專利名稱：無(wú)電鍍敷槽的溫度控制順序的制作方法
背景技術(shù)：
無(wú)電鍍敷涉及，不使用電流，而使含水的金屬離子在襯底上自催化的或化學(xué)還原成為金屬原子。在廣泛的工業(yè)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)無(wú)電鍍敷過程和組成，并用于在不同襯底上鍍覆多種金屬和合金。
通過這個(gè)方法，一般鍍覆的材料的實(shí)例包括銅、鎳、金、鈷、錫-鉛合金等。襯底表面可以是任意表面，它或者是自己催化活化的，或者可以被催化劑激活。在過去，普通的襯底可以包括，例如金屬、金剛石和多種聚合物。鍍敷過程或者是可選擇的，也就是，僅部分的襯底表面被催化激活以精確控制發(fā)生金屬沉積的地方，或者用于涂覆整個(gè)襯底表面。
無(wú)電鍍敷已廣泛應(yīng)用于微電子工業(yè)中以在半導(dǎo)體晶片上進(jìn)行層的沉積。例如，在過去使用無(wú)電鍍敷在襯底上形成粘合層、阻擋層和覆蓋層。為了本公開的目的，阻擋層定義為在至少部分襯底表面上形成的層，它可以阻止位于阻擋層任一邊的材料之間的接觸。例如，阻擋層可以阻止氧化或另外由阻擋層覆蓋而使材料鈍化，或者可以阻止包含在位于阻擋層一邊的層中的材料擴(kuò)散到位于阻擋層另一邊的層中。例如，在微電子工業(yè)中，Co(W)P和NiP是在過去用于阻止銅離子擴(kuò)散進(jìn)襯底和用于銅鈍化的二種阻擋層的例子。
在過去，一般公知的無(wú)電鍍敷過程包括加熱槽液至某一沉積溫度，這一般相當(dāng)于至少最低沉積溫度(即，在從槽向襯底發(fā)生沉積時(shí)的最低溫度)。加熱之后，槽液泵入鍍敷室。在鍍敷室內(nèi)，存在具有活性表面的襯底，并且在或接近熱溶液與襯底接觸時(shí)開始無(wú)電鍍膜。
鍍敷過程本身包括誘導(dǎo)期和其后的穩(wěn)態(tài)沉積期。誘導(dǎo)期是達(dá)到發(fā)生穩(wěn)態(tài)金屬沉積的混合勢(shì)能的必要時(shí)間。通常設(shè)計(jì)沉積發(fā)生在某個(gè)pH和溫度范圍內(nèi)。在某個(gè)范圍內(nèi)，沉積速率與槽溫成比例。同樣地，多數(shù)無(wú)電鍍敷過程將槽加熱至可能的最高沉積溫度，可帶來(lái)較高沉積速率并增加過程生產(chǎn)量的優(yōu)點(diǎn)。槽溫是影響層的沉積速率的最重要因素之一。然而，除了沉積速率之外，槽溫還可以影響沉積物的均勻性和成分，并因此影響它的性質(zhì)。同樣地，無(wú)電鍍敷槽的溫度控制在這些過程中是非常重要的。
除了高生產(chǎn)量以外，在襯底上形成的沉積物的均勻性也是非常需要的。在過去，通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)的噴頭向鍍敷室引入槽液，噴頭上具有一個(gè)縫隙口或孔。因?yàn)椴鄣臏囟雀?，誘導(dǎo)期短，并且在溶液與襯底表面接觸時(shí)基本上開始沉積。然而，在其它因素中，由于當(dāng)槽液送入鍍敷室時(shí)的流型，這種噴射方法極大地影響在襯底上所形成的沉積物的均勻性。另外，當(dāng)形成沉積物時(shí)，在晶片表面本身上的溫度分布可以影響沉積物的均勻性。
無(wú)電鍍敷的現(xiàn)有方法在許多方面被證實(shí)有問題。例如，為獲得高質(zhì)量產(chǎn)品，適合噴頭的設(shè)計(jì)是非常困難的。噴頭開口形狀和尺寸、噴頭旋轉(zhuǎn)速度和流速的變化可以引起在襯底表面上不同的流型，并影響沉積均勻性。例如，襯底的一個(gè)區(qū)域在高溫槽液中具有較強(qiáng)曝露，隨后在這些區(qū)域具有更多的沉積材料。因此噴頭的設(shè)計(jì)對(duì)試圖獲得溶液的均勻分布是非常重要的。
另外，槽本身的高溫在這些過程通常是不利的。例如，由于蒸發(fā)從槽中失水可以引起成分濃度的變化，并隨之改變沉積速率。為了避免這種情況，必須密切監(jiān)控槽液的組分，并且必須頻繁補(bǔ)充水。另外，在槽中使用的還原劑經(jīng)常在高溫下受到加速分解，因此由于槽溫高而使槽液的壽命變短。再者，在過去的過程中，溶液的大體積通常保持在高溫下，并通過用于每次隨后的鍍敷操作的系統(tǒng)再循環(huán)。這種系統(tǒng)需要高能輸入，并造成高操作費(fèi)用。
現(xiàn)有方法通常在沉積前還需要長(zhǎng)的準(zhǔn)備時(shí)間。通常用于工業(yè)使用的槽液的槽尺寸是10加侖或者更大。這樣的槽尺寸需要長(zhǎng)時(shí)間加熱溶液以從室溫至沉積溫度。另外，在過程結(jié)束并關(guān)掉加熱器之后，溶液將長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)直到充分冷卻以避免過度的槽沉積。
