[发明专利]用于无电沉积的电镀液的应用设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种无电电镀室，进一步涉及一种无电电镀操作的方法。

背景技术

在半导体装置如集成电路、存储单元等的制造中涉及一系列为在半导体晶圆(″wafers″)上定义特征而实施的生产操作。该晶圆包括了以多层结构形式定义在硅基底上的集成电路装置。在基底水平，形成具有扩散区的晶体管装置。在随后的水平中，图案化内连线金属线并使其电连接至晶体管装置，以形成所需的集成电路装置。此外，图案化的导电层通过介电材料与其它导体层绝缘。

为了建立集成电路，首先在晶圆的表面上产生晶体管。然后通过一系列的制造处理步骤以多重薄膜层的形式添加配线和绝缘结构。通常，介电(绝缘)材料的第一层沉积于已形成的晶体管的上部上。后续的金属(例如，铜、铝等)层形成于该基础层的上部上，经过蚀刻已形成承载电流的导电线路，然后用介电材料填充以形成线路间的必要绝缘体。用于制造铜线的处理被称为双镶嵌处理，在此处理中：在平坦的保形介电层中形成沟槽，在沟槽中形成通孔以开启之前已形成的下层金属层的接点，并全面沉积铜。然后将铜平坦化(去除过多的铜)，仅留下通孔及沟槽中的铜。

尽管铜线通常由等离子气相沉积(PVD)种子层(即，PVD Cu)以及随后的电镀层(即，ECP Cu)，但考虑使用无电化学材料来代替PVD Cu，甚至代替ECP Cu。因此，可使用被称为无电铜沉积的处理来建立铜导线。在无电铜沉积过程中，电子从还原剂被转移至铜离子，导致已还原的铜被沉积至晶圆表面上。无电铜电镀液的配方被最佳化，以将牵涉到该铜离子的电子转移过程最大化。

传统的配方需要将电镀液维持在高碱性pH(即，pH＞9)，以提高整体的沉积速率。无电铜沉积使用高度碱性铜电镀液的限制在于与晶圆表面上的正性光刻胶、较长诱导时间(induction time)以及由于铜表面羟化(其发生于中性至碱性环境)产生的抑制引起的核密度下降等情况不相同。如果将该溶液维持在酸性pH环境(即，pH＜7)，则可消除这些限制。使用酸性无电铜电镀液所发生的显著限制在于：特定的基底表面如氮化钽(TaN)在酸性环境中倾向于被轻易地氧化而产生还原铜的粘着问题，导致晶圆的TaN表面上的镀斑(blotchy plating)。利用各种金属如钯和钌来接种(seeding)该TaN表面而抵消这种限制的努力，主要由于线路电阻增加而仅获得了最低水平的成就。伴随着在无电电镀液上日益增加的兴趣的是能够提供用于沉积该无电电镀液的环境的室，特别是关于倾向于容易氧化的溶液，例如钴电镀液和铜电镀液。综上所述，需要一个室，该室能有效利用对于使用在无电铜沉积处理与其他敏感性电镀液中的铜电镀液的改良配方。

发明内容

大体而言，本发明通过提供支持在受控环境中使用无电电镀液的室，满足了这些需求。应当了解：本发明可以多种方式来施行， 该方式包括作为方法和化学溶液。以下将描述本发明的多个发明性实施方式。

在一个示范性实施方式中披露了一种无电电镀室。该无电电镀室包括一个夹头及一个碗状容器，该夹头用于支撑基底，而该碗状容器包括一基座并包围该夹头的一侧壁。该基座具有沿着该基座的内径界定的环状通道。该室包括连接至该环状通道的排液管。该排液管能够移除从该夹头收集的流体。该室中包含了能够清洁及基本干燥该基底的近接头。

在本发明的另一方面提供了一种用于在单一室中执行无电电镀操作的方法。该方法随著电镀液沉积在基底的表面上而开始。该方法包括将层电镀在基底的表面上。喷洒基底的上表面以移除电镀液，并基本干燥基底的上表面。在一个实施方式中，在室内基本无氧的环境中，近接头用于冲洗和干燥基底。

然而，本领域技术人员应当了解：无需部分或全部该种特定的细节仍可实施本发明的实施方式。在其它的情况下，为了避免不混淆本发明，将不会详细叙述公知的处理操作。

附图说明

通过以下结合了附图的详细说明，且相同的参考数表示了相同的结构元件，本发明将更易理解。

图1为根据本发明的一个实施方式，无电铜电镀液的制备方法流程图。

图2显示了依照本发明的一个实施方式将所使用的无电电镀室和此处所述溶液合并的制造工具的高级别示意图。

图3A显示了依照本发明一个实施方式的无电沉积模块的横截面的简单示意图。

图3B显示了图3A的无电沉积模块的替代实施方式的简单示意图。