[發(fā)明專利]快速評估微孔填充用電鍍配方性能的裝置和方法

有效

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• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103743798A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫耀峰;高銘徽;丘樹堅;高敏
• 申請（專利權(quán)）人: 香港應(yīng)用科技研究院有限公司
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及微孔填充中的電沉積，更具體地涉及微孔填充時電解液電鍍配方的性能評估的裝置和方法。

【背景技術(shù)】

由于最近幾年制作半導(dǎo)體的設(shè)計規(guī)則大大減少，半導(dǎo)體設(shè)計和制造的各種技術(shù)已經(jīng)高度發(fā)達(dá)。另一方面，市場對于制造更便宜、更小、更輕、但又有更好性能、更多功能的電子產(chǎn)品總是有強(qiáng)烈的需求。單個芯片上電子器件的數(shù)量正在快速增長，以滿足這種需求，但是適應(yīng)這些需求的二維電路設(shè)計和制造的能力已經(jīng)達(dá)到了它的極限。

目前，三維集成電路（3D-IC）突破了這一瓶頸。3D-IC是在一個芯片上有兩層或多層有源電子器件，被縱向和橫向地集成在一個單一的集成電路中。這也稱為三維堆疊，對應(yīng)于晶片級封裝技術(shù)，其中在不同晶片平臺上制作具體器件，然后集成到一個單一的晶片級或芯片級封裝中，使用硅通孔（TSV）提供3D堆疊中組件之間的電互連。TSV技術(shù)提供了多種優(yōu)點(diǎn)，如更高的集成度、更好的系統(tǒng)性能、更低的功耗、更低的寄生損失。因此，許多芯片設(shè)計商和制造商都轉(zhuǎn)移到這個新技術(shù)中來。

為了在微孔中沉積不同導(dǎo)電金屬以形成電連接，電鍍是常用的方法。然而，空隙、填充不充分、不均勻的沉積，經(jīng)常出現(xiàn)在微孔填充的電鍍中，并且這種缺陷會對器件產(chǎn)生不利影響。

通常，決定微孔的填充質(zhì)量有許多參數(shù)，包括電鍍槽、微孔幾何形狀、使用的添加劑。此外，添加劑的濃度和類型、微孔形狀、縱橫比（深度/寬度）、電流負(fù)載、沉積時間也經(jīng)常被研究以優(yōu)化電沉積過程。

研究上述參數(shù)如何影響這個過程的傳統(tǒng)方法是通過實(shí)驗。晶片上的微孔首先在不同的參數(shù)值下電鍍，然后處理后的晶片被切割，使用光學(xué)或掃描電子顯微鏡檢查微孔的橫截面。一般來說，沉積金屬到微孔中的時間大約需要一小時。然后準(zhǔn)備微孔的橫截面，接著用顯微鏡檢查的時間大約是2-3小時。雖然通過實(shí)驗來研究能夠提供確鑿的結(jié)果，但這個微孔制作和取證的過程是非常耗時的。例如，如果在過程中有六個參數(shù)需要研究和調(diào)整，那么就有可能需要幾百次的實(shí)驗，因為參數(shù)的各種可能排列，實(shí)際上使得這種方法不可行。

為了解決上述問題，計算機(jī)模擬被應(yīng)用于模擬電鍍過程，用以確定過程參數(shù)的合適的制程窗口。例如，美國專利7,279,084公開了一種電鍍方法，它使用計算機(jī)建立一個模型，用于計算內(nèi)陽極和外陽極之間的電流比。

然而，計算機(jī)模擬的精度始終是一個大問題。更多的考慮因素和更詳細(xì)的模型可以用于增強(qiáng)計算機(jī)模擬的精確性。然而，需要運(yùn)行這種計算機(jī)模擬的時間和計算資源同時會大大增加。此外，在某些情況下，在計算機(jī)模擬中使用一個錯誤的假設(shè)或數(shù)值可能會導(dǎo)致無用的仿真結(jié)果，用于制造而產(chǎn)生重大錯誤。

因此，有需要提供一種準(zhǔn)確、快速和經(jīng)濟(jì)的方法，用于評估微孔填充中使用的電解液的電鍍配方的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

因此，本發(fā)明的第一個方面是提供一種電化學(xué)分析裝置，用于評估微孔填充時使用的電解液的電鍍配方的性能。

根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例，用于評估微孔填充時使用的電解液的電鍍配方性能的電化學(xué)分析裝置包括一個電力產(chǎn)生裝置、一個電輸出信號測量裝置、一個電化學(xué)測量裝置、和一個運(yùn)動產(chǎn)生器。

所述電化學(xué)測量裝置包括：一個支撐結(jié)構(gòu)，其包括一測量表面用于與電解液接觸；一個空腔，其位于所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)，并包括一個空腔頂部開口和一個空腔底部開口，其中空腔頂部開口位于所述支撐結(jié)構(gòu)的測量表面，允許電解液流入空腔；一個腔電極，其位于所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)，其中所述腔電極包括一個腔電解表面，其與所述空腔底部開口接觸，被電解液電鍍；以及一個表面電極，其位于所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)，其中所述表面電極包括一個頂部電解表面，其位于所述支撐結(jié)構(gòu)的測量表面，被電解液電鍍。表面電極和腔電極由支撐結(jié)構(gòu)分離，沒有電連接。

所述運(yùn)動產(chǎn)生器用于產(chǎn)生電化學(xué)測量裝置和電解液之間的相對運(yùn)動。電力產(chǎn)生裝置電連接到所述腔電極，提供第一電力到腔電極，從而電鍍在腔電解表面上。該電力產(chǎn)生裝置還電連接到表面電極，提供第二電力到表面電極，從而電鍍在頂部電解表面上。

所述電輸出信號測量裝置電連接到所述腔電極，并測量腔電極的電輸出信號。所述電輸出信號測量裝置還電連接到表面電極，并測量表面電極的電輸出信號。測量的腔電極的電輸出信號和測量的表面電極的電輸出信號通過計算得到一個填充性能（FP）值，其被用來評估微孔填充時使用的電解液電鍍配方的性能。

本發(fā)明的第二個方面是提供電化學(xué)測量裝置，用于評估微孔填充用電解液的電鍍配方的性能。