专利名称：电镀方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种电镀方法。
背景技术：
随着器件关键尺寸的缩小，对晶片表面玷污的控制变得越来越关键。 如果在生产过程中引入了颗粒等污染源，就可能引起电路的开路或断路， 因而在半导体工艺制造中，如何避免在工艺制造中的污染是必须要关注 的问题。随着生产中设备自动化程度的提高，人员与产品的交互变少， 防止生产中带来颗粒的重点已更多地放到了生产设备所产生的颗粒上 面。
以铜层的形成工艺为例，半导体工艺技术进入0.18微米以后，常采用 电化学电镀(ECP ， Electro-Chemical Plating),简称电镀的方法，形成 铜层，再对其进行加工以形成金属互连线结构。
该铜层的质量对电路的性能影响很大，会直接影响到电路的多个性 能参数。在形成铜层的过程中，同样需要注意避免产生颗粒污染。然而， 现有的电镀方法中，常会在电镀后的铜层表面形成颗粒污染。
铜的电镀方法是将化学溶液(也称为电解液或电镀液)中的铜转移 到晶片的表面，以形成铜层的方法。
图l为现有的利用电化学电镀方法形成铜层的示意图，如图l所示， 利用位于电极101下的晶片夹102将晶片110固定住，顶盖103降下并吸附 住晶片110，将电极101、部分顶盖103连同晶片110浸入装有电解液的电 解槽105中，电极101通电，电解液中的金属铜析出，沉积于晶片110表面 形成铜层。
图2为现有的利用电化学电镀方法形成铜层后清洗晶片的示意图，如 图2所示，当形成的铜层厚度满足要求后，停止向电极101通电，将顶盖103连同晶片110提起，利用安装于电解设备内的去离子水管120对晶片 110进行冲洗，去除其上附着的电解液。
图3为现有的利用电化学电镀方法形成铜层后的电镀设备状态示意 图，如图3所示，将吸附有晶片110的顶盖103升起，按图3中箭头121所示 旋转顶盖103及晶片，将晶片上的去离子水甩干，再取出晶片。
现有电镀方法中，取出晶片后，电镀设备处于空闲时，其内各装置 保持着图3中所示的顶盖103升起的状态，以令电镀设备闲置空间130的通 风效果较好。
图4为采用现有的电化学电镀方法形成的铜层表面的示意图，如图4 所示，晶片401上仍存在有多处颗粒缺陷410。
2004年10月13日公开的公开号为CN1536101A的中国专利申请提出 了一种新的电镀设备，其在电镀槽内设置了一个容置空间，以减少电镀 液大量与空气相接触，造成电镀液老化、变质的现象。但其并不能解决 上述电镀后晶片表面出现多处颗粒缺陷的问题。
发明内容
本发明提供一种电镀方法，以改善现有的电镀方法中易在铜层表面 形成颗粒污染的现象。
本发明提供的一种电镀方法，包括步骤
将待电镀晶片装入电镀设备内；
降下所述电镀设备的电极及顶盖，令所述电极及晶片浸入所述电镀 设备的电解槽内的电解液中；
在所述电极间施加电 流;
停止在所述电才及间施加电 流;
提起所述电极及顶盖，利用电镀设备内的去离子水管对所述晶片进
行冲洗；停止冲洗，对所述晶片进行干燥处理；
取出晶片；
降下所述顶盖。
可选地，所述电解液包括好u酸铜。
优选地，所述水管与所述晶片间的角度在10至15°之间。
可选地，所述干燥处理是利用旋转晶片的方式完成。此时，对所述
晶片进行干燥处理，优选地，可以包括步骤
对所述晶片进行第一旋转，所述第一旋转的转速在300至500rpm 之间；
对所述晶片进行第二旋转，所述第二旋转的转速在500至700rpm 之间。
可选地，所述第一旋转的持续时间在1.5秒至3秒之间，所述第二 旋转的持续时间在0.5秒至2秒之间。
可选地，降下所述顶盖，具体包括步骤
降下所述顶盖至与所述晶片夹相4矣触。
可选地，将待电镀晶片装入电镀设备内，包括步骤
将所述晶片吸附于电镀设备的顶盖内侧，并固定于电镀设备电极下 端的晶片夹上。
可选地，所述晶片的待电镀面具有铜种子层，且所述铜种子层可以 利用物理气相沉积方法形成。
可选地，所述晶片上已形成金属氧化物半导体晶体管。 与现有技术相比，本发明具有以下优点
本发明的电镀方法，在空闲期间将电镀设备的顶盖设置为放下的状 态， 一方面缩小了电镀设备内的闲置空间，令其内的通风效果变差，减 少了晶片夹等沾有电解液的装置上金属的析出量，另 一方面增加了闲置空间内的湿度，进一步减少了析出的金属粉末的量。釆用本发明的电镀 方法后，有效降低了电镀后晶片表面的颗粒污染量。 .
