專利名稱：用于控制工件預(yù)定部分上的沉積的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種電鍍方法和裝置。更具體的是，本發(fā)明涉及這樣一種方法和裝置通過利用外部影響，使得工件的不同部分上所吸附的添加劑之間有差別，由此增強(qiáng)或阻礙了這些部分上導(dǎo)電材料的鍍覆。
背景技術(shù)：
需要許多步驟來制造集成電路(IC)的多級(jí)互聯(lián)件。該步驟包括在半導(dǎo)體晶片或工件上沉積導(dǎo)電材料和絕緣材料，接著利用光刻膠圖案化和蝕刻等工藝來全部或部分除去這些材料。在照相平版印刷法、圖案化和蝕刻步驟之后，得到的表面通常是非平面，因?yàn)樗哂性S多凹槽或比如各種尺寸和形狀的氣孔、接觸孔、線條、溝槽、通道和結(jié)合焊點(diǎn)等形貌特征(feature)。在實(shí)施其它的處理步驟、比如蝕刻和/或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)之前，通常利用高導(dǎo)電材料來填充這些形貌特征。因此，在多次完成這些沉積和去除步驟之后，在IC的各部分之間形成了低電阻的互聯(lián)結(jié)構(gòu)。
由于銅(Cu)和Cu合金具有低的電阻率和對(duì)電子遷移的高電阻，因此它們很快就成為了優(yōu)選的IC互聯(lián)材料。電沉積是一種用于將Cu沉積至工件表面的形貌特征中的最盛行的方法之一。因此，盡管本發(fā)明也適用于電鍍?nèi)魏纹渌牧?，但是將描述電鍍Cu。在Cu電鍍過程中，使用特定配方的電鍍液或電解質(zhì)。這些電鍍液或電解質(zhì)含有Cu離子和控制沉積材料的組織、形貌特征和鍍覆行為的添加劑。需要添加劑來得到光滑且性質(zhì)良好的鍍層。有許多Cu鍍液配方。其中一些可通過市售得到。其中一種這樣的配方(參見例如James Kelly等，Journal of TheElectrochemical Society，Vol.146，P2540-2545，(1999)包括作為銅源的硫酸銅(CuSO4)和水、硫酸(H2SO4)以及少量的氯離子。眾所周知，通常為了得到沉積材料的理想性能而將被稱為添加劑的其它化學(xué)物質(zhì)加入Cu鍍液中。這些添加劑結(jié)合在待鍍覆Cu的基體表面、或化學(xué)或物理吸附在所述表面上，并且如下所述由此會(huì)影響其所在位置處的鍍覆。
可將Cu鍍液中的添加劑分成以下幾類，比如加速劑、抑制劑、整平劑、光亮劑、顆粒細(xì)化劑、潤濕劑、應(yīng)力減少劑等。在許多情況下，通常利用不同的分類來描述這些添加劑的相似功能。如今，電子應(yīng)用、特別是制造IC所用的溶液含有較簡單的兩組份添加劑包裝(例如參見Robert Mikkola and Linlin Chen，“Investigation of the Roles of theAdditive Components for Second Generation Copper ElectroplatingChemistries used for Advanced Interconnect Metallization，”Proceedingsof the International Interconnect TechnologyConference，P117-119，June5-7，2000)。這些配方通常被稱為抑制劑和加速劑。一些最近引入的包裝、例如Enthone出售的Via-Form(通孔形成)化學(xué)試劑和Shipley出售的Nano-Plate(毫微鍍覆)化學(xué)試劑也包括被稱為整平劑的第三組份。
抑制劑通常是聚合物，它們被認(rèn)為是結(jié)合在工件表面的高電流密度區(qū)域，因此實(shí)質(zhì)上形成了高電阻膜，增加了所述區(qū)域的極化，抑制了電流密度并且由此抑制了所述區(qū)域的沉積材料量。另一方面，加速劑增強(qiáng)了吸附有該加速劑的工件表面部分的Cu沉積，這實(shí)際上削弱或消除了抑制劑的抑制功能。在配方中加入整平劑是為了避免在致密和窄的形貌特征處形成凸起或過度填充，這將在下文中詳細(xì)描述。氯離子本身會(huì)抑制或加速工件各部分的沉積(參見以上引用的會(huì)議文章Robert Mikkolaand Linlin Chen，“Investigation”)。所有這些添加劑之間的相互影響會(huì)對(duì)Cu沉積物的特性起部分決定作用。
以下的附圖用于更完整地描述常規(guī)電鍍方法和裝置。附圖1表示其上形成有絕緣體2的工件實(shí)例3的截面圖。利用常規(guī)的沉積和蝕刻技術(shù)、在絕緣體2和工件3上形成了比如小通孔4a、4b、4c的致密陣列和雙波紋結(jié)構(gòu)4d的形貌特征。在該實(shí)例中，通孔4a、4b、4c窄而深；換言之，它們具有高的縱橫比(即它們的深與寬的比大)。通孔4a、4b、4c的寬度通常是亞微米級(jí)。另一方面，雙波紋結(jié)構(gòu)4d具有寬溝槽4e和底部的小通孔4f。寬溝槽4e具有小的縱橫比。
附圖2a-2c表示利用Cu來填充附圖1的形貌特征的常規(guī)方法。附圖2a表示其上沉積有各種層的附圖1工件實(shí)例。例如，該附圖表示工件3和絕緣體2以及在其上沉積的阻擋層/膠結(jié)層或粘合層5以及籽晶層6。阻擋層/膠結(jié)層5鉭、氮化鉭、鈦、鎢或TiW等，或是該領(lǐng)域常用的其它材料的組合。通常利用各種濺射方法和化學(xué)氣相沉積(CVD)等任何方法來沉積阻擋層/膠結(jié)層5。之后，在阻擋層/膠結(jié)層5上沉積籽晶層6。籽晶層6的材料可以是銅或可取代銅的物質(zhì)，并且可利用本領(lǐng)域已知的各種方法將其沉積在阻擋層/膠結(jié)層5上。
在附圖2b中，在沉積籽晶層6之后，利用合適的鍍液將導(dǎo)電材料7(例如銅層)電沉積在其上。在該步驟中，使Cu籽晶層和/或阻擋層與電接觸，以使得可在其上施加相對(duì)于陽極(未示出)的陰極電壓(負(fù)電壓)。之后，利用如上所述的特定鍍液配方在工件表面上電沉積Cu材料7。應(yīng)指出的是，在附圖2b中，示出的籽晶層6與沉積的銅層7是整體部分。通過調(diào)節(jié)添加劑比如氯離子、抑制劑和加速劑，可得到生長在小形貌特征內(nèi)的自下至上銅膜。
如附圖2b所示，Cu材料7完全填充了通孔4a、4b、4c和4f，并且與大溝槽4e相一致。Cu材料7沒有完全填充溝槽4e，因?yàn)殄円号浞街兴玫奶砑觿┰诖蟮男蚊蔡卣鲿r(shí)沒有起作用。例如，認(rèn)為在通孔和其它大縱橫比的形貌特征中，發(fā)生了自上而下的沉積，因?yàn)橐种苿┓肿幼陨磉B結(jié)在每個(gè)形貌特征開口的上部，從而抑制了該處的材料生長。這些分子不能通過窄的開口而有效地?cái)U(kuò)散至高縱橫比形貌特征、比如附圖1中通孔的底表面。因此，在通孔底表面上，加速劑的吸附差異導(dǎo)致了在那些區(qū)域的較快速生長，導(dǎo)致自下而上的生長，并且Cu沉積物的輪廓如圖2b所示。如果沒有合適的添加劑，則Cu可在高縱橫比形貌特征的垂直壁以及底表面上以相同的速度生長，由此導(dǎo)致了工業(yè)界所熟知的缺陷比如接縫和空隙。
不希望高縱橫比溝槽4e內(nèi)表面的抑制劑和加速劑的吸附特性與工件的場效應(yīng)區(qū)8頂面的吸附特性有所不同。因此，溝槽4e底表面的Cu厚度與場效應(yīng)區(qū)8上的Cu厚度大致相同。場效應(yīng)區(qū)被定義為蝕刻進(jìn)入絕緣體的形貌特征之間的絕緣體頂面區(qū)域。
由此可以預(yù)料，為了利用Cu材料7來完全填充構(gòu)槽4e，還需要進(jìn)一步的電鍍。圖2c表示在進(jìn)行了進(jìn)一步的電鍍之后所得到的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，場效應(yīng)區(qū)8上的Cu厚度t3相對(duì)較大，并且自場效應(yīng)區(qū)8到溝槽4b內(nèi)的Cu材料7上部有一個(gè)臺(tái)階。另外，如果電解質(zhì)配方中沒有整平劑，則高縱橫比通孔之上的區(qū)域可具有厚度t4，該厚度在接近大形貌特征處的值大于厚度t3。該現(xiàn)象被稱為“過度填充”，并且認(rèn)為是由于在高縱橫比形貌特征區(qū)域中，高加速劑濃度導(dǎo)致了沉積的增加。很顯然，加速劑優(yōu)先吸附在如前所述的小通孔中，即使在形貌特征被填充之后，仍有部分被吸附。對(duì)于IC應(yīng)用而言，需要對(duì)Cu材料7進(jìn)行CMP或其它材料去除工藝，以除去Cu材料7以及場效應(yīng)區(qū)8中的阻擋層5，從而僅在圖2d所示的形貌特征內(nèi)留有Cu材料7。圖2d所示的是理想狀況下的結(jié)果。事實(shí)上，已知這些材料去除工藝相當(dāng)昂貴和費(fèi)事。比如圖2c中示出的具有厚Cu層的非平面表面有許多缺陷。首先，去除厚Cu層是費(fèi)時(shí)和昂貴的。其次，不均勻的表面不能被均勻地去除，并且導(dǎo)致了如圖2e所示的工業(yè)中熟知的大形貌特征凹陷缺陷。
