本發(fā)明涉及半導體芯片制造技術領域，特別涉及一種晶圓電鍍裝置及電鍍方法。

背景技術：

半導體集成電路和其他半導體器件的生產(chǎn)過程中需要在晶圓表面上制作多種金屬層，從而達到電氣互聯(lián)等作用。電鍍是制作這些金屬層的關鍵工藝之一，晶圓電鍍是將晶圓置于電鍍液中，將電壓負極施加到晶圓上預先制作好的薄金屬層（種子層），將電壓正極施加到可溶解或不可溶解的陽極上，通過電場作用使得鍍液中的金屬離子沉積到晶圓表面。

隨著半導體技術的發(fā)展，越來越薄的種子層被應用于電鍍工藝。然而，薄種子層的應用會導致在種子層上電鍍金屬層的均勻性產(chǎn)生問題。為了提高晶圓的利用率，電鍍夾具的接電點通常都只與晶圓的最外邊緣的種子層接觸，晶圓中心的種子層與晶圓邊緣的種子層存在電壓差，且種子層越薄，壓差越大。這可能會導致晶圓中心區(qū)域的電鍍速率遠小于晶圓邊緣區(qū)域的電鍍速率，使得晶圓邊緣區(qū)域的鍍膜厚度大于晶圓中心區(qū)域的鍍膜厚度，從而影響工藝的均勻性。

進一步地，隨著電鍍過程的進行，種子層厚度被增加，從而導致晶圓中心與晶圓邊緣之間的電阻不斷變化，使得電鍍速率的差異是動態(tài)變化的，這樣就給問題的解決增加了更大的難度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種晶圓電鍍裝置，通過設置具有上凸彎曲面的陽極使得晶圓表面邊緣區(qū)域與陽極之間的外側傳輸電阻大于晶圓表面中心區(qū)域與陽極之間的內(nèi)側傳輸電阻，進而解決晶圓表面電場分布不均而影響電鍍均勻性的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種晶圓電鍍裝置，包括盛裝有電鍍液的電鍍?nèi)萜?、晶圓、陽極及電鍍電源；所述晶圓與所述陽極浸沒于所述電鍍液中；所述晶圓通過所述電鍍電源與所述陽極電連接，使得所述晶圓與所述陽極之間形成電鍍電場；其中，所述陽極采用具有上凸彎曲面的不溶性金屬制成，內(nèi)部填充可溶性陽極金屬。

優(yōu)選地，所述陽極具有彈性。

優(yōu)選地，所述晶圓電鍍裝置進一步包括外部驅動元件，所述外部驅動元件與所述陽極的上凸彎曲面相連，用于改變所述上凸彎曲面的凸出度。

優(yōu)選地，所述外部驅動元件為電機或氣缸。

另外，本發(fā)明還提供一種上述晶圓電鍍裝置的電鍍方法，所述電鍍方法包括：

s001:取具有上凸彎曲面的不溶性金屬作為陽極；

s002：將電鍍液盛裝在電鍍?nèi)萜鲀?nèi)，晶圓和陽極浸沒于電鍍液中，并用電鍍電源分別連接晶圓及陽極，使得晶圓與陽極之間形成電鍍電場；其中，電鍍電源與晶圓的接觸點為晶圓的邊緣區(qū)域；

s003：啟動旋轉電機帶動晶圓旋轉。

優(yōu)選地，所述陽極的內(nèi)部填充可溶性陽極金屬。

優(yōu)選地，所述陽極具有彈性。

優(yōu)選地，在步驟s001中，所述電鍍方法進一步包括：將陽極的上凸彎曲面與外部驅動元件相連接，以改變所述上凸彎曲面的凸出度。

優(yōu)選地，所述外部驅動元件為電機或氣缸。

優(yōu)選地，在所述步驟s002與所述步驟s003之間，所述電鍍方法進一步包括：

通過外部驅動元件對陽極的上凸彎曲面進行拉動，從而改變陽極的上凸彎曲面的凸出度。

本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術的情況，本發(fā)明的晶圓電鍍裝置通過設置具有上凸彎曲面的陽極使得晶圓表面邊緣區(qū)域與陽極之間的外側傳輸電阻大于晶圓表面中心區(qū)域與陽極之間的內(nèi)側傳輸電阻，并通過旋轉電機帶動晶圓旋轉，從而實現(xiàn)了晶圓電鍍表面電場的均勻分布，解決了晶圓表面電場分布不均而導致電鍍鍍膜均勻性的問題。另外，本發(fā)明通過外部驅動元件改變陽極的上凸彎曲面的凸出度，進而調(diào)整晶圓表面邊緣區(qū)域到陽極之間的外側傳輸電阻與晶圓表面中心區(qū)域到陽極之間的內(nèi)側傳輸電阻的差值，即使晶圓表面種子層電阻在電鍍過程中不斷變化，也能實現(xiàn)晶圓表面電場的動態(tài)均勻分布，具有操作簡單、均勻性好、電鍍效率高等特點，有效地保證了電鍍過程中晶圓表面不同點的鍍膜速度及鍍膜厚度具有一致性。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術中晶圓電鍍裝置的結構示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術中晶圓電鍍裝置的電氣原理示意圖；

