一种有源阳极和一种用于在衬底上电镀金属的电镀装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种有源阳极和一种用于在衬底上电镀金属的电镀装置。在一个方面，有源(可消耗)阳极包括大致环形的主体和用于将阳极连接到电源的突起，其中突起从阳极的大致环形主的体向外延伸。大致环形的主体和突起的成分是相同的，并且在一些实施方案中，阳极是不包括任何焊缝的单件式阳极。这种结构导致电镀期间电压波动减小并且改善了对电镀均匀性的控制。在一些实施方案中，阳极是由单件阳极级金属加工而成的铜阳极、钴阳极或镍阳极。所提供的阳极可以在电镀装置中结合位于较中心的主阳极用作设置在外围的第二阳极。所提供的阳极被配置为调节在衬底边缘处的电镀。

An active anode and an electroplating device for electroplating metal on a substrate

【技术实现步骤摘要】
一种有源阳极和一种用于在衬底上电镀金属的电镀装置
本公开总体上涉及在半导体晶片上的金属层的电镀。更具体地，其涉及电镀装置中使用的有源阳极。
技术介绍
过去在集成电路(IC)制造中从铝到铜的转变需要改变工艺“架构”(到镶嵌和双镶嵌)以及全新成套的工艺技术。在制造铜镶嵌电路中使用的一个工艺步骤是“籽晶-”或“触击-(strike-)”层的形成，然后将该层用作在其上电镀铜(“电填充”)的基底层。籽晶膜通常是薄的导电铜层，但根据不同的应用可以使用其他的导电材料。通过阻挡层将籽晶膜与绝缘二氧化硅或其它电介质分离。在电镀期间，具有籽晶层的半导体晶片通常浸入含有铜离子的电解质中，并且被阴极(负极)偏置。阳极(例如活性铜阳极)被正偏置并且通常被定位成使得其直接面对晶片衬底的电镀表面。在镶嵌工艺中，衬底具有许多涂覆有导电籽晶层的凹陷特征，所述导电籽晶层电连接到衬底周边的电源。当使用活性(可溶)铜阳极时，根据等式(1)在电镀期间溶解阳极。有源阳极可以用作电解液中的铜离子源。Cu-2e-→Cu2+(1)包含在电解液中的铜离子在阴极偏置的衬底处被还原，从而根据等式(2)电沉积铜。Cu2++2e-→Cu(2)电沉积工艺也可用于晶片级封装(WLP)应用中，以填充比典型镶嵌应用中的凹陷特征大的凹陷特征。在WLP应用中，通常使用贯穿抗蚀剂电镀工艺将金属电镀到凹陷特征中，其中衬底包括在电镀之前被暴露的非导电光致抗蚀剂材料和导电籽晶层(位于凹陷特征的底部部分处)。这里提供的背景描述是出于一般地呈现本公开的背景的目的。目前指定的专利技术人的工作，在本
技术介绍
部分中描述的范围，以及在提交时可能不具有其他资格作为现有技术的描述的各方面，既不明确也不暗示地被承认为针对本公开的现有技术。
技术实现思路
在电镀期间，通常希望调整衬底边缘处的沉积的金属的量。在一些实施方案中，这通过提供除主阳极之外的第二阳极来实现，其中主阳极设置成使其直接面向衬底，而第二阳极沿外围设置，并且可以与主阳极分开控制。在一些实施方案中，第二阳极具有大致环形的形状，其内径大于衬底的直径。在一个方面，提供了一种有源阳极，其中有源阳极(例如，铜阳极、钴阳极或镍阳极)具有：大致环形的主体，其具有内表面和外表面；以及从所述外表面向外延伸至少一个的突起，其中，所述大致环形的主体和至少一个突起的成分(composition)是相同的。这种阳极可以用作用于调整在衬底的边缘处的电镀的第二阳极。所述突起可以用作电源耦合片，其可以通过电缆电连接到向该阳极供电的电源。在一些实施方案中，该阳极(包括环形的主体和突起)由单件阳极级金属(例如，铜、钴或镍)加工而成，使得在该阳极主体中没有接缝。有利地，当环形的主体和突起都具有相同的成分时，并且当该阳极中不存在焊缝时，该阳极可以提供稳定的电镀环境而没有显著的电压波动。相反，如果不同成分的紧固件连接到该阳极的环形的主体上，或者如果该阳极包含接缝，则在接缝或紧固件附近会发生金属溶解增加，从而导致在这些位置处镀覆不均匀。在一些实施方案中，有源阳极是单件式(single-piece)铜阳极。在一些实施方案中，单件式铜阳极包含铜(Cu)和磷(P)。在一些实施方案中，单件式铜阳极包含至少约99.9重量％(±0.05重量％)的铜和按重量计介于约400ppm(±50ppm)和约650ppm(±50ppm)之间的磷。在一些实施方案中，铜阳极中的阳极级铜具有介于约150μm(±50μm)和约450μm(±50μm)之间的平均粒度。在其他实施方案中，其中钴是电沉积金属，阳极是单件式钴阳极。在一些实施方案中，有源阳极的突起包括在突起的远端末端处的开口。该开口通常被配置用于安装适于连接到电源的电源连接器。该电源连接器沿垂直于由该阳极的环形部分限定的平面的方向插入开口中。在一些情况下，围绕开口的突起的远端末端是凹陷的。当电源连接器装配到开口中时，该凹陷允许电源连接器的头部抵靠所述突起。可以基于衬底的尺寸来选择有源阳极的尺寸。在一些实施方案中(例如，当处理具有300mm直径的半导体晶片时)，有源阳极的大致环形的主体具有至少约317.5mm(±1mm)的内径和不大于约355.6mm(±1mm)的外径。在一个示例中，有源阳极的大致环形的主体的内径为约330mm(±5％)，外径为约352mm(±5％)。在所示实施方案中，突起的最大宽度介于约8mm和约10mm之间(例如，约9mm)。在该实施方案中，所述环形的主体和突起具有约10mm的最大厚度，而突起的长度介于约33mm和约37mm之间。除非另有说明，否则当提到尺寸时，术语“约”是指在所述尺寸值(1-50％)和所述尺寸值(1+50％)之间。在一实施方案中，所述有源阳极是单件式铜阳极，其中所述单件式铜阳极的所述大致环形的主体具有至少约318mm的内径和不大于约355mm的外径。在该实现方式中，所述有源阳极的所述突起在所述突起的远端末端具有开口，其中限定所述大致环形的主体的环形物的中心与所述突起的所述远端末端的所述开口的中心之间的距离介于约197mm和约217mm之间。在另一方面，提供了一种用于在衬底上电镀金属的电镀装置。在一些实施方案中，该装置包括：(a)电镀室，其配置成容纳电解液，所述电镀室包括阴极电解液分室和阳极电解液分室，其中所述阳极电解液分室和所述阴极电解液分室通过离子可渗透膜分隔开；(b)衬底支架，其配置成在电镀期间保持并旋转所述阴极电解液分室中的所述衬底；(c)主阳极，其布置在所述电镀室的所述阳极电解液分室中；(d)离子阻性离子可渗透元件，其布置在所述离子可渗透膜和所述衬底支架之间，其中，所述离子阻性离子可渗透元件适于在电镀期间提供通过所述元件的离子迁移；以及(e)第二阳极，其配置成提供电镀电流到所述衬底，其中，所述第二电极被布置成使得所提供的所述电流不穿过将所述阳极电解液分室和所述阴极电解分室分隔开的所述离子可渗透膜，且其中所述第二阳极被布置成使得提供穿过所述离子阻性离子可渗透元件的电镀电流，其中所述第二阳极包括：大致环形的主体，其具有内表面和外表面；和从所述外表面向外延伸的至少一个突起，其中所述有源阳极是铜阳极、钴阳极或镍阳极，并且其中所述第二阳极的所述大致环形的主体和所述至少一个突起的成分是相同的。所述第二阳极可以是如本文所述的单件式铜阳极、单件式钴阳极或单件式镍阳极。在一些实施方案中，第二阳极位于围绕电镀室的周边的第二阳极室中。在一些实施方案中，所述阳极的突起经由金属连接器和电源线电连接到电源。金属连接器(金属耦合件)可以由任何合适的导电金属制成，例如由钛、不锈钢或铜制成。在另一方面，提供了一种在阴极偏置的衬底上电镀金属的方法。该方法包括：(a)将衬底提供到电镀装置中，该电镀装置被配置用于在电镀期间旋转衬底，其中该装置包括：(i)电镀室，其配置成容纳电解液，所述电镀室包括阴极电解液分室和阳极电解液分室，其中所述阳极电解液分室和所述阴极电解液分室通过离子可渗透膜分隔开；(ii)衬底支架，其配置成在电镀期间保持并旋转所述阴极电解液分室中的所述衬底；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有源阳极，其包括：/n环形的主体，其具有内表面和外表面；以及/n从所述外表面向外延伸的突起，其中所述有源阳极是铜阳极、钴阳极或镍阳极，并且其中所述环形的主体和所述突起的成分是相同的。/n

