CN107447242B

CN107447242B - 电镀装置及方法

Info

Publication number: CN107447242B
Application number: CN201610378266.9A
Authority: CN
Inventors: 沈雍迪; 傅振鑫; 叶志明; 罗亦琥; 卓瑞木; 陈彦羽; 张伟
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: CN107447242A

Abstract

提供一种用于镀敷衬底的装置和方法。装置包括：用于容纳电镀溶液的电镀槽；用于在电镀溶液中夹持衬底的衬底夹具；耦合至衬底夹具并且配置为使衬底夹具旋转的旋转驱动器；耦合至旋转驱动器的配电装配件；设置在电镀槽内的阳极；电耦合在阳极和配电装配件之间的供电单元，从而形成电回路；以及用于为电回路提供预定的阻抗值的电流调节构件，其中，由供电单元提供的电压使得电流流经电回路，并且选择预定的阻抗，从而使得在与不存在电流调节构件的情况下测得的结果相比，电流的变化保持在更小的范围内。

Description

电镀装置及方法

技术领域

本发明通常涉及对半导体结构进行电化学镀的方法和装置。

背景技术

半导体器件是开发半导体材料以及有机半导体的电特性的电子组件。在大多数应用中，半导体器件具有取代热离子(replaced thermionic)器件(真空管)。它们使用固态的电子传导，而不是气态或高真空下的热离子发射。将半导体器件制造为单个分立的器件以及制造为集成电路(IC)，其构成在单个半导体衬底或晶圆上制造并且互连的一些器件。

半导体器件制造是光刻和化学处理步骤的多步工序，其中，在由纯半导体材料制成的晶圆上逐步创建电子电路。几乎一致使用硅，但是使用各种化合物半导体以用于特别的应用。在半导体制造工艺中，使用层沉积工艺来形成IC组件。最经常使用的一种层沉积工艺时电化学镀(ECP)工艺，该工艺通过电解沉积将导电材料层沉积在衬底上。

传统的电镀装置所面对的问题在于，与电回路(electric loop)中的组件相关联的物理特性、尺寸条件或其他参数的变化将导致流经电回路的电流的显著变化，因此影响镀敷质量和均匀性。

发明内容

根据本发明的实施例，一种用于对衬底进行电化学镀的电镀装置，包括：电镀槽，用于容纳电镀溶液；衬底夹具，用于在电镀溶液中夹持衬底；旋转驱动器，电耦合至衬底夹具并且配置为使衬底夹具旋转；配电装配件，电耦合至旋转驱动器；阳极，设置在电镀槽中，阳极浸入电镀溶液中；供电单元，电耦合在阳极和配电装配件之间，从而形成电回路；以及电流调节构件，用于为电回路提供预定的阻抗值，其中，由供电单元提供的电压使得电流流经电回路，并且选择预定的阻抗，从而使得与不存在电流调节构件的情况下测得的结果相比，流经电回路的电流的变化保持在更小的范围内。

根据本发明的实施例，一种用于对衬底进行电化学镀的电镀装置，包括：电镀槽，用于容纳电镀溶液；衬底夹具，用于在电镀溶液中夹持衬底；旋转驱动器，电耦合至衬底夹具并且配置为使衬底夹具旋转；阳极，设置在电镀槽中，阳极浸入电镀溶液中，其中，施加在旋转驱动器和阳极上的电压使得电流从旋转驱动器流至阳极；以及电流调节构件，电耦合至旋转驱动器，其中，选择电流调节构件的预定的阻抗值，从而使得与不存在电流调节构件的情况下测得的结果相比，电流的变化保持在更小的范围内。

根据本发明的实施例，一种用于对衬底进行电化学镀的电镀方法，包括：将衬底浸入电镀溶液；将阳极电耦合至电镀溶液；形成电回路，其中，电流从供电电源流至阳极、电镀溶液、衬底并且返回至供电电源；以及在电回路上提供具有预定的阻抗值的电流调节构件，其中，选择预定的阻抗，从而使得与不存在电流调节构件的情况下测量的结果相比，流经电回路的电流的变化保持在更小的范围内，其中，流经电回路的电流使得导电材料沉积在衬底上。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本发明的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。

