[發明專利]利用離子阻性離子可穿透元件電鍍金屬的裝置和方法

有效

• 申請號: 201910552629.X
• 申請日: 2016-05-13
• 公開（公告）號: CN110306224B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 布哈努丁·卡加伊瓦拉;布萊恩·L·巴卡柳;蔡李鵬;亞倫·貝爾克;羅伯特·拉什;史蒂文·T·邁耶
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: C25D7/12
• 分類號: C25D7/12;C25D17/00;H01L21/027;H01L21/67
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠;張華

本發明涉及利用離子阻性離子可穿透元件電鍍金屬的裝置和方法。在一個方面，一種用于利用改善的電鍍均勻性在半導體襯底上電鍍金屬的裝置包括：電鍍室，其被配置成容納電解液和陽極；襯底支架，其配置成保持所述半導體襯底；以及離子阻性離子可穿透元件，其包括基本上平坦的面對襯底的表面和相反的表面，其中所述元件在電鍍期間使得離子流能朝向所述襯底流動，并且其中所述元件包括具有變化的局部電阻率的區域。在一個實施例中，元件的電阻率可通過改變元件的厚度而變化。在一些實施方式中，元件的厚度從元件的邊緣沿徑向方向到中心逐漸減小。所提供的裝置和方法對于在WLP凹陷特征內電鍍金屬是特別有用的。

本申請是申請號為201610318396.3，申請日為2016年5月13日，申請人為朗姆研究公司，發明創造名稱為“利用離子阻性離子可穿透元件電鍍金屬的裝置和方法”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本公開總體上涉及用于在半導體晶片上電鍍金屬層的方法和裝置。更具體地，本文所描述的方法和裝置對于控制電鍍均勻性是有用的。

背景技術

在半導體器件的制造中，導電材料(如銅)通常通過電鍍到金屬的籽晶層上來沉積，以填充在半導體晶片襯底上的一個或多個凹陷特征。電鍍是用于在鑲嵌處理期間沉積金屬到晶片的通孔和溝槽的選擇的方法，并且也用于晶片級封裝(WLP)應用中，以形成在晶片襯底上的金屬柱和金屬線。電鍍的另一種應用是填充穿透硅通孔(TSV)，其是在3D集成電路和3D封裝中使用的相對較大的垂直電連接。

在一些電鍍襯底中，在電鍍(通常在鑲嵌和TSV處理中)之前，籽晶層暴露在襯底的整個表面上，并在襯底的整體上進行金屬的電沉積。在其它電鍍襯底的過程中，籽晶層的一部分由非導電材料覆蓋，例如由光致抗蝕劑覆蓋，而籽晶層的另一部分被暴露。在具有部分被掩蔽的籽晶層的這樣的襯底中，電鍍僅在籽晶層的暴露部分進行，而籽晶層的被覆蓋部分被保護以避免上面被電鍍。在具有涂覆有圖案化的光致抗蝕劑的籽晶層的襯底上電鍍被稱為穿過抗蝕劑電鍍，并且通常在WLP應用中使用。

在電鍍期間，電觸點在晶片的周邊的籽晶層(例如，銅籽晶層)上形成，并且晶片被電偏置以用作陰極。使晶片與電解液接觸，電解液包含待鍍的金屬離子。電解液通常還包含向電解液提供足夠的導電性的酸，并且也可以含有在襯底的不同的表面上調節電沉積速率的添加劑，其被稱為促進劑、抑制劑、以及均化劑(leveler)。

在電鍍過程中所遇到的一個問題是沿圓形半導體晶片的半徑不均勻分布的電沉積的金屬的厚度。這種類型的非均勻性被稱為徑向非均勻性。徑向非均勻性會由于多種因素而出現，例如因終端效應(terminal effect)而出現，以及由于在襯底的表面的電解液流量的變化而出現。終端效應本身表現為邊緣厚的電鍍，因為在晶片的邊緣的電觸點附近的電位比在晶片的中心會是顯著較高的，尤其是當使用薄電阻籽晶層時。

在電鍍期間可能遇到的另一種類型的非均勻性是方位角非均勻性。為清楚起見，我們使用極坐標將方位角非均勻性定義為在相對于晶片中心的固定徑向位置處在晶片上的不同角度位置顯示的厚度變化，即，沿著晶片的周界內的給定的圓或圓的部分的非均勻性。這種類型的非均勻性可獨立于徑向的非均勻性存在于電鍍應用中，并且在一些應用中可能是需要加以控制的主要類型的非均勻性。其經常出現在穿過抗蝕劑電鍍中，其中，晶片的主要部分被用光致抗蝕劑涂層或類似的防鍍覆層掩蔽，并且特征的掩蔽圖案或特征密度在晶片邊緣附近在方位角上并不是均勻的。例如，在一些情況下，在靠近晶片的凹口處會存在缺失圖案特征的、技術上所需要的弦形(chord)區域，以使得能對晶片進行編號或處理。

過度的徑向和方位角非均勻性可導致非功能性的芯片。因此需要改善鍍覆均勻性的方法和裝置。

發明內容