CN103114319A - 用于半导体硅片上深孔均匀金属互连的方法与装置 - Google Patents

Abstract

揭示了一种用于以电解液金属化硅片的设备。该设备包括：一个浸入式腔体，盛放金属盐电解液；至少一个电极与至少一个电源相连接；一个导电的硅片固持装置固持至少一片硅片，将其可导电的一面面向至少一个电极，并且经固持装置导电；一个振动驱动装置，以一定振幅与频率，沿轴向振动硅片固持装置；至少一个超声装置放置于金属化设备中，其工作频率与声强强度可控；至少一个超声能量发生器，与超声装置相连；至少一个金属盐电解液供给进口；至少一个金属盐电解液排放出口。本发明同时涉及一种用于半导体硅片上深孔均匀金属互连的方法与装置。

Description

用于半导体硅片上深孔均匀金属互连的方法与装置

技术领域

本发明一般而言涉及一种电解液中在半导体硅片上进行金属互连的方法与装置。更确切地说，是将一种超声波或兆声波装置应用于一种金属互连装置，从而实现在电解液中超均匀沉积金属薄膜，膜沉积速率与传统方法相比有显著提高。

背景技术

在超大规模集成电路制造中，采用在超薄的大抗阻籽晶层上电化学沉积一层金属膜层来形成电导线路，该沉积通常是在电解液环境中进行。这种沉积工艺可填充通孔结构，沟槽结构或两种结构的混合结构。当这些结构被填充时，铜连续地沉积并在半导体晶片表面上形成一层膜。最终形成的铜膜均匀度至关重要，因为后续用来去除多余铜的工艺步骤(通常是平坦化步骤CMP)要求铜膜有很高的均匀度，从而使最终产出的器件与器件之间获得相同的电性能。

目前，通过电解液进行金属互连也被应用于填充TSV(Through SiliconVia硅通孔技术)，从而在3-D的晶圆和晶圆之间制作垂直导通。在TSV应用中，孔口直径为数个微米或更大，孔深为数百微米，TSV尺寸要比采用典型的双大马士革工艺的尺寸大几个数量级。在如此高的纵宽比，且深度接近于硅片自身厚度的孔中，采用TSV技术形成金属互连成为一个难题。用于典型双大马士革工艺的金属互连系统的沉积速率较低，通常只有数千埃每分钟，无法满足TSV制造的效率。

为实现深孔中无孔隙，并且由底部至上的填孔，在电解液中加入多种有机添加剂来控制局部沉积速率。在沉积过程中，这些有机添加剂组分常常分解为副产物，对金属互连工艺产生不良影响。分解的产物聚集在电镀液中并且降低了填充的性能。如果这些产物作为杂质结合到电镀膜中，它们会成为孔穴的形核核心，使得器件的可靠性失效。因此，在沉积工艺中，需要提高深孔附近的化学交换速率，加快新鲜活性成分的补充和分解后副产物的移除。

此外，由于深孔具有高纵宽比，电解液从孔口流过，在孔内产生涡流。对流难以在电解液流体与涡流内进行，新鲜的化合物与分解后副产物在电解液主流体与孔隙底部的传输主要以扩散方式进行。对于诸如TSV的深孔，则具有更长的扩散路径，进一步限制了化合物交换。并且，在TSV的长路径中缓慢的扩散过程阻碍了沉积速率的提高，而生产制造常常需要采用高沉积速率来降低成本。

在由质量传递控制的电化学方法中，最大沉积速率与极限电流密度相关，在一定电解液浓度条件下，极限电流密度与扩散二重层厚度成反比。扩散二重层厚度越低，极限电流密度越高，沉积速率就可能越高。目前已揭示许多用于加强液体搅动从而降低扩散二得层厚度的方法。

US专利7,445,697和WIPO专利WO/2005/042804揭示了一种加强液体搅动的方法，在硅片表面所需位置，振动一系列称为剪切板的桨板。它的权利要求阐述了通过该方法可将扩散二重层厚度降至10微米。

另一种加强液体搅动的方法采用超声波搅拌，该方法已被诸多专利所揭示，如美国专利US 6,398,937和US 5,965,043。它常被应用于许多电化学金属互连工艺，包括印刷电路板(PCB)与晶圆制造。由于超声搅拌下进行铜金属互连对TSV的应用有很大作用，目前已被特别关注。(“超声搅拌对SOI三维集成中盲孔镀铜的作用”，Chen，Q等，MicroelectronicEngineering，Vol 87(3)，Pages 527-531，2010)

