半導体装置の製造方法および半導体製造装置
【課題】ウェットメッキによらないで導電体層を形成する。
【解決手段】半導体基板１０の表面に導電性薄膜２５の主成分物質２４を打ち込んでから（図１（ｃ））、その上に導電性薄膜２５を真空雰囲気中で重ね（図１（ｄ１））、これらを重ねたままで高圧雰囲気に曝す（図１（ｄ２））。これにより、導電性薄膜２５が下層物１１，１２の表面に密着する。
【解決手段】半導体基板１０の表面に導電性薄膜２５の主成分物質２４を打ち込んでから（図１（ｃ））、その上に導電性薄膜２５を真空雰囲気中で重ね（図１（ｄ１））、これらを重ねたままで高圧雰囲気に曝す（図１（ｄ２））。これにより、導電性薄膜２５が下層物１１，１２の表面に密着する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板の表面層に能動素子等の形成された半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、詳しくは、その能動素子や他の接続端子等に亘る金属配線などの導電体層を半導体基板の表面に形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩ等（半導体装置）の製造工程において半導体基板の表面上に金属配線層を形成するに際し、金属配線層の下になるところに溝を形成しておいてその溝内に金属を埋め込む工程が知られている。図５は、半導体基板の一主表面すなわちトランジスタ等の機能素子が形成されている方の表面上に銅層が形成される様子をその工程順に示している。
【０００３】
詳述すると、直径３００ｍｍ程度で厚さ１ｍｍ以下の薄いシリコンウエハ１０（半導体基板）の上面すなわち一主表面に通常多数のＩＣ（半導体装置）が作り込まれるが（図５（ａ）参照）、その一部についての縦断面を見ると（図５（ｂ）参照）、配線用の銅層を形成しようとする直前の状態では、例えば、サブストレート１１の表面上に形成されたシリコン酸化膜１２は、サブストレート１１の表面層に形成されたＰＮ接合その他の能動素子などへのコンタクトホール１３及びそれに連なる配線パターン領域のところが、フォトリソグラフィー工程等によって取り除かれている。コンタクトホール１３のところではサブストレート１１表面またはその他のコンタクト面まで除去され、その周りの配線領域のところでは溝底に酸化膜１２が残るように除去されている。
【０００４】
そして、このシリコンウエハ１０に銅配線を形成するときは、その上面に対し、先ずスパッタ又はＣＶＤによって極く薄い銅層１４を付けておいてから（図５（ｃ）参照）、ウェットメッキによって銅層１４上に銅層１５を成長させる（図５（ｄ）参照）。こうして、シリコンウエハ１０の主表面上に銅層１５が形成された後は、その主表面にＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリシング）処理を施して、配線領域以外の銅層１５を除去するのである（図５（ｅ）参照）。
【０００５】
このようなスパッタやＣＶＤ等による銅付着工程およびそれに続くウェットメッキによる銅成長工程とを経て形成された銅層１５は、その内部結晶がほぼ等方性のものとなる。また、その下のシリコン１１や酸化膜１２との境界部分は、共晶などはほとんど無く、境界面がハッキリしている（図５（ｆ）参照）。
【０００６】
なお、銅層１５のところにアルミニウム層やアルミニウム合金層を形成する場合には、ＣＶＤやＰＶＤ等の成長法によって所望の膜厚まで導電体層を形成しておいてから、それを加熱して流動させることでコンタクトホール１３に埋め込ませたり（下記特許文献１、２を参照）、加熱に加えて加圧も行うことでコンタクトホール１３のところの空隙をつぶしたり（下記特許文献３を参照）する技術も知られている。もっとも、これらは、融点の比較的低いアルミニウムを材料として先ず従来以上の膜厚を形成させることが前提となっているので、処理時間の観点から、融点がそれより高く成長速度も遅くなりがちな銅に対しては実用的でない。
【特許文献１】特開平２−２１３４７１号公報
【特許文献２】特開平２−２０５６７８号公報
【特許文献３】特開平７−１９３０６３号公報
【０００７】
一方、堆積成長させたアルミニウムでは微細化に伴ってエレクトロマイグレーションに耐えるのが困難になってきており、特に高速に成長させるほど導電体層内部全体がポーラスになるうえ、このような微細な空隙は大きな空隙と違ってなかなか潰れない。そこで、導電体層の形成に際して、導電性材料としてアルミニウム系金属以外の銅なども用いられるとともに、その堆積成長を加速するための工程も併せて採用されるのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来の半導体装置およびその製造方法では、スパッタやＣＶＤ等によるドライ工程だけで導電体層を形成しきれない場合には、特にアルミニウムに限らず銅等の他の導電体材料も考慮した場合には、導電体成長工程にウェットメッキが用いられる。しかしながら、半導体装置の微細加工にウェットメッキを適用するには、メッキ液等を常に厳しく適正状態に保つ必要がある。このため、その工程の管理や作業には厳しいものがある。さらに、その廃液処分等も厄介である。 そこで、半導体装置に対する導電体層の形成工程からウェット工程を不要にして省くことが課題となる。
【０００９】
また、メッキ形成された導電体は、下層物に対する付着力・被着力が弱くて界面剥離が起きやすいうえ、密になり難くて強度も低下しがちである。そこで、半導体装置の表面上に形成される導電体層について、下層との密着性を向上させることや、強度を高めることも課題となる。
【００１０】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ウェットメッキによらないで導電体層を形成する半導体装置の製造方法を実現することを目的とする。また、本発明は、導電体層が下層に密着した半導体装置を実現することを目的とする。さらに、本発明は、強い導電体層を持った半導体装置を実現することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するための本発明について、その構成および作用効果を以下に説明する。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面上に導電性薄膜を真空雰囲気中で重ねる工程と、これらを重ねたままで高圧雰囲気に曝す工程とが含まれていることを特徴とする方法である。すなわち、（能動素子等が一主表面上に形成された）半導体基板の（該一主）表面上に導電性薄膜を真空雰囲気中で（配置・乗載等して）重ね（合わせ）る工程と、これらを重ね（合わせ）たままで高圧雰囲気に曝す（ことで該導電性薄膜上等から加圧して該導電性薄膜を該一主表面上に付着させる）工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
このような半導体装置の製造方法にあっては、半導体基板の表面上に導電体層を形成するに際し、先ず、真空雰囲気中で導電性薄膜が半導体基板の表面上に重ねられる。これによって、空気やガス等を挟み込むこと無く両者が合わせられる。次に、これらがその重なった状態のままで高圧雰囲気に曝される。そうすると、導電性薄膜は、加圧されて、半導体基板の表面に押しつけられ、その表面形状に適合するよう曲げられて変形する。しかも、その際、両者の間に空気やガス等がほとんど存在しないので、それらの境界面はぴったりと密着し、加圧を止めた後でも膨張ガス等による剥離が発生することは無い。
【００１４】
これにより、液体に浸すというウェットな工程を用いるまでもなく、真空雰囲気および高圧雰囲気というドライな雰囲気の中だけで半導体装置に導電体層が被着形成されることとなる。また、基板とは別に薄膜化される導電性薄膜薄膜は、通常、圧延工程や、圧延に引っ張り伸張を加味した工程によって製造されるので、内部まで密な状態になっていて、堆積成長させたものよりもエレクトロマイグレーションに強い。したがって、この発明の半導体装置の製造方法によれば、ウェットメッキによらないで良質の導電体層を形成することができる。
【００１５】
本発明の半導体装置の他の製造方法は、上記の半導体装置の製造方法であって、前記の重ねる工程に先だって前記半導体基板の前記（一主）表面に前記導電性薄膜の主成分物質を打ち込む工程も含まれていることを特徴とする方法である。
【００１６】
