专利名称：镀铜溶液，镀敷方法和镀敷装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及镀铜溶液，镀敷方法和镀敷装置，和更特别地涉及用于通过如下方式形成铜互连物的镀铜溶液，镀敷方法和镀敷装置对于在基底表面中形成的互连物，镀敷半导体基底以采用铜填充细凹口。
背景技术：
近年来，代替使用铝或铝合金作为在半导体基底上形成互连电路的材料，存在朝向使用具有低电阻和高耐电迁移性的铜(Cu)的显著倾向。一般通过将铜嵌入在基底表面中形成的细凹口中而形成铜互连物。有用于生产这样铜互连物的已知各种技术，包括CVD、溅射、和镀敷。根据任何这样的技术，将铜沉积在基底的基本整个表面上，随后通过化学机械抛光(CMP)除去不必要的铜。
在加工步骤的顺序中，
图19A-19C说明生产含有铜互连物的这样基底W的例子。如图19A所示，将SiO2的氧化物膜2沉积在半导体基础物1上形成的导电层1a上，在其上形成半导体器件。通过平版印刷和蚀刻技术在氧化膜2中形成用于互连物的接触孔3和沟槽4。其后，在整个表面上形成TaN等的屏蔽层5，和在屏蔽层5上形成作为用于电镀供电层的种子层7。
然后，如图19B所示，将镀铜进行到基底W的表面上以采用铜填充接触孔3和沟槽4，同时，在氧化物膜2上沉积铜膜6。其后，通过化学机械抛光除去在氧化物膜2上的铜膜6和屏蔽层5，以使填充入用于互连物的接触孔3和沟槽4的铜膜6的表面和氧化膜2的表面基本位于相同的平面上。因此形成由铜膜6组成的互连物，如图19C所示。
一般通过溅射或CVD形成种子层7。在其中通过采用铜的电镀形成铜膜6的情况下，硫酸铜镀敷液体，它包含硫酸铜和硫酸，一般已经用作镀敷液体。
随着近来朝向更精细互连物的倾向，用于互连物的沟槽或栓塞要具有更高的纵横比。这造成如下问题不能在沟槽底部，如通过溅射充分形成种子层，因此不能形成均匀的种子层。因此，如图20A所示，存在如下情况的可能性靠近其底部在沟槽侧壁上形成的种子层7的厚度t1为靠近基底表面在沟槽侧壁上形成的种子层7的厚度t2的1/10或更小。当通过使用硫酸铜镀敷液体，进行采用铜的电镀以采用铜填充这样的沟槽时，电流几乎不通过种子层7中的特别薄部分，引起图20B所示的未沉积部分(空隙)8的形成。通过增加种子层7的总体厚度以增厚特别薄部分而克服此缺陷的尝试不是成功的，这是由于在用于填充这样沟槽的采用铜的镀敷中，铜会在沟槽开口附近沉积得较厚而关闭它，导致空隙的形成。
另一方面，已经开发出镀铜液体，它包括基础物如硫酸铜和，作为添加剂，络合剂和用于保持液体pH在中性范围的pH调节剂。然而，这样的镀铜液体一般太不稳定难以有实际用途。
发明公开考虑到相关技术中的以上状况进行本发明。因此本发明的目的是提供一种镀铜溶液，它可增强种子层的薄部分和保证采用铜对具有高纵横比的细凹口的完全填充，和它是稳定的使得在其长时间连续使用之后并不降低它的性能，和也提供采用镀铜溶液的镀敷方法和装置。使用根据本发明镀铜溶液的镀敷方法可应用于直接在屏蔽层上沉积镀敷膜的所谓直接镀敷。
为达到以上目的，本发明提供一种镀铜溶液，该镀铜溶液包括单价或二价铜离子，络合剂，和添加剂，该添加剂抑制铜螯合物离开螯合物和沉积在基底表面上。
本发明也提供一种镀铜溶液，该镀铜溶液包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物。
络合剂在镀铜溶液中的包括可增强镀敷溶液的极化和改进均匀电沉积性能。此使得能够达到种子层薄部分的增强和铜进入具有高纵横比的细凹口，如沟槽和通路孔深度的均匀填充。此外，沉积的镀敷物是密集的，和其中没有微孔形成。
此外，与迄今为止可以采用其镀敷的那些相比，有机硫化合物在镀铜溶液中作为添加剂的使用使得甚至可以进行镀敷到更薄的在下面的导电层上(种子层)(如在基底表面上厚度为100nm或更小)。另外，由于有机硫化合物作为添加剂的使用，镀铜溶液的所谓颠倒性能优异，使得可以采用铜填充细沟槽或孔，细沟槽或孔具有高或严格的纵横比使得采用铜的填充从来都是不可能的。在此方面认为有机硫组分可抑制铜螯合物离开螯合物(配体)和沉积在基底表面上，因此更大数量的铜可以沉积在这样细沟槽或孔的深度中。
由于它的极性，可以通过使用电化学测量方法，如一般用于测量镀铜溶液中添加剂浓度的CVS方法，容易地测量有机硫化合物添加剂的浓度。此外，由于有机硫化合物添加剂在镀敷溶液中非常稳定，可以容易地进行液体管理。有机硫化合物添加剂的浓度一般为0.1-500mg/l，优选0.5-100mg/l，更优选1-50mg/l。
镀铜溶液中铜离子的浓度应当优选为0.1-100g/l。在以上范围以下的铜离子浓度降低了电流效率，因此降低了铜的沉淀效率。超过以上范围的铜离子浓度恶化了镀敷溶液的电沉积性能。络合剂的浓度应当优选为0.1-500g/l。当浓度低于以上范围时，与铜的适当络合几乎不能进行因此可能产生沉淀物。当浓度高于以上范围时，另一方面，镀敷可以在所谓的“燃烧沉积”状态上进行和因此外观恶化和，此外，废液的处理变得困难。镀铜溶液可以保持在7-14的pH，优选在8-10的pH，更优选在约9的pH。当镀敷溶液的pH太低时，络合剂不能有效地与铜结合，因此不能提供完全的络合物。另一方面，太高的镀敷溶液pH可引起制备沉淀物的络合物变化形式的形成。以上所述的pH范围能避免这些缺陷。
有机硫化合物优选是一种或多种有机硫化物化合物或有机多硫化物化合物。
含有磺酸或膦酸基团的有机硫化合物可以在分子中，特别是在芳族和/或杂环硫化物-磺酸或膦酸结构中，包含取代基如甲基、溴、氯、甲氧基、乙氧基、羧基和羟基。这些化合物可以游离酸，碱金属盐，有机胺盐等的形式使用。优选的有机二价硫化合物包括HO3P-(CH2)3-S-S-(CH2)3-PO3H、硫醇、硫代氨基甲酸酯、硫醇氨基甲酸酯和含有至少一个磺酸或膦酸基团的硫代碳酸酯。特别优选的有机二价硫化合物是具有如下通式的那些有机多硫化物化合物XR1-(S)n-R2-SO3Y或XR1-(S)n-R2-PO3Y其中R1和R2，它们可以相同或不同，每个表示亚烷基，X表示氢、SO3H或PO3H，Y表示氢，和n是2-6的整数。上述有机硫化合物添加剂的浓度为1-100mg/l。
以上通式的有机二价硫化合物是在分子中含有至少两个相邻二价硫原子和一个或两个末端磺酸或膦酸基团的脂族多硫化物。分子中的亚烷基部分可以被甲基、溴、氯、甲氧基、乙氧基、羧基、羟基或其它基团取代。这些化合物可以游离酸，碱金属盐，有机胺盐等的形式使用。
镀敷溶液可以进一步包含作为添加剂的表面活性剂。表面活性剂的加入可改进镀敷溶液的润湿性能使得镀敷溶液可更容易地进入小孔和，此外，可进一步抑制铜在基底表面上的沉积，因此进一步增强填充铜入细孔或沟槽深度的性能。聚亚烷基二醇，它们的EO(环氧乙烷)或PO(环氧丙烷)加合物，即聚醚多元醇，季铵盐等可以用作表面活性剂。
本发明也提供一种镀敷含有细凹口(其由种子层覆盖)的基底的方法，以由金属填充细凹口，包括通过将基底表面与镀敷溶液接触而镀敷基底表面，该镀敷溶液包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物。
此方法可采用镀铜增强和完成可能存在于种子层的薄部分和保证铜进入甚至具有高纵横比的沟槽或通道孔的完全填充。
本发明进一步提供一种镀敷含有细凹口(其由屏蔽层覆盖)的基底的方法，以由金属填充细凹口，包括通过将基底表面与镀敷溶液接触而镀敷基底表面，镀敷溶液包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物。
本发明进一步提供一种镀敷含有细凹口(其由种子层覆盖)的基底的方法，以由金属填充细凹口，包括在第一阶段通过将基底表面与第一镀敷溶液接触而镀敷基底表面；和在第二阶段通过将基底表面与第二镀敷溶液接触而镀敷基底表面；其中第一镀敷溶液包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物，和第二镀敷溶液含有具有优异流平性能的组合物。
本发明进一步提供一种镀敷含有细凹口(其由屏蔽层覆盖)的基底的方法，以由金属填充细凹口，包括在第一阶段通过将基底表面与第一镀敷溶液接触而镀敷基底表面；和在第二阶段通过将基底表面与第二镀敷溶液接触而镀敷基底表面；其中第一镀敷溶液包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物，和第二镀敷溶液含有具有优异流平性能的组合物。
本发明进一步提供一种镀敷装置，包括用于进行基底表面第一阶段镀敷的第一镀敷工段，基底含有由屏蔽层和/或种子层覆盖的细凹口；用于将第一镀敷溶液加入在第一镀敷工段中的镀敷腔中的第一镀敷溶液进料工段；用于进行基底表面第二阶段镀敷的第二镀敷工段，基底已经进行过第一阶段镀敷；用于将第二镀敷溶液加入在第二镀敷工段中的镀敷腔中的第二镀敷溶液进料工段；和用于将基底从第一镀敷工段转移到第二镀敷工段的转移工段；其中第一镀敷溶液含有具有优异均匀电沉积性能的组合物和包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物，和第二镀敷溶液含有具有优异流平性能的组合物。
当与附图结合时，从以下描述本发明的以上和其它目的，特征，和优点是显然的，附图通过实施例说明本发明的优选实施方案。
附图简述图1是镀敷装置实施方案的平面图；图2是显示图1所示镀敷装置中空气流的示意图；
图3是显示在图1所示镀敷装置区域中空气流的横截面图；图4是图1所示镀敷装置的透视图，镀敷装置放置在清洁房间中；图5是显示在镀敷操作时镀敷工段整个结构的横截面图；图6是显示镀敷溶液在镀敷工段中流动的示意图；图7是显示在非镀敷操作时(在基底转移时)镀敷工段整个结构的横截面图；图8是显示在维护时镀敷工段整个结构的横截面图；图9是解释在基底转移时在外壳，压挤环，和基底中关系的横截面图；图10是显示图9一部分的放大视图；图11A-11D是解释在镀敷操作时和在非镀敷操作时镀敷溶液流动的示意图；图12是显示镀敷工段中定中心机构的放大横截面图；图13是显示镀敷工段中进料接触件(探针)的横截面图；图14是显示根据本发明镀敷方法实施方案的工艺步骤流程的流程图；图15是显示在具有不同极化的两种不同镀铜溶液中电压和电流密度之间关系的图；图16是显示根据本发明镀敷方法另一个实施方案的工艺步骤流程的流程图；图17显示当有机硫化合物(III-(4))数量变化为0ppm，1ppm，5ppm，10ppm和25ppm时，用于络合物浴7的电流-电压曲线；图18A是显示要采用铜通过镀敷填充的通道孔形状的图；图18B是显示在SEM下观察到的底部空隙的图；图18C是显示在SEM下观察到的接缝空隙的图；图19A-19C是在工艺步骤顺序中，说明通过镀铜的铜互连物形成的图；图20A和20B是说明已经由常规方法形成的种子层和空隙状态的横截面图；
