惰性阳极电镀处理器和补充器制造技术

本发明专利技术公开了一种电镀处理器，所述电镀处理器具有容纳电解液的容器。所述容器中的惰性阳极具有在阳极膜管道中的阳极导线。头部用于固持晶片，所述晶片与所述容器中的电解液接触。晶片连接到阴极。阴极电解液补充器连接到所述容器。所述阴极电解液补充器通过使块状金属的离子移动穿过阴极电解液补充器中的阴极电解液膜而添加金属离子到阴极电解液内。

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请请求于2015年7月17日提交并且现在正在申请中的美国专利申请No.14/802,859的优先权，所述优先权专利通过引用结合在此。
本公开内容涉及一种电镀系统，尤其涉及一种惰性阳极电镀系统。
技术介绍
半导体集成电路和其它微尺度装置的制造一般需要在晶片或者其它基板上形成多个金属层。通过电镀金属层结合其它步骤来产生图案化金属层以形成微尺度装置。在电镀处理器中执行电镀，其中晶片的装置侧在液体电解质浴中，并且接触环上的电触点接触晶片表面上的导电层。电流穿过电解质和导电层。电解质中的金属离子析出到晶片上，从而在晶片上产生金属层。电镀处理器一般具有自耗阳极，所述自耗阳极有益于浴稳定性和拥有成本。例如，当电镀铜时，通常使用铜自耗阳极。从电镀浴液析出的铜离子由从阳极脱离的铜补充，从而维持电镀浴液中的金属浓度。相较于在排补(bleedandfeed)流程中替换电解质浴，维持浴液中的金属离子是一种非常经济有效的方式。然而，使用自耗阳极需要相对复杂和昂贵的设计以允许自耗阳极更换。当自耗阳极与膜(例如，阳离子膜)组合以避免在闲置状态操作期间降解电解质或者氧化自耗阳极时，以及出于其它原因，增加了更多的复杂性。此类系统需要许多机械零件来用于密封和膜支撑。已经建议将使用惰性阳极的电镀处理器作为使用自耗阳极的替代。惰性阳极反应器有希望减少腔室复杂性、成本和维护保养。然而，惰性阳极的使用已经导致了其它缺点，尤其是与以相较于自耗阳极成本有效方式维持金属离子浓度和在惰性阳极处产生气体相有关的缺点，这可导致工件上的缺陷。因此，仍然存在关于提供惰性阳极电镀处理器的工程挑战。
技术实现思路
在一个方面，电镀处理器具有容器，所述容器容纳容器阴极电解液(vessel-catholyte)(电解质液体)。所述容器中的惰性阳极具有在阳极膜管内的阳极导线。头部固持与容器阴极电解液接触的晶片。晶片连接到阴极。容器阴极电解液补充器通过返回和供给管线连接至所述容器，以使容器阴极电解液穿过容器和容器阴极电解液补充器循环。容器阴极电解液补充器通过移动块状金属的离子穿过容器阴极电解液补充器中的阴极电解液膜来添加金属离子到容器阴极电解液内。或者，容器阴极电解液补充器可将金属离子直接添加到容器阴极电解液中，而无需使用阴极电解液膜。附图说明图1是使用惰性阳极的电镀处理系统的示意图。图2为如图1所示的阳极的截面图。图3为图1所示的容器阴极电解液补充系统的示意图。图4是图3所示的阴极电解液补充器的放大图。图5是可选的容器阴极电解液补充系统的示意图。图6至图10是额外可选的容器阴极电解液补充系统的示意图。具体实施方式在图1中，电镀处理器20具有转子24，所述转子24在用于容纳晶片50的头部22中。转子24具有接触环30，所述接触环30可垂直移动以将接触环30上的接触指35接合至晶片50的面朝下表面上。接触指35在电镀期间连接到负电压源。波纹管32可用来密封头部22的内部部件。头部中的马达28使固持在接触环30中的晶片50在电镀期间旋转。处理器20可可选地具有各种其它类型的头部22。例如，头部22可操作为使晶片50固持在卡盘中而非直接搬运晶片50，或者可省去转子和马达以使晶片在电镀期间保持静止。接触环上的密封件抵靠晶片密封，以将接触指35密封而在处理期间远离阴极电解液。头部22位于电镀处理器20的电镀容器38上方。在容器38中提供了一个或多个惰性阳极。在所示实例中，电镀处理器20具有内部阳极40和外部阳极42。可在电镀系统内的柱管中提供多个电镀处理器20，其中用一个或多个机器人在所述系统中移动晶片。在图2中，阳极40和42具有在膜管47内的导线45。膜管47可具有外保护套管或者覆盖物49。膜管47(包括电极线)可为环状的，或者任选地形成为螺旋状的，或者线性阵列状，或者采用适用于形成适合正被处理的工件的电场的另一种形式。导线45可为0.5至2mm直径的铂导线，所述铂导线在2-3mm内径的膜管47内。