このような半導体装置の製造方法にあっては、導電性薄膜の主成分物質が打ち込まれたところに、導電体物質と既存物との共晶が形成される。そして、その上に導電体層が圧着させられるが、この導電体とその共晶とは、成分が近いので馴染み易い。これにより、導電体層とその下の物質との付着力が、共晶の介在によって強化されることとなる。したがって、この発明の半導体装置の製造方法によれば、導電体層と下層との密着性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の半導体装置は、導電体層が設けられた半導体装置において、前記導電体層とその下の物質とに介在するように共晶が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
このような半導体装置にあっては、導電体層とその下の物質との間に両者の共晶またはそれに近い成分の共晶が介在することにより、両者の付着力が強化される。したがって、この発明によれば、導電体層が下層に密着した半導体装置を実現することができる。
【００１９】
本発明の他の半導体装置は、導電体層が設けられた半導体装置において、前記導電体層は、内部結晶が前記導電体層の下面に沿って延びた状態となっているものであることを特徴とする。
このような半導体装置にあっては、導電体層の内部結晶が導電体層の下面に沿って延びた状態となっているところ、薄く或いは細長く延びた結晶物は一般に延び変形等に強いことから、そのような導電体は、半導体基板に被着させる際に加えられる曲げ力や、その後の熱変形応力、さらには高密度電流によるマイグレーションの力などにも耐え得ることとなる。したがって、この発明によれば、強い導電体層を持った半導体装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体装置の製造方法にあっては、真空雰囲気および高圧雰囲気というドライな雰囲気の中だけで導電体層が被着形成されるようにしたことにより、半導体装置の表面上に導電体層を形成するに際してウェットメッキによらないで済ませることができるようになったという有利な効果が有る。
また、本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置にあっては、共晶を介在させて付着力を強化したことにより、半導体装置における導電体層と下層との密着性を向上させることができたという有利な効果を奏する。
さらに、本発明の半導体装置にあっては、特定の結晶構造のものを導電体層に導入したことにより、強い導電体層を持った半導体装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の半導体装置およびその製造方法について、これを実施するための具体的な形態を図面を引用して説明する。以下、製造方法について一連の工程と（図１参照）、製造された半導体の構造と（図２参照）、２種類の半導体製造装置についてその構造及び動作（図３，図４参照）とを順に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１に示したこの半導体装置の製造方法が図５の従来方法と相違するのは、スパッタ等による銅層１４の形成工程（図５（ｃ）参照）に代えて銅イオンの打ち込み工程（図１（ｃ）参照）が採用されている点と、ウェットメッキによる銅層１５の形成工程（図５（ｄ）参照）に代えて銅箔２５を被着させるための一連の乗載工程（図１（ｄ１）参照）及び加圧工程（図１（ｄ２）参照）が行われる点である。なお、銅箔２５は、シリコンウエハ１０とは別に、圧延工程によって予め製造されている。その圧延工程では、ピアノ線の伸線工程の如く圧延に加えて引っ張り展伸も行われて、加熱を伴わないか加熱しても結晶構造を変化させない最小限に止められるので、出来上がった銅箔２５は、密で強い薄膜となっている。
【００２３】
銅イオンの打ち込み工程は、俗にインプラと呼ばれるイオン打ち込み装置を用いて行われるが、その際のマスキングには、マスク作成の作業負担を軽減するために、コンタクトホール１３やその周りの配線パターン領域に対するフォトリソグラフィー工程に使用されたマスクが共用される。そして、サブストレート１１や酸化膜１２の露出表面のうち配線領域に該当する溝底のところに対し、その浅い表面部分に入り込むよう、銅イオンが打ち込まれる（図１（ｃ）参照）。その薄い銅イオン打ち込み層２４は、打ち込まれた銅イオンとこれを受け入れた既存物質のシリコン等とが混じって、Ｓｉ−Ｃｕ共晶となる。なお、銅イオンを打ち込むのは、これが銅箔２５の主成分だからであり、銅に代えて他の導電体を形成するときには、その主成分物質が打ち込まれる。そして、このような処理は、次の乗載工程に先だって半導体基板の主表面に導電性薄膜の主成分物質を打ち込む工程となっている。
【００２４】
また、乗載工程は、厚さ１μｍ程度（望ましくは０．１μｍ以下）の薄い銅箔２５をシリコンウエハ１０の上面すなわち主表面上に乗せる処理である（図１（ｄ１）参照）。銅箔２５は、シリコンウエハ１０の主表面全体を覆うように、平らに広げた状態で、そっと乗せられる。その際、銅箔２５が溝部や段差部を除いて酸化膜１２の上に重なるように、後述する真空チャンバ３０の中で処理される。そこで、このような処理は、半導体基板の表面上に導電性薄膜を真空雰囲気中で重ねる工程となっている。
【００２５】
さらに、銅箔２５の載ったシリコンウエハ１０には、真空チャンバ３０から出されること無く引き続いて、やはり後述する加圧ユニット４１を用いて９００気圧程度の高圧ガスが掛けられる。このような処理は、半導体基板と導電性薄膜とを重ねたままで高圧雰囲気に曝す工程となっている。そして、高圧ガスによって上面が加圧された銅箔２５は、シリコンウエハ１０の上面に強く押しつけられる。こうして、銅箔２５は、コンタクトホール１３やその周りの溝内にも延びて来て、そこに下面が密着する（図１（ｄ２）参照）。
【００２６】
そして、銅箔２５は、その密着境界面のところにある銅イオン打ち込み層２４に圧接されて強く付着する。また、酸素を含んだ空気に触れること無く伸展した銅箔２５の下面は新鮮で接触抵抗が小さいので能動素子等に対する電気的な接続状態も良好となる。さらに、圧延形成されていた銅箔２５は、その伸展の際に粘り強く延びて何処も破断すること無く下層の表面形状に適合変形する。 それから後は、従来同様、その主表面にＣＭＰ処理が施されて、配線領域以外の銅層２５が除去される（図１（ｅ）参照）。
【００２７】
［半導体装置の実施例］
こうして、導電体層２５が形成された半導体装置について特にその導電体層２５の結晶構造を見ると、図２（ａ）にその部分の詳細な断面模式図を示したが、上述したように被着された銅箔２５の直下に当たる銅イオン打ち込み層２４はＳｉ−Ｃｕ共晶となっており、このような銅イオン打ち込み層２４を具えたシリコンウエハ１０は、導電体層とその下の物質とに介在する共晶が形成されたものとなっている。そして、その銅イオン打ち込み層２４に対して銅箔２５の下面がしっかりと付いている。
【００２８】
また、銅箔２５の圧延時に面状に拡がりながら薄く延びてほぼ平行な多層となっていた導電性薄膜の結晶模様２５ａは、その下面がサブストレート１１や酸化膜１２の露出面に押しつけられてその段差形状に合わせるように多少延びぎみに曲げられることから、平行状態を引き継ぐ並行状態は概ね維持しながらも、サブストレート１１や酸化膜１２の露出面と同一または類似の曲線模様を描くように変形する。このように変形した薄い多層状の結晶模様２５ａを残している導電体層２５は、その下面に沿って延びた内部結晶を有するものとなっている。
【００２９】
なお、図２（ｂ）に同様の断面模式図で示された結晶構造を持つ導電体層２５は、コンタクトホール１３のところにＣＭＰ後も残るリセスを無くすために、そのコンタクトホール１３のところにメタルプラグ２６を埋め込んだものである。この工程は、銅イオン打ち込み工程の前にＭＯＣＶＤ等によってタングステン等の金属を析出させることで行われる。この場合も、導電体層２５は、その下面に沿って延びた内部結晶を有するとともに、その直下に共晶が形成されたものとなっている。
【００３０】
また、上述の製造工程では、銅箔２５とその下層との付着力を強化するためにスパッタ等による銅層１４の形成工程に代えて銅イオン２４の打ち込み工程を採用したが、その付着力が従来程度で間に合う場合には、従来通りＣＶＤ等によって銅層１４を極く薄く形成しておき、その後のウェットメッキ工程だけを銅箔２５の乗載工程および加圧工程にて置換するようにしても良い。
【００３１】
そして、このような製造工程で作られたこれらの半導体装置は、従来の製法で作られた従来のものに比べて、導電性に優れ、しかもエレクトロマイグレーションへの耐力が高いうえ、生産効率も良いといった数々の長所を兼ね備えたものとなっている。
【００３２】
［半導体製造装置の第１実施例］
