專利名稱：在穿硅通孔鍍敷中減少副產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
鑲嵌處理是一種用于在集成電路上形成金屬線的方法。之所以經(jīng)常使用這種方法，是因為其需要的處理步驟比其它方法少，而且能提供較高的合格率。有時候會配合鑲嵌處理使用穿硅通孔(TSV)，通過經(jīng)由內(nèi)部布線提供垂直對準(zhǔn)的電子裝置的互連來創(chuàng)建三維 (3D)封裝及3D集成電路。此些3D封裝和3D集成電路可顯著降低多芯片電子電路的復(fù)雜度及總體尺寸。在鑲嵌處理期間或在TSV中形成的集成電路的表面上的導(dǎo)電路徑通常填充有銅。

發(fā)明內(nèi)容
提供用于鍍敷金屬的方法、設(shè)備及系統(tǒng)。根據(jù)各種實(shí)施方案，所述方法涉及降低鍍敷溶液中的氧濃度，使晶片襯底與鍍敷溶液接觸，及將金屬電鍍到晶片襯底上。根據(jù)一個實(shí)施方案，一種將金屬電鍍到晶片襯底上的方法包含降低鍍敷溶液的氧濃度。鍍敷溶液包含約百萬分之10或更少的加速劑及約百萬分之300或更少的抑制劑。在降低了鍍敷溶液的氧濃度之后，在鍍敷單元中使晶片襯底與鍍敷溶液接觸，其中鍍敷單元中的鍍敷溶液的氧濃度為約百萬分之1或更少。接著，在鍍敷單元中將金屬電鍍到晶片襯底上。根據(jù)一個實(shí)施方案，一種溶液包含金屬鹽，約百萬分之1或更少的氧，約百萬分之 10或更少的加速劑，及約百萬分之300或更少的抑制劑。所述溶液可為鍍敷溶液，或所述溶液可為預(yù)潤濕溶液。根據(jù)一個實(shí)施方案，一種用于電鍍金屬的設(shè)備包含鍍敷單元及控制器。所述控制器包含用于進(jìn)行包含以下操作的工藝的程序指令1)降低包含約百萬分之10或更少的加速劑及約百萬分之300或更少的抑制劑的鍍敷溶液的氧濃度；幻在降低了鍍敷溶液的氧濃度之后，在鍍敷單元中使晶片襯底與鍍敷溶液接觸，其中鍍敷單元中的鍍敷溶液的氧濃度為約百萬分之1或更少；及3)在鍍敷單元中將金屬電鍍到晶片襯底上。根據(jù)一個實(shí)施方案，一種包括用于控制沉積設(shè)備的程序指令的非暫態(tài)計算機(jī)機(jī)器可讀媒體包含用于以下操作的代碼1)降低包含約百萬分之10或更少的加速劑及約百萬分之300或更少的抑制劑的鍍敷溶液的氧濃度；幻在降低了鍍敷溶液的氧濃度之后，在鍍敷單元中使晶片襯底與鍍敷溶液接觸，其中鍍敷單元中的鍍敷溶液的氧濃度為約百萬分之 1或更少；及3)在鍍敷單元中將金屬電鍍到晶片襯底上。
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附圖及以下描述中闡述本說明書中描述的標(biāo)的物的實(shí)施方案的這些及其它方面。


圖1展示將金屬電鍍到晶片襯底上的方法的實(shí)例。圖2展示經(jīng)配置以執(zhí)行本文中揭示的方法的設(shè)備的示意說明的實(shí)例。圖3展示電鍍填充系統(tǒng)的示意說明的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式在以下詳細(xì)描述中，闡述了許多具體實(shí)施方案，以便提供對所揭示的實(shí)施方案的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下，或通過使用替代元件或工藝來實(shí)踐所揭示的實(shí)施方案。在其它例子中，未詳細(xì)描述眾所周知的工藝、 程序及組件，以便不會不必要地混淆本發(fā)明的各個方面。在本申請案中，術(shù)語“半導(dǎo)體晶片”、“晶片”、“襯底”、“晶片襯底”及“部分制造的集成電路”可互換使用。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，術(shù)語“部分制造的集成電路”可指代在其上的集成電路制造的許多階段中的任一階段期間的硅晶片。以下詳細(xì)描述假設(shè)本發(fā)明是在晶片上實(shí)施。然而，本發(fā)明不限于此。工件可為各種形狀、大小及材料。除了半導(dǎo)體晶片之外，可利用本發(fā)明的其它工件包含各種物件，例如印刷電路板等等。