[发明专利]电镀杯组件中的耐用低固化温度疏水涂层

说明书

技术领域

本公开涉及用于集成电路的镶嵌互连的形成，以及在集成电路制造过程中使用的电镀装置。

背景技术

电镀是集成电路(IC)制造时使用以沉积一或多层导电金属的常见技术。在一些制造工艺中，它被用于在不同衬底特征之间沉积一或多层铜互连件。用于电镀的装置通常包括电镀槽，电镀槽具有用于容纳电解液的室(有时称为镀浴)和设计来在电镀过程中保持半导体衬底的衬底保持器。在一些设计中，晶片保持器具有“抓斗”结构，在该“抓斗”结构中，衬底外围抵靠被称为“杯件”的环形结构安置。

在电镀装置的操作过程中，半导体衬底被浸入镀浴中使得衬底的至少一个镀表面暴露于电解液。与该衬底表面一起建立的一或多个电触头被用于驱动电流通过电镀槽并从电解液中可获得的金属离子将金属沉积到该衬底表面上。通常，电触头元件被用于形成衬底和充当电源的汇流条(bus bar)之间的电连接。

电镀时出现的一个问题是电镀液的潜在的腐蚀性。因此，在许多电镀装置中，出于防止电解液的泄漏以及防止其与电镀装置的除电镀槽的内部和指定用于电镀的衬底侧外的部件的接触的目的，唇状密封件被用在抓斗和衬底的交界处。

在电镀中所产生的另一个问题是杯底或抓斗结构的其他部分的意外电镀。杯底或抓斗结构的其他部分的任何电镀对电镀的工艺性能可能是有害的，这会导致整个衬底的不均匀的材料电镀或者甚至抓斗结构内的故障。

发明内容

一种电镀杯组件的杯底可包括覆盖有固体润滑剂涂层的非导电材料。固体润滑剂涂层可以是疏水性的和耐用的。固体润滑剂涂层可以在低于非导电材料的熔化温度的温度下固化，例如在约350°F和约500°F之间的温度下固化。固体润滑剂涂层可以是包括粘合剂聚合物和润滑剂聚合物在内的至少两种聚合物的混合物。在一些实现方案中，粘合剂聚合物可包括高性能或工程聚合物，而润滑剂聚合物可以包括含氟聚合物。在非导电杯底上的固体润滑剂涂层可以简化电镀杯组件的结构，并且甚至在涂层失灵的情况下能降低杯底镀覆的可能性。

本公开涉及用于在电镀过程中保持晶片、密封晶片以及提供电功率给晶片的杯组件。所述杯组件包括杯底，所述杯底被设定尺寸以保持所述晶片并且包括主体部分和径向向内突出的表面，其中所述杯底的所述主体部分包括涂覆有固体润滑剂涂层的非导电材料。所述杯组件还包括被布置在所述径向向内突出的表面上的弹性体密封件，其中所述弹性体密封件在被所述晶片施压时抵靠所述晶片密封以限定所述晶片的外围区域，在电镀过程中电镀液被实质上阻止进入所述外围区域。所述杯组件进一步包括被布置在所述弹性体密封件上或邻近所述弹性体密封件的电触头元件，其中所述电触头元件在所述弹性体密封件抵靠所述晶片密封时在所述外围区域中接触所述晶片使得在电镀过程中所述电触头元件可以提供电功率给所述晶片。

在一些实现方式中，所述固体润滑剂涂层在比所述非导电材料的熔化温度低的温度下是可固化的。在一些实现方式中，所述固体润滑剂涂层在介于约350°F和约500°F之间的温度下是可固化的。在一些实现方式中，所述固体润滑剂涂层包含粘合剂聚合物和润滑剂聚合物。所述粘合剂聚合物包含聚醚砜(PES)和聚苯硫醚(PPS)中的至少一种，并且所述润滑剂聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)和全氟烷氧基(PFA)中的至少一种。所述粘合剂聚合物在所述固体润滑剂涂层的固化温度下熔化，并且所述润滑剂聚合物在所述固体润滑剂涂层的固化温度下不会熔化。在一些实现方式中，所述杯底的全部或基本上全部由所述非导电材料制成。在一些实现方式中，所述杯底的非导电材料包括聚合材料。所述聚合材料包括聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)、PPS、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一种。在一些实现方式中，所述电镀液包含锡离子和银离子。

本公开还涉及制备用于在电镀过程中保持晶片、密封晶片和提供电功率给晶片的杯组件的方法。所述方法包括提供杯底，所述杯底被设定尺寸以保持所述晶片并且包括主体部分和径向向内突出的表面，其中至少所述主体部分包括非导电材料。所述方法还包括将弹性体密封件固定在所述径向向内突出的表面上，其中所述弹性体密封件在被所述晶片施压时抵靠所述晶片密封以限定所述晶片的外围区域，在电镀过程中电镀液被实质上阻止进入所述外围区域。所述方法还包括用固体润滑剂涂层涂覆所述主体部分的所述非导电材料。