專利名稱：電鍍半導(dǎo)體晶片的方法和設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
制造半導(dǎo)體器件的過程中，例如集成電路，存儲器單元等，在半導(dǎo)體晶片上進(jìn)行一系列的生產(chǎn)操作來劃定特征的界限。半導(dǎo)體晶片包括在硅襯底上定界的多層結(jié)構(gòu)形式的集成電路器件。在襯底層，形成具有擴(kuò)散區(qū)的晶體管。在后續(xù)層，圖案化互連金屬線并電連接至晶體管器件來確定所要的集成電路器件。而且，用電介質(zhì)材料將經(jīng)圖案化的導(dǎo)電層與其他導(dǎo)電層絕緣。
用于在半導(dǎo)體晶片上劃定特征的界限的一系列操作可包括用來在半導(dǎo)體晶片表面增加材料的電鍍工藝。傳統(tǒng)技術(shù)中，通過將整個晶片浸入電鍍液的全晶片電鍍處理機(jī)來進(jìn)行電鍍。在傳統(tǒng)電鍍過程中，相對于帶正電荷的陽極板晶片處于負(fù)電勢，其中陽極板尺寸與晶片基本相等。陽極板也浸在電解液中并保持在與晶片接近且平行的位置。
在電鍍過程中晶片充當(dāng)陰極時，因而，晶片需要電連接到大量的電極。為了實(shí)現(xiàn)晶片上的電流均勻分布，要求這些電極環(huán)繞晶片周邊均勻分布并且具有基本匹配的接觸電阻。在該全晶片電鍍處理機(jī)中，穿過晶片的電流分布的不均勻會導(dǎo)致晶片上的電鍍厚度的不均勻。
盡管傳統(tǒng)的全晶片電鍍處理機(jī)能在晶片表面上淀積材料，當(dāng)前仍需要繼續(xù)研究和發(fā)展提高在半導(dǎo)體晶片制造過程中用于淀積材料的電鍍技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施例中，公開一種用于電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備。該設(shè)備包括一個用來保持晶片的晶片架。該設(shè)備還包括設(shè)置在接近于晶片架邊緣的第一位置的第一電極，該第一電極可移動以電氣上連接和斷開由晶片架保持的晶片。該設(shè)備還包括設(shè)置在接近于晶片邊緣的第二位置的第二電極，該第二位置相對于晶片架與第一位置基本對置，該第二電極可移動來電氣上連接和斷開由晶片架保持的晶片。該設(shè)備還包括一個陽極，配制在由晶片架保持的晶片的上表面之上，該陽極具有一個矩形表面區(qū)，設(shè)置成基本平行于并接近晶片的上表面，該矩形表面區(qū)有一至少與晶片直徑相等的長邊，通過小于晶片直徑的第二尺寸進(jìn)一步確定該矩形表面區(qū)。另外，陽極和晶片架配制成可在一個在第一電極和第二電極之間延伸的方向上彼此相對移動，以在晶片由晶片架保持時陽極能夠橫貫晶片的整個上表面。
在另一個實(shí)施例中，公開了一種用于電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備。該設(shè)備包括一個用來保持晶片的晶片架。該設(shè)備還包括設(shè)置在接近于晶片邊緣的第一位置的第一電極，第一位置沿著晶片架的第一半周邊，第一電極也被可移動地配置，以電接觸到由晶片架保持的晶片，該設(shè)備還包括設(shè)置在接近于晶片架邊緣的第二位置的第二電極，第二位置沿著晶片架的第二半周邊。晶片架的第二位置沿著排除晶片架第一半周邊。晶片架的第二半周邊不包括在晶片架的第一半周邊內(nèi)。第二電極也被可移動地配制，以電接觸到由晶片架保持的晶片。另外，該設(shè)備包括一個陽極，配制在由晶片架保持的晶片的上表面之上，該陽極具有矩形表面區(qū)，設(shè)置成基本平行于并接近晶片的上表面，該矩形表面區(qū)有一至少與晶片直徑相等的長邊，以及小于晶片直徑的第二邊。此外，該陽極和晶片架配制成可在一個在第一電極和第二電極之間延伸的方向上彼此相對移動，以在晶片由晶片架保持時陽極能夠橫貫晶片的整個上表面。
在另一個實(shí)施例中，公開了一種用于電鍍半導(dǎo)體晶片的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個用來保持晶片的晶片支持結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)還包括一個陽極，配制成從第一位置到第二位置橫貫晶片支持結(jié)構(gòu)，第一位置和第二位置各自接近于晶片支持結(jié)構(gòu)并位于其周邊的外側(cè)。該陽極還配制成接觸在陽極水平面和由晶片支持結(jié)構(gòu)保持的晶片的上表面之間的電鍍?nèi)芤旱膹澮好?。該陽極的水平表面具有沿著設(shè)定為穿越由晶片支持結(jié)構(gòu)保持的晶片的第一弦而延伸的矩形區(qū)。此外，第一弦充基本垂直于從第一位置到第二位置延伸的第二弦。該系統(tǒng)還包括一個可移動的第一電極，以在基本靠近第一位置的第一接觸位置電接觸到由晶片支持結(jié)構(gòu)保持的晶片。另外，該系統(tǒng)包括一個可移動的第二電極，以在基本靠近第二位置的第二接觸位置電接觸到由晶片支持結(jié)構(gòu)保持的晶片。
