电镀钴、镍及其合金的制作方法

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电镀钴、镍及其合金
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1.pct申请表作为本技术的一部分与本说明书同时提交。在同时提交的pct申请表中所标识的本技术要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。

背景技术：

2.钨有时用于针对如穿硅通孔(tsv)及设备触点的各种不同集成电路结构而形成互连件。钨互连件时常由化学气相沉积或原子层沉积进行沉积。
3.在此包含的背景及上下文的描述仅针对整体呈现公开内容的上下文的目的而提供。本公开内容的许多呈现发明人的成果，且单纯由于如此成果在背景技术部分中描述或在本文其他位置呈现为上下文并不表示将认为是现有技术。

技术实现要素：

4.本公开的某些方面属于在电子设备中形成互连件的方法。如此的方法可通过以下操作表征：(a)将包含部分或完全制造的集成电路的衬底与具有约2至约5的ph值和镍和/或钴离子的水性电镀溶液接触，以及(b)对通向该衬底的电流和/或电压进行控制，从而通过由下而上填充机制，将来自该电镀溶液的镍和/或钴电镀进入特征内。在某些实施方案中，该水性电镀溶液包含(i)浓度为约20至约80g/l的镍离子、和/或浓度为约10至约40g/l的钴离子，以及(ii)抑制剂。在某些实施方案中，该衬底包含有着直径为约0.005-6微米及特征深度为约0.05-10微米的特征。
5.在某些实施方案中，该衬底特征是微硅穿孔(tsv)特征。在若干应用中，将镍和/或钴电镀进入该一个或更多个特征中的该操作，在该衬底的第一侧上的第一电子设备与该衬底的第二侧上的第二电子设备之间产生一个或更多个互连件。在一些情况下，该特征有着约1000nm至约2000nm的深度以及约50nm至约150nm的开口直径或宽度。
6.在某些实施方案中，将镍和/或钴电镀进入该一个或更多个特征内的步骤，产生直接到达在该衬底上的第一电子设备的一个或更多个电触点。在一些情况下，该一个或更多个电触点接触一个或更多个3d nand设备。在一些实现方案中，该特征具有约50nm至约500nm的深度，以及约5nm至约20nm的开口直径或宽度。
7.在一些实施方案中，该水性电镀溶液不包含促进剂或平整剂。在替代实施方案中，该水性电镀溶液包含促进剂和/或平整剂。在一些实施方案中，该水性电镀溶液包含促进剂。在某些实施方案中，该水性电镀溶液还包含硼酸。
8.在一些实施方案中，该水性电镀溶液额外包含不同于钴或镍的金属离子。在这样的实施方案中，控制通往该衬底的电流和/或电压的操作将来自该电镀溶液的镍合金或钴合金电镀至特征内。在一些这样的实施方案中，该不同于钴或镍的金属可以是cu、ag、au、mn、fe、cr、ru、mo、ir、re、pd、w、mo、pt、或其任何组合。在一些这样的实施方案中，该不同于钴或镍的金属是w或mo。在一些情况下，该水性电镀溶液还包含浓度为约0.1至约30g/l的mo
离子和/或w离子。在某些实施方案中，该水性电镀溶液包含络合剂，该络合剂使镍离子、钴离子、或不同于钴或镍的金属离子络合。
9.在一些实施方案中，控制通往衬底的电流和/或电压的操作，包含在电镀来自电镀溶液的镍和/或钴的步骤的同时增加电流。在一些情况下，增加该电流的步骤包含使电流渐变(ramping)。
10.在一些实现方案中，在电镀镍和/或钴的步骤之前，该方法包含使用等离子体预处理衬底的操作，以还原在该一个或更多个特征中的导电层上的金属氧化物。在一些情况下，在电镀镍和/或钴的步骤之前，该方法包含在减少的压力下，使用润湿特征的润湿溶液预润湿衬底。在一些情况下，在电镀镍和/或钴之后，该方法包含使衬底退火。
11.本公开的某些方面属于用于处理衬底的装置，该装置可以通过以下特征来表征：(a)一个或更多个电镀槽；(b)一个或更多个后电填充模块；(c)等离子体预处理模块；(d)预润湿模块；(e)一个或更多个衬底传送搬运器；以及(f)控制器，其被配置成致使该一个或更多个衬底传送搬运器，通过将第一衬底传送至在(b)、(c)、及(d)中的模块中的每一者而处理第一衬底，并且在第二衬底处于该装置内时的完整时段的期间在不将第二衬底传送至模块(b)、(c)、及(d)中的至少一者的情况下处理第二衬底。
12.在一些实施方案中，该装置包含框架或机壳，其包围该一个或更多个电镀槽、该一个或更多个后电填充模块、该预润湿模块、以及该等离子体预处理模块。在一些实施方案中，该框架或机壳额外包围衬底传送机械手。在一些情况下，该预润湿模块和该等离子体预处理模块是在共同真空环境内。
13.在一些实施方案中，该装置亦包含退火室，其被配置成在该一个或更多个电镀槽中的电镀步骤之后加热该衬底。在一些实施方案中，该装置还包含装载锁。在一些情况下，该预润湿模块和该预处理模块通过该装载锁来连接。
14.在某些实施方案中，该控制器还被配置致使该装置：(i)在将第一衬底传送至该一个或更多个电镀槽中的第一者之前，通过将其传送至该等离子体预处理模块及将其传送至该预润湿模块而处理第一衬底；以及(ii)在将第二衬底传送至该一个或更多个电镀槽中的该第一者之前，在不将其传送至该等离子体预处理模块的情况下，通过将其传送至该预润湿模块而处理第二衬底。在一些情况下，该控制器还被配置成致使该装置：(iii)在不预先将第三衬底传送至该预润湿模块或至该等离子体预处理模块的情况下，通过将其传送至该一个或更多个电镀槽中的该第一者而处理第三衬底。
15.在一些实现方案中，该装置额外包含电功率供应源，其被配置成控制施加于在该一个或更多个电镀槽中的衬底的电流和/或电压。在某些实施方案中，该控制器被配置成在电镀该一个或更多个电镀槽中的第一者的期间使电流渐变。
16.所公开的实施方案的这些及其他特征将在下文参考相关附图更详细地描述。
附图说明
17.图1是用于在衬底中的特征的由下而上电填的机制的卡通示意图。
18.图2是极化图，其描绘了通过增加相对电镀溶液的抑制剂的数量的金属沉积的抑制。
19.图3是示出在将钴、镍、和/或合金电镀进入衬底的特征中之前、期间、及之后可能
执行的各种不同操作的流程图。
20.图4a和4b显示了在其上可运行所公开的工艺中的至少一些的示例性硬件平台。
21.图4c是显示电镀槽的通常示例的框图。
22.图5-8示出了在设计用于tsv特征(cd 100nm、深度1000nm)的钴电镀工艺时获得的特征填充轮廓。
23.图9显示了在设计用于tsv特征的镍电镀工艺时获得的示意性特征填充轮廓。
24.图10提供了说明深tsv结构的真空预润湿的影响的示例。
25.图11示出了用于在较大tsv结构(6
×
60微米特征)中的无空隙填充的工艺调节。
具体实施方式
介绍和背景
26.对于一些应用而言，硅穿孔(tsv)、微tsv、及设备接触通道(例如，nand接触通道)已通过化学气相沉积或原子层沉积而填充以钨金属。然而，目前使用蒸气沉积钨的一些应用可能使用不同于钨的金属，并且/或者可能使用电化学沉积。
27.可能用于取代钨(w)的示例性金属包含钴(co)、镍(ni)、co-w合金、ni-w合金、co-mo合金、及ni-mo合金。钴或镍可能也彼此以及与例如cu、ag、au、mn、fe、cr、ru、p、b、c、n、ir、re、pd、pt或其任何组合的其他元素合金化。这些金属或合金中的任何一者可通过电沉积来沉积。电沉积tsv或设备触点(例如，nand设备触点)可以在无空隙的情况下沉积，意味着产生的互连件或触点有着较低电阻及良好设备性能。
28.本公开显示了用于以co、ni、和/或其合金填充特征的电沉积溶液、工艺、装置、及系统。在某些实施方案中，填充特征中的至少一些具有相对高的深宽比，如至少约5:1或至少约10:1。在一些实施方案中，特征开口具有约50μm至500μm的宽度或直径。本文公开的电沉积溶液、工艺、及装置可能使用于3d技术，包含未来发展或实现的科技，如在过去2d缩放中其他形式电沉积具有的缩放。
29.用于例如全局tsv及接合垫应用的某些应用的目前tsv结构是以铜(cu)填充，这是因为cu的低电阻以及因为这些应用可应对因cu而出现的挑战。然而，为了开发全局及中间tsv应用，正在探索w金属以取代cu。因为cu整合进feol(前段工艺)设备电路的已知潜在问题，如最大电流密度、污染、及电迁移生命周期，w金属被预测是这些未来应用所需要的。在此公开中，不同于w及cu的金属被使用于tsv应用。同样，某些feol和设备接触特征可使用不同于w的金属。举例而言，虽然3d nand触点传统上使用气相沉积方法以w填充，但某些所公开的实施方案对这些触点使用其他金属。
30.使用钴、镍、和/或与这些金属的某些合金作为钨的替代可能提供例如以下任何一者之类的一个或更多个好处：
31.超过cu且接近或匹配w的电迁移电阻
32.与可能留下空隙的使用气相沉积工艺填充的相似特征相比较低的电阻率
