本發(fā)明專利申請是申請日為2011年7月1日、申請?zhí)枮?01110192296.8、發(fā)明名稱為“用于電鍍期間的有效質量傳遞的電解液流體動力學的控制”的發(fā)明專利申請的分案申請。

相關申請案的交叉參考

本申請案依據35U.S.C.§119(e)主張2010年7月2日申請的第61/361,333號美國臨時專利申請案、2010年8月18日申請的第61/374,911號美國臨時專利申請案和2010年10月21日申請的第61/405,608號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權，以上美國臨時專利申請案中的每一者以全文引用方式并入本文。

技術領域

本發(fā)明涉及用于在電鍍期間控制電解液液體動力學的方法和設備。更特定來說，本文描述的方法和設備尤其有用于將金屬鍍敷到半導體晶片襯底上。

背景技術：

在現(xiàn)代集成電路制造中，電化學沉積工藝已被廣泛接受。在二十一世紀的早些年中從鋁金屬線向銅金屬線的轉變推動了對越來越復雜的電沉積工藝和鍍敷工具的需要。大部分復雜性由于對裝置金屬化層中的越來越小的電流載運線的需要而進一步發(fā)展。這些銅線是通過在通常稱為“鑲嵌”處理的方法中將金屬電鍍到非常薄的高縱橫比的溝槽和通孔中來形成。

目前，電化學沉積隨時準備用于滿足對復雜的封裝和多芯片互連技術的商業(yè)需要，所述技術一般稱為晶片級封裝(WLP)和穿硅通孔(TSV)電連接技術。這些技術存在其自身的非常大的挑戰(zhàn)。

所述技術需要比鑲嵌應用顯著更大的尺寸規(guī)模的電鍍。取決于封裝特征的類型和應用(例如，通過芯片連接的TSV、互連再分配布線、或芯片到板或芯片結合，例如倒裝芯片柱)，在當前技術中，鍍敷特征通常大于約2微米且通常為5到100微米(例如，柱可為約50微米)。對于例如電力母線等一些芯片上結構，待鍍敷的特征可大于100微米。WLP特征的縱橫比通常為約1:1(高度比寬度)或更小，而TSV結構可具有非常高的縱橫比(例如，在約20:1的鄰域中)。

在待沉積的材料量相對大的情況下，不僅特征大小，而且鍍敷速度也在WLP和TSV應用與鑲嵌應用之間不同。對于許多WLP應用，鍍敷必須以至少約2微米/分鐘的速率填充特征，且通常以至少約4微米/分鐘的速率填充特征，且對于一些應用以至少約7微米/分鐘的速率來填充。在這些較高鍍敷速率體系下，電解液中的金屬離子向鍍敷表面的有效質量傳遞是重要的。

較高的鍍敷速率相對于電沉積層的均勻性帶來了挑戰(zhàn)，即，必須以高度均勻方式來進行鍍敷。對于各種WLP應用，鍍敷必須徑向沿著晶片表面展現(xiàn)最多約5％的半范圍變化(稱為晶片內均勻性，在裸片中在晶片直徑上的多個位置處作為單個特征類型來測量)。類似同樣的挑戰(zhàn)性要求是具有不同大小(例如，特征直徑)或特征密度(例如，陣列中部的隔離式或嵌入式特征)的各種特征的均勻沉積(厚度和形狀)。此性能規(guī)范大體上稱為裸片內不均勻性。裸片內不均勻性是作為如下指標來測量：如上所述的各種特征類型的局部可變性(例如，<5％半范圍)對給定晶片裸片內在晶片上所述特定裸片位置處(例如，半徑中點、中心或邊緣處)的平均特征高度或形狀。

最終的挑戰(zhàn)性要求是對特征內形狀的大體控制。線或柱可以凸出、平坦或凹入方式傾斜，其中平坦輪廓通常是(但并不總是)優(yōu)選的。在滿足這些挑戰(zhàn)的同時，WLP應用必須與常規(guī)的成本較低的抓取與放置例行操作相競爭。再者，用于WLP應用的電化學沉積可能涉及鍍敷各種非銅金屬，例如鉛、錫、銀、鎳、金及其各種合金，其中一些包含銅。

技術實現(xiàn)要素：

本文描述用于將一種或一種以上金屬電鍍到襯底上的設備和方法。大體上描述其中襯底是半導體晶片的實施例；然而本發(fā)明不受此限制。實施例包含經配置以用于控制電解液流體動力學以用于鍍敷期間的有效質量傳遞以獲得高度均勻的鍍敷層的電鍍設備，和包含控制電解液流體動力學以用于在鍍敷期間的有效質量傳遞以獲得高度均勻的鍍敷層的方法。在特定實施例中，使用晶片表面處的撞擊流與剪切流的組合來實現(xiàn)所述質量傳遞。

一個實施例是一種電鍍設備，其包含：(a)鍍敷腔室，其經配置以容納電解液和陽極，同時將金屬電鍍到大體平面的襯底上；(b)襯底固持器，其經配置以固持所述大體平面的襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽極分離；(c)流成形元件，其包括面對襯底的表面，所述面對襯底的表面在電鍍期間大體上平行于所述襯底的鍍敷面且與所述鍍敷面分離，所述流成形元件包括具有穿過所述流成形元件制成的多個非連通通道的離子電阻性材料，其中所述非連通通道允許在電鍍期間輸送所述電解液通過所述流成形元件；以及(d)流轉向器，其在所述流成形元件的所述面對襯底的表面上，所述流轉向器包括部分沿著所述流成形元件的圓周且具有一個或一個以上間隙的壁結構，且在電鍍期間界定所述流成形元件與所述大體平面的襯底之間的部分或“假”腔室。

在一個實施例中，所述流成形元件是圓盤形的，且所述流轉向器包含附接到或集成到所述流成形元件上的帶槽環(huán)形間隔件。在一個實施例中，所述流轉向器的所述壁結構具有單個間隙，且所述單個間隙占據約40度到約90度之間的弧。所述流轉向器的所述壁結構的高度約在1mm到約5mm之間。在某些實施例中，所述流轉向器經配置以使得在電鍍期間所述壁結構的頂部表面距所述襯底固持器的底部表面在約0.1mm到0.5mm之間，且在電鍍期間所述流成形元件的頂部表面距所述襯底固持器的所述底部表面在約1mm到5mm之間。下文更詳細論述流成形元件中的通孔的數(shù)目和配置。所述孔在流成形元件上可成均勻和/或不均勻的圖案。在某些實施例中，流成形元件稱為“流成形板”。

在某些實施例中，所述設備經配置以在所述襯底鍍敷面的方向上且于在電鍍期間產生退出所述流成形元件的孔的至少約10cm/s的平均流速的條件下使電解液流動。在某些實施例中，所述設備經配置以在產生越過所述襯底的所述鍍敷面的中心點的至少3cm/s或更大的橫向電解液速率的條件下操作。

在某些實施例中，所述壁結構具有高于內部部分的外部部分。除了形成假腔室中的通風區(qū)的一個或一個以上間隙外，實施例還包含限制退出假腔室的電解液的流的特征。

一個實施例是一種用于將金屬電鍍到襯底上的設備，所述設備包含：(a)鍍敷腔室，其經配置以容納電解液和陽極，同時將金屬電鍍到所述襯底上；(b)襯底固持器，其經配置以固持所述襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽極分離，所述襯底固持器具有一個或一個以上電力觸點，所述電力觸點經布置以在電鍍期間接觸所述襯底的邊緣且將電流提供到所述襯底；(c)流成形元件，其經成形且配置以在電鍍期間定位于所述襯底與所述陽極之間，所述流成形元件具有在電鍍期間大體上平行于所述襯底的所述鍍敷面且與所述鍍敷面分離約10毫米或更小距離的平坦表面，且所述流成形元件還具有多個孔以準許所述電解液朝向所述襯底的所述鍍敷面流動；以及(d)用于使所述襯底和/或流成形元件旋轉且同時在所述襯底鍍敷面的方向上使電解液在電鍍單元中流動的機構；以及(e)用于將剪切力施加于在所述襯底的所述鍍敷面處流動的所述電解液的機構，其中所述設備經配置以用于在所述襯底鍍敷面的方向上于在電鍍期間產生退出所述流成形元件的所述孔的至少約10cm/s的平均流速的條件下使電解液流動，且用于在平行于所述襯底的所述鍍敷面的方向上在產生越過所述襯底的所述鍍敷面的中心點的至少約3cm/s的電解液速率下使電解液流動。下文更詳細描述各種剪切力機構。

一個實施例是一種在包括具有至少約2微米的寬度和/或深度的特征的襯底上電鍍的方法，所述方法包含：(a)將所述襯底提供到鍍敷腔室，所述鍍敷腔室經配置以容納電解液和陽極，同時將金屬電鍍到所述襯底上，其中所述鍍敷腔室包含：(i)襯底固持器，其固持所述襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽極分離，以及(ii)流成形元件，其經成形且配置以在電鍍期間定位于所述襯底與所述陽極之間，所述流成形元件具有在電鍍期間大體上平行于所述襯底的所述鍍敷面且與所述鍍敷面分離約10毫米或更小的間隙的平坦表面，其中所述流成形元件具有多個孔；(b)在使所述襯底和/或流成形元件旋轉的同時且在所述襯底鍍敷面的方向上且在產生退出所述流成形元件的所述孔的至少約10cm/s的平均流速的條件下使電解液在電解單元中流動的同時，將金屬電鍍到所述襯底鍍敷表面上。

在一個實施例中，電解液以約3cm/s或更大的速率在襯底的中心點處流過襯底的鍍敷面，且將剪切力施加于在所述襯底的所述鍍敷面處流動的電解液。在一個實施例中，以至少約5微米/分的速率在特征中電鍍金屬。在一個實施例中，當鍍敷到至少1微米的厚度時，電鍍在襯底的鍍敷表面上的金屬的厚度具有約10％或更好的均勻性。

本文描述的方法尤其有用于電鍍鑲嵌特征、TSV特征和晶片級封裝(WLP)特征，例如再分配層、用于連接到外部線的凸塊和凸塊下金屬化特征。

下文包含本文描述的實施例的特定方面。

附圖說明

圖1A是用于在晶片上電鍍的半導體晶片固持器和定位機構的透視圖。

圖1B是關于圖1A描述的晶片固持器的橫截面。

圖1C是展示具有用于電解液流的多個通孔的流成形板的方面的晶片鍍敷設備的橫截面。

圖1D是展示當在高沉積速率鍍敷體系下使用如關于圖1C描述的流成形板時與外部區(qū)相比晶片中心附近減小的沉積速率的曲線圖。

圖2A是示范性流轉向器和流成形板組合件的透視圖。

圖2B是如關于圖2A描述的流轉向器相對于晶片固持器的橫截面。

圖2C到圖2D是當使用如關于圖2A描述的流轉向器時流成形板之上的流動力學的俯視圖。

圖2E到圖2I描繪如關于圖2A描述的組合件以及晶片固持器和電解液腔室硬件的各種方面。

圖3A展示流轉向器/流成形板組合件的俯視圖和橫截面，其中流轉向器具有垂直表面元件以用于在鍍敷期間輔助越過晶片的橫向流體流。

圖3B是展示如關于圖3A描述的流轉向器與晶片固持器組合件之間的關系的橫截面。

圖3C是展示使用如關于圖3A和圖3B描述的流轉向器/流成形板組合件獲得的鍍敷均勻性結果的曲線圖。

圖3D展示若干具有垂直表面元件的流轉向器的橫截面。

圖3E展示從使用如本文描述的具有流成形板的流轉向器得到的流圖案，所述流成形板具有正方形圖案通孔安置。

圖4A到圖4B展示具有螺旋形通孔圖案的流成形板的俯視圖，其中所述螺旋形圖案的原點在流成形板上的不同位置。

圖4C展示具有螺旋形通孔圖案的流成形板的俯視圖和透視圖，其中所述螺旋形圖案偏離流成形板的中心以使得螺旋形圖案的原點不包含在通孔圖案中。

圖5A展示從在鍍敷期間結合關于圖4C描述的流成形板使用關于圖3A描述的流轉向器得到的流圖案。

圖5B展示當使用關于圖5A描述的流轉向器/流成形板組合時的鍍敷均勻性結果。

圖6是具有可變流通過性質以便補償當使用常規(guī)流成形板通孔時觀察到的晶片中心附近的較低鍍敷速率的流成形板的橫截面。

圖7A是當使用流端口橫向流增強時流成形板的頂部上的流動力學的俯視圖。

圖7B到圖7G描繪用于增強越過工件鍍敷表面的橫向流的各種設備。

圖8A是具有成角度通孔以便補償當使用常規(guī)流成形板通孔時觀察到的晶片中心附近的較低鍍敷速率的流成形板的橫截面。

圖8B到圖8C是當使用成角度流成形板時獲得的鍍敷均勻性的曲線圖。

圖9A到圖9B分別是用于在電鍍期間產生越過晶片表面的橫向湍流的槳輪型組合件的橫截面和透視圖。

圖10是展示用于晶片固持器的軌道運動的方向向量和旋轉的晶片固持器的透視圖。

圖11A到圖11B是具有嵌入式旋轉元件以用于在鍍敷期間在晶片中心處產生橫向流的流成形板的透視圖和透視橫截面。

圖12是概述本文描述的方法的流程圖。

圖13是展示當在鍍敷期間使用橫向流時獲得的鍍敷均勻性的曲線圖。

具體實施方式

A.一般設備上下文

圖1A和圖1B的以下描述提供本文中所描述的設備和方法的一些一般非限制性上下文。以下論述中所呈現(xiàn)的各個特征也呈現(xiàn)在上述諸圖中的一個或一個以上者中。下文中對此類特征的論述僅意欲為對本文中所包括的實施例的增補描述。后幾個圖式中的特定焦點是朝向與各種流成形板和流轉向器有關的晶片固持器組合件，且因此描述示范性定位機構、旋轉機構和晶片固持器。

