專利名稱：一種制造半導(dǎo)體器件的方法
一種制造半導(dǎo)體器件的方法相關(guān)串請的交叉引用2011年9月29日提交的日本專利申請第2011-215188號公開的內(nèi)容(包括說明書、附圖和摘要)通過引用并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的技術(shù)。更加具體而言，本發(fā)明涉及通過電鍍設(shè)備有效形成鍍銅薄膜的技術(shù)。在半導(dǎo)體器件的制造過程中使用沉淀技術(shù)，其中，使用電鍍方法形成配線。被稱為電鍍方法的沉淀工藝為一種通過使用電鍍設(shè)備形成用于連接電子設(shè)備的銅(Cu)配線的工藝。在電鍍設(shè)備中，具有設(shè)置在其上的陰極的半導(dǎo)體晶片相對于電鍍槽向下設(shè)置，并且浸泡在電鍍?nèi)芤褐?。因此，向以面向所述半?dǎo)體晶片的方式設(shè)置的陰極和陽極施加電壓。這導(dǎo)致電流從半導(dǎo)體晶片外圍部分通過種子薄膜(導(dǎo)電薄膜)流出，從而使鍍銅薄膜在半導(dǎo)體晶片的整個表面上生長。在電鍍沉淀過程中，電鍍?nèi)芤褐谐恋淼你~的量通過累積的電流量確定。為此，以如下方式進行電壓控制，所述方式為使得流過陽極-陰極的電流變得恒定。由此，保持鍍銅薄膜的厚度的均勻性。對于這種沉淀技術(shù)而言，例如，已知如下技術(shù)(I)在鑲嵌配線等的電鍍沉淀過程中，使配線中自下而上的量和鍍銅薄膜中所包括的雜質(zhì)的量保持恒定，從而抑制半導(dǎo)體器件的電氣特性的變化(參 見，例如，專利文件I) ;(2)檢測電鍍?nèi)芤褐写龠M劑的濃度、抑制劑的濃度以及氯濃度，將電鍍?nèi)芤褐械拇龠M劑的濃度、抑制劑的濃度和氯濃度分別設(shè)定為規(guī)定的濃度，從而保持電鍍?nèi)芤壕哂幸?guī)定的濃度(參見，例如，專利文件2)。專利文件專利文件I日本專利公開第2008-303417專利文件2日本專利公開第2004-19718
發(fā)明內(nèi)容
然而，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在如上所述的半導(dǎo)體器件的配線步驟中，利用電鍍的沉淀技術(shù)具有如下問題。抑制鍍銅薄膜厚度的均勻性的因素被稱為終端效應(yīng)。在電鍍沉淀的預(yù)步驟中，作為陰極起作用的種子薄膜在半導(dǎo)體晶片上形成。所述種子薄膜由銅等的金屬薄膜形成，所述銅等的金屬薄膜通過例如濺射法形成。終端效應(yīng)為如下現(xiàn)象在電鍍沉淀過程中，由于由種子薄膜的電阻產(chǎn)生壓降，在半導(dǎo)體晶片的中心部分及其鄰近位置的電流的量小于半導(dǎo)體晶片的外圍部分的鄰近位置的電流的量，并且半導(dǎo)體晶片的中心部分的鄰近位置的鍍銅薄膜的厚度小于外圍部分的鄰近位置的厚度。作為降低終端效應(yīng)的措施，例如，已知如下技術(shù)將諸如陶瓷之類的高電阻材料設(shè)置在電鍍?nèi)芤旱年枠O和陰極之間，從而大大增加電鍍?nèi)芤旱碾娮?，?dǎo)致種子薄膜的電阻降低。然而，如上所述，當(dāng)將高電阻材料設(shè)置在電鍍?nèi)芤褐袝r，所述電鍍?nèi)芤旱碾娮柙隽凇榇?，為了傳遞目標(biāo)電流值，與未設(shè)置高電阻材料的情況相比，需要將較高的電壓施加在陽極和陰極之間。因此，在陽極和陰極以及用于產(chǎn)生應(yīng)用電壓的電源電路等上施加了較大的載荷。這降低了硬件冗余，硬件冗余的降低不理想地產(chǎn)生新的問題。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠保持鍍銅薄膜的均勻性而同時減少電鍍設(shè)備的硬件問題的技術(shù)。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種電鍍半導(dǎo)體晶片的方法，所述方法包括通過檢測施加在陽極和陰極之間的電鍍電壓，當(dāng)所述電鍍電壓的電壓值未落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)時，調(diào)節(jié)電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度，使得電鍍電壓的電壓值落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于在半導(dǎo)體晶片上形成鍍銅薄膜的電鍍設(shè)備，所述電鍍設(shè)備包括電鍍槽，所述電鍍槽用于儲存電鍍?nèi)芤?，所述電鍍?nèi)芤旱牧繛樽阋詫⑺霭雽?dǎo)體晶片浸泡在其中；—對電極；所述一對電極彼此相對設(shè)置在所述電鍍槽中；電鍍?nèi)芤汗?，所述電鍍?nèi)芤汗抻糜趦Υ嫠鲭婂內(nèi)芤?；泵，所述泵用于將儲存在所述電鍍?nèi)芤汗拗械碾婂內(nèi)芤汗┙o至所述電鍍槽；分析儀，所述分析儀用于檢測施加在電極之間的電鍍電壓并判斷所述電鍍電壓是否落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)；其中，所述電鍍?nèi)芤汗拊O(shè)置有基礎(chǔ)溶液供給單元，純水供給單元和溶液排出單元，所述基礎(chǔ)溶液供給單元用于將所述基礎(chǔ)溶液供給至所述電鍍?nèi)芤汗?，所述純水供給單元用于將純水供給至所述電鍍?nèi)芤汗?，所述溶液排出單元用于將儲存在所述電鍍?nèi)芤汗拗械娜芤号懦?