TW511194B - Method for achieving copper fill of high aspect ratio interconnect features - Google Patents

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TW511194B
TW511194B TW090121240A TW90121240A TW511194B TW 511194 B TW511194 B TW 511194B TW 090121240 A TW090121240 A TW 090121240A TW 90121240 A TW90121240 A TW 90121240A TW 511194 B TW511194 B TW 511194B
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TW090121240A
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Daniel A Carl
Barry Chin
Liang-Yu Chen
Robin Cheung
Peijun Ding
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Applied Materials Inc
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511194 A? 五、發明說明( 發明領域_ 本發明是有關於半導體製程。更詳而言之,本發明係 關於在基材上次微米内連接特徵結構中進行之金屬化過 程。 發明背景丄 要填充基材上之次微米、高深寬比内連接特徵結 時,銅是一種很好的金屬選擇,如此將可在下一代的極 型積體電路巾使電路密度增加,此乃由於銅及銅合金比 具有更低的電阻率,並且銅比鋁具有明顯的較高抗電移 力。這些特徵是很重要的,其可用於支持具高階整合及 高元件速度之較高電流密度。 特徵結構之深寬比,亦即特徵結構高度和特徵結構 度的比率’會隨著更高階的整合而增加。許多傳統的沉 製程很難去填充深寬比超過4 ··丨之次微米寬度之結構 特徵結構,特別是深寬比超過丨〇 ·· i時。因此,目前的 力方向大多扣向具高深寬比之無孔洞次微米特徵結構 形成方式。 雖然在半導體元件製造中使用銅有其妤處,但在選2 沉積銅於特高深寬比特徵結構中之製造方法時卻受到p 制,此乃因為一般的化學氣相沉積製程及物理氣相沉積毒 程在形成具高深寬比之無孔洞次微米特徵結構時無法濟 得令人滿意的結果再者,氣相沉積製程是較昂貴的。因 此,在半導體元件上之内連接特徵結構之銅金屬化製程 第4·頁 本紙張尺度適用^ _ G準(CNSM4規格咖X 297公釐
-----IL---^----------^—------—^wi__ (請先閱讀背面之注意事項再填冩本頁) 511194 Α7 Β7 五、發明說明() 中’電鍍或电化沉積變成是一種可接納的方法。 ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一般來說,金屬電鍍是一種習知技藝,且其可經由各 種技術來達成。將金屬電鍍於基材上之目前電解槽設計, 一般是依據源頭電鍍器架構而定。在源頭電鍍器架構中, 半導體基材會被放置在圓柱狀電解容器中,且電鍍面會面 對圓柱狀電解容器之開口。用泵浦抽電解質使其向上流動 以接觸基材電鍍面。基材會被電性偏壓及連接做為電鍍系 統之陰極’而電鍍面會電性連接至陰極電源,以提供電子 電流來促使電鍍溶液中之金屬離子沉積在基材之暴露導 電面上。陽極一般是被配置在電解質中且被電性偏壓,以 吸引電解質中之金屬離子之負電荷相對物β源頭電鍍器一 般適用於電鍍較大、低深寬比特徵結構(亦即,大於微米 大小及低於1 : 1高寬比)。然而,要穩定的將銅電鍍於具 有次微米南深寬比特徵結構之基材上時,會有許多的障礙 損害發生。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 首先’在電鍍製程中要將電鍍所需之電流傳導至表面 上,一連續的金屬晶種層是必要有的^當金屬晶種層是不 連續的時候,晶種層部分將無法電性連接至偏壓電源供 應’導致在電鍍製程期間無法進行沉積β以目前熟知的物 理氣相沉積法要在次微米高深寬比特徵結構内形成一連 續、均勻的晶種層時,會遭遇到一些困難。因為要沉積於 窄(亦即毫米大小)孔洞寬度之特徵結構中很困難,故此晶 種層易在特徵結構之側壁表面及底部表面上變成不連續 狀態。晶種層之不連續將導致無法徹底的將金屬電鍍於晶 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 511194 A7 B7 五、發明說明() 種層上,而造成加工基材上會產生缺陷元件。 第一,因為在特徵結構完成填充之前,水平電鍍金屬 成長易於遮蔽孔徑開口之特徵結構,故在特徵結構中未形 成孔洞的情況下,其很難沉積到次微米高深寬比特徵結構 中。在特徵結構中形成孔洞將會改變内連接特徵結構之物 質及操作特性,例如減少的抗電移能力,而且一般都會造 成元件之不正常操作及過早崩潰。為了減少在高深寬比特 徵結構中形成孔洞,特徵結構開口之上邊角通常會經過一 蝕刻製程而變的較圓然而,以傳統的蝕刻步驟來使特徵 結構之邊角成圓形,將會使各基材之處理時間增加,而導 致系統產能降低。此外,在沉積製程期間,甚至是在使特 徵結構開口之邊角成圓形時,仍有可能會在特徵結構内形 成孔洞。 第二,目前熟知的電鍍方法,無法在單一執行中之 後續處理基材間,提供一致的電鍍結果。並且,當使用 傳統的電鍍系統進行處理時,電鍍金屬層之物質特性例 如晶粒大小、方位、反射性及電阻,將無法在整個單基 材之沉積基材表面上充分地達到一致。 因此,能夠在半導體基材上之次微米高深寬比特徵 結構中形成無孔洞金屬内連接的一致性金屬電鍍技術是 有需要的。特別的是,一種能在電鍍之前製造基材的方 法是有需要的,以解決用於電鍍之目前熟知晶種層所存 在的問題,並且可降低缺陷元件的形成。一種能將金屬 電鍍於次微米高深寬比特徵結構中之方法也是有需要 第6頁 本紙張又度適用中國國家標準(CNS〉A4規格(210 X 297公釐) --------.——-ΓΙ0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ------------------------ 511194 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明() 的,藉以在單基材之整個沉積基 竹表面上,於後續加 基材及電鍍金屬層之一致物質特性 結果。 間槌供一致性的電鍍 發明目的及蛾述: 本發明纟-態樣在於提供-種一致性金屬電鍍技 術’用以在半導禮基材上之次微米高深寬比特徵結構 形成無孔洞金屬内連接。本發明之另一態樣在於提供— 在電鍍之前製造基材的方法,以解決用於電鍵之目前 知晶種層所存在的問題’並且可降低缺陷元件的形成 本發明之另一態樣在於提供一種將金屬電鍍於次微米 深寬比特徵結構中之方法,冑以在單基材之整個沉積 材表面上’於後續加工基材及電鍍金屬層之一致物質 性間提供一致性的電鍍結果。 本發明之一實施例中,一種於基材上填充次微米 徵結構之方法提供其中,該方法包括反應性預清洗 材’使用南密度電漿物理氣相沉積法,沉積阻障層於 材上;使用高密度電漿物理氣相沉積法,沉積晶種層 阻障層上;及使用高抗性電解質電化沉積金屬,在第一 >儿積時期期間’提供第一電流密度,然後在第二沉積時 斯期間,提供第二電流密度。 圖式簡單說明: 為使本發明之上述特徵、優點及目的能更明顯易懂, 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公餐) 中 種 熟 高 基 特 基 基 於 ---------—·— --------訂-------- f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 212 介電層 216暴露表面 A7 B7 五、發明說明() 本發明的較佳實施例將於往後之說明文字中輔以下列圖 形做更詳細的闡述。 然而’必須注意的是,所附圖式僅是用以說明本發明 的一般實施例,因此並非用以限制本發明之範圍,故本發 明可包含其它同等有效的實施例。 第1圖為依照本發明一實施例之於半導體基材上形成 内連接特徵結構之方法的流程圖; 第2A-E圖為基材的部分剖面圖,其顯示依照本發明 一實施例之於半導體基材上形成内連接特徵結構之方 法; 第3圖為處理系統的示意圖,其結合一個或數個預清 洗室及一個或數個PVD反應室; 第4圖為預清洗室的剖面圖; 第5圖為依照本發明之可用於形成阻障層及晶種層之 PVD反應室的剖面圖; 第6圖為電化沉積系統或電鍍系统6〇〇的示意圖; 第7圖為用於執行本發明之電化沉積之電鍍處理槽 640的剖面圖; 第8圖為晶圓支撐組之一實施例的 1刀4面圖;以及 第9圖為電解質補充系統620的示意圖 圖號對照說明: 210 基材 214 内連接特徵結構 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) ------I- I I I I ---- I ---I ^ · I l I I 1--->A_W. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 A7 B7 —------—^--------^-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明() 218 阻障層 222 金屬層 300 處理系統 305,3 10 真空負載室 320,345 機械手臂 325,330,350,355,360,365 370 控制器 412 基材支撐元件 416 石英頂蓋 420 凹室 424 縫隙 42 8 斜面部分 432 定位針 502 反應室圍艢 5 06 把.台 510 線圈 516 氣體入口 520 致動器 524 遮蔽環 532 反應室出口 610 負載站 612 旋轉沖乾站 616,628,642,644 機械手 620 電解質補充系統 220 晶種層 230 導電内連接特徵結構 302 平台 3 1 5,335,340 傳輸室 基材處理室 410 預清洗室 414 反應室圍牆 418 中央支柱板 422 石英隔絕板 426 基材 430 環狀平面 500 PVD反應室 504 基材支撐元件 508 掩體 5 12,5 14,530 電源供應器 518 致動軸 522 基材升降組 526 長條閥門 600 電鍍系統 611 熱回火反應室 614 主框架 臂6 1 8 處理站 622 控制系統 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 511194 A7 B7 五、發明說明() 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
624 晶 圓 匣 接 收 區 630 晶 圓 定 位 器 632 晶 圓 匣 634 晶 圓 636 SRD 模 組 638 窗 α 匣 640 處 理 槽 654 真 空 夾 具 702 電 解 質 供 應 管 704 電 解 質 入 α 710 頭 組 720 製 程 工 具 722 陰 極 接 觸 環 724 晶 圓 支撐 物 730 碗 狀 物 732 圓 柱狀 部 分 734 底 部 部 分 736 上 環 狀 凸 緣 737 孔 洞 738,788 螺 絲 釘 739,790,799 繫牢螺帽 740 電 解 質 收 集 器 741 凸 緣 742 主 體 743 通 道 746 内 牆 747 底 部 748 外 艢 749 電 解 質 出 π 750 晶 圓 支撐 組 752 頭 組 框 架 753,768, 770 軸心 754 安 裝 支 柱 755 支柱 蓋 756 懸 臂 757 懸 臂 致 動 器 758 頭 組 升 降 致 動器 759 轉軸 接 合 處 760 安 裝 滑 道 764 旋轉 致 動 器 766 升 降 導桿 772 容 器 主 體 774 陽 極 組 776 過 濾 器 778 過 濾 膜 780 内 部 環 狀 水 平部分 782 中 間 傾 斜 部 分 784 外 部 下 傾 部 分 第10W -------i----------It—-------r ^ <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 511194 A7 B7 五、發明說明( 786 789 792 796 798 812 816 819 821 836 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 904 906 908 912 914 916 920 922 930 環狀凸緣 螺絲釘孔 電解質出口 金屬源 陽極電極接觸器 背面 彈性體Ο環 環狀主體部分 晶圓 可膨脹氣囊 主電解槽 過濾槽 來源槽 流體泵浦 電解質供應管 電解質回管 化學分析器模組 電解質廢棄排出管 電解質廢棄處理系統 排氣模組 787 密封物 791 電解質入口 794 陽極圍牆 797 螺紋部分 810 晶圓支撐板 814 正面 817 接觸部分 820 孔洞 824 基材電鍍面 870 氣囊組 903 劑量模組 905 過濾模組 907,909 閥門 910,911,919 控制器 913 樣品管線 915 自動滴定法分析器 917 循環伏特法剝離器 921 出口管線 924 熱交換器 發明詳細說明: 第1圖為依照本發明一實施例之於一半導體基材上形 成一内連接特徵結構之方法的流程圖。 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明() 依照本發明用於在一半導體基材上形成一内連接之 方法100,用以在單基材之整個沉積基材表面上,於後續 加工基材及一致物質特性間提供一致性的結果。