專利名稱：無(wú)電電鍍?nèi)芤杭鞍雽?dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)電電鍍(electroless-plating)溶液和半導(dǎo)體器件。更明確地講，本發(fā)明涉及用于形成保護(hù)膜的無(wú)電電鍍?nèi)芤?，該保護(hù)膜用于選擇性保護(hù)半導(dǎo)體器件暴露的互連的表面，而半導(dǎo)體器件具有如下的嵌入互連結(jié)構(gòu)，其中電導(dǎo)體，如銅或銀，嵌入在精細(xì)的凹槽內(nèi)用于在半導(dǎo)體襯底或類似物的表面上形成互連。本發(fā)明還涉及一種半導(dǎo)體器件，其中暴露的互連的表面用保護(hù)膜選擇性加以保護(hù)。
背景技術(shù)：
作為用于在半導(dǎo)體器件內(nèi)形成互連的處理，即所謂的“鑲嵌處理”(damascene process)，已經(jīng)有了實(shí)際的應(yīng)用，其包括用金屬(電導(dǎo)體)填充互連的溝槽和接觸孔。根據(jù)該處理，鋁，或者更近期使用的金屬如銅或銀，嵌入在互連的溝槽和接觸孔內(nèi)，其預(yù)先形成于半導(dǎo)體襯底的級(jí)間(interlevel)電介質(zhì)內(nèi)。之后通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去多余的金屬?gòu)亩挂r底表面平整。
近些年來(lái)，出現(xiàn)了一個(gè)明顯的趨勢(shì)，就是不再使用鋁或鋁合金作為在半導(dǎo)體襯底上形成互連電路的材料，而是使用具有低電阻和高電遷移阻抗的銅(Cu)。銅互連通常通過(guò)用銅填充形成于襯底表面內(nèi)的精細(xì)凹槽而形成。已知有多種用于制造該銅互連的方法，包括CVD、濺射和電鍍。根據(jù)這些技術(shù)中的任何一種，銅膜在襯底的幾乎整個(gè)表面上形成，接著通過(guò)CMP除去不需要的銅。
在通過(guò)該種處理形成互連的實(shí)例中，嵌入互連在平整處理之后具有暴露表面。當(dāng)另外的嵌入互連在這種半導(dǎo)體襯底的互連-暴露表面上形成時(shí)，可能會(huì)遇到如下的問(wèn)題。例如，在下一個(gè)級(jí)間電介質(zhì)形成處理中形成新的SiO2期間，先形成連接的暴露表面可能會(huì)氧化。進(jìn)一步，在腐蝕SiO2層形成互連孔時(shí)，暴露在互連孔底部上的先形成互連可能會(huì)被腐蝕劑、剝落的抗蝕劑等污染。
為了避免這些問(wèn)題，傳統(tǒng)的做法是不僅在暴露互連的半導(dǎo)體襯底表面區(qū)域上，而且在襯底的整個(gè)表面上都形成SiN或類似物的保護(hù)層，借此防止暴露互連被腐蝕劑等污染。
然而，在具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件內(nèi)，在半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上都提供SiN或類似物的保護(hù)膜會(huì)提高級(jí)間電介質(zhì)的介電常數(shù)，從而導(dǎo)致即使使用低電阻材料如銅或銀制造互連也會(huì)使互連延遲，結(jié)果減弱半導(dǎo)體器件的性能。
有鑒于此，有人提出了選擇性覆蓋暴露互連的表面，用對(duì)互連材料如銅或銀具有高粘附性且電阻率(ρ)低的合金膜來(lái)保護(hù)互連。合金膜通過(guò)例如無(wú)電電鍍而獲得。
然而，通過(guò)無(wú)電電鍍來(lái)提供該保護(hù)合金膜會(huì)有如下的與通常用作無(wú)電電鍍還原劑的次磷酸鈉相聯(lián)系的問(wèn)題1)還原劑中含有鈉會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體器件被堿金屬污染。
2)當(dāng)用次磷酸鈉作為還原劑時(shí)，就不可能對(duì)銅或類似物施加氧化性電流。這就必須向銅或類似物提供鈀催化劑，從而增加了處理步驟降低了產(chǎn)量。
3)向銅或類似物提供鈀催化劑，原理上，銅或類似物的下方互連會(huì)被鈀所替代，從而導(dǎo)致形成無(wú)用的互連，結(jié)果降低了互連的穩(wěn)定性。
4)因?yàn)殁Z具有向銅或類似物擴(kuò)散的性質(zhì)，提供鈀催化劑會(huì)提高互連的電阻。
5)除了在形成互連的區(qū)域上，鍍膜可能還會(huì)沉積在絕緣膜上，使得難以執(zhí)行所預(yù)期的選擇性鍍膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于相關(guān)技術(shù)中的上述缺點(diǎn)而制得的。因此本發(fā)明的目的在于提一種無(wú)電電鍍?nèi)芤?，其能夠形成只選擇性覆蓋互連的表面從而保護(hù)互連的鍍膜(保護(hù)膜)，而不會(huì)導(dǎo)致任何堿金屬污染及無(wú)用互連的形成，并且提供一種半導(dǎo)體器件，其中暴露互連選擇性地用保護(hù)膜加以保護(hù)。
為了獲得上述目的，本發(fā)明提供了一種無(wú)電電鍍液，用于在半導(dǎo)體器件，其具有嵌入互連結(jié)構(gòu)，在暴露的互連的表面上選擇性形成鍍膜，該無(wú)電電鍍液包括鈷離子、配位劑和無(wú)堿金屬的還原劑。
使用無(wú)堿金屬還原劑能夠避免半導(dǎo)體器件被堿金屬污染。
烷基胺硼烷(alkylamine borane)可以用作無(wú)堿金屬的還原劑。使用這種還原劑就可能對(duì)銅或銅合金，銀或銀合金施加氧化電流，從而能夠直接進(jìn)行無(wú)電電鍍。進(jìn)一步，使用無(wú)堿金屬的烷基胺硼烷能夠防止半導(dǎo)體器件被堿金屬污染，此外還有可能在不使用鈀催化劑的條件下進(jìn)行無(wú)電電鍍。
烷基胺硼烷的特別實(shí)例可以包括二甲基胺硼烷、二乙基胺硼烷和三甲基胺硼烷。
無(wú)電電鍍液可以進(jìn)一步含有至少一種穩(wěn)定劑，其從一種或多種重金屬化合物和硫化物中選擇，和表面活性劑。
無(wú)電電鍍液的pH值優(yōu)選地用無(wú)堿金屬的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)在5-14的范圍內(nèi)。使用無(wú)堿金屬的pH調(diào)節(jié)劑，如氨水或氫氧化季銨，能夠保持無(wú)電電鍍?nèi)芤簾o(wú)堿金屬。鍍液的pH值優(yōu)選地為6-10。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了用于在半導(dǎo)體器件暴露互連的表面上選擇性形成鍍膜的無(wú)電電鍍液，該半導(dǎo)體器件具有嵌入互連結(jié)構(gòu)，該無(wú)電電鍍?nèi)芤喊ㄢ掚x子、配位劑、含有難熔金屬的化合物和無(wú)堿金屬的還原劑。
鎢和鉬的至少一種可以用作難熔金屬。還原劑可以是烷基胺硼烷。通過(guò)使用該種化合物，無(wú)電電鍍液可以提供Co-W-B合金、Co-Mo-B合金或Co-Mo-W-B合金的保護(hù)膜以覆蓋暴露互連的表面。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種半導(dǎo)體器件，其具有銅或銅合金、或者銀或銀合金互連的嵌入互連結(jié)構(gòu)，其中暴露互連的表面用保護(hù)膜選擇性加以覆蓋，保護(hù)膜用無(wú)電電鍍液通過(guò)無(wú)電電鍍處理而形成，無(wú)電電鍍液包括鈷離子、配位劑和無(wú)堿金屬的還原劑。
