钴钨膜的电沉积的制作方法

钴钨膜的电沉积
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1.pct申请表作为本技术的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的pct申请表中所标识的本技术要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。


背景技术：

2.电镀已长期用于半导体产业中以在衬底上沉积金属。一般通过电镀沉积的金属为铜，且已开发出特定电解液及镀覆方法以使衬底上的铜沉积优化。在镶嵌处理中，电镀经常用于以金属填充凹入特征，以制造互连及其他结构。尽管铜在传统上用于镶嵌处理中以填充凹入特征，但可使用其他金属(例如钴)代替铜来填充凹入特征。然而，用于电镀铜的电解液及电镀方法可能对于电镀其他金属并非是最适宜的。
3.这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。


技术实现要素：

4.本文提供了一种在半导体衬底上电镀含钨金属膜的方法。所述方法包括：提供半导体衬底至电镀装置中，其中所述半导体衬底具有至少一个凹入特征，且至少在所述至少一个凹入特征的侧壁上包括暴露的导电晶种层。所述方法还包括：使所述半导体衬底接触所述电镀装置中的电镀溶液；以及在所述电镀装置中对所述半导体衬底进行阴极偏置，以电镀含钨金属膜，并且用所述含钨金属膜电化学填充所述至少一个凹入特征。所述含钨金属膜包括选自由钴、镍及其组合所组成的群组的金属，其中所述含钨金属膜中的钨含量介于约1-20原子％之间。
5.在一些实施方案中，所述含钨金属膜为钴钨(cow)膜。在一些实施方案中，所述导电晶种层为钴晶种层。在一些实施方案中，所述方法还包括：对电镀的所述含钨金属膜进行退火。在一些实施方案中，所述电镀溶液具有介于约2-4之间的ph。在一些实施方案中，所述电镀溶液具有等于或小于约4g/l的钨含量，且对所述半导体衬底进行阴极偏置以电镀含钨金属膜包括以等于或小于约12ma/cm2的电流密度进行电镀。在一些实施方案中，所述电镀溶液具有等于或小于约2g/l的钨含量，且其中对所述半导体衬底进行阴极偏置以电镀含钨金属膜包括以等于或小于约8ma/cm2的电流密度进行电镀。在一些实施方案中，所述含钨金属膜基本上不含氧化物。
6.另一方面涉及一种用于电镀含钨金属膜的电镀水溶液。所述电镀水溶液包括：钨源，其中所述钨源包括钨-氧键，且其中所述电镀水溶液中的钨浓度等于或小于约4g/l。所述电镀水溶液还包括：除了所述钨源以外的金属源，其中所述金属选自由钴、镍及其组合所组成的群组；以及酸，其中所述电镀水溶液具有小于约6的ph。
7.在一些实施方案中，所述金属为钴。在一些实施方案中，所述电镀水溶液中的钨浓
度等于或小于约2g/l。在一些实施方案中，所述电镀水溶液进一步包括抑制剂。
8.另一方面涉及一种用于在半导体衬底上电镀含钨金属膜的装置。所述装置包括：电镀室，其被配置成容纳电镀溶液；衬底保持器，其被配置成将所述半导体衬底保持在所述电镀溶液中；电源；以及控制器，其被配置有用于执行以下操作的程序指令：使半导体衬底接触电镀溶液，其中所述半导体衬底具有多个凹入特征，且其中所述电镀溶液包括钨源以及选自由钴、镍及其组合所组成的群组的金属源；以及对所述半导体衬底进行阴极偏置以电镀所述含钨金属膜，并且用所述含钨金属膜电化学填充所述多个凹入特征，其中所述含钨金属膜中的钨含量介于约1-20原子％之间。
9.在一些实施方案中，用于对所述半导体衬底进行阴极偏置以电镀所述含钨金属膜的程序指令包括用于提供介于约0.25-12ma/cm2之间的电流密度的程序指令。在一些实施方案中，其中所述含钨金属膜为钴钨(cow)膜。
附图说明
10.图1a示出了示例性的自下而上填充机制的示意图。
11.图1b示出了示例性的保形填充机制的示意图。
12.图2示出了根据一些实施方案在半导体衬底的凹入特征中电镀含钨金属膜的的示例性工艺的流程图。
13.图3a-3c示出了根据一些实施方案在半导体衬底的凹入特征中电镀含钨金属膜的示例性工艺的多个阶段的示意性说明。
14.图4示出了根据一些实施方案电镀含钨金属膜的示例性工艺的流程图，其包括预镀及后镀操作。
15.图5示出了电解液中使用不同钨量及不同电流密度以将钴钨膜沉积于上的半导体衬底的图像。
16.图6示出了测量具有钴钨的半导体衬底的薄层电阻与钨浓度的函数关系曲线图，其中示出具有和没有热退火下的不同图。
17.图7示出了对于电解液中不同钨量的钴和钨的x射线光电子能谱(xps)曲线。
18.图8示出了测量具有钴钨的半导体衬底的薄层电阻与钨浓度的函数关系曲线图。
19.图9示出了不同钨原子百分比的具有和没有退火下的电镀钴钨膜的晶粒结构sem图像。
20.图10示出了用钴和用钴钨合金填充的凹入特征的sem图像。
21.图11示出了根据一些实施方案的具有电镀槽的示例性电镀装置的简化示意图。
22.图12示出了根据一些实施方案的示例性电镀装置的俯视示意图。
23.图13示出了根据一些实施方案的另一示例性电镀装置的俯视示意图。
具体实施方式
24.在本公开内容中，术语“半导体芯片”、“芯片”、“衬底”、“芯片衬底”、“半导体衬底”以及“部分加工的集成电路”可互换地使用。本领域技术人员应理解：术语“部分加工的集成电路”可指在其上的集成电路制造的许多阶段中的任一阶段期间的硅芯片。用于半导体设备产业中的芯片或衬底通常具有200mm、或300mm或450mm的直径。以下的详细说明假设在芯
片上实现本公开内容。然而，实现方案并非如此受限。工件可为各种外形、尺寸以及材料。除了半导体芯片之外，可利用本公开内容的其他工件包含各种对象，例如印刷电路板等。介绍
25.已对各种金属进行金属膜的电沉积，其包括但不限于铜、钴、银、锡、锌、金、镍、钯和铂。电镀已长期用于半导体产业中以在衬底上沉积金属。一般通过电镀沉积的一种金属为铜，且已开发出特定电解液及镀覆方法以使衬底上的铜沉积优化。在镶嵌处理中，电镀经常用于以金属填充凹入特征，以制造互连及其他结构。尽管铜在传统上用于镶嵌处理中以填充凹入特征，但可使用其他金属(例如钴)代替铜来填充凹入特征。然而，用于电镀铜的电解液及电镀方法可能对于电镀其他金属并非是最适宜的。
26.已开发出电解液和镀覆方法以电镀钴。用于电镀钴的镀浴可包括无机材料，例如硫酸钴、氯化钴、盐酸、硫酸和硼酸。此外，镀浴可进一步包含有机添加剂，例如加速剂、抑制剂、整平剂、增亮剂、润湿剂、表面活性剂或其组合。用于电镀钴的示例性电解液和电镀方法描述于doubina等人于2015年3月19日申请的名称为“chemistry additives and process for cobalt film electrodeposition”的美国专利申请no.14/663,279，其全部内容通过引用并入此处以用于所有目的。
27.传统中段(middle-of-line；mol)制造是使用具有阻挡层和/或衬里层、钨成核层及钨填充层的堆叠件。阻挡层可包括钛(ti)或氮化钛(tin)。钨成核层可通过化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)或脉冲成核层(pnl)方法沉积在阻挡层上。相比于钨填充层，钨成核层和阻挡层两者均为高电阻。钨填充层可通过cvd、等离子体增强cvd(pecvd)或物理气相沉积(pvd)沉积在钨成核层上。钨(w)通常以水平互连、相邻金属层间的通孔、以及第一金属层与半导体衬底上的设备之间的触点的形式用于低电阻率电连接中。钨膜可能因其低电阻率、强化学稳定性和高熔点而是有利的。
28.随着电子设备的几何形状持续缩小和设备的密度持续增加，整体特征尺寸已减小且深宽比已提高。设备节点可以约14nm或更小、10nm或更小、或7nm或更小。随着设备缩小至更小的技术节点，钨填充有了多种挑战。一项挑战是防止因触点和通孔中较薄的膜而导致电阻增加。随着特征变得更小，钨触点或线电阻因较薄钨膜中的散射效应而增加。为了使集成电路设计中的功率损耗和过热最小化，需要低电阻率的钨膜。
29.通常，钨膜使用cvd在钨填充应用中沉积。电沉积工艺(例如电镀)可视为cvd的替代方法。然而，钨膜的电沉积引起许多挑战，其中包括纯钨的电化学还原有困难或不具可行性以及具有不希望有的氧化钨形成。氧化钨增加了钨膜的电阻率。由于电沉积工艺中有减少氧化钨方面的挑战，故一般认为钨的cvd比钨的电沉积更实用。
