用于在电镀期间控制横流和冲击电解液的输送的方法和装置制造方法及图纸

本文的各种实施方案涉及用于将材料电镀到半导体衬底上的方法和装置。该装置包括将镀敷室分隔成横流歧管(在离子阻性元件上方)和离子阻性元件歧管(在离子阻性元件下方)的离子阻性元件。电解液被输送到横流歧管，在这里剪切通过衬底的表面上，并且被输送到离子阻性元件歧管，在这里，电解液通过离子阻性元件的通孔，在进入横流歧管时撞击到衬底上。在某些实施方案中，例如使用三通阀主动地控制进入横流歧管(例如，通过侧入口)的电解液的流动和进入离子阻性元件歧管的电解液的流动。在这些或其他情况下，离子阻性元件可包括电解液喷嘴。

Method and apparatus for controlling the transport of crossflow and impact electrolyte during electroplating

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在电镀期间控制横流和冲击电解液的输送的方法和装置相关申请的交叉引用本申请要求于2017年9月18日提交的并且名称为“METHODSANDAPPARATUSFORCONTROLLINGDELIVERYOFCROSSFLOWINGANDIMPINGINGELECTROLYTEDURINGELECTROPLATING”的美国专利申请序列No.15/707,805的利益，在此通过引用将其全部内容并出于所有目的并入本文。
技术介绍
本公开的实施方案涉及用于在电镀期间控制电解液流体动力学的方法和装置。更具体地，在本专利技术中描述的方法和装置对于在半导体晶片衬底上镀敷金属特别有用，例如，通过具有小于例如约50μm的宽度的小的微凸起特征(例如，铜、镍、锡和锡合金焊料)以及铜穿硅通孔(TSV)特征的贯穿抗蚀剂镀敷(throughresistplating)。电化学沉积现在正准备满足对复杂的封装和多芯片互连技术的商业需求，该技术通常通俗地称为晶片级封装(WLP)以及穿硅通孔(TSV)电气连接技术。部分由于通常较大的特征尺寸(相比于前端制程(FEOL)互连)和高深宽比，这些技术对它们自身提出非常巨大的挑战。根据封装特征的类型和应用(例如，通过芯片连接TSV，互连再分配布线，或芯片到板或芯片焊接，例如倒装芯片柱)，在目前的技术中的经镀敷的特征通常大于约2μm，并且典型地其主要维度为约5-100μm(例如，铜柱可以是约50μm)。对于诸如电源总线之类的一些芯片上结构，待镀特征可以大于100μm。WLP特征的高宽比通常为约1：1(高度比宽度)或更低，但是其范围可能高达2:1左右，而TSV结构可具有非常高的深宽比(例如，在约20：1附近)。
技术实现思路
本文的某些实施方案涉及用于电镀材料到衬底上的方法和装置。通常,衬底是半导体衬底。在本文的实施方案的一个方面，提供了一种电镀装置，该装置包含：(a)镀敷室，其被配置成在将金属电镀到衬底上时容纳电解液和阳极，所述衬底基本上是平坦的；(b)衬底保持器，其被配置成支撑所述衬底，使得在镀敷期间将所述衬底的镀敷面浸入所述电解液中并与所述阳极分离；(c)离子阻性元件，其适于在电镀期间提供通过所述离子阻性元件的离子传输，其中所述离子阻性元件包含与所述衬底至少大致共同延伸的板以及形成于所述板中的多个通孔；(d)离子阻性元件歧管，其定位在所述离子阻性元件下方，其中，在电镀期间，电解液从所述离子阻性元件歧管传送通过所述离子阻性元件中的所述通孔；(e)横流歧管，其定位在所述离子阻性元件上方，且当所述衬底存在于所述衬底保持器中时在所述衬底的所述镀敷面下方；(f)侧入口，其用于将电解液导入至所述横流歧管；(g)侧出口，其用于接收流动于所述横流歧管中的电解液，其中，在电镀期间，所述侧入口与所述侧出口位于靠近所述衬底的所述镀敷面上的方位角相反的周边位置处，并且其中，所述侧入口与所述侧出口适于在电镀期间在所述横流歧管中产生横流电解液；以及(h)三通阀，其控制电解液向(i)所述侧入口及(ii)所述离子阻性元件歧管中的每一者的输送。在一些实施方案中，所述装置还包含控制器，所述控制器被配置成在电镀期间切换所述三通阀，以在所述衬底上电镀期间提供至少第一流动模式和第二流动模式。相较于所述第一流动模式，所述第二流动模式可以在所述衬底的所述镀敷面处提供相对较大程度的冲击电解液。在许多情况下，所述三通阀使得能对电解液向所述侧入口和所述离子阻性元件歧管的输送进行独立控制。在某些实现方式中，所述装置还包含控制器，所述控制器被配置成在电镀期间切换所述三通阀，以在所述衬底上电镀期间提供至少第一镀敷状态和第二镀敷状态，其中，在所述第一镀敷状态期间提供第一流动模式，其中，在所述第二镀敷状态期间循环地提供第二流动模式和第三流动模式，且其中，相较于所述第一流动模式，所述第二流动模式在所述衬底的所述镀敷面上提供相对较大程度的冲击电解液。在一些这样的情况下，所述控制器被配置成操作所述三通阀，使得(i)所述第一流动模式将电解液输送至所述侧入口和所述离子阻性元件歧管两者，并且(ii)所述第二流动模式将电解液输送至所述离子阻性元件歧管，而不输送至所述侧入口。在一些情况下，所述控制器被配置成操作所述三通阀，使得所述第一流动模式与所述第二流动模式各自将电解液输送至所述侧入口和所述离子阻性元件歧管两者，其中，相较于所述第二流动模式，在所述第一流动模式中流向所述侧入口的电解液的流动是相对较多的，且其中，相较于所述第一流动模式，在所述第二流动模式中流向所述离子阻性元件歧管的电解液的流动是相对较多的。