專利名稱：用于控制電鍍層厚度均勻性的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于電沉積處理技術(shù)，尤其關(guān)于產(chǎn)生平面沉積層的電沉積處理和裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件一般包括半導(dǎo)體基片，通常是一個硅基片；數(shù)個相繼形成的電介質(zhì)層，如二氧化硅層；以及由導(dǎo)電物質(zhì)制成的導(dǎo)電路線或互聯(lián)?；ヂ?lián)通常是通過將導(dǎo)電物質(zhì)填入被蝕刻到電介質(zhì)層中的槽內(nèi)而形成的。在集成電路中，多層次的互聯(lián)網(wǎng)在基片表面橫向延伸。在不同層面形成的互聯(lián)通過使用圓孔和觸頭被電連接。導(dǎo)電物質(zhì)填充這種部件，也就是經(jīng)由開孔、開槽、墊片或觸頭，的填充過程可以通過在包括這些部件的基片上沉積一導(dǎo)電物質(zhì)來實現(xiàn)。然后在基片上的剩余的導(dǎo)電物質(zhì)可通過使用磨平和拋光技術(shù)如化學(xué)機械拋光(CMP)來去除。
最近由于銅(Cu)和銅合金的良好的導(dǎo)電性以及低電阻特性，銅和銅合金作為互聯(lián)物質(zhì)受到相當多的注意。首選的銅沉積方法是電沉積。在制作中，銅被電鍍或電沉積在預(yù)先涂有隔離層和晶粒層的基片上。典型的隔離層物質(zhì)一般包括鎢(W)、鉭(Ta)、鈦(Ti)，它們的合金以及它們的氮化物。一個用于銅的典型晶粒層物質(zhì)通常是用CVD或PVD法沉積在前述隔離層上的銅的一個薄層。
有許多不同的銅電鍍系統(tǒng)設(shè)計。例如，安德瑞克克斯等人在1996年5月14日公布的美國專利號5,516,412的專利中，揭示的安裝成用來將鍍層電沉積在扁平物品上的立式葉片電鍍單元。庫恩在1999年11月16日公布的美國專利號5,985,123的專利中更揭示了另一種立式電鍍裝置，該裝置主要為了克服因不同基片大小引起的不均勻沉積問題。
在銅的電沉積過程中，使用特定配方的電鍍液或電解質(zhì)，這些液體或電解質(zhì)包括銅離子和控制沉積物質(zhì)的質(zhì)地、形態(tài)學(xué)和電鍍性能的添加劑。需要添加劑來使沉積層平滑且有些光澤。
圖1到圖1例示了傳統(tǒng)的電沉積方法和裝置。圖1A舉例說明了其上形成有絕緣層12的基片10。使用傳統(tǒng)的蝕刻技術(shù)，在絕緣層12和基片10的暴露的區(qū)域上形成了諸如一排小的圓孔14和一條寬的開槽16的部件。通常，圓孔14的寬度是亞微級的。另一方面，在本例中所示的開槽16是寬的且有較小的縱橫比。開槽16的寬度可以是其深度的5至50倍或更大。
圖1B-1C舉例說明了用銅質(zhì)材料填充該部件的傳統(tǒng)的方法。圖1B舉例說明了一隔離物/膠合劑或粘著物層18和一晶種層20相繼沉積在基片10和絕緣體12上。在晶種層20沉積后，如圖1C所示，一導(dǎo)電物質(zhì)層22(例如一銅層)就從一適當?shù)碾婂冊』蛟≈苿┎糠值仉姵练e在上面。在這一步驟中，要使銅晶粒層20和/或隔離層18能電連接，這樣就可相對于-陽極(圖未示)而向它施加一負極(陰極)電壓。其后，使用電鍍液就將銅物質(zhì)層22電沉積在基片表面，如上所述。通過調(diào)節(jié)添加劑如氯離子、抑制物/抑制劑和加速劑的量，就可以在小部件中得到自底向上的銅鍍層增長。
如圖1C所示，銅物質(zhì)層22完全填入圓孔14且在大開槽16中通常是相似的，因為使用的添加劑在大的部件中是不起作用的。這里，在開槽16底面的銅厚度t1和絕緣層12上的銅厚度t2大致相同。正如可預(yù)料的，為了完全將銅物質(zhì)填入開槽16，還需要進一步的電鍍。圖1D舉例說明了在額外銅電鍍之后的構(gòu)造結(jié)果。在這種情況下，絕緣層12上的銅厚度t3就相對大一些，且從絕緣層12上的銅層頂部到開槽16中銅層22的頂部有一個臺階高度s1。供IC使用時，銅層22需要經(jīng)過CMP或其他材料去除過程，使絕緣體層12上的銅層22以及隔離層18被去除，接此只在部件14和16之內(nèi)留有銅層。人們知道這些去除過程是非常昂貴的。
完成如圖1E中舉例說明的一般平面的銅沉積的方法和裝置，在處理效率和成本方面都是無法估價的。在本例中絕緣層12上的銅厚度t5比圖1D中所示的傳統(tǒng)的情況要小，而且臺階高度s2也比臺階高度s1要小得多。通過CMP或其他方法去除圖1E中較薄的銅層將會比較容易，重要的是可節(jié)約成本。
在本發(fā)明的受讓人所共同擁有的名為“用于電化學(xué)機械沉積的方法和裝置”的美國專利6,176,992 B1中，揭示了一種電化學(xué)機械沉積(ECMD)技術(shù)，該技術(shù)通過用一個墊片在導(dǎo)電材料被沉積時拋光作業(yè)區(qū)，使在作業(yè)區(qū)上的沉積最小化的同時實現(xiàn)導(dǎo)電物質(zhì)沉積到一個基片表面上的空洞之中，因此而產(chǎn)生平面銅沉積。在這一應(yīng)用中，將電鍍電解質(zhì)通過多孔墊片或通過墊片表面的微小凸出物供應(yīng)至墊片和基片表面之間的小縫隙中。
題為“用于多方面材料處理裝置的墊片設(shè)計和構(gòu)造”的，于2000年2月23日提交的，為本發(fā)明的受托人共同所有的待審美國專利申請序列號09/511,278，描述了墊片中空洞的不同外形和形狀，電解質(zhì)通過該空洞流到晶片表面。
