电镀半导体晶片的方法和设备

摘要

在接近晶片架边缘的第一和第二位置分别设置第一和第二电极，其中第一和第二位置基本上关于晶片架彼此相对。移动第一和第二电极可各自电气上连接和断开由晶片架保持的晶片。阳极设置在晶片上接近晶片的位置，使得电镀溶液的弯液面维持在阳极和晶片之间。当阳极从晶片上的第一位置移动到第二位置，通过阳极和晶片之间弯液面施加电流。并且，当阳极在晶片上移动时，控制第一和第二电极与晶片连接，同时确保阳极没有越过已连接的电极。

权利要求

1.一种电镀半导体晶片的设备，包括：

一个用来保持晶片的晶片架；

设置在接近于晶片架边缘的第一位置的第一电极，第一电极能够移动以便电连接和断开由晶片架保持的晶片；

设置在接近于晶片架边缘的第二位置的第二电极，第二位置关于晶片架与第一位置对置，第二电极能够移动以便电连接和断开由晶片架保持的晶片；以及设在由晶片架保持的晶片的上表面之上的阳极，所述阳极具有确定为平行和接近于晶片的上表面的矩形表面区，矩形表面区具有至少等于晶片直径的长边，矩形表面区由小于晶片直径的第二边长进一步确定，其中，阳极和晶片架配置成在第一电极和第二电极之间延伸的方向上彼此相对移动，这样当晶片由晶片架保持时阳极在晶片的整个上表面上横向移动。

2.如权利要求1所述的电镀半导体晶片的设备，其中，阳极的矩形表面区与晶片的上表面足够接近，使阳极的矩形表面区能够接触施加到晶片的上表面的电镀溶液的弯液面。

3.如权利要求2所述的电镀半导体晶片的设备，其中，阳极的矩形表面区和弯液面之间的接触使电流通过弯液面流到被移动而电连接到晶片的第一电极或第二电极。

4.如权利要求2所述的电镀半导体晶片的设备，其中还包括：第一流体罩，用以在阳极移动到第一电极上，当第一电极被移动而不与晶片电连接时，保护第一电极使之不暴露于电镀溶液的弯液面；以及第二流体罩，用以在阳极移动到第二电极上，当第二电极被移动而不与晶片电连接时，保护第二电极使之不暴露于电镀溶液的弯液面。

5.如权利要求2所述的电镀半导体晶片的设备，其中，阳极的矩形表面区由多孔性电阻材料确定，使得满载阳离子的电镀溶液能够在晶片表面流过而形成电镀溶液弯液面。

6.如权利要求1所述的电镀半导体晶片的设备，其中，阳极的矩形表面区由阳极消耗材料确定。

7.如权利要求1所述的电镀半导体晶片的设备，其中，配置成阳极保持固定而晶片架相对于阳极移动。

8.如权利要求1所述的电镀半导体晶片的设备，其中，配置成晶片架保持固定而阳极相对于晶片架移动。

9.一种电镀半导体晶片的设备，包括：

一个用来保持晶片的晶片架；

设置在接近于晶片架边缘的第一位置的第一电极，第一位置沿着晶片架的第一半周边，第一电极配置成能够移动以便电接触由晶片架保持的晶片；

设置在接近于晶片架边缘的第二位置的第二电极，第二位置沿着不包含晶片架第一半周边的晶片架的第二半周边，第二电极配置成能够移动以便电接触由晶片架保持的晶片；以及设置在由晶片架保持的晶片的上表面之上的阳极，所述阳极具有设定为平行和接近于晶片的上表面的矩形表面区，所述矩形表面区具有至少等于晶片直径的长边，所述矩形表面区由小于晶片直径的第二边长进一步确定，其中，阳极和晶片架配置成在第一电极和第二电极之间延伸的方向上彼此相对移动，这样当晶片由晶片架保持时阳极在晶片的整个上表面上横向移动。

