用于定制的均匀性分布的电镀设备制造技术

本申请案涉及用于定制的均匀性分布的电镀设备。在衬底上电镀金属同时控制方位均匀性的方法在一个方面中包含：将所述衬底提供到经配置以用于在电镀期间旋转所述衬底的电镀设备中；以及在相对于屏蔽件旋转所述衬底的同时在所述衬底上电镀所述金属，使得所述衬底的在选定方位位置处的选定部分停留在经屏蔽区域中历时与所述衬底的第二部分不同的时间量，与所述选定部分相比，所述第二部分具有相同的大小和相同的径向位置且驻留在不同的方位位置处。举例来说，在电镀期间，当所述衬底的所述选定部分经过所述经屏蔽区域时，可较慢或较快地旋转半导体晶片衬底。

Electroplating equipment for customizing the distribution of uniformity

The application relates to an electroplating device for customizing the uniformity distribution. The method of simultaneously controlling azimuth uniformity on a substrate on a substrate is included in one aspect: providing the substrate to an electroplating device configured to rotate the substrate during electroplating, and electroplating the metal on the substrate while rotating the substrate relative to the shield, so as to allow the substrate to be deposited. The selected part at the selected azimuth position is stayed at a time amount different from the second part of the substrate in the shielded region, and compared with the selected part, the second parts have the same size and the same radial position and remain in different azimuth positions. For example, during electroplating, when the selected part of the substrate passes through the shielded region, the semiconductor wafer substrate can be rotated slowly or quickly.

