專利名稱：用于半導體基片表面進行電鍍的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于半導體元件制備過程中在晶片表面進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：
在硅片上制備集成電路芯片的過程中，通常需要有多道金屬層的沉積過程，這些金屬層的主要作用是聯接芯片上多個器件。目前，用以沉積金屬膜的技術包括有物理氣相沉積、化學氣相沉積、無電鍍沉積(electroless plating)及電鍍沉積。由于電鍍沉積具有成本便宜以及產出率高的優(yōu)點，因此隨著集成電路制備技術的發(fā)展，采用電鍍來生成金屬層的方式越來越多的得到應用。所謂電鍍，簡單的說是指借助外界直流電的作用，在溶液中進行電解反應，使導電體例如金屬的表面沉積上一層金屬或合金層的過程。比如鍍銅，可以用CuSO4作電解質溶液，要鍍的金屬接電源負極，電源正極接純銅，通電后，陰極發(fā)生反應金屬銅以離子狀態(tài)進入鍍液，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， 其反應為
陰極Cu2++2e=Cu 陽極Cu-2e=Cu2+
用來電鍍的金屬包括銅、鎳、金、鉛、錫等和一些合金。在進行電鍍前，在器件表面需要形成一層薄的金屬導電層，通常稱作種子層(seed layer)。這種導電的種子層可以在反應器中以電鍍的方式形成所期望的較厚金屬層。隨后的處理過程，例如化學機械研磨，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)域與電鍍設備相連，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，從而會導致電鍍金屬在整片硅片不均勻。為解決這個問題，美國專利 07435323是在電鍍槽的陰極與陽極的電鍍液間加裝一個擴散器，從而可以控制流向硅片表面的電鍍液，以達到調整在硅片表面的電鍍金屬層厚度的目的。美國專利7147760中，電鍍陽極是一種多個同心圓環(huán)型結構的疊加，每個圓環(huán)可以單獨施加電勢，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硅片進行電鍍的過程中，硅片表面電流分布均勻性的問題，但仍然存在電流均勻性控制差，結構復雜等問題。

發(fā)明內容
針對上述問題申請人經過研究改進，現提供一種用于半導體基片表面進行電鍍的裝置，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程中，圓形基片中心與邊緣電鍍金屬厚度不均勻的問題。本發(fā)明的技術方案如下
本發(fā)明提供一種用于半導體基片表面進行電鍍的裝置，包括一個內部盛裝有電鍍液的電鍍槽；一個陽極組置于所述電鍍槽的底部并浸沒于電鍍液中；一個夾持機構夾持被電鍍的半導體基片置于所述電鍍槽的頂部，并使半導體基片的電鍍面面向電鍍槽底部的陽極組且浸沒于電鍍液中；所述陽極組由兩個以上不同大小的圓盤型電極上下疊放組成，尺寸較小的圓盤型電極置于尺寸較大的圓盤型電極上方。其進一步的技術方案為
所述陽極組由圓盤型的上陽極、下陽極疊放組成，上陽極的直徑小于下陽極的直徑；所述上陽極的下方連接有上陽極導桿，上陽極托盤從所述上陽極的下部將上陽極托起，與上陽極托盤一體的上陽極導桿保護套套于所述上陽極導桿之外；所述下陽極的下方連接有下陽極導桿，下陽極托盤從所述下陽極的下部將下陽極托起，與下陽極托盤一體的下陽極導桿保護套套于所述下陽極導桿之外。所述上陽極導桿、下陽極導桿分別與單獨的外部陽極電源相連接。所述上陽極導桿和上陽極導桿保護套從下陽極和下陽極托盤的中心穿過，可在垂直方向上下移動。所述上陽極導桿內軸向開設有電鍍液輸入管。所述電鍍槽呈圓柱形，其底部具有供陽極組導桿穿過的開孔，其側方具有上排放口以及下排放口。本發(fā)明的有益技術效果是