另一個在2000年12月18日提交的美國專利序列號為09/740,701的題為“利用外部影響在沉積于表面上的添加劑和被加工件的空洞表面之間產(chǎn)生差異的電鍍方法和裝置”的專利中所描述的，提供了一種通過間歇地將位于基片和陽極之間的掩模移到與基片表面接觸，且在處理期間在陽極和基片之間施加功率以“掩模脈沖電鍍”一導(dǎo)電物質(zhì)到基片上的方法和裝置。另一個在2000年12月14日提交的美國專利序列號為09/735,546的題為全表面電鍍或電化學(xué)拋光中導(dǎo)致與晶片表面電接觸的方法和裝置”的專利中所描述的內(nèi)容，實現(xiàn)了晶片的前側(cè)表面的完全或全面的電鍍或電解法拋光，連供電接觸用的任何邊緣區(qū)域也不除外。該方法使用有陽極區(qū)域的陽極，以及放在陽極區(qū)域外部的電接觸點。在處理期間，晶片相對于陽極和電接觸點進行移動，這樣就實現(xiàn)了在全部晶片的正面上的全表面的沉積。另一種在2001年1月17日提交的題為“用于在基片上進行邊緣的均勻鍍層的電沉積的方法和裝置”的美國專利序列號為09/760,757的專利描述了的非邊緣除外的過程，使用具有置于晶片正面和陽極之間的有掩?；驑影宓南到y(tǒng)也實現(xiàn)了全表面沉積。該掩模包含允許電解質(zhì)流其中的粗糙面。在該系統(tǒng)中，掩模有一個比晶片表面大的區(qū)域。該掩模的構(gòu)造中有隱蔽的邊緣，通過該邊緣電接觸可以接觸到晶片的前表面。在該系統(tǒng)中，隨著晶片的旋轉(zhuǎn)，整個晶片的表面通過樣板與流經(jīng)樣板的電解質(zhì)相接觸，完成沉積。
圖2A是描述現(xiàn)有技術(shù)的電沉積系統(tǒng)30的簡圖。在這個系統(tǒng)中，在覆蓋住晶片32周邊緣的一環(huán)鉗36的幫助下，通過一晶片支架34夾持住一晶片32。電接觸點38也呈圓環(huán)狀，且連接到電源的(-)極端以備負極電鍍。將晶片支架34下降到充填有電鍍電解質(zhì)42的電鍍單元40中。與電解質(zhì)42相接觸的陽極44位于晶片表面的對面，且與電源的(+)極端相連接。陽極44可以是由待沉積的材料制成，也就是銅，或者可以由惰性陽極材料如鉑金、鍍鉑的鈦或石墨制成。電鍍過程從施加電源開始。在這個電鍍系統(tǒng)中，電接觸點38是與電解質(zhì)隔絕的，且通過晶片32的周邊緣傳送電鍍電流。
圖1A到圖1E顯示了在晶片表面的部件是如何填入銅的。為了使該全部晶片的填入過程有效且均勻，重要的是要在整個晶片表面有均勻厚度的銅沉積。而且，該電鍍過程所及到的厚度均勻性，也就是圖1D中的厚度均勻性t3和圖1E中的厚度均勻性t5都需要非常優(yōu)良(通常應(yīng)小于10％的變化，最好是小于5％的變化)。因為在CMP過程中一非均勻的銅厚度會引起問題。
如圖2B所示，為了改進沉積層的均勻性，可在如圖2A所示的現(xiàn)有技術(shù)的電鍍系統(tǒng)中把屏蔽物46包含進去。在這樣的系統(tǒng)中，或者晶片32或者屏蔽物46可以旋轉(zhuǎn)。這種屏蔽物，例如在布羅德本的美國專利6,027,631,里德等人的美國專利6,074,544以及沃烏等人的美國專利6,103,085中有所描述。此外，在這樣的系統(tǒng)中，電取樣器(electrical thieves)可用于電沉積材料。這種電取樣器，例如在昂的、尤喔的美國專利5,620,581和5,744,019，美國專利6,071,388，以及漢森等人的美國專利6,004,440和6,139,703中有所描述。
綜上所述，需要有可替換的電沉積工藝和系統(tǒng)來沉積均勻的導(dǎo)電鍍層并能在沉積過程中在一晶片上的不同部位改變沉積速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面提供了一個用于在一晶片表面電沉積一導(dǎo)電材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一陽極、有上下表面的掩模、位于掩模上表面下的導(dǎo)電網(wǎng)孔或樣板、和電解質(zhì)。該掩模包含許多在上下表面之間延伸的開孔，且該掩模被支撐在陽極和晶片表面之間。導(dǎo)電網(wǎng)孔位于掩模上表面之下，這樣掩模的許多開孔就界定了導(dǎo)電網(wǎng)孔上許多作用區(qū)。該導(dǎo)電網(wǎng)孔被連接到第一電源輸入。電解質(zhì)液流過掩模的開孔和掩模的作用區(qū)以接觸晶片的表面。
本發(fā)明的另一個特征是提供了一種裝置，該裝置可在從電解質(zhì)沉積導(dǎo)電物質(zhì)到半導(dǎo)體基片的表面上時控制厚度的均勻性。該裝置包括一個在沉積期間被電解質(zhì)所接觸的陽極、包含在沉積期間適合于使基片運動的載體的陰極裝置、允許電解質(zhì)流經(jīng)其中的導(dǎo)電元件、以及位于導(dǎo)電元件之上的掩模。該掩模有開孔，允許電解質(zhì)流經(jīng)，且該開孔界確定了導(dǎo)電元件的激活區(qū)域，通過該導(dǎo)電元件，表面上導(dǎo)電材料沉積的速率就可以變化。一個電源可以提供陽極裝置和陰極裝置之間的電勢，以產(chǎn)生沉積。
最好的是，導(dǎo)電元件是一個導(dǎo)電網(wǎng)孔，且包含許多電隔離部分。至少一個隔離部件或間隙可以隔離這些電隔離部分。這些電隔離部分可連接于隔開的控制電源。