图1是示出了用于在电化学镀(ECP)工艺中对衬底进行电化学镀的电镀装置的示意图。

图2是示出了根据本发明的一个实施例的用于对衬底进行电化学镀的电镀装置的示意图。

图3是示出了根据本发明的一个实施例的电镀装置的示意图。

图4是示出了根据本发明的一个实施例的衬底夹具和旋转驱动器的截面图。

图5是示出了根据本发明的一个实施例的衬底夹具和旋转驱动器的截面图。

图6是示出了用于对衬底进行电化学镀的电镀装置的示意图。

图7是示出了根据本发明的一个实施例的用于对衬底进行电化学镀的电镀装置的示意图。

图8是用于对衬底进行电化学镀的方法的流程图。

具体实施方式

下面，详细地论述本发明的实施例的制造和使用。然而，应该理解，实施例提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的发明概念。应该理解，本发明提供了许多用于实现各种实施例的不同特征的不同的实施例或实例。以下将描述组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本发明。

以下使用具体的语言公开附图中所示出的实施例或示例。然而应该理解，这些实施例和示例不是用于限定。公开的实施例中的任何变化和改变，以及本发明公开的原理的任何进一步应用都是预期的，因为本领域的普通技术人员通常会发生这种情况。

此外，据了解可能仅简要地描述器件的各个加工步骤(操作)和/或部件。此外，可以增加额外的加工步骤或部件，并且当仍然实施本权利要求时可以移去和/或改变一定的以下加工步骤或部件。因此，应该了解以下描述仅代表实例，并不用于表明需要一个或多个步骤或部件。

而且，本发明在各个实例中可以重复参考数字和/或字母。这种重复仅是为了简明和清楚，其自身并不表示所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。

此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作过程中的不同方位。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。

通过使衬底经受多处理步骤来制造集成芯片(IC)。在这些步骤中，使用层沉积工艺来形成IC组件，诸如多晶硅栅极材料和介电层的腔体内的金属互连层。沉积工艺包括物理汽相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)和电化学镀(ECP)。

电化学镀(ECP)工艺通过电解沉积将导电材料层沉积在衬底上，其中，将衬底浸入包括将要沉积的材料的离子的电镀溶液中。将DC电压施加至衬底，从而使衬底用作阴极来吸引电镀溶液的阳离子，这使阳离子减少并且在衬底上方累积阳离子以在衬底上形成薄膜。

参考附图，图1是示出了用于在电化学镀(ECP)工艺中对衬底进行电化学镀的电镀装置100的示意图。电镀装置100包括电镀槽101、衬底夹具103、旋转驱动器、配电装配件106以及阳极107。电镀槽101用作用于容纳电镀溶液102的容器/器皿。衬底夹具103配置为用于在电镀溶液102中夹持衬底104。旋转驱动器105配置为使衬底夹具103旋转并且电耦合至衬底夹具103。配电装配件106电耦合至旋转驱动器105。另外，阳极107设置在电镀槽101内(阳极107浸入电镀溶液102中)。电镀装置100还包括供电单元108，该供电单元电耦合在阳极107和配电装配件106之间，从而形成电回路(未示出)。供电单元108配置为提供电压V(未示出)以使得电流I₁流经电回路。即，电流I₁将从供电单元108流经阳极107、电镀溶液102、衬底104、衬底夹具103、旋转驱动器105、配电装配件106并且返回至供电单元108。电流I₁流经电回路将使得电镀溶液102的导电材料(未示出)沉积在衬底104上。

本领域的技术人员已知，关于电化学镀(ECP)工艺，电镀质量和均匀性取决于电流分布的稳定性和均匀性。鉴于由供电单元108提供的电压V是固定值，电流I₁依赖于电回路的总有效阻抗，该总有效阻抗包括衬底104、衬底夹具103、旋转驱动器105、配电装配件106、供电单元108、阳极107、电镀溶液102的导电路径(开始于阳极107至衬底104)以及导线的有效阻抗。因此，传统的电镀装置100所面对的问题在于，与电回路中的组件(如，衬底104)相关联的物理特性、尺寸条件或其他参数的变化将导致流经电回路的电流I₁的显著变化，因此影响镀敷质量和均匀性。