迄今為止，很多注意力都集中在Cu鍍覆化學(xué)機(jī)理以及在工件上產(chǎn)生小形貌特征的自下而上填充的鍍覆技術(shù)研究。這是有必要的，因?yàn)槿缟纤?，缺乏自上而下的填充?huì)導(dǎo)致小形貌特征中的缺陷。近年來，通過在電解質(zhì)配方中加入整平劑來避免高縱橫比形貌特征上的過度填充。由于在該形貌特征上開始形成凸起或過度填充，因此，認(rèn)為整平劑自身連結(jié)在這些高電流密度區(qū)域、即凸起或過度填充區(qū)域，并且減少了所述區(qū)域的鍍覆，從而有效地整平了膜表面。因此，研究了特定的電鍍液配方和脈沖電鍍工藝，以得到小形貌特征的自上而下填充，并且減少或消除過度填充現(xiàn)象。
為了在具有各種形狀、尺寸和形式的孔洞的工件上沉積出平面膜，已研究了被稱為電化學(xué)機(jī)械沉積(ECMD)的新類型鍍覆技術(shù)。以工藝效率而論，在電子工件、比如半導(dǎo)體晶片上得到薄的Cu沉積物平面是非常有價(jià)值的。圖3示出了這樣的Cu沉積物平面。該實(shí)施例中，場效應(yīng)區(qū)8上的Cu厚度t5小于圖2c所示的常規(guī)情況。通過CMP、蝕刻、電拋光或其它方法來去除較薄的Cu層會(huì)更容易，從而很重要的是節(jié)省了成本。在去除圖3所示的平面層時(shí)，預(yù)計(jì)凹陷缺陷也會(huì)最小。
在最近出版的名稱為“Method and Apparatus for ElectrochemicalMechanical Deposition”的專利US6176992(本發(fā)明的受讓人同時(shí)擁有該專利)中，公開了這樣的技術(shù)該技術(shù)可使得在工件表面的凹槽內(nèi)沉積導(dǎo)電材料的同時(shí)場效應(yīng)區(qū)的沉積最少。該ECMD方法導(dǎo)致了平面狀的材料沉積。
2000年12月18日提交的名稱為“Plating Method and ApparatusThat Creats A Differencial Between Additive Disposed On A Top SurfaceAnd A Cavity Surface Of A Workpiece Using An External Influence”的US專利申請(qǐng)NO09/740701(該專利同樣轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人)中，所描述的ECMD方法和裝置可得到的結(jié)果是在一定的時(shí)間段內(nèi)，工件的頂端部分和凹槽表面之間存在的添加劑有差別。在維持該差別的同時(shí)，在陽極和工件之間施加電源，以使得凹槽表面比頂面鍍覆的相對(duì)多。
對(duì)ECMD工藝的各方面進(jìn)行特定改進(jìn)的其它申請(qǐng)包括2000年2月23日提交的名稱為“Pad Designs and Structures for a VersatileMaterials Processing Apparatus”的US專利申請(qǐng)NO09/511278；2000年7月21日提交的名稱為“Pad Designs and Structures with Improved FluidDistribution”US專利申請(qǐng)NO09/621969；以及同一天提交的“Mask PlateDesign”，該申請(qǐng)也要求了2001年3月1日提交的臨時(shí)申請(qǐng)NO60/272791的優(yōu)先權(quán)；2000年9月28日提交的名稱為“Method to Minimize and/orEliminate Conductive Material Coating Over the Top Surface of aPatterned Substrate and Layer Structure Made Thereby”的US專利申請(qǐng)NO09/671800和名稱為“Method and Apparatus for ControllingThickness Uniformity of Electroplated Layer”的US專利申請(qǐng)NO09/760757，所有這些申請(qǐng)均轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人。
盡管上述ECMD方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是，在更好地控制各種凹槽區(qū)域的材料沉積方面，還希望進(jìn)一步的改進(jìn)，以得到新的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供在工件表面上鍍覆導(dǎo)電材料的方法和裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供在工件表面的小和大形貌特征上都鍍覆導(dǎo)電材料的方法和裝置，同時(shí)其高效、節(jié)約成本并且質(zhì)量優(yōu)異。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供利用工件表面影響器件的方法和裝置，以使得導(dǎo)電層的頂面所設(shè)置的添加劑與導(dǎo)電層的凹槽表面內(nèi)所設(shè)置的添加劑之間有差別，同時(shí)，使得工件表面對(duì)與導(dǎo)電層的頂面接觸的器件有影響的表面積最小。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供利用工件表面影響器件的方法和裝置，以使得導(dǎo)電層的頂面所設(shè)置的添加劑與導(dǎo)電層的凹槽表面內(nèi)所設(shè)置的添加劑之間有差別，同時(shí)，使得工件表面對(duì)與導(dǎo)電層頂面的給定區(qū)域接觸的器件的影響時(shí)間最少。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供各種實(shí)施工件表面影響器件的方法、以及實(shí)現(xiàn)各種理想半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的鍍覆裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是利用工件表面影響器件對(duì)常規(guī)鍍覆裝置進(jìn)行改進(jìn)的方法。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了上述發(fā)明目的中的一種或其組合以及其它目的，本發(fā)明提供了在工件表面上鍍覆導(dǎo)電材料的方法和裝置。
在本發(fā)明的一方面中，具有至少一種添加劑的電解質(zhì)溶液被施加在工件上，以使得添加劑被吸附在工件的頂端部分和凹槽表面。通過利用優(yōu)先與工件頂端部分接觸的工件表面影響器件、比如掩膜或清除器，從而在工件和工件表面影響器件之間建立了相對(duì)移動(dòng)，由此使得吸附在頂端部分的添加劑被除去，或者其量或濃度相對(duì)于工件凹槽表面的添加劑量有所變化?？稍谑褂霉ぜ砻嬗绊懫骷?、期間或之后鍍覆導(dǎo)電材料，特別是在工件表面影響器件不再接觸工件頂面的任何區(qū)域之后進(jìn)行鍍覆。
在該方法的另一方面中，工件表面影響器件使用了直接與工件頂端部分接觸的清除器，并且優(yōu)選在陽極和陰極之間存在墊板，從而有助于在工件上沉積均勻膜。
在本發(fā)明的另一方面中，公開了根據(jù)本發(fā)明利用工件表面影響器件改進(jìn)常規(guī)鍍覆裝置的方法。
在本發(fā)明的另一方面中，描述了新的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。