第2A_E 圖為基材的部分剖面圖,其顯示依照本發明一實施例之於 半導體基材上形成内連接特徵結構之方法。依照本發明, 在執行金屬化製程之前,對有—介電層212形成於其上之 基材210進行圖案化過程(例如微影製程),接著進行蝕刻 以形成内連接特徵結構214後以金屬填充。介電層212可 被蝕刻以形成内連接特徵結構214,内連接特徵結構214 具有實質垂直的側壁(亦即,不需使内連接特徵結構之邊 角成圓形)。此餘刻製程可以在一蝕刻室中執行,例如 Applied Materials,Inc·,of Santa Clara,CaHf〇rnia 提供之 IPS蝕刻室。 請參照第1圖及第2A-2E圖,本方法一般包括··反應 性預清洗暴露表面216(步驟102及第2A圖),使用高密 度電漿物理氣相沉積(HDP-PVD)技術,沉積一阻障層218 於基材表面上(步驟104及第2B圖),使用HDP-PVd技 術,沉積一晶種層220於阻障層218上(步騾1〇6及第 圖),以及,使用高抗性電解質,電鍍一金屬層222於晶 種層上(步騾108及第2D圖”可對電鍍金屬層進行平垣 化製私例如化學機械研磨法(CMp),以定義一導電内連 接特徵結構230如第2E圖所示,然後可在基材上執行頦 外的處理過程,以完成積體電路之製造。雖然第2α·2ε 圖顯示出介層窗結構’但可以知道的是,本發明之實施 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 X 297公t ) --------^——ί曝 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-------線 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 例可用於形成各種類型之内連接特徵結構,例如導線、 接觸窗、雙鑲嵌結構及其它種特徵結構。 預清洗製程(步驟102)、阻障層沉積製程(步驟1〇4) 及晶種層沉積製程(步驟106)可以在具有預清洗室及沉 積反應室之一處理系統中執行。第3圖為處理系統的示 意圖’其結合一個或數個預清洗室及一個或數個PVD反 應室。處理系統300是一個兩階真空處理系統,且係經由 一主框架或平台302來定義,而平台3〇2具有複數個模組 或反應至附加於其中。兩階真空處理乎台之一種商業上實 施範例為 Applied Materials,Inc·, Santa Clara,California 提供之Endura®平台,已描述於Tepman等人之美國專利 第5,186,718號中,且其全部内容併入此處做參考。而可 用於本發明之處理系統的其它範例包括Applied Materials,
Inc·,Santa Clara,California 提供之 Centura®、Endura®、
Producer^* P5000®系統。 處理系統300包括真空負載室3〇5及3 1〇,且負載室 305及310係附加於第一階傳輸室315上。負載室3〇5及 310用於在基材進入和離開處理系統3〇〇時,維持第一階 傳输室315内的真空狀況。第一機械手臂32〇用於在負載 室305及310和一個或數個基材處理室325及33〇之間傳 輸基材,且處理室325及330係附加於第一階傳輸室315 上《處理1: 325及330可被架構成能執行許多的基材處理 操作,例如化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(pVD)、蝕 刻、預清洗、排氣、定位及其它的基材處理過程。第一機 第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公f ) --I I--b--LI I------I I ^ ---I-----*3^ (請先03讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明() 械手臂320也會傳輸基材至一個或數個傳輸室335中或傳 ^輸來自一個或數個傳輸室335中之基材,其中傳輸室335 係配置於第一階傳輸室315與第二階傳輸室3 40之間。 傳輸室335係用於維持第二階傳輸室140中之超高灰· 空狀況,而使得基材可在第一階傳輸室315與第二階傳輸 室340之間傳輸<> 第二機械手臂345用於在傳輸室335與 複數個基材處理室350, 355, 360及365之間傳輸基材。類 似於處理室325及330,任一處理室350至365可被架構 成能執行各種基材處理操作。舉例來說,處理室35〇可以 疋一 CVD反應室,用於沉積一介電膜;處理室355可以 是一敍刻室,用於在介電膜中蝕刻出孔洞或開口,以形成 内連接特徵結構;處理室360可以是一 PVD反應室,用 於沉積一阻障層;以及,處理室365可以是一 pvd反應 室,用於沉積一金屬膜。複數個處理系統/平台可被要求執 行所有的製程,而完成積體電路或晶片的製造。處理系統 之一實施例包括一個PVD反應室用於沉積阻障層,以及 兩個PVD反應室用於沉積晶種層。 控制器370可控制處理系統300之全部操作,並且可 控制在任一基材處理室中執行的個別製程。控制器37〇可 包括微處理器或電腦(未繪示出)以及由微處理器或電腦執 行之一電腦程式β透過由控制器控制之輸送帶或機械手臂 系統,可將基材帶到真空負載室305及310中。機械手臂 320及345也是經由控制器來操作,用以在處理系統3〇〇 之各個處理室間傳輸基材。此外,控制器37〇可控制及/ 第14頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ------I----Γ --------訂·--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π A7 B7 五、發明說明() 或協調連接處理系統3 〇 〇之其它元件或系統。 用於在電化沉積製程中製造基材之處理系統的一個 範例為 Applied Materials, Inc.,Santa Clara,California 提 供之Endura® ElectraTM阻障及晶種系統。雖然於下將說明 製造處理系統的一個f争定架構,但依照本發明,發明人可 使用各種架構來執行個別的製程。 請再參照第1圖,在沉積阻障層及晶種層於基材上之 前,於步驟1 02中先對基材之暴露面進行預清洗。處理系 統3 00包括一個或數個預清洗室。第4圖為預清洗室的剖 面圖。一般來說,預清洗室410具有一基材支撐元件412, 基材支撐元件412係配置在反應室圍牆414中,而反應室 圍牆414係位於石英頂蓋416的下面。基材支撐元件412 包括一中央支柱板418,中央支柱板418係配置在石英隔 絕板422上之凹室420内。中央支柱板418之上表面一般 是延伸至石英隔絕板422之上表面的上面。缝隙424 —般 是介於大約5密爾與15密爾之間,且其形成於基材426 之底面與石英隔絕板422之頂面間。在處理期間,基材426 會被放置在中央支柱板418上,並經由定位針432而設置 於其上。基材426之週邊部分延伸至石英隔絕板422的上 面,並且突出於石英隔絕板422之上邊緣。石英隔絕板422 之斜面部分42 8配置於基材426之突出週邊部分的下面, 而較低的環狀平面430從斜面部分428之較低的外部邊緣 延伸出《隔絕板422及頂蓋416可包括其它的介電物質, 例如氧化鋁及氮化矽,而隔絕板422及頂蓋41 6 —般是製 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公f ) -------^--L-------------------^ (請先¾讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 五、發明說明( 程工具的零件,其可讓“操作者在例行保養期間定期性 地替換。 在預清洗室410中預清洗基材426的過程,可使用基 材426做為濺鍍目標而伴隨反應性製程及/或濺鍍—蝕刻製 程。大體上,可經由導入一預清洗氣體混合物至反應室中 及提供RF功率(介於大約3〇〇 w與大约6〇〇 w之間且在 大約1至4 MHz中)至電漿產生線圈中,而在基材上執行 反應性預清洗過程(步驟104),上述之預清洗氣體混合物 包括氫氣(介於大約0%與大約10%之間)和氦氣(介於大約 90%與大約100%之間卜基材支撐物可被偏壓在大約1〇與 1 00 W之間。在預清洗過程期間,反應室壓力可被維持在 大約40 mTorr與2 00 mTorr之間。反應性預清洗過程可在 大約30秒與120秒之間完成。在預清洗過程之後,基材 會被傳輸至一高密度電漿物理氣相沉積室中,以沉積阻 障層及晶種層於基材表面上。 在本發明之一實施例中,可經由導入包括5 %氫氣和 9 5 %氦氣之一預清洗氣體混合物至反應室中及提供大約 450 W和大約2.0 MHz之RF功率至一線圈中,而在基材 上執行反應性預清洗過程(步驟1 04)。基材支撐物被偏壓 在大約40 W中。在預清洗過程期間,反應室壓力被維持 在大約80 mTorr中。此反應性預清洗過程在大約60秒中 完成。在預清洗過程之後,將基材傳輸至高密度電漿物理 氣相沉積室中,以沉積阻障層(步驟104)及晶種層(步驟 106)於基材表面上。 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x 297公f ) -—-----------------^---------^ f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 凊再參照第3圖’處理系統包括一個或數個物理氣 相沉積(PVD)室用於沉積阻障層,以及一個或數個Pvd 室用於沉積晶種層》為了增進系統之效能及產能,一種 處理系統架構包括一個物理氣相沉積(PVD)室用於沉積 阻障層,以及兩個PVD室用於沉積晶種層,且上述兩個 PVD室係配置連接背端中央傳輸室。 第5圖為依照本發明之可用於形成阻障層及晶種層之 PVD反應室的剖面圖^ PVD反應室的一個範例為Applied
Materials, Inc.,Santa Clara,California 提供之 Electra IMPtm反應室。雖然本發明所描述出的是使用離子化金屬 電漿(IMP)反應室,但依照本發明,發明人可使用其它種 PVD反應室,包括媒介與高密度電漿pVD反應室,來形 成阻障層及晶種層。 請參照第5圖,PVD反應室5 00通常包括一反應室圍 牆502、一基材支撐元件504、一靶台506、一掩體508 及一線圈510。靶台506配置於基材支撐元件504的對面, 且電性連接至電源供應器512。掩體508通常圍繞靶台506 與基材支撐元件504間的區域,且一般都連接至一接地連 接點。線圈510配置於掩體508的内部,且連接至一 RF 電源供應器514。氣體入口 516配置穿越圍牆5 02,用以 在製程期間導入一個或數個製程氣體至反應室中。反應室 出口 532配置穿越圍牆502之一底部部分,且附加於一排 氣系統上,上述排氣系統用以在製程期間維持預期的反應 室壓力。 第17頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公f ) --I----!--I.----------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 基材支撐元件5 04附加於一致動軸518上,而致動軸 5 1 8配置穿越圍播5 0 2之底部。致動轴$ 1 8連接至一致動 器5 20,用以使基材支撐元件5〇4可在反應室中之各個位 置上運動。長條閥門526配置於圍牆502之側壁上,用以 促使傳送基材進入及離開反應室。基材升降組5 2 2對應基 材支撐元件504而配置,用以促使基材放置於基材支撐元 件5 04上及促使基材離開基材支撐元件5〇4。基材支撐元 件504可包括溫度控制例如冷卻流體通遒,配置相鄰於基 材支撐面,用以在製程期間維持表面溫度在一預期溫度。 基材支撐元件504可連接至一基材支撐偏壓電源供應器 5 30。依照本發明一實施例之用於沉積晶種層之基材支撐 元件的一個範例為 Applied Materials,Inc.,Santa Clara, California提供之LT-BESCtm (低溫可偏壓靜電盤)。在製 程期間,基材支撐元件5 04會將位於其上之基材放置到遮 蔽環524下的一位置中,以防護基材之週邊邊緣避免遭到 沉積,上述遮蔽環524配置於掩體508之較低部分上。 為了在高深寬比特徵結構内達到表面共態層面,依照 本發明一實施例,可在一離子化金屬電漿物理氣相沉積室 中使用以下的製程參數來沉積阻障層。在沉積製程期間, 可將反應室壓力維持在大約5 mT至大約100 mT之間,較 佳是在大約10 mT至大約30 mT之間。可以使用大約1〇〇V 至大約300V間之一偏向電壓,使靶台被DC偏壓在大約1 kW至大約3 kW間。線圈可被RF偏壓在大約1 kW至大 約3 kW間。基材支撐元件可提供大約0W至大約500W間 第18頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公f ) ----------^1 ----丨丨· —訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511194 ---------_ΒΊ____ 五、發明說明() 之一基材偏壓,上述基材偏壓具有大約50V至大約3 00V 間之一偏向電壓。 在一實施例中,阻障層包括鋰(Ta),且係使用下述的 反應主操作參數來進行沉積。以大約1 kW DC功率來DC 偏壓靶台。以大约2kw來尺1?偏壓線圈。反應室壓力維持 在大、·々20 mT。以具大約50%工作週期之大約13.56 MHz 之大約35〇W來偏壓基材支撐物。