[发明专利]用于在镍电镀槽液中保持pH值的装置和方法

说明书

本文涉及用于在镍电镀槽液中保持pH值的装置和方法，具体公开了一种在半导体衬底上电镀镍的电镀系统，该系统具有用于在电镀期间容纳电解质溶液的电镀单元，该电镀单元包括阴极室和被配置成固定镍阳极的阳极室，且具有除氧设备，除氧设备被配置成在电镀期间以及在所述系统不进行电镀时的闲置时间内在电解质溶液流到阳极室时减小电解质溶液中的氧气浓度。本文还公开了在具有阳极室和阴极室的电镀单元中在衬底上电镀镍的方法，所述方法包括：减小电解质溶液中的氧气浓度；使电解质溶液流入所述阳极室并接触所述室中的镍阳极；并且从电解质溶液电镀镍到阴极室中的衬底上，其中阴极室中的电解质溶液维持在约3.5与4.5之间的pH。

技术领域

本发明总体上涉及电镀领域，具体涉及用于在镍电镀槽液中保持pH值的装置和方法。

背景技术

氨基磺酸镍槽液是在许多先进镀镍应用，例如，各种晶片级封装(WLP)应用和要求低应力薄膜的各种工程应用中采用的普通电解质配方。这些槽液通常由溶解的氨基磺酸镍盐、硼酸组成，在一些配方中，还包括用于改变沉积表面和应力性能的少量的一种或多种电镀添加剂(例如，糖精作为薄膜应力释放剂和增白剂)。在一些系统中，特别是当未使用含硫的镍去极化阳极时，添加氯离子以帮助并维持镍阳离子的适当溶解。通常，这些槽液的目标酸度pH是在约3.0至约5.0的宽泛范围内，并且有时候在更严格的3.5至4.5的范围内。

在典型的镀镍工艺流程中，例如在典型的晶片级封装(WLP)应用中采用的镀镍工艺流程中，在每个氨基磺酸镍槽液中依次电镀多个半导体晶片。由于槽液成分的偏差会在电镀的镍层中导致劣质电镀、不良的工艺性能和潜在缺陷，理想的是，每个晶片在基本上相同的工艺条件(随着时间变化相对不变并且在电镀多个晶片时保持恒定)下进行电镀。然而，在实施过程中，在氨基磺酸镍槽液中维持恒定的工艺条件会面临重大挑战。

发明内容

本文公开了在半导体衬底上电镀镍的电镀系统。所述系统可以包括电镀单元(cell)，所述电镀单元被配置成在电镀期间容纳电解质溶液，所述电镀单元包括用于在电镀期间固定晶片的晶片夹具、阴极室以及被配置成在电镀期间固定镍阳极的阳极室，并且所述系统还可以包括除氧设备，所述除氧设备被配置成在电镀期间以及在所述系统不进行电镀时的闲置时间期间在所述电解质溶液流到所述阳极室时减小所述电解质溶液中的氧气浓度。在一些实施方式中，所述系统的电镀单元可以进一步包括多孔隔板，所述多孔隔板在所述阳极室与所述阴极室之间，所述多孔隔板在电镀期间允许离子电流通过，但是抑制电解质溶液通过。在一些实施方式中，所述多孔隔板能维持所述阳极室与所述阴极室之间的氧气浓度差，并且在一些实施方式中，多孔隔板可以是基本上不含离子交换位点的多微孔膜。

在一些实施方式中，在所述电镀系统不进行电镀的一些或所有闲置时间内，所述电解质溶液保持流到所述阳极室。在一些实施方式中，除氧设备可以被配置成在一些或所有闲置时间内减小流到阳极室的电解质溶液中的氧气浓度。在一些实施方式中，所述除氧设备可以被配置成在一些或所有闲置时间内将流到所述阳极室的电解质溶液中的氧气浓度减小到使得所述电解质溶液的pH在闲置时间内在接触所述镍阳极时不会明显增大的水平。在一些实施方式中，所述除氧设备被配置成减小所述电解质溶液中的氧气浓度到约1PPM或更小的水平。在一些实施方式中，除氧设备被配置成减小电解质溶液中的氧气浓度到约0.5PPM或更小的水平。在一些实施方式中，所述电镀系统被配置成在电镀镍到所述衬底上的同时使所述电解质溶液暴露于大气。

在一些实施方式中，所述电镀系统可以进一步包括：所述阳极室的流体入口；所述阳极室的流体出口；以及阳极室再循环回路，该阳极室再循环回路与所述流体入口和所述流体出口连接上，并且被配置成在电镀镍到所述衬底上时使所述电解质溶液流过所述阳极室。在一些实施方式中，所述电镀系统可以进一步包括位于所述电镀单元外部用于容纳电解质溶液的槽液(bath)贮存器，所述槽液贮存器包括流体入口和流体出口，该流体入口和该流体出口与所述阳极室再循环回路连接上。在一些实施方式中，所述除氧设备包括在所述阳极室再循环回路中位于所述阳极室上游并且位于所述槽液贮存器下游的除气器。