圖1A提供用于用電化學方法處理半導體晶片的晶片固持和定位的設備100的透視圖。設備100具有后續(xù)圖式中展示并描述的各種特征。舉例來說，設備100包括晶片嚙合組件(在本文中有時被稱作“蛤殼”組件)。實際蛤殼包括杯狀物102和將晶片穩(wěn)固地夾在杯狀物中的錐形物103。

杯狀物102由支柱104支撐，支柱104連接到頂板105。此組合件(102-105)(統(tǒng)稱作組合件101)通過軸106由馬達107驅動。馬達107附接到安裝托架109。軸106將扭矩傳輸給晶片(此圖中未展示)以允許在鍍敷期間旋轉。軸106內的氣缸(未圖示)也提供垂直力以將晶片夾在杯狀物與錐形物103之間。為實現(xiàn)此論述的目的，包括組件102-109的組合件統(tǒng)稱作晶片固持器111。然而，請注意，“晶片固持器”的概念一般擴展到嚙合晶片且允許其移動和定位的組件的各種組合和子組合。

包括可滑動式連接到第二板117的第一板115的傾斜組合件連接到安裝托架109。傳動缸113在樞軸節(jié)119和121處分別連接到第一板115和第二板117。因此，傳動缸113提供用于使第一板115(且因此使晶片固持器111)滑過第二板117的力。晶片固持器111的遠端(也就是，安裝托架109)沿界定板115與117之間的接觸區(qū)域的弓形路徑(未圖示)移動，且因此晶片固持器111的近端(也就是，杯狀物和錐形物組合件)基于虛擬樞軸傾斜。此允許晶片成角度地進入鍍敷槽。

通過另一個致動器(未圖示)將整個設備100上下垂直地提升以將晶片固持器111的近端浸入到鍍敷液中。因此，兩組件式定位機構提供沿垂直于電解液的軌跡的垂直移動和允許晶片偏離水平定向(平行于電解液表面)的傾斜移動(成角晶片浸入能力)。設備100的移動能力和關聯(lián)硬件的更詳細描述描述于在2001年5月31日申請且在2003年4月22日發(fā)布的美國專利6,551,487中，所述美國專利以引用方式全文并入本文中。

請注意，設備100通常與具有鍍敷腔室的特定鍍敷單元一起使用，所述鍍敷腔室容納陽極(例如，銅陽極)和電解液。鍍敷單元還可包括用于使電解液循環(huán)通過鍍敷單元--且抵著正被鍍敷的工件的管路或管路連接件。鍍敷單元還可包括設計成在陽極隔室和陰極隔室中維持不同電解液化學性質的隔膜或其它隔板。在一個實施例中，一個隔膜用以界定陽極腔室，所述陽極腔室含有實質上無抑制劑、加速劑或其它有機鍍敷添加劑的電解液。

以下描述提供對蛤殼的杯狀物與錐形物組合件的更多細節(jié)。圖1B以橫截面格式描繪組合件101，其為設備100的一部分，其包括錐形物103和杯狀物102。請注意，此圖并非意在為杯狀物與錐形物組合件的精確描述，而是為實現(xiàn)論述目的所作的程式化描述。杯狀物102通過支柱104由頂板105支撐，支柱104通過螺桿108附接。大體上，杯狀物102提供上面擱置著晶片145的支撐件。杯狀物102包括使來自鍍敷單元的電解液可與晶片接觸的開口。請注意，晶片145具有正面142，鍍敷發(fā)生在正面上。因此，晶片145的外圍擱置在杯狀物上。錐形物103壓迫晶片的背面以在鍍敷期間將其固持在適當位置中。

為將晶片載入到組合件101中，通過軸106將錐形物103從其所描繪位置提升，直到錐形物103觸碰到頂板105為止。從此位置，在杯狀物與錐形物之間形成間隙，晶片145可插入到所述間隙中，且因此載入到杯狀物中。接著，錐形物103降低以抵著杯狀物102外圍來嚙合晶片，如所描繪。

軸106傳輸用于使錐形物103嚙合晶片145的垂直力和用于旋轉組合件101的扭矩。這些所傳輸?shù)牧υ趫D1B中由箭頭指示。請注意，晶片鍍敷通常發(fā)生在晶片旋轉時(如由圖1B頂部處的虛箭頭所指示)。

杯狀物102具有可壓縮的唇形密封143，其在錐形物103嚙合晶片145時形成不透流體的密封。來自錐形物和晶片的垂直力壓縮唇形密封143以形成不透流體的密封。唇形密封防止電解液與晶片145的背面接觸(其中所述接觸可將例如銅的雜質原子直接引入到硅中)且與組合件101的敏感組件接觸。還可存在位于杯狀物的界面與晶片之間的密封，其形成不透流體的密封以進一步保護晶片145的背面(未圖示)。

錐形物103還包括密封149。如所展示，密封149在嚙合時位于錐形物103的邊緣和杯狀物的上部區(qū)域附近。此也保護晶片145的背面使之免遭可能從杯狀物上方進入蛤殼的任何電解液。密封149可黏附到錐形物或杯狀物，且可為單一密封或多組件式密封。

在鍍敷起始之后，當錐形物103升高到杯狀物102上方時，即將晶片145引入到杯狀物102。當晶片最初引入到杯狀物102中(通常通過機械手)時，其正面142輕輕地擱置在唇形密封143上。在鍍敷期間，組合件101旋轉以便輔助實現(xiàn)均勻鍍敷。在后續(xù)諸圖中，以更簡單的格式且關于用于在鍍敷期間控制電解液在晶片鍍敷表面142處的流體力學的組件來描繪組合件101。因此，接下來描述工件處的質量傳遞和流體剪切的概況。

B.工件鍍敷表面處的質量傳遞和流體剪切

如所指示，各種WLP和TSV結構相對較大且因此需要在晶片表面上進行快速而又高度均勻的鍍敷。盡管下文中所描述的各種方法和設備適合于實現(xiàn)這些目的，但本發(fā)明不以此方式而受限。

本文中所描述的某些實施例使用旋轉工件，所述旋轉工件在某些操作方式中近似經典旋轉圓盤電極。電極的旋轉導致電解液向上流向晶片。在晶片表面處的流動可為層狀的(如經典旋轉圓盤電極中所使用)或湍流的。如所提及，使用水平定向的旋轉晶片的電鍍槽慣例上用于例如購自加利福尼亞州圣何塞市的諾發(fā)系統(tǒng)公司(Novellus Systems,Inc.)的系鍍敷系統(tǒng)的電鍍設備。

在各種實施例中，在大體垂直定向上具有多個通孔的平坦流成形板部署在電鍍設備內距鍍敷表面有較短距離處，例如，流成形板的平坦表面與鍍敷表面相距約1-10mm。含有流成形元件的電鍍設備的實例描述于美國專利申請案第12/291,356號中，所述美國專利申請案于2008年11月7日申請，以引用方式全文并入本文中。如圖1C中所描繪，鍍敷設備150包括鍍敷單元155，其容納陽極160。在此實例中，電解液175通過陽極160流動到槽155中且電解液穿過具有垂直定向(非相交)通孔的流成形元件170，電解液流經所述通孔且接著撞擊在固持、定位在組合件101中并由組合件101移動的晶片145上。例如170的流成形元件提供在晶片鍍敷表面上的均勻撞擊流；然而，已發(fā)現(xiàn)(且如下文更詳細描述)，當以WLP和TSV鍍敷速率方式來鍍敷時，在較大特征以較高鍍敷速率(例如，相對于某些金屬鑲嵌處理的鍍敷速率而言)來填充的情況下，與外部區(qū)域相比，在晶片的中央區(qū)域中觀測到較低的鍍敷速率。此結果在圖1D中典型化，圖1D展示隨沉積速率對300mm晶片上的輻射位置而變的鍍敷均勻性。根據本文中所描述的某些實施例，利用此類流成形元件的設備是按某方式來配置和/或操作，所述方式促進在晶片的面上的高速率且極均勻的鍍敷，包括在高速率沉積方式下的鍍敷(例如，對于WLP和TSV應用)。所描述的各種實施例中的任一者或所有可在金屬鑲嵌以及TSV和WLP應用的上下文中實施。

假設旋轉工件是水平定向的，在晶片表面下方某距離的平面處，大塊電解液主要在垂直方向上流動。當其接近并接觸晶片表面時，晶片的存在(和其旋轉)重定向流體并逼迫流體向外朝晶片外圍流動。此流動通常為層狀的。在理想情況下，電極表面處的電流密度由列維奇公式描述，所述公式指示極限電流密度與電極的角速度的平方根成比例。此極限電流密度在旋轉電極的徑向范圍內均勻，主要是因為邊界層厚度為恒定厚度且獨立于徑向或方位角位置。

在各種實施例中，所述設備提供通過流成形板中的小孔的極高速率垂直流動速率。在各種實施例中，彼等小孔為流成形板中的以下一類孔，其全部獨立(也就是，非互連--個別孔之間不存在流體連通)且以主要垂直定向來定向以在晶片表面處在小孔出口上方的較短距離處向上導流。通常，在流成形板中可存在許多此類小孔，通常至少約1000個此類小孔或至少約5000個此類小孔。流出這些孔外的電解液可產生直接撞擊在晶片表面上的高速流體的一組個別“微射流”。在一些情況下，工件鍍敷表面處的流并非層狀的，也就是，局部流為湍流的或在湍流與層狀之間轉變。在一些情況下，在晶片表面的水力邊界層處的局部流由在晶片表面處約10⁵或10⁵以上的雷諾數(shù)來定義。在其它情況下，工件鍍敷表面處的流為層狀的和/或由約2300或2300以下的雷諾數(shù)來表征。根據本文中所描述的特定實施例，在垂直方向上發(fā)源自流板中的個別孔或小孔的流體流動至晶片表面的流動速率(且通過流成形板中的通孔)為約10cm/秒或10cm/秒以上的數(shù)量級，更通常為約15cm/秒或15cm/秒以上。在一些情況下，其為約20cm/秒或20cm/秒以上。

另外，電鍍設備可以使得流成形板與電極之間的電解液的局部剪切發(fā)生的方式來操作。對于大小為典型邊界層厚度的長度尺度的特征而言，流體的剪切(尤其撞擊與剪切流的組合)可最大化反應器內的對流。在許多實施例中，此長度尺度在幾微米或甚至幾十微米的數(shù)量級上。流剪切可以至少兩種方式來建立。在第一種情況下，其是通過大體上固定的流成形板與位于幾毫米遠的高速相對移動的晶片表面的相對接近來完成。此布置建立了相對運動，且因此由線性、旋轉和/或軌道運動而建立剪切流。將非移動流成形板取作參照點，流體局部剪切將由晶片上的局部點的速度除以板距晶片的間隙(單位為(cm/sec)/(cm)＝sec^-1)給出，而保持晶片移動所需的剪切應力簡單地為此值乘以流體的速度。大體上(對于牛頓流體)，在此第一剪切模式下，速度剖面大體上增加兩個平面表面之間的線性。用以建立局部剪切的第二種方法涉及在流板/晶片間隙內引入在所述兩個平坦表面之間的間隙中(在板的任何相對運動的缺少或存在的情況下)造成或誘發(fā)側向流體運動的條件。使流體進出間隙的壓力差和或進口和出口使流體實質上平行于所述兩個表面移動，包括跨越晶片的旋轉中心。假設固定晶片，在流板/晶片間隙的中間觀測到與所強加流相關聯(lián)的最大速度，且局部剪切與局部流體流密度或平均速度(cm³/sec/cm或cm/sec)除以晶片距流板間隙成比例，其中最大速度在間隙的中心處。雖然經典旋轉圓盤/晶片的第一種剪切模式在晶片中心處不造成任何流體剪切，但第二種模式(其可在各種實施例中實施)確實在晶片中心處造成流體剪切。因此，在某些實施例中，電鍍設備是在以下條件下操作的：在距晶片表面幾毫米的范圍內跨越襯底的鍍敷面的中心點產生約3cm/sec或3cm/sec以上(或約5cm/sec或5cm/sec以上)的橫向相對電解液速度。