對具有小於大約0.35 μπι 開口寬度及大於4 : 1高:寬深寬比之特徵結構來說,要 ’沉積具有大约1 5 0 Α膜厚度之阻障層於内連接特徵結構之 表面上’大約需花費1 8秒來完成阻障層沉積製程。 沉積晶種層於阻障層上,以避免表面可能發生的電化 沉積。在電沉積製程期間,晶種層會電性連接電鍍系統之 電源供應器。為了在高深寬比特徵結構内達到表面共態層 面,依照本發明一實施例,可在一離子化金屬電漿物理氣 相沉積室中使用以下的製程參數來沉積晶種層。在沉積製 程期間,可將反應室壓力維持在大約5 mT至大約100 mT 之間,較佳是在大約30 mT至大約50 mT之間。可以使用 大約100V至大約300V間之一偏向電壓,使靶台被dc偏 壓在大約1 kW至大約3 kW間。線圈可被RF偏壓在大約 1 kW至大約5 kW間。基材支撐元件可提供大约〇w至大 約500W間之一基材偏壓,上述基材偏壓具有大約5〇v至 大約300V間之一偏向電壓。 在本發明之一實施例中,沉積晶種層的步驟包括:提 供大約1 kW DC功率至靶台;提供大約2 kW至大約3 kw 第19頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x 297公t ) -------:—*—--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 — _ B7 ___ 五、發明說明() 間之RF功率至線圈;維持反應室壓力在大約40 mT ;以 及,維持基材支撐物的溫度在大約攝氏30度。以具大約 5 0%工作週期之大約13.56 MHz之大約350W來偏壓基材 支撐物。對具有小於大約0.35 μπι開口寬度及大於4 : 1 高:寬深寬比之特徵結構來說,要沉積具有大約2000 A 膜厚度之晶種層,大約需花費5 0秒來完成晶種層沉積製 程。 第6圖為電化沉積系統或電鍍系統600的示意圖。電 鍍系統600通常包括一負載站610、一主框架614及一電 解質補充系統6 2 0。可以使用面板例如耐熱玻璃板,將電 鐘系統平台6 0 0包圍在一潔淨環境中^此外,主框架6 14 可經由耐熱玻璃板而從負載站610中被分離出,以分離主 框架上之濕式處理區和負載站上之乾式處理區。配置於耐 熱玻璃板上之長條閥門或其它門機構,可用於使基材在系 統上傳埠。主框架0.1 4通常包括一中央設置主框架像輸機 械手臂616、一旋轉沖乾(SRD)站612及複數個處理站 618。各個處理站618可包括一個或數個處理槽64〇 β電解 質補充系統620配置相鄰於主框架6丨4且連接至處理槽 640,以個別地循環用於電鍍製程之電解質β電鍍系統6〇〇 也包括一控制系統622,一般包括可程式微處理器,用以 控制電鍍系統之所有元件的操作。 負載站610可包括一個或數個晶圓匣接收區624、— 個或數個負載站傳輸機械手臂628及至少一個晶圓定位器 630。配置在負載站610中之晶圓匣接收區、負載站傳輸 第20頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---- ^------Μά 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511194 A7 B7 五、發明說明() 機械手臂及晶圓定位器的數量,可依照系統之預期產能來 架構。在實施例中顯示,負載站610包括兩個晶圓匣接收 區624、兩個負載站傳輸機械手臂628及一個晶圓定位器 63 0。含有晶圓或基材634之晶圓g 632會被負載到晶圓 匣接收區624上,以便將晶圓634導入電鍍系統中。負載 站傳輸機械手臂628用以在晶圓匣632與晶圓定位器630 之間傳輸晶圓634。負載站傳輸機械手臂628包括一傳統 習知的傳輸機械手臂。晶圓定位器630用以將各晶圓634 定位在一預期方位中,以確保晶圓能被準確地處理。負載 站傳輸機械手臂628也會在負載站610與主框架614之間 傳輸晶圓6 3 4 »在一可選擇實施例中,可以有一個或數個 熱回火反應室611配置相鄰於負载站,而負载站傳輸機械 手臂628也會在負載站610與此熱回火反應室611之間傳 輸晶圓634。一種具有回火反應室之電鍍系統的詳細說 明,可參照Dordi等人於1999年4月8日提出申請之美 國專利申請案第09/289,074號,其標題為ELECTROCHEMICAL DEPOSITION SYSTEM , 且其之全部 $ 容併入 此處做參考。 在第6圖所示之實施例中’ SRD站6 12係配置在相鄰 負載站610之一位置中的主框架614上。一個或數個窗口 匣638可配置於SRD站612上,以使在負載站61〇與主框 架614之間傳輸晶圓較為順當。經由負载站傳輸機械手臂 628及主框架傳輸機械手臂616,可將晶圓放置在窗口匣 之槽口中及從窗口匣之槽口中移除晶圓。在一實施例中, 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ----------_--------------I----線 <請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ------- B7___ 五、發明說明() 主框架傳輸機械手臂6丨6包括複數個個別機械手臂644 , 用以提供獨立的取得處理站618、窗口匣及SRD站中的晶 圓。SRD反應室的—種實施例,可參照u〇yd等人於1998 年11月3〇日提出申請之美國專利申請案第〇9/2〇1,566 號’其標題為 SPIN-RINSE-DRYING PROCESS FOR ELECTROPLATED SEMICONDUCTOR WAFERS,且其之全 部内容併入此處做參考。 電鍍系統600可包括複數個處理站,用以完成預期產 此及效能要求。如第6圖所示,電鍍系統6〇〇包括兩個處 理站618’各處理站618包括兩個處理槽64〇。主框架傳 輸機械手臂616用以在配置於主框架上之不同站間傳輸晶 圓,包括處理站618、窗口匣及SRD站612。如第6圖所 示,主框架傳輸機械手臂616包括兩個機械手臂642,對 應於每一處理站618之處理槽64〇的數量。各機械手臂642 可獨互於其它手臂而操作,藉以在系統中獨立的傳輸晶 圓。當然’機械手臂642可以連結方式操作,使得一個機 械手臂延伸出而其它機械手臂收回來。鳍狀機械手臂644 係附加做為任一機械手臂642之末端作用器。鰭狀機械手 臂644如熟習者所知,其可附加做為晶圓處理機械手臂之 末端作用器。鰭狀機械手臂的一個範例為位於Milpitas,
California 之 Rorze Automation,Inc·提供之模型 RR701。 真空夾具654可被配置在末端作用器上,用以在翻轉位置 中穩固地握持晶圓。主框架傳輸機械手臂61(5具有一鰭狀 機械手臂做為末端作用器,而能夠在配置於主框架上之不 第22頁 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公f ) ----------*—--------訂---------線 <請先«讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 Α7 Β7 五、發明說明() 同站間傳輸基材,且能夠翻轉被傳輸至預期表面方位中之 基材,亦即,基材處理面會面朝下來進行電鍍製程。在一 實施例中,主框架傳輸機械手臂616可經由機械手臂642 而提供獨立的機械手臂沿著X-Y-Z軸運動,並且可經由鰭 狀機械手臂末端作用器644而提供獨立的基材翻轉旋轉。 經由結合鰭狀機械手臂644做為末端作用器,主框架傳輸 機械手臂616可從窗口匣中之一處理面向上位置,傳輸晶 圓至電鍍處理槽中之一處理面向下位置。 第7圖為用於執行本發明之電化沉積之電鍍處理槽 640的剖面圖。電鍍處理槽640通常包括一頭組710、一 製程工具720及一電解質收集器740。較佳是,電解質收 集器740固定於通道743上方之主框架614的主體742 上,以定義放置製程工具720的位置。電解質收集器74〇 包括一内牆746、一外牆748及連接牆之一底部747。電 解質出口 749配置穿越電解質收集器740之底部747,並 且透過筒、管、導管或其它流體傳輸連接器連接至電解質 補充系統620(如第6圖所示)。 頭組7 1 0係安裝在頭組框架7 5 2上。頭組框架7 5 2包 括一安裝支柱754、一支柱蓋755及一懸臂756 〇安裝支 柱754係安裝在主框架614之主體上,而支柱蓋755覆蓋 安裝支柱754之一頂部部分。製程頭組710可以是一個具 有一旋轉致動器之可旋轉頭組,其配置在懸臂上及附加於 頭組中,用以在晶圓處理期間旋轉頭組。在一實施例中, 安裝支柱754用以提供相應於沿著安裝支柱之一垂直軸之 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .¾ 訂--------**線, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印刺衣 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 旋轉運動(如箭號A1所示)’藉以使頭組框架752旋轉。 懸臂756在安裝支柱754上向側面延伸,且與支柱蓋755 樞軸連接於轉軸接合處759上。可旋轉頭組710被附加於 安裝滑道760中,而安裝滑道760配置於懸臂756之末端、 安裝滑道760用以導引頭組710之垂直運動。頭組升降致 動器758配置於安裝滑道760的頂部上,用以提供頭組710 之垂直位移。 懸臂756的一端連接至懸臂致動器757之軸心753, 例如空氣汽缸或導螺旋致動器,且被安裝在安裝支拄754 上。懸臂致動器757用以提供懸臂756之樞軸運動(如箭 號A2所示),以相應於懸臂756與支柱蓋755間之轉軸接 合處759。當懸臂致動器757收回時,懸臂756會移動頭 組710使其離開製程工具720,以提供要從電鍍處理槽740 中移除及/或替換製程工具720所需之空間。當懸臂致動器 757延伸時,懸臂756會移動頭組710使其面對製程工具 720,以便將頭組710中之晶圓放置在一製程位置上。在 電鍍製程開始時,若晶圓進入位置太低而會碰觸到電解質 時,懸臂致動器757也可用於控制晶圓之進入角度。 頭組710可包括一旋轉致動器764,且滑動式連接安 裝滑道760。頭組升降致動器758之軸心768被插入穿越 一升降導桿766,而升降導桿766係附加於旋轉致動器764 之主體上。在一實施例中,軸心是一種導螺旋型軸心,用 以在不同垂直位置間移動升降導桿766(如箭號A3所示)。 旋轉致動器764透過軸心770連接晶圓支撐組750,並用 第24頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公f ) __11 111-1 11* 11 · 1111111 ·11111---*5^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------1---!| ---I----^ « I I-----I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明說明() 以旋轉晶圓支撐組7 5 0 (如箭號a 4所示)。晶圓支撐組7 5 0 包括一氣囊組用於支撐晶圓,以及一陰極接觸環用於提供 電子接觸至晶圓上之一晶種層。 在電鍍期間旋轉晶圓可增進沉積效果。然而,要達到 均勻的電鏡沉積,特別疋經由調整製程參數例如電解質成 分、電解質流量及其它參數來達到電鍍沉積之均勻度,可 能不需要旋轉頭組。 當頭組舉起而要從處理槽之電解質中移除晶圓時,若 頭組位置太低導致晶圓會接觸到處理槽之電解質時,則也 可以旋轉頭組。 在頭組從處理槽中舉起之後,頭組可以一高速度(亦 即大於20 rpm)旋轉,以增進頭組上之殘留電解質的移除。 晶圓支撐組750通常包括一晶圓支撐物724及一陰極 接觸環722。一般來說,接觸環722包括一環狀主體,且 具有複數個導體元件配置於其上。此環狀主體係由一絕緣 物質所製成,以電性隔絕此複數個的導體元件。合併主體 和導體元件以形成一完全内部基材座面,其可在製程期間 用於支撐基材及提供電流於其中。 第8圖為晶圓支撐組之一實施例的部分剖面圖。晶圓 支撐組750包括一晶圓支撐物724 ,晶圓支撐物724用以 固定基材使其接觸接觸環722。接觸環722包括一環狀主 體部分819及一接觸部分817,接觸部分817從主體部分 819延伸出以提供電接觸基材電鍍面824上之晶種層。晶 圓支撐物724包括一氣囊組870,氣囊組87〇具有一可膨 第25頁 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公t ) ------- 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 脹氣囊836附加於中間晶圓支撐板810之背面上。在一實 施例中,使用一黏著劑或其它黏合物質,將可膨脹氣囊836 之一部分密封附加於中間晶圓支撐板810之背面812上。 中間晶圓支撐板810之正面814適用於承受晶圓或基材 82 1以進行處理,而彈性體〇環8丨6配置於中間晶圓支撐 板810正面814上之環狀凹槽818中,以接觸晶圓背面之 週邊部分。彈性體〇環8 1 6用以在晶圓背面與中間晶圓支 撐板810之正面間提供一密封裝置。中間晶圓支撐板810 可包括複數個鑽孔或孔洞820延伸穿越此支撐板,支撐板 8 1 0流體連接真空通口,藉以使用提供至晶圓背部之真空 作用力’將晶圓固定於晶圓支撐物上c*可膨脹氣囊並未直 接接觸製程晶圓,因此在晶圓傳輸期間,可明顯地降低切 割或傷害到可膨脹氣囊的危險性。彈性體〇環8丨6最好被 覆蓋或處理’以提供用於接觸晶圓之吸水表面(如上所述 之陰極接觸環之表面),並且彈性體〇環816可依需要而 更換,以確保正確接觸及密封至晶圓。 