專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法、以及電鍍液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，特別涉及一種具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法，其利用保護(hù)膜來保護(hù)裸露的布線表面，上述埋入布線結(jié)構(gòu)是通過在設(shè)于半導(dǎo)體基片等表面上的布線用的微細(xì)凹部中，埋入銅或銀等導(dǎo)電體而構(gòu)成的。
本發(fā)明還涉及電鍍液，它用于在設(shè)于半導(dǎo)體基片等基片表面上的布線用微細(xì)凹部中埋入導(dǎo)電體而形成埋入布線，或用于形成對如上形成的布線的表面進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)膜。
背景技術(shù)：
作為半導(dǎo)體器件的布線形成方法，有一種所謂鑲嵌(Damascene)處理方法正被實(shí)際利用，該鑲嵌處理方法是將金屬(導(dǎo)電體)埋入在布線槽和接觸孔中。這種處理技術(shù)是，將鋁、近年來將銅或銀等金屬，埋入預(yù)先形成在層間絕緣膜上的布線槽或接觸孔中，然后將多余的金屬通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)方法去除，使其表面平坦。
作為在半導(dǎo)體基片上形成布線電路的金屬材料，鋁或鋁合金被廣泛使用，但近幾年來，使用銅的趨勢逐漸增強(qiáng)。這是由于，銅的電阻率為1.72μΩcm，比鋁的電阻率要低將近40％，因此不僅有利于改善信號延遲現(xiàn)象，而且銅的抗電遷移能力也比通用的鋁有著顯著的提高，不僅如此，比起使用鋁的情況，可以更容易地進(jìn)行雙鑲嵌處理，所以相對廉價地制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微細(xì)多層布線結(jié)構(gòu)的可能性也大大提高。
使這種布線結(jié)構(gòu)表面平坦以后，其布線表面會暴露在外部，而在其上形成埋入布線時，由于，例如在下一工序的層間絕緣膜成形處理中的形成SiO2時的表面氧化、以及為了形成通孔(via hole)而進(jìn)行SiO2蝕刻等時候，從通孔底部露出的布線的蝕刻劑或抗蝕劑的脫落等，都有可能引起表面污染。
因此，在過去，為了防止布線的蝕刻劑等污染，一般不僅在表面露出的布線形成部，而且在半導(dǎo)體基片的整個表面也都形成SiN等布線保護(hù)膜。
然而，若在半導(dǎo)體基片的整個表面上形成SiN等布線保護(hù)膜，則在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，層間絕緣膜的電容率(介電常數(shù))上升，而引發(fā)布線延遲，即使使用銅或銀這樣的低電阻材料作為布線材料，也會對半導(dǎo)體器件的能力提高造成妨害。
因此，提出一種保護(hù)布線的方法，即，利用與銅或銀等布線材料的結(jié)合能力強(qiáng)，而且電阻率(ρ)低的材料，例如，通過無電解電鍍獲得的Co(鈷)及Co合金、或者Ni(鎳)及Ni合金來制成保護(hù)膜，將該保護(hù)膜有選擇地覆蓋在露出布線的表面來保護(hù)布線。特別是，將無電解電鍍獲得的Co-W-B、Co-W-P等Co-W合金制成的保護(hù)膜有選擇地覆蓋在布線表面，以防止布線的表面污染以及熱擴(kuò)散。
但是，如圖31所示，在由SiO2制成的絕緣膜2的內(nèi)部所形成的布線用的槽4的內(nèi)部，例如進(jìn)行埋入銅、CMP處理以形成銅布線8，在該銅布線8的裸露表面上，通過無電解電鍍，有選擇地形成例如由Ni-B制成的保護(hù)膜20，以保護(hù)銅布線8的裸露表面，由此，該保護(hù)膜20的厚度很難達(dá)到均勻，因此保護(hù)膜20的厚度偏差增大。而且，這樣一來，保護(hù)膜20的厚度偏差一旦增大，在其上進(jìn)行層間絕緣膜的淀積進(jìn)行多層布線化的情況下，就會出現(xiàn)無法確保層間絕緣膜表面的充分平坦度的問題。此外，還有可能出現(xiàn)由于圖形(pattern)密度不同而產(chǎn)生的問題，如在圖形密度大的地方，絕緣膜上就會出現(xiàn)保護(hù)膜突出(overhanging)的現(xiàn)象。
而且，根據(jù)圖形密度以及布線寬度，即使在布線之外的絕緣膜上，用于形成保護(hù)膜的電鍍材料也被進(jìn)行成膜處理。例如，在絕緣膜內(nèi)部形成的布線用凹部中，埋入銅而形成銅布線的情況下，一般銅的元素級較高，特別是圖形密的地方，由于絕緣膜上的銅污染物，無電解電鍍的電鍍材料與該絕緣膜上的銅進(jìn)行反應(yīng)，在此而形成膜。
這里，要求這種布線保護(hù)膜(覆蓋構(gòu)件)具有較強(qiáng)的抗電遷移性。電遷移，被認(rèn)為是使電流集中而產(chǎn)生的焦耳熱的起因，將布線保護(hù)膜內(nèi)的薄壁部或者針孔作為起點(diǎn)而產(chǎn)生的。因此，對應(yīng)于該問題，盡量避免產(chǎn)生局部薄壁部或針孔，并使膜厚均勻連續(xù)，例如在50nm以下，最好是將由厚度約為10～30nm的薄膜制成的布線保護(hù)膜，均勻地覆蓋于裸露布線的表面。
但是，如圖44所示，在由SiO2等形成的絕緣膜10的內(nèi)部埋入銅所形成的銅布線8的表面，例如，若是形成通過無電解電鍍獲得的由Co-W-B合金制成的、具有厚度在50nm以下的晶相的布線保護(hù)膜(薄膜)20，由于該膜是具有多結(jié)晶取向的多結(jié)晶膜，因此構(gòu)成銅布線8的銅受到該結(jié)晶取向的影響，例如在面方位(111)的銅結(jié)晶8a上，生長(外延生長)面方位(111)的Co-W-B合金結(jié)晶20a，在面方位(222)的銅結(jié)晶8b上，生長面方位(222)的Co-W-B合金結(jié)晶20b。而且，這些面方位不同的Co-W-B合金結(jié)晶20a、20b的生長速度也不相同，因此，產(chǎn)生難于得到膜厚均勻、連續(xù)的布線保護(hù)膜(薄膜)的問題。
也就是說，若是在銅表面生長具有晶相的布線保護(hù)膜(覆蓋構(gòu)件)，則該膜會與作為基質(zhì)(基底)的銅的結(jié)晶面結(jié)合，因而無法得到均勻且連續(xù)的薄膜，也不能獲得充分的抗電遷移性能。
此外，若由無電解電鍍獲得的Co合金或Ni合金制成布線保護(hù)膜，再由該保護(hù)膜有選擇地覆蓋在布線表面以保護(hù)布線，則由于Co合金或Ni合金是一般性磁體，因此該布線保護(hù)膜的磁性會使半導(dǎo)體特性產(chǎn)生劣化。
而且，若由無電解電鍍獲得Co-W-B、Co-W-P合金等具有W(鎢)的保護(hù)膜(覆蓋構(gòu)件)，再由該保護(hù)膜有選擇地覆蓋在埋入布線表面來保護(hù)布線，這樣就可以有效防止布線的熱擴(kuò)散(具有優(yōu)異的防止熱擴(kuò)散效果)，如圖55所示，若電鍍液中的W濃度(W的含有率)增加，則因?yàn)殡婂兯俣入S著W濃度的增加而下降，因此其電鍍速度降低。而且，鍍膜的膜厚很容易對基質(zhì)(布線)的膜質(zhì)狀態(tài)產(chǎn)生影響，例如，會引起結(jié)晶取向的差異而造成鍍膜的厚度的顯著差異，無法在亞微米的布線上形成均勻的鍍膜。
另一方面，若將由非晶質(zhì)Co-B合金等不具有W的Co合金形成的保護(hù)膜(覆蓋構(gòu)件)有選擇地覆蓋埋入布線表面來保護(hù)布線，則電鍍速度加快，而且不會影響基質(zhì)(布線)的膜質(zhì)的狀態(tài)，因此即使在亞微米的布線上也可以形成均勻厚度的鍍膜，但不能有效防止布線的熱擴(kuò)散(防止熱擴(kuò)散的效果降低)。
也就是說，存在難以使利用具有優(yōu)良的防止布線熱擴(kuò)散效果的材料作為保護(hù)膜、及保護(hù)膜具有一定的厚度這兩者同時成立。這里所謂保護(hù)膜是具有下述功能的薄膜，即，具有防止埋入布線材料熱擴(kuò)散的功能、且具有在形成淀積布線時的氧化環(huán)境下可防止布線材料氧化的功能，特別是具有耐蝕刻劑的性能。
而且，在布線材料只使用銅而形成的銅布線，與鋁制布線相比，不僅具有更高的抗電遷移性能以及抗應(yīng)力遷移能力，而且布線的電阻率不會隨著半導(dǎo)體器件的高速化、高集成化而增大，可以使抗電遷移性能以及抗應(yīng)力遷移能力得到更大提高。此外，若將由無電解電鍍獲得的Co及Co合金膜有選擇地覆蓋布線表面來保護(hù)布線，則因?yàn)镃o及Co合金與銅相比可具有更高的電阻率(ρ)，因此有望更進(jìn)一步降低其電阻率(ρ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出來的，其第1目的是提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，可改善覆蓋埋入布線裸露表面以進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)膜的膜厚不均勻問題，在需要多層布線的情況下，也可以確保層間絕緣膜表面的充分的平坦度。
本發(fā)明的第2發(fā)明目的是提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，可防止用于形成保護(hù)膜的電鍍材料在絕緣膜上成膜，且可有選擇地只在布線的裸露表面形成保護(hù)膜。
本發(fā)明的第3個目的在于提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，可將連續(xù)的布線保護(hù)膜(薄膜)以均勻的厚度有選擇地覆蓋在埋入布線的裸露表面上來保護(hù)布線，而且，可防止用于保護(hù)該布線的布線保護(hù)膜的半導(dǎo)體特性劣化。
本發(fā)明的第4個發(fā)明目的在于提供一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，可將具有優(yōu)良的防止布線熱擴(kuò)散效果的保護(hù)膜以所定的厚度有選擇地只覆蓋著埋入布線的表面，可以有效的防止布線的熱擴(kuò)散。
本發(fā)明的第5個發(fā)明目的在于提供一種電鍍液、以及使用該電鍍液而形成的半導(dǎo)體器件及其制造方法，上述電鍍液用于形成電阻率不變大、且抗電遷移特性及抗應(yīng)力遷移特性更高的布線，或用于形成由低電阻材料構(gòu)成、并有選擇地覆蓋在布線表面以進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)膜。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的特征在于，其在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線表面有選擇地形成表面平坦的保護(hù)膜。這樣，可以使通常難以達(dá)到厚度均勻的保護(hù)膜的表面平坦，從而可以改善保護(hù)膜的膜厚不均的問題，并可去除其突出部分。
上述保護(hù)膜是例如Co、Co合金、Ni、或Ni合金中的至少一種。上述Co合金可例舉Co-W-P、Co-W-B、Co-P、Co-B，上述Ni合金可以例舉Ni-B、Ni-P、Ni-W-P、Ni-W-B。
本發(fā)明的其他半導(dǎo)體器件的特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線表面，有選擇地形成具有非晶相的布線保護(hù)膜。因此，可將不會影響作為基質(zhì)的布線的結(jié)晶取向的、均勻且連續(xù)的具有非晶相的布線保護(hù)膜(覆蓋構(gòu)件)有選擇地覆蓋在裸露布線表面，以對布線進(jìn)行保護(hù)。例如，如圖32所示，在由SiO2等構(gòu)成的絕緣膜10的內(nèi)部埋入銅而形成的布線(銅布線)8的表面上，由無電解電鍍獲得的具有非晶相的布線保護(hù)膜(薄膜)20，該布線保護(hù)膜20由Co-W-B合金構(gòu)成，且其厚度不超過50nm，則即使構(gòu)成銅布線8的銅是具有多個結(jié)晶取向的多晶膜，也不會影響其結(jié)晶取向，例如在面方位(111)的銅晶體8a和面方位(222)的銅晶體8b上，均勻生長著Co-W-B合金20c，由此，可得到厚度均勻且連續(xù)的布線保護(hù)膜(薄膜)20。
上述布線保護(hù)膜是由例如Ni合金、Co合金或者Cu合金構(gòu)成。Cu合金可以是Cu-B合金等。布線材料可以使用銅、銅合金、銀或銀合金等低電阻材料，由此可望實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的高速化及高密化。
本發(fā)明的又一半導(dǎo)體器件的特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露表面上，有選擇地形成由非磁性膜構(gòu)成的布線保護(hù)膜。上述具有非晶相的布線保護(hù)膜，具有與晶體不同的非三維無定形(非晶性)結(jié)構(gòu)，這種無定形結(jié)構(gòu)的合金一般為非磁性(不產(chǎn)生強(qiáng)磁性)。由于布線保護(hù)膜為無定形結(jié)構(gòu)，因此由各合金成分構(gòu)成的布線保護(hù)膜為非磁性膜。
本發(fā)明的又一半導(dǎo)體器件的特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線的表面，進(jìn)行用于布線保護(hù)膜成膜的預(yù)處理，然后在實(shí)施了預(yù)處理的布線表面上有選擇地形成保護(hù)膜。這樣，在半導(dǎo)體器件的表面，實(shí)施例如用于防止布線熱擴(kuò)散的保護(hù)膜成膜的預(yù)處理，預(yù)先使基質(zhì)的膜質(zhì)均勻，然后，形成具有一定膜厚的保護(hù)膜(覆蓋構(gòu)件)，該保護(hù)膜具有Co-W-B合金等W，且防止熱擴(kuò)散效果優(yōu)異，因此可有效防止埋入布線的熱擴(kuò)散。
由于通過上述預(yù)處理，在上述裸露布線表面上，有選擇地形成在下一工序中起到無電解電鍍的催化劑作用的晶種層，并在該晶種層的表面上有選擇地形成上述保護(hù)膜，由此可以在用作催化劑的晶種層的表面，以所定厚度形成具有優(yōu)良的防止熱擴(kuò)散效果的保護(hù)膜(覆蓋構(gòu)件)。
上述晶種層是由例如非晶質(zhì)Co-B合金構(gòu)成，上述保護(hù)膜是由例如非晶質(zhì)Co-W-B合金或非晶質(zhì)Co-W-P合金構(gòu)成。因此，首先，形成不會影響基質(zhì)的結(jié)晶取向、厚度均勻的、且由均勻膜質(zhì)的非晶質(zhì)Co-B合金構(gòu)成的晶種層，然后可以在該晶種層的表面，形成厚度均勻且具有優(yōu)良的防止熱擴(kuò)散效果的、由非晶質(zhì)Co-W-B、非晶質(zhì)Co-W-P合金等構(gòu)成的保護(hù)膜。
本發(fā)明的又一半導(dǎo)體器件的特征在于，通過在設(shè)于基片表面上的布線用的微細(xì)凹部內(nèi)，埋入銅合金而形成布線，上述銅合金由銅和非固溶金屬構(gòu)成。由此，與單純由銅構(gòu)成布線的情況相比，可得到由電阻率不變大、且抗電遷移特性及抗應(yīng)力遷移特性更高的銅合金構(gòu)成的布線。這里，所謂的“由銅和固溶金屬構(gòu)成的銅合金”是指例如銅-銀類的銅合金等、多種物質(zhì)(例如銅和銀)等不形成一個晶格(例如不是將銅和銀相互混合而成的晶體)，而是各種物質(zhì)的晶體(例如，銅晶體和銀晶體)的混合體。
上述保護(hù)膜的厚度在例如0.1～500nm的范圍內(nèi)。上述由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金，可以是例如銅-銀類合金、銅-鈷類合金、銅-錫類合金、或者銅-硼類合金。這些銅合金中的銅的含量一般為90％～99.99at％。
