在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置。所述裝置具有：反應(yīng)腔體、襯底、襯底固持部件、陽(yáng)極單元、外電源和驅(qū)動(dòng)裝置。其特征在于：所述在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置還具有固持承載單元，用以垂直承載所述襯底固持部件；所述陽(yáng)極單元為至少一水平截面為環(huán)狀或多邊形的陽(yáng)極；所述驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)所述襯底固持承載單元與所述陽(yáng)極單元間相對(duì)運(yùn)動(dòng)；所述陽(yáng)極單元表面具有多個(gè)孔洞，所述孔洞在所述陽(yáng)極表面形成孔洞圖案。所述在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置可以提高電化學(xué)沉積金屬的均勻性。并且可以同時(shí)處理多片襯底，提高了生產(chǎn)效率。
【專利說明】在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在襯底上沉積金屬的裝置，具體涉及一種同時(shí)在多片襯底上 電化學(xué)沉積金屬的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著芯片尺寸越來越小，集成度越來越高，計(jì)算機(jī)、通訊、汽車電子和其他 消費(fèi)類產(chǎn)品對(duì)集成電路芯片封裝技術(shù)也提出了更高的要求。芯片封裝比以前要求更小、更 薄，具備高可靠性、多功能、低能耗和低成本。傳統(tǒng)的錫鉛凸塊（solder bump)封裝技術(shù) 已經(jīng)無法滿足先進(jìn)封裝的要求，銅柱凸塊技術(shù)（copper pillar)和娃通孔技術(shù)（through silicon via, TSV)逐漸成為先進(jìn)封裝技術(shù)中的兩大熱點(diǎn)。
[0003] 和錫鉛凸塊一樣，銅柱凸塊也是應(yīng)用于覆晶封裝上連接芯片和載板的技術(shù)。但是 與錫鉛凸塊比較，銅柱凸塊具有更好的性能和更低的整體封裝成本。與錫鉛凸塊在焊接回 流過程中會(huì)塌陷成球狀不同，銅柱凸塊可以保持其形狀，適合更小的線寬，滿足高集成度芯 片封裝的要求。而且銅具有比錫鉛合金更小的電阻和更高的熱導(dǎo)率，銅柱凸塊比錫鉛凸塊 具有更好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，能降低芯片的能耗和工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。電化學(xué)鍍銅是制作 銅柱凸塊的合適工藝。銅柱凸塊制作過程為：首先沉積一層籽晶層，然后在籽晶層上涂抹一 層光膠并在光膠上形成圖案，再在圖案中利用電化學(xué)的方法沉積金屬銅柱，最后去除多余 的光膠得到銅柱凸塊。
[0004] 除了傳統(tǒng)的平面式封裝技術(shù)之外，先進(jìn)的疊層式三維封裝技術(shù)近幾年來也已在集 成電路制造行業(yè)中得到應(yīng)用。三維封裝技術(shù)使單個(gè)封裝體內(nèi)可以堆疊多個(gè)芯片，互連線長(zhǎng) 度顯著降低，信號(hào)傳輸更快，成本更低；將多個(gè)不同功能的芯片堆疊在一起，使單個(gè)封裝體 實(shí)現(xiàn)更多的功能，并且尺寸和重量可以減小數(shù)十倍。硅通孔技術(shù)是實(shí)現(xiàn)三維封裝的核心技 術(shù)之一。硅通孔技術(shù)擁有以下幾個(gè)潛在的優(yōu)勢(shì)：1)連接長(zhǎng)度可以短至一個(gè)芯片的厚度，通 過邏輯模塊的縱向堆疊而不是橫向展開可以大大的減小邏輯模塊互連的導(dǎo)線長(zhǎng)度；2)高 密度高縱深比互連成為可能，將成功在硅片上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多芯片系統(tǒng)，其物理集成密度將 大大高于現(xiàn)在的多芯片模塊（MCM) ;3)由于不同平面上的邏輯模塊之間更近的電連接，RC 延遲將得到極大的改善。三維芯片堆疊和硅通孔互連需要的關(guān)鍵工藝技術(shù)包括：a)形成通 孔；b)隔絕層，阻擋層和籽晶層的沉積；c)銅填充，去除和RDL ;d)硅片減??；e)硅片/芯片 的定位校準(zhǔn)，連線和切割。在硅通孔中沉積銅也需要電化學(xué)沉積方法來實(shí)現(xiàn)。