33.通过合金化及后工艺退火的膜性质调整
34.电镀膜提供高产出率(每小时晶片)
35.电镀膜提供具有可重复使用溶液的低成本湿式沉积。术语
36.术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、以及“晶片衬底”可以可互换地使用。本领域技术人员理解术语“部分制造的集成电路”可指涉在半导体晶片上的集成电路制造的许多阶段的任何一者期间在该半导体晶片上的一个或更多个设备中的任何一者。使用于半导体设备工业中的晶片或衬底通常有着200mm、或300mm、或450mm的直径。本公开显示在“晶片”上实现的实施方案。应理解，如此提及的“晶片”延伸至其他类型的工件。工件可能有各种不同的形状、尺寸、及材料。除了半导体晶片，可能用于所公开的实施方案中的工件的示例包含印刷电路板、磁性记录介质、磁性记录传感器、镜子、光学元件、微机械设备等等。
37.如在本文中使用的，“半导体设备制造操作”或“制造操作”是在半导体设备的制造期间实施的操作。通常而言，整体制造工艺包含多个半导体设备制造操作，每一者实施于其自身半导体制造工具中，如等离子体反应器、电镀槽、退火室、化学机械平面化工具、湿式蚀刻工具等等。半导体设备制造操作的范围包含减材工艺(如蚀刻工艺及平面化工艺)以及增材工艺(如沉积工艺(例如，物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积、电化学沉积、无电镀沉积))。
38.术语“处理室”、“制造设备”、以及“制造工具”是指其中进行制造工艺的设备。制造设备时常具有在处理期间工件驻留于其中的处理室。通常而言，当在使用时，制造设备实施一个或更多个半导体设备制造操作。用于半导体设备的制造设备的示例包含增材工艺反应器，如电镀槽、物理气相沉积反应器、化学气相沉积反应器、以及原子层沉积反应器。减材工艺反应器的示例包含干式蚀刻反应器(例如，化学和/或物理蚀刻反应器)、湿式蚀刻反应器、以及灰化器。其他类型的制造设备包含退火室及清洁设备。
39.术语“特征”在本文中可用于指在衬底上的未填充、部分填充、或完全填充的凹陷部。相似地，术语“穿硅通孔”是指形成在硅或其他材料中的未填充、部分填充或完全填充的凹陷通孔。特征可能具有不同深度、不同负载、当由上而下朝衬底方向观察时的不同形状、以及其组合。在一些实施方案中，当从上方观察时，衬底的一些特征可能具有圆形、长圆形、或矩形的形状。在一些实施方案中，在衬底上的至少一些特征的深宽比等于或大于约2:1、等于或大于约5:1、或等于或大于约10:1。
40.特征尺度的示例表列于表1。在一些情况下，用于3d结构的特征涵盖约50nm至6微米的开口以及约500nm至10微米的特征深度的范围。对于一些tsv应用而言，尤其微tsv应用，特征尺寸的示例性范围包含约10-100nm的开口尺寸以及约1-2微米的深度。在一些实现方案中，特征尺度将目前相对低深宽比特征(例如，镶嵌特征)及相对高深宽比特征(例如tsv)之间的空间予以填充。[表1]示例性特征尺度尺度特征直径约0.05-6um特征节距约0.5
–
4um特征深度约0.5
–
10um特征深宽比约5:1-100:1应用
[0041]
所公开的设备、电镀溶液、电镀方法、及装置可以应用以形成用于各种不同应用的互连件，其中的一些会以“3d”应用为特点。3d应用通常使用竖直堆叠的多个晶片或管芯。在
一示例中，逻辑设备被制造于晶片的一侧上并且由微tsv连接至在晶片的相反侧上的存储器或功率线。在另一示例中，制造不同的晶片，一者用于逻辑件，而另一者用于存储器，并且接着这些晶片被研磨、堆叠、且通过tsv电连接。相关的应用有时称为“2.5d应用”。这些应用使用堆叠于类似于中介层的结构上的管芯，以将多个设备类型放置于单一组合设备中。
[0042]
一些应用是tsv应用，如微tsv应用。tsv是用于完全穿过半导体工件(如硅晶片或晶粒)的电连接的通孔。典型的tsv工艺涉及形成tsv孔及在衬底上沉积保形扩散阻挡和导电晶种层，接着以金属填充该tsv孔。tsv孔通常具有高深宽比，这使得进入如此结构的铜的无空隙沉积是有挑战性的任务。tsv可能具有约4:1及更大的深宽比(例如约10:1及更大、以及甚至约20:1及更大(例如，达到约30:1))，在开口处具有约0.1μm或更大的宽度(如约5μm或更大)，且深度约5μm或更大(如约50μm或更大，以及约100μm或更大)。tsv的示例包含5
×
50μm及10
×
100μm特征。
[0043]
微tsv是形成跨越晶片或集成电路的厚度且将结构的一侧电连接至结构的另一侧的互连件的tsv。在一些实施方案中，微tsv互连件将晶片或集成电路的不同侧上的设备电连接。作为示例，连接的设备可能是开关(例如，晶体管)或存储器单元。在一些应用中，晶片或集成电路的两侧具有相同类型的设备(例如，晶体管或记忆单元)。在一些应用中，晶片或集成电路的一侧具有一种类型的设备，而另一侧具有不同类型的设备(例如在设备的一侧上为晶体管，且在设备的不同侧上为存储器单元)。在晶片或集成电路的两侧上的设备之间的电连接可以由跨越晶片或集成电路的厚度的互连件制成。
[0044]
在一些情况下，微tsv用于提供线路，以将芯片级功率从晶片或集成电路的一侧提供至另一侧。在一些情况下，微tsv被使用于整合方案中，其使用特别小的开关，如3nm设备或如fet之类的“全环绕栅极”晶体管。
[0045]
微tsv的几何尺度通常小于传统tsv的几何尺度。在一些实施方案中，微tsv互连件具有约1000nm至约2000nm的深度。在一些情况下，微tsv互连件具有约50nm至约150nm的开口直径或宽度。作为示例，深宽比可以介于约5和约50之间。
[0046]
一些应用形成设备触点且有时被称为中间线路(mol)或“金属0”应用。这些直接对如晶体管或存储器单元的设备提供涉及电连接。作为示例，在中间线路应用中的特征的深度可以是约50nm至约500nm、或约100nm至约200nm。在一些情况下，在中间线路应用中的特征的开口宽度或直径是约5nm至约20nm、或约7nm至约10nm。作为示例，深宽比可以介于约2和约100之间。
[0047]
在某些实施方案中，3d nand设备将钨以另外的金属(如钴、镍、和/或其任一者的合金)取代。在一些情况下，非w金属填充字符线。在一些情况下，非w金属填充3d nand触点。这些触点可能具有相当于大的tsv的尺度。该字符线可以采用大平板的形式，且沉积于各种不同层。
[0048]
接触金属可以通过si3n4的移除接着对蚀刻穿过onon堆叠件的狭缝电填充金属而形成。用于以气相沉积的钨或其他金属制造3d nand结构的制造流程的示例描述于在2020年1月15日申请的pct专利申请no.pct/us2020/013693中；以及在2018年5月24日公开的us专利申请公开no.20180144977，以上每一者通过引用将其全部内容并入本文。
[0049]
在一些实施方案中，电填充的ni、co、或其任一者的合金被用于制造晶体管栅极。
[0050]
在某些实施方案中，co、ni、或合金待电沉积于其上的衬底具有晶种或衬层。在一
些情况下，该晶种或衬层包含co、cu、ni、nib、nibp、cob、cobp、cozn、cuzn、nizn、comn、cumn、nimn、或其任何组合。在某些实施方案中，co、ni、或合金待电沉积于其上的衬底具有扩散阻挡层。可能用作扩散阻挡层的材料的示例包含alox、wcn、mo、moox、zn、znox、mn、mnox。在某些实施方案中，该晶种或衬层平均是相对薄的，例如约0.5至5nm厚。在某些实施方案中，该晶种或衬层平均是相对厚的，例如约50至500nm厚。电镀溶液配方
[0051]
各种不同的电镀溶液配方可以被用于钴和/或镍电填充。表2提供了用于如本文所述的各种不同应用的钴电镀溶液、镍电镀溶液、及合金电镀溶液的无机成分的示例性配方的范围。在多种实施方案中，co或ni电镀溶液包含金属离子与硼酸。在一些实施方案中，电镀溶液包含钴和/或镍离子、反阴离子、硼酸、及额外酸(例如、hcl)。在某些实施方案中，电镀溶液具有范围为约2至约5的ph值。在某些实施方案中，电镀溶液具有范围为约2至约4的ph值。注意以下的表，金属盐浓度是仅基于金属离子的质量提供，不包含提供金属离子的盐类的阴离子。所以，举例而言，30g/l的钴盐浓度具有每升溶液30克的钴离子。表2：示例性的电镀溶液成分钴电镀溶液镍电镀溶液镍电镀溶液钴镍电镀溶液
合金电镀溶液
[0052]
在多种实施方案中，待电镀金属(例如，钴或镍)的浓度与这些金属使用于其他集成电路电填充应用中相比，具有相对较高的浓度。在某些实施方案中，在电镀溶液中的钴离子的浓度为约10至约40g/l或约20至约40g/l。在某些实施方案中，在电镀溶液中的镍离子的浓度为约20至约80g/l或约30至约80g/l。在相对较大或深的特征中(例如在本文描述的若干应用中出现的那些)，特征的较深部分对主体溶液而言是相对较难接近的(即使在电镀槽具有强对流时也如此)。结果，特征的这些部分可能在电镀期间耗尽金属离子，除非电镀溶液具有相对高浓度的金属离子。如果特征的较深区域耗尽金属离子而较不深区域仍具有可用金属离子，则空隙可能在电填充特征的较深区域内形成。