當在通過流成形板的此較高垂直流動速率下操作時，可獲得高鍍敷速率，通常在約5微米/分鐘或5微米/分鐘以上的數(shù)量級上，在以1:1縱橫比在50μm深度處形成于光阻的阻穿層中的特征中尤為如此。此外，雖然不希望遵循任何特定原理或理論，但當在如本文中所描述的剪切條件下操作時，在正被鍍敷的結構的凹入含流體部分內材料的有利對流型樣和關聯(lián)的增強輸送增強了沉積速率和均勻性，此導致在個別裸片內和在鍍敷工件的整個面上的極均勻的成形特征，通常在鍍敷表面內變化不大于約5％。不管作用機制如何，所述操作都導致顯著均勻且快速的鍍敷。

如上文所提及，有趣的是注意到，在缺少由本文中的設備所形成的流撞擊和剪切條件的適當組合(例如，在工件表面上的較高垂直撞擊流動速率或僅流剪切)的情況下，將不會容易地在較大、WLP大小的特征的晶片表面內和所述表面上產生高度均勻的鍍敷。

首先考慮鍍敷實質上平坦表面的情形。此處，術語實質上平坦意味著特征或粗糙度小于所計算或所測量的質量傳遞邊界層厚度(通常為幾十微米)的表面。具有小于約5微米(例如，1微米或1微米以下)凹入特征的任何表面(例如，通常用在銅鑲嵌鍍敷中)因此實質上平坦以實現(xiàn)此目的。當使用經典對流時，為旋轉圓盤或噴鍍系統(tǒng)的實例，鍍敷在理論和實踐上在工件面上極均勻。因為特征的深度與質量傳遞邊界厚度相比為較小的，所以內部特征質量傳遞阻力(與特征內部的擴散相關聯(lián))較小。重要地，(例如)通過使用流剪切板剪切流體在理論上將不會更改到平坦表面的質量傳遞，因為剪切速度和關聯(lián)對流全部都在與表面正交的方向上。為輔助到表面的質量傳遞，對流必須具有朝向表面的速度分量。相比之下，在表面的方向上流動的高速流體(例如，由穿過各向異性多孔板(例如，本文中所描述的流成形板)的流體導致)可產生具有朝表面的速度分量的較大撞擊流，且因此實質上減小質量傳遞邊界層。因此，再次對于實質上平坦表面，撞擊流將改進輸送，但剪切(只要不形成湍流)將不會改進輸送。在(例如)在晶片與離旋轉工件很近的剪切板之間的間隙中形成的湍流(流體的混亂運動)存在的情況下，可顯著地減少質量傳遞阻力且增強均勻對流條件，形成針對極薄邊界層厚度的條件，因為混亂運動中的一些將流體導引到表面。到實質上平坦表面的流在工件的整個徑向范圍內可能為湍流或可能并非湍流，但在特征內和在晶片沉積內導致極均勻的結果。

重要的是要理解邊界層厚度概念的限制，為將質量傳遞阻力集中到等效表面膜的空間的高度簡化、概念性區(qū)域。其在功能上限于表示反應物濃度隨其到大體上平坦表面的擴散而改變的距離，當應用于“較粗糙”表面時重要性在一定程度上降低。薄邊界層大體上與高輸送速率相關聯(lián)為成立的。但不導致到平坦表面的改進對流的一些條件可改進到粗糙表面的對流也是成立的。咸信，對于WLP尺度“粗糙”表面而言，存在流體剪切的添加、迄今未得到欣賞的特性，其可與撞擊流組合使用以增強到此類較粗糙表面(例如，具有比質量傳遞邊界層厚度大的特征的經圖案化表面)的對流。在實質上平坦表面與實質上粗糙表面行為之間的此差異的所感知到的原因與增強的材料補充相關聯(lián)，所述材料補充可經形成以在其越過特征的口時攪動固持在空腔中的物質，將流體混合且將流體輸送到相對較大的凹入特征并使之遠離所述凹入特征。特征內循環(huán)條件的形成在WLP型結構中在達成極高速率、全局和顯微均勻沉積方面用作手段。

就較大且相對較深(1:0.5寬度對深度或更大的縱橫比)特征而言，單獨使用撞擊流可僅部分有效，因為撞擊流體在接近開口小孔之前必須從特征空腔開口向外徑向地分叉。含于空腔內的流體未得到有效攪拌或移動且可維持基本上停滯，使特征的輸送主要由擴散單獨進行。因此，咸信，當在主要是單獨撞擊流或單獨剪切流的操作條件下鍍敷WLP尺度特征時，對流次于使用撞擊流與剪切流的組合時的對流。且與到平坦表面(與邊界層在同一數(shù)量級上平坦)的等效對流條件相關聯(lián)的質量傳遞邊界層將自然地大體上均勻，但在WLP尺度特征鍍敷中遇到的情形中，為實現(xiàn)均勻鍍敷，邊界層厚度(大體上相當于正被鍍敷的特征的大小且在幾十微米的數(shù)量級上)需要相當不同的條件。

最后，層狀撞擊流與層狀剪切流的組合和交叉咸信能夠形成微流旋渦。這些微旋渦(其單獨實質上可為層狀的)可潛在地變成實質上湍流的，且與上文的論述一致，可用于增強到平坦表面鍍敷和粗糙表面鍍敷的對流。應了解，提出上述解釋僅是為了輔助理解在具有WLP或類WLP特征的晶片中的質量傳遞和對流的物理基礎。其并非本文中所描述的有益方法和設備的作用機制或必需鍍敷條件的限制性解釋。

發(fā)明者已觀測到，當旋轉經圖案化襯底--尤其是具有大小與質量傳遞邊界層類似的特征(例如，在幾微米或幾十微米數(shù)量級上的凹座或突起，例如常在TSV和WLP襯底上遇到的)的經圖案化襯底--可在旋轉襯底的中心處產生“異?！被蝈兎笫С！４隋兎蠓蔷鶆蛐园l(fā)生在平坦鍍敷表面的旋轉軸處，此處角速度為零或接近零。在使用如上文所描述的流成形板的設備中的一些中，在缺少一些其它中心失常調停機制的情況下，也觀測到此情形。在此類情況下，在無這些機制的情況下，就大體上平坦特征而言，除了工件的中心之外，在經圖案化工件表面任一處上，鍍敷速率顯著均勻且快速，在工件中心處速率顯著降低且特征形狀大體上非均勻(例如，中心附近的凹處)。此情形特別令人感興趣，假定在未經圖案化襯底上在類似條件下的鍍敷產生完全均勻的鍍敷剖面或有時甚至相反的鍍敷剖面(也就是，除了在中心處之外，鍍敷速率在工件表面任一處上顯著均勻，在中心處鍍敷速率顯著較高，此導致圓頂形中心區(qū)域)。在其它測試中，在總體撞擊流容積和/或速度在中心處增加的情況下，發(fā)現(xiàn)沉積速率在此處可增加，但特征的大體形狀在中心處很大程度上維持未改變(圓頂形和不規(guī)則的，而非平坦)。

此中心非均勻性可通過提供側向移動流體來加以減輕或消除，所述側向移動流體將在襯底中心產生剪切力使電解液流過襯底的鍍敷面。此剪切力可由許多機構中的任一者來施加，將在本文中描述所述機構中的一些。簡短地，所述機構包括(1)在旋轉襯底的中心處或附近孔的數(shù)目、定向和分布的均勻性有變化的流成形板，例如以下一種流成形板，在其中所述孔中的離旋轉工件的中心最近的至少一些具有相對于垂直線偏離的角度(更通常地，不垂直于旋轉襯底的鍍敷面的角度)；(2)工件表面與流成形板之間的相對運動的側向分量(例如，相對線性或軌道運動，例如有時在化學機械拋光設備中應用)；(3)鍍敷單元中所設置的一個或一個以上往復或旋轉槳葉(例如，槳輪或葉輪)；(4)附接到流成形板或離流成形板最近且偏離工件的旋轉軸的旋轉組合件；(5)附接到流成形板或離流成形板的圓周最近且朝旋轉工件延伸的方位角非均勻限流器(有時被稱作“流轉向器”)；以及(6)引入跨越整體晶片表面(包括中心)的側向流的其它機構。

將在下文更詳細地描述并例示這些機構中的每一者。關于第一種列出的機構，板孔分布的非均勻性可為(1)板的中心區(qū)域中孔密度增加和/或(b)中心區(qū)域中孔分布的隨機性。關于所列出機構中的第五種，流轉向器有效地提供在旋轉襯底與流成形板之間的幾乎閉合的腔室。在一些情況下，如下文更充分地描述，流轉向器和關聯(lián)硬件提供或實現(xiàn)在襯底固持器外圍與邊緣元件的頂部之間的區(qū)域的大部分上極小間隙(例如，約0.1mm到0.5mm)的形成。在剩余的外圍區(qū)域中，在邊緣元件中存在間隙，所述間隙提供具有相對較低阻力路徑以使電解液流向幾乎閉合的腔室之外的較大間隙。參見(例如)圖2A到圖2C。

C.設計和操作參數(shù)

此部分將論述各種有關參數(shù)。這些參數(shù)常常是相關的。然而，將單獨描述這些參數(shù)以提供通用操作空間和通用裝置設計空間的實例。所屬領域的技術人員將完全了解，當考慮到本發(fā)明的教示時，可選擇這些參數(shù)的適當組合以實現(xiàn)特定結果，例如所要鍍敷速率或均勻沉積輪廓。另外，本文提供的一些參數(shù)可根據被鍍敷的襯底和特征及/或其應用的電鍍單元的大小來按比例調整。除非另有說明，否則所引述的參數(shù)適合使用流成形板下的電解液腔室體積大于1升的電鍍單元來鍍敷300mm晶片。

流出流成形板孔并撞擊晶片的電解液流動速率

如所指出，穿過流成形板孔的流動速率可能與鍍敷單元的操作有關。通常，需要使通過流成形板的撞擊流具有高速率。在某些實施例中，從板中的個別孔流出的此流動速率至少為約10厘米/秒，且常常大于約15厘米/秒或甚至為約20厘米/秒或更大。從板孔到晶片表面的距離一般小于5mm，由此使上述流體速度在沖擊晶片表面之前的任何電勢耗散最小化。實質上，每個通孔的每個孔隙都提供撞擊流的微射流。

在具有相對較小開口(例如，直徑約0.03英寸或更小)的流成形板中，粘性壁力通常在開口內的慣性流體動力中占主導。在此種情況下，雷諾數(shù)(Reynolds number)將遠低于在管子中流動的渦流閾值(>2000)。因此，在孔中的流本身通常將是層狀的。然而，所述流在以約10-20cm/sec行進后強烈且直接地(例如，以直角)碰撞鍍敷表面。相信此撞擊流至少部分促成所觀察到的有益結果。例如，可以在使用與不使用高速撞擊流體微射流的情況下使用對銅到扁平晶片的極限電流鍍敷速率的測量來確定邊界層厚度。流成形板為1/2英寸厚的板，其中鉆有6500個0.026英寸的孔均勻布置在約300mm直徑的區(qū)域上。盡管這些孔的面積只占晶片鍍敷表面下的總面積的約3％，且旋轉晶片在一個孔正上方持續(xù)相等的一小段時間，但仍發(fā)現(xiàn)當將孔流速從3cm/sec改變到18.2cm/sec，而晶片的旋轉保持在30RPM時，極限電流增加多達100％。

穿過流成形板的體積流動速率

通過流成形板的總體積流量與從板個別孔的線性流動速率成正比。對于本文中描述的典型流成形板(例如，直徑約300mm的流成形板，具有大量相等直徑)，穿過板孔的體積流量可能大于約5升/分鐘，或大于約10升/分鐘，或有時可達到40升/分鐘或更大。舉例來說，為24升/分鐘的體積流動速率在典型板的每個孔出口處產生為約18.2cm/sec的線性流速。

側向流過襯底工作表面中心旋轉軸的流動速率

直接平行于旋轉襯底表面的流在襯底旋轉軸處一般應為非零值。此平行流是恰好在襯底表面上的流體動力邊界層外側處測量。在一些實施例中，流過襯底中心的流大于約3cm/sec，或更特定而言，大于約5cm/sec。相信這些流會減輕或消除在經圖案化晶片的旋轉軸處所觀察到的鍍敷速率的減小。

流過流成形板的電解液壓降

在某些實施例中，流過流成形元件孔的電解液的壓降不大，例如，約0.5托到3托(在特定實施例中為0.03psi或1.5托)。在例如使用關于圖2A到圖2I所描述的流轉向器結構的一些設計中，越過板的壓降應顯著大于在遮板或邊緣元件中的開放間隙的壓降，以確保襯底表面上的撞擊流越過襯底表面至少相對均勻。

