TWI654337B - 為求在電阻性基板上獲得最佳電鍍性能之晶圓緣部金屬化 - Google Patents

為求在電阻性基板上獲得最佳電鍍性能之晶圓緣部金屬化

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TWI654337B
TWI654337B TW104116938A TW104116938A TWI654337B TW I654337 B TWI654337 B TW I654337B TW 104116938 A TW104116938 A TW 104116938A TW 104116938 A TW104116938 A TW 104116938A TW I654337 B TWI654337 B TW I654337B
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亞圖 寇力克斯
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美商蘭姆研究公司
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Abstract

提供的係電鍍基板的方法，包括：提供一基板，該基板具有設置在其頂部表面的傳導層，而該基板之頂部表面具有緣部排除區域與處理區域；在基板旋轉的同時將無電鍍沉積溶液的液流引導至緣部排除區域，以將金屬材料鍍在緣部排除區域的傳導層上；延續該無電鍍沉積溶液的液流一段時間，以在緣部排除區域上產生金屬材料的增加厚度，其中該金屬材料的增加厚度使緣部排除區域的金屬材料的電阻降低；在該金屬材料上應用電性連接件；以及透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上，同時將電鍍溶液施加在該基板之處理區域上。

Description

為求在電阻性基板上獲得最佳電鍍性能之晶圓緣部金屬化
本發明大致係關於半導體製造，而更具體而言，係關於為求在電阻性基板上獲得最佳電鍍性能之晶圓緣部金屬化。
隨著半導體工業中的製程節點發展，已日益需要高電阻性基板上之電鍍。這在某種程度上係因為物理氣相沉積(PVD)晶種層隨著各個後繼的製程節點而薄化。例如，用於10nm製程中的5nmCu晶種層，展現約15Ω/□範圍之內的片電阻。這顯著大於較傳統的100nmCu晶種(具有約0.2OΩ/□範圍之內的片電阻)的片電阻。
在更極端的情況下，PVD之Cu晶種會被移除，並直接在障壁/襯裡疊層上執行電鍍，而障壁/襯裡疊層典型地比障壁、襯裡、與晶種層的傳統組合，明顯地更具電阻性。單獨的障壁/襯裡疊層的片電阻通常範圍約100到1000Ω/□。
雖然透過化學與硬體的進步已致力於克服電鍍電流的變動性(在高電阻性基板上電鍍期間，因巨大的端點效應(terminal effects)而造成)，但該等方法並未解決對極薄金屬薄膜建立電性連接的困難性。
此為本發明之實施例產生的背景。
揭露的係晶圓緣部金屬化的方法與系統，為求在電阻性基板上獲得最佳電鍍性能。
在一實施例中，提供電鍍基板的方法，包括：提供一基板，該基板具有設置在其頂部表面的傳導層，而該基板之頂部表面具有緣部排除區域，界定為延伸到基板邊緣的環狀區，該基板之頂部表面更具有處理區域，界定為延伸到接近該環狀區的基板的中心區；在基板旋轉的同時將無電鍍沉積溶液的液流引導至該緣部排除區域，該液流被引導遠離該處理區域，使無電鍍沉積溶液基本上朝向緣部排除區域的環狀區，而無電鍍沉積溶液將金屬材料鍍在緣部排除區域的傳導層上；延續該無電鍍沉積溶液的液流一段時間，該段時間被預設以在緣部排除區域上產生金屬材料的增加厚度，其中該金屬材料的增加厚度使緣部排除區域的金屬材料的電阻降低；在該金屬材料上應用電性連接件，該等電性連接件圍繞緣部排除區域的環狀區而散布；以及透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上，同時將電鍍溶液施加在該基板之處理區域上，，該增加厚度與因此對該電流而言降低的電阻，促進提高該處理區域由於所施加的電流與所施加的電鍍溶液而電鍍的速率。
在一實施例中，將該傳導層定義為金屬晶種層；以及，透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上之步驟，導致基板之處理區域上的金屬主體層之電鍍。
在一實施例中，該傳導層係由選自Cu、Co、Ru、或Au所組成之群組中的一金屬所界定。
在一實施例中，該金屬材料係由選自Cu、Co、Ru、Ni、Pd、Au或該等元素之合金所組成之群組中的一金屬所界定。
在一實施例中，該傳導層的厚度約在10到200埃的範圍之內。
在一實施例中，提高處理區域的電鍍速率，係藉由在將電鍍溶液施加在基板之處理區域上的同時，使所施加的電流增大所界定，而該金屬材料的增加厚度與因此降低的電阻，使所施加的電流易於增大。
在一實施例中，處理區域的電鍍速率從原始速率提高到增加後之速率，其大致與金屬材料的增加厚度呈線性相關。
在一實施例中，將該傳導層定義襯裡層或障壁層；以及透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上之步驟，導致基板之處理區域上的金屬晶種層或金屬主體層之電鍍。
在另一實施例中，提供處理基板的方法，包括：接收具有金屬晶種層的基板；將無電鍍沉積溶液施加在該金屬晶種層的第一部分(界定在基板之緣部排除區域)上，以在該金屬晶種層的第一部分上選擇性地沉積緣部金屬化層；在該緣部金屬化層上應用電性連接件；將該金屬晶種層的第二部分(界定在基板之元件區域)暴露到電鍍溶液；將電流施加到該等電性連接件，以將金屬主體層電鍍到該金屬晶種層的第二部分上。
在一實施例中，施加無電鍍沉積溶液之步驟包括：將噴嘴指向位在緣部排除區域的基板之周邊位置；旋轉基板；以及在旋轉基板的同時從噴嘴分配無電鍍沉積溶液。
在一實施例中，將無電鍍沉積溶液施加在該金屬晶種層的第一部分之步驟的持續期間，界定了該緣部金屬化層的厚度。
在一實施例中，預設該持續期間以增加緣部金屬化層的厚度，並藉此降低透過電性連接件而供應電流時的電阻。
在一實施例中，緣部金屬化層提供了基板在緣部排除區域中的增加的傳導性，以容納來自電性連接件的增大的電流。
在一實施例中，該金屬晶種層與該緣部金屬化層為相同金屬所界定，如此沉積緣部金屬化層之步驟，增厚了在緣部排除區域的晶種層。
在一實施例中，該金屬晶種層係由選自Cu、Co、Ru、或Au所組成之群組中的一金屬所界定。
在一實施例中，該緣部金屬化層係由選自Cu、Co、Ru、Ni、Pd、Au或其合金所組成的群組中的一金屬所界定。
在一實施例中，該緣部金屬化層的厚度約在50到200埃的範圍之內。
在一實施例中，施加電流之步驟，包括在沉積金屬主體層的同時，提高該電流的位準，以增加金屬主體層的沉積速率。
在一實施例中，該方法更包括：避免該等電性連接件與該緣部排除區域被暴露到該電鍍溶液。
在另一實施例中，提供用於基板上之無電鍍沉積的系統，包括：一腔室；設置於該腔室中的一基板固持器，該基板固持器配置以接收一基板，而該基板具有一傳導層設置在該基板之頂部表面，該基板之頂部表面具有一緣部排除區域，其界定為延伸到基板之緣部的環狀區，該基板之頂部表面更具有一處理區域，其界定為延伸到接近該環狀區的基板的中心區，其中該基板固持器配置以旋轉基板；一溶液容器，配置以容納無電鍍沉積溶液；與該溶液容器結合的一分配器，配置以提供無電鍍沉積溶液之液流；一控制器，該控制器配置以在基板旋轉的同時，將無電鍍沉積溶液之液流引導至該緣部排除區域，將該液流引導遠離該處理區域，俾使該無電鍍沉積溶液基本上朝向緣部排除區域的環狀區，而無電鍍沉積溶液將金屬材料鍍在緣部排除區域的傳導層上，其中延續無電鍍沉積溶液的液流一段時間，該段時間被預設以在緣部排除區域上產生金屬材料的增加厚度，其中該金屬材料的增加厚度使該緣部排除區域上的金屬材料的電阻降低。
