配線形成方法及び配線形成装置
【課題】 基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理を、ドライ処理とウェット処理の混合した処理を経ることなく連続的に安定して行えるようにする。
【解決手段】 表面に堆積した絶縁膜６２の内部に配線用の微細凹部６４を形成した基板Ｗを用意し、この基板Ｗの表面にウェット処理によりバリア層６８を形成し、このバリア層６８の表面にウェット処理によりシード層７０を形成し、このシード層形成後の基板の表面にウェット処理により配線層７２を形成する。
【解決手段】 表面に堆積した絶縁膜６２の内部に配線用の微細凹部６４を形成した基板Ｗを用意し、この基板Ｗの表面にウェット処理によりバリア層６８を形成し、このバリア層６８の表面にウェット処理によりシード層７０を形成し、このシード層形成後の基板の表面にウェット処理により配線層７２を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線形成方法及び配線形成装置に係り、特に半導体基板の表面に形成した配線用の微細凹部に銅（Ｃｕ）等の金属を埋め込んで配線を形成するのに使用される配線形成方法及び配線形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すもので、図１３（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−ｋ材膜などの絶縁膜２を堆積し、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７をスパッタリング等で形成する。
【０００４】
そして、図１３（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜（配線層）６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６及びバリア層５を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１３（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線８が形成される。
【０００５】
ここで、バリア層５やシード層７は、一般にＰＶＤ（真空蒸着）やＣＶＤ（化学蒸着）等のドライ処理で形成され、その後、電解めっき等のウェット処理で銅膜６を形成するようにしている。このように、銅膜６を電解めっきで形成するのは、金属層の材質が銅またはその合金である場合、即ち、銅配線を形成する場合には、ＣＶＤではコストが高く、またスパッタリング等のＰＶＤでは高アスペクト（パターンの深さの比が幅に比べて大きい）の場合に埋込みが不可能である等の短所を有しており、めっきによる方法が最も有効だからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来例のように、ＰＶＤやＣＶＤ等のドライ処理でバリア層やシード層を形成し、その後に電解めっき等のウェット処理で銅膜等からなる配線膜を形成すると、ドライ処理（ＰＶＤやＣＶＤ）からウェット処理（電解めっき）に移るまでの待機時間によって、シード層等の表面に自然酸化膜が生成されてしまう。しかも、バリア層形成の主流であるＰＶＤによる成膜は、配線用の微細凹部のサイド側に薄く成膜する傾向があり、このためデバイスの世代が進むと問題になると考えられる。更に、ドライ処理は、一般に真空設備等の高価な付帯設備が必要になるといった問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理を、ドライ処理とウェット処理の混合した処理を経ることなく連続的に安定して行えるようにした配線形成方法及び配線形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、表面に堆積した絶縁膜の内部に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、この基板の表面にウェット処理によりバリア層を形成し、このバリア層の表面にウェット処理によりシード層を形成し、このシード層形成後の基板の表面にウェット処理により配線層を形成することを特徴とする配線形成方法である。
これにより、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、バリア層の形成、シード層の形成及び配線層の形成を、比較的安価で安定しているウェット処理（電解めっき及び無電解めっき）で連続的に行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記バリア層を無電解めっきで形成し、前記配線層を電解めっきで形成することを特徴とする請求項１記載の配線形成方法である。
請求項３に記載の発明は、表面に堆積した絶縁膜の内部に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、この基板の表面にウェット処理によりバリア層を形成し、このバリア層形成後の基板の表面にウェット処理により配線層を形成することを特徴とする配線形成方法である。
これにより、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、バリア層の形成及び配線層の形成を、比較的安価で安定しているウェット処理（無電解めっき）で連続的に行うことができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記バリア層を無電解めっきで形成し、前記配線層を無電解めっきで形成することを特徴とする請求項３記載の配線形成方法である。
請求項５に記載の発明は、基板の表面に無電解めっきでバリア層を形成するにあたり、前記絶縁膜が無機系の場合に、シランカップリング剤を用いた触媒を付与して絶縁膜表面を活性化させることを特徴とする請求項２または４記載の配線形成方法である。
このように、ＳｉＯ２等の無機系の絶縁膜表面にシランカップリング剤を用いた触媒を付与して絶縁膜表面を活性化させることで、無電解めっきによる成膜（バリア層の形成）が可能となる。この触媒としては、例えばＰｄ，Ａｇ，Ｃｏ，ＮｉまたはＡｕ等が挙げられる。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、基板の表面に無電解めっきでバリア層を形成するにあたり、前記絶縁膜が有機系の場合に、Ｓｎ−Ｐｄの複核錯体またはＳｎＣｌ２／ＰｄＣｌ２の２ステップ処理を用いた触媒を付与して絶縁膜の表面を活性化させることを特徴とする請求項２または４記載の配線形成方法である。
絶縁膜に使用されるＬｏｗ−ｋ材の一部には、有機系のものがあるが、このような有機系の絶縁膜であっても、Ｓｎ−Ｐｄの複核錯体またはＳｎＣｌ２／ＰｄＣｌ２の２ステップ処理を用いた触媒を付与して絶縁膜表面を活性化させることで、無電解めっきによる成膜（バリア層の形成）が可能となる。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、前記バリア層は、Ｃｏ合金またはＮｉ合金からなる連続膜であることを特徴とする請求項５または６記載の配線形成方法である。このＣｏ合金としては、Ｃｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｗ−Ｐ，Ｃｏ−Ｂ，Ｃｏ−Ｗ−Ｂ，Ｃｏ−Ｍｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｍｏ−Ｂ等があげられ、Ｎｉ合金としては、Ｎｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｗ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｗ−Ｂ等が挙げられる。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、配線用の微細凹部を形成した基板の表面に触媒を付与する触媒付与装置と、前記触媒を付与した基板の表面に無電解めっきを施してバリア層を形成する第１の無電解めっき装置と、前記バリア層の表面に無電解めっきを施してシード層を形成する第２の無電解めっき装置と、前記シード層の表面に電解めっきを施して配線層を形成する電解めっき装置と、基板を洗浄する洗浄装置を有することを特徴とする配線形成装置である。
