TW201710551A

TW201710551A - 用於高速率電鍍之電解液濃度控制系統

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Publication number: TW201710551A
Application number: TW105121668A
Authority: TW
Inventors: 史蒂芬Ｔ邁爾; 強納森大衛李德; 瑟沙撒依凡拉德拉真
Original assignee: 諾發系統有限公司
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2017-03-16
Also published as: CN106350845A; TWI706054B

Abstract

一種用於填充在半導體基板上之凹陷特徵部的電鍍設備，包含一容器，該容器配置成將濃電鍍溶液維持在至少約40℃的溫度下，其中該溶液原本在20℃將形成沉澱物。此容器係與電鍍槽呈流體連通，該電鍍槽係配置成在至少約40℃的溫度下使濃電解液接觸半導體基板；或者，該容器係該電鍍槽。為了避免金屬鹽自電解液析出，該設備進一步包含一控制器，該控制器具有程式指令，用於響應指示電解液係處於析出風險的訊號，將稀釋劑添加至容器中之濃電鍍溶液，以避免鹽自該濃電鍍溶液析出。

Description

用於高速率電鍍之電解液濃度控制系統

本發明大致關於用於將金屬電沉積在具有凹入的特徵部之半導體基板上的方法及設備，且更具體而言，關於用於電鍍銅以填充矽穿孔（TSV）的方法及設備。

TSV係一種完全穿過矽晶圓或晶粒的垂直電連接。TSV技術對製造3D封裝及3D積體電路（IC）係重要的。其藉由內部線路提供垂直對齊之電子裝置的互連結構，此顯著地降低多晶片電子電路的複雜性及總尺寸。

典型的TSV製程包含形成TSV孔及沉積保形擴散阻障和導電晶種層，接著使用金屬填充TSV孔。銅係通常用作TSV填充中的導電金屬，因為其支持在諸如3D封裝和3D積體電路之複雜整合件所經歷的高電流密度以及增高的裝置速度。此外，銅具有優良熱導率且可以高純態獲得。

TSV孔通常具有高深寬比，使得將銅無空隙地沉積至此等結構中成為一項具挑戰性的任務。銅的CVD沉積需要複雜且昂貴的前驅物，而PVD沉積常常造成空隙及有限的階梯覆蓋率。電鍍係一種比較常見之將銅沉積至TSV結構中的方法；然而，由於TSV的大尺寸及高深寬比，電鍍亦造成一系列挑戰。

在典型的TSV電填充製程中，基板與電鍍溶液接觸，該電鍍溶液包含：作為銅離子來源的硫酸銅、用於控制導電率的硫酸、增強抑制劑（suppressor）吸附的氯離子、及一些其他添加劑。然而，標準市售電解液的使用常常導致非常慢的電鍍且在TSV填充期間形成空隙。例如：典型的電解液係藉由將小於65 g/L的Cu²⁺ 濃度所提供的硫酸銅溶液與濃硫酸或50%的濃硫酸合併加以製備。包含銅鹽及酸兩者之預混合的電解液係亦可使用，然而，其通常具有小於60 g/L的Cu²⁺ 濃度。在此兩種情況下，市售的溶液係在此等濃度下加以製備，以避免在約0-10℃之間的運送及儲存溫度下之銅鹽的析出。

本文提出：使用在0℃未飽和之自市售可得的電解液，導致可能不可接受地慢之電鍍速率（例如，對於TSV填充為一個小時以上），且在TSV填充期間亦可能與增加之空隙的形成相關連。

本發明在一實施態樣中提供以非常高的速率填充TSV的方法及相關的設備。在一些實施例中，此包含使用具有非常高Cu²⁺ 離子濃度的電解液，其通常顯著地高於由市售可得之電解液所提供的濃度。在一些實施例中，電解液進一步包含相對高濃度的酸（例如硫酸、烷基磺酸、酸的混合物等），諸如在約0.1-2 M的濃度。在一些實施例中，至少約0.6 M的酸濃度係較佳的。例如，在一些實施例中，電解液包含濃度在約40-200 g/L之間的硫酸，諸如在約100-200 g/L之間，較佳是至少約60 g/L。

此外，在許多實施例中，使用此濃電解液的電鍍係在升高的溫度下加以執行，諸如至少在約40℃下。在一些實施例中，電鍍係使用原本在第一溫度將超過其飽和限制（即，將形成沉澱物）的電解質溶液加以執行，其中電鍍係在比電解液係飽和的最高溫度高至少10℃或20℃的溫度下加以執行。例如，在一些實施例中，電鍍係使用原本在0℃將形成沉澱物的電解質溶液在至少約20℃的溫度下加以執行。在其他實施例中，電鍍係在至少約40℃的溫度下使用原本在20℃將形成沉澱物的濃電解質溶液加以執行。

在另一實施態樣中，本發明提供設備及相關方法，用於在使用之前製備此等濃電解液，及用於將濃電解液製備模組與電鍍設備整合。此外，用於控制電解液濃度及溫度的方法和設備係加以提供。所提供的方法及設備對於以銅填充大的高深寬比特徵部（諸如TSV）係特別有用的，但亦通常可適用於在具有凹陷特徵部的各種半導體基板上沉積其他金屬。

在一實施例中，提供一種用於在具有一個以上凹陷特徵部（諸如TSV）的半導體基板上沉積銅的電鍍設備。該設備包含（a）配置成用於濃縮包含銅鹽之電解液的電解液濃縮器模組，該電解液濃縮器模組包含配置成用於自非濃縮電解液的來源接收非濃縮電解液的入口、配置成用於將溫濃電解液遞送至濃電解液貯槽的出口、及配置成用於將濃縮器模組中的電解液維持在至少約40℃的溫度之加熱器；（b）該濃電解液貯槽係與該濃縮器模組呈流體連通，其中該貯槽係配置成用於自濃縮器模組接收溫濃電解液，及用於將該溫濃電解液遞送至電鍍槽；及（c）該電鍍槽係與濃電解液貯槽呈流體連通，其中該電鍍槽係配置成用於自該濃電解液貯槽接收溫濃電解液，及用於在至少約40℃（例如：至少約50℃，諸如至少約60℃）的溫度下使該溫濃電解液接觸半導體基板。在一些實施例中，該設備亦包含與該濃縮器模組呈流體連通之非濃縮電解液的來源，其中該非濃縮電解液的來源係配置成用於容納非濃縮電解液，及用於將該非濃縮電解液遞送至濃縮器模組的入口。

電鍍設備的濃縮器模組係配置成用於將水自非濃縮電解液加以移除（例如藉由在升高溫度下的蒸發作用及/或藉由逆滲透）。例如，在一實施例中，濃縮器係配置成用於將水自非濃電解液移除，以形成具有至少約40℃之溫度的溫濃電解液，其中所形成的溫濃電解液原本在20℃將為過飽和的（將形成沉澱物）。濃縮器模組通常包含電連接至溫度控制器的加熱器，該加熱器係配置成將濃縮器模組中的電解液溫度保持在至少約40℃。在一些實施例中，濃縮器係配置成用於在至少約70℃的溫度下將水自電解液蒸發。在一些實施例中，濃縮器係配備用於當濃縮器係在工作時接收乾空氣的入口、及將濕空氣移除的出口。

該濃縮器模組進一步可包含與濃度控制器連接的濃度偵測器（例如光學偵測器），該濃度控制器係配置成將電解液濃度維持在期望的範圍內。濃縮器模組中的電解液通常包含Cu²⁺ 及SO₄ ^2- 離子、H⁺ （酸）、Cl^- （氯化物），但亦可包含其他成分。在一實施例中，濃縮器係配置成將實質由具有溶解於其中之Cu²⁺ 、SO₄ ^2- （包含相關的含硫陰離子）、H⁺ 、及Cl^- 之水組成的溶液濃縮。該濃縮器可進一步包含配置成用於自稀釋劑源接收稀釋劑（例如DI水）的稀釋劑埠，例如：當電解液的濃度開始超過期望濃度時，及為了防止銅鹽的析出（或逆轉銅鹽的析出）。

在一些實施例中，濃縮器模組包含連接至電解液出口的再循環管線，其中該管線係配置成用於將在濃縮器模組之內的溫濃電解液再循環及包含一過濾器，該過濾器係配置成用於將再循環的電解液過濾，其中該再循環管線係與濃電解液貯槽呈流體連通，且係進一步配置成用於將過濾之溫濃電解液遞送至濃電解液貯槽。

在濃電解質溶液（其通常具有85 g/L以上的Cu²⁺ 濃度）係在濃縮器模組內形成之後，該濃電解質溶液係被引導至濃電解液貯槽。該貯槽通常亦包含電連接至溫度控制器的加熱器，該溫度控制器係配置成將貯槽中的電解液溫度維持在至少約40℃的溫度下。濃縮器模組及貯槽中的電解液溫度不需必然相同，其中濃縮器電解液溫度係通常高於貯槽中的電解液溫度。在各種情況下，溫度和電解液濃度係明智地加以控制，使得沒有來自濃溶液的析出發生。在一些實施例中，貯槽亦包含稀釋劑埠，該稀釋劑埠係配置成將稀釋劑遞送進貯槽以防止或逆轉銅鹽析出，或將電解質溶液中的銅濃度最佳化。此外，在一些實施例中，貯槽包含添加劑埠，該添加劑埠係配置成將諸如平整劑、加速劑、及抑制劑的添加劑從添加劑源遞送至貯槽。

在濃電解液離開貯槽之後，其係被引導至電鍍槽，於該處使該濃電解液在至少約40℃的溫度下與基板接觸並發生電沉積。在一實施例中，溫濃電解液係通過電解液入口埠連續地遞送至電鍍槽，且係通過電解液出口埠加以移除。在一些實施例中，離開的電解液係經過再循環管線被引導回濃電解液貯槽。通常，在電解液再循環迴路中有過濾器，該過濾器係適於在電解液再次進入貯槽之前將不溶的物質自其移除。在其他實施例中，自電鍍槽離開的電解液係經過再循環管線被引導至濃縮器模組。

在其他實施態樣中，濃電解液係藉由將銅鹽的濃溶液與酸溶液結合而加以製備。在一實施例中，電鍍設備包含（a）與濃銅鹽的來源及與濃酸的獨立來源呈流體連通的濃電解液貯槽，該貯槽係配置成用於將銅鹽的濃溶液與濃酸結合，並形成具有在至少約40℃的溫度下之溫濃電解質溶液，其中該溶液原本在20℃將形成沉澱物；及（b）與濃電解液貯槽呈流體連通的電鍍槽，其中該電鍍槽係配置成用於自濃電解液貯槽接收溫濃電解液，及用於在至少約40℃的電解液溫度下使溫濃電解液接觸半導體基板。

