CN109115860A - 电镀工艺的检测方法 - Google Patents

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Abstract

提供电镀工艺的检测方法，此检测方法包含将基底浸入电解质溶液中以实施电镀工艺，电解质溶液包含添加剂。此检测方法也包含将检测装置浸入电解质溶液中。此检测方法还包括将第一交流电(AC)或直流电(DC)施加于检测装置以检测添加剂的浓度。此外，检测方法包含将第二交流电和第二直流电的组合施加于检测装置以检验电解质溶液，检测出在电解质溶液中的杂质。此检测方法也包含以另一电解质溶液取代含有杂质的电解质溶液。

Description

电镀工艺的检测方法
技术领域
本公开实施例涉及半导体装置制造技术，特别涉及电镀工艺的检测方法。
背景技术
半导体装置用于多种电子应用中，例如个人电脑、行动电话、数码相机及其他电子设备。半导体产业通过不断地缩减最小部件(feature)的尺寸，而持续改善了各种电子元件(例如晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成(integration)密度，这使得更多的元件可以被整合至指定的面积内。在一些应用中，这些较小的电子元件也需要更小的封装，其相较于过去的封装，使用较少面积。
在制造半导体装置期间，在半导体晶片上使用各种工艺步骤以制造集成电路。举例来说，这些工艺包含电镀工艺，电镀工艺在半导体晶片上沉积导电层，藉此形成集成电路。通常而言，电镀工艺包含将带正电荷的离子(例如金属离子)沉积或电镀到带负电荷的基底(例如半导体晶片)上，带负电荷的基底作为电子来源。结果，先将籽晶(seed)层(或金属层)沉积在半导体晶片上，以提供跨过表面的电路径。然后将电流施加于籽晶层，藉此以合适的金属(例如铜、铝或其他合适的材料)电镀半导体晶片表面。
电镀装置或系统是用于实施电镀工艺。举例来说，电镀装置包含电解槽、容器(或在电解槽中)以及在容器中的阳极。要被电镀的带负电荷的基底与容器中的电镀溶液接触，以便在基底上沉积导电层。然而，电镀溶液中的各种变化可能会降低电镀的品质。因此，电镀溶液需要保持干净且化学成分在特定的范围内。
虽然对于电镀工艺已经创造出许多改良，但它们仍未在各方面皆彻底的符合要求。因此，期望提供解决方案以改善电镀工艺的品质，藉此提高半导体装置的电性效能和可靠性。
发明内容
根据一些实施例，提供电镀工艺的检测方法。此检测方法包含将基底浸入电解质溶液中以实施电镀工艺，其中电解质溶液包含添加剂，将检测装置浸入电解质溶液中，对检测装置施加第一交流电(AC)或直流电(DC)以检测添加剂的浓度，对检测装置施加第二交流电和第二直流电的组合以检验电解质溶液，其中检测出在电解质溶液中的杂质，以及用另一电解质溶液取代含有杂质的电解质溶液。
根据一些实施例，提供电镀工艺的检测方法。此检测方法包含将第一探针浸入电化学电镀装置中的第一电解质溶液，将交流电(AC)和直流电(DC)一起施加于第一探针以检验第一电解质溶液，其中检测出在第一电解质溶液中的杂质，从第一电解质溶液中移出第一探针，以第二电解质溶液取代含有杂质的第一电解质溶液，将第一探针浸入第二电解质溶液中，以及将交流电和直流电一起施加于第一探针以检验第二电解质溶液。
根据一些实施例，提供电镀工艺的检测方法。此检测方法包含将基底浸入第一电镀溶液中以实施电镀工艺，将检测装置浸入第一电镀溶液，将交流电(AC)和直流电(DC)同时施加于检测装置，使得第一电镀溶液中的检测装置接收第一输出信号，以及将第一输出信号与校准资料进行比对，以鉴定第一电镀溶液中的杂质。
附图说明
通过以下的详细描述配合所附附图，可以更加理解本公开实施例的内容。需强调的是，根据产业上的标准惯例，许多部件(feature)并未按照比例绘制。事实上，为了能清楚地讨论，各种部件的尺寸可能被任意地增加或减少。
图1A-图1C是根据一些实施例，说明形成半导体装置结构的制造过程中各个阶段的剖面示意图。
图2A-图2D是根据一些实施例，说明电镀工艺中各个阶段的剖面示意图。
图3是根据一些实施例，说明电镀工艺中各个阶段的其中之一的剖面示意图。
图4是根据一些实施例，说明电镀工艺中各个阶段的其中之一的剖面示意图。
图5A是根据一些实施例，绘示检测装置的输入电流的关系图。
图5B是根据一些实施例，绘示检测装置的输出信号的关系图。
图5C是根据一些实施例，绘示检测装置的输出信号的放大关系图。
图5D是根据一些实施例，绘示校准资料的关系图。
图5E是根据一些实施例，绘示检测装置的输出信号的放大关系图。
图6是根据一些实施例，绘示检测装置的输入电流的关系图。
图7是根据一些实施例，绘示检测装置的输入电流的关系图。
附图标记说明：
100～半导体基底；
110、120、140～介电层；
130、190～导电部件；
150～通孔；
160～沟槽；
170～导电层；
175～电镀工艺；
180～平坦化工艺；
190～导电部件；
200～电化学电镀装置；
210～电镀槽；
215～泵；
220～储存槽；
230～支架组合件；
240～基底；
250～阳极；
260～电源供应器；
270、270’～电解质溶液；
280A～促进剂；
280B～抑制剂；
280C～整平剂；
290、290’～检测装置；
300～探针；
310～杂质；
320～输入电流；
330A、330B、330C～输出电流；
340A、340B、340C、340D、340E、340F～校准曲线；
350A、350B、350C～浓度；
θx～相角。
具体实施方式