在另一個實(shí)施例中，公開了一種用于電鍍半導(dǎo)體晶片的方法。該方法包括在第一位置將第一電極接到晶片的操作。該方法還包括從第二位置到第一位置在晶片上表面上橫向移動陽極的操作。第二位置相對于延伸穿過晶片上表面的中心線與第一位置對立。還進(jìn)行這樣的操作，在陽極和晶片上表面之間建立電鍍?nèi)芤簭澮好?meniscus)。該彎液面的設(shè)立可讓電流流過在陽極和第一電極之間的彎液面。該方法還包括這樣的操作，當(dāng)陽極從第二位置橫向移動到晶片上表面的足夠距離時，在第二位置上將第二電極接至晶片。將第二電極接至晶片后，電流就能夠流過在陽極和第二電極之間的彎液面。該方法還包括另一操作用于在第二電極接到晶片上后從晶片上移開第一電極。該方法接著還包括一項(xiàng)讓陽極完成在晶片的上表面上的橫向移動的操作。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)在接下來的詳細(xì)說明中將更加清楚，該說明結(jié)合如下的附圖舉例描述。


本發(fā)明及其進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，通過參考以下結(jié)合附圖的說明將被更好地理解圖1A是本發(fā)明一實(shí)施例的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備；圖1B是本發(fā)明另一實(shí)施例的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備；圖2A到2D表示本發(fā)明一實(shí)施例的對應(yīng)于前面圖1A描述的半導(dǎo)體晶片電鍍設(shè)備的操作順序圖示；圖3A是表示相對于前面圖2B描述的第一電極、第二電極和晶片的陽極的俯視圖；圖3B表示本發(fā)明一個實(shí)施例的圖3A的設(shè)備，其中，一對電極各自設(shè)為第一電極和第二電極；圖4A表示本發(fā)明一實(shí)施例的在晶片上在一個方向橫向移動的實(shí)體陽極；圖4B是表示上面圖4A描述的固態(tài)陽極的俯視圖；圖5A表示前面提到的本發(fā)明一實(shí)施例的在晶片上在一個方向橫向移動的虛設(shè)陽極109B；圖5B表示本發(fā)明一實(shí)施例的圖5A所示的虛設(shè)電極，該電極包括彎液面限制表面；圖6表示本發(fā)明一實(shí)施例的配制成跟隨陽極在晶片表面橫向移動的晶片表面整理裝置的布置；并且圖7是本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體晶片電鍍方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在接下來的描述中，為徹底理解本發(fā)明引用大量的細(xì)節(jié)進(jìn)行說明。顯然，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本發(fā)明并不需要某些或全部特征細(xì)節(jié)。另一方面，為了不至于不必要地模糊本發(fā)明，對于公知的工藝操作沒有在細(xì)節(jié)上進(jìn)行描述。
圖1A示出了本發(fā)明的一個實(shí)施例的半導(dǎo)體晶片電鍍設(shè)備。該設(shè)備包括用來可靠地保持晶片101的晶片架103。該設(shè)備還包括第一電極107A和第二電極107B。第一電極107A和第二電極107B各自接近于晶片架103的外圍。另外，第二電極107B相對于晶片架103與第一電極107A基本對置。在一個實(shí)施例中，第一電極107A設(shè)于接近晶片架103周邊的第一位置，該第一位置沿著晶片架第一半周邊。并且，在相同的實(shí)施例中，第二電極107B設(shè)于接近晶片架103周邊的第二位置，第二位置沿著晶片架103的第二半周邊，其中不包括晶片架103第一半周邊。
如箭頭113A和113B分別所示，第一電極107A和第二電極107B分別設(shè)置為可移動，以電氣上連接或斷開晶片101。應(yīng)知，電極107A和107B電氣上連接或斷開晶片101的移動基本上可以無限種方式實(shí)施。例如，在一個實(shí)施例中，電極107A和107B可在一個與晶片準(zhǔn)直的平面上線性移動。在另一實(shí)施例中，電極107A和107B具有足夠伸長的形狀并且定向排列成與晶片101共平面，以旋轉(zhuǎn)的方式接觸晶片。同時，應(yīng)知可以多種不同的方式來確定電極107A和107B的形狀。例如，在一個實(shí)施例中，電極107A和107B可基本為矩形。在另一實(shí)施例中，電極107A和107B可定為矩形，但晶片接觸邊按照晶片周邊的彎曲形狀確定。在再一實(shí)施例中，電極107A和107B可以是C形。應(yīng)知，本發(fā)明需要至少兩個可獨(dú)立操作來電氣上連接或斷開晶片的電極。