本發(fā)明的又一半導(dǎo)體器件的特征在于，將由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金所制成的保護(hù)膜，有選擇地形成在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線的至少一部分上。這樣，與銀或銅的結(jié)合力增強(qiáng)，且電阻率(ρ)較低，用由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金所制成的保護(hù)膜有選擇地覆蓋在布線的表面以保護(hù)布線，由此可以制造出布線電阻不會上升的半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線的表面，通過無電解電鍍有選擇地形成保護(hù)膜，然后使形成有上述保護(hù)膜的半導(dǎo)體器件的表面平坦。若是通過無電解電鍍形成保護(hù)膜，雖然通常難以使其膜厚均勻，但這樣可以在無電解電鍍之后使保護(hù)膜平坦，從而改善保護(hù)膜厚度不勻的問題，并可去除突出部分。
例如，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件表面所設(shè)置的布線用凹部內(nèi)，通過電鍍埋入導(dǎo)體，對該導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，通過研磨使該半導(dǎo)體器件的表面平坦，通過無電解電鍍在該半導(dǎo)體器件的裸露布線表面上有選擇地形成保護(hù)膜，通過研磨使該半導(dǎo)體器件的表面平坦。形成保護(hù)膜以后的研磨是例如在提供含有氧化劑和研磨粒的漿液的同時使用研磨墊進(jìn)行的，上述研磨墊是由無紡布、海綿或樹脂材料(例如泡沫聚亞胺酯)構(gòu)成的。因此，保護(hù)膜是通過由氧化劑氧化了的漿液中所含的研磨粒來進(jìn)行研磨的。此外，也可以使用預(yù)先加入研磨粒的研磨石進(jìn)行研磨。
在通過無電解電鍍有選擇地形成上述保護(hù)膜之前，根據(jù)需要，也可以進(jìn)行電鍍預(yù)處理。該電鍍預(yù)處理可以是，例如施加Pd催化劑的催化劑處理，或者是去除附著在裸露布線表面的氧化膜的氧化膜去除處理。
這里，也可以在設(shè)于基片表面上的布線用凹部中，通過電鍍埋入導(dǎo)體，對該導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，通過研磨使經(jīng)過熱處理的基片表面平坦，清洗被整平的基片表面，通過無電解電鍍在上述清洗后的基片的裸露布線表面有選擇地形成保護(hù)膜。在清洗過程中，最好是在使基片表面的絕緣膜上的導(dǎo)體污染在小于5×105atoms/cm2的狀態(tài)下進(jìn)行絕緣膜上面的清洗。這樣，就可以防止在通過隨后的無電解電鍍有選擇地形成保護(hù)膜時，由于絕緣膜上的銅污染，無電解電鍍的電鍍材料與該絕緣膜上的銅發(fā)生反應(yīng)，而在該位置成膜。這里，在上述那樣清洗基片表面時，最好在絕緣膜的上表面清潔時進(jìn)行電鍍，例如在5分鐘以內(nèi)進(jìn)行電鍍。
本發(fā)明的又一半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行無電解電鍍，在裸露布線表面有選擇地形成具有非晶相的布線保護(hù)膜。
例如，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件表面所設(shè)置的布線用凹部內(nèi)，通過電鍍埋入導(dǎo)體，對該導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，通過化學(xué)機(jī)械研磨使該半導(dǎo)體器件的表面平坦，通過無電解電鍍在該半導(dǎo)體器件的裸露布線表面上有選擇地形成具有非晶相的布線保護(hù)膜。
本發(fā)明提供的另一種半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行無電解電鍍，在裸露布線表面有選擇地形成由非磁性膜構(gòu)成的布線保護(hù)膜。
例如，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件表面所設(shè)置的布線用凹部內(nèi)，通過電鍍埋入導(dǎo)體，對該導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，通過化學(xué)機(jī)械研磨使該半導(dǎo)體器件的表面平坦，通過無電解電鍍在該半導(dǎo)體器件的裸露布線表面上有選擇地形成由非磁性膜構(gòu)成的布線保護(hù)膜。
本發(fā)明的又一半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的表面有選擇地進(jìn)行用于保護(hù)膜成膜的預(yù)處理，通過無電解電鍍在進(jìn)行過預(yù)處理的布線表面有選擇地形成保護(hù)膜。
這里，通過上述預(yù)處理，在裸露布線表面上有選擇地形成由例如非晶質(zhì)Co-B合金構(gòu)成的晶種層，該晶種層在Co合金電鍍(例如Co-W-B或Co-W-P合金電鍍)中起到催化劑的作用。在該晶種層的表面上，有選擇地形成由例如Co-W-B或Co-W-P合金構(gòu)成的保護(hù)膜。
例如，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件表面所設(shè)置的布線用凹部內(nèi)，通過電鍍埋入導(dǎo)體，對該導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，通過化學(xué)機(jī)械研磨使該半導(dǎo)體器件的表面平坦，在該半導(dǎo)體器件的裸露布線表面進(jìn)行用于布線保護(hù)膜成膜的預(yù)處理，通過無電解電鍍，在進(jìn)行了上述預(yù)處理的布線表面上有選擇地形成保護(hù)膜。
本發(fā)明又一半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在基片表面進(jìn)行電鍍，將由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金，埋入在設(shè)于基片表面上的布線用的微細(xì)凹部內(nèi)以形成布線。
本發(fā)明又一半導(dǎo)體器件的制造方法的特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行電鍍，在裸露布線的至少一部分上有選擇地形成由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金制成的保護(hù)膜。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造裝置的特征在于，具有，第1電鍍單元，用于對導(dǎo)體埋入設(shè)于基片表面上的布線用凹部中；第1研磨單元，用于對埋有上述導(dǎo)體的基片的表面進(jìn)行研磨；第2電鍍單元，用于在上述研磨后的基片上暴露的布線的表面，有選擇地形成保護(hù)膜；第2研磨單元，用于將形成有上述保護(hù)膜的基片表面進(jìn)行研磨。
還具有熱處理單元，用于對埋入基片的導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，還具有第3電鍍單元，用于預(yù)先由第2電鍍單元在布線表面上有選擇地形成保護(hù)膜，再在上述布線表面有選擇地形成用作催化劑的晶種層。
此外，還具備清洗單元，用于將被第1研磨單元整平的基片表面進(jìn)行清洗，最好由上述清洗單元對基片表面進(jìn)行清洗，使上述表面的絕緣膜上的導(dǎo)體污染小于5×105atoms/cm2。
本發(fā)明提供一種電鍍液，被用于對由銅和非固溶金屬構(gòu)成的上述銅合金進(jìn)行電鍍，其特征在于，含有銅離子、得到由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金的金屬的金屬離子、配位劑、以及不含堿金屬的還原劑。通過使用上述電鍍液而進(jìn)行電鍍，可得到一種電鍍膜，由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金構(gòu)成，具有與銅大致相同的電阻率，且與銅相比具有更高的抗電遷移性和抗應(yīng)力遷移性。
上述金屬離子例如是銀離子、鈷離子和錫離子。還原劑可以是烷基胺硼烷，由此，還原劑使用的是不含鈉的烷基胺硼烷，因此可防止半導(dǎo)體器件被堿金屬所污染。烷基胺硼烷也可以是二甲胺硼烷、二乙胺硼烷、三甲胺硼烷等。
還具有穩(wěn)定劑或者表面活性劑中的至少一種，上述穩(wěn)定劑為硫化物、氮化物或重金屬化合物中的1種或者不少于1種。
最好使用不含有堿金屬的pH調(diào)整劑，將pH值調(diào)整為5～14，這樣，因?yàn)槭褂貌缓袎A金屬的pH調(diào)整劑進(jìn)行pH值的調(diào)整，因此可防止在電鍍?nèi)芤褐泻锈c等。pH調(diào)整劑可以是例如氨水或氫氧化四甲基銨(TMAH)，電鍍液的pH值最好為7～13。


圖1A至1C為半導(dǎo)體器件的銅布線形成實(shí)例中的、到CMP處理為止的工序順序圖。
圖2A至2C為本發(fā)明實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的銅布線形成實(shí)例中的、經(jīng)過CMP處理后的工序圖。
圖3為表示本發(fā)明實(shí)施方式中電鍍方法的工序順序框圖。
圖4為表示本發(fā)明實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的制造裝置的平面配置圖。
圖5表示本發(fā)明另一實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的制造裝置的平面配置圖。
圖6表示圖4或圖5所示的半導(dǎo)體器件的制造裝置中基片的流程圖。
圖7表示在電鍍時，作為第1電鍍單元的電鍍裝置的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖8表示圖7所示的電鍍裝置中的電鍍液流動狀態(tài)的電鍍液流動圖。
圖9表示在非電鍍時(更換基片時)，圖7所示的電鍍裝置中的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖10表示圖7所示的電鍍裝置在維護(hù)時的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖11為圖7所示的電鍍裝置的剖視圖，其是說明在基片更換時，支架、按壓環(huán)以及基片之間關(guān)系的剖視圖。
圖12表示圖11的局部放大圖。
圖13A至圖13D為表示圖7所示的電鍍裝置在電鍍處理時以及非電鍍處理時，電鍍液流動情況的說明圖。
圖14為表示圖7所示的電鍍裝置的定心機(jī)構(gòu)的放大剖面圖。
圖15為表示圖7所示的電鍍裝置的供電觸點(diǎn)(探針)的剖面圖。
圖16為表示作為第1電鍍單元的電鍍裝置又一實(shí)施例的平面圖。
圖17為圖16中A-A線的剖面圖。
圖18為圖16所示的電鍍裝置的基片支撐部以及陰極部的剖面圖。
圖19為圖16所示的電鍍裝置的電極臂部的剖面圖。
圖20為圖16所示的電鍍裝置的電極臂部的除去支架的平面圖。
圖21為表示圖16所示的電鍍裝置的陽極與電鍍液浸漬材料的概要圖。
圖22為將無電解電鍍裝置作為第1電鍍單元以及/或者第2電鍍單元而使用的一實(shí)例的結(jié)構(gòu)說明圖。
圖23為將無電解電鍍裝置作為第1電鍍單元以及/或者第2電鍍單元而使用的另一實(shí)例的結(jié)構(gòu)說明圖。
圖24為表示研磨裝置一實(shí)例的概要結(jié)構(gòu)圖。
圖25為銅膜厚檢測單元中的反轉(zhuǎn)機(jī)附近的概要正視圖。
圖26為銅膜厚度檢測單元中的反轉(zhuǎn)臂的局部平面圖。
圖27為表示清洗單元一實(shí)施例的概要結(jié)構(gòu)圖。
圖28為表示退火單元一實(shí)施例的縱剖面正視圖。
圖29為圖28的平面剖視圖。
圖30是在以保護(hù)膜保護(hù)銅布線，并且以CMP對保護(hù)膜的表面進(jìn)行研磨時，將其狀態(tài)的SEM照片以圖像表示的狀態(tài)圖。
圖31是在以保護(hù)膜保護(hù)銅布線時，將其狀態(tài)的SEM照片以圖像表示的狀態(tài)圖。
圖32表示將具有非晶相的合金所構(gòu)成的薄膜在銅布線上進(jìn)行堆積(生長)時的狀態(tài)模式圖。
圖33為表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
圖34為表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的電鍍方法的工序順序的框圖。
圖35為表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的通過無電解電鍍而形成布線保護(hù)膜的布線裝置的整體配置圖。
圖36為表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的形成布線保護(hù)膜的電鍍裝置的平面結(jié)構(gòu)圖。
圖37為表示圖36所示的電鍍裝置內(nèi)的氣流流動的說明圖。
圖38為表示圖36所示的電鍍裝置的各區(qū)域間的空氣流動的說明圖。
圖39為表示將圖36所示的電鍍裝置配置在清潔室內(nèi)的一實(shí)例的外觀圖。
圖40A以及圖40B為實(shí)施例2中實(shí)施電鍍處理前后的樣本的SEM照片。
圖41為表示實(shí)施例2中的進(jìn)行電鍍處理之后，進(jìn)行X射線衍射時的衍射強(qiáng)度與2θ之間的關(guān)系的圖表。
圖42A以及圖42B是表示比較例1中的進(jìn)行電鍍處理前后的樣本的SEM照片。
圖43為表示比較例1中的進(jìn)行電鍍處理之后，進(jìn)行X射線衍射時的衍射強(qiáng)度與2θ之間的關(guān)系的圖表。
圖44表示將具有晶相的合金所構(gòu)成的薄膜在銅布線上進(jìn)行堆積(生長)時的狀態(tài)模式圖。
圖45A至圖45C為表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件中形成銅布線的實(shí)例的、進(jìn)行CMP處理后的工序順序的圖。
圖46為表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的制造裝置的平面配置圖。
圖47為表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的電鍍方法的工序的流程圖。
圖48是將實(shí)施例3以及比較例2、3所提供的樣本的SEM照片圖像化的說明圖。
圖49是將進(jìn)行實(shí)施例3中的處理的樣本的SEM照片圖像化后的說明圖。
圖50是將進(jìn)行比較例2中的處理的樣本的SEM照片圖像化后的說明圖。
圖51是將進(jìn)行比較例3中的處理的樣本的SEM照片圖像化后的說明圖。
圖52是將進(jìn)行了實(shí)施例3中的處理的樣本的退火前后的進(jìn)行二次離子質(zhì)量分析時的數(shù)據(jù)圖表。
圖53是將進(jìn)行了比較例2中的處理的樣本的退火前后的進(jìn)行二次離子質(zhì)量分析時的數(shù)據(jù)圖表。
圖54是將進(jìn)行了比較例3中的處理的樣本的退火前后的進(jìn)行二次離子質(zhì)量分析時的數(shù)據(jù)圖表。
圖55是表示使用含有鎢(W)的Co合金電鍍液進(jìn)行電鍍時的W濃度與電鍍速度關(guān)系的圖表。
圖56A至圖56C是表示本發(fā)明又一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件中形成銅合金布線的工序圖。
圖57A至圖57D是表示在本發(fā)明又一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的埋入布線的裸露表面上，有選擇地形成由銅合金構(gòu)成的保護(hù)膜以對布線進(jìn)行保護(hù)這一實(shí)例的工序圖。
具體實(shí)施例方式