10.如权利要求9所述的电镀半导体晶片的设备，其中，阳极的矩形表面区与晶片的上表面足够接近，使得阳极的矩形表面区能够接触施加到晶片的上表面的电镀溶液的弯液面。

11.如权利要求10所述的电镀半导体晶片的设备，其中，阳极的矩形表面区和弯液面之间的接触让电流通过弯液面流到被移动电连接晶片的第一电极或第二电极。

12.如权利要求10所述的电镀半导体晶片的设备，还包括：第一流体罩，配置成在阳极移动到第一电极上，当移动第一电极离开晶片时，保护第一电极使之不暴露于电镀溶液的弯液面；以及第二流体罩，配置成在阳极移动到第二电极上，当移动第二电极离开晶片时，保护第二电极使之不暴露于电镀溶液的弯液面。

13.如权利要求10所述的电镀半导体晶片的设备，其中，阳极的矩形表面区由多孔性电阻材料确定，让满载阳离子的电镀溶液在晶片表面流过而形成电镀溶液的弯液面。

14.如权利要求9所述的电镀半导体晶片的设备，其中，阳极的矩形表面区由阳极消耗材料确定。

15.如权利要求9所述的电镀半导体晶片的设备，其中，配置成阳极保持固定而晶片架相对于阳极移动。

16.如权利要求9所述的电镀半导体晶片的设备，其中，配置成晶片架保持固定而阳极相对于晶片架移动。

17.一种半导体晶片电镀系统，包括：

用来保持晶片的晶片支持结构；

配置成从第一位置到第二位置在晶片支持结构上横向移动的阳极，第一位置和第二位置各自接近于晶片支持结构外围的外侧，阳极还配置成在阳极的水平表面和通过晶片支持结构保持的晶片的上表面之间接触电镀溶液的弯液面，阳极的水平表面具有沿着第一弦延伸的矩形区，该第一弦穿过由晶片支持结构保持的晶片，其中该第一弦垂直于从第一位置到第二位置延伸的第二弦；

第一电极，配置成能够移动以便在靠近第一位置的第一接触位置电接触由晶片支持结构保持的晶片；以及第二电极，配置成能够移动以便在靠近第二位置的第二接触位置电接触由晶片支持结构保持的晶片。

18.如权利要求17所述的半导体晶片电镀系统，其中，电镀溶液的弯液面限定在具有矩形区的阳极的水平表面和晶片的上表面之间。

19.如权利要求17所述的半导体晶片电镀系统，其中，矩形区由至少等于晶片直径的长边确定，矩形区由小于晶片直径的第二边长进一步确定。

20.如权利要求17所述的半导体晶片电镀系统，其中，阳极和电镀溶液的弯液面之间的接触让电流通过电镀溶液的弯液面流到能够移动电连接晶片的第一电极或第二电极。

21.如权利要求17所述的半导体晶片电镀系统，还包括：第一流体罩，配置成在阳极移动到第一电极上，当移动第一电极离开晶片时，保护第一电极使之不暴露于电镀溶液的弯液面；以及第二流体罩，配置成在阳极移动到第二电极上，当移动第二电极离开晶片时，保护第二电极使之不暴露于电镀溶液的弯液面。

22.如权利要求17所述的半导体晶片电镀系统，其中，具有矩形区的阳极的水平表面由多孔性电阻材料确定，该材料配置成使得满载阳离子的电镀溶液在晶片表面流过而形成电镀溶液的弯液面。

23.如权利要求17所述的半导体晶片电镀系统，其中，具有矩形区的阳极的水平表面由阳极消耗材料确定。

24.如权利要求17所述的半导体晶片电镀系统，其中，配置成阳极保持固定而晶片架相对于阳极移动。

25.如权利要求17所述的半导体晶片电镀系统，其中，配置成晶片架保持固定而阳极相对于晶片架移动。

26.一种电镀半导体晶片的方法，包括以下步骤：

在第一位置施加第一电极到晶片；

从第二位置到第一位置在晶片的上表面上横向移动阳极，第二位置关于延伸穿过晶片的上表面的中心线与第一位置相对；

在阳极和晶片的上表面之间建立电镀溶液的弯液面，借此电流流过阳极和第一电极之间的弯液面；

当阳极在晶片的上表面移动到与第二位置相隔足够的距离时，在第二位置施加第二电极到晶片，借此电流流过阳极和第二电极之间的弯液面；

在施加第二电极后从晶片移开第一电极；以及

完成阳极在晶片的上表面的横向移动。

27.如权利要求26所述的电镀半导体晶片的方法，还包括以下步骤：在阳极移动到第二位置上之前将第二电极从晶片移开。

28.如权利要求27所述的电镀半导体晶片的方法，其中，将第一电极和第二电极各自从晶片移开的步骤包括将各电极置于流体罩下，该流体罩用于保护各电极使之避开电镀溶液的弯液面。

