способ и устройство (варианты) для электролитической полировки межсоединений в полупроводниковых устройствах

Формула изобретения

1. Способ электролитической полировки металлического слоя, сформированного на полупроводниковой пластине, содержащий операции, на которых вращают полупроводниковую пластину; подают электролит на первую часть полупроводниковой пластины при вращении полупроводниковой пластины; подают ток полировки в электролит для осуществления электролитической полировки металлического слоя с первой части полупроводниковой пластины; подают электролит по меньшей мере на вторую часть полупроводниковой пластины при вращении полупроводниковой пластины, причем на указанную по меньшей мере вторую часть электролит подают отдельно от указанной первой части полупроводниковой пластины; и подают ток полировки в электролит для осуществления электролитической полировки металлического слоя с по меньшей мере второй части полупроводниковой пластины для повышения единообразия электролитически отполированной полупроводниковой пластины.

2. Способ по п.1, в котором ток полировки подают на первую часть полупроводниковой пластины независимо от второй части полупроводниковой пластины.

3. Способ по п.2, в котором ток полировки подают на первый катод, расположенный вблизи первой части полупроводниковой пластины, и ток полировки подают по меньшей мере на второй катод, расположенный вблизи второй части полупроводниковой пластины.

4. Способ по п.3, в котором ток полировки подают на первый катод и на второй катод одновременно.

5. Способ по п.4, в котором ток полировки подают на первый катод и на второй катод пропорционально площади поверхности первой части и второй части полупроводниковой пластины для обеспечения единообразной электролитической полировки полупроводниковой пластины.

6. Способ по п.3, в котором ток полировки подают на второй катод после того, как указанный ток сначала подан на первый катод.

7. Способ по п.1, в котором электролит подают на первую часть полупроводниковой пластины независимо от второй части полупроводниковой пластины.

8. Способ по п.7, в котором электролит подают на первую и вторую части полупроводниковой пластины одновременно.

9. Способ по п.8, в котором электролит подают на первую и вторую части полупроводниковой пластины с пропорциональной скоростью для обеспечения единообразной полировки полупроводниковой пластины.

10. Способ по п.7, в котором электролит подают на вторую часть полупроводниковой пластины после того, как электролит сначала подан на первую часть полупроводниковой пластины.

11. Способ по п.1, в котором полупроводниковая пластина содержит барьерный слой под металлическим слоем и диэлектрический слой под барьерным слоем.

12. Способ по п.11, в котором в полупроводниковой пластине формируют множество канавок, при этом указанное множество канавок проходит в диэлектрический слой и указанное множество канавок имеет покрытие из барьерного слоя и заполнено металлическим слоем.

13. Способ по п.12, в котором электролит и ток полировки подают на первую и на вторую части полупроводниковой пластины для удаления металлического слоя с полупроводниковой пластины, за исключением металлического слоя, содержащегося во множестве канавок.

14. Способ по п.13, который также включает в себя операцию прекращения подачи электролита и тока полировки, когда металлический слой удален с барьерного слоя, но при этом металлический слой, содержащийся во множестве канавок, проходит внутрь канавок на расстояние не более 500 ангстрем от верха канавок.

15. Способ по п.13, который также включает в себя операцию определения момента, когда металлический слой удален с первой части полупроводниковой пластины.

16. Способ по п.15, в котором операция определения также включает в себя операции измерения напряжения полировки, связанного с током полировки, подаваемым на первую часть полупроводниковой пластины, и определения того момента, когда напряжение полировки увеличивается.

17. Способ по п.15, в котором операция определения также включает в себя операцию измерения толщины металлического слоя, оставшегося на первой части полупроводниковой пластины, с помощью датчика толщины, расположенного вблизи первой части полупроводниковой пластины.

18. Способ по п.15, который также включает в себя операцию определения того момента, когда металлический слой удален со второй части полупроводниковой пластины.

19. Способ по п.18, в котором операция определения также включает в себя операции измерения напряжения полировки, связанного с током полировки, подаваемым на вторую часть полупроводниковой пластины, и определения того момента, когда напряжение полировки увеличивается.

20. Способ по п.18, в котором операция определения также включает в себя операцию измерения толщины металлического слоя, оставшегося на второй части полупроводниковой пластины, с помощью датчика толщины, расположенного под второй частью полупроводниковой пластины.

21. Способ по п.18, в котором операция определения также включает в себя операции измерения межкраевого сопротивления от первого края полупроводниковой пластины до второго края полупроводниковой пластины, противоположного первому краю, и определения того момента, когда межкраевое сопротивление увеличивается.

22. Способ по п.13, который также включает в себя операции обращения тока полировки, подаваемого на первую часть и на по меньшей мере вторую часть полупроводниковой пластины, для повторного осаждения металла на металлическом слое во множестве канавок и прекращают подачу тока полировки, когда часть металлического слоя, содержащегося во множестве канавок, выходит наружу из множества канавок.

23. Способ по п.22, который также включает в себя операцию удаления части металлического слоя, содержащегося во множестве канавок, которая выходит наружу из множества канавок.

24. Способ по п.22, который также включает в себя операцию удаления барьерного слоя.

25. Способ по п.23, в котором операция удаления также включает в себя операцию планаризации полупроводниковой пластины с помощью способа химико-механической полировки (ХМП).

26. Способ по п.23, в котором операция удаления также включает в себя операцию травления полупроводниковой пластины.

27. Способ по п.11, в котором металлический слой содержит медь.

28. Способ по п.11, в котором диэлектрический слой содержит двуокись кремния (SiO₂).

29. Способ по п.11, в котором диэлектрический слой содержит материал с низкой диэлектрической проницаемостью.

30. Способ по п.29, в котором диэлектрический слой содержит силсесквиоксан водорода (ГСК), Ксерогель, полимеры или аэрогель.

31. Способ по п.11, в котором барьерный слой содержит титан, нитрид титана, тантал, нитрид тантала, вольфрам или нитрид вольфрама.

32. Способ по п.1, который также включает в себя операцию вращения полупроводниковой пластины во время подачи электролита и тока полировки на первую и на по меньшей мере вторую части полупроводниковой пластины.

33. Способ по п.32, в котором полупроводниковую пластину вращают со скоростью приблизительно от 10 до 100 об/мин.

34. Способ по п.1, в котором ток полировки имеет плотность от около 0,1 до около 40 А/дм².

35. Способ по п.1, в котором электролит содержит ортофосфорную кислоту (Н₃РO₄).

36. Способ по п.35, в котором ортофосфорная кислота имеет концентрацию от около 60 до около 85 мас.% и содержит около 1% металлического алюминия от массы кислоты.

37. Устройство для электролитической полировки металлического слоя, сформированного на полупроводниковой пластине, содержащее гнездо для полировки, выполненное с возможностью приема электролита и полупроводниковой пластины; патрон для полупроводниковых пластин, выполненный с возможностью удерживания, позиционирования и вращения полупроводниковой пластины в гнезде для полировки; впускное отверстие для текучей среды, выполненное с возможностью подачи электролита в гнездо для полировки, причем впускное отверстие для текучей среды подает электролит на первую часть полупроводниковой пластины и на по меньшей мере вторую часть полупроводниковой пластины и при этом на указанную по меньшей мере вторую часть электролит подается отдельно от указанной первой части полупроводниковой пластины; и по меньшей мере один катод, выполненный с возможностью подачи тока электролитической полировки в электролит для осуществления электролитической полировки металлического слоя с полупроводниковой пластины с повышенным единообразием.

38. Устройство по п.37, в котором гнездо для полировки подразделено по меньшей мере на три секции.

39. Устройство по п.38, которое также содержит первый катод, расположенный в одной из трех секций, и второй катод, расположенный в другой из трех секций.

40. Устройство по п.39, в котором указанные три секции гнезда для полировки содержат первую секцию, вторую секцию, причем первая секция расположена во второй секции, и третью секцию, причем вторая секция расположена в третьей секции.

41. Устройство по п.40, в котором первый катод расположен в первой секции, а второй катод расположен во второй секции.

42. Устройство по п.40, которое также содержит первое впускное отверстие для текучей среды, расположенное в первой секции и выполненное с возможностью подачи электролита в первую секцию, и второе впускное отверстие для текучей среды, расположенное во второй секции и выполненное с возможностью подачи электролита во вторую секцию.

43. Устройство по п.42, которое также содержит выпускное отверстие для текучей среды, расположенное в третьей секции и выполненное с возможностью удаления электролита из гнезда для полировки.

44. Устройство по п.40, которое также содержит четвертую секцию, причем третья секция расположена в четвертой секции.

45. Устройство по п.44, в котором первый катод расположен в первой секции и второй катод расположен в третьей секции.

46. Устройство по п.45, которое также содержит первое впускное отверстие для текучей среды, расположенное в первой секции и выполненное с возможностью подачи электролита в первую секцию, и второе впускное отверстие для текучей среды, расположенное в третьей секции и выполненное с возможностью подачи электролита в третью секцию.

47. Устройство по п.45, которое также содержит первое выпускное отверстие для текучей среды, расположенное во второй секции, и второе выпускное отверстие для текучей среды, расположенное в четвертой секции и выполненное с возможностью удаления электролита из гнезда для полировки.

48. Устройство по п.37, которое также содержит по меньшей мере одно подвижное сопло, выполненное вместе с катодом и впускным отверстием для текучей среды с возможностью подачи тока полировки и электролита на полупроводниковую пластину.

49. Устройство по п.48, в котором подвижное сопло также содержит второй электрод, расположенный снаружи и вокруг впускного отверстия для текучей среды.

50. Устройство по п.49, в котором подвижное сопло также содержит изолирующую стенку, установленную вокруг второго электрода, и третий электрод, установленный вокруг изолирующей стенки.

51. Устройство по п.48, в котором подвижное сопло выполнено с возможностью перемещения по прямой траектории параллельно полупроводниковой пластине.

52. Устройство по п.48, в котором подвижное сопло выполнено с возможностью перемещения по искривленной траектории параллельно полупроводниковой пластине.

53. Устройство по п.52, в котором искривленная траектория является спиральной траекторией.

54. Устройство по п.48, в котором патрон для полупроводниковых пластин позиционирует полупроводниковую пластину горизонтально вблизи подвижного сопла.

55. Устройство по п.48, в котором патрон для полупроводниковых пластин позиционирует полупроводниковую пластину вертикально вблизи подвижного сопла.

56. Устройство по п.37, которое также содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие для текучей среды, выполненное с возможностью удаления электролита из гнезда для полировки, и емкость для электролита, выполненную с возможностью содержания электролита, при этом впускное отверстие для текучей среды и выпускное отверстие для текучей среды сообщаются с емкостью для электролита.

57. Устройство по п.56, которое также содержит по меньшей мере один регулятор массового расхода, подключенный между емкостью для электролита и впускным отверстием для текучей среды.

58. Устройство по п.57, в котором регулятор массового расхода является жидкостным регулятором массового расхода (ЖРМР).

59. Устройство по п.56, которое также содержит по меньшей мере один насос для текучей среды, подключенный между емкостью для электролита и впускным отверстием для текучей среды.

60. Устройство по п.59, в котором насос для текучей среды является диафрагменным насосом.

61. Устройство по п.59, которое также содержит напускной клапан давления, расположенный между выпускным отверстием насоса и емкостью для электролита.

62. Устройство по п.56, которое также содержит нагреватель, выполненный с возможностью нагревания электролита в емкости для электролита, датчик температуры, выполненный с возможностью детектирования температуры электролита в емкости для электролита, и регулятор нагревателя, выполненный с возможностью регулирования температуры электролита в емкости для электролита.

63. Устройство по п.62, в котором регулятор нагревателя выдерживает температуру электролита приблизительно между 15 и 60С.

64. Устройство по п.37, которое также содержит по меньшей мере один источник питания, подключенный к полупроводниковой пластине и к катоду.

65. Устройство по п.64, в котором источник питания подает ток полировки от около 0,1 до около 40 А/дм².

66. Устройство по п.64, в котором источник питания выполнен с возможностью работы в режиме постоянного тока.

67. Устройство по п.64, в котором источник питания выполнен с возможностью работы в импульсных режимах.

68. Устройство по п.67, в котором источник питания выполнен с возможностью работы с использованием биполярного импульса, модифицированной гармонической волны, монополярного импульса, обращенного импульса, последовательного импульса, двойного импульса.

69. Устройство по п.64, в котором источник питания выполнен с возможностью работы в режиме неизменного тока.

70. Устройство по п.69, в котором источник питания также выполнен с возможностью работы в режиме неизменного напряжения.

71. Устройство по п.64, в котором источник питания выполнен с возможностью работы в режиме неизменного напряжения.

72. Устройство по п.37, которое также содержит приводной механизм, выполненный с возможностью вращения полупроводниковой пластины.

73. Устройство по п.72, в котором приводной механизм вращает полупроводниковую пластину со скоростью от около 10 до около 30 об/мин.

74. Устройство по п.37, в котором электролит содержит ортофосфорную кислоту (Н₃РO₄).

75. Устройство по п.74, в котором ортофосфорная кислота имеет концентрацию от около 60 до около 85 мас.%.

76. Устройство по п.75, в котором ортофосфорная кислота также содержит около 1% металлического алюминия (от массы кислоты).

77. Устройство по п.37, в котором патрон для полупроводниковых пластин выполнен с возможностью перемещения полупроводниковой пластины относительно катода.

78. Устройство по п.77, в котором катод выполнен с возможностью перемещения относительно полупроводниковой пластины.

79. Устройство для электролитической полировки металлического слоя, сформированного на полупроводниковой пластине, содержащее гнездо для полировки, выполненное с возможностью приема электролита и полупроводниковой пластины; множество секционных стенок, расположенных в гнезде для полировки, при этом множество секционных стенок разделяет гнездо для полировки на множество секций; патрон для полупроводниковых пластин, выполненный с возможностью удерживания и позиционирования полупроводниковой пластины в гнезде для полировки; множество впускных отверстий для текучей среды, выполненных с возможностью подачи электролита в указанное гнездо для полировки; и множество катодов, выполненных с возможностью подачи тока электролитической полировки в электролит для осуществления электролитической полировки полупроводниковой пластины.

80. Устройство по п.79, в котором множество секционных стенок содержит первую секционную стенку, которая заключает в себе первую секцию гнезда для полировки, и вторую секционную стенку, которая заключает в себе первую секционную стенку для образования второй секции гнезда для полировки.

81. Устройство по п.80, в котором множество катодов содержит первый катод, расположенный в первой секции гнезда для полировки, и второй катод, расположенный во второй секции гнезда для полировки.

82. Устройство по п.80, в котором множество впускных отверстий для текучей среды содержит первое впускное отверстие для текучей среды, расположенное в первой секции гнезда для полировки, и второе впускное отверстие для текучей среды, расположенное во второй секции гнезда для полировки.

83. Устройство по п.82, которое также содержит третье впускное отверстие для текучей среды, расположенное в первой секции, и четвертое впускное отверстие для текучей среды, расположенное во второй секции.

84. Устройство по п.80, которое также содержит третью секционную стенку, которая заключает в себе вторую секционную стенку для образования третьей секции гнезда для полировки.

85. Устройство по п.84, в котором множество катодов содержит первый катод, расположенный в первой секции гнезда для полировки, и второй катод, расположенный в третьей секции гнезда для полировки.

86. Устройство по п.85, в котором множество впускных отверстий для текучей среды содержит первое впускное отверстие для текучей среды, расположенное в первой секции гнезда для полировки, и второе впускное отверстие для текучей среды, расположенное в третьей секции гнезда для полировки.

87. Устройство по п.86, которое также содержит третье впускное отверстие для текучей среды, расположенное в первой секции, и четвертое впускное отверстие для текучей среды, расположенное в третьей секции гнезда для полировки.