同樣地，需要一種改進(jìn)的無(wú)電鍍敷方法，它可以以高生產(chǎn)量提供在襯底上高質(zhì)量、均勻的沉積，以及增加槽的壽命，并降低系統(tǒng)的能量需求。
發(fā)明概要通常，本發(fā)明是一種包括對(duì)鍍敷過程中使用的槽液溫度的控制順序的無(wú)電鍍敷方法。更具體地，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案包括從貯存槽向鍍敷室輸送無(wú)電鍍膜溶液，其中無(wú)電鍍敷槽液的溫度低于但比較接近槽液的最小沉積溫度。一旦在鍍敷室中，槽液可加熱至沉積溫度，并發(fā)生無(wú)電沉積。
在本發(fā)明的過程中可以使用任何適合的無(wú)電鍍敷槽液。通常，無(wú)電鍍敷槽液可以包括一種或多種金屬離子源，還原劑和絡(luò)合劑。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬離子源可以是硫酸鈷和鎢酸鈉。在另一個(gè)實(shí)施方案中，氯化鎳和硫酸鎳可以是金屬離子源。一種可以的還原劑的實(shí)例是連二磷酸鈉。一種在無(wú)電鍍敷槽液中的可能的絡(luò)合劑的實(shí)例是檸檬酸鈉。在充滿貯存槽之后，至少部分槽液可再?gòu)馁A存槽中移走，當(dāng)溫度低于槽的最低沉積溫度時(shí)可任選地預(yù)加熱并移入鍍敷室中。
一旦在鍍敷室內(nèi)，在其中溶液與至少部分的襯底接觸，槽液可進(jìn)一步加熱至沉積溫度，在該溫度發(fā)生無(wú)電沉積，并且在襯底上形成所需的沉積物。在一個(gè)實(shí)施方案中，沉積溫度在約60℃和約90℃之間。更具體地，沉積溫度在約70℃和約75℃之間。在較低沉積溫度下，槽液的預(yù)加熱可以是不必要的。如果需要，在無(wú)電沉積后槽液可以返回貯存槽，并且可以冷卻并再循環(huán)溶液。
當(dāng)需要預(yù)熱溶液時(shí)，槽液可以預(yù)熱至一個(gè)溫度，使充滿鍍敷室的溶液溫度低于槽液的最低沉積溫度。例如，槽液可預(yù)熱至低于槽液最低沉積溫度約10℃的溫度。更具體地，槽液可預(yù)熱至低于槽液最低沉積溫度約5℃和約10℃之間的溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，在將槽液充入鍍敷室之前，預(yù)熱至約50℃和約55℃之間的溫度。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在將溶液移入鍍敷室之前，可以在貯存槽本身中預(yù)熱全部貯存槽的槽液?；蛘撸瑑H部分的槽液從較大的貯存槽中移走，再在部分溶液充入鍍敷室之前進(jìn)行預(yù)熱。例如，從貯存槽中移走小于約25％總體積的槽液并預(yù)熱，并且特別地從貯存槽中移走小于約15％總體積的槽液并預(yù)熱。在一個(gè)實(shí)施方案中，從貯存槽中移走小于約10％總量的槽液并預(yù)熱。
在進(jìn)入鍍敷室之前，可以通過任何適合的方法來(lái)預(yù)熱槽液。例如，槽液可以在分開的預(yù)熱槽中，或者當(dāng)它從貯存槽流向鍍敷室時(shí)在加熱的管道中預(yù)熱。
通過本發(fā)明方法在襯底上形成的層可以是任何類型的層。例如，層可以覆蓋襯底的整個(gè)表面，或者可以以一種圖形覆蓋僅襯底的一部分。層還可以是任意所需的厚度。具體地層可以小于大約200埃的厚度。更特別地，層可以在約50埃和約100埃的厚度之間。
在一個(gè)實(shí)施方案中，具有在其上沉積的無(wú)電鍍敷層的襯底可以是半導(dǎo)體晶片。例如，在晶片上的沉積物可以是作為已施加在晶片上的銅層鈍化層的阻擋層。本發(fā)明的其它特征和方面在下面更詳細(xì)的討論。
附圖簡(jiǎn)述對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，本發(fā)明的詳盡的和能公開的，包括它的最佳方式，參照附圖，在說明書的其余部分更特別地闡明，其中

圖1表明本發(fā)明的無(wú)電鍍敷槽液用的流程順序的一個(gè)實(shí)施方案；圖2A表明在關(guān)閉室時(shí)本發(fā)明的鍍敷室的一個(gè)實(shí)施方案；圖2B表明打開時(shí)的圖2A的鍍敷室；圖3表明本發(fā)明的無(wú)電鍍敷槽液的流程順序的另一個(gè)實(shí)施方案；圖4A表明在室關(guān)閉時(shí)本發(fā)明的電鍍室的另一個(gè)實(shí)施方案；及圖4B表明當(dāng)襯底裝入室內(nèi)時(shí)，打開時(shí)的圖4A的鍍敷室。
