一种电镀装置和用于在衬底上电镀的方法与流程

背景技术：

1、在现代集成电路制造中电化学沉积工艺是完善的。在二十一世纪早期从铝到铜金属线互连的转变驱动对于日益复杂的电镀处理和电镀工具的需求。大多复杂工艺响应于在设备金属化层中更小的载流线的需要而演变。这些铜线以通常称为“镶嵌”的处理的方法(预钝化金属化)通过电镀金属到非常窄的、高深宽比的沟槽和通孔中形成。

2、电化学沉积现在用于复杂的封装和多芯片互连技术，所述复杂的封装和多芯片互连技术通常并通俗地称为晶片级封装(wlp)以及穿硅通孔(tsv)电气连接技术。部分由于通常较大的特征尺寸(相比于前端制程(feol)互连)和高深宽比，这些技术表现出它们自身的非常显著的挑战。

3、相比于镶嵌应用，这些技术涉及以显著更大的尺寸规模电镀。根据封装特征的类型和应用(例如，通过芯片连接tsv，互连再分配布线，或芯片到板或芯片焊接，例如倒装芯片柱)，在目前的技术中的电镀特征通常大于约2微米，并且典型地为5-300微米(例如，铜柱可以是约50微米)。对于诸如电源总线之类的一些芯片上结构，待镀特征可以大于300微米。wlp特征的深宽比通常为约1：1(高度比宽度)或更低，而tsv结构可具有非常高的深宽比(例如，在约20：1附近)。

技术实现思路

1、提供了在电镀期间控制电解液流体动力学的装置。一方面涉及一种电镀装置，其包含：电镀槽，其被配置成在将金属电镀至衬底上时容纳电解液与阳极，所述电镀槽具有流体容纳单元的室壁，所述流体容纳单元在电镀期间具有流体水平；衬底保持器，其被配置成保持所述衬底，使得所述衬底的电镀面在电镀期间与所述阳极分离；有通道的离子阻性板，其包含通过横流区域与所述衬底的所述电镀面分离的朝向衬底的表面；所述横流区域的横流入口，其用于接收在所述横流区域中流动的所述电解液；以及横流导管，其包含通道，所述通道用于使来自所述横流区域的所述电解液转向至通向所述电镀槽的所述流体容纳单元的出口，所述出口低于所述流体水平且所述横流区域介于所述横流入口与所述横流导管之间。

2、在多种实施方案中，所述横流区域至少部分地由下列项所限定：所述有通道的离子阻性板的上表面、当处于操作时所述衬底保持器中的所述衬底的下表面、以及插入件。

3、在多种实施方案中，所述横流导管被设置成接收流出所述横流区域的电解液并引导所述电解液向下流出而远离所述衬底的表面。

4、在多种实施方案中，所述装置还包含用于限制在所述横流导管中的所述电解液的流动的流动限制器。在一些实施方案中，所述流动限制器是插入在所述有通道的离子阻性板下方的板。在一些实施方案中，所述流动限制器是马达驱动的可变孔口板，所述可变孔口板能够使所述横流导管的开口尺寸变化。在一些实施方案中，所述流动限制器是释压阀，所述释压阀根据所述电解液的压力而密封所述电解液流以响应衬底是否存在于所述电镀槽中。

5、在多种实施方案中，所述横流导管为能够附接至所述电镀槽的可附接的转向设备。

6、在多种实施方案中，所述装置还包含所述有通道的离子阻性板下方的膜框架，其中所述横流导管还包含所述膜框架中的第二通道，所述第二通道用于使来自所述横流区域的所述电解液流至通向所述电镀槽的所述流体容纳单元的出口。

7、在多种实施方案中，所述装置还包含堰壁。所述装置还可以包含与所述衬底保持器相邻的插入件，所述插入件包含所述堰壁，其用于在电镀期间容纳所述电解液至高于所述插入件的流体水平以确保在所述衬底进入时所述衬底的完全湿润。在某些实施方案中，所述堰壁包含设置于所述插入件上方的基底。

