一种晶圆电镀装置及电镀方法

摘要

本发明公开了一种晶圆电镀装置，包括盛装有电镀液的电镀容器，晶圆、阳极及电镀电源；该晶圆与该阳极浸没于该电镀液中；该晶圆通过该电镀电源与该阳极电连接，使得该晶圆与该阳极之间形成电镀电场；其中，该电镀电场的中心区域内设有与该晶圆同心的外侧第一环形障碍物及外侧第二环形障碍物。本发明通过通过在晶圆与阳极之间分别设置外侧第一环形障碍物及外侧第二环形障碍物来改变电镀过程中晶圆表面边缘区域与阳极之间的外侧传输电阻的阻值，并通过旋转电机带动晶圆旋转，从而实现了晶圆电镀表面电场的均匀分布，解决了晶圆表面电场分布不均而导致电镀镀膜均匀性的问题，具有操作简单、均匀性好、电镀效率高等特点。

权利要求

1.一种晶圆电镀装置，其特征在于，包括盛装有电镀液的电镀容器，晶圆、阳极及电镀电源；所述晶圆与所述阳极浸没于所述电镀液中；所述晶圆通过所述电镀电源与所述阳极电连接，使得所述晶圆与所述阳极之间形成电镀电场；其中，所述电镀电场的边缘区域内设有与所述晶圆同心的外侧第一环形障碍物及外侧第二环形障碍物；

所述晶圆电镀装置进一步包括外侧第一供应源、外侧第一压力检测装置、外侧第一压力调整装置、外侧第二供应源、外侧第二压力检测装置及外侧第二压力调整装置；其中，所述外侧第一环形障碍物依次与所述外侧第一供应源、所述外侧第一压力检测装置及所述外侧第一压力调整装置相连接，所述外侧第二环形障碍物依次与所述外侧第二供应源、所述外侧第二压力检测装置及所述外侧第二压力调整装置相连接。

2.根据权利要求1所述的晶圆电镀装置，其特征在于，所述外侧第一环形障碍物及所述外侧第二环形障碍物均为离子膜材质。

3.根据权利要求1所述的晶圆电镀装置，其特征在于，所述外侧第一环形障碍物的内部填充外侧第一流体，所述外侧第二环形障碍物的内部填充外侧第二流体；所述外侧第一流体及所述外侧第二流体的电导率均小于电镀容器内的电镀液的电导率。

4.一种根据权利要求1 3任意一项所述的晶圆电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述~电镀方法包括：

S001: 在晶圆与阳极之间分别设置外侧第一环形障碍物及外侧第二环形障碍物；

S002：将电镀液盛装在电镀容器内，晶圆和阳极浸没于电镀液中，并用电镀电源分别连接晶圆及阳极，使得晶圆与阳极之间形成电镀电场；其中，电镀电源与晶圆的接触点为晶圆的边缘区域；

S003：启动旋转电机带动晶圆旋转。

5.根据权利要求4所述的电镀方法，其特征在于，所述步骤S001与所述步骤S002之间中进一步包括：将所述外侧第一环形障碍物依次与外侧第一供应源、外侧第一压力检测装置及外侧第一压力调整装置相连接，所述外侧第二环形障碍物依次与外侧第二供应源、外侧第二压力检测装置及外侧第二压力调整装置相连接。

6.根据权利要求5所述的电镀方法，其特征在于，所述外侧第一环形障碍物及所述外侧第二环形障碍物均为离子膜材质。

7.根据权利要求6所述的电镀方法，其特征在于，所述外侧第一环形障碍物的内部填充外侧第一流体，所述外侧第二环形障碍物的内部填充外侧第二流体；所述外侧第一流体及所述外侧第二流体的电导率均大于电镀容器内的电镀液的电导率。

8.根据权利要求7所述的电镀方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

S004：通过所述外侧第一压力调整装置调整所述外侧第一流体的压力，所述外侧第二压力调整装置调整所述外侧第二流体的压力，从而使得所述外侧第一环形障碍物及所述外侧第二环形障碍物沿电镀电场方向的厚度发生改变。

