TW201443298A - 導電性結構之形成方法、鍍覆裝置及鍍覆方法 - Google Patents

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Abstract

傳統電鍍所需較長的電鍍時間成為實際應用上的一大障礙。本發明提供一種可以藉由縮短傳統所需之較長電鍍時間而在較短時間內形成導電性結構的方法，該結構可用於具有多個通孔栓之三維封裝。該方法包含：在表面中形成有多個通孔之基板的整體表面上形成導電性薄膜，該整體表面包含多個通孔之內部表面；於該導電性薄膜上之預定位置形成阻層圖案；在第一鍍覆條件下，利用該導電性薄膜作為供給層來實行第一電鍍，進而將第一鍍覆薄膜填入該等通孔內；以及在第二鍍覆條件下，利用該導電性層與該第一鍍覆薄膜作為供給層來實行第二電鍍，藉此使得第二鍍覆薄膜能夠生長於該導電性薄膜與該第一鍍覆薄膜上，該導電性薄膜與該第一鍍覆薄膜皆暴露在該阻層圖案之阻層開口中。

Description

導電性結構之形成方法、鍍覆裝置及鍍覆方法
本發明係關於導電性結構之形成方法，尤係關於形成內部具有多個通孔栓(via plug)，而表面具有多個電極墊片(electrode pad)以及/或者具有連接至該等通孔栓的重連線結構(rewiring structure)之導電性結構，且該導電性結構可使用於利用該等通孔栓的半導體晶片三維封裝，該等通孔栓垂直地貫穿該導電性結構。
本發明也關於鍍覆裝置以及可用於插入件(interposer)或間隔件(spacer)之製造過程中將金屬填入多個通孔(via hole)中的鍍覆方法，該插入件或間隔件的內部具有一些垂直貫穿本身結構的通孔栓，並且可使用於所謂的半導體晶片三維封裝。
牽涉到將複數個半導體晶片層合(laminate)成為多層封裝件之三維封裝技術相當具有吸引力，尤其是用來作為達到高密度大型積體電路(LSI)封裝的技術，以提供尺寸更小以及效能更高的電子產品。用於將多個半導體晶片層合之導線焊接方法(wire bonding method)已經實際使用且目前 仍然用以提供高容量的產品(例如用於快閃記憶體產品之封裝)。然而，該導線焊接方法的缺點係用於連接多個電極之導線具有毫米等級之長度，比晶片的互連件長度還要長得多，因此當導線焊接應用於處理高速信號的設備(如DRAMs和邏輯設備)時會出現如信號延遲的問題。因此產生對於利用多個通孔栓之三維封裝技術的研究，該三維封裝技術牽涉到在基板中形成導電性材料之通孔栓並且藉由最直接的方式以該等通孔栓連接多個半導體晶片，進而提供尺寸更小以及效能更高的電子產品。
多個半導體晶片無法僅藉由在基板中提供通孔栓而互相連接。因此必須在該基板表面中的該等通孔栓正上方形成電極墊片，或者形成用於重新安排該等電極墊片位置的重連線層(rewiring layer)。也可考慮在該等電極墊片上形成無引腳銲錫焊接層(lead-free solder bonding layer)。
第1A圖至第2C圖描述用於產生導電性結構之製程，該導電性結構包括基板以及在該基板的內部具有多個垂直貫穿該基板的銅通孔栓，並且在該基板的表面具有銅電極墊片。首先如第1A圖所示，基板W具有複數個向上開口之通孔(via hole)12(作為通孔栓之凹槽)以及像是銅製的種子層14(導電性薄膜)，該等通孔12係藉由微影/蝕刻技術或類似技術在基底10(例如：矽)中形成，該種子層14則係藉由濺鍍(sputtering)或類似技術形成於該基板W之整體表面(包含該等通孔12的內部表面)上並且作為電鍍(electroplating)之供給層(feeding layer)。
於該基板W之表面上實行銅電鍍以在該種子層14的表面上沉積第一鍍覆薄膜16，同時如第1B圖所示以該第一鍍覆薄膜16填充該等通孔12。之後，位於該等通孔12外面多餘的額外第一鍍覆薄膜16係藉由化學機械研磨(chemical mechanical polishing；CMP)或類似技術來移除，如第1C圖所示。
接下來如第2A圖所示，例如以光阻(photoresist)於該基板W的表面上的預定位置形成阻層圖案18，使得阻層開口20與電極墊片的位置與形狀相符合。之後，於該基板W的表面上實行銅電鍍以在該阻層圖案18的阻層開口20之中形成第二鍍覆薄膜22，如第2B圖所示。之後，如第2C圖所示，多餘的種子層14以及阻層圖案18係由該基板W的表面(前表面)移除，而同時將該基板W的後表面研磨並移除直到嵌入該等通孔12中的該第一鍍覆薄膜16之底部暴露出來為止，藉此得到之導電性結構會具有銅通孔栓24(由嵌入該等通孔12中的該第一鍍覆薄膜16所組成)以及多個電極墊片26(由形成於該阻層圖案18之阻層開口20中的第二鍍覆薄膜22所組成)。
第3A圖至第3D圖描述用於製造插入件或間隔件的製程，該插入件或間隔件的內部具有複數個銅通孔栓，當多個半導體基板層合為多層(multiple layers)時用來電性連接這些層。首先如第3A圖所示，基板W已經藉由在基底510(例如：矽)的表面上沉積絕緣薄膜512(例如：二氧化矽)進行預先處理，接著藉由微影/蝕刻或類似技術形成複數個向 上開口的通孔514。舉例來說，該等通孔514的直徑d係在1微米(μm)至100微米，更具體來說係10微米至20微米，而深度“h”係70微米至150微米。阻障層516(例如：氮化鉭TaN)形成於該基板W的表面上，接著藉由濺鍍或類似技術於該阻障層516的表面上形成作為電鍍供給層之(銅)種子層518，如第3B圖所示。
之後於該基板W的表面上實行銅電鍍以沉積銅鍍覆薄膜520覆蓋該絕緣薄膜512，同時以銅(鍍覆薄膜)填充該等通孔514，如第3C圖所示。
之後如第3D圖所示，位於該絕緣薄膜512上多餘的銅薄膜520、種子層518以及阻障層516可藉由CMP或類似技術來移除，而同時將該基板W的後表面研磨並移除直到嵌入該等通孔514中該銅薄膜底部表面暴露出來為止，由此得到的插入件或間隔件的內部會具有多個垂直插入之通孔栓522。
為了將金屬薄膜穩固地填入形成於基板內具有高深徑比之深通孔(通常具有1微米至100微米之直徑，更具體來說，係10微米至20微米，而深度係70微米至150微米)中，同時避免於嵌入之金屬薄膜中形成如空隙之缺陷，本申請人已提出：一種鍍覆裝置，可改變鍍覆電源施加於基板與陽極之間的電壓(見日本專利早期公開號第2005-97732號)；以及另一種鍍覆裝置，當沒有施加電壓於基板與陽極之間時攪拌鍍覆溶液，而在施加電壓於基板與陽極之間時停止攪拌該鍍覆溶液(見日本專利早期公開號第 2006-152415號)。
如上所述，利用電鍍以形成通孔栓已經在研究當中。為了藉由電鍍形成通孔栓，必須在鍍覆之前形成多個通孔(作為通孔栓之凹槽)，並且將鍍覆薄膜(例如：銅)填入該等通孔中，該等通孔具有數微米至100微米的直徑以及數十微米至數百微米的深度。然而，藉由常見的電鍍方法將無缺陷之鍍覆薄膜填入如此大之通孔中耗時甚久，產能低落造成使用電鍍以形成通孔栓的一大障礙。當藉由第1A圖至第2C圖所示之製程以形成導電性結構時，該製程必須經過下列許多步驟：鍍覆→CMP→形成阻層→鍍覆。故此製程的生產成本相當高。因此本製程可視為係藉由直接電鍍在通孔栓上而接續形成電極墊片、重連線層以及銲錫焊接層。然而由於這些層的厚度皆不小於數微米，所以在相同的鍍覆條件下，於電鍍後形成該等通孔栓以及該等層將耗費更多時間。
再者，可發現到於以上引用的專利文件內所述之鍍覆裝置中，過量的鍍覆薄膜除了形成在通孔內以外，也會形成在基板的表面區域中，且因為沒有用以減少該鍍覆薄膜厚度之抵抗手段，故在之後CMP製程的研磨量以及生產成本都相當高，因此會造成該等鍍覆裝置在實際使用上的一大障礙。尤其是如第4圖所示，當基板表面實行鍍覆以將鍍覆薄膜填入多個具有直徑D1的洞中時，在洞外的基板表面也會形成厚度T1的鍍覆薄膜。該厚度T1將大於該等洞 直徑D1的二分之一(T1>D1/2)。為了減少稍後的CMP製程的負擔，希望將藉由鍍覆形成銅薄膜之程序可選擇性地實施在多個通孔中而避免實施於其他區域中。
需注意的是當藉由鍍覆將銅金屬填入基板的通孔中時，如果該等通孔內部與外部的鍍覆生長速率相同，鍍覆薄膜的厚度必須等於該等通孔的半徑。如果不採取對策，具有相同厚度的鍍覆薄膜除了形成在該基板的通孔中之外，也將形成於該基板的表面區域中。雖然可以將鍍覆之生長抑制在某個程度內，例如：在鍍覆溶液中使用添加物，但這並不足夠。
鑒於前述情形，故本發明第一個目的係提供一種可以藉由縮短傳統所需之較長電鍍時間而在較短時間內形成導電性結構的方法，該結構可用於具有多個通孔栓之三維封裝，因為電鍍時間長實為電鍍在實用上的一大障礙。
