電化學處理池制造技術

本發明專利技術的實施例提供了一種電化學電鍍池（１００）。該電鍍池包括流體池（１０１），其具有陽極電解液溶液隔間和陰極電解液溶液隔間；離子膜（１１２）；其被布置在所述陽極電解液溶液隔間和所述陰極電解液溶液隔間之間；和陽極，其被布置在所述陽極電解液溶液隔間中，其中，所述離子膜包含基于聚四氟乙烯的離聚物。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術的實施例一般地涉及具有隔離的陰極電解液和陽極電解液區域的電鍍池，其中所述隔離的兩個區域由離子膜彼此分離。
技術介紹
亞四分之一微米尺寸的特征的金屬化是當代和未來集成電路制造工藝的基礎技術。更具體地，在諸如超大規模集成型器件之類的器件中，即在具有擁有超過一百萬個邏輯門的集成電路的器件中，處在這些器件的核心中的多層互連一般通過由諸如銅或者鋁之類的導電材料填充具有大高寬比(即，大于約4∶1)的互連特征來形成。通常，諸如化學氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)的沉積技術已經被用來填充這樣的互連特征。但是，隨著互連尺寸減小并且高寬比增大，通過常規的金屬化技術的無空洞互連特征填充變得日益困難。因此，電鍍技術，即電化學電鍍(ECP)和無電鍍，已經作為集成電路制造工藝中用于無空洞填充亞四分之一微米尺寸的大高寬比互連特征的有前途的工藝出現。例如，在ECP工藝中，形成在襯底的表面(或者沉積在其上的層)中的亞四分之一微米尺寸的大高寬比特征可以被高效地由諸如銅的導電材料填充。ECP電鍍工藝一般為兩階段工藝，其中，種子層首先被形成在襯底的表面特征上，然后襯底的表面特征被暴露于電解液溶液，同時在種子層和位于電解液溶液中的銅陽極之間施加電偏壓。電解液溶液一般包含將被電鍍到襯底表面上的離子，因此，電偏壓的施加使得這些離子被驅動出電解液溶液，并且被電鍍到被加偏壓的種子層。常規的化學電鍍池一般使用包含電鍍液的溢流圍堰型電鍍裝置，所述電鍍液在本文中一般也被稱為陰極電解液。在電鍍期間，襯底被置于圍堰的頂部，并且在襯底和位于電鍍液下部處的陽極之間施加電鍍偏壓。此偏壓使得電鍍液中的金屬離子發生還原，所述還原使得這些離子被電鍍在襯底上。但是，與常規電鍍池相關的一個挑戰是電鍍液包含添加劑，這些添加劑被配制來控制電鍍過程，并且已知這些添加劑在電鍍過程中與陽極反應。該與陽極的反應導致添加劑被分解，這一般使得添加劑失效。此外，當添加劑被分解，并且不再能夠幫助工藝控制時，則這些添加劑基本成為電鍍液中的污染物。此外，其他的常規電鍍池已經將多孔膜用于電鍍池，以起到將陽極電解液溶液(在本文中將討論)與電鍍液或者陰極電解液分離開的作用。這樣的結構的意圖是防止電鍍液中的添加劑與陽極接觸并且耗盡或者降解。多孔膜的常規應用包括微孔化學傳輸阻隔膜，其被認為限制大多數物質的化學傳輸，同時允許陽離子或者陰離子物質的遷移，由此允許通過電流。常規膜的示例包括多孔玻璃膜、多孔陶瓷膜、硅石氣凝膠膜、有機氣凝膠膜、多孔聚合物材料膜和過濾膜。具體的膜包括碳過濾層、Kynar層或者聚丙烯膜。但是，與圍堰型電鍍池相似的是，使用多孔膜來將陰極電解液與陽極電解液隔離的常規的池也表現出通過膜泄漏添加劑，這也使得添加劑可以接觸陽極并耗盡。此外，常規的膜面臨著維持陰極電解液溶液中的電鍍金屬離子濃度的挑戰。更具體地，常規的膜一般允許來自電鍍液中的數種不同類型的離子穿過，于是電鍍金屬離子的傳輸被阻礙，因為這些離子必須與其他離子競爭來穿過膜。于是，試圖將陰極電解液與陽極電解液隔離的常規電解池一般對于防止電鍍液添加劑到達陽極是無效的，此外，產生了電鍍金屬離子擴散的問題，因為由于在膜孔處的擁堵，阻礙膜達到恒定的金屬離子傳輸速率。因此，存在對于這樣的電解池的需要，該電解池被構造來使在陽極分解的添加劑最少，同時允許足夠的金屬離子滲透性。
