JP2001319896A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メッキ層中に空孔を含まない半導体装置の製
造方法を提供する。 【解決手段】 メッキ処理を施す工程を２回に分けて行
ない、被処理基板に第１のメッキ層を形成後、アニール
処理をしてから更に第２のメッキ層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体の製造方法に
係り、更に詳細にはシリコンウエハなどの被処理基板上
にメッキ処理を施して銅の配線層を形成したり、この配
線層を切削処理するなどして半導体装置を製造する方法
に関する。

【従来の技術】従来よりＬＳＩなどの半導体装置は、シ
リコンウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）の上に
導体や半導体、絶縁体の薄膜層を作り込むことにより製
造されている。このとき半導体装置の基板としてのウエ
ハの材料であるシリコンは絶縁体であるため、配線層を
形成するためには銅などの導体層をメッキ処理などによ
り形成する。更に詳しく述べると、ウエハの表面には微
細な凹凸が形成されているため、最初にバリアメタル層
を形成し、その上から銅等を析出させてシード層と呼ば
れる導体層を形成し、このシード層を介して電解メッキ
を施すことにより配線層となるメッキ層を銅で形成す
る。できたメッキ層をＣＭＰと呼ばれる表面研磨装置で
削って薄い銅層を形成し、この層を利用して各種の層を
作り込んで半導体装置が製造される。

【発明が解決しようとする課題】しかし、シード層の上
にメッキ処理を施して一度に厚い層を形成しようとする
と、シード層の上にメッキ処理して銅層を形成する際に
ボイドやシームと呼ばれる空孔がメッキ層中に形成され
ることがある。この空孔が形成されると配線層の断線が
おきたり、電気抵抗が変動して半導体装置の品質や歩留
まりが低下するという問題がある。本発明は上記従来の
問題を解決するためになされたものである。即ち、本発
明は、メッキ層中に空孔を含まない半導体装置の製造方
法を提供することを第１の目的とする。次に、上記従来
の半導体製造方法において、出来上がったメッキ層をＣ
ＭＰで切削して所望の厚さの導体層を形成するときの、
ＣＭＰ工程の終点管理は切削されるメッキ層の表面を光
学的に監視して終点を決める方法や、ＣＭＰに加わるト
ルクを検出しておき、このトルクの変化に基づいて所定
の厚さまで切削したことを監視する方法などが採用され
ているが、何れも精度が低く、均一な厚さの導体層を再
現性良く形成する方法は見出されていないため、最終製
品たる半導体装置の品質や歩留まりに限界があるという
問題がある。本発明は上記従来の問題を解決するために
なされたものである。即ち、本発明は、均一な厚さの導
体層を備えた半導体装置の製造方法を提供することを第
２の目的とする。また、シード層の上に形成される導体
層の特性はこの導体層を形成する銅層の結晶方向と密接
な関係にあり、この銅層の結晶方向を一定方向に揃える
必要がある。しかし、メッキ層の結晶方向はその下のシ
ード層の構造に左右されるため、メッキ層だけで結晶方
向を揃えるのは困難であるという問題があった。本発明
は上記従来の問題を解決するためになされたものであ
る。即ち、本発明は、結晶方向が所定の方向に揃った導
体層を備えた半導体装置の製造方法を提供することを第
３の目的とする。

【課題を解決するための手段】請求項１の半導体装置の
製造方法は、少なくともメッキ処理装置と、アニール装
置とを備えた処理システムを用いる、半導体装置の製造
方法であって、被処理基板に第１のメッキ処理を施す工
程と、前記被処理基板に第１のアニール処理を施す工程
と、前記被処理基板に第２のメッキ処理を施して所定の
厚さの導体層を形成する工程と、前記被処理基板に第２
のアニール処理を施す工程と、を具備する。請求項１の
半導体製造方法では、メッキ処理を施す工程を２回に分
けて行ない、被処理基板に第１のメッキ層を形成後、ア
ニール処理をしてから更に第２のメッキ層を形成してい
るので、メッキ層に応力が残存しにくく、空孔の発生を
未然に防止することが出来る。請求項２の半導体装置の
製造方法は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法で
あって、前記第１のメッキ処理を施す工程が、第２の電
流値でメッキ処理する工程であり、前記第２のメッキ処
理を施す工程が、前記第１の電流値とは異なる第２の電
流値でメッキ処理する工程であることを特徴とする。請
求項２の半導体装置の製造方法では、請求項１に記載の
半導体装置の製造方法において、前記第１のメッキ処理
を第１の電流値で行ない、前記第２のメッキ処理を前記
第１の電流値とは異なる第２の電流値でメッキ処理する
ので、メッキ層に応力が残存しにくく、空孔の発生を未
然に防止することが出来る。請求項３の半導体装置の製
造方法は、被処理基板にメッキ処理を行なって配線層を
形成する工程と、前記配線層をアニール処理する工程
と、前記配線層をＣＭＰ処理する工程と、を備え、前記
ＣＭＰ処理の際、前記アニール工程により生成された前
記配線層中の空孔の存在に基づいて、ＣＭＰ処理の終点
を検出することを特徴とする半導体装置の製造方法。請
求項３の半導体装置の製造方法では、前記アニール工程
により生成された前記配線層中の空孔の存在に基づい
て、ＣＭＰ処理の終点を管理しているので、配線層の切
削量を高精度に管理でき、配線層の厚さの等しい半導体
装置を再現性良く製造することが出来る。請求項４の半
導体装置の製造方法は、被処理基板をメッキ処理して前
記被処理基板表面の微細な凹凸を塞ぐ第１のメッキ層を
形成する工程と、前記被処理基板を所定条件下にメッキ
処理して前記第１のメッキ層との境界部にボイドを形成
しやすい第２のメッキ層を形成する工程と、前記被処理
基板を所定条件下にアニール処理して前記第１のメッキ
層と前記第２のメッキ層との境界部にボイドを形成させ
る工程と、前記ボイドが検出されるまで前記第２のメッ
キ層に表面研磨処理を施す工程と、を具備する。請求項
４の半導体装置の製造方法では、前記アニール工程によ
り生成された前記配線層中の空孔の存在に基づいて、表
面研磨処理の終点を管理しているので、配線層の切削量
を高精度に管理でき、配線層の厚さの等しい半導体装置
を再現性良く製造することが出来る。請求項５の半導体
装置の製造方法は、被処理基板表面にシード層を形成す
る工程と、前記シード層の上に第１のメッキ層を形成す
る工程と、前記被処理基板をアニーリングして前記第１
のメッキ層の結晶方向を揃える工程と、前記第１のメッ
キ層の上に第２のメッキ層を形成する工程と、を具備す
る。請求項５の半導体装置の製造方法では、アニーリン
グにより第１のメッキ層の結晶方向を揃えてから第２の
メッキ層を形成しているので、第２のメッキ層の結晶方
向も揃い易く、全体として結晶方向の揃った高品質の半
導体装置を製造することが出来る。請求項６の半導体装
置の製造方法は、被処理基板表面にシード層を形成する
工程と、前記シード層にアニール処理を施す工程と、前
記アニール処理が施されたシード層上にメッキ層を形成
する工程と、を具備する。請求項６の半導体装置の製造
方法では、アニーリングによりシード層の結晶方向を揃
えてからメッキ層を形成しているので、メッキ層の結晶
方向も揃い易く、全体として結晶方向の揃った高品質の
半導体装置を製造することが出来る。

