无电镀敷槽的温度控制顺序制造技术

在本发明专利技术中公开了在用于微电子工艺的无电镀敷中的温度控制的顺序。这个顺序改善了沉积物的均匀性、增加了镀敷槽的寿命和成本效率。镀敷槽在镀敷室外面的设备中加热至某一温度，这个温度低于最低沉积温度。再将溶液引入镀敷室，无沉积发生。在充满室之后，溶液加热至所需沉积温度。沉积起动。在沉积后，溶液返回至原来槽中。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
无电镀敷涉及，不使用电流，而使含水的金属离子在衬底上自催化的或化学还原成为金属原子。在广泛的工业实践中发现无电镀敷过程和组成，并用于在不同衬底上镀覆多种金属和合金。通过这个方法，一般镀覆的材料的实例包括铜、镍、金、钴、锡-铅合金等。衬底表面可以是任意表面，它或者是自己催化活化的，或者可以被催化剂激活。在过去，普通的衬底可以包括，例如金属、金刚石和多种聚合物。镀敷过程或者是可选择的，也就是，仅部分的衬底表面被催化激活以精确控制发生金属沉积的地方，或者用于涂覆整个衬底表面。无电镀敷已广泛应用于微电子工业中以在半导体晶片上进行层的沉积。例如，在过去使用无电镀敷在衬底上形成粘合层、阻挡层和覆盖层。为了本公开的目的，阻挡层定义为在至少部分衬底表面上形成的层，它可以阻止位于阻挡层任一边的材料之间的接触。例如，阻挡层可以阻止氧化或另外由阻挡层覆盖而使材料钝化，或者可以阻止包含在位于阻挡层一边的层中的材料扩散到位于阻挡层另一边的层中。例如，在微电子工业中，Co(W)P和NiP是在过去用于阻止铜离子扩散进衬底和用于铜钝化的二种阻挡层的例子。在过去，一般公知的无电镀敷过程包括加热槽液至某一沉积温度，这一般相当于至少最低沉积温度(即，在从槽向衬底发生沉积时的最低温度)。加热之后，槽液泵入镀敷室。在镀敷室内，存在具有活性表面的衬底，并且在或接近热溶液与衬底接触时开始无电镀膜。镀敷过程本身包括诱导期和其后的稳态沉积期。诱导期是达到发生稳态金属沉积的混合势能的必要时间。通常设计沉积发生在某个pH和温度范围内。在某个范围内，沉积速率与槽温成比例。同样地，多数无电镀敷过程将槽加热至可能的最高沉积温度，可带来较高沉积速率并增加过程生产量的优点。槽温是影响层的沉积速率的最重要因素之一。然而，除了沉积速率之外，槽温还可以影响沉积物的均匀性和成分，并因此影响它的性质。同样地，无电镀敷槽的温度控制在这些过程中是非常重要的。除了高生产量以外，在衬底上形成的沉积物的均匀性也是非常需要的。在过去，通过一个旋转的喷头向镀敷室引入槽液，喷头上具有一个缝隙口或孔。因为槽的温度高，诱导期短，并且在溶液与衬底表面接触时基本上开始沉积。然而，在其它因素中，由于当槽液送入镀敷室时的流型，这种喷射方法极大地影响在衬底上所形成的沉积物的均匀性。另外，当形成沉积物时，在晶片表面本身上的温度分布可以影响沉积物的均匀性。无电镀敷的现有方法在许多方面被证实有问题。例如，为获得高质量产品，适合喷头的设计是非常困难的。喷头开口形状和尺寸、喷头旋转速度和流速的变化可以引起在衬底表面上不同的流型，并影响沉积均匀性。例如，衬底的一个区域在高温槽液中具有较强曝露，随后在这些区域具有更多的沉积材料。因此喷头的设计对试图获得溶液的均匀分布是非常重要的。另外，槽本身的高温在这些过程通常是不利的。例如，由于蒸发从槽中失水可以引起成分浓度的变化，并随之改变沉积速率。为了避免这种情况，必须密切监控槽液的组分，并且必须频繁补充水。另外，在槽中使用的还原剂经常在高温下受到加速分解，因此由于槽温高而使槽液的寿命变短。再者，在过去的过程中，溶液的大体积通常保持在高温下，并通过用于每次随后的镀敷操作的系统再循环。