[发明专利]针对镀覆操作改善衬底的可湿性

说明书

多种实施方案包含于电化学沉积工艺前湿化衬底的方法及设备。在一实施方案中，控制衬底可湿性的方法包含：将衬底置于预处理室中、控制预处理室的环境以湿化衬底表面；以及将衬底置于镀槽中。还公开了其他方法及系统。

优先权主张

本申请主张于2018年4月30日申请的美国临时专利申请序列No.62/664,938的优先权，其全部公开内容都通过引用合并于此。

技术领域

本文所公开的主题涉及处理多种类型的衬底(如硅晶片或其他元素或化合物晶片、或通常所指的“晶片”)，其因镀覆前经过其他工艺步骤而有不好的可湿性。具体地说，所公开的主题改善衬底浸入镀浴期间的润湿，并改善衬底上进行电化学镀覆工艺期间的性能。

背景技术

电化学沉积工艺通常是用于集成电路的金属化。在多种工艺中，沉积工艺包含沉积金属线至已预先形成于先前形成的介电层中的沟槽及通孔中。在该依赖性工艺中，通常是利用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)工艺，将薄的黏附金属扩散阻挡膜预沉积至表面上。取决于目标金属膜，后续金属晶种层将沉积于阻挡膜的顶部上。接着，通过电化学沉积工艺，用目标金属电化学式填充特征(通孔和沟槽)。

然而，电化学沉积至衬底上的性能受到许多因素的影响。例如，镀浴组成物(包含无机成分浓度及添加剂浓度两者)在确保无空洞的间隙填充中具有重要的作用。衬底进入镀覆溶液中的方式(例如，阴极/衬底完全浸入镀覆溶液所需的时间、阴极/衬底进入溶液的角度、浸入期间阴极/衬底的转速等)以及施加至衬底的电流和电压可能在衬底各处的间隙填充质量和间隙填充均匀性中起着重要的作用。

本领域技术人员已知多种关于阴极/衬底初始浸入镀覆溶液中的方面。起着重要的作用中的一方面是进入期间镀浴对衬底的可湿性。举例而言，在未适当润湿的情况下，气泡可能黏附至衬底表面某些区域处，而之后受气泡影响的区域的电沉积会因电不连续性而难以达成。最终结果是在这些区域漏镀。与此不良可湿性相关的缺陷通常称为“缺漏金属”缺陷。该缺漏金属缺陷经常对衬底上含有主动组件的区域产生“致命缺陷”。例如，图1A及1B显示现有技术方法下因衬底润湿不良而导致的典型缺陷图。图1A及1B中较暗的区域表示高面积浓度的缺陷。图2A至2C以逐渐缩小的视野(FOV)来显示衬底表面上因润湿不良而导致的典型缺陷形状。图2A显示约98μm的FOV下的缺陷，图2B显示约11.25μm的FOV下的缺陷，而图2C显示约3μm的FOV下的缺陷。

如上所述，于电化学电镀工艺中，通常通过利用例如物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)技术将薄的黏附金属扩散阻挡膜预沉积至表面上。取决于目标金属膜，可接着在阻挡膜的顶部沉积金属晶种层。通常，从阻挡层及晶种层沉积至衬底上的时间到衬底即将进行电化学沉积的时间的期间产生了时间差(Δt，称为“等候时间”)。在等候时间的期间，衬底的表面状况预期会随时间而改变。最被广为注意到的表面变化之一是衬底上的金属层氧化。表面金属的氧化会增加晶种层的薄层电阻，进而因更强的终端效应(terminaleffect)而导致更加难以均匀地镀覆于晶种层上。氧化物层改变了晶种层上添加剂吸附行为并且可能导致多种镀覆问题。氧化物层亦改变了衬底浸入期间的润湿行为。氧化物若在镀覆之前未还原成金属，便会溶解至镀浴中，其随后可能引起晶种层损耗及本领域技术人员已知的其他问题。此外，金属晶种层的氧化在整个衬底上通常是不均匀的。所以，非均匀性通常对于等待时间有强依赖性。因此，等待期间的衬底氧化会引起镀覆工艺性能的变化，且氧化通常对镀覆工艺有害。

为了消除或降低等待时间的影响并确保工艺性能，已在半导体及相关产业中采用多种方法来解决晶种层氧化问题。其一种方法是在形成晶种之后且镀覆之前将衬底容置于环境受控的前开式晶片传送盒(FOUP)中。在此示例中，FOUP通常填充有氮(N₂)，以防止氧(O₂)到达衬底，由此O₂氧化晶种，如图3A所示。