本發明的第二個目的係提供一種鍍覆裝置與鍍覆方法，能夠將藉由鍍覆形成銅薄膜之程序選擇性地實施在多個通孔中，進而以該金屬薄膜填充該等通孔且不會在金屬薄膜內產生缺陷，同時將形成於該等通孔外部多餘的金屬薄膜厚度降至最低。
為了達到第一個目的，本發明提供一種形成導電性結構之方法，該方法包括：於包含多個通孔的基板整體表面上形成導電性薄膜，該整體表面包含多個通孔之內部表面；於該導電性薄膜上之預定位置形成阻層圖案；在第一鍍覆條件下，利用該導電性薄膜作為供給層來實行第一電 鍍，藉此將第一鍍覆薄膜填入該等通孔內；以及在第二鍍覆條件下，利用該導電性層與該第一鍍覆薄膜作為供給層來實行第二電鍍，藉此使得第二鍍覆薄膜能夠生長於該導電性薄膜與該第一鍍覆薄膜上，該導電性薄膜與該第一鍍覆薄膜皆暴露在該阻層圖案之阻層開口中。
(案例1)在由蝕刻或類似技術形成於基板表面中的通孔內，以電鍍方式填入像是採用銅作為金屬材料的鍍覆薄膜；(案例2)於形成在該基板表面上的阻層圖案的阻層開口中，以電鍍方式填入像是採用銅作為金屬材料的鍍覆薄膜。兩案例在圖案組構(pattern configuration)以及供給層之結構上有著相當大的差異。舉例來說，案例1的該等通孔具有數微米至數十微米之直徑、10微米至100微米之深度以及大於1的深徑比(深度與直徑的比例)，而案例2的該組層圖案具有數微米至數十微米之厚度以及數微米至數十微米的阻層開口尺寸或寬度。
在案例1中，該等通孔的深徑比大於1，且種子層(供給層)也出現於該等通孔的側面(side surface)。因此，除非該鍍覆薄膜係優先自該等通孔的底部開始由下往上生長，否則該鍍覆薄膜將優先生長在該等通孔的洞口(entrance)，導致在嵌入該等通孔的金屬薄膜中形成如空隙和裂縫之缺陷。因此，必須對於某些鍍覆條件進行最佳化。示範方法係使用含有能有效抑制該鍍覆薄膜在該等通孔口處生長的添加物之鍍覆溶液，此外在特定電流值下重複進行第一鍍覆的操作達一段特定時間，接著暫時降低該電流 值以等待消耗於該等通孔中的銅離子恢復(recovery)。
在案例2中，該供給層僅存在於該阻層圖案所圍繞之阻層開口的底部中。因此當實行電鍍時，該鍍覆薄膜係藉由掩膜鍍覆(through-mask plating)而自該等阻層開口的底部生長，故在該鍍覆薄膜中形成如空隙和裂縫之缺陷的可能性很低。然而該阻層圖案中鍍覆溶液的流量率分佈卻可能造成圖案的組構不均衡(disproportion)。此現象可能發生在當銅離子的供應無法滿足該鍍覆速率時，也就是當鍍覆進行在擴散控制區(diffusion-controlled region)中時。因此本案例中，藉由如機械攪拌和空氣攪拌進行該鍍覆溶液流量條件之最佳化係比該鍍覆溶液的成分以及該電流密度更加重要。
當將鍍覆薄膜填入位於阻層開口下方的通孔中時，相較於用以將鍍覆薄膜填入該等阻層開口中之鍍覆而言，該鍍覆更容易受到存在於該阻層圖案中鍍覆溶液的濃度分佈所影響。因此，除了如同案例1將該鍍覆溶液的添加物以及該電流條件進行最佳化之外，該鍍覆溶液之流量條件的最佳化也相當重要。
如上所述，為了增加鍍覆薄膜的完整性以及形成薄膜的效率，必須對於通孔或者阻層開口之組構來最佳化鍍覆條件(如電流、鍍覆溶液的成分以及該鍍覆溶液的攪拌條件)。本發明能夠藉由在第一鍍覆條件下實行第一電鍍以將第一鍍覆薄膜填入通孔中，並接著在第二鍍覆條件下實行第二電鍍使得第二鍍覆薄膜生長在阻層圖案的阻層開口 中，而該阻層圖案則是形成在導電性薄膜的預定位置上。此外在事先形成該阻層圖案之後，接著藉由實行該第一電鍍以將該第一鍍覆薄膜填入該等通孔中以及實行該第二電鍍以將該第二鍍覆薄膜生長於該阻層圖案的阻層開口中，便有可能縮短鍍覆所需之時間並且增加產能。
該阻層圖案高度較佳係5微米至10微米。
於利用形成在該基板表面中之阻層開口內的第二鍍覆薄膜來形成重連線結構的情況下，有鑑於通過該等重連線結構的電性信號之頻率、所供給之電流值等，該第二鍍覆薄膜之厚度至少必須有大約5微米。於利用形成在該基板表面中之阻層開口內的第二鍍覆薄膜來形成電極墊片或桿(post)之情況下，有鑑於之後的焊接步驟，該第二鍍覆薄膜的厚度最好具有數十微米之程度。當打算藉由電鍍在該等電極墊片上沉積如銲錫之焊接材料時，該阻層圖案需要額外數十微米的高度。因此該阻層圖案之高度最好不要小於5微米但是也不要超過100微米。
該第一鍍覆薄膜與該第二鍍覆薄膜較佳係由銅或者銅合金組成。
嵌入該等通孔中的第一鍍覆薄膜可用作通孔栓，該通孔栓以最直接的方式連接多個半導體晶片以達到生產效能較高且尺寸較小的電子產品之目的。因此，希望該第一鍍覆薄膜具有高導電性，也就是低電阻。雖然黃金、銀以及銅等皆為具有此類特性的金屬，但是僅有銅或者以銅為基礎的合金能夠在工業上進行由下而上的鍍覆。此外由成本 的觀點來看，較佳的作法為至少於第一鍍覆條件下利用銅或銅合金來形成第一鍍覆薄膜。
至於藉由在第二鍍覆條件下實行該第二電鍍而形成的第二鍍覆薄膜，也希望使用高導電性金屬作為該第二鍍覆薄膜的材料。另外為了考量產能，也會希望以相同的金屬接續形成該第一鍍覆薄膜以及該第二鍍覆薄膜。因此，該第二鍍覆薄膜最好也由銅或銅合金組成。
該第二鍍覆條件中的平均電流值較佳係高於該第一鍍覆條件中的平均電流值。
由確保設備面積之觀點來看，多個通孔的總面積通常最多約佔基板總面積的1%，決不會超過基板總面積的數個百分比。另一方面，多個重連線結構或多個電極墊片的面積通常佔基板總面積的數個百分比至數十個百分比。因此，在該第一鍍覆條件下的第一電鍍中僅需供應足以將該第一鍍覆薄膜填入該等通孔中所需之電流。另一方面，在第二鍍覆條件下用以形成該第二鍍覆薄膜(可能成為重連線結構或者電極墊片)所進行的第二電鍍如果以相同於第一電鍍的電流來實行，將耗費相當長的鍍覆時間。有鑑於此，該第二鍍覆條件中的平均電流值較佳係高於該第一鍍覆條件中的平均電流值。
於本發明之較佳態樣中，該第二鍍覆薄膜係生長至該阻層圖案頂部的一半高度，而接著在第三鍍覆條件下實行第三電鍍以使得第三鍍覆薄膜生長於該第二鍍覆薄膜之上。
因此藉由在該第二鍍覆薄膜上形成第三鍍覆薄膜，該第三鍍覆薄膜可作為多個晶片之間的焊接材料(bonding material)。藉由在該第二鍍覆薄膜上接續形成該第三鍍覆薄膜(用於形成電極墊片或桿)，便不需要新的阻層圖案，進而降低成本。該第三電鍍的第三鍍覆條件(如該所使用之鍍覆溶液的成分以及該電流密度)希望可被最佳化。因此，該第三鍍覆條件可能不同於該第一與第二鍍覆條件。
該第三鍍覆薄膜的金屬較佳係由不同於該第一鍍覆薄膜與該第二鍍覆薄膜之金屬所組成。
該第三鍍覆薄膜係用以作為焊接材料，其焊接特性會優先於導電性，因此使用如錫或者錫合金之金屬會較為合適，而與用於該第一鍍覆薄膜與該第二鍍覆薄膜之金屬(如銅)不同。
較佳係在該第一鍍覆薄膜填滿該等通孔之前，就終止將該第一鍍覆薄膜填入該等通孔中的步驟。
因此，在該第一鍍覆薄膜將該等通孔填滿之前，該第一鍍覆條件便改變成該第二鍍覆條件，也就是說當該第一鍍覆薄膜嵌入每一個通孔中時，該等通孔中仍然具有一點凹形表面(concave surface)。這樣可以避免嵌入每一個通孔中的第一鍍覆薄膜的表面呈現凸形(convex shape)。如果該第二電鍍係實行於這樣具有凸形表面的第一鍍覆薄膜上，所形成之第二鍍覆薄膜在對應於該等通孔的中心的部份將具有相較於其他部份更厚之厚度。
較佳係在該第一鍍覆薄膜將該等通孔完全填充之前， 以低於第一電流的第二電流值實行鍍覆達一段預定時間，該鍍覆至少實行一次。
因此，藉由在該第一鍍覆薄膜將該等通孔完全填充之前，以低於第一電流的第二電流值實行鍍覆達一段預定時間，便有可能等待消耗於該等通孔中的銅離子恢復。
較佳係在實行該鍍覆的同時以攪拌槳(stirring paddle)攪拌鍍覆溶液，該攪拌槳大約平行於該基板表面方向移動。
如上所述，當在該阻層圖案所圍繞之阻層開口中實行鍍覆時，該阻層圖案中的鍍覆溶液的流量率分佈可能造成該鍍覆薄膜的圖案組構的不均衡，而導致無法得到平坦的鍍覆薄膜。藉由將該鍍覆溶液向上流入像是垂直鍍覆的裝置中，並且在鍍覆過程中利用該攪拌槳以高速在大約平行於該基板表面之方向上往復(reciprocate)攪動該鍍覆溶液，能夠幫助將鍍覆溶液輸入該等阻層開口中並且降低該圖案組構中的不均衡。除了單純地往復攪動該攪拌槳之外，也可以在往復攪動攪拌槳的同時往一個方向上緩慢地移動該往復運動的中心(center of reciprocation)。
另外在以攪拌槳攪拌鍍覆溶液來進行鍍覆時，該攪拌槳也可以相對於該基板表面進行旋轉。