【発明の実施の形態】（第一の実施の形態）以下、本発
明の第一の実施の形態に係る銅メッキ用のメッキ処理シ
ステムについて説明する。図１は本実施形態に係るメッ
キ処理システムの斜視図であり、図２は同メッキ処理シ
ステムの平面図であり、図３は同メッキ処理システムの
正面図であり、図４は同メッキ処理システムの側面図で
ある。図１〜図４に示したように、このメッキ処理シス
テム１はウエハＷを出し入れしたり運搬するキャリアス
テーション２とウエハＷに実際に処理を施すプロセスス
テーション３とから構成されている。キャリアステーシ
ョン２はウエハＷを収容する載置台２１と載置台２１上
に載置されたキャリアカセットＣにアクセスしてその中
に収容されたウエハＷを取り出したり、処理が完了した
ウエハＷを収容したりする第２の搬送手段としてのサブ
アーム２２とから構成されている。キャリアカセットＣ
内には複数枚、例えば２５枚のウエハＷを等間隔毎に水
平に保った状態で垂直方向に収容されるようになってい
る。載置台２１上には図中Ｘ方向に例えば４個のキャリ
アカセットＣが配設されている。サブアーム２２は図中
Ｘ方向に配設されたレール上を移動するとともに鉛直方
向（Ｚ方向）即ち図中紙面に垂直な方向に昇降可能かつ
水平面内で回転可能な構造を備えており、載置台２１上
に載置されたキャリアカセットＣ内にアクセスして未処
理のウエハＷをキャリアカセットＣから取り出したり、
処理が完了したウエハＷをキャリアカセットＣ内に収納
するようになっている。またこのサブアーム２２は後述
するプロセスステーション３との間でも、処理前後のウ
エハＷを受け渡しするようになっている。プロセスステ
ーション３は図１〜図４に示すように直方体又は立方体
の箱型の外観を備えており、その周囲全体は耐腐食性の
材料、例えば樹脂や表面を樹脂でコーティングした金属
板などでできたハウジング３１で覆われている。プロセ
スステーション３の内部は図１及び図４に示すように略
立方形或いは直方形の箱型の構成となっており、内部に
は処理空間Ｓが形成されている。処理空間Ｓは図１及び
図４に示したように直方体型の処理室であり、処理空間
Ｓの底部には底板３３が取り付けられている。処理空間
Ｓには、複数の処理ユニット、例えば４基のメッキ処理
ユニットＭ１〜Ｍ４が例えば処理空間室Ｓ内の、次に説
明するメインアーム３５の周囲にそれぞれ配設されてい
る。図１及び図２に示すように底板３３のほぼ中央には
ウエハを搬送するための第１の搬送手段としてのメイン
アーム３５が配設されている。このメインアーム３５は
昇降可能かつ水平面内で回転可能になっており、更に略
水平面内で伸縮可能な上下二本のウエハ保持部材を備え
ており、これらのウエハ保持部材を伸縮させることによ
りメインアーム３５の周囲に配設された処理ユニットに
対して処理前後のウエハＷを出し入れできるようになっ
ている。またメインアーム３５は垂直方向に移動して上
側の処理ユニットへも出入りできるようになっており、
下段側の処理ユニットから上段側の処理ユニットへウエ
ハＷを運んだり、その逆に上側の処理ユニットから下段
側の処理ユニットへウエハＷを運ぶこともできるように
なっている。更にこのメインアーム３５は保持したウエ
ハＷを上下反転させる機能を備えており、一の処理ユニ
ットから他の処理ユニットへウエハＷを搬送する間にウ
エハＷを上下反転できる構造を備えている。なおこのウ
エハＷを反転できる機能はメインアーム３５に必須の機
能ではない。上段側には他の処理ユニット、例えば第２
の液処理装置としての洗浄処理ユニット（ＳＲＤ）２７
０が例えば２基キャリアステーションに近い側、即ち前
記メッキ処理ユニットＭ１，Ｍ２の上側にそれぞれ配設
されている。このように複数の処理ユニットが上下方向
に多段配置されているので、液処理システムの面積効率
を向上させることが出来る。プロセスステーション３の
ハウジング３１のうち、キャリアステーション２に対面
する位置に配設されたハウジング３１ａには、図３に示
すように３つの開閉可能な開口部Ｇ１〜Ｇ３が配設され
ている。これらのうちＧ１は下段側に配設されたメッキ
処理ユニットＭ１とＭ２との間に配設された中継載置台
３６の位置に対応する開口部であり、キャリアカセット
Ｃからサブアーム２２が取り出した未処理のウエハＷを
プロセスステーション３内に搬入する際に用いられる。
搬入の際には開口部Ｇ１が開かれ、未処理ウエハＷを保
持したサブアーム２２が処理空間Ｓ内にウエハ保持部材
を伸ばしてアクセスし、中継載置台３６上にウエハＷを
置く。この中継載置台３６にメインアーム３５がアクセ
スし、中継載置台３６上に載置されたウエハＷを保持し
てメッキ処理ユニットＭ１〜Ｍ４などの処理ユニット内
まで運ぶ。残りの開口部Ｇ２及びＧ３は処理空間Ｓのキ
ャリアステーション２に近い側に配設されたＳＲＤに対
応する位置に配設されており、これらの開口部Ｇ２、Ｇ
３を介してサブアームが処理空間Ｓ内にアクセスし、上
段側に配設されたＳＲＤに直接アクセスして処理が完了
したウエハＷを受け取ることができるようになってい