此外，流经电镀装置的电回路的电流的显著变化将导致对半导体衬底(或晶圆)的电镀中的其他问题。通常，不会在将衬底浸入电镀溶液之前进行由电镀装置来执行的电镀工艺。在预镀敷步骤(其被限定为开始于浸入开始至完成将衬底浸入电镀溶液中的时间段)期间，电流将逐渐增加至峰值电流值(随着衬底/电镀溶液界面之间的电阻/阻抗变小)。因此，峰值电流值的检测可以用作完成将衬底浸入电镀溶液中的指示器，从而有助于下面的电镀操作。基于以上，流经电回路的电流的显著变化(如，源于晶圆至晶圆变化)将导致峰值电流值的显著变化，这反而影响镀敷质量或降低产量。

为了处理存在于传统电镀装置100中的上述问题，提出了具有附加的电流调节构件的电镀装置。图2是示出了根据本发明的一个实施例的用于对衬底进行电化学镀的电镀装置200的示意图。类似地，电镀装置200包括电镀槽101、衬底夹具103、旋转驱动器105、配电装配件106、阳极107、供电单元108以及电流调节构件109。电镀槽101容纳电镀溶液102，并且衬底夹具103配置为夹持衬底104。供电单元108可以是DC供电单元。根据图2中示出的布置，电流调节构件109电耦合在旋转驱动器105和配电装配件106之间。然而，应该注意，电流调节构件109可以布置在电回路上的任何位置处。例如，在图3(其为示出了根据本发明的一个实施例的电镀装置300的示意图)中，电流调节构件109电耦合在供电单元108和阳极107之间。可选地，电流调节构件109可以电耦合在供电单元108和配电装配件106之间。此外，可选地，电流调节构件109可以电耦合在衬底夹具103和旋转驱动器105之间。请注意，电流调节构件109不应该设置在电镀槽101内。

再次参考图2，由供电单元108提供的电压V将使得电流I₂流经电回路，其中，电流I₂将从供电单元108流经阳极107、电镀溶液102、衬底104、衬底夹具103、旋转驱动器105、电流调节构件109、配电装配件106并且返回至供电单元108。电流I₂流经电回路将使得电镀溶液102的导电材料沉积在衬底104上。

电流调节构件109用于为电回路提供预定的阻抗值。选择预定的阻抗，从而使得与流经电回路的电流I₁(在没有电流调节构件109的情况下测量)相比，流经电回路的电流I₂的变化保持在更小的范围内。基于以下两个准则来选择预定的阻抗：(1)电流调节构件109具有的阻挡越大，流经电回路的电流的变化约可控；以及(2)电流调节构件109具有的阻抗越大，其消耗的功率越大。优选地，预定的阻抗值在从0.02mΩ至20Ω的范围内。更优选地，预定的阻抗值在从0.05mΩ至5Ω的范围内。进一步优选地，预定的阻抗值在从0.1mΩ至1Ω的范围内。最优选地，预定的阻抗值为50mΩ。请注意，电回路的总阻抗在从1Ω至50Ω的范围内。

在一个实施例中，衬底104是具有设置在其有源表面(镀敷表面)上的导电元件/部件(如，导电塞、导电通孔、导电柱、填充材料或导电迹线)的半导体晶圆。在一个实施例中，衬底104可以包括逻辑器件、eFlash器件、存储器件、微机电(MEMS)器件、模拟器件、CMOS器件、这些的组合等。衬底104可以包括掺杂或未掺杂的体硅、或绝缘体上硅(SOI)衬底的有源层。通常，SOI衬底包括诸如硅、锗、锗硅、SOI、绝缘体上锗硅(SGOI)或它们的组合的半导体材料的层。在一个实施例中，衬底104包括多层衬底、梯度衬底、混合取向衬底、它们的任何组合等，从而使得半导体封装件可以适应更多的有源和无源组件和电路。在一个实施例中，采用电镀装置200以用于对衬底104进行电化学镀，从而在先前布置在衬底104的有源表面上的半导体部件上形成铜互连件、图案或层。