88. Устройство по п.79, в котором множество секционных стенок выполнено с возможностью перемещения между выдвинутым положением и убранным положением.

89. Устройство по п.79, в котором множество секционных стенок уменьшается по высоте в радиальном направлении наружу от центра гнезда для полировки.

90. Устройство по п.79, в котором множество секционных стенок увеличивается по высоте в радиальном направлении наружу от центра гнезда для полировки.

91. Устройство по п.79, в котором множество секционных стенок выполнено круглой формы.

92. Устройство по п.79, в котором множество секционных стенок выполнено овальной формы.

93. Устройство по п.79, в котором множество секционных стенок выполнено треугольной формы.

94. Устройство по п.79, в котором множество секционных стенок выполнено квадратной формы.

95. Устройство по п.79, которое также содержит множество секционных ответвлений, проходящих в радиальном направлении наружу от центра гнезда для полировки, при этом секционные ответвления в радиальном направлении разделяют множество секционных стенок на множество секторов.

96. Устройство по п.79, в котором патрон для полупроводниковых пластин позиционирует полупроводниковую пластину вблизи вершин множества секционных стенок с образованием некоторого зазора.

97. Устройство по п.96, в котором электролит протекает по зазору, образованному между полупроводниковой пластиной и вершинами множества секционных стенок.

98. Устройство по п.79, которое также содержит приводной механизм, выполненный с возможностью вращения полупроводниковой пластины.

99. Устройство по п.79, которое также содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие для текучей среды, расположенное в гнезде для полировки.

100. Устройство по п.99, которое также содержит емкость для электролита, выполненную с возможностью содержания электролита, при этом выпускное отверстие для текучей среды и множество впускных отверстий для текучей среды сообщаются с емкостью для электролита, и по меньшей мере один насос, подключенный между емкостью для электролита и множеством впускных отверстий и выполненный с возможностью закачивания электролита в гнездо для полировки.

101. Устройство по п.100, которое также содержит по меньшей мере один регулятор массового расхода, подключенный между насосом и множеством впускных отверстий для текучей среды.

102. Устройство по п.100, которое также содержит по меньшей мере один регулирующий клапан, подключенный между насосом и множеством впускных отверстий для текучей среды.

103. Устройство по п.100, которое также содержит напускной клапан давления, подключенный между насосом и емкостью для электролита.

104. Устройство по п.100, которое также содержит нагреватель, выполненный с возможностью нагревания электролита в емкости для электролита, датчик температуры, выполненный с возможностью детектирования температуры электролита в емкости для электролита, и регулятор нагревателя, выполненный с возможностью регулирования температуры электролита в емкости для электролита.

105. Устройство по п.79, которое также содержит по меньшей мере один источник питания, подключенный к полупроводниковой пластине и множеству катодов.

106. Устройство по п.105, которое также содержит по меньшей мере одно средство контролирования заряда, подключенное к по меньшей мере одному источнику питания.

107. Устройство по п.79, в котором множество катодов выполнено из меди.

108. Устройство по п.79, в котором множество катодов выполнено из платины.

109. Устройство по п.79, в котором множество катодов выполнено из титана, покрытого слоем платины.

110. Устройство по п.109, в котором слой платины имеет толщину приблизительно от 50 - 400 мкм.

111. Устройство по п.79, в котором электролит содержит ортофосфорную кислоту (Н₃РО₄), имеющую концентрацию от около 60 до около 85 мас.%, и содержит около 1% металлического алюминия (от массы кислоты).

112. Устройство по п.79, которое также содержит кольцо-диффузор, расположенное над каждым катодом из множества катодов.

113. Устройство по п.79, которое также содержит по меньшей мере одно местное средство контролирования единообразия толщины пленки, расположенное в гнезде для полировки и выполненное с возможностью контролирования толщины металлического слоя.

114. Устройство по п.113, в котором местное средство контролирования единообразия толщины пленки содержит ультразвуковой датчик.

115. Устройство для электролитической полировки металлического слоя, сформированного на полупроводниковой пластине, содержащее гнездо для полировки, выполненное с возможностью приема электролита и полупроводниковой пластины; патрон для полупроводниковых пластин, выполненный с возможностью удержания, позиционирования и вращения полупроводниковой пластины в гнезде для полировки; и по меньшей мере одно сопло, выполненное с возможностью подачи электролита на полупроводниковую пластину, при этом сопло обеспечивает подачу электролита на последовательные части полупроводниковой пластины для осуществления единообразной электролитической полировки металлического слоя полупроводниковой пластины.

116. Устройство по п.115, в котором сопло перемещается по траектории для подачи электролита на последовательные части полупроводниковой пластины.

117. Устройство по п.116, в котором сопло перемещается по прямой траектории, параллельной полупроводниковой пластине.

118. Устройство по п.116, в котором сопло перемещается по искривленной траектории, параллельной полупроводниковой пластине.

119. Устройство по п.116, в котором сопло перемещается по спиральной траектории.

120. Устройство по п.115, которое также содержит по меньшей мере один катод, расположенный в сопле и выполненный с возможностью подачи заряда электролитической полировки для осуществления электролитической полировки металлического слоя полупроводниковой пластины.

121. Устройство по п.120, которое также содержит по меньшей мере одно впускное отверстие для текучей среды, расположенное в гнезде для полировки и выполненное с возможностью подачи электролита для погружения полупроводниковой пластины в электролит.

122. Устройство по п.120, которое также содержит по меньшей мере одно впускное отверстие для текучей среды, расположенное в сопле и выполненное с возможностью подачи электролита в сопло.

123. Устройство по п.115, которое также содержит приводной механизм, выполненный с возможностью вращения полупроводниковой пластины.

124. Устройство по п.115, в котором патрон для полупроводниковых пластин выполнен с возможностью перемещения полупроводниковой пластины относительно сопла с тем, чтобы делать доступными для сопла последовательные части полупроводниковой пластины.

125. Устройство по п.115, в котором патрон для полупроводниковых пластин позиционирует полупроводниковую пластину горизонтально в гнезде для полировки.

126. Устройство по п.115, в котором патрон для полупроводниковых пластин позиционирует полупроводниковую пластину вертикально в гнезде для полировки.

127. Устройство по п.115, в котором патрон для полупроводниковых пластин движется в боковом направлении параллельно полупроводниковой пластине, в то время как сопло остается неподвижным.

128. Устройство по п.115, в котором указанное сопло движется от края полупроводниковой пластины к центру полупроводниковой пластины.

129. Устройство по п.115, в котором указанное сопло движется от центра полупроводниковой пластины к краю полупроводниковой пластины.

130. Устройство по п.115, в котором патрон для полупроводниковых пластин удерживается неподвижным в боковом направлении.

Описание изобретения к патенту

Данная заявка является продолжением заявки на патент США серийный 09/346699, поданной 2 июля 1999, которая включает в себя ранее поданную заявку серийный 60/092316 на "Способ и устройство для электроосаждения и планаризации полупроводниковой пластины", поданной 09 июля 1998 г.

Данное изобретение в общем относится к способам и устройствам для электролитической полировки металлических слоев на полупроводниковых пластинах. Конкретнее, данное изобретение относится к системе для электролитической полировки межсоединений в полупроводниковых устройствах, выполненных на полупроводниковых пластинах.

Как правило, полупроводниковые устройства изготавливают на дисках полупроводниковых материалов, называемых полупроводниковыми пластинами. В частности, полупроводниковые пластины первоначально нарезают из кремниевого слитка. Затем полупроводниковые пластины проходят неоднократные процессы маскирования, травления и осаждения для формирования электронных схем полупроводниковых устройств.

За последние десятилетия полупроводниковая промышленность повысила мощность полупроводниковых устройств согласно закону Мура, который прогнозирует, что мощность полупроводниковых устройств будет удваиваться каждые 18 месяцев. Этот рост мощности полупроводниковых устройств отчасти осуществлен за счет уменьшения топологического размера элемента (т.е. наименьший размер, имеющийся в данном устройстве) этих полупроводниковых устройств. Фактически топологический размер полупроводниковых устройств быстро прошел путь от 0,35 мкм до 0,25 мкм и сейчас достиг 0,18 мкм. Эта тенденция в сторону уменьшения размеров полупроводниковых устройств, несомненно, будет продолжаться до этапа, меньшего 0,18 мкм.

Но один потенциальный ограничивающий фактор разработки более мощных полупроводниковых устройств заключается в возрастании задержек сигнала в межсоединениях (линии проводников, которые соединяют элементы одного полупроводникового устройства и/или соединяют какое-либо число полупроводниковых устройств вместе). Поскольку топологический размер полупроводниковых устройств уменьшился, плотность межсоединений в устройствах возросла. Но более тесная близость межсоединений повышает межлинейную емкость межсоединений, в результате чего растет задержка сигнала в межсоединениях. Как правило, задержки в межсоединениях возрастают с квадратом уменьшения топологического размера. Напротив, задержки сигнала на логический элемент (т.е. задержки в логических элементах или мезаструктурах полупроводниковых устройств) возрастают линейно при уменьшении топологического размера.

Один из обычных способов компенсирования этого роста задержек в межсоединениях заключался в увеличении числа слоев металла. Но это решение имеет недостаток, заключающийся в увеличении производственных издержек, связанных с формированием дополнительных слоев металла. Помимо этого, эти дополнительные слои металла вырабатывают дополнительное тепло, которое может отрицательно сказываться и на рабочих характеристиках, и на надежности кристалла интегральной схемы.

Поэтому полупроводниковая промышленность начала использовать медь вместо алюминия для формирования металлических межсоединений. Одно из преимуществ меди заключается в большей электрической проводимости по сравнению с алюминием. Медь также обладает меньшей стойкостью к электромиграции (в том смысле, что выполненная из меди линия будет иметь меньшую тенденцию к утончению под нагрузкой тока), чем алюминий. Но один значительный недостаток использования меди заключается в ее тенденции к просачиванию в кремниевую подложку, тем самым загрязняя полупроводниковое устройство.

Кроме этого, до того, как медь можно будет широко использовать для межсоединений, потребуется новая методика обработки. В частности, в обычном процессе узорной инкрустации на металл наносят рисунок в виде каналообразных канавок и/или сквозных отверстий. Затем осажденный металл снова полируют методом химико-механической полировки (ХМП). В общем, в зависимости от конструкции структуры межсоединений требуется полировать от половины микрона до 1,5 мм металла. Полировка такого большого количества металла с помощью ХМП требует длительного времени полировки и расходует большое количество абразивной суспензии, в результате чего возрастают производственные затраты.

В приводимом в качестве примера варианте реализации данного изобретения устройство электролитической полировки для полировки металлического слоя, сформированного на полупроводниковой пластине, содержит электролит, гнездо для полировки, патрон для полупроводниковой пластины, впускное отверстие для текучей среды и по меньшей мере один катод. Патрон для полупроводниковой пластины удерживает и позиционирует полупроводниковую пластину в гнезде для полировки. Электролит подают через впускное отверстие для текучей среды в гнездо для полировки. Затем катод подает ток электролитической полировки в электролит для осуществления электролитической полировки полупроводниковой пластины. В соответствии с одним из аспектов данного изобретения отдельные части полупроводниковой пластины можно подвергать электролитической полировке в целях повышения единообразности полупроводниковой пластины, обрабатываемой электролитической полировкой.

Предмет данного изобретения конкретно указан и сформулирован в заключительной части описания. Но данное изобретение как в отношении организации, так и способа действия можно наилучшим образом понять из следующего ниже описания в совокупности с формулой изобретения и прилагаемыми чертежами, на которых аналогичные позиции могут иметь аналогичные ссылочные обозначения.

Фиг. 1A-1D - сечения полупроводниковой пластины в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 2 - блок-схема обработки полупроводниковых пластин в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 3А-3С - схематические изображения горизонтальной проекции, поперечного сечения и боковых проекций соответственно установки обработки полупроводниковых пластин в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 4А-4D - изображения поперечных сечений другой полупроводниковой пластины в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 5 - еще одна блок-схема обработки полупроводниковых пластин в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 6А-6С - схематические изображения горизонтальной проекции, поперечного сечения и боковых проекций соответственно еще одной установки обработки полупроводниковых пластин в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.7А - горизонтальная проекция части устройства электролитической полировки в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 7В - частичное сечение по линии 7В-7В в Фиг.7А и частично в виде блок-схемы устройства электролитической полировки, изображаемого в Фиг.7А;

Фиг.8 - график различных форм волны, которые можно использовать в устройстве электролитической полировки согласно Фиг.7А;

Фиг. 9А-9D - горизонтальная проекция части альтернативных вариантов реализации устройства электролитической полировки в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 10 - график различных форм волны, иллюстрирующий некоторую часть способа электролитической полировки в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 11А - горизонтальная проекция части еще одного альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.11В - вид частичного сечения по линии 11В-11В в Фиг.11А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг. 11А;

Фиг.12А - горизонтальная проекция части второго альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.12В - вид частичного сечения по линии 12В-12В в Фиг.12А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг. 12А;

Фиг. 13А - горизонтальная проекция части третьего альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.13В - частичное сечение по линии 13В-13В в Фиг.13А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.13А;

Фиг. 14А - горизонтальная проекция четвертого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.14В - частичное сечение по линии 14В-14В в Фиг.14А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.14А;

Фиг. 15 - сечение пятого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.16А - горизонтальная проекция части шестого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.16В - частичное сечение по линии 16В-16В в Фиг.16А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.16А;

Фиг. 17А - горизонтальная проекция седьмого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.17В - частичное сечение по линии 17В-17В в Фиг.17А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.17А;

Фиг. 18А - сечение восьмого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 18В - сечение девятого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 19А - сечение десятого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 19В - сечение одиннадцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 20А - горизонтальное сечение части двенадцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.20В - частичное сечение по линии 20В-20В в Фиг.20А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.20А;

Фиг. 21А - горизонтальное сечение части тринадцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 21В - горизонтальное сечение части четырнадцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 22А - горизонтальное сечение части пятнадцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.22В - частичное сечение по линии 22В-22В в Фиг.22А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.22А;

Фиг.23А - горизонтальное сечение части шестнадцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 23В - горизонтальное сечение части семнадцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 23С - горизонтальное сечение части восемнадцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 24А - горизонтальное сечение части девятнадцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.24В - частичное сечение по линии 24В-24В в Фиг.24А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.24А;

Фиг.25 - горизонтальное сечение части двадцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 26 - горизонтальное сечение части двадцать первого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 27А - горизонтальное сечение части двадцать второго альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.27В - горизонтальное сечение части двадцать третьего альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 27С - горизонтальное сечение части двадцать четвертого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 28А - горизонтальное сечение части двадцать пятого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.28В - частичное сечение по линии 28В-28В в Фиг.28А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.28А;

Фиг. 29А - горизонтальное сечение части двадцать шестого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.29В - частичное сечение по линии 29В-29В в Фиг.29А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.29А;

Фиг.30А - горизонтальное сечение части двадцать седьмого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.30В - частичное сечение по линии 30В-30В в Фиг.30А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.30А;

Фиг.31А - горизонтальное сечение части двадцать восьмого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.31В - частичное сечение по линии 31В-31В в Фиг.31А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.31А;

Фиг.32А - сечение части двадцать девятого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.32В - сечение части тридцатого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 32С - сечение части тридцать первого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 32D - сечение части тридцать второго альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 33 - горизонтальное сечение полупроводниковой пластины, повергаемой электролитической полировке в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.34А - горизонтальное сечение части тридцать третьего альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 34В - горизонтальное сечение части тридцать четвертого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 34С - горизонтальное сечение части тридцать пятого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 34D - горизонтальное сечение части тридцать шестого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.35А - сечение части тридцать седьмого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.35В - сечение части тридцать восьмого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.36А - горизонтальное сечение части тридцать девятого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.36В - частичное сечение по линии 36В-36В в Фиг.36А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.36А;