如上所述，在許多實施例中，使用高於室溫的濃電解液執行電鍍係較佳的，而在一些實施例中，原本在0℃下將為過飽和的濃電鍍溶液係加以製備，且電鍍係在20℃以上（但不一定在室溫之上）加以執行。在一實施態樣中，用於填充TSV的電鍍方法包含：（a）提供包含至少一種銅鹽的非濃縮電解質溶液，其中該溶液在0℃及較高的溫度下係不飽和；（b）將包含該至少一種銅鹽的非濃縮電解質溶液濃縮以形成濃溶液，並將該濃溶液維持在至少約20℃的溫度下，其中該濃溶液原本在0℃將形成沉澱物；及（c）在電鍍設備內在至少約20℃的溫度下將半導體基板與濃電解質溶液接觸，以使用銅至少部分地填充矽穿孔。

在另一實施例中，TSV填充的方法包含（a）藉由將包含銅鹽的濃溶液與酸的濃溶液結合而形成濃電解質溶液，該酸具有與銅鹽相同的陰離子，其中該濃溶液原本在0℃將形成沉澱物，且其中所形成的濃溶液係維持在至少約20℃的溫度下；及（b）在電鍍設備內在至少約20℃的溫度下將半導體基板與濃電解質溶液接觸，以使用銅至少部分地填充矽穿孔。

當然，在一些實施例中，濃電解液係在至少約40℃的溫度下加以製備，且在至少約40℃的溫度下接觸基板。在所形成之濃電解液中的Cu²⁺ 濃度將取決於在0℃下特定電解液成分的飽和需求。例如，當具有高濃度之共同陰離子的電解液（諸如具有高濃度硫酸的硫酸銅電解液）係加以使用時，具有40 g/L以上Cu²⁺ 濃度的電解液在0℃可能已經過飽和。此等電解液將難以獲得，除非使用本文描述的方法。因此，在一些實施例中，具有40 g/L以上Cu²⁺ 濃度（諸如60 g/L以上、諸如85 g/L以上）的電解液係加以形成。對於不包含高濃度之共同陰離子的電解液，在0℃的過飽和可在85 g/L以上的Cu²⁺ 濃度中加以實現。

本發明的這些及其他特徵和優點將參照下列圖示及相關說明描述更多細節。

在以下描述中，本發明係以某些特定配置及製程的形式呈現，以幫助說明可如何實施本發明。本發明係不限於此等特定實施例。本發明之特定實施例的例子係在隨附圖示中加以說明。雖然本發明將結合此等特定的實施例加以描述，但應理解其係非意圖將本發明限於此等特定實施例。反之，其係意欲涵蓋如可包含在隨附申請專利範圍之範疇及等同物之內的替代方案、改良處理、及等效形式。在以下說明中，為了提供本發明的透徹理解，說明許多具體細節。本發明可不具有某些或全部這些具體細節而實施。另一方面，為了不要不必要地模糊本發明，未詳細說明眾所周知的製程操作。

在本揭示內容中，各種術語係用以描述半導體工件。例如：「晶圓」和「基板」可互換使用。經由電化學反應將金屬沉積或電鍍至導電表面之上的製程一般係稱為電鍍或電填充。在本申請案中的含銅金屬係稱為「銅」，其包含但不限於純銅金屬、銅與其他金屬的合金、及摻入非金屬物種的銅金屬，諸如摻入在電填充操作期間使用的有機及無機化合物（例如平整劑、加速劑、抑制劑、表面活性劑等）。

雖然高速率電鍍製程將主要參照銅電鍍加以描述，但應理解本文提供的方法及相關設備設置可用以執行其他金屬及合金（諸如Au、Ag、Ni、Ru、Pd、Sn、Pb/Sn合金等）的高速率電鍍。

此外，雖然所提供的方法係特別利於填充相對大的凹入特徵部（諸如TSV），此等方法亦可用於填充較小的金屬鑲嵌特徵部，或甚至用於在平坦化基板上的高速率電鍍。

較高速率的電鍍在半導體處理的許多領域中係期望的，特別是需要用於填充半導體基板上之相對大、高深寬比的凹入特徵部。具體而言，當使用傳統的電解液和傳統的電鍍系統時，TSV－－通常具有大於約3微米的直徑和超過約20微米的深度，且除此之外可具有高深寬比（例如：在約5：1和10：1之間）－－係相對緩慢地加以填充。此外，在傳統的系統中，該等特徵部的填充常常造成空隙的形成，這是由於在特徵部的底部部分和在特徵部開口的電沉積率之差異。例如：若在特徵部之底部的電沉積速率係不夠的，而在特徵部開口的電沉積速率係相對高，則特徵部開口可能閉合得比完全填充特徵部快，因而在特徵部內留下空隙。因此，雖然通常期望提高電沉積速率以實現較快的電鍍，但在一些實施例中，亦期望相對於在特徵部開口的沉積速率提高在凹入特徵部之底部的沉積速率。在一些實施例中，此係藉由在升高的溫度下使用具有非常高Cu²⁺ 離子濃度的電解液及使用添加劑來進行電鍍而加以達成，該添加劑係用以相對於在特徵部開口的電沉積速率提高在凹入特徵部之底部部分的電沉積速率。

本文提供的高濃電解液通常具有超過其在0℃之飽和限制的成分濃度。該電解液係通常在高於電解液係完全飽和之最高溫度至少約5度（諸如至少約10或20度）的溫度下加以使用，以確保在電鍍期間沒有沉澱發生。在本申請案中，「完全飽和的電解液」意指在所參照之溫度下原本通常開始形成沉積物的成分。換句話說，本文提供之濃電解液原本在0℃將形成沉澱物，但通常在至少約20℃的溫度（諸如在至少約40℃的溫度（例如在約40℃和75℃之間的溫度））下加以使用，在該等溫度下所有電解液成分保持完全溶解。

此等濃電解液通常係無法商業取得。例如：當包含硫酸銅和硫酸的電解液係被販賣時，即使最濃的混合物係設計成使得其係能夠承受運送和儲存溫度（例如0℃-10℃）而沒有形成沉澱物，且因而與根據所提供的實施例期望用於電鍍的濃度相比具有較低的濃度。因此，提供在電鍍之前製備濃電解液的方法，及包含濃電解液製備模組的相關設備。

在一些實施例中，本文提供之濃電解液的使用，允許在少於約20分鐘的時間及以實質上沒有空隙的方式完全填充具有至少約3微米的直徑和至少約20微米深度的TSV。在一些實施例中，提供電沉積速率，該電沉積速率係與使用傳統電鍍條件獲得的速率相比高至少5倍的。例如：可得到約10,000-50,000 Å/分鐘之間的電鍍速率，其基於隨時間變化之填充的通孔深度而測得。在一些實施例中，至少約25,000 Å/分鐘的電鍍速率係較佳的。 TSV處理

現將參照圖1A-1C說明將所提供之電鍍方法整合進金屬鑲嵌特徵部處理中，此等圖示顯示在處理的各種階段期間包含矽穿孔（TSV）之基板的橫剖面圖。

TSV係一種完全穿過矽晶圓或晶粒之垂直電連接。TSV技術可用於3D封裝及3D積體電路中，有時統稱為3D堆疊。舉例而言，3D封裝可包含兩個以上積體電路（IC），此等積體電路垂直堆疊，使得其與2D佈局相比佔據較少空間且在各種裝置之間具有較短的通訊距離。傳統上，雖然堆疊的IC係沿其邊緣以導線連接在一起，但此線路設計仍可導致顯著的訊號傳輸時間延遲以及增加堆疊的尺寸，且通常需要額外的再分佈層以將訊號發送至各IC的周緣。藉由在各垂直堆疊的IC之間直接穿過矽基板用導線連接IC，可形成顯著較大量之長度較短的緻密互連結構。TSV提供穿過IC基板主體的連接，造成具有大幅增加的通訊帶寬之較小緊密堆疊。類似地，3D的單一IC可藉由堆疊若干矽晶圓且垂直穿過各基板將其互連而加以建構。此等堆疊表現成單一裝置且可具有造成較快操作的較短臨界電通路。此方法在許多實施態樣中係技術上優於傳統周緣導線接合互連方法。

使用TSV的電子電路可以若干方式加以接合。一種方法係「晶圓至晶圓」，其中具有電路之兩個以上半導體晶圓係加以對準、接合、且切割成3D IC。各晶圓可在接合之前或之後加以薄化。薄化製程包含晶圓材料的移除以曝露TSV的底部部分。TSV可在接合之前形成於晶圓中或在接合之後建立於堆疊中，且可在有源層及外部接合墊之間穿過矽基板。另一種方法係「晶粒至晶圓」，其中僅切割一晶圓且接著該單一晶粒係對準且接合於第二晶圓的晶粒位置之上。第三種方法係「晶粒至晶粒」，其中多個晶粒係加以對準且接合。類似於第一種方法，薄化及連接可在後兩種方法中的任何階段加以進行。將高速率電鍍製程整合於矽穿孔處理中的操作係不受處理矽穿孔的順序顯著影響。

圖1A-1C說明在晶圓薄化之前TSV的處理，亦即，在這些處理階段的TSV係非一路延伸穿過矽晶圓。TSV可與此處通常稱為半導體基板101的晶粒及晶圓兩者一起使用。適用於半導體基板101之材料的例子包含但不限於矽、絕緣體上的矽、藍寶石上的矽、及砷化鎵。在一些實施例中，半導體基板包含介電質層，諸如基於氧化矽的介電質。在其他情況下，基板可更類似於單層或多層電路板，且可由陶瓷或嵌入式環氧樹脂製成。此外，在一些實施例中，基板可包含電路或有源電晶體元件。這些特徵部係未顯示以保持清楚明瞭。