本發(fā)明與傳統電鍍裝置的不同，陽極區(qū)域不再是一個單一塊狀電極，而是由多根獨立的陽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，每根電極可獨立與一控制器相連，均可獨立控制施加電壓與電流。這些單根電極還可上下移動， 從而調節(jié)每根單獨電極與被電鍍陰極基片表面的距離，從而可以有效調節(jié)陰極基片表面各處的電流強度，在基片表面沉積厚度均勻的金屬層。


圖1是用于電鍍的半導體基片的結構示意圖。圖2是夾持圓環(huán)的結構示意圖。圖3是夾持機構的結構示意圖。圖4是夾持機構的剖面圖。圖5是陽極組的結構示意圖。圖6是陽極組的剖面圖。圖7是本發(fā)明的剖面圖。圖中01半導體基片 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旋轉電機 23旋轉盤31上陽極托盤
32上陽極33上陽極導桿 34上陽極導桿保護套
35下陽極托盤 36下陽極37下陽極導桿保護套38下陽極導桿 39電鍍液輸入管 41夾持機構 42電鍍槽43電鍍液44上排放口
45下排放口 46陽極組 。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步說明。本發(fā)明是一種制備集成電路器件過程中使用的電鍍沉積裝置，如圖7所示，整個裝置的主體是一個用于盛放電鍍液43的電鍍槽42 ；夾持機構41夾持用于電鍍的半導體基片01并位于電鍍槽42的上方，陽極組46位于電鍍槽42的底部。以下分別對夾持機構41 和陽極組46的具體結構進行說明
一、夾持機構
如圖1所示，用于制備集成電路器件的半導體基片01是本發(fā)明中被電鍍的對象，其表面通過離子濺射形成有一層薄的金屬導電層(種子層)02。將圖1中的半導體基片01置于如圖2所示的夾持圓環(huán)03上，該夾持圓環(huán)03由導電材料制成，夾持圓環(huán)03的內側邊緣有一個高低的臺階結構，稱為接觸圓環(huán)04。在放置半導體基片01時，將種子層02與夾持圓環(huán)03上的接觸圓環(huán)04的內表面接觸。夾持圓環(huán)03 上有一個連接桿05。圖2中的夾持圓環(huán)03是如圖3、圖4所示的基片夾持機構的一個組成部分。如圖 3、圖4所示，夾持圓環(huán)03通過其上的連接桿05與旋轉盤23相聯接。旋轉盤23上的定位柱與夾持圓環(huán)03共同作用，將半導體基片01固定，并使種子層02與夾持圓環(huán)03緊密接觸。 旋轉盤23上連接有旋轉電機22以及電鍍單元上蓋21。二、陽極組
如圖5和圖6所示，陽極組是由至少兩個圓盤型電極疊放所組成的。本實施例以兩個電極(上陽極32、下陽極36)疊放為例，上陽極32疊放在下陽極36上方，上陽極32直徑小于下陽極36。上陽極32下面是上陽極托盤31，上陽極導桿33將上陽極32與外部陽極電源相連接，上陽極導桿保護套34套在上陽極導桿33外部起保護作用。上陽極32和上陽極導桿33是一體的，上陽極托盤31和上陽極導桿保護套34是一體的。下陽極36下面是下陽極托盤35，兩根下陽極導桿38將下陽極36與外部陽極電源相連，下陽極導桿保護套37 套在下陽極導桿38外部起保護作用。下陽極36和下陽極導桿38是一體的，下陽極托盤35 和下陽極導桿保護套37是一體的。上陽極導桿33連同上陽極導桿保護套34 —起從下陽極36和下陽極托盤35的中心穿過，上陽極導桿33與上陽極32在垂直方向可上下移動，調整上陽極32與半導體基片 01之間的距離。上陽極導桿33內軸向開設有電鍍液輸入管39。需要注意的是，盡管本實施例僅提供了由兩個圓盤型電極疊放所構成的陽極組， 但本發(fā)明中陽極組所包含的圓盤型電極數量可不限于兩個，疊放個數是可變的。進一步的， 當在圖5和圖6的基礎上再疊放一個圓盤型電極時，將該圓盤型電極疊放在上陽極32的上方，并將其導桿從上陽極導桿33中穿過。當需要疊放更多個數的圓盤型電極時，以此類推。如圖7所示，在實際電鍍過程中，電鍍槽42中裝入電鍍液43，陽極組46置于電鍍槽42的底部，完全浸沒于電鍍液43中，夾持圓環(huán)03夾持半導體基片01，使種子層02也浸入電鍍液43中，并面向陽極組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作用下向陰極移動，在種子層02表面被還原，形成新的金屬層。