[0053]
此外，具有相对大体积的特征可能需要相对较快的沉积率以维持工艺产出。这样的较高的电镀率及相关的高电流密度可由本文描述的相对高金属离子浓度溶液所供给。
[0054]
可能与待电还原的金属阳离子一起使用的盐类阴离子的示例包含硫酸盐、卤化物、硼酸盐、磷酸盐、以及硝酸盐。在某些实施方案中，该阴离子包含氯化物和/或溴化物。
[0055]
为了电镀合金，电镀溶液包含至少两种金属离子。用于沉积金属合金的电镀溶液可以使用在相似电化学工艺窗内还原的金属盐。可通过对co和/或ni的溶液施加电位而产
生金属合金的示例含有其他元素，如cu、ag、au、mn、fe、cr、ru、p、b、c、n、mo、ir、re、pd、pt。在一些情况下，在电镀溶液中的金属盐被选择用于电镀co和w的合金、ni和w合金的合金、co和mo的合金、或ni和mo的合金。在一些实现方案中，合金由电镀溶液沉积，该电镀溶液具有络合配体或其他添加物，其选择性抑制或活化在合金中一种金属相对于另一者的电沉积。举例而言，如果热力学和/或动力学在特定操作电位下对第一金属的沉积比对第二金属较有利，则电镀溶液可以包含络合配体，其对第一金属沉积的迟滞较对第二金属沉积的迟滞来得多。以此方式，以及以其他具有相似效果的方式，电化学窗被选择为使得合金金属以理想比例沉积。
[0056]
在图案化特征中使用由下而上填充的实施方案中，一种或更多种有机添加物可以被添加至电镀溶液中。如此的添加物改变在特征底部和在场(field)上的金属沉积率。表3提供了用于在高深宽比特征中产生由下而上填充的在电镀溶液中的有机添加物的示例性范围。当然，浓度可以取决于所使用的化学添加物而在这些范围内改变。总而言之，这些范围适用于以下描述的示例性化合物中的任何一者。表3：用于电镀溶液和/或预润湿溶液的示例性有机添加物物质浓度促进剂0
–
约200ppm抑制剂0
–
约200ppm平整剂0
–
约200ppm络合剂0-约30g/l
[0057]
在多种实施方案中，由下而上填充是通过在特征内建立从场区域(较高浓度)至特征的底部或较低凹陷区域(较低浓度)的抑制剂和/或氢离子浓度梯度来促进。相比于在特征的场区域或上区域(那些较靠近场区域的特征的区域)中的电镀，在和/或靠近特征的底部的抑制剂和/或氢离子的较低浓度在这些区域中促进较快的电镀。
[0058]
因为钴和某些其他金属无法从酸性电镀溶液以100％电流效率电镀，所以氢离子的局部浓度(以及对应的局部ph值)可对相对金属电镀率具有强影响。具有相对较高氢离子浓度的区域允许析氢反应而与金属沉积反应显著地竞争，这导致相对较慢的金属沉积率。相比之下，具有相对较低氢离子浓度的区域产生相对较少的元素氢，且从而具有较高的金属沉积电流效率及较快的金属沉积率。因为各种不同的物理及化学因素，氢离子梯度可能存在于特征内。举例而言，几何上，与场区域相比，每单位体积具有相对较多的衬底表面积。结果，与特征外部相比，在特征内每单位体积具有较多的反应发生。此外，主体电镀溶液的对流可能轻易地将氢离子供给至场区域，但无法如此轻易地将氢离子供给至特征，尤其是特征的深凹陷部分。因此，与在特征的场区域或上部分中相比，特征内的氢离子浓度倾向于维持较低，尤其特征的深区域。
[0059]
图1示出了溶液成分可能如何交互作用及驱动凹陷特征103中的由下而上填充。特征场105和上侧壁107被相对钝化，并且电镀被有机添加物109的堆积所抑制。因为竞争性氢还原反应，对场的氢离子吸附和/或质量传递可能也降低在场上的金属沉积率。整体而言，这导致在特征的顶部较慢的钴沉积111，并且允许在特征尺寸的范围中获得无空隙的由下而上填充。在特征底部的电镀率与在场上的电镀率相比的差异可通过有机添加物、有机添加物的分解、或氢的消耗和/或耗尽而增加。为了建立无空隙填充，通常在特征内的有机添
加覆盖物和/或氢离子的浓度梯度可以建立。这可通过设定工艺参数来完成，如初始溶液浓度(例如，ph值)、质量传递(被电镀衬底的rpm)及电镀电流。广范围的操作条件可支持该氢离子梯度。这些可通过模型化下方质量传递及其他相关物理条件、或两种方式的组合而凭经验确定。该梯度是驱动氢离子的消耗的所施加的电镀电流的函数。如图所示，该梯度因为特征的几何结构而形成，与场区域相比，这对特征的基底处的氢离子消耗提供了较大的驱动力。在某些实施方案中，电镀浴的开始成分具有约0.00001至6.4m的氢离子浓度。
[0060]
在某些实施方案中，除了钴和/或镍盐，电镀溶液还含有抑制剂。在一些实现方案中，电镀溶液仅含有抑制剂作为添加物，而没有促进剂或平整剂。在一些实现方案中，电镀溶液含有抑制剂以及促进剂，并且可选择性地含有平整剂。在一些实现方案中，电镀溶液含有抑制剂与平整剂。
[0061]
总而言之，抑制分子或“抑制剂”是使金属离子较不容易还原至衬底上的分子。可以导致这情形发生的一种机制是通过在衬底表面上的分子的化学吸附，其在空间上阻挡金属离子的靠近或者占据衬底上的反应位置。在电镀工艺期间，所选择的抑制剂与未电镀衬底表面(例如晶种层)以及部分电镀金属膜两者反应。
[0062]
抑制剂(独自或与其他电镀溶液添加物组合)是表面动力极化化合物，其促使在衬底-电解液接口上的电压降显著增加。在一些情况下，卤离子(halide ion)用作在抑制剂分子与衬底表面之间的化学吸附桥。该抑制剂(1)相对于没有抑制剂的区域(或以相对较低的浓度存在)，增加存在抑制剂的区域处的衬底表面的局部极化；以及(2)整体地增加衬底表面的极化。增加的极化(局部和/或整体)对应于增加的电阻/阻抗以及因此在特定施加电位下较缓慢的电镀。
[0063]
抑制剂可能是相对大的分子，并且在一些实例中，它们是聚合物(例如，聚环氧乙烷(peo)、聚环氧丙烷(ppo)、聚乙二醇(peg)、聚丙二醇(ppg)、其他通用聚烯烃基二醇(pag)聚合物、这些中的任一者的共聚合物(包含嵌段共聚合物)、以及相似物)。使用可能改善溶解度或与衬底交互作用的官能团，这些聚合物及共聚合物可能进一步官能化。官能化抑制剂的若干示例包含具有含硫和/或含氮官能团的聚环氧乙烷及聚环氧丙烷。抑制剂可具有线性链状结构或分枝结构或两者。特定类别的抑制剂分子包含有机化学吸附腐蚀抑制剂。具有各种不同分子量的抑制剂分子可共存于抑制剂溶液中。
[0064]
部分地由于抑制剂的大尺寸，进入凹陷特征内的这些化合物的扩散与其他电镀溶液成分相比会是相对较慢的。
[0065]
在一些情况下，抑制剂不显著地纳入沉积膜中，尽管它们可能通过在电镀溶液中的电解或化学分解而缓慢地随时间推移而降解。
[0066]
抑制剂的示例性类别包含但不局限于醚衍生物、酯衍生物、二醇衍生物、噻唑化合物、吡啶化合物及衍生物、以及聚合化合物。
[0067]
抑制剂醚的示例包含壬基酚聚乙二醇醚、聚乙二醇二甲醚、辛二醇双(聚亚烷基二醇醚)、辛醇聚亚烷基二醇醚、聚乙二醇二甲醚、以及硬脂醇聚乙二醇醚。
[0068]
抑制剂酯的示例包含油酸聚乙二醇酯；以及硬脂酸聚乙二醇酯。
[0069]
抑制剂二醇的示例包含聚乙烯丙二醇、聚乙二醇、聚氧丙二醇；以及聚丙二醇。抑制剂噻唑的示例包括2-氨基-5-(乙硫基)-1,3,4-噻二唑、6-氨基-2-巯基苯并噻唑、以及2-巯基苯并噻唑。
[0070]
抑制剂吡啶化合物的示例包含2-氨基吡啶、3-羟基吡啶-4-磺酸、嘌呤、2,2'-二吡啶基二硫化物、3-吡啶磺酸、以及3-(1-吡啶基)-1-丙磺酸盐。
[0071]
其它抑制剂的示例包含羧甲基纤维素、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、聚环氧乙烷；环氧乙烷-环氧丙烷共聚物、丁醇-环氧乙烷-环氧丙烷共聚物；2-巯基-5-苯并咪唑磺酸；2-巯基苯并咪唑(mbi)、苯并三唑、邻苯甲磺酰亚胺(糖精)、苄索氯铵、溴化索溴铵、1-苄基咪唑、以及2-噻唑啉-2-硫醇。其他聚合化合物的示例包含聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚丙烯酰胺、以及聚(2-乙基-2-噁唑酮)。
[0072]
在某些实施方案中，以上抑制剂中的任何一或更多者可以以约1-10000ppm的浓度提供于本文公开的电镀溶液中的任一者。
[0073]
图2提供了极化图，示出了通过增加抑制剂相对电镀溶液的量的镍金属沉积的抑制。如果相同化合物的梯度因为扩散、质量传递、或覆盖而遍布图案化特征存在，则其可通过遍布该特征深度的抑制剂覆盖的梯度而产生由下而上填充。当向下进入该特征存在较少的有机添加物时，更多的金属沉积将因为表面较少极化或钝化而发生。
[0074]
在一些应用中，促进剂被包含在电镀溶液中。促进剂可能优先累积于特征的底部，并且有助于催化金属沉积以支持由下而上填充。
[0075]
