CN102234830A - 电镀装置及于基板上电镀导电层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明一实施例提供一种电镀装置及于基板上电镀导电层的方法，其中电镀装置包括：基座，用以承载承载基板及设置于承载基板上的待电镀基板，其中待电镀基板上具有图案化材料层，图案化材料层具有至少一开口，露出待电镀基板上的待电镀区，以及密封环，用于设置于待电镀基板上以将电镀液局限于待电镀区之上，其中密封环包括至少一凸出部分，用以接触承载基板以阻挡电镀液溢流至基座上。通过密封环的设置而使密封环上的凸出部抵住并接触承载基板，可有效阻挡电镀液的溢流。尤其，当承载基板所设置的待电镀基板中因需形成穿基底导电结构而薄化时，确实且有效地避免电镀工艺所用的电镀液渗透至基座更形重要。

Description

电镀装置及于基板上电镀导电层的方法

技术领域

本发明涉及电镀装置，且特别涉及电镀装置中的密封环。

背景技术

在半导体集成电路的制作中，金属导线层用以形成半导体晶片中各种元件之间的内连线。电镀工艺为用以形成金属导线层的方法之一。例如，可通过电镀工艺而于半导体晶片上形成所需的导电图案，其例如是图案化铜层。

为了增进半导体元件的可靠度与良率，改良电镀装置以减低电镀工艺期间对半导体元件造成伤害的风险成为重要课题。

发明内容

本发明一实施例提供一种电镀装置，包括基座，用以承载承载基板及设置于承载基板上的待电镀基板，其中待电镀基板上具有图案化材料层，图案化材料层具有至少一开口，露出待电镀基板上的待电镀区，以及密封环，用于设置于待电镀基板上以将电镀液局限于待电镀区之上，其中密封环包括至少一凸出部分，用以接触承载基板以阻挡电镀液溢流至基座上。

本发明一实施例提供一种于基板上电镀导电层的方法，包括提供待电镀基板，于待电镀基板上形成图案化材料层，图案化材料层具有至少一开口，露出待电镀基板上的待电镀区，提供承载基板，并将待电镀基板设置于承载基板上，将承载基板及待电镀基板设置于基座上，将密封环设置于待电镀基板上，其中密封环包括至少一凸出部分，使凸出部分接触承载基底，于待电镀区上提供电镀液，其中密封环将电镀液局限于待电镀区之上，且凸出部分阻挡电镀液溢流至基座上，以及对待电镀区施加电压而于待电镀区上形成导电层。

在本发明电镀装置中，通过密封环的设置而使密封环上的凸出部抵住并接触承载基板，可有效阻挡电镀液的溢流。尤其，当承载基板所设置的待电镀基板中因需形成穿基底导电结构而薄化时，确实且有效地避免电镀工艺所用的电镀液渗透至基座更形重要。采用本发明实施例的电镀装置来于待电镀基板(例如，薄化后的晶片)上形成导电层，可使所形成元件的良率与可靠度提升。

附图说明

图1显示发明人所知的一种电镀装置的剖面示意图。

图2显示根据本发明一实施例的电镀装置的剖面示意图。

图3A-图3F显示根据本发明一实施例于基板上电镀导电层的一系列工艺剖面示意图。

图4A-图4C显示根据本发明数个实施例的电镀装置的剖面示意图。

并且，上述附图中的附图标记说明如下：

10、20、40、50、60～电镀装置；

100、200、300、400～待电镀基板；

102、202、302、402～承载基板；

104、204、304、404～基座；

106、206、306、406～材料层；

108、108a、208、208a、308、308a、408～电镀液；

110、210、310、410～密封环；

110a、110b、210a、210b、210c、310a、310b、310c、410a、410c～凸出部；

112、212、312、412～导电电极；

300a、300b～表面；

307～开口；

322～绝缘层；

324～孔洞；

324’～穿孔；

326～导电插塞；

328～晶种层；

330～导电层。

具体实施方式

以下，将详细讨论本发明实施例的形成与使用方式。然应注意的是，实施例提供许多可应用于广泛应用面的发明特点。所讨论的特定实施例仅为举例说明制作与使用本发明实施例的特定方式，不可用以限制本发明实施例的范围。

