单一金属的多浴电镀制造技术

提供了将金属电镀至衬底上的部分已制成的电子器件的特征内的方法。该方法包括：(a)在使特征接触具有第一组合物且包含金属离子的第一电镀浴时，将金属电镀进特征中，以通过由下往上填充的机制来部分填充特征；在(b)之后，在特征接触具有不同于第一组合物的第二组合物且包含金属离子的第二电镀浴时，将更多金属电镀到特征内，以进一步填充特征；以及(c)将衬底从执行操作(b)的电镀工具中移开。

Multi bath electroplating of single metal

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单一金属的多浴电镀相关申请的交叉引用本申请要求于2017年10月19日提交的并且名称为“MULTIBATHPLATINGOFASINGLEMETAL,”的美国临时申请No.62/574,426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。
本专利技术总体上涉及一种用于晶片级封装(WLP)应用的电镀。尤其涉及一种多浴电镀方法，以在衬底的特征上电镀多层相同金属，以在可接受的电镀速率下产生高的特征均匀性。
技术介绍
用于晶片级封装应用中的电解溶液(如金属镀浴)通常被设计成，在可接受的沉积纯度下产生可接受的管芯内(within-die，WID)、晶片内(within-wafer，WIW)及特征内(within-feature，WIF)不均匀性。这些不均匀性通过控制用于镀浴的溶液中的金属及酸浓度，并选择施加至镀浴的添加剂包料，而在可接受电镀速率下产生。然而，大柱体(pillar)施加通常所需要的较快电镀速率可能导致显著的特征或柱体不均匀性，或者产生不纯的沉积。在寻求镀浴化学过程优化以在可接受的电镀速率及纯度下实现理想WID、WIW及WIF不均匀性时，可能出现进一步的技术挑战。
技术实现思路
本专利技术提供了将金属电镀至衬底上的部分已制成的电子器件的特征内的方法。本专利技术的一方面涉及一种方法，其包括：(a)在使特征接触具有第一组合物且包含金属离子的第一电镀浴时，将金属电镀进特征中，以通过由下往上填充的机制来部分填充特征；在(b)之后，在特征接触具有不同于第一组合物的第二组合物且包含金属离子的第二电镀浴时，将更多金属电镀到特征内，以进一步填充特征；以及(c)将衬底从执行操作(b)的电镀工具中移走。在一些实施方案中，该金属为铜。在一些实施方案中，该第一电镀浴和该第二电镀浴各自包含酸。在一些实施方案中，该第一电镀浴仅包含一种类型的溶解阴离子。在一些实施方案中，该第一电镀浴及该第二电镀浴各自包含硫酸铜和硫酸。在一些实施方案中，该第一电镀浴包含两种溶解阴离子。在一些实施方案中，该第一电镀浴包含硫酸铜和甲磺酸。在一些实施方案中，该第二电镀浴包含硫酸铜和硫酸，但不含有甲磺酸。在一些实施方案中，第一电镀浴具有第一浓度的金属离子，而第二电镀浴具有第二浓度的金属离子。此外，第一浓度可大于第二浓度。再者，在某些实施方案中，该金属为铜，铜离子的第一浓度为约85g/l，且其中铜离子的第二浓度为约70g/l。替代地，在其他实施方案中，第一浓度小于第二浓度。在一些实施方案中，第一电镀浴具有第一浓度的酸，而第二电镀浴具有第二浓度的酸，其中第二浓度大于第一浓度。替代地，在其他实施方案中，第一浓度小于第二浓度。在一些实施方案中，该金属为铜，酸的第一浓度为约145g/l，且其中酸的第二浓度为约190g/l。在一些实施方案中，第一电镀浴具有第一添加剂组合物，而第二电镀浴具有不同于第一添加剂组合物的第二添加剂组合物。此外，在某些实施方案中，相较于第二添加剂组合物，第一添加剂组合物具有较强的由下往上填充特性。另外，在一些实施方案中，第一添加剂组合物可包括抑制剂和加速剂。再进一步地说，在一些实施方案中，第一添加剂组合物包括抑制剂和加速剂。相较于第一添加剂组合物，第二添加剂组合物可具有较强的整平特性。在一些实施方案中，(a)中的电镀在第一温度下进行，且其中(b)中的电镀在低于第一温度的第二温度下进行。在一些实施方案中，(a)中的电镀在第一电流密度下进行，第一电流密度低于在(a)期间用于将金属电镀至特征中的第一极限电流密度，且其中(b)中的电镀在第二电流密度下进行，第二电流密度高于第一极限电流密度，但低于在(b)期间用于将金属电镀至特征中的第二极限电流密度。在一些实施方案中，在(b)之后，在特征接触具有不同于第二组合物的第三组合物且包含金属离子的第三电镀浴时，将甚至更多的金属电镀到特征中。在一些实施方案中，操作(a)在第一电镀室中进行，而操作(b)在第二电镀室中进行。此外，在某些实施方案中，该第一电镀室可位于第一电镀工具中，其具有由多个电镀室共享的一或多个站和/或机构，所述多个电镀室包括在第一电镀工具中的第一电镀室，其中第二电镀室可位于第二电镀工具中，其未共享第一电镀工具的一或多个站和/或机构。在一些实施方案中，操作(a)和操作(b)在单一电镀室中进行。此外，在某些实施方案中，第一和第二电镀溶液按顺序流进该单一电镀室中，以先进行操作(a)，随后再进行操作(b)。在一些实施方案中，这些特征为衬底上光致抗蚀剂层中的孔洞。在操作(a)及(b)中电镀金属可于孔洞中形成金属柱体。此外，在某些实施方案中，这些金属柱体可为晶片级封装的部件。金属柱体与锡焊料组合物之间可形成接触。在某些实施方案中，这些特征为具有至少约150微米的直径或宽度的孔洞或沟槽。在一些实施方案中，这些特征为具有至少约200微米的直径或宽度的孔洞或沟槽。附图说明现在将参考附图更加详细叙述诸多示例性实施方案，其中：图1A至1D为进行处理的衬底剖面示意图。图2为根据本公开中某些实施方案将金属电镀至凹陷在衬底上的贯穿掩模(through-mask)内的特征中的处理流程图。图3为主体电解液与掩模或光阻界面处观察到的铜迁移现象的剖面示意图。图4为示例性模型浓度分布图，其表示主体电解液中的铜浓度与距离的函数关系。图5为根据本公开中某些实施方案将金属电镀至凹陷在衬底上的贯穿掩模(through-mask)内的特征中的处理流程图。图6A及6B分别为示例性的半导体晶片、管芯与特征以及晶片放大部分。图7A、7B和7C分别为显示出管芯内(WID)、晶片内(WIW)以及特征内(WIF)不均匀性的确定的衬底剖面示意图。图8A为硫酸铜(CuSO4)和硫酸(H2SO4)溶液的溶解极限图；图8B为与硫酸中硫酸铜的溶解极限比较的甲磺酸(MSA)中硫酸铜的溶解极限图。图9A至9C分别为显示WID、WIW和WIF的特征不均匀性获得改善的直方图。图10A至10C为关于电镀的各种处理的处理流程图。图11为根据本公开中某些实施方案的用于将金属电镀到特征中的工具示意图。具体实施方式在下文的详细描述中，阐述了多个特定的实现方式，以对所公开的实现方式提供透彻的了解。然而，如本领域技术人员所理解的，可在没有这些特定细节的情况下、或通过使用替代元件或处理来实现所公开的实现方式。在其他实例中，众所周知的处理、程序及部件不再详加描述，以免不必要地使所公开的实现方式的方面难以理解。本文提供了于晶片级封装(WLP)应用中的半导体衬底上产生金属柱体和/或凸块的可接受的特征不均匀性的方法及设备。如本领域技术人员通常所理解的，与晶片切割成单个的电路(管芯)后再进行封装的传统方法相比，晶片级封装是指封装仍为晶片一部分时的集成电路(IC)的技术。通过光刻掩模或光致抗蚀剂(PR)的电镀通常用来在先进半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将金属电镀至衬底上的部分已制成的电子器件的特征内的方法，该方法包括：/n(a)在所述特征接触具有第一组合物且包含所述金属的离子的第一电镀浴时，将所述金属电镀至所述特征中，以通过由下往上填充的机制部分地填充所述特征；/n(b)其后，在所述特征接触具有不同于所述第一组合物的第二组合物且包含所述金属的所述离子的第二电镀浴时，将更多所述金属电镀至所述特征中，以进一步填充所述特征；以及/n(c)将所述衬底从执行操作(b)的电镀工具中移开。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171019 US 62/574,4261.一种将金属电镀至衬底上的部分已制成的电子器件的特征内的方法，该方法包括：
(a)在所述特征接触具有第一组合物且包含所述金属的离子的第一电镀浴时，将所述金属电镀至所述特征中，以通过由下往上填充的机制部分地填充所述特征；
(b)其后，在所述特征接触具有不同于所述第一组合物的第二组合物且包含所述金属的所述离子的第二电镀浴时，将更多所述金属电镀至所述特征中，以进一步填充所述特征；以及
(c)将所述衬底从执行操作(b)的电镀工具中移开。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属为铜。


