[发明专利]对半导体基片进行电镀和抛光的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在半导体基片上电镀和抛光导电材料的方法及装置。具体地说，本发明涉及的是一种使用同一装置在半导体基片上先电镀然后抛光导电材料的方法及装置。另外，本发明涉及一种间断地在半导体基片上施加导电材料并当不再向基片施加导电材料时间断地抛光该基片的方法及装置。本发明还涉及一种使用一个新型衬垫组件在基片表面上电镀/沉积和/或抛光导电材料的方法及装置。

背景技术

制造集成电路及设备的常规工艺包括用一个电镀装置在半导体晶片表面上电镀一金属层。通常晶片表面已经被事先蚀刻并具有许多孔和/或沟槽。晶片电镀的一个目的是用导电材料均匀填充这些孔和沟槽。但是，很难将这些孔和沟槽均匀填充得没有空隙存在。众所周知，这些空隙的存在将导致较差的性能和有缺陷的设备。在电镀步骤后，通常利用一个抛光装置进行抛光步骤以得到晶片的平坦表面。

在晶片表面的晶种金属层上电镀导电材料在半导体工业具有重要和广泛的应用。通常，电镀的是铝或其他金属，其形成为组成半导体芯片的许多金属层中的一层。但是，近来用铜沉积来互连半导体芯片引起了人们很大的兴趣，这是因为与铝相比，铜的电阻较低从而允许在产生更少热量的情况下使半导体芯片运行得更快，结果是芯片在容量和效率方面都有显著改善。此外，铜还是比铝更好的导体，这一点是公知的。

在ULSI芯片的加工中，铜进入亚微米孔和沟槽中的薄膜电镀是非常困难的，尤其是当特征尺寸小于0.25μm、纵横比大于5比1时则变得更加困难。可以使用普通的化学气相沉积填充这些孔和沟槽以形成硅基片。但是，这种加工方法使得ULSI技术的发展和集成互连的费用非常高。

因此，需要一种更加精确、费用经济和可靠的将导电材料施加到半导体基片上的方式。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在半导体工件的表面上电镀/沉积导电材料然后抛光该工件表面的方法和装置。

本发明的另一个目的是提供一种利用刷镀或电化学机械沉积在半导体工件的表面上电镀/沉积导电材料然后利用电解抛光或化学机械抛光来抛光该工件表面的方法和装置。

本发明的目的还在于提供一种在同一装置上具有用于电镀/沉积导电材料和抛光工件表面的多个腔的方法和装置。

本发明的目的还在于提供一种具有用于电镀/沉积导电材料和抛光工件表面的新型衬垫组件的方法和装置。

本发明的目的还在于提供一种在衬垫或其他固定部件不直接与工件表面接触的情况下在工件表面上电镀/沉积导电材料的方法和装置。

本发明的这些和其他目的可以通过在同一装置中提供邻接的、独立的电镀和抛光步骤来实现。第一腔用于将来自于电解质溶液中的导电材料电镀/沉积到工件表面。这是通过将一个衬垫安装在柱状阳极上，并利用处于该衬垫上或通过该衬垫的电解质溶液将导电材料施加到工件表面来完成的。

进行该电镀操作的装置包括一个阳极和一个阴极、一个工件或一个与阳极隔开的工件。一个安装在柱状阳极上的衬垫绕着第一轴转动，工件绕着第二轴转动，当在工件和阳极之间形成电势差时，电解质溶液中的金属就被沉积在工件上。

该电镀腔也可以包括一个与阴极或工件隔开的阳极板。根据供给到阳极板和阴极上的能量，盛放在电镀腔中的电解质溶液被用来将导电材料沉积在工件表面上。

在抛光腔中，在另一个阳极或一个柱状辊子上也安装有一个用于抛光工件表面的衬垫。抛光既可以利用电解抛光完成，也可以利用化学机械抛光来完成。工件表面的抛光防止了导电材料在工件的一定区域内的沉积，从而提供一个基本上平坦的表面。

本发明还描述了一种新型的衬垫组件，该衬垫组件具有可以用于电镀和/或抛光工件表面的独特的阳极衬垫结构。

附图概述

本发明的这些和其他目的、优点将通过下面结合附图详细描述最佳实施例的方式变得更加清楚明了，其中：

图1显示了根据本发明的导体中要被填充的一种典型通路；

图2是本发明第一最佳实施例的透视图；

图3是本发明第一最佳实施例的横截面图；

图4是本发明第二最佳实施例的透视图；

图5是本发明第二最佳实施例的横截面图；

图6是根据本发明最佳实施例的第一新型阳极组件的透视图；

图7是根据本发明最佳实施例的第一新型阳极组件的横截面图；

图8是根据本发明最佳实施例的第二新型阳极组件的透视图；

图9是根据本发明最佳实施例的第二新型阳极组件的横截面图；

图10是根据本发明最佳实施例的“邻近电镀”装置和方法的横截面图；