在圖1A顯示的第一橫剖面圖中，TSV孔103係在半導體基板101內加以形成。TSV孔103的深度必須足以允許在後續薄化操作期間完全切穿基板101。通常，TSV孔的深度可在約5至400微米之間（深度常常在約50至150微米之間），然而，本發明亦可使用其他尺寸的TSV孔加以實施。TSV孔的直徑可在約1至100微米之間（更典型在約5至25微米之間）變化。TSV孔通常具有高深寬比，該深寬比係定義為TSV孔深度與TSV孔直徑（通常在開口處）的比例。在某些實施例中，TSV孔深寬比可在約2:1至12:1之間（諸如在約3:1和10:1之間）變化。TSV尺寸亦取決於整個3D堆疊製程之哪個階段包含TSV的形成。TSV可在堆疊之前（「先鑽孔（via first）」）或之後（「後鑽孔（via last）」）加以形成。在「先鑽孔」構造中，TSV可在建立CMOS結構之前或之後加以形成。在「後鑽孔」構造中，TSV可在接合之前或之後加以形成。此外，在兩種構造中，薄化可在接合之前或之後加以執行。本發明可在使用本文描述的任何TSV尺寸或形成的構造加以實施。表1總結用於各種TSV構造的典型TSV尺寸（微米）。雖然圖1A-1C及相對應的描述通常關於TSV在堆疊和CMOS處理之前形成且薄化係在接合之前加以執行的構造（「先鑽孔」+CMOS之前+接合之前薄化），本發明可輕易地應用於其他構造。表1

TSV孔可使用標準光微影及蝕刻方法加以形成。返回至圖1A，TSV孔103可穿過頂表面加以形成，該頂表面可為晶圓或晶粒的有源表面且可包含電子元件。或者，TSV孔可穿過沒有電路之晶圓或晶粒的背表面加以形成。

圖1A中的橫剖面顯示一層擴散阻障材料105位在基板101上，且在場內及在TSV孔103之內保形地襯裡基板。用於擴散阻障層105之合適材料包含鉭、氮化鉭、鎢、鈦、釕、氮化鈦、及這些及其他材料的合金及層狀組合。在一典型的實施例中，擴散阻障層105係藉由PVD製程加以形成，雖然其他技術（諸如化學氣相沉積（CVD）、無電沉積、或原子層沉積（ALD））可加以使用。晶種層107係接著沉積以在電鍍操作期間提供用於電流通道的均勻導電表面。如同阻障層沉積，PVD方法可針對此操作加以使用，雖然諸如無電或電解沉積的其他製程亦可加以使用。合適的晶種層材料包含諸如銅、銅合金、鈷、鎳、釕等金屬，或諸如Co/Cu或Ru/Cu的組合層。在一些實施例中，晶種層亦可執行擴散阻障的功能。在這些實施例中，可能不需要使用獨立的擴散阻障層105。再次參照圖1A，可觀察到晶種層107在場內及在TSV之內保形地襯裡基板且位在擴散阻障層105的頂部上。

接著，銅層111係藉由電鍍沉積在晶種層107之上（該晶種層係未顯示於圖1B以保持清楚明瞭），以完全填充TSV孔103，如圖1B中所示。包含非常高Cu²⁺ 濃度的濃電解質溶液係在電鍍製程中、較佳是在至少約40℃之升高的溫度下加以使用。電解液化學品及電鍍條件將在後續章節中詳細描述。在電鍍期間，電流係穿過晶種層107加以產生，導致銅離子朝晶種層流動且沉積在晶種層上。通常，在電沉積期間，銅覆蓋層109係在場區上加以形成。在大特徵部尺寸3D堆疊（例如TSV）的應用中，覆蓋層通常具有從約4微米至25微米範圍的厚度。在一些實施例中，在TSV係加以填充之後，幾乎沒有或沒有覆蓋層可在基板上加以形成。用於幾乎沒有或沒有覆蓋層的電鍍之合適的電解液化學品係在於西元2008年8月18日申請之J. Reid等人列名發明者之共同擁有的美國專利申請案序號第12/193,644號中加以描述，該專利申請案的標題為「Process for Through Silicon Via Filling」，其全部內容於此藉由參照納入本案揭示內容。

在銅的電沉積係完成之後，覆蓋層109係在電鍍後製程中加以移除，該電鍍後製程可包含濕化學蝕刻、化學機械研磨（CMP）、電平坦化、及這些方法的各種組合。

圖1C中顯示的下一個橫剖面，說明在完成移除銅覆蓋層的電鍍後製程之後的基板101。如圖所示，覆蓋層109係加以移除且擴散阻障層105係曝露在場區上。在後續操作（未展示）中，擴散阻障材料係自場區加以移除（例如藉由CMP），且基板係在TSV底部加以薄化以允許TSV完全穿過基板。電解液化學品及電解液製備

一種用於高速率電鍍的示例性方法係在圖2A中顯示的製程流程圖中加以說明。在201中，具有凹陷特徵部的半導體基板係加以接收。例如，基板可為具有一個以上TSV孔的晶圓或晶粒。獨立地，在操作203中，高濃度電解質溶液係加以製備。該高濃度電解液具有超出在0℃之飽和限制的Cu²⁺ 濃度。製備的電解液係維持在比該溶液係完全飽和的最高溫度（即，原本將形成沉澱物的最高溫度）高至少約10℃的溫度下。例如，在一些實施例中，濃電解液在0℃下係完全飽和，並將該濃電解液維持於室溫（約20℃）。在其他實施例中，濃電解液在室溫（在20℃）下係完全飽和，並將該濃電解液維持於至少約40℃的溫度（諸如在約40-75℃之間的溫度，例如在約50-70℃之間的溫度）。

製備的電解質溶液包含一種以上銅鹽，其可包含但不限於硫酸銅、甲烷磺酸銅、丙烷磺酸銅、葡萄糖酸銅、焦磷酸銅、胺磺酸銅、硝酸銅、磷酸銅、氯化銅、及其各種組合。

在一些實施例中，製備的濃電解液進一步包含酸，諸如硫酸、甲磺酸、丙磺酸、硝酸、磷酸、鹽酸、及其各種組合。例如，在一實施例中的電解質溶液包含硫酸銅和硫酸。

在一些實施例中，雖然非必要，但本文提供的濃溶液在除了高的Cu²⁺ 濃度之外具有相對高的酸濃度。此對於TSV填充係特別顯著的，因為在通孔內之電解質溶液中的電壓降相對於場區在通孔的基底處導致降低的電鍍速率。此電壓降可藉由使用具有相對高之酸濃度的電解液加以降低。例如：在一些實施例中，濃電解質溶液包含濃度介於約0.1-2 M之間的酸，諸如在0.4-2 M之間，例如在約1-2 M之間。在一些實施例中，具有至少約0.6 M酸濃度的溶液係加以使用。例如，硫酸係在一些實施例中加以使用，其濃度範圍在約40和200 g/L之間，較佳是在至少約60 g/L的濃度。例如：濃電解質溶液可包含Cu²⁺ 和H₂ SO₄ ，其中該溶液在0℃下係完全飽和，或在一些實施例中，在20°C下係完全飽和，其中H₂ SO₄ 的濃度係相對高，諸如在約100和200 g/L之間。此等濃溶液在一些實施例中係藉由將包含Cu²⁺ 和一種以上的酸（例如H₂ SO₄ ）之溶液濃縮而加以製備，其中溶液的體積係降低約1.5-3倍之間。在其他實施例中，此等解決方案係藉由將酸溶液與包含Cu²⁺ 的溶液混合而加以製備。

實際在所提供之濃電解液中可達成之銅離子的濃度將取決於所選的操作溫度和其他成分（諸如具有共同陰離子的酸）之存在。當銅鹽的溶解度隨增加的溫度增加時，顯著較高之Cu²⁺ 陽離子的濃度可藉由使用在較高溫度下的高濃度電解液並加以維持而實現。

特定鹽的溶解度係由其溶解度積K_sp 加以給定。在達到對於一給定溫度之該鹽的溶解度積值之後，該鹽沉澱。例如：對於硫酸銅，溶解度積係銅離子和硫酸根離子之莫耳濃度的乘積： K_sp = [Cu²⁺ ][SO₄ ^2- ]

對於那些包含硫酸銅和硫酸兩者的電解質溶液，硫酸濃度的增加增加了硫酸根離子的濃度，且從而造成在（與純硫酸銅溶液相比之）較低Cu²⁺ 的濃度下硫酸銅的析出。此係例如由圖3中顯示的圖加以說明，其顯示在0℃下達到溶解度積（K_sp1 ）和在約20℃下達到溶解度積（K_sp2 ）之Cu²⁺ 濃度（g/L）和H₂ SO₄ 濃度（g/L）。可看到當酸濃度為0時，在0℃下於約80 g/L的Cu²⁺ 濃度達到溶解度積。當硫酸的濃度係增加至約120 g/L時，在約0℃下於較低之約40 g/L的Cu²⁺ 濃度達到溶解度積。

因此，所提供之高濃度電解液中的Cu²⁺ 濃度根據溶液的操作溫度和組成可在不同的實施例中有所不同。在一些實施例中，Cu²⁺ 的濃度係至少約40 g/L，諸如至少約60 g/L，例如至少約80 g/L，諸如在約100-200 g/L之間。

在一些實施例中，濃電解液包含至少一種銅鹽，當將該濃電解液保持在至少約20℃的溫度下時，對於該銅鹽，係超過在0℃下的溶解度積例如至少5、10、20、或50%。在一些實施例中，濃電解液包含至少一種銅鹽，當將該濃電解液保持在至少約40℃的溫度下時，對於該銅鹽，係超過在20℃下的溶解度積例如至少5、10、20、或50%。

示例之適合的濃溶液係在圖4顯示的圖中加以說明，其說明在0℃下硫酸存在下之CuSO₄ 的飽和。在線上方的標記區域說明對應於在0℃下完全飽和之Cu²⁺ 和H₂ SO₄ 的濃度（g/L）。例如，由黑點表示之包含80 g/L Cu²⁺ 、10 g/L H₂ SO₄ 、及50 mg/L Cl^- 的電解質溶液將超過在0℃下的飽和限制，而包含70 g/L Cu²⁺ 、10 g/L H₂ SO₄ 、及50 mg/L Cl^- 的溶液將不超過在此溫度下的溶解度積。

在一實例中，濃電解質溶液包含硫酸銅和硫酸，其中Cu²⁺ 濃度介於約60-120 g/L之間且H₂ SO₄ 濃度介於約5-75 g/L之間。在一些實施例中，提供的電解液具有在美國專利申請案序號第12/193,644號中描述的化學品，其先前係藉由參照納入本案揭示內容。