促进剂分子可以使金属离子相比于受抑制表面(例如，附接有抑制剂物质的表面)更容易还原于衬底上。据信，促进剂(无论独自或与其他电镀溶液添加物组合)局部地减少与抑制剂的存在相关的极化效果，并且从而局部地增加电沉积率。促进剂分子可以部分地基于其在这些高电镀率开始的区域(抑制剂主导极化特性的相对区域)中维持较高电镀率的能力而使用。
[0076]
在电化学上，促进剂减少了将金属沉积至受抑制衬底上所需要的极化强度。因为抑制剂分子比促进剂更为抑制，所以抑制剂反应的可能机制涉及与促进剂竞争结合位置，造成在抑制剂被促进剂取代的区域中的较高电流密度。
[0077]
在促进剂最浓的衬底表面的区域中，极化效果的减少是最明显的(即，极化随着吸附促进剂的局部表面浓度的增大或随促进剂比抑制剂的比率的增大而减小)。尽管促进剂可能变得强力吸附于衬底表面并且可能由于电镀反应而通常呈横向表面不动的，但在一些实施方案中，该促进剂不显著地并入膜中。在这样的示例中，当金属被沉积时，该促进剂可维持于该表面上。在一些情况下，当凹陷部被填充时，凹陷部内的表面上的局部促进剂浓度增加。与抑制剂相比，促进剂倾向为较小的分子，且展现较快扩散进入凹陷特征。
[0078]
促进剂的类别的示例包含但不局限于如磺酸酯之类的酯类、如磺酸盐类之类的盐类、巯基化合物、以及三唑类化合物。
[0079]
促进剂酯类的示例包含n,n-二甲基-二硫代氨基甲酸(-3-磺丙基)酯、3-巯基-丙基磺酸(3-磺丙基)酯；碳酸-二硫代-邻-乙基酯-s-酯与3-巯基-1-丙磺酸钾盐、n,n-二甲基-二硫代氨基甲酸-(3-磺乙基)酯、3-巯基-乙基丙基磺酸(3-磺乙基)酯、以及碳酸-二硫代-邻-乙基酯-s-酯。
[0080]
促进剂盐类的示例包含3-巯基-丙基磺酸钠盐、3-(苯并噻唑基-s-硫代)丙基磺酸钠盐；以及3-巯基-乙基磺酸钠盐。
[0081]
促进剂巯基类化合物的示例包含巯基丙基磺酸、1,3,4-噻二唑-2,5-二硫醇、2-巯基-5-苯并咪唑磺酸、3-氨基-5-巯基-1,2,4-三唑、5-氨基-2-巯基苯并咪唑、以及2-巯基噻
唑。
[0082]
促进剂三唑类化合物的示例包含1,2,4-三唑、以及1-h-苯并三唑磺酸。
[0083]
其他促进剂的示例包含双磺丙基二硫化物、吡啶丙基磺基甜菜碱、1-3-巯基丙烷-1-磺酸钠、吡啶乙基磺基甜菜碱；硫脲、双-3-磺丙基二硫化物、硫脲、聚(n-异丙基丙烯酰胺)、以及噻唑。
[0084]
在某些实施方案中，本文公开的这些促进剂中的任何一者可以以约1-10000ppm的浓度存在于电镀溶液中。
[0085]
对于一些层而言，存在特征密度的范围。在密集阵列的区域中，因为图案特征的数量增加，较少的抑制剂吸附至该表面上。这意味着，当填充完成时，在该区域中的金属沉积具有较少抑制的沉积且将以比隔离区域更快的速率电镀。这可导致在电镀金属形貌中的变化，其在化学机械平坦化步骤期间造成问题。为了最小化形貌变化，可对溶液添加平整剂化合物以均匀化横跨密集和隔离图案的沉积率。
[0086]
平整分子可通过限制促进分子的去极化效果而作用。特别在衬底的暴露部分中(如被处理晶片的场区域)以及在特征的侧壁处，平整剂可实施此功能。平整剂可能通过解吸或取代促进剂、防止其与抑制剂有效竞争接合位置、将其埋入镀膜中、或通过化学方式将其降解而作用。平整剂的局部浓度通过质量传递而在一定程度上来确定。据信，在许多示例中，在衬底表面，该平整剂以扩散限制速率或接近该扩散限制速率的速率发生反应或被消耗，并且因此，平整剂的连续供给可能随时间推移维持均匀的电镀条件。原则上不通过吸附至衬底上平面上而作用的化合物不被认为是平整剂。
[0087]
平整剂化合物通常基于如它们的电化学功能和影响进行分类，且不需要特定化学结构或配方。然而，平整剂通常包含一个或更多个氮、胺、酰亚胺或咪唑，以及可能也含有硫官能团。某些平整剂包含一个或更多个的五元及六元环以及/或者共轭有机化合物衍生物。氮基团可能形成部分的环结构。
[0088]
示例性的平整剂化学类别包含烷基、芳基及杂环胺、环氧化物、芳香氮杂环、苯并噻唑衍生物、环状酰亚胺、苯甲酸衍生物、以及聚合化合物。
[0089]
在含胺平整剂中，胺可以是伯、仲或叔烷基胺。更进一步，胺可以是芳基胺或杂环胺。示例性的胺包含，但不局限于二烷基胺、三烷基胺、芳烷基胺、三唑、咪唑、三唑、四唑、苯并咪唑、苯并三唑、、吗啉、哌嗪、吡啶、噁唑、苯并噁唑、嘧啶、喹啉和异喹啉。在某些实施方案中，平整剂是咪唑和/或吡啶。平整剂的其他示例包含健那绿b(janus green b)及普鲁士蓝(prussian blue)。
[0090]
在某些实施方案中，平整剂是芳香氮杂环。示例性的芳香氮杂环平整剂包含2,2-联吡啶、2-羟基-吡啶、8-羟基喹啉、甲吡啶、吡咯、噻唑、异噁唑、6-h-1,2,5-噻二嗪、氮环辛四烯、氮杂辛因(azecine)、吲哚、异吲哚、嘌呤、咔唑、吡嗪、哒嗪、吖啶(acridine)、吲哚嗪及吡唑。
[0091]
在某些实施方案中，平整剂是苯并噻唑或其衍生物。苯并噻唑衍生平整剂的示例包含邻苯甲酰磺酰亚胺(糖精)、苯并噻唑、2-氨基苯并噻唑、2-羟基苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑、2-甲硫基苯并噻唑(2-methylthiobenzothiazole)、2,2'-二硫代双(苯并噻唑)、2-(2-羟基苯基)苯并噻唑、甲基苯噻唑脲(methabenthiazuron)、2(4-氨基苯基)苯并噻唑。
[0092]
在某些实施方案中，平整剂是环状酰亚胺。环状酰亚胺平整剂的示例包含邻苯二
甲酰亚胺、n-甲基邻苯二甲酰亚胺、n-乙基邻苯二甲酰亚胺、n-溴邻苯二甲酰亚胺、n-氯邻苯二甲酰亚胺、3-羟基异吲哚啉酮、马来酰亚胺、2,3-二溴马来酰亚胺、n-甲基琥珀酰亚胺、n-苯基马来酰亚胺、n-马来酰-b-丙胺酸、以及均苯四甲酸二亚胺。
[0093]
在某些实施方案中，平整剂是苯甲酸或其衍生物。苯甲酸衍生平整剂的示例包含苯甲酰胺、经取代的苯甲酰胺、苯甲酸盐、苯甲酸烷基酯、羟基苯甲酸酯、苯甲醇、苯甲醛、二苯甲酮、以及苯胍胺。
[0094]
平整剂化合物也可以包含乙氧基。举例而言，平整剂可包含与在聚乙二醇或聚环氧乙烷中发现的主链相似的通用主链，有着例如功能性插入于链上的胺的片段(例如，键那绿b)。
[0095]
在某些实施方案中，平整剂是环氧化物。示例性的环氧化物包含但不局限于表卤代醇，如表氯醇和表溴醇；以及聚环氧化物化合物。有着通过含醚键接合在一起的两个或更多个环氧化物成分的聚环氧化物化合物在一些电镀溶液中使用。
[0096]
一些平整剂化合物是聚合物，而其他则不是。示例性的聚合平整剂化合物包含，但不限于聚乙烯亚胺、聚酰胺胺、以及胺与各种不同氧环氧化物或硫化物的反应产物。聚合平整剂的另一示例是聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。非聚合平整剂的一示例是6-巯基己醇。电镀工艺参数
[0097]
在某些实施方案中，电镀工艺是以范围在约18c至90c中的温度执行。在某些实施方案中，电镀工艺是以范围在约25c至约50c中的温度执行。相对高的电镀温度可支撑相对快的电填充速率，当填充具有相对高体积的特征时，该相对快的电填充速率会是有用的，如在本文中描述的如tsv应用之类的某些应用中的一些应用的情况。
[0098]
在某些实施方案中，电镀槽的电流和/或电压在特征填充过程中的部分或全部期间渐变。电流渐变可能允许促进由下而上填充的氢离子浓度梯度的维持。当以金属填充特征时，对局部氢离子耗尽的驱动力(在填充金属的顶部)减少。在特征的顶部处及靠近特征的顶部，氢离子更容易通过对流而自主体溶液扫入，并且使偏好氢离子耗尽的几何考虑因素(每单位容量较大的反应表面积)减少。因此，在特征内的电流密度的增加可助于维持部分填充特征的未填充区域内的氢离子浓度梯度。
[0099]
在某些实施方案中，在衬底上的电流密度是以约0.002ma/cm2.s至约0.02ma/cm2.s的速率渐变。在某些实施方案中，主体电镀工艺开始时的电流是约0.15至1.8ma/cm2。在某些实施方案中，主体电镀工艺结束时的电流是约1至5ma/cm2。主体电镀工艺的终点可以是在全部或几乎全部的特征被完全填充至场区域的水平f时、和/或当实质覆盖层形成时。当然，实际数值取决于应用。如所解释的，电流密度是渐变的以消耗在特征底部的氢离子并且建立用于驱动填充的梯度。较低ph值的应用需要较高的起始电流密度以消耗足够的氢离子而建立梯度。本文提供的电流密度数值是使用衬底的电镀表面的几何平面加以决定。换言之，电流密度数值是在假设电镀表面为完全平坦的且特征没有产生额外表面积的情况下来确定。预-电镀处理和后-电镀处理
[0100]
图3显示了在电镀平台上用于电沉积的示例性工艺流程。在虚线方框中的操作是在真空预处理模块(vpm)中实施的可选择性步骤。可以用于改善进入特征底部的填充的液体预处理模块取决于特征深度/特征尺寸。
[0101]