Фиг. 37 - совокупность форм волны, изображающая часть способа электролитической полировки в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 38А - горизонтальное сечение части сорокового альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.38В - частичное сечение по линии 38В-38В в Фиг.38А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.38А;

Фиг. 39А - горизонтальное сечение части сорок первого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.39В - частичное сечение по линии 39В-39В в Фиг.39А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.39А;

Фиг.40А - горизонтальное сечение части сорок второго альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.40В - частичное сечение по линии 40В-40В в Фиг.40А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.40А;

Фиг. 41 - совокупность форм волны, изображающая часть способа электролитической полировки в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.42 - дополнительные совокупности форм волны, которые можно использовать применительно к данному изобретению;

Фиг. 43А - горизонтальное сечение части сорок третьего альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.43В - частичное сечение по линии 43В-43В в Фиг.43А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.43А;

Фиг. 44А - горизонтальное сечение части сорок пятого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.44В - частичное сечение по линии 44В-44В в Фиг.44А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.44А;

Фиг. 45 - частичное сечение, частично в виде блок-схемы, сорок пятого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 46 - частичное сечение, частично в виде блок-схемы, сорок шестого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.47А-47С - схематические изображения горизонтальной проекции, поперечного сечения и боковых проекций соответственно еще одного варианта реализации установки обработки полупроводниковых пластин в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 48 - блок-схема, иллюстрирующая работу части программного обеспечения для управления установкой обработки полупроводниковой пластины в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.49А-49С - схематические изображения горизонтальной проекции, поперечного сечения и боковых проекций соответственно еще одного варианта реализации установки обработки полупроводниковых пластин в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 50 - схематическое изображение горизонтальной проекции еще одного варианта реализации установки обработки полупроводниковых пластин в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 51 - схематическое изображение горизонтальной проекции части еще одного варианта реализации установки обработки полупроводниковых пластин в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.52А-52С - схематическое изображение горизонтальной проекции, сечения и боковых проекций соответственно еще одного варианта реализации установки обработки полупроводниковых пластин в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 53 - форма волны, иллюстрирующая часть операции обработки полупроводниковой пластины в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг. 54А - горизонтальная проекция части сорок седьмого альтернативного варианта реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения;

Фиг.54В - частичное сечение по линии 54В-54В в Фиг.54А и частично в виде блок-схемы альтернативного варианта реализации, изображаемого в Фиг.54А.

Для более глубокого понимания данного изобретения следующее ниже описание раскрывает многочисленные конкретные подробности, такие как определенные материалы, параметры и пр. Необходимо отметить, что данное описание не ограничивает диапазон данного изобретения, но приводится для полного описания приводимых в качестве примера вариантов реализации данного изобретения.

Обращаясь к Фиг. 1, полупроводниковая пластина 31 согласно одному из аспектов данного изобретения содержит слой 124 подложки. В частности, в приводимом в качестве примера варианте реализации данного изобретения слой 124 подложки предпочтительно содержит кремний. Необходимо отметить, что слой 124 подложки может содержать различные полупроводниковые материалы, такие как арсенид галлия и т.п., в зависимости от конкретного применения.

Полупроводниковая пластина 31 согласно еще одному аспекту данного изобретения содержит диэлектрический слой 123, сформированный на слое 124 подложки. В данном приводимом в качестве примера варианте реализации диэлектрический слой 123 предпочтительно содержит двуокись кремния (SiO₂). Диэлектрический слой 123 может быть сформирован на слое 124 подложки любым целесообразным способом осаждения, таким как осаждение из паровой фазы, испарение, ионное распыление и т.п.

Помимо этого, диэлектрический слой 123 может содержать различные материалы со значениями диэлектрической проницаемости ("К") ниже этих значений у SiО₂; при этом эти различные материалы в общем имеют название материалов низкого К, например силсесквиоксан водорода (ГСК), Ксерогель, полимеры, аэрогель и т.п. По сравнению с SiO₂ с диэлектрической проницаемостью около 4,2 ХСК имеет диэлектрическую проницаемость около 3,0-2,5; Ксерогель имеет диэлектрическую проницаемость около 2,0. Материал с низким К обычно обеспечивает более лучшую диэлектрическую изоляцию. Поэтому использование материала с низким К в качестве диэлектрического слоя 123 может содействовать формированию полупроводниковых устройств с меньшим топологическим размером.

После соответствующего формирования диэлектрического слоя 123 на слое 124 подложки формируют схемы для полупроводниковых устройств соответствующим образом с помощью любого удобного способа. В данном приводимом в качестве примера варианте реализации предпочтительно используют способ узорной инкрустации. Соответственно, канавки (также называемые зазорами) 125 и логические элементы (также называемые мезаструктурами) 126 формируют в диэлектрическом слое 123 с помощью целесообразного способа структурирования, такого как фотомаскирование, фотолитография, микролитография и т.п.

Затем на диэлектрическом слое 123 соответствующим образом формируют барьерный слой 122 согласно еще одному аспекту данного изобретения. Согласно Фиг.1А барьерный слой 122 также целесообразным образом покрывает стенки канавок 125. В соответствии с излагаемым ниже описанием, когда металлический слой 121, содержащий медь, сформирован на диэлектрическом слое 123, барьерный слой 122 соответствующим образом не дает меди в металлическом слое 121 диффундировать в диэлектрический слой 123. Соответственно, в данном приводимом в качестве примера варианте реализации барьерный слой 122 предпочтительно содержит материал, стойкий к диффундированию меди, например титан, тантал, вольфрам, нитрид титана, нитрит тантала, нитрид вольфрама и т.п. Барьерный слой 122 можно осадить с помощью любого целесообразного способа осаждения, такого как физическое осаждение из паровой фазы (ФОПФ), химическое осаждение из паровой фазы (ХОПФ) и т.п. Необходимо отметить, что в некоторых применениях барьерный слой 122 может быть исключен. Например, если диэлектрический слой 123 выполнен из материала, стойкого к диффундированию меди, или если диффузия меди в диэлектрический слой 123 не будет отрицательно сказываться на рабочих показателях полупроводникового устройства.

Как упоминалось выше, в зависимости от конкретного применения металлический слой 121 согласно еще одному аспекту данного изобретения можно соответствующим образом сформировать на барьерном слое 122 или на диэлектрическом слое 123. Кроме этого, металлический слой 121 соответствующим образом осаждают в канавке 125. В данном приводимом в качестве примера варианте реализации металлический слой 121 предпочтительно содержит медь. Соответственно, металлический слой 121 формируют на барьерном слое 122, чтобы предотвращать диффундирование меди из металлического слоя 121 в диэлектрический слой 123. Несмотря на то что данное изобретение особо целесообразно для его применения с металлическим слоем 121, содержащим медь, необходимо отметить, что металлический слой 121 может содержать различные электропроводные материалы, такие как никель, хром, цинк, кадмий, серебро, золото, родий, палладий, платину, олово, свинец, железо, индий и т.п.

Металлический слой 121 можно сформировать на барьерном слое 122 или на диэлектрическом слое 123 с помощью обычного способа, такого как ПОФП, ХОФП и т. п. Также металлический слой 121 можно сформировать с помощью способа электролитического осаждения, описываемого в совместно поданной заявке 09/232864 на "Устройство и способ осаждения" 15 января 1999 г., содержание которой полностью включено в данный документ в качестве ссылки.

Обращаясь к Фиг.1В, металлический слой 121, сформированный на мезаструктурах 126 согласно еще одному аспекту данного изобретения, соответствующим образом подвергают электролитической полировке. Данное изобретение можно целесообразно использовать в способе инкрустации, согласно которому схемы полупроводникового устройства наносят в канавки или зазоры. Необходимо отметить, что данное изобретение можно также применить с различными прочими способами в рамках концепции данного изобретения.

Обращаясь к Фиг.7А и 7В, изображено устройство 50 электролитической полировки полупроводниковых пластин согласно различным аспектам данного изобретения. В приводимом в качестве примера варианте реализации устройство 50 электролитической полировки полупроводниковых пластин содержит гнездо 100 для полировки, разделяемое на шесть секций 111, 112, 113, 114, 115 и 116 секционными стенками 109, 107, 105, 103 и 101. Согласно более подробному приводимому ниже описанию, необходимо отметить, что гнездо 100 для полировки можно разделить на любое число секций соответствующим числом секционных стенок.

Гнездо 100 для полировки и секционные стенки 109, 107, 105, 103 и 101 соответствующим образом формируют из любого целесообразного материала, электрически изолированного и стойкого к воздействию кислот и коррозии, такого как политетрафторэтилен (известный под названием тефлон), поливинилхлорид (ПВХ), поливинилиденфторид (ПВДФ), полипропилен и т.п. В приводимом в качестве примера варианте реализации гнездо 100 для полировки и секционные стенки 109, 107, 105, 103 и 101 предпочтительно формируют из ПВДФ. Необходимо отметить, что гнездо для полировки и каждая секционная стенка 109, 107, 105, 103 и 101 могут быть сформированы из различных материалов в зависимости от конкретного применения.

Согласно Фиг.7В, в данном приводимом в качестве примера варианте реализации электролит 34 втекает в гнездо 100 для полировки через впускные отверстия 4, 6 и 8, соответствующим образом выполненные в секциях 111, 113 и 115 соответственно. В частности, насос 33 закачивает электролит 34 из емкости 36 для электролита в пропускной фильтр 32 и в жидкостные регуляторы массового расхода (ЖРМР) 21, 22 и 23. Пропускной фильтр 32 отфильтровывает загрязнители из электролита 34. Таким образом загрязнители не могут попасть в гнездо 100 для полировки и забить ЖРМР 21, 22 и 23. В приводимом в качестве примера варианте реализации пропускной фильтр 32 удаляет частицы, крупнее 0,05 мкм, но меньшие, чем 0,1 мкм. Необходимо отметить, что в зависимости от конкретного применения можно использовать различные фильтрующие системы. Кроме этого, хотя фильтрация загрязнителей целесообразна, пропускной фильтр 32 можно исключить из устройства 50 электролитической полировки полупроводниковых пластин, не выходя из рамок данного изобретения.

Электролит 34 может содержать любую соответствующую жидкость электролитического осаждения, такую как фосфорная кислота и пр. В приводимом в качестве примера варианте реализации электролит 34 предпочтительно содержит ортофосфорную кислоту (Н₃РO₄) с приблизительной концентрацией между 60 мас.% и 85 мас.% и предпочтительно 76 мас.%. Электролит 34 также предпочтительно содержит ортофосфорную кислоту с содержанием металлического алюминия около 1% (от массы кислоты). Необходимо отметить, что концентрация и состав электролита 34 могут изменяться в зависимости от конкретного применения.

Насос 33 может содержать любой целесообразный гидравлический насос, такой как центробежный насос, диафрагменный насос, сильфонный насос и пр. При этом насос 33 является стойким к воздействию кислоты, коррозии и загрязнению. В приводимом в качестве примера варианте реализации насос 33 содержит диафрагменный насос. Необходимо отметить, что согласно излагаемому ниже описанию альтернативных вариантов реализации можно использовать два или более насоса 33 в рамках данного изобретения. Также необходимо отметить, что электролит 34 можно подавать в гнездо 100 для полировки через впускные отверстия 4, 6 и 8 без насоса 33. Например, электролит 34 может находиться под давлением в емкости 36 для электролита. Либо под давлением могут находиться линии подачи между емкостью 36 для электролита и впускными отверстиями 4, 6 и 8.

ЖРМР 21, 22 и 23 могут содержать любой соответствующий регулятор массового расхода, который предпочтительно является стойким к воздействию кислоты, коррозии и загрязнению. При этом ЖРМР 21, 22 и 23 подают электролит 34 с заданным его расходом в секции 115, 113 и 111 соответственно. При этом ЖРМР 21, 22 и 23 могут подавать электролит 34 при расходах, пропорциональных объемам секций 115, 113 и 111. Например, если секция 115 по объему крупнее секции 113, то тогда будет целесообразно, чтобы ЖРМР 21 подавал электролит 34 с большим расходом, чем ЖРМР 22. В приводимом в качестве примера варианте реализации ЖРМР 21, 22 и 23 предпочтительно выполнены с возможностью подачи электролита 34 с приблизительным расходом между 0,5 и 40 л/мин.

В приводимом в качестве примера варианте реализации отдельный ЖРМР подает электролит в каждую секцию 115, 113 и 111. В соответствии с излагаемым ниже более подробным описанием эта конфигурация облегчает электролитическую полировку отдельных частей полупроводниковой пластины 31. Необходимо отметить, что в зависимости от конкретного применения может быть использовано любое число ЖРМР. Согласно излагаемому ниже описанию альтернативных вариантов реализации электролит 34 можно подавать в гнездо 100 для полировки из насоса 33 без помощи ЖРМР 21, 22 и 23.

В соответствии с различными аспектами данного изобретения устройство 50 полировки полупроводниковых пластин содержит катоды 1, 2 и 3 в секциях 111, 113 и 115 соответственно. В соответствии с излагаемым ниже подробным описанием, хотя данный приводимый в качестве примера вариант реализации содержит три катода, в рамках данного изобретения можно использовать меньше или больше трех катодов. Как правило, чем больше катодов применяют, тем более единообразной является получаемая пленка. Но с увеличением числа катодов увеличивается стоимость. Соответственно, с учетом компромисса между рабочими показателями и себестоимостью предпочтительное число катодов может составлять примерно от 7 до 20 для электролитической полировки 200 мм полупроводниковых пластин и примерно от 10 до 30 для электролитической полировки 300-мм полупроводниковых пластин.

При этом катоды 1, 2 и 3 могут содержать любой целесообразный электропроводный материал, такой как медь, свинец, платина и пр. Во время электролитической полировки некоторые ионы металла, которые выходят из металлического слоя 121, могут скапливаться на катодах 1, 2 и 3. Соответственно, катоды 1, 2 и 3 можно в любое нужное время заменять. Например, катоды 1, 2 и 3 можно заменять после обработки около 100 полупроводниковых пластин.

В альтернативном варианте для катодов 1, 2 и 3 целесообразно выполнять процесс снятия покрытия (анодного растворения). Например, согласно излагаемому ниже более подробному описанию, в соответствии с различными аспектами данного изобретения, когда катоды 1, 2 и 3 заряжены положительно, а полупроводниковая пластина 31 заряжена отрицательно, тогда более целесообразно, чтобы полупроводниковая пластина 31 вместо электролитической полировки была подвергнута электролитическому осаждению. Таким образом полупроводниковую пластину 31 можно соответствующим образом подвергнуть электролитическому осаждению металла, накопленного на катодах 1, 2 и 3, с соответствующим снятием покрытия с катодов 1, 2 и 3. Хотя в упоминаемых выше условиях катоды 1, 2 и 3 будут функционировать как аноды, но для последовательности и удобства они будут по-прежнему называться катодами.

В приводимом в качестве примера варианте реализации металлический слой 121 содержит медь. Соответственно, как указывалось выше, во время электролитической полировки некоторые ионы меди из металлического слоя 121 перемещаются и осуществляют электролитическое осаждение на катодах 1, 2 и 3. В упоминаемом выше процессе снятия покрытия полупроводниковую пластину 31 можно соответствующим образом подвергнуть процессу электролитического осаждения меди, накопленной на катодах 1, 2 и 3. Но если катоды 1, 2 и 3 выполнены из меди, то катоды 1, 2 и 3 могут раствориться во время процесса снятия покрытия. При этом катоды 1, 2 и 3 во время процесса снятия покрытия могут деформироваться. Соответственно, в соответствии с различными аспектами данного изобретения катоды 1, 2 и 3 можно выполнить из материалов, стойких к растворению во время процесса снятия покрытия. Например, катоды 1, 2 и 3 можно выполнить из платины. Либо катоды 1, 2 и 3 можно выполнить из титана, покрытого слоем платины, предпочтительно с покрытием с приблизительной толщиной от около 50 мкм до 400 мкм.