在本說明書中重復(fù)使用對(duì)照特性，并且附圖是表現(xiàn)本發(fā)明相同或相似的特征或要素。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳述當(dāng)然對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，本討論僅是對(duì)典型實(shí)施方案的描述，并且不作為限制本發(fā)明更廣泛的方面，本發(fā)明的更廣泛的方面體現(xiàn)在示例的結(jié)構(gòu)中。
無(wú)電鍍敷提供一種不用電流，在至少部分的襯底表面上形成層的方法。本發(fā)明提供一種無(wú)電鍍敷方法，具有改進(jìn)的沉積的均勻性同時(shí)降低系統(tǒng)的能量需求，并增加無(wú)電鍍敷槽液的壽命。
通常，本發(fā)明的方法包括在高于環(huán)境溫度下所發(fā)生的任何無(wú)電沉積過程中，向無(wú)電鍍敷槽液中引入溫度控制順序。更具體地，本發(fā)明包括在低于最低沉積溫度的溫度下，向鍍敷室引入無(wú)電鍍敷槽液，然后僅在充滿鍍敷室之后，加熱在鍍敷室中的槽液至能產(chǎn)生無(wú)電沉積，并在襯底上能形成沉積物的沉積溫度。如果需要，本發(fā)明的方法也包括在充入鍍敷室之前，預(yù)熱槽液。例如，在溶液充入鍍敷室之前，槽液加熱至略低于最低沉積溫度的溫度。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，不是從貯存槽向鍍敷室充入全部槽液，而是僅從較大貯存槽中取出部分的槽液，并充入一個(gè)小的鍍敷室。在這個(gè)實(shí)施方案中，較小部分槽液可以在注入鍍敷室之前，加熱至稍微低于溶液最低沉積溫度的溫度。
當(dāng)引入槽液時(shí)，鍍敷室已經(jīng)含有要處理的襯底。在槽液引入鍍敷室之后，再加熱溶液至沉積溫度，這個(gè)溫度至少等于或者可以稍微高于溶液的最低沉積溫度。溶液保持在或接近沉積溫度下適當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間以致產(chǎn)生無(wú)電沉積，并且在所要求的襯底表面形成層。在所需的沉積時(shí)間之后，槽液從鍍敷室移走并返回至貯存槽。
本發(fā)明的方法可以比過去公知的加熱無(wú)電鍍敷方法提供許多改進(jìn)。例如，在過去方法中發(fā)現(xiàn)的由于用已經(jīng)在或高于沉積溫度的槽液充滿鍍敷室的沉積均勻性問題可以消除。另外，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，僅小部分的總槽液被加熱以任一時(shí)間，因而系統(tǒng)的能量需求量可降低。而且，通過僅在沉積過程中加熱槽液并通過將溶液循環(huán)至較大、較冷的貯存槽以立即冷卻，由于槽成分的熱分解可以最小化，從而可以延長(zhǎng)槽液的有效壽命。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)有很多，并將貫穿本發(fā)明的其余部分來(lái)展現(xiàn)。
本發(fā)明的方法適合用于任何所需的用于在高溫下、在襯底上沉積層的無(wú)電鍍敷過程。例如，本發(fā)明適合用于或者酸性的或者堿性的無(wú)電鍍敷槽液。通常，無(wú)電鍍敷溶液包括一種或多種金屬離子源、還原劑、絡(luò)合劑、和/或任何其它所需的成分，例如，穩(wěn)定劑、pH調(diào)節(jié)劑、鹽等，這些可以用于獲得槽的所需鍍敷特性。在過去，這種溶液在許多不同工業(yè)中，包括例如微電子工業(yè)中公知并利用。
在一個(gè)實(shí)施方案中，無(wú)電鍍敷溶液可以在本發(fā)明的方法中使用，它在高溫下、在半導(dǎo)體晶片上沉積層，如粘合層、阻擋層和覆蓋層。例如，形成的無(wú)電鍍敷溶液可以用于在高溫下在襯底，如半導(dǎo)體晶片上沉積金屬磷化物阻擋層。例如，金屬磷化物阻擋層可以鍍覆在襯底上的在先形成的銅層上面，以阻止銅的氧化。或者，金屬磷化物阻擋層可以鍍覆在襯底上，以阻止離子從一個(gè)層如隨后形成的層擴(kuò)散進(jìn)入在阻擋層下面的層或襯底材料本身中。
