專(zhuān)利名稱(chēng)：用于半導(dǎo)體基片表面進(jìn)行電鍍的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體元件制備過(guò)程中在晶片表面進(jìn)行金屬電鍍沉積的電鍍裝置，特別涉及一種可有效控制大尺寸圓形基片中心與邊緣處電鍍金屬厚度一致性的電鍍裝置。
背景技術(shù)：
在硅片上制備集成電路芯片的過(guò)程中，通常需要有多道金屬層的沉積過(guò)程，這些金屬層的主要作用是聯(lián)接芯片上多個(gè)器件。目前，用以沉積金屬膜的技術(shù)包括有物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、無(wú)電鍍沉積(electroless plating)及電鍍沉積。由于電鍍沉積具有成本便宜以及產(chǎn)出率高的優(yōu)點(diǎn)，因此隨著集成電路制備技術(shù)的發(fā)展，采用電鍍來(lái)生成金屬層的方式越來(lái)越多的得到應(yīng)用。所謂電鍍，簡(jiǎn)單的說(shuō)是指借助外界直流電的作用，在溶液中進(jìn)行電解反應(yīng)，使導(dǎo)電體例如金屬的表面沉積上一層金屬或合金層的過(guò)程。比如鍍銅，可以用CuSO4作電解質(zhì)溶液，要鍍的金屬接電源負(fù)極，電源正極接純銅，通電后，陰極發(fā)生反應(yīng)金屬銅以離子狀態(tài)進(jìn)入鍍液，并不斷向陰極遷移，最后在陰極上得到電子還原為金屬銅，逐漸形成金屬銅鍍層， 其反應(yīng)為
陰極Cu2++2e=Cu 陽(yáng)極Cu-2e=Cu2+
用來(lái)電鍍的金屬包括銅、鎳、金、鉛、錫等和一些合金。在進(jìn)行電鍍前，在器件表面需要形成一層薄的金屬導(dǎo)電層，通常稱(chēng)作種子層(seed layer)。這種導(dǎo)電的種子層可以在反應(yīng)器中以電鍍的方式形成所期望的較厚金屬層。隨后的處理過(guò)程，例如化學(xué)機(jī)械研磨，可以去除掉電鍍金屬層所不需要的部分，從而在集成電路或微系統(tǒng)芯片上形成特征圖案。在集成電路芯片的制備中，一片硅片上通常含有大量的芯片。為了使硅片上的所有芯片獲得一致的性能，通過(guò)電鍍生成的金屬薄層的厚度在整片硅片上必須盡量均勻。然而，由于只有硅片的圓周區(qū)域與電鍍?cè)O(shè)備相連，通常作為陰極，因此硅片中間與邊緣位置的電流密度是不相同的，從而會(huì)導(dǎo)致電鍍金屬在整片硅片不均勻。為解決這個(gè)問(wèn)題，美國(guó)專(zhuān)利 07435323是在電鍍槽的陰極與陽(yáng)極的電鍍液間加裝一個(gè)擴(kuò)散器，從而可以控制流向硅片表面的電鍍液，以達(dá)到調(diào)整在硅片表面的電鍍金屬層厚度的目的。美國(guó)專(zhuān)利7147760中，電鍍陽(yáng)極是一種多個(gè)同心圓環(huán)型結(jié)構(gòu)的疊加，每個(gè)圓環(huán)可以單獨(dú)施加電勢(shì)，從而可以促使硅片表面的電鍍沉積金屬的厚度更加均勻。上述兩種裝置雖然在一定程度上可以解決在對(duì)硅片進(jìn)行電鍍的過(guò)程中，硅片表面電流分布均勻性的問(wèn)題，但仍然存在電流均勻性控制差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題申請(qǐng)人經(jīng)過(guò)研究改進(jìn)，現(xiàn)提供一種用于半導(dǎo)體基片表面進(jìn)行電鍍的裝置，以解決在向大尺寸硅片和其它碟狀圓形基片表面電鍍金屬過(guò)程中，圓形基片中心與邊緣電鍍金屬厚度不均勻的問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體基片表面進(jìn)行電鍍的裝置，包括一個(gè)內(nèi)部盛裝有電鍍液的電鍍槽；一個(gè)陽(yáng)極組置于所述電鍍槽的底部并浸沒(méi)于電鍍液中；一個(gè)夾持機(jī)構(gòu)夾持被電鍍的半導(dǎo)體基片置于所述電鍍槽的頂部，并使半導(dǎo)體基片的電鍍面面向電鍍槽底部的陽(yáng)極組且浸沒(méi)于電鍍液中；所述陽(yáng)極組由兩個(gè)以上不同大小的圓盤(pán)型電極上下疊放組成，尺寸較小的圓盤(pán)型電極置于尺寸較大的圓盤(pán)型電極上方。其進(jìn)一步的技術(shù)方案為