在一個結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電元件可夾在一起確定掩模的頂部掩模部分和底部掩模部分之間。該導(dǎo)電元件可放置在掩模下表面的下面。電隔離部分之一可以園周形圍住另一個電隔離部分。
電隔離部分可以是無規(guī)則的形狀。作為選擇，當其他的這些部分是盤狀時，一個電隔離部分可以是環(huán)狀。電隔離部分另外可以界定相鄰的帶狀部分。
至少一個控制電源可用于給至少一個電隔離部分提供一個電壓，以改變基片表面一個區(qū)域上導(dǎo)電材料沉積的速率。在一個結(jié)構(gòu)中，該速率可以增加或者降低。在一種包含用電解質(zhì)接觸陰極、通過導(dǎo)電元件和位于導(dǎo)電元件上的掩模為基片表面提供電解質(zhì)、在陽極和表面之間提供一個電勢、以及為了變化導(dǎo)電材料沉積的速率而為導(dǎo)電元件提供電壓的處理過程中，用如上所述的裝置可在導(dǎo)電材料沉積期間控制厚度的均勻性。
通過轉(zhuǎn)換陽極裝置和陰極裝置的極性，在基片表面的導(dǎo)電材料的均勻電蝕刻也同樣在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在導(dǎo)電網(wǎng)孔上的激活區(qū)域的沉積電流和半導(dǎo)體基片表面上導(dǎo)電材料沉積的厚度之間建立聯(lián)系的工藝也被研究過。
本發(fā)明的這些和其他特征、方面以及優(yōu)點將可參考附圖在以下的描述中得到更好的理解。


圖1A是帶有包含開槽和圓孔的覆在上面的絕緣層的半導(dǎo)體基片的局部剖視圖；圖1B和1C是舉例說明用于使用導(dǎo)電材料填充如圖1A中的開槽和圓孔的傳統(tǒng)方法的截面視圖；圖1D是顯示在附加的導(dǎo)電材料的沉積后的與圖1C類似的結(jié)構(gòu)的截面視圖；圖1E是與圖1D相似的視圖，但顯示了在絕緣層上減少導(dǎo)電材料厚度的結(jié)構(gòu)；圖2A是一個已知的電沉積系統(tǒng)的截面的簡圖；圖2B是與圖2A相似的簡圖，但顯示了包括旨在改進沉積均勻性的屏蔽物的系統(tǒng)；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個電沉積系統(tǒng)的一個實施方案的截面的簡圖；圖4顯示了用于充分提供平坦的導(dǎo)電材料沉積時的圖3的系統(tǒng)；圖5是一個帶有不規(guī)則形狀的電隔離部分的導(dǎo)電網(wǎng)孔的俯視圖，該網(wǎng)孔可用于圖3和圖4中的實施方案；圖6A是放大的截面視圖，顯示了接近一個半導(dǎo)體基片的前表面的掩模與網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的組合；圖6B是圖6A中6B部分的放大視圖；圖6C是圖6B中沿線6C-6C部分的局部平面視圖；圖7顯示了掩模和網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)組合的另一個實施方案；圖8A是類似于圖5的一個導(dǎo)電網(wǎng)孔的俯視圖，但這里的電隔離部分不是無規(guī)則的形狀；圖8B顯示了圖8A中靠近一個半導(dǎo)體基片的前表面的夾在頂部掩模部分與底部掩模部分之間的網(wǎng)孔；
圖9A是帶有界定鄰近帶條的電隔離部分的一個導(dǎo)電網(wǎng)孔的俯視平面圖；圖9B是與圖8B相似的視圖，但顯示了圖9A中夾在頂部掩模部分與底部掩模部分之間的網(wǎng)孔；圖9C是圖9B中沿線9C-9C部分的視圖；圖10是一個系統(tǒng)的簡圖，通過該系統(tǒng)，依照前面所述的任一個實施方案的網(wǎng)孔可被供給能量；圖11是另一個系統(tǒng)的簡圖，該系統(tǒng)中通過多個開關(guān)對多個網(wǎng)孔進行多路傳輸；圖12是圖11中部分系統(tǒng)的放大視圖；圖13是與圖12相似的視圖，顯示了處于使銅從一個網(wǎng)孔電鍍到一個晶片上、和從一個陽極電鍍到晶片上的位置上的開關(guān)；圖14與圖13相似，但顯示了處于使銅電鍍到網(wǎng)孔以減少晶片上電鍍發(fā)生的位置上的開關(guān)；圖15是另一個系統(tǒng)的簡圖，該系統(tǒng)可用于使電鍍電流與電鍍金屬厚度的測量相關(guān)聯(lián)。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種用于控制半導(dǎo)體表面上導(dǎo)電材料層沉積的均勻性的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明可用ECMD、掩模脈沖電鍍和全表面電鍍以及沉積正形鍍層的電鍍系統(tǒng)來使用。本發(fā)明的沉積處理過程方便地完成一半導(dǎo)體晶片表面上的許多空洞，如開槽、圓孔、接觸孔和類似物中電鍍材料的沉積。
正如人們所知道的，在一晶片表面的電沉積過程中，施加于表面的電流密度在表面的外圍比表面的中間要強得多。在現(xiàn)有技術(shù)中，這個較高的電流密度導(dǎo)致與晶片中心相比，晶片外圍的沉積鍍層的沉積速率較高。在電沉積期間，使用本發(fā)明的打孔的平板或一掩模與導(dǎo)電網(wǎng)孔的組合，晶片內(nèi)部和外圍之間的鍍層厚度的差異就可以消除。打孔的平板與導(dǎo)電網(wǎng)孔的組合有利于導(dǎo)電材料的均勻沉積。