以下，說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1A至圖1C表示半導(dǎo)體器件的銅布線形成實(shí)例工序圖。如圖1A所示，在形成半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基材1的導(dǎo)電層1a上，淀積例如由SiO2構(gòu)成的絕緣膜2，在該絕緣膜2內(nèi)部，通過例如光刻技術(shù)來形成接觸孔3和布線用槽4，在其上形成由Ta或者TaN等構(gòu)成的阻擋層(勢壘層)5，再在其上通過濺射等形成作為電解電鍍的供電層的銅晶種層6。
而且，如圖1B所示，通過在半導(dǎo)體基片W的表面鍍銅，在半導(dǎo)體基片W的接觸孔3以及槽4內(nèi)填充銅的同時，在絕緣膜2上淀積銅層7。然后，通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，去除絕緣膜2上的銅層7以及阻擋層5，并使充填在接觸孔3及布線用槽4中的銅層7的表面、與絕緣膜2的表面大體在同一平面。這樣，如圖1C所示，在絕緣膜2內(nèi)部形成由銅晶種層6和銅層7所構(gòu)成的布線(銅布線)8。
如圖2A至圖2C所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)為多層布線結(jié)構(gòu)，如上所述，將保護(hù)膜20有選擇地覆蓋在基片W上形成的布線8的裸露表面，然后進(jìn)行CMP處理，使保護(hù)膜20表面平坦以后，再在基片W的表面淀積例如由SiO2和SiOF等所構(gòu)成的絕緣膜22。這時的部分工序如圖3所示。在該例中，首先，通過例如電鍍進(jìn)行銅的埋入，清洗、干燥以后，根據(jù)需要進(jìn)行熱處理(退火)來進(jìn)行CMP處理，然后清洗經(jīng)過CMP處理的基片W。而且，在進(jìn)行過例如施加Pd催化劑的催化處理等電鍍預(yù)處理以后，在基片W的表面上進(jìn)行無電解電鍍，如圖2A所示，在露出于布線8外部的裸露表面，有選擇地形成由Co合金構(gòu)成的保護(hù)膜20。此外，將基片清洗干燥以后，如圖2B所示，對基片W的表面進(jìn)行CMP處理，以使保護(hù)膜20的表面平坦。接著，在將基片清洗干燥后，如圖2C所示，使絕緣膜22淀積在該基片上。
這樣，通過將保護(hù)膜20有選擇地覆蓋布線8的裸露表面，可以對布線8進(jìn)行保護(hù)。而且，若通過無電解電鍍形成保護(hù)膜20，則一般難于使膜厚均勻，但如果如上述這樣，在無電解電鍍之后，通過對保護(hù)膜20的表面進(jìn)行CMP處理而使其平坦，就會改善保護(hù)膜20的厚度不均的問題，因此，就可以確保在其上淀積的絕緣膜22的表面具有充分的平坦度。
這里，在CMP之后的清洗時，最好使圖1C所示的絕緣膜2上的銅污染小于5×105atoms/cm2，在該條件下對基片W的表面進(jìn)行清洗。這樣，通過使絕緣膜2上的銅污染小于5×105atoms/cm2，在其后的通過無電解電鍍有選擇地形成保護(hù)膜20時，就可以防止下述問題，即，由于絕緣膜2上的銅污染，會造成無電解電鍍的電鍍材料與該絕緣膜2上的銅反應(yīng)而成膜。也就是說，由于在銅的表面進(jìn)行無電解電鍍時，無論是否進(jìn)行催化處理，電鍍材料都會與銅元素產(chǎn)生反應(yīng)而成膜，但通過去除絕緣膜2上面的銅，就可以防止在絕緣膜上電鍍材料與銅發(fā)生反應(yīng)而成膜的問題。這樣，最好在清洗過基片W的表面時，絕緣膜2上面仍然干凈的狀態(tài)下進(jìn)行無電解電鍍，例如最好在5分鐘以內(nèi)。
此外，在有選擇地形成保護(hù)膜20時，會因?yàn)椴季€圖形的集成密度而受到影響。也就是說，布線圖形稀疏的部分比起布線圖形緊密的部分更難附膜，因此，若是在布線圖形稀疏的部分充分形成保護(hù)膜20，則在布線圖形緊密的部分所形成的保護(hù)膜20就會較厚，這時，保護(hù)膜20就會不僅形成在裸露布線8的表面，還會形成在絕緣膜2的表面。在這種情況下，由于通過CMP處理同時地使形成于裸露布線8的表面上的保護(hù)膜20和形成于絕緣膜2的表面上的保護(hù)膜20平坦，因此可以改善保護(hù)膜20不均的問題。整平處理(平坦化處理)也可以在保護(hù)膜20稍高出絕緣膜2的表面的狀態(tài)下停止，但最好在使其被整平到與絕緣膜2的表面一致的狀態(tài)停止，這樣容易確保被淀積在保護(hù)膜20上的絕緣膜2的表面的充分平坦度。
這里，在本例中，作為保護(hù)膜20使用的是Co-W-P合金。也就是說，在將基片W浸漬在例如PdCl2+HCl的溶液中一分鐘，加入鈀催化劑進(jìn)行電鍍預(yù)處理，然后，通過將基片W的表面浸漬到含有鈷離子、配位劑、pH緩沖劑、pH調(diào)整劑、還原劑以及含鎢化合物的電鍍?nèi)芤褐?，來形成保護(hù)膜(Co-W-P合金層)20。
在該電鍍液中，根據(jù)需要，還可以添加作為穩(wěn)定劑的重金屬化合物或硫化物中的一種或多種，或者添加表面活性劑的至少一種，或者使用氫氧化鈉等pH調(diào)整劑，將pH值調(diào)整到例如10。電鍍液的溫度為例如90℃(攝氏度)。
作為電鍍液中鈷離子的供給源，可以使用硫酸鈷、氯化鈷、乙酸鈷等鈷鹽。作為配位劑可以選擇例如乙酸等羧酸及其鹽類、或者例如酒石酸、檸檬酸等氧代羧酸及其鹽類、氨基乙酸等氨基羧酸及其鹽類。而且，可以單獨(dú)使用也可以同時使用多種。
作為pH緩沖劑可以選擇例如硫酸銨、氯化銨及硼酸。還原劑可以選擇次磷酸鈉等。作為含鎢化合物，可以選擇例如鎢酸及其鹽類、或者例如鎢磷酸(例如H3(PW12P40)nH2O)等雜多酸及其鹽類等。
此外，在本例中，雖然使用Co-W-P合金作為保護(hù)膜20，但也可以使用Co單體，Co-W-B合金、Co-P合金或者Co-B合金。
作為保護(hù)膜20也可以使用Ni-B合金。也就是說，也可以使用含有下述物質(zhì)、且將pH調(diào)整為例如8～12的無電解電鍍?nèi)芤海ㄟ^將基片W表面浸漬到該電鍍?nèi)芤褐?，來形成保護(hù)膜(Ni-B合金層)20，上述物質(zhì)分別為鎳離子、鎳離子的配位劑、作為鎳離子的還原劑的烷基胺硼烷或硼氫化合物、以及氨離子。電鍍液的溫度例如是50～90℃，最好是55～75℃。
這里，作為鎳離子的配位劑，可以選擇例如蘋果酸或氨基乙酸等，作為硼氫化合物，可以選擇例如NaBH4。而且，作為保護(hù)膜20還可以使用Ni單體、Ni-P合金、Ni-W-B合金、或Ni-W-P合金等。
而且，作為布線材料，雖然說明了使用銅的例子，也可以使用銅以外的銅合金、銀及銀合金等。
圖4為表示本發(fā)明實(shí)施方式中半導(dǎo)體器件的制造裝置的平面配置圖。該制造裝置如下配置在整體呈長方形的地板上的空間的一端，左右相面對地設(shè)置著第1研磨單元24a和第2研磨單元24b，另一端設(shè)置著一對裝卸部，該裝卸部放置分別容納著半導(dǎo)體晶片等基片W的基片盒26a、26b。而且，在研磨單元24a、24b與裝卸部的連線上設(shè)置著2臺搬運(yùn)機(jī)械手28a、28b。此外，沿著運(yùn)輸線的一側(cè)，設(shè)置有埋入銅用的第1電鍍單元30、具備反轉(zhuǎn)機(jī)的銅膜厚檢測單元32、以及具備反轉(zhuǎn)機(jī)的電鍍預(yù)處理單元34，在另一側(cè)，設(shè)置有沖洗/干燥裝置36、用于形成保護(hù)膜的第2電鍍單元38以及具備海綿卷的清洗單元39。在研磨單元24a、24b的運(yùn)輸線側(cè)面，設(shè)有可將基片W在研磨單元24a、24b之間上下自由移動的推動器42。
這里，如圖5所示，例如在與第1電鍍單元30相鄰的位置設(shè)置有退火單元(熱處理單元)814，由此可以連續(xù)地進(jìn)行由第1電鍍單元進(jìn)行的導(dǎo)體(銅)的埋入、由退火單元814對導(dǎo)體(銅)進(jìn)行的熱處理(退火)、以及由研磨單元24a或24b所進(jìn)行的研磨作業(yè)。
圖7至圖15表示的是構(gòu)成具有圖4及圖5中所具備的第1電鍍單元30的電鍍裝置。該電鍍單元(電鍍裝置)30，如圖7所示，主要由電鍍處理槽46以及頭部47所構(gòu)成的，該電鍍處理槽大致呈圓筒狀，在內(nèi)部容納有電鍍液45，該頭部47被配置在該電鍍處理槽46的上方，固定(保持)著基片W。而且，圖7表示的是由頭部47固定著基片W，使電鍍液45的液面上升到電鍍位置時的狀態(tài)。
在上述電鍍處理槽46中，具有上方開放、且在底部設(shè)有陽極48的電鍍室49，該電鍍室49內(nèi)具有可存放電鍍液45的電鍍槽50。在電鍍槽50的內(nèi)壁上，沿圓周方向等距離設(shè)有朝向電鍍室49中心、并水平突出的電鍍液噴嘴53，該電鍍液噴嘴53與在電鍍槽50內(nèi)部上下延伸的電鍍液供應(yīng)管路相連通。
此外，在本例中，在電鍍室49內(nèi)的陽極48的上方位置，設(shè)有凸模接頭(punch plate)220，該凸模接頭220上設(shè)有多個例如3mm左右的孔，由此，可防止在陽極48表面所形成的黑膜被電鍍液45卷起而流出。
在電鍍槽50中，設(shè)有第1電鍍液排出口57，其可將電鍍室49內(nèi)的電鍍液45從該電鍍室49的底部周邊抽出；第2電鍍液排出口59，其可將從設(shè)于電鍍槽50上端的堰構(gòu)件58溢出的電鍍液45排出；第3電鍍液排出口120，其可將溢出上述堰構(gòu)件58之前的電鍍液45排出。此外，在堰構(gòu)件58下部，如圖13A至圖13C所示，每隔一定間隔設(shè)有一定寬度的開口222。
由此，在電鍍處理過程中，當(dāng)電鍍液供應(yīng)量較大時，在將電鍍液從第3電鍍液排出口120排出到外部的同時，如圖13A所示，使其溢出堰構(gòu)件58，然后通過開口222，從第2電鍍液排出口59排出到外部。此外，在電鍍處理過程中，當(dāng)電鍍液供應(yīng)量較小時，在將電鍍液從第3電鍍液排出口120排出到外部的同時，如圖13B所示，使其通過開口222，從第2電鍍液排出口59排出到外部，由此，可以容易地根據(jù)電鍍液供應(yīng)量的大小進(jìn)行處理。
此外，由圖13D所示，將連通電鍍室49和第2電鍍液排出口59的液面控制用的通孔224，設(shè)置于電鍍液噴嘴53的上方，并沿圓周方向以一定間隔距離來設(shè)置，由此，在非電鍍時，可將電鍍液通過通孔224，從第2電鍍液排出口59排出到外部，以此來控制電鍍液的液面。此外，該通孔224在電鍍處理時可以作為控制電鍍液流量的孔。
如圖8所示，第1電鍍液排出口57通過電鍍液排出管60a與儲液器226連接，并在該電鍍液排出管60a中間安裝流量調(diào)整器61a。第2電鍍液排出口59和第3電鍍液排出口120在電鍍槽50內(nèi)部匯合之后，通過電鍍液排出管60b直接與儲液器226連接。
進(jìn)入上述儲液器226的電鍍液45，通過泵228從儲液器226進(jìn)入到電鍍液調(diào)整箱40內(nèi)。該電鍍液調(diào)整箱40中，設(shè)有溫度控制器230、以及可將樣本液取出并進(jìn)行分析的電鍍液分析單元232，隨著單個泵234的驅(qū)動，電鍍液45從電鍍液調(diào)整箱40通過過濾器236被提供到電鍍單元30的電鍍噴嘴53中。在從該電鍍液調(diào)整箱40延伸至電鍍單元30的電鍍液供應(yīng)管55的途中，設(shè)有具有一定次級壓力的控制閥56。
回到圖7，在位于電鍍室49內(nèi)部的周邊附近，設(shè)有垂直整流環(huán)62和水平整流環(huán)63。該垂直整流環(huán)62使在該電鍍室49內(nèi)電鍍液45被分為上下兩股，上股電鍍液將電鍍液面的中心部分向上擠壓，這時，下股電鍍液流動平穩(wěn)，并且電流密度分布更均勻，垂直整流環(huán)62和水平整流環(huán)63的外周端部固定在電鍍槽50上，另一方面，在頭部47上具備支架70和按壓桿242，上述支架70可自由旋轉(zhuǎn)、呈有底圓柱形且向下開口，并在周壁上設(shè)有開口94，上述按壓桿242可在上下方向移動自如，并在底部設(shè)有按壓環(huán)240。如圖11和12所示，在支架70的底部，設(shè)有向內(nèi)突出的環(huán)形基片支撐部件72。在該基片支撐部件72上鑲嵌有向內(nèi)突出的環(huán)形密封構(gòu)件244，該密封構(gòu)件244的上表面的前端向上突出呈尖塔狀。另外，在該密封構(gòu)件244的上方設(shè)有陰極觸點(diǎn)76。在基片支撐部件72上以沿圓周等間隔的方式設(shè)有通風(fēng)孔75，該通風(fēng)孔75在水平方向向外延伸，并進(jìn)一步朝外向上傾斜地向外延伸。
由此，如圖9所示，電鍍液45的液面較低，如圖11和12所示，基片W由吸附爪H等固定，以插入支架70內(nèi)部，并放置在基片支撐部件72的密封構(gòu)件244的上面。此后，吸附爪H從支架70中抽回后，使按壓環(huán)240下降。由此，把基片W的周邊部分夾持在密封構(gòu)件244和該按壓環(huán)240的下面，以固定基片W，而且，在固定基片W時，將基片W的下表面和密封構(gòu)件244壓接以保證密封。同時，對基片W和陰極電極觸點(diǎn)76通電。
回到圖7，支架70連接到電機(jī)246的輸出軸248上，并通過電機(jī)246的驅(qū)動而旋轉(zhuǎn)。而且，按壓桿242沿著環(huán)形支撐架258的圓周方向垂直設(shè)置在預(yù)定的位置上，該支撐架258通過軸承256被旋轉(zhuǎn)自如的支撐在滑動器254的下端。上述滑動器254通過導(dǎo)引氣缸252的作動可上下移動，該氣缸252被固定在電機(jī)246周圍所設(shè)置的支座250上。通過這種構(gòu)造，上述按壓桿242可以在氣缸252的作動下上下移動，另外，在將基片W固定住以后，上述按壓桿242可以隨支架70整體旋轉(zhuǎn)。
支座250安裝在連接有滾珠螺桿261且可上下移動的滑動基座262上，該滾珠螺桿261可通過電機(jī)260帶動而旋轉(zhuǎn)，而且，支座250被上部支架264包圍著，并可通過電機(jī)260帶動而隨著上部支架264上下移動。另外，在電鍍時，包圍在支架70周圍的下部支架257被安裝在電鍍槽50的上面。
通過這種構(gòu)造，如圖10所示，可以在使支座250和上部支架264抬升的狀態(tài)下進(jìn)行維護(hù)。雖然電鍍液的晶體可附著在堰構(gòu)件58的內(nèi)圓周表面，但在支座250和上部支架264成抬升狀態(tài)時，會流出大量的電鍍液并溢出堰構(gòu)件58，因此可以防止電鍍液的晶體附著在堰構(gòu)件58的內(nèi)圓周表面。而且，雖然在電鍍槽50內(nèi)一體設(shè)置有覆蓋在電鍍時所溢出的電鍍液的上方的防止電鍍液飛濺蓋50b，但在該防止電鍍液飛濺蓋50b的下面，覆蓋超級防水性材料如HIREC(NTT AdvanceTechnology公司制造)，可以阻止電鍍液的晶體附著在此。
在本實(shí)施中，位于支架70的基片支撐部件72上面的用于基片W定心的基片定心機(jī)構(gòu)270，被設(shè)置在沿著圓周方向的4個位置。圖14是基片定心機(jī)構(gòu)270的詳圖。該基片定心機(jī)構(gòu)270包含固定在支架70上的門形托座272、和設(shè)置在該托座272內(nèi)的定位塊274。該定位塊274通過固定在其上部、且位于托座272水平方向的支撐軸276，可擺動自如的被支撐著。另外，在支架70和定位塊274之間設(shè)置有壓縮螺旋彈簧278。由此，定位塊274通過壓縮螺旋彈簧278被施加力，以使其下部以支撐軸276為中心向內(nèi)突出。定位塊274的上表面274a，與具有制動作用的托座272的上部下表面272a接觸(搭接)，從而限制定位塊274的移動。另外，定位塊274的內(nèi)表面是向上方并向外擴(kuò)展的錐形面274b。
由此，基片被例如搬運(yùn)機(jī)械手等吸附爪固定，送進(jìn)支架70，并放置在基片支撐部件72的上面，這時，當(dāng)基片的中心從基片支撐部件72的中心偏離時，定位塊274向外旋轉(zhuǎn)以抵抗壓縮螺旋彈簧278的彈力，一旦基片被搬運(yùn)機(jī)械手等吸附爪放開，定位塊274在壓縮螺旋彈簧278的彈力作用下返回初始位置，通過該復(fù)位動作，可以對基片進(jìn)行定心。