导线45还可为包铂导线，所述导线具有另一种金属(例如铌、镍或者铜)的内芯。电阻式扩散器可在惰性阳极上方提供于容器中。围绕膜管47内的导线45提供流动空间51。虽然导线45可表面上位于膜管47内的中心，但是实际上导线在膜管内的位置将改变至所述导线可在一些位置处接触膜管内壁的程度。不需要使用隔离件或者其它技术来使导线置于膜管内的中心处。参见图3，在三隔室的补充器70中，在电镀期间，将处理阳极电解液泵送穿过处理阳极电解液回路152到达阳极40和42，所述处理阳极电解液回路152包括阳极膜管47和处理阳极电解液室150，所述处理阳极电解液室150为处理阳极电解液来源。形成阳极40和42的膜管可形成为环状或圆形的，包含在容器38的阳极板43的圆槽41内，如图1所示，即膜管安置在容器38的底板上。补充器70在处理器20外部，因为补充器70为独立单元，可在处理系统内远离处理器安置。各阳极40、42的导线45电连接至正电压源(相对于施加至晶片的电压)，以在容器内形成电场。每个惰性阳极可连接到一个电力电源通道，或者它们可通过容器38上的电连接器60连接到单独的电力电源通道。一般可使用一至四个惰性阳极。阳极电解液穿过膜管流动，将气体带出容器。在使用中，电压源引起电流流动，从而使得惰性阳极处的水转化成氧气和氢离子并且将来自容器阴极电解液的铜离子沉积到晶片上。阳极40和42中的导线45是惰性的并且不与阳极电解液起化学反应。晶片50，或者晶片50上的导电种晶层，连接到负电压源。在电镀期间，容器38内的电场使容器阴极电解液中的金属离子沉积到晶片50上，从而在晶片50上形成金属层。图1示出了具有由单一外部阳极42环绕内部阳极40的设计，但是可使用单一阳极或者多个同心外部阳极。由电介质材料制成的电场成型单元44可位于容器38中，以在容器38中使电场成型。也可使用其它设计，如美国专利No.8,496,790；No.7,857,958和No.6,228,232所示。现又转向图3，电镀到晶片50上的金属层是由容器阴极电解液中的金属离子形成的，所述金属离子由于容器38中的电场而移动穿过容器阴极电解液到达晶片表面。容器阴极电解液补充系统70连接到容器38，以将金属离子供给到容器阴极电解液内。容器阴极电解液补充系统70具有容器阴极电解液返回管线(导管或者管道)和容器阴极电解液供给管线78，所述容器阴极电解液返回管线和容器阴极电解液供给管线78在阴极电解液循环回路中连接补充器74，所述阴极电解液循环回路在图3中一般指示为80。一般说来，容器阴极电解液槽76包括在阴极电解液循环回路80中，其中容器阴极电解液槽76供给容器阴极电解液至处理系统内的多个电镀处理器20。阴极电解液循环回路80包括至少一个泵，并且还可包括其它部件，例如加热器、过滤器、阀等等。补充器74可与阴极电解液返回管线成一直线，或者补充器74可选地以单独的流动回路连接离开和返回阴极电解液槽中。图4示出了补充器74的示意性放大图。补充器阳极电解液在补充器74内通过补充器阳极电解液回路91循环，补充器阳极电解液回路91包括补充器阳极电解液室98和任选地补充器阳极电解液槽96。补充器阳极电解液可为不含酸的硫酸铜电解液。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电镀系统，所述电镀系统包含：至少一个电镀容器，所述至少一个电镀容器具有与处理阳极电解液接触的至少一个惰性阳极；头部，所述头部用于固持晶片，所述晶片具有传导性的种晶层，所述种晶层与所述容器阴极电解液接触；接触环，所述接触环具有电触点以进行至所述传导性种晶层的电接触，并且用于密封所述晶片；第一电压源，所述第一电压源将所述至少一个惰性阳极连接至所述传导性种晶层，其中所述第一电压源使得电流在所述阳极和所述传导性种晶层之间流动，这使得所述惰性阳极处的水转化成氧气和氢离子并且铜离子从所述容器阴极电解液沉积到所述晶片上；外部三隔室处理器，所述外部三隔室处理器用于补充所述容器阴极电解液，所述外部三隔室处理器包括：第一隔室，所述第一隔室含有块状铜材料和低酸性电解液；第二隔室，所述第二隔室含有容器阴极电解液并且通过第一膜与所述第一隔室分隔开；第三隔室，所述第三隔室含有惰性阴极和处理阳极电解液并且通过第二膜与所述第二隔室分隔开；和第二电压源，所述第二电压源将所述块状阳极材料连接至所述惰性阴极，其中所述第二电压源使得电流在所述惰性阴极和所述传导性种晶层之间流动，这使得所述块状铜材料被侵蚀成跨所述第一膜输送电流的铜离子，以补充所述容器阴极电解液。...