图21是基底镀敷装置另一个实施例的平面图；图22是基底镀敷装置仍然另一个实施例的平面图；图23是基底镀敷装置仍然另一个实施例的平面图；图24是显示半导体基底加工装置平面构成实施例的图；图25是显示半导体基底加工装置另一个平面构成实施例的图；图26是显示半导体基底加工装置仍然另一个平面构成实施例的图；图27是显示半导体基底加工装置仍然另一个平面构成实施例的图；图28是显示半导体基底加工装置仍然另一个平面构成实施例的图；图29是显示半导体基底加工装置仍然另一个平面构成实施例的图；图30是显示图29所说明的半导体基底加工装置中各自步骤流程的图；图31是显示斜面和背侧清洁单元简要构成实施例的图；图32是显示化学镀敷装置实施例简要构成的图；图33是显示化学镀敷装置另一个实施例简要构成的图；图34是退火单元实施例的纵截面图；和图35是退火单元的横截面图。
进行本发明的最佳方式现在参考附图描述本发明的优选实施方案。
图1是根据本发明的镀敷装置实施方案的平面图。镀敷装置包括加载/卸载工段510，每对清洁/干燥工段512，第一基底阶段514，斜面蚀刻/化学清洁工段516和第二基底阶段518，含有用于将基底反转180°的机构的洗涤工段520，和四个镀敷工段522。镀敷装置也含有用于在加载/卸载工段510，清洁/干燥工段512和第一基底阶段514之间转移基底的第一转移设备524，用于在第一基底阶段514，斜面蚀刻/化学清洁工段516和第二基底阶段518之间转移基底的第二转移设备526，和用于在第二基底阶段518，洗涤工段520和镀敷工段522之间转移基底的第三转移设备528。
镀敷装置含有用于将镀敷装置分成镀敷空间530和清洁空间540的分隔壁523。可以将空气单独提供到每个镀敷空间530和清洁空间540和从每个镀敷空间530和清洁空间540排气。分隔壁523含有能够开启和关闭的闸门(未示出)。清洁空间540的压力低于大气压和高于镀敷空间530的压力。这可防止清洁空间540中的空气流出镀敷装置和可防止镀敷空间530中的空气流入清洁空间540。
图2是显示镀敷装置中空气流的示意图。在清洁空间540中，将新鲜外部空气通过管子543引入和由风扇通过高性能过滤器544推入清洁空间540。因此，将向下流动的清洁空气从天花板545a提供到清洁/干燥工段512和斜面蚀刻/化学清洁工段516附近的位置。将大部分提供的清洁空气从地板545b通过循环管552返回到天花板545a，再次由风扇通过高性能过滤器544推入清洁空间540，以因此在清洁空间540中循环。将一部分空气从清洁/干燥工段512和斜面蚀刻/化学清洁工段516通过管子546排放到外部，使得设定清洁空间540的压力低于大气压。
其中含有洗涤工段520和镀敷工段522的镀敷空间530不是清洁空间(但污染区)。然而，将粒子连接到基底表面上是不可接受的。因此，在镀敷空间530中，新鲜外部空气通过管子547引入，和将向下流动清洁空气由风扇通过高性能过滤器548推入镀敷空间530，因此用于防止粒子连接到基底表面上。然而，如果仅由外部空气供应和排气提供向下流动清洁空气的整个流量，则要求大量的空气供应和排气。因此，将空气通过管子553排放到外部，和由循环空气通过从地板549b延伸的循环管550提供向下流的大部分，在这样的状态使得镀敷空间530的压力保持为低于清洁空间540的压力。
因此，将通过循环管550返回到天花板519a的空气再次由风扇通过高性能过滤器548推入镀敷空间530。因此，清洁空气提供入镀敷空间530以因此在镀敷空间530中循环。在此情况下，将包含从洗涤工段520，镀敷工段522，第三转移设备528，和镀敷液体调节罐551发出的化学雾沫或气体的空气通过管子553排放到外部。因此，控制镀敷空间530的压力以低于清洁空间540的压力。
加载/卸载工段510中的压力高于清洁空间540的压力(它高于镀敷空间530中的压力)。因此，当开启闸门(未示出)时，空气连续通过加载/卸载工段510，清洁空间540，和镀敷空间530流动，如图3所示。从清洁空间540和镀敷空间530排放的空气通过导管552，553流入延伸出清洁房间的共用导管554(见图4)。
图4显示图1所示镀敷装置的透视图，镀敷装置放置在清洁房间中。加载/卸载工段510包括侧壁，它含有其中确定的盒子转移端口555和控制板556，和将它曝露于工作区域558下，工作区域由分隔壁557在清洁房间中分成隔间。分隔壁557也将清洁房间中的利用区域559分成隔间，其中安装镀敷装置。将镀敷装置的其它侧壁曝露于利用区559，它的空气清洁度低于工作区域558中的空气清洁度。
图5显示镀敷工段522的主要部分。镀敷工段522主要包括基本为圆筒形用于在其中保持镀敷溶液45的镀敷工艺容器46，和位于镀敷工艺容器46以上用于保持基底的头部47。在图5中，头部47位于镀敷位置，其中降低由头部47保持的基底W和升高镀敷溶液45的液位。
镀敷工艺容器46包括镀敷容器50，镀敷容器含有镀敷腔49。镀敷腔49向上开启和在其底部含有阳极48，和在其中包含镀敷溶液45。镀敷溶液供应喷嘴53，它向镀敷腔49的中心水平突出，在圆周相等的间距下位于镀敷容器50的内圆周壁上。镀敷溶液供应喷嘴53与在镀敷容器50中垂直延伸的镀敷溶液供应通道连通。
镀敷溶液供应通道通过镀敷溶液供应管55连接到镀敷溶液调节罐40，如图6所示。用于控制背压以为恒定的控制阀56位于每个镀敷溶液供应管55上。
此外，根据此实施方案，含有许多尺寸，例如为约3mm的孔的穿孔板220位于镀敷腔49中阳极48以上的位置。穿孔板220通过镀敷溶液45防止在阳极48表面上形成的黑膜卷起和因此被流出。
镀敷容器50含有用于从镀敷腔49中底部的周边部分抽出包含在镀敷腔49中的镀敷溶液45的第一镀敷溶液排放端口57，和用于排放已溢流过在镀敷容器50上端提供的堰元件58的镀敷溶液45的第二镀敷溶液排放端口59。此外，镀敷容器50含有用于在溢流过堰元件58之前排放镀敷溶液的第三镀敷溶液排放端口120。流过第二镀敷溶液排放端口59和第三镀敷溶液排放端口120的镀敷溶液在镀敷容器50的下端结合，和然后被从镀敷容器50排放。不提供第三镀敷溶液排放端口120，如图11A-11C所示，堰元件58可在它的下部分含有开口222，开口具有在预定间距下的预定宽度使得镀敷溶液45流过开口222和然后被排放到第二镀敷溶液排放端口59。
采用此布置，当在镀敷期间提供的镀敷溶液数量较大时，将镀敷溶液通过第三镀敷溶液排放端口120排放到外部或通过开口222和经第二镀敷溶液排放端口59排放到外部和，此外，如图11A所示，将溢流过堰元件58的镀敷溶液通过第二镀敷溶液排放端口59排放到外部。另一方面，在镀敷期间，当提供的镀敷溶液数量较小时，将镀敷溶液通过第三镀敷溶液排放端口120排放到外部，或者如图11B所示，将镀敷溶液通过开口222和经第二镀敷溶液排放端口59排放到外部。以此方式，此构造可容易地应付其中提供的镀敷溶液数量较大或较小的情况。
另外，如图11D所示，用于控制液位的通孔224，它位于镀敷溶液供应喷嘴53以上，和与镀敷腔49和第二镀敷溶液排放端口59连通，在圆周预定节距处提供。因此，当不进行镀敷时，将镀敷溶液通过通孔224，和通过第二镀敷溶液排放端口59排放到外部，因此控制镀敷溶液的液位。在镀敷期间，通孔224用作限制流过其间的镀敷溶液数量的孔口。
如图6所示，第一镀敷溶液排放端口57通过镀敷溶液排放管60a连接到储槽226，和在镀敷溶液排放管60a中提供流量控制器61a。第二镀敷溶液排放端口59和第三镀敷溶液排放端口120彼此在镀敷容器50中结合，和然后将结合的通道直接通过镀敷溶液排放管60b连接到储槽226。
通过泵228将流入储槽226的镀敷液体引入镀敷液体调节罐40。此镀敷液体调节罐40含有温度控制器230，和用于取样镀敷液体和分析样品液体的镀敷液体分析单元232。当操作泵234时，将镀敷液体从镀敷液体调节罐40通过过滤器236提供到镀敷溶液供应喷嘴53。在从镀敷液体调节罐40到每个镀敷工段522延伸的镀敷溶液供应管55中提供控制阀56以使次级侧上的压力恒定。
返回图5，垂直物流调节环62和水平物流调节环63位于镀敷腔49中靠近镀敷腔49内圆周的位置，使得液体表面的中心部分由来自镀敷腔49中镀敷溶液45的两个分裂的向上和向下物流的向上物流向上推起，因此使向下流动平滑和进一步均匀化电流密度的分布。水平物流调节环63含有固定到镀敷容器50上的周边部分，和垂直物流调节环62连接到水平物流调节环63上。
另一方面，头部47包括可旋转的外壳70和含有向下开启端的圆筒形容器和在圆周壁上含有开口96，和垂直可移动的压挤棒242，在压挤棒的下端，含有压挤环240。如图10所示，在外壳70下端处提供向内突出的环形基底保持元件72。将环形密封元件244安装在基底保持元件72上。环形密封元件244向内突出，和环形密封元件244中顶表面前端以环形渐缩的形式向上突出。此外，用于阴极电极的接触物76位于密封元件244以上。空气排放孔75，它在水平方向上向外延伸和进一步以向上倾斜状态向外延伸，在基底保持元件72中在圆周相等间距下提供。
采用此布置，如图8所示，降低镀敷腔49中的镀敷溶液45的液位，和如图9和10所示，基底W由机器人手H等保持，和插入外壳70中，其中基底W放置在基底保持元件72的密封元件244的上表面上。其后，将机器人手H从外壳70中抽出，和然后将压挤环240降低以将基底W的周边部分夹入密封元件244和压挤环240下表面之间，因此保持基底W。此外，在基底W的保持时，将基底W的下表面与密封元件244压力接触以确定地密封此接触部分。同时，电流在基底W和用于阴极电极的接触物76之间流动。
返回图5，将外壳70连接到电机246的输出轴248上，和由电机246的供能而旋转。压挤棒242在沿环形支撑框架258圆周方向预定位置处垂直提供，该支撑框架通过轴承256旋转安装在滑动器254下端上。滑动器254可由圆筒体252的开动而垂直移动，采用导轨，固定到围绕电机246的支撑物250上。采用此构造，压挤棒242可由圆筒体252的开动而垂直移动，和此外，在基底W的保持时，压挤棒242与外壳70整体旋转。
支撑物250安装在滑动基础物262上，滑动基础物可随由电机260供能而旋转的万向螺钉261的旋转而垂直移动。支撑物250由上外壳264围绕，和可与上外壳264由电机260的供能而垂直移动。另外，用于在镀敷期间围绕外壳70的下外壳266安装在镀敷容器50的上表面上。
