專利名稱：用于電鍍的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種用于處理襯底的表面的方法和設(shè)備，且更確切地說涉及一種用于對半導(dǎo)體晶片上的層進(jìn)行電鍍的方法和設(shè)備。其對于在鑲嵌和雙鑲嵌集成電路制造方法中電鍍銅特別有用。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)制造中從鋁到銅的轉(zhuǎn)變需要工藝"架構(gòu)"(用于鑲嵌和雙鑲嵌)的改變以及全新的一套工藝技術(shù)。生產(chǎn)銅鑲嵌電路時(shí)使用的一個(gè)工藝步驟是形成"晶種"或"打底"層，所述層接著被用作基礎(chǔ)層，銅被電鍍("電鍍填充")在所述基礎(chǔ)層上。晶種層將電鍍電流從晶片的邊緣區(qū)(在此處制造電觸點(diǎn))攜帶到位于晶片表面上的所有溝槽和通孔結(jié)構(gòu)。晶種膜通常是薄的導(dǎo)電銅層。其通過障壁層與絕緣的二氧化硅或其它電介質(zhì)分開。晶種層沉積工藝應(yīng)產(chǎn)生具有良好的總粘合度、優(yōu)良的階梯覆蓋率(更確切地說，沉積到嵌入結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的保形/連續(xù)量的金屬)和嵌入特征的頂部的最小封閉或"頸縮"的層。
不斷變小的特征和替代的加晶種工藝的市場趨勢驅(qū)動(dòng)了對于用高度均勻性在不斷變薄的加晶種晶片上進(jìn)行電鍍的能力的需要。未來預(yù)期晶種膜可簡單地由可電鍍的障壁膜(例如釕)或非常薄的障壁與銅的雙層(例如，通過原子層沉積(ALD)或類似工藝沉積)構(gòu)成。這些膜向工程師呈現(xiàn)了極端末端效應(yīng)情形。舉例來說，當(dāng)將3安培的總電流均勻地驅(qū)動(dòng)到30歐姆每平方釕晶種層(對于30-50A膜為可能的值)內(nèi)時(shí)，金屬中所得的中心到邊緣電壓降將超過2伏。為了有效地對大表面面積進(jìn)行電鍍，鍍敷工具僅在晶片襯底的邊緣區(qū)中與導(dǎo)電晶種形成電接觸。不直接接觸襯底的中心區(qū)。因此，對于具有高電阻的晶種層，層的邊緣處的電勢顯著大于層的中心區(qū)處的電勢。如果沒有適當(dāng)?shù)碾娮韬碗妷貉a(bǔ)償方式，此大的邊緣到中心電壓降可能導(dǎo)致極度不均勻的鍍敷厚度分布，其主要特征在于晶片邊緣處的鍍敷較厚。相比之下，電解溶液(水)的電壓降的熱力限值僅為約1.4V。
圖1是針對所述問題的近似等效電路的示意圖。為了清晰起見，將其簡化成一個(gè)維度。晶種層中的連續(xù)電阻由一組有限(在此情況下為四個(gè))并聯(lián)電路元件來表示。膜內(nèi)電阻器元件Rf表示晶片上從外部徑向點(diǎn)到更靠中心的徑向點(diǎn)的微分電阻。在邊緣處供應(yīng)的總電流It分布到各個(gè)表面元件12等，所述電流由總路徑電阻相對于所有其它電阻來標(biāo)度。位置更靠中心的電路的總電阻較大，原因在于所述路徑的Rf的累積/累加電阻。在數(shù)學(xué)上，穿過表面元件路徑中的任一者的分?jǐn)?shù)電流&為
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(1) 其中n為電路被劃分成的并聯(lián)路徑的總數(shù)，i (有時(shí)用作下標(biāo))指代第i條并聯(lián)電 流路徑(從邊緣終端)，t指代總電路，I為電流，Rf為每一元件之間的金屬膜中的電阻(為 了簡單起見，構(gòu)造成每一鄰近元件之間是相同的)，R。t為局部電荷轉(zhuǎn)移電阻，Zw為局部擴(kuò)散 (或沃爾博格(Warberg))阻抗，且Rel為電解質(zhì)電阻。在此情況下，It為待穿過第i個(gè)表面 元件通路的電流，且It為到晶片的總電流。每一界面位置處的電荷轉(zhuǎn)移電阻由一組與雙層 電容Cdl并聯(lián)的電阻器R。t表示，但對穩(wěn)定狀態(tài)的情況其并不影響電流分布。由沃爾博格阻 抗(符號為ZJ表示的擴(kuò)散電阻和電解質(zhì)電阻(RJ在一組并聯(lián)電路路徑(其全部與特定 表面元件電路串聯(lián))中展示，其給出電流穿行到陽極的若干并聯(lián)路徑中的一者。實(shí)際上，R。t 和Zw具有相當(dāng)?shù)姆蔷€性(取決于電流、時(shí)間、濃度等)，但這一事實(shí)并不減少此模型在比較 當(dāng)前技術(shù)和本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)均勻電流分布方面如何不同時(shí)的效用。為了實(shí)現(xiàn)大致均勻的電流 分布，無論元件位置(i)如何，分?jǐn)?shù)電流均應(yīng)相同。當(dāng)除了膜電阻項(xiàng)Rf以外的所有項(xiàng)均相
對較小時(shí)，到第i個(gè)元件的電流為
F = + (2) 等式2對于i (位置)具有強(qiáng)烈的相依性，且當(dāng)沒有顯著的電流分布補(bǔ)償效應(yīng)有效 時(shí)得出結(jié)果。在另一極端情況下，當(dāng)R。t、Zw、Rri或這些項(xiàng)的總和大于Rf時(shí)，分?jǐn)?shù)電流均接近 均勻分布；無論位置i如何，隨著這些參數(shù)變大，等式1的限值為F = l/n。
改善鍍敷不均勻性的典型方式是利用(1)通過使用銅絡(luò)合劑或電荷轉(zhuǎn)移抑制劑 (例如，鍍敷減弱器和調(diào)平劑，目標(biāo)是產(chǎn)生大的垂直于表面的電壓降，從而使得Rf相對于R。t 較小)來增加R。t ; (2)極高的離子電解質(zhì)電阻(通過I產(chǎn)生類似效應(yīng))；(3)產(chǎn)生顯著的 擴(kuò)散電阻(Zw);或(4)改變鍍敷電流配方以使電壓降最小化，或控制質(zhì)量轉(zhuǎn)移速率以限制 高界面電壓降區(qū)域中的電流密度(例如見美國專利6， 110， 344、6，074， 544和6， 162， 344，每 一所述專利均以引用的方式并入本文中)。 這些方法具有與材料和工藝的物理屬性相關(guān)的顯著限制。由有機(jī)添加物導(dǎo)出的典 型表面極化無法產(chǎn)生超過約0. 5V(其與例如如上所述必須補(bǔ)償?shù)?V晶種層電壓降相比是 相對較小的值)的極化。此外，因?yàn)殄兎蟛鄣膶?dǎo)電性與其離子濃度和PH有關(guān)，所以減小導(dǎo) 電性會(huì)直接且不利地影響鍍敷的材料的鍍敷速率和形態(tài)。 因此，需要一種用于在薄金屬加晶種晶片(特別是直徑較大(例如300mm)的晶 片)上的均勻電鍍的改進(jìn)的技術(shù)。 在單獨(dú)但相關(guān)的方面中，需要研發(fā)與用于均勻電鍍的技術(shù)兼容的晶片到電解質(zhì)進(jìn) 入工藝。這一點(diǎn)較為重要，因?yàn)樵诰]到電解質(zhì)中期間使用的條件在很大程度上決定了后續(xù)鍍敷的成功。 一般來說，如果進(jìn)入未受到適當(dāng)控制，則攜帶薄晶種層的晶片進(jìn)入電解 質(zhì)可導(dǎo)致若干嚴(yán)重的性能和特征填充問題(例如見第6， 949， 065號美國專利，其全文出于 所有目的以引用的方式并入本文中)。 晶片進(jìn)入可分為三種主要工藝類別冷、熱和恒電勢工藝。在冷進(jìn)入中，晶片的極 化和鍍敷一直延遲到晶片進(jìn)入電解質(zhì)完成為止。由于電解質(zhì)的腐蝕性質(zhì)，延遲的晶片極化 可導(dǎo)致晶種層腐蝕和在特征的底部形成空隙。在熱進(jìn)入中，晶片在進(jìn)入之前或進(jìn)入期間極 化，使得電源的要求的總電流大致固定，且因此晶片在進(jìn)入到電解質(zhì)中期間經(jīng)歷的電流密 度取決于晶片的打濕部分的面積。在晶片浸沒開始時(shí)(此時(shí)打濕的晶片表面的面積較小)， 電流密度最大(且往往過量)。隨著浸沒進(jìn)一步進(jìn)行且隨著晶片的較大面積變濕，晶片經(jīng)歷 的電流密度變小。總體來說熱進(jìn)入比冷進(jìn)入優(yōu)越，但因?yàn)殡娏髅芏仁且愿咚介_始且以低 水平結(jié)束，且因?yàn)檫@些密度之間的差異可能非常大，所以可能發(fā)生晶片燃燒(在高電流密 度下)或晶種層腐蝕(在低電流密度下)。 在恒電勢進(jìn)入中，晶片與未攜帶電流的參考電極之間的電勢維持在固定值，且電 流大致隨著晶片的打濕面積的增加而以線性方式增加。 隨著用于減小末端效應(yīng)的方法和設(shè)備的研發(fā)，選擇最兼容的晶片進(jìn)入方法且使其 適于配合新研發(fā)的用于均勻鍍敷的系統(tǒng)使用變得越來越重要。

發(fā)明內(nèi)容
本文中在一個(gè)方面中通過以下方式來解決這些需要提供一種用于均勻電鍍的電 鍍設(shè)備和方法，其利用具有電解質(zhì)可滲透的l-D穿孔的離子電阻元件，其中所述元件駐留 在非常靠近晶片襯底處。本文中描述的離子電阻離子可滲透元件實(shí)質(zhì)性改善了薄電阻晶種 層上的鍍敷均勻性。其在結(jié)合第二 (輔助)陰極使用時(shí)特別有用，所述第二陰極經(jīng)配置以 使電流的一部分從晶片的近邊緣區(qū)偏轉(zhuǎn)。其還與電勢受控的晶片進(jìn)入兼容，電勢受控的晶 片進(jìn)入在一些實(shí)施例中是此系統(tǒng)優(yōu)選的晶片進(jìn)入工藝。本文中描述的離子電阻離子可滲透 元件充當(dāng)晶片陰極附近的恒定電流源，且因此本質(zhì)上用作虛擬陽極。因此，所述離子電阻離 子可滲透元件也將被稱為高電阻虛擬陽極(HRVA)。 HRVA的兩個(gè)特征特別重要HRVA放置得相對于晶片非?？拷?，和HRVA中的穿孔彼 此隔離且并不在HRVA的主體內(nèi)形成互連的通道的事實(shí)。所述穿孔將被稱為l-D穿孔，因?yàn)?其通常在一個(gè)維度中延伸，但未必垂直于晶片的鍍敷表面。這些穿孔與3-D多孔網(wǎng)截然不 同，在3-D多孔網(wǎng)中，通道在三個(gè)維度中延伸，且形成互連的多孔結(jié)構(gòu)。HRVA的一實(shí)例是由 離子電阻材料制成的盤，所述材料例如是聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、 聚砜等等，其具有約6， 000到12， 000個(gè)l-D穿孔。在許多實(shí)施例中，所述盤大致與晶片(例 如，當(dāng)配合300mm晶片使用時(shí)，直徑約為300mm)共同延伸，且駐留在非?？拷帲?在晶片面朝下的電鍍設(shè)備中恰好在晶片的下方。優(yōu)選的是，晶片的鍍敷表面駐留在最接近 的HRVA表面的約10mm以內(nèi)，更優(yōu)選在約5mm以內(nèi)。 接近晶片的電阻性但離子可滲透元件的存在實(shí)質(zhì)性減小了末端效應(yīng)并改善了鍍 敷均勻性。重要的是，如果將相同元件放置得離晶片較遠(yuǎn)，則所述改善會(huì)變得顯著地較不明 顯或不存在。此外，因?yàn)閘-D穿孔不允許離子電流在HRVA內(nèi)橫向移動(dòng)，所以中心到邊緣電 流移動(dòng)在HRVA內(nèi)被阻擋，從而得到鍍敷均勻性的進(jìn)一步改善。