在一實施例中，該系統更包括：一電鍍模組，該電鍍模組包括：用於接觸金屬材料的電性連接件，該等電性連接件在與金屬材料接觸時圍繞緣部排除區域的環狀區而散布；一溶液槽，配置以容納電鍍溶液；一電力來源，配置 以在將電鍍溶液施加在基板之處理區域上時，透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上，該增加厚度與因此對該電流而言降低的電阻，促進提高處理區域由於所施加的電流與所施加的電鍍溶液而電鍍的速率。
在一實施例中，該等電性連接件被排列成圓形陣列，且各電性連接件可獨立地移動。
在一實施例中，該系統更包括：一環狀密封件，配置以接觸該金屬材料，並防止電鍍溶液接觸到該等電性連接件。
在一實施例中，該傳導層定義金屬晶種層；以及透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上，導致該基板之處理區域上的金屬主體層之電鍍。
在一實施例中，提高處理區域的電鍍速率，係藉由在將電鍍溶液施加在基板之處理區域上的同時，使所施加的電流增大而界定，而該金屬材料的增加厚度與因此降低的電阻，使所施加的電流便於增大。
在一實施例中，處理區域的電鍍速率從原始速率提高到增加後之速率，其大致與金屬材料的增加厚度呈線性相關。
在一實施例中，將該傳導層定義襯裡層或障壁層；以及透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上，導致該基板之處理區域上的金屬晶種層或金屬主體層之電鍍。
在一實施例中，該分配器包括：一噴嘴，配置以將無電鍍沉積溶液的液流，以具有預設寬度與預設流速的液流或噴霧的方式，輸送到該基板之表面上；一分配支架，該分配支架可透過該控制器調整以操控該噴嘴，俾將無電鍍沉積溶液之液流或噴霧引導至該緣部排除區域，該噴嘴受到分配支架操控，使得液流或噴霧的中心軸相對於基板頂部表面形成入射角，並呈現平行於基板頂部表面的水平方向，該水平方向介於基板的徑向方向與基板的切線方向之 間，該徑向方向與切線方向基本上界定在液流或噴霧的中心軸與基板表面接觸的位置上。
在一實施例中，該系統更包括：一馬達，用於旋轉該基板固持器，該馬達可透過該控制器操作，以範圍約每分鐘6到200轉(RPM)的預設轉速，旋轉該基板固持器；其中基板的旋轉提供離心加速度給位在緣部排除區域的無電鍍沉積溶液，使得被提供至緣部排除區域的環狀區之內區的無電鍍沉積溶液，朝向緣部排除區域的環狀區之外區加速，如此因為液流或噴霧聯合了離心加速度推動在緣部排除區域的無電鍍沉積溶液，而在緣部排除區域提供無電鍍沉積溶液基本上均勻的分布。
在一實施例中，該系統更包括：一排放管路，其設置在該腔室之底部區域；其中形塑該腔室之內側表面，以使從基板之頂部表面脫逸的無電鍍沉積溶液轉向，並引導被轉向的該無電鍍沉積溶液遠離基板表面，而朝向該排放管路。
在一實施例中，該系統更包括：一感測器，用於偵測金屬材料之厚度，其中該控制器配置以當所偵測的金屬材料之厚度到達所預設的厚度標準時，將在緣部排除區域的無電鍍沉積溶液的液流停止。
被配置以界定至少一元件的一基板，包括：一基板；其中該基板具有傳導層，其設置在該基板的頂部表面上，該基板的頂部表面具有一緣部排除區域，其界定為延伸到基板緣部的環狀區，該基板之頂部表面更具有一處理區域，其界定為延伸到接近該環狀區的基板的中心區；其中該基板具有金屬材料，其沉積在該緣部排除區域中的傳導層上，其中該金屬材料的厚度使在該緣部排除區域的金屬材料的電阻降低，其中該增加厚度與因此對該電流而言降低的電阻，促進提高處理區域由於所施加的電流與所施加的電鍍溶液而電鍍的速率。
100‧‧‧裝置
101‧‧‧杯體
103‧‧‧錐體
104‧‧‧支架
105‧‧‧頂部板
106‧‧‧心軸
107‧‧‧馬達
109‧‧‧防濺裙
110‧‧‧間隔構件
111‧‧‧基板固持器
115‧‧‧電鍍槽
117‧‧‧電鍍腔室
119‧‧‧陽極
130‧‧‧電鍍槽
131‧‧‧電解液注入管
134‧‧‧電鍍浴流體
143‧‧‧端緣密封件
144‧‧‧連接件
145‧‧‧基板
146‧‧‧邊緣排除區域
147‧‧‧電流來源
153‧‧‧擴散器/薄膜
155‧‧‧注入噴嘴
157‧‧‧陽極腔室
159‧‧‧清洗排放管路
161‧‧‧電鍍溶液回流管路
163‧‧‧清洗噴嘴
165‧‧‧內側溢流口
167‧‧‧外側溢流口
200‧‧‧晶圓
202‧‧‧傳導層
204‧‧‧電性連接件
206‧‧‧端緣密封件
208‧‧‧金屬材料的第一部份
210‧‧‧金屬材料的第二部份
212‧‧‧金屬材料的第三部份
220‧‧‧圖表
222‧‧‧標記
224‧‧‧標記
226‧‧‧標記
228‧‧‧標記
230‧‧‧標記
232‧‧‧標記
300‧‧‧晶圓
302‧‧‧傳導性層
304‧‧‧無電鍍沉積溶液
306‧‧‧液流
308‧‧‧金屬材料
400‧‧‧方法操作
402‧‧‧方法操作
404‧‧‧方法操作
406‧‧‧方法操作
408‧‧‧方法操作
500‧‧‧晶圓
502‧‧‧特徵
503‧‧‧障壁/襯裡疊層
504‧‧‧晶種層
506‧‧‧邊緣金屬化層
508‧‧‧電性連接件
512‧‧‧部分
514‧‧‧部分
516‧‧‧部分
518‧‧‧部分
520‧‧‧部分
530‧‧‧標記
532‧‧‧標記
540‧‧‧曲線
542‧‧‧曲線
550‧‧‧曲線
552‧‧‧曲線
554‧‧‧曲線
556‧‧‧曲線
558‧‧‧曲線
560‧‧‧曲線
562‧‧‧曲線
564‧‧‧曲線
570‧‧‧曲線
600‧‧‧方法操作
602‧‧‧方法操作
604‧‧‧方法操作
606‧‧‧方法操作
608‧‧‧方法操作
700‧‧‧腔室
702‧‧‧半導體晶圓
704‧‧‧基板固持器
706‧‧‧馬達
708‧‧‧噴嘴
710‧‧‧支架
712‧‧‧引動器
714‧‧‧無電鍍沉積溶液
716‧‧‧控制器
718‧‧‧排放管路
720‧‧‧幫浦/再循環模組
722‧‧‧氮氣來源
800‧‧‧噴嘴
802‧‧‧液流
803‧‧‧位置
804‧‧‧邊緣排除區域
806‧‧‧晶圓
810‧‧‧無電鍍沉積溶液
900‧‧‧自動化物料搬運系統
901‧‧‧晶圓載具
902‧‧‧負載埠
903‧‧‧晶圓
904‧‧‧負載閘
906‧‧‧傳輸模組
908‧‧‧無電鍍沉積模組
910‧‧‧電鍍模組
912‧‧‧清洗模組
透過參考結合了隨附圖式的下列實施方式，可最佳地理解本發明以及其中更多的優點。
圖1A呈現固持與安置晶圓的裝置100的立體圖，用於電化學地處理半導體晶圓。
圖1B包括杯體與錐體組件的剖面圖，提供了基板固持器的更詳細檢視。
圖1C呈現基板在被電性連接件與端緣密封件接觸時的局部三度空間剖視圖。
圖2描繪透過設備(根據上方所示)電鍍晶圓時的晶圓的外側區域。
圖3A描繪選擇性緣部金屬化之前的晶圓，其上方具有傳導層。
圖3B描繪被沉積的金屬材料，其界定出緣部金屬化層，並提供實質地增厚的傳導性材料在晶圓的緣部排除區域上。
圖4根據本發明之實施例，描繪處理晶圓的方法。
圖5A根據本發明之實施例，描繪在晶圓上的晶種層上之主體層的沉積。
圖5B根據本發明之實施例，描繪在電鍍過程期間，被供應的電流作為時間的函數的作圖。
圖5C根據本發明之實施例，描繪主體層隨著時間的厚度的作圖。
圖5D根據本發明之實施例，描繪片電阻對徑向長度(從晶圓的緣部朝向中央)的作圖。
圖6根據本發明之實施例，描繪處理晶圓的方法。
圖7根據本發明之實施例，示意地描繪無電鍍沉積系統，用於執行緣部金屬化。
圖8A描繪一噴嘴，可配置以將無電鍍沉積溶液的液流(或噴霧)輸 送到晶圓的緣部排除區域。
圖8B根據本發明之實施例，描繪無電鍍沉積溶液在晶圓表面上的液流。
圖9根據本發明之實施例，描繪處理晶圓之系統。