[0005] 銅柱凸塊技術(shù)和硅通孔技術(shù)對(duì)電化學(xué)沉積設(shè)備具有相似的要求。首先銅柱凸塊技 術(shù)中銅柱的高度和硅通孔中沉積銅的深度都在30至150微米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于芯片后端銅互連工 藝中要求的沉積厚度，因此要求電化學(xué)沉積設(shè)備能達(dá)到較高的沉積速率，以實(shí)現(xiàn)較大的產(chǎn) 率。通常應(yīng)用于銅柱凸塊技術(shù)和硅通孔技術(shù)要求電化學(xué)沉積設(shè)備具有不低于40硅片每小 時(shí)的產(chǎn)率。其次要求電化學(xué)沉積設(shè)備能實(shí)現(xiàn)較好的均勻性。對(duì)于銅柱凸塊技術(shù)，通常要求 硅片內(nèi)電鍍形成的銅柱平面度小于5%，以滿足后續(xù)封裝工藝步驟的要求。而對(duì)硅通孔技 術(shù)，通常要求硅片內(nèi)電鍍均勻性小于2%，以滿足后續(xù)平坦化工藝的要求。而且要求電化學(xué) 沉積設(shè)備具有盡可能低的成本。為了降低成本，電化學(xué)沉積設(shè)備一個(gè)電化學(xué)沉積腔體要求 能同時(shí)處理多片硅片，從而減少電化學(xué)沉積腔體的數(shù)目和其他相應(yīng)的硬件，例如外電源。
[0006] 目前已商業(yè)化的用于芯片封裝的電化學(xué)金屬沉積設(shè)備部分是基于芯片后端銅互 連電化學(xué)沉積設(shè)備發(fā)展而來，一個(gè)電化學(xué)沉積腔體一次處理一片硅片，在電化學(xué)沉積過程 中，硅片面水平向下浸于電解液中并以一定速度旋轉(zhuǎn)。這類設(shè)備通?？梢詫?shí)現(xiàn)較好的均勻 性，但是由于硅片在電解液中旋轉(zhuǎn)速度不能過高，否則會(huì)引起電解液飛濺，因此沉積速率通 常比較低，約為1微米每小時(shí)。為了達(dá)到產(chǎn)率的要求，需要增加設(shè)備中電化學(xué)沉積腔體的數(shù) 量，因此這類設(shè)備通常也具有較高的成本。另有部分電化學(xué)金屬沉積設(shè)備采用硅片垂直浸 入電解液的設(shè)計(jì)，一個(gè)電化學(xué)沉積腔體能同時(shí)處理2片硅片，降低了成本。但是由于硅片在 電化學(xué)沉積時(shí)靜止，通常不能得到較好的均勻性。而且這些商業(yè)化電化學(xué)沉積設(shè)備中，一個(gè) 陽(yáng)極只面對(duì)一片硅片，同時(shí)需要一臺(tái)電源控制系統(tǒng)在電化學(xué)沉積過程中控制該陽(yáng)極和硅片 之間的電流或電壓。一臺(tái)設(shè)備中通常需要十幾臺(tái)甚至幾十臺(tái)電源控制系統(tǒng)，顯著增加了設(shè) 備成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置。所述裝置具有：反 應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體內(nèi)具有電解液；襯底，所述襯底具有導(dǎo)電的沉積面；襯底固持部件， 用以固持所述所述襯底且暴露所述沉積面；陽(yáng)極單元；外電源，所述外電源陽(yáng)極與所述陽(yáng) 極單元電導(dǎo)通；驅(qū)動(dòng)裝置。其特征在于：所述裝置還具有固持承載單元，用以垂直承載所述 襯底固持部件；所述陽(yáng)極單元為至少一水平截面為環(huán)狀或多邊形的陽(yáng)極，其垂直面與所述 襯底沉積面相對(duì)而置；所述固持部件具有導(dǎo)電單元，所述導(dǎo)電單元導(dǎo)通所述外電源陰極與 所述沉積面；所述驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)所述襯底固持承載單元與所述陽(yáng)極單元間相對(duì)運(yùn)動(dòng)；所述 陽(yáng)極單元表面具有多個(gè)孔洞，所述孔洞在所述陽(yáng)極表面形成孔洞圖案。
[0008] 所述電化學(xué)沉積金屬的裝置通過所述陽(yáng)極上的孔洞尺寸和孔洞圖案控制電化學(xué) 沉積金屬時(shí)襯底表面的電場(chǎng)分布，提高電化學(xué)沉積金屬的均勻性。所述電化學(xué)沉積金屬的 裝置通過所述固持承載單元帶動(dòng)所述襯底固持部件繞所述陽(yáng)極單元轉(zhuǎn)動(dòng)，提高電化學(xué)沉積 金屬的速率和均勻性。所述電化學(xué)沉積金屬的裝置可以同時(shí)處理多片襯底，提高了生產(chǎn)效 率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖la為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的示意圖；