これにより、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、無電解めっき装置によるバリア層の形成及びシード層の形成、並びに電解めっき装置による配線層の形成を、一つの装置で連続して行って、スループットを改善することができる。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、配線用の微細凹部を形成した基板の表面に触媒を付与する触媒付与装置と、前記触媒を付与した基板の表面に無電解めっきを施してバリア層を形成する第１の無電解めっき装置と、前記バリア層の表面に無電解めっきを施して配線層を形成する第２の無電解めっき装置と、基板を洗浄する洗浄装置を有することを特徴とする配線形成装置である。
これにより、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、無電解めっき装置によるバリア層の形成及び配線層の形成を、一つの装置で連続して行って、スループットを改善することができる。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、基板の表面に親水化処理を施す親水化処理装置と、前記親水化処理後の基板の表面にシランカップリング剤を付与するシランカップリング剤付与装置を更に有することを特徴とする請求項８または９記載の配線形成装置である。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、前記シランカップリング剤付与装置は、内部を加圧及び減圧可能で、底部に前記シランカップリング剤を溶かした触媒液を導入し保持する触媒液保持部を有する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配置され、基板を保持して前記触媒液保持部で保持した触媒液に接触させる基板ホルダと、前記基板ホルダに内蔵された加熱用ヒータとを有することを特徴とする請求項１０記載の配線形成装置である。
これにより、基板表面へのシランカップリング剤の付与時に、基板ホルダで保持した基板を触媒液中に浸漬させ、基板を加熱しながら処理チャンバを加圧することで、基板表面へのシランカップリング剤の吸着を早め、更に触媒液をドレインした後、基板を加熱しながら処理チャンバを減圧することで、シランカップリング剤の脱水縮合を早めることができる。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、基板の表面のエッジ乃至ベベル部に成膜乃至付着した前記配線層をエッチング除去するエッチング装置を更に有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の配線形成装置である。
請求項１３に記載の発明は、前記配線層を形成した基板に熱処理を施す熱処理装置を更に有することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の配線形成装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、バリア層の形成、シード層の形成及び配線層の形成を、比較的安価で安定しているウェット処理（電解めっき及び無電解めっき）で連続的に行うことができ、これによって、シード層の表面の酸化膜の生成量を最小限に抑えることができる。しかも、バリア層を無電解めっきで形成するための触媒付与も、ウェット処理で行うことで、工程数を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の例では、配線材料に銅を使用した例を示すが、銅の代わりに、銅合金、銀または銀合金を使用してもよい。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施の形態の配線形成装置の平面配置図を示す。図１に示すように、この配線形成装置には、矩形状のフレーム１０内に位置して、内部に基板を収納した基板カセットを搬入及び搬出する２基のロード・アンロード部１２が備えられている。更に、フレーム１０の内部に位置して、基板を洗浄する洗浄装置１４、基板の表面に親水化処理を施す親水化処理装置１６、親水化処理後の基板の表面にシランカップリング剤を付与するシランカップリング剤付与装置１８、シランカップリング剤付与後の基板表面に、この例では触媒としてＰｄを付与するＰｄ触媒付与装置２０、Ｐｄ触媒付与後の基板の表面に無電解めっきを施してバリア層を形成する第１の無電解めっき装置２２、バリア層を形成した基板の表面に無電解めっきを施してシード層を形成する第２の無電解めっき装置２４、シード層を形成した基板の表面に電解めっきを施して配線層を形成する電解めっき装置２６、及び処理後の基板を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥装置２８が備えられている。この例では、更に、基板の表面のエッジ乃至ベベル部に成膜乃至付着した配線層をエッチング除去するエッチング装置３０と、配線層を形成した基板に熱処理を施す熱処理（アニール）装置３２が備えられている。そして、これらの各装置間で基板を受渡す搬送ロボット３４が、これらの各装置と平行に走行自在に配置されている。
【００２１】
シランカップリング剤付与装置１８の詳細を図２に示す。このシランカップリング剤付与装置１８は、Ｎ２ガス等の不活性ガスを内部に導入して加圧する加圧吸気系４０と、内部を排気し減圧する減圧排気系４２に接続された処理チャンバ４４を有している。この処理チャンバ４４の内部には、基板を着脱自在に保持する基板ホルダ４６が配置されており、この基板ホルダ４６の内部には、基板ホルダ４６で保持した基板Ｗを加熱する加熱用ヒータ４８が内蔵されている。
更に、処理チャンバ４４の底部には、シランカップリング剤を溶かした触媒液５０を導入し保持する触媒液保持部４４ａが備えられ、この触媒液保持部４４ａには、加熱した触媒液５０を導入する触媒液導入管５２と、使用後の触媒液５０を排出する触媒液排出管５４がそれぞれ接続されている。
【００２２】
このシランカップリング剤付与装置１８によれば、基板Ｗの表面へシランカップリング剤を付与する時に、基板ホルダ４６で保持した基板Ｗを、処理チャンバ４４の触媒液保持部４４ａ内に導入して保持した高温の触媒液５０中に浸漬させ、基板Ｗを加熱用ヒータ４８で加熱しながら処理チャンバ４４を加圧することで、基板Ｗの表面へのシランカップリング剤の吸着を早め、更に触媒液５０を触媒液保持部４４ａからドレインした後、基板Ｗを加熱用ヒータ４８で加熱しながら処理チャンバ４４を減圧することで、基板Ｗの表面に付着させたシランカップリング剤の脱水縮合を早めることができる。
【００２３】
次に、この配線形成装置を使用して、配線を形成する例を、図３乃至図６を更に参照して説明する。先ず、図４に示すように、半導体基材６０の表面に、例えばＳｉＯ２からなる絶縁膜６２を堆積し、この表面を平坦化した後、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、絶縁膜６２の内部に配線用の微細凹部６４を形成した基板Ｗを用意する。そして、このような基板Ｗを基板カセット内に収納し、この基板カセットをロード・アンロード部１２に搭載する。
【００２４】
次に、ロード・アンロード部１２に搭載した基板カセットから一枚の基板Ｗを取出し、親水化処理装置１６に搬送する。この親水化処理装置１６では、先ず基板Ｗの表面を洗浄し、しかる後、基板Ｗを、例えば、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２＝１：４の溶液に浸漬させることで、基板Ｗの表面に形成した絶縁膜６２に親水化処理を施す。そして、必要に応じて基板Ｗの表面を純水でリンスした後、この親水化処理後の基板Ｗをシランカップリング剤付与装置１８に搬送する。
【００２５】
シランカップリング剤付与装置１８では、前記触媒液５０（図２参照）として、例えば１％のシランカップリング剤をエタノールに溶解したものを使用し、５０℃に保持した状態で、この触媒液５０に基板Ｗを２〜４時間浸し、しかる後、シランカップリング剤を脱水縮合させることで、基板Ｗの表面にシランカップリング剤を付着させる。つまり、シランカップリング剤のアルコキシ基（Ｈ３ＣＯ−）を水分によって加水分解してシラノール基（−ＳｉＯＨ）を生成し、これを無機系の絶縁膜６２の表面に結合させる。