本文中所述的一些實(shí)施方案涉及用于在晶片襯底的特征中鍍敷金屬的方法、設(shè)備及系統(tǒng)。所揭示的方法特別適用于以高縱橫比(大于約10 1)對具有至少約5微米直徑的通孔開口的穿硅通孔(TSV)特征鍍敷銅。第7，776，741號美國專利中進(jìn)一步描述了 TSV 結(jié)構(gòu)，所述專利以引用的方式并入本文中。在所揭示的方法的實(shí)施方案中，用于電鍍銅的鍍敷溶液可在鍍敷單元中具有小于約百萬分之3的氧濃度，且大體上小于約百萬分之1。電鍍?nèi)芤哼€可包含約百萬分之10的濃度的加速劑，及約百萬分之300的濃度的抑制劑。引言鍍敷溶液可含有大量添加劑，包含加速劑、抑制劑及整平劑。加速劑(也稱為拋光劑)是提高鍍敷反應(yīng)的速率的添加劑。加速劑是吸附在金屬表面上且在給定施加電壓下增加局部電流密度的分子。加速劑可含有附屬硫原子，其被認(rèn)為是參與銅離子還原反應(yīng)，且因此強(qiáng)烈影響金屬薄膜的成核和表面生長。加速劑添加劑一般是巰基丙烷磺酸(MPQ、二巰基丙烷磺酸(DPQ或雙(3-磺丙基)二硫醚(SPS)的衍生物，但可使用其它化合物。沉積加速劑的非限制性實(shí)例包含以下2-巰基乙磺酸(MESA)、3-巰基-2-丙磺酸(MPSA)、二巰基丙醯基磺酸(DMPSA)、二巰基乙磺酸(DMESA)、3_巰基丙酸、巰基丙酮酸酯、3-巰基-2-丁醇及1- 二羥丙硫醇。第5，252，196號美國專利中描述了一些有用的加速劑，所述專利以引用的方式并入本文中。舉例來說，加速劑可作為UltrafillA-2001從雪麗公司(Shipley)(麻薩諸塞州，馬爾博勒市)或作為SC Primary從樂思化學(xué)公司(康奈提格州，西漢文市)購買到。抑制劑是傾向于在吸附到金屬表面上之后抑制電流的聚合體。抑制劑可從聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚氧化乙烯或其衍生物或共聚體衍生而來。舉例來說，商用抑制劑包含來自雪麗公司(麻薩諸塞州，馬爾博勒市)的Ultrafill S-2001及來自樂思化學(xué)公司(康奈提格州，西漢文市)的S200。
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整平劑通?？蔀殛栯x子表面活性劑及染料，其抑制其質(zhì)量傳遞速率最快速的位置的電流。因此，鍍敷溶液中的整平劑的存在用于在優(yōu)先吸附有整平劑的突出表面或隅角處降低薄膜生長速率。由于差異質(zhì)量傳遞效應(yīng)引起的整平劑的吸附差異可能具有重要影響。 第6，793，796號美國專利中進(jìn)一步描述了加速劑、抑制劑及整平劑，所述專利以引用的方式并入本文中。當(dāng)用金屬填充TSV特征時，可在鍍敷溶液中維持鍍敷溶液添加劑(特別是加速劑與抑制劑)的效應(yīng)之間的平衡。抑制劑可用以抑制晶片襯底的場區(qū)中的金屬鍍敷，但并不抑制TSV特征中的金屬鍍敷。加速劑可加速晶片襯底上的高電流密度的區(qū)域中的金屬鍍敷；晶片襯底上的高電流密度的區(qū)域可包含TSV特征?？稍诩s一秒完成在晶片襯底上的鑲嵌特征中電鍍金屬。因此，當(dāng)填充了鑲嵌特征時，可能很少有加速劑與抑制劑的效應(yīng)之間的平衡可能被擾亂的時間。相比之下，在晶片襯底上的TSV特征中電鍍金屬可能在約30分鐘或更長的時間進(jìn)行。TSV特征的鍍敷時間可能取決于通孔的直徑及通孔的深度兩者，且可能會隨通孔的直徑及/或深度增加?？赡茈y以在填充TSV特征所需的這些較長時間中維持加速劑及抑制劑的效應(yīng)之間的平衡。因此，可能對TSV鍍敷使用不同于鑲嵌鍍敷的添加劑廓型。請注意，可對TSV鍍敷使用較低濃度的加速劑。雖然直覺上看不是這樣，但低加速劑濃度可提供優(yōu)點(diǎn)，特別是對于TSV應(yīng)用，因為其允許晶片襯底表面上的場區(qū)上的加速劑積累減少，同時在電鍍填充的長時期中仍然驅(qū)動 TSV特征中的倒置填充。對于高縱橫比特征來說尤其是這樣，其中縱橫比大于約10 1，且特征開口的直徑為約5微米或更大。可能重要的是在晶片襯底表面的包含TSV的場區(qū)上維持長時間的抑制，因為長時間抑制可允許在TSV中驅(qū)動填充。