，并且其中，在形成鍍銅薄膜的情況下，當(dāng)由所述分析儀檢測到的電鍍電壓未落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)時，對所述基礎(chǔ)溶液供給單元，所述純水供給單元和溶液排出單元進行控制操作，以調(diào)節(jié)所述電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度，從而使得所述電鍍電壓的電壓值落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)。本發(fā)明的上述和其他目的以及新的特征通過本發(fā)明下面的描述和附圖將變得顯而易見。本申請公開的本發(fā)明中的代表性的實施方式簡要總結(jié)如下。根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括如下步驟制備半導(dǎo)體晶片，所述半導(dǎo)體晶片包括在其上形成的插嵌的夾層絕緣膜；在所述夾層絕緣膜上形成絕緣膜；通過干法刻蝕在所述絕緣膜的給定區(qū)域內(nèi)形成配線槽；在包括配線槽的絕緣膜上形成銅種子薄膜；通過電鍍設(shè)備使用電鍍方法在種子薄膜上形成鍍銅薄膜；除去配線槽之外的區(qū)域中的鍍銅薄膜和種子薄膜；以及形成嵌入配線槽內(nèi)的鍍銅薄膜的配線。然后，在通過電鍍設(shè)備形成鍍銅薄膜的步驟中，當(dāng)半導(dǎo)體晶片浸泡在電鍍?nèi)芤褐幸孕纬慑冦~薄膜時，檢測施加在陽極和陰極之間的電鍍電壓。然后，確定檢測到的電鍍電壓是否落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)。在測定結(jié)果中，當(dāng)電鍍電壓高于設(shè)定電壓范圍的上限值時，調(diào)節(jié)電鍍?nèi)芤褐袩o機成分的濃度以使得電鍍電壓的電壓值落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)。進一步，本發(fā)明的另一實施方法簡要總結(jié)如下。根據(jù)另一實施方式，在通過電鍍設(shè)備形成鍍銅薄膜的步驟中，當(dāng)半導(dǎo)體晶片浸泡在電鍍?nèi)芤褐幸孕纬慑冦~薄膜時，檢測電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度。然后，確定無機成分的濃度是否落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定濃度范圍內(nèi)。在測定結(jié)果中，當(dāng)無機成分的濃度未落入設(shè)定濃度范圍內(nèi)時，對電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度進行調(diào)節(jié)控制，使其落入設(shè)定濃度范圍內(nèi)。本申請公開的本發(fā)明的代表性的實施方式所獲得的效果如下簡述。改善鍍銅薄膜的均勻性同時減少電鍍設(shè)備的硬件問題是可能的。


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圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的電鍍設(shè)備的結(jié)構(gòu)的一個實例的示意圖。圖2是一般鍍銅原理的示意圖。圖3是表示通過設(shè)置在圖1的電鍍設(shè)備中的自動分析儀對電鍍?nèi)芤褐械奶砑觿┻M行濃度調(diào)節(jié)處理的一個實例的流程圖。圖4是表示通過設(shè)置在圖1的電鍍設(shè)備中的自動分析儀對電鍍?nèi)芤褐械幕A(chǔ)溶液進行濃度調(diào)節(jié)處理的一個實例的流程圖。圖5A至圖5C分別為表示形成基礎(chǔ)溶液的各個無機成分和在電鍍設(shè)備的電極之間施加的電鍍電壓之間的關(guān)系的一個實例的示意圖。圖6為基于圖5A至圖5C的結(jié)果確定的皮爾森積差相關(guān)系數(shù)的示意圖。圖7為分別表示薄膜厚度均勻性和電鍍電壓之間的關(guān)系以及電鍍設(shè)備的硬件問題和電鍍電壓之間的關(guān)系的實例的示意圖。圖8為表示使用圖1的電鍍設(shè)備的銅配線工藝的一個實例的流程圖。圖9為圖8中的步驟S304進行處理之后的配線層的橫截面圖。圖10為表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的電鍍設(shè)備中的結(jié)構(gòu)的一個實例的示意圖。圖11為表示通過設(shè)置在圖10的電鍍設(shè)備中的自動分析儀對電鍍?nèi)芤褐械幕A(chǔ)溶液進行濃度調(diào)節(jié)處理的一個實例的流程圖。
具體實施例方式下面參考附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細(xì)描述。附帶地，在用于舉例說明實施方式的所有附圖中，原則上，相同的部件給予相同的附圖標(biāo)記和編號。相關(guān)的重復(fù)描述將會被省略。