30.本公开内容涉及含钨金属膜的电沉积。含钨金属膜可以在限制氧化钨的形成的情况下进行电镀。含钨金属膜可以包括额外金属，例如钴、镍或其组合，因而形成钴钨(cow)、镍钨(niw)或钴镍钨(coniw)。钴钨、镍钨或钴镍钨在集成电路制造的一些方面中可提供优于钨的优点，例如降低电阻率及改善电迁移。此外，钴钨、镍钨或钴镍钨在集成电路制造的一些方面中可提供优于钴的优点，例如增加电阻、用于大金属晶粒生长的较高温度阈值、较高熔融温度及改善抗腐蚀性。可控制电镀条件，例如ph、钨含量和/或电流密度，以促进含钨金属膜的电沉积。自下而上填充
31.电沉积一般用于以铜、钴或其他金属填充凹入特征，以制造互连及其他结构。为了形成高质量互连，建立无空隙、无接缝的填充是非常重要的。在传统镶嵌处理中，有机添加剂(例如抑制剂、加速剂及整平剂)用于建立自下而上填充特征的自下而上填充机制。图1a示出了示例性的自下而上填充机制的示意图。在利用保形填充机制下，电沉积膜在凹入特征的所有区域处形成基本上均匀的厚度。当膜堆积于特征的侧壁上时，侧壁彼此闭合，从而在特征的中间形成接缝。图1b示出了示例性保形填充机制的示意图。
32.在图1a所示的自下而上的填充机制中，镀覆表面上的凹入特征倾向于以金属从特征的底部往顶部、且较小程度地从特征的侧壁向内朝中心镀覆。重要的是控制特征内和场区域中的沉积速率，以达到均匀填充并避免空隙并入特征中。在常规应用中，可能需要一或更多种有机添加剂来完成自下而上填充，其每一者发挥作用选择性地增加或减小衬底表面上特定区域的极化。有机添加剂在实现期望的金属化(metallurgy)、膜均匀性、缺陷控制以及填充性能可能是重要的。典型地，电镀溶液包括有机浴添加剂，以允许凹入特征的受控高质量电填充。这些添加剂通常包括抑制剂，且可能包括加速剂以及可能包括整平剂。抑制剂的作用是抑制电镀并增加镀覆衬底的表面极化。如本文所使用，许多添加剂的浓度以百万分之一(ppm)表示。该单位相当于mg/l，其用于确定溶液中添加剂的浓度。
33.不受限于任何理论，铜自下而上的填充可从以下描述来理解。将衬底浸入电解液中后，抑制剂吸附至衬底的表面上，特别是在例如场区域的暴露区域中。在初始镀覆阶段，凹入特征的顶部与底部之间的抑制剂浓度有大幅差异。该差异的存在是由于抑制剂分子的相对大尺寸及其相应的缓慢输送特性。在该相同的初始镀覆时间中，据信加速剂以低的、基本上均匀的浓度积聚于镀覆表面上，包括凹入特征的底部和侧壁。由于加速剂比抑制剂更快地扩散至特征中，故特征内(尤其是在特征底部)加速剂：抑制剂的初始比率相对地高。特征内相对高的初始加速剂：抑制剂比率促进从特征的底部向上并从侧壁向内的快速镀覆。同时，场区域中的初始镀覆速率因加速剂：抑制剂的低比率而相对地低。因此，在初始镀覆阶段，镀覆在特征内发生得相对较快，而在场区域内相对较慢。随着镀覆继续进行，特征以金属填充，且特征内的表面积减小。由于表面积减少以及加速剂基本保留在表面上，特征内加速剂的局部表面浓度随着镀覆进行而增加。此特征内增加的加速剂浓度有助于维持有益于自下而上填充的差异化镀覆速率。
34.铜自下而上填充与钴自下而上填充的机制可能不同。不受限于任何理论，钴自下而上的填充可从以下描述来理解。当将衬底浸入电解液中时，低电流施加至衬底。浸入后，所有溶液物质的相对浓度在场区域及凹入特征中最初相等。钴沉积的可能性取决于ph及抑制剂浓度。已知抑制剂影响沉积动力学，对电流效率有显著影响。改变ph通常不影响金属沉积的动力学，但ph可改变钴的沉积速率。当施加低电流时，抑制剂梯度和ph梯度开始形成。这可能部分是由于物质到凹入特征底部的质传(mass transport)显著小于场区域、沉积的低电流效率、以及抑制剂的缓慢扩散速度。因此，抑制剂在场区域中及沿着凹入特征的上侧壁的浓度可能是高的，在此抑制剂将场区域中的钴沉积最小化。氢离子(h

)浓度在场区域中也可能是高的，但在凹入特征底部附近较低。低电流的应用将氢离子还原为氢气。由于电子与氢离子的竞争反应，这在场区域中留下很小的电流用于钴镀覆(co
2
2e
‑‑
》co)。朝凹入特征底部的h

浓度小于场区域中的浓度，且朝凹入特征底部的抑制剂浓度小于场区域中的浓度。朝凹入特征底部的电流效率显著高于场区域。这使得钴还原得以开始进行，并发生钴
自下而上填充。由于在特征底部的h

有限，因此钴在特征底部以比场区域周围更快的速率镀覆。
35.迄今为止，自下而上的填充方法已在铜沉积于凹入特征中的背景下被大幅优化。因此，电解液/添加剂包(package)通常针对高质量铜镀覆进行优化。当使用这种电解液/添加剂沉积钴钨、镍钨或钴镍钨时，可能不利于自下而上填充行为，且填充可能会从侧壁向内而非自下而上地进行。本文公开了可用于在电镀钴钨、镍钨或钴镍钨的背景下促进自下而上填充的特定添加剂。钴钨、镍钨或钴镍钨自下而上的填充机制可能类似于钴自下而上的填充机制。抑制剂
36.尽管不希望受任何理论或作用机制束缚，据信抑制剂(单独或与其他浴添加剂组合)为表面动力学的极化化合物(polarizing compound)，其导致跨越衬底-电解液界面的压降显著增加，尤其是当其与表面化学吸附的卤化物(例如氯化物或溴化物)一起存在时。卤化物可作为抑制剂分子与晶片表面之间的化学吸附桥。抑制剂(1)相对于其中不存在抑制剂的区域，在其中存在抑制剂的区域增加衬底表面的局部极化，且(2)整体上增加衬底表面的极化。增加的极化(局部和/或整体上)对应于增加的电阻/阻抗，因而在特定施加的电位下有较慢的镀覆。
37.据信抑制剂并未显著地并入沉积膜中，尽管其可能随着时间推移而在浴中通过电解或化学分解而缓慢降解。抑制剂通常是相对大的分子，在许多情况中，其本质上为聚合型。一些抑制剂包括带有含s-和/或n-官能团的聚环氧乙烷及聚环氧丙烷、聚环氧乙烷与聚环氧丙烷的嵌段聚合物等。在多种实施方案中可能有用的抑制剂的特定示例包括但不限于：羧甲基纤维素；壬基酚聚乙二醇醚；聚乙二醇二甲醚；辛二醇双(聚亚烷基二醇醚)；辛醇聚亚烷基二醇醚；聚乙二醇油酸酯；聚乙烯丙二醇；聚乙二醇；聚乙烯亚胺；聚乙二醇二甲醚；聚氧丙二醇；聚丙二醇；聚乙烯醇；聚乙二醇硬脂酸酯；硬脂醇聚乙二醇醚；聚环氧乙烷；环氧乙烷-环氧丙烷共聚物；丁醇-环氧乙烷-环氧丙烷共聚物；2-巯基-5-苯并咪唑磺酸；2-巯基苯并咪唑(mbi)；和苯并三唑。也可使用这些抑制剂的组合。
38.在一些实施方案中，抑制剂包括一或多个氮原子，例如胺基或亚胺基。在一些实施方案中，抑制剂为含有以碳脂族间隔基(例如ch2ch2或ch2ch2ch2)隔开的胺基的聚合物或寡聚化合物。在一特定实施方案中，抑制剂为聚乙烯亚胺(pei，也称为聚氮丙啶、聚[亚氨基(1,2-乙二基)]或聚(亚氨基乙烯))。pei在钴沉积背景下呈现极佳的自下而上填充性质。pei在钴钨沉积背景下可具有极佳的自下而上填充性质。其他确定的抑制剂在钴沉积或钴钨沉积背景下也可能特别有用。
[0039]
所选择的抑制剂可以是相对强的抑制剂。更强的抑制剂(其呈现更强极化)在钴沉积背景下已显现产生更佳的自下而上填充结果。所选择的抑制剂可以是比聚乙二醇(peg)更强的抑制剂。在一些情形中，所选择的抑制剂可以是至少与pei一样强的抑制剂。
[0040]
抑制剂可以具有线性链结构、支链结构或两者。通常在市售抑制剂溶液中有诸多分子量的抑制剂分子共存。部分由于抑制剂的大尺寸，相较于其他浴成分，这些化合物进入凹入特征的扩散可能相对较慢。在一些实施方案中，抑制剂的平均分子量(如所述可为含胺聚合性材料)可介于约200-600g/mol之间、或介于约300-1000g/mol之间、或介于约500-1500g/mol之间。相比之下，抑制剂聚乙二醇(peg)用于电镀铜时通常有介于1,500-10,
000g/mol之间的分子量。
[0041]
抑制剂可以介于约1-10,000ppm之间(例如介于约10-60ppm之间、或介于约15-60ppm之间、或介于约30-60ppm之间)的浓度提供于电解液中。在本文中，百万分之一(ppm)为抑制剂分子在电解液中的质量比例。在一些情况中，抑制剂可具有至少约10ppm、或至少约15ppm、或至少约20ppm、或至少约30ppm、或至少约50ppm的浓度。在这些或其他情形中，抑制剂可具有约1,000ppm或更少(例如约500ppm或更少、约100ppm或更少、约75ppm或更少、约60ppm或更少、或约50ppm或更少)的浓度。不同的抑制剂可能具有不同的最佳浓度。在一些实施方案中，抑制剂为pei，且其以满足本段落所列出的一或更多界限的浓度存在于电解液中。加速剂
[0042]
尽管不希望受任何理论或作用机理约束，但据信加速剂(单独或与其他浴添加剂组合)倾向于局部地降低与抑制剂存在相关的极化效应，因而局部增加电沉积速率。下降的极化效应在吸附加速剂最浓的区域中最为明显(即，极化随着吸附加速剂的局部表面浓度增大而下降)。