圖1A的設(shè)備中還包括配制在晶片101上表面之上的陽極109。在一個實(shí)施例中，面對晶片101的陽極水平表面確定為與晶片101充分平行基本為矩形的表面區(qū)。該矩形表面區(qū)定為具有至少和晶片直徑相等的第一尺寸。如圖1A所示，矩形表面的第一邊長延伸進(jìn)入紙面。矩形表面區(qū)同時也包括定為小于晶片直徑的的第二邊長。在一個實(shí)施例中，第二邊長充分小于晶片的直徑。如圖1A所示，矩形表面區(qū)的第二邊長與第一邊長成直角地延伸且平行于晶片架103。當(dāng)陽極109設(shè)置在晶片101之上時，第一邊長，也就是矩形表面區(qū)的長邊沿著穿過晶片101的第一弦延伸，使陽極109在第一弦的方向上延伸而完全橫跨晶片。同時，第二邊長，也就是矩形表面區(qū)的短邊沿著跨越晶片101的第二弦的方向延伸，其中，第二弦垂直于第一弦。應(yīng)知，與陽極109在晶片101上方的位置無關(guān)，陽極109在第二弦的方向上不完全延伸跨越晶片。
如箭頭115指示，陽極109配制成在第二電極107B和第一電極107A之間延伸的方向上在晶片101上方移動。因此，陽極109配制為前述的第二弦的方向上移動。當(dāng)陽極109在晶片101上移動時，陽極109定向?yàn)槠涿嫦蚓木匦伪砻鎱^(qū)的第一邊長即長邊基本垂直于移動方向。因此，陽極109可以橫向移過晶片101的整個上表面。同時，當(dāng)陽極109在晶片101上移動時，陽極109的矩形表面區(qū)被保持在接近晶片101上表面的距離上。
當(dāng)陽極109在晶片101上橫向移動時，陽極109矩形表面區(qū)和晶片101之間的距離足以讓電鍍?nèi)芤旱膹澮好?11保持在陽極109和晶片101上表面之間。另外，彎液面111可包含在緊接陽極109的下方體積中。彎液面111的約束可由后面討論的多種方式來完成。在一個實(shí)施例中，陽極109是固態(tài)消耗性陽極材料。在該實(shí)施例中，通過在陽極109周圍流動電鍍?nèi)芤?，電鍍?nèi)芤旱膹澮好?11可被施加到緊接陽極109的下方體積中。這一實(shí)施例在下面參考圖4A和4B作進(jìn)一步描述。在另一實(shí)施例中，陽極109設(shè)定為多孔性電阻材料的虛設(shè)陽極。在該實(shí)施例中，通過讓滿載陽離子的電鍍?nèi)芤毫鬟^多孔性虛設(shè)陽極，在緊接虛設(shè)陽極下方的體積中形成電鍍?nèi)芤旱膹澮好?11虛設(shè)。這一實(shí)施例在下面參考圖5A和5B作進(jìn)一步描述。
應(yīng)知，在圖1A的設(shè)備操作期間，陽極109和第一、第二電極107A/107B中至少一個電連接到電源以便它們之間存在電勢。從而，當(dāng)電鍍?nèi)芤簭澮好?11在陽極109和晶片101之間存在時，第一電極107A或第二電極107B電連接到晶片101，電流將在陽極109和連接電極之間流動。在陽極109和連接電極即107A和/或107B之間流動的電流，使得暴露于電鍍?nèi)芤簭澮好?11的晶片101的上表面部分發(fā)生電鍍反應(yīng)。
圖1A所示的設(shè)備還包括流體罩105A和105B，分別用來保護(hù)第一電極107A和第二電極107B，當(dāng)陽極109和彎液面111在其上移動時使它們不暴露于電鍍?nèi)芤簭澮好?11的。在一個實(shí)施例中，當(dāng)陽極109和電鍍?nèi)芤簭澮好?11在其上移動時，第一和第二電極107A/107B可受控制從晶片101移開而縮到各自的流體罩105A/105B下。
圖1B示出本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于半導(dǎo)體晶片電鍍的設(shè)備。圖1B的設(shè)備與圖1A的相當(dāng)，只是如箭頭117所指，晶片架103、電極107A/107B和流體罩105A/105B一起在陽極109下方直線移動，而陽極被固定。應(yīng)當(dāng)理解，在圖1B的設(shè)備操作時，陽極109以類似于前面討論的圖1A的方式定向。并且，如前面圖1A所描述，基于陽極109位置，電極107A/107B被控制成電氣上連接或斷開晶片101。應(yīng)知，由于圖1B的設(shè)備不要求晶片101上的裝置運(yùn)動，可以想見圖1B的設(shè)備將容易防止不想要的雜質(zhì)顆粒淀積到晶片101的上表面。
