專利名稱：半導體工藝用的具有遠程第二陽極的電鍍系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術，且尤其涉及采用可消耗式陽極(consumable anodes)的電鍍系統(tǒng)。
背景技術：
在過去的半導體制造中，有許多工藝在不同的階段需要電鍍以沉積各種材料于半導體晶片上。所有這些系統(tǒng)一般需要人類操作員定時監(jiān)控或添加電鍍材料。因為電鍍材料的添加被視為需要某些程度的專家技術及經(jīng)驗，在沒有復雜且昂貴的計算機設備的條件下，不可能自動化此類操作。
當產(chǎn)業(yè)界以愈來愈細的元件聯(lián)機試圖制造越來越小的半導體元件時，可以發(fā)現(xiàn)用于使用元件連接的已知金屬化技術已不足以勝任下一世代的產(chǎn)品。這導致材料例如由鋁(Al)至銅(Cu)的轉變。
銅并不適合采用適用于鋁的金屬化技術的沉積而較適合通過溶液的電子或無電極電鍍工藝來沉積。隨著銅內聯(lián)機的采用，元件連接技術已投入大量的努力用于半導體的自動化銅電鍍技術中。這意味著昂貴設備的引進。這也意味著有許多的努力已花費在試圖降低成本上。
用于沉積銅的技術之一是在電鍍室中使用可消耗式主陽極(consumable primary anodes)。當可消耗式主陽極消耗時，該陽極改變了電鍍室中的幾何與電動勢造成銅的非均勻沉積。銅的非均勻沉積導致后續(xù)平坦化步驟的困難度與在半導體晶片周圍的集成電路的缺陷。
解決此問題的簡單且便宜的方法已讓本領域技術人員尋找及困惑多時。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供用于半導體晶片的電鍍系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含具有通過循環(huán)系統(tǒng)與電鍍溶液儲存槽相連的可消耗式遠程次陽極的電鍍腔體。半導體晶片用來做為陰極而在電鍍腔體中具有惰性主陽極，并使用電鍍溶液儲存槽中的遠程可消耗式次陽極提供用于電鍍的金屬離子?？上氖狡帘未侮枠O的消耗并不會改變電鍍腔體內的幾何與電動勢并維持易于平坦化的均勻的厚度導體核心沉積。
本發(fā)明還提供一種用于半導體晶片的銅電鍍系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含具有通過回收系統(tǒng)與銅電鍍溶液儲存槽相連的可消耗式銅遠程次陽極的電鍍腔體。半導體晶片使用作為陰極并在電鍍腔體中具有惰性白金(Platinum)陽極，并用電鍍溶液儲存槽中的遠程可消耗式次陽極用于電鍍時提供金屬離子。可消耗式銅屏蔽次陽極(consumable copper shieldedsecondary anode)的消耗并不會改變電鍍腔體內的幾何與電動勢并維持易于平坦化的均勻厚度導體核心沉積。由閱讀下列詳細說明的并結合附圖，本發(fā)明的上述及附加的優(yōu)點對于本領域普通技術人員將會變得顯而易見。


圖1(現(xiàn)有技術)顯示含有可消耗式陽極的電鍍腔體；圖2(現(xiàn)有技術)顯示具有部分可消耗式陽極已經(jīng)消耗的電鍍腔體；以及圖3顯示本發(fā)明的具有遠程陽極的電鍍腔體。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考圖1(現(xiàn)有技術)，此處顯示具有電鍍腔體12的電鍍系統(tǒng)10。電鍍腔體12具有連接至循環(huán)泵16的出口14，該循環(huán)泵更連接至通往該電鍍腔體12的輸入18。
在電鍍腔體12中為連接至正電壓源22的可消耗式主陽極20。
在可消耗式主陽極20的上方為具有導電種子層26在晶片上的半導體晶片24。該導電種子層26經(jīng)由連接線28連接至負電壓源30并且用于在電鍍過程中作為陰極。
