一種晶圓電鍍裝置及電鍍方法與流程

2023-11-04 05:03:57

本發明涉及半導體晶片製造技術領域，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製作多種金屬層，從而達到電氣互聯等作用。電鍍是製作這些金屬層的關鍵工藝之一，晶圓電鍍是將晶圓置於電鍍液中，將電壓負極施加到晶圓上預先製作好的薄金屬層（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於電鍍工藝。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於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於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，通過在晶圓與陽極之間分別設置內側第一環形障礙物及內側第二環形障礙物從而實現改變晶圓表面中心區域與陽極之間的內側傳輸電阻的阻值，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，包括盛裝有電鍍液的電鍍容器，晶圓、陽極及電鍍電源；所述晶圓與所述陽極浸沒於所述電鍍液中；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，所述電鍍電場的中心區域內設有與所述晶圓同心的內側第一環形障礙物及內側第二環形障礙物。

優選地，所述晶圓電鍍裝置進一步包括內側第一供應源、內側第一壓力檢測裝置、內側第一壓力調整裝置、內側第二供應源、內側第二壓力檢測裝置及內側第二壓力調整裝置；其中，所述內側第一環形障礙物依次與所述內側第一供應源、所述內側第一壓力檢測裝置及所述內側第一壓力調整裝置相連接，所述內側第二環形障礙物依次與所述內側第二供應源、所述內側第二壓力檢測裝置及所述內側第二壓力調整裝置相連接。

優選地，所述內側第一環形障礙物及所述內側第二環形障礙物均為離子膜材質。

優選地，所述內側第一環形障礙物的內部填充內側第一流體，所述內側第二環形障礙物的內部填充內側第二流體；所述內側第一流體及所述內側第二流體的電導率均大於電鍍容器內的電鍍液的電導率。

另外，本發明還提供上述晶圓電鍍裝置的電鍍的方法，所述電鍍方法包括：s001:在晶圓與陽極之間分別設置內側第一環形障礙物及內側第二環形障礙物；s002：將電鍍液盛裝在電鍍容器內，晶圓和陽極浸沒於電鍍液中，並用電鍍電源分別連接晶圓及陽極，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；s003：啟動旋轉電機帶動晶圓旋轉。

優選地，所述步驟s001與所述步驟s002之間中進一步包括：將所述內側第一環形障礙物依次與內側第一供應源、內側第一壓力檢測裝置及內側第一壓力調整裝置相連接，所述內側第二環形障礙物依次與內側第二供應源、內側第二壓力檢測裝置及內側第二壓力調整裝置相連接。

優選地，所述內側第一環形障礙物及所述內側第二環形障礙物均為離子膜材質。

優選地，所述內側第一環形障礙物的內部填充內側第一流體，所述內側第二環形障礙物的內部填充內側第二流體；所述內側第一流體及所述內側第二流體的電導率均大於電鍍容器內的電鍍液的電導率。

優選地，所述方法進一步包括：s004：通過所述內側第一壓力調整裝置調整所述內側第一流體的壓力，所述內側第二壓力調整裝置調整所述內側第二流體的壓力，從而使得所述內側第一環形障礙物及所述內側第二環形障礙物沿電鍍電場方向的厚度發生改變。

優選地，所述內側第一環形障礙物及所述內側第二環形障礙物的數量為一個、兩個或多個。

本發明的有益效果是：區別於現有技術的情況，本發明的晶圓電鍍裝置通過在晶圓與陽極之間分別設置內側第一環形障礙物及內側第二環形障礙物來改變電鍍過程中晶圓表面中心區域與陽極之間的內側傳輸電阻的阻值，並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，本發明通過內側第一壓力檢測裝置及內側第二壓力檢測裝置調整電鍍容器內晶圓電流傳輸路徑上的內側傳輸電阻的阻值，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，由於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，但是由於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。由於晶圓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，包括盛裝有電鍍液101的電鍍容器103，晶圓102、陽極105及電鍍電源106；晶圓102與陽極105浸沒於電鍍液101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，電鍍電場104的中心區域內設有與晶圓102同心的內側第一環形障礙物107及內側第二環形障礙物108。

