CN103343380A - 电镀用阳极组件和电镀装置 - Google Patents

Abstract

一种电镀用阳极组件和电镀装置，其中，所述电镀用阳极组件包括：载板，载板包括第一表面和第一表面相对的第二表面，所述载板内具有若干孔洞，所述孔洞的开口贯穿载板的第一表面；若干阳极，每个阳极位于相应的孔洞内；调节单元，所述调节单元穿过载板的第二表面与阳极的一端相连，并使孔洞内的阳极沿孔洞延伸的方向移动。采用上述阳极进行电镀形成的镀层的后续均匀性较好，并且阳极的使用寿命较长。

Description

电镀用阳极组件和电镀装置

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种电镀用阳极组件和电镀装置。

背景技术

半导体集成电路的制作是一个极其复杂的过程，目的在于将特定电路的各种电子元件，缩小制作在一半导体基底上。在集成电路的制作过程中，通过金属层和导电插塞实现电子元件之间的互连。随着特征尺寸（CD）进入深亚微米阶段后，为了得到更快的运算速度、更大的数据存储量以及更多的功能，半导体集成电路不断的向更高的元件密度、高集成度方向发展，用于电子元件互连的金属层和导电插塞的密度也随之不断增大，这给半导体制作过程中金属布线工艺带来新的挑战。

现有技术通常采用铜、钨等金属作为金属层和导电插塞的主要材料，金属层和导电插塞具体可采用物理气相沉积、化学气相沉积和电镀等方法形成。其中，电镀的方法能够容易获得高纯度的金属层或薄膜，不仅膜层的形成速度较快，而且能够比较容易的控制形成的膜层的厚度，因此电镀的方法已成为主流方法。

电镀工艺需要采用电镀装置进行，根据电镀装置结构的不同，可以分为垂直式电镀装置和水平式电镀装置，以下以垂直式电镀装置为例进行说明。

参考图1，所述电镀装置包括：电镀池101，电镀池101用于盛放电镀液，所述电镀池101的底部具有供电镀液流入的入口（图中未示出），电镀池101的侧壁具有供电镀液流出的出口（图中未示出）；晶圆加持装置102，用于加持晶圆104，晶圆加持装置102与电源105的负极相连，作为电镀时的阴极。在进行电镀时，晶圆加持装置102加持晶圆104，并使晶圆104没入电镀池101中的电镀液中；阳极103，阳极103位于电镀池101中并固定在基板（图中未示出）上，阳极与电源105的正极相连，作为电镀时的阳极。

在进行电镀时，阳极103发生氧化反应，形成金属离子，金属离子在作为阴极的晶圆104的表面被还原为金属原子，从而在晶圆104的表面形成金属镀层。

现有的电镀装置的阳极采用一整块的金属圆板，在阳极的使用过程中，由于阳极的厚度逐渐变薄，使得阳极与晶圆之间的间距变大，从而导致电镀时的电流效率和镀层的厚度均匀性变差。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种提高电镀时镀层的厚度均匀性。

为解决上述问题，本发明提供一种电镀用阳极组件，包括：载板，载板包括第一表面和第一表面相对的第二表面，所述载板内具有若干孔洞，所述孔洞的开口贯穿载板的第一表面；若干阳极，每个阳极位于相应的孔洞内；调节单元，所述调节单元穿过载板的第二表面与阳极的一端相连，并使孔洞内的阳极沿孔洞延伸的方向移动。

可选的，所述阳极的横向剖面形状与所述孔洞的横向剖面形状相同。

可选的，所述调节单元包括连接杆和动力源，连接杆的一端穿过载板的第二表面与阳极的一端相连，连接杆的另一端与动力源相连接，动力源用于提供连接杆移动的动力。

可选的，所述调节单元的数量为多个，每个阳极与相应的调节单元相连接。

可选的，还包括：电源，电源的正极通过若干线缆分别与每个阳极电连接。

可选的，还包括：所述每跟线缆上串联有一个开关，所述开关用于控制电源与阳极之间的电流的通断。

可选的，还包括：总控制单元，所述总控制单元分别与每个开关相连接，用于控制相应开关的关闭和打开。

可选的，所述每个孔洞的侧壁上还具有阳极厚度检测单元，用于检测孔洞内阳极的厚度变化。

可选的，当所述阳极厚度检测单元检测到阳极的厚度小于预定厚度时，阳极厚度检测单元输出调节信号给调节单元，调节单元调节阳极在孔洞内的位置。

本发明还提供了一种电镀装置，具有上述所述的电镀用阳极组件。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

