專利名稱：用以改進工藝均勻性的晶片電鍍裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及晶片電鍍裝置，更具體地，涉及用于提高晶片電鍍工藝的金屬膜沉積的均勻性的晶片電鍍裝置及其方法。
背景技術：
有許多用于在晶片上沉積金屬膜的電鍍方法，例如化學氣相沉積、物理氣相沉積和電化學反應。然而，使用電化學反應的電鍍方法目前更為流行，因為這些方法與其它技術相比提供晶片上的更好質量的金屬沉積。
圖1示出傳統晶片電鍍裝置的截面圖。該晶片電鍍裝置10包括電鍍槽11，其容納電鍍液14；陽極13，其位于電鍍槽1l的底部部分內；以及環形陰極12，晶片W直接安置于其上。電源直接連接在陽極13和陰極12之間且施加到二者上。在該常規電鍍布置中，金屬(例如銅)被電化學還原且作為膜沉積到晶片表面上。
圖2A示出常規平面環型陰極12的頂視圖。該形狀具有缺點，因為被支持在陰極上的晶片W的很可能的未對準(misalignment)導致晶片與陰極的不充分接觸，包括晶片上可能雜質的污染。這些情況能夠導致晶片上的既低效又不充分的金屬膜沉積。
類似地，在圖2B中，部位α(未與陰極接觸的晶片上區域)和β(具有較少金屬膜沉積的晶片上區域)會作為上述情況的結果出現。
這些問題存在于現有技術中，其導致晶片上金屬膜沉積中的不規則。
發明內容
在本發明的一實施例中，構造一種晶片電鍍裝置，其中電極與晶片的面和前邊緣(front edge)兩者直接接觸。
根據本發明的一實施例，晶片電鍍裝置包括電鍍槽；電鍍液；位于電鍍槽的基底部分內的陽極；以及安裝在電鍍槽頂部的陰極，晶片放置在該陰極上。該陰極還包括電連接到晶片的邊緣的第一部分；以及從該第一部分延伸且電連接到晶片的側面的第二部分。
在本發明一實施例中，該陰極的第二部分結構上匹配晶片的側面。
在本發明一實施例中，該陰極的第二部分被凹進成形從而匹配晶片的凸出邊緣(convex edge)。
在本發明一實施例中，該陰極還包括用于對齊晶片的第三部分，其中所述第三部分從所述第二部分沿平面方向延伸。
在本發明一實施例中，該陰極的第三部分向上和向外傾向所述電鍍槽的頂邊緣。
在本發明另一實施例中，該陰極是環形且電連接到晶片的整個邊緣。該陰極優選是導電材料。
根據本發明再一實施例，晶片電鍍裝置包括容納電鍍液的電鍍槽；位于所述電鍍槽的基底部分內的陽極；以及安裝在電鍍槽頂部的陰極，其中該陰極與晶片直接接觸。優選地，該陰極包括與晶片的面接觸的平面部分；從該平面部分延伸的凹進部分，其結構上匹配晶片的凸出邊緣；以及從該凹進部分延伸且向上向外傾向該電鍍槽的頂邊緣的傾斜部分。
在本發明的另一實施例中，電鍍槽包括入口，電鍍液通過該入口被提供到電鍍槽中；以及出口，用過的電鍍液通過該出口被排出電鍍槽。
在本發明一實施例中，陰極是任何形狀的，但是結構上最優選形成為與晶片的側面與邊緣二者都接觸；因此容許晶片上電流的均勻分布；從而，容許吸引金屬沉積的等效區域。結果，沉積到晶片上的金屬膜是厚度均勻的。
附圖被包括從而提供對本發明的進一步理解，且被引入在本說明文件中構成本說明文件的一部分。附圖示出本發明的示例性實施例并且與說明書一起用于說明本發明的原理。附圖中圖1是示出傳統晶片電鍍裝置的結構的截面圖；圖2A和圖2B是示出傳統晶片電鍍裝置的頂視圖和截面圖；圖3是示出根據本發明一實施例的晶片電鍍裝置的截面圖；圖4是進一步示出根據本發明一實施例的晶片電鍍裝置的截面圖；圖5是示出根據本發明一實施例的晶片電鍍裝置中的陰極的放大的截面圖；以及圖6是示出根據本發明一實施例的晶片電鍍裝置中的陰極的局部放大的透視截面圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述本發明的優選實施例。但是，本發明可以以不同的形式實施，且不應被解釋為局限于這里所提出的實施例。而是，提供這些實施例使得本公開將會向本領域技術人員充分傳達本發明的范圍。整個說明書中相似的附圖標記表示相似的元件。
