[發明專利]具有陰離子隔膜的惰性陽極電鍍處理器和補充器

有效

• 申請號: 201610994437.0
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106929900B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 保羅·R·麥克休;格雷戈里·J·威爾遜
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: C25D17/00
• 分類號: C25D17/00;C25D21/14;C25D7/12
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;趙靜

一種電鍍系統包括具有容器的處理器，所述容器具有分別含有陰極電解液和陽極電解液的第一或上隔室和第二或下隔室，在所述隔室之間存在處理器陰離子隔膜。惰性陽極安置在所述第二隔室中。補充器經由陰極電解液返回線和供應線和陽極電解液返回線和供應線與所述容器連接，從而使陰極電解液和陽極電解液流通經過由補充器陰離子隔膜分離的所述補充器中的隔室。所述補充器通過移動來自塊體金屬源的離子將金屬離子添加到所述陰極電解液中，并且將來自所述陽極電解液的陰離子移動穿過所述陰離子隔膜并且到所述陰極電解液中。所述陰極電解液和所述陽極電解液中的金屬離子和陰離子的濃度保持平衡。

技術領域

本發明的領域是用于使用惰性電極和離子補充器進行電鍍的裝置和方法。

背景技術

制造半導體集成電路和其它微型裝置通常需要在晶片或其它基板上形成多個金屬層。通過結合其它步驟電鍍金屬層，產生形成微型裝置的圖案化金屬層。

在電鍍處理器中執行電鍍，其中晶片的裝置側在容器中的液體電解液浴中，并且接觸環上的電接觸件接觸晶片表面上的導電種晶層。使電流穿過電解液和導電層。電解液中的金屬離子析出(plate out)到晶片上，從而在晶片上產生金屬層。

電鍍處理器通常具有自耗陽極，這對于浴穩定性和擁有成本是有益的。舉例來說，在電鍍銅時通常使用銅自耗陽極。離開電鍍浴以在晶片上形成鍍銅層的銅離子由離開陽極的銅離子補充，以此維持電鍍浴中的銅離子濃度。與更換電解液浴相比，維持浴中的金屬離子濃度是成本有效的方法。然而，使用自耗陽極需要相對復雜和成本高昂的設計以允許周期性地更換自耗陽極。如果通過腔室的頂部更換陽極，那么電場成形硬件被擾亂(disturb)，從而需要重新檢驗腔室的性能。如果從腔室的底部更換陽極，為了容易地移除腔室的下部區段并添加可靠的密封件，那么給腔室主體增加額外的復雜性。

當為了避免電解液降解或自耗陽極在閑置狀態操作期間氧化以及出于其它原因，而將自耗陽極與隔膜(例如陽離子隔膜)組合時，甚至增加了更多的復雜性。陽離子隔膜允許一些金屬離子通過，這降低補充系統的效率并且可能需要額外的隔室和電解液以補償通過陽離子隔膜的金屬離子的損失。

已經提議使用惰性陽極的電鍍處理器作為使用自耗陽極的替代方案。惰性陽極處理器可以減少復雜性、成本和維護。然而，使用惰性陽極已經導致其它缺點，尤其涉及以與自耗陽極相比成本有效的方式維持金屬離子濃度，和在惰性陽極處產生可能導致晶片上的缺陷的氣體。因此，仍然存在提供惰性陽極電鍍處理器的工程學挑戰。

發明內容

在一個方面中，電鍍處理器具有容器，所述容器含有第一或上部處理器隔室和第二或下部處理器隔室，在所述隔室之間存在處理器陰離子隔膜。在處理器陰離子隔膜上方的上隔室中提供陰極電解液(第一電解液液體)。在處理器陰離子隔膜下方且與處理器陰離子隔膜接觸的下隔室中提供陽極電解液(不同于陰極電解液的第二電解液液體)。在與陽極電解液接觸的第二隔室中安置至少一個惰性陽極。頭部固持與陰極電解液接觸的晶片。晶片與電源的陰極連接，并且惰性陽極與陽極連接。

補充器經由陰極電解液返回線和供應線以及陽極電解液返回線和供應線與容器連接，從而使陰極電解液和陽極電解液流通經過由陰離子隔膜分離的補充器中的第一和第二補充器隔室。補充器通過將離子從塊體金屬源(諸如銅丸)移動到第一補充器隔室中的陰極電解液中來向陰極電解液中添加金屬離子。同時，陰離子(諸如在電鍍銅情況下的硫酸鹽離子)通過陰離子隔膜從第二補充器隔室中的陽極電解液移動到第一補充器隔室中的陰極電解液中。在處理器中的陰極電解液中的離子濃度和陽極電解液中的離子濃度保持平衡。

附圖說明

圖1是使用惰性陽極的電鍍處理系統的示意圖。

圖2是在圖1中所示的系統的操作期間發生的離子類傳輸的圖。

圖3是用于在圖1中所示的系統中使用的替代補充器的示意圖。

具體實施方式