[发明专利]一种制造半导体器件的方法

说明书

相关申请的交叉引用

2011年9月29日提交的日本专利申请第2011-215188号公开的内容(包括说明书、附图和摘要)通过引用并入本文。

背景技术

本发明涉及制造半导体器件的技术。更加具体而言，本发明涉及通过电镀设备有效形成镀铜薄膜的技术。

在半导体器件的制造过程中使用沉淀技术，其中，使用电镀方法形成配线。被称为电镀方法的沉淀工艺为一种通过使用电镀设备形成用于连接电子设备的铜(Cu)配线的工艺。

在电镀设备中，具有设置在其上的阴极的半导体晶片相对于电镀槽向下设置，并且浸泡在电镀溶液中。因此，向以面向所述半导体晶片的方式设置的阴极和阳极施加电压。这导致电流从半导体晶片外围部分通过种子薄膜(导电薄膜)流出，从而使镀铜薄膜在半导体晶片的整个表面上生长。

在电镀沉淀过程中，电镀溶液中沉淀的铜的量通过累积的电流量确定。为此，以如下方式进行电压控制，所述方式为使得流过阳极-阴极的电流变得恒定。由此，保持镀铜薄膜的厚度的均匀性。

对于这种沉淀技术而言，例如，已知如下技术：(1)在镶嵌配线等的电镀沉淀过程中，使配线中自下而上的量和镀铜薄膜中所包括的杂质的量保持恒定，从而抑制半导体器件的电气特性的变化(参见，例如，专利文件1)；(2)检测电镀溶液中促进剂的浓度、抑制剂的浓度以及氯浓度，将电镀溶液中的促进剂的浓度、抑制剂的浓度和氯浓度分别设定为规定的浓度，从而保持电镀溶液具有规定的浓度(参见，例如，专利文件2)。

专利文件

专利文件1

日本专利公开第2008-303417

专利文件2

日本专利公开第2004-197183

发明内容

然而，本发明的发明人发现，在如上所述的半导体器件的配线步骤中，利用电镀的沉淀技术具有如下问题。

抑制镀铜薄膜厚度的均匀性的因素被称为终端效应。在电镀沉淀的预步骤中，作为阴极起作用的种子薄膜在半导体晶片上形成。所述种子薄膜由铜等的金属薄膜形成，所述铜等的金属薄膜通过例如溅射法形成。

终端效应为如下现象：在电镀沉淀过程中，由于由种子薄膜的电阻产生压降，在半导体晶片的中心部分及其邻近位置的电流的量小于半导体晶片的外围部分的邻近位置的电流的量，并且半导体晶片的中心部分的邻近位置的镀铜薄膜的厚度小于外围部分的邻近位置的厚度。

作为降低终端效应的措施，例如，已知如下技术：将诸如陶瓷之类的高电阻材料设置在电镀溶液的阳极和阴极之间，从而大大增加电镀溶液的电阻，导致种子薄膜的电阻降低。

然而，如上所述，当将高电阻材料设置在电镀溶液中时，所述电镀溶液的电阻增加。为此，为了传递目标电流值，与未设置高电阻材料的情况相比，需要将较高的电压施加在阳极和阴极之间。

因此，在阳极和阴极以及用于产生应用电压的电源电路等上施加了较大的载荷。这降低了硬件冗余，硬件冗余的降低不理想地产生新的问题。

本发明的目的在于提供一种能够保持镀铜薄膜的均匀性而同时减少电镀设备的硬件问题的技术。

本发明的另一目的在于提供一种电镀半导体晶片的方法，所述方法包括通过检测施加在阳极和阴极之间的电镀电压，当所述电镀电压的电压值未落入预先设定的设定电压范围内时，调节电镀溶液中的无机成分的浓度，使得电镀电压的电压值落入设定电压范围内。

本发明的另一目的在于提供一种用于在半导体晶片上形成镀铜薄膜的电镀设备，所述电镀设备包括：

电镀槽，所述电镀槽用于储存电镀溶液，所述电镀溶液的量为足以将所述半导体晶片浸泡在其中；

一对电极；所述一对电极彼此相对设置在所述电镀槽中；

电镀溶液罐，所述电镀溶液罐用于储存所述电镀溶液；

泵，所述泵用于将储存在所述电镀溶液罐中的电镀溶液供给至所述电镀槽；

分析仪，所述分析仪用于检测施加在电极之间的电镀电压并判断所述电镀电压是否落入预先设定的设定电压范围内；

其中，所述电镀溶液罐设置有基础溶液供给单元，纯水供给单元和溶液排出单元，所述基础溶液供给单元用于将所述基础溶液供给至所述电镀溶液罐，所述纯水供给单元用于将纯水供给至所述电镀溶液罐，所述溶液排出单元用于将储存在所述电镀溶液罐中的溶液排出，并且