半導體晶片24已經(jīng)過定位以便放置該導電種子層26與電鍍溶液32接觸。
對于銅的電鍍，該可消耗式主陽極20是由銅所制成且該電鍍溶液32中含有自由銅離子。當施加電壓后，銅離子由可消耗式主陽極20沿著由直箭頭34所標示的電動勢場經(jīng)由電鍍溶液32遷移至導電種子層26。電鍍溶液32由循環(huán)泵16循環(huán)以當導電種子層26上的陰極反應引起金屬銅在導電種子層26上沉積時盡可能維持固定的銅離子濃度。
現(xiàn)在參考圖2(現(xiàn)有技術)，圖2顯示在電鍍工藝期間的電鍍系統(tǒng)10。該可消耗式主陽極20呈現(xiàn)部分消耗及在尺寸上顯著減少，該尺寸的縮小改變電鍍腔體12內的幾何及電動勢。如曲形箭頭35所標示的，電動勢場的形狀影響半導體晶片24的導電種子層26上的金屬離子的沉積。
由于電鍍腔體12中的幾何與電動勢場的改變，在半導體晶片24上的金屬27的沉積將不平整且一般呈凹狀。在可消耗式主陽極20與半導體晶片24之間的最短距離處金屬27將會最厚，并且在可消耗式主陽極20與半導體晶片24分開較遠處金屬27將會較薄。
金屬27的厚度變化使其難以通過后續(xù)的化學機械平坦化工藝(chemical-mechanical planarization process)適當?shù)仄教够摪雽w晶片24而導致在半導體晶片24周圍附近的集成電路有缺陷。
現(xiàn)在參考圖3，圖3顯示依據(jù)本發(fā)明的電鍍系統(tǒng)50。電鍍系統(tǒng)50包含具有輸出54連接至循環(huán)泵56的電鍍腔體52，該循環(huán)泵56則更通過輸入58連接至電鍍溶液儲存槽60。電鍍溶液儲存槽60通過第二輸入61連接至電鍍腔體52。
在電鍍腔體52中為連接至正電壓源62的惰性主陽極64。該惰性主陽極64為一種在電鍍工藝中不參與且不會消耗的物質，諸如白金(Pt)。
在惰性主陽極64上方為具有導電種子層68在晶片上的半導體晶片66。該導電種子層68通過連接69連接至負電壓源70并作為在電鍍工藝中的陰極。半導體晶片66經(jīng)由定位以便放置導電種子層68與電鍍溶液72接觸。
在電鍍溶液儲存槽60中為可消耗式遠程次陽極75。該可消耗式遠程次陽極75連接至正電壓源62并且經(jīng)由第二輸入61以流體與惰性主陽極64連通。
該可消耗式遠程次陽極75置于適當處，以便當該陽極75消耗時，在電鍍腔體85內的幾何與電動勢場并不改變，故對于電鍍在導電種子層68上的金屬離子而言，電動勢場永遠相同并且如直箭頭76所標示直接在惰性主陽極64與半導體晶片66之間。
借著電動勢場是直進的，在導電種子層68上的電鍍金屬78將具有均勻的厚度，該均勻厚度將可輕易的由后續(xù)的化學-機械平坦化工藝來平坦化。
在操作上，該可消耗式遠程次陽極75導入金屬離子至電鍍溶液儲存槽60內的電鍍溶液72中。接著該電鍍溶液72通過重力饋入(如圖所示)或泵抽取(未顯示)而循環(huán)至電鍍腔體52中。在電鍍腔體52中，惰性主陽極64及導電種子層68提供電動勢以沉積金屬離子于導電種子層68上。
當金屬離子沉積且電鍍溶液72變稀薄后，該電鍍溶液72通過泵(如圖所示)或重力饋入(未顯示)循環(huán)回至電鍍溶液儲存槽60，其中該可消耗式遠程次陽極75將均勻的補充金屬離子。
在銅的沉積中，銅的導電種子層68是通過如濺鍍或是化學氣相沉積而沉積的，而該惰性主陽極64則為白金(Pt)，并且可消耗式遠程次陽極75則為金屬銅。
通過在電鍍腔體52中具有惰性主陽極64，在電鍍腔體52中的幾何與電動勢場在電鍍期間不會改變，因為惰性主陽極64不會分解并且因為可消耗式遠程次陽極75位于獨立于電鍍腔體52的幾何與電動勢場的分離區(qū)域內。
在本發(fā)明結合特定最佳模式而描述后，需了解的是很多替代方法、修正及變化對于依照前面的敘述而本領域普通技術人員將會是顯而易見的。因此，本發(fā)明意在包含所有落在附加的權利要求內的精神與領域的此類的替代方法、修正及變化。所有由前面至今(hither-to-fore)所提出或顯示于伴隨的附圖的內容將為例證的說明而非限定該意義。
