基片加工方法技术

一种基片加工方法，包括在一个基片的表面上形成铜膜的步骤。这些步骤包括：通过电镀将第一金属填充到沟道中以便在基片的整个表面上形成一个第一金属的镀膜的步骤，其中通过虚阳极调节电磁场，以便基片的中心部分和周边部分之间的镀膜厚度的差被最小化，并且通过将基片压在抛光表面上抛光并去除镀膜，其中，在中心部分和周边部分处将基片压在抛光表面上的压力被调节。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，并且更具体地说，涉及用于将铜填充到形成于一个半导体基片的表面上的细凹槽中从而形成一个铜互连模式的方法。
技术介绍
近年来，随着生产量的增加和半导体芯片的高度集成化，发展采用具有低电阻率和高电迁移阻力的铜(Cu)作为用于在一个半导体芯片上形成一个互连电路的金属材料、以取代铝或铝合金，这已经引起了人们的注意。这种类型的铜连接通常是通过将铜填充到形成于基片表面上的细凹槽来形成的。用于形成铜连接的方法包括CVD、喷溅和电镀。图62A至62C表示一个通过一系列步骤进行镀铜以形成铜连接的例子。如图62A所示，一个SiO2绝缘膜2被沉积在一个已经形成一个半导体装置的半导体基片1上的一个导体层1a上。一个接触孔3和用于互连的沟道4利用平板印刷术和蚀刻技术形成于该绝缘膜2上。一个TaN的阻挡层5或类似物形成于接触孔3和沟道4上，并且一个铜籽晶层(copper seedlayer)7进一步形成于其上，以便作为一个用于电镀的电源层。如图62B所示，在半导体基片W的表面上进行镀铜，以便将铜填充到该半导体基片1的接触孔3和沟道4中并且还在绝缘膜2上沉积一层铜膜6。然后，通过化学机械抛光(CMP)去除绝缘膜2上的铜膜6和阻挡层5，从而使填充到接触孔3和沟道4中用于连接的铜膜6的表面直接位于绝缘膜2的表面上。在这种方法中，形成如图62C所示的一个由镀铜膜6构成的连接。图63表示一个用于在净化室中执行上述形成连接的步骤的基片处理设备的整体结构。在净化室中，设置有一个绝缘膜形成装置10、一个平板印刷和蚀刻装置12、一个阻挡层形成装置14、一个铜籽晶层形成装置26、一个镀铜装置18、和一个CPM装置20。具有由绝缘膜形成装置10形成的绝缘膜2的基片W容纳在一个基片盒22中，可并且被输送到平板印刷和蚀刻装置12以便进行后续步骤。在被设置在基片盒22中的情况下，具有在平板印刷和蚀刻装置12中形成的用于连接的接触孔3和沟道4的基片W被输送到阻挡层形成装置14，以便进行后续步骤。在被容纳在基片盒22中的情况下，在各装置中被处理的基片W被输送到后续步骤，从而顺序执行连接形成步骤。图64示意性地表示一个用于上述类型的镀铜的传统镀铜装置的总体结构。该镀铜装置包括一个向上开口并在其内装有电镀液的柱状镀槽602，和一个适于可拆卸地保持一个基片W的可旋转基片保持件604，以便使一个面朝下并将基片W置于一个封闭镀槽602的上端开口部分的位置上。在镀槽602内部，一个浸入到电镀液600中作为一个阳极的平板状阳极板(阳极)606被水平放置，并且基片W的籽晶层被作为阴极。该阳极板606包括一个铜板或铜球的集合。一个具有安装在内侧的泵608的电镀液供应管610被连接到镀槽602的底部中心。在镀槽602的外侧放置电镀液容器612。而且，已经流入电镀液容器612中的电镀液通过一个电镀液返回管614返回到泵608中。由于采用这种结构，基片W被基片保持件604面朝向地保持在镀槽602的顶部，并且在这种状态下被旋转。以一个加在阳极板606(阳极)和基片W的籽晶层(阴极)之间的预定电压驱动泵608，以便将电镀液600引入镀槽602，从而使在阳极板606和基片W的籽晶层之间形成电镀电流以便在基片W的下表面上形成一个镀铜膜。这时，已经溢流出镀槽602的电镀液600被电镀液容器612回收，并且再循环。在半导体制造过程中铜易于扩散到二氧化硅膜中，使二氧化硅膜的绝缘性恶化，并且在输送、存储和基片处理步骤中导致交叉污染。铜还可能污染净化室的内部。更详细地说，具有形成于其上的铜籽晶层基片在被设置在基片盒中的情况下被输送到镀铜装置，具有在镀铜装置中形成的铜膜的基片在被放入基片盒的情况下被输送到CMP装置。因此，粘附到基片上的非常活跃且对于其它步骤有害的铜粒子和铜离子易于扩散到净化室中。当通过采用镀铜装置将一个镀铜膜沉积在基片的表面上时，基片籽晶层中心和阳极之间的电压与基片籽晶层周围和阳极之间的电压不一致，这是因为形成于基片表面的铜籽晶层的电阻造成的。因此，基片周围上的镀铜膜的膜厚大于基片中心处的镀铜膜的膜厚。当用一个抛光装置对在基片周围比中心处更厚的镀铜膜进行抛光时，镀铜膜在基片周围处保持未抛光，或者在中心处镀铜膜被过分刮擦，该现象称为凹陷。阳极和基片之间的距离可以充分延长以增加电镀液自身的电阻，从而减小铜籽晶层的电阻的影响。该措施可以使镀铜膜的膜厚更加均匀，但导致设备变大。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述情况而提出的。