[发明专利]利用场与特征对比的TSV浴评估

说明书

技术领域

本发明总体涉及集成电路。在一个方案中，本发明涉及用于确定特定的测试浴是否能够成功地填充衬底上的特征的方法和装置。

背景技术

镶嵌处理是在集成电路形成金属线的方法。因为它比其他方法需要更少的处理步骤，并提供了高收益，所以它经常被使用。通过经由内部布线提供垂直对准的电子器件的互连，贯穿硅通孔(TSV)有时会在与镶嵌处理一起使用，以创建三维(3D)封装和3D集成电路。这样的3D封装和3D集成电路可显著降低多芯片电子电路的复杂性和整体尺寸。在镶嵌处理过程中或在TSV中形成的集成电路的表面上的导电路径通常用铜填充。

TSV是完全通过硅晶片或管芯的垂直的电气连接。典型的TSV工艺包括形成TSV孔和沉积共形的扩散阻挡层和导电籽晶层，接着用金属填充TSV孔。铜通常用作在TSV填充中的导电金属，因为它支持复杂的集成(例如用于3D封装和3D集成电路)经历的高电流密度。铜还支持高的设备速度。此外，铜具有良好的导热性，并且可以以高纯度的状态获得。

TSV孔通常具有高深宽比，这使得铜无空洞沉积到这样的结构成为艰巨的任务。铜的化学气相沉积(CVD)需要复杂且昂贵的前体，而物理气相沉积(PVD)通常会导致空洞和有限的台阶覆盖。电镀是将铜沉积到TSV结构的一种较为普遍的方法；然而，因为TSV的大尺寸和深宽比，电镀也提出了一连串挑战。

在典型的TSV电填充工艺中，衬底带负电偏置并与电镀液接触，该电镀液通常包括作为离子源的硫酸铜或甲烷磺酸铜，和用于控制导电性的硫酸或甲磺酸，以及被称为抑制剂、促进剂和均匀剂的各种功能类的氯离子和有机添加剂。由于组分掺入电镀衬底，随着时间的推移退化等，所以这些电镀浴的组分的浓度经过处理过程通常发生改变。因此，为了达到持续令人满意的填充的效果，有必要随着时间的推移监控该浴的组分。在这种方式中，当电镀液添加剂的浓度被发现是太低了时，例如，可以采取适当的步骤，以增加在该浴中添加剂的浓度。

用于监控电镀浴广泛使用的常规方法通常利用扫描伏安库仑法、电化学滴定、光谱方法(例如，可见光、红外线和紫外线分析溶液)，和各种形式的高效液相色谱法(HPLC)，以独立地试图评估各种接近目标操作浓度的浓度的已知的浴组分(如，金属、酸、和各种添加剂)的浓度。例如，在伏安电量分析法中，铂旋转盘状电极(RDE)被用作工作电极。信号是通过积分循环伏安(Cyclic voltammogram)的阳极溶出波传递过程中通过的电荷产生的。通常情况下，进行一系列类似的实验，其中改变在溶液中的目标物质浓度。该溶液通常对其它(非目标)浴物质的浓度基本上不敏感。

作为一个例子，较快促进的表面将表现出镀铜较快，并且在剥离过程中系统将通过更多的电荷。因此，具有过量浓度的抑制剂和相对较高浓度的促进剂的溶液将趋向于比具有相对较少促进剂的溶液显示更多的沉积和剥离电荷。因此，这种类型的溶液通过比较所述溶液的电化学反应与具有已知含量的促进剂的一系列溶液中所观察到的反应，可用于测量在溶液中的促进剂浓度。促进剂和抑制剂的浓度使用标准加入方法确定，在该标准加入方法中相对于标准溶液对电镀浴促进或抑制电镀的能力进行评估。也可以使用其他方法，但它们也并不指出在其当前状态下在该浴中的组合的物质的电位(有已知/确认和未确认的物质两者存在)。这些常规方法对于在浴中的促进剂或抑制剂的总量能够提供合理的准确测定值(但在某些情况下，分解产物可能干扰，导致假信号)。然而，尽管传统的方法通常是相当准确的，但它们没有精确到足以能够检测浴化学成分中的小扰动(例如，含量非常低的电镀浴的分解产物的形成)，并且它们并不指出存在未确认的，潜在的工艺中毒或其它有害物质。虽然这些成分的扰动相对较小，但也可能导致TSV填充工艺中的故障。

例如，少量的促进剂的分解可以生产具有不完全填充的产品。此外，在长的时间间隔内负责保持抑制的某些成分的损失会导致不完全的填充。加入微量的均匀剂成分同样可以导致不完全的TSV填充。另外，各种未确认物质的存在可导致填充失败。在浓度变化/含量通过常规方法是不可检测时，所有这些问题可能发生。换句话说，TSV填充工艺对浴组分中的变化比常规的组合物的监测方法更为敏感。因此，传统的测量方法无法准确地预测特定镀浴是否会产生可接受的自下而上的填充效果，以及是否可能导致生产不合标准的器件或是否可能导致甚至有价值的衬底的完全损失。