因此，濃電解質溶液可包含一種以上銅鹽和選用性的一種酸。該濃電解質溶液可以許多方式加以製備。在一實施例中，濃電解質溶液係從較不濃的溶液（亦被稱為非濃縮溶液）藉由將水移除加以製備，諸如藉由蒸發作用或逆滲透。在另一實施例中，濃溶液係藉由將包含銅鹽之相對濃的溶液與酸的溶液結合加以製備，以形成超過其在0℃之飽和限制的溶液。所形成的溶液係維持在至少約20℃的溫度下。在其他實施例中，這些方法的組合可加以使用。例如：相對濃的銅鹽溶液（例如具有大於65 g/L的Cu²⁺ 濃度）可與濃或非濃之酸溶液加以結合，而所得的混合物可例如藉由蒸發或逆滲透加以濃縮，以實現甚至更高的銅離子濃度（例如大於85 g/L）。所形成的溶液可根據濃度的水平在室溫、或升高的溫度下加以維持。

再次參照圖2A顯示的製程，在濃溶液已製備之後或與濃電解質溶液製備同時，一種以上添加劑可選用性地導入操作205中的電鍍溶液。該等添加劑通常包含平整劑、加速劑、抑制劑、及表面活性劑的其中一者以上，且係配置成相對於場區內的電鍍速率增加在凹陷特徵部底部的電鍍速率，或換句話說，以相對於凹陷特徵部底部抑制晶圓場之上的電鍍。

加速劑可包含硫、氧、或氮的官能基，此有助於提高沉積速率且可促進導致具有微粒結構（fine grain structure）的膜之緻密成核作用。加速劑可存在於例如0-200 ppm的低濃度水平。雖然加速劑可在TSV孔內產生高沉積速率，加速劑可能從基板頂部表面（場區）被移走，及/或在主體溶液中與氧反應而被消耗。抑制劑係降低電鍍速率的添加劑，且係通常存在於例如5-1,000 ppm之較高濃度的電鍍槽液中。其通常係具有諸如聚乙二醇（PEG）之高分子量的聚合界面活性劑。抑制劑分子藉由吸附在表面上且形成對銅離子的阻障層而減慢沉積速率。由於抑制劑的大尺寸和低擴散率，與到達晶圓場相比，抑制劑較不可能到達TSV的較低部分，造成在TSV的底部有較低的濃度。因此，大部分的抑制效果發生在基板的表面上（場區），有助於減少覆蓋層及避免TSV孔「關閉」。平整劑係目的為降低表面粗糙度的添加劑。平整劑以諸如1-100 ppm之非常低的濃度（如果真的有的話）存在，且其在表面的阻擋效果係高度局部化的。因此，平整劑主要在高點（high spot）上選擇性地減少沉積，允許低點被勻平。此特性亦可相對於在晶圓場上的成長速率用以增進在TSV之基底的銅之電鍍速率。在一些情況下，平整劑可包含含有氮原子的官能基，其在晶圓表面展現與Cu(I)離子形成錯合物的趨勢。最後，氯離子可以不超過約300 ppm濃度存在於電鍍槽液中。

在一些實施例中，相對於原本沒有添加劑所得到之場內的電流密度，添加劑將場內及在TSV上唇處的電流密度（及電鍍速率）降低二倍。添加劑藉由相對於特徵部開口增加特徵部底部的相對電鍍速率，而有助於達到無空隙的填充。添加劑可與高濃度的Cu²⁺ 及高溫條件協同操作以達到無空隙填充的目標，此對於高深寬比的TSV填充係特別重要。

在電解液已形成之後，在操作207中，基板係與高濃電解質溶液接觸以至少部分地填充凹陷特徵部。電鍍槽液中的溫度係加以控制，使得電解液的析出係加以避免。例如，若電解液係在0℃下飽和（作為最高的飽和溫度），那麼電鍍可在20℃或更高的溫度下加以執行。若電解液最高的飽和溫度係20℃，則電鍍槽液中的溫度可維持在40℃及更高的溫度。在一些實施例中，電鍍係在至少約50℃的溫度下（諸如在約60℃的溫度下）加以執行。

電解液可連續地、半連續地、或遞增地提供至電鍍槽。選用性地，如操作209中所示，高濃電解質溶液係加以再循環，例如藉由自電解槽中之電解液的出口連續地或遞增地移除高濃度電解液，將其通過過濾器及選用性地通過除氣器，且最終將其返回至電鍍槽。於再循環期間小心控制濃電解液的溫度，以避免銅鹽不經意的析出。

圖2B和2C係製程流程的說明性例子，其包含製備用於電鍍之濃電解液的不同方法。在圖2B中顯示的製程始於藉由接收包含Cu²⁺ 離子之非濃縮電解液的步驟211。例如，電解液可為銅鹽的水溶液，其可選用性地包含酸。在一些實施例中，所接收的非濃縮電解液係實質上由銅鹽（例如硫酸銅）、酸（例如硫酸）及選用性的鹵化物（例如氯化物）組成的溶液。在一些實施例中，非濃縮溶液亦可包含一種以上有機添加劑。在非濃縮溶液中之Cu²⁺ 離子的濃度係使得溶液在20°C下未完全飽和，亦即是成分的濃度低於原本將導致析出的濃度。例如：非濃縮溶液可包含比其在20°C的K_sp 的約90%低的銅鹽，諸如比其在20°C的K_sp 的約80%低、或甚至比其在20°C的K_sp 的約50%低。非濃縮溶液可自市售購得。例如包含40 g/L Cu²⁺ 和10 g/L H₂ SO₄ 的溶液可自ATMI, Danbury, CT商業購得。

在操作213中，非濃縮電解液係加以濃縮以得到高濃度電解質溶液。所得的溶液係在至少約40℃的溫度下加以維持。所形成的高濃度溶液原本在20℃下將完全飽和（即原本將形成沉澱物），但係維持在至少約40℃的溫度下（例如在至少約50℃的溫度下），使得一種以上的銅鹽保持完全溶解。濃縮可在濃縮器模組內加以執行，該濃縮器模組係配置成用於將水自非濃縮溶液移除，及用於在製備的電解質溶液中控制及維持所需的溫度和濃度。在一些實施例中，溶液的容積係減少約1.5-3倍。在一些實施例中，水係藉由水的蒸發作用加以移除，其可執行在約40-100℃之間的溫度範圍，較佳是在約80-100℃之間的溫度範圍內。在一些實施例中，使溶液沸騰且在溶液沸騰的同時將水移除。乾空氣可通過乾空氣埠引進濃縮空氣模組，而濕空氣可通過濕空氣埠加以移除以促進濃縮過程。此濃縮器模組的類型將在「設備」章節中額外詳細描述。

在其他實施例中，水係在濃縮器模組中藉由逆滲透加以移除。在這些實施例中，濃縮器模組通常包含用於提供非濃縮電解質溶液的腔室或管線、與此腔室或管線連接的半透膜、及配置成容納或丟棄所移除的水之腔室或管線。高壓泵係包含在系統內，其對電解質溶液施加所需的壓力，使得水通過半透膜從而濃縮電解質。一旦電解液係充分濃縮，小心將電解液維持在至少約40℃的溫度下以避免析出。逆滲透濃縮器可包含與一個以上控制器電連接的一個以上加熱器、濃度偵測器、和溫度偵測器，該一個以上控制器配置成控制及維持濃度和溫度。

在高度濃電解液已在濃縮器模組中加以製備之後，其係從濃縮器模組中的出口被引導至濃電解液貯槽。如操作205中所述，濃電解液貯槽係配置成將濃溶液維持在至少約40℃的溫度下，以避免自高度濃電解液的鹽析出。濃電解液貯槽包含配置成用於容納濃電解液的容器。貯槽通常包含連接至控制器的加熱器和溫度感測器，該控制器係配置成將電解液維持在期望的溫度。貯槽亦可包含與濃度控制器連接的濃度感測器（例如，配置成用於測量電解液溶液的光學密度之光學感測器）。貯槽中之電解液的溫度不需必然與濃縮器中之電解液的溫度相同。雖然將濃縮器和貯槽兩者中的溫度維持在析出發生的溫度之上係重要的，但這些溫度不必相同。例如，在一些實施例中，水可在濃縮器中在至少約80℃的溫度下加以移除，而電解液可以在約40-65℃之間的較低溫度維持在貯槽中。此外，在濃縮器和貯槽中之濃電解液的成分不需必然相同。例如，在一些實施例中，貯槽中的電解液可包含有機添加劑，而濃縮器中的電解液可為無添加劑，以將有機添加劑對濃縮器中的高溫之曝露最小化。在其他實施例中，濃縮器中的濃電解液不包含酸，且酸係被添加至貯槽中的電解液。又，在一些實施例中，濃縮器中的電解液可能比貯槽中的電解液更濃（雖然兩者係皆非常濃且超過在20℃下的飽和限制）。

如操作217中所示，一種以上添加劑可選用性地添加至貯槽中的電解液。該等添加劑如上所述可包含加速劑、抑制劑、和平整劑的其中一者以上。

接著，在操作219中，濃電解液係被引導至電鍍槽，其中該濃電解液與基板接觸以在至少約40℃（例如在約40-80℃，諸如在約50-75℃的溫度下）的溫度下沉積銅。電鍍槽中的溫度不需必然與貯槽或濃縮器中的溫度相同，但應足以防止銅鹽自電解質溶液析出。電鍍槽可包含與電解液濃度控制器連接的電解液濃度感測器。在一些實施例中，電鍍槽不包含加熱器，且溫濃電解液係從貯槽連續或半連續地加以供應，而不允許貯槽中電解液的顯著冷卻。在其他實施例中，電鍍槽可包含連接至溫度控制器的加熱器。所描述的實施例提供整合系統，用於自市售可得之非濃縮電解液形成高濃度電解液，及用於在濃縮器模組中的製備、貯槽中的貯存、及在電鍍槽中的使用期間將電解液維持在升高的溫度下。

圖2C中顯示另一實施例，包含高濃度電解質溶液的製備。此方法始於接收銅鹽溶液和酸溶液的操作221。例如，具有Cu²⁺ 濃度在約65-85 g/L之間的硫酸銅濃溶液係加以提供。此濃溶液可例如自ATMI, Danbury, CT購得，或藉由將固體硫酸銅溶解在水中而加以製備。在一些實施例中，具有此或甚至更高濃度的硫酸銅溶液係藉由固體硫酸銅在升高溫度下的水中溶解而加以製備。

