專利名稱：利用外部影響在工件的上表面和空腔表面放置的添加劑之間產(chǎn)生差別的電鍍方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體電鍍方法和設(shè)備。更具體地說(shuō)，本發(fā)明針對(duì)一種方法和設(shè)備，它利用外部影響增強(qiáng)導(dǎo)電材料在工件空腔部分的電鍍，在吸附于工件上表面上的添加劑和吸附于工件空腔部分中的添加劑之間產(chǎn)生差別。
背景技術(shù)：
制造多層集成電路(IC)需要許多步驟。這些步驟包括在半導(dǎo)體晶片或襯底上沉積導(dǎo)電和絕緣體材料，接著使用光敏抗蝕劑形成圖案(photo-resist patterning)、刻蝕等方法全部或部分去除這些材料。在光刻，形成圖案和刻蝕步驟之后，所形成的表面通常為非平面，因?yàn)樗S多尺寸和形狀不相同的空腔或特征區(qū)，例如過(guò)孔，線，槽，溝道，粘結(jié)焊盤(pán)等。在執(zhí)行刻蝕和/或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)之類的附加處理步驟之前，通常使用高導(dǎo)電金屬材料填充這些特征區(qū)。因此，在IC的不同層/部分之間形成低電阻內(nèi)連結(jié)構(gòu)。
由于其低電阻和高電遷移阻性，銅(Cu)迅速成為IC內(nèi)連的優(yōu)選材料。電鍍是在襯底表面上的特征區(qū)沉積Cu的最常見(jiàn)的方法之一。
可以預(yù)見(jiàn)，有許多用于此行業(yè)的不同Cu電鍍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。例如，Andricacos等人在1996年5月14日公布的No.5,516,412號(hào)U.S.專利，公開(kāi)一種立式電解槽，設(shè)計(jì)為在扁平工件上電鍍薄膜。另外，Koon在1999年11月16日公布的No.5,985,123號(hào)U.S.專利，也公開(kāi)另一種立式電鍍?cè)O(shè)備，它聲稱克服與不同襯底尺寸相關(guān)的非一致沉積問(wèn)題。另外，Tamaki等人在1998年12月29日公布的No.5,853,559號(hào)U.S.專利，公開(kāi)一種電鍍?cè)O(shè)備，它使電鍍電解液的損失最小化，并實(shí)現(xiàn)電解液的高效回收。
在Cu電解過(guò)程中，使用特殊配制的電鍍液或電解液。這種電鍍液或電解液包含Cu離子和添加劑，以控制沉積材料的結(jié)構(gòu)，形態(tài)，和電鍍行為。需要添加劑以使沉積層光滑并稍有光澤。
有許多種Cu電鍍液配方，其中一些可以購(gòu)得。這樣一種配方包括作為銅源的硫酸銅(CuSO4)(見(jiàn)James Kelly等，Journal of theElectrochemical Society，vol.146，pages 2540-2545，(1999))，并包括水，硫酸(H2SO4)，和少量氯離子。眾所周知，可以在Cu電鍍液中添加其它化學(xué)物質(zhì)，以獲得所需的沉積材料性質(zhì)。
Cu電鍍液中的添加劑可以分為幾類，例如抑制劑(suppressors)，校平劑(levelers)，增亮劑(brighteners)，晶粒細(xì)化劑，濕潤(rùn)劑，去應(yīng)力劑(stress-reducing agents)，加速劑等。在許多情況下，經(jīng)常使用不同的分類描述這些添加劑的相似功能。目前，用于電應(yīng)用，特別是IC制造中的溶液，包含由兩種成分包組成的簡(jiǎn)單添加劑(例如，見(jiàn)Robert Mikkola和Linlin Chen，“Investigation of the Roles of theAdditive Components for Second Generation Copper ElectroplatingChemistries used for Advanced Interconnect Metallization”，Proceeding of the International Interconnect Technology Conference，pages 117-119，June 5-7，2000)。這些配方通常稱為抑制劑和加速劑。
抑制劑通常為按照聚乙二醇-PEG或聚丙二醇-PPG配方制成的聚合物，被認(rèn)為在高電流密度區(qū)附著至襯底表面，從而形成高電阻膜并抑制材料在其上沉積。加速劑通常為有機(jī)二硫化物，它增強(qiáng)Cu在被吸附的襯底表面部分上的沉積。這兩種添加劑的相互作用，和可能的氯離子決定Cu沉積物的性質(zhì)。
使用附圖更全面地描述傳統(tǒng)的電鍍方法和設(shè)備。圖1表示其上形成絕緣體2的襯底3的剖面透視圖。使用傳統(tǒng)的刻蝕技術(shù)，在絕緣體2和襯底3上形成特征區(qū)，例如一行過(guò)孔4a和寬槽4b。在此例子中，過(guò)孔4a窄而深；換句話說(shuō)，它們具有高深寬比(即，它們的深度與寬度的比率大)。通常地，過(guò)孔4a的寬度為亞微米級(jí)。另一方面，槽4b通常較寬，深寬比較小。換句話說(shuō)，槽4b的寬度可以是其深度的5至50倍或更大。
圖2a至圖2c表示使用Cu填充特征區(qū)的傳統(tǒng)方法。圖2a表示圖1中在其上配置各層的襯底3的剖面圖。例如，此圖表示襯底3和其上已經(jīng)配置阻擋/粘合層或粘結(jié)層5和籽晶層6的絕緣體2。阻擋層5可以是鉭，鉭的氮化物，鈦，鎢，或TiW等，或在本領(lǐng)域通常使用的其它材料的組合。通常使用各種濺射方法，通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)，或通過(guò)無(wú)電鍍覆方法沉積阻擋層5。然后，在阻擋層5上沉積籽晶層6。籽晶層6材料可以是銅或銅替代物，可以使用各種濺射方法，CVD，或無(wú)電沉積或其組合，沉積在阻擋層5上。
在圖2b中，籽晶層6沉積之后，通常從合適的酸性或非酸性電鍍液或電鍍液配方中，在其上電鍍導(dǎo)電材料7(例如銅層)。在此步驟的過(guò)程中，與Cu籽晶層6和/或阻擋層5電接觸，以使可以應(yīng)用與陽(yáng)極對(duì)應(yīng)的陰極(負(fù))電壓(未顯示)。其后，使用如上所述的特定配方電鍍液，在襯底表面上電鍍Cu材料7。通過(guò)調(diào)整氯離子，抑制劑/抑止劑(inhibitor)，和加速劑之類的添加劑的數(shù)量，有可能獲得生長(zhǎng)于小特征區(qū)的自底向上的Cu膜。
Cu材料7完全填充過(guò)孔4a，并通常在較大的槽4b中均勻分布，但是不完全填充槽4b，因?yàn)樗褂玫奶砑觿┰谳^大的特征區(qū)中不起作用。例如人們相信，因?yàn)橐种苿?抑止劑分子附著在過(guò)孔4a的頂部而抑制材料在那里生長(zhǎng)，發(fā)生過(guò)孔4a內(nèi)自底向上的沉積。這些分子不能通過(guò)狹窄的開(kāi)口有效地分散至過(guò)孔4a的底面。加速劑優(yōu)先吸附在過(guò)孔4a的底面上，這導(dǎo)致在此區(qū)域的快速生長(zhǎng)，導(dǎo)致如圖2b所示的自底向上的生長(zhǎng)和Cu沉積輪廓。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)奶砑觿?，Cu可以以同樣的速度在過(guò)孔4a的垂直壁和底面上生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致裂縫和/或空腔之類的缺陷。
抑制劑和加速劑添加劑在較大槽4b底面上的吸附特征不會(huì)與在襯底場(chǎng)效應(yīng)區(qū)8的上表面上的吸附特征有任何不同。因此，槽4b底面的Cu厚度t1大致與場(chǎng)效應(yīng)區(qū)8上的Cu厚度t2相同。
可以預(yù)見(jiàn)，為了使用Cu材料7完全填充槽4b，需要進(jìn)一步的電鍍。圖2c表示附加Cu電鍍之后產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，場(chǎng)效應(yīng)區(qū)8上的Cu厚度t3相當(dāng)大，在槽4b中從場(chǎng)效應(yīng)區(qū)8至Cu材料7的頂部有臺(tái)階s1。對(duì)IC應(yīng)用而言，Cu材料7需要經(jīng)受CMP或其它材料去除工藝，以去除場(chǎng)效應(yīng)區(qū)8中的Cu材料7和阻擋層5，從而僅在特征區(qū)中留有Cu材料7。人們知道這種去除工藝成本非常高。
因此，人們把更多的注意力集中在Cu電鍍化學(xué)和電鍍技術(shù)的開(kāi)發(fā)上，以獲得襯底上小特征區(qū)的自底向上的填充。這是必需的，因?yàn)?，如上所述，缺乏自底向上的填充可以?dǎo)致小特征區(qū)中的缺陷。作為這些開(kāi)發(fā)努力的一部分，發(fā)現(xiàn)小特征區(qū)的填充行為可以不僅受溶液化學(xué)的影響，而且受用于電鍍的電源類型影響。