以下内容提供了很多不同的实施例或范例，用于实施本公开实施例的不同部件。组件和配置的具体范例描述如下，以简化本公开实施例。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本公开实施例。举例来说，叙述中若提及第一部件形成于第二部件之上，可能包含第一和第二部件直接接触的实施例，也可能包含额外的部件形成于第一和第二部件之间，使得第一和第二部件不直接接触的实施例。此外，本公开实施例在不同范例中可重复使用参考数字和/或字母，此重复是为了简化和清楚的目的，并非指定所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。
再者，空间上相关的措辞，例如「在……之下」、「在……下方」、「下方的」、「在……上方」、「上方的」和其他类似的用语可用于此，以方便描述如图所示的一元件或部件与其他元件或部件之间的关系。此空间上相关的措辞意欲包含除附图描绘的方向外，使用或操作中的装置的不同方向。装置可以其他方向定位(旋转90度或其他定位方向)，且在此使用的空间相关描述可同样依此解读。
以下描述本公开的一些实施例。在这些实施例中描述的阶段之前、期间和/或之后可以提供额外的操作。对于不同的实施例，可以替换或消除在此描述的一些阶段。对于不同的实施例，可以替换或消除在此描述的一些部件(features)，且可以增加额外的部件。虽然在此讨论的一些实施例按照特定顺序实施操作，但可以采用其他的逻辑顺序实施这些操作。
图1A-图1C是根据一些实施例，说明形成半导体装置结构的制造过程中各个阶段的剖面示意图。如图1A所示，提供半导体基底100。半导体基底100可以包含硅、锗、化合物半导体(例如硅锗(silicon germanium)、砷化镓(gallium arsenide)或碳化硅(siliconcarbide))或其他合适的半导体材料。在一些实施例中，半导体基底100包含绝缘体上的半导体(semiconductor-on-insulator，SOI)基底。
在一些实施例中，在半导体基底100中和/或上方形成各种装置元件。为了简化和清楚的目的，附图中并未绘示装置元件。各种装置元件的范例包含晶体管、二极管、其他合适的元件和前述的组合。
在一些实施例中，在半导体基底100上方形成互连(interconnection)结构(将在之后更详细描述)。在半导体基底100上方经由互连结构将各种装置元件互相连接，以形成集成电路装置。互连结构包含多个介电层，其含有层间介电(interlayer dielectric，ILD)层和一或多层金属间介电(inter-metal dielectric，IMD)层。互连结构也包含多个导电部件形成在层间介电(ILD)层和金属间介电(IMD)层中。导电部件可以包含导电线、导电导孔(vias)和/或导电接触件(contacts)。
更具体地说，如图1A所示，在半导体基底100上方沉积介电层110。介电层110可以作为层间介电(ILD)层或金属间介电(IMD)层。介电层110覆盖形成在半导体基底100中和/或上方的装置元件。在一些实施例中，介电层110包含或由低介电常数(low dielectricconstant，low-k)材料、氧化硅(silicon oxide)、氮氧化硅(silicon oxynitride)、一或更多其他合适的材料或前述的组合制成。在介电层110中形成多个导电部件(未绘示)并与装置元件电性连接。
如图1A所示，在介电层110上方沉积介电层120。介电层120可以作为金属间介电(IMD)层。在介电层120中形成多个导电部件。在图1A中绘示导电部件130作为范例。导电部件130可以是导电线或其他合适的导电部件。导电部件130可以是单镶嵌(singledamascene)结构或双镶嵌(dual damascene)结构。导电部件130经由介电层110中的导电部件电性连接至装置元件。
如图1A所示，在介电层120上方沉积介电层140。介电层140作为互连结构的金属间介电(IMD)层。介电层140覆盖导电部件130。
之后，在介电层140上方实施一或多个蚀刻工艺(例如干式蚀刻工艺和/或湿式蚀刻工艺)。结果，形成多个通孔(via holes)和沟槽。在图1A中绘示介电层140中的通孔150和沟槽160作为范例。
根据一些实施例，如图1B所示，导电层170沉积在介电层140上方并填充通孔150和沟槽160。在一些实施例中，在介电层140上方实施电镀工艺175以沉积导电层170。电镀工艺175将会在之后更详细描述。在一些实施例中，导电层170包含或由铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钴(Co)、镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、一或多个其他合适的材料或前述的组合制成。
虽然图1B绘示导电层170为单层，但本公开实施例不限于此。导电层170可以是包含导电子层(sub-layers)的多层结构。举例来说，导电子层包含金属填充层、籽晶层、扩散阻挡(diffusion barrier)层、一或多层其他合适的层或前述的组合。为了简化和清楚的目的，在附图中未绘示导电子层。
在一些实施例中，在导电层170上方实施平坦化工艺180(例如化学机械研磨(chemical mechanical polishing)工艺或其他合适的工艺)。将导电层170薄化直到暴露出导电层140。结果，如图1C所示，在通孔150和沟槽160中的导电层170的剩余部分形成多个导电部件190在导电层140中。在通孔150和沟槽160中的导电部件190可以分别是导电导孔(via)和导电线。
