用于半導體電鍍裝置的唇狀密封件和觸頭元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于集成電路的鑲嵌互連的形成，以及在集成電路制造過程中使用的電鍍裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電鍍是集成電路(IC)制造時使用以沉積一或多個導電金屬層的常見技術(shù)。在一些制造工藝中，它被用于在不同襯底特征之間沉積單層或多層銅互連。用于電鍍的裝置通常包括具有電解質(zhì)池/浴的電鍍槽和被設(shè)計來在電鍍過程中保持半導體襯底的抓斗(clamshell)。
[0003]在電鍍裝置的操作過程中，半導體襯底被浸入電解質(zhì)池中使得襯底的一個表面暴露于電解質(zhì)。與該襯底表面一起建立的一或多個電觸頭被用于驅(qū)動電流通過電鍍槽并將金屬從電解質(zhì)中可獲得的金屬離子沉積到該襯底表面上。通常，電觸頭元件被用于形成襯底和擔當電源的匯流條(bus bar)之間的電連接。但是，在一些配置中，與電連接接觸的襯底上的導電種子層越往襯底的邊緣會變得越薄，使得更加難以與襯底建立優(yōu)化的電連接。
[0004]電鍍時出現(xiàn)的另一個問題是電鍍液的潛在的腐蝕性。因此，在許多電鍍裝置中，出于防止電解質(zhì)的泄漏以及防止其與電鍍裝置的除電鍍槽的內(nèi)部和指定用于電鍍的襯底側(cè)外的部件的接觸的目的，唇狀密封件被用在抓斗和襯底的交界處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本文公開了用在用于在電鍍過程中嚙合半導體襯底以及供應電流給半導體襯底的電鍍抓斗中的唇狀密封組件。在一些實施方式中，唇狀密封組件可包括用于嚙合半導體襯底和一或多個觸頭元件以在電鍍過程中供應電流給半導體襯底的彈性體唇狀密封件。在一些實施方式中，在嚙合時，彈性體唇狀密封件從半導體襯底的外圍區(qū)域基本上排除了電鍍液。
[0006]在一些實施方式中，一或多個觸頭元件在結(jié)構(gòu)上與彈性體唇狀密封件集成且包括第一暴露部分，第一暴露部分在唇狀密封件與襯底嚙合時接觸襯底的外圍區(qū)域。在一些實施方式中，一或多個觸頭元件可進一步包括第二暴露部分，第二暴露部分用于制造與電流源的電連接。在某些這樣的實施方式中，電流源可以是電鍍抓斗的匯流條。在一些實施方式中，一或多個觸頭元件可進一步包括連接第一和第二暴露部分的第三暴露部分。在某些這樣的實施方式中，第三暴露部分可在結(jié)構(gòu)上被集成在彈性體唇狀密封件的表面上。
[0007]在一些實施方式中，一或多個觸頭元件可包括連接第一和第二暴露部分的不暴露部分，且該不暴露部分可在結(jié)構(gòu)上被集成在彈性體唇狀密封件的表面底下。在某些這樣的實施方式中，彈性體唇狀密封件被模制在該不暴露部分上。
[0008]在一些實施方式中，彈性體唇狀密封件可包括第一內(nèi)徑，第一內(nèi)徑限定用于從外圍區(qū)域排除電鍍液的大體上圓形的周界，且一或多個觸頭元件的第一暴露部分可限定第二內(nèi)徑，第二內(nèi)徑大于第一內(nèi)徑。在某些這樣的實施方式中，第一內(nèi)徑和第二內(nèi)徑之間的差的大小是約0.5mm或小于0.5mm。在某些這樣的實施方式中，第一內(nèi)徑和第二內(nèi)徑之間的差的大小是約0.3mm或小于0.3mm。
[0009]在一些實施方式中，唇狀密封組件可包括一或多個柔性觸頭元件，該柔性觸頭元件用于在電鍍過程中供應電流給半導體襯底。在某些這樣的實施方式中，一或多個柔性觸頭元件的至少一部分可被共形地設(shè)置在彈性體唇狀密封件的上表面上，且在與半導體襯底嚙合時，柔性觸頭元件可被配置為屈曲并形成與半導體襯底交界的共形接觸表面。在某些這樣的實施方式中，共形接觸表面與半導體襯底的斜角邊緣交界。
