TWI222166B - An apparatus and a method for depositing a metal layer in an electrochemical deposition process - Google Patents

Description

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五、發明說明（） 發明領域 本發明係關於一於基材上沉積一金屬層的設備及製 私。更明確的說，係關於一藉由電鍍將一摻雜金屬層沉 積於一導電基材上的製鞋。 發明背景 準確無誤地製造出〇 · 5微米以下及更小呎吋之特徵， 疋製造下一代大型積體電路（VLSI)及超大型積體電路 (ULSI)不可或缺的重要技術之一。但是，隨著電路技術 的衍進’縮小VLSI及ULSI中内連線呎吋的需求變成製 程上一項相當大的要求。隸屬此技術核心的多層次内連 線’需要非常小心的處理諸如通道及其它内連線這類高 深寬比特徵。準確無誤地製造出這類内連線對VLSi及 ULSI的成功與否，以及持續增加電路密度及提高個別基 材品質而言非常重要。 隨著電路密度增加之際，通遒寬、接觸點及其它特 徵、以及其間之介電材質，均下降到次微米吸忖以下， 然而介電層厚度仍然維持不變，結果是特徵的深寬比 (即’南度除以寬度）提而。許多傳統沉積製程無法填充 深寬比超過2 : 1，特別是深寬比超過4 ·· 1之次微米結 構。因此，各界持續在找尋可形成無孔隙、具高深寬比 之次微米特徵的方法。 半導體製程中諸如線、接點、内連線、及插塞等， 因I呂電阻低、且對二氧化梦（Si〇2)優越的黏附性、容易圖 第4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m本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222166 五、發明說明（ 智 慧 財 員 工 消 費 案化、及易於獲得高純度鋁等因素，使元素鋁及其合金 成為傳統用來形成基材特徵的最佳金屬。但是，相較於 其匕诸如銅之類導電性更佳的金屬而言，鋁的電阻較高， 且銘易有電遷移現象，也使其較易於導電層中形成孔洞。 銅及其合金較鋁之電阻為低（1 · 7 μ Ω -cm，鋁則為3 · 1 μ Ω -cm)，可攜帶電流量較大且明顯具較低的電遷移率。 k些特點對支持高積體化及較高元件速度下所感受到的 高電流密度而言相當重要。銅導熱性佳且以高純度形式 存在因此’銅已成為填充半成品基材中，次微米以下 高深寬比内連線特徵的最佳金屬。 儘管欲以銅來製造半導體元件，但能將銅沉積於高 深寬比（例如，深寬比為10 : i、或〇 25_寬之通道）特 徵的方法卻有限。過去，較佳用來沉積導電金屬於基材 上諸如接點、通道、線、或其它特徵的方法為化學氣相 沉積法（CVD)或物理氣相沉積法（pvD)。但是，對銅應用 而言，CVD銅製程需要含銅之前驅物，但其欲求之沉積 結果不佳且技術仍在研發中；至於pvD銅製程在將銅薄 膜沉積於小特徵時，卻面臨許多問題。無論pvD或CVD 銅製程都有許多難題待解，因此有人提出將從前只用於 電路板製造過程中的電鍍，用來填充基材上具高深寬比 之特徵。 但是，即使是電鍍在仄製程中也有其需面對的問題。 某些電鍍沉積製程涉及均勻地在基材上 · ，儿積一導電種晶 層（conductive seed layer)，例如銅層。名 f 社基材上沉積此 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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I 第5頁 本紙張尺度適财_家標準（CNS)A4規格⑽χ 297公髮丁 1222166 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 薄種晶層時，某些導電材料（例如，銅）的電鐘沉積製程 並不需要將種晶層均勻地鍍在基材表面上。原因之一係 因為銅之高表面擴散性，極易造成銅不均勻的沉積，變 成一集結物（agglomerate)。此銅之不均句沉積及集結物’ 對電流均勻度、導電性、及可信度是一大傷害。再者， 此不均勻銅層及銅集結物亦會降低銅對積材的有效附 著，並降低後續沉積層對銅的附著力。薄膜集結物也會 導致孔洞之「不當充填」，使特徵開口相連，造成基材特 徵中形成孔洞或其它不連續的現象。在基材特徵形成孔 洞會大大傷害半導體元件的表現，並可能使元件失效。 再者’如果電鍍之種晶層係不均勻地沉積於基材上，則 電流無法均勻地分佈在種晶層表面，並可能導致後續電 化學沉積層於基材上不均勻地沉積。 此外，已知某些電鍍材料在電鍍中或電鍍後易產生 不欲求的副作用。舉例來說，經常當作種晶層使用的銅， 本身極易氧化。金屬層氧化可能會干擾金屬層與相鄰層 間的附著性，因而可能傷害金屬特徵的導電性，並降低 整體電路的可靠性。再者，在某些電鍍過程中，電鍍槽 可能含有與沉積層材質相同之可消耗的陽極，例如對銅 薄膜而言為陽極銅，因此該陽極也會氧化並在其表面形 成一氧化物薄膜。此氧化物薄膜會影響電鍍效果；對銅 而T ’由陽極銅溶解出來過量的銅也會造成污染，或其 它物質也可能被沉積在積材上。此外，電鐘液中的添加 物，例如可長：南沉積或賦予沉積基材層特定性質之物質， 第6頁 裝--------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I222T66 —

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 也可能被氧化，因而降低了此添加物的效益並可能潛在 性地污染電鍍液。 再者，在某些製程中，氧是電化學沉積製程中的一 種副產物，因此無法藉製程外的反應劑來降低其影響。 因此，即使在極小心控制的環境中也可能含有可氧化銅 或其它導電材料（例如，鋁）的氧，以致破壞了電路及電 鍍槽。此外，對某些形成基材特徵的製程中，基材可於 製程系統間移轉，使積材曝露於電鍍後可誘發基材上銅 層氧化之污染物下。 因此，蛋需一種可克服上述電鍍基材缺點之改良製 程及設備。如下述，本發明較佳實施例可降低薄膜集結 物、降低電鍍製程中於特徵中形成孔洞的機率，和/或降 低在基材上沉積一金屬層時和/或沉積一金屬層後，金屬 層不欲求的氧化現象。較好是，本發明的設備及製程可 於基材表面上提供更均勻的沉積，並改善沉積金屬層之 層與層間的黏附性。較好是，本發明的設備可進一步降 低電化學沉積製程中不欲求的氧化現象及陽極金屬被過 度溶解的現象。 發明目的及概1 本發明大致係關於一可在導電基材上沉積一摻雜金 屬層的方法及設備。在本發明之一實施例中，沉積製程 包含首先沉積一含磷層於導電基材上，之後再沉積一導 電金屬層於該含磷層上以形成一導電薄膜。該含嶙層較 私張尺度適用中國國家標準（5sTS)A4規格⑽X 297公"5丁 ^ — 裝--------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} mm 雷 % ^22166 五、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（） 好疋一摻雜磷的種晶層，其較佳係包含一諸如元素磷之 含磷化物及一較佳為銅之導電金屬，其中種晶層中的磷 濃度較佳是介於約0.01 %至約15%間（重量百分比），且該 導電金屬層較隹係包含銅。