そして、このシランカップリング剤を付与した基板Ｗの表面を、例えば純水を使用した超音波洗浄で洗浄し、余分なシランカップリング剤を剥がした後、基板ＷをＰｄ触媒付与装置２０に搬送する。
【００２６】
このＰｄ触媒付与装置２０では、基板Ｗを、例えばＮａＣｌ：０．５８５ｇ／Ｌ、Ｎａ２ＰｄＣｌ４：０．１１４ｇ／Ｌ、２−モルホリンエタンスルホン酸（2-morpholinoethanesulfonic acid）：２．１３２ｇ／Ｌの溶液に浸漬させ、これによって、基板Ｗの表面に触媒としてのＰｄを付着させる。つまり、絶縁膜６２の表面に結合させたシランカップリング剤のアミノ基等の官能基をＰｄ等の触媒に置換させる。そして、基板Ｗの表面を純水等で洗浄した後、必要に応じて、Ｐｄに対する活性化処理を施してＰｄの表面を露出させ、これによって、図５（ａ）に示すように、絶縁膜６２の表面にＰｄからなる触媒核６６を付与して絶縁膜６２の表面を活性化させる。
【００２７】
なお、この例では、絶縁膜６２が無機系であるため、シランカップリング剤及びＰｄ触媒を用いて絶縁膜６２の表面を活性させているが、この絶縁膜が有機系のときには、Ｓｎ−Ｐｄの複核錯体またはＳｎＣｌ２／ＰｄＣｌ２の２ステップ処理を用いた触媒を付与して絶縁膜の表面を活性化させることができる。
【００２８】
次に、絶縁膜６２の表面をＰｄ触媒で活性させた基板Ｗを第１の無電解めっき装置２４に搬送し、この第１の無電解めっき装置２４で、活性化させた絶縁膜６２の表面に無電解めっきを施すことで、図５（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に、例えばＣｏ合金やＮｉ合金等からなるバリア層６８を形成する。つまり、前述のように、絶縁膜６２の表面は、Ｐｄ等の触媒より活性化されており、このため、絶縁膜６２の表面に無電解めっき液を接触させることで、無電解めっきによる成膜が可能となる。そして、このバリア層６８を形成した基板Ｗの表面を、例えば純水等で洗浄し、しかる後、この基板を第２の無電解めっき装置２４に搬送する。
【００２９】
この第２の無電解めっき装置２４では、バリア層６８を形成した基板Ｗの表面に無電解めっきを施すことで、図５（ｃ）に示すように、バリア層６８の表面に、例えば銅からなり、電解めっきの給電層となるシード層７０を形成する。そして、基板Ｗの表面を、例えば純水等で洗浄した後、この基板を電解めっき装置２６に搬送する。
【００３０】
この電解めっき装置２６では、基板Ｗのシード層７０の表面に電解銅めっきを施して、図５（ｄ）に示すように、微細凹部６４の内部に配線層としての銅膜７２を充填させるとともに、シード層７０の上にも銅膜７２を堆積させる。
そして、この銅膜（配線層）７２を形成した基板Ｗの表面を純水等で洗浄した後、この基板をエッチング装置３０に搬送し、このエッチング装置３０で基板Ｗのエッジ乃至ベベル部に成膜乃至付着した不要な配線層７２をエッチング除去し、これによって、この基板Ｗのエッジ乃至ベベル部に成膜乃至付着した配線層７２がその後の処理でコンタミの原因となることを防止する。
【００３１】
しかる後、このエッチング後の基板Ｗを洗浄・乾燥装置２８に搬送し、純水等で洗浄しスピン乾燥させた後、必要に応じて、熱処理装置３２に搬送し、ここで、例えば３５０℃のＮ２雰囲気下で、基板Ｗに１時間のアニール（熱処理）を施す。これにより、銅膜を合金化させて銅膜７２のエレクトロマイグレーション耐性を向上させる。そして、このアニール処理後の基板Ｗをロード・アンロード部１２の基板カセットに戻す。
【００３２】
前述のようにして、必要に応じて熱処理（アニール）を施した後、図６（ａ）に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜６２上の銅膜７２及びバリア層６８を除去して、微細凹部６４内に充填させた銅膜７２の表面と絶縁膜６２の表面とをほぼ同一平面にすることで、銅膜７２からなる配線７４を形成する。
【００３３】
そして、前述と同様に、この配線７４の表面にＰｄ触媒等を付与して配線７４の表面を活性化させ、しかる後、活性化させた配線７４の表面に選択的な無電解めっきを施して、図６（ｂ）に示すように、配線７４及びバリア層６８の表面に、例えばＣｏ合金またはＮｉ合金からなる配線保護膜７６を形成して配線７４及びバリア層６８を保護する。これにより、第１層の埋込み配線構造を形成する。しかる後、図６（ｃ）に示すように、例えばＳｉＮやＳｉＣからなる保護膜７８を基板Ｗの全表面に形成して第１層の埋込み配線構造を保護する。
【００３４】
ここで、バリア層６８及び配線保護膜７６として、同一の材料を使用することで、銅膜７２とバリア層６８及び配線保護膜７６、更にはバリア層６８と配線保護膜７６同士の密着性を高めて、配線として高い信頼性を得ることができる。また、配線保護膜７６の膜厚は、３〜２０ｎｍ程度が好ましく、これにより、銅の埋込みが困難となったり、銅の体積が減って配線自体の抵抗が上がったりしまうことを防止するとともに、配線との充分な密着性を確保することができる。
【００３５】
この例によれば、基板表面に配線用の微細凹部６４を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、バリア層６８の形成、シード層７０の形成及び銅膜（配線層）７２の形成、更には配線保護膜７６の形成を、比較的安価で安定しているウェット処理、すなわち電解めっき及び無電解めっきで連続的に行うことができ、これによって、シード層７０の表面や配線７４の表面の酸化膜の生成を最小限に抑えることができる。しかも、バリア層６８の形成、シード層７０の形成及び銅膜（配線層）７２の形成を同一装置で連続して行うことで、スループットを改善することができる。
【００３６】
図７は、本発明の他の実施の形態の配線形成装置の平面配置図を示す。この例の図１に示す例と異なる点は、電解めっき装置を備えることなく、２台の洗浄装置１４を備え、更に第２の無電解めっき装置２４で配線層の形成（銅の埋込み）を行うようにした点である。
つまり、この実施の形態の配線形成装置にあっては、図８及び図９に示すように前述と同様にして、絶縁膜６２の表面に触媒核６６を付与して活性化させ（図９（ａ））、第１の無電解めっき装置２２で基板の表面に無電解めっきを施してバリア層６８を形成し（図９（ｂ））、しかる後、シード層７０を形成することなく、第２の無電解めっき装置２４でバリア層６８の表面に無電解めっきを施すことによって、バリア層６８の表面に直接銅膜（配線層）７２を形成するようにしている。つまり、この例にあっては、絶縁膜６２の表面を活性化させて無電解めっきでバリア層６８を形成した後、無電解めっきによって、銅の埋込みまでを行うようにしている。
【００３７】
この例によれば、バリア層６８の形成及び銅膜（配線層）７２の形成、更には配線保護膜７６の形成を、無電解めっきのみで連続的に行うことができる。しかも、バリア層６８の形成及び銅膜（配線層）７２の形成を同一の装置で行うことでスループットを改善することができる。
【００３８】
図１０乃至図１２は、前述のようにして形成した第１層の埋込み配線構造の上に、第２層の埋込み配線構造を形成して多層配線化を図る時の、本発明の更に他の実施の形態の配線形成方法を工程順に示す。
【００３９】
先ず、図１０に示すように、保護膜７８の表面に、例えばＳｉＯ２からなる絶縁膜８０を堆積し、この表面を平坦化した後、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、絶縁膜８０の内部に配線用の微細凹部８２を形成した基板Ｗを用意する。この例では、この微細凹部８２は、配線用溝８４と、配線保護膜７６に達するビア・ホール８６とからなる。
【００４０】
次に、前述と同様に、絶縁膜８０の表面にシランカップリング剤を付与し、更にＰｄ触媒を付与することで、図１１（ａ）に示すように、絶縁膜８０の表面にＰｄからなる触媒核８８を形成して絶縁膜８０の表面を活性化させる。
【００４１】
そして、この活性化させた絶縁膜８０の表面に無電解めっき処理を施すことで、図１１（ｂ）に示すように、例えばＣｏ合金やＮｉ合金等かなるバリア層９０を形成する。この時、配線保護膜７６は、例えばＣｏ合金やＮｉ合金であり、この表面には触媒核８８が付与されていないが、この配線保護膜７６を構成するＣｏ合金やＮｉ合金等が無電解めっきの自己触媒となるようにして、この上にめっき膜を析出させる。