晶片與流成形板之間的距離

在某些實施例中，晶片固持器與相關聯(lián)的定位機構將旋轉晶片固持地非常接近于流成形元件的平行上表面。典型情況下，所述分離距離為約1-10毫米，或約2-8毫米。此較小的板到晶片距離可能在晶片上造成與“接近性”相關聯(lián)的鍍敷圖案，從而“成像”圖案的個別孔，尤其是在靠近晶片旋轉中心處。要避免此現(xiàn)象，在一些實施例中，應將個別孔(尤其是在晶片中心處和靠近晶片中心處)建構成具有小尺寸，例如小于板到晶片間隙的約1/5。當與晶片旋轉耦合時，小孔尺寸允許在時間上平均作為射流而來自板的撞擊流體的流速，且減小或避免小規(guī)模不均勻性(例如，約數(shù)微米的不均勻性)。盡管有以上預防措施，且取決于所使用的鍍槽的性質(例如，所沉積的特定金屬、導電性，及所使用的槽添加加)，在一些情況下，沉積可能易于發(fā)生于因時間平均暴露而引起的微型不均勻圖案和具有各種厚度且對應于所使用的個別孔圖案的接近性成像圖案(例如，在晶片中心周圍呈“牛眼”形狀)中。如果有限的孔圖案造成不均勻且影響沉積的撞擊流圖案，則可能發(fā)生此現(xiàn)象。在此情況下，已發(fā)現(xiàn)越過晶片中心引入側向流大大消除原本于此處發(fā)現(xiàn)的任何微型不均勻性。

流成形板的孔隙率

在各種實施例中，流成形板具有足夠低的孔隙率及小孔尺寸以在正常操作體積流動速率下提供粘性背壓和高垂直撞擊流動速率。在一些情況下，流成形板的約1％到10％是開放區(qū)域，從而允許流體到達晶片表面。在特定實施例中，所述板的約2％到5％是開放區(qū)域。在特定實例中，所述板的開放區(qū)域為約3.2％，且有效總開放橫截面積為約23cm²。

流成形板的孔尺寸

可以許多不同方式實施流成形板的孔隙率。在各種實施例中，流成形板實施有許多小直徑的垂直孔。在一些情況下，所述板并非由個別“鉆”孔組成，而是由連續(xù)多孔材料的燒結板形成。此種燒結板的實例描述于美國專利6,964,792中，該美國專利的全文以引用方式并入本文中。在一些實施例中，鉆出的非連通孔的直徑為約0.01到0.05英寸。在一些情況下，所述孔的直徑或為約0.02到0.03英寸。如上所述，在各種實施例中，所述孔的直徑至多為流成形板與晶片之間的間隙距離的約0.2倍。所述孔的橫截面一般是圓形的，但無需如此。另外，為易于建構，板中的所有孔可具有相同直徑。然而，情況無需如此，且因此如特定需要可能規(guī)定的，孔的個別尺寸以及局部密度可在板表面上變化。

舉例來說，已發(fā)現(xiàn)由適當陶瓷或塑料(一般為介電絕緣且機械上穩(wěn)固的材料)制成、其中設有大量小孔(例如，直徑為0.026英寸的6465個孔)的固態(tài)板是有用的。板的孔隙率通常小于約5％，以使得形成高撞擊速度所需的總流動速率不會過大。使用較小孔比較大孔有助于形成越過板的大的壓降，從而輔助形成穿過板的更均勻的向上速度。

一般來說，孔在流成形板上的分布具有均勻密度且非隨機的。然而，在一些情況下，孔的密度可改變，尤其在徑向方向上。在如下文更完全描述的特定實施例中，在將流朝著旋轉襯底中心指引的板區(qū)域中存在較大孔密度及/或孔直徑。另外，在一些實施例中，指引旋轉晶片中心處或靠近所述中心處的電解液的孔可能誘使相對于晶片表面以非直角流動。另外，此區(qū)域中的孔由于有限數(shù)目的孔與晶片旋轉之間的任何交互作用而可能具有隨機或部分隨機的分布不均勻的鍍敷“環(huán)”。在一些實施例中，接近流轉向器開放段處的孔密度小于離所附接的流轉向器的開放段較遠的流成形板區(qū)域上的孔密度。

襯底旋轉速率

晶片旋轉速率可大大改變。在不存在撞擊流和流成形板的情況下，在晶片下小距離處，應避免高于90rpm的旋轉速率，這是因為在晶片外邊緣處一般會形成渦流(且層狀流進一步保持)，從而導致徑向非均勻對流條件。然而，在本文所揭示的大多數(shù)實施例(例如具有外加渦流及/或具有撞擊流成形板的實施例)中，可使用范圍大得多的旋轉速率，例如從20rpm到200rpm或更大。較高旋轉速率會大大增加晶片表面大部分的剪切作用，晶片中心除外。然而，高旋轉速率往往也會放大、聚焦或以其它方式修改中心異常/失常的相對規(guī)模，因此相信越過中心引入側向流有時對于消除此問題是有必要的，尤其是當在較高旋轉速率下操作時。

襯底旋轉方向

在一些實施例中，在電鍍過程期間周期性地改變晶片方向。此方法的一個益處在于，先前在流體流前邊緣(在有角方向上)處的特征陣列或個別特征的一部分在旋轉方向反轉時可成為所述流的后邊緣。當然，相反情況也如此。有角流體流的此反轉往往會使在工件面上的各特征上的沉積速率相等。在某些實施例中，旋轉反轉在整個鍍敷過程中以大致相等的持續(xù)時間發(fā)生多次，以使得對流與特征深度回旋最小化。在一些情況下，旋轉在鍍敷晶片的過程期間至少反轉約4次。例如，可使用一系列振蕩的5個順時針和5個逆時針鍍敷旋轉步驟。一般而言，改變旋轉方向可緩和方位角方向上的上游/下游非均勻性，但對徑向非均勻性具有有限影響，除非與其它隨機化影響，例如撞擊流和晶片橫流、疊加。

襯底表面上(表面到邊緣)的電沉積均勻性

如所指示，一般需要鍍敷晶片鍍敷面上的所有特征到均勻厚度。在某些實施例中，鍍敷速率且因此被鍍敷特征的厚度具有在晶片一半范圍(WIW R/2％)內為10％或更小的非均勻性。WIW-R/2定義為在越過晶片半徑的多個裸片處收集的特定特征類型(即，具有既定大小且與晶片上的每個裸片具有相同相對位置的選定特征)的總厚度范圍除以所述特征在整個晶片上的平均厚度的兩倍。在一些情況下，鍍敷過程具有為約5％或更佳的WIW-R/2均勻性。本發(fā)明中描述的設備和方法能夠在高沉積速率(例如，5微米/分鐘或更高)下實現(xiàn)或超過此均勻性水平。

電沉積速率

許多WLP、TSV及其它應用要求極高的電填充速率。在一些情況下，如本文中所描述的電鍍過程以至少約1微米/分鐘的速率填充微米規(guī)模的特征。在一些情況下，其以至少約5微米/分鐘(有時至少約10微米/分鐘)的速率填充此種特征。本文中描述之實施例形成有效的質量傳遞，以使得可使用此種較高鍍敷速率，同時維持高鍍敷均勻性。

流成形板的額外特性

如所指示，流成形板可具有許多不同配置。在一些實施例中，其提供以下通用(定性)特性。1)無滑動邊界，其靠近旋轉工具以使電解液在工件表面處產生局部剪切力，2)顯著的離子阻力，當電鍍到相對薄的金屬化或因其它原因具有高阻力的表面上時，其可提供在工件半徑上更均勻的電勢和電流分布，及3)大量流體微射流，其將極高速流體直接遞送到晶片表面上。顯著離子阻力是重要的，因為在WLP和TSV鍍敷中，可能在整個晶片上具有極少金屬沉積，跨晶片阻力和從晶片周邊到期中心的阻力可能在整個過程中保持為高。在整個鍍敷過程中具有顯著離子阻力允許維持均勻的鍍敷過程，且使得能夠使用比原本可能的情況更薄的晶種層。這就解決了如先前以引用方式并入的美國專利申請案第12/291,356號中所描述的“終點效應”。

在許多實施例中，流成形元件的小孔或孔不相連，而是非連通的，即，它們彼此隔離，且不與流成形元件的主體形成互連通道。此種孔可優(yōu)選作為1維通孔，因為其在一個維度上延伸，在一個實施例中，正交于晶片的鍍敷表面。也就是說，通道相對于流成形元件的面向襯底的表面定向成約90°角。在一個實施例中，流成形元件的通道相對于流成形元件的面向襯底的表面定向成約20°到約60°角，在另一實施例中，相對于流成形元件的面向襯底的表面定向成約30°到約50°角。在一個實施例中，流成形元件包括定向于不同角度的通孔。流成形元件上的孔圖案可包括均勻、非均勻、對稱及不對稱的元件，即，孔的密度和圖案可越過流成形元件而改變。在某些實施例中，通道經布置以避免平行于面向襯底的表面的長范圍的線性路徑不會遇到通道中的一個。在一個實施例中，通道經布置以避免平行于面向襯底的表面的約10mm或更長的長范圍的線性路徑不會遇到通道中的一個。

所述流成形元件可由離子阻力材料建構而成，離子阻力材料包括至少一種以下材料：聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氯乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚砜及聚碳酸酯。在一個實施例中，流成形元件的厚度介于約5mm與約10mm之間。

在某些實施例中，多個通道實質上彼此平行，在另一實施例中，所述多個通道中之至少一些通道不彼此平行。在某些實施例中，流成形元件為具有約6,000到12,000個孔的圓盤。在一個實施例中，流成形元件具有非均勻的孔密度，較大孔密度存在于面向襯底鍍敷面的旋轉軸的流成形元件區(qū)域中。在一個實施例中，流成形元件中的多個孔并不在流成形元件內形成連通通道，且實質上所有所述多個孔在面向襯底表面的元件表面上具有不大于約5毫米的主要尺寸或開口直徑。

應注意，本發(fā)明所使用的流成形板可具有某些偏離先前以引用方式并入的美國專利申請案第12/291,356號中所引述的特性的特性。這些特性包括(1)較低離子阻力(例如顯著小于接種晶片的阻力的阻力)，(2)大量孔，及(3)較薄構造(例如，板厚度可能為約四分之一英寸或更小)。

鑒于上述參數(shù)，下文結合諸圖更詳細地描述設備和方法。

D.用于解決中心鍍敷不均勻性的設備

盡管本文中所描述的本發(fā)明的一些方面可用于各種類型的鍍敷設備，但為簡單及清晰起見，大多數(shù)實例將關于晶片面向下的“噴泉式”鍍敷設備。在此種設備中，待鍍敷的工件(在本文所提供的實例中通常為半導體晶片)一般具有實質上水平定向(在一些情況下可能從真正水平改變幾度)且在以大體垂直向上的電解液對流鍍敷期間旋轉。噴泉式鍍敷類型的單元/設備的部件的一個實例是由Novellus Systems,Inc.(San Jose,CA)生產且可購自Novellus Systems,Inc.的電鍍系統(tǒng)。另外，噴泉式電鍍系統(tǒng)描述于例如美國專利第6,800,187號和2010年2月11日申請的美國專利申請公開案US2010-0032310A1中，該兩案的全文以引用方式并入本文中。

如所提及，已觀測到，在經圖案化晶片上，與晶片剩余部分相比，在晶片中心處和在其附近的小徑向區(qū)域上的電鍍速率相對較慢且鍍敷特征形狀較次，在所述剩余部分中速率實質上均勻。圖1D描繪當使用常規(guī)噴流式鍍敷配置時來自到300mm晶片上的銅電鍍循環(huán)的結果。這些結果是針對鍍敷有銅且具有50微米寬特征的晶片而獲得，所述50微米寬特征在以3.5微米/分鐘鍍敷的50微米厚光阻中界定。鍍敷是在晶片以90rpm旋轉時進行，使用如上文所描述的流板和20lpm的總系統(tǒng)流動速率，但不使用用于特定地引入跨中心晶片流剪切的校正構件。當以高沉積速率(例如，以幾乎超過現(xiàn)有WLP鍍敷能力方式的上限的速率)來鍍敷時，常規(guī)擴散器和晶片旋轉條件不足以防止在晶片中心處的區(qū)域中的非均勻沉積。認為此情形是歸因于在晶片中心區(qū)域處的較緩慢旋轉、最小撞擊流和不足夠的流體剪切所致。在晶片表面上的實際旋轉中心軸處，存在與零角速度相關聯(lián)的“異?！薄?/p>

具有有效的質量傳遞能力，可補償所述異常且因此實現(xiàn)高速率均勻鍍敷；因此本文中所描述的設備經配置以電鍍(例如)晶片級封裝特征、TSV和其類似者?？墒褂帽疚闹兴枋龅脑O備來鍍敷各種金屬，包括傳統(tǒng)上歸因于質量傳遞問題而難以鍍敷的金屬。在一個實施例中，本文中所描述的設備經配置以電鍍選自由以下金屬組成的群組的一種或一種以上金屬：銅、錫、錫鉛組合物、錫銀組合物、鎳、錫銅組合物、錫銀銅組合物、金，及其合金。

在上文識別了用于解決所觀測到的非均勻性的各種機構。在某些實施例中，這些機構在旋轉工件的表面處引入流體剪切。在下文更充分地描述所述實施例中的每一者。

一個實施例是一種電鍍設備，其包含：(a)鍍敷腔室，其經配置以容納電解液和陽極，同時將金屬電鍍到大體平面的襯底上；(b)襯底固持器，其經配置以固持所述大體平面的襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽極分離；(c)流成形元件，其包含面對襯底的表面，所述面對襯底的表面在電鍍期間大體上平行于所述襯底的鍍敷面且與所述鍍敷面分離，所述流成形元件包括具有穿過所述流成形元件制成的多個非連通通道的離子電阻性材料，其中所述非連通通道允許在電鍍期間輸送所述電解液通過所述流成形元件；以及(d)流轉向器，其在所述流成形元件的所述面對襯底的表面上，所述流轉向器包含部分沿著所述流成形元件的圓周且具有一個或一個以上間隙的壁結構，且在電鍍期間界定所述流成形元件與所述大體平面的襯底之間的部分或“假”腔室。