技術實現思路
本專利技術的實施例提供了一種電化學電鍍池。該電鍍池包括流體池，其具有陽極電解液溶液隔間和陰極電解液溶液隔間；離子膜；其被布置在所述陽極電解液溶液隔間和所述陰極電解液溶液隔間之間；以及陽極，其被布置在所述陽極電解液溶液隔間中，其中，所述離子膜包含基于聚四氟乙烯的離聚物。本專利技術的實施例還可以提供一種隔間化的電化學電鍍池。該電鍍池包括陽極電解液隔間，其被構造來容納陽極電解液溶液；陰極電解液隔間，其被構造來容納陰極電解液溶液；陽離子膜，其被布置來將所述陰極電解液隔間與所述陽極電解液隔間分離；陽極，其被布置在所述陽極電解液隔間中；以及擴散構件，其被布置在所述陰極電解液室中所述陽離子膜和襯底電鍍位置之間，其中所述陽離子膜包括氟化聚合物基體。本專利技術的實施例還可以提供一種電化學電鍍池。所述電鍍池包括陽極電解液隔間，其被布置在一流體池的下部；陰極電解液隔間，其被布置在所述流體池的上部；和基于聚四氟乙烯的離聚物陽離子膜，其具有氟化聚合物基體，并且被布置來將所述陽極電解液隔間與所述陰極電解液隔間分離。附圖說明通過參考實施例，可以更詳細地理解本專利技術的上述特征，得到對上面被概述的本專利技術的更具體的描述，其中一些實施例被圖示在附圖中。但是應注意，附圖僅僅圖示了本專利技術的典型實施例，并且因此不應被認為是對本專利技術的范圍的限制，因為本專利技術可以容許其他的等同實施例。圖1示出了本專利技術的示例性電化學電鍍細小池的局部剖面透視圖。圖2示出了本專利技術的陽極基板的透視圖。圖3示出了本專利技術的其中布置有陽極的示例性陽極基板的透視圖。圖4示出了本專利技術的示例性膜支撐構件的分解透視圖。圖5示出了本專利技術的電鍍池的邊緣的局部剖面圖。具體實施例方式本專利技術一般地提供了一種電化學電鍍池，該電鍍池被構造來利用小體積(即，在池本身中容納小于約4公升、優選約1和3公升之間的電解液并且在鄰接的流體連接的供應箱中容納可能為約2和約8公式之間的電解液溶液的圍堰體積)的池將金屬電鍍到半導體襯底上。運行本專利技術的池所需的這些小的體積流體允許將電鍍池用于預定范圍襯底，即100-200，然后溶液可以被排出，并且用新的溶液更換。電化學電鍍池一般被構造為通過陽離子膜將電鍍池的陽極與電鍍池的陰極或者電鍍電極流體隔離，所述陽離子膜被布置在正被電鍍的襯底和電鍍池的陽極之間。此外，本專利技術的電鍍池一般被構造為向陽極隔間(即陽極的上表面和膜的下表面之間的體積)提供第一流體溶液，并向陰極隔間(即位于膜上表面上方的流體體積)提供第二流體溶液(電鍍液)。電鍍池的陽極一般包括多個形成在其中的狹槽，所述多個狹槽被彼此平行地布置，并且被構造為在電鍍過程中從陽極室表面移去濃縮的流體動力學牛頓流體層。膜支撐件具有多個形成在組件的第一側中的狹槽或者溝槽，同時還具有多個形成在膜支撐件的第二側中的鉆孔，其中所述多個鉆孔與處在膜支撐件的相反側上的狹槽流體連通。圖1示出了本專利技術的示例性電化學電鍍池100的透視和局部剖視圖。電鍍池100一般包括外池101和位于外池101中的內池102。內池102一般構造來容納在電化學電鍍過程中用于將例如銅的金屬電鍍到襯底上的電鍍液。