所述陽(yáng)極組由圓盤(pán)型的上陽(yáng)極、下陽(yáng)極疊放組成，上陽(yáng)極的直徑小于下陽(yáng)極的直徑；所述上陽(yáng)極的下方連接有上陽(yáng)極導(dǎo)桿，上陽(yáng)極托盤(pán)從所述上陽(yáng)極的下部將上陽(yáng)極托起，與上陽(yáng)極托盤(pán)一體的上陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套套于所述上陽(yáng)極導(dǎo)桿之外；所述下陽(yáng)極的下方連接有下陽(yáng)極導(dǎo)桿，下陽(yáng)極托盤(pán)從所述下陽(yáng)極的下部將下陽(yáng)極托起，與下陽(yáng)極托盤(pán)一體的下陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套套于所述下陽(yáng)極導(dǎo)桿之外。所述上陽(yáng)極導(dǎo)桿、下陽(yáng)極導(dǎo)桿分別與單獨(dú)的外部陽(yáng)極電源相連接。所述上陽(yáng)極導(dǎo)桿和上陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套從下陽(yáng)極和下陽(yáng)極托盤(pán)的中心穿過(guò)，可在垂直方向上下移動(dòng)。所述上陽(yáng)極導(dǎo)桿內(nèi)軸向開(kāi)設(shè)有電鍍液輸入管。所述電鍍槽呈圓柱形，其底部具有供陽(yáng)極組導(dǎo)桿穿過(guò)的開(kāi)孔，其側(cè)方具有上排放口以及下排放口。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是
本發(fā)明與傳統(tǒng)電鍍裝置的不同，陽(yáng)極區(qū)域不再是一個(gè)單一塊狀電極，而是由多根獨(dú)立的陽(yáng)極上下疊放組成的電極組。這些單根電極置于圓柱形電鍍槽的底面上，上下疊放，每根電極可獨(dú)立與一控制器相連，均可獨(dú)立控制施加電壓與電流。這些單根電極還可上下移動(dòng)， 從而調(diào)節(jié)每根單獨(dú)電極與被電鍍陰極基片表面的距離，從而可以有效調(diào)節(jié)陰極基片表面各處的電流強(qiáng)度，在基片表面沉積厚度均勻的金屬層。


圖1是用于電鍍的半導(dǎo)體基片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是夾持圓環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是夾持機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是夾持機(jī)構(gòu)的剖面圖。圖5是陽(yáng)極組的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是陽(yáng)極組的剖面圖。圖7是本發(fā)明的剖面圖。圖中01半導(dǎo)體基片 02種子層03夾持圓環(huán) 04接觸圓環(huán) 05連接桿 21電鍍單元上蓋
22旋轉(zhuǎn)電機(jī) 23旋轉(zhuǎn)盤(pán)31上陽(yáng)極托盤(pán)
32上陽(yáng)極33上陽(yáng)極導(dǎo)桿 34上陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套
35下陽(yáng)極托盤(pán) 36下陽(yáng)極37下陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套38下陽(yáng)極導(dǎo)桿 39電鍍液輸入管 41夾持機(jī)構(gòu) 42電鍍槽43電鍍液44上排放口
45下排放口 46陽(yáng)極組 。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明是一種制備集成電路器件過(guò)程中使用的電鍍沉積裝置，如圖7所示，整個(gè)裝置的主體是一個(gè)用于盛放電鍍液43的電鍍槽42 ；夾持機(jī)構(gòu)41夾持用于電鍍的半導(dǎo)體基片01并位于電鍍槽42的上方，陽(yáng)極組46位于電鍍槽42的底部。以下分別對(duì)夾持機(jī)構(gòu)41 和陽(yáng)極組46的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明
一、夾持機(jī)構(gòu)
如圖1所示，用于制備集成電路器件的半導(dǎo)體基片01是本發(fā)明中被電鍍的對(duì)象，其表面通過(guò)離子濺射形成有一層薄的金屬導(dǎo)電層(種子層)02。將圖1中的半導(dǎo)體基片01置于如圖2所示的夾持圓環(huán)03上，該夾持圓環(huán)03由導(dǎo)電材料制成，夾持圓環(huán)03的內(nèi)側(cè)邊緣有一個(gè)高低的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為接觸圓環(huán)04。在放置半導(dǎo)體基片01時(shí)，將種子層02與夾持圓環(huán)03上的接觸圓環(huán)04的內(nèi)表面接觸。夾持圓環(huán)03 上有一個(gè)連接桿05。圖2中的夾持圓環(huán)03是如圖3、圖4所示的基片夾持機(jī)構(gòu)的一個(gè)組成部分。如圖 3、圖4所示，夾持圓環(huán)03通過(guò)其上的連接桿05與旋轉(zhuǎn)盤(pán)23相聯(lián)接。旋轉(zhuǎn)盤(pán)23上的定位柱與夾持圓環(huán)03共同作用，將半導(dǎo)體基片01固定，并使種子層02與夾持圓環(huán)03緊密接觸。 旋轉(zhuǎn)盤(pán)23上連接有旋轉(zhuǎn)電機(jī)22以及電鍍單元上蓋21。二、陽(yáng)極組
