CN103035544A - 半导体处理中金属沉积的方法及系统 - Google Patents

半导体处理中金属沉积的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于半导体处理中金属沉积的方法及系统，该系统包含：镀覆用具，其具有各自含有一种个别电解质溶液的一个或多个镀覆槽；一个或多个补给区段，各自流体地连接至一个或多个镀覆槽的个别的其中一个；一个或多个排液区段，各自流体地连接至一个或多个镀覆槽的个别的其中一个；以及控制系统，适用于操作该一个或多个补给区段及/或该一个或多个排液区段以维持电解质溶液的至少一个条件。

Description

半导体处理中金属沉积的方法及系统
技术领域
本发明关于一种用于半导体处理中金属沉积的设备和方法。本发明的实施例可关于形成焊料凸块及/或形成下凸块镀金属结构，用以提供接触区使适当形成的封装件或承载基板与带有集成电路的晶粒直接附着。
背景技术
在制造集成电路时，通常需要将芯片封装，以及需要提供连接芯片电路与周边的引线及接点。在某些封装技术中，芯片、芯片封装件或其它适用的单元可借由焊料球或任何其它导电性材料而连接，该导电性材料是由形成在至少一个单元(例如微电子芯片的介电钝化层)的对应层(在此称为接触层)上，所谓的焊料凸块所形成。为了连接微电子芯片与对应的承载体，而将待连接的两个个别单元的表面（亦即，微电子芯片包含例如多个集成电路及对应的封装件）于其上形成适当的垫排列以电性连接该两个单元，在回焊后将凸块提供于至少一个单元上，例如于微电子芯片上。在其它技术中，凸块可形成为与对应的导线连接，或可使凸块与作用为散热器的另一基板的对应的垫区域接触。结果，可能必须形成布满整个芯片区域的大量凸块，因而提供例如通常包括复杂电路（诸如微处理器、储存电路及类似者）及/或包括形成完整的复杂电路系统的多个集成电路的现代微电子芯片所需要的输入/输出性能。
为了在对应的垫上提供数百或数千个机械地固定良好的凸块，由于可能会仅因一个凸块的失败而使整个装置无法使用，因此该凸块的附着处理需要精心设计。基于此原因，通常会将一个或多个精心选择的层放置于凸块与底基板或包括垫排列的晶圆之间。除了此重要的角色外，此等界面层(在此也称为下凸块镀金属)可扮演赋予凸块充分机械附着至底垫及周围的钝化材料，该下凸块镀金属必须进一步符合关于扩散特性及电流导电性的要求。就上述的议题而论，下凸块镀金属必须提供适当的扩散阻障以避免焊接材料或凸块材料（经常是银(Ag)及锡(Sn)的混合物）侵害芯片的底镀金属层且因此损坏或不良地影响其功能性。此外，凸块材料(诸如银)至其它敏感装置区域(诸如介电层)的位移也可能显著地劣化该装置的性能而必须受到下凸块镀金属有效地抑制。关于电流导电性，该下凸块镀金属（作用为介于凸块与该芯片的底镀金属层间的内部连接）必须呈现出不会不当地增加镀金属垫/凸块系统的整体电阻的厚度及特定的电阻。另外，在电镀该凸块材料时，该下凸块镀金属可作为电流分布层。
电镀是目前用于焊接材料的较佳沉积技术，由于也使用于此领域的焊料凸块材料的物理气相沉积需要复杂的屏蔽技术，以避免当其与热金属气相接触时，屏蔽的热膨胀所造成的任何对位失准。此外，极度难以在完成沉积工艺后移除金属屏蔽而不伤害该等焊料垫，特别是当处理大型晶圆或介于相邻焊料垫之间的间距缩小时。虽然屏蔽也使用于电镀沉积方法，但此技术与该蒸镀法的差别在于使用光微影建立屏蔽，因而避免由物理气相沉积技术造成的上述问题。
然而，当借由电镀形成焊料凸块时，必须连续及高度均匀的电流分布层附着在大部分是绝缘的基板，除了形成具有该凸块的垫的区域以外。因此，关于均匀电流分布，该下凸块镀金属也必须符合严格的设定限制，是因在镀覆处理时的任何不均匀性可能影响在将凸块回焊后凸块的最终组构，就论及所获得的焊料球而言，例如高度不均匀性，可能在后续转变成最终获得的电性连接及其机械完整性的微变（fluctuation）。由于该凸块的高度是由电镀工艺期间局部的沉积速率所决定，所以其本身为高度复杂的工艺，因镀覆用具或任何其组件的不平整而产生的任何处理的不均匀性，也可能于最终组装期间直接造成对应的不均匀性。此外，由于凸块的形成是在基板基础执行的其中一个最终步骤，所以该镀覆处理的任何变动或甚至因用具故障而起的基板的损失对增加制造成本及减少产率影响甚钜。
图1更详细地描绘用以形成接触层以及将其与复杂微电子芯片直接与承载基板附着时典型常用的流程100。
在步骤110，下凸块镀金属层114可形成于形成在基板111上的钝化层113上，其中该钝化层113包含开口以曝露接触垫112。典型地，该下凸块镀金属层114是由多个个别的层所构成，诸如钛层、钛钨层及类似者，用以提供需要的附着特性，之后借由阻障层，诸如铬、铬/铜层、镍层或镍钒层，提供扩散阻挡效果，之后，例如借由最终的铜层可作为电流分布层。由此，通常会选择该下凸块镀金属114中个别的层的厚度使压力/厚度产品、整个层堆栈的扩散性质及机械完整性最佳化。下凸块镀金属层114的个别的层典型地根据使用的材料的类型，借由溅镀沉积或化学气相沉积而形成。