在一个实施例中，将要被镀敷在衬底104上的导电材料可以是金属(诸如金、锌镍、银、铜或镍)，并且阳极107可以由相同的金属制成。而且，电镀溶液102可以包括相同金属的金属盐。在一个实施例中，将要沉积/镀敷在衬底104上的导电材料是铜。因此，阳极107可以由铜制成。电镀溶液102可以包括铜盐、酸、水以及各种有机和无机添加剂的混合物，以改善沉积的铜的特性。用于电镀溶液102的合适的铜盐包括硫酸铜、氰化铜、铜氨基磺酸盐、氯化铜、甲酸铜、氟化铜、硝酸铜、氧化铜、铜氟-硼酸盐、铜三氟醋酸盐、焦磷酸铜以及甲基磺酸铜或前述化合物的任何水合物。用于电镀溶液102中的铜盐的浓度将根据所使用的特殊的铜盐而不同。各种酸可以用于电镀溶液102中，包括：硫酸、甲磺酸、氟硼酸、盐酸、氢碘酸、硝酸、磷酸以及其他合适的酸。所使用的酸的浓度将根据用于电镀溶液102中的特殊的酸而不同。

在一个实施例中，电镀溶液102是硫酸铜(CuSO₄)溶液。衬底104和阳极107都浸入容纳一种或多种溶解的金属盐以及允许存在电流的其他离子的电镀溶液102(CuSO₄溶液)中。供电单元108向阳极107供应电流，从而氧化阳极107包括的铜原子并且允许铜原子溶解在电镀溶液102中。在衬底104(阴极)处，电镀溶液102中溶解的金属离子(阳离子Cu²⁺)由于获得两个电子而减少以成为衬底104上的金属铜。在阳极107处，阳极处的铜失去两个电子而被氧化为Cu²⁺。结果，铜从阳极107转移至衬底104。阳极107处溶解的速率等于衬底104处镀敷的速率。通过这种方式，由阳极107不断补充电镀溶液102中的离子。

电镀溶液102可以包括改善电镀溶液的特定电镀特点、改善沉积的铜的特性或加快铜沉积速率的添加剂。添加剂的一个关键作用在于，通过抑制衬底104的表面中的突出区域处的电沉积速率和/或通过加快衬底104的表面中的凹陷区域中的电沉积速率使沉积平坦。由于存在卤素离子，所以还增强了吸收和抑制。

用于铜电镀溶液的常用添加剂包括光亮剂、抑制剂和调整剂。光亮剂是趋于通过减小表面粗糙度和粒度变化来提高铜沉积的高光性(specularity)(或反射性)的有机分子。例如，合适的光亮剂包括有机含硫化合物，诸如聚二硫二丙烷磺酸钠、3-巯基-1-丙磺酸钠盐、N-二甲基-二硫甲酰胺丙磺酸钠以及异硫脲丙基硫酸盐或前述化合物的任意混合物。抑制剂是趋于吸附在衬底的表面上方并且减小局部沉积速率的高分子沉积抑制剂，从而增加沉积均匀性。调整剂通常具有带有氮官能团的成分并且可以以相对较低的浓度添加至电镀溶液。传统的调整涉及电流抑制物质强有力地扩散或迁移至肉眼可见的物体的角部或边缘，由于电场和溶液质量转移效应，所以该物质比所期望的更加快速地镀敷。可以从以下药剂选择调整剂：聚醚表面活性剂、非离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、嵌段共聚物表面活性剂、聚乙二醇表面活性剂、聚丙烯酸、聚胺、氨羧酸、氢化羟酸、柠檬酸、依地醇、依地酸、酒石酸、季铵化聚胺、聚丙烯酰胺、交联聚酰胺、吩嗪偶氮染料、烷氧基化胺表面活性剂、聚合物吡啶衍生物、聚乙烯亚胺、聚乙烯亚胺乙醇、咪唑啉和氯甲代氧丙环的聚合物、苯甲基化聚胺聚合物。

实现衬底104上的金属离子(来自电镀溶液102)的均匀沉积的另一种方法为，搅拌电镀溶液102以使电镀溶液以均匀的流速流向衬底104。在电镀工艺期间均匀的流速是重要的，以提供衬底104上的来自电镀溶液102的金属离子的均匀沉积。在一个实施例中，电镀溶液102的朝向衬底104的镀敷表面的中心的流速控制为与电镀溶液102的朝向衬底104的镀敷表面的周边区的流速相同。因此，电镀溶液102的均匀的流速(随着其横向流经衬底104的镀敷表面)导致均匀的镀敷高度。另外，可以缓解由电镀溶液的不均匀的流速分布而导致的不均匀的镀敷厚度，并且可以在衬底104的镀敷表面上方实现均匀分布的镀敷厚度。

