晶圆的电镀装置及电镀方法与流程

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种晶圆的电镀装置及电镀方法。

背景技术：

目前对于半导体中的电镀工艺(ecp)，由于电镀的电源是施加到晶圆(wafer)表面的种子层上的，晶圆(wafer)表面的种子层存在一定的电阻，这使得种子层不同位置上的电流不同，最终种子层不同位置上电镀形成的电镀层的厚度不同，这将增大电镀层后续的研磨难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种晶圆的电镀装置及电镀方法，以解决晶圆上电镀形成的电镀层厚度不均匀的技术问题。

本发明提供一种晶圆的电镀装置，包括：电镀槽、电镀阳极、虚拟阳极以及电源，所述电镀槽内设有电镀液，所述晶圆的表面设有种子层，所述电镀阳极包括朝向所述电镀槽内的第一表面，至少部分所述第一表面浸入在所述电镀液内，所述电源包括正极与负极，所述电镀阳极连接在所述电源的正极上，所述电源的负极用于连接所述种子层，所述虚拟阳极浸入在所述电镀液内，且位于所述电镀阳极与所述种子层之间，虚拟阳极可使得所述电镀液中的离子通过，所述虚拟阳极的电阻大于所述电镀液的电阻与所述种子层的电阻之和。

其中，所述虚拟阳极的电阻从中心到边缘的方向上均匀变化。

其中，所述虚拟阳极设有网孔。

其中，所述电镀阳极的边缘连接在所述电源的正极上，所述种子层的边缘连接在所述电源的负极上；所述虚拟阳极的电阻从中心到边缘的方向上逐渐增大。

其中，所述虚拟阳极的网孔密度从中心到边缘的方向上逐渐减小。

其中，所述虚拟阳极的网孔尺寸从中心到边缘的方向上逐渐减小。

其中，所述虚拟阳极的电阻率从中心到边缘的方向上逐渐增大。

其中，所述电镀阳极的中心连接在所述电源的正极上，所述种子层的中心连接在所述电源的负极上；所述虚拟阳极的电阻从中心到边缘的方向上逐渐减小。

其中，所述虚拟阳极的网孔密度从中心到边缘的方向上逐渐增大。

其中，所述虚拟阳极的网孔尺寸从中心到边缘的方向上逐渐增大。

其中，所述虚拟阳极的电阻率从中心到边缘的方向上逐渐减小。

其中，所述电镀阳极为铜阳极，所述电镀液为硫酸铜基质电镀液，所述种子层的材质为铜材质。

本发明提供一种晶圆的电镀方法，包括：提供电镀槽、电镀阳极、虚拟阳极以及电源，其中，所述电镀槽内设有电镀液，所述晶圆的表面设有种子层，所述电镀阳极包括朝向所述种子层的第一表面，所述种子层包括朝向所述电镀阳极的第二表面，至少部分所述第一表面与至少部分所述第二表面均浸入在所述电镀液内，所述电源包括正极与负极，所述电镀阳极连接在所述电源的正极上，所述种子层连接在所述电源的负极上；在所述电镀液内浸入虚拟阳极，其中，所述虚拟阳极浸位于所述电镀阳极与所述种子层之间，虚拟阳极可使得所述电镀液中的离子通过，所述虚拟阳极的电阻大于所述电镀液的电阻与所述种子层的电阻之和。

其中，所述虚拟阳极的电阻从中心到边缘的方向上均匀变化。

综上所述，本申请通过在电镀液内设置位于电镀阳极与种子层之间的虚拟阳极，虚拟阳极的电阻大于电镀液的电阻与种子层的电阻之和，这使得种子层不同位置上的总电阻基本取决于虚拟阳极的较大电阻，种子层不同位置的电流差异较小，种子层不同位置的电流基本相同，最终种子层不同位置上电镀形成的电镀层的厚度基本相同，这降低了电镀层后续的研磨难度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统的晶圆的电镀装置的结构示意图。

图2是本发明实施例提供的晶圆的电镀装置的第一种结构示意图。

图3是本发明实施例提供的晶圆的电镀装置的第二种结构示意图。

图4是本发明实施例提供的晶圆的电镀装置的第三种结构示意图。

图5是本发明实施例提供的晶圆的电镀方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在描述本发明的实施例之前，首先描述传统的晶圆100的电镀装置。