在電鍍過程中，電鍍液一般被連續地供應到內池102(例如，對于10公升的電鍍池以約每分鐘1加侖)，因此，電鍍液持續地溢流出內池102的最高點，并且流到外池101中。然后，溢流出的電鍍液被外池101收集，并且從其排出以循環到內池102中。如圖1所示，電鍍池100一般以傾斜的角度布置，即，電鍍池100的框架部分103在一側被抬高，以使電鍍池100的部件被傾斜約3°到約30°。因而，為了在電鍍操作期間在內池102內容納足夠深度的電鍍液，在電鍍池100的一側，內池102的最上側部分可以向上延伸，使得內池102的最高點一般地水平，并且允許供應到其的電鍍液圍繞內池102的周長連續溢流出。電鍍池100的框架構件103一般包括固定到框架構件本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電化學電鍍池，包括：流體池，其具有陽極電解液溶液隔間和陰極電解液溶液隔間；離子膜；其被布置在所述陽極電解液溶液隔間和所述陰極電解液溶液隔間之間；和陽極，其被布置在所述陽極電解液溶液隔間中，其中，所述離子膜 包含基于聚四氟乙烯的離聚物。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 2003-7-8 10/616,044;US 2003-7-24 10/627,3361.一種電化學電鍍池，包括流體池，其具有陽極電解液溶液隔間和陰極電解液溶液隔間；離子膜；其被布置在所述陽極電解液溶液隔間和所述陰極電解液溶液隔間之間；和陽極，其被布置在所述陽極電解液溶液隔間中，其中，所述離子膜包含基于聚四氟乙烯的離聚物。2.如權利要求1所述的電化學電鍍池，其中所述離子膜還包含基于氟化聚合物基體的陽離子膜。3.如權利要求1所述的電化學電鍍池，其中所述離子膜包含被設計為在酸性和濃堿性溶液中都化學穩定的氟化基體。4.如權利要求1所述的電化學電鍍池，其中所述離子膜包含含有磺酸基和羧基離子官能團中的至少一種的全氟化聚合物。5.如權利要求4所述的電化學電鍍池，其中所述離子膜被設計來在約5mA/cm2和約20mA/cm2之間的電鍍電流密度下通過其傳輸約94％到約98％之間的金屬離子。6.如權利要求4所述的電化學電鍍池，其中所述離子膜被設計來在約20mA/cm2和約60mA/cm2之間的電鍍電流密度下通過其傳輸約93％到約97％之間的金屬離子。7.如權利要求2所述的電化學電鍍池，其中所述離子膜在約10mA/cm2的電鍍電流密度下具有約20Ωcm2和約45Ωcm2間的電導率。8.如權利要求2所述的電化學電鍍池，其中所述離子膜具有約3ml/Amphr和約7.5ml/Amphr之間的水傳輸率。9.如權利要求1所述的電化學電鍍池，其中所述離子膜包括聚二乙烯基苯基體。10.一種電化學電鍍池，包括陽極電解液隔間，其被布置在一流體池的下部；陰極電解液隔間，其被布置在所述流體池的上部；和基于聚四氟乙烯的離聚物陽離子膜，其具有氟化聚合物基體，并且被布置來將所述陽極電解液隔間與所述陰極電解液隔間分離。11.如權利要求10所述的電化學電鍍池，還包括在所述陰極電解液隔間中布置在所述陽離子膜上方的擴散構件。12.如權利要求11所述的電化學電鍍池...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邁克爾X揚，德米特里魯博彌爾斯克，業茲蒂N杜爾蒂，薩拉弗野特辛加，施施拉耶L圖施巴瓦勒，尼克雷Y闊瓦斯克，
申請(專利權)人：應用材料公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]