除了利用攪拌槳的往復運動之外，也可旋轉攪拌槳來幫助鍍覆溶液輸入該等阻層開口中。因此，藉由將該鍍覆溶液向上流入像是噴射類型的鍍覆裝置(jet flow-type plating apparatus)中，並且在鍍覆過程時相對於該基板表面旋轉該攪拌槳以攪動該鍍覆溶液，便能幫助將鍍覆溶液輸 入該等阻層開口中並且降低該圖案組構中的不均衡。有鑒於該攪拌槳的旋轉中心附近的鍍覆溶液相對移動較慢，故可將該攪拌槳的旋轉中心放置於距該基板中心一段距離，並且在旋轉該攪拌槳的同時相對於該基板表面緩慢地移動該旋轉中心，使得該鍍覆溶液能夠在整體基板表面上均勻地流動。
根據本發明用以形成導電性結構之方法，用於具有多個通孔栓的三維封裝之導電性結構能夠在合理的成本與時間下以具有高面向均勻度(high in-plane uniformity)的鍍覆薄膜來形成。此外，該方法能夠同時形成用以焊接多個半導體晶片的焊接材料薄膜。
為了達到第二個目的，本發明提供一種鍍覆裝置，該裝置包括：用於容納鍍覆溶液之鍍覆槽；浸入該鍍覆槽內渡覆溶液中的陽極；用於承接基板並將該基板浸入該鍍覆溶液並且配置在相對於該陽極位置之基板支架；配置於該陽極與由該基板支架所承接的基板之間，並用於攪拌該鍍覆槽中的鍍覆溶液之鍍覆溶液攪拌部件；用於將氣泡供應至面對該基板的欲鍍覆表面之鍍覆溶液的氣泡供應部件，該基板支架承接該基板並且將該基板浸入該鍍覆溶液中；以及用於在該基板與該陽極之間施加電壓之鍍覆電源。
本發明人已對於銅鍍覆方法進行實驗與研究，所提出之銅鍍覆方法能夠將銅優先沉積在半導體基板表面的多個洞中，並且能夠以銅將該等洞完全填充而且不會發生缺陷，並將沉積在該等洞外部基板表面上的銅減至最低。因 此，已發現可藉由使用鍍覆溶液並且藉由在基板與陽極之間施加電壓來實行電鍍，同時以攪拌槳攪拌該鍍覆溶液並將氣泡供應至該鍍覆溶液，其中該鍍覆溶液內除了具有銅離子、補充電解質(supporting electrolyte)以及鹵素離子(halogen ion)之外，還包含有機硫化物(organic sulfur compound)、聚合物(polymer)以及有機氮化物(organic nitrogen compound)之至少一者。
舉例而言，已確知可由在陽極與具有多個形成於基板上的洞(通孔，具有大約1微米至100微米之直徑)的基板之間施加電壓來實行鍍覆，在此同時以鍍覆溶液攪拌部件來攪拌鍍覆溶液並且供應氣泡至該鍍覆溶液，可讓鍍覆在該等洞中優先進行，使得形成於該等填入有鍍覆金屬的通孔外部基板表面上之鍍覆薄膜(例如：銅)的厚度能夠小於該等通孔之半徑。
在本發明的較佳態樣中，該氣泡供應部件係位於該鍍覆溶液攪拌部件與該基板(該基板支架承接該基板並且將該基板浸入該鍍覆溶液中)之間，或者是位於該鍍覆溶液攪拌部件附近，並且沿著該鍍覆槽的底部進行配置。
於本發明之較佳態樣中，該氣泡供應速率係0.1公升/分鐘至10公升/分鐘。
該氣泡供應速率係0.1公升/分鐘至10公升/分鐘，較佳係1公升/分鐘至5公升/分鐘。
於本發明之較佳態樣中，該氣泡供應部件係由中空管線(hollow pipe)所構成，該中空管線在其下半部具有複數個 以預定間距(pitch)排成一列或多列之穿透孔(through-hole)。
舉例而言，該等穿透孔之直徑係0.1毫米至2.0毫米。該氣泡供應部件可由多孔體構成。
該多孔體可為多孔的塑膠或陶瓷體(ceramic body)。使用多孔體可以簡化該氣泡供應部件之結構。
本發明也提供一種鍍覆方法，該方法包括：將基板與陽極彼此相對地配置於鍍覆槽內的鍍覆溶液中；在該基板與該陽極之間施加電壓；以及將氣泡供應至面對該基板的欲鍍覆表面之鍍覆溶液，同時以鍍覆溶液攪拌部件攪拌介於該基板以及該陽極之間的鍍覆溶液。
於本發明之較佳態樣中，氣泡係由該鍍覆槽之底部供應至位於該鍍覆溶液攪拌部件與該基板之間的鍍覆溶液，或者是該鍍覆溶液攪拌部件附近的鍍覆溶液。
舉例而言，該氣泡供應速率係0.1公升/分鐘至10公升/分鐘。
根據本發明的鍍覆裝置與鍍覆方法，當實行具有多個形成於基板上的洞(通孔，具有大約1微米至100微米之直徑)的基板之鍍覆時，以鍍覆溶液攪拌部件攪拌鍍覆溶液並且供應氣泡至該鍍覆溶液，將使得鍍覆優先進行在該等填充有鍍覆金屬的通孔中，使得形成於該等通孔外部的基板表面上之鍍覆薄膜(例如：銅)的厚度能夠小於該等通孔之半徑。
10‧‧‧基底
12‧‧‧通孔
14‧‧‧種子層
16‧‧‧鍍覆薄膜
18‧‧‧阻層圖案
20‧‧‧阻層開口
22‧‧‧鍍覆薄膜
24‧‧‧通孔栓
26‧‧‧電極墊片
30‧‧‧阻層圖案
30a‧‧‧阻層圖案
32‧‧‧阻層開口
32a‧‧‧阻層開口
34a‧‧‧電極墊片部份
34b‧‧‧連線部份
36‧‧‧鍍覆薄膜
36a‧‧‧鍍覆薄膜表面
38‧‧‧鍍覆薄膜
40‧‧‧通孔栓
42‧‧‧電極墊片
44‧‧‧鍍覆薄膜
46‧‧‧焊接層
110‧‧‧裝置框架
112‧‧‧分隔板
114‧‧‧清潔空間
116‧‧‧鍍覆空間
120‧‧‧承載/未承載埠
121‧‧‧主控面板
122‧‧‧對齊器
124‧‧‧清潔/烘乾設備
126‧‧‧預先處理設備
127‧‧‧預先處理槽
128‧‧‧調動機器人
160‧‧‧基板支架
160a‧‧‧向外突出部份
160b‧‧‧清洗設備
162‧‧‧基板附接/分離臺
164‧‧‧貯存器
166‧‧‧活化處理設備
168a‧‧‧清洗設備
168b‧‧‧清洗設備
170‧‧‧鍍覆裝置
172‧‧‧風乾設備
174a‧‧‧調動機器人
174b‧‧‧調動機器人
176‧‧‧橫桿
178‧‧‧本體
180‧‧‧手臂
182‧‧‧基板支架承托部份
183‧‧‧活化處理槽
184a‧‧‧清洗槽
184b‧‧‧清洗槽
186‧‧‧鍍覆槽
186a‧‧‧鍍覆溶液供應輸入孔
200‧‧‧溢流槽
202‧‧‧泵
204‧‧‧循環管道
206‧‧‧定溫單元
208‧‧‧過濾器
210‧‧‧底板
212‧‧‧鍍覆溶液分佈室
214‧‧‧基板製程處理室
216‧‧‧防護板
220‧‧‧陽極
222‧‧‧陽極支架
224‧‧‧調整板
226‧‧‧圓柱形部份
228‧‧‧長方形凸緣部份
232‧‧‧攪拌槳
232a‧‧‧長條
232b‧‧‧帶狀部份
236‧‧‧夾鉗
238‧‧‧軸
240‧‧‧軸支架
242‧‧‧攪拌槳驅動部件
244‧‧‧馬達
246‧‧‧控制部件
370‧‧‧鍍覆裝置
386‧‧‧鍍覆槽
386a‧‧‧鍍覆溶液供應輸入孔
400‧‧‧溢流槽
402‧‧‧泵
404‧‧‧循環管道
406‧‧‧定溫單元
408‧‧‧過濾器
410‧‧‧底板
412‧‧‧陽極
414‧‧‧陽極支架
418‧‧‧調整板
420‧‧‧攪拌槳
422‧‧‧氣泡供應部件
424‧‧‧中空管線
424a‧‧‧穿透孔
430‧‧‧鍍覆電源
510‧‧‧基底
512‧‧‧絕緣薄膜
514‧‧‧通孔
516‧‧‧阻障層
518‧‧‧種子層
520‧‧‧銅薄膜
522‧‧‧通孔栓
d‧‧‧直徑
d0‧‧‧直徑
D2‧‧‧直徑
D1‧‧‧直徑
h‧‧‧高度
H‧‧‧高度
L1、L2‧‧‧長度
P‧‧‧間距
Q‧‧‧鍍覆溶液
t‧‧‧厚度
T1‧‧‧厚度
T2‧‧‧厚度
W‧‧‧基板
第1A圖至第1C圖係說明傳統導電性結構製程的初步研磨步驟(first-to-polish)，該導電性結構的內部具有多個垂直貫穿的通孔栓；第2A圖至第2C圖係說明傳統製程中的研磨後步驟之圖式；第3A圖至第3D圖係說明用於產生插入件或間隔件的製程之圖式，該插入件或間隔件的內部具有垂直貫穿本身結構之多個銅通孔；第4圖係說明藉由傳統鍍覆方式而填入通孔中的鍍覆薄膜之狀態之圖式；第5圖係使用於本發明中裝設有鍍覆裝置(電鍍裝置)的鍍覆設施的總體佈局之圖式；第6圖係裝設於第5圖鍍覆裝置中的調動機器人之圖式；第7圖係裝設於第5圖鍍覆裝置中的鍍覆裝置之剖面圖式；第8圖係用於第7圖鍍覆裝置中的攪拌槳之平面圖式；第9圖係沿著第8圖的線A-A之剖面圖式；第10A圖及第10B圖係對應於第9圖，顯示該攪拌槳的變型；第11圖係顯示第7圖所示的鍍覆裝置的攪拌槳驅動機構以及鍍覆槽之圖式；第12A圖至第12C圖係說明根據本發明之實施例，形成導電性結構至形成第一鍍覆薄膜的製程步驟； 第13A圖及第13B圖係說明根據本發明的後續製程步驟之圖式；第14A圖係第12B圖之平面圖式，而第14B圖係不同阻層圖案之平面圖式；第15A圖至第15C圖係顯示在第一鍍覆條件下實行第一電鍍時的電流值與時間之間的多種不同關係之圖形；第16A圖係說明第一鍍覆薄膜完全填滿通孔的狀態，而第16B圖係說明第一鍍覆薄膜將通孔填滿之前的狀態；第17A圖及第17B圖係說明根據本發明的另一實施例，在形成第一鍍覆薄膜之後用於形成導電性結構的製程步驟之圖式；第18圖係根據本發明實施例的鍍覆裝置之剖面圖式；第19圖係第18圖鍍覆裝置的氣泡供應部件的底面圖式；第20圖係第18圖鍍覆裝置的氣泡供應部件的剖面圖式；第21圖係另一個氣泡供應部件的底面圖式；第22圖係另一個氣泡供應部件的剖面圖式；第23圖係說明用於評估鍍覆薄膜的參數之圖式；以及第24圖係說明範例1中藉由電鍍而已經填入通孔中的鍍覆薄膜狀態。