第一實施方式圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的電鍍設(shè)備的結(jié)構(gòu)的一個實例的示意圖。圖2是一般鍍銅原理的示意圖。圖3是表示通過設(shè)置在圖1的電鍍設(shè)備中的自動分析儀對電鍍?nèi)芤褐械奶砑觿┻M行濃度調(diào)節(jié)處理的一個實例的流程圖。圖4是表示通過設(shè)置在圖1的電鍍設(shè)備中的自動分析儀對電鍍?nèi)芤褐械幕A(chǔ)溶液進行濃度調(diào)節(jié)處理的一個實例的流程圖。圖5A至圖5C分別為表示形成基礎(chǔ)溶液的各個無機成分和在電鍍設(shè)備的電極之間施加的電鍍電壓之間的關(guān)系的一個實例的示意圖。圖6為基于圖5A至圖5C的結(jié)果確定的皮爾森積差相關(guān)系數(shù)的示意圖。圖7為分別表示薄膜厚度均勻性和電鍍電壓之間的關(guān)系以及電鍍設(shè)備的硬件問題和電鍍電壓之間的關(guān)系的實例的示意圖。圖8為表示使用圖1的電鍍設(shè)備的銅配線工藝的一個實例的流程圖。圖9為圖8中的步驟304進行處理之后的配線層的橫截面圖。實施方式的小結(jié)本發(fā)明實施方式的第一小結(jié)為用于制造半導(dǎo)體器件的方法。所述方法包括以下步驟制備半導(dǎo)體晶片(半導(dǎo)體晶片W)，所述半導(dǎo)體晶片包括在其上形成的插嵌的夾層絕緣膜；在所述夾層絕緣膜上形成絕緣膜(絕緣膜18);通過干法刻蝕在所述絕緣膜的給定區(qū)域中形成配線槽；在包括配線槽的絕緣膜上形成銅種子薄膜(種子薄膜19);通過電鍍設(shè)備(電鍍設(shè)備I)使用電鍍方法在所述種子薄膜上形成鍍銅薄膜(鍍銅薄膜20);除去配線槽之外的區(qū)域中的鍍銅薄膜和種子薄膜；形成嵌入配線槽內(nèi)的鍍銅薄膜的配線。然后，在通過電鍍 設(shè)備形成鍍銅薄膜的步驟中，當(dāng)將半導(dǎo)體晶片浸泡在電鍍?nèi)芤褐幸孕纬慑冦~薄膜時，檢測施加在陽極(電極16)和陰極(電極17)之間的電鍍電壓。確定檢測到的電鍍電壓是否落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)。在測定結(jié)果中，當(dāng)電鍍電壓未落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)時，調(diào)節(jié)電鍍?nèi)芤褐械母鱾€無機成分(基礎(chǔ)溶液)的濃度。進行調(diào)節(jié)以使得電鍍電壓的電壓值落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)。下面，基于前述小結(jié)詳細(xì)描述實施方式。電鍍設(shè)備的結(jié)構(gòu)以及電鍍?nèi)芤旱呐渲迷诘谝粚嵤┓绞街?，電鍍設(shè)備I為用于通過濕法在諸如半導(dǎo)體晶片之類的基底上形成金屬薄膜的設(shè)備。在電鍍設(shè)備I中，如圖1所示，設(shè)置浴缸形狀的電鍍腔2。在電鍍腔2中，設(shè)置浴缸形狀的電鍍槽3。電鍍槽3為用于儲存電鍍?nèi)芤旱脑「仔螤畹娜芤翰?，所述電鍍?nèi)芤旱牧繛樽阋允褂米鞔幚淼幕椎陌雽?dǎo)體晶片W浸泡在其中。電鍍腔2收集溢出電鍍槽3的電鍍?nèi)芤骸ｋ婂兦?與溶液流出管4連接。電鍍槽3與溶液流入管5連接。溶液流出管4為用于將從電鍍槽3溢出的并且儲存在電鍍腔2中的電鍍?nèi)芤号懦鲋岭婂內(nèi)芤汗?中的管子。溶液流入管5設(shè)置有泵7。泵7將儲存在電鍍?nèi)芤汗?中的電鍍?nèi)芤和ㄟ^溶液流入管5供給至電鍍槽3內(nèi)。進一步，電鍍?nèi)芤汗?分別設(shè)置有基礎(chǔ)溶液再充管8，純水再充管9和溶液流出管10。電鍍?nèi)芤汗?為用于儲存電鍍?nèi)芤旱墓?。基礎(chǔ)溶液再充管8設(shè)置有閥11。基礎(chǔ)溶液再充管8根據(jù)閥11的打開程度將后面描述的電鍍基礎(chǔ)溶液供給至電鍍?nèi)芤汗?中。純水再充管9設(shè)置有閥12。純水再充管9根據(jù)閥12的打開程度將純水供給至電鍍?nèi)芤汗?中。溶液流出管10設(shè)置有閥13。溶液流出管10根據(jù)閥13的打開程度將儲存在電鍍?nèi)芤汗?中的電鍍?nèi)芤号懦?。本文中，對用于電鍍設(shè)備I的電鍍?nèi)芤哼M行描述。用于在半導(dǎo)體晶片W上進行銅沉淀的電鍍?nèi)芤簽樯鲜龌A(chǔ)溶液和添加劑的混合物的液體。所述基礎(chǔ)溶液包括無機物質(zhì)，例如，用作銅薄膜的原料的硫酸銅(CuSO4)、用作電解質(zhì)的硫酸(H2SO4)和用于提高包括在后面描述的添加劑中的抑制劑的吸附的鹽酸(HCl)。然而，添加劑包括促進劑(例如，磺丙基二硫化物)、抑制劑(聚乙二醇)、光滑劑(例如，氮化合物)等的有機物質(zhì)。所述促進劑促進銅薄膜生長并且改善填充性能。所述抑制劑抑制銅薄膜生長，并且例如避免阻塞半導(dǎo)體晶片W中的圖形開口。所述光滑劑抑制銅薄膜生長并且改善銅薄膜生長的平滑性。進一步，電鍍?nèi)芤汗?與自動分析儀14連接。自動分析儀14對儲存在電鍍?nèi)芤汗?中的電鍍?nèi)芤?基礎(chǔ)溶液和添加劑)的成分進行分析，并且基于分析結(jié)果控制添加劑供給單元15和連接至自動分析儀14的閥11至閥13。添加劑供給單元15基于自動分析儀14測定的結(jié)果將各種成分的添加劑供給至電鍍?nèi)芤汗?內(nèi)。例如，當(dāng)自動分析儀14檢測到電鍍?nèi)芤褐械墓饣瑒┎蛔銜r，其向添加劑供給單元15輸出控制信號，使得光滑劑為最佳量(最佳濃度)。添加劑供給單元15響應(yīng)控制信號將光滑劑供給至電鍍?nèi)芤汗?中。然而，自動分析儀14監(jiān)測施加在電極16和電極17之間的電壓值，并且基于監(jiān)測的結(jié)果打開/關(guān)閉控制閥11至閥13，使得基礎(chǔ)溶液的濃度保持在給定的設(shè)定濃度范圍內(nèi)。