適合在本發(fā)明方法中使用的無(wú)電鍍敷槽液的一個(gè)實(shí)施方案是一種可以用于在半導(dǎo)體晶片上沉積鈷-鎢-磷的合金阻擋層的溶液。用于這種實(shí)施方案的可能的無(wú)電鍍敷槽液包括，例如約0.03M和約0.1M之間的硫酸鈷，約0.01M和大約0.1M之間的鎢酸鈉，約0.1M和約0.5M之間的還原劑如連二磷酸鈉，約0.1M和約1M之間的絡(luò)合劑如檸檬酸鈉，以及任何其它所需的添加劑如硼酸(H3BO3)、氫氧化鉀(KOH)，和表面活性劑如Rhodia公司的RE610的組合物。例如，無(wú)電鍍敷槽液可以包含約0.1M和約1.0M之間的硼酸和約0.01g/l和約0.05g/l之間的表面活性劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，形成的槽液具有約9和約9.5之間的pH。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以形成在本發(fā)明過程中使用的無(wú)電鍍敷槽液，以在襯底上沉積磷化鎳層。在這個(gè)實(shí)施方案中，鍍敷槽可以類似于上面討論的溶液，但可以用氯化鎳(NiCl2)和硫酸鎳(NiSO4)作為金屬離子源來(lái)形成。
根據(jù)本發(fā)明，一旦形成的，無(wú)電鍍敷槽液在低于溶液最低沉積溫度的溫度下充入鍍敷室。通常，無(wú)電鍍敷溶液在低于所需沉積溫度不超過約10℃的溫度下進(jìn)入鍍敷室。在充滿鍍敷室之后，槽液可加熱至沉積溫度，以致產(chǎn)生無(wú)電沉積，并在襯底上形成沉積物。然后可從鍍敷室移走槽液，并重復(fù)這個(gè)過程。
槽液可以在環(huán)境溫度下充入鍍敷室。然而，在另一個(gè)實(shí)施方案中，槽液可以預(yù)熱。通常，槽液是否預(yù)熱主要依賴于所需的沉積溫度。例如，如果沉積溫度是環(huán)境溫度的10℃以內(nèi)，則無(wú)需預(yù)熱。然而，對(duì)于多數(shù)應(yīng)用，無(wú)電鍍敷槽液在充入電鍍室之前進(jìn)行預(yù)熱。
用于本發(fā)明中使用的無(wú)電鍍敷槽液的流程順序的一個(gè)實(shí)施方案如圖1所示。在這個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明方法包括將槽液充入貯存槽100中。充入貯存槽100的溶液的量可以是任何所需的量，并取決于各個(gè)工藝條件。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，可以形成約10加侖的槽液并充入貯存槽100中，雖然本發(fā)明的其它實(shí)施方案可以包括容納更小或更大體積槽液的貯存槽。如果需要，可以密封貯存槽100，以防止溶液污染，如通過氮?dú)馇逑?未顯示)。貯存槽100還可以包括，如果需要，攪拌器108，來(lái)保持在槽中溶液充分混合。在這個(gè)特別的實(shí)施方案中，在貯存槽100中的槽液通?？梢栽诃h(huán)境溫度下，或甚至可以稍稍冷卻以延長(zhǎng)槽液的壽命。
在如圖1所示的實(shí)施方案中，不使用在鍍敷室中的全部槽液含量，而是從貯存槽100中移走部分槽液，并輸送至鍍敷室120。從貯存槽100中移走的部分槽液，通常，可以少于槽總量的約25％。特別地，從貯存槽移走的部分槽液可以是小于槽總量的約15％。更特別地，可以從貯存槽100中移走少于槽總量的約10％。
在從貯存槽100移走之后，槽液可預(yù)熱至某一溫度，以使槽液在某一溫度下充入鍍敷室，這個(gè)溫度僅稍低于溶液的最低沉積溫度。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，槽液在低于溶液的最低沉積溫度約10℃以下的溫度下充入鍍敷室中。更特別地，槽液在低于槽液最低沉積溫度約5℃和約10℃之間的溫度下充入鍍敷室。
如圖1所示，在一個(gè)實(shí)施方案中，從槽100中移走部分的槽液，經(jīng)過管線105至較小的預(yù)熱槽110中。預(yù)熱槽110，如果需要，可以包括攪拌器104，并可以密封，如通過氮?dú)鉀_洗，以避免污染。可以通過任何適合的方法，在預(yù)熱槽110中預(yù)熱槽液。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，預(yù)熱槽110可以是可浸入溶液中并用于加熱溶液的加熱板?；蛘?，通過使用加熱的槽基底，從槽底部加熱溶液?？梢允褂萌魏芜m合的加熱方法來(lái)預(yù)熱槽液。在預(yù)熱之后，從預(yù)熱槽110中移走槽液，經(jīng)過管線102至鍍敷室120中。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，如圖3所示，不是在預(yù)加熱槽110中預(yù)熱槽液，而是在加熱管線107中預(yù)熱槽液。在這個(gè)實(shí)施方案中，可以通過現(xiàn)有技術(shù)中公知的任何適合的方法來(lái)加熱加熱管線107，并從貯存槽100中運(yùn)送槽液至鍍敷室120。當(dāng)溶液經(jīng)過加熱管線107時(shí)，可以在它到達(dá)鍍敷室120時(shí)，加熱至所需的預(yù)熱溫度。