請繼續參閱圖3，在本發明中，晶圓電鍍裝置進一步包括內側第一供應源111、內側第一壓力檢測裝置112、內側第一壓力調整裝置113、內側第二供應源114、內側第二壓力檢測裝置115及內側第二壓力調整裝置116；其中，內側第一環形障礙物107依次與內側第一供應源111、內側第一壓力檢測裝置112及內側第一壓力調整裝置113相連接，內側第二環形障礙物108依次與內側第二供應源114、內側第二壓力檢測裝置115及內側第二壓力調整裝置116相連接。

其中，內側第一環形障礙物107及內側第二環形障礙物108均為離子膜材質。

特別地，在圖3中，內側第一環形障礙物107的內部填充內側第一流體109，內側第二環形障礙物108的內部填充內側第二流體110，內側第一流體109及內側第二流體110的電導率均大於電鍍容器103內的電鍍液101的電導率。

請一併參閱圖3及圖4，本發明提出了一種上述晶圓電鍍裝置的電鍍方法，該方法包括：

s001：在晶圓102與陽極105之間分別設置內側第一環形障礙物107及內側第二環形障礙物108；其中，內側第一環形障礙物107及內側第二環形障礙物108均為空心，且與晶圓102同心；在本實施例中，內側第一環形障礙物107及內側第二環形障礙物108均為離子膜材質。內側第一環形障礙物107的內部填充內側第一流體109，內側第二環形障礙物108的內部填充內側第二流體110；內側第一流體109及內側第二流體110的電導率均大於電鍍容器103內的電鍍液101的電導率；

s002：將內側第一環形障礙物107依次與內側第一供應源111、內側第一壓力檢測裝置112及內側第一壓力調整裝置113相連接，內側第二環形障礙物108依次與內側第二供應源114、內側第二壓力檢測裝置115及內側第二壓力調整裝置116相連接；

s003：將電鍍液101盛裝在電鍍容器103內，晶圓102和陽極105浸沒於電鍍液101中，並用電鍍電源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106與晶圓102的接觸點為晶圓102的邊緣區域；

s004：啟動旋轉電機m帶動晶圓102旋轉；在本步驟中，由於內側第一流體109及內側第二流體110的電導率均大於電鍍容器103內的電鍍液101的電導率，使得晶圓102中心區域到陽極105的內側傳輸電阻小於晶圓102邊緣區域到陽極105之間的外側傳輸電阻；旋轉電機m帶動晶圓102旋轉，保證了晶圓102的中心區域的不同點到陽極105的內側傳輸電阻均得到了減小，這就增強了電鍍電場104中心區域的強度而使得整個電鍍電場104的分布產生均勻效果。為了達到更好的效果，內側第一環形障礙物107、內側第二環形障礙物108的數量可根據實際需要設為一個、兩個或多個。

s005：通過內側第一壓力調整裝置113調整內側第一流體109的壓力，內側第二壓力調整裝置116調整內側第二流體110的壓力，從而使得內側第一環形障礙物107及內側第二環形障礙物108沿電鍍電場104方向的厚度發生改變。在本步驟中，即使晶圓102表面種子層電阻在電鍍過程中不斷變化，也能根據實際情況動態調整晶圓102中心區域到陽極105之間的內側傳輸電阻的阻值，從而實現晶圓表面電場的動態均勻分布

本發明的晶圓電鍍裝置通過在晶圓與陽極之間分別設置內側第一環形障礙物及內側第二環形障礙物來改變電鍍過程中晶圓表面中心區域與陽極之間的內側傳輸電阻的阻值，並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，本發明通過內側第一壓力檢測裝置及內側第二壓力檢測裝置調整電鍍容器內晶圓電流傳輸路徑上的內側傳輸電阻的阻值，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。

這裡本發明的描述和應用是說明性的，並非想將本發明的範圍限制在上述實施例中。這裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於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徵的情況下，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。在不脫離本發明範圍和精神的情況下，可以對這裡所披露的實施例進行其它變形和改變。