[0043]
虽然加速剂可能因镀覆反应而变得强力吸附至衬底表面上且一般在侧向上表面固定，但加速剂一般不会显著地并入膜中。因此，在金属沉积时，加速剂保留在表面上。随着凹部被填充，在凹部内的表面上的局部加速剂浓度增加。相比于抑制剂，加速剂往往是较小分子，并呈现出更快扩散到凹入特征中。
[0044]
示例性加速剂包括但不限于：n,n-二甲基-二硫代氨基甲酸(-3-磺丙基)酯；3-巯基-1-丙磺酸-(3-丙基硫)酯；3-氢硫基-1-丙烷磺酸盐；具有3-巯基-1-丙烷磺酸钾盐的碳酸-二硫代-o-乙酯-s-酯；双磺丙基二硫化物；3-(苯并噻唑基-s-硫代)丙磺酸钠盐；吡啶丙磺酸甜菜盐；1-钠-3-巯基丙烷-1-磺酸盐；n,n-二甲基-二硫代氨基甲酸-(3-磺乙基)酯；3-巯基-乙基丙磺酸(3-磺乙基)酯；3-巯基-乙磺酸钠盐；碳酸-二硫-o-乙酯-s-酯；吡啶乙磺酸甜菜盐；以及硫脲。在一些情形中，可使用这些加速剂的组合。在特定实施方案中，加速剂为3-氢硫基-1-丙烷磺酸盐(通常称为mps或3-巯基-1-丙烷磺酸钠盐)和/或硫脲(tu)。所选择的加速剂在一些情形中可包括磺酸成分和/或酯成分和/或硫醇基。在另一特定实施方案中，电解液中不存在加速剂。整平剂
[0045]
虽然不期望受任何理论或作用机制约束，但据信在一些情形中整平剂(单独或与其他浴添加剂组合)用作抑制剂，以抵抗与加速剂相关的去极化效应，尤其在衬底的暴露部分中，例如被处理的晶片的场区域中及特征的侧壁处。整平剂可局部增加衬底的极化/表面电阻，因而在整平剂存在的区域中减慢局部电沉积反应。整平剂的局部浓度在某程度上是由质传所决定。因此，整平剂主要作用在具有从表面突出的几何形状的表面结构上。该作用将电沉积层的表面“平滑化”。据信在许多情形中整平剂以等于或接近扩散受限速率的速率在衬底表面反应或被消耗，因此，连续供应整平剂通常有利于随着时间推移保持均匀的镀覆条件。
[0046]
整平剂化合物大体上是基于其电化学功能与影响而归类为整平剂，且不需要特定化学结构或配方。然而，整平剂通常含有一或多个氮、胺、亚酰胺或咪唑，且还可以含有硫官能基团。某些整平剂包含一或多个五元和六元环和/或共轭有机化合物衍生物。氮基团可形
成环结构的一部分。在含胺的整平剂中，胺可以是伯、仲或叔烷基胺。另外，胺可为芳基胺或杂环胺。示例性的胺包括，但不限于，二烷基胺、三烷基胺、芳烷基胺、三唑类、咪唑、三唑、四唑、苯并咪唑、苯并三唑、哌啶、吗啉、哌嗪、吡啶、噁唑、苯并噁唑、嘧啶、喹啉、以及异喹啉。在一些情形中咪唑及吡啶可能有用。整平剂的其他示例包括健那绿b(janus green b)与普鲁士蓝(prussian blue)。整平剂化合物还可包括乙氧基(ethoxide)基团。例如，整平剂可包括类似于在聚乙二醇或聚环氧乙烷中发现的通用主链，其带有官能性地插入链上的胺基片段(例如，janus green b)。示例性的环氧化物包括，但不限于，环氧卤丙烷(如环氧氯丙烷和环氧溴丙烷)以及聚环氧化物化合物。具有两或更多个环氧基团(其通过含醚的键连接在一起)的聚环氧化物化合物在一些情形中可能有用。一些整平剂化合物为聚合性的，而其他则不是。示例性的聚合整平剂化合物包括，但不限于，聚乙烯亚胺、聚酰胺基胺、及胺与各种氧环氧化物或硫化物的反应产物。非聚合整平剂的一示例为6-巯基-己醇。另一示例性整平剂为聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。
[0047]
示例性的整平剂可包括但不限于：烷基化的聚亚烷基亚胺；聚乙二醇；有机磺酸盐；4-巯基吡啶；2-巯基噻唑啉；乙烯硫脲；硫脲；1-(2-羟乙基)2-咪唑烷基硫酮；2-萘磺酸钠：丙烯酰胺；经取代的胺；咪唑；三唑；四唑；哌啶；吗啉；哌嗪；吡啶；噁唑；苯并噁唑；喹啉；异喹啉；香豆素；丁炔1:4二醇、及其衍生物。在一些情形中也可使用这些整平剂的组合。在一些实施方案中，电解液中不存在整平剂。润湿剂
[0048]
可以将润湿剂(有时称为表面活性剂)添加至电解液以促进衬底上的润湿行为，因而避免凹洞。在钴钨沉积背景下适合的润湿剂包括，但不限于：烷基苯氧基聚乙氧基乙醇；聚氧乙烯与聚乙二醇聚合物的化合物；以及聚氧乙烯与聚氧丙烯的嵌段和随机共聚物。在某些实施例中，润湿剂可以介于约1-10,000ppm之间(例如介于约100-1000ppm之间)的浓度存在。在一些实施方案中，整平剂的浓度至少约1ppm、或至少约100ppm。在这些或其他实施方案中，整平剂的浓度可约5000ppm或更少、例如约1000ppm或更少。增亮剂
[0049]
也可将增亮剂添加至电解液以实现高镀覆速率、及高质量的具有最佳光泽的平滑/光亮膜。在钴钨沉积背景下适合的增亮剂包括，但不限于：3-氢硫基-1-丙烷磺酸盐(mps，也称为3-巯基-1-丙磺酸钠盐)；2-巯基-乙烷磺酸钠盐；二硫二丙烷磺酸盐；n,n-二甲基二硫代胺甲酸酯钠盐；(o-乙基二硫代碳酸)-s-(3-丙基硫)-酯钾盐；3-[(氨基-亚氨甲基)-硫]-1-丙磺酸钠盐；酚酞；内酯：内酰胺；环硫酸酯；环酰亚胺；环噁唑烷酮；不对称的炔磺酸；(n-取代的吡啶)-烷基磺酸甜菜碱；氨基聚芳基甲烷；吡啶衍生物；喹啉衍生物；及磺化芳基醛。在某些实施方案中，增亮剂可以以介于约1ppb至1g/l之间、或介于约10ppb-100ppm之间的浓度存在于电解液中。在一些实施方案中，增亮剂以至少约1ppb(例如至少约10ppb)的浓度存在。在这些或其他情形中，增亮剂可以具有约100ppm或更少(例如约10ppm或更少)的浓度。以含钨金属膜填充特征
[0050]
衬底可包含多个特征。如本文所使用的“特征”可指衬底的非平面结构，通常是在半导体设备制造操作中被修饰的表面。特征(其也可称为“负特征”或“凹入特征”)的示例包括沟槽、孔、接触孔、通孔、间隙、凹入区域及其类似物。这些术语在本发明中可互换使用。特
征的一示例为半导体衬底或衬底上的层中的孔或通孔。另一示例为衬底或层中的沟槽。特征通常具有深宽比(深度比上横向尺寸)。特征被表征为狭窄和/或凹陷开口、特征内收缩部、以及高深宽比中的一或多者。
[0051]
本公开内容中的凹入特征可具有小的横向尺寸(例如，宽度)及高的深宽比。在一些实施方案中，凹入特征的直径或宽度等于或小于约100nm、等于或小于约50nm、等于或小于约40nm、等于或小于约30nm、等于或小于约20nm、或等于或小于约10nm。例如，凹入特征可具有介于约5-100nm之间或介于约10-50nm之间的直径或宽度。在这些或其他情形中，凹入特征可具有等于或大于约20nm、等于或大于约30nm、或等于或大于约50nm的深度。例如，凹入特征可具有介于约30-200nm之间或介于约50-400nm之间的深度。凹入特征的深宽比可测量为特征的深度除以特征在其开口附近的宽度。在一些实施方案中，凹入特征具有至少约4:1、至少约6:1、至少约10:1、至少约15:1、至少约20:1、至少约25:1或更高的深宽比。
[0052]
在多种实施方案中，特征可具有底层，例如阻挡层或粘附层。底层的非限制示例包括介电层和导电层，例如，氧化硅、氮化硅、碳化硅、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物及金属层。在某些实施方案中，底层可以是氮化钛(tin)、钛(ti)、氮化钽(tan)、钽(ta)、氮化钨(wn)、铝化钛(tial)或氧化钛(tio
x
)。
[0053]
衬底的特征可以是多种类型。在一些实施方案中，特征可以具有笔直侧壁、正倾斜侧壁或负倾斜侧壁。在一些实施例中，特征可具有侧壁形貌或侧壁粗糙度，其可因用于形成特征的蚀刻工艺而发生。在一些实施方案中，特征可具有在特征顶部大于在底部的特征开口，或者特征可具有在特征底部大于在顶部的特征开口。在一些实施方案中，特征可用材料部分填充或具有一或更多底层。特征的间隙填充(如前述实施方案中的任一者)可取决于特征类型及轮廓。
[0054]
随着凹入特征的深宽比增加，cvd气相反应的质传限制可能会导致“面包条(bread-loafing)”沉积效应，其呈现顶部表面有较厚沉积，而凹入表面有较薄沉积，这导致特征开口的顶部在特征可被完全填充之前闭合。因此，凹入特征中钨的cvd在高深宽比特征中可能有其局限性。另外，相比于其他金属，通过cvd沉积的钨在电阻率方面可能有其局限性。
[0055]
可通过在适当电沉积条件下掺入钴与镍中的一或两者，实现含钨金属膜在衬底的凹入特征中的电沉积。不受限于任何理论，掺入钴与镍中的一或两者可有效地促进钨离子还原成钨金属，并且抑制氧化钨的形成。然而，除其他电沉积条件外尤其可控制电解液中钨比钴和/或镍的浓度比，以限制氧化钨的形成。