图4是示出了根据本发明的一个实施例的衬底夹具103和旋转驱动器105的截面图。衬底夹具103是可控的以用于夹持衬底104并且将该衬底浸入电镀溶液102中。在一个实施例中，衬底夹具103可以是蛤壳型衬底夹具，其包括圆锥形构件103a、杯状构件103b以及密封(凸缘)构件103c，其中，杯状构件103b和密封构件103c为环形形状。当在由圆锥形构件103a和杯状构件103b形成的腔体中夹住衬底104时，密封构件103c将挤压衬底104的镀敷表面104a(即，衬底104的有源表面)。这形成了介于密封构件103c和衬底104的镀敷表面104a的周边区之间的密封，并且同时形成介于设置在衬底夹具103内的多个接触件(未示出)和衬底104的镀敷表面104a之间的电连接。密封镀敷表面104a防止电镀溶液102接触衬底104的边缘、衬底104的边缘的剩余部分以及多个接触件，并且因此防止来自电镀溶液102的相关的电解质污染。(在电镀循环期间，仅衬底104的镀敷表面104a的目标部分暴露于电镀溶液102。)

在一个实施例中，旋转驱动器105可以包括可旋转的轴105a和滑环装配件105b(其包括多个滑环)。安装在可旋转的轴105a上并且与该可旋转的轴电隔离的滑环装配件105b通过可旋转的轴105a内部的电互连件/引线(未示出)电连接至衬底夹具103。当可旋转的轴105a旋转时，滑环转配件105b的与对应的刷(未示出)组合的多个滑环中的每一个都能够在外部电组件(如，图2的供电单元108)和衬底夹具103之间实现电连接。一个或多个滑环通常用于提供一个或多个通道(彼此电隔离的电路径)。例如，可以使用四个或六个滑环。

在一个实施例中，通过电机(未示出)来驱动可旋转的轴105a。将衬底夹具103的圆锥形构件103a安装在可旋转的轴105a上有利地允许衬底夹具103和衬底104在被浸入电镀溶液102中之后(或之前、同时)旋转。这防止衬底104的镀敷表面104a上出现气泡，确保镀敷的均匀性并且平衡可能的干扰以及改善至衬底104的电解质转送。此外，可以通过改变可旋转的轴105a的旋转速度来容易地调整电镀层的厚度轮廓。可以采用不同的旋转速度以用于不同的操作。对于使衬底浸入，旋转速度优选地介于约1rpm和150rpm之间。对于200mm直径衬底(晶圆)，速度优选地介于约100rpm和150rpm之间。对于300mm直径衬底(晶圆)，速度优选地介于约50rpm和100rpm之间。

用于防止衬底104的镀敷表面104a上出现气泡的另一种方法是成角度的浸入，这将在图5中进行描述(其为示出了根据本发明的一个实施例的衬底夹具和旋转驱动器的截面图)。图5的配置允许以相对于电镀溶液102的表面102a的角度来浸入衬底104。具体地，成角度的浸入减少了衬底104的镀敷表面104a上出现气泡的问题。取决于不同的电镀工艺以及衬底夹具103(如，蛤壳型衬底夹具)的细节，可以使用不同的角度。请注意，以一角度的电镀还有助于防止电镀期间的镀敷表面上的气泡的出现，并且在采用成角度的镀敷时减少了镀敷的膜上的缺陷。在一个实施例中，衬底104的镀敷表面104a相对于电镀溶液102的表面102a的角度优选地为约1°至约5°。在一个实施例中，角度为约4°至约5°。此外，优选地，以介于约5毫米/秒和50毫米/秒的速度将衬底104移动至电镀溶液102中。更优选地，以介于约5毫米/秒和25毫米/秒的速度将衬底104移动至电镀溶液102中。甚至更优选地，以介于约8毫米/秒和15毫米/秒的速度将衬底104移动至电镀溶液102中。最优选地，以约12毫米/秒的速度将衬底104移动至电镀溶液102中。

图6是示出了用于对衬底进行电化学镀的电镀装置600的示意图。电镀装置600包括：电镀槽101(用于容纳电镀溶液102)。电镀装置600包括用于夹持衬底104的衬底夹具103。电镀装置600还包括旋转驱动器105和阳极107，其中，施加到旋转驱动器105和阳极107上的电压V使得电流I₃从旋转驱动器105流至阳极107。