近來(lái)的研究認(rèn)為可以優(yōu)選使用脈沖或脈沖反轉(zhuǎn)電鍍方法在小過(guò)孔中沉積自由Cu(例如，Dubin等人1999年10月26日發(fā)布的第5,972,192號(hào)U.S.專利，和Gandikota等人，“Extension of CopperPlating to 0.13μm Nodes by Pulse-Modulated Plating”，Proceedingof the International Interconnect Technology Conference，pages239-241，June 5-7，2000)。在脈沖反轉(zhuǎn)電鍍工藝中，應(yīng)用陰極電壓脈沖至襯底表面，而不是陰極DC電壓。在陰極脈沖中電鍍短時(shí)間之后，電壓的極性反轉(zhuǎn)一段時(shí)間，導(dǎo)致所沉積材料的電化學(xué)刻蝕。接著重復(fù)電鍍和刻蝕循環(huán)，直至小特征區(qū)被高質(zhì)量的Cu填充。近期研究(例如，C.H.Hsieh等人，“Film Properties and Surface Profile after GapFill of Electrochemically Deposited Cu Films by DC and PulsedReverse Processes”，Proceeding of the InternationalInterconnect Technology Conference，pages 182-184，June 5-7，2000)表明，當(dāng)使用DC工藝時(shí)，過(guò)孔的填充主要通過(guò)添加劑擴(kuò)散控制，反之當(dāng)使用脈沖反轉(zhuǎn)工藝時(shí)，主要通過(guò)添加劑吸附控制。
如上所述，半導(dǎo)體行業(yè)的注意力已經(jīng)主要集中在利用Cu填充半導(dǎo)體晶片上的各種特征區(qū)。DC和脈沖電源都被用于這種Cu膜的沉積。人們發(fā)現(xiàn)所使用電源的類型對(duì)Cu在小特征區(qū)中的填充性質(zhì)起到很強(qiáng)的作用。盡管人們沒(méi)有充分理解電鍍液添加劑和它們與所施加電壓波形的相互作用的確切作用，但很清楚添加劑吸附動(dòng)力學(xué)和擴(kuò)散過(guò)程影響金屬沉積于不平襯底表面上的方式。
如上所述，已經(jīng)開(kāi)發(fā)特殊的電鍍液配方和脈沖電鍍工藝，以獲得小特征區(qū)自底向上的填充。但是，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這些技術(shù)在填充大特征區(qū)中有效。在大特征區(qū)，添加劑可以自由擴(kuò)散在其中和其外。連同通常使用的含氯離子、加速劑和抑制劑/抑止劑的添加劑系統(tǒng)一起，使用標(biāo)準(zhǔn)脈沖電鍍技術(shù)，不能從特征區(qū)的底部獲得加速生長(zhǎng)，其中特征區(qū)的寬度比它的深度大得多。Cu在這種特征區(qū)的生長(zhǎng)相似，沉積在大特征區(qū)底面上的薄膜厚度與沉積在場(chǎng)效應(yīng)區(qū)上的薄膜厚度大致相同。
獲得在襯底上的小及大特征區(qū)自底向上電鍍的方法和設(shè)備在工藝效率和成本方面是非常有價(jià)值的，因?yàn)橥ǔ＿@種工藝將獲得如圖3所示的平面Cu沉積。在此例子中，場(chǎng)效應(yīng)區(qū)8上的Cu厚度t5小于圖2c所示的傳統(tǒng)情況，并且臺(tái)階高度s2也小得多。通過(guò)CMP或其它方法去除圖3中的較薄Cu層將更容易，提供重要的成本節(jié)約。
其它人以前已經(jīng)認(rèn)識(shí)到如圖3所示的鍍Cu結(jié)構(gòu)的有吸引力的特征。例如，在PCT申請(qǐng)中(“Electroplated InterconnectionStructures on Integrated Circuit Chips”，WO 98/27585，1998年6月25日)來(lái)自國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司的研究人員聲稱當(dāng)電鍍?cè)趥鹘y(tǒng)的電鍍槽中進(jìn)行時(shí)其中描述的電鍍工藝產(chǎn)生對(duì)僅亞微細(xì)粒尺寸空腔的超填充。但是，此研究也聲稱當(dāng)使用如Aigo在1982年7月13日發(fā)布的第4,339,319號(hào)U.S.專利所述的杯狀電鍍槽時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。另外，當(dāng)在杯狀電鍍槽中電鍍過(guò)程中襯底表面保持與電鍍液的凸液面接觸時(shí)，寬度差別很大的空腔將以相同的速度被快速填充，獲得如圖3所示的相似結(jié)構(gòu)。PCT申請(qǐng)還提到凸液面電鍍方法的先進(jìn)性能是由空氣-液體界面處的表面活性添加劑分子的較高濃度引起的。
在共同未決的第09/201,928號(hào)U.S.申請(qǐng)中，名為“Method andapparatus for electrochemical mechanical deposition”，共同被本發(fā)明的專利受讓人擁有，公開(kāi)一種技術(shù)，當(dāng)導(dǎo)電材料沉積時(shí)它在通過(guò)使用墊板拋光場(chǎng)效應(yīng)區(qū)而最小化場(chǎng)效應(yīng)區(qū)上沉積的同時(shí)，獲得導(dǎo)電材料在襯底表面上空腔中的沉積。在此申請(qǐng)中電鍍液通過(guò)多孔墊板或通過(guò)墊板中的裂縫(asparities)被提供給墊板和襯底表面之間的小間隙。
圖4表示一種電化學(xué)機(jī)械沉積設(shè)備的示意圖，它可以用于在半導(dǎo)體晶片上平面或接近平面Cu沉積。托架頭10托住半導(dǎo)體晶片16，并提供連接至晶片16的導(dǎo)電部分的電導(dǎo)線17。托架頭10可以圍繞第一軸10b正時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并在x，y，z方向移動(dòng)。在陽(yáng)極組件19的頂部提供墊板18，墊板18面對(duì)晶片16。使用陽(yáng)極組件19把含電鍍材料的電解液20應(yīng)用于晶片16。電解液20可以經(jīng)墊板18中的孔/開(kāi)口流動(dòng)，與晶片16的表面物理接觸。接著電解液20流入晶片16和墊板18間的狹窄間隙，最終流經(jīng)墊板18的邊緣進(jìn)入室22，在清洗/過(guò)濾/刷新之后再循環(huán)使用(未顯示)。第二電導(dǎo)線24連接至陽(yáng)極組件19。這里可以使用所知的任何其它為陽(yáng)極組件19和陰極晶片16提供電勢(shì)的方法。
陽(yáng)極組件19也可以圍繞第二軸10c以所控制速度沿順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。也可以理解軸10b和10c實(shí)際上互相平行。通過(guò)沿z方向移動(dòng)托架頭10，調(diào)整晶片16和墊板18之間的間隙。當(dāng)晶片16的表面與墊板18接觸時(shí)，也可以調(diào)整施加于兩個(gè)表面上的壓力。在2000年2月23發(fā)布的共同未決第09/511,278號(hào)U.S.申請(qǐng)中，名為“Pad Designs and Structures for a Versatile MaterialsProcessing Apparatus”，描述墊板8中孔的多種性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，電鍍液通過(guò)孔流至晶片表面。
在操作過(guò)程中，在連接至晶片16的電導(dǎo)線17和連接至陽(yáng)極組件19的電導(dǎo)線24之間施加電勢(shì)，以使晶片16的表面比陽(yáng)極組件19更負(fù)。電解液20可以從位于陽(yáng)極組件19附近的容器(未顯示)導(dǎo)入墊板18。陽(yáng)極組件19可以具有制造的內(nèi)通道和孔，它們一起提供路徑，使電解液20添加至墊板18和晶片16間的間隙。
在施加電勢(shì)時(shí)，Cu從電解液20中鍍至晶片16的表面上。移動(dòng)的墊板18以所控制壓力擠壓晶片16的表面，它通過(guò)拋光晶片16的某部分，最小化Cu在晶片16的此部分上的積累。
墊板18最好為非導(dǎo)電性，堅(jiān)硬，多孔的，或穿孔型材料，以使電場(chǎng)可以通過(guò)它，同時(shí)避免陽(yáng)極組件19和陰極晶片16間的短路。墊板18和陰極晶片16間的空間或間隙可以是從小于1微米至2毫米的范圍。墊板18和晶片16的直徑或截面長(zhǎng)度可以為從大約5毫米至超過(guò)300毫米的范圍。晶片16的直徑越大，墊板18的直徑也越大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供在襯底表面上以高度理想方式電鍍導(dǎo)電材料的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的是提供在襯底表面的小和大特征區(qū)電鍍導(dǎo)電材料的方法和設(shè)備，獲得比現(xiàn)有技術(shù)的方法和設(shè)備更高的效率，成本節(jié)約和更高的質(zhì)量。