HRVA結(jié)構(gòu)的另一重要特征是穿孔的直徑或主要尺寸以及其同HRVA與襯底之間的 距離的關(guān)系。優(yōu)選每一穿孔(或大部分穿孔)的直徑不應(yīng)大于從鍍敷晶片表面到HRVA的 最接近的表面的距離。因此，當(dāng)HRVA被放置在鍍敷晶片表面的約5mm以內(nèi)時(shí)，穿孔的直徑 或主要尺寸不應(yīng)超過5mm。 在一些實(shí)施例中，HRVA配合第二 (輔助)陰極使用，所述第二陰極適于使電流的 一部分從晶片的邊緣偏轉(zhuǎn)，因而甚至進(jìn)一步減小末端效應(yīng)。 在一個(gè)方面中，提供一種用于將金屬層電鍍到工件表面的導(dǎo)電晶種層上的設(shè)備。 所述設(shè)備包含(a)鍍敷腔室；(b)工件固持器，其用于將工件固持在鍍敷腔室中處于與陽 極對準(zhǔn)的位置處；(c)電觸點(diǎn)，其經(jīng)布置以在工件的邊緣區(qū)上的一個(gè)或一個(gè)以上位置處與 晶種層形成電連接；(d)離子電阻離子可滲透元件，其具有離子電阻主體，所述主體具有在 所述主體中制造的多個(gè)孔眼，使得所述孔眼不在所述主體內(nèi)形成連通通道，其中所述孔眼 允許離子運(yùn)送穿過所述元件，且其中所述元件經(jīng)定位以具有當(dāng)在所述鍍敷腔室中的鍍敷期 間被所述工件固持器固持在鍍敷位置時(shí)面向所述工件表面且定位在所述工件表面約5mm 以內(nèi)的一個(gè)表面，其中大致所有孔眼在所述元件的面朝所述工件的所述表面的所述表面上 具有的開口的主要尺寸或直徑不大于約5mm;以及(e)第二陰極，其適于使電流的一部分從 工件的邊緣區(qū)偏轉(zhuǎn)。 在另一方面中，提供一種電鍍方法，其涉及(a)將在其表面上設(shè)置有連續(xù)金屬晶 種層的工件提供到電鍍設(shè)備，其中所述設(shè)備包括具有多個(gè)不連通的孔眼且設(shè)置在工件的約 5mm以內(nèi)的離子電阻離子可滲透元件和經(jīng)配置以使電流的一部分從工件的邊緣區(qū)偏轉(zhuǎn)的第 二陰極；以及(b)通過向工件施加第一電平的電流和向第二陰極施加第二電平的電流，而 將金屬層鍍敷到工件上。 在單獨(dú)但相關(guān)的方面中，配合靜態(tài)屏蔽物(例如，絕緣環(huán))使用具有l(wèi)-D穿孔的 HRVA，所述靜態(tài)屏蔽物放置在鍍敷晶片表面與HRVA之間，從而進(jìn)一步改善鍍敷均勻性。在 一個(gè)實(shí)施例中，一種用于將金屬層電鍍到工件表面(其具有圍繞中心區(qū)的邊緣區(qū))的導(dǎo)電 晶種層上的設(shè)備包含(a)鍍敷腔室；(b)工件固持器，其用于將工件固持在鍍敷腔室中處 于與陽極對準(zhǔn)的位置處；(c)電觸點(diǎn)，其經(jīng)布置以在邊緣區(qū)上的一個(gè)或一個(gè)以上位置處與 晶種層形成電連接；(d)離子電阻離子可滲透元件，其具有離子電阻主體，所述主體具有在 所述主體中制造的多個(gè)孔眼，使得所述孔眼不在所述主體內(nèi)形成連通通道，其中所述孔眼 允許離子運(yùn)送穿過所述元件，且其中所述元件經(jīng)定位以具有當(dāng)在所述鍍敷腔室中的鍍敷期 間被所述工件固持器固持在鍍敷位置時(shí)面向所述工件表面且定位在所述工件表面約5mm 以內(nèi)的一個(gè)表面，其中大致所有孔眼在所述元件的面朝所述工件的所述表面的所述表面上 具有的孔眼開口的主要尺寸或直徑不大于約5mm ;以及(e)靜態(tài)屏蔽物，其經(jīng)定位而在鍍敷 期間駐留在非常靠近HRVA的所述孔眼開口處、處于所述離子電阻離子可滲透元件與所述 工件之間，其中所述屏蔽物經(jīng)定位以遮蔽所述邊緣區(qū)處的所述孔眼中的至少一些。在一些 實(shí)施例中，所述設(shè)備進(jìn)一步包含第二陰極，其適于使電流的一部分從晶片的邊緣偏轉(zhuǎn)。
在又一方面中，已研發(fā)出一種晶片進(jìn)入工藝，其與具有1-D孔眼的HRVA的使用兼 容。所述晶片進(jìn)入工藝是電勢受控的，而總體電鍍是電流受控的。所述經(jīng)配置以用于電勢 受控晶片進(jìn)入的設(shè)備包含參考電極，其優(yōu)選位于靠近晶片襯底處。重要的是，所述參考電極 被放置成使得其并不駐留在HRVA下方(在晶片面朝下的設(shè)備中)或HRVA上方(在晶片面朝上的設(shè)備中)。 在一個(gè)實(shí)施例中，所述設(shè)備包含(a)鍍敷腔室，其適于固持電解質(zhì)；(b)工件固 持器，其用于將工件固持在鍍敷腔室中處于與陽極對準(zhǔn)的位置處；(c) 一個(gè)或一個(gè)以上電 力觸點(diǎn)，其經(jīng)布置以在邊緣區(qū)上的一個(gè)或一個(gè)以上位置處與晶種層形成電連接；(d)離子 電阻離子可滲透元件，其具有離子電阻主體，所述主體具有在所述主體中制造的多個(gè)孔眼， 使得所述孔眼不在所述主體內(nèi)形成連通通道，其中所述孔眼允許離子運(yùn)送穿過所述元件， 且其中所述元件經(jīng)定位以具有當(dāng)被所述工件固持器固持在鍍敷位置時(shí)面向所述工件表面 且定位在所述工件表面約5mm以內(nèi)的一個(gè)表面，其中大致所有孔眼在所述元件的面朝所述 工件的所述表面的所述表面上具有的開口的主要尺寸或直徑不大于約5mm ;(e)參考電極， 其與控制電路可操作地連通；以及(f)電源，其與電力觸點(diǎn)、陽極且與控制電路可操作地連 通，其中所述設(shè)備經(jīng)配置以用于提供工件到電解質(zhì)中的電勢受控進(jìn)入。 在另一方面中，提供一種用于使用電勢受控的晶片進(jìn)入進(jìn)行電鍍的方法。所述方 法包含(a)將在其表面上設(shè)置有連續(xù)金屬晶種層的晶片襯底提供到電鍍設(shè)備，其中所述 設(shè)備包括具有多個(gè)不連通的孔眼的離子電阻離子可滲透元件；(b)將晶片襯底浸沒到電解 質(zhì)溶液中，其中所述浸沒包括使晶片襯底相對于由電解質(zhì)界定的平面以一角度傾斜，且將 襯底朝電解質(zhì)移動(dòng)并移動(dòng)到電解質(zhì)中，直到襯底的整個(gè)工作表面均浸沒在電解質(zhì)中為止， 其中所述浸沒的至少一部分是在電勢受控條件下將電流供應(yīng)到襯底時(shí)執(zhí)行；(c)在襯底浸 沒期間或之后，改變傾斜角度以使工作晶片表面與電解質(zhì)表面的平面成大致平行的定向；
(d) 將襯底工作表面定位在離子電阻離子可滲透元件的襯底近端表面的約5mm以內(nèi)；以及
(e) 在電流受控條件下將電流供應(yīng)到襯底以將成塊的金屬層鍍敷到晶種層上。 在電勢受控條件下使用傾斜的晶片進(jìn)入提供了對晶片在浸沒到電解質(zhì)中時(shí)經(jīng)歷 的電流密度的控制。由于電勢受控的進(jìn)入，可避免晶片因過量的電流密度而燃燒或晶種層 因低電流密度而腐蝕。 下文中將參看相關(guān)聯(lián)的圖式更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1A是描繪用于在薄晶種層上進(jìn)行電鍍的等效電路的示意圖。 圖IB是描繪用于在存在具有3-D多孔網(wǎng)的離子電阻離子可滲透元件的情況下在
薄晶種層上進(jìn)行電鍍的等效電路的示意圖，其中所述元件設(shè)置成與晶片相距一顯著距離。 圖1C是描繪用于在存在具有1-D多孔網(wǎng)的離子電阻離子可滲透元件的情況下在
薄晶種層上進(jìn)行電鍍的等效電路的示意圖，其中所述元件設(shè)置成與晶片非常靠近。 圖2A是根據(jù)本文中呈現(xiàn)的實(shí)施例的具有多個(gè)1-D穿孔的離子電阻元件的俯視圖
的示意表示。 圖2B是根據(jù)本文中呈現(xiàn)的實(shí)施例的具有多個(gè)1-D穿孔的離子電阻元件的橫截面 圖的示意表示。 圖3A是根據(jù)本文中提供的實(shí)施例的在中心具有不均勻穿孔分布的離子電阻元件 的照片。 圖3B展示根據(jù)本文中提供的實(shí)施例的 中心具有不均勻穿孔分布的三個(gè)不同離 子電阻元件的三張照片。
圖3C展示離子電阻元件307的示意表示，所述元件在圖3B中展示有不同的阻塞 穿孔的圖案。 圖3D展示圖3C所示的電阻元件的不同配置的中心尖峰高度的曲線圖。 圖4是配備有具有1D穿孔的HRVA的鍍敷單元(展示左半部分)的橫截面示意圖。
說明了電流和電壓線。 圖5A是配備有具有1D穿孔的HRVA和輔助陰極電極的鍍敷單元(展示左半部分) 的橫截面示意圖。說明了電流和電壓線。 圖5B是配備有HRVA的鍍敷單元的橫截面示意圖，其中外圍間隙小于晶片到HRVA 的間隙。 圖5C是配備有HRVA的鍍敷單元的橫截面示意圖，其中外圍間隙大于晶片到HRVA 的間隙。 圖5D是配備有HRVA的鍍敷單元的橫截面示意圖，其中外圍間隙小于晶片到HRVA 的間隙。 圖6展示在存在輔助陰極和不存在輔助陰極的情況下，針對不同外圍間隙而計(jì)算 的隨晶片上的徑向位置而變的電流密度分布曲線。 圖7A和圖7B說明具有晶片平坦區(qū)的旋轉(zhuǎn)晶片的示意俯視圖，其中使用分段的第 二陰極來控制鍍敷均勻性，其中與晶片旋轉(zhuǎn)相關(guān)地為區(qū)段供電。 圖8A和圖8B說明適于配合非圓形晶片(具有晶片平坦區(qū)、切割或其它特征的晶 片)使用的具有不均勻區(qū)的旋轉(zhuǎn)HRVA的示意俯視圖。 圖9是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例使用電勢受控晶片進(jìn)入進(jìn)行電鍍的工藝流程圖。
圖IO是鍍敷系統(tǒng)中的適于電勢受控晶片進(jìn)入的電路的示意說明，其中所述系統(tǒng) 包含參考電極和位于晶片表面處的感應(yīng)引線。 圖11說明經(jīng)歷一傾斜角度的浸沒的晶片的橫截面俯視示意圖。展示參考電極關(guān) 于晶片進(jìn)入軌跡的有利和不利位置。 圖12是展示針對參考電極的不同位置對于電勢受控晶片進(jìn)入獲得的電流軌跡的 曲線圖。 圖13是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的電鍍設(shè)備的橫截面示意圖。 圖14是容納第二陰極的主鍍敷腔室的外圍上的單獨(dú)腔室的視圖。 圖15是說明晶片、HRVA和第二陰極的電鍍設(shè)備的頂部部分的橫截面圖。 圖16是說明晶片、HRVA和第二陰極以及位于HRVA上方和HRVA的外圍上的靜態(tài)
屏蔽物的電鍍設(shè)備的頂部部分的橫截面圖。 圖17展示HRVA和外圍屏蔽物的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及用于將大致均勻的金屬層電鍍到上面具有晶種層的工件上的方法和 設(shè)備。本發(fā)明通過將具有大量隔離且不連接的離子可滲透穿孔(例如，具有允許離子通過 的多個(gè)孔眼的電阻盤)的離子電阻元件放置成非常靠近工件，因而支配或"淹沒"整個(gè)系統(tǒng) 的電阻，而減輕或消除了終端問題。所述電阻元件因此近似一恒定電流源。通過使工件保持 接近電阻元件表面，從元件頂部到表面的離子電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于從元件頂部到工件邊緣的離子路徑電阻，從而實(shí)質(zhì)上補(bǔ)償了薄金屬膜中的薄層電阻，且在工件的中心上引導(dǎo)顯著量的電 流。將離子電阻離子可滲透元件放置成非?？拷r底的重要性在2005年1月20日申請的 標(biāo)題為"高電阻離子電流源"("HIGH RESISTANCE IONIC CURRENTSOURCE")的第11/040， 359 號美國專利申請案(發(fā)明人姓名為斯帝文 邁爾(StevenMayer)等人)中詳細(xì)論述，所述 申請案的全文出于所有目的而以引用的方式并入本文中。 重要的是，本文中提供的離子電阻離子可滲透元件與具有連續(xù)三維小孔網(wǎng)的帶微 孔的板或盤(例如，由陶瓷或玻璃的燒結(jié)顆粒制成的板)截然不同。具有三維小孔網(wǎng)的多 孔板具有纏繞的小孔，離子電流可橫向行進(jìn)穿過所述小孔(例如，從盤的中心到邊緣)。相 形之下，在所提供的電阻元件中，穿孔大致并不在元件的主體內(nèi)形成連通的通道，因而使離 子電流在元件中的橫向移動(dòng)最小化。電流以一維的方式大致在垂直于接近電阻元件的最靠 近的鍍敷表面的向量方向中流動(dòng)。離子可滲透離子電阻板中的一維隔離通道對于使末端效 應(yīng)最小化是重要的，因?yàn)殡娏鲝木闹行牡竭吘壍闹匦路植嫉目赡苄宰钚』?，且因此?shí) 質(zhì)性改善了鍍敷均勻性。 在圖1B和圖IC中展示的示意圖中說明此效應(yīng)，所述圖描繪鍍敷系統(tǒng)的等效電路， 所述鍍敷系統(tǒng)采用具有3-D多孔網(wǎng)的電阻元件(稱為3-D多孔HRVA)，其位于與晶片相距顯 著距離處(圖IB)，且所述鍍敷系統(tǒng)采用具有1-D穿孔的電阻元件(稱為1-D多孔HRVA)， 其位于非?？拷?圖1C)。參看圖1B，可看出HRVA與晶片之間的大間隙(稱為電解 質(zhì)_晶片間隙)允許顯著的橫向電流流動(dòng)101。類似地，HRVA內(nèi)的3-D多孔網(wǎng)允許穿過位 于HRVA內(nèi)部的橫向小孔的橫向電流流動(dòng)103。所述兩個(gè)橫向流動(dòng)有助于電流從晶片中心到 邊緣的重新分布，因而使得晶片邊緣處的鍍敷增加。相形之下，設(shè)置得非常接近晶片的1-D 多孔HRVA限制了電流在晶片-電解質(zhì)間隙中和在ID多孔HRVA本身的主體內(nèi)的重新分布 的概率，如圖IC所示。