采用此构造，如图8所示，可以在这样的状态进行维护使得升高支撑物250和上外壳264。镀敷溶液的晶体可能沉积在堰元件58的内圆周表面上。然而，升高支撑物250和上外壳264，大量的镀敷溶液流动和溢流过堰元件58，和因此防止镀敷溶液的晶体沉积在堰元件58的内圆周表面上。在镀敷容器50中整体提供用于防止镀敷溶液飞溅的盖子50b以覆盖在镀敷工艺期间溢流的镀敷溶液以上的部分。通过在用于防止镀敷溶液飞溅的盖子50b的内表面上涂敷超级抗水剂材料如HIREC(由NTT Advance Technology制造)，可以防止镀敷溶液的晶体沉积在盖子50b的内表面上。
在此实施方案中在沿圆周方向的四个位置提供，位于外壳70的基底保持元件72以上用于进行基底W定中心的基底定中心机构270。图12详细显示基底定中心机构270。基底定中心机构270包括固定到外壳70上的门状支架272，和位于支架272中的定位块274。此定位块274通过水平固定的支撑轴276可摆动地安装到支架272上。另外，螺旋压缩弹簧278位于外壳70和定位块274之间。因此，定位块274由螺旋压缩弹簧278推动使得定位块274绕支撑轴276旋转和定位块274的下部分向内突出。定位块274的上表面274a用作塞子，和与支架272的下表面272a联结以限制定位块274的移动。另外，定位块274含有在向上方向上向外变宽的锥形内表面274b。
采用此构造，将基底由转移机器人的手等保持，携带入外壳70，和放置在基底保持元件72上。在此情况下，当基底的中心偏离基底保持元件72的中心时，定位块274抗螺旋压缩弹簧278的推动力而向外旋转和，在基底保持从转移机器人的手等释放时，定位块274通过螺旋压缩弹簧278的推动力返回到原始位置。因此，可进行基底的定中心。
图13显示用于向含有用于阴极电极的接触件76的阴极电极板208提供动力的进料接触件(探针)77。此进料接触件77由活塞组成和由延伸到阴极电极板208的圆筒形保护元件280围绕，因此保护进料接触件77抗镀敷溶液。
现在描述镀敷工段522的操作。
首先，在向镀敷工段522转移基底W中，将图1所示第三转移设备528的吸引手，和它的前面向下由吸引手吸引和保持的基底W通过开口96插入外壳70，和然后向下移动吸引手。其后，将真空吸引释放到基底W在外壳70基底保持元件72上的位置。然后向上移动吸引手和从外壳70中抽出。其后，将压挤环240降低到基底W的周边部分以将基底W保持在基底保持元件72和压挤环240下表面之间。
然后将镀敷溶液45从镀敷供应喷嘴53喷射而，同时，允许外壳70和由外壳70保持的基底W旋转。当向镀敷腔49加入预定量的镀敷溶液45时，和进一步在几秒过去之后，降低外壳70的旋转速度到缓慢旋转(如100min-1)。然后，通过在阳极48和作为阴极的要镀敷基底W的表面之间通过电流而进行电镀。
在电流的供应之后，如图11D所示，降低镀敷溶液的进料使得仅允许液体通过位于镀敷溶液注射喷嘴53以上用于液位控制的通孔224流动，因此将外壳70，与由外壳70保持的基底W一起曝露在镀敷溶液表面以上。允许位于液体表面以上的外壳70和基底W在高速(如500-800min-1)下旋转以通过离心力的作用而排出镀敷溶液。在排液完成之后，停止外壳70的旋转使得外壳70停止在预定的位置。
在外壳70达到完全停止之后，向上移动压挤环240。其后，将第三转移设备528的吸引手，吸引力向下，通过开口96插入外壳70中和然后降低到吸引手可吸引基底的位置。在由真空吸引吸引基底之后，将吸引手向上移动到外壳70开口96的位置，和与由吸引手保持的基底一起通过开口96抽出。
根据镀敷工段522，可以将头部47设计成紧密的和结构简单的。此外，当镀敷工艺容器46中镀敷溶液的表面位于镀敷水平时可以进行镀敷，和当镀敷溶液的表面位于基底转移水平时可以进行排液和基底的转移。此外，可以防止在阳极48表面上形成的黑膜被干燥和氧化。
通过参考图14描述本发明的镀敷方法。根据如图1所示四个镀敷工段522的此实施方案，一个用作第一阶段镀敷的第一镀敷工段522a和其它三个用作第二阶段镀敷的第二镀敷工段22b。第一镀敷工段522a中的第一阶段镀敷用于增强如图20A所示的种子层7的薄部分以获得种子层7的均匀厚度，和第二镀敷工段522b中的第二阶段镀敷用于在增强的种子层上沉积铜以采用铜填充沟槽。
在第一镀敷工段522a中，使用镀敷溶液(第一镀敷液体)作为镀敷溶液45(见图5)，它包含单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物，和根据需要，可进一步包含添加剂如表面活性剂和pH调节剂，和它具有优异的均匀电沉积性能。
可以从如下物质提供单价或二价铜离子硫酸铜、乙酸铜、氯化铜、焦磷酸铜、EDTA-铜、硝酸铜、氨基磺酸铜、碳酸铜、氧化铜、氰化铜等。
络合剂的具体例子包括乙二胺四乙酸、乙二胺、N，N’，N”，N-亚乙基-二-硝基-四丙-2-醇、焦磷酸、亚氨基二乙酸、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、二氨基丁烷、羟乙基乙二胺、乙二胺四丙酸、乙二胺四亚甲基膦酸、二亚乙基三胺四亚甲基膦酸和它们的衍生物，和它们的盐。
用作镀铜溶液中添加剂的有机硫化合物的具体例子可包括组I的下述有机硫化物磺酸化合物(有机硫化物化合物)(1)-(24)，组II的下述有机硫化合物(有机硫化物化合物)(1)-(9)，和组III的下述有机多硫化物化合物(1)-(7)。
这些化合物可以单独使用或以两种或多种的混合物使用。
组I HO3S-(OH2)n-SHn＝1-4 x和y每个＝1-大约100 (22)HS-C2H4(OC2H4)x-NH(CH2)nSO3Hx＝1-100，n＝1-4(23)HS-C2H4(OC2H4)y-NH(CH2)nSO3Hy＝1-20，n＝1-4
组II(1)N，N-二乙基二硫代氨基甲酸-(ω-磺丙基)-酯，钠盐(2)巯基苯并噻唑-S-丙磺酸，钠盐(3)3-巯基丙烷-1-磺酸，钠盐(4)硫代磷酸-O-乙基-双(ω-磺丙基)-酯，钠盐(5)硫代磷酸-三(ω-磺丙基)-酯，三钠盐(6)异硫代氰基丙基磺酸，钠盐(7)巯基乙酸(8)亚乙基二硫代二丙基磺酸，钠盐(9)硫代乙酰胺-S-丙基磺酸，钠盐组III(1)CH3-S-S-CH2-SO3H(2)CH3-S-S-S-(CH2)4-SO3H(3)HO3S-CH2-S-S-S-S-S-CH2-SO3H(4)HO3S-(CH2)3-S-S-(CH2)3-SO3H(5)(CH3)2CHCH2-S-S-CH2CH(CH3)2(6)(CH3)3C-S-S-C(CH2)2SO3H(7)HO3S-(CH2)4-S-S-(CH2)4-SO3H将表面活性剂加入到第一镀敷溶液中以改进润湿性能，使得镀敷溶液可更容易地进入小孔，和抑制铜在基底表面上的沉积以因此增强铜嵌入性能。聚亚烷基二醇，它们的EO(环氧乙烷)或PO(环氧丙烷)加合物，即聚醚多元醇，季铵盐等可以用作表面活性剂。
通过加入pH调节剂将第一镀敷溶液调节到7-14的pH，优选8-10的pH，更优选约9的pH。当镀敷溶液的pH太低时，络合剂不能有效地与铜结合，因此不能提供完全的络合物。另一方面，太高的镀敷溶液pH可引起制备沉淀物的络合物变化形式的形成。上述pH范围可避免这些缺陷。氯、硫酸、盐酸、磷酸、氨、TMAH(四甲基氢氧化铵)等可用作pH调节剂。
在第二镀敷工段522b中，包含硫酸铜和硫酸，和具有优异流平性能的硫酸铜镀敷溶液(第二镀敷液体)用作镀敷溶液45(见图5)。
首先，将含有作为供电层的种子层7的基底W(见图19A)一个接一个从加载/卸载工段510由第一转移设备524取出，和通过第一基底阶段514和第二基底阶段518转移到第一镀敷工段522a(步骤1)。
其次，在第一镀敷工段522a中使用第一镀敷溶液，进行第一阶段镀敷，因此增强和完成种子层7的薄部分(步骤2)。用于第一镀敷工段522a的第一镀敷溶液，如包括作为基础物的焦磷酸铜，和络合剂如焦磷酸的第一镀敷溶液，比通常硫酸铜镀敷溶液(第二镀敷液体)具有更高的极化。“高极化”在此表示电压变化程度对电流密度变化程度的比例较高，即，相对于电势波动的电流密度变化程度较低。参考图15所示的阴极极化曲线，例如，镀敷浴B的比例b/(D2-D1)高于镀敷浴A的比例a/(D2-D1)，指示镀敷浴B比镀敷浴A具有更高的极化。因此，具有高极化的镀敷溶液如镀敷浴B，当用于含有其中存在膜厚度差异的种子层7的基底的镀敷时，在电流供应时的电势差异可使电流密度的变化较小。这使得可以升高沉积电势和改进均匀电沉积性能，因此甚至可以在种子层的薄部分上沉积镀敷膜，它难以采用通常的硫酸铜镀敷溶液达到。
此外，有机硫化合物作为添加剂在第一镀敷溶液中的使用，使得与迄今为止可能采用其镀敷的那些相比，甚至可以进行镀敷到更薄的在下面的导电层(种子层)(如在基底表面上厚度为100nm或更小)。此外，由于使用添加剂，第一镀敷溶液的所谓颠倒性能优异和可以从细凹口的底部沉积铜以降低细凹口的纵横比，可以采用铜填充具有这样高或严格纵横比的细沟槽或孔，使得采用铜的填充在下一填充工艺中从来都是不可能的。在此方面认为有机硫化合物可抑制铜螯合物离开螯合物(配体)和在基底表面上沉积，因此可以在这样细沟槽或孔的深度中沉积更大数量的铜。由于它的极性，可以通过使用电化学测量方法，如一般用于测量镀铜溶液中添加剂浓度的CVS方法，容易地测量有机硫化合物添加剂的浓度。此外，由于有机硫化合物添加剂在镀敷溶液中非常稳定，可以容易地进行液体管理。有机硫化合物添加剂的浓度一般为0.1-500mg/l，优选0.5-100mg/l，更优选1-50mg/l。
另外，表面活性剂的使用，根据需要可以将表面活性剂加入到第一镀敷溶液中，可改进镀敷溶液的润湿性能使得镀敷溶液可更容易地进入小孔和，此外，可进一步抑制铜在基底表面上的沉积以因此进一步增强铜嵌入性能。
当使用没有碱金属的络合物和表面活性剂时，可以避免由于碱金属在膜中的包括而引起的半导体性能劣化。
直流电，脉冲，PR脉冲等可以用作电源。其中，优选是脉冲和PR脉冲。这样电源的使用可改进铜离子的扩散以因此进一步改进均匀电沉积性能，可比直流电流动更大的电流以因此使沉积的铜膜更密集，和可以缩短镀敷时间。
当采用直流电源时，合适的电流密度为0.01A/dm2-30A/dm2，优选0.1A/dm2-3A/dm2。在脉冲电源的情况下，0.01A/dm2-200A/dm2的电流密度是合适的。电流密度的以上范围可防止生产率的降低，和可防止“燃烧沉积物”的发生。第一镀敷溶液的温度可以为10℃-80℃，优选约25℃。
在第一阶段镀敷完成之后，根据需要，将基底W转移到用于通过水洗涤的洗涤工段520(步骤3)，和然后转移到第二镀敷工段522b之一。
其次，在第二镀敷工段522b中，使用具有优异流平性能的硫酸铜镀敷溶液(第二镀敷液体)，它含有高硫酸铜浓缩物和低硫酸浓度的组合物，如100-300g/l硫酸铜和10-100g/l硫酸的组合物，和它进一步包含用于增强流平性能的添加剂，将第二阶段镀敷进行到基底W表面上，因此进行采用铜的填充(步骤4)。由于种子层7(见图19A)已经由第一阶段镀敷增强以变成没有薄部分的完全层，在第二阶段镀敷中电流均匀地流过种子层7，因此可以完成采用铜的填充而没有任何空隙的形成。
