通过增强电解溶液混和来沉积平面金属的阳极设计以及使用这种设计供应电解溶液的工艺制造技术

一种可以将溶液提供至基底表面的阳极组件（ａ），该阳极组件（９）包括一形成内部壳体容积的壳体，流体可以流入该内部壳体容积中。一个用于该内部壳体容积的挡板，溶液可以通过挡板从内部壳体容积排到基底表面。一个过滤器（１６２），内部壳体容积被该过滤器分隔成一个第一室和位于第一室和挡板之间的第二室。在向所述的表面供应溶液的过程中，流进第二室的溶液比流进第一室的溶液的速度高，诸流体在第二室中混合。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
通过增强电解溶液混和来沉积平面金属的阳极设计以及使用这种设计供应电解溶液的工艺                                
本专利技术涉及一种在一个基底上沉积、抛光或者电抛光金属薄膜的装置和方法，或者从该基底上去除这种金属薄膜的装置和方法。这种独特的阳极组件特别适合在镶嵌型互连和封装结构上进行平面金属沉积。                                
技术介绍
在多层集成电路的制造中，需要进行多道金属和绝缘膜的沉积步骤继之以通过光致抗蚀剂形成图案及蚀刻或其他方法除去材料，在光刻法和蚀刻之后，所得到的晶片或者基底的表面不再是平面而是包含着通路、线条和沟道等特征。往往，这些特征都需要有专门的材料填充，例如金属、电介质或者两者都需要。在高性能应用中，晶片的构形表面需要进行平整以为工艺的下一步作准备，其中包括材料的沉积和一光刻步骤。最好是在光刻步骤之前基底的表面先弄平整，以便可以实现适当的调焦以及层与层之间的重叠或对齐。因此，在每次产生具有非平整表面的晶片的沉积步骤后，都需要一个表面平整化的步骤。电沉积在IC制造业中被广泛地应用以将例如铜等的高传导性材料沉积在半导体晶片表面上的绝缘层中打开着的通道和沟道之中。电沉积一般是在一个专门配置的电解液中在阴极进行的，该电解液中包括铜离子和其他能够控制铜表层的组织、形态和电沉积性能的添加剂。在晶片表面的晶种层进行一个适当的电气接触，典型的配置是沿着晶片的圆周。一可被消耗的铜或惰性阳极板被置于电解液中。当一相对于阳极的阴极电势被加到晶片表面上时，例如当一相对于阳极的负电压被加到晶片表面时，在晶片表面上的铜的沉积就开始了。由于铜平面沉积层的技术的发展，看到了克服传统电沉积技术的种种缺陷的重要性。例如，题为“电化学机械电沉积的方法和装置”的授予Talieh的美国专利6,176,992，该专利被本专利技术的受让人所拥有，在一个方面描述了电化学机械沉积技术(ECMD)，当通过用一个片抛光场效应区来最小化场效应区的电沉积时，实现将导电材料沉积在底板表面的空穴中，因此就形成了平面的铜沉积。-->题为“通过外部作用在加工件的空穴表面和设置在顶部表面的添加剂之间产生差别的电沉积方法和装置”的美国专利申请系列号09/740,701，该申请也被本专利技术的受让人所拥有，描述了通过产生一个外部作用来将导电材料电沉积到基底上的方法和装置，所述外部作用是例如通过工件和掩模之间的移动，使得工件的顶表面和空穴表面之间的添加剂的差别保持一段时间。在保持此差别的情况下，功率被加到阳极和基底之间以使空穴表面产生相对来说比顶部表面大的电镀。题为“与晶片表面进行电接触以获得全面电沉积或电抛光的方法和装置”的美国专利申请系列号09/735,546，此专利申请的申请日为2000年12曰14日，该专利申请在一个方面描述了全面电沉积和电抛光的技术。题为“在基底上以最小边缘排除电沉积具有一致均匀的薄膜的方法和装置的美国专利申请系列号09/760,757，申请日为2001年1曰17日，该申请在一个方面描述了在不损失电接触的表面上的空间的情况下在半导体晶片表面上形成平坦导电层技术。在以上这样的工艺中，当在工件表面与衰耗片或者掩模之间有物理接触时，至少在电沉积工艺的一部分可以使用一亮减片或者掩模。物理接触和外部作用通过降低顶部表面的生长率影响金属的生长而同时有效地使特征内的生长率增加。在使用可以溶解的阳极的金属电沉积工艺中，必须最小化阳极的污泥或微粒对沉积金属的污染。通常，在可溶阳极的周围设置一个阳极袋来最小化此类污染。在传统的互连和封装的铜电沉积方式中，如图1所示，一个阳极袋或者过滤器150围绕在阳极152周围。在沉积池156中，阳极152与阴极154有一合适的间隔。可以为电解溶液160提供搅拌，再循环或者甚至过滤。在常规电沉积操作中，阳极污泥出现堆积在阳极152和袋子150之间构成的阳极中。在铜电沉积中，过多的阳极污泥影响了沉积在阴极154上的金属的质量。具体地说是沉积金属的均匀性由于电场分布的改变而变得较差。另外，由于阳极的极化现象使得电沉积电压增加。铜离子不能快速通过污泥层而满足阴极的要求。此外，电沉积效率的损失可能导致氢在阴极析出外被镀上或展开。为了工作正常进行，阳极152被从沉积池156中取出，并在重新放进之前清洗干净。图2中所示为一电沉积和平面化装置例如本专利技术改进的阳极组件，可以在其中使用。载体头10夹持一圆的半导体晶片16，同时提供了一根与晶片导电下表面连接的电导线7。该头部可以绕第一轴10b旋转。该头部也可以在如图2中所示的X和Y方向移动。还可以提供使头部沿Z方向移动的装置。题为“电沉积和抛光用的工件载体头”的美国未决专利申请系列号09/472,523的主题中揭示了一些用来保持晶片16的载体头的实施例，该专利申请日为1999年12月27日，其中所-->公开的内容作为本专利技术的非实质性主题内容在此供参考。题为“用于电沉积及平面化一导电层的阳极组件”的未决美国专利申请系列号09/568,584的主题中揭示了一些可以使用于载体头的带有阳极袋的阳极组件的实施例，申请日为2000年5月11日，其中公开的内容作为本专利技术的非实质性主题内容也援引在供参考。在圆形阳极组件9的顶部周围横跨晶片表面设置有一个衰耗片8。该衰耗片8可以具有在未决美国专利申请系列号09/511,278中作为主题的设计和结构，该未决专利申请的题目为“用于多种材料加工装置的设计和结构”，专利的申请日期为2000年2月23日。其中公开的内容作为本专利技术的非实质性主题内容也援引在这里供参考。题为“具有改进流体分布的设计和结构”的未决美国专利申请系列号09/621,969，申请于2000年7月21日，也涉及这种设计和结构。同样，其中公开的内容作为本专利技术的非实质性主题内容也援引在此供参考。申请系列号09/621,969的揭露的内容也被合并在此作为非实质性主题内容的参考。                                
技术实现思路
下面将要介绍的阳极组件具有以可控制的速度在两个方向上旋转的能力，并且具有支持一衰耗片的机械强度。晶片表面可以用被控制的力推向该衰耗片。他们具有接受，容纳，传递，分布加工流体的能力。这些组件还可以用在电沉积工艺中，同样也可以用于电沉积和平面化工艺和ECMD工艺。这些组件甚至能用在CMP工具中。本专利技术还提供了适应高质量金属电沉积和超平薄膜沉积需要的改进的阳极设计和结构。这些改进了的阳极样式和组件将在下面加以讨论。在本专利技术的的每个实施例中，所述通过它可以将溶液加到半导体基底表面上的阳极组件包括一个形成流体可在其中流动的内部壳体容积的壳体。每个组件还包括一个用于内部空间的挡板，通过此挡板，溶液可以从内部空间排向基底表面。一个过滤器，内部空间被该过滤器分割成一个第一室和一个第二室，该过滤器位于第一室和挡板之间。当溶液被供至表面时，流进第二室的溶液比流进第一室的溶液的速度高，并且流体(溶液)在第二室中混合。壳体包括至少一个主流体通道，通过它溶液可以直接流进第二室，以及至少一个次流体通道，通过它溶液可以直接流进第一室。在一个实施例中，主流体通道和次流体通道彼此独立。在另一个实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可以将溶液提供至基底表面的阳极组件，所述组件包括：　　　　一限定内部壳体容积的壳体，所述溶液可流入所述内部壳体容积，　　　　一用于内部壳体容积的挡板，通过所述挡板溶液可以从内部壳体容积排到基底表面，　　　　一过滤器，所述内部壳体容积被该过滤器分割成一个第一室和位于第一室和挡板之间的第二室，　　　　其特征在于，在向所述表面供应溶液的过程中，流进所述第二室的溶液比流进所述第一室的溶液的速度高，所述诸流体在第二室中混合。

