專利名稱：化學電鍍方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明關于一種化學電鍍銅方法，尤其是關于一種適用于半導體工藝中的化學電鍍銅方法。
背景技術：
在集成電路中，制造銅導線的方法是以化學電鍍(Electro-ChemicalPlating)設備在已沉積銅晶種層上電鍍一層銅薄膜。電鍍后，晶片上銅薄膜的周圍一圈總是產生剝落的情形，以致于造成后續工藝粒子污染或合格率低的情況。因此在化學電鍍工藝后，增加一道工藝以洗去晶片上周圍一圈的銅薄膜，以避免銅薄膜剝落所產生的后續問題。
在已知的化學電鍍設備中，設備商已經設計了一個洗邊組件(IBC，Integrated Bevel Clean)用來洗去晶片上周圍一圈的銅薄膜。已知洗邊工藝借助洗邊組件在電鍍后晶片的周圍一圈噴灑用來溶解銅薄膜的溶液，以去除周圍的銅薄膜。常用來溶解銅薄膜的溶液包含硫酸、過氧化氫(H2O2)和去離子水的混合物。
然而，晶片洗邊的工藝常在噴灑溶解銅薄膜的溶液的過程中，無法避免將溶液噴灑在晶片的其它部分(非周圍一圈)，從而造成功能正常的集成電路的銅導線也遭溶液的侵蝕破壞。因此，集成電路制造商需要一種創新的方法以克服解決上述的問題。

發明內容
因此本發明的目的就是提供一種化學電鍍銅方法，用以防止電鍍后晶片的周圍一圈生成銅薄膜。
本發明的另一目的是提供一種化學電鍍銅裝置，用以防止電鍍后晶片的周圍一圈生成銅薄膜，而使化學電鍍銅裝置不再需要洗邊組件。
根據本發明的上述目的，提出一種化學電鍍方法，適用于將銅薄膜電鍍在一晶片上，且可避免將銅薄膜電鍍在晶片的周圍。此化學電鍍銅方法以銅電極連接電源的正極，以晶片連接環狀點接觸電極。執行電鍍時，該環狀點接觸電極和該晶片的周圍部分間接觸面的壓力需小于一預定臨界值。該環狀點接觸電極和該晶片的非周圍部分間的接觸面的壓力需大于此預定臨界值。根據本發明的另一目的，提供一種化學電鍍銅裝置。此化學電鍍銅裝置與電源電性連接，其適用于將銅薄膜電鍍在一晶片上，用來防止晶片的周圍被鍍上銅薄膜。此化學電鍍銅裝置包含環狀點接觸電極，此環狀點接觸電極接觸該晶片具有集成電路IC的一面。此化學電鍍銅裝置還包含一推力墊接觸晶片。推力墊分別施加不同壓力于晶片的周圍、非周圍部分和環狀點接觸電極間的接觸面，其中該晶片的該周圍部分和該環狀點接觸電極間的接觸面的壓力小于一預定臨界值，該晶片的非周圍部分和該環狀點接觸電極間的接觸面的壓力大于此預定臨界值。
由上述可知，應用本發明的化學電鍍銅方法，借助控制電鍍陰極和晶片間的歐姆接觸壓力，可防止銅薄膜在晶片的周圍一圈的沉積。此外，應用本發明化學電鍍設備的推力墊和氣墊座可取代已知化學電鍍設備中的洗邊組件的作用。
附圖簡單說明為使本發明的上述和其它目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下

圖1顯示按照本發明一較佳實施例的一種化學電鍍原理的示意圖；圖2顯示按照本發明一較佳實施例的一種歐姆接觸壓力和電鍍銅薄膜厚度的關系圖；以及圖3顯示按照本發明一較佳實施例的一種化學電鍍銅裝置的示意圖。
組件代表符號19正極20電源21負極30氣墊座32非周圍氣孔33氣墊
