在衬底上淀积材料层的工艺制造技术

电镀系统（３０）和工艺使衬底（２０）表面上的电流密度在电镀过程中更均匀，得到更均匀或经修整地淀积导电材料。电流密度修正器（３６４和３７）降低了衬底（２０）边缘附近的电流密度，电镀变得更为均匀或可被修整，使衬底（２０）中心附近镀敷稍多的材料。此系统还可加以修正，使电流密度修正器部位（３６４）上的材料可被清除而无需卸下盖（３５）的任何部分。减少了设备停机时间，提高了设备寿命并缓解了颗粒问题。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】衬底上淀积材料层的工艺及电镀系统本专利技术一般涉及到在衬底上淀积涂层的工艺与系统，更确切地说是涉及到在衬底上电镀含金属的层的工艺和系统。现今的半导体器件要求越来越高的工作电流密度，同时却仍存在着电迁移或其它可靠性问题。铜正被研究来替代现今的铝或铝铜金属化。在衬底上淀积铜的一种最有前景的方法是采用电镀之类的涂敷方法。图1示出了现有技术电镀系统10的剖面图。系统10包含一个带有出口部102的工作室11。此系统还包含带有用来接收电镀液的入口部112和扩散器13的一个槽12(容器)。阳极14位于槽12与扩散器13之间。此系统10还包含一个带有转盘151的盖15，而夹销152是系统10的阴极，通常由镀铂的钛制成。在系统10的工作过程中，电镀液19通过入口部112进入槽12，在阳极14的作用下流动，离子在此处从阳极14溶入电镀液19。电镀液19继续向上流过扩散器13到达衬底20。电镀液19最终漫过槽12的侧壁，向下流入槽12的壁与工作室11的壁之间，且通过出口部102。阳极14和夹销152被偏置以便对衬底20进行镀敷。在这种现有技术系统10的工作过程中，通常发生图2所示的不均匀淀积。如图2所示，半导体器件衬底20有一个可以是绝缘体、导体或绝缘体与导体的组合体的基底材料22，其上覆盖有导电籽晶层24。电镀材料26被镀在籽晶层24上。注意衬底20被朝下安装在系统10中。在图2中，衬底已被向上转使层26朝向图2的顶部。如图2所示，电镀材料26的淀积通常在衬底20的边缘附近更厚而中心附近更薄。这种不均匀淀积会引起问题，特别是若要对电镀材料26进行化学机械抛光时问题更大。抛光清除材料时一般在衬底中心附近较快而在衬底边缘附近较慢。衬底20边缘附近的电镀材料26较厚与边缘附近较低的抛光速率相结合，加重了抛光之后电镀材料26的不均匀性。在抛光过程中，由于不理想的抛光选择性而清除了过多的下部基底材料22，或在衬底20的边缘附近留下一圈残余材料，其中二者都是不可取的。-->在电镀印刷电路板衬底的过程中，采用了限流阴极板(robberplate)，此限流阴极板被附着于电路板上，并借助于切去带有限流阴极板的电路板部分而被破坏性地清除。有必要建立一种系统，此系统应能更均匀地淀积且能够在衬底中央附近镀上比其边缘稍多的材料以补偿衬底中央附近常见的过度抛光。本专利技术用举例的方法来加以说明，且不局限于附图，其中相同的参考号表示相同的元件：图1示出了现有技术电镀系统的剖面图；图2示出了用现有技术方法在衬底上已镀敷材料之后的半导体衬底部分的剖面图；图3示出了根据本专利技术实施例的电镀系统的剖面图；图4示出了电镀头的俯视图，说明了根据本专利技术实施例的衬底与夹销之间的关系；图5示出了用本专利技术实施例镀敷材料之后的半导体器件衬底部分的剖面图；以及图6示出了根据本专利技术另一实施例的带有阳极设计的电镀系统的剖面图。熟练人员知道，各图中的各个元件是为简单和清晰而示出的而且没有必要按比例绘出。例如，为了有助于加深对本专利技术各实施例的理解，图中的某些元件的尺寸相对于其它元件进行了夸大。一种新的电镀系统和工艺使电镀过程中半导体器件衬底表面上的电流密度更均匀，从而可得到导电材料的更均匀或被修整的淀积。电流密度修正器使衬底边缘附近的电流密度减小，若不这样则此处的镀敷速率将最高。借助于减小衬底边缘附近的电流密度，电镀变得更为均匀或可以修整，以在衬底中央附近镀敷稍多的材料。此系统还可修改，使夹销结构上电流密度修正器的材料可被清除而无需拆卸盖的任何部分或从系统移去弧形电流密度修正器。这种原位清洗减少了设备停机时间，提高了设备寿命并减少了颗粒数。图3示出了根据本专利技术实施例的电镀系统30的剖面图。系统30相似于系统10，但系统30包含带有夹具部位362(阴极或第二电极)和-->弧形电流密度修正器部位364(第一装置)的夹具结构36以及环形电流密度修正器37(根据实施例的不同而为第一装置或第二装置)。夹具结构36是导电的。系统30包含一个带有出口部302的工作室31和一个带有用来接收电镀液的入口部312的槽32。在槽32中，扩散器33使通过槽32的电镀液(离子液体)39更呈片流。阳极34(第一电极)位于槽32与扩散器33之间。阳极34通常包含将被镀在半导体器件衬底20上的材料。系统30还包含一个带有转盘351和夹具结构36的盖35以及一个环形修正器37。转盘351、扩散器33、槽32和工作室31包含诸如聚乙烯、碳氟化合物(即特氟隆TeflonTM)之类的不导电材料。这些材料降低了任何电流传导或任何与电镀液的不利反应的可能性。阳极14、夹具结构36和环形修正器37、诸如导电籽晶层24的衬底20上的任何导电层应该是与电镀液39相接触的仅有的导电材料。图4示出了用夹具结构36固定在转盘351上的半导体器件衬底20的俯视图。每个结构36包含一个夹具部位362和一个电流密度修正器部位364。夹具部位362和电流密度修正器部位364是导电的。