【００４２】
次に、このバリア層９０の表面に無電解めっき処理を施すことで、図１１（ｃ）に示すように、例えば銅からなり、電解めっきの給電層となるシード層９２を形成する。そして、基板Ｗの表面に電解銅めっきを施して、図１１（ｄ）に示すように、微細凹部８２の内部に配線層としての銅膜９４を充填させるとともに、シード層９２の上にも銅膜９４を堆積させる。
【００４３】
しかる後、図１２（ａ）に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜８０上の銅膜９４及びバリア層９０を除去して、微細凹部８２内に充填させた銅膜９４の表面と絶縁膜８０の表面とをほぼ同一平面にすることで、銅膜９４からなる配線９６を形成する。
【００４４】
そして、前述と同様に、この配線９６の表面活性化させ、しかる後、活性化させた配線９６の表面に選択的な無電解めっきを施して、図１２（ｂ）に示すように、配線９６及びバリア層９０の表面に、例えばＣｏ合金またはＮｉ合金からなる配線保護膜９８を形成して配線９６及びバリア層９０を保護する。これにより、第２層の埋込み配線構造を形成する。しかる後、図１２（ｃ）に示すように、例えばＳｉＮやＳｉＣからなる線護膜１００を基板Ｗの全表面に形成して第２層の埋込み配線構造を保護する。
【００４５】
なお、前述の図７乃至図９に示す場合と同様に、絶縁膜８０の表面を活性化させ、この表面にバリア層９０を形成した後、シード層９２を形成することなく、無電解めっきによって銅膜（配線層）９４を形成して、無電解めっきによって、銅の埋込みまで行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態の配線形成装置の平面配置図である。
【図２】図１に示す配線形成装置のシランカップリング剤付与装置の概要を示す図である。
【図３】図１に示す配線形成装置による配線形成例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の配線形成方法における基板に微細用凹部を設けた状態を示す図である。
【図５】同じく、銅膜（配線層）を形成するまでを工程順に示す図である。
【図６】同じく、保護膜を形成して埋込み配線を保護するまでを工程順に示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の配線形成装置を示す平面配置図である。
【図８】図７に示す配線形成装置による配線形成例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態の配線形成方法における配線形成例の要部を工程順に示す図である。
【図１０】本発明の更に他の実施の形態の配線形成方法における基板に微細用凹部を設けた状態を示す図である。
【図１１】同じく、銅膜（配線層）を形成するまでを工程順に示す図である。
【図１２】同じく、保護膜を形成して埋込み配線を保護するまでを工程順に示す図である。
【図１３】従来の銅めっきにより銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１２ ロード・アンロード部
１４ 洗浄装置
１６ 親水化処理装置
１８ シランカップリング剤付与装置
２０ 触媒付与装置
２２，２４ 無電解めっき装置
２６ 電解めっき装置
２８ 洗浄・乾燥装置
３０ エッチング装置
３２ 熱処理装置
４４ 処理チャンバ
４４ａ 触媒液保持部
４６ 基板ホルダ
４８ 加熱用ヒータ
５０ 触媒液
６０ 半導体基材
６２，８０ 絶縁膜
６４，８２ 微細凹部
６６，８８ 触媒核
６８，９０ バリア層
７０，９２ シード層
７２，９４ 配線層（銅膜）
７４，９６ 配線
７６，９８ 配線保護膜
７８，１００ 保護膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線形成方法及び配線形成装置に係り、特に半導体基板の表面に形成した配線用の微細凹部に銅（Ｃｕ）等の金属を埋め込んで配線を形成するのに使用される配線形成方法及び配線形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板上に配線回路を形成するための金属材料として、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて、電気抵抗率が低くエレクトロマイグレーション耐性が高い銅（Ｃｕ）を用いる動きが顕著になっている。この種の銅配線は、基板の表面に設けた微細凹みの内部に銅を埋込むことによって一般に形成される。この銅配線を形成する方法としては、ＣＶＤ、スパッタリング及びめっきといった手法があるが、いずれにしても、基板のほぼ全表面に銅を成膜し、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により不要の銅を除去するようにしている。
【０００３】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、この種の銅配線基板Ｗの製造例を工程順に示すもので、図１３（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上にＳｉＯ２からなる酸化膜やＬｏｗ−ｋ材膜などの絶縁膜２を堆積し、リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール３と配線用の溝４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層５、更にその上に電解めっきの給電層としてシード層７をスパッタリング等で形成する。
【０００４】
そして、図１３（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基材１のコンタクトホール３及び溝４内に銅を充填するとともに、絶縁膜２上に銅膜（配線層）６を堆積する。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜２上の銅膜６及びバリア層５を除去して、コンタクトホール３及び配線用の溝４に充填させた銅膜６の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１３（ｃ）に示すように銅膜６からなる配線８が形成される。
【０００５】
ここで、バリア層５やシード層７は、一般にＰＶＤ（真空蒸着）やＣＶＤ（化学蒸着）等のドライ処理で形成され、その後、電解めっき等のウェット処理で銅膜６を形成するようにしている。このように、銅膜６を電解めっきで形成するのは、金属層の材質が銅またはその合金である場合、即ち、銅配線を形成する場合には、ＣＶＤではコストが高く、またスパッタリング等のＰＶＤでは高アスペクト（パターンの深さの比が幅に比べて大きい）の場合に埋込みが不可能である等の短所を有しており、めっきによる方法が最も有効だからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来例のように、ＰＶＤやＣＶＤ等のドライ処理でバリア層やシード層を形成し、その後に電解めっき等のウェット処理で銅膜等からなる配線膜を形成すると、ドライ処理（ＰＶＤやＣＶＤ）からウェット処理（電解めっき）に移るまでの待機時間によって、シード層等の表面に自然酸化膜が生成されてしまう。しかも、バリア層形成の主流であるＰＶＤによる成膜は、配線用の微細凹部のサイド側に薄く成膜する傾向があり、このためデバイスの世代が進むと問題になると考えられる。更に、ドライ処理は、一般に真空設備等の高価な付帯設備が必要になるといった問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理を、ドライ処理とウェット処理の混合した処理を経ることなく連続的に安定して行えるようにした配線形成方法及び配線形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、表面に堆積した絶縁膜の内部に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、この基板の表面にウェット処理によりバリア層を形成し、このバリア層の表面にウェット処理によりシード層を形成し、このシード層形成後の基板の表面にウェット処理により配線層を形成することを特徴とする配線形成方法である。