圖2A到2D表示前面圖1A描述的本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體晶片電鍍設(shè)備操作的順序圖。圖2A示出電鍍工藝初始化后不久的設(shè)備。在圖2A中，陽極109在晶片101的上表面上橫向移動。彎液面111建立在陽極109的下方。如圖2A中所示，當(dāng)陽極在其上通過時，流體罩105B用于保護(hù)第二電極107B不接觸電鍍?nèi)芤旱膹澮好?11。同時，當(dāng)陽極109和彎液面111在其上通過時，第二電極107B從晶片101斷開并且保持在縮進(jìn)位置。此外，第一電極107A位于基本對著晶片的上表面與陽極109相離的位置，并電連接到晶片101的位置。因而，引起電流通過彎液面流動并且穿過陽極109和第一電極107A之間的晶片101的上表面。在圖2A中，彎液面111基本限定在陽極109的正下方。同時，第一電極107A與陽極109相隔足夠距離以使第一電極107A不暴露于電鍍?nèi)芤骸?br> 圖2B示出從圖2A所示的位置作為陽極109連續(xù)橫越晶片101之上的設(shè)備。當(dāng)陽極109離開第二電極107B朝向第一電極107A橫向移動時第一電極107A保持與晶片101連接。在一個實(shí)施例中，第二電極107B維持在縮進(jìn)的位置，直到陽極109和彎液面111離開第二電極107B足夠距離以確定第二電極不被暴露于電鍍?nèi)芤骸?br> 同時，第一電極107A和第二電極107B與晶片101的連接受到控制，以優(yōu)化與彎液面111接觸的晶片101的上表面部分的電流分布。在一個實(shí)施例中，要求陽極109在晶片101上橫向移動時，彎液面111與晶片101之間的界面處的電流分布維持足夠的均勻性。應(yīng)知，維持陽極109與接觸電極(也就是陰極)相隔足夠的距離能夠使得彎液面111和晶片101之間的界面處的電流分布更均勻。因此，在一個實(shí)施例中，當(dāng)陽極109充分接近晶片101上表面的中心線時，發(fā)生從第一電極107A連接到第二電極107B連接的轉(zhuǎn)移，該中心線定向?yàn)榇怪庇陉枠O109移動方向。
在從第一電極107A連接到第二電極107B的轉(zhuǎn)換期間，連接到晶片101的第一電極107A一直維持到第二電極107B被連接。一旦連接了第二電極107B，第一電極就從晶片101斷開。維持至少一個電極與晶片101連接，可以將電鍍過程中產(chǎn)生間隙或材料淀積偏差的可能性減至最小。
圖2C表示在從第一電極107A連接到第二電極107B連接的轉(zhuǎn)換后，其陽極109繼續(xù)朝向第一電極107A在晶片101上橫向移動的所述設(shè)備。第二電極107B表示為連接到晶片101。第一電極107A表示為從晶片101斷開并且縮到流體罩105A下，以避開逐漸接近的電鍍?nèi)芤簭澮好?11。電流通過彎液面111流動并且穿過陽極109和第二電極107B之間的晶片101的上表面。
圖2D表示陽極109接近完成其在晶片101上的橫向移動而靠近第一電極107A時的設(shè)備。當(dāng)陽極109橫過其上時，流體罩105A用來保護(hù)第一電極107A避開電鍍?nèi)芤簭澮好?11。同時，當(dāng)陽極109和彎液面111橫過其上時，第一電極107A與晶片101電氣上斷開并保持在縮進(jìn)位置。
圖3A表示前面圖2B描述的第一電極107A、第二電極107B和晶片101，107A陽極109的俯視圖。如上所述，陽極109在長邊方向上延伸，完全橫跨晶片101。因此，當(dāng)陽極109橫越晶片101時，整個晶片101的上表面將露出于陽極109下的電鍍?nèi)芤簭澮好?。同時，在圖3A的實(shí)施例中，第一和第二電極107A/107B示為矩形的條。但是，如前面討論，第一和第二電極107A/107B可確定為具有與電鍍工藝相適應(yīng)的適當(dāng)形狀。并且，所述設(shè)備可采用多于兩個的電極來完成前面所述的功能。
圖3B表示圖3A所示的本發(fā)明一實(shí)施例的設(shè)備，其中各用一對電極來作為第一電極107A和第二電極107B。并且，圖3B中的各電極以另一種形狀示出。因此，本發(fā)明可用具有不同形狀的多個電極實(shí)施，只要該多個電極關(guān)于晶片101的中心線基本相對地設(shè)置。并且，本發(fā)明要求位于晶片101中心線各側(cè)的電極可被獨(dú)立控制來接觸晶片101。
圖4A表示本發(fā)明一實(shí)施例的在晶片101上在方向115上橫越的實(shí)體電極109A。如前面提到的，陽極109可采用消耗陽極材料的實(shí)體陽極109A。在本實(shí)施例中，通過電鍍?nèi)芤涵h(huán)繞實(shí)體陽極109A流動，電鍍?nèi)芤旱膹澮好?11能施加到實(shí)體陽極109A正下方的區(qū)域。更具體地說，電鍍?nèi)芤?01通過管子加到實(shí)體陽極109A的位于上表面的位置。然后電鍍?nèi)芤?01流過槽405到實(shí)體陽極109A的前沿。在實(shí)體陽極109A的前沿有電鍍?nèi)芤?01流過，如403指示，在實(shí)體陽極109A下方形成彎液面111。
