本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種晶圓電鍍裝置及電鍍方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體集成電路和其他半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)過程中需要在晶圓表面上制作多種金屬層，從而達(dá)到電氣互聯(lián)等作用。電鍍是制作這些金屬層的關(guān)鍵工藝之一，晶圓電鍍是將晶圓置于電鍍液中，將電壓負(fù)極施加到晶圓上預(yù)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(chǎng)作用使得鍍液中的金屬離子沉積到晶圓表面。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，越來越薄的種子層被應(yīng)用于電鍍工藝。然而，薄種子層的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致在種子層上電鍍金屬層的均勻性產(chǎn)生問題。為了提高晶圓的利用率，電鍍夾具的接電點(diǎn)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(huì)導(dǎo)致晶圓中心區(qū)域的電鍍速率遠(yuǎn)小于晶圓邊緣區(qū)域的電鍍速率，使得晶圓邊緣區(qū)域的鍍膜厚度大于晶圓中心區(qū)域的鍍膜厚度，從而影響工藝的均勻性。

進(jìn)一步地，隨著電鍍過程的進(jìn)行，種子層厚度被增加，從而導(dǎo)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(dòng)態(tài)變化的，這樣就給問題的解決增加了更大的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)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(shè)置外側(cè)第一環(huán)形障礙物及外側(cè)第二環(huán)形障礙物從而實(shí)現(xiàn)改變晶圓表面邊緣區(qū)域與陽極之間的外側(cè)傳輸電阻的阻值，進(jìn)而解決晶圓表面電場(chǎng)分布不均而影響電鍍均勻性的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種晶圓電鍍裝置，包括盛裝有電鍍液的電鍍?nèi)萜鳎A、陽極及電鍍電源；所述晶圓與所述陽極浸沒于所述電鍍液中；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(chǎng)；其中，所述電鍍電場(chǎng)的邊緣區(qū)域內(nèi)設(shè)有與所述晶圓同心的外側(cè)第一環(huán)形障礙物及外側(cè)第二環(huán)形障礙物。

優(yōu)選地，所述晶圓電鍍裝置進(jìn)一步包括外側(cè)第一供應(yīng)源、外側(cè)第一壓力檢測(cè)裝置、外側(cè)第一壓力調(diào)整裝置、外側(cè)第二供應(yīng)源、外側(cè)第二壓力檢測(cè)裝置及外側(cè)第二壓力調(diào)整裝置；其中，所述外側(cè)第一環(huán)形障礙物依次與所述外側(cè)第一供應(yīng)源、所述外側(cè)第一壓力檢測(cè)裝置及所述外側(cè)第一壓力調(diào)整裝置相連接，所述外側(cè)第二環(huán)形障礙物依次與所述外側(cè)第二供應(yīng)源、所述外側(cè)第二壓力檢測(cè)裝置及所述外側(cè)第二壓力調(diào)整裝置相連接。

優(yōu)選地，所述外側(cè)第一環(huán)形障礙物及所述外側(cè)第二環(huán)形障礙物均為離子膜材質(zhì)。

優(yōu)選地，所述外側(cè)第一環(huán)形障礙物的內(nèi)部填充外側(cè)第一流體，所述外側(cè)第二環(huán)形障礙物的內(nèi)部填充外側(cè)第二流體；所述外側(cè)第一流體及所述外側(cè)第二流體的電導(dǎo)率均小于電鍍?nèi)萜鲀?nèi)的電鍍液的電導(dǎo)率。

另外，本發(fā)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(shè)置外側(cè)第一環(huán)形障礙物及外側(cè)第二環(huán)形障礙物；s002：將電鍍液盛裝在電鍍?nèi)萜鲀?nèi)，晶圓和陽極浸沒于電鍍液中，并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(chǎng)；其中，電鍍電源與晶圓的接觸點(diǎn)為晶圓的邊緣區(qū)域；s003：?jiǎn)?dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)晶圓旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，所述步驟s001與所述步驟s002之間中進(jìn)一步包括：將所述外側(cè)第一環(huán)形障礙物依次與外側(cè)第一供應(yīng)源、外側(cè)第一壓力檢測(cè)裝置及外側(cè)第一壓力調(diào)整裝置相連接，所述外側(cè)第二環(huán)形障礙物依次與外側(cè)第二供應(yīng)源、外側(cè)第二壓力檢測(cè)裝置及外側(cè)第二壓力調(diào)整裝置相連接。

優(yōu)選地，所述外側(cè)第一環(huán)形障礙物及所述外側(cè)第二環(huán)形障礙物均為離子膜材質(zhì)。

優(yōu)選地，所述外側(cè)第一環(huán)形障礙物的內(nèi)部填充外側(cè)第一流體，所述外側(cè)第二環(huán)形障礙物的內(nèi)部填充外側(cè)第二流體；所述外側(cè)第一流體及所述外側(cè)第二流體的電導(dǎo)率均小于電鍍?nèi)萜鲀?nèi)的電鍍液的電導(dǎo)率。