此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不一定代表所讨论的不同实施例和/或结构之间具有任何关连性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一或更多其他材料层的情形。且在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，以简化或是方便标示。再者，图中未绘示或描述的元件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式。

图1显示发明人所知的一种电镀装置的剖面示意图。然而，应注意的是，其并非为用以判定本发明的可专利性的现有技术，仅用以显示发明人所发现的问题。

如图1所示，电镀装置10包括用以承载待电镀基板100的基座104。待电镀基板100例如为硅晶片，其厚度可介于约1微米至约800微米之间。当待电镀基板100的厚度较薄时，可将其承载于承载基板102之上以方便后续工艺的进行。

如图1所示，在待电镀基板100上可形成有一图案化材料层106，其例如是一光致抗蚀剂层。图案化材料层106可具有一开口(未显示)，其露出待电镀基板100的待电镀区(未显示)。

为了于待电镀基板100上电镀所需的导电层，可于待电镀基板100上设置密封环110。在图1的实施例中，密封环110围绕待电镀基板100的待电镀区而设置，而可将电镀所需的电镀液108局限于待电镀区之上。密封环110包括凸出部110a及110b，用以分别抵住图案化材料层106及待电镀基板100，并避免电镀液108溢流至基座104。此外，电镀装置10还可包括导电电极112，其例如为一导电探针。导电电极112与待电镀基板100上的待电镀区电性连接，可用以对待电镀区施加电压，并使电镀液108中的导电离子还原并沉积于待电镀区上而形成所需的导电层。

然而，本申请发明人发现，在电镀一段时间之后，电镀液108可能会穿越密封环110的阻挡而溢流至基座104。如图1所示，部分的电镀液108a溢流至基座104上。其中，部分的电镀液108a可能渗入承载基板102与基座104之间的界面处而增加承载基板102与基座104彼此间的粘着力。当电镀工艺完成而需将承载基板102连同其上的待电镀基板100自基座104取下时，因承载基板102与基座104彼此间的粘着力增加而需施加较大力量方能使承载基板102与基座104分离。在此情形下，待电镀基板100易因受到外力的弯折而使内部的线路和/或元件受到破坏。

为了避免如图1实施例所述的情形发生，本发明实施例提供一种电镀装置，其具有特殊设计的密封环，可有效避免和/或减少电镀液溢流至基座所造成的各种问题。以下，将配合附图说明本发明实施例的电镀装置。

图2显示根据本发明一实施例的电镀装置的剖面示意图。如图2所示，电镀装置20包括用以承载待电镀基板200的基座204。待电镀基板200可为半导体晶片(例如硅晶片)其厚度可介于约1微米至约800微米之间。当待电镀基板200的厚度较薄时(例如约1微米至约100微米)，可将其承载于承载基板202之上以方便后续工艺的进行。

承载基板202可包括(但不限于)半导体材料或绝缘材料。在一实施例中，承载基板202的尺寸大于待电镀基板200。例如，当待电镀基板200为一晶片时，承载基板202可为一直径较大的晶片或玻璃基板等。

如图2所示，在待电镀基板200上可形成有一图案化材料层206，其例如是一光致抗蚀剂层。图案化材料层206可具有一开口(未显示)，其露出待电镀基板200的待电镀区(未显示)。然应注意的是，图案化材料层206不限于为光致抗蚀剂层。在其他实施例中，图案化材料层206可为介电层、导电层、或其他材料层。