“流平性能”在此表示得到平镀敷表面的性能。具有优异流平性能镀敷溶液的使用可以阻碍镀敷在细凹口入口处的生长。这使得可以均匀地采用铜完全填充细凹口而没有任何空隙的形成，和进一步使镀敷表面变平。
在第二阶段镀敷完成之后，根据需要，将基底W转移到用于通过水洗涤的洗涤工段520(步骤5)。其后，将基底W转移到斜面蚀刻/化学清洁工段516，其中通过使用化学液体清洁基底W，和将在基底W的斜面部分上形成的薄铜膜等蚀刻掉(步骤6)。然后将基底转移到用于清洁和干燥的清洁/干燥工段512(步骤7)。其后，通过第一转移设备524将基底返回到加载/卸载工段510的盒子(步骤8)。
可以在步骤7和步骤8之间进行退火基底W的工艺。当在200-500℃，优选约400℃下退火基底W时，可以改进在基底W上形成的铜膜的电特性。例如，如果斜面蚀刻/化学清洁工段516具有清洁和干燥单元的补充功能，则可以提供退火工段(退火单元)代替清洁/干燥工段512。
以下通过参考图16描述本发明镀敷方法的另一个实施方案。根据此实施方案，图1所示的所有四个镀敷工段522用于采用铜填充。在上述实施方案中进行的，种子层薄部分的增强在此实施方案中不进行。在镀敷工段522中，镀敷溶液，它与上述第一镀敷溶液相同，用作镀铜溶液45(参见图5)，它包含单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物，根据需要可进一步包含添加剂如表面活性剂和pH调节剂，和它具有优异的均匀电沉积性能。
首先，将含有作为供电层的种子层7的基底W(见图19A)一个接一个从加载/卸载工段510由第一转移设备524取出，和通过第一基底阶段514和第二基底阶段518转移到一个镀敷工段522(步骤1)。
其次，在镀敷工段522中使用上述第一镀敷溶液进行镀敷，因此进行采用铜的填充(步骤2)。用于此镀敷的镀敷溶液具有与第一镀敷溶液相同的高极化，第一镀敷溶液要用于根据本发明第一实施方案的第一镀敷工段522a。由于高极化，镀敷溶液可升高沉积电势和改进均匀电沉积性能，因此甚至可以在种子层的薄部分上沉积铜，它难以采用通常的硫酸铜镀敷溶液达到。此外，镀敷溶液可生长镀敷物以进行采用铜的基底中细凹口的完全填充而没有任何空隙的形成。镀敷条件基本与根据本发明第一实施方案的第一阶段镀敷中相同。
在镀敷完成之后，根据需要，将基底W转移到用于通水洗涤的洗涤工段520(步骤3)。其后，将基底W转移到斜面蚀刻/化学清洁工段516，其中通过使用化学液体清洁基底W，和将在基底W的斜面部分上形成的薄铜膜等蚀刻掉(步骤4)。然后将基底转移到用于清洁和干燥的清洁/干燥工段512(步骤5)。其后，通过第一转移设备524将基底W返回到加载/卸载工段510的盒子(步骤6)。
可以在图14所示的清洁和干燥工艺(步骤5)和卸载工艺(步骤6)之间进行退火工艺。
图21是基底镀敷装置另一个实施例的平面图。图21所示的镀敷装置包括用于加载半导体基底的加载单元601，用于采用铜镀敷半导体基底的镀铜腔602，用于采用水清洁半导体基底的一对水清洁腔603，604，用于化学和机械抛光半导体基底的化学机械抛光单元605，用于采用水清洁半导体基底的一对水清洁腔606，607，用于干燥半导体基底的干燥腔608，和用于卸载在其上含有互连膜的半导体基底的卸载单元609。基底镀敷装置也含有用于将半导体基底转移到腔室602，603，604，化学机械抛光单元605，腔室606，607，608，和卸载单元609的基底转移机构(未示出)。将加载单元601，腔室602，603，604，化学机械抛光单元605，腔室606，607，608，和卸载单元609结合成作为装置的单一单元布置。
基底镀敷装置按如下操作基底转移机构将在其上还没有形成互连膜的半导体基底W从位于加载单元601中的基底盒子601-1转移到镀铜腔602。在镀铜腔602中，在半导体基底W表面上形成镀铜膜，半导体基底含有由互连沟槽和互连孔(接触孔)组成的互连区域。
在镀铜腔602中在半导体基底W上形成镀铜膜之后，将半导体基底W通过基底转移机构转移到水清洁腔603，604之一和在水清洁腔603，604之一中通过水清洁。将清洁的半导体基底W通过基底转移机构转移到化学机械抛光单元605。化学机械抛光单元605从半导体基底W表面除去不希望的镀铜膜，在互连沟槽和互连孔中留下镀铜膜的部分。在沉积镀铜膜之前，在包括互连沟槽和互连孔内表面的半导体基底W表面上形成由TiN等组成的屏蔽层。
然后，将含有剩余镀铜膜的半导体基底W通过基底转移机构转移到水清洁腔606，607之一和在水清洁腔607，608之一中通过水清洁。然后在干燥腔608中将清洁的半导体基底W干燥，其后将含有作为互连膜的剩余镀铜膜的干燥半导体基底W放入卸载单元609中的基底盒子609-1中。
图22显示基底镀敷装置的仍然另一个实施例的平面图。图22所示的基底镀敷装置与图21所示的基底镀敷装置的不同之处在于它另外包括镀铜腔602，水清洁腔610，预处理腔611，用于在半导体基底上的镀铜膜上形成保护性镀层的保护层镀敷腔612，水清洁腔613，614，和化学机械抛光单元615。将加载单元601，腔室602，602，603，604，614，化学机械抛光单元605，615，腔室606，607，608，610，61 1，612，613，和卸载单元609结合成作为装置的单一单元布置。
图22所示的基底镀敷装置按如下操作将半导体基底W从位于加载单元601中的基底盒子601-1连续提供到镀铜腔602，602之一。在镀铜腔602，602之一中，在半导体基底W表面上形成镀铜膜，半导体基底含有由互连沟槽和互连孔(接触孔)组成的互连区域。采用两个镀铜腔602，602以允许采用铜膜镀敷半导体基底W较长的时间。具体地，可以根据在镀铜腔602之一中的化学镀敷将半导体基底W采用主要铜膜镀敷，和然后根据在其它镀铜腔602中的电镀采用次级铜膜镀敷。基底镀敷装置可含有多于两个的镀铜腔。
在水清洁腔603，604之一中通过水清洁在其上含有形成的镀铜膜的半导体基底W。然后，化学机械抛光单元605从半导体基底W表面除去不希望的镀铜膜，在互连沟槽和互连孔中留下镀铜膜的部分。
其后，将含有剩余镀铜膜的半导体基底W转移到水清洁腔610，其中采用水清洁半导体基底W。然后，将半导体基底W转移到预处理腔611，和在其中预处理用于保护性镀层的沉积。将预处理的半导体基底W转移到保护层镀敷腔612。在保护层镀敷腔612中，在半导体基底W上的互连区域中的镀铜膜上形成保持性镀层。例如，采用镍(Ni)和硼(B)的合金通过化学镀敷形成保护性镀层。
在水清洁腔613，614之一中清洁半导体基底之后，在化学机械抛光单元615中，将沉积在镀铜膜上的保护性镀层的上部分抛光掉以使保护性镀层变平。
在抛光保护性镀层之后，将半导体基底W在水清洁腔606，607之一中通过水清洁，在干燥腔608中干燥，和然后转移到卸载单元609中的基底盒子609-1中。
图23是基底镀敷装置的仍然另一个实施例的平面图。如图23所示，基底镀敷装置在它的中心包括机械人616(其含有机器人臂616-1)，和也含有镀铜腔602，一对水清洁腔603，604，化学机械抛光单元605，预处理腔611，保护层镀敷腔612，干燥腔608，和加载/卸载站617，加载/卸载站位于机器人616附近和位于机器人臂616-1可达到之处。用于加载半导体基底的加载单元601和用于卸载半导体基底的卸载单元609邻近加载/卸载站617布置。将机器人616，腔室602，603，604，化学机械抛光单元605，腔室608，611，612，加载/卸载站617，加载单元601，和卸载单元609结合成作为装置的单一单元布置。
图23所示的基底镀敷装置按如下操作将要镀敷的半导体基底从加载单元601转移到加载/卸载站617，从该处将半导体基底由机器人臂616-1接收和因此转移到镀铜腔602。在镀铜腔602中，在半导体基底表面上形成镀铜膜，半导体基底含有由互连沟槽和互连孔组成的互连区域。将在其上含有形成为镀铜膜的半导体基底由机器人臂616-1转移到化学机械抛光单元605。在化学机械抛光单元605中，从半导体基底W表面除去镀铜膜，在互连沟槽和互连孔中留下镀铜膜的部分。
然后将半导体基底通过机器人臂616-1转移到水清洁腔604，其中通过水清洁半导体基底。其后，将半导体基底通过机器人臂616-1转移到预处理腔611，其中预处理半导体基底用于保护性镀层的沉积。将预处理的半导体基底通过机器人臂616-1转移到保护层镀敷腔612。在保护层镀敷腔612中，在半导体基底W上互连区域中的镀铜膜上形成保护性镀层。将含有在其上形成的保护性镀层的半导体基底通过机器人臂616-1转移到水清洁腔604，其中通过水清洁半导体基底。将清洁的半导体基底通过机器人臂616-1转移到干燥腔608，其中干燥半导体基底。将干燥的半导体基底通过机器人臂616-1转移到加载/卸载站617，将镀敷的半导体基底从该站转移到卸载单元609。
图24是显示半导体基底加工装置另一个实施例平面构成的图。半导体基底加工装置具有这样的构成，其中提供加载/卸载工段701，镀敷的Cu膜形成单元702，第一机器人703，第三清洁机704，换向机705，换向机706，第二清洁机707，第二机器人708，第一清洁机709，第一抛光装置710，和第二抛光装置711。在第一机器人703附近放置用于测量镀敷之前和之后膜厚度的镀敷前和镀敷后膜厚度测量仪器712，和用于在抛光之后的干燥状态中测量半导体基底W膜厚度的干燥状态膜厚度测量仪器713。
第一抛光装置(抛光单元)710含有抛光台710-1，顶部环710-2，顶部环头710-3，膜厚度测量仪器710-4，和推料机710-5。第二抛光装置(抛光单元)711含有抛光台711-1，顶部环711-2，顶部环头711-3，膜厚度测量仪器711-4，和推料机711-5。
在加载/卸载工段701的加载端口上放置容纳半导体基底W的盒子701-1，其中形成用于互连物的通路孔和沟槽，和在其上形成的种子层。第一机器人703从盒子701-1取出半导体基底W，和将半导体基底W携带入镀敷Cu膜形成单元702，其中形成镀敷的Cu膜。此时，采用镀敷前和镀敷后膜厚度测量仪器712测量种子层的膜厚度。通过进行半导体基底W面部的亲水处理，和然后Cu镀敷，形成镀敷Cu膜。在镀敷Cu膜形成之后，在镀敷Cu膜形成单元702中进行半导体基底W的清洗或清洁。
