CN209010623U - 晶圆的金属电镀装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种晶圆的金属电镀装置，包括：用于容纳电镀液的电镀容器，电镀容器具有锥形底面，且底面具有引出孔；阳极电极，阳极电极位于锥形底面上，且阳极电极与锥形底面平行倾斜；用于固定阳极电极的底座，底座通过引出孔穿出电镀容器；用于带动底座旋转的旋转装置，旋转装置设置于电镀容器外部并与底座连接；与电镀容器连接的循环过滤***。通过将电镀容器的底面设置为锥形底面，并且阳极电极与锥形底面平行倾斜，在旋转装置的旋转带动下带动阳极电极旋转，使电镀液产生流动，流动的电镀液可带走沉积于电镀容器底部及阳极电极表面上的杂质，杂质再通过循环过滤***被过滤掉，从而保证电镀液的纯净度与阻抗稳定，提高电镀良率。

Description

晶圆的金属电镀装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造领域，特别是涉及一种晶圆的金属电镀装置。

背景技术

随着集成电路技术的持续发展，芯片上将集成更多器件，芯片也将采用更快的速度。在这些要求的推进下，器件的几何尺寸将不断缩小，在芯片的制造工艺中不断采用新材料、新技术和新的制造工艺。目前半导体器件的制备已经发展到纳米级别，同时常规器件的制备工艺逐渐成熟。

在半导体器件的制备过程中，通常会用到电镀工艺，例如在形成金属层、接触孔或通孔等互联结构时。现有的一种金属电镀装置包括电镀容器、连接外电源正极的阳极电极。具体地，采用外电源向阳极电极施加正电压，向晶圆施加负电压，阳极电极发生氧化反应形成金属离子(例如铜离子、银离子等)，金属离子在晶圆表面被还原成金属原子并沉积形成金属层。

一般地，在电镀容器中进行氧化还原反应过程时，电镀液中会因为各种原因产生杂质，导致电镀液纯净度与阻抗发生变化而使电镀效果变差，降低电镀良率。例如在电镀铜层时，电镀液硫酸铜和阳极铜的纯净度起到至关重要的因素，而一般为了防止阳极铜消耗过快，会在阳极铜中掺杂0.01％的磷，但硫酸铜溶液和阳极铜在长期电镀离化过程中会在容器底部和阳极铜表面累积过多的磷沉淀物，这将导致硫酸铜溶液的纯净度与阻抗发生变化而使电镀效果出现问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种晶圆的金属电镀装置，用于解决现有技术中由于电镀容器中的电镀液含有杂质使电镀液纯净度与阻抗发生变化，导致电镀效果变差，降低电镀良率的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种晶圆的金属电镀装置，所述金属电镀装置包括：

用于容纳电镀液的电镀容器，所述电镀容器具有锥形底面，且所述底面具有引出孔；

阳极电极，所述阳极电极位于所述锥形底面上，且所述阳极电极与所述锥形底面平行倾斜；

用于固定所述阳极电极的底座，所述底座通过所述引出孔穿出所述电镀容器；

用于带动所述底座旋转的旋转装置，所述旋转装置设置于所述电镀容器外部并与所述底座连接；

与所述电镀容器连接的循环过滤***。

可选地，所述锥形底面与水平面的夹角θ满足，0°<θ<45°。

可选地，所述阳极电极的中心具有通孔。

可选地，所述底座包括用于固定所述阳极电极的固定装置及与所述固定装置连接的支撑装置，其中，所述固定装置位于所述电镀容器内部并与所述阳极电极固定连接，所述支撑装置通过所述引出孔穿出所述电镀容器。

可选地，所述阳极电极包括铜电极，所述电镀液包括硫酸铜溶液。

可选地，所述晶圆的金属电镀装置还包括高电阻虚拟阳极，所述高电阻虚拟阳极位于所述电镀容器内且位于所述阳极电极的上部。

进一步地，所述晶圆的金属电镀装置还包括阳离子膜，所述阳离子膜位于所述阳极电极与所述高电阻虚拟阳极之间。

进一步地，所述阳离子膜与所述锥形底面平行倾斜。

进一步地，所述电镀容器包括被所述阳离子膜隔离形成的容纳不含有添加剂的电镀液的第一腔室及容纳含有添加剂的电镀液的第二腔室，所述循环过滤***包括与所述第一腔室连接的第一腔室循环过滤***及与所述第二腔室连接的第二腔室循环过滤***。

可选地，所述底座包括耐腐蚀的金属底座。

如上所述，本实用新型的晶圆的金属电镀装置，通过将电镀容器的底面设置为锥形底面，并且阳极电极与锥形底面平行倾斜，在旋转装置的旋转带动下带动阳极电极旋转，使电镀液产生流动，流动的电镀液可带走沉积于电镀容器底部及阳极电极表面上的杂质，杂质再通过循环过滤***被过滤掉，从而保证电镀液的纯净度与阻抗稳定，提高电镀良率。