虽然超声波搅拌可在反应表面附近形成声流层，并且产生局部气穴内破裂，从而能更进一步降低扩散二重层厚度，但它并不能均匀对反应表面附近流体产生作用。根据声波传播的性质，它与其反射波的联合作用造成反应表面不同的位置具有不同的能量分配。局部沉积速率不仅是超声频率的方程，也直接与在该超声频率产生的能量有关。这种驻波现象致使反应表面具有不同沉积速率。一但高于气穴发生阈值能量，气泡内破裂随机发生，数量不定，使整个工艺难以控制。

现已有诸多研究将超声技术应用于电化学工艺，从而促进物质传输。文献“Transport Limited Currents Close to an Ultrasonic Horn EquivalentFlow Velocity Determination”，B.G.Poilet et.al.in Journal of TheElectrochemical Society，Vol.154(10)，pp.E131-E138，2007建立了极限电流与超声源的工作参数相互关系。反应表面接收的声强(能量)对超声源与反应表面间距敏感。因此，极限电流大小随着该间距而变化。对沉积速度的均匀性而言，这成为一个更大的挑战，如美国专利US 2008/0271995和US 2007/0170066中所述。在实际硅片金属互连工艺中，硅片旋转表面与超声源表面不能完全平行，这很大程度上是由于平面安装与旋转轴垂直对准的机械误差引起，也可能由硅片自身曲翘引起。因此，在金属互连工艺中，沉积膜的硅片内均匀度难以控制。

对于需要快速金属互连和高化学交换速率的工艺，诸如TSV填孔，采用超声金属互连十分有利。超声金属互连与其它方法，如高速旋转硅片或在硅片表面振动桨板等方法相比，大大减小了扩散二重层厚度，因此可保证高沉积速率。同时，由声流与气泡破裂所产生的局部搅拌可在深孔内引起传质作用，而非扩散，从而在提高该区域的物质交换率。

但是，采用此方法需寻找一种可控制沉积均匀度的方案，以运用于上述工艺中。

发明内容

本发明涉及将至少一个超声装置应用于金属互连设备，以达到在电解液中高均匀度金属膜沉积，膜层生长速率大大高于传统金属互连。本发明中，半导体硅片由动力控制，所以金属互连设备中的半导体硅片每转一圈，其位置都可由程序设定或增或减。此方法保证了硅片每个局部区域在一定工艺时间间隔中，所接受到的总声能相同，从而保证了沉积膜快速生长的同时，其沉积厚度均匀。

由于气泡在硅片附近破裂产生的气穴效应，使硅片表面电解液扩散层破坏，并由声流形成了另一层很薄的边界层，由此可得到高速的沉积速率。声流的高流速可加强新鲜化学药液与通孔、沟槽内反应副产物的对流作用，从而提高化合物交换率。同时，它更有效地防止分解副产物嵌入沉积膜层中，也增强了填孔性能。

本发明的一个示范性实施例为在电化学沉积工艺中周期性移动电镀硅片。它保证了硅片在某段累积时间内接受到的声能强度相同，以提高沉积均匀度。

本发明的一个示范性实施例，揭示了一种用电解液金属互连硅片的设备。该设备包括：一个盛放金属盐电解液的浸入式腔体；至少一个电极，与至少一个电源相连接；一个硅片固持装置，固持至少一块硅片，使硅片可导电的一面面向至少一个电极且经固持装置导电；一个振动的驱动装置，以一定的振幅和频率振动硅片固持装置；至少一个频率和强度可控的超声装置，安装于金属互连设备中；至少一个超声能量激发器与超声装置相连；至少一个金属盐电解液供应进口；至少一个金属盐电解液排放出口。

本发明的一个示范性实施例，揭示了一种用电解液金属互连硅片的方法。该方法包括：将金属盐电解液流入浸入式腔体；移动至少一片硅片到固持装置上，使固持装置与硅片表面导电层电性连通；对硅片加载第一个偏压；将硅片与电解液相接触；对电极加载电流；将超声作用于硅片，并振动硅片固持装置；停止超声作用，同时停止振动硅片固持装置；对硅片加载第二个偏压；将硅片取出金属盐电解液。