所述电镀用阳极组件具有载板，载板上具有若干孔洞，若干分立的阳极分别置于相应的孔洞内，孔洞内的阳极的一端与穿过载板的第二表面的调节单元相连，通过调节单元可以调节阳极在孔洞内的位置，因此，当阳极被消耗，厚度变薄时，可以通过调节单元的作用调节阳极的位置，使得阳极与作为阴极的晶圆之间的距离接近或等于预定的距离，保证阳极与晶圆之间的距离不会在使用过程中被增大，从而在进行电镀时，使得电镀池中的电镀的效率保持稳定，从而提高晶圆上形成的镀层的厚度的均匀性。另外，调节单元的存在，不会存在阳极变薄后固定会松动的问题，并且由于阳极的位置可调，阳极在变薄后可以继续使用，使得阳极的使用寿命大幅的提高，节约了制造成本。

进一步，所述调节单元的数量为多个，每个调节单元与相应的阳极相连，因此当载板上某个位置的阳极相对于其他的阳极厚度较薄时，通过调节单元可以实现对该阳极位置的单独调节，以保证载板上所有阳极与阴极之间距离的均匀性。

进一步，电源的正极通过若干线缆分别与每个阳极电连接，所述每根线缆上串联有一个开关，所述开关用于控制电源与阳极之间的电流的通断，因此可以通过控制载板上相应位置的阳极的通电的个数（或者密度）来实现对晶圆上形成镀层的厚度大小和厚度均匀性的影响。

本发明的电镀装置提高了镀层厚度的均匀性和阳极的使用寿命。

附图说明

图1为现有电镀装置的结构示意图；

图2～图4为本发明实施例电镀用阳极组件的结构示意图；

图5为本发明实施例电源与阳极相连的电路图。

具体实施方式

现有的阳极在电镀过程中不断被氧化以产生金属离子，随着阳极的长时间使用，阳极上的金属不断被消耗，阳极的厚度不断变薄，使得阳极与作为阴极的晶圆之间的间距增大，阳极和晶圆之间的间距增大使得电镀池中从阳极流向晶圆的电镀电流的效率降低，从而降低了在晶圆上形成的镀层的厚度均匀性，另外，阳极的厚度变薄，将使得阳极在基板上的固定会松动，一般当阳极消耗到原来厚度的50%以后时，阳极就不可以继续使用了，阳极的使用寿命较短，提高了制造成本。

本发明提供了一种电镀用阳极组件和电镀装置，所述电镀用阳极组件具有载板，载板上具有若干孔洞，若干分立的阳极分别置于相应的孔洞内，孔洞内的阳极的一端与穿过载板的第二表面的调节单元相连，通过调节单元可以调节阳极在孔洞内的位置，因此在阳极的使用过程中，当阳极被消耗厚度变薄时，可以通过调节单元调节阳极在孔洞中的位置，从而使得阳极与晶圆之间的距离接近或等于预定距离，在进行电镀时，使得电镀池中的电镀的效率保持稳定，从而提高晶圆上形成的镀层的厚度的均匀性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

图2～图4为本发明实施例电镀用阳极组件的结构示意图。

参考图2和图3，图3为图2中部分结构的立体示意图，所述电镀用阳极组件包括：

载板201，所述载板201包括第一表面21和第一表面21相对的第二表面22，所述载板201内具有若干孔洞202，所述孔洞202的开口贯穿载板201的第一表面21；

若干阳极203，每个阳极203位于相应的孔洞202内；

所述电镀用阳极组件还包括调节单元204（参考图4），所述调节单元204穿过载板201的第二表面22与阳极203的一端相连，所述调节单元能使孔洞202内的阳极203沿孔洞202延伸的方向移动（延伸方向是指沿孔洞深度的方向延伸）。

具体的，请继续参考图2和图3，所述载板201上具有若干分立的孔洞202，所述孔洞202内用于放置若干分立的阳极203，孔洞202的开口贯穿载板201的第一表面，使得阳极203能够暴露在电解液中。