[0056]
图2示出了根据一些实施方案在半导体衬底的凹入特征中电镀含钨金属膜的示例性工艺的流程图。图2所示的工艺200的操作可包括额外、较少或不同的操作。图2所示的工艺200的操作可通过图11-13中所述的任一装置来执行。
[0057]
在工艺200的框205处，将半导体衬底提供至电镀装置。该半导体衬底具有至少一个凹入特征，且至少在该至少一个凹入特征的侧壁上包括暴露的导电晶种层。在一些实施方案中，该至少一个凹入特征具有小的横向尺寸，其中该至少一个凹入特征的宽度等于或小于约40nm、或者等于或小于约20nm。在一些实施方案中，该至少一个凹入特征具有高的深宽比，其中深度比宽度的深宽比为至少约5:1、至少约10:1或至少约20:1。该至少一个凹入特征可穿过半导体衬底中的一或更多个层(例如一或更多个介电层)而形成。在一些实施方
案中，该至少一个凹入特征可用作中段(mol)半导体制造工艺中的通孔或接触孔。在一些mol半导体制造工艺中，可在finfet或晶体管结构上图案化一或更多个接触孔。
[0058]
暴露的导电晶种层可沉积在至少一个凹入特征的至少侧壁上。在一些实施方案中，暴露的导电晶种层沉积在至少一个凹入特征的至少侧壁和底表面上。在一些实施方案中，暴露的导电晶种层可形成于半导体衬底的衬底和/或阻挡层上。暴露的导电晶种层可相对地薄。在一些实施方案中，暴露的导电晶种层具有介于约之间(例如介于约之间、或介于约之间)的厚度。在一些实施方案中，暴露的导电晶种层为钴晶种层。暴露的导电晶种层通常通过物理气相沉积、原子层沉积或化学气相沉积来沉积。在一些实施方案中，对暴露的导电晶种层进行预处理以去除氧化物或其他杂质。
[0059]
在工艺200的框210处，使半导体衬底与电镀装置中的电镀溶液接触。如本文所使用的，电镀溶液也可称为电解液、镀覆溶液、镀浴或电镀水溶液。电镀溶液包括钨源及除了钨源以外的金属源，其中金属选自由钴、镍及其组合所组成的群组。在一些实施方案中，金属为钴。
[0060]
在一些实施方案中，钨源为包含钨-氧键的钨酸盐化合物或钨盐。例如，钨源包括但不限于：钨酸钠二水合物(na2wo4·
2h2o)、钨酸钙(cawo4)、钨酸钾(k2wo4)、硼钨酸盐、磷钨酸盐、氟钨酸盐、其他钨酸金属盐或多钨酸金属盐。钨盐可溶于水性镀浴中。在一些实施方案中，金属源包括钴源，其中钴源可以是钴盐，例如氯化钴(cocl2)或硫酸钴(coso4)。除了钴源外或替代钴源，金属源还包括镍源，其中镍源可以是镍盐，例如氯化镍(nicl2)或硫酸镍(niso4)。
[0061]
相比于化合物，电镀溶液中的钨离子浓度可能相对地小。应理解的是，在水溶液中术语“钨浓度”和“钨离子浓度”的使用可互换使用。在一些实施方案中，电镀溶液中的钨浓度等于或小于约30g/l、等于或小于约8g/l、等于或小于约4g/l、或等于或小于约2g/l。例如，电镀溶液中的钨浓度可介于约0.01-30g/l之间、0.05-8g/l、或介于约0.1g/l-4g/l之间。在一些实施方案中，钨源包含钨-氧键，且电镀溶液中的钨浓度等于或小于约4g/l。
[0062]
可以将来自钴盐的钴离子和/或来自镍盐的镍离子添加至电镀溶液中。应理解的是，在水溶液中术语“钴浓度”和“钴离子浓度”的使用可互换使用。在一些实施方案中，电镀溶液中的钴浓度等于或小于约30g/l、等于或小于约20g/l、等于或小于约10g/l、或等于或小于约5g/l。例如，电镀溶液中的钴浓度介于约0.5-30g/l之间、介于约1-20g/l之间、或介于约2-10g/l之间。额外地或替代地，电镀溶液中的镍浓度等于或小于约30g/l、等于或小于约20g/l、等于或小于约10g/l、或等于或小于约5g/l。例如，镍离子浓度介于约0.5-30g/l之间、介于约1-20g/l之间、或介于约2-10g/l之间。
[0063]
可控制电镀溶液的ph，以促进含钨金属膜的电沉积。电镀溶液可以为酸性或至少为弱酸性。不受限于任何理论，电镀溶液的酸性本质可有助于促进氧化物溶解，使得氧化物一般不存在于半导体衬底的表面上。在一些实施方案中，电镀溶液包括酸，其中ph小于约6、介于约0.5-6之间、介于约1-6之间、介于约2-6之间或介于约2-4之间。
[0064]
在一些实施方案中，电镀溶液包括酸，例如硼酸。不受限于任何理论，硼酸的存在可有助于防止氢氧化物(例如氢氧化钴)的沉积。电镀溶液的导电率一般不受硼酸浓度的影响。换言之，0g/l硼酸下的电镀溶液的导电率与30g/l硼酸下基本上相同。硼酸可与水分子
相互作用以形成四羟基硼酸盐，其在水溶液中产生微酸性。在一些实施方案中，电镀溶液中的硼酸浓度介于约0-40g/l之间、介于约1-35g/l之间、介于约2-30g/l之间、或介于约5-25g/l之间。酸的浓度反映整个酸分子的浓度，而非仅是氢阳离子的质量。
[0065]
其他酸也可存在于电镀溶液中，包括但不限于硫酸、甲磺酸及盐酸。硫酸的浓度可能影响电镀溶液的导电率。随着硫酸浓度增加，电镀溶液的导电率增加。较低导电率的电镀溶液可有助于减轻终端效应所引起的整个晶片的均匀性问题。在一些实施方案中，盐酸可存在于电镀溶液中，其可在溶液中提供氯离子。
[0066]
电镀溶液可包括卤离子，例如氯离子、溴离子或其组合。卤离子可以作为桥以帮助某些有机添加剂(例如抑制剂)的吸附。在一些实施方案中，卤离子的浓度可以介于约1-200ppm之间、介于约2-150ppm之间或介于约5-100ppm之间。应当理解，在一些实施方案中，电镀溶液中不存在卤离子(即，约0ppm)。
[0067]
电镀溶液可包括一或更多络合剂。络合剂为结合至溶液中钴离子和/或钨离子的添加剂，因而增加了电镀表面上的极化程度。在一些实施方案中，络合剂的浓度可介于约0.1-30g/l之间、介于约0.5-20g/l之间、或介于约1-15g/l之间。应理解的是，在一些实施方案中，络合剂不存在于电镀溶液中(即，约0g/l)。示例性络合剂包括但不限于乙二胺四乙酸(edta)、次氮基三乙酸(nta)、苯并三唑、冠醚及其组合。
[0068]
电镀溶液可包括一或更多种有机添加剂。有机添加剂的存在对于实现所期望的金属化、膜均匀性、缺陷控制及填充性能可能是重要的。如前所讨论的，有机添加剂可促进自下而上的填充。在一些实施方案中，电镀溶液包括抑制剂。在一些实施方案中，该一或更多种有机添加剂的浓度可介于约1-500ppm之间、介于约2-300ppm之间、或介于约5-200ppm之间，其中该一或更多种有机添加剂可以包括至少一种抑制剂或至少一种抑制剂与整平剂。其他有机添加剂可以包括但不限于增亮剂、润湿剂及表面活性剂。
[0069]
表1列出了与钴钨电沉积相关的电镀溶液的示例性配方。表2列出了与钴镍钨电沉积相关的电镀溶液的示例性配方。表1物质浓度钴盐0.5
–
30g/l钨酸盐化合物0.01
–
30g/l氯、溴离子0
–
200ppm有机添加剂0
–
500ppm络合剂0
–
30g/l硼酸0
–
40g/l表2
[0070]
在工艺200的框215处，在电镀装置中对半导体衬底进行阴极偏置，以电镀含钨金属膜，并用含钨膜来电化学填充至少一个凹入特征。含钨金属膜包括选自由钴、镍及其组合所组成的群组的金属，其中含钨金属膜中的钨含量介于约1-20原子％之间。当半导体衬底浸入或接触电镀溶液时，对半导体衬底进行阴极偏置，以电镀含钨金属膜。导电晶种层接触电镀溶液，并对半导体衬底进行阴极偏置，使得金属离子被电化学还原以形成金属，从而使含钨金属膜形成在导电晶种层上。
[0071]
用于电镀含钨金属膜的波形可影响自下而上的镀覆机制。因此，波形特征可助于促进高质量电镀结果，其中波形特征可助于促进含钨金属膜的无接缝的自下而上填充。在电镀期间将电流和/或电压施加至半导体衬底的方式会影响电镀的质量。电流可通过电源(例如dc电源)施加至半导体衬底。在一些实施方案中，电流密度可等于或小于约12ma/cm2、等于或小于约8ma/cm2、或等于或小于约4ma/cm2。例如，电流密度可以介于约0.25-12ma/cm2之间、介于约0.5-8ma/cm2之间、或介于约1-4ma/cm2之间。填充该至少一个凹入特征时的电流密度可小于沉积覆盖层(overburden)时的电流密度。
[0072]