圖4B表示前面圖4A描述的實(shí)體陽極109A的俯視圖。槽405的取向?qū)㈦婂內(nèi)芤簩?dǎo)引到實(shí)體陽極109A的前部，其中實(shí)體陽極109A的前部定義為相對橫越晶片101的方向115的實(shí)體電極109A前緣。實(shí)體陽極109A的俯視圖還示出了位于實(shí)體陽極109A兩端的真空小孔407。真空小孔407起到向?qū)嶓w陽極109A的兩端引導(dǎo)彎液面111的電鍍?nèi)芤?01的作用。并且，當(dāng)在彎液面111區(qū)域中維持電鍍?nèi)芤?01的容量時，真空小孔407使得能夠建立通過彎液面111區(qū)域的電鍍?nèi)芤旱囊毫鳌５?，?yīng)當(dāng)理解，除了在此明示的方法之外，本發(fā)明還設(shè)想了使用實(shí)體陽極109A時在彎液面111區(qū)域中施加和控制電鍍?nèi)芤?10的其他方法。與用于在彎液面111區(qū)域中施加和控制電鍍?nèi)芤?01的特定方法無關(guān)，本發(fā)明的原理保持一致。
圖5A示出在本發(fā)明一實(shí)施例的在方向115上橫越晶片101的虛設(shè)陽極109B。虛設(shè)陽極109B包含滿載陽離子的電鍍?nèi)芤?05可流過的多孔性電阻材料501，在虛設(shè)陽極109B正下方的區(qū)域形成彎液面111。一個或多個墻503可用于將滿載陽離子的電鍍?nèi)芤?05限定在一個接觸多孔性電阻材料501上面的體積中。在一個實(shí)施例中，多孔性電阻材料501可采用陶瓷例如Al2O3。但是，應(yīng)當(dāng)理解，其它的多孔性電阻材料也能用于與虛設(shè)陽極109B結(jié)合。
圖5B示出本發(fā)明一實(shí)施例的圖5A中的虛設(shè)陽極109B與彎液面限制表面507的結(jié)合。對于虛設(shè)陽極109B，彎液面限制表面507為朝向晶片101的從多孔性電阻材料下方延伸的一個或多個表面。彎液面限制表面507配制成用來輔助將彎液面限定在虛設(shè)陽極109B下方區(qū)域。出于示例目的，相對于虛設(shè)陽極109B示出了彎液面限定表面507。應(yīng)當(dāng)理解，彎液面限定表面507能如前述的實(shí)體陽極同樣地實(shí)施。在一個實(shí)施例中，彎液面限定表面507實(shí)際可以是與實(shí)體陽極成為一體的部分。
電鍍設(shè)備和本發(fā)明的關(guān)鍵是物理連接時保持電極和相應(yīng)的晶片接觸表面在干燥條件下接觸的能力。可提供當(dāng)陽極橫越表面時隨陽極布置的晶片表面整理裝置，從而確保電極和相應(yīng)的晶片接觸表面合適地保持干燥。
圖6示出本發(fā)明一實(shí)施例的陽極在晶片表面上橫向移動時跟隨陽極布置的晶片表面整理裝置。出于示例目的，圖6描述了與虛設(shè)陽極配制一起的晶片表面整理裝置的排列。但是，應(yīng)知，晶片表面整理裝置的排列同樣能與前述的實(shí)體陽極一起使用。每個晶片表面整理裝置可以為對晶片表面施加或從其上移除液體的出口。每個出口配置成沿著陽極長邊延伸并且有足夠的寬度提供充分的流體流動面積。
參考圖6，第一出口601隨著陽極的橫向移動提供真空從晶片表面移除液體。第二出口605由壁603與第一出口601分開。第二出口605提供清洗液到晶片表面。在一個實(shí)施例中，清洗液是去離子水。但是，在另一實(shí)施例中，任何適合用于晶片工藝的清洗液都可應(yīng)用。第三出口609由壁607與第二出口605分開。與第一出口601一樣，第三出口609提供真空來移除晶片表面上的液體。第四出口613由壁611與第三出口609分開。并且，第四出口613由外壁615來限定。第四出口613能用來施加混合的異丙醇(IPA)/氮?dú)獾骄砻妗?yīng)知，可用包含圖6所示的出口部分的晶片表面整理裝置來實(shí)施本發(fā)明。而且，也可用其它在此沒有明確描述的晶片表面整理裝置來實(shí)施本發(fā)明。
在電鍍過程中，通過在平面的晶片區(qū)域即電鍍?nèi)芤簭澮好婧途g的界面的電流分布來控制淀積材料的均一性。多種因素影響晶片電鍍區(qū)的電流分布。三個影響電流分布的主要因素包括1)接觸晶片的電極位置和數(shù)量，2)晶片上表面的電阻，和3)相對于電鍍區(qū)的陽極位置和布局。通過引入均一分布的電阻路徑，例如多孔性電阻材料、與其緊臨的陰極即電鍍區(qū)以及真陽極與陰極之間，在均勻分布的電阻路徑和陰極之間的電流流量均勻分布。并且，通過選擇具有足夠大電阻的多孔性電阻材料，晶片上表面(特別在晶片邊緣)電阻率的影響能被去除和最小化，從而提高隨后的電鍍的均勻性。
提供同時全晶片電鍍的傳統(tǒng)的電鍍系統(tǒng)中，若不先在晶片上加低電阻層間膜，就不能在晶片表面上電鍍非常電阻性的阻擋膜。例如，在非常電阻性的阻擋膜上電鍍銅時，傳統(tǒng)系統(tǒng)要求在全晶片電鍍前形成銅籽晶層。沒有這個籽晶層，在全晶片電鍍過程中穿過晶片的電阻壓降將引起雙極效應(yīng)。該雙極效應(yīng)使得在鄰近接觸晶片的電極的的區(qū)域中的去鍍和蝕刻。并且，傳統(tǒng)的全晶片電鍍系統(tǒng)要求在晶片周邊附近的均勻分布的電極，其中各均勻分布電極的電阻被匹配。在傳統(tǒng)的全晶片電鍍系統(tǒng)中，從一個電極到另一個電極的不對稱接觸電阻將導(dǎo)致穿越晶片的電流不均勻分布，從而導(dǎo)致整個晶片上的材料淀積不均勻。
