[發明專利]針對鍍覆操作改善襯底的可濕性

在審

• 申請號: 201980037211.3
• 申請日: 2019-04-29
• 公開（公告）號: CN112236847A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 何治安;尚蒂納特·古艾迪;許亨俊;黃璐丹;馮敬斌;道格拉斯·希爾;托馬斯·伯克;馬尼什·蘭詹;安德魯·詹姆斯·普福
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306;H01L21/3105;H01L21/321;H01L21/02;H01L21/324
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 樊英如;張華

多種實施方案包含于電化學沉積工藝前濕化襯底的方法及設備。在一實施方案中，控制襯底可濕性的方法包含：將襯底置于預處理室中、控制預處理室的環境以濕化襯底表面；以及將襯底置于鍍槽中。還公開了其他方法及系統。

優先權主張

本申請主張于2018年4月30日申請的美國臨時專利申請序列No.62/664,938的優先權，其全部公開內容都通過引用合并于此。

技術領域

本文所公開的主題涉及處理多種類型的襯底(如硅晶片或其他元素或化合物晶片、或通常所指的“晶片”)，其因鍍覆前經過其他工藝步驟而有不好的可濕性。具體地說，所公開的主題改善襯底浸入鍍浴期間的潤濕，并改善襯底上進行電化學鍍覆工藝期間的性能。

背景技術

電化學沉積工藝通常是用于集成電路的金屬化。在多種工藝中，沉積工藝包含沉積金屬線至已預先形成于先前形成的介電層中的溝槽及通孔中。在該依賴性工藝中，通常是利用物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)工藝，將薄的黏附金屬擴散阻擋膜預沉積至表面上。取決于目標金屬膜，后續金屬晶種層將沉積于阻擋膜的頂部上。接著，通過電化學沉積工藝，用目標金屬電化學式填充特征(通孔和溝槽)。

然而，電化學沉積至襯底上的性能受到許多因素的影響。例如，鍍浴組成物(包含無機成分濃度及添加劑濃度兩者)在確保無空洞的間隙填充中具有重要的作用。襯底進入鍍覆溶液中的方式(例如，陰極/襯底完全浸入鍍覆溶液所需的時間、陰極/襯底進入溶液的角度、浸入期間陰極/襯底的轉速等)以及施加至襯底的電流和電壓可能在襯底各處的間隙填充質量和間隙填充均勻性中起著重要的作用。

本領域技術人員已知多種關于陰極/襯底初始浸入鍍覆溶液中的方面。起著重要的作用中的一方面是進入期間鍍浴對襯底的可濕性。舉例而言，在未適當潤濕的情況下，氣泡可能黏附至襯底表面某些區域處，而之后受氣泡影響的區域的電沉積會因電不連續性而難以達成。最終結果是在這些區域漏鍍。與此不良可濕性相關的缺陷通常稱為“缺漏金屬”缺陷。該缺漏金屬缺陷經常對襯底上含有主動組件的區域產生“致命缺陷”。例如，圖1A及1B顯示現有技術方法下因襯底潤濕不良而導致的典型缺陷圖。圖1A及1B中較暗的區域表示高面積濃度的缺陷。圖2A至2C以逐漸縮小的視野(FOV)來顯示襯底表面上因潤濕不良而導致的典型缺陷形狀。圖2A顯示約98μm的FOV下的缺陷，圖2B顯示約11.25μm的FOV下的缺陷，而圖2C顯示約3μm的FOV下的缺陷。

如上所述，于電化學電鍍工藝中，通常通過利用例如物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)技術將薄的黏附金屬擴散阻擋膜預沉積至表面上。取決于目標金屬膜，可接著在阻擋膜的頂部沉積金屬晶種層。通常，從阻擋層及晶種層沉積至襯底上的時間到襯底即將進行電化學沉積的時間的期間產生了時間差(Δt，稱為“等候時間”)。在等候時間的期間，襯底的表面狀況預期會隨時間而改變。最被廣為注意到的表面變化之一是襯底上的金屬層氧化。表面金屬的氧化會增加晶種層的薄層電阻，進而因更強的終端效應(terminaleffect)而導致更加難以均勻地鍍覆于晶種層上。氧化物層改變了晶種層上添加劑吸附行為并且可能導致多種鍍覆問題。氧化物層亦改變了襯底浸入期間的潤濕行為。氧化物若在鍍覆之前未還原成金屬，便會溶解至鍍浴中，其隨后可能引起晶種層損耗及本領域技術人員已知的其他問題。此外，金屬晶種層的氧化在整個襯底上通常是不均勻的。所以，非均勻性通常對于等待時間有強依賴性。因此，等待期間的襯底氧化會引起鍍覆工藝性能的變化，且氧化通常對鍍覆工藝有害。

為了消除或降低等待時間的影響并確保工藝性能，已在半導體及相關產業中采用多種方法來解決晶種層氧化問題。其一種方法是在形成晶種之后且鍍覆之前將襯底容置于環境受控的前開式晶片傳送盒(FOUP)中。在此示例中，FOUP通常填充有氮(N₂)，以防止氧(O₂)到達襯底，由此O₂氧化晶種，如圖3A所示。