附图说明

图1a-1c显示用电解液金属互连硅片设备的一个示例。

图2a-2b显示用电解液金属互连硅片设备的另一示例，以及该设备中电解液分布板。

图3显示用电解液金属互连硅片设备的另一示例。

图4a-4b显示用电解液金属互连硅片设备的另一示例，以及该设备中阳极系统。

图5显示用电解液金属互连硅片设备的另一示例。

图6显示用电解液金属互连硅片设备的另一示例。

图7a-7c显示用电解液金属互连硅片设备的另一示例。

图8显示用电解液金属互连硅片设备的另一示例。

图9显示用电解液金属互连硅片设备的另一示例。

图10显示用电解液金属互连硅片设备的另一示例。

图11显示在金属互连工艺中控制硅片移动的方法。

具体实施方式

根据本发明的示范性实施例，超声装置可被用于专利US 6,391,166和WO/2009/055992中描述的发明中。

图1a-1c显示了基于本发明的用电解液金属互连硅片设备的一个示范性实施例。该设备带有一个超声装置1002。该设备通常包括一个浸入式腔体1016，盛放至少一种金属盐电解液，至少一个电极1000，与一个独立电源1050相连接；一个导电的硅片固持装置1006，固持至少一块硅片1004，使硅片可导电的一面面向电极1000且经固持装置导电。金属盐电解液从腔体底部流向顶部。腔体中至少安置一个进口与一个出口，用以电解液循环。一个振动的驱动装置1010，以0.25至25mm的振幅和0.01至0.5Hz的频率振动硅片固持装置1006，使其在工艺过程中带动硅片1004沿垂直于设备底平面方向，周期性上下移动。独立的电源1050与至少一个电极1000相连接，可按程序设定的波形，以电压控制模式或电流控制模式工作，并可按时间需求在这两种模式之间切换。加载电流可以是DC模式或双脉冲模式，脉冲周期为5ms至2s。超声装置1002固定在金属互连设备侧壁上，产生频率为10KHz至5MHz，强度为0.1至3W/cm2的超声波。US 6,391,166与WO/2009/055992中描述的电解液金属互连设备示例可应用超声装置。

图2a显示了基于本发明用电解液金属互连硅片设备的另一个示范性实施例。该设备带有一个超声装置1002。该设备通常包括一个浸入式腔体1016，盛放至少一种金属盐电解液，至少一个电极1000，与一个独立电源1050相连接；一个导电的硅片固持装置1006，固持至少一块硅片1004，使硅片可导电的一面面向电极1000且经固持装置导电。金属盐电解液从腔体底部流向顶部。腔体中至少安置一个进口与一个出口，用以电解液循环。一个振动的驱动装置1010，以0.25至25mm的振幅和0.01至0.5Hz的频率振动硅片固持装置1006，使其在工艺过程中带动硅片1004沿垂直于设备底平面方向，周期性上下移动。在金属互连设备的阳极和硅片之间放置一块隔板1020，使硅片1004表面的电场分布均匀。图2b显示一个隔板1020的示例。独立的电源1050与至少一个电极1000相连接，可按程序设定的波形，以电压控制模式或电流控制模式工作，并可按时间需求在这两种模式之间切换。加载电流可以是DC模式或双脉冲模式，脉冲周期为5ms至2s。超声装置1002固定在金属互连设备侧壁上，产生频率为10KHz至5MHz，强度为0.1至3W/cm2的超声波。

图3显示了基于本发明的用电解液金属互连硅片设备的另一个示范性实施例。该设备带有两个超声装置1002与1003。该设备通常包括一个浸入式腔体1016，盛放至少一种金属盐电解液，至少一个电极1000，与一个独立电源1050相连接；一个导电的硅片固持装置1006，固持至少一块硅片1004，使硅片可导电的一面面向电极1000且经固持装置导电。金属盐电解液从腔体底部流向顶部。腔体中至少安置一个进口与一个出口，用以电解液循环。一个振动的驱动装置1010，以0.25至25mm的振幅和0.01至0.5Hz的频率振动硅片固持装置1006，使其在工艺过程中带动硅片1004沿垂直于设备底平面方向，周期性上下移动。在金属互连设备的阳极和硅片之间放置一块隔板1020，使硅片1004表面的电场分布均匀。独立的电源1050与至少一个电极1000相连接，可按程序设定的波形，以电压控制模式或电流控制模式工作，并可按时间需求在这两种模式之间切换。加载电流可以是DC模式或双脉冲模式，脉冲周期为5ms至2s。超声装置1002与1003固定在金属互连设备的侧壁上，分处于隔板1020两侧，产生频率为10KHz至5MHz，强度为0.1至3W/cm2的超声波。