本发明的电镀方法，还可以将用于冲洗晶片上的电解液的去离子水
管与晶片间的角度调整至10°至15°,增大了去离子水冲洗的范围，提
高了晶片表面的洁净度，减少了晶片夹等装置上沾附的电解液量，进而 减少了电镀设备内金属粉末的产生。
本发明的电镀方法，还可以将冲洗后旋转晶片的步骤分为两步以 上，并分别按不同的转速旋转不同的时间，较为彻底地去除了晶片上残 留的去离子水，更好地实现了晶片的干燥，进一步提高了金属层表面的 洁净度。
图1为现有的利用电化学电镀方法形成铜层的示意图2为现有的利用电化学电镀方法形成铜层后清洗晶片的示意图3为现有的利用电化学电镀方法形成铜层后的电镀i殳备状态示意
图4为采用现有的电化学电镀方法形成的铜层表面的示意图5为本发明的具体实施例中电镀方法的流程图6为说明本发明的具体实施例中利用电镀方法形成铜层前装入晶 片后的示意图7为说明本发明的具体实施例中利用电镀方法形成铜层时进行电 镀的示意图8为说明本发明的具体实施例中利用电镀方法形成铜层后进行清 洗的示意图9为说明本发明的具体实施例中利用电镀方法形成铜层后进行干 燥的示意图；图10为说明本发明的具体实施例中利用电镀方法形成铜层后电镀
设备处于空闲期间的示意图；.
图11为采用本发明的具体实施例的电镀方法前后晶片表面的颗粒 污染情况对比图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合 附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。
体的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域 内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范 围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时， 为了便于说明，表示设备结构的示意图会不依一般比例作局部放大，不 应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽 度及深度的三维空间尺寸。
采用现有的电镀方法形成的金属层，常会在表面形成一些颗粒污 染，该颗粒污染会对器件的性能产生较大的影响，需要尽力避免。分析 该颗粒污染产生的原因主要有以下两种
A、 电镀设备内电解液析出的金属形成粉末，落在晶片表面所导致 的颗粒污染；
B、 电镀后对晶片冲洗及干燥不到位，在晶片表面的金属层上残留 了部分颗粒导致的颗粒污染。
对于后者，可以通过改进冲洗及干燥工艺而实现改善，而对于前者， 则还需要具体分析如何减少电镀设备内形成的金属粉末量，并针对此进 行改进。电镀设备内产生的金属粉末多是由其内各装置上所沾附的电解液 析出金属而产生，只要可以减少该部分金属粉末的产生量就可以达到明 显减少颗粒污染的目的。
为此，本发明的电镀方法对空闲时电镀设备的状态进行了改进，减 少了该部分的颗粒污染源，明显改善了金属层表面颗粒污染严重的问 题。
图5为本发明的具体实施例中电镀方法的流程图，图6至图10是 说明本发明的具体实施例中的电镀方法的示意图，下面结合图5至图10 对本发明的具体实施例进行详细介绍。
步骤501:将待电镀晶片装入电镀设备内。
本实施例中其具体的步骤包括将晶片吸附于电镀设备的顶盖内 侧，并固定于电镀设备电极下端的晶片夹上，且所述晶片的待电镀面与 电镀槽相对。在本发明的其它实施例中，根据所用电镀设备的不同，本 装片步骤可能会有所不同。