本發(fā)明的另一目的是提供使用具有一個(gè)或更多開(kāi)口的掩模在襯底表面的小和大特征區(qū)電鍍導(dǎo)電材料的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的是提供一種方法和設(shè)備，它在由于掩模的開(kāi)口相對(duì)襯底表面移動(dòng)而引起于襯底表面上局部啟動(dòng)脈沖電源時(shí)，在襯底表面的小和大特征區(qū)電鍍導(dǎo)電材料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種方法和設(shè)備，它去除以前吸附在工件頂部的添加劑，以增強(qiáng)導(dǎo)電材料在沒(méi)有去除以前吸附添加劑的工件空腔特征表面部分上的電鍍。
本發(fā)明的另一目的是在吸附于工件上表面的添加劑和吸附于工件空腔部分中的添加劑之間產(chǎn)生差別，以增強(qiáng)導(dǎo)電材料在工件空腔部分中的電鍍。
本發(fā)明的另一目的是通過(guò)使用與工件以間隙關(guān)系裝置的掩模，循環(huán)去除以前吸附于工件頂部的添加劑，接著利用不與工件任何一點(diǎn)接觸的掩模在工件空腔特征表面部分上電鍍導(dǎo)電材料，以使空腔部分的電鍍以比工件上表面上的電鍍更高的速度進(jìn)行。
本發(fā)明的另一目的是使用與工件以間隙關(guān)系裝置的掩模，在沒(méi)有電源應(yīng)用于工件表面的一段時(shí)間內(nèi)去除以前吸附在工件頂部的添加劑，接著在工件上電鍍導(dǎo)電材料。
本發(fā)明的另一目的是在吸附于工件上表面的添加劑和吸附于工件空腔部分中的添加劑之間產(chǎn)生差別，以通過(guò)使用不與工件物理接觸的外部影響，增強(qiáng)導(dǎo)電材料在工件空腔部分中的電鍍。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明的目的，其它目的中的單個(gè)或組合，它提供在工件表面電鍍導(dǎo)電材料的一種設(shè)備和一種方法。
按照本方法的一方面，在工件上應(yīng)用其中含有至少一種添加劑的電解液，以使添加劑吸附于工件的頂部和空腔部分。應(yīng)用外部影響，以使吸附于上表面的添加劑被去除，導(dǎo)電材料的電鍍?cè)陧敳康奶砑觿┩耆匚街鞍l(fā)出，從而導(dǎo)致空腔部分相對(duì)于頂部更多的電鍍。
按照本方法的另一方面，在工件上應(yīng)用其中含有至少一種添加劑的電解液，以使添加劑吸附于工件的頂部和空腔部分。應(yīng)用外部影響，以獲得吸附于上表面的添加劑的數(shù)量相對(duì)于空腔部分的差別。電鍍?cè)诓顒e依然存在時(shí)發(fā)生，從而導(dǎo)致空腔部分相對(duì)于頂部更多的電鍍。
按照本設(shè)備的一方面，在陽(yáng)極和工件之間裝置掩模，并相對(duì)于工件物理移動(dòng)清除工件頂部，從而減少吸附于其上的添加劑，而保留吸附于空腔部分上的添加劑。輔助在它和工件之間產(chǎn)生電場(chǎng)的陽(yáng)極被用來(lái)促進(jìn)裝置在工件上的電解液中導(dǎo)體的電鍍。
按照本設(shè)備的另一方面，使用含有開(kāi)口區(qū)域的掩模來(lái)幫助確定電場(chǎng)將存在的位置，因此允許對(duì)將在工件上進(jìn)行電鍍的位置更多的控制。
按照本方法的另一方面，在工件上應(yīng)用其中含有至少一種添加劑的電解液，以使添加劑吸附于工件的頂部和空腔部分。在工件和掩模相對(duì)移動(dòng)時(shí)，使用接近但不接觸工件的上表面與之呈間隙關(guān)系的掩模，應(yīng)用外部影響，以使吸附于上表面的添加劑被去除，或根據(jù)吸附于工件空腔表面上添加劑而改變。導(dǎo)電材料的電鍍?cè)陧敳康奶砑觿┩耆匚街鞍l(fā)生，從而導(dǎo)致空腔部分相對(duì)于頂部更多的電鍍。


從以下參照附圖對(duì)本發(fā)明目前優(yōu)選實(shí)施方式例的詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)點(diǎn)將更清楚和更易于理解。其中圖1表示其上具有形成的絕緣體層和多種特征區(qū)的襯底的剖面透視圖；圖2a-2c表示在圖1的襯底上沉積導(dǎo)電材料的傳統(tǒng)方法的剖面圖；圖3表示按照另一傳統(tǒng)方法的其上沉積導(dǎo)電材料的襯底的剖面圖；圖4表示電化學(xué)機(jī)械沉積設(shè)備的例子；圖5表示其中裝置陽(yáng)極，陰極，和電解液的傳統(tǒng)電鍍槽；圖6表示按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)備的局部視圖；圖7a-7d表示按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的掩模脈沖電鍍方法；圖7e表示按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的對(duì)應(yīng)圖7a-7d的圖表；圖8表示按照本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)備的透視圖；圖9表示按照本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)備的透視圖；圖10表示按照本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)備的側(cè)視圖；具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)在襯底表面上掩模脈沖電鍍(mask-pulse plating)導(dǎo)電材料，可以在其上的各種特征區(qū)上沉積更理想和高質(zhì)量的導(dǎo)電材料。
本發(fā)明可以使用任何襯底，如半導(dǎo)體晶片，平面平板，薄膜磁頭，封裝襯底等。另外，這里提供特定的工藝參數(shù)，例如時(shí)間，壓力，掩模設(shè)計(jì)等，特定參數(shù)的目的是例示而不是限制。
這里描述的電鍍方法稱為“掩模脈沖”電鍍。本發(fā)明描述一種方法和設(shè)備，它通過(guò)間歇地移動(dòng)掩模使之與襯底表面接觸并在陽(yáng)極和襯底之間應(yīng)用電能，把導(dǎo)電材料掩模脈沖電鍍至襯底上，掩模被置于陽(yáng)極和襯底之間。另外，本發(fā)明指向新穎的電鍍方法和設(shè)備，提供在襯底表面上的各種特征區(qū)增強(qiáng)電鍍導(dǎo)電材料。
圖5表示其中裝置陽(yáng)極31，陰極32，和電解液33的電鍍槽30。應(yīng)該注意的是電解槽30為傳統(tǒng)槽，可以改變本發(fā)明中使用的電鍍槽的幾何形狀。電解液33與陰極32的上表面接觸。本實(shí)施例中提供的陰極32為在其上表面具有不同特征區(qū)的晶片(襯底)。當(dāng)在晶片32和陽(yáng)極31之間應(yīng)用DC或脈沖電壓時(shí)，如上所述，電鍍液33中的Cu被沉積在晶片32上。DC或交流電源的差別決定填充至小特征區(qū)的Cu的質(zhì)量。
圖6表示本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。在本發(fā)明中，掩模40位于靠近陰極晶片32附近，其中掩模40包括開(kāi)口42，電解液33通過(guò)開(kāi)口42與晶片32部件物理接觸。為了易于理解和解釋，圖6沒(méi)有圖示電連接，陽(yáng)極，容納電解液33的電鍍槽。當(dāng)在陰極晶片32和陽(yáng)極之間應(yīng)用適當(dāng)?shù)碾妷簳r(shí)，開(kāi)口42允許電解液33中的Cu被電鍍至開(kāi)口42正下方的襯底32的表面上。如果掩模40與陰極晶片32物理接觸，那么電鍍將很大程度上被限制在位于開(kāi)口42正下方的襯底區(qū)域上。當(dāng)掩模40按照箭頭43所示的左右運(yùn)動(dòng)模式移動(dòng)時(shí)，通過(guò)晶片表面上的部件的電流將發(fā)生變化。下面更詳細(xì)地討論這種情況。
圖7a-7d表示按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的掩模脈沖電鍍方法。掩模40移動(dòng)至陰極晶片32的左側(cè)(或者，晶片32可以移動(dòng)至右側(cè)，或者掩模40和晶片32可以活性互相相對(duì)移動(dòng))。在圖7a中，在t＝t1的時(shí)間點(diǎn)，晶片32表面上的部件45位于電絕緣掩模40的下方，不直接暴露于電解液中。因此，在t＝t1時(shí)部件45的電鍍電流非常小或接近零，如圖7e的圖表所示。圖7e表示對(duì)應(yīng)部件45的時(shí)間的沉積/電鍍電流的圖表。