これにより、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、バリア層の形成、シード層の形成及び配線層の形成を、比較的安価で安定しているウェット処理（電解めっき及び無電解めっき）で連続的に行うことができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記バリア層を無電解めっきで形成し、前記配線層を電解めっきで形成することを特徴とする請求項１記載の配線形成方法である。
請求項３に記載の発明は、表面に堆積した絶縁膜の内部に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、この基板の表面にウェット処理によりバリア層を形成し、このバリア層形成後の基板の表面にウェット処理により配線層を形成することを特徴とする配線形成方法である。
これにより、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、バリア層の形成及び配線層の形成を、比較的安価で安定しているウェット処理（無電解めっき）で連続的に行うことができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、前記バリア層を無電解めっきで形成し、前記配線層を無電解めっきで形成することを特徴とする請求項３記載の配線形成方法である。
請求項５に記載の発明は、基板の表面に無電解めっきでバリア層を形成するにあたり、前記絶縁膜が無機系の場合に、シランカップリング剤を用いた触媒を付与して絶縁膜表面を活性化させることを特徴とする請求項２または４記載の配線形成方法である。
このように、ＳｉＯ２等の無機系の絶縁膜表面にシランカップリング剤を用いた触媒を付与して絶縁膜表面を活性化させることで、無電解めっきによる成膜（バリア層の形成）が可能となる。この触媒としては、例えばＰｄ，Ａｇ，Ｃｏ，ＮｉまたはＡｕ等が挙げられる。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、基板の表面に無電解めっきでバリア層を形成するにあたり、前記絶縁膜が有機系の場合に、Ｓｎ−Ｐｄの複核錯体またはＳｎＣｌ２／ＰｄＣｌ２の２ステップ処理を用いた触媒を付与して絶縁膜の表面を活性化させることを特徴とする請求項２または４記載の配線形成方法である。
絶縁膜に使用されるＬｏｗ−ｋ材の一部には、有機系のものがあるが、このような有機系の絶縁膜であっても、Ｓｎ−Ｐｄの複核錯体またはＳｎＣｌ２／ＰｄＣｌ２の２ステップ処理を用いた触媒を付与して絶縁膜表面を活性化させることで、無電解めっきによる成膜（バリア層の形成）が可能となる。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、前記バリア層は、Ｃｏ合金またはＮｉ合金からなる連続膜であることを特徴とする請求項５または６記載の配線形成方法である。このＣｏ合金としては、Ｃｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｗ−Ｐ，Ｃｏ−Ｂ，Ｃｏ−Ｗ−Ｂ，Ｃｏ−Ｍｏ−Ｐ，Ｃｏ−Ｍｏ−Ｂ等があげられ、Ｎｉ合金としては、Ｎｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｗ−Ｐ，Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｗ−Ｂ等が挙げられる。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、配線用の微細凹部を形成した基板の表面に触媒を付与する触媒付与装置と、前記触媒を付与した基板の表面に無電解めっきを施してバリア層を形成する第１の無電解めっき装置と、前記バリア層の表面に無電解めっきを施してシード層を形成する第２の無電解めっき装置と、前記シード層の表面に電解めっきを施して配線層を形成する電解めっき装置と、基板を洗浄する洗浄装置を有することを特徴とする配線形成装置である。
これにより、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、無電解めっき装置によるバリア層の形成及びシード層の形成、並びに電解めっき装置による配線層の形成を、一つの装置で連続して行って、スループットを改善することができる。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、配線用の微細凹部を形成した基板の表面に触媒を付与する触媒付与装置と、前記触媒を付与した基板の表面に無電解めっきを施してバリア層を形成する第１の無電解めっき装置と、前記バリア層の表面に無電解めっきを施して配線層を形成する第２の無電解めっき装置と、基板を洗浄する洗浄装置を有することを特徴とする配線形成装置である。
これにより、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、無電解めっき装置によるバリア層の形成及び配線層の形成を、一つの装置で連続して行って、スループットを改善することができる。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、基板の表面に親水化処理を施す親水化処理装置と、前記親水化処理後の基板の表面にシランカップリング剤を付与するシランカップリング剤付与装置を更に有することを特徴とする請求項８または９記載の配線形成装置である。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、前記シランカップリング剤付与装置は、内部を加圧及び減圧可能で、底部に前記シランカップリング剤を溶かした触媒液を導入し保持する触媒液保持部を有する処理チャンバと、前記処理チャンバ内に配置され、基板を保持して前記触媒液保持部で保持した触媒液に接触させる基板ホルダと、前記基板ホルダに内蔵された加熱用ヒータとを有することを特徴とする請求項１０記載の配線形成装置である。
これにより、基板表面へのシランカップリング剤の付与時に、基板ホルダで保持した基板を触媒液中に浸漬させ、基板を加熱しながら処理チャンバを加圧することで、基板表面へのシランカップリング剤の吸着を早め、更に触媒液をドレインした後、基板を加熱しながら処理チャンバを減圧することで、シランカップリング剤の脱水縮合を早めることができる。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、基板の表面のエッジ乃至ベベル部に成膜乃至付着した前記配線層をエッチング除去するエッチング装置を更に有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の配線形成装置である。
請求項１３に記載の発明は、前記配線層を形成した基板に熱処理を施す熱処理装置を更に有することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の配線形成装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基板表面に配線用の微細凹部を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、バリア層の形成、シード層の形成及び配線層の形成を、比較的安価で安定しているウェット処理（電解めっき及び無電解めっき）で連続的に行うことができ、これによって、シード層の表面の酸化膜の生成量を最小限に抑えることができる。しかも、バリア層を無電解めっきで形成するための触媒付与も、ウェット処理で行うことで、工程数を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の例では、配線材料に銅を使用した例を示すが、銅の代わりに、銅合金、銀または銀合金を使用してもよい。