为了于待电镀基板200上电镀所需的导电层，可于待电镀基板200上设置密封环210。密封环210的材质例如包括(但不限于)绝缘材料。在一实施例中，密封环210的材质可包括具有弹性、抗酸碱腐蚀的绝缘材料，例如是丁腈橡胶(Nitrile Butadiene Rubber，NBR)、氢化丁腈橡胶(HNBR)、氟素橡胶(FKM)、或全氟化橡胶(FFKM)。在图2的实施例中，密封环210围绕待电镀基板200的待电镀区而设置，而可将电镀所需的电镀液208局限于待电镀区之上。在图2的实施例中，密封环210经特殊设计而包括至少一凸出部210c。凸出部210c用以接触并抵住承载基底202而可避免电镀液208溢流至基座204。

此外，密封环210还可选择性包括至少一凸出部210a及至少一凸出部210b，用以分别接触并抵住图案化材料层206及待电镀基板200，可进一步避免电镀液208溢流至基座204。在图2的实施例中，由于密封环210的凸出部210c接触并抵住承载基底202，即使部分的电镀液208a溢流至承载基底202之上，接触并抵住承载基底202的凸出部210c可有效阻挡溢流的电镀液208a，可避免电镀液208a溢流至基座204。因此，当电镀工艺完成而需将承载基板202连同其上的待电镀基板200自基座204取下时，因承载基板202与基座204彼此间的界面未渗入电镀液208a，在此情形下，可轻易地将承载基板202及待电镀基板200取下，避免待电镀基板100受到外力的弯折而使内部的线路和/或元件受到破坏。

此外，电镀装置20还可包括导电电极212，其例如为一导电探针。导电电极212与待电镀基板200上的待电镀区电性连接，可用以对待电镀区施加电压，并使电镀液208中的导电离子还原并沉积于待电镀区上而形成所需的导电层。例如，在一实施例中，导电电极212与待电镀区上所预先形成的晶种层电性连接。在一实施例中，导电电极212可为密封环210的一部分。在另一实施例中，导电电极212非密封环210的一部分而不与密封环210相连。

图3A-图3F显示根据本发明一实施例于基板上电镀导电层的一系列工艺剖面示意图，其采用本发明实施例的电镀装置进行。

如图3A所示，提供待电镀基板300，其例如可为半导体晶片。在一实施例中，待电镀基板300中预先定义有一孔洞324，其自待电镀基板300的表面300a朝另一表面300b延伸。待电镀基板300上还形成有绝缘层322，其形成于表面300a上，并延伸于孔洞324的侧壁及底部上。在孔洞324中还填充有导电插塞326。在后续的研磨工艺之后，导电插塞326将成为待电镀基板300中的穿基底导电结构(through-substrate via，TSV)。绝缘层322的材质例如包括(但不限于)氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或前述的组合。导电插塞326的材质例如包括(但不限于)铜、铝、金、铂、钨、或前述的组合。

接着，如图3B所示，提供承载基板302，并将待电镀基板300设置于其上。例如，可于待电镀基板300的表面300a与承载基板302之间涂布粘着层(未显示)而将待电镀基板300固定于承载基板302之上。承载基板302可包括(但不限于)半导体材料或绝缘材料。

如图3C所示，接着自待电镀基板300的表面300b开始进行薄化工艺以薄化待电镀基板300而使导电插塞326露出。适合的薄化工艺例如是机械研磨或化学基械研磨等。在一实施例中，在待电镀基板300薄化之后，导电插塞326的一端凸出于待电镀基板300的表面300b。此外，在待电镀基板300薄化之后，原先形成于待电镀基板300中的孔洞324现已贯穿待电镀基板300而成为穿孔324’。

接着，如图3D所示，于表面300及露出的导电插塞326上形成晶种层328以方便后续电镀工艺的进行。晶种层328可例如以物理气相沉积法形成，其材质例如为铜。此外，晶种层328与待电镀基板300之间较佳形成有扩散阻障层(未显示)，其材质例如是Ti或TiN，可避免导电材料(例如，铜)扩散进入待电镀基板300，并可增加晶种层328与待电镀基板300之间的粘着性。