图3显示了用于在触点通孔、穿硅通孔、或其他互连件通道中沉积金属的工艺301。如图所示，工艺301开始于将导电晶种和/或扩散阻挡层沉积于包含多个特征(如高深宽比特征)的衬底上。参见操作303。如本文其他处所解释的，在某些实施方案中，衬底特征可以限定微tsv孔或设备触点孔，如用于3d nand设备的触点孔。在某些实施方案中，导电晶种层和/或阻挡层通过例如化学气相沉积之类的气相沉积技术或通过如溅镀之类的物理气相沉积技术来沉积。
[0102]
在如方框303所示出的将导电晶种和/或扩散阻挡层沉积于衬底上之后，可如方框305所示出的将衬底对准。该对准确保衬底以可再现的方式通过工具模块。这有助于故障排除。举例而言，如果在晶片的右侧上观察到图案，则这可能指出造成问题的在工具上的特定部件或特征。该对准可以用于晶片测量工具中以将晶片位置排列于网格上，并且将晶片与晶片之间的测量结果进行比较。在某些实施方案中，执行该对准以确保衬底的某些特征相对于在制造工具上的对应特征适当地定位。举例而言，因为晶片有时在其周长上具有凹口或其他变化，因此晶片可能需要在方向角上对准在电镀工具的晶片保持器上的密封件，以确保电镀溶液不溢流至晶片上方的区域。
[0103]
如本文其他处所解释的，在暴露于环境条件后，导电晶种层可能容易受到氧化。并且在多种实施方案中，在晶种层通过pvd或气相沉积技术沉积之后，其暴露于大气条件。在此暴露期间，导电晶种中的一些(其通常是金属层)可能氧化以形成在金属晶种层上或内的金属氧化物。
[0104]
为了将若干金属氧化物转换回金属，以及/或者为了减少或减缓金属晶种层转化为金属氧化物，衬底被选择性地化学还原，或暴露于化学还原条件。举例而言，如图所示出的，如在操作307说明，衬底可以放置在真空反应室内。在显示的实施方案中，在真空反应室中的衬底被暴露于含氢等离子体，其将形成于金属晶种层上的任何氧化物还原回到元素金属。参见方框309。应注意，如同方框307中的操作，在方框309中的操作是可选择性的。换言之，在某些实施方案中，金属晶种层不需要暴露于还原等离子体。
[0105]
如在操作311示出的，在选择性操作307和309完成之后，晶片选择性地移动至润湿预处理模块。如本文其他处所解释的，在电镀前，润湿预处理模块将衬底预润湿。预润湿溶液可以含有电镀溶液中的一种或更多种成分。通过在预润湿模块中将衬底预润湿，工艺将未填充特征以液体溶液润湿并且移除在电镀前可能存在于特征内的气体间隙或其他气体空隙。如所解释的，特征内的空气或其他气体空隙会有效地阻止用金属填充特征的部分。
[0106]
在衬底选择性经受预润湿操作311之后，衬底被传送至金属沉积电镀浴。参见方框313。该操作通常快速发生(例如，以最多约60秒)，以避免暴露于大气中的氧。
[0107]
在衬底沉浸于电镀溶液中之后，其被暴露于还原电位(阴极)，在该还原电位下，在电玩溶液中的金属离子作为金属层沉积在衬底的表面上。如本文其他处所解释的，电镀溶液和相关电镀沉积条件以由下而上填充机制(自底部开始填充特征)将金属沉积在衬底的特征中。由下而上填充减少在特征内的电镀金属中的空隙和缝隙的产生。
[0108]
在操作315中的电填工艺完成之后，衬底从电镀溶液移除并且进行冲洗和干燥以及可选择性经受边缘斜面移除工艺。参见操作或方框317。最后，如方框319所示出的，衬底被选择性地退火以使电镀金属改性。装置和系统
[0109]
如本文所公开的，可能使用各种不同的硬件系统以电镀钴、镍、和/或其合金。硬件可包含一个或更多个电镀槽以及一个或更多个相关模块，其任何一者可被配置成实施预-或后-电镀操作。在一些实施方案中，单元及模块被布置在单一机壳或框架中。在一些实施方案中，单元及模块被布置成允许多个不同预处理选项，例如其可包含：(1)导电晶种或衬层的保护或恢复，以及衬底预润湿；(2)仅衬底预润湿而没有晶种或衬层的保护或恢复；或(3)没有预润湿、或晶种/衬层保护。选项1可适用于具有相对高深宽比、和/或深特征与薄晶种或衬层、和/或在电镀前长时间暴露于环境条件的衬底。薄晶种层或衬层在电镀期间容易受到氧化以及形成污染空隙，此问题可通过晶种/衬层恢复操作予以补救。深和/或高深宽比特征在电镀期间容易出现保持气袋及形成污染空隙，此问题可通过预润湿予以补救。选项2可适用于具有强健晶种或衬层，但具有深或高深宽比特征的衬底。选项3可适用于具有强健晶种或衬层，且具有相对浅和/或低深宽比特征的衬底。
[0110]
暴露于大气中的氧及水蒸气的薄晶种层会快速地氧化。如果晶片在电镀队列中等待数小时，则可能因为氧化溶解而发生侧壁空隙化。在适当的情况下，例如当具有长晶片制造队列时间和/或晶种层是相对薄的情况，可使用将晶种层上的氧化物化学还原为金属的预处理模块将金属氧化物转换回金属。如此的预处理可以是干式或湿式工艺。干式处理的一示例是在等离子体真空预处理模块中实施的等离子体工艺。在某些实施方案中，真空预处理是使用含氢等离子体执行。用于在晶种层上实施化学还原操作的方法及装置的示例描述于以下专利文件中，并且通过引用将其全部并入本文：美国专利no.9,070,750，于2015年6月30日授权；美国专利no.9,865,501，于2018年1月9日授权；美国专利申请公开no.20150299886，于2015年10月22日公开；以及美国专利申请公开no.20150376792，于2015年12月31日公开。
[0111]
在一些实施方案中，干式预处理使用等离子体以改变衬底的表面。等离子体工艺可将衬底的表面上的氧化物还原。一些这样的工艺使用还原等离子体。在某些实施方案中，等离子体由氢和载体(如氦)的气体混合物产生。气体混合物的压强可以是约0.1至10torr，例如约1至3torr。等离子体使用例如具有例如约0.25至5kw、例如约1至3kw的功率的射频功率输入而在气体混合物中点燃。在某些实施方案中，等离子体产生室可通过多孔阻挡物(例如，喷头)与衬底分离，该多孔阻挡物可以接地以及冷却，以减少离子通量且允许氢自由基通量。在处理期间，衬底可静置于喷头下方的加热基座上。远程等离子体系统的示例描述于2018年1月9日授权的美国专利第9865501号，其通过引用将其全部内容并入此处。
[0112]
在某些等离子体预处理实施方案中，衬底的温度(可选择性地通过基座温度控制)被维持在约30摄氏度至600摄氏度，例如约75至250摄氏度。在某些实施方案中，等离子体预处理被执行约30秒至60分钟的时段。衬底可以在被允许接触普通大气之前冷却。
[0113]
如果晶种层足够厚，则氧化溶解可能不是问题，并且可能不需要等离子体或其他类型的还原操作。因为本文描述的电镀溶液、工艺、及装置对处理一定范围的不同衬底类型系有用的，所以它们可能被使用以处理具有相对薄或受损晶种层的一些衬底，以及也用于处理具有相对厚和/或强健晶种层的特征的一些衬底。
[0114]
附加于晶种层还原操作或作为晶种层还原操作的替代，衬底可经受预润湿操作。这样的预处理操作可以使用于，例如比约1微米更深的特征。在某些实施方案中，预润湿是在真空下实施。该操作可将捕获在特征中的气泡排出，如果不将其移除，将产生大空隙化特
征。在某些实施方案中，衬底以纯化水、具有一种以上有机电镀添加物的纯化水、乙醇、或乙醇/纯化水溶液预润湿。用于预润湿的有机添加物可能是抑制剂或如本文描述的那些润湿剂中的任何一者之类的润湿剂。相对高浓度的有机添加物可被添加至预润湿模块溶液，以协助润湿以及场上电镀的抑制。用于实施衬底预润湿的方法及装置的示例描述于以下专利文件中，通过引用将其全部内容并入此处：美国专利申请公开no.20100320081；由n.doubina等发明的美国专利申请公开no.2016/0273117；由blackman发明的美国专利no.9,455,139；以及由e.g.webb等发明的美国专利no.7232513。
[0115]
图4a和4b显示了示例性的硬件平台，其上可执行所公开工艺中的至少一些。其他实施方案可包含额外电镀槽、机械手搬运器、和/或模块、和/或不同形式的单元、模块、机械手搬运器、及相似物。在某些实施方案中，平台被配置成按照图3的流程图内涵盖的工艺中的一者处理衬底。
[0116]
在电镀工具上游，晶片可通过例如在一或多介电层中蚀刻图案和/或沉积扩散阻挡和/或晶种层来准备。
[0117]
在图4a中示出的电镀工具或装置451包含多个电镀槽453(在此示例中三个)及多个后电镀模块455(在此示例中三个)。如机械手之类的搬运器这样457被配置成将晶片移动进入及离开电镀槽453及后电镀模块455。总的来说，电镀槽453及后电镀模块455可形成平台451的“后端”的部分。平台451的前端可与平台外的系统或队列对接。举例而言，待电镀的衬底可通过前端装载foup 459馈送至平台451。工具可被配置成，使得可通过可使在多个维度驱动的衬底缩回和移动的前端搬运器461(例如，机械手)，将来自foup459的衬底携带至主衬底处理区域。在示出的实施方案中，具有两个前端可访问站，等离子体预处理模块463和预润湿预处理模块465。对准器467和搬运器468关联于预润湿预处理模块465。电镀平台451还包含被配置成在电镀之后加热及退火衬底的一个或更多个退火室469。
