电镀装置及电镀方法制造方法及图纸

本发明专利技术揭示了一种在基板上电镀金属层的电镀装置及电镀方法。在一个实施例中，一电镀方法包括以下步骤：步骤1：将基板浸入电镀腔内的电镀液中，所述电镀腔包括至少一个第一阳极和一个第二阳极(3001)；步骤2：打开第一电镀电源向第一阳极供电并设置第一电镀电源输出的功率值为P

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电镀装置及电镀方法


[0001]本专利技术涉及一种在基板表面沉积金属层的电镀装置及电镀方法，更具体地，涉及一种在基板上沉积金属层以在半导体器件上形成互连结构的电镀装置及电镀方法。

技术介绍

[0002]随着集成电路技术与工艺的发展，需要一种新的互连技术来突破传统互连技术的局限性。以铝和铝合金作为导电材料和以二氧化硅作为介质材料的铝互连被称为第一代互连技术。在超大规模集成电路(VLSI)时代，铝互连技术基本能满足电路性能的要求，因而得到了广泛的应用。然而，随着器件的特征尺寸进入深亚微米领域，它要求金属互连的宽度减小而金属互连层数增加。但由于使用铝作为互连材料，随着金属互连层数的增加及金属互连宽度的减小，铝互连电阻增加，从而导致电路延迟时间的增加，信号衰减和串扰效应、电迁移加剧和应力迁移失效，严重影响了电路的可靠性。
[0003]因此，在新的半导体互连工艺中，使用铜及低K介质材料来替代传统的铝及二氧化硅。基于大马士革结构的铜互连工艺被称为第二代互连工艺。可用于在半导体器件中形成铜互连的示例性大马士革工艺可包括以下步骤：在基板上形成介质层；在介质层上形成诸如孔或沟槽等凹陷区域；在介质层及凹陷区域的壁上沉积阻挡层；在阻挡层及凹陷区域的壁上沉积种子层；在种子层上沉积铜层及在凹陷区域内填满铜；去除形成在非凹陷区域上的铜层、种子层及阻挡层。留在凹陷区域内的铜层形成了互连结构。已经开发出各种技术在凹陷区域内沉积铜层以形成互连结构，例如：PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)及电镀。相比于PVD及CVD，电镀具有优良的凹陷填充能力及更快的沉积速率。因此，电镀被广泛应用在凹陷区域沉积铜层。然而，随着器件制造节点的不断缩小，更窄的线将应用在下一代半导体器件中。为了实施更窄的线宽工艺，需要使用更薄的铜种子层或是使用例如钴等新的种子层材料。而较薄的铜种子层或新的种子层材料会引起高电阻率，使电镀铜层填满凹陷区域变得困难。此外，传统的电镀使用的电流为直流模式。如果增大电镀电流以提高电镀速率，则在填充小间隙时会产生空洞。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的一个实施例，提出一种在基板上电镀金属层的电镀方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：将基板浸入电镀腔内的电镀液中，所述电镀腔包括至少一个第一阳极和一个第二阳极；
[0006]步骤2：打开第一电镀电源向第一阳极供电并设置第一电镀电源输出的功率值为P
11
并持续一时间段T
11
；
[0007]步骤3：当时间段T
11
结束时，调节第一电镀电源使其输出的功率值为P
12
并持续一时间段T
12
，与此同时，打开第二电镀电源向第二阳极供电并设置第二电镀电源输出的功率值为P
21
并持续一时间段T
21
；以及
[0008]步骤4：当时间段T
21
结束时，调节第二电镀电源使其输出的功率值为P
22
并持续一时间段T
22
；
[0009]其中，步骤2至步骤4周期性执行。
[0010]根据本专利技术的另一个实施例，提出一种在基板上电镀金属层的电镀方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：使基板进入包括至少一个第一阳极及一个第二阳极的电镀腔内的电镀液，与此同时，打开第一电镀电源向第一阳极供电并设置第一电镀电源输出的功率值为P
11
并持续一时间段T
11
；
[0012]步骤2：当时间段T
11
结束时，调节第一电镀电源使其输出的功率值为P
12
并持续一时间段T
12
，与此同时，打开第二电镀电源向第二阳极供电并设置第二电镀电源输出的功率值为P
21
并持续一时间段T
21
；
[0013]步骤3：当时间段T
21
结束时，调节第二电镀电源使其输出的功率值为P
22
并持续一时间段T
22
；
[0014]其中，周期性调节第一电镀电源和第二电镀电源。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，提出一种在基板上电镀金属层的电镀装置，包括：
[0016]电镀腔，所述电镀腔进一步包括：
[0017]阳极腔，所述阳极腔被分成多个独立的阳极区，每个独立的阳极区容纳由电镀电源供电的阳极并具有独立的阳极液进口、独立的阳极液出口及独立的气液排放口；
[0018]离子膜骨架，所述离子膜骨架固定在阳极腔的顶部，所述离子膜骨架具有一基部，基部的顶部向上延伸形成侧壁，基部及其侧壁形成阴极腔，多个第一隔板设置在基部的顶部以将阴极腔分成多个阴极区，基部具有多对支管以向阴极区提供电镀液，每一个支管上设有多个供液孔；
[0019]离子膜，所述离子膜安装在离子膜骨架的基部的底部以将阳极腔和阴极腔分隔开，其中，所述阳极腔被分成至少两个独立的阳极区，第一阳极位于一个独立的阳极区内并由第一电镀电源供电，第二阳极位于另一个独立的阳极区内并由第二电镀电源供电，所述电镀装置进一步包括：
[0020]控制器，被配置为控制第一电镀电源及第二电镀电源操作如下：
[0021]第一电镀电源被设置为输出的功率值为P
11
并持续一时间段T
11
，当时间段T
11
结束时，第一电镀电源被调节为输出的功率值为P
12
并持续一时间段T
12
，与此同时，第二电镀电源被设置为输出的功率值为P
21
并持续一时间段T
21
，当时间段T
21
结束时，第二电镀电源被调节为输出的功率值为P
22
并持续一时间段T
22
，第一电镀电源和第二电镀电源由控制器按上述操作周期性控制。
附图说明
[0022]图1揭示了根据本专利技术的一个实施例的电镀装置的透视图。