[0010] 圖lb為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的俯視圖；
[0011] 圖lc為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的剖面圖；
[0012] 圖2a為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的反應(yīng)腔體的示意 圖；
[0013] 圖2b為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的反應(yīng)腔體的剖面 圖；
[0014] 圖3為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的固持承載單元的示 意圖；
[0015] 圖4為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的襯底固持部件的示 意圖；
[0016] 圖5a為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的一種陽(yáng)極單元的示 意圖；
[0017] 圖5b為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的另一種陽(yáng)極單元的 示意圖；
[0018] 圖5c為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的另一種陽(yáng)極單元的 示意圖；
[0019] 圖5d為實(shí)施例一中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的另一種陽(yáng)極單元的 示意圖；
[0020] 圖6a為實(shí)施例二中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的示意圖；
[0021] 圖6b為實(shí)施例二中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的俯視圖；
[0022] 圖6c為實(shí)施例二中的襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的剖面圖；
[0023] 圖7為實(shí)施例三中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的示意圖；
[0024] 圖8為超聲波頻率與電鍛表面邊界層厚度的關(guān)系不意圖；
[0025] 圖9為極限電流密度和邊界層厚度的關(guān)系示意圖；
[0026] 圖10a為實(shí)施例四中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的示意圖；
[0027] 圖10b為實(shí)施例四中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的示意圖；
[0028] 圖11為實(shí)施例四中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的固持承載單元的示 意圖；
[0029] 圖12為實(shí)施例四中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的襯底固持部件的示 意圖；
[0030] 圖13為實(shí)施例四中的在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的一種陽(yáng)極單元的示 意圖；
[0031] 圖14為在本發(fā)明提供的電化學(xué)沉積金屬的裝置中分別利用無孔洞圖案陽(yáng)極和有 孔洞圖案陽(yáng)極在300mm襯底上沉積金屬層厚度的計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果。
[0032] 具體實(shí)施方法
[0033] 下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例 以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0034] 實(shí)施例一：