当将半导体基底W由第一机器人703从镀敷Cu膜形成单元702中取出时，采用镀敷前和镀敷后膜厚度测量仪器712测量镀敷Cu膜的膜厚度。将它的测量结果作为半导体基底上的记录数据记录入记录设备(未示出)，和用于镀敷Cu膜形成单元702异常性的判断。在膜厚度的测量之后，第一机器人703将半导体基底W转移到换向机705，和换向机705反转半导体基底W(在其上已经形成镀敷Cu膜的表面朝下)。第一抛光装置710和第二抛光装置711以串联模式和并联模式进行抛光。其后，描述以串联模式的抛光。
在串联模式抛光中，主要的抛光由抛光装置710进行，和次级抛光由抛光装置711进行。第二机器人708拾取在换向机705上的半导体基底W，和将半导体基底W放置在抛光装置710的推料机710-5上。顶部环710-2通过吸入吸引在推料机710-5上的半导体基底W，和将半导体基底W的镀敷Cu膜表面与抛光台710-1的抛光表面在压力下接触以进行主要抛光。采用主要抛光，将镀敷Cu膜基本抛光。抛光台710-1的抛光表面由发泡聚氨酯如IC1000，或含有固定到其上或浸渍入其中的磨光粉的材料组成。在抛光表面和半导体基底W的相对运动时，抛光镀敷Cu膜。
在镀敷Cu膜的抛光完成之后，将半导体基底W由顶部环710-2返回到推料机710-5上。第二机器人708拾取半导体基底W，和将它引入第一清洁机709。此时，可以将化学液体喷射到在推料机710-5上的半导体基底W的面部和背侧上以从其中除去粒子或引起粒子难以粘合到其上。
在第一清洁机709中的清洁完成之后，第二机器人708拾取半导体基底W，和将半导体基底W放置在第二抛光装置711的推料机711-5上。顶部环711-2通过吸入吸引在推料机711-5上的半导体基底W，和将半导体基底W的表面(它含有在其上形成的屏蔽层，)与抛光台711-1的抛光表面在压力下接触以进行次级抛光。抛光台的构造与顶部环711-2相同。采用此次级抛光，抛光屏蔽层。然而，可能存在这样的情况，其中也抛光在主要抛光之后留下的Cu膜和氧化物膜。
抛光台711-1的抛光表面由发泡聚氨酯如IC1000，或含有固定到其上或浸渍入其中的磨光粉的材料组成。在抛光表面和半导体基底W的相对运动时，进行抛光。此时，二氧化硅、氧化铝、二氧化铈等用作磨光粉或淤浆。根据要抛光的膜类型调节化学液体。
通过如下方式进行次级抛光终点的检测主要使用光学膜厚度测量仪器测量屏蔽层的膜厚度，和检测变成零的膜厚度，或包括SiO2的绝缘膜表面露出。此外，具有图象处理功能的膜厚度测量仪器用作在抛光台711-1附近提供的膜厚度测量仪器711-4。通过此测量仪器的使用，进行氧化物膜的测量，将结果贮存为半导体基底W的加工记录，和用于判断其中已经完成次级抛光的半导体基底W是否可转移到随后的步骤。如果没达到次级抛光的终点，进行再抛光。如果由于任何异常已经进行过度抛光超过规定的数值，则停止半导体基底加工装置以避免下一次抛光使得不增加有缺陷的产品。
在次级抛光完成之后，由顶部环711-2将半导体基底W移动到推料机711-5。第二机器人708拾取在推料机711-5上的半导体基底W。此时，可以将化学液体喷射到在推料机711-5上的半导体基底W的面部和背侧上以从其中除去粒子或引起粒子难以粘合到其上。
第二机器人708将半导体基底W携带入第二清洁机707，其中进行半导体基底W的清洁。第二清洁机707的构成也与第一清洁机709的构成相同。采用PVA海绵卷，使用清洁液体摩擦半导体基底W的面部，清洁液体包括纯水(向其中加入表面活性剂)，螯合剂，或pH调节剂。将强化学液体如DHF从喷嘴向半导体基底W的背侧喷射以进行在其上扩散的Cu的蚀刻。如果没有扩散的问题，采用PVA海绵卷，使用如用于面部的相同清洁液体进行摩擦清洁。
在以上清洁完成之后，第二机器人708拾取半导体基底W和将它转移到换向机706，和换向机706反转半导体基底W。将已经反转的半导体基底W由第一机器人703拾取，和转移到第三清洁机704。在第三清洁机704中，将由超声波振动激发的兆声水(megasonic water)喷射到半导体基底W的面部上以清洁半导体基底W。此时，可以采用已知铅笔类型海绵，使用清洁液体清洁半导体基底W的面部，清洁液体包括纯水，向其中加入表面活性剂、螯合剂、或pH调节剂。其后，通过旋转干燥将半导体基底W干燥。
如上所述，如果已经采用在抛光台711-1附近提供的膜厚度测量仪器711-4测量膜厚度，则不将半导体基底W进行进一步的工艺和置入放置在加载/卸载工段771卸载端口上的盒子中。
图25是显示半导体基底加工装置另一个实施例平面构成的图。基底加工装置不同于图24所示基底加工装置，在于提供帽镀敷单元750代替图24中的镀敷Cu膜形成单元702。
在加载/卸载工段701的加载端口上放置容纳半导体基底W形成的镀敷Cu膜的盒子701-1。将从盒子701-1取出的半导体基底W转移到第一抛光装置710或第二抛光装置711，其中抛光镀敷Cu膜的表面。在镀敷Cu膜的抛光完成之后，在第一清洁机709中清洁半导体基底W。
在第一清洁机709中的清洁完成之后，将半导体基底W转移到帽镀敷单元750，其中将帽镀敷施加到镀敷Cu膜的表面上，目的在于防止镀敷Cu膜由于大气的氧化。将已经向其施加帽镀敷的半导体基底由第二机器人708从帽镀敷单元750携带到第二清洁单元707，其中将它采用纯水或去离子水清洁。将清洁完成之后的半导体基底返回入放置在加载/卸载工段701上的盒子701-1中。
图26是显示半导体基底加工装置仍然另一个实施例平面构成的图。基底加工装置不同于图25所示基底加工装置，在于提供退火单元751代替图25中的第三清洁机709。
将半导体基底W，它在抛光单元710或711中抛光，和在上述第一清洁机709中清洁，转移到帽镀敷单元750，其中将帽镀敷施加到镀敷Cu膜表面上。将已经向其施加帽镀敷的半导体基底由第二机器人732从帽镀敷单元750携带到第一清洁单元707，其中将它清洁。
在第一清洁机709中的清洁完成之后，将半导体基底W转移到退火单元751，其中将基底退火，因此将镀敷的Cu膜合金化以增加镀敷Cu膜的电迁移电阻。将已经向其施加退火处理的半导体基底W从退火单元751携带到第二清洁单元707，其中将它采用纯水或去离子水清洁。将清洁完成之后的半导体基底W返回入放置在加载/卸载工段701上的盒子701-1中。
图27是显示基底加工装置另一个实施例平面布置构成的图。在图27中，由如图24中那些相同参考数字表示的部分显示相同或相应的部分。在基底加工装置中，接近第一抛光装置710和第二抛光装置711布置推料机分度器725。分别接近第三清洁机704和镀敷Cu膜形成单元702布置基底放置台721，722。接近第一清洁机709和第三清洁机704布置机器人723。此外，接近第二清洁机707和镀敷Cu膜形成单元702布置机器人724，和接近加载/卸载工段701和第一机器人703布置干燥状态膜厚度测量仪器713。
在以上构成的基底加工装置中，第一机器人703从放置在加载/卸载工段701加载端口上的盒子701-1取出半导体基底W。在采用干燥状态膜厚度测量仪器713测量屏蔽层和种子层的膜厚度之后，第一机器人703将半导体基底W放置在基底放置台721上。在第一机器人703的手上提供干燥状态膜厚度测量仪器713的情况下，在其上测量膜厚度，和将基底放置在基底放置台721上。第二机器人723将在基底放置台721上的半导体基底W转移到镀敷Cu膜形成单元702，其中形成镀敷Cu膜。在镀敷Cu膜的形成之后，采用镀敷前和镀敷后膜厚度测量仪器712测量镀敷Cu膜的膜厚度。然后，第二机器人723将半导体基底W转移到推料机分度器725和将它加载在其上。[串联模式]在串联模式中，顶部环头710-2通过吸入将半导体基底W保持在推料机分度器725上，将它转移到抛光台710-1，和在抛光台710-1上将半导体基底W对抛光表面压挤以进行抛光。由上述相同的方法进行抛光终点的检测。将抛光完成之后的半导体基底W由顶部环头710-2转移到推料机分度器725，并加载在其上。第二机器人723取出半导体基底W，和将它携带入用于清洁的第一清洁机709。然后，将半导体基底W转移到推料机分度器725，并加载在其上。
顶部环头711-2通过吸入将半导体基底W保持在推料机分度器725上，将它转移到抛光台711-1，和在抛光台711-1上将半导体基底W对抛光表面压挤以进行抛光。由上述相同的方法进行抛光终点的检测。将抛光完成之后的半导体基底W由顶部环头711-2转移到推料机分度器725，并加载在其上。第三机器人724拾取半导体基底W，和采用膜厚度测量仪器726测量它的膜厚度。然后，将半导体基底W携带入用于清洁的第二清洁机707。其后，将半导体基底W携带入第三清洁机704，其中将它清洁和然后通过旋转干燥而干燥。然后，将半导体基底W由第三机器人724拾取，和放置在基底放置台722上。[并联模式]在并联模式中，项部环头710-2或711-2通过吸入在推料机分度器725上保持半导体基底W，将它转移到抛光台710-1或711-1，和在抛光台710-1或711-1上将半导体基底W对抛光表面压挤以进行抛光。在膜厚度的测量之后，第三机器人724拾取半导体基底W，和将它放置在基底放置台722上。
第一机器人703将在基底放置台722上的半导体基底W转移到干燥状态膜厚度测量仪器713。在测量膜厚度之后，将半导体基底W返回到加载/卸载工段701的盒子701-1。
图28是显示基底加工装置另一个平面布置构成的图。基底加工装置是这样的基底加工装置，它在不含有在其上形成的种子层的半导体基底W上形成种子层和镀敷Cu膜，和抛光这些膜以形成互连物。
在基底抛光装置中，接近第一抛光装置710和第二抛光装置711布置推料机分度器725，分别接近第二清洁机707和种子层形成单元727布置基底放置台721，722，和接近种子层形成单元727和镀敷Cu膜形成单元702布置机器人723。此外，接近第一清洁机709和第二清洁机707布置机器人724，和接近加载/卸载工段701和第一机器人702布置干燥状态膜厚度测量仪器713。
第一机器人703从放置在加载/卸载工段701的加载端口上的盒子701-1取出在其上含有屏蔽层的半导体基底W，和将它放置在基底放置台721上。然后，第二机器人723将半导体基底W转移到种子层形成单元727，其中形成种子层。通过化学镀敷形成种子层。第二机器人723使得在其上含有种子层的半导体基底能够由镀敷前和镀敷后膜厚度测量仪器712测量种子层的厚度。在膜厚度的测量之后，将半导体基底携带入镀敷Cu膜形成单元702，其中形成镀敷Cu膜。
在镀敷Cu膜的形成之后，测量它的膜厚度，和将半导体基底转移到推料机分度器725。顶部环710-2或711-2通过吸入在推料机分度器725上保持半导体基底W，和将它转移到抛光台710-1或711-1以进行抛光。在抛光之后，顶部环710-2或711-2将半导体基底W转移到膜厚度测量仪器710-4或711-4以测量膜厚度。然后，顶部环710-2或711-2将半导体基底W转移到推料机分度器725，和将它放置在其上。