34周圍氣孔36推力墊38推力墊施于晶片的壓力40晶片42環狀點接觸電極44電解液容器46電解液48銅電極50/60關系線實施方式參照圖1，其顯示按照本發明一較佳實施例的一種化學電鍍原理的示意圖。本發明的化學電鍍方法應用于銅工藝形成銅導線。在化學電鍍工藝前需在晶片上先形成銅晶種層作為電極，在電鍍時銅晶種層作為陰極24，此陰極24和電源20的負極21連接。另一方面，銅電極22和該電源20的陽極19連接。在電鍍時，銅離子由該銅電極22解離出來，借助銅離子的對流(convection)和遷移(migration)的效應，銅離子會移動到該陰極24附近，最后擴散(diffusion)到銅晶種層(陰極)24上。為了要去除電鍍后晶片的周圍一圈的銅薄膜，本發明的化學電鍍銅方法借助控制電鍍陰極(Cathode)和晶片間的歐姆接觸(Ohmi-contact)壓力，來防止銅薄膜在晶片的周圍一圈的沉積。換句話說，電鍍陰極和晶片間的歐姆接觸壓力若小于某臨界值，銅薄膜無法沉積在晶片上。因此，在以下的較佳實施例中，借助對晶片的周圍一圈和非周圍的部分分別施以不同的歐姆接觸壓力(該晶片周圍的歐姆接觸壓力較小；該晶片的非周圍部分的歐姆接觸壓力較大)，來防止銅薄膜在該晶片的周圍一圈的沉積。
參照圖2，其顯示按照本發明一較佳實施例的一種歐姆接觸壓力和電鍍銅薄膜厚度的關系圖。此圖是化學電鍍的操作過程中所記錄的該歐姆接觸壓力和該電鍍銅薄膜厚度的關系圖。關系線60表示當該歐姆接觸壓力在大于23psi時的電鍍銅薄膜速度；關系線50表示當該歐姆接觸壓力小于13psi時的電鍍銅薄膜速度。該關系線60的電鍍銅薄膜速度明顯比該關系線50快許多。在本發明較佳實施例中，晶片的周圍一圈使用該關系線50的電鍍銅薄膜速度，而該晶片的該非周圍部分則使用該關系線60的電鍍銅薄膜速度。因此，當該晶片的非周圍部分在電鍍的過程中已達成所需的厚度，該晶片的外周圍一圈卻只能沉積很薄的銅薄膜。
圖3顯示按照本發明一較佳實施例的一種化學電鍍銅裝置的示意圖。此圖顯示應用上述的化學電鍍銅方法的一種裝置。此化學電鍍裝置包括電源20、電解液容器44、電解液46、銅電極48、環狀點接觸電極42、推力墊36和氣墊座30。當化學電鍍開始執行時，該晶片40放在該環狀點接觸電極42和該推力墊36之間。該環狀點接觸電極42接觸該晶片40具有集成電路IC的一面，使該晶片40上的銅晶種層(未顯示)連接該電源20負的該電21。因此，該銅晶種層上可以沉積銅薄膜。該環狀點接觸電極42和該晶片40間的該歐姆接觸壓力是通過與該推力墊36接觸提供。該氣墊座30的作用是控制該推力墊36和該晶片40的壓力分布。該氣墊座30借助噴氣形成的氣墊(air bearing)33，施壓力于該推力墊36。為了防止該銅薄膜在該晶片40的周圍一圈的沉積，該晶片40的周圍一圈的該歐姆接觸壓力需小于13psi的壓力。該氣墊座30借助在周圍和非周圍疏密不同設計來達到壓力不同的目的。該氣墊座30在周圍部分的氣孔34密度較疏，而在非周圍部分的氣孔32的氣孔較密。本發明應用壓力分布來控制電鍍的區域。但是，施加壓力的方式并不局限于上述的方式。當該晶片40的該非周圍的部分和該環狀點接觸電極42間的歐姆接觸壓力大于23psi，且晶片40周圍部分和該環狀點接觸電極42間的歐姆接觸壓力小于13psi時，本發明就可以防止該銅薄膜在該晶片的周圍一圈的沉積，上述的歐姆接觸壓力除了需符合臨界壓力外，還需以不破壞晶片為原則。
由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明的化學電鍍銅方法，借助控制該電鍍陰極和該晶片間的該歐姆接觸壓力，可防止該銅薄膜在該晶片的周圍一圈的沉積。此外，應用本發明化學電鍍設備的推力墊和氣墊座可取代已知化學電鍍設備中洗邊組件的功能。