通過(guò)這樣選擇性地覆蓋互連表面和用對(duì)銀或銅具有高粘附性且電阻率(ρ)低的合金保護(hù)膜保護(hù)互連，便能夠抑制半導(dǎo)體器件，其具有嵌入互連結(jié)構(gòu)，級(jí)間電介質(zhì)介電常數(shù)的增加。進(jìn)一步，使用低電阻材料如銀或銅作為互連材料，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體的加速和增濃。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其中暴露互連的表面用含鈷金屬的保護(hù)膜選擇性地加以覆蓋。金屬膜的厚度優(yōu)選地為0.1-500nm。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其中暴露互連的表面用含鈷和難熔金屬的合金選擇性地加以覆蓋。難熔金屬優(yōu)選地為鎢和鉬中的至少一種。
本發(fā)明提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括用無(wú)電電鍍液在具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行無(wú)電電鍍從而在該半導(dǎo)體襯底互連的表面上選擇性形成鍍膜保護(hù)層；其中無(wú)電電鍍液包括鈷離子、配位劑和無(wú)堿金屬的還原劑。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括用無(wú)電電鍍液在具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行無(wú)電電鍍從而在該半導(dǎo)體襯底互連的表面上選擇性形成鍍膜保護(hù)層；其中無(wú)電電鍍液包括鈷離子、配位劑、含有難熔金屬的化合物和無(wú)堿金屬的還原劑。
合金的實(shí)例包括Co-B合金、Co-P合金、Co-W-B合金、Co-W-P合金、Co-Mo-B合金、Co-Mo-P合金、Co-W-Mo-B合金、Co-W-Mo-P合金、Co-Ti-B合金、Co-Ti-P合金、Co-Ta-B合金、Co-Ta-P合金、Co-Ti-Ta-B合金、Co-Ti-Ta-P合金、Co-Ti-W-B合金、Co-Ti-W-P合金、Co-Ti-Mo-B合金、Co-Ti-Mo-P合金、Co-Ti-Ta-B合金、Co-Ti-Ta-P合金、Co-Ta-W-B合金、Co-Ta-W-P合金、Co-Ta-Mo-B合金、Co-Ta-Mo-P合金、Co-Ti-W-Mo-B合金、Co-Ti-W-Mo-P合金、Co-Ta-W-Mo-B合金、Co-Ta-W-Mo-P合金、Co-Ti-Ta-W-Mo-B合金和Co-Ti-Ta-W-Mo-P合金。
附圖簡(jiǎn)述圖1A-C按照處理順序圖解了根據(jù)本發(fā)明在半導(dǎo)體器件中形成銅互連的實(shí)例；圖2是無(wú)電電鍍器件實(shí)例的概圖；圖3是無(wú)電電鍍器件另一個(gè)實(shí)例的概圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明用于制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體制造裝置實(shí)例的平面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明用于制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體制造裝置另一個(gè)實(shí)例的平面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明用于制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體制造裝置再一個(gè)實(shí)例的平面圖；圖7A和7B是在示例中獲得的測(cè)試樣品SEM圖象的簡(jiǎn)圖；和圖8A和8B是在對(duì)照示例中獲得的測(cè)試樣品SEM圖象的簡(jiǎn)圖。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式現(xiàn)在參考


本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1A-2C按照處理步驟的順序圖解了根據(jù)本發(fā)明在半導(dǎo)體器件中形成銅互連的實(shí)例。如圖1A所示，SiO2絕緣膜2沉積在導(dǎo)電層1a上，其形成于承受半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體基部上?；ミB的接觸孔3和溝槽4通過(guò)光刻/蝕刻技術(shù)形成于絕緣膜2內(nèi)。之后，TaN或類似物的阻擋層(barrier layer)在整個(gè)表面上形成，作為電鍍電供應(yīng)層的銅籽晶層(copper seed layer)6通過(guò)濺射或類似方法而在阻擋層5上形成。
而后，如圖1B所示，在半導(dǎo)體襯底W的表面上進(jìn)行銅鍍從而用銅填充接觸孔3和溝槽4，同時(shí)在絕緣膜2上沉積銅膜7。之后，絕緣層2上的銅膜7和阻擋層5通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)而去除，從而使填充互連接觸孔3和溝槽4的銅膜7的表面和絕緣膜2的表面基本上位于同一平面。由銅籽晶層6和銅膜7構(gòu)成的互連8，如圖1C所示，便形成于絕緣層2內(nèi)。
接著，在半導(dǎo)體襯底W的表面上進(jìn)行無(wú)電電鍍，從而在互連8的暴露表面上選擇性地形成由合金膜構(gòu)成的保護(hù)膜9，借此保護(hù)互連8。保護(hù)膜9的厚度通常為0.1-500nm，優(yōu)選地為1-200nm，更優(yōu)選地為10-100nm。
保護(hù)膜通過(guò)例如使用含鈷離子、配位劑、pH緩沖液、pH調(diào)節(jié)劑和用作還原劑的烷基胺硼烷的無(wú)電電鍍液而形成，或者用進(jìn)一步含有難熔(高熔點(diǎn))金屬如鎢和鉬的鍍液，并將半導(dǎo)體襯底W表面浸泡在鍍液中。
如果需要，鍍液可以進(jìn)一步含有至少一種穩(wěn)定劑，其從一種或多種重金屬化合物和硫化物中選擇，和表面活性劑。進(jìn)一步，用pH調(diào)節(jié)劑如氨水或氫氧化季銨將鍍液的pH值優(yōu)選地調(diào)節(jié)在5-14，更優(yōu)選地為6-10。鍍液的溫度通常為30-90℃，優(yōu)選地為40-80℃。
通過(guò)提供保護(hù)性膜9來(lái)保護(hù)互連8，則在其上形成另外的嵌入互連結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠在下一個(gè)級(jí)間電介質(zhì)形成處理中形成新的SiO2期間防止互連表面發(fā)生氧化，并防止在腐蝕SiO2層時(shí)互連被腐蝕劑、剝落的抗蝕劑等污染。
使用含鈷離子、配位劑、pH緩沖液、pH調(diào)節(jié)劑和用作還原劑的烷基胺硼烷的鍍液，提供了由Co-B合金膜構(gòu)成的保護(hù)膜9。使用進(jìn)一步含有難熔金屬，如鎢和鉬，的鍍液，提供了由Co-W-B合金膜、Co-Mo-B合金膜或Co-Mo-W-B合金膜構(gòu)成的保護(hù)膜。