部位364至少1mm宽且比位于衬底20与阳极34之间的部位362来说至少更向着阳极34延伸1mm。在这一具体实施例中，每个部位364的弧长在约5-50mm范围内，通常为25mm。每个弧形修正器部位364的高度在约5-15mm范围内，通常为10mm。每个部位364的厚度在约2-6mm范围内。环形修正器37是导电的且其位置使结构36与环形修正器37之间有一个约为5-15mm的间隙。与部位364相似，修正器37进一步向阳极34延伸。修正器37的圆周大于部位362宽度之和。换言之，修正器37“宽于”部位362。环形修正器37的高度通常在约5-25mm范围内，而厚度在10-15μm范围内。在一个实施例中，环形修正器37位于槽32顶部附近。环形修正器位于扩散器39与槽32顶部之间沿槽32的任何地方。通常，环形修正器37被附着于槽32。环形修正器37可以是连续环，也可沿槽32的壁分成段。在一个具体实施例中，结构36和环形修正器37二者都用与被电镀到衬底20上的材料相同的材料制成以减小电镀液39的沾污可-->能性。若要镀铜，则结构36、环形修正器37和阳极34用铜制成。但在变通实施例中，也可用不同的材料。系统30的阴极(第二电极)包含夹具部位362。部位364和环形修正器37是系统30的不同类型的电流密度修正器，且与衬底20分开一段距离。下面讨论电镀铜的一个具体例子。虽然给出了很多细节，但这些信息只是为了说明问题而不是限定本专利技术的范围。在系统30的工作中，电镀液39经由入口部312进入槽32。电镀液包含铜(Cu)、硫酸铜(Cu2SO4)、硫酸(H2SO4)、诸如来自HCl的氯化物离子。电镀液39流过阳极34，来自阳极34的离子在此处溶入电镀液39。电镀液39继续向上渡过扩散器33到达衬底20。电镀液39最终漫过槽32的壁，向下流到槽32的壁与工作室31的壁之间，并通过出口部302。在工艺的第一部分，借助于在至少一部分阳极34上，具体地说(但不局限于)是直接面对衬底36的阳极34的部位上形成氧化铜类型的薄膜而对阳极34进行调整。调整之后，在半导体衬底接触到电镀液39之前，添加剂被加到电镀液39中。导电籽晶层制作在衬底20的主表面上(器件侧)。在此例中，衬底20是一个圆形晶片。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上淀积材料层（５６）的工艺，它包含下列步骤： 将衬底（２０）置入电镀系统（３０）中，此系统包含：容器（３２）；容器（３２）中的第一电极（３４）；电连接于衬底（２０）的第二电极（３６）；导体或电流密度修正器的第一装置（３６４，３７），其中的第一装置（３６４，３７）与衬底（２０）隔开一段距离，该装置宽度大于第二电极（３６２）的宽度，且比第二电极（３６２）更向第一电极（３４）延伸；离子液体（３９），其中的离子液体（３９）接触第一电极（３４）、第二电极（３６２）、衬底（２０）和第一装置（３６４，３７）； 将第一电极（３４）置于第一电位，第二电极（３６２）置于第二电位，第一装置（３６４，３７）置于第三电位，其中材料层（５６）淀积在衬底（２０）上，且第一电位不同于第二电位和第三电位；以及 从电镀系统（３０）移去衬底（２０）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1997-5-14 8564591．一种在衬底上淀积材料层(56)的工艺，它包含下列步骤：将衬底(20)置入电镀系统(30)中，此系统包含：容器(32)；容器(32)中的第一电极(34)；电连接于衬底(20)的第二电极(36)；导体或电流密度修正器的第一装置(364，37)，其中的第一装置(364，37)与衬底(20)隔开一段距离，该装置宽度大于第二电极(362)的宽度，且比第二电极(362)更向第一电极(34)延伸；离子液体(39)，其中的离子液体(39)接触第一电极(34)、第二电极(362)、衬底(20)和第一装置(364，37)；将第一电极(34)置于第一电位，第二电极(362)置于第二电位，第一装置(364，37)置于第三电位，其中材料层(56)淀积在衬底(20)上，且第一电位不同于第二电位和第三电位；以及从电镀系统(30)移去衬底(20)。2．权利要求1的工艺，其中将第一电极(34)置于第一电位的步骤包含将第一电极(34)置于第一电位、第二电极(362)置于第二电位、第一装置(364，37)置于第三电位的步骤，其中的第二和第三电位基本上为同一电位。3．权利要求1的工艺，其中将第一电极(34)置于第一电位的步骤包含将第一电极(34)置于第一电位、第二电极(362)置于第二电位、第一装置(37)置于第三电位的步骤，其中的第一、第二和第三电位各不相同；且第二电位在第一与第三电位之间。4．权利要求1的工艺，其中置入衬底(20)的步骤包含对衬底(20)进行定位，该衬底的边靠近于具有相似于此边部分的形状的第一装置(364，37)。5．权利要求1的工艺，其中将第一电极(34)置于第一电位的步骤包含产生一个随时间周期性变化的脉冲电势差。6．权利要求1的工艺，其中的第一电极(34)的剖面形状...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛迪里德西玛辛普森，马修T赫里克，格雷戈尔S埃瑟林顿，詹姆斯德里克莱格，
申请(专利权)人：摩托罗拉公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]