在一些实施方案中，可对施加至半导体衬底的波形进行恒电流(galvanostatically)控制。当半导体衬底浸入电镀溶液中时，恒电流控制将恒定电流传送至半导体衬底。在一些实施方案中，可对施加至半导体衬底的波形进行动电流(galvanodynamic)控制。动电流控制在电填充期间传送上升或下降的电流。例如，电流可根据电镀是在早期或是在后期而上升或下降。当半导体衬底浸入电镀溶液中时，恒电位(potentiostatic)控制施加恒定电位至半导体衬底。动电位(potentiodynamic)控制在电填充期间提供上升或下降的电位。
[0073]
电镀装置可将电镀溶液的温度保持在一定温度下。在一些实施方案中，电镀溶液的温度介于约15-90℃之间、介于约25-80℃之间、或介于约25-75℃之间。
[0074]
该至少一个凹入特征用含钨金属膜电化学填充。如本文所使用的，电化学“填充”是指该至少一个凹入特征的部分填充或完全填充状态。电化学反应于半导体衬底表面处发生，因而导致金属在导电晶种层上的整体电镀，其中金属包括钴钨、镍钨或钴镍钨。该至少
一个凹入特征可通过自下而上的填充机制被电化学填充。在一些实施方案中，该至少一个凹入特征通过无接缝自下而上的填充机制被电化学填充。随后可沉积覆盖层，其中覆盖层可包括在半导体衬底的场区中的电镀的含钨金属膜。在一些实施方案中，覆盖层以更高的电流密度沉积。例如，覆盖层可以介于约3-15ma/cm2之间的电流密度来沉积。
[0075]
多种技术可用于抵抗电镀期间的厚度变化。这可能部分是由于终端效应所引起，其中因导电晶种层(例如，钴晶种层)的相对高电阻，因而衬底边缘附近可比衬底中心处更快地发生镀覆。解决终端效应的一些技术包括但不限于使用双阴极、三级阴极和/或高电阻虚拟阳极(hrva)。hrva有时称为通道抗离子板(cirp)。额外地或可替代地，可使用低导电率的电镀溶液来抵抗在电镀期间出现的厚度变化。较低的导电率可以与电镀溶液中较低的钴、钨和/或镍浓度相关。此外，电镀溶液中较低浓度的酸/碱成分(例如硫酸)可实现较低导电率。
[0076]
用于促进均匀电镀的技术包括与衬底到电解液的进入过程相关的技术。衬底进入一般分为三大类：冷、热和恒电位。在冷进入中，半导体衬底进行阴极偏置和半导体衬底的镀覆被延迟直到衬底完全进入电解液为止。在热进入中，半导体衬底进行阴极偏置发生于衬底进入电解液之前或期间。电流密度通常在进入开始时就较大，并随时间推移变小。在恒电位进入中，半导体衬底与未携带电流的参考电极间的电位保持在固定值。在恒电位进入期间，电流可随着半导体衬底的润湿面积增加而近似线性地增加。可选择适当的衬底到电解液的进入过程以减少终端效应。
[0077]
含钨金属膜中的钨含量可相对地受到限制，其中含钨金属膜中的钨含量介于约1-20原子％之间。在一些实施方案中，含钨金属膜中的钨含量等于或小于约20原子％、等于或小于约15原子％、等于或小于约12原子％、或等于或小于约10原子％。例如，含钨金属膜中的钨含量介于约1-20原子％之间、介于约1-15原子％之间、介于约2-15原子％之间、介于约2-12原子％之间、或介于约3-12原子％之间。
[0078]
在一些实施方案中，含钨金属膜的剩余部分可为选自由钴、镍及其组合所组成的群组的金属。换言之，含钨金属膜为钴钨合金、镍钨合金或钴镍钨合金。含钨金属膜中金属的含量可显著大于或至少大于钨的含量。例如，含钨金属膜中的钴含量可以介于约50-99原子％之间、介于约60-99原子％之间、介于约75-98原子％之间、介于约80-98原子％之间、或介于约85-98原子％之间。因此，含钨金属膜中金属的含量可为钨含量的至少两倍、至少三倍或至少四倍。不受限于任何理论，含钨金属膜中过量的钨含量会不希望地导致电镀期间有氧化物的形成。
[0079]
含钨金属膜可含有可接受量的其他元素，例如氢、氧、碳及其他杂质。例如，含钨金属膜中的其他杂质可介于0.5-5原子％之间。不受限于任何理论，含钨金属膜中的钴、镍或钴-镍含量的基本上较大的原子百分比可抑制电镀期间氧化钨的形成。含钨金属膜可基本上不含氧化物。如本文所使用的，“基本上不含氧化物”可以指含钨金属膜中氧化物浓度等于或小于约1原子％的值。
[0080]
含钨金属膜的电阻率可小于纯钨。在一些实施方案中，含钨金属膜的薄层电阻可等于或小于约100微欧姆/cm2、等于或小于约75微欧姆/cm2、或等于或小于约50微欧姆/cm2。
[0081]
相比于纯钴，例如钴钨之类的含钨金属膜可具有用于大晶粒生长的较高温度阈值、较高熔融温度、较高电阻率以及较高抗腐蚀性。可存在电镀钴钨的使用情形，而非纯钴。
退火后电镀钴可具有相对大的晶粒，而退火后电镀钴钨可具有相对较小的晶粒。这呈现于例如图9中所反映的数据中。在一些实施方案中，退火后含钨金属膜的平均晶粒尺寸介于约20-100nm之间、介于约25-75nm之间、或介于约30-50nm之间。
[0082]
在一些实施方案中，工艺200进一步包括对电镀的含钨金属膜进行退火。电镀的含钨金属膜可经过电填充后退火工艺。在一些实施方案中，电镀的含钨膜可在大于约100℃、大于约200℃或大于约300℃的温度下进行退火一定时间段。不受限于任何理论，电填充后退火工艺可导致生长并稳定电镀的含钨金属膜中的晶粒结构。在一些实施方案中，工艺200进一步包括使电镀的含钨金属膜平坦化，以使含钨金属膜平坦化并去除任何过量的含钨金属膜。
[0083]
图3a-3c示出了根据一些实施方案在半导体衬底的凹入特征中电镀含钨金属膜的示例性工艺的示意图。
[0084]
图3a示出了在凹入特征中电沉积含钨金属膜前的示例性特征的剖面示意图。在此示例中，凹入特征350形成于半导体衬底351的介电层380中。凹入特征350在半导体衬底351的顶表面355上具有开口375。凹入特征350包括沿着凹入特征350的侧壁及底表面形成的衬里层353。例如，衬里层353包括钛或氮化钛。此外，导电晶种层354形成于凹入特征350的侧壁和底表面上，其中导电晶种层354形成于衬里层353上。例如，导电晶种层354包括钴。
[0085]
图3b示出了在图3a的凹入特征中电沉积含钨金属膜后的示例性特征的剖面示意图。含钨金属膜330可通过在凹入特征350中电镀来沉积，直到凹入特征350被填充或至少基本上被填充。在一些实施方案中，含钨金属膜330可沉积在凹入特征350中，直到至少特征角处(半导体衬底351从平面区域过渡到凹入特征350的位点)覆盖有含钨金属膜330。含钨金属膜330可以电镀在导电晶种层354上。在一些实施方案中，含钨金属膜330包括钴、镍或其组合，其中含钨金属膜330中的钴、镍或钴-镍含量显著大于含钨金属膜330中的钨含量。含钨金属膜330中的钨含量可等于或小于约20原子％、等于或小于约15原子％、等于或小于约12原子％、或等于或小于约10原子％。
[0086]
图3c示出了在图3b的含钨金属膜330上沉积覆盖层后的示例性特征的剖面示意图。覆盖层340可沉积在半导体衬底351的顶表面355上方及含钨金属膜330上方。覆盖层340可包括钨。在一些实施方案中，覆盖层340可进一步包含钴、镍或其组合。覆盖层340可随后通过例如化学机械平坦化(cmp)之类的平坦化工艺来去除或使其平坦化。
[0087]
图4示出了根据一些实施方案电镀含钨金属膜的示例性工艺的流程图，其包括预镀和后镀操作。这样的预镀操作和/或后镀操作可结合图2所示用于电镀含钨金属膜的工艺200来执行。图4所示的工艺400的操作可包括额外、更少或不同的操作。图4中所示的工艺400的一或更多操作可通过图11-13所述的任一装置来执行。
[0088]
在工艺400的框405处，将导电晶种层沉积在衬底上。导电晶种层可通过任何合适的沉积技术来沉积，例如通过pvd、ald或cvd来沉积。在一些实施方案中，导电晶种层包括钴。在一些实施方案中，导电晶种层的厚度介于约之间，例如介于约之间、或介于约之间。导电晶种层可沉积在衬底的一或更多个凹入特征中。
[0089]
在许多情形中，导电晶种层被氧化，其会有害地影响随后的电镀工艺及结果。这种氧化可能是由于导电晶种层与衬底暴露于大气中所存在的氧或水蒸气之间的反应所引起。
导电晶种层可以在电镀之前进行处理，以减少表面氧化物并去除其他杂质。
[0090]
在工艺400的框410处，将衬底暴露于还原处理，以还原导电晶种层上的氧化物。在一些实施方案中，使用还原性气体物质，将衬底暴露于远程等离子体处理工艺。例如，还原性气体物质可包括基于氢的气体，例如氢(h2)和氨(nh3)。远程等离子体源可产生还原性气体物质的自由基，其中衬底暴露于还原性气体物质的自由基，使得金属氧化物被还原为纯金属。在一些实施方案中，衬底被暴露于使用还原性气体物质的退火处理工艺。例如，还原性气体物质可流向衬底，其中室保持在升温下。在一些实施方案中，发生退火的室可保持在约75-400℃之间。还原性气体物质的示例包括但不限于h2、nh3、一氧化碳(co)、乙硼烷(b2h6)、亚硫酸盐化合物、碳和/或烃、亚磷酸盐和肼(n2h4)。退火处理工艺使衬底暴露于热形成气体退火，以将金属氧化物还原为金属。在衬底暴露于还原处理之后，衬底可被转移至电镀装置或室中，以使衬底与电镀溶液接触。