[0118]
如所描绘的，在一些实施方案中，等离子体预处理模块大于退火模块和/或退火模块大于预润湿模块。在某些实施方案中，等离子体模块包含多个衬底处理站，其可允许平行预处理。在一些情况下，预润湿模块仅具有用于衬底处理的单一站。此差异可能至少部分地说明这些模块的相对尺寸差异。将退火、预润湿、以及等离子体处理模块以对应于它们相对尺寸的方式布置于平台的机壳或框架内，从而允许紧密平台设计。
[0119]
在图4a中，电沉积装置451示意地显示为由上而下观看。在一些实施方案中，两层或更多层被彼此上下堆叠，每一者选择性地具有相同或不同类型的处理站。
[0120]
在某些实施方案中，润湿预处理模块可被布置成，使得衬底可经过等离子体预处理并且进入预润湿模块，或晶片可直接从foup(或其他衬底保持部件)进入预处理模块，具体取决于传入晶片要求。
[0121]
各种不同后电镀操作可在适当配置的模块中执行。举例而言，这些包含旋洗、旋转干燥、金属和/或硅湿式蚀刻、以及边缘斜面移除中的任何一者或更多者。如所显示的，退火模块可使用作为后电镀模块。退火可使用以使电沉积金属的颗粒成长，从而减少金属的电阻。
[0122]
在某些实施方案中，电镀平台的前区段可以以使得在衬底上进行的预处理中能有灵活性的方式配置，具体取决于于平台上待电镀的结构类型。举例而言，如所提及的，衬底的不同类型可经受预润湿和/或等离子体处理。
[0123]
电镀平台可能或可能不包含适合用于在真空下从一预处理模块将衬底传送至另一者或从预处理模块传送至电镀槽的装载锁。如所提及的，预润湿模块可被配置成在低于大气压力的压力下操作。在某些实施方案中，电镀系统被配置成紧接在预润湿之后传送衬底至用于金属沉积的电镀槽。在一些情况下，系统是以将水的薄膜维持于晶片表面上的方式而用于衬底，以最小化在结构中的空气的滞留。在图4a显示的工具配置中，一些衬底可以以不进行预润湿的方式直接传送至电镀槽。当预润湿步骤并非必须时(这可以是某些晶片批次的情形)，如此的操作可能是适当的。
[0124]
图4b示出了衬底可能采取而通过工具中的预处理模块的三种路径。所示出的路径是不预处理403、仅预润湿405、及晶种还原(例如等离子体处理)以及预润湿407。在一些实现方案中，可能有另一路径：晶种还原(例如等离子体处理)。
[0125]
在图4b的示例中，路径中的两者不使用搬运器，因为在图4a的实施方案中靠近foup的第一搬运器461被配置成将衬底装载至对准器468上。衬底自对准器468通过该模块传递臂传送至真空或润湿预处理单元。
[0126]
在多种实施方案中，等离子体预处理模块及预润湿模块被设置为紧密相邻并且在共同的真空环境中，因为该两模块可以在低于大气压力下运作。在一些实现方案中，等离子体预处理模块在低于预润湿模块的压力下运作。
[0127]
具有与预润湿模块相邻的等离子体预处理模块的系统可减少或消除在预处理之后以及在预润湿之前灵敏晶种或衬层对大气中氧的暴露。在某些实施方案中，预润湿模块被配置作为传送装载锁，以用于衬底从等离子体单元至含电镀槽的工具的后端的移动。换言之，等离子体预处理模块在高真空下操作；电镀槽在大气压力下操作；而预润湿模块在中间压力下操作。在这样的示例中，工具可被配置成使得衬底在不破坏真空的情况下直接从等离子体预处理模块传送至预润湿模块。该配置可减少晶片传送通过工具所需要的时间。在一些这样的实施方案中，独立装载锁被设置于预处理及预润湿模块之间。无论预润湿模块用作装载锁或独立装载锁被设置于等离子体模块与预润湿模块之间，与其中预处理和预润湿模块分离较远的系统相比，该系统可具有相对较小的占地面积。
[0128]
图4c显示了可用于电镀co、ni、及其合金的单一电镀槽401的示例。在某些实施方案中，槽401可用作图4a的平台451中的单元453中的一者。添加至电解液的添加物(例如，促进剂、抑制剂、和/或平整剂)可能以不理想的方式与阳极反应。因此，电镀槽的阳极和阴极区域有时通过膜加以分离，使得不同成分的电镀溶液可使用于各区域中。在阴极区域中的电镀溶液称为阴极液；而在阳极区域中的电镀溶液称为阳极液。为了将阳极液及阴极液导入电镀装置中，可使用一些工程设计。
[0129]
参考图4c，显示了根据一实施方案的电镀装置401的示意剖面图。电镀浴403显示为在水平405处。该容器的阴极液部分被设置用于将衬底接收在阴极液中。晶片407被浸入电镀溶液中，并且由例如安装于可转动心轴411上的“抓斗”衬底保持器409予以保持，如此允许抓斗衬底保持器409与晶片407一起转动。具有适合与此发明一起使用的方面的抓斗型电镀装置的通用描述详细描述于授权给patton等的美国专利第6156167号中，以及授权给reid等的美国专利第6800187号中，通过引用将其全部内容并入此处。
[0130]
阳极413被设置于电镀浴403内于晶片下方，并且通过如离子选择膜之类的膜415而与晶片区域分离。这些膜可以以离子聚合物材料制成，如含磺基的全氟化共聚合物(例
如，nafion
tm
)、磺化聚酰亚胺、及本领域技术人员所公知的适合用于阳离子交换的其他材料。合适的nafion
tm
膜的示例包含可从dupont de nemours co.获得的n324和n424膜。在阳极膜下方的区域时常称为“阳极室”。离子选择阳极膜415允许在电镀槽的阳极和阴极区域之间的离子连通，同时预防阳极处产生的粒子进入晶片的附近且造成污染。阳极膜可在电镀工艺期间分散电流，并且进而改善电镀均匀度。合适的阳极膜的详细描述提供于被授权给reid等的美国专利第6146798及6569299号中，通过引用将该两者的全部内容并入此处。
[0131]
在电镀期间，来自电镀溶液的离子在衬底上被还原。金属离子必须扩散通过扩散边界层并且进入tsv孔或其他特征中。辅助扩散的典型方式是通过由泵417所提供的电镀溶液的对流。此外，震动搅拌或声波震动件以及晶片转动可以使用。举例而言，震动传感器408可附接于抓斗衬底保持器409。
[0132]
电镀溶液通过泵417持续提供至浴403。在某些实施方案中，电镀溶液向上流动经过阳极膜415及扩散板419至晶片407的中心，并且接着径向向外且横跨晶片407而流动。电镀溶液也可由电镀浴403的侧面提供至浴的阳极区域中。电镀溶液接着溢出电镀浴403至溢出贮存器421。电镀溶液接着被过滤(未显示)并且回到泵417，从而完成电镀溶液的再循环。在电镀槽的某些配置中，不同的电镀溶液循环经过其中含有阳极的电镀槽的部分，同时使用微渗透膜或离子选择膜预防与主电镀溶液的混合。
[0133]
参考电极431被定位于独立室433中的电镀浴403的外部，其中独立室433通过来自主要电镀浴403的溢流予以补充。替代地，在一些实施方案中，参考电极系摆置靠近于衬底表面，并且参考电极室系通过毛细管或另外的方法连接至晶片衬底的侧部或直接至晶片衬底下方。参考电极431可以是各种普遍使用类型中的一者，如汞/硫酸汞、氯化银、饱和甘汞、或铜金属。除了参考电极，在一些实施方案中也可使用与晶片407直接接触的接触感应导线，以用于电位测量(未显示)。在一些实施方案中，接触感应导线连接至晶片边缘，并且被配置成感测在晶片的边缘处的金属晶种层的电位，但不承载通往晶片的任何电流。
[0134]
dc功率供应源435可用于控制通往晶片407的电流。功率供应源435具有通过一个或多个滑环、电刷和触点(未示出)电连接到晶片407的负输出引线439。功率供应源435的正输出引线441电连接到位于镀浴403中的阳极413。功率供应源435、参比电极431和接触感测引线(未示出)可以被连接到系统控制器447，从而使得尤其是能够调节提供给电镀槽的元件的电流和电位。例如，控制器可以允许在电位受控和/或电流受控的状态下电镀。该控制器可以包括程序指令，该程序指令指定需要被施加到电镀槽的各种元件的电流和电压电平以及需要改变这些电平的时间。当施加正向电流时，功率供应源435向晶片407施加偏置以使其相对于阳极413具有负电位。这导致电流从阳极413流动至晶片407，且电化学还原反应发生在晶片表面(阴极)上，从而导致在晶片的表面上的导电层(例如铜)的沉积。惰性或活性阳极414可以被安装在电镀浴403内的晶片407下面，并通过膜415与晶片区分离。
[0135]
该装置还可以包括用于将电镀液的温度保持在特定水平的加热器445。电镀液可用于将热传递到电镀浴中的其它元件。例如，当晶片407被装入到电镀浴中时，加热器445和泵417可以接通，以使电镀液通过电镀装置401循环，直到在整个装置中的温度变得大致均匀为止。在一个实施方案中，加热器连接到系统控制器447。系统控制器447可以被连接到热电偶以接收在电镀装置内的电镀液温度的反馈并确定对于额外的加热的需求。
[0136]
控制器将通常包括一个或多个存储器设备和一个或多个处理器。该处理器可以包
