CN110184641A - 电镀装置的电镀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电镀装置的电镀方法，对形成于电镀工件上的电镀层进行修正电镀。本发明可对一次或多次电镀后电镀层不均匀的情况进行修正，以提高电镀层的均匀性，以及电镀工艺的稳定性。

Description

电镀装置的电镀方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种电镀装置的电镀方法。
背景技术
集成电路的制造工艺是一种平面制作工艺，其包含材料镀敷、图案成型、掺杂、化学机械抛光、点抛光机热处理等多种工艺，在同一衬底上形成各种类型的复杂器件，并将其互连接以具有完成的电学功能。其中，金属沉积、金属布线的形成等工艺都是需要使用电镀工艺，即材料镀敷的工艺。
然而采用现有技术的电镀方法，形成的电镀层的厚度不均匀。电镀层的均匀度未达到工艺要求，可能使得后续的其他工艺(例如化学机械研磨工艺和刻蚀工艺等)无法进行，甚至导致该电镀工件报废，不仅降低了产品质量，还增加了制造成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服采用现有技术的电镀方法，形成的电镀层的厚度不均匀的缺陷，提供一种电镀装置的电镀方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种电镀装置的电镀方法，对形成于电镀工件上的电镀层进行修正电镀。
较佳地，所述电镀方法包括以下步骤：
获取形成于所述电镀工件上的电镀层的厚度分布数据；
根据所述厚度分布数据判断所述电镀层的厚度均匀度是否在均匀度阈值范围内；
在判断为是时，根据所述厚度均匀度生成修正策略；
根据所述修正策略对所述电镀工件进行修正电镀。
较佳地，生成修正策略的步骤，具体包括：
确定所述修正电镀的目标区域；
计算所述修正电镀的电镀参数；
所述目标区域为所述电镀层中厚度在厚度阈值范围之外的区域。
较佳地，所述电镀装置包括：阳极组件；
所述电镀参数包括以下参数中的一种或多种：
电镀速率、修正电镀次数、施加于目标阳极本体上的电镀电流值、施加于目标阳极本体上的电镀电压值、电镀时长；
所述目标阳极本体为所述阳极组件。
较佳地，所述电镀装置包括：阳极组件；
所述阳极组件与所述电镀工件相对平行设置；
所述阳极组件包括：若干阳极本体；当施加电镀电流至所述阳极本体上时，所述若干阳极本体互不导通；
所述电镀参数包括以下参数中的一种或多种：
电镀速率、修正电镀次数、施加于目标阳极本体上的电镀电流值、施加于目标阳极本体上的电镀电压值、每个目标阳极本体的电镀时长；
所述目标阳极本体为与所述目标区域对应的阳极本体。
较佳地，所述修正电镀过程中，施加于所述目标阳极本体上的电镀电流值的取值范围为-50A～50A；
和/或，施加于所述目标阳极本体上的电镀电压值的取值范围为-20V～20V；
和/或，使用每个目标阳极本体进行电镀的电镀时长的取值范围为0.1s～100s；
和/或，每个目标阳极本体所对应的电镀电源与阳极组件共用电源，或为互相独立的电源，或其中某些目标阳极本体共用电源。
较佳地，当所述电镀电流值大于0时，对所述电镀工件进行修正电镀的步骤，具体包括：
对所述目标区域进行补镀；
当所述电镀电流值小于0时，对所述电镀工件进行修正电镀的步骤，具体包括：
对所述目标区域进行退镀。
较佳地，每块阳极本体的体积相同；
和/或，所述若干阳极本体互相套设且同轴，其中位于中心的阳极本体为圆柱体，其他的阳极本体为环状结构；
和/或，所述阳极本体的数量为6-20块。
较佳地，所述阳极组件还包括绝缘层；
两相邻的阳极本体之间通过所述绝缘层相隔离。
较佳地，所述绝缘层贴合于第一阳极本体的外表面，所述绝缘层与第二阳极本体之间具有间隙；或者，所述绝缘层贴合于第二阳极本体的内表面，所述绝缘层与第一阳极本体之间具有间隙；
所述第一阳极本体为所述两相邻的阳极本体中靠近所述阳极组件的轴线的阳极本体；
所述第二阳极本体为所述两相邻的阳极本体中远离所述阳极组件的轴线的阳极本体。
较佳地，获取形成于所述电镀工件上的电镀层的厚度分布数据的步骤之前，还包括：
通过一次或多次电镀在所述电镀工件上形成所述电镀层。
较佳地，所述一次或多次电镀的过程中，施加于所述阳极组件上的电镀电流值大于所述修正电镀过程中，施加于所述目标阳极本体上的电镀电流值；
和/或，所述一次或多次电镀的过程中，每次电镀的电镀时长大于所述修正电镀的过程中，对每块目标阳极本体电镀的电镀时长。
