進行淀積和拋光的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路(IC)制造領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及在IC晶片上鍍銅淀積的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電子系統(tǒng)和電路對現(xiàn)代社會的發(fā)展作出了重大的貢獻，并被用于許多領(lǐng)域中，以便獲得有利的結(jié)果。大量的電子技術(shù)例如數(shù)字計算機、計算器、音頻裝置、視頻設(shè)備和電話系統(tǒng)都包括處理器，其在商業(yè)、科學、教育和娛樂業(yè)中在分析和處理數(shù)據(jù)、思想和趨勢時幫助提高生產(chǎn)率并降低成本。通常，被設(shè)計用于提供這些結(jié)果的電子系統(tǒng)包括在具有金屬成分(例如在IC的元件之間的銅的互連)的晶片上的集成電路(IC)。通常這些金屬成分對于IC的功能是重要的，并且以高的效率和有效的方式制造所述金屬成分是重要的。傳統(tǒng)的在晶片上淀積金屬的方法通常包括多個步驟的處理，這些按照順序進行的步驟需要大量的時間，并且需要把許多資源用于具有大的缺陷率的相對復雜的操作上。
用于制造一般的IC的最初的材料是非常高的純度的硅。純硅材料作為呈固態(tài)圓柱形的單晶被生成。這種晶體然后被鋸開(像一條面包一樣)而成為直徑為10-30cm，厚度為250微米的晶片。然后通過平板印刷處理(例如光刻、X光石板印刷)在晶片上加入多層而構(gòu)成電子元件。通過利用確定的電特性對區(qū)域進行顯影在晶片層中形成電子元件。復雜的IC通常具有許多不同的疊層，每層被疊置在前一層的頂上，并且包括具有不同互連的多個元件。
最普通的光刻集成電路芯片制造處理包括淀積階段，其中不同電特性的材料被淀積在擴散材料中產(chǎn)生的空間。經(jīng)常利用光刻處理的淀積階段構(gòu)成元件(例如，電阻，二極管，晶體管等)和元件之間的電互連。通用的電互連通常包括被淀積在晶片的絕緣層中的線和插頭。在過去，導線一般由鋁構(gòu)成(或者鋁合金)，并且插頭包括鎢。不過，當元件尺寸較小和制造較多的金屬化的層時，包括銅的互連成為更流行的。銅互連比其它的材料具有許多優(yōu)點，其中包括低的電阻率和較好的電子遷移電阻。
通常，利用銅的鑲嵌處理在晶片上淀積銅，因為銅刻基本上是不可行的一種選擇。在大多數(shù)鑲嵌處理中，淀積材料被施加于晶片表面的主要部分，使得確保充滿所需的位置或空間。不過，在大部分晶片表面上施加淀積材料使得淀積材料形成一個不需要的因而在隨后的處理中必須被除去的材料層(例如通過化學機械拋光步驟)。例如，為了確保完全充滿溝槽，通常在晶片表面上淀積過量的銅。然而，過量的銅通常干擾IC的性能和電特性。過量的銅經(jīng)常通過隨后的被設(shè)計用于提供電絕緣的絕緣材料層形成導電通路。
圖1所示是一般在甚大規(guī)模集成(VLSI)器件100的平板印刷制造中產(chǎn)生的導線(例如銅金屬化)的截面圖。在通過光刻處理形成溝槽之后，淀積一個薄的阻擋材料層120(例如Ta，TaN等)，用于阻止在銅和硅襯底130之間的內(nèi)部擴散。然后，在晶片表面的主要區(qū)域涂敷一厚層銅110。在高度150和170之間淀積的銅是過量的銅。過量的銅一般利用化學機械處理(CMP)被除去，以便阻止無意地在IC包括的器件之間形成不正確的導電通路。例如，不除去過量的銅通常會形成一層導電材料，其向集成電路的不正確的區(qū)域傳電(例如晶體管之間的短路)。在過量的銅和阻擋層被除去之后，在晶片表面的頂部涂覆絕緣層。因而，導電的銅通路被限定在器件之間特意形成的用于形成導線和插頭的溝槽內(nèi)。