图7是示出了根据本发明的一个实施例的对衬底进行电化学镀的电镀装置700的示意图。电镀装置700包括电镀槽101、衬底夹具103、旋转驱动器105、阳极107和电流调节构件109。类似地，电镀槽101用于容纳电镀溶液102。衬底夹具103能够在电镀溶液102中夹持衬底104。旋转驱动器105配置为用于使衬底104旋转。电流调节构件109电耦合在旋转驱动器105和阳极107之间，其中，施加到电流调节构件109和阳极107上的电压V使得电流I₄从电流调节构件109流至阳极107。电流I₄从电流调节构件109流经阳极107、电镀溶液102、衬底104、衬底夹具103、旋转驱动器105，并且返回至电流调节构件109。电流I₄流经电回路将使得电镀溶液102的导电材料沉积在衬底104上。

电流调节构件109用于为电回路提供预定的阻抗值。选择预定的阻抗从而使得与流经电回路的电流I₃(在没有电流调节构件109的情况下测量)相比，流经电回路的电流I₄的变化保持在更小的范围内。优选地，预定的阻抗值在从0.02mΩ至20Ω的范围内。更优选地，预定的阻抗值在从0.05mΩ至5Ω的范围内。进一步优选地，预定的阻抗值在从0.1mΩ至1Ω的范围内。最优选地，预定的阻抗值为50mΩ。电回路的总阻抗在从1Ω至50Ω的范围内。

图8是用于对衬底进行电化学镀的方法的流程图。在操作801中，将衬底浸入电镀溶液中。在操作802中，提供阳极，并且该阳极电耦合至电镀溶液(如，浸入电镀溶液中)。操作803公开了形成开始于供电电源至阳极、电镀溶液、衬底并且返回至供电电源的电回路(其中，电流从供电电源流至阳极、电镀溶液、衬底并且返回至供电电源)。在操作804中，在电回路上提供具有预定的阻抗值的电流调节构件，其中，选择预定的阻抗，从而使得与在不存在电流调节构件的情况下测得的结果相比，流经电回路的电流的变化保持在更小的范围内，其中，流经电回路的电流使得在衬底上沉积导电材料。优选地，预定的阻抗值在从0.02mΩ至20Ω的范围内。更优选地，预定的阻抗值在从0.05mΩ至5Ω的范围内。进一步优选地，预定的阻抗值在从0.1mΩ至1Ω的范围内。最优选地，预定的阻抗值为50mΩ。电回路的总阻抗在从1Ω至50Ω的范围内。

在一个实施例中，在操作801(即，将衬底浸入电镀溶液中)之前，执行形成附加的多个导电金属层的操作。首先，优选地包括钽、氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)或任何合适的材料的阻挡层可以预沉积在衬底的将要被镀敷的表面上方。通常使用物理汽相沉积(PVD)、通过溅射或化学汽相沉积(CVD)工艺将阻挡层沉积在将要被镀敷的表面上方。阻挡层限制铜扩散进半导体衬底中(因为铜与SiO₂反应，有必要首先形成阻挡层)和其中的任何介电层中，从而增强可靠性。优选地，阻挡层具有介于约

和约

之间的膜厚度以用于具有亚微米尺寸的互连结构/部件。在一个实例中，阻挡层具有介于约

和约

之间的厚度。其次，使用PVD将铜晶种层沉积在阻挡层上方。铜晶种层提供了用于随后的电镀的铜的良好的粘附。在一个实例中，晶种层具有介于约

和约

之间的厚度。可以图案化晶种层以用于随后的沉积的铜的形成。

另外，在电镀之后，可以平坦化衬底的被镀敷的表面(如，通过化学机械抛光(CMP))以限定导电互连部件。化学机械平坦化是可以去除来自衬底的被镀敷的表面的形貌的工艺。使用化学机械平坦化来平坦化被镀敷的表面以用于下面的制造工艺。化学机械平坦化是用于深亚微米IC制造的优选的平坦化步骤。对于化学机械平坦化，抛光步骤是部分地机械作用和部分地化学作用。工艺的机械元件施加向下的压力，而发生的化学反应增加了材料的去除速率，并且这通常适合于正在被处理的材料的类型。