請再參照第7圖,製程工具720係放置在晶圓支撐組 750的下面。製程工具720通常包括一碗狀物73〇、一容 器主體772、一陽極組774及一過濾器776。陽極組774 可以是配置在容器主體772的下面並接觸到碗狀物73〇之 一較低部分,而過濾器776是配置在陽極組774與容器主 體772之間。容器主體772可以是一圓柱狀主體,且係由 一電性隔絕物質所組成,例如陶瓷、塑膠、耐熱玻璃(壓 克力)、lexane、PVC、CPVC及PVDF。當然,容器主體 第26頁 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ________.-------------^--------!線- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 . .........—--"~一 -- B7 五、發明說明() 7 72可以疋由金屬製成,例如不銹鋼、鎳及鈦,然後再覆 蓋一絕緣層,例如Tefl〇nTM、pvDF、塑膠、橡膠及其它 物質…口而其不會在電解質中溶解,並且可和電極(亦 即电鍍系統足陽極與陰極)電性隔絕。容器主體772是有 大小,並適用於付合透過系統處理之晶圓電鍍面及晶圓形 狀’大把上形狀是圓形或長方形。容器主體772之一實施 例包括一圓柱狀陶备答,t ^ A + j定官其足内部直徑大致相同於或稍大 於晶圓直徑 备器王體772之上部放射狀向外延伸,以形成一環狀 堰77心堰778延伸於電解質收集器74〇之内壁746上方, 用以使電解質能流入電解質收集器74〇中。在製程期間, 堰778之上表面可配置在相同於或高於陰極接觸環722之 接觸面位置的程度上,以確保電解質能接觸到晶圓電鍵 面。在一實施例中,堰778之上表面包括—内部環狀水平 部分780、一中間傾斜部分782及一外部下傾部分78“ 當晶圓被放置在處理位置時,晶圓電鍍面會被放置在容器 主體772之圓柱狀通道中,接著會在陰極接觸環722之較 低表面與堰778之上表面間,形成一個用於使電解質流入 的缝隙。陰極接觸環722之較低表面可被配置在内部環狀 水平部分780及堰778之中間傾斜部分782的上方。外部 下傾部分784傾斜向下,用以使電解質流入電解質收集器 740 中。 容器主體772之較低部分放射狀向外延伸,以形成一 較低環狀凸緣786,用於固定容器主體772至凸緣741中, 第27頁 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) -----—一— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —訂------— l·線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511194 ^^__I___ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 發明說明() 而凸緣741係位於主框架614之主體742上。環狀凸緣786 之外部直彼(亦即周長)小於主框架614之主體742上之通 道743的直徑及電解質收集器740之内部周長,藉以能從 電鍵處理槽640中移除及更換製程工具720。在一實施例 中’複數個螺絲釘788被固定地配置於環狀凸緣786上, 並向下延伸透過相配的螺絲釘孔789,螺絲釘孔789係位 於主框架614之主體742上,而複數個可動式繫牢螺帽790 用以固足製程工具72〇於主框架614之主體742上。在保 養期間’螺帽/螺絲釘結合可達到快速及輕易移除及更換製 程工具720的元件β 碗狀物730固定在容器主體772之環狀凸緣786上, 並放射狀位於主框架614之主體742之凸緣741内部。碗 狀物73G通常包括一圓柱狀部分732及一底部部分734。 上環狀凸緣736從圓柱狀部分732之頂部放射狀向外延 伸。上%狀凸緣7 3 6包括複數個孔洞7 3 7且搭配從容器主 體772之較低環狀凸緣786延伸之螺絲釘738的數量。為 了固定碗狀物730之上環狀凸緣736及容器主體772之較 低環狀凸緣7 8 6,螺絲釘7 3 8會被插入透過孔洞7 3 7 ,而 繫牢螺帽739會被繫牢至螺絲釘738上。密封物787例如 彈性體Ο環會被配置在容器主體772與碗狀物730之間, 並從螺絲釘788放射狀向内,以防止從製程工具72〇渗 漏。上環狀凸緣736之外部直徑(亦即周長)小於主框架614 之主體742上之凸緣741的内部直徑,藉以能從容器主體 772中安裝或移除碗狀物730。 第28頁 本紙張尺度適用中國國家樣準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------I*線 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明() 過濾器776可被附加及完全覆蓋容器主體772之較低 通道(或碗狀物730之上通道)^過滤器776可防止污染微 粒到達基材電鍍面。過濾器776也可用於提供一預期電解 質流動樣式至基材電鍍面,以增進電鍍效果。 陽極組774配置於碗狀物730中之過濾器776的下 面,陽極組774為可動式固定於碗狀物730中。陽極組774 包括一消耗型陽極,用做為電解質中之一金屬源。當然, 陽極組7 7 4可包括一非消耗型陽極,而要被電鍍的金屬係 由電解質補充系統620之電解質内提供。如第7圖所示, 陽極組774包括一金屬源796、一陽極圍艢794及一過濾、 膜778。過濾膜778可包括一吸水膜,用以過遽來自金屬 源796之分解及其它不想要的微粒之副產品(例如陽極沉 殿物)。金屬源7 9 6可包括一可溶解的金屬板,例如用於 銅之電化沉積之高純度銅板。當然,金屬源796可包括金 屬微粒,而此金屬微粒被包圍在多孔狀陽極圍踏或穿孔狀 金屬片中。 一個或數個陽極電極接觸器798被插入透過陽極圍播 794,用以從電源供應器中提供電子連接至金屬源796。陽 極電極接觸器798可以係由無法溶解於電解質中之一導電 物質所製成,例如鈥、白金及覆蓋有白金之不銹鋼β陽極 電極接觸器798延伸透過碗狀物730,並連接至電子電源 供應器中。在一實施例中,陽極電極接觸器79 8包括繫牢 螺帽799之螺紋部分797,用以將陽極電極接觸器798固 定至碗狀物7 3 0中,而密封物例如彈性體墊圈可被配置在 第29頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公f ) ----------:——:IΦ------- 丨訂----------線*^11^ <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194
7 7 A B 五、發明說明( 繫牢螺帽7 9 9與碗狀 用以防止從製程工具720 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 中滲漏。 陽極圍牆794包括一電解皙λ ^ 7Q1 私鮮質入口 791,而電解質入口 791透過碗狀物730之底部部分734連接至電解質供庫管 702。陽極圍牆794也包括一電解質出口 792,而電解質出 口 792連接至電解質補充系統 π 〇^υ。陽極組炙電解質入口, 出口用以金屬分解來自金屬源之可溶解金屬。 製程碗狀物730包括一電解質入口 7〇4,其以可解開 式連接電解質供應管7〇2。電解質供應管7〇2用於提供* 要電解質流量至電鍍槽中,以進行電化沉積製程。電解 入口 704及電解質供應管702可經由一可解開的連接器 互連接,而可輕易移除及更換製程工具72〇。當製程工 720需要進行保養時,從製程工具72〇中排出電解質, 停止及排乾電解質供應管中之電解質流量。從電解質入 704中解開用於電解質供應管之連接器,並中斷陽極組774 之電子連接狀態。舉起或旋轉頭組710,以提供移動式 潔製程工具720。接著從主框架614中移除製程工具720 然後以新的或已修復的製程工具取代安裝至主框架 中。 當然,可以從容器主體772中將碗狀物730和陽極 過濾器一起移除來進行保養。在這種情形下,移除用 固定碗狀物730及容器主體772之螺帽及用於將陽極 774固定至碗狀物730上之螺帽,藉以移除碗狀物730 陽極組774。新的或已修復的陽極組可被放置及固定到 第30頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公t ) 主 質 相 具 並 清 614 於 組 及 ------I ---.----------^--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 A7 B7 五、發明說明() 狀物730中,而碗狀物730可被重新固定於容器主體772 上。 第9圖為電解質補充系統620的示意圖0電解$ _ & 系統620用以提供電解質至電鍍處理槽中來進行電梦製 程。電解質補充系統620通常包括一主電解槽9〇2、一巧 量模組903、一過濾模組905、一化學分析器模組916及 一電解質廢棄處理系統922,而電解質廢棄處理系統922 經由電解質廢棄排出管920連接至分析器模組916。一個 或數個控制器用以控制主槽902中之電解賢的組成及電解 質補充系統620的操作,控制器可獨立地操作,但整合電 鍍系統平台600之控制系統622。 主電解槽902提供電解質之一儲藏槽並包括一電解質 供應管912,而電解質供應管912透過一個或數個流體聚 浦908及闕門907連接至任一電鍍處理槽。熱交換器924 或加熱器/冷卻器配置在主槽902之熱連接處上,用以控制 儲存在主槽902中之電解質的溫度。熱交換器924連接至 控制器9 10,且係由控制器9 1 〇來控制操作。 劑量模組903經由一供應管連接至主槽9〇2 ,並包括 複數個來源槽906或供給瓶、複數個閥門9〇9及一控制器 911。來源槽906含有用於組成電解質所需之化學物,且 一般包括用於組成電解質之一解離子水來源槽及硫酸銅 (CuSCU)來源槽^其它的來源槽9〇6可含有氫硫酸、氣化 氫及各種添加物例如甘醇。各來源槽最好是有顏色標示, 且具有一獨特的相配出口連接器,而適用於連接劑量模組 第31頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公 -----IL——/IIMW (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- 線, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511194 A7 一丨丨 ___B7 _ 五、發明說明() 中之相配入口連接器。經由顏色標示來源槽及使來源槽具 有獨特的連接器,當要交換或更替來源槽時,將可使經由 人類操作者導致的錯誤能明顯地降低^ 解離子水來源槽最好是也能在保養期間,提供解離子 水至系統中來清洗系統。結合各來源槽906之閥門909用 以調節進入主槽902中之化學物的流量,且其可以是任何 種類之商業上可用的閥門,例如蝴蝶閥、節流閥及類似 者。閥門909的觸發係由控制器911來完成,且其最好是 連接系統控制器622以接收來自其之信號。 電解質過濾模組905包括複數個過濾槽904 ^電解質 回管914連接於任一處理槽與一個或數個過濾槽904之 間。在電解質返回主槽902以再利用之前,過濾槽904會 將用過的電解質中之不要的内容物移除掉。主槽902也連 接至過濾槽904,用以再循環及過濾主槽902中的電解 質。透過過濾槽904使來自主槽902之電解質再循環,電 解質中之不要的内容物會被過濾槽904連續不斷地移除, 以維持純度的一致性。此外,再循環主槽902與過濾模組 905間之電解質,將可使電解質中的各種化學物被徹底地 混合 電解質補充系統620也包括一化學分析器模組9 1 6, 用以提供電解質之化學混合物之即時的化學分析。分析器 模組916經由一樣品管線913流體式耦接主槽902,然後 再經由出口管線92 1耦接廢棄處理系統922。分析器模組 916通常包括至少一分析器及一控制器,而上述控制器用 第32頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -----ili線一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511194 五、發明說明() 以操作刀析器。要求用於一特殊處理工具之分析器的數量 係依據电解質〈混合物而定。舉例來說,第一分析器可用 於監視有機物質的濃度,則需要有第二分析器用於監视無 機化予物。在第9圖所示之特定實施例中,化學分析器模 ,且9 1 6包括一自動滴定法分析器9丨5及一循環伏特法剥離 益(CVS)91 7。這兩個分析器可在商業上從各種供應者中取 得。較佳的自動滴定法分析器為parker 所提供, 而較佳的循環伏特法剝離器為ECI所提供。自動滴定法分 析器9 1 5用以確疋我機物質的濃度,例如氯化鋼及酸性物 質CVS 9 1 7用以確定有機物質的濃度,例如可用在電解 質中的各種添加物,以及會從處理槽返回主槽9〇2中之在 處理時產生的副產品。 第9圖之分析器模組僅是用做說明。在另一實施例 中’各分析器可經由一分離的供應管線耦接主電解槽,且 係可以是經由不同的控制器來操作。熟習此項技藝者將可 得知其它的實施例β 在操作中,電解質樣品會經由樣品管線9 1 3流入到分 析器模組9 1 6中。雖然可以週期性地流入此樣品,但較佳 的是’維持連續不斷的電解質流量至分析器模組9丨6中β 此樣品的一部分會被遞送至自動滴定法分析器9 1 5,而一 部分會被遞送至CVS917中,用以做適當的分析。為了要 產生資料,控制器919會起始命令信號來操作分析器915, 917。來自化學分析器915,917的資訊接著會被傳輸至控 制系統622中。控制系統622會處理此資訊,並將包括使 第33頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ 297公f ) ----------—----- i訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制代 511194 A7 _B7 五、發明說明( 用者定義化學劑量參數的信號傳送至劑量控制器9 1 1中。 經由操作一個或數個閥門909而藉以在整個電鍍製程中維 持一預期且最好是定值的電解質化學混合物,此被接收到 的資訊會被提供用於對來源化學補充速率做即時的調 整。來自分析器模組之廢棄電解質接著會經由出口管線 921流入到廢棄處理系統922中。 雖然較佳實施例係利用即時的監視和調整電解質,但 依照本發明,可使用各種可選擇的方案。舉例來說,可透 過操作者觀測由化學分析器模組9 1 6提供的輸出值,以人 工控制劑量模組9 0 3。系統軟體可用於自動即時調整模式 和操作者(人工)模式。此外,雖然第9圖顯示出數個控制 器,但也可使用單一控制器來操作系統的各種元件,例如 化學分析器模組916、劑量模組903及熱交換器924。熟 習此項技藝者將可得知有其它種實施例。 電解·質補充系統620也包括一電解質廢棄排出管920 連接至電解質廢棄處理系統922,而電解質廢棄處理系統 922用於安全的處理用過的電解質、化學物及其它用在電 鍍系統中的流體。電鍍槽可包括一導引管線連接至電解質 廢棄排出管920或電解質廢棄處理系統922 ,用以排乾電 鍍槽而不會使電解質回到電解質補充系統620中。電解質 補充系統6 2 0也可包括一排放管’用以將過量的電解質排 放至電解質廢棄排出管920中。 電解質補充系統620也可包括一個或數個排氣模組 930,用於移除來自電解質中之不要的氣體。排氣模組通 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公t ) ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