如圖5和圖6所示，陽(yáng)極組是由至少兩個(gè)圓盤(pán)型電極疊放所組成的。本實(shí)施例以兩個(gè)電極(上陽(yáng)極32、下陽(yáng)極36)疊放為例，上陽(yáng)極32疊放在下陽(yáng)極36上方，上陽(yáng)極32直徑小于下陽(yáng)極36。上陽(yáng)極32下面是上陽(yáng)極托盤(pán)31，上陽(yáng)極導(dǎo)桿33將上陽(yáng)極32與外部陽(yáng)極電源相連接，上陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套34套在上陽(yáng)極導(dǎo)桿33外部起保護(hù)作用。上陽(yáng)極32和上陽(yáng)極導(dǎo)桿33是一體的，上陽(yáng)極托盤(pán)31和上陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套34是一體的。下陽(yáng)極36下面是下陽(yáng)極托盤(pán)35，兩根下陽(yáng)極導(dǎo)桿38將下陽(yáng)極36與外部陽(yáng)極電源相連，下陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套37 套在下陽(yáng)極導(dǎo)桿38外部起保護(hù)作用。下陽(yáng)極36和下陽(yáng)極導(dǎo)桿38是一體的，下陽(yáng)極托盤(pán)35 和下陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套37是一體的。上陽(yáng)極導(dǎo)桿33連同上陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套34 —起從下陽(yáng)極36和下陽(yáng)極托盤(pán)35的中心穿過(guò)，上陽(yáng)極導(dǎo)桿33與上陽(yáng)極32在垂直方向可上下移動(dòng)，調(diào)整上陽(yáng)極32與半導(dǎo)體基片 01之間的距離。上陽(yáng)極導(dǎo)桿33內(nèi)軸向開(kāi)設(shè)有電鍍液輸入管39。需要注意的是，盡管本實(shí)施例僅提供了由兩個(gè)圓盤(pán)型電極疊放所構(gòu)成的陽(yáng)極組， 但本發(fā)明中陽(yáng)極組所包含的圓盤(pán)型電極數(shù)量可不限于兩個(gè)，疊放個(gè)數(shù)是可變的。進(jìn)一步的， 當(dāng)在圖5和圖6的基礎(chǔ)上再疊放一個(gè)圓盤(pán)型電極時(shí)，將該圓盤(pán)型電極疊放在上陽(yáng)極32的上方，并將其導(dǎo)桿從上陽(yáng)極導(dǎo)桿33中穿過(guò)。當(dāng)需要疊放更多個(gè)數(shù)的圓盤(pán)型電極時(shí)，以此類(lèi)推。如圖7所示，在實(shí)際電鍍過(guò)程中，電鍍槽42中裝入電鍍液43，陽(yáng)極組46置于電鍍槽42的底部，完全浸沒(méi)于電鍍液43中，夾持圓環(huán)03夾持半導(dǎo)體基片01，使種子層02也浸入電鍍液43中，并面向陽(yáng)極組46。連接桿05與外部陰極電源相連。電鍍液43中的金屬正離子在電場(chǎng)作用下向陰極移動(dòng)，在種子層02表面被還原，形成新的金屬層。如圖7所示，陽(yáng)極組46中的上陽(yáng)極32和下陽(yáng)極36均可單獨(dú)施加電壓以及調(diào)節(jié)高度，上陽(yáng)極32在上陽(yáng)極導(dǎo)桿33的作用下可上下移動(dòng)，調(diào)節(jié)與種子層02的距離，當(dāng)距離較短時(shí)電鍍沉積較快，從而控制種子層02表面相應(yīng)的電鍍沉積速率。陽(yáng)極組46中的上陽(yáng)極32 和下陽(yáng)極36可單獨(dú)與外部陽(yáng)極電源連接，由此陽(yáng)極組46中的每根電極可具有不同的電勢(shì)， 通過(guò)疊加作用，從而在種子層02表面各點(diǎn)形成均勻一致的電流，最終可以在被沉積表面獲得厚度均勻平滑的電鍍沉積層。如圖7所示，電鍍槽42呈圓柱形桶狀，其底部具有供上陽(yáng)極導(dǎo)桿33穿過(guò)的開(kāi)孔， 其側(cè)方具有上排放口 44以及下排放口 45。新鮮的電鍍液43通過(guò)上陽(yáng)極導(dǎo)桿33中的電鍍液輸入管39注入電鍍槽42中，再?gòu)纳吓欧趴?44流出，不斷的循環(huán)流動(dòng)可使電鍍液43中的離子濃度在電鍍過(guò)程保持穩(wěn)定。