用于形成半导体特征结构的电化学组件制造技术

本文提供了用于在工件上形成沉积特征结构的方法、装置和系统。通常，本文的技术采用沉积头来限定促进电化学沉积的电场。可以采用其他系统和控制器，所述系统和控制器可有助于将所述沉积头对准或定位在工件附近并控制沉积特征结构的尺寸和位置。特征结构的尺寸和位置。特征结构的尺寸和位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于形成半导体特征结构的电化学组件
通过引用并入
[0001]PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。本申请要求在同时提交的PCT申请表中确定的权益或优先权的每份申请均出于所有目的通过引用整体并入本文。


[0002]本公开涉及衬底处理系统并且更具体地讲涉及提供半导体电互连件的电化学组件。

技术介绍

[0003]本文提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的专利技术人的工作在其在此
技术介绍
部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
[0004]半导体互连件通常使用各种半导体工具形成，以实现半导体工艺的各个方面来沉积金属。此类半导体工具可包括金属沉积工具(例如，物理气相沉积(PVD)工具、化学气相沉积(CVD)工具或原子层沉积(ALD)工具以提供晶种金属层和/或本体金属层)、光致抗蚀剂沉积工具(如旋涂机或干式光致抗蚀剂沉积工具)、光刻工具(如光刻工具)、光致抗蚀剂显影工具、去渣或灰化工具(如光致抗蚀剂去渣工具)、镀覆工具(例如，电镀工具)、光致抗蚀剂剥离工具和/或金属蚀刻工具(例如，湿法金属蚀刻工具)。
[0005]此类半导体工具可结合用于嵌入式处理(沉积金属的增材工艺)或贯穿抗蚀剂处理和金属化。嵌入式处理通常用于具有高深宽比贯穿硅通孔(TSV)以及等级大于3的互连件与小于0.5微米(μm)流体孔和线性互连件。贯穿抗蚀剂处理和金属化通常用于尺寸大于约1微米且小于约三层的封装互连件形成(重新分布层、铜柱凸块、受控塌陷芯片连接(C4)镀焊料凸块等)。
[0006]这些半导体工具和工艺中的每一者都使用若干辅助工艺和硬件(光致抗蚀剂应用、光刻、光致抗蚀剂显影、光致抗蚀剂剥离和清洁、化学机械抛光、湿法蚀刻)，此外还需要电镀期望的载流金属互连线/通孔。
[0007]嵌入式半导体工艺(包括硅通孔(TSV)的形成)可以在电介质膜(如低介电常数(K)二氧化硅(SiO2)中形成凹腔。使用光刻工具在电介质膜中限定蚀刻区域以形成掩模(例如金属膜)。该步骤之后通常是用于对暴露表面进行PVD金属化的PVD工具，以用晶种层和阻挡层(通常为铜(Cu)和钽(Ta)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN))涂覆外表面和内表面。
[0008]PVD金属化通常具有高侧壁覆盖选择性，使得嵌入式结构的边缘壁，特别是结构底部处的边缘壁被充分覆盖，以允许完整的电连接和向上填充地电镀底部。然后，从“底部向上”电镀凹陷结构，并且可将金属蚀刻工具用于对表面进行化学机械抛光(CMP)，以留下位于一般表面下方的隔离线/通孔。
[0009]贯穿抗蚀剂处理和金属化用于形成凸块和/或线，该凸块和/或线在处理结束时，产生位于一般表面上方的互连结构。贯穿抗蚀剂处理和金属化通常涉及使用金属沉积工具
在暴露表面接种(例如，在Ta/上方覆盖Cu/2000埃的PVD金属层)。然后，可使用光致抗蚀剂沉积工具来施加干光致抗蚀剂膜或湿光致抗蚀剂层(通过旋涂机，然后在旋涂机中干燥/固化光致抗蚀剂层)。光致抗蚀剂层可以是正色调或负色调(曝光区域在显影后被移除或保留)。然后，使用光刻工具在光刻步骤中将光致抗蚀剂曝光。接下来，采用光致抗蚀剂显影工具，通过浸入适用于特定类型和化学制剂的光致抗蚀剂的显影溶液中，选择性地去除光致抗蚀剂。显影后，可使用去浮渣工具去除残留在特征结构底部的残余光致抗蚀剂，这可以通过将晶片表面暴露于氧等离子体来去除(有时称为“去浮渣步骤”)。通常在该步骤中，氧端基取代了光致抗蚀剂表面的疏水性有机端基，使得有机光致抗蚀剂膜更加亲水。晶片然后具有向下到晶种层的一组光致抗蚀剂开口，并且将电镀工具用于电镀和填充这些开口以形成凸块、线、厚焊料膜(回流形成球)或在铜凸块顶部上形成较薄的焊料层以形成铜/焊料(例如铜/锡银)柱。