在此描述的本發(fā)明的電鍍設(shè)備可解決上面描述的傳統(tǒng)全晶片電鍍系統(tǒng)所產(chǎn)生的問題。更具體地說，本發(fā)明能使接觸晶片的電極保持干燥。當(dāng)本發(fā)明的條形陽極橫跨晶片時，可讓電極接觸與陽極分離的晶片表面的高電阻部分。從而，陰極處也就是陽極下要電鍍的區(qū)域的電流將均勻分布。并且，干燥的電極接觸手段可基本消除雙極效應(yīng)的可能。
圖7表示本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體晶片電鍍方法的流程。該方法包括在第一位置將第一電極加到晶片的操作701。在操作703中，從晶片的第二位置移除第二電極。第二位置關(guān)于橫跨晶片上表面而延伸的中心線與第一位置相對。該方法還包括從第二位置向第一位置在晶片上表面橫向移動陽極的操作705。在一個實(shí)施例中，該橫向移動通過保持陽極在一個固定位置而移動晶片來實(shí)現(xiàn)。在操作707中，在陽極和晶片上表面之間建立電鍍?nèi)芤旱膹澮好?，從而電流流過陽極和第一電極之間的彎液面。陽極在晶片上表面橫向移動時，彎液面限定在陽極和晶片上表面之間。
該方法還包括另一操作709當(dāng)陽極在晶片上表面橫向移動到與第二位置相隔足夠距離的位置時，將第二電極在第二位置上連接到晶片的。一旦第二電極施加到第二位置，電流就流過陽極和第二電極之間的彎液面。在一實(shí)施例中，規(guī)定了與第二位置相隔的足夠距離，以維持彎液面處適當(dāng)?shù)碾娏髅芏确植?。?guī)定與第二位置相隔足夠距離還用來確保相對于電鍍?nèi)芤旱膹澮好娴谝缓偷诙姌O分別保持干燥。接著進(jìn)行在施加第二電極之后從晶片移除第一電極的操作711。然后，在操作713中，完成陽極在晶片上表面的橫向移動。
在一個實(shí)施例中，將第一和第二電極各自從晶片上移開的操作包括將各電極置于流體罩下的步驟。流體罩起著讓第一和第二電極各自避開電鍍?nèi)芤旱膹澮好娴谋Ｗo(hù)作用。并且，在另一實(shí)施例中，該方法還包括在陽極橫過后隨即清洗晶片上表面部分的操作。然后，接著的操作是對完成清洗的晶片上表面進(jìn)行干燥。
盡管本發(fā)明通過多個實(shí)施例作了描述，應(yīng)知，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀前面的說明書和研究附圖后將了解多種改變、增加、置換以及等效物。從而，在不脫離本發(fā)明真實(shí)精神和范圍的情況下，所有這些改變、增加、置換以及等效物均為本發(fā)明所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，包括一個用來保持晶片的晶片架；設(shè)置在接近于晶片邊緣的第一位置的第一電極，第一電極可移動以電氣上連接和斷開由晶片架保持的晶片；設(shè)置在接近于晶片邊緣的第二位置的第二電極，第二位置關(guān)于晶片架與第一位置基本對置，第二電極可移動以電氣上連接和斷開由晶片架保持的晶片；并且設(shè)在由晶片架保持的晶片上表面之上的陽極，具有矩形表面區(qū)的陽極確定為基本平行和接近于晶片上表面，矩形表面區(qū)至少有一長邊與晶片直徑相等，矩形表面區(qū)由小于晶片直徑的第二邊長進(jìn)一步確定，其中，陽極和晶片架配制成在第一電極和第二電極之間延伸的方向上彼此相對移動，這樣當(dāng)晶片由晶片架保持時陽極在晶片整個上表面上橫向移動。
2.如權(quán)利要求1所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，陽極矩形表面區(qū)與晶片上表面足夠接近，使陽極的矩形表面區(qū)能夠接觸施加到晶片上表面的電鍍?nèi)芤旱膹澮好妗?br> 3.如權(quán)利要求2所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，陽極矩形表面區(qū)和彎液面的接觸使電流通過彎液面流到被移動而電連接到晶片的第一電極或第二電極。
4.如權(quán)利要求2所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中還包括第一流體罩，用以在陽極移動到第一電極上、第一電極被移動而不與晶片電連接時，保護(hù)第一電極使之不暴露于電鍍?nèi)芤旱膹澮好?；以及第二流體罩，用以在陽極移動到第二電極上、第二電極被移動而不與晶片電連接時，保護(hù)第二電極使之不暴露于電鍍?nèi)芤旱膹澮好妗?br> 5.如權(quán)利要求2所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，陽極的矩形表面區(qū)由多孔性電阻材料確定，使得滿載陽離子的電鍍?nèi)芤耗軌蛟诰砻媪鬟^而形成電鍍?nèi)芤簭澮好妗?br> 6.如權(quán)利要求1所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，陽極的矩形表面區(qū)由陽極消耗材料確定。