雖然本發明以一較佳實施例公開如上，然而其并非用于限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，可作各種改動與潤色，因此本發明的保護范圍以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種化學電鍍銅方法，適用于將銅薄膜電鍍在一晶片上，且不會將鍍膜鍍在該晶片的周圍，該化學電鍍銅方法至少包括下列步驟(a)將一電源的正極與置于一電解液中的一純銅片作電性連接；(b)將該電源的負極與一環狀點接觸電極作電性連接，且該環狀點接觸電極與該晶片接觸；(c)將該晶片和該環狀點接觸電極一起浸在該電解液中，執行化學電鍍銅工藝；以及(d)在進行電鍍時，該環狀點接觸電極和晶片的周圍部分間接觸面的壓力需小于一預定臨界值，該環狀點接觸電極和該晶片的非周圍部分間的接觸面的壓力需大于該預定臨界值。
2.如權利要求1所述的化學電鍍銅方法，其中該(d)步驟中借助一推力墊接觸該晶片，施加壓力于該晶片和該環狀點接觸電極間的接觸面。
3.如權利要求1所述的化學電鍍銅方法，其中該預定臨界值的范圍從13psi到23psi。
4.一種化學電鍍銅裝置，適用于將銅薄膜電鍍在一晶片上，且不會將鍍膜鍍在該晶片的周圍，該化學電鍍銅裝置至少包括一電源；一電解液容器，其內含有電解液；一銅電極，與該電源的正極連接，該銅電極放在該電解液容器的電解液內；一環狀點接觸電極，與該電源的負極連接，該環狀點接觸電極接觸該晶片；以及一推力墊，接觸該晶片，分別施加不同壓力于該晶片的周圍、非周圍部分和該環狀點接觸電極間的接觸面，其中該環狀點接觸電極和該晶片的周圍部分間接觸面的壓力需小于一預定臨界值，該環狀點接觸電極和該晶片的非周圍部分間的接觸面的壓力需大于該預定臨界值。
5.如權利要求4所述的化學電鍍銅裝置，還包括一氣墊座，借助噴氣施力于該推力墊，再由該推力墊施力于該晶片和該環狀點接觸電極間的接觸面。
6.如權利要求4所述的化學電鍍銅裝置，其中該臨界值的范圍是13psi到23psi。
7.一種分區電鍍銅薄膜方法，適用于將銅薄膜電鍍在一晶片所需電鍍的區域上，該分區銅薄膜電鍍方法至少包括下列步驟將一電源的正極與放置在一電解液中的一純銅片作電性連接；將該電源的負極與一環狀點接觸電極作電性連接，且該環狀點接觸電極與該晶片接觸；將該晶片和該環狀點接觸電極一起浸在該電解液中，執行化學電鍍銅的工藝；以及施加大于23psi的壓力于晶片需要電鍍的區域與該環狀點接觸電極間的接觸面，以電鍍銅薄膜，且施加小于13psi的壓力于晶片不需電鍍區域與該環狀點接觸電極間的接觸面，以防止將銅薄膜電鍍在該區域。
8.如權利要求7所述的分區銅薄膜電鍍方法，還包括借助一推力墊施加壓力于該晶片與該環狀點接觸電極間的接觸面。
9.如權利要求7所述的分區銅薄膜電鍍方法，還包括借助一氣墊座上噴氣孔的疏密，噴出不同壓力氣體以施壓于該推力墊上。
10.如權利要求7所述的分區銅薄膜電鍍方法，其中該晶片不需電鍍的區域是晶片的周圍部分，該晶片需電鍍的區域是晶片的非周圍部分。
全文摘要
一種化學電鍍方法，適用于將銅薄膜電鍍在晶片上，且可避免將銅薄膜電鍍在晶片的周圍部分。此化學電鍍銅方法以銅電極連接電源的正極，以晶片連接環狀點接觸電極。進行電鍍時，環狀點接觸電極和晶片的周圍部分間接觸面的壓力需小于一預定臨界值。環狀點接觸電極和晶片的非周圍部分間的接觸面的壓力需大于此預定臨界值。
文檔編號C25D7/12GK1635189SQ200310123428
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月26日 優先權日2003年12月26日
發明者曹榮志, 劉繼文, 陳科維, 林士琦, 莊瑞萍 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司