該摻雜磷的種晶層及導電金 屬層較佳係以諸如電鍍之類的電化學沉積製程來進行沉 積。 在另一實施例中’本發明提供一種處理基材的方法， 包括沉積一介電層於一基材上，蚀刻一特徵入一基材上， 沉積一導電層於該特徵中，沉積一較佳為一摻雜了磷的 種晶層之含磷層於該導電層上，並沉積一導電金屬層於 該含磷種晶層上。導電層較佳為一阻障層或線性層，其 係包含了一選自鈥（Ti)、氮化鈦（TiN)、鋰（Ta)、氮化妲 (TaNx)、鎢（W)、氮化鴣（WNX)、及其之組合之導電金屬。 該掺雜了磷的種晶層較好是包含銅，且薄膜中磷濃度較 佳是介於約0.0 1 %至約1 5 %間（重量百分比），且該導電金 屬層較佳係包含銅。 在本發明另一實施例中，提供了 一設備，其係包含 一摻雜陽極，較佳是摻雜了磷的陽極，以電化學沉積方 式來沉積一諸如一種晶層這類摻雜了磷的金屬層。該換 雜了磷的陽極較佳是包含一可供電解液穿過之内容空間 (enclosure)，一摻雜了磷的金屬被沉積於該内容空間中， 及一穿過該内容空間並與該摻雜了磷的金屬層電氣相連 之電極。該摻雜了磷的金屬層較好是以一可消耗之接雜 磷陽極板且其中具數個長型通道的形式存在，且較好是 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t) 裝--------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 1222166 Α7 Β7 五、發明說明（） 包含掺雜了磷的銅，其中該摻雜了磷的金屬層之磷濃度 較佳係介於約〇·01%至(重量百分比）間。 本發明另一實施例提供一可電化沉積一摻雜了磷的 金屬層於一基材上之設備’該設備係包含一可調整以將 基材固持不動之基材固持器，其中基材板表面係被曝露 於一電解質中’ 一可電氣連接該基材板表面之陰極，具 一電解質入口、電解質出口、及一適於接受該基材板表 面之開口的電解質容器，及一與電解質電氣相連之掺雜 了磷的陽極。該掺雜了磷的陽極較佳係包含一可供電解 質流過的内容空間，位於該内容空間之摻雜了磷的金屬， 及一穿過該内容空間並與摻雜了磷的金屬電氣相連之電 極。該摻雜了磷的陽極包含摻雜了磷的銅，其中該掺雜 了磷的金屬之磷濃度較佳係介於約001%至15%(重量百 分比）間。 圈式簡覃說明： 本發明所描述之特徵’優點和目的經由上述之發明概 述，下面將作詳細的發明說明，並參考附圖所例舉之實 施例之後，將更明瞭其細節。 另外，附圖所例舉的只為本發明之典型實施例而已， 並非本發明之限制條件，料其它等效之實施例亦包含 於本發明中。其中： 第1圖為本發明一電鍍系統平台之示竟圖· 第2圖為本發明一電鍍系統平台之上視圖· 第9頁 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)Ali：i¥iQ χ撕_ ^----- 裝--------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 1222166 A7 B7 G說明（) 第3圖為一可電鍍一金屬於導電半導體基材上之電解 槽橫斷面示意圖； 第4圖為一介電層内連線之橫斷面示意圖，其中示出 可形成本發明一實施例這類内連線的金屬化技術。 «號對照說明： 200 電 鍍 系 統 平 台 211 熱 回 火 室 212 旋轉 -沖刷乾燥站 214 主 體 215 種 晶 層 強 化 站 216 主 體 移 轉 站 217 底 座 218 處 理 站 220 電 解 質 補 充 系 統 221 電 源 供 應 站 222 控 制 系 統 223 控 制 面 板 224 基 材 匣 接 受 區 228 裝 卸 站 移 轉 機 器人 230 基 材 位 置 調 整 器 231 基 材 匣 232 基 材 匣 234 基 材 240 處 理 室 242 主 體 移 轉 機 器 人 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i222rm ΚΙ B7 裝--------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 五、發明說明（） 2402 2404 400 410 420 430 440 442 443 446 447 448 450 452 454 456 457 458 462 464 466 470 472 474 476 478 480 機器臂 鰭機器人 電鍍槽 頭組件 處理套組 碗 電解質收集槽 體 開口 内壁 底部 外壁 基材固持組件 頭組件主體 架設柱 懸臂 懸臂作動器 基材組件作動器 頭組件柱身 基材固持器 陽極接觸環 氣囊組件 容器主體 摻雜磷之陽極組件 滤器 環形線圈 内部環形平坦部分 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） 1222166 A7 _B7五、發明說明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 482 中間傾斜部分 484 外部傾斜部分 486 環狀邊緣 487 密封件 490 固定紐 492 填充件 494 内容空間 495 密封件 496 陽極 497 螺紋部分 498 陽極電極接觸 499 固定紐 502 圓錐形部分 504 底部 506 上環形邊緣 508 孔 510 電解質入口 610 金屬層堆疊 612 基材 616 特徵 618 阻障層 619 摻雜磷之種晶層 620 導電金屬層 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 ----訂---- % 發明詳細說明： 本發明大致係關於一可在導電基材上沉積一掺雜導 電金屬層的方法及設備。在本發明之一實施例中，沉積 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

1222WS 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 含沉積一幾乎沒有任何沉積層缺點(如沉積薄膜不 均及薄誕集結物)之導電金屬層。較佳沉積製程包本沉積 -摻雜磷的種晶層，較佳係以電鍍方式，之後之：再沉 積-導電金屬層於該雜磷的種晶層上。該摻雜磷的種晶 層包含磷及-較佳為銅之導電金屬，其中摻雜磷的種晶 層中的磷濃度較佳是介於約0〇1%至㉟15%間(重量百分 比）β導包金屬層較佳係包含與該摻雜磷的種晶層中相 同的導電金屬，舉例來說，對摻雜磷的銅晶層而言即為 銅。該摻雜磷的種晶層及導電金屬層較佳係以諸如電鍍 之類的電化學沉積製程於室溫下進行沉積。如此所述， 「磷」一詞係指任何含磷的化合物，且較好是元素磷。 再者，如此所述，「導電性」或「導電」—詞係指一物質 能攜帶一足夠用於電化學沉積過程（例如，電鍍）之電流 的旎力。該摻雜磷的種晶層可提高薄膜厚度，增加電流 矢散率、降低薄膜集結物、改善電遷移性質、較佳種晶 層及後續沉積層顆粒生長控制、降低所沉積導電金屬層 氧化、及後續無孔洞地填充高深寬比特徵。 本發明也提供一種摻雜了嶙的陽極，及一可以電化 學沉積方式來沉積一摻雜了磷的金屬層之設備。該摻雜 了鱗的陽極較佳是包含一位於一可供電解液穿過之内容 空間（enclosure)之摻雜了磷的金屬，及一穿過該内容空 間並與該摻雜了磷的金屬電氣相連之電極，其中該摻雜 金屬較佳係以孔狀板的形式存在。此掺雜了磷的陽極較 佳係包含摻雜了磷的銅，其中磷濃度介於約〇 · 〇 1 %至約 · I ——丨丨——訂-I — — — — — — - (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁)