接着，在步骤120，执行微影工艺，由此于下凸块镀金属层114上形成光阻屏蔽121，其中该光阻屏蔽121具有形成于其中的开口以界定形成于其中的焊料凸块的尺寸及形状。在步骤130，焊料凸块131例如借由电镀以光阻屏蔽121形成，其中，至少下凸块镀金属层114的最上层是如前所述作为有效的电流分布层。之后，在步骤140，将光阻屏蔽121以已知的湿式化学剥除法或干蚀刻技术移除。接着，在步骤150，借由湿式化学或电化学蚀刻技术将下凸块镀金属层114图案化，由于材料的多样化其需要高度复杂的蚀刻化学，该等材料本身单独需要复杂的蚀刻程序。此外，由于工艺步骤及蚀刻化学的复杂性，需要许多洗净步骤用以移除任何在单独蚀刻程序期间所制造的副产物。
接着，在步骤160，执行最终洗净步骤以从焊料凸块131移除来自先前步骤150的杂质及副产物，从而备妥以便后续在步骤170的回焊工艺，由此形成圆形的焊料球171。在回焊期间，该焊接材料，特别是任何其中含有锡者，可能会与下凸块镀金属层114的最上层的分层中所含的铜者形成金属间的相(intermetallic phase)，因而产生可靠的镀金属界面。
在步骤180，测试该焊料球171的电子及/或机械性功能。最终，在步骤190，可组装以基板111为代表的该装置，亦即，可附着至对应的基板，其具有形成于其上的个别的接触垫，在将焊料球171回焊时，使接触垫与焊料球171接触。
焊料凸块的镀覆沉积的工艺是揭露于美国专利公开案2006/0172444A1。
电镀主要是借由施加电压时的电流流动用于使材料层沉积于基板上。每单位时间材料沉积的量（所谓的沉积速率）与电流的量直接相关。常用的电镀电池包含：含有水性溶液及电极(亦即阴极及阳极)的槽。通常，该阴极是借由材料沉积于基板而形成。该槽中所含的水性溶液一般是由包含欲沉积的金属材料的金属离子的电解质溶液所构成。该电解质溶液是由将欲沉积的金属材料的金属盐溶解而制备。当溶解该金属盐时，其解离成带正电金属离子(所谓阳离子)，以及带负电非金属离子(所谓阴离子)。于是，如下所述当施加电压至该电极时，该电解质溶液允许电力的流通。
电镀沉积仅能在相符的沉积电流流通时执行。此为当施加于该等电极的电压超过或等于特定压降的事实。此压降是根据许多因素，诸如作为电极材料所使用的材料的种类、电解质溶液中金属离子的浓度、欲沉积的金属的标准还原/氧化电位、电解质溶液的温度、pH值及类似者。本文中，该标准还原/氧化电位是表示化学物种欲获得/失去电子的倾向，因而被参考化学物种(通常是氢，其标准还原/氧化电位指定为等于零)还原/氧化。一旦施加充分高的电压，于电极间建立电场造成离子移动，以及产生由阳极至阴极的电流。此电流将阳极材料氧化使阳极溶解。由于该电场，电解质溶液中的金属离子移动至阴极，并且接着在电解质溶液与阴极间的界面还原。金属离子的还原意指金属离子获得电子且该金属沉积于阴极。
显然地，电极间流通的电流的量是相关于每单位时间沉积于阴极的材料的量，且因而相关于沉积速率。明显地，该阳极必须偶尔更新，以维持电解质溶液中金属离子充分的量，并由此保持金属的还原及沉积于阴极。因此，在更换阳极期间，该电镀电池的运作只好中断，而电镀电池无法运作。根据其它技术，使用非消耗性阳极，诸如铅阳极或类似者，可避免该阳极的溶解，但将金属离子由电解质溶液中拉出，因而减少金属离子的浓度。
借由参照图2，简短描述常用的镀覆设备。图2示意性表示用于例如形成焊料凸块的镀覆设备200。
如图2所示，提供的镀覆槽220含有：包含锡(Sn)离子及银(Ag)离子的电解质溶液。该电解质溶液是如上所述使溶解于电解质溶液中个别的金属盐解离而制备。该SnAg镀覆工艺严格地依存于镀覆浴中金属离子的浓度。特别是当使用非消耗性阳极时，在镀覆工艺期间，随着材料沉积于该垫(比如用以形成凸块)，而耗尽金属离子的浓度，并且将金属离子从电解质溶液中拉出。为了维持稳定的镀覆效能，必须从补给系统定期补给耗尽的浴液成分，诸如锡及银，该补给系统包含补给泵浦240及贮槽260，各自用于电镀期间耗尽的电解质溶液的任何单一成分。该补给泵浦240从贮槽260经由导管244运送欲补给的成分至镀覆槽220。
该镀覆槽220还包含传感器222是用以侦测电解质溶液中金属离子的浓度及用以经由控制线路284输出信号至控制系统280。一般而言，该控制系统280组构成接收由传感器222所提供的信号并经由控制线路288传送控制信号至补给泵浦240，以控制补给泵浦240的操作。表示于图2的镀覆设备200可为以半自动或全自动、时间控制及/或分析为基础。
若借由成分补给系统将电解质溶液的单一成分补给于浴液中，镀覆槽中电解质溶液的总体积增加，因而改变电解质溶液中电极(亦即阴极)的浸入深度。浸入深度的改变可能导致不均匀的沉积。材料可能沉积于阴极上材料不应该沉积的部位，诸如阴极连结端或类似者，而损害电性连接、浪费材料且因而增加整体的制造成本。