此外，在另一實施方案中，本發(fā)明還通過使用本發(fā)明的打孔平板的接觸、清掃和/或拋光，使在部件之間的頂面上的沉積最小化的同時，通過打孔的平板與導(dǎo)電網(wǎng)孔的組合來實現(xiàn)導(dǎo)電材料的沉積。對于能夠沉積平面鍍層的系統(tǒng)，也就是ECMD、掩模脈沖電鍍和全表面電鍍，通過對所采用的掩模、墊片或樣板中開孔的外形、尺寸和方位的設(shè)計，可以將厚度的均勻性控制在某一個范圍。盡管對一給定的程序參數(shù)有效，但這些方法可能沒有足夠好的適應(yīng)性，來對沉積過程的均勻性有動態(tài)控制。
本發(fā)明的裝置和處理過程展示了增強的沉積特征，導(dǎo)致涂層有以前難以得到的平直度，以及有超過使用現(xiàn)有技術(shù)處理過程和設(shè)備所產(chǎn)生的現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)電層的材料特征。
現(xiàn)給附圖注明參考數(shù)字，其中同樣的數(shù)字在全文中指同樣部件。如圖3所示，本發(fā)明的一個電沉積系統(tǒng)100最好可以包括一個陰極裝置102和一個陽極裝置104。該系統(tǒng)100可以用于沉積一導(dǎo)電材料如銅到如硅片的半導(dǎo)體晶片上。盡管舉例是使用銅，但本發(fā)明可以用于其他普通導(dǎo)體如鎳、鈀、鉑、金和它們的合金的沉積。電沉積系統(tǒng)100的陰極裝置102可包括一晶片的載體106，如圖3所示它握持著一典范的晶片108，該晶片載體附著于一載體支桿110。該載體支桿可旋轉(zhuǎn)或以橫向或縱向移動晶片108。
該系統(tǒng)100的陽極裝置104可包括本發(fā)明的一陽極112，最好是一自耗銅陽極，以及一掩模和導(dǎo)電網(wǎng)孔115。所示的掩模是掩模平板114的形式。陽極112組合可以放置在如一陽極杯狀物116的外殼之中，該外殼可以如圖3所示的方式被掩模平板114和導(dǎo)電網(wǎng)孔115所包圍。掩模平板114和導(dǎo)電網(wǎng)孔115都是多孔的平板。掩模平板最好包括第一掩模部分114a或頂部掩模部分、第二掩模部分114b或底部掩模部分。該網(wǎng)孔115可以插入或夾在頂部部分114a和底部部分114b之間。掩模平板114包括許多開孔或表面上的微小凸出物117，它們可以允許銅電鍍電解質(zhì)118流經(jīng)掩模平板114和網(wǎng)孔115，并潤濕晶片108的前面108a，在施加的電勢下將材料沉積在晶片前面108a上。在頂部和底部掩模部分的表面上的微小凸出物117一般排列成允許電解質(zhì)流經(jīng)頂部掩模部分114a和底部掩模部分114b。但是，它們以任何其他仍允許電解質(zhì)流經(jīng)頂部掩模部分114a到晶片表面的方式的排列或放置也是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。在電沉積處理過程中，晶片表面108a可以與掩模平板114的上表面119完全平行并旋轉(zhuǎn)。應(yīng)該理解的是什么計數(shù)是晶片表面和墊片表面之間的相對移動。該移動可以是旋轉(zhuǎn)移動或帶有線性平移的旋轉(zhuǎn)移動。
網(wǎng)孔115有通過一個隔離部件115c被電隔離的第一部分115a和第二部分115b。隔離部件115c可以是分離兩部分的間隔。第一部分115a可被連接到第一控制電源V1，且第二部分115b可被連接到第二控制電源V2。如果控制電源在網(wǎng)孔部分上提供部分負極電壓，這就會導(dǎo)致在電沉積中，一些材料沉積在部分115a和115b上也就是直接在這些部分的對面“偷走”一些沉積。另一方面，如果相對于晶片表面而言對網(wǎng)孔施加正電壓，那么帶有正電壓的網(wǎng)孔部分對面的晶片部分對面就會接收到更多電鍍。如下面將要描述的，采用電壓V1和掩模面上的微小凸出物的功能性的組合，網(wǎng)孔115的第一部分例如可以控制晶片108的前表面108a外圍處的厚度。在這一方面，在第二部分115a上的第二電源V2就控制前表面108a的中央?yún)^(qū)域或接近中央?yún)^(qū)域的厚度。在沉積處理過程中，電解質(zhì)118按照箭頭122的方向被通過液體入口121被泵入到陽極杯狀物116中，然后按照箭頭123的方向流到旋轉(zhuǎn)的晶片108的表面108a，并將其潤濕。通過一個陽極連接器124，陽極112被電連接到電源(圖未示)的陽極端子。晶片108被連接到電源(圖未示)的負極端子。陽極112內(nèi)可以有孔(圖未示)。另外，在陽極周圍可以有一個陽極袋或過濾器以過濾在沉積處理過程中產(chǎn)生的顆粒。掩模平板114和陽極杯狀物116可以有排出開口(圖未示)來控制電解質(zhì)的流動。
如圖4所示，也可以采用平面電沉積處理過程。在這種情況下，陰極裝置102可以朝陽極裝置104下降，且當晶片108旋轉(zhuǎn)的時候，晶片108的前表面108a與掩模114的上表面119相接觸。在該實施方案中，掩模114可以是由剛硬的材料如硬的電介質(zhì)材料所構(gòu)成，或者隨意的，掩模114的上表面119可以包含剛硬的研磨材料。在這種處理過程中，添加機械拋光或清掃為充分地平坦沉積層提供了可控制的厚度。
