CN113493920B - 改善电镀薄膜均匀性的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种改善电镀薄膜均匀性的装置及方法，所述装置包括：外腔体；在所述外腔体内部的上部设有阴极，所述阴极连接晶圆；所述晶圆的上方设有旋转磁场发生单元，所述旋转磁场发生单元用于产生旋转磁场；在所述外腔体内部的底部设有阳极室，所述阳极室中设有阳极，所述阳极室的顶部设有扩散膜；所述方法包括步骤：形成旋转磁场；电镀液中的目标离子在电镀过程中受到所述旋转磁场的作用、在晶圆表面形成螺旋电流；所述设备包括所述的装置和/或用于实现所述方法的装置。它旨在改善电镀过程中导致的晶片中心与边缘处薄膜均匀性不同的技术问题。

Description

改善电镀薄膜均匀性的装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体器件工艺中的薄膜技术领域，尤其涉及一种改善电镀薄膜均匀性的装置及方法。
背景技术
随着半导体器件工艺技术的日益提升，铜已取代铝或铝合金作为半导体器件布线的重要材质，然而随着工艺尺寸的进一步缩小，对铜薄膜的均匀性、以及高深宽比的几何形状以提供无空隙的铜填充物的要求也越来越高，因此人们在提高铜薄膜的均匀性面临的挑战性也越来越大。
然而，在实际的ECP(Electrochemical Plating，电化学镀膜)工艺中，小曲率半径(趋势角)中的电场很强，极易导致通孔与沟槽之间产生空隙；且由于晶片中心的电阻大于晶片边缘的电阻，因此晶片中心的电流密度要比边缘处的低，从而导致晶片中心处的薄膜更薄；因此需要一种改善薄膜均匀性和空隙填充的方法，以解决在ECP工艺中薄膜均匀性在晶片边缘处和中心处有所不同的问题。
为了提高铜薄膜的均匀性，现有的技术手段有：
将直流电源连接阴极晶片；在电镀溶液中插入阴极以改善ECP中铜膜的均匀性；在PVD工艺中，在靶上方安装控制溅射的磁铁，以提高均匀性和建设产量；在电镀腔室壁周围设置电磁体及可控电场，以改善晶片边缘膜的厚度。
然而上述这些技术手段实施起来较为复杂繁琐，且取得的效果并不理想。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的至少在于提供一种改善电镀薄膜均匀性的装置及方法，旨在改善电镀过程中导致的晶片中心与边缘处薄膜均匀性不同的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一个实施方式提供一种改善电镀薄膜均匀性的装置，包括：
外腔体；
在所述外腔体内部的上部设有阴极，所述阴极连接晶圆；
所述晶圆的上方设有旋转磁场发生单元，所述旋转磁场发生单元用于产生旋转磁场；
在所述外腔体内部的底部设有阳极室，所述阳极室中设有阳极，所述阳极室的顶部设有扩散膜。
可选地，所述旋转磁场产生单元包括：永磁体及用于驱动所述永磁体转动的电动机。
可选地，所述旋转磁场产生单元包括：电磁体及驱动所述电磁体的驱动电源，所述驱动电源使所述电磁体产生旋转磁场。
可选地，所述永磁体的两极呈上下分布。
可选地，所述旋转磁场的磁场强度为0.01T-1T。
可选地，所述阴极上设有密封电触点，所述密封电触点与所述阳极电性连接。
可选地，在所述阳极室内、所述阳极上方设有滤膜。
可选地，所述阳极室底部设有用于通入电镀液的电镀液入口。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一个实施方式提供一种利用所述装置实现的方法，包括步骤：
将晶圆置于所述阴极上并与所述阴极连接，并通入电镀液，使得电镀液与晶圆表面完全接触；
在阳极与阴极之间添加电场，促使电镀液中的目标离子由阳极向晶圆表面运动；
形成旋转磁场；
电镀液中的目标离子在电镀过程中受到所述旋转磁场的作用、在晶圆表面形成螺旋电流，并在晶圆表面形成所述薄膜。
可选地，所述形成旋转磁场的步骤包括：
启动设置于所述晶圆上方的旋转磁场发生单元，所述旋转磁场发生单元产生所述旋转磁场。
通过本发明实施方式提供的上述技术方案，利用位于晶圆上方的旋转磁场产生单元产生旋转磁场，以改变电镀过程中带电粒子的运动轨迹，使其能够在晶圆表面形成螺旋电流以实现改善薄膜均匀性的目的；并且能够通过调整磁场强度以改变晶圆表面上螺旋电流的电流强度，从而实现对薄膜均匀性改善的调控。
附图说明
图1显示为本发明一实施例所述的改善电镀薄膜均匀性的装置的示意图。
图2显示为本发明一实施例所述的改善电镀薄膜均匀性的方法的流程图。
元件标号说明
标号 名称
1 外腔体
2 阳极室
3 阴极
31 密封电触点
4 永磁体
5 电动机
6 阳极
7 电镀液入口
8 滤膜
9 扩散膜
10 晶圆
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
一种改善电镀薄膜均匀性的装置，包括：
外腔体1；
在所述外腔体内部的上部设有阴极3，所述阴极连接晶圆10；
所述晶圆的上方设有旋转磁场发生单元，所述旋转磁场发生单元用于产生旋转磁场；旋转磁场能够使带电粒子在晶圆表面产生螺旋电流，以改善薄膜均匀性。