[0035] 圖la為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的示意圖。 所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有一反應(yīng)腔體101，一固持承載單元102,至少二個(gè)襯底固持 部件103和至少一陽(yáng)極單元104。如圖la所示，實(shí)施例一提供的在襯底上電化學(xué)沉積金屬 的裝置具有5個(gè)所述襯底固持部件103。圖lb為本發(fā)明實(shí)施例一提供的所述在襯底上電 化學(xué)沉積金屬的裝置的俯視圖。所述5個(gè)襯底固持部件103與所述固持承載單元103相連 接，在所述反應(yīng)腔體101中排列成一等邊五邊形。圖lc為本發(fā)明實(shí)施例一提供的所述在襯 底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的剖面圖。所述陽(yáng)極單元104通過一電極105與一外電源106 的陽(yáng)極連接，所述襯底固持部件103與所述外電源106的陰極連接。在電化學(xué)沉積金屬的 過程中襯底表面通過所述襯底固持部件103與所述陽(yáng)極單元104實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通。
[0036] 圖2a為所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的所述反應(yīng)腔體101的示意圖。在所述 反應(yīng)腔體101的上部有至少一個(gè)液體出口 201。圖2b為所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有 的所述反應(yīng)腔體101的剖面圖。在所述反應(yīng)腔體101的底部有至少一個(gè)液體入口 202。含 有金屬離子的電解液沿圖2b中所示箭頭由所述液體入口 202進(jìn)入所述反應(yīng)腔體101，液面 上升至圖2b中所示虛線位置，含有金屬離子的電解液沿圖2b中所示箭頭由所述液體出口 201流出。含有金屬離子的電解液由所述液體入口 202流入的流量與由所述液體出口 201 流出的流量相同，保持所述反應(yīng)腔體101中的電解液液面高度在圖2b所示的虛線位置。該 位置高于所述襯底沉積面的最上端，使襯底完全浸沒在電解液中。所述電解液中含有的金 屬離子為銅，鎳，鈷，鋅，金，銀，鐵、鉛、錫中的一種或一種以上的混合。
[0037] 圖3為所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的所述固持承載單元102的示意圖。所述 固持承載單元102具有至少二個(gè)手臂301，所述手臂301與所述襯底固持部件103相連接， 使所述襯底固持部件103垂直浸入在所述反應(yīng)腔體101中。所述水平固持承載單元102在 電化學(xué)沉積金屬的過程中圍繞圖3所示的通過所述固持承載單元102中心的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí) 帶動(dòng)所述襯底固持部件103上的襯底在所述反應(yīng)腔體101中圍繞所述陽(yáng)極單元104轉(zhuǎn)動(dòng)。 所述固持承載單元102轉(zhuǎn)動(dòng)的速率為0. 1至200rpm。所述固持承載單元102的轉(zhuǎn)動(dòng)由一驅(qū) 動(dòng)裝置控制，所述驅(qū)動(dòng)裝置為步進(jìn)馬達(dá)或者伺服馬達(dá)。通過控制所述固持承載單元102轉(zhuǎn) 動(dòng)的速率，可以減小電化學(xué)沉積金屬時(shí)襯底表面的邊界層厚度，提高襯底表面電化學(xué)沉積 金屬的速率和均勻性。
[0038] 圖4為所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的所述襯底固持部件103的示意圖。所述 襯底固持部件103具有一定位裝置401。所述定位裝置401與所述固持承載單元102連接， 在電化學(xué)沉積金屬的過程中將所述襯底固持部件103固定在所述固持承載單元102上。所 述襯底固持部件103還具有一襯底連接裝置402與一導(dǎo)電單元403。所述襯底連接裝置402 將所述襯底固定在所述襯底固持部件103上，同時(shí)暴露所述襯底沉積面并在所述襯底沉積 面的邊緣形成密封，防止電解液接觸襯底背面。所述襯底連接裝置402與所述襯底沉積面 形成電極接觸，通過所述導(dǎo)電單元403與所述外電源106的陰極連接，在電化學(xué)沉積金屬的 過程中與所述陽(yáng)極單元104電導(dǎo)通。