В приводимом в качестве примера варианте реализации патрон 29 для полупроводниковой пластины удерживает и позиционирует полупроводниковую пластину 31 в гнезде 100 для полировки. В частности, полупроводниковую пластину 31 соответствующим образом позиционируют сверху секционных стенок 101, 103, 105, 107 и 109, чтобы образовать зазор для протекания электролита 34 между нижней поверхностью полупроводниковой пластины 31 и верхом секционных стенок 101, 103, 105, 107 и 109. В приводимом в качестве примера варианте реализации полупроводниковую пластину 31 позиционируют сверху секционных стенок 101, 103, 105, 107 и 109 с образованием зазора приблизительно от 2 до 20 мм.

После позиционирования полупроводниковой пластины 31 в гнезде 100 для полировки катоды 1, 2 и 3 электрически соединяют с источниками 13, 12 и 11 питания соответственно. Также полупроводниковую пластину 31 электрически соединяют с источниками 13, 12 и 11 питания. При этом, когда электролит 34 протекает между нижней поверхностью полупроводниковой пластины 31 и верхом секционных стенок 101, 103, 105, 107 и 109, образуется электрический ток. При этом катоды 1, 2 и 3 электрически заряжаются с получением отрицательного электрического потенциала по сравнению с полупроводниковой пластиной 31. В ответ на этот отрицательный электрический потенциал на катодах 1, 2 и 3 ионы металла покидают полупроводниковую пластину 31, тем самым осуществляя электролитическую полировку полупроводниковой пластины 31. При изменении полярности этой схемы на обратную (т.е. катоды 1, 2 и 3 становятся анодами) ионы металла перемещаются на полупроводниковую пластину 31, тем самым осуществляя электролитическую полировку полупроводниковой пластины 31.

Таким образом, выборочные части полупроводниковой пластины 31 можно соответствующим образом подвергать электролитической полировке и электролитическому осаждению путем регулирования полярности катодов 1, 2 и 3 и контроля за частями полупроводниковой пластины 31, контактирующими с электролитом 34. Фиг.33 иллюстрирует выборочную электролитическую полировку полупроводниковой пластины 31 в соответствии с различными аспектами данного изобретения. Обращаясь к Фиг. 33, участок 280 полупроводниковой пластины прошел электролитическую полировку, участок 284 проходит электролитическую полировку сейчас, и участок 282 полупроводниковой пластины не отполирован.

Обращаясь к Фиг. 7А и 7В, плотность тока полировки определяет скорость перемещения ионов металла на полупроводниковую пластину 31 или с нее. Соответственно, с ростом плотности тока полировки возрастает скорость электролитической полировки или электролитического осаждения. В приводимом в качестве примера варианте реализации можно использовать плотность тока от около 0,1 А/дм² до 40 А/дм² и предпочтительно около 10 А/дм². Необходимо отметить, что в зависимости от конкретного применения можно использовать различные плотности тока.

Источники 13, 12 и 11 питания могут подавать на катоды 1, 2 и 3 разные плотности тока. Например, ток, подаваемый источниками 13, 12 и 11 питания, можно задать пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, которая покрывается соответствующими катодами. Соответственно, если площадь поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемая катодом 3, превышает площадь, покрываемую катодом 2, то источник 11 питания можно установить на подачу большего количества тока, чем от источника 12 питания. Таким образом, скорость электролитической полировки можно регулировать, чтобы содействовать более единообразному травлению поверхности полупроводниковой пластины 31. Необходимо отметить, что этот же принцип можно применить для содействия более единообразному электролитическому осаждению на поверхность полупроводниковой пластины 31.

В соответствии с еще одним аспектом данного изобретения источники питания 13, 12 и 11 могут работать на постоянном (прямом) токе (от английского DC current), либо источники 13, 12 и 11 питания могут работать в разных импульсных режимах. Например, обращаясь к Фиг.8, источники питания 13, 12 и 11 могут действовать с использованием биполярного импульса модифицированной гармонической волны, монополярного импульса, обращенного импульса, последовательного импульса, двойного импульса и т.п. Источники 13, 12 и 11 питания могут также действовать в режиме неизменного (стабилизированного) тока, неизменного (стабилизированного) напряжения или в режиме комбинации неизменного тока и неизменного напряжения.

Обращаясь к Фиг.7В, приводной механизм 30 вращает полупроводниковую пластину 31 вокруг оси Z. За счет этого может быть обеспечена более однородная электролитическая полировка на поверхности полупроводниковой пластины 31. В приводимом в качестве примера варианте реализации приводной механизм 30 вращает полупроводниковую пластину 31 вокруг оси Z со скоростью примерно от около 10 оборотов в минуту до 100 оборотов в минуту и предпочтительно около 20 оборотов в минуту.

Согласно Фиг.7А, катоды 1, 2 и 3 являются по существу круглыми. Соответственно, согласно Фиг.7В, на участки полупроводниковой пластины 31 над секциями 112 и 114, вероятно, будет воздействовать более низкая плотность тока, чем на участки полупроводниковой пластины 31 над секциями 111, 113 и 115 (т. е. секциями, содержащими катод). Чтобы компенсировать это обстоятельство, приводной механизм 30 производит колебания полупроводниковой пластины 31 в направлениях х и у, либо, помимо колебаний полупроводниковой пластины 31, согласно Фиг. 9A-9D, гнездо 100 для полировки, секционные стенки 109, 107, 105, 103 и 101 и катоды 1, 2 и 3 могут быть некруглыми: треугольными, квадратными, прямоугольными, пятиугольными, многоугольными, эллипсоидными и т.п. Таким образом распределение тока полировки можно усреднить по поверхности полупроводниковой пластины 31 при вращении полупроводниковой пластины вокруг оси z.

Электролит 34 возвращается в емкость 36 для электролита через выпускные отверстия 5, 7 и 9 в секциях 112, 114 и 116 соответственно. Напускной клапан 38 давления установлен между выходом насоса 33 и емкостью 36 для электролита, чтобы электролит 34 протекал обратно в емкость 36 для электролита при закрытии ЖРМР 21, 22 и 23. Температуру электролита 34 в емкости 36 для электролита регулируют нагреватель 42, датчик 40 температуры и регулятор 44 нагревателя. В приводимом в качестве примера варианте реализации устройство 50 полировки полупроводниковой пластины и электролит 34 предпочтительно действуют при рабочей температуре от около 15^oС до 60^oС и предпочтительно около 45^oС.

Обращаясь к Фиг. 1А, полупроводниковую пластину 31 подвергают электролитической полировке в течение некоторого времени (т.е. в течение периода электролитической полировки) до удаления металлического слоя 121 с барьерного слоя 122; при этом металлический слой 121 остается в канавках 125 (согласно Фиг. 1В). Обращаясь к Фиг.7В, требуемый период электролитической полировки можно определить измерением выходного напряжения и тока источников 11, 12 и 13 питания. В частности, сопротивление барьерного слоя 122 обычно значительно превышает сопротивление металлического слоя 121. Например, если барьерный слой 122 содержит титан, нитрид титана, тантал, нитрид тантала, вольфрам или нитрид вольфрама, и если металлический слой 121 содержит медь, то сопротивление барьерного слоя 122 примерно в 50-100 раз превышает сопротивление металлического слоя 121. Соответственно, потенциал, измеряемый от края к центру полупроводниковой пластины 31 после удаления полировкой металлического слоя 121 с не имеющих канавки частей полупроводниковой пластины 31, превышает потенциал до полировки. При этом, в соответствии с данными табл. 1, при обращении к Фиг.7А, 7В и 10, с помощью сравнения выходных напряжений источников 11, 12 и 13 питания можно определить удаленные части металлического слоя 121 над полупроводниковой пластиной 31:

ТАБЛИЦА 1

1. Если V₁₁ (напряжение источника 11 питания) и V₁₂ (напряжение источника 12 питания) имеют небольшую величину и V₁₃ (напряжение источника 13 питания) имеет большую величину, то можно удалить металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 1.

2. Если V₁₁ имеет небольшую величину и V₁₂ и V₁₃ имеют большую величину то металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 3 не удален. При этом металлический слой 121 над катодом 2 удален. Но состояние металлического слоя 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 1 неизвестно. Поэтому для определения состояния металлического слоя 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 1 можно обратиться к следующим дополнительным состояниям:

а. Если V₁₂ и V₁₃ имеют близкие значения, то металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 1 не удален; либо

b. Если V₁₂ и V₁₃ имеют значительно отличающиеся значения, то тогда металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 1 удален.

3. Если V₁₁, V₁₂ и V₁₃ имеют значительно отличающиеся значения, тогда металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 3 удален. Но состояние металлического слоя 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодами 2 и 1 неизвестно. Поэтому для определения состояния металлического слоя 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодами 2 и 1 можно обратиться к определению следующих дополнительных состояний:

а. Если V₁₁, V₁₂ и V₁₃ имеют сильно отличающиеся значения, то тогда металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 2 и катодом 1 удален;

b. Если V₁₁ и V₁₂ имеют сильно отличающиеся значения, а V₁₂ и V₁₃ имеют близкие значения, то тогда металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 2 удален. Кроме того, металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 1 не удален;

с. Если V₁₁ и V₁₂ имеют близкие значения, а V₁₂ и V₁₃ имеют сильно отличающиеся значения, то тогда металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 2 не удален. Либо металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 1 удален; или

d. Если V₁₁ и V₁₂ имеют близкие значения, то тогда металлический слой 121 на полупроводниковой пластине 31 над катодом 1 и 2 не удален.

В табл. 1 V₁₁, V₁₂ и V₁₃ характеризуются как имеющие большие и/или небольшие значения. Необходимо отметить, что термины "большой" и "небольшой" являются относительными и не относятся к какому-либо определенному напряжению. Например, если V₁₁ и V₁₂ указываются как небольшие, то V₁₁ и V₁₂ являются небольшими по сравнению с V₁₃. Как указано выше, V₁₁ и V₁₂ могут быть в приблизительно от 50 до 100 раз меньше, чем V₁₃.

Таким образом, обращаясь к табл. 1, можно определить области полупроводниковой пластины 31, подлежащие дополнительной электролитической полировке. В соответствии с приводимым ниже описанием альтернативного варианта реализации данного изобретения: для измерения напряжения и тока, подаваемых каждым из источников 11, 12 и 13, можно выполнить средства контролирования. Эти данные можно передавать в систему управления, которая может содержать логическую таблицу, выполненную электронными средствами. Например, табл. 1 можно кодировать и хранить в соответствующем электронном средстве памяти, таком как магнитная лента, магнитный диск, компакт-диск и т.п., либо в таком соответствующем электронном средстве памяти, как интегральная схема, микросхема памяти и т.п. При этом система управления сможет выполнять соответствующие команды для продолжения или прекращения электролитической полировки данной части полупроводниковой пластины 31. Необходимо отметить, что указываемая выше система управления может быть частью соответствующей компьютерной системы - компонента установки электролитической полировки полупроводниковых пластин, пример которой описывается ниже.

Для определения должного периода электролитической полировки можно использовать разные методы. Например, в соответствии с приводимым ниже более подробным описанием альтернативного варианта реализации, для измерения толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А) на полупроводниковой пластине 31 (Фиг. 1А и Фиг.7В) могут использоваться датчики.

Альтернативно, с обращением к Фиг.53, для определения надлежащего периода электролитической полировки можно применить систему детектора момента завершения операции. В соответствии с приводимым в качестве примера вариантом реализации: измеряемое электрическое сопротивление от края до края полупроводниковой пластины 31 (Фиг.1А) контролируют соответствующими средствами измерения. Согласно Фиг.53, с сокращением площади поверхности металлического слоя 121 (Фиг. 1А) на полупроводниковой пластине 31 (Фиг.1А) по причине электролитической полировки электрическое сопротивление, измеряемое от края к краю полупроводниковой пластины 31 (Фиг.1А), увеличивается. Соответственно, надлежащим временем прекращения электролитической полировки предпочтительно является приблизительное время, когда электрическое сопротивление полупроводниковой пластины 31, измеряемое от края к краю, изменяется быстро. Обращаясь к Фиг. 53, это время будет в моменты t₀ и t₁ или вблизи этого времени. Область вне t₁ называется областью переполировки, означая, что полупроводниковая пластина 31 (Фиг.1В) отполирована настолько, что уровень металлического слоя 121 (Фиг.1В) в канавке 125 (Фиг.1В) проходит ниже уровня барьерного слоя 122 (Фиг.1В). Область до to называется областью недополировки, означая, что металлический слой 121 (Фиг.1А) не полностью удален с барьерного слоя 122 (Фиг.1А) на логических элементах 126 (Фиг.1А). Сигнал сопротивления можно направить в компьютер, который затем направит соответствующий сигнал, чтобы остановить процесс полировки.

Обращаясь к Фиг.7А и 7В, используя описываемый выше приводимый в качестве примера вариант реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31, можно использовать следующие операции:

Операция 1:

Включение источника 13 питания;

Операция 2:

Включение только ЖРМР 23, в результате чего электролит 34 контактирует только с частью полупроводниковой пластины 31 над катодом 1, чтобы подвергнуть электролитической полировке металлический слой 121 (Фиг.1А) над катодом 1;

Операция 3:

Выключение источника 13 питания и выключение ЖРМР 23, когда толщина металлического слоя 121 (Фиг.1А) достигает заданного значения или заданной толщины;

Операция 4:

Повторение операций 1-3 для катода 2 с помощью ЖРМР 22 и источника 12 питания; и

Операция 5:

Повторение операций 1-3 для катода 3 с помощью ЖРМР 21 и источника 11 питания.

Помимо приводимой выше последовательности электролитической полировки с использованием катода 1, потом катода 2, потом катода 3, последовательность электролитической полировки может быть также следующей:

1) катод 3, потом катод 2 и потом катод 1;

2) катод 2, потом катод 1 и потом катод 3;

3) катод 2, потом катод 3 и потом катод 1;

4) катод 3, потом катод 1 и потом катод 2; или

5) катод 1, потом катод 3 и потом катод 2.

Путем выборочной электролитической полировки полупроводниковой пластины 31 металлический слой 121 (Фиг.1А) можно сполировать с полупроводниковой пластины 31 более единообразно, даже если полупроводниковая пластина 31 имеет большой диаметр. Например, данное изобретение можно использовать с полупроводниковой пластиной 31 с диаметром 300 мм или больше. В данном контексте термин "единообразная электролитическая полировка" означает, что при электролитической полировке полупроводниковой пластины 31 металлический слой 121 удаляют до приблизительно ровной толщины по существу по всей площади поверхности полупроводниковой пластины 31. Как правило, в обычных системах электролитической полировки с увеличением диаметра полупроводниковой пластины 31 электролитическая полировка становится менее единообразной. Например, участки полупроводниковой пластины 31 вблизи центра могут быть излишне отполированными, а участки полупроводниковой пластины 31 вблизи краев полупроводниковой пластины 31 могут быть недополированными. Это отчасти может произойти по причине изменения плотностей заряда, подаваемых обычными системами электролитической полировки на полупроводниковую пластину 31.