所述载板201的材料为耐腐蚀的绝缘材料，比如：石英、云母、耐腐蚀的绝缘高分子聚合物（比如环氧树脂、聚酯树脂、聚酯纤维等）等。相邻孔洞202之间通过载板材料绝缘，因此置于相邻孔洞202内的阳极203之间也是相互绝缘，因此可以在分立的阳极203独立的施加电压，通过开关的控制使得每个阳极与电源之间导通或关闭，因此在电镀时，可以通过控制阳极的导通数量的个数来实现对晶圆上形成的镀层的厚度和均匀性进行调节。在本发明的其他实施例中，也可以在孔洞202的内壁形成一层耐腐蚀的绝缘薄膜。

所述载板201上孔洞202的排布为均匀的规则的排布，相应的孔洞202内的阳极203的排布也匀的规则的排布，在阳极203氧化产生金属离子时，可以使金属离子的分布比较均匀。需要说明的是，所述载板201上孔洞202的排布也可以为不规则的排布。

在具体的实施例中，所述载板201上若干孔洞202的排布呈以载板的中心为原点的若干同心圆排布，即孔洞202等间距的分布在每个同心圆上，相邻同心圆之间的间距相等，所有同心圆上的相邻孔洞202之间的间距相等。在其他实施例中，每个同心圆上的孔洞202的间距可以不相等，相邻同心圆之间的间距相等或不相等；每个同心圆上的孔洞202的间距相等，相邻同心圆之间的间距相等或不相等。

在另一实施例中，所述载板上的若干孔洞呈蜂窝状分布。

在另一实施例中，所述载板上的若干孔洞呈相互平行的直线分布，即孔洞等间距的分布在每条直线上，相邻直线之间的间距相等，所有直线上的相邻孔洞之间的间距相等。在其他实施例中，每条直线上的孔洞的间距可以不相等，相邻直线之间的间距相等或不相等；或者每条直线上的孔洞的间距相等，相邻直线之间的间距相等或不相等。

在另一实施例中，所述载板上的若干孔洞呈扇形分布，即将载板分成等角度分布的多个扇形，每个扇形中具有规则分布的若干孔洞。在其他实施例中，载板分成呈非等角度的分布多个扇形，每个扇形中的孔洞呈规则或不规则分布。

在另一实施例中，所述载板上的若干孔洞呈同心圆环分布，即将载板分为多个同心圆环，每个同心圆环内具有若干规则分布的孔洞，相邻同心圆环之间的间距相等。在其他实施例中，载板分为多个同心圆环，相邻同心圆环之间的间距不相等，每个扇形中的孔洞呈规则或不规则分布。

请参考图3，所述阳极203的横向剖面形状与所述孔洞202的横向剖面形状相同，以方便阳极203的安装以及不会影响阳极203在孔洞202内的移动。阳极203的横向剖面图形的尺寸小于或等于孔洞202的横向剖面图形的尺寸。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述阳极的剖面形状也可以与孔洞的剖面形状不相同。

在具体的实施例中，所述阳极203的横向剖面形状和孔洞202的横向剖面形状为多边形、圆形或不规则图形。所述多边形包括三角形、四边形、五边形等，多边形可以为正多边形或非正多边形。

所述阳极203的材料为金属或非金属，阳极203的材料为金属时，阳极203参与电镀时的氧化反应，比如：阳极203的材料为铜、铝、钨、镍、铬、钯、锡、铂、金、银、锑等，所述阳极203的材料还可以为合金。阳极203的材料为非金属时，阳极203只用来传递电子，不参与氧化反应，比如阳极203的材料可以为石墨。

所述载板201内还具有若干通孔205，每个通孔贯穿载板201的第二表面22并贯穿相对应的孔洞202的底部，所述通孔205用于安置与阳极203一端相连的调节单元的连接杆（后续介绍）。

