[发明专利]电化学电镀设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种用于电镀半导体晶片的电化学电镀设备和方法。

背景技术

在超大规模集成电路工艺中，金属铝是芯片中金属互连线路的金属层的主要材料。然而，由于元件的微型化及集成度的增加，电路中金属层数目不断增多，金属互连线路架构中的电阻(R)及电容(C)所产生的寄生效应造成了严重的传输延迟(RC Delay)，在130纳米及更先进的技术中成为电路中讯号传输速度受限的主要因素。

因此，在降低金属层电阻方面，由于金属铜及金属银具有高熔点、低电阻系数及高抗电子迁移的能力，已被广泛地应用于金属互连线路架构中来取代金属铝作为金属互连线路的金属层的材料。本领域技术人员熟知的，铜的金属化制成可使用溅镀法(物理气相沉积)和电化学电镀法(Electrical Chemical Plating)。由于成本低廉、沉积速率快，电化学电镀法已经是一种最常用的技术。

金属铜的电化学电镀法主要是以两个电极之间的电流通过硫酸铜溶液或是含铜的电解液的方式进行。当电解液中的电流为离子状态时，电流以电子形式传送到电极。在以金属铜组成的阳极产生电化学氧化反应时，阴极产生电化学还原反应。在此种状况下，阴极分离的铜离子被在阳极制造出来的铜离子取代。利用电性的漂移、扩散以及对流方式将铜离子传送至阴极。在给半导体晶片电镀时，将晶片的周围利用数个接触点使晶片与电源供应器形成电性连接，然后通以固定电流一段时间，在晶片表面形成特定厚度的铜金属层。例如申请号“200710044800.3”的中国专利申请中公开了一种半导体器件中铜的电镀方法。

图1为现有的一种电化学电镀设备(ECP)结构示意图，如图1所示，现有的电化学电镀设备通常包括用于传输晶片的多个机械手臂10，用于进行电镀的多个电镀槽(Cell)20，用于清洗电镀完成的晶片的多个清洗槽(PEM)30。通常电镀槽20的数量和清洗槽30的数量相同，例如同为3个，机械手臂将晶片从晶片盒40中依次取出放入电镀槽20中，在电镀完成后机械手臂再将电镀后的晶片放入清洗槽20中，在清洗后则完成电镀工艺。

发明人发现利用现有的化学电镀设备进行电镀时，如图1所示，电化学电镀设备中的个别的电镀槽，例如电镀槽20a和个别清洗槽，例如清洗槽30a会出现空闲，这样不利于电化学电镀设备利用率的提高。

发明内容

本发明解决的技术问题是提高电化学电镀设备的利用率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电化学电镀设备，包括：

机械手臂，用于晶片的运输；

电镀槽，用于对晶片进行电镀；

清洗槽，用于对电镀后的晶片进行清洗；

控制装置，用于对机械手臂、电镀槽及清洗槽进行控制，且当对晶片进行电镀的电镀时间小于清洗时间时，控制装置用于对晶片在电镀槽内的停留时间进行调整，从而延长晶片在电镀槽内的停留时间。

相应的本发明还提供了一种电化学电镀方法，包括步骤：

当对晶片进行电镀的电镀时间小于清洗时间时，则对晶片在电镀槽内的停留时间进行调整，从而延长晶片在电镀槽内的停留时间；

利用电镀槽对晶片进行电镀；

利用清洗槽对电镀后的晶片进行清洗。

可选的，所述延长晶片在电镀槽内的停留时间具体为：使得晶片在电镀槽内的停留时间大于晶片在清洗槽内停留的时间。

可选的，所述延长晶片在电镀槽内的停留时间具体为：使得晶片在电镀槽内的停留时间和晶片在清洗槽内停留的时间趋于相等。

可选的，所述控制装置包括：

执行装置，用于控制机械手臂、电镀槽及清洗槽；

判断装置，用于根据所要电镀形成的金属层，判断晶片进行电镀所需的电镀时间和清洗时间的大小关系；

调整装置，当所述电镀时间小于所述清洗时间，则向所述执行装置发送延长电镀槽停留时间信号。

可选的，所述执行装置在收到延长电镀槽停留时间信号后会在晶片浸入电镀槽内的电解液之前先让晶片等待或者空转。

可选的，当晶片表面待电镀的金属层为铜，且厚度为7000埃至8000埃，则清洗时间为130s至140s，晶片电镀的时间为103s至113s，所述晶片在电镀槽等待或者空转的时间为25s±12s。

可选的，晶片在电镀槽内停留的时间比晶片在清洗槽内停留的时间少12s。

可选的，所述延长电镀槽停留时间信号包括晶片在电镀槽中停留延长的时间。

相应的，本发明还提供了一种电化学电镀方法，包括步骤：