圖5例示了導(dǎo)電網(wǎng)孔115以及被隔離部件115c分離的部分115a和115b。該網(wǎng)孔115包括允許電解質(zhì)流經(jīng)的開孔126。該網(wǎng)孔115可以由鉑或鍍鈦的鉑網(wǎng)孔或其他惰性導(dǎo)電材料所構(gòu)成。在循環(huán)5到50次使用后，系統(tǒng)的極性就可能被變換，且為另一次的循環(huán)使用，可以清洗網(wǎng)孔。在清洗之前的可能循環(huán)的次數(shù)，決定于網(wǎng)孔的使用和網(wǎng)孔的尺寸。盡管圖5中顯示了兩個區(qū)域，但超過兩個區(qū)域的使用仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
如圖6A-6C所示，通過使用適當?shù)木o固裝置，網(wǎng)孔115可被放置在頂部掩模部分114a和底部掩模部分114b之間，或者成為掩模114的不可缺少的組成。如圖6B-6C所示，分別在側(cè)視圖和平面圖中，當網(wǎng)孔115和掩模114組合在一起時，穿過掩模114的開孔117界定了網(wǎng)孔115上許多的活性區(qū)130。在電沉積期間，當一陰極電勢被采用到網(wǎng)孔115時，就會出現(xiàn)材料沉積到活動區(qū)130上。如果采用一個陽極端子，網(wǎng)孔115的活性區(qū)130就變成陽極，且引起正在其上的晶片表面的額外的沉積。通過變化開孔117的尺寸和外形，活性區(qū)130的尺寸和外形也會改變。這樣，轉(zhuǎn)而可改變晶片108前表面108a上的沉積速率，或在因而可控制鍍層的厚度。
圖7舉例說明了掩模114和網(wǎng)孔115組合結(jié)構(gòu)的另一個實施方案。在該實施方案中，網(wǎng)孔被放置在掩模平板114下表面128的下面。將許多網(wǎng)孔放置在掩模114的上表面119和下表面128之間同樣也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。許多網(wǎng)孔中的每一個可以用一個掩模層來彼此隔開，且每個網(wǎng)孔可以在電沉積處理過程中有相繼施加的不同的電源，以控制沉積速率。
0061圖8A和8B顯示了導(dǎo)電網(wǎng)孔的另一實施方案。在該實施方案中，網(wǎng)孔131包含通過一個隔離部件131c而互相隔離開的第一部分131a和第二部分131b。第一部分131a是環(huán)形的，且由第一控制電壓V1提供電源。如圖8B所示，第一部分131a控制在晶片108外圍132的沉積厚度。磁盤狀的第二部分131b，通過第二控制電壓V2控制晶片108中央134的沉積厚度。
圖9A-9C顯示了網(wǎng)孔136的另一實施方案，該網(wǎng)孔包含通過一個隔離部件136c而彼此隔開的第一部分136a和第二部分136b。第一部分136a和第二部分136b都是帶狀，且可與帶有開孔140的圓形或者矩形的掩模138一起使用。與前面的實施方案相似，掩模138可包含頂部部分138a和底部部分138b，且網(wǎng)孔136可被夾在頂部部分138a和底部部分138b之間。如圖9B和9C所示，第一部分136a與掩模138的第一終端142排成一行，以控制在電沉積處理過程中旋轉(zhuǎn)的晶片108的外圍132處的沉積厚度。晶片108也可以在Y方向上移動。類似的，第二部分136b與掩模138的中央144排成一行，以控制晶片108的中央134處的沉積厚度。
當然，如上所述的，通過反轉(zhuǎn)系統(tǒng)100的極性的晶片表面的均勻電蝕刻也是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。
圖10顯示了如前面實施方案所描述的網(wǎng)孔部分的激活的實施方案。在該實施方案中，一個典型的網(wǎng)孔150可插入是掩模平板152的頂部部分152a和底部部分152b之間。該掩模平板152包含許多界定網(wǎng)孔150上的活性區(qū)156的表面上的微小凸出物154。該網(wǎng)孔包含通過一個隔離部件150c而被彼此隔開的第一或外圍部分150a和第二或中央部分150b。第一電源Va被連接到晶片158，后在有如圖3-4所述的電沉積系統(tǒng)的一個導(dǎo)電表面158a和陽極杯狀物(圖未示)的陽極。第一電源Va也可以通過開關(guān)S2連接到網(wǎng)孔150的第一部分150a或第二部分150b。第二電源Vb被連接到晶片158，并通過開關(guān)S1連接到網(wǎng)孔150的第一部分150a或第二部分150b。
因此，如果開關(guān)S1接通接點D和接點A，則網(wǎng)孔150沒有電壓。如果開關(guān)S1接通接點D和接點B，則網(wǎng)孔150的部分150a就有一個正電壓。所以，附加的沉積就在晶片表面158a上的部分或多個部分AA中實現(xiàn)。每個部分AA正好位于網(wǎng)孔150的一個部分150a處的對面。如果開關(guān)S1接通接點D和接點C，則晶片上的部分BB收到附加的沉積。
如果開關(guān)S2接通接點H和接點E，晶片表面158a上就開始有規(guī)則的沉積。如果開關(guān)S2接通接點H和接點G，那么網(wǎng)孔150的部分150a就成了陰極，且因此吸收沉積，減少晶片表面158a的部分AA上的沉積量。類似的，如果開關(guān)S2接通接點H和接點F，則晶片表面158a的部分BB上的沉積就會減少。這樣，晶片的部分AA和BB中的沉積速率就可通過為開關(guān)S1和S2選擇合適的位置來控制。