29.如权利要求26所述的电镀半导体晶片的方法，其中，与第二位置相隔足够的距离被限定以便在弯液面上维持适当的电流密度分布并确保第一电极和第二电极各自相对于电镀溶液的弯液面保持干燥。

30.如权利要求26所述的电镀半导体晶片的方法，其中，横向移动通过将阳极保持固定而移动晶片来完成。

31.如权利要求26所述的电镀半导体晶片的方法，其中，横向移动通过将晶片保持固定而移动阳极来完成。

32.如权利要求26所述的电镀半导体晶片的方法，还包括以下步骤：在阳极于晶片的上表面上横向移动时将弯液面限定在阳极和晶片的上表面之间。

33.如权利要求26所述的电镀半导体晶片的方法，还包括以下步骤：清洗阳极刚横向移过的晶片的上表面的部分；以及

干燥已完成清洗的晶片的上表面的部分。

说明书

发明背景

制造半导体器件的过程中，例如集成电路，存储器单元等，在半导体晶片上进行一系列的生产操作来划定特征的界限。半导体晶片包括在硅衬底上定界的多层结构形式的集成电路器件。在衬底层，形成具有扩散区的晶体管。在后续层，图案化互连金属线并电连接至晶体管器件来确定所要的集成电路器件。而且，用电介质材料将经图案化的导电层与其他导电层绝缘。

用于在半导体晶片上划定特征的界限的一系列操作可包括用来在半导体晶片表面增加材料的电镀工艺。传统技术中，通过将整个晶片浸入电镀液的全晶片电镀处理机来进行电镀。在传统电镀过程中，相对于带正电荷的阳极板晶片处于负电势，其中阳极板尺寸与晶片基本相等。阳极板也浸在电解液中并保持在与晶片接近且平行的位置。

在电镀过程中晶片充当阴极时，因而，晶片需要电连接到大量的电极。为了实现晶片上的电流均匀分布，要求这些电极环绕晶片周边均匀分布并且具有基本匹配的接触电阻。在该全晶片电镀处理机中，穿过晶片的电流分布的不均匀会导致晶片上的电镀厚度的不均匀。