當(dāng)然，雖然圖1和圖3示出本發(fā)明的實(shí)施方案，其中鍍敷室小于貯存槽，并一次將僅部分的槽液總含量從貯存槽中移至鍍敷室，但是在這些實(shí)施方案中討論的方法同樣地應(yīng)用于那些一次將貯存槽中全部?jī)?nèi)含物移入鍍敷室的實(shí)施方案中，以在尺寸略等于貯存槽的鍍敷室中處理一個(gè)或多個(gè)晶片。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，可以根本沒有中間的溶液預(yù)熱而將槽液充入鍍敷室，例如當(dāng)在鍍敷室內(nèi)，僅一步加熱槽液至沉積溫度的成本效率更高，而不是在二個(gè)分開的加熱步驟中。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，槽液的最低沉積溫度可以非常低，例如，在高于環(huán)境溫度約5℃和約10℃之間。在這種實(shí)施方案中，可以優(yōu)選不預(yù)熱槽液，由于它已經(jīng)接近于最低沉積溫度。在這種情況下，槽液可以從貯存槽100中無(wú)中間預(yù)熱地直接流入鍍敷室120。
一旦槽液如所需已預(yù)熱，則可以轉(zhuǎn)送至鍍敷室120中。一種鍍敷室120的可能實(shí)施方案如圖2A所示。通常，鍍敷室120可以與預(yù)熱槽110的尺寸大致相同。鍍敷室120包括襯底支架206，其支撐在用于支撐襯底210如半導(dǎo)體晶片的支撐臂204上。鍍敷室120還可以包括氣體入口220，它可以使惰性氣體如氮?dú)饣驓鍤膺M(jìn)入鍍敷室，在密封時(shí)有助于保護(hù)晶片不受可能的污染。雖然僅圖示單個(gè)襯底210，但襯底支架206可以設(shè)計(jì)為支持多個(gè)襯底。
通常，在用槽液充滿鍍敷室之前，襯底210將置于鍍敷室120內(nèi)。圖2B圖示一種將襯底210裝入鍍敷室120中的方法。在這個(gè)實(shí)施方案中，支撐臂204可以用活塞作用而縮回，降低襯底支架206到室120基準(zhǔn)面下面，以使襯底210可以裝在襯底支架206上。一旦裝上，支撐臂204能上升進(jìn)入關(guān)閉位置，對(duì)著室120的邊密封襯底支架206，并封閉室。在用槽液經(jīng)過管線102充滿之前，沖洗室中任何可能的污染。
在鍍敷室的另一個(gè)實(shí)施方案中，如圖4A和4B所示，襯底210的直徑可以稍大于室120的直徑。在這個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)室打開時(shí)，如圖4B所示并類似于圖2B所示的實(shí)施方案，在襯底支架206上裝上襯底。在這個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)支撐臂204上移進(jìn)入封閉的室位置時(shí)，襯底210本身與室120的邊接觸，并形成與室壁的密封，從而封閉室，如圖4A所示。可以利用這樣的實(shí)施方案來(lái)使晶片背面和鍍敷槽液之間的接觸達(dá)最小。
襯底210可以是任意所需的襯底，并可具有任何適合材料的表面。例如，襯底210可以包括在襯底表面的金屬、金剛石或聚合材料，它可以用本發(fā)明方法來(lái)涂覆。在一個(gè)實(shí)施方案中，襯底210可以是如用于形成半導(dǎo)體設(shè)備的那些硅基襯底。另外，襯底可以在進(jìn)行本發(fā)明的過程之前，用一種或多種材料在先涂覆。
襯底表面可以或者是自然催化活性的，或者是被催化劑活化的，以便在槽液中的金屬離子可以按照需要在沉積溫度下在襯底表面上進(jìn)行沉積。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用鈀作為表面催化劑，雖然其它適合的催化劑在本領(lǐng)域是公知的，也可以使用。另外，無(wú)電鍍敷過程可以是或者可選擇的，即僅部分的襯底表面被催化激活，以精確控制發(fā)生金屬沉積的地方，或者可用于涂覆整個(gè)襯底表面。