如图3D所示，在形成晶种层328之后，于待电镀基板300上形成图案化材料层306。图案化材料层306可包括介电层、导电层、绝缘层、光致抗蚀剂层或其他材料层。在一实施例中，图案化材料层306为一光致抗蚀剂层，且具有至少一开口307。开口307露出待电镀基板300上的一待电镀区(即，开口307中所露出的晶种层328所占区域)。图案化材料层306可避免在电镀工艺时，导电材料电镀沉积在待电镀基板300上不需形成导电层的区域。

接着，如图3E所示，将承载基板302及待电镀基板300设置于基座304之上。接着，将密封环310设置于待电镀基板300上。在图3E的实施例中，密封环310围绕待电镀基板300的待电镀区而设置，而可将电镀所需的电镀液308局限于待电镀区之上。密封环310经特殊设计而包括至少一凸出部310c。凸出部310c用以接触并抵住承载基底302而可避免电镀液308溢流至基座304。

此外，密封环310还可选择性包括至少一凸出部310a及至少一凸出部310b，用以分别接触并抵住图案化材料层306及待电镀基板300，可进一步避免电镀液308溢流至基座304。在图3E的实施例中，由于密封环310的凸出部310c接触并抵住承载基底302，即使部分的电镀液308a溢流至承载基底302之上，接触并抵住承载基底302的凸出部310c可有效阻挡溢流的电镀液308a，可避免电镀液308a溢流至基座304。

接着，可通过对待电镀基板300的待电镀区(即开口307底部的晶种层328之上)施加电源以使电镀液中的金属离子沉积还原于晶种层328之上。例如，可通过导电电极312而将电镀所需的电源施加至晶种层328。

因此，如图3F所示，可通过上述的电镀工艺而于待电镀区上形成出导电层330。接着，可选择性移除图案化材料层及其正下方的晶种层。当电镀工艺完成而需将承载基板302连同其上的待电镀基板300自基座304取下时，因承载基板302与基座304彼此间的界面未渗入电镀液308a。在此情形下，可轻易地将承载基板302及待电镀基板300取下，避免待电镀基板300受到外力的弯折而使内部的线路和/或元件受到破坏。

在一实施例中，本发明实施例的密封环包括多个凸出部，其分别与不同高度的表面接触以阻挡电镀液的溢流。然应注意的是，本发明实施例的密封环不限于此。例如，密封环的凸出部可为一体成型的连续结构。图4A-图4C显示根据本发明数个实施例的电镀装置的剖面示意图，其分别具有不同的密封环设计。

在图4A的实施例中，电镀装置40包括基座404及密封环410。基座404用以承载承载基板402及设置于其上的待电镀基板400，其中待电镀基板400上形成有图案化材料层406，其开口露出待电镀基板400上的待电镀区。电镀装置40还包括导电电极412，用以提供电镀导电层时所需的电源。电镀装置40的密封环410经特别设计，其凸出部410a除了接触承载基板402之外，还接触待电镀基板400及图案化材料层406，可有效避免电镀液408溢流至基座404上。

图4B显示另一实施例的电镀装置50，其结构与图4A的实施例相似，因此相同或相似的元件将采用相同或相似的标号标示。电镀装置50与40之间的主要差异在于密封环的设计。在电镀装置50中，密封环410包括凸出部410a及凸出部410c，其中凸出部410a接触待电镀基板400及图案化材料层406，而另一凸出部410c接触承载基板402。相似地，电镀装置50的密封环410可有效避免电镀液408溢流至基座404上。