電阻元件的結(jié)構(gòu) 具有ID穿孔的離子電阻離子可滲透元件(也稱為1-D多孔HRVA)通常是盤(也 可使用其它形狀)，其由具有多個(gè)穿過其而鉆出(或以其它方式制成)的孔的離子電阻材料 制成。所述孔并不在盤的主體內(nèi)形成連通的通道，且通常在大致垂直于晶片表面的方向中 延伸穿過盤。可對盤主體使用多種離子電阻材料，其中包含但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚偏 氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚砜等等。優(yōu)選所述盤材料對酸性電解質(zhì)環(huán)境中的降解具有抗 性、相對堅(jiān)硬，且容易通過機(jī)械加工來處理。 所述盤優(yōu)選與晶片共延伸，且因此其直徑接近于正被鍍敷的晶片的直徑。因此，例 如，盤的直徑的范圍可在約150mm到450mm之間，其中針對200mm晶片使用約200mm的盤， 針對300mm晶片使用約300mm的盤，且針對450mm晶片使用約450mm的盤，依此類推。在晶 片具有大體上圓形的形狀但在邊緣處具有不規(guī)則性(例如，凹口或平坦區(qū)，在此處晶片按 基準(zhǔn)線被切割)的那些情形下，仍可使用盤形的HRVA，但可對系統(tǒng)進(jìn)行其它補(bǔ)償性調(diào)整，后 面的段落中將對其進(jìn)行詳細(xì)描述。在一些實(shí)施例中，HRVA的直徑大于待鍍敷的晶片的直徑 (例如，大于200mm或300mm)，且具有不帶有孔的外邊緣部分。此邊緣部分可用來圍繞晶片 的外圍形成小間隙(HRVA邊緣部分與晶片固持杯底部之間的外圍間隙)，且輔助將HRVA安 裝在腔室內(nèi)(例如，安裝到陽極腔室壁)。在一些實(shí)施例中，不帶孔的HRVA邊緣的尺寸從 HRVA的外邊緣到帶有孔的HRVA的部分的邊緣在約5mm到約50mm之間。圖17中展示此HRVA的俯視圖，其中在此特定實(shí)施例中，HRVA具有圍繞含孔的部分119的不帶孔的邊緣151。
在盤中制造的穿孔的數(shù)目應(yīng)非常大，但每一孔的直徑應(yīng)相當(dāng)小。在一個(gè)實(shí)施例中， 孔的數(shù)目的范圍在約6， 000到約12， 000之間，每一孔(或至少95%的孔)的直徑(或其它 主要尺寸)小于約5mm。圖2A中展示HRVA板201的示意俯視圖，所述圖說明具有大量小 直徑開口 (稱為黑點(diǎn))的頂部HRVA表面。圖2B說明HRVA盤201的橫截面圖，其示意說明 不連通的穿孔。在此實(shí)施例中，穿孔大致垂直于HRVA盤的頂部和底部表面。在一些實(shí)施例 中，HRVA盤的厚度的范圍在約5mm到約50mm之間，例如在約5mm到約25mm之間。雖然圖 2A所示的HRVA具有穿孔的均勻分布，但在其它實(shí)施例中，使用具有帶有不均勻的孔分布或 其中孔被阻塞而使得晶片經(jīng)歷不均勻的孔分布的區(qū)的HRVA是有利的。
重要的是，此處要注意，HRVA與所謂的擴(kuò)散板截然不同，擴(kuò)散板的主要功能是分布 電解質(zhì)的流動(dòng)，而不是提供顯著的電阻。相形之下，HRVA顯著增加了鍍敷系統(tǒng)的電阻，這是 改善鍍敷均勻性所需要的。 一般來說，優(yōu)選使系統(tǒng)電阻增加至少0. 45歐姆或至少0. 6歐姆 的電阻元件。通過提供非常大量的小穿孔(其每一者具有非常小的主要尺寸(或直徑)) 來實(shí)現(xiàn)所提供的元件的高電阻。舉例來說，具有約6，000到12，000個(gè)孔眼且每一孔眼的直 徑小于約5mm(例如，小于約4mm、小于約3mm或小于約lmm)的盤是合適的電阻元件。合適 的盤的孔隙率值的范圍通常在1%到5% (取決于穿孔的數(shù)目及其直徑)。所述盤使鍍敷系 統(tǒng)的電阻增加約0. 3到1. 2歐姆，這取決于設(shè)計(jì)和電解質(zhì)的導(dǎo)電率。相形之下，擴(kuò)散板通常 具有構(gòu)成遠(yuǎn)遠(yuǎn)更大的凈孔隙率(以25%到80%的敞開空隙分?jǐn)?shù))的開口，其不超過實(shí)現(xiàn)大 致均勻的電解質(zhì)流動(dòng)所需，且大體上具有對于鍍敷系統(tǒng)的電阻的遠(yuǎn)遠(yuǎn)更小、通常不顯著的 總體貢獻(xiàn)。 在一個(gè)特定實(shí)例中，離子電阻離子可滲透元件(HRVA)是具有約9， 000個(gè)孔眼的 盤，其各自具有約0. 6mm的直徑。在此實(shí)例中，盤的直徑約為300mm(大致與300mm晶片共 延伸)且厚度約為13mm。 雖然HRVA(不同于擴(kuò)散板)應(yīng)始終具有實(shí)質(zhì)性電阻率，但在一些實(shí)施例中，HRVA經(jīng) 配置以使得其并不使系統(tǒng)電阻增加超過5歐姆。這是因?yàn)?，過量的電阻將需要使用增加的 功率，從而導(dǎo)致電鍍系統(tǒng)的不合需要的加熱。 電阻元件的另一重要參數(shù)是穿孔直徑(或其它主要尺寸)與元件距晶片的距離的 比率。已用實(shí)驗(yàn)方式發(fā)現(xiàn)且隨后通過計(jì)算機(jī)建模而證實(shí)，此比率應(yīng)大概為l或更小(例如， 小于0. 8或小于0. 5)。優(yōu)選在一些實(shí)施例中此比率為約0. l，從而提供最佳的鍍敷均勻性 性能。換句話說，穿孔的直徑應(yīng)等于或小于從電阻元件到晶片的距離。相形之下，如果穿孔 直徑大于晶片到HRVA的距離，則穿孔將在其上方的鍍敷層上留下其自身的圖像或"占據(jù)面 積"，因而導(dǎo)致鍍敷中的小規(guī)模不均勻性。以上提到的孔直徑值是指在靠近晶片的HRVA面上 測量的穿孔開口的直徑。在許多實(shí)施例中，HRVA的近端和遠(yuǎn)端面兩者上的穿孔直徑相同。
電流在晶片上的分布(且因此，鍍敷均勻性)可取決于若干因素，例如鍍敷間隙 (HRVA板到晶片的距離)、電解質(zhì)流動(dòng)速率、陽極腔室設(shè)計(jì)、鍍敷溶液屬性和HRVA上的孔分 布的均勻性。特別重要的是穿孔在HRVA中心處的分布。通常，HRVA板中的小孔經(jīng)設(shè)計(jì)而 具有相同尺寸且大致均勻地分布。此布置可在鍍敷薄膜厚度中產(chǎn)生中心尖峰或傾角，或波 紋狀(波浪狀)圖案。特定來說，使用在中心具有均勻孔分布的HRVA針對lym鍍敷層產(chǎn) 生約200至lj300 A的中心尖峰。
在一個(gè)實(shí)施例中，采用1-D小孔/孔在HRVA的中心區(qū)中的不均勻分布來防止中心 尖峰。HRVA的中心區(qū)由HRVA中心處的圓形區(qū)來界定，所述圓形區(qū)通常在距HRVA盤的中心 約1英寸半徑以內(nèi)，或在晶片半徑的約15%以內(nèi)。對于尖峰減小有效的穿孔的不均勻分布 可通過以其它方式均勻的圖案使孔移位、添加新孔和/或阻塞孔來實(shí)現(xiàn)各種布置。將說明 可用于避免鍍敷不均勻性的若干不均勻的中心孔圖案。 中心尖峰之所以發(fā)生，是因?yàn)檩^少數(shù)目的孔(位于HRVA的中心處)允許中心孔具 有空間上較大的對于晶片表面的時(shí)間平均暴露度(與來自位于HRVA外圍上的較大群的孔 的孔相比)。較大的時(shí)間平均暴露度影響晶片的暴露區(qū)域中的電流，且具有形成孔圖案的時(shí) 間平均暴露度的圖像的趨勢。 圖3A中展示了對均勻正方形孔圖案的修改的一簡單實(shí)例，圖3A是HRVA的中心部 分的照片(俯視圖)。在此實(shí)例中，與規(guī)則的正方形圖案相比，在HRVA板的正中心處的孔被
移位離開中心，且來自第一非中心陣列孔組的一個(gè)孔向內(nèi)朝中心略微移位。此不均勻的圖 案稱為圖案301。在圖3B中，展示了若干其它中心孔圖案修改的實(shí)例303、305和307?？墒?用對具有一個(gè)或一個(gè)以上尺寸的孔的孔位置、相對位置和分布的修改。舉例來說，可在HRVA 中心處使用不同直徑的孔。此外，如下文將說明，一些孔可被阻塞。 在圖3C中，展示了HRVA板307的中心部分的九個(gè)不同配置。配置A與圖3B所示 的HRVA 307相同，且不具有任何阻塞的孔。圖3C中說明的配置B-I具有阻塞的孔的不同 布置。針對HRVAA-I測量鍍敷均勻性，HRVAA-I是從原始配置307導(dǎo)出的。這些測量的結(jié) 果在圖3D中展示，其中以埃計(jì)的中心尖峰的高度針對位于Y軸上的不同配置A-I而在X軸 上展示。對于在1000A晶種層上的鍍敷，針對相同的鍍槽、單元配置和其它參數(shù)，具有配置F 的孔分布307的HRVA展現(xiàn)出最均勻的中心鍍敷。確切的最優(yōu)配置當(dāng)然將取決于可數(shù)的影 響參數(shù)，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，此處闡述的圖案程序的優(yōu)化可用于其它條件。
電阻元件與輔助陰極之間的配合 雖然在一些實(shí)施例中，離子電阻離子可滲透元件本身足以減輕或消除末端效應(yīng)， 但在其它實(shí)施例中，即便使用了電阻元件，仍可獲得邊緣較厚的輪廓。這在當(dāng)晶種層電阻大 于約0. 5歐姆/cm的那些例子中特別顯著。這可使用圖4來理解，圖4展示了電鍍設(shè)備的 一部分(一半)的示意橫截面展示，其中說明了鍍敷槽中的電流/電壓線。在圖4中，401 是具有位于頂部表面上的導(dǎo)電薄膜(例如，銅晶種層)的晶片。晶種層浸沒到電解質(zhì)中且 被負(fù)向偏置，使得其充當(dāng)金屬被鍍敷到其上的陰極。如先前提到，僅在晶片外圍處對晶種層 進(jìn)行電接觸，而不在中心處進(jìn)行任何接觸。晶片位于HRVA板403上方，HRVA板403在優(yōu)選 實(shí)施例中具有1D穿孔404，其允許電流從陽極406行進(jìn)到晶片401。 HRVA在此實(shí)施例中是 固定的，而晶片在電鍍期間是旋轉(zhuǎn)的。 陽極406位于陽極腔室407內(nèi)部，在晶片401下方且在HRVA板403下方。整個(gè)鍍 敷槽(從陽極406到晶片401)中填充有電解質(zhì)。在鍍敷期間，離子電流從陽極經(jīng)過，穿過 HRVA孔404，且向上穿過小的填充有電解質(zhì)的間隙402。間隙402是通過在HRVA板上定位 晶片(和晶片固持器)而形成的。在正常操作期間，流體穿過HRVA L、穿過間隙402且穿 過在晶片/晶片固持器與陽極腔室407/HRVA 403B的邊緣之間形成的外圍間隙412而流動(dòng) 到HRVA下方的陽極腔室中。如已提到的，重要的是頂部HRVA表面與鍍敷晶片表面之間的 間隙402保持最小，例如，小于約10mm，優(yōu)選小于約5mm。
在一些實(shí)施例中，晶片固持器是抓斗設(shè)備408，其通過容納在通常具有彈性的"唇 形密封件"410后面的若干接觸指409與晶片外圍接觸，所述"唇形密封件"410用以密封抓 斗，且使邊緣接觸區(qū)和晶片后側(cè)保持大致沒有電解質(zhì)，并且避免在觸點(diǎn)409上的任何鍍敷。 在授予巴頓(Pattern)等人的第6， 156， 167號美國專利和授予里德等人的第6， 800， 187號 美國專利中描述了對具有適合配合本發(fā)明使用的方面的抓斗型鍍敷設(shè)備的一般描述，所述 專利出于所有目的而以引用的方式并入本文中。 所述抓斗由兩個(gè)主要零件組成，其中之一是圓錐411，其可打開，從而允許插入和 取出晶片。圓錐411還向觸點(diǎn)409和密封件410施加壓力。抓斗的第二零件是晶片固持杯 413。杯的底部414通常需要由絕緣體制成(或涂布有絕緣體)，以避免任何相關(guān)腐蝕和電 極位置反應(yīng)，其將例如在被放置在電解質(zhì)中且如此處的情況具有橫向變化電勢的金屬上發(fā) 生。然而，同時(shí)杯的底部需要機(jī)械上堅(jiān)固。這是因?yàn)槠湫枰^薄，以避免在晶片邊緣附近的 電解質(zhì)流動(dòng)的干擾，同時(shí)足夠堅(jiān)固，以將杯向上壓抵晶片和圓錐，同時(shí)避免彎曲。因此，在一 些實(shí)施例中，杯的底部優(yōu)選是涂布有例如玻璃或塑料等絕緣材料的金屬。
出于說明的目的，圖4還示意展示了電流線415 (主要是垂直的)和恒定電勢線 (主要是水平的)416。如圖4中說明，在外圍間隙區(qū)412中，電流線從其正常路徑偏轉(zhuǎn)。晶 片的近邊緣對間隙412的暴露(和/或靠近)引起高局部電流，因?yàn)殡x子電阻在此處比在晶 片中心處小。此低電阻和較高電流是因?yàn)殡娏鹘?jīng)由大量流動(dòng)路徑而流動(dòng)的可能性和能力。 由于添加了這些更迂回的路途(其中電流不僅直接在HRVA與晶片之間流動(dòng)，而且在外圍間 隙412中徑向向外流動(dòng)，且接著向上并回到晶片邊緣中)，所以對于在非常近的邊緣處的電 流流動(dòng)的凈電阻減小，且電流密度在此處增強(qiáng)。因此，在一些實(shí)施例中，通過提供第二"輔 助"陰極(也稱為"第二"或"雙"陰極)來解決此問題，所述陰極可使離子電流的一部分從 晶片偏轉(zhuǎn)到邊緣間隙外，因而改善晶片經(jīng)歷的電流密度的均勻性。重要的是，結(jié)合位置非常 靠近晶片的1D多孔HRVA使用輔助電極特別有利，原因在于兩個(gè)元件之間的配合相互作用， 其被小的HRVA到晶片增強(qiáng)，且被HRVA主體中的電流的一維流動(dòng)增強(qiáng)。在一些實(shí)施例中，所 述配合因從晶片邊緣朝外徑向延伸的延伸的外圍間隙進(jìn)一步增強(qiáng)。此延伸的外圍間隙412 處于絕緣HRVA邊緣403B或陽極腔室407的壁與絕緣杯底部414之間。