除去過量的銅對于實現(xiàn)晶片表面的平面化也是重要的。平的或平面化的晶片表面有助于平版處理，以便在基本芯片或IC上精確地實現(xiàn)非常精細的表面幾何形狀和集成更多的元件(電阻，二極管，晶體管等)。在芯片中包括較多元件的主要方式是使每個元件較小。一般地說，較小的電子元件通過增加光刻處理的光分辨率在芯片上制造。不過，這使得由透鏡被保持有效的范圍限定的焦點的深度變淺。焦點的深度問題被晶片上的不平的表面形狀加重了，所述不平的表面形狀是由在對具有不同的幾何尺寸的附加的材料層進行平版處理期間產(chǎn)生的。因而，為了在每個中間感光層上聚焦所需的限定亞微米的幾何尺寸的掩模圖像，以便在一個晶片上制造最多的元件，需要精確的平面。
化學機械拋光方法(CMP)是一種最流行的方法，用于除去過量的導電銅并獲得晶片的完全平面化。CMP處理通常涉及通過在晶片和覆蓋有泥漿的運動拋光墊之間使用研磨劑和化學接觸除去過量的導電材料。雖然一般的化學機械拋光處理除去過量的銅，但是通常帶來有害的副作用。銅的CMP處理是相當復雜的，因而需要分外小心。例如，銅的CMP通常比鎢和氧化物更加困難。銅易于受到機械和化學損傷。更具體地說，一般淀積在晶片上的銅膜在CMP處理期間容易被擦傷。因為在拋光處理期間消耗研磨劑泥漿，研磨劑顆粒通常會使銅擦傷。
利用CMP除去過量的銅一般包括費時的并具有腐蝕性的多步操作。利用CMP拋光銅通常需要昂貴的多種泥漿和拋光步驟，主要是因為銅的去除速率和阻擋層的去除速率十分不同。大部分CMP處理是濕處理，在每個CMP步驟之后需要大量時間進行干燥，并且利用“濕的”流體會加重腐蝕的幾率。除去CMP本身的困難之外，CMP之后的清潔以便從銅膜和周圍的絕緣膜中除去缺點和污染也面臨著挑戰(zhàn)。大多數(shù)CMP后的清潔處理包括對銅導線或插頭具有強腐蝕性的水。清潔用的化學物質(zhì)和工具必須被很好地設(shè)計，使得在膜被清潔的同時其不會受到破壞(例如變粗糙)。CMP后的清潔以便從晶片表面除去銅的廢料對于器件性能是非常重要的，因為任何未被除去的廢料中的銅顆粒都可能擴散進入絕緣材料(例如SiO)中，因而影響絕緣性能。因為銅向硅的擴散相當快，較少的CMP步驟能夠減少晶片暴露于潛在的銅污染的時間。
因而需要一種系統(tǒng)和方法能夠有效地幫助制造在IC的元件之間的銅互連。所述系統(tǒng)和方法應當使得晶片中的和IC元件相連的銅導線和插頭以這樣的方式被制造，使得具有最大的總的制造晶片輸出能力。所述系統(tǒng)和方法還應當有助于有效地除去過量的淀積材料，并有助于晶片層的平面化。
發(fā)明概要本發(fā)明是一種用于在IC晶片制造期間有助于進行有效的材料淀積和晶片平面化的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明在幫助實現(xiàn)高效的銅淀積和制造IC的元件之間的互連方面是有用的。本發(fā)明的鍍層淀積拋光系統(tǒng)和方法通過同時進行銅淀積和拋光有助于銅互連導線和插頭的淀積。本發(fā)明的淀積拋光系統(tǒng)和方法使得和IC元件相連的銅導線和插頭以這樣的方式在晶片中被制造，使得通過消除在銅淀積和晶片平面化之間的時間延遲獲得最大的總的制造晶片輸出能力。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法還有助于晶片層的高效的平面化和除去過量的淀積材料。此外，本發(fā)明減少了花費在精細操作上的資源，并且減少了缺陷率。
在本發(fā)明的一個實施例中，淀積拋光系統(tǒng)包括晶片保持器，拋光墊元件和CMP鍍槽。CMP鍍槽是一種容器，用于保持在涂鍍(例如電鍍、無電鍍等)處理中的所用的溶液，從而在晶片上淀積金屬(例如銅)材料。晶片被置于含有涂鍍?nèi)芤旱腻儾壑?，并且拋光墊元件通過對晶片表面施加摩擦力阻止銅被淀積在晶片表面部分上。在晶片表面的其它區(qū)域被拋光的同時，使銅淀積在晶片的所需的位置(例如在元件之間的互連溝槽)上。平面化被控制，以便阻止在晶片表面的一部分上進行銅淀積并除去晶片表面的一部分上的過量的材料，同時留下在其它位置(例如互連溝槽)上的淀積的銅。例如，在本發(fā)明的電鍍實施例中，調(diào)節(jié)差動電位，使得晶片表面的材料容易被除去。拋光墊元件還有助于把電鍍?nèi)芤狠斔偷骄?，并且拋光墊元件的運動攪拌涂鍍?nèi)芤海龠M涂鍍?nèi)芤褐械碾x子的重新分配到晶片的需要淀積的位置(例如互連溝槽)。