在所述外腔体内部的底部设有阳极室2，所述阳极室中设有阳极6，所述阳极室的顶部设有扩散膜9。
利用位于晶圆上方的旋转磁场产生单元产生旋转磁场，以改变电镀过程中带电粒子 (包括电镀液中的目标离子)的运动轨迹，使其能够在晶圆表面形成螺旋电流以实现改善薄膜均匀性的目的；并且能够通过调整磁场强度以改变晶圆表面上螺旋电流的电流强度，从而实现对薄膜均匀性改善的调控。
在某一实施方式中，所述旋转磁场产生单元包括：永磁体及用于驱动所述永磁体4转动的电动机5。永磁体的两极呈上下分布：即分别分布在上下两个表面；永磁体的形状可以是但不限于圆柱形。通过电动机带动永磁体转动以实现旋转磁场，电镀液中的带电粒子(例如铜离子)在电场及旋转磁场的带动下，于晶圆表面形成螺旋电流，从而避免了由于传统电镀技术晶圆中心与边缘处电流密度不同所导致的薄膜均匀性差的问题。其中电镀液由电镀液入口7进入阳极室，以供镀膜使用。
在某一实施方式中，所述旋转磁场的磁场强度为0.01T-1T。通过改变旋转磁场的磁场强度能够改变于晶圆表面上形成的螺旋电流的电流强度，通过控制电流强度能够进一步改善薄膜的均匀性。
在某一实施方式中，永磁体的磁场强度为0.01T-1T。
在某一实施方式中，所述阴极上设有密封电触点31，所述密封电触点与所述阳极电性连接。通过密封电触点及连接在阴极与阳极之间的电源，形成电场，从而使得带点粒子在电场中运动，从而实现镀膜的目的。
在某一实施方式中，在所述阳极室内、所述阳极上方、所述扩散膜的下方设有滤膜8。滤膜与电镀液入口呈锐角设置。通过滤膜能够有效保证镀出来的膜的纯度。
如图2所示，本发明的一个实施方式还提供一种改善电镀薄膜均匀性的方法，包括步骤：
将晶圆置于所述阴极上并与所述阴极连接，并通入电镀液，使得电镀液与晶圆表面完全接触；晶圆按照需要镀膜的需求进行放置，即需要镀膜的一侧能够与电镀液进行接触；电镀液通过电镀液入口进入。
在阳极与阴极之间添加电场，促使电镀液中的目标离子由阳极向晶圆表面运动；目标离子为镀膜需求的带电粒子，可以为铜离子，也可以是其他镀膜需求的离子。
形成旋转磁场；
电镀液中的目标离子在电镀过程中受到所述旋转磁场的作用、在晶圆表面形成螺旋电流，并在晶圆表面形成所述薄膜。利用位于晶圆上方的旋转磁场产生单元产生旋转磁场，以改变电镀过程中带电粒子的运动轨迹，使其能够在晶圆表面形成螺旋电流以实现改善薄膜均匀性的目的；并且能够通过调整磁场强度以改变晶圆表面上螺旋电流的电流强度，从而实现对薄膜均匀性改善的调控。
在某一实施方式中，所述旋转磁场的磁场强度为0.01T-1T。通过改变旋转磁场的磁场强度能够改变于晶圆表面上形成的螺旋电流的电流强度，通过控制电流强度能够进一步改善薄膜的均匀性。
在某一实施方式中，所述形成旋转磁场的步骤包括：
启动设置于所述晶圆上方的旋转磁场发生单元，所述旋转磁场发生单元产生所述旋转磁场。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种改善电镀薄膜均匀性的装置，其特征在于，包括：
外腔体；
在所述外腔体内部的上部设有阴极，所述阴极连接晶圆；
所述晶圆中心的正上方设有旋转磁场发生单元，所述旋转磁场发生单元用于产生旋转磁场，所述旋转磁场发生单元包括永磁体及用于驱动所述永磁体转动的电动机，所述永磁体的两级呈上下分布；
在所述外腔体内部的底部设有阳极室，所述阳极室中设有阳极，所述阳极室的顶部设有扩散膜，电镀液中的目标离子由所述阳极室向所述晶圆表面运动，受所述旋转磁场的作用，在晶圆表面形成螺旋电流并形成薄膜。
2.根据权利要求1所述的改善电镀薄膜均匀性的装置，其特征在于，所述旋转磁场产生单元包括：电磁体及驱动所述电磁体的驱动电源，所述驱动电源使所述电磁体产生旋转磁场。
3.根据权利要求1所述的改善电镀薄膜均匀性的装置，其特征在于，所述旋转磁场的磁场强度为0.01T-1T。
4.根据权利要求1所述的改善电镀薄膜均匀性的装置，其特征在于，所述阴极上设有密封电触点，所述密封电触点与所述阳极电性连接。
5.根据权利要求1所述的改善电镀薄膜均匀性的装置，其特征在于，在所述阳极室内、所述阳极上方设有滤膜。
6.根据权利要求1所述的改善电镀薄膜均匀性的装置，其特征在于，所述阳极室底部设有用于通入电镀液的电镀液入口。
7.一种利用权利要求1-6任一所述装置实现的方法，其特征在于，包括步骤：
将晶圆置于所述阴极上并与所述阴极连接，并通入电镀液，使得电镀液与晶圆表面完全接触；
在阳极与阴极之间添加电场，促使电镀液中的目标离子由阳极向晶圆表面运动；
形成旋转磁场；
电镀液中的目标离子在电镀过程中受到所述旋转磁场的作用、在晶圆表面形成螺旋电流，并在晶圆表面形成所述薄膜。
8.根据权利要求7所述的改善电镀薄膜均匀性的方法，其特征在于，所述形成旋转磁场的步骤包括：
启动设置于所述晶圆上方的旋转磁场发生单元，所述旋转磁场发生单元产生所述旋转磁场。
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