尽管传统的全晶片电镀处理机能在晶片表面上淀积材料，当前仍需要继续研究和发展提高在半导体晶片制造过程中用于淀积材料的电镀技术。

发明内容

在一个实施例中，公开一种用于电镀半导体晶片的设备。该设备包括一个用来保持晶片的晶片架。该设备还包括设置在接近于晶片架边缘的第一位置的第一电极，该第一电极可移动以电气上连接和断开由晶片架保持的晶片。该设备还包括设置在接近于晶片边缘的第二位置的第二电极，该第二位置相对于晶片架与第一位置基本对置，该第二电极可移动来电气上连接和断开由晶片架保持的晶片。该设备还包括一个阳极，配制在由晶片架保持的晶片的上表面之上，该阳极具有一个矩形表面区，设置成基本平行于并接近晶片的上表面，该矩形表面区有一至少与晶片直径相等的长边，通过小于晶片直径的第二尺寸进一步确定该矩形表面区。另外，阳极和晶片架配制成可在一个在第一电极和第二电极之间延伸的方向上彼此相对移动，以在晶片由晶片架保持时阳极能够横贯晶片的整个上表面。
在另一个实施例中，公开了一种用于电镀半导体晶片的设备。该设备包括一个用来保持晶片的晶片架。该设备还包括设置在接近于晶片边缘的第一位置的第一电极，第一位置沿着晶片架的第一半周边，第一电极也被可移动地配置，以电接触到由晶片架保持的晶片，该设备还包括设置在接近于晶片架边缘的第二位置的第二电极，第二位置沿着晶片架的第二半周边。晶片架的第二位置沿着排除晶片架第一半周边。晶片架的第二半周边不包括在晶片架的第一半周边内。第二电极也被可移动地配制，以电接触到由晶片架保持的晶片。另外，该设备包括一个阳极，配制在由晶片架保持的晶片的上表面之上，该阳极具有矩形表面区，设置成基本平行于并接近晶片的上表面，该矩形表面区有一至少与晶片直径相等的长边，以及小于晶片直径的第二边。此外，该阳极和晶片架配制成可在一个在第一电极和第二电极之间延伸的方向上彼此相对移动，以在晶片由晶片架保持时阳极能够横贯晶片的整个上表面。
在另一个实施例中，公开了一种用于电镀半导体晶片的系统。该系统包括一个用来保持晶片的晶片支持结构。该系统还包括一个阳极，配制成从第一位置到第二位置横贯晶片支持结构，第一位置和第二位置各自接近于晶片支持结构并位于其周边的外侧。该阳极还配制成接触在阳极水平面和由晶片支持结构保持的晶片的上表面之间的电镀溶液的弯液面。该阳极的水平表面具有沿着设定为穿越由晶片支持结构保持的晶片的第一弦而延伸的矩形区。此外，第一弦充基本垂直于从第一位置到第二位置延伸的第二弦。该系统还包括一个可移动的第一电极，以在基本靠近第一位置的第一接触位置电接触到由晶片支持结构保持的晶片。另外，该系统包括一个可移动的第二电极，以在基本靠近第二位置的第二接触位置电接触到由晶片支持结构保持的晶片。
在另一个实施例中，公开了一种用于电镀半导体晶片的方法。该方法包括
在第一位置将第一电极接到晶片的操作。该方法还包括从第二位置到第一位置在晶片上表面上横向移动阳极的操作。第二位置相对于延伸穿过晶片上表面的中心线与第一位置对立。还进行这样的操作，在阳极和晶片上表面之间建立电镀溶液弯液面(meniscus)。该弯液面的设立可让电流流过在阳极和第一电极之间的弯液面。该方法还包括这样的操作，当阳极从第二位置横向移动到晶片上表面的足够距离时，在第二位置上将第二电极接至晶片。将第二电极接至晶片后，电流就能够流过在阳极和第二电极之间的弯液面。该方法还包括另一操作用于在第二电极接到晶片上后从晶片上移开第一电极。该方法接着还包括一项让阳极完成在晶片的上表面上的横向移动的操作。
本发明的其它方面和优点在接下来的详细说明中将更加清楚，该说明结合如下的附图举例描述。

附图说明

本发明及其进一步的优点，通过参考以下结合附图的说明将被更好地理解：
图1A是本发明一实施例的电镀半导体晶片的设备；
图1B是本发明另一实施例的电镀半导体晶片的设备；
图2A到2D表示本发明一实施例的对应于前面图1A描述的半导体晶片电镀设备的操作顺序图示；
图3A是表示相对于前面图2B描述的第一电极、第二电极和晶片的阳极的俯视图；
图3B表示本发明一个实施例的图3A的设备，其中，一对电极各自设为第一电极和第二电极；
图4A表示本发明一实施例的在晶片上在一个方向横向移动的实体阳极；
图4B是表示上面图4A描述的固态阳极的俯视图；
图5A表示前面提到的本发明一实施例的在晶片上在一个方向横向移动的虚设阳极109B；
图5B表示本发明一实施例的图5A所示的虚设电极，该电极包括弯液面限制表面；
图6表示本发明一实施例的配制成跟随阳极在晶片表面横向移动的晶片表面整理装置的布置；并且
图7是本发明一实施例的半导体晶片电镀方法的流程图。