括cpu或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进电机控制器板等等。在某些实施方案中，控制器控制电镀装置的所有活动。可以将包含根据本文的实施方案的用于控制过程操作的指令的非暂时性机器可读介质耦合到系统控制器上。
[0137]
在某些实施方案中，将存在与控制器447相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏幕、装置和/或处理条件的图形软件显示器和用户输入设备，诸如指针设备、键盘、触摸屏、麦克风等。用于控制电镀处理的计算机程序代码可以用任何常规的计算机可读编程语言写入，该计算机可读编程语言例如，汇编语言、c、c++、pascal、fortran等。编译后的目标代码或脚本由处理器执行以执行在程序中识别的任务。可以根据本文的实施方案使用的镀覆装置的一个示例是lam research sabre工具。可以在形成较大电沉积装置的部件中执行电沉积。系统控制器
[0138]
在一些实现方案中，控制器是系统的一部分，如图4a和/或图4b中显示的。举例而言，系统可包含半导体处理设备，其包含一或多个处理工具、一或多个室、一或多个用于处理的平台、和/或特定处理部件(晶片保持器、电解液再循环系统等等)。作为示例，参见图4a的讨论。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件和/或逻辑件集成。电子器件和/或逻辑件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括温度设置(例如，加热和/或冷却)、压力设置、电流和/或电位设置、流率设置、流体输送设置、转动速率设置、衬底浸润设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
[0139]
从广义上讲，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用电镀溶液组分控制、启用电镀等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片、和/或执行程序指令(例如，软件)的一个或多个微处理器或微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
[0140]
在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的工艺。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，
如上所述，控制器可以是例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的电镀系统上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
[0141]
示例性的系统可以包含但不限于金属电镀槽或模块、旋洗室或模块、斜边蚀刻室或模块、被配置成在电镀前化学还原晶种或衬层的等离子体预处理模块、用于在电镀前润湿特征的衬底润湿模块、蚀刻室或模块、沉积室或模块、清洁室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、光致抗蚀剂涂布和/或图案化模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
[0142]
根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个制造设施中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体设备制造设施中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。示例
[0143]
图5-8示出了在设计tsv特征的钴电镀工艺时获得的数据。图5提供了在tsv特征(cd 100nm、深度1000nm)中的填充轨迹。在相同溶液配方下使用一系列恒定流填充步骤，以决定当开始填充特征时及当完成特征的填充时使用的电流密度。该数据显示形成的接缝空隙。尽管如此，通过对不同溶液配方实施这些类型的实验，工艺设计师可调整溶液成分及目前的工艺窗以最小化接缝及空隙。
[0144]
描绘的示例显示了使用恒定流填充步骤的钴填充进程：(a)0.2ma/cm2,1600s、(b)0.4ma/cm2,800s、(c)0.7ma/cm2,450s、(d)1ma/cm2,300s。此测试系列显示填充始于0.4ma/cm2并且终于1ma/cm2。接缝空隙是由特征c-e的中心处的线条表示。全部图都是实际特征填充数据的轨迹。
[0145]
图6示出了工艺研发的另一方法。其涉及通过添加剂浓度、ph值、质量传输以及波形渐变测试的迭代过程的工艺窗的额外微调。为了实现在深结构中的无空隙填充，需要足够的场钝化的平衡以预防上侧壁沉积但在特征中不过度钝化而完全停止沉积。波形被渐变为较高电流以在填充前沿于特征向上移动且遇到使金属沉积率减少的较高抑制剂浓度以及较高氢离子浓度时推动填充前沿。
[0146]
在图6中，(a)示出了具有清楚接缝空隙的未最优化波形或电镀条件，(b)示出了具有特征的部分的良好的由下而上填充以及接着是接缝空隙的情形，(c)显示了不产生空隙的电填充工艺窗的结果。无空隙填充是通过ph值、添加剂浓度、质量传输(rpm)、以及波形渐变的工艺参数测试而获得。所有这些图都是实际特征填充数据的轨迹。
[0147]
图7提供了进入高深宽比tsv特征的电填充钴的额外轨迹。其显示了理想的由下而上填充工艺如何进行。该系列的图显示了渐变波形的延伸，以开始平坦填充前沿、将其向特征上方推进、以及完成特征填充。在图7中，(a)示出了渐变，其始于约0.5＞0.7ma/cm2,60s，(b)示出了持续时间增加的在相同渐变速率(0.5
–
1ma/cm2,120s)下的渐变，(c)示出了无空隙填充的完成，0.5
–
1.8ma/cm2,350s，(d)显示了电镀至完全填充特征上方的额外覆盖层。
覆盖层可以通过渐变电流或恒定电流波形予以增加。所有这些图都是实际特征填充数据的轨迹。
[0148]
覆盖层通过持续渐变电流或改变为较高恒定电流密度来沉积(d)。在覆盖层沉积期间，因为在吸附抑制剂中的差异，显著的形貌变化会随着密集、隔离图案、及未图案化场的区域而发生。由增加平整化合物至电镀溶液而观察到的形貌改善的示例显示于图8中。在图8中，没有平整剂的覆盖特征的形貌显示于(a)，而有平整剂的显示于(b)。数据是由光学轮廓仪获得的高度轮廓。
[0149]
图9示出了电镀工艺设计，其类似于以上示出使用钴的示例，但在该示例中使用镍。镍被电沉积进入高深宽比tsv中。溶液条件及电流条件被调整以获得的进入相同结构中的无空隙ni。在该示例中，溶液具有以下成分：ni离子25g/l；硼10g/l；ph 4.0。在该示例中，电流渐变具有以下轮廓：在350秒的期间，0.5
→
1.75ma/cm2。在电镀期间，衬底以50rpm转动。
[0150]
图10提供深tsv结构的真空预润湿的影响的示例。在图10中，图例(a)显示仅种晶的图像，图例(b)显示在没有预润湿处理的情况下仅在大tsv(6
×
60微米)的顶部发生的电镀，以及图例(c)显示可通过在沉积之前使用预润湿处理而延伸贯穿tsv的钴电镀。
[0151]
在图例b中，金属沉积被观察为仅在场以及结构的顶部侧壁上，因为特征的底部具有捕获的空气，其不允许电镀溶液进出特征及开始电镀。在图例c中，执行相同的电镀工艺，但在电镀之前，样本被放置于真空下以排空空气，并且接着该晶片以薄的水层涂布。当样本移动至电镀槽时，该样本维持粘附的水的薄层且空气不被捕获在特征中。图例c显示了沿侧壁一直电镀至通孔底部的co电镀。在多种实施方案中，真空预润湿特征与某些深特征一起使用。用于预润湿晶片的溶液可能也含有抑制剂或润湿剂以改善空气间距以及填充。用于预润湿的溶液可能亦含有用于特定应用的一些促进剂或平整剂。
[0152]
图11示出了用于在较大tsv衬底中的无空隙填充的工艺调整。如果在场及上侧壁上的co的电镀率不被添加抑制剂或由于与氢还原竞争(图1)的低电流效率充分地减慢，则特征将过于快速地电镀于特征之中。如图例a中显示的，这导致底部空洞。在该系列(图例b)的图像中，通过降低溶液的ph值而移除底部空隙，以将更多h
+
离子供给至系统中。额外h
+
离子通过系统中的电镀电流优先还原，并且降低co
2+
还原的电流效率。一旦深tsv中的h
+
耗尽，则仅留下的离子是co
2+
，并且其开始沉积于特征的底部。在特征中的更上方处，从主体溶液进入通孔的h
+
的质量传输维持高h
+
浓度和低co
2+
还原率。在图例c中，在如图例b中使用的相同溶液中，波形被稍微调整，以推进填充朝特征上方。图11示出了类似于为了较小tsv(图5-9)加以描述的调整工艺可应用于大的tsv特征。
[0153]
