JP2004023014A

JP2004023014A - 半導体装置の製造方法及び製造装置

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Publication number: JP2004023014A
Application number: JP2002179394A
Authority: JP
Inventors: Yuji Segawa; 瀬川　雄司; Shuzo Sato; 佐藤　修三; Shigeo Ishihara; 石原　成郎; Yoshiya Yasuda; 安田　善哉; Takeshi Nogami; 野上　毅
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】メッキ液の温度降下を防止して成膜品質を安定化させるとともに、効率的なメッキ液の利用を実現する。
【解決手段】所定温度に加熱された温水Ｗａが内部に溜められた温水バス１２と、メッキ液Ｍが溜められたメッキ槽１３と、このメッキ槽１３内のメッキ液Ｍを循環させる循環用配管１４とを備える。そして、メッキ槽１３及び循環用配管１４は、所定温度に加熱された温水Ｗａに配設され、循環用配管１４内を循環することにより加熱されたメッキ液Ｍがメッキ槽１３内に供給される。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅を含む金属配線を有する半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハー上に形成する高密度集積回路（以下、半導体装置と称する。）の微細配線の材料として、アルミニウム系合金が用いられている。しかしながら、近年においては、半導体装置の高速化をさらに高めるためには、配線用材料として、より比抵抗の低い銅や銀等を用いる必要がある。特に、銅は、比抵抗が１．８μΩｃｍと低く、半導体装置の高速化に有利な上に、エレクトロマイグレーション耐性がアルミニウム系合金に比べて一桁ほど高いため、次世代の配線材料として期待されている。
【０００３】
銅を用いた配線形成では、一般に銅のドライエッチングが容易でないため、いわゆるダマシン法が用いられている。これは、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜に予め所定の溝（配線溝）を形成し、この溝に配線材料（銅）を埋め込んだ後、余剰の配線材料を化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下、ＣＭＰと略称して説明する。）によって除去し、配線を形成する方法である。さらに、接続孔（Ｖｉａ）と配線溝（Ｔｒｅｎｃｈ）を形成した後、一括して配線材料を埋め込み、余剰配線材料をＣＭＰにより除去するデュアルダマシン法も知られている。
【０００４】
ところで、銅配線は、一般的に多層化されて用いられる。その際、層間絶縁膜への銅の拡散を防止する目的で、窒化シリコン、炭化シリコン等からなるバリア膜が形成されている。
【０００５】
しかしながら、銅配線とバリア膜との界面はエレクトロマイグレーション耐性が弱く、また窒化シリコンや炭化シリコン自体が高誘電率であるためＲＣ遅延（抵抗と容量による配線の遅延）が大きくなるという問題がある。そこで、このような問題を回避するために、ＲＣ遅延を改善し、エレクトロマイグレーション耐性や銅拡散防止性に優れるメタル系のバリア膜を銅配線上に成膜する方法が知られている。このようなメタル系のバリア膜として、ＣｏＷＰを使用することが米国特許第５６９５８１０号にて提唱されている。このＣｏＷＰは、図５に示すように、絶縁膜５１の接続孔Ｖや配線溝Ｔにバリア膜５２を介して形成された銅配線５３上にのみ、無電解メッキ法により選択的にＣｏＷＰ膜５４として成膜できるという特徴も有する。
【０００６】