充入鍍敷室中槽液的量取決于鍍敷室的尺寸，這又取決于將一次處理的襯底的尺寸和數(shù)量。在一個(gè)實(shí)施方案中，鍍敷室可以是大的，并且全部貯存槽100中的內(nèi)含物可以充入鍍敷室120中?；蛘?，鍍敷室可以是很小的，并且只有部分的槽液從貯存槽中移走并充入鍍敷室中。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，200mm晶片在類似于如圖2A所示的鍍敷室中進(jìn)行處理，使用槽液體積為約1.5公升。在另一個(gè)實(shí)施方案中，300mm晶片可在較大鍍敷室中進(jìn)行處理，使用槽液體積為約3.5公升。當(dāng)預(yù)熱的槽液經(jīng)過管線102進(jìn)入電鍍室120時(shí)，它可以充滿鍍敷室120至一個(gè)點(diǎn)，使得晶片210的上表面浸沒并稍微低于槽液表面。
可以通過任何適合的方法將槽液充入鍍敷室中。例如，管線102可以簡(jiǎn)單地放空進(jìn)入電鍍室120，而沒有特別必要的壓力或流動(dòng)配件。在本發(fā)明中，當(dāng)槽液充入鍍敷室時(shí)沒有發(fā)生沉積，是因?yàn)樵诓垡撼淙脲兎笫也⑹状闻c襯底接觸時(shí)，它不是在最低沉積溫度下。因此，當(dāng)室充滿時(shí)，在襯底上槽液的流型對(duì)隨后的無(wú)電沉積影響很小或沒有影響，并且通過本發(fā)明的方法可以獲得更均勻的沉積。
在槽液已充入鍍敷室120之后，加熱槽液至沉積溫度。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，加熱板208可下降進(jìn)入槽液以加熱溶液。當(dāng)加熱槽液時(shí)，加熱板208還可以在溶液中旋轉(zhuǎn)，以使溶液保持充分混合，并可以通過溶液改善熱分布。通常，在襯底上槽液的深度應(yīng)該足以使加熱板208能接觸并加熱溶液，而不與襯底210接觸。
在鍍敷室中，通過加熱板208加熱溶液至沉積溫度，其至少等于槽液的最低沉積溫度。然而，如有需要，溶液可以加熱至稍稍高于最低沉積溫度的溫度，以便增加過程的沉積速率。在任何情況下，溶液的沉積溫度不應(yīng)該超過可引發(fā)槽液不穩(wěn)定并開始分解的溫度。
一旦達(dá)到所需的沉積溫度，從槽液中取出加熱板208。如果需要，加熱板208可以旋轉(zhuǎn)并同時(shí)保持在槽液上，以使附著在加熱板208上的槽液，落回槽中。槽液達(dá)到或接近沉積溫度時(shí)，無(wú)電鍍敷可以開始。因?yàn)樵跓o(wú)電鍍敷開始之前，槽液在整個(gè)襯底表面均勻分布，本發(fā)明的方法可以極大提高在襯底上形成的沉積物的均勻性。
可以使用溫度控制過程來(lái)監(jiān)控在鍍敷室中槽液的溫度，以致如果槽溫下降低于某些預(yù)置的最小值，加熱板208可以再次下降進(jìn)入槽液，并再加熱溶液至沉積溫度。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用上面討論的槽液在襯底上鍍覆金屬磷化物阻擋層。在這實(shí)施方案中，溶液的最低沉積溫度是約60℃，并且槽液的沉積溫度可以是約60℃和約90℃之間的任何溫度，在90℃溶液變得不穩(wěn)定。當(dāng)在最低沉積溫度下發(fā)生沉積時(shí)，過程可以是慢的，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)金屬沉積前有約5分鐘的誘導(dǎo)期。同樣地，可以按需要加熱槽液至較高沉積溫度，例如，約70℃和約75℃之間。在這樣的溫度范圍內(nèi)，誘導(dǎo)期可以是非常短，一旦槽液達(dá)到沉積溫度，幾乎立即開始沉積。
在加熱的槽液中襯底保持時(shí)間的長(zhǎng)短依賴于很多因素，包括例如，所需膜的厚度。通常，根據(jù)本發(fā)明方法可以形成任何所需膜厚度。例如，根據(jù)本發(fā)明方法可以形成小于約200埃的膜厚度。更特別地，根據(jù)本發(fā)明的方法可以形成約50埃和約100埃之間厚度的層。通常，本發(fā)明過程的穩(wěn)態(tài)沉積期可以小于約10分鐘。特別地，穩(wěn)態(tài)沉積期可以小于約5分鐘。更特別地，穩(wěn)態(tài)沉積期可以小于大約3分鐘。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，可以在襯底表面形成金屬磷化物層，并且槽液可加熱至約70℃和約75℃之間的沉積溫度。在這個(gè)實(shí)施方案中，可以在至少部分的襯底表面上形成約50埃和100埃之間的沉積層，穩(wěn)態(tài)沉積期小于約2分鐘。更特別地，在這個(gè)實(shí)施方案中，可以形成約50埃和100埃之間的金屬磷化物沉積層，其穩(wěn)態(tài)期為約1分鐘。