此外，硫酸的濃溶液（例如900-1800 g/L的H₂ SO₄ ）係加以提供。濃硫酸係輕易自市售可得。接著，在操作223中，銅鹽的溶液係與貯槽中酸的溶液結合以形成濃電解質溶液。在一些實施例中，所得的濃電解質溶液超過其在0℃下的飽和限制（原本將形成沉澱物），且所得的溶液係維持在至少約20℃、例如在約20-35℃的溫度下。在其他實施例中，所得的高濃度溶液超過其20℃下的飽和限制，且係維持在至少約40℃的溫度下。

濃銅鹽溶液和濃酸溶液可在貯槽內混合，該貯槽根據實施例可包含加熱器和溫度控制器。在一些實施例中，藉由將這些成分混合產生的熱係加以利用，且可能不需要額外的加熱器。在一些實施例中，該等成分係在遞送管線中混合而沒有具有用於容納所得之高濃溶液的專用貯槽。

在操作225中，一種以上添加劑（諸如加速劑、抑制劑、平整劑及其各種組合）係選用性地添加至該高濃度電解質溶液。

在操作227中，溶液係被引導至電鍍槽，其中濃電解液接觸基板以在足以使濃電解液完全溶解的溫度下沉積銅。在一些實施例中，在電鍍期間的溫度係在約20-35℃之間。在其他實施例中，較佳是在至少約40℃的溫度下（諸如在約40-65℃之間的溫度下）加以電鍍。高銅濃度及高溫對沉積速率的影響

在包含TSV的基板上進行電鍍期間，操作的最大電流（及電鍍速率）係由通孔底部附近Cu²⁺ 離子的消耗加以限制。此消耗係在美國申請案第12/193,644號中詳細描述，其係先前藉由參照納入本案揭示內容。藉由增加在電解質溶液中Cu²⁺ 的濃度，較佳是結合電解液中溫度的增加，在通孔底部的電流可能顯著地增加。電流的增加和相關之電鍍速率的增加係由於在較高溫度下較高的銅擴散係數，及由於可在較高溫度下達成之主體溶液中Cu²⁺ 離子的較高濃度。實際觀察的電鍍速率與此兩參數的乘積相關連，且因此，不預期之高速率的電鍍可在較高溫度下使用高濃度電解液加以實現。圖5說明相對的擴散係數（菱形標記曲線）、相對的銅溶解度（方形標記曲線）、及其乘積（三角形標記曲線）如何隨增加的溫度增加。所有參數係關於在20℃下之相對應的參數。因此，在20°C下所有三個參數具有1的數值。當溫度係從20℃增加至60℃時，硫酸銅的相對溶解度增加至約2，且Cu²⁺ 擴散係數增加至約2.5。與這些數值的乘積相關的電鍍速率，將相對於在0℃下觀察的電鍍速率對應地增加至約5。

圖5說明由於增加的銅溶解度和增加的擴散係數兩者的影響，最大電鍍速率如何隨溫度變化。可看出擴散和溶解度各自的影響具有隨溫度變化的類似效果，且結合的效益係各自影響的乘積。因此，當高溫電鍍係結合使用可在高溫下獲得之高濃電解液而加以使用時，相對擴散所限制的電流變得非常大。將擴散係數的增加與銅主體濃度的增加結合所達成之將Cu²⁺ 離子遞送至電鍍介面之明顯較高能力的這種效果，允許在給定電流設定下在TSV底部內更快速的Cu²⁺ 離子補充。

表2列出電腦模擬結果，其說明在TSV中的濃度、電壓、及電流分布行為隨較高銅濃度及增加的溫度變化。此模擬顯示，當銅濃度係從60增加至120 g/L及槽液溫度係從20增加至65℃時，電鍍速率（及TSV底部電流）近六倍的增加可加以達成，且同時維持接近特徵部底部之固定程度的銅離子消耗。表2 設備

用於實施所描述之方法的設備通常包含一個以上電鍍槽及用於製備濃電解質溶液的一個以上模組，其中該等模組係配置成用於將濃電解液提供至電鍍槽。該等設備亦包含控制器，該控制器在電解液製備及使用的各種階段期間控制電解液濃度和溫度，且係配置成在電解液製備及使用期間防止銅鹽析出。在一些實施例中，該等設備包含一貯槽，該貯槽配置成用於容納濃電解液（例如在製備期間或之後），並將其遞送至電鍍槽。在一些實施例中，貯槽係配置成用於製備及/或儲存濃電解質溶液，其體積係與在使用期間電鍍槽中的電解液體積相比較大約10-50%。

圖6和7根據本文提供的實施例提供兩種不同類型設備的簡化示意圖。應理解這些係示例性的配置，且這些配置的各種變化係可能的，如將為精於本項技術之人士所理解。

圖6說明具有濃縮器模組601、貯槽603、及電鍍槽605的設備。此設備係適合用於實施由圖2B顯示的製程流程圖說明的電鍍方法。在圖6中呈現的配置中，非濃縮電解液係在濃縮器模組601中藉由高溫蒸發加以濃縮。非濃縮電解液係從非濃縮電解液的來源609加以提供，該來源609可為配置成用於容納非濃縮的銅鹽及選用性之一酸的儲槽。在一實施例中，來源609將硫酸銅和硫酸保持在該溶液在0℃下不飽和的濃度。非濃縮電解質溶液係通過非濃縮電解液入口埠635遞送進入濃縮器模組601。該非濃縮溶液的遞送係由閥637加以控制。非濃縮電解液可為銅鹽溶液，其可選用性地包含酸。在其他實施例中，濃縮器從銅鹽的來源接收銅鹽，及獨立地從酸來源接收酸，且該等成分係在濃縮器之內加以混合。

濃縮器係配備加熱器615、溫度感測器（未顯示）、及光學濃度感測器639，其連接至控制器單元625（僅一連接件645係加以顯示以保持清楚明瞭）。濃縮器係進一步具有適於從稀釋劑源607接收稀釋劑（諸如去離子水）的入口630。該稀釋劑的流量係由閥627和629加以控制，其中若溢流係在濃縮器模組中加以偵測，閥629係與配置以關閉閥629的溢流停止構件651加以連接。濃縮器亦包含緊急溢流導管643，該緊急溢流導管643係配置成若電解液水平超過閾值則移除過量的電解液。在一些實施例中，溢流濃電解液係在溢流導管643中或之後加以稀釋，以防止當溢流冷卻之時銅鹽析出。濃縮器601進一步包含再循環迴路，該再循環迴路用於將濃電解液再循環及用於將濃電解液引導至濃電解液貯槽。濃縮器包含出口641，濃電解液通過該出口641離開濃縮器容器。濃電解液係使用泵617通過過濾器647加以泵送，且係選用性地通過除氣器（未顯示）並通過入口埠649返回至濃縮器容器。濃電解液可自該再循環迴路在接點653改向，且可被引至濃電解液貯槽603，其進入濃電解液入口埠663。濃電解液至濃電解液貯槽的流動係由閥654加以控制。在描繪之實施例中的濃縮器模組601係配置成將電解液加熱至至少約40℃的溫度，諸如至少約80℃並藉由蒸發將水移除。為了促進水的蒸發，濃縮器容器包含配置成用於接收乾空氣的入口埠631，和配置成用於移除濕空氣的出口埠633。應理解在濃縮器中促進水的移除之各種替代方式可加以使用。例如：在一些實施例中，水可在減壓下加以移除。濃縮器係配置成產生原本在0℃將完全飽和的高濃度電解液，且在一些實施例中，產生原本在20℃將完全飽和的電解液。在一些實施例中，濃縮器將所接收的非濃縮電解液降低至少1.5倍的體積，諸如在約1.5-3倍之間。在其他實施例中，濃縮器模組係適於藉由其他方法將水移除，諸如逆滲透。適於逆滲透的濃縮器先前已參照圖2B加以描述。

在濃電解質溶液在653處離開濃縮器再循環迴路之後，其係通過埠663被引導至濃電解液貯槽603。該濃電解液貯槽係配置成用於容納濃溶液且用於將其遞送至電鍍槽605。在此配置內的貯槽係配備浸入式加熱元件619和溫度感測器，且係配置成用於將電解液維持在至少約40℃的溫度，諸如在約40-80℃，例如：在約40-65℃、或在約50-65℃之間。貯槽亦可包含一個以上濃度感測器。任何溫度和濃度感測器以及加熱元件可藉由連接件655電連接至控制器單元625，該控制器單元625係配置成控制在貯槽內之電解液的溫度和濃度，以維持期望的高濃度並避免銅鹽在貯槽中析出。類似於濃縮器，貯槽603包含配置成用於添加諸如去離子水的稀釋劑之入口665。稀釋劑係從稀釋劑源611加以供應，其中稀釋劑的流量係由閥669和667加以控制。閥667係與溢流停止構件661加以連接，當貯槽中之電解液的水平到達閾值時，溢流停止構件661關閉閥667。貯槽亦包含緊急電解液溢流導管，該緊急電解液溢流導管的操作類似於在濃縮器模組中的導管643。此外，在所提供的配置中，貯槽具有配置成用於接收電解液添加劑（諸如一種以上平整劑、加速劑及抑制劑）的入口673，該等添加劑係從添加劑源613加以遞送，且藉由閥671加以控制。