一般的に、上述した無電解メッキによる銅配線上への選択的なＣｏＷＰ成膜は、以下に示すようにして行うことができる。まず、銅配線上に前処理としてパラジウム（Ｐｄ）等の触媒活性層を形成する。これは、銅自体は触媒効果が低く、この銅のみによっては無電解メッキ法にて配線上にＣｏＷＰを析出させることができないためである。Ｐｄ等による触媒活性層は、異種金属のイオン化傾向の相違を利用した置換メッキ、例えばＰｄＣｌ_２の塩酸溶液を用いて銅配線の最表面をＰｄで置換することにより形成される。これは、銅がＰｄに比べ電気化学的に卑な金属であるため、溶液中での溶解に伴って放出される電子が溶液中の貴金属であるＰｄイオンに転移し、卑金属である銅の表面上にＰｄが形成されることによるものである。したがって、上述した置換メッキにおいては、金属ではないＳｉＯ_２の如き酸化膜からなる層間絶縁膜上にはＰｄが置換されず、触媒活性層が形成されない。このようにして、Ｐｄ等によって触媒活性層が形成された被メッキ表面に、無電解メッキ法によりＣｏＷＰを成膜する。Ｐｄ等による触媒活性層は、上述したように銅配線の表面だけに形成されるため、無電解メッキ法によるＣｏＷＰも触媒活性層の存在する銅配線上のみに選択的に成膜される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような無電解メッキ法において、従来から使用されているＣｏＷＰ無電解メッキ液の成分には、ｐＨ調整用にアルカリ金属イオンを含む水酸化ナトリウム等のナトリウムが含まれているが、半導体用途においてはこのようなナトリウムをｐＨ調整用に使用できない。そこで、半導体製造における無電解メッキでは、ナトリウムのようなアルカリ金属の代わりに、アンモニアをｐＨ調整用に使用する無電解メッキ液を用いることが提案されている。
【０００８】
しかしながら、アンモニアをｐＨ調整用に使用する無電解メッキ液は、アンモニアが揮発しやすいため、ｐＨが変動して、成膜品質が不安定になるという問題がある。また、Ｃｏ系メッキ液は、無電解メッキ液中の２価のＣｏが酸化されて３価になり、Ｃｏが還元析出しにくくなるといった経時的変化が生じるという問題もある。したがって、大量の無電解メッキ液をメッキ槽に溜め、この無電解メッキ液中に半導体ウエハーを浸漬させるような場合には適用が困難である。
【０００９】
また、無電解メッキ法によるＣｏＷＰの成膜プロセスにおいては、水素ガスが発生し、この水素ガスがメッキ膜中のピンホールの原因となる。したがって、水素ガスが逃げやすいように半導体ウエハーの被メッキ面を上方に向ける、いわゆるフェイスアップ方式により無電解メッキを行うことが望ましい。
【００１０】
しかしながら、本願の出願人が先に出願した特願２０００−２６９８９３（特開２００１−３５５０７４）のように、スピンテーブル及びメッキカップを用い、半導体ウエハー一枚毎の処理を行う枚葉方式で無電解メッキを行う場合、無電解メッキ液の供給時に、半導体ウエハー面内において接液時間に差が出ると成膜されるＣｏＷＰの膜厚不均一の原因となり得る。また、無電解メッキ液が接する半導体ウエハー及びメッキカップ等の接液部が、供給される無電解メッキ液と同等の温度に調節されないと部分的に無電解メッキ液の温度降下が起こりやすくなり、この結果半導体ウエハー面内での温度分布が不均一となって、成膜品質が安定しないという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、上述したような従来技術の有する不都合を解消することを目的に提案されたものであり、メッキ液の温度降下を防止して成膜品質を安定化させるとともに、効率的なメッキ液の利用が可能な半導体装置の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウエハーをメッキ槽内に溜められたメッキ液に浸漬し、無電解メッキにてバリア膜を金属配線上に形成する際に、所定温度に加熱された液体に浸してメッキ槽を配設するとともに、この液体内に配された配管を用いてメッキ槽内のメッキ液を循環させ且つ加熱することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置は、所定温度に加熱された液体が内部に溜められた加熱液体用バスと、メッキ液が溜められたメッキ槽と、このメッキ槽内のメッキ液を循環させる配管とを備える。そして、メッキ槽及び配管は、加熱液体用バスに配設されていることを特徴とする。