如果晶片襯底表面的場區(qū)被加速(或不被抑制)，那么可輔助在TSV中鍍敷金屬的電流可能改為傾向于在場區(qū)中沉積金屬，并降低TSV的鍍敷速度。此外，不在晶片襯底表面的場區(qū)上維持長時間抑制可能會導(dǎo)致在TSV中形成空隙，這種情況不宜發(fā)生。然而，由于來自加速劑的副產(chǎn)品的堆積，可能無法實(shí)現(xiàn)當(dāng)前在低加速劑濃度(例如，小于約百萬分之10 (ppm))鍍敷溶液中的TSV鍍敷。相比而言，可在高加速劑濃度(例如，約10到50ppm)鍍敷溶液中執(zhí)行鑲嵌鍍敷，已發(fā)現(xiàn)這并不適合于TSV應(yīng)用。與低加速劑濃度鍍敷溶液相關(guān)聯(lián)的副產(chǎn)品導(dǎo)致晶片的場區(qū)隨著鍍敷的進(jìn)展而變得過度加速。這又導(dǎo)致深特征(例如，TSV特征)的填充出現(xiàn)問題，因為驅(qū)動特征的填充的抑制梯度丟失(即，隨著加速劑副產(chǎn)品在場上堆積，可能會連續(xù)丟失場抑制)。在鍍敷溶液中溶解的氧可能至少部分地導(dǎo)致這些麻煩的副產(chǎn)品的產(chǎn)生。在特定鍍敷浴液中產(chǎn)生的副產(chǎn)品的論述見“用在銅電鍍浴液中流動的陰極電流進(jìn)行的雙-(3-磺丙基二硫化鈉)分角軍(Bis-(3-sodiumsulfopropyl disulfide)Decomposition with CathodicCurrent Flowing in a Copper-Electroplating Bath)，，，〈〈電子化學(xué)學(xué)會期刊》，第157卷，第1期，第H131-H135頁(2010)，作者是李文希(Wen-Hsi Lee)、洪智成 (Chi-ChengHung)、常世清(Shih-Chieh Chang)及王英朗(Ying-Lang Wang)，該文以引用的方式并入本文中。用于破壞特定加速劑(雙(3-磺丙基)二硫醚(SPS))的提議的反應(yīng)機(jī)制見“銅通孔填充工藝期間的雙(3-磺丙基)二硫醚(SPQ的失效機(jī)制anvalidating mechanismof bis (3-sulfopropy1)disulfide (SPS) during copper via—fillingprocess)”，《應(yīng)用表面科學(xué)》，第255卷，第8期，2009年2月1日，第4389-4392頁，作者為王維(Wei Wang)、李亞冰(Ya-Bing Li)及李勇雷(Yong-Lei Li)，該文以引用的方式并入本文中。舉例來說，當(dāng)使用二巰基丙烷磺酸(DPS)基加速劑時，鍍敷溶液中的巰基丙烷磺酸(MPQ與其二聚體(雙(3-磺丙基)二硫醚(SPS))之間存在均衡。MPS的兩個分子可組合而形成SPS，且SPS可分裂而形成MPS的兩個分子。然而，當(dāng)MPS分子氧化時，其無法重組二聚體。據(jù)信，氧化的MPS分子傾向于在晶片襯底的場區(qū)上聚集，在此位置上，其持續(xù)可用于加速金屬沉積。這些氧化的MPS分子可能會打亂加速劑與抑制劑之間的平衡，并超過晶片襯底的場區(qū)中的抑制劑的效應(yīng)。這在TSV鍍敷中特別成問題，其中電鍍填充在長時期中發(fā)生，例如約幾十分鐘。因此，為了在低加速劑濃度的鍍敷溶液中持續(xù)鍍敷，可限制鍍敷溶液中的氧的量， 以便使鍍敷溶液穩(wěn)定。當(dāng)鍍敷溶液中存在氧時，加速劑可隨時間隨著電荷穿過鍍敷溶液而氧化。具體來說，在電鍍銅期間，低鍍敷電流可能會在晶片襯底上產(chǎn)生穩(wěn)定的銅離子。銅離子可能與加速劑反應(yīng)，且可形成催化劑，其促進(jìn)氧化的加速劑副產(chǎn)品的形成。所揭示的實(shí)施方案可允許鍍敷溶液的穩(wěn)定且因此允許長時間地鍍敷深特征，原因在于從加速劑與氧之間的反應(yīng)產(chǎn)生的氧化加速劑副產(chǎn)品減到最少。除了提供穩(wěn)定的鍍敷溶液之外，所揭示的實(shí)施方案還可降低用于電鍍設(shè)備的消耗品的成本，因為加速劑的降級有限。