9.根据权利要求4所述的电镀方法，其特征在于，所述外侧第一环形障碍物及所述外侧第二环形障碍物的数量为一个、两个或多个。

说明书

一种晶圆电镀装置及电镀方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体芯片制造技术领域，特别涉及一种晶圆电镀装置及电镀方法。

背景技术

[0002] 半导体集成电路和其他半导体器件的生产过程中需要在晶圆表面上制作多种金属层，从而达到电气互联等作用。电镀是制作这些金属层的关键工艺之一，晶圆电镀是将晶圆置于电镀液中，将电压负极施加到晶圆上预先制作好的薄金属层（种子层），将电压正极施加到可溶解或不可溶解的阳极上，通过电场作用使得镀液中的金属离子沉积到晶圆表面。

[0003] 随着半导体技术的发展，越来越薄的种子层被应用于电镀工艺。然而，薄种子层的应用会导致在种子层上电镀金属层的均匀性产生问题。为了提高晶圆的利用率，电镀夹具的接电点通常都只与晶圆的最外边缘的种子层接触，晶圆中心的种子层与晶圆边缘的种子层存在电压差，且种子层越薄，压差越大。这可能会导致晶圆中心区域的电镀速率远小于晶圆边缘区域的电镀速率，使得晶圆边缘区域的镀膜厚度大于晶圆中心区域的镀膜厚度，从而影响工艺的均匀性。

[0004] 进一步地，随着电镀过程的进行，种子层厚度被增加，从而导致晶圆中心与晶圆边缘之间的电阻不断变化，使得电镀速率的差异是动态变化的，这样就给问题的解决增加了更大的难度。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提出一种晶圆电镀装置，通过在晶圆与阳极之间分别设置外侧第一环形障碍物及外侧第二环形障碍物从而实现改变晶圆表面边缘区域与阳极之间的外侧传输电阻的阻值，进而解决晶圆表面电场分布不均而影响电镀均匀性的问题。

[0006] 为达到上述目的，本发明提出了一种晶圆电镀装置，包括盛装有电镀液的电镀容器，晶圆、阳极及电镀电源；所述晶圆与所述阳极浸没于所述电镀液中；所述晶圆通过所述电镀电源与所述阳极电连接，使得所述晶圆与所述阳极之间形成电镀电场；其中，所述电镀电场的边缘区域内设有与所述晶圆同心的外侧第一环形障碍物及外侧第二环形障碍物。

[0007] 优选地，所述晶圆电镀装置进一步包括外侧第一供应源、外侧第一压力检测装置、外侧第一压力调整装置、外侧第二供应源、外侧第二压力检测装置及外侧第二压力调整装置；其中，所述外侧第一环形障碍物依次与所述外侧第一供应源、所述外侧第一压力检测装置及所述外侧第一压力调整装置相连接，所述外侧第二环形障碍物依次与所述外侧第二供应源、所述外侧第二压力检测装置及所述外侧第二压力调整装置相连接。

[0008] 优选地，所述外侧第一环形障碍物及所述外侧第二环形障碍物均为离子膜材质。

[0009] 优选地，所述外侧第一环形障碍物的内部填充外侧第一流体，所述外侧第二环形障碍物的内部填充外侧第二流体；所述外侧第一流体及所述外侧第二流体的电导率均小于电镀容器内的电镀液的电导率。

[0010] 另外，本发明还提供上述晶圆电镀装置的电镀的方法，所述电镀方法包括：S001: 在晶圆与阳极之间分别设置外侧第一环形障碍物及外侧第二环形障碍物；S002：将电镀液盛装在电镀容器内，晶圆和阳极浸没于电镀液中，并用电镀电源分别连接晶圆及阳极，使得晶圆与阳极之间形成电镀电场；其中，电镀电源与晶圆的接触点为晶圆的边缘区域；S003：启动旋转电机带动晶圆旋转。

[0011] 优选地，所述步骤S001与所述步骤S002之间中进一步包括：将所述外侧第一环形障碍物依次与外侧第一供应源、外侧第一压力检测装置及外侧第一压力调整装置相连接，所述外侧第二环形障碍物依次与外侧第二供应源、外侧第二压力检测装置及外侧第二压力调整装置相连接。