結(jié)合附圖和本發(fā)明示范性優(yōu)選實(shí)施方式的以下詳細(xì)描述，可更容易地理解本發(fā)明的這些目的和其它目的、優(yōu)點(diǎn)以及特征。
圖1表示具有形貌特征并且需要施加導(dǎo)電材料的工件結(jié)構(gòu)部分截面圖。
2a-2c的各個(gè)截面圖表示利用導(dǎo)體來填充圖1形貌特征的常規(guī)方法。
圖2D表示形貌特征內(nèi)有導(dǎo)體的理想工件結(jié)構(gòu)截面圖。
圖2E表示形貌特征內(nèi)有導(dǎo)體的典型工件結(jié)構(gòu)截面圖。
圖3表示利用電化學(xué)機(jī)械沉積得到的工件結(jié)構(gòu)截面圖。
圖4表示常規(guī)的鍍覆裝置。
圖5表示本發(fā)明的電化學(xué)機(jī)械沉積裝置。
圖5A-5D表示各種可與本發(fā)明電化學(xué)機(jī)械沉積裝置結(jié)合使用的清除器。
圖6A-6E、6DD和6EE的各個(gè)截面圖表示根據(jù)本發(fā)明方法得到理想半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
發(fā)明詳述將參考以下附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過利用本發(fā)明在工件表面上鍍覆導(dǎo)電材料，可在各種形貌特征中沉積更理想的高質(zhì)量導(dǎo)電材料。
本發(fā)明可用于任何工件，比如半導(dǎo)體晶片、平板、磁頭膜和包裝基體等。另外，本發(fā)明提供了具體的工藝參數(shù)比如材料、時(shí)間和壓力等，但是，具體的參數(shù)是示范性的而非對(duì)本發(fā)明的限制。例如，盡管給出的鍍覆材料實(shí)例是銅，但是，只要鍍覆液中含有至少一種鍍覆增強(qiáng)和抑制添加劑，則利用本發(fā)明可對(duì)任何其它材料進(jìn)行電鍍。
本文所描述的鍍覆方法是一種ECMD類型的技術(shù)，其中在工件表面使用外部影響，以影響該位置處的添加劑吸附。本發(fā)明描述了一種通過使設(shè)置在陽極和工件之間的工件表面影響器件(比如下文將進(jìn)一步描述的掩膜或清除器)移動(dòng)、從而將導(dǎo)電材料鍍覆在工件上的方法和裝置，該器件至少間歇地與工件表面的各表面區(qū)域接觸，以在工件的頂端部分和凹槽形貌特征之間產(chǎn)生添加劑差別。一旦產(chǎn)生了添加劑差別，則在陽極和工件之間施加的電源會(huì)導(dǎo)致工件表面的鍍覆，通常在凹槽形貌特征內(nèi)的鍍覆要優(yōu)先于在頂面的鍍覆。應(yīng)指出的是，將工件表面影響器件施加于頂面的時(shí)間可以任意地是在鍍覆之前或鍍覆過程中、或施加電源之前或之時(shí)，以產(chǎn)生添加劑差別。本發(fā)明也可包括墊板，這將在下文中進(jìn)一步描述。另外，本發(fā)明所提供的新方法和裝置可改進(jìn)在工件表面各種形貌特征上或形貌特征中的導(dǎo)電材料電沉積，以此同時(shí)減少了在其它位置處的鍍覆。
在進(jìn)一步描述本發(fā)明之前，首先描述掩膜(也可定義為是襯墊，但是本文中將之稱為掩膜)、清除器和墊板之間的區(qū)別。在申請(qǐng)人的上述專利US6176992和US專利申請(qǐng)No09/740701中，描述了這樣一種掩膜它清除工件的頂面并且也具有可控制電解質(zhì)流過的一些類型的開口。申請(qǐng)人已意識(shí)到所述掩膜起到了非常好的作用，而且也可選擇結(jié)合使用兩種不同部件-清除器和墊板(也被稱為擴(kuò)散器)，盡管指出墊板也可與掩膜結(jié)合使用，但此時(shí)兩個(gè)部件之間具有重復(fù)的功能。也已發(fā)現(xiàn)同時(shí)利用清除器和墊板是理想的，但是也可僅利用清除器來實(shí)施本發(fā)明。因此，本文中的工件表面影響器件是指包括掩膜、墊板、清除器以及其它變形體，所述變形體對(duì)工件頂面的影響可大于比頂端部分低的表面(比如凹槽形貌特征內(nèi)的表面)的影響。應(yīng)理解是，可以利用的是工件表面影響器件而非僅僅是掩膜或清除器。本發(fā)明并不限于本文所述的具體掩膜和清除器器件，它包括任何其它可通過清除作用而在工件的清除表面和未清除表面之間建立添加劑成分差別的機(jī)構(gòu)。該差別應(yīng)使得在未清除區(qū)域(每單位面積)上沉積的材料多于清除區(qū)域上沉積的材料。這意味著未清除區(qū)域的電流密度高于清除區(qū)域。
圖4表示常規(guī)的Cu鍍覆槽30，它包括陽極31、陰極32和電解質(zhì)33。應(yīng)指出的是，鍍槽30可以是常規(guī)的鍍槽，并且其準(zhǔn)確的幾何形狀不是對(duì)本發(fā)明的限制。例如，陽極31可被置于不同的容器中，從而與鍍槽30液體連接。陽極31和陰極32都可以是垂直的，或者陽極可以在陰極之上。在陽極和陰極之間也可以有擴(kuò)散器或墊板34，以有助于在工件上沉積均勻的膜層。墊板34通常具有控制陰極區(qū)域上液體和電場分布的孔(asparaties)35，以有助于沉積整體均勻的膜。
其它常規(guī)的輔助部件也可與本發(fā)明結(jié)合使用，但不是實(shí)踐本發(fā)明所必需的。所述部件包括熟知的“取樣器”和整體鍍槽設(shè)計(jì)中可包括的其它可提供均勻沉積的設(shè)備。為了得到無缺陷的沉積物，也可以存在過濾器、氣泡消除設(shè)備和陽極罩等。
電解質(zhì)33與陰極32的頂面接觸。該實(shí)施例中陰極32是工件。為了便于描述，將該工件描述為頂面具有各種形貌特征的晶片，并且應(yīng)理解為具有該特點(diǎn)的任何工件均可用于實(shí)施本發(fā)明。晶片被晶片支架36所固定?？蓪㈦娫词┘又辆瑢?dǎo)電表面的任何晶片固定方式均可被使用。例如，可利用正面外緣的電觸點(diǎn)固定晶片的夾具。另外，更優(yōu)選的方法是通過真空在背面固定晶片，同時(shí)暴露所有用于鍍覆的正面。與本申請(qǐng)同一天提交的名稱為“Mask Plate Design”的US專利申請(qǐng)?zhí)峁┝诉@樣的方法，該申請(qǐng)也要求了2001年3月1日提交的臨時(shí)申請(qǐng)No60/272791的優(yōu)先權(quán)。當(dāng)在晶片32和使晶片大體上陰極化的陽極31之間施加DC或脈沖電壓V時(shí)，來自電解質(zhì)33中的Cu可以整體均勻的方式被沉積在晶片32上。而局部均勻的膜是指通常看起來像圖2c所示的銅膜。當(dāng)電解質(zhì)中存在整平劑時(shí)，厚度t3約等于厚度t4，因?yàn)橥ㄟ^利用整平劑可大體上消除過度填充現(xiàn)象。可以電流控制方式或電壓控制方式將電源施加至晶片和陽極之間。在為電流控制方式時(shí)，提供的電源控制電流并且使得電壓改變，以控制流過電路的電流量。在為電壓控制方式時(shí)，提供的電源控制電壓，以使得電流可根據(jù)電路中的電阻來調(diào)節(jié)其自身值。
圖5表示本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式，不僅可將其制造為新的設(shè)備，而且可通過改進(jìn)常規(guī)鍍覆裝置、比如圖4所示的裝置來制造該設(shè)備。在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，清除器40設(shè)置在與晶片32最接近的位置處。為了簡便起見，圖5中僅示出了墊板34、晶片32和清除器40。在處理過程中，清除器40與晶片的表面接觸并且清除該表面，以使得至少在一部分時(shí)間內(nèi)實(shí)施銅沉積，并且存在添加劑差別。清除器40可以具有任何形狀和尺寸，并且可具有控柄41，優(yōu)選使用可程序控制的控柄，該控柄用于使清除器40在晶片表面上移動(dòng)，并且也可收回，從而可使清除器40從晶片的頂面區(qū)域整體移開，與本文所述的從晶片移走清除器40、以使得清除器40和晶片之間不存在的電接觸方式相比，這樣產(chǎn)生的影響甚至更小?？乇?1優(yōu)選具有小的表面積，以使得控柄41對(duì)鍍覆均勻性的影響最小?？乇膬?nèi)側(cè)也可涂覆有絕緣材料，或其可由不會(huì)影響所述工藝的化學(xué)機(jī)理或鍍覆所用電場的材料制成。