【００１４】
上述した本発明に係る半導体装置の製造方法及び製造装置は、無電解メッキ処理において、温水等の液体でメッキ液が溜められたメッキ槽自体が加熱されるとともに、上記温水等に配された配管を用いてメッキ槽内のメッキ液を循環させて加熱する。これにより、メッキ槽自体もメッキ液と同じ温度に常に加熱され、またメッキ液が循環して加熱されたメッキ液がメッキ槽内に常に供給されるため、無電解メッキを行うためのメッキ液に温度降下が生じることがない。したがって、本発明によれば、メッキ液の温度を常に均一に保ちつつ無電解メッキが行われ、メッキ時において、半導体ウエハー面内の温度分布が均一化し、成膜品質が安定する。また、本発明では、半導体ウエハーをメッキ液に浸漬させて無電解メッキを行うため、半導体ウエハー面内において接液時間に差が生じることが無く、均一な膜厚のバリア膜が成膜される。
【００１５】
さらに、本発明では、少なくとも半導体ウエハーが一枚、完全に浸る量のメッキ液と、配管中に循環させるメッキ液とが必要とされるが、これらは極めて少量で足りる。したがって、本発明によれば、Ｃｏが還元析出しなくなるような経時的変化を伴い、ライフエンドでメッキ液を使い捨てする場合にも、大量にメッキ液を溜める必要が無く、効率的なメッキ液の使用が可能とされる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法及び製造装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
まず、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。本発明は、半導体装置の一連の製造工程において、銅（Ｃｕ）を含む金属配線上に、無電解メッキ処理により銅拡散防止機能を有するメタル系のバリア膜を形成する工程に係るものである。このバリア膜は、コバルト（Ｃｏ）合金やニッケル（Ｎｉ）合金が用いられ、これが無電解メッキ法によって金属配線上に形成される。ここで、コバルト合金としては、ＣｏＰ、ＣｏＢ、ＣｏＷ、ＣｏＭｏ、ＣｏＷＰ、ＣｏＷＢ、ＣｏＭｏＰ、ＣｏＭｏＢ等を挙げることができる。また、ニッケル合金としては、ＮｉＷＰ、ＮｉＷＢ、ＮｉＭｏＰ、ＮｉＭｏＢ等を挙げることができる。さらに、ＣｏとＮｉの両方が合金化されたもの、タングステン（Ｗ）とモリブデン（Ｍｏ）の両方が合金化された組み合わせ等も挙げることができる。なお、上述したバリア膜において、ＷやＭｏをＣｏやＮｉに添加することで、銅拡散防止効果が増大する。また、無電解メッキで副次的に混入されることになるリン（Ｐ）やホウ素（Ｂ）も、成膜されたＣｏやＮｉを微細な結晶構造とし、銅拡散効果に寄与する。
【００１８】
本実施の形態では、半導体装置の製造方法において、Ｃｕからなる金属配線上に、バリア膜としてＣｏＷＰを成膜するものとして説明する。なお、本例では、説明を簡略化するために、後述するように配線溝のみを加工するシングルダマシン構造について説明するが、配線溝と接続孔とを同時に加工するデュアルダマシン構造にも、接続孔のみのシングルダマシン構造にも適用し得ることは勿論である。
【００１９】
半導体装置の製造方法にあっては、まず層間絶縁膜に金属配線が形成される。配線形成に際しては、図１（ａ）に示すように、層間絶縁膜１に配線を形成する溝（配線溝）２を形成する。配線と配線とを電気的に絶縁する層間絶縁膜１には、周知の絶縁材料であれば任意のものを使用することができ、例えば酸化膜や低誘電材料膜等が使用可能である。
【００２０】
