[发明专利]用于增强型镶嵌金属填充的润湿预处理的设备

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案依据35U.S.C.§119(e)主张2009年6月17日申请的第61/218,024号、2010年1月8日申请的第12/684,787号和第12/684,792号美国专利申请案的优先权，以上申请案以引用方式并入本文。

技术领域

本文揭示的实施例涉及预润湿设备设计和方法。更具体来说，实施例涉及用于在用于集成电路制造的晶片上沉积导电材料之前预润湿半导体晶片的预润湿设备设计和方法。

背景技术

润湿是通过液体与固体之间的粘合力以及液体中的内聚力来控制的液体/固体界面的性质。液体与固体之间的粘合力致使液体在固体表面上扩散。液体中的内聚力致使液体与固体表面的接触最少。液体对固体表面的润湿在其中液体与固体表面相互作用的许多工业工艺中是重要的。电镀(阴极工艺)，包含集成电路制造中的电镀，是一种此类工业工艺。润湿在阳极工艺中也是重要的，包含电蚀刻和电抛光。

举例来说，在集成电路制造中，经常通过电镀将例如铜等导电材料沉积到金属晶种层上，所述金属晶种层是通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)方法沉积到晶片表面上。电镀是用于在镶嵌期间和在双镶嵌处理期间将金属沉积到晶片的通孔和沟槽中的选择方法。

镶嵌处理是用于在集成电路(IC)上形成互连件的方法。其尤其适合于制造采用铜作为导电材料的集成电路。镶嵌处理涉及在形成于电介质层(金属间电介质)中的沟槽和通孔中形成嵌入金属线。在典型的镶嵌工艺中，在半导体晶片衬底的电介质层中蚀刻沟槽和通孔的图案。通常，随后通过PVD方法将例如钽、氮化钽或TaN/Ta双层等粘着金属扩散势垒膜的薄层沉积到晶片表面上，随后在扩散势垒层的顶部上沉积可电镀金属晶种层(例如，铜、镍、钴、钌等)。随后用铜电填充沟槽和通孔，且将晶片的表面平坦化。

发明内容

在一个实施例中，揭示一种用于在以电解方式处理晶片衬底之前预润湿所述晶片衬底的设备。所述设备包含：脱气器，其经配置以用于在预润湿之前从预润湿流体移除一种或一种以上溶解气体；和处理腔室，其具有用于接纳所述预润湿流体的入口。所述处理腔室经配置以用于在低于大气压的压力下以经脱气预润湿流体来预润湿所述晶片衬底。晶片固持器定位于所述处理腔室内且经配置以在所述预润湿过程期间固持所述晶片衬底。

在另一实施例中，揭示一种用于在以电解方式处理晶片衬底之前预润湿所述晶片衬底的设备。所述设备包含处理腔室，其具有用于接纳预润湿流体的入口。所述处理腔室经配置以用于在预润湿期间或之后在高于大气压的压力下操作以促进气泡的移除。晶片固持器定位于所述处理腔室内且经配置以在所述预润湿过程期间固持所述晶片衬底。

附图说明

图1描绘气泡溶解时间对特征大小的曲线图。

图2描绘气泡溶解时间对溶解气体压力的曲线图。

图3描绘预润湿设备的一个实施例的示意性布局。

图4描绘预润湿腔室的实施例。

图5描绘预润湿腔室的实施例的等距视图。

图6描绘经配置以用于冷凝预润湿过程的预润湿腔室的实施例。

图7描绘经配置以用于浸没预润湿过程的预润湿腔室的实施例。

图8描绘经配置以用于浸没预润湿过程的预润湿腔室的另一实施例。

图9描绘其中在镀敷单元中执行预润湿过程的设备的实施例。

图10描绘电镀系统的实施例。

图11a和图11b是预润湿过程的实施例的流程图。

图12是用于在晶片衬底上电镀金属层的电镀过程的实施例的流程图。

图13描绘具有以预润湿流体填充的特征的晶片衬底。

具体实施方式

现在将参考具体实施例。附图中说明具体实施例的实例。虽然将结合这些具体实施例来描述本发明，但将了解，其既定不将本发明限于此些具体实施例。相反，其既定涵盖可包含在由所附权利要求书界定的本发明的精神和范围内的替代例、修改和均等物。在以下描述中，陈述许多具体细节以便提供对本发明的详尽理解。可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本发明。在其它实例中，未详细描述众所周知的过程操作，以免不必要地混淆本发明。