[0091]
在工艺400的框415处，将含钨金属膜电镀在导电晶种层上。含钨金属膜可如上图2的工艺200中所述进行电镀。衬底可浸入含有钨酸盐化合物的电镀溶液中，并进行阴极偏置。除了钨酸盐化合物之外，电镀溶液还含有钴盐和/或镍盐。含钨金属膜被电镀于衬底的该一或更多个凹入特征中。含钨金属膜可包括相对低浓度的钨和相对高浓度的钴、镍或其组合。在一些实施方案中，含钨金属膜的钨含量介于约1-20原子％之间、介于约1-15原子％之间、介于约2-15原子％之间、介于约2-12原子％之间、或介于约3-12％之间。在一些实施方案中，含钨金属膜是具有介于约1-15原子％之间的钨含量的钴钨。含钨金属膜可基本上不含氧化物。含钨金属膜可在电镀条件下电镀，以促进基本上不含氧化物的含钨金属膜的形成，其中电镀条件可控制ph、电流密度、钨浓度及其他参数。含钨金属膜可沉积于衬底的一或更多个凹入特征中，以电化学地填充该一或更多个凹入特征。
[0092]
在工艺400的框420处，对含钨金属膜进行退火。退火后，电镀的含钨金属膜的平均晶粒尺寸可相对小于退火后电镀的钴金属膜的晶粒尺寸。在一些实施方案中，含钨金属膜的平均晶粒尺寸可介于约20-100nm之间、介于约25-75nm之间、或介于约30-50nm之间。数据
[0093]
图5示出了半导体衬底的图像，其中已经在电解液中使用不同钨量及不同电流密度将钴钨膜沉积于所述半导体衬底上。钴钨膜沉积于具有凹入特征的半导体衬底上。电流密度伴随着电解液中钨浓度的增加而增加。电解液中的钴浓度保持恒定在3g/l。随着电流密度增加并伴随着钨浓度增加，半导体衬底的外部区域呈现较暗颜色。据信，呈现较暗颜色的外部区域表示无镀覆金属的区域，且表示存在不希望有的氧化物。具有一定钨浓度和较高电流密度，镀钴钨膜显得较差，并导致更多氧化物形成。具有较高电流密度和较高钨浓度，镀钴钨膜显得更差，并导致更多氧化物形成。然而，低电流密度(2ma/cm2)甚至可忍受高浓度的钨(例如3g/l)。
[0094]
图6示出了测量具有钴钨的半导体衬底的薄层电阻与钨浓度的函数关系曲线图，其中示出了具有和没有热退火下的不同图。钴钨以电解液中的下述浓度镀覆在半导体衬底上：(i)3g/l co及0g/l w，(ii)3g/l co及0.2g/l w，以及(iii)3g/l co及3g/lw。电镀以2ma/cm2的电流密度来执行。测量每一半导体衬底的薄层电阻(rs)。钨掺入钴膜可通过薄层电阻的增加来检测。对进行电填充后退火处理及未进行电填充后退火处理的半导体衬底进
行薄层电阻测量，以说明因氧化物存在而引起的薄层电阻变化。如图6所指示的，无论半导体衬底是否已经过电填充后退火处理，薄层电阻均随着电解液中添加钨酸盐化合物而急剧增加。这表示即使在热循环后也存在钴钨。
[0095]
图7示出电解液中不同钨量的钴及钨的x射线光电子能谱(xps)曲线。钴钨以电解液的下述浓度镀在半导体衬底上：(i)3g/l co及0g/l w，(ii)3g/l co及0.2g/l w，以及(iii)3g/l co及3g/l w。电镀以2ma/cm2的电流密度来执行。获得每一上述样品的xps数据，并将其与钴、氧化钴、钨及氧化钨的公开数据的xps曲线进行比较。如此一来，可确定样品的元素组成。观察到的唯一信号为金属钴和金属钨的信号，且未观察到氧化钴和氧化钨的存在。图7中的数据证实电解液产生金属钴钨膜，且调节金属钴钨膜中的钨的原子百分比含量是有可能的。如xps曲线及下表3所示，增加电解液中的钨的浓度会产生钨含量增加的金属钴钨膜。表3样品co(原子％)w(原子％)c(原子％)3g/l co,0g/l w98.201.83g/l co,0.2g/l w94.24.01.83g/l co,3g/l w86.611.71.7
[0096]
图8示出了测量具有钴钨的半导体衬底的薄层电阻与钨浓度的函数关系曲线图。基于表3中的样品，测量钨含量为0原子％、4.0原子％及11.7原子％的钴钨膜的薄层电阻。薄层电阻随钨含量的增加而增加。
[0097]
图9示出了不同钨原子百分比的具有及没有退火下的电镀钴钨膜的晶粒结构sem图像。在没有钨的钴膜中观察到大晶粒，而在钨浓度增加的钴钨膜中观察到较小晶粒。在没有钨的情况下，退火后的平均晶粒尺寸可能会非期望地大。在有钨的情况下，退火后的平均晶粒尺寸会是可接受地小的。
[0098]
图10示出了用钴以及用钴钨合金填充的凹入特征的sem图像。凹入特征填充有不具有钨的钴膜和具有4原子％的钨的钴钨膜(电解液中0.2g/l w)。如图10所示，使用钴钨的特征填充可以与使用钴的特征填充一样有效或几乎一样有效地完成。电镀装置
[0099]
本文所述的方法可通过任何合适的装置来执行。合适的装置包括用于完成工艺操作的硬件及具有根据本实施方案来控制工艺操作的指令的系统控制器。例如，在一些实施方案中，硬件可包括工艺工具中所包含的一或更多处理站。
[0100]
图11示出了一种用于执行所公开方法的示例装置。该装置包括在其中处理衬底(例如晶片)的一个或多个电镀槽。为保持清晰，图11仅示出了一个电镀槽。为了优化自下而上的电镀，可以如本文所述将添加剂(例如，加速剂和/或抑制剂)加入到电解液中；然而，具有添加剂的电解液会与阳极以不期望的方式发生反应。因此，电镀槽的阳极区和阴极区有时通过膜分离，使得可以在每个区域中使用不同组成的电镀溶液。在阴极区域内的镀覆液被称为阴极电解液；而在阳极区内的镀覆液被称为阳极电解液。可以使用多个工程设计以将阳极电解液和阴极电解液引入电镀装置。
[0101]
参考图11，示出了根据一实施方案的电镀装置1101的示意性剖面图。电镀装置1101包括电镀室或镀浴1103，其配置成容纳电镀溶液。镀浴1103含有电镀溶液(具有本文所
述的组成)，其以液面1155示出。此容器的阴极电解液部分适于将衬底接收于阴极电解液中。电镀装置1101可进一步包括衬底保持器或“蛤壳式(clamshell)”保持夹具1109，其配置成将半导体衬底或晶片1107固持于电镀溶液中。将晶片1107浸入电镀溶液中，并且由例如安装于可旋转转轴1111上的“蛤壳式”保持夹具1109保持，其使得“蛤壳式”保持夹具1109能与晶片1107一起旋转。在美国专利no.6,156,167(授予patton等人)及美国专利no.6,800,187(授予reid等人)中，详细地描述了具有适合与本发明一起使用的方面的蛤壳式镀覆装置的概括说明，其全文通过引用并入此处以用于全部目的。
[0102]
阳极1113在镀浴1103内被布置在晶片1107下方，并通过膜1165(例如离子选择性膜)与晶片区分隔开。例如，可使用nafiont《阳离子交换膜(cem)。阳极膜下面的区域通常被称为“阳极室”。离子选择性阳极膜1165使得在电镀槽的阳极区和阴极区之间能离子连通，同时防止在阳极处产生的颗粒进入晶片1107附近位置并污染晶片1107。在电镀过程中重新分配电流流量并由此改善电镀均匀性方面，阳极膜1165也是有用的。在授权给reid等人的美国专利no.6,126,798和no.6,569,299中提供了合适的阳极膜的详细描述，两者的全部内容都通过引用并入本发明并用于所有目的。例如阳离子交换膜之类的离子交换膜是特别适合于这些应用的。这些膜通常是由离聚物材料制成的，离聚物材料如含有磺酸基的全氟化共聚物(如nafiont《)、磺化聚酰亚胺类、和本领域技术人员公知的适合于阳离子交换的其它材料。选择的合适的nafiont《膜的实例包括可得自dupont de nemours co.的n324和n424膜。
[0103]
在镀覆过程中，电镀溶液中的离子被沉积在晶片1107上。金属离子必须扩散通过扩散边界层并进入凹陷特征(如果存在)。协助扩散的一种典型的方式是通过由泵1117提供的电镀溶液的对流流动。另外，可以使用振动搅动或声波搅动构件，也可使用晶片旋转。例如，振动换能器1108可以被附接到晶片卡盘1109
[0104]
电镀溶液经由泵1117连续被提供到镀浴1103。通常，该电镀溶液向上流动穿过阳极膜1165和扩散板1119至晶片1107的中心，然后沿径向向外并跨过晶片1107。电镀溶液也可以从镀浴1103的侧面被提供至该镀浴1103的阳极区域。电镀溶液然后溢出镀浴1103到溢流储液器1121中。电镀溶液然后被过滤(未示出)并且返回到泵1117，从而完成电镀溶液的再循环。在电镀槽的某些配置中，不同的电解液通过其中包含阳极的电镀槽的部分循环，同时谨慎地使用渗透膜或离子选择性膜防止与主要的电镀溶液混合。