優(yōu)選與晶片表面接觸的清除器區(qū)域42比晶片表面小，以使得不會(huì)看出其對(duì)被沉積的Cu的整體均勻性的改變。清除器和控柄可具有小的通孔，以減少對(duì)鍍覆均勻性有影響的作用區(qū)域?？商峁┦闺娊赓|(zhì)流經(jīng)控柄和清除器、以流向晶片表面的設(shè)備，從而可以施加液體壓力并且在需要時(shí)推動(dòng)清除器使之離開晶片表面。如上所述，清除器區(qū)域必須小，例如對(duì)于表面積約為300cm2、直徑為200mm的晶片而言，清除器40的表面積可以小于50cm2，并且優(yōu)選小于20cm2。換言之，在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，利用清除器40在晶片表面上產(chǎn)生外部影響。沉積的Cu的整體均勻性受其它設(shè)備、比如整體設(shè)計(jì)中所包括的墊板34的控制?？赏ㄟ^以線性和/或圓周方式移動(dòng)清除器40、晶片或這二者來實(shí)施清除作用。
清除器的清除移動(dòng)可以是清除器形狀的函數(shù)。例如，圖5a示出了位于示范性晶片51之上的示范性的清除器50。該圖中沒有示出移動(dòng)機(jī)理或清除器的控柄，并且可利用常規(guī)驅(qū)動(dòng)器件來實(shí)施。在特定的實(shí)施方式中，晶片51繞其坐標(biāo)原點(diǎn)B旋轉(zhuǎn)。當(dāng)晶片51旋轉(zhuǎn)時(shí)，清除器50按照“x”所示的方向在位置A和B之間掃過表面。此時(shí)如果選擇了合適的掃過速度，則清除器50會(huì)間歇地掃過晶片表面的每個(gè)點(diǎn)。可以使清除器50的速度保持恒定，或者速度也可以沿指向晶片51中心的方向增加，從而在接近晶片旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)原點(diǎn)B時(shí)，彌補(bǔ)相對(duì)于清除器50而言晶片表面較低的線速度。清除器可以連續(xù)地在表面上移動(dòng)，或者是遞增地移動(dòng)。例如，清除器50可以增量W在位置A和B之間移動(dòng)，并且可在每個(gè)增量位置保持晶片至少旋轉(zhuǎn)一周，以確保掃過了晶片表面上的每一個(gè)點(diǎn)。可在清除器中設(shè)置比如超聲換能器設(shè)備，以增加清除作用的效率并且由此在更短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生更大的添加劑差別。在清除過程中，晶片51除了可旋轉(zhuǎn)外，也可直線運(yùn)動(dòng)。盡管優(yōu)選在1-100cm/s的平均速度下進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，但應(yīng)理解為可利用相對(duì)移動(dòng)速度和本文所述的其它變量一起來控制鍍覆工藝。在該實(shí)施方式的改進(jìn)方式中，兩個(gè)位置A和B可以在晶片的相對(duì)端，此時(shí)清除器沿晶片的直徑移動(dòng)。
在另一種可選擇的情況下，晶片是靜止的，并且程序控制的清除器在晶片表面上移動(dòng)，以掃過該表面的每一個(gè)點(diǎn)。無論是否伴隨著晶片移動(dòng)，許多不同的清除移動(dòng)均可用于得到所需要的晶片表面清除作用。
圖5b所示的一種特別有利的清除器設(shè)計(jì)是可旋轉(zhuǎn)的清除器52，它可繞軸53移動(dòng)。此時(shí)，當(dāng)清除器52在晶片表面上作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，晶片可以移動(dòng)或不移動(dòng)，因?yàn)榍宄鞯男D(zhuǎn)提供了清除晶片表面所需的晶片表面和清除器52之間的相對(duì)移動(dòng)。該設(shè)計(jì)的一個(gè)有吸引力的特征在于包括晶片中心點(diǎn)B在內(nèi)的晶片所有位置處的相對(duì)移動(dòng)是一致的。應(yīng)指出的是，盡管優(yōu)選旋轉(zhuǎn)的清除器52是所示的圓形，但是可將其設(shè)計(jì)成各種不同的形狀。也應(yīng)指出的是，可在基體表面上操作的圓形清除器不止一個(gè)。
如圖5C所示，清除器可以是具有清除表面54的小的旋轉(zhuǎn)清除帶55(未示出旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)理，但可以是常規(guī)驅(qū)動(dòng)機(jī)理)，其清除表面靠在晶片表面上。此時(shí)也可利用不止一個(gè)該清除器。
圖5A-5C所示的每個(gè)清除器適合被放置在上述控柄41的端部，以使得可程序化地控制清除器與工件表面的相對(duì)移動(dòng)。另外，對(duì)于圖5B和5C所示的實(shí)施方式而言，清除器本身繞一些軸、比如圖5B中的圓形墊板中心和圖5C中的小輥旋轉(zhuǎn)?？瑟?dú)立地由程序控制該旋轉(zhuǎn)。
圖5D1和5D2示出了其它實(shí)用的清除器形狀，它們分別是直條58A和彎條58B。在程序控制下，該條可按照給定的方向、比如圖5D1所示的“x”方向掃過晶片表面，并且如果是圓周狀的，也可繞軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)使用時(shí)，條58可以是靜止的，并且，如果需要，它可以是沿樞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的條，從而在不使用時(shí)，可將之從晶片表面上移開，圖5D2示出了條58B和樞軸59。對(duì)于上述任何一個(gè)清除器而言，與晶片頂面物理接觸的清除器清除部分的表面積的大小基本上小于晶片的頂面。典型的是，與晶片頂面接觸的清除部分的表面積小于晶片表面積的20％，并且優(yōu)選小于晶片表面積的10％。對(duì)于刮擦型清除器而言，該部分比甚至更小。
如上所述的清除器主體可由與上述掩膜相同的復(fù)合材料制成，其外表面由在鍍液中穩(wěn)定的任何材料比如聚碳酸酯、特氟隆和聚丙烯等制成。但是，優(yōu)選清除器表面的至少一部分由撓性絕緣耐磨材料制成，所述材料可被連接在泡沫襯板上，從而在工件表面和清除器表面之間提供了均勻且完全的物理接觸。盡管清除器表面可以是平面狀或彎曲狀、或被成形為圓形墊板或旋轉(zhuǎn)帶，但是掃過晶片頂面的清除器表面應(yīng)優(yōu)選是宏觀級(jí)平面，其所具有的宏觀粗糙度可提供有效的清除作用。換言之，清除器表面上可具有小尺寸的凸起。但是，如果有凸起存在，則優(yōu)選它們具有平坦的表面，這需要調(diào)整清除器的表面，此時(shí)與需要被調(diào)節(jié)的常規(guī)CMP墊板非常相似。該平坦表面有效地清除了晶片的頂面，而不會(huì)清除凹槽的內(nèi)部。
如果利用軟材料、比如各種硬度級(jí)別的聚合物泡沫作為清除器表面，此時(shí)清除器表面不平坦，應(yīng)指出的是，材料越軟，則在清除過程，其更容易下垂至工件表面的凹槽中。結(jié)果是，在頂端部分和凹槽表面產(chǎn)生的添加劑差別不會(huì)大，并且損失了工藝效率。然而，該較軟的清除器材料可用于填充晶片或其它類型工件上的深形貌特征，其中工件表面層上的任何缺陷、比如劃痕會(huì)被最小化或消除。盡管軟的清除器不能有效地填充凹槽，但是一旦被填充至相當(dāng)于軟材料的下垂水平，則直至達(dá)到該點(diǎn)時(shí)，都可存在優(yōu)先填充。超過該點(diǎn)后，凹槽的優(yōu)先填充會(huì)停止，并且在晶片的整個(gè)表面上分布有相同的鍍覆電流。
圖5中的清除器可以是如上所述的任何清除器，當(dāng)清除器40在晶片32的表面上移動(dòng)時(shí)，它影響吸附在其所接觸的特定表面區(qū)域上的添加劑濃度。由此在頂面和沒有被清除器物理清除的凹槽之間產(chǎn)生了添加劑濃度的差異。該差異由此改變了被去除區(qū)域和凹槽的沉積材料量。
例如，認(rèn)為常規(guī)的鍍Cu液含有Cu的硫酸鹽、水、硫酸、氯離子和兩種類型的添加劑(加速劑和抑制劑)。當(dāng)二者同時(shí)使用時(shí)，已知抑制劑阻止吸附它的表面被鍍覆，而加速劑減少或消除該現(xiàn)象(抑制劑對(duì)沉積的抑制作用)。據(jù)報(bào)道，氯離子與這些添加劑相互作用，從而影響抑制劑和加速劑的性能。當(dāng)該電解質(zhì)用于常規(guī)鍍槽、比如圖4所示的鍍槽時(shí)，得到的銅結(jié)構(gòu)7與圖2c所示的相同。但是，如果最初在常規(guī)鍍覆之后利用清除器40清除晶片表面、以得到圖2b所示的銅結(jié)構(gòu)7時(shí)，則表面區(qū)域的添加劑含量受清除作用和Cu膜各種輪廓的影響，下文將描述該結(jié)果。