圖5A在布局上類似于圖4，但其并入有位于HRVA到晶片間隙402外部且在外圍間 隙412外部的輔助陰極501。圖5A說明當(dāng)輔助電極501被供能(極化和汲取電流)時(shí)，從 間隙區(qū)發(fā)出的原本可能被引導(dǎo)朝向晶片近邊緣的電流線被偏轉(zhuǎn)到輔助陰極501。此電流分 布產(chǎn)生在晶片邊緣處的更均勻的鍍敷。 圖5B、圖5C和圖5D說明具有不同外圍間隙但具有相同的晶片到HRVA間隙的若 干實(shí)施例。外圍間隙由位于晶片外圍處(例如，圍繞晶片邊緣)的絕緣部件形成。具體來 說，在一些實(shí)施例中，外圍間隙的頂部部分由晶片固持杯的絕緣底部形成，而外圍間隙的底 部部分由陽極腔室的上壁形成。在其它實(shí)施例中，外圍間隙的底部部分由HRVA的不帶孔的 邊緣區(qū)形成，或由不帶孔的HRVA邊緣和陽極腔室壁兩者形成。如圖5A、圖5B和圖5C中說 明，外圍間隙的高度是其頂部部分與底部部分之間的距離。在許多實(shí)施例中，外圍間隙的高 度(即，"外圍間隙")略小于(例如，約小2到3mm)HRVA到晶片的間隙。圖5B說明一實(shí)施 例，其中外圍間隙小于HRVA到晶片的間隙，因?yàn)槲挥诰耐鈬幍木鄬τ诰?平面向下延伸，因而使晶片外圍處的外圍間隙變窄。圖5D展示外圍間隙小于晶片到HRVA間隙的另一實(shí)施例。在此情況下，外圍間隙的底部部分(例如，HRVA的不帶孔的部分和/或 陽極腔室壁)向下延伸，且駐留在比HRVA的含孔部分高的水平處。在其它實(shí)施例中，例如 圖5C中說明的實(shí)施例，外圍間隙略大于晶片到HRVA的間隙。舉例來說，在此情況下，外圍 間隙的底部部分可駐留在與HRVA的含孔部分的水平相比較低的水平處。在許多實(shí)施例中， 外圍間隙與HRVA到晶片的間隙士2mm相同。 小HRVA-晶片間隙402 (優(yōu)選從晶片鍍敷表面到靠近晶片的HRVA表面10mm或更 小，更優(yōu)選5mm或更小，例如3mm或更小)與第二陰極501之間的相互作用對于系統(tǒng)的功能 性非常重要。假如此間隙較大，則HRVA在將電流向中心引導(dǎo)方面的性能將減弱，且經(jīng)由二 級陰極從非常近邊緣提取電流將受到阻礙。這可通過參看圖6看出，圖6展示在具有和不具 有被供能的第二陰極的情況下針對不同外圍間隙對于近邊緣電流密度分布的計(jì)算機(jī)模擬。
圖6說明，在較小間隙的情況下，第二陰極在將電流從近邊緣區(qū)"吸出"方面變得 更加有效。曲線(a)展示不具有輔助電流的具有l(wèi)mm的外圍間隙的設(shè)備的晶片邊緣處的電 流密度分布。曲線(b)展示具有在1V下供能的輔助陰極的具有l(wèi)mm的外圍間隙的設(shè)備的 電流密度分布。曲線(c)和(d)展示了不具有輔助陰極和具有在1V下供能的輔助陰極的 具有3mm的外圍間隙的設(shè)備的電流密度分布。在y軸上展示電流密度。在x軸上以毫米為 單位展示晶片邊緣上的徑向位置。當(dāng)陰極斷開時(shí)，過量間隙引起的電流變得略大，且針對具 有3mm間隙的設(shè)備比具有l(wèi)mm間隙的設(shè)備向內(nèi)穿透得略微更遠(yuǎn)(lmm)。然而，電流偏離中心 值約5%時(shí)所在的距離針對曲線(a)和(c)兩者幾乎相同。然而，當(dāng)輔助陰極接通(且在此 實(shí)例中，被設(shè)置為晶片電勢的負(fù)IV)時(shí)，與具有較大的3mm間隙(曲線(d))的設(shè)備相比，在 具有較小的lmm間隙(曲線(b))的設(shè)備中電流密度發(fā)生5%偏轉(zhuǎn)時(shí)所在的距離更靠近晶片 邊緣幾mm。由于晶片邊緣處的面積和晶片裸片數(shù)目在此處是最大的，所以這對于工藝穩(wěn)固 性和合格率具有主要影響。具體來說，因?yàn)樵趦?yōu)選實(shí)施例中晶片與電阻元件之間的間隙非 常小，所以與使用具有大間隙的設(shè)備(其中電流有機(jī)會(huì)重新分布)的情況相比，輔助陰極能 夠顯著更有效率地引導(dǎo)其提取，且將其提取限于僅從非常近邊緣"吸取"過量電流。重要的 是，假如不存在HRVA(更具體來說是一維導(dǎo)電的HRVA)，則原本將從陽極的更靠中心的位置 去往晶片的電流有機(jī)會(huì)從中心偏轉(zhuǎn)。 有兩個(gè)關(guān)鍵關(guān)系有助于確定需要邊緣終端電流校正的距離/面積間隙尺寸與杯 底部位于晶片下方的程度(厚度)的比率，以及杯底部的形狀(角度)。由于水壓交互作 用，且為了避免在晶片邊緣處俘獲氣泡，邊緣角度必須尖銳(盡可能接近平行)。因此，在此 約束下，主要參數(shù)是間隙。此外，由于電阻元件與晶片之間的極小間隙，第二陰極的實(shí)際位 置變得相對不重要。隨著從晶片邊緣向外徑向延伸的外圍間隙的長度增加，此不敏感性也 增加，通常達(dá)到晶片到HRVA的間隙的約4到5倍的徑向延伸距離處的不敏感性。接著，無 論第二陰極的位置或超過晶片的外圍間隙延伸的長度如何，均將通過晶片邊緣處的小外圍 間隙來"吸取"電流。 因此，第二陰極可在晶片上方、下方或與其相同水平處、在鍍敷腔室內(nèi)或鍍敷腔室 外從晶片徑向向外定位，只要輔助陰極與晶片表面之間存在離子連通即可。舉例來說，第二 陰極可定位在位于主鍍敷腔室以外且在鍍敷腔室外圍的單獨(dú)腔室中，其中通過例如敞開的 窗或覆蓋有離子可滲透薄膜的窗在兩個(gè)腔室之間存在離子連通。第二陰極可具有各種形狀 (例如，環(huán)、C形、位于不同方位角位置處的一系列個(gè)別激活的電極，或甚至桿)。
采用輔助陰極的優(yōu)點(diǎn)之一是施加到陰極的電流的電平可在鍍敷期間受到動(dòng)態(tài)控
制，以考慮鍍敷的不均勻性。舉例來說，施加到第二陰極的電流的電平可在金屬層較薄時(shí)在
高電平下開始，且接著可在鍍敷期間隨著鍍敷層的厚度增加且末端效應(yīng)的嚴(yán)重性減退而逐
漸或逐步地減小。 分段的第二陰極 在一些實(shí)施例中，第二輔助陰極包含若干區(qū)段，其中所述區(qū)段中的每一者可由單 獨(dú)電源或使用具有多個(gè)通道的一個(gè)電源來單獨(dú)供電，所述通道適于獨(dú)立地為第二陰極的區(qū) 段供電。 此分段第二陰極對于在非圓形或不對稱晶片(例如具有平坦區(qū)的晶片)上進(jìn)行鍍 敷特別有用。然而，一般來說，具有獨(dú)立供電區(qū)段的分段第二陰極可配合任何種類的工件 (無論是否對稱)使用，因?yàn)槠湓试S對鍍敷不均勻性進(jìn)行微調(diào)。具體來說，分段第二陰極可 用于在晶片的不同方位角位置處提供電流校正。 此概念在圖7A和圖7B中說明，其展示具有晶片平坦區(qū)703的晶片701的示意圖， 其中根據(jù)基準(zhǔn)線來切割圓形晶片。在晶片的外圍定位有四個(gè)輔助陰極區(qū)段705、707、709和 711，其每一者電連接到其自身的電源713、715、717和719。不難理解，也可使用具有多個(gè)通 道的一個(gè)電源。輔助電極區(qū)段相對于晶片位于不同的方位角位置。區(qū)段705與晶片平坦區(qū) 對準(zhǔn)，且駐留在0。方位角。區(qū)段707、709和711分別駐留在90。 、180°和270°方位角位 置。隨著晶片701在順時(shí)針方向上旋轉(zhuǎn)，晶片平坦區(qū)703變得與區(qū)段707、接著與區(qū)段709、 與區(qū)段711、且接著再次與區(qū)段705連續(xù)對準(zhǔn)。圖7B展示與圖7A所示的相同的系統(tǒng)，其中 晶片旋轉(zhuǎn)了 90° ，使得晶片平坦703與輔助陰極區(qū)段707對準(zhǔn)。 因?yàn)榫教箙^(qū)處的電流密度將不同于晶片的圓形區(qū)處的電流密度，所以與其它 部分相比，需要從晶片平坦部分偏轉(zhuǎn)不同量的電流。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，輔助陰極區(qū)段 隨著晶片旋轉(zhuǎn)而被供電，使得第一電平的電流被供應(yīng)到與晶片平坦區(qū)對準(zhǔn)的區(qū)段，而第二 電平的電流被供應(yīng)到與晶片的圓形部分對準(zhǔn)的輔助陰極區(qū)段。 舉例來說，在圖7A所示的位置中，第一電平的電流X被供應(yīng)到與晶片平坦703對 準(zhǔn)的區(qū)段705，而第二 (不同)電平的電流Y被供應(yīng)到區(qū)段707、709和711中的每一者。當(dāng) 晶片旋轉(zhuǎn)90°到圖7B所示的位置時(shí)，第一電平的電流X將被供應(yīng)到區(qū)段707 (其現(xiàn)在與晶 片平坦703對準(zhǔn))，而第二電平的電流Y被供應(yīng)到區(qū)段709、711和705。通過根據(jù)晶片的旋 轉(zhuǎn)來交替供應(yīng)到輔助陰極區(qū)段的電流，適當(dāng)?shù)貙膱A形區(qū)和平坦區(qū)處的鍍敷不均勻性 進(jìn)行校正?？墒褂眠B接到電源且含有用于使供應(yīng)到輔助陰極區(qū)段的功率電平與晶片旋轉(zhuǎn)速 度相關(guān)的程序指令的控制器來協(xié)調(diào)所述過程。 應(yīng)了解，圖7A和圖7B所示的呈現(xiàn)只是示意性的。輔助陰極區(qū)段可定位在晶片下 方、與其處在相同水平或其上方，在與晶片相同的鍍敷腔室中，或在與主鍍敷腔室離子連通 的不同鍍敷腔室中?？墒褂萌魏螀^(qū)段布置，只要區(qū)段與圍繞晶片的不同方位角位置對準(zhǔn)即 可。 區(qū)段數(shù)目可依據(jù)過程的需要而變化。在一些實(shí)施例中，使用約2到10個(gè)區(qū)段。
雖然如上所述，多區(qū)段輔助陰極對于設(shè)置在非?？拷幍膌-D HRVA特別有 用，但這是一單獨(dú)實(shí)施例，其既可獨(dú)立使用，也可結(jié)合本文中揭示的各種鍍敷設(shè)備特征(例 如，HRVA、電勢受控晶片進(jìn)入等)使用。
具有ID穿孔的不均勻分布的旋轉(zhuǎn)HRVA 在單獨(dú)實(shí)施例中，可通過使用旋轉(zhuǎn)的不對稱HRVA來調(diào)整不對稱晶片上的鍍敷不 均勻性。不對稱HRVA可具有帶有與主部分不同的孔分布圖案的部分，或被切掉的部分，或 根本沒有孔的部分。旋轉(zhuǎn)HRVA與旋轉(zhuǎn)晶片對準(zhǔn)，使得晶片的截然不同的部分與HRVA的截然 不同的部分對準(zhǔn)。舉例來說，具有晶片平坦區(qū)的晶片可在與旋轉(zhuǎn)HRVA相同的速度下旋轉(zhuǎn)， 使得HRVA的具有不均勻孔分布的區(qū)在旋轉(zhuǎn)期間與晶片平坦區(qū)對準(zhǔn)。 圖8A和圖8B展示具有區(qū)803的旋轉(zhuǎn)HRVA 801的俯視圖，在所述區(qū)803處，孔的 分布與HRVA的其余部分不同。在一些實(shí)施例中，可不存在區(qū)803(根據(jù)基準(zhǔn)線切掉)，或其 可為實(shí)心不帶孔的。在一些實(shí)施例(未說明)中，具有不均勻孔分布的區(qū)是楔形的，或在方 位角上不對稱。HRVA的旋轉(zhuǎn)與晶片(未圖示)的旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)，使得在晶片旋轉(zhuǎn)時(shí)區(qū)803與晶 片平坦對準(zhǔn)。圖8B展示旋轉(zhuǎn)到90。后的具有不均勻區(qū)803的HRVA。在一些實(shí)施例中，包 含用于使晶片旋轉(zhuǎn)與HRVA旋轉(zhuǎn)同步的程序指令的控制器將與HRVA和晶片連接。
此實(shí)施例可單獨(dú)使用，或結(jié)合本文中揭示的輔助陰極和其它特征使用。在一些實(shí) 施例中，通過使用旋轉(zhuǎn)不對稱HRVA， HRVA無需位于非常靠近晶片處。