揭露的係晶圓緣部金屬化的方法與系統，為求在電阻性基板上獲得最佳電鍍性能。
為提供本發明之全面性的認識，將於下列實施方式中闡述多個具體細節。然而很明顯地，對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，毋須一些該等具體細節即可實施本發明。在一些例子中，為了避免不必要地混淆本發明，熟知的處理作業與實施細節未詳細描述。
如上所述，對半導體工業中未來的金屬化方法而言，在高電阻性基板上之電鍍為一項重要的技術。因為PVD晶種層變得更薄或完全地移除，基板表面將逐漸具電阻性並難以電鍍。解決電鍍電流的變動性(在高電阻性基板上電鍍期間，因巨大的端點效應而造成)的方法，包括使用特殊的電性連接件來將電流供應到晶圓。通常該等連接件僅接觸晶圓外圍1-2mm以避開活性晶片區(active die area)，並且為了避免在晶圓上產生缺陷，該等連接件被保持密封而遠離電鍍溶液。如此，接觸區域不會被電鍍，並在電鍍期間保持在其原本的電阻性狀態，但晶圓的被電鍍區域則因為被電鍍而變得更具傳導性。與其中接觸環係在傳導性PVD Cu晶種上碰觸晶圓的情況相比，此方法對於有多少電流可被輸送到晶圓造成限制。
在整體製程流程中，電鍍種晶步驟可在電填充步驟(特徵將在此步驟中被填入Cu)的前面。在種晶步驟中，上方的接觸方法產生橫越晶圓主體的更好的傳導性，但在接觸區域中仍維持高電阻性。接續在種晶步驟之後，需要一 般的電鍍步驟以將Cu填入特徵中。然而，在填充步驟期間的電流受到接觸區域的金屬不足的限制，而降低了填充處理的產出量。
針對此問題的可能解決方法，為使用未隔絕於電鍍溶液的電性連接件，來形成被電鍍的晶種層，而允許晶圓全部的表面都被電鍍。如此具有電鍍連接件的缺點，並造成可能的微粒缺陷的問題。
另一解決方法為，在填充步驟中使用比種晶步驟具有更小直徑的連接位置與密封件，使得在填充步驟期間的可在所電鍍的晶種上建立連接。這具有損失了可使用晶片區的晶圓面積之缺點。
此問題的另一解決方法，為將緣部區域獨立地金屬化，無論在晶種的電鍍之前或在晶種電鍍處理之後(視應用而定)。可透過無電電鍍、電鍍、PVD、ALD來完成緣部金屬化之處理。
電化學沉積可應用在積體電路製造與封裝製程的許多階段(points)。製造電晶體的開始步驟被稱為前端線(FEOL)處理。涉及製造金屬連接件的製程被稱為後端線(BEOL)處理。在IC晶片層級(chip level)，透過將Cu或其他具足夠傳導性的材料電鍍在穿孔或溝槽之中來形成多個相互連接的金屬化層，而在BEOL處理期間產生鑲嵌特徵(damascene feature)。大致上，遠離電晶體層級(transistor level)，有愈來愈多層次(hierarchy)的較大的互連特徵規模。後端線通常以晶圓的密封(例如使用SiN)做為結束，被稱為晶圓鈍化層。
圖1A呈現固持與定位晶圓的裝置100的立體圖，用於電化學地處理半導體晶圓。裝置100包括晶圓咬合元件，其有時被稱為「抓斗」元件、「抓斗」組件、或「抓斗」。抓斗組件包括杯體101與錐體103。杯體101固持晶圓，而錐體103將晶圓牢固地夾在杯體101中。亦可使用本文中所具體描述者以外的杯體與錐體的其他設計。共同特徵為具有內側區域的一杯體，而晶圓放置在該內側區域中，以及一錐體，其靠著杯體對晶圓施壓，以使晶圓保持在定位。
在圖解的實施例中，抓斗組件(杯體101與錐體103)受到支架104固持，而支架104連接到頂部板105。此組件(101、103、104、以及105)由馬達107透過與頂部板105連接的心軸106來驅動。馬達107附裝於安裝架座(未顯示)。心軸106將力矩(來自馬達107)傳送到抓斗組件，促使在電鍍期間固持於其中的晶圓(未顯示在此圖式中)旋轉。在心軸106內的空氣缸(未顯示)亦提供垂直力，用於使杯體101與錐體103咬合。當抓斗鬆開(未顯示)時，具有端點動器手臂的機器人可將晶圓插在杯體101與錐體103之間。插入晶圓之後，錐體103與杯體101咬合，其將晶圓固定在裝置100內，而僅留下晶圓的正面(工作表面)暴露到電解液。
在一些實施例中，抓斗包括防濺裙109，其保護錐體103不碰到飛濺的電解液。在所述實施例中，防濺裙109包括垂直狀周向軸套與圓形蓋體部分。間隔構件110維持了防濺裙109與錐體103之間的間隔關係。
為了討論，包含著元件101到110的組件被統稱為「基板固持器」111。然而需注意「基板固持器」的觀念廣泛地延伸到咬合基板並且允許其移動與定位的許多元件之組合與次組合。
可將傾斜組件(未顯示)連接到晶圓固持器111，以允許晶圓有角度的浸入(與平面水平浸入相比)到電鍍溶液中。在一些實施例中使用了驅動機制以及平板和樞軸接頭的配置，來沿著弧形路線(未顯示)移動晶圓固持器111，以及，因此將基板固持器111(也就是杯體與錐體組件)的終端傾斜。
此外，整個晶圓固持器111透過引動器(未顯示)被垂直地升起或降下，以將晶圓固持器111的終端浸入到電鍍溶液中。如此，二種元件之定位機制提供了垂直移動與傾斜移動兩者，垂直移動係沿著垂直於電解液表面的軌跡，而傾斜移動允許晶圓偏離水平方向(也就是平行於電解液表面)(使晶圓有角度地浸入之能力)。
注意晶圓固持器111與電鍍槽115一起使用，而電鍍槽115具有安置著陽極腔室157以及電鍍溶液的一電鍍腔室117。腔室157固持著一陽極119(例如Cu陽極)，且可包括薄膜或其他分隔件，設計以將不同的電解液化學品保持在該陽極分隔室與一陰極分隔室中。在所述實施例中，使用擴散器153將電解液向上引導到旋轉中的晶圓之均勻的正面。在一些實施例中，液流擴散器為高電阻虛擬陽極(HRVA)板，其由一體化的絕緣性材料(例如塑膠)製成；具有大量(例如4000-15000)的一維度小孔洞(直徑為0.01到0.05吋)；並且連通至在該板上方的陰極腔室。該等孔洞的總橫切面積小於約5%的總投影面積，也因此，在電鍍槽中引入實質的流動阻力，而有助於改善系統的電鍍均勻性。高電阻虛擬陽極板以及用於電化學地處理半導體晶圓的相關裝置之其他描述，可見於美國專利申請案登記第12/291356號(申請日為2008年11月7日)，該案以全文加入本案之參考資料。電鍍槽亦可包括隔離薄膜，用以控制並建立分離的電解液流動模式。在另一實施例中，使用薄膜來界定出陽極腔室，其中內含電解液，而該電解液實質上不含抑制劑、加速劑、或其他有機電鍍添加物。
電鍍槽115亦可包括管路系統或管路系統連接件，用於使電解液循環通過電鍍槽115，而對著被電鍍的工作件。例如，電鍍槽115包括電解液注入管131，其通過在陽極119中央的孔洞而垂直地延伸進入陽極腔室157的中央。在其他實施例中，電鍍槽包括電解液注入分歧管，其在腔室的周邊腔壁上，將流體引導至在擴散器/HRVA板下方的陰極腔室(未顯示)中。在一些例子中，注入管131包括在薄膜153兩側(陽極邊與陰極邊)上的出口噴嘴。此配置將電解液輸送至陽極腔室與陰極腔室兩者。在其他實施例中，透過流動阻力薄膜153將陽極與陰極腔室分開，且各腔室具有獨立的分離電解液的流動循環。如在圖1A之實施例中所呈現的，注入噴嘴155將電解液提供到薄膜153的陽極邊。
此外，電鍍槽115包括清洗排放管路159與電鍍溶液回流管路161， 各自直接連接到電鍍腔室117。在正常作業期間亦有清洗噴嘴163輸送去離子清洗水以清洗晶圓及/或杯體。電鍍溶液正常地填滿大部分的腔室117。為了減緩噴濺與氣泡的產生，腔室117包括內側溢流口165讓電鍍溶液回流，以及外側溢流口167讓清洗水回流。在圖解之實施例中，該等溢流口為周向的垂直槽口，位在電鍍腔室117的腔壁中。