圖6a(與圖2b相同)表示優(yōu)選以2-50mm/秒的速度并且施加優(yōu)選0.1-2磅/英寸2壓力時(shí)，瞬間(本文稱之為零時(shí)間)清除器40沿方向x在晶片表面上移動(dòng)，從而清除了亦具有示范性凹槽結(jié)構(gòu)的晶片表面區(qū)域60。與此同時(shí)也可使晶片移動(dòng)。應(yīng)指出的是，為了簡化附圖，本申請(qǐng)的一些附圖中沒有繪制出阻擋層/膠粘層。清除器40機(jī)械清除了頂面區(qū)域60，從而在吸附于頂面60和示范性的小凹槽61以及大凹槽62的添加劑之間產(chǎn)生了差別。該差別使得與表面區(qū)域60相比、凹槽61、62中存在更小的電流密度抑制作用，或?qū)嵸|(zhì)上增強(qiáng)了凹槽表面的電流密度。通過多種方式利用清除和未被清除的頂面區(qū)域之間添加劑含量的差異來增強(qiáng)未清除區(qū)域的沉積電流密度。例如，在電鍍液含有至少一種加速劑和一種抑制劑的情況下，清除器40物理去除了表面區(qū)域的至少一部分加速劑，因此留下了更多的抑制劑?；蛘咔宄?0去除了頂面的至少一部分加速劑和抑制劑，但是在清除器40剛好離開表面之后，抑制劑在被清除表面吸回的速度要比加速劑的速度快。其它的可能性是，機(jī)械清除作用對(duì)頂面的活化實(shí)際上會(huì)對(duì)抑制劑的吸附起到重要的作用，因?yàn)橐阎獎(jiǎng)偳鍧嵾^的該被清除材料表面比不清潔的表面在吸引吸附物質(zhì)方面更活躍。實(shí)踐本發(fā)明時(shí)可利用的另一種可能的機(jī)理是與沒有吸附添加劑的表面相比，利用吸附在表面上的添加劑或添加劑組合物可增強(qiáng)該位置處的沉積。此時(shí)，清除器可用于清除添加劑，并且由此減少被清除表面上的添加劑，從而與未經(jīng)清除的表面相比，可減少該位置處的鍍覆。應(yīng)指出的是，一些添加劑可起到加速劑或抑制劑的作用，這取決于它們所處的化學(xué)環(huán)境或其它工藝條件比如溶液的pH值、鍍覆用電流密度或配方中的其它添加劑等。清除器40在零時(shí)間時(shí)清除表面60，從晶片頂面移開該清除器40，并且在示范性的凹槽結(jié)構(gòu)上繼續(xù)鍍覆。但是，由于清除器產(chǎn)生了添加劑差別，在凹槽區(qū)域發(fā)生了更多的鍍覆，不進(jìn)行進(jìn)一步的清除會(huì)導(dǎo)致t1時(shí)間下如圖6b所示的Cu沉積。可在凹槽(via)上形成小的凸起或過度填充65，這是因?yàn)榘l(fā)生了上述的過度填充現(xiàn)象。如果在化學(xué)物質(zhì)中也包括整平劑，則可避免這些凸起，如下文所述，本發(fā)明不需要整平劑即可消除這些凸起。
盡管可通過增加電解質(zhì)對(duì)清除器40的壓力，但優(yōu)選通過機(jī)械作用或二者的結(jié)合來使之從表面60處移開。可利用泵使電解質(zhì)通過清除器而泵吸至晶片表面，從而實(shí)施清除器表面和晶片表面之間電解質(zhì)壓力的增加。則該增加的壓力會(huì)使清除器與晶片表面是水平面的松散物理接觸。
如果由清除器40在凹槽和表面區(qū)域建立了添加劑含量的差別，則一旦去除了清除作用，該差別會(huì)減小，因?yàn)樘砑觿?huì)開始再次吸附，以試圖達(dá)到它們的平衡條件?？勺詈玫貙?shí)踐本發(fā)明的添加劑能夠盡可能地保持該差別，以使得可優(yōu)先繼續(xù)在凹槽區(qū)域鍍覆，清除器在晶片表面的該區(qū)域處的機(jī)械接觸最小。比如由Shipley和Enthone公司提供的含加速劑和抑制劑的添加劑配方可使該差別存在幾秒鐘。例如，利用含50ppmCl、0.5-2ml/l VFA加速劑和5-15ml/l VFS抑制劑的EnthoneViaform硫酸銅電解質(zhì)可允許該差別存在。為了其它目的，也可加入其它組分比如小量的氧化劑和整平劑。很明顯，在清除器40再次恢復(fù)大的差別之前，該差別隨著時(shí)間的流逝而變的越來越小。
我們假定t1時(shí)間時(shí)、該差別是清除器40正好清除表面區(qū)域之時(shí)的分?jǐn)?shù)。因此，可再次使清除器40返回并且建立該添加劑差別。如果清除器40清除如圖6b所示的銅層表面以及新的上部區(qū)域66，則富集有沉積增強(qiáng)物質(zhì)的凸起65頂端部分會(huì)被清除。該作用會(huì)減少凸起頂端部分的這些物質(zhì)，實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了常規(guī)鍍覆方法中整平劑所起到的作用。通過間歇地繼續(xù)清除表面，可得到如圖6c所示的Cu沉積物的平坦輪廓。應(yīng)指出的是，對(duì)于如圖6c所示的輪廓而言，產(chǎn)生了平坦的Cu沉積物輪廓，因?yàn)橥蛊鸹蜻^度填充以及其間的波谷區(qū)域可提供這樣的結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)相似于本發(fā)明需要鍍覆的頂端部分和凹槽部分。因此，通過在過度填充區(qū)域和波谷區(qū)域之間產(chǎn)生添加劑差別，可使得發(fā)生在波谷區(qū)域的鍍覆比過度填充區(qū)域的鍍覆快，從而產(chǎn)生了整平作用。
如上所述，在利用清除器40時(shí)，由于鍍覆晶片大部分的同時(shí)可使得晶片的其它小部分被清除，因此無須移開晶片頂面的清除器40，即可利用連續(xù)的清除來得到該輪廓。
我們假定在t1時(shí)間時(shí)，上部區(qū)域和形貌特征內(nèi)的添加劑差別仍足夠大，以使得在圖6b所示的銅結(jié)構(gòu)上、可繼續(xù)進(jìn)行常規(guī)的鍍覆而無須使清除器40返回。由于在小的形貌特征上和大形貌特征內(nèi)仍存在增加的電流密度，因此，通過在圖6b所示的結(jié)構(gòu)上繼續(xù)進(jìn)行常規(guī)的鍍覆，可得到獨(dú)一無二的圖6d結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中，小和大的形貌特征上的沉積了過多的銅，并且在場效應(yīng)區(qū)域上沉積了薄銅層。該結(jié)構(gòu)是有吸引力的，因?yàn)楫?dāng)將該膜退火時(shí)，在銅層厚的形貌特征中可產(chǎn)生大的晶粒尺寸，這導(dǎo)致低電阻率的互連和好的電遷移電阻。該選擇性的增強(qiáng)沉積是本發(fā)明的獨(dú)特特征。Cu層增強(qiáng)的形貌特征對(duì)于銅去除步驟(電蝕刻、蝕刻或CMP步驟)也是有利的，因?yàn)樵诔フ麄€(gè)形貌特征上的所有過量Cu之前，可將場效應(yīng)區(qū)域上不需要的Cu除去。接著，形貌特征上的過量Cu可被有效地除去，并且可實(shí)現(xiàn)平面化的同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生凹坑和腐蝕缺陷。實(shí)際上僅通過阻擋層的去除步驟、即可有效地除去正好位于形貌特征之上的過量Cu，這將在下文中解釋。
通過本發(fā)明也可得到圖6e的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，清除器40掃過圖6b結(jié)構(gòu)。如前所述，圖6b中凸起65的尖端富集了電流密度增強(qiáng)或加速劑。事實(shí)上，這是凸起或過度填充區(qū)域形成的原因。通過清除凸起的尖端，可減少接近凸起尖端處的沉積增強(qiáng)添加劑，并且凸起的生長變緩。換言之，通過使用本發(fā)明的機(jī)械清除作用，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)電解質(zhì)配方中整平劑所起到的化學(xué)整平作用。在清除了表面和凸起之后，接著繼續(xù)進(jìn)行鍍覆，基于所需要的凸起特性來決定是否對(duì)晶片表面進(jìn)行所需程度的進(jìn)一步清除。如圖所示，由此在小形貌特征上產(chǎn)生了接近平坦的Cu沉積物，而在大形貌特征上產(chǎn)生了凸起或過度填充。很明顯，進(jìn)行的清除作用越多，則凸起越不明顯。