具有補(bǔ)償非圓形晶片的旋轉(zhuǎn)屏蔽物的固定HRVA 在又一單獨(dú)實(shí)施例中，通過使用位于HRVA上方或下方的旋轉(zhuǎn)屏蔽物來實(shí)現(xiàn)對非 圓形晶片的鍍敷均勻性控制。所述屏蔽物經(jīng)配置以遮蔽HRVA孔，且其形狀經(jīng)設(shè)計(jì)以便補(bǔ)償 晶片的非圓形區(qū)(例如，晶片平坦)處的電流密度分布的不均勻性。所述屏蔽物與晶片平坦 對準(zhǔn)，且在與晶片相同的速度下旋轉(zhuǎn)，從而提供對晶片平坦區(qū)經(jīng)歷的電流密度的連續(xù)調(diào)整。 所述屏蔽物可具有各種形狀，例如楔形、銀杏葉形、蝙蝠翼形等?？墒褂镁哂杏糜谕降某?序指令的控制器來完成對屏蔽物旋轉(zhuǎn)速度與晶片旋轉(zhuǎn)速度的同步。 此實(shí)施例可單獨(dú)實(shí)踐，或結(jié)合本文中描述的輔助陰極和/或電勢受控的進(jìn)入而實(shí) 踐。 電勢受控晶片進(jìn)入 在一些實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)結(jié)合本文中描述的用于減少末端效應(yīng)的一種或一種以上方 法使用電勢受控晶片進(jìn)入工藝是有利的。舉例來說，在一些實(shí)施例中，在配備有具有ID穿 孔的HRVA的設(shè)備中或在配備有HRVA和經(jīng)配置以使離子電流的一部分從晶片邊緣偏轉(zhuǎn)的輔 助陰極兩者的設(shè)備中執(zhí)行電勢受控晶片進(jìn)入。 在電勢受控晶片進(jìn)入中，當(dāng)晶片浸沒到電解質(zhì)中時(shí)，晶片與參考電極之間的電勢 受到控制(例如，保持恒定)。在許多實(shí)施例中電勢受控進(jìn)入是優(yōu)選的晶片進(jìn)入工藝，因?yàn)?其有助于避免晶種層腐蝕(由于晶片處的低電流密度)或晶片燃燒(由于過量的電流密 度)。與晶片直到完全浸沒時(shí)才被供能的冷晶片進(jìn)入不同，且與總電流在晶片進(jìn)入期間保持 恒定的熱恒電勢晶片進(jìn)入不同，電勢受控晶片進(jìn)入允許電流隨著晶片浸沒期間發(fā)生的打濕 的表面面積的增加而逐漸增加。 電勢受控晶片進(jìn)入需要在晶片附近的浸沒到電解質(zhì)中的參考電極，且在一些實(shí) 施例中(但不必要)利用位于晶片表面處的感應(yīng)引線"指"。在2003年4月22日頒發(fā) 給邁爾等人的標(biāo)題為"用于半導(dǎo)體晶片上的細(xì)微圖案的電勢受控電鍍的方法(METHODFOR POTENTIAL CONTROLLED ELECTROPLATING OF FINE PATTERNS ONSEMICONDUCTOR WAFERS)" 的第6， 551， 483號美國專利中詳細(xì)描述了針對電勢受控電鍍的設(shè)置，所述專利的全文出于所有目的而以引用的方式并入本文中。 在一些實(shí)施例中，當(dāng)晶片相對于電解質(zhì)平面以一角度浸沒到鍍敷槽中時(shí)執(zhí)行電 勢受控的晶片進(jìn)入。傾斜晶片的浸沒是有利的，因?yàn)槠錅p少了氣泡的俘獲。在2006年8 月29日頒發(fā)給里德等人的標(biāo)題為"用于受控角度的晶片定位的方法和設(shè)備(METHODSAND APPARATUS FOR CONTROLLED-ANGLE WAFER POSITIONING)"的第7， 097， 410號美國專利中描 述了用于浸沒傾斜晶片的若干設(shè)備設(shè)置和方法，所述專利的全文出于所有目的而以引用的 方式并入本文中。在一些實(shí)施例中，5度或更小的傾斜角度是優(yōu)選的。在其它實(shí)施例中，傾 斜角度可高達(dá)90度。 在圖9的工藝流程圖中說明在配備有HRVA和輔助陰極的設(shè)備中采用電勢受控晶 片進(jìn)入的電鍍方法的實(shí)例。 所述工藝在901中通過將晶片放置在鍍敷槽外部的晶片固持器中開始?？蓪⒕?放置成相對于鍍槽中的電解質(zhì)平面成水平或傾斜定向。如果將其放置成水平定向，則其稍 后可在朝電解質(zhì)下降時(shí)傾斜。接下來，在903中，在晶片與在晶片附近的浸沒到電解質(zhì)中的 參考電極之間供應(yīng)受控電壓。值得注意的是，電源使晶片相對于陽極偏置，但未向用于電勢 測量的參考電極供應(yīng)電流。在一些實(shí)施例中，晶片與電極之間的受控電勢是恒定的，在其 它實(shí)施例中，其可用可控制的預(yù)定方式變化。在一些實(shí)施例中，所述電勢保持在來自從約 0. 35V到約1. 4V的范圍的恒定值。 在接下來的操作905(其大體上也可在工藝中較早發(fā)生)中，設(shè)置電勢受控進(jìn)入的 若干參數(shù)。用戶可定義垂直進(jìn)入速度，其是晶片下降到鍍槽中的速度。在一些實(shí)施例中，使 用在約1到5度的晶片傾斜角度下的從約50到約200mm/秒的速度。用戶還可設(shè)置合適的 電流觸發(fā)值和進(jìn)入工藝的所要長度。電流觸發(fā)電平是這樣的電流電平一旦到達(dá)所述電流 電平，進(jìn)入工藝計(jì)時(shí)器便啟動(dòng)。舉例來說，在電流達(dá)到來自約0. 5到5安培的范圍的預(yù)設(shè) 觸發(fā)值之后，計(jì)時(shí)器開始對預(yù)設(shè)的進(jìn)入長度進(jìn)行計(jì)數(shù)，在一些實(shí)施例中，所述長度選自約75 到300毫秒的范圍。接下來，在操作907中，將固定在晶片固持器中的傾斜晶片以預(yù)定速度下降到鍍 敷槽中。在一些實(shí)施例中，所述晶片還在其正下降并浸沒到電解質(zhì)中時(shí)旋轉(zhuǎn)。
傾斜的被供能晶片以前端晶片邊緣(最接近電解質(zhì))進(jìn)入到電解質(zhì)中，且隨著晶 片逐漸浸沒，晶片的打濕面積增加。這使得電流增加。 如操作909中所示，在電流達(dá)到預(yù)設(shè)電流觸發(fā)值之后，進(jìn)入工藝的計(jì)時(shí)器啟動(dòng)。電 勢受控進(jìn)入在預(yù)設(shè)的進(jìn)入時(shí)間中繼續(xù)進(jìn)行。在此時(shí)間過去之后，認(rèn)為浸沒完成。
如操作911中所示，將晶片水平放置(在浸沒期間或浸沒之后傾斜消除)且平行 于HRVA放置(優(yōu)選在距HRVA約5mm以內(nèi))，其中所述距離是指浸沒在電解質(zhì)中的底部晶片 表面與近端HRVA表面之間的距離。 在晶片浸沒完成之后，所述工藝從電勢受控進(jìn)入切換成電流受控鍍敷。如操作913 中所示，所述工藝通過在電流受控(例如，恒定電流恒電勢條件)下在襯底上鍍敷均勻的金 屬層而繼續(xù)進(jìn)行。在一些實(shí)施例中，電流受控鍍敷在較低電流電平下開始，其繼續(xù)一段時(shí) 間，直到在高縱橫比特征中填充了金屬為止。所述工藝接著在顯著較高的電流下繼續(xù)進(jìn)行， 以填充較低縱橫比的特征，且在一些實(shí)施例中，以形成適合于后續(xù)平坦化操作(例如，化學(xué) 機(jī)械拋光(CMP))的均勻蓋層。
在一些實(shí)施例中，如操作915中所示，第二陰極電路在到電流受控鍍敷的轉(zhuǎn)變完 成之后被供能，以使原本可能被引導(dǎo)到晶片邊緣的電流偏轉(zhuǎn)，且有助于實(shí)現(xiàn)更均勻的鍍敷 電流分布。 圖10中展示適合于經(jīng)配置以執(zhí)行電勢受控進(jìn)入、電流受控總體鍍敷和使用第二 陰極的電鍍設(shè)備的電路的簡單示意圖。 鍍敷槽中填充有電解質(zhì)，且容納陽極113、設(shè)置在陽極上方的HRVA 119、位于HRVA 外圍上且在其上方的參考電極131以及也位于HRVA外圍上的第二陰極143。晶片107設(shè)置 在HRVA正上方，其底部表面浸沒到電解質(zhì)中。在HRVA與晶片之間存在非常小的填充有電 解質(zhì)的間隙d(優(yōu)選5mm或更小)。所述系統(tǒng)含有兩個(gè)電源——主電源135和第二陰極電源 137。所述兩個(gè)電源連接到控制器，所述控制器經(jīng)配置以控制電勢受控進(jìn)入、電流受控鍍敷 的參數(shù)和供應(yīng)到第二陰極的電流電平。 主電源135具有經(jīng)由線139連接到晶片107的負(fù)引線以及經(jīng)由線141連接到陽極 113的正引線。主電源的正感應(yīng)引線經(jīng)由線144a連接到參考電極131。相形之下，當(dāng)未采 用參考電極時(shí)，正感應(yīng)線經(jīng)由144b(以虛線展示)連接到電源線141。在一些實(shí)施例中，主 電源的負(fù)感應(yīng)線145b連接到與晶片接觸的感應(yīng)指。在其它實(shí)施例中，不使用感應(yīng)指，且此 感應(yīng)線經(jīng)由線145a(以虛線展示)連接到電源線139。對于允許電勢受控進(jìn)入的配置，需要 浸沒在電解質(zhì)中且經(jīng)由感應(yīng)線連接到主電源且隨后連接到系統(tǒng)控制器的參考電極。在一些 實(shí)施例中，經(jīng)由感應(yīng)引線連接到主電源的與晶片接觸的感應(yīng)指的存在是有利的，但一般來 說是任選的。 第二陰極電路在具有和不具有參考電極的配置中可基本上是相同的。第二陰極電 源的負(fù)引線經(jīng)由電源線143連接到第二陰極129，且其負(fù)引線經(jīng)由電源線145連接到陽極 113。來自第二電源的感應(yīng)線連接到對應(yīng)的電源線。 如所提到的，所述兩個(gè)電源均連接到控制器147，所述控制器147經(jīng)配置以控制鍍
敷工藝的參數(shù)，例如由每一電源供應(yīng)的功率電平、接通第二陰極的時(shí)序、電勢受控進(jìn)入工藝等。 當(dāng)然，對電鍍系統(tǒng)的電配置的所呈現(xiàn)的說明是一個(gè)實(shí)例配置。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人 員將理解，其它配置是可能的。舉例來說，可使用具有用于晶片(第一陰極)和用于第二陰 極的單獨(dú)受控通道的一個(gè)電源，而不是兩個(gè)電源。在其它實(shí)施例(其中使用多區(qū)段第二陰 極)中，每一區(qū)段可從專用電源單獨(dú)供電，或者可使用多通道電源來獨(dú)立地為所述區(qū)段供 電。 在一個(gè)所述實(shí)施例中，第二陰極和參考電極在物理上是一個(gè)實(shí)體，例如金屬條帶。 浸沒到電解質(zhì)中的相同金屬條帶可在電力從第二陰極電源施加到其時(shí)充當(dāng)?shù)诙帢O，且在 電力斷開時(shí)充當(dāng)參考電極，但電勢是通過連接到主電源的感應(yīng)引線來感應(yīng)。因此，在一些實(shí) 施例中，不是使用兩個(gè)不同部件，而是將第二陰極和參考電極合而為一。在一些實(shí)施例中， 提供一種鍍敷方法，其中所述工藝以使用浸沒到電解質(zhì)中的電極的電勢受控晶片進(jìn)入而開 始，所述電極并非外部供能，但經(jīng)配置以感應(yīng)電勢。在晶片浸沒且鍍敷工藝已轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏魇?控模式之后，將電流從外部電源供應(yīng)到此電極，使得此電極相對于陽極變得負(fù)向偏置，且開 始充當(dāng)?shù)诙帢O，從而使電流的一部分從晶片偏轉(zhuǎn)。因此，相同的物理實(shí)體在工藝的電勢受 控階段充當(dāng)參考電極，且能夠在工藝的電流受控階段充當(dāng)?shù)诙帢O。
參考電極的定位 參考電極的正確定位對于電勢的準(zhǔn)確測量且因此對于電勢受控晶片進(jìn)入的成功 非常重要。具體來說，在裝備有HRVA的系統(tǒng)中，參考電極相對于HRVA的定位非常重要。此 外，隨著傾斜晶片進(jìn)入電解質(zhì)，發(fā)現(xiàn)參考電極相對于前端晶片邊緣(首先接觸電解質(zhì)的邊 緣)和后端晶片邊緣(最后接觸電解質(zhì)的邊緣)的定位會(huì)對晶片在進(jìn)入期間經(jīng)歷的電流分 布造成影響。此外，在第二陰極和參考電極是一個(gè)物理實(shí)體的那些系統(tǒng)中，需要考慮到供應(yīng) 到電極的DC電流對其準(zhǔn)確測量電勢的能力的影響。 因此，將論述針對配合HRVA、第二陰極和配合傾斜晶片進(jìn)入使用而調(diào)適電勢受控 晶片進(jìn)入。 首先，重要的是，將參考電極放置在鍍敷系統(tǒng)中，不是相對于晶片在HRVA后面，而 是優(yōu)選比HRVA處在更接近晶片的垂直標(biāo)高。在一些實(shí)施例中，參考電極的至少一部分可處 在與HRVA相同的垂直標(biāo)高，例如，可將具有參考電極的杯放置到HRVA的一個(gè)穿孔中。在其 它實(shí)施例中，整個(gè)參考電極位于比HRVA更接近晶片的垂直標(biāo)高。舉例來說，在晶片面朝下 的設(shè)備中，參考電極不應(yīng)定位在HRVA下方。相反，在晶片面朝上的設(shè)備中，參考電極不應(yīng)定 位在HRVA上方。此處重要的參數(shù)是垂直標(biāo)高或連接晶片與HRVA的中心的軸。參看在此軸 上測量的標(biāo)高，參考電極應(yīng)位于與HRVA相同的水平，或優(yōu)選比HRVA更接近晶片。雖然參考 電極的水平定位在一些實(shí)施例中可能是重要的，但其通常不如將電極定位在正確的垂直標(biāo) 高重要。因此，舉例來說，參考電極可在水平方向上位于晶片與HRVA的外圍上，但相對于其 垂直標(biāo)高比HRVA定位得更接近晶片。 需要此定位來使增加的電流和任何相關(guān)聯(lián)的電壓降對于參考電極測量到的電勢 的任何影響最小化。舉例來說，如果晶片進(jìn)入期間的電流在需要對比電解質(zhì)電勢的-0. 5V 極化的單元中從OA改變成IOA，則在"感應(yīng)"晶片邊緣處的電勢的區(qū)中將所述電勢設(shè)置成所 述值而沒有顯著的電勢降，會(huì)允許貫串工藝期間的大約14mA/cn^的近恒定電流密度。相反， 假如將參考電極放置在1歐姆HRVA板下方的腔室中且維持相同的恒定電勢，則電流密度起 先將在14mA/cm2下開始(單元中無歐姆降)，但將繼續(xù)減小到約0. 