图6为说明本发明的具体实施例中利用电镀方法形成铜层前装入晶 片后的示意图，如图6所示，装入晶片610时，令晶片610的待电镀面与电 镀槽605相对，吸附于顶盖603下方内侧处，同时利用了位于电极601下的 晶片夹602对该晶片61 O进行固定。
本实施例中，所述晶片610上已形成金属氧化物半导体晶体管。
本实施例中，进行的是在晶片610表面电镀形成铜层的操作，通常在 此之前已在晶片610表面利用物理气相沉积的方法形成了铜种子层。
步骤502:降下所述电极及顶盖，令所述电极及晶片浸入电镀槽内 盛》欠的电解液内。
本实施例中，要在晶片610表面形成的是铜层，此时的所用的电解 液通常会包含硫酸铜。
9步骤503:在所述电极间施加电流，对晶片进行电镀。
图7为说明本发明的具体实施例中利用电镀方法形成铜层时进行电 镀的示意图，如图7所示，先将电极601连同晶片610浸入盛有电解液的电 解槽605中。再对电极601通电，令电解液中的金属析出，沉积于晶片610 表面形成金属层。
本实施例中所用电解液包含硫酸铜，析出的金属为铜；在本发明的 其它实施例中，还可以利用本发明的电镀方法采用其它的电解液形成其 它金属层，如镍层、铬层等。
步骤504:停止在所述电极间施加电流。
当在晶片610表面形成的金属层的厚度达到预计目标时，停止在电 极601间施力口电 流o
步骤505:提起所述电极及顶盖，利用电镀设备内的去离子水管对 所述晶片进行冲洗。
图8为说明本发明的具体实施例中利用电镀方法形成铜层后进行清 洗的示意图，如图8所示，先将电极601、顶盖603、连同晶片610由盛有 电解液的电解槽605中提出。再利用电镀设备内安装的去离子水管620对 晶片进行沖洗，去除其上所沾附的电解液。
传统的电镀方法中，该步清洗时通常将去离子水管620与晶片间的 夹角调整至8°左右。本实施例中，可以将去离子水管620与晶片610 间的夹角调整为10°至15°。 一方面可以更彻底地冲洗晶片610,另一方 面，对位于晶片610附近的其它装置，如晶片夹602,也进行更好的冲 洗，减少了电镀设备的各装置上所沾附的电解液量，也就减少了电镀设 备内因所沾附的电解液析出的金属而产生的颗粒污染量。
步骤506:停止冲洗，干燥所述晶片。
图9为说明本发明的具体实施例中利用电镀方法形成铜层后进行干 燥的示意图，如图9所示，本实施例中，在冲洗完成后，将顶盖603及晶片610升起，按图9中箭头621所示，利用旋转晶片的方式去除晶片 610上残留的去离子水，实现对其的干燥。
传统的电镀方法中也常利用旋转晶片的方法对其进行干燥处理，但 其的处理时间较短，处理过程也较为单一如以400rpm的转速旋转晶 片2秒钟。
实践中发现，这种单一的旋转方式会导致某些晶片表面的去离子水 无法完全去除，会在晶片表面留下少许水迹，其可能会在晶片表面形成 颗粒污染。为此，本实施例中还可以对本旋转晶片的步骤进行改进
本实施例中，先对晶片进行第一旋转，该第一旋转的转速可以设置 在300至500rpm之间，如为400rpm。其旋转时间通常可以设置在1.5 秒至3秒之间，》口为2秒、。
经过第 一旋转步骤后，晶片表面的大部分去离子水可以被去除干 净，达到初步干燥效果。
接着，再对晶片进行第二旋转，该第二旋转的转速可以设置在500 至700rpm之间，如为600rpm。其旋转时间可以设置得略短，如可以在 0.5秒至2秒之间，具体可以为l秒、1.5秒等。
经过本实施例中的两步旋转干燥后，可以确保晶片表面的去离子水 被较为彻底地去除干净，达到较好的干燥效果，减少了晶片表面残留颗 粒污染的可能性。
在本发明的其它实施例中，本步的旋转干燥还可以细分为更多步， 如三步、四步等，且每一步均可采用不同的转速及时间设置。