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AT B7 五、發明說明( 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 常包括一薄膜用於分離經過排氣模組而來自流體的氣 體,以及一真空系統用於移除此排放氣體。排氣模組93〇 可被放置在鄰近處理槽640之電解質供應管線912上的管 線中。可將排氣模組930放置在儘可能的接近處理槽64〇 的地方,藉以使來自電解質補充系統之大多數氣體能在電 解質進入處理槽之前被排氣模組移除掉。在一實施例中, 各排氣模組930包括兩個出口,用以供應已排氣電解質至 各處理站618之兩個處理槽64〇中。當然,可提供一個 氣模組930用於各個處理槽。舉例來說,排氣模組可被 置在電解質補充系統的任何位置中,例如可在過遽區中 或在具有王槽或處理槽之閉迴路系統中。在另一範例中 一個排氣模組具有同軸放置之電解質供應管線912,用μ 將已排氣電解質提供至電化沉積系統之所有處理槽6切 中。再者,各自的排氣模組具有同軸或閉迴路放置之解 子水供應管線,用於從解離子水來源中移除氧氣。由於 離子水係用於沖洗加工基材,故較佳是在自由氧氣到 SRD模組前將之從解離子水中移除掉,藉以使電鍍銅較 會在沖洗過程中被氧化。排氣模組如同熟習者所知,其 商業實施例通常可用於各種不同的應用中。商業上可取 的排氣模組如 Millipore Corporation,located in Massachusettes 所提供者· 雖然未顯示於第9圖中,但電解質補充系統可 括許多的其它種元件,舉例來說,電解質補充系統62〇 佳是也包括一個或數個附加的化學物儲存槽以做為水主 第35頁 排 放 以 離 解 達 不 之 包 較 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂------- •線·. . _________..........-……… . ___ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公t 511194
五、發明說明() 洗系統,例如SRD站。也可使用含雙管線之危險物質連接 物,藉以在系統中提供化學物之安全輸送。可選擇的是, 電解質補充系統620包括附加或外部電解質處理系統之連 接物,以提供附加的電解質至電解質系統中β 清再參照第6圖,電鍍系統平台6〇〇包括一控制系統 622 ,用以控制平台之各元件的功能。控制系統622可被 安裝在王框架614上,並且包括一可程式微處理器。可程 式微處理器一般是使用一軟體來進行程式化,而此軟體係 被特別设计用於控制電鍍系統平台6 〇 〇之各個元件。控制 系統622也會提供電子電源至系統之元件中,並且包括一 控制面板以使操作者能監視及操作電鍍系統平台6〇0。控 制面板可以是一單獨放置模組,此模組透過一電纜連接至 控制系統622,並提供輕易存取給操作者。一般來說,控 制系統622搭配負載站610、SRD站612、主框架614及 處理站6 1 8之操作。此外,控制系統622搭配電解質補充 系統6 2 0之控制器,以提供用於電鍍製程之電解質。 下述為透過第6爵所示之電鍍系統平台6〇〇之典型晶 圓電鍍製程步驟的說明。將含有複數個晶圓之晶圓匣負載 至電鍍系統平台600之負載站610之晶圓匣接收區624 中。負載站傳輸機械手臂628從晶圓匣之一晶圓槽中拿起 一晶圓,然後將此晶圓放置在晶圓定位器630中。晶圓定 位器630會確定及定位晶圓至一預期方位,以透過系統處 理。負載站傳輸機械手臂628接著會從晶圓定位器630傳 輸此定位晶圓,並將此晶圓放置在SRD站6 1 2之晶圓窗口 第36頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公t ) --------:丨丨卜丨考 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂i 丨1·-線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 Α7 Β7 五、發明說明() 匣638之其中一個晶圓槽中。主框架傳輸機械手臂642從 晶圓窗口匣63 8中拿起晶圓,並放置此晶圓以經由鰭狀機 械手臂648來傳輸。鰭狀機械手臂648在晶圓下旋轉其之 機械手臂葉片,並從主框架傳輸機械手臂葉片中拿起晶 圓。鰭狀機械手臂葉片上之真空吸握器將晶圓固定在此鰭 狀機械手臂葉片上,隨後鰭狀機械手臂會將晶圓從面朝上 位置翻轉至面朝下位置。鰭狀機械手臂648旋轉及放置面 朝下之晶圓於晶圓支撐組750中。此晶圓會被放置在晶圓 支撐物764下面,但在陰極接觸環766上面。鰭狀機械手 臂648接著會放開晶圓,並將晶圓放置到陰極接觸環766 中。晶圓支撐物764朝著晶圓的方向移動,而真空盤會將 晶圓固定在晶圓支撐物764上。晶圓支撐組750上之氣囊 組770會產生面對晶圓背部之壓力,以確保晶圓電鍍面及 陰極接觸環766間之電性接觸。 頭組‘ 752會被降低至製程工具720上的一處理位置 中。在這個位置中,晶圓位於堰778之上平面的下面,並 接觸製程工具720中的電解質〇電源供應器會被觸發以提 供電子功率(亦即電壓極電流)至陰極和陽極中,以進行電 鍍製程操作。在電鍍製程期間,電解質通常會被持續地抽 送至製程工具中。控制系統622會控制供應至陰極和陽極 之電子功率及電解質之流量,以達到預期的電鍍結果。頭 組可以旋轉,藉以能降低頭組以接觸電解質。 在本發明之一實施例中,可以使用含有高抗性電解質 之電鍍槽來執行電鍍製程。對銅金屬化而言,電解質可包 第37頁 本紙張尺度賴㈣國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公f ) -------1 — -1 —-------1 ---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明() 括CuS04具有在大約〇.5M與大約1.1M間之一分子濃度、 HC1具有在大約lOppm與大約lOOOppm間之一濃度、 載體添加物具有在大约5 ml/1與大約40 ml/1間之〆濃度 及Ηβ〇4具有小於大約〇·4%之一濃度❶特徵結構之金屬 化或填充製程,可經由提供大約1 mA/cm2至1〇 mA/cm2 間之第一電源密度至電鍍面(亦即晶種層)並持績大约1(> 秒至大约30秒,隨後提供大約1〇 mA/cm2至大约80 mA/cm2間之第二電源密度並持續大約6〇秒至大約I20秒 來完成。在電鍍製程期間,電解質之流速是介於2 gpm與 大約4·5 gpm之間。不需基材旋轉來達成均勻沉積結果。 在完成電鍍製程之後,頭組7 1 0舉起晶圓支撐組,並 從電解質中移除晶圓。頭組可以旋轉一段時間,以增進來 自晶圓支撐組之殘餘電解質的移除效能。晶圓支撐物之真 空盤及氣囊組接著會從晶圓支撐物中放開晶圓,而晶圓支 撐物會被、舉起藉以使鰭狀機械手臂葉片從陰極接觸環中 拿起此加工晶圓。鳍狀機械手臂會在陰極接觸環之加工晶 圓背部的上面旋轉鰭狀機械手臂葉片,並使用鰭狀機械手 臂葉片上之真空吸握器來拿起晶圓。鰭狀機械手臂旋轉鰭 狀機械手臂葉片使晶圓離開晶圓支撐組,翻轉晶圓使其從 一面朝下位置成為一面朝上位置,以及將晶圓放置在主框 架傳输機械手臂葉片上。主框架傳輸機械手臂接著傳輸及 放置加工晶圓於SRD模組636上。SRD晶圓支撐物舉起 晶圓’而主框架傳輸機械手臂葉片收回離開SRD模組 636。使用如上所詳述之解離子水或解離子水與清洗流體 第38頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規烙(210 X 297公餐) ' — — III — — — — — — ---------toll — — —--- ί請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 A7
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明() 之結合者,在SRD模組中清洗晶圓。晶圓接著會被傳輸離 開SRD模組。負載站傳輸機械手臂628從SRD模組636 中拿起晶圓,並將此加工晶圓傳輸至晶圓匣中。當然,此 加工晶圓可被傳輸至RTA室611中來進行回火處理製 程,藉以增進沉積物質的特性。經回火晶圓接著會經由負 載站傳輸機械手臂628而被傳輸離開RTA室611 ,並被放 回到從電鍍系統中移除之晶圓匣中。可以在本發明之電鍍 系統平台600中,大體同時於複數個晶圓上完成上述步 驟0 範例 本發明提供一種在基材上填充次微米特徵結構的方 法’包括反應性預清洗基材;使用高密度電漿物理氣相沉 積法沉積阻障層於基材上;使用高密度電漿物理氣相沉積 法沉積晶種層於阻障層上;以及,使用高抗性電解質電化 沉積金屬,並在第一沉積時期期間提供第一電流密度, 然後在第二沉積時期期間提供第二電流密度。沉積阻障 廣及沉積晶種層的步驟都是在一高密度電漿反應室中執 行的’而電鍍製程是在一電鍍槽中執行的。 傳輸具有次微米、高深寬比内連接特徵結構之基材至 預清洗反應室中以開始預清洗過程。導入包括大約5%氫 氣和大约95%氦氣之一預清洗氣體混合物至該反應室 中’以及維持反應室壓力在大約80 mTorr。提供大約450 W和2·0 MHz之RF功率至線圈中,以及偏壓基材支撐物 第39頁 本紙張又度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公t ) --II —---II-— ---I I ---I ^ · I I I I---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 511194 A7 B7 五、發明說明() 在大約40 W。此反應性預清洗過程在大約60秒中完成。 傳輸此基材至HDP-PVD室中以沉積阻障層例如鈕阻 障層。用於電漿濺鍍製程之製程氣體例如氬會被流入到反 應室中,並維持反應室壓力在大約20 mTorr。以大約1 kW DC來偏壓靶台,並以大約2 kW之RF功率偏壓HDP-PVD 室之線圈。偏壓基材支撐物在具有大約50%工作週期之 1 3 · 5 6 Μ Η z之大約3 5 0 W。對具有小於大約0 · 3 5 μ m開口寬 度及大於4 : 1高:寬深寬比之特徵結構來說,要沉積具 有大約150 A膜厚度之阻障層於内連接特徵結構之表面 上,大約需花費1 8秒來完成阻障層沉積製程。 揍著傳輸此基材至另一 HDP-PVD室中以沉積晶種層 例如銅晶種層。用於電漿濺鍍製程之製程氣體例如氬會被 流入到反應室中,並維持反應室壓力在大約40 mT〇rr。使 此反應室狀況保持穩定大約60秒。以大約1 kW DC偏壓 靶台,以,及以大約3 kW之RF功率偏壓HDP-PVD室之線 圈,以開始沉積製程。偏壓基材支撐物在具有大約50%工 作週期之13.56 MHz之大約350W。維持基材支撐物的溫 度在大約攝氏30度。對具有小於大約〇·35 μιη開口寬度 及大於4: 1之高:寬深寬比之特徵結構來說,要沉積具 有大約1 000 Α膜厚度之晶種層於阻障層上之内連接特徵 結構表面上,大約需花費25秒來完成晶種層沉積製程。 以偏壓功率暫時斷絕靶台及線圈,使此沉積製程暫停大約 6〇秒。在60秒冷卻期間過後,再繼績沉積製程。晶種層 沉積製程會持續大約25額外秒來沉積具有大約1000 膜 第40頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------I線一 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 511194