其目的是提供一种基片处理方法，该方法可以将镀铜膜更均匀地沉积到基片表面上；其可以将多余的镀铜膜抛光掉而不会留下未刮擦的部分或导致凹陷；并且其可以防止来自形成在基片表面上的铜膜的有害铜，例如来自铜籽晶层或铜膜的有害铜使净化室内部被污染。根据本专利技术的一个方案，提供一种将金属填充到基片表面上的细沟道中的方法，包括在基片上形成阻挡层，并在阻挡层上形成籽晶层；提供一个电镀设备，该电镀设备具有一个用于保持基片的第一基片保持件、一个容纳电镀液的电镀池、一个阳极和一个调节电磁场的虚阳极(Virtual anode)；提供一个抛光设备，该设备具有一个用于保持基片以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上的第二基片保持件；将具有阻挡层和籽晶层的基片输送到电镀设备；将基片保持在第一基片保持件中并且将基片置于电镀液中；产生电磁场；通过电镀将第一金属填充到沟道中并在基片的整个表面上形成第一金属的电镀膜，其中，利用虚阳极调节电磁场，以便在基片中心部分和周围部分之间的电镀膜的厚度差被最小化；从电镀池中移出基片；在电镀设备中洗涤和干燥该基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在第二基片保持件中；通过将基片压在抛光表面上抛光并去除电镀膜，其中，在中心部分和周围部分将基片压到抛光表面上的压力被调节；在抛光设备中洗涤和干燥该基片；并且从抛光设备输送基片。根据本专利技术的另一个方案，提供一种用于将金属填充到一个基片表面的沟道中的方法，包括提供一个电镀设备；提供一个抛光设备，该抛光设备具有一个基片保持件，用于保持该基片以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上；在基片上形成一个阻挡层；将具有阻挡层的基片输送到电镀设备；将基片保持在电镀设备的第一电镀液中；用第一电镀液将第一层电镀到阻挡层的整个表面上；将基片保持在电镀设备中的第二电镀液中；用第二电镀液将金属填充到由第一层覆盖的沟道中，并在基片表面上形成金属的第二电镀层；在电镀设备中洗涤并干燥基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在基片保持件中；通过将基片压向抛光表面对第二电镀层进行抛光，其中，在中心部分和周围部分将基片压向抛光表面的压力被调节；在抛光设备中洗涤并干燥基片；并且从抛光设备输送基片。根据本专利技术的另一个方案，提供一种将金属填充到基片表面的沟道中的方法，包括在基片上形成阻挡层，并在阻挡层上形成籽晶层；提供一个电镀设备，该电镀设备具有一个用于保持基片的第一基片保持件、一个容纳电镀液的电镀池和一个阳极；提供一个抛光设备，该设备具有一个用于保持基片以便将基片压在一个抛光表面上的第二基片保持件；将具有阻挡层和籽晶层的基片输送到电镀设备；通过在电镀单元或无电敷镀单元中沉积附加的金属对籽晶层进行加强；将基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将金属填充到基片表面上的细沟道中的方法，包括： 在基片上形成阻挡层，并在阻挡层上形成籽晶层； 提供一个电镀设备，该电镀设备具有一个用于保持基片的第一基片保持件、一个容纳电镀液的电镀池、一个阳极和一个调节电磁场的虚阳极； 提供一个抛光设备，该设备具有一个用于保持基片以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上的第二基片保持件； 将具有阻挡层和籽晶层的基片输送到电镀设备； 将基片保持在第一基片保持件中并且将基片置于电镀液中； 产生电磁场； 通过电镀将第一金属填充到沟道中并在基片的整个表面上形成第一金属的电镀膜，其中，利用虚阳极调节电磁场，以便在基片中心部分和周围部分之间的电镀膜的厚度差被最小化； 从电镀池中移出基片； 在电镀设备中洗涤和干燥该基片； 将基片输送到抛光设备； 将基片保持在第二基片保持件中； 通过将基片压在抛光表面上抛光并去除电镀膜，其中，在中心部分和周围部分将基片压到抛光表面上的压力被调节； 在抛光设备中洗涤和干燥该基片；并且 从抛光设备输送基片。

【技术特征摘要】
JP 2000-12-4 403889/001.一种将金属填充到基片表面上的细沟道中的方法，包括在基片上形成阻挡层，并在阻挡层上形成籽晶层；提供一个电镀设备，该电镀设备具有一个用于保持基片的第一基片保持件、一个容纳电镀液的电镀池、一个阳极和一个调节电磁场的虚阳极；提供一个抛光设备，该设备具有一个用于保持基片以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上的第二基片保持件；将具有阻挡层和籽晶层的基片输送到电镀设备；将基片保持在第一基片保持件中并且将基片置于电镀液中；产生电磁场；通过电镀将第一金属填充到沟道中并在基片的整个表面上形成第一金属的电镀膜，其中，利用虚阳极调节电磁场，以便在基片中心部分和周围部分之间的电镀膜的厚度差被最小化；从电镀池中移出基片；在电镀设备中洗涤和干燥该基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在第二基片保持件中；通过将基片压在抛光表面上抛光并去除电镀膜，其中，在中心部分和周围部分将基片压到抛光表面上的压力被调节；在抛光设备中洗涤和干燥该基片；并且从抛光设备输送基片。