優(yōu)選地，所述方法進(jìn)一步包括：s004：通過所述外側(cè)第一壓力調(diào)整裝置調(diào)整所述外側(cè)第一流體的壓力，所述外側(cè)第二壓力調(diào)整裝置調(diào)整所述外側(cè)第二流體的壓力，從而使得所述外側(cè)第一環(huán)形障礙物及所述外側(cè)第二環(huán)形障礙物沿電鍍電場(chǎng)方向的厚度發(fā)生改變。

優(yōu)選地，所述外側(cè)第一環(huán)形障礙物及所述外側(cè)第二環(huán)形障礙物的數(shù)量為一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)。

本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的晶圓電鍍裝置通過在晶圓與陽極之間分別設(shè)置外側(cè)第一環(huán)形障礙物及外側(cè)第二環(huán)形障礙物來改變電鍍過程中晶圓表面邊緣區(qū)域與陽極之間的外側(cè)傳輸電阻的阻值，并通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)晶圓旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了晶圓電鍍表面電場(chǎng)的均勻分布，解決了晶圓表面電場(chǎng)分布不均而導(dǎo)致電鍍鍍膜均勻性的問題。另外，本發(fā)明通過外側(cè)第一壓力檢測(cè)裝置及外側(cè)第二壓力檢測(cè)裝置調(diào)整電鍍?nèi)萜鲀?nèi)晶圓電流傳輸路徑上的外側(cè)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(shí)現(xiàn)晶圓表面電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)均勻分布，具有操作簡(jiǎn)單、均勻性好、電鍍效率高等特點(diǎn)，有效地保證了電鍍過程中晶圓表面不同點(diǎn)的鍍膜速度及鍍膜厚度具有一致性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中晶圓電鍍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中晶圓電鍍裝置的電氣原理示意圖；

圖3為本發(fā)明晶圓電鍍裝置一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖4為本發(fā)明的電鍍方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1及圖2，圖1為現(xiàn)有技術(shù)的晶圓電鍍裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖，電鍍液1盛裝在電鍍?nèi)萜?內(nèi)，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(xiàn)有技術(shù)中一般將晶圓2的邊緣區(qū)域作為陰極電流的接觸點(diǎn)，整個(gè)電路中的電氣原理示意圖如圖2所示，由于作為導(dǎo)電層的種子層存在電阻，因此晶圓2的邊緣區(qū)域與晶圓2的中心區(qū)域之間存在電阻ra，晶圓2的邊緣區(qū)域a點(diǎn)與陽極5之間存在電阻rb，晶圓2的邊緣區(qū)域另一點(diǎn)b點(diǎn)與陽極5存在電阻rd，晶圓2的中心區(qū)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(shí)際結(jié)構(gòu)的誤差及電鍍液1各點(diǎn)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(gè)電場(chǎng)4靠近晶圓2邊緣區(qū)域的地方比靠近晶圓2中心區(qū)域的地方密集。因此，電場(chǎng)4的不均勻分布造成晶圓2表面靠近邊緣區(qū)域的地方比靠近中心區(qū)域的地方電鍍沉積速度快，從而嚴(yán)重影響了電鍍工藝的均勻性。

如圖3所示，本發(fā)明提供一種晶圓電鍍裝置，包括盛裝有電鍍液101的電鍍?nèi)萜?03，晶圓102、陽極105及電鍍電源106；晶圓102與陽極105浸沒于電鍍液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(chǎng)104；其中，電鍍電場(chǎng)104的邊緣區(qū)域內(nèi)設(shè)有與晶圓102同心的外側(cè)第一環(huán)形障礙物107及外側(cè)第二環(huán)形障礙物108。

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖3，在本發(fā)明中，晶圓電鍍裝置進(jìn)一步包括外側(cè)第一供應(yīng)源111、外側(cè)第一壓力檢測(cè)裝置112、外側(cè)第一壓力調(diào)整裝置113、外側(cè)第二供應(yīng)源114、外側(cè)第二壓力檢測(cè)裝置115及外側(cè)第二壓力調(diào)整裝置116；其中，外側(cè)第一環(huán)形障礙物107依次與外側(cè)第一供應(yīng)源111、外側(cè)第一壓力檢測(cè)裝置112及外側(cè)第一壓力調(diào)整裝置113相連接，外側(cè)第二環(huán)形障礙物108依次與外側(cè)第二供應(yīng)源114、外側(cè)第二壓力檢測(cè)裝置115及外側(cè)第二壓力調(diào)整裝置116相連接。