如圖7所示，陽極組46中的上陽極32和下陽極36均可單獨施加電壓以及調節(jié)高度，上陽極32在上陽極導桿33的作用下可上下移動，調節(jié)與種子層02的距離，當距離較短時電鍍沉積較快，從而控制種子層02表面相應的電鍍沉積速率。陽極組46中的上陽極32 和下陽極36可單獨與外部陽極電源連接，由此陽極組46中的每根電極可具有不同的電勢， 通過疊加作用，從而在種子層02表面各點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，其底部具有供上陽極導桿33穿過的開孔， 其側方具有上排放口 44以及下排放口 45。新鮮的電鍍液43通過上陽極導桿33中的電鍍液輸入管39注入電鍍槽42中，再從上排放口 44流出，不斷的循環(huán)流動可使電鍍液43中的離子濃度在電鍍過程保持穩(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)選實施方式，本發(fā)明不限于以上實施例?？梢岳斫?，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的基本構思的前提下直接導出或聯想到的其他改進和變化， 均應認為包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于半導體基片表面進行電鍍的裝置，包括一個內部盛裝有電鍍液的電鍍槽； 一個陽極組置于所述電鍍槽的底部并浸沒于電鍍液中；一個夾持機構夾持被電鍍的半導體基片置于所述電鍍槽的頂部，并使半導體基片的電鍍面面向電鍍槽底部的陽極組且浸沒于電鍍液中；其特征在于所述陽極組由兩個以上不同大小的圓盤型電極上下疊放組成，尺寸較小的圓盤型電極置于尺寸較大的圓盤型電極上方。
2.根據權利要求1所述用于半導體基片表面進行電鍍的裝置，其特征在于所述陽極組由圓盤型的上陽極、下陽極疊放組成，上陽極的直徑小于下陽極的直徑；所述上陽極的下方連接有上陽極導桿，上陽極托盤從所述上陽極的下部將上陽極托起，與上陽極托盤一體的上陽極導桿保護套套于所述上陽極導桿之外；所述下陽極的下方連接有下陽極導桿，下陽極托盤從所述下陽極的下部將下陽極托起，與下陽極托盤一體的下陽極導桿保護套套于所述下陽極導桿之外。
3.根據權利要求2所述用于半導體基片表面進行電鍍的裝置，其特征在于所述上陽極導桿、下陽極導桿分別與單獨的外部陽極電源相連接。
4.根據權利要求2所述用于半導體基片表面進行電鍍的裝置，其特征在于所述上陽極導桿和上陽極導桿保護套從下陽極和下陽極托盤的中心穿過，可在垂直方向上下移動。
5.根據權利要求4所述用于半導體基片表面進行電鍍的裝置，其特征在于所述上陽極導桿內軸向開設有電鍍液輸入管。
6.根據權利要求1所述用于半導體基片表面進行電鍍的裝置，其特征在于所述電鍍槽呈圓柱形，其底部具有供陽極組導桿穿過的開孔，其側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體基片表面進行電鍍的裝置，包括一個內部盛裝有電鍍液的電鍍槽；一個陽極組置于所述電鍍槽的底部并浸沒于電鍍液中；一個夾持機構夾持被電鍍的半導體基片置于所述電鍍槽的頂部，并使半導體基片的電鍍面面向電鍍槽底部的陽極組且浸沒于電鍍液中；所述陽極組由兩個以上不同大小的圓盤型電極上下疊放組成，尺寸較小的圓盤型電極置于尺寸較大的圓盤型電極上方。本發(fā)明由多根獨立的陽極上下疊放組成電極組，每根電極可獨立控制施加電壓與電流。單根電極可上下移動，調節(jié)每根單獨電極與被電鍍陰極基片表面的距離，可以有效調節(jié)陰極基片表面各處的電流強度，在基片表面沉積厚度均勻的金屬層。
文檔編號C25D17/10GK102492971SQ201110445749
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權日2011年12月28日
發(fā)明者陳波 申請人:無錫科硅電子技術有限公司