此外，电解质溶液中金属离子的浓度未维持固定：该金属离子的浓度于镀覆工艺期间减少以及于补给工艺期间增加。当绘制浓度相对于时间的浓度-时间曲线时，路径是较类似锯齿而不是水平的直线。此原因是起因于电解质溶液的总体积的改变，电解质溶液中金属离子的浓度无可避免地也会改变。因为金属离子的浓度接着与从阳极流动至阴极的电流的量相关，所以该沉积速率也被影响。因此，无法做到可靠控制的沉积以及必然无法可靠地保持浓度的所欲水准及所欲的沉积速率。当借由电镀形成焊料凸块，在镀覆处理期间变换沉积速率，由于引入不均匀性而无可避免地影响凸块的组构。如上述所解释，在回焊后，此不均匀性造成变化形状、大小及/或高度的焊料球，因而导致缺陷的装置及/或性能劣化的装置。
所以，如上述在典型常用的工艺中，必须牵涉到电解质溶液中金属离子的浓度及/或依据金属离子的当时浓度及电解质溶液的体积的电流流动的复杂的调控，而由此可靠地提供经控制的沉积处理。此外，当补给溶液的量超出镀覆槽的最高水位时，必须中断电镀且镀覆槽的内容物必须再次更新。在此中断期间，无法执行电镀且拖延制造时间。
有鉴于上述情况，对于可避免或至少减少上述问题的影响的增进设备存有需求。
发明内容
于以下表示本发明简单的摘要，以提供本发明某些方面的基本了解。此摘要并非本发明详尽的总览。并非用以定义本发明的关键或重要组件或局限本发明的意旨。其唯一目的是以简化的形式表示某些概念，作为稍后会更详尽描述的前言。
大致而言，本发明是关于一种用于半导体处理中金属沉积的系统及方法，提供一种在半导体装置中的改善且可靠的金属沉积。为了此目的，而维持电解质溶液的条件，从而执行均质且均匀的沉积，因而显著地增进工艺的控制及制造率并减少材料的浪费。
根据本发明一例示的实施例，用于半导体处理中金属沉积的系统，包含：镀覆用具、一个或多个补给区段、一个或多个排液区段及控制系统。该镀覆用具具有一个或多个镀覆槽，其中各镀覆槽含有一种个别的电解质溶液。该一个或多个补给区段是各自流体地连接至一个或多个镀覆槽。该一个或多个排液区段是各自流体地连接至该一个或多个镀覆槽的个别的其中一个。此外，该控制系统组构成操作该一个或多个补给区段及该一个或多个排液区段的至少其中一个，以维持该电解质溶液的条件。
根据本发明其它例示的实施例，一种用于半导体处理中金属沉积的方法，包含：借由多个补给区段补给镀覆用具中的一个或多个镀覆槽，该一个或多个镀覆槽各自含有电解质溶液；以及借由一个或多个排液区段，控制电解质溶液从上述一个或多个镀覆槽中排出，使得该一个或多个镀覆槽所补给的溶液的量是从该一个或多个镀覆槽排出。
附图说明
可参考上述叙述并配合随附图式而了解本揭示内容，其中相同的组件符号代表相同的组件，且其中：
图1示意性表示依照典型常用技术形成接触层的工艺流程图；
图2表示常用的镀覆设备的示意图；
图3示意性表示根据本发明例示的实施例的一种用于在基板上形成凸块的镀覆系统；以及
图4示意性表示根据本发明其它例示的实施例的一种用于在基板上形成凸块的镀覆系统。
虽然本揭露的主题可有各种修饰与变化形式，但附图已经说明特定的实施例，并且详细叙述这些实施例。然而，应理解特定实施例的描述并不是用来将本发明限制为特定形式，而是涵盖权利要求书定义本发明的精神与范围内所有的修饰、均等物与变化。
主要组件符号说明
100                      流程
110、120、130、140、150、160、170、180、190  步骤
111                      基板
112                      接触垫
113                      保护层
114                      下凸块镀金属层
121                      光阻屏蔽
131                      焊料凸块
171                      焊料球
200                      镀覆设备
220、320、420            镀覆槽
222、380、480            传感器
240、340、440            补给泵浦
244、344、376、444       导管
260、360、374、460、474  贮槽
280、390、490            控制系统
284、288、394、398、494、498  控制线路
300、400                 系统
350、450                 补给区段
370、470                 排液区段
372                      排液泵浦
381                      耦合线路
472                      溢流道或泄口
476                      最低水位
478                      闸门
481                      线路。
具体实施方式
于以下描述各种本发明的例示的实施例。为了清楚表达，本说明书并未描述实际上实施时所有的特点。于发展任何此类实际的实施例时，理应知晓必须做诸多针对实作的决策，以达到开发者具体的目标，诸如与系统相关的及商业相关的限制的妥协，其随着实作而变化。此外，也知晓此等开发的努力可能是复杂且耗时，但仍依惯例保证本领域技术人员受惠于此等揭露。