第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — 1222166 五、發明說明（） 15%間。該陽極更可被用於諸如電鍍槽之電化學沉積設 備中，並包含一可固持並將基材定位之基材固持器，= 琢基材接觸 < 陰極，一適於接受該基材板及與該電解質 接觸之摻雜了磷的陽極的電解質容器。此摻雜了磷的陽 極可將陽極極化現象及包括氧氣_共同產生或形成氣泡這 類氧化副作用降至最低，&及將摻雜了磷的陽極物質過 量溶解的現象降至最低。 下列之本發明說明係關於磷在陽極中的用途，需知 亦可使用其它除磷以外的摻雜物。這些其它的摻雜物也 可以是去氧化劑。這類其它較佳之摻雜物的例子包含硼、 銦、錫、鈹、及其之組合。這些可提供與磷類似功能之 其i摻雜物亦包含於本發明範轉中。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 因此，本發明另一目的是直接於導電基材上形成一 層摻雜金屬層。藉由沉積一内含摻雜金屬之層於一導電 基材上，之後再沉積一導電金屬層於此内含摻雜物之層 上來形成此摻雜金屬層。較佳的摻雜物包含硼、銦、錫、 鈹、及其之組合，其係可改善基材表面上所沉積之摻雜 層均勻度，並降低導電物質之氧化現象。該内含接雜物 的層較佳係一種晶層，其係包含一或多種摻雜物，及一 較佳為銅之導電金屬，其中種晶層内的摻雜物濃度較佳 係介於約0·01%至約15%間，且該導電金屬層較佳係包 含銅。此摻雜物金屬層亦可用來處理一基材，藉由沉積 -介電層於基材上，蝕刻一特徵入—基材上，沉積—‘ 電層於該特徵中，沉積一較佳為一摻雜了磷的種晶層之 第14頁 本紙張尺度i用中規格⑽χ 297謹) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^2166 A7 ' —--— R7____ 五、發明說明（） 含磷層於該導電層上，並沉積一導電金屬層於該含磷種 晶層上。 此外，在另一方面，本發明一實施例係關於藉由一 可用於電化沉積設備之摻雜陽極來沉積一摻雜物金屬層 於一基材上之設備。可與此陽極一起使用的摻雜物包含 删、姻、錫、鈹、及其之組合。此摻雜陽極較佳係包含 一可供電解質流過的内容空間，位於該内容空間之摻雜 金屬’及一穿過該内容空間並與摻雜金屬電氣相連之電 極’其中該摻雜金屬較佳係以孔狀板的形式存在。該掺 雜陽極較好是包含摻雜物濃度介於約〇 〇1Q/。至15%(重量 百分比）間之銅。 設備 第1圖是電鍍系統平台200之示意圖，其顯示可用 來執行一本發明實施例之方法的設備。第2圖是第1圖 電鍍系統平台200之上視圖。此例示性的電鍍系統平台 200及其它實施例詳述於1999年4月8日提申、目前仍 在審查中的美國專利申請號第09/289,074號專利，標題 為「電化學沉積系統（Electro-chemical Deposition System)」，其全文在此以參考文獻方式併入本文中。另 一個可用來執行本發明方法之電鍍系統範例是述於丨999 年7月9日提申、目前仍在審查中的美國專利申請號第 09/350,877號專利，其全文在此以參考文獻方式併入本 文中。如上述，本發明設備一實施例示於第1圖及第2 圖。但是’本發明範轉並不僅限於此二圖中所示。 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' ' 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222166 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -___B7___五、發明說明（） 參閱第1圖及第2圖，電鍍系統平台200 —般係包 含一裝卸站 210(loading station 210)、一熱回火室 2 1 1 (thermal anneal chamber 211)、主體 2 1 4(mainframe 214)、及一電解質補充系統 220(electrolyte replenishing system 220)。主體 214 —般係包含一主體移站 2 1 6(mainframe transfer station 216)、一旋轉-沖刷乾燥站 212(spin-rinse dry (SRD) station 212)、數個處理站 2 18(processing station 218)、及一種晶層強化站 21 5(seed layer enhancement station 215)。電鍍系統平台 200 較佳 是包含一主體214，其係以諸如普列斯玻璃板（plexiglas；) 之類的面板被密封於一清潔的環境内。主體2 1 4包括一 底座2 1 7，其係具有許多切割部分（cut-outs)，用以支持 可執行本發明電化沉積製程之工作站。底座2 1 7較好是 以鋁、不銹鋼、或其它可支持其上各種工作站之堅硬材 質製成。經常被曝露於各種化學蝕刻環境下的底座2 1 7 表面，較好是鍍上一層化學保護膜，例如HalarTM、乙晞 氯三氟乙烯（ECTFE)、或其它保護膜。每一處理站218均 包括一或多個處理室240(processing cell 240)。一電解質 補充系統2 2 0係位於主體2 1 4旁並與每個處理室2 4 0相 連以循環使用電鍍製程中的電解質。電解質補充系統22〇 亦包括一電源供應站221以提供電力供系統使用，及一 控制系統222，此控制系統典型地係包括一可程式化的 微處理器。 裝卸站210較好是包含一或多個基材匣接受區 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21() x 297公髮）- -— (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 裝