附圖簡述圖1表示甚大規(guī)模集成(VLSI)器件的平版制造中形成的金屬化(例如銅金屬化)的一般結(jié)構(gòu)；圖2A是本發(fā)明的淀積拋光系統(tǒng)的一個實施例的下視圖；圖2B是本發(fā)明的淀積拋光系統(tǒng)的一個實施例的側(cè)視圖；圖2C表示本發(fā)明的在晶片上淀積金屬材料的同時用于從晶片除去過量的金屬材料和不平的晶片表面材料的拋光墊的一個例子；圖3是本發(fā)明的淀積拋光方法的一個例子的流程圖。
發(fā)明的詳細說明下面參照


本發(fā)明的涂鍍淀積拋光系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實施例。雖然本發(fā)明結(jié)合優(yōu)選實施例進行說明，但是應當理解，本發(fā)明不限于這些優(yōu)選實施例。與此相反，本發(fā)明旨在包括在所附限定的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有的改變和改型。此外，在下面的本發(fā)明的詳細說明中，提出了若干個具體的細節(jié)，以便容易理解本發(fā)明。不過，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，顯然不用這些特定的細節(jié)也可以實施本發(fā)明。在其它的情況下，公知的方法，步驟，元件和電路不再進行詳細說明，以使本發(fā)明更加簡明。
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法同時進行淀積和拋光操作。在本發(fā)明的一個實施例中，金屬材料，例如銅，通過把晶片放置在涂鍍?nèi)芤褐斜坏矸e在晶片的所需位置，同時利用拋光阻止其它位置的淀積并除去其它不需要淀積的位置的材料。本發(fā)明的淀積拋光系統(tǒng)和方法在晶片的所需位置淀積材料并對晶片進行拋光，所述拋光的次數(shù)小于在銅淀積和CMP按順序進行的傳統(tǒng)處理中拋光的次數(shù)。本發(fā)明的高的輸出和設(shè)備的軌跡大大減少了銅金屬化和除去過量的材料的費用。
圖2A是本發(fā)明的一個實施例的淀積拋光系統(tǒng)的下部視圖，圖2B是其側(cè)視圖。淀積拋光系統(tǒng)200包括晶片保持器220，拋光墊元件230，鍍槽235，過濾器240，陽極270，支撐軌道285和拋光淀積機250。拋光淀積機250和晶片保持器220、鍍槽235以及陽極270相連。鍍槽235和支撐軌道285相連，支撐軌道285和拋光墊元件230以及過濾器240相連。
淀積拋光系統(tǒng)200的元件協(xié)同操作，阻止銅淀積在晶片表面的一些區(qū)域，而允許銅淀積在晶片表面的另一些區(qū)域。晶片保持器220把IC晶片(例如晶片224)保持在所需的位置(例如對著拋光墊元件230)。在本發(fā)明的一個示例的實施例中，晶片(例如晶片224)包括在平版印刷處理期間形成的互連溝槽(例如溝槽225)。拋光墊元件230阻止銅淀積在晶片表面的部分上，并通過對晶片表面施加物理力拋光IC晶片。鍍槽235適用于保持包括金屬(例如銅)成分和其它電鍍添加劑的涂鍍?nèi)芤?例如涂鍍?nèi)芤?38)。過濾器240幫助涂鍍?nèi)芤壕鶆虻胤植肌伖獾矸e機250提供用于控制淀積拋光系統(tǒng)200的接口。淀積拋光系統(tǒng)200的元件包括不同的實施例。
利用拋光墊元件230阻止銅在晶片表面的一些位置淀積，并從晶片表面除去不需要的材料。當晶片(例如晶片224)在鍍槽235中時，拋光墊元件230適用于阻止銅顆粒淀積在晶片表面的部分上，并對那些晶片表面區(qū)域施加摩擦力。拋光墊元件230橫跨支撐軌道以預定的速度前后運動。在本發(fā)明的一個實施例中，研磨拋光墊230由幫助拋光處理的材料制成而不使用在泥漿中懸浮的研磨顆粒。在本發(fā)明的一個實施例中，拋光墊元件230適用于幫助把涂鍍?nèi)芤褐械慕饘?例如銅)分子輸送到晶片(例如晶片224)上的淀積區(qū)域(例如互連溝槽)。