然后，第三机器人724从推料机分度器725拾取半导体基底W，和将它携带入第一清洁机709。第三机器人724从第一清洁机709拾取清洁的半导体基底W，将它携带入第二清洁机707，和将清洁和干燥的半导体基底放置在基底放置台722上。然后，第一机器人703拾取半导体基底W，和将它转移到干燥状态膜厚度测量仪器713，其中测量膜厚度，和第一机器人703将它携带入放置在加载/卸载工段701的卸载端口上的盒子701-1中。
在图28所示的基底加工装置中，通过如下方式形成互连物在含有其中形成的电路图案通路孔或沟槽的半导体基底W上形成屏蔽层，种子层和镀敷Cu膜，和抛光它们。
将在屏蔽层形成之前容纳半导体基底W的盒子701-1放置在加载/卸载工段701的加载端口上。第一机器人703从放置在加载/卸载工段701加载端口上的盒子701-1取出半导体基底W，和将它放置在基底放置台721上。然后，第二机器人723将半导体基底W转移到种子层形成单元727，其中形成屏蔽层和种子层。通过化学镀敷形成屏蔽层和种子层。第二机器人723将在其上具有形成的屏蔽层和种子层的半导体基底W带到镀敷前和镀敷后膜厚度测量仪器712，它测量屏蔽层和种子层的膜厚度。在膜厚度的测量之后，将半导体基底W携带入镀敷Cu膜形成单元702，其中形成镀敷Cu膜。
图29是显示基底加工装置另一个实施例平面布置构成的图。在基底加工装置中，提供屏蔽层形成单元811，种子层形成单元812，镀膜形成单元813，退火单元814，第一清洁单元815，斜面和背侧清洁单元816，帽镀敷单元817，第二清洁单元818，第一对准器和膜厚度测量仪器841，第二对准器和膜厚度测量仪器842，第一基底换向机843，第二基底换向机844，基底临时放置台845，第三膜厚度测量仪器846，加载/卸载工段820，第一抛光装置821，第二抛光装置822，第一机器人831，第二机器人832，第三机器人833，和第四机器人834。膜厚度测量仪器841，842，和846是单元，具有与其它单元(镀敷，清洁，退火单元等)正面尺寸相同的尺寸，和因此是可以互换的。
在此实施例中，化学Ru镀敷装置可以用作屏蔽层形成单元811，化学Cu镀敷装置作为种子层形成单元812，和电镀装置作为镀敷膜形成单元813。
图30是显示本基底加工装置中各自步骤流程的流程图。根据此流程图描述装置中的各自步骤。首先，将由第一机器人831从放置在加载和卸载单元820上的盒子820a中取出的半导体基底放入第一对准器和膜厚度测量单元841，在这样的状态要镀敷的它的表面朝上。为设定进行膜厚度测量的位置的参考点，进行膜厚度测量的缺口校准，和然后获得在Cu膜形成之前半导体基底上的膜厚度数据。
然后，由第一机器人831将半导体基底转移到屏蔽层形成单元811。屏蔽层形成单元811是用于通过化学Ru镀敷在半导体基底上形成屏蔽层的装置，和屏蔽层形成单元811形成Ru膜作为用于防止Cu扩散入半导体器件中间层绝缘体膜(如SiO2)的膜。在清洁和干燥步骤之后卸下的半导体基底由第一机器人831转移到第一对准器和膜厚度测量单元841，其中测量半导体基底的膜厚度，即屏蔽层的膜厚度。
在膜厚度测量之后的半导体基底由第二机器人832携带入种子层形成单元812，和通过化学Cu镀敷在屏蔽层上形成种子层。在将半导体基底转移到为浸渍镀敷单元的镀膜形成单元813之前，在清洁和干燥步骤之后卸下的半导体基底由第二机器人832转移到用于缺口位置确定的第二对准器和膜厚度测量仪器842，和然后通过膜厚度测量仪器842进行Cu镀敷的缺口校准。如需要，可以再次在膜厚度测量仪器842中测量Cu膜形成之前半导体基底的膜厚度。
将已经完成缺口校准的半导体基底由第三机器人833转移到镀膜形成单元813，其中将Cu镀敷施加到半导体基底上。在清洁和干燥步骤之后卸下的半导体基底由第三机器人833转移到斜面和背侧清洁单元816，其中除去半导体基底在周边部分的不必要Cu膜(种子层)。在斜面和背侧清洁单元816中，在预设定的时间中蚀刻斜面，和采用化学液体如氢氟酸清洁粘合到半导体基底背侧的Cu。此时，在将半导体基底转移到斜面和背侧清洁单元816之前，可由第二对准器和膜厚度测量仪器842进行半导体基底的膜厚度测量以获得通过镀敷而形成的Cu膜厚度值，和根据获得的结果，可以任意地改变斜面蚀刻时间以进行蚀刻。由斜面蚀刻的区域是相应于基底周围边缘部分和其中不含有形成的电路的区域，或尽管形成电路但最终用作芯片的区域。斜面部分包括在此区域中。
在斜面和背侧清洁单元816中在清洁和干燥步骤之后卸下的半导体基底由第三机器人833转移到基底换向机843。在由基底换向机843将半导体基底翻转以引起镀敷表面向下之后，由第四机器人834将半导体基底引入退火单元814用于因此稳定互连部分。在退火处理之前和/或之后，将半导体基底携带入第二对准器和膜厚度测量仪器842，其中测量在半导体基底上形成的铜膜的膜厚度。然后，半导体基底由第四机器人834携带入第一抛光装置821，其中抛光半导体基底的Cu膜和种子层。
此时，使用所需的磨光粉等，但可以使用固定的磨料以防止面部的凹陷和增强平整度。在主要抛光完成之后，将半导体基底由第四机器人831转移到第一清洁单元815，其中将它清洁。此清洁是摩擦清洁，其中将长度与半导体基底的直径基本相同的轧辊放置在半导体基底的面部和背侧，和旋转半导体基底和轧辊，同时流动纯水或去离子水，因此进行半导体基底的清洁。
在主要清洁的完成之后，半导体基底由第四机器人834转移到第二抛光装置822，其中抛光半导体基底上的屏蔽层。此时，使用所需的磨光粉等，但可以使用固定的磨料以防止面部的凹陷和增强平整度。在次级抛光完成之后，半导体基底由第四机器人834再次转移到第一清洁单元815，其中进行摩擦清洁。在清洁完成之后，半导体基底由第四机器人834转移到第二基底换向机844，其中将半导体基底反转以引起镀敷的表面向上，和然后由第三机器人将半导体基底放置在基底临时放置台845上。
将半导体基底由第二机器人832从基底临时放置台845转移到帽镀敷单元817，其中将帽镀敷施加到Cu表面上，目的在于防止由于大气的Cu氧化。将已经向其上施加帽镀敷的半导体基底由第二机器人832从覆盖镀敷单元817携带到第三膜厚度测量仪器146，其中测量铜膜的厚度。其后，半导体基底由第一机器人831携带入第二清洁单元818，其中将它采用纯水或去离子水清洁。将在清洁完成之后的半导体基底返回入放置在加载/卸载工段820上的盒子820a。
对准器和膜厚度测量仪器841和对准器和膜厚度测量仪器842进行基底缺口部分的定位和膜厚度的测量。
可省略种子层形成单元182。在此情况下，可以直接在镀膜形成单元817中在屏蔽层上形成镀膜。
斜面和背侧清洁单元816可同时进行边缘(斜面)Cu蚀刻和背侧清洁，和能抑制铜自然氧化物膜在基底表面上电路形成部分处的生长。图31显示斜面和背侧清洁单元816的示意图。如图31中所示，斜面和背侧清洁单元816含有位于底部圆筒形防水盖子920中和适于在高速下旋转基底W的基底保持部分922，在这样的状态基底W的面向上，同时由自旋卡盘921在沿基底圆周边缘部分的圆周方向的多个位置水平保持基底W；放置在基底W面部几乎中心部分以上由基底保持部分922保持的中心喷嘴924；和放置在基底W周围边缘部分以上的边缘喷嘴926。将后喷嘴928布置在基底W背侧几乎中心部分以下，和朝上导向。将边缘喷嘴926适应于可在基底W直径方向和高度方向上移动。
设定边缘喷嘴926的移动宽度L使得可在从基底外周边端表面向中心的方向上任意地布置边缘喷嘴926，和根据基底W的尺寸，使用等输入L的设定值。正常地，将边缘切割宽度C设定为2mm-5mm。在这样的情况下，其中基底旋转速度是确定值或更高，在该速度下从背侧向面部的液体迁移数量不是问题，可以除去边缘切割宽度C之内的铜膜。
其次，描述采用此清洁装置的清洁方法。首先，将半导体基底W与基底保持部分922整体水平旋转，基底由基底保持部分922的自旋卡盘921保持。在此状态下，从中心喷嘴924向基底W面部的中心部分提供酸溶液。酸溶液可以是非氧化酸，和使用氢氟酸、盐酸、硫酸、柠檬酸、草酸等。另一方面，将氧化剂溶液连续或间歇地从边缘喷嘴926提供到基底W的周围边缘部分。作为氧化剂溶液，使用如下物质的一种臭氧水溶液、过氧化氢水溶液、硝酸水溶液、和次氯酸钠水溶液，或这些物质的结合物。
以此方式，将在半导体基底W周围边缘部分C区域中的顶表面和端表面上形成的铜膜等采用氧化剂溶液快速氧化，和同时采用从中心喷嘴924提供和在基底整个表面上铺展的酸溶液蚀刻，因此将它溶解和除去。通过在基底周围边缘部分混合酸溶液和氧化剂溶液，相比于提供的预先产生的它们的混合物，可以获得陡峭的蚀刻轮廓。此时，铜蚀刻速率由它们的浓度确定。如果在基底面部上电路形成部分中形成铜的自然氧化物膜，根据基底的旋转，此自然氧化物立即由铺展在基底整个表面上的酸溶液除去，和并不再产生任何更多。在停止从中心喷嘴924的酸溶液供应之后，停止氧化剂溶液从边缘喷嘴926的供应。结果是，氧化曝露在表面上的硅，可以抑制铜的沉积。
另一方面，将氧化剂溶液和氧化硅膜蚀刻剂同时或交替从后喷嘴928提供到基底背侧的中心部分。因此，可以将以金属形式粘附到半导体基底W背侧的铜等，与基底的硅一起，采用氧化剂溶液氧化，和可以采用氧化硅膜蚀刻剂蚀刻和除去。由于化学品的类型数目减少，此氧化剂溶液优选与提供到面部的氧化剂溶液相同。氢氟酸可以用作氧化硅膜蚀刻剂，和如果氢氟酸在基底面部上用作酸溶液，可以减少化学品类型的数目。因此，如果首先停止氧化剂的供应，获得疏水性表面。如果首先停止蚀刻剂溶液的供应，获得水饱和表面(亲水性表面)，和因此可以将背侧表面调节到满足随后工艺要求的状况。
以此方式，向基底提供酸溶液，即蚀刻溶液以除去保留在基底W表面上的金属离子。然后，提供纯水以采用纯水代替蚀刻溶液和除去蚀刻溶液，和然后通过旋转干燥将基底干燥。以此方式，同时进行半导体基底面部上周围边缘部分处边缘切割宽度C中的铜膜的脱除，和背侧上铜污染物的脱除以因此允许此处理，例如，在80秒内完成。可以任意地设定边缘的蚀刻切割宽度(2-5mm)，但蚀刻要求的时间并不依赖于切割宽度。
在CMP工艺之前和在镀敷之后进行的退火处理对随后的CMP处理和对互连物的电特性有有利的影响。在CMP处理之后没有退火处理宽互连物(几个微米的单位)的表面观察显示许多缺陷如微孔，它导致整个互连物电阻的增加。退火的执行改进了电阻的增加。在没有退火的情况下，薄互连物显示没有空隙。因此，假定颗粒生长的程度涉及这些现象。即，推测可以是如下机理颗粒生长难以在薄互连物中发生。在宽互连物中，另一方面，颗粒生长根据退火处理进行。在颗粒生长的工艺期间，镀膜中的超细孔，它们太小而不能被SEM(扫描电镜)看见，聚集和向上移动，因此在互连物上部分中形成微孔状凹陷。退火单元814中的退火条件使得在气体气氛中加入氢气(2％或更小)，温度为300℃-400℃，和时间为1-5分钟。在这些条件下，获得以上效果。