ϋ ·ϋ 1§ 一-0、 em— ϋ ϋ I % 1222166 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ------2Z___ 五、發明說明（） 224(substrate cassette receiving area 224)、一或多個裝 卸站移轉機态人 228(loading station transfer robots 228) 及至少一基材位置調整器230(substrate orientor 230)。 包括數個基材匣接受區、裝卸站移轉機器人228及基材 位置調整器23 0之裝卸站2 1 0，可依系統欲求產出率來 進行調整組裝。如第1圖及第2圖所示，裝卸站210包 括兩個基材匣接受區224、兩個裝卸站移轉機器人228 及一個基材位置調整器230。一内含基材234之基材匣232 被加載至基材匣接受區224以將基材234引入電鍍系統 平台。裝卸站移轉機器人228可於基材匣232及基材位 置碉整器230間移轉基材234。裝卸站移轉機器人228 包括一習知技藝常用之典型的移轉臂。基材位置調整器 230可將每一基材234置於欲求方向和位置，以確保基 材可被恰當地處理。裝卸站移轉機器人228亦可於裝卸 站210及SRD站212間，及裝卸站210及熱回火室211 間來移轉基材234。裝卸站210較佳係也包括一基材匣231 以於需要時暫時儲存基材，以促進基材於系統中更有效 地移轉。 弟2圖示出主體移轉機器人242(mainframe transfer r〇b〇t 242),其係具有一鰭機器人 2404(flipper robot 2404) 被併於其中。主體移轉機器人242係可於與主體工作站 相連之不同工作站間（包括處理站及站）來移轉基 材主組移轉機器人242包括數個機器臂24〇2(圖中示出 兩個）、及連接於每一機器臂24〇2作為末端效應器（end 第17頁 本紙張尺度_中⑽χ 297公愛) 裝------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11111111 % 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Ι222Γ6Γ A7 ----------— Β7_____ 五、發明說明（） effector)之鰭機器人2404。鰭機器人2404是此領域中習 知的，並可當作末端效應器被連接於基材處理機器人上， 例如 Rorze Automation 公司（Milpitas，California)所出產 之型號RR701的機器人。具有一個可當作末端效應器之 鯖機器人的主體移轉機器人242能於連接於主體之不同 工作站間移轉基材’並翻轉被移轉的基材至欲求的表面 方向。舉例來說’績機器人可翻轉基材處理面使其向下， 以於處理室240内進行電鍍，並翻轉基材處理面使其向 上，以進行其它處理，例如旋轉_沖刷乾燥處理。較好是， 主體移轉機器人242可藉由機器臂2402沿著χ-γ-ζ方向 提供個別獨立的機器人動作，並藉由鰭機器人末端效應 器2404提供獨立翻轉基材的動作。 快速熱回火（rapid thermal anneal，RTA)室2 11較好是 與裝卸站210相通，並藉由裝卸站移轉機器人228將基 材移入或移出RTA室2 1 1。電鍍系統較好是包括兩個Rta 室211，分別位於裝卸站21〇相反的兩端，以回應裝卸 站2 1 0的對稱設計。熱回火室為習知技藝人士熟知的， 快速熱回火室典型被用於基材處理系統中，用以提高沉 積物質性質。有許多熱回火室的設計可供選擇使用，包 括加熱板設計及加熱燈設計，以藉由沉積薄膜（例如，銅 膜）再結晶來提咼電鍍結果，其係可使沉積物重流以填充 特徵中的孔洞，純化諸如氧之類的污染層，促使諸如憐 之類的摻雜物擴散進入沉積層中，並管理結晶物的生長 及方向以控制薄膜層的性質。對本發明特別有用的一種 第18頁 本紙張尺度5用中國國家標準（CNS)A4規g⑽X 297公爱) '^ -------- 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五 發明說明（） 熱回火罜為美商應材公司（Santa clara，Calif0rnia)所供應 的 WxZTM 室。 " 再次參閱第1及第2圖，電鍍系統平台200包含一 可控制平台中每一組件功能的控制系統222。此控制系 統2 22較好是架設在主體214上方，並包含一可程式化 的微處理器。此可程式化的微處理器典型地係藉由專為 控制平台200中每一組件功能而設計的軟體進行控制。 此控制系統222亦提供電力至系統組件中，還包括一控 制面板223，以容許操作員監看並操作該電鍍系統平台 200。控制面板223係以單獨操作的模組形式存在，藉由 電纜線與控制系統222相連以方便操作員進行操作。一 般來說，控制系統222可整體協調裝卸站2丨〇、RTA室 2 11、SRD站2 1 2、王體2 1 4、及處理室2丨8間的操作。 此外，控制系統222還可與電解質補充系統22〇之控制 器一同協調操作，以提供電解質至電鍍系統中。 第3圖為適於本發明製程使用之一電鍍室實施例的 橫斷面示意圖。本發明也涵蓋未示於第3圖之其他適合 用來進行本發明製程之電鍍室。第3圖示出一電鍍槽 400，其係具有一摻雜磷的陽極，用以沉積摻雜了磷的沉 積薄膜。電鍍槽400 —般係包括一頭組件41〇、一處理 套組420、及一電解質收集槽44〇。頭組件41〇 一般係包 括一基材固持組件4 5 0及一基材組件作動器4 5 8，其中 該基材固持組件450係位於處理套組42〇上方。此處理 套組420 —般係包括一碗430、一容器主體472、一摻雜 第19頁 1222166 五、發明說明（ 磷之陽極組件474及一濾器476。在第3 m κ j圖所示之實施 例中，該陽極組件包括陽極496，其將詳述於下 設 如上述 ，本發明一實施例係關於一可沉積 金 屬 層 的 備 ，其具 有一由摻雜磷之金屬製成的陽極。 吾 人 發 現 使 用 摻雜磷 之金屬於陽極中可提供預期外的效果。 例 如 J 當 操 作一併 有其它陽極的電鍍室時，電鍍過程 中 會 有 氧 氣 及 氧氣泡 出現在陽極表面，並可能因而產生 氧 化 膜 〇 陽 極 氧化不 僅會消耗陽極本身，使其較不具導 電 性 還 會 因 此破壞 了電鍍沉積製程的品質。此外，由 白 由 氧 所 形 成 的氣泡 到達基材電鍍表面時，可能破壞電 鍍 ， 使 電 解 質 無法充 分地與基材電鍍表面接觸。本發明 實 施 例 中 某 些 部分藉 由使用摻雜了磷的陽極（即，摻雜鱗 之 陽 極 組 件 474中的摻雜了磷的陽極496)來減輕氧氣 的 破 壞 效 果 〇 該摻雜 了磷的陽極中的磷會與陽極表面的 白 由 氧 強 烈 反 應，因 而使可能干擾沉積的氧氣泡的生成 被 減 至 最 低 0 再者， 鱗也可作為一種強去氧化劑，使會 和 陽 極 反 應 的 自由氧 還原，以防止其於陽極表面形成氧 化 膜 因 此 能 降低或 去除陽極氧化的潛在問題。較好是 ， 所 摻 雜 經 之 鱗 或其它 氧化物含量係能有效且足夠地提供 本 發 明 之 ’濟 優 點 0 部 智 慧 參閱第 3圖’摻雜磷之陽極組件474較好 是 位 於 容 財 產 局 器 王 體472 下方’並連接在容器主體472下方一 較 低處 員 工 且 滤 器476 係位於掺雜磷之陽極組件474與容器 主 體 472 消 費 合 之 間 。濾器 476較好是連接於、並完全包覆容器 體 472 作 社 印 製 第20頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公愛） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂--------- I222T55 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 下方開口，且該摻雜磷之陽極組件474係位於濾器4% 下方。填充件492可位於渡n 476及該摻雜鱗之陽極兔6 件474之間。較好是，滤器476、填充件伙及該接雜 磷之陽極組件4 7 4係以可拆卸式的固定件（例如螺絲和/ 栓）固定在容器主體472之一較低表面上。或者，滤器 476、填充件492及該摻雜磷之陽極組件474係被可拆$ 式的固定於碗430上。