圖3為本發(fā)明晶圓電鍍裝置一實施例的結構示意圖；以及

圖4為本發(fā)明的電鍍方法的流程示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1及圖2，圖1為現(xiàn)有技術的晶圓電鍍裝置的結構原理示意圖，電鍍液1盛裝在電鍍?nèi)萜?內(nèi)，晶圓2和陽極5浸沒在電鍍液1中，電鍍電源6分別連接作為陰極的晶圓2和陽極5。為了提高晶圓2的利用率，現(xiàn)有技術中一般將晶圓2的邊緣區(qū)域作為陰極電流的接觸點，整個電路中的電氣原理示意圖如圖2所示，由于作為導電層的種子層存在電阻，因此晶圓2的邊緣區(qū)域與晶圓2的中心區(qū)域之間存在電阻ra，晶圓2的邊緣區(qū)域a點與陽極5之間存在電阻rb，晶圓2的邊緣區(qū)域另一點b點與陽極5存在電阻rd，晶圓2的中心區(qū)域c與陽極5之間存在電阻rc。若晶圓2與陽極5平行，理論上電阻rb、電阻rd、電阻rc是相同的，但是由于實際結構的誤差及電鍍液1各點流速、濃度等的差異，三者是有差別的。由于晶圓2上種子層的電阻ra分去了一部分電壓，因此整個電場4靠近晶圓2邊緣區(qū)域的地方比靠近晶圓2中心區(qū)域的地方密集。因此，電場4的不均勻分布造成晶圓2表面靠近邊緣區(qū)域的地方比靠近中心區(qū)域的地方電鍍沉積速度快，從而嚴重影響了電鍍工藝的均勻性。

如圖3所示，本發(fā)明提供一種晶圓電鍍裝置，包括盛裝有電鍍液101的電鍍?nèi)萜?03、晶圓102、陽極105、電鍍電源106及外部驅動元件107；晶圓102與陽極105浸沒于電鍍液103中；晶圓102通過電鍍電源106與陽極105電連接，使得晶圓102與陽極105之間形成電鍍電場104；其中，陽極105采用具有上凸彎曲面的不溶性金屬制成，內(nèi)部填充可溶性陽極金屬。陽極105具有彈性。外部驅動元件107與陽極105的上凸彎曲面相連，用于改變上凸彎曲面的凸出度。

在本發(fā)明中，外部驅動元件107為電機或氣缸。

另外，如圖3及圖4所示，本發(fā)明還提供一種上述晶圓電鍍裝置的電鍍方法，包括：

s001:取具有上凸彎曲面的不溶性金屬作為陽極105，并將陽極105的上凸彎曲面與外部驅動元件107相連接，以改變上凸彎曲面的凸出度；其中，陽極105具有彈性，內(nèi)部填充可溶性陽極金屬；外部驅動元件107為電機或氣缸；

s002：將電鍍液101盛裝在電鍍?nèi)萜?03內(nèi)，晶圓102和陽極105浸沒于電鍍液101中，并用電鍍電源106分別連接晶圓102及陽極105，使得晶圓102與陽極105之間形成電鍍電場104；其中，電鍍電源106與晶圓102的接觸點為晶圓102的邊緣區(qū)域；

s003：通過外部驅動元件107對陽極105的上凸彎曲面進行拉動，從而改變陽極105的上凸彎曲面的凸出度；

s004：啟動旋轉電機m帶動晶圓102旋轉。

在本發(fā)明中，由于陽極105具有上凸彎曲面，晶圓102表面邊緣區(qū)域上的各點到陽極的距離大于晶圓102表面中心區(qū)域上的各點到陽極的距離，從而使得晶圓102表面邊緣區(qū)域到陽極105的外側傳輸電阻大于晶圓102表面中心區(qū)域到陽極105之間的內(nèi)側傳輸電阻；旋轉電機m帶動晶圓102旋轉，保證了晶圓102的邊緣區(qū)域的不同點到陽極105的外側傳輸電阻相對于晶圓102表面中心區(qū)域到陽極105之間的內(nèi)側傳輸電阻均得到了增大，這就削弱了電鍍電場104邊緣區(qū)域的強度而使得整個電鍍電場104的分布產(chǎn)生均勻效果。為了達到更好的效果，在步驟s004中，通過外部驅動元件107改變陽極105上凸彎曲面的凸出度，從而改變外側傳輸電阻與內(nèi)側傳輸電阻之間的差值，并與晶圓102電鍍過程中種子層電阻的變化對應。例如，隨著晶圓電鍍的進行，晶圓102種子層電阻不斷變小，可通過外部驅動元件107改變陽極105上凸彎曲面的凸出度，使得晶圓102表面邊緣區(qū)域各點到陽極105之間存在的外側傳輸電阻與晶圓102表面中心區(qū)域各點到陽極105之間存在的內(nèi)側傳輸電阻的差值增大，以適應晶圓102種子層電阻的變化情況，從而保證了晶圓102表面電場的動態(tài)均勻分布。

本發(fā)明的晶圓電鍍裝置通過設置具有上凸彎曲面的陽極使得晶圓表面邊緣區(qū)域與陽極之間的外側傳輸電阻大于晶圓表面中心區(qū)域與陽極之間的內(nèi)側傳輸電阻，并通過旋轉電機帶動晶圓旋轉，從而實現(xiàn)了晶圓電鍍表面電場的均勻分布，解決了晶圓表面電場分布不均而導致電鍍鍍膜均勻性的問題。另外，本發(fā)明通過外部驅動元件改變陽極的上凸彎曲面的凸出度，進而調(diào)整晶圓表面邊緣區(qū)域到陽極之間的外側傳輸電阻與晶圓表面中心區(qū)域到陽極之間的內(nèi)側傳輸電阻的差值，即使晶圓表面種子層電阻在電鍍過程中不斷變化，也能實現(xiàn)晶圓表面電場的動態(tài)均勻分布，具有操作簡單、均勻性好、電鍍效率高等特點，有效地保證了電鍍過程中晶圓表面不同點的鍍膜速度及鍍膜厚度具有一致性。

這里本發(fā)明的描述和應用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。