图34和35显示退火单元814。退火单元814包括含有用于接收和取出半导体基底W的门1000的腔室1002，位于腔室1002上部分用于加热半导体基底W到约400℃的热板1004，和位于腔室1002下部分用于，例如通过在板中流动冷却水而冷却半导体基底W的冷板1006。退火单元1002也含有多个穿过冷板1006和通过其间向上和向下延伸用于将半导体基底W放置和保持在它们之上的可垂直移动的升杆销1008。退火单元进一步包括用于在退火期间在半导体基底W和热板1004之间引入抗氧剂气体的气体引入管1010，和用于排放已经从气体引入管1010引入和在半导体基底W和热板1004之间流动的气体的气体排放管1012。管子1010和1012位于热板1004的相对侧上。
将气体引入管1010连接到混合气体引入管1022，它依次连接到混合器1020，其中将通过包含过滤器1014a的N2气体引入管线1016引入的N2气体，和通过包含过滤器1014b的H2气体引入管线1018引入的H2气体混合以形成混合气体，混合气体通过管线1022流入气体引入管1010。
在操作中，将半导体基底W，它已经在腔室1002中通过门1000携带，保持在升杆销1008上和将升杆销1008升高到一定的位置，在该位置下在保持在上升销1008上的半导体基底W和热板1004之间的距离为如0.1-1.0mm。在此状态下，然后通过热板1004将半导体基底W加热到如400℃和，同时，从气体引入管1010引入抗氧剂气体和允许气体在半导体基底W之间流动和同时从气体排放管1012排放气体，因此退火半导体基底W同时防止它的氧化。退火处理可以在约几十秒到60秒中完成。基底的加热温度可以在100-600℃的范围中选择。
在退火完成之后，将升杆销1008降低到这样的位置，在该位置下在保持在升杆销1008上的半导体基底W和冷板1006之间的距离为如0-0.5mm。在此状态下，通过将冷却气体引入冷板1006，在如10-60秒中将半导体基底W由冷板冷却到100℃或更小的温度。将冷却的半导体基底送到下一步骤。
N2气体与几％的H2气体的混合气体用作以上的抗氧剂气体。然而，可以单独使用N2气体。
退火单元可以放置在电镀装置中。
图32是化学镀敷装置的简要构成图。如图32中所示，此化学镀敷装置包括用于保持要在它的上表面上镀敷的半导体基底W的保持机构911，用于接触由保持机构911保持的半导体基底W要镀敷的表面(上表面)的周围边缘部分以密封周围边缘部分的坝(dam)元件931，和用于向含有由坝元件931密封的周围边缘部分的半导体基底W的要镀敷表面提供镀敷溶液的喷淋头941。化学镀敷装置进一步包括位于保持机构911上部外围附近用于向半导体基底W要镀敷的表面提供清洁液体的清洁液体供应机构951，用于回收排放的清洁液体等(镀敷废液)的回收容器961，用于吸入和回收保持在半导体基底W上的镀敷溶液的镀敷溶液回收喷嘴965，和用于旋转驱动保持机构911的电机M。以下描述各自的元件。
保持机构911在它的上表面上含有用于放置和保持半导体基底W的基底放置部分913。基底放置部分913适于放置和固定半导体基底W。具体地，基底放置部分913含有用于通过真空吸入吸引半导体基底W到其背侧的真空吸收机构(未示出)。将背侧加热器915，它是平面的和从下侧加热半导体基底W要镀敷的表面以将它保温，安装在基底放置部分913背侧上。背侧加热器915由例如，橡胶加热器组成。此保持机构911适于由电机M旋转和可由升高和降低机构(未示出)垂直移动。
坝元件931是管状的，含有在其下部分提供用于密封半导体基底W外围边缘的密封部分933，和安装坝元件以不从说明的位置垂直移动。
喷淋头941具有如下结构含有在前端提供用于以喷淋形式散射提供的镀敷溶液和基本均匀地将它提供到半导体基底W要镀敷的表面上的许多喷嘴。清洁液体供应机构951含有用于从喷嘴953喷射清洁液体的结构。
镀敷溶液回收喷嘴965适于可向上和向下移动和可回转，和镀敷溶液回收喷嘴965的前端适于向位于半导体基底W上表面周围边缘区域上的坝元件931内部降低和吸入在半导体基底W上的镀敷溶液。
其次，描述化学镀敷装置的操作。首先，将保持机构911从说明的状态降低以在保持机构911和坝元件931之间提供具有预定尺寸的缝隙，和将半导体基底W放置和固定到基底放置部分913上。例如，8英寸基底用作半导体基底W。
然后，升高保持机构911以将它的上表面与如所示的坝元件931下表面接触，和采用坝元件931的密封部分933密封半导体基底W的外围。此时，半导体基底W的表面处于开放状态。
然后，将半导体基底W自身直接由背侧加热器915加热以使半导体基底W的温度，例如，为70℃(保持直到镀敷的终止)。然后，将例如，加热到50℃的镀敷溶液从喷淋头941喷射以在半导体基底W基本整个表面上倾注镀敷溶液。由于半导体基底W的表面由坝元件931围绕，倾注的镀敷溶液都保持在半导体基底W表面上。提供的镀敷溶液数量可以是使半导体基底W表面上厚度为1mm的小数量(约30ml)。保持在要镀敷的表面上的镀敷溶液深度可以为10mm或更小，和可以甚至为1mm，如在此实施方案中。如果提供的镀敷溶液的小数量是足够的，用于加热镀敷溶液的加热装置可以具有小尺寸。在此实施例中，通过加热将半导体基底W的温度升高到70℃，和将镀敷溶液的温度升高到50℃。因此，半导体基底W要镀敷的表面，例如为60℃，和因此可以达到在此实施例中对于镀敷反应的最优温度。
半导体基底W由电机M瞬时旋转以进行要镀敷表面的均匀液体润湿，和然后以半导体基底W处于静止状态的状态进行要镀敷表面的镀敷。具体地，仅将半导体基底W在100rpm或更小下旋转1秒以采用镀敷溶液均匀地润湿半导体基底W要镀敷的表面。然后，将半导体基底W保持静止，和进行化学镀敷1分钟。最长的瞬时旋转时间是10秒或更小。
在镀敷处理完成之后，将镀敷溶液回收喷嘴965的前端降低到靠近半导体基底W周围边缘部分上坝元件931内部的位置以吸入镀敷溶液。此时，如果半导体基底W在例如，100rpm或更小的旋转速度下旋转，保留在半导体基底W上的镀敷溶液可以在离心力下收集在半导体基底W周围边缘部分上坝元件931部分中，使得可以以良好的效率和高回收率进行镀敷溶液的回收。降低保持机构911以分离半导体基底W和坝元件931。开始旋转半导体基底W，和在半导体基底W的镀敷表面从清洁液体供应机构951的喷嘴953喷射清洁液体(超纯水)以冷却镀敷表面，和同时进行稀释和清洁，因此停止化学镀敷反应。此时，可以将从喷嘴953喷射的清洁液体提供到坝元件931以同时进行坝元件931的清洁。将此时的镀敷废液回收入回收容器961和抛弃。
然后，将半导体基底W由电机M在高速下旋转用于旋转干燥，和然后将半导体基底W从保持机构911取出。
图33是另一种化学镀敷的简要构成图。图33的化学镀敷装置不同于图32的化学镀敷装置之处在于代替在保持机构911中提供背侧加热器915，灯加热器917位于保持机构911以上，和灯加热器917和喷淋头941-2为整体。例如，同心地提供多个半径不同的环形灯加热器917，和喷淋头941-2的许多喷嘴943-2在灯加热器917之间的间隙以环的形式开启。灯加热器917可以由单一螺旋灯加热器组成，或可以由具有各种结构和布置的其它灯加热器组成。
甚至采用此结构，可以基本均匀地以喷淋形式从每个喷嘴943-2将镀敷溶液提供到半导体基底W要镀敷的表面上。此外，可以直接均匀地由灯加热器917进行半导体基底W的加热和热保留。灯加热器917不仅加热半导体基底W和镀敷溶液，也加热周围空气，因此在半导体基底W上显示热保留效果。
通过灯加热器917的半导体基底W的直接加热要求具有相对较大电功率消耗的灯加热器917。代替这样的灯加热器917，具有相对小电功率消耗的灯加热器917和图31所示的背侧加热器915可以结合使用以主要采有背侧加热器915加热半导体基底W和主要由灯加热器917进行镀敷溶液和周围空气的热保留。采用与上述实施方案的相同方式，可以提供用于直接或间接冷却半导体基底W的机构以进行温度控制。
上述帽镀敷优选由化学镀敷工艺进行，但可以由电镀工艺进行。
现在由如下工作实施例说明本发明。
首先，制备含有表1所示的复合浴组合物1-8的镀铜溶液(本镀敷溶液)和含有也在表1所示的复合浴组合物9和10的镀铜溶液(对比镀敷溶液)，和含有表2所示硫酸铜浴组合物1和2的镀铜溶液。图17显示当有机硫化合物(III-(4))变化为0ppm，1ppm，5ppm，10ppm和25ppm时，复合浴7的电流-电压曲线。如从图17可以看出的那样，有机硫化合物的加入升高了阴极极化，和阴极极化随加入的有机硫化合物数量的增加而增加。
在表1中，有机硫化合物“I-(10)”表示用作有机硫化合物的组I的上述化合物(10)；相似地，“II-(2)”和“III-(4)”分别表示组II的化合物(2)和组III的化合物(4)的使用。在以下实施例中，将采用铜的镀敷进行到在它的表面上含有如图18A所示，直径为0.2μm和纵横比A/R为5(深度1μm)通路孔的基底上以采用铜填充通路孔。在SEM(扫描电镜)下观察这样在通路孔中填充的铜状态以检验缺陷的存在或不存在。在如下描述中，词语“底空隙”表示图18B所示的这样状态在通路孔底部没有铜的沉积，形成空隙V1，和词语“接缝空隙”表示在铜中接缝状空隙V2的形成，如图18C所示。
表1
注释A铜盐(g/L)
B络合剂(g/L)CpH调节剂(g/L)D有机硫化合物(mg/L)E表面活性剂(mg/L)表2
注释A硫酸铜(g/L)B硫酸(ml/L)C盐酸(ml/L)D有机添加剂(ml/L)实施例1通过使用含有复合浴组合物1的镀铜溶液(本镀敷溶液)作为要用于本发明第一实施方案第一镀敷工段522a的镀铜溶液，在0.5A/dm2的电流密度下进行第一阶段镀敷(种子层的增强)25秒。其后，通过使用含有硫酸铜浴组合物1的镀铜溶液作为用于第二镀敷工段522b的镀铜溶液，在2.5A/dm2的电流密度下进行第二阶段镀敷(采用铜填充)2分钟。
SEM观察显示在基底整个表面中存在的所有通路孔中没有空隙。实施例2通过使用含有复合浴组合物2的镀铜溶液(本镀敷溶液)作为要用于本发明第二实施方案镀敷工段522的镀铜溶液，在1A/dm2的电流密度下进行镀敷(采用铜填充)5分钟。
SEM观察显示在基底周围区域中存在的某些通路孔中有一些接缝空隙。实施例3通过使用含有复合浴组合物3的镀铜溶液(本镀敷溶液)作为要用于本发明第一实施方案第一镀敷工段522a的镀铜溶液，在0.5A/dm2的电流密度下进行第一阶段镀敷(种子层的增强)25秒。因此，通过使用含有硫酸铜浴组合物2的镀铜溶液作为用于第二镀敷工段522b的镀铜溶液，在2.5A/dm2的电流密度下进行第二阶段镀敷(采用铜填充)2分钟。