和/或，所述一次或多次电镀的过程中所用电镀电源与所述修正电镀的电源不为同一电源。
较佳地，所述一次或多次电镀过程中，施加于所述阳极组件上的电镀电流值的取值范围为0A-150A；
和/或，施加于所述阳极组件上的电镀电压值的取值范围为0V-50V；
和/或，使用所述阳极组件进行电镀的电镀时长的取值范围为100s-1500s，例如145s-582s。
较佳地，所述电镀方法还包括：
将以下电镀信息中的一种或多种存储于数据库中：
所述电镀参数、所述目标区域的位置信息、所述电镀层的厚度变化信息。
较佳地，计算所述修正电镀的电镀参数的步骤，具体包括：
根据所述数据库中存储的所述电镀信息计算所述电镀参数。
较佳地，所述厚度均匀度的计算公式如下：
H＝(Hmax-Hmin)/Havg，或H＝(Hmax-Hmin)，或H＝(Hmax-Hmin)/2Havg；
其中，H表征所述厚度均匀度，Hmax表征所述电镀层的厚度最大值，Hmin表征所述电镀层的厚度最小值，Havg表征所述电镀层的厚度平均值。
较佳地，所述电镀方法适用于水平电镀或垂直电镀。
本发明的积极进步效果在于：本发明可对一次或多次电镀后电镀层不均匀的情况进行修正，以提高电镀层的均匀性，以及电镀工艺的稳定性。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的电镀方法采用的电镀装置的分解结构示意图。
图2为本发明一较佳实施例的电镀方法采用的电镀装置的模块示意图。
图3为图1中的电镀装置的水平阳极组件的俯视图。
图4为图1中的电镀装置的垂直阳极组件的俯视图。
图5为本发明一较佳实施例的电镀装置的电镀方法的流程图。
图6为本发明一较佳实施例的电镀方法的采用的电镀装置中开关电路的第一电路图。
图7为本发明一较佳实施例的电镀方法的采用的电镀装置中开关电路的第二电路图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本发明实施例提供一种电镀装置的电镀方法，实现对形成于电镀工件(如晶圆)上的电镀层进行修正电镀，以提高电镀层的均匀性。
该电镀方法采用如图1-2所示的电镀装置实现，电镀装置包括：阳极组件、控制器4、电源5、电镀槽(图中未示出)和固定架2。控制器4与电源5电连接。电源包括第一电源和第二电源。阳极组件固定于固定架2上，固定架2内置电镀液的进液槽。固定架2设置并固定于电镀槽中。
本实施例中，阳极组件包括若干阳极本体31，阳极本体为可溶性阳极，可溶性阳极的材质为与待形成的电镀层的材质有关，例如镀铜时为铜。具体的，如图3-4所示，阳极本体互相套设且同轴，其中位于中心的阳极本体为圆柱体，其他的阳极本体为环状结构，包括圆环形结构和半环形结构。优选地，阳极本体的数量为6-20块。例如，6-7块。
本实施例中，每块阳极本体的体积可存在相同或不同的情况。经过试验发现，若有某些阳极本体体积相同的情况时，电镀的效果更佳，即镀层厚度均匀程度的提升效率更高。因此，可将每块阳极本体的体积设置为相同。
本实施例中，电镀装置可实现水平电镀和垂直电镀，当电镀装置进行水平电镀时，采用图3所示的水平阳极组件；当电镀装置进行垂直电镀时，采用图4所示的垂直阳极组件。
阳极组件还包括绝缘层32。两相邻的阳极本体之间通过绝缘层32相隔离，以实现当给阳极组件通电时，阳极本体互不导通。其中，绝缘层贴合于两相邻的阳极本体中靠近阳极组件的轴线的阳极本体的外表面，绝缘层与两相邻的阳极本体中远离阳极组件的轴线的阳极本体之间具有间隙；或者，绝缘层贴合于两相邻的阳极本体中远离阳极组件的轴线的阳极本体的内表面，绝缘层与两相邻的阳极本体中靠近阳极组件的轴线的阳极本体之间具有间隙。此间隙用于电镀液从进液槽流入阳极本体，以及电镀槽中。
阳极组件还包括导电基板1。阳极本体31和绝缘层32设于导电基板1上，导电基板1固定于固定架2上。
进行水平电镀时，阳极组件设于电镀工件下方，且相对平行设置；进行垂直电镀时，阳极组件设于电镀工件的左侧或右侧，且相对平行设置；电源5的正极通过导电基板1与阳极本体31电连接，负极与电镀工件6电连接。
本实施例的电镀方法适用于水平电镀和垂直电镀工艺，也适用于TSV电镀、大马士革电镀、bump电镀、pillar电镀、RLD电镀(以上均为电镀工艺)等。
如图5所示，本实施例的电镀方法包括以下步骤：
步骤101、对电镀工件进行一次或多次电镀。
以在电镀工件上形成一层电镀层。
以图3示出的阳极组件为例，一次电镀时，步骤101具体包括：