本發明之較佳實施例將參考附加圖式予以描述。第5圖係用於本發明導電性結構之形成方法的鍍覆裝置(電鍍 裝置)之總體佈局圖式。該鍍覆裝置係設計以便自動地以接續的方式實施所有鍍覆製程，包含基板的預先處理、鍍覆以及後續處理。裝置框架110的內部係藉由分隔板112(partition plate)而分成鍍覆空間116與清潔空間114(clean space)，該裝置框架110上附接有保護壁板(armored panel)，該鍍覆空間116係用於實施基板之鍍覆製程與附著有鍍覆溶液的基板之處理，該清潔空間114係用於實施其他製程，也就是與鍍覆溶液無直接相關之製程。兩個基板支架160(如第6圖所示)平行排列，而用以將基板附接至以及將基板分離自每一個基板支架160的基板附接/分離臺162(substrate attachrment/detachment stage)係裝設作為基板運送部件，其位於被該分隔板112所分隔的分隔部份上。該分隔板112將該鍍覆空間116與該清潔空間114分開。承載/未承載埠120係連接至該清潔空間114，並且該承載/未承載埠120上放置有儲存多個基板之基板托盤(substrate cassette)。此外，該裝置框架110上裝設有主控面板121(console panel)。
在該清潔空間114中，配置了用於在預定方向上對齊定向平面(orientation flat)或基板刻痕(notch of a substrate)之對齊器122(aligner)，以及兩個清潔/烘乾設備124用來清潔被鍍覆之基板並且將該基板高速旋轉以旋乾(spin-dry)該基板。此外，第一調動機器人128(transfer robot)係實質配置於這些製程設備(也就是該對齊器122與該等清潔/烘乾設備124)的中心，進而在該等製程設備122與124、該 基板附接/分離臺162以及該等接置於承載/未承載埠120上的基板托盤之間調動和運送基板。
配置於該清潔空間114中的該對齊器122與該等清潔/烘乾設備124係設計以便將基板在水平且正面(front face)朝上的狀態中承接並且進行處理。該調動機器人128係設計以便將基板在水平且正面朝上的狀態中進行調動和運送。
在該鍍覆空間116中，由該分隔板112開始依序配置了用以儲存或暫時儲存該等基板支架之貯存器164(stocker)、實行例如利用純水來清潔該基板表面之預先清洗處理(rinsing pretreatment)以及藉由純水來弄濕該基板表面以加強基板表面的親水性之預先處理設備126、利用無機酸溶液(如硫酸或鹽酸)或有機酸溶液(如檸檬酸或草酸)對於例如形成在該基板表面上的種子層上具有高電阻之氧化物薄膜進行蝕刻以移除該氧化物薄膜之活化處理(activation treatment)設備166、利用純水來清洗該基板表面之第一清洗設備168a、用以實行鍍覆(銅電鍍)之鍍覆裝置(銅電鍍裝置)170、第二清洗設備168b以及用以將該鍍覆基板脫水之風乾設備172。兩個第二調動機器人174a和174b係配置於這些設備的旁邊以便沿著橫桿176移動。該等第二調動機器人之其中一者174a在該等基板附接/分離臺162與該貯存器164之間調動該等基板支架160。另一個第二調動機器人174b在該貯存器164、該預先處理設備126、活化處理設備166、該第一清洗設備168a、該鍍覆裝 置170、該第二清洗設備168b以及該風乾設備172之間調動該等基板支架160。
如第6圖所示，該等第二調動機器人174a和174b的每一者皆具有在垂直方向上延伸的本體178以及可沿著該本體178垂直移動並繞著其軸心旋轉之手臂180。該手臂180具有兩個平行裝設的基板支架承托部份182，用以分開承托該等基板支架160。該基板支架160係設計以便在基板W的正面暴露出來、但是週邊部份卻被密封的狀態下承接該基板，並能將基板W附接至該基板支架160以及將兩者分離。
該貯存器164、該預先處理設備126、該活化處理設備166、該等清洗設備168a、168b、該鍍覆裝置170以及該風乾設備係設計以便與每一個基板支架160的兩端向外突出部份160a接合，該向外突出部份160a是用來支撐該等基板支架160懸掛在垂直方向上。該預先處理設備129具有兩個用於承接純水之預先處理槽127。如第6圖所示，該第二調動機器人174b中用以承接該等以垂直狀態承載基板W的基板支架160之手臂180，會被降低以便與該等預先處理槽127的上端接合，而以懸掛的方式支撐該等基板支架160。因此，該預先處理設備126係設計以便將該等基板支架160連同該等基板W浸入該等預先處理槽127中的純水中以實行預先處理。該活化處理設備166具有兩個用以承接化學液體的活化處理槽183。如第6圖所示，該第二調動機器人174b中用以承接該等以垂直狀態承載基 板W的基板支架160之手臂180，會被降低以便與該等活化處理槽183的上端接合，而以懸掛的方式支撐該等基板支架160。因此，該活化處理設備166係設計以便將該等基板支架160連同該等基板W浸入該等活化處理槽183中的化學液體中以實行活化處理。
類似地，該等清洗設備168a和168b分別具有承接純水的兩個清洗槽184a以及承接純水的兩個清洗槽184b，而該鍍覆裝置170具有複數個承接鍍覆溶液的鍍覆槽186。該清洗設備168a、168b以及該鍍覆裝置170係設計以便將該等基板支架160連同該等基板W浸入該等清洗槽184a和184b中的純水中或者浸入該等鍍覆槽186中的鍍覆溶液中以實行清洗處理或者以如同上述之方式實行鍍覆。該第二調動機器人174b中用以承接該等以垂直狀態承載基板W的基板支架160之手臂180會被降低，並且朝向該等接置於基板支架160上的基板W噴射空氣或惰性氣體(inert gas)，用以吹散附著於該等基板支架160與該等基板W的液體並除去基板W的水分。因此，該風乾設備172係設計以便實行風乾處理。
如第7圖所示，每一個裝設於該鍍覆裝置170中的鍍覆槽186皆係設計以便承接預定數量之鍍覆溶液Q。該等基板W的承接狀態是正面(欲鍍覆表面)被暴露出來而週邊部份則被該基板支架160防水密封，並且以垂直方向浸入該鍍覆溶液Q中。於此實施例中，用以作為該鍍覆溶液Q之鍍覆溶液除了銅離子、補充電解質以及鹵素離子之外， 還包含有機硫化物、聚合物以及有機氮化物之至少一者。較佳係以硫酸作為補充電解質，而以氯離子(chlorine ion)作為鹵素離子。
溢流槽200裝設於該鍍覆槽186的上端(upper end)周圍，該溢流槽200係用以接收溢流至該鍍覆槽186邊緣之鍍覆溶液Q。裝設有泵202(pump)的循環管道204(circulation piping)之一端連接至該溢流槽200的底部，而該循環管道204的另一端則連接至裝設在該鍍覆槽186的底部之鍍覆溶液供應輸入孔186a。該溢流槽200中的鍍覆溶液Q藉由引動該泵202而回到該鍍覆槽186中。位於該泵202的順流位置(downstream)之定溫單元206以及過濾器208係插入該循環管道204中，該定溫單元206係用以控制該鍍覆溶液Q的溫度，而該過濾器208係用以濾除該鍍覆溶液中的外來物質(foreign matter)。
具有大量鍍覆溶液通路孔(plating solution passage hole)的底板210係安裝於該鍍覆槽186的底部。因此，該鍍覆槽186的內部係藉由該底板210區分為上側基板製程處理室214(upper substrate processing chamber)以及下側鍍覆溶液分佈室212(lower plating solution distribution chamber)。另外，垂直向下延伸的防護板216係接置於該底板210的下側表面。
根據此實施例的鍍覆裝置170，藉由引動該泵202將該鍍覆溶液Q引入該鍍覆槽186的鍍覆溶液分佈室212，通過裝設於該底板210的鍍覆溶液通路孔流入該基板製程 處理室214，在平行於該基板W(由該基板支架160所承接)表面的方向上垂直地流動，接著流入該溢流槽200。