[0010]在一些實施方式中，一或多個柔性觸頭元件可具有在襯底被唇狀密封組件嚙合時不被配置為接觸襯底的部分。在某些這樣的實施方式中，不接觸部分包括非共形材料。在一些實施方式中，共形接觸表面與半導體襯底形成連續(xù)交界面，而在一些實施方式中，共形接觸表面與半導體襯底形成具有間隙的不連續(xù)交界面。在某些這樣的后者實施方式中，一或多個柔性觸頭元件可包括設(shè)置在彈性體唇狀密封件的表面上的多線端頭或線網(wǎng)。在一些實施方式中，共形地設(shè)置在彈性體唇狀密封件的上表面上的一或多個柔性觸頭元件包括使用一或多種技術(shù)形成的導電沉積物，該一或多種技術(shù)選自化學氣相沉積、物理氣相沉積和電鍍。在一些實施方式中，共形地設(shè)置在彈性體唇狀密封件的上表面上的一或多個柔性觸頭元件可包括導電彈性體材料。
[0011]本文還公開了用在用于在電鍍抓斗中支撐、對齊并密封半導體襯底的電鍍抓斗中的彈性體唇狀密封件。在一些實施方式中，唇狀密封件包括柔性彈性體支撐邊緣和位于柔性彈性體支撐邊緣上方的柔性彈性體上部。在一些實施方式中，柔性彈性體支撐邊緣具有被配置為支撐并密封半導體襯底的密封突出部。在某些這樣的實施方式中，在密封襯底時，密封突出部限定用于排除電鍍液的周界。在一些實施方式中，柔性彈性體上部包括被配置來受壓的頂面以及相對于密封突出部位于外側(cè)的內(nèi)側(cè)面。在某些這樣的實施方式中，內(nèi)側(cè)面可被配置為在頂面受壓時向內(nèi)移動并對齊半導體襯底，并在一些實施方式中被配置為在頂面受壓時向內(nèi)移動約0.2mm或至少0.2mm。在一些實施方式中，當頂面不受壓時，內(nèi)側(cè)面位置足夠向外以允許半導體襯底下降穿過柔性彈性體上部并被置于密封突出部上卻不接觸該上部，但其中在將半導體襯底置于密封突出部上以及頂面受壓時，內(nèi)側(cè)面接觸并推在半導體襯底上，從而在電鍍抓斗中對齊半導體襯底。
[0012]本文還公開了在具有彈性體唇狀密封件的電鍍抓斗中對齊并密封半導體襯底的方法。在一些實施方式中，所述方法包括打開抓斗、將襯底提供給抓斗、使襯底下降穿過唇狀密封件的上部并到達唇狀密封件的密封突出部上、使唇狀密封件的上部的頂面受壓以對齊襯底以及壓在襯底上以形成密封突出部和襯底之間的密封。在一些實施方式中，使唇狀密封件的上部的頂面受壓導致唇狀密封件的上部的內(nèi)側(cè)面推在襯底上，使其在抓斗中對齊。在一些實施方式中，使頂面受壓以對齊襯底包括用抓斗的錐體的第一表面壓在該頂面上，而壓在襯底上以形成密封包括用抓斗的錐體的第二表面壓在襯底上。
[0013]在一些實施方式中，使頂面受壓以對齊襯底包括用抓斗的第一施壓部件推在該頂面上，而壓在襯底上以形成密封包括用抓斗的第二施壓部件壓在襯底上。在某些這樣的實施方式中，第二施壓部件相對于第一施壓部件可獨立地移動。在某些這樣的實施方式中，使頂面受壓包括基于半導體襯底的直徑調(diào)整由第一施壓部件施加的壓力。
[0014]本文還公開了用于在電鍍過程中保持、密封并提供電力給半導體襯底的杯狀組件，其包括包含主體部分和力矩臂的杯底元件、設(shè)置在力矩臂上的彈性體密封元件以及設(shè)置在彈性體密封元件上的電觸頭元件。彈性體密封元件在被半導體襯底壓靠時可抵靠襯底密封以便限定襯底的外圍區(qū)域，電鍍液在電鍍過程中被從該外圍區(qū)域大體上排除，且電觸頭元件可在密封元件抵靠襯底密封時在所述外圍區(qū)域中接觸襯底使得觸頭元件可在電鍍過程中提供電力給襯底。在一些實施方式中，主體部分在半導體襯底對著力矩臂壓靠時沒有明顯屈曲。
[0015]在一些實施方式中，主體部分被剛性地固定到杯件結(jié)構(gòu)的另一特征，且主體部分的平均垂直厚度與力矩臂的平均垂直厚度之比大于約5使得主體部分在半導體襯底對著力矩臂壓靠時沒有明顯屈曲。在一些實施方式中，電觸頭元件具有設(shè)置在彈性體密封元件的大體水平的部分上的大體平坦但柔性的接觸部分。在一些實施方式中，彈性體密封元件在制造過程中與杯底元件集成。
【附圖說明】
[0016]圖1是用于電化學處理半導體晶片的晶片保持和定位裝置的透視圖。
[0017]圖2是具有用多個柔性手指制成的接觸環(huán)的抓斗組件的橫截面示意圖。
[0018]圖3A是具有有集成觸頭元件的唇狀密封組件的抓斗組件的橫截面示意圖。
[0019]圖3B是具有有集成觸頭元件的不同的唇狀密封組件的另一抓斗組件的橫截面示意圖。
[0020]圖4A是具有柔性觸頭元件的唇狀密封組件的橫截面示意圖。
[0021]圖4B是圖4A的唇狀密封組件的橫截面示意圖，示出了形成與半導體襯底交界的共形接觸表面。
[0022]圖5A是被構(gòu)造為在抓斗組件內(nèi)對齊半導體襯底的唇狀密封組件的橫截面示意圖。
