控制在电化学镀敷设备上的镀敷电解液浓度制造技术

公开了在衬底用的电化学镀敷设备上控制镀电解液浓度的方法与电镀系统。一种方法包含：(a)将电镀溶液提供至电镀系统；(b)在衬底被保持于电镀系统的电镀槽的阴极室内时，将金属电镀到衬底上；(c)经由补充溶液入口，将补充溶液供应至电镀系统；以及(d)经由辅助电镀溶液入口，将辅助电镀溶液供应至电镀系统。辅助电镀溶液包含电镀溶液中的一些或全部成分。辅助电镀溶液的至少一种成分具有与其目标浓度明显偏离的浓度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制在电化学镀敷设备上的镀敷电解液浓度相关申请的交叉引用本申请要求于2017年11月1日提交的名称为“CONTROLLINGPLATINGELECTROLYTECONCENTRATIONONANELECTROCHEMICALPLATINGAPPARATUS”美国临时申请No.62/580,390的权益，其通过引用整体并入本文并且用于所有目的。
本公开涉及电镀溶液浓度的控制，尤其涉及在电化学电镀设备上针对半导体衬底执行的这种控制。
技术介绍
为了集成电路生产的金属化，电化学沉积工艺被广泛地使用在半导体工业中。一种这样的应用为铜(Cu)电化学沉积，此可包含将Cu线沉积到预先形成在介电层中的沟槽和/或通孔内。在该工艺中，通过利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)，将薄的附着金属扩散阻挡膜预先沉积到表面上。然后，一般通过PVD沉积工艺，将铜的薄晶种层沉积在该阻挡层的顶部上。接着，通过电化学沉积工艺，以Cu电化学地填充特征(通孔与沟槽)，在该电化学沉积工艺期间，铜阴离子被电化学地还原成铜金属。
技术实现思路
在具有隔离的阳极电解液与阴极电解液部分的电化学电镀设备中，可通过将辅助电镀溶液(有时也称为辅助电解液)添加到阴极电解液内，以控制阴极电解液成分(例如酸、阴离子、阳离子、添加剂等等)的浓度。相较于主要电镀溶液，辅助电镀溶液的组成通常取决于在电镀工艺期间所发生的化学和/或物理反应，但也可被设计成仅以少量的投配(相较于例如电镀溶液贮槽体积)使阴极电解液浓度达到目标浓度。在某些实施方案中，根据应用，向电镀溶液投配和/或添加辅助电镀溶液可以以需求为基础或者以时间为基础。换言之，虽然辅助电镀溶液是可用的，但如果有的话，其可以被少量地使用。例如，其可仅在电镀运行的初始部分期间被使用，在此期间，主要电镀溶液突然且明显地改变浓度。之后，可连续电镀许多衬底而不使用额外的辅助电镀溶液。本文的某些实施方案涉及用于控制电镀溶液浓度的方法，尤其涉及在用于半导体衬底的电化学电镀设备上所执行的这种控制。在本文的实施方案的一方面，提供了一种在装置制造期间将金属电镀到衬底上的方法，所述方法可以包含：(a)将电镀溶液提供至电镀系统，所述电镀系统包含：(i)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，(ii)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，(iii)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，(iv)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，以及(v)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分；(b)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上；(c)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含所述多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；以及(d)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，且其中所述辅助电镀溶液的至少一种成分具有与其目标浓度明显偏离的浓度。所述方法可以包含重复操作(b)-(d)，以将所述金属电镀到第二衬底上。所述方法可以包含重复操作(b)-(d)，以将所述金属电镀到多个额外的衬底上。在一些实施方案中，所述装置可以为集成电路。在一些实施方案中，所述金属可以为铜和/或钴。在一些实施方案中，所述电镀溶液的所述多种成分可以包含金属离子与酸。在一些实施方案中，所述电镀溶液的所述多种成分还可以包含有机镀敷添加剂，所述有机镀敷添加剂选自于由促进剂、抑制剂、平整剂、以及其任何组合所组成的群组。在一些实施方案中，所述电镀溶液的所述多种成分还可以包含氯离子和/或硼酸根离子。在一些实施方案中，所述电镀溶液的所述多种成分还可以包含铜离子、酸、氯离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸以及处于明显比铜离子的目标浓度高的铜离子辅助浓度的铜离子。所述辅助电镀溶液还可以包含处于所述氯离子的目标浓度的氯离子和/或其中所述辅助电镀溶液包含处于所述有机镀敷添加剂的目标浓度的有机镀敷添加剂。所述铜离子辅助浓度可以比所述铜离子的所述目标浓度大介于约5与50倍之间。所述辅助电镀溶液还可以包含处于比所述氯离子的目标浓度高的氯离子辅助浓度的氯离子。在一些实施方案中，所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于硼酸根离子的目标浓度的硼酸根离子、以及处于明显比钴离子的目标浓度低的钴离子辅助浓度的钴离子。所述钴离子的目标浓度可以比所述钴离子辅助浓度大介于约5与50倍之间。在一些实施方案中，所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于钴离子的目标浓度的钴离子、以及处于明显比硼酸根离子的目标浓度高的硼酸根离子辅助浓度的硼酸根离子。所述硼酸根离子辅助浓度比所述硼酸根离子的目标浓度大介于约1.2与2倍之间。在一些实施方案中，所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于明显比硼酸根离子的目标浓度高的硼酸根离子辅助浓度的硼酸根离子、以及处于明显比钴离子的目标浓度低的钴离子辅助浓度的钴离子。所述方法可以包含将单一成分溶液投配到所述电镀溶液贮槽内，所述单一成分溶液仅包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的所述多种成分中的一种。所述单一成分溶液可以为氯离子水溶液。另外，在一些实施方案中，所述单一成分溶液可以为有机电镀添加剂水溶液。在一些实施方案中，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统包含将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀溶液贮槽和/或所述电镀槽的所述阴极室。在一些实施方案中，所述电镀槽还包含位于所述阳极室与所述阴极室之间的离子传递分隔件，所述离子传递分隔件被配置为提供所述阳极室中的所述电镀溶液与所述阴极室中的所述电镀溶液之间的离子传输的路径。所述离子传递分隔件可以包含阳离子交换膜。本文的一些实施方案设计用于在装置制造期间将金属电镀到衬底上的系统。一种系统可以包含：(a)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，(b)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，(c)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，(d)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，(e)辅助电镀溶液入口，其用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在装置制造期间将金属电镀到衬底上的方法，所述方法包含：/n(a)将电镀溶液提供至电镀系统，所述电镀系统包含：/n(i)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，/n(ii)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，/n(iii)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，/n(iv)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，以及/n(v)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，/n其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分；/n(b)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上；/n(c)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含所述多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；以及/n(d)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，且其中所述辅助电镀溶液的至少一种成分具有与其目标浓度明显偏离的浓度。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171101 US 62/580,3901.一种在装置制造期间将金属电镀到衬底上的方法，所述方法包含：
(a)将电镀溶液提供至电镀系统，所述电镀系统包含：
(i)电镀槽，其包含阳极室与阴极室，并且被设置成在将所述金属电镀到所述衬底上时，将所述衬底保持在所述阴极室内，
(ii)电镀溶液贮槽，其被设置成容纳所述电镀溶液的一部分，同时将所述金属电镀到所述衬底上，
(iii)再循环系统，其用于在所述电镀槽与所述电镀溶液贮槽之间输送所述电镀溶液，
(iv)补充溶液入口，其用于将补充溶液提供至所述电镀系统，以及
(v)辅助电镀溶液入口，其用于将辅助电镀溶液提供至所述电镀系统，
其中所述电镀溶液包含用于将所述金属电镀到所述衬底上的多种成分；
(b)在所述衬底被保持于所述阴极室内时，将所述金属电镀到所述衬底上；
(c)经由所述补充溶液入口将所述补充溶液供应至所述电镀系统，其中所述补充溶液包含所述多种成分中的一些或全部，每一成分处于用于将所述金属电镀到所述衬底上的目标浓度，其中将所述补充溶液供应至所述电镀系统改变所述电镀溶液的组成，使得在所述电镀溶液中的所述多种成分中的至少一种变得更接近其目标浓度；以及
(d)经由所述辅助电镀溶液入口，将所述辅助电镀溶液供应至所述电镀系统，其中所述辅助电镀溶液包含所述多种成分中的一些或全部，且其中所述辅助电镀溶液的至少一种成分具有与其目标浓度明显偏离的浓度。