陽極220的形狀為對應該基板W形狀之圓形。由陽極支架222將陽極220承接並垂直地裝設於該鍍覆槽186中。當該鍍覆溶液Q注入該鍍覆槽186中時，該陽極220將浸入該鍍覆溶液Q中，並且面對該基板支架160所承接且被配置於該鍍覆槽186中預定位置之基板W。另外，在該鍍覆槽186中，用以調整該鍍覆槽186中電位(electric potential)分佈的調整板224係配置於該陽極220與該基板W之間的鍍覆槽186的預定位置。於此實施例中，該調整板224係由圓柱形部份226與長方形凸緣部份228(rectangular flange portion)所構成，並且由介電材料聚氯乙烯所製成。該圓柱形部份226具有足以限制電場擴張的開口尺寸與軸向長度(axial length)。該調整板224的凸緣部份228之下端可達該底板210的底部。
該調整板224與該基板W(其係欲配置於該鍍覆槽186中的預定位置)之間配置了垂直延伸的攪拌槳232，該攪拌槳232平行於該基板W之表面來回往復以攪拌該基板W與該調整板224之間的鍍覆溶液Q。藉由該攪拌槳232來攪拌該鍍覆溶液Q，能夠均勻地將足夠數量之銅離子供應至該基板W之表面。為了獲得足夠之攪拌效率，該攪拌槳232與該基板W表面之間的距離較佳小於30毫米，更好的情況是小於15毫米，同時該攪拌槳232不能與該基板支架160發生接觸。
如第8圖與第9圖所示，該攪拌槳232係由具有均勻厚度t(3毫米至5毫米)的類似長方形板的構件(rectangular plate-like member)所構成，並且具有複數個平行的長條(parallel slit)，該等平行長條定義了垂直延伸的帶狀部份232b(strip-like)。例如，該攪拌槳232係由具有鐵氟龍塗層(Teflon coating)之鈦金屬所形成。該攪拌槳232的垂直長度L1與該等長條232a的垂直長度L2係足夠大於該基板W的垂直尺寸。此外，該攪拌槳232被設計為其橫向長度H與往復距離(划(stroke)，St)的總和係足夠大於該基板W的橫向尺寸(lateral size)。
該等長條232a的寬度與數目較佳係設定使得每一個帶狀部份232b都儘可能的狹窄，但是仍使該等長條232a具有需要之硬度，且該等長條232a之間的帶狀部份232b能夠有效地攪拌該鍍覆溶液，此外該鍍覆溶液能夠有效地通過該等長條232a。
於此實施例中，如第9圖所示，該等長條232a係垂直地形成，使得每一個帶狀部份232b皆具有長方形的剖面。如第10A圖所示，每一個帶狀部份232b在其剖面的四個角落皆可為去角的(chamfered)，或者如第10B圖所示，每一個帶狀部份232b皆可具有某個角度之傾斜使其具有平行四邊形之剖面形狀。
如第11圖所示，該攪拌槳232係藉由固定於該攪拌槳232上端的多個夾鉗236而被穩固在水平延伸的軸238(shaft)上。該軸238係由多個軸支架240所承接，並且能 夠水平地滑動。該軸238的末端耦接至攪拌槳驅動部件242，用以將該攪拌槳232直線與水平地進行往復移動。該攪拌槳驅動部件242藉由曲柄機構(crank mechanism，圖上未顯示)將馬達244的旋轉轉換成該軸238的直線往復移動。
於此實施例中提供一種控制部件246，其藉由控制該攪拌槳驅動部件242的馬達244的旋轉速度以控制該攪拌槳232的移動速度。除了使用該曲柄機構的攪拌槳驅動部件242之外，也可使用藉由滾珠螺桿(ball screw)將伺服馬達的旋轉轉換成軸的直線往復移動之攪拌槳驅動部件，或者藉由線性馬達將軸直線往復移動之攪拌槳驅動部件。為了獲得足夠的攪拌效率，該攪拌槳232的移動速度較佳大於0.2公尺/秒，更好的情況是大於0.5公尺/秒。由裝置設計的觀點來看，該攪拌槳232的移動速度不可大於2.0公尺/秒。
該鍍覆裝置170裝設有鍍覆電源250，在鍍覆過程中，該鍍覆電源250的陽極係透過導線連接至該陽極220而陰極(cathode)係透過導線連接至該基板W。於此實施例中，作為該鍍覆電源250之電源具有涵蓋至少十倍電流增加量的供給電流範圍。
在該鍍覆裝置170的操作過程中，首先如上所述將定量且具有預定成分的鍍覆溶液Q注入該鍍覆槽186，並且進行攪動。接著，降低承接該基板W的基板支架160使該基板W配置於該鍍覆槽186內的預定位置並且浸入該鍍覆 溶液Q中。該陽極220連接至該鍍覆電源250的陽極，而該基板W則連接至該鍍覆電源250的陰極。於此狀態中，可視需要使該攪拌槳232平行於該基板W的表面往復移動，藉此攪拌該調整板224與該基板W之間的鍍覆溶液Q。因此，鍍覆薄膜便沉積於該基板W的表面上。可視需要驅動該循環管道204的泵202以進行該鍍覆溶液Q的循環，同時冷卻該鍍覆溶液Q以保持在預定之溫度。在經過預定的時間後，停止施加電壓於該陽極202與該基板W之間，並終止該攪拌槳232的往復移動以結束鍍覆。
現在將描述根據本發明實施例之導電性結構的形成方法。
第12A圖至第13B圖說明用以製作導電性結構的方法，該導電性結構包括基板、位在該基板內部且垂直貫穿該基板的多個通孔栓以及在該基板表面中的銅電極墊片。首先如第12A圖所示，裝設具有複數個向上開口的通孔12之基板W，該等通孔12係藉由微影/蝕刻或類似技術形成在基底10(例如：矽)中，而銅種子層14(導電性薄膜)係藉由濺鍍或類似技術形成於該基板W的整體表面(包含該等通孔12的內部表面)上，該銅種子層14係作為電鍍的供給層。
接著，如第12B圖所示，阻層圖案30係以例如光阻來形成在該基板W表面上的預定位置。於此實施例中，多個銅電極墊片42(如第13B圖所示)將形成於該基板W的表面上。因此如第14A圖所示，該阻層圖案30的每一阻層 開口32皆正好位於每一個通孔12的正上方，且該等阻層開口32皆為長方形或圓形以符合該電極墊片的形狀，而該電極墊片係大於該通孔12。
如果在基板W的表面上要形成將該等電極墊片位置重新排列的重連線結構，該阻層圖案30a的阻層開口32a係由多個放置於該等通孔12正上方的電極墊片部份34a所構成，而連線部份34b則延伸自該等電極墊片部份34a並且符合多個重連線結構的形狀，如第14B圖所示。
該阻層圖案30的高度h較佳係5微米至100微米。如下所述，第二鍍覆薄膜38係形成於該等阻層開口32中，用以作為電極墊片或重連線結構。如果有重連線結構，有鑑於通過該等重連線結構的電性信號頻率以及所供給的電流等，該等重連線結構至少需要大約5微米的厚度。如果有多個電極墊片或桿，考慮之後的焊接條件，該等電極墊片或桿最好具有數十微米的厚度。如下所述，當打算在該第二鍍覆薄膜上形成用以作為焊接層的第三鍍覆薄膜44(例如：銲錫)時，該阻層圖案30需要數十微米的額外高度。因此具有不小於5微米且不超過100微米高度的阻層圖案30便能用在該等阻層開口32中形成具有足夠厚度的第二鍍覆薄膜38與第三鍍覆薄膜44。
接著，如第12C圖所示，利用該種子層14作為供給層，於第一鍍覆條件下藉由在該種子層14與該陽極220之間通過預定的鍍覆電流來實行第一電鍍，進而將第一鍍覆薄膜36填入該等通孔12中。該第一鍍覆薄膜也可形成 於該種子層14的表面上，該種子層14係位於該等阻層開口32中以及該等通孔12的外側。
於此情形下，該等通孔12的深徑比不小於1且作為供給層的種子層14也存在於該等通孔12的側表面上。因此，除非該第一鍍覆薄膜36係優先自該等通孔的底部由下往上生長，否則該鍍覆薄膜將優先生長在該等通孔12的洞口，導致在嵌入該等通孔12的第一鍍覆薄膜36中形成如空隙和裂縫之缺陷。因此，必須對於用於第一電鍍的第一鍍覆條件進行最佳化。示範方法係使用含有能夠有效抑制該鍍覆薄膜在該等通孔洞口處生長的添加物之鍍覆溶液，此外，在特定電流值之下重複進行第一實行鍍覆的操作達一段特定的時間，並接著暫時降低該電流值以等待消耗於該等通孔12中的銅離子恢復。
施加於該種子層14與該陽極220之間的電流可能如第15A圖所示的固定電流、如第15B圖所示電流隨時間階梯式增加的階梯式電流，或者如第15C圖所示重複供給與停止供給電流的脈衝電流。
為了增進鍍覆是由下而上的生長，該第一電鍍中的平均電流密度較佳係0.1毫安培/平方公分至10毫安培/平方公分，更好的情形係0.1毫安培/平方公分至5毫安培/平方公分。當該第一電鍍中的平均電流密度低於0.1毫安培/平方公分時，必須耗費很長的時間才能將該第一鍍覆薄膜填入該通孔12中，而導致產能的降低。
在終止將該第一鍍覆薄膜36填入該通孔12中之後， 利用該種子層14與該第一鍍覆薄膜36作為供給層於第二鍍覆條件下實行第二電鍍。較佳的作法為在該第一鍍覆薄膜36填滿該通孔12之前，便終止填入第一鍍覆薄膜36。
尤其是將該第一鍍覆薄膜36填入該等通孔12中的第一電鍍係以如上所述之由下而上的方式實行。如第16A圖所示，如果該等通孔12藉著由下往上的鍍覆將該第一鍍覆薄膜36填入該等通孔12中，則每一個通孔12中第一鍍覆薄膜36的表面36a通常會呈現中心部份凸起的凸形。這是由於添加物會增進該鍍覆薄膜從每一個通孔12的中心生長。即便在該第一電鍍終止之後於該第二鍍覆條件下實行該第二電鍍的過程中，這種影響仍持續達一段特定的時間。因此，如果在該等通孔12完全被該第一鍍覆薄膜36填滿之後，在第二鍍覆條件下以如下所述之方式藉由實行該第二電鍍來形成第二鍍覆薄膜38，所形成之第二鍍覆薄膜在其對應於該等通孔的中心之部份將具有較其他部份更厚之厚度。該鍍覆薄膜的局部厚度變動將造成稍後的焊接問題，因此應該避免發生。