同図（ｂ）は、配線材料の成膜工程を示す。配線材料の成膜工程は、バリアメタル及びシードＣｕ成膜工程、Ｃｕ埋め込み工程の各工程からなる。これにより、バリアメタル層３、シードＣｕ膜（図示は省略する。）及び金属配線層４が形成される。バリアメタル層３には、Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＮ等のＣｕに対するバリア性に優れた材料を使用することができる。シードＣｕ膜は、次のＣｕ埋め込み工程で、電解メッキによりＣｕを成膜する際の導電層となるものである。バリアメタル層３及びシードＣｕ膜の成膜方法は、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等を挙げることができる。それぞれの膜厚に関しては、デザインルールにもよるが、バリアメタル層３に関しては、５０ｎｍ以下、シードＣｕ膜に関しては２００ｎｍ以下が望ましい。Ｃｕ埋め込み工程では、電解メッキ法が広く採用されているが、これに限らず、例えばＣＶＤ法でも問題はない。その膜厚は、配線溝２の深さによることとなるが、目安として２．０μｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
同図（ｃ）は、配線溝２のみにＣｕを残す配線形成工程を示すものである。一般的に採用されている技術は、ＣＭＰによる研磨である。この工程では、溝部にのみ配線材料を残すように、層間絶縁膜１のところで制御よく研磨をストップし、さらには、層間絶縁膜１上にはこれら配線材料が残らないようにコントロールする必要がある。ＣＭＰによる研磨工程では、Ｃｕ及びバリアメタルの２種類以上の材料を研磨除去しなければならないので、研磨する材料により研磨液（スラリー）、研磨条件等をコントロールする必要がある。そのため、複数ステップの研磨が必要な場合もある。
【００２２】
次に、同図（ｄ）に示すように、上述したように形成されたＣｕからなる金属配線層４上に、無電解メッキ処理によるバリア膜５が成膜される。なお、このバリア膜の成膜に先立ち、以下の如き前処理が行われる。
【００２３】
（１）脱脂処理：この処理は、アルカリ脱脂により、表面のぬれ性を向上させる。
（２）酸処理：この処理は、２〜３％の塩酸（ＨＣｌ）等で中和すると同時に、表面の酸化しているＣｕを除去する。
（３）Ｐｄ置換処理：ＰｄＣｌ_２の塩酸溶液を用いて金属配線の最表面をＰｄで置換することで、金属配線の表面に触媒活性層を形成する。これは、置換メッキで、異種金属のイオン化傾向の相違を利用するものである。金属配線を構成するＣｕはＰｄに比べ電気化学的に卑な金属であるから、溶液中での溶解に伴って放出される電子が、溶液中の貴金属であるＰｄイオンに転移し、卑金属のＣｕ表面上にＰｄが形成される。したがって、例えばＳｉＯ_２等の酸化膜からなる層間絶縁膜上はＰｄで置換されない。この処理の具体的な例としては、例えば３０〜５０℃、ｐＨ１程度のＰｄＣｌ_２の塩酸溶液中で置換メッキ処理を行う。置換する触媒金属としては、Ｐｄの他に、白金、金、ロジウムでもよい。
（４）純水リンス
【００２４】
なお、上述した前処理のうち、脱脂処理及び酸処理は必要に応じて行えばよい。また、上述した各処理は、スピンコータを用いてのスピン処理又はパドル処理で行っても良く、さらにはディップ槽を用いた浸漬処理で行っても良い。
【００２５】
これら前処理の後に、Ｐｄによって触媒活性された被メッキ面に、無電解メッキにてＣｏＷＰがバリア膜５として成膜されるが、このバリア膜５を成膜する無電解メッキ処理は、温度が常に均一に保たれたメッキ液により行われる。このような無電解メッキ処理においては、メッキ液を溜めておくメッキ槽をヒータ等の加熱手段で所定温度に加熱された液体、例えば温水やオイル等に浸して配設するとともに、この温水等内に配された配管を用いてメッキ槽内のメッキ液を循環させて加熱することによって、メッキ槽内のメッキ液の温度が常に均一に保たれている。
【００２６】
