專利名稱：一種避免電鍍沉積銅薄膜生成空穴的裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種電鍍沉積銅(Electro-Chemical Deposition Copper，ECD-Cu)裝置，尤指一種改良的電鍍沉積銅裝置，可避免電鍍沉積銅薄膜生成空穴。
背景技術(shù)：
隨著積體電路的積集度不斷增加，金屬連線的RC延遲(RC time delay)效應(yīng)將可預(yù)期地會(huì)影響到元件操作效能。若欲改善此一狀況可以采用電阻值較低的金屬做為金屬導(dǎo)線或是降低金屬導(dǎo)線間的介電層的寄生電容。銅制程是一個(gè)解決RC延遲效應(yīng)的可行方案。近兩年，一些制程技術(shù)的改進(jìn)，例如各種擴(kuò)散阻障的研究發(fā)展，以及銅化學(xué)機(jī)械研磨技術(shù)的開發(fā)等等，使得早期銅制程所遭遇的問題，逐一被解決。制程整合問題的解決，加上銅本身具有低電阻值及高導(dǎo)熱性等優(yōu)點(diǎn)，因此在0.25μm世代以下的制程中，銅在積體電路制程中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。
目前，用以沉積銅膜的技術(shù)包括有物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、無電鍍法、及電鍍法等。其中，由于銅電鍍法具有成本便宜以及產(chǎn)出率快的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用在工業(yè)界中。在電鍍過程中，鍍膜表面的均勻性會(huì)受到鍍液的成分、溫度、電流密度、以及被鍍物表面的潔凈鍍等因素的影響。例如，在鍍銅的時(shí)候，含氰離子的鍍液所鍍的銅膜會(huì)比含硫酸根離子的鍍液所鍍的銅膜光滑。在高溫及高電流密度下所得到的鍍膜表面較為粗造，而鍍液所含的污染物或是被鍍物表面的污染物則均會(huì)導(dǎo)致鍍膜容易脫落。因此在電鍍時(shí)，為了增加表面均勻性會(huì)對(duì)以上的條件做控制。
此外，為了使被鍍物表面的離子濃度維持定值，一般陰極多采用旋轉(zhuǎn)電極，使鍍液中的離子易于傳至被鍍物的表面。請(qǐng)參閱圖1與2，圖1與圖2為習(xí)知的電鍍裝置示意圖。首先，如圖1所示，電鍍主槽10，分為內(nèi)外兩層，其分別為電鍍內(nèi)槽12以及電鍍外槽14，用以盛裝電鍍液。電鍍液的主要成分為含有銅離子的溶液。參考電極(Reference electrode)16，陽極(Counter electrode)18，皆采用多孔銅網(wǎng)設(shè)計(jì)，可使場(chǎng)流方向一致。陰極(Work electrode)20，為一旋轉(zhuǎn)電極，連接至欲電鍍的晶圓22上。當(dāng)此電鍍系統(tǒng)被施予一外在電壓或是電流時(shí)，由陽極、電鍍液、陰極所組成的電路便會(huì)被導(dǎo)通，在陰極進(jìn)行還原反應(yīng)，而將銅原子沉積在晶圓上。
圖2為陰極運(yùn)動(dòng)方向示意圖。如圖2所示，為了增進(jìn)鍍膜厚度的均勻性，一般在電鍍時(shí)陰極都會(huì)旋轉(zhuǎn)，以確保晶圓22能持續(xù)接觸到新鮮的電解液。習(xí)知技術(shù)中，陰極采單一運(yùn)動(dòng)方向，也就是在電鍍過程中朝同一方向旋轉(zhuǎn)，這樣很容易在溶液中形成一穩(wěn)定的漩渦(vortex)，并會(huì)有許多氣泡生成夾雜在漩渦中不易去除。這些氣泡會(huì)造成鍍膜表面有空洞(cavity)產(chǎn)生，進(jìn)而影響鍍膜的品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的為提供一種電鍍裝置及其使用方式，以改善鍍膜品質(zhì)。
本發(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體制程的電鍍沉積(Electro-ChemicalDeposition，ECD)裝置，該電鍍裝置包含有一電解槽，一陽極，設(shè)于該電解槽內(nèi)，以及一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用以放置一作為電鍍沉積陰極的晶圓，且該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)于該電鍍沉積制程進(jìn)行時(shí)以順時(shí)針及逆時(shí)針方向交錯(cuò)運(yùn)轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種用于一半導(dǎo)體制程中的電鍍沉積(Electro-Chemical Deposition，ECD)裝置，該電鍍沉積裝置包含有一電解槽，用來盛裝一電解液；一陽極，設(shè)于該電解槽內(nèi)；以及一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用來置放一作為電鍍沉積陰極的晶圓，該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)于該電鍍沉積制程進(jìn)行時(shí)以順時(shí)針方向與逆時(shí)針方向交錯(cuò)運(yùn)轉(zhuǎn)。
該電鍍沉積裝置用來電鍍沉積銅金屬(copper，Cu)，而該電解液為硫酸銅(copper sulfate，CuSo4)溶液。
該電解液的流量約為每分鐘1公升(1pm)至每分鐘15公升。
該電鍍沉積裝置使用一直流電(DC)，電流約為1安培(A)至10安培，或使用一交流電(AC)，電流約為-10安培(A)至10安培，頻率約為5赫茲(Hz)至20赫茲。
