[发明专利]电镀浴分析

说明书

本发明大体涉及金属电镀浴领域，以及更具体涉及金属电镀浴中有机添加剂的控制。

电镀是一种涉及电镀浴中多种组分的复杂工艺。重要的是，为了获得高质量的金属沉积，特定组分的浓度应当保持在容许偏差范围内。如果添加剂含量偏离该范围的程度过大，金属沉积质量变差，沉积可能外观黯淡和/或结构变脆或粉末化。其它可能的后果包括低均镀能力和/或平整度差的镀层重叠。为了获得过度填充，或者自下而上的填充，在具有小型特征件的电子器件例如用于集成电路制造的晶片镀铜过程中，镀铜浴中有机添加剂的浓度可以维持在特定限度。

在一些情形中，可以定期地进行单一镀浴组分的化学分析(例如针对酸含量的pH测量)并且按照要求加入组分。然而，其它组分例如有机添加剂不能如此简单地进行分析。有机添加剂例如光亮剂、抑制剂和整平剂的操作浓度低，而且它们的定量分析复杂且容易出错。

多种方法已用于控制金属电镀浴中的有机添加剂含量。一种方法是简单地基于实践获得的经验定期进行所需有机添加剂的常规添加。然而，随着时间变化或随镀浴使用，特定添加剂的消耗不总是恒定的。用于电镀浴控制的另一已知方法是电镀工件并且通过目视观察评价电镀质量，确定镀浴的性能是否能够令人满意。这是一个耗时的测试，充其量给出镀浴组分浓度的粗略估计。常规的铜电镀浴分析使用循环伏安溶出分析法(CVS)或循环脉冲伏安溶出分析法(CPVS)测定有机添加剂含量。CVS法需要相对长的时间，例如2-4小时，测完所有镀浴组分。相比CVS法，CPVS法更易于出错。美国专利低7,427,344号提出了一种基于使用恒定电势下电流衰减浸没在电镀溶液中的工作电极的双层电容测定金属电镀浴中的有机添加剂浓度的方法。该专利中的方法关注每次有机添加剂的吸附/脱附的时间依赖性，并且未证实将一种添加剂与另一种添加剂鉴别开的能力。该双层电容方法未被广泛接受。存在着对金属电镀浴中有机组分的相对快速分析的需求。

本发明提供了一种用于测定金属电镀浴中一种或多种有机组分浓度的方法，该方法包含以下步骤：a)提供一种具有可旋转工作电极、对电极、参比电极、恒电势仪和频率响应分析仪的设备，其中对电极与工作电极和参比电极可操作地连通；b)获得包含未知量的有机添加剂的金属电镀浴溶液；c)使工作电极、参比电极和对电极各自与金属电镀溶液接触，以及，在工作电极以第一旋转速率旋转的同时，通过施加正电势，清洁工作电极表面；d)通过在开路电势下以第二旋转速率旋转工作电极而平衡电镀溶液中的对流；e)向工作电极上施加电势，其位于相对于金属欠电势沉积峰偏向负值方向50-500mV的位置并且与1-100mV的交流电势波动重叠；f)测定在10kHz至1mHz频率范围区间的有机添加剂溶液的阻抗响应；g)根据阻抗响应选择频率；以及h)通过将选定频率处的阻抗响应与校正曲线比较，确定有机添加剂的浓度。

本发明还可提供了一种用于控制电镀浴中有机添加剂浓度的方法，该方法包括以下步骤：a)按照上述方法测定有机添加剂的量；以及b)将有机添加剂的量与预设值比较；当有机添加剂的浓度低于预设值时，激活控制工艺，将有机添加剂的浓度提高到预设值。

图1是根据本发明的用于加速剂和整平剂剂量的校正曲线。

如本发明中所用，下列缩略词具有下列含义：Hz＝赫兹；mHz＝毫赫兹；kHz＝千赫兹；V＝伏特；mV＝毫伏；mL＝毫升；L＝升；cm＝厘米；rpm＝转每分钟；sec.＝秒；以及min.＝分钟。所有数值范围是包括端值的并能够以任意顺序组合，除非这些数值范围明显应当满足总和为100％。形容词“一个”、“一种”和“该”表示单数和复数。