Помимо выборочной полировки частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше приводимого в качестве примера варианта реализации можно использовать следующие операции способа для по существу единовременной электролитической полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31:

Операция 1:

Включение всех источников 11, 12 и 13 питания. Как указано выше, ток каждого источника 11, 12 и 13 питания можно установить пропорционально площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом;

Операция 2:

Включение ЖРМР 21, 22 и 23. Как указывалось выше, расход электролита 34 от каждого ЖРМР 21, 22 и 23 можно установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом; и

Операция 3:

Выключение источников 11, 12 и 13 питания одновременно, когда единообразность толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины. Источники 11, 12 и 13 питания можно выключать в разное время для регулирования единообразности толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А).

Таким образом, скорость удаления металлического слоя 121 с разных частей полупроводниковой пластины 31 можно регулировать для более единообразной электролитической полировки металлического слоя 121 на полупроводниковой пластине 31.

После описания структуры и операций приводимого в качестве примера варианта реализации далее описывается применение данного изобретения в контексте способа узорной инкрустации. Необходимо отметить, что данное описание не подразумевается как ограничение использования или применения данного изобретения, а предназначается для полного описания данного приводимого в качестве примера варианта реализации.

Обращаясь снова к Фиг.1А, после соответствующего формирования металлического слоя 121 на полупроводниковой пластине 31 над канавками 125 можно сформировать углубления 127. Согласно Фиг.1А, даже после электролитической полировки углубления 127 могут остаться в металлическом слое 121, сформированном в канавках 125. Это отчасти может объясняться первоначальной неровной топологией металлического слоя 121, изображаемого в Фиг.1А. Кроме этого, переполировка также может быть фактором образования углублений 127 в канавках 125. Наличие углублений 127 может отрицательно сказаться на рабочих характеристиках полупроводникового устройства. Соответственно, углубления 127 с глубиной 128 углубления свыше примерно 500 ангстрем обычно считаются нежелательными. Необходимо отметить, что приемлемое значение глубины 128 углубления может изменяться в зависимости от конкретного применения. Например, для высокоточного полупроводникового устройства допустимая глубина 128 углубления может быть не более нескольких ангстрем. Но для недорогого полупроводникового устройства глубина 128 углубления свыше 500 ангстрем может быть приемлемой.

В соответствии с одним из аспектов данного изобретения период электролитической полировки можно регулировать в целях исключения формирования углублений 127 с глубиной 128 углубления свыше 500 ангстрем. Но это может повысить затраты обработки и снизить ее производительность. В соответствии с еще одним аспектом данного изобретения процесс электролитической полировки и электролитического осаждения можно соответствующим образом комбинировать с процессом химико-механической полировки (ХМП) для устранения углублений 127. Как правило, процессы ХМП могут обеспечить планарную поверхность на полупроводниковой пластине 31 с углублениями 127, имеющими глубину 128 углубления между примерно 100 и 500 ангстремами.

Обращаясь к Фиг.1В, как указано выше, металлический слой 121 удаляют с помощью электролитической полировки с барьерного слоя 122, сформированного на мезаструктурах 126. Обращаясь к Фиг.1С, полупроводниковую пластину 31 затем подвергают процессу повторного осаждения для повторного осаждения достаточного количества металла, чтобы зафиксировать углубления 127 (Фиг.1В), и это означает, что металл осаждают на металлический слой 121, формируемый в канавках 125 (Фиг. 1В), без повторного осаждения на барьерном слое 122 на мезаструктурах 126. Обращаясь к Фиг.7В, как указывалось выше, на полупроводниковой пластине 31 можно выполнить повторное осаждение путем изменения полярности источников 11, 12 и 13 питания. Таким образом, как подробно указывалось выше, на полупроводниковой пластине 31 можно соответствующим образом выполнить повторное осаждение без необходимости переноса полупроводниковой пластины 31 в другую станцию.

Затем, в соответствии с еще одним аспектом данного изобретения, прошедший повторное осаждение металлический слой 121 с канавками 125 соответствующим образом планаризуют и барьерный слой 122 соответствующим образом удаляют. В данном приводимом в качестве примера осуществлении полупроводниковую пластину 31 предпочтительно планаризуют с помощью ХМП. После удаления основной части металлического слоя 121 с помощью описываемого выше способа электролитической полировки остается удалить только небольшое количество металлического слоя 121 с помощью ХМП, в результате чего снижается общее время обработки и снижаются затраты.

Обращаясь к Фиг.3А-3С, в соответствии с различными аспектами данного изобретения изображена установка 301 обработки полупроводниковых пластин. В приводимом в качестве примера варианте реализации установка 301 обработки полупроводниковых пластин предпочтительно содержит ячейки электролитического осаждения/электролитической полировки 300, 302, 304, 306 и 308, ячейки очистки 310, 312, 314, 316 и 318, ячейку ХМП 324, кассету 320 для полупроводниковых пластин и робот 322.

Робот 322 начинает работу с того, что переносит полупроводниковую пластину из кассеты 320 для полупроводниковых пластин в любую из ячеек электролитического осаждения/электролитической полировки 300, 302, 304, 306 и 308. На полупроводниковую пластину соответствующим электролитическим способом осаждают металлический слой 121 (Фиг.1А). Затем полупроводниковая пластина проходит электролитическую полировку с удалением металлического слоя 121 с барьерного слоя 122 (Фиг.1В). Затем полупроводниковая пластина проходит повторное покрытие для фиксирования углублений 127 (Фиг.1В и 1С). Затем робот 322 переносит полупроводниковую пластину в любую одну из ячеек очистки 310, 312, 314, 316 или 318. После очистки полупроводниковой пластины робот 322 переносит полупроводниковую пластину в ячейку ХМП 324, где планаризуют металлический слой 121 и удаляют барьерный слой 122 (Фиг.1D). Затем робот 322 переносит полупроводниковую пластину в любую одну из ячеек очистки 310, 312, 314, 316 или 318 для очистки и высушивания полупроводниковой пластины. Наконец, робот 322 переносит полупроводниковую пластину в кассету 320 для полупроводниковых пластин и начинает работу с другой полупроводниковой пластиной.

Необходимо отметить, что в рамках данного изобретения можно произвести различные модификации в конфигурации установки 301 обработки полупроводниковых пластин. Например, первоначальное электролитическое осаждение и электролитическую полировку полупроводниковой пластины можно выполнять в отдельных ячейках. Для электролитического осаждения и электролитической полировки используют, как правило, разные электролиты. Для электролитического осаждения обычно используют серную кислоту. Для электролитической полировки обычно используют фосфорную кислоту. Хотя серную кислоту можно использовать для электролитической полировки, получаемая при этом поверхность может быть неединообразной. Аналогично, хотя фосфорную кислоту можно использовать для электролитического осаждения, получаемая поверхность может быть неединообразной. Неединообразная поверхность может быть допустимой для описываемого выше процесса повторного покрытия. Но неединообразная поверхность может быть неприемлемой для исходного осаждения металлического слоя 121. Соответственно, когда предпочтительной является единообразная поверхность, электролитическое осаждение и электролитическую полировку полупроводниковой пластины можно выполнять в отдельных ячейках с разными химическими веществами. Либо, когда электролитическое осаждение и электролитическую полировку выполняют в одной и той же ячейке, химические вещества раствора электролита в ячейке можно изменять. Например, для описываемого выше процесса повторного осаждения можно ввести раствор серной кислоты для содействия процессу электролитического осаждения.

Обращаясь к Фиг.2, процессы обработки, выполняемые установкой 301 обработки полупроводниковой пластины, излагаются в виде блок-схемы. Необходимо отметить, что в операциях согласно блок-схеме на Фиг.2 возможны различные модификации. Например, полупроводниковые пластины после операции повторного осаждения можно установить в очередь, затем промыть и очистить в серийном процессе.

Обращаясь к Фиг.4А-4D, альтернативой полировке полупроводниковой пластины 31 с помощью ХМП после повторного осаждения на полупроводниковой пластине 31 является удаление травлением металлического слоя 121 и барьерного слоя 122 с полупроводниковой пластины 31 с помощью любого целесообразного процесса травления. Соответственно, с обращением к Фиг.6А-6С, установку 301 обработки полупроводниковых пластин можно модифицировать путем введения ячейки 326 травления. Аналогично, при обращении к Фиг.5 операции обработки, выполняемые установкой 301 обработки полупроводниковых пластин, можно модифицировать с включением операции травления.

В излагаемом ниже описании и на соответствующих чертежах описываются и иллюстрируются различные альтернативные варианты реализации в соответствии с различными аспектами данного изобретения. Необходимо отметить, что эти альтернативные варианты реализации не включают в себя все различные модификации, которые можно произвести в данном изобретении. Альтернативные варианты реализации приводятся для иллюстрирования только некоторых из многих возможных модификаций в рамках данного изобретения.

Обращаясь к Фиг.11А и 11В, изображен альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.11А и 11В аналогичен варианту согласно Фиг.7А и 7В, за исключением того, что ЖРМР 21, 22 и 23 (Фиг.7А и 7В) заменены на ЖРМР 55 и клапаны 51, 52 и 53. В данном альтернативном варианте реализации клапаны 51, 52 и 53 предпочтительно являются клапанами включения/выключения. Расход, установленный для ЖРМР 55, можно определять на основании статуса каждого клапана следующим образом:

Установленный для ЖРМР 55 расход=Р3ф (клапан 51)+

Р2ф (клапан 52)+

Р1ф (клапан 53),

где Р3 - установленное значение расхода во впускное отверстие 4; Р2 - установленное значение расхода во впускное отверстие 6; Р6 - установленное значение расхода во впускное отверстие 8; и ф (клапан ) - функция статуса клапана, определяемая следующим образом:

ф (клапан )=1, когда клапан с данным включен;

0, когда клапан с данным выключен.

Как указывалось выше, расходы можно установить пропорционально объемам секции 115, 113 и 111.

Обращаясь к Фиг.12А и 12В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения в соответствии с различными аспектами данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.12А и 12В аналогичен варианту согласно Фиг. 7А и 7В, за исключением того, что ЖРМР 21, 22 и 23 (Фиг.7А и 7В) заменены тремя насосами 33 и клапанами 51, 52 и 53 включения/выключения. В данном альтернативном варианте реализации подача электролита 34 в гнездо 100 для полировки через впускные отверстия 4, 6 и 8 можно предпочтительно регулировать независимо каждым из трех насосов 33 и одним клапаном включения/выключения 51, 52 или 53.

Обращаясь к Фиг.13А и 13В, изображен другой альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. В противоположность варианту реализации, изображаемому на Фиг.7А и 7В, в данном альтернативном варианте катод предпочтительно размещают в каждой секции гнезда 100 для полировки, кроме секции 132. Например, дополнительный катод 154 размещают между секционными стенками 103 и 105. При этом клапаны включения/выключения 81, 82, 83 и 84 размещают между емкостью 36 для электролита и выпускными отверстиями ЖРМР 21, 22, 23 и 24. Соответственно, когда клапан включения/выключения 81, 82, 83 или 84 находится в открытом положении, электролит 34 может протекать обратно в емкость 36 для электролита через открытый клапан из гнезда 100 для полировки.

С помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для выборочной электролитической полировки полупроводниковой пластины 31 целесообразно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включить источник 14 питания;

Операция 2:

Включить ЖРМР 24 и открыть клапаны 81, 82 и 83. Выключить ЖРМР 21, 22 и 23 и закрыть клапан 84, в результате чего электролит 34 будет контактировать только с частью полупроводниковой пластины 31 над катодом 1. Электролит 34 затем возвращается в емкость 36 для электролита через выпускное отверстие 132, сформированное в секции 130. Электролит 34 также возвращается в емкость 34 для электролита через открытые клапаны 81, 82 и 83;

Операция 3:

Когда толщина металлического слоя 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины, выключают источник 14 питания и выключают ЖРМР 24;

Операция 4:

Повторяют операции 1-3 для катода 2 (Включают ЖРМР 23. Открывают клапаны 81, 82 и 84. Включают источник 13 питания. Выключают ЖРМР 21, 22 и 24. Закрывают клапан 83. Выключают источники 11, 12 и 14 питания);

Операция 5:

Повторяют операции 1-3 для катода 3 (Включают ЖРМР 22. Открывают клапаны 81, 83 и 84. Включают источник 12 питания. Выключают ЖРМР 21, 23 и 24. Закрывают клапан 82. Выключают источники 11, 13 и 14 питания); и

Операция 6:

Повторяют операции 1-3 для катода 4. (Включают ЖРМР 21. Открывают клапаны 82, 83 и 84. Включают источник 11 питания. Выключают ЖРМР 22, 23 и 24. Закрывают клапан 81. Выключают источники 12, 13 и 14 питания).

Необходимо отметить, что вместо полировки от периферии полупроводниковой пластины к центру полупроводниковой пластины полировку можно также производить от центра к периферии пластины либо с произвольным выбором катодной последовательности.

Кроме выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для электролитической полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно можно применять следующие операции способа обработки:

Операция 1:

Включить источники 11, 12, 13 и 14 питания. Как указано выше, ток каждого источника 11, 12, 13 и 14 питания можно установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом.

Операция 2:

Включить ЖРМР 21, 22, 23 и 24 и выключить клапаны 81, 82, 83, 84. Как указывалось выше, расход электролита 34 от ЖРМР 21, 22, 23 и 24 можно установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом; и

Операция 3:

Выключить источники 11, 12, 13 и 14 питания, когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины. Также источники 11, 12, 13 и 14 питания можно выключать в разное время, чтобы регулировать единообразность толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А).

Обращаясь к Фиг.14А и 14В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант согласно Фиг.14А и 14В аналогичен варианту согласно Фиг.13А и 13В, за исключением того, что клапаны включения/выключения 81, 82, 83 и 84 (Фиг. 13А и 13В) исключены. Соответственно, электролит 34 возвращается в емкость 36 для электролита только через секцию 130.

С помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31 можно применить следующие операции способа:

Операция 1:

Включить источник 14 питания для подачи отрицательного потенциала на электрод 1 (катод 1). Включить источники 11, 12 и 13 питания для подачи положительного потенциала на электроды 4, 3 и 2 (аноды 4, 3 и 2) соответственно.

Операция 2:

Включить только ЖРМР 24 и выключить ЖРМР 21, 22 и 23. Полупроводниковую пластину 31 погружают в электролит 34, но только часть полупроводниковой пластины 31 над катодом 1 контактирует с электролитом 34 из ЖРМР 24 и отрицательным потенциалом из катода 1. Поэтому только часть металлического слоя 121 (Фиг. 1А) на полупроводниковой пластине 31 подвергают электролитической полировке над катодом 1;

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины, выключают источник 14 питания и выключают ЖРМР 24;

Операция 4:

Повторяют операции 1-3 для катода 2 (Включают источник 13 питания для подачи отрицательного потенциала на катод 2 и источники 11, 12 и 14 питания для подачи положительного потенциала на аноды 4, 3 и 1 соответственно. Включают ЖРМР 23 и выключают ЖРМР 21, 22 и 24);

Операция 5:

Повторяют операции 1-3 для катода 3 (Включают источник 12 питания для подачи отрицательного потенциала на катод 3. Включают источники 11, 13 и 14 питания для подачи положительного потенциала на аноды 4, 2 и 1 соответственно. Включают ЖРМР 22 и выключают ЖРМР 21, 23 и 24); и

Операция 6:

Повторяют операции 1-3 для катода 4 (Включают источник 11 питания для подачи отрицательного потенциала на катод 4. Включают источники 12, 13 и 14 питания для подачи положительного потенциала на аноды 1, 2 и 3 соответственно. Включают ЖРМР 21 и выключают ЖРМР 22, 23 и 24).