図３（ａ）に縦断面構造を模式図で示した第１の装置は、上述の工程のうち乗載工程および加圧工程を行うのに好適な半導体製造装置である。これは、両工程を連続して行うために、チャンバ３０（真空雰囲気確保手段）に対して、真空ポンプ３３（真空雰囲気生成手段）と、昇降台３４（半導体基板保持手段＋距離可変手段）と、加圧ユニット４１（高圧雰囲気生成手段）と、銅箔供給ユニット５１（導電性薄膜供給手段）と、レーザユニット５６（銅箔切断手段＋銅箔焼鈍手段）とが付加されたものである。
【００３３】
真空チャンバ３０は、アルミニウムをくり抜いた本体部に対し、その内部空間に真空雰囲気を確保するため、アルミニウム板からなる蓋部が被せてある。その側壁には、シリコンウエハ１０（半導体基板）を搬入および搬出する際に真空チャンバ３０の外からウエハ搬送アーム６１を出し入れしうるように、開口が貫通して形成されており、そこにはその開口を開閉するゲート３１が付設されている。なお、図示は割愛したが、ゲート３１やウエハ搬送アーム６１は真空引き可能な予備室によって囲まれていて、真空状態を破らずにシリコンウエハ１０の搬入出を行えるようにもなっている。
【００３４】
真空ポンプ３３は、メカニカルブースターやターボモレキュラーポンプ等が単段で或いは多段に連結して用いられ、１０-6〜-7Ｔｏｒｒ（１３３×１０-6〜-7Ｐａ）程度まで真空引きを行って真空チャンバ３０の内部空間に真空雰囲気を生成するために、バルブ３２を介して真空チャンバ３０に対し吸引排気可能に接続される。なお、真空チャンバ３０内を大気圧に戻したり真空ポンプ３３による排気が間に合わないときのリリーフ用などのために補助バルブ３７も適宜付加される。
【００３５】
昇降台３４は、ステンレスの板材からなり、搬入されたシリコンウエハ１０を乗載させて保持するために、シリコンウエハ１０より一回り大きく加工形成されるとともに、その上面が平坦に仕上げられている。その下面にはベローズ３５の一端が気密に溶接されるとともに、このベローズ３５の他端が真空チャンバ３０の内底の貫通口周辺に対して気密に溶接され、さらに、その貫通口およびベローズ３５の中を挿通する支柱３６によって昇降台３４が支持される。この昇降台３４は上下移動しうるように支柱３６を介して外部から図示しないパルスモータやボールネジ等によって駆動される。そして、その移動可能な範囲は、昇降台３４の上面について見ると、ウエハ搬送アーム６１の入ってくるところより低いところから、後述する銅箔２５の送給高さを越えて更にその上に位置するやはり後述のスリーブ４２の下端より高いところまで達する。これにより、昇降台３４は、半導体基板と導電性薄膜との距離を可変する手段と、半導体基板と高圧雰囲気との距離を可変する手段とが、一体化されたものとなっている。また、昇降台３４には上面のシリコンウエハ１０を加熱するために図示しない発熱体が埋め込まれている。
【００３６】
加圧ユニット４１は、真空チャンバ３０の蓋部に対して上から固定して取り付けられ、その蓋部を貫通して真空チャンバ３０の内部空間に伸びたスリーブ４２の内腔へアルゴンガスや窒素ガス等を送り込むとともにその圧力を９００気圧程度にまで高めるものである（下記特許文献４参照）。そのスリーブ４２は、高圧に耐えるようステンレスを厚く加工して製造され、その内腔下端部分に対し、上昇してきた昇降台３４の上端部分がほぼ気密に入り込むような形状に形成されている。これにより、この装置は、真空チャンバ３０に付設された加圧ユニット４１によって高圧雰囲気が生成されるとともに、その高圧雰囲気がスリーブ４２及びこれに嵌合した昇降台３４によって局所に確保されるものとなっている。
【特許文献４】特開平９−２９２１８２号公報
【００３７】
銅箔供給ユニット５１は、数μｍから１μｍ以下の適宜の一定厚さで帯状に圧延された銅箔２５を回転可能な軸芯に巻き取ったものであり、気密な外筒に格納され、そこには酸化防止のために窒素が充填されている。また、銅箔２５の先頭部分だけは、大気圧下でのセッティングを考慮して、予め外筒から外に出されている。そして、周囲が真空状態になると、銅箔２５の引き出し口が開き、その銅箔２５の先頭部分を引っ張ると軸芯が回転して続々と銅箔２５が送給されるような仕掛けも付いている。これにより、この装置は、導電性薄膜を外気に曝すこと無く連続して供給する手段が真空チャンバ内に設けられたものとなっている。
【００３８】
真空チャンバ３０内には、その銅箔供給ユニット５１に加えて、その近傍に設けられた上下一対の銅箔送出ロール５２と、これらと同じ高さでその反対側に設けられた上下一対の銅箔引込ロール５３と、さらにその近傍に設けられたテンションロール５４及び銅箔巻取ユニット５５も存在する。そして、銅箔供給ユニット５１から出た銅箔２５は、先ず銅箔送出ロール５２に挟まれてそれらの回転に伴って送り出され、昇降台３４とスリーブ４２との間を通過してから、再び銅箔引込ロール５３によって挟まれてそれらの回転に伴って銅箔巻取ユニット５５の方に引き込まれる。さらに、銅箔２５は、弛まないようにテンションロール５４によって適宜の張力が付与されて、最後に銅箔巻取ユニット５５によって巻き取られて収納される。これにより、導電性薄膜２５が真空チャンバ３０内で昇降台３４とスリーブ４２との間に保持されるようになっている。なお、銅箔供給ユニット５１を交換すること無く銅箔２５を種々の厚さで供給するために、銅箔送出ロール５２に圧延ローラを用いて再圧延するようにするのも良い。
【００３９】
レーザユニット５６には、レーザ光を強くして銅箔２５を切断したり弱くして焼鈍のための加熱を行ったりしうるように、その出力パワーや絞り具合を調節可能なものが用いられる。また、昇降台３４の直ぐ上のところに来ている銅箔２５に対して、昇降台３４上のシリコンウエハ１０の上面全域およびその周辺域に亘って走査しうるように、真空チャンバ３０の蓋部内面に対しスリーブ４２の直ぐ脇のところで取り付けられる。
【００４０】
このような構成の半導体製造装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図３（ｂ）〜同図（ｅ）は、その要部の動作状態を示す縦断面模式図であり、同図（ｆ）は、導電性薄膜の供給状態・使用状態を上から見た図である。なお、以下の動作手順は適宜なコントローラの制御に従って各ユニットや機構部が稼動することで行われる。
【００４１】
下方に下がっている昇降台３４上にシリコンウエハ１０がウエハ搬送アーム６１によって搬入されると、真空ポンプ３３によって真空チャンバ３０内が高真空にされ、その真空雰囲気の中で昇降台３４が上昇する（図３（ｂ）参照）。なお、シリコンウエハ１０上面の縁部にはポリイミド系接着剤２７が予め塗られている。そして、そのポリイミド系接着剤２７が銅箔２５の下面に微かに接触したところで、一旦、昇降台３４が停止し、そこで、シリコンウエハ１０又は昇降台３４上面とほぼ同じ大きさの円形に、その上のところの銅箔２５が、レーザユニット５６によって切り抜かれる（図３（ｃ）参照）。こうして、導電性薄膜２５が真空雰囲気中で半導体基板１０の表面上に重ねられる。
【００４２】
それから、昇降台３４は再び上昇し、切り抜かれた銅箔２５やシリコンウエハ１０を乗せたままで昇降台３４の上面および上端部分がスリーブ４２の下端部内腔に填り込む（図３（ｄ）参照）。そして、その状態で、スリーブ４２の内腔が加圧ユニット４１によって９００気圧程度に加圧されるとともに、昇降台３４に組み込みの発熱体によってシリコンウエハ１０が約２５０゜Ｃに加熱される。こうして、シリコンウエハ１０と銅箔２５とを重ねたままで、これらが高圧雰囲気に曝される。
【００４３】
その後、スリーブ４２内腔の圧力が下がってから、シリコンウエハ１０を乗せたままで昇降台３４は、下がって、ロール５２，５３間に張られた銅箔２５の高さまで戻る。そして、そこで、シリコンウエハ１０に圧着された銅箔２５に対してレーザユニット５６によってレーザ光が照射される。この照射は低照度で高速に走査しながら行われる。こうして、下層に影響を与えないように銅箔２５の焼鈍処理が局所ごと瞬時に行われて、銅箔２５の応力緩和と密着性の更なる向上も達成される。
【００４４】
最後に、昇降台３４が再度下がって最初の高さまで戻ると、その上のシリコンウエハ１０がウエハ搬送アーム６１によって搬出されるとともに、ロール５２，５３間に張られた帯状の銅箔２５が銅箔送出ロール５２側から銅箔引込ロール５３側へ所定長さだけ送られて、昇降台３４の上には未だ切断されていない新たな銅箔２５が到来する。こうして、一枚のシリコンウエハ１０に対する乗載工程および加圧工程が真空チャンバ３０内で連続して行われるとともに、次のシリコンウエハ１０を迎える準備も調う。
【００４５】