在一個實施例中，所述流成形元件是圓盤形的，且所述流轉向器包含附接到或集成到所述流成形元件上的帶槽環(huán)形間隔件。在一個實施例中，所述流轉向器的所述壁結構具有單個間隙，且所述單個間隙占據約40度到約90度之間的弧。所述流轉向器的所述壁結構的高度可在約1mm到約5mm之間。在某些實施例中，所述流轉向器經配置以使得在電鍍期間所述壁結構的頂部表面距所述襯底固持器的底部表面在約0.1mm到0.5mm之間，且在電鍍期間所述流成形元件的頂部表面距所述襯底固持器的所述底部表面在約1mm到5mm之間。

在某些實施例中，所述設備經配置以在所述襯底鍍敷面的方向上且于在電鍍期間產生退出所述流成形元件的孔的至少約10cm/s的平均流速的條件下使電解液流動。在某些實施例中，所述設備經配置以在產生越過所述襯底的所述鍍敷面的中心點的至少3cm/s或更大的橫向電解液速率的條件下操作。

在某些實施例中，所述壁結構具有高于內部部分的外部部分。除了形成假腔室中的通風區(qū)的一個或一個以上間隙外，實施例還包含限制退出假腔室的電解液的流的特征。

一個實施例是一種用于將金屬電鍍到襯底上的設備，所述設備包含：(a)鍍敷腔室，其經配置以容納電解液和陽極，同時將金屬電鍍到所述襯底上；(b)襯底固持器，其經配置以固持所述襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽極分離，所述襯底固持器具有一個或一個以上電力觸點，所述電力觸點經布置以在電鍍期間接觸所述襯底的邊緣且將電流提供到所述襯底；(c)流成形元件，其經成形且配置以在電鍍期間定位于所述襯底與所述陽極之間，所述流成形元件具有在電鍍期間大體上平行于所述襯底的所述鍍敷面且與所述鍍敷面分離約10毫米或更小間隙的平坦表面，且所述流成形元件還具有多個孔以準許所述電解液朝向所述襯底的所述鍍敷面流動；以及(d)用于使所述襯底和/或流成形元件旋轉且同時在所述襯底鍍敷面的方向上使電解液在電鍍單元中流動的機構；以及(e)用于將剪切力施加于在所述襯底的所述鍍敷面處流動的所述電解液的機構，其中所述設備經配置以用于在所述襯底鍍敷面的方向上于在電鍍期間產生退出所述流成形元件的所述孔的至少約10cm/s的平均流速的條件下使電解液流動，且用于在平行于所述襯底的所述鍍敷面的方向上在產生越過所述襯底的所述鍍敷面的中心點的至少約3cm/s的電解液速率下使電解液流動。下文更詳細描述各種剪切力機構。

流轉向器

某些實施例在晶片的鍍敷面，尤其是在關于所述鍍敷面旋轉的中心軸賦予側向剪切作用。相信這一剪切作用可減少或消除在晶片中心所觀察到的沉積速率的不均勻性。在本節(jié)中，通過使用附接到或鄰近流成形板圓周且朝向旋轉工件延伸的方位角不均勻的流轉向器來賦予所述剪切作用。一般說來，流轉向器將具有至少部分限制假腔室(假腔室的通風孔部分除外)中電解液流的壁結構。所述壁結構將具有頂部表面，所述頂部表面在一些實施例中是平坦的，而在其它實施例中具有垂直元件、斜面和/或彎曲部分。在本文中所述的一些實施例中，流轉向器邊緣部分的頂部表面在晶片固持器底部與流轉向器之間在襯底固持器外圍與所述邊緣部分頂部之間的大部分區(qū)域上提供極小的間隙(例如約0.1mm到0.5mm)。在這一區(qū)域(介于約30度到120度之間的弧)外，在流轉向器主體中存在一個間隙(例如從環(huán)形主體去除的片段)，其為電解液流出在晶片鍍敷面、晶片固持器某些表面、流成形板與流轉向器內表面之間形成的幾乎封閉的腔室提供阻力相對較低的路徑。

在一個實施例中，電鍍設備用于施加剪切力的機構包括帶槽間隔件，其位于流成形元件圓周上或鄰近流成形元件的圓周并朝向襯底固持器突出，以界定流成形元件與襯底固持器之間的部分腔室，其中所述帶槽間隔件包括位于角形區(qū)段上的槽，用以為排出部分腔室的電解液流提供低阻力路徑。圖2A到2D和相關CAD圖2E到2I描述使用帶槽間隔件200與流成形板202的組合來產生轉向器組合件204的實施方案，當轉向器組合件204定位成緊密鄰近可旋轉驅動組合件101時且當經由流成形板202的通孔提供足夠流動時，轉向器組合件204將按高速率沉積方案提供實質上均勻的鍍敷。圖2A描述帶槽間隔件200(也稱為方位角不對稱的流轉向器)如何與流成形板202組合以形成轉向器組合件204。帶槽間隔件200可例如使用螺桿等(未圖示)附接。所屬領域技術人員應理解，盡管各實施例被描述為個別流成形板和流轉向器組合成組合件(例如帶槽間隔件200與流成形板202一起為轉向器組合件204)，而不是由例如一塊材料研磨而成的單件式主體的組合件，但此類組合件也可用于相同目的。因此，一個實施例是具有單件式主體的流成形元件，其經配置以用于本文中所述的流轉向器/流成形板組合件的目的。

轉向器組合件204定位成緊密鄰近待鍍敷的襯底。舉例來說，組合件101最靠近襯底的部分(如關于圖1A和1B所述的杯狀物102的基底)與帶方位角的帶槽間隔件200頂部的距離在小于約1毫米的范圍內。以此方式，在晶片與流成形板之間形成有限空間或假腔室，其中撞擊晶片表面的大部分電解液通過200的槽形部分排出。尺寸A可定義為指定半徑的環(huán)的角度或線性尺寸，其可發(fā)生變化以容許較多或較少的流通過槽，且尺寸B可發(fā)生變化以使上文提到的假腔室具有較大或較小的體積。圖2B是定位成緊密鄰近組合件101的轉向器組合件204的橫截面圖。在某些實施例中，作為間隔件200頂部與組合件101底部之間的間隙的尺寸C為約0.1mm到0.5mm，在另一實施例中為約0.2mm到0.4mm。

圖2C描述當晶片不旋轉時電解液在晶片與流成形板202之間的假腔室內的流動模式。更具體點說，本圖描述直接鄰近晶片鍍敷面的流動模式的代表性向量。電解液撞擊垂直于鍍敷表面的晶片，但接著發(fā)生偏轉，并平行于鍍敷表面流動且從200的槽流出。這一流動模式的產生是由相對于流轉向器200去除片段的區(qū)域(其中存在假腔室中的“通風孔”或較大開口)，通過狹窄間隙C(參看圖2B)的流受到阻力所致。應注意，流向量的幅值在整個流成形板上從假腔室中距通風區(qū)最遠的區(qū)域且朝向通風區(qū)增加。這可通過考慮例如距間隙最遠的區(qū)域(較高壓力)與鄰近間隙的區(qū)域(較低壓力)的壓差來合理地說明。另外，在假腔室中距通風孔最遠的區(qū)域流動的電解液不會像通風孔附近的區(qū)域一樣出現(xiàn)來自成形板中額外微射流的組合流的速度和動量增加。在下文更詳細地描述的某些實施例中，這些流向量幅值變得更均勻，以便進一步增加鍍敷均勻性。

圖2D描述當晶片在一個方向上旋轉時在晶片面的流動模式的代表性向量。應注意，電解液側向流過旋轉晶片的旋轉中心(用粗體“X”標記)或旋轉軸。因此，越過晶片中心建立剪切流，由此減少或消除當存在不足剪切流時所觀察到的中心減慢的鍍敷(例如，如關于圖1D所述)。

在一些實施例中，將實質上流動受阻但傳導離子的薄膜，例如一層流動受阻的微孔過濾材料或陽離子傳導膜(例如Nafion^TM-從杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company)得到的基于磺酸化四氟乙烯的含氟聚合物-共聚物)，放置到流板正下方所述板鄰近流轉向器敞開的流槽的區(qū)域中。在一個實施例中，所述部分占所述板面積的約一半。在另一實施例中，所述部分占所述板面積的約1/3，在另一實施例中占約1/4，且在又一實施例中，所述部分占所述板面積不到1/4。這一構造容許離子電流基本上不受抑制地通過此處的孔，但阻止流向上浸入所述區(qū)域中，由此增加以相同總流動速率越過晶片中心的橫流，同時使越過晶片鍍敷表面的流向量標準化。舉例來說，當所述部分占所述板面積的一半時，這將使位于槽相對側的孔中的流速加倍，并消除通過鄰近槽的所述板的一半上的孔的流。所屬領域技術人員應理解，視特定鍍敷設備的配置(包括流轉向器/流成形板配置)而定，膜的形狀和放置可經優(yōu)化以使橫向流向量標準化?？烧{整流成形板的通孔圖案以使鄰近流轉向器中間隙的孔的密度減小，來代替此類膜；類似地，鄰近間隙的孔的圖案將視特定系統(tǒng)的配置和操作參數(shù)而定。更靈活的方法是使用具有某種固定孔圖案的流成形板和使用上文提到的膜和/或阻塞孔來產生越過晶片鍍敷表面的所需橫向流特性。隨后圖式的論述中將包括有關改善橫向流特性的進一步論述。舉例來說，用于使越過晶片鍍敷表面的橫向流向量標準化的方法和設備將關于圖7A到7C進一步描述。

在由實際鍍敷設備組件的CAD圖得到的圖2E到2I中，繪示了所述設備，尤其是轉向器組合件的其它特征?？赡軙r，圖2E到2I中某些組件的編號與先前圖式中的編號相配，例如晶片145、流轉向器200和流成形板202。圖2E到2I中的其它特征是通過以下參考數(shù)字標識。圖2E以透視圖繪示附接到鍍敷單元組合件的轉向器組合件204且以橫截面繪示組合件101。參考數(shù)字206標識“頂板”，其用于連接到“杯狀物”212且使所述杯狀物上下移動以抵靠“錐形體”210將晶片固持在適當?shù)奈恢?。支?08將杯狀物212連接到頂板206。外殼205安裝于錐形體210，用以固持各種連接，例如氣動連接和電連接。錐形體還包括用以在錐形體中產生柔性懸臂結構的斷開切口(cut out)207，以及O形密封圈230。杯狀物212包括杯狀物主體或結構222、用于與晶片145連接的電觸點224、用于將電力傳送到觸點224的匯流條板226，和杯狀物底部228，其界定組合件101的下表面(圖2A到2D，同時應注意，圖1A和1B以及相關描述提供有關示范性晶片固持和定位的設備100的上下文，以及組合件101的橫截面)。

帶槽間隔件200(也參看圖2A到2D)接觸流成形板202(也參看圖2A到2D)。斷開切口或槽201存在于帶槽間隔件中，且如所解釋的，提供低阻力路徑以使電解液在電鍍期間漏出。在本實例中，安裝螺桿將帶槽間隔件200連接到流成形板202。固定部件220將流成形板202連接到單元主體216。圓形壁214界定固持陰極電解液的陰極腔室的外部區(qū)域，使其與固持陽極電解液的陽極腔室分開。

間隙232(也參看圖2B的尺寸C)在晶片145的鍍敷表面與流成形板202的上表面之間。在流轉向器內部區(qū)域中，這一間隙可為約2到4毫米。然而，在一些實施例中，在帶槽間隔件所處圓周點處，間隙234僅為約0.1毫米到0.5毫米。這一較小間隙234的特征在于帶槽間隔件200的上表面與杯狀物底部228的底部表面之間的距離。當然，這一小間隙234不存在于間隔件200中的開口201處。在此開口處，杯狀物底部與流成形板202之間的間隙與間隙232相同。在某些實施例中，間隙232與234之間的間隙大小相差約10倍。

在一組替代性實施例中，使用液流作為屏障來產生如本文中所述的剪切流。在這些實施例中，邊緣間隙未必完全如上文所述一般小，例如為2mm，但仍引起產生橫流的效果。在單元大體上如關于圖2A到2I中所述的一個實例中，在帶槽間隔件200通常占據的區(qū)域中，存在一種用于產生朝向晶片固持器實質上向上導向的向上流動的流體流，由此在流體嘗試以其它方式通過間隙“泄漏”的區(qū)域中產生液體“壁”的機構(例如一個或一個以上流體噴嘴)。在另一實施例中，間隔件向外延伸超過晶片固持器的外圍且接著在晶片自身的方向上側向向上約1cm到10cm的距離，由此產生裝配晶片和其固持器的“泄漏的”杯狀物。與流轉向器一樣，泄漏的杯狀物具有壁缺失的區(qū)段，通過這一部分，進入流板的液體經所述流板與晶片之間的間隙排出。盡管上述實施例可減少對于晶片與插入物之間極小間隙的需求，但越過晶片中心的總橫流部分由流成形板到晶片的距離決定，且這一參數(shù)通?；旧吓c上述相同。