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括对电镀基片退火的步骤。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，退火步骤在一个置于电镀设备中的退火单元中进行。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在抛光之后盖镀第二金属，以便在被抛光的基片的镀膜上形成一个保护镀层的步骤。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，盖镀步骤在一个无电敷镀设备中进行。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，无电敷镀设备被设置在抛光设备中。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括在盖镀之后对被盖镀的基片进行退火的步骤。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在抛光之前测量基片上的镀膜厚度的步骤。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，根据测量步骤的输出结果，调节在抛光设备中将基片压在抛光表面上的压力。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基片上的镀膜厚度等于或小于2.0微米。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，基片上的镀膜厚度等于或小于1.0微米。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括当在基片上形成阻挡层且在阻挡层上形成籽晶层之后，将基片装载到一个基片输送箱中；并且将基片输送到电镀设备；其中，基片被保持在基片输送箱中，在该基片输送箱中的空气与基片输送箱外部相比，颗粒污染、化学污染、氧气和湿度中的至少一种被减小。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在从抛光设备输送基片之前，将基片装载到一个基片输送箱中；并且从抛光设备输送基片；其中，基片被保持在基片输送箱中，在该基片输送箱中的空气与基片输送箱外部相比，颗粒污染、化学污染、氧气和湿度中的至少一种被减小。14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对压在基片上的压力进行调节，以便除了在沟道中之外，没有阻挡层残留在基片的表面上。15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括在将第一金属填充到沟道中的步骤之前，通过利用电镀单元或无电敷镀单元沉积附加的金属，对籽晶层进行加强。16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，电镀单元或无电敷镀单元被设置在电镀设备中。17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一金属包括铜。18.一种用于将金属填充到一个基片表面的沟道中的方法，包括提供一个电镀设备；提供一个抛光设备，该抛光设备具有一个基片保持件，用于保持该基片以便在基片的中心部分和周围部分以不同的压力将基片压在一个抛光表面上；在基片上形成一个阻挡层；将具有阻挡层的基片输送到电镀设备；将基片保持在电镀设备的第一电镀液中；用第一电镀液将第一层电镀到阻挡层的整个表面上；将基片保持在电镀设备中的第二电镀液中；用第二电镀液将金属填充到由第一层覆盖的沟道中，并在基片表面上形成金属的第二电镀层；在电镀设备中洗涤并干燥基片；将基片输送到抛光设备；将基片保持在基片保持件中；通过将基片压向抛光表面对第二电镀层进行抛光，其中，在中心部分和周围部分将基片压向抛光表面的压力被调节；在抛光设备中洗涤并干燥基片；并且从抛光设备输送基片。19.如权利要求18所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤文雄，三岛浩二，田中亮，铃木庸子，户川哲二，井上裕章，
申请(专利权)人：株式会社荏原制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]