控制第一电源输出第一电流至6块阳极本体(包括阳极本体a、b、c、d、e和f)，供电时长在145s-582s范围内取值。其中，第一电源为直流稳压电源(Direct currentregulated power supply)，第一电源的电压的选择范围为0-50V(例如0-30V，或0-40V，或20-24V)，电流为0-150A，例如为52-70A。第一电源进行电镀的电镀时长的取值范围为100s-1500s，例如为145s-582s。
步骤102、获取形成于电镀工件上的电镀层的厚度分布数据。
具体的，可采用超声波传感器、激光测厚仪、电阻感应器、电流感应器、电压感应器或电涡流测厚仪等器件通过在线或离线检测获得厚度分布数据。所述离线检测的方法例如为四探针测试仪检测等。
步骤103、根据厚度分布数据判断电镀层的厚度均匀度是否在均匀度阈值范围内。
其中，该厚度均匀度的计算公式如下：
H＝(Hmax-Hmin)/Havg，或H＝(Hmax-Hmin)，或H＝(Hmax-Hmin)/2Havg；
H表征所述厚度均匀度，Hmax表征所述电镀层的厚度最大值，Hmin表征所述电镀层的厚度最小值，Havg表征所述电镀层的厚度平均值。
需要说明的是，均匀度阈值范围可根据实际需求自行设置，该阈值范围是有上下限两个值，因均匀度过高或过低都不利于后续的修正效果。
步骤103中，若判断为否，说明电镀工件的电镀均匀性满足工艺要求(即低于阈值下限时)或难以通过修正电镀进行补救(即高于阈值上限时)，则无需进行修正电镀；若判断为是，说明电镀工件的电镀均匀性不满足工艺要求，需要进行修正电镀，则执行步骤104。
步骤104、根据厚度均匀度生成修正策略。
具体的，步骤104包括：
步骤104-1、确定修正电镀的目标区域。
其中，目标区域为一次或多次电镀形成的电镀层中厚度在厚度阈值范围之外的区域；目标区域也可根据每个阳极本体所对应区域的厚度均匀度确定。需要说明的是，厚度阈值范围可根据实际需求自行设置，该阈值范围是上下限两个值，因为考虑到电镀和退镀。
步骤104-2、计算修正电镀的电镀参数。
其中，电镀参数包括以下参数中的一种或多种：
电镀速率、修正电镀次数、施加于目标阳极本体上的电镀电流值、施加于目标阳极本体上的电镀电压值、电镀时长；
本实施例中，可对电镀层进行整体修正电镀，此时目标阳极本体即为整个阳极组件；也可仅对目标区域进行修正电镀，此时目标阳极本体为与目标区域对应的一个或多个阳极本体。
步骤105、根据修正策略对电镀工件进行修正电镀。
本实施例中，一次或多次电镀的过程中，施加于阳极组件上的电镀电流值大于修正电镀过程中，施加于目标阳极本体上的电镀电流值；和/或，一次或多次电镀的过程中，每次电镀的电镀时长大于修正电镀的过程中，对每块目标阳极本体电镀的电镀时长。每次电镀时，电镀电流值大小根据电镀图案的不同而不同。
具体的，步骤105包括：
控制第二电源依次输出电流值不同的第二电流至每块目标阳极本体，其中目标阳极本体互不导通。当目标区域为多个时，对目标区域的修正顺序不限。
本实施例中，第二电源为直流稳压电源(Direct current regulated powersupply)。第二电源的电压的选择范围为-20V～20V(例如为8-20V)，电流为-50A～50A(例如为25-45A)，使用每个目标阳极本体进行电镀的电镀时长的取值范围为0.1s～100s(例如为5s-42s)。此外，在初始电镀之后，修正电镀时，第二电源也可以是脉冲电源，对初始电镀后形成的镀层进行选择性的退镀，实现电镀层的均匀性。需要说明的是，当电镀电流值大于0时，实现对目标区域进行补镀，也即对厚度较小的区域进行补充电镀；当电镀电流值小于0时，实现对目标区域进行退镀。
本实施例中，第一电源和第二电源可通过多个直流稳压电源实现，也可通过1个直流稳压电源实现。每个目标阳极本体所对应的电镀电源与阳极组件共用电源，或为互相独立的电源，或其中某些目标阳极本体共用电源。共用电源的条件下，多块阳极本体间可组合起来构成更大阳极而进行修正电镀，且各种方式的修正电镀之间可多样化交叉组合，组合方式不限。例如：先开启第一电源，实现所有阳极本体一起镀140s；然后开启第二电源给某块阳极本体单独供电50s，对某块目标区域进行电镀；然后再开启第二电源给某几块阳极本体供电50s，对多块目标区域进行电镀。
步骤105也即通过对目标阳极本体供电，实现对一次电镀或多次形成的电镀层中厚度不满足要求的目标区域进行修正电镀，以提高电镀层均匀性。需要说明的是，修正电镀的次数不限，可以通过一次或多次电镀对电镀层进行修正电镀，直至电镀层的均匀度满足客户需求。
