用于调节在电镀中的方位角均匀性的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于调节在电镀中的方位角均匀性的装置和方法。用于在半导体衬底上以改善的方位角均匀性电镀金属的装置在一个方面包括：电镀室，其被配置成容纳电解液和阳极；衬底支架，其配置成在电镀期间保持半导体衬底；离子阻性离子可穿透元件(“元件”)，其被配置成邻近衬底定位；和屏蔽件，其被配置用于提供方位角不对称屏蔽并定位在衬底支架和元件之间，使得所述屏蔽件的面对衬底的表面和所述衬底的工作表面之间的最近距离为小于约2mm。在一些实施方式中，在电镀期间，在所述屏蔽件的面对衬底的表面和所述屏蔽件之间存在填充电解液的间隙。所述屏蔽件的面对衬底的表面可以设置轮廓使得从屏蔽件的不同位置到衬底的距离是变化的。

Apparatus and method for adjusting azimuth uniformity in electroplating

The invention relates to an apparatus and a method for adjusting the azimuthal uniformity in electroplating. For a device on a semiconductor substrate to improve the azimuth uniformity of metal plating in one aspect includes: electroplating chamber configured to accommodate electrolyte and anode; a substrate support configured to maintain a semiconductor substrate during plating; ion resistance ion penetrable elements (components), configured near the substrate position; and the shield, which is configured to provide shielding azimuthal asymmetry and positioned between the substrate support and the element, so that the shield face between surfaces of the surface of the substrate and the substrate of the nearest distance is less than about 2mm. In some embodiments, there is a gap between the surface of the substrate and the shielding member during the plating process. The surface of the shield facing the substrate can be provided with an outline so that the distance from the different positions of the shield to the substrate is varied.

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及用于在半导体晶片上电镀金属层的方法和装置。更具体地，本文所描述的方法和装置对于控制方位角镀覆均匀性是有用的。
技术介绍