なお、この例では、シリコンウエハ１０上の銅箔２５が滑るのを防止するとともに、加圧の際に高圧ガスがシリコンウエハ１０と銅箔２５との間に入り込もうとするのを抑制するために、シリコンウエハ１０にポリイミド系接着剤２７を塗っておいたが、その代わりに、無機質のガスケットを用いても良い。この場合、５００〜６００゜Ｃまで加熱することが可能となる。
【実施例２】
【００４６】
［半導体製造装置の第２実施例］
図４（ａ）に縦断面構造を模式図で示した第２の装置も、第１の装置と構成は異なるが、やはり上述の工程のうち乗載および加圧を行うのに好適な半導体製造装置である。これが上述の第１実施例のものと相違するのは、銅箔供給ユニット等５１〜５５及びレーザユニット５６に代えて銅箔支承アーム７１が真空チャンバ３０内に設けられている点である。また、真空チャンバ３０の外では、ウエハ搬送アーム６１に加えて、その上方に銅箔搬送アーム６２も設けられている。
【００４７】
この装置に用いられる銅箔２５は、予め円板状に周囲を切り落とされて、個別に環状のプラスチック枠２８に填め込まれている（図４（ｂ）参照）。そして、銅箔支承アーム７１は、このような銅箔２５のプラスチック枠２８を先端で支承することで導電性薄膜を昇降台３４とスリーブ４２との間に保持するように、後端が真空チャンバ３０の側壁内面に取り付けられる。保持状態が安定するように銅箔支承アーム７１は高さの揃った３本が設けられている。
【００４８】
このような構成の半導体製造装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図４（ｂ）〜同図（ｆ）は、その要部の動作状態を示す縦断面模式図である。
【００４９】
先ず、下方に下がっている昇降台３４上にシリコンウエハ１０がウエハ搬送アーム６１によって搬入されるととともに、銅箔搬送アーム６２により銅箔２５が搬入されて、その銅箔２５のプラスチック枠２８が銅箔支承アーム７１の先端によって支承される。さらに、真空ポンプ３３によって真空チャンバ３０内が高真空にされ、その真空雰囲気の中で昇降台３４が上昇する（図４（ｂ）参照）。そして、銅箔支承アーム７１のところまで昇降台３４が上昇するとプラスチック枠２８は銅箔支承アーム７１から昇降台３４の上に乗り移ることとなる（図（ｃ）参照）。こうして、導電性薄膜２５が真空雰囲気中で半導体基板１０の表面上に重ねられる。
【００５０】
それから、昇降台３４は、さらに上昇を続け、銅箔２５を取り巻くプラスチック枠２８の先端がスリーブ４２の下端部内腔に入り込んだところで止まる（図４（ｄ）参照）。そして、その状態で、スリーブ４２の内腔が加圧ユニット４１によって少しだけ予備的に加圧される。この予圧は、プラスチック枠２８が押し広げられてスリーブ４２の内面に軽く密着する程度に行われる（図４（ｅ）参照）。こうして、銅箔２５が広げられて仮に皺等が存在していたとしても確実に平らになる。また、銅箔２５とシリコンウエハ１０との隙間の周りも気密性が強化される。
【００５１】
その後、その予圧を維持したままで、再び昇降台３４が上昇し、銅箔２５やシリコンウエハ１０を乗せたままで昇降台３４の上面および上端部分がスリーブ４２の下端部内腔に填り込む（図４（ｆ）参照）。そして、その状態で、スリーブ４２の内腔が加圧ユニット４１によって９００気圧程度に本格的に加圧されるとともに、昇降台３４に組み込みの発熱体によってシリコンウエハ１０が適度な温度に加熱される。こうして、シリコンウエハ１０と銅箔２５とを重ねたままで、これらが高圧雰囲気に曝される。
【００５２】
最後に、スリーブ４２内腔の圧力が下がってから、シリコンウエハ１０を乗せたままで昇降台３４は最初の高さまで下がり、そして、その上のシリコンウエハ１０がウエハ搬送アーム６１によって搬出される。こうして、一枚のシリコンウエハ１０に対する乗載工程および加圧工程が真空チャンバ３０内で連続して行われるとともに、次のシリコンウエハ１０及び銅箔２５を迎える準備も調う。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法について、その工程例である。
【図２】半導体装置について、特徴部分の断面模式図である。
【図３】本発明の実施に好適な半導体製造装置の第１例である。
【図４】本発明の実施に好適な半導体製造装置の第２例である。
【図５】従来の半導体製造工程の例である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ シリコンウエハ（半導体基板、半導体装置）
１１ サブストレート（基礎部）
１２ 酸化膜（絶縁層、積層部、導電体層の下層物）
１３ コンタクトホール（能動素子上の配線箇所、導電体層形成箇所）
１４ 銅層（導電体付着層）
１５ 銅層（導電体成長層）
２４ 銅イオン打ち込み層（導電体の主成分物質の打込層、下層共晶部）
２５ 銅箔（導電性薄膜、導電体層）
２５ａ 結晶模様（結晶分布、結晶延伸構造）
２６ メタルプラグ（ホール埋込材、段差緩和部）
２７ ポリイミド系接着剤（無機質ガスケット、気密部材、封止材）
２８ プラスチック枠（銅箔張持部材、気密部材、封止材）
３０ 真空チャンバ（密封手段、真空雰囲気確保手段）
３１ ゲート（搬入搬出口密封手段、真空雰囲気確保手段）
３２ バルブ
３３ 真空ポンプ（排気手段、真空雰囲気生成手段）
３４ 昇降台（基板乗載台、雰囲気移行手段、高圧雰囲気確保手段）
３５ ベローズ
３６ 支柱
３７ 補助バルブ
４１ 加圧ユニット（高圧雰囲気生成手段）
４２ スリーブ（高圧雰囲気確保手段）
５１ 銅箔供給ユニット（導電性薄膜送給手段）
５２ 銅箔送出ロール（導電性薄膜圧延手段）
５３ 銅箔引込ロール
５４ テンションロール
５５ 銅箔巻取ユニット（導電性薄膜収納手段）
５６ レーザユニット（銅箔切断手段、銅箔焼鈍手段）
６１ ウエハ搬送アーム（半導体基板搬入搬出手段）
６２ 銅箔搬送アーム（導電性薄膜搬入搬出手段）
７１ 銅箔支承アーム（導電性薄膜の真空内保持手段）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板の表面層に能動素子等の形成された半導体装置の製造方法および半導体製造装置に関し、詳しくは、その能動素子や他の接続端子等に亘る金属配線などの導電体層を半導体基板の表面に形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩ等（半導体装置）の製造工程において半導体基板の表面上に金属配線層を形成するに際し、金属配線層の下になるところに溝を形成しておいてその溝内に金属を埋め込む工程が知られている。図５は、半導体基板の一主表面すなわちトランジスタ等の機能素子が形成されている方の表面上に銅層が形成される様子をその工程順に示している。
【０００３】
詳述すると、直径３００ｍｍ程度で厚さ１ｍｍ以下の薄いシリコンウエハ１０（半導体基板）の上面すなわち一主表面に通常多数のＩＣ（半導体装置）が作り込まれるが（図５（ａ）参照）、その一部についての縦断面を見ると（図５（ｂ）参照）、配線用の銅層を形成しようとする直前の状態では、例えば、サブストレート１１の表面上に形成されたシリコン酸化膜１２は、サブストレート１１の表面層に形成されたＰＮ接合その他の能動素子などへのコンタクトホール１３及びそれに連なる配線パターン領域のところが、フォトリソグラフィー工程等によって取り除かれている。コンタクトホール１３のところではサブストレート１１表面またはその他のコンタクト面まで除去され、その周りの配線領域のところでは溝底に酸化膜１２が残るように除去されている。
【０００４】
そして、このシリコンウエハ１０に銅配線を形成するときは、その上面に対し、先ずスパッタ又はＣＶＤによって極く薄い銅層１４を付けておいてから（図５（ｃ）参照）、ウェットメッキによって銅層１４上に銅層１５を成長させる（図５（ｄ）参照）。こうして、シリコンウエハ１０の主表面上に銅層１５が形成された後は、その主表面にＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリシング）処理を施して、配線領域以外の銅層１５を除去するのである（図５（ｅ）参照）。
【０００５】
このようなスパッタやＣＶＤ等による銅付着工程およびそれに続くウェットメッキによる銅成長工程とを経て形成された銅層１５は、その内部結晶がほぼ等方性のものとなる。また、その下のシリコン１１や酸化膜１２との境界部分は、共晶などはほとんど無く、境界面がハッキリしている（図５（ｆ）参照）。
【０００６】