方法圖1展示將金屬電鍍到晶片襯底上的方法的實(shí)例。在方法100的框102開始，降低鍍敷溶液的氧濃度。鍍敷溶液中的氧濃度可能歸因于大氣中的氧，且可為約8到lOppm，這取決于大氣壓。據(jù)信鍍敷溶液中的此氧濃度會提高從加速劑形成副產(chǎn)品的速率(有時候產(chǎn)生約十億分之(ppb)10到1000的副產(chǎn)品濃度)。如上文解釋，隨著電荷穿過鍍敷溶液及加速劑破壞，這些副產(chǎn)品可能會隨時間而改變金屬沉積特性。在一些實(shí)施方案中，為了減少或消除這些副產(chǎn)品的形成，在晶片襯底被放置成與鍍敷單元中容納的鍍敷溶液接觸之前，鍍敷溶液的氧濃度水平可能會降低。在一些實(shí)施方案中，可從外部儲藏庫或隔間向鍍敷單元供應(yīng)鍍敷溶液。在一些實(shí)施方案中，在鍍敷單元(其中發(fā)生電鍍)及隔間中可維持不同濃度的氧濃度。舉例來說，當(dāng)在鍍敷單元中鍍敷溶液中的氧濃度小于約Ippm時，在隔間中鍍敷溶液中的氧濃度可小于約lOppm。在一些實(shí)施方案中，鍍敷單元中的鍍敷溶液的氧濃度可能低于隔間中的鍍敷溶液的氧濃度，因為如下文所述，就在進(jìn)入鍍敷單元之前，鍍敷溶液可能會穿過脫氣裝置。在一些實(shí)施方案中，鍍敷溶液可包含約IOppm或更少的加速劑，及約300ppm或更少的抑制劑。在一些實(shí)施方案中，鍍敷溶液可包含約5ppm或更少的加速劑，約Ippm到5ppm 的加速劑，約2ppm的加速劑，或約2ppm或更少的加速劑。在一些實(shí)施方案中，鍍敷溶液可包含約50ppm到200ppm的抑制劑，或約200ppm到250ppm的抑制劑。一般來說，抑制劑濃度的上界是抑制劑浸透場區(qū)的濃度。在范圍內(nèi)的工藝條件下，約200ppm或更高的抑制劑濃度可能會使晶片襯底的場區(qū)中浸透了抑制劑，同時允許特征中的抑制劑量減少。在鍍敷于晶片襯底上的金屬為銅的實(shí)施方案中，鍍敷溶液含有每升約20到100克或每升約40到80克的濃度的銅。在一些實(shí)施方案中，鍍敷溶液可含有每升約80克的濃度的銅。在一些實(shí)施方案中，鍍敷溶液大致不含整平劑。整平劑還可能會隨鍍敷時間的延長而降級，這可能會阻礙鍍敷工藝并引起填充問題。在框104處，在鍍敷單元中使晶片襯底與鍍敷溶液接觸。在一些實(shí)施方案中，鍍敷單元中的鍍敷溶液的氧濃度為約百萬分之1或更少。在一些實(shí)施方案中，鍍敷單元中的鍍敷溶液的氧濃度可為約十億分之(ppb)lOO或更少，或者鍍敷溶液中可能大致沒有氧。在其它一些實(shí)施方案中，鍍敷單元中的鍍敷溶液的氧濃度可為約5ppm或更少，或約3ppm或更少。在框106處，在鍍敷單元中將金屬電鍍到晶片襯底上?？蓪⒖赏ㄟ^控制電流及/ 或電位來提供的電力施加到晶片襯底以沉積金屬。在一些實(shí)施方案中，電鍍發(fā)生約1分鐘到5小時。在其它一些實(shí)施方案中，電鍍發(fā)生約至少約10分鐘或約10分鐘到3小時。在一些實(shí)施方案中，可將金屬電鍍到晶片襯底的TSV上。在其它一些實(shí)施方案中，可將金屬電鍍到晶片襯底的晶片襯底級封裝特征上。在一些實(shí)施方案中，圖1所示的方法100還可包含預(yù)潤濕操作。舉例來說，在一些實(shí)施方案中，在將晶片襯底放置成與鍍敷溶液接觸之前，可將晶片襯底預(yù)潤濕。預(yù)潤濕工藝可克服在晶片襯底與鍍敷溶液接觸時可能變得俘獲于晶片襯底上的特征中的氣泡的不利影響。預(yù)潤濕工藝的一個實(shí)例包含1)使晶片襯底以第一旋轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)，及幻通過在使晶片襯底以第一旋轉(zhuǎn)速率旋轉(zhuǎn)的同時使晶片襯底與脫氣的預(yù)潤濕流體接觸而在亞大氣壓下在晶片襯底上形成潤濕層，所述脫氣的預(yù)潤濕流體處于液態(tài)。在一些實(shí)施方案中，預(yù)潤濕溶液可能大致不含氧。在一些實(shí)施方案中，預(yù)潤濕溶液可為與鍍敷溶液相同的溶液。在其它一些實(shí)施方案中，預(yù)潤濕溶液可為與鍍敷溶液不同的溶液。舉例來說，可將去離子水用作預(yù)潤濕溶液。