请参阅图1，传统的晶圆100的电镀装置包括电镀槽30、电镀阳极40以及电源120，电镀槽30内设有电镀液70，晶圆100的表面设有种子层20，电镀阳极40包括朝向种子层20的第一表面401，种子层20包括朝向电镀阳极40的第二表面201，第一表面401与第二表面201浸入在电镀液70内，电源120包括正极与负极，电镀阳极40连接在电源120的正极上，种子层20连接在电源120的负极上。

在电镀过程开始后，由于种子层20具有一定的电阻，这使得种子层20不同位置上的电流不同，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度不同，这将增大电镀层后续的研磨难度。

为了解决上述问题，本发明提供一种晶圆100的电镀装置。请参阅图2，图2为本发明提供的一种晶圆100的电镀装置。本申请通过在电镀液70内设置位于电镀阳极40与种子层20之间的虚拟阳极50，虚拟阳极50的电阻大于电镀液70的电阻与种子层20的电阻之和，这使得种子层20不同位置上的总电阻基本取决于虚拟阳极50的较大电阻，种子层20不同位置的电流差异较小，种子层20不同位置的电流基本相同，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度基本相同，这降低了电镀层后续的研磨难度。

如图2所示，电镀装置包括：电镀槽30、电镀阳极40、虚拟阳极50以及电源120，电镀槽30内设有电镀液70，电镀阳极40包括朝向电镀槽30内的第一表面401，至少部分第一表面401浸入在电镀液70内，电源120包括正极与负极，电镀阳极40连接在电源120的正极上，电源120的负极用于连接种子层20，虚拟阳极50浸入在电镀液70内，且位于电镀阳极40与种子层20之间，虚拟阳极50可使得电镀液70中的离子通过，虚拟阳极50的电阻rhrva大于电镀液70的电阻relectrolyte与种子层20的电阻rseed之和。可以理解的是，电镀液70中形成多个并联的并联线路60，每个并联线路60中包括电镀阳极40的电阻、电镀液70的电阻relectrolyte以及种子层20的电阻rseed。由于电镀阳极40的电阻较小，电镀阳极40的电阻对于每个并联线路60中的总电阻可以忽略不计；从种子层20的边缘到种子层20的中心的方向上，接入并联线路60中的种子层20越来越多或者越来越少，并联线路60的总电阻越来越大或者越来越小。虚拟阳极50可以卡合在电镀槽30的内壁上，或者通过其他固定件固定在电镀槽30的内壁上。种子层20可以通过原子气相沉积形成在晶圆100上。电镀阳极40的第一表面401可以全部浸入在电镀液70中，或者部分浸入在电镀液70中；种子层20的第二表面201可以全部浸入在电镀液70中，或者部分浸入在电镀液70中。种子层20包括朝向电镀阳极40的第二表面201，至少部分第二表面201浸入在电镀液70内。

本申请中，通过在电镀液70内设置位于电镀阳极40与种子层20之间的虚拟阳极50，虚拟阳极50的电阻rhrva大于电镀液70的电阻relectrolyte与种子层20的电阻rseed之和，这使得种子层20不同位置上的总电阻基本取决于虚拟阳极50的较大电阻rhrva，种子层20不同位置的电流差异较小，种子层20不同位置的电流基本相同，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度基本相同，这降低了电镀层后续的研磨难度。

在一个具体的实施例中，电镀槽30包括侧壁301，侧壁301围绕在电镀阳极40的边缘，电镀阳极40与侧壁301连接形成电镀槽30，电镀阳极40充当电镀槽30的底壁，设在电镀槽30内的电镀液70直接接触电镀阳极40的第一表面401，电镀槽30包括开口，形成有种子层20的晶圆100盖合在开口上，种子层20的第二表面201浸入在电镀液70内，虚拟阳极50卡合在侧壁301的内表面上。

在一个具体的实施例中，电镀液70的电阻relectrolyte与种子层20的电阻rseed之和为固有电阻rg，虚拟阳极50的电阻rhrva与固有电阻rg的比值大于10。如比值可以为15、50、100、1000等。

在一个具体的实施例中，电镀阳极40为铜阳极，电镀液70为硫酸铜基质电镀液70，种子层20的材质为铜材质。电镀液70中还可以包括氯离子(cl^-)、氢离子(h⁺)等其他离子。铜阳极在电镀液70中点解形成铜离子(cu²⁺)、铜离子(cu²⁺)在铜种子层20上析出形成铜电镀层。在其他实现方式中，电镀阳极40还可以为其他材质的阳极，电镀液70还可以为其他金属离子的电镀液70，种子层20还可以为其他材质，只要在种子层20上可以析出电镀层即可。