該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)速約每分鐘50轉(zhuǎn)(rpm)至每分鐘150轉(zhuǎn)。
該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)順時(shí)針方向與逆時(shí)針方向交錯(cuò)運(yùn)轉(zhuǎn)的周期約為1秒至10秒。
一種避免一電鍍沉積銅(Electro-Chemical Deposition Copper，ECD-Cu)裝置沉積的薄膜生成空穴(cavity)的方法，該電鍍沉積銅裝置包含有一電解槽用來盛裝一電解液，一陽極設(shè)于該電解槽內(nèi)，以及一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用來置放一作為電鍍沉積陰極的晶圓，該方法使該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)于該電鍍沉積銅制程進(jìn)行時(shí)以約為1秒至10秒的周期交替正逆方向旋轉(zhuǎn)。
該電解液為硫酸銅(copper sulfate，CuSo4)溶液。
該電解液的流量約為每分鐘1公升(1pm)至每分鐘15公升。
該電鍍沉積裝置使用一直流電(DC)，電流約為1安培(A)至10安培，或使用一交流電(AC)，電流約為-10安培(A)至10安培，頻率約為5赫茲(Hz)至20赫茲。
該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)速約每分鐘50轉(zhuǎn)(rpm)至每分鐘150轉(zhuǎn)。
由于本發(fā)明的放置晶圓的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)以順時(shí)針及逆時(shí)針方向交錯(cuò)運(yùn)轉(zhuǎn)，可改善習(xí)知技術(shù)中的單一方向旋轉(zhuǎn)而造成穩(wěn)定漩渦的缺點(diǎn)，進(jìn)而改善漩渦中的氣泡留置于晶圓表面而導(dǎo)致鍍膜表面有許多空洞產(chǎn)生的問題，以達(dá)到提高鍍膜品質(zhì)的目的。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的電鍍裝置。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)的陰極運(yùn)動(dòng)方式示意圖。
圖3為本發(fā)明的電鍍方式。
圖4為本發(fā)明的陰極運(yùn)動(dòng)方式示意圖。
符號(hào)說明10電解主槽12電解內(nèi)槽14電解外槽16參考電極18陽極20陰極22電鍍的晶圓 30電解主槽32電解內(nèi)槽34電解外槽36參考電極38陽極40陰極42電鍍的晶圓具體實(shí)施方式
本發(fā)明為一種用于半導(dǎo)體制程的電鍍沉積(Electro-Chemical Deposition，ECD)裝置，該電鍍裝置包含有一電解槽，一陽極，設(shè)于該電解槽內(nèi)，以及一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用以放置一作為電鍍沉積陰極的晶圓，且該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)于該電鍍沉積制程進(jìn)行時(shí)以順時(shí)針及逆時(shí)針方向交錯(cuò)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)以順時(shí)針及逆時(shí)針方向交錯(cuò)運(yùn)轉(zhuǎn)，故可有效地降低溶液中穩(wěn)定漩渦的形成，以改善漩渦中的氣泡附著于晶圓表面，而不易排除的缺點(diǎn)，進(jìn)而減少鍍膜表面所產(chǎn)生的許多小洞，以提高鍍膜品質(zhì)。
圖3與圖4為本發(fā)明的示意圖。請(qǐng)參考圖3，圖3為本發(fā)明的電鍍裝置，同樣地，電解主槽30，分為內(nèi)外兩層，分別為電解內(nèi)槽32以及電解外槽34，用以盛裝電解液。電解液的主要成分為含有銅離子的溶液，現(xiàn)在工業(yè)上所使用的鍍液內(nèi)以分為含有氰離子及硫酸根離子等溶液。不過基于環(huán)保上的考量，目前工業(yè)界多使用硫酸銅溶液。此外，在鍍液中還會(huì)加入一些添加劑，以增加鍍膜表面平整度。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，電解液為硫酸銅溶液，流量約為1公升每分鐘(liter per minute，1pm)至15公升每分鐘。
參考電極(Reference electrode)36以及陽極(Counter electrode)38，皆采多孔銅網(wǎng)設(shè)計(jì)，可使場(chǎng)流方向一致，陰極(Work electrode)40，為一旋轉(zhuǎn)電極，連接至欲電鍍的晶圓42上。當(dāng)此電鍍系統(tǒng)被施予一外在電壓或是電流，由陽極、電解液、陰極所組成的電路便會(huì)被導(dǎo)通，而在陰極進(jìn)行還原反應(yīng)，而將銅原子沉積在晶圓上。在本發(fā)明所使用的為一直流電(DC)，電流約為1安培(A)至10安培，或是一交流電(AC)，電流約為-10安培(A)至10安培，頻率約為5赫茲(Hz)至20赫茲。
