本发明专利技术涉及使用至少一个超/兆声波装置及其反射板在金属化装置中形成驻波以获得高均匀度的金属薄膜沉积且沉积速率远高于现有的在电解液中的薄膜生长速率。在本发明专利技术中，基板被动态控制使得在每个运动周期内基板上的点经过整个具有不同能量强度的声场区。该方法保证了基板上的每个点能够在工艺时间间隔内获得相同总量的声能，且累积地快速生长均匀沉积厚度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术设及一种基板在电解液中金属化的装置和方法。特别地，设及将至少一个 超/兆声波装置应用在金属化装置中，并结合控制基板运动的动态控制机构使声波均匀经 过基板表面，W获得高均匀度的金属薄膜沉积且沉积速率远高于现有的在电解液中的薄膜 生长速率。
技术介绍
在化SI(超大规模集成）电路制造中，采用在具有一层薄的导电层的基板上沉积 一层金属层，通常为铜，来形成电导线路，该沉积通常是在电解液环境中进行。运种沉积 工艺可填充，例如通孔结构，沟槽结构或两种结构的混合结构，并在基板表面覆盖一层膜 层。最终形成的膜层的均匀度至关重要，由于接下来的工艺步骤，通常为平坦化步骤（例如 CMP，化学机械平坦化）来去除多余的导电金属材料，需要沉积的膜层具有很高的均匀度从 而使最终产出的器件与器件之间获得相同的电性能。 目前，在电解液中进行金属化也被应用在填充TSV(娃通孔）W在基板堆叠的3-D 封装中制作垂直导通。在TSV应用中，孔口直径为数个微米或更大，孔深为数百微米。TSV 尺寸要比采用典型的双大马±革工艺的尺寸大几个数量级。在如此高的纵宽比，且深度接 近于基板自身厚度的孔中，填充孔结构成为一个难题。用于典型双大马±革工艺的金属沉 积系统的沉积速率较低，通常只有数千埃每分钟，沉积速率太低而无法有效应用于TSV的 制造。 为实现深孔中无孔隙并且由底部至上的填孔，在电解液中加入多种有机添加剂来 控制局部沉积速率。在沉积过程中，运些有机添加剂组分常常分解成能够改变所需的金属 化工艺的副产物。如果运些副产物作为杂质结合到沉积的膜层中，它们会成为孔穴的形核 核屯、，使得器件的可靠性失效。因此，在沉积工艺中，需要提高深孔附近的化学交换速率，加 快新鲜活性成分的补充和分解后副产物的移除。此外，由于深孔具有高纵宽比，电解液从孔 口流过，在孔内产生满流。对流难W在电解液流体与满流内进行，新鲜的化合物与分解后副 产物在电解液主流体与孔隙底部的传输主要W扩散方式进行。对于诸如TSV的深孔，则具 有更长的扩散路径，进一步限制了化合物交换。并且，在TSV的长路径中缓慢的扩散过程阻 碍了沉积速率的提高，而生产制造常常需要采用高沉积速率来降低成本。在由质量传递控 制的电化学方法中，最大沉积速率与极限电流密度相关，在一定电解液浓度条件下，极限电 流密度与扩散二重层厚度成反比。扩散二重层厚度越低，极限电流密度越高，沉积速率就可 能越高。专利W0/2012/174732,PCT/CN2011/076262掲示了一种利用超/兆声波在基板上 沉积金属薄膜的装置和方法W克服上述问题。 在使用了超/兆声波装置的锻槽中，通过采用声传感器和其他的光-声检测工具 进行能量强度测试，发现沿着超/兆声波装置长度方向的波的分布不均匀。如果在运样的 锻槽中对基板进行金属化处理，那么基板上的每一点所获得的声波能量是不同的。 此外，在具有声波场的锻槽中，波在传播过程中，由于槽壁的吸收W及在添加剂和 副产物周围发生的衍射，导致波的能量损失。因此，在声源附近区域的声波能量强度与离声 源较远区域的声波能量强度不同。驻波形成在两平行平面之间，并能将锻槽中的波的能量 损失减小到最小，且能量转移仅发生在驻波的节点和非节点之间。然而，波的能量强度在其 节点和非节点处是不同的，从而导致声波能量没有均匀的施加到基板上。再者，在沉积金属 薄膜的整个过程中，控制驻波形成的难度较大，其原因在于很难调节两个平面之间的平行 度和间距。 然而，使用运种方法需找到一种通过控制声波能量密度分布均匀性进而控制金属 薄膜沉积均匀性的方法，且要求锻槽中声波的能量损失达到最小。
技术实现思路