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施の形態の配線形成装置の平面配置図を示す。図１に示すように、この配線形成装置には、矩形状のフレーム１０内に位置して、内部に基板を収納した基板カセットを搬入及び搬出する２基のロード・アンロード部１２が備えられている。更に、フレーム１０の内部に位置して、基板を洗浄する洗浄装置１４、基板の表面に親水化処理を施す親水化処理装置１６、親水化処理後の基板の表面にシランカップリング剤を付与するシランカップリング剤付与装置１８、シランカップリング剤付与後の基板表面に、この例では触媒としてＰｄを付与するＰｄ触媒付与装置２０、Ｐｄ触媒付与後の基板の表面に無電解めっきを施してバリア層を形成する第１の無電解めっき装置２２、バリア層を形成した基板の表面に無電解めっきを施してシード層を形成する第２の無電解めっき装置２４、シード層を形成した基板の表面に電解めっきを施して配線層を形成する電解めっき装置２６、及び処理後の基板を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥装置２８が備えられている。この例では、更に、基板の表面のエッジ乃至ベベル部に成膜乃至付着した配線層をエッチング除去するエッチング装置３０と、配線層を形成した基板に熱処理を施す熱処理（アニール）装置３２が備えられている。そして、これらの各装置間で基板を受渡す搬送ロボット３４が、これらの各装置と平行に走行自在に配置されている。
【００２１】
シランカップリング剤付与装置１８の詳細を図２に示す。このシランカップリング剤付与装置１８は、Ｎ２ガス等の不活性ガスを内部に導入して加圧する加圧吸気系４０と、内部を排気し減圧する減圧排気系４２に接続された処理チャンバ４４を有している。この処理チャンバ４４の内部には、基板を着脱自在に保持する基板ホルダ４６が配置されており、この基板ホルダ４６の内部には、基板ホルダ４６で保持した基板Ｗを加熱する加熱用ヒータ４８が内蔵されている。
更に、処理チャンバ４４の底部には、シランカップリング剤を溶かした触媒液５０を導入し保持する触媒液保持部４４ａが備えられ、この触媒液保持部４４ａには、加熱した触媒液５０を導入する触媒液導入管５２と、使用後の触媒液５０を排出する触媒液排出管５４がそれぞれ接続されている。
【００２２】
このシランカップリング剤付与装置１８によれば、基板Ｗの表面へシランカップリング剤を付与する時に、基板ホルダ４６で保持した基板Ｗを、処理チャンバ４４の触媒液保持部４４ａ内に導入して保持した高温の触媒液５０中に浸漬させ、基板Ｗを加熱用ヒータ４８で加熱しながら処理チャンバ４４を加圧することで、基板Ｗの表面へのシランカップリング剤の吸着を早め、更に触媒液５０を触媒液保持部４４ａからドレインした後、基板Ｗを加熱用ヒータ４８で加熱しながら処理チャンバ４４を減圧することで、基板Ｗの表面に付着させたシランカップリング剤の脱水縮合を早めることができる。
【００２３】
次に、この配線形成装置を使用して、配線を形成する例を、図３乃至図６を更に参照して説明する。先ず、図４に示すように、半導体基材６０の表面に、例えばＳｉＯ２からなる絶縁膜６２を堆積し、この表面を平坦化した後、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、絶縁膜６２の内部に配線用の微細凹部６４を形成した基板Ｗを用意する。そして、このような基板Ｗを基板カセット内に収納し、この基板カセットをロード・アンロード部１２に搭載する。
【００２４】
次に、ロード・アンロード部１２に搭載した基板カセットから一枚の基板Ｗを取出し、親水化処理装置１６に搬送する。この親水化処理装置１６では、先ず基板Ｗの表面を洗浄し、しかる後、基板Ｗを、例えば、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２＝１：４の溶液に浸漬させることで、基板Ｗの表面に形成した絶縁膜６２に親水化処理を施す。そして、必要に応じて基板Ｗの表面を純水でリンスした後、この親水化処理後の基板Ｗをシランカップリング剤付与装置１８に搬送する。
【００２５】
シランカップリング剤付与装置１８では、前記触媒液５０（図２参照）として、例えば１％のシランカップリング剤をエタノールに溶解したものを使用し、５０℃に保持した状態で、この触媒液５０に基板Ｗを２〜４時間浸し、しかる後、シランカップリング剤を脱水縮合させることで、基板Ｗの表面にシランカップリング剤を付着させる。つまり、シランカップリング剤のアルコキシ基（Ｈ３ＣＯ−）を水分によって加水分解してシラノール基（−ＳｉＯＨ）を生成し、これを無機系の絶縁膜６２の表面に結合させる。
そして、このシランカップリング剤を付与した基板Ｗの表面を、例えば純水を使用した超音波洗浄で洗浄し、余分なシランカップリング剤を剥がした後、基板ＷをＰｄ触媒付与装置２０に搬送する。
【００２６】
このＰｄ触媒付与装置２０では、基板Ｗを、例えばＮａＣｌ：０．５８５ｇ／Ｌ、Ｎａ２ＰｄＣｌ４：０．１１４ｇ／Ｌ、２−モルホリンエタンスルホン酸（2-morpholinoethanesulfonic acid）：２．１３２ｇ／Ｌの溶液に浸漬させ、これによって、基板Ｗの表面に触媒としてのＰｄを付着させる。つまり、絶縁膜６２の表面に結合させたシランカップリング剤のアミノ基等の官能基をＰｄ等の触媒に置換させる。そして、基板Ｗの表面を純水等で洗浄した後、必要に応じて、Ｐｄに対する活性化処理を施してＰｄの表面を露出させ、これによって、図５（ａ）に示すように、絶縁膜６２の表面にＰｄからなる触媒核６６を付与して絶縁膜６２の表面を活性化させる。
【００２７】
なお、この例では、絶縁膜６２が無機系であるため、シランカップリング剤及びＰｄ触媒を用いて絶縁膜６２の表面を活性させているが、この絶縁膜が有機系のときには、Ｓｎ−Ｐｄの複核錯体またはＳｎＣｌ２／ＰｄＣｌ２の２ステップ処理を用いた触媒を付与して絶縁膜の表面を活性化させることができる。
【００２８】
次に、絶縁膜６２の表面をＰｄ触媒で活性させた基板Ｗを第１の無電解めっき装置２４に搬送し、この第１の無電解めっき装置２４で、活性化させた絶縁膜６２の表面に無電解めっきを施すことで、図５（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に、例えばＣｏ合金やＮｉ合金等からなるバリア層６８を形成する。つまり、前述のように、絶縁膜６２の表面は、Ｐｄ等の触媒より活性化されており、このため、絶縁膜６２の表面に無電解めっき液を接触させることで、無電解めっきによる成膜が可能となる。そして、このバリア層６８を形成した基板Ｗの表面を、例えば純水等で洗浄し、しかる後、この基板を第２の無電解めっき装置２４に搬送する。
【００２９】
この第２の無電解めっき装置２４では、バリア層６８を形成した基板Ｗの表面に無電解めっきを施すことで、図５（ｃ）に示すように、バリア層６８の表面に、例えば銅からなり、電解めっきの給電層となるシード層７０を形成する。そして、基板Ｗの表面を、例えば純水等で洗浄した後、この基板を電解めっき装置２６に搬送する。
【００３０】
この電解めっき装置２６では、基板Ｗのシード層７０の表面に電解銅めっきを施して、図５（ｄ）に示すように、微細凹部６４の内部に配線層としての銅膜７２を充填させるとともに、シード層７０の上にも銅膜７２を堆積させる。
そして、この銅膜（配線層）７２を形成した基板Ｗの表面を純水等で洗浄した後、この基板をエッチング装置３０に搬送し、このエッチング装置３０で基板Ｗのエッジ乃至ベベル部に成膜乃至付着した不要な配線層７２をエッチング除去し、これによって、この基板Ｗのエッジ乃至ベベル部に成膜乃至付着した配線層７２がその後の処理でコンタミの原因となることを防止する。
【００３１】
しかる後、このエッチング後の基板Ｗを洗浄・乾燥装置２８に搬送し、純水等で洗浄しスピン乾燥させた後、必要に応じて、熱処理装置３２に搬送し、ここで、例えば３５０℃のＮ２雰囲気下で、基板Ｗに１時間のアニール（熱処理）を施す。これにより、銅膜を合金化させて銅膜７２のエレクトロマイグレーション耐性を向上させる。そして、このアニール処理後の基板Ｗをロード・アンロード部１２の基板カセットに戻す。
【００３２】
前述のようにして、必要に応じて熱処理（アニール）を施した後、図６（ａ）に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜６２上の銅膜７２及びバリア層６８を除去して、微細凹部６４内に充填させた銅膜７２の表面と絶縁膜６２の表面とをほぼ同一平面にすることで、銅膜７２からなる配線７４を形成する。
【００３３】
