用于基底的化学和/或电解表面处理的电化学沉积系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于对基底进行化学和/或电解表面处理的电化学沉积系统、一种用于在工艺流体中对基底进行化学和/或电解表面处理的模块、一种用于金属沉积应用的电化学沉积系统或化学和/或电解表面处理模块的用途、以及一种用于对基底进行化学和/或电解表面处理的电化学沉积系统的制造方法。所述电化学沉积系统包括阳极、阳极外壳和单一电解液。阳极外壳至少部分地围绕阳极延伸。阳极外壳包括膜。阳极和阳极外壳被放置在单一电解液中。单一电解液是电化学沉积系统的唯一电解液。是电化学沉积系统的唯一电解液。是电化学沉积系统的唯一电解液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基底的化学和/或电解表面处理的电化学沉积系统


[0001]本专利技术涉及一种用于对基底进行化学和/或电解表面处理的电化学沉积系统、一种用于在工艺流体中对基底进行化学和/或电解表面处理的模块、一种用于金属沉积应用的电化学沉积系统或化学和/或电解表面处理模块的用途、以及这种电化学沉积系统的制造方法。本专利技术特别涉及到铜的电化学沉积。

技术介绍

[0002]自20世纪90年代末采用以来，镀铜一直是实现先进集成的关键技术，具有更好的导电和导热性能。最初用于中央处理器(central processing units)，后来用于存储器，然后用于封装和MEMs应用。其成功的主要驱动力之一是开发和采用有机添加剂，使电镀得到更好的控制，并精确地以所需的方式和位置进行(例如，在所谓的通孔中从下往上)，并允许完整的、无空洞的填充，最终实现光滑的表面处理。随着特征尺寸的缩小，通孔深宽比(aspect ratios)的增加，化学成本的上升，以及基底制造产量的增加，人们不断需要开发一种方法，以减少工艺和设备的复杂性，减少工具的停机时间，并在相同的化学和工艺稳定性下降低拥有成本(如化学消耗)。
[0003]就电化学沉积化学而言，运行所述工艺的主要成本因素分为工艺时间内的消耗和空闲时间内的消耗。这里调查的因素是金属离子(即铜)和有机添加剂的浓度，它们都增加了工艺的大量成本。此外，随着不同装置的不断出现，电化学沉积工艺不断得到进一步发展，以支持更高的深宽比和更深的通孔，以及急剧缩小的特征尺寸来支持各种金属层水平。这也刺激了完成电化学沉积工艺所需的先进有机添加剂的进一步发展。有机添加剂的一个缺点是，在电化学沉积过程中，甚至在工具的空闲时间内，它们的消耗率相对较高，因为当它们暴露在电解沉积过程的某些副产品中，特别是在阳极或多个阳极周围，以及与高阳极电流直接接触时，它们会被分解。这导致浴槽(bath)寿命缩短，在许多情况下导致工艺不稳定，当然还有高的工艺拥有成本。由于与这些有机添加剂有关的成本很高，因此很快就在研究减少有机物消耗量的方法。对工艺结果的另一个主要缺点和危险来自于这样一个事实，即有机添加剂的分解通常是一个氧化过程，通常会导致气泡的形成(如二氧化碳气泡)，在工艺过程中，这些气泡会接近并接触到基底，并在电解沉积过程中造成重大干扰。因此，沉积的均匀性和沉积层的质量会受到很大影响。另外，在电解液中形成的气泡会阻碍甚至阻断电解液的流经所谓的电解液和电流分配系统，通过降低某些地方的沉积率，有时甚至提高其他地方的沉积率，再次导致重大的沉积均匀性挑战。
[0004]在现有技术中发现的一个解决方案是引入由离子专用膜隔开的双电解液系统。这允许使用不含有机添加剂的电解液在阳极周围循环，而在阳极发生大量不需要的降解。这种无添加剂的电解液主要负责保证从阳极穿过离子专用膜到阴极的连续电流。然而，这种设置的一个主要缺点是，质子可以穿过这层膜，并导致严重的沉积问题。因此，为了避免质子穿过膜而不是铜穿过膜而降低电镀效率，阳极电解液的pH值通常必须保持得更高，这就需要使用至少具有两种不同类型的电解液的多个化学槽，从而进一步增加了系统的成本和
复杂性，使沉积系统的控制和维护非常具有挑战性。
[0005]此外，现有技术中的这种双电解液方案为反向脉冲电镀的应用增加了一个主要的缺点，而反向脉冲电镀是对不友好特征进行均匀电镀的一个有用功能。利用这种双电解液的方法进行反向脉冲电镀，将迫使质子浓度在两种电解液中达到平衡，并以此再次限制了电镀效率，而这本应由这种解决方案来解决。此外，电镀率受到离子选择膜对铜离子穿透的固有阻力的限制，这在大马士革或双大马士革电镀中可能不是一个主要的障碍，但在高速电镀(high speed plating)应用中，如晶圆级封装的铜重分布层和铜柱，则是非常有问题的。
[0006]US 2005/087439 A1披露了用于电化学处理微特征工件的腔室、系统和方法。一个电化学沉积腔室包括加工单元，所述加工单元包括第一流动系统，被配置为将第一工艺流体的流量输送到微特征工件。所述腔室还包括电极单元，所述电极单元具有电极和第二流动系统，所述系统被配置为至少在靠近电极的地方输送第二工艺流体的流量。腔室还包括加工单元和电极单元之间的无孔屏障，以分离第一和第二工艺流体。无孔屏障被配置为允许阳离子或阴离子在第一和第二工艺流体之间流过屏障。