接下来，在介电层140和导电部件190上方形成一或多层介电层和多个导电部件，以继续形成互连结构。举例来说，在一些实施例中，重复图1A-图1C所示的操作一或多次，以继续形成互连结构。
根据一些实施例，电镀工艺175(或电化学电镀(electrochemical plating，ECP)工艺)包含将图1A所示的结构浸泡在电解质溶液中。电解质溶液包含用于沉积导电层170的电解质。在一些实施例中，电解质溶液还包括一或多个添加剂，其可以帮助控制电镀特性。添加剂的范例包含促进剂(accelerators)、抑制剂(suppressors)、整平剂(levelers)、一或多种其他合适的添加剂及前述的组合。然而，本公开实施例不限于此。
促进剂和抑制剂是用于控制电镀工艺175的电镀速率。举例来说，在电镀工艺175期间，促进剂可以增加在通孔150或沟槽160的底部的沉积速率。另一方面，在电镀工艺175期间，抑制剂可以减缓在通孔150或沟槽160的侧壁的沉积速率。这样可以确保孔洞(void)或空缺(vacancy)不会在通孔150和沟槽160内的导电层170中形成(亦即，导电部件190大抵上是无孔洞的)。结果，可以防止电阻电容(resistance capacitance，RC)延迟时间(delaytime)增加，进而增加电路效能。
整平剂是用于提供整平效果而给予导电层170平滑表面。举例来说，避免导电层170在通孔150或沟槽160较厚，并且避免导电层170在通孔150或沟槽160周围较薄。结果，改善了导电层170的均匀度。
电解质溶液中的改变和/或化学污染可能会降低电镀的品质和效能。举例来说，在一些情况下，在电镀工艺175之前、期间和/或之后，一或多个污染物可能混入电解质溶液中。电解质溶液中的污染物可能包含一或多种的油和/或清洁剂。油和/或清洁剂可能是从电镀装置或系统的任何部分中漏出或喷出。结果，添加剂(例如促进剂)可能会因为清洁剂(例如H2O2)而失去功能。另外，在导电层170和介电层140之间的键结或粘着可能会因为油而减少。结果，在平坦化工艺180期间，导电层170可能被拉动然后剥离。
在一些情况下，在电镀工艺175期间，添加剂可能会分解。结果，可能会在电解质溶液中形成一或多个副产物(by-products)。分解的添加剂可能失去添加剂的功能。电镀工艺的品质会受到负面影响，举例来说，在通孔150和沟槽160内的导电层170中可能会形成孔洞。
根据一些实施例，使用电解质检测和分析方法通过电解质分析系统即时检测和监控电解质溶液的化学组成和电解质溶液浓度。电解质分析系统使用伏安法(voltammetry)测量技术。伏安法测量技术通过交流电(alternating current，AC)和/或直流电(directcurrent，DC)伏安法分析，使用电极(例如金属探针)浸泡在电解质溶液中来测量无机成分和有机添加剂的电解质的浓度。因此，可以确保电解质溶液的化学组成在特定浓度范围内。
图2A-图2D是根据一些实施例，说明电镀工艺的各个阶段的剖面示意图。在图2A-图2D中绘示电化学电镀装置200(或电镀装置)作为范例，但本公开实施例并不限于此。本公开实施例可应用于其他合适的电化学电镀设备。
根据一些实施例，如图2A所示，电化学电镀装置200包含电镀槽(plating bath)210、泵(pump)215、储存槽(reservoir)220、支架组合件(holder assembly)230、阳极(anode)250和电源供应器260。电化学电镀装置200可以包含一或多个额外的元件，为了简化和清楚的目的，在附图中未绘示。
在电镀槽210中制备和提供电解质溶液270(或电镀溶液)。电解质溶液270包含用于沉积导电层的电解质。举例来说，电解质溶液270可以包含硫酸铜(CuSO4)、氯化氢(HCl)和水(H2O)。然而，本公开实施例不限于此。电解质溶液270可以包含其他合适的材料。在一些实施例中，电解质溶液270还包括一或多种添加剂。在图2A绘示促进剂280A、抑制剂280B和整平剂280C作为示范，且本公开实施例不限于此。
在一些实施例中，促进剂280A包含或由聚二硫二丙烷磺酸钠(bis(sodiumsulfopropyl)disulfide，SPS)、3-巯基-1-丙磺酸(3-mercapto-1-propanesulfonic acid，MPS)、1-丙磺酸(1-propane sulfonic acid)、3-(乙氧基-硫侧氧甲基)-硫醇钠盐(3-(ethoxy-thioxomethyl)-thiol sodium salt，OPX)、一或多种其他合适的材料或前述的组合制成。在一些实施例中，抑制剂280B包含或由聚环氧乙烷(polyethylene oxide，PEO)、聚环氧丙烷(polypropylene oxide，PPO)、聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)、聚丙二醇(polypropylene glycol，PPG)、一或多种其他合适的材料或前述的组合制成。在一些实施例中，整平剂280C包含或由硫脲(thiourea)、苯并三唑(benzotriazole，BTA)、聚乙烯吡咯烷酮(poly(vinyl pyrrolidone，PVP)、一或多种其他合适的材料或前述的组合制成。
通过泵215将电解质溶液270连续地供给到电镀槽210。电解质溶液270可以从电镀槽210溢流(overflow)至储存槽220。然后，储存槽220中的电解质溶液270通过泵215回到电镀槽210。在储存槽220中的电解质溶液270回到电镀槽210之前，可以先将电解质溶液270过滤或不过滤。