圖3是示出根據本發明一實施例的晶片電鍍裝置的截面圖。圖3示出晶片電鍍裝置100。圖3示出晶片電鍍裝置中通過電解的電鍍原理，其中金屬離子被還原成單質金屬并在晶片上沉積為膜。晶片電鍍裝置100包括電鍍槽110，其容納電鍍液140；電極130，其位于電鍍槽110內；以及電極120，晶片W放置在其上。
容納在電鍍槽110中的電鍍液140是電解液，其包括金屬鹽的水溶液。例如，硫酸銅(CuSO4)水溶液可被用于在晶片W的表面上電鍍銅膜。
在圖4所示的本發明另一實施例中，電鍍槽110還可包括用于提供電解液的入口150和用于排出用過的電解液的出口160。
如圖3所示，電極130位于電鍍槽110的基底部分內，且充當陽極或正電極，在該處發生電化學氧化。同時電極120充當陰極或負電極，位于電鍍槽110的頂部，在該處發生還原。
陽極130優選是金屬或類似材料。如圖3所示，陽極130由銅制成。類似地，陰極120優選由導電材料制成。
當施加電流時，電流通過電子從陽極130到陰極120的移動被攜載且在溶液140中通過離子的移動被攜載。溶液中帶正電的陽離子朝向陰極120方向的移動電學上等價于帶負電的電子沿相反方向從陽極130到陰極120的移動。溶液140中帶正電的離子遷移到電極120，在該處它們被還原且沉積為單質金屬。結果，金屬膜沉積到帶電的晶片W的表面上，因為晶片直接放置在陰極120上。
同時，在電極130處，隨著電流通過，陽極130中的金屬例如銅被氧化成銅離子，每個銅原子釋放兩個電子。理想地，隨著銅被從陽極轉移到溶液140中并從溶液140轉移到陰極120，陽極130損失質量，陰極120得到相等的質量。
陰極120可以是任何形狀；但優選形成環圖案，且被構造來支承圓晶片W同時接觸晶片W的外圓周(outer circle)。陰極120與晶片W的直接接觸確保晶片W的電傳導。陰極120可由任何金屬形成；但最優選含不銹鋼(SUS)的金屬。晶片W被放置在陰極120上，在該處其前面(front face)W1(見圖5)的外圓周面位于陰極120上；且前面W1與陰極120直接接觸。
圖5是示出根據本發明一實施例的晶片電鍍裝置中的陰極的放大的截面圖，圖6是示出根據本發明一實施例的晶片電鍍裝置中的陰極的部分放大的透視截面圖。
參考圖5和圖6，陰極120被構造為包括用于與晶片W的前面W1的平坦化的邊緣接觸的平面部分120a、以及用于與晶片W的凸出側面W2接觸的凹進部分(concave portion)120b。當電源施加到電極上時，電流通過晶片W的前面W1且通過側面W2均勻地流過。結果，側面W2中電流的施加確保甚至當前面W1有雜質時晶片仍然是帶電的。從而，金屬膜仍將被均勻地沉積在晶片的表面上。
在本發明另一實施例中，陰極120可被安裝為具有朝向晶片W的均勻分布的任何彈力(elastic force)；但是最優選地，維持晶片W相對于陰極120的對齊位置的彈力。
此外，在本發明另一實施例中，陰極120包括傾斜部分120c，其向上向外傾向電解槽110的頂部。該傾斜部分120c使得晶片W能被適當地放置在陰極120上并與之對齊以用于有效的電鍍工藝。
在本發明一實施例中，陰極120充當負電極。此外，陰極120提供晶片的均勻的電傳導狀態，因為部分120a與側面W1直接接觸，且傾斜部分120b與邊緣W2直接接觸。然而，陰極120的形狀能根據晶片W的邊緣或側面W2的形狀被修改。