通過(guò)選擇性覆蓋互連8的表面和用保護(hù)膜9保護(hù)互連8，其中保護(hù)膜9由對(duì)作為互連材料的銅具有高粘附性且具有低電阻率(ρ)的合金膜構(gòu)成，能夠抑制半導(dǎo)體器件級(jí)間電介質(zhì)介電常數(shù)的提高，其中該半導(dǎo)體器件具有嵌入互連結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，使用低電阻材料銅作為互連材料能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體的加速和增濃。
盡管該實(shí)例顯示的是使用銅作為互連材料，但銅合金、銀或銀合金也可以使用。
鍍液中所含的鈷離子可以由鈷鹽提供，例如硫酸鈷、氯化鈷或醋酸鈷。鈷離子的含量通常為0.001-1mol/L，優(yōu)選地為0.01-0.3mol/L。
配位劑特別的實(shí)例可以包括羧酸，例如醋酸，及其鹽；氫氧基羧酸(oxycarboxylic acid)，例如酒石酸和檸檬酸，及其鹽；胺基羧酸(aminocarboxylic acid)，例如氨基乙酸，及其鹽。這些化合物可以單獨(dú)使用或者作為兩種或兩種以上的混合物使用。配位劑的總量通常為0.001-1.5mol/L，優(yōu)選地為0.01-1.0mol/L。
關(guān)于pH緩沖液，任何不含鈉或任何其他堿金屬的緩沖液都可以使用。硫酸銨、氯化銨和硼酸可以作為特別的實(shí)例。所用pH緩沖液的含量通常為0.01-1.5mol/L，優(yōu)選地為0.1-1mol/L。
關(guān)于pH調(diào)節(jié)劑，任何不含鈉或任何其他堿金屬的pH調(diào)節(jié)劑都可以使用。氨水和氫氧化四甲基銨(TMAH)可以作為特別的實(shí)例。通過(guò)使用pH調(diào)節(jié)劑，鍍液的pH通?？梢哉{(diào)節(jié)在5-14，優(yōu)選地為6-10。
同樣地，還原劑也應(yīng)當(dāng)不含鈉或任何其他的堿金屬。優(yōu)選地是使用烷基胺硼烷。作為烷基胺硼烷，會(huì)提到的是二甲基胺硼烷(DMAB)和二乙基胺硼烷。所用還原劑的含量通常為0.01-1mol/L，優(yōu)選地為0.01-0.5mol/L。
含難熔金屬的化合物的實(shí)例可以包括鎢酸、鉬酸及其鹽；和雜多酸(heteropoly acid)，例如磷鎢酸(例如H3(PW12P40)·nH2O)，及其鹽。當(dāng)保護(hù)膜不是用無(wú)電電鍍形成時(shí)也可以使用Ti或Ta。所用含難熔金屬的化合物的含量通常為0.001-1mol/L，優(yōu)選地為0.01-0.1mol/L。鈷/難熔金屬合金的實(shí)例包括Co-B合金、Co-P合金、Co-W-B合金、Co-W-P合金、Co-Mo-B合金、Co-Mo-P合金、Co-W-Mo-B合金、Co-W-Mo-P合金、Co-Ti-B合金、Co-Ti-P合金、Co-Ta-B合金、Co-Ta-P合金、Co-Ti-Ta-B合金、Co-Ti-Ta-P合金、Co-Ti-W-B合金、Co-Ti-W-P合金、Co-Ti-Mo-B合金、Co-Ti-Mo-P合金、Co-Ti-Ta-B合金、Co-Ti-Ta-P合金、Co-Ta-W-B合金、Co-Ta-W-P合金、Co-Ta-Mo-B合金、Co-Ta-Mo-P合金、Co-Ti-W-Mo-B合金、Co-Ti-W-Mo-P合金、Co-Ta-W-Mo-B合金、Co-Ta-W-Mo-P合金、Co-Ti-Ta-W-Mo-B合金和Co-Ti-Ta-W-Mo-P合金。其中，根據(jù)本發(fā)明，在無(wú)電電鍍中特別優(yōu)選地使用含鎢和/或鉬的合金。因?yàn)椴缓袎A金屬，含硼或磷的合金也屬于可用范圍。含Ti或Ta的合金在非無(wú)電電鍍處理中使用。
除了上面所提到的化合物，其它已知的添加劑也可以加入到鍍液中。可用添加劑的實(shí)例包括鍍液穩(wěn)定劑(bath stabilizer)，其可以是重金屬化合物，例如鉛化合物、硫化合物如硫氰酸鹽、或其混合物，和陰離子、陽(yáng)離子或非離子型表面活性劑。
如上所述，優(yōu)選地使用無(wú)鈉的烷基胺硼烷作為還原劑。使用烷基胺硼烷使得有可能對(duì)銅、銅合金、銀或銀合金施加氧化電流，從而避免鈀催化劑的使用，從而能夠直接進(jìn)行無(wú)電電鍍，并且能夠防止半導(dǎo)體器件被堿金屬污染。因此，無(wú)電電鍍液，其使用烷基胺硼烷作為還原劑，使得有可能通過(guò)將半導(dǎo)體器件表面浸入鍍液中而進(jìn)行無(wú)電電鍍，而無(wú)須施加鈀催化劑。這能夠減少所需要的處理步驟從而提高產(chǎn)量，防止由于鈀替代而導(dǎo)致的銅互連內(nèi)無(wú)用互連的形成和避免由鈀擴(kuò)散所導(dǎo)致的互連阻抗的提高。
進(jìn)一步地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在使用含以烷基胺硼烷作為還原劑的鍍液進(jìn)行無(wú)電電鍍時(shí)，鍍膜選擇性地沉積在銅或銀上。這便能夠選擇性地只鍍覆互連區(qū)域。
圖2是無(wú)電電鍍裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，該無(wú)電電鍍裝置包括固定裝置11，其用于將半導(dǎo)體襯底W固定在其上表面；壩阻部件(dam member)(鍍液承載機(jī)構(gòu))31，其用于接觸由固定裝置11固定的半導(dǎo)體襯底W待鍍覆表面(上表面)的外周邊緣部分以密封該外周邊緣部分；和噴頭(無(wú)電電鍍液(散射)供應(yīng)裝置)41，其用于向待鍍覆表面提供鍍液(無(wú)電電鍍液)，其中待鍍覆表面屬于外周邊緣部分用壩阻部件31密封的半導(dǎo)體襯底W。無(wú)電電鍍裝置進(jìn)一步包括清洗液供應(yīng)裝置51，其設(shè)置在固定裝置的上側(cè)外周邊緣附近用于向半導(dǎo)體襯底W的待鍍覆表面供應(yīng)清洗液；回收容器61，其用于回收釋放的清洗液或類似物(鍍廢液)；鍍液回收噴嘴65，其用于吸入和回收保留在半導(dǎo)體襯底W上的鍍液；和電動(dòng)機(jī)(旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置)M，其用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)固定裝置11。
固定裝置11在其上表面上具有用于置放和固定半導(dǎo)體襯底W的襯底置放部分13。襯底置放部分13適合于引入和固定半導(dǎo)體襯底W。特別地，襯底置放部分13具有真空吸引機(jī)構(gòu)(未顯示)，用于通過(guò)真空吸力將半導(dǎo)體襯底W吸引在其背部。平面狀的背部加熱器(加熱裝置)15對(duì)半導(dǎo)體襯底W的待鍍覆表面從底部進(jìn)行加熱以保持其溫暖，并且安裝在半導(dǎo)體置放部分13的背面。背部加熱器15由例如橡膠加熱器構(gòu)成。該固定裝置11通過(guò)電動(dòng)機(jī)M進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)提升裝置(未顯示)而實(shí)現(xiàn)垂直運(yùn)動(dòng)。
壩阻部件31呈圓柱形，在其下部安裝有密封部分33用于密封半導(dǎo)體襯底W的外周邊緣，安裝壩阻部件是為了避免發(fā)生從圖示位置的垂直移動(dòng)。
