[发明专利]具有阴离子隔膜的惰性阳极电镀处理器和补充器

说明书

一种电镀系统包括具有容器的处理器，所述容器具有分别含有阴极电解液和阳极电解液的第一或上隔室和第二或下隔室，在所述隔室之间存在处理器阴离子隔膜。惰性阳极安置在所述第二隔室中。补充器经由阴极电解液返回线和供应线和阳极电解液返回线和供应线与所述容器连接，从而使阴极电解液和阳极电解液流通经过由补充器阴离子隔膜分离的所述补充器中的隔室。所述补充器通过移动来自块体金属源的离子将金属离子添加到所述阴极电解液中，并且将来自所述阳极电解液的阴离子移动穿过所述阴离子隔膜并且到所述阴极电解液中。所述阴极电解液和所述阳极电解液中的金属离子和阴离子的浓度保持平衡。

技术领域

本发明的领域是用于使用惰性电极和离子补充器进行电镀的装置和方法。

背景技术

制造半导体集成电路和其它微型装置通常需要在晶片或其它基板上形成多个金属层。通过结合其它步骤电镀金属层，产生形成微型装置的图案化金属层。

在电镀处理器中执行电镀，其中晶片的装置侧在容器中的液体电解液浴中，并且接触环上的电接触件接触晶片表面上的导电种晶层。使电流穿过电解液和导电层。电解液中的金属离子析出(plate out)到晶片上，从而在晶片上产生金属层。

电镀处理器通常具有自耗阳极，这对于浴稳定性和拥有成本是有益的。举例来说，在电镀铜时通常使用铜自耗阳极。离开电镀浴以在晶片上形成镀铜层的铜离子由离开阳极的铜离子补充，以此维持电镀浴中的铜离子浓度。与更换电解液浴相比，维持浴中的金属离子浓度是成本有效的方法。然而，使用自耗阳极需要相对复杂和成本高昂的设计以允许周期性地更换自耗阳极。如果通过腔室的顶部更换阳极，那么电场成形硬件被扰乱(disturb)，从而需要重新检验腔室的性能。如果从腔室的底部更换阳极，为了容易地移除腔室的下部区段并添加可靠的密封件，那么给腔室主体增加额外的复杂性。

当为了避免电解液降解或自耗阳极在闲置状态操作期间氧化以及出于其它原因，而将自耗阳极与隔膜(例如阳离子隔膜)组合时，甚至增加了更多的复杂性。阳离子隔膜允许一些金属离子通过，这降低补充系统的效率并且可能需要额外的隔室和电解液以补偿通过阳离子隔膜的金属离子的损失。

已经提议使用惰性阳极的电镀处理器作为使用自耗阳极的替代方案。惰性阳极处理器可以减少复杂性、成本和维护。然而，使用惰性阳极已经导致其它缺点，尤其涉及以与自耗阳极相比成本有效的方式维持金属离子浓度，和在惰性阳极处产生可能导致晶片上的缺陷的气体。因此，仍然存在提供惰性阳极电镀处理器的工程学挑战。

发明内容

在一个方面中，电镀处理器具有容器，所述容器含有第一或上部处理器隔室和第二或下部处理器隔室，在所述隔室之间存在处理器阴离子隔膜。在处理器阴离子隔膜上方的上隔室中提供阴极电解液(第一电解液液体)。在处理器阴离子隔膜下方且与处理器阴离子隔膜接触的下隔室中提供阳极电解液(不同于阴极电解液的第二电解液液体)。在与阳极电解液接触的第二隔室中安置至少一个惰性阳极。头部固持与阴极电解液接触的晶片。晶片与电源的阴极连接，并且惰性阳极与阳极连接。

补充器经由阴极电解液返回线和供应线以及阳极电解液返回线和供应线与容器连接，从而使阴极电解液和阳极电解液流通经过由阴离子隔膜分离的补充器中的第一和第二补充器隔室。补充器通过将离子从块体金属源(诸如铜丸)移动到第一补充器隔室中的阴极电解液中来向阴极电解液中添加金属离子。同时，阴离子(诸如在电镀铜情况下的硫酸盐离子)通过阴离子隔膜从第二补充器隔室中的阳极电解液移动到第一补充器隔室中的阴极电解液中。在处理器中的阴极电解液中的离子浓度和阳极电解液中的离子浓度保持平衡。

附图说明

图1是使用惰性阳极的电镀处理系统的示意图。

图2是在图1中所示的系统的操作期间发生的离子类传输的图。

图3是用于在图1中所示的系统中使用的替代补充器的示意图。

具体实施方式