具体实施方式

在接下来的描述中，为彻底理解本发明引用大量的细节进行说明。显然，作为本领域技术人员实现本发明并不需要某些或全部特征细节。另一方面，为了不至于不必要地模糊本发明，对于公知的工艺操作没有在细节上进行描述。
图1A示出了本发明的一个实施例的半导体晶片电镀设备。该设备包括用来可靠地保持晶片101的晶片架103。该设备还包括第一电极107A和第二电极107B。第一电极107A和第二电极107B各自接近于晶片架103的外围。另外，第二电极107B相对于晶片架103与第一电极107A基本对置。在一个实施例中，第一电极107A设于接近晶片架103周边的第一位置，该第一位置沿着晶片架第一半周边。并且，在相同的实施例中，第二电极107B设于接近晶片架103周边的第二位置，第二位置沿着晶片架103的第二半周边，其中不包括晶片架103第一半周边。
如箭头113A和113B分别所示，第一电极107A和第二电极107B分别设置为可移动，以电气上连接或断开晶片101。应知，电极107A和107B电气上连接或断开晶片101的移动基本上可以无限种方式实施。例如，在一个实施例中，电极107A和107B可在一个与晶片准直的平面上线性移动。在另一实施例中，电极107A和107B具有足够伸长的形状并且定向排列成与晶片101共平面，以旋转的方式接触晶片。同时，应知可以多种不同的方式来确定电极107A和107B的形状。例如，在一个实施例中，电极107A和107B可基本为矩形。在另一实施例中，电极107A和107B可定为矩形，但晶片接触边按照晶片周边的弯曲形状确定。在再一实施例中，电极107A和107B可以是C形。应知，本发明需要至少两个可独立操作来电气上连接或断开晶片的电极。
图1A的设备中还包括配制在晶片101上表面之上的阳极109。在一个实施例中，面对晶片101的阳极水平表面确定为与晶片101充分平行基本为矩形的表面区。该矩形表面区定为具有至少和晶片直径相等的第一尺寸。如图1A所示，矩形表面的第一边长延伸进入纸面。矩形表面区同时也包括定为小于晶片直径的的第二边长。在一个实施例中，第二边长充分小于晶片的直径。如图1A所示，矩形表面区的第二边长与第一边长成直角地延伸且平行于晶片架103。当阳极109设置在晶片101之上时，第一边长，也就是矩形表面区的长边沿着穿过晶片101的第一弦延伸，使阳极109在第一弦的方向上延伸而完全横跨晶片。同时，第二边长，也就是矩形表面区的短边沿着跨越晶片101的第二弦的方向延伸，其中，第二弦垂直于第一弦。应知，与阳极109在晶片101上方的位置无关，阳极109在第二弦的方向上不完全延伸跨越晶片。
如箭头115指示，阳极109配制成在第二电极107B和第一电极107A之间延伸的方向上在晶片101上方移动。因此，阳极109配制为前述的第二弦的方向上移动。当阳极109在晶片101上移动时，阳极109定向为其面向晶片的矩形表面区的第一边长即长边基本垂直于移动方向。因此，阳极109可以横向移过晶片101的整个上表面。同时，当阳极109在晶片101上移动时，阳极109的矩形表面区被保持在接近晶片101上表面的距离上。
当阳极109在晶片101上横向移动时，阳极109矩形表面区和晶片101之间的距离足以让电镀溶液的弯液面111保持在阳极109和晶片101上表面之间。另外，弯液面111可包含在紧接阳极109的下方体积中。弯液面111的约束可由后面讨论的多种方式来完成。在一个实施例中，阳极109是固态消耗性阳极材料。在该实施例中，通过在阳极109周围流动电镀溶液，电镀溶液的弯液面111可被施加到紧接阳极109的下方体积中。这一实施例在下面参考图4A和4B作进一步描述。在另一实施例中，阳极109设定为多孔性电阻材料的虚设阳极。在该实施例中，通过让满载阳离子的电镀溶液流过多孔性虚设阳极，在紧接虚设阳极下方的体积中形成电镀溶液的弯液面111虚设。这一实施例在下面参考图5A和5B作进一步描述。