图4C显示另一实施例的电镀装置60，其结构与图4A的实施例相似，因此相同或相似的元件将采用相同或相似的标号标示。电镀装置60与40之间的主要差异在于密封环的设计。在电镀装置60中，密封环410包括凸出部410a及凸出部410c，其中凸出部410a接触图案化材料层406，而另一凸出部410c接触待电镀基板及承载基板402。相似地，电镀装置60的密封环410可有效避免电镀液408溢流至基座404上。

如上所述，在本发明实施例的电镀装置中，通过密封环的设置而使密封环上的凸出部抵住并接触承载基板，可有效阻挡电镀液的溢流。尤其，当承载基板所设置的待电镀基板中因需形成穿基底导电结构而薄化时，确实且有效地避免电镀工艺所用的电镀液渗透至基座更形重要。采用本发明实施例的电镀装置来于待电镀基板(例如，薄化后的晶片)上形成导电层，可使所形成元件的良率与可靠度提升。

虽然本发明已以数个较佳实施例公开如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视随附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种电镀装置，包括：

一基座，用以承载一承载基板及设置于该承载基板上的一待电镀基板，其中该待电镀基板上具有一图案化材料层，该图案化材料层具有至少一开口，露出该待电镀基板上的一待电镀区；以及

一密封环，用于设置于该待电镀基板上以将一电镀液局限于该待电镀区之上，其中该密封环包括至少一凸出部分，用以接触该承载基板以阻挡该电镀液溢流至该基座上。

2.如权利要求1所述的电镀装置，其中该凸出部分接触该待电镀基板和/或该图案化材料层以阻挡该电镀液溢流至该基座上。

3.如权利要求1所述的电镀装置，其中该密封环还包括至少一第二凸出部，用以接触该待电镀基板以阻挡该电镀液溢流至该基座上。

4.如权利要求1或2所述的电镀装置，其中该密封环还包括至少一第三凸出部，用以接触该图案化材料层以阻挡该电镀液溢流至该基座上。

5.如权利要求1所述的电镀装置，其中该图案化材料层包括一光致抗蚀剂层。

6.如权利要求1所述的电镀装置，其中该待电镀基板包括一半导体晶片。

7.如权利要求6所述的电镀装置，其中该半导体晶片的厚度介于约1微米至约800微米之间。

8.如权利要求1所述的电镀装置，还包括一导电电极，电性连接该待电镀基板上的该待电镀区。

9.如权利要求1所述的电镀装置，其中该待电镀基板包括一穿基底导电结构。

10.一种于基板上电镀导电层的方法，包括：

提供一待电镀基板；

于该待电镀基板上形成一图案化材料层，该图案化材料层具有至少一开口，露出该待电镀基板上的一待电镀区；

提供一承载基板，并将该待电镀基板设置于该承载基板上；

将该承载基板及该待电镀基板设置于一基座上；

将一密封环设置于该待电镀基板上，其中该密封环包括至少一凸出部分，使该凸出部分接触该承载基底；

于该待电镀区上提供一电镀液，其中该密封环将该电镀液局限于该待电镀区之上，且该凸出部分阻挡该电镀液溢流至该基座上；以及

对该待电镀区施加电压而于该待电镀区上形成一导电层。

11.如权利要求10所述的于基板上电镀导电层的方法，其中该密封环还包括至少一第二凸出部，当使该凸出部分接触该承载基底时，该第二凸出部接触该待电镀基板以阻挡该电镀液溢流至该基座上。

12.如权利要求10或11所述的于基板上电镀导电层的方法，其中该密封环还包括至少一第三凸出部，当使该凸出部分接触该承载基底时，该第三凸出部接触该图案化材料层以阻挡该电镀液溢流至该基座上。

13.如权利要求10所述的于基板上电镀导电层的方法，其中当使该密封环的该凸出部分接触该承载基底时，该凸出部分接触该待电镀基板和/或该图案化材料层以阻挡该电镀液溢流至该基座上。

14.如权利要求10所述的于基板上电镀导电层的方法，其中该待电镀基板包括一穿基底导电结构。

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