TWI231545B - ECP method and apparatus thereof - Google Patents
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Description
1231545 五、發明說明（1) 一一^— 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種的化學電鍍銅方法，且牲如θ 士 A付别疋有關於 一種適用於半導體製程中的化學電鍍銅方法。 【先前技術】
在積體電路中，製造銅導線的方法是以化學電锻 (Electro-Chemical Plating)設備在已沉積銅晶種層上電 鍍一層銅薄膜。電鍍後’晶圓片上銅薄膜的周圍一圈總是 產生剝落的情形，以致於造成後續製程粒子污染或低良= 的情形。因此在化學電鍍製程後，增加一道製程洗去^圓 片上周圍一圈的銅薄膜，以避免銅薄膜剝落所沿生的後續 問題。 、
在習知的化學電鍍設備中，設備商已多設計了一個洗邊模 組（IBC， Integrated Bevel Clean)用來執行洗去晶圓片 上周圍一圈的銅薄膜晶圓洗邊的製程。習知洗邊製程藉由 洗邊模組於在電鍍後晶圓片的周圍一圈喷灑用來溶解銅薄 膜的溶液’藉以去除周圍的銅薄膜。常用來溶解銅薄膜的 溶液包含例如在電鍍後晶圓片的周圍一圈喷灑硫酸、過氧 化氲（Η 2〇 2)和去離子水（D I w a t e r)的混合物。 然而，晶圓洗邊的製程常在喷灑溶解銅薄膜的溶液過程 中’無法避免也將溶液喷灑在晶圓的其他部分（非周圍一 圈一周），造成功能正常的積體電路之銅導線也遭溶液的
第6頁 1231545 五、發明說明（2) 侵蝕破壞遭受池魚之殃。因此，晶圓積體電路製造商需要 一種創新的方法以克服解決上述的問題。 【發明内容】 因此本發明的目的就是在提供一種化學電鍍銅方法，用以 抑制電鍍後晶圓片的周圍一圈生成的銅薄膜。 本發明的另一目的是在提供一種化學電鍍銅裝置，用以抑 制電鍍後晶圓片的周圍一圈生成的銅薄膜。 根據本發明之上述目的，提出一種化學電鍍銅方法，適用 於電鍍銅薄膜於一晶圓上，且不會電鍍銅薄膜於晶圓的周 圍，此化學電鍍銅方法包含下列方法：將直流/交流電源 的正極與置於電解液中的純銅片作電性連接；將直流/交 流電源的正極與第一環型電極作電性連接，且第一環型電 極與晶圓的周圍接觸；將直流/交流電源的負極與第二環 型電極作電性連接，且第二環型電極與晶圓的非周圍部份 接觸；將晶圓及第一環型電極和第二環型電極一起浸於電 解液中，執行化學電鍍銅的製程。 根據本發明之另一目的，提出一種化學電鍍銅裝置。此化 學電鍍銅裝置與直流/交流電源電性連接，適用於電鍍銅 薄膜於一晶圓上，用來抑制晶圓的周圍被鍍上銅薄膜。此 化學電鍍銅裝置包含内外兩環狀接觸電極。外環狀接觸電 極與直流/交流電源之正極連接，且外環狀接觸電極接觸 晶圓的周圍，用以抑制銅薄膜電鍍在晶圓的周圍。内環狀 接觸電極與直流/交流電源之負極連接，第二電極接觸晶
1231545 五、發明說明（3) 圓的非周圍部份。此外，化學電艘鋼裝置更包含銅電極， 與該直流/交流電源之正極連接。 依照本發明一較佳實施例，上述的第一環型電極亦可接 地，同樣可以抑制晶圓片的周園一圈生成的銅薄膜。 依照本發明另一較佳實施例，上述的化學電鍍銅裝置更包 含一電解液容器用來容納電解液。 由上述可知，應用本發明之外環狀接觸電極，可避免晶圓 片的周圍一圈被鍍上銅薄膜。外環狀接觸電極可用來取代 習知化學電鍍設備中洗邊模組的功用。因此，洗邊模組所 具有的缺點就可以一並去除。 【實施方式】 請參照第1圖，其繪示依照本發明一較佳實施例的一種化 學電鍍原理的示意圖。本發明的化學電鍍 (Electro-Chemical Plating)方法應用於銅製程形成銅導 線。在化學電鍍製程前需在晶圓上先形成銅晶種層作為電 極’在電鍍時銅晶種層作為陰極2 4，此陰極2 4和直流/交 流電源20的負極21連接。另一方面，（陽極）銅片22和直流 /交流電源2 0的陽極1 9連接。在電艘時，銅離子由（陽極） 銅片2 2解離出來’藉由銅離子的對％(c〇nvecti〇n)和遷移 (migration)的效應會移動到陰極24附近，最後擴散 (d i f f u s i ο η )到銅晶種層（陰極）2 4上。上述就是化學電鍍 基本的原理。
