電鍍裝置和電鍍方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)揭示了在具有圖形結(jié)構(gòu)的基板上金屬沉積的電鍍裝置和電鍍方法。在一個實施例中，電鍍裝置包括用于容納電鍍液的電鍍槽、用于夾持基板的基板保持模組，以及至少一個驅(qū)動裝置，用于在基板浸入電鍍液中被電鍍的過程中，驅(qū)動基板保持模組與基板一起水平振動和/或豎直振動。本發(fā)明專利技術(shù)通過振動基板保持模組，能夠加強(qiáng)基板電鍍過程中的質(zhì)量傳遞，從而提高圖形結(jié)構(gòu)上的電鍍速率和電鍍均勻性。形結(jié)構(gòu)上的電鍍速率和電鍍均勻性。形結(jié)構(gòu)上的電鍍速率和電鍍均勻性。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】電鍍裝置和電鍍方法


[0001]本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，具體涉及具有電鍍液攪動的電鍍裝置及電鍍方法以提高電鍍速率。

技術(shù)介紹

[0002]為了制造半導(dǎo)體器件，在雙大馬士革工藝中，電鍍技術(shù)通常被用于在互連結(jié)構(gòu)(例如溝槽、孔洞、硅通孔等)中形成金屬膜，或被用于在先進(jìn)封裝工藝中形成諸如凸塊等結(jié)構(gòu)。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，不僅對鍍層質(zhì)量提出了更高要求，對電鍍速率同樣提出了更高要求。由于更高的電鍍速率意味著更高的產(chǎn)量，電鍍速率在雙大馬士革工藝和先進(jìn)封裝工藝中都變得越來越重要。
[0003]通常，電鍍速率與以下幾個因素相關(guān)，例如電鍍液組分、電鍍液溫度和電鍍液攪動，其中，電鍍液攪動進(jìn)一步與以下物理量相關(guān)，例如電鍍液流速、待電鍍基板的轉(zhuǎn)速和對電鍍液施加的振動。目前，有幾種提高電鍍液攪動程度從而加強(qiáng)電鍍過程中的質(zhì)量傳遞來提高電鍍速率的方式。一種方式是使用流成形板并結(jié)合流轉(zhuǎn)向器，流端口橫向流增強(qiáng)。盡管這種方式可以控制電鍍液流體動力學(xué)，從而在電鍍過程中獲得有效的質(zhì)量傳遞，進(jìn)而獲得較高的鍍層均勻性。然而，如果電鍍液在基板上從一側(cè)到另一側(cè)的流動太強(qiáng)，電鍍液流動會影響電鍍液中的添加劑分布。具體地，電鍍液在流端口附近一側(cè)的流速很快，在遠(yuǎn)離流端口的另一側(cè)流速很慢。因此，越過基板中心往邊緣區(qū)域的電鍍液的流速是不均勻的。更具體地，電鍍液的流速在基板邊緣的流端口處很強(qiáng)，而電鍍液在經(jīng)過基板中心向遠(yuǎn)離流端口的另一側(cè)流動時，電鍍液的流速變得越來越弱。許多添加劑尤其是電鍍平整劑對電鍍液的流速敏感。如果電鍍液的流速太強(qiáng)且整個基板上的電鍍液流速分布不均勻，平整劑會更容易附著在基板表面上對應(yīng)電鍍液流速更強(qiáng)處，因此造成電鍍均勻性不佳。同時，對于半導(dǎo)體器件上的微結(jié)構(gòu)，例如凸塊結(jié)構(gòu)，其形貌也會受到影響。由于平整劑對電鍍液的流速敏感，凸塊形貌將變得傾斜。雖然通過旋轉(zhuǎn)基板能夠補(bǔ)償不均勻性，然而，基板的轉(zhuǎn)速在電鍍過程中會變化(在本行業(yè)很常見)，這仍將導(dǎo)致電鍍的不均勻。
[0004]另一種加強(qiáng)電鍍液攪動的方法是使用槳葉，利用槳葉的振動來加強(qiáng)電鍍液攪動。該方式的缺點是，由于槳葉設(shè)置在擴(kuò)散盤與待電鍍基板之間，槳葉的高速運動會導(dǎo)致電鍍液中產(chǎn)生氣泡，氣泡會附著在基板表面，使得該處沒有被電鍍，從而引起電鍍質(zhì)量問題。由槳葉引起的另外一個問題是：由于槳葉具有很多開口，開口的形狀和大小會影響電場分布，這將引起基板的電鍍不均勻問題。此外，當(dāng)槳葉被用于攪動基板表面附近的流體時，它會產(chǎn)生電鍍液內(nèi)電場的陰影“(shadow)”，引起待電鍍基板上的鍍層不均勻問題。
[0005]另外，為了獲得更高的電鍍速率，與低電鍍速率的電鍍液相比，高電鍍速率的電鍍液有不同的配方。以電鍍銅為例，傳統(tǒng)的電鍍速率是2
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5ASD，對于超過8ASD的電鍍速率，尤其是8
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30ASD的電鍍速率，電鍍液中的銅離子濃度更高且添加劑更加復(fù)雜。電鍍速率越高，越難控制薄膜或凸塊的形貌。而且隨著器件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，例如一片晶粒上同時具有溝槽和大襯墊結(jié)構(gòu)，因此平整劑需要更高的濃度。同樣，通過高速電鍍也很難控制晶圓級均勻
性。為了在晶圓級上和晶粒內(nèi)獲得良好的電鍍結(jié)果，電鍍液中的添加劑，例如加速劑、平整劑和抑制劑，需要互相協(xié)同工作。
[0006]因此，目前的電鍍液攪動方法存在著各種不足。有必要提出一種提高電鍍速率和電鍍均勻性的電鍍液攪動方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0007]本專利技術(shù)的一個目的是提供一種在具有圖形結(jié)構(gòu)的基板上進(jìn)行金屬沉積的電鍍裝置。電鍍裝置包括用于容納電鍍液的電鍍槽、用于保持基板的基板保持模組以及至少一個驅(qū)動裝置被配置為在基板浸入電鍍液中被電鍍的過程中，驅(qū)動基板保持模組和基板一起水平和/或豎直振動。
