一种晶圆电镀设备的制作方法

本发明涉及半导体电镀，尤其涉及一种晶圆电镀设备。

背景技术：

1、晶圆制程包含电镀工艺，电镀工艺将晶圆形成器件的正面接触电镀液，并在晶圆正面沉积一层金属膜层，以实现晶圆正面形成的多个器件之间的电性互连。电镀工艺包括垂直电镀（即，挂镀）与水平电镀（即，平镀）。挂镀工艺由于需要将晶圆以垂直姿态整体没入电镀液中，因此存在电镀液消耗量大、电镀设备所需腔室较大及整体电镀设备成本及制造难度较大的缺陷。而平镀工艺只需要将晶圆以水平姿态接触电镀液，因此平镀设备所需腔室深度较小，电镀液消耗量较少及电镀设备的整体体积及制造成本也较低，因此正成为一种主流电镀设备。

2、平镀设备所使用的电镀腔通常采用化学镀工艺，即在无外加电流的情况下借助的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并附着至晶圆表面的镀覆工艺。平镀设备包括由下至上依次设置的阳极和阴极，阳极所产生的阳离子透过离子交换膜进入阴极液以对晶圆进行电镀。在使用平镀工艺进行晶圆电镀的过程中，电镀设备的阳极不断消耗，导致阳极与阴极之间的距离逐渐增加，影响晶圆镀层的均匀度。

3、有鉴于此，有必要对现有技术中的晶圆电镀设备予以改进，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于揭示一种晶圆电镀设备，用以解决现有平镀设备所使用电镀腔的阳极与阴极之间距离恒定，电镀过程中由于阳极不断消耗导致阳极与阴极之间距离逐渐增加从而影响晶圆镀层均匀度的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种晶圆电镀设备，包括：电镀腔室，所述电镀腔室居中开设阳极池，所述阳极池内设置周缘与阳极池内壁贴合的阳极板，所述电镀腔室内于所述阳极池上方连接阴极池，所述阴极池靠近阳极板一侧附着离子交换膜，所述阳极池的池底连接驱使所述阳极板靠近或远离阴极池的顶升装置；

3、所述阳极池连通阳极液通道，阳极电解液通过阳极进液通道依次与阳极板的上表面以及离子交换膜接触，所述阴极池的池壁连通若干阴极液通道，所述电镀腔室侧壁连接阴极进液口，阴极电解液通过所述阴极进液口和阴极液通道流入所述阴极池内。

4、作为本发明的进一步改进，所述阳极进液通道的进液口居中设置于所述阳极池底壁的中心处，所述阳极池的池底固接不少于三个的导向柱，若干所述导向柱与所述进液口之间的距离均相等；

5、所述阳极进液通道以及多个所述导向柱均垂直向上穿过所述阳极板，所述阳极进液通道的顶端与每个导向柱的顶端分别连接一阳极液管，每个所述阳极液管均与所述阳极进液通道连通，每个所述阳极液管分别开设若干阳极液孔。

6、作为本发明的进一步改进，所述导向柱设置数量为四个，连接于每个所述导向柱与阳极进液通道之间的阳极液管具有的若干阳极液孔开设于同侧的长度方向侧壁处，相邻所述阳极液孔之间的排布距离在靠近阳极进液通道至远离进液通道的方向上逐渐增大；

7、所述阳极液管靠近所述导向柱的位置处开设不少于一个的阳极液补充孔。

8、作为本发明的进一步改进，所述电镀腔室包括底座、外壳体以及罩体，所述底座围绕周缘形成环形台阶，所述外壳体环绕所述环形台阶设置，所述罩体连接于所述外壳体顶端；

9、所述阳极池居中开设于底座的顶面，所述阴极池包括环形连接座和离子交换板，所述环形连接座的底面贴合设置于所述底座的环形顶面，所述离子交换板的周缘固接于所述环形连接座远离外壳体一侧，所述离子交换膜覆盖于所述离子交换板靠近阳极池的表面处，所述离子交换板开设若干交换口；

10、所述离子交换板与环形连接座之间围成阴极液腔，所述阴极液通道一端与所述环形连接座相连，另一端伸入所述阴极液腔内，所述底座开设与阴极液通道连通的阴极液路。

11、作为本发明的进一步改进，所述底座连接阴极进液口，所述阴极液路包括第一液路和第二液路，所述第一液路一端与进液口连通，另一端于所述底座内水平延伸至与第二液路的底端相连，所述第二液路于所述底座内沿竖直方向延伸至底座顶端。

12、作为本发明的进一步改进，所述离子交换板设置为锥形板，所述离子交换板的中心处为最低点且伸入阳极池内，所述离子交换板的上表面连接与阴极液通道数量一致的卡持座，所述阴极液通道远离环形连接座的一端嵌于卡持座内，并且所述阴极液通道形成与所述离子交换板平行的倾斜度。

13、作为本发明的进一步改进，所述底座的顶面呈环形开设溢流台阶，所述溢流台阶与阳极池连通且所述溢流台阶的内径大于所述阳极池的内径，所述溢流台阶的顶面均布多个出液孔，所述底座靠近底面处环形开设出液通道，若干所述出液孔均匀所述出液通道连通。

14、作为本发明的进一步改进，所述底座靠近底壁处开设与进液口以及出液通道同心分布的环形通道，所述环形通道与阴极进液口连通，所述第一液路和第二液路于底座内均布多组，多个所述第一液路的底端均与所述环形通道连通。