なお、銅層１５のところにアルミニウム層やアルミニウム合金層を形成する場合には、ＣＶＤやＰＶＤ等の成長法によって所望の膜厚まで導電体層を形成しておいてから、それを加熱して流動させることでコンタクトホール１３に埋め込ませたり（下記特許文献１、２を参照）、加熱に加えて加圧も行うことでコンタクトホール１３のところの空隙をつぶしたり（下記特許文献３を参照）する技術も知られている。もっとも、これらは、融点の比較的低いアルミニウムを材料として先ず従来以上の膜厚を形成させることが前提となっているので、処理時間の観点から、融点がそれより高く成長速度も遅くなりがちな銅に対しては実用的でない。
【特許文献１】特開平２−２１３４７１号公報
【特許文献２】特開平２−２０５６７８号公報
【特許文献３】特開平７−１９３０６３号公報
【０００７】
一方、堆積成長させたアルミニウムでは微細化に伴ってエレクトロマイグレーションに耐えるのが困難になってきており、特に高速に成長させるほど導電体層内部全体がポーラスになるうえ、このような微細な空隙は大きな空隙と違ってなかなか潰れない。そこで、導電体層の形成に際して、導電性材料としてアルミニウム系金属以外の銅なども用いられるとともに、その堆積成長を加速するための工程も併せて採用されるのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、従来の半導体装置およびその製造方法では、スパッタやＣＶＤ等によるドライ工程だけで導電体層を形成しきれない場合には、特にアルミニウムに限らず銅等の他の導電体材料も考慮した場合には、導電体成長工程にウェットメッキが用いられる。しかしながら、半導体装置の微細加工にウェットメッキを適用するには、メッキ液等を常に厳しく適正状態に保つ必要がある。このため、その工程の管理や作業には厳しいものがある。さらに、その廃液処分等も厄介である。 そこで、半導体装置に対する導電体層の形成工程からウェット工程を不要にして省くことが課題となる。
【０００９】
また、メッキ形成された導電体は、下層物に対する付着力・被着力が弱くて界面剥離が起きやすいうえ、密になり難くて強度も低下しがちである。そこで、半導体装置の表面上に形成される導電体層について、下層との密着性を向上させることや、強度を高めることも課題となる。
【００１０】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ウェットメッキによらないで導電体層を形成する半導体装置の製造方法を実現することを目的とする。また、本発明は、導電体層が下層に密着した半導体装置を実現することを目的とする。さらに、本発明は、強い導電体層を持った半導体装置を実現することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するための本発明について、その構成および作用効果を以下に説明する。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面上に導電性薄膜を真空雰囲気中で重ねる工程と、これらを重ねたままで高圧雰囲気に曝す工程とが含まれていることを特徴とする方法である。すなわち、（能動素子等が一主表面上に形成された）半導体基板の（該一主）表面上に導電性薄膜を真空雰囲気中で（配置・乗載等して）重ね（合わせ）る工程と、これらを重ね（合わせ）たままで高圧雰囲気に曝す（ことで該導電性薄膜上等から加圧して該導電性薄膜を該一主表面上に付着させる）工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
このような半導体装置の製造方法にあっては、半導体基板の表面上に導電体層を形成するに際し、先ず、真空雰囲気中で導電性薄膜が半導体基板の表面上に重ねられる。これによって、空気やガス等を挟み込むこと無く両者が合わせられる。次に、これらがその重なった状態のままで高圧雰囲気に曝される。そうすると、導電性薄膜は、加圧されて、半導体基板の表面に押しつけられ、その表面形状に適合するよう曲げられて変形する。しかも、その際、両者の間に空気やガス等がほとんど存在しないので、それらの境界面はぴったりと密着し、加圧を止めた後でも膨張ガス等による剥離が発生することは無い。
【００１４】
これにより、液体に浸すというウェットな工程を用いるまでもなく、真空雰囲気および高圧雰囲気というドライな雰囲気の中だけで半導体装置に導電体層が被着形成されることとなる。また、基板とは別に薄膜化される導電性薄膜薄膜は、通常、圧延工程や、圧延に引っ張り伸張を加味した工程によって製造されるので、内部まで密な状態になっていて、堆積成長させたものよりもエレクトロマイグレーションに強い。したがって、この発明の半導体装置の製造方法によれば、ウェットメッキによらないで良質の導電体層を形成することができる。
【００１５】
本発明の半導体装置の他の製造方法は、上記の半導体装置の製造方法であって、前記の重ねる工程に先だって前記半導体基板の前記（一主）表面に前記導電性薄膜の主成分物質を打ち込む工程も含まれていることを特徴とする方法である。
【００１６】
このような半導体装置の製造方法にあっては、導電性薄膜の主成分物質が打ち込まれたところに、導電体物質と既存物との共晶が形成される。そして、その上に導電体層が圧着させられるが、この導電体とその共晶とは、成分が近いので馴染み易い。これにより、導電体層とその下の物質との付着力が、共晶の介在によって強化されることとなる。したがって、この発明の半導体装置の製造方法によれば、導電体層と下層との密着性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の半導体装置は、導電体層が設けられた半導体装置において、前記導電体層とその下の物質とに介在するように共晶が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
このような半導体装置にあっては、導電体層とその下の物質との間に両者の共晶またはそれに近い成分の共晶が介在することにより、両者の付着力が強化される。したがって、この発明によれば、導電体層が下層に密着した半導体装置を実現することができる。
【００１９】
本発明の他の半導体装置は、導電体層が設けられた半導体装置において、前記導電体層は、内部結晶が前記導電体層の下面に沿って延びた状態となっているものであることを特徴とする。
このような半導体装置にあっては、導電体層の内部結晶が導電体層の下面に沿って延びた状態となっているところ、薄く或いは細長く延びた結晶物は一般に延び変形等に強いことから、そのような導電体は、半導体基板に被着させる際に加えられる曲げ力や、その後の熱変形応力、さらには高密度電流によるマイグレーションの力などにも耐え得ることとなる。したがって、この発明によれば、強い導電体層を持った半導体装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体装置の製造方法にあっては、真空雰囲気および高圧雰囲気というドライな雰囲気の中だけで導電体層が被着形成されるようにしたことにより、半導体装置の表面上に導電体層を形成するに際してウェットメッキによらないで済ませることができるようになったという有利な効果が有る。
また、本発明の半導体装置の製造方法および半導体装置にあっては、共晶を介在させて付着力を強化したことにより、半導体装置における導電体層と下層との密着性を向上させることができたという有利な効果を奏する。
さらに、本発明の半導体装置にあっては、特定の結晶構造のものを導電体層に導入したことにより、強い導電体層を持った半導体装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の半導体装置およびその製造方法について、これを実施するための具体的な形態を図面を引用して説明する。以下、製造方法について一連の工程と（図１参照）、製造された半導体の構造と（図２参照）、２種類の半導体製造装置についてその構造及び動作（図３，図４参照）とを順に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１に示したこの半導体装置の製造方法が図５の従来方法と相違するのは、スパッタ等による銅層１４の形成工程（図５（ｃ）参照）に代えて銅イオンの打ち込み工程（図１（ｃ）参照）が採用されている点と、ウェットメッキによる銅層１５の形成工程（図５（ｄ）参照）に代えて銅箔２５を被着させるための一連の乗載工程（図１（ｄ１）参照）及び加圧工程（図１（ｄ２）参照）が行われる点である。なお、銅箔２５は、シリコンウエハ１０とは別に、圧延工程によって予め製造されている。その圧延工程では、ピアノ線の伸線工程の如く圧延に加えて引っ張り展伸も行われて、加熱を伴わないか加熱しても結晶構造を変化させない最小限に止められるので、出来上がった銅箔２５は、密で強い薄膜となっている。
【００２３】