7.如權(quán)利要求1所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，配置成陽極保持固定而晶片架可相對于陽極移動。
8.如權(quán)利要求1所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，配置成晶片架保持固定而陽極可相對于晶片架移動。
9.一種電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，包括一個用來保持晶片的晶片架；設(shè)置在接近于晶片邊緣的第一位置的第一電極，第一位置沿著晶片架的第一半周邊，第一電極配制成可移動以電接觸到由晶片架保持的晶片；設(shè)置在接近于晶片邊緣的第二位置的第二電極，第二位置沿著不包含晶片架第一半周邊的晶片架的第二半周邊，第二電極配制成可移動以電接觸到由晶片架保持的晶片；以及設(shè)置在由晶片架保持的晶片上表面之上的陽極，具有矩形表面區(qū)的陽極設(shè)定為基本平行和接近于晶片上表面，具有至少與晶片直徑相等的一長邊的矩形表面區(qū)，矩形表面區(qū)由小于晶片直徑的第二邊長進(jìn)一步確定，其中，陽極和晶片架配制成在第一電極和第二電極之間延伸的方向上彼此相對移動，這樣當(dāng)晶片由晶片架保持時陽極在晶片整個上表面。
10.如權(quán)利要求9所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，陽極矩形表面區(qū)與晶片的上表面足夠接近，使得陽極的矩形表面區(qū)能夠接觸施加到晶片上表面的電鍍?nèi)芤旱膹澮好妗?br> 11.如權(quán)利要求10所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，陽極矩形表面區(qū)和彎液面的接觸讓電流通過彎液面流到被移動電連接到晶片的第一電極或第二電極。
12.如權(quán)利要求10所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，還包括第一流體罩，配置成在陽極移動到第一電極上，當(dāng)移動第一電極電不連接到晶片時，保護(hù)第一電極使之不暴露于電鍍?nèi)芤旱膹澮好?；以及第二流體罩，配置成在陽極移動到第二電極上，當(dāng)移動第二電極電不連接到晶片時，保護(hù)第一電極使之不暴露于電鍍?nèi)芤旱膹澮好娴摹?br> 13.如權(quán)利要求10所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，陽極的矩形表面區(qū)由多孔性電阻材料確定，讓滿載陽離子電鍍?nèi)芤涸诰砻媪鬟^而形成電鍍?nèi)芤簭澮好妗?br> 14.如權(quán)利要求9所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，陽極的矩形表面區(qū)由陽極消耗材料確定。
15.如權(quán)利要求9所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，配置成陽極保持固定而晶片架可相對于陽極移動。
16.如權(quán)利要求9所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的設(shè)備，其中，配置成晶片架保持固定而陽極可相對于晶片架移動。
17.一種半導(dǎo)體晶片電鍍系統(tǒng)，包括用來保持晶片的晶片支持結(jié)構(gòu)；配置成從第一位置到第二位置在晶片支持結(jié)構(gòu)上橫向移動的陽極，第一位置和第二位置各自接近于晶片支持結(jié)構(gòu)外圍的外側(cè)，陽極還配置成在陽極水平表面和通過晶片支持結(jié)構(gòu)保持的晶片的上表面之間接觸電鍍?nèi)芤旱膹澮好妫哂醒刂谝幌已由斓木匦螀^(qū)的陽極水平表面，該第一弦穿過由晶片支持結(jié)構(gòu)保持的晶片，其中該第一弦基本垂直于從第一位置到第二位置延伸的第二弦；第一電極，配置成可移動以在充分地靠近第一位置的第一接觸位置電接觸到由晶片支持結(jié)構(gòu)保持的晶片；以及，第二電極，配置成可移動以充分靠近第二位置的第二接觸位置電接觸到由晶片支持結(jié)構(gòu)保持的晶片。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體晶片電鍍系統(tǒng)，其中，電鍍?nèi)芤旱膹澮好嫦薅ㄔ诰哂芯匦螀^(qū)域的陽極水平表面和晶片上表面之間。
19.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體晶片電鍍系統(tǒng)，其中，矩形表面區(qū)由至少與晶片直徑相等的長邊確定，矩形表面區(qū)由小于晶片直徑的第二邊長進(jìn)一步確定。