在所描述的配置中，貯槽係適於以連續或半連續的方式將濃電解液提供至電鍍槽605。濃電解液（其在本實施例中包含銅鹽、酸、及添加劑）係通過出口679、泵621、過濾器681、及選用性地一除氣器被引導至電鍍槽的入口683。因為來自貯槽的溫電解質溶液係連續地或半連續地泵送進入電鍍槽，所以在描繪的配置中，不需要在電鍍槽中包含加熱器元件。在一些實施例中，可能藉由連續或半連續的泵送將電鍍槽中之電解液的溫度維持在約5℃之內，諸如在貯槽中之電解液溫度的約3℃之內。在其他實施例中，加熱器可被包含在電鍍槽之內。電鍍槽605包含適於容納電解液的容器、適用以固持晶圓659的晶圓支架（未顯示）、及適於旋轉晶圓的馬達。在該容器之內，陽極623係通常設置在晶圓659的對向側。晶圓（陰極）和陽極係電連接至電源，該電源將適當的電流提供至晶圓，相對於陽極對其負向地加以偏壓。正如先前所提及，晶圓包含在其表面上的導電晶種層，通常在晶圓的周緣對該導電晶種層電連接。在電鍍期間，在電解液中朝向晶圓移動之銅離子係於晶圓表面處加以還原，形成電沉積之銅層。所提供之銅電鍍槽605的描繪係簡化以保持清楚明瞭。應理解電鍍槽可包含多個額外的元件。例如，在一些實施例中，電鍍槽可包含離子電阻性離子可滲透元件（ionically resistive ionically permeable element），諸如具有多個非互連孔的絕緣板，其係緊鄰晶圓加以設置以改善電鍍均勻性。此外，在一些實施例中，在電鍍槽中的陽極可包含若干片段，該等片段可由適用以在電鍍槽之內聚焦和形塑電流之聚焦壁所包圍。此外，電鍍槽可包含適用以將來自晶圓邊緣的電流改向的第二陰極（負偏壓的導電構件）。此外，在一些實施例中，陽極可與陰極藉由離子可滲透膜加以分開，從而在電鍍槽內產生獨立的陽極和陰極腔室。應理解各種不同的電鍍槽配置可結合本文描述的濃電解液製備模組加以使用。

在所描述的配置中，電鍍槽中的電解液係簡單地藉由從電鍍槽的溢流再循環回至貯槽603。在其他實施例中，再循環迴路可包含自貯槽603溢流電解液進入電鍍槽605，及使用過的電解液通過出口埠和配備泵及過濾器的出口管線而後續引導回至貯槽603。在未描繪之一替代的實施例中，來自電鍍槽605的電解液係例如藉由從電鍍槽溢流或藉由連接電鍍槽和濃縮器的獨立的管線（通常配備泵、過濾器、及閥）被引導至濃縮器模組601。電解液係接著自濃縮器通過貯槽再循環回至電鍍槽。

在一些實施例中，離開電鍍槽605的濃電解液係稀釋至電解液在20°C係穩定的濃度，且例如在工具閒置時間期間被引導至用於儲存的一個以上容器。在一些實施例中，稀釋的電解液係被引導至非濃縮電解液的來源609，該來源係與濃縮器呈流體連通。

電鍍槽亦可包含藉由電連接件657連接到控制器單元625的一個以上溫度和濃度檢測器。

控制器單元625可手動加以控制，或可包含一組程式指令。控制器可控制電解液濃度製程、貯槽中的電解液儲存、及電鍍的所有及一些面向。更具體而言，控制器係適用以控制在濃縮器模組、濃電解液貯槽、及電鍍槽其中至少一者中的濃度和溫度，使得期望的濃度係加以達成並使得銅鹽的析出係加以避免。

控制器通常包含一個以上記憶體裝置及一個以上處理器。該處理器可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接件、步進馬達控制器板等。

在某些實施例中，控制器控制電鍍設備的所有活動。系統控制器執行系統控制軟體，該系統控制軟體包含用於控制下述的指令集：在濃縮器、貯槽、或電鍍槽中的一個以上溫度、非濃縮電解液流入濃縮器的流動、稀釋劑流入濃縮器的流動、濃電解液流入貯槽的流動、稀釋劑流入貯槽的流動、濃電解液流入電鍍槽的流動、及特殊製程的其他參數。例如：若在濃縮器或貯槽中的電解液變得過濃或析出，則控制器可適用以提高溫度及/或添加稀釋劑。控制器可進一步包含用於控制從貯槽至電鍍槽之流率的指令，使得電解液在電鍍槽之內不顯著冷卻。

在關於控制器之記憶體裝置內所儲存的其他電腦程式可在一些實施例中加以使用。

通常有關於控制器單元625的使用者介面。該使用者介面可包含設備及/或製程條件的顯示螢幕、圖形軟體顯示器，以及使用者輸入裝置，諸如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等。

用於控制沉積及再濺鍍製程的電腦程式碼可以任何傳統的電腦可讀程式設計語言加以撰寫，例如：組合語言、C、C++、巴斯卡（Pascal）、福傳（Fortran）、或其他。編譯的目的碼或腳本係由處理器實行以執行在程式中所確定的任務。

控制器參數係與製程條件相關，例如：非濃縮電解液之組成及流率、溫度、添加劑溶液流率等。這些參數係以配方的形式提供給使用者，且可利用使用者介面加以輸入。

用於監控製程的訊號可由系統控制器的類比及/或數位輸入連接件加以提供。用於控制製程的訊號係在沉積設備的類比及數位輸出連接件上加以輸出。

系統軟體可以許多不同的方式設計或配置。例如：各種設備元件的副程式（subroutine）或控制物件可被撰寫，以控制執行本發明之沉積製程必須的腔室元件之操作。為了此目的之程式或程式部分的例子包含溫度控制碼、濃度控制碼等。

在電解液製備和電鍍期間可由控制器監控之感測器的例子包含光學濃度偵測器、質流控制器、密度計、及在濃縮器模組、貯槽、或電鍍槽中的溫度感測器。此外，在濃縮器、貯槽、及電鍍槽中之電解液的位準可加以監控。適當編程的回饋及控制演算法可與來自這些感測器的數據一起使用以維持期望的製程條件。例如，在一些實施例中，一旦溫度下降或不經意的濃度增加，控制器係配置成用於快速稀釋電解液且抑制在濃縮器、貯槽、或電鍍槽中增加的體積以防止沉澱物形成。例如，控制器可加以編程以當系統之非計劃的停止之時（例如響應高濃度或低溫度讀數）在一個以上這些容器內將水增加至一預定水平。該系統係亦配備截斷閥以防止溢流，該截斷閥可在電解液達到期望的水平之後停止稀釋劑的流動。

在一些實施例中，控制器包含程式指令以執行參照圖2B所描述的方法。範例

在一說明性的示例中，包含60 g/L Cu²⁺ 濃度和20 g/L H₂ SO₄ 濃渡的硫酸銅及硫酸之非濃縮電解質溶液係自儲槽609添加至濃縮器601。在濃縮器中，電解液係蒸發成其體積的50%，得到具有120 g/L Cu²⁺ 和40 g/L H₂ SO₄ 濃渡的電解液。該電解液係接著被引導至貯槽603，且隨後至電鍍槽605，同時電解液的溫度係始終保持在約60℃以上。基板上之銅的電鍍係在60℃加以執行。在此情況下，相對於具有60 g/L Cu²⁺ 濃度的室溫槽，電鍍速率改善約5倍，其係由於在高溫下擴散係數的2.5倍增加以及由於銅離子濃度的2倍增加二者的乘積。

在另一設備配置中，該設備不包含濃縮器模組但包含製備模組，該製備模組適於藉由結合濃銅鹽和濃酸製備濃電解液。此配置係在圖7中加以說明，且係適合用於執行圖2B中顯示的方法。該設備包含貯槽703，該貯槽703係適用以自濃銅鹽的來源791通過入口799接收銅鹽的濃溶液。濃銅鹽的流動係藉由閥795加以控制。貯槽703亦包含用於自濃酸的來源793接收濃酸溶液的入口，其中酸的流量係由閥798加以控制。銅鹽和酸的濃溶液係在貯槽703中加以混合，以形成原本在0℃將完全飽和、或在一些實施例中在20°C完全飽和的溶液。貯槽中的溫度係加以控制，使得所形成的電解液在溶液中完全保留。例如，在一些實施例中，電解液係維持在約20-35℃之間的溫度。在一些實施例中，其係較佳是將電解液維持在至少約40℃的溫渡，諸如在約40-65℃之間的溫度。貯槽通常包含浸入式加熱器719和溫度偵測器，其與控制器單元725連接，該控制器單元725係適用以控制貯槽中的溫度。貯槽亦可包含連接至控制器單元725的濃度偵測器（未顯示）。類似於在圖6中描繪的貯槽，貯槽703包含適於自添加劑來源713接收電解液添加劑的入口773，該入口773係可由閥771控制。貯槽亦包含緊急溢流導管775，及連接至構件761的溢流截止閥767，該構件761係適用以關閉自稀釋劑來源711在稀釋劑埠765之稀釋劑的遞送。稀釋劑流亦可藉由閥769加以控制。來自貯槽703的濃電解液係被引導至電鍍槽705以接觸基板759。在此實施例中的電鍍槽係配置成類似於圖6中描述的電鍍槽。範例

在一說明性的示例中，包含在約65-85 g/L之間Cu²⁺ 濃度之硫酸銅的溶液係自來源791引導至貯槽703。貯槽中的溶液係加熱至約35℃的溫度，且接著具有在約900-1800 g/L之間濃度的硫酸係添加至貯槽且係與硫酸銅的溶液混合，以形成具有60-80 g/L Cu²⁺ 和在約5-50 g/L之間硫酸的濃溶液。所得的濃溶液係引導至電鍍槽705，其中銅係在約30-35℃的溫度下在基板上加以電沉積。

雖然各種細節已為清楚起見而省略，但各種設計方案可加以實行。因此，本示例係被視為說明性而非限制性，且本發明係非限於此處給定的細節，而是可在隨所申請專利範圍之範疇內加以修改。例如，在一些實施例中，濃縮器模組不必必然為藉由配管與貯槽連接的獨立單元，但可物理性地配置在貯槽之內。在其他實施例中，貯槽係未在設備配置內加以使用，且濃電解質溶液係從濃縮器模組直接流入電鍍槽。又在其他的實施例中，濃電解液係自連接至電鍍槽之管線內的銅鹽和酸加以製備，而不需要具有用於混合的獨立貯槽。電解液的合適溫度可部分或完全由濃酸溶液與鹽溶液的放熱性混合加以實現。

與設備相關的控制器可包含用於執行本文提供之任何方法的程式指令。在一些實施例中，控制器係加以使用且具有程式指令，以當判定濃溶液係處於形成沉澱物的風險時或當沉澱作用開始時，自動稀釋濃電鍍溶液。在一些實施例中，控制器係加以使用且具有程式指令，以當判定濃溶液處於形成沉澱物的風險時或當沉澱作用開始時，從容器自動移除一些或全部濃電鍍溶液至排液管。在其他實施例中，控制器係加以使用且具有程式指令，以從容器自動移除一部分濃電鍍溶液至排液管，及將適當稀釋劑（例如，水）的量添加至容器及/或排液管，使得容器內及排液管內所得之電解液成分的濃度係使得電鍍溶液在周圍溫度下保持可溶。當判定濃溶液係處於形成鹽沉澱物的風險（例如由於測量的溶液溫度下降低於預設限制）時，或當偵測到沉澱物（例如藉由粒子感測器）時，或當沉澱相關的參數（例如在溶液中測得的密度和導電率）指示溶液成分的濃度在容器中測得的溫度下係接近鹽的溶解度積或在鹽的溶解度積時，觸發這些動作。