【技术特征摘要】
2015.07.17 US 14/802,8591.一种电镀系统，所述电镀系统包含：至少一个电镀容器，所述至少一个电镀容器具有与处理阳极电解液接触的至少一个惰性阳极；头部，所述头部用于固持晶片，所述晶片具有传导性的种晶层，所述种晶层与所述容器阴极电解液接触；接触环，所述接触环具有电触点以进行至所述传导性种晶层的电接触，并且用于密封所述晶片；第一电压源，所述第一电压源将所述至少一个惰性阳极连接至所述传导性种晶层，其中所述第一电压源使得电流在所述阳极和所述传导性种晶层之间流动，这使得所述惰性阳极处的水转化成氧气和氢离子并且铜离子从所述容器阴极电解液沉积到所述晶片上；外部三隔室处理器，所述外部三隔室处理器用于补充所述容器阴极电解液，所述外部三隔室处理器包括：第一隔室，所述第一隔室含有块状铜材料和低酸性电解液；第二隔室，所述第二隔室含有容器阴极电解液并且通过第一膜与所述第一隔室分隔开；第三隔室，所述第三隔室含有惰性阴极和处理阳极电解液并且通过第二膜与所述第二隔室分隔开；和第二电压源，所述第二电压源将所述块状阳极材料连接至所述惰性阴极，其中所述第二电压源使得电流在所述惰性阴极和所述传导性种晶层之间流动，这使得所述块状铜材料被侵蚀成跨所述第一膜输送电流的铜离子，以补充所述容器阴极电解液。2.如权利要求1所述的系统，进一步包括：在所述容器中的容器膜，所述容器膜使所述处理阳极电解液与所述容器阴极电解液分隔开。3.如权利要求1所述的系统，进一步，其中，所述惰性阳极包括惰性导线，所述惰性导线在含有所述处理阳极电解液的膜管道内部。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述块状铜材料包括铜颗粒。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述惰性阴极材料包括包铂导线网格或者板。6.如权利要求1所述的系统，进一步包括，氮气喷布出口，所述氮气喷布出口在所述第三隔室中用于搅动和稀释氢气。7.如权利要求1所述的系统，进一步包括，氮气喷布出口，所述氮气喷布出口在所述第一隔室中用于搅动和减少块状铜材料的氧化。8.如权利要求1所述的系统，进一步包括，氮气喷布出口，所述氮气喷布出口在所述第二隔室中用于搅动。9.如权利要求1所述的系统，进一步包括，去离子水来源，所述去离子水来源用于补充水至所述第一隔室，以补偿由于跨所述第一膜运输而造成的水分损失。10.如权利要求1所述的系统，进一步包括，去离子水来源，所述去离子水来源连接到所述第三隔室。11.如权利要求1所述的系统，进一步包括，蒸发器，所述蒸发器用于从所述第二隔室去除水。12.一种电镀系统，所述电镀系统包括：至少一个电镀容器，所述电镀容器具有与处理阳极电解液接触的至少一个惰性阳极并且通过膜与容器阴极电解液分隔开；头部，所述头部用于固持晶片，所述晶片具有传导性的种晶层，所述种晶层与所述容器阴极电解液接触；接触环，所述接触环具有电触点以与所述传导性种晶层进行电接触；第一电压源，所述第一电压源将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里·J·威尔逊，保罗·R·麦克休，约翰·L·洛克，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US