AT ___R7_ ——— ___ 五、發明說明() 厚度之另一晶種層。 接著傳輸此基材至電化沉積系統中,並使用電化沉積 或含有高抗性電解質之電鍍槽填充基材上之内連接特徵 結構。對銅金屬化而言,電解質包括CuS〇4具有在大約 〇·5Μ與大約1.1M間之一分子濃度、HC1具有在大約50 ppm與大約1〇〇 ppm間之一濃度、一載體添加物具有在大 約12.5 ml/1與大約20 ml/1間之一濃度及H2S〇4具有小於 大約0.2%之一濃度。特徵結構之金屬化或填充製程,可經 由提供大約2 mA/cm2之第一電源密度至電鍍面(亦即晶種 層)並持續大約18秒,隨後提供大約40 mA/cm2之第二電 源密度並持續大約90秒來完成。在電鍍製程期間,電解 質之流速是介於2 gpm與大約4·5 gpm之間。不需基材旋 轉來達成均勻沉積結果。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用 以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之 精神和範圍内,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明 之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 --------------------^ ---------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第41頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱)

Claims (1)

  1. 511194 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 六、申請專利範圍 1.-種在-基材上填充次微米特徵結構的方法,該方法至 少包括下列步驟: a) 反應性預清洗該基材; b) 使用高密度電漿物理氣相沉積法,沉積一阻障層 於該基材上; C)使用高密度電漿物理氣相沉積法,沉積一晶種層 於該阻障層上;以及 曰 d)使用一高抗性電解質電化沉積一金屬,在一第一 沉積時期期間,提供一第一電流密度,然後在一第二 沉積時期期間,提供一第二電流密度。 2·如申請專利範圍第i項所述之方法,其中該電化沉積金 屬是銅。 3·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該反應性預清 洗該基材之步驟至少包括下列步驟: 1)導入包括5%氫氣和95%氦氣之一預清洗氣體混合 物至該反應室中; ii)維持反應室壓力在大約80 mT0rr ; iii)提供大約450 W和大約2·〇 MHz之RF功率至 一線圈中;以犮 iv)偏壓一基材支撐物在大約40 W。 4·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該沉積一阻障 第42頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公餐) (請先閱讀背面之注意事項再本頁) m. 訂· 參 511194 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 層之步驟至少包括下列步驟: i) 提供大約1 kW DC功率至一靶台; ii) 提供大約2 kW之RF功率至一線圈; iii) 維持反應室壓力在大約20 mTorr ;以及 iv) 偏壓一基材支撐物在具有大約一 5〇%工作週期之 13·56 MHz 之大約 350W。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該沉積一晶種 層之步驟至少包括下列步驟: i) 提供大約1 kW DC功率至一靶台; ii) 提供在大約2 kW至大約3 kW間之RF功率至一 線圈; iii) 維持反應室壓力在大約40 mTorr ;以及 ίν)維持溫度在大約攝氏30度。 6·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該金屬係使用 一電解質來電化沉積,該電解質包括CuS〇4具有在大約 0.5M與大約lelM間之一分子濃度。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該金屬係使用 一電解質來電化沉積,該電解質包括HC1具有在大約50 ppm與大約1〇〇 ρρπι間之一濃度。 8.如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該金屬係使用 第43頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇 χ 297公釐) (請先-M讀背面之注意事項再填寫本頁) % 抑ai. · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 ΒβSI 一電解質來電化沉積,讀 19 ς W1 , €解質包括一載體添加物具有 在大約12·5 ml/ι與大约 20 間之一濃度。 9·如申請專利範圍第1項所 、 一啦艇傲也♦几、* 又方法’其中該金屬係使用 屯解免來電化沉積,謗 〇%與0.2%間之一濃度。解質包括H2S〇4具有在大约 10·如申請專利範圍第1項所述之 度為大約2 mA/cm2,而該第 方法,其中該第一電流密 時期為大約1 8秒, 11·如申請專利範圍第i项所 度為大約2mAW,而該广万法,其中該第二電流 弟一時期為大約90秒。 12.如申請專利範圍第1項 金屬之.步驟,更包括在L第…法,其中該電化沉積 密度。 二時期期間提供一第三電 13 ·如申請專利範圍第1 , 流入在2 gpm與大約之方法’其中該金屬係經 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ¾ Lal. 參 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 積 gpm間之該電解質來電化 14·如申請專利範圍第1項斤迷之方法,其中沉積嗲句 之該步驟至少包括下列步磲: 躓^印種i)沉積厚度為大約埃之1 —晶種層: 第44頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 511194 A8 B8 €8 _D8 申請專利範圍 ii) 暫停大約60秒;以及 iii) 沉積厚度為大約1〇〇〇埃之一第二晶種層。 15.如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該第一及第 二晶種層之沉積步驟包括: i)提供大約1 kW DC功率至一靶台; ii)提供在大約2 kW至大約3 kW間之RF功率至 一線圈; iii) 維挣反應室壓力在大約4〇mTorr;以及 iv) 維持溫度在大約攝氏3〇度 16·如申請專利範圍第15項所述之方法,其中在沉積該第 一晶種層之前,使該反應室狀況保持穩定大約6〇秒。 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) ii· 經濟部智慧財產局員Η消費合作杜印制衣
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Families Citing this family (66)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6258220B1 (en) * 1998-11-30 2001-07-10 Applied Materials, Inc. Electro-chemical deposition system
US6413388B1 (en) * 2000-02-23 2002-07-02 Nutool Inc. Pad designs and structures for a versatile materials processing apparatus
US6534116B2 (en) * 2000-08-10 2003-03-18 Nutool, Inc. Plating method and apparatus that creates a differential between additive disposed on a top surface and a cavity surface of a workpiece using an external influence
US7351315B2 (en) * 2003-12-05 2008-04-01 Semitool, Inc. Chambers, systems, and methods for electrochemically processing microfeature workpieces
US7351314B2 (en) * 2003-12-05 2008-04-01 Semitool, Inc. Chambers, systems, and methods for electrochemically processing microfeature workpieces
US7014887B1 (en) * 1999-09-02 2006-03-21 Applied Materials, Inc. Sequential sputter and reactive precleans of vias and contacts
US8696875B2 (en) 1999-10-08 2014-04-15 Applied Materials, Inc. Self-ionized and inductively-coupled plasma for sputtering and resputtering
US20030116427A1 (en) * 2001-08-30 2003-06-26 Applied Materials, Inc. Self-ionized and inductively-coupled plasma for sputtering and resputtering
US10047430B2 (en) 1999-10-08 2018-08-14 Applied Materials, Inc. Self-ionized and inductively-coupled plasma for sputtering and resputtering
US6458251B1 (en) * 1999-11-16 2002-10-01 Applied Materials, Inc. Pressure modulation method to obtain improved step coverage of seed layer
TW507312B (en) * 2000-02-04 2002-10-21 Philips Electron Optics Bv Particle-optical apparatus, and object carrier therefor
US6921551B2 (en) 2000-08-10 2005-07-26 Asm Nutool, Inc. Plating method and apparatus for controlling deposition on predetermined portions of a workpiece
US6436267B1 (en) * 2000-08-29 2002-08-20 Applied Materials, Inc. Method for achieving copper fill of high aspect ratio interconnect features
US20040170753A1 (en) * 2000-12-18 2004-09-02 Basol Bulent M. Electrochemical mechanical processing using low temperature process environment
US7172497B2 (en) * 2001-01-05 2007-02-06 Asm Nutool, Inc. Fabrication of semiconductor interconnect structures
US6852618B2 (en) * 2001-04-19 2005-02-08 Micron Technology, Inc. Combined barrier layer and seed layer
JP3727277B2 (ja) * 2002-02-26 2005-12-14 Necエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
US6670308B2 (en) * 2002-03-19 2003-12-30 Ut-Battelle, Llc Method of depositing epitaxial layers on a substrate
US6905622B2 (en) * 2002-04-03 2005-06-14 Applied Materials, Inc. Electroless deposition method
US6899816B2 (en) 2002-04-03 2005-05-31 Applied Materials, Inc. Electroless deposition method
US20030188975A1 (en) * 2002-04-05 2003-10-09 Nielsen Thomas D. Copper anode for semiconductor interconnects
US6803309B2 (en) * 2002-07-03 2004-10-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd Method for depositing an adhesion/barrier layer to improve adhesion and contact resistance