る。そのためＳＲＤで洗浄されたウエハＷが汚れたメイ
ンアームに触れて汚染されることが防止される。また、
処理空間Ｓ内には図４中上から下向きのエアフローが形
成されており、システム外から供給された清浄なエアが
処理空間Ｓの上部から供給され、洗浄処理ユニット、メ
ッキ処理ユニットＭ１〜Ｍ４に向けて流下し、処理空間
Ｓの底部から排気されてシステム外に排出されるように
なっている。このように処理空間Ｓ内を上から下に清浄
な空気を流すことにより、下段側のメッキ処理ユニット
Ｍ１〜Ｍ４から上段側の洗浄装置の方には空気が流れな
いようになっている。そのため、常に洗浄処理ユニット
側は清浄な雰囲気に保たれている。更に、メッキ処理ユ
ニットＭ１〜Ｍ４や洗浄処理ユニット等の各処理ユニッ
ト内はシステムの処理空間Ｓよりも陰圧に維持されてお
り、空気の流れは処理空間Ｓ側から各処理ユニット内に
向って流れ、各処理ユニットからシステム外に排気され
る。そのため、処理ユニット側から処理空間Ｓ側に汚れ
が拡散するのが防止される。図５はメッキ処理ユニット
Ｍ１の垂直断面図である。図５に示すように、このメッ
キ処理ユニットＭ１では、ユニット全体が密閉構造のハ
ウジング４１で覆われている。このハウジング４１も樹
脂等の耐腐食性の材料で構成されている。ハウジング４
１の内側は概ね上下二段に分かれた構造になっており、
排気路を内蔵したセパレータ７２により、セパレータ７
２の上側に位置する第１の処理部Ａと、セパレータ７２
の下側に位置する第２の処理部Ｂとに仕切り分けられて
いる。そのため、第２の処理部Ｂ側から上側の第１の処
理部Ａ側に汚れが拡散するのが防止される。セパレータ
７２の中央には貫通孔７４が設けられており、この貫通
孔７４を介して後述するドライバ６１に保持されたウエ
ハＷが第１の処理部Ａと第２の処理部Ｂとの間を行き来
できるようになっている。処理部Ａと処理部Ｂとの境界
にあたる部分のハウジングには開口部とこの開口部を開
閉するゲートバルブ７３が設けられている。このゲート
バルブ７３を閉じるとメッキ処理ユニットＭ１内はその
外側の処理空間Ｓとは隔絶された空間となるので、メッ
キ処理ユニットＭ１から外側の処理空間Ｓ内への汚れの
拡散が防止される。またメッキ処理ユニットＭ１〜Ｍ４
はそれぞれ別個独立に運転することができ、処理システ
ムに対してそれぞれが着脱可能に構成されている。その
ため、一つのメッキ処理ユニットについての保守管理時
など運転できない場合には、他のメッキ処理ユニットを
代替使用することができ、保守管理が容易に行なえる。
第１の処理部ＡにはウエハＷを略水平に保持して回転さ
せる基板保持機構としてのドライバ６１が配設されてい
る。このドライバ６１はウエハＷを保持するホルダ６２
と、このホルダ６２ごとウエハＷを略水平面内で回転さ
せるモータ６３とから構成されており、モータ６３の外
套容器にはドライバ６１を支持する支持梁６７が取りつ
けられている。支持梁６７の端はハウジング４１の内壁
に対してガイドレール６８を介して昇降可能に取り付け
られている。支持梁６７は更にシリンダ６９を介してハ
ウジング４１に取りつけられており、このシリンダ６９
を駆動することによりドライバ６１の位置を上下できる
ようになっている。具体的には図５に示したように、ド
ライバ６１の位置はウエハＷを搬出入するための搬送位
置（Ｉ）と、ウエハＷ下面側の被処理面を洗浄する洗浄
位置（ＩＩ）後述するスピンドライを行なうためのスピ
ンドライ位置（ＩＶ）、及びウエハＷをメッキ液に浸漬
した状態でメッキを行なうメッキ位置（Ｖ）の主に４つ
の異なる高さの間で上下動させる。なお、ドライバ６１
の内部にはウエハＷだけを昇降させる昇降機構（図示省
略）が配設されており、この昇降機構を作動させること
により、ドライバ６１の高さを変えずにウエハＷの高さ
だけを位置（ＩＩＩ）までドライバ６１内部で変えるこ
とができる。この昇降機構はウエハＷ下面外周縁部で接
触して電圧を印加するカソードコンタクト７１と呼ばれ
る接点とウエハＷとを接離させるときに作動させるもの
であり、例えばカソードコンタクト７１を洗浄する際に
ウエハＷを上昇させて接点表面を露出させ、ノズルから
噴射された水により洗浄しやすくする。第２の処理部Ｂ
には例えば硫酸銅などの、銅メッキ用のメッキ液を収容
するメッキバス４２が配設されている。メッキバス４２
は二重構造になっており、内槽４２ａの外側に外槽４２
ｂが略同軸的に配設されている。メッキバス４２は前述
したドライバ６１の真下に配設されており、メッキ液で
内槽４２ａを満たしたときにメッキ液の液面がメッキ位
置（Ｖ）で停止させたドライバ６１に保持されたウエハ
Ｗよりもメッキ液液面の方が高くなる高さに内槽４２ａ
が固定されている。内槽４２ａの内部にはメッキ液を底
部側から上面に向けて噴出させる噴出管４３が内槽４２
ａの底部略中心から内槽４２ａの深さ方向略中間付近ま
で伸びており、噴出管４３の周囲には電解メッキ処理時
にアノードとして機能する電極４４が配設されている。
噴出管４３の端部外周と内槽４２ａとの間には隔膜４５
が配設されており、電解メッキ時に電極４４から混入す