應(yīng)指出的是，清除器作用于表面的時(shí)間間隔與添加劑動(dòng)力學(xué)、清除效率、鍍覆電流和所需要的Cu層之間具有強(qiáng)的函數(shù)關(guān)系。例如，如果鍍覆電流增加，則也可增加具有不同添加劑差別的區(qū)域的優(yōu)先沉積。結(jié)果是，圖6d和6e中的形貌特征上的銅層更厚。相似的是，當(dāng)利用動(dòng)力學(xué)性質(zhì)會(huì)使得添加劑差別持續(xù)時(shí)間長的添加劑時(shí)，可在未清除的表面上得到更多的銅沉積，因?yàn)樵谇宄蟛⑶以谇宄鞣祷刂翱傻玫礁L時(shí)間的沉積。清除效率通常是清除器表面和工件表面之間的相對(duì)速度、進(jìn)行清除的壓力和清除器表面性質(zhì)等其它相關(guān)工藝參數(shù)的函數(shù)。
圖6dd示出了圖6d中的沉積物在經(jīng)蝕刻、電蝕刻、CMP或其它用于清除表面大部分過量Cu的材料去除技術(shù)之后的輪廓。為了清除起見，該圖中也示出了阻擋層5。由圖6dd可以看出，大多數(shù)場效應(yīng)區(qū)域的過量Cu被除去，僅在形貌特征上留有Cu凸起。
圖6ee表示圖6e的晶片表面在進(jìn)行材料去除步驟之后的情形。此時(shí)，僅在大形貌特征處有Cu的凸起。
在任何一種情況下，利用比如CMP技術(shù)在將阻擋層5從場效應(yīng)區(qū)域去除的過程中會(huì)去除圖6dd和6ee中的凸起，并且得到?jīng)]有凹坑的平坦表面。結(jié)果是得到了如圖2d所示的結(jié)構(gòu)。在該方法中，避免了圖2e所示的凹坑，因?yàn)樵陂_始阻擋層的去除步驟時(shí)，大形貌特征中存在過量的Cu。
可利用DC、脈沖或AC電源來實(shí)施鍍覆。可以各種方式控制電源，這包括電流控制方式或電壓控制方式或其組合。至少在鍍覆工藝的一些時(shí)間段可切斷晶片的電源。特別是如果切斷電源有助于建立大的添加劑差別的情況下，當(dāng)清除器清除晶片的表面時(shí)，可在短時(shí)間內(nèi)切斷電源，并且接著恢復(fù)電源，從而接著會(huì)增強(qiáng)凹槽的沉積。清除器40可以高的速度清除表面，并且接著收回一段時(shí)間，或者緩慢地在表面上移動(dòng)，從而以連續(xù)的方式一次掃過很小的區(qū)域。圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方法的裝置示意圖，可將該裝置制造成新裝置，或者通過改進(jìn)如圖4所示的常規(guī)鍍覆裝置來制造該裝置。在圖7中，掩膜70設(shè)置在與晶片71最近的位置處。設(shè)置了可在晶片71和電極72之間施加電壓V的設(shè)備。掩膜70中具有至少一個(gè)開口，而通常情況是掩膜具有許多開口73。設(shè)計(jì)開口73是為了確保電解質(zhì)74中的銅均勻地沉積在晶片的表面上。換言之，在該實(shí)施方式中，面對(duì)晶片表面的掩膜70的表面被用作清除器，并且掩膜70本身也建立了適宜的電解質(zhì)流和電場流，從而在晶片的整個(gè)表面上均勻地沉積膜。與本申請(qǐng)同一天提交的名稱為“Mask Plate Design”的US專利申請(qǐng)描述了可使用的具體掩膜實(shí)例，該申請(qǐng)也要求了要求了2001年3月1日提交的臨時(shí)申請(qǐng)NO60/272791的優(yōu)先權(quán)。
在處理過程中，當(dāng)晶片和/或掩膜70彼此相對(duì)移動(dòng)時(shí)，掩膜表面與晶片的表面接觸。掩膜70表面作為用于晶片表面的清除器，并且在表面區(qū)域和凹槽表面建立了添加劑差別。
例如，優(yōu)選在0.1-2psi的壓力下、在零時(shí)間使掩膜表面和晶片表面接觸，通常接觸的時(shí)間段是2-20秒、或直到在頂端部分和凹槽表面建立了添加劑差別為止。如上所述，在晶片的頂端部分和晶片的凹槽表面部分建立了添加劑差別之后，從晶片表面移開掩膜70(優(yōu)選至少0.1cm)，以使得之后可進(jìn)行鍍覆。通過機(jī)械作用、增加電解質(zhì)對(duì)掩膜的壓力或其組合來移開晶片表面的掩膜。只要依舊存在添加劑差別，則可進(jìn)行鍍覆。鍍覆時(shí)間與添加劑的吸附速度和所需要的最終銅結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。在該時(shí)間段內(nèi)，由于掩膜70沒有與晶片的頂面接觸，因此電解質(zhì)溶液會(huì)沉積在工件的整個(gè)表面上，由此進(jìn)行鍍覆。而且，該差別會(huì)導(dǎo)致未清除區(qū)域(比如形貌特征內(nèi))的鍍覆比晶片的已清除表面鍍覆的多。由于在晶片的整個(gè)表面上都提供了電解質(zhì)，這有助于改進(jìn)鍍層的厚度均勻性，并且洗去了在清除過程中、在工件表面上產(chǎn)生的顆粒。
而且，該實(shí)施方式有利地縮短了掩膜70與晶片的總接觸時(shí)間，并且使晶片可能存在的缺陷比如劃痕最少。該實(shí)施方式尤其適用于處理低k介電層的晶片。本領(lǐng)域熟知低k介電材料的機(jī)械性能比許多常規(guī)介電膜、比如SiO2的性能差。一旦不存在充足的添加劑差別，則可再次使掩膜70與晶片表面接觸，并且產(chǎn)生如上所述的外部影響。如果掩膜70與晶片表面重復(fù)接觸，則持續(xù)的鍍覆會(huì)產(chǎn)生圖6c的Cu膜。
如果希望利用該實(shí)施方式得到如圖6d所示的輪廓時(shí)，則按照與上述相似的方式、通過基于上述具有添加劑差別的條件下的鍍覆，可得到如圖6b所示的輪廓，接著可進(jìn)行不會(huì)產(chǎn)生添加劑差別的常規(guī)鍍覆，從而得到如圖6d所示的輪廓。
如果希望利用該實(shí)施方式得到如圖6e所示的輪廓時(shí)，則按照與上述相似的方式、通過基于上述具有添加劑差別的條件下的鍍覆，可得到如圖6b所示的輪廓，接著利用上述存在添加劑差別的條件下的鍍覆以及隨后利用的常規(guī)鍍覆這二者的組合，可得到如圖6e所示的輪廓。這是通過清除位于晶片頂面的小形貌特征之上的凸起而得到的，并且由此減緩了那些凸起處的導(dǎo)體生長。因此，一旦從表面移去掩膜，則大形貌特征之上的生長繼續(xù)更快地進(jìn)行，所述大形貌特征的內(nèi)表面未被掩膜作用清除。盡管利用清除器描述了上述圖5的實(shí)施方式，并且利用掩膜描述了上述圖7的實(shí)施方式，但是應(yīng)理解為無論是否設(shè)置墊板，作為工件表面影響器件的這兩種機(jī)構(gòu)都可以被互換使用。
其它相互作用的添加劑組合也可利用，而且鍍液配方中也可包括其它的添加劑種類。本發(fā)明不限于本文所述的示范性的相互作用添加劑組合，它包括可在晶片的清除表面和未清除表面之間建立添加劑差別的任何組合。該差別應(yīng)使得在未清除區(qū)域(每單位面積)沉積的材料比清除區(qū)域沉積的多。這意味著未清除區(qū)域的鍍覆電流密度比清除表面的高。圖6a中的清除器40優(yōu)選是平坦的并且足夠大，從而不會(huì)凹陷在晶片最大形貌特征的內(nèi)表面內(nèi)并且清除該表面。
除了銅及其合金可作為導(dǎo)電材料之外，本發(fā)明也可利用許多其它導(dǎo)電材料比如金、鐵、鎳、鉻、銦、鉛、錫、鉛-錫合金、無鉛的可軟焊的合金、銀、鋅、鎘、釕及其合金。本發(fā)明特別適用于鍍覆高性能的片式互連件、包裝物、磁性材料、平板和光聲電子器件。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，特別有利的是，當(dāng)利用掩膜或清除器時(shí)，鍍覆電流可影響添加劑的吸附特性。一些添加劑在電流通過的表面上的吸附更強(qiáng)。此時(shí)，在切斷電流或減少該表面的電流時(shí)，吸附物更容易從黏結(jié)它的表面上清除。通過掩膜和清除器可容易地清除不牢固黏結(jié)的添加劑。在凹槽中，盡管也是不牢固的黏結(jié)，但是添加劑更容易停留，因?yàn)樗鼈儾皇芡獠康挠绊?。一旦在短電時(shí)利用掩膜或清除器除去非牢固結(jié)合的添加劑，則可從晶片表面上移去掩膜或清除器，并且接著在存在添加劑差別的條件下，施加電源進(jìn)行電鍍。由此可減少清除時(shí)間，從而使清除器和晶片表面的物理接觸最小。