在本文中，對于閥11至13而言，如下操作也是可接受的不通過自動分析儀14控制打開/關(guān)閉，而是 基于自動分析儀14計算的結(jié)果，操作人員控制打開/關(guān)閉閥11至13，使得基礎(chǔ)溶液的濃度保持在給定的設(shè)定濃度。例如，當(dāng)自動分析儀14從檢測到的電壓值判定基礎(chǔ)溶液的濃度超過設(shè)定濃度的上限(高于設(shè)定濃度范圍)時，自動分析儀14將純水供給至電鍍?nèi)芤汗?中，并且將電鍍?nèi)芤汗?中的電鍍?nèi)芤号懦?，這樣，電鍍?nèi)芤汗?中的電鍍?nèi)芤和ǔ楹愣ǖ摹Ｒ虼?，自動分析儀14對閥12和13進行控制操作，使得電鍍?nèi)芤汗?中的基礎(chǔ)溶液具有給定的設(shè)定濃度。當(dāng)基礎(chǔ)溶液的濃度等于或低于設(shè)定濃度的下限(低于設(shè)定濃度范圍)時，自動分析儀14將基礎(chǔ)溶液供給至電鍍?nèi)芤汗?并且對閥11和13進行控制操作，使得電鍍?nèi)芤汗?中的基礎(chǔ)溶液具有給定的設(shè)定濃度。然而，在電鍍槽3的底部設(shè)置有陽極16。陰極17以面對電極16的方式設(shè)置。電極16和17通過電源設(shè)備連接，所述電源設(shè)備包括用于施加給定電壓的低電流電源，等等(未顯示)。進一步，電極17設(shè)置有用于固定半導(dǎo)體晶片W的固定裝置(未顯示)。當(dāng)半導(dǎo)體晶片W被所述固定裝置固定時，在半導(dǎo)體晶片W上形成的種子薄膜中的在半導(dǎo)體晶片W的外圍部分上形成的種子薄膜的一部分通過電插頭與電極17連接。種子薄膜為在電鍍沉積的預(yù)步驟中通過電鍍設(shè)備I在半導(dǎo)體晶片W上形成的金屬薄膜。例如，使用諸如銅之類的原料。如上所述，種子薄膜通過接觸與電極17連接并且作為陰極起作用。
鍍銅的原理在本文中，一般的鍍銅原理通過參考圖2的示意圖來描述。當(dāng)向浸泡在硫酸銅溶液中的兩個銅電極Dk和Da施加來自外部電源設(shè)備PS的給定電壓V時，發(fā)生下述反應(yīng)。陰極(銅電極Dk) :Cu2++2f —銅陽極(銅電極 Da) Cu — Cu2++2e'這時，在陰極(銅電極Dk)上沉淀的銅(Cu)的量由流過銅電極的電流值和時間的乘積(電量)來確定。當(dāng)通過鍍銅將銅沉積在半導(dǎo)體晶片W上時，電化學(xué)反應(yīng)用于作為陰極的銅種子薄膜包被的半導(dǎo)體晶片。通過自動分析儀對添加劑進行濃度調(diào)節(jié)的例子隨后，描述通過本發(fā)明的實施方式的電鍍設(shè)備I對電鍍?nèi)芤哼M行濃度調(diào)節(jié)的技術(shù)。圖3為表示通過自動分析儀14對電鍍?nèi)芤褐械奶砑觿?有機成分)進行濃度調(diào)節(jié)的情況的一個實例的流程圖。首先，自動分析儀14分析電鍍?nèi)芤汗?中的電鍍?nèi)芤褐械母鱾€添加劑(促進劑、抑制劑和光滑劑)的濃度，并且判斷各添加劑的濃度是否等于或低于預(yù)先設(shè)定的參考濃度值(步驟S101)。然而，在步驟S101的處理中，當(dāng)各添加劑的濃度高于預(yù)先設(shè)定的參考濃度值時，這樣就完成處理。當(dāng)各添加劑的濃度等于或小于參考濃度值時，自動分析儀14計算添加劑濃度等于或低于參考濃度值的不足量(步驟S102)并且向添加劑供給單元15輸出控制信號。添加劑供給單元15接收來自自動分析儀14的控制信號并且將相應(yīng)的添加劑投入電鍍?nèi)芤汗?中，并且供給添加劑，使得添加劑的濃度大致等于參考濃度值(步驟S103)。通過自動分析儀對基礎(chǔ)溶液進行濃度調(diào)節(jié)的例子隨后，描述通過電鍍設(shè)備I的自動分析儀14對基礎(chǔ)溶液進行濃度調(diào)節(jié)的技術(shù)。圖4為表示通過自動分析儀14對電鍍?nèi)芤褐械幕A(chǔ)溶液(無機成分)進行濃度調(diào)節(jié)的一個實例的流程圖。首先，自動分析儀14檢測施加在電極16和17之間的電壓(電鍍電壓)并且判斷電壓值是否落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)(步驟S201)。當(dāng)檢測到的電壓值低于設(shè)定電壓范圍的下限值時，自動分析儀14基于檢測到的電壓值計算基礎(chǔ)溶液的不足量(步驟S202)并且對閥11進行控制操作以供給基礎(chǔ)溶液的不足量(步驟S203)。隨后，自動分析儀14對閥13進行控制操作以將電鍍?nèi)芤汗?中的電鍍?nèi)芤旱牧勘３衷谝?guī)定量，將電鍍?nèi)芤汗?中的電鍍?nèi)芤号懦?步驟S204)?？蛇x地，在步驟S201的處理過程中，當(dāng)檢測到的電壓值高于設(shè)定電壓范圍的上限值時，自動分析儀14基于檢測到的電壓值計算基礎(chǔ)溶液的過量值(步驟S205)，并且對閥12進行控制操作。由此，自動分析儀14將純水供給至電鍍?nèi)芤汗?，使得基礎(chǔ)溶液的濃度落入規(guī)定的范圍內(nèi)(步驟S206)，從而稀釋電鍍?nèi)芤?，隨后進行步驟S204的處理。還可選地，在步驟S201的處理過程中，當(dāng)施加在電極16和17之間的電壓落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)時，這樣就完成處理。直到處理進行至該點時，電鍍?nèi)芤汗?中的基礎(chǔ)溶液中的無機成分的濃度被控制為基本恒定。圖4中的步驟S203、S204和S206的處理可在任何時間進行，例如可在每次半導(dǎo)體晶片的鍍銅處理大部分完成時進行?？