在圖7b中，當(dāng)移動(dòng)掩模40和/或晶片32以使開(kāi)口42位于部件45上方時(shí)，在t＝t2時(shí)，隨著開(kāi)口42與部件45對(duì)準(zhǔn)，部件45的電鍍電流迅速增加。在圖7c中，高電流穩(wěn)定保持直至t＝t3。其后，如圖7d所示，當(dāng)部件45再次位于掩模40的非開(kāi)口部分的下方時(shí)，電流密度又變得非常小或接近零。
再參照?qǐng)D7e，時(shí)間間隔Δt(t2和t3之間的時(shí)間)為掩模40的速度和開(kāi)口42的尺寸的函數(shù)。另外，如果掩模40相對(duì)于晶片32快速移動(dòng)，Δt將為小值。并且，如果掩模40中有多個(gè)開(kāi)口或掩模40往復(fù)移動(dòng)，那么相應(yīng)的電流-時(shí)間曲線將包含多個(gè)脈沖。通過(guò)控制掩模40上開(kāi)口的尺寸和襯底與掩模的相對(duì)速度，可以控制襯底上任何部件的電流脈沖的形狀、周期和重復(fù)率。
如從上述實(shí)施例看到的那樣，DC電源可以用于這種電鍍技術(shù)。通過(guò)移動(dòng)固態(tài)絕緣掩模40與晶片32物理接觸，晶片表面上的任何部件可以迅速而簡(jiǎn)短地暴露于電解液中，并應(yīng)用電鍍電流。這與上面定義的現(xiàn)有技術(shù)有很大的區(qū)別。例如，在本發(fā)明中，晶片表面的某部件實(shí)際上沒(méi)有電解液。只有當(dāng)此部件暴露于電解液中并立即應(yīng)用脈沖電流時(shí)，電解液才應(yīng)用于晶片的部件。
如果此電流掩模脈沖電鍍方法使用簡(jiǎn)單的不含添加劑(例如，抑止劑和加速劑)的金屬沉積電解液時(shí)，它將不會(huì)與傳統(tǒng)的電鍍方法有多大差別。這是因?yàn)檠谀?0中開(kāi)口42的尺寸比晶片32表面上的特征區(qū)尺寸大得多。因此，當(dāng)部件通過(guò)開(kāi)口42暴露于電解液中時(shí)，將開(kāi)始通常的電鍍。但是，如果添加影響極化的添加劑，那么掩模脈沖電鍍方法可以提供傳統(tǒng)脈沖電鍍技術(shù)中不存在的優(yōu)點(diǎn)。
例如，來(lái)看包含傳統(tǒng)溶液/化學(xué)物質(zhì)(硫酸銅，水，硫酸和氯離子)和添加劑A的Cu電鍍槽。當(dāng)其吸附于晶片表面上時(shí)添加劑A增強(qiáng)沉積。當(dāng)這種電解液用于例如圖5所示的傳統(tǒng)電鍍槽時(shí)，晶片32的整個(gè)表面將暴露電解液和添加劑A中。晶片表面上場(chǎng)效應(yīng)區(qū)和下表面的大特征區(qū)將同樣吸附添加劑A，并以類似的速度在這些表面上開(kāi)始電鍍。
但是，如果掩模脈沖電鍍技術(shù)使用相同的電解液，由于它與這些區(qū)域物理接觸，掩模將從場(chǎng)效應(yīng)區(qū)清除添加劑A。但是，小和大特征區(qū)都仍將包含所吸附的添加劑A，因?yàn)檫@些特征區(qū)不與掩模直接物理接觸。當(dāng)晶片的部件突然暴露于電解液中，含有以前吸附的添加劑A的特征區(qū)的下表面和側(cè)面將立即以高于場(chǎng)效應(yīng)區(qū)的速度開(kāi)始電鍍。如果時(shí)間段Δt小于添加劑附著至襯底表面所需的吸附時(shí)間段，所應(yīng)用電鍍電流優(yōu)選地流經(jīng)要填充的特征區(qū)，從而獲得特征區(qū)內(nèi)相對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)區(qū)上的沉積速度增強(qiáng)的沉積速度。
本發(fā)明的掩模脈沖電鍍方法利用各種添加劑的反應(yīng)時(shí)間之間的差別，獲得襯底表面的各種特征區(qū)中的增強(qiáng)電鍍。此機(jī)制涉及通過(guò)掩?！扒宄币r底的上表面(場(chǎng)效應(yīng)區(qū))，并不與特征區(qū)內(nèi)的區(qū)域物理接觸。場(chǎng)效應(yīng)區(qū)上的清除，在這些被清除過(guò)的區(qū)域中和這些特征區(qū)內(nèi)的區(qū)域中的吸附物質(zhì)的濃度之間產(chǎn)生差別。當(dāng)表面突然被暴露于電解液和電場(chǎng)中時(shí)，含有吸附物質(zhì)的特征區(qū)從場(chǎng)效應(yīng)區(qū)吸引大部分的電鍍電流。
本方法使用多種添加劑可以同樣地良好工作。例如，如果電鍍液包含抑止劑B和加速劑C，抑止劑的動(dòng)態(tài)吸附比加速劑快得多，通過(guò)掩模脈沖電鍍方法可以使用以下的機(jī)制。通過(guò)掩模抑止劑B和加速劑C將被部分或全部地從襯底的場(chǎng)效應(yīng)區(qū)清除。但是，兩種物質(zhì)在特征區(qū)中將仍存在。當(dāng)襯底暴露于電解液和電場(chǎng)中時(shí)，抑止劑B將易于吸附于場(chǎng)效應(yīng)區(qū)上，導(dǎo)入電鍍電流的高阻路徑。已經(jīng)存在于這些特征區(qū)中的加速劑C，補(bǔ)償這些區(qū)域中抑制劑的行為，電流可以容易地流經(jīng)這些特征區(qū)。因此，直到加速劑C適當(dāng)吸附于場(chǎng)效應(yīng)區(qū)上，特征區(qū)內(nèi)的膜生長(zhǎng)速度將更高。
可以預(yù)見(jiàn)從另一化學(xué)機(jī)制可以獲得與此相同的結(jié)果，其中抑制劑D具有強(qiáng)吸附的性質(zhì)，而加速劑E弱結(jié)合至場(chǎng)效應(yīng)區(qū)。在這種情況下，掩?？梢匀菀椎貜膱?chǎng)效應(yīng)區(qū)去除弱結(jié)合的加速劑E，加速劑E仍附著至特征區(qū)的表面。一旦暴露于電解液和電場(chǎng)，電鍍電流優(yōu)選流經(jīng)特征區(qū)，直至加速劑E開(kāi)始再次吸附于場(chǎng)效應(yīng)區(qū)上。
應(yīng)該注意到上述說(shuō)明只是本發(fā)明涉及的機(jī)制的一些例子，并意味著限制。本發(fā)明利用各種電解液添加劑的吸附/解吸動(dòng)力學(xué)之間的差別。本發(fā)明通過(guò)突然和立即應(yīng)用溶液和電源至襯底表面的特定部件實(shí)現(xiàn)這種利用，其中襯底表面已經(jīng)事先部分或全部清除了一種或多種添加劑物質(zhì)。
圖6所示的電鍍系統(tǒng)的幾何形狀相當(dāng)簡(jiǎn)單。有許多可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的可能設(shè)計(jì)。本發(fā)明的一些重要方面如下。
(1)當(dāng)使用平面的晶片時(shí)掩模也需要為平面。掩模應(yīng)該由絕緣剛性材料制成，其面向晶片的表面可以是堅(jiān)硬的，甚至包含研磨劑以有助于更有效地“清除”添加劑。
(2)晶片和掩模之間應(yīng)該有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。晶片，掩模，或兩者都可以以線性或軌道方式或其組合運(yùn)動(dòng)。
(3)在掩模和晶片表面之間應(yīng)該實(shí)際上沒(méi)有電解液。晶片表面應(yīng)該僅通過(guò)掩模的開(kāi)口暴露于電解液中。
(4)掩模中開(kāi)口的尺寸和掩模和晶片間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)該如此設(shè)置，以使晶片上的任何部件僅短暫地暴露于電解液中，典型地小于兩秒，最好小于一秒，例如，10-500毫秒。這個(gè)時(shí)間間隔應(yīng)該根據(jù)所使用的添加劑的吸附特性而調(diào)整。
圖8表示按照本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)備的透視圖。圖8中，掩模80和電解液通道板300被安裝在陽(yáng)極組件90上。電解液100通過(guò)傳統(tǒng)的泵送系統(tǒng)(未顯示)被施加至陽(yáng)極組件90。電解液100通過(guò)孔210被抽入通道板300的通道310中。在操作中，襯底/陰極位于掩模80的上表面的對(duì)面，并且旋轉(zhuǎn)襯底和/或掩模80。襯底可以以0.01psi至0.5psi范圍之間的壓力沖擊掩模80。可以使用更高的壓力，但是沒(méi)有必要。如果旋轉(zhuǎn)掩模80，整個(gè)陽(yáng)極組件90可以同樣被旋轉(zhuǎn)。相對(duì)于置于陽(yáng)極組件90中的陽(yáng)極(未顯示)施加陰極電壓至襯底(未顯示)。電解液100流經(jīng)通道310，通過(guò)掩模80的開(kāi)口250與晶片表面物理接觸。電解液100連續(xù)地從小排出孔320中排出，被過(guò)濾并再循環(huán)。在操作中掩模80和晶片表面緊密接觸，如果任何電解液進(jìn)入掩模80和晶片表面間的界面，數(shù)量也非常少。
圖9表示按照本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)備的透視圖。除孔510和通道板600之外，圖9中的設(shè)備與圖8所示的設(shè)備相似。通道板600包括不同形狀的通道610，它用來(lái)以連續(xù)的方式把電解液100分配至掩模100的開(kāi)口250。