本发明标的物将参照随附的图式而描述。各种结构、系统及装置为仅用以说明而示意性地描绘于图中不致于因本领域技术人员已知的细节而模糊本说明书所揭露者。然而，该所附的图式包含于本说明书揭露的描述及解释的例示用实施例。应理解并诠释本文使用的名词及用语所具有的意思符合本领域技术人员对此等名词及用语的理解。名称或用语无特别的定义，亦即，与本领域技术人员所理解的通常的及习惯的意思不同的定义，意指本文中名称或用语的固定用法。就某些范围而言，该名称或用语欲具有特别的意思，亦即，与本领域技术人员所理解者不同的意思，此等特别的定义会特意地于本说明书中提出，以定义的方式直接并明确地提供针对该名称或用语的特别的定义。
本发明大致基于根据镀覆槽中电解质溶液的条件以控制镀覆槽的补给及排出的概念。此等控制容许用以维持电解质溶液至少一条件。借由维持该电解质溶液的至少一个条件，例如焊接材料的均质的沉积于半导体基板的垫上，用于处理微芯片以达到高精度，如此可避免不想要的误差，例如在经沉积的焊接材料的高度、恶化的电性或机械性的连接。
电解质溶液的条件可包含：该电解质溶液的总体积、镀覆槽中电解质溶液的填充水位、相关于电解质溶液中至少一个电极的浸入深度的电解质溶液的参数、溶解于电解质溶液中至少一种成分的浓度、电解质溶液的温度、电解质溶液中所含的至少一种物质的量、流过至少一个电极的电流、电解质溶液的电阻、该电解质溶液的导电性、pH值及类似者之中至少一个。
根据本发明例示的实施例，适当的监控电解质溶液的至少一个条件，及控制对应电-沉积期间所沉积的成分的补给，及根据电解质溶液中所监控的至少一个条件而将电解质溶液排出，由此可完成补给及排出，其中将所补给的电解质溶液的超额量并行地或接连地排出至镀覆槽外，以补给至所补给的电解质溶液的超额量，或反之亦然。于是，当补给超额体积的某些量至电解质溶液时，或当从电解质溶液排出该超额体积的量时，该总体积可保持在实质上固定的水准。可决定以超额体积所补给的成分的量，用以调整及/或保持电解质溶液中至少一种成分的浓度的所欲水准，及/或维持电解质溶液的温度在固定的水准，及/或调整及/或保持流过至少一个电极的电流在所欲的水准，及/或调整及/或保持电解质溶液的pH值。
根据本发明另外的例示实施例，适当的监控镀覆槽中电解质溶液的至少一个条件，及可根据电解质溶液的至少一个条件，以控制电解质溶液中至少一种或多种的成分的补给，可完成从镀覆槽补给及排出电解质溶液的量。在此，所补给的电解质溶液的超额量并行地或接连地排出至镀覆槽外，以补给至所补给的电解质溶液的超额量，或反之亦然。根据此例示的实施例，电解质溶液的总体积及/或温度，及/或电解质溶液的至少一种成分的浓度，及/或流过至少一个电极的电流，及/或电解质溶液的温度及/或电解质溶液的pH值，借由补给超额体积的某些量至电解质溶液而保持在实质上固定的水准。与超额体积相同的量可从电解质溶液排出而电解质溶液的总体积可保持在固定的水准。以超额体积所补给的成分的量可进一步决定以调整及/或保持电解质溶液中至少一种成分的浓度的所欲水准，及/或将电解质溶液的温度维持在固定的水准，及/或调整及/或保持流过至少一个电极的电流在所欲的水准，及/或调整及/或保持电解质溶液的pH值。
当制备盐的溶液时，依据外来条件，诸如压力、解离离子的浓度、温度及类似者，以解离抑或解离离子的再结合为佳。当改变外来条件时，可获得较佳方向的改变以及，举例而言，溶解的盐的离子可能较佳地再结合，使得解离的盐可能沉淀。于是，当盐自溶液沉淀时，离子的浓度减少。因此，当想要调整溶解于溶液中的离子的量时，有助于控制电解质溶液的温度，及/或控制溶液中离子的浓度。
电解质溶液的成分可还包含：无机添加物、有机添加物、一种或多种金属种类的金属离子及调平剂（leveling agent）之中的至少其中一个。本文中，该有机添加物及/或该无机添加物可添加用以影响沉积材料的形状、分布、粗糙度及均匀性之中的至少一个。
参照随附的图式，将更详细描述本发明另外例示的实施例。
图3示意性表示一种用于半导体处理中金属沉积的系统300，其提供镀覆槽320。在此，基板(诸如半导体晶粒、芯片或类似者)可借由电镀而得到金属凸块。该镀覆槽320含有电解质溶液。该电解质溶液可容易地提供或可借由溶解个别的金属盐而制备，是解离成带正电金属离子以及带负电阴离子。该金属离子是对应于将被电镀至基板上的金属。当执行SnAg-镀覆时，该金属盐可包含Sn及Ag之中的至少一个。
于图3中，表示补给区段350包含补给泵浦340及提供含有金属离子的溶液的贮槽360。该补给泵浦360经由导管344连接至该镀覆槽320及该贮槽360，且其组构成从贮槽360运送溶液至镀覆槽320。该贮槽360所含的溶液可包含补给至镀覆槽320中电解质溶液的金属种类的金属离子。根据具体例示的实施例，金属种类可为锡及银之中至少一个。然而，应理解金属种类不限定于锡及银，而可以是欲借由电镀沉积于基板上的任一种金属。