应知，在图1A的设备操作期间，阳极109和第一、第二电极107A/107B中至少一个电连接到电源以便它们之间存在电势。从而，当电镀溶液弯液面111在阳极109和晶片101之间存在时，第一电极107A或第二电极107B电连接到晶片101，电流将在阳极109和连接电极之间流动。在阳极109和连接电极即107A和/或107B之间流动的电流，使得暴露于电镀溶液弯液面111的晶片101的上表面部分发生电镀反应。
图1A所示的设备还包括流体罩105A和105B，分别用来保护第一电极107A和第二电极107B，当阳极109和弯液面111在其上移动时使它们不暴露于电镀溶液弯液面111的。在一个实施例中，当阳极109和电镀溶液弯液面111在其上移动时，第一和第二电极107A/107B可受控制从晶片101移开而缩到各自的流体罩105A/105B下。
图1B示出本发明的另一实施例的用于半导体晶片电镀的设备。图1B的设备与图1A的相当，只是如箭头117所指，晶片架103、电极107A/107B和流体罩105A/105B一起在阳极109下方直线移动，而阳极被固定。应当理解，在图1B的设备操作时，阳极109以类似于前面讨论的图1A的方式定向。并且，如前面图1A所描述，基于阳极109位置，电极107A/107B被控制成电气上连接或断开晶片101。应知，由于图1B的设备不要求晶片101上的装置运动，可以想见图1B的设备将容易防止不想要的杂质颗粒淀积到晶片101的上表面。
图2A到2D表示前面图1A描述的本发明一实施例的半导体晶片电镀设备操作的顺序图。图2A示出电镀工艺初始化后不久的设备。在图2A中，阳极109在晶片101的上表面上横向移动。弯液面111建立在阳极109的下方。如图2A中所示，当阳极在其上通过时，流体罩105B用于保护第二电极107B不接触电镀溶液的弯液面111。同时，当阳极109和弯液面111在其上通过时，第二电极107B从晶片101断开并且保持在缩进位置。此外，第一电极107A位于基本对着晶片的上表面与阳极109相离的位置，并电连接到晶片101的位置。因而，引起电流通过弯液面流动并且穿过阳极109和第一电极107A之间的晶片101的上表面。在图2A中，弯液面111基本限定在阳极109的正下方。同时，第一电极107A与阳极109相隔足够距离以使第一电极107A不暴露于电镀溶液。
图2B示出从图2A所示的位置作为阳极109连续横越晶片101之上的设备。当阳极109离开第二电极107B朝向第一电极107A横向移动时第一电极107A保持与晶片101连接。在一个实施例中，第二电极107B维持在缩进的位置，直到阳极109和弯液面111离开第二电极107B足够距离以确定第二电极不被暴露于电镀溶液。
同时，第一电极107A和第二电极107B与晶片101的连接受到控制，以优化与弯液面111接触的晶片101的上表面部分的电流分布。在一个实施例中，要求阳极109在晶片101上横向移动时，弯液面111与晶片101之间的界面处的电流分布维持足够的均匀性。应知，维持阳极109与接触电极(也就是阴极)相隔足够的距离能够使得弯液面111和晶片101之间的界面处的电流分布更均匀。因此，在一个实施例中，当阳极109充分接近晶片101上表面的中心线时，发生从第一电极107A连接到第二电极107B连接的转移，该中心线定向为垂直于阳极109移动方向。
在从第一电极107A连接到第二电极107B的转换期间，连接到晶片101的第一电极107A一直维持到第二电极107B被连接。一旦连接了第二电极107B，第一电极就从晶片101断开。维持至少一个电极与晶片101连接，可以将电镀过程中产生间隙或材料淀积偏差的可能性减至最小。
图2C表示在从第一电极107A连接到第二电极107B连接的转换后，其阳极109继续朝向第一电极107A在晶片101上横向移动的所述设备。第二电极107B表示为连接到晶片101。第一电极107A表示为从晶片101断开并且缩到流体罩105A下，以避开逐渐接近的电镀溶液弯液面111。电流通过弯液面111流动并且穿过阳极109和第二电极107B之间的晶片101的上表面。
图2D表示阳极109接近完成其在晶片101上的横向移动而靠近第一电极107A时的设备。当阳极109横过其上时，流体罩105A用来保护第一电极107A避开电镀溶液弯液面111。同时，当阳极109和弯液面111横过其上时，第一电极107A与晶片101电气上断开并保持在缩进位置。