圖10表示按照本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施方式的設(shè)備的側(cè)視圖。在另一實(shí)施方式中，圖10表示電解液100進(jìn)入位于陽(yáng)極組件90頂部的容器110中。電解液100通過(guò)掩模80的孔250與晶片350的表面接觸。電解液可以從排出孔200中排出。
本發(fā)明中使用的電源可以是脈沖或DC電源，但是最好為DC電源。電源可以以電流受控或電壓受控模式使用，即，它或者保持施加的電流不變或者保持施加的電壓不變。在使用電流受控模式的情況下，重要的一點(diǎn)是掩模的開(kāi)口尺寸足夠大，以同時(shí)覆蓋場(chǎng)效應(yīng)區(qū)的部分和特征區(qū)部分。換句話說(shuō)，當(dāng)晶片表面通過(guò)開(kāi)口暴露于電解液中時(shí)，在任何給定時(shí)間不能只是場(chǎng)效應(yīng)區(qū)暴露于電解液中。例如，如果開(kāi)口非常小或者晶片表面上的特征區(qū)數(shù)目較少(低密度特征區(qū))，場(chǎng)效應(yīng)區(qū)暴露至電解液中。在這種情況下，因?yàn)殡娫匆怨潭娏魇┘?，所有的電流?qiáng)流入場(chǎng)效應(yīng)區(qū)，Cu將被不加區(qū)分地電鍍至場(chǎng)效應(yīng)區(qū)上。但是如果場(chǎng)效應(yīng)區(qū)和特征區(qū)同時(shí)暴露，那么電流將優(yōu)選地流經(jīng)特征區(qū)，更多的Cu將電鍍至特征區(qū)，而場(chǎng)效應(yīng)區(qū)的電鍍Cu將較少。這種情況可以通過(guò)增加開(kāi)口的數(shù)目保證，以使總有兩個(gè)區(qū)域(場(chǎng)效應(yīng)區(qū)和特征區(qū))的部分通過(guò)一些孔同時(shí)暴露。
如果使用固定電壓電源，那么電流根據(jù)晶片表面的電阻自動(dòng)調(diào)整。因此，如果掩?？變H暴露晶片的場(chǎng)效應(yīng)區(qū)，較小的電流被施加至此表面，電鍍量較小。當(dāng)特征區(qū)暴露于溶液中時(shí)，更多的電流流入特征區(qū)，從而優(yōu)先在特征區(qū)內(nèi)產(chǎn)生電鍍。因此，如果鍍覆特征區(qū)密度較低晶片或掩模的孔數(shù)目受限，更適合使用電源的電壓受控模式。
本發(fā)明可以用于同時(shí)填充小和大特征區(qū)。但是，也可以使用連續(xù)工藝。在此方法中，有兩個(gè)加工步驟。在第一步驟中，掩模從晶片表面脫離，以允許在掩模和晶片表面間有足夠量的電解液。在此位置，系統(tǒng)僅起到類似傳統(tǒng)電鍍槽的作用。在電解液中添加劑的幫助下，在此步驟中小特征區(qū)被填充，發(fā)生如圖2b所示的情況。在此第一步驟，掩模和襯底相對(duì)對(duì)方移動(dòng)以獲得均勻的沉積。接著掩模與表面接觸，把溶液從晶片/掩模界面處擠出，除掩模上的孔/開(kāi)口之外。接著，如前所述，掩模脈沖電鍍開(kāi)始優(yōu)先填充較大的特征區(qū)。在掩模脈沖電鍍技術(shù)中需要注意重要的一點(diǎn)，處理掩模孔/開(kāi)口所在的位置，在掩模和晶片表面之間實(shí)際上沒(méi)有電鍍液。
處理使用銅及其合金作為導(dǎo)電材料之外，本發(fā)明中可以使用其它導(dǎo)電材料，例如銅合金，鐵，鎳，鉻，銦，鉛，錫，鉛-錫合金，無(wú)鉛可軟焊合金，銀，鋅，鎘，釕及其相應(yīng)的合金。本發(fā)明特別適用于高性能和高可靠芯片內(nèi)連，封裝，磁性體，平面面板和光電子應(yīng)用。
xxx按照本發(fā)明的另一方面，“掩模脈沖”電鍍描述通過(guò)產(chǎn)生外部影響掩模脈沖電鍍導(dǎo)電材料至襯底上的一種方法和設(shè)備，此外部影響相對(duì)于襯底表面空腔上的添加劑去除或改變吸附于襯底上表面的添加劑。可以通過(guò)間歇地移動(dòng)與襯底表面接近但不接觸以間隙關(guān)系安裝的掩模，并在陽(yáng)極和襯底間施加電能，產(chǎn)生這種外部影響，掩模位于陽(yáng)極和襯底之間。
圖5表示其中含有陽(yáng)極31，陰極32，和電解液33的電鍍槽30。應(yīng)該注意的是電解槽30為傳統(tǒng)槽，可以改變本發(fā)明中使用的電鍍槽的幾何形狀。電解液33與陰極32的上表面接觸。本實(shí)施例中提供的陰極32為在其上表面具有各種特征區(qū)的晶片(襯底)。當(dāng)在晶片32和陽(yáng)極31之間應(yīng)用DC或脈沖電壓時(shí)，如上所述，電鍍液33中的Cu被沉積在晶片32上。DC或交流電源的差別決定填充至小特征區(qū)的Cu的質(zhì)量。
圖6表示本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式。在本發(fā)明中，掩模40位于靠近陰極晶片32附近，間距典型地小于0.75mm，最好在0.1至0.5mm的范圍內(nèi)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度最好在1至100cm/s的范圍內(nèi)。掩模40可以包括開(kāi)口42，電解液33可以通過(guò)開(kāi)口42傳送，或者可以具有沒(méi)有開(kāi)口的形狀，但是允許在襯底的上表面和空腔表面的添加劑之間產(chǎn)生差別，如上所述。掩模典型地為平面，也可以具有紋理面，以使在微觀水平它為粗糙的。為了易于理解和解釋，圖6沒(méi)有圖示電連接，陽(yáng)極，容納電解液33的電鍍槽。當(dāng)在陰極晶片32和陽(yáng)極之間施加適當(dāng)?shù)碾妷簳r(shí)，開(kāi)口42允許電解液33中的Cu被電鍍至開(kāi)口42下方的襯底32的表面上，其數(shù)量大于發(fā)生不在開(kāi)口下方的區(qū)域的電鍍。
按照本發(fā)明的另一實(shí)施方式，當(dāng)產(chǎn)生外部影響時(shí)，如上所述的掩模被用來(lái)接近工件表面。因此使用掩模應(yīng)用外部影響，以使吸附于上表面的添加劑根據(jù)工件空腔表面上的添加劑被去除或改變。如上所述，可以緊密靠近晶片應(yīng)用掩模，典型地為1至5秒的時(shí)期，或者直至在上表面和空腔表面的電阻之間產(chǎn)生由添加劑差別而引起差別。在裝置于工件頂部和工件空腔部分的添加劑之間產(chǎn)生差別后，如上所述，掩模從工件表面移開(kāi)，最好至少0.1cm，以使其后發(fā)生電鍍。只要添加劑存在差別，就可以產(chǎn)生電鍍。電鍍期與添加劑的吸附速度直接相關(guān)。在這段時(shí)間內(nèi)，由于這種差別，將在特征區(qū)內(nèi)比工件表面上發(fā)生更多的電鍍。因?yàn)殡娊庖貉b置于整個(gè)工件表面上，這也輔助降低電流密度和改進(jìn)電鍍層的厚度均勻性。當(dāng)掩模移動(dòng)至更遠(yuǎn)離工件時(shí)，電場(chǎng)線可以在掩模和工件表面間的區(qū)域彎曲，獲得更均勻的膜。
一旦足夠的差別不再存在，掩模可以再次移動(dòng)至靠近工件表面并產(chǎn)生外部影響，如上所述。這種工程可以循環(huán)重復(fù)，直至獲得所需的導(dǎo)電材料電鍍厚度。
按照本實(shí)施方式的另一方面，電鍍可以當(dāng)掩模緊密靠近工件的上表面，并且工件和掩模相對(duì)對(duì)方移動(dòng)時(shí)開(kāi)始，接下來(lái)當(dāng)掩模不再緊密靠近工件的上表面而且存在足夠的差別時(shí)，電鍍可以持續(xù)。由于當(dāng)掩模和工件間緊密靠近時(shí)，和當(dāng)不緊密靠近時(shí)都可以產(chǎn)生電鍍，這可以提供更快的工藝。應(yīng)該注意的是必須仔細(xì)挑選這種應(yīng)用的添加劑。特別地，需要通過(guò)無(wú)物理接觸的影響去除的添加劑物質(zhì)應(yīng)該弱吸附特性，以使其可以在掩模和晶片間不直接接觸的情況下被去除。
在另一實(shí)施方式中，認(rèn)識(shí)到電鍍電流可以影響添加劑的吸附特性。對(duì)一些添加劑而言，在電流通過(guò)的表面上的吸附更強(qiáng)。在這種情況下，在把此表面的電源切斷或降低之后(通過(guò)的電流被切斷或降低)，吸附物質(zhì)可以容易地從其附著的表面去除。在空腔中，盡管松弛粘結(jié)，添加劑可以更容易地保留，因?yàn)樗鼈儾皇芡獠坑绊懙挠绊憽?br> 并且，按照本發(fā)明，可以增加掩模從晶片移開(kāi)且仍緊密靠近的距離，從而執(zhí)行外部影響，或者可以使用從不同于掩模的某事物獲得的動(dòng)力，例如，電解液的直接噴射被用來(lái)激發(fā)晶片表面上的添加劑。
在前面的描述中，提出大量特定細(xì)節(jié)，例如特定材料，掩模設(shè)計(jì)，壓力，化學(xué)物質(zhì)，工藝等，以提供本發(fā)明的徹底理解。但是，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以在不采用所提出具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