这种系统需要高能输入，并造成高操作费用。现有方法通常在沉积前还需要长的准备时间。通常用于工业使用的槽液的槽尺寸是10加仑或者更大。这样的槽尺寸需要长时间加热溶液以从室温至沉积温度。另外，在过程结束并关掉加热器之后，溶液将长时间的循环直到充分冷却以避免过度的槽沉积。同样地，需要一种改进的无电镀敷方法，它可以以高生产量提供在衬底上高质量、均匀的沉积，以及增加槽的寿命，并降低系统的能量需求。专利技术概要通常，本专利技术是一种包括对镀敷过程中使用的槽液温度的控制顺序的无电镀敷方法。更具体地，本专利技术的一个实施方案包括从贮存槽向镀敷室输送无电镀膜溶液，其中无电镀敷槽液的温度低于但比较接近槽液的最小沉积温度。一旦在镀敷室中，槽液可加热至沉积温度，并发生无电沉积。在本专利技术的过程中可以使用任何适合的无电镀敷槽液。通常，无电镀敷槽液可以包括一种或多种金属离子源，还原剂和络合剂。例如，在一个实施方案中，金属离子源可以是硫酸钴和钨酸钠。在另一个实施方案中，氯化镍和硫酸镍可以是金属离子源。一种可以的还原剂的实例是连二磷酸钠。一种在无电镀敷槽液中的可能的络合剂的实例是柠檬酸钠。在充满贮存槽之后，至少部分槽液可再从贮存槽中移走，当温度低于槽的最低沉积温度时可任选地预加热并移入镀敷室中。一旦在镀敷室内，在其中溶液与至少部分的衬底接触，槽液可进一步加热至沉积温度，在该温度发生无电沉积，并且在衬底上形成所需的沉积物。在一个实施方案中，沉积温度在约60℃和约90℃之间。更具体地，沉积温度在约70℃和约75℃之间。在较低沉积温度下，槽液的预加热可以是不必要的。如果需要，在无电沉积后槽液可以返回贮存槽，并且可以冷却并再循环溶液。当需要预热溶液时，槽液可以预热至一个温度，使充满镀敷室的溶液温度低于槽液的最低沉积温度。例如，槽液可预热至低于槽液最低沉积温度约10℃的温度。更具体地，槽液可预热至低于槽液最低沉积温度约5℃和约10℃之间的温度。在一个实施方案中，在将槽液充入镀敷室之前，预热至约50℃和约55℃之间的温度。在一个实施方案中，在将溶液移入镀敷室之前，可以在贮存槽本身中预热全部贮存槽的槽液。或者，仅部分的槽液从较大的贮存槽中移走，再在部分溶液充入镀敷室之前进行预热。例如，从贮存槽中移走小于约25％总体积的槽液并预热，并且特别地从贮存槽中移走小于约15％总体积的槽液并预热。在一个实施方案中，从贮存槽中移走小于约10％总量的槽液并预热。在进入镀敷室之前，可以通过任何适合的方法来预热槽液。例如，槽液可以在分开的预热槽中，或者当它从贮存槽流向镀敷室时在加热的管道中预热。通过本专利技术方法在衬底上形成的层可以是任何类型的层。例如，层可以覆盖衬底的整个表面，或者可以以一种图形覆盖仅衬底的一部分。层还可以是任意所需的厚度。具体地层可以小于大约200埃的厚度。更特别地，层可以在约50埃和约100埃的厚度之间。在一个实施方案中，具有在其上沉积的无电镀敷层的衬底可以是半导体晶片。例如，在晶片上的沉积物可以是作为已施加在晶片上的铜层钝化层的阻挡层。本专利技术的其它特征和方面在下面更详细的讨论。附图简述对本领域的普通技术人员来说，本专利技术的详尽的和能公开的，包括它的最佳方式，参照附图，在说明书的其余部分更特别地阐明，其中附图说明图1表明本专利技术的无电镀敷槽液用的流程顺序的一个实施方案；图2A表明在关闭室时本专利技术的镀敷室的一个实施方案；图2B表明打开时的图2A的镀敷室；图3表明本专利技术的无电镀敷槽液的流程顺序的另一个实施方案；图4A表明在室关闭时本专利技术的电镀室的另一个实施方案；及图4B表明当衬底装入室内时，打开时的图4A的镀敷室。