在以下申請案中更詳細(xì)地描述了預(yù)潤濕工藝及用于執(zhí)行預(yù)潤濕工藝的設(shè)備2010年1月8日申請的標(biāo)題為“用于增強(qiáng)型鑲嵌金屬填充的潤濕預(yù)處理(WETTING PRETREATMENT FOR ENHANCEDDAMASCENE METAL FILLING) ”的第12/684，787號美國專利申請案，及2010年1月8日申請的標(biāo)題為“用于增強(qiáng)型鑲嵌金屬填充的潤濕預(yù)處理的設(shè)備(APPARATUSFOR WETTING PRETREATMENT FOR ENHANCED DAMAS CENE METALFILLING)，，的第12/684，792號美國專利申請案，所述兩個申請案均以引用的方式并入本文中。在用以確定降低鍍敷溶液中的氧濃度的影響的實(shí)驗中，使用具有相同成分的鍍敷溶液來鍍敷晶片襯底，但一種鍍敷溶液經(jīng)過脫氣，而一種鍍敷溶液未經(jīng)脫氣。鍍敷了晶片襯底，允許經(jīng)過一段時間，正在鍍敷其它晶片襯底，依此類推。兩種鍍敷溶液均包含約2ppm的加速劑，約IOOppm的抑制劑，及約每升60克的銅。晶片襯底中的TSV特征的直徑約為6微米，且深度約為60微米。在鍍敷工藝之前用去離子水將晶片襯底預(yù)潤濕，且在相同條件(例如，相同電壓及電流波形)下鍍敷所有晶片襯底。鍍敷浴液隔間及鍍敷單元兩者中的未脫氣鍍敷溶液的氧濃度約為8ppm。鍍敷浴液隔間中的脫氣鍍敷溶液的氧濃度約為2. 5ppm，且鍍敷單元中的脫氣鍍敷溶液的氧濃度約為lppm。當(dāng)首次使用鍍敷溶液時，鍍敷溶液完全填充TSV特征，但在使用約15小時且經(jīng)過約5次鍍敷操作之后，鍍敷溶液不完全填充TSV特征，這表明，在使用不到M小時之后，未脫氣鍍敷溶液的鍍敷性能降級。相比之下，對于未脫氣鍍敷溶液，在約使用30天且經(jīng)過約1000次鍍敷操作之后，鍍敷溶液未展現(xiàn)出任何降級的跡象。設(shè)備所揭示的實(shí)施方案的另一方面是一種經(jīng)配置以實(shí)現(xiàn)本文中所述的方法的設(shè)備。合適的設(shè)備包含根據(jù)本發(fā)明的用于實(shí)現(xiàn)工藝操作的硬件，及具有用于控制工藝操作的指令的系統(tǒng)控制器。用于實(shí)現(xiàn)工藝操作的硬件包含電鍍設(shè)備。系統(tǒng)控制器將大體上包含一個或一個以上存儲器裝置及經(jīng)配置以執(zhí)行所述指令使得所述設(shè)備將執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的一個或一個以上處理器。含有用于根據(jù)本發(fā)明控制工藝操作的指令的機(jī)器可讀媒體可耦合到系統(tǒng)控制器。圖2展示經(jīng)配置以執(zhí)行本文中揭示的方法的設(shè)備的示意說明的實(shí)例。所述設(shè)備包含鍍敷單元202、鍍敷溶液隔間204及脫氣裝置206。脫氣裝置也可稱為脫氣器或接觸器。 與設(shè)備200相關(guān)聯(lián)的箭頭指示設(shè)備中的鍍敷溶液的流動。設(shè)備200可進(jìn)一步包含各種閥、 真空泵及其它硬件(未圖示)。當(dāng)設(shè)備200在操作時，鍍敷溶液可從鍍敷浴液隔間204、穿過脫氣裝置206流動到鍍敷單元202中，然后流動回到鍍敷浴液隔間204。在鍍敷溶液從鍍敷浴液隔間204進(jìn)入鍍敷單元202之前，鍍敷溶液穿過脫氣裝置206。脫氣裝置206從鍍敷溶液中移除一種或一種以上溶解的氣體(例如，02及隊兩者)。在一些實(shí)施方案中，脫氣裝置是薄膜接觸脫氣器?？少徺I到的脫氣裝置的實(shí)例包含來自膜片公司(Membrana)(北卡羅來納州，夏洛特市)的Liquid-Cel 及來自應(yīng)特格公司 (Entegris)(明尼蘇達(dá)州，查斯卡市)的pHasor ?？捎梦挥阱兎髥卧?或鍍敷浴液隔間中的合適的儀表(例如，商用溶解氧儀表(未圖示))來監(jiān)視鍍敷溶液中溶解的氣體的量。在一些實(shí)施方案中，通過使用真空泵(未圖示)向隔間施加真空來從鍍敷浴液隔間的體積中清除氣體以便實(shí)現(xiàn)最低量的溶解氣體。