US7504006B2 (en) 2002-08-01 2009-03-17 Applied Materials, Inc. Self-ionized and capacitively-coupled plasma for sputtering and resputtering
US6784096B2 (en) * 2002-09-11 2004-08-31 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for forming barrier layers in high aspect ratio vias
US6821909B2 (en) * 2002-10-30 2004-11-23 Applied Materials, Inc. Post rinse to improve selective deposition of electroless cobalt on copper for ULSI application
US20050050767A1 (en) * 2003-06-06 2005-03-10 Hanson Kyle M. Wet chemical processing chambers for processing microfeature workpieces
US20050034977A1 (en) * 2003-06-06 2005-02-17 Hanson Kyle M. Electrochemical deposition chambers for depositing materials onto microfeature workpieces
JP2005029818A (ja) * 2003-07-09 2005-02-03 Ebara Corp めっき方法
US7654221B2 (en) * 2003-10-06 2010-02-02 Applied Materials, Inc. Apparatus for electroless deposition of metals onto semiconductor substrates
US7827930B2 (en) * 2004-01-26 2010-11-09 Applied Materials, Inc. Apparatus for electroless deposition of metals onto semiconductor substrates
US20070111519A1 (en) * 2003-10-15 2007-05-17 Applied Materials, Inc. Integrated electroless deposition system
US7465358B2 (en) * 2003-10-15 2008-12-16 Applied Materials, Inc. Measurement techniques for controlling aspects of a electroless deposition process
US7064065B2 (en) * 2003-10-15 2006-06-20 Applied Materials, Inc. Silver under-layers for electroless cobalt alloys
TW200530427A (en) * 2003-10-17 2005-09-16 Applied Materials Inc Selective self-initiating electroless capping of copper with cobalt-containing alloys
US7341946B2 (en) * 2003-11-10 2008-03-11 Novellus Systems, Inc. Methods for the electrochemical deposition of copper onto a barrier layer of a work piece
US7319920B2 (en) * 2003-11-10 2008-01-15 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for self-calibration of a substrate handling robot
US20060003570A1 (en) * 2003-12-02 2006-01-05 Arulkumar Shanmugasundram Method and apparatus for electroless capping with vapor drying
US7256111B2 (en) * 2004-01-26 2007-08-14 Applied Materials, Inc. Pretreatment for electroless deposition
US20050230350A1 (en) 2004-02-26 2005-10-20 Applied Materials, Inc. In-situ dry clean chamber for front end of line fabrication
US7438949B2 (en) * 2005-01-27 2008-10-21 Applied Materials, Inc. Ruthenium containing layer deposition method
US20060162658A1 (en) * 2005-01-27 2006-07-27 Applied Materials, Inc. Ruthenium layer deposition apparatus and method
WO2006102180A2 (en) 2005-03-18 2006-09-28 Applied Materials, Inc. Contact metallization methods and processes
TW200734482A (en) 2005-03-18 2007-09-16 Applied Materials Inc Electroless deposition process on a contact containing silicon or silicide
US7651934B2 (en) 2005-03-18 2010-01-26 Applied Materials, Inc. Process for electroless copper deposition
US20060246727A1 (en) * 2005-04-27 2006-11-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Integrated dual damascene clean apparatus and process
US20070071888A1 (en) * 2005-09-21 2007-03-29 Arulkumar Shanmugasundram Method and apparatus for forming device features in an integrated electroless deposition system
US7389645B2 (en) * 2005-11-04 2008-06-24 Applied Materials, Inc. Radiation shield for cryogenic pump for high temperature physical vapor deposition
US8226769B2 (en) * 2006-04-27 2012-07-24 Applied Materials, Inc. Substrate support with electrostatic chuck having dual temperature zones
US9275887B2 (en) 2006-07-20 2016-03-01 Applied Materials, Inc. Substrate processing with rapid temperature gradient control
US8500985B2 (en) 2006-07-21 2013-08-06 Novellus Systems, Inc. Photoresist-free metal deposition
US7732329B2 (en) * 2006-08-30 2010-06-08 Ipgrip, Llc Method and apparatus for workpiece surface modification for selective material deposition
US8435379B2 (en) 2007-05-08 2013-05-07 Applied Materials, Inc. Substrate cleaning chamber and cleaning and conditioning methods
US7867900B2 (en) 2007-09-28 2011-01-11 Applied Materials, Inc. Aluminum contact integration on cobalt silicide junction
US20090182454A1 (en) * 2008-01-14 2009-07-16 Bernardo Donoso Method and apparatus for self-calibration of a substrate handling robot
US8666551B2 (en) * 2008-12-22 2014-03-04 Asm Japan K.K. Semiconductor-processing apparatus equipped with robot diagnostic module
US8476162B2 (en) * 2010-10-27 2013-07-02 Applied Materials, Inc. Methods of forming layers on substrates
US9005409B2 (en) * 2011-04-14 2015-04-14 Tel Nexx, Inc. Electro chemical deposition and replenishment apparatus
US20140262749A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Intermolecular, Inc. Methods of Plasma Surface Treatment in a PVD Chamber
JP5749302B2 (ja) * 2013-08-20 2015-07-15 株式会社荏原製作所 めっき方法
GB201316446D0 (en) 2013-09-16 2013-10-30 Spts Technologies Ltd Pre-cleaning a semiconductor structure
US9303329B2 (en) 2013-11-11 2016-04-05 Tel Nexx, Inc. Electrochemical deposition apparatus with remote catholyte fluid management
KR102478317B1 (ko) * 2015-04-08 2022-12-16 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 시스템
US10276504B2 (en) * 2017-05-17 2019-04-30 Northrop Grumman Systems Corporation Preclean and deposition methodology for superconductor interconnects
CN110957265A (zh) * 2018-09-27 2020-04-03 长鑫存储技术有限公司 半导体互连结构及其制备方法
US11508617B2 (en) 2019-10-24 2022-11-22 Applied Materials, Inc. Method of forming interconnect for semiconductor device
US11257677B2 (en) 2020-01-24 2022-02-22 Applied Materials, Inc. Methods and devices for subtractive self-alignment

Family Cites Families (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4301A (en) * 1845-12-11 Ebenezbr barrows
US271A (en) * 1837-07-17 George wilbur
US22363A (en) * 1858-12-21 Edward k
US63064A (en) * 1867-03-19 Jacob b
US3649509A (en) 1969-07-08 1972-03-14 Buckbee Mears Co Electrodeposition systems
US3770598A (en) 1972-01-21 1973-11-06 Oxy Metal Finishing Corp Electrodeposition of copper from acid baths