因此較佳係在該等通孔12完全被該鍍覆薄膜36所填充之前，該第一鍍覆條件已變成該第二鍍覆條件，也就是說，當該第一鍍覆薄膜36嵌入每一個通孔12中時，該等通孔12中仍然具有一點兒凹形表面。這樣可以避免嵌入每一個通孔12中的第一鍍覆薄膜36的表面呈現凸形。
如下所述，藉由在第二鍍覆條件下實行第二電鍍所形成的第二鍍覆薄膜38係用以形成多個電極墊片或重連線 部份，並於此種條件下於該整體基板表面上形成具有均勻厚度的鍍覆薄膜。因此，即便當每一個通孔12中的第一鍍覆薄膜36的表面36a普遍具有一點兒凹形表面時，仍然可在該等阻層開口32中形成具有平坦表面的第二鍍覆薄膜38，但是前提為該等阻層開口32的深徑比係小於2，且較佳係小於1。
於第二鍍覆條件下所實行的第二電鍍中，利用該種子層14與該第一鍍覆薄膜36作為供給層，該第二鍍覆薄膜38能夠生長於該種子層14與該第一鍍覆薄膜36上，該種子層14與該第一鍍覆薄膜36兩者皆如第13A圖所示暴露於該阻層圖案的阻層開口32中。
在該第二電鍍中，作為供給層的種子層14與第一鍍覆薄膜36僅存在於該阻層圖案所圍繞的阻層開口32的底部。因此當實行電鍍之後藉由掩膜鍍覆(through-mask)的方式，該第二鍍覆薄膜38會從該等阻層開口32的底部生長。因此，在該第二鍍覆薄膜38中形成如空隙和裂縫之缺陷之可能性很低。然而該阻層圖案30中的鍍覆溶液的流量率分佈可能造成該第二鍍覆薄膜38的圖案組構不均衡。此現象可能發生在當銅離子的供應無法滿足該鍍覆速率時，也就是當鍍覆進行在擴散控制區中時。故此例中藉由如機械攪拌和空氣攪拌進行該鍍覆溶液的流量條件最佳化會比該鍍覆溶液的成分以及該電流的密度更加重要。
本文中所指的「空氣攪拌(air stirring)」係關於在鍍覆過程中平行移動攪拌槳以攪拌鍍覆溶液並且同時供應氣泡 (例如：空氣或氮氣)至該鍍覆溶液使得所供應之氣泡沿著基板的整體表面流動之方法。
因此，於此實施例中，將該鍍覆溶液向上流入該鍍覆槽186中，並且在鍍覆過程中利用該攪拌槳在大約平行於該基板W之方向上以高速往復攪動該鍍覆溶液。這樣能夠增進該等阻層開口32中的鍍覆溶液之供應並且能夠降低該圖案組構中的不均衡。除了單純攪動該攪拌槳之外，也可以在往復攪動該攪拌槳的同時往一個方向上緩慢地移動該往復中心。
於此實施例中，雖然該往復攪拌槳232係用以在鍍覆過程中攪拌該鍍覆溶液，但也可利用旋轉攪拌槳。藉由將該鍍覆溶液向上流入像是噴射類型的鍍覆裝置中，並且在鍍覆過程中相對於該基板表面旋轉該攪拌槳以攪動該鍍覆溶液，便能夠增進該等阻層開口中鍍覆溶液之供應並且降低該圖案組構中的不均衡。有鑒於該攪拌槳的旋轉中心附近的鍍覆溶液移動得相對較慢，故可將該攪拌槳的旋轉中心放置於距該基板中心一段距離之位置，並且在旋轉該攪拌槳的同時相對於該基板表面緩慢地移動該旋轉中心，使得該鍍覆溶液能夠在整體基板表面上均勻地流動。
根據本實施例，為了增加該第一鍍覆薄膜36與該第二鍍覆薄膜38的完整性以及薄膜形成的效率，鍍覆條件(如電流、鍍覆溶液的成分以及該鍍覆溶液的攪拌條件)可對於通孔12或者阻層開口32個別之組構進行最佳化，並藉由在第一鍍覆條件下實行第一電鍍以將第一鍍覆薄膜36填 入該等通孔12內，接著在第二鍍覆條件下實行第二電鍍以使得第二鍍覆薄膜38生長在阻層圖案30的阻層開口32內，其中該阻層圖案是形成在導電性薄膜上的預定位置。此外，在事先形成該阻層圖案之後，接續藉由實行該第一電鍍以將該第一鍍覆薄膜36填入該等通孔12中以及實行該第二電鍍以將該第二鍍覆薄膜38生長於該阻層圖案30的阻層開口32中，便可能縮短鍍覆所需之時間並且增加產能。
由確保設備面積之觀點來看，該等通孔12的總面積通常最多約為基板總面積的1%，決不超過基板總面積的數個百分比。另一方面，多個重連線結構或多個電極墊片的面積通常係基板總面積的數個百分比至數十個百分比。因此在該第一鍍覆條件下的第一電鍍中僅需供應將該第一鍍覆薄膜36填入該等通孔12中所需之電流。另一方面，如果在第二鍍覆條件下用以形成該第二鍍覆薄膜38(成為重連線結構或者電極墊片)所進行的第二電鍍係以相同於第一電鍍的電流來實行，將耗費相當長的鍍覆時間。有鑑於此，該第二鍍覆條件中的平均電流值較佳係高於該第一鍍覆條件中的平均電流值。
通常希望隨著該鍍覆區域的增加而增加該電流值。因此，希望該第二鍍覆條件中的平均電流值至少係該第一鍍覆條件的電流值的兩倍，通常係十倍。因此希望在相同鍍覆槽中接續實行該第一電鍍與該第二電鍍時，該鍍覆槽的鍍覆電源至少具有涵蓋十倍電流增加量的供給範圍。如上 所述，階梯式電流或脈衝電流可利用於在第一鍍覆條件下進行的第一電鍍中。再者，於此案例中，該第二電鍍中的平均電流值較佳係高於該第一電鍍中的平均電流值。
嵌入該等通孔12中的第一鍍覆薄膜36可用作通孔栓，該通孔栓以最直接的方式連接多個半，導體晶片以達到生產效能較高且尺寸較小的電子產品之目的。因此，希望該第一鍍覆薄膜具有高導電性，也就是低電阻。雖然黃金、銀以及銅等皆具有這樣的特性，但是僅有銅或者以銅為基礎的合金之鍍覆能夠在工業上進行由下向上的鍍覆。再者，由成本的觀點來看，較佳係至少利用銅或銅合金作為形成於第一鍍覆條件下的第一鍍覆薄膜36。
關於藉由在第二鍍覆條件下實行該第二電鍍而形成的第二鍍覆薄膜38，也希望使用高導電性金屬作為該第二鍍覆薄膜。另外，有鑒於產能的問題，會希望接續地形成以相同金屬所組成之該第一鍍覆薄膜36以及該第二鍍覆薄膜38。因此，該第二鍍覆薄膜38較佳也係由銅或銅合金所組成。
接著如第13B圖所示，該額外的種子層14與該電阻圖案30自該基板W的表面被移除，而同時該基板W的後表面被研磨並移除直到嵌入該等通孔12中的該第一鍍覆薄膜36底部暴露出來為止，進而獲得具有銅通孔栓40(由嵌入該等通孔12中的該第一鍍覆薄膜36所組成)、多個電極墊片42以及作為焊接材料的焊接層46之導電性結構，該等電極墊片42係由形成於該阻層圖案30的阻層開口32 中的第二鍍覆薄膜38所組成，該焊接層46係由形成於該第二鍍覆薄膜38上的第三鍍覆薄膜44所組成。該焊接層46的厚度係(例如)數十微米。
第17A圖與第17B圖片說明根據本發明的另一實施例用於形成導電性結構的製程步驟。如先前實施例中，如第12C圖所示，第一鍍覆薄膜36係藉由在第一鍍覆條件下實行第一電鍍被填入通孔12中。其後，如第17A圖所示，在第二鍍覆條件下實行第二電鍍使得第二鍍覆薄膜38能夠生長至阻層圖案30頂部的一半高度，並且接著在第三鍍覆條件下實行第三電鍍使得第三鍍覆薄膜44能夠生長於該第二鍍覆薄膜38上。
該第三鍍覆薄膜44係用以作為多個晶片之間的焊接層46(焊接材料)，該焊階層46係用以焊接。在該第二鍍覆薄膜38上接續形成該第三鍍覆薄膜44(用於形成電極墊片或桿)可以免除對於新的阻層圖案之需求，進而免除成本的增加。希望能夠將用於該第三電鍍的第三鍍覆條件(如該所使用之鍍覆溶液的成分以及該電流密度)最佳化。因此，該第三鍍覆條件可能不同於該第一與第二鍍覆條件。
如上所述，該第三鍍覆薄膜44係用以作為焊接材料，其焊接特性的考量會優先於導電性。因此，較佳使用如錫或者錫合金之金屬，而不同於用在該第一鍍覆薄膜36與該第二鍍覆薄膜38之金屬(如銅)。
接著，如第17B圖所示，該額外的種子層14與該電阻圖案30自該基板W的表面被移除，而同時研磨並移除 該基板W的後表面直到嵌入該等通孔12中的該第一鍍覆薄膜36之底部被暴露出來為止，進而獲得具有銅通孔栓40(由嵌入該等通孔12中的該第一鍍覆薄膜36所組成)以及多個電極墊片42之導電性結構，該等電極墊片42係由形成於該阻層圖案30的阻層開口32中的第二鍍覆薄膜38所組成。該等電極墊片42的厚度係(例如)數十微米。
以下將對於利用第5圖的鍍覆裝置(銅電鍍裝置)來接續形成第12C圖的第一鍍覆薄膜36以及第13A圖的第二鍍覆薄膜38的製程進行描述。
首先，基板W具有複數個形成在像是矽基底10中之向上開口的通孔(作為通孔栓之凹槽)12，以及形成在基板W的整體表面上作為電鍍供給層的種子層(導電性薄膜)14。該基板W係以其正面(欲鍍覆之表面)朝上的狀態被放置於基板托盤中，而該基板托盤接置於承載/未承載埠120上。
該等基板W其中一者係藉由第一調動機器人128由接置於承載/卸載埠120上的基板托盤中取出，並且放置於該對齊器122上以在預定方向上對齊定向平面或基板刻痕。另一方面，藉由該第二調動機器人174a將以垂直儲存於該貯存器164中的兩個基板支架160取出並旋轉90度，使得該基板支架160成為水平的狀態，並接著平行放置於該等基板附接/分離臺162上。