图3A表示前面图2B描述的第一电极107A、第二电极107B和晶片101，107A阳极109的俯视图。如上所述，阳极109在长边方向上延伸，完全横跨晶片101。因此，当阳极109横越晶片101时，整个晶片101的上表面将露出于阳极109下的电镀溶液弯液面。同时，在图3A的实施例中，第一和第二电极107A/107B示为矩形的条。但是，如前面讨论，第一和第二电极107A/107B可确定为具有与电镀工艺相适应的适当形状。并且，所述设备可采用多于两个的电极来完成前面所述的功能。
图3B表示图3A所示的本发明一实施例的设备，其中各用一对电极来作为第一电极107A和第二电极107B。并且，图3B中的各电极以另一种形状示出。因此，本发明可用具有不同形状的多个电极实施，只要该多个电极关于晶片101的中心线基本相对地设置。并且，本发明要求位于晶片101中心线各侧的电极可被独立控制来接触晶片101。
图4A表示本发明一实施例的在晶片101上在方向115上横越的实体电极109A。如前面提到的，阳极109可采用消耗阳极材料的实体阳极109A。在本实施例中，通过电镀溶液环绕实体阳极109A流动，电镀溶液的弯液面111能施加到实体阳极109A正下方的区域。更具体地说，电镀溶液401通过管子加到实体阳极109A的位于上表面的位置。然后电镀溶液401流过槽405到实体阳极109A的前沿。在实体阳极109A的前沿有电镀溶液401流过，如403指示，在实体阳极109A下方形成弯液面111。
图4B表示前面图4A描述的实体阳极109A的俯视图。槽405的取向将电镀溶液导引到实体阳极109A的前部，其中实体阳极109A的前部定义为相对横越晶片101的方向115的实体电极109A前缘。实体阳极109A的俯视图还示出了位于实体阳极109A两端的真空小孔407。真空小孔407起到向实体阳极109A的两端引导弯液面111的电镀溶液401的作用。并且，当在弯液面111区域中维持电镀溶液401的容量时，真空小孔407使得能够建立通过弯液面111区域的电镀溶液的液流。但是，应当理解，除了在此明示的方法之外，本发明还设想了使用实体阳极109A时在弯液面111区域中施加和控制电镀溶液410的其他方法。与用于在弯液面111区域中施加和控制电镀溶液401的特定方法无关，本发明的原理保持一致。
图5A示出在本发明一实施例的在方向115上横越晶片101的虚设阳极109B。虚设阳极109B包含满载阳离子的电镀溶液505可流过的多孔性电阻材料501，在虚设阳极109B正下方的区域形成弯液面111。一个或多个墙503可用于将满载阳离子的电镀溶液505限定在一个接触多孔性电阻材料501上面的体积中。在一个实施例中，多孔性电阻材料501可采用陶瓷例如Al2O3。但是，应当理解，其它的多孔性电阻材料也能用于与虚设阳极109B结合。
图5B示出本发明一实施例的图5A中的虚设阳极109B与弯液面限制表面507的结合。对于虚设阳极109B，弯液面限制表面507为朝向晶片101的从多孔性电阻材料下方延伸的一个或多个表面。弯液面限制表面507配制成用来辅助将弯液面限定在虚设阳极109B下方区域。出于示例目的，相对于虚设阳极109B示出了弯液面限定表面507。应当理解，弯液面限定表面507能如前述的实体阳极同样地实施。在一个实施例中，弯液面限定表面507实际可以是与实体阳极成为一体的部分。
电镀设备和本发明的关键是物理连接时保持电极和相应的晶片接触表面在干燥条件下接触的能力。可提供当阳极横越表面时随阳极布置的晶片表面整理装置，从而确保电极和相应的晶片接触表面合适地保持干燥。
图6示出本发明一实施例的阳极在晶片表面上横向移动时跟随阳极布置的晶片表面整理装置。出于示例目的，图6描述了与虚设阳极配制一起的晶片表面整理装置的排列。但是，应知，晶片表面整理装置的排列同样能与前述的实体阳极一起使用。每个晶片表面整理装置可以为对晶片表面施加或从其上移除液体的出口。每个出口配置成沿着阳极长边延伸并且有足够的宽度提供充分的流体流动面积。