在本说明书中重复使用对照特性，并且附图是表现本专利技术相同或相似的特征或要素。优选实施方案的详述当然对本领域的普通技术人员，本讨论仅是对典型实施方案的描述，并且不作为限制本专利技术更广泛的方面，本专利技术的更广泛的方面体现在示例的结构中。无电镀敷提供一种不用电流，在至少部分的衬底表面上形成层的方法。本专利技术提供一种无电镀敷方法，具有改进的沉积的均匀性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无电镀敷方法，包括：在贮存槽中提供无电镀敷槽液；从所述贮存槽中移走至少部分所述无电镀敷槽液；将从所述贮存槽中移走的所述槽液引入镀敷室，所述槽液与至少向所述镀敷室引入的部分衬底接触，其中所述槽液是在第一温度下引入所述镀敷室的，第一温度低于所述槽液的最低沉积温度；加热在所述电镀室中的所述槽液至至少等于所述槽液的最低沉积温度的沉积温度；及在至少部分的所述衬底上通过无电沉积形成沉积物。

【技术特征摘要】
US 2002-6-21 10/178,0531.一种无电镀敷方法，包括在贮存槽中提供无电镀敷槽液；从所述贮存槽中移走至少部分所述无电镀敷槽液；将从所述贮存槽中移走的所述槽液引入镀敷室，所述槽液与至少向所述镀敷室引入的部分衬底接触，其中所述槽液是在第一温度下引入所述镀敷室的，第一温度低于所述槽液的最低沉积温度；加热在所述电镀室中的所述槽液至至少等于所述槽液的最低沉积温度的沉积温度；及在至少部分的所述衬底上通过无电沉积形成沉积物。2.如权利要求1的方法，还包括在形成沉积物之后，从所述镀敷室返回所述槽液至所述贮存槽。3.如权利要求1的方法，还包括在所述贮存槽中预热所述槽液至所述第一温度。4.如权利要求1的方法，还包括在向所述镀敷室引入所述槽液之前，预热从贮存槽中移走的所述槽液至所述第一温度。5.如权利要求4的方法，其中从所述贮存槽中移走的所述槽液是在预热槽中加热至所述第一温度。6.如权利要求4的方法，其中从所述贮存槽中移走的所述槽液是在加热管线中加热至所述第一温度。7.如权利要求1的方法，其中所述第一温度是低于所述槽液的最低沉积温度的约10℃以下。8.如权利要求1的方法，其中所述第一温度是低于所述槽液的最低沉积温度的约5℃和约10℃之间。9.如权利要求1的方法，其中从所述贮存槽移走的槽液小于槽液总量的约25％。10.如权利要求1的方法，其中从贮存槽移走的槽液小于槽液总量的约15％。11.如权利要求1的方法，其中从贮存槽移走的槽液小于槽液总量的约10％。12.如权利要求1的方法，其中所述衬底是半导体晶片。13.如权利要求1的方法，其中所述沉积物是在所述衬底上以图形形成。14.如权利要求1的方法，其中所述衬底的全部表面被所述沉积物覆盖。15.如权利要求1的方法，其中所述沉积物小于200埃的厚度。16.如权利要求1的方法，其中所述沉积温度在约60℃和约90℃之间。17.一个在衬底上形成阻挡层的方法，包括在贮存槽中提供无电镀敷槽液；从所述贮存槽中移走部分的所述无电镀敷槽液；加热所述槽液部分至第一温度，其中所述第一温度低于所述无电镀敷槽液的最低沉积温度；向镀敷室引入所述槽液部分，以使槽液在引入时与至少部分衬底接触；在所述镀敷室中加热所述槽液部分至至少等于所述槽液最低沉积温度的沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李南海，尼古莱佩特罗夫，阿图尔科利克斯，
申请(专利权)人：马特森技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]