在图11中，图例(a)示出了在特征的顶部以过快的co沉积填充而导致夹断空隙的tsv特征。该结果指出对底部处沉积率较快和在顶部处沉积率较慢的需求。为了实现该需求，抑制剂浓度、ph值、质量传输、以及电镀电流可以调整。在图例(b)中，tsv特征的底部已通过改善工艺来填充。为了完成电填，电镀可以调整，以避免在特征顶部的夹断空隙。图例(c)示出完全填充的6
×
60微米特征。结论
[0154]
虽然为了清楚理解目的已详细描述前述实施方案，但显而易见的是，可在随附权利要求的范围内进行某些改变及修改。可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实
行本文所公开的实施方案。在其他实例中，不再详细描述众所周知的工艺操作，以免不必要地使所公开的实施方案难以理解。此外，尽管结合具体实施方案来描述所公开的实施方案，但应理解，具体实施方案并非意在限制所公开的实施方案。应当注意，有许多实施本实施方案的工艺、系统和装置的替代方式。因此，本实施方案应被认为是说明性而非限制性的，且实施方案不限于本文所给出的细节。

技术特征：

1.一种在电子设备中形成互连件的方法，所述方法包含：(a)将包含部分或完全制造的集成电路的衬底与ph值为约2至约5的水性电镀溶液接触，且所述水性电镀溶液包含：(i)浓度为约20至约80g/l的镍离子和/或浓度为约10至约40g/l的钴离子；以及(ii)抑制剂，其中所述衬底包含直径为约0.005-6微米且特征深度为约0.05-10微米的特征；以及(iii)控制通往所述衬底的电流和/或电压，从而通过由下而上填充机制，将来自所述电镀溶液的镍和/或钴电镀进入所述特征内。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述特征具有约1000nm至约2000nm的深度以及约50nm至约150nm的开口直径或宽度。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述特征是微tsv特征。4.根据权利要求2所述的方法，其中将镍和/或钴电镀进入所述一个或更多个特征内导致在所述衬底的第一侧上的第一电子设备与所述衬底的第二侧上的第二电子设备之间产生一个或更多个互连件。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述特征具有约50nm至约500nm的深度，以及约5nm至约20nm的开口直径或宽度。6.根据权利要求1所述的方法，其中将镍和/或钴电镀进入所述一个或更多个特征内产生直接到达所述衬底上的第一电子设备的一个或更多个电触点。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述一个或更多个电触点接触一个或更多个3d nand设备。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述水性电镀溶液不包含促进剂或平整剂。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述水性电镀溶液还包含促进剂和/或平整剂。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述水性电镀溶液还包含硼酸。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述水性电镀溶液还包含不同于钴或镍的金属离子，并且其中控制通往所述衬底的所述电流和/或电压将来自所述电镀溶液的镍合金或钴合金电镀至所述特征内。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述不同于钴或镍的金属选择自由cu、ag、au、mn、fe、cr、ru、mo、ir、re、pd、w、mo和pt组成的组。13.根据权利要求11所述的方法，其中所述不同于钴或镍的金属是w或mo。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述水性电镀溶液还包含浓度为约0.1至约30g/l的mo离子和/或w离子。15.根据权利要求11所述的方法，其中所述水性电镀溶液还包含络合剂，所述络合剂使镍离子、钴离子、或所述不同于钴或镍的金属离子络合。16.根据权利要求1所述的方法，其中控制通往所述衬底的电流和/或电压包括：在电镀来自所述电镀溶液的镍和/或钴时的时段期间增加所述电流。17.根据权利要求16所述的方法，其中增加所述电流包含：使所述电流渐变。18.根据权利要求1所述的方法，其还包含：在电镀镍和/或钴之前，使用等离子体预处理所述衬底，以还原在所述一个或更多个特征中的导电层上的金属氧化物。19.根据权利要求1所述的方法，其还包含：在电镀镍和/或钴之前，在减少的压力下，使
用润湿所述特征的润湿溶液预润湿所述衬底。20.根据权利要求1所述的方法，其还包含：在电镀镍和/或钴之后，对所述衬底进行退火。21.根据权利要求1所述的方法，其中所述抑制剂选自于由醚、酯、二醇、噻唑、吡啶、聚合化合物、及其任何组合所组成的组。22.根据权利要求1所述的方法，其中所述水性电镀溶液还包含平整剂，所述平整剂选自于由烷基胺、芳胺、芳香氮杂环、苯并噻唑、环状酰亚胺、苯甲酸、环氧化物、聚合化合物、及其任何组合所组成的组。23.根据权利要求1所述的方法，其中所述水性电镀溶液还包含促进剂，所述促进剂选自于由磺酸酯、磺酸盐、巯基化合物、三唑化合物、及其任何组合所组成的组。24.一种用于处理衬底的装置，所述装置包含：(b)一个或更多个电镀槽；(c)一个或更多个后电填充模块；(d)等离子体预处理模块；(e)预润湿模块；(f)一个或更多个衬底传送搬运器；以及(g)控制器，其被配置成致使所述一个或更多个衬底传送搬运器通过传送第一衬底至模块(b)、(c)和(d)中的每一者来处理所述第一衬底，以及在第二衬底处于所述装置内时的整个时段的期间不将所述第二衬底传送至模块(b)、(c)和(d)中的至少一者的情况下处理所述第二衬底。25.根据权利要求24所述的装置，其还包含：框架或机壳，其包围所述一个或更多个电镀槽、所述一个或更多个后电填充模块、所述预润湿模块、所述等离子体预处理模块和所述衬底传送机械手。26.根据权利要求24所述的装置，其还包含：退火室，其被配置成在所述一个或更多个电镀槽中的电镀之后加热所述衬底。27.根据权利要求24所述的装置，其中所述预润湿模块和所述等离子体预处理模块是在共同真空环境内。28.根据权利要求24所述的装置，其还包含装载锁，并且其中所述预润湿模块和所述预处理模块由所述装载锁连接。29.根据权利要求24所述的装置，其中所述控制器还被配置成致使所述装置：(i)在将第一衬底传送至所述一个或更多个电镀槽的第一者之前，通过将所述第一衬底传送至所述等离子体预处理模块和所述预润湿模块来处理所述第一衬底；以及(ii)在将第二衬底传送至所述一个或更多个电镀槽中的所述第一者之前，在不将所述第二衬底传送至所述等离子体预处理模块的情况下，通过将所述第二衬底传送至所述预润湿模块来处理所述第二衬底。30.根据权利要求29所述的装置，其中所述控制器还被配置成致使所述装置：(iii)在不预先将第三衬底传送至所述预润湿模块或至所述等离子体预处理模块的情况下，通过将所述第三衬底传送至所述所述一个或更多个电镀槽中的所述第一者来处理所述第三衬底。
31.根据权利要求24所述的装置，其还包含电功率供应源，其被配置成控制施加于在所述一个或更多个电镀槽中的衬底的电流和/或电压。32.根据权利要求31所述的装置，其中所述控制器被配置成在电镀所述一个或更多个电镀槽中的第一者的期间使电流渐变。33.一种在电子设备中形成互连件的方法，所述方法包含：(h)将包含部分或完全制造的集成电路的衬底与具有酸性ph值的水性电镀溶液接触，且所述水性电镀溶液包含：(i)浓度为至少约20g/l的镍离子和/或浓度为至少约10g/l的钴离子，以及(ii)抑制剂，a.其中所述衬底包含凹陷特征；以及b.对通往所述衬底的电流和/或电压进行控制，从而通过由下而上的填充机制，将来自所述电镀溶液的镍和/或钴电镀进入所述特征内。34.根据权利要求33所述的方法，其中所述特征是微tsv特征。35.根据权利要求33所述的方法，其中将镍和/或钴电镀进入所述一个或更多个特征内产生直接到达所述衬底上的第一电子设备的一个或更多个电触点。36.根据权利要求35所述的方法，其中所述一个或更多个电触点接触一个或更多个3d nand设备。

技术总结

公开了在部分或完全制造的电子设备的互连件特征中的用于电镀钴、镍、及其合金的装置、系统和方法。在电镀期间，钴、镍、或其合金通过由下而上电填充机制填充特征。可能使用钴、镍、或其合金电填充的特征的示例包含微TSV、设备的触点和晶体管的某些栅极。电镀装置可能包含电镀槽与后电填充模块、退火室、等离子体预处理模块以及衬底预润湿模块中的每一者的一个或更多个实例。或更多个实例。或更多个实例。