用于电镀半导体晶片的系统、装置和方法制造方法及图纸

一种用于电镀半导体晶片的系统，包括与半导体晶片（５５）电接触的第一电极，和第二电极。第一电极和半导体晶片（５５）形成阴极。第二电极形成阳极（１００），反应杯（２０５）限定处理室（７５）。外部电极（２３５）设置在反应杯外部并定位成用于接触从反应杯出来的溶液。连接电源（２５５）系统以给第一和第二电极输送电源，并且该电源系统还被连接成使第一电极作为阳极，外部电极作为阴极。（*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】相关申请的交叉参考本申请是在这里作为整体引证供参考的在1997年9月30日申请的美国申请08／940670(Atty．Docket number SE10-0126，U．S．PostalExpress Mailing Label EM025335107)和08／940930(Atty．Docket numberSE10-0141，U．S．Postal Express Mailing Label EM025335138)的连续部分。专利技术的背景在由半导体晶片制成的半导体集成电路和其它半导体产品的生产中，经常需要在晶片上提供多个金属层以用做将集成电路上的各种器件互相电连接的互连金属敷层。通常，使用铝作为这种互连，但是，现在认识到铜金属敷层是优选的。特别是，已经证明铜在半导体晶片上的应用是很大的技术挑战。此时，由于在半导体器件上以可靠和低成本方式形成铜层存在实际问题，因此铜金属敷层并没有达到商业化的实际要求。工业上已经通过使用镶嵌电镀工艺向半导体晶片上镀敷铜，其中在镶嵌电镀工艺中使用了铜图形所需要的通常称为通孔的孔、沟槽和其它凹槽。在镶嵌工艺中，首先晶片提供有用于在后来的金属电镀步骤过程中传导电流的金属籽层。该籽层是可以利用一道或多道工序涂敷的很薄的金属层。例如，可以利用物理汽相淀积或化学汽相淀积工艺施加该金属籽层，从而形成1000埃数量级厚的层。该籽层可有利地由铜、金、镍、钯、和其它大多数金属或所有其它金属形成。该籽层形成在由于通孔、沟槽或凹陷的其它器件结构的存在而盘旋的表面上。在镶嵌工艺中，被电镀到籽层上的铜层是敷层(blanket layer)形式的。为了完全提供填充沟槽和通孔并在这些结构上延伸一定量的铜层，该敷层被镀敷到形成叠加层的程度。这种敷层一般形成为10000-15000埃(1-1．5微米)数量级的厚度。在半导体晶片上电镀敷层之后，去掉位于通孔、沟槽或其它凹槽外边的多余金属材料。去掉这些金属，从而在要形成的半导体集成电路上提供得到的构图的金属层。例如可以使用化学机械平面化去掉多余的镀敷材料。化学机械平面化是使用化学除剂和研磨剂的组合作用，研磨并抛光暴露的金属表面以去掉在电镀步骤中施加的金属层的不希望部分的处理步骤。避开了铜电镀工艺的自动化，在本领域中需要可以在半导体产品上生产均匀的并可以用效率和成本-有效方式生产的铜层的改进的半导体镀敷系统。更具体地说，实质上需要提供有效和可靠的自动化的铜镀敷系统。在半导体晶片的电镀中，阳极设置在电镀液中，并且带有籽层的晶片用做阴极，待电镀的晶片的表面与电镀液的上表面接触。半导体晶片由支撑系统固定，该系统还给晶片提供所需要的阴极电位。该支撑系统可以包括固定晶片就位并与晶片接触以便传导用于电镀操作的电流的导电指状物。在电镀工艺过程中，导电指状物和半导体晶片用电镀金属如铜镀敷。在这种工艺中可能发生的一个潜在问题是电镀金属沉积物堆积在导电指状物上。这些沉积物可能1)产生导电指状物的无意的附着物并与晶片接触，使导电指状物与晶片表面脱离，部分镀敷表面可能裂开并作为颗粒落下；2)使穿过该接触并最终穿过镀敷表面传导的电流变化；和3)使导电指状物或晶片上的沉积物的小颗粒破裂掉下并可能进入电镀液中，并最终在镀敷过程中直接沉积在晶片表面上，或后来污染镀敷晶片。这些结果可能会各单独的或结合地在镀敷表面上产生不规则物，或者在晶片中产生其它缺陷。此外，这些结果也可能减少晶片与晶片的均匀性。可从电极指状物除去镀敷金属的一种方式是，当已经在指状物接触表面上堆积规定水平的镀敷金属或沉积物时，人工清除导电电极指状物用于清洗。但是，这是不希望的，因为在电镀处理中，特别是在连续的晶片电镀操作中，这会产生显著的停工时间。晶片生产量的大量损失和更高的处理成本都与这道工序相关。更希望研制这样一种方法，该方法用于清洗落下的电极的沉积物并将产生的颗粒与镀敷工艺分开，同时将生产工艺的停工时间减至最小。