圖1B包括杯體101與錐體103的剖面圖，提供了基板固持器(亦稱為杯/錐組件或「抓斗組件」)的更詳細檢視。注意描繪於圖1B中的杯/錐組件111未刻意具有精確的比例，但其係顯示以促進以下說明的明確性。杯體101固持著端緣密封件143、連接件144、匯流排(buss bar)、以及其他元件，且其本身透過支架104而受到頂部板105固持。一般而言，基板145在連接件144正上方放置於用以固持基板之端緣密封件143上。杯體101界定一開口，而電鍍浴溶液可透過該開口與基板145接觸。注意電鍍發生在基板145的正面。因此，基板145的周圍靠在杯體101的底端向內凸出部(例如「刀狀」邊緣)，或更具體地，靠在位於杯體101的底端向內凸出部上的端緣密封件143上。
為了咬合基板145使其保持在定位，且為了在電鍍期間基板145浸入電鍍浴時，頂住端緣密封件143而將基板145密封，錐體103下壓基板145的背面。來自錐體103而傳送經過基板的垂直作用力，壓緊端緣密封件143，以形成液密封閉。端緣密封件143避免電解液接觸到基板145的背面(可能在該處直接將汙染性金屬原子引進Si中)，以及避免電解液接觸到敏感元件，例如建立電性連接到基板145之緣部區域的連接件指狀物(contact finger)。此電性連接與相關的電性連接件144(本身受到端緣密封件143的密封與保護而不會變得濕潤)係用於將電流(來自電流來源147)供應到基板145之傳導性區域(暴露到電解液)。整體而言，端緣密封件143將基板145未曝露的緣部區域，與基板145的暴露區域分隔。兩區域都具有傳導性表面，而彼此電性連通。此進一步描繪於 圖1C中，呈現基板145在與電性連接件144及端緣密封件143接觸時的局部三度空間剖視圖。端緣密封件143大致上係在晶圓的緣部排除區域146的邊界上接觸晶圓145。緣部排除區域146可界定為晶圓145最外側的1到2mm。
為了將基板145裝載到杯/錐組件111中，錐體103透過心軸106從其所繪的位置升起，直到杯體101與錐體103之間，有足夠的空隙能讓基板145插入杯/錐組件111中。然後插入基板145(在一些實施例中係利用機器人手臂)，並且使其輕放在端緣密封件143與杯體101上(或在連接到杯體101的相關元件，例如端緣密封件143上)。在一些實施例中，將錐體103從其所繪的位置升起，直到其碰到頂部板105。接下來，降下錐體103以壓住並且接合基板，使其頂著杯體101的周圍，或所連接的端緣密封件143。在一些實施例中，心軸106傳遞垂直作用力還有力矩兩者，垂直作用力用於促使錐體103咬合基板145，而力矩用於旋轉杯/錐組件111以及被錐/杯組件111固持著的基板145。在一些實施例中，基板145的電鍍典型地在基板145旋轉時進行。在一些此種實施例中，在電鍍期間旋轉基板145，幫助達成均勻的電鍍，且幫助沉積後金屬堆疊物移除。
端緣密封件143可為單元件密封件或多元件密封件。此外，如同本發明之技術領域中具有通常知識者已知的，多種材料可用來建構端緣密封件143。例如，在一些實施例中，端緣密封件143由彈性材料構成，而在一些此種實施例中，為全氟聚合物(perfluoropolymer)。
該電鍍裝置包括電鍍槽130，其具有用來容納電鍍浴流體134的容積。基板固持器通常具有架設在杯體上的端緣密封件；一錐體，其可相對於杯體與端緣密封件而移動，並且配置以將基板固持於基板固持器(透過將基板壓在端緣密封件上)；以及典型地亦包括多個電性連接件指狀物，該等連接件指狀物在當基板如上方所述地密封於杯體中時，被端緣密封件保護，並且由電鍍裝置 的電源供應器供應電荷。
基板固持器111根據該電鍍裝置的不同模式，可在該電鍍裝置中的不同垂直位置之間移動。具體而言，圖1B所繪的基板固持器111，係垂直地定位在電鍍位置中並固持著基板145，使待電鍍的基板145表面，係位於電鍍槽130的容積(容納著電鍍浴流體134)中。在此位置，基板固持器111固持著基板145，並將其浸入到電鍍浴流體/溶液134中。
在一些關於300-mm晶圓型態的實施例中，電性連接件144由至少約300個獨立的連接件指狀物所界定，其圍繞整個晶圓所界定的周長而平均地隔開。電性連接件144可界定出連續的環形，其中金屬狹條界定出該環形的外徑，而指狀物的自由端則界定出內徑。該等指狀物具有彈性，且在裝載晶圓時可被推向下。例如，該等指狀物在當晶圓145被放進抓斗中時，從自由位置移動到不同的中介位置，最後當錐體103施加壓力在晶圓145上時移動到另一不同位置。該等指狀物在其自由位置可延伸得比端緣143高。在一些實施例中，當晶圓145被帶進杯體101中，而該等指狀物與端緣143兩者與晶圓145接觸時，該等指狀物及/或端緣密封件143會彎曲或壓縮。
本發明之實施例可應用在由Novellus Systems,Inc所供應之Sabre®電鍍系統(Sabre® electroplating system)。
根據一些實施例，例示性電鍍處理可包括下列之操作。首先，將抓斗的端緣密封件與接觸區域清洗並乾燥。將抓斗打開，並將晶圓裝載進抓斗中。在一些實施例中，連接件的頂端稍微高於密封端緣的平面，且晶圓隨之受支撐於連接件頂端的陣列(繞著晶圓的圓周)。然後透過將錐體下移而使抓斗關閉並密封。在此關閉步驟期間，連接件典型地被彎曲。進一步地，連接件的底端角被施力向下靠著彈性端緣密封件的底部，此產生了另外的作用力在該頂端與晶圓的正面之間。密封端緣可被輕微壓縮以確保圍繞整個周長的密封。在一些 實施例中，當晶圓被放進杯體的最初，僅密封端緣係與該正面有接觸。在此範例中，該頂端與該正面之間的電性接觸，係在密封端緣之壓縮期間建立的。
一旦建立了密封與電性接觸，將抓斗承載著的晶圓浸入電鍍浴中，並在固持於抓斗中的同時在電鍍浴中被電鍍。用於此操作之Cu電鍍溶液的典型組成，包括濃度範圍約0.5-80g/L的Cu離子，具體而言約5-60g/L，而更具體來說約18-55g/L；以及濃度範圍約0.1-400g/L的H2SO4。低酸性Cu電鍍溶液典型地含有約5-10g/L的H2SO4。中與高酸性溶液分別含有約50-90g/L與150-180g/L的H2SO4。Cl離子的濃度約1-100mg/L。可使用些許Cu電鍍有機添加物，例如Enthone Viaform、Viaform NexT、Viaform Extreme(可得自位於康乃狄克州的西黑文(West Haven,Conn.)的Enthone Corporation)、或本技術領域中具有通常知識者知悉的其他加速劑、抑制劑以及勻平劑(leveler)。電鍍操作的範例更詳細地描述於美國專利申請案登記第11/564222號(申請日為2006年11月28日)，為了描述電鍍操作，該案以全文加入本案之參考資料。一旦完成電鍍，且有適當總量的材料沉積在晶圓的正面上之後，將晶圓移開電鍍浴。晶圓與抓斗被旋轉以移除大部分的因為表面張力而留在抓斗表面上的殘留電解液。然後在持續旋轉的同時清洗抓斗，以盡可能從抓斗與晶圓表面，稀釋並清洗更多的被挾帶的流體。之後晶圓旋轉時，讓清洗液體關閉一段時間(通常至少約2秒)以移除些許殘留的清洗劑。
圖2描繪透過設備(根據上方所示)電鍍晶圓200時的晶圓200的外側區域。亦呈現圖表220，其順著晶圓200的不同區域描繪出變化中的電阻。根據許多實施例，晶圓200在進行電鍍之前包括傳導層202，其可為金屬晶種層、或襯裡層或障壁層。如上所述，電流透過電性連接件204被供應到傳導層202，而端緣密封件206用於將基板的外側排除區域(電性連接產生之處)封閉。
因為晶圓200被電鍍了，金屬材料沉積在傳導層202的暴露到電鍍溶液的部分上。雖然在電鍍過程期間，金屬材料係連續地沉積，但針對描述之 目的，將被沉積的金屬材料的各種層概念化係有所助益，其集合定義整個的被沉積的材料。在第一時段中，金屬材料的第一部份208沉積於傳導層202上；在第二時段中，金屬材料的第二部份210沉積於第一部份208上；以及在第三時段中，金屬材料的第三部份212沉積於第二部份210上。以此方式，被電鍍在傳導層202上的金屬材料的厚度隨著時間而增加。