表示于图3的系统300也不限定于包含单一补给区段350而可以包含相应地连接至该镀覆槽320的两个、三个或任何数目的补给区段。补给区段的数目可依据欲沉积的金属的不同种类的数目。一个或多个补给区段可包含一个补给泵浦，或于每一补给区段有一个补给泵浦。
如图3示意性表示的系统300还包含排液区段370。该排液区段370包含排液泵浦372及贮槽374，经由导管376流体地连接至该镀覆槽320。该排液泵浦372可将电解质溶液从镀覆槽320经由该导管376运送至贮槽374。
该系统300并不限于仅包含一个排液区段370，而可包含两个、三个或任何数目的排液区段，其可相应地连接至该镀覆槽320。该一个或多个排液区段可包含一个排液泵浦，或于每一排液区段各一个排液泵浦。
图3进一步表示控制系统390经由控制线路394耦合至该排液区段370（亦即，耦合至排液泵浦372），以及经由控制线路398耦合至补给区段350（亦即，耦合至补给泵浦340）。应该了解的是，控制线路394及398未必是有形的线路，而可代表概括的耦接，可借由传送任何种类适当的可侦测信号(诸如电磁辐射或类似者)而建立。应进一步了解的是，在实施例中具有：数个排液区段、个别的排液泵浦、及数个补给区段、个别的补给泵浦之中至少一个，各区段、个别的每一泵浦，可单独地或区段取向(section wise)地耦合至该控制系统390，或耦合至多个控制系统，其每一个耦合至个别的排液泵浦及/或补给泵浦。
该系统300可还包含一个或多个传感器380，经由耦合线路381耦合至该控制系统390。应该了解的是，该耦合线路381未必是有形的线路，而可代表概括的耦接，可借由传送任何种类适当的可侦测信号(诸如电磁辐射或类似者)而建立。可组构一个或多个传感器380用以侦测：电解质溶液的至少一种成分的浓度、任何用以决定电解质溶液的体积的适当参数、镀覆槽320中电解质溶液的填充水位、流过至少一个电极的电流、电解质溶液的温度、该镀覆槽320中电解质溶液的导电性、镀覆槽320中电解质溶液的电阻、pH值及类似者之中的至少一个。
根据本发明的一个例示实施例而显示于图3中的系统300的操作简短地于以下描述。一旦镀覆槽320中电解质溶液的一个或多个条件改变，达到或超过预定的界限，则一个或多个传感器380可提供一个或多个电信号至控制系统390。该控制系统390可激活该补给区段350的补给泵浦340以及该排液区段370的排液泵浦372。该补给泵浦340的激活及该排液泵浦372的激活可同时地、并行地或接连地实行。该补给泵浦340可补给含有对应欲沉积的金属的金属离子的溶液至该镀覆槽320。该排液泵浦372可借由控制系统390控制，以将电解质溶液的体积从镀覆槽320泵送至贮槽374，相等于在补给期间由补给泵浦340所提供的体积。
根据本发明例示的实施例实行补给泵浦340及该排液泵浦372同时的泵送，该控制系统390可提供同时的信号至该补给泵浦340及该排液泵浦372同时地开启及停止该泵浦。应该了解的是，若该系统300包含数个补给泵浦及数个排液泵浦之中至少一个，该泵浦可借由经对应的控制线路单独地供应至每一泵浦、供应至个别的泵浦对或供应至个别的泵浦群的同时的信号而控制，如上所述。应该了解的是，同时的泵送可连续地或依据预定的时间表或根据电解质溶液的一个或多个的条件而执行。应进一步了解的是，同时的泵送可于该补给区段350及于该排液区段370以相等流动速度而执行。控制可靠着借由一个或多个传感器380输出至控制系统390的信号而实行。该借由一个或多个传感器所输出的信号可包含一个或多个信号，是有关于：镀覆槽320中电解质溶液的至少一种成分的浓度、镀覆槽320中电解质溶液的体积、镀覆槽320中电解质溶液的填充水位、镀覆槽320中电解质溶液的导电性、镀覆槽320中电解质溶液的电阻、流过至少一个电极的电流的量、镀覆槽320中的温度、pH值及类似者之中的至少一个。
根据本发明其它例示的实施例实行补给泵浦340及该排液泵浦372的同时的泵送，当实行补给泵浦340的开启操作时，该控制系统390可提供信号至该补给区段350控制该补给泵浦340，以实行该补给泵浦340的开启的或停止的操作以及可接着提供信号至该排液区段370控制该排液泵浦372，以实行排液泵浦372的开启操作，或是当实行补给泵浦340的停止操作时，则实行排液泵浦372的停止操作。应该了解的是，当实行排液泵浦372的开启操作时，该控制系统390可或者提供信号至该排液区段370控制该排液泵浦372，以实行排液泵浦372的开启或停止的操作，接着提供信号至该补给区段350控制该补给泵浦340以实行补给泵浦340的开启操作，或是当实行排液泵浦372的停止操作时，则实行补给泵浦340的停止操作。此控制可根据预定的时间表或依据电解质溶液的至少一个条件或依据输出至该控制系统390的信号，借由一个或多个传感器380而实行。该借由一个或多个传感器380输出的信号可包含一个或多个的信号，是相关于：镀覆槽320中电解质溶液的至少一种成分的浓度、镀覆槽320中电解质溶液的体积、镀覆槽320中电解质溶液的填充水位、该镀覆槽320中电解质溶液的导电性、镀覆槽320中电解质溶液的电阻、流过至少一个电极的电流的量、镀覆槽320中的温度、pH值及类似者之中的至少一个。在提供实行开启的或停止的操作的控制信号至第二泵浦之前，先提供实行开启的或停止的操作的控制信号至第一泵浦，介于两者之间的时间延迟可能在数毫秒的等级、数秒的等级或数十秒的等级。应该了解的是，若该系统300包含数个补给泵浦及数个排液泵浦之中的至少一个，该泵浦可经由控制线路，将同时的信号单独地供应至每一泵浦、供应至个别的泵浦对或供应至个别的泵浦群而控制，如上所述。