【技术特征摘要】
US 2001-5-1 09/845,2621.一种可以将溶液提供至基底表面的阳极组件，所述组件包括：一限定内部壳体容积的壳体，所述溶液可流入所述内部壳体容积，一用于内部壳体容积的挡板，通过所述挡板溶液可以从内部壳体容积排到基底表面，一过滤器，所述内部壳体容积被该过滤器分割成一个第一室和位于第一室和挡板之间的第二室，其特征在于，在向所述表面供应溶液的过程中，流进所述第二室的溶液比流进所述第一室的溶液的速度高，所述诸流体在第二室中混合。2.如权利要求1所述的阳极组件，其特征在于，所述壳体包括至少一个主流体通道，通过所述主流体通道，溶液可以直接流进所述第二室，以及至少一个次流体通道，通过所述次流体通道，溶液可以直接流进所述第一室。3.如权利要求2所述的阳极组件，其特征在于，所述主流体通道和所述次流体通道彼此独立。4.如权利要求2所述的阳极组件，其特征在于，所述次流体通道接进所述主流体通道。5.如权利要求4所述的阳极组件，其特征在于，所述次流体通道可以使流过所述主流体通道的一部分溶液流向所述第一室。6.如权利要求1所述的阳极组件，其特征在于，所述挡板是一个能够盖住所述内部壳体容积的平板。7.如权利要求6所述的阳极组件，其特征在于，还包括一个掩模，通过所述掩模，溶液可以在所述平板上流动8.如权利要求1所述的阳极组件，其特征在于，在所述第二室和所述挡板之间可以包括一个所述第二过滤器9.如权利要求1所述的阳极组件，其特征在于，所述底板包括一个半导体。10.如权利要求1所述的阳极组件，其特征在于，还包括一个排管，通过所述排管可以将污泥从所述第一室除去。11.如权利要求1所述的阳极组件，其特征在于，还包括一个外部过滤器，用于在溶液进入所述壳体之前，预先对溶液进行过滤。12.如权利要求11所述的阳极组件，其特征在于，所述壳体是一个上部壳体，还包括一个下部壳体，所述外部过滤器设置在其上，用于接收至少部分所述上部壳体的容量。13.如权利要求12所述的阳极组件，其特征在于，当所述下部壳体接收至少部分所述上部壳体时，在所述上下壳体之间形成了一个流体导入...

【专利技术属性】
技术研发人员：锡伯伦E尤左赫，赫马尤泰莲，伯伦特M保索，
申请(专利权)人：ASM纽仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]