圖表220描繪順著電流路徑(由電性連接件204與晶圓200界定出來)之多個區域的電阻。如標記222所示，電性連接件204中的電阻非常低，直到接觸傳導層202。傳導層202中的電阻相對上較高，如標記224所示。這可部分歸因於傳導層202非常薄，所以即使傳導層202係由本質地高傳導性材料(例如Cu)組成，高電阻性仍然因著傳導性材料的缺乏而呈現出來。此高電阻狀態從電性連接件204在晶圓上的接觸區域，延伸到端緣密封件206的外側邊緣，其相鄰於晶圓200的正面被暴露而電鍍的區域。
隨著晶圓200的被電鍍區域增加了厚度，該區域的電阻也就下降了。如標記226所示，一開始，在傳導層202被暴露部分中的電阻，與相鄰區域(在電性連接件204與端緣密封件206之間)的電阻係相同的。然而，在第一部分208被電鍍之後，該電阻降至標記228所指示的位準。在第二部分210被電鍍之後，該電阻進一步降至標記230所指示的位準。在第三部分212被電鍍之後，電阻更進一步降至標記232所指示的位準。
然而，儘管被電鍍區域的電阻下降(增加的傳導性)在電鍍操作期間隨著時間發生，但仍無法避免損壞晶圓的風險，而安全地供應更大的電流位準(另外受此厚度支撐)。這係因為最大允許電流受限於存在於電性連接件204與端緣密封件206之間的區域(電流在電鍍處理期間通過此區域)中的高電阻狀態。隨著晶種層變得薄化，傳導層(例如晶種層)中的高電阻狀態之問題，跟著後繼的製程節點而變得更顯著。舉例來說，下方表格針對各種技術節點表列了典型Cu晶種 層的場厚度(field thickness)與片電阻。已知場厚度與電阻率基本上會因為再濺鍍處理(re-sputter processes)與合金而實質地改變。然而，如可見的，晶種層的片電阻增加，且因此逐漸限制了在電鍍操作期間可被供應的電流總量。
若所供應的電流位準太高，則有燃燒連接件204及/或傳導層202的風險，這可能造成多餘的微粒生成。因為熱膨脹及/或熱循環，傳導層202(及透過擴散作用，底部的層)可能變得過度地熱而造成耗損或損壞。此外，在處理操作期間產生的熱的增加量，不利於製程的熱預算。因此，傳導層202在緣部排除區域的電阻(低傳導性)，對於可在電鍍期間驅動的電流總量來說，為限制因子，而因此限制了執行沉積的速率。
鑒於上文，根據本發明之實施例提供了在電鍍前之緣部排除區域的選擇性金屬化，用以在晶圓的緣部排除區域中提供降低的電阻，所以對於為了促進更快沉積而應用更高電流位準而言，緣部排除區域的電阻不會成為限制因子。圖3A描繪選擇性緣部金屬化之前的晶圓300，其上方具有傳導層302。在一些實施例中，傳導層302可被一金屬所界定，例如Cu、Co、Ru、或其他金屬或合金。緣部排除區域定義為延伸到基板緣部的環狀區，而元件不會在該區域形成。根據一些實施例，無電鍍沉積溶液304被選擇性地施加在該晶圓的緣部排除區域上。處理/元件區域定義為延伸到接近該環狀區的基板的中心區。
在一些實施例中，在晶圓旋轉的同時，將無電鍍沉積溶液304的 液流306引導至緣部排除區域。液流306可被引導遠離該處理區域，使得無電鍍沉積溶液304大致朝向該緣部排除區域的環狀區。無電鍍沉積溶液304將金屬材料鍍在該緣部排除區域的傳導層上。在許多實施例中，無電鍍沉積溶液304的液流306可界定為朝向該緣部排除區域中之晶圓暴露表面的液流或噴霧。
延續無電鍍沉積溶液304的液流306一段時間，該段時間可預設以在該緣部排除區域上產生金屬材料的增加厚度。一開始，無電鍍沉積溶液304施加在晶圓的緣部排除區域中的傳導層302上。隨著金屬材料從無電鍍沉積溶液304沉積出來，之後在接續的時段中，無電鍍沉積溶液304施加在現存的已沉積金屬材料上，而已沉積金屬材料的厚度隨著時間加厚，且基本上透過晶圓暴露到無電鍍沉積溶液304的持續期間來決定。在圖3B中，已沉積金屬材料308界定出緣部金屬化層，並提供實質地增厚的傳導性材料在晶圓的緣部排除區域上。
因為金屬材料增加的厚度提供緣部區域上之金屬材料的電阻進一步的下降，與沒有緣部金屬化層的晶圓相比，緣部金屬化層在緣部排除區域上提供了顯著降低的電阻位準(增加傳導性)。因此根據上述之系統，在後續的電鍍處理期間，可不用冒著損害晶圓的風險，來施加更高的電流位準而藉此增加沉積速率。
已知描述於本文中的緣部金屬化方法，可應用到多樣的晶圓處理配置中，作為在緣部排除區域的傳導路徑之電阻的降低方法，而藉此透過應用更高電流來促進更快的電鍍。此外，可想見被沉積在緣部排除區域的金屬材料可為任何金屬或合金，當被沉積時用於降低傳導路徑(界定在緣部排除區域)的電阻。以舉例的方式，在一些實施例中，該金屬材料由Cu、Co、Ru、或Au組成。
廣泛而言，就更小厚度所允許的電流流量來看，具有更高傳導性的金屬將提供更大的增益。然而，在選擇金屬來界定金屬材料時亦傳達其他考 量點，例如成本以及沉積在傳導層上之相對容易性。
另外，注意在一些實施例中，該金屬材料係為和傳導層(金屬材料沉積其上方)的金屬或合金相同的金屬或合金。但在其他實施例中，該金屬材料係為和傳導層的金屬或合金不同的金屬或合金。然而，須注意一些金屬的組合物，因為不同金屬的電位中的差異，而可能受伽凡尼腐蝕(galvanic corrosion)的影響。因此，在該金屬材料異於傳導層的金屬材料的實施例中，倘若金屬提供了合適的傳導性位準，通常偏好所選擇的金屬，係具有和傳導層的電位相似的電位，以避免電位伽凡尼腐蝕。
在一些實施例中，傳導層302為金屬晶種層。在一實施例中，傳導層302為Cu晶種層，而被沉積的金屬材料由Cu金屬界定，其有效地增厚Cu晶種層。增厚的Cu晶種層明顯地增加晶圓表面在緣部排除區域的傳導性。在沉積了緣部金屬化層於緣部排除區域的晶種層上之後，執行電鍍處理，以將主體層沉積在基板之元件/處理區域中的金屬晶種層上。如下方更詳細描述的，緣部金屬化層的存在，便於在主體金屬層的電鍍沉積期間施加增大的電流位準。
在其他實施例中，傳導層302為襯裡或障壁層、或該者結合。與金屬晶種層相比，障壁/襯裡疊層展現明顯較大的電阻位準，通常在100到1000Ω/□的範圍中。這代表若沒有緣部金屬化，則障壁/襯裡疊層的高電阻(以及低傳導性)可能成為在電鍍期間可被安全供應的電流總量的限制因子。因此，根據本發明之一些實施例，緣部金屬化層被沉積在晶圓的緣部排除區域中的障壁/襯裡疊層上。緣部金屬化層由被沉積的金屬材料界定，其可與底層障壁/襯裡材料相同或相異。在一些實施例中，該金屬材料選擇為比障壁/襯裡材料更具有傳導性，藉此促進在緣部排除區域之傳導性增加，比單獨透過增厚襯裡/障壁材料所可能的增加更多。
圖4根據本發明之實施例，描繪處理晶圓的方法。在方法操作400， 在晶圓表面上沉積障壁/襯裡疊層。沉積障壁/襯裡疊層的例示性方法包括了CVD、PVD、ALD等。在方法操作402，在該障壁/襯裡疊層上沉積金屬晶種層。 金屬晶種層在一些實施例中可藉由PVD來沉積，但亦可使用其他沉積方法。在方法操作404，透過將金屬材料沉積在緣部排除區域的金屬晶種層上，將緣部排除區域金屬化。在方法操作406，執行電鍍處理，以將金屬主體層沉積在基板的元件/處理區域中的金屬晶種層上。如下方進一步討論的，為了促進更快的主體層沉積，隨著晶圓表面變得更具傳導性，電流位準在電鍍處理的過程期間被提高。接續主體層之沉積，然後在操作408執行平坦化處理，例如化學機械拋光(CMP)。
圖5A根據本發明之實施例，描繪在晶圓500上的晶種層上之主體層的沉積。晶圓500包括特徵502，在所繪之實施例中為溝槽，但可為其他可被形成在基板表面上的任何特徵。障壁/襯裡疊層503存在於晶圓500上，以及晶種層504被沉積在障壁/襯裡疊層503的上方。障壁/襯裡疊層503以及晶種層504延展在晶圓500的正面上。然而，在元件不會產生的緣部排除區域(晶圓500的圓周區域，例如晶圓500的外側2mm)中，緣部金屬化層506已被選擇性地沉積在緣部排除區域中的晶種層504上方。