鍍槽235是一個用于保持在涂鍍處理中用于在晶片(例如晶片224)上淀積金屬(例如銅)材料的溶液的容器。鍍槽235適用于放置涂鍍?nèi)芤?。在本發(fā)明的一個實施例中，涂鍍?nèi)芤喊ū晃⒈坏矸e到晶片表面上的金屬離子化合物。例如，按照化學反應(例如)，銅分子被淀積在晶片的所需位置上。在本發(fā)明的一個實施例中，涂鍍?nèi)芤喊ń饘俪煞趾推渌耐垮兂煞?例如催化劑、光亮劑等)。
晶片保持器220拾取晶片(例如晶片224)，并把其保持在應有的位置。晶片保持器220包括保持器臂221，載體222和載體彈簧223。保持器臂221和CMP機250以及和載體彈簧223相連的載體222相連。晶片224的下表面緊靠拋光墊元件230。晶片224的上表面被保持對著載體222的下表面。晶片224的上表面被保持對著載體222的下表面。拋光墊元件230跨過晶片224的表面滑動，載體222也以預定的速率使晶片224轉(zhuǎn)動，同時以一個預定數(shù)量的向下的力把芯片壓在拋光墊元件230上。由拋光墊230和晶片224的轉(zhuǎn)動引起的摩擦力產(chǎn)生的摩擦阻止銅淀積在晶片表面的部分上，并拋光晶片224。
拋光淀積機250作為主要接口和淀積拋光系統(tǒng)200的機動機構(gòu)操作。在本發(fā)明的一個實施例中，拋光淀積機250包括電動機，用于在支撐軌道285上驅(qū)動拋光墊元件230并轉(zhuǎn)動晶片載體222。在淀積拋光系統(tǒng)200的一個例子中，拋光淀積機250包括計算機系統(tǒng)，用于控制淀積和拋光操作，例如控制涂鍍?nèi)芤旱牧髁浚d體222的向下的力和轉(zhuǎn)動速度，拋光墊元件230的運動等等。
淀積拋光系統(tǒng)200幫助高效地進行金屬材料淀積涂鍍和拋光處理。在涂鍍?nèi)芤褐械慕饘俜肿颖坏矸e在晶片上的所需的位置上，同時晶片被拋光，以便從晶片的其它表面區(qū)域除去過量的金屬分子和其它材料。在本發(fā)明的一個實施例中，銅被淀積在晶片的元件之間的互連溝槽中，同時晶片的表面區(qū)域被拋光。晶片(例如晶片224)被放置在含有銅離子的溶液的鍍槽235的內(nèi)部的拋光墊元件230上。在涂鍍處理期間，在淀積金屬銅的同時，拋光墊元件230被壓在轉(zhuǎn)動的晶片上。拋光墊元件230的拋光作用阻止在除去溝槽內(nèi)部之外的晶片的表面區(qū)域上形成大量的銅。因而，拋光墊元件230對于在溝槽內(nèi)銅的淀積沒有大的副作用。在本發(fā)明的一個實施例中，在拋光墊元件230中的槽和溝通過幫助把銅離子輸送到溝槽內(nèi)部的空間中幫助銅的淀積。
圖2C表示本發(fā)明的拋光墊的一個例子，所述拋光墊在金屬材料在芯片上被淀積的同時用于從晶片上除去過量的金屬材料和不均勻的晶片表面材料。金屬分子731(例如銅)被淀積在晶片750的互連溝槽751內(nèi)。拋光墊770的溝槽(例如溝771)幫助把金屬離子(例如銅離子732)輸送到需要淀積的位置(例如互連溝槽751)。在金屬材料被淀積在所需位置(例如互連溝槽751)的同時，拋光墊770還通過阻止銅(例如分子775)淀積在互連溝槽751的外部并除去平面710下方的材料而使晶片750平面化。拋光墊770通過在大量的銅離子有機會黏附于晶片表面的不需要的區(qū)域之前，除去大部分銅離子，阻止銅離子淀積在溝槽之外的區(qū)域上。