圖15顯示供電觸點(diǎn)(探針)77，其用來供電給對陰極觸點(diǎn)76的陰極電極板208。該供電觸點(diǎn)77由柱塞組成，并被延伸到陰極電極板208的圓柱保護(hù)構(gòu)件280包圍，由此來保護(hù)該供電觸點(diǎn)77不受電鍍液的侵蝕。
下面，說明由第一電鍍單元(電鍍裝置)30所進(jìn)行的電鍍處理。
首先，當(dāng)將基片傳送到電鍍單元30時，將如圖4和5所示的搬運(yùn)機(jī)械手28b的吸附爪和被此吸附爪吸附固定且表面朝下的基片W，從支架70的開口94插入其內(nèi)部，接著該吸附爪向下移動，此后，解除真空吸附，而將基片W放置到支架70的基片支撐部件72上。然后，使吸附爪向上移動而從支架70中收回。接著，使按壓環(huán)240下降，而將基片W的周邊部分夾持在基片支撐部件72和按壓環(huán)240下面之間，以此來固定基片W。
在將電鍍液45從電鍍液噴嘴53中噴射出來的同時，使支架70和固定在該支架70上的基片W以中速旋轉(zhuǎn)，將電鍍液45填充到預(yù)定量時，再經(jīng)過幾秒，使支架70的旋轉(zhuǎn)速度降低到低速旋轉(zhuǎn)(例如100min-1)。接著，對陽極48和作為陰極的基片電鍍表面通電，從而進(jìn)行電鍍。
如圖13D所示，在通電結(jié)束后，只能允許電鍍液通過位于電鍍液噴嘴53的上面的用于控制液面的通孔224流出到外部，由此來降低電鍍液的供應(yīng)量，由此，使支架70和被其固定的基片W從電鍍液的液面上露出。該支架70和被其固定的基片W位于液面上方的位置，并以高速度(例如500-800min-1)旋轉(zhuǎn)，從而通過離心力的作用排除電鍍液。排除完成后，將支架70的旋轉(zhuǎn)停止，以使該支架70停在預(yù)定的方向上。
在支架70完全停止后，使按壓環(huán)240向上移動。接著，將搬運(yùn)機(jī)械手28b的吸附爪以吸引面向下的狀態(tài)從支架70的開口94插入其內(nèi)部，接著將吸附爪降低到能吸住基片的位置。而且，通過吸附爪對基片進(jìn)行真空吸附，將吸附爪移動到支架70的開口94上方的位置，接著將吸附爪與被其固定的基片從支架70的開口94一起收回。
若采用上述電鍍單元30，則可以使頭部47的結(jié)構(gòu)緊湊、簡單。另外，當(dāng)電鍍處理槽46中的電鍍液45的液面，處于電鍍液面時進(jìn)行電鍍處理，處于基片搬運(yùn)液面時可進(jìn)行基片的脫水及搬運(yùn)處理，而且，可防止在陽極48表面所生成的黑膜被干燥及氧化。
圖16至21表示的是構(gòu)成第一電鍍單元30的其他電鍍裝置。在該鍍膜裝置(電鍍裝置)30上，如圖16所示，設(shè)有可進(jìn)行電鍍處理以及附屬處理的基片處理部2-1，并設(shè)有與該基片處理部2-1相鄰，可存留電鍍液的電鍍液盤2-2。而且，具備設(shè)有電極部2-5的電極臂部2-6，上述電極部2-5被設(shè)在可以旋轉(zhuǎn)軸2-3為中心擺動的擺動臂2-4的前端，且可在基片處理部2-1與電鍍液盤2-2之間擺動。
此外，還設(shè)有位于基片處理部2-1側(cè)面的預(yù)涂/回收臂2-7、和固定噴嘴2-8，該固定噴嘴2-8可向基片噴射純水、離子液等化學(xué)制劑、還有氣體。在該例中，設(shè)有3個固定噴嘴2-8，其中的一個用于供應(yīng)純水。如圖17和18所示，基片處理部2-1具備基片固定部(基片保持部)2-9，其位于電鍍面之上，用于固定基片；以及陰極部2-10，其在上述基片固定部2-9上方，被配置成圍繞該基片固定部2-9周邊部的狀態(tài)。此外，還設(shè)置有可通過氣缸2-12上下移動自如的杯部2-11，該杯部2-11大致呈有底圓筒狀，且圍繞在基片固定部2-9的周圍，以防止處理過程中各種化學(xué)制劑的飛濺。
這里，基片固定部2-9被設(shè)置成，可以通過氣缸2-12在下方的基片搬運(yùn)位置A、上方的電鍍位置B、上述二者之間的預(yù)處理/清洗位置C各位置之間升降，而且，基片固定部2-9通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)2-14以及傳送帶2-15能夠以任意加速度或速度，與上述陰極部2-10一體旋轉(zhuǎn)。在與該基片搬運(yùn)位置A相面對、電鍍裝置的框架側(cè)面的搬運(yùn)機(jī)械手28a(參照圖4及圖5)一側(cè)位置，設(shè)有基片搬運(yùn)出入口(圖未示)，當(dāng)基片固定部2-9在電鍍位置B處上升時，在固定基片固定部2-9的基片W的周邊部，下述陰極部2-10的密封部件2-16和陰極電極2-17相接觸。另一方面，杯部2-11的上端位于上述基片搬運(yùn)出入口的下方，如圖18的虛線所示，該杯部2-11在上升時可到到陰極部2-10的上方。
基片固定部2-9在上升時直到電鍍位置B，在由該基片固定部2-9所固定的基片W的周邊部按壓安裝著陰極電極2-17，以對基片W通電。與此同時，密封部件2-16的內(nèi)周端部與基片W的周邊上面以一定壓力相接觸，形成水密封狀態(tài)，可防止在基片W上面所提供的電鍍液從基片W的端部滲漏，并可防止電鍍液對陰極電極2-17的污染。
電極臂部2-6的電極部2-5，如圖19所示，在擺動臂2-4的自由端，設(shè)有支架2-18、包圍著該支架2-18周圍的中空支撐架2-19、以及以支架2-18與支撐架2-19所夾持固定的陽極2-20。陽極2-20覆蓋著支架2-18的開口部，在支架2-18內(nèi)部形成吸引腔2-21。而且，如圖20及圖21所示，在吸引腔2-21內(nèi)，將電鍍液導(dǎo)入、排出的電鍍液導(dǎo)入管2-28和電鍍液排出管(圖未示)連接起來。此外，在陽極2-20設(shè)有橫跨其整體表面、且上下相連通的多個通孔2-20b。
在該例中，在陽極2-20的下面，安裝有覆蓋著該陽極2-20整體表面的、由保水性材料制成的電鍍液浸漬材料2-22，使電鍍液含于該電鍍液浸漬材料2-22中，通過使陽極2-20表面濕潤，來防止黑膜的基片電鍍面的脫落，同時，在向基片的被電鍍面和陽極2-20之間注入電鍍液時，可以很容易地向外部排氣。該電鍍液浸漬材料2-22可以由至少包括聚乙烯、聚丙烯、聚酯、乙烯聚合物、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚亞胺酯及其衍生物等材料中的一種紡織物、無紡布、或海綿狀結(jié)構(gòu)體、或者多孔陶瓷構(gòu)成。
下面進(jìn)行的是電鍍液浸漬材料2-22的陽極2-20的安裝。也就是說，將在下端具有頭部的多個固定銷2-25設(shè)置成下述狀態(tài)，即，將其頭部裝入電鍍液浸漬材料2-22內(nèi)部以使其不能從上方脫落，并使其軸部貫穿陽極2-20的內(nèi)部，該固定銷2-25通過U形板簧2-26向上方施加力，由此依靠板簧2-26的彈力，來使電鍍液浸漬材料2-22被安裝成與陽極2-20下面緊密連接的狀態(tài)。通過這樣的結(jié)構(gòu)，隨著電鍍的進(jìn)行，即使陽極2-20的厚度慢慢變薄，也可以確保電鍍液浸漬材料2-22與陽極2-20下面緊密地接合。因此，可以防止由于在陽極2-20的下面和電鍍液浸漬材料2-22之間混入空氣而導(dǎo)致的電鍍不良。
此外，也可以將例如直徑為2mm左右的柱狀PVC(聚氯乙烯)或者PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)制銷配制成從陽極的上面貫穿陽極的狀態(tài)，然后將粘結(jié)劑涂敷在從陽極下面所露出的該銷的前端面上，以使其與電鍍液浸漬材料粘結(jié)固定。雖然可以將陽極與電鍍液浸漬材料相接觸來使用，但也可以在陽極和電鍍液浸漬材料之間設(shè)置間隙，并使電鍍液被保持在該間隙中，在此狀態(tài)下進(jìn)行電鍍處理。該間隙可以選擇在不大于20mm的范圍內(nèi)，最好為0.1～10mm，1～7mm更佳。特別是，在使用溶解性陽極的情況下，由于陽極從下開始溶解，因此陽極與電鍍液浸漬材料的間隙隨時間推移而增大，該間隙可達(dá)到0～20mm左右。
而且，上述電極部2-5，當(dāng)基片固定部2-9處于電鍍位置B(參照圖18)時，被基片固定部2-9所固定的基片W與電鍍液浸漬材料2-22的間隙下降至0.1～10mm左右，最好在0.3～3mm之間，0.5～1mm更佳，該狀態(tài)下，從電鍍液供應(yīng)管供應(yīng)電鍍液，在使電鍍液浸漬材料2-22含有電鍍液的同時，將基片W的上面(被電鍍面)與陽極2-20之間充滿電鍍液，并通過電鍍電源在基片W的上面(被電鍍面)和陽極2-20之間施加電壓，由此對基片W的被電鍍面進(jìn)行電鍍。
下面，說明由該電鍍單元(電鍍裝置)30所進(jìn)行的電鍍處理。
首先，將電鍍處理前的基片W由搬運(yùn)機(jī)械手28b(如圖4和圖5所示)搬運(yùn)到位于基片搬運(yùn)位置A的基片固定部2-9處，并放置在基片固定部2-9上。接著，使杯部2-1上升，同時將基片固定部2-9上升至預(yù)處理/清洗位置C。在該狀態(tài)下，將位于退避位置的預(yù)涂/回收臂2-7移動至與基片W相面對的位置，將例如由表面活性劑所制成的預(yù)涂液，從在該預(yù)涂/回收臂2-7前端所設(shè)置的預(yù)涂嘴，間歇地噴涂至基片W的被電鍍面。這時，由于基片固定部2-9旋轉(zhuǎn)，預(yù)涂液遍布基片的整個表面。接著，將預(yù)涂/回收臂2-7返回到退避位置，并增加基片固定部2-9的旋轉(zhuǎn)速度，通過離心力的作用，可以清除基片W的被電鍍面上的預(yù)涂液，而使其干燥。
接下來，將電極臂部2-6在水平方向旋轉(zhuǎn)，使電極部2-5從電鍍液盤2-2上方移至實(shí)施電鍍位置的上方位置，在該位置，使電極部2-5向陰極部2-10下降。在電極部2-5下降結(jié)束的時刻，對陽極2-20和陰極部2-10施加電鍍電壓，向電極部2-5內(nèi)部提供電鍍液，通過貫通陽極2-20的電鍍液供應(yīng)口，將電鍍液提供給電鍍液浸漬材料2-22。此時，電鍍液浸漬材料2-22不與基片W的被電鍍面接觸，而是形成相互距離0.1～10mm左右的狀態(tài)，該距離若為0.3～3mm左右為好，0.5～1mm更好。
若繼續(xù)提供電鍍液，則含有從電鍍液浸漬材料2-22滲出的銅離子的電鍍液，被充滿在電鍍液浸漬材料2-22和基片W的被電鍍面之間的間隙中，對基片W的被電鍍面進(jìn)行鍍銅。此時，基片固定部2-9也可以低速旋轉(zhuǎn)。
電鍍處理完成以后，使電極臂部2-6上升后旋轉(zhuǎn)，以使電極部2-5回到電鍍液盤2-2的上方，并使其向通常位置下降。接著，將預(yù)涂/回收臂2-7從退避位置向與基片W相面對的位置移動，并使其下降，以從電鍍液回收噴嘴(圖未示)吸收基片W上的電鍍液殘留部分。在該電鍍液殘留部分的回收結(jié)束以后，使預(yù)涂/回收臂2-7回到退避位置，并向基片W的中央部噴出純水，同時對基片固定部2-9進(jìn)行加速并旋轉(zhuǎn)，以使基片W的表面上的電鍍液與純水進(jìn)行置換。
在結(jié)束上述沖洗處理之后，使基片固定部2-9從電鍍位置B向預(yù)處理/清洗位置C下降，在由純水用的固定噴嘴2-8提供純水的同時，旋轉(zhuǎn)基片固定部2-9以及陰極部2-10以進(jìn)行水洗。此時，向陰極部2-10直接提供純水，或者利用從基片W的表面飛濺出來的純水對密封部件2-16、陰極電極2-17與基片W同時進(jìn)行清洗。
在進(jìn)行水洗過后，停止固定噴嘴2-8的純水供應(yīng)，進(jìn)一步增加基片固定部2-9以及陰極部2-10的旋轉(zhuǎn)速度，通過離心力清除基片W表面的純水以使其干燥。而且，也對密封部件2-16以及陽極電極2-17進(jìn)行干燥。上述干燥結(jié)束后就停止基片固定部2-9及陰極部2-10的旋轉(zhuǎn)，并將基片固定部2-9下降至基片搬運(yùn)位置A。
圖22表示的是圖4及圖5所示的構(gòu)成第2電鍍單元38的無電解電鍍裝置。此外，該例中，雖然表示的是由電鍍裝置構(gòu)成第1電鍍單元30的例子，但第1電鍍單元30也可以由無電解電鍍裝置構(gòu)成。第2電鍍單元(無電解電鍍裝置)38設(shè)有固定構(gòu)件311，其可將基片W固定在其上面；堰構(gòu)件331，與被固定構(gòu)件311所固定的基片W的被電鍍面(上面)的周邊部相接觸，以此將該周邊部密封；噴頭341，可將電解液(無電解電鍍處理液)提供給周邊部被堰構(gòu)件331密封的基片W的被電鍍面。無電解電鍍裝置還具備清洗液供給部件351，其可將清洗液提供至被設(shè)置在固定構(gòu)件311的上部外周附近的基片W的被電鍍面上；回收容器361，用于回收被排出的清洗液等(電鍍廢液)；電鍍液回收嘴365，用于吸引回收保留在基片W上的電鍍液；以及電機(jī)M(旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置)，用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動上述固定構(gòu)件311。
固定構(gòu)件311具有基片裝載部313，可將基片W裝載在其上面并固定。該基片裝載部313具有裝載基片W并使其固定的結(jié)構(gòu)，具體來說就是具備圖未示的真空吸附器，可在基片W的反面真空吸附基片W。另一方面，在基片裝載部313的背面，設(shè)有平面狀的背面加熱器315，其可從下面對基片W的被電鍍面進(jìn)行加熱并保溫。該背面加熱器315是由例如橡膠加熱器或陶瓷加熱器構(gòu)成。該固定構(gòu)件311通過電機(jī)M旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，同時通過圖未示的升降機(jī)構(gòu)上下移動。
堰構(gòu)件331設(shè)置有筒狀的密封部333，可在其下部將基片W的外周邊密封，并被設(shè)置成不能在圖示位置上下移動。
由于噴頭341在前端設(shè)有多個噴嘴，因此可將所提供的電鍍液如淋浴一樣分散，由此可以大致均勻地將電鍍液提供給基片W的被電鍍面。而且，清洗液供給部件351的結(jié)構(gòu)是可以從噴嘴353噴出清洗液。
電鍍液回收嘴356被構(gòu)成可上下移動且可旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，其前端下降至基片W的上面邊緣部的堰構(gòu)件331內(nèi)側(cè)，以吸引基片W上的電鍍液。
下面說明無電解電鍍裝置的動作。首先，如圖所示的狀態(tài)，將固定構(gòu)件311下降，并與堰構(gòu)件331之間留有一定尺寸的間隙，將基片W裝載/固定到基片裝載部313上。作為基片W的種類，可以是例如直徑(Φ)6英寸晶片、直徑8英寸晶片、或者直徑12英寸晶片。
接著，如圖22所示，使固定構(gòu)件311上升，并使其上面與堰構(gòu)件331下面相接觸，同時通過堰構(gòu)件331的密封部333將基片W的外周密封。這時，極板W的表面呈開放狀態(tài)。
接著，通過背面加熱器315直接對基片W本身加熱，從噴頭341噴出電鍍液，并使電鍍液降落到基片W大致整個表面。這時，也可以將電鍍液加溫，進(jìn)行溫度控制。由于基片W的表面，被堰構(gòu)件331所包圍，因此所注入的電鍍也可以全部被基片W的表面所保持。所提供的電鍍液的量，可以是在基片W的表面1mm(大約30ml)左右厚度。而且，被電鍍面上所保持的電鍍液的深度只要小于10mm即可，本例中的1mm也可以。若所提供的電鍍液的量較少即可達(dá)到要求，則可以使用于加熱電鍍液的加熱裝置小型化。
若像上述那樣構(gòu)成為將基片W本身加熱的結(jié)構(gòu)，則由于不必為了加熱而消耗大量電能來使電鍍液溫度升至很高，因此可以降低電能的消耗，并可防止電鍍液變質(zhì)。此外，基片W本身的加熱所需消耗的電能很小即可，而且基片W上所滯留的電鍍液的量也很少，因此很容易通過背面加熱器315進(jìn)行基片W的保溫，由此由于背面加熱器315容量較小，而使得該裝置的結(jié)構(gòu)緊湊。而且，若使用將基片W本身直接冷卻的方法，則可以在電鍍過程中切換加熱/冷卻，由此來改變電鍍條件。由于基片上所保持的電鍍液的量較少，因此可以進(jìn)行靈敏度較高的溫度控制。而且，由于單元整體為框架體，因此可以將其內(nèi)部環(huán)境設(shè)為所定溫度，例如控制在70～80℃。