如圖11-14所示，如果通過開關(guān)S1，S2，S3...Sn多路傳輸網(wǎng)孔M1，M2，M3...Mn，則只需要一個電源。同樣，測量通過一系列的電阻器的電流也會有助于更好地設(shè)計該系統(tǒng)中的掩模樣式。這對于目前的槽設(shè)計是特別需要的，因為對于計算機模式來說它是一個復(fù)雜的槽，且穿過系統(tǒng)的勢場是不均勻的。
如果使用許多開關(guān)，只用一個電源就可以完成每一件事。例如，參看圖11-14中所示的大型電鍍槽M1，在一種情況下，如圖13所示，當開關(guān)S1切換到VA的位置，那么網(wǎng)孔M1就處于電勢VA，銅就從網(wǎng)孔電鍍到陰極和從陽極電鍍到陰極。
如圖14所示，當開關(guān)S1切換到VC的位置，網(wǎng)孔M1就處于陰極位置，銅就充分地電鍍到網(wǎng)孔上。為了控制晶片不同部分上的厚度，可在這些區(qū)域中調(diào)節(jié)被切換的網(wǎng)孔的負荷循環(huán)。
如果開關(guān)S1處于不連接的位置(NC)，且沒有連接到VA或VC，那么銅將如正常系統(tǒng)中那樣電鍍。
充分隔離的網(wǎng)孔，對于每個在網(wǎng)孔中的開孔都可以用于確定網(wǎng)孔中每個開孔的局部電流密度。測量這個有益于設(shè)計并測試新的掩模樣式，以獲得優(yōu)化的或更好電鍍厚度的均勻性的控制。
對于一個單元，參考圖15，在第一步驟中，確定經(jīng)過R1電阻器的電壓降，再確定特定槽的電鍍電流。然后在隨后的步驟中對每個槽重復(fù)這一操作。將結(jié)果作圖與電鍍后的金屬厚度測量值相比較。
當然應(yīng)該理解的是，前述內(nèi)容系涉及本發(fā)明的最佳實施方案，在不背離如權(quán)利要求所述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可予修改。
權(quán)利要求
1.一種用于將導(dǎo)電材料電沉積在晶片表面上的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一個陽極；一個有上表面和下表面的掩模，該掩模含有許多在上表面和下表面之間延伸的開孔，且該掩模被支撐在陽極和晶片表面之間；位于掩模上表面下方的導(dǎo)電網(wǎng)孔，使掩模的許多開孔可以界定導(dǎo)電網(wǎng)孔的許多激活區(qū)域，其中，導(dǎo)電網(wǎng)孔被連接到第一電源；以及電解質(zhì)液，它流經(jīng)掩模的開孔和導(dǎo)電網(wǎng)孔的激活區(qū)域，以接觸晶片的表面。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，導(dǎo)電網(wǎng)孔附在掩模的下表面。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，導(dǎo)電網(wǎng)孔是在掩模中，且位于掩模的上表面和下表面之間。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，導(dǎo)電網(wǎng)孔包含第一區(qū)域和第二區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，第一區(qū)域連接到第一電源。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，第二區(qū)域連接到第二電源。
7.在一個設(shè)備中可以與陰極裝置一起使用的陽極裝置，該設(shè)備可將導(dǎo)電材料從電解質(zhì)沉積到半導(dǎo)體基片的表面，其特征在于，所述陽極裝置包括在所述導(dǎo)電材料沉積期間被電解質(zhì)接觸的陽極；允許電解質(zhì)流經(jīng)其中的導(dǎo)電元件；覆蓋在導(dǎo)電元件上且有允許電解質(zhì)流經(jīng)其中的開孔的掩模，所述開孔界定導(dǎo)電元件的激活區(qū)域，由此可改變沉積到所述表面上的導(dǎo)電材料的沉積速率。
8.如權(quán)利要求7所述的陽極裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件是導(dǎo)電網(wǎng)孔。
9.如權(quán)利要求7所述的陽極裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件包含許多電隔離部分。
10.如權(quán)利要求9所述的陽極裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件至少包含一個隔離電隔離部分的隔離部件。
11.如權(quán)利要求9所述的陽極裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件至少包含一個隔離電隔離部分的間隙。
12.如權(quán)利要求9所述的陽極裝置，其特征在于，電隔離部分可連接到隔開的控制電源。
13.如權(quán)利要求7所述的陽極裝置，其特征在于，導(dǎo)電元件被夾在一起界定所述掩模的頂部掩模部分和底部掩模部分之間。
14.如權(quán)利要求7所述的陽極裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件被放置在所述掩模的下表面的下方。
15.如權(quán)利要求9所述的陽極裝置，其特征在于，所述電隔離部分之一沿周邊圍繞在另一個所述電隔離部分周圍。
16.如權(quán)利要求15所述的陽極裝置，其特征在于，所述電隔離部分是不規(guī)則的形狀。