[0105]
参考电极1131在单独的室1133中位于镀浴1103的外部，该室通过从主镀浴1103溢流而被补充。替代地，在一些实现方案中，参考电极1131尽可能靠近晶片表面定位，并且参考电极室经由毛细管或通过其它方法连接到晶片衬底的侧面或在晶片衬底的正下方。在一些实现方案中，该电镀装置1101还包括接触感测引线，该接触感测引线连接到该晶片周缘并被构造为感测在晶片1107周缘的金属晶种层的电位，但不携带任何电流到晶片1107。
[0106]
可采用参考电极1131以促进受控电位下的电镀。参考电极1131可以是各种常用类型中的一者，例如汞/硫酸汞、氯化银、饱和甘汞或铜金属。除了参考电极1131外，与晶片1107直接接触的接触感测引线可用于一些实施方案中，以用于更精确的电位测量(未示出)。
[0107]
在一些实施方案中，电镀装置1101进一步包括电源1135。电源1135可以被用于控制流动至晶片1107的电流。电源1135具有通过一个或多个滑环、电刷和触点(未示出)电连
接到晶片1107的负输出引线1139。电源1135的正输出引线1141电连接到位于镀浴1103中的阳极1113。电源1135、参考电极1131和接触感测引线(未示出)可以被连接到系统控制器1147，从而使得尤其是能够调节提供给电镀槽的元件的电流和电位。例如，控制器1147可以允许在电位受控和电流受控的状态下电镀。该控制器1147可以包括程序指令，该程序指令指定需要被施加到电镀槽的各种元件的电流和电压电平以及需要改变这些电平的时间。当施加正向电流时，电源1135向晶片1107施加偏置以使其相对于阳极1113具有负电位。这导致电流从阳极1113流动至晶片1107，且电化学还原反应发生在晶片表面(阴极)上，从而导致在晶片1107的表面上的含钨金属膜的沉积。在一些实施方案中，含钨金属膜为钴钨膜。惰性阳极1114可安装在镀浴1103内的晶片1107下方，并借助膜1165与晶片区域隔开。
[0108]
该电镀装置1101还可以包括用于将电镀溶液的温度保持在特定水平的加热器1145。电镀溶液可用于将热传递到镀浴1103中的其它元件。例如，当晶片1107被装入到镀浴1103中时，加热器1145和泵1117可以接通，以使电镀溶液通过电镀装置1101循环，直到在整个装置1101中的温度变得大致均匀为止。在一实现方案中，加热器1145连接到系统控制器1147。系统控制器1147可以被连接到热电偶以接收在电镀装置1101内的电镀溶液温度的反馈并确定对于额外的加热的需求。
[0109]
控制器1147通常会包括一个或多个存储器设备和一个或多个处理器。该处理器可以包括cpu或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进电机控制器板等等。在某些实施方案中，控制器1147控制电镀装置1101和/或预湿室的所有活动，该预湿室用于电镀开始之前润湿衬底的表面。控制器1147还可以控制用于沉积导电晶种层的装置的所有活动，以及涉及在相关装置之间传送衬底的所有活动。
[0110]
例如，控制器1147可包括用于根据上述或所附权利要求中的任何方法来沉积导电晶种层、将导电晶种层转移至预处理室、执行预处理、以及电镀的指令。含有用于根据本发明控制工艺操作的指令的非瞬时机器可读介质可耦合至控制器1147。
[0111]
通常会存在与控制器1147相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏幕、装置和/或工艺条件的图形软件显示器和用户输入设备，诸如指针设备、键盘、触摸屏、麦克风等。
[0112]
用于控制电镀工艺的计算机程序代码可以用任何常规的计算机可读编程语言写入，该计算机可读编程语言例如，汇编语言、c、c 、pascal、fortran或其他。编译后的目标代码或脚本由处理器执行以执行在程序中识别的任务。
[0113]
在一些实施方案中，电镀装置1101包括配置有用于执行以下操作的程序指令的控制器1147：使半导体衬底与电镀溶液接触，其中半导体衬底具有多个凹入特征，且其中电镀溶液包括钨源及选自由钴、镍及其组合所组成的群组的金属源，并对半导体衬底进行阴极偏置，以电镀含钨金属膜并用含钨金属膜电化学填充该多个凹入特征，其中含钨金属膜中的钨含量介于约1-20原子％之间。在一些实施方案中，用于对半导体衬底执行阴极偏置以电镀含钨金属膜的程序指令包括用于提供介于约0.25-12ma/cm2的电流密度的程序指令。
[0114]
图12示出了可用于实施本发明的实施方案的示例多工具装置。电沉积装置1200可以包括三个独立的电镀模块1202、1204和1206。此外，三个独立的模块1212、1214和1216可以被配置用于各种处理操作。例如，在一些实施方案中，模块1212、1214和1216中的一个或多个可以是旋转漂洗干燥(srd)模块。在这些或其它实施方案中，模块1212、1214和1216中
的一个或多个可以是后电填充模块(pem)，每个被配置成在衬底已经通过电镀模块1202、1204和1206中的一个处理后，对衬底执行操作，诸如倒角边缘去除、背面蚀刻和酸清洁。此外，模块1212、1214和1216中的一个或多个可以被配置作为预处理室。预处理室可以是远程等离子体室或如本文所述的退火室。可替代地，预处理室可以被包括在该装置的另一部分，或在不同的装置中。
[0115]
电沉积装置1200包括中央电沉积室1224。中央电沉积室1224是保存用作电镀模块1202、1204和1206中的电镀溶液的化学溶液的室。电沉积装置1200还包括配料系统1226，配料系统1226可以存储和输送用于电镀溶液的添加剂。化学稀释模块1222可以存储和混合拟被用作蚀刻剂的化学品。过滤和抽排单元1228可以过滤中央电沉积室1224的电镀溶液，并将其泵送至电镀模块。
[0116]
系统控制器1230提供用于操作电沉积装置1200的电子和界面控件。系统控制器1230的方面在上文图11的控制器1147中讨论，并在此进一步描述。系统控制器1230(其可以包括一个或多个物理或逻辑控制器)控制电沉积装置1200的属性的部分或全部。系统控制器1230通常包括一个或多个存储器设备和一个或多个处理器。该处理器可以包括中央处理单元(cpu)或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接件、步进电机控制器板、以及其它类似部件。用于实施如本文所述的适当的控制操作的指令可以在处理器上执行。这些指令可以存储在与系统控制器1230相关联的存储器设备上或它们可以通过网络来提供。在某些实施方案中，系统控制器1230执行系统控制软件。
[0117]
在电沉积装置1200中的系统控制软件可以包括用于控制以下参数的指令：定时、电解液组分的混合(包括一种或多种电解液组分的浓度)、电解液气体浓度、入口压力、电镀槽压力、电镀槽温度、衬底温度、施加到衬底和任何其它电极的电流和电位、衬底位置、衬底的旋转以及通过电沉积装置1200执行的特定处理的其它参数。
[0118]
在一些实施方案中，可以有与系统控制器1230相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏幕、装置和/或工艺条件的图形软件显示器、和用户输入设备，用户输入设备诸如指针设备、键盘、触摸屏、麦克风等。
[0119]
在一些实施方案中，由系统控制器1230调整的参数会涉及处理的条件。非限制性实施例包括溶液条件(温度、组成和流速)、衬底在不同阶段的位置(旋转速度、线性(垂直)速度、相对于水平面的角度)等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，其可以利用该用户界面来输入。
[0120]
用于监控处理的信号可以通过系统控制器1230的模拟和/或数字输入连接件从各种处理工具传感器提供。用于控制处理的信号可以通过处理工具的模拟和数字输出连接件输出。可被监控的处理工具传感器的非限制性实施例包括质量流量控制器、压力传感器(例如压力计)、热电偶、光学位置传感器等。经适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用以维持处理条件。
[0121]
在多工具装置的一个实施方案中，指令可包括：将衬底插入晶片支架内，使衬底倾斜，在浸渍期间使衬底偏置，以及在衬底上电沉积含钨金属膜(例如钴钨)。指令还可以包括：预处理所述衬底，电镀后对衬底进行退火，以及根据需要在相关装置之间转移衬底。