3.根据权利要求1或第2所述的方法，其中所述第一电镀浴和所述第二电镀浴各自都包含酸。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一电镀浴仅包含一种类型的溶解阴离子。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一电镀浴和所述第二电镀浴各自都包含硫酸铜和硫酸。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电镀浴包含两种溶解阴离子。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电镀浴包含硫酸铜和甲磺酸。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二电镀浴包含硫酸铜和硫酸，但不含有甲磺酸。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述第一电镀浴具有所述金属的第一浓度的所述离子，而所述第二电镀浴具有所述金属的第二浓度的离子，并且其中所述金属的所述离子的所述第一浓度大于所述金属的所述离子的所述第二浓度。


10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述第一电镀浴具有所述金属的第一浓度的所述离子，而所述第二电镀浴具有所述金属的第二浓度的离子，并且其中所述金属的所述离子的所述第一浓度小于所述金属的所述离子的所述第二浓度。


11.根据权利要求9所述的方法，其中所述金属为铜，所述金属的离子的所述第一浓度介于约24g/L至90g/L之间，且其中所述金属的离子的所述第二浓度介于约24g/L至90g/L之间。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述第一电镀浴具有第一浓度的酸，而所述第二电镀浴具有第二浓度的酸，并且其中所述酸的第二浓度大于所述酸的第一浓度。


13.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述第一电镀浴具有第一浓度的酸，而所述第二电镀浴具有第二浓度的酸，并且其中所述酸的第二浓度小于所述酸的第一浓度。


14.根据权利要求12所述的方法，其中所述金属为铜，所述第一浓度的酸具有介于约-0.34和0.26之间的pH，并且其中所述第二浓度的酸具有介于约-0.34和0.26之间的pH。


15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一电镀浴具有第一添加剂组合物，而所述第二电镀浴具有不同于所述第一添加剂组合物的第二添加剂组...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡利·托尔凯尔森，尼马尔·尚卡尔·西格玛尼，布莱恩·L·巴卡柳，史蒂文·T·迈耶，托马斯·阿南德·波努司瓦米，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US