噴頭41是如下的一種結(jié)構(gòu)，在其前端安裝有許多適合于以淋浴形式散射所提供的鍍液、并適合于將鍍液基本上均勻地提供到半導(dǎo)體襯底W待鍍覆表面的噴嘴。清洗液供應(yīng)裝置51具有適合于從噴嘴53噴射清洗液的結(jié)構(gòu)。
鍍液回收噴嘴65適合于向上、向下和搖擺運(yùn)動(dòng)，鍍液回收噴嘴65的前端適合于向內(nèi)降低，從而低于位于半導(dǎo)體襯底W邊緣部分上表面上的壩阻部件31，并適合于吸入半導(dǎo)體襯底W上的鍍液。
下面說(shuō)明無(wú)電電鍍裝置的操作。首先，固定裝置11從圖示位置降低從而在固定裝置11和壩阻部件31之間提供具有預(yù)先確定尺寸的縫隙，半導(dǎo)體襯底W位于并固定于襯底置放部分13上。例如用8英寸的晶片作為半導(dǎo)體襯底W。
然后，提升固定裝置11并使其上表面與壩阻部件31的下表面相接觸，如圖2所示，且半導(dǎo)體襯底W的外周邊緣用壩阻部件31的密封部分33加以密封。此時(shí)，半導(dǎo)體襯底W的表面處于開放狀態(tài)。
然后，半導(dǎo)體襯底W本身通過(guò)背部加熱器15而直接加熱，同時(shí)從噴頭41注入鍍液并將鍍液傾倒于半導(dǎo)體襯底W的基本整個(gè)表面上。因?yàn)榘雽?dǎo)體襯底W的表面被壩阻部件31包圍，傾倒的鍍液都會(huì)保留在半導(dǎo)體襯底W的表面上。所提供鍍液的量可以為小量，在半導(dǎo)體襯底W的表面上為1mm厚(大約30ml)。保留在待鍍表面上的鍍液深度可以為10mm或者更少，甚至和本實(shí)施例一樣為1mm。如果提供少量的鍍液就已足夠，用于加熱鍍液的加熱裝置可以為小尺寸。
如果半導(dǎo)體襯底W本身適合于被加熱，那么需要大量電能消耗進(jìn)行加熱的鍍液溫度就不需要提升到這么高。這是優(yōu)選的，因?yàn)槟軌驕p少電能消耗，并且能夠防止鍍液性能的改變。用于加熱半導(dǎo)體W本身的電能消耗可以較小，儲(chǔ)存在半導(dǎo)體襯底W上的鍍液量也較小。這樣，就能夠容易地通過(guò)背部加熱器15對(duì)半導(dǎo)體襯底W進(jìn)行加保溫，且背部加熱器15的容積可以較小，裝置能夠制得緊湊。如果使用直接冷卻半導(dǎo)體襯底W本身的裝置，就可以在鍍覆期間進(jìn)行加熱與冷卻的轉(zhuǎn)換以改變鍍覆條件。因?yàn)榘雽?dǎo)體襯底上保留的鍍液的量較小，溫度控制可以具有很高的靈敏性。
半導(dǎo)體襯底W瞬時(shí)用電動(dòng)機(jī)M加以旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)待鍍表面進(jìn)行均勻的液體潤(rùn)濕，然后在如下條件下對(duì)待鍍表面進(jìn)行鍍覆，即半導(dǎo)體襯底W處于靜止?fàn)顟B(tài)。特別地，半導(dǎo)體襯底W以100rpm或者更低的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)1秒鐘，從而使鍍液均勻地潤(rùn)濕半導(dǎo)體襯底W的待鍍覆表面。然后保持半導(dǎo)體襯底W處于靜止，進(jìn)行1分鐘的無(wú)電電鍍。瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)時(shí)間最長(zhǎng)為10秒或者更少。
完成鍍覆處理之后，鍍液回收噴嘴65的前端降低到接近位于半導(dǎo)體襯底W的外周邊緣部分的壩阻部件31的內(nèi)部區(qū)域，以吸入鍍液。此時(shí)，如果半導(dǎo)體襯底W以例如100rpm或者更低的旋轉(zhuǎn)速度加以旋轉(zhuǎn)，保留在半導(dǎo)體襯底W上的鍍液能夠在離心力的作用下聚集在壩阻部件31部分內(nèi)，其位于半導(dǎo)體襯底W的外周邊緣部分，從而能夠以良好的效率和較高的回收速度進(jìn)行鍍液回收。降低固定裝置11以分離半導(dǎo)體襯底W與壩阻部件31。半導(dǎo)體襯底W開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，清洗液(超純水)從清洗液供應(yīng)裝置51的噴嘴53噴射到半導(dǎo)體襯底W的鍍覆表面上以冷卻鍍覆表面，并同時(shí)進(jìn)行稀釋和清洗，借此停止無(wú)電電鍍反應(yīng)。此時(shí)，從噴嘴53噴射的清洗液可以供應(yīng)到壩阻部件31從而同時(shí)對(duì)壩阻部件31進(jìn)行清洗。此時(shí)，鍍覆廢液回收到回收容器61內(nèi)并釋放。
鍍液一旦使用便不再重新利用，而是丟掉。如上所述，該裝置所使用的鍍液量與先前技術(shù)相比可以非常地小。這樣，所釋放的鍍液量也很小甚至無(wú)須重新使用。在一些情況下，可以不安裝鍍液回收噴嘴65，所使用的鍍液可以作為鍍廢液而與清洗液一起回收在回收容器61內(nèi)。
然后，半導(dǎo)體襯底W用電動(dòng)機(jī)M以高速加以旋轉(zhuǎn)從而利用自旋脫水，然后將半導(dǎo)體襯底W從固定裝置11上移開。
圖3是另一個(gè)無(wú)電電鍍裝置的概要結(jié)構(gòu)圖。圖3的實(shí)例與前述圖2所示的無(wú)電電鍍裝置不同之處在于，不在固定裝置11內(nèi)安裝背部加熱器15，而是在固定裝置11的上面安置燈加熱器(加熱裝置)17，燈加熱器17和淋浴頭41-1整合在一起。例如同心地安裝多個(gè)具有不同半徑的環(huán)狀燈加熱器17，淋浴頭41-2的許多噴嘴43-2從燈加熱器17之間的縫隙呈環(huán)狀開放。燈加熱器17可以由單一的螺旋形燈加熱器構(gòu)成，或者可以由其它具有各種結(jié)構(gòu)和排列的燈加熱器構(gòu)成。
利用該結(jié)構(gòu)，鍍液能夠從每個(gè)噴嘴43-2基本上均勻地以淋浴形式供應(yīng)到半導(dǎo)體襯底W的待鍍覆表面。進(jìn)一步，半導(dǎo)體襯底W的加熱和保溫能夠通過(guò)燈加熱器17直接均勻地加以執(zhí)行。燈加熱器17不僅加熱半導(dǎo)體襯底W和鍍液，還加熱周圍空氣，從而在半導(dǎo)體襯底W上顯示保溫效應(yīng)。
通過(guò)燈加熱器17直接加熱半導(dǎo)體襯底W需要功率消耗相對(duì)較大的燈加熱器。在該燈加熱器17的位置，功率消耗相對(duì)較小的燈加熱器17和圖2所示的背部加熱器15可以聯(lián)合使用從而主要用背部加熱器加熱半導(dǎo)體襯底W，并主要用燈加熱器17對(duì)鍍液和周圍空氣進(jìn)行保溫。通過(guò)與上述實(shí)施例相同的方式，可以安裝用于直接和或間接冷卻半導(dǎo)體襯底W的裝置執(zhí)行溫度控制。
圖4是半導(dǎo)體制造裝置實(shí)例的平面圖，其用于制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體制造裝置包括容納盒(cassette)201-1的加載/卸載部分201、第一鍍覆設(shè)備202、第一機(jī)器人(robot)203、回收設(shè)備205和206、第二清洗設(shè)備207、第二機(jī)器人208、第一清洗設(shè)備209、第二鍍覆設(shè)備227、第一拋光設(shè)備210和第二拋光設(shè)備211。進(jìn)一步，在第一機(jī)器人203附近安裝有前/后鍍膜厚度測(cè)量設(shè)備212，其用于在鍍覆前后測(cè)量鍍膜的厚度，和干燥狀態(tài)膜厚度測(cè)量設(shè)備213，其用于在拋光后測(cè)量半導(dǎo)體襯底W上干燥狀態(tài)的膜的厚度。