盡管以上已經(jīng)詳細(xì)描述了各種優(yōu)選實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，在不從本質(zhì)上偏離本發(fā)明的教授和優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，有可能對(duì)具體的實(shí)施例做出許多修改。
權(quán)利要求
1.一種電鍍導(dǎo)電性工件上表面的方法，工件的導(dǎo)電性上表面包括頂部和空腔部分，此方法包括以下步驟在工件的導(dǎo)電性上表面應(yīng)用其中含有至少一種添加劑的電解液，添加劑的第一部分吸附于頂部，添加劑的第二部分吸附于空腔部分上；對(duì)頂部應(yīng)用外部影響，外部影響從工件的頂部去除之前吸附于頂部上添加劑的第一部分中的一部分；在添加劑完全重吸附至頂部之前，電鍍導(dǎo)電性工件上表面，從而導(dǎo)致空腔部分相對(duì)于頂部更多的電鍍。
2.按照權(quán)利要求1所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟，使用可移動(dòng)掩模應(yīng)用于導(dǎo)電性工件上表面，以物理清除吸附于頂部的添加劑的第一部分，從而在一段時(shí)間內(nèi)降低吸附于頂部的添加劑的數(shù)量。
3.按照權(quán)利要求2所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟中的可移動(dòng)掩模與工件頂部物理接觸。
4.按照權(quán)利要求3所定義的方法，其中使用可移動(dòng)掩模應(yīng)用外部影響的步驟，導(dǎo)致之前已經(jīng)受到外部影響的頂部的區(qū)域與可移動(dòng)掩模的開(kāi)口區(qū)域?qū)?zhǔn)，以使在電鍍步驟中在工件區(qū)域和陽(yáng)極之間存在電鍍電流。
5.按照權(quán)利要求4所定義的方法，其中在電鍍步驟中，在陽(yáng)極和工件區(qū)域間的可移動(dòng)掩模的開(kāi)口區(qū)域中形成具有第一電流密度的電流脈沖，第一電流密度大于存在于被可移動(dòng)掩模覆蓋的工件另一區(qū)域的第二電流密度。
6.按照權(quán)利要求5所定義的方法，其中在一段時(shí)間內(nèi)，在陽(yáng)極和工件的不同區(qū)域間形成多個(gè)電流脈沖。
7.按照權(quán)利要求6所定義的方法，其中多個(gè)電流脈沖，加在一起，等于通過(guò)電源提供的DC電流。
8.按照權(quán)利要求4所定義的方法，其中電鍍步驟包括在電鍍過(guò)程中提供DC電源的步驟。
9.按照權(quán)利要求8所定義的方法，其中提供DC電源的步驟以電流受控模式操作，其中電鍍電流基本上保持不變。
10.按照權(quán)利要求8所定義的方法，其中提供DC電源的步驟以電壓受控模式操作，其中電鍍電壓基本上保持不變。
11.按照權(quán)利要求1所定義的方法，其中至少一種添加劑包括加速劑。
12.按照權(quán)利要求11所定義的方法，其中在電鍍步驟，在空腔部分上比在頂部上吸附更多的添加劑。
13.按照權(quán)利要求12所定義的方法，其中電鍍步驟僅在被去除的添加劑第一部分的一部分完全重吸附之前發(fā)生。
14.按照權(quán)利要求12所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響和電鍍的步驟被重復(fù)。
15.按照權(quán)利要求1所定義的方法，其中至少一種添加劑包括多種添加劑，包括抑止劑和加速劑。
16.按照權(quán)利要求15所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟去除加速劑的比例大于抑止劑的比例，因?yàn)橐种箘┍燃铀賱┚哂懈鼜?qiáng)的吸附特性。
17.按照權(quán)利要求16所定義的方法，其中電鍍步驟僅在被去除的加速劑完全重吸附至頂部之前發(fā)生。
18.按照權(quán)利要求11所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響和電鍍的步驟被重復(fù)。
19.按照權(quán)利要求17所定義的方法，其中在應(yīng)用外部影響的步驟之后，抑止劑在工件頂部的重吸附快于加速劑。
20.按照權(quán)利要求19所定義的方法，其中電鍍步驟在抑止劑重吸附之后且在被去除的加速劑完全重吸附至頂部之前發(fā)生。
21.按照權(quán)利要求20所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響和電鍍的步驟被重復(fù)。
22.按照權(quán)利要求1所定義的方法，其中電鍍步驟包括在電鍍過(guò)程中提供脈沖電源的步驟。
23.按照權(quán)利要求1所定義的方法，其中電鍍步驟包括在電鍍過(guò)程中提供DC電源的步驟。
24.按照權(quán)利要求1所定義的方法，其中電鍍步驟鍍銅。
25.按照權(quán)利要求1所定義的方法，其中電鍍步驟鍍銅合金。
26.按照權(quán)利要求1所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響至頂部的步驟導(dǎo)致頂部和空腔部分之間的表面電阻差別。
27.按照權(quán)利要求1所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟，使用掩模應(yīng)用于工件的導(dǎo)電性上表面，掩模和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致物理清除吸附于頂部的添加劑的第一部分，從而在一段時(shí)間內(nèi)降低吸附于頂部的添加劑的數(shù)量。
28.按照權(quán)利要求27所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟中可移動(dòng)掩模與工件的頂部物理接觸。
29.按照權(quán)利要求27所定義的方法，其中使用可移動(dòng)掩模應(yīng)用外部影響的步驟，導(dǎo)致之前已經(jīng)受到外部影響的頂部的區(qū)域與可移動(dòng)掩模的開(kāi)口區(qū)域?qū)?zhǔn)，以使在電鍍步驟中在工件區(qū)域和陽(yáng)極之間存在電鍍電流。
30.按照權(quán)利要求1所定義的方法，還包括添加另一添加劑至電解液的步驟，此步驟輔助減弱添加劑和工件表面間的結(jié)合。
31.一種電鍍工件導(dǎo)電性上表面的方法，工件的導(dǎo)電性上表面包括頂部和空腔部分，此方法包括以下步驟在工件的導(dǎo)電性上表面，應(yīng)用其中含有至少一種添加劑的電解液；對(duì)頂部應(yīng)用外部影響，以產(chǎn)生一種效應(yīng)，其中至少一種添加劑將增強(qiáng)空腔部分的電鍍超過(guò)增強(qiáng)頂部的電鍍；在保持應(yīng)用外部影響所獲得的效應(yīng)的同時(shí)，電鍍工件的導(dǎo)電性上表面。
32.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟中的效應(yīng)，是為了在吸附于頂部的至少一種添加劑的數(shù)量相對(duì)于空腔部分產(chǎn)生差別。
33.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟，使用相對(duì)于工件可移動(dòng)的掩模應(yīng)用于工件的導(dǎo)電性上表面，以物理清除吸附于頂部的至少一種添加劑的第一部分，從而在一段時(shí)間內(nèi)降低吸附于頂部的添加劑的第一部分的數(shù)量。
34.按照權(quán)利要求33所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟中的掩模與工件頂部物理接觸。
35.按照權(quán)利要求33所定義的方法，其中使用掩模應(yīng)用外部影響的步驟，導(dǎo)致之前已經(jīng)受到外部影響的頂部的區(qū)域與可移動(dòng)掩模的開(kāi)口區(qū)域?qū)?zhǔn)，以使在電鍍步驟中在工件區(qū)域和陽(yáng)極之間存在電鍍電流。
36.按照權(quán)利要求35所定義的方法，其中在電鍍步驟中，在陽(yáng)極和工件區(qū)域間的可移動(dòng)掩模的開(kāi)口區(qū)域中形成具有第一電流密度的電流脈沖，第一電流密度大于存在于被可移動(dòng)掩模覆蓋的工件另一區(qū)域的第二電流密度。
37.按照權(quán)利要求36所定義的方法，其中在一段時(shí)間內(nèi)，在陽(yáng)極和工件的不同區(qū)域間形成多個(gè)電流脈沖。
38.按照權(quán)利要求37所定義的方法，其中多個(gè)電流脈沖，加在一起，等于通過(guò)電源提供的DC電流。
39.按照權(quán)利要求35所定義的方法，其中電鍍步驟包括在電鍍過(guò)程中提供DC電源的步驟。