在之前的描述中，為了透徹地理解本發(fā)明而闡述了許多具體的細(xì)節(jié)比如具體的材料、掩膜設(shè)計(jì)、壓力、化學(xué)試劑、工藝等。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到，不采取上述具體細(xì)節(jié)也可實(shí)施本發(fā)明。
盡管以上已詳細(xì)描述了各種優(yōu)選實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)容易地理解的是，不背離本發(fā)明的新教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)、可對(duì)示范性實(shí)施方式作出許多改進(jìn)。因此，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的前提下，有時(shí)可利用本發(fā)明的一些特征而不利用其它的相應(yīng)特征，并且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求的限定。
權(quán)利要求
1.一種鍍覆工件的導(dǎo)電頂面的方法，該工件的導(dǎo)電頂面包括頂端部分和凹槽部分，該方法包括將具有至少一種添加劑的電解質(zhì)溶液施加在工件的導(dǎo)電頂面上，第一部分添加劑被吸附在工件的頂端部分上，并且第二部分添加劑被吸附在工件的凹槽部分；使用工件表面影響器件與頂端部分物理接觸，并且使之與工件產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，由此使得吸附在頂端部分的第一部分添加劑和吸附在凹槽部分的第二部分添加劑之間產(chǎn)生了差別；將工件表面影響器件從工件的導(dǎo)電頂面移開，從而使工件表面影響器件和頂端部分之間不再有物理接觸；并且至少在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)、利用來自電解液的導(dǎo)體鍍覆工件的導(dǎo)電頂面，所述時(shí)間段是指維持了至少一些添加劑差別并且此時(shí)工件表面影響器件依舊從工件頂面移開的時(shí)間段，由此使得在凹槽部分產(chǎn)生的鍍覆多于頂端部分。
2.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包括至少在使用工件表面影響器件和移動(dòng)該器件之前或過程中的至少一部分時(shí)間內(nèi)，對(duì)工件的導(dǎo)電頂面進(jìn)行進(jìn)一步的鍍覆。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于使用工件表面影響器件的步驟中利用了掩膜，該掩膜包括至少一個(gè)開口，通過該開口在導(dǎo)電頂面上建立電解質(zhì)流。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于至少一種添加劑包括許多添加劑，所述許多添加劑包括抑制劑、加速劑、抑制劑和加速劑、抑制劑和氯離子(Cl-)、加速劑和氯離子(Cl-)、以及抑制劑和加速劑與氯離子(Cl-)中的至少一種。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在鍍覆步驟中，凹槽部分上的加速劑比頂端部分的加速劑更有效，由此在每單位面積的凹槽部分上產(chǎn)生了比頂端部分更多的材料沉積。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于至少一種添加劑包括許多添加劑，所述許多添加劑包括抑制劑、加速劑、抑制劑和加速劑、抑制劑和氯離子(Cl-)、加速劑和氯離子(Cl-)、以及抑制劑和加速劑與氯離子(Cl-)中的至少一種。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在鍍覆步驟過程中，凹槽部分的加速劑比頂端部分的加速劑更有效，由此在每單位面積的凹槽部分上產(chǎn)生了比頂端部分更多的材料沉積。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于使用工作表面影響器件的步驟通過除去加速劑、活化抑制劑和增加抑制劑在頂端部分的效力這三者中的至少一種方式，來建立差別。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于重復(fù)進(jìn)行使用工件表面影響器件的步驟、移去工件表面影響器件的步驟和鍍覆步驟。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于重復(fù)進(jìn)行使用工件表面影響器件的步驟、移去工件表面影響器件的步驟和鍍覆步驟。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于繼續(xù)進(jìn)行鍍覆步驟，而不在工件表面影響器件和工件表面之間產(chǎn)生進(jìn)一步的接觸，從而導(dǎo)致凹槽部分相對(duì)于工件表面的頂端部分而言產(chǎn)生了鍍覆導(dǎo)體的過度填充。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于導(dǎo)電頂面包括許多凹槽部分，并且鍍覆步驟在導(dǎo)電頂面上鍍覆了導(dǎo)電層，使得導(dǎo)電層形成于許多凹槽中的每一個(gè)中，該導(dǎo)電層以基本上平坦的厚度形成于導(dǎo)電頂面的平坦頂面部分，并且形成于許多凹槽部分的至少之一上的導(dǎo)電層厚度大于基本上平坦的厚度，從而在該位置處產(chǎn)生了過度填充。
13.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于在鍍覆步驟之后，還包括如下步驟再次使工件表面影響器件與頂端部分物理接觸，并且使之與工件產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，從而使吸附在頂端部分的第一部分添加劑和吸附在凹槽部分的第二部分添加劑之間產(chǎn)生另一個(gè)差別；再次將工件表面影響器件從工件的導(dǎo)電頂面移開，從而使工件表面影響器件和頂端部分之間不再有物理接觸；并且在維持了至少一些所述另一個(gè)差別的另一時(shí)間段內(nèi)，利用來自電解液的導(dǎo)體再次鍍覆工件的導(dǎo)電頂面。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鍍覆步驟包括在鍍覆過程中施加恒定電源和可變電源中的至少一種。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于以電壓可控方式和電流可控方式中的至少一種方式施加恒定電源和可變電源中的至少一種。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于在鍍覆過程中，施加恒定電源和可變電源中的至少一種的步驟在凹槽部分和頂端部分產(chǎn)生了沉積電流，其中凹槽部分的沉積電流密度高于頂端部分的沉積電流密度。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于鍍覆步驟鍍覆銅和銅合金中的一種。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在使用和移動(dòng)工件表面影響器件的步驟中，不施加鍍覆用電源。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用工件表面影響器件的步驟在頂端部分和凹槽部分之間產(chǎn)生了表面電阻差別。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括向電解質(zhì)添加其它添加劑的步驟，以有助于使添加劑和工件表面之間的結(jié)合松散，并且從而進(jìn)一步有助于建立差別。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使用工件表面影響器件的步驟中利用了清除器，該清除器具有與工件物理接觸的清除部分，該清除部分的表面積基本上小于工件表面的表面積。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于至少一種添加劑包括許多添加劑，所述許多添加劑包括抑制劑、加速劑、抑制劑和加速劑、抑制劑和氯離子(Cl-)、加速劑和氯離子(Cl-)、以及抑制劑和加速劑與氯離子(Cl-)中的至少一種。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于在鍍覆步驟過程中，凹槽部分上的加速劑比頂端部分上的加速劑更有效，由此在每單位面積的凹槽部分上產(chǎn)生了比頂端部分更多的材料沉積。