本专利技术设及使用至少一个超/兆声波装置及其反射板在金属化装置中形成驻波 W获得高均匀度的金属薄膜沉积且沉积速率远高于现有的在电解液中的薄膜生长速率。在 本专利技术中，基板被动态控制W致于在每个运动周期内基板上的点经过整个具有不同能量强 度的声场区。该方法保证了基板上的每个点能够在工艺时间间隔内获得相同总量的声能， 且累积地快速生长均匀沉积厚度。 本专利技术的一个实施例掲示了在电解液中使用超/兆声波装置的基板金属化装置。 该基板金属化装置包括盛放至少一种金属盐电解液的浸入式腔体、至少一个具有独立电源 的电极、导电的基板固持装置，至少一炔基板由该基板固持装置固持，基板导电的一面面向 电极、W及超/兆声波装置。该基板金属化装置中没有驻波形成。动态运动驱动装置带动 基板固持装置及电极振动使其经过浸入式腔体内的具有不同声波能量强度的声场区，使得 在累积时间内，基板表面获得相同的声能强度，从而提高薄膜沉积均匀性。 本专利技术的一个实施例掲示了在电解液中使用超/兆声波装置且具有可控制的驻 波的基板金属化装置。该基板金属化装置包括盛放至少一种金属盐电解液的浸入式腔体、 至少一个具有独立电源的电极、导电的基板固持装置，至少一炔基板由该基板固持装置固 持，基板导电的一面面向电极、超/兆声波装置、W及与超/兆声波装置平行的反射板W在 反射板与超/兆声波装置之间产生驻波。动态运动驱动装置带动基板固持装置及电极振动 使其经过浸入式腔体内的具有不同驻波能量强度的声场区，使得在累积时间内，基板表面 获得相同的声能强度，从而提高薄膜沉积均匀性。在另一个实施例中，超/兆声波装置与反 射板之间的距离由振动驱动装置控制W进一步动态稳定浸入式腔体内驻波的形成。 本专利技术的一个实施例掲示了在无电的电解液中使用超/兆声波装置的基板金属 化装置。该基板金属化装置包括盛放至少一种金属盐电解液的浸入式腔体、至少一炔基板 由基板固持装置固持、W及超/兆声波装置。该基板金属化装置中没有驻波形成。动态运 动驱动装置带动基板振动使其经过浸入式腔体内的具有不同声波能量强度的声场区，使得 在累积时间内，基板表面获得相同的声能强度，从而提高薄膜沉积均匀性。 本专利技术的一个实施例掲示了在无电的电解液中使用超/兆声波装置且具有可控 制的驻波的基板金属化装置。该基板金属化装置包括盛放至少一种金属盐电解液的浸入式 腔体、至少一炔基板由基板固持装置固持、超/兆声波装置、W及与超/兆声波装置平行的 反射板。动态运动驱动装置带动基板振动使其经过浸入式腔体内的具有不同驻波能量强度 的声场区，使得在累积时间内，基板表面获得相同的声能强度，从而提高薄膜沉积均匀性。 在另一个实施例中，超/兆声波装置与反射板之间的距离由振动驱动装置控制W进一步动 态稳定浸入式腔体内驻波的形成。 根据本专利技术的一个实施例，提供了在电解液中基板均匀金属化的方法。该方法包 括：向浸入式腔体内引入金属盐电解液；传输至少一炔基板到与基板导电的一面电连通的 基板固持装置；给基板加载第一偏压；将基板置于电解液中；加载一个电流至电极；将超/ 兆声波用于基板并带动基板固持装置振动；带动基板固持装置上下振动使基板固持装置经 过具有不同强度的声场区；停止将超/兆声波用于基板并停止振动基板固持装置；给基板 加载第二偏压；将基板移出金属盐电解液。 根据本专利技术的一个实施例，提供了在电解液中基板均匀金属化的方法。该方法包 括：向浸入式腔体内引入金属盐电解液；传输至少一炔基板到与基板导电的一面电连通的 基板固持装置；给基板加载第一偏压；将基板置于电解液中；加载本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电解液基板金属化装置，包括：浸入式腔体，盛放金属盐电解液；至少一个电极，与至少一个电源相连接；基板固持装置，固持至少一块基板且基板可导电的一面面向一个电极，该基板固持装置可导电；至少一个超/兆声波装置及反射板，用于在浸入式腔体内形成超/兆声波驻波；以及第一驱动装置，带动基板固持装置沿其轴振动，使基板固持装置经过整个具有不同超/兆声波声能强度的超/兆声波驻波区域，以使在累积时间内，由基板固持装置固持的基板表面获得均匀的声能强度分布。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晖，陈福平，王希，
申请(专利权)人：盛美半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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