40.按照權(quán)利要求39所定義的方法，其中提供DC電源的步驟以電流受控模式操作，其中電鍍電流基本上保持不變。
41.按照權(quán)利要求39所定義的方法，其中提供DC電源的步驟以電壓受控模式操作，其中電鍍電壓基本上保持不變。
42.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中至少一種添加劑包括加速劑。
43.按照權(quán)利要求42所定義的方法，其中在電鍍步驟，在空腔部分上比在頂部上吸附更多的添加劑。
44.按照權(quán)利要求43所定義的方法，其中電鍍步驟在上述效應(yīng)仍存在時(shí)發(fā)生。
45.按照權(quán)利要求44所定義的方法，其中電鍍步驟僅在上述效應(yīng)仍存在時(shí)發(fā)生。
46.按照權(quán)利要求34所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟中的效應(yīng)，是為了在吸附于頂部的至少一種添加劑的數(shù)量相對(duì)于空腔部分產(chǎn)生差別。
47.按照權(quán)利要求46所定義的方法，其中至少一種添加劑包括多種添加劑，包括抑止劑和加速劑。
48.按照權(quán)利要求47所定義的方法，其中在應(yīng)用外部影響的步驟之后，存在差別，因?yàn)橐种箘┍燃铀賱┚哂懈鼜?qiáng)的吸附特性。
49.按照權(quán)利要求47所定義的方法，其中在應(yīng)用外部影響的步驟之后，存在差別，因?yàn)橐种箘┍燃铀賱┚哂懈斓奈絼?dòng)力學(xué)。
50.按照權(quán)利要求44所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響和電鍍的步驟被重復(fù)。
51.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟中的效應(yīng)，是為了在吸附于頂部的至少一種添加劑的數(shù)量相對(duì)于空腔部分產(chǎn)生差別。
52.按照權(quán)利要求51所定義的方法，其中至少一種添加劑包括多種添加劑，包括抑止劑和加速劑。
53.按照權(quán)利要求52所定義的方法，其中在應(yīng)用外部影響的步驟之后，存在差別，因?yàn)橐种箘┍燃铀賱┚哂懈鼜?qiáng)的吸附特性。
54.按照權(quán)利要求52所定義的方法，其中在應(yīng)用外部影響的步驟之后，存在差別，因?yàn)橐种箘┍燃铀賱┚哂懈斓奈絼?dòng)力學(xué)。
55.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響和電鍍的步驟被重復(fù)。
56.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟使用一種掩模，并在掩模和工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致物理清除吸附于頂部的至少一種添加劑的第一部分，從而在一段時(shí)間內(nèi)降低吸附于頂部的添加劑的第一部分的數(shù)量。
57.按照權(quán)利要求56所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟中的掩模與工件頂部物理接觸。
58.按照權(quán)利要求56所定義的方法，其中使用掩模應(yīng)用外部影響的步驟，導(dǎo)致之前已經(jīng)受到外部影響的頂部的區(qū)域與可移動(dòng)掩模的開(kāi)口區(qū)域?qū)?zhǔn)，以使在電鍍步驟中在工件區(qū)域和陽(yáng)極之間存在電鍍電流。
59.按照權(quán)利要求57所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟中的效應(yīng)，是為了在吸附于頂部的至少一種添加劑的數(shù)量相對(duì)于空腔部分產(chǎn)生差別。
60.按照權(quán)利要求59所定義的方法，其中至少一種添加劑包括多種添加劑，包括抑止劑和加速劑。
61.按照權(quán)利要求60所定義的方法，其中在應(yīng)用外部影響的步驟之后，存在差別，因?yàn)橐种箘┍燃铀賱┚哂懈鼜?qiáng)的吸附特性。
62.按照權(quán)利要求60所定義的方法，其中在應(yīng)用外部影響的步驟之后，存在差別，因?yàn)橐种箘┍燃铀賱┚哂懈斓奈絼?dòng)力學(xué)。
63.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中電鍍步驟包括在電鍍過(guò)程中提供脈沖電源的步驟。
64.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中電鍍步驟包括在電鍍過(guò)程中提供DC電源的步驟。
65.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中電鍍步驟鍍銅。
66.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中電鍍步驟鍍銅合金。
67.按照權(quán)利要求31所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響至頂部的步驟導(dǎo)致頂部和空腔部分之間的表面電阻差別。
68.一種利用工件上表面存在的電解液中放置的導(dǎo)體電鍍工件導(dǎo)電性上表面的設(shè)備，工件的導(dǎo)電性上表面包括頂部和空腔部分，并具有至少一種吸附于其上的添加劑，設(shè)備包括陽(yáng)極，用來(lái)應(yīng)用電源，從而在陽(yáng)極和工件的上表面之間產(chǎn)生電場(chǎng)，并允許發(fā)生上表面的電鍍，安裝在陽(yáng)極和工件之間靠近工件上表面的掩模，由于掩模和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它能夠?qū)е挛锢砬宄接陧敳康闹辽僖环N添加劑的第一部分，從而在一段時(shí)間內(nèi)降低吸附于頂部的添加劑的第一部分的數(shù)量，和電鍍于工件頂部的導(dǎo)體數(shù)量。
69.按照權(quán)利要求68所定義的設(shè)備，其中掩模與工件的上表面物理接觸。
70.按照權(quán)利要求68所定義的設(shè)備，其中掩模由絕緣體制成。
71.按照權(quán)利要求68所定義的設(shè)備，其中掩模包括開(kāi)口區(qū)域，在電源應(yīng)用過(guò)程中，電解液和電鍍電流可以通過(guò)此開(kāi)口區(qū)域到達(dá)與掩模開(kāi)口區(qū)域?qū)?yīng)的工件區(qū)域。
72.按照權(quán)利要求71所定義的設(shè)備，還包括一種DC電源，它在電鍍過(guò)程中提供DC電源。
73.按照權(quán)利要求72所定義的設(shè)備，其中在陽(yáng)極和工件區(qū)域間的可移動(dòng)掩模的開(kāi)口區(qū)域中形成具有第一電流密度的電流脈沖，第一電流密度大于存在于未被可移動(dòng)掩模覆蓋的工件另一區(qū)域的第二電流密度。
74.按照權(quán)利要求73所定義的設(shè)備，其中在一段時(shí)間內(nèi)，在陽(yáng)極和工件的不同區(qū)域間形成多個(gè)電流脈沖。
75.按照權(quán)利要求74所定義的設(shè)備，其中多個(gè)電流脈沖，加在一起，等于通過(guò)DC電源提供的DC電流。
76.按照權(quán)利要求71所定義的設(shè)備，其中掩模與工件的上表面物理接觸。
77.按照權(quán)利要求76所定義的設(shè)備，其中掩模包括一種絕緣體。
78.按照權(quán)利要求77所定義的設(shè)備，其中掩模包括一種研磨劑，它可以輔助減少吸附于頂部的添加劑的第一部分的數(shù)量。
79.按照權(quán)利要求68所定義的設(shè)備，其中掩模和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生線性運(yùn)動(dòng)。
80.按照權(quán)利要求68所定義的設(shè)備，其中掩模和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生往復(fù)線性運(yùn)動(dòng)。
81.按照權(quán)利要求68所定義的設(shè)備，其中掩模和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生軌道運(yùn)動(dòng)。
82.按照權(quán)利要求68所定義的設(shè)備，其中掩模和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生往復(fù)軌道運(yùn)動(dòng)。
83.按照權(quán)利要求68所定義的設(shè)備，其中掩模包括一種絕緣體。
84.按照權(quán)利要求83所定義的設(shè)備，其中掩模包括一種研磨劑，它可以輔助減少吸附于頂部的添加劑的第一部分的數(shù)量。