在一个具体的实施例中，虚拟阳极50设有网孔。可以理解的是，网孔状的虚拟阳极50不仅可以使得离子通过，而且电镀液70也可以自由通过虚拟阳极50。这提升了离子自由活动的范围，也可以提升离子移动的速度，进而可以提高电镀的效率。

在一个具体的实施例中，虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上均匀变化。虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上均匀变化可以按照电镀阳极40和电源120的连接位置、种子层20和电源120的连接位置调整虚拟阳极50的电阻变化方向，使得种子层20不同位置对应的并联线路60的电流可以进一步相等，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度差异进一步减小，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度进一步相等，进一步降低了电镀层后续的研磨难度。

请继续参阅图2，在一个具体的实施例中，电镀阳极40的边缘连接在电源120的正极上，种子层20的边缘连接在电源120的负极上；虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上逐渐增大。本方式中，连接种子层20的导线从种子层20的侧面引出，与电源120连接，连接电镀阳极40的导线也可以从电镀阳极40的侧面引出，与电源120连接。

可以理解的是，当电镀阳极40的边缘连接在电源120的正极上，种子层20的边缘连接在电源120的负极上时，种子层20中心区域对应的并联线路60的总电阻不仅包括电镀液70的电阻relectrolyte，而且还包括种子层20的电阻rseed，种子层20边缘区域对应的并联线路60的总电阻仅包括电镀液70的电阻relectrolyte；从种子层20的中心到边缘的方向上，并联线路60中由于种子层20的电阻逐渐减小，并联线路60的总电阻逐渐减小。在电源120电压相同的情况下，从种子层20的中心到边缘的方向上，并联线路60上的电流逐渐增大。

虽然增加了虚拟阳极50后对种子层20不同位置的电镀层厚度的均匀性有所改善，但是不足以完全使得种子层20不同位置的电流大小相同，不足以完全使得种子层20不同位置的电镀层的厚度相同。而且，随着半导体制程往更小的尺寸发展，种子层20会越来越薄，这样会导致种子层20的电阻值进一步增加，虚拟阳极50起到的作用会被降低。

本实施例中，设置虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上逐渐增大，这使得从种子层20的中心到边缘的方向上，种子层20不同位置对应的并联线路60的总电阻可以进一步相等，种子层20不同位置对应的并联线路60的电流可以进一步相等，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度差异进一步减小，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度进一步相等，进一步降低了电镀层后续的研磨难度。

请参阅图3，可选地，虚拟阳极50的网孔80密度从中心到边缘的方向上逐渐减小。可以理解的是，当虚拟阳极50的网孔80密度从中心到边缘的方向上逐渐减小时，则虚拟阳极50的有效面积从中心到边缘的方向上逐渐增大，这可以使得虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上逐渐增大。

可选地，虚拟阳极50的网孔80尺寸从中心到边缘的方向上逐渐减小。可以理解的是，当虚拟阳极50的网孔80尺寸从中心到边缘的方向上逐渐减小时，则虚拟阳极50的有效面积从中心到边缘的方向上逐渐增大，这可以使得虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上逐渐增大。网孔80尺寸可以理解为网孔80的截面积，也可以为网孔80的直径，或者网孔80的公称直径。

可选地，虚拟阳极50的电阻率从中心到边缘的方向上逐渐增大。可以理解的是，虚拟阳极50的材质从中心到边缘的方向上不同，或者虚拟阳极50的材质组分从中心到边缘的方向上不同，以使得虚拟阳极50的材质的电阻率从中心到边缘的方向上逐渐增大，进而使得虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上逐渐增大。可选地，虚拟阳极50包括多个依次套设的子部分，从虚拟阳极50的中心到边缘的方向上，多个依次套设的子部分的电阻逐渐增大。

请参阅图4，在一个具体的实施例中，电镀阳极40的中心连接在电源120的正极上，种子层20的中心连接在电源120的负极上；虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上逐渐减小。可选地，可通过穿出电镀槽30的槽壁的导线连接种子层20的中心与电源120，导线在电镀液70中不发生性质的变化。连接电镀阳极40的导线可以直接从电镀槽30外连接电镀阳极40的中心与电源120。

可以理解的是，当电镀阳极40的中心连接在电源120的正极上，种子层20的中心连接在电源120的负极上时，种子层20中心区域对应的并联线路60的总电阻包括电镀液70的电阻relectrolyte，种子层20边缘区域对应的并联线路60的总电阻不仅包括电镀液70的电阻relectrolyte，而且还包括种子层20的电阻rseed；从种子层20的中心到边缘的方向上，并联线路60中由于种子层20的电阻rseed逐渐增大，并联线路60的总电阻逐渐增大。在电源120电压相同的情况下，从种子层20的中心到边缘的方向上，并联线路60上的电流逐渐减小。