為了電鍍處理，使電性連接件508沿著緣部金屬化層506的外徑而與緣部金屬化層506接觸。透過電性連接件508將來自電流來源的電流供應到緣部金屬化層506。使端緣密封件510沿著緣部金屬化層506的內徑(相對於電性連接件508)，頂住緣部金屬化層506而密封，以避免電性連接件508以及晶圓500的背面暴露到電鍍溶液。
應當理解的係緣部金屬化層506的厚度在緣部排除區域的平坦區可基本上均勻。然而，緣部金屬化層506的厚度在基板的斜面緣部下降。 在一些實施例中，係於斜面緣部與緣部金屬化層電性連接，因此，在該等實施 例中，緣部金屬化層的厚度可小於緣部金屬化層的公稱(nominal)厚度(在晶圓之緣部金屬化層的平坦區上)。例如，針對緣部金屬化層的公稱厚度約10-20nm者而言，在電性連接點的厚度可約5-10nm。
繼續參考圖5A，呈現多個相同時間間隔中的主體層之沉積。在時間T0與T1之間，沉積主體層的一部分512；在時間T1與T2之間，沉積主體層的一部分514；在時間T2與T3之間，沉積主體層的一部分516；在時間T3與T4之間，沉積主體層的一部分518；以及在時間T4與T5之間，沉積主體層的一部分520。
參考圖5B以及圖5C可進一步了解主體層的沉積，圖5B描繪在電鍍過程期間，被供應的電流作為時間的函數的作圖，而圖5C描繪主體層隨著時間的厚度的作圖。在T0與T1之間，所供應的電流在低位準而較為穩定，以確保不帶進缺陷而適當地填充特徵502。初始部分512直接鍍在晶種層504上，而主體層的整體厚度以慢速增加。
部分512沉積之後，特徵502已被填入到某種程度，使得缺陷不太可能伴隨著增加的電流；以及晶圓表面因為已鍍上的金屬而變得更具傳導性，因此透過連接件508所供應的電流位準可逐漸地提高。結果為在T1與T2之間，部分514鍍在部分512上，部分514因為所供應到晶圓表面的電流增加，所以比部分512更厚。在接下來的時段中，繼續製程，而電流隨著主體層的厚度增加與晶圓的傳導性增加，亦跟著被增大。電流被增加直到到達最大電流位準(呈現於標記530)。就相同的時間間隔而言，因為電流位準被提高，所以後續的主體層的沉積部分比先前的主體層的沉積部分更厚。因此，部分516比部分514厚，部分518比部分516厚，且部分520比部分518厚。這透過曲線540描繪，其呈現主體層的厚度隨時間以漸快的速率增長。
應當理解的係，因為主體層的厚度增加而能流動更高電流位準的 能力，受到緣部金屬化層506促進。若沒有緣部金屬化層506，則緣部排除區域的電阻嚴格地限制最大安全電流在標記532所指示的位準；但有緣部金屬化層506所可能的最大安全電流位準明顯地更高，如標記530所指出。此效果進一步透過曲線542描繪，其呈現針對沒有緣部金屬化層的晶圓而言，主體層隨時間的厚度。如可見得，在施加了緣部金屬化層的較後時間點，厚度如曲線540所示，明顯地比在電鍍前未施加緣部金屬化層的厚度更大。
圖5D根據本發明之實施例，描繪片電阻對徑向長度(從晶圓的緣部朝向中央)的作圖。曲線570描繪缺乏緣部金屬化處理時，晶圓之緣部排除區域的片電阻。而曲線550描繪有緣部金屬化處理時，緣部排除區域的降低的片電阻。曲線552到564描繪當晶圓的元件區域之電鍍發生時，下降中的片電阻隨時間發生。如圖所示，當應用緣部金屬化處理時，原本緣部排除區域的片電阻比元件區域的片電阻還低。當元件區域被電鍍，元件區域的片電阻隨時間下降至變得比緣部排除區域的片電阻低。
圖6根據本發明之實施例，描繪處理晶圓的方法。在方法操作600，在晶圓表面上沉積障壁/襯裡疊層。沉積障壁/襯裡疊層的例示性方法包括了CVD、PVD、ALD等。在方法操作602，透過將金屬材料沉積在緣部排除區域的障壁/襯裡疊層上，將該緣部排除區域金屬化。在方法操作604，將金屬晶種層電鍍在障壁/襯裡疊層上。在方法操作606，將金屬主體層電鍍在基板之元件/處理區域的金屬晶種層上。在一些實施例中，晶種層的電鍍與主體層的電鍍為在不同電鍍系統中所執行之不同的操作。但在其他實施例中，晶種層的電鍍與主體層的電鍍可在相同的電鍍系統中執行為連續的處理，其中該電鍍溶液的組成與電流，及/或其他參數，會隨時間變化，而影響晶種的電鍍(其後以連續而未中斷的方式接續著主體層的電鍍)。根據本文中揭露的原則，為了促進加快主體層的沉積，隨著晶圓表面變得更具傳導性，電流位準可在電鍍過程期間增加。 沉積主體層之後，在操作608執行平坦化處理，例如化學機械拋光(CMP)。
應當理解的係緣部金屬化層的厚度與最大電流(可在電鍍期間安全地供應而不會對晶圓造成損壞或其他問題)相關。大致來說，預期最大電流將幾乎與緣部金屬化層的厚度線性相關。此可從下列事實理解：以三度空間的導體來說，電阻一般與長度成正比，但與截面積(導體的寬度與厚度的乘積)成反比。 因此，預期電阻與厚度成反比。所以，若給定電壓降，預期電流與導體的厚度線性相關。因此，預期最大安全電流位準將幾乎與緣部金屬化層的厚度線性相關。再者，電鍍速率與操作電流線性相關。因此，在一些實施例中，與沒有緣部金屬化層的最大電鍍速率相比，最大電鍍速率幾乎與緣部金屬化層的厚度線性相關而可被增加。
另外，注意緣部金屬化層比起沒有緣部金屬化層的應用提供了改良的電鍍，此係因為另外的緣部金屬化層消除了高電阻的點，而藉此提供了電流分布的改良的均勻性。均勻的電流分布又接著提供了基板元件區域中的電鍍的改良的均勻性。
緣部金屬化層的更另一益處為，亦保護下方的晶種層免於腐蝕。
圖7根據本發明之實施例，示意地描繪用於執行緣部金屬化的無電鍍沉積系統。提供腔室700，而半導體晶圓702在其中旋轉。晶圓702位於基板固持器704(或夾具)，其配置以使晶圓702旋轉運動。腔室700配備著排放管路718，允許提供到腔室700的多種液體流被移除，用於廢棄處理及/或再循環。 幫浦/再循環模組720可透過控制器操作以安排無電鍍沉積溶液714的泵抽、處理、以及再循環。應知悉在其他實施例中，用過的無電鍍沉積溶液714不會再循環，但會當作廢棄物透過幫浦模組720而從系統排出。
馬達706控制基板固持器704的旋轉。馬達706應易於控制，且應在多種轉速之間平順地轉換。其可位在腔室700之內或外。在一些實施例中， 為防止因存在於腔室700中的液體所造成的損害，馬達706位在腔室700之外，且透過密封件與該處隔開，而旋轉軸穿過該密封件。該軸在旋轉時的任何搖晃應微小(例如約小於0.05mm)，使相對於晶圓的液體噴嘴的位置大致上不改變，亦不會在晶圓沒有被準線或夾持元件約束時，將其從中央搖開。馬達706可在介於0到約2000rmp之間的轉速，快速地使基板固持器704與晶圓702加速與降速(以受到控制的方式)。馬達706的速度與其他操作項應可由控制器716控制。
基板固持器704可為在多種轉速下將晶圓保持於定位的任何合適的設計。其亦可促進晶圓702在無電鍍沉積處理時的指向。基板固持器704可包括滾軸或其他形狀的固持器，配置以沿著晶圓的外側緣部將其牢固地抓緊。晶圓夾持元件的些許範例可見於美國專利案第6537416號，該案加入本案之參考資料。
腔室700可為任何合適的設計，將液體侷限在其內部，並允許多種流體輸送到晶圓702。其應以對欲施加在晶圓的流體具有抗性的材料來建構，且包括沉積與清洗時使用的許多液體與氣流的通口與噴嘴。腔室700的內側表面可形塑以使從基板702頂部表面脫逸的無電鍍沉積溶液轉向，並將被轉向的無電鍍沉積溶液引導遠離基板表面而朝向排放管路718。
氣態氮由氮氣來源722提供到腔室700，以提供大致無氧的受控制的大氣環境。
無電鍍沉積溶液714經由噴嘴708供應到晶圓702的緣部排除區域。噴嘴708被結合到可調整支架710，其動作受引動器712控制。支架710配置以允許精確地控制噴嘴708的定位與方向，如下方更細節討論的。此外，噴嘴708可調整以提供具有預設的流速、速率、以及分配角度的液流或噴霧，以提供無電鍍沉積溶液714的均勻分布在晶圓702的緣部排除區域上。對於支架710與噴嘴708的控制之組合，提供溶液位置0到0.2mm的精確度，使得無電鍍 沉積溶液714可被選擇性地施加在晶圓702的緣部排除區域上。