滤器476較好是包括—陶资擴^ 器（ceramic diffuser) ’其並可控制流向基材電鍍表面之電 解質的流動模式。該摻雜磷之陽極組件474較好是包2 一摻雜了磷的陽極496，其係可作為電解質中的金屬 源。 Μ 如第3圖所示，該摻雜磷之陽極組件474為一種自 我密封的模組，具有一陽極内容空間494，較好為孔狀， 且較好是由與欲沉積金屬相同的物質（例如銅）製成，以 容納一可消耗的摻雜磷之陽極496於其中。用來沉積摻 雜了磷之銅層的可消耗的陽極496，較好是包括鋼，及 一摻雜磷，其含量約為陽極重量之〇〇1%至約15%間。 此内容2間本身的物理結構或設計可以是傳統内容空間 的習知設計。可消耗的陽極496可包括一金屬顆粒或金 屬線，但較好是包括一孔狀或一固態金屬層，例如高純 度的銅，圍繞在陽極内容空間494中。或者，陽極内容 2間494係由諸如陶瓷或聚合性薄膜之類的孔狀材質所 製成。陽極内容空間494也可作為一種濾器，以防止由 陽極内容$間494溶解所形成的金屬顆粒逸散。 (請先閱讀背面之注音P事項再填寫本頁) ----訂--------- 第21頁 Ι222Τϋ〇

和相使用不溶性電極並產生會破壞電鍍之氣體及氣 /包之之電鍍製程相反的是，消耗性（即，可溶解的）陽極496 供幾乎不會產生氣體的電解質進入溶液中。同時，消 耗性陽極因可陽極分解之故，因此也無需不斷地補充銅 電解質。在一較佳實施例中，孔狀金屬板包覆或位於揚 極内容空間496中，該内容空間係包括一具有數條長型 通道於其中之金屬層，其形狀可提供高表面積以溶解陽 極496入電解質溶液中，並作為電解質溶液於其中流動 的通道。孔狀金屬板之高表面積可將陽極極化及氧化副 作用（包括共同生成氧）降至最低，並於週期性反轉電鍍 循環時之基材陽極化溶解階段中，提供中等電流密度以 電鍍銅。如果因過量添加物於陽極上分解，欲使曝露於 電解質之表面積變小，則可以絕緣物覆孔狀板蓋朝下的 一面（面對氣流那面）。 一陽極電極接觸498較佳係插入穿過陽極内容空間 494 ’以自電源提供電氣連接至消耗性陽極496上。較好 疋’陽極電極接觸4 9 8係由不會溶於電解液中的導電金 屬製成，例如鈦、鉑、及鍍鉑的不銹鋼。陽極電極接觸 498較好是延伸穿過碗430並連接電源供應器。較好是， 此陽極電極接觸4 9 8還包括一可供固定紐4 9 9將陽極電 極接觸498鎖在碗430上之螺紋部分497，及一密封件 495 ’例如一清潔彈性件（elastomer washer)，位於固定紐 499及碗430間，以防止液體從處理套組420中渗漏出 來。 第22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)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 I222tm 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 處理套組420之容器主體472較好是一圓錐形主體， 其係包含一諸如陶瓷、塑膠、普列斯玻璃板（plexiglas)(丙 烯酸）、列克斯燒（lexane)、PVC、CPVC、及PVDF之類 的電子絕緣物。或者’容器主體472可由一諸如不銹鋼、 攝及欽之類的金屬製成’其上並鍍上一層絕緣膜，例如 鐵氟龍、PVDF、塑膠、橡膠及其它不會溶於電解質且能 與電極（即，摻雜了磷的陽極和電鍍系統之陰極）呈電氣 絕緣之物質的組合。容器主體472的大小及形狀較好是 能適合基材電鍍表面，及系統中被處理之基材表面形狀， 一般都是圓形或長方形。容器主體472之一較佳實施例 包括一圓錐形陶瓷管，該圓錐形陶瓷管係具有一約和基 材直徑相同或比其稍大一點的内徑。 容器主體472的上部往外輻射延伸形成一環形線圈 478。該環形線圈478延伸越過電解質收集槽44〇之内辟 446 ’以容許電解質流入電解質收集槽440内。該環形線 圈4 7 8的上表面符合陽極接觸環4 6 6的下表面。較好是， 該環形線圈4 7 8的上表面包括一内部環形平坦部分4 8 〇、 一中間傾斜部分482、及一外部傾斜部分484。當基材就 處理位置時’基材電鍍表面係位於容器主體472之圓錐 形開口上方，可讓電解質流動的一個間隙會在陽極接觸 環466的下表面與環形線圈478的上表面間形成。陽植 接觸環466的下表面係位於環形線圈478之内部 '部 分480及陽極接觸環466下表面的上方。外部傾斜部八 4 84往下的斜度係能促使電解質流入電解質收集槽4切 第23頁 私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)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222166 A7 — B7 五、發明說明（） 内。 答器王體472之下部往外輻射延伸形成一較低的環 狀邊緣486,以將容器主體472固定於碗43〇上。環狀 邊緣486的外徑（即，直徑）較開口内徑4料及電解質收 集槽440内徑為小，以容許自電鍍槽44〇中移除或置放 處理套組420。較好是，數個栓488係被固定在環狀邊 緣486的上並往下延伸穿過碗43〇上相符的栓孔。數個 可拆卸式的固定钮490將處理套組42〇固定在碗43〇上。 一密封件487，例如彈性〇形環，係位於容器主體472 及碗430之間，由栓488往内輻射延伸以防止任何來自 處理套組4 2 0的溢漏。此種無/栓的組合可幫助固定且容 易拆裝，並利於維修時置換處理套組42〇之組件。 碗430 —般包含一圓錐形部分502及一底部504。一 上環形邊緣506自圓錐形部分502頂端往外輻射延伸。 上環形邊緣506包括數個孔508，其數目與容器主體472 下部環狀邊緣486上之栓488的數目相同。為將碗43〇 之上環形邊緣5 0 6及容器主體4 7 2的下部環狀邊緣4 8 6 固定，將栓488穿過孔508，將固定鈕490鎖在栓488 上。較好是，上環形邊緣506的外徑（即，圓周）約與下 部環狀邊緣4 8 6的外徑（即，圓周）相同。較好是，當處 理套組4 2 0係被安放在主體2 1 4時，碗4 3 0之上環形邊 緣506的下表面係安置在主體2 1 4之支持邊緣上。 圓錐形部分502的内圓周係能容納摻雜磷之陽極組 件474及滤器476。較好是，滤器476的外圍及該摻雜 第24頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------tr--------- (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 1222166 A7 ____B7______ 五、發明說明（） 辟之陽極組件474係比圓錐形部分5〇2的内圈稍微小一 些’以便能迫使全部的電解質在流過濾器476前能先流 經該摻雜磷之陽極組件474。碗430之底部5〇4包括一 電解質入口 510,其係連接到來自電解質補充系^ 22〇 之電解質供應管線。較好是，該摻雜磷之陽極組件474 係位於碗430之圓錐形部分5〇2的中間部分，以提供一 介於摻雜磷之陽極組件474及底部504電解質入口 51〇 間一個可供電解質流動的間隙。 電解質入口 510及電解質供應管線較好是以一可鬆 開的連接件連接’以方便移除及重新置放處理套組42〇。 