圖4為本發(fā)明的陰極運(yùn)動(dòng)方向示意圖。如圖4所示，為了增進(jìn)鍍膜厚度的均勻性，一般在電鍍時(shí)陰極都會(huì)旋轉(zhuǎn)，以確保晶圓22能持續(xù)接觸到新鮮的電解液。在本發(fā)明中，陰極采順時(shí)針與逆時(shí)針方向交錯(cuò)運(yùn)轉(zhuǎn)，其正逆旋轉(zhuǎn)方向交替周期約為1秒至10秒，轉(zhuǎn)速約每分鐘50轉(zhuǎn)(rpm)至每分鐘150轉(zhuǎn)。藉由這樣的正逆方向交錯(cuò)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以避免溶液中產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，以避面漩渦中的氣泡留滯于鍍膜表面，而在鍍膜表面造成空洞。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明藉由改變陰極旋轉(zhuǎn)電極的運(yùn)動(dòng)方向，來避免溶液中穩(wěn)定漩渦的產(chǎn)生，以改善氣泡留滯于鍍膜表面的現(xiàn)象，而達(dá)到減少鍍膜表面空洞產(chǎn)生的目的，以增加鍍膜的平坦度。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于一半導(dǎo)體制程中的電鍍沉積裝置，該電鍍沉積裝置包含有一電解槽，用來盛裝一電解液；一陽極，設(shè)于該電解槽內(nèi)；以及一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用來置放一作為電鍍沉積陰極的晶圓，該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)于該電鍍沉積制程進(jìn)行時(shí)以順時(shí)針方向與逆時(shí)針方向交錯(cuò)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的電鍍沉積裝置，其特征在于，該電鍍沉積裝置用來電鍍沉積銅金屬，而該電解液為硫酸銅溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的電鍍沉積裝置，其特征在于，該電解液的流量約為每分鐘1公升至每分鐘15公升。
4.如權(quán)利要求1所述的電鍍沉積裝置，其特征在于，該電鍍沉積裝置使用一直流電，電流約為1安培至10安培，或使用一交流電，電流約為-10安培至10安培，頻率約為5赫茲至20赫茲。
5.如權(quán)利要求1所述的電鍍沉積裝置，其特征在于，該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)速約每分鐘50轉(zhuǎn)至每分鐘150轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求1所述的電鍍沉積裝置，其特征在于，該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)順時(shí)針方向與逆時(shí)針方向交錯(cuò)運(yùn)轉(zhuǎn)的周期約為1秒至10秒。
7.一種避免一電鍍沉積銅裝置沉積的薄膜生成空穴的方法，該電鍍沉積銅裝置包含有一電解槽用來盛裝一電解液，一陽極設(shè)于該電解槽內(nèi)，以及一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用來置放一作為電鍍沉積陰極的晶圓，該方法使該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)于該電鍍沉積銅制程進(jìn)行時(shí)以約為1秒至10秒的周期交替正逆方向旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該電解液為硫酸銅溶液。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該電解液的流量約為每分鐘1公升至每分鐘15公升。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該電鍍沉積裝置使用一直流電，電流約為1安培至10安培，或使用一交流電，電流約為-10安培至10安培，頻率約為5赫茲至20赫茲。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的轉(zhuǎn)速約每分鐘50轉(zhuǎn)至每分鐘150轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改良的電鍍沉積銅(Electro－Chemical Deposition Copper，ECD－Cu)裝置以及避免銅沉積薄膜生成空穴(cavity)的方法。該電鍍裝置包含有一電解槽，一陽極，設(shè)于該電解槽內(nèi)，以及一旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，用以放置一作為電鍍沉積陰極的晶圓。本發(fā)明方法是于進(jìn)行該電鍍銅沉積制程時(shí)，控制該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)以1秒至10秒的周期交替正、逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，以避免于該電解槽內(nèi)的電鍍?nèi)芤盒纬煞€(wěn)定的漩渦，進(jìn)而抑制漩渦中的氣泡附著在晶圓表面而于電鍍銅薄膜中形成許多空穴的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C25D21/10GK1530471SQ200410006409
公開日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月10日
發(fā)明者陳學(xué)忠, 蔡騰群, 楊名聲 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司