圖8A描繪噴嘴800，其可配置以將無電鍍沉積溶液的液流802(或噴霧)輸送到晶圓806的緣部排除區域804。配置噴嘴800而使得當液流802在位置803上到達晶圓表面時，其具有寬度W，寬度W由液流/噴霧的分配角度以及液流撞上晶圓表面之前移動的距離決定。此外，液流802的水平方向(也就是由晶圓表面所界定的平面方向)可被調整為徑向方向R與切線方向T之間的任何角度，其相對於晶圓的位置803(液流802在此到達晶圓表面)來界定。徑向方向R定義為從晶圓中心朝外穿過位置803的向量。而切線方向T定義為在徑向向量穿過晶圓的外邊緣的點上，正切該外邊緣的向量。(切線方向T亦可定義為在晶圓表面的平面中，正交於徑向方向R的向量)。在用圖說明的實施例中，液流802的水平方向相對於徑向方向R呈現角度θ。應理解的係液流802因此將水平徑向作用力與水平切線作用力兩者，分給存在於受液流802衝擊的晶圓表面上的無電鍍沉積溶液。
圖8B根據本發明之實施例，描繪無電鍍沉積溶液在晶圓806表面上之液流。液流802以相對於晶圓表面的入射角度朝向晶圓表面。如上所述，液流802將水平徑向力分給存在於晶圓表面上的無電鍍沉積溶液810。再者，因為晶圓被旋轉，而把離心力C分給無電鍍沉積溶液810。該等作用力用於推動無電鍍沉積溶液810流動，使其從緣部排除區域的內側緣部流動到晶圓邊緣，而最後離開晶圓。應理解的係本文中所討論的因素(包括流度、流動方向、流量分配、以及晶圓轉速)可被調整以提供晶圓表面上的無電鍍沉積溶液810的大致均勻分布，也就是說，其中除了無電鍍沉積溶液810的內側界線與外側緣邊(溶液在該處從晶圓表面脫逸)之外，無電鍍沉積溶液810在晶圓表面上的液流呈現大致平坦的層厚度。
圖9根據本發明之實施例，描繪處理晶圓之系統。自動化物料搬 運系統(AMHS)900用於晶圓載具(例如晶圓傳送盒(FOUP))的運輸與庫存。 AMHS 900將晶圓載具901傳送到負載埠902。負載埠902與晶圓載具901接合，並將晶圓載具901打開，以獲得在晶圓載具901內傳輸的晶圓。負載埠902將晶圓從晶圓載具901卸載下來，以在系統中處理，並於完成晶圓在系統中之處理後，將晶圓裝載到晶圓載具901。負載閘904結合到負載埠902，且亦結合到傳輸模組906。負載閘904用於將製程操作之硬體隔開，該硬體包括各自結合到傳輸模組906的無電鍍沉積模組908、電鍍模組910、以及清洗模組912。應理解的係傳輸模組906、無電鍍沉積模組908、電鍍模組910、以及清洗模組912可被維持在受控制的大氣狀態下，包括受控制的氣體環境組成、受控制的壓力、以及受控制的溫度。負載閘904用於維持此種系統的處理部分中的受控制的大氣環境，且避免因暴露到外界環境的汙染。
在一些實施例中，晶圓載具901本身可被建構成密封的，並維持內部受到控制的環境狀態，相似或對應到系統的處理部分的環境狀態。因此，在替代性的形態中，不存在負載閘904，而負載埠902則直接結合到傳輸模組906。
將描述針對所給定晶圓的處理步驟。透過AMHS900將在晶圓載具901中的晶圓903傳輸到負載埠902。負載埠902接合載具901，並卸載晶圓903，且將晶圓903移動到負載閘904中。傳輸模組906從負載閘904接收晶圓903，並將晶圓903移動到無電鍍沉積模組908。在無電鍍沉積模組908中，在晶圓903上執行無電鍍沉積操作，其中金屬材料被選擇性地沉積在晶圓903的緣部排除區域上，藉此在緣部排除區域形成晶圓表面上的緣部金屬化層。
執行無電鍍沉積之後，將晶圓回傳到傳輸模組906，並將其移動到電鍍模組910。在電鍍模組910中，在晶圓903上執行電鍍處理。電鍍處理包括用電性連接件接觸該緣部金屬化層，並透過該等電性連接件將電流供應到晶 圓903。在電鍍處理期間，可增加所施加之電流以提高沉積速率，而這受到緣部金屬化層(有效地增加晶圓的緣部排除區域的傳導性)的促進。
完成電鍍之後，將晶圓傳回傳輸模組906，並可選擇性地將其傳送到清洗模組912，在其中執行沉積後清洗處理。以範例的方式，清洗模組912可界定為毛刷箱或其他清洗機制，用以在電鍍之後將殘餘的人造物或汙染從晶圓表面移除。完成清洗之後，將晶圓傳回傳輸模組906，其依次地將晶圓903移動到負載閘904。晶圓903從負載閘904傳回負載埠902，以及從負載埠902，晶圓傳回晶圓載具901。
雖然本發明已用各種實施例描述，應理解的係本發明所屬技術領域中具有通常知識者一旦閱讀前述實施方式並研讀該圖式，將了解其中多種的變化、附加、排列置換或其他等價態樣。因此申請人意欲將本發明解釋為包含落入本發明之真正精神與範圍的所有該等變化、附加、排列置換或其他等價態樣。

Claims (32)

  1. 一種電鍍基板的方法，包括：提供一基板，該基板具有設置在其頂部表面的傳導層，而該基板之頂部表面具有緣部排除區域，界定為延伸到基板邊緣的環狀區，該基板之頂部表面更具有處理區域，界定為延伸到接近該環狀區的基板的中心區；在基板旋轉的同時，將無電鍍沉積溶液的液流引導至該緣部排除區域，該液流被引導遠離該處理區域，使無電鍍沉積溶液基本上朝向緣部排除區域的環狀區，而無電鍍沉積溶液將金屬材料鍍在緣部排除區域的該傳導層上；延續該無電鍍沉積溶液的液流一段時間，該段時間被預設以在緣部排除區域上產生金屬材料的增加厚度，其中該金屬材料的增加厚度，使在該緣部排除區域的金屬材料的電阻降低；將電性連接件應用於該金屬材料上，該等電性連接件圍繞著緣部排除區域的環狀區而散布；以及透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上，同時將電鍍溶液施加在該基板之處理區域上，該增加厚度與因此對該電流而言降低的電阻，促進提高該處理區域由於所施加的電流與所施加的電鍍溶液而電鍍的速率。
  2. 如申請專利範圍第1項之電鍍基板的方法，其中該傳導層定義一金屬晶種層；以及其中透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上之步驟，導致該基板之處理區域上的金屬主體層之電鍍。
  3. 如申請專利範圍第1項之電鍍基板的方法，其中該傳導層係由選自Cu、Co、Ru、或Au所組成之群組中的一金屬所界定。
  4. 如申請專利範圍第1項之電鍍基板的方法，其中該金屬材料係由選 自Cu、Co、Ru、Ni、Pd、Au或該等元素之合金所組成之群組中的一金屬所界定。
  5. 如申請專利範圍第1項之電鍍基板的方法，其中該傳導層的厚度約在10到200埃的範圍之內。
  6. 如申請專利範圍第1項之電鍍基板的方法，其中提高處理區域的電鍍速率，係藉由在將電鍍溶液施加在該基板之處理區域上的同時，使所施加的電流增大而界定，而該金屬材料的增加厚度與因此降低的電阻，使所施加的電流易於增大。
  7. 如申請專利範圍第1項之電鍍基板的方法，其中該處理區域的電鍍速率從原始速率提高到增加後之速率，其大致與金屬材料的增加厚度呈線性相關。
  8. 如申請專利範圍第1項之電鍍基板的方法，其中該傳導層定義襯裡層或障壁層；以及其中透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上之步驟，導致該基板之處理區域上的金屬晶種層或金屬主體層之電鍍。
  9. 一種處理基板的方法，包括：接收具有金屬晶種層的基板；將無電鍍沉積溶液施加在該金屬晶種層的第一部分，以在該金屬晶種層的第一部分上選擇性地沉積緣部金屬化層，該第一部分界定在該基板之緣部排除區域；在該緣部金屬化層上應用電性連接件；將該金屬晶種層的第二部分暴露到電鍍溶液，該第二部分界定在基板之元件區域；將電流施加到該等電性連接件，以將金屬主體層電鍍到該金屬晶種層 的第二部分上。