[0023]图2揭示了根据本专利技术的一个实施例的电镀腔的透视图。
[0024]图3揭示了图2所示的电镀腔的剖视图。
[0025]图4揭示了阳极电连接的局部放大图。
[0026]图5揭示了图2所示的电镀腔的另一视角的剖视图。
[0027]图6揭示了气液排放通道的顶部结构的局部放大图。
[0028]图7揭示了气液排放通道的局部放大图。
[0029]图8揭示了离子膜骨架的剖视图。
[0030]图9a至图9c揭示了底部形状不同的离子膜骨架。
[0031]图10揭示了阴极区独立供液的示意图。
[0032]图11a揭示了与各阴极区相对应的供液孔具有相同的密度但是不同的直径，图11b揭示了与各阴极区相对应的供液孔具有相同的直径但是密度不同。
[0033]图12揭示了扩散板的透视图。
[0034]图13揭示了图12所示扩散板的剖视本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在基板上电镀金属层的电镀方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将基板浸入电镀腔内的电镀液中，所述电镀腔包括至少一个第一阳极和一个第二阳极；步骤2：打开第一电镀电源向第一阳极供电并设置第一电镀电源输出的功率值为P
11
并持续一时间段T
11
；步骤3：当时间段T
11
结束时，调节第一电镀电源使其输出的功率值为P
12
并持续一时间段T
12
，与此同时，打开第二电镀电源向第二阳极供电并设置第二电镀电源输出的功率值为P
21
并持续一时间段T
21
；以及步骤4：当时间段T
21
结束时，调节第二电镀电源使其输出的功率值为P
22
并持续一时间段T
22
；其中，步骤2至步骤4周期性执行。2.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，功率值P
12
小于功率值P
11
，功率值P
22
小于功率值P
21
。3.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，调节第一电镀电源以输出功率值为P
12
和设置第二电镀电源输出功率值为P
21
之间有一个时间间隔。4.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，调节第二电镀电源以输出功率值为P
22
和设置第一电镀电源输出功率值为P
11
之间有一个时间间隔。5.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，第一电镀电源和第二电镀电源按顺序打开，时间段T
11
和时间段T
21
是可调节的。6.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，功率值P
12
和功率值P
22
为0或分别为一设定值。7.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，时间段T
11
和时间段T
21
分别在0.01ms至2000ms的范围内。8.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，时间段T
12
和时间段T
22
分别在0.01ms至2000ms的范围内。9.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，第一电镀电源和第二电镀电源为脉冲直流电流或脉冲直流电压。10.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，在时间段T
11
和时间段T
21
内，第一电镀电源和第二电镀电源为脉冲直流电流，在时间段T
12
和时间段T
22
内，第一电镀电源和第二电镀电源分别为具有一设定值的脉冲直流电压。11.根据权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，当执行步骤2至步骤4时，采用不同的模式，不同的模式具有不同的电源类型、功率值及时间长度的组合，根据电镀工艺的各个阶段来选择模式。12.一种在基板上电镀金属层的电镀方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：使基板进入包括至少一个第一阳极和一个第二阳极的电镀腔内的电镀液，与此同时，打开第一电镀电源向第一阳极供电并设置第一电镀电源输出的功率值为P
11
并持续一时间段T
11
；步骤2：当时间段T
11
结束时，调节第一电镀电源使其输出的功率值为P
12
并持续一时间段T
12
，与此同时，打开第二电镀电源向第二阳极供电并设置第二电镀电源输出的功率值为P
21
并持续一时间段T
21
；步骤3：当时间段T
21
结束时，调节第二电镀电源使其输出的功率值为P
22
并持续一时间段T
22
；其中，周期性调节第一电镀电源和第二电镀电源。13.根据权利要求12所述的电镀方法，其特征在于，功率值P
12
小于功率值P
11
，功率值P
22
小于功率值P
21
。14.根据权利要求12所述的电镀方法，其特征在于，调节第一电镀电源以输出功率值为P
12
和设置第二电镀电源输出功率值为P
21
之间有一个时间间隔。15.根据权利要求12所述的电镀方法，其特征在于，调节第二电镀电源以输出功率值为P
22
和设置第一电镀电源输出功率值为P
11
之间有一个时间间隔。16.根据权利要求12所述的电镀方法，其特征在于，第一电镀电源和第二电镀电源按顺序打开，时间段T
11
和时间段T
21
是可调节的。17.根据权利要求12所述的电镀方法，其特征在于，功率值P
12
和功率值P
22
为0或分别为一设定值。18.根据权利要求12所述的电镀方法，其特征在于，时间段T
11
和时间段T
21
分别在0.01ms至2000ms的范围内。19.根据权利要求12所述的电镀方法，其特征在于，时间段T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：金一诺，杨宏超，王坚，王晖，
申请(专利权)人：盛美半导体设备上海股份有限公司，
类型：发明
国别省市：