來自濃溶液之金屬鹽的沉澱（例如由於不經意的溫度下降）係一嚴重的風險，其可能造成電鍍製程的中斷及造成電鍍設備的損壞（例如泵、膜、和電鍍槽之外罩的損壞）。所提供的稀釋及/或溶液棄置控制可應用於本文描述之配置成容納加熱的濃電解液之一個以上容器，及應用於此等容器的任何組合。例如，這種類型的控制可應用於電鍍槽本身（諸如分別在圖6和7中顯示的槽605和705）；應用於容納加熱之濃電解液的貯槽（諸如分別在圖6和7中顯示的貯槽603和703）；應用於濃縮器，其中濃電解液係自稀釋的電解液加以產生（諸如在圖6中顯示的濃縮器601）；及在一些情況下，應用於流體遞送管線或排液管線（當濃熱電解液係在管線內產生、棄置、或儲存時）。此控制所應用的容器係通常與電鍍槽呈流體連通，或容器本身係電鍍槽。

在一實施方式中，配備此稀釋及/或溶液棄置控制的容器係配置成將濃電鍍溶液維持在至少約40℃的溫度下，其中該溶液在諸如0℃或20℃的較低溫度下原本將形成沉澱物（亦即電解液在這些溫度下係「過飽和」）。該容器可為任何上述容器，且係通常與電鍍槽呈流體連通，或容器本身係電鍍槽。在一些實施例中，此容器包含配置成將濃溶液加熱至一溫度的加熱器，在該溫度下溶液係完全溶解；在其他實施例中，由於新鮮熱溶液流入容器或由於容器之內的放熱反應（例如由於濃酸和水的放熱性混合），可能不需要加熱器。加熱器可為浸入式電加熱器或熱交換器（例如：與外部熱源或加熱的循環流體耦接的殼管式（shell and tube）、或浸入式線圈）。該設備進一步包含具有程式指令的控制器，用於響應訊號而將稀釋劑添加至容器內的濃電鍍溶液，及/或開啟排液管且自容器移除一些或全部電解液，以避免鹽自濃電鍍溶液析出。例如，設備的使用者可判定若容器內電鍍溶液的溫度降至低於某個值（其中該值係被稱為「期望溫度」或最低安全溫度控制限制），則電鍍溶液係處於形成沉澱物的風險。同樣地，設備使用者可判定若電鍍溶液中一個以上成分的濃度升高至某水平之上（其中，該水平係被稱為「期望濃度」或最高安全濃度控制限制），則可能發生鹽的沉澱作用。

設備進一步包含一個以上感測器，配置成監控濃電鍍溶液的特性，該特性係關於來自溶液之（可能發生或已發生之）鹽的沉澱。量得之關於沉澱的特性包含溶液中電解質成分的溫度和濃度（其中，濃度測量包含與濃度相關之參數的測量，諸如濃溶液的光學密度、密度、和導電率）。例如：溫度係沉澱相關的性質，因為鹽的溶解度積取決於溫度，且沉澱作用可由溫度下降而觸發。溶液的密度係沉澱相關的性質，因為其與溶液中金屬鹽的濃度相關連，且密度的增加可能指示溶液係處於沉澱的風險。溶液成分之濃度的測量（藉由濃度相關參數的測量）可由各種直插式（in-line）或原位計量感測器加以進行，包含但不限於離子選擇性電極、旋轉盤限制電流感測器、光學吸收感測器、拉曼光譜感測器、密度計、黏度計、電導計、及自動滴定儀。在較佳實施例的其中一者中，在包含金屬單鹽和具有與金屬鹽相同陰離子之酸的溶液中之用於判定溶液中成分濃度之連續的原位方法中，密度計和電導計係一起用作感測器。密度計測量溶液的密度，其與溶液中金屬離子的濃度強相關，而電導計測量溶液的導電率，其與溶液中的酸濃度（及與溶液中共同陰離子之量）強相關。合在一起，在具有金屬與酸濃度對密度和溶液導電率之依賴性之間的關聯知識之情況下，這些感測器允許連續而精確地判定溶液中金屬和酸的濃度。這些感測器可發送測量的參數給控制器，該控制器係配置成用於處理參數，及判定酸和金屬鹽的濃度是否超過容器中的期望值。若濃度係超過的，則控制器提供用於稀釋容器內之溶液及/或用於自該容器移除一部分或全部溶液的訊號。例如，若容器在20或25℃的操作溫度下操作，且其原先包含原本在0℃將形成沉澱物的溶液，如果電鍍溶液中成分的濃度增加至在該操作溫度下接近鹽的溶解度積或在的鹽的溶解度積之水平（亦即，溶液係處於析出的風險或已開始析出），則控制器可使用用於稀釋的訊號加以觸發。

測量的參數和其稀釋-觸發或移除-觸發值的適當或最佳形式可由在該技術領域具有通常技術者針對不同類型的電解液輕易地加以決定，且可以程式指令的形式提供至控制器。如上所提及，容器中的一個以上感測器係配置成測量濃電鍍溶液的溫度及/或電鍍溶液之成分的濃度（以與濃度相關連之參數的形式）（例如：銅鹽濃度及/或酸濃度）。感測器將提供關於這些參數的訊號，其可為手動地或自動地（例如藉由電連接）傳送到控制器。若由一個以上感測器提供的訊號指示電鍍溶液的溫度降至低於編程進入控制器的期望值（例如由於加熱器的失效、低效率的電解液混合、高速率的蒸發作用或系統對關於蒸發作用之水補充處理的失效等）時，控制器將指示設備將稀釋劑（例如去離子水）注進容器以避免金屬鹽析出。在一些實施例中，添加之稀釋劑的量係由控制器加以計算，使得其係足以避免析出。在一些實施例中，一部分的濃電解液係在稀釋之前及結合稀釋，自容器加以移除。此可能在若容器不具有足夠的體積以容納稀釋劑的需要量之情況下是必要的。在一些實施例中，濃電鍍溶液的一部分係自容器通過排液管線加以移除，且控制器係進一步編程以將稀釋劑提供至排液管線，以防止在排液管中的金屬鹽析出。在（可供給足夠體積的）其他實施例中，容器中的溶液係稀釋至在20℃下不發生析出的濃度，且接著溶液的體積係藉由將在20℃下穩定（在20℃下不形成沉澱物）的電解液傳送至排液管而回至原先較低的體積。

在實施例的其中一者中，稀釋控制係應用於圖7說明的設備中。在此實施例中，藉由自濃金屬鹽的來源791提供濃金屬鹽溶液（例如銅鹽溶液），加熱金屬鹽溶液，及藉由接著添加來自濃酸來源793的濃酸，且從而形成原本在20℃或在一些實施例中在0℃將形成沉澱物的濃溶液，濃電鍍溶液係在貯槽703中加以形成。在一替代的實施例中，當濃金屬鹽係添加至首先提供至容器的濃酸溶液時，可形成相同的溶液。在一些實施例中，在來源的濃金屬鹽亦包含低量的酸，且在降低溫度（例如-5℃、或20℃）下係完全溶解。濃金屬鹽的來源可包含在一槽中之市售可得之濃金屬鹽溶液。或者，濃金屬鹽溶液可就地產生。在一實施例中，濃金屬鹽的來源包含一濃縮器，該濃縮器係配置成從一較稀釋的溶液藉由水的蒸發或逆滲透產生濃溶液。在另一實施例中，濃金屬鹽溶液的來源包含電化學產生器，其中溶液係使用金屬陽極（例如銅陽極）的電化學溶解加以產生。此產生器係例如在2015年5月29日申請之Mayer等人發明的共同擁有之標題為“Electrolyte Delivery and Generation Equipment”的美國臨時申請案序號62/168,198中加以描述，其係於此藉由參照納入本案揭示內容。在一些實施例中，發生濃金屬溶液和濃酸混合之處的貯槽係配備將訊號通訊至控制器的感測器（例如：溫度感測器及/或濃度感測器，諸如上述那些感測器，例如：密度計和電導計）。若控制器接收溫度已降至低於期望值及/或金屬鹽的濃度升高至期望值以上的訊號，則控制器提供指令，用於將稀釋劑（例如水）添加至貯槽及/或用於從該貯槽藉由排液管移除一部分或全部的電鍍溶液。在此實施例的一個變化中，濃金屬鹽溶液係在其遞送至貯槽及/或電鍍槽之前，與管線內的濃溶液加以混合。輸送管線、貯槽、及電鍍槽的其中任一者如本文所述可為配備稀釋控制的容器。

在一些實施例中，貯槽和槽係非單獨的元件，且在槽-貯槽容器內的溶液係如上所述維持在至少約40℃的溫度下，且設備係配置成如上所述使用控制器用於稀釋及/或排出。

在一些實施例中，防止析出之基於稀釋控制的方法係加以提供，其中當判定該溶液係處於析出的風險時，該方法包含將稀釋劑（例如水）提供至包含濃電鍍溶液（例如：原本在20℃將形成沉澱物的溶液，或原本在0℃將形成沉澱物的溶液）之容器。在一些實施例中，一個以上的感測器測量容器中之濃電鍍溶液的溫度及/或容器中之金屬鹽的濃度（藉由如上所述之濃度相關參數的測量），並將這些參數發送至控制器，其具有稀釋電鍍溶液的程式指令以響應選擇的訊號（例如，當溫度係低於期望的溫度或一個以上成分的濃度係在期望的濃度以上時）。該方法亦可包含將自容器移除一部分濃電鍍溶液的步驟與將稀釋劑添加進入容器的步驟結合。當電鍍溶液係藉由排液管線加以移除時，稀釋劑亦可被添加至排液管線。在一替代的實施例中，濃電鍍溶液係自容器完全移除，以響應指示溶液係處於析出風險或已開始形成沉澱物的訊號。在此情況下，稀釋劑可添加至排液管線。