71mA/cm2(20倍減小)。 或者，假如參考電極在HRVA下方且將電壓起先設(shè)置成IOV，則電流將以極高值開始(因?yàn)樵?過程開始時(shí)不存在歐姆損失)，從而導(dǎo)致對晶片前端邊緣的損壞。只有這樣，電流才將降低 到在完全浸沒后實(shí)現(xiàn)的14mA/cm2。此說明還闡明了為何在含有HRVA的系統(tǒng)中控制單元電 勢(晶片到陽極)無法實(shí)現(xiàn)恒定電流密度進(jìn)入。因此，重要的是將參考電極定位在HRVA上 方的位置或在與HRVA相同的水平處(在晶片面朝下的系統(tǒng)中)，且或者非常接近晶片表面 和邊緣，或者在連接到所述位置的位置，該位置具有很少電流流動(dòng)且其中電壓降和對系統(tǒng) 的歐姆貢獻(xiàn)可忽略不計(jì)且與表面運(yùn)動(dòng)阻力相比幾乎恒定。 當(dāng)晶片在進(jìn)入到電解質(zhì)期間以一角度傾斜時(shí)，參考電極在HRVA板上方的區(qū)域中 的位置也可能較重要，特別是在沒有雙陰極的系統(tǒng)中。圖ll展示進(jìn)入期間的傾斜晶片的側(cè) 視圖，以及具有參考電極的不同位置的相同晶片的俯視圖。晶片適于以前端邊緣1103進(jìn)入 電解質(zhì)，同時(shí)后端1101最后進(jìn)入。連接前端邊緣1103和后端邊緣1101的頂點(diǎn)對于確定參 考電極的優(yōu)選位置是重要的。優(yōu)選所述電極應(yīng)定位成接近前端邊緣進(jìn)入點(diǎn)，且接近或大致 在此頂點(diǎn)上。這是因?yàn)槭峭ㄟ^晶片與陽極腔室之間的進(jìn)入間隙(未圖示)來感應(yīng)電勢，所述 陽極腔室相對封閉，且其中參考探針局部電勢與晶片與HRVA之間的其它位置(例如，18Q。位置)(其中電流流動(dòng)的增加較大)相比受增加的電流流動(dòng)的影響較小。圖ll展示了可能 的參考電極位置的三個(gè)位置?；€位置駐留在連接晶片的前端邊緣和后端邊緣的頂點(diǎn)上， 非常接近前端邊緣進(jìn)入點(diǎn)。其它位置分別從基線位置移位60。和180° 。圖12展示針對 三個(gè)不同的參考電極位置在對比參考電極O. 6V的恒定晶片電勢下具有200 A銅晶種的晶 片的進(jìn)入的三個(gè)進(jìn)入電流軌跡。所述系統(tǒng)還裝備有第二陰極環(huán)，其在晶片進(jìn)入期間不被供 能。曲線(a)是位于前端邊緣(6點(diǎn)鐘位置，基線)的參考電極的電流分布；曲線(b)是使 用位于距前端邊緣60度的參考電極獲得的電流分布；曲線(c)是使用位于進(jìn)入線的后端邊 緣(離開180度)的參考電極獲得的電流分布。值得注意的是，曲線(c)中描繪的電流密 度以低水平開始，且在參考電極處于"離開180度"位置時(shí)被實(shí)質(zhì)性延遲。此外，峰值電流 在所述兩種無基線情況下均較低。既定晶片覆蓋率對時(shí)間的曲線形狀和流體動(dòng)態(tài)建模的比 較表明基線條件下的電流密度幾乎恒定，而在其它情況下，其不甚理想。因此，在許多實(shí)施 例中，將參考探針放置得與晶片的后端邊緣相比更接近晶片的前端邊緣，且接近連接所述 兩個(gè)邊緣的頂點(diǎn)。 如先前提到的，在一些實(shí)施例中，單元中的第二陰極電極還用作參考電極。在此情 況下，晶片進(jìn)入期間晶片的電勢受到控制，而沒有電流經(jīng)過第二陰極。在稍后階段，第二陰 極可被供能(負(fù)向偏置)以執(zhí)行電流提取和邊緣輪廓微調(diào)。在一些實(shí)施例中，第二陰極/參 考電極是設(shè)置在晶片外圍且大體上在HRVA上方或在與其相同的標(biāo)高處的環(huán)。在此實(shí)施例 中，第二陰極由被鍍敷到晶片上的相同金屬(例如，銅)構(gòu)成，且/或用其鍍敷。第二陰極 直到晶片進(jìn)入完成時(shí)(即，在開路電勢下)才被供能，且其通常在進(jìn)入之前將溶液電勢測量 為O伏。然而，在此情況下監(jiān)視和控制的電勢是過程期間外圍區(qū)中的平均電勢，其受到單元 中的電流通過的影響，且因此不同于在一個(gè)外圍方位角位置處(例如，如上所述在基線處) 使用參考探針的結(jié)果。雖然在一些情況下此設(shè)計(jì)與在優(yōu)選位置中具有專用參考電極的設(shè)計(jì) 相比在進(jìn)入期間維持晶片處的恒定電流密度的能力較低，但此方法的確通過將參考電極作 為單獨(dú)實(shí)體消除而簡化了整體單元設(shè)計(jì)，且在第二陰極被鍍敷時(shí)將電極的表面維持在新鮮 的狀態(tài)。 然而，可注意到，即使單元采用與雙陰極截然不同/單獨(dú)的參考電極，但恰好雙陰 極(在開路下)的存在的確影響參考探針處的單元電勢，因?yàn)殡p陰極是單元遠(yuǎn)端處的電勢 與單元近端處的電勢之間的低電阻電連接"通道(buss)"。
鍍敷系統(tǒng)的說明性實(shí)例 圖13中展示鍍敷系統(tǒng)的圖示說明，所述鍍敷系統(tǒng)采用非?？拷碾娮柙?(輔助陰極)和單獨(dú)參考電極兩者。這是鍍敷系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例，且應(yīng)了解，可在隨附權(quán)利要 求書的精神和范圍內(nèi)修改所述鍍敷系統(tǒng)。舉例來說，適于電勢受控進(jìn)入的輔助陰極和參考 電極并非在所有實(shí)施例中均需要在一個(gè)系統(tǒng)中存在。 參看圖13，其展示電鍍設(shè)備101的圖式橫截面圖。鍍敷容器103含有鍍敷溶液， 其在水平105處展示。晶片107浸沒到鍍敷溶液中，且被安裝在可旋轉(zhuǎn)心軸111上的"抓 斗"固持夾具109固持，所述夾具允許抓斗109與晶片107 —起旋轉(zhuǎn)。對具有適合配合本 發(fā)明使用的方面的抓斗型鍍敷設(shè)備的一般描述在頒發(fā)給巴頓等人的第6， 156， 167號美國 專利和頒發(fā)給里德等人的第6，800， 187號美國專利(所述專利先前以引用的方式并入)中 詳細(xì)描述，且還在上文中參看圖4描述。陽極113設(shè)置在晶片下方在鍍敷槽103內(nèi)，且通過薄膜115(優(yōu)選是離子選擇薄膜)與晶片區(qū)分開。陽極薄膜下方的區(qū)通常稱為"陽極腔室"， 且此腔室內(nèi)的電解質(zhì)稱為"陽極液"。離子選擇陽極薄膜115允許鍍敷單元的陽極區(qū)與陰極 區(qū)之間的離子連通，同時(shí)防止陽極處產(chǎn)生的顆粒進(jìn)入晶片附近且污染晶片。陽極薄膜還可 用于在鍍敷工藝期間重新分布電流流動(dòng)，且因而改善鍍敷均勻性。在頒發(fā)給里德等人的第 6， 126， 798號和第6， 569， 299號美國專利中提供了對合適的陽極薄膜的詳細(xì)描述，所述兩 個(gè)專利出于所有目的而以引用的方式并入本文中。 通過泵117將鍍敷溶液連續(xù)提供到鍍敷槽103。 一般來說，鍍敷溶液通過陽極薄膜 115和HRVA 119(位置非?？拷碾x子電阻離子可滲透元件)向上流動(dòng)到晶片107的 中心，且接著徑向向外且跨晶片107流動(dòng)。在替代實(shí)施例中，可將鍍敷溶液從鍍敷單元103 的側(cè)面提供到鍍槽的陽極區(qū)中。在其它實(shí)施例中，可通過單獨(dú)的入口將鍍敷溶液供應(yīng)到鍍 敷單元的陽極區(qū)和陰極區(qū)中。 鍍敷溶液接著如箭頭123指示從鍍敷槽103溢出到溢出儲(chǔ)存區(qū)121。接著過濾(未 圖示)鍍敷溶液且如箭頭125指示使其返回到泵117，從而完成鍍敷溶液的再循環(huán)。
容納第二陰極129的第二陰極(輔助陰極)腔室127位于鍍敷容器103外部，且 在晶片外圍。應(yīng)了解，這是一說明性實(shí)施例，且一般來說，第二陰極可位于主鍍敷腔室(容 器)內(nèi)部的若干位置或外部。 鍍敷溶液越過鍍敷容器的堰壁溢出到第二陰極腔室中。在特定實(shí)施例中，第二陰 極腔室通過具有多個(gè)開口的壁與鍍敷槽103分開，所述開口被離子可滲透薄膜覆蓋。所述 薄膜允許鍍敷單元與第二陰極腔室之間的離子連通，因而允許電流偏轉(zhuǎn)到第二陰極。此薄 膜的多孔性使得其不允許特定材料從第二陰極腔室127穿行到鍍敷槽103并導(dǎo)致晶片污 染。壁中的開口可采用具有各種大小的圓孔、狹槽或其它形狀的形式。在一個(gè)實(shí)施例中，所 述開口是具有例如約12mm乘以90mm的尺寸的狹槽。其它用于允許第二陰極腔室與主鍍敷 容器之間的流體和/或離子連通的機(jī)制屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)例包含其中薄膜(而非不可 滲透壁)提供第二陰極腔室中的鍍敷溶液與主鍍敷容器中的鍍敷溶液之間的大部分障壁 的設(shè)計(jì)。在此類實(shí)施例中，剛性的框架可為薄膜提供支撐。 在所說明的實(shí)施例中，參考電極131位于鍍敷容器103的外部，在與第二陰極相 同的腔室中。在此特定實(shí)例中，第二陰極是C形的，且駐留在鍍敷腔室的外圍上，且參考電 極是桿形的，且駐留在C形第二陰極的非連續(xù)位置附近并且接近晶片的前端邊緣。參考電 極連接到控制電路，且通常在需要受控電勢下的電鍍時(shí)采用。 一般來說，使晶片與參考電極 之間的距離最小化以便實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的電勢控制是有利的。因此，在一些實(shí)施例中，參考電極 的位置非?？拷沟镁c參考電極之間的電阻最小。在許多情況下，參考電極僅在 晶片浸沒的非?？焖俚倪M(jìn)入階段(其發(fā)生通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一秒快)期間以及在二級陰極未被供 能時(shí)使用。因此，由于在此類情況下很少有或沒有電流在晶片固持器/陽極腔室間隙外部 流動(dòng)，所以由參考電極測量的電勢在間隙外部的所有位置處幾乎與間隙外邊緣處的電勢相 同。這類似于雙陰極及其使用的位置不敏感性，即，如果參考電極處在間隙外部，則參考電 極的確切位置相對不太重要。具體來說，在一些實(shí)施例中，參考電極位于間隙邊緣處(距晶 片邊緣約5mm)，而在其它情況下，其位于距晶片邊緣間隙50mm處。然而，如果想要避免間隙 區(qū)中的小的電壓降(如在一個(gè)實(shí)施例中)，則將含有參考電極的杯定位在離子電阻元件119 的外圍處且在其一個(gè)穿孔中。雖然可使用各種參考電極，但在一些實(shí)施例中，所述參考電極包含與正被鍍敷的材料相同的材料(例如，在銅鍍敷期間可使用銅參考電極)。
可分別使用兩個(gè)DC電源135和137來控制到晶片107和到第二陰極129的電流流 動(dòng)。電源135具有負(fù)輸出引線139，其通過一個(gè)或一個(gè)以上集電環(huán)、電刷和觸點(diǎn)(未圖示) 電連接到晶片107。電源135的正輸出引線141電連接到位于鍍敷槽103中的陽極113。 類似地，電源137的負(fù)輸出引線143電連接到第二陰極，且其正輸出引線145電連接到陽極 113。或者，可使用一個(gè)具有多個(gè)獨(dú)立可控制的電出口的電源向晶片和第二陰極提供不同電 平的電流。如圖10中以額外細(xì)節(jié)展示，參考電極131通過主電源135連接到控制器147。 圖IO還展示晶片表面處的感應(yīng)引線指，為了保持清晰未在圖13中對其進(jìn)行展示。電源135 和137以及參考電極131可連接到控制器147，其允許對提供到電鍍單元的元件的電流和電 勢進(jìn)行調(diào)制。舉例來說，控制器可允許在電流受控或電勢受控體制下進(jìn)行電鍍?？刂破骺?包含指定需要施加到鍍敷單元的各種元件的電流和電壓電平以及需要改變這些電平的時(shí) 間的程序指令。舉例來說，其可包含用于在晶片浸沒到鍍敷槽中后從電勢控制轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?控制的程序指令。 在使用期間，電源135和137使晶片107和第二陰極129兩者偏置，從而相對于陽 極113具有負(fù)電勢。這使得從陽極113流動(dòng)到晶片107的電流被部分或?qū)嵸|(zhì)性偏轉(zhuǎn)到第二 陰極129。上文描述的電路還可包含一個(gè)或若干二極管，其將防止電流流動(dòng)的反向(當(dāng)不需 要此反向時(shí))。在鍍敷期間可能會(huì)發(fā)生不合需要的電流反饋，因?yàn)楸辉O(shè)置在接地電勢的陽極 113是晶片與輔助陰極電路兩者的共用元件。 施加到第二陰極的電流電平通常被設(shè)置成低于施加到晶片的電流電平的值，其中 第二陰極電流呈現(xiàn)為晶片電流的百分比。舉例來說，10%的第二陰極電流對應(yīng)于第二陰極 處的作為到晶片的電流流動(dòng)的10%的電流流動(dòng)。