  10. 如申請專利範圍第9項之處理基板的方法，其中施加無電鍍沉積溶液之步驟包括：將噴嘴指向位在緣部排除區域的基板之周邊位置；旋轉基板；以及在旋轉基板的同時從該噴嘴分配無電鍍沉積溶液。
  11. 如申請專利範圍第9項之處理基板的方法，其中將無電鍍沉積溶液施加在該金屬晶種層的第一部分之步驟的持續期間，界定了該緣部金屬化層的厚度。
  12. 如申請專利範圍第11項之處理基板的方法，其中該持續期間被預設以增加緣部金屬化層的厚度，並藉此降低透過該等電性連接件而供應電流時的電阻。
  13. 如申請專利範圍第9項之處理基板的方法，其中緣部金屬化層提供了基板在緣部排除區域中的增加的傳導性，以容納來自電性連接件的增大的電流。
  14. 如申請專利範圍第9項之處理基板的方法，其中該金屬晶種層與該緣部金屬化層為相同金屬所界定，如此沉積緣部金屬化層之步驟，增厚了在緣部排除區域的晶種層。
  15. 如申請專利範圍第9項之處理基板的方法，其中該金屬晶種層係由選自Cu、Co、Ru、或Au所組成之群組中的一金屬所界定。
  16. 如申請專利範圍第9項之處理基板的方法，其中該緣部金屬化層係由選自Cu、Co、Ru、Ni、Pd、Au或該等元素之合金所組成的群組中的一金屬所界定。
  17. 如申請專利範圍第9項之處理基板的方法，其中該緣部金屬化層的厚度約在50到200埃的範圍之內。
  18. 如申請專利範圍第9項之處理基板的方法，其中施加電流之步驟，包括在沉積金屬主體層的同時，提高該電流的位準，以增加金屬主體層的沉積速率。
  19. 如申請專利範圍第9項之處理基板的方法，更包括，避免該等電性連接件與該緣部排除區域被暴露到該電鍍溶液。
  20. 一種用於基板上之無電鍍沉積的系統，包括：一腔室；設置於該腔室中的一基板固持器，該基板固持器配置以接收一基板，而該基板具有一傳導層設置在該基板之頂部表面，該基板之頂部表面具有一緣部排除區域，其界定為延伸到基板之緣部的環狀區，該基板之頂部表面更具有一處理區域，其界定為延伸到接近該環狀區的基板的中心區，其中該基板固持器配置以旋轉基板；一溶液容器，配置以容納無電鍍沉積溶液；與該溶液容器結合的一分配器，配置以提供無電鍍沉積溶液之液流；一控制器，該控制器配置以在基板旋轉的同時，將無電鍍沉積溶液之液流引導至該緣部排除區域，將該液流引導遠離該處理區域，俾使該無電鍍沉積溶液基本上朝向緣部排除區域的環狀區，而無電鍍沉積溶液將金屬材料鍍在緣部排除區域的傳導層上，其中延續無電鍍沉積溶液的液流一段時間，該段時間被預設以在緣部排除區域上產生金屬材料的增加厚度，其中該金屬材料的增加厚度使該緣部排除區域上的金屬材料的電阻降低。
  21. 如申請專利範圍第20項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，更包括：一電鍍模組，該電鍍模組包括： 用於接觸金屬材料的電性連接件，該等電性連接件在與金屬材料接觸時圍繞緣部排除區域的環狀區而散布；一溶液槽，配置以容納電鍍溶液；一電力來源，配置以在將電鍍溶液施加在基板之處理區域上時，透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上，，該增加厚度與因此對該電流而言降低的電阻，促進提高該處理區域由於所施加的電流與所施加的電鍍溶液而電鍍的速率。
  22. 如申請專利範圍第21項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，其中該等電性連接件被排列成圓形陣列，且各電性連接件可獨立地移動。
  23. 如申請專利範圍第21項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，更包括：一環狀密封件，配置以接觸該金屬材料，並防止電鍍溶液接觸到該等電性連接件。
  24. 如申請專利範圍第21項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，其中該傳導層定義金屬晶種層；以及其中透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上，導致該基板之處理區域上的金屬主體層之電鍍。
  25. 如申請專利範圍第21項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，其中提高處理區域的電鍍速率，係藉由在將電鍍溶液施加在基板之處理區域上的同時，使所施加的電流增大而界定，而該金屬材料的增加厚度與因此降低的電阻，使所施加的電流便於增大。
  26. 如申請專利範圍第21項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，該處理區域的電鍍速率從原始速率提高到增加後之速率，其大致與金屬材料的增加 厚度呈線性相關。
  27. 如申請專利範圍第21項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，其中該傳導層定義襯裡層或障壁層；以及其中透過該等電性連接件將電流施加在該金屬材料上，導致該基板之處理區域上的金屬晶種層或金屬主體層之電鍍。
  28. 如申請專利範圍第20項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，其中該分配器包括：一噴嘴，配置以將無電鍍沉積溶液的液流，以具有預設寬度與預設流速的液流或噴霧的方式，輸送到該基板之表面上；一分配支架，該分配支架可透過該控制器調整以操控該噴嘴，俾將無電鍍沉積溶液之液流或噴霧引導至該緣部排除區域，該噴嘴受到分配支架操控，使得液流或噴霧的中心軸相對於基板之頂部表面形成入射角，並呈現平行於基板之頂部表面的水平方向，該水平方向介於基板的徑向方向與基板的切線方向之間，該徑向方向與切線方向基本上界定在液流或噴霧的中心軸與基板表面接觸的位置上。
  29. 如申請專利範圍第28項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，更包括：一馬達，用於旋轉該基板固持器，該馬達可透過該控制器操作，以範圍約每分鐘6到200轉(RPM)的預設轉速，旋轉該基板固持器；其中基板的旋轉提供離心加速度給位在該緣部排除區域的無電鍍沉積溶液，使得被提供至緣部排除區域的環狀區之內區的無電鍍沉積溶液，朝向緣部排除區域的環狀區之外區加速，如此因為液流或噴霧聯合了離心加速度推動在緣部排除區域的無電鍍沉積溶液，而在緣部排除區域提供無電鍍沉積溶液 基本上均勻的分布。
  30. 如申請專利範圍第29項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，更包括：一排放管路，其設置在該腔室之底部區域；其中形塑該腔室之內側表面，以使從基板之頂部表面脫逸的無電鍍沉積溶液轉向，並引導被轉向的該無電鍍沉積溶液遠離基板表面而朝向該排放管路。
  31. 如申請專利範圍第20項之用於基板上之無電鍍沉積的系統，更包括，一感測器，用於偵測金屬材料之厚度，其中該控制器配置以當所偵測的金屬材料之厚度到達預設的厚度標準時，將在緣部排除區域的無電鍍沉積溶液的液流停止。
  32. 一種基板，包括：該基板具有至少一元件，其中該基板具有設置在該基板的頂部表面上的傳導層，該基板的頂部表面具有一緣部排除區域，其界定為延伸到基板之緣部的環狀區，該基板之頂部表面更具有一處理區域，其界定為延伸到接近該環狀區的基板的中心區；其中該基板具有沉積在該緣部排除區域中的傳導層上的金屬材料，其中該金屬材料的厚度使在該緣部排除區域的金屬材料的電阻降低；其中該增加厚度與因此對該電流而言降低的電阻，促進提高處理區域由於所施加的電流與所施加的電鍍溶液而電鍍的速率。
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