101‧‧‧基板
103‧‧‧TSV孔
105‧‧‧擴散阻障層
107‧‧‧晶種層
109‧‧‧覆蓋層
111‧‧‧銅層
601‧‧‧濃縮器模組
603‧‧‧貯槽
605‧‧‧電鍍槽
607‧‧‧稀釋劑源
609‧‧‧來源（儲槽）
611‧‧‧稀釋劑源
613‧‧‧添加劑源
615‧‧‧加熱器
617‧‧‧泵
619‧‧‧浸入式加熱元件
621‧‧‧泵
623‧‧‧陽極
625‧‧‧控制器單元
627‧‧‧閥
629‧‧‧閥
630‧‧‧入口
631‧‧‧入口埠
633‧‧‧出口埠
635‧‧‧入口埠
637‧‧‧閥
639‧‧‧光學濃度感測器
641‧‧‧出口
643‧‧‧導管
645‧‧‧連接件
647‧‧‧過濾器
649‧‧‧入口埠
651‧‧‧溢流停止構件
653‧‧‧接點
654‧‧‧閥
655‧‧‧連接件
657‧‧‧電連接件
659‧‧‧晶圓
661‧‧‧溢流停止構件
663‧‧‧埠
665‧‧‧入口
667‧‧‧閥
669‧‧‧閥
671‧‧‧閥
673‧‧‧入口
679‧‧‧出口
681‧‧‧過濾器
683‧‧‧入口
703‧‧‧貯槽
705‧‧‧電鍍槽
711‧‧‧稀釋劑來源
713‧‧‧添加劑來源
719‧‧‧浸入式加熱器
725‧‧‧控制器單元
759‧‧‧基板
761‧‧‧構件
765‧‧‧稀釋劑埠
767‧‧‧溢流截止閥
769‧‧‧閥
771‧‧‧閥
773‧‧‧入口
775‧‧‧緊急溢流導管
791‧‧‧來源
793‧‧‧來源
795‧‧‧閥
797‧‧‧閥
798‧‧‧入口
799‧‧‧入口

圖1A-1C呈現在TSV處理的各種階段半導體裝置橫剖面的示意圖。

圖2A-2C根據各種實施例呈現說明高速率電鍍之製程的處理流程圖。

圖3係說明在不同溫度下在電解質溶液中可得之銅和硫酸濃度的圖。

圖4係說明在0℃下在包含硫酸的電解質溶液中銅鹽之溶解度的圖。

圖5係說明由於在較高溫度下Cu²⁺ 的溶解度和擴散係數兩者的增加，電鍍速率在較高溫度下增加之計算模擬圖。

圖6係根據本文呈現的一實施例，配備濃縮器模組之電鍍設備的簡化示意圖。

圖7係根據本文呈現的另一實施例，適於形成濃電解質溶液之電鍍設備的簡化示意圖。

Claims

一種電鍍設備，用於在具有一個以上凹陷特徵部的一半導體基板上沉積一金屬，該設備包含： (a) 一容器，配置成將一濃電鍍溶液維持在至少約40℃的溫度下，其中該溶液原本在20℃將形成沉澱物； (b) 一電鍍槽，配置成在至少約40℃的溫度下使該濃電鍍溶液接觸該半導體基板，其中該容器係與該電鍍槽呈流體連通或其中該容器係該電鍍槽； (c) 複數感測器，配置成監控該濃電鍍溶液的一個以上特性，該一個以上特性係關於一鹽自該容器中之該濃電鍍溶液的析出，其中該等感測器包含與一電鍍設備控制器連通的一密度計及一電導計；以及 (d) 該設備控制器，其包含程式指令，用於響應源自該等感測器之其中至少一者的一訊號，將一稀釋劑添加至該容器中的該濃電鍍溶液，以避免該鹽自該容器中之該濃電鍍溶液析出。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中，該等感測器係配置成：測量該濃電鍍溶液的溫度及/或關於該濃電鍍溶液之一成分之濃度的一參數；及若該容器中的溫度下降至低於期望位準及/或若該濃電鍍溶液之一成分的濃度上升至高於期望位準，將此資訊提供至該設備控制器以供處理且以供產生該訊號。
如申請專利範圍第2項之電鍍設備，其中，該等感測器包含配置成測量該濃電鍍溶液之溫度的一感測器。
如申請專利範圍第2項之電鍍設備，其中，該密度計及該電導計係配置成測量該濃電鍍溶液之一種以上成分的濃度。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中，該容器係與該電鍍槽呈流體連通的一濃電解液貯槽。
如申請專利範圍第5項之電鍍設備，其中，該容器係與一濃金屬鹽的來源及與一濃酸的獨立來源呈流體連通。
如申請專利範圍第6項之電鍍設備，其中，該設備控制器進一步包含程式指令，用於： (i) 將該濃金屬鹽溶液引導至該濃電解液貯槽，且加熱在該濃電解液貯槽中之該濃金屬鹽溶液；以及 (ii) 將該加熱之濃金屬鹽溶液與該濃酸結合，以得到該濃電鍍溶液。
如申請專利範圍第6項之電鍍設備，其中，該設備包含與該容器呈流體連通之一濃金屬鹽的來源，其中，該濃金屬鹽的來源包含一濃縮器儲槽，該濃縮器儲槽係配置成自一稀釋的金屬鹽溶液產生一較濃的金屬鹽溶液。
如申請專利範圍第6項之電鍍設備，其中，該設備包含與該容器呈流體連通之一濃金屬鹽的來源，其中，該濃金屬鹽的來源包含一產生器，該產生器係配置成使用一金屬陽極的電化學溶解而電化學地產生一濃金屬鹽溶液。
如申請專利範圍第6項之電鍍設備，其中，該設備包含與該容器呈流體連通之一濃金屬鹽的來源，其中，該濃金屬鹽的來源係充注濃金屬鹽溶液的一儲槽。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中，該控制器進一步包含程式指令，用於自該容器移除一部分之該濃電鍍溶液，並且稀釋該容器中的該濃電鍍溶液。
如申請專利範圍第11項之電鍍設備，其中，該控制器進一步包含用於以下操作的程式指令： (i) 自該容器使一部分之該濃電鍍溶液移至一排液管線，並且稀釋該容器中的該濃電鍍溶液；以及 (ii) 將一稀釋劑添加至該排液管線，以避免該濃電鍍溶液在該排液管線中析出。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中，該容器係一濃縮器容器，配置成自一稀釋的電鍍溶液產生一濃電鍍溶液。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中，該容器係該電鍍槽，配置成固持與該熱濃電鍍溶液接觸的該半導體基板。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中，該容器包含一加熱器。
如申請專利範圍第1項之電鍍設備，其中，該控制器係適用以：處理源自該等感測器的密度及導電值，其相關於在該濃電鍍溶液中之一金屬鹽及一酸的濃度；及若該濃電鍍溶液之成分的濃度上升超過期望位準，則產生該訊號。
一種電鍍設備，用於在具有一個以上凹陷特徵部的一半導體基板上沉積一金屬，該設備包含： (a) 一容器，配置成將一濃電鍍溶液維持在至少約40℃的溫度下，其中該溶液原本在20℃將形成沉澱物； (b) 一電鍍槽，配置成在至少約40℃的溫度下使該濃電鍍溶液接觸該半導體基板，其中該容器係與該電鍍槽呈流體連通或其中該容器係該電鍍槽； (c) 至少一感測器，與一電鍍設備控制器連通，其中該至少一感測器係配置成監控該濃電鍍溶液的一個以上特性，該一個以上特性係關於一鹽自該容器中之該濃電鍍溶液的析出，其中該至少一感測器係選自由一離子選擇性電極、一旋轉盤限制電流感測器、一拉曼光譜感測器、一密度計、一黏度計、一電導計、及一自動滴定儀所組成的群組；以及 (d) 該設備控制器，其包含程式指令，用於響應源自該至少一感測器的一訊號，將一稀釋劑添加至該容器中的該濃電鍍溶液，以避免該鹽自該容器中之該濃電鍍溶液析出。
如申請專利範圍第17項之電鍍設備，其中，該至少一感測器係選自由一離子選擇性電極、一旋轉盤限制電流感測器、一密度計、一黏度計、一電導計、及一自動滴定儀所組成的群組。
一種在一半導體基板上電鍍一金屬的方法，包含： (a) 將一濃電鍍溶液在一容器中維持在至少約40℃的溫度下，其中，該溶液原本在20℃將形成沉澱物； (b) 在一電鍍槽內於至少約40℃的溫度下使該濃電鍍溶液接觸該半導體基板及在該半導體基板上電鍍金屬，其中該容器係與該電鍍槽呈流體連通或其中該容器係該電鍍槽； (c) 使用複數感測器監控該濃電鍍溶液的一個以上特性，該一個以上特性係關於一鹽自該容器中之該濃電鍍溶液的析出，其中該等感測器包含與一程式化的電鍍設備控制器連通的一密度計及一電導計；以及 (d) 為響應由該程式化的電鍍設備控制器自該等感測器的其中至少一者所接收的一訊號，將一稀釋劑添加至該容器中的該濃電鍍溶液，以避免該鹽自該容器中之該濃電鍍溶液析出。
一種在一半導體基板上電鍍一金屬的方法，包含： (a) 將一濃電鍍溶液在一容器中維持在至少約40℃的溫度下，其中，該溶液原本在20℃將形成沉澱物； (b) 在一電鍍槽內於至少約40℃的溫度下使該濃電鍍溶液接觸該半導體基板及在該半導體基板上電鍍金屬，其中該容器係與該電鍍槽呈流體連通或其中該容器係該電鍍槽； (c) 使用至少一感測器監控該濃電鍍溶液的一個以上特性，該一個以上特性係關於一鹽自該容器中之該濃電鍍溶液的析出，其中該至少一感測器係選自由一離子選擇性電極、一旋轉盤限制電流感測器、一拉曼光譜感測器、一密度計、一黏度計、一電導計、及一自動滴定儀所組成的群組，其中該至少一感測器係與一程式化的電鍍設備控制器連通；以及 (d) 為響應由該程式化的電鍍設備控制器自該至少一感測器所接收的一訊號，將一稀釋劑添加至該容器中的該濃電鍍溶液，以避免該鹽自該容器中之該濃電鍍溶液析出。
如申請專利範圍第20項之在一半導體基板上電鍍一金屬的方法，其中，該至少一感測器係選自由一離子選擇性電極、一旋轉盤限制電流感測器、一密度計、一黏度計、一電導計、及一自動滴定儀所組成的群組。