る異物がメッキ液液面に浮上してメッキの障害になるの
を防止している。内槽４２ａ底部の中心から偏心した位
置にはメッキ液を循環させるための循環配管４７が配設
されており、図示しないポンプによりメッキ液を循環さ
せ、循環配管４７で吸い込んだメッキ液を循環配管４６
から供給するようになっている。外槽４２ｂは内槽４２
ａの外壁面との間にメッキ液の流れる流路４２を形成し
ている。更に外槽４２ｂの底部には流路４２に流れ込ん
だメッキ液を内槽４２ａ内に戻すための配管４８が接続
されている。この配管４８は前記噴出管４３とポンプ４
９を介して繋がっており、このポンプ４９を作動させる
ことにより内槽４２ａから溢れ出して流路４２、配管４
８に流れ込んだメッキ液を再び内槽４２ａ内に戻すと共
にウエハＷ下面側の被処理面に向けて噴出できるように
なっている。セパレータ７２の下方には第２の処理部が
形成されている。この第２の処理部Ｂは前記第１の処理
部Ａとは別個独立に形成された空間であり、第１の処理
部Ａを流れる空気が第２の処理部Ｂに流れ込んだり、第
２の処理部Ｂの空気が第１の処理部Ａに流れ込むことは
ない。このように処理部Ｂ側から処理部Ａ側に空気が流
れないようにすることで処理部Ａ内を清浄雰囲気に保っ
ている。セパレータ７２の下側には排気口７１が配設さ
れている。この排気口７１は図示しない排気系に繋がれ
ており、第２の処理部Ｂの空気中に飛散したメッキ液の
微粒子等をこの排気口７１で吸い込んで排気とともにメ
ッキ処理システム外へ排出する。このように処理部Ｂの
空気中に含まれる微粒子をメッキ処理システム外へ排出
することによりメッキ処理ユニット内やメッキ処理シス
テム内を清浄な雰囲気に維持している。セパレータ７２
のうち、ドライバ６１が出入りする貫通口７４の内壁下
部には複数の洗浄ノズル７０，７０，…が配設されてお
り、洗浄位置で停止したウエハＷの下面に向けて例えば
純水を噴出して洗浄するようになっている。なお、この
貫通口７４の部分に水平方向のエアカーテンを形成する
ことも可能である。例えば、セパレータ７２の一方から
清浄な空気を平面状に吹き出す一方、吹出口の反対側に
吸気口を設けてメッキバス４２の上部を通過してきた空
気を吸引しシステム外へ排気する方法などが挙げられ
る。このように処理部Ａと処理部Ｂとの境界にエアカー
テンを形成することにより、メッキバス４２からのメッ
キ液を含んだミストが処理部Ａ側に拡散するのを防止す
ることができる。また、このメッキ処理ユニットＭ１内
には温度調節装置や湿度調節装置を配設することも可能
である。その場合にはメッキ処理ユニットＭ１内を所定
の温度や湿度を維持するように制御されるので、メッキ
液などのミストの発生を防止することができ、メッキ処
理ユニットＭ１内の空気が汚染されるのを防止してい
る。図６および図７は、本実施形態に係るアニーリング
ユニットの構成を示す平面図および断面図である。な
お、図７では、図解のために水平遮蔽板１１２を省略し
てある。このアニーリングユニットの処理室１１０は両
側壁１１１と水平遮蔽板１１２とで形成され、処理室１
１０の正面側（メインアーム３５側）および背面側はそ
れぞれ開口部１７０Ａ，１７０Ｂとなっている。遮蔽板
１１２の中心部には円形の開口１１３が形成され、この
開口１１３内には円盤状のサセプタ１２０が設けられ
る。サセプタ１２０には例えば３つの貫通孔１２１が設
けられ、各貫通孔１２１内には支持ピン１２２が遊嵌状
態で挿通されており、ウエハＷのローディング・アンロ
ーディング時には各支持ピン１２２がサセプタ１２０の
表面より上に突出または上昇してメインアーム３５の保
持部材３５ａとの間でウエハＷの受け渡しを行うように
なっている。サセプタ１２０の外周囲には、円周方向に
たとえば２°間隔で多数の通気孔１２を形成したリング
状の帯板からなるシャッタ１２６が設けられている。こ
のシャッタ１２６は、通常はサセプタ１２０より下の位
置に退避しているが、アニーリングなどの熱処理時には
図９に示すようにサセプタ１２０の上面よりも高い位置
まで上昇して、サセプタ１２０とカバー体１２８との間
にリング状の側壁を形成し、図示しない気体供給系より
送り込まれるダウンフローの空気や窒素ガス等の不活性
ガスを通気孔１２４より周方向で均等に流入させるよう
になっている。カバー体１２８の中心部には熱処理時に
ウエハＷ表面から発生するガスを排出するための排気口
１２８ａが設けられ、この排気口１２８ａに排気管１３
０が接続されている。この排気管１３０は、装置正面側
（メインアーム３５側）のダクト（図示省略）に通じて
いる。遮蔽板１１２の下には、遮蔽板１１２、両側壁１
１１および底板１１４によって機械室１１５が形成され
ており、室内にはサセプタ支持板１１６、シャッタアー
ム１１７、支持ピンアーム１１８、シャッタアーム昇降
駆動用シリンダ１１９、支持ピンアーム昇降駆動用シリ
ンダ１２５が設けられている。図６に示すように、ウエ
ハＷの外周縁部が載るべきサセプタ１２０の表面位置に
複数個たとえば４個のウエハＷ案内支持突起部１３１が