而且，通過電機(jī)M使基片W瞬間旋轉(zhuǎn)，以使被電鍍面均勻地布滿液體，并在該基片W靜止的狀態(tài)下對被電鍍面進(jìn)行電鍍。具體來說就是，將基片W只在1秒內(nèi)以低于100rpm的速度旋轉(zhuǎn)，以在基片W的被電鍍面上，均勻地散布電鍍液，然后使其靜止，并在一分鐘內(nèi)進(jìn)行無電解電鍍。此外，瞬間旋轉(zhuǎn)的時間長度設(shè)置在10秒以下即可。
上述電鍍處理完成后，將電鍍液回收嘴265的前端下降到基片W的表面周邊部的堰構(gòu)件331內(nèi)側(cè)附近，以吸入電鍍液。這時，若使基片W以例如100rpm以下的速度旋轉(zhuǎn)，則基片W上所殘存的電鍍液就會由于離心力的作用而被集中到基片W的周邊部的堰構(gòu)件331的部分上，從而可進(jìn)行高效、高回收率的電鍍液的回收。而且，將固定構(gòu)件311下降，而使基片W離開堰構(gòu)件331，然后開始基片W的旋轉(zhuǎn)，并通過清洗液供給部件351的噴嘴353向基片W的表面噴射清洗液(超純水)，在使被電鍍面冷卻的同時，通過稀釋/清洗而使無電解電鍍反應(yīng)停止。這時，從噴嘴353噴射的清洗液也到達(dá)堰構(gòu)件331，因此也可以同時進(jìn)行堰構(gòu)件331的清洗。這時的電鍍液被回收至回收容器361，并被廢棄。
此外，曾經(jīng)使用過的電鍍液不能再利用，要將其丟棄。如上述那樣在本裝置中所使用的電鍍液的量與從前相比減少很多，因此，即使不能進(jìn)行循環(huán)使用，被廢棄的電鍍液的量也很少。而且，根據(jù)這種情況，也可以不設(shè)置電鍍液回收嘴365，將使用后的電鍍液與清洗液一起作為電鍍廢液回收到回收容器361中也可。
而且，通過電機(jī)M，將基片W高速旋轉(zhuǎn)甩干以后，將其從固定構(gòu)件311中取出。
圖23為構(gòu)成圖4所示的第2電鍍單元38(以及第1電鍍單元30)的另一無電解電鍍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖23中，與圖22所示的無電解電鍍裝置的不同點(diǎn)在于，在固定構(gòu)件311的上方設(shè)置光照加熱器317，來取代設(shè)置在固定構(gòu)件311內(nèi)的背面加熱器315，且上述光照加熱器317與噴頭341-2為整體結(jié)構(gòu)。也就是說，例如，將多個半徑不同的環(huán)形光照加熱器設(shè)置成同心圓的狀態(tài)，再使噴頭341-2的多個噴嘴343-2從光照加熱器317之間的間隙開口呈環(huán)形。此外，作為光照加熱器317，也可以被構(gòu)成為一個漩渦狀的光照加熱器，還可以被構(gòu)成為除上述以外的各種結(jié)構(gòu)的光照加熱器。并且在基片背面設(shè)置溫度傳感器，通過光照加熱器的ON/OFF(開/關(guān))來控制基片的溫度。
即使是上述的結(jié)構(gòu)，也可以將電鍍液從各個噴嘴343-2如淋浴般地、大致均勻地供應(yīng)至基片W的被電鍍面上，而且，還可以通過光照加熱器317對基片W直接進(jìn)行均勻的加熱/保溫。在使用光照加熱器317的情況下，除基片W和電鍍液之外，其周圍的空氣也被加熱，因此可有效地進(jìn)行基片W的保溫。
而且，通過光照加熱器317，對基片W直接進(jìn)行加熱，必須使用消耗較多電能的光照加熱器317，因此，也可以將耗電量較小的光照加熱器317與上述圖22所示的背面加熱器315一同使用，基片W主要通過背面加熱器315進(jìn)行加熱，而電鍍液及周圍空氣的保溫主要依靠光照加熱器317來進(jìn)行。而且，也可以設(shè)置可將基片W直接或間接冷卻的裝置，以進(jìn)行溫度控制。
圖24表示的是構(gòu)成圖4及圖5所示的研磨單元24a、24b的CMP裝置的一例。該研磨單元(CMP裝置)24a、24b具備研磨臺422，其具有貼敷著研磨布(研磨墊)420的研磨面；頂環(huán)424，可將基片W固定成使其被研磨面面向研磨臺422的狀態(tài)。而且，使研磨臺422和頂環(huán)424分別自傳后，通過研磨臺422的上方所設(shè)置的研磨劑噴嘴426，來提供研磨劑，同時通過頂環(huán)424將基片W以一定壓力按壓在研磨臺422的研磨布420上，由此來對基片W的表面進(jìn)行研磨。這里，在研磨保護(hù)膜20(參照圖2A)時，使用下述研磨劑和研磨布(研磨墊420)來進(jìn)行CMP處理，作為從研磨劑噴嘴426所提供的研磨劑，使用的是含有例如氧化劑及研磨顆粒的漿液；而研磨布(研磨墊)420使用的是由無紡布、海綿或者例如發(fā)泡聚亞胺酯等樹脂材料構(gòu)成的。由此，保護(hù)膜20通過氧化劑而被氧化，并通過漿液中所含的研磨顆粒進(jìn)行研磨。而且，作為研磨墊，也可以是采用了預(yù)先加入研磨顆粒的固定研磨顆粒方式的研磨墊。
若使用這樣的CMP裝置來繼續(xù)研磨作業(yè)，則雖然研磨布420的研磨面的研磨能力低下，但為了恢復(fù)其研磨能力，而設(shè)置修整機(jī)428，通過該修整機(jī)428，可在更換所研磨的基片W時進(jìn)行研磨布420的修整。在該修整處理時，將修整器428的修整面(修整部件)按壓在研磨臺422的研磨布420上，同時使上述二者分別自轉(zhuǎn)，由此來清除附著在研磨面上的研磨劑和碎屑，同時還可以進(jìn)行研磨面的整平與修整，從而更新研磨面。此外，還可以在研磨臺422上安裝用于監(jiān)視基片表面的狀態(tài)的監(jiān)視器，其可當(dāng)場(in situ)檢測研磨終點(diǎn)(endpoint)，也可以安裝可以當(dāng)場(in situ)檢測基片完成狀態(tài)的監(jiān)視器。
圖25及圖26表示的是圖4及圖5所示的具備反轉(zhuǎn)機(jī)的銅膜厚度檢測單元32。如該圖所示，該銅膜厚度檢測單元32具備反轉(zhuǎn)機(jī)439，該反轉(zhuǎn)機(jī)439具有反轉(zhuǎn)臂453、453。該反轉(zhuǎn)臂453、453的功能在于，可將基片W的外周夾在其左右兩側(cè)之間而固定，并可使其反轉(zhuǎn)180度。而且，該反轉(zhuǎn)臂453、453(反轉(zhuǎn)架)正下方設(shè)有圓形的安裝臺455，按狀態(tài)455上設(shè)有多個膜厚傳感器S。安裝臺455通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)457可上下自由移動。
而且基片W反轉(zhuǎn)時，安裝臺455在基片W下方的實(shí)線位置待機(jī)，在反轉(zhuǎn)前或后上升至虛線所示位置，并由反轉(zhuǎn)臂453、453把持著膜厚傳感器S并靠近基片W，從而檢測其膜厚。
若采用本例，則由于不受搬運(yùn)機(jī)械手的臂部等限制，因此可以在安裝臺455上的任意位置設(shè)置膜厚傳感器S。而且，安裝臺455具有可上下自由移動的結(jié)構(gòu)，因此在檢測時，可以調(diào)整基片W和傳感器之間的距離。而且，可根據(jù)檢測目的的不同安裝多種傳感器，并根據(jù)各種傳感器的每次測量，來改變基片W和各傳感器之間的距離。但是由于安裝臺455可上下移動，因此還需要少量的測量時間。
這里，作為膜厚傳感器S，可使用例如渦流傳感器。渦流傳感器可產(chǎn)生渦流電流，使基片W通電來檢測返回電流的頻率及損耗，由此來檢測膜厚，在非接觸狀態(tài)下使用。而且，作為膜厚傳感器S也可以使用光學(xué)傳感器。光學(xué)傳感器可對樣品照射光線，根據(jù)反射光的信息來直接測定膜厚，不僅可以檢測金屬膜還可以檢測氧化膜等絕緣膜的厚度。膜厚傳感器S的設(shè)置位置在圖中并未限定，可以在需要檢測的地方設(shè)置任意個。
圖27表示的是圖4及圖5中所具有的清洗單元39的示意圖。該清洗單元39是擦洗單元，其具有多個旋轉(zhuǎn)用輥?zhàn)?-1，用于將基片W固定在水平面內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；兩個由PVA等構(gòu)成的海綿卷9-2、9-2；以及用于噴灑清洗液的清洗液噴嘴9-4。而且，通過旋轉(zhuǎn)用輥?zhàn)?-1將基片W固定并旋轉(zhuǎn)，再由清洗液噴嘴9-4向基片W正反兩面噴射清洗液，同時使用海綿卷9-2、9-2擦洗基片W的正反兩面，以將其擦洗干凈。這里，作為從清洗液噴嘴9-4噴射出的清洗液，可以使用CS-10(和光制藥(株)制造)或KS-3700(花王(株)制造)等堿性表面活性劑，因此如上所述，可在使圖1C所示的絕緣膜2上的銅污染小于5×105atoms/cm2的狀態(tài)下，將基片W的表面清洗干凈。
圖28及圖29表示的是圖5中所具有的退火單元814。該退火單元814上下分別設(shè)有熱托盤1004和冷托盤1006，上述熱托盤1004位于腔體1002的內(nèi)部，該腔體1002具有可供半導(dǎo)體基片W出入的門1000，而該熱托盤可將半導(dǎo)體基片W加熱到例如400℃；上述冷托盤1006通過例如流動的冷卻液將基片W冷卻。而且，還設(shè)有可升降自如的多個升降銷(插腳)1008，其貫穿冷托盤1006內(nèi)部并在上下方向延伸，在其上端可裝載固定半導(dǎo)體基片W。此外，在夾持著熱托盤1004而相互面對的位置上設(shè)有氣體導(dǎo)入管1010和氣體排放管1012，該氣體導(dǎo)入管1010，用于在退火時，將防氧化氣體導(dǎo)入基片W和熱托盤1004之間；而上述氣體排放管1012，用于將被上述氣體導(dǎo)入管1010導(dǎo)入，并流經(jīng)半導(dǎo)體基片W和熱托盤1004之間的氣體排出。
氣體導(dǎo)入管1010與混合氣體導(dǎo)入通路1022相連接，該混合氣體導(dǎo)入通路1022通過混合器1020將流過在內(nèi)部具有過濾器1014a的N2氣體導(dǎo)入通路1016內(nèi)的N2氣體、與流過在內(nèi)部具有過濾器1014b的H2氣體導(dǎo)入通路1018內(nèi)的H2氣體混合，并使在該混合器1020混合的氣體流通。
由此，將通過門1000并被搬入腔體1002內(nèi)部的半導(dǎo)體基片W，由升降銷1008固定，將升降銷1008上升至下述位置，即，與被升降銷1008所固定的半導(dǎo)體基片W和熱托盤1004之間的距離為，例如0.1～1.0mm左右的位置。在該狀態(tài)下，通過熱托盤1004將半導(dǎo)體基片W加熱到例如400℃的溫度，同時從氣體導(dǎo)入管1010導(dǎo)入用于防氧化的氣體，流過半導(dǎo)體基片W和熱托盤1004之間以后，從氣體排放管1012排出。由此，可以在防止氧化的同時，將半導(dǎo)體基片W進(jìn)行退火，并可使該退火作業(yè)持續(xù)例如幾十秒～60秒左右，然后結(jié)束退火。基片的加熱溫度選擇在100～600℃之間。
退回結(jié)束后，將升降銷1008下降至與被該升降銷1008固定的半導(dǎo)體基片W和冷托盤1006的距離為例如0～0.5mm左右的位置上。在該狀態(tài)下，將冷卻液導(dǎo)入冷托盤1006內(nèi)，由此可在10～60秒左右的時間內(nèi)，將半導(dǎo)體基片W冷卻到100℃以下的溫度，然后將結(jié)束了該冷卻作業(yè)的半導(dǎo)體基片搬運(yùn)至下一工序。
而且，在本例中，作為用于防止氧化的氣體，雖然使用的是將N2氣體和數(shù)％的H2氣體進(jìn)行混合的混合氣體，但也可以只使用N2氣體。
接著，參照圖6，說明通過由上述構(gòu)成的半導(dǎo)體器件的制造裝置，在形成了晶種層6的基片上形成銅布線的一系列處理。
首先，用搬運(yùn)機(jī)械手28a，將在表面形成有晶種層6的基片W，一片一片的從基片盒26a、26b取出，并搬運(yùn)至第1電鍍單元30。而且，在該第1電鍍單元30中，如圖1B所示，在基片W表面淀積銅層7，以進(jìn)行銅的埋入。銅層7首先進(jìn)行基片W表面的親水處理，然后進(jìn)行銅電鍍。銅層7形成以后，在銅電鍍單元30進(jìn)行沖洗或清洗。如果時間充足還可以進(jìn)行干燥。
這里，如圖5所示，在具備退火單元814的情況下，將埋入有銅的基片W搬運(yùn)至退火單元814，在該退火單元814進(jìn)行銅的熱處理(退火)。
此外，埋入上述銅，再將根據(jù)需要進(jìn)行過熱處理(退火)的基片W搬運(yùn)至銅膜厚度檢測單元32，在此檢測銅層7的厚度，再根據(jù)需要，由反轉(zhuǎn)機(jī)將基片進(jìn)行反轉(zhuǎn)，然后由搬運(yùn)機(jī)械手28b，將其搬運(yùn)至第1研磨單元24a的推動器42。
在第1研磨單元24a中，將推動器42上的基片W通過頂環(huán)424進(jìn)行吸附并將其固定，再將其移動至研磨臺422上。并且，使頂環(huán)424下降，將基片W的被研磨面以一定壓力按壓在旋轉(zhuǎn)的研磨臺422的研磨布420上，同時提供研磨液進(jìn)行研磨。作為研磨條件，在對形成在基片W上的銅層7進(jìn)行研磨時，使用銅研磨用的漿液。當(dāng)表面凹凸不平時，雖然可以在按壓力設(shè)定的較低且旋轉(zhuǎn)速度較快的情況下進(jìn)行研磨，但這樣整個加工速度將會放慢。因此，也可以進(jìn)行多階段研磨，即，在將頂環(huán)按壓力設(shè)定在40kPa、頂環(huán)旋轉(zhuǎn)速度在70min-1的條件下，研磨一段時間，在進(jìn)行一定程度的加工以后，在將按壓力降為20kPa、頂環(huán)旋轉(zhuǎn)速度變?yōu)?0min-1的條件下進(jìn)行研磨。這樣，可以對整體進(jìn)行有效的整平處理。
而且，例如在由檢測基片完成情況的監(jiān)視器檢測到終點(diǎn)(endpoint)時，結(jié)束研磨，再通過頂環(huán)424使結(jié)束了該研磨的基片W重新返回到推動器42上，并通過純水噴霧將其清洗干凈。接著，由搬運(yùn)機(jī)械手28b將基片W搬運(yùn)至清洗單元39，例如使用海綿卷將其清洗干凈。由此，如圖1C所示，在絕緣膜2內(nèi)部形成由晶種層6和銅層7所構(gòu)成的布線(銅布線)8。這時，在使圖1C所示的絕緣膜2上的銅污染t小于5×105atoms/cm2的狀態(tài)下，將基片W的表面清洗干凈。
接著，將該基片搬運(yùn)至電鍍預(yù)處理單元34，這里，進(jìn)行的是Pd催化劑處理和去除氧化膜處理等預(yù)處理，再搬運(yùn)至第2電鍍單元38，在該第2電鍍單元38中進(jìn)行無電解電鍍處理。由此，如圖2A所示，在研磨后所露出的布線8的表面上，進(jìn)行無電解Co-W-P電鍍，在布線8的向外部露出的表面上，有選擇地形成由Co-W-P合金膜構(gòu)成保護(hù)膜(電鍍膜)20來保護(hù)布線8。該保護(hù)膜20的膜厚在0.1～500nm左右，1～200nm左右為好，10～100nm左右更佳。
無電解電鍍結(jié)束后，使基片W高速旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行甩干，然后將其從第2電鍍單元38中取出，經(jīng)過推動器42搬運(yùn)至第2研磨單元24b。而且，在該第2研磨單元24b中，與第1研磨單元24a相同，由頂環(huán)424將基片W吸附固定，再移動至研磨臺422上，使頂環(huán)424下降，在旋轉(zhuǎn)的研磨臺422的研磨布420上，將基片W的被研磨面以所定壓力按壓，同時提供研磨劑進(jìn)行研磨。由此，如圖2B所示，研磨保護(hù)膜20的表面以使其平坦。這時，可以使用例如含有氧化劑和研磨顆粒的漿液作為研磨劑，并使用無紡布、海綿或例如發(fā)泡聚亞胺酯等樹脂材料作為研磨墊來進(jìn)行研磨。由此，通過被氧化所劑氧化的漿液中所含的研磨顆粒，來研磨保護(hù)膜20。而且，也可以使用預(yù)先加入研磨顆粒的研磨石進(jìn)行研磨。