【技术特征摘要】
20181130 US 16/206,7001.一种有源阳极，其包括：
环形的主体，其具有内表面和外表面；以及
从所述外表面向外延伸的突起，其中所述有源阳极是铜阳极、钴阳极或镍阳极，并且其中所述环形的主体和所述突起的成分是相同的。


2.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述有源阳极是单件式铜阳极。


3.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述有源阳极是单件式铜阳极，其包含铜和磷。


4.根据权利要求3所述的有源阳极，其中所述单件式铜阳极包含至少99.9重量％的铜和按重量计介于400ppm和650ppm之间的磷。


5.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述有源阳极是单件式铜阳极，其中所述有源阳极中的铜具有介于150μm和450μm之间的平均粒度。


6.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述有源阳极是单件式钴阳极。


7.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述突起包括在所述突起的远端末端处的开口。


8.根据权利要求7所述的有源阳极，其中所述突起的围绕所述开口的所述远端末端是凹陷的。


9.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述有源阳极的所述环形的主体具有至少317.5mm的内径和不大于355.6mm的外径。


10.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述有源阳极的所述环形的主体具有330mm的内径和352mm的外径。


11.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述突起具有介于8mm和10mm之间的最大宽度。


12.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述突起具有9mm的最大宽度。


13.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述环形的主体和所述突起具有10mm的最大厚度。


14.根据权利要求1所述的有源阳极，其中所述突起的长度介...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·艾萨克·福特纳，罗伯特·拉什，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：新型
国别省市：美国;US