設けられている。サセプタ１２０内部にはニクロム線等
の電熱ヒータ（図示省略）が設けられており、この電熱
ヒータを加熱することによりサセプタ１２０を所定温度
に維持するようになっている。図８は本実施形態に係る
表面研磨処理ユニット（ＣＭＰ）の概略斜視図であり、
図９は同表面研磨処理ユニット（ＣＭＰ）の概略垂直断
面図である。この表面研磨処理ユニットはモータ２２１
により鉛直な回転軸２２２を介して水平に回転する回転
テーブル２０２と、この回転テーブル２０２の表面に貼
着された研磨層である研磨布２０３と、被研磨体である
ウエハＷを保持して前記研磨布２０３に所定の圧力で接
触させるウエハ保持部２０４と、前記研磨布２０３の表
面に研磨液を供給する研磨液供給ノズル２０５とを備え
ている。ウエハ保持部２０４は例えば真空チャック機構
を備え、回転テーブル２０２の中心部から変位した位置
でウエハＷを被研磨面が下側になるように吸着保持し、
この被研磨面を研磨布２０３に接触させるように構成さ
れるとともに、モータ２４１により鉛直な回転軸２７２
を介して水平に回転するようになっている。このモータ
２４１は、固定板２４３に取り付けられた昇降部２４４
により昇降軸２４５を介して昇降可能な昇降体２４６に
取りつけられている。前記研磨液供給ノズル２０５は、
研磨液供給源２６７よりの化学的な研磨作用を有する化
学的研磨材、例えばフッ素化合物を含む研磨液を、例え
ば研磨布２０３の回転中心付近に供給するように構成さ
れている。次に、本実施形態に係る半導体装置の製造方
法の各工程について説明する。図１０は本実施形態に係
る半導体装置の製造プロセスのフローを示すフローチャ
ートであり、図１１は同半導体装置が製造される様子を
模式的に示した垂直断面図である。図１０に示すよう
に、電源を投入してこのメッキ処理システムを立ち上げ
ると、載置台２１上に載置されたキャリアカセットＣ内
にサブアーム２２がアクセスして中に収容されている未
処理のウエハＷを取り出し、このウエハＷをメインアー
ム３５に引き渡す。メインアーム３５はメッキ処理ユニ
ットＭ１内にアクセスし、中のホルダ６２にウエハＷを
引き渡し、ウエハＷの搬入が完了する（ステップ１）。
このときにメッキ処理ユニットＭ１内に搬入されるウエ
ハＷは、図１１（ａ）に示すように、溝が形成されたウ
エハＷ表面に図示しないバリアメタル層が形成され、そ
の上にＰＶＤやＣＶＤなどにより形成される、薄い銅の
層からなるシード層３０２を備えたものである。次い
で、このメッキ処理ユニットＭ１内で第１のメッキ処理
が施される（ステップ２）。この段階で行なわれる第１
のメッキ処理では、コンタクトホールの全深さをｈと
し、シード層の上に形成するメッキ層の全厚さＨとする
と、第１のメッキ処理で形成するメッキ層の厚さＤは１
／２ｈ≦Ｄ＜Ｈであることが好ましい。更にこの第１の
メッキ処理で形成されるメッキ層の厚さは図１２に示し
た実線Ｂのような形状となるようなコンタクトホールが
ほぼうまったような、形状にメッキ層を形成するのが好
ましい。この第１のメッキ処理は比較的弱い電流値、例
えば０．５ＡＳＤ（アンペア・パー・スクエアデシメー
タ）程度で行なうのが好ましい。この段階で穏やかにメ
ッキ層を形成することで強い応力が生じるのを防ぎ、そ
れによりボイドやシームなどの空孔が形成されるのを防
止するためである。こうして第１のメッキ処理が完了す
ると、図１１（ｂ）及び図１２に示したように、第１の
メッキ層３０３が形成される。この段階で行なわれる第
１のメッキ処理では、コンタクトホールの全深さをｈと
し、シード層の上に形成するメッキ層の全厚さＨとする
と、第１のメッキ処理で形成するメッキ層の厚さＤは１
／２ｈ≦Ｄ＜Ｈであることが好ましい。更にこの第１の
メッキ処理で形成されるメッキ層の厚さは図１２に示し
た実線Ｂのような形状となるようなメッキ層を形成する
のが好ましい。第１のメッキ処理工程が完了したら、メ
ッキ処理ユニットＭ１内にメインアーム３５がアクセス
して処理後のウエハＷを取り出し、アニール処理ユニッ
トへ移送する（ステップ３）。アニール処理ユニットへ
の移送が完了すると、このアニール処理ユニット内で第
１のアニール処理が行なわれる（ステップ４）。この第
１のアニール処理の結果、グレイン（結晶粒子）が成長
し、メッキ工程で内部に蓄積された内部応力が緩和され
る。そのためこの第１のアニール処理によりメッキ層３
０３は経時変化の起き難い安定なメッキ層に転化され
る。この第１のアニール処理が完了したら、再びメイン
アーム３５を介して処理後のウエハＷを再びメッキ処理
ユニットＭ１内に移送する（ステップ５）。ウエハＷが
メッキ処理ユニットＭ１内に再びセットされると、第２
のメッキ処理が施され（ステップ６）、図１１（ｃ）に
示すように前記メッキ層３０３の上に更に新たなメッキ
層３０４が形成される。このとき、既にウエハＷ上に形
成されている下のメッキ層３０３では、前記第１のアニ
ール処理により安定した性質のメッキ層に転化されてい
るため、内部応力や経時変化といった品質が変動する要