参考图4，所述调节单元204贯穿载板201的第二表面22，与孔洞202内的阳极的一端相连，使得阳极在调节单元204的作用下在孔洞202内可以在沿孔洞202的延伸方向移动，因此，当阳极203被消耗厚度变薄时，可以通过调节单元203的作用调节阳极203的位置，使得阳极203与作为阴极的晶圆之间的距离接近或等于预定的距离，保证阳极203与晶圆之间的距离不会在使用过程中被增大，从而在进行电镀时，使得电镀池中的电镀的效率保持稳定，从而提高晶圆上形成的镀层的厚度的均匀性。另外，调节单元203的存在，不会存在阳极203变薄后固定会松动的问题，并且由于阳极203的位置可调，阳极203在变薄后可以继续使用，使得阳极203的使用寿命大幅的提高，节约了制造成本。

所述调节单元204包括连接杆和动力源，连接杆的一端穿过载板201的第二表面22与阳极203的一端相连（连接杆穿过图3所述的通孔205与阳极的一端相连），连接杆的另一端与动力源相连接，动力源用于提供连接杆移动的动力。连接杆与阳极203之间是可拆卸连接，连接杆与动力源之间为可拆卸连接。所述动力源可以为汽缸驱动或电机驱动，向动力源施加控制信号时，动力源提供连接杆移动的动力，实现对阳极的自动调节。在本发明的其他实施例中，所述驱动单元204以可以只有连接杆，通过人工调节连接杆的位置，实现对阳极的位置调节。

本实施例中，动力源的数量为多个（或者调节单元204的数量为多个），每个动力源通过连接杆与相对应的阳极203相连，因此当载板上某个位置的阳极203相对于其他的阳极厚度较薄时，通过动力源可以实现对该阳极203位置的单独调节，以保证载板上所有阳极203与阴极之间距离的均匀性。

在本发明的其他实施例中，所述动力源的数量为一个，每个阳极通过相应的连接杆均与该动力源相连接，通过一个动力源的作用，可以实现对所有阳极的位置的调节，节约成本。

在本发明的其他实施例中，将载板划分为多个区域，所述动力源的数量为多个，动力源的数量小于阳极的数量且等于载板划分的区域的数量，即某一区域的多个阳极通过相应的连接杆与一个动力源相连，可以实现对载板上某一区域内的所有的阳极位置的调节。具体的，可以根据载板上孔洞排布方式确定动力源的数量和位置，当载板上的孔洞（或阳极）呈同心圆排布时，可以将同一同心圆上或者多个同心圆上的阳极通过连接杆与一个动力源相连；当载板上的孔洞（或阳极）呈蜂窝状排布，将蜂窝状划分为多个区域，每个区域中的阳极通过连接杆与一个动力源相连；当载板上的孔洞（或阳极）呈相互平行的直线排布，一条或多条支线上的阳极通过相应的连接杆与一个动力源相连接；当载板上的孔洞（或阳极）呈扇形排布，一个或多个扇形中的阳极通过相应的连接杆与一个动力源相连接；当载板上的孔洞（或阳极）呈同心圆环排布，一个或多个同心圆环中的阳极通过相应的连接杆与一个动力源相连接。

所述阳极组件，还包括，阳极厚度检测单元（图中未示出），阳极厚度检测单元用于检测孔洞202内阳极203的厚度的变化，当阳极厚度检测单元检测到阳极的厚度小于预定厚度时（阳极厚度变薄时），阳极厚度检测单元输出调节信号给调节单元204，调节单元204调节阳极在孔洞内的位置，实现阳极203变薄后，阳极203位置的自动调节，使得阳极203与作为阴极的晶圆之间的距离始终保持恒定或变化较小，有利于提高晶圆上形成的镀层的厚度的均匀性。具体的，所述阳极厚度检测单元为光电传感器，所述光电传感器包括光发射单元和光接收单元，光发射单元和光接收单元分别位于孔洞203的相对的侧壁上，并且靠近载板201的第一表面21，调节单元距离阳极202的靠近第一表面的一端表面具有预定的距离，在阳极203的厚度没有变薄时，阳极203阻挡了阳极厚度检测单元的光路传输路径，在阳极203的厚度变薄后，阳极不再阻挡阳极厚度检测单元的光路传输路径，使得阳极厚度检测单元输出的检测信号发生电平的转换（比如由低电平变成高电平），将电平转换后的检测信号作为输入给调节单元的调节信号，调节单元根据调节信号调节阳极的位置，当阳极厚度检测单元的光路传输路径再次被阳极挡住时，阳极厚度检测单元输出停止调节信号，调节单元接收停止调节信号停止对阳极位置的调节。