在預定方向上對齊該定向平面或自身基板刻痕的基板W會被調動並以該等基板週邊部份被密封的狀態被承接並 放置在基板附接/分離臺162上的基板支架160中。該第二調動機器人174a將兩個承接該等基板W的基板支架160同步地承住、舉起，並接著調動至該貯存器164。該等基板支架160被旋轉90度成為垂直的狀態並且被降低，使得該兩個基板支架160以懸掛的方式被承接(暫存)於該貯存器164中。以上的操作係以連續的方式重複地實行，使得多個基板相繼被該等儲存於貯存器164中的基板支架160所承接，並相繼以懸掛的方式被承接(暫存)於該貯存器164中的預定位置。
另一方面，該第二調動機器人174b將承接該等基板W並且暫存於該貯存器164中的兩個基板支架160同步地承住、舉起，並接著調動至該預先處理設備127。每一個基板皆浸入預先處理液(如該預先處理槽127所承接之純水)中以實行預先處理(清洗預先處理)。用作該預先處理液的純水之溶氧濃度較佳藉由真空除氧櫃(vaccum deaerator)或引入非活性氣體(inactive gas)以控制在不少於2毫克/公升。接著，承載該等基板W的基板支架160係以與上述相同之方式被調動至該活化處理設備166。將每一個基板浸入該活化處理槽183所承接的無機酸溶液(如硫酸或鹽酸)或有機酸溶液(如檸檬酸或草酸)中，進而對形成於該種子層表面上具有高電阻的氧化物薄膜進行蝕刻以暴露出清潔的金屬表面。用於此活化處理中的酸溶液溶氧濃度可以如預先處理所使用之純水的情形般被控制。承載該等基板的基板支架160係以與上述相同之方式被調動至該第一清洗 設備168a以利用該清洗槽184a所承接的純水清洗該等基板的表面。
在清洗該等基板的表面之後，承載該等基板的基板支架160被調動至該鍍覆裝置170，於該鍍覆裝置170中，每一個基板皆被掛起且支撐於該鍍覆槽186上並且被浸入該鍍覆槽186內的鍍覆溶液Q中以實行該基板W表面之鍍覆。
在開始第一鍍覆條件下的第一電鍍之前，每一個基板支架160所承接的基板W皆被浸入該鍍覆溶液Q中，但是卻不施加電流達一段預定時間，以便該鍍覆溶液取代殘留在該等通孔12中、之前用來清洗的水。該預定時間較佳少於一分鐘。如果該預定時間太長，該種子層將溶解於該鍍覆溶液中。
如上所述，在第12C圖中該基板的第一電鍍係實行於第一鍍覆條件下用以將第一鍍覆薄膜36填入該等通孔12中。該第一鍍覆條件係由下而上鍍覆，使得該鍍覆薄膜能夠優先自該等通孔12的底部開始生長。如第13A圖所示，在終止將該第一鍍覆薄膜36填入該等通孔12中之後，該第一鍍覆條件切換成第二鍍覆條件，並且在第二鍍覆條件下實行第二電鍍，使得第二鍍覆38生長於該導電性薄膜14與該第一鍍覆薄膜36之上，而該導電性薄膜14與該第一鍍覆薄膜36兩者皆暴露於該阻層圖案30的阻層開口32中。舉例而言，該第二鍍覆條件所使用的平均電流值係第一鍍覆條件所使用的平均電流值至少兩倍(通常至少十 倍)，並且以最佳化的方式移動該攪拌槳232以攪拌該鍍覆溶液Q。
也可利用多種具有不同成分的鍍覆溶液以在第一鍍覆條件下實行第一電鍍並且在第二鍍覆條件下實行第二電鍍。
在該第二電鍍結束之後，該第二調動機器人174b將該等承載基板的基板支架160再度承接並且自該等鍍覆槽186中拉起。
其後該等基板支架160係以相同於上述之方式調動至該第二清洗設備168b。將該等基板支架160浸入該等清洗槽184b內的純水，以利用純水來清潔該等基板的表面。接著以相同於上述方式將承載該等基板的基板支架160調動至風乾設備172。在風乾設備172中，朝向該等基板噴射惰性氣體或空氣以吹散附著於該等基板支架160的鍍覆溶液和水滴。其後，承載該等基板的基板支架160以上述相同方式返回該貯存器164中的預定位置，並且以懸掛的方式被承接。
該第二調動機器人174b相繼重複地實施上述之操作，使得承載該等被鍍覆基板之基板支架160相繼返回該貯存器中的預定位置164，並且以懸掛的方式被承接。另一方面，藉由該第二調動機器人174a以上述相同方式將兩個承載該等被鍍覆基板之基板支架160同時承住，並且放置於該等基板附接/分離臺162上。
配置於該清潔空間114中的第一調動機器人128將該 基板自該等基板附接/分離臺162上的基板支架160的其中一者中取出，並將該基板調動至該等清潔/烘乾設備124其中一者。在該清潔/烘乾設備124中，該基板係放置在正面朝上的水平位置，以純水清潔該基板後，接著藉由高速旋轉來將該基板旋乾。其後該基板藉由該第一調動機器人128返回接置於該承載/未承載埠120上的基板托盤中，由此完成一系列的製程處理步驟，而獲得如第13A圖所示的基板W。該基板W具有嵌入該等通孔12中用以形成多個通孔栓40的第一鍍覆薄膜36，以及形成在該阻層圖案30的阻層開口32中用以形成多個電極墊片42的第二鍍覆薄膜38。
如第17A圖與第17B圖所示，當要藉由在第三鍍覆條件下實行第三電鍍以在該第二鍍覆薄膜38上形成第三鍍覆薄膜44時，以相同於上述方式在形成該第二鍍覆薄膜38之後，將該基板調動至另一個電鍍裝置，而在該電鍍裝置形成第三鍍覆薄膜44。
以下將根據本發明之實施例對於鍍覆裝置進行描述，該鍍覆裝置適用於採用像是銅來實行基板(如半導體晶圓)表面(欲鍍覆之表面)的鍍覆，以便將銅填入直徑例如1微米至100微米的通孔中。
第18圖係根據本發明實施例之鍍覆裝置370垂直剖面的正面圖。該鍍覆裝置370可用以代替第5圖中鍍覆設施的鍍覆裝置170。
如第18圖所示，該鍍覆裝置370包含用於承接定量鍍 覆溶液Q的鍍覆槽386，以供基板W垂直浸入該鍍覆槽386中；基板支架160(如第6圖所示)承接基板W並且將基板W的週邊防水密封，而基板W的表面(欲鍍覆之表面)則是暴露出來的。於此實施例中，鍍覆溶液中除了具有銅離子、補充電解質以及鹵素離子之外，還包含有機硫化物、聚合物以及有機氮化物之至少一者。較佳係以硫酸作為補充電解質，以氯離子作為鹵素離子。
溢流槽400裝設於該鍍覆槽386上方部份的周圍，該溢流槽400係用以接收溢流至該鍍覆槽386邊緣之鍍覆溶液Q。裝設有泵402的循環管道404之一端連接至該溢流槽400的底部，而該循環管道404的另一端連接至裝設在該鍍覆槽386的底部之鍍覆溶液供應輸入孔386a。該溢流槽400中的鍍覆溶液Q藉由引動該泵402而回到該鍍覆槽386中。位於該泵402的順流位置之定溫單元406以及過濾器408係插入該循環管道404中，該定溫單元406係用以控制該鍍覆溶液Q的溫度，而該過濾器408係用以將該鍍覆溶液中的外來物質濾除。具有大量鍍覆溶液通路孔的底板410係配置於該鍍覆槽386的底部。
陽極412由陽極支架414承接並且垂直裝設於該鍍覆槽386中，該陽極412的形狀為對應該基板W形狀之圓形。當該鍍覆溶液Q注入該鍍覆槽386中時，該陽極412將浸入該鍍覆溶液Q中，並且面對該基板支架160所承接且被配置於該鍍覆槽386中預定位置之基板W。另外，在該鍍覆槽386中，用以調整該鍍覆槽386中電位分佈的調整板 418(其係由介電材料所組成)配置於該陽極412與該基板支架160之間，該基板支架160配置於該鍍覆槽386中的預定位置。該調整板418的下端可達該底板410。
在該調整板418與將配置於該鍍覆槽386中預定位置的基板支架160之間配置了複數個垂直延伸且以相同區間(interval)並列的攪拌槳420，該攪拌槳420平行於該基板W之表面來回往復以攪拌該基板支架160與該調整板418之間的鍍覆溶液Q。該等攪拌槳420構成了鍍覆溶液攪拌部件。
氣泡供應部件422配置在該鍍覆槽386的底部，其係位於該底板410上方以及該等攪拌槳420(鍍覆溶液攪拌部件)的下端附近的位置，尤其係該等攪拌槳420的下端附近但是稍微接近該基板W的位置。如第19圖與第20圖所示，該氣泡供應部件422係由中空管線424所構成，該中空管線424沿著其長度方向具有多個以預定間距P排成兩列的穿透孔424a。該氣泡供應部件422大約延伸達該鍍覆槽386的總寬度。該等穿透孔424a的直徑d0係例如0.1毫米至2.0毫米。該等穿透孔424a裝設於該中空管線424的下半部，使得該鍍覆槽386中的鍍覆溶液Q不會流入該中空管線424中。
也可配置該中空管線424(用以建立該氣泡供應部件422)使得該等穿透孔424a位於該鍍覆槽386的底板410的鍍覆溶液通路孔附近。這樣可使氣泡隨著該鍍覆溶液有效率地沿著該基板W的表面流動。