在本發(fā)明的一個實施例中，淀積拋光系統(tǒng)200利用電鍍處理在晶片上淀積金屬(例如在晶片的互連溝槽中的銅)。在本發(fā)明的電鍍處理的一個例子中，淀積拋光系統(tǒng)200的元件構(gòu)成電解池。鍍槽235充有包括銅離子的電解液。晶片的互連的溝槽在電鍍處理期間作為陰極，把差動電位加于晶片上。施加一晶片上的差動電位在晶片的互連溝槽中產(chǎn)生負電子濃度(e-)，其吸引正的銅離子并在晶片的互連溝槽中和所述銅離子結(jié)合而形成銅金屬。在本發(fā)明的一個實施例中，一塊銅金屬(例如銅管)作為陽極。在陽極上發(fā)生氧化反應(其中放出銅離子)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，淀積拋光系統(tǒng)200利用無電鍍處理。無電鍍處理使用氧化還原反應在晶片上(例如在晶片的互連溝槽中)淀積金屬材料。無電鍍使得恒定的銅離子濃度充滿晶片的互連溝槽，從而把銅均勻地淀積在溝槽中。無電鍍包括在堿溶液(例如氫氧化鈉，硫酸銅等)中利用甲醛進行復雜的銅還原。在由鈀催化的復雜的反應中，堿溶液被分解，甲醛被氧化，把銅離子還原成為被淀積在晶片的溝槽中的金屬銅。在本發(fā)明的一個實施例中，利用無電鍍在晶片表面淀積銅種子層，其作為導電膜把另外的銅電鍍在晶片的互連溝槽中。
淀積拋光系統(tǒng)200有助于減少污染和腐蝕問題。通過極大地阻止在非需要的位置的區(qū)域內(nèi)淀積銅，則銅離子擴散并污染其它的晶片材料(例如SiO)的幾率較小。此外，需要很少的或者不需要CMP用于除去過量的銅。在淀積之后減少CMP處理與/或消除CMP步驟可以大大節(jié)省資源(例如處理時間，昂貴的CMP材料和泥漿等)。此外，淀積后的濕清洗的步驟被減少，因此發(fā)生腐蝕的機會較小。
利用淀積拋光系統(tǒng)200還有其它幾種另外的優(yōu)點。在本發(fā)明的一個實施例中，拋光墊元件230的運動攪動電鍍?nèi)芤?，因而促進電鍍?nèi)芤褐械你~離子重新分布到晶片的所需的淀積區(qū)域(例如互連溝槽)。此外，拋光墊元件230的壓力和運動被控制，用于在電鍍處理結(jié)束時從所需的晶片表面區(qū)域除去銅種子層和阻擋層，同時保留在其它位置上(例如互連溝槽)淀積的銅。此外，因為在淀積拋光系統(tǒng)200的一些實施例中不利用泥漿，所以沒有和研磨泥漿有關(guān)的副作用。例如，由于泥漿顆粒的結(jié)塊和失效的泥漿顆粒不能填滿拋光墊中的坑、槽、溝、孔等等，造成不均勻的拋光。
淀積拋光系統(tǒng)200在電鍍操作中是尤其有利的。在淀積拋光系統(tǒng)200的一個實施例中，施加于陰極的電位(例如晶片224)或施加于陽極的電位被改變，以便幫助從所需的晶片區(qū)域(例如在互連溝槽的周圍)除去材料。淀積拋光系統(tǒng)200用于監(jiān)視電鍍和拋光也是特別有利的。由在鍍槽235中的陰極、陽極和離子溶液形成的電解電路能夠通過觀察和控制電解電路中的電流或電位監(jiān)視銅的淀積和材料的除去。
在本發(fā)明的其它實施例中，拋光墊元件230具有不同的配置。拋光墊元件230的一個實施例是電鍍?nèi)芤悍峙鋻伖鈮|，其包括槽和溝，用于幫助把銅離子輸送到晶片的所需區(qū)域(例如互連溝槽)，并使廢顆粒離開晶片表面。在本發(fā)明的一個實施例中，拋光墊本體230具有一個直徑和基本上平行于由所述直徑限定的平面的下表面，以及基本上垂直于由所述直徑限定的平面的外部徑向表面。上表面和下表面相對。當對著晶片的表面摩擦時，拋光墊元件適用于阻止銅的淀積和除去晶片材料的過量部分。溶液分配溝道通過溶液分配拋光墊從下表面向上表面延伸，其中溶液分配溝道適用于使電鍍?nèi)芤耗軌驈娜芤悍峙鋻伖鈮|的下表面到上表面向晶片流動。
通過溶液分配拋光墊分配的電鍍?nèi)芤簬椭呀饘俨牧?例如銅)分配在晶片的所需位置(例如互連溝槽)，并提供其它重要的優(yōu)點。在本發(fā)明中的溶液流量被調(diào)整，從而使得拋光墊元件對晶片表面的劃痕最小。通過拋光墊直接在晶片表面上分配溶液使得金屬材料能夠非常高效地充滿芯片中的所需的位置。此外，通過溶液分配拋光墊分配的溶液幫助除去微粒的污染。
圖3是淀積拋光方法500的流程圖。淀積拋光方法500在晶片上淀積材料，并同時拋光晶片。在淀積拋光方法500的一個實施例中，通過把晶片放置在電鍍?nèi)芤褐?，金屬材?例如銅)被淀積在晶片的所需的位置，同時利用拋光阻止在晶片表面的不需要的位置進行銅的淀積并從所述位置除去材料。淀積拋光方法500在幫助高效地進行銅淀積和制造IC元件之間的互連(例如插頭和導線)方面尤其有用。