本发明的一些实施例提供了用于对衬底进行电化学镀的电镀装置，包括：用于容纳电镀溶液的电镀槽；用于在电镀溶液中夹持衬底的衬底夹具；电耦合至衬底夹具并且配置为使衬底夹具旋转的旋转驱动器；电耦合至旋转驱动器的配电装配件；设置在电镀槽内的阳极，该阳极浸入电镀溶液中；电耦合在阳极和配电装配件之间的供电单元，从而形成电回路；以及用于为电回路提供预定的阻抗值的电流调节构件，其中，由供电单元提供的电压使得电流流经电回路，并且选择预定的阻抗，从而使得与在不存在电流调节构件的情况下测得的结果相比，流经电回路的电流的变化保持在更小的范围内。

本发明的一些实施例提供了用于对衬底进行电化学镀的电镀装置，包括：用于容纳电镀溶液的电镀槽；用于在电镀溶液中夹持衬底的衬底夹具；电耦合至衬底夹具并且配置为使衬底夹具旋转的旋转驱动器；设置在电镀槽内的阳极，该阳极浸入电镀溶液中，其中，施加在旋转驱动器和阳极上的电压使得电流从旋转驱动器流至阳极；以及电耦合至旋转驱动器的电流调节构件，其中，选择电流调节构件的预定的阻抗值，从而使得与在不存在电流调节构件的情况下测得的结果相比，电流的变化保持在更小的范围内。

本发明的一些实施例提供了用于对衬底进行电化学镀的电镀方法，包括：将衬底浸入电镀溶液；将阳极电耦合至电镀溶液；形成电回路，其中，电流从供电电源流至阳极、电镀溶液、衬底、并且返回至供电电源；以及在电回路上提供具有预定的阻抗值的电流调节构件，其中，选择预定的阻抗，从而使得与不存在电流调节构件的情况下测得的结果相比，流经电回路的电流的变化保持在更小的范围内，其中，流经电回路的电流使得在衬底上沉积导电材料。

根据本发明的实施例，阳极由金、锌、镍、银或铜制成。

根据本发明的实施例，旋转驱动器包括可旋转的轴和滑环装配件。

根据本发明的实施例，供电单元包括DC供电单元。

根据本发明的实施例，电流调节构件布置在电回路上并且未设置在电镀槽中。

根据本发明的实施例，预定的阻抗值的范围从约0.02mΩ至约20Ω。

根据本发明的实施例，预定的阻抗值的范围从约0.05mΩ至约5Ω。

根据本发明的实施例，预定的阻抗值的范围从约0.1mΩ至约1Ω。

根据本发明的实施例，电回路的阻抗的范围从1Ω至50Ω。

根据本发明的实施例，衬底夹具包括蛤壳型衬底夹具。

根据本发明的实施例，蛤壳型衬底夹具包括圆锥形构件、杯状构件和密封构件。

根据本发明的实施例，将衬底浸入电镀溶液中的操作还包括使衬底在电镀溶液中旋转。

根据本发明的实施例，电镀溶液包括硫酸铜或氰化铜。

根据本发明的实施例，电镀溶液包括光亮剂、抑制剂和调整剂中的至少一种。

根据本发明的实施例，在将衬底浸入电镀溶液之前，执行形成附加的导电层的操作。

根据本发明的实施例，导电层包括阻挡层和晶种层。

根据本发明的实施例，还包括：通过化学机械抛光(CMP)平坦化衬底的被镀敷的表面。

在上面的实例和说明书中已经充分地描述了本发明的方法和特征。应当理解，不背离本发明的精神的任何修改或变化将被涵盖在本发明的保护范围中。

此外，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员根据本发明应很容易理解，根据本发明可以利用现有的或今后开发的用于执行与本文所述相应实施例基本上相同的功能或者获得基本上相同的结果的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求应该包括在诸如工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤/操作的范围内。此外，每一个权利要求都构成一个单独的实施例，且不同权利要求和实施例的组合都在本发明的范围内。

Claims

1.一种用于对衬底进行电化学镀的电镀装置，包括：

电镀槽，用于容纳电镀溶液；

衬底夹具，用于在所述电镀溶液中夹持衬底；

旋转驱动器，电耦合至所述衬底夹具并且配置为使所述衬底夹具旋转；

配电装配件，电耦合至所述旋转驱动器；

阳极，设置在所述电镀槽中，所述阳极浸入所述电镀溶液中；

供电单元，电耦合在所述阳极和所述配电装配件之间，从而形成电回路；以及

电流调节构件，独立于所述衬底分别电连接在所述旋转驱动器的两侧，并且用于为所述电回路的位于所述旋转驱动器与所述阳极之间且位于所述电镀槽外的电路段提供预定的阻抗值，并且所述电流调节构件布置在所述电镀槽外，

