用于优化电阻性衬底的电镀性能的晶片边缘的金属化的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及半导体制造，更具体地说，涉及用于优化电阻性（resistive) 衬底上的电镀性能的晶片边缘金属化。
【背景技术】
[0002] 随着半导体行业内技术节点的发展，在高电阻性衬底上进行镀敷已经变得越来越 有必要。这部分是由于随着每一后续的技术节点的出现，物理气相沉积（PVD)籽晶层不断 变薄。例如，可以用于为l〇nm技术的5nm的铜籽晶层显示在约15欧姆/sq的范围内的薄 层电阻（sheet resistance)。这比更常规的lOOnm的铜籽晶的薄层电阻明显要大，lOOnm 的铜籽晶会具有在约〇. 2欧姆/sq的范围内的薄层电阻。
[0003] 在甚至更极端的情况下，所述的PVD铜籽晶可以去除，并且电镀直接在阻挡/衬垫 叠层上进行，阻挡/衬垫叠层典型地比常规的阻挡、衬垫、以及籽晶层的组合显著地更具电 阻性。仅仅阻挡/衬垫叠层的薄层电阻通常在100至1000欧姆/sq的范围内。
[0004] 尽管通过化学和硬件方面的进步，已经努力克服了由于在高电阻性衬底上进行电 镀期间大的终端效应而引起的镀敷电流的变化，但这些解决方案没有解决针对非常薄的金 属薄膜制造电触件（contact)过程中的困难。
[0005] 本发明的实施方式正是在这样的背景下所提出。
【发明内容】
[0006] 所公开的是用于晶片边缘金属化的方法和系统，该晶片边缘金属化优化在电阻性 衬底上的电镀性能。
[0007] 在一种实施方式中，提供了一种用于电镀衬底的方法，该方法包括：提供衬底，所 述衬底具有在所述衬底的顶表面上设置的导电层，所述衬底的所述顶表面具有被限定为延 伸到所述衬底的边缘的环形区域的边缘排除区，所述衬底的所述顶表面还具有被限定为所 述衬底的延伸到大致所述环形区域的中央区域的处理区；在使所述衬底旋转的同时引导无 电沉积溶液流朝向所述边缘排除区，所述流被引导远离所述处理区，使得所述无电沉积溶 液基本上被引导到所述边缘排除区的所述环形区域上，所述无电沉积溶液在所述边缘排除 区处的所述导电层上镀敷金属材料；使所述无电沉积溶液流持续一段时间，所述一段时间 被预先确定，以在所述边缘排除区产生所述金属材料的增大了的厚度，其中所述金属材料 的所述增大了的厚度使在所述边缘排除区的所述金属材料的电阻减小；在所述金属材料上 施加电触件，使所述电触件围绕所述边缘排除区的所述环形区域分布；以及在向所述衬底 的所述处理区上施加电镀溶液时，经由所述电触件施加电流到所述金属材料，所述增大了 的厚度和所导致的针对所述电流的减小的电阻有助于增大因所施加的所述电流和所施加 的所述电镀溶液而导致的镀敷所述处理区的速率。
[0008] 在一种实施方式中，所述导电层限定金属籽晶层；以及经由所述电触件施加电流 到所述金属材料实现在所述衬底的所述处理区上的金属主体层的镀敷。
[0009] 在一种实施方式中，所述导电层是由选自由铜、钴、钌或金构成的群组中的金属限 定的。
[0010] 在一种实施方式中，所述金属材料是由选自由铜、钴、钌或金构成的群组中的金属 限定的。
[0011] 在一种实施方式中，所述导电层的厚度是在约10埃至200埃的范围内。
[0012] 在一种实施方式中，在向所述衬底的所述处理区上施加电镀溶液时，通过增大所 施加的所述电流限定增大镀敷所述处理区的速率，所述金属材料的所述增大了的厚度和所 导致的减小的电阻有助于增大所施加的所述电流。
[0013] 在一种实施方式中，镀敷所述处理区的所述速率从初始速率增大到增大了的速 率，所述增大了的速率与所述金属材料的所述增大了的厚度是大致线性相关的。
[0014] 在一种实施方式中，所述导电层限定衬垫层或阻挡层；以及经由所述电触件施加 电流到所述金属材料实现在所述衬底的所述处理区上的金属籽晶层或金属主体层的镀敷。
[0015] 在另一种实施方式中，提供了一种用于处理衬底的方法，其包括：接收具有金属籽 晶层的衬底；施加无电沉积溶液到所述金属籽晶层的被限定在所衬底的边缘排除区的第一 部分，以在所述金属籽晶层的所述第一部分上选择性地沉积边缘金属化层；施加电触件至 所述边缘金属化层；将所述金属籽晶层的被限定在所述衬底的器件区的第二部分暴露于电 镀溶液；将电流施加到所述电触件，以在所述金属籽晶层的所述第二部分上电镀金属主体 层。
[0016] 在一种实施方式中，施加无电沉积溶液包括使喷嘴指向所述衬底的在所述边缘排 除区的周边位置，旋转所述衬底，以及在所述衬底旋转时，从所述喷嘴分配所述无电沉积溶 液。
[0017] 在一种实施方式中，所述边缘金属化层的厚度是由将所述无电沉积溶液施加到所 述金属籽晶层的所述第一部分的持续时间来限定的。
[0018] 在一种实施方式中，所述持续时间被预先限定，以增大所述边缘金属化层的厚度， 从而当经由所述电触件施加所述电流时使电阻减小。
[0019] 在一种实施方式中，所述边缘金属化层提供所述衬底的在所述边缘排除区的增大 的电导，以适应来自所述电触件的增大的电流。