[0012] 优选地，所述外侧第一环形障碍物及所述外侧第二环形障碍物均为离子膜材质。

[0013] 优选地，所述外侧第一环形障碍物的内部填充外侧第一流体，所述外侧第二环形障碍物的内部填充外侧第二流体；所述外侧第一流体及所述外侧第二流体的电导率均小于电镀容器内的电镀液的电导率。

[0014] 优选地，所述方法进一步包括：S004：通过所述外侧第一压力调整装置调整所述外侧第一流体的压力，所述外侧第二压力调整装置调整所述外侧第二流体的压力，从而使得所述外侧第一环形障碍物及所述外侧第二环形障碍物沿电镀电场方向的厚度发生改变。

[0015] 优选地，所述外侧第一环形障碍物及所述外侧第二环形障碍物的数量为一个、两个或多个。

[0016] 本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的晶圆电镀装置通过在晶圆与阳极之间分别设置外侧第一环形障碍物及外侧第二环形障碍物来改变电镀过程中晶圆表面边缘区域与阳极之间的外侧传输电阻的阻值，并通过旋转电机带动晶圆旋转，从而实现了晶圆电镀表面电场的均匀分布，解决了晶圆表面电场分布不均而导致电镀镀膜均匀性的问题。另外，本发明通过外侧第一压力检测装置及外侧第二压力检测装置调整电镀容器内晶圆电流传输路径上的外侧传输电阻的阻值，即使晶圆表面种子层电阻在电镀过程中不断变化，也能实现晶圆表面电场的动态均匀分布，具有操作简单、均匀性好、电镀效率高等特点，有效地保证了电镀过程中晶圆表面不同点的镀膜速度及镀膜厚度具有一致性。

附图说明

[0017] 图1为现有技术中晶圆电镀装置的结构示意图；

[0018] 图2为现有技术中晶圆电镀装置的电气原理示意图；

[0019] 图3为本发明晶圆电镀装置一实施例的结构示意图；以及

[0020] 图4为本发明的电镀方法的流程示意图。

具体实施方式

[0021] 请参阅图1及图2，图1为现有技术的晶圆电镀装置的结构原理示意图，电镀液1盛装在电镀容器3内，晶圆2和阳极5浸没在电镀液1中，电镀电源6分别连接作为阴极的晶圆2和阳极5。为了提高晶圆2的利用率，现有技术中一般将晶圆2的边缘区域作为阴极电流的接触点，整个电路中的电气原理示意图如图2所示，由于作为导电层的种子层存在电阻，因此晶圆2的边缘区域与晶圆2的中心区域之间存在电阻Ra，晶圆2的边缘区域A点与阳极5之间存在电阻Rb，晶圆2的边缘区域另一点B点与阳极5存在电阻Rd，晶圆2的中心区域C与阳极5之间存在电阻Rc。若晶圆2与阳极5平行，理论上电阻 Rb、电阻Rd、电阻Rc是相同的，但是由于实际结构的误差及电镀液1各点流速、浓度等的差异，三者是有差别的。由于晶圆2上种子层的电阻Ra分去了一部分电压，因此整个电场4靠近晶圆2边缘区域的地方比靠近晶圆2中心区域的地方密集。因此，电场4的不均匀分布造成晶圆2表面靠近边缘区域的地方比靠近中心区域的地方电镀沉积速度快，从而严重影响了电镀工艺的均匀性。

[0022] 如图3所示，本发明提供一种晶圆电镀装置，包括盛装有电镀液101的电镀容器103，晶圆102、阳极105及电镀电源106；晶圆102与阳极105浸没于电镀液101中；晶圆102通过电镀电源106与阳极105电连接，使得晶圆102与阳极105之间形成电镀电场104；其中，电镀电场104的边缘区域内设有与晶圆102同心的外侧第一环形障碍物107及外侧第二环形障碍物108。