圖2H繪示電鍍單元的更完整的描述(以橫截面繪示)。如所示，電鍍單元包括部分由圓形壁214界定的上部或陰極腔室215。單元的上部陰極電解液腔室與下部陽極腔室通過離子傳遞膜240(例如Nafion^TM)和倒圓錐形支撐結構238分開。數(shù)字248指示向上且通過流成形板202的電解液的流動路徑線。陽極腔室包括銅陽極242和用于將電力傳送到陽極的充電板243。其還包括入口歧管247和按沖洗陽極頂部表面的方式將電解液傳送到陽極表面的一系列凹槽246。陰極電解液流入口244穿過銅陽極242和陽極腔室的中心。這一結構可將陰極電解液沿圖2H中徑向/垂直箭頭所示的流線248傳送到上部腔室215。圖2I描述有關電解液流過成形板202中的孔并流入間隙232中(接近晶片的鍍敷表面)的流動流線248。

圖2E到2I中所示的單元特征中有一些也繪示于圖1A、1B以及下文所述的圖3B中。所述設備將包括一個或一個以上用于控制(尤其)杯狀物和錐形體中晶片的定位、晶片關于流成形板的定位、晶片的旋轉和電流向陽極和晶片的傳送的控制器。

流轉向器實施例的一些常見但非限制性的特征將于下文以下述羅馬數(shù)字I-XII陳述。

I.用于在流成形板“腔室”產生小間隙區(qū)和幾乎封閉的晶片的結構。

II.在更特定的實施例中，流成形板腔室的幾乎封閉的晶片是通過在晶片固持器外圍與位于流成形板上或作為流成形板一部分的外圍邊緣元件(帶槽間隔件)之間的大部分間隔之間形成極小間隙(例如約0.1mm到0.5mm)來產生。

III.這一設備在流成形板上以相對較高的角速度(例如至少約30rpm)旋轉晶片，由此產生高度的流體剪切作用。這一流體剪切作用是由移動的晶片與緊密鄰近晶片的成形板(固定的)上表面之間較大的速度差所引起。

IV.充當流體出口“通風孔”的單元區(qū)域。這一通風孔是一種開口，或在一些情況下是出口間隙(例如上述帶槽間隔件中的間隙)。其在成形板與旋轉晶片之間的“腔室”中產生開口。通風孔導向向上移動通過流成形板的流體以使其方向改變90度，并使其以較高速度平行于晶片表面朝向通風孔位置呈一定角度移動。這一出口通風孔或間隙涵蓋“腔室”外圓周的角形部分(晶片/杯狀物和/或流成形板的外緣)以在腔室中引入方位角不對稱。在一些情況下，通風孔或間隙所對著的角度為約20度到120度，或為約40度到90度。通過這一間隙，進入單元腔室且隨后通過成形板中各孔的絕大部分流體最終都排出單元(且被重新捕獲以供在鍍槽中再循環(huán))。

V.(流體)流成形板通常具有較小孔隙率和孔大小，由此在操作流動速率下引入相當大的粘滯反壓力。舉例來說，提供大量極小孔(例如6465×0.026英寸直徑)的固體板經顯示是有用的。這種板的孔隙率通常小于約5％。

VII.在采用直徑為約300mm(且具有大量孔)的流成形板的某些實施例中，采用約5升/分鐘或更高的體積流量。在一些情況下，體積流量為至少約10升/分鐘，且有時多達40升/分鐘。

VIII.在各種實施例中，越過流成形板的壓降的幅值約等于或大于出口間隙與處于“腔室”內與出口間隙相對且在晶片下方的位置之間的壓降，且因此充當流動歧管。

IX.流成形板將實質上均勻的流直接傳送到晶片且基本上向上朝向晶片。此舉避免了大部分流可能以其它方式由流成形板進入腔室的情形，而是使所述流優(yōu)先按主要向外靠近且通過出口間隙的路徑行進(短路的)。

X.與在晶片邊緣與成形板之間具有較大間隙(大于1毫米)且無流轉向器的情形不同，當流在晶片下方的區(qū)域中積聚時，阻力最小的路徑將由徑向向外軌跡的路徑變?yōu)楝F(xiàn)在必須主要與晶片平行且在出口間隙方向上通過的路徑。因此，導向流體在平行于晶片表面的側向方向上橫越，且特別需要注意的是，橫越和橫穿晶片的中心(或晶片旋轉軸)。流體不再在關于中心的所有方向上徑向向外導向。

XI.在中心和其它位置處橫向流的速度視多種設計和操作參數(shù)而定，包括各種間隙(流成形板到晶片的間隙、出口間隙、帶槽間隔件到晶片固持器外圍底部的間隙)的大小、總流量、晶片旋轉速率。然而，在各種實施例中，越過晶片中心的流為至少約3cm/sec，或至少約5cm/sec。

XII.可使用使晶片和固持器傾斜以容許“成角度進入”的機構。所述傾斜可朝向上部腔室中的間隙或通風孔。

其它實施例包括流轉向器，其包括進一步抑制流從假腔室(通風孔或間隙除外)流出的垂直表面。垂直表面可如圖3A所述，圖3A描述了流轉向器/流成形板組合件304，其包括流成形板202(如先前所述)和流轉向器300。流轉向器300與關于圖2A所述的流轉向器200極其類似，因為其也具有去除一個片段的大體上環(huán)形的形狀；然而，流轉向器300經成形且配置成具有垂直元件。圖3A的下部部分繪示流轉向器300的橫截面。與如在流轉向器200中，晶片固持器最底層表面下為平坦的頂部表面不同，流轉向器300的頂部表面經成形為具有從內圓周開始且徑向向外移動的向上傾斜的表面，這一表面最終變?yōu)榇怪北砻?，并在晶片固持器最底層表面上的?在本實例中為平坦的)表面處終止。因此，在本實例中，壁結構的外部部分高于內部部分。在某些實施例中，外部部分的高度介于約5mm與約20mm之間，且內部部分的高度介于約1mm與約5mm之間。

在圖3A的實例中，流轉向器具有垂直內表面301。這一表面無需完全垂直，如例如，傾斜的表面將足以。本實施例中的重要特征在于，流轉向器的頂部表面與晶片固持器底部表面之間的狹窄間隙，即圖2B中的距離C，經延伸以包括晶片固持器表面的某一傾斜和/或垂直組件。理論上，這一“狹窄間隙延伸”無需包括任何傾斜或垂直表面，但其可包括使流轉向器的上表面和晶片固持器的下表面經對準的區(qū)域擴張以便產生狹窄間隙，和/或使狹窄間隙進一步變窄以抑制流體從假腔室漏出。然而，歸因于減少設備總體印跡(footprint)的重要性，常常更需要將狹窄間隙簡單地延伸到傾斜和/或垂直表面，以獲得減少通過狹窄間隙的流體損失的相同結果。

參看圖3B，其描述了用組合件101、垂直表面301、在本實例中連同組合件101的垂直部分對準得到的組合件304的部分橫截面，組合件304延伸在流轉向器頂部表面與晶片固持器之間的上述狹窄間隙(例如圖2B中提到的“C”)。通常(但非必需)，如圖3B中所述，這些垂直和/或傾斜表面之間的距離(如302所指示)小于流轉向器的水平表面與晶片固持器之間的距離C。在此圖中，描述了流成形板202中不具有通孔的部分202a以及具有通孔的部分202b。在一個實施例中，流轉向器經配置以使得電鍍期間壁結構內表面與襯底固持器外表面的距離介于約0.1mm與約2mm之間。在本實例中，間隙302表示這一距離。使所述間隙進一步變窄將在假腔室中產生更高的流體壓力，并增加越過晶片鍍敷表面且離開通風孔的剪切流(其中流轉向器300的分段部分與組合件101相對。圖3C是繪示在300mm晶片上鍍銅的均勻性隨所述垂直間隙變化而變化的圖表。如所示，在各種間隙距離處，可以實現(xiàn)高度均勻的鍍敷。

圖3D描述具有垂直元件的流轉向器橫截面的多種變化305-330。如所述，垂直表面無需精確地垂直于鍍敷表面，且流轉向器的頂部表面無需具有傾斜部分(例如參看橫截面315)。如橫截面320中所述，流轉向器的內表面可完全為彎曲表面。橫截面310繪示，可以只存在傾斜表面來延伸間隙。所屬領域技術人員應理解，流轉向器的形狀可視其對準以產生間隙延伸的晶片固持器而定。在一個實施例中，偏離水平面(與例如流成形板的頂部表面相比較)的表面具有偏離水平面介于約30度到約90度(垂直于水平面)之間的至少一部分。

如關于圖3A到3D中所述的流轉向器有助于在晶片鍍敷表面與流成形板之間產生更均勻的橫向流。圖3E繪示當使用如關于圖2A到2I所述的流轉向器產生的橫向流圖案的俯視圖薩夫圖像模糊圖(Surf Image Haze Map)(圖3E的左側部分)與當使用如關于圖3A到3D所述的流轉向器時產生的模糊圖(圖3E的右側部分)的比較。這些模糊圖是在不施加鍍敷電流的情況下，鍍敷溶液在具有種子層的晶片上/越過所述晶片流動的結果。當用基于激光的粒子/缺損檢測器分析時，鍍敷溶液中的硫酸蝕刻接種的晶片表面，并由此產生反映流圖案的圖案。在每一測試中，使用流成形板，例如202，其中在流轉向器內周(且其中轉向器去除的片段將處于其未被去除時的位置)內的板的整個區(qū)域，孔圖案都是規(guī)則且均勻的正方形孔圖案。圖3E上部中間的圖式指示流轉向器的方位以及流方向為從左上側流向右下側且流出間隙外。模糊圖的較深部分指示垂直撞擊流，而較淺的區(qū)域指示橫向流。如在左手邊的圖中看出，深色區(qū)域具有許多分支，表明越過晶片的垂直流匯合。也就是說，可能由于流成形板表面上通孔的規(guī)則分布，使得流體具有長距離路徑，其中流的橫向分量小于流的撞擊分量。這些長距離路徑會不利地影響越過晶片鍍敷表面的鍍敷均勻性，且需要使長距離路徑減到最少。如圖3E右側的模糊圖所指示，當使用如關于圖3A到3D所述的流轉向器(具有間隙延伸元件)，例如垂直內表面時，存在越過晶片的較多量且更均勻的橫向流。

流成形板上的非均勻孔分布

在某些實施例中，流成形板具有非均勻通孔分布以在鍍敷期間單獨或與流轉向器組合越過晶片表面產生增加和/或更高度均勻的橫向流。

在一些實施例中，非均勻孔分布為螺旋形圖案。圖4A展示一種此流成形板400的俯視圖。注意到通孔的螺旋形圖案的中心距孔的圓形區(qū)域中心偏移量為距離D。圖4B展示類似流成形板405，其中偏移量更大，為距離E。圖4C描述另一類似流成形板410(分別為俯視圖和透視圖)，其中孔的螺旋形圖案中心不包括在由孔所占據的圓形區(qū)域中，而是偏移量使得孔的螺旋形圖案中心不包括在包括通孔的圓形區(qū)域中。使用這些偏移螺旋形圖案在鍍敷期間越過晶片表面提供改良的橫向流。這些流成形板更詳細地描述于上文以引用的方式并入的美國臨時專利申請案第61/405,608號中。

圖5A描述展示由使用如關于圖3A所述的流轉向器產生的流動模式與如關于圖4C所述的流成形板(無晶片旋轉)結合使用的模糊圖。所述模糊圖指示，由于非均勻通孔圖案(在這個實例中為螺旋形圖案)，存在幾乎完全的橫向流，其中在流的撞擊組件占主導地位的流體流中若存在任何長度范圍路徑，則橫向流最小。圖5B展示當使用如關于圖5A所述的流轉向器/流成形板組合時在轉向器與晶片固持器之間的指定間隙(3mm)下的鍍敷均勻性結果。300mm晶片上的鍍敷均勻性相當高。

非均勻通孔圖案可包括除螺旋形以外的形式。并且在某些實施例中，流轉向器不與具有孔非均勻性的流成形板組合使用。舉例來說，圖6描述組合件600，其說明解決中心緩慢鍍敷問題的一種配置。鍍敷設備600具有鍍敷槽155，其具有陽極160和電解液入口165。在這個實例中，流成形板605越過晶片產生非均勻撞擊流。特定如所示，由于孔在流成形板中的非均勻分布(例如，孔尺寸和密度的徑向分布差異)，晶片中心比外部區(qū)域的流更大。如由重點線箭頭所示，在這個實例中，在接近晶片中心處產生更大流以補償不足的質量傳遞并且在晶片中心處可見所得較低鍍敷速率(例如參看圖1D)。