第一拋光設(shè)備210具有拋光臺(tái)210-1、頂圈(top ring)210-2、頂圈頭210-3、膜厚度測(cè)量設(shè)備210-4和推動(dòng)器210-5。第二拋光設(shè)備211具有拋光臺(tái)211-1、頂圈211-2、頂圈頭211-3、膜厚度測(cè)量設(shè)備211-4和推動(dòng)器211-5。
下面說(shuō)明該裝置內(nèi)的處理步驟。
首先，將容納半導(dǎo)體襯底W的盒201-1放置于裝載/卸載部分201的裝載部分上，其中在每個(gè)半導(dǎo)體襯底W上形成銅籽晶層6(見(jiàn)圖1A)。半導(dǎo)體襯底用第一機(jī)器人203取出，并通過(guò)第一鍍覆設(shè)備202形成銅膜7(見(jiàn)圖1B)。銅膜7的形成是通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體襯底W的表面進(jìn)行親水性處理然后再鍍銅而執(zhí)行的。然后進(jìn)行漂洗或清洗。如果空閑一些時(shí)間則可以進(jìn)行干燥。當(dāng)半導(dǎo)體襯底W用第一機(jī)器人203取出時(shí)，鍍銅膜7的膜厚度用鍍前和鍍后膜厚度測(cè)量裝置212加以測(cè)量。將測(cè)量結(jié)果作為記錄數(shù)據(jù)記錄在半導(dǎo)體襯底W上并用于判斷第一鍍覆設(shè)備202的異常。測(cè)量膜厚度之后，第一機(jī)器人203將半導(dǎo)體襯底W傳遞到翻轉(zhuǎn)設(shè)備205，在其中對(duì)半導(dǎo)體襯底W加以翻轉(zhuǎn)。
然后，第二機(jī)器人208從翻轉(zhuǎn)設(shè)備205攜取半導(dǎo)體襯底W，并將其放置在推動(dòng)器210-5或211-5上。然后頂圈210-2或211-2通過(guò)吸取而固定半導(dǎo)體襯底，并將其傳遞到拋光臺(tái)210-1或211-1上，然后將其壓向拋光臺(tái)210-1或211-1的拋光表面從而執(zhí)行拋光。
完成拋光之后，頂圈210-2或211-2將半導(dǎo)體襯底W返回到推動(dòng)器210-5或211-5。第二機(jī)器人208攜取半導(dǎo)體襯底W，并將其攜帶到第一清洗設(shè)備209內(nèi)。此時(shí)，可以向推動(dòng)器210-5或211-5上的半導(dǎo)體襯底W的表面和背面噴射化學(xué)液以去除顆?；蚴沟妙w粒難以粘附在上面。
在第一清洗設(shè)備209中擦凈和清洗半導(dǎo)體襯底W的表面和背面。通過(guò)PVA軋輥海綿用含純水的清洗水擦凈和清洗半導(dǎo)體襯底W的表面和背面，這主要是為了除去顆粒，其中純水內(nèi)加入了表面活性劑、螯合劑或pH調(diào)節(jié)劑。強(qiáng)化學(xué)液如DHF射向半導(dǎo)體襯底W的背面以腐蝕擴(kuò)散的銅。如果不存在銅擴(kuò)散的問(wèn)題，半導(dǎo)體襯底W的背面通過(guò)PVA軋輥海綿用與處理表面相同的化學(xué)液擦凈和清洗。
清洗后，第二機(jī)器人208攜取半導(dǎo)體襯底W，并將其傳遞到翻轉(zhuǎn)設(shè)備206，在該處翻轉(zhuǎn)半導(dǎo)體襯底W。第二機(jī)器人208再次攜取半導(dǎo)體襯底W并將其傳遞到第二鍍覆設(shè)備227，其由例如圖2或圖3所示的無(wú)電電鍍?cè)O(shè)備構(gòu)成。在第二鍍覆設(shè)備227中，半導(dǎo)體襯底W的表面浸沒(méi)在鍍液中，例如上述的無(wú)電電鍍液，從而合金保護(hù)膜9選擇性地在互連8的暴露表面上形成(見(jiàn)圖1C)。之后，第二機(jī)器人208攜取半導(dǎo)體襯底W，并將其傳遞到翻轉(zhuǎn)設(shè)備206，在該處翻轉(zhuǎn)半導(dǎo)體襯底W，然后將半導(dǎo)體襯底傳遞到第二清洗設(shè)備207。在第二清洗設(shè)備中207中，將施加了超音速振動(dòng)的兆聲水(megasonic water)射向半導(dǎo)體襯底W的表面以清洗表面。此時(shí)，表面可以通過(guò)筆型海綿用含純水的清洗液加以清洗，純水中添加有表面活性劑、螯合劑或pH調(diào)節(jié)劑。之后，通過(guò)離心脫水干燥半導(dǎo)體襯底W。
然后第二機(jī)器人208攜取半導(dǎo)體襯底W并不加處理地將其傳遞到翻轉(zhuǎn)設(shè)備206。第一機(jī)器人203將半導(dǎo)體襯底W攜取到翻轉(zhuǎn)設(shè)備206。在如下的情況下，即在用安裝在拋光臺(tái)210-1或211-1附近的膜厚度測(cè)量裝置210-4或211-4測(cè)量完膜厚度之后，半導(dǎo)體襯底W通過(guò)放置在裝載卸載部分201卸載部分內(nèi)的盒201-1加以接收。在需要測(cè)量多層膜膜厚度的情況下，需要進(jìn)行干燥狀態(tài)下的測(cè)量。這樣，膜的厚度便用干燥狀態(tài)膜厚度測(cè)量裝置213測(cè)量一次。
圖5是半導(dǎo)體制造裝置另一個(gè)實(shí)例的平面圖，其用于根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體襯底。利用圖4的襯底處理裝置，該半導(dǎo)體制造裝置執(zhí)行的襯底制造包括如下步驟在其上有籽晶層6的半導(dǎo)體襯底W上形成銅膜7，拋光襯底，在互連8上選擇性形成保護(hù)膜9，借此提供電路互連，其中互連8用保護(hù)膜選擇性地加以保護(hù)。
在該半導(dǎo)體制造裝置中，推動(dòng)器分度器(pusher indexer)225布置在靠近第一拋光裝置210和第二拋光裝置211，襯底放置臺(tái)221、222分別布置在第二清洗設(shè)備207和第二鍍覆設(shè)備227附近，而機(jī)器人223(下文稱之為第二機(jī)器人223)布置在第二鍍覆設(shè)備227和第一鍍覆設(shè)備202附近。進(jìn)一步，機(jī)器人224(下文稱之為第三機(jī)器人224)布置在第一清洗設(shè)備209和第二清洗設(shè)備207附近，而干燥狀態(tài)膜厚度測(cè)量裝置213布置在裝載/卸載部分201和第一機(jī)器人203附近。
第一機(jī)器人203從放置在裝載/卸載部分201裝載部分上的盒201-1內(nèi)攜取其上具有籽晶層6的半導(dǎo)體襯底W，并將其放置在襯底放置臺(tái)221上。然后，第二機(jī)器人223將半導(dǎo)體襯底W傳遞到第一鍍覆設(shè)備202，在該處形成銅膜7(見(jiàn)圖1B)。第二機(jī)器人223傳遞其上形成有銅膜7的半導(dǎo)體襯底W，并用鍍覆前和鍍覆后膜厚度測(cè)量裝置212測(cè)量銅膜7的厚度。測(cè)量膜厚度之后，將半導(dǎo)體襯底攜帶到推動(dòng)器分度器225。
頂圈210-2或211-2通過(guò)吸取將半導(dǎo)體襯底W固定在推動(dòng)器分度器225上，并將其傳遞到拋光臺(tái)210-1或211-1進(jìn)行拋光。拋光之后，頂圈210-2或211-2將半導(dǎo)體襯底2傳遞到膜厚度測(cè)量裝置210-4或211-4測(cè)量膜厚度。然后，頂圈210-2或211-2將半導(dǎo)體襯底W傳遞到推動(dòng)器分度器225并將其放在上面。