[0023] 请继续参阅图3，在本发明中，晶圆电镀装置进一步包括外侧第一供应源111、外侧第一压力检测装置112、外侧第一压力调整装置113、外侧第二供应源114、外侧第二压力检测装置115及外侧第二压力调整装置116；其中，外侧第一环形障碍物107依次与外侧第一供应源111、外侧第一压力检测装置112及外侧第一压力调整装置113相连接，外侧第二环形障碍物108依次与外侧第二供应源114、外侧第二压力检测装置115及外侧第二压力调整装置116相连接。

[0024] 其中，外侧第一环形障碍物107及外侧第二环形障碍物108均为离子膜材质。

[0025] 特别地，在图3中，外侧第一环形障碍物107的内部填充外侧第一流体109，外侧第二环形障碍物108的内部填充外侧第二流体110，外侧第一流体109及外侧第二流体110的电导率均小于电镀容器103内的电镀液101的电导率。

[0026] 请一并参阅图3及图4，本发明提出了一种上述晶圆电镀装置的电镀方法，该方法包括：

[0027] S001：在晶圆102与阳极105之间分别设置外侧第一环形障碍物107及外侧第二环形障碍物108；其中，外侧第一环形障碍物107及外侧第二环形障碍物108均为空心，且与晶圆102同心；在本实施例中，外侧第一环形障碍物107及外侧第二环形障碍物108均为离子膜材质。外侧第一环形障碍物107的内部填充外侧第一流体109，外侧第二环形障碍物108的内部填充外侧第二流体110；外侧第一流体109及外侧第二流体110的电导率均小于电镀容器103内的电镀液101的电导率；

[0028] S002：将外侧第一环形障碍物107依次与外侧第一供应源111、外侧第一压力检测装置112及外侧第一压力调整装置113相连接，外侧第二环形障碍物108依次与外侧第二供应源114、外侧第二压力检测装置115及外侧第二压力调整装置116相连接；

[0029] S003：将电镀液101盛装在电镀容器103内，晶圆102和阳极105浸没于电镀液101中，并用电镀电源106分别连接晶圆102及阳极105，从而使得晶圆102与阳极105之间形成电镀电场104；其中，电镀电源106与晶圆102的接触点为晶圆102的边缘区域；

[0030] S004：启动旋转电机M带动晶圆102旋转；在本步骤中，由于外侧第一流体109及外侧第二流体110的电导率均小于电镀容器103内的电镀液101的电导率，使得晶圆102边缘区域到阳极105的外侧传输电阻大于晶圆102中心区域到阳极105之间的内侧传输电阻；旋转电机M带动晶圆102旋转，保证了晶圆102的边缘区域的不同点到阳极105的内侧传输电阻均得到了增大，这就削弱了电镀电场104边缘区域的强度而使得整个电镀电场104的分布产生均匀效果。为了达到更好的效果，外侧第一环形障碍物107、外侧第二环形障碍物108的数量可根据实际需要设为一个、两个或多个。

[0031] S005：通过外侧第一压力调整装置113调整外侧第一流体109的压力，外侧第二压力调整装置116调整外侧第二流体110的压力，从而使得外侧第一环形障碍物107及外侧第二环形障碍物108沿电镀电场104方向的厚度发生改变。在本步骤中，即使晶圆102表面种子层电阻在电镀过程中不断变化，也能根据实际情况动态调整晶圆102边缘区域到阳极105之间的外侧传输电阻的阻值，从而实现晶圆表面电场的动态均匀分布

[0032] 本发明的晶圆电镀装置通过在晶圆与阳极之间分别设置外侧第一环形障碍物及外侧第二环形障碍物来改变电镀过程中晶圆表面边缘区域与阳极之间的外侧传输电阻的阻值，并通过旋转电机带动晶圆旋转，从而实现了晶圆电镀表面电场的均匀分布，解决了晶圆表面电场分布不均而导致电镀镀膜均匀性的问题。另外，本发明通过外侧第一压力检测装置及外侧第二压力检测装置调整电镀容器内晶圆电流传输路径上的外侧传输电阻的阻值，即使晶圆表面种子层电阻在电镀过程中不断变化，也能实现晶圆表面电场的动态均匀分布，具有操作简单、均匀性好、电镀效率高等特点，有效地保证了电镀过程中晶圆表面不同点的镀膜速度及镀膜厚度具有一致性。

[0033] 这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。