用于半導(dǎo)體基板的電鍍方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的領(lǐng)域是電鍍半導(dǎo)體材料基板或晶片，以及電鍍類似類型的基板。
【背景技術(shù)】
[0002] 電連接的金屬化已被廣泛用于許多半導(dǎo)體應(yīng)用，范圍從雙鑲嵌結(jié)構(gòu)到各種封裝結(jié) 構(gòu)，包括Oi凸塊（bumping)、柱、微凸起（micro-bump)、再分布層（redistributionlayer; RDL)、娃通孔（thru-siliconvia;TSV)等。通常使用不同金屬（比如銅、金、鎳、焊錫和其他 金屬）的諸如電沉積和無電沉積之類的技術(shù)實(shí)施這種金屬化。隨著技術(shù)進(jìn)步，芯片（chip) 布局日益具有難以均勻電鍍或金屬化的特征結(jié)構(gòu)和圖案密度。
[0003] 先進(jìn)微電子器件封裝的電沉積（electro-deposition)經(jīng)常使用掩模或光刻膠層 來界定金屬線或觸點(diǎn)的圖案。所述圖案還可以由非反應(yīng)性或非導(dǎo)電性表面界定。如本文使 用的，術(shù)語"圖案化基板"是指具有掩模或光刻膠層或者非反應(yīng)性或非導(dǎo)電性區(qū)域的基板。 圖案密度可在稀疏圖案化區(qū)域與密集圖案化區(qū)域之間變化。這造成了局部電流密度和離子 濃度差的相應(yīng)變化，從而影響小片（die)內(nèi)的沉積厚度均勻性（即所謂的小片內(nèi)非均勻性 或WID非均勻性）。
[0004] -種用于提高厚度均勻性或厚度調(diào)平的技術(shù)是整體減小所施加的電流密度?；?者，可使用具有高均鍍能力的電鍍?cè)?。均鍍能力可被定義為電鍍?cè)≡诰哂泻暧^不規(guī)則性的 陰極上產(chǎn)生差不多均勻厚度的沉積物的能力。均鍍能力越高，所得沉積物越均勻。例如，在 銅酸浴的情況中，具有高均鍍能力的常見浴配方會(huì)是具有低銅濃度和高酸濃度的浴。減小 高均鍍能力浴中的電流密度的另一種替代方案是使用周期性反向電流波形。然而，需要改 進(jìn)的電鍍技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供用于提高電鍍厚度均勻性和平面性的方法。在一個(gè)方面中，一種方法 包括提供電鍍的圖案化基板，并隨后電蝕刻或除鍍所述基板?？赏ㄟ^電鍍、無電電鍍或通過 另一種液相或氣相薄膜沉積技術(shù)（此處統(tǒng)稱為電鍍）在基板上形成電鍍的圖案化基板。除 鍍步驟使基板不均勻地除鍍。除鍍?cè)】删哂械途兡芰突虻碗妼?dǎo)率，以增大稀疏區(qū)域中 的局部電流密度。除鍍步驟可優(yōu)先從具有較厚初始膜或?qū)拥幕鍏^(qū)域中去除電鍍膜中的一 些，以使得在除鍍步驟后，基板具有更均勻的沉積金屬膜。
【附圖說明】
[0006] 圖1是電鍍期間的基板的示意圖。
[0007] 圖2是圖1所示基板在除鍍期間的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 包括除鍍步驟的電鍍?yōu)槿藗兯熘?。在這些方法中，在電鍍工藝期間可周期性地 施加反向電流波形，以試圖改善電鍍結(jié)果。對(duì)保持在電鍍?cè)≈械幕鍒?zhí)行除鍍，以便使用同 一浴電鍍和除鍍。因此，除鍍步驟的均勻性類似于電鍍步驟。然而，本案發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，可 通過非均勻除鍍獲得改善的結(jié)果，即通過以非均勻方式和/或以與金屬最初如何被電鍍到 基板上無關(guān)的方式從基板去除電鍍的金屬。
[0009] 一種典型工藝可包括以下步驟：
[0010] 提供圖案化的電鍍基板。所述基板可以是電鍍有初始圖案化銅膜的硅晶片，然而 可使用其他類型的基板和金屬。圖案化影響電鍍期間的電流密度，使得初始電鍍膜在一定 程度上是非均勻的。例如，初始膜可以是至少3%、5%、8%或10%非均勻的（每三2/平 均值（perthreesigma/mean))。能以各種方式形成初始金屬膜，所述方式比如電化學(xué)沉積 (電鍍）、無電沉積、化學(xué)或物理氣相沉積。