在一些实施方案中，所述三通阀以非独立方式控制电解液向所述侧入口和所述离子阻性元件歧管的输送，使得当流向所述侧入口的电解液的流动增加时，流向所述离子阻性元件歧管的电解液的流动减少，并且反之亦然。在多种实现方式中，所述离子阻性元件包含在所述离子阻性元件的上表面上的多个肋部，所述肋部为线性的且延伸横跨所述横流歧管。在一些这样的实现方式中，所述装置还包含形成于所述离子阻性元件上的所述肋部中的多个电解液喷嘴。在一些情况下，被输送至所述多个电解液喷嘴的电解液与所述阳极可以是电气隔离的。在一些实施方案中，所述装置还包含隔膜框架，其用于支撑隔膜，所述隔膜在电镀期间将所述阳极与所述衬底分隔开，其中所述隔膜框架限定所述离子阻性元件歧管的底表面，所述装置还包含电解液管道，其形成于所述隔膜框架和所述离子阻性元件中，其中所述电解液管道将电解液提供至所述多个电解液喷嘴。在某些情况下，可以提供第二三通阀。第二三通阀可以控制电解液向所述离子阻性元件歧管以及向形成于所述隔膜框架和所述离子阻性元件中的所述电解液管道的输送。在本文的实施方案的另一方面，提供了一种电镀装置。该装置包含：(a)镀敷室，其被配置成在将金属电镀到衬底上时容纳电解液和阳极，所述衬底基本上是平坦的；(b)衬底保持器，其被配置成支撑所述衬底，使得在镀敷期间将所述衬底的镀敷面浸入所述电解液中并与所述阳极分离；(c)离子阻性元件，其适于在电镀期间提供通过所述离子阻性元件的离子传输，其中所述离子阻性元件包含：与所述衬底至少大致共同延伸的板，形成于所述板中的多个通孔，以及位于所述板的顶表面上的多个肋部，其中所述肋部中的至少一些包含电解液喷嘴，所述电解液喷嘴在电镀期间将电解液朝向所述衬底的所述镀敷面输送，其中被输送通过所述电解液喷嘴的所述电解液与所述阳极是电气隔离的；(d)离子阻性元件歧管，其定位在所述离子阻性元件下方，其中，在电镀期间，电解液从所述离子阻性元件歧管传送通过所述离子阻性元件中的所述通孔；(e)横流歧管，其定位在所述离子阻性元件上方，且当所述衬底存在于所述衬底保持器中时在所述衬底的所述镀敷面下方；(f)侧入口，其用于将电解液导入至所述横流歧管；以及(g)侧出口，其用于接收流动于所述横流歧管中的电解液，其中，在电镀期间，所述侧入口与所述侧出口位于靠近所述衬底的所述镀敷面上的方位角相反的周边位置处，并且其中，所述侧入口与所述侧出口适于在电镀期间在所述横流歧管中产生横流电解液。在一些实现方式中，所述肋部为线性的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电镀装置，其包含：/n(a)镀敷室，其被配置成在将金属电镀到衬底上时容纳电解液和阳极，所述衬底基本上是平坦的；/n(b)衬底保持器，其被配置成支撑所述衬底，使得在镀敷期间将所述衬底的镀敷面浸入所述电解液中并与所述阳极分离；/n(c)离子阻性元件，其适于在电镀期间提供通过所述离子阻性元件的离子传输，其中所述离子阻性元件包含与所述衬底至少大致共同延伸的板以及形成于所述板中的多个通孔；/n(d)离子阻性元件歧管，其定位在所述离子阻性元件下方，其中，在电镀期间，电解液从所述离子阻性元件歧管传送通过所述离子阻性元件中的所述通孔；/n(e)横流歧管，其定位在所述离子阻性元件上方，且当所述衬底存在于所述衬底保持器中时在所述衬底的所述镀敷面下方；/n(f)侧入口，其用于将电解液导入至所述横流歧管；/n(g)侧出口，其用于接收流动于所述横流歧管中的电解液，其中，在电镀期间，所述侧入口与所述侧出口位于靠近所述衬底的所述镀敷面上的方位角相反的周边位置处，并且其中，所述侧入口与所述侧出口适于在电镀期间在所述横流歧管中产生横流电解液；以及/n(h)三通阀，其控制电解液向(i)所述侧入口及(ii)所述离子阻性元件歧管中的每一者的输送。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170918 US 15/707,8051.一种电镀装置，其包含：
(a)镀敷室，其被配置成在将金属电镀到衬底上时容纳电解液和阳极，所述衬底基本上是平坦的；
(b)衬底保持器，其被配置成支撑所述衬底，使得在镀敷期间将所述衬底的镀敷面浸入所述电解液中并与所述阳极分离；
(c)离子阻性元件，其适于在电镀期间提供通过所述离子阻性元件的离子传输，其中所述离子阻性元件包含与所述衬底至少大致共同延伸的板以及形成于所述板中的多个通孔；
(d)离子阻性元件歧管，其定位在所述离子阻性元件下方，其中，在电镀期间，电解液从所述离子阻性元件歧管传送通过所述离子阻性元件中的所述通孔；
(e)横流歧管，其定位在所述离子阻性元件上方，且当所述衬底存在于所述衬底保持器中时在所述衬底的所述镀敷面下方；
(f)侧入口，其用于将电解液导入至所述横流歧管；
(g)侧出口，其用于接收流动于所述横流歧管中的电解液，其中，在电镀期间，所述侧入口与所述侧出口位于靠近所述衬底的所述镀敷面上的方位角相反的周边位置处，并且其中，所述侧入口与所述侧出口适于在电镀期间在所述横流歧管中产生横流电解液；以及
(h)三通阀，其控制电解液向(i)所述侧入口及(ii)所述离子阻性元件歧管中的每一者的输送。