8、在一些实施方案中，所述堰壁并非所述有通道的离子阻性板的一部分。

9、在一些实施方案中，在操作期间，所述横流导管避免所述电解液流过堰壁上方。

10、在多种实施方案中，所述横流导管被设置于所述有通道的离子阻性板邻近所述横流区域出口的一部分上。

11、在多种实施方案中，其中所述装置还包含膜框架，所述横流导管被额外地设置于所述膜框架的一部分上。

12、在多种实施方案中，所述横流导管被额外地设置于所述室壁的一部分上。

13、在多种实施方案中，所述横流导管系设置于可拆卸的构件中。

14、在一些实施方案中，所述装置还可以包含具有可执行指令的控制器，所述可执行指令用于通过下列操作而将材料电镀至所述衬底上：通过横流使所述电解液流从所述衬底的一侧跨越所述衬底的表面而达所述衬底的相对侧；当所述电解液流至所述衬底的所述相对侧时，使所述电解液流转向至低于所述流体水平以收集在所述流体容纳单元中；以及利用所述马达驱动的可变孔口板使所述横流导管的开口放宽及缩小以响应所述电解液的流率。

15、另一方面可以涉及一种在衬底上的电镀方法，所述方法包含：将衬底接收在衬底保持器中，其中所述衬底保持器被配置成支撑所述衬底，使得所述衬底的电镀面在电镀期间与阳极分离；将所述衬底浸没在电解液中，其中横流区域被形成在所述衬底的所述电镀面与有通道的离子阻性板的上表面之间；使与所述衬底保持器中的所述衬底接触的所述电解液从所述有通道的离子阻性板下方流动、通过所述横流区域而跨越所述有通道的离子阻性板、进入所述横流区域中、以及离开横流导管；利用流动限制器调节所述横流导管的开口；以及在使所述电解液流动以及调节所述横流导管的所述开口时，将材料电镀至所述衬底的所述电镀面上。

16、在多种实施方案中，所述横流区域至少部分地由下列项限定：所述有通道的离子阻性板的上表面、当在操作时所述衬底保持器中的所述衬底的下表面、以及插入件。

17、在多种实施方案中，所述横流导管被设置用于接收流出所述横流区域的所述电解液并引导所述电解液向下流出而远离所述衬底的表面。

18、在多种实施方案中，所述流动限制器限制在所述横流导管中的所述电解液的流动。在一些实施方案中，所述流动限制器为插在所述有通道的离子阻性板下方的板。在一些实施方案中，所述流动限制器为马达驱动的可变孔口板，所述可变孔口板能够改变所述横流导管的开口尺寸。在一些实施方案中，所述流动限制器为释压阀，所述释压阀根据所述电解液的压力而密封所述电解液流以响应衬底是否存在于所述电镀槽中。

19、在多种实施方案中，所述横流导管为能够附接至所述电镀槽的可附接的转向设备。

20、在多种实施方案中，所述方法还包含利用设置在所述有通道的离子阻性板下方的膜框架中的第二通道使来自所述横流区域的所述电解液流至通向所述电镀槽的所述流体容纳单元的出口。

21、在多种实施方案中，所述衬底在进入时被完全湿润。利用具有堰壁的电镀槽进行所述方法。所述电镀槽还可以包含与所述衬底保持器相邻的插入件，所述插入件包含所述堰壁，其被用于在电镀期间容纳所述电解液至高于所述插入件的流体水平以确保在所述衬底在进入时的完全湿润。在一些实施方案中，所述堰壁包含设置于所述插入件上方的基底。在一些实施方案中，所述堰壁并非所述有通道的离子阻性板的一部分。

22、在一些实施方案中，在操作期间，所述横流导管避免所述电解液流过堰壁上方。

23、在多种实施方案中，所述横流导管被设置在所述有通道的离子阻性板的邻近所述横流区域出口的一部分上。

24、在多种实施方案中，所述横流导管被额外地设置于所述室壁的一部分上。

25、在多种实施方案中，所述横流导管被设置在可拆卸的构件中。

26、这些和其它方面将在下面参照相关附图进一步描述。