第8頁 1231545 五、發明說明 為了要去 習知的壞 觸電極。 新設計後 狀接觸電 的外圍接 銅薄膜。 種層作電 電鍍設備 點就可以 第2A圖係 裝置的示 20、電解 接觸電極 /交流電識 以藉由不 圖示。鋼 離子。外 連接。在 計一絕緣, 極2 8和鋼 是用來解ί 一圈本來） 層），所以 ⑷ :ί Ξ ΐ晶圓片的周圍一圈的銅薄膜，本發明將 觸電極，重新設計成兩個内外分習：的環狀接觸電極連接電池的負極；本；= 的包極’内環狀接觸電極連接電池的負極，外環 ^則連接電池的正極。外環狀接觸電極和晶圓片、 ’、其功用就是要防止晶圓片的周圍一圈被鑛上 上述的環狀電極是藉由多點接觸與晶圓上的^曰 ;連接。外環狀接觸電極的功用將取代習 ，，模組的功用。因此，洗邊模組所具有的缺 一並去除。 f不依照本發明一較佳實施例的一種化學電鍍銅 意f1此化學電鍍銅裝置包含直流/交流電源 液谷器、電解液3 2、銅片（銅電極）2 2、内環狀 2 6和外ί辰狀接觸電極2 8。銅片（銅電極）2 2與直流 2 0的正極1 9連接。上述的電源之正極和負極可
问的電源供應器提供 並不限定於本實施 =電JV22的功用是提供電鑛鋼薄膜所需的 也和直流/交流電源20的正極1 内衣狀接觸電極26和外環狀 層以防止短路的情形發生：電極28之間而 片（銅電極）22在電鑛上的目匕夕卜環狀接觸 维出銅離子到電解液相同的。兩者 外環狀接觸電極2匕：】，成的銅晶; 刀月匕疋防止銅離子吸
1231545 五、發明說明（5) — 附在銅晶種層上，並#要解離出銅離子到電解液中。外環 狀接觸電極28的這項功能可以防止晶圓片的周圍一圈被^
上銅薄膜。此外，外環狀接觸電極2 8也可以接地（保持電X 中性），也可以防止晶圓片的周圍一圈被鍍上銅薄膜。内 環狀接觸電極26和習知的環狀接觸電極在電鍍上的功用和 目的是相同的。兩者的主要功能都是將銅離子由電解液32 吸附到銅晶種層上，也就是所謂的電鍍。 第2B圖係繪示依照本發明一較佳實施例的一種化學電鍍鋼 ▲置的電極示意圖。外環狀接觸電極2 8使晶圓片的周圍一 圈保持正電荷，避免被鍍上銅薄膜；内環狀接觸電極26使 晶圓片的分周圍部份保持負電荷，吸附電解液中的銅離子 到銅晶種層上。内環狀接觸電極2 6的形狀可以是圓環狀或 是圓盤狀。 ^ 由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明之外環狀接 _ 了避免晶圓片的周圍^一圈被鑛上銅薄膜。外環狀 =電極可用來取代習知化學電鍍設備中洗邊模組的功用 ^ ^ 无邊板組所具有的缺點就可以一並去除。 雖然本發日Ρ 、. ^ 定本發明， 較佳實施例揭露如上，然其並非用以 範圍内，奋，何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 圍當視德二Γ ^各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 寸之申請專利範圍所界定者為準。
1231545 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 第1圖係繪示依照本發明一較佳實施例的一種化學電鍍原 理的示意圖； 第2A圖係繪示依照本發明一較佳實施例的一種化學電鍍銅 裝置的不意圖，以及 第2B圖係繪示依照本發明一較佳實施例的一種化學電鍍銅 裝置的電極示意圖。 【元件代表符號簡單說明】 19 正 極 20 直 流 /交流電源 21 負 極 22 銅 片 (銅電極） 24 晶 圓 片 26 内 環 狀接觸電極 28 外 環 狀接觸電極 29 絕 緣 層 30 電 解 液容器 32 電 解 液