再參照?qǐng)D1，在發(fā)生沉積之后，經(jīng)過管線115從鍍敷室120可移走槽液，并將槽液返回至貯存槽100中。通常貯存槽的溫度低于來(lái)自鍍敷室120的槽液溫度。因此，當(dāng)槽液返回至貯存槽100時(shí)，槽液溫度下降。例如，當(dāng)僅部分的槽液總量在電鍍室120中使用時(shí)，返回的槽液可與在貯存槽中與較大體積的較冷溶液混合，并溫度迅速下降。同樣，如果在過程中全部槽液轉(zhuǎn)移入鍍敷室，當(dāng)轉(zhuǎn)移回空貯存槽時(shí)，槽液溫度也能下降。在過程中盡可能多的將槽液保持在低溫，可以避免槽液組分的高溫分解。這可以延長(zhǎng)槽液的有效壽命。另外，通過快速降低在鍍敷室中所使用槽液的溫度，可以使系統(tǒng)中的水蒸發(fā)最小化，并極大地降低向槽液補(bǔ)充水的需求，在某些實(shí)施方案中可以完全地消除。
如果需要，本發(fā)明方法可以是連續(xù)的過程，它可以迅速處理許多襯底。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，在貯存槽中僅部分的槽液總量充入鍍敷室中。在這個(gè)實(shí)施方案中，在用槽液充滿鍍敷室之后，可從貯存槽中移走第二部分槽液。如果需要，可以在加熱第一部分槽液至沉積溫度和在電鍍室發(fā)生無(wú)電沉積時(shí)，預(yù)熱這第二部分。因此，當(dāng)完成第一沉積過程并清空鍍敷室槽液時(shí)，可從鍍敷室移走處理的襯底，并插入第二未處理襯底。當(dāng)?shù)诙r底在適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，第二部分槽液充滿鍍敷室，并鍍覆第二襯底。從而，可形成快速、連續(xù)的無(wú)電鍍敷過程。
對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以在不違背在所附的權(quán)利要求書中更具體地提出的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行這些和其它更改和變化。另外，可以理解不同實(shí)施方案的方式可以全部或部分地相互替換。而且，那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到前面的描述僅作為實(shí)施例，并不限制發(fā)明在所附的權(quán)利要求書中進(jìn)一步的描述。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)電鍍敷方法，包括在貯存槽中提供無(wú)電鍍敷槽液；從所述貯存槽中移走至少部分所述無(wú)電鍍敷槽液；將從所述貯存槽中移走的所述槽液引入鍍敷室，所述槽液與至少向所述鍍敷室引入的部分襯底接觸，其中所述槽液是在第一溫度下引入所述鍍敷室的，第一溫度低于所述槽液的最低沉積溫度；加熱在所述電鍍室中的所述槽液至至少等于所述槽液的最低沉積溫度的沉積溫度；及在至少部分的所述襯底上通過無(wú)電沉積形成沉積物。
2.如權(quán)利要求1的方法，還包括在形成沉積物之后，從所述鍍敷室返回所述槽液至所述貯存槽。
3.如權(quán)利要求1的方法，還包括在所述貯存槽中預(yù)熱所述槽液至所述第一溫度。
4.如權(quán)利要求1的方法，還包括在向所述鍍敷室引入所述槽液之前，預(yù)熱從貯存槽中移走的所述槽液至所述第一溫度。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中從所述貯存槽中移走的所述槽液是在預(yù)熱槽中加熱至所述第一溫度。
6.如權(quán)利要求4的方法，其中從所述貯存槽中移走的所述槽液是在加熱管線中加熱至所述第一溫度。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一溫度是低于所述槽液的最低沉積溫度的約10℃以下。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一溫度是低于所述槽液的最低沉積溫度的約5℃和約10℃之間。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中從所述貯存槽移走的槽液小于槽液總量的約25％。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中從貯存槽移走的槽液小于槽液總量的約15％。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中從貯存槽移走的槽液小于槽液總量的約10％。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中所述襯底是半導(dǎo)體晶片。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中所述沉積物是在所述襯底上以圖形形成。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中所述襯底的全部表面被所述沉積物覆蓋。