其中，由所述供电单元提供的电压使得电流流经所述电回路，并且选择所述预定的阻抗，从而使得与不存在所述电流调节构件的情况下测得的结果相比，流经所述电回路的电流的变化保持在更小的范围内。

2.根据权利要求1所述电镀装置，其中，所述阳极由金、锌、镍、银或铜制成。

3.根据权利要求1所述的电镀装置，其中，所述旋转驱动器包括可旋转的轴和滑环装配件。

4.根据权利要求1所述的电镀装置，其中，所述供电单元包括DC供电单元。

5.根据权利要求1所述电镀装置，其中，所述电流调节构件布置在所述电回路上。

6.根据权利要求1所述的电镀装置，其中，所述预定的阻抗值的范围从0.02mΩ至20Ω。

7.根据权利要求1所述的电镀装置，其中，所述预定的阻抗值的范围从0.05mΩ至5Ω。

8.根据权利要求1所述的电镀装置，其中，所述预定的阻抗值的范围从0.1mΩ至1Ω。

9.根据权利要求1所述电镀装置，其中，所述电回路的阻抗的范围从1Ω至50Ω。

10.一种用于对衬底进行电化学镀的电镀装置，包括：

电镀槽，用于容纳电镀溶液；

衬底夹具，用于在所述电镀溶液中夹持衬底；

阳极，设置在所述电镀槽中，所述阳极浸入所述电镀溶液中，其中，施加在所述旋转驱动器和所述阳极上的电压使得电流从所述旋转驱动器流至所述阳极；以及

电流调节构件，独立于所述衬底分别电耦合至所述旋转驱动器的两侧，并且用于为所述旋转驱动器与所述阳极之间且位于所述电镀槽外的电路段提供预定的阻抗值，并且所述电流调节构件布置在所述电镀槽外，其中，选择所述电流调节构件的预定的阻抗值，从而使得与不存在所述电流调节构件的情况下测得的结果相比，所述电流的变化保持在更小的范围内。

11.根据权利要求10所述的电镀装置，其中，所述衬底夹具包括蛤壳型衬底夹具。

12.根据权利要求11所述的电镀装置，其中，所述蛤壳型衬底夹具包括圆锥形构件、杯状构件和密封构件。

13.一种用于对衬底进行电化学镀的电镀方法，包括：

通过衬底夹具夹持衬底并将所述衬底浸入电镀溶液，其中所述衬底夹具包括密封构件，所述密封构件挤压所述衬底的镀敷表面并且防止所述电镀溶液接触所述衬底的边缘，并且所述衬底夹具由旋转驱动器控制；

将阳极电耦合至所述电镀溶液；

形成电回路，其中，电流从供电电源流至所述阳极、所述电镀溶液、所述衬底并且返回至所述供电电源；以及

在所述电回路的位于旋转驱动器与阳极之间且位于电镀槽外的电路段上提供具有预定的阻抗值的电流调节构件，

其中，所述电流调节构件独立于所述衬底分别电连接在所述旋转驱动器的两侧，选择所述预定的阻抗，从而使得与不存在所述电流调节构件的情况下测量的结果相比，流经所述电回路的电流的变化保持在更小的范围内，

其中，流经所述电回路的电流使得导电材料沉积在所述衬底上。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述衬底夹具进一步包括多个接触件，并且其中，所述密封构件挤压所述衬底的镀敷表面以形成介于所述密封构件和所述镀敷表面的周边区之间的密封的同时，形成所述多个接触件和所述镀敷表面之间的电连接。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述衬底浸入所述电镀溶液中的操作还包括使所述衬底在所述电镀溶液中旋转，所述浸入为将所述衬底相对于电镀溶液表面成角度地浸入。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电镀溶液包括硫酸铜或氰化铜。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述电镀溶液包括光亮剂、抑制剂和调整剂中的至少一种。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，在将所述衬底浸入所述电镀溶液之前，执行形成附加的导电层的操作。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述附加的导电层包括阻挡层和晶种层。

20.根据权利要求13所述的方法，还包括：通过化学机械抛光(CMP)平坦化所述衬底的被镀敷的表面。