其中，外側(cè)第一環(huán)形障礙物107及外側(cè)第二環(huán)形障礙物108均為離子膜材質(zhì)。

特別地，在圖3中，外側(cè)第一環(huán)形障礙物107的內(nèi)部填充外側(cè)第一流體109，外側(cè)第二環(huán)形障礙物108的內(nèi)部填充外側(cè)第二流體110，外側(cè)第一流體109及外側(cè)第二流體110的電導(dǎo)率均小于電鍍?nèi)萜?03內(nèi)的電鍍液101的電導(dǎo)率。

請(qǐng)一并參閱圖3及圖4，本發(fā)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(shè)置外側(cè)第一環(huán)形障礙物107及外側(cè)第二環(huán)形障礙物108；其中，外側(cè)第一環(huán)形障礙物107及外側(cè)第二環(huán)形障礙物108均為空心，且與晶圓102同心；在本實(shí)施例中，外側(cè)第一環(huán)形障礙物107及外側(cè)第二環(huán)形障礙物108均為離子膜材質(zhì)。外側(cè)第一環(huán)形障礙物107的內(nèi)部填充外側(cè)第一流體109，外側(cè)第二環(huán)形障礙物108的內(nèi)部填充外側(cè)第二流體110；外側(cè)第一流體109及外側(cè)第二流體110的電導(dǎo)率均小于電鍍?nèi)萜?03內(nèi)的電鍍液101的電導(dǎo)率；

s002：將外側(cè)第一環(huán)形障礙物107依次與外側(cè)第一供應(yīng)源111、外側(cè)第一壓力檢測(cè)裝置112及外側(cè)第一壓力調(diào)整裝置113相連接，外側(cè)第二環(huán)形障礙物108依次與外側(cè)第二供應(yīng)源114、外側(cè)第二壓力檢測(cè)裝置115及外側(cè)第二壓力調(diào)整裝置116相連接；

s003：將電鍍液101盛裝在電鍍?nèi)萜?03內(nèi)，晶圓102和陽極105浸沒于電鍍液101中，并用電鍍電源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(chǎng)104；其中，電鍍電源106與晶圓102的接觸點(diǎn)為晶圓102的邊緣區(qū)域；

s004：?jiǎn)?dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)m帶動(dòng)晶圓102旋轉(zhuǎn)；在本步驟中，由于外側(cè)第一流體109及外側(cè)第二流體110的電導(dǎo)率均小于電鍍?nèi)萜?03內(nèi)的電鍍液101的電導(dǎo)率，使得晶圓102邊緣區(qū)域到陽極105的外側(cè)傳輸電阻大于晶圓102中心區(qū)域到陽極105之間的內(nèi)側(cè)傳輸電阻；旋轉(zhuǎn)電機(jī)m帶動(dòng)晶圓102旋轉(zhuǎn)，保證了晶圓102的邊緣區(qū)域的不同點(diǎn)到陽極105的內(nèi)側(cè)傳輸電阻均得到了增大，這就削弱了電鍍電場(chǎng)104邊緣區(qū)域的強(qiáng)度而使得整個(gè)電鍍電場(chǎng)104的分布產(chǎn)生均勻效果。為了達(dá)到更好的效果，外側(cè)第一環(huán)形障礙物107、外側(cè)第二環(huán)形障礙物108的數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)為一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)。

s005：通過外側(cè)第一壓力調(diào)整裝置113調(diào)整外側(cè)第一流體109的壓力，外側(cè)第二壓力調(diào)整裝置116調(diào)整外側(cè)第二流體110的壓力，從而使得外側(cè)第一環(huán)形障礙物107及外側(cè)第二環(huán)形障礙物108沿電鍍電場(chǎng)104方向的厚度發(fā)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(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整晶圓102邊緣區(qū)域到陽極105之間的外側(cè)傳輸電阻的阻值，從而實(shí)現(xiàn)晶圓表面電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)均勻分布

本發(fā)明的晶圓電鍍裝置通過在晶圓與陽極之間分別設(shè)置外側(cè)第一環(huán)形障礙物及外側(cè)第二環(huán)形障礙物來改變電鍍過程中晶圓表面邊緣區(qū)域與陽極之間的外側(cè)傳輸電阻的阻值，并通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)晶圓旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了晶圓電鍍表面電場(chǎng)的均勻分布，解決了晶圓表面電場(chǎng)分布不均而導(dǎo)致電鍍鍍膜均勻性的問題。另外，本發(fā)明通過外側(cè)第一壓力檢測(cè)裝置及外側(cè)第二壓力檢測(cè)裝置調(diào)整電鍍?nèi)萜鲀?nèi)晶圓電流傳輸路徑上的外側(cè)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(shí)現(xiàn)晶圓表面電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)均勻分布，具有操作簡(jiǎn)單、均勻性好、電鍍效率高等特點(diǎn)，有效地保證了電鍍過程中晶圓表面不同點(diǎn)的鍍膜速度及鍍膜厚度具有一致性。

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