[0039] 圖5a為一種所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的所述陽(yáng)極單元104的示意圖。所 述陽(yáng)極單元104通過所述電極105a與所述外電源106的陽(yáng)極連接。如圖5a所示，所述陽(yáng) 極單元104具有底面通透的桶裝結(jié)構(gòu)，其截面為環(huán)狀。所述桶狀結(jié)構(gòu)上具有至少一個(gè)一種 圓形孔洞501a與至少一個(gè)另一種孔洞502a。所述孔洞501a的尺寸小于所述孔洞502a的 尺寸。所述孔洞501a使陽(yáng)極內(nèi)部和外部的電解液導(dǎo)通，電解液可以由陽(yáng)極內(nèi)部流向陽(yáng)極外 部。所述孔洞502a在所述陽(yáng)極單元104表面形成圖案，在電化學(xué)沉積金屬的過程中起到控 制襯底表面電場(chǎng)的作用，提高襯底表面電化學(xué)沉積的金屬的均勻性。所述孔洞501a的尺寸 為0· 1mm至10mm,所述孔洞502a的尺寸為10mm至300mm。所述孔洞501a和502a為圓形 孔、三角形孔、多邊形孔、橢圓形孔、不規(guī)則形狀孔中的一種或者一種以上的混合。
[0040] 圖5b為另一種所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的所述陽(yáng)極單元104的示意圖。如 圖5b所示，所述陽(yáng)極單元104具有底面通透的桶裝結(jié)構(gòu)，桶狀結(jié)構(gòu)上具有至少一個(gè)一種孔 洞501b。所述孔洞501b在所述陽(yáng)極單元104表面形成圖案，在電化學(xué)沉積金屬的過程中起 到控制襯底表面電場(chǎng)的作用，提高襯底表面電化學(xué)沉積的金屬的均勻性。所述孔洞501b的 尺寸為0. 1mm至300mm。所述孔洞501b為圓形孔、三角形孔、多邊形孔、橢圓形孔、不規(guī)則形 狀孔中的一種。
[0041] 圖5c為另一種所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的所述陽(yáng)極104的示意圖。如圖 5c所示，所述陽(yáng)極104具有底面通透的桶裝結(jié)構(gòu)，桶狀結(jié)構(gòu)上具有至少一個(gè)一種孔洞501c。 所述空洞501c在所述陽(yáng)極單元104表面形成圖案，在電化學(xué)沉積金屬的過程中起到控制襯 底表面電場(chǎng)的作用，提高襯底表面電化學(xué)沉積的金屬的均勻性。所述孔洞501c的尺寸為 0. 1mm至300mm。所述孔洞501c為圓形孔、三角形孔、多邊形孔、橢圓形孔、不規(guī)則形狀孔中 的一種。
[0042] 圖5d為另一種所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有的所述陽(yáng)極單元104的示意圖。如 圖5d所示，所述陽(yáng)極單元104具有底面通透的桶裝結(jié)構(gòu)，桶狀結(jié)構(gòu)上具有至少一個(gè)一種五 邊形孔洞501d與至少一個(gè)另一種孔洞502d。所述孔洞501d的尺寸小于所述孔洞502d的 尺寸。所述孔洞501d使陽(yáng)極內(nèi)部和外部的電解液導(dǎo)通，電解液可以由陽(yáng)極內(nèi)部流向陽(yáng)極外 部。所述空洞502d在所述陽(yáng)極104表面形成圖案，在電化學(xué)沉積金屬的過程中起到控制襯 底表面電場(chǎng)的作用，提高襯底表面電化學(xué)沉積的金屬的均勻性。所述陽(yáng)極單元104上的孔 洞的作用在于在所述陽(yáng)極單元104上形成圖案，以此來控制電化學(xué)沉積金屬時(shí)襯底表面的 電場(chǎng)分布，提高襯底上電化學(xué)沉積的金屬的均勻性。所述孔洞501d的尺寸為0. 1mm至10mm， 所述孔洞502d的尺寸為10mm至300mm。所述孔洞501d和502d為圓形孔、三角形孔、多邊 形孔、橢圓形孔、不規(guī)則形狀孔中的一種或者一種以上的混合。
[0043] 所述孔洞的尺寸與形狀包括但不限于圖5a至5d所示。所述陽(yáng)極單元104為銅、 鉬或者表面鍍有惰性金屬的導(dǎo)電材料中的一種或一種以上的混合。
[0044] 實(shí)施例二：
[0045] 圖6a為本發(fā)明實(shí)施例二提供的另一種在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的示意 圖。所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有一反應(yīng)腔體601，一固持承載單元602,至少二個(gè)襯底 固持部件603, 一陽(yáng)極604a和另一陽(yáng)極604b。如圖6a所不，實(shí)施例二提供的在襯底上電化 學(xué)沉積金屬的裝置具有5個(gè)所述襯底固持部件603。圖6b為本發(fā)明實(shí)施例二提供的所述 在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的俯視圖。