一种水平晶圆电镀装置和在晶圆衬底上电镀金属层的方法

【】本申请涉及晶圆电镀领域；具体来说，涉及一种水平晶圆电镀装置和在晶圆衬底上电镀金属层的方法。

背景技术

0、背景技术：

1、电子电镀是芯片制造是能够实现纳米级电子逻辑互连的技术方法，有别于常规电镀,电子电镀的应用领域主要包括芯片大马士革互连、印制板(printed circuit board,pcb)电镀、引线框架电镀、连接器电镀、微波器件等其他电子元器件制造。从芯片的铜互连技术、封装中电极凸点电镀技术、引线框架的电镀表面处理到印制线路板、接插件的各种功能电镀,电子电镀技术贯穿高端电子制造的全部流程，成为芯片制造、三维集成和器件封装、微纳器件制造、微机电系统(mems)、传感器、军用电子设备及元器件等高端电子产品生产中的基础性、通用性、不可替代性技术。

2、电子电镀技术制作晶体管之间逻辑互连的电子导线,形成芯片的“神经网络”，通过在芯片或晶圆的衬底设置互联通道(沟槽或孔)，通过电子电镀技术将铜、钨、钴、新型金属合金(铜铝合金、镍合金等)、先进碳材料等导电物质填充到互联通道中，在芯片与芯片之间、晶圆和晶圆之间制作导通电路，提供更短的电连通线路、拥有更多的信号通道提高器件性能。

3、晶圆电镀前通常需预湿润处理，预湿润可以使液体进入孔洞中赶走孔内的空气，并形成液膜，有利于下一步电镀工艺的进行。如果预湿润不充分，电镀后将在内部产生严重的空洞缺陷，尤其是类似深孔的结构，液体无法完全抵达深孔，形成夹断，导致深孔电镀失效。现有技术中，如晶圆预浸润和电镀通常在两个装置体系中进行，也即晶圆预浸润结束后，需要转移至电镀装置中，在转移过程中，孔内的浸润液会在外力作用下发生掉落或脱离，尤其涉及需要将晶圆的待镀面翻转朝下的情况下，破坏已浸润均匀的晶圆待镀面，难以取得理想的润湿效果和电镀良率。

4、【申请内容】

5、有鉴于此，本发明申请实施例提供了水平晶圆电镀装置和在晶圆衬底上电镀金属层的方法。通过在集成了浸润和电镀过程部件的装置中，固定维持晶圆的待镀面朝上，保障电镀前电镀深孔内良好的预浸润效果，提升深孔电镀良率和均匀性，消除或降低因浸润不足造成深孔电镀失效或空洞缺陷。

6、一种水平晶圆电镀装置，包括放置在固定承载件上的晶圆，晶圆的待镀面水平朝上；阳极件，移动设置于晶圆的上方、配置为与晶圆的待镀面平行间隔对置；浸润罩，移动设置于晶圆的上方、配置为与承载件密封组配；浸润罩和阳极件分别在浸润模式和电镀模式下与晶圆切换对置，当处于浸润模式时，浸润罩与承载件组配构成容置有晶圆的密封浸润腔，当处于电镀模式时，阳极件与晶圆的待镀面水平对应放置构成对电极。