そして、前述と同様に、この配線７４の表面にＰｄ触媒等を付与して配線７４の表面を活性化させ、しかる後、活性化させた配線７４の表面に選択的な無電解めっきを施して、図６（ｂ）に示すように、配線７４及びバリア層６８の表面に、例えばＣｏ合金またはＮｉ合金からなる配線保護膜７６を形成して配線７４及びバリア層６８を保護する。これにより、第１層の埋込み配線構造を形成する。しかる後、図６（ｃ）に示すように、例えばＳｉＮやＳｉＣからなる保護膜７８を基板Ｗの全表面に形成して第１層の埋込み配線構造を保護する。
【００３４】
ここで、バリア層６８及び配線保護膜７６として、同一の材料を使用することで、銅膜７２とバリア層６８及び配線保護膜７６、更にはバリア層６８と配線保護膜７６同士の密着性を高めて、配線として高い信頼性を得ることができる。また、配線保護膜７６の膜厚は、３〜２０ｎｍ程度が好ましく、これにより、銅の埋込みが困難となったり、銅の体積が減って配線自体の抵抗が上がったりしまうことを防止するとともに、配線との充分な密着性を確保することができる。
【００３５】
この例によれば、基板表面に配線用の微細凹部６４を形成した後の一連の配線形成処理、すなわち、バリア層６８の形成、シード層７０の形成及び銅膜（配線層）７２の形成、更には配線保護膜７６の形成を、比較的安価で安定しているウェット処理、すなわち電解めっき及び無電解めっきで連続的に行うことができ、これによって、シード層７０の表面や配線７４の表面の酸化膜の生成を最小限に抑えることができる。しかも、バリア層６８の形成、シード層７０の形成及び銅膜（配線層）７２の形成を同一装置で連続して行うことで、スループットを改善することができる。
【００３６】
図７は、本発明の他の実施の形態の配線形成装置の平面配置図を示す。この例の図１に示す例と異なる点は、電解めっき装置を備えることなく、２台の洗浄装置１４を備え、更に第２の無電解めっき装置２４で配線層の形成（銅の埋込み）を行うようにした点である。
つまり、この実施の形態の配線形成装置にあっては、図８及び図９に示すように前述と同様にして、絶縁膜６２の表面に触媒核６６を付与して活性化させ（図９（ａ））、第１の無電解めっき装置２２で基板の表面に無電解めっきを施してバリア層６８を形成し（図９（ｂ））、しかる後、シード層７０を形成することなく、第２の無電解めっき装置２４でバリア層６８の表面に無電解めっきを施すことによって、バリア層６８の表面に直接銅膜（配線層）７２を形成するようにしている。つまり、この例にあっては、絶縁膜６２の表面を活性化させて無電解めっきでバリア層６８を形成した後、無電解めっきによって、銅の埋込みまでを行うようにしている。
【００３７】
この例によれば、バリア層６８の形成及び銅膜（配線層）７２の形成、更には配線保護膜７６の形成を、無電解めっきのみで連続的に行うことができる。しかも、バリア層６８の形成及び銅膜（配線層）７２の形成を同一の装置で行うことでスループットを改善することができる。
【００３８】
図１０乃至図１２は、前述のようにして形成した第１層の埋込み配線構造の上に、第２層の埋込み配線構造を形成して多層配線化を図る時の、本発明の更に他の実施の形態の配線形成方法を工程順に示す。
【００３９】
先ず、図１０に示すように、保護膜７８の表面に、例えばＳｉＯ２からなる絶縁膜８０を堆積し、この表面を平坦化した後、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、絶縁膜８０の内部に配線用の微細凹部８２を形成した基板Ｗを用意する。この例では、この微細凹部８２は、配線用溝８４と、配線保護膜７６に達するビア・ホール８６とからなる。
【００４０】
次に、前述と同様に、絶縁膜８０の表面にシランカップリング剤を付与し、更にＰｄ触媒を付与することで、図１１（ａ）に示すように、絶縁膜８０の表面にＰｄからなる触媒核８８を形成して絶縁膜８０の表面を活性化させる。
【００４１】
そして、この活性化させた絶縁膜８０の表面に無電解めっき処理を施すことで、図１１（ｂ）に示すように、例えばＣｏ合金やＮｉ合金等かなるバリア層９０を形成する。この時、配線保護膜７６は、例えばＣｏ合金やＮｉ合金であり、この表面には触媒核８８が付与されていないが、この配線保護膜７６を構成するＣｏ合金やＮｉ合金等が無電解めっきの自己触媒となるようにして、この上にめっき膜を析出させる。
【００４２】
次に、このバリア層９０の表面に無電解めっき処理を施すことで、図１１（ｃ）に示すように、例えば銅からなり、電解めっきの給電層となるシード層９２を形成する。そして、基板Ｗの表面に電解銅めっきを施して、図１１（ｄ）に示すように、微細凹部８２の内部に配線層としての銅膜９４を充填させるとともに、シード層９２の上にも銅膜９４を堆積させる。
【００４３】
しかる後、図１２（ａ）に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、絶縁膜８０上の銅膜９４及びバリア層９０を除去して、微細凹部８２内に充填させた銅膜９４の表面と絶縁膜８０の表面とをほぼ同一平面にすることで、銅膜９４からなる配線９６を形成する。
【００４４】
そして、前述と同様に、この配線９６の表面活性化させ、しかる後、活性化させた配線９６の表面に選択的な無電解めっきを施して、図１２（ｂ）に示すように、配線９６及びバリア層９０の表面に、例えばＣｏ合金またはＮｉ合金からなる配線保護膜９８を形成して配線９６及びバリア層９０を保護する。これにより、第２層の埋込み配線構造を形成する。しかる後、図１２（ｃ）に示すように、例えばＳｉＮやＳｉＣからなる線護膜１００を基板Ｗの全表面に形成して第２層の埋込み配線構造を保護する。
【００４５】
なお、前述の図７乃至図９に示す場合と同様に、絶縁膜８０の表面を活性化させ、この表面にバリア層９０を形成した後、シード層９２を形成することなく、無電解めっきによって銅膜（配線層）９４を形成して、無電解めっきによって、銅の埋込みまで行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態の配線形成装置の平面配置図である。
【図２】図１に示す配線形成装置のシランカップリング剤付与装置の概要を示す図である。
【図３】図１に示す配線形成装置による配線形成例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の配線形成方法における基板に微細用凹部を設けた状態を示す図である。
【図５】同じく、銅膜（配線層）を形成するまでを工程順に示す図である。
【図６】同じく、保護膜を形成して埋込み配線を保護するまでを工程順に示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の配線形成装置を示す平面配置図である。
【図８】図７に示す配線形成装置による配線形成例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態の配線形成方法における配線形成例の要部を工程順に示す図である。
【図１０】本発明の更に他の実施の形態の配線形成方法における基板に微細用凹部を設けた状態を示す図である。
【図１１】同じく、銅膜（配線層）を形成するまでを工程順に示す図である。
【図１２】同じく、保護膜を形成して埋込み配線を保護するまでを工程順に示す図である。
【図１３】従来の銅めっきにより銅配線を形成する例を工程順に示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１２ ロード・アンロード部
１４ 洗浄装置
１６ 親水化処理装置
１８ シランカップリング剤付与装置
２０ 触媒付与装置
２２，２４ 無電解めっき装置
２６ 電解めっき装置
２８ 洗浄・乾燥装置
３０ エッチング装置
３２ 熱処理装置
４４ 処理チャンバ
４４ａ 触媒液保持部
４６ 基板ホルダ
４８ 加熱用ヒータ
５０ 触媒液
６０ 半導体基材
６２，８０ 絶縁膜
６４，８２ 微細凹部
６６，８８ 触媒核
６８，９０ バリア層
７０，９２ シード層
７２，９４ 配線層（銅膜）
７４，９６ 配線
７６，９８ 配線保護膜
７８，１００ 保護膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に堆積した絶縁膜の内部に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、
この基板の表面にウェット処理によりバリア層を形成し、
このバリア層の表面にウェット処理によりシード層を形成し、