在步510，材料被淀積在晶片的所需的位置上。在淀積方法500的一個實施例中，使用電鍍處理在晶片上淀積材料。例如，晶片保持器(例如晶片保持器220)拾取晶片并將其放在含有電鍍?nèi)芤旱腻儾壑?。在淀積拋光方法500的一個例子中，互連材料(例如銅金屬)懸浮在電鍍?nèi)芤褐?。在本發(fā)明的一個實施例中，電鍍?nèi)芤罕粩嚢?，這有助于電鍍?nèi)芤褐械碾x子重新分配到晶片的所需的淀積區(qū)域上(例如互連溝槽)。在本發(fā)明的一個實施例中，淀積拋光方法500利用電鍍工藝把材料淀積在晶片上(例如把銅淀積在晶片上的溝槽中)。在本發(fā)明的另一個實施例中，淀積拋光系統(tǒng)500利用無電鍍處理。
在本發(fā)明的電鍍處理的一個例子中，淀積拋光方法500包括形成具有電鍍槽的電解池，在電鍍槽中含有電解溶液。在晶片上施加一個差動電位。在淀積拋光方法500的一個實施例中，在電鍍處理期間，具有互連結(jié)構(gòu)的晶片表面作為陰極。施加于晶片上的差動電位產(chǎn)生負電子濃度(e-)，其吸引正離子并和正離子結(jié)合(例如Cu2+，在晶片的互連的溝槽中形成銅金屬(Cu))。在本發(fā)明的一個實施例中，電鍍處理利用來自陽極(例如一塊銅金屬)的淀積材料被維持。
在淀積拋光方法500的一個實施例中，施加于陰極(例如晶片224)或陽極的差動電位幫助從晶片表面的部分除去材料(例如在溝槽周圍的區(qū)域)。在本發(fā)明的一個實施例中，差動電位被改變。在淀積拋光方法500的一個實施例中，差動電位監(jiān)視電鍍和銅拋光電化學反應。在淀積拋光方法500的另一個實施例中，由陰極、陽極和離子溶液形成的電解電路幫助監(jiān)視銅的淀積和平面化(例如通過觀察和控制在電解電路中的電流或電位)。
在本發(fā)明的一個實施例中，無電鍍處理使用氧化還原反應在晶片上(例如在晶片的互連溝槽中)淀積金屬材料。無電鍍使得恒定的銅離子濃度均勻地充滿晶片的互連溝槽。在本發(fā)明的一個實施例中，無電鍍包括在堿溶液(例如氫氧化鈉，硫酸銅等)中利用甲醛進行復雜的銅還原。在由鈀催化的復雜的反應中，堿溶液被分解，甲醛被氧化，把銅離子還原成為被淀積在晶片的溝槽中的金屬銅。在本發(fā)明的一個實施例中，利用無電鍍在晶片表面淀積銅種子層，其作為導電膜有用電鍍附加的材料(在晶片的互連溝槽中的銅)。
在步520，銅淀積在晶片表面的一些部分上被阻止，同時晶片處于電鍍槽中并且金屬材料被淀積在所述晶片的所需位置中。在本發(fā)明的一個實施例中，晶片被置于電鍍槽(例如電鍍槽235)中，并被置于拋光墊上(例如拋光墊元件230)。在本發(fā)明的淀積拋光方法500的一個實施例中，晶片被拋光，同時金屬材料被淀積在晶片的所需位置。在本發(fā)明的一個實施例中，通過拋光墊和晶片的表面相互摩擦，阻止在晶片表面的一些部分上的銅淀積，并且使晶片被拋光。在本發(fā)明的一個實施例中，互連材料(例如銅材料)被淀積在晶片的互連溝槽中。本發(fā)明的一個實施例包括電鍍處理，而本發(fā)明的另一個實施例包括無電鍍處理。
應當理解，淀積拋光方法500使用的摩擦力可以用各種方式產(chǎn)生。在本發(fā)明的一個實施例中，晶片保持器轉(zhuǎn)動晶片，同時保持在晶片上的向下壓力，使晶片壓緊在拋光墊的表面上。在另一個實施例中，拋光墊在晶片上方滑動，同時在晶片的表面上產(chǎn)生力。在銅淀積拋光方法500的一個例子中，材料從晶片的表面的部分被除去，同時使材料淀積在所需的位置。
在淀積拋光方法500的步驟530，把電鍍?nèi)芤狠斔偷骄乃璧奈恢?。在本發(fā)明的一個實施例中，電鍍?nèi)芤和ㄟ^拋光墊中的槽或溝道輸送到所需的位置。例如，溶液分配拋光墊通過溶液分配溝道(例如溶液分配溝道125)分配溶液。在步530中分配的溶液幫助固定的元件實現(xiàn)晶片平面化，并實現(xiàn)在多層中的材料的淀積。在本發(fā)明中的液體流量被調(diào)節(jié)，以便使固定的研磨元件對晶片表面的劃痕最小。