根据本发明另外的例示实施例实行该补给泵浦340及该排液泵浦372的接连的泵送，该控制系统390可提供信号至该补给区段350控制该补给泵浦340，以实行该补给泵浦340的开启的及停止的操作，从而将某体积的溶液从贮槽360补给至镀覆槽320。接着，该控制系统390可提供信号至该排液区段370控制该排液泵浦372，以实行排液泵浦372的开启的及停止的操作，以接着将相同体积的电解质溶液从镀覆槽320移除，由此保持在排出后电解质溶液的总体积相等于在执行补给之前镀覆槽中电解质溶液的总体积。应该了解的是，该控制系统390可或者提供信号至该排液区段370控制该排液泵浦372，以实行排液泵浦372的开启的及停止的操作，将某体积的溶液从镀覆槽320移除，而将其供应至贮槽374。接着，该控制系统390可提供信号至该补给区段350控制该补给泵浦340，以实行补给泵浦340的开启的及停止的操作，以接着将相同体积的溶液从贮槽360供应至该镀覆槽320，以保持在补给后电解质溶液的总体积相等于在补给之前镀覆槽中电解质溶液的总体积。此控制可依据该电解质溶液的至少一个条件或借由一个或多个传感器380输出至该控制系统390的信号或在预定的时间表而实行。该借由一个或多个传感器380输出的信号可包含一个或多个信号，是相关于：镀覆槽320中该电解质溶液的至少一种成分的浓度、镀覆槽320中电解质溶液的体积、镀覆槽320中电解质溶液的填充水位、镀覆槽320中电解质溶液的导电性、镀覆槽320中电解质溶液的电阻、流过至少一个电极的电流的量、镀覆槽320中的温度、pH值及类似者之中的至少一个。在提供实行开启的及停止的操作的控制信号至第二泵浦之前，先提供实行开启的及停止的操作的控制信号至第一泵浦，介于两者之间的时间延迟可能在数毫秒的等级或在数秒的等级或在数十秒的等级或在数分钟的等级。应该了解的是若该系统300包含数个补给泵浦及数个排液泵浦中的至少一个，该泵浦可经由控制线路将接连的信号单独地供应至每一泵浦、供应至个别的泵浦对或供应至个别的泵浦群而控制，如上所述。
根据本发明另外的例示实施例，该补给泵浦340的控制或该排液泵浦372的控制可借由该控制系统390只要当该电解质溶液的至少一条件达到或通过最大或最小允许界限值而实行，该等界限值是针对于：该电解质溶液的至少一种成分的浓度、流过至少一个电极的电流、该电解质溶液的电阻、该电解质溶液的导电性、镀覆槽320中的温度、pH值及类似者。该一个或多个传感器380可提供一个或多个相应的信号至该控制系统390。该控制系统390可提供输入信号至该补给区段350以及至该排液区段370实行个别的泵浦的开启的及停止的操作，如上所述。
应该了解的是，如参照图3所描述的系统可包含超过一个的贮槽360。贮槽的数目可根据电解质溶液的成分的数目而定。每一成分可由个别的贮槽提供。贮槽可还包含一个或多个提供用于补给的溶液的容器。
根据执行该补给泵浦340及该泵浦372的接连的操作的例示的实施例，如上所述，可使用一个或多个补给泵浦流体地连接至一个或多个的贮槽。在根据执行如上所述该补给泵浦340及该排液泵浦372的同时的操作的例示实施例中，可提供一个或多个补给泵浦流体地连接至一个或多个贮槽及一个或多个排液泵浦，使得补给至该镀覆槽320的该溶液的量经由一个或多个排液泵浦而移除。
应该了解的是，该排液区段370的贮槽374可包含一个或多个容器为流体地耦合，使得一旦容器填满，则可填充其它容器。因此，当容器被排出的电解质溶液填充时，该制造不需要被中断。应该了解的是，一个排液泵浦可流体地连接至一个或多个容器，或每一排液泵浦是流体地连接至一个容器。
解释关于图4的本发明其它例示的实施例。图4是图标用于半导体处理中金属沉积的系统400。该系统400包含：镀覆槽420、补给区段450、排液区段470及控制系统490。该补给区段450提供补给泵浦440及贮槽460，该贮槽460经由导管444流体地连接至该镀覆槽420。该控制系统490经由控制线路498耦合至该补给泵浦。应该了解的是，该控制线路498未必是有形的线路而可代表概括的耦合，可借由传送任何种类适当的可侦测信号(诸如电磁辐射或类似者)而建立。如上针对图3所示的补给区段350所述者，该补给区段450可表现一个或多个技术特征及特性
于图4中，组件符号470代表排液区段470，提供溢流道或泄口472流体地连接至贮槽474。该贮槽474可根据如上针对图3所述的该贮槽374而形成。可形成该溢流道或泄口472，一旦该电解质溶液的体积超过由图4中组件符号476所标示的预定的体积，则可从该镀覆槽420排出任何量的电解质溶液。该溢流道或泄口472可包含一个或多个接附至该镀覆槽420的管道。值得注意的是该排出可由于地心引力而实行。