[0020] 在一种实施方式中，所述金属籽晶层和所述边缘金属化层是由相同的金属所限 定，使得沉积所述边缘金属化层以加厚所述边缘排除区的所述籽晶层。
[0021] 在一种实施方式中，所述金属籽晶层是由选自由铜、钴、钌或金构成的群组中的金 属限定的。
[0022] 在一种实施方式中，所述边缘金属化层是由选自由铜、钴、钌、金或它们的合金构 成的群组中的金属限定的。
[0023] 在一种实施方式中，所述边缘金属化层具有在约50埃到200埃的范围内的厚度。
[0024] 在一种实施方式中，施加所述电流包括随着沉积金属主体层而增大所述电流的电 平，以增大所述金属主体层的沉积速率。
[0025] 在一种实施方式中，所述方法还包括：防止所述电触件和所述边缘排除区暴露于 所述电镀溶液。
[0026] 在另一种实施方式中，提供了一种用于在衬底上进行无电沉积的系统，其包括： 室；设置在所述室中的衬底支撑件，所述衬底支撑件被配置成接收衬底，所述衬底具有在所 述衬底的顶表面上设置的导电层，所述衬底的所述顶表面具有被限定为延伸到所述衬底的 边缘的环形区域的边缘排除区，所述衬底的所述顶表面还具有被限定为所述衬底的延伸到 大致所述环形区域的中央区域的处理区，其中所述衬底支撑件被配置成使所述衬底旋转； 构造为保持无电沉积溶液的溶液容器；耦合到所述溶液容器的分配器，所述分配器被配置 成提供所述无电沉积溶液流；控制器，所述控制器被配置为在所述衬底被旋转的同时将所 述无电沉积溶液流朝所述边缘排除区引导，所述流被引导离开所述处理区，使得所述无电 沉积溶液基本上被引导到所述边缘排除区的所述环形区域上，所述无电沉积溶液使金属材 料镀敷在所述边缘排除区的所述导电层上，其中使所述无电沉积溶液流持续一段时间，所 述一段时间被预先确定，以在所述边缘排除区产生所述金属材料的增大了的厚度，其中所 述金属材料的所述增大了的厚度使在所述边缘排除区的所述金属材料的电阻减小。
[0027] 在一种实施方式中，所述系统还包括电镀模块，所述电镀模块包括：用于接触所述 金属材料的电触件，所述电触件在接触所述金属材料时围绕所述边缘排除区的所述环形区 域分布；被配置成保持电镀溶液的溶液槽；电源，其被配置成在向所述衬底的所述处理区 上施加所述电镀溶液时，经由所述电触件施加电流到所述金属材料，所述增大了的厚度和 所导致的针对所述电流的减小的电阻有助于增大因所施加的所述电流和所施加的所述电 镀溶液而导致的镀敷所述处理区的速率。
[0028] 在一种实施方式中，所述电触件被布置成圆形阵列，每个电触件能独立地移动。
[0029] 在一种实施方式中，所述系统还包括：环形密封件，其被配置成接触所述金属材 料，并防止所述电镀溶液接触所述电触件。
[0030] 在一种实施方式中，所述导电层限定金属籽晶层；以及经由所述电触件施加电流 到所述金属材料实现在所述衬底的所述处理区上的金属主体层的镀敷。
[0031] 在一种实施方式中，在向所述衬底的所述处理区上施加电镀溶液时，通过增大所 施加的所述电流限定增大镀敷所述处理区的速率，所述金属材料的所述增大了的厚度和所 导致的减小的电阻有助于增大所施加的所述电流。
[0032] 在一种实施方式中，镀敷所述处理区的所述速率从初始速率增大到增大了的速 率，所述增大了的速率与所述金属材料的所述增大了的厚度是大致线性相关的。
[0033] 在一种实施方式中，所述导电层限定衬垫层或阻挡层；以及经由所述电触件施加 电流到所述金属材料实现在所述衬底的所述处理区上的金属籽晶层或金属主体层的镀敷。
[0034] 在一种实施方式中，所述分配器包括：喷嘴，其被配置为将所述无电沉积溶液流作 为具有预定的宽度和预定的流速的喷流或喷雾输送到所述衬底的所述表面；分配臂，该分 配臂能通过所述控制器调节以操纵所述喷嘴将所述无电沉积溶液的所述喷流或喷雾引导 到所述边缘排除区上，所述喷嘴由所述分配臂操纵，使得所述喷流或喷雾的中心轴线相对 于所述衬底的所述顶表面形成入射角，并显示出平行于所述衬底的顶表面的水平方向，所 述水平方向是在所述衬底的径向方向和所述衬底的切向方向之间，所述衬底的径向方向和 所述衬底的切向方向被基本上限定在使所述喷流或喷雾的所述中心轴线接触所述衬底的 所述表面的位置处。
[0035] 在一种实施方式中，所述系统还包括：用于使衬底支撑件旋转的马达，所述马达是 能通过所述控制器操作的以使所述衬底支撑件在预定的介于每分钟约6至200转（RPM)的 范围内的旋转速度旋转；其中，所述衬底的旋转给在所述边缘排除区上的无电沉积溶液提 供离心加速度，使得被提供给所述边缘排除区的环形区域的内部区的所述无电沉积溶液朝 向所述边缘排除区的环形区域的外部区加速，以便当所述边缘排除区上的所述无电沉积溶 液通过所述喷流或喷雾结合所述离心加速度推动时，在所述边缘排除区上提供所述无电沉 积溶液的基本上均匀的分布。
[0036] 在一种实施方式中，所述系统还包括：限定在室的底部的排放装置；其中所述室 的内表面的轮廓设置成使得从所述衬底的顶表面逸出