如图2A所示，电源供应器260(例如直流电源供应器)与电镀槽210中的阳极250和支架组合件230电性耦接(coupled)。将基底240(例如图1A所示的结构)安装到支架组合件230。然后将基底240放置在电镀槽210中以浸泡于电解质溶液270中。为了电源供应器260提供负输出(negative output)至基底240，并且提供正输出(positive output)至阳极250，以实施电镀工艺(例如图1B所示的电镀工艺175)。
在电镀工艺期间，电解质溶液270向上流到基底240的中心，然后径向地(radially)向外并跨过基底240。基底240上的电化学反应(例如Cu2++2e-→Cu)在其上产生导电层(例如铜)的沉积。本公开实施例可应用于其他合适的电化学反应，以及其他导电材料的沉积。
根据一些实施例，如图2B所示，将检测装置290(或电解质分析系统)部分地放置在电解质溶液270中。检测装置290是用于检测和监控电解质溶液270的化学组成和电解质溶液浓度。检测装置290可以是即时分析仪(real-time analyzer，RTA)。
更具体来说，检测装置290可用于检测和监控促进剂280A、抑制剂280B和/或整平剂280C的浓度。当促进剂280A、抑制剂280B和/或整平剂280C的浓度降低时，在电解质溶液270中加入更多添加剂。可以根据检测装置290的检测结果微调(fine-tuned)电解质溶液270的浓度。因此，可以确保电解质溶液270的化学组成保持在特定浓度内，以良好控制电镀特性。
举例来说，电源供应器(未绘示)与检测装置290耦接。将直流电或交流电输入检测装置290，以检测添加剂(亦即促进剂280A、抑制剂280B和整平剂280C中的一个)的浓度。由于检测装置290一次可以检测促进剂280A、抑制剂280B和整平剂280C中的一个，只有直流电或交流电输入到检测装置290。可以使用不同的交流电或直流电来检测促进剂280A、抑制剂280B和整平剂280C。
在一些实施例中，施加到检测装置290用来检测添加剂的交流电(AC)电流在约100mA至约5A的范围内。在一些实施例中，施加到检测装置290用来检测添加剂的交流电(AC)频率在约10Hz至约4000Hz的范围内。在一些实施例中，施加到检测装置290用来检测添加剂的直流电(DC)电压在约-10V至约+10V的范围内。应注意的是，这些范围只是范例，本公开实施例并不限于此。
检测装置290包含一或多个金属探针用来检测。金属探针可以包含或由铂(Pt)、一或多种其他合适的材料或前述的组合制成。在图2B绘示一个探针300作为示范，但本公开实施例不限于此。虽然图2B绘示在电镀工艺期间，将探针300浸泡在储存槽220中的电解质溶液270中，但本公开实施例不限于此。在一些其他的实施例中，在电镀工艺之前和/或之后，将探针300浸泡在电解质溶液270中。可以在电镀工艺之前、期间和/或之后，将探针300浸泡在电解槽210中的电解质溶液270中。
根据一些实施例，检测装置290的探针300也可用来检测和监控一或多种杂质的浓度。更具体地说，将探针300浸泡在电解质溶液270中，以检验污染物和/或监控副产物的浓度。在一些实施例中，如图2C所示，在电镀工艺期间，电解质溶液270同时与探针300和基底240直接接触。在一些其他的实施例中，电解质溶液270与探针300和基底240中的一个直接接触，但与探针300和基底240中的另一个分开。
根据一些实施例，如图2C所示，电解质溶液270中有杂质310。应注意的是，图2C绘示的杂质310只是一个范例，本公开实施例并不限于此。杂质310可以包含一或多个污染物和/或一或多个副产物。
在电解质溶液270中的污染物可能包含一或多种的油和/或清洁剂。清洁剂(或清洁溶液)可能是用于清洗基底240。清洁剂可包含或由H2O2、一或多个其他材料或前述的组合制成。在电镀工艺之前、期间和/或之后，油和/或清洁剂可能从电化学电镀装置200(或包含电化学电镀装置200的电化学电镀系统)的任何部分或元件漏出或喷出到电解槽210或储存槽220内。由于促进剂280A、抑制剂280B和/或整平剂280C在电镀工艺期间可能会分解，在电解质溶液270中可能会形成副产物。
电解质溶液电源供应器(未绘示)提供交流电和直流电两者(例如第二谐波(harmonic)交流电和直流电)至检测装置290，以检验电解质溶液270中的杂质310。在电解质溶液270中可以引发氧化反应，结果，根据从电解质溶液270到检测装置290的反馈(feedback)或回应(responses)可以鉴定杂质310的种类和浓度。可以在相同阶段或不同阶段检测和鉴定电解质溶液270中的污染物和副产物。
在一些实施例中，将交流电和直流电同时输入检测装置290以检验杂质310，并且只将交流电或直流电输入检测装置290以检验添加剂。检验杂质310的方法将会在之后更详细描述。
在一些实施例中，施加到检测装置290用来检测杂质310的交流电(AC)电流在约1E-6A至约5A的范围内。在一些实施例中，用来检测杂质310的交流电流可以小于、大抵上等于或大于用来检测添加剂的交流电流。
在一些实施例中，施加到检测装置290用来检测杂质310的交流电(AC)频率在约5Hz至约3E+6Hz的范围内。用来检测杂质310的交流电(AC)频率可以小于、大抵上等于或大于用来检测添加剂的交流电频率。
在一些实施例中，施加到检测装置290用来检测杂质310的直流电(DC)电压在约-5V至约10V的范围内。在一些实施例中，用来检测杂质310的直流电(DC)电压可以小于、大抵上等于或大于用来检测添加剂的直流电压。应注意的是，这些关于交流电和直流电的范围只是范例，本公开实施例并不限于此。