SEM观察显示在基底中存在的所有通路孔中没有空隙。实施例4通过使用含有复合浴组合物4的镀铜溶液(本镀敷溶液)作为要用于本发明第二实施方案镀敷工段522的镀铜溶液，在1A/dm2的电流密度下进行镀敷(采用铜填充)5分钟。
SEM观察显示在基底中存在的所有通路孔中没有空隙。实施例5通过使用含有复合浴组合物5的镀铜溶液(本镀敷溶液)作为要用于本发明第一实施方案第一镀敷工段522a的镀铜溶液，在0.5A/dm2的电流密度下进行第一阶段镀敷(种子层的增强)25秒。其后，通过使用含有硫酸铜浴组合物1的镀铜溶液作为用于第二镀敷工段522b的镀铜溶液，在2.5A/dm2的电流密度下进行第二阶段镀敷(采用铜填充)2分钟。
SEM观察显示在基底中存在的所有通路孔中没有空隙。实施例6通过使用含有复合浴组合物6的镀铜溶液(本镀敷溶液)作为要用于本发明第二实施方案镀敷工段522的镀铜溶液，在1A/dm2的电流密度下进行镀敷(采用铜填充)5分钟。
SEM观察显示在基底周围区域中存在的某些通路孔中有一些空隙。实施例7通过使用含有复合浴组合物7的镀铜溶液(本镀敷溶液)作为要用于本发明第一实施方案第一镀敷工段522a的镀铜溶液，在0.5A/dm2的电流密度下进行第一阶段镀敷(种子层的增强)25秒。其后，通过使用含有硫酸铜浴组合物2的镀铜溶液作为用于第二镀敷工段522b的镀铜溶液，在2.5A/dm2的电流密度下进行第二阶段镀敷(采用铜填充)2分钟。
SEM观察显示在基底中存在的所有通路孔中没有空隙。实施例8通过使用含有复合浴组合物7的镀铜溶液(本镀敷溶液)作为要用于本发明第二实施方案镀敷工段522的镀铜溶液，在1A/dm2的电流密度下进行镀敷(采用铜填充)5分钟。
SEM观察显示在基底中存在的所有通路孔中没有空隙。实施例9通过使用含有复合浴组合物8的镀铜溶液(本镀敷溶液)作为要用于本发明第一实施方案第一镀敷工段522a的镀铜溶液，在0.5A/dm2的电流密度下进行第一阶段镀敷(种子层的增强)25秒。其后，通过使用含有硫酸铜浴组合物2的镀铜溶液作为用于第二镀敷工段522b的镀铜溶液，在2.5A/dm2的电流密度下进行第二阶段镀敷(采用铜填充)2分钟。
SEM观察显示在基底中存在的所有通路孔中没有空隙。对比例1通过使用含有硫酸铜浴组合物1的镀铜溶液，在2.5A/dm2的电流密度下进行镀敷(采用铜填充)2分钟。
SEM观察显示在基底中存在的所有通路孔中有底空隙，每个空隙占据几乎通路孔的较小一半。对比例2通过使用含有硫酸铜浴组合物2的镀铜溶液，在2.5A/dm2的电流密度下进行镀敷(采用铜填充)2分钟。
SEM观察显示在基底中存在的所有通路孔中有底空隙，每个空隙占据通路孔的约1/2-2/3。对比例3通过使用含有复合浴组合物9的镀铜溶液(对比镀敷溶液)作为要用于本发明第一实施方案第一镀敷工段522a的镀铜溶液，在0.5A/dm2的电流密度下进行第一阶段镀敷(种子层的增强)25秒。其后，通过使用含有硫酸铜浴组合物1的镀铜溶液作为用于第二镀敷工段522b的镀铜溶液，在2.5A/dm2的电流密度下进行第二阶段镀敷(采用铜填充)2分钟。
SEM观察显示尽管在基底中心区域存在的通路孔中没有形成空隙，但在基底周围区域中存在的通路孔中形成底空隙，每个空隙占据通路孔的约1/5。对比例4通过使用含有复合浴组合物10的镀铜溶液(对比镀敷溶液)作为要用于本发明第一实施方案第一镀敷工段522a的镀铜溶液，在0.5A/dm2的电流密度下进行第一阶段镀敷(种子层的增强)25秒。其后，通过使用含有硫酸铜浴组合物2的镀铜溶液作为用于第二镀敷工段522b的镀铜溶液，在2.5A/dm2的电流密度下进行第二阶段镀敷(采用铜填充)2分钟。
SEM观察显示尽管在基底中心区域存在的通路孔中没有形成空隙，但在基底周围区域中存在的通路孔中形成底空隙，每个空隙占据通路孔的约1/4。
如以上所述，根据本发明，镀铜溶液中络合剂的包括，和进一步作为添加剂的有机硫化合物的包括，可增强镀敷浴的极化和改进均匀电沉积性能。此使得种子层薄部分的增强和铜进入具有高纵横比的细凹口，如沟槽和孔中的均匀填充。此外，该沉积镀敷物是密集的，且其中没有微孔形成。有机硫化合物添加剂，由于它的极性，可以容易地通过使用电化学测量方法，如一般用于测量镀铜溶液中添加剂浓度的CVS方法，测量它的浓度。此外，由于有机硫化合物添加剂在镀敷溶液中非常稳定，可以容易地进行液体管理。
尽管已经详细显示和描述本发明的某些优选实施方案，应当理解可以在其中进行各种变化和改进而不背离所附权利要求的范围。
工业实用性本发明涉及用于通过如下方式形成铜互连物的镀铜溶液，镀敷方法和镀敷装置对于在基底表面中形成的互连物，镀敷半导体基底以采用铜填充细凹口。
权利要求
1.一种镀铜溶液，包括单价或二价铜离子，络合剂，和添加剂，该添加剂抑制铜螯合物离开螯合物和沉积在基底表面上。
2.根据权利要求1的镀铜溶液，其中该铜离子的浓度为0.1-100g/l，该络合剂的浓度为0.1-500g/l，该添加剂的浓度为0.1-500mg/l，和液体pH为7-14。
3.根据权利要求1的镀铜溶液，进一步包括作为添加剂的表面活性剂。
4.一种镀铜溶液，包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物。
5.根据权利要求4的镀铜溶液，其中该铜离子的浓度为0.1-100g/l，该络合剂的浓度为0.1-500g/l，该有机硫化合物的浓度为0.1-500mg/l，和液体pH为7-14。
6.根据权利要求4的镀铜溶液，进一步包括作为添加剂的表面活性剂。
7.根据权利要求4的镀铜溶液，其中该有机硫化合物是一种或多种有机硫化物化合物或有机多硫化物化合物。
8.一种镀敷含有细凹口的基底的方法，细凹口由种子层覆盖以由金属填充细凹口，包括通过将基底表面与镀敷溶液接触而镀敷基底表面，该镀敷溶液包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物。
9.根据权利要求8的方法，其中该镀敷溶液的铜离子的浓度为0.1-100g/l，络合剂的浓度为0.1-500g/l，有机硫化合物的浓度为0.1-500mg/l，和液体pH为7-14。
10.根据权利要求8的方法，其中该镀敷溶液进一步包括作为添加剂的表面活性剂。
11.根据权利要求8的方法，其中该镀敷溶液中的该有机硫化合物是一种或多种有机硫化物化合物或有机多硫化物化合物。
12.一种镀敷含有细凹口的基底的方法，细凹口由屏蔽层覆盖以由金属填充细凹口，包括通过将基底表面与镀敷溶液接触而镀敷基底表面，该镀敷溶液包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物。
13.根据权利要求12的方法，其中该镀敷溶液的铜离子的浓度为0.1-100mg/l，络合剂的浓度为0.1-500g/l，有机硫化合物的浓度为0.1-500mg/l，和液体pH为7-14。
14.根据权利要求12的方法，其中该镀敷溶液进一步包括作为添加剂的表面活性剂。
15.根据权利要求12的方法，其中该镀敷溶液中的该有机硫化合物是一种或多种有机硫化物化合物或有机多硫化物化合物。
16.一种镀敷含有细凹口的基底的方法，细凹口由种子层覆盖以由金属填充细凹口，包括在第一阶段通过将基底表面与第一镀敷溶液接触而镀敷基底表面；和在第二阶段通过将基底表面与第二镀敷溶液接触而镀敷基底表面；其中该第一镀敷溶液包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物，和该第二镀敷溶液含有具有优异流平性能的组合物。
17.根据权利要求16的方法，其中该第一镀敷溶液的铜离子的浓度为0.1-100mg/l，络合剂的浓度为0.1-500g/l，有机硫化合物的浓度为0.1-500mg/l，和液体pH为7-14。
18.根据权利要求16的方法，其中该第一镀敷溶液进一步包括作为添加剂的表面活性剂。
19.根据权利要求16的方法，其中该第一镀敷溶液中的该有机硫化合物是一种或多种有机硫化物化合物或有机多硫化物化合物。
20.一种镀敷含有细凹口的基底的方法，细凹口由屏蔽层覆盖以由金属填充细凹口，包括在第一阶段通过将基底表面与第一镀敷溶液接触而镀敷基底表面；和在第二阶段通过将基底表面与第二镀敷溶液接触而镀敷基底表面；其中该第一镀敷溶液包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物，和该第二镀敷溶液含有具有优异流平性能的组合物。
21.根据权利要求20的方法，其中该第一镀敷溶液的铜离子的浓度为0.1-100g/l，络合剂的浓度为0.1-500g/l，有机硫化合物的浓度为0.1-500mg/l，和液体pH为7-14。
22.根据权利要求20的方法，其中该第一镀敷溶液进一步包括作为添加剂的表面活性剂。
23.根据权利要求20的方法，其中该第一镀敷溶液中的该有机硫化合物是一种或多种有机硫化物化合物或有机多硫化物化合物。
24.一种镀敷装置，包括用于进行基底表面第一阶段镀敷的第一镀敷工段，基底含有由屏蔽层和/或种子层覆盖的细凹口；用于将第一镀敷溶液加入在该第一镀敷工段中镀敷腔中的第一镀敷溶液进料工段；用于进行基底表面第二阶段镀敷的第二镀敷工段，基底已经进行过第一阶段镀敷；用于将第二镀敷溶液加入在该第二镀敷工段中镀敷腔中的第二镀敷溶液进料工段；和用于将基底从该第一镀敷工段到该第二镀敷工段的转移工段；其中该第一镀敷溶液含有具有优异均匀电沉积性能的组合物和包括单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物，和该第二镀敷溶液含有具有优异流平性能的组合物。
25.根据权利要求24的镀敷装置，其中该第一镀敷溶液的铜离子的浓度为0.1-100g/l，络合剂的浓度为0.1-500g/l，有机硫化合物的浓度为0.1-500mg/l，和液体pH为7-14。
26.根据权利要求24的镀敷装置，其中该第一镀敷溶液进一步包括作为添加剂的表面活性剂。
27.根据权利要求24的镀敷装置，其中该第一镀敷溶液中的该有机硫化合物是一种或多种有机硫化物化合物或有机多硫化物化合物。
全文摘要
提供一种镀铜溶液，当用于含有种子层和高纵横比的细凹口的基底镀敷时，该镀敷溶液可增强种子层的薄部分和保证采用铜对细凹口的完全填充，和该镀铜溶液是稳定的使得它的性能在长时间连续使用之后并不下降。镀敷溶液包含单价或二价铜离子，络合剂，和作为添加剂的有机硫化合物，和非必要的表面活性剂。
文档编号H01L21/3205GK1460134SQ02800779
公开日2003年12月3日 申请日期2002年2月20日 优先权日2001年2月23日
发明者长井瑞树, 奥山修一, 君塚亮一, 小林健 申请人:株式会社荏原制作所