銅イオンの打ち込み工程は、俗にインプラと呼ばれるイオン打ち込み装置を用いて行われるが、その際のマスキングには、マスク作成の作業負担を軽減するために、コンタクトホール１３やその周りの配線パターン領域に対するフォトリソグラフィー工程に使用されたマスクが共用される。そして、サブストレート１１や酸化膜１２の露出表面のうち配線領域に該当する溝底のところに対し、その浅い表面部分に入り込むよう、銅イオンが打ち込まれる（図１（ｃ）参照）。その薄い銅イオン打ち込み層２４は、打ち込まれた銅イオンとこれを受け入れた既存物質のシリコン等とが混じって、Ｓｉ−Ｃｕ共晶となる。なお、銅イオンを打ち込むのは、これが銅箔２５の主成分だからであり、銅に代えて他の導電体を形成するときには、その主成分物質が打ち込まれる。そして、このような処理は、次の乗載工程に先だって半導体基板の主表面に導電性薄膜の主成分物質を打ち込む工程となっている。
【００２４】
また、乗載工程は、厚さ１μｍ程度（望ましくは０．１μｍ以下）の薄い銅箔２５をシリコンウエハ１０の上面すなわち主表面上に乗せる処理である（図１（ｄ１）参照）。銅箔２５は、シリコンウエハ１０の主表面全体を覆うように、平らに広げた状態で、そっと乗せられる。その際、銅箔２５が溝部や段差部を除いて酸化膜１２の上に重なるように、後述する真空チャンバ３０の中で処理される。そこで、このような処理は、半導体基板の表面上に導電性薄膜を真空雰囲気中で重ねる工程となっている。
【００２５】
さらに、銅箔２５の載ったシリコンウエハ１０には、真空チャンバ３０から出されること無く引き続いて、やはり後述する加圧ユニット４１を用いて９００気圧程度の高圧ガスが掛けられる。このような処理は、半導体基板と導電性薄膜とを重ねたままで高圧雰囲気に曝す工程となっている。そして、高圧ガスによって上面が加圧された銅箔２５は、シリコンウエハ１０の上面に強く押しつけられる。こうして、銅箔２５は、コンタクトホール１３やその周りの溝内にも延びて来て、そこに下面が密着する（図１（ｄ２）参照）。
【００２６】
そして、銅箔２５は、その密着境界面のところにある銅イオン打ち込み層２４に圧接されて強く付着する。また、酸素を含んだ空気に触れること無く伸展した銅箔２５の下面は新鮮で接触抵抗が小さいので能動素子等に対する電気的な接続状態も良好となる。さらに、圧延形成されていた銅箔２５は、その伸展の際に粘り強く延びて何処も破断すること無く下層の表面形状に適合変形する。 それから後は、従来同様、その主表面にＣＭＰ処理が施されて、配線領域以外の銅層２５が除去される（図１（ｅ）参照）。
【００２７】
［半導体装置の実施例］
こうして、導電体層２５が形成された半導体装置について特にその導電体層２５の結晶構造を見ると、図２（ａ）にその部分の詳細な断面模式図を示したが、上述したように被着された銅箔２５の直下に当たる銅イオン打ち込み層２４はＳｉ−Ｃｕ共晶となっており、このような銅イオン打ち込み層２４を具えたシリコンウエハ１０は、導電体層とその下の物質とに介在する共晶が形成されたものとなっている。そして、その銅イオン打ち込み層２４に対して銅箔２５の下面がしっかりと付いている。
【００２８】
また、銅箔２５の圧延時に面状に拡がりながら薄く延びてほぼ平行な多層となっていた導電性薄膜の結晶模様２５ａは、その下面がサブストレート１１や酸化膜１２の露出面に押しつけられてその段差形状に合わせるように多少延びぎみに曲げられることから、平行状態を引き継ぐ並行状態は概ね維持しながらも、サブストレート１１や酸化膜１２の露出面と同一または類似の曲線模様を描くように変形する。このように変形した薄い多層状の結晶模様２５ａを残している導電体層２５は、その下面に沿って延びた内部結晶を有するものとなっている。
【００２９】
なお、図２（ｂ）に同様の断面模式図で示された結晶構造を持つ導電体層２５は、コンタクトホール１３のところにＣＭＰ後も残るリセスを無くすために、そのコンタクトホール１３のところにメタルプラグ２６を埋め込んだものである。この工程は、銅イオン打ち込み工程の前にＭＯＣＶＤ等によってタングステン等の金属を析出させることで行われる。この場合も、導電体層２５は、その下面に沿って延びた内部結晶を有するとともに、その直下に共晶が形成されたものとなっている。
【００３０】
また、上述の製造工程では、銅箔２５とその下層との付着力を強化するためにスパッタ等による銅層１４の形成工程に代えて銅イオン２４の打ち込み工程を採用したが、その付着力が従来程度で間に合う場合には、従来通りＣＶＤ等によって銅層１４を極く薄く形成しておき、その後のウェットメッキ工程だけを銅箔２５の乗載工程および加圧工程にて置換するようにしても良い。
【００３１】
そして、このような製造工程で作られたこれらの半導体装置は、従来の製法で作られた従来のものに比べて、導電性に優れ、しかもエレクトロマイグレーションへの耐力が高いうえ、生産効率も良いといった数々の長所を兼ね備えたものとなっている。
【００３２】
［半導体製造装置の第１実施例］
図３（ａ）に縦断面構造を模式図で示した第１の装置は、上述の工程のうち乗載工程および加圧工程を行うのに好適な半導体製造装置である。これは、両工程を連続して行うために、チャンバ３０（真空雰囲気確保手段）に対して、真空ポンプ３３（真空雰囲気生成手段）と、昇降台３４（半導体基板保持手段＋距離可変手段）と、加圧ユニット４１（高圧雰囲気生成手段）と、銅箔供給ユニット５１（導電性薄膜供給手段）と、レーザユニット５６（銅箔切断手段＋銅箔焼鈍手段）とが付加されたものである。
【００３３】
真空チャンバ３０は、アルミニウムをくり抜いた本体部に対し、その内部空間に真空雰囲気を確保するため、アルミニウム板からなる蓋部が被せてある。その側壁には、シリコンウエハ１０（半導体基板）を搬入および搬出する際に真空チャンバ３０の外からウエハ搬送アーム６１を出し入れしうるように、開口が貫通して形成されており、そこにはその開口を開閉するゲート３１が付設されている。なお、図示は割愛したが、ゲート３１やウエハ搬送アーム６１は真空引き可能な予備室によって囲まれていて、真空状態を破らずにシリコンウエハ１０の搬入出を行えるようにもなっている。
【００３４】
真空ポンプ３３は、メカニカルブースターやターボモレキュラーポンプ等が単段で或いは多段に連結して用いられ、１０-6〜-7Ｔｏｒｒ（１３３×１０-6〜-7Ｐａ）程度まで真空引きを行って真空チャンバ３０の内部空間に真空雰囲気を生成するために、バルブ３２を介して真空チャンバ３０に対し吸引排気可能に接続される。なお、真空チャンバ３０内を大気圧に戻したり真空ポンプ３３による排気が間に合わないときのリリーフ用などのために補助バルブ３７も適宜付加される。
【００３５】
昇降台３４は、ステンレスの板材からなり、搬入されたシリコンウエハ１０を乗載させて保持するために、シリコンウエハ１０より一回り大きく加工形成されるとともに、その上面が平坦に仕上げられている。その下面にはベローズ３５の一端が気密に溶接されるとともに、このベローズ３５の他端が真空チャンバ３０の内底の貫通口周辺に対して気密に溶接され、さらに、その貫通口およびベローズ３５の中を挿通する支柱３６によって昇降台３４が支持される。この昇降台３４は上下移動しうるように支柱３６を介して外部から図示しないパルスモータやボールネジ等によって駆動される。そして、その移動可能な範囲は、昇降台３４の上面について見ると、ウエハ搬送アーム６１の入ってくるところより低いところから、後述する銅箔２５の送給高さを越えて更にその上に位置するやはり後述のスリーブ４２の下端より高いところまで達する。これにより、昇降台３４は、半導体基板と導電性薄膜との距離を可変する手段と、半導体基板と高圧雰囲気との距離を可変する手段とが、一体化されたものとなっている。また、昇降台３４には上面のシリコンウエハ１０を加熱するために図示しない発熱体が埋め込まれている。
【００３６】
加圧ユニット４１は、真空チャンバ３０の蓋部に対して上から固定して取り付けられ、その蓋部を貫通して真空チャンバ３０の内部空間に伸びたスリーブ４２の内腔へアルゴンガスや窒素ガス等を送り込むとともにその圧力を９００気圧程度にまで高めるものである（下記特許文献４参照）。そのスリーブ４２は、高圧に耐えるようステンレスを厚く加工して製造され、その内腔下端部分に対し、上昇してきた昇降台３４の上端部分がほぼ気密に入り込むような形状に形成されている。これにより、この装置は、真空チャンバ３０に付設された加圧ユニット４１によって高圧雰囲気が生成されるとともに、その高圧雰囲気がスリーブ４２及びこれに嵌合した昇降台３４によって局所に確保されるものとなっている。
【特許文献４】特開平９−２９２１８２号公報
【００３７】