蛇x地，所述處理可在鍍銅處理過程中進行，從而進行實時控制。電鍍?nèi)芤旱幕A(chǔ)溶液和電鍍電極之間的關(guān)系隨后對電鍍?nèi)芤褐械幕A(chǔ)溶液和電鍍電壓之間的關(guān)系進行描述。圖5A至圖5C分別為表示形成基礎(chǔ)溶液的各個無機成分的濃度與施加在電極16和17之間的電鍍電壓之間的關(guān)系的一個實例的示意圖。圖5A為表示電鍍?nèi)芤褐械柠}酸(Cr)濃度與電鍍電壓之間的關(guān)系的圖。圖5B為表示電鍍?nèi)芤褐械牧蛩釢舛扰c電鍍電壓之間的關(guān)系的圖。圖5C為表示電鍍?nèi)芤褐械牧蛩徙~(Cu2+)的濃度與電鍍電壓之間的關(guān)系的圖。如圖所示，當(dāng)鹽酸、硫酸和硫酸銅中的任一個的濃度降低時，電鍍電壓趨于增加。這說明電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分濃度的增加或降低(控制無機成分濃度為基本恒定水平)可將電鍍電壓保持在基本恒定的水平。具體而言，對于鹽酸而言，當(dāng)鹽酸的濃度較低時，電鍍電壓增大的趨勢較強。根據(jù)圖5A至圖5C的結(jié)果，使用如下計算方程確定的皮爾森積差相關(guān)系數(shù)的測定結(jié)果如圖6所示。數(shù)學(xué)表達式I變量X和變量Y的協(xié)方差變量X的標(biāo)準(zhǔn)偏差X變量Y的標(biāo)準(zhǔn)偏差因此，在鹽酸的例子中，如圖6所示，相關(guān)系數(shù)為約-0.943，這說明相關(guān)性較強。因此，如結(jié)合圖4所描述的，進行如下控制監(jiān)測電鍍電壓，供給基礎(chǔ)溶液使得電鍍電壓落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)，由此，使基礎(chǔ)溶液中的鹽酸濃度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。這可保持電鍍電壓基本恒定(落入設(shè)定電壓范圍內(nèi))。因此，降低電鍍設(shè)備I中的硬件問題的概率同時提高電鍍質(zhì)量是可能的?；A(chǔ)溶液中鹽酸濃度的實例例如，在半導(dǎo)體晶片的直徑為300mm的情況下，電鍍電壓的設(shè)定電壓范圍為約42V至45V。這時，電流值為例如，低至約30A的電流值。隨后，為了設(shè)定電鍍電壓為約42V至45V，僅需要將電鍍?nèi)芤褐械柠}酸(Cl—)濃度保持在例如約40g/L至45g/L。電鍍電壓和薄膜厚度的均勻性/硬件問題之間的關(guān)系圖7為分別表示電鍍電壓(施加在電極16和17之間的電壓)與薄膜厚度均勻性之間的關(guān)系以及電鍍電壓與硬件問題之間的關(guān)系的各個實例的示意圖。在圖7中，橫坐標(biāo)表示電鍍電壓值，左側(cè)縱坐標(biāo)表示薄膜厚度均勻性。而圖7右側(cè)縱坐標(biāo)表示通用電鍍設(shè)備中的硬件問題的發(fā)生率。如圖7的實線所示，當(dāng)電鍍電壓提高時，在半導(dǎo)體晶片上形成的鍍銅薄膜厚度的均勻性得以改善。相反，當(dāng)電鍍電壓降低時，鍍銅薄膜厚度的均勻性趨于變差。其原因如下電鍍電壓的提高導(dǎo)致“發(fā)明內(nèi)容”部分描述的終端效應(yīng)降低。另一方面，對于電鍍設(shè)備中的電鍍電壓和硬件問題發(fā)生率而言，如圖7中虛線所示，當(dāng)電鍍電壓提高時，硬件問題發(fā)生率增加。當(dāng)電鍍電壓降低時，硬件問題發(fā)生率降低。
因此，當(dāng)為了改善薄膜厚度的均勻性而提高電鍍電壓時，電鍍設(shè)備的維修(例如，替換電極)頻率增加，以避免硬件問題。這不利地導(dǎo)致成本提高和其他問題。進一步地，當(dāng)為了抑制成本提高而降低電鍍電壓時，鍍銅薄膜的薄膜厚度的均勻性變差，這可使半導(dǎo)體器件的質(zhì)量變差。因此，在電鍍銅處理過程中，重要的是設(shè)定并控制最佳電鍍電壓，以保持薄膜厚度的均勻性而同時避免電鍍設(shè)備的硬件問題，無需頻繁地進行維修。因此，在電鍍設(shè)備I中，如上所述，最佳電鍍電壓可通過如下進行操作來控制供給基礎(chǔ)溶液使得電鍍電壓落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)，由此，使與電鍍電壓具有較強相關(guān)性的鹽酸(CD濃度保持在規(guī)定范圍內(nèi)。銅配線工藝實例隨后，參考圖8的流程圖和圖9的橫截面圖，對使用電鍍設(shè)備I的銅配線工藝(形成配線)進行描述。進一步，圖9表示進行圖8中的步驟S304的處理之后的橫截面圖。在本文中，對通過鑲嵌技術(shù)在插嵌的夾層絕緣膜(未顯示)上形成的作為第一層配線的配線(配線層)的例子進行描述。首先，在插嵌的夾層絕緣膜上形成絕緣膜18(步驟S301)。絕緣膜18還可由多個絕緣膜的復(fù)合膜形成。隨后，通過干法刻蝕和作為刻蝕掩膜的光刻圖案(未顯示)，在絕緣膜18的規(guī)定區(qū)域內(nèi)形成配線槽(步驟S302)，隨后在絕緣膜18 (包括配線槽的底部和側(cè)壁)上形成抗導(dǎo)電膜(例如，氮化鈦薄膜、鉭薄膜或氮化鉭薄膜)。隨后，通過CVD (化 學(xué)氣相沉積)方法、濺射法，等等，在抗導(dǎo)電膜上形成銅種子薄膜(種子層)19 (步驟S303)。使用電鍍法等，在種子薄膜19上形成鍍銅薄膜20 (步驟S304)，并且使鍍銅薄膜20填充配線槽內(nèi)部。