В указанном способе выборочной электролитической полировки вместо полировки от центра полупроводниковой пластины 31 к периферии полупроводниковой пластины 31 полировку можно также производить от периферии к центру, либо ее можно выполнять произвольно в зависимости от катодной последовательности.

Дополнительно к выборочной электролитической полировке полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно можно использовать следующие операции:

Операция 1:

Включить источники 11, 12, 13 и 14 питания. Как указано выше, ток каждого источника 11, 12, 13 и 14 питания можно установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом;

Операция 2:

Включить ЖРМР 21, 22, 23 и 24. Как указывалось выше, расход электролита 34 от ЖРМР 21, 22, 23 и 24 можно установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом; и

Операция 3:

Выключить источники 11, 12, 13 и 14, когда металлический слой 121 (Фиг. 1А) достигнет заданного значения или заданной толщины. Также источники 11, 12, 13 и 14 питания можно выключать в разное время, чтобы регулировать единообразность толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А).

Обращаясь к Фиг.15, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения в соответствии с различными аспектами данного изобретения. Реализация согласно Фиг. 15 аналогична реализации Фиг.7А и 7В, за тем исключением, что над каждым катодом установлено кольцо-диффузор 112. В соответствии с одним из аспектов данного изобретения кольцо-диффузор 112 предпочтительно содействует более единообразному расходу электролита 34 вдоль секционных стенок 109, 107, 105 и 103. При этом металлический слой 121 (Фиг. 1А) можно удалить электролитической полировкой с полупроводниковой пластины 31 более единообразным образом.

При этом кольцо-диффузор 112 можно соответствующим образом выполнить с помощью любого целесообразного способа. Например, кольцо-диффузор 112 можно с помощью станочной обработки выполнить с несколькими отверстиями. Либо кольцо-диффузор 112 может содержать любой соответствующий пористый материал, имеющий пористость предпочтительно в приблизительных пределах от 10 до 90%. В данном альтернативном варианте реализации кольцо-диффузор 112 предпочтительно выполняют из стойких к воздействию кислоты и коррозии материалов, не имеющих частиц и загрязнения.

Обращаясь к Фиг.16А и 16В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения, согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.16А и 16В аналогичен варианту согласно Фиг.7А и 7В, за тем исключением, что в источники 11, 12 и 13 питания введены счетчики 141, 142 и 143 накопления заряда соответственно. В соответствии с одним из аспектов данного изобретения счетчики 141, 142 и 143 накопления заряда предпочтительно измеряют заряд, который каждый источник 11, 12 и 13 питания обеспечивает во время процесса электролитической полировки. Общее число атомов удаляемой меди может быть подсчитано путем деления накопленного заряда на два. Общее число атомов удаленной меди затем можно использовать для определения остающегося количества меди, подлежащей электролитической полировке.

Обращаясь к Фиг. 17А и 17В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.17А и 17В аналогичен варианту согласно Фиг. 7А и 7В, за тем исключением, что гнездо 100 для полировки содержит множество впускных отверстий 171, 172, 174 и 175, соответствующим образом выполненных в секциях 113 и 115 для подачи электролита 34. В частности, в данном альтернативном варианте реализации электролит 34 предпочтительно подают в секцию 113 по каналу 170 и впускным отверстиям 171 и 172. Электролит 34 предпочтительно подают в секцию 115 по каналу 173 электролита и через впускные отверстия 174 и 175. За счет подачи электролита 34 в гнездо 100 для полировки с помощью множества впускных отверстий 171, 172, 174 и 175 можно получить более единообразный расход. Необходимо отметить, что секции 113 и 115 могут содержать любое число дополнительных отверстий.

Обращаясь к Фиг.18А и 18В, изображены два дополнительных альтернативных варианта реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.18А аналогичен варианту согласно Фиг. 13А и 13В, а также согласно Фиг.14А и 14В, за тем исключением, что высота секционных стенок 109, 107, 105 и 103 увеличивается наружу в радиальном направлении. В противоположность этому, в варианте реализации согласно Фиг. 18В высота секционных стенок 109, 107, 105 и 103 уменьшается наружу в радиальном направлении. Таким образом расход электролита 34 можно регулировать для улучшения процесса электролитической полировки.

Обращаясь к Фиг.19А и 19В, изображены два дополнительных альтернативных варианта реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.19А аналогичен варианту согласно Фиг. 7А и 7В, за тем исключением, что высота секционных стенок 109, 107, 105 и 103 увеличивается наружу в радиальном направлении. В противоположность этому, в варианте реализации согласно Фиг.19В высота секционных стенок 109, 107, 105 и 103 уменьшается наружу в радиальном направлении. Таким образом расход электролита 34 можно регулировать для улучшения процесса электролитической полировки.

Обращаясь к Фиг.20А и 20В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант согласно Фиг.20А и 20В аналогичен варианту согласно Фиг.7А и 7В, за тем исключением, что секционные стенки 109, 107, 105, 103 и 101 выполнены с возможностью перемещения вверх и вниз для регулирования расхода электролита 34. Согласно Фиг.20В секционные стенки 105 и 107 могут перемещаться вверх, в результате чего электролит 34 протекает в сторону части полупроводниковой пластины 31 над секционными стенками 105 и 107.

С помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31 можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включить источник 13 питания;

Операция 2:

Включить только ЖРМР 23 и переместить стенку 109 близко к полупроводниковой пластине 31, в результате чего электролит 34 будет контактировать только с частью полупроводниковой пластины 31 над секционной стенкой 109. Таким образом металлический слой 121 (Фиг.1А) части полупроводниковой пластины 31 над секционной стенкой 109 будет соответствующим образом подвергаться электролитической полировке;

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины, выключают источник 13 питания, выключают ЖРМР 23 и перемещают секционную стенку 109 в нижнее положение;

Операция 4:

Повторяют операции 1-3 для секционных стенок 105 и 107 с помощью ЖРМР 22, секционных стенок 105 и 107 и источника 12 питания; и

Операция 5:

Повторяют операции 1-3 для секционных стенок 101 и 103 с помощью ЖРМР 21, секционных стенок 101 и 103 и источника 11 питания.

Дополнительно к выборочной электролитической полировке частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше варианта реализации для полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно можно использовать следующие операции:

Операция 1:

Включить источники 11, 12, 13 питания. Как указано выше, ток каждого источника 11, 12, 13 питания можно установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом;

Операция 2:

Включить ЖРМР 21, 22, 23 и переместить все секционные стенки 101, 103, 105, 107 и 109 близко к полупроводниковой пластине 31. Как указывалось выше, расход электролита 34 от ЖРМР 21, 22, 23 можно установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом; и

Операция 3:

Выключить источники 11, 12, 13 питания одновременно, когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины. Также источники 11, 12, 13 питания можно выключать в разное время, чтобы регулировать единообразность толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А).

Обращаясь к Фиг.21А и 21В, изображены два дополнительных альтернативных варианта реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.21А аналогичен варианту согласно Фиг. 7А и 7В, за тем исключением, что в данном альтернативном варианте реализации катоды 1, 2, 3 и 4 и секционные стенки 109, 107, 105 и 103 разделены на шесть секций. Вариант реализации согласно Фиг.21В аналогичен варианту согласно Фиг.13А и 13В, за тем исключением, что в данном варианте реализации катоды 1, 2, 3 и секционные стенки 109, 107, 105, 103 и 101 разделены на шесть секций. Необходимо отметить, что в обоих вариантах согласно Фиг. 21А и 21В можно использовать любое число секций в рамках данного изобретения.

Помимо этого, согласно табл. 2, катоды можно подключить к одному или нескольким источникам питания, а секции можно подключить к одному или более ЖРМР в следующих сочетаниях (табл.2 см. в конце описания).

В табл. 2 действие комбинационных номеров 1, 2, 4 и 5 одинаково с теми, которые описываются выше с различными вариантами реализации. Действие комбинационных номеров 3, 6, 7, 8 и 9 более подробно описывается ниже относительно прочих различных альтернативных вариантов реализации.

Обращаясь к Фиг.22А и 22В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.22А и 22В аналогичен варианту согласно Фиг.7А и 7В, за тем исключением, что катоды 1, 2 и 3 (Фиг.7А и 7В) и секционные стенки 109, 107, 105, 103 и 101 заменены множеством штыревых катодов 501, расположенных во множестве трубок 503. В данном альтернативном варианте реализации электролит 34 (Фиг.7В) предпочтительно подают в гнездо 100 для электролитической полировки через множество трубок 503, и он контактирует с поверхностью полупроводниковой пластины 31, и затем вытекает из гнезда 100 для электролитической полировки через множество дренажных отверстий 500. Согласно Фиг. 22А, в данном альтернативном варианте реализации катоды 501, множество трубок 503, множество дренажных отверстий 500 предпочтительно имеют круговую компоновку. Но, обращаясь к Фиг.23А-23С, катоды 501, множество трубок 503 и множество дренажных отверстий 500 также возможно выполнить согласно различным иным компоновкам: в виде треугольника (Фиг.23А), квадрата (Фиг.23В), эллипса (Фиг.23С) и т.п.

Помимо этого, согласно табл.3, катоды 501 и множество трубок 503 можно подключить к источникам 11, 12 и 13 питания (Фиг.7В) и ЖРМР 21, 22 и 23 (Фиг. 7В) соответственно в различных сочетаниях (табл.3 см. в конце описания).

В табл. 3. действие комбинации номеров 1, 2, 4 и 5 то же, что и описываемое выше применительно к различным альтернативным вариантам реализации. Действие комбинации номеров 3, 6, 7, 8 и 9 то же, что и описываемое выше применительно к различным альтернативным вариантам реализации.

Обращаясь к Фиг. 24А и 24В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения, согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.24А и 24В аналогичен варианту согласно Фиг.7А и 7В, за тем исключением, что катоды 1, 2 и 3 (Фиг.7А и 7В) и секционные стенки 109, 107, 105, 103 и 101 (Фиг.7А и 7В) заменены катодом 240, штангой 242, клапанами 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 и 218. В данном альтернативном варианте реализации вместо нескольких источников питания имеется один источник 200 питания. При этом клапаны 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 и 218 предпочтительно являются клапанами включения/выключения, используемыми для регулирования расхода электролита 34, поступающего на полупроводниковую пластину 31. При этом клапаны 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 и 218 расположены симметрично на штанге 242 в целях содействия более единообразному процессу электролитической полировки.

С помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 200 питания;

Операция 2:

Включение насоса 33, ЖРМР 55, приводного механизма 30. Включение клапанов 202 и 218, в результате чего электролит 34 контактирует только с частью полупроводниковой пластины 31 над клапанами 202 и 218. Таким образом металлический слой 121 (Фиг.1А) на части полупроводниковой пластины 31 над клапанами 202 и 218 проходит электролитическую полировку.

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигает заданного значения или заданной толщины, выключают источник 200 питания, ЖРМР 55 и клапаны 202 и 218;

Операция 4:

Повторяют операции 1-3 для клапанов 204 и 216;

Операция 5:

Повторяют операции 1-3 для клапанов 206 и 214;

Операция 6:

Повторяют операции 1-3 для клапанов 208 и 212; и

Операция 7:

Повторяют операции 1-3 для клапана 210.

Во время описываемого выше процесса полировки источник 200 питания может работать в режиме постоянного тока либо в разных импульсных режимах согласно Фиг.8. Также источник питания может быть включен после включения насоса 33 и клапанов 202 и 216, или 204 и 214, или 206 и 212, или 210.

Помимо выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для электролитической полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 200 питания;

Операция 2:

Включение ЖРМР 55 и всех клапанов 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 и 218, в результате чего электролит 34 контактирует по существу со всей площадью поверхности полупроводниковой пластины 31; и

Операция 3:

Выключение источника 200 питания и всех клапанов, когда толщина пленки достигает заданного значения. Также клапаны 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 и 218 можно выключать в разное время и регулировать единообразность толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А) на полупроводниковой пластине 31.

Обращаясь к Фиг.25, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант согласно Фиг. 25 аналогичен варианту согласно Фиг.24А и 24В, за тем исключением, что все клапаны расположены на штанге 242 на разных радиусах, чтобы содействовать более единообразной электрической полировке.

С помощью описываемого выше варианта реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31 можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 200 питания (Фиг.24В);

Операция 2:

Включение насоса 33 (Фиг.24В), ЖРМР 55 (Фиг.24В), приводного механизма 30 (Фиг.24В). Включение клапана 218, в результате чего электролит 34 контактирует только с частью полупроводниковой пластины 31 над клапаном 218. Таким образом металлический слой 121 (Фиг.1А) на части полупроводниковой пластины 31 над клапаном 218 проходит электролитическую полировку.

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины, включают источник 200 питания (Фиг.24В), ЖРМР 55 (Фиг.24В) и клапаны 218;

Операция 4:

Повторяют операции 1-3 для клапана 204;

Операция 5:

Повторяют операции 1-3 для клапана 216;

Операция 6:

Повторяют операции 1-3 для клапана 206; и

Операция 7:

Повторяют операции 1-3 для клапанов 214, 208, 212 и 210 соответственно.

Во время описываемого выше процесса полировки источник 200 питания (Фиг. 24В) может работать в режиме постоянного тока, а также в различных импульсных режимах согласно Фиг.8. При этом последовательность электролитического осаждения может начинаться от центра полупроводниковой пластины 31 к краю полупроводниковой пластины 31 в рамках данного изобретения.

Помимо выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для электролитической полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 200 питания (Фиг.24В);

Операция 2:

Включение ЖРМР 55 (Фиг. 24В) и всех клапанов 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 и 218, в результате чего электролит 34 контактирует по существу со всей площадью поверхности полупроводниковой пластины 31; и

Операция 3:

Выключение источника 200 питания (Фиг.24В) и всех клапанов, когда толщина пленки достигнет заданного значения. Также клапаны 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 и 218 можно выключать в разное время, чтобы регулировать единообразность толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А) на полупроводниковой пластине 31 (Фиг.24В).

Обращаясь к Фиг.26, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант согласно Фиг. 26 аналогичен варианту согласно Фиг.25, за исключением того, что дополнительная штанга введена с образованием крестообразной штанги 244. Клапаны 202 и 218, 204 и 216, 206 и 214, 208 и 212 расположены симметрично на горизонтальной части штанги 244 (Фиг.26). Аналогично, клапаны 220 и 236, 222 и 234, 224 и 232 расположены симметрично на вертикальной части штанги 244 (Фиг. 26). При этом, согласно Фиг.26, клапаны на горизонтальной части штанги 244 расположены на разных радиусах сравнительно с клапанами на вертикальной части штанги 244.

С помощью описываемого выше варианта реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31 можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 200 питания (Фиг.24В);

Операция 2:

Включение насоса 33 (Фиг.24В), ЖРМР 55 (Фиг.24В) и приводного механизма 30 (Фиг.24В). Включение клапанов 218 и 202, в результате чего электролит 34 контактирует только с частью полупроводниковой пластины 31 над клапанами 218 и 202. Таким образом металлический слой 121 (Фиг.1А) на части полупроводниковой пластины 31 над клапанами 218 и 202 проходит электролитическую полировку.

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины, выключают источник 200 питания (Фиг.24В), ЖРМР 55 (Фиг. 24В) и клапаны 218 и 202;

Операция 4:

Повторяют операции 1-3 для клапанов 220 и 236;

Операция 5:

Повторяют операции 1-3 для клапанов 204 и 216;

Операция 6:

Повторяют операции 1-3 для клапанов 222 и 234; и

Операция 7:

Повторяют операции 1-3 для клапанов 206 и 214, 224 и 232, 208 и 212 и 210 соответственно.