[0023]圖5B是圖5A的唇狀密封組件的橫截面示意圖，其中抓斗組件的錐體的表面壓在唇狀密封組件的上表面上。
[0024]圖5C是圖5A和圖5B的唇狀密封組件的橫截面示意圖，其中抓斗組件的錐體的表面推在唇狀密封件的上表面上和半導體襯底上。
[0025]圖6是示出電鍍半導體襯底的方法的流程圖。
[0026]圖7A是具有杯底元件、彈性體環(huán)和接觸環(huán)的杯狀組件的橫截面示意圖。
[0027]圖7B示出了圖7A中所示的橫截面示意圖的放大視圖。
[0028]圖7C示出了圖7A中所示的橫截面的透視圖。
[0029]圖7D示出了圖7A-7C中所示的杯狀組件的大體上環(huán)形的部分的擴展透視圖。
[0030]圖7E示出了示出環(huán)形部分的橫截面的圖7D中所示的杯狀組件的放大透視圖。
[0031]圖7F示出了圖7D-7E中所示的杯狀組件的進一步放大透視圖。
[0032]圖7G-7I示出了與圖7D-7F中所示的透視圖類似的分解圖，但示出了與杯狀組件的其余部分分開(豎直地)的接觸環(huán)部件。
【具體實施方式】
[0033]在接下來的描述中，許多具體細節(jié)被闡述以提供對所呈現(xiàn)的構(gòu)思的透徹理解。所呈現(xiàn)的構(gòu)思可在沒有這些具體細節(jié)中的一些或全部的情況下被實施。另一方面，公知的工藝操作沒有被詳細描述以免不必要地模糊所描述的構(gòu)思。雖然一些構(gòu)思會結(jié)合特定實施方式進行描述，但應當理解，這些實施方式無意于限制。
[0034]—種示例電鍍裝置被呈現(xiàn)在圖1中以便為本文所公開的各種唇狀密封件和觸頭元件的實施方式提供一些背景。具體而言，圖1示出了用于電化學處理半導體晶片的晶片保持和定位裝置100的透視圖。裝置100包括晶片嚙合部件，晶片嚙合部件有時是指“抓斗部件”或“抓斗組件”或僅僅是“抓斗”。抓斗組件包括杯件101和錐體103。如后續(xù)附圖所示，杯件101保持晶片，而錐體103將晶片牢牢地夾持在杯件中。也可使用與此處所具體描繪的杯件和錐體不同的其他杯件和錐體設(shè)計。共同特征在于，杯件具有內(nèi)部區(qū)域，晶片存駐在該內(nèi)部區(qū)域中，錐體對著杯件壓住晶片以將它保持在適當?shù)奈恢谩?br>[0035]在所述實施方式中，抓斗組件(其包括杯件101和錐體103)由撐桿104支撐，撐桿104被連接到頂板105。該組件(101、103、104和105)經(jīng)由連接到頂板105的主軸106由馬達107驅(qū)動。馬達107被附著到安裝支架(未圖示)。主軸106將扭矩(從馬達107)傳遞到抓斗組件，導致在電鍍過程中被保持在其中的晶片的旋轉(zhuǎn)(該圖中未示出)。主軸106內(nèi)的氣缸(未圖示)還提供了用于嚙合杯件101和錐體103的垂直力。當抓斗松開時(未圖示)，具有末端執(zhí)行器臂的機械手可將晶片插在杯件101和錐體103之間。在晶片被插入之后，錐體103與杯件101嚙合，這使裝置100內(nèi)的晶片不能移動，將工作表面留在晶片的被暴露以與電解質(zhì)溶液接觸的一側(cè)(而不是另一側(cè))上。
[0036]在某些實施方式中，抓斗組件包括噴涂裙部109，噴涂裙部109保護錐體103以免濺到電解質(zhì)。在所述實施方式中，噴涂裙部109包括豎直環(huán)形套管和圓形蓋部。間隔構(gòu)件110維持噴涂裙部109和錐體103之間的分隔。
[0037]出于本討論的目的，包括部件101-110的組件統(tǒng)稱為“晶片保持器”(或“襯底保持器”)111。但是，要注意，“晶片保持器”/ “襯底保持器”的概念一般延伸到嚙合晶片/襯底且允許其移動和定位的部件的各種組合和子組合。
[0038]傾斜組件(未圖示)可被連接到晶片保持器以使晶片能成角度地浸入(與平面水平浸入相對而言)到電鍍液中。驅(qū)動機構(gòu)和板裝置以及樞轉(zhuǎn)接頭被用在一些實施方式中以沿弧形路徑(未圖示)移動晶片保持器111，從而使晶片保持器111的近端(即，杯件和錐體組件)傾斜。
[0039]此外，整個晶片保持器111被垂直抬升或降低以通過致動器(未圖示)將晶片保持器的近端浸入到電鍍液中。因此，雙部件定位機構(gòu)提供沿與電解質(zhì)表