附图说明

图1显示为本实用新型的晶圆的金属电镀装置的结构示意图。

图2显示为本实用新型的晶圆的金属电镀装置，沿图1中AAˊ虚平面的俯视图。

图3显示为本实用新型的晶圆的金属电镀装置所在的SAC循环***示意图。

元件标号说明

10 金属电镀装置

1 电镀容器

11 底面

12 引出孔

13 第一腔室

14 第二腔室

2 阳极电极

21 通孔

3 底座

31 支撑装置

32 固定装置

4 旋转装置

5 高电阻虚拟阳极

6 阳离子膜

7 进液管

8 晶圆

9 循环过滤***

91 第一腔室循环过滤***

911 第一过滤装置

92 第二腔室循环过滤***

921 第二过滤装置

θ 夹角

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，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，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1及图3所示，本实用新型提供一种晶圆的金属电镀装置10，所述晶圆的金属电镀装置10包括：

用于容纳电镀液的电镀容器1，所述电镀容器1具有锥形底面11，且所述底面11具有引出孔12；

阳极电极2，所述阳极电极2位于所述锥形底面11上，且所述阳极电极2与所述锥形底面11平行倾斜；

用于固定所述阳极电极2的底座3，所述底座3通过所述引出孔12穿出所述电镀容器1；

用于带动所述底座3旋转的旋转装置4，所述旋转装置4设置于所述电镀容器1外部并与所述底座3连接；

与所述电镀容器1连接的循环过滤***9。

采用上述方案，通过将电镀容器1的底面11设置为锥形底面11，并且阳极电极2与锥形底面11平行倾斜，在旋转装置4的旋转带动下带动阳极电极2旋转，使电镀液产生流动，流动的电镀液可带走沉积于电镀容器1底部及阳极电极2表面上的杂质，杂质再通过循环过滤***9被过滤掉，从而保证电镀液的纯净度与阻抗稳定，提高电镀良率。例如，当阳极电极2为铜电极，电镀液为硫酸铜溶液时，在电镀过程中会在电镀容器1的底面11及铜电极的表面累积过多的磷沉淀物，通过旋转装置4带动铜电极旋转，使硫酸铜溶液产生流动，从而带走沉积过多的磷沉淀物，同时平行倾斜的锥形底面及阳极电极更不易杂质的沉积，有益于杂质旋转进入电镀液中流动，从而在循环过滤***的过滤下过滤的更干净。

这里需要说明的是，所述阳极电极2可以是一体成型，但在实际安装过程中，为了方便安装和拆卸，所述阳极电极2也可以是分开的多块分块阳极电极2，如图2所示，所述阳极电极2分为三块，每块所述阳极电极2均与所述底座3固定连接，以保证阳极电极2与所述底座3相对不动。

作为示例，如图1所示，所述锥形底面11与水平面的夹角θ满足，0°<θ<45°。优选地，所述锥形底面11与水平面的夹角θ满足，10°<θ<30°。本实施例中选择所述锥形底面11与水平面的夹角θ为20°。

作为示例，如图2所示，所述阳极电极2的中心具有通孔21。设置所述通孔21，一方面易于阳极电极2表面的杂质(沉积物)滑落至电镀容器1的底面11，另一方面，所述通孔21使所述阳极电极2的形状没有尖端凹陷，可进一步提高晶圆的电镀均匀度。

作为示例，如图1及图2所示，所述底座3包括用于固定所述阳极电极2的固定装置32及与所述固定装置32连接的支撑装置31，其中，所述固定装置32位于所述电镀容器1内部并与所述阳极电极2固定连接，所述支撑装置31通过所述引出孔12穿出所述电镀容器1，所述旋转装置4则与所述支撑装置31连接。这里需要说明的是，所述固定装置32的形状在本申请中不做限定，只要能固定所述阳极电极2且具有导电和一定的抗压能力即可；所述支撑装置31的形状在本申请中也不做限定，只要满足可支撑所述固定装置32且具有导电能力即可；最后，所述支撑装置31通过所述引出孔12穿出，这里需保持两者之间的密封性，以免电解液的泄露。

作为示例，如图1所示，所述晶圆的金属电镀装置10还包括高电阻虚拟阳极5，所述高电阻虚拟阳极5位于所述电镀容器1内且位于所述阳极电极2的上部，以降低终端效应。

较佳地，如图1所示，所述晶圆的金属电镀装置10还包括阳离子膜6，所述阳离子膜6位于所述阳极电极2与所述高电阻虚拟阳极5之间。所述阳离子膜6的作用为阻隔晶圆8与阳离子膜6之间的非阳离子，避免所述非阳离子移动至阳极电极2一端，甚至附着在阳极电极2上，影响金属离子的氧化反应。其中，所述非阳离子例如可以为使金属离子更加均匀形成薄膜的添加剂离子。优选地，所述阳离子膜6与所述锥形底面11平行倾斜，倾斜设置的阳离子膜6可在电镀液中产生气泡时，使气泡向电镀容器1的侧壁移动，提高电镀液中阳离子的均匀度，从而使电镀更均匀。