在步540中，當晶片已經(jīng)被拋光時，晶片被從拋光墊上除去。在淀積拋光方法500的一個實施例中，拋光機接著使晶片干燥，并把晶片發(fā)送到制造線中進行下一步處理，并從隊中準備下一個晶片。
因而，本發(fā)明能夠幫助實現(xiàn)高效率地進行材料淀積和晶片拋光。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法在幫助實現(xiàn)高效的銅淀積和制造IC的元件之間的互連方面是有用的。本發(fā)明的淀積拋光系統(tǒng)和方法通過同時進行銅淀積和拋光有助于銅互連導線和插頭的淀積。本發(fā)明的淀積拋光系統(tǒng)和方法使得和IC元件相連的銅導線和插頭以這樣的方式在晶片中被制造，使得通過消除在銅淀積和晶片平面化之間的時間延遲獲得最大的總的制造晶片輸出能力。本發(fā)明阻止銅在晶片表面的不合適的部分淀積，借以減少了花費在精細操作上的資源(例如銅CMP處理)，并且減少了缺陷率(例如由于濕處理而導致的腐蝕和由快速擴散的銅顆粒造成的污染)。
為了說明本發(fā)明，在上面說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。這些實施例并不用于限定本發(fā)明的范圍，顯然，根據(jù)上面的教導，可以作出各種改變和改型。選擇和說明這些實施例，是為了說明本發(fā)明的原理及其實際應用，借以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地利用本發(fā)明，各種變型的各種實施例都有其具體應用。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種淀積拋光系統(tǒng)，包括拋光淀積機，適用于提供用于控制所述淀積拋光系統(tǒng)的接口；和所述拋光淀積機相連的拋光墊元件，所述拋光墊元件適用于拋光并阻止在晶片表面的部分上的淀積；和所述晶片保持器相連的電鍍槽，所述電鍍槽適用于保持電鍍?nèi)芤?；以及和所述拋光淀積機相連的晶片保持器，所述晶片保持器適用于把所述晶片保持在所述電鍍槽的內(nèi)部。
2.如權(quán)利要求1所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中所述拋光淀積電鍍槽是用于保持電鍍?nèi)芤旱娜萜鳌?br> 3.如權(quán)利要求1所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中所述電鍍?nèi)芤喊ㄣ~離子，其被吸引并按照化學作用被淀積到所述晶片的表面位置上，在所述化學作用中，銅離子和晶片中的電子組合，從而在所述表面的所述位置上形成銅金屬。
4.如權(quán)利要求1所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中所述拋光墊元件攪拌所述電鍍?nèi)芤?，這促進了在所述電鍍?nèi)芤褐邪ǖ你~離子的重新分配，并把所述電鍍?nèi)芤狠斔偷皆谒鼍锌涛g的互連溝槽內(nèi)部的空間中。
5.如權(quán)利要求1所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中所述拋光墊元件還包括在所述拋光墊的表面中的溶液分配溝槽，所述分配溝槽適用于幫助所述電鍍?nèi)芤旱姆植肌?br> 6.如權(quán)利要求1所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中所述拋光墊元件被控制，從而從所述晶片區(qū)域的表面除去銅種子層和阻擋層，同時剩下在互連溝槽中淀積的銅。
7.如權(quán)利要求1所述的淀積拋光系統(tǒng)，還包括和所述電鍍通路相連的支撐軌道，所述支撐軌道適用于支撐所述拋光墊元件；以及和所述支撐軌道相連的過濾器，所述過濾器適用于幫助所述電鍍?nèi)芤旱姆峙洹?br> 8.如權(quán)利要求7所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中借助于電鍍處理把金屬材料淀積在晶片的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中通過電鍍處理把金屬材料淀積在所述晶片的互連溝槽中。