【技术实现步骤摘要】
用于定制的均匀性分布的电镀设备分案申请的相关信息本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2012年4月5日、申请号为201210098129.1、专利技术名称为“用于定制的均匀性分布的电镀设备”的专利技术专利申请案。相关申请案的交叉参考本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张2011年4月4日申请的第61/471,624号和2012年2月13日申请的第61/598,054号美国临时专利申请案的优先权权益，以上美国临时专利申请案以引用的方式并入本文中。
本专利技术大体上涉及用于在半导体晶片上电镀金属层的方法和设备。更特定来说，本文描述的方法和设备有用于控制镀敷均匀性。
技术介绍
在集成电路(IC)制造中从铝到铜的转变需要工艺改变“架构”(用以镶嵌和双镶嵌)以及全新的一组工艺技术。在生产铜镶嵌电路中使用的一个工艺步骤是形成“晶种”或“击打”层，其随后用作在其上电镀(“电填充”)铜的基底层。晶种层将电镀敷电流从晶片的边缘区(形成电接触的地方)载运到位于整个晶片表面上的所有沟槽和通孔结构。晶种膜通常是薄导电铜层。其通过势垒层与绝缘二氧化硅或其它电介质分离。晶种层沉积工艺应产生具有良好的总体粘合性、优良的台阶覆盖(更特定来说，沉积到嵌入结构的侧壁上的金属的保形/连续量)以及嵌入特征的顶部的最小闭合或“颈缩”的层。日益变小的特征和替代的引晶工艺的市场趋势驱动了对在日益变薄的引晶晶片上以高度的均匀性进行镀敷的能力的需要。在未来，预期晶种膜可简单地由可镀敷的势垒膜(例如，钌)构成，或由非常薄的势垒和铜的双层(例如通过原子层沉积(ALD)或类似工艺沉积)构成。此些膜给工程师带来极端的终端效应情形。举例来说，当将3安培总电流均匀地驱动到30欧姆/平方钌晶种层(对于膜的可能值)中时，金属中的所得的中心到边缘(径向)电压降将超过2伏特。为了有效地镀敷大的表面区域，镀敷加工形成仅到晶片衬底的边缘区中的导电晶种的电接触。不存在与衬底的中心区形成的直接接触。因此，对于高电阻性晶种层，层的边缘处的电位显著大于层的中心区处的电位。在没有电阻和电压补偿的适当手段的情况下，此大的边缘到中心电压降可导致极端不均匀的镀敷速率和不均匀的镀敷厚度分布，其主要特征在于在晶片边缘处的较厚镀敷。此镀敷不均匀性是径向不均匀性，即，沿着圆形晶片的半径的均匀性变化。需要缓解的另一类型的不均匀性是方位不均匀性。为了清楚起见，我们使用极坐标将方位不均匀性定义为在距晶片中心的固定径向位置处在工件上的不同角位置处展现的厚度变化，即，沿着晶片的周边内的给定圆或圆的一部分的不均匀性。此类型的不均匀性可独立于径向不均匀性而存在于电镀应用中，且在一些应用中可为需要控制的主要类型的不均匀性。其常常出现在穿抗蚀剂镀敷中，其中晶片的主要部分是以光致抗蚀剂涂层或类似的防镀敷层来遮蔽，且特征的经遮蔽图案或特征密度在晶片边缘附近不是方位上均匀的。举例来说，在一些情况下，可能存在对晶片的缺口附近的缺失图案特征的技术上要求的弦区以允许晶片编号或处理。在缺失区内的径向上和方位上可变的镀敷速率可引起芯片裸片不工作，因此需要用于避免此情形的方法和设备。当前已准备好电化学沉积来满足对复杂的封装和多芯片互连技术的商业需要，所述技术通常称为晶片级封装(WLP)和穿硅通孔(TSV)电连接技术。这些技术带来其自身的非常显著的挑战。这些技术需要在比镶嵌应用显著更大的大小尺度上进行电镀。取决于封装特征的类型和应用(例如，穿芯片连接TSV、互连再分布布线，或芯片到板或芯片接合，例如倒装芯片柱)，在当前技术中，镀敷特征通常直径大于约2微米且通常直径为5到100微米(举例来说，柱可为约50微米)。对于例如电力总线等一些芯片上结构，待镀敷特征可能大于100微米。WLP特征的纵横比通常为约2:1(高度比宽度)或更小，更通常为1:1或更小，而TSV结构可具有非常高的纵横比(例如，在约10:1或20:1附近)。给定相对大的量的待沉积材料，不仅特征大小，而且镀敷速度也使WLP和TSV应用区别于镶嵌应用。对于许多WLP应用，镀敷必须以至少约2微米/分钟且通常至少约4微米/分钟且对于一些应用至少约7微米/分钟的速率来填充特征。实际速率将取决于正沉积的特定金属而变化。但在这些较高镀敷速率体系下，电解液中的金属离子向镀敷表面的有效质量转移是非常重要的。较高的镀敷速率关于电沉积层的均匀性带来挑战。
技术实现思路
描述用于控制镀敷均匀性、尤其是方位不均匀性、径向不均匀性或两者的方法和设备。本文描述的设备和方法可用于多种衬底上的电镀，包含具有TSV或WLP凹入特征的半导体晶片衬底。在一些实施例中，提供一种用于电镀不对称镀敷工件(包含几何上对称的工件衬底，其待镀敷的暴露区域是不对称的，例如具有方位上不均匀图案化的晶片)的方法。不对称性不仅指代衬底的纯几何不对称性(例如，存在缺口或沿着弦切割的平坦区)，而且指代衬底上的特征内的不对称性，这可导致镀敷期间不希望的离子电流积聚，且导致晶片的某些方位区处的增加的镀敷。举例来说，在一些实施例中，在具有缺失裸片的衬底上执行电镀。此衬底上的电镀导致在邻近于外围处的方位可变图案化不连续性的区域(例如，具有缺失特征和缺失裸片的区)中的电流积聚，且因此导致此区中的镀敷不均匀性。在一些实施例中，提供的方法和设备采用方位上不对称的屏蔽件，所述屏蔽件在径向位置中的至少一者处在某些方位(角)位置处比在其它方位(角)位置处以更大程度提供对镀敷(离子)电流的屏蔽。在一些实施例中，提供的方法和设备采用方位上不对称的辅助电极，所述电极经配置以转向镀敷电流(辅助阴极或窃流件)、赠予镀敷电流(辅助阳极)或在不同时间点赠予和转向电流(称为阳极/阴极)，其中所述电极经成形或界限以便优先于其它位置而主要在某些方位(角)位置处以更大程度修改电流。方位上不对称的电极的实例是C形电极(阴极、阳极或阳极/阴极)。C形电极在一些实施例中位于相对靠近晶片衬底处(例如，在不大于晶片半径的0.2倍的距离内)，且电连接到电源和控制器，所述电源和控制器在一些实施例中使得C形电极与晶片的旋转相关地被供能。在一些实施例中，C形电极的主体优选地具有小于约120度(例如小于约90度)的弧长。在一个方面中，提供的方法和设备采用方位上不对称的屏蔽件和/或方位上不对称的辅助电极和/或多分段辅助电极，其中调整晶片的旋转以使得晶片的不同角(方位)位置在经屏蔽区域中或在接近辅助电极或其片段的区域中具有不同的停留时间。因此，举例来说，缺失裸片区域在相对较多经屏蔽区域中平均花费的时间可大于晶片的在不同角(方位)位置处但具有相同的平均弧长和相同的平均径向位置的同等部分。在另一方面中，提供的方法和设备采用方位上不对称的辅助电极和/或多分段辅助电极，其中与晶片的旋转相关地对电极供能，使得晶片的不同角(方位)位置暴露于由辅助电极(或电极片段)赠予和/或转向的不同量的镀敷电流。举例来说，可与旋转的晶片相关地对C形辅助电极供能，例如当晶片的缺失裸片区经过C形电极附近时，可以第一电平对电极供能(例如，以在第一电平下转向电流)，而在晶片旋转的过程期间在晶片的其它方位(角)位置经过其附近时，以不同电平对其供能、或不对其供能或对其供能以具有相反极性。术语角位置和方位位置是同义的且可互换使用。应了解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在经阴极性偏置的衬底上电镀金属同时控制方位均匀性的方法，所述方法包括：(a)将所述衬底提供到经配置以用于在电镀期间旋转所述衬底的电镀设备中，其中所述设备包括阳极和固定的辅助方位上不对称的电极；以及(b)在旋转所述衬底的同时且在与所述衬底的所述旋转相关地将功率提供到所述辅助方位上不对称的电极的同时在所述衬底上电镀所述金属，使得所述辅助方位上不对称的电极以与所述衬底的第二部分不同的方式将镀敷电流转向和/或赠予到所述衬底的在所述衬底的选定方位位置处的第一部分，与所述第一部分相比，所述第二部分具有相同的平均弧长和相同的平均径向位置且驻留在不同的方位角位置处。