本步旋转晶片的具体参数设置可以根据不同产品的不同要求而改 变如当某一产品的晶片表面的器件密集度不高，其对颗粒污染的要求 较低时，可以从节约生产时间的角度考虑，采用较少的旋转步骤、较短 的旋转时间等。
反之，如果某一产品对颗粒污染的要求较高时，则需要从成品率的角度考虑，对本步旋转晶片的操作进行更为细致的设置，如分为多步旋 转，且每步旋转可采用不同的转速及肘间设置。
在本发明的其它实施例中，还可以采用其它方式对晶片进行干燥处 理，如旋转后再利用氮气吹晶片表面的方式等。
步骤507:取出晶片。
完成上述干燥处理步骤后，将吸附有晶片的顶盖抬起，取下晶片， 完成对该晶片铜层的电镀。
在传统的电镀方法中，电镀后再将顶盖盖上就完成了操作。在后面 电镀设备空闲的时期，就保持了这种顶盖位于高处的状态(如前面图3 所示)。
传统的观点认为，这种状态可以令电镀设备内顶盖及电解槽之间的 闲置空间130较大，具有较好的通风效果，以确保电镀设备在空闲时期 保持得较为干净。
但实验证实这一观点并不正确，实际上，令电镀设备的顶盖及电解 槽之间的闲置空间130在空闲时期保持得较大，存在以下问题
A、 因该闲置空间内的通风效果4交好，该空间内各装置(如晶片夹) 上所沾附的电解液的金属析出量会较大，增加了电镀设备内的颗粒污染 量；
B、 因该闲置空间较大，通风效果较好，该空间内的湿度较低，析 出的金属更易形成金属粉末，进一步加重了电镀设备内的颗粒污染问 题。
为此，本实施例中，在完成晶片的电镀后，增加了一步将顶盖降下 的步骤，以在电镀设备空闲的时期减小闲置空间的大小，改善了上述问 题。
步骤508:将所述顶盖降下。
12图10为说明本发明的具体实施例中利用电镀方法形成铜层后电镀
设备处于空闲期间的示意图，如图10所示，完成电镀后，将顶盖603 降下，在顶盖603与电解槽605间形成了较小的闲置空间630。
具体地，本实施例中，将顶盖603降至了与晶片夹602相接触的位置。
图11为采用本发明的具体实施例的电镀方法前后晶片表面的颗粒 污染情况对比图，如图11所示，其中横坐标表示采用了不同的电镀方 法，纵坐标表示在电镀设备空闲8小时后，再对晶片进行电镀，并检测 晶片表面的颗粒污染情况的结果。
其中，横坐标上的条件1与条件2采用了本发明上述实施例中的电 镀方法在空闲期间保持顶盖处于降下状态，在电镀时，将去离子水管 与晶片间的角度设置为13°,旋转晶片时分为了两步第一旋转的转速 为400rpm,时间为2秒；第二3走转的转速为600rpm,时间为1秒。
条件3则仍采用了传统的电镀方法，在空闲期间保持顶盖处于升起 状态，在电镀时，将去离子水管与晶片间的角度设置为8°，旋转晶片时 仅用了 一步，其转速为400rpm,时间为2秒。
对采用上述不同电镀方法形成的晶片表面的颗粒污染情况进行检 测，结果如图11所示，可以看到，采用本发明具体实施例中电镀方法 的条件1与条件2形成铜层的晶片，其表面的颗粒数(图中1101及1102 所示的检测数据点)要明显少于采用传统电镀方法的条件3形成铜层的 晶片上的颗粒数(图中1103所示的检测数据点)。
采用本实施例的电镀方法，将空闲期间的电镀设备的顶盖设置为降 下的状态，既缩小了电镀设备内的闲置空间，令其内的通风效果变差， 减少了晶片夹等沾有电解液的装置上的金属析出量；又增加了闲置空间 内的湿度，进一步减少了析出的金属变为粉末颗粒的量。从两个方面降 低了电镀后铜层表面的颗粒污染量。可选地，本实施例的电镀方法中，还将用于冲洗晶片上的电解液的
去离子水管与晶片间的角度由传统的8。左右调整至10°至15°，增大了
去离子水冲洗的范围，提高了晶片表面的洁净度，减少了晶片夹等装置 上沾附的电解液量，进而减少了因晶片夹等装置上沾附的电解液而导致 的金属粉末的产生。