该排液系统470还包含闸门478，经由控制线路494而耦合至该控制系统490。该控制线路494可依据如针对图3所述的该控制线路394而形成。该控制系统490可控制该闸门478，使该闸门可依照收到由该控制系统490所输出的个别的信号而被打开或被关闭。
应该了解的是，该溢流道或泄口472并不限定于上述所列举的实例。其可连接至该镀覆槽420在任何高度，以及举例而言，可形成作为位在低于镀覆槽420中电解质溶液的填充水位的出水口。
该系统400可还包含一个或多个经由线路481耦合至该控制系统的传感器480。该一个或多个传感器480可形成如同上述参考图3所述者。
将会描述根据一个例示的实施例的该系统400的操作。在镀覆之前，将电解质溶液填充进镀覆槽420使电解质溶液至少达到该溢流道或泄口472而任何额外量的电解质溶液将会造成溢流。于是，电解质溶液的最低水位由图4中的476所表示。
该控制系统490可经由该控制线路498传送控制信号至该补给泵浦440，以实行补给泵浦440的开启的或停止的操作，以便将金属离子补给至该镀覆槽420如同针对上述图3所述者。该控制系统490可组构成借由传送控制信号至该补给泵浦440以及至闸门478，以同时地、并行地或接连地操作该补给泵浦440及该闸门478。该排液区段470及该闸门478的操作可依据如同上述的排液区段370的操作而执行。
当补给溶液至镀覆槽420中的电解质溶液时，电解质溶液经由溢流道或泄口472流进该贮槽474，直到该控制系统490传送控制信号至该闸门478以关闭该闸门478为止。应该了解的是，连接该镀覆槽420与该贮槽460的该导管444可接附至该镀覆槽420在镀覆槽420的较低的部位或在镀覆槽420的任何其它适当的部位，以提供溶液与镀覆槽420中的电解质溶液充分的混合以及充分排出电解质溶液。
该控制系统490可控制该补给泵浦440及该闸门478，以便于连续地或于预定的时间间隔操作。该控制系统490可额外地或者耦合至该一个或多个经由线路481输出信号至该控制系统490的传感器480。该补给泵浦440及该闸门478借由该控制系统490的控制可依据输出至该控制系统490的信号而实行。可能的传感器及传感器信号如参考图3所述者。
应该了解的是，该上述的例示实施例可进一步允许电解质溶液的重整（reconditioning），借由排液区段从镀覆槽移除及供应至相应的贮槽。适当的重整系统可连接至该排液区段，用以重新处理借由该排液区段移除的电解质溶液，以及供应重新处理过的溶液直接回到该镀覆槽或供应重新处理过的溶液至补给区段的贮槽。举例而言，收集在排出系统的贮槽中的电解质溶液可在重新处理后被重新使用，以重新填充至镀覆槽或补给区段的贮槽，而非更换镀覆槽中全部的浴液。因此，介于更换镀覆槽中的全部电解质溶液的时间间隔可尽量地延长或甚至能避免，因而允许镀覆系统的连续操作。
本领域技术人员应了解记载于有关关于电镀的例示实施例中的补给区段并非限定于电镀系统。补给区段也可使用于无电镀沉积的系统。在无电镀沉积中，所使用的溶液包含还原剂及欲沉积的金属材料的金属离子。补给区段若使用于无电镀沉积可复提供活化剂的补给，以活化还原剂。考虑到上述，应该了解的是记载于本发明有关的例示实施例的补给区段也可相应地使用于无电镀沉积。
本领域技术人员应了解，记载于有关关于电镀的例示实施例中的排液区段并非限定于电镀系统。排液区段也可使用于无电镀沉积系统。考虑到上述，应该了解的是记载于本发明有关的例示实施例的排液区段也可相应地使用于无电镀沉积。
本领域技术人员应了解记载于关于图4的例示的实施例并非限定于包含具有补给泵浦的补给区段。也可能依据表示于图4的排液区段470而更改补给区段，使得补给区段的贮槽位在镀覆上方。借由相应的补给区段的闸门、贮槽可流体地连接至镀覆槽，当闸门打开时，以贮槽所含的溶液补给该镀覆槽。
本领域技术人员应了解到记载于关于例示的实施例或于例示实施例的群中的技术特征及特性可不限定于该例示的实施例或该等例示实施例的群所记载者，也可以其它例示的实施例呈现。
所以，本发明提供一种提供显著地提升处理可靠度的系统及方法，借由补给电解质溶液至镀覆槽，同时于重新填充电镀槽的浴液中电解质溶液的单一成分的期间排出超出的电解质溶液。在特定的实施例中，超出的溶液可从镀覆槽排出至容器，同时以电解质溶液的单一成分补给镀覆槽，因此实质上保持镀覆槽中电解质溶液的水位。于特定的实施例中，超出的溶液可从镀覆槽中移除，同时地、并行地或接连地补给电解质溶液的单一成分，因而维持镀覆槽中电解质溶液的水位在操作水位，也维持电解质溶液的至少一个条件。于特定的实施例中，当需要全部更换浴液时，排进容器的电解质溶液的量应至少与镀覆设备的操作期间镀覆槽所补给的电解质溶液相同的量，藉以重新以新的电解质溶液填充镀覆槽。因此，建立于处理期间的工艺控制可操作用以在处理期间将该槽重新填充，从而显著地减少由于事先未安排的维护时间所引起的镀覆工艺的中断。