還可通過增加流體暴露于真空的表面， 例如通過使流體在噴霧器中或穿過噴淋柱從循環(huán)回路重新進(jìn)入鍍敷浴液隔間來提高從鍍敷溶液中移除氣體的速率。圖3展示電鍍填充系統(tǒng)300的示意說明的實(shí)例。電鍍填充系統(tǒng)300包含三個分開的電鍍填充模塊302、304及306。電鍍填充系統(tǒng)300還包含三個分開的后電鍍填充模塊 (PEM) 312、314及316，其經(jīng)配置以用于各種工藝操作。模塊312、314及316可為后電鍍填充模塊(PEM)，其各自經(jīng)配置以在已通過電鍍填充模塊302、304及306中的一者處理了晶片之后，執(zhí)行例如晶片的邊緣斜面移除、背面蝕刻及酸洗等功能。電鍍填充系統(tǒng)300包含中央電鍍填充腔室324。中央電鍍填充腔室3 是容納用作電鍍填充模塊中的鍍敷溶液的化學(xué)溶液的腔室。電鍍填充系統(tǒng)300還包含定量配給系統(tǒng) 326，其可儲存及遞送用于鍍敷溶液的化學(xué)添加劑?；瘜W(xué)稀釋模塊322可儲存及混合待用作例如PEM中的蝕刻劑的化學(xué)物質(zhì)。過濾與抽吸單元3 可為中央電鍍填充腔室3 過濾鍍敷溶液，且將其抽吸到電鍍填充模塊。如上所述，所述系統(tǒng)還包含脫氣裝置(未圖示)。鍍敷溶液可在被抽吸到電鍍模塊之前穿過脫氣裝置。系統(tǒng)控制器330提供操作電鍍填充系統(tǒng)300所需的電子設(shè)備及接口控制。系統(tǒng)控制器330大體上包含一個或一個以上存儲器裝置及經(jīng)配置以執(zhí)行指令使得所述設(shè)備可執(zhí)行根據(jù)本文中所述的實(shí)施方案的方法的一個或一個以上處理器。含有用于根據(jù)本文中所述的實(shí)施方案控制工藝操作的指令的機(jī)器可讀媒體可耦合到系統(tǒng)控制器。系統(tǒng)控制器330還可包含用于電鍍填充系統(tǒng)300的電源。
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電鍍模塊及相關(guān)聯(lián)的組件的實(shí)例展示于2010年5月M日申請的標(biāo)題為“用于薄晶種層上的鍍敷的脈沖序列(PULSE SEQUENCE FOR PLATING ON THIN SEEDLAYERS) ”的第 12/786，329號美國專利申請案中，其以引用的方式并入本文中。在操作中，傳遞工具(hand-off tool) 340可從晶片卡盒(例如卡盒342或卡盒 344)中選擇晶片?？ê?42或344可為前開口統(tǒng)一片盒(FOUP)。FOUP是一種經(jīng)設(shè)計以在受控的環(huán)境中穩(wěn)固并安全地固持晶片且允許通過配備有合適的裝載口及堅固的處置系統(tǒng)的工具來移除晶片以供處理或測量的罩殼。傳遞工具340可使用真空附著或其它某種附著機(jī)構(gòu)來固持晶片。傳遞工具340可與退火臺332、卡盒342或344、傳送臺350或?qū)?zhǔn)器348介接。 傳遞工具346可從傳送臺350接近晶片。傳送臺350可為一條溝槽或一個位置，傳遞工具 340及346可向其傳遞晶片，而無需經(jīng)過對準(zhǔn)器348。然而，在一些實(shí)施方案中，為了確保晶片在傳遞工具346上正確地對準(zhǔn)以便精確地遞送到電鍍填充模塊，傳遞工具346可使晶片與對準(zhǔn)器348對準(zhǔn)。傳遞工具346還可將晶片遞送到電鍍填充模塊302、304或306中的一者或經(jīng)配置以用于各種工藝操作的三個分開的模塊312、314及316中的一者。舉例來說，傳遞工具346可將晶片襯底遞送到電鍍填充模塊302，在此處根據(jù)本文中所述的實(shí)施方案將金屬(例如，銅)鍍敷到晶片襯底上。在電鍍操作完成之后，傳遞工具 346可從電鍍填充模塊302中移除晶片襯底，且將其遞送到PEM中的一者，例如PEM 312。 PEM可清洗、漂洗及/或干燥晶片襯底。此后，傳遞工具346可將晶片襯底移動到PEM中的另一者，例如PEM 314。