图4a显示了基于本发明的用电解液金属互连硅片设备的另一个示范性实施例。该设备带有一个超声装置1002。该设备通常包括一个浸入式腔体1016，盛放至少一种金属盐电解液，多个电极1000A，1000B，1000C和1000D，分别与独立电源1050，1052，1054，1056相连接；一个导电的硅片固持装置1006，固持至少一块硅片1004，使硅片可导电的一面面向电极1000A，1000B，1000C和1000D，且经固持装置导电。图4b显示了多电极1000A，1000B，1000C和1000D的一个示例。金属盐电解液从腔体底部流向顶部。腔体中设置至少一个进口与至少一个出口，用以电解液循环。一个振动的驱动装置1010，以0.25至25mm的振幅和0.01至0.5Hz的频率振动硅片固持装置1006，使其在工艺过程中带动硅片1006沿垂直于设备底平面方向，周期性上下移动。在金属互连设备的阳极和硅片之间放置一块隔板1020，使硅片1004表面的电场分布均匀。独立电源1050，1052，1054，1056与多电极1000A，1000B，1000C和1000D相连接，可按程序设定的波形，以电压控制模式或电流控制模式工作，并可按时间需求在这两种模式之间切换。加载电流可以是DC模式或双脉冲模式，脉冲周期为5ms至2s。超声装置1002固定在金属互连设备侧壁上，产生频率为10KHz至5MHz，强度为0.1至3W/cm2的超声波。

图5显示了基于本发明一示范性实施例的用电解液金属互连硅片设备的另一个示例。该设备带有两个超声装置1002与1003。该用电解液金属互连硅片设备通常包括一个浸入式腔体1016，腔体由薄膜1032划分为一个阳极腔和一个阴极腔，盛放金属盐阳极电解液与阴极电解液。至少一个电极1000，与至少一个电源1050相连接；一个导电的硅片固持装置1006，固持至少一块硅片1004，使硅片可导电的一面面向至少一个电极1000且经固持装置导电。金属盐电解液从腔体底部流向顶部。阳极腔内设有一个进口与一个出口，配合阳极电解液循环装置1024，循环阳极电解液。阴极腔内设有另一进口与出口，配合阴极电解液循环装置1026，循环阴极电解液。一个振动的驱动装置1010，以0.25至25mm的振幅和0.01至0.5Hz的频率振动硅片固持装置1006，使其在工艺过程中带动硅片1006沿垂直于设备底平面方向，周期性上下移动。在金属互连设备的阳极和硅片之间放置一块隔板1020，使硅片1004表面的电场分布均匀。独立的电源1050与至少一个电极1000相连接，可按程序设定的波形，以电压控制模式或电流控制模式工作，并可按时间需求在这两种模式之间切换。加载电流可以是DC模式或双脉冲模式，脉冲周期为5ms至2s。超声装置1002与1003固定在金属互连设备的侧壁上，分处于隔板1020两侧，产生频率为10KHz至5MHz，强度为0.1至3W/cm2的超声波。

图6显示了基于本发明一示范性实施例的用电解液金属互连硅片设备的另一个示例。该设备带有一个超声装置1002。该用电解液金属互连硅片设备通常包括一个盛放金属盐电解液的浸入式腔体1016，多电极1000A，1000B，1000C和1000D，分别与独立电源1050，1052，1054，1056相连接；一个导电的硅片固持装置1006，固持至少一块硅片1004，使硅片可导电的一面面向电极1000A，1000B，1000C和1000D，且经固持装置导电。图6b显示了多电极1000A，1000B，1000C和1000D的一个示例。金属盐电解液从腔体底部流向顶部。腔体中至少安置一个进口与一个出口，用以电解液循环。硅片固持装置与多电极系统都连接在一个振动驱动装置1010上，振动驱动装置1010带动硅片固持装置1006与多电极系统以0.25至25mm的振幅和0.01至0.5Hz的频率振动，使他们在工艺过程中带动硅片1004沿垂直于设备底平面方向，周期性上下移动。独立电源1050，1052，1054，1056与多电极1000A，1000B，1000C和1000D相连接，可按程序设定的波形，以电压控制模式或电流控制模式工作，并可按时间需求在这两种模式之间切换。加载电流可以是DC模式或双脉冲模式，脉冲周期为5ms至2s。超声装置1002固定在金属互连设备侧壁上，产生频率为10KHz至5MHz，强度为0.1至3W/cm2的超声波。