當處理套組420需進行維修時，即將處理套組42〇及電 解質供應管線中的電解質漏光。將電解質供應管線的連 接件由電解質入口 5 1 0處鬆開，同時拔掉摻雜磷之陽極 組件4 7 4的電源功需線。抬鬲或轉動頭組件4 1 〇以讓出 空間來移除處理套組420。之後將處理套組42〇由主體2M 中移出，並放入一新的或重組的處理套組於主體2丨4中。 或者，可將碗430固定在主體2414的支持性邊緣上， 然後將容器主體4 7 2及該摻雜磷之陽極4 9 6和濾器移出 進行維修。在這種情況下，需將固定摻雜磷之陽極組件 474及谷器主體472於碗430上的固定紐移除，以方便 移出摻雜磷之陽極組件474及容器主體472。之後再重 新置入新的或重組的摻雜磷之陽極組件474及容器主體 472於主體214中，並固定在碗43 0上。 再次參考第3圖，較好是，電解質收集槽440係被 第25頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222166 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 固定在王體214之體442上（如第1>2圖所示），並位於 可界定處理套組420放置位置之開口 443上方。電解質 收集槽440包括一内壁446、一外壁料8及一與壁連接 的底部447。 一電解質出口 449係穿過電解質收集槽44〇底部 447 ’透過管線、蛇管、水管或其它液體移轉管線而連接 到電解質補充系統220(如第1、2圖所示）。 頭組件410係架設在頭組件主體452上。頭組件主 體452包括一架設柱454及一懸臂456。架設柱454係 架在主體214之體442上，且該懸臂456係自架設柱454 上部水平延伸出來。較好是，該架設柱454可沿著架設 柱提供相當於直立軸而言之轉動動作，以容許頭組件41〇 轉動。頭組件410係連接在位於懸臂456遠端之架設板 460上。懸臂456的低端係連接在架設於架設柱454上 諸如氣壓式圓筒之類的懸臂作動器457上。懸臂作動器 457可提供相對於關節之轉動動作，其中關節係位於懸 臂456及架設柱454之間。當懸臂作動器457處於回縮 位置時，懸臂456即可移動頭組件410遠離處理套組42〇 , 以提供自電解質收集槽440移除和/或置換處理套組420 時所需的空間。當懸臂作動器457處於伸展位置時，懸 臂456即可移動頭組件4 1 0朝向處理套組420，以將頭 組件4 1 0中的基材置於適當的處理位置。 頭組件4 1 0 —般係包括一基材固持組件4 5 〇及一基 材組件作動器458。基材組件作動器458係架設於架設 第26頁 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 裝 ----訂---- %

1222166 五、發明說明（） 板4 60上，並包括一往下延伸穿過架設板46〇之頭組件 柱身462。頭組件柱身462之下端係與基材固持組件45〇 連接’以將基材固持組件45〇定位於處理位置及基材負 載位置。 基材固持組件450 —般係包括一基材固持器464及 一陰極接觸環466。陰極接觸環466之曝露表面，除與 基材接觸的接觸墊表面外，較好是處理過以提供一親水 性表面，或鍍有可展現親水特性之物質，例如MilHp〇re 公司（Bedford，Massachusetts)所提供之親水表面處理物。 親水表面明顯可降低電解質於陰極接觸環表面結成小顆 粒。適合本發使用之其它接觸環設計包括，例如詳述於 1998年11月30日提申之美國專利申請序號第〇9/2〇1，486 號，標題為「Cathode Contact Ring For Electrochemical

Deposition」一文中，其全文在此以參考文獻方式併入本 文中。基材固持器464較好是位於陰極接觸環466上方， 並包括一可提供壓力至基材背面以確保基材電鍍表面及 陰極接觸環4 6 6間為電氣相通狀態之氣囊組件4 7 〇。 一-裝--------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

‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 1222166 A7 五、發明說明（ 間（重量百分比），更好是約介於〇 · 〇 1 %至約〇 〇 5 0/ _ . 。間（重 量百分比）。該導電金屬層較好是以和摻雜層相同的物 製成，例如和摻雜磷之銅層相同的銅，之後再沉積於；、 摻雜磷之金屬層上。該摻雜磷之金屬層與導電金屦 / 好是以電鍍方式沉積。 「種晶層」一詞係指可促使沉積層於基材表面生長 並促進沉積層之層與層間附著性之連續或不連續的沉積 物質。雖然在此所述之發明詳述僅指出以磷作為接雜物 的應用，但其他能被去氧化之摻雜物，例如硼、銦、锡、 鈹、及其之組合等，亦屬本發明之範疇。此外，雖然下 述係指出以銅作為較佳導電物質的應用，但其它諸如鱗、 鋁、及鑷，較好是那些可被電鍍沉積的物質，亦屬本發 明之範疇。 「電鍍」一詞在此係指藉由在陽極和陰極間通電流， 來將諸如銅或鋁之類的金屬層沉積於基材表面上的過 程。對本發明而言，電鍍較好是藉由電解質溶液而於摻 雜磷的陽極與陰極間通電流，並使金屬層由溶液中沉觀 出來。陰極通常是物質欲被沉積之處，例如基材表面或 基材表面上之一金屬層，並包括一導電金屬。對摻雜磷 之消耗性陽極而言，該摻雜磷之陽極一般係由欲沉積之 金屬組成，例如銅，其會溶解於該摻雜磷之陽極的電鍍 液中，並在陰極沉澱。舉例來說，一摻雜磷之銅層的種 晶層沉積’可藉由摻雜磷之陽極溶解於電鍍液後，沉搬 於作為陰極之導電基材上，之後再以此摻雜磷之銅晶層 第28頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公)_ 裝 〈請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} ----訂---- 1222166 五、發明說明（ 作為後續電鍍製程（例如，沉藉 ^ a ^ ^ a積一鋼層於摻雜磷之銅晶層 上）之陰極。 對沉積一掺雜磷之铜晶層的電鍍製程而t，較好是， 藉由可溶性（消耗性）摻輪诚^1 ;修雖磷（陽極將摻雜磷引入製程 中。摻雜磷之陽極中的摻 修雖螂含I介於約0 · 0 1 %至約 15%(重量百分比）間，較好是 疋邊摻雜磷含量係介於約〇 〇 J 0/〇 至約3%(重量百分比）間，争枓口协此也人 更好疋摻雜磷含量係介於約 0.01%至約0.05%(重量百分卜 刀比）間。除了改善沉積層性質 外’此摻雜磷之陽極中的捻雜 7得雜磷還可藉由在陽極上形成 可保護陽極物質（例如，銅，你甘 1更具不致因過酸的環境而溶 出）的薄膜，來抑制或防止牿佘 中 止特疋物質被釋出進入電鍍液 訂 1有：：目的疋’此摻雜嶙之金屬層對基材處 理而U有其他優點。-基材特徵較好是藉由沉積-介 電層並於該介電層上蝕刻特徵， 、 傻藉由沉積一導電層 來形成一銅金屬堆疊，較好是一 守电層 章層或線層，於特徵 上，沉積一摻雜磷之種晶層於導電 ^ 導電金屬層於該摻雜磷之種晶層上。「上 < 後再儿積一 依半導體產業中任何客戶之應 ^徵」—詞係廣泛 為一形成於基材物質上的基材姓摄 義 〜構或沉積於基材上 質，包括，但不限於，諸如孔洞 基材結構。 ^、及雙重鑲嵌之 第4圖為本發明一金屬層堆疊61〇 ^ i <檢斷面不意圖， 其係具有一沉積於基材612之特徵 6上（由導電金屬 第29頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規枱^_\ 297公爱 1222166 五、發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 製成之線或阻障層618、一摻雜磷之種晶層619、及一導 電金屬層620。「基材」一詞係廣泛地指沉積製程中的底 物，例如一矽晶圓、另一介電層、或一金屬層，並可包 括一系列由各種材質所製成之底物，最佳之底物包括阻 障物質、導電物質、及摻雜矽。對金屬化流程而言，其 中之導線或阻障層618並未被集成於此流程中，而是使 用一導電基材或導電基材表面。種晶層619之預處理製 程’例如快閃層，可被沉積於欲電鍍之表面，以提供一 導電表面供電鍍技術中後續欲沉積物質之施加電流流 過。 參閱第4圖，特徵616係藉由沉積並圖案蝕刻一導 電基材6 1 2上之介電層6丨4，形成特徵6丨6(例如，孔洞、 接點、通道或線）之欲求深寬比而成。導電基材612可以 是一種摻雜之矽基材，或是形成於該基材上之第一或後 續之導電層。介電層614可以是矽晶圓在沉積金屬之前 先行沉積的一層介電層，或是層與層間的介電層，並係 依習知方法沉積於底部導電基材612上。介電層614 — 旦沉積後，即可以任何習知的介電蝕刻方法或圖案化方 法，包括電鍍蝕刻法，來進行蝕刻。任何介電材質，無 論是目前已知的或尚未發現的，都可用於本發明中。 導線或阻障層6 1 8較好是在沉積摻雜磷之種晶層6 t 9 及導電金屬層620之前先沉積，以防止或抑制來自金屬 層619及020之金屬擴散至底下的基材612上。對銅金 屬層或摻雜銅金屬層而言，較佳之導線或阻障層618包 7·裴 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 第30頁 五、 A7 __B7 發明說明（ 括耐火的金屬及耐火金屬之氮化物（例如，鎢（w)、氮化 鎢（WNX)、鈮（Nb)、矽酸鋁及其他、鈕（Ta)、氮化鈕（TaN〇、 氮化鈦（TiN)、PVD Ti/N2-stuffed、摻雜矽、鋁、及氧化 銘、四化物（例如鈥矽氮化物（TiSiN)、鎢矽氮化物（WSiN)、 及其它）），或這些層之組合。最佳之導線或阻障層為釦（Ta) 及氮化Ie (TaN)，其係可於童金屬化流程中被個別單獨沉 積或連續沉積。 可以習知適當的製來沉積導線或阻障層61 8 ,但較好 疋以PVD-IMP製私進行沉積’特別是對高深寬比結構特 而言，亦可以其他諸如化學氣相沉積製程（CVD)進行沉 積’包括分解有機金屬前驅物法，或是藉由其它諸如準 直或長距離抛鍵之類的PVD法進行沉積。有機金屬前驅 物分解沉積亦是一種較佳的沉積法，因CVD可提供更均 勻的沉積薄膜。準直PVD濺鍍法是此領域習知的，一般 係將作為濾器的準直儀置於標靶及基材間，使濺鍍物只 能延著某一定方向（一般均為對基材表面而言成正向）穿 過準直儀。長距離拋鍍（long throw PVD sputting)亦是此 領域習知的，一般係藉由增加標靶及基材間的空間來進 行。延長距離可提高濺鍍物以正面方向抵達基材表面的 機率。 摻雜磷之種晶層619係以電化方式沉積於TaN線層 或阻障層618上，較好是一使用摻雜磷之陽極的電鍍製 程。摻雜磷之種晶層619包含一諸如銅之導電物質，及 -摻雜磷。舉例來說，可將一摻雜磷的銅沉積於該線或 第31頁 裝--------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 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 阻障層618上 •r 4傻、續可# 積時的種晶層。疏 尤異特徵之導電銅層620沉 辦可降低戎土 a、 壞沉積層均勻产々^$ 除沉積製程中所出現會破 又銅集結物。 > 界面金屬層與電鍍 寺’磷也會減輕導電物 膜。該摻雜磷之銷插曰β 形，使生成更均勾的薄 間(重量百分比二:二：含鱗濃度介於。.°一 疋约；丨於0.01%至約3%間（重量 百分比），取好是的 比）。 、、;丨；0 ·0 1 〇/〇至約〇 · 0 5 %間（重量百分 一導電金屬廢 ’較好是銅，係沉積於該掺雜磷之 銅種晶層 619卜 ^ . ’其中所沉積之銅層可完全填充連線 616。為填充連線^ — 6 1 6 ’ 一般需要將整個結構覆蓋銅。可 藉由PVD lMp、CVD、電鍍、無電沉積、蒸發、或任 何’知的方去來沉積銅I 62〇，但較好是以電鍍方式來 /儿積於内；可溶性陽極系統中沉積銅層之一電化學實 例係詳述於1 999年2月5日提申，目前仍在審查中的美 國專利申請序號第09/245,780號，標題為 Electrodeposition Chemistry For Improved Filling of Apertures」，其全文在此以參考文獻方式併入本文中。 該特徵之金屬層堆疊的上部，較好是以化學機械研 磨（CMP)進一步平坦化。在平坦化製程間，部分之銅層61 8 及介電層614將被移除，留下一完全平坦的表面，並有 一導電特徵建構於孔洞6 1 6中。如果需要的話，還可進 行後續諸如回火、沉積其它的層、蝕刻、及其它1C製造 業中常用的製程。本發明又係關於以上述一摻雜磷的薄 第32頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNTS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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層來形成基材特徵1其它電鍍方式沉積的銅層，常出 不句勻或有集結物的現象。依據本發明方法，添加某 些其他的摻雜物到沉積層中，可促進沉積層厚度均勻， :降低因集結物所致的沉積缺限。對薄種晶層而言，磷 曰降低層中的集結物，並提供更均勻、連續之種晶層。 特別疋’鱗可藉由降低表面擴散性或表面張力（此係因集 〜物所造成的），來改善導電金屬層之沉積。因此，在摻 雜了磷的導私層中，出現集結物的情形較少，且導電層 可在較少氣泡或孔洞的情況下被沉積得更均勻。由於摻 雜鱗的物質同時亦可作為諸如銅之導電物質之一種氧化 劑，因此可大幅降低基材表面氧化的情況，電鍍過程中 的氧化現象亦是形成集結的主要原因之一。 某些沉積製程，例如電鍍，會受種晶層底物完整與 否的影響。因此，沉積厚度均勻且集結情形少之含摻雜 物底層’可提供後續沉積層更均勻的沉積。後續沉積層 均勻可改善層與層間的黏附性，進而降低電鍍薄層中形 成氣泡或不連續沉積的機率。此外，種晶層中的摻雜物 也可降低薄層的表面張力，因而降低導電金屬薄層的表 面流動性使薄層變硬。隨著薄層硬度增加，其抵抗電遷 移的能力也會增加，因為原子因應施加於薄膜的高電流 密度而通過金屬層的機率將變得更低，也改善了所形成 薄膜之電遷移性質。 本發明摻雜磷亦具有其他優點，例如，掺雜磷可控 制沉積之電鍍薄膜顆粒的生長速度。銅層中的摻雜磷可 第33頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