BE833384A (fr) 1975-03-11 1976-03-12 Electrodeposition du cuivre
US4326940A (en) 1979-05-21 1982-04-27 Rohco Incorporated Automatic analyzer and control system for electroplating baths
US4336114A (en) 1981-03-26 1982-06-22 Hooker Chemicals & Plastics Corp. Electrodeposition of bright copper
US4376685A (en) 1981-06-24 1983-03-15 M&T Chemicals Inc. Acid copper electroplating baths containing brightening and leveling additives
EP0076569B1 (en) 1981-10-01 1986-08-27 EMI Limited Electroplating arrangements
US4789445A (en) 1983-05-16 1988-12-06 Asarco Incorporated Method for the electrodeposition of metals
SE454566B (sv) * 1984-04-24 1988-05-16 Lars G I Hellgren Farmaceutisk komposition innehallande en verksam mengd av vattenlosliga proteinaser som extraherats fran ett vattenlevande djur valt av ordningen euphausiaceae eller slektet mallotus
JPS61270394A (ja) * 1985-05-24 1986-11-29 Matsushita Refrig Co 伝熱管の製造方法
JPS63118093A (ja) 1986-11-05 1988-05-23 Tanaka Electron Ind Co Ltd 電子部品の錫めつき方法
US5092975A (en) 1988-06-14 1992-03-03 Yamaha Corporation Metal plating apparatus
US5316974A (en) 1988-12-19 1994-05-31 Texas Instruments Incorporated Integrated circuit copper metallization process using a lift-off seed layer and a thick-plated conductor layer
US5039381A (en) 1989-05-25 1991-08-13 Mullarkey Edward J Method of electroplating a precious metal on a semiconductor device, integrated circuit or the like
US5055425A (en) 1989-06-01 1991-10-08 Hewlett-Packard Company Stacked solid via formation in integrated circuit systems
US5256274A (en) 1990-08-01 1993-10-26 Jaime Poris Selective metal electrodeposition process
US5178739A (en) 1990-10-31 1993-01-12 International Business Machines Corporation Apparatus for depositing material into high aspect ratio holes
US5232871A (en) 1990-12-27 1993-08-03 Intel Corporation Method for forming a titanium nitride barrier layer
US5174886A (en) * 1991-02-22 1992-12-29 Mcgean-Rohco, Inc. High-throw acid copper plating using inert electrolyte
JP2697773B2 (ja) 1991-03-11 1998-01-14 日本エレクトロプレイテイング・エンジニヤース 株式会社 メッキ方法
JP2635267B2 (ja) 1991-06-27 1997-07-30 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Rfプラズマ処理装置
JPH0529254A (ja) 1991-07-24 1993-02-05 Sony Corp 配線形成方法
US5371042A (en) 1992-06-16 1994-12-06 Applied Materials, Inc. Method of filling contacts in semiconductor devices
US5486492A (en) 1992-10-30 1996-01-23 Kawasaki Steel Corporation Method of forming multilayered wiring structure in semiconductor device
CA2082771C (en) 1992-11-12 1998-02-10 Vu Quoc Ho Method for forming interconnect structures for integrated circuits
US5328589A (en) 1992-12-23 1994-07-12 Enthone-Omi, Inc. Functional fluid additives for acid copper electroplating baths
US5654232A (en) 1994-08-24 1997-08-05 Intel Corporation Wetting layer sidewalls to promote copper reflow into grooves
US5645232A (en) * 1994-10-31 1997-07-08 Staples; Wesley A. Tank cleaning apparatus and method
US5607542A (en) 1994-11-01 1997-03-04 Applied Materials Inc. Inductively enhanced reactive ion etching
US5613296A (en) 1995-04-13 1997-03-25 Texas Instruments Incorporated Method for concurrent formation of contact and via holes
US5534460A (en) 1995-04-27 1996-07-09 Vanguard International Semiconductor Corp. Optimized contact plug process
US5516412A (en) 1995-05-16 1996-05-14 International Business Machines Corporation Vertical paddle plating cell
US5660682A (en) 1996-03-14 1997-08-26 Lsi Logic Corporation Plasma clean with hydrogen gas
JPH1041389A (ja) 1996-07-24 1998-02-13 Sony Corp 半導体装置の製造方法
US6174425B1 (en) * 1997-05-14 2001-01-16 Motorola, Inc. Process for depositing a layer of material over a substrate
EP1034566A1 (en) * 1997-11-26 2000-09-13 Applied Materials, Inc. Damage-free sculptured coating deposition
US7244677B2 (en) * 1998-02-04 2007-07-17 Semitool. Inc. Method for filling recessed micro-structures with metallization in the production of a microelectronic device
EP1019954B1 (en) * 1998-02-04 2013-05-15 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for low-temperature annealing of electroplated copper micro-structures in the production of a microelectronic device
DE69929967T2 (de) * 1998-04-21 2007-05-24 Applied Materials, Inc., Santa Clara Elektroplattierungssystem und verfahren zur elektroplattierung auf substraten
US6113771A (en) * 1998-04-21 2000-09-05 Applied Materials, Inc. Electro deposition chemistry
US6187682B1 (en) * 1998-05-26 2001-02-13 Motorola Inc. Inert plasma gas surface cleaning process performed insitu with physical vapor deposition (PVD) of a layer of material
US6074544A (en) 1998-07-22 2000-06-13 Novellus Systems, Inc. Method of electroplating semiconductor wafer using variable currents and mass transfer to obtain uniform plated layer
US6793796B2 (en) * 1998-10-26 2004-09-21 Novellus Systems, Inc. Electroplating process for avoiding defects in metal features of integrated circuit devices
US6184137B1 (en) * 1998-11-25 2001-02-06 Applied Materials, Inc. Structure and method for improving low temperature copper reflow in semiconductor features
KR100672101B1 (ko) * 1999-01-08 2007-01-19 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 개선된 피처 표면 커버리지를 향상시키는 구리 시드층을증착시키는 방법
US6319831B1 (en) * 1999-03-18 2001-11-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Gap filling by two-step plating
US6140241A (en) * 1999-03-18 2000-10-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Multi-step electrochemical copper deposition process with improved filling capability
US6328871B1 (en) * 1999-08-16 2001-12-11 Applied Materials, Inc. Barrier layer for electroplating processes
US6436267B1 (en) * 2000-08-29 2002-08-20 Applied Materials, Inc. Method for achieving copper fill of high aspect ratio interconnect features

Also Published As

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WO2002019418A2 (en) 2002-03-07
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US20030000844A1 (en) 2003-01-02

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