技术实现思路

[0010]本文的各种实施方案涉及用于电化学沉积的方法、装置和系统。本文所述的技术实现了金属特征结构的无光致抗蚀剂形成，显著简化了用于形成此类特征结构的工艺方案并且最小化了相关的资金和处理成本。在某些实施方案中，本文的技术采用沉积头(例如印刷头)来限定促进电化学沉积的电场。一些实施方案任选地采用流量分配头(FDH)来提供可被沉积的金属离子源。可使用系统和控制器，该系统和控制器可有助于将沉积头和/或FDH对准或定位在工件附近、在沉积头附近补充电解液、和/或控制沉积的特征结构(例如，印刷的特征结构)的尺寸和位置。
[0011]本公开的一些方面涉及可由以下特征结构表征的组件：(a)沉积头，其包括设置在沉积头的近侧表面上的阳极像素阵列，其中该阳极像素阵列包括多个惰性电极和多个控制装置，该控制装置被配置为向所述多个惰性电极中选定的一个或更多个惰性电极提供电流；(b)间隙测量系统，其包括一个或更多个传感元件，其中该间隙测量系统被配置为通过测量一个或更多个传感元件中的至少一个传感元件与工件的下面部分之间的区域的阻抗来测量该沉积头的近侧表面与工件表面之间的距离；以及(c)控制器，该控制器连接到沉积头并被配置为向所述阵列提供电流和/或电压或在工件和阵列之间提供电势差，从而形成由一个或更多个阳极像素限定的电场。
[0012]在一些实施方案中，该组件还包括对准系统，该对准系统包括：附接到沉积头的多个精细致动器元件，其中该精细致动器元件被配置成将沉积头的近侧表面定位在距工件表面第一间隙距离内和/或使沉积头的近侧表面位于平行于工件表面的平面上。在一些实施方案中，该对准系统被配置成控制沿五个轴的运动，该五个轴包括三个相互垂直的线性轴和两个旋转轴，该两个旋转轴被取向使得沉积头的平面度可相对于工件进行调整。在一些实施方案中，该对准系统被配置成通过一组以三角形布置的三个精细致动器元件或者以三角形布置的两个精细致动器元件与第三固定点来控制沿所述两个旋转轴的运动。
[0013]在某些实施方案中，一个或更多个传感元件中的至少一个传感元件设置在沉积头的近侧表面并电连接到电路以确定传感元件和工件表面之间的距离。在某些实施方案中，一个或更多个传感元件中的至少一个传感元件电耦合到供电电路和传感电路。在一些实施方式中，至少一个传感元件包括多个惰性电极中的一个惰性电极。
[0014]在一些实施方案中，控制器被配置为以提供沉积特征结构的方式供应电流和/或电压或供应电势差，并且其中沉积特征结构由单个阳极像素或多个阳极像素沉积。在一些情况下，控制器被配置为引起：向一组连续的阳极像素提供电流、电压或电势差以限定沉积特征结构的形状或尺寸。
[0015]在一些实施方案中，该组件还包括电耦合到多个惰性电极的供电电路，其中该供电电路被配置为施加第一电势和/或电流以使惰性电极用作相对于工件的阳极并施加第二电位和/或电流以使惰性电极用作相对于二次电极的阴极。在一些实施方式中，二次电极包括电镀到惰性电极上的金属。