此處，可通過由化學(xué)稀釋模塊322提供的蝕刻劑溶液從晶片襯底上的一些位置(例如，邊緣斜面區(qū)域及背面)蝕刻掉多余的金屬(例如，銅)。模塊314還可清洗、漂洗及/或干燥晶片襯底。在電鍍填充模塊及/或PEM中的處理完成之后，傳遞工具346可從模塊中取回晶片，并將其送回到卡盒342或卡盒344。后電鍍填充退火可在電鍍填充系統(tǒng)300或在另一工具中完成。在一個實(shí)施方案中，后電鍍填充退火是在退火臺332中的一者中完成。在其它一些實(shí)施方案中，可使用專用退火系統(tǒng)，例如熔爐。接著，可將卡盒提供到其它系統(tǒng)(例如， 化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng))以供進(jìn)一步處理。合適的半導(dǎo)體處理工具包含加州圣何賽市諾發(fā)系統(tǒng)公司(Novellus Systems) 制造的切刀系統(tǒng)(Sabre System)及切刀系統(tǒng)3D Lite，加州圣克拉拉市應(yīng)用材料公司(AppliedMaterials)制造的超薄單元系統(tǒng)，或蒙大拿州卡利斯佩爾市賽米特公司 (Semitool)制造的 Raider 工具。本文中所述的方法及設(shè)備在鍍敷具有相對大的特征的襯底時提供特別的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)了解，這些鍍敷條件及設(shè)備不限于TSV應(yīng)用。舉例來說，還可在晶片級封裝應(yīng)用中使用降低氧的鍍敷溶液來鍍敷例如銅再分布線、支柱、凸塊等。其它實(shí)施方案上文所述的設(shè)備/方法可配合光刻圖案化工具或工藝使用，例如以用于生產(chǎn)或制造半導(dǎo)體裝置、顯示器、LED、光伏面板等等。一般來說，雖然并非必要，但將在普通的制造設(shè)施中一起使用或?qū)嵭写诵┕ぞ?工藝。薄膜的光刻圖案化一般包括以下步驟中的一些或全部(每一步驟是用多個可能的工具來實(shí)現(xiàn))(1)使用旋涂或噴涂工具在工件(即，襯底) 上涂覆光致抗蝕劑；( 使用熱板或熔爐或UV固化工具將光致抗蝕劑固化；C3)用例如晶片分檔器等工具使光致抗蝕劑暴露于可見的UV或χ射線光；(4)使光致抗蝕劑顯影，以便選擇性地移除抗蝕劑且因此使用例如濕臺等工具將其圖案化；( 通過使用干式或等離子輔助蝕刻工具將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印到下層薄膜或工件中；以及(6)使用例如RF或微波等離子抗蝕劑剝除器等工具移除抗蝕劑。 還應(yīng)注意，有許多實(shí)施所揭示的方法及設(shè)備的替代方式。因此，希望將所附權(quán)利要求書解釋為包含屬于本發(fā)明的實(shí)施方案的真正精神及范圍內(nèi)的所有此些更改、修改、置換及替代等效物。
權(quán)利要求
1.一種方法，其包括降低鍍敷溶液的氧濃度，其中所述鍍敷溶液包含約百萬分之10或更少的加速劑及約百萬分之300或更少的抑制劑；在降低了所述鍍敷溶液的所述氧濃度之后，在鍍敷單元中使晶片襯底與所述鍍敷溶液接觸，其中所述鍍敷單元中的所述鍍敷溶液的所述氧濃度為約百萬分之1或更少；以及在所述鍍敷單元中將金屬電鍍到所述晶片襯底上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鍍敷溶液包含約百萬分之5或更少的所述加速劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述品片襯底包括至少一個特征，其具有至少約 10 1的縱橫比及至少約5微米的開口直徑或?qū)挾取?