在一些实施例中，通过探针300检验电解质溶液270约10至约40分钟。换句话说，将探针300浸泡在电解质溶液270中约10至约40分钟，以检测一或多个添加剂、污染物和副产物。将探针300浸泡在电解质溶液270中约4至约10分钟，以检测污染物和/或副产物。在一些实施例中，用于检测污染物和/或副产物的时间与用于检测添加剂的时间不同(例如前者时间较短)，但本公开实施例不限于此。应注意的是，这些时间范围只是范例，本公开实施例并不限于此。
在一些实施例中，通过检测装置290的探针300检验电解质溶液270约20至约300分钟。约20至约300分钟探针300可以检测出添加剂、污染物和副产物。举例来说，在一些实施例中，将探针300浸入电解质溶液270中，以检测电解质溶液270中的添加剂、污染物和副产物的每一个。之后，将探针300从电解质溶液270中移出(如图2A所示)。在约20至约300分钟之后，再次将探针300浸入电解质溶液270中，以检测添加剂、污染物和副产物的每一个(如图2B或图2C所示)。在多个电镀工艺期间和之间，可以重复这些步骤一或多次。
添加剂、污染物和副产物的检测顺序不受限制。探针300可以先检验添加剂，然后检验污染物和副产物。因此，先将交流电和直流电两者施加到检测装置290，然后只将交流电或直流电施加到检测装置290。或者，探针300可以先检验污染物和/或副产物，然后检验添加剂。因此，只先将交流电或直流电施加到检测装置290，然后将交流电和直流电两者施加到检测装置290。
在一些实施例中，多个基底(例如基底240)通过支架组合件230依次固定住并传送到电化学电镀装置200中。电化学电镀装置200在每一个基底上实施电镀工艺。举例来说，将图2A绘示的基底240从电化学电镀装置200移出，并且将另一个基底240传送到电化学电镀装置200中，如图2C或图2D所示。在多个基底的电镀工艺期间和/或之间，可将探针300浸泡在电解质溶液270中。
如图2C和图2D所示，当在电解质溶液270中检测到杂质310和/或杂质310的浓度大于预定浓度时，以新的电解质溶液270’置换电解质溶液270。在从电解质溶液270中移出检测装置290之后，以电解质溶液270’置换电解质溶液270。电解质溶液270’与在图2A所示的原本的电解质溶液270具有大抵上相同的组成，如先前实施例的说明，因此不重复说明。电解质溶液270’比图2C所示的电解质溶液270更干净。电解质溶液270’大抵上不含杂质310。
在一些实施例中，将探针300浸入电解质溶液270中一或多次。在探针300检测一或多次之后，可以使用电解质溶液270’置换电解质溶液270。类似地，在一些实施例中，将探针300浸入电解质溶液270’(类似图2B绘式的示意图)一或多次。在通过探针300检测一或多次之后，后续可以用另一个新的电解质溶液置换电解质溶液270’。结果，电化学电镀装置200可以在多个基底上实施具有更好品质的电镀工艺。因此，使用电化学电镀装置200所沉积的导电层170的电性效能和可靠性显著地提升。
可以对本公开实施例进行许多变化和/或修改。举例来说，探针300的检测位置不受限制。图3是根据一些实施例，说明电镀工艺的各个阶段其中之一的剖面示意图。图3所示的电化学电镀装置200大抵上与图2A-图2D所示的电化学电镀装置200相同或相似。在一些实施例中，先前的实施例中说明的材料、方法和/或好处也可应用于图3所示的实施例中，因此不重复叙述。
根据一些实施例，如图3所示，将检测装置290的探针300插入电镀槽210中的电解质溶液270中。在电镀工艺之后和/或之前，实施探针300的检验或检测。因此，如图3所示，在电化学电镀装置200中没有基板240。或者，可以通过支架组合件230固定住基板240，但基板240不放在电镀槽210中。
然而，本公开实施例不限于此。在一些其他的实施例中，在基底240上方实施电镀工艺期间，将探针300浸泡在电镀槽240中的电解质溶液270中。在电镀槽210中探针300的检测不会中断电镀槽210中的电镀工艺。
可以对本公开实施例进行许多变化和/或修改。举例来说，可以使用各种探针检验电解质溶液270。图4是根据一些实施例，说明电镀工艺的各个阶段其中之一的剖面示意图。图4绘示的电化学电镀装置200大抵上与图2A-图2D绘示的电化学电镀装置200相同或相似。在一些实施例中，前述实施例说明的材料、方法和/或好处也可应用于图4所示的实施例，因此不重复叙述。
根据一些实施例，如图4所示，在电化学电镀装置200中有多个检测装置290和290’。检测装置290’大抵上与检测装置290相同或相似，因此不重复叙述。将检测装置290’插入电镀槽210中，并且将检测装置290插入储存槽220中。
在一些实施例中，检测装置290和290’分别用于检测添加剂(例如促进剂280A、抑制剂280B和/或整平剂280C)和杂质310(例如污染物和副产物)。相较于检测装置290’，检测装置290可以浸泡在电解质溶液270中更长时间。换句话说，在检测装置290从电解质溶液270移出之前，可以将检测装置290’从电解质溶液270移出。可以对本公开实施例进行许多变化和/或修改。在一些其他的实施例中，检测装置290和290’分别用于检测污染物和副产物。
在一些实施例中，在相同阶段中(例如在相同电镀工艺中)一起使用检测装置290和290’。因此，在相同电镀工艺期间，将交流电和直流电同时输入检测装置290以检验杂质310，并将交流电或直流电输入检测装置290’以检验添加剂。然而，本公开实施例不限于此。在一些其他的实施例中，在不同阶段中(例如不同电镀工艺)分开使用检测装置290和290’。