24.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于通過除去加速劑和活化頂端部分抑制劑之一的方式，利用工件表面影響器件建立差別。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于使用工件表面影響器件的步驟確保相對(duì)移動(dòng)導(dǎo)致在待鍍工件的整個(gè)表面上產(chǎn)生差別。
26.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于至少一種添加劑包括許多添加劑，所述許多添加劑包括抑制劑、加速劑、抑制劑和加速劑、抑制劑和氯離子(Cl-)、加速劑和氯離子(Cl-)、以及抑制劑和加速劑與氯離子(Cl-)中的至少一種。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于在鍍覆步驟過程中，凹槽部分上的加速劑比頂端部分上的加速劑更有效，由此在每單位面積的凹槽部分上產(chǎn)生了比頂端部分更多的材料沉積。
28.一種由權(quán)利要求1所述的方法制造的集成電路。
29.一種利用電解質(zhì)鍍覆工件的導(dǎo)電頂面的裝置，該工件的導(dǎo)電頂面包括頂端部分和凹槽部分，并且吸附有至少一種添加劑，該裝置包括可施加電源的陽極，由此在陽極和工件的頂面之間產(chǎn)生電場，并且對(duì)頂面進(jìn)行鍍覆；和用于與工件表面的頂端部分物理接觸的工件表面影響器件，該器件可使得工件表面影響器件與工件之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，從而使得吸附在頂端部分的第一部分添加劑和吸附在凹槽部分的第二部分添加劑之間產(chǎn)生了差別；在維持了至少一些差別的時(shí)間段內(nèi)，進(jìn)一步使工件表面影響器件和頂端部分之間沒有物理接觸，并進(jìn)行鍍覆，從而使鍍覆在工件頂端部分的導(dǎo)體量少于鍍覆在工件凹槽部分的導(dǎo)體量。
30.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于工件表面影響器件是清除器，該清除器具有與工件接觸的清除部分，并且清除部分的表面積基本上小于工件表面的表面積。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于清除部分的表面積小于工件表面的表面積的20％。
32.如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于清除部分的表面積小于工件表面的表面積的10％。
33.如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于清除器與可使清除器移動(dòng)的控柄連接。
34.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于控柄受程序控制，使得清除器從工件表面移開。
35.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于控柄是可收回的，并且適用于將清除器從工件表面移開。
36.如權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于清除器用于確保通過相對(duì)移動(dòng)來減少待鍍工件整個(gè)表面區(qū)域上的第一部分添加劑量。
37.如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于清除器用于在工件旋轉(zhuǎn)時(shí)其沿工件表面移動(dòng)。
38.如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于清除器是圓形并且繞中心軸旋轉(zhuǎn)。
39.如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于清除器是棒形。
40.如權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于工件表面影響器件是掩膜，該掩膜包括至少一個(gè)開口，通過該開口在導(dǎo)電頂面上建立電解質(zhì)流。
41.如權(quán)利要求34所述的裝置，其特征在于掩膜和工件都可以獨(dú)立地移動(dòng)。
42.一種鍍覆工件的導(dǎo)電頂面的方法，該工件的導(dǎo)電頂面包括頂端部分和凹槽部分，該方法包括步驟將具有至少一種添加劑的電解質(zhì)溶液施加在工件的導(dǎo)電頂面上，第一部分添加劑被吸附在工件的頂端部分上，并且第二部分添加劑被吸附在工件的凹槽部分；使用工件表面影響器件與頂端部分物理接觸，并且使之與工件產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，由此使得吸附在頂端部分的第一部分添加劑和吸附在凹槽部分的第二部分添加劑之間產(chǎn)生了差別，所述工件表面影響器件的清除部分的表面積基本上小于工件表面的表面積；至少在維持了一些添加劑差別的時(shí)間段內(nèi)，利用來自電解液的導(dǎo)體鍍覆工件的導(dǎo)電頂面，由此使得在凹槽部分產(chǎn)生的鍍覆多于頂端部分。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于使用工件表面影響器件的步驟包括利用連接于該工件表面影響器件的控柄來使之移動(dòng)的步驟。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于使用工件表面影響器件的步驟包括使之與待鍍工件的整個(gè)頂端部分區(qū)域產(chǎn)生物理接觸，從而在待鍍工件的整個(gè)頂端部分區(qū)域產(chǎn)生差別。
45.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于使用工件表面影響器件的步驟包括在工件旋轉(zhuǎn)時(shí)，使該工件表面影響器件沿工件表面移動(dòng)的步驟。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于在移動(dòng)過程中，工件表面影響器件在工件表面中心部分的移動(dòng)速度大于工件表面邊緣部分的速度。
47.如權(quán)利要求42所述的方法，其特征在于還包括將工件表面影響器件從工件表面移開的步驟，以防止它們之間的物理接觸。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于還包括從工件表面上縮回工件表面影響器件的步驟。
49.權(quán)利要求42的方法制造的集成電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及以非常理想的方式在工件表面上鍍覆導(dǎo)電材料的方法和裝置。通過利用優(yōu)先與工件頂面接觸的工件表面影響器件、比如掩膜或清除器，從而在工件和工件表面影響器件之間建立了相對(duì)移動(dòng)，由此使得位于工件上并且被吸附于頂面的電解質(zhì)溶液中的添加劑被除去，或者使其量或濃度相對(duì)于工件凹槽表面的添加劑量有所變化。可在使用工件表面影響器件之前、期間或之后鍍覆導(dǎo)電材料，特別是在工件表面影響器件不再接觸工件頂面的任何區(qū)域之后進(jìn)行鍍覆，以得到理想的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C25D5/08GK1625611SQ02821731
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2002年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月20日
發(fā)明者布倫特·M·巴索爾 申請(qǐng)人:納托爾公司