在步驟S304的處理過程中，使用電鍍設(shè)備I進行電鍍，從而形成鍍銅薄膜20。隨后，通過CMP (化學(xué)機械拋光)方法除去配線槽之外的區(qū)域中的抗導(dǎo)電膜和主導(dǎo)電膜(鍍銅薄膜和種子薄膜)的一部分(步驟S305)。這導(dǎo)致形成第一層配線，所述第一層配線包括作為主要導(dǎo)電材料的嵌入配線槽中的銅。附帶地，在圖9中，就簡化附圖而言，抗導(dǎo)電膜和種子薄膜以整體的形式顯示。在直至這部分所描述的方式中，制造了本發(fā)明的實施方式的半導(dǎo)體器件中的配線。由此，根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，形成均勻的鍍銅而同時減少電鍍設(shè)備I的硬件問題是可能的。第二實施方式圖10為表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的電鍍設(shè)備中的結(jié)構(gòu)的一個實例的示意圖。圖11為表示通過設(shè)置在圖10的電鍍設(shè)備中的自動分析儀對電鍍?nèi)芤褐械幕A(chǔ)溶液進行濃度調(diào)節(jié)處理的一個實例的流程圖。實施方式的小結(jié)本發(fā)明的第二實施方式為用于制造半導(dǎo)體器件的方法。所述方法包括如下步驟制備半導(dǎo)體晶片(半導(dǎo)體晶片W)，所述半導(dǎo)體晶片包括在其上形成的插嵌的夾層絕緣膜；在該夾層絕緣膜上形成絕緣膜(絕緣膜18);通過干法刻蝕在絕緣膜的給定區(qū)域內(nèi)形成配線槽；在包括所述配線槽的絕緣膜上形成銅種子薄膜(種子薄膜19);通過電鍍設(shè)備(電鍍設(shè)備I)使用電鍍方法在所述種子薄膜上形成鍍銅薄膜(鍍銅薄膜20);以及除去配線槽之外的區(qū)域內(nèi)的鍍銅薄膜和種子薄膜；并且形成嵌入配線槽內(nèi)的鍍銅薄膜的配線。然后，在通過電鍍設(shè)備形成鍍銅薄膜的步驟中，當(dāng)半導(dǎo)體晶片浸泡在電鍍?nèi)芤褐袕亩纬慑冦~薄膜時，檢測電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度。隨后，測定各個無機成分的濃度是否落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定濃度范圍內(nèi)。在測定的結(jié)果中，當(dāng)無機成分(鹽酸)的濃度未落入設(shè)定濃度范圍內(nèi)時，對電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度進行調(diào)節(jié)，使得無機成分的濃度落入設(shè)定濃度范圍內(nèi)。由此，將電鍍電壓控制在基本恒定的水平。下面，基于小結(jié)對實施方式進行詳細(xì)描述。在本發(fā)明的第二實施方式中，如圖10所示，電鍍設(shè)備I包括電鍍腔2，電鍍槽3，溶液流出管4，溶液流入管5，電鍍?nèi)芤汗?，泵7，基礎(chǔ)溶液再充管8，純水再充管9，溶液流出管10，閥11至13，自動分析儀14，添加劑供給單元15以及電極16和17。結(jié)構(gòu)與第一實施方式的圖1相同。電鍍設(shè)備與第一實施方式的圖1的電鍍設(shè)備的不同點在于在自動分析儀14中進行分析操作。在這種情況下，圖10的自動分析儀14不僅僅對電鍍?nèi)芤褐械奶砑觿┑某煞诌M行分析，而且還對基礎(chǔ)溶液進行分析，并且基于分析結(jié)果對添加劑和基礎(chǔ)溶液進行濃度調(diào)節(jié)。因此，如圖10所示，自動分析儀14未設(shè)置有用于檢測電極16和17之間的電壓(電鍍電壓)的裝置。附帶地，通過自動分析儀14對添加劑進行濃度調(diào)節(jié)與第一實施方式圖3所示的處理相同。然后，參考圖11的流程圖對根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的電鍍設(shè)備I的自動分析儀14中的基礎(chǔ)溶液 的濃度調(diào)節(jié)技術(shù)進行描述。首先，自動分析儀14分析電鍍?nèi)芤汗?的電鍍?nèi)芤褐械柠}酸(CD濃度，并且判斷鹽酸(CD濃度是否落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定濃度范圍內(nèi)(步驟S401)。當(dāng)鹽酸(Cl—)濃度低于設(shè)定濃度范圍的下限時，自動分析儀14基于檢測到的鹽酸(CD的濃度計算基礎(chǔ)溶液的不足量(步驟S402)，并且對閥11進行控制操作，由此，進行如下處理供給基礎(chǔ)溶液的不足量，使得基礎(chǔ)溶液中的鹽酸(CD的濃度落入設(shè)定濃度范圍內(nèi)(步驟S403)。隨后，自動分析儀14對閥13進行控制操作，使得電鍍?nèi)芤汗?中的電鍍?nèi)芤旱牧勘３衷谝?guī)定的水平，并且將電鍍?nèi)芤汗?中的電鍍?nèi)芤?步驟S404)排出?？蛇x地，在步驟S401的處理過程中，當(dāng)檢測到的鹽酸(CD的濃度超過設(shè)定濃度范圍的上限時，自動分析儀14基于檢測到的鹽酸(Cl—)的濃度計算基礎(chǔ)溶液的超出量(步驟S405)，對閥12進行控制操作并且將純水供給至電鍍?nèi)芤汗?中，使得基礎(chǔ)溶液的濃度落入規(guī)定范圍內(nèi)(步驟S406)。然后，進行步驟S404的處理。還可選地，在步驟S401的處理過程中，當(dāng)鹽酸(CD的濃度落入設(shè)定濃度范圍內(nèi)時,這樣就完成處理。在處理進行到該點時，電鍍?nèi)芤汗?