如上所述，将交流电和直流电一起施加到检测装置290(和/或检测装置290’)，以检验在电解质溶液270(或电解质溶液270’)中的杂质310。如图5A所示，施加到检测装置290的输入电流320周期性地反转方向。由于周期非常小，输入电流320具有V形或倒转的(inversed)V形的主波形。图5A绘示的输入电流320是作为范例，本公开实施例并不限于此。
在电解质溶液270或270’中的每一个检测之后，检测装置290从电解质溶液270或270’收到回应。根据一些实施例，如图5B所示，在多个检测之后得到输出信号330A、330B和330C。输出信号330A、330B和330C可称为输出曲线或输出资料。在一些实施例中，输出信号330A、330B和330C为输出电流和/或电压。在一些实施例中，输出信号330A、330B和330C在相角(phase angle)θx具有最大差异或变化。相角θx可以在从约0°至约360°的范围内。图5C绘示在相角θx周围部分的输出信号330A、330B和330C的放大图。
根据一些实施例，将交流电和直流电的组合施加于检测装置290，可以得到电解质溶液270中的杂质310的明显且可靠的回应，如图5B或图5C所示。另一方面，只将交流电或直流电施加于检测装置290，可能不会收到电解质溶液270中的杂质310的有用的回应。在一些情况下，如果交流电和直流电的组合不在前述交流电流、交流电频率和直流电压的范围内，检测装置290可能不会收到电解质溶液270中的杂质310的明显的回应。
根据一些实施例，如图5D所示，提供的校准资料包含校准曲线340A、340B、340C、340D、340E和340F。校准资料可用于分析和鉴定杂质310的种类和浓度。举例来说，校准曲线340A可以是基准线(base line)，其代表大抵上没有杂质310。在一些实施例中，校准曲线340B、340C、340D、340E和340F代表杂质310的不同浓度。举例来说，相较于校准曲线340C、340D、340E和340F，校准曲线340B可以代表杂质310的较低浓度。在一些其他的实施例中，校准曲线340B、340C、340D、340E和340F代表各种杂质的不同浓度。
根据一些实施例，在电镀工艺之前实施多项实验或测试，以建立校准资料。更具体地说，在一些实施例中，在实施电镀工艺之前，将检测装置290的探针300浸泡在干净的电解质溶液270中。将交流电和直流电的组合(例如图5A所示的输入电流320)施加于检测装置290。结果，检测装置290从干净的电解质溶液270接收到输出信号或资料。可以检测干净的电解质溶液270多次，以得到平均输出信号。(平均)输出信号建立校准资料的基准线(例如校准曲线340A)。
在一些实施例中，将检测装置290的探针300浸泡在含有杂质310(或不同杂质)的各种电解质溶液中。每一个电解质溶液具有不同浓度的杂质310。将交流电和直流电的组合(例如图5A所示的输入电流320)施加于检测装置290。结果，检测装置290从含有杂质310的电解质溶液接收到多个输出信号。可以检测含有杂质310的电解质溶液多次，以得到每一个电解质溶液的平均输出信号。每一个电解质溶液的(平均)输出信号建立校准资料的不同校准曲线(例如校准曲线340B、340C、340D、340E和340F)。
根据一些实施例，将电镀工艺期间或之间得到的输出信号与校准资料进行比对。举例来说，在一些实施例中，将图5B或图5C所示的产生的输出信号330A与图5D所示的校准资料进行比对。结果，如图5E所示，在相角θx的输出信号330A大抵上与在相角θx的校准信号340A匹配。这样可以鉴定出通过检测装置290检验的电解质溶液270具有浓度350A的杂质310。当校准曲线340A为基准线时，表示电解质溶液270是干净的且大抵上不含杂质310。因此，还不需要更换电解质溶液270。
在一些实施例中，将图5B或图5C所示的产生的输出信号330B与图5D所示的校准资料进行比对。结果，如图5E所示，在相角θx的输出信号330B大抵上与在相角θx的校准资料曲线340B重叠。这样可以鉴定出通过检测装置290检验的电解质溶液270具有浓度350B的杂质310。举例来说，杂质310的浓度350B可以在从约5％至约10％的范围内。
在一些实施例中，校准曲线340B代表在电解质溶液270中的副产物的浓度。如果浓度350B大于或等于副产物的预定浓度，这说明电解质溶液270变得不够干净。因此，将会以干净的电解质溶液置换电解质溶液270，以保持电镀工艺的高品质。
在一些实施例中，将图5B或图5C所示的产生的输出信号330C与图5D所示的校准资料进行比对。结果，如图5E所示，在相角θx的输出信号330C大抵上与在相角θx的校准资料曲线340D重叠。这样可以鉴定出通过检测装置290检验的电解质溶液270具有浓度350C的杂质310。
在一些实施例中，校准曲线340B和校准曲线340D代表在电解质溶液270中的不同副产物的浓度。由于在相角θx的输出信号330C大抵上与在相角θx的校准资料曲线340D重叠，这样可以鉴定出通过检测装置290检验的电解质溶液270含有浓度350C的特定副产物。
可以对本公开实施例进行许多变化和/或修改。举例来说，前述的实施例提供一种检测方法，此检测方法将输出曲线与校准曲线进行比对，但本公开实施例不限于此。在一些其他的实施例中，计算校准曲线、将校准曲线量化并转换成校准表，校准表直接显示各种杂质的浓度的数值。为了分析电解质溶液270中杂质310的种类和浓度，也可以计算输出曲线，然后与校准表进行比对。如果电解质溶液270中有任何污染物和/或副产物，这样可以鉴定并找出副产物的浓度。