15、作为本发明的进一步改进，所述阴极液通道设置为圆柱状管道，多个所述阴极液通道沿长度方向同侧分布若干阴极液通孔。

16、作为本发明的进一步改进，所述底座一体成型多个托耳。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：首先，通过设置于阳极池内的顶升装置，由阳极液通道通入阳极池内的阳极电解液与阳极板的上表面接触且液面不断升高，直至与阴极池靠近阳极池一侧的离子交换膜接触，阳离子进入阴极池中从而对阴极池处的晶圆进行电镀。在上述过程中，阳极板逐渐消耗，其厚度不断减小，表面高度降低，通过顶升装置对阳极板于阳极池内的高度进行调节令阳极板上升，从而实现在阳极板逐渐消耗的过程中阳极板与阴极池之间的距离保持不变的效果，进而达到保持阳极液中阳离子分布均匀的目的以保持晶圆电镀效果。

18、其次，通过于阳极池的池底固接若干导向柱，若干导向柱竖直向上穿过阳极板，在顶升装置驱使阳极板上升的过程中，导向柱能够对阳极板起到有效的导向效果以保持阳极板竖直向上的运动状态。并且，通过连通于每个导向柱与阳极液通道之间的阳极液管，阳极液经过阳极液通道通入后流经每个阳极液管后通过开设于每个阳极液管的若干阳极液孔注入阳极池内并与阳极板的上表面接触，通过沿阳极液管长度方向均布的若干阳极液孔，可使阳极液能够均匀且缓慢注入阳极池内从而达到与阳极板上表面各处均匀接触的效果，进一步提高阳极液中阳离子分布的均匀程度，从而实现提高晶圆电镀效果的目的。

19、最后，阳极液在阳极池中处于圆周流动的状态，围绕导向柱流动的阳极液流速较低，导致导向柱穿出处的阳极板离子失去速度慢而形成凸起，使得阳极板表面产生凹凸不平的状态以使得阳极板各处与阴极池之间的距离不一致从而影响阳极液中离子分布的均匀程度，通过阳阳极液管长度方向分布的阳极液孔之间的距离逐渐增大的设计，保持阳极池内各处的阳极液流速一致以避免阳极板表面产生凸起；进一步的，靠近导向柱的位置开设阳极液补充孔以加快导向柱周围阳极液的流速，从而达到更好的避免凸起产生的效果，以保证阳极液中离子分布均匀性。

技术特征：

1.一种晶圆电镀设备，其特征在于，包括：电镀腔室，所述电镀腔室居中开设阳极池，所述阳极池内设置周缘与阳极池内壁贴合的阳极板，所述电镀腔室内于所述阳极池上方连接阴极池，所述阴极池靠近阳极板一侧附着离子交换膜，所述阳极池的池底连接驱使所述阳极板靠近或远离阴极池的顶升装置；

2.根据权利要求1所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述阳极进液通道的进液口居中设置于所述阳极池底壁的中心处，所述阳极池的池底固接不少于三个的导向柱，若干所述导向柱与所述进液口之间的距离均相等；

3.根据权利要求2所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述导向柱设置数量为四个，连接于每个所述导向柱与阳极进液通道之间的阳极液管具有的若干阳极液孔开设于同侧的长度方向侧壁处，相邻所述阳极液孔之间的排布距离在靠近阳极进液通道至远离进液通道的方向上逐渐增大；

4.根据权利要求2所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述电镀腔室包括底座、外壳体以及罩体，所述底座围绕周缘形成环形台阶，所述外壳体环绕所述环形台阶设置，所述罩体连接于所述外壳体顶端；

5.根据权利要求4所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述底座连接阴极进液口，所述阴极液路包括第一液路和第二液路，所述第一液路一端与进液口连通，另一端于所述底座内水平延伸至与第二液路的底端相连，所述第二液路于所述底座内沿竖直方向延伸至底座顶端。

6.根据权利要求5所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述离子交换板设置为锥形板，所述离子交换板的中心处为最低点且伸入阳极池内，所述离子交换板的上表面连接与阴极液通道数量一致的卡持座，所述阴极液通道远离环形连接座的一端嵌于卡持座内，并且所述阴极液通道形成与所述离子交换板平行的倾斜度。

7.根据权利要求5所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述底座的顶面呈环形开设溢流台阶，所述溢流台阶与阳极池连通且所述溢流台阶的内径大于所述阳极池的内径，所述溢流台阶的顶面均布多个出液孔，所述底座靠近底面处环形开设出液通道，若干所述出液孔均匀所述出液通道连通。

8.根据权利要求7所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述底座靠近底壁处开设与进液口以及出液通道同心分布的环形通道，所述环形通道与阴极进液口连通，所述第一液路和第二液路于底座内均布多组，多个所述第一液路的底端均与所述环形通道连通。

9.根据权利要求6所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述阴极液通道设置为圆柱状管道，多个所述阴极液通道沿长度方向同侧分布若干阴极液通孔。

10.根据权利要求9所述的晶圆电镀设备，其特征在于，所述底座一体成型多个托耳。

技术总结本发明提供了一种晶圆电镀设备，包括电镀腔室，电镀腔室居中开设阳极池，阳极池内设置周缘与阳极池内壁贴合的阳极板，电镀腔室内于阳极池上方连接阴极池，阴极池靠近阳极板一侧附着离子交换膜，阳极池的池底连接驱使阳极板靠近或远离阴极池的顶升装置；阳极池连通阳极液通道，阳极电解液通过阳极进液通道依次与阳极板的上表面以及离子交换膜接触，阴极池的池壁连通若干阴极液通道，电镀腔室侧壁连接阴极进液口，阴极电解液通过阴极进液口和阴极液通道流入阴极池内。本发明用以解决现有技术中平镀设备所使用电镀腔的阳极与阴极之间距离恒定，电镀过程中由于阳极不断消耗导致阳极与阴极之间距离逐渐增加从而影响晶圆镀层均匀度的问题。技术研发人员：杨仕品,华斌受保护的技术使用者：苏州智程半导体科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11