电镀系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种电镀系统，所述电镀系统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。一种电镀系统包含：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。所述的电镀系统进一步包括：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。在所述的电镀系统中，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。在所述的电镀系统中，所述块状铜材料包括铜颗粒。在所述的电镀系统中，所述惰性阴极材料包括包铂导线网格或者板。所述的电镀系统进一步包括，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。所述的电镀系统进一步包括，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。所述的电镀系统进一步包括，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。所述的电镀系统进一步包括，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。所述的电镀系统进一步包括，去离子水来源，所述去离子水来源连接到所述第三隔室。所述的电镀系统进一步包括，蒸发器，所述蒸发器用于从所述第二隔室去除水。一种电镀系统包括：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从所述惰性阳极流动至所述传导性种晶层，从而使得所述惰性阳极处的水转化成氧气和氢离子并且使铜离子从所述容器阴极电解液沉积到所述晶片上的所述传导性种晶层上；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容器阴极电解液；第二隔室，所述第二隔室含有阳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传导性电解液并且通过第二膜与所述第二隔室分隔开；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，并且使得所述块状铜材料被侵蚀成铜离子以补充所述容器阴极电解液，其中氢离子跨所述第二膜流动而使铜离子保留在所述第一隔室中并且减少铜离子到所述第二隔室内的输送，并且氢离子跨所述第二膜的流动减少了铜离子到所述第三隔室内的输送，从而减少了到所述惰性阴极上的铜沉积。所述电镀系统进一步包括，在所述第三隔室中的处理阳极电解液。在所述电镀系统中，所述容器阴极电解液和阳极电解液通过膜分隔开。一种电镀系统包括：至少一个电镀容器，所述电镀容器容纳处理阳极电解液和容器阴极电解液，其中至少一个惰性阳极与所述处理阳极电解液接触并且通过膜与所述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，所述接触环在所述头部上，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电流在所述惰性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使铜离子从所述容器阴极电解液沉积到所述晶片上的所述传导性种晶层上；外部四隔室补充器，所述外部四隔室补充器用于补充所述容器阴极电解液，所述外部四隔室补充器包括：第一隔室，所述第一隔室含有块状铜材料和容器阴极电解液；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，所述第三隔室含有处理阳极电解液并且通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电镀系统，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，所述块状铜材料包括铜颗粒。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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，其特征在于，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...

【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：新型
国别省市：美国;US