裝--------訂--------； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1222 麻 A7 B7 五、發明說明（） 藉以干擾沉積層中銅晶核之晶體方向，以促進小顆粒的 形成。顆粒愈小，薄層顆粒中原子的移動性愈佳’且相 對溶解溫度較低，使銅層在諸如回火及其他用以改良沉 積電鍍薄層性質之製程等之沉積-後處理步驟中，能加快 其再結晶速率。較小的顆粒也能降低集結情形並促進沉 積層的均勻度。 本發明以藉實施例詳加說明，習知技藝者應能瞭解， 在不悖離本發明精神範疇下，仍可對本發明做畔多改良 或修飾，這些改良或修飾也均應被视為 、 ^ W屬本發明下附 申请專利範圍之範w壽内。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

裝 ----訂---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4H 3 舊 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1222166 . A8 B8 _ C8 ------~__58______ 六、申請專利範圍 1 · 一種以一電化學沉積製程沉積一金屬層之設備，該 設備至少包含一可·提供一電解質於其中流動的内容 空間’一捧雜碟的金屬，位於該内容空間，及—電 極，位於該内容空間並與該#雜磷的金屬電氣相連， 其中該換雜难的金屬至少包含一可消耗的孔狀陽極 板。 2 · 如申請專利範圍第1 .項所述之設備，其中該可消耗 的孔狀陽極板具有數個縱向配置的通道於其中。 3. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該摻雜磷 的金屬至少包含摻雜磷的銅。 4. 如申請專利範圍第1項所述之設備’其中該摻雜磷 的金屬之磷含量範園至少介於約0·01%至約15%重 量百分比之間。 5. 一種處理一基材之設備’該設備至少包含： 适濟部智慧蚜冱局s Μ消費合作裇印¾ 一電化學沉積處理室’沉積一金屬至一具有導電基 材電鍍表面的基材上’該電化學沉積處理室至少包 含： ..·· . a) 一基材固持器’可將基材固定於一位置’其中 該導電基材電鍍表面係被曝露於一電解質容器 之電解質中； 本纸張又度遴用中國國家標筚(CNS)A4规格(2l〇X"""" """' 1222166 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 b) 一陰極，其與該導電基材電鍍表面彼此電氣相 連； ' c) 一電解質容器，其具有一電解質入口、一電解 質出口、及一適用於接受該導電基材電鍍表面 之開口；及 d) —摻雜磷之陽極，其係與電解質彼此電氣相 連，其中該摻雜磷之陽極至少包含一可消耗的 孔狀陽極板。 6. 如申請專利範圍第5項所述之設備，其中該摻雜磷 之陽極更包含： 一内容空間，其可提供一電解質於其中流動，該摻 雜磷之陽極位於該内容空間中；及 一電極，位於該内容空間並與該摻雜麟之陽極電氣 相連。 7. 如申請專利範圍第5項所述之設備，該可消耗的孔 狀陽極板具有數個縱向配置的通道於其中。 8. 如申請專利範圍第5項所述之設備，其中該摻雜磷 之陽極至少包含摻雜磷的銅。 9. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該陽極的 磷含量範圍至少介於約0.01%至約15%重量百分比 _ 苹π苜_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210Χ 297公澄） (請先閲讀背云之注意事項再«寫本頁) 訂

經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製 1222166 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部智毪財產局8工消费合作社印製 之間。 1 〇· 一種沉積一導電層至一導電基材上的方法，該方法 至少包含下列步驟： 沉積一含磷之層至該導電基材上；及 沉積一導電金屬層至該含磷之層上，以形成/導電層。 1 1 _如申請專利範圍第1 0項所述之方法，其中該含磷之 層至少包含一摻雜磷的種晶層。 12.如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該摻雜磷 的種晶層至少包含摻雜磷的銅。 13 ·如申請專利範圍第i i項所述之方法，其中該摻雜鱗 之種晶層的磷含量範圍至少介於約0.01 %至約15% 重量百分比之間。 14. 如申請專利範圍第1〇項所述之方法，其中該導電金 屬層至少包含銅。 15. 如申請專利範園第11項所述之方法，其中該摻雜磷 之種晶層以電化學沉積技術沉積而得。

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本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公麥） 1222166 16·如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該導電金 屬層以電化學沉積技術沉積而得。 1 7 · 一種處理一基材的方法，該方法至少包含下列步驟： 沉積一介電層至該基材上； 於該介電層上蝕刻出一特徵結構； 沉積一導電層至該特徵結構； 沉積一摻雜磷之種晶層至該導電層上；及 沉積一導電金屬層至該摻雜磷之種晶層上。 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該導電層 為一阻障層或襯層，該導電層至少包含一導電物質， 而該導電物質係選自Ti、TiN、Ta、TaNx、w、WN、 及上述物質組合所構成的群組。 19·如申請專利範圍第1 7項所述之方法，其中該摻雜鱗 之種晶層至少包含摻雜磷的銅。 經濟部智慧財產局8工消费合作社印製 20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該摻雜鱗 之種晶層更包含一摻雜雜質的物質，該摻雜雜質的 物質係選自硼、銦、錫、鈹、及上述物質組合所構 成的群組。 21.如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該掺雜鱗 ____ . 第狀百一 本紙張又度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 1222166 A8 B8 C8 D8 _請專利範圍 之種晶層的磷含量範圍至少介於約〇·〇1%至約15% 重量百分比之間。 22. 如申請專利範圍第1 9項所述之方法，其中該摻雜磷 之種晶層以電化學沉積技術沉積而得。 23. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該導電金 屬層至少包含銅。 24. 如申請專利範圍第1 7項所述之方法’其中該導電金 屬層以電化學技術沉積而得° (请先閱讀背*之注意事項再峨' 寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印«. ，第膝 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公發）