技术实现思路

[0007]因此，可能需要提供一种改进的电化学沉积系统，用于基底的化学和/或电解表面处理，特别是比现有技术的系统更简单。
[0008]该问题通过本专利技术独立权利要求的主题得到了解决，其中进一步的实施方案被纳入从属权利要求中。应当指出的是，以下描述的本专利技术的各个方面也适用于用于基底的化学和/或电解表面处理的电化学沉积系统、用于在工艺流体中对基底进行化学和/或电解表面处理的模块、用于金属沉积应用的电化学沉积系统或化学和/或电解表面处理模块的用途、以及用于基底的化学和/或电解表面处理的电化学沉积系统的制造方法。
[0009]根据本专利技术，提出了一种用于基底的化学和/或电解表面处理的电化学沉积系统。所述电化学沉积系统包括阳极、阳极外壳和单一电解液。
[0010]所述阳极外壳至少部分地围绕阳极延伸。阳极外壳包括膜。
[0011]阳极和阳极外壳被放置在单一电解液中。单一电解液是电化学沉积系统的唯一电解液。
[0012]只使用一种电解液可以简化分析技术、浴槽和系统维护，还可以消除购买、监测和丢弃不同电解液混合物的额外成本。此外，还可以避免使用化学性质明显不同的电解液的多个化学槽，这可以降低成本以及降低系统的复杂性。因此，提供了一个巧妙而简单的电化学沉积系统。
[0013]本公开实施例的电化学沉积系统可允许减少有机添加剂的消耗和相关成本。这一优势可以在保持最佳工艺条件和工艺稳定性的同时实现。本公开实施例的电化学沉积系统在空闲时间内可以没有有机添加剂的消耗，而在加工时间内有正常的消耗。术语“正常”可以理解为与传统系统相当，因为在加工过程中一定程度的添加剂消耗或多或少是不可避免的。
[0014]本公开实施例的电化学沉积系统尤其适用于高速电镀。高速电镀可以被理解为一种系统或方法，其中一个或两个高速板与一个或两个基底一起被浸入含有电解液和一个或
几个阳极的电化学沉积槽。在这个充满电解液的槽中，电解液流(以及随之而来的电流分布)通过高速板被引向基底表面。
[0015]根据本专利技术的电化学沉积系统，也可以通过例如反向脉冲电镀的方式进行复杂特征的电镀，并且仍然具有良好的电镀效率。
[0016]基底可以包括导体板、半导体基底、薄膜基底、以及基本上是板状的、金属或金属化的工件或类似物。基底可以被固定在基底支架上。
[0017]电解液可以理解为提供电解液功能的液体。单一电解液是电化学沉积系统的唯一电解液。这意味着只有一种电解液，而不是两种或多种不同的电解液。这与现有技术的系统不同，后者使用两种不同的电解液。因此，可以只有一个化学循环系统，而不是像现有技术系统有两个独立本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对基底(20)进行化学和/或电解表面处理的电化学沉积系统(10)，包括：
‑
阳极(11)，
‑
阳极外壳(12)，以及
‑
单一电解液(13)；其中，阳极外壳(12)至少部分地围绕着阳极(11)延伸，其中，阳极外壳(12)包括膜(14)，其中，阳极(11)和阳极外壳(12)被放置在单一电解液(13)中，以及其中，单一电解液(13)是电化学沉积系统(10)的唯一电解液。2.根据权利要求1所述的沉积系统(10)，其中阳极(11)是惰性的。3.根据前述权利要求之一的沉积系统(10)，其中阳极外壳(12)被布置成围绕阳极(11)的分流器，用于引导沉积过程中形成的气体远离待处理的基底(20)。4.根据前述权利要求之一的沉积系统(10)，其中膜(14)相对于阳极的表面是倾斜的。5.根据前述权利要求之一的沉积系统(10)，其中阳极外壳(12)包括设置在阳极外壳(12)的开口中的盖板元件(16)，所述盖板元件减小了阳极外壳(12)的开口直径。6.根据前述权利要求之一的沉积系统(10)，其中膜(14)是双向液体渗透膜。7.根据前述权利要求的沉积系统(10)，其中双向液体渗透膜(14)是非离子型的。8.根据权利要求6的沉积系统(10)，其中双向液体渗透膜(14)由聚丙烯制成。9.一种用于在工艺流体中对基底(20)进行化学和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯，
申请(专利权)人：塞姆西斯科有限责任公司，
类型：发明
国别省市：