上述所揭示特定的实施例仅为例示的，因为任何本领域技术人员受惠于本文所教示者而言，本发明显然可经修改及以不同但等效的方式实施。举例而言，上述提出的工艺步骤可以不同顺序执行。此外，下述权利要求描述者除外，不应对本文表示的架构或设计的细节有所限制。因而相当明白的是上述揭露的特定实施例可被替换或被修改及所有此等变动视为在本发明的意旨及精神的范围。于是，本文所请求的保护如下述权利要求书所提出者。

Claims (17)

1.一种用于半导体处理中金属沉积的系统，该系统包含:
镀覆用具，具有各自用以容纳一种个别的电解质溶液的一个或多个镀覆槽；
一个或多个补给区段，各自流体地连接至该一个或多个镀覆槽的个别的一个；
一个或多个排液区段，各自流体地连接至该一个或多个镀覆槽的个别的一个；以及
控制系统，适于操作该一个或多个补给区段及该一个或多个排液区段的至少其中一个，以维持该个别电解质溶液的至少一个条件。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该个别电解质溶液的该至少一个条件包含：该电解质溶液的总体积、镀覆槽中该电解质溶液的填充水位、关于该电解质溶液中至少一个电极的浸入深度的该电解质溶液的参数、溶解于该电解质溶液中至少一种成分的浓度、该电解质溶液的温度、该电解质溶液中所含的至少一种物质的量、流过至少一个电极的电流、该电解质溶液的电阻、该电解质溶液的导电性、pH值及类似者的至少其中一个。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各排液区段及各补给区段的至少其中一个包含泵浦。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，各排液区段及各补给区段的至少其中一个还包含流体地连接至该泵浦的容器。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，各补给区段及各排液区段的至少其中一个包含闸门及贮槽，其中，各闸门组构成流体地连接各贮槽至该一个或多个镀覆槽。
6.根据权利要求1所述的系统，还包含一个或多个连接至该一个或多个镀覆槽的传感器。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该控制系统组构成于分离的步骤中接连地操作该一个或多个补给区段及该一个或多个排液区段的至少其中一个。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该控制系统组构成同时地操作该一个或多个补给区段及该一个或多个排液区段的至少其中一个。
9.一种用于半导体装置上沉积金属的方法，其包含：
借由多个补给区段补给镀覆用具的一个或多个镀覆槽，其中，各镀覆槽含有一种个别的电解质溶液；以及
借由一个或多个排液区段控制该电解质溶液从该一个或多个镀覆槽中的排出，使得该一个或多个镀覆槽所补给的溶液的量从该一个或多个镀覆槽排出，其中，该控制是根据该电解质溶液的至少一个条件而执行。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，当该电解质溶液耗尽时，该电解质溶液补给至该一个或多个镀覆槽。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该一个或多个镀覆槽所补给的溶液的该量是借由一个或多个泵浦完成。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该一个或多个镀覆槽所补给的溶液的该量是排出至一个或多个容器内。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法还包含借由一个或多个传感器监控该一个或多个镀覆槽中的该电解质溶液的该至少一个条件。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该个别电解质溶液的该至少一个条件包含：该电解质溶液的总体积、镀覆槽中该电解质溶液的填充水位、关于该电解质溶液中至少一个电极的浸入深度的该电解质溶液的参数、溶解于该电解质溶液中至少一种成分的浓度、该电解质溶液的温度、该电解质溶液所含的至少一种物质的量、流过至少一个电极的电流、该电解质溶液的电阻、该电解质溶液的导电性、pH值及类似者的至少其中一个。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，执行控制该排出，使得该一个或多个镀覆槽中的该电解质溶液的填充水位维持定量。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该溶液从该一个或多个镀覆槽排出是借由同时地及接连地的至少其中一个以该电解质溶液补给该一个或多个镀覆槽而执行。
17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法还包含调整该排出至该一个或多个容器的该电解质溶液，用以再次填充该一个或多个镀覆槽。
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