[0122]
传递(hand-off)工具1240可以从诸如盒1242或盒1244之类的衬底盒选择衬底。盒1242或1244可以是前开式标准盒(foup)。foup是设计用来可靠且安全地将衬底保持在受控
环境中并使得衬底能被移除以通过配备有适当的装载口和自动装卸系统的工具进行处理或测量的外壳。传递工具1240可以使用真空附着件或一些其它附连机构保持衬底。
[0123]
传递工具1240可以与晶片装卸站1232、盒1242或1244、传输站1250或对准器1248连接。传递工具1246可以从传送站1250获得衬底。传送站1250可以是狭槽或位置，传递工具1240和1246可以往来于传送站1250传送衬底而不通过对准器1248。然而，在一些实施方案中，为了确保在衬底适当地对准传递工具1246以精确地传送到电镀模块，传递工具1246可以使衬底与对准器1248对准。传递工具1246也可以将衬底传送到电镀模块1202、1204或1206中的一个，或传送到被构造成用于各种处理操作的独立模块1212、1214和1216中的一个。
[0124]
被配置为使得衬底能顺序地通过电镀、漂洗、干燥和pem处理操作的高效循环的装置可用于在制造环境中使用的实现方式。为了实现这一点，模块1212可以被配置成为旋转漂洗干燥机和倒角边缘移除室。利用这样的模块1212，衬底将只需要在电镀模块1204和模块1212之间进行传送以进行金属镀覆和边缘斜角去除(ebr)操作。装置1200的一个或多个内部部分可以是处于低于大气压的条件下。例如，在一些实施方案中，包围电镀槽1202、1204和1206以及pem 1212、1214和1216的整个区域可以是处于真空下。在其它实施方案中，仅包围电镀槽的区域处于真空下。在进一步的实现方案中，单个电镀槽可以处于真空下。尽管在图12或13中没有示出电解液流动环路，但应理解的是，本文中所描述的流动回路可以作为多工具装置的部分(或结合多工具装置)来实施。
[0125]
图13示出了可以在实施本发明的实施方案中使用的多工具装置的额外的实施例。在本实施方案中，电沉积装置1300具有成组的电镀槽1307，每个包含成对的或多个“二重”配置的电镀浴。除了电镀本身以外，电沉积装置1300还可以执行各种其它的电镀相关的处理和子步骤，诸如例如旋转漂洗、甩干、金属和硅润湿蚀刻、无电沉积、预润湿和预化学处理、还原、退火、光致抗蚀剂剥离以及表面预活化。电沉积装置1300被示为示意性地自上而下看，只有单一的水平层或“地板”显露在图中，但本领域普通技术人员应当很容易地理解的是，这种装置，例如，lam research corporation(fremont,ca)的sabretm 3d工具可以具有上下“堆叠”的两个或多个水平层，每层可能具有相同或不同类型的处理站。
[0126]
再次参见图13，拟被电镀的衬底1306通常通过前端装载foup1301供给到电沉积装置1300，并且在这个实施例中，经由前端机器手1302从foup带到电沉积装置1300的主衬底处理区域，前端机器手1302可以缩回并将由主轴1303在多个维度驱动的衬底1306从可访问站中的一个站移动到另一个站，在该实施例中，示出了两前端可访问站1304以及两前端可访问站1308。前端可访问站1304和1308可以包括例如预处理站和旋转漂洗干燥(srd)站。这些站1304和1308也可以是如本文所述的移除站。从前端机器手1302的一侧到另一侧的横向运动利用机器手轨道1302a来实现。衬底1306中的每一个可以由通过连接到马达(未示出)的主轴1303驱动的杯/锥体组件(未示出)来保持，马达可以附着到安装托架1309上。在本实施例中还示出了四个“二重”的电镀槽1307，总共八个电镀槽1307。电镀槽1307可用于电镀含钨金属膜(例如钴钨)，而对于焊料结构(以及其它可能的材料)可用于电镀焊料材料。系统控制器(未示出)可以耦合到电沉积装置1300，以控制电沉积装置1300的属性中的部分或全部。系统控制器可被编程或以其它方式被配置成根据本文前面描述的处理来执行指令。
[0127]
在一些实施方案中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实施例的一部分。
这种系统可以包括半导体处理设备，该半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个处理室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制处理气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(rf)产生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
[0128]
广义而言，控制器可以定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)传送到控制器的指令，该设置定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
[0129]
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，从而可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监控制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实施例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机传送到系统。在一些实施例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而为分布式，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实施例可以是与结合以控制室上的工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
[0130]
在非限制性的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其它的半导体处理系统。
[0131]
如上所述，取决于工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、组合工具、其它工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造
工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。
[0132]
上述的各种硬件和方法的实施方案可以与光刻图案化工具或过程结合使用，例如，用于制备或制造半导体器件、显示器、led、光伏电池板等。通常，虽然不是必要地，这些工具/工艺将在共同的制造设施中一起使用或操作。
[0133]
膜的光刻图案化通常包括以下步骤中的一些或所有，每个步骤启用多个可行的工具：(1)使用旋涂或喷涂工具在工件，即，其上形成有氮化硅膜的衬底上涂覆光致抗蚀剂；(2)使用热板或加热炉或其它合适的固化工具固化光致抗蚀剂；(3)使用例如晶片步进曝光机之类的工具使光致抗蚀剂暴露于可见光或紫外线或x-射线；(4)使抗蚀剂显影以便选择性地去除抗蚀剂并且从而使用例如湿式工作台或喷射显影器之类的工具将其图案化；(5)通过使用干式或等离子体辅助蚀刻工具将抗蚀剂图案转印到下方的膜或工件上；并且(6)使用例如射频或微波等离子体抗蚀剂剥离器之类的工具去除抗蚀剂。在一些实施方案中，可灰化硬掩模层(例如无定形碳层)和另一种合适的硬掩模(例如抗反射层)可以在施加光致抗蚀剂之前沉积。结论
[0134]
在以上的描述中，说明了大量的特定细节，以提供对所提出的实现方案的彻底理解。在没有这些特定细节中的一些或者全部的情况下即可实行所公开的实施方案。在其他示例中，为了不使所公开的实现方案难以理解，公知的处理操作不会有详细描述。虽然所公开的实施方案结合特定实施方案描述，但应理解，不旨在限制所公开的实施方案。
[0135]
虽然上述实施方案已为了清楚理解的目的而以一些细节描述，但显然，某些改变和修饰可在所附权利要求的范围内实施。应注意，有许多替代方式执行本发明实施方案的处理、系统、和设备。因此，本发明的实施方案应被视为说明性而非限制性，且这些实施方案并不限于本文所提供的细节。