因が既に取り除かれている。そのためこの第２のメッキ
処理は比較的高い電流値、例えば２．０ＡＳＤ程度で行
なうことが出来る。このように第２のメッキ処理は比較
的高い電流値で行なうことができるので、メッキ速度が
高くなり、短時間で厚手のメッキ層を形成することがで
きる。この第２のメッキ処理工程で前記第１のメッキ層
３０３の上に重ねてメッキ層が形成され、全体でシード
層の上に厚さＨのメッキ層を形成する。第２のメッキ処
理の完了後、再びメインアーム３５によりウエハＷはア
ニール処理ユニット内に移送され（ステップ７）、ここ
で第２のアニール処理が施される（ステップ８）。この
第２のアニール処理により、メッキ層３０４についても
グレインが成長すると同時に内部応力などの品質変動要
素が取り除かれ、品質の安定したメッキ層に転化され
る。第２のアニール処理が完了すると、メインアーム３
５によりアニール処理ユニットからウエハＷが搬出され
（ステップ９）、一連の製造工程が完了する。このよう
に、本実施形態に係る半導体装置の製造方法ではメッキ
層を２回に分けて形成し、メッキ層を形成するたびにア
ニール処理を行ってグレインを成長させ、品質変動要因
を取り除いた上でメッキ層の厚みを増していくので、内
部に蓄積された応力が緩和される。そのためメッキ層中
にボイドやシームなどの空隙が形成されることが防止さ
れ、品質の高いメッキ層、ひいては品質の高い半導体装
置が高収率で製造される。 （第２の実施形態）以下、本発明の第２の実施形態に係
る半導体装置の製造方法について説明する。なお、本実
施形態に係るメッキ処理システムのうち、前記第１の実
施形態と重複する内容については説明を省略することが
ある。本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、バ
リアメタル層が形成され、その上にシード層が形成され
たウエハＷを用意し、このウエハＷの上に第１のメッキ
層と第２のメッキ層を形成とを形成し、この第１のメッ
キ層と第２のメッキ層との境界部分にボイドのような空
孔を意図的に形成させる。図１２は本実施形態に係る半
導体装置の製造工程を示すフローチャートであり、図１
３は本実施形態に係る半導体装置が製造される様子を示
した垂直断面図である。本実施形態に係る方法では、最
初にバリアメタル層（図示省略）とシード層４０３とが
形成されたウエハＷを用意して、これをメッキ処理ユニ
ットＭ１内に搬入する（ステップ１１）。次いで図１３
（ａ）に示すように、最初に第１のメッキ層４０４を形
成する（ステップ１２）。このときの処理条件は、通常
の方法に従い、ボイドやシームなどの空孔がメッキ層中
に形成されないような条件で行ない、ウエハＷ表面上に
存在する微小な凹凸がメッキ層４０４で埋められるよう
に行なう。次にこうして形成した空孔のない第１のメッ
キ層４０４の上に図１３（ｂ）に示したように第２のメ
ッキ層を形成する（ステップ１３）。このときのメッキ
処理条件は前記第１メッキ層４０４を形成する条件とは
異なり、第１のメッキ層と第２のメッキ層４０５との境
界部分にボイドやシームなどの空孔４０６が形成されや
すい条件下で行なう。ここで、空孔４０６を形成し易い
条件とは、例えば、メッキ時に通電する印加電圧を低
目、例えば通電時の電流密度が０．１〜１．０ＡＳＤ
（アンペア・パー・デシメータ）になるような電圧で電
解メッキを行なったり、塩素や銅濃度が薄目のメッキ
液、例えば塩素濃度が０．１〜３０９／Ｌのメッキ液や
銅濃度が１０〜３０９／Ｌのメッキ液を用いるのが好ま
しい。こうして第２のメッキ層４０５を形成したら、ウ
エハＷをメインアーム３５でアニール処理ユニット内に
移送し（ステップ１４）、このアニール処理ユニット内
で所定条件下にアニール処理を施す（ステップ１５）。
このときのアニール処理を行なう処理条件は、前記第２
のメッキ層４０５形成時の処理条件と相俟って、第１の
メッキ層と第２のメッキ層４０５との境界部分にボイド
やシームなどの空孔４０６が形成される条件下で行な
う。ここで、このアニール処理の条件とは、例えば、ア
ニールを２００〜６３０℃で行なうことなどが挙げられ
る。上記のような条件でアニールを行なうと、図１３
（ｃ）に示したように第１のメッキ層４０４と第２のメ
ッキ層４０５との境界部分にボイド４０６が形成され
る。かくしてボイド４０６が境界部に形成されたウエハ
Ｗをアニール処理ユニットから取り出す（ステップ１
６）。こうして境界部にボイド４０６が形成されたウエ
ハＷは次いで表面研磨処理にかけられる。この表面研磨
処理は前記ＣＭＰにより行なわれる。この表面研磨処理
の終点管理は、例えばＣＭＰのモータの回転軸にかかる
トルクを検出することにより行なうようになっている。
ウエハＷを表面研磨処理にかけて表面を削っていくと、
第２のメッキ層中のボイド４０６がない上の部分を削っ
ている間はぼぼ一定のトルクを必要とするため、トルク
の変化は現れない。表面研磨が進み、第２のメッキ層４
０５と第１のメッキ層４０４との境界部まで削られてく
ると、ボイド４０６に差し掛かるため、ＣＭＰが空回り