然后，第三機(jī)器人224從推動(dòng)器分度器225攜取半導(dǎo)體襯底W，并將其攜帶到第一清洗設(shè)備209。在第一清洗單元209中清洗之后，第三機(jī)器人223攜取已清洗的半導(dǎo)體襯底W，并將其帶到第二鍍覆設(shè)備227，在該處通過(guò)例如無(wú)電電鍍?cè)诨ミB8的表面上選擇性形成保護(hù)膜9，借此保護(hù)互連8(見(jiàn)圖1C)。之后，第三機(jī)器人224將半導(dǎo)體襯底W攜帶到第二清洗設(shè)備207內(nèi)進(jìn)行清洗和干燥，并將已清洗的半導(dǎo)體襯底W放置在襯底放置臺(tái)222上。接著，第一機(jī)器人203攜取半導(dǎo)體襯底W并將其攜帶到干燥狀態(tài)膜厚度測(cè)量裝置213，在該處測(cè)量膜的厚度，然后將襯底放到盒201-1內(nèi)，其位于裝載/卸載部分201的卸載部分上。
圖6是用于根據(jù)本發(fā)明制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體制造裝置另一個(gè)實(shí)例的平面圖。在該半導(dǎo)體制造裝置中安裝有阻擋層形成單元111、籽晶層形成單元112、鍍膜形成單元113、退火單元114、第一清洗單元115、斜面和背面清洗單元116、具有例如如圖2或圖3所示無(wú)電電鍍?cè)O(shè)備的蓋帽涂鍍單元(cap plating unit)117、第二清洗單元118、第一校準(zhǔn)器和膜厚度測(cè)量裝置141、第二校準(zhǔn)器和膜厚度測(cè)量裝置142、第一襯底翻轉(zhuǎn)設(shè)備143、第二襯底翻轉(zhuǎn)設(shè)備144、襯底暫時(shí)放置臺(tái)145、第三膜厚度測(cè)量裝置146、裝載/卸載單元120、第一拋光裝置121、第二拋光裝置122、第一機(jī)器人131、第二機(jī)器人132、第三機(jī)器人133和第四機(jī)器人134。膜厚度測(cè)量裝置141、142和146是正面尺寸與其他單元(鍍覆、清洗、退火單元和類似單元)相同的單元，因此可以互換。
在本實(shí)施例中，無(wú)電Ru鍍裝置能夠用作阻擋層形成單元111，無(wú)電銅鍍裝置能夠用作籽晶層形成單元112，而一個(gè)電鍍裝置用作鍍膜形成單元113。
下面說(shuō)明該裝置內(nèi)的處理步驟。
首先，用第一機(jī)器人131將半導(dǎo)體襯底從放置于裝載/卸載單元120上的盒120a中取出，并以待鍍覆表面朝上的狀態(tài)放置在第一校準(zhǔn)器和膜厚度測(cè)量單元141內(nèi)。為了給進(jìn)行膜厚度測(cè)量的位置設(shè)定參考點(diǎn)，對(duì)膜厚度測(cè)量進(jìn)行凹口校準(zhǔn)(notch alignment)，然后獲得銅膜形成之前的半導(dǎo)體襯底上的膜厚度數(shù)據(jù)。
然后，用第一機(jī)器人131將半導(dǎo)體襯底傳遞到阻擋層形成單元111。阻擋層形成單元111是用于通過(guò)無(wú)電Ru鍍?cè)诎雽?dǎo)體襯底上形成阻擋層的裝置，而阻擋層形成單元111形成Ru膜作為用于阻止銅向半導(dǎo)體器件層間絕緣膜(例如SiO2)擴(kuò)散的膜。清洗和干燥步驟之后卸下的半導(dǎo)體襯底通過(guò)第一機(jī)器人131而傳遞到第一校準(zhǔn)器和膜厚度測(cè)量單元141，在該處測(cè)量半導(dǎo)體襯底的膜厚度，例如阻擋層的膜厚度。
經(jīng)過(guò)膜厚度測(cè)量之后的半導(dǎo)體襯底通過(guò)第二機(jī)器人132攜帶到籽晶層形成單元112，籽晶層6(見(jiàn)圖1A)通過(guò)無(wú)電Cu鍍而在阻擋層上形成。清洗和干燥步驟之后卸下的半導(dǎo)體襯底通過(guò)第二機(jī)器人132傳遞到第二校準(zhǔn)器和膜厚度測(cè)量單元142，用于在半導(dǎo)體襯底傳遞到鍍膜形成單元113之前確定凹口位置，然后對(duì)銅鍍覆進(jìn)行凹口校準(zhǔn)。如果需要，在銅膜形成之前可以再次于膜厚度測(cè)量裝置142內(nèi)測(cè)量半導(dǎo)體襯底的膜厚度。
完成凹口校準(zhǔn)的半導(dǎo)體襯底通過(guò)第三機(jī)器人133傳遞到鍍膜形成單元113，在該處對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行銅鍍。清洗和干燥步驟之后卸下的半導(dǎo)體襯底通過(guò)第三機(jī)器人傳遞到斜面和背面清洗單元116，在該處除去半導(dǎo)體襯底周圍部分不需要的銅膜(籽晶層)。在斜面和背面清洗單元116中，斜面在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行腐蝕，并用化學(xué)液如氫氟酸清洗粘附于半導(dǎo)體襯底背面的銅。此時(shí)，在將半導(dǎo)體襯底傳遞到斜面和背面清洗單元116之前，用第二校準(zhǔn)器和膜厚度測(cè)量裝置142測(cè)量半導(dǎo)體襯底的膜厚度，從而根據(jù)所獲得結(jié)果獲得鍍覆形成的銅膜厚度值，斜面腐蝕時(shí)間可以任意地加以改變而進(jìn)行腐蝕。斜面腐蝕所腐蝕的區(qū)域是相應(yīng)于襯底周圍邊緣部分的區(qū)域，且其中沒(méi)有電流形成，或者是雖然形成了電流但不用作最終芯片的區(qū)域。斜面部分就被包含在該區(qū)域內(nèi)。
在斜面和背面清洗單元116中的清洗和干燥步驟之后卸下的半導(dǎo)體襯底，通過(guò)第三機(jī)器人133傳遞到襯底翻轉(zhuǎn)設(shè)備143。在通過(guò)襯底翻轉(zhuǎn)設(shè)備143翻轉(zhuǎn)半導(dǎo)體襯底使得鍍覆表面直接朝下之后，便通過(guò)第四機(jī)器人134將半導(dǎo)體襯底引入到退火單元144內(nèi)，借此穩(wěn)定互連部分。退火處理之前和/或之后，將半導(dǎo)體襯底攜帶到第二校準(zhǔn)器和膜厚度測(cè)量單元142，在該處測(cè)量形成于半導(dǎo)體襯底上的銅膜7(見(jiàn)圖1B)的膜厚度。然后，通過(guò)第四機(jī)器人134將半導(dǎo)體襯底攜帶到第一拋光裝置121內(nèi)，對(duì)銅膜7和半導(dǎo)體襯底的籽晶層6(見(jiàn)圖1A)進(jìn)行拋光。
此時(shí)使用的是希望的研磨顆?；蝾愃莆?，但是也可以使用固定的研磨劑，從而防止凹陷并提高表面的平整度。完成主拋光之后，便通過(guò)第四機(jī)器人134將半導(dǎo)體襯底傳遞到第一清洗單元115，在該處對(duì)其進(jìn)行清洗。該清洗為洗擦清洗，其中長(zhǎng)度與半導(dǎo)體襯底直徑相同的軋輥放置于半導(dǎo)體襯底的表面和背面，旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體襯底和軋輥，同時(shí)流過(guò)純水或去離子水，借此對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行清洗。
