利用不溶阳极进行硅晶片的铜金属化制造技术

提供一种用不溶阳极（１３）钢电镀硅晶片的镀敷系统（１０）和方法，其中电解液被搅拌，或较好是通过系统的电镀箱（１１）循环，在满足预定的操作参数时，一部分电解液从系统中排出。在电解液排出的同时或之后，按与从系统中排出的电解液基本相同的量，向镀铜系统（１０）中添加铜浓度大于所排出部分的铜浓度的含铜溶液，平衡已镀敷铜的量和排出流中排出的铜量。在优选方法和系统中，提供电解液容纳箱（１９），该箱用作循环电解液的容器。添加含铜溶液和排出加工电解液的步骤较好也有容纳箱（１９）参与。优选的设备较好是圆筒形的，具体构成为使循环的电解液在阳极（１３）附近进入，在阴极（１２）附近排出，该设备出口围绕电镀箱（１１）的外围具有基本连续的开口，以便进入箱中的电解液基本均匀地流过阴极（１２）的表面。阳极（１１３）较好是圆形的，具有中央开口（１３ａ），进入的电解液从中穿过。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
利用不溶阳极进行硅晶片的铜金属化本专利技术涉及一种铜镀敷衬底的方法和系统，特别涉及利用不溶阳极进行硅晶片的电解铜金属化的方法和系统。制造例如高电路速度、高封装密度、低功耗计算机芯片等半导体集成电路(IC)器件的需求，要求成比例地减小超大规模集成(ULSI)和特大规模集成(VISI)结构的特征尺寸。使芯片尺寸更小，进而增大电路密度的这种趋势，要求互连结构小型化，但由于增大了互连电阻，以及与例如互连制造和电迁移有关的可靠性问题，会严重影响结构的整体性能。目前，这种结构用铝和铝合金作为带有二氧化硅(SiO2)作介质材料的硅晶片上的金属化。一般说，以通孔和沟槽的形状在SiO2介质层中形成开口，然后将它们金属化形成互连。小型化的提高把开口减小到亚微米尺寸(例如，0.5微米和更小)。然而，为实现器件的进一步小型化，提出了利用铜代替铝作为形成芯片中的连线和互连的金属。铜有比铝低的电阻，相同电阻下的铜线厚度会比铝线薄。因此，铜基互连将代表制造这些器件的未来趋势。铜可以通过(例如无电和电解)镀敷、溅射、等离子体汽相淀积(PVD)、和化学汽相淀积(CVD)等工艺淀积于衬底上。一般认为，镀敷淀积是在器件上涂敷铜的最佳方法，是由于可以提供高淀积速率和降低设备成本。然而，镀敷方法必须满足半导体工业的严格要求。例如，铜淀积必须是均匀的，能够填充极小的器件沟槽和通孔。镀敷工艺还必须能够被控制为使镀敷失调最小或避免之，并且还必须与超净室的操作兼容。电子工业中，一般认为，由酸性铜槽淀积铜，是铜镀敷集成电路器件的首选方法。一般说，铜电镀涉及通过利用自耗铜电极或不溶阳极的电解法，在表面上淀积铜层。在自耗电解电镀工艺中，镀敷操作期间消耗铜电极，镀敷操作中必须周期性地替换铜电极。在用不溶阳极镀敷时，镀敷过程中不消耗这些阳极，无需进行替换。下面介绍利用不溶阳极的铜电解电镀。不管在衬底表面上淀积铜所用的方法是什么，杂质都会与铜一起-->淀积。在集成电路制造中，重要的是使电解液中不存在杂质颗粒，但这些杂质会因镀敷操作期间形成的残渣、不纯的化学试剂等而产生。在制造集成电路(IC)器件所用的所有工艺中，要求这些杂质最少，多数操作都要在超净室中进行。超净室是最基本的工作室，各种不同的工艺步骤都要在其中进行，且要利用过滤器和其它净化设备等，使其中的灰尘颗粒和其它杂质颗粒保持在低于某一水平。重要的是，制造集成电路器件所用的任何镀敷工艺要适于用在超净室中，并且工艺自身应使镀敷工艺固有的杂质问题最小。