图7a-7c显示了基于本发明的用电解液金属互连硅片设备的另一个示范性实施例。该设备带有一个超声装置1002，安置在设备的侧壁上。在工艺过程中，硅片固持装置1006固持硅片1004沿垂直于设备侧壁平面的方向移动。

图8显示了基于本发明的用电解液金属互连硅片设备的另一个示范性实施例。该设备带有一个超声装置1002，安置在设备的阳极端，并由O形圈1022与阳极隔离。在工艺过程中，硅片固持装置1006固持硅片1004沿垂直于设备侧壁平面的方向移动。该设备通常包括一个浸入式腔体1016，盛放至少一种金属盐电解液，至少一个电极1000，与一个独立电源1050相连接；一个导电的硅片固持装置1006，固持至少一块硅片1004，使硅片可导电的一面面向电极1000且经固持装置导电。金属盐电解液从腔体底部流向顶部。腔体中至少安置一个进口与一个出口，用以电解液循环。一个振动的驱动装置1010，以0.25至25mm的振幅和0.01至0.5Hz的频率振动硅片固持装置1006，使其在工艺过程中带动硅片1004沿垂直于设备底平面方向，周期性上下移动。独立的电源1050与至少一个电极1000相连接，可按程序设定的波形，以电压控制模式或电流控制模式工作，并可按时间需求在这两种模式之间切换。加载电流可以是DC模式或双脉冲模式，脉冲周期为5ms至2s。超声装置1002产生频率为10KHz至5MHz，强度为0.1至3W/cm2的超声波。

图9显示了基于本发明的用电解液金属互连硅片设备的另一个示示范性实施例。该设备带有一个超声装置1002，安置在设备的阳极端，并由O形圈1022与阳极隔离。在工艺过程中，硅片固持装置1006固持硅片1004沿垂直于设备侧壁平面的方向移动。该设备通常包括一个浸入式腔体1016，盛放至少一种金属盐电解液，至少一个电极1000，与一个独立电源1050相连接；一个导电的硅片固持装置1006，固持至少一块硅片1004，使硅片可导电的一面面向电极1000且经固持装置导电；一个旋转装置1026，使硅片1004在工艺过程中旋转。金属盐电解液从腔体底部流向顶部。腔体中至少安置一个进口与一个出口，用以电解液循环。一个振动的驱动装置1010，以0.25至25mm的振幅和0.01至0.5Hz的频率振动硅片固持装置1006，使其在工艺过程中带动硅片1004沿垂直于阳极平面方向，周期性上下移动。独立的电源1050与至少一个电极1000相连接，可按程序设定的波形，以电压控制模式或电流控制模式工作，并可按时间需求在这两种模式之间切换。加载电流可以是DC模式或双脉冲模式，脉冲周期为5ms至2s。超声装置1002产生频率为10KHz至5MHz，强度为0.1至3W/cm2的超声波。

图10显示了基于本发明的用电解液金属互连硅片设备的另一个示范性实施例。该设备带有两个超声装置1002与1003。该设备通常包括一个浸入式腔体1016，盛放至少一种金属盐电解液，两个电极1000，与一个独立电源1050相连接；一个导电的硅片固持装置1006，同时固持两块硅片1004，使硅片可导电的一面分别面向两个电极1000且经固持装置导电。金属盐电解液从腔体底部流向顶部。腔体中至少安置一个进口与一个出口，用以电解液循环。一个振动的驱动装置1010与硅片固持装置1006相连接，以0.25至25mm的振幅和0.01至0.5Hz的频率振动硅片固持装置1006，使其在工艺过程中带动硅片1004沿垂直于底平面方向，周期性上下移动。超声装置1002与1003固定在金属化设备边上，分别对每块硅片1004产生频率为10KHz至5MHz，强度为0.1至3W/cm2的超声波。