在鍍覆過程中，該氣泡供應部件422以例如0.1公升/分鐘至10公升/分鐘(較佳係1公升/分鐘至5公升/分鐘)的供應速率將像是空氣或氮氣的氣泡供應至面對該基板W表面(欲鍍覆之表面)之鍍覆溶液Q，使得氣泡沿著該基板W的整體表面流動，該氣泡供應部件422係由中空管線424所構成，該基板W由該基板支架160所承接並配置於預定位置。雖然沒有圖示出來，但是為了使得氣泡能夠有效率地沿著該基板W的整體表面流動，也可將該基板支架160以相對於垂直方向0.1°至1.0°的角度傾斜。
如第21圖與第22圖所示，也可使用多孔體426(其可為多孔的塑膠或陶瓷體)作為氣泡供應部件422。使用多孔體426可以簡化該氣泡供應部件422的結構。
該鍍覆裝置370裝設有鍍覆電源430，在鍍覆過程中，該鍍覆電源430的陽極係透過導線連接至該陽極412，而陰極則係透過導線連接至該基板W。
在該鍍覆裝置370的操作過程中，首先將定量的鍍覆溶液Q注入該鍍覆槽386。接著降低承接該基板W的基板支架160以將該基板W配置於該鍍覆槽386內的預定位置，並且浸入該鍍覆槽386內的鍍覆溶液Q中，而該鍍覆電源430的陽極與陰極分別連接至該陽極412與該基板W以實行該基板W表面的鍍覆。在該鍍覆過程中，該攪拌槳420係平行於該基板W往復移動，進而攪拌該調整板418與該基板W之間的鍍覆溶液Q，同時該氣泡供應部件422以例如0.1公升/分鐘至10公升/分鐘(較佳係1公升/分鐘至 5公升/分鐘)的供應速率將像是空氣或氮氣的氣泡供應至面對該基板W表面(欲鍍覆之表面)之鍍覆溶液Q。可視需要驅動該循環管道404的泵402以循環該鍍覆溶液Q，同時冷卻該鍍覆溶液Q以保持在預定溫度。
在經過預定的時間後，施加於該陽極412與該基板W之間的電壓、該攪拌槳420的往復移動以及來自該氣泡供應部件422的氣泡供應都會停止以結束該鍍覆。
該鍍覆裝置370可用以代替第5圖的鍍覆裝置170。舉例而言，裝設如第3B圖所示的基板W，該基板W係藉由將絕緣薄膜512(例如：二氧化矽)沉積在基底510(例如：矽)的表面上來形成複數個向上開口的通孔514；於整體表面上形成阻障層516(例如：TaN)；接著於該阻障層516的表面上形成作為電鍍的(銅)供給層之種子層518。如第3C圖所示，該基板W接受一系列如先前實施例的鍍覆製程處理步驟，藉此將銅填入該等通孔514中並將銅薄膜520沉積於該絕緣薄膜512上。
雖然在上述實施例中，該預先處理設備126係配置於該鍍覆空間116中，並且在實行基板預先處理的同時以該基板支架160承接該基板，但是預先處理設備也可以配置於該清潔空間114中，並且在該預先處理之後實行一系列的鍍覆製程處理步驟，同時以該基板支架承接基板。
範例1
測試樣本係藉由以物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)在矽晶圓基板上形成厚度100奈米(nm)的 鈦(Ti)阻障層，該矽晶圓基板具有多個直徑20微米深度50微米的孔(通孔)，接著藉由PVD在該組障層上形成厚度500奈米的銅種子層。利用如第18圖所示的鍍覆裝置與具有以下成分的硫酸銅鍍覆溶液在下列的鍍覆條件中實行該測試樣本(基板)表面的銅電鍍：
鍍覆溶液成分
無水硫酸銅(copper sulfate pentahydate)：200克/公升
硫酸：50克/公升
氯：60毫克/公升
添加物：硫化物、聚合物、氮化物等。
鍍覆條件
電流密度：5毫安培/平方公分
鍍覆時間：30分鐘
攪拌槳移動速度(平均)：200毫米/秒
攪拌槳數量：5
循環流量速率：2公升/分鐘
氣泡供應：氣體由中空管線的多個0.5毫米穿透孔以2公升/分鐘的速度供應
範例2
對相同的測試樣本以相同於範例1的方式實行電鍍，但是利用如第21圖與第22圖所示的多孔體(多孔陶瓷體)所構成的氣泡供應部件。該多孔體以150毫升/分鐘的速率供應氣體。
對照範例1
除了不以攪拌槳對該鍍覆溶液實行攪拌之外，以相同於範例1的方式對相同的測試樣本實行電鍍。
對照範例2
除了不以攪拌槳對該鍍覆溶液實行攪拌之外，以相同於範例1的方式對相同的測試樣本實行電鍍，並且以150毫升/分鐘的速率供應氣體。
從範例1、2以及對照範例1、2中獲得之具有銅鍍覆薄膜的個別測試樣品上切下孔的部份，並且觀察該等切口表面(cut surface)。該等個別鍍覆薄膜係以第23圖中所述參數的觀點進行評估：孔直徑d；形成於該測試樣本位於該等洞孔外部表面上的鍍覆薄膜之厚度t；以及評估指數t/d。結果顯示於下表1中。小於0.5的評估指數值代表鍍覆優先進行在該等孔中，也就是說形成於基板表面上且位於填滿銅的孔外部之銅鍍覆薄膜的厚度，會小於該等孔的半徑。
如表1中的資料所示，範例1與2的樣品的評估指數 大幅低於0.5，這代表鍍覆薄膜會優先生長於該等孔中。另外，在範例1與2的樣品中，該等直徑20微米且深度50微米的孔完全被銅所填充而沒有出現像是空隙的缺陷。相對地，對照範例1與對照範例2樣品的孔被銅填充得並不完整，也就是有空隙形成於嵌入的銅中。
第24圖顯示範例1中藉由電鍍而被填入該等孔中的鍍覆薄膜的狀態。可認為在開始鍍覆之後立即開始自該等孔的底部生長該銅鍍覆薄膜；在鍍覆的中間階段，銅將該等孔填充一半而沒有發生缺陷；在稍後的鍍覆階段中，該等孔被完全填滿且在嵌入的銅薄膜中沒有發生缺陷，而在該測試樣本(基板)位於該等孔外部的表面上則形成了薄的銅薄膜。因此，如第24圖所示，形成於該測試樣本(基板)位於該等孔外部的表面上的鍍覆薄膜之厚度T2顯著地小於該等孔之直徑D2。
儘管本發明已藉由參考實施例來進行描述，但嫻熟此技術者將了解本發明並非僅限於上述特定的實施例，而是打算涵蓋本發明概念內所有可能的變化與修改。
10‧‧‧基底
12‧‧‧通孔
14‧‧‧種子層
30‧‧‧阻層圖案
32‧‧‧阻層開口
36‧‧‧鍍覆薄膜
h‧‧‧高度
W‧‧‧基板

Claims (12)

  1. 一種導電性結構之形成方法，包括下列步驟：於使用三維沉積技術形成有通孔電極用凹形之基板的整體表面上形成導電性薄膜，該整體表面包含通孔電極用凹形之表面；於該導電性薄膜上之預定位置形成阻層圖案；在利用該導電性層作為供給層來實行第一鍍覆條件下，藉由將該基板浸入於含有能夠抑制該第一鍍覆薄膜生長的添加物之鍍覆溶液而進行第一電鍍，進而將第一鍍覆薄膜填入該等通孔電極用凹形內；在該等通孔電極用凹形填入該第一鍍覆薄膜結束後，在利用該導電性層及第一鍍覆薄膜作為供給層之第二鍍覆條件下，將該基板浸入組成與該第一鍍覆溶液不同之第二鍍覆溶液而進行第二電鍍，進而使得第二鍍覆薄膜能夠生長於暴露在該阻層圖案之多個阻層開口中的該導電性薄膜與該第一鍍覆薄膜上，於該阻層開口中形成具有平坦表面之第二鍍覆薄膜。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於導電性結構之形成方法，其中該阻層圖案之高度係5微米至10微米。
  3. 如申請專利範圍第1項之用於導電性結構之形成方法，其中該第一鍍覆薄膜與該第二鍍覆薄膜係由相同金屬所構成。
  4. 如申請專利範圍第1項之用於導電性結構之形成方法，其中該第一鍍覆薄膜與該第二鍍覆薄膜係由銅或 銅合金所組成。
  5. 如申請專利範圍第1項之用於導電性結構之形成方法，其中該第二鍍覆薄膜係生長至該阻層圖案頂部的一半高度，而接著在第三鍍覆條件下實行第三電鍍以使得第三鍍覆薄膜生長於該第二鍍覆薄膜之上。
  6. 如申請專利範圍第5項之用於導電性結構之形成方法，其中該第三鍍覆薄膜係由不同於該第一鍍覆薄膜以及該第二鍍覆薄膜的金屬所組成。
  7. 如申請專利範圍第1項之用於導電性結構之形成方法，其中將第一鍍覆薄膜填入該通孔電極用凹形內，係終止在該通孔電極用凹形被該第一鍍覆薄膜填滿之前。
  8. 如申請專利範圍第1項之用於導電性結構之形成方法，其中在該等通孔電極用凹形被該第一鍍覆薄膜填滿之前，以低於第一電流值的第二電流值實行鍍覆達一段預定之時間，該鍍覆至少實行一次。
  9. 如申請專利範圍第1項之用於導電性結構之形成方法，其中在實行該鍍覆的同時以攪拌槳攪拌鍍覆溶液，該攪拌槳大致平行於該基板表面進行移動。
  10. 如申請專利範圍第1項之用於導電性結構之形成方法，其中在實行該鍍覆的同時以攪拌槳攪拌鍍覆溶液，並且該攪拌槳會相對於該基板表面進行旋轉。
  11. 如申請專利範圍第1項之用於導電性結構之形成方法，其中該第一電鍍係在藉由將該基板浸入在供應氮 氣或空氣氣泡至使得所供應之氣泡沿著基板的整體表面流動下之該鍍覆溶液而進行。
  12. 如申請專利範圍第1項之用於導電性結構之形成方法，其中該第二鍍覆條件中的平均電流值係高於該第一鍍覆條件的電流值。
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