盡管不希望受理論約束，但相信以如上所述的常規(guī)鍍敷方案存在不足的流體剪切并且因此越過晶片表面存在非均勻質量傳遞。通過相對于晶片其它區(qū)域增加晶片中心的流速(如由接近陰極腔室中心處相對于外部區(qū)域的虛線箭頭密度更高所描述)，可以避免更接近晶片中心處的鍍敷速率較低。可例如通過增加例如流成形板中的孔數(shù)目和/或相對于晶片的定向角度以增加撞擊流噴射數(shù)目和中心區(qū)域中所得剪切量來實現(xiàn)此結果。

一般來說，接近流成形板中心處的孔密度、尺寸和/或分布(例如，均勻或隨機)改變。在一些實施例中，接近中心處孔密度增加。或者或另外，假定孔在接近中心處以其圖案在一定程度上隨機分布，在流成形時所述孔分布在別處可以規(guī)則或周期性排列提供。在一些實施例中，可提供部分覆蓋物以覆蓋流成形板某些區(qū)域中的一些孔。在某些實施例中，這些覆蓋物包括離子傳導性流動抑制元件。這將允許最終使用者定制孔密度和/或分布以滿足特定電鍍要求。

流端口橫向流增強

在一些實施例中，電解液流端口經配置以單獨或與如本文所述的流成形板和流轉向器組合輔助橫向流。下文關于與流成形板和流轉向器的組合來描述各種實施例，但本發(fā)明并不受限于此。注意到，如關于圖2C所述，在某些實施例中，認為越過晶片表面的電解液流向量的量值在最接近通風孔或間隙處較大并且越過晶片表面逐漸變小，在距通風孔或間隙最遠的假腔室內部最小。如圖7A中所述，通過使用適當配置的電解液流端口，這些橫向流向量的量值越過晶片表面更均勻。

圖7B描述鍍敷單元700的簡化橫截面，所述鍍敷單元700具有組合件101，其部分浸在鍍敷槽155中的電解液175中。鍍敷單元700包括流成形板705，例如本文所述的那些流成形板。陽極160位于板705下方。板705之上為流轉向器315，例如關于圖3A和圖3D所述。在這個圖中，流轉向器中的通風孔或間隙在圖式的右側上并且因此如最大點線箭頭所示賦予從左到右的橫向流。一系列較小的垂直箭頭指示穿過板705中垂直定向通孔的流。在板705下方也有一系列電解液入口流端口710，其將電解液引入板705下方的腔室中。在這個圖中，不存在隔離陽極電解液腔室與陰極電解液腔室的膜，但其也可包括在這些鍍敷單元中而不背離本發(fā)明的范圍。

在這個實例中，流端口710圍繞單元155的內壁徑向分布。在某些實施例中，為了增強越過晶片鍍敷表面的橫向流，一個或一個以上這些流端口經阻塞，例如，最接近晶片、板705和流轉向器315之間所形成的假腔室中的通風孔或間隙的右手側上的流端口(如所示)。以此方式，盡管允許撞擊流穿過板705中的所有通孔，但距假腔室中的間隙或通風孔最遠的左側的壓力較高并且因此越過晶片表面的橫向流(在這個實例中以從左到右流動展示)得以增強。在某些實施例中，經阻塞流端口圍繞與流轉向器的分段部分的方位角至少相等的方位角定位。在一個特定實施例中，流成形板下方的電解液腔室的圓周的90°方位角區(qū)段上的電解液流端口經阻塞。在一個實施例中，這個90°方位角區(qū)段與流轉向器環(huán)面的開放片段對準。

在其它實施例中，一個或一個以上電解液入口流端口經配置以促使距通風孔或間隙最遠的流轉向器部分下方區(qū)域(在圖7B中由Y指示)中的壓力較高。在一些情況下，簡單地用物理方式阻塞(例如，經由一個或一個以上切斷閥)所選入口端口比設計具有特定配置電解液入口端口的單元更便利且靈活。這種情況真實存在，因為流成形板和相結合的流轉向器的配置可隨不同所需鍍敷結果而變化并且因此能夠更靈活地改變單個鍍敷單元上的電解液入口配置。

在其它實施例中，在阻塞或不阻塞一個或一個以上電解液入口端口的情況下，擋板、隔板或其它物理結構經配置以促使距通風孔或間隙最遠的流轉向器部分下方區(qū)域中的壓力較高。舉例來說，參看圖7C，隔板720經配置以促使距通風孔或間隙最遠的流轉向器部分下方區(qū)域(在圖7C中以Y指示)中的壓力較高。圖7D為不具有組合件101、流轉向器315或流成形板705的鍍敷單元155的俯視圖，其展示隔板720促使源自端口710的電解液流匯合在區(qū)域Y處并且因此增加所述區(qū)域(同上)中的壓力。所屬領域的一般技術人員應了解，物理結構可以多種不同方式定向，例如具有水平、垂直、傾斜或其它元件以引導電解液流以產生如所述的較高壓力區(qū)域并且因此在剪切流向量大體上均勻的假腔室中促成越過晶片表面的橫向流。

一些實施例包括與流成形板和流轉向器組合件結合的電解液入口流端口，其經配置以增強橫向流。圖7E描述鍍敷設備725的組件的橫截面，其用于將銅鍍敷在晶片145上，所述晶片145由組合件101固持、定位并旋轉。設備725包括鍍敷單元155，其為雙腔室單元，具有含銅陽極160和陽極電解液的陽極腔室。陽極腔室與陰極腔室由陽離子膜740分隔，所述陽離子膜740由支撐膜735支撐。鍍敷設備725包括如本文所述的流成形板410。流轉向器325位于流成形板410之上，并且?guī)椭a生如本文所述的橫向剪切流。經由流端口710將陰極電解液引入陰極腔室(在膜740上方)中。從流端口710，陰極電解液通過如本文所述的流板410并且在晶片145的鍍敷表面上產生撞擊流。除了陰極電解液流端口710之外，另一流端口710a在其距流轉向器325的通風孔或間隙最遠的位置處的出口處引入陰極電解液。在這個實例中，流端口710a的出口以流成形板410中的通道形式形成。功能性結果在于將陰極電解液流直接引入流板與晶片鍍敷表面之間所形成的假腔室中以增強越過晶片表面的橫向流并且從而標準化晶片(和流板410)的流向量。

圖7F描述與圖2C中類似的流動圖，但在這個圖中描述流端口710a(根據圖7E)。如圖7F中所見，流端口710a的出口跨越流轉向器325的內圓周的90度。所屬領域的一般技術人員應了解，端口710a的尺寸、配置和位置可在不脫離本發(fā)明范圍的情況下變化。所屬領域的技術人員也應了解，等效配置應包括在流轉向器325中具有自端口或通道的陰極電解液出口和/或與例如圖7E中所述的通道(在流板410中)組合。其它實施例包括在流轉向器的(下部)側壁(亦即最接近流成形板頂面的側壁)中的一個或一個以上端口，其中一個或一個以上端口位于流轉向器中與通風孔或間隙相對的一部分中。圖7G描述與流成形板410組裝的流轉向器750，其中流轉向器750具有陰極電解液流端口710b，其與流轉向器之間隙相對自流轉向器供應電解液。例如710a和710b等流端口可以相對于晶片鍍敷表面或流成形板頂面的任何角度供應電解液。一個或一個以上流端口可傳遞撞擊流到晶片表面和/或橫向(剪切)流。

在一個實施例中，例如如關于圖7E-G中所述，如本文所述的流成形板與例如關于圖3A-3D所述的流轉向器結合使用，其中經配置以增強橫向流(如本文所述)的流端口也與流板/流轉向器組合件一起使用。在一個實施例中，流成形板具有非均勻孔分布，在一個實施例中，流成形板具有螺旋形孔圖案。

流成形板中的成角度孔

增加橫向流并且從而在高速率鍍敷方案中實現(xiàn)更均勻鍍敷的另一種方式在于在流成形板中使用成角度孔定向。也就是說，流成形板具有非連通通孔(如上所述)并且其中孔維度相對于所述孔延伸穿過的頂部和底部平行表面成角度。這說明于圖8A中，其描述組合件800。流成形板805中的通孔成角度并且因此撞擊于晶片145表面上的電解液流以非法線角度沖擊并且因此賦予旋轉晶片中心處以剪切。關于具有這種成角度定向的流成形板的其它細節(jié)提供于2010年7月2日申請的美國臨時專利申請案第61/361,333號中，所述申請案以引用的方式并入本文中。

圖8B是展示當使用具有6000或9000個成角度通孔的流成形板，優(yōu)化流速并且各自具有90rpm晶片旋轉時，鍍敷厚度關于用銅鍍敷的300mm晶片上的徑向位置而變化的圖。如根據數(shù)據可見，當使用具有6000個孔的流板時在24lpm下，鍍敷不如以下情況均勻：例如當板具有9000個孔并且通過板的流速為6lpm時。因此，當使用具有成角度通孔的流成形板時，可優(yōu)化孔數(shù)目、流速等以獲得足夠剪切流從而獲得越過晶片表面的均勻鍍敷。圖8C是展示當使用具有成角度通孔的流成形板用銅鍍敷時，沉積速率相對于200mm晶片上的徑向位置的圖。在6lpm下的均勻性大于12lpm下的均勻性。這證明通過使用具有成角度通孔的流成形板，可調節(jié)越過晶片的質量傳遞以補償晶片中心處的低鍍敷速率。成角度通孔流成形板在廣泛多種邊界層條件下產生顯著均勻的鍍敷條件。

槳式剪切單元實施例

圖9A描述另一種實施例，其中使用旋轉槳900來增加對流并且在緊鄰旋轉晶片下方的晶片表面處的電解液中產生剪切，因此在高速率鍍敷條件下提供改良的質量傳遞。在這個實施例中，提供槳輪900作為具有交織槳的軸(參看圖9B)。在這個實施例中，槳輪900安裝在底座905上，底座905集成到鍍敷腔室中，其中在鍍敷期間槳輪與晶片145的鍍敷表面最接近。這使得對流增加，并且在一些情況下在晶片表面處存在大量剪切與湍流，并且因此在高速率鍍敷方案中存在充分質量傳遞。底座905具有多個孔910，以允許電解液流過。在底座905的右下方是驅動具有槳輪900的軸的驅動機構。槳組合件包括以組合件形式安裝在底座上的反向旋轉葉輪。具有槳組合件的底座是在例如晶片與用于隔離陰極腔室與陽極腔室的陽離子膜之間配合的模塊單元。因此槳組合件在陰極電解液中緊鄰晶片鍍敷表面定位，以在晶片表面處在電解液中產生剪切流。

襯底相對于流成形板的軌道或平移運動

圖10描述使用軌道運動來影響晶片表面中心軸處的改良剪切流的實施例。在這個實例中，使用鍍敷腔室，其中所述鍍敷腔室具有足夠直徑以當組合件101在電解液中沿軌道運行時容納組合件101。也就是說，在鍍敷期間固持晶片的組合件101不僅沿Z軸(如所述)順時針及逆時針旋轉，而且沿X軸和/或Y軸具有平移運動。以這種方式，晶片中心相對于晶片表面的其余部分不經歷流板上較小剪切區(qū)域或湍流。在一個實施例中，電鍍設備的用于施加剪切力的機構包括以將襯底鍍敷面的旋轉軸移動到關于流成形元件的新位置的方向移動流成形元件和/或襯底的機構。

如所屬領域的技術人員將了解，可以眾多方式實施軌道運動?；瘜W機械拋光設備提供良好類似物并且許多用于CMP的軌道系統(tǒng)可在良好作用下用于本發(fā)明。

作為流成形板的零件的離軸旋轉元件

在一個實施例中，電鍍設備的用于施加剪切力的機構包括用于旋轉襯底和/或流成形元件的機構，其經配置以相對于所述流成形元件逆轉襯底的旋轉方向。然而，在某些實施例中，電鍍設備的用于施加剪切力的機構包括用于旋轉位于流成形元件與襯底鍍敷面之間的離軸剪切板以越過襯底鍍敷面的旋轉軸產生電解液流的機構。圖11A描述組合件1100包括例如流成形板1105與嵌埋于流成形板1105中或與流成形板1105連接的可旋轉圓盤1110的實施例。圓盤1110可在中心軸上自由旋轉，并且在這個實例中由在流板與在流板1105和可旋轉圓盤1110上旋轉數(shù)毫米的晶片(未圖示)之間的間隙中產生的成角度旋轉并移動的流體驅動。在一些實施例中，可旋轉圓盤通過與間隙中及可旋轉圓盤平坦表面上的流體剪切耦合而簡單移動(旋轉)。在其它實施例中存在一組電解液流耦合肋，其在這個實例中位于圓盤1110中的凹陷1115中(但也可在流板的板上方)并且輔助誘導旋轉運動。因此，在這個實施例中，除了來自板上晶片和圓盤本身的旋轉之外，無需驅動圓盤旋轉的外部機構。這個實施例可與流轉向器實施例組合，以在晶片中心與其它位置處產生較大流剪切條件，以及使例如僅由晶片旋轉造成的任何上游-下游流誘導的鍍敷非均勻性降到最小。