当电解质溶液270中有任何污染物时，移除在电镀槽210和储存槽220中的电解质溶液270。将另一个较先前的电解质溶液270干净的电解质溶液270’加入电镀槽210和储存槽220中。当电解质溶液270中的副产物太多或超出预定的浓度时，以干净的电解质溶液270’更新并取代电镀槽210和储存槽220中原本的电解质溶液270。因此，提升了电镀工艺的品质。
可以对本公开实施例进行许多变化和/或修改。举例来说，交流电和直流电的组合不限于图5A所示的输入电流320。在一些实施例中，如图6所示，输入电流320的主波形为正弦(sine)波。输入电流320的主波形可以是升正弦(raised sine)波或反正弦(inversesine)波。在一些实施例中，如图7所示，输入电流320的主波形是平且笔直的波。输入电流320的主波形可以是正波(positive wave)或负波(negative wave)。在一些其他的实施例中，输入电流320的主波形为升余弦(raised cosine)波、反余弦(inverse cosine)波、方形(square)曲线、其他合适的曲线或前述的组合。
在一些实施例中，本公开实施例描述的电镀工艺的检测方法是用于形成半导体装置的互连结构，如图1A-图1C所示。然而，本公开实施例不限于此。在一些其他的实施例中，本公开实施例描述的电镀工艺的检测方法可用于形成任何合适的导电结构。本公开实施例不限于此，且可应用于任何合适的技术世代的生产工艺。各种技术世代包含28纳米(nanometer，nm)节点(node)、20纳米节点、16纳米节点、10纳米节点、7纳米节点、5纳米节点或其他合适的节点。
本公开实施例提供在电镀工艺期间或之间，检验电解质溶液的检测方法，以用于制造半导体装置的电解质溶液。检测装置例如为包含一或多个金属探针的装置，其是用于检测电解质溶液中的杂质。杂质包含一或多种污染物、一或多个副产物或前述的组合。将交流电和直流电两者输入至检测装置，结果，根据从电解质溶液到检测装置的反馈或回应，可以鉴定出杂质的种类和浓度。这样可以确保电解质溶液在电镀工艺期间保持足够干净。可以适时地以更干净的电解质溶液置换电解质溶液，以改善电镀工艺的品质。因此，可以更加提升半导体装置的电路效能和可靠性。
根据一些实施例，提供电镀工艺的检测方法。此检测方法包含将基底浸入电解质溶液中以实施电镀工艺，电镀工艺包含添加剂。此检测方法也包含将检测装置浸入电解质溶液中。此检测方法还包括将第一交流电(AC)或直流电(DC)施加于检测装置以检测添加剂的浓度。此外，检测方法包含将第二交流电和第二直流电的组合施加于检测装置以检验电解质溶液，检测出在电解质溶液中的杂质。此检测方法也包含以另一电解质溶液置换含有杂质的电解质溶液。
如前述的电镀工艺的检测方法，还包括：在将该第二交流电和该第二直流电的该组合施加于该检测装置之后，使用该检测装置接收一输出信号；以及将该输出信号与一校准资料进行比对，以鉴定出该杂质和/或该杂质的浓度。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中在将该第二交流电和该第二直流电的该组合施加于该检测装置期间，该电解质溶液同时接触该基底和该检测装置。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中在将该第一交流电或直流电施加于该检测装置之前或之后，将该第二交流电和该第二直流电的该组合施加于该检测装置。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中该添加剂包括一促进剂、一抑制剂、一整平剂或前述的组合，且其中在该电解质溶液中的该杂质与该促进剂、该抑制剂及该整平剂不同。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中在该电镀工艺期间，该添加剂分解成该杂质。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中该电解质溶液中的该杂质包括清洗该基底的一清洁剂。
根据一些实施例，提供电镀工艺的检测方法。此检测方法包含将第一探针浸入电化学电镀装置中的第一电解质溶液。此检测方法也包含将交流电(AC)和直流电(DC)一起施加于第一探针以检验第一电解质溶液，检测出在第一电解质溶液中的杂质。此检测方法还包括从第一电解质溶液中移出第一探针。此外，检测方法包含以第二电解质溶液置换含有杂质的第一电解质溶液。此检测方法也包含将第一探针浸入第二电解质溶液。此检测方法还包括将直流电和交流电一起施加于第一探针，以检测第二电解质溶液。
如前述的电镀工艺的检测方法，还包括：使用该第一探针从该第一电解质溶液获得一第一输出曲线；将该第一输出曲线与多个校准曲线进行比对，以鉴定出在该第一电解质溶液中的该杂质；使用该第一探针从该第二电解质溶液获得一第二输出曲线；以及将该第二输出曲线与所述多个校准曲线进行比对。
如前述的电镀工艺的检测方法，还包括：将一第二探针浸入该第一电解质溶液中，以检测在该第一电解质溶液中的一添加剂的一浓度，其中该杂质与该添加剂不同；以及从该第一电解质溶液移出该第二探针。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中在将该交流电和该直流电一起施加于该第一探针期间，将一额外的交流电或直流电施加于该第二探针，以检测该添加剂的该浓度。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中该第一电解质溶液同时接触该第一探针和该第二探针。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中该第一电解质溶液在该电化学电镀装置的一电镀槽和一储存槽中，且其中该第一探针插入该电镀槽，并且该第二探针插入该储存槽。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中该第一电解质溶液中的该杂质包括在该电化学电镀装置中的一油和/或一清洁剂。