在完成主拋光之后，半導(dǎo)體襯底通過(guò)第四機(jī)器人134傳遞到第二拋光裝置122，在該處對(duì)半導(dǎo)體襯底上的阻擋層5進(jìn)行拋光。此時(shí)使用的是希望的研磨的顆粒，但也可以使用固定的研磨劑以阻止凹陷，并提高表面的平整度。完成第二拋光之后，用第四機(jī)器人134將半導(dǎo)體襯底再次傳遞到第一清洗單元115，在該處進(jìn)行洗擦清洗。完成清洗之后，通過(guò)第四機(jī)器人134將半導(dǎo)體襯底傳遞到第二襯底翻轉(zhuǎn)設(shè)備144，在該處翻轉(zhuǎn)半導(dǎo)體襯底使得已鍍覆表面直接朝上，然后通過(guò)第三機(jī)器人133將半導(dǎo)體襯底放置在襯底暫時(shí)放置臺(tái)145上。
用第二機(jī)器人132將半導(dǎo)體襯底從襯底暫時(shí)放置臺(tái)145傳遞到蓋帽涂鍍單元117，在該處對(duì)互連8的表面進(jìn)行例如鎳硼鍍覆(蓋帽涂鍍)，以防止銅因大氣而氧化。半導(dǎo)體襯底(其中在互連8的表面上通過(guò)蓋帽涂鍍形成了保護(hù)膜9(見(jiàn)圖1C)以保護(hù)互連8)通過(guò)第二機(jī)器人132而傳遞到第三膜厚度測(cè)量設(shè)備146，在該處測(cè)量銅膜的厚度。之后，半導(dǎo)體襯底通過(guò)第一機(jī)器人131而傳遞到第二清洗單元118，在該處用純水或去離子水清洗襯底。經(jīng)過(guò)清洗的半導(dǎo)體襯底返回到裝載/卸載單元120內(nèi)的盒120a。
實(shí)例在絕緣膜內(nèi)以預(yù)先確定的斜度形成尺寸為Φ0.5μm×0.5μm深(高寬比1.0)的孔洞。用銅填充該孔洞之后，通過(guò)CMP處理以平整該表面而制備出尺寸為3cm×4cm(具有6圖形構(gòu)造(6-patternformation))的樣品(半導(dǎo)體晶片)。樣品用鍍液以200ml/芯片的鍍液裝載量進(jìn)行無(wú)電電鍍涂覆，鍍液的組成如下表1所示。
表1

完成無(wú)電電鍍之后，清洗和干燥樣品。當(dāng)樣品在SEM下進(jìn)行觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)鍍的Co-W-B膜選擇性地在形成圖案的區(qū)域內(nèi)生長(zhǎng)。鍍膜的生長(zhǎng)速度大約為100nm/min；鍍膜分析如下Co大約98.4at％，W大約1.0at％，B大約0.6at％。
圖7A和7B是樣品的SEM圖象的簡(jiǎn)圖。如圖所示，在銅膜14，其嵌入在形成于絕緣層10內(nèi)的孔12內(nèi)，內(nèi)沒(méi)有形成空隙。進(jìn)一步，只有銅膜14的表面，例如互連的表面，才被由鍍的Co-W-B膜構(gòu)成的保護(hù)膜覆蓋，在絕緣膜10的表面上沒(méi)有沉積Co-W-B膜，表明鍍覆具有高度的選擇性。
對(duì)比實(shí)例制備了與實(shí)例中所使用的相同的樣品。該樣品首先浸沒(méi)在25℃的PdCl2(0.005g/L)+HCl(0.2ml/L)溶液中保留1分鐘，從而向樣品提供鈀催化劑。接著，將提供了鈀催化劑的樣品浸沒(méi)在90℃的鍍液中，其成分如下圖2所示，且以200ml/芯片的鍍液裝載量(bathload)進(jìn)行無(wú)電鍍覆。
表2

完成無(wú)電電鍍之后，對(duì)樣品進(jìn)行沖洗和干燥。當(dāng)樣品在SEM下觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)鍍的Co-W-P膜選擇性地在形成了圖案的區(qū)域內(nèi)生長(zhǎng)。鍍膜的生長(zhǎng)速度為大約70nm/min；鍍膜分析如下Co大約89at％，W大約5at％，P大約6at％。
圖8A和8B是樣品的SEM圖象的簡(jiǎn)圖。如附圖所示，空隙V形成于銅膜14，其嵌入在形成于絕緣層10內(nèi)的孔12內(nèi)。進(jìn)一步，不僅銅膜14的表面，例如互連的表面，被由鍍的Co-W-P合金膜構(gòu)成的保護(hù)膜16覆蓋，而且合金膜16a也沉積在圍繞孔洞12的絕緣膜10的表面上，其是不需保護(hù)的區(qū)域，從而表明鍍覆的選擇性不好。
根據(jù)本發(fā)明，如上文所述，使用無(wú)鈉的烷基胺硼烷作為還原劑使得有可能向例如銅、銅合金、銀或銀合金施加氧化電流，借此避免了提供鈀催化劑的需要，從而能夠進(jìn)行直接電鍍，并能夠防止半導(dǎo)體器件被堿金屬污染。這能夠減少所需的處理步驟從而提高產(chǎn)量，防止空隙在互連內(nèi)形成，借此提高穩(wěn)定性，并避免由于鈀擴(kuò)散而導(dǎo)致的互連阻抗的提高。
而且，使用含有用作還原劑的烷基胺硼烷的鍍液能夠選擇性地僅鍍覆互連區(qū)域。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明涉及用于形成選擇性保護(hù)半導(dǎo)體器件暴露互連表面的保護(hù)膜的無(wú)電電鍍液，該半導(dǎo)體器件具有如下嵌入互連結(jié)構(gòu)，其中電導(dǎo)體如銅或銀嵌入在形成于如半導(dǎo)體襯底的襯底表面內(nèi)的互連的精細(xì)凹槽內(nèi)。本發(fā)明還涉及一種半導(dǎo)體器件，其中互連的暴露表面選擇性地用保護(hù)膜加以保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)電電鍍液，其用于在具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的暴露的互連表面上選擇性地形成鍍膜，所述無(wú)電電鍍液含有鈷離子、配位劑、和無(wú)堿金屬的還原劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)電電鍍液，其中該還原劑包括烷基胺硼烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)電電鍍液，進(jìn)一步包括至少一種從一種或多種重金屬化合物和硫化物中選出的穩(wěn)定劑，和表面活性劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的無(wú)電電鍍液，其中該無(wú)電電鍍液的pH用無(wú)堿金屬的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)在5-14的范圍內(nèi)。
5.一種無(wú)電電鍍液，其用于在具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的暴露的互連表面上選擇性地形成鍍膜，所述無(wú)電電鍍液含有鈷離子、配位劑、含難熔金屬的化合物、和無(wú)堿金屬的還原劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的無(wú)電電鍍液，其中該難熔金屬包括鎢和鉬中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的無(wú)電電鍍液，其中該還原劑包括烷基胺硼烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的無(wú)電電鍍液，進(jìn)一步包括至少一種從一種或多種重金屬化合物和硫化物中選出的穩(wěn)定劑，和表面活性劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的無(wú)電電鍍液，其中該無(wú)電電鍍液的pH用無(wú)堿金屬的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)在5-14的范圍內(nèi)。