[0008]本專利技術(shù)的另一個目的是提供一種在具有圖形結(jié)構(gòu)的基板上進(jìn)行金屬沉積的電鍍方法。該方法包括以下步驟：將基板裝載在基板保持模塊以被其保持；將基板浸入在電鍍槽內(nèi)的電鍍液中；在基板浸入電鍍液中被電鍍的過程中，驅(qū)動基板保持模組和基板一起水平和/或豎直振動。
[0009]本專利技術(shù)的又一個目的是提供一種在具有圖形結(jié)構(gòu)的基板上進(jìn)行金屬沉積的電鍍裝置。電鍍裝置包括用于容納電鍍液的電鍍槽、用于保持基板的基板保持模組、用于驅(qū)動基板保持模組和基板一起旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器，以及控制器被配置為控制旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)N圈然后再反向旋轉(zhuǎn)N圈，該過程被交替執(zhí)行數(shù)個循環(huán)，N小于或等于3.0。
[0010]本專利技術(shù)還有一個目的是提供一種在具有圖形結(jié)構(gòu)的基板上進(jìn)行金屬沉積的電鍍方法。該方法包括以下步驟：將基板裝載在基板保持模組以被其保持；使基板浸入在電鍍槽內(nèi)的電鍍液中；在基板浸入電鍍液中被電鍍的過程中，通過旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器驅(qū)動基板保持模組和基板一起旋轉(zhuǎn)，控制旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)N圈然后再反向旋轉(zhuǎn)N圈，該過程被交替執(zhí)行數(shù)個循環(huán)，N小于或等于3.0。
[0011]綜上所述，本專利技術(shù)揭露了一種獨特的基板電鍍過程中的電鍍液攪動方式，即讓基板保持模組與基板一起振動，這樣可以加強(qiáng)質(zhì)量傳遞從而提高電鍍速率和電鍍均勻性。此外，由于基板保持模組的振動是往復(fù)的，振動頻率很快，足以使添加劑在圖形結(jié)構(gòu)內(nèi)部均勻分布。電鍍液的質(zhì)量傳遞邊界層會變得更薄，電鍍液中被吸收進(jìn)圖形結(jié)構(gòu)中的添加劑交換非常迅速和均勻，因此圖形結(jié)構(gòu)中電鍍金屬的一致性得到了改善，克服了所鍍的柱狀物或凸塊傾斜的缺陷，同時電鍍速率可以更高。
附圖說明
[0012]圖1為傳統(tǒng)電鍍裝置的示意圖；
[0013]圖2A
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2C為采用傳統(tǒng)電鍍裝置進(jìn)行金屬沉積時，鍍的金屬柱狀物或凸塊傾斜的示意圖；
[0014]圖3A
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3C為采用傳統(tǒng)電鍍裝置進(jìn)行金屬沉積時，鍍的金屬柱狀物或凸塊傾斜的示意圖；
[0015]圖4為依據(jù)本專利技術(shù)一個可選實施例的電鍍裝置的示意圖；
[0016]圖5A和圖5B示意了相對速度快速改變以實現(xiàn)電鍍液攪動的示意圖；
[0017]圖6為依據(jù)本專利技術(shù)另一個可選實施例的電鍍裝置的示意圖；
[0018]圖7A
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7B為依據(jù)本專利技術(shù)又一個可選實施例的電鍍裝置的示意圖；
[0019]圖8A
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8B和圖9A
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9B為電鍍裝置的基板保持模組水平振動的示意圖；
[0020]圖10A
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10B和圖11A
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11B為依據(jù)本專利技術(shù)又一個可選實施例的電鍍裝置的示意圖；
[0021]圖12A
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12B為依據(jù)本專利技術(shù)一個可選實施例的電鍍裝置的示意圖；
[0022]圖13A
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13B和圖14A
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14B為電鍍裝置的基板保持模組豎直振動的示意圖；
[0023]圖15A
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15B和圖16A
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16B為依據(jù)本專利技術(shù)又一個可選實施例的電鍍裝置的示意圖；
[0024]圖17A
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17B為依據(jù)本專利技術(shù)又一個可選實施例的電鍍裝置的示意圖；
[0025]圖18A
