[發(fā)明專利]電化學(xué)電鍍?cè)O(shè)備和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910195634.6
• 申請(qǐng)日: 2009-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN102021625A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫日輝;倪百兵;蔣劍勇;張繼偉;王鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號(hào): C25D7/12
• 分類號(hào): C25D7/12;C25D17/00;C25D17/28;C25D21/12;H01L21/288;H01L21/445
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于電鍍半導(dǎo)體晶片的電化學(xué)電鍍?cè)O(shè)備和方法。

背景技術(shù)

在超大規(guī)模集成電路工藝中，金屬鋁是芯片中金屬互連線路的金屬層的主要材料。然而，由于元件的微型化及集成度的增加，電路中金屬層數(shù)目不斷增多，金屬互連線路架構(gòu)中的電阻(R)及電容(C)所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)造成了嚴(yán)重的傳輸延遲(RC?Delay)，在130納米及更先進(jìn)的技術(shù)中成為電路中訊號(hào)傳輸速度受限的主要因素。

因此，在降低金屬層電阻方面，由于金屬銅及金屬銀具有高熔點(diǎn)、低電阻系數(shù)及高抗電子遷移的能力，已被廣泛地應(yīng)用于金屬互連線路架構(gòu)中來取代金屬鋁作為金屬互連線路的金屬層的材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，銅的金屬化制成可使用濺鍍法(物理氣相沉積)和電化學(xué)電鍍法(Electrical?Chemical?Plating)。由于成本低廉、沉積速率快，電化學(xué)電鍍法已經(jīng)是一種最常用的技術(shù)。

金屬銅的電化學(xué)電鍍法主要是以兩個(gè)電極之間的電流通過硫酸銅溶液或是含銅的電解液的方式進(jìn)行。當(dāng)電解液中的電流為離子狀態(tài)時(shí)，電流以電子形式傳送到電極。在以金屬銅組成的陽極產(chǎn)生電化學(xué)氧化反應(yīng)時(shí)，陰極產(chǎn)生電化學(xué)還原反應(yīng)。在此種狀況下，陰極分離的銅離子被在陽極制造出來的銅離子取代。利用電性的漂移、擴(kuò)散以及對(duì)流方式將銅離子傳送至陰極。在給半導(dǎo)體晶片電鍍時(shí)，將晶片的周圍利用數(shù)個(gè)接觸點(diǎn)使晶片與電源供應(yīng)器形成電性連接，然后通以固定電流一段時(shí)間，在晶片表面形成特定厚度的銅金屬層。例如申請(qǐng)?zhí)枴?00710044800.3”的中國(guó)專利申請(qǐng)中公開了一種半導(dǎo)體器件中銅的電鍍方法。

圖1為現(xiàn)有的一種電化學(xué)電鍍?cè)O(shè)備(ECP)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，現(xiàn)有的電化學(xué)電鍍?cè)O(shè)備通常包括用于傳輸晶片的多個(gè)機(jī)械手臂10，用于進(jìn)行電鍍的多個(gè)電鍍槽(Cell)20，用于清洗電鍍完成的晶片的多個(gè)清洗槽(PEM)30。通常電鍍槽20的數(shù)量和清洗槽30的數(shù)量相同，例如同為3個(gè)，機(jī)械手臂將晶片從晶片盒40中依次取出放入電鍍槽20中，在電鍍完成后機(jī)械手臂再將電鍍后的晶片放入清洗槽20中，在清洗后則完成電鍍工藝。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)利用現(xiàn)有的化學(xué)電鍍?cè)O(shè)備進(jìn)行電鍍時(shí)，如圖1所示，電化學(xué)電鍍?cè)O(shè)備中的個(gè)別的電鍍槽，例如電鍍槽20a和個(gè)別清洗槽，例如清洗槽30a會(huì)出現(xiàn)空閑，這樣不利于電化學(xué)電鍍?cè)O(shè)備利用率的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提高電化學(xué)電鍍?cè)O(shè)備的利用率。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電化學(xué)電鍍?cè)O(shè)備，包括：

機(jī)械手臂，用于晶片的運(yùn)輸；

電鍍槽，用于對(duì)晶片進(jìn)行電鍍；

清洗槽，用于對(duì)電鍍后的晶片進(jìn)行清洗；

控制裝置，用于對(duì)機(jī)械手臂、電鍍槽及清洗槽進(jìn)行控制，且當(dāng)對(duì)晶片進(jìn)行電鍍的電鍍時(shí)間小于清洗時(shí)間時(shí)，控制裝置用于對(duì)晶片在電鍍槽內(nèi)的停留時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，從而延長(zhǎng)晶片在電鍍槽內(nèi)的停留時(shí)間。

相應(yīng)的本發(fā)明還提供了一種電化學(xué)電鍍方法，包括步驟：

當(dāng)對(duì)晶片進(jìn)行電鍍的電鍍時(shí)間小于清洗時(shí)間時(shí)，則對(duì)晶片在電鍍槽內(nèi)的停留時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，從而延長(zhǎng)晶片在電鍍槽內(nèi)的停留時(shí)間；

利用電鍍槽對(duì)晶片進(jìn)行電鍍；

利用清洗槽對(duì)電鍍后的晶片進(jìn)行清洗。

可選的，所述延長(zhǎng)晶片在電鍍槽內(nèi)的停留時(shí)間具體為：使得晶片在電鍍槽內(nèi)的停留時(shí)間大于晶片在清洗槽內(nèi)停留的時(shí)間。

可選的，所述延長(zhǎng)晶片在電鍍槽內(nèi)的停留時(shí)間具體為：使得晶片在電鍍槽內(nèi)的停留時(shí)間和晶片在清洗槽內(nèi)停留的時(shí)間趨于相等。

可選的，所述控制裝置包括：

執(zhí)行裝置，用于控制機(jī)械手臂、電鍍槽及清洗槽；

判斷裝置，用于根據(jù)所要電鍍形成的金屬層，判斷晶片進(jìn)行電鍍所需的電鍍時(shí)間和清洗時(shí)間的大小關(guān)系；

調(diào)整裝置，當(dāng)所述電鍍時(shí)間小于所述清洗時(shí)間，則向所述執(zhí)行裝置發(fā)送延長(zhǎng)電鍍槽停留時(shí)間信號(hào)。

可選的，所述執(zhí)行裝置在收到延長(zhǎng)電鍍槽停留時(shí)間信號(hào)后會(huì)在晶片浸入電鍍槽內(nèi)的電解液之前先讓晶片等待或者空轉(zhuǎn)。

可選的，當(dāng)晶片表面待電鍍的金屬層為銅，且厚度為7000埃至8000埃，則清洗時(shí)間為130s至140s，晶片電鍍的時(shí)間為103s至113s，所述晶片在電鍍槽等待或者空轉(zhuǎn)的時(shí)間為25s±12s。

可選的，晶片在電鍍槽內(nèi)停留的時(shí)間比晶片在清洗槽內(nèi)停留的時(shí)間少12s。

可選的，所述延長(zhǎng)電鍍槽停留時(shí)間信號(hào)包括晶片在電鍍槽中停留延長(zhǎng)的時(shí)間。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種電化學(xué)電鍍方法，包括步驟：