[发明专利]降低晶圆空洞缺陷的设备以及方法

说明书

本申请涉及一种用于电镀晶圆的机台，所述机台包括腔体，在所述腔体的表面处设置有开口，所述开口用于接纳所述晶圆以提供到所述腔体内，在所述腔体内设置有金属阳极并且能够被填充有电解溶液，其中所述金属阳极与所述电解溶液的液面基本上垂直。

技术领域

本发明涉及一种电镀晶圆的设备和方法，更具体地涉及一种能够降低电镀晶圆过程中的晶圆空洞缺陷的设备和方法。

背景技术

制造半导体装置通常需要在半导体晶圆上形成导电层。举例来说，位于晶圆上的导电引线通常通过在晶圆上以及图案化的沟槽/通孔内电镀(沉积)诸如铜的导电层而形成。具体来说，导电种层首先被沉积在沟槽内以及半导体衬底表面上，例如通过物理气相沉积。然后利用电镀工艺来在导电种层上形成导电层。

通过电解溶液与晶圆的待电镀表面(晶圆的待电镀表面在下文中被称为晶圆的“正面”，晶圆的非电镀表面在下文中被称为晶圆的“背面”)的电接触形成导电层。具体来讲，在电流源的驱动之下，位于金属阳极与晶圆正面之间的电解溶液中有电流流过，其中电解溶液含有欲沉积的金属阳离子的溶液，例如含有铜离子的溶液。流到晶圆附近的金属阳离子将导致晶圆上发生电化学反应，从而沉积出导电层。

在传统的电镀工艺中，机械设备在抓取晶圆后将晶圆水平向下倒置在电解溶液中，使晶圆正面水平向下地接触电解溶液。由于晶圆正面的各种沟槽以及通孔朝下，使得晶圆在进入电解溶液的过程中，沟槽以及通孔中存在的气体没有办法能够及时排出，因此使得电解溶液和晶圆的导电种层的接触效果降低，从而降低了电化学抛光(ECP)过程中的填孔能力，最终导致了空洞缺陷。

发明内容

在传统的电镀工艺中，由于晶圆被正面向下倒置在电解溶液中，导致晶圆的沟槽以及通孔内的气体无法及时排出，从而导致了金属导电层中的空洞缺陷。

为了解决以上技术问题，本公开提出了改变晶圆浸入到电解溶液时的倾斜角度，从原来的水平倒置浸入到电解溶液中，改变为基本上垂直浸入到电解溶液中(例如，在一些实施例中晶圆的表面和电解溶液的液面能够呈30度至120度角)放置在电解溶液中。这样，在晶圆和电解溶液接触的过程中，晶圆的沟槽和通孔不会瞬间被电解溶液完全封闭，还是会留有一些空间以供沟槽和通孔内的气体排出。当气体被及时或者最大程度上地排出后，电解溶液和金属种层的接触效果被改善了，电化学抛光工艺的填孔能力被提高了，空洞缺陷产生的可能性被减小了。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

在一些实施例中，本申请公开了一种用于电镀晶圆的机台，包括腔体，在所述腔体的表面处设置有开口，所述开口用于接纳所述晶圆以提供到所述腔体内，在所述腔体内设置有金属阳极并且能够被填充有电解溶液，其中所述金属阳极的工作表面与所述电解溶液的液面基本上垂直。

优选地，所述晶圆被提供到所述腔体内以与所述金属阳极相对放置。

优选地，在被浸入到所述电解溶液时所述晶圆与所述电解溶液的液面呈一夹角。

优选地，所述夹角为30度至120度。

优选地，所述晶圆的待电镀表面与所述电解溶液接触，并且所述晶圆的非电镀表面与所述电解溶液隔离。

优选地，所述腔体还包括阳离子交换膜以及高电阻虚拟阳极HRVA，所述金属阳极、所述阳离子交换膜以及所述高电阻虚拟阳极HRVA基本上相互平行。

优选地，所述高电阻虚拟阳极HRVA的电阻远大于所述晶圆的电阻。

优选地，在电镀过程中，所述晶圆以递增的速度等级在所述腔体内旋转。