10.一種具有銅、銅合金、銀或銀合金互連的嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其中暴露的互連的表面選擇性地用保護(hù)膜加以覆蓋，該保護(hù)膜用無(wú)電電鍍液通過(guò)無(wú)電電鍍處理形成，該無(wú)電電鍍液包括鈷離子、配位劑、和無(wú)堿金屬的還原劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中該還原劑包括烷基胺硼烷。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中該無(wú)電電鍍液進(jìn)一步包括至少一種從一種或多種重金屬化合物和硫化物中選出的穩(wěn)定劑，和表面活性劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件，其中該無(wú)電電鍍液的pH用無(wú)堿金屬的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)在5-14的范圍內(nèi)。
14.一種具有銅、銅合金、銀或銀合金互連的嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其中暴露的互連的表面選擇性地用保護(hù)膜加以覆蓋，該保護(hù)膜用無(wú)電電鍍液通過(guò)無(wú)電電鍍處理形成，該無(wú)電電鍍液包括鈷離子、配位劑、含難熔金屬的化合物、和無(wú)堿金屬的還原劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，其中該難熔金屬包括鎢和鉬中的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，其中該還原劑包括烷基胺硼烷。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，其中該無(wú)電電鍍液進(jìn)一步包括至少一種從一種或多種重金屬化合物和硫化物中選出的穩(wěn)定劑，和表面活性劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，其中該無(wú)電電鍍液的pH用無(wú)堿金屬的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)在5-14的范圍內(nèi)。
19.一種具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其中暴露的互連的表面選擇性地用含鈷金屬的保護(hù)膜加以覆蓋。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的半導(dǎo)體器件，其中該保護(hù)膜的厚度為0.1-500nm。
21.一種具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其中暴露的互連的表面選擇性地用含鈷和難熔金屬的合金的保護(hù)膜加以覆蓋。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的半導(dǎo)體器件，其中該難熔金屬包括鎢和鉬中的至少一種。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的半導(dǎo)體器件，其中該保護(hù)膜的厚度為0.1-500nm。
24.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括用無(wú)電電鍍液對(duì)具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件進(jìn)行無(wú)電電鍍從而在該半導(dǎo)體襯底互連的表面上選擇性地形成鍍膜保護(hù)層；其中該無(wú)電電鍍液包括鈷離子、配位劑、和無(wú)堿金屬的還原劑。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中該還原劑包括烷基胺硼烷。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中該無(wú)電電鍍液進(jìn)一步包括至少一種從一種或多種重金屬化合物和硫化物中選出的穩(wěn)定劑，和表面活性劑。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中該無(wú)電電鍍液的pH用無(wú)堿金屬的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)在5-14的范圍內(nèi)。
28.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括用無(wú)電電鍍液對(duì)具有嵌入互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件進(jìn)行無(wú)電電鍍從而在該半導(dǎo)體襯底互連的表面上選擇性地形成鍍膜保護(hù)層；其中該無(wú)電電鍍液包括鈷離子、配位劑、含難熔金屬的化合物、和無(wú)堿金屬的還原劑。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中該難熔金屬包括鎢和鉬中的至少一種。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中該還原劑包括烷基胺硼烷。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中該無(wú)電電鍍液進(jìn)一步包括至少一種從一種或多種重金屬化合物和硫化物中選出的穩(wěn)定劑，和表面活性劑。
32.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中該無(wú)電電鍍液的pH用無(wú)堿金屬的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)在5-14的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于形成保護(hù)膜的無(wú)電電鍍液，該保護(hù)膜用于選擇性保護(hù)半導(dǎo)體器件暴露互連的表面，而半導(dǎo)體器件具有如下的嵌入互連結(jié)構(gòu)，其中電導(dǎo)體，如銅或銀，嵌入在精細(xì)的凹槽內(nèi)用于在半導(dǎo)體襯底表面上形成互連。本發(fā)明還涉及一種半導(dǎo)體器件，其中暴露互連的表面用保護(hù)膜選擇性地加以保護(hù)。無(wú)電電鍍液含有鈷離子、配位劑和不含堿金屬的還原劑。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1527888SQ02811119
公開日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2002年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者井上裕章, 中村憲二, 松本守治, 二, 治 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所