15.如權(quán)利要求1的方法，其中所述沉積物小于200埃的厚度。
16.如權(quán)利要求1的方法，其中所述沉積溫度在約60℃和約90℃之間。
17.一個(gè)在襯底上形成阻擋層的方法，包括在貯存槽中提供無(wú)電鍍敷槽液；從所述貯存槽中移走部分的所述無(wú)電鍍敷槽液；加熱所述槽液部分至第一溫度，其中所述第一溫度低于所述無(wú)電鍍敷槽液的最低沉積溫度；向鍍敷室引入所述槽液部分，以使槽液在引入時(shí)與至少部分襯底接觸；在所述鍍敷室中加熱所述槽液部分至至少等于所述槽液最低沉積溫度的沉積溫度；通過無(wú)電沉積，在至少部分所述襯底上沉積阻擋層；并在形成阻擋層后，將所述槽液部分返回至所述貯存槽中。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中所述槽液部分在預(yù)熱槽中加熱至所述第一溫度。
19.如權(quán)利要求17的方法，其中所述槽液部分在加熱管線中加熱至所述第一溫度。
20.如權(quán)利要求17的方法，其中所述第一溫度低于所述槽液最低沉積溫度約10℃以下。
21.如權(quán)利要求17的方法，其中所述第一溫度為低于所述槽液最低沉積溫度約5℃和約10℃之間。
22.如權(quán)利要求17的方法，其中所述槽液部分是小于所述槽液總量的15％。
23.如權(quán)利要求17的方法，其中所述槽液部分是小于所述槽液總量的10％。
24.如權(quán)利要求17的方法，其中所述襯底是半導(dǎo)體晶片。
25.如權(quán)利要求24的方法，其中所述半導(dǎo)體晶片包括銅層。
26.如權(quán)利要求17的方法，其中所述阻擋層小于約200埃的厚度。
27.如權(quán)利要求17的方法，其中所述阻擋層在約50埃和約100埃的厚度之間。
28.如權(quán)利要求17的方法，其中所述沉積溫度在約60℃和約90℃之間。
29.如權(quán)利要求17的方法，其中所述沉積溫度在約70℃和約75℃之間。
30.一種在半導(dǎo)體晶片上形成金屬磷化物阻擋層的方法，包括在貯存槽中提供無(wú)電鍍敷槽液，其中所述的無(wú)電鍍敷槽液包括金屬離子源，還原劑和絡(luò)合劑；從所述貯存槽中移走小于所述無(wú)電鍍敷槽液的約15％；加熱從所述貯存槽中移走的所述槽液至低于所述槽液的最低沉積溫度的第一溫度；向電鍍敷室中引入所述加熱的槽液，以使所述槽液在所述引入時(shí)與至少部分半導(dǎo)體晶片接觸；在鍍敷室中加熱所述槽液至在約60℃和約90℃之間的沉積溫度；通過無(wú)電沉積在至少部分所述襯底上沉積阻擋層；并從所述電鍍敷室中返回所述槽液至所述貯存槽中，其中離開所述鍍敷室的所述槽液溫度通過返回至所述貯存槽而降低。
31.如權(quán)利要求30的方法，其中所述無(wú)電鍍敷槽液包括選自硫酸鈷、鎢酸鈉及其混合物的金屬離子源；包括連二磷酸鈉的還原劑；和包括檸檬酸鈉的絡(luò)合劑。
32.如權(quán)利要求30的方法，其中所述無(wú)電鍍敷槽液包括選自氯化鎳、硫酸鎳及其混合物的金屬離子源；包括連二磷酸鈉的還原劑；和包括檸檬酸鈉的絡(luò)合劑。
33.如權(quán)利要求30的方法，其中所述沉積溫度室在約70℃和約75℃之間。
34.如權(quán)利要求30的方法，其中所述第一溫度在約50℃和約55℃之間。
全文摘要
在本發(fā)明中公開了在用于微電子工藝的無(wú)電鍍敷中的溫度控制的順序。這個(gè)順序改善了沉積物的均勻性、增加了鍍敷槽的壽命和成本效率。鍍敷槽在鍍敷室外面的設(shè)備中加熱至某一溫度，這個(gè)溫度低于最低沉積溫度。再將溶液引入鍍敷室，無(wú)沉積發(fā)生。在充滿室之后，溶液加熱至所需沉積溫度。沉積起動(dòng)。在沉積后，溶液返回至原來(lái)槽中。
文檔編號(hào)C23C18/16GK1663035SQ03814568
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2003年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月21日
發(fā)明者李南海, 尼古萊·佩特羅夫, 阿圖爾·科利克斯 申請(qǐng)人:馬特森技術(shù)公司