以下采用图6示出的电镀装置的开关电路，以图3示出的阳极组件(用于水平电镀)为例，对12寸晶圆进行电镀的具体电镀工步骤进行说明：
第一步骤：将开关R1、A1、A2、A3、A4、A5、A6闭合，开关R2断开，第一电源同时驱动6个阳极本体，对待电镀的晶圆进行电镀582s。(电压24V，电流70A)；检测电镀层的均匀度为10％；此处均匀度计算公式H＝(Hmax-Hmin)/2Havg。
第二步骤：将开关R1、A2、A3、A4、A5、A6断开，开关R2闭合，电镀20s；(电压16V，电流40A)
断开A1，闭合A2，电镀18s；(电压14V，电流38A)
断开A2，闭合A3，电镀5s；(电压12V，电流30A)
断开A3，闭合A4，电镀5s；(电压8V，电流25A)
断开A4，闭合A6，电镀30s。(电压20V，电流45A)
结束电镀，实现电镀层的均匀度为±1.5％。此处均匀度计算公式H＝(Hmax-Hmin)/2Havg。
本发明实施例中，开关的断开表示该处电路的断开，开关的闭合表示该处电路的连通。
以下采用图7示出的电镀装置的开关电路，以图4示出的阳极组件(用于垂直电镀)为例，对12寸晶圆进行电镀的具体电镀工步骤进行说明：
第一步骤：将开关R1、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7闭合，开关R2断开，放大器1同时驱动7个阳极本体，对待电镀的晶圆进行电镀145s。(电压20V，电流52A)；检测电镀层的均匀度为9.5％；此处均匀度计算公式H＝(Hmax-Hmin)/2Havg。
第二步骤：将开关R1、A2、A3、A4、A5、A6、A7断开，开关R2闭合，电镀15s；(电压15V，电流30A)
断开A1，闭合A3，电镀10s；(电压10V，电流35A)
断开A3，闭合A4，电镀3s；(电压6V，电流28A)
断开A4，闭合A5，电镀3s；(电压8V，电流32A)
断开A5，闭合A7，电镀15s。(电压18V，电流42A)
结束电镀，实现电镀层的均匀度为±3.5％。此处均匀度计算公式H＝(Hmax-Hmin)/2Havg。
本实施例中，电镀方法还包括：
步骤106、将电镀信息存储于数据库中。
其中，电镀信息包括以下信息中的一种或多种：电镀参数、目标区域的位置信息、电镀层的厚度变化信息等。
步骤104-2，具体包括：
根据数据库中存储的电镀信息计算电镀参数。
本实施例中，可对每次电镀的电镀信息均进行存储，随着存储的信息越多，往后计算的电镀参数就越精确，电镀形成的电镀层的均匀度就越高。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种电镀装置的电镀方法，其特征在于，对形成于电镀工件上的电镀层进行修正电镀。
2.如权利要求1所述电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述电镀方法包括以下步骤：
获取形成于所述电镀工件上的电镀层的厚度分布数据；
根据所述厚度分布数据判断所述电镀层的厚度均匀度是否在均匀度阈值范围内；
在判断为是时，根据所述厚度均匀度生成修正策略；
根据所述修正策略对所述电镀工件进行修正电镀。
3.如权利要求2所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，生成修正策略的步骤，具体包括：
确定所述修正电镀的目标区域；
计算所述修正电镀的电镀参数；
所述目标区域为所述电镀层中厚度在厚度阈值范围之外的区域。
4.如权利要求3所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述电镀装置包括：阳极组件；
所述电镀参数包括以下参数中的一种或多种：
电镀速率、修正电镀次数、施加于目标阳极本体上的电镀电流值、施加于目标阳极本体上的电镀电压值、电镀时长；
所述目标阳极本体为所述阳极组件。
5.如权利要求3所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述电镀装置包括：阳极组件；
所述阳极组件与所述电镀工件相对平行设置；
所述阳极组件包括：若干阳极本体；当施加电镀电流至所述阳极本体上时，所述阳极本体互不导通；
所述电镀参数包括以下参数中的一种或多种：
电镀速率、修正电镀次数、施加于目标阳极本体上的电镀电流值、施加于目标阳极本体上的电镀电压值、每个目标阳极本体的电镀时长；
所述目标阳极本体为与所述目标区域对应的阳极本体。