考虑到现有技术的这些问题和缺点，本专利技术的目的是提供一种电镀衬底的改进方法和设备(系统)。本专利技术的再一目的是提供一种在集成电路制造中利用不溶阳极进行硅晶片的铜镀敷的改进的电解方法和设备。本专利技术又一目的是提供一种可以在超净室中进行镀敷的利用不溶阳极进行衬底的铜镀敷的改进的电解方法和设备，衬底包括硅晶片。本专利技术还一目的是提供一种具有基本稳定态电解液的电解铜电镀工艺，其中淀积的镀敷特性保持恒定。本专利技术又再一目的是提供用铜电镀的半导体和其它器件。从以下介绍中，容易理解本专利技术的其它目的和优点。申请人在这里介绍一种铜镀敷衬底的电解方法，所述衬底优选是硅晶片半导体衬底，该方法包括：提供一种镀敷系统，包括铜镀敷设备，该设备包括一箱体，该箱体较好具有一个入口和一个出口，且容纳有铜电解液和要镀敷的作为阴极的衬底，以及隔开的不溶阳极；较好是通过使电解液循环至箱体的入口，同时从箱体的出口排出铜电解液，由此搅拌箱体中的铜电解液，同时加电流，电镀阴极；测量镀敷系统的至少一个操作参数；在满足预定的操作参数时，从系统中排出部分电解液；在电解液排出的同时或之后，给系统添加铜浓度高于所排出的电解液的铜浓度的含铜溶液，添加的量足以使系统中电解液的铜浓度增大到预定值，并保持系统中电解液的体积基本不变。按本专利技术的另一方面，提供一种电解铜电镀优选为硅晶片半导体衬底的衬底的方法，该方法包括：-->提供一种镀敷系统，该系统包括：铜镀敷箱和电解液容纳箱，铜镀敷箱较好是圆筒形，较好在箱的下端有入口，在箱的上端有出口，箱中容纳铜电解液及作为阴极的衬底和间隔开的不溶阳极，阴极和阳极较好是水平的，入口和出口较好是定位成使电解液流在靠近阳极的地方进入镀敷箱，在靠近阴极的地方排出；较好是通过使铜电解液从容纳箱循环至该设备入口，同时从该设备的出口排出铜电解液，并使该出口处的铜解液流向容纳箱，由此搅拌铜电解液，同时加电流，电镀阴极；测量镀敷系统的至少一个操作参数；在满足预定的操作参数时，从系统中排出部分电解液；在电解液排出的同时或之后，给系统添加铜浓度高于所排出的电解液的铜浓度的含铜溶液，添加的量足以使系统中电解液的铜浓度增大到预定值，并保持系统中电解液的体积基本不变。按本专利技术的再一方面，一种电解铜电镀优选是硅晶片的衬底的设备，包括：电镀箱，其中容纳有铜电解液、作为阴极的衬底和间隔开的不溶阳极，该箱较好是具有入口装置和出口装置；较好是通过使铜电解液通过电镀箱从入口循环至出口，搅拌箱中的铜电解液，同时加电流，电镀阴极；测量装置，用于测量镀敷工艺的至少一个操作参数；排出装置，用于在满足预定的操作参数时，从系统中排出部分电解液；添加装置，用于给系统添加铜浓度高于所排出的电解液的铜浓度的含铜溶液，添加的量足以使系统中电解液的铜浓度增大到预定值，并保持箱中电解液的体积基本不变。按优选实施例，所说设备还包括过滤电解液的过滤装置，和调节电解液温度的冷却/加热装置。较好是在电解液进入电镀箱时过滤之。按本专利技术又再一方面，该设备还包括电解液容纳箱，电解液从该箱中注入电镀箱的入口，并且电解液从电镀箱的出口注入到该箱中。添加含铜溶液的添加装置较好是将溶液添加到容纳箱中。从系统中排出的电解液较好是从容纳箱中排出。-->按本专利技术的又一方面，要添加的含铜溶液，装在容纳有要添加到系统中的预定量溶液的容器内，并利用适于超净室操作的方法添加，例如，将溶液从容器中注入到容纳箱中，所说容器被抛弃或可用于再填充和再利用。