Claims (1)
1231545 六、申請專利範圍 1. 一種化學電鍍銅方法，適用於電鍍銅薄膜於一晶圓 上，且不會鍍膜於該晶圓的周圍，該化學電鍍銅方法至少 包含下列步驟： (a) 將電源的正極與置於一電解液中的一純銅片作電性連 接； (b) 將電源的正極與一第一環型電極作電性連接，且該第 一環型電極與該晶圓的周圍接觸； (c) 將該電源的負極與一第二環型電極作電性連接，且該 第二環型電極與該晶圓的非周圍部份接觸；以及 (d) 將該晶圓及該第一環型電極和該第二環型電極一起浸 於該電解液中，執行化學電鍍銅的製程。 2. 如申請專利範圍第1項所述之化學電鍍銅方法，其中在 該（b)步驟亦可將該第一環型電極接地。 3. 如申請專利範圍第1項所述之化學電鍍銅方法，更包含 在化學電鐘前沉積一銅晶種層於該晶圓上。 4. 如申請專利範圍第3項所述之化學電鍍銅方法，其中該 第一環型電極與晶圓周圍之該銅晶種層作多點接觸。 5. 如申請專利範圍第3項所述之化學電鍍銅方法，其中該 第二環型電極與晶圓非周圍部份之該銅晶種層作多點接
第12頁 1231545 六、申請專利範圍 觸。 6. —種化學電鍍銅裝置，適用於電鍍銅薄膜於一晶圓 上，且不會鍍膜於該晶圓的周圍，該化學電鍍銅裝置至少 包含： 一電源； 一電解液容器，内含有電解液； 一銅電極，與該電源之正極連接，該銅電極置於該電解液 容器之電解液内； 一第一電極，與該電源之正極連接，該第一電極接觸該晶 圓的周圍，用來防止銅薄膜電鍍在該晶圓的周圍；以及 一第二電極，與該電源之負極連接，該第二電極接觸該晶 圓的非周圍部份。 7. 如申請專利範圍第6項所述之化學電鍍銅裝置，其中該 第一電極係一環狀金屬電極。 8. 如申請專利範圍第6項所述之化學電鍍銅裝置，其中該 第二電極係一環狀金屬電極。 9. 如申請專利範圍第6項所述之化學電鍍銅裝置，更包含 一絕緣層位於該第一電極和第二電極之間。 10. —種化學電鍍銅裝置，與一電源電性連接，適用於電
第13頁 1231545 六、申請專利範圍 鍍銅薄膜於一晶圓上，且不會鍍膜於該晶圓的周圍，該化 學電鍍銅裝置至少包含： 一第一電極，與該電源之正極連接，該第一電極接觸該晶 圓的周圍， 一第二電極，與該電源之負極連接，該第二電極接觸該晶 圓的非周圍部份；以及 一銅電極，與該電源之正極連接，其中該第一電極用來防 止銅薄膜電鍛在該晶圓的周圍。 11.如申請專利範圍第1 0項所述之化學電鍍銅裝置，其中 該第一電極係一環狀金屬電極。 1 2.如申請專利範圍第1 0項所述之化學電鍍銅裝置，其中 該第二電極係一環狀金屬電極。 1 3.如申請專利範圍第1 0項所述之化學電鍍銅裝置，更包 含一電解液容器。 1 4.如申請專利範圍第1 0項所述之化學電鍍銅裝置，更包 含一絕緣層位於該第一電極和第二電極之間。 15. —種晶圓分區電鍍的方法，適用於電鍍金屬薄膜於一 晶圓需要電鍵的區域’該晶圓分區電鑛的方法至少包含下 列步驟：
第14頁 1231545 六、申請專利範圍 將電源的正極與置於一電解液中的一金屬片作電性連接； 將電源的正極與一第一電極作電性連接，且該第一環型電 極與該晶圓不需電鍍的區域接觸； 將該電源的負極與一第二環型電極作電性連接，且該第二 環型電極與該晶圓需要電鍍的區域接觸；以及 將該晶圓及該第一環型電極和該第二環型電極一起浸於該 電解液中，執行化學電鍍銅的製程。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之晶圓分區電鍛的方法’ 更包含在化學電鐘前沉積一金屬晶種層於該晶圓上。 1 7.如申請專利範圍第1 5項所述之晶圓分區電鍍的方法， 其中該第一環型電極與晶圓周圍之該金屬晶種層作多點接 觸。 1 8.如申請專利範圍第1 5項所述之晶圓分區電鍍的方法， 其中該第二環型電極與晶圓非周圍部份之該金屬晶種層作 多點接觸。
第15頁
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