銅箔供給ユニット５１は、数μｍから１μｍ以下の適宜の一定厚さで帯状に圧延された銅箔２５を回転可能な軸芯に巻き取ったものであり、気密な外筒に格納され、そこには酸化防止のために窒素が充填されている。また、銅箔２５の先頭部分だけは、大気圧下でのセッティングを考慮して、予め外筒から外に出されている。そして、周囲が真空状態になると、銅箔２５の引き出し口が開き、その銅箔２５の先頭部分を引っ張ると軸芯が回転して続々と銅箔２５が送給されるような仕掛けも付いている。これにより、この装置は、導電性薄膜を外気に曝すこと無く連続して供給する手段が真空チャンバ内に設けられたものとなっている。
【００３８】
真空チャンバ３０内には、その銅箔供給ユニット５１に加えて、その近傍に設けられた上下一対の銅箔送出ロール５２と、これらと同じ高さでその反対側に設けられた上下一対の銅箔引込ロール５３と、さらにその近傍に設けられたテンションロール５４及び銅箔巻取ユニット５５も存在する。そして、銅箔供給ユニット５１から出た銅箔２５は、先ず銅箔送出ロール５２に挟まれてそれらの回転に伴って送り出され、昇降台３４とスリーブ４２との間を通過してから、再び銅箔引込ロール５３によって挟まれてそれらの回転に伴って銅箔巻取ユニット５５の方に引き込まれる。さらに、銅箔２５は、弛まないようにテンションロール５４によって適宜の張力が付与されて、最後に銅箔巻取ユニット５５によって巻き取られて収納される。これにより、導電性薄膜２５が真空チャンバ３０内で昇降台３４とスリーブ４２との間に保持されるようになっている。なお、銅箔供給ユニット５１を交換すること無く銅箔２５を種々の厚さで供給するために、銅箔送出ロール５２に圧延ローラを用いて再圧延するようにするのも良い。
【００３９】
レーザユニット５６には、レーザ光を強くして銅箔２５を切断したり弱くして焼鈍のための加熱を行ったりしうるように、その出力パワーや絞り具合を調節可能なものが用いられる。また、昇降台３４の直ぐ上のところに来ている銅箔２５に対して、昇降台３４上のシリコンウエハ１０の上面全域およびその周辺域に亘って走査しうるように、真空チャンバ３０の蓋部内面に対しスリーブ４２の直ぐ脇のところで取り付けられる。
【００４０】
このような構成の半導体製造装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図３（ｂ）〜同図（ｅ）は、その要部の動作状態を示す縦断面模式図であり、同図（ｆ）は、導電性薄膜の供給状態・使用状態を上から見た図である。なお、以下の動作手順は適宜なコントローラの制御に従って各ユニットや機構部が稼動することで行われる。
【００４１】
下方に下がっている昇降台３４上にシリコンウエハ１０がウエハ搬送アーム６１によって搬入されると、真空ポンプ３３によって真空チャンバ３０内が高真空にされ、その真空雰囲気の中で昇降台３４が上昇する（図３（ｂ）参照）。なお、シリコンウエハ１０上面の縁部にはポリイミド系接着剤２７が予め塗られている。そして、そのポリイミド系接着剤２７が銅箔２５の下面に微かに接触したところで、一旦、昇降台３４が停止し、そこで、シリコンウエハ１０又は昇降台３４上面とほぼ同じ大きさの円形に、その上のところの銅箔２５が、レーザユニット５６によって切り抜かれる（図３（ｃ）参照）。こうして、導電性薄膜２５が真空雰囲気中で半導体基板１０の表面上に重ねられる。
【００４２】
それから、昇降台３４は再び上昇し、切り抜かれた銅箔２５やシリコンウエハ１０を乗せたままで昇降台３４の上面および上端部分がスリーブ４２の下端部内腔に填り込む（図３（ｄ）参照）。そして、その状態で、スリーブ４２の内腔が加圧ユニット４１によって９００気圧程度に加圧されるとともに、昇降台３４に組み込みの発熱体によってシリコンウエハ１０が約２５０゜Ｃに加熱される。こうして、シリコンウエハ１０と銅箔２５とを重ねたままで、これらが高圧雰囲気に曝される。
【００４３】
その後、スリーブ４２内腔の圧力が下がってから、シリコンウエハ１０を乗せたままで昇降台３４は、下がって、ロール５２，５３間に張られた銅箔２５の高さまで戻る。そして、そこで、シリコンウエハ１０に圧着された銅箔２５に対してレーザユニット５６によってレーザ光が照射される。この照射は低照度で高速に走査しながら行われる。こうして、下層に影響を与えないように銅箔２５の焼鈍処理が局所ごと瞬時に行われて、銅箔２５の応力緩和と密着性の更なる向上も達成される。
【００４４】
最後に、昇降台３４が再度下がって最初の高さまで戻ると、その上のシリコンウエハ１０がウエハ搬送アーム６１によって搬出されるとともに、ロール５２，５３間に張られた帯状の銅箔２５が銅箔送出ロール５２側から銅箔引込ロール５３側へ所定長さだけ送られて、昇降台３４の上には未だ切断されていない新たな銅箔２５が到来する。こうして、一枚のシリコンウエハ１０に対する乗載工程および加圧工程が真空チャンバ３０内で連続して行われるとともに、次のシリコンウエハ１０を迎える準備も調う。
【００４５】
なお、この例では、シリコンウエハ１０上の銅箔２５が滑るのを防止するとともに、加圧の際に高圧ガスがシリコンウエハ１０と銅箔２５との間に入り込もうとするのを抑制するために、シリコンウエハ１０にポリイミド系接着剤２７を塗っておいたが、その代わりに、無機質のガスケットを用いても良い。この場合、５００〜６００゜Ｃまで加熱することが可能となる。
【実施例２】
【００４６】
［半導体製造装置の第２実施例］
図４（ａ）に縦断面構造を模式図で示した第２の装置も、第１の装置と構成は異なるが、やはり上述の工程のうち乗載および加圧を行うのに好適な半導体製造装置である。これが上述の第１実施例のものと相違するのは、銅箔供給ユニット等５１〜５５及びレーザユニット５６に代えて銅箔支承アーム７１が真空チャンバ３０内に設けられている点である。また、真空チャンバ３０の外では、ウエハ搬送アーム６１に加えて、その上方に銅箔搬送アーム６２も設けられている。
【００４７】
この装置に用いられる銅箔２５は、予め円板状に周囲を切り落とされて、個別に環状のプラスチック枠２８に填め込まれている（図４（ｂ）参照）。そして、銅箔支承アーム７１は、このような銅箔２５のプラスチック枠２８を先端で支承することで導電性薄膜を昇降台３４とスリーブ４２との間に保持するように、後端が真空チャンバ３０の側壁内面に取り付けられる。保持状態が安定するように銅箔支承アーム７１は高さの揃った３本が設けられている。
【００４８】
このような構成の半導体製造装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図４（ｂ）〜同図（ｆ）は、その要部の動作状態を示す縦断面模式図である。
【００４９】
先ず、下方に下がっている昇降台３４上にシリコンウエハ１０がウエハ搬送アーム６１によって搬入されるととともに、銅箔搬送アーム６２により銅箔２５が搬入されて、その銅箔２５のプラスチック枠２８が銅箔支承アーム７１の先端によって支承される。さらに、真空ポンプ３３によって真空チャンバ３０内が高真空にされ、その真空雰囲気の中で昇降台３４が上昇する（図４（ｂ）参照）。そして、銅箔支承アーム７１のところまで昇降台３４が上昇するとプラスチック枠２８は銅箔支承アーム７１から昇降台３４の上に乗り移ることとなる（図（ｃ）参照）。こうして、導電性薄膜２５が真空雰囲気中で半導体基板１０の表面上に重ねられる。
【００５０】
それから、昇降台３４は、さらに上昇を続け、銅箔２５を取り巻くプラスチック枠２８の先端がスリーブ４２の下端部内腔に入り込んだところで止まる（図４（ｄ）参照）。そして、その状態で、スリーブ４２の内腔が加圧ユニット４１によって少しだけ予備的に加圧される。この予圧は、プラスチック枠２８が押し広げられてスリーブ４２の内面に軽く密着する程度に行われる（図４（ｅ）参照）。こうして、銅箔２５が広げられて仮に皺等が存在していたとしても確実に平らになる。また、銅箔２５とシリコンウエハ１０との隙間の周りも気密性が強化される。
【００５１】
その後、その予圧を維持したままで、再び昇降台３４が上昇し、銅箔２５やシリコンウエハ１０を乗せたままで昇降台３４の上面および上端部分がスリーブ４２の下端部内腔に填り込む（図４（ｆ）参照）。そして、その状態で、スリーブ４２の内腔が加圧ユニット４１によって９００気圧程度に本格的に加圧されるとともに、昇降台３４に組み込みの発熱体によってシリコンウエハ１０が適度な温度に加熱される。こうして、シリコンウエハ１０と銅箔２５とを重ねたままで、これらが高圧雰囲気に曝される。
【００５２】