下排放口 45主要用于電鍍液43的排空。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例?？梢岳斫?，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的基本構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化， 均應(yīng)認(rèn)為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體基片表面進(jìn)行電鍍的裝置，包括一個(gè)內(nèi)部盛裝有電鍍液的電鍍槽； 一個(gè)陽(yáng)極組置于所述電鍍槽的底部并浸沒(méi)于電鍍液中；一個(gè)夾持機(jī)構(gòu)夾持被電鍍的半導(dǎo)體基片置于所述電鍍槽的頂部，并使半導(dǎo)體基片的電鍍面面向電鍍槽底部的陽(yáng)極組且浸沒(méi)于電鍍液中；其特征在于所述陽(yáng)極組由兩個(gè)以上不同大小的圓盤(pán)型電極上下疊放組成，尺寸較小的圓盤(pán)型電極置于尺寸較大的圓盤(pán)型電極上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于半導(dǎo)體基片表面進(jìn)行電鍍的裝置，其特征在于所述陽(yáng)極組由圓盤(pán)型的上陽(yáng)極、下陽(yáng)極疊放組成，上陽(yáng)極的直徑小于下陽(yáng)極的直徑；所述上陽(yáng)極的下方連接有上陽(yáng)極導(dǎo)桿，上陽(yáng)極托盤(pán)從所述上陽(yáng)極的下部將上陽(yáng)極托起，與上陽(yáng)極托盤(pán)一體的上陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套套于所述上陽(yáng)極導(dǎo)桿之外；所述下陽(yáng)極的下方連接有下陽(yáng)極導(dǎo)桿，下陽(yáng)極托盤(pán)從所述下陽(yáng)極的下部將下陽(yáng)極托起，與下陽(yáng)極托盤(pán)一體的下陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套套于所述下陽(yáng)極導(dǎo)桿之外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于半導(dǎo)體基片表面進(jìn)行電鍍的裝置，其特征在于所述上陽(yáng)極導(dǎo)桿、下陽(yáng)極導(dǎo)桿分別與單獨(dú)的外部陽(yáng)極電源相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述用于半導(dǎo)體基片表面進(jìn)行電鍍的裝置，其特征在于所述上陽(yáng)極導(dǎo)桿和上陽(yáng)極導(dǎo)桿保護(hù)套從下陽(yáng)極和下陽(yáng)極托盤(pán)的中心穿過(guò)，可在垂直方向上下移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述用于半導(dǎo)體基片表面進(jìn)行電鍍的裝置，其特征在于所述上陽(yáng)極導(dǎo)桿內(nèi)軸向開(kāi)設(shè)有電鍍液輸入管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于半導(dǎo)體基片表面進(jìn)行電鍍的裝置，其特征在于所述電鍍槽呈圓柱形，其底部具有供陽(yáng)極組導(dǎo)桿穿過(guò)的開(kāi)孔，其側(cè)方具有上排放口以及下排放口。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體基片表面進(jìn)行電鍍的裝置，包括一個(gè)內(nèi)部盛裝有電鍍液的電鍍槽；一個(gè)陽(yáng)極組置于所述電鍍槽的底部并浸沒(méi)于電鍍液中；一個(gè)夾持機(jī)構(gòu)夾持被電鍍的半導(dǎo)體基片置于所述電鍍槽的頂部，并使半導(dǎo)體基片的電鍍面面向電鍍槽底部的陽(yáng)極組且浸沒(méi)于電鍍液中；所述陽(yáng)極組由兩個(gè)以上不同大小的圓盤(pán)型電極上下疊放組成，尺寸較小的圓盤(pán)型電極置于尺寸較大的圓盤(pán)型電極上方。本發(fā)明由多根獨(dú)立的陽(yáng)極上下疊放組成電極組，每根電極可獨(dú)立控制施加電壓與電流。單根電極可上下移動(dòng)，調(diào)節(jié)每根單獨(dú)電極與被電鍍陰極基片表面的距離，可以有效調(diào)節(jié)陰極基片表面各處的電流強(qiáng)度，在基片表面沉積厚度均勻的金屬層。
文檔編號(hào)C25D17/10GK102492971SQ201110445749
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者陳波 申請(qǐng)人:無(wú)錫科硅電子技術(shù)有限公司