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電鍍發(fā)生至少約10分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述金屬電鍍到穿硅通孔上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述金屬電鍍到晶片襯底級封裝特征上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述鍍敷溶液從鍍敷隔間供應(yīng)到所述鍍敷單元，其中所述鍍敷隔間中的所述鍍敷溶液的所述氧濃度小于約百萬分之10，且其中在從所述鍍敷隔間供應(yīng)所述鍍敷溶液時執(zhí)行降低所述鍍敷溶液的所述氧濃度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鍍敷溶液大致不包含整平劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬包含銅。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述鍍敷溶液包含約每升40到80克的銅。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在使所述晶片襯底與所述鍍敷溶液接觸之前預(yù)潤濕所述晶片襯底。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中用所述鍍敷溶液預(yù)潤濕所述晶片襯底。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中用脫氣裝置執(zhí)行降低所述鍍敷溶液的所述氧濃度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括 將光致抗蝕劑涂覆到所述晶片襯底；使所述光致抗蝕劑暴露于光；圖案化所述抗蝕劑且將所述圖案轉(zhuǎn)印到所述晶片襯底；以及選擇性地從所述晶片襯底移除所述光致抗蝕劑。
15.一種溶液，其包括^^ I^l "πτ .；約百萬分之1或更少的氧； 約百萬分之10或更少的加速劑；以及約百萬分之300或更少的抑制劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的溶液，其中所述溶液是鍍敷溶液。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的溶液，其中所述溶液是預(yù)潤濕溶液。
18.一種用于電鍍金屬的設(shè)備，其包括 (a)鍍敷單元；以及(b)控制器，其包括用于實(shí)行包括以下步驟的工藝的程序指令 降低鍍敷溶液的氧濃度，其中所述鍍敷溶液包含約百萬分之10或更少的加速劑及約百萬分之300或更少的抑制劑；在降低了所述鍍敷溶液的所述氧濃度之后，在鍍敷單元中使晶片襯底與所述鍍敷溶液接觸，其中所述鍍敷單元中的所述鍍敷溶液的所述氧濃度為約百萬分之1或更少；以及在所述鍍敷單元中將金屬電鍍到所述晶片襯底上。
19.一種系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備及分檔器。
20.一種包括用于控制設(shè)備的程序指令的非暫態(tài)計算機(jī)機(jī)器可讀媒體，所述指令包括用于以下操作的代碼降低鍍敷溶液的氧濃度，其中所述鍍敷溶液包含約百萬分之10或更少的加速劑及約百萬分之300或更少的抑制劑；在降低了所述鍍敷溶液的所述氧濃度之后，在鍍敷單元中使晶片襯底與所述鍍敷溶液接觸，其中所述鍍敷單元中的所述鍍敷溶液的所述氧濃度為約百萬分之1或更少；以及在所述鍍敷單元中將金屬電鍍到所述晶片襯底上。
全文摘要
本發(fā)明涉及在穿硅通孔鍍敷中減少副產(chǎn)品。確切地說，本發(fā)明描述用于用具有低氧濃度的鍍敷溶液將金屬鍍敷到工件上的方法、系統(tǒng)及設(shè)備。在一方面中，一種方法包含降低鍍敷溶液的氧濃度。所述鍍敷溶液包含約百萬分之10或更少的加速劑及約百萬分之300或更少的抑制劑。在降低了所述鍍敷溶液的所述氧濃度之后，在鍍敷單元中使晶片襯底與所述鍍敷溶液接觸。所述鍍敷單元中的所述鍍敷溶液的所述氧濃度為約百萬分之1或更少。接著，在所述鍍敷單元中將金屬電鍍到所述晶片襯底上。
文檔編號C25D3/38GK102400196SQ20111028134
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者李孝尚, 馬克·J·威利 申請人:諾發(fā)系統(tǒng)有限公司