Во время описываемого выше процесса полировки источник 200 питания (Фиг. 24В) может работать в режиме постоянного тока, а также в различных импульсных режимах согласно Фиг.8.

Помимо выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для электролитической полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 200 питания (Фиг.24В);

Операция 2:

Включение насоса 33 (Фиг.24В), ЖРМР 55 (Фиг.24В) и всех клапанов 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 232, 234 и 236, в результате чего электролит 34 контактирует по существу со всей площадью поверхности полупроводниковой пластины 31; и

Операция 3:

Выключение источника 200 питания (Фиг.24В) и всех клапанов, когда толщина металлического слоя 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения. Все клапаны 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 232, 234 и 236 можно выключать в разное время и регулировать единообразность толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А) на полупроводниковой пластине 31 (Фиг.24В).

Обращаясь к Фиг. 27А, 27В и 27С, изображены три дополнительных альтернативных варианта реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант согласно Фиг.27А аналогичен варианту согласно Фиг.24А и 24В, за тем исключением, что в данном альтернативном варианте реализации используют три штанги. Угол между двумя соседними штангами предпочтительно составляет около 60^o. Вариант согласно Фиг.27В аналогичен вариантам согласно Фиг. 24А и 24В, за тем исключением, что используют четыре штанги. Угол между двумя соседними штангами предпочтительно составляет около 45^o. Вариант реализации согласно Фиг.27С аналогичен вариантам согласно Фиг. 24А и 24В, за тем исключением, что используют половину штанги. Необходимо отметить, что в рамках данного изобретения можно использовать любое число штанг. При этом в рамках данного изобретения соседние штанги можно устанавливать под различными углами.

В описываемых выше альтернативных вариантах реализации последовательность электролитической полировки может начинаться от клапанов, близких к периферии полупроводниковой пластины 31, либо от центра полупроводниковой пластины 31, либо произвольно. Начинать от центра полупроводниковой пластины 31 предпочтительно, поскольку можно использовать неполированный металлический слой 121 (Фиг.1А) (с большим диаметром) для проведения тока для полировки следующей части металлического слоя 121 (Фиг.1А) (с меньшим диаметром).

Обращаясь к Фиг. 28А и 28В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.28А и 28В аналогичен варианту согласно Фиг. 24А и 24В, за тем исключением, что клапаны с фиксированным положением 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 и 218 заменены двумя подвижными соплами 254. Подвижные сопла 254 расположены вблизи полупроводниковой пластины 31 и подают электролит 34 на определенные части полупроводниковой пластины 31. Подвижные сопла 254 также установлены на направляющей штанге 250 и могут перемещаться в направлении Х согласно Фиг.28А и 28В. При этом в приводимом в качестве примера варианте реализации свежий электролит подают по гибкой трубке 258.

С помощью описываемого выше варианта реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31 можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 200 питания;

Операция 2:

Включение насоса 33, ЖРМР 55 и приводного механизма 30. Включение клапанов 356, в результате чего электролит 34 контактирует только с частями полупроводниковой пластины 31 над клапанами 356. Таким образом металлический слой 121 (Фиг.1А) на частях полупроводниковой пластины 31 над клапанами 356 подвергается соответствующей электролитической полировке;

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины, выключают источник 200 питания, ЖРМР 55 и клапаны 356;

Операция 4:

Перемещают катодное сопло 254 в следующее положение; и

Операция 5:

Повторяют операции 1-4 до тех пор, пока металлический слой 121 (Фиг.1А) не будет отполирован с полупроводниковой пластины 31.

Обращаясь к Фиг. 29А и 29В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.29А и 29В аналогичен варианту согласно Фиг.28А и 28В, за тем исключением, что два дополнительных катодных сопла введены в направлении Y для повышения скорости электролитической полировки. Но последовательность способа аналогична способу согласно Фиг.28А и 28В.

Обращаясь к Фиг. 30А и 30В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант согласно Фиг.30А и 30В аналогичен варианту согласно Фиг.28А и 28В, за тем исключением, что полупроводниковая пластина 31 погружена в электролит 34. Подвижные сопла 254 расположены вблизи полупроводниковой пластины 31, чтобы фокусировать ток полировки на определенной части полупроводниковой пластины 31. В данном альтернативном варианте реализации зазор между подвижным соплом 254 и полупроводниковой пластиной 31 может быть в приблизительном диапазоне от 0,1 мм до 5 мм и предпочтительно около 1 мм. Последовательность способа аналогична последовательности согласно Фиг.28А и 28В.

Обращаясь к Фиг. 31А и 31В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант согласно Фиг.31А и 31В аналогичен варианту согласно Фиг.30А и 30В, за тем исключением, что свежий электролит 34 можно подавать по трубке 260 вместо подвижных сопел 252 и 254 по гибкой трубке 258. Полупроводниковая пластина 31 может быть также погружена в электролит 34, а подвижные сопла 252 и 254 могут быть расположены вблизи полупроводниковой пластины 31, чтобы фокусировать ток полировки на определенной части полупроводниковой пластины 31. В данном альтернативном варианте реализации зазор между подвижными соплами 252 и 254 и полупроводниковой пластиной 31 может быть в приблизительном диапазоне от 0,1 мм до 5 мм и предпочтительно около 1 мм.

Обращаясь к Фиг. 32А, 32В, 32С и 32D, изображены четыре дополнительных альтернативных варианта реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Фиг.32А изображает подвижное сопло, которое предпочтительно содержит катод 252 и корпус 262. Корпус 262 может быть выполнен из изолирующего материала, такого как тефлон, ПВХ, ПВДФ, пропилен и т. п. Фиг. 32В изображает подвижное сопло, состоящее из катода 266 и корпуса 264. Электролит 34 можно подавать через отверстие в днище корпуса 264. Фиг. 32С изображает подвижное сопло, которое предпочтительно содержит катод 252, электроды 274 и 270, изолирующую прокладку 272, корпус 262, источники 276 и 268 питания. Электрод 274 может быть подключен к отрицательному выходу источника 276 питания, а электрод 270 может быть подключен к полупроводниковой пластине 31. В соответствии с одним из аспектов данного изобретения электрод 274 предпочтительно задерживает ионы металла, исходящие из корпуса 262, и тем самым уменьшается нарастание пленки снаружи корпуса 262. При этом электрод 270 предпочтительно исключает утечку электрического поля из электрода 274, чтобы свести к минимуму эффект травления. Вариант реализации согласно Фиг. 32D аналогичен варианту согласно Фиг.32С, за тем исключением, что корпус 264 имеет отверстие в днище для электролита 34.

Обращаясь к Фиг. 34А, 34В, 34С и 34D, изображены четыре дополнительных альтернативных варианта реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант согласно Фиг.34А аналогичен вариантам согласно Фиг. 28А и 28В, за тем исключением, что предпочтительно используют три штанги. Угол между двумя соседними штангами может предпочтительно составлять 60^o. Вариант согласно Фиг.34В аналогичен вариантам согласно Фиг.28А и 28В, за тем исключением, что используют четыре штанги. Угол между двумя соседними штангами предпочтительно составляет около 45^o. Вариант реализации согласно Фиг. 34С аналогичен вариантам согласно Фиг.28А и 28В, за тем исключением, что используют половину штанги. Необходимо отметить, что в рамках данного изобретения можно использовать любое число штанг. При этом две соседние штанги в рамках данного изобретения могут быть отделены любым нужным углом. Вариант согласно Фиг.34D аналогичен вариантам согласно Фиг.28А и 28В, за тем исключением, что прямая штанга замена спиральной штангой.

Обращаясь к Фиг.35, изображены два дополнительных альтернативных варианта реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Варианты реализации согласно Фиг.35А и 35В аналогичны вариантам согласно Фиг. 28А и 28В, за тем исключением, что полупроводниковая пластина 31 помещена соответственно верхней стороной вниз и вертикально.

Обращаясь к Фиг. 36А и 36В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Варианты согласно Фиг.36А и 36В аналогичны вариантам согласно Фиг.14А и 14В, за тем исключением, что все катоды заменены на единый катод 8. В данном альтернативном варианте реализации катод 8 выполнен с возможностью подключения к источнику 11 питания. Далее этот вариант реализации включает в себя гнезда 60, 62, 64 и 66 для субполировки.

С помощью данного варианта реализации для выборочной электролитической полировки полупроводниковой пластины 31 можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 11 питания;

Операция 2:

Включение ЖРМР 21 и клапанов 82, 83 и 84; выключение ЖРМР 22, 23, 24 и клапана 81, в результате чего электролит 34 контактирует только с частью полупроводниковой пластины 31 над гнездом 66 для субполировки и затем протекает назад в емкость 36 для электролита через пространства между секционными стенками 100 и 103, 103 и 105, 105 и 107, 107 и 109. Таким образом, металлический слой 121 (Фиг.1А) подвергается электролитической полировке от части полупроводниковой пластины 31 над гнездом 66 для субполировки;

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданное значение или заданную толщину, выключают источник 11 питания и выключают ЖРМР 21;

Операция 4:

Повторяют этапы 1-3 для ЖРМР 22 (включают ЖРМР 22, клапаны 81, 83, 84 и источник 11 питания и выключают ЖРМР 21, 23 и 24, клапан 82);

Операция 5:

Повторяют этапы 1-3 для ЖРМР 23 (включают ЖРМР 23, клапаны 81, 82, 84 и источник 11 питания и выключают ЖРМР 21, 22 и 24, клапан 83);

Операция 6:

Повторяют этапы 1-3 для ЖРМР 24 (включают ЖРМР 24, клапаны 81, 82, 83 и источник 11 питания и выключают ЖРМР 21, 22 и 23, клапан 84).

В описываемом выше процессе полировки вместо полировки от периферии полупроводниковой пластины 31 к центру полупроводниковой пластины 31 полировку можно также производить от центра к периферии, либо ее можно выполнять произвольно, выбирая различные последовательности катодов.

Помимо выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше варианта реализации для электролитической полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 11 питания;

Операция 2:

Включение ЖРМР 21, 22, 23 и 24 и выключение клапанов 81, 82, 83 и 84. Расход электролита 34 из каждого ЖРМР 21, 22 и 23 можно установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом; и

Операция 3:

Выключение источника 11 питания (Фиг.24В) и ЖРМР 21, 22, 23 и 24, когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигает заданного значения или заданной толщины. Также источники 11, 12 и 13 питания можно выключать в разное время, чтобы регулировать единообразность толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А).

ЖРМР можно выключать в разное время, чтобы регулировать единообразность электролитической полировки толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А) согласно Фиг.37. Во время ₁ только ЖРМР 21, 23 и 24 выключены и клапаны 81, 83 и 84 также выключены. Поэтому электролит 34 не контактирует с полупроводниковой пластиной 31, за исключением части полупроводниковой пластины 31 над гнездом 64 для субполировки. При включенном источнике 11 питания металлический слой 121 (Фиг.1А) может пройти соответствующую электролитическую полировку от части полупроводниковой пластины 31 над гнездом 64 для субполировки. Во время t₂ ЖРМР 22 выключен. Аналогично, ЖРМР 24 включают во время t₃ и выключают во время t₄, чтобы получить дополнительную полировку частей полупроводниковой пластины 31 над гнездом 60 для субполировки. Время t₂ и t₄ можно отрегулировать путем измерения единообразности толщины полупроводниковой пластины.

Обращаясь к Фиг.38А и 38В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.38А и 38В аналогичен варианту согласно Фиг.7А и 7В, за тем исключением, что все катоды подключены к одному источнику 11 питания. Поскольку электролит контактирует только с частью полупроводниковой пластины 31, которая подвергается выборочной электролитической полировке, то основной ток полировки будет поступать из катода и идти в эту часть полупроводниковой пластины 31. Операции процесса полировки аналогичны операциям Фиг.7А и 7В, причем источник 11 питания заменяет источники 12 и 13 питания.

Обращаясь к Фиг.39А и 39В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.39А и 39В аналогичен варианту реализации согласно Фиг. 38А и 38В, за тем исключением, что секционные стенки 101, 103, 105, 107 и 109 выполнены с возможностью перемещения вверх и вниз для регулирования расхода. Согласно Фиг.41, секционные стенки 105 и 107 перемещаются вверх, в результате чего электролит протекает в сторону части полупроводниковой пластины 31 над секционными стенками 105 и 107.

С помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31 можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 11 питания;

Операция 2:

Включение только ЖРМР 21 и перемещение секционных стенок 101 и 103 близко к полупроводниковой пластине 31, в результате чего электролит 34 контактирует только с частью полупроводниковой пластины 31 над секционными стенками 101 и 103. Таким образом металлический слой 121 (Фиг.1А) на части полупроводниковой пластины 31 над секционными стенками 101 и 103 соответствующим образом проходит электролитическую полировку;

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины, выключают источник 11 питания, выключают ЖРМР 21 и перемещают секционные стенки 101 и 103 в нижнее положение;

Операция 4:

Повторяют операции 1-3 для секционных стенок 105 и 107 с помощью ЖРМР 22 и секционных стенок 105 и 107 соответственно; и

Операция 5:

Повторяют операции 1-3 для секционной стенки 109 с помощью ЖРМР 23 и секционной стенки 109.

Помимо выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше варианта реализации для электролитической полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 11 питания;

Операция 2:

Включение ЖРМР 21, 22 и 23, перемещение всех секционных стенок 101, 103, 105 и 107 и трубки 109 близко к полупроводниковой пластине 31. Расход электролита 34 из ЖРМР 21, 22, 23 и 24 можно соответствующим образом установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом; и

Операция 3:

Перемещают все секционные стенки вниз в нижнее положение и выключают все ЖРМР одновременно, затем выключают источник 11 питания. Каждую пару секционных стенок можно также перемещать в разное время, с включенным источником 11 питания, чтобы регулировать единообразность толщины. Например, согласно Фиг. 39А и 39В, секционные стенки 105 и 107 находятся в высоких положениях при включенном ЖРМР 22. Полупроводниковая пластина 31 будет проходить выборочную электролитическую полировку в области между секционными стенками 105 и 107.

Обращаясь к Фиг. 40А и 40В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Фиг.40А и 40В иллюстрируют вариант реализации с несколькими источниками питания и одним ЖРМР для полировки металлического слоя 121 (Фиг.1А) непосредственно на подложке с барьерным слоем сверху. Вариант реализации согласно Фиг. 40А и 40В аналогичен варианту согласно Фиг.14А и 14В, за тем исключением, что ЖРМР 21, 22, 23 и 24 заменены одним ЖРМР 55.

С помощью описываемого выше варианта реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31 можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 11 питания для подачи отрицательного потенциала на электрод 4 и включение источников 12, 13 и 14 питания для подачи положительного или нулевого потенциала на электроды 3, 2 и 1 соответственно.

Операция 2:

Включение ЖРМР 55 и последующее погружение всей полупроводниковой пластины в электролит 34. Таким образом металлический слой 121 (Фиг.1А) будет отполирован от части полупроводниковой пластины 31 над катодом 4;

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины, выключают источник 11 питания;

Операция 4:

Повторяют операции 1-3 для катода 3 (включают источник 12 питания для подачи положительного потенциала на катод 3 и источники 11, 13 и 14 питания для подачи отрицательного потенциала на катоды 4, 2 и 1);

Операция 5:

Повторяют операции 1-3 для катода 2 (включают источник 13 питания для подачи положительного потенциала на катод 2 и источники 11, 12 и 14 питания для подачи отрицательного потенциала на катоды 4, 3 и 1); и

Операция 6:

Повторяют операции 1-3 для катода 1 (включают источник 14 питания для подачи положительного потенциала на катод 1 и источники 11, 12 и 13 питания для подачи отрицательного потенциала на катоды 4, 3 и 2).