17.如權(quán)利要求15所述的陽極裝置，其特征在于，所述電隔離部分之一是環(huán)形的。
18.如權(quán)利要求17所述的陽極裝置，其特征在于，其他電隔離部分是盤狀的。
19.如權(quán)利要求9所述的陽極裝置，其特征在于，所述電隔離部分界定相鄰的帶條。
20.一種在導(dǎo)電材料從電解質(zhì)沉積到半導(dǎo)體基片表面期間控制厚度均勻性的裝置，其特征在于，該裝置包括在所述導(dǎo)電材料沉積期間被電解質(zhì)接觸的陽極；包含在所述沉積期間適宜于承載移動基片的載體的一個陰極裝置；允許電解質(zhì)流經(jīng)其中的導(dǎo)電元件；覆蓋在導(dǎo)電元件上且有允許電解質(zhì)流經(jīng)其中的開孔的掩模，所述開孔界定導(dǎo)電元件的激活區(qū)域，由此可改變沉積到所述表面上的導(dǎo)電材料的沉積速率；在所述陽極和所述陰極裝置之間提供一個電勢、以產(chǎn)生所述沉積的電源。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件是導(dǎo)電網(wǎng)孔。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件包含許多電隔離部分。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件至少包含一個隔離電隔離部分的隔離部件。
24.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件至少包含一個隔離電隔離部分的間隙。
25.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述電隔開的部分可被連接到隔開的控制電源。
26.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件被夾在一起界定所述掩模的頂部掩模部分和底部掩模部分。
27.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件被放置在所述掩模下表面的下方。
28.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述電隔離部分之一以圓周形圍繞在另一個所述電隔離部分周圍。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述電隔離部分是不規(guī)則形狀的。
30.如權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于，所述電隔離部分之一是環(huán)形的。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，其特征在于，所述其他電隔離部分是盤狀的。
32.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述電隔離部分界定鄰近的帶條。
33.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，還進一步包括至少一個控制電源，該電源可以為至少一個所述電隔離部分提供電壓，以改變在所述表面區(qū)域上的所述導(dǎo)電材料沉積的速率。
34.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述速率是增加的。
35.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，所述速率是減少的。
36.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述電源可以至少為所述電隔離部分之一額外提供電壓，以改變在所述表面區(qū)域上的所述導(dǎo)電材料沉積的速率。
37.如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，所述速率是增加的。
38.如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，所述速率是減少的。
39.如權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于，進一步包括至少一個附加的電源，該電源可以為另一個所述電隔離部分提供額外電壓。
40.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，進一步包括至少一個控制電源，該電源可以為所述導(dǎo)電元件提供電壓以改變導(dǎo)電材料沉積的速率。
41.如權(quán)利要求39所述的裝置，其特征在于，所述速率是增加的。
42.如權(quán)利要求39所述的裝置，其特征在于，所述速率是減少的。
43.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述電源可以為所述導(dǎo)電元件提供一個電壓，以改變所述導(dǎo)電材料沉積的速率。
44.如權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述速率是增加的。
45.如權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于，所述速率是減少的。