根据一些实施例，提供电镀工艺的检测方法。此检测方法包含将基底浸入第一电镀溶液中以实施电镀工艺。此检测方法也包含将检测装置浸入第一电镀溶液中。此检测方法还包括将交流电(AC)和直流电(DC)同时施加于检测装置，使得第一电镀溶液中的检测装置接收到第一输出信号。此外，检测方法包含将第一输出信号与校准资料进行比对，以鉴定出第一电镀溶液中的杂质。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中该第一电镀溶液包括多个添加剂，且其中该杂质包括在该电镀工艺期间，从所述多个添加剂形成的一副产物。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中将该第一输出信号与该校准资料进行的该比对包括：在一相角将该第一输出信号的一输出曲线与该校准资料的多个校准曲线匹配，以决定该副产物的一浓度。
如前述的电镀工艺的检测方法，还包括：从该第一电镀溶液移出该检测装置；以及在该副产物的该浓度大于一预定浓度之后，以一第二电镀溶液置换含有该副产物的该第一电镀溶液。
如前述的电镀工艺的检测方法，还包括：在将该交流电和该直流电施加于该检测装置之前或之后，使用该检测装置监控该第一电镀溶液中的多个添加剂的多个浓度；以及在通过该检测装置检测出所述多个添加剂的所述多个浓度之后，且在该检测装置接收该第一输出信号之后，从该第一电镀溶液移出该检测装置。
如前述的电镀工艺的检测方法，其中检测该第一电镀溶液中的该杂质的时间与检测该第一电镀溶液中的所述多个添加剂的所述多个浓度的时间不同。
以上概述数个实施例的部件，使得本领域普通技术人员可以更加理解本公开实施例的观点。本领域普通技术人员应该理解，他们能以本公开实施例为基础，设计或修改其他工艺和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的和/或优势。本领域普通技术人员也应该理解到，此类等效的结构并无悖离本公开的精神与范围，且他们能在不违背本公开的精神和范围下，做各式各样的改变、取代和替换。

Claims (10)

1.一种电镀工艺的检测方法，包括：
将一基底浸入一电解质溶液中以实施一电镀工艺，其中该电解质溶液包括一添加剂；
将一检测装置浸入该电解质溶液中；
将一第一交流电或直流电施加于该检测装置以检测该添加剂的浓度；
将一第二交流电和一第二直流电的一组合施加于该检测装置以检验该电解质溶液，其中检测出在该电解质溶液中的一杂质；以及
以一另一电解质溶液置换含有该杂质的该电解质溶液。
2.如权利要求1所述的电镀工艺的检测方法，还包括：
在将该第二交流电和该第二直流电的该组合施加于该检测装置之后，使用该检测装置接收一输出信号；以及
将该输出信号与一校准资料进行比对，以鉴定出该杂质和/或该杂质的浓度。
3.如权利要求1所述的电镀工艺的检测方法，其中在将该第二交流电和该第二直流电的该组合施加于该检测装置期间，该电解质溶液同时接触该基底和该检测装置。
4.如权利要求1所述的电镀工艺的检测方法，其中该添加剂包括一促进剂、一抑制剂、一整平剂或前述的组合，且其中在该电解质溶液中的该杂质与该促进剂、该抑制剂及该整平剂不同。
5.一种电镀工艺的检测方法，包括：
将一第一探针浸入在一电化学电镀装置中的一第一电解质溶液；
将一交流电和一直流电一起施加于该第一探针，以检验该第一电解质溶液，其中检测出在该第一电解质溶液中的一杂质；
从该第一电解质溶液移出该第一探针；
以一第二电解质溶液置换含有该杂质的该第一电解质溶液；
将该第一探针浸入第二电解质溶液中；以及
将该直流电和该交流电一起施加于该第一探针，以检验该第二电解质溶液。
6.如权利要求5所述的电镀工艺的检测方法，还包括：
将一第二探针浸入该第一电解质溶液中，以检测在该第一电解质溶液中的一添加剂的一浓度，其中该杂质与该添加剂不同；以及
从该第一电解质溶液移出该第二探针。
7.如权利要求6所述的电镀工艺的检测方法，其中该第一电解质溶液在该电化学电镀装置的一电镀槽和一储存槽中，且其中该第一探针插入该电镀槽，并且该第二探针插入该储存槽。
8.一种电镀工艺的检测方法，包括：
将一基底浸入一第一电镀溶液中，以实施一电镀工艺；
将一检测装置浸入该第一电镀溶液中；
将一交流电和一直流电同时施加于该检测装置，使得在该第一电镀溶液中的该检测装置接收到一第一输出信号；以及
将该第一输出信号与一校准资料进行比对，以鉴定出在该第一电镀溶液中的一杂质。
9.如权利要求8所述的电镀工艺的检测方法，其中该第一电镀溶液包括多个添加剂，且其中该杂质包括在该电镀工艺期间，从所述多个添加剂形成的一副产物。
10.如权利要求8所述的电镀工艺的检测方法，还包括：
在将该交流电和该直流电施加于该检测装置之前或之后，使用该检测装置监控该第一电镀溶液中的多个添加剂的多个浓度；以及
在通过该检测装置检测出所述多个添加剂的所述多个浓度之后，且在该检测装置接收该第一输出信号之后，从该第一电镀溶液移出该检测装置。
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