在所述實施例中，圓盤1110經配置以使得其表面積的至少一部分位于晶片145的中心區(qū)域下方。因為圓盤1110在鍍敷期間旋轉，所以在接近晶片中心處的區(qū)域中產生側向流并且因此在高速率鍍敷方案中實現(xiàn)均勻鍍敷的改良質量傳遞。盡管在不存在可旋轉圓盤1110的情況下，通過流板1105上方旋轉晶片的運動通常在晶片表面(除晶片中心以外)處產生剪切，但在使用圓盤的實施例中，通過可旋轉圓盤或類似元件相對于大體上位置非移動性晶片的相對運動在晶片中心處產生流體剪切。在關于可旋轉圓盤1110的這個實例中，流板與可旋轉圓盤中的通孔與晶片的鍍敷表面呈法線方向(或大體上法線方向)并且具有相同尺寸和密度，但并不限于此。在某些實施例中，在旋轉圓盤的區(qū)域中，板中和旋轉圓盤中的個別流孔的總和在長度上等于板中旋轉圓盤所處區(qū)域外部的孔總和。這種構造確保在流板/旋轉圓盤元件的這兩個區(qū)域中對電流的離子電阻性大體上相等。在可旋轉圓盤的底面與流板之間典型地存在較小的垂直間隔或間隙以容納小支架的存在和/或確保旋轉圓盤自由移動并且不在流板表面上摩擦。此外，在一些實施例中，最接近晶片的這兩個元件的頂面經布置以大體上距晶片相同的總體高度或距離。為滿足這兩種條件，在流板下表面下方突出的流成形板中可能存在其它材料區(qū)段。

在另一個實施例中，使用例如關于圖4所述的成角度通孔，其單獨存在或與法線定向的通孔組合。

在一個實施例中，圓盤1110是以例如與關于圖9A-B所述的槳類似的方式以機械方式驅動。所述圓盤也可通過對圓盤內或圓盤上所含的磁體施加隨時間變化的磁場或電場來驅動，或可通過旋轉晶片固持器和旋轉圓盤中所含的內部元件以磁性方式耦合。在所述后者情況下，作為具體實例，晶片外圍中固持并旋轉蛤殼的一組相等間隔的磁體與旋轉圓盤1110中所嵌埋的一組相應磁體產生耦合。隨著晶片固持器中的磁體圍繞晶片和單元的中心運動/旋轉，其驅動圓盤以與晶片/固持器相同的方向運動。個別磁體最終與圓盤中的個別磁體進一步遠離，因此其經最強耦合，但圓盤與晶片固持器中的另一對磁體彼此接近，因為其與晶片固持器/圓盤旋轉一起旋轉。此外，旋轉圓盤的運動可通過將其運動與進入單元內的流體流耦合來實現(xiàn)，從而消除對于腐蝕性電解液中的獨立發(fā)動機或電組件或額外運動零件的需求。圖11B是組合件1100的橫截面。

已預期產生中心剪切的其它類似設備和驅動機構并且視為在本發(fā)明的范圍內，因為其容易采用對本文所呈現(xiàn)原理的微小修改。作為另一個實例，不采用旋轉圓盤，而是可采用仍由運動晶片的誘導流、穿過流板孔的流體流或其它耦合外部構件驅動并且經布置以在晶片和單元的旋轉軸的往復偏心中旋轉的旋轉葉輪或運動螺旋槳。

E.處理鍍敷非均勻性的鍍敷方法

圖12描述根據本文所述的電鍍方法的工藝流程1200。晶片定位于晶片固持器中，參看1205。晶片和固持器任選地傾斜以成角度地浸在鍍敷單元電解液中，參看1210。接著使晶片浸在電解液中，參看1215。接著在剪切流體動力學條件下并且在電解液微射流撞擊在晶片鍍敷表面上的情況下開始電鍍，參看1220。接著方法完成。

如上所述，在一個實施例中，使用本文中已描述的流轉向器并且晶片和固持器傾斜以使得晶片和固持器的導向邊緣(傾斜組合件的下側)與流轉向器中的間隙(例如具有帶槽環(huán)形結構，所述槽構成通風孔或間隙的一部分)對準。以這種方式，在本文所述的所需間隙距離下，晶片固持器、晶片在浸漬期間可盡可能接近最終所需間隙距離并且因此無需以距流轉向器較大的距離浸漬并且隨后更緊密定位。

圖13展示使用本文所述的方法和設備鍍敷的結果，其中在鍍敷期間使用橫向剪切流來進行有效質量傳遞。兩條曲線展示在存在和不存在如本文所述的剪切流的情況下的結果。在晶片中心處不存在剪切流的情況下，異?；蚴СＲ约叭狈ψ銐蚣羟辛鳟a生如關于圖1所述的概況。但在存在如本文所述的剪切流的情況下，在使用如例如關于圖2A中所述的帶槽間隔型流轉向器的這個實例中，鍍敷沉積速率在晶片的鍍敷表面上大體上均勻。

一個實施例是一種在包括具有至少約2微米的寬度和/或深度的特征的襯底上電鍍的方法，所述方法包含：(a)將所述襯底提供到鍍敷腔室，所述鍍敷腔室經配置以容納電解液和陽極，同時將金屬電鍍到所述襯底上，其中所述鍍敷腔室包含：(i)襯底固持器，其固持所述襯底以使得在電鍍期間所述襯底的鍍敷面與所述陽極分離，以及(ii)流成形元件，其經成形且配置以在電鍍期間定位于所述襯底與所述陽極之間，所述流成形元件具有在電鍍期間大體上平行于所述襯底的所述鍍敷面且與所述鍍敷面分離約10毫米或更小的間隙的平坦表面，其中所述流成形元件具有多個孔；(b)在使所述襯底和/或流成形元件旋轉的同時且在所述襯底鍍敷面的方向上且在產生退出所述流成形元件的所述孔的至少約10cm/s的平均流速的條件下使電解液在電解單元中流動的同時，將金屬電鍍到所述襯底鍍敷表面上。在一個實施例中，電解液以約3cm/s或更大的速率在襯底的中心點處流過襯底的鍍敷面，且將剪切力施加于在所述襯底的所述鍍敷面處流動的電解液。在一個實施例中，以至少約5微米/分的速率在特征中電鍍金屬。在一個實施例中，當鍍敷到至少1微米的厚度時，電鍍在襯底的鍍敷表面上的金屬的厚度具有約10％或更好的均勻性。在一個實施例中，施加剪切力包含在致使襯底鍍敷面的旋轉軸移動到相對于流成形元件的新位置的方向上移動流成形元件和/或襯底。在一個實施例中，施加剪切力包含使位于流成形元件與襯底的鍍敷面之間的離軸剪切板旋轉以產生越過襯底鍍敷面的旋轉軸的電解液流。在另一實施例中，施加剪切力包含致使電解液朝向圍繞流成形元件的外圍提供的環(huán)結構中的間隙橫向流過襯底的面。在一個實施例中，襯底相對于流成形元件的旋轉方向在鍍敷期間交替。

在一個實施例中，流成形元件中的孔不在主體內形成連通通道，且其中大體上所有孔使得所述元件的面對所述襯底的所述表面的表面上的開口的主要尺寸或直徑不大于約5毫米。在一個實施例中，所述流成形元件是具有約6,000到12,000個孔的圓盤。在一個實施例中，所述流成形元件具有不均勻密度的孔，其中較大密度的孔存在于所述流成形元件的面對所述襯底鍍敷面的旋轉軸的區(qū)中。

本文描述的方法可用于電鍍鑲嵌特征、TSV特征和晶片級封裝(WLP)特征，例如再分配層、用于連接到外部線的凸塊和凸塊下金屬化特征。下文包含涉及本文描述的實施例的WLP鍍敷的進一步論述。

F.WLP鍍敷

本文描述的實施例可用于WLP應用。在WLP體系中待沉積的材料量相對大的情況下，鍍敷速度在WLP和TSV應用與鑲嵌應用之間不同，且因此鍍敷離子向鍍敷表面的有效質量傳遞是重要的。再者，WLP特征的電化學沉積可涉及鍍敷各種金屬組合，例如如上所述的鉛、錫、銀、鎳、金和銅的組合或合金。用于WLP應用的相關設備和方法在2010年12月1日申請的第61/418,781號美國臨時申請案中描述，所述美國臨時申請案以全文引用方式并入本文。

可在集成電路制造和封裝工藝中在各個點處采用電化學沉積程序。在IC芯片級下，通過在通孔和溝槽內電沉積銅以形成多個互連金屬化層來產生鑲嵌特征。如所指示，為此目的的電沉積工藝廣泛用于當前的集成制造工藝中。

在多個互連金屬化層上，開始芯片的“封裝”?？刹捎酶鞣NWLP方案和結構，且本文描述其中幾種。在一些設計中，第一種是再分配層(也稱為“RDL”)，其將上部層級觸點從結合墊再分配到各種凸塊下金屬化或焊料凸塊或球位置。在一些情況下，RDL線有助于使常規(guī)裸片觸點匹配于標準封裝的引腳陣列。此些陣列可與一個或一個以上界定的標準格式相關聯(lián)。RDL也可用以平衡封裝中的不同線上的信號遞送時間，所述線可能具有不同的電阻/電容/電感(RCL)延遲。應注意，RDL可直接提供在鑲嵌金屬化層之上或提供在形成于頂部金屬化層上的鈍化層上?？刹捎帽景l(fā)明的各種實施例來電鍍RDL特征。

在RDL上，封裝可采用“凸塊下金屬化”(或UBM)結構或特征。UBM是形成用于焊料凸塊的基底的金屬層特征。UBM可包含以下一者或一者以上：粘合層、擴散勢壘層和氧化勢壘層。鋁經常用作粘合層，因為其提供良好的玻璃-金屬結合。在一些情況下，層間擴散勢壘提供于RDL與UBM之間以阻擋例如銅擴散。舉例來說，可根據本文揭示的原理來電鍍的一種層間材料是鎳。

凸塊用于將外部線焊接或以其它方式附接到封裝。凸塊在倒裝芯片設計中用以產生比線結合技術中采用的芯片組合件小的芯片組合件。凸塊可能需要下伏的層間材料來防止例如來自凸塊的錫擴散到達下伏墊中的銅?？筛鶕景l(fā)明的原理來鍍敷層間材料。

另外且最近，可根據本文的方法和設備來電鍍銅柱以產生倒裝芯片結構和/或形成另一芯片或裝置的UBM和/或凸塊之間的接觸。在一些情況下，使用銅柱來減少焊料材料的量(例如減少芯片中的鉛焊料總量)，且實現(xiàn)當使用焊料凸塊時可實現(xiàn)的更嚴格的間距控制。

另外，在具有或不具有首先形成的銅柱的情況下，均可電鍍凸塊本身的各種金屬。凸塊可由高熔點鉛錫組合物(包含較低熔點的鉛錫共晶物)形成，和由例如錫銀合金等不含鉛的組合物形成。凸塊下金屬化的組件可包含金或鎳金合金、鎳和鈀的膜。

因此，應明了，可使用本文描述的發(fā)明來鍍敷的WLP特征或層在幾何形狀和材料方面都是異質群組。下文列出可根據本文描述的方法和設備來電鍍以形成WLP特征的一些材料實例。

1.銅：如所闡釋，可采用銅來形成柱，其可在焊料接合處下方使用。銅還用作RDL材料。

2.錫焊料材料：鉛錫－當前此元素組合的各種組合物包含IC應用中約90％的焊料市場。共晶材料通常包含約60％原子鉛和約40％原子錫。其相對容易鍍敷，因為兩個元素的沉積電位E₀s近似相等(相差約10mV)。錫銀－通常此材料含有少于約3％原子銀。挑戰(zhàn)是一起鍍敷錫和銀且維持適當濃度。錫和銀具有極為不同的E₀s(相差幾乎1V)，其中銀較貴重且先于錫而鍍敷。因此，即使在具有極低銀濃度的溶液中，銀也會優(yōu)先鍍敷且可從溶液快速耗盡。此挑戰(zhàn)表明鍍敷100％錫將是合意的。然而，元素錫具有六邊形密集晶格，這導致在不同結晶方向上形成具有不同CTE的晶粒。這可能在正常使用期間帶來機械故障。錫還已知形成“錫須”，這是已知會在鄰近特征之間產生短接的現(xiàn)象。

3.鎳：如所提到，此元素在UBM應用中主要用作銅擴散勢壘。

4.金

在一個實施例中，上文提到的電鍍特征是晶片級封裝特征。在一個實施例中，晶片級封裝特征是再分配層、用于連接到外部線的凸塊，或凸塊下金屬化特征。在一個實施例中，電鍍金屬是選自由以下各項組成的群組：銅、錫、錫鉛組合物、錫銀組合物、鎳、錫銅組合物、錫銀銅組合物、金，及其合金。

雖然已出于清楚理解的目的詳細描述了上述發(fā)明，但將明了，在所附權利要求書的范圍內可實踐特定的改變和修改。因此，本發(fā)明實施例應視為說明性而不是限制性的，且本發(fā)明不限于本文給出的細節(jié)，而是可在權利要求書的范圍和均等物內進行修改。