参考图6，第一出口601随着阳极的横向移动提供真空从晶片表面移除液体。第二出口605由壁603与第一出口601分开。第二出口605提供清洗液到晶片表面。在一个实施例中，清洗液是去离子水。但是，在另一实施例中，任何适合用于晶片工艺的清洗液都可应用。第三出口609由壁607与第二出口605分开。与第一出口601一样，第三出口609提供真空来移除晶片表面上的液体。第四出口613由壁611与第三出口609分开。并且，第四出口613由外壁615来限定。第四出口613能用来施加混合的异丙醇(IPA)/氮气到晶片表面。应知，可用包含图6所示的出口部分的晶片表面整理装置来实施本发明。而且，也可用其它在此没有明确描述的晶片表面整理装置来实施本发明。
在电镀过程中，通过在平面的晶片区域即电镀溶液弯液面和晶片之间的界面的电流分布来控制淀积材料的均一性。多种因素影响晶片电镀区的电流分布。三个影响电流分布的主要因素包括：1)接触晶片的电极位置和数量，2)晶片上表面的电阻，和3)相对于电镀区的阳极位置和布局。通过引入均一分布的电阻路径，例如多孔性电阻材料、与其紧临的阴极即电镀区以及真阳极与阴极之间，在均匀分布的电阻路径和阴极之间的电流流量均匀分布。并且，通过选择具有足够大电阻的多孔性电阻材料，晶片上表面(特别在晶片边缘)电阻率的影响能被去除和最小化，从而提高随后的电镀的均匀性。
提供同时全晶片电镀的传统的电镀系统中，若不先在晶片上加低电阻层间膜，就不能在晶片表面上电镀非常电阻性的阻挡膜。例如，在非常电阻性的阻挡膜上电镀铜时，传统系统要求在全晶片电镀前形成铜籽晶层。没有这个籽晶层，在全晶片电镀过程中穿过晶片的电阻压降将引起双极效应。该双极效应使得在邻近接触晶片的电极的的区域中的去镀和蚀刻。并且，传统的全晶片电镀系统要求在晶片周边附近的均匀分布的电极，其中各均匀分布电极的电阻被匹配。在传统的全晶片电镀系统中，从一个电极到另一个电极的不对称接触电阻将导致穿越晶片的电流不均匀分布，从而导致整个晶片上的材料淀积不均匀。
在此描述的本发明的电镀设备可解决上面描述的传统全晶片电镀系统所产生的问题。更具体地说，本发明能使接触晶片的电极保持干燥。当本发明的条形阳极横跨晶片时，可让电极接触与阳极分离的晶片表面的高电阻部分。从而，阴极处也就是阳极下要电镀的区域的电流将均匀分布。并且，干燥的电极接触手段可基本消除双极效应的可能。
图7表示本发明一实施例的半导体晶片电镀方法的流程。该方法包括在第一位置将第一电极加到晶片的操作701。在操作703中，从晶片的第二位置移除第二电极。第二位置关于横跨晶片上表面而延伸的中心线与第一位置相对。该方法还包括从第二位置向第一位置在晶片上表面横向移动阳极的操作705。在一个实施例中，该横向移动通过保持阳极在一个固定位置而移动晶片来实现。在操作707中，在阳极和晶片上表面之间建立电镀溶液的弯液面，从而电流流过阳极和第一电极之间的弯液面。阳极在晶片上表面横向移动时，弯液面限定在阳极和晶片上表面之间。
该方法还包括另一操作709：当阳极在晶片上表面横向移动到与第二位置相隔足够距离的位置时，将第二电极在第二位置上连接到晶片的。一旦第二电极施加到第二位置，电流就流过阳极和第二电极之间的弯液面。在一实施例中，规定了与第二位置相隔的足够距离，以维持弯液面处适当的电流密度分布。规定与第二位置相隔足够距离还用来确保相对于电镀溶液的弯液面第一和第二电极分别保持干燥。接着进行在施加第二电极之后从晶片移除第一电极的操作711。然后，在操作713中，完成阳极在晶片上表面的横向移动。
在一个实施例中，将第一和第二电极各自从晶片上移开的操作包括将各电极置于流体罩下的步骤。流体罩起着让第一和第二电极各自避开电镀溶液的弯液面的保护作用。并且，在另一实施例中，该方法还包括在阳极横过后随即清洗晶片上表面部分的操作。然后，接着的操作是对完成清洗的晶片上表面进行干燥。
尽管本发明通过多个实施例作了描述，应知，本领域技术人员在阅读前面的说明书和研究附图后将了解多种改变、增加、置换以及等效物。从而，在不脱离本发明真实精神和范围的情况下，所有这些改变、增加、置换以及等效物均为本发明所涵盖。