本文中使用的電流方向是凈正離子通量的 方向。在電鍍期間，在晶片表面(第一陰極)和第二陰極表面兩者上發(fā)生電化學(xué)還原(例 如，Cu2++2e— = Cu°)，這使得導(dǎo)電層(例如銅)沉積在晶片和輔助陰極兩者的表面上。由于 電流從晶片偏轉(zhuǎn)到第二陰極，所以沉積在晶片邊緣處的銅層的厚度減小。此效應(yīng)通常在晶 片靠外20mm內(nèi)發(fā)生，且在其靠外10mm內(nèi)特別明顯，尤其是在薄的晶種層上執(zhí)行鍍敷時(shí)。輔 助陰極129的使用可實(shí)質(zhì)性改善因末端效應(yīng)和場效應(yīng)導(dǎo)致的中心一邊緣不均勻性。第二陰 極可單獨(dú)或配合各種固定或動(dòng)態(tài)屏蔽物使用。 離子電阻離子可滲透元件(即，HRVA)119位于非?？拷?在10mm以內(nèi)，優(yōu) 選在5mm以內(nèi))且充當(dāng)對晶片的恒定電流源。所述元件含有多個(gè)1D穿孔，且已在上文詳細(xì) 描述。 此外，一個(gè)或一個(gè)以上屏蔽物(例如149a)可定位在腔室內(nèi)。所述屏蔽物通常是 環(huán)形介電插入件，其用于對電流分布進(jìn)行整形且改善鍍敷的不均勻性，所述插入件例如是 頒發(fā)給布羅德本特(Broadbent)的第6， 027， 631號美國專利中描述的插入件，所述專利的 全文出于所有目的而以引用的方式并入本文中。當(dāng)然，可采用所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的 其它屏蔽物設(shè)計(jì)和形狀。 —般來說，所述屏蔽物可采用任何形狀，包含楔形、條形、圓形、橢圓形和其它幾何 設(shè)計(jì)。環(huán)形插入件還可在其內(nèi)徑上具有圖案，其改善屏蔽物以所要方式對電流通量進(jìn)行整 形的能力。所述屏蔽物的功能可依據(jù)其在鍍敷單元中的位置而不同。本發(fā)明的設(shè)備可包含 任何靜態(tài)屏蔽物以及可變場整形元件(例如在頒發(fā)給邁爾等人的第6， 402， 923號美國專利中描述的元件)或者分段陽極(例如在頒發(fā)給伍德魯夫(Woodruff)等人的第6，497，801 號美國專利中描述)，所述兩個(gè)專利的全文以引用的方式并入本文中。 上述設(shè)備配置是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的說明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可使 用包含適當(dāng)定位的第二陰極的替代鍍敷單元配置。雖然屏蔽插入件可用于改善鍍敷均勻 性，但在一些實(shí)施例中，可能并不需要所述插入件，或者可采用替代的屏蔽配置。
雖然第二陰極無需一定遠(yuǎn)端定位，但將舉例描述具有遠(yuǎn)端第二陰極的一個(gè)此配置。 在圖14中說明遠(yuǎn)端定位的第二陰極的一實(shí)例，其展示圖13的第二陰極腔室127 的截面圖。所述腔室提供位于鍍敷槽外部且大致在與晶片相同的垂直標(biāo)高處圍繞鍍敷槽的 周邊延伸的環(huán)形空間，其中晶片的垂直標(biāo)高是指其在鍍敷期間在容器內(nèi)的位置。第二陰極 腔室安裝在鍍敷容器壁151的外側(cè)上，且經(jīng)設(shè)計(jì)而通過壁151中的一系列由薄膜覆蓋的開 口 153與鍍敷容器離子連通。第二陰極腔室中至少部分地通過來自主鍍敷容器的溢出而補(bǔ) 充鍍敷溶液。第二陰極腔室的頂部部分被電極蓋155覆蓋，電極蓋155具有若干開口，例如 開口 157。鍍敷溶液通過位于這些開口處的堰壁溢出到第二陰極腔室中?？赏ㄟ^進(jìn)入第二 陰極腔室中的快速溢出來實(shí)現(xiàn)鍍敷溶液的快速更新，所述快速更新防止可能在電鍍和剝離 工藝期間發(fā)生的第二陰極129的鈍化。可例如通過改變電極蓋155中的敞開面積的百分比 來控制溢出速率。因此，舉例來說，至少約5%、10%、50%或100%的電極蓋面積可為溢出 而敞開。 通過薄膜開口 153來實(shí)現(xiàn)第二陰極129與主鍍敷槽之間的離子連通。覆蓋這些 開口的薄膜具有足以供離子物質(zhì)(例如二價(jià)銅離子或質(zhì)子)穿過薄膜并提供到達(dá)第二陰 極的電流流動(dòng)的孔隙率。然而，此薄膜能夠阻擋可能在第二陰極表面處產(chǎn)生的較大顆粒穿 過薄膜到達(dá)主鍍敷單元并污染晶片。 一般來說，需要阻止尺寸大于0. 05微米的顆粒穿過 薄膜。這可通過采用由平均小孔或通道尺寸不大于約0.05微米(且優(yōu)選小到l-10nm)的 聚合材料構(gòu)成的薄膜來實(shí)現(xiàn)。在特定實(shí)施例中，多孔聚合材料是由聚烯烴或其它能抵抗鍍 敷溶液的侵蝕的可打濕的聚合材料制成。薄膜材料的合適實(shí)例包含由陽極產(chǎn)品有限公司 (Anode Products, Inc.，地處伊利諾斯州)出品的帶絨聚丙烯(napped polypropylene); 由包含明尼蘇達(dá)州查斯卡的Entegris公司在內(nèi)的各種供應(yīng)商出品的毛氈、單絲、細(xì)絲和短 纖形式的丙綸雪先(spunbound snowpro)聚丙烯和各種聚丙烯、聚砜、萊通(RYT0N)和特富 龍(TEFLON)材料。確切地說，離子化陽離子交換薄膜(例如由杜邦公司(DuPontde Nemours Co.)供應(yīng)的Nafion可用于此應(yīng)用。 在一個(gè)實(shí)施例中，第二陰極129是一環(huán)形金屬條帶，其位于第二陰極腔室127內(nèi)， 且通過例如附接到電極電纜(未圖示)的饋通連接件而連接到電源。構(gòu)成第二陰極或其表 面的金屬優(yōu)選在電鍍條件下是惰性的?？捎米鞯诙帢O的惰性金屬的實(shí)例包含鉭、鎢、鈦、 鈀或鉑、鈀或鍍鉑的金屬襯底(例如鈦或鴇或鉭)、銥、鍍銥的鈦等等。在一些實(shí)施例中，優(yōu) 選使用正被鍍敷的相同材料作為第二陰極材料。舉例來說，在鍍敷銅時(shí)，可使用包括銅的第 二陰極。 第二陰極腔室和第二陰極的尺寸可依據(jù)電鍍工藝的需要而變。在一個(gè)實(shí)例中，第 二陰極是一金屬條帶，其厚度約為0. 1到2mm，且高度約為0. 5到5cm。在此實(shí)施例中，第二 陰極腔室可具有約0. 5到3cm的寬度和約1到9cm的深度。此腔室可安裝到主鍍敷容器上，
24所述主鍍敷容器具有45到61cm的外徑和約30到61cm的深度。其它陰極配置的實(shí)例包含 圓條(0形圓環(huán))、C形條、具有圓形配置的線圈，其中個(gè)別線圈界定小圓且總體線圈結(jié)構(gòu)圍 繞第二陰極腔室中的主鍍敷容器。 圖15中說明包括離子電阻離子可滲透元件和第二陰極的另一配置的特寫圖。為 了保持清晰，只說明了晶片107、第二陰極129和離子電阻元件119。在此配置中，第二陰極 的位置接近晶片，但如先前提到，第二電極的定位并非關(guān)鍵，尤其是在晶片和/或晶片固持 器與HRVA板之間的間隙較小時(shí)。離子電阻離子可滲透HRVA元件定位成與晶片相對，且以 一近距離dl與其平行。此距離在一個(gè)特征化方面小于約5mm或小于約3mm。在一不同的特 征化方面，所述距離不大于工件的圓形區(qū)的直徑的約5% (更優(yōu)選約2% )。
圖16中展示采用離子電阻元件的配置的另一實(shí)施例。在此實(shí)施例中，靜態(tài)絕緣屏 蔽物151圍繞電阻元件的周邊駐留，以便進(jìn)一步改善邊緣-中心鍍敷均勻性。任選地，所述 配置還包含第二陰極129。所述屏蔽物可直接駐留在電阻元件上，且可遮蔽電阻元件的周 邊上的一些穿孔。 一般來說，在橫向(x方向)中，此屏蔽物可完全在電阻元件外圍(在其 周邊以外)、部分地在其外圍(如圖所示，屏蔽物的一部分在周邊以外，且一部分在周邊以 內(nèi))，或完全在元件的外邊緣之上(完全在電阻元件的周邊以內(nèi))。在垂直向上(在y方向 中)，屏蔽物駐留在晶片與電阻元件之間，在相同水平或在其下方。 當(dāng)屏蔽物駐留在HRVA上方時(shí)，其可用來使外圍間隙較小。這在使用輔助陰極時(shí)尤 其有禾U。通過使用不同屏蔽物和相同HRVA，可調(diào)制外圍間隙對HRVA到晶片的間隙的相對尺 寸。根據(jù)一些實(shí)施例，屏蔽物的一單獨(dú)功能是遮蔽HRVA的一些孔，因而阻擋穿過所述孔的 電流。所述屏蔽物可經(jīng)配置(通過其尺寸、位置、動(dòng)態(tài)移動(dòng)等)以改變開孔的數(shù)目和位置， 以便針對特定應(yīng)用來調(diào)節(jié)電流分布。有利的是，可通過以下方式來調(diào)制這些參數(shù)使用相同 HRVA，并選擇適合于特定應(yīng)用的屏蔽物(例如，形成所要外圍間隙、被阻擋的孔的所要圖案 等)。雖然在一些實(shí)施例中如圖16中說明靜態(tài)屏蔽物是環(huán)，但在其它實(shí)施例中，所述屏蔽物 可為蝙蝠翼形，或具有另一方位角不對稱的形狀。 在一些實(shí)施例中，阻擋孔的屏蔽物(例如外圍環(huán)或方位角不對稱的屏蔽物)放置 在HRVA與陽極之間(例如在晶片面朝下的系統(tǒng)中，在HRVA下方)。 所述屏蔽物可采用絕緣環(huán)的形式。在其它實(shí)施例中，可采用動(dòng)態(tài)屏蔽系統(tǒng)來取 代靜態(tài)屏蔽物。舉例來說，隔膜(經(jīng)配置以用于在鍍敷期間改變孔口直徑的動(dòng)態(tài)屏蔽物) 或例如2002年6月11日頒發(fā)給邁爾等人的標(biāo)題為"用于使用可變場整形元件對集成電 路進(jìn)行均勻電鍍的方法和設(shè)備(METHOD AND APPARATUS FOR UNIFORMELECTROPLATING OF INTEGRATED CIRCUITS USING A VARIABLE FIELDSHAPING ELEMENT)"的第6， 402， 923號美 國專利中描述的那些其它動(dòng)態(tài)屏蔽物可用來考慮減少鍍敷期間發(fā)生的末端效應(yīng)，所述專利 的全文出于所有目的而以引用的方式并入本文中。 圖17中說明具有圍繞其周邊且在元件上方設(shè)置的靜態(tài)屏蔽物151的離子電阻離 子可滲透元件119的俯視圖。
陽極的定位和形狀 在存在充當(dāng)虛擬陽極的HRVA的情況下，實(shí)際陽極(鍍敷腔室的正向偏置的部件) 的定位變得相對不太重要。因此，雖然在一些實(shí)施例中實(shí)際陽極(正向偏置的電極)與晶 片且與電阻元件對準(zhǔn)且設(shè)置成與晶片表面相對，但在其它實(shí)施例中，陽極不與晶片對準(zhǔn)，因?yàn)槠淇上鄬τ诰莆坏絺?cè)面，放置在單獨(dú)腔室中，或可具有實(shí)質(zhì)性不同于晶片的尺寸的 尺寸(例如，直徑)。在一些實(shí)施例中，陽極是盤形的，且與晶片對準(zhǔn)。在其它實(shí)施例中，陽 極可以不對稱的方式定位。在另外其它實(shí)施例中，使用多個(gè)陽極。 可使用的一種陽極設(shè)計(jì)采用多個(gè)陽極區(qū)段，其中的每一者可單獨(dú)控制。所述陽極 區(qū)段可經(jīng)布置以便從靠近工件中心而定位的區(qū)段提供較大的電流電平。同心布置的陽極區(qū) 段提供此能力。見2004年8月10日頒發(fā)給邁爾等人的標(biāo)題為"用于使用多個(gè)分段虛擬陽 極源對薄金屬加晶種晶片進(jìn)行均勻電鍍的方法和設(shè)備(METHOD AND APPARATUSFOR UNIFORM ELECTROPLATING OF THIN METAL SEEDED WAFERS USINGMULTIPLE SEGMENTED VIRTUAL ANODE SOURCES)"的第6， 773， 571號美國專利，其全文出于所有目的而以引用的方式并入本 文中。 在另一實(shí)施例中，采用方位角不對稱的陽極。工件相對于陽極旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生 時(shí)間平均電流源，其向工件中心提供比邊緣區(qū)高的電流。在2005年7月19日頒發(fā)給 邁爾等人的標(biāo)題為"使用旋轉(zhuǎn)不對稱可變陽極校正對薄金屬加晶種晶片的均勻電鍍 (UNIFO腿LECTROPLAT頂G OF THIN METAL SEEDED WAFERS US頂G ROTATIONALLYASYMMETRIC VARIABLE ANODE CORRECTION)"的第6， 919， 010號美國專利中描繪了此設(shè)備的實(shí)例，所述專 利出于所有目的而以引用的方式并入本文中。 在同心陽極實(shí)施例中，陽極可伴有電絕緣且離子絕緣的聚焦筒，其可與HRVA的下 表面相配。在其它實(shí)施例中，聚焦壁從陽極向上延伸，但不與HRVA接觸。當(dāng)內(nèi)部陽極接著被 供能時(shí)，電流優(yōu)先被引導(dǎo)到中心，且無法穿過低電阻路徑而泄漏到邊緣。