權利要求
1.一種用于半導體晶片(66)的電鍍系統(tǒng)(50)，包括電鍍腔體(52)；連接至該電鍍腔體(52)的電鍍溶液儲存槽(60)；在該電鍍腔體(52)與該電鍍溶液儲存槽(60)之間用于循環(huán)電鍍溶液(72)用的循環(huán)系統(tǒng)(52、56、58、61)；位于該電鍍腔體(52)內且可連接至正電壓源(62)的惰性主陽極(64)；位于該電鍍腔體(52)內且可將該半導體晶片(66)連接至負電壓(70)源的半導體晶片連接線(69)；以及位于電鍍溶液儲存槽(60)內且可連接至該正電壓源(62)的可消耗式遠程次陽極(75)。
2.如權利要求1所述的電鍍系統(tǒng)(50)，其中該循環(huán)系統(tǒng)(52、56、58)包含用于由該電鍍腔體(52)抽取電鍍溶液至該電鍍溶液儲存槽(60)的泵系統(tǒng)(56)。
3.如權利要求1所述的電鍍系統(tǒng)(50)，其中該的循環(huán)系統(tǒng)(56、61)包含用于由該電鍍溶液儲存槽(60)抽取電鍍溶液至該電鍍腔體(52)的泵系統(tǒng)(56)。
4.如權利要求1所述的電鍍系統(tǒng)(50)，其中該半導體晶片(66)具有導電種子層(68)且在電鍍腔體(52)內包含電鍍溶液(72)以與該導電種子層(68)接觸。
5.如權利要求1所述的電鍍系統(tǒng)(50)包含正電壓源(62)及負電壓(70)源。
6.一種用于半導體晶片(66)的銅電鍍系統(tǒng)(50)，該系統(tǒng)具有銅電鍍腔體(52)及連接至該銅電鍍腔體(52)的銅離子電鍍溶液儲存槽(60)，且該系統(tǒng)特征在于在該銅電鍍腔體(52)與該銅離子電鍍溶液儲存槽(60)之間提供用于循環(huán)銅離子電鍍溶液(72)的循環(huán)系統(tǒng)(52、56、58、61)；在該銅電鍍腔體(52)內具有可連接至正電壓源(62)的惰性白金陽極(64)；在該銅電鍍腔體(52)內具有可將該半導體晶片(66)連接至負電壓源(70)的半導體晶片連接線(69)；以及在該銅電鍍溶液儲存槽(60)中具有可連接至該正電壓源(62)的遠程可消耗式銅陽極(75)。
7.如權利要求6所述的銅電鍍系統(tǒng)(50)，其中該循環(huán)系統(tǒng)(52、56、58)包含用于將銅離子電鍍溶液(72)由該銅電鍍腔體(52)抽取至該銅離子電鍍溶液儲存槽(60)的泵系統(tǒng)(56)。
8.如權利要求6所述的銅電鍍系統(tǒng)(50)，其中該循環(huán)系統(tǒng)(56、61)包含用于將銅離子電鍍溶液(72)由該銅離子電鍍溶液儲存槽(60)抽取至該銅電鍍腔體(52)的泵系統(tǒng)(61)。
9.如權利要求6所述的銅電鍍系統(tǒng)(50)，其中該半導體晶片(66)具有銅導電種子層(68)并且在該銅電鍍腔體(56)內包含銅離子電鍍溶液(72)以便與銅導電種子層(68)接觸。
10.如權利要求6所述的銅電鍍系統(tǒng)(50)包含正電壓(62)源及負電壓源(70)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于半導體晶片(66)的電鍍系統(tǒng)(50)，該系統(tǒng)包含通過循環(huán)系統(tǒng)(52、56、58)連接至電鍍溶液儲存槽(60)的電鍍腔體(52)。該半導體晶片(66)和惰性主陽極(64)用于陰極并在電鍍腔體(52)中。在電鍍溶液儲存槽(60)內的可消耗式遠程次陽極(75)提供用于電鍍的金屬離子。
文檔編號C25D7/12GK1529903SQ01816765
公開日2004年9月15日 申請日期2001年6月4日 優(yōu)先權日2000年10月2日
發(fā)明者泉明國 申請人:先進微裝置公司