一種晶圓電鍍裝置及電鍍方法與流程

本發明涉及半導體芯片制造技術領域，特別涉及一種晶圓電鍍裝置及電鍍方法。

背景技術：

半導體集成電路和其他半導體器件的生產過程中需要在晶圓表面上制作多種金屬層，從而達到電氣互聯等作用。電鍍是制作這些金屬層的關鍵工藝之一，晶圓電鍍是將晶圓置于電鍍液中，將電壓負極施加到晶圓上預先制作好的薄金屬層（種子層），將電壓正極施加到可溶解或不可溶解的陽極上，通過電場作用使得鍍液中的金屬離子沉積到晶圓表面。

隨著半導體技術的發展，越來越薄的種子層被應用于電鍍工藝。然而，薄種子層的應用會導致在種子層上電鍍金屬層的均勻性產生問題。為了提高晶圓的利用率，電鍍夾具的接電點通常都只與晶圓的最外邊緣的種子層接觸，晶圓中心的種子層與晶圓邊緣的種子層存在電壓差，且種子層越薄，壓差越大。這可能會導致晶圓中心區域的電鍍速率遠小于晶圓邊緣區域的電鍍速率，使得晶圓邊緣區域的鍍膜厚度大于晶圓中心區域的鍍膜厚度，從而影響工藝的均勻性。

進一步地，隨著電鍍過程的進行，種子層厚度被增加，從而導致晶圓中心與晶圓邊緣之間的電阻不斷變化，使得電鍍速率的差異是動態變化的，這樣就給問題的解決增加了更大的難度。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種晶圓電鍍裝置，通過下凹狀的隔膜將電鍍容器內的電鍍液分成上下導電率不同的上層電鍍液及下層電鍍液，使得晶圓表面邊緣區域與陽極之間的外側傳輸電阻大于晶圓表面中心區域與陽極之間的內側傳輸電阻，進而解決晶圓表面電場分布不均而影響電鍍均勻性的問題。

為達到上述目的，本發明提出了一種晶圓電鍍裝置，包括電鍍容器、晶圓、陽極、電鍍電源、隔膜及下拉元件；所述隔膜置于所述電鍍容器內，所述下拉元件拉緊所述隔膜，使所述隔膜呈下凹狀；所述隔膜的上方盛裝上層電鍍液，所述隔膜的下方盛裝下層電鍍液；所述晶圓浸沒于所述上層電鍍液中，所述陽極浸沒于所述下層電鍍液中；所述晶圓通過所述電鍍電源與所述陽極電連接，使得所述晶圓與所述陽極之間形成電鍍電場；其中，所述上層電鍍液的電導率大于所述下層電鍍液的電導率。

優選地，所述隔膜為陽離子膜。

優選地，所述下拉元件為拉簧。

優選地，所述晶圓電鍍裝置進一步包括上層第一供應源、下層第二供應源、下層壓力檢測元件及下層壓力調整裝置，所述上層電鍍液與所述上層第一供應源相連通，所述下層電鍍液依次與所述下層第二供應源、所述下層壓力檢測元件及所述下層壓力調整裝置相連通。