专利技术的简要说明提供一种用于电镀半导体晶片的系统。该系统包括与半导体晶片电接触的第一电极和第二电极。在半导体晶片的电镀过程中第一电极和半导体晶片形成阴极。在半导体晶片的电镀过程中第二电极形成阳极。还采用限定反应室的反应容器。该反应室包括导电电镀液。在半导体晶片的电镀过程中第一电极、第二电极和半导体晶片的每个的至少一部分与电镀液接触。在反应室外部设置辅助电极，并被定位成在第一电极的清洗过程中与从反应室出来的电镀液接触，由此在辅助电极和第一电极之间提供导电路径。电源系统被连接成在半导体晶片的电镀过程中输送电镀电源给第一和第二电极，并且还被连接成在清洗第一电极的过程中使第一电极作为阳极，使辅助电极作为阴极。图2是包括在液体出口管中的辅助电极的本专利技术的一个实施例的示意方框图。图3是包括在反应室外部的储液容器中的辅助电极的本专利技术的一个实施例的示意方框图。图4是包括围绕反应杯的上部外缘设置的辅助电极的本专利技术的一个实施例的示意方框图。图5A、5B和5C表示用于实施图4中所示的本专利技术实施例的处理槽组件。图6表示可以用于实现图4所示的本专利技术实施例的处理槽组件的又一实施例。图7表示可用于实现公开的电镀系统的反应器组件的一个实施例。图8表示可用于实现公开的电镀系统的反应器组件的又一实施例。图9表示可用于实现电镀系统的晶片支撑／旋转组件的一个实施例。附图说明图1是用于在例如半导体晶片55上电镀金属敷层如构图的铜金属敷层的电镀系统的示意方框图，该电镀系统一般用50表示。所示系统一般包括与主电镀控制系统65连通的观测系统60。观测系统60用于在将半导体晶片55放入电镀装置70之前识别形成在半导体晶片55上的特殊物质。通过由观测系统60提供的信息，主电镀控制系统65可以设置要在电镀装置70中使用的各种参数，从而在晶片55上电镀金属敷层。在所示系统中，电镀装置70一般由电镀室75、转子组件80、和定子组件85构成。转子组件80支撑半导体晶片55、电流控制系统90和电流取样组件35。转子组件80、电流控制系统90和电流取样组件95设置成相对于定子组件85共同旋转。电镀室75装有阳极组件100并含有用于电镀半导体晶片55的溶液105。定子组件85支撑转子组件80及其相关元件。定子控制系统110可以设置成与定子组件85成固定关系。定子控制系统110可以与主电镀控制系统65连通并且可以接收涉及制造在半导体晶片55上的半导体器件的特殊类型的识别的信息。定子控制系统110还包括电磁辐射通信链路115，该电磁辐射通信链路115优选地用于传播信息给由电流控制系统90使用的电流控制系统90的对应电磁辐射通信链路120，从而控制在电流取样组件95的单独部分的电流流量(并因此控制电流密度)。下面将进一步详细介绍电流取样组件95、转子组件80、定子控制系统110和电流控制系统90的特殊结构。在操作中，探针120与半导体晶片55电接触。然后利用例如步进电机等使半导体晶片55以精细步骤下降到溶液105中，直到半导体晶片55的下表面与溶液105初始接触为止。这种初始接触可以通过例如在通过半导体晶片55测量时检测流过溶液105的电流来检测。这种检测可以利用定子控制系统110、主电镀控制系统65或电流控制系统90来完成。但是，最好用定子控制系统110来完成。一旦溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电镀半导体晶片的系统，包括： 与半导体晶片接触的第一电极，在半导体晶片的电镀过程中该第一电极和半导体晶片形成阴极； 在半导体晶片的电镀过程中形成阳极的第二电极； 限定反应室的反应容器，反应室包括导电电镀液，在半导体晶片的电镀过程中，第一电极、第二电极和半导体晶片的每个的至少一部分接触电镀液； 设置在反应室外部的辅助电极，该辅助电极定位成在清洗第一电极过程中与从反应室出来的电镀液接触，由此提供辅助电极和第一电极之间的导电路径； 电源系统，其连接成在半导体晶片的电镀过程中给第一和第二电极输送电镀电源，该电源系统还连接成在清洗第一电极过程中使第一电极作为阳极，和使辅助电极作为阴极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：林登W格雷厄姆，凯尔汉森，托马斯L里茨多尔夫，杰弗里I特纳，
申请(专利权)人：塞米图尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]