类似地，从系统中排出的电解液较好是在适用于超净室操作的条件下，被排出到废料容器中，然后，从系统中取出所说废料容器，在超净室外进行处理。参考以下附图，可以很好地理解本专利技术的各个方面，各附图中：图1是采用了能够循环铜电解液的容纳箱的本专利技术铜电镀设备的示意图。图2是本专利技术的另一铜电镀设备的示意图。在介绍本专利技术的优选实施例时，参照图1-2，其中类似的数字表示本专利技术的类似结构。图中没有按比例画出本专利技术的各结构。参见图1，本专利技术的镀敷系统一般表示为10，用于在衬底12上电镀铜。结合利用不溶阳极的硅晶片镀敷来介绍镀敷系统10和镀敷方法，但所属领域的人员应明白，也可以镀敷其它衬底。优选的镀敷系统10包括容纳铜电解液27且由例如塑料或相对电解液不活泼的其它材料构成的电镀箱11。该箱尤其对于晶片镀敷来说较好是圆筒形。阴极12水平设置在箱11的上部，可以是例如具有如沟槽和通孔等开口的硅晶片等任何类型的衬底。晶片衬底12a一般涂敷以铜或其它金属籽晶层，以开始在其上镀敷。铜籽晶层可利用CVP、PVD等方法施加。对于晶片镀敷来说，阳极13较好也是圆形的，水平设置于箱11的下部，同时阳极13和阴极12之间形成有间隔。阳极13是工艺中不自耗的不溶阳极。合适的不溶阳极包括铂和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜镀敷硅晶片半导体衬底的电解方法，包括：提供一种镀敷系统，包括铜镀敷设备，该设备包括一箱体，容纳有铜电解液及要镀敷的作为阴极的衬底和隔开的不溶阳极；搅拌箱体中的铜电解液，同时加电流，电镀阴极；测量镀敷系统的至少一个操作参数； 在满足预定的操作参数时，从系统中排出部分电解液；在电解液排出的同时或之后，给系统添加铜浓度高于所排出电解液的铜浓度的含铜溶液，添加的量足以使系统中电解液的铜浓度增大到预定值，并保持系统中电解液的体积基本不变。

【技术特征摘要】
US 1997-10-10 08/9487481、一种铜镀敷硅晶片半导体衬底的电解方法，包括：提供一种镀敷系统，包括铜镀敷设备，该设备包括一箱体，容纳有铜电解液及要镀敷的作为阴极的衬底和隔开的不溶阳极；搅拌箱体中的铜电解液，同时加电流，电镀阴极；测量镀敷系统的至少一个操作参数；在满足预定的操作参数时，从系统中排出部分电解液；在电解液排出的同时或之后，给系统添加铜浓度高于所排出电解液的铜浓度的含铜溶液，添加的量足以使系统中电解液的铜浓度增大到预定值，并保持系统中电解液的体积基本不变。2、如权利要求1所述的方法，其中镀敷系统包括：铜镀敷箱和电解液容纳箱，铜镀敷箱是圆筒形的，在箱的下端有入口，在箱的上端有出口，箱中容纳铜电解液和作为阴极的衬底及间隔开的不溶阳极，阳极上具有开口，阴极和阳极是水平的，入口和出口定位成使电解液流在靠近阳极的地方进入镀敷箱，在靠近阴极的地方排出；及通过使铜电解液从容纳箱循环至设备的入口，同时从设备的出口排出铜电解液，并使该出口处的铜电解液流到容纳箱中，搅拌电解液。3、如权利要求2的方法，其中所测量的操作参数是已镀铜的重量。4、如权利要求3的方法，其中电解液和含铜溶液是硫酸铜，含铜溶液含铜约70-80g/l。5、如权利要求4的方法，其中阳极和阴极之比为约1∶1至4∶1。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：JB海杜，EH图，RW赫图比瑟，
申请(专利权)人：恩索恩OMI公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]