[發明專利]電沉積系統

有效

• 申請號: 200810037271.9
• 申請日: 2008-05-12
• 公開（公告）號: CN101580945A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 馬悅;何川;逄振旭;施廣濤;夏杰旭;N.納其;王暉
• 申請（專利權）人: 盛美半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: C25B9/00
• 分類號: C25B9/00;C25B15/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 陸 嘉

技術領域

本發明涉及在半導體工件上沉積金屬層的系統，更具體地說，這個系 統用于從電解液中電沉積或化學沉積金屬薄膜到半導體晶圓上，化學方法 刻蝕部分沉積膜，清洗沉積膜表面以及對沉積膜進行熱處理。

背景技術

芯片間的互聯由多層金屬線實現，這些金屬線包埋于位于邏輯器件或 存儲器件晶體管電路上方的一種或多種絕緣材料中。隨著超大規模集成電 路中線密度的增加，金屬線互連圖形的特征尺寸，如通孔和溝槽等，已經 降低到亞微米級，金屬化程度也隨之增加。而且，隨著集成電路中互連引 線長度的增加，RC延遲也已經成為影響電路傳輸速度的最主要因素。銅 由于其較低的電阻率和較高的抗電遷移，被認為是金屬互連引線的理想材 料。但是同時，它也面臨著很多器件制造的挑戰。

實現銅互連技術，最大的挑戰在于通過大馬士革工藝，或者通常是通 過加工成本可接受的雙大馬士革工藝，在整個半導體基材上，也就是在整 片晶圓上，對通孔和溝槽等結構實現無孔、無縫的均勻填充。

典型的電沉積系統通常由多個用于金屬電沉積或化學沉積的電鍍單元 和用于鍍后清洗和邊緣去除的清洗單元組成。

專利US6258220和專利US6527920揭示了這種電鍍系統的例子。這 種系統包含一帶有傳送機械手的主框架，一與主框架相連的裝載端口，多 個與主框架相連的電鍍單元，多個與主框架相連的旋轉-沖洗-干燥和邊緣 去除腔，以及一和裝載端口相連的快速熱處理子系統。目前IC生產中所用 的電沉積系統的電鍍單元、旋轉-沖洗-干燥和邊緣去除腔及其它可能附 加單元都處于同一平面上，這種設計占據了超凈間的很大空間，才能滿足 這種工藝系統對生產能力的要求。

因為這種系統用到的是一個二維的結構，它將所有的工藝單元都置于 一個平面上，當需要添加一些新的工藝單元時，系統占地面積增大，因而 限制了其實際可擴展性。此外，在上述電沉積系統中，還需要多個立于工 藝腔基底上的永久的重型支撐柱，用于支撐多個電鍍單元上部裝置，該裝 置從機械手接收晶圓并將其送入電解液。這些支撐柱體積較大，因為它們 需要為它們所支撐的上部裝置提供足夠的穩定性和堅固性以便精確控制其 運動。這些支撐柱不僅占據了框架內部空間，而且限制了主框架傳送機械 手，晶圓固持裝置和電鍍單元的可到達性，并給系統維護帶來不便。

此外，隨著晶圓圖形中通孔和溝槽尺寸的減小，當由晶圓固持裝置所 固持的晶圓浸入電解液時，晶圓上的結構很難被完全浸濕，從而導致沉積 金屬膜結構上產生缺陷和空洞。一個潤濕晶圓的典型方法如專利US? 2004/0069644和US?2007/7223323所述，在電鍍前將晶圓在一個另外 的旋轉-沖洗-干燥單元中預潤洗。另一個潤濕晶圓的方法如專利US? 2006/7146994所述，在晶圓送入電鍍液之前，用一個附加的噴嘴向晶圓表 面上噴灑水。但是通過液體潤洗進行預濕仍不能完全潤濕非常細小的結構， 而且用來潤洗的液體可能會在局部或很大范圍內將電解液稀釋，從而帶來 新的問題。所以上述方法仍不能在不引入明顯的工藝變化或制造成本增加 的情況下徹底解決不完全潤濕的問題。

本發明是在上述背景下揭示的。

發明內容

基于上述問題，本發明的目的是提供一種新型結構的電沉積系統，它 占地面積小，可以以更高的效率處理更大規模的晶圓，從而使生產能力得 到提高。

為實現上述目的，本發明的電沉積系統具有三維堆疊結構，包含用于 接收晶圓的工廠接口，帶有主框架傳送機械手的主框架，多個置于主框架 上方的晶圓固持裝置，多個置于主框架上部的三維堆疊結構第一層的電鍍 單元，多個置于主框架下部的三維堆疊結構第二層的清洗和邊緣去除單元， 多個置于主框架和工廠接口相連部分的第一層，或者第二層，或者兩層皆 有的熱處理腔，多個置于主框架中的氣相預濕模塊，為電鍍單元提供電鍍 液和為清洗單元提供處理液的流體分配系統，為熱處理腔提供氣體混合物 的氣體傳輸系統。主框架傳送機械手在工廠接口，晶圓固持裝置，清洗單 元和熱處理單元之間傳送晶圓。