在其它實(shí)施例中， 聚焦壁從陽極向上延伸，但不與HRVA接觸。 具有1D穿孔的HRVA與不同陽極配置的組合的配置方式可類似于2005年1月 20日由邁爾等人申請的標(biāo)題為"高電阻離子電流源(HIGH RESISTANCE IONICCURRENT SOURCE)"的第11/040/359號美國專利申請案中詳細(xì)描述的多孔薄膜與不同陽極配置的組 合，所述申請案的全文出于所有目的而以引用的方式并入本文中。 然而，值得注意的是，在一使用分段陽極且一個(gè)或一個(gè)以上陽極區(qū)段被聚焦壁 (其垂直延伸且與具有1D穿孔的HRVA相配)圍繞的實(shí)施例中，所述效果將顯著不同，且比 使用具有3D多孔網(wǎng)的薄膜的情況更有利。有利的是，與具有ID穿孔的HRVA相配的壁將基 本上阻擋電解質(zhì)進(jìn)入這些穿孔，因而形成與陽極區(qū)段對準(zhǔn)且通過被阻擋區(qū)域而彼此電隔離 的截然不同的HRVA區(qū)段。相形之下，在三維多孔網(wǎng)中，即使壁阻擋了小孔，電流仍可穿過3D 多孔板而橫向行進(jìn)，因而減少了電流與陽極區(qū)段的對準(zhǔn)。因此，具有ID穿孔的HRVA配合具 有與HRVA相配的聚焦壁的分段陽極的使用允許對鍍敷均勻性進(jìn)行更好的控制。此HRVA稱 為具有ID穿孔的分段HRVA。 應(yīng)了解，本文中描述的實(shí)例和實(shí)施例只用于說明目的，且所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將 想到鑒于其的各種修改或改變。雖然為了清晰起見省略了各種細(xì)節(jié)，但可實(shí)施各種設(shè)計(jì)替 代方案。因此，當(dāng)前的實(shí)例應(yīng)被視為說明性而非限制性，且本發(fā)明不限于本文中給出的細(xì) 節(jié)，而是可在隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)修改。此外，應(yīng)了解，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，本 申請案中呈現(xiàn)的許多特征可單獨(dú)實(shí)踐以及以彼此任何合適的結(jié)合而實(shí)踐。
權(quán)利要求
一種用于將金屬層電鍍到具有圍繞中心區(qū)的邊緣區(qū)的工件表面的導(dǎo)電晶種層上的設(shè)備，所述設(shè)備包括(a)鍍敷腔室，其適于盛放電解質(zhì)；(b)工件固持器，其用于將所述工件固持在所述鍍敷腔室中；(c)一個(gè)或一個(gè)以上電力觸點(diǎn)，其經(jīng)布置以在所述邊緣區(qū)上的一個(gè)或一個(gè)以上位置與所述晶種層形成電連接；(d)離子電阻離子可滲透元件，其具有離子電阻主體，所述主體具有在所述主體中制造的多個(gè)孔眼，使得所述孔眼不在所述主體內(nèi)形成連通通道，其中所述孔眼允許將離子運(yùn)送穿過所述元件，且其中所述元件經(jīng)定位以具有當(dāng)被所述工件固持器固持在鍍敷位置時(shí)面向所述工件表面且定位在所述工件表面約5mm以內(nèi)的一個(gè)表面，其中大致所有孔眼在所述元件的面朝所述工件的所述表面的所述表面上具有不大于約5mm的開口主要尺寸或直徑；以及(e)參考電極，其與控制電路可操作地連通；以及(f)電源，其與所述電力觸點(diǎn)、所述陽極且與所述控制電路可操作地連通；其中所述設(shè)備經(jīng)配置以用于提供所述工件到所述電解質(zhì)中的電勢受控進(jìn)入。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括至少一個(gè)與所述控制電路可操作地連通 的感應(yīng)引線，所述感應(yīng)引線包括至少一個(gè)接觸所述晶片的所述表面的感應(yīng)觸點(diǎn)，所述感應(yīng) 引線經(jīng)配置以用于感應(yīng)所述工件的所述表面上的至少一個(gè)點(diǎn)的電勢。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)經(jīng)配置以用于 至少在所述工件進(jìn)入所述電解質(zhì)期間使所述工件相對于由所述電解質(zhì)的表面界定的平面 以一角度傾斜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述參考電極經(jīng)定位以使得其在傾斜的晶片浸沒 到電解質(zhì)中期間比到后端晶片邊緣更接近前端晶片邊緣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述參考電極定位在所述離子電阻離子可滲透元 件上方或與所述離子電阻離子可滲透元件相同的垂直標(biāo)高處，其中所述設(shè)備經(jīng)配置以用于 面朝下的晶片定向。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述參考電極是銅參考電極。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備經(jīng)配置以用于在受控電勢條件下工件進(jìn) 入的一段時(shí)間之后在受控電流條件下進(jìn)行電鍍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中在受控電勢下工件進(jìn)入的所述一段時(shí)間小于約5秒。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中在受控電勢下工件進(jìn)入的所述一段時(shí)間小于約1秒。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備經(jīng)配置以用于在恒定電勢下執(zhí)行工件 進(jìn)入，其中所述電勢是在所述工件與參考電極之間測量的。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括第二陰極，所述第二陰極適于使離子電 流的一部分從所述工件的所述邊緣區(qū)偏轉(zhuǎn)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述參考電極和所述第二陰極被容納在所述鍍 敷腔室外部的第二腔室中，其中所述第二腔室與所述鍍敷腔室離子連通。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中相同電極在所述工件的電勢受控進(jìn)入期間充當(dāng) 參考電極，且在電流受控鍍敷的至少一部分期間充當(dāng)適于使電流的一部分從所述工件偏轉(zhuǎn) 的第二陰極。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述離子電阻離子可滲透元件是具有約6， 000到 12,000個(gè)孔眼的盤。
15. —種將金屬層鍍敷到晶片襯底上的方法，所述方法包括(a) 將在其表面上設(shè)置有連續(xù)金屬晶種層的晶片襯底提供到電鍍設(shè)備，其中所述設(shè)備 包括具有多個(gè)不連通的孔眼的離子電阻離子可滲透元件；以及(b) 將所述晶片襯底浸沒到電解質(zhì)溶液中，其中所述浸沒包括使所述晶片襯底相對于 由所述電解質(zhì)界定的平面以一角度傾斜，且將所述襯底朝所述電解質(zhì)移動(dòng)并移動(dòng)到所述電 解質(zhì)中，直到所述襯底的整個(gè)工作表面浸沒在所述電解質(zhì)中為止，其中在電勢受控條件下 將電流供應(yīng)到所述襯底時(shí)執(zhí)行所述浸沒的至少一部分；(c) 在所述襯底的所述浸沒期間或之后，改變所述傾斜角度以使所述工作晶片表面相 對于所述電解質(zhì)表面的所述平面成平行定向；(d) 將所述襯底工作表面定位在所述離子電阻離子可滲透元件的襯底近端表面的約 5mm以內(nèi)；以及(e) 在電流受控條件下將電流供應(yīng)到所述襯底以將成塊的所述金屬層鍍敷到所述晶種 層上。
16. —種用于將金屬層電鍍到具有圍繞中心區(qū)的邊緣區(qū)的工件表面的導(dǎo)電晶種層上的 設(shè)備，所述設(shè)備包括(a) 鍍敷腔室；(b) 工件固持器，其用于將所述工件固持在所述鍍敷腔室中；(c) 電觸點(diǎn)，其經(jīng)布置以在所述邊緣區(qū)上的一個(gè)或一個(gè)以上位置與所述晶種層形成電 連接；(d) 離子電阻離子可滲透元件，其具有離子電阻主體，所述主體具有在所述主體中制造 的多個(gè)孔眼，使得所述孔眼不在所述主體內(nèi)形成連通通道，其中所述孔眼允許將離子運(yùn)送 穿過所述元件，且其中所述元件經(jīng)定位以具有當(dāng)在所述鍍敷腔室中的鍍敷期間被所述工件 固持器固持在鍍敷位置時(shí)面向所述工件表面且定位在所述工件表面約5mm以內(nèi)的一個(gè)表 面，其中大致所有孔眼在所述元件的面朝所述工件的所述表面的所述表面上具有不大于約5mm的開口主要尺寸或直徑；以及(e) 第二陰極，其適于使電流的一部分從所述工件的所述邊緣區(qū)偏轉(zhuǎn)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述離子電阻離子可滲透元件是具有約6， 000 到12,000個(gè)孔眼的盤。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述離子電阻離子可滲透元件經(jīng)配置以大致與 所述工件共同延伸。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述離子電阻離子可滲透元件具有約150mm到 450mm的直徑和約5mm到50mm的厚度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述離子電阻離子可滲透元件包括位于所述元 件的中心部分中的不均勻孔眼，和位于所述元件的外圍部分中的均勻孔眼。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述元件的所述中心部分中的一個(gè)或一個(gè)以上 孔眼被阻擋，以提供孔眼在中心中的不均勻分布。
22. —種用于將金屬層電鍍到具有圍繞中心區(qū)的邊緣區(qū)的工件表面的導(dǎo)電晶種層上的 設(shè)備，所述設(shè)備包括(a) 鍍敷腔室；(b) 工件固持器，其用于將所述工件固持在所述鍍敷腔室中；(c) 電觸點(diǎn)，其經(jīng)布置以在所述邊緣區(qū)上的一個(gè)或一個(gè)以上位置與所述晶種層形成電 連接；(d) 離子電阻離子可滲透元件，其具有離子電阻主體，所述主體具有在所述主體中制造 的多個(gè)孔眼，使得所述孔眼不在所述主體內(nèi)形成連通通道，其中所述孔眼允許將離子運(yùn)送 穿過所述元件，且其中所述元件經(jīng)定位以具有當(dāng)在所述鍍敷腔室中的鍍敷期間被所述工件 固持器固持在鍍敷位置時(shí)面向所述工件表面且定位在所述工件表面約5mm以內(nèi)的一個(gè)表 面，其中大致所有孔眼在所述元件的面朝所述工件的所述表面的所述表面上具有不大于約 5mm的孔眼開口主要尺寸或直徑；以及(e) 靜態(tài)屏蔽物，其經(jīng)定位而在鍍敷期間駐留在非?？拷鲭x子電阻離子可滲透元 件的所述孔眼開口處、處于所述離子電阻離子可滲透元件與所述工件之間，其中所述屏蔽 物經(jīng)定位以遮蔽所述邊緣區(qū)處的所述孔眼中的至少一些孔眼。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電鍍的方法和設(shè)備。一種用于將金屬層電鍍到晶片的表面上的設(shè)備包含離子電阻離子可滲透元件，其非?？拷鼍?優(yōu)選在所述晶片表面的5mm以內(nèi))，其用以調(diào)制所述晶片表面處的離子電流；以及第二陰極，其經(jīng)配置以使電流的一部分從所述晶片表面偏轉(zhuǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中所述離子電阻離子可滲透元件是由電阻材料制成的盤，所述盤中形成有多個(gè)孔眼，使得孔眼不在所述盤的主體內(nèi)形成連通通道。所提供的配置有效地重新分布鍍敷系統(tǒng)中的離子電流，從而允許鍍敷均勻的金屬層且減輕末端效應(yīng)。
文檔編號C25D7/12GK101736376SQ20091020969
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者喬納森·里德, 何志安, 史蒂文·邁爾, 塞莎賽義·瓦拉達(dá)拉詹, 布賴恩·巴卡柳, 布賴恩·彭寧頓, 帕特里克·布雷林, 托馬斯·本努斯瓦米, 樸世陽, 格倫·伊瓦雷塔 申請人:諾發(fā)系統(tǒng)有限公司