最後に、スリーブ４２内腔の圧力が下がってから、シリコンウエハ１０を乗せたままで昇降台３４は最初の高さまで下がり、そして、その上のシリコンウエハ１０がウエハ搬送アーム６１によって搬出される。こうして、一枚のシリコンウエハ１０に対する乗載工程および加圧工程が真空チャンバ３０内で連続して行われるとともに、次のシリコンウエハ１０及び銅箔２５を迎える準備も調う。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の半導体装置の製造方法について、その工程例である。
【図２】半導体装置について、特徴部分の断面模式図である。
【図３】本発明の実施に好適な半導体製造装置の第１例である。
【図４】本発明の実施に好適な半導体製造装置の第２例である。
【図５】従来の半導体製造工程の例である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ シリコンウエハ（半導体基板、半導体装置）
１１ サブストレート（基礎部）
１２ 酸化膜（絶縁層、積層部、導電体層の下層物）
１３ コンタクトホール（能動素子上の配線箇所、導電体層形成箇所）
１４ 銅層（導電体付着層）
１５ 銅層（導電体成長層）
２４ 銅イオン打ち込み層（導電体の主成分物質の打込層、下層共晶部）
２５ 銅箔（導電性薄膜、導電体層）
２５ａ 結晶模様（結晶分布、結晶延伸構造）
２６ メタルプラグ（ホール埋込材、段差緩和部）
２７ ポリイミド系接着剤（無機質ガスケット、気密部材、封止材）
２８ プラスチック枠（銅箔張持部材、気密部材、封止材）
３０ 真空チャンバ（密封手段、真空雰囲気確保手段）
３１ ゲート（搬入搬出口密封手段、真空雰囲気確保手段）
３２ バルブ
３３ 真空ポンプ（排気手段、真空雰囲気生成手段）
３４ 昇降台（基板乗載台、雰囲気移行手段、高圧雰囲気確保手段）
３５ ベローズ
３６ 支柱
３７ 補助バルブ
４１ 加圧ユニット（高圧雰囲気生成手段）
４２ スリーブ（高圧雰囲気確保手段）
５１ 銅箔供給ユニット（導電性薄膜送給手段）
５２ 銅箔送出ロール（導電性薄膜圧延手段）
５３ 銅箔引込ロール
５４ テンションロール
５５ 銅箔巻取ユニット（導電性薄膜収納手段）
５６ レーザユニット（銅箔切断手段、銅箔焼鈍手段）
６１ ウエハ搬送アーム（半導体基板搬入搬出手段）
６２ 銅箔搬送アーム（導電性薄膜搬入搬出手段）
７１ 銅箔支承アーム（導電性薄膜の真空内保持手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気中で半導体基板の表面上に導電性薄膜を重ねる工程と、
前記半導体基板の表面上に前記導電性薄膜を重ねたままで高圧雰囲気に曝す工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記重ねる工程に先だって前記半導体基板の表面に前記導電性薄膜の主成分物質を打ち込む工程を含むことを特徴とする請求項１に記載された半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記重ねる工程に先だって前記半導体基板の縁に接着剤を塗布する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載された半導体装置の製造方法。
【請求項４】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内において半導体基板を保持する台と、
前記真空チャンバ内の気体を排気して真空雰囲気を生成する真空雰囲気生成手段と、
前記真空チャンバ内において導電性薄膜を前記半導体基板上に搭載する導電性薄膜供給手段と、
前記真空チャンバに付設され、前記導電性薄膜を搭載した半導体基板を高圧雰囲気に曝すための高圧雰囲気を生成する高圧雰囲気生成手段と、
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
前記導電性薄膜供給手段は、軸芯に巻き取られた帯状の金属箔を供給する金属箔供給手段およびレーザにより前記金属箔を所望の形状に切断する切断手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載された半導体製造装置。
【請求項６】
前記導電性薄膜供給手段は、枠に固着された金属箔を供給する金属箔供給手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載された半導体製造装置。
【請求項７】
前記高圧雰囲気生成手段は、前記半導体基板を保持する台と嵌合し、内腔が加圧されるスリーブを備えていることを特徴とする請求項４に記載された半導体製造装置。
【請求項８】
前記スリーブは前記半導体基板を保持する台の上部の前記真空チャンバに付設され、前記半導体基板を保持する台は前記スリーブと嵌合する位置まで上昇可能であることを特徴とする請求項７に記載された半導体製造装置。
【請求項９】
更に、レーザにより前記導電性薄膜を焼鈍処理する焼鈍手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載された半導体製造装置。
【請求項１】
真空雰囲気中で半導体基板の表面上に導電性薄膜を重ねる工程と、
前記半導体基板の表面上に前記導電性薄膜を重ねたままで高圧雰囲気に曝す工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記重ねる工程に先だって前記半導体基板の表面に前記導電性薄膜の主成分物質を打ち込む工程を含むことを特徴とする請求項１に記載された半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記重ねる工程に先だって前記半導体基板の縁に接着剤を塗布する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載された半導体装置の製造方法。
【請求項４】
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内において半導体基板を保持する台と、
前記真空チャンバ内の気体を排気して真空雰囲気を生成する真空雰囲気生成手段と、
前記真空チャンバ内において導電性薄膜を前記半導体基板上に搭載する導電性薄膜供給手段と、
前記真空チャンバに付設され、前記導電性薄膜を搭載した半導体基板を高圧雰囲気に曝すための高圧雰囲気を生成する高圧雰囲気生成手段と、
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項５】
前記導電性薄膜供給手段は、軸芯に巻き取られた帯状の金属箔を供給する金属箔供給手段およびレーザにより前記金属箔を所望の形状に切断する切断手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載された半導体製造装置。
【請求項６】
前記導電性薄膜供給手段は、枠に固着された金属箔を供給する金属箔供給手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載された半導体製造装置。
【請求項７】
前記高圧雰囲気生成手段は、前記半導体基板を保持する台と嵌合し、内腔が加圧されるスリーブを備えていることを特徴とする請求項４に記載された半導体製造装置。
【請求項８】
前記スリーブは前記半導体基板を保持する台の上部の前記真空チャンバに付設され、前記半導体基板を保持する台は前記スリーブと嵌合する位置まで上昇可能であることを特徴とする請求項７に記載された半導体製造装置。
【請求項９】
更に、レーザにより前記導電性薄膜を焼鈍処理する焼鈍手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載された半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−７４００３（Ｐ２００７−７４００３Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４０４５６（Ｐ２００６−３４０４５６）
【出願日】平成１８年１２月１８日（２００６．１２．１８）
【分割の表示】特願平１０−５７４７２の分割
【原出願日】平成１０年２月２３日（１９９８．２．２３）
【出願人】（５９６０６４４４４）株式会社エフオーアイ (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１８日（２００６．１２．１８）
【分割の表示】特願平１０−５７４７２の分割
【原出願日】平成１０年２月２３日（１９９８．２．２３）
【出願人】（５９６０６４４４４）株式会社エフオーアイ (15)
【Ｆターム（参考）】
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