2.根据权利要求1所述的装置，其还包含控制器，所述控制器被配置成在电镀期间切换所述三通阀，以在所述衬底上电镀期间提供至少第一流动模式和第二流动模式。


3.根据权利要求2所述的装置，其中，相较于所述第一流动模式，所述第二流动模式在所述衬底的所述镀敷面处提供相对较大程度的冲击电解液。


4.根据权利要求1所述的装置，其中所述三通阀使得能对电解液向所述侧入口和所述离子阻性元件歧管的输送进行独立控制。


5.根据权利要求1所述的装置，其还包含控制器，所述控制器被配置成在电镀期间切换所述三通阀，以在所述衬底上电镀期间提供至少第一镀敷状态和第二镀敷状态，其中，在所述第一镀敷状态期间提供第一流动模式，其中，在所述第二镀敷状态期间循环地提供第二流动模式和第三流动模式，且其中，相较于所述第一流动模式，所述第二流动模式在所述衬底的所述镀敷面上提供相对较大程度的冲击电解液。


6.根据权利要求5所述的装置，其中所述控制器被配置成操作所述三通阀，使得(i)所述第一流动模式将电解液输送至所述侧入口和所述离子阻性元件歧管两者，并且(ii)所述第二流动模式将电解液输送至所述离子阻性元件歧管，而不输送至所述侧入口。


7.根据权利要求5所述的装置，其中所述控制器被配置成操作所述三通阀，使得所述第一流动模式与所述第二流动模式各自将电解液输送至所述侧入口和所述离子阻性元件歧管两者，其中，相较于所述第二流动模式，在所述第一流动模式中流向所述侧入口的电解液的流动是相对较多的，且其中，相较于所述第一流动模式，在所述第二流动模式中流向所述离子阻性元件歧管的电解液的流动是相对较多的。


8.根据权利要求1所述的装置，其中所述三通阀以非独立方式控制电解液向所述侧入口和所述离子阻性元件歧管的输送，使得当流向所述侧入口的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·J·巴尼克二世，亚伦·贝尔克，布莱恩·L·巴卡柳，罗伯特·拉什，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US