10.如權(quán)利要求8所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中所述電鍍槽充有包括銅離子的電解液，并且在電鍍處理期間所述晶片作為陰極，其中一個差動電位被加于所述晶片，因而產(chǎn)生負電子濃度(e-)，其吸引正銅離子，從而在所述位置形成銅金屬(Cu)。
11.如權(quán)利要求9所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中被施加于晶片的所述差動電位被改變，以便幫助從所述位置的周圍的晶片的表面除去材料。
12.如權(quán)利要求8所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中所述拋光淀積系統(tǒng)200利用所述無電鍍處理在所述晶片的位置溝槽中淀積金屬材料。
13.如權(quán)利要求12所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中所述無電鍍通過使恒定的銅離子濃度浸泡所述互連溝槽使用氧化還原反應在晶片的所述位置淀積金屬，因而在所述溝槽內(nèi)均勻地淀積銅。
14.如權(quán)利要求12所述的淀積拋光系統(tǒng)，其中所述研磨拋光墊的壓力和運動被控制，從而在電鍍處理結(jié)束時從所述晶片表面除去所述銅種子層和阻擋層，同時剩下在互連溝槽中淀積的銅。
15.一種淀積拋光方法，包括以下步驟通過電鍍處理在晶片的所需位置上淀積材料；在所述晶片位于電鍍槽中的同時，阻止在晶片表面的一些部分上的銅的淀積，并在所述晶片的所需位置上淀積金屬材料；向所述晶片的所需位置輸送電鍍?nèi)芤?；以及當所述晶片完成拋光時從拋光墊中除去所述晶片。
16.如權(quán)利要求15所述的淀積拋光方法，還包括攪拌所述電鍍?nèi)芤阂员愦龠M離子在電鍍?nèi)芤褐兄匦路植嫉剿鼍乃璧牡矸e區(qū)域的步驟。
17.如權(quán)利要求15所述的淀積拋光方法，還包括利用電鍍處理的晶片上淀積材料的步驟。
18.如權(quán)利要求17所述的淀積拋光方法，還包括改變被施加于所述晶片上的差動電位的步驟。
19.如權(quán)利要求17所述的淀積拋光方法，還包括監(jiān)視電鍍和拋光的步驟。
20.如權(quán)利要求17所述的淀積拋光方法，還包括利用由陰極、陽極和在電鍍槽中的離子溶液形成的電解電路幫助監(jiān)視銅的淀積和平面化的步驟。
21.如權(quán)利要求15所述的淀積拋光方法，還包括利用無電鍍處理在晶片上淀積材料的步驟。
22.如權(quán)利要求15所述的淀積拋光方法，還包括從溶液分配拋光墊分配電鍍?nèi)芤旱牟襟E。
全文摘要
本發(fā)明的系統(tǒng)和方法在IC晶片制造期間幫助有效地進行材料淀積和晶片平面化。本發(fā)明在幫助有效地進行銅淀積和制造IC元件之間的互連方面是尤其有用的。本發(fā)明的淀積拋光系統(tǒng)200和方法同時進行銅的淀積和拋光。淀積和拋光系統(tǒng)的一個實施例包括晶片保持器220,拋光墊元件230,和CMP電鍍槽235。CMP電鍍槽235是用于保持在電鍍處理(例如電鍍、無電鍍等)中使用的溶液的容器,以便在晶片上淀積金屬材料(例如銅)。晶片被置于含有電鍍?nèi)芤旱碾婂儾?35中,在金屬被淀積在晶片上的同時,拋光墊元件阻止在晶片表面的部分上電鍍材料(例如互連溝槽225)。拋光墊元件還幫助把電鍍?nèi)芤?38向晶片輸送,并且拋光墊元件的運動還起攪拌電鍍?nèi)芤旱淖饔谩?br> 文檔編號B24B37/04GK1351530SQ00804618
公開日2002年5月29日 申請日期2000年10月2日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月4日
發(fā)明者L·張 申請人:皇家菲利浦電子有限公司