此外，在通過檢測基片完成情況的監(jiān)視器檢測到終點(diǎn)(endpoint)時，結(jié)束研磨，再使結(jié)束該研磨的基片W通過頂環(huán)424再次返回到推動器42上，并用純水噴霧將其清洗干凈。接著，通過搬運(yùn)機(jī)械手28b將基片W搬運(yùn)至清洗單元39，例如由海綿卷將基片洗凈，并且，通過搬運(yùn)機(jī)械手28a將基片搬運(yùn)至沖洗/干燥裝置36中。而且，在該沖洗/干燥裝置36中將基片進(jìn)行沖洗干燥以后，將基片返回至原來的基片盒26a、26b的初始位置。
此外，本例中雖然表示的是使用銅作為布線材料的例子，但除了該銅以外，還可以使用銅合金、銀及銀合金等。
(實(shí)施例1)將進(jìn)行了銅電鍍以后又進(jìn)行了CMP處理的形成埋入了銅布線的基片，浸漬到PdCl2(0.005g/L)+HCl(0.2ml/L)、25℃的溶液中一分鐘，以進(jìn)行施加鈀的電鍍預(yù)處理，并將表面洗凈。然后，通過圖21所示的無電解電鍍裝置，使用下述表1所示的成分組成的無電解液，進(jìn)行兩分鐘的無電解電鍍，在樣品(基片)的表面淀積Co-W-P合金層。


接著，在將表面洗凈干燥以后，使用圖24所示的研磨裝置，對保護(hù)膜20的表面進(jìn)行研磨，然后清洗干燥。并對此時的狀態(tài)進(jìn)行了SEM觀察。這時的SEM照片以圖形表示的圖像由圖30所示。從圖30可以看出，在絕緣膜2的內(nèi)部所形成的布線用槽4的內(nèi)部埋入形成的布線(銅布線)8的裸露表面上，有選擇地形成有保護(hù)膜20，而且通過對保護(hù)膜20的表面進(jìn)行研磨，可以改善保護(hù)膜20的膜厚的不均勻。而且，圖31是將對該保護(hù)膜20進(jìn)行研磨之前的狀態(tài)下的SEM照片以圖形表示的狀態(tài)圖。
如上所述，若采用本例，可以使一般難于實(shí)現(xiàn)膜厚均勻的保護(hù)膜20的表面平坦，以改善保護(hù)膜20厚度不均的問題，由此，能在實(shí)現(xiàn)多層布線的同時，確保層間絕緣膜表面充分的平坦度。
下面，參照圖32及圖33說明本發(fā)明實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的其它例子。圖33表示的是具有2層埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)。本例中，使用銅作為布線材料。如圖33所示，在半導(dǎo)體基片10上淀積例如SiO2而形成的絕緣膜122的內(nèi)部，通過例如光刻技術(shù)，形成了布線用的微細(xì)凹部124，其上形成有由TaN等構(gòu)成的阻擋層126。而且，凹部124的內(nèi)部通過埋入銅形成有第1層的銅布線128，將該銅布線128的裸露表面有選擇地覆蓋著布線保護(hù)膜130，并將由SiN等形成的保護(hù)膜132覆蓋在整個表面，由此而構(gòu)成第1層的布線結(jié)構(gòu)。
這里，該銅布線128的形成如下所述，即，在半導(dǎo)體基片W的表面進(jìn)行銅電鍍，在凹部124內(nèi)部填充銅的同時，在絕緣膜122上淀積銅，然后通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，去除絕緣膜122上的銅及阻擋層，并使在凹部124內(nèi)填充有銅的表面與絕緣膜122的表面大致在同一平面。
此外，在具有第1層布線結(jié)構(gòu)的基片W的上面，淀積由例如SiO2形成的絕緣膜134，在該絕緣膜134內(nèi)部，通過光刻技術(shù)形成可達(dá)到布線保護(hù)膜130的布線用的微細(xì)凹部136，在其上形成由TaN所構(gòu)成的阻擋層138。而且，在凹部136內(nèi)部，通過埋入銅而形成第2層銅布線140，并將布線保護(hù)膜142有選擇地覆蓋在該銅布線140的裸露表面，并使由SiN等構(gòu)成的保護(hù)膜144覆蓋整個表面而構(gòu)成第2層布線結(jié)構(gòu)。而且，該銅布線140的形成與上述相同，在半導(dǎo)體基片10的表面進(jìn)行銅電鍍以后，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)。
這里，將銅布線128、140的裸露表面有選擇地覆蓋以保護(hù)該銅布線128、140的布線保護(hù)膜130、142的結(jié)構(gòu)是，具有非晶相、例如由Co-W-B合金構(gòu)成的膜厚在50nm以下、最好為10～30nm(本例中為20nm)的結(jié)構(gòu)。具有該非晶相的布線保護(hù)膜130、142通過無電解電鍍形成。這樣，將布線保護(hù)膜130、142以具有非晶相的Co-W-B合金構(gòu)成，因此即使該薄膜厚度只有20nm，也不會受到作為基質(zhì)的銅布線128、140的銅的結(jié)晶取向的影響，可以形成均勻且連續(xù)的膜。
也就是說，如上述圖44所示，若在布線(銅布線)8的表面形成具有晶相的布線保護(hù)膜(薄膜)20，則可以不受構(gòu)成銅布線8的銅的結(jié)晶取向的影響，例如，雖然在面方位(111)的銅晶體8a上，生長(外延生長)面方位(111)的Co-W-B合金結(jié)晶20a，在面方位(222)的銅結(jié)晶8b上，生長著面方位(222)的Co-W-B合金結(jié)晶20b，但如圖32所示，在銅布線8的表面上形成有具有非晶質(zhì)的布線保護(hù)膜(薄膜)20，因此，即使例如構(gòu)成銅布線8的銅是具有多個結(jié)晶取向的多結(jié)晶膜，也不會受到該結(jié)晶取向的影響，例如在面方位(111)的銅結(jié)晶8a及面方位(222)的銅結(jié)晶8b上，同樣生長著Co-W-B合金20c，由此，可得到厚度均勻且連續(xù)的布線保護(hù)膜(薄膜)20。
這樣，在不受作為基質(zhì)的銅布線128、140的銅的結(jié)晶取向的影響的情況下，用均勻且連續(xù)的具有非晶相的布線保護(hù)膜(覆蓋構(gòu)件)130、142，對銅布線128、140的表面有選擇地進(jìn)行覆蓋，以對銅布線128、140進(jìn)行保護(hù)，因此可得到充分的抗電遷移特性。
而且，具有非晶相的布線保護(hù)膜130、142具有與晶體不同的不具有三維規(guī)律性的無定形結(jié)構(gòu)，該無定形結(jié)構(gòu)的合金一般為非磁性(不產(chǎn)生強(qiáng)磁性)，因此布線保護(hù)膜130、142為非磁性膜，可防止磁性對半導(dǎo)體器件的影響。
圖35表示的是，在通過無電解電鍍形成該布線保護(hù)膜130、142的工序圖34中，進(jìn)行該無電解電鍍的電鍍裝置的整體結(jié)構(gòu)。電鍍裝置具備裝卸部150、進(jìn)行電鍍預(yù)處理的電鍍預(yù)處理槽152、進(jìn)行電鍍處理和活化處理的電鍍槽154、以及在它們之間進(jìn)行基片搬運(yùn)的搬運(yùn)機(jī)械手156。這里，電鍍預(yù)處理槽152具有清洗功能，而電鍍槽154具有洗凈/干燥功能。
首先，將容納在基片盒內(nèi)的埋入有銅等導(dǎo)體并對該導(dǎo)體進(jìn)行了熱處理(退火)、及CMP處理基片搬運(yùn)進(jìn)裝卸部150，由搬運(yùn)機(jī)械手156將一片基片從盒中取出，并搬運(yùn)至電鍍預(yù)處理槽152中。在該電鍍預(yù)處理槽152中對作為基質(zhì)的銅布線128、140的表面進(jìn)行電鍍預(yù)處理(表面清洗)、進(jìn)行水洗。然后，將該電鍍預(yù)處理以后的基片搬運(yùn)至電鍍槽154，這里，采用活化液進(jìn)行活化處理，緊接著在基片的表面進(jìn)行無電解電鍍，在銅布線128、140向外部露出的表面上有選擇地形成由Co-W-B合金構(gòu)成的、具有非晶相的布線保護(hù)膜130、142，然后，進(jìn)行水洗和干燥。而且，讓經(jīng)過該干燥以后的基片返回至裝卸部150的盒中。
這里，本例中使用Co-W-B合金作為布線保護(hù)膜130、142。也就是說，使用含有Co離子、配位劑、pH緩沖劑、pH調(diào)整劑、還原劑(例如烷基胺硼烷)、以及含鎢化合物的電鍍液，將基片表面浸漬到該電鍍液中，由此形成由Co-W-B合金構(gòu)成的布線保護(hù)膜130、142。
這里，B相對于Co的含量為5～50at％，因此可以得到由具有非晶相的Co-W-B合金構(gòu)成布線保護(hù)膜130、142。這與Co-B合金相同。而且，P相對于Co的含量為5～50at％，因此可以得到由具有非晶相的Co-P或者Co-W-P合金構(gòu)成的布線保護(hù)膜。此外，B相對于Ni或者P的含量為5～50at％，因此可以得到由具有非晶相的Ni-B、Ni-W-B、Ni-P、或Ni-W-P合金構(gòu)成的布線保護(hù)膜。該電鍍液的其他成分與前述相同。
并且，在本例中，雖然是使用Co-W-B合金作為布線保護(hù)膜130、142，但也可以使用Co-B、Co-P、Co-W-P、Ni-B、Ni-W-B、Ni-P或Ni-W-P合金來構(gòu)成布線保護(hù)膜。而且，雖然表示的是使用銅作為布線材料的例子，但也可以使用除了銅以外的銅合金、銀及銀合金等。
圖36表示電鍍裝置的其他實(shí)例。如圖36所示，該電鍍裝置具備可對容納有半導(dǎo)體基片的基片盒進(jìn)行搬運(yùn)的搬入/搬出區(qū)域520、可對半導(dǎo)體基片進(jìn)行處理的處理區(qū)域530、可將進(jìn)行處理后的半導(dǎo)體基片進(jìn)行清洗及干燥的清洗/干燥區(qū)域540。清洗/干燥區(qū)域540設(shè)置在搬入/搬出區(qū)域520和處理區(qū)域530之間。搬入/搬出區(qū)域520和清洗/干燥區(qū)域540上設(shè)有間隔壁521，清洗/干燥區(qū)域540和處理區(qū)域530之間設(shè)有間隔壁523。
在間隔壁521上設(shè)有用于在搬入/搬出區(qū)域520和清洗/干燥區(qū)域540之間運(yùn)送半導(dǎo)體晶片的通道(圖未示出)，還設(shè)有用于開關(guān)該通道的閘門522。而且，在間隔壁523上也設(shè)有用于在清洗/干燥區(qū)域540和處理區(qū)域530之間運(yùn)送半導(dǎo)體基片的通道(圖未示)，還設(shè)有用于開關(guān)該通道的閘門524。清洗/干燥區(qū)域540和處理區(qū)域530可以獨(dú)立地進(jìn)行給排氣。
如上述構(gòu)成的電鍍裝置被設(shè)置在清潔室內(nèi)部，將各區(qū)域的壓力設(shè)置為(搬入/搬出區(qū)域520的壓力)＞(清洗/干燥區(qū)域540的壓力)＞(處理區(qū)域530的壓力)，而且，要將搬入/搬出區(qū)域520的壓力設(shè)置得比清潔室內(nèi)部的壓力低。由此，空氣不會從處理區(qū)域530流出至清洗干燥區(qū)域540，也不會從清洗干燥區(qū)域540流出至搬入/搬出區(qū)域520，更不會從搬入/搬出區(qū)域520流出至清潔室內(nèi)部。
搬入/搬出區(qū)域520中設(shè)置有裝載單元520a和卸載單元520b，可容納收容半導(dǎo)體基片的基片盒。在清洗/干燥區(qū)域540中，設(shè)置有用于對進(jìn)行過電鍍處理后的基片進(jìn)行處理的2個水洗部541、干燥部542，同時還設(shè)有進(jìn)行半導(dǎo)體基片的搬運(yùn)的搬運(yùn)部(搬運(yùn)機(jī)械手)543。這里，作為水洗部541，使用的是例如在前端貼附有海棉層的鉛筆型清洗器、或者是在其外周具有海棉層的輥?zhàn)有颓逑雌?。作為干燥?42，使用的是例如可使半導(dǎo)體基片高速旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行脫水、干燥的干燥器。
在處理區(qū)域530內(nèi)部，具有可進(jìn)行半導(dǎo)體基片的電鍍預(yù)處理的預(yù)處理槽531、可進(jìn)行銅電鍍處理的電鍍槽532，同時還設(shè)有進(jìn)行半導(dǎo)體基片的運(yùn)送的搬運(yùn)部(搬運(yùn)機(jī)械手)560。
圖37表示的是電鍍裝置內(nèi)部的氣流的流動。清洗干燥區(qū)域540中，通過管道546導(dǎo)入新鮮的外部空氣，再利用風(fēng)扇將其壓進(jìn)高性能過濾器544并通過，然后作為從天棚540a向下流動的潔凈空氣被供給至水洗部541和干燥部542周圍。所提供的大部分的清潔空氣如下循環(huán)從地板540b通過循環(huán)管道545回到天棚540a，再通過高性能過濾器544利用風(fēng)扇將其壓入，然后進(jìn)入到清洗/干燥區(qū)域540內(nèi)。一部分的氣流通過管道552從水洗單元541和干燥單元542被排出。
盡管處理區(qū)域530是潮濕區(qū)域，也不允許有微小顆粒附著在半導(dǎo)體晶片的表面。因此在處理區(qū)域530內(nèi)，通過風(fēng)扇將潔凈的空氣從天棚530a壓入高性能過濾器533并通過其中，通過這樣的向下流動，可以防止半導(dǎo)體基片上微小顆粒的附著。
但是，如果所有的形成向下流動的潔凈空氣都依靠外部供應(yīng)的話，則需要極大的給排氣量。因此，只需要在保證室內(nèi)負(fù)壓的情況下通過管道553進(jìn)行外部排氣，并將向下流動的大部分潔凈空氣通過循環(huán)管道534、535進(jìn)行循環(huán)流通。
在作為循環(huán)氣流的情況下，由于通過處理區(qū)域530的潔凈空氣含有藥液煙霧或氣體，因此使其通過刷洗器536和煙霧分離器537、538而被除去。由此，回到天棚530a的循環(huán)管道534的氣體不再含有藥液煙霧或氣體，就可以通過風(fēng)扇將其再次壓進(jìn)高性能過濾器533并使其通過其中，就可作為潔凈空氣在處理區(qū)域530內(nèi)循環(huán)。
經(jīng)過處理區(qū)域530內(nèi)部的一部分空氣，從地板530b通過管道553排出至外部，含有藥液煙霧或氣體的空氣通過管道553排出到外部。從天棚530a的管道539提供與其排氣量相當(dāng)?shù)男迈r空氣，以保證處理區(qū)域530內(nèi)部為負(fù)壓狀態(tài)。
如上所述，搬入/搬出區(qū)域520、清洗/干燥區(qū)域540以及處理區(qū)域530的壓力分別被設(shè)定為(搬入/搬出區(qū)域520的壓力)＞(清洗/干燥區(qū)域540的壓力)＞(處理區(qū)域530的壓力)。因此，若將閘門522、524(參照圖36)打開，這些區(qū)域之間的空氣流動如圖38所示，按照搬入/搬出區(qū)域520、清洗/干燥區(qū)域540、處理區(qū)域530的順序流動。而且，通過管道552、553進(jìn)行排氣后，如圖39所示，最后匯集至集中排氣管道554。
圖39是表示被配置在清潔室內(nèi)的該電鍍裝置一實(shí)例的外觀圖。搬入/搬出區(qū)域520的具有盒搬運(yùn)口555和操作面板556的側(cè)面，從被間隔壁557分隔的清潔室的清潔度高的工作區(qū)露出，其他側(cè)面則被容納在清潔度低的有效區(qū)(utility zone)559內(nèi)。
如上所述，將清洗/干燥區(qū)域540配置在搬入/搬出區(qū)域520和處理區(qū)域530之間，在搬入/搬出區(qū)域520和清洗/干燥區(qū)域540之間、以及清洗/干燥區(qū)域540和處理區(qū)域530之間分別設(shè)有間隔壁521，因此在干燥狀態(tài)下從工作區(qū)558通過盒搬運(yùn)口555而被搬運(yùn)到電鍍裝置內(nèi)的半導(dǎo)體基片，在電鍍裝置內(nèi)進(jìn)行電鍍處理，并在清洗/干燥過的狀態(tài)下被搬出工作區(qū)558，因而半導(dǎo)體基片的表面不會附著微小顆粒，而且清潔室內(nèi)的清潔度高的工作區(qū)558，也不會被微小顆粒、藥液、清洗液煙霧等污染。
此外，在圖36及圖37中，雖然表示的是在電鍍裝置中具備搬入/搬出區(qū)域520、清洗/干燥區(qū)域540、處理區(qū)域530的一實(shí)例，但也可以在處理區(qū)域530內(nèi)或與處理區(qū)域530相鄰的位置，設(shè)置具有CMP裝置的區(qū)域，并在該處理區(qū)域530或設(shè)置CMP裝置的區(qū)域、與搬入/搬出區(qū)域520之間設(shè)置清洗/干燥區(qū)域540。而且，也可以使半導(dǎo)體基片在電鍍裝置中以干燥狀態(tài)被搬入，并將進(jìn)行過電鍍處理的半導(dǎo)體基片清洗干凈，再以干燥狀態(tài)被搬出。