所述5個(gè)襯底固持部件603與所述固持承載單 元602相連接，在所述反應(yīng)腔體601中排列成一等邊五邊形。圖6c為本發(fā)明實(shí)施例二提供 的所述在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的剖面圖。所述陽(yáng)極604a通過一電極605a與一外 電源606a的陽(yáng)極連接，所述陽(yáng)極604b通過另一電極605b與另一外電源606b的陽(yáng)極連接。 所述陽(yáng)極604a和604b通過所述外電源606a和606b進(jìn)行獨(dú)立控制。在電化學(xué)沉積金屬的 一過程中，所述陽(yáng)極604a與604b同時(shí)與襯底表面實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通。在電化學(xué)沉積金屬的另一 過程中，所述陽(yáng)極604a與604b分別與襯底表面實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通。圖2a為所述裝置具有的所述 反應(yīng)腔體101的示意圖。在所述反應(yīng)腔體101的上部有至少一個(gè)液體出口 201。
[0046] 實(shí)施例二中所述反應(yīng)腔體601，所述固持承載單元602,所述襯底固持部件603,所 述陽(yáng)極604a和604b與實(shí)施例一中所述的相同。實(shí)施例二與實(shí)施例一的不同之處在于，實(shí) 施例二中所述電化學(xué)沉積金屬的裝置具有2個(gè)陽(yáng)極，604a與604b。所述陽(yáng)極604a和604b 具有獨(dú)立的孔洞尺寸和圖案。所述陽(yáng)極604a和604b在電化學(xué)沉積金屬的過程中通過所述 獨(dú)立的外電源606a和606b進(jìn)行獨(dú)立控制。通過多陽(yáng)極的獨(dú)立控制，可以進(jìn)一步提高在襯 底上電化學(xué)沉積金屬的均勻性。
[0047] 實(shí)施例三：
[0048] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例三提供的另一種在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置的示意圖。 所述裝置具有一反應(yīng)腔體701、一固持承載單元702、至少二個(gè)襯底固持部件703、一陽(yáng)極 704a、另一陽(yáng)極704b和一超聲波發(fā)生器710。
[0049] 實(shí)施例三中所述反應(yīng)腔體701，所述固持承載單元702,所述襯底固持部件703,所 述陽(yáng)極704a和704b與實(shí)施例二中所述的相同。實(shí)施例三與實(shí)施例二的不同之處在于，實(shí) 施例三所述的電化學(xué)沉積金屬的裝置具有所述超聲波發(fā)生器710。所述超聲波發(fā)生器710 位于所述反應(yīng)腔體701的中央。所述超聲波發(fā)生器710在電化學(xué)沉積金屬的過程中將超聲 波能量傳遞到襯底表面，能大大減小襯底表面邊界層厚度，提高電鍍的速率。所述超聲波發(fā) 生器710在電化學(xué)沉積金屬的過程中靜止。所述超聲波發(fā)生器710在電化學(xué)沉積金屬的過 程中以0. lrpm至200rpm的速率轉(zhuǎn)動(dòng)，使傳遞到襯底表面的超聲波能量更為均勻，提高電化 學(xué)沉積金屬的均勻性。所述超聲波發(fā)生器710在電化學(xué)沉積金屬的過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與所 述固持承載單元702的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同或者相反。所述超聲波發(fā)生器710的工作頻率為20 千赫茲至3兆赫茲。
[0050] 實(shí)施例三所述的電化學(xué)沉積金屬的裝置也可以只具有一個(gè)陽(yáng)極，此時(shí)，實(shí)施例三 所述的電化學(xué)沉積金屬的裝置與實(shí)施例一中所述的相同。實(shí)施例三與實(shí)施例一的不同之處 在于，實(shí)施例三所述的電化學(xué)沉積金屬的裝置具有所述超聲波發(fā)生器710。所述超聲波發(fā)生 器710位于所述反應(yīng)腔體701的中央。所述超聲波發(fā)生器710在電化學(xué)沉積金屬的過程中 將超聲波能量傳遞到襯底表面，能大大減小襯底表面邊界層厚度，提高電鍍的速率。所述超 聲波發(fā)生器710在電化學(xué)沉積金屬的過程中靜止。所述超聲波發(fā)生器710在電化學(xué)沉積金 屬的過程中以0. lrpm至200rpm的速率轉(zhuǎn)動(dòng)，使傳遞到襯底表面的超聲波能量更為均勻，提 高電化學(xué)沉積金屬的均勻性。所述超聲波發(fā)生器710在電化學(xué)沉積金屬的過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)方 向與所述固持承載單元702的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同或者相反。所述超聲波發(fā)生器710的工作頻率 為20千赫茲至3兆赫茲。