在半导体器件的制造中，导电材料(如铜)通常通过电镀到金属的籽晶层上来沉积，以填充在半导体晶片衬底上的一个或多个凹陷特征。电镀是用于在镶嵌处理期间沉积金属到晶片的通孔和沟槽的选择的方法，并且也用于晶片级封装(WLP)应用中，以形成在晶片衬底上的金属柱和金属线。电镀的另一种应用是填充穿透硅通孔(TSV)，其是在3D集成电路和3D封装中使用的相对较大的垂直电连接。在一些电镀衬底中，在电镀(通常在镶嵌和TSV处理中)之前，籽晶层暴露在衬底的整个表面上，并在衬底的整体上进行金属的电沉积。在其它电镀衬底的过程中，籽晶层的一部分由非导电材料覆盖，例如由光致抗蚀剂覆盖，而籽晶层的另一部分被暴露。在具有部分被掩蔽的籽晶层的这样的衬底中，电镀仅在籽晶层的暴露部分进行，而籽晶层的被覆盖部分被保护以避免上面被电镀。在具有涂覆有图案化的光致抗蚀剂的籽晶层的衬底上电镀被称为穿过抗蚀剂电镀，并且通常在WLP应用中使用。在电镀期间，电触点在晶片的周边的籽晶层(例如，铜籽晶层)上形成，并且晶片被电偏置以用作阴极。使晶片与电解液接触，电解液包含待镀的金属离子。电解液通常还包含向电解液提供足够的导电性的酸，并且也可以含有在衬底的不同表面上调节电沉积速率的添加剂，其被称为促进剂、抑制剂、以及均化剂(leveler)。在电镀过程中所遇到的一个问题是沿圆形半导体晶片的半径不均匀分布的电沉积的金属的厚度。这种类型的非均匀性被称为径向非均匀性。径向非均匀性会由于多种因素而出现，例如因终端效应(terminal effect)而出现，以及由于在衬底的表面的电解液流量的变化而出现。终端效应本身表现为边缘厚的电镀，因为在晶片的边缘的电触点附近的电位比在晶片的中心会是显著较高的，尤其是当使用薄电阻籽晶层时。在电镀期间可能遇到的另一种类型的非均匀性是方位角非均匀性。为清楚起见，我们使用极坐标将方位角非均匀性定义为在相对于晶片中心的固定径向位置处在晶片上的不同角度位置显示的厚度变化，即，沿着晶片的周界内的给定的圆或圆的部分的非均匀性。这种类型的非均匀性可独立于径向的非均匀性存在于电镀应用中，并且在一些应用中可能是需要加以控制的主要类型的非均匀性。其经常出现在穿过抗蚀剂电镀中，其中，晶片的主要部分被用光致抗蚀剂涂层或类似的防镀覆层掩蔽，并且特征的掩蔽图案或特征密度在晶片边缘附近在方位角上并不是均匀的。例如，在一些情况下，在靠近晶片的凹口处会存在缺失图案特征的、技术上所需要的弦形(chord)区域，以使得能对晶片进行编号或处理。过度的径向和方位角非均匀性可导致非功能性的芯片。因此需要改善镀覆均匀性的方法和装置。
技术实现思路
描述了用于在衬底上以改善的方位角镀覆均匀性电镀金属的方法和装置。本文描述的装置和方法可以用于在各种衬底上电镀，并且对于在方位角不均匀的衬底上电镀是特别有用的，例如在具有方位角不均匀的缺少管芯区的衬底上电镀是特别有用的。该装置和方法结合方位不对称屏蔽件利用离子阻性离子可穿透元件(下称“元件”)，其中，所述元件和所述屏蔽件在提高电镀的均匀性的配置中使用。在一个方面，提供了一种电镀装置。该电镀装置包括：(a)电镀室，其被配置成在电镀金属到半导体衬底上时容纳电解液和阳极；(b)衬底支架，其配置成在电镀期间保持和旋转所述半导体衬底；(c)离子阻性离子可穿透元件，其包括面对衬底的表面和相反的表面，其中所述元件在电镀期间使得离子流能穿过所述元件朝向所述衬底流动，其中所述离子阻性离子可穿透元件包括多个非连通通道，并且其中所述离子阻性离子可穿透元件被定位成使得所述元件的面对衬底的表面和所述衬底的工作表面之间的最近距离为约10mm或小于10mm；和(d)屏蔽件，其被配置用于提供方位角不对称屏蔽，其中该屏蔽件具有面对衬底的表面和相反的表面，其中，所述屏蔽件被定位成使得所述屏蔽件的面对衬底的表面和所述衬底的工作表面之间的最近距离为小于约2mm。优选地，所述屏蔽件的面对衬底的表面和所述衬底的工作表面之间的最近距离为约0.5mm-1.5mm。在一些实施方式中，所述屏蔽件的面对衬底的表面被设置轮廓使得从所述屏蔽件的面对衬底的表面到所述衬底的工作表面的距离是变化的(或者逐渐地或者以离散的步骤)。在一些实施方式中，所述屏蔽件的面对衬底的表面被设置轮廓使得从所述屏蔽件的面对衬底的表面到所述衬底的工作表面的距离对于选定的方位角位置是径向变化的。例如，在一实施方案中，所述屏蔽件的面对衬底的表面被设置轮廓使得从所述屏蔽件的面对衬底的表面到所述衬底的工作表面的距离在第一径向位置比在第二径向位置大，其中所述第二径向位置比所述第一径向位置大。径向位置从对应于所述衬底的中心(零径向位置)测量，使得它沿向外的方向朝衬底的边缘的径向位置增大。在一些实现方案中，所述屏蔽件的面对衬底的表面被设置轮廓使得至少对于屏蔽件的一部分，随着径向位置增大，从所述屏蔽件的面对衬底的表面到所述衬底的工作表面的距离在径向方向上逐渐减小。在一些实施方式中，所述屏蔽件的相反的表面接触所述离子阻性离子可穿透元件并阻塞所述元件的所述面对衬底的表面上的通道的一部分。