このシード層形成後の基板の表面にウェット処理により配線層を形成することを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】
前記バリア層を無電解めっきで形成し、前記配線層を電解めっきで形成することを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】
表面に堆積した絶縁膜の内部に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、
この基板の表面にウェット処理によりバリア層を形成し、
このバリア層形成後の基板の表面にウェット処理により配線層を形成することを特徴とする配線形成方法。
【請求項４】
前記バリア層を無電解めっきで形成し、前記配線層を無電解めっきで形成することを特徴とする請求項３記載の配線形成方法。
【請求項５】
基板の表面に無電解めっきでバリア層を形成するにあたり、前記絶縁膜が無機系の場合に、シランカップリング剤を用いた触媒を付与して絶縁膜表面を活性化させることを特徴とする請求項２または４記載の配線形成方法。
【請求項６】
基板の表面に無電解めっきでバリア層を形成するにあたり、前記絶縁膜が有機系の場合に、Ｓｎ−Ｐｄの複核錯体またはＳｎＣｌ２／ＰｄＣｌ２の２ステップ処理を用いた触媒を付与して絶縁膜の表面を活性化させることを特徴とする請求項２または４記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記バリア層は、Ｃｏ合金またはＮｉ合金からなる連続膜であることを特徴とする請求項５または６記載の配線形成方法。
【請求項８】
配線用の微細凹部を形成した基板の表面に触媒を付与する触媒付与装置と、
前記触媒を付与した基板の表面に無電解めっきを施してバリア層を形成する第１の無電解めっき装置と、
前記バリア層の表面に無電解めっきを施してシード層を形成する第２の無電解めっき装置と、
前記シード層の表面に電解めっきを施して配線層を形成する電解めっき装置と、
基板を洗浄する洗浄装置を有することを特徴とする配線形成装置。
【請求項９】
配線用の微細凹部を形成した基板の表面に触媒を付与する触媒付与装置と、
前記触媒を付与した基板の表面に無電解めっきを施してバリア層を形成する第１の無電解めっき装置と、
前記バリア層の表面に無電解めっきを施して配線層を形成する第２の無電解めっき装置と、
基板を洗浄する洗浄装置を有することを特徴とする配線形成装置。
【請求項１０】
基板の表面に親水化処理を施す親水化処理装置と、
前記親水化処理後の基板の表面にシランカップリング剤を付与するシランカップリング剤付与装置を更に有することを特徴とする請求項８または９記載の配線形成装置。
【請求項１１】
前記シランカップリング剤付与装置は、
内部を加圧及び減圧可能で、底部に前記シランカップリング剤を溶かした触媒液を導入し保持する触媒液保持部を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置され、基板を保持して前記触媒液保持部で保持した触媒液に接触させる基板ホルダと、
前記基板ホルダに内蔵された加熱用ヒータとを有することを特徴とする請求項１０記載の配線形成装置。
【請求項１２】
基板の表面のエッジ乃至ベベル部に成膜乃至付着した前記配線層をエッチング除去するエッチング装置を更に有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の配線形成装置。
【請求項１３】
前記配線層を形成した基板に熱処理を施す熱処理装置を更に有することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の配線形成装置。
【請求項１】
表面に堆積した絶縁膜の内部に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、
この基板の表面にウェット処理によりバリア層を形成し、
このバリア層の表面にウェット処理によりシード層を形成し、
このシード層形成後の基板の表面にウェット処理により配線層を形成することを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】
前記バリア層を無電解めっきで形成し、前記配線層を電解めっきで形成することを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】
表面に堆積した絶縁膜の内部に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、
この基板の表面にウェット処理によりバリア層を形成し、
このバリア層形成後の基板の表面にウェット処理により配線層を形成することを特徴とする配線形成方法。
【請求項４】
前記バリア層を無電解めっきで形成し、前記配線層を無電解めっきで形成することを特徴とする請求項３記載の配線形成方法。
【請求項５】
基板の表面に無電解めっきでバリア層を形成するにあたり、前記絶縁膜が無機系の場合に、シランカップリング剤を用いた触媒を付与して絶縁膜表面を活性化させることを特徴とする請求項２または４記載の配線形成方法。
【請求項６】
基板の表面に無電解めっきでバリア層を形成するにあたり、前記絶縁膜が有機系の場合に、Ｓｎ−Ｐｄの複核錯体またはＳｎＣｌ２／ＰｄＣｌ２の２ステップ処理を用いた触媒を付与して絶縁膜の表面を活性化させることを特徴とする請求項２または４記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記バリア層は、Ｃｏ合金またはＮｉ合金からなる連続膜であることを特徴とする請求項５または６記載の配線形成方法。
【請求項８】
配線用の微細凹部を形成した基板の表面に触媒を付与する触媒付与装置と、
前記触媒を付与した基板の表面に無電解めっきを施してバリア層を形成する第１の無電解めっき装置と、
前記バリア層の表面に無電解めっきを施してシード層を形成する第２の無電解めっき装置と、
前記シード層の表面に電解めっきを施して配線層を形成する電解めっき装置と、
基板を洗浄する洗浄装置を有することを特徴とする配線形成装置。
【請求項９】
配線用の微細凹部を形成した基板の表面に触媒を付与する触媒付与装置と、
前記触媒を付与した基板の表面に無電解めっきを施してバリア層を形成する第１の無電解めっき装置と、
前記バリア層の表面に無電解めっきを施して配線層を形成する第２の無電解めっき装置と、
基板を洗浄する洗浄装置を有することを特徴とする配線形成装置。
【請求項１０】
基板の表面に親水化処理を施す親水化処理装置と、
前記親水化処理後の基板の表面にシランカップリング剤を付与するシランカップリング剤付与装置を更に有することを特徴とする請求項８または９記載の配線形成装置。
【請求項１１】
前記シランカップリング剤付与装置は、
内部を加圧及び減圧可能で、底部に前記シランカップリング剤を溶かした触媒液を導入し保持する触媒液保持部を有する処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置され、基板を保持して前記触媒液保持部で保持した触媒液に接触させる基板ホルダと、
前記基板ホルダに内蔵された加熱用ヒータとを有することを特徴とする請求項１０記載の配線形成装置。
【請求項１２】
基板の表面のエッジ乃至ベベル部に成膜乃至付着した前記配線層をエッチング除去するエッチング装置を更に有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の配線形成装置。
【請求項１３】
前記配線層を形成した基板に熱処理を施す熱処理装置を更に有することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の配線形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１６６８４（Ｐ２００６−１６６８４Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９８５９０（Ｐ２００４−１９８５９０）
【出願日】平成１６年７月５日（２００４．７．５）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月５日（２００４．７．５）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]