下面的描述是具有上述元件的晶片電鍍裝置100的操作。說明性示例顯示在圖4中，其中硫酸銅(CuSO4)水溶液是用于在晶片W的前面W1上鍍銅膜的電解液140。
晶片W被放置在陰極120上且適當地定位從而容許前面W1的邊緣與陰極120直接接觸。在此支持位置，側面或邊緣W2也被容許與陰極120直接接觸。接著，電源被施加到電極120和130上，結果使得晶片W導電。
在溶液中，硫酸銅被電離成銅離子Cu2+，硫酸根離子SO42-，氫離子H+，氫氧根離子OH-和水合氫離子H3O+。
同時，在正電極130，氧化反應產生電子e-，根據半反應(half-reaction)，溶液中的銅離子遷移到負電極120，在該處它們被還原并沉積為單質銅，根據半反應，因為晶片W的側面或邊緣W2以及前面W1通過平面部分120a、凹進部分120b和傾斜部分120c與陰極120直接接觸，所以帶有電場的導電狀態均勻分布在晶片W上。因此，作為本發明一實施例的該構造減輕了電鍍工藝期間的不規則覆蓋。
雖然本發明已經結合本發明的實施例被描述，且被示出在附圖中，但是它不限于此。對本領域技術人員來說明顯的是，在不偏離本發明的思想和范圍的情況下，可做出許多替代、修正和改變。
權利要求
1.一種晶片電鍍裝置，包括電鍍槽；陽極，其設置在該電鍍槽的下部；電鍍液；以及陰極，其設置在該電鍍槽的頂部且晶片被放置在其上，其中該陰極包括電連接到晶片的邊緣的第一部分、以及從該第一部分延伸并電連接到晶片的側面的第二部分。
2.如權利要求1所述的晶片電鍍裝置，其中該陰極的所述第二部分被調節尺寸和成形從而與所述晶片的側邊緣接觸。
3.如權利要求2所述的晶片電鍍裝置，其中該陰極的所述第二部分被凹進成形從而與所述晶片的凸出側邊緣基本一致。
4.如權利要求1所述的晶片電鍍裝置，其中該陰極還包括從所述第二部分延伸的第三部分，其被提供用于對齊所述晶片。
5.如權利要求4所述的晶片電鍍裝置，其中該陰極的所述第三部分在所述電鍍槽的頂部以向外向上傾斜的傾斜圖案成形。
6.如權利要求1所述的晶片電鍍裝置，其中該陰極是環形且被電連接到所述晶片的整個邊緣。
7.一種晶片電鍍裝置，包括電鍍槽，其容納電鍍液；陽極，其設置在該電鍍槽的下部；以及陰極，其設置在該電鍍槽的頂部且晶片被置于其上；其中該陰極包括平面部分，其與所述晶片的面直接接觸；凹進部分，其從該平面部分延伸且與該晶片的凸出側面基本配合；以及傾斜部分，其從該凹進部分延伸且在所述電鍍槽的頂部向上向外傾斜。
8.如權利要求7所述的晶片電鍍裝置，其中該電鍍槽包括入口，電鍍液通過該入口被提供到所述電鍍槽中；以及出口，用過的電鍍液通過該出口被排出所述電鍍槽。
9.如權利要求7所述的晶片電鍍裝置，其中所述電鍍液包括硫酸銅水溶液，且所述陽極包括金屬。
10.如權利要求7所述的晶片電鍍裝置，其中所述陰極是不銹鋼。
11.如權利要求7所述的晶片電鍍裝置，其中所述陰極是環形且電連接到所述晶片的整個邊緣。
全文摘要
本發明公開一種晶片電鍍裝置，其包括電鍍槽，電鍍槽中包括陽極；電鍍液；以及位于電鍍槽頂部且晶片被置于其上的陰極。陰極包括電連接到晶片邊緣的第一部分；從第一部分延伸且電連接到晶片的側面的第二部分。陰極與晶片的側面和前邊緣的直接接觸確保電鍍工藝期間晶片上的電場的均勻分布。從而，實現金屬膜沉積的均勻厚度。
文檔編號H01L21/02GK1807699SQ20051013626
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月26日 優先權日2004年12月29日
發明者全昶宣 申請人:三星電子株式會社