に近い状態になるためトルクの変化が現れる。このトル
クの変化をモニタリングすることにより研磨されたメッ
キ層の厚さが正確に認識され、図１３（ｄ）に示したよ
うな、一定の厚さのメッキ層を備えた半導体装置が再現
性よく高い収率で製造される。 （変形例）図１５は本変形例にかかる半導体装置の垂直
断面図である。本変形例では、第１のメッキ層を形成す
る工程では比較的穏やかな条件、例えば０．５ＡＳＤの
電流値でメッキ層を形成する。この工程では通常の条件
に従い、ボイドなどの空孔が形成されにくい条件でメッ
キ処理することにより、図１５に示したような、コンタ
クトホールをほぼ埋める程度にまでメッキ層Ｌ１を形成
する。次いでこの上に第２のメッキ層を形成する。この
ときの条件は、空孔が形成されやすい条件、例えば、薄
いメッキ液を用いたり、比較的高い電流値例えば２．０
ＡＳＤでメッキ処理する。このメッキ処理では図１５中
のＬ２で示したような形に金属が析出する。その結果、
コンタクトホールの上部付近に金属層Ｌ１とＬ２とで囲
まれた空孔Ｖ１が形成されやすくなる。このように第１
のメッキ層形成条件と第２のメッキ層形成条件とを適切
に調節することによりコンタクトホール上部に空孔がで
きやすい状態ができる。ついでこの半導体装置（ウエハ
Ｗ）にアニール処理を施す。このときのアニーリング条
件を適切に選び、空孔ができるような条件でアニーリン
グすることにより空孔が形成される。後続の処理では上
記と同様にして空孔を検出することにより表面研磨処理
を行なう。 （第３の実施の形態）本実施形態ではメッキ層の形成を
２回に分け、最初に形成したメッキ層をアニール処理し
て結晶方向を揃えた後に残りのメッキ層を形成する。図
１４は本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示すフ
ローチャートであり、図１５は本実施形態に係る半導体
装置が製造される様子を示した垂直断面図である。本実
施形態に係る方法では、微細な溝の形成されたウエハＷ
を用意する。まずこのウエハＷの上にＰＶＤやＣＶＤを
用いてシード層５０２を形成し（ステップ２１）、しか
る後にこのウエハＷをメッキ処ユニットＭ１内に搬入す
る（ステップ２２）。ここでメッキ処理を施して（ステ
ップ２３）、図１５（ａ）に示したような第１のメッキ
層５０３ａを形成する。次にこのウエハＷをアニール処
理ユニットに移送し（ステップ２４）、この中でアニー
ル処理を行なって（ステップ２５）、図１５（ｃ）に示
すように前記第１のメッキ層５０３ａの結晶方向を所定
の方向に揃える。しかる後に再びメッキ処理ユニットＭ
１内に移送して（ステップ２６）、前記結晶方向が揃え
られた第１のメッキ層５０３ａ上に更に第２のメッキ層
５０３ｂを形成する（ステップ２７）。このとき、第１
のメッキ層５０３ａでは、前記アニール処理によりその
結晶方向が揃っており、所定の一方向を向いている。そ
のため、第２のメッキ処理工程で新たに形成されるメッ
キ層５０３ｂは下地にあたる前記メッキ層５０３ａと結
晶方向が揃うように析出される。従って、前記第１のメ
ッキ層５０３ａと今回その上に形成される第２のメッキ
層５０３ｂとは結晶方向がほぼ同じ向きに揃ったメッキ
層として形成される。このメッキ処理を続けることによ
り第２のメッキ層５０３が成長し、図１５（ｄ）に示し
たような、結晶方向の揃ったメッキ層が得られる。 （第４の実施の形態）本実施形態ではシード層を形成し
た後にこのシード層にアニーリング処理を施してその結
晶方向を所定の方向に揃えさせ、しかる後にこのシード
層の上にメッキ処理を施してメッキ層を形成する。図１
６は本実施形態に係る半導体装置の製造工程を示すフロ
ーチャートであり、図１７は本実施形態に係る半導体装
置が製造される様子を示した垂直断面図である。本実施
形態に係る方法では、バリアメタル層が形成されたウエ
ハＷの上にシード層６０２を形成したのち（ステップ３
１／図１７（ａ））、ウエハＷをアニーリング処理ユニ
ット内に搬入し（ステップ３２）、ここでアニーリング
処理を施して（ステップ３３）、図１７（ｂ）に示した
ようにシード層６０２の結晶方向を揃えさせる。しかる
後にメッキ処理ユニットＭ１内に移送して（ステップ３
４）、図１７（ｃ）に示すように前記結晶方向が揃えら
れたシード層６０２上に更にメッキ層６０３を形成する
（ステップ３５）。このとき、前記シード層６０２で
は、図１７（ｂ）に示したように、前記アニール処理に
よりその結晶方向が揃っており、所定の一方向を向いて
いる。そのため、メッキ処理工程で新たに形成されるメ
ッキ層６０３は下地にあたる前記シード層６０２と結晶
方向が揃うように析出される。従って、前記シード層６
０２と今回その上に形成されるメッキ層６０３とは結晶
方向がほぼ同じ向きに揃ったメッキ層として形成され
る。更にこのメッキ処理を続けることによりメッキ層６
０３が成長し、結晶方向が揃ったメッキ層が形成され
る。なお、メッキ層６０３は更にアニーリング処理して
もよい。その場合には更に結晶方向が揃い易くなるとい
う効果が得られる。