作为示例，所述底座3包括耐腐蚀的金属底座。由于电镀液会有一定的腐蚀性，选择所述底座3的材料为耐腐蚀材料，可提高所述底座3的使用寿命。

作为示例，所述旋转装置4包括马达，在马达的带动下可使所述阳极电极2旋转。

作为示例，如图3所示，为分离的阳极室的循环***9(SAC，Separated AnodeChamber)，该***中所述电镀容器1被所述阳离子膜6隔离形成容纳不含有添加剂的电镀液的第一腔室13及容纳含有添加剂的电镀液的第二腔室14，所述循环过滤***9包括两路循环，一路为与所述第二腔室14连接的带有添加剂的电镀液循环***，即第二腔室循环过滤***92；一路为与所述第一腔室13连接的纯电镀液循环***，即第一腔室过滤循环***91。晶圆8电镀时，金属电镀装置10内的电镀液会在旋转装置4的带动下流动，同时杂质(沉积物)也会进入电镀液中流动，流动的杂质各自会通过相应的循环过滤***中的第一过滤器911及第二过滤器921清除，从而保证金属电镀装置10中电镀液的纯净度。

综上所述，本实用新型的晶圆的金属电镀装置，包括：用于容纳电镀液的电镀容器，所述电镀容器具有锥形底面，且所述底面具有引出孔；阳极电极，所述阳极电极位于所述锥形底面上，且所述阳极电极与所述锥形底面平行倾斜；用于固定所述阳极电极的底座，所述底座通过所述引出孔穿出所述电镀容器；用于带动所述底座旋转的旋转装置，所述旋转装置设置于所述电镀容器外部并与所述底座连接；与所述电镀容器连接的循环过滤***。通过将电镀容器的底面设置为锥形底面，并且阳极电极与锥形底面平行倾斜，在旋转装置的旋转带动下带动阳极电极旋转，使电镀液产生流动，流动的电镀液可带走沉积于电镀容器底部及阳极电极表面上的杂质，杂质再通过循环过滤***被过滤掉，从而保证电镀液的纯净度与阻抗稳定，提高电镀良率。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶圆的金属电镀装置，其特征在于，所述金属电镀装置包括：

用于容纳电镀液的电镀容器，所述电镀容器具有锥形底面，且所述底面具有引出孔；

阳极电极，所述阳极电极位于所述锥形底面上，且所述阳极电极与所述锥形底面平行倾斜；

用于固定所述阳极电极的底座，所述底座通过所述引出孔穿出所述电镀容器；

用于带动所述底座旋转的旋转装置，所述旋转装置设置于所述电镀容器外部并与所述底座连接；

与所述电镀容器连接的循环过滤***。

2.根据权利要求1所述的晶圆的金属电镀装置，其特征在于：所述锥形底面与水平面的夹角θ满足，0°<θ<45°。

3.根据权利要求1所述的晶圆的金属电镀装置，其特征在于：所述阳极电极的中心具有通孔。

4.根据权利要求1所述的晶圆的金属电镀装置，其特征在于：所述底座包括用于固定所述阳极电极的固定装置及与所述固定装置连接的支撑装置，其中，所述固定装置位于所述电镀容器内部并与所述阳极电极固定连接，所述支撑装置通过所述引出孔穿出所述电镀容器。

5.根据权利要求1所述的晶圆的金属电镀装置，其特征在于：所述阳极电极包括铜电极，所述电镀液包括硫酸铜溶液。

6.根据权利要求1所述的晶圆的金属电镀装置，其特征在于：所述晶圆的金属电镀装置还包括高电阻虚拟阳极，所述高电阻虚拟阳极位于所述电镀容器内且位于所述阳极电极的上部。

7.根据权利要求6所述的晶圆的金属电镀装置，其特征在于：所述晶圆的金属电镀装置还包括阳离子膜，所述阳离子膜位于所述阳极电极与所述高电阻虚拟阳极之间。

8.根据权利要求7所述的晶圆的金属电镀装置，其特征在于：所述阳离子膜与所述锥形底面平行倾斜。

9.根据权利要求7所述的晶圆的金属电镀装置，其特征在于：所述电镀容器包括被所述阳离子膜隔离形成的容纳不含有添加剂的电镀液的第一腔室及容纳含有添加剂的电镀液的第二腔室，所述循环过滤***包括与所述第一腔室连接的第一腔室循环过滤***及与所述第二腔室连接的第二腔室循环过滤***。

10.根据权利要求1所述的晶圆的金属电镀装置，其特征在于：所述底座包括耐腐蚀的金属底座。