7、进一步地，浸润罩和阳极件分别与机械手臂连接、根据浸润模式和电镀模式的切换需求实现程序切换移动。

8、进一步地，浸润罩包括第一液流口和气孔；气孔与外部气泵连接、用于调节密封浸润腔内的气压，第一液流口用于向密封浸润腔中注入、释放浸润液。

9、进一步地，包括直流电源、电镀液、电镀槽；晶圆、阳极件分别与直流电源的负极、正极相连；在电镀模式下，电镀液浸没置于电镀槽内的晶圆和阳极件。

10、进一步地，包括储液槽，储液槽与电镀槽通过分别设置的第一调液孔、连通管、第二调液孔连通，连通管上设置液位调节件、用于调节电镀槽内的电镀液的高度。

11、进一步地，阳极件与第一驱动器连接、驱动其在晶圆的待镀面正上方做水平周向旋转。

12、进一步地，承载件与第二驱动器连接、带动晶圆在水平方向做旋转周向运动。

13、进一步地，承载件的底部与伸缩部件活动连接，伸缩部件的伸缩运动可实现晶圆在竖直方向上的高度调整。

14、进一步地，浸润罩的侧壁的底面上环设有弹性密封圈。

15、可选地，浸润罩与阳极件通过滑动连接轴上下一体组成；阳极件位于浸润罩朝向晶圆的一侧；浸润罩在滑动连接轴的带动下、相对于阳极件做上下移动，在浸润模式下，浸润罩相对于阳极件向下产生移动，在电镀模式下，浸润罩相对于阳极件向上产生移动。

16、进一步地，浸润罩包括密封围合形成一开口朝下空腔的顶壁和侧壁，顶壁包括一开孔，滑动连接轴穿过开孔与开孔的内壁滑动连接、在模式切换时用于带动浸润罩上下移动；

17、阳极件位于顶壁下方靠近晶圆的一侧、且阳极件在顶壁所在平面上的正投影位于顶壁之内；晶圆电镀装置还包括用于支撑固定阳极件的阳极支撑件，阳极支撑件包括支撑连接部，支撑连接部穿过开孔、并与滑动连接轴滑动连接。

18、进一步地，阳极件的中心、顶壁的中心、晶圆的中心位于同一条中心线上。

19、本申请还提供一种在晶圆衬底上电镀金属层的方法，采用上述第一方面任意一种晶圆电镀装置，包括下述步骤：

20、s1、预浸润，将承载有晶圆的支撑件与浸润罩密封组配为浸润腔，先对浸润腔抽真空处理，之后注入浸润液对所述晶圆的待镀面进行预浸润处理，浸润过程维持所述晶圆的待镀面水平朝上；

21、s2、浸润模式和电镀模式切换，浸润结束后，移除浸润液和浸润罩；保持所述晶圆的待镀面朝上固定不变，将阳极件移至所述晶圆的待镀面的正上方；

22、s3、电镀模式，向电镀槽中注入电镀液，将所述晶圆的待镀面和所述阳极件分别接通外部直流电源的负极和正极，在电能驱动下进行电镀；所述电镀液中含有需镀覆的金属离子。

23、进一步地，所述浸润液中包含水、待镀金属离子和/或助剂；所述助剂为酸、还原剂、金属配位剂、表面活性剂中的任一种。

24、本申请提供的水平晶圆电镀装置和其用于在晶圆衬底上电镀金属层的方法，因电镀装置中集成了可实现预浸润和电镀反应的结构部件，通过在预浸润、电镀、以及预浸润后切换为电镀过程中均保持晶圆的待镀面朝上，不仅可以容易实现浸润液抵达晶圆的深孔位置，置换出深孔中的空气达到理想的湿润效果；而且在预浸润切换为电镀过程中，保持晶圆的待面固定朝上，不发生水平移动或翻转操作，可保障已预浸润后晶圆深孔位置的浸润液不发生脱落或剥离移动，有利于下一步电镀工艺的进行，提升深孔电镀良率和均匀性，消除或降低深孔电镀失效或空洞缺陷。

技术实现思路

技术特征：

1.一种水平晶圆电镀装置，其特征在于，包括放置在水平固定承载件上的晶圆，所述晶圆的待镀面水平朝上；阳极件，移动设置于所述晶圆的上方、配置为与所述晶圆的待镀面平行间隔对置；浸润罩，移动设置于所述晶圆的上方、配置为与所述承载件进行密封组配；