另外，本發明還提供一種上述晶圓電鍍裝置的電鍍方法，所述電鍍方法包括：

s001:將隔膜放置于電鍍容器內，并在隔膜的上方盛裝上層電鍍液，在隔膜的下方盛裝下層電鍍液；同時，將所述隔膜與與下拉元件相連接；

s002：將所述上層電鍍液與上層第一供應源相連通，將所述下層電鍍液依次與下層第二供應源、下層壓力檢測元件及下層壓力調整裝置相連通；

s003：將晶圓浸沒于所述上層電鍍液中，將陽極浸沒于所述下層電鍍液中；

s004：用電鍍電源分別連接晶圓及陽極，從而使得晶圓與陽極之間形成電鍍電場；其中，電鍍電源與晶圓的接觸點為晶圓的邊緣區域；

優選地，所述隔膜為陽離子膜。

優選地，所述下拉元件為拉簧。

優選地，在步驟s001中，所述所述上層電鍍液的電導率大于所述下層電鍍液的電導率。

優選地，所述電鍍方法進一步包括：

s005：啟動旋轉電機m帶動晶圓402旋轉。

優選地，所述電鍍方法進一步包括：

s006：通過所述下層壓力調整裝置調整下層電鍍液的壓力，使得所述隔膜的下凹度發生改變。

本發明的有益效果是：區別于現有技術的情況，本發明的晶圓電鍍裝置通過下拉元件將隔膜固定為下凹狀，并將隔膜上層及隔膜下層的電鍍液分成上下導電率不同的上層電鍍液及下層電鍍液，上層電鍍液的電導率大于下層電鍍液的電導率，使得晶圓表面邊緣區域與陽極之間的外側傳輸電阻大于晶圓表面中心區域與陽極之間的內側傳輸電阻，并通過旋轉電機帶動晶圓旋轉，從而實現了晶圓電鍍表面電場的均勻分布，解決了晶圓表面電場分布不均而導致電鍍鍍膜均勻性的問題。另外，本發明通過下層壓力調整裝置調整下層電鍍液的壓力，使得隔膜的下凹度發生改變，進而調整晶圓表面邊緣區域到陽極之間的外側傳輸電阻與晶圓表面中心區域到陽極之間的內側傳輸電阻的差值，即使晶圓表面種子層電阻在電鍍過程中不斷變化，也能實現晶圓表面電場的動態均勻分布，具有操作簡單、均勻性好、電鍍效率高等特點，有效地保證了電鍍過程中晶圓表面不同點的鍍膜速度及鍍膜厚度具有一致性。

附圖說明

圖1為現有技術中晶圓電鍍裝置的結構示意圖；

圖2為現有技術中晶圓電鍍裝置的電氣原理示意圖；

圖3為本發明晶圓電鍍裝置一實施例的結構示意圖；以及

圖4為本發明的電鍍方法的流程示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1及圖2，圖1為現有技術的晶圓電鍍裝置的結構原理示意圖，電鍍液1盛裝在電鍍容器3內，晶圓2和陽極5浸沒在電鍍液1中，電鍍電源6分別連接作為陰極的晶圓2和陽極5。為了提高晶圓2的利用率，現有技術中一般將晶圓2的邊緣區域作為陰極電流的接觸點，整個電路中的電氣原理示意圖如圖2所示，由于作為導電層的種子層存在電阻，因此晶圓2的邊緣區域與晶圓2的中心區域之間存在電阻ra，晶圓2的邊緣區域a點與陽極5之間存在電阻rb，晶圓2的邊緣區域另一點b點與陽極5存在電阻rd，晶圓2的中心區域c與陽極5之間存在電阻rc。若晶圓2與陽極5平行，理論上電阻rb、電阻rd、電阻rc是相同的，但是由于實際結構的誤差及電鍍液1各點流速、濃度等的差異，三者是有差別的。由于晶圓2上種子層的電阻ra分去了一部分電壓，因此整個電場4靠近晶圓2邊緣區域的地方比靠近晶圓2中心區域的地方密集。因此，電場4的不均勻分布造成晶圓2表面靠近邊緣區域的地方比靠近中心區域的地方電鍍沉積速度快，從而嚴重影響了電鍍工藝的均勻性。

如圖3所示，本發明提供一種晶圓電鍍裝置，包括電鍍容器103、晶圓102、陽極105、電鍍電源106、隔膜107及下拉元件108；隔膜107置于電鍍容器103內，下拉元件108拉緊隔膜107，使隔膜107呈下凹狀；隔膜107的上方盛裝上層電鍍液101a，隔膜107的下方盛裝下層電鍍液101b；晶圓102浸沒于上層電鍍液101a中，陽極105浸沒于下層電鍍液101b中；晶圓102通過電鍍電源106與陽極105電連接，使得晶圓102與陽極105之間形成電鍍電場104；其中，上層電鍍液101a的電導率大于下層電鍍液101b的電導率。

在本發明中，隔膜107為陽離子膜，陽離子可通過隔膜107補充上層電鍍液101a電鍍過程中消耗的陽離子。下拉元件108為拉簧，也可以為其他彈性元件，用于拉緊隔膜107使其保持下凹狀。