[0051] 在電化學(xué)沉積金屬的過程中，超聲波換能器710將超聲波能量傳送到襯底表面， 用以提高電鍍速率。在用較小電流密度進(jìn)行電鍍的情況下，電鍍速率隨著電流密度的增大 而增大。當(dāng)電流密度增大到一極限值時(shí)，電鍍速率不再增大，此時(shí)電鍍速率由電解液中金屬 離子向電鍍表面的擴(kuò)散速率決定。該極限值被稱之為極限電流密度。極限電流密度i lim可 以表示為

【權(quán)利要求】
1. 一種在襯底上電化學(xué)沉積金屬的裝置，所述裝置具有： 反應(yīng)腔體，所述反應(yīng)腔體內(nèi)具有電解液； 襯底，所述襯底具有導(dǎo)電的沉積面； 襯底固持部件，所述襯底固持部件用以固持所述襯底且暴露所述沉積面； 陽(yáng)極單元； 外電源，所述外電源陽(yáng)極與所述陽(yáng)極單元電導(dǎo)通； 驅(qū)動(dòng)裝置； 其特征在于： 所述裝置還具有固持承載單元，用以垂直承載所述襯底固持部件； 所述陽(yáng)極單元為至少一水平截面為環(huán)狀或多邊形的陽(yáng)極，其垂直面與所述襯底沉積面 相對(duì)而置； 所述固持部件具有導(dǎo)電單元，所述導(dǎo)電單元導(dǎo)通所述外電源陰極與所述沉積面； 所述驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)所述襯底固持承載單元與所述陽(yáng)極單元間相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
2. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還具有電解液供應(yīng)單元，用以向所述 反應(yīng)腔體供應(yīng)所述電解液并保持所述反應(yīng)腔體中電解液的液面高度高于所述襯底沉積面。
3. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極單元由至少一底部通透的桶狀結(jié)構(gòu) 的陽(yáng)極構(gòu)成。
4. 權(quán)力要求3所述的裝置，其特征在于，單個(gè)所述陽(yáng)極連接單個(gè)獨(dú)立的所述外電源。
5. 權(quán)力要求3所述的裝置，其特征在于，所述底部通透的桶狀結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極表面具有多 個(gè)孔洞，所述孔洞在所述陽(yáng)極表面形成孔洞圖案。
6. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置通過所述固持承載單元帶動(dòng)至 少兩個(gè)所述襯底固持部件以1至200rpm的速度繞所述陽(yáng)極單元轉(zhuǎn)動(dòng)。
7. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極單元為銅電極、惰性金屬電極、表面 鍍有惰性金屬的導(dǎo)電材料電極中的一種或一種以上的混合。
8. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還具有一超聲波發(fā)生器，所述超聲波 發(fā)生器在電化學(xué)沉積金屬的過程中向所述襯底沉積面?zhèn)鬟f超聲波能量。
9. 權(quán)力要求8所述的裝置，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器的工作頻率為5千赫茲至3 兆赫茲。
10. 權(quán)力要求1所述的裝置，其特征在于，所述電解液中含有銅、鎳、鈷、鋅、金、銀、鐵、 鉛、錫離子中的一種或多種。
【文檔編號(hào)】C25D5/04GK104233410SQ201310252836
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月24日
【發(fā)明者】馬悅, 何川, 施廣濤, 黃允文, 顧巖 申請(qǐng)人:馬悅, 何川, 施廣濤, 黃允文, 顧巖