(實(shí)施例2)所準(zhǔn)備的樣品是，在硅基片上淀積TaN，在其上通過濺射法淀積10nm的銅，通過電解銅電鍍法淀積700nm的銅，在350℃的N2環(huán)境下，進(jìn)行一小時的退火(熱處理)。而且在進(jìn)行電鍍預(yù)處理、水洗、活化處理以后，使用無電解電鍍裝置進(jìn)行無電解電鍍處理，在該處理過程中使用的是由下述表2所示成分構(gòu)成的無電解電鍍液，樣品(基片)的表面淀積大約50nm的Co-W-B合金(布線保護(hù)膜)。然后，將樣品清洗干燥。該膜中的各種成分含量為Co85at％、W1.5at％、B13.5at％。


Co85at％ W1.5at％ B13.5at％ 50nm(比較例1)作為比較例1，在與上述相同的樣品表面，使用由表3所示成分構(gòu)成的無電解電鍍液來進(jìn)行無電解電鍍處理，淀積大約50nm的Co-W-B合金。然后，對樣品進(jìn)行水洗使其干燥。該膜(Co-W-B合金)中的各成分含量為Co89.5at％、W10at％、B0.5at％。


Co89.5at％ W10at％ B0.5at％ 50nm在該實(shí)施例2中，將電鍍處理前的樣品的表面用SEM(掃描電子顯微鏡)所拍攝的照片示于圖40A，將電鍍處理后的照片示于圖40B，將進(jìn)行X射線衍射的衍射強(qiáng)度和2θ的關(guān)系圖表示于圖41。從該圖40B可知，可得到均勻連續(xù)的由Co-W-B合金構(gòu)成的薄膜，且不受圖40A所示的基質(zhì)銅的結(jié)晶取向的影響。而且，從圖41不能明顯的觀察到Co(111)、Co(222)的峰值，因此可知該由Co-W-B合金構(gòu)成的薄膜具有非晶相。
與此相對應(yīng)，在比較例1中，將電鍍處理前的樣品的表面用SEM(掃描電子顯微鏡)所拍攝的照片示于圖42A，將電鍍處理后的照片示于圖42B，將進(jìn)行X射線衍射的衍射強(qiáng)度和2θ的關(guān)系圖表示于圖43。從該圖42B可知，得到了不均勻不連續(xù)的由Co-W-B合金構(gòu)成的薄膜，且與圖42A所示的基質(zhì)銅的結(jié)晶取向相匹配。而且，從圖43可以明顯的觀察到Co(111)、Co(222)的峰值，因此可知該由Co-W-B合金構(gòu)成的薄膜具有晶相。
下面，與前述相同，圖45A至圖45C表示半導(dǎo)體器件的其他實(shí)例，該半導(dǎo)體器件是由保護(hù)膜20對在基片W上形成的布線(銅布線)8的裸露表面進(jìn)行保護(hù)。該半導(dǎo)體器件將布線8的裸露表面，用例如具有優(yōu)良的防止熱擴(kuò)散效果的保護(hù)膜20有選擇地進(jìn)行覆蓋，由此，在防止布線8熱擴(kuò)散的同時，可保護(hù)布線8不受污染，此外，在基片W的表面，淀積例如SiO2或SiOF等絕緣膜22，以構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)。作為用于形成保護(hù)膜的預(yù)處理，首先在布線8上有選擇地形成易于附著、且具有催化效果的晶種層12，再在該晶種層12的表面有選擇地形成上述保護(hù)膜20。
制造該半導(dǎo)體器件時使用的制造裝置如圖46所示，此時的部分工序圖如圖47所示。如該圖46所示的半導(dǎo)體器件的制造裝置，是在圖5所示的制造裝置上附加了第3電鍍單元33而構(gòu)成的，該第3電鍍單元33用于有選擇地在事先通過第2電鍍裝置38形成了保護(hù)膜20的布線8的表面上，形成具有催化效果的晶種層12。上述第3電鍍單元33由例如上述的圖22及圖23所示的無電解電鍍裝置構(gòu)成，其他結(jié)構(gòu)都與圖5相同。
本例中，在經(jīng)過CMP處理后的基片W的作為基質(zhì)的布線8的表面，進(jìn)行預(yù)處理(基質(zhì)預(yù)處理)，經(jīng)水洗后，在基片W的表面進(jìn)行保護(hù)膜成膜用的預(yù)處理。也就是說，在結(jié)束了埋入銅、熱處理(退火)及研磨以后，將基片搬運(yùn)至第3電鍍單元33，在此對其進(jìn)行第一階段的無電解電鍍。如圖45A所示，在布線8的露出到外部的表面上，有選擇地形成例如由非晶質(zhì)Co-B合金等不含有W的Co合金構(gòu)成的晶種層12。接著，根據(jù)需要將基片W水洗以后，搬運(yùn)至第2電鍍單元38，在這里進(jìn)行第二階段的電鍍處理，如圖45B所示，在晶種層12的表面有選擇地形成例如由Co-W-B合金或Co-W-P合金構(gòu)成的具有優(yōu)良的防止熱擴(kuò)散效果的保護(hù)膜20。而且，在水洗干燥后，如圖45C所示，在其上淀積絕緣膜22。
這樣，在布線8的裸露表面，有選擇地覆蓋著保護(hù)膜20以保護(hù)布線8，該保護(hù)膜20具有優(yōu)良的防止熱擴(kuò)散效果，且由Co-W-B合金或Co-W-P合金等含有W的合金構(gòu)成，由此，可有效防止布線8的熱擴(kuò)散。而且，可預(yù)先形成不影響基質(zhì)的膜質(zhì)即布線8的狀態(tài)的晶種層12，其膜質(zhì)均勻、且厚度一定，并由非晶質(zhì)Co-B合金構(gòu)成，然后在該晶種層12的表面有選擇地形成由Co-W-B合金構(gòu)成的保護(hù)膜20，由此可使該保護(hù)膜20的厚度均勻。
這里，本例中，作為保護(hù)膜20使用的是Co-W-B合金。也就是說，使用含有鈷離子、配位劑、pH緩沖劑、pH調(diào)整劑、還原劑(例如烷基胺硼烷)、以及含鎢化合物的電鍍液，將基片W表面浸漬到該電鍍液中，由此形成由Co-W-B合金構(gòu)成的布線保護(hù)膜20。
在該電鍍液中，根據(jù)需要，添加作為穩(wěn)定劑的重金屬化合物或者硫化物的一種或多種、或者表面活性劑二者的任意一者，而且使用氨水或氫氧化銨等pH調(diào)整劑，將pH值調(diào)整到5～14，若為6～10更佳。電鍍液的溫度為例如30～90℃，最好在40～80℃之間。
作為電鍍液的鈷離子來源可以是例如硫酸鈷、氯化鈷、乙酸鈷等鈷鹽類。鈷離子的添加量，在0.001～1mol/L左右，最好在0.01～0.3mol/L左右。
作為配位劑，可以是例如乙酸等羧酸及其鹽類、或者例如酒石酸、檸檬酸等氧代羧酸及其鹽類、氨基乙酸等氨基羧酸及其鹽類。而且，可以單獨(dú)使用也可以同時使用多種。配位劑的添加量在0.001～1.5mol/L左右，最好為0.01～1.0mol/L左右。
作為pH緩沖劑可以選擇例如硫酸銨、氯化銨及硼酸等。pH緩沖劑的添加量在0.01～1.5mol/L左右，最好在0.1～1mol/L左右。
作為pH調(diào)整劑可以是例如氨水或氫氧化四甲基銨(TMAH)，pH值調(diào)整在5～14左右，最好在6～10左右。
作為還原劑的烷基胺硼烷，可以是二甲胺硼烷(DMAB)、二乙胺硼烷等，還原劑的添加量在例如0.01～1mol/L左右，最好為0.01～0.5mol/L左右。
作為含鎢化合物，可以選擇例如鎢酸及其鹽類、或者例如鎢磷酸(例如H3(PW12P40)·nH2O)等雜多酸及其鹽類等。含鎢化合物的添加量在0.001～1mol/L左右，最好在0.01～0.1mol/L左右。
在該電鍍液中，也可以添加上述成分以外的公知添加劑。作為該添加劑，包括例如作為浴穩(wěn)定劑的鉛化物等重金屬化合物或例如硫氰化物的等硫化物等一種或多種，以及陰離子類、陽離子類、或者無電解質(zhì)類的表面活性劑。
而且，作為晶種層12使用的是非晶質(zhì)Co-B合金。也就是說，使用的是從上述Co-W-B合金用的電鍍液中除去含W化合物以后的電鍍液，將基片W的表面浸漬在該電鍍液中，由此，形成由非晶質(zhì)Co-B合金構(gòu)成的晶種層12。因此，經(jīng)過連續(xù)的無電解電鍍處理可以形成均勻的保護(hù)膜20。
(實(shí)施例3)所準(zhǔn)備的樣品是，在硅基片上淀積40nm的TaN，在其上通過濺射法淀積150nm的銅，通過電解銅電鍍法淀積500nm的銅，再在經(jīng)過熱處理的表面進(jìn)行CMP處理。而且，使用如圖22所示的無電解電鍍裝置，在樣品表面進(jìn)行基質(zhì)預(yù)處理，再經(jīng)過水洗之后，使用由下述表4所示成分構(gòu)成的無電解電鍍液，進(jìn)行大約5秒鐘的無電解電鍍，樣品(基片)的表面淀積了大約10nm的非晶質(zhì)Co-B合金(晶種層)。


Co92.0at％ B8.0at％下面，根據(jù)需要將樣品表面水洗之后，使用由下述表5所示成分構(gòu)成的無電解電鍍液，連續(xù)進(jìn)行大約1分鐘的無電解電鍍，淀積了大約40nm的Co-W-B合金(保護(hù)膜)。然后，對樣品進(jìn)行水洗干燥。


Co89.0at％ W10.0at％ B1.0at％
(比較例2、3)比較例2、3分別是在與前述相同的樣品的表面，使用由表5所示成分構(gòu)成的無電解電鍍液，進(jìn)行大約一分鐘的無電解電鍍處理，淀積大約40nm的Co-W-B合金(比較例2)；在與前述相同的樣品表面，使用由表4所示成分構(gòu)成的無電解電鍍液，進(jìn)行大約15秒的無電解電鍍處理，淀積大約40nm的Co-B合金(比較例3)。
將這些經(jīng)過CMP處理后的電鍍前的上述的樣品的表面，通過SEM(掃描電子顯微鏡)拍攝下來的照片圖示于圖48中，在經(jīng)過實(shí)施例3、比較例2、3中的電鍍處理后的樣品表面，通過SEM(掃描電子顯微鏡)拍攝下來的照片圖示于圖49～圖51中。而且，將在實(shí)施例3、比較例2、3中進(jìn)行過電鍍處理后的樣品上所形成的電鍍膜，在壓力為3.6×10-4Pa、溫度為450℃的狀態(tài)下，進(jìn)行2小時的退火、并將退火前后的次級離子進(jìn)行質(zhì)量分析(SIMS)，此時的數(shù)據(jù)說明圖示于圖52～圖54中。此外，在這些圖52～54中，實(shí)線表示退火前的狀態(tài)，虛線表示退火后的狀態(tài)。
通過這些檢測結(jié)果可知，在比較例2中，雖然如圖53所示具有優(yōu)良的防止熱擴(kuò)散效果，但如圖48所示，如果銅的結(jié)晶取向存在差異，則由于該差異的存在，則如圖50所示，膜厚就會產(chǎn)生較大的不均勻。而且，對于比較例3，如圖48所示，即使存在銅的結(jié)晶取向差異，也可以如圖51所示得到厚度均勻的電鍍膜，但如圖54所示，防止熱擴(kuò)散效果較差。與此相對，在實(shí)施例3中，如圖48所示，即使存在銅的結(jié)晶取向差異，也可如圖49所示得到厚度均勻的電鍍膜，而且如圖52所示，還可得到優(yōu)良的防止熱擴(kuò)散效果。
接著，參照圖56A至圖56C說明使用本發(fā)明的電鍍液，來形成半導(dǎo)體器件的銅合金布線的實(shí)例。首先，如圖56A所示，在形成半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基材1上的導(dǎo)電層1a上，淀積由SiO2所構(gòu)成的絕緣膜2，在該絕緣膜2的內(nèi)部，通過光刻技術(shù)形成接觸孔3和布線用槽4，并在其上通過濺射形成由TaN等構(gòu)成的阻擋層5、再在該阻擋層5上形成晶種層6。
而且，如圖56B所示，在半導(dǎo)體基片W的表面，進(jìn)行無電解銅合金電鍍，因此，在將銅合金填充到半導(dǎo)體基片W的接觸孔3以及槽4內(nèi)的同時，還可以在絕緣膜2上淀積銅合金層17。然后，通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，除去絕緣膜2上的銅合金層17以及晶種層6，使填充于接觸孔3及布線用槽4中的銅合金層17的表面與絕緣膜2的表面大致處于同一平面。由此，如圖56C所示，在絕緣膜2的內(nèi)部形成由晶種層6和銅合金層17構(gòu)成的布線18。
這里，銅合金層17由銅和與其不相溶的金屬構(gòu)成的銅合金所構(gòu)成，在本例中由銅-銀類合金構(gòu)成。該銅合金中銅的含量為例如98％。這樣，通過埋入由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金所構(gòu)成的銅合金層17來形成布線18，由此，與單獨(dú)由銅形成布線的情況相比，可以得到由電阻率較低、抗電遷移性及抗應(yīng)力遷移性更高的銅合金層17所構(gòu)成的布線18。也就是說，銅-銀類的銅合金不是銅和銀形成一個晶格，即，不是銅和銀互相混合的晶體，而是銅晶體和銀晶體相互的混合體。由此，由于大量存在銅晶體，因此與銅單體相比可防止其電阻率增大，而且，由于是銅晶體和銀晶體的混合體，因此與銅單體相比，其抗電遷移性及抗應(yīng)力遷移性也更高。
而且，由銅和非固溶金屬所構(gòu)成的銅合金雖然在本例中使用的是銅-銀類合金，但也可以使用銅-鈷類合金或銅-錫類合金，來代替銅-銀類合金。而且，這些銅合金中銅的含量最好為90％～99.99at％。
由銅-銀類合金構(gòu)成的該銅合金層17是使用含有下述成分的無電解銅合金電鍍液，并將基片W的表面浸漬到上述電鍍液中而得到的，該電鍍液包含銅離子、得到由銅和非固溶金屬所構(gòu)成的銅合金的銀的銀離子、配位劑、以及不含有堿金屬的還原劑。
作為該電鍍液的銅離子的來源，可以是例如硫酸銅、氯化銅等銅鹽類。銅離子的添加量為0.001～1mol/L左右，最好為0.001～0.1mol/L左右。銀離子的來源可以是例如硝酸銀、硫酸銀燈的銀鹽類。而且，銀離子的添加量為0.001～1mol/L左右，最好為0.001～0.1mol/L左右。
作為配位劑，可以是，例如乙酸、酒石酸等有機(jī)酸及其鹽類，EDTA等氨基羧酸及其鹽類，例如乙二胺(ethylenediamine)、乙二胺(quadrol)等胺及其鹽類，例如甘油、甘露糖醇等多元醇，以及硫代硫酸、硫脲等硫化物等。而且，可以單獨(dú)使用也可以同時使用多種。配位劑的添加量為0.001～2mol/L左右，最好為0.01～1mol/L左右。
作為pH調(diào)整劑可以是不含有鈉等堿金屬的物質(zhì)，也可以選擇，例如氨水、氫氧化四甲基銨(TMAH)，將pH值調(diào)整為5～14，最好為7～13。
作為還原劑必須是不含有堿金屬的物質(zhì)，最好是烷基胺硼烷。作為烷基胺硼烷，可以是例如二甲基胺硼烷(DMAB)、二乙基胺硼烷等。還原劑的添加量為0.001～1mol/L左右，最好為0.01～0.5mol/L左右。
在本電鍍液中，也可以添加除上述成分之外的公知添加劑。該添加劑可以是浴穩(wěn)定劑和表面活性劑，浴穩(wěn)定劑可以是聯(lián)砒啶等氮化物、巰基乙酸等硫化物、鉛化物等重金屬化合物、或其混合物，表面活性劑可以是陰離子、陽離子、或非離子物質(zhì)?？梢詫⒃》€(wěn)定劑和表面活性劑單獨(dú)使用，也可以同時使用。電鍍液的溫度在例如20～90℃，最好在20～70℃。
此外，作為構(gòu)成銅合金層17的銅合金在本例中雖然使用的是銅-銀類合金，但如上所述，也可以使用銅-鈷類合金或銅-錫類合金代替銅-銀類合金。使用銅-鈷類合金的情況下，作為電鍍液的鈷離子的來源，可以是例如硫酸鈷、氯化鈷、乙酸鈷等鈷鹽。鈷離子的添加量為0.001～1mol/L左右，最好為0.005～0.5mol/L左右。
圖57A至圖57D表示的是，在本發(fā)明實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的配設(shè)布線的裸露表面，有選擇地形成由銅合金構(gòu)成的保護(hù)膜，以保護(hù)布線的實(shí)例的工序圖。如圖57A所示，在形成半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體基材1的導(dǎo)電層1a上，淀積例如由SiO2所構(gòu)成的絕緣膜2，在該絕緣膜2的內(nèi)部，通過光刻技術(shù)形成接觸孔3和布線用槽4，并在其上通過濺射等形成由TaN等構(gòu)成的阻擋層5、再在該阻擋層5上形成晶種層6。