[0016]在一些实施方案中，间隙测量系统被配置成通过将输入信号波施加到至少一个传感元件来测量介于至少一个传感元件和工件的下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种组件，其包括：沉积头，所述沉积头包括设置在所述沉积头的近侧表面上的阳极像素阵列，其中所述阳极像素阵列包括多个惰性电极和多个控制装置，所述控制装置被配置为向所述多个惰性电极中选定的一个或更多个电极提供电流；间隙测量系统，所述间隙测量系统包括一个或更多个传感元件，其中所述间隙测量系统被配置为通过测量一个或更多个传感元件中的至少一个传感元件与工件的下面部分之间的区域的阻抗来测量所述沉积头的所述近侧表面与工件表面之间的距离；以及控制器，所述控制器连接到所述沉积头并被配置为向所述阵列提供电流和/或电压或在所述工件和所述阵列之间提供电势差，从而形成由一个或更多个阳极像素限定的电场。2.根据权利要求1所述的组件，其还包括对准系统，所述对准系统包括：多个精细致动器元件，所述多个精细致动器元件附接至所述沉积头，其中所述精细致动器元件被配置成将所述沉积头的所述近侧表面定位在距所述工件表面第一间隙距离内和/或使所述沉积头的所述近侧表面位于平行于所述工件表面的平面上。3.根据权利要求2所述的组件，其中所述对准系统被配置成控制沿五个轴的运动，所述五个轴包括三个相互垂直的线性轴和两个旋转轴，所述两个旋转轴被取向成使得所述沉积头平面度可以相对于所述工件调节。4.根据权利要求3所述的组件，其中所述对准系统被配置成通过一组以三角形布置的三个精细致动器元件或者以三角形布置的两个精细致动器元件与第三固定点来控制沿所述两个旋转轴的运动。5.根据权利要求1至4中任一项所述的组件，其中所述一个或更多个传感元件中的至少一个传感元件设置在所述沉积头的所述近侧表面上并且电连接到电路以确定所述传感元件与所述工件表面之间的距离。6.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中所述一个或更多个传感元件中的至少一个传感元件电耦合到供电电路和传感电路。7.根据权利要求6所述的组件，其中所述至少一个传感元件包括所述多个惰性电极中的一个惰性电极。8.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中所述控制器被配置为以提供沉积特征结构的方式供应电流和/或电压或供应电势差，并且其中所述沉积特征结构由单个阳极像素沉积或由多个阳极像素沉积。9.根据权利要求8所述的组件，其中所述控制器被配置为引起：将电流、电压或电势差提供给一组邻接的阳极像素以限定所述沉积特征结构的形状或尺寸。10.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其还包括电耦合到所述多个惰性电极的供电电路，其中所述供电电路被配置为施加第一电势和/或电流以使所述惰性电极用作相对于所述工件的阳极，并且施加第二电势和/或电流以使所述惰性电极用作相对于二次电极的阴极。11.根据权利要求10所述的组件，其中所述二次电极包括电镀到所述惰性电极上的金属。12.根据前述权利要求中任一项所述的组件，其中所述间隙测量系统被配置为通过将输入信号波施加到所述至少一个传感元件来测量介于所述至少一个传感元件与所述工件
的下方部分之间的区域的阻抗。13.根据权利要求12所述的组件，其中所述输入信号波具有大约1毫伏至100毫伏的幅度。14.根据权利要求12所述的组件，其中所述输入信号波具有约100kHz至10MHz的频率。15.根据权利要求12所述的组件，其中所述输入信号波具有约1MHz至10MHz的频...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：