金属电化学沉积速率是由半导体硅片表面附近固-液界面的化合物传质速率控制的。当沉积速率很高时，电流密度十分接近于极限电流。根据菲克定律，减小扩散边界层厚度可提高传质速率。在传统的电镀腔体中，可通过提高转盘转速来降低硅片表面的扩散层厚度，从来提高沉积速率。但是，高转速在实际应用中受到了限制，从而也限制了电沉积速率，因为在电镀工艺过程中，液体腔体中高转速会引起涡流，气泡与飞溅。超声装置可通过声流减小扩散层厚度，因此，它无需提高硅片转速也可以提高沉积速率。由声能引起的声学边界层δa可用来估算扩散层厚度。它是声频f和液体流速v的方程：

${\mathrm{\δ}}_a={\left(\frac{2v}{2\mathrm{\πf}}\right)}^{0.5},---\left(1\right)$

表1显示了低酸铜沉积工艺中，带有超声装置与不带超声装置的硅片附近边界层厚度。这里，铜离子Cu²⁺浓度为0.0625mol/L，酸浓度为1.25E-03mol/L。

表1

金属化设备中采用超声装置可以使硅片表面获得更小的边界层，从而加速金属膜沉积。并且提高超声的强度或频率可提高沉积速率。

金属化设备中采用超声装置的另一优势是在对流作用受限的小尺寸中，超声装置可以提高化合物交换率。由于边界层极薄且流速很高，超声装置产生的声流可以进入小尺寸中的稳流区，产生涡流的破坏，使液体再次流动。并且，局部流体流向在声波产生的气穴附近是各向同性的，这意味着硅片表面法向的流动也存在，因此提高了结构内新鲜化合物与副产物之间的对流，进而提高了化合物交换率。薄边界层与气穴产生的对流作用均可使结构内的电解液混合物保持新鲜，尤其是有机添加剂分子，以此提高沉积速率与从底至上的填孔性能。同时，这也防止了电化学反应产生的副产物的分解，嵌入沉积膜中，由此改善了填孔性能与膜层的其它物理性能。

但是，超声能在硅片表面附近电解液中的分布是不均匀的。当超声能传播到电解液时，超声波强度呈周期性分布。由于超声波波长λ周期性的分布，在电解液中产生高能点与低能点。不均匀的能量分布可导致硅片表面膜沉积速率不均匀。在本发明的一个示范性实施例中，振动的驱动装置1010，周期地振动硅片固持装置1006，由此保持硅片表面的声强分布在一累积时间内相同。振动的振幅与频率可由振动驱动装置1010精确控制。每次振动都保持硅片表面每处接收到同样的总声强至关重要。当硅片在整个工艺时间t内，振动N次，硅片在一次振动中移动距离Δd由振动振幅决定，即为

确保在移动过程中声能经历了最小强度与最大强度。由此，硅片固持装置的振动速度v应设为：

$v=n\·\frac{\mathrm{N\λ}}{t},$ n＝1，2，3，...，N＝1，2，3...，                    (5)

其中，n是从1开始的整数，N是旋转圈数，也是整数。

如图11所示，当硅片位置改变，硅片同一区域的声强从P1到P2变化。当间距增大了整整一个声波的半波长时，强度从位置P1至位置P11也经历了一个完整的周期。周期起点由设备中硅片区域的位置所决定。但是，当硅片移动了一个全程距离

时，硅片上每个区域均可接收到整个周期的声强强度。由此可保证每个硅片局部区域内接收到等量的声强，包括等量的平均声强强度和等量的最大、最小声强强度。这也进一步确保了在整个电化学沉积工艺中得到均匀的沉积速率。

采用超声装置的金属化设备所应用的工艺方法可设置如下：

工艺流程

步骤1：在所述设备中引入金属盐电解液；

步骤2：转移一片硅片到硅片固持装置，使硅片可导电的一面面向电解液，该固持装置具导电性，与硅片导电层电连通；

步骤3：给硅片加载一个最大为10V的小偏压；

步骤4：将硅片置入电解液中，硅片前表面与电解液完全接触；

步骤5：加载电流至每个电极，与电极相连的电源在预定的时间内可从电压模式切换到电流模式；

步骤6：维持电极的电流恒定，电流范围在0.1A到100A内，在另一个示范性实施例中，加载的电流为可调的双脉冲模式，脉冲周期为5ms至2s；

步骤7：打开超声装置与振动硅片的固持装置，超声装置的强度在0.1到3W/cm²范围内，频率设定在5KHz到5MHz范围内，固持装置的振动振幅范围为0.01到0.25mm，频率范围为0.01到0.25Hz，固持装置以均匀的速率振动，其中λ是超声波的波长，t为整个工艺时间，n和N为整数；