85.按照權(quán)利要求84所定義的設(shè)備，其中掩模包括開(kāi)口區(qū)域，在電源應(yīng)用過(guò)程中，電解液和電鍍電流可以通過(guò)此開(kāi)口區(qū)域到達(dá)與掩模開(kāi)口區(qū)域?qū)?yīng)的工件區(qū)域。
86.按照權(quán)利要求85所定義的設(shè)備，其中掩模與工件的上表面物理接觸。
87.按照權(quán)利要求86所定義的設(shè)備，其中掩模和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生線性運(yùn)動(dòng)。
88.按照權(quán)利要求86所定義的設(shè)備，其中掩模和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生往復(fù)線性運(yùn)動(dòng)。
89.按照權(quán)利要求86所定義的設(shè)備，其中掩模和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生軌道運(yùn)動(dòng)。
90.按照權(quán)利要求86所定義的設(shè)備，其中掩模和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生往復(fù)軌道運(yùn)動(dòng)。
91.按照權(quán)利要求86所定義的設(shè)備，其中掩模與工件的上表面物理接觸。
92.按照權(quán)利要求68所定義的設(shè)備，還包括一種脈沖電源，它在電鍍過(guò)程中提供脈沖電源。
93.按照權(quán)利要求68所定義的設(shè)備，還包括一種DC電源。
94.按照權(quán)利要求93所定義的設(shè)備，其中DC電源以電流受控模式操作，其中電鍍電流基本上保持不變。
95.按照權(quán)利要求93所定義的設(shè)備，其中DC電源以電壓受控模式操作，其中電鍍電壓基本上保持不變。
96.一種電鍍工件導(dǎo)電性上表面的方法，工件的導(dǎo)電性上表面包括頂部和空腔部分，此方法包括以下步驟應(yīng)用其中含有至少一種添加劑的電解液，以增強(qiáng)工件導(dǎo)電性上表面上的電鍍；初始電鍍工件的導(dǎo)電性上表面；在初始電鍍的步驟之后，對(duì)頂部應(yīng)用外部影響，以產(chǎn)生一種效應(yīng)，其中至少一種添加劑將增強(qiáng)空腔部分的電鍍超過(guò)增強(qiáng)頂部的電鍍；在保持應(yīng)用外部影響所獲得的效應(yīng)的同時(shí)，繼續(xù)電鍍工件的導(dǎo)電性上表面。
97.按照權(quán)利要求96所定義的方法，其中初始電鍍上表面的步驟導(dǎo)致某些小特征空腔部分被填充。
98.一種電鍍工件導(dǎo)電性上表面的方法，工件的導(dǎo)電性上表面包括頂部和空腔部分，此方法包括以下步驟在工件的導(dǎo)電性上表面，應(yīng)用其中含有至少一種添加劑的電解液，添加劑的第一部分吸附于頂部，添加劑的第二部分吸附于空腔部分上；應(yīng)用與工件頂部呈間隙關(guān)系的掩模，相對(duì)于工件移動(dòng)掩模，以通過(guò)間接外部影響從工件的頂部去除之前吸附于頂部上添加劑的第一部分中的一部分；在添加劑完全重吸附至頂部之前，且當(dāng)掩模與工件頂部至少保持間隙關(guān)系時(shí)，電鍍導(dǎo)電性工件上表面，從而導(dǎo)致空腔部分相對(duì)于頂部更多的電鍍。
99.按照權(quán)利要求98所定義的方法，其中應(yīng)用步驟采用與工件上表面相距0.75mm的掩模。
100.按照權(quán)利要求98所定義的方法，其中應(yīng)用步驟采用與工件上表面相距0.1至0.5mm的掩模。
101.按照權(quán)利要求98所定義的方法，其中至少一種添加劑包括加速劑。
102.按照權(quán)利要求101所定義的方法，其中在電鍍步驟，在空腔部分上比在頂部上吸附更多的添加劑。
103.按照權(quán)利要求102所定義的方法，其中電鍍步驟僅在被去除的添加劑完全重吸附之前發(fā)生。
104.按照權(quán)利要求102所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響，去除掩模，和電鍍的步驟被重復(fù)。
105.按照權(quán)利要求98所定義的方法，其中至少一種添加劑包括多種添加劑，包括抑止劑和加速劑。
106.按照權(quán)利要求105所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟去除加速劑的比例大于抑止劑的比例，因?yàn)橐种箘┍燃铀賱┚哂懈鼜?qiáng)的吸附特性。
107.按照權(quán)利要求106所定義的方法，其中電鍍步驟僅在被去除的加速劑完全重吸附至頂部之前發(fā)生。
108.按照權(quán)利要求107所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響，去除掩模，和電鍍的步驟被重復(fù)。
109.按照權(quán)利要求105所定義的方法，其中在應(yīng)用外部影響的步驟之后，抑止劑在工件頂部的重吸附快于加速劑。
110.按照權(quán)利要求109所定義的方法，其中電鍍步驟在抑止劑重吸附之后且在被去除的加速劑完全重吸附至頂部之前發(fā)生。
111.按照權(quán)利要求110所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響和電鍍的步驟被重復(fù)。
112.按照權(quán)利要求98所定義的方法，其中電鍍的步驟包括從工件的上表面移開(kāi)掩模。
113.按照權(quán)利要求98所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響的步驟導(dǎo)致之前已經(jīng)受到外部影響的頂部的區(qū)域與可移動(dòng)掩模的開(kāi)口區(qū)域?qū)?zhǔn)，以使在電鍍步驟中在工件區(qū)域和陽(yáng)極之間存在電鍍電流。
114.按照權(quán)利要求113所定義的方法，其中在電鍍步驟中，在陽(yáng)極和工件區(qū)域間的可移動(dòng)掩模的開(kāi)口區(qū)域中形成具有第一電流密度的電流脈沖，第一電流密度大于存在于被可移動(dòng)掩模覆蓋的工件另一區(qū)域的第二電流密度。
115.按照權(quán)利要求9 8所定義的方法，其中電鍍步驟鍍銅。
116.按照權(quán)利要求98所定義的方法，其中電鍍步驟鍍銅合金。
117.按照權(quán)利要求98所定義的方法，其中應(yīng)用外部影響至頂部的步驟導(dǎo)致頂部和空腔部分之間的表面電阻差別。
118.按照權(quán)利要求98所定義的方法，還包括添加另一添加劑至電解液的步驟，此步驟輔助減弱添加劑和工件表面間的結(jié)合。
119.一種利用電解液電鍍工件導(dǎo)電性上表面的設(shè)備，工件的導(dǎo)電性上表面包括頂部和空腔部分，具有至少一種吸附于其上的添加劑，設(shè)備包括陽(yáng)極，用來(lái)應(yīng)用電源，從而在陽(yáng)極和工件的上表面之間產(chǎn)生電場(chǎng)，并允許發(fā)生上表面的電鍍，一種與工件表面呈間隙關(guān)系裝置的掩模，隨著掩模和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生，同時(shí)掩模與吸附于頂部的至少一種添加劑的第一部分呈間隙關(guān)系，從而降低吸附于頂部的添加劑的第一部分的數(shù)量，和發(fā)生電鍍時(shí)電鍍于工件頂部的導(dǎo)體數(shù)量。
120.按照權(quán)利要求119所定義的一種設(shè)備，其中掩模由絕緣體制成。
121.按照權(quán)利要求119所定義的一種設(shè)備，其中掩模包括開(kāi)口區(qū)域，在電源應(yīng)用過(guò)程中，電解液和電鍍電流可以通過(guò)此開(kāi)口區(qū)域到達(dá)與掩模開(kāi)口區(qū)域?qū)?yīng)的工件區(qū)域。
122.按照權(quán)利要求121所定義的一種設(shè)備，其中掩模的形狀使其基本上不影響應(yīng)用于工件的電鍍電流。
123.按照權(quán)利要求122所定義的一種設(shè)備，其中掩模區(qū)域小于工件的5％。
全文摘要
本發(fā)明涉及在襯底表面上以非常理想的方式電鍍導(dǎo)電材料的方法和設(shè)備。本發(fā)明去除吸附于工件頂部的至少一種添加劑，多于去除放置在空腔部分上的至少一種添加劑，從而使得導(dǎo)電材料的電鍍?cè)谔砑觿┩耆匚街另敳恐鞍l(fā)生，并導(dǎo)致空腔部分相對(duì)于頂部電鍍更多。
文檔編號(hào)C25D5/08GK1559081SQ01815549
公開(kāi)日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2001年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月10日
發(fā)明者布蘭特·巴索, 布蘭特 巴索 申請(qǐng)人:納托爾公司