6.如权利要求4或5所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述修正电镀过程中，施加于所述目标阳极本体上的电镀电流值的取值范围为-50A～50A；
和/或，施加于所述目标阳极本体上的电镀电压值的取值范围为-20V～20V；
和/或，使用每个目标阳极本体进行电镀的电镀时长的取值范围为0.1s～100s；
和/或，每个目标阳极本体所对应的电镀电源与阳极组件共用电源，或为互相独立的电源，或其中某些目标阳极本体共用电源。
7.如权利要求4或5所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，当所述电镀电流值大于0时，对所述电镀工件进行修正电镀的步骤，具体包括：
对所述目标区域进行补镀；
当所述电镀电流值小于0时，对所述电镀工件进行修正电镀的步骤，具体包括：
对所述目标区域进行退镀。
8.如权利要求5所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，每块阳极本体的体积相同；
和/或，所述若干阳极本体互相套设且同轴，其中位于中心的阳极本体为圆柱体，其他的阳极本体为环状结构；
和/或，所述阳极本体的数量为6-20块。
9.如权利要求8所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述阳极组件还包括绝缘层；
两相邻的阳极本体之间通过所述绝缘层相隔离。
10.如权利要求9所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述绝缘层贴合于第一阳极本体的外表面，所述绝缘层与第二阳极本体之间具有间隙；或者，所述绝缘层贴合于第二阳极本体的内表面，所述绝缘层与第一阳极本体之间具有间隙；
所述第一阳极本体为所述两相邻的阳极本体中靠近所述阳极组件的轴线的阳极本体；
所述第二阳极本体为所述两相邻的阳极本体中远离所述阳极组件的轴线的阳极本体。
11.如权利要求4或5所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，获取形成于所述电镀工件上的电镀层的厚度分布数据的步骤之前，还包括：
通过一次或多次电镀在所述电镀工件上形成所述电镀层。
12.如权利要求11所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述一次或多次电镀的过程中，施加于所述阳极组件上的电镀电流值大于所述修正电镀过程中，施加于所述目标阳极本体上的电镀电流值；
和/或，所述一次或多次电镀的过程中，每次电镀的电镀时长大于所述修正电镀的过程中，对每块目标阳极本体电镀的电镀时长；
和/或，所述一次或多次电镀的过程中所用电镀电源与所述修正电镀的电源不为同一电源。
13.如权利要求11所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述一次或多次电镀过程中，施加于所述阳极组件上的电镀电流值的取值范围为0A-150A；
和/或，施加于所述阳极组件上的电镀电压值的取值范围为0V-50V；
和/或，使用所述阳极组件进行电镀的电镀时长的取值范围为100s-1500s。
14.如权利要求3-5中任意一项所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述电镀方法还包括：
将以下电镀信息中的一种或多种存储于数据库中：
所述电镀参数、所述目标区域的位置信息、所述电镀层的厚度变化信息。
15.如权利要求14所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，计算所述修正电镀的电镀参数的步骤，具体包括：
根据所述数据库中存储的所述电镀信息计算所述电镀参数。
16.如权利要求2所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述厚度均匀度的计算公式如下：
H＝(Hmax-Hmin)/Havg，或H＝(Hmax-Hmin)，或H＝(Hmax-Hmin)/2Havg；
其中，H表征所述厚度均匀度，Hmax表征所述电镀层的厚度最大值，Hmin表征所述电镀层的厚度最小值，Havg表征所述电镀层的厚度平均值。
17.如权利要求1-5中任意一项所述的电镀装置的电镀方法，其特征在于，所述电镀方法适用于水平电镀或垂直电镀。
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