步骤8：关闭超声装置，停止振动；

步骤9：切换电源到一个小的偏压模式，加载至硅片，大小为0.1V至0.5V；

步骤10：将硅片移出电解液；

步骤11：停止电源，清洗硅片表面残余电解液；

本发明虽依照特定的示范性实施例，举例，应用来描述，但其亦适用于不背离本发明的其它各种修改与变化的技术。

Claims (21)

1.一种电解液金属化硅片的设备包括：

一个盛放金属盐电解液的浸入式腔体；

至少一个电极与至少一个电源相连接；

一个导电的硅片固持装置，固持至少一片硅片，将其可导电的一面面向至少一个电极，并且经固持装置导电；

一个振动驱动装置，以一定振幅与频率，沿轴向振动硅片固持装置；

至少一个超声装置，其工作频率与强度可控；

至少一个超声能量发生器，与超声装置相连；

至少一个金属盐电解液供给进口；

至少一个金属盐电解液排放出口。

2.如权利要求1中所述的设备，其中

振动固持装置振幅范围为0.25到25mm，频率范围为0.01到0.5Hz；

超声装置工作频率范围为5KHz到5MHz，超声强度范围为0.1到3W/cm²

3.如权利要求1中所述的设备，包括：

一个旋转驱动装置沿与硅片表面垂直并通过硅片正中心的轴，旋转硅片固持装置，转速范围为10到300rpm；

4.如权利要求1中所述的设备，其中

至少一个超声装置放置于金属化设备的侧壁；

5.如权利要求1中所述的设备，其中

至少一个超声装置放置于金属化设备中电极的后侧；

6.一种电解液金属化硅片的方法包括：

在浸入式腔中引入金属盐电解液；

转移一片硅片到硅片固持装置，该固持装置与硅片导电层电连通；

加载第一个小偏压在硅片上；

加载一个电流至电极；

将超声装置作用于硅片，并振动硅片的固持装置；

关闭超声装置，停止振动；

加载第二个小偏压在硅片上；

将硅片移出金属盐电解液。

7.如权利要求6中所述的方法，其中

第一个小偏压范围为0.1至10V；

电流为范围为0.1至100A；

超声工作频率范围为5KHz至5MHz，超声强度范围为0.1至3W/cm²；

硅片振动振幅范围为0.25至25mm，频率为0.01至0.5Hz；

第二个偏压范围为0.1V至5V。

8.如权利要求6中所述的方法，其中

旋转硅片并使硅片与电解液接触，其中硅片转速范围为10至300rpm；

9.如权利要求6中所述的方法，其中金属盐电解液包括至少一种下列阴离子：Cu，Au，Ag，Pt，Ni，Sn，Co，Pd，Zn.

10.如权利要求6中所述的方法，其中硅片上深孔尺寸为0.5至50μm宽，5至500μm深

11.如权利要求6中所述的方法，其中硅片固持装置以

的速度振动，其中λ是超声波的波长，t是总的工艺时间，n和N是整数.

12.如权利要求6中所述的方法，其中电流为直流模式。

13.如权利要求6中所述的方法，其中电流为双脉冲模式，脉冲周期范围为5ms至2s。

14.如权利要求6中所述的方法，可使深孔附近的电解液搅动。

15.如权利要求6中所述的方法，可使深孔内部的电解液搅动。

16.如权利要求6中所述的方法，可提高深孔内外的反应物与副产物的物质交换率。

17.如权利要求6中所述的方法，可提高深孔内沉积膜的纯度。

18.如权利要求6中所述的方法，其中硅片表面附近重建的扩散层厚度为0.1至10mm。

19.如权利要求6中所述的方法，其中金属沉积速率随极限电流密度提高而提高。

20.如权利要求6中所述的方法，其中硅片在工艺过程中接收的超声波声强是均匀的。

21.如权利要求6中所述的方法，其中形成的金属膜厚度均匀。

Images