[0011] a)將電鍍的基板移動(dòng)到適合于非均勻除鍍的除鍍?cè)≈小＠?，除鍍?cè)】删哂械途?鍍能力，比如小于〇? 3的均鍍能力?；蛘撸?cè)】删哂械碗妼?dǎo)率，例如，lmS/cm至250mS/ cm，或從 10mS/cm至 100mS/cm〇
[0012] b)通過傳導(dǎo)反向電流穿過基板和浴來在除鍍?cè)≈袑?duì)電鍍的基板部分地電蝕刻或 除鍍。除鍍步驟是非均勾的。除鍍步驟從突起部分去除金屬比從周圍區(qū)域去除金屬更快。 從而使得剩余的金屬膜更加均勻。初始非均勻性可下降至少30%。使用電鍍到300mm硅晶 片上的銅的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示非均勻性下降約60%。此步驟可通過任何形式的電化學(xué)去除來執(zhí) 行，比如蝕刻、拋光、煉制、碾磨、粗糙化、光亮化、平滑化、鈍化等。
[0013] C)可清洗除鍍的基板并使除鍍的基板干燥，和/或然后移動(dòng)除鍍的基板以用于額 外的化學(xué)或電化學(xué)處理。
[0014] 此處可互換使用術(shù)語"晶片"、"工件"和"基板"?；蹇删哂懈鞣N形狀、尺寸和材 料。本發(fā)明方法可用于電鍍銅以及其他金屬，比如銀、金、鎳、鈷、鈀等。
[0015] 圖案化基板是指具有界定圖案的光刻膠或掩模層的基板?；蛘撸瑘D案化基板可 以指含有已圖案化的結(jié)構(gòu)的基板，比如去除光刻膠后的再分布層或電鍍后的硅通孔（TSV) 層。雖然在基板上圖案化經(jīng)常是電鍍膜非均勻性的來源，但是本發(fā)明方法可用于提供更均 勻的電鍍膜，而不考慮初始電鍍膜中非均勻性的來源。
[0016] 在電鍍中獲得圖案化均勻金屬膜的常規(guī)途徑是使用適當(dāng)添加劑在高均鍍能力浴 中電鍍基板，并且以適當(dāng)電流密度操作最佳化波形，以促進(jìn)小片內(nèi)圖案的稀疏（或隔離）區(qū) 域和密集區(qū)域上的膜厚度均勻性。通常認(rèn)為低均鍍能力是電鍍中對(duì)于均勻電鍍的不良特 性。
[0017] 本發(fā)明方法使用不同的途徑。在一個(gè)實(shí)施方式中，可將基板先有意電鍍至遠(yuǎn)高于 最終期望或目標(biāo)厚度的厚度，例如大于目標(biāo)厚度10%或20%。然后，在低均鍍能力或低電 導(dǎo)率的除鍍?cè)≈谐兓逡垣@得最終膜厚度和均勻性。除鍍?cè)≈械姆聪驑O性電流引起優(yōu)先 或選擇性金屬去除或蝕刻。除鍍后的結(jié)果是具有改善的均勻性的膜。由于除鍍步驟中將使 得初始膜更加均勻，因此初始膜的非均勻性便不太關(guān)鍵。因此，可經(jīng)由高沉積速率快速鍍上 初始膜。也可以僅使用連續(xù)正向電流或在不施加任何反向電流的情況下來鍍上初始膜。
[0018] 在通過電鍍施加（apply)金屬膜的情況中，電鍍?cè)】蛇m用于快速沉積，而非用于 均勻沉積。與除鍍?cè)∠啾?，用于電鍍初始膜的浴可以是高均鍍能力或高電?dǎo)率浴，而除鍍?cè)?可以是低均鍍能力或低電導(dǎo)率浴。
[0019] 均鍍能力被定義為浴在具有宏觀不規(guī)則性的陰極或陽極上產(chǎn)生或去除差不多均 勻厚度沉積物的能力。在數(shù)學(xué)上，均鍍能力可主觀地表示為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于處理具有金屬膜的基板的方法，所述方法包含： 放置所述基板與導(dǎo)電除鍍?cè)〗佑|； 傳導(dǎo)電流穿過所述浴和所述金屬膜，以電化學(xué)地非均勻地部分除鍍所述金屬膜，并使 得所述金屬膜更加均勻。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過電化學(xué)沉積、無電沉積或通過化學(xué)或物理氣相 沉積將所述金屬膜施加到所述基板上。