【技术特征摘要】
2011.04.04 US 61/471,624;2012.02.13 US 61/598,0541.一种在经阴极性偏置的衬底上电镀金属同时控制方位均匀性的方法，所述方法包括：(a)将所述衬底提供到经配置以用于在电镀期间旋转所述衬底的电镀设备中，其中所述设备包括阳极和固定的辅助方位上不对称的电极；以及(b)在旋转所述衬底的同时且在与所述衬底的所述旋转相关地将功率提供到所述辅助方位上不对称的电极的同时在所述衬底上电镀所述金属，使得所述辅助方位上不对称的电极以与所述衬底的第二部分不同的方式将镀敷电流转向和/或赠予到所述衬底的在所述衬底的选定方位位置处的第一部分，与所述第一部分相比，所述第二部分具有相同的平均弧长和相同的平均径向位置且驻留在不同的方位角位置处。2.一种在经阴极性偏置的衬底上电镀金属的方法，所述方法包括：(a)将所述衬底提供到经配置以用于在电镀期间旋转所述衬底的电镀设备中，其中所述设备包括位于所述衬底附近的辅助方位上不对称或多分段阳极；以及(b)在旋转所述衬底的同时且在以大体上恒定电平将功率提供到所述辅助方位上不对称或多分段阳极以对所述衬底赠予电流的同时在所述衬底上电镀所述金属。3.一种用于在衬底上电镀金属的电镀设备，所述设备包括：(a)镀敷腔室，其经配置以包含电解液、阳极和方位上不对称的辅助电极；(b)衬底固持器，其经配置以固持所述衬底；以及(c)控制器，其包括用于进行如下操作的程序指令：在旋转所述衬底的同时且在与所述衬底的所述旋转相关地将功率提供到所述辅助方位上不对称的电极的同时在所述衬底上电镀所述金属，使得所述辅助方位上不对称的电极以与所述衬底的第二部分不同的方式将镀敷电流转向和/或赠予到所述衬底的在所述衬底的选定方位位置处的第一部分，与所述第一部分相比，所述第二部分具有相同的平均弧长和相同的平均径向位置且驻留在不同的角方位位置处。4.一种系统，其包括根据权利要求3所述的设备和步进器。5.一种用于在衬底上电镀金属的电镀设备，所述设备包括：(a)镀敷腔室，其经配置以包含电解液；(b)衬底固持器，其经配置以在电镀期间固持和旋转所述衬底；(c)阳极；以及(d)方位上不对称的辅助电极，其经配置以在电镀期间经阳极性和阴极性偏置。6.一种用于在衬底上电镀金属的电镀设备，所述设备包括：(a)...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·T·迈尔，戴维·W·波特，布赖恩·L·巴卡柳，罗伯特·拉什，
申请(专利权)人：诺发系统有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US