2.根据权利要求1所述的晶圆电镀装置，其特征在于，所述浸润罩和所述阳极件分别与机械手臂连接、根据所述浸润模式和所述电镀模式的切换需求实现程序切换移动。

3.根据权利要求1所述的晶圆电镀装置，其特征在于，所述浸润罩包括第一液流口和气孔；所述气孔与外部压力调节装置连接、用于调节所述密封浸润腔内的气压，所述第一液流口用于向所述密封浸润腔中注入和/或释放浸润液。

4.根据权利要求1所述的晶圆电镀装置，其特征在于，包括直流电源、电镀液、电镀槽；所述晶圆、所述阳极件分别与所述直流电源的负极、正极相连；在所述电镀模式下，所述电镀液浸没置于所述电镀槽内的所述晶圆和所述阳极件。

5.根据权利要求4所述的晶圆电镀装置，其特征在于，包括储液槽，所述储液槽与所述电镀槽通过分别设置的第一调液孔、连通管、第二调液孔连通，所述连通管上设置液位调节件、用于调节所述电镀槽内的所述电镀液的高度。

6.根据权利要求1所述的晶圆电镀装置，其特征在于，所述阳极件与第一驱动器连接、驱动其在所述晶圆的待镀面正上方做定位周向旋转；和/或，所述承载件与第二驱动器连接、带动所述晶圆做定位旋转周向运动。

7.根据权利要求4所述的晶圆电镀装置，其特征在于，所述承载件的底部与伸缩部件活动连接，所述伸缩部件的伸缩运动可实现所述晶圆在竖直方向上的高度调整。

8.根据权利要求3所述的晶圆电镀装置，其特征在于，所述浸润罩的侧壁的底面上环设有弹性密封圈。

9.根据权利要求1所述的晶圆电镀装置，其特征在于，所述浸润罩与所述阳极件通过滑动连接轴上下一体组成；所述阳极件位于所述浸润罩朝向所述晶圆的一侧；所述浸润罩在所述滑动连接轴的带动下、相对于所述阳极件做上下移动，在浸润模式下，所述浸润罩相对于所述阳极件向下产生移动，在电镀模式下，所述浸润罩相对于阳极件向上产生移动。

10.根据权利要求9所述的晶圆电镀装置，其特征在于，所述浸润罩包括密封围合形成一开口朝下空腔的顶壁和侧壁，所述顶壁包括一开孔，所述滑动连接轴穿过所述开孔与所述开孔的内壁滑动连接、在模式切换时用于带动所述浸润罩上下移动；

11.根据权利要求9所述的晶圆电镀装置，其特征在于，所述阳极件的中心、所述顶壁的中心、所述晶圆的中心位于同一条中心线上。

12.一种在晶圆衬底上电镀金属层的方法，其特征在于，采用如权利要求1～11所述的任意一种所述晶圆电镀装置，包括下述步骤：

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括：所述浸润液中包含水、待镀金属离子和/或助剂；所述助剂为酸、还原剂、金属配位剂、表面活性剂中的任一种或组合。

技术总结本申请提供一种水平晶圆电镀装置和电镀方法，包括放置在固定承载件上的晶圆，晶圆的待镀面水平朝上；阳极件，移动设置于晶圆的上方、与晶圆的待镀面平行间隔对应放置；浸润罩，移动设置于晶圆的上方、设置为与承载件密封组配；浸润罩和阳极件分别在浸润模式和电镀模式下与晶圆切换对置，当处于浸润模式时，浸润罩与承载件组配构成容置有晶圆的密封浸润腔，当处于电镀模式时，阳极件与晶圆的待镀面水平对应放置构成对电极。本申请实施例中，晶圆的待镀面在浸润和电镀模式下均保持固定朝上，浸润液对电镀孔实现更好的浸润效果；且在浸润后，晶圆不进行水平移动或翻转，可避免孔内的浸润液受外力作用脱离或掉落，提升电镀孔填充良率。技术研发人员：孙建军,陈一乾,许素霞,丁清哲受保护的技术使用者：厦门大学技术研发日：技术公布日：2024/5/19