中的基礎(chǔ)溶液的濃度被控制為基本恒定。附帶地，在本文中，對下列情況進行描述檢測鹽酸(CD的濃度，并且根據(jù)檢測結(jié)果供給基礎(chǔ)溶液或純水。然而，圖5B和圖5C表示了電鍍?nèi)芤褐械牧蛩釢舛群碗婂冸妷褐g的關(guān)系，或者電鍍?nèi)芤褐械牧蛩徙~(Cu2+)濃度和電鍍電壓之間的關(guān)系。為此，以下步驟也可接受例如，代替氯濃度，檢測硫酸或硫酸銅中的任一個的濃度，根據(jù)濃度供給硫酸或硫酸銅。圖11中的處理可在任何時間進行，并且例如，可在每次鍍銅處理大部分完成時進行?？蛇x地，所述處理可在鍍銅處理過程中進行(實時)。因此，通過圖10的電鍍設(shè)備1，電鍍電壓可通過進行如下控制保持在基本恒定的水平，所述控制為不僅僅檢測電鍍電壓還檢測基礎(chǔ)溶液中的鹽酸(CD濃度，并且使鹽酸(CD濃度保持在設(shè)定范圍內(nèi)。因此，在第二實施方式中，降低電鍍設(shè)備I中的硬件問題的概率同時改善電鍍質(zhì)量是可能的。到本段為止，本發(fā)明的發(fā)明人通過實施方式對本發(fā)明做了具體描述。然而，自然可理解的是，本發(fā)明不限于這些實施方式，并且本發(fā)明可在不背離其實質(zhì)的范圍內(nèi)做出各種變化。本發(fā)明適于在 制造半導(dǎo)體器件的過程中使用電鍍方法形成配線等的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括如下步驟 制備半導(dǎo)體晶片，所述半導(dǎo)體晶片包括在其上形成的插嵌的夾層絕緣膜； 在所述夾層絕緣膜上形成絕緣膜； 通過干法刻蝕在所述絕緣膜的給定區(qū)域中形成配線槽； 在包括配線槽的絕緣膜上形成銅種子薄膜； 通過電鍍設(shè)備使用電鍍方法在所述種子薄膜上形成鍍銅薄膜； 除去配線槽之外的區(qū)域中的鍍銅薄膜和種子薄膜并且形成嵌入配線槽內(nèi)的鍍銅薄膜的配線； 其中，在通過電鍍設(shè)備形成鍍銅薄膜的步驟中，當(dāng)所述半導(dǎo)體晶片浸泡在電鍍?nèi)芤褐幸孕纬慑冦~薄膜時，檢測施加在陰極和陽極之間的電鍍電壓，以及 確定檢測到的電鍍電壓是否落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)，并且其中，在測定的結(jié)果中，當(dāng)電鍍電壓未落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)時，對電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度進行調(diào)節(jié)，使得電鍍電壓的電壓值落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，當(dāng)電鍍電壓高于設(shè)定電壓范圍的上限時，根據(jù)電鍍電壓，對電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度進行調(diào)節(jié)，使所述濃度增加，并且 其中，在測定的結(jié)果中，當(dāng)電鍍電壓低于設(shè)定電壓范圍的下限值時，根據(jù)電鍍電壓的電壓值，對電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度進行調(diào)節(jié)，使得所述濃度降低。
3.如權(quán)利要求2所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，當(dāng)所述電鍍電壓高于設(shè)定電壓范圍的上限值時，對電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度的調(diào)節(jié)為將鹽酸供給至電鍍?nèi)芤褐小?br> 4.如權(quán)利要求2所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，當(dāng)所述電鍍電壓高于設(shè)定電壓范圍的上限值時，供給形成電鍍?nèi)芤旱幕A(chǔ)溶液，并且 其中，所述基礎(chǔ)溶液包括硫酸銅、硫酸和鹽酸。
5.如權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，當(dāng)所述電鍍電壓低于設(shè)定電壓范圍的下限值時，供給純水。
6.如權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，在形成半導(dǎo)體晶片的鍍銅薄膜的過程中，對無機成分進行濃度調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，在對檢測電鍍電壓之后在其上形成鍍銅薄膜的半導(dǎo)體晶片的處理完成之后并且在另一半導(dǎo)體晶片上形成鍍銅薄膜之前，對無機成分進行濃度調(diào)節(jié)。