2.根据权利要求1所述的方法，其还包含重复操作(b)-(d)，以将所述金属电镀到第二衬底上。


3.根据权利要求1所述的方法，其还包含重复操作(b)-(d)，以将所述金属电镀到多个额外的衬底上。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述装置为集成电路。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金属为铜和/或钴。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电镀溶液的所述多种成分包含金属离子与酸。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述电镀溶液的所述多种成分还包含有机镀敷添加剂，所述有机镀敷添加剂选自于由促进剂、抑制剂、平整剂、以及其任何组合所组成的群组。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述电镀溶液的所述多种成分还包含氯离子和/或硼酸根离子。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电镀溶液的所述多种成分包含铜离子、酸、氯离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸以及处于明显比铜离子的目标浓度高的铜离子辅助浓度的铜离子。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述辅助电镀溶液还包含处于所述氯离子的目标浓度的氯离子和/或其中所述辅助电镀溶液包含处于所述有机镀敷添加剂的目标浓度的有机镀敷添加剂。


11.根据权利要求9所述的方法，其中所述铜离子的辅助浓度比所述铜离子的所述目标浓度大介于约5与50倍之间。


12.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀溶液的所述多种成分包含铜离子、酸、氯离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于比所述酸的目标浓度低的酸辅助浓度的酸以及处于明显比所述目标浓度高的铜离子辅助浓度的铜离子。


13.根据权利要求12所述的方法，其中所述铜离子的辅助浓度比所述铜离子的目标浓度大介于约5与50倍之间。


14.根据权利要求12所述的方法，其中所述辅助电镀溶液还包含处于比所述氯离子的目标浓度高的氯离子辅助浓度的氯离子。


15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于硼酸根离子的目标浓度的硼酸根离子、以及处于明显比钴离子的目标浓度低的钴离子辅助浓度的钴离子。


16.根据权利要求15所述的方法，其中所述钴离子的目标浓度比所述钴离子的辅助浓度大介于约5与50倍之间。


17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电镀溶液的多种成分包含钴离子、酸、硼酸根离子以及有机镀敷添加剂，且其中所述辅助电镀溶液包含处于所述酸的目标浓度的酸、处于钴离子的目标浓度的钴离子、以及处于明显比硼酸根离子的目标浓度高的硼酸根离子辅助浓度的硼酸根离子。


18.根据权利要求17所述的方法，其中所述硼酸根离子的辅助浓度比所述硼酸根离子的目标浓度大介于约1.2与2倍之间。


19.根据前述权利要求中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何治安，尚蒂纳特·古艾迪，马权，许亨俊，奇安·斯威尼，阮光，礼萨·卡里姆，冯敬斌，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US