如圖3及圖4所示，晶圓電鍍裝置進一步包括上層第一供應源109、下層第二供應源110、下層壓力檢測元件111及下層壓力調整裝置112，上層電鍍液101a與上層第一供應源109相連通，下層電鍍液101b依次與下層第二供應源110、下層壓力檢測元件111及下層壓力調整裝置112相連通。在本發明中，上層電鍍液101a是由上層第一供應源109獨立提供的，下層電鍍液401b是由下層第二供應源110獨立提供，可以實現各個液體的充滿、釋放、更換、循環等。

另外，如圖4所示，本發明還提供一種上述晶圓電鍍裝置的電鍍方法，所述電鍍方法包括：

s001:將隔膜107放置于電鍍容器103內，并在隔膜107的上方盛裝上層電鍍液101a，在隔膜107的下方盛裝下層電鍍液101b；同時，將隔膜107與與下拉元件108相連接；其中，隔膜107為陽離子膜；下拉元件108為拉簧；上層電鍍液101a的電導率大于下層電鍍液101b的電導率。

s002：將上層電鍍液101a與上層第一供應源109相連通，將下層電鍍液101b依次與下層第二供應源110、下層壓力檢測元件111及下層壓力調整裝置112相連通；

s003：將晶圓102浸沒于上層電鍍液101a中，將陽極105浸沒于下層電鍍液101b中；

s004：用電鍍電源106分別連接晶圓102及陽極105，從而使得晶圓102與陽極105之間形成電鍍電場104；其中，電鍍電源104與晶圓102的接觸點為晶圓102的邊緣區域；

s005：啟動旋轉電機m帶動晶圓102旋轉;

s006：通過下層壓力調整裝置112調整下層電鍍液101b的壓力，使得隔膜107的下凹度發生改變。

在本發明中，由于隔膜107呈下凹狀，上層電鍍液101a的電導率大于下層電鍍液101b的電導率，使得晶圓102表面邊緣區域與陽極105之間的外側傳輸電阻大于晶圓102表面中心區域與陽極105之間的內側傳輸電阻，并通過旋轉電機m帶動晶圓102旋轉，這就削弱了電鍍電場104邊緣區域的強度，從而實現了晶圓102電鍍表面電場的均勻分布，解決了晶圓102表面電場分布不均而導致電鍍鍍膜均勻性的問題。另外，為了達到更好的效果，本發明通過下層壓力調整裝置112調整下層電鍍液101b的壓力，使得隔膜107的下凹度發生改變，進而調整晶圓102表面邊緣區域到陽極之間的外側傳輸電阻與晶圓102表面中心區域到陽極之間的內側傳輸電阻的差值，與晶圓102電鍍過程中種子層電阻的變化相對應，即使晶圓表面種子層電阻在電鍍過程中不斷變化，也能實現晶圓表面電場的動態均勻分布，具有操作簡單、均勻性好、電鍍效率高等特點，

本發明的晶圓電鍍裝置通過下拉元件將隔膜固定為下凹狀，并將隔膜上層及隔膜下層的電鍍液分成上下導電率不同的上層電鍍液及下層電鍍液，上層電鍍液的電導率大于下層電鍍液的電導率，使得晶圓表面邊緣區域與陽極之間的外側傳輸電阻大于晶圓表面中心區域與陽極之間的內側傳輸電阻，并通過旋轉電機帶動晶圓旋轉，從而實現了晶圓電鍍表面電場的均勻分布，解決了晶圓表面電場分布不均而導致電鍍鍍膜均勻性的問題。另外，本發明通過下層壓力調整裝置調整下層電鍍液的壓力，使得隔膜的下凹度發生改變，進而調整晶圓表面邊緣區域到陽極之間的外側傳輸電阻與晶圓表面中心區域到陽極之間的內側傳輸電阻的差值，即使晶圓表面種子層電阻在電鍍過程中不斷變化，也能實現晶圓表面電場的動態均勻分布，具有操作簡單、均勻性好、電鍍效率高等特點，有效地保證了電鍍過程中晶圓表面不同點的鍍膜速度及鍍膜厚度具有一致性。

這里本發明的描述和應用是說明性的，并非想將本發明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本質特征的情況下，本發明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本發明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。