而且，如圖57B所示，在半導(dǎo)體基片W的表面進(jìn)行銅電鍍，因此，在將銅合金填充到半導(dǎo)體基片W的接觸孔3以及槽4內(nèi)的同時，還可以在絕緣膜2上淀積銅層7。然后，通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)，除去絕緣膜2上的銅層7以及阻擋層5，使填充于接觸孔3及布線用槽4中的銅層7的表面與絕緣膜2的表面大致處于同一平面。由此，如圖57C所示，在絕緣膜2的內(nèi)部形成由晶種層6和銅層7構(gòu)成的布線(銅布線)8。
下面，在形成了上述布線8的基片W表面上，進(jìn)行無電解銅合金電鍍，由此，如圖57D所示，在布線8的裸露表面有選擇地形成由銅合金形成的保護(hù)膜20，以保護(hù)布線8。該保護(hù)膜20的厚度為0.1～500nm，1～200nm較佳，10～100nm更佳。而且，作為布線材料雖然可使用在本例中所示的銅，但也可以使用除銅以外的銅合金、銀及銀合金。
這里，保護(hù)膜20由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金所形成，本例中是由銅-銀類合金所形成的。該銅合金中的銅的含量為例如98％。這樣，銀和銅的結(jié)合力強(qiáng)，且電阻率(ρ)低，可以得到由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金，通過在布線8的裸露表面有選擇地覆蓋由上述銅合金所形成的保護(hù)膜20，就可以制造出布線電阻不會升高的半導(dǎo)體器件。
此外，使用由銅-銀類合金等、銅及非固溶金屬所構(gòu)成的銅合金而形成的電鍍液及無電解電鍍裝置，與前述相同，在此省略其說明。
而且，在上述例中，雖然說明的是適用于無電解電鍍的實(shí)例，當(dāng)然也適用于通過將浸漬在電鍍液中的陰極和陽極之間流過電流而進(jìn)行的電解電鍍。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制造方法適用于半導(dǎo)體器件及其制造方法，該半導(dǎo)體器件具有通過在半導(dǎo)體基片等表面所設(shè)置的布線用的微細(xì)凹部中埋入銅或銀等導(dǎo)體而形成的埋入布線結(jié)構(gòu)，用保護(hù)膜來保護(hù)裸露布線的表面，上述埋入布線結(jié)構(gòu)是。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線表面，形成表面平坦的保護(hù)膜。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述保護(hù)膜由Co、Co合金、Ni或Ni合金中的至少一種構(gòu)成。
3.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線表面，有選擇地形成具有非晶相的布線保護(hù)膜。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述布線保護(hù)膜由通過無電解電鍍形成的Ni合金、Co合金或Cu合金構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，具有將銅、銅合金、銀或銀合金作為布線材料的埋入布線結(jié)構(gòu)。
6.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線表面上，有選擇地形成由非磁性膜構(gòu)成的布線保護(hù)膜。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述布線保護(hù)膜由通過無電解電鍍形成的Ni合金、Co合金或Cu合金構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，具有將銅、銅合金、銀或銀合金作為布線材料的埋入布線結(jié)構(gòu)。
9.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線的表面，有選擇地進(jìn)行用于布線保護(hù)膜成膜的預(yù)處理，在實(shí)施了上述預(yù)處理的布線表面上有選擇地形成保護(hù)膜。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，通過上述預(yù)處理，在上述裸露布線表面上有選擇地形成在下一工序中起到無電解電鍍的催化劑作用的晶種層，并在該晶種層的表面上有選擇地形成上述保護(hù)膜。
11.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述晶種層由非晶質(zhì)Co-B合金構(gòu)成，上述保護(hù)膜由非晶質(zhì)Co-W-B合金或非晶質(zhì)Co-W-P合金構(gòu)成。
12.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，在設(shè)于基片表面上的布線用的微細(xì)凹部內(nèi)，埋入由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金來形成布線。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金是銅-銀類合金、銅-鈷類合金、銅-錫類合金、或銅-硼類合金。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述銅合金中銅的含量為90％～99.99at％。
15.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，將由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金所制成的保護(hù)膜，有選擇地形成在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線的至少一部分上。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金是銅-銀類合金、銅-鈷類合金、銅-錫類合金、或銅-硼類合金。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，上述銅合金中銅的含量為90％～99.99at％。
18.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線的表面，通過無電解電鍍有選擇地形成保護(hù)膜，然后使形成有上述保護(hù)膜的半導(dǎo)體器件的表面平坦。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件表面所設(shè)置的布線用凹部內(nèi)，通過電鍍埋入導(dǎo)體，對該導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，通過研磨使上述半導(dǎo)體器件的表面平坦，通過無電解電鍍在上述半導(dǎo)體器件的裸露布線表面上有選擇地形成保護(hù)膜，通過研磨使該半導(dǎo)體器件的表面平坦。
20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在通過無電解電鍍有選擇地形成上述保護(hù)膜之前，進(jìn)行電鍍預(yù)處理。
21.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在基片表面所設(shè)置的布線用凹部內(nèi)，通過電鍍埋入導(dǎo)體，對該導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，通過研磨使經(jīng)過熱處理的基片表面平坦，清洗上述被整平的基片表面，通過無電解電鍍在上述清洗后的基片的裸露布線表面有選擇地形成保護(hù)膜。
22.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，對上述基片表面進(jìn)行清洗，以使該表面的絕緣膜上的導(dǎo)體污染小于5×105atoms/cm2。
23.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行無電解電鍍，在裸露布線表面有選擇地形成具有非晶相的布線保護(hù)膜。
24.如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述布線保護(hù)膜由Ni合金、Co合金或Cu合金構(gòu)成。
25.如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件表面所設(shè)置的布線用凹部內(nèi)，通過電鍍埋入導(dǎo)體，對該導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，通過化學(xué)機(jī)械研磨使上述半導(dǎo)體器件的表面平坦，通過無電解電鍍在上述半導(dǎo)體器件的裸露布線表面上有選擇地形成具有非晶相的布線保護(hù)膜。
26.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行無電解電鍍，在裸露布線表面有選擇地形成由非磁性膜構(gòu)成的布線保護(hù)膜。
27.如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述布線保護(hù)膜由Ni合金、Co合金或Cu合金構(gòu)成。
28.如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件表面所設(shè)置的布線用凹部內(nèi)，通過電鍍埋入導(dǎo)體，對該導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，通過化學(xué)機(jī)械研磨使上述半導(dǎo)體器件的表面平坦，通過無電解電鍍在上述半導(dǎo)體器件的裸露布線表面上有選擇地形成由非磁性膜構(gòu)成的布線保護(hù)膜。
29.半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的表面，有選擇地進(jìn)行用于保護(hù)膜成膜的預(yù)處理，通過無電解電鍍在進(jìn)行過預(yù)處理的布線表面有選擇地形成保護(hù)膜。
30.如權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，通過上述預(yù)處理，在上述裸露布線表面上有選擇地形成起到催化劑作用的晶種層，在該晶種層的表面上有選擇地形成上述保護(hù)膜。
31.如權(quán)利要求30所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述晶種層由非晶質(zhì)Co-B合金構(gòu)成，上述保護(hù)膜由非晶質(zhì)Co-W-B合金或非晶質(zhì)Co-W-P合金構(gòu)成。
32.如權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件表面所設(shè)置的布線用凹部內(nèi)，通過電鍍埋入導(dǎo)體，對該導(dǎo)體進(jìn)行熱處理，通過化學(xué)機(jī)械研磨使該半導(dǎo)體器件的表面平坦，在該半導(dǎo)體器件的裸露布線表面進(jìn)行用于布線保護(hù)膜成膜的預(yù)處理，通過無電解電鍍，在進(jìn)行了上述預(yù)處理的布線表面上有選擇地形成保護(hù)膜。
33.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在基片表面進(jìn)行電鍍，將由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金，埋入在設(shè)于基片表面上的布線用的微細(xì)凹部內(nèi)以形成布線。
34.如權(quán)利要求33所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金是銅-銀類合金、銅-鈷類合金、銅-錫類合金、或銅-硼類合金。
35.如權(quán)利要求34所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述銅合金中銅的含量為90％～99.99at％。
36.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的表面進(jìn)行電鍍，在裸露布線的至少一部分上有選擇地形成由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金所制成的保護(hù)膜。
37.如權(quán)利要求36所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金是銅-銀類合金、銅-鈷類合金、銅-錫類合金、或銅-硼類合金。
38.如權(quán)利要求37所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，上述銅合金中銅的含量為90％～99.99at％。
41.一種半導(dǎo)體器件的制造裝置，其特征在于，具有，第1電鍍單元，用于將導(dǎo)體埋入設(shè)于基片表面上的布線用凹部；第1研磨單元，用于對埋有上述導(dǎo)體的基片的表面進(jìn)行研磨；第2電鍍單元，用于在上述研磨后的基片露出的布線表面，有選擇地形成保護(hù)膜；以及第2研磨單元，用于對形成有上述保護(hù)膜的基片表面進(jìn)行研磨。
42.如權(quán)利要求41所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還具有熱處理單元，用于對埋入基片中的導(dǎo)體進(jìn)行熱處理。
43.一種半導(dǎo)體器件的制造裝置，其特征在于，還具有第3電鍍單元，其可預(yù)先由第2電鍍單元在布線表面上有選擇地形成保護(hù)膜，再在上述布線表面有選擇地形成起到催化劑作用的晶種層。
44.如權(quán)利要求41所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還具備清洗單元，可對由第1研磨單元進(jìn)行研磨后的基片表面進(jìn)行清洗。
45.如權(quán)利要求44所述的半導(dǎo)體器件的制造裝置，其特征在于，由上述清洗單元對基片表面進(jìn)行清洗，使上述表面的絕緣膜上的導(dǎo)體污染小于5×105atoms/cm2。
46.一種電鍍液，其特征在于，含有銅離子、得到由銅和非固溶金屬構(gòu)成的銅合金的金屬的金屬離子、配位劑、以及不含堿金屬的還原劑。
47.如權(quán)利要求46所述的電鍍液，其特征在于，上述金屬離子是銀離子、鈷離子和錫離子。
48.如權(quán)利要求46所述的電鍍液，其特征在于，上述還原劑是烷基胺硼烷。
49.如權(quán)利要求46所述的電鍍液，其特征在于，還具有穩(wěn)定劑或表面活性劑中的至少一種，上述穩(wěn)定劑為硫化物、氮化物及重金屬化合物中的1種或不少于1種。
50.如權(quán)利要求46所述的電鍍液，其特征在于，使用不含有堿金屬的pH調(diào)整劑，將pH值調(diào)整為5～14。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，其具有埋入布線結(jié)構(gòu)，并利用保護(hù)膜來保護(hù)裸露布線的表面；上述埋入布線結(jié)構(gòu)是通過在設(shè)于半導(dǎo)體基片等表面上的布線用的微細(xì)凹部中，埋入銅或銀等導(dǎo)電體而構(gòu)成的。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的特征在于，在具有埋入布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的裸露布線表面，形成表面平坦化的保護(hù)膜。
文檔編號H01L21/768GK1545728SQ02815790
公開日2004年11月10日 申請日期2002年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月13日
發(fā)明者井上裕章, 木村憲雄, 王新明, 松本守治, 金山真, 治, 雄 申請人:株式會社荏原制作所