虽然增加了虚拟阳极50后对种子层20不同位置的电镀层厚度的均匀性有所改善，但是不足以完全使得种子层20不同位置的电流大小相同，不足以完全使得种子层20不同位置的电镀层的厚度相同。而且，随着半导体制程往更小的尺寸发展，种子层20会越来越薄，这样会导致种子层20的电阻值进一步增加，虚拟阳极50起到的作用会被降低。

本实施例中，设置虚拟阳极50从中心到边缘的方向上的电阻逐渐减小，这使得从种子层20的中心到边缘的方向上，种子层20不同位置对应的并联线路60的总电阻可以进一步相等，种子层20不同位置对应的并联线路60的电流可以进一步相等，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度进一步相等，进一步降低了电镀层后续的研磨难度。

可选地，虚拟阳极50的网孔80密度从中心到边缘的方向上逐渐增大。

可以理解的是，当虚拟阳极50的网孔80密度从中心到边缘的方向上逐渐增大时，则虚拟阳极50的有效面积从中心到边缘的方向上逐渐减小，这可以使得虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上逐渐减小。

可选地，虚拟阳极50的网孔80尺寸从中心到边缘的方向上逐渐增大。可以理解的是，当虚拟阳极50的网孔80尺寸从中心到边缘的方向上逐渐增大时，则虚拟阳极50的有效面积从中心到边缘的方向上逐渐减小，这可以使得虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上逐渐减小。网孔80尺寸可以理解为网孔80的截面积，也可以为网孔80的直径，或者网孔80的公称直径。

可选地，虚拟阳极50的电阻率从中心到边缘的方向上逐渐减小。可以理解的是，虚拟阳极50的材质从中心到边缘的方向上不同，或者虚拟阳极50的材质组分从中心到边缘的方向上不同，以使得虚拟阳极50的材质的电阻率从中心到边缘的方向上逐渐减小，进而使得虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上逐渐减小。可选地，虚拟阳极50包括多个依次套设的子部分，从虚拟阳极50的中心到边缘的方向上，多个依次套设的子部分的电阻逐渐减小。

除了上述的晶圆100的电镀装置外，本申请还提供了一种晶圆100的电镀方法。本发明实施例的晶圆100的电镀装置及晶圆100的电镀方法都可以实现本发明的优点，二者可以一起使用，当然也可以单独使用，本发明对此没有特别限制。在一种具体的实施例中，晶圆100的电镀方法采用上述的电镀装置对晶圆100进行电镀。

请参阅图5，本发明提供一种晶圆100的电镀方法，包括：

s1，提供电镀槽30、电镀阳极40、虚拟阳极50以及电源120，其中，电镀槽30内设有电镀液70，晶圆100的表面设有种子层20，电镀阳极40包括朝向种子层20的第一表面401，种子层20包括朝向电镀阳极40的第二表面201，至少部分第一表面401与至少部分第二表面201均浸入在电镀液70内，电源120包括正极与负极，电镀阳极40连接在电源120的正极上，种子层20连接在电源120的负极上；

s2，在电镀液70内浸入虚拟阳极50，其中，虚拟阳极50浸位于电镀阳极40与种子层20之间，虚拟阳极50可使得电镀液70中的离子通过，虚拟阳极50的电阻rhrva大于电镀液70的电阻relectrolyte与种子层20的电阻rseed之和。

本申请的电镀方法通过在电镀液70内设置位于电镀阳极40与种子层20之间的虚拟阳极50，虚拟阳极50的电阻大于电镀液70的电阻与种子层20的电阻之和，这使得种子层20不同位置上的总电阻基本取决于虚拟阳极50的较大电阻，种子层20不同位置的电流差异较小，种子层20不同位置的电流基本相同，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度基本相同，这降低了电镀层后续的研磨难度。

在一个具体的实施例中，虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上均匀变化。虚拟阳极50的电阻从中心到边缘的方向上均匀变化可以按照电镀阳极40和电源120的连接位置、种子层20和电源120的连接位置调整虚拟阳极50的电阻变化方向，使得种子层20不同位置对应的并联线路60的电流可以进一步相等，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度差异进一步减小，最终种子层20不同位置上电镀形成的电镀层的厚度进一步相等，进一步降低了电镀层后续的研磨难度。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。