20.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體晶片電鍍系統(tǒng)，其中，陽極和電鍍?nèi)芤簭澮好娴慕佑|讓電流通過電鍍?nèi)芤簭澮好媪鞯娇梢苿与娺B接到晶片的第一電極或第二電極。
21.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體晶片電鍍系統(tǒng)，還包括在陽極移動到第一電極上將第一電極從晶片移開時，從保護(hù)第一電極使之不暴露于電鍍?nèi)芤旱膹澮好娴牡谝涣黧w罩；以及在陽極移動到第二電極上將第二電極從晶片移開時，保護(hù)第二電極使之不暴露于電鍍?nèi)芤旱膹澮好娴牡诙黧w罩。
22.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體晶片電鍍系統(tǒng)，其中，陽極矩形表面區(qū)由多孔性電阻材料確定，該材料配置成使得滿載陽離子電鍍?nèi)芤涸诰砻媪鬟^而形成電鍍?nèi)芤旱膹澮好妗?br> 23.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體晶片電鍍系統(tǒng)，其中，陽極的矩形表面區(qū)由陽極消耗材料確定。
24.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體晶片電鍍系統(tǒng)，其中，配置成陽極保持固定位而晶片架可相對于陽極移動。
25.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體晶片電鍍系統(tǒng)，其中，配置成晶片架保持固定而陽極可相對于晶片架移動。
26.一種電鍍半導(dǎo)體晶片的方法，包括以下步驟在第一位置施加第一電極到晶片；從第二位置到第一位置在晶片上表面上橫向移動陽極，第二位置關(guān)于延伸穿過晶片上表面的中心線與第一位置相對；在陽極和晶片上表面之間建立電鍍?nèi)芤簭澮好?，借此電流流過在陽極和第一電極之間的彎液面；當(dāng)陽極在晶片上表面移動到與第二位置相隔足夠距離時，在第二位置施加第二電極到晶片，借此電流流過在陽極和第二電極之間的彎液面；在施加第二電極后從晶片移開第一電極；以及完成陽極在晶片上表面的橫向移動。
27.如權(quán)利要求26所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的方法，還包括以下步驟在陽極移動到第二位置上之前將第二電極從晶片移開。
28.如權(quán)利要求27所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的方法，其中，將第一和第二電極各自從晶片移開的步驟包括將各電極置于流體罩下，該流體罩用于保護(hù)各電極使之避開電鍍?nèi)芤旱膹澮好妗?br> 29.如權(quán)利要求26所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的方法，其中，從第二位置起的足夠距離用來在彎液面上維持適當(dāng)?shù)碾娏髅芏确植疾⒋_保第一和第二電極各自相對于電鍍?nèi)芤旱膹澮好姹３指稍铩?br> 30.如權(quán)利要求26所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的方法，其中，橫向移動通過將陽極保持固定而移動晶片來完成。
31.如權(quán)利要求26所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的方法，其中，橫向移動通過將晶片保持固定而移動陽極來完成。
32.如權(quán)利要求26所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的方法，還包括以下步驟在陽極在晶片上表面上橫向移動時將彎液面限定在陽極和晶片上表面之間。
33.如權(quán)利要求26所述的電鍍半導(dǎo)體晶片的方法，還包括以下步驟清洗陽極剛橫向移過的晶片的上表面部分；以及干燥已完成清洗的晶片的上表面部分。
全文摘要
在接近晶片架邊緣的第一和第二位置分別設(shè)置第一和第二電極，其中第一和第二位置基本上關(guān)于晶片架彼此相對。移動第一和第二電極可各自電氣上連接和斷開由晶片架保持的晶片。陽極設(shè)置在晶片上接近晶片的位置，使得電鍍?nèi)芤旱膹澮好婢S持在陽極和晶片之間。當(dāng)陽極從晶片上的第一位置移動到第二位置，通過陽極和晶片之間彎液面施加電流。并且，當(dāng)陽極在晶片上移動時，控制第一和第二電極與晶片連接，同時確保陽極沒有越過已連接的電極。
文檔編號H01L21/288GK1737208SQ20051009131
公開日2006年2月22日 申請日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者Y·多爾迪, B·馬拉欣, J·博伊德, F·C·雷德克, C·伍茲 申請人:蘭姆研究有限公司