Фиг. 41 изображает последовательность включения/выключения источника питания для полировки областей 4 (над катодом 4), 3, 2 и затем 1 полупроводниковой пластины. Выходную форму волны электропитания можно выбрать из числа разных форм волны, таких как модифицированная гармоническая волна, монополярный импульс, обращенный импульс, последовательный импульс, двойной импульс и т.п. согласно Фиг.42.

В указанном способе выборочной электролитической полировки вместо электролитической полировки от периферии к центру полупроводниковой пластины электролитическую полировку можно также осуществлять от центра к периферии либо произвольно, выбирая произвольную последовательность электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше варианта реализации для электролитической полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источников 11, 12, 13 и 14 питания. Ток каждого источника 11, 12, 13 и 14 питания можно установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом.

Операция 2:

Включение ЖРМР 55; и

Операция 3:

Выключение источников 11, 12, 13 и 14 питания одновременно, когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины. Также источники 11, 12, 13 и 14 питания можно выключать в разное время для регулирования единообразности толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А).

Обращаясь к Фиг. 43А и 43В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Фиг. 43А и 43В изображают вариант реализации устройства с несколькими источниками питания и одним ЖРМР для полировки металлического слоя 121 (Фиг. 1А) непосредственно на диэлектрическом слое 123 (Фиг.1А) с барьерным слоем 122 (Фиг. 1А) наверху. Вариант реализации согласно Фиг.43А и 43В аналогичен варианту согласно Фиг.40А и 40В, за тем исключением, что секционные стенки могут перемещаться вверх и вниз для регулирования расхода. Согласно Фиг.43А и 43В, секционные стенки 105 и 107 могут перемещаться вверх, в результате чего электролит протекает в часть полупроводниковой пластины 31 над стенками 105 и 107.

С помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31 можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 11 питания;

Операция 2:

Включение ЖРМР 55 и перемещение секционных стенок 101 и 103, прилегающих к полупроводниковой пластине 31, в результате чего электролит 34 контактирует только с частью полупроводниковой пластины 31 над секционными стенками 101 и 103. Таким образом металлический слой 121 (Фиг.1А) на части полупроводниковой пластины 31 над секционными стенками 101 и 103 проходит электролитическую пластину;

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины, выключают источник 11 питания и перемещают секционные стенки 101 и 103 в нижнее положение;

Операция 4:

Повторяют операции 1-3 для секционных стенок 105 и 107 с помощью секционных стенок 105 и 107 и источника 12 питания;

Операция 5:

Повторяют операции 1-3 для секционной стенки 109 с помощью секционной стенки 109 и источника 13 питания.

Кроме выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше альтернативного варианта реализации можно использовать следующие операции способа для электролитической полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно:

Операция 1:

Включают источники 11, 12 и 13 питания. Ток от каждого источника 11, 12 и 13 питания можно установить пропорциональным площади поверхности полупроводниковой пластины 31, покрываемой соответствующим катодом;

Операция 2:

Включить ЖРМР 55 и переместить все секционные стенки 101, 103, 105, 107 и секционную стенку 109 близко к полупроводниковой пластине 31; и

Операция 3:

Выключение источников 11, 12 и 13 питания одновременно, когда единообразность толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины. Также источники 11, 12 и 13 питания можно выключать в разное время для регулирования единообразности толщины металлического слоя 121 (Фиг.1А).

Обращаясь к Фиг. 44А и 44В, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Фиг.44А и 44В изображают вариант реализации устройства с одним источником питания и одним ЖРМР для полировки металлического слоя 121 (Фиг.1А) непосредственно на диэлектрическом слое 123 (Фиг.1А) с барьерным слоем 122 (Фиг.1А) наверху. Вариант реализации согласно Фиг.44А и 44В аналогичен варианту согласно Фиг.43А и 43В, за тем исключением, что используется один источник 11 питания и все катоды подключены к единому источнику 11 питания. Аналогично, секционные стенки могут перемещаться вверх и вниз для регулирования расхода. Согласно Фиг.44А и 44В, секционные стенки 105 и 107 могут перемещаться вверх, в результате чего электролит протекает к части полупроводниковой пластины 31 над стенками 105 и 107.

С помощью описываемого выше варианта реализации для выборочной электролитической полировки частей полупроводниковой пластины 31 можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 11 питания;

Операция 2:

Включение ЖРМР 55 и перемещение секционных стенок 101 и 103 близко к полупроводниковой пластине 31, в результате чего электролит 34 контактирует только с частью полупроводниковой пластины 31 над секционными стенками 101 и 103. Таким образом металлический слой 121 (Фиг.1А) на части полупроводниковой пластины 31 над секционными стенками 101 и 103 соответствующим образом проходит электролитическую полировку;

Операция 3:

Когда металлический слой 121 (Фиг.1А) достигнет заданного значения или заданной толщины, выключают источник 11 питания и перемещают секционные стенки 101 и 103 в нижнее положение;

Операция 4:

Повторяют операции 1-3 для секционных стенок 105 и 107 (перемещают секционные стенки 105 и 107 близко к полупроводниковой пластине 31 и включают источник 11 питания); и

Операция 5:

Повторяют операции 1-3 для секционной стенки 109 (перемещают секционную стенку 109 близко к полупроводниковой пластине 31 и включают источник 11 питания).

В дополнение к выборочной электролитической полировке частей полупроводниковой пластины 31, с помощью описываемого выше варианта реализации для электролитической полировки всей поверхности полупроводниковой пластины 31 единовременно можно использовать следующие операции способа:

Операция 1:

Включение источника 11 питания;

Операция 2:

Включение ЖРМР 55 и перемещение всех секционных стенок 101, 103, 105, 107 и 109 близко к полупроводниковой пластине 31; и

Операция 3:

Перемещают все секционные стенки вниз в нижнее положение одновременно, затем выключают источник 11 питания. Каждую пару секционных стенок также можно перемещать вниз в разное время с включенным источником 11 питания, чтобы регулировать единообразность толщины. Например, согласно Фиг. 44А и 44В секционные стенки 105 и 107 находятся в верхнем положении при включенном источнике 11 питания. Область полупроводниковой пластины над секционными стенками 105 и 107 будет иметь дополнительную пленку полировки на этой части. Дополнительную длительность полировки можно определить путем анализирования единообразности толщины полупроводниковой пластины с помощью последующей характеристики пленки.

Обращаясь к Фиг. 45 и 46, изображены два дополнительных альтернативных варианта реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Фиг. 45 и 46 изображают варианты реализации, имеющие местное средство контролирования единообразности толщины пленки. Датчики 500 могут быть ультразвуковыми датчиками измерения толщины. Сигнал, детектируемый от датчиков 500, направляют в компьютер 502. Местные данные толщины можно использовать для регулирования единообразности полировки и конечной толщины.

Обращаясь к Фиг.47, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Фиг.47 изображает автономный вариант реализации полностью компьютеризированной установки обработки полупроводниковых пластин с автоматическим переносом полупроводниковых пластин, с модулем очистки и со средствами высушивания. Этот вариант предпочтительно содержит пять расположенных друг над другом гнезд 300, 302, 304, 306 и 308 для полировки, робот 322, пять расположенных друг над другом камер 310, 312, 314, 316 и 318 очистки/высушивания, кассеты 320 и 321 для полупроводниковых пластин, емкость 36 для электролита и трубопроводный блок 330. Как указывалось выше, гнездо 300 для полировки предпочтительно содержит множество катодов, множество источников питания, множество секционных стенок или трубок, патрон для полупроводниковых пластин и приводной механизм, который во время процесса электролитической полировки вращает полупроводниковую пластину 31 или совершает колебания полупроводниковой пластины. Емкость 36 для электролита предпочтительно содержит датчик регулирования температуры. Трубопроводный блок 330 предпочтительно содержит насос, ЖРМР, клапаны, фильтры и трубопроводы. Система полировки также предпочтительно содержит компьютерную аппаратуру управления и соответствующий комплект программного обеспечения. Последовательность действия способа:

Операция А:

Загружают кассеты 320 и 321 для полупроводниковых пластин вручную или роботом 322;

Операция В:

Выбирают режим и нажимают пусковую кнопку;

Операция С:

Приводят систему в действие с помощью средств программного обеспечения управления, включая проверку некоторых или всех параметров системы, и контролируют срабатывание средств сигнализации, имеющихся в системе;

Операция D:

После приведения системы в действие робот 322 забирает полупроводниковую пластину из кассеты 320 или 321 и направляет полупроводниковую пластину в одно из гнезд 300, 302, 304, 306 или 308 для полировки;

Операция Е:

Металлический слой 121 (Фиг.1А) затем подвергают электролитической полировке:

Операция F:

После электролитической полировки робот 322 забирает полупроводниковую пластину из гнезда для полировки, затем транспортирует ее в одну из камер 310, 312, 314, 316 или 318 очистки/сушки.

Операция G:

Полупроводниковую пластину, прошедшую электролитическую полировку, затем очищают;

Операция Н:

Полупроводниковую пластину, прошедшую электролитическую полировку, затем высушивают с помощью любого целесообразного процесса высушивания: сушка в центрифуге и/или продувка азотом (N₂); и

Операция I:

Наконец, высушенную полупроводниковую пластину затем транспортируют в кассету 320 или 321 вручную или роботом 322.

Фиг. 48 изображает последовательность способа для полировки нескольких полупроводниковых пластин одновременно. Эта последовательность способа для полировки нескольких полупроводниковых пластин аналогична последовательности для электролитической полировки одной полупроводниковой пластины, за тем исключением, что компьютер проверяет наличие необработанных полупроводниковых пластин, остающихся в кассетах 320 или 321 после операции I. Если в кассете 320 или 321 остается необработанная полупроводниковая пластина, тогда система возвращается к операции А (т.е. загрузка новых кассет или замена кассет). Если в кассете 320 и/или 321 все еще остается необработанная полупроводниковая пластина, то система вернется к операции D (т.е. робот 322 забирает необработанную полупроводниковую пластину из кассеты и транспортирует ее в одно из гнезд для полировки).

Операция Е способа может предпочтительно содержать двоякую операцию: первая - выборочная электролитическая полировка металлического слоя 121 (Фиг. 1А) на полупроводниковой пластине; вторая - электролитическая полировка металлического слоя 121 (Фиг.1А) на всей полупроводниковой пластине одновременно.

Вместо очистки полупроводниковой пластины в одной камере процесс очистки можно выполнять в разных камерах. Процесс очистки может также состоять из нескольких операций, при этом каждая операция использует разные растворы, разные концентрации растворов и разную аппаратуру.

Вместо выполнения пяти гнезд для полировки и пяти камер очистки/высушивания число гнезд для полировки и число камер очистки/высушивания может изменяться от 1 до 10 согласно табл.4 (см. в конце описания).

Согласно различным аспектам данного изобретения типы 4, 5, 6 и 7 в табл. 4 являются предпочтительными.

Обращаясь к Фиг.49, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения, согласно различным аспектам данного изобретения. Фиг.49 изображает вариант реализации, сконфигурированный в виде установки полировки полупроводниковой пластины. Вариант реализации согласно Фиг.49 аналогичен варианту согласно Фиг.47 - за тем исключением, что кассету 320 можно перемещать вверх и вниз роботом 323. Положение кассеты 320 можно перемещать вверх и вниз сообразно положению гнезда для полировки или камеры очистки/высушивания. Соответственно, робот 322 не должен перемещаться в направлении Z, когда она забирает необработанную полупроводниковую пластину из кассеты 320 или помещает отполированную высушенную полупроводниковую пластину обратно в кассету 320. Таким образом можно соответствующим образом увеличивать рабочую скорость робота 323.

Обращаясь к Фиг.50, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Изображаемый в Фиг.50 вариант реализации аналогичен варианту согласно Фиг.47, за тем исключением, что робот 322 сам может перемещаться в направлении X. Соответственно, роботу 322 не нужно вращаться вокруг оси Z.

Обращаясь к Фиг.51, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения согласно различным аспектам данного изобретения. Изображаемый в Фиг.51 вариант аналогичен варианту согласно Фиг.47, за тем исключением, что гнезда для полировки и камеры очистки/высушивания расположены в виде одной колонки. По сравнению с вариантом реализации согласно Фиг.47 площадь, занимаемая системой, уменьшена, но при этом производительность по обработке полупроводниковых пластин может замедлиться.

Обращаясь к Фиг.52, изображен еще один альтернативный вариант реализации данного изобретения в соответствии с различными аспектами данного изобретения. Вариант реализации согласно Фиг.52 предпочтительно содержит три колонки гнезд для полировки и камер очистки/высушивания, линейно перемещаемый робот 322, рабочий экран 340, две кассеты, расположенные друг над другом вблизи, трубопроводный блок 330 и емкость 36 для электролита. Операции способа полировки аналогичны операциям, описываемым относительно Фиг.47.

Фиг. 54 изображает еще один вариант реализации устройства для полировки металлического слоя 121 (Фиг.1А) в соответствии с данным изобретением. Вариант реализации согласно Фиг.54 аналогичен варианту согласно Фиг.28А и 28В, за тем исключением что множественные сопла заменены одним соплом 255. При этом катодное сопло 255 остается неподвижным, а полупроводниковая пластина 31 перемещается по оси Х (влево и вправо). В частности, в данном приводимом в качестве примера варианте реализации катодное сопло 255 инжектирует электролит на выборочные части полупроводниковой пластины 31, при этом полупроводниковую пластину 31 вращают и перемещают по оси Х по существу одновременно приводным механизмом 30 и с помощью направляющей штанги 35. При перемещении полупроводниковой пластины 31 влево катодное сопло 255 инжектирует электролит на центральную часть полупроводниковой пластины 31. Когда полупроводниковая пластина 31 перемещается вправо, катодное сопло 255 инжектирует электролит на периферийную часть полупроводниковой пластины 31. В соответствии с еще одним аспектом данного изобретения скорость вращения полупроводниковой пластины 31 можно сохранять постоянной во время процесса полировки. Скорость перемещения полупроводниковой пластины по оси Х можно изменять от значительной до малой, когда средство привода 30 перемещает центральную часть полупроводниковой пластины 31 от катодного сопла 255. Скорость перемещения полупроводниковой пластины 31 по оси Х (Vx) определяется следующим выражением:

Vx=C/[(x+r)²], если x<r(x+r)²-(x-r)²]}, если x>r

где С имеет постоянную величину, х - расстояние между центром полупроводниковой пластины 31 и катодным соплом 255 в направлении оси X, и r - радиус колонки жидкости, создаваемой катодным соплом 255.

Нужно отметить, что в данной конфигурации ячейки для полировки полупроводниковой пластины можно произвести различные модификации в рамках данного изобретения. Например, угол между полупроводниковой пластиной 31 и катодным соплом 255 можно сохранять постоянным, либо этот угол во время полировки можно изменять. Саму полупроводниковую пластину можно помещать под любым углом относительно гнезда 100 для полировки. В варианте реализации согласно Фиг.54 сопло 255 можно перемещать вместо перемещения полупроводниковой пластины 31, либо и сопло 255, и полупроводниковую пластину 31 можно перемещать одновременно, чтобы обеспечить те же результаты. В варианте реализации согласно Фиг. 54 полупроводниковую пластину 3 можно погрузить в электролит вместо контактирования с помощью струи электролита из сопла.

Как указывалось выше, несмотря на то, что данное изобретение излагается совокупно с несколькими вариантами реализации, изображаемыми на прилагаемых чертежах, в рамках данного изобретения можно производить различные модификации. Поэтому данное изобретение не следует истолковывать как ограничиваемое конкретньми формами, изображенными на чертежах и изложенными выше в описании.