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【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】1.一種在具有圖形結(jié)構(gòu)的基板上進(jìn)行金屬沉積的電鍍裝置，其特征在于，包括：電鍍槽，用于容納電鍍液；基板保持模組，用于夾持基板；以及至少一個驅(qū)動裝置，用于在基板浸入電鍍液中被電鍍的過程中，驅(qū)動所述基板保持模組與基板一起水平振動和/或豎直振動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其特征在于，所述的至少一個驅(qū)動裝置為馬達(dá)、氣缸或振動器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其特征在于，所述基板保持模組水平夾持基板。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其特征在于，所述基板保持模組豎直夾持基板，所述基板保持模組和基板豎直浸入電鍍液中。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其特征在于，所述電鍍液的流速為V2，所述至少一個驅(qū)動裝置驅(qū)動基板保持模組和基板以V1的速度振動，V1不小于0.2V2。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鍍裝置，其特征在于，還包括至少一個振動板，所述至少一個驅(qū)動裝置驅(qū)動所述基板保持模組振動或以所述至少一個振動板的固有頻率共振。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電鍍裝置，其特征在于，還包括安裝板和支撐座，所述基板保持模組包括支架，所述振動板的一端連接所述支架，所述振動板的另一端連接至所述安裝板，所述安裝板設(shè)置在所述支撐座上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電鍍裝置，其特征在于，所述安裝板可以沿著所述支撐座上下運動。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電鍍裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置設(shè)置在支架上，所述驅(qū)動裝置為振動器。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電鍍裝置，其特征在于，還包括一對限位部件，用于限制所述基板保持模組受驅(qū)動而振動的振幅。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電鍍裝置，其特征在于，所述一對限位部件設(shè)置在支架上，且分別位于所述振動板的兩側(cè)，或者所述一對限位部件設(shè)置在安裝板上，且分別位于所述振動板的兩側(cè)。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電鍍裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置為一對馬達(dá)或一對氣缸，所述的一對馬達(dá)或一對氣缸設(shè)置在支架上，并分別位于所述振動板的兩側(cè)，或者所述的一對馬達(dá)或一對氣缸設(shè)置在安裝板上，且分別位于所述振動板的兩側(cè)。13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電鍍裝置，其特征在于，還包括安裝板和支撐座，所述基板保持模組包括固定件和支架，所述的至少一個振動板包括一對振動板，所述支架具有兩臂和基部，所述支架的兩臂設(shè)置在所述固定件的兩側(cè)，并連接至所述的一對振動板，所述的一對振動板連接至所述固定件的兩側(cè)，所述支架的基部連接至所述安裝板，所述安裝板設(shè)置在所述支撐座上。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電鍍裝置，其特征在于，所述安裝板可以沿著所述支撐座上下運動。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電鍍裝置，其特征在于，所述基板保持模組還包括豎直連接部件、水平連接部件、彈性連接部件和框架，豎直連接部件連接至所述支架的基部和水平連接部件，水平連接部件連接至彈性連接部件，彈性連接部件連接至框架，框架固定在所述固
定件上。16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電鍍裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置設(shè)置在所述固定件上，所述驅(qū)動裝置為振動器。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電鍍裝置，其特征在于，所述驅(qū)動裝置設(shè)置在所述水平連接部件上，所述驅(qū)動裝置為馬達(dá)或氣缸。18.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電鍍裝置，其特征在于，還包括安裝板和支撐座，所述基板保持模組還包括固定件，所述振動板連接至所述固定件的一側(cè)和所述安裝板，所述安裝板設(shè)置在所述支撐座上，其中，所述驅(qū)動裝置為豎直執(zhí)行器，用于驅(qū)動所述安裝板沿著所述支撐座上下運動，以使所述基板保持模組豎直振動。19.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電鍍裝置，其特征在于，所述至少一個振動板包括第一振動板和一對第二振動板，所述至少一個驅(qū)動裝置包括第一驅(qū)動裝置和第二驅(qū)動裝置，第一驅(qū)動裝置用于驅(qū)動所述基板保持模組水平振動...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王暉，王堅，楊宏超，賈照偉，
申請(專利權(quán))人：盛美半導(dǎo)體設(shè)備上海股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：