所述阳极组件，还包括：电源，电源的正极通过若干线缆分别与每个阳极电连接。每根线缆穿过载板201的第二表面22与孔洞202内的阳极相连，或者将调节单元204的连接杆做成中空，线缆通过连接杆的中空部分与阳极相连。

关于电源与阳极的连接电路相关电路，请参考图5，包括电源301，所述电源301包括正极和负极，电源301的负极与阴极302相连，电源的正极301通过分线盒303与每一个阳极203相连，所述分线盒303将电源301的输入电流分为若干电流值相等的分电流，分线盒303通过若干线缆分别与载板201上的每个阳极203相连，每根线缆上串联有一个开关304，所述开关304可以控制电源301与每个阳极203之间的电流的通断。通过上述电路结构，可以实现对每一个阳极203上的电流通断的控制，因此可以通过控制载板201上相应位置的阳极203的通电的个数（或者密度）来实现对晶圆上形成的镀层的厚度大小和厚度均匀性的影响。

每个开关304可以为单个继电器或者其他的电流控制开关。或者所有的开口有多输入和多输出接口的控制芯片构成。

还包括总控制单元（图中未示出），所述总控制单元分别与每个开关304相连接，用于控制相应开关304的关闭和打开。所述控制单元可以为PLC可编程逻辑器件。

本发明实施例还提供了一种电镀装置，包括上述的电镀用阳极组件；电镀池，电镀池用于盛放电镀液，电镀用阳极组件的载板和阳极位于电镀池中；晶圆加持装置，用于加持晶圆，位于电镀池中或电镀池上方与阳极相对的位置。

综上，本发明实施例的电镀用阳极组件和电镀装置，当阳极被消耗厚度变薄时，可以通过调节单元的作用调节阳极的位置，使得阳极与作为阴极的晶圆之间的距离接近或等于预定的距离，保证阳极与晶圆之间的距离不会在使用过程中被增大，从而在进行电镀时，使得电镀池中的电镀的效率保持稳定，从而提高晶圆上形成的镀层的厚度的均匀性。另外，调节单元的存在，不会存在阳极变薄后固定会松动的问题，并且由于阳极的位置可调，阳极在变薄后可以继续使用，使得阳极的使用寿命大幅的提高，节约了制造成本。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电镀用阳极组件，其特征在于，包括：

载板，载板包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，所述载板内具有若干孔洞，所述孔洞的开口贯穿载板的第一表面；

若干阳极，每个阳极位于相应的孔洞内；

调节单元，所述调节单元穿过载板的第二表面与阳极的一端相连，并能使孔洞内的阳极沿孔洞延伸的方向移动。

2.如权利要求1所述的电镀用阳极组件，其特征在于，所述阳极的横向剖面形状与所述孔洞的横向剖面形状相同。

3.如权利要求1所述的电镀用阳极组件，其特征在于，所述调节单元包括连接杆和动力源，连接杆的一端穿过载板的第二表面与阳极的一端相连，连接杆的另一端与动力源相连接，动力源用于提供连接杆移动的动力。

4.如权利要求1所述的电镀用阳极组件，其特征在于，所述调节单元的数量为多个，每个阳极与相应的调节单元相连接。

5.如权利要求1所述的电镀用阳极组件，其特征在于，还包括：电源，电源的正极通过若干线缆分别与每个阳极电连接。

6.如权利要求5所述的电镀用阳极组件，其特征在于，还包括：所述每根线缆上串联有一个开关，所述开关用于控制电源与阳极之间的电流的通断。

7.如权利要求6所述的电镀用阳极组件，其特征在于，还包括：总控制单元，所述总控制单元分别与每个开关相连接，用于控制相应开关的关闭和打开。

8.如权利要求1所述的电镀用阳极组件，其特征在于，所述每个孔洞的侧壁上还具有阳极厚度检测单元，用于检测孔洞内阳极的厚度变化。

9.如权利要求8所述的电镀用阳极组件，其特征在于，当所述阳极厚度检测单元检测到阳极的厚度小于预定厚度时，阳极厚度检测单元输出调节信号给调节单元，调节单元调节阳极在孔洞内的位置。

10.一种电镀装置，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的电镀用阳极组件。

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