所述屏蔽件通常可以是实心的(没有任何开口)，或者，在一些实施方式中，所述屏蔽件可以具有一个或多个电解液可穿过的开口，从而使得离子流能穿过这些开口。在一些实施方案中，所述屏蔽件总体上是楔状的。合适的屏蔽件的一个实施例是具有位于离所述衬底的边缘的径向位置介于约10mm-40mm的径向距离处的介于约100°-180°之间的中心楔状角的屏蔽件。在许多实施方式中，所述离子阻性离子可穿透元件被定位成使得在电镀期间所述元件的面对衬底的表面和所述衬底之间的所述距离介于约2mm-10mm之间，并且所述屏蔽件被定位成使得在电镀期间所述屏蔽件的面对衬底的表面和所述衬底的工作表面之间的最小距离为约1.5mm或小于约1.5mm。在许多实施方案中，所述屏蔽件被定位成使得在电镀期间所述离子阻性离子可穿透元件的面对衬底的表面和所述屏蔽件之间存在填充电解液的间隙。当使用这样的配置时，优选地配置该装置，使得所述非连通通道落入屏蔽件的投影的至少一部分相对于离子流的流动是被阻塞的。这可以例如通过提供与所述离子阻性离子可穿透元件的所述相反的表面接触的第二屏蔽件来实现，其中所述第二屏蔽件用于阻塞非连通通道的落入所述屏蔽件的投影的至少一部分。在另一配置中，提供了特别设计的元件，其中，该元件的落入屏蔽件的投影的至少一部分没有通道。此外，当该元件和所述顶部屏蔽件之间具有间隙时，在一些实施方式中，所述装置还包括入口和出口，所述入口通向位于所述衬底和所述离子阻性离子可穿透元件之间的微室以用于引导电解液流入至所述微室，所述出口通向所述微室以用于接收流动通过所述微室的电解液，其中所述入口和所述出口被定位成邻近方位角相反的所述衬底的所述工作面的周边位置，并且其中，所述入口和出口适于在所述微室产生电解液的交叉流(cross-flow)。例如，所述装置可以被配置成用于产生穿过在所述离子阻性离子可穿透元件和屏蔽件之间的间隙的电解液交叉流。在一些实施方式中，通向所述微室的出口位于顶部屏蔽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电镀装置，其包括：(a)电镀室，其被配置成在电镀金属到半导体衬底上时容纳电解液和阳极；(b)衬底支架，其被配置成在电镀期间保持所述半导体衬底；(c)离子阻性离子可穿透元件，其包括面对衬底的表面和相反的表面，其中所述元件在电镀期间使得离子流能穿过所述元件朝向所述衬底流动，其中所述离子阻性离子可穿透元件包括多个非连通通道，并且其中所述离子阻性离子可穿透元件被定位成使得所述元件的面对衬底的表面和所述衬底的工作表面之间的最近距离为约10mm或小于10mm；以及(d)屏蔽件，其被配置成用于提供方位角不对称屏蔽，其中该屏蔽件具有面对衬底的表面和相反的表面，其中，所述屏蔽件被定位成使得所述屏蔽件的面对衬底的表面和所述衬底的工作表面之间的最近距离为小于约2mm。

【技术特征摘要】
2015.06.09 US 14/734,8821.一种电镀装置，其包括：(a)电镀室，其被配置成在电镀金属到半导体衬底上时容纳电解液和阳极；(b)衬底支架，其被配置成在电镀期间保持所述半导体衬底；(c)离子阻性离子可穿透元件，其包括面对衬底的表面和相反的表面，其中所述元件在电镀期间使得离子流能穿过所述元件朝向所述衬底流动，其中所述离子阻性离子可穿透元件包括多个非连通通道，并且其中所述离子阻性离子可穿透元件被定位成使得所述元件的面对衬底的表面和所述衬底的工作表面之间的最近距离为约10mm或小于10mm；以及(d)屏蔽件，其被配置成用于提供方位角不对称屏蔽，其中该屏蔽件具有面对衬底的表面和相反的表面，其中，所述屏蔽件被定位成使得所述屏蔽件的面对衬底的表面和所述衬底的工作表面之间的最近距离为小于约2mm。2.根据权利要求1所述的电镀装置，其中所述屏蔽件的面对衬底的表面和所述衬底的工作表面之间的最近距离为约0.5mm-1.5mm。3.根据权利要求1所述的电镀装置，其中所述屏蔽件的面对衬底的表面被设置轮廓使得从所述屏蔽件的面对衬底的表面到所述衬底的工作表面的距离是变化的。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：加布里埃尔·海·格拉哈姆，蔡李鹏，史蒂文·T·迈耶，罗伯特·拉什，亚伦·贝尔克，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US