8.—種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括如下步驟 制備半導(dǎo)體晶片，所述半導(dǎo)體晶片包括在其上形成的插嵌的夾層絕緣膜； 在所述夾層絕緣膜上形成絕緣膜； 通過干法刻蝕在絕緣膜的給定區(qū)域中形成配線槽； 在包括配線槽的絕緣膜上形成銅種子薄膜； 通過電鍍設(shè)備使用電鍍方法在所述種子薄膜上形成鍍銅薄膜； 除去配線槽之外的區(qū)域中的種子薄膜和鍍銅薄膜，并且形成嵌入配線槽內(nèi)的鍍銅薄膜的配線； 其中，在通過電鍍設(shè)備形成鍍銅薄膜的步驟中，當(dāng)將所述半導(dǎo)體晶片浸泡在電鍍?nèi)芤褐幸孕纬慑冦~薄膜時，檢測電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度，并且確定無機成分的濃度是否落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定濃度范圍內(nèi)， 其中，在測定的結(jié)果中，當(dāng)無機成分的濃度未落入設(shè)定濃度范圍內(nèi)時，調(diào)節(jié)電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度，使得無機成分的濃度落入設(shè)定濃度范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，待檢測的無機成分的濃度為電鍍?nèi)芤褐宣}酸的濃度，并且 其中，當(dāng)無機成分的濃度高于設(shè)定濃度范圍的上限值時，將鹽酸供給至電鍍?nèi)芤褐小?br> 10.如權(quán)利要求8所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，待檢測的無機成分的濃度為電鍍?nèi)芤褐宣}酸的濃度， 其中，當(dāng)無機成分的濃度高于設(shè)定濃度范圍的上限值時，供給形成電鍍?nèi)芤旱幕A(chǔ)溶液，并且 其中，基礎(chǔ)溶液包括硫酸銅、硫酸和鹽酸。
11.如權(quán)利要求8所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，當(dāng)無機成分的濃度低于設(shè)定濃度范圍的下限值時，供給純水。
12.如權(quán)利要求8所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，在形成半導(dǎo)體晶片的鍍銅薄膜過程中，對無機成分的濃度進行調(diào)節(jié)。
13.如權(quán)利要求8所述的制造半導(dǎo)體器件的方法， 其中，在對檢測無機成分的濃度之后在其上形成鍍銅薄膜的半導(dǎo)體晶片的處理完成之后并且在另一半導(dǎo)體晶片上形成鍍銅薄膜之前，對無機成分的濃度進行調(diào)節(jié)。
14.一種電鍍半導(dǎo)體晶片的方法，所述方法包括 通過檢測施加在陽極和陰極之間的電鍍電壓，當(dāng)所述電鍍電壓的電壓值未落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)時，調(diào)節(jié)電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度，使得電鍍電壓的電壓值落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)。
15.一種用于在半導(dǎo)體晶片上形成鍍銅薄膜的電鍍設(shè)備，所述電鍍設(shè)備包括 電鍍槽，所述電鍍槽用于儲存電鍍?nèi)芤海鲭婂內(nèi)芤旱牧繛樽阋詫⑺霭雽?dǎo)體晶片浸泡在其中； 一對電極；所述一對電極彼此相對設(shè)置在所述電鍍槽中； 電鍍?nèi)芤汗?，所述電鍍?nèi)芤汗抻糜趦Υ嫠鲭婂內(nèi)芤海? 泵，所述泵用于將儲存在所述電鍍?nèi)芤汗拗械碾婂內(nèi)芤汗┙o至所述電鍍槽； 分析儀，所述分析儀用于檢測施加在電極之間的電鍍電壓并判斷所述電鍍電壓是否落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)； 其中，所述電鍍?nèi)芤汗拊O(shè)置有基礎(chǔ)溶液供給單元，純水供給單元和溶液排出單元，所述基礎(chǔ)溶液供給單元用于將所述基礎(chǔ)溶液供給至所述電鍍?nèi)芤汗蓿黾兯┙o單元用于將純水供給至所述電鍍?nèi)芤汗?，所述溶液排出單元用于將儲存在所述電鍍?nèi)芤汗拗械娜芤号懦?，并? 其中，在形成鍍銅薄膜的情況下，當(dāng)由所述分析儀檢測到的電鍍電壓未落入預(yù)先設(shè)定的設(shè)定電壓范圍內(nèi)時，對所述基礎(chǔ)溶液供給單元，所述純水供給單元和溶液排出單元進行控 制操作，以調(diào)節(jié)所述電鍍?nèi)芤褐械臒o機成分的濃度，從而使得所述電鍍電壓的電壓值落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明為一種制造半導(dǎo)體器件的方法。自動分析儀檢測施加在電極之間的電壓并且判斷電壓值是否落入設(shè)定電壓范圍內(nèi)。當(dāng)檢測到的電壓值低于設(shè)定電壓范圍的最小值時，所述分析儀基于檢測到的電壓值計算基礎(chǔ)溶液的不足量，控制閥以供給基礎(chǔ)溶液的不足量，隨后，對閥進行控制操作，以保持電鍍?nèi)芤汗拗械囊?guī)定量的電鍍?nèi)芤?，將電鍍?nèi)芤号懦?。?dāng)檢測到的電壓值高于設(shè)定電壓范圍的最大值時，所述分析儀基于檢測到的電壓值計算基礎(chǔ)溶液的超出量，控制閥并且供給純水至罐內(nèi)，使得基礎(chǔ)溶液的濃度落入規(guī)定的范圍內(nèi)以稀釋電鍍?nèi)芤海缓?，控制閥將電鍍?nèi)芤号懦觯瑥亩３忠?guī)定的量。
文檔編號C25D21/12GK103035503SQ201210292608
公開日2013年4月10日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者金岡卓 申請人:瑞薩電子株式會社