【発明の効果】本発明の液処理システムでは、高品質の
半導体装置が歩留まりよく製造される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るメッキ処理システムの斜視図であ
る。

【図２】本発明に係るメッキ処理システムの平面図であ
る。

【図３】本発明に係るメッキ処理システムの正面図であ
る。

【図４】本発明に係るメッキ処理システムの側面図であ
る。

【図５】本発明に係るメッキ処理ユニットの垂直断面図
である。

【図６】本発明に係るアニーリング処理ユニットの平面
図である。

【図７】本発明に係るアニーリング処理ユニットの垂直
断面図である。

【図８】本発明に係る表面研磨処理ユニットの斜視図で
ある。

【図９】本発明に係る表面研磨処理ユニットの垂直断面
図である。

【図１０】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法
のフローを示すフローチャートである。

【図１１】第１の実施形態に係る半導体装置が製造され
る様子を示した垂直断面図である。

【図１２】第１の実施形態に係る半導体装置が製造され
る様子を示した垂直断面図である。

【図１３】第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程
を示すフローチャートである。

【図１４】第２の実施形態に係る半導体装置が製造され
る様子を示した垂直断面図である。

【図１５】第２の実施形態の変形例に係る半導体装置が
製造される様子を示した垂直断面図である。

【図１６】第３の実施形態に係る半導体装置の製造工程
を示すフローチャートである。

【図１７】第３の実施形態に係る半導体装置の垂直断面
図である。

【図１８】第４の実施形態に係る半導体装置の製造工程
を示すフローチャートである。

【図１９】第４の実施形態に係る半導体装置の垂直断面
図である。

【符号の説明】

Ｗ…ウエハ（被処理基板）、 Ｍ１〜Ｍ４…メッキ処理ユニット、 ７０…洗浄処理ユニット、 ３５…メインアーム、 ２２…サブアーム、 ２１…載置台、 Ｇ２，Ｇ３…ゲートバルブ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月２０日（２０００．６．２
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｓ 21/306 21/306 Ｍ 21/3205 21/88 Ｋ (72)発明者 加藤 善規 山梨県韮崎市穂坂町三ッ沢650 東京エレ クトロン株式会社内 (72)発明者 佐藤 浩 山梨県韮崎市穂坂町三ッ沢650 東京エレ クトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 4K024 AA09 AB02 AB15 BA11 BB12 CA06 CA15 CB02 CB03 CB09 CB13 DB01 DB07 GA16 4M104 BB04 CC01 DD06 DD33 DD43 DD52 DD75 DD78 FF17 FF22 HH16 5F033 HH11 JJ11 LL06 MM01 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP14 PP27 PP33 QQ09 QQ37 QQ48 QQ73 WW10 XX00 XX01 XX19 XX34 5F043 AA27 DD16 EE08 EE40

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともメッキ処理装置と、アニール
   装置とを備えた処理システムを用いる、半導体装置の製
   造方法であって、 被処理基板に第１のメッキ処理を施す工程と、 前記被処理基板に第１のアニール処理を施す工程と、 前記被処理基板に第２のメッキ処理を施して所定の厚さ
   の導体層を形成する工程と、 前記被処理基板に第２のアニール処理を施す工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置の製造方法
   であって、前記第１のメッキ処理を施す工程が、第１の
   電流値でメッキ処理する工程であり、 前記第２のメッキ処理を施す工程が、前記第１の電流値
   とは異なる第２の電流値でメッキ処理する工程であるこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 被処理基板にメッキ処理を行なって配線
   層を形成する工程と、 前記配線層をアニール処理する工程と、 前記配線層をＣＭＰ処理する工程と、を備え、 前記ＣＭＰ処理の際、前記アニール工程により生成され
   た前記配線層中の空孔の存在に基づいて、ＣＭＰ処理の
   終点を検出することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
4. 【請求項４】 被処理基板をメッキ処理して前記被処理
   基板表面の微細な凹凸を塞ぐ第１のメッキ層を形成する
   工程と、 前記被処理基板を所定条件下にメッキ処理して前記第１
   のメッキ層との境界部にボイドを形成しやすい第２のメ
   ッキ層を形成する工程と、 前記被処理基板を所定条件下にアニール処理して前記第
   １のメッキ層と前記第２のメッキ層との境界部にボイド
   を形成させる工程と、 前記ボイドが検出されるまで前記第２のメッキ層に表面
   研磨処理を施す工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 被処理基板表面にシード層を形成する工
   程と、 前記シード層の上に第１のメッキ層を形成する工程と、 前記被処理基板をアニーリングして前記第１のメッキ層
   の結晶方向を揃える工程と、 前記第１のメッキ層の上に第２のメッキ層を形成する工
   程と、を具備することを特徴とする半導体装置の製造方
   法。
6. 【請求項６】 被処理基板表面にシード層を形成する工
   程と、 前記シード層にアニール処理を施す工程と、 前記アニール処理が施されたシード層上にメッキ層を形
   成する工程と、 を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。