[发明专利]用金属电化学填充高纵横比的大型凹入特征的方法、水溶液电镀槽溶液、电镀设备以及系统

权利要求书

1.一种用金属电化学填充高纵横比的大型凹入特征并且不会在衬底的场区上沉积厚的金属层的方法，所述方法包含：

(a)提供具有高纵横比的大型凹入特征的衬底到电镀设备，其中所述凹入特征具有至少约1μm的直径或宽度和至少约5∶1的纵横比，和；

(b)通过使所述衬底与包含(i)金属离子和(ii)经配置以抑制金属在所述场区内沉积的有机双态抑制剂(DSI)的电镀液接触，同时在电位控制条件下对所述衬底加电性偏压，将金属电镀于所述凹入特征中，其中在填充所述特征后，沉积在所述场上的金属层厚度与沉积在所述特征内的金属层厚度的比率不大于约0.05。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属为铜。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述凹入特征为穿硅通孔(TSV)。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述凹入特征具有至少约15∶1的纵横比。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在电位控制条件下对所述衬底加电性偏压包含控制所述电位，使得其不超过在所选电镀条件下所述双态抑制剂的临界电位。

6.根据权利要求1所述的方法，其中使用位于所述衬底附近的参考电极来控制所述电位。

7.根据权利要求1所述的方法，其中使用位于所述衬底附近的参考电极控制所述电位，其中所述参考电极为包含与所电镀相同的金属的未极化金属电极。

8.根据权利要求1所述的方法，其中使用位于所述衬底附近的参考电极控制所述电位，其中将所述参考电极浸入实质上不含所述DSI添加剂的溶液中。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述双态抑制剂抑制所述场区中的电流到小于约2mA/cm²。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述双态抑制剂的所述临界电位相对于开路电位为至少约-0.15V。

11.根据权利要求1所述的方法，其中在接近所述临界电位下，所述电流每1mV增加至少0.1mA/cm²。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀液包含浓度为至少约40g/L的铜离子。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀液进一步包含浓度为至少约40g/L的硫酸和/或甲烷磺酸。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀液进一步包含选自由MSA、SPS和DPS组成的群组的电镀加速剂。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀液进一步包含选自由PEG和PEO组成的群组的电镀抑制剂。

16.根据权利要求1所述的方法，其中所述DSI化合物为季铵盐，其具有至少一个含至少7个碳原子的烷基或芳烷基取代基。

17.根据权利要求1所述的方法，其中所述DSI化合物选自由苯甲烃铵(benzalkonium)盐、通佐胺(thonzonium)盐、十二烷基三甲基铵盐和BDHAC组成的群组。

18.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀在约20℃与60℃之间的温度范围下进行。

19.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含通过来自所述衬底的电流响应确定电镀终点。

20.根据权利要求1所述的方法，其中在所述衬底与所述电镀液接触后约1秒内即对所述衬底加电性偏压。

21.根据权利要求1所述的方法，其中在电镀期间所述衬底在约5rpm至120rpm之间旋转。

22.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在电镀期间使所述衬底旋转，并且在电镀期间降低所述衬底的旋转速率。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述加电性偏压与所述在电镀期间控制所述电位包含：(i)确定施加于所述电镀槽的可建立等效电位控制条件的电流波形，和(iii)在电镀期间将所述电流波形施加于所述衬底。

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀液实质上不含氯化物。

25.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀液包含一种以上DSI化合物。