可选地，本发明的电镀方法，还将冲洗后旋转晶片的步骤分为两步 以上，并分别按不同的转速旋转不同的时间，以较为彻底地去除晶片上 残留的去离子水，较好地实现晶片的干燥，进一步提高了铜层表面的洁 净度。
本发明的电镀方法可适用于不同的电镀设备，只要是与本发明的上 述电镀方法思路相同都应落入本发明的保护范围之内，但具体的实施细 节可根据所用的电镀设备的不同而略有变化(如具体的装片步骤可能不 同等)，在本发明实施例的启示下，这一应用的延伸对于本领域普通技 术人员而言是易于理解和实现的，在此不再赘述。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明， 任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能 的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的 范围为准。
权利要求
1、一种电镀方法，其特征在于，包括步骤将待电镀晶片装入电镀设备内；降下所述电镀设备的电极及顶盖，令所述电极及晶片浸入所述电镀设备的电解槽内的电解液中；在所述电极间施加电流；停止在所述电极间施加电流；提起所述电极及顶盖，利用电镀设备内的去离子水管对所述晶片进行冲洗；停止冲洗，对所述晶片进行干燥处理；取出晶片；降下所述顶盖。
2、 如权利要求1所述的电镀方法，其特征在于所述电解液包括 硫酸铜。
3、 如权利要求1所述的电镀方法，其特征在于所述水管与所述 晶片间的角度在10至15°之间。
4、 如权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，所述干燥处理是 利用旋转晶片的方式完成。
5、 如权利要求4所述的电镀方法，其特征在于，对所述晶片进行 干燥处理，包括步骤对所述晶片进行第一旋转，所述第一旋转的转速在300至500rpm 之间；对所述晶片进行第二旋转，所述第二旋转的转速在500至700rpm 之间。
6、 如权利要求5所述的电镀方法，其特征在于所述第一旋转的 持续时间在1.5秒至3秒之间。
7、 如权利要求5所述的电镀方法，其特征在于所述第二旋转的 持续时间在0.5秒至2秒之间。 .
8、 如权利要求1所述的电镀方法，其特征在于，降下所述顶盖， 具体包括步骤降下所述顶盖至与所述晶片夹相接触。
9、 如权利要求1所述的电镀方法，其特征在于将待电镀晶片装 入电镀设备内，包括步骤将所述晶片吸附于电镀设备的顶盖内侧，并固定于电镀设备电极下 端的晶片夹上。
10、 如权利要求1所述的电镀方法，其特征在于所述晶片的待电 镀面具有铜种子层。
11、 如权利要求IO所述的电镀方法，其特征在于所述铜种子层 是利用物理气相沉积方法形成。
12、 如权利要求1所述的电镀方法，其特征在于所述晶片上已形 成金属氧化物半导体晶体管。
全文摘要
本发明公开了一种电镀方法，包括步骤将待电镀晶片装入电镀设备内；降下所述电镀设备的电极及顶盖，令所述电极及晶片浸入所述电镀设备的电解槽内的电解液中；在所述电极间施加电流；停止在所述电极间施加电流；提起所述电极及顶盖，利用电镀设备内的水管对所述晶片进行冲洗；停止冲洗，对所述晶片进行干燥处理；取出晶片；降下所述顶盖。采用本发明的电镀方法后，有效降低了电镀后晶片表面的颗粒污染量。
文档编号H01L21/70GK101442006SQ20071017095
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者聂佳相 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司