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過放置所述基板與電化學(xué)沉積浴接觸，和通過以 與用于電蝕刻所述導(dǎo)電膜的電流極性相反的極性傳遞電流穿過所述電化學(xué)沉積浴來通過 電化學(xué)沉積施加所述膜。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述基板被圖案化。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述導(dǎo)電除鍍?cè)【哂?. 3或更小的均鍍能力。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述導(dǎo)電除鍍?cè)【哂性趌g/L至25g/L之間的硫酸濃 度。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述導(dǎo)電除鍍?cè)【哂性?0mS/cm至100mS/cm之間的 電導(dǎo)率。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述除鍍步驟前的所述金屬膜具有至少3%的非均 勻性，且其中通過所述除鍍步驟將所述非均勻性降低至少30%。
9. 一種用于電鍍基板的方法，所述方法包含： 放置所述基板與第一浴接觸； 以第一極性傳導(dǎo)電流穿過所述第一浴，以將初始層沉積到基板上； 放置所述基板與第二浴接觸，所述第二浴與所述第一浴不同；和 以與所述第一極性相反的第二極性傳導(dǎo)電流穿過所述第二浴以部分地除鍍所述初始 層。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二浴具有0. 3或更小的均鍍能力。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第二浴具有0. 3至0. 1的均鍍能力。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述基板被圖案化。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第二浴包含低電導(dǎo)率金屬鹽浴。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述初始層具有至少3%的非均勻性。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第二浴具有在lmS/cm至250mS/cm之間的浴 電導(dǎo)率。
16. 如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包含：從所述第一浴中取出所述基板，將所述基 板暴露于所述第二浴，所述第一浴和所述第二浴皆處于同一處理腔室內(nèi)。
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了用于半導(dǎo)體基板的電鍍方法。對(duì)非均勻初始金屬膜進(jìn)行非均勻除鍍以在基板上提供更加均勻的金屬膜?？赏ㄟ^將基板放置在特定為除鍍而非為電鍍配制的除鍍?cè)≈衼韴?zhí)行電化學(xué)除鍍。除鍍?cè)】删哂?.3或更小的均鍍能力；或1mS/cm至250mS/cm的浴電導(dǎo)率。通過除鍍?cè)鲗?dǎo)的反向電流非均勻地電蝕刻或除鍍金屬膜。
【IPC分類】H01L21-768, H01L21-60, C25D7-12
【公開號(hào)】CN104835750
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510064920
【發(fā)明人】山姆·K·李, 查爾斯·沙爾博諾
【申請(qǐng)人】應(yīng)用材料公司
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年2月6日
【公告號(hào)】US20150225866