46.在將導(dǎo)電材料從電解質(zhì)沉積到一個半導(dǎo)體基片表面期間控制厚度均勻性的處理過程，其特征在于，該處理過程包括將陽極與電解質(zhì)接觸；通過導(dǎo)電元件和覆蓋在界定導(dǎo)電元件激活區(qū)域的導(dǎo)電元件上的掩模中的開孔，為所述表面提供電解質(zhì)；在所述陽極和所述表面之間提供電勢以產(chǎn)生所述沉積；以及為所述所述導(dǎo)電元件提供電壓以改變導(dǎo)電材料沉積的速率。
47.如權(quán)利要求46所述的處理過程，其特征在于，所述導(dǎo)電元件是一個導(dǎo)電網(wǎng)孔。
48.如權(quán)利要求46所述的處理過程，其特征在于，所述導(dǎo)電元件被放置在所述掩模下表面的下方。
49.如權(quán)利要求46所述的處理過程，其特征在于，進一步包含在所述沉積發(fā)生時拋光所述導(dǎo)電材料。
50.在將導(dǎo)電材料從電解質(zhì)沉積到半導(dǎo)體基片表面期間控制厚度均勻性的處理過程，其特征在于，該處理過程包括將陽極與電解質(zhì)接觸；通過導(dǎo)電元件的許多電隔離部分以及覆蓋在界定導(dǎo)電元件激活區(qū)域的導(dǎo)電元件上的掩模中的開孔，為所述表面提供電解質(zhì)；在陽極和所述表面之間提供電勢以產(chǎn)生所述沉積；以及至少為所述電隔離部分之一提供電壓以改變所述表面莫區(qū)域上導(dǎo)電材料沉積的速率。
51.如權(quán)利要求50所述的處理過程，其特征在于，所述導(dǎo)電元件是一個導(dǎo)電網(wǎng)孔。
52.如權(quán)利要求50所述的處理過程，其特征在于，所述導(dǎo)電元件包含至少一個隔離電隔離部分的隔離部件。
53.如權(quán)利要求50所述的處理過程，其特征在于，所述導(dǎo)電元件包含至少一個隔離電隔離部分的間隙。
54.如權(quán)利要求50所述的處理過程，其特征在于，所述速率是增加的。
55.如權(quán)利要求50所述的處理過程，其特征在于，所述速率是減少的。
56.如權(quán)利要求50所述的處理過程，其特征在于，進一步包括在所述沉積發(fā)生時拋光所述材料。
57.從半導(dǎo)體基片表面電蝕刻導(dǎo)電材料期間控制厚度均勻性的裝置，其特征在于，該裝置包括在所述導(dǎo)電材料電蝕刻期間可被電解質(zhì)接觸的陽極；包括適合于在所述電蝕刻期間承載移動基片的載體的陰極裝置；允許電解質(zhì)流經(jīng)其中的導(dǎo)電元件；覆蓋在導(dǎo)電元件上且有允許電解質(zhì)流經(jīng)其中的開孔的掩模，所述開孔界定導(dǎo)電元件的激活區(qū)域，由此可改變從所述表面電蝕刻導(dǎo)電材料的速率；在所述陽極和所述陰極裝置之間提供電勢以產(chǎn)生所述蝕刻的電源。
58.如權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件是一個導(dǎo)電網(wǎng)孔。
59.如權(quán)利要求57所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件包含許多電隔離部分。
60.如權(quán)利要求59所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件至少包含一個隔離電隔離部分的隔離部件。
61.如權(quán)利要求59所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電元件至少包含一個隔離電隔離部分的間隙。
62.一種處理過程，用于在導(dǎo)電元件的激活區(qū)域中的沉積電流和導(dǎo)電材料從電解質(zhì)沉積到半導(dǎo)體基片表面上的厚度之間建立關(guān)聯(lián)，其特征在于，該處理過程包括將電解質(zhì)與陽極接觸；通過導(dǎo)電元件和在覆蓋在界定導(dǎo)電元件激活區(qū)域的導(dǎo)電元件上的掩模中的開孔，為所述表面提供電解質(zhì)；在所述陽極和所述表面之間提供電勢以在所述表面上產(chǎn)生導(dǎo)電材料的沉積；為所述導(dǎo)電元件提供電壓；在每個開孔測定沉積電流；獲得導(dǎo)電材料厚度的測量值；將所測定的沉積電流與導(dǎo)電材料厚度的測量值作比較。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種可以在將導(dǎo)電材料從電解質(zhì)沉積到一個半導(dǎo)體表面上的期間控制厚度均勻性的裝置，該裝置包括一個可以在所述導(dǎo)電材料沉積期間被電解質(zhì)接觸的陽極、包含適合于在沉積期間移動基片的載體的陰極裝置、以及允許電解質(zhì)流經(jīng)的導(dǎo)電元件。一個掩模覆蓋在導(dǎo)電元件表面，且有允許電解質(zhì)流經(jīng)的開孔。所述開孔界定了導(dǎo)電元件的激活區(qū)域，通過所述激活區(qū)域可以改變導(dǎo)電材料沉積在表面上的速率。一個電源可以在陽極裝置和陰極裝置之間提供電勢，以產(chǎn)生沉積。還揭示了一種沉積材料的工藝，且可以另外完成半導(dǎo)體基片上導(dǎo)電材料的均勻電蝕刻。
文檔編號C25F7/00GK1551931SQ01822564
公開日2004年12月1日 申請日期2001年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月21日
發(fā)明者布倫特·M·貝斯, 布倫特 M 貝斯, 保羅·林德奎斯特, 林德奎斯特 申請人:紐儀器股份有限公司