無電解メッキ処理においては、メッキ槽を温水等に浸して配設することによってメッキ槽自体を加熱することができるため、メッキ槽とメッキ液との温度差によって生じるメッキ液の温度降下を防止することができる。また、無電解メッキ処理においては、温水等内に配された配管を用いてメッキ槽内のメッキ液を循環させることによって、この循環中に温水等により所定温度に加熱されたメッキ液をメッキ槽内に供給してメッキ槽内部のメッキ液の温度降下を防止することができるとともに、さらに上述したようにメッキ槽自体も同じ温水等により加熱されているため、メッキ液の温度を常に均一に保つことができるようになる。したがって、本発明によれば、常に均一の温度に保たれたメッキ液により半導体ウエハーに対する無電解メッキ処理を行うことができる。このように、温度降下が起こらずに均一な温度に保たれたメッキ液によって無電解メッキ処理を行うことにより、メッキ時において、半導体ウエハー面内の温度分布が均一化し、成膜品質を安定させることができる。このような無電解メッキ処理においては、メッキ液を循環させるための配管を温水等内で蛇行させて配管することによって、循環用の配管と温水等との接触面積を大きくとり、また温水等により加熱された配管とメッキ液との接触時間を長く取ることができ、配管内部を流れるメッキ液の充分な加熱を行えるようになる。
【００２７】
また、上述した無電解メッキ処理では、半導体ウエハーをメッキ液に浸漬させてバリア膜の成膜が行われるため、半導体ウエハー面内において接液時間に差が生じることが無く、膜厚が均一なバリア膜を成膜することができる。
【００２８】
無電解メッキ処理におけるメッキ液の循環は、例えば循環用の配管にポンプ等の駆動手段を設けることにより行われる。また、メッキ処理後のメッキ液中に含まれるパーティクルや析出物を除去するために、循環用の配管にこれらを濾し取るフィルタを設け、このフィルタを通過させるようにメッキ液を循環させる。これらポンプやフィルタ等を配設することにより、循環用の配管の一部を温水等の外部に配する場合には、外部に配設された配管にラインヒータ等の加熱手段を取り付けてメッキ液を加熱するようにしても良い。
【００２９】
なお、無電解メッキ処理におけるメッキ液の循環は、成膜レートの低下とメッキ膜厚むらの発生の原因となるおそれがあるため、メッキ中は停止することが望ましい。
【００３０】
上述した無電解メッキ処理においては、被メッキ面をメッキ槽内のメッキ液の液面側に向けて、すなわちフェイスアップの状態で半導体ウエハーがメッキ液に浸漬される。これは、ＣｏＷＰを無電解メッキ処理にて成膜する場合、半導体ウエハー表面に付着してピンホールの原因となる水素ガスを被メッキ面から離れやすくするためである。なお、半導体ウエハーをフェイスアップの状態で無電解メッキ処理を行った場合であっても、水素ガスが半導体ウエハー表面に付着して容易に取れない場合もあるため、メッキ時に任意の周波数と強度で断続的に超音波を発するようにメッキ槽に超音波素子を配しても良い。このように、超音波を断続的に発してメッキを行うことにより、半導体ウエハーに付着する水素ガスが効果的に除去され、バリア膜におけるピンホールの発生を防止することができる。
【００３１】
なお、半導体ウエハーをフェイスアップの状態でメッキ液に浸漬させる際には、半導体ウエハーが短時間で完全にメッキ液に浸るように、メッキ液の液面に対して若干斜めに保持してメッキ液中に投入することが望ましい。上述したように半導体ウエハーを傾けて短時間で均一な温度に保たれたメッキ液中に投入することにより、ウエハー面内におけるメッキむら（膜厚むら）の発生を防止することができる。
【００３２】
また、半導体ウエハーは、被メッキ面をメッキ液の液面に対して垂直とした場合にも、半導体ウエハー表面に付着して水素ガスが被メッキ面から離れやすくなる。このため、上述した無電解メッキ処理においては、メッキ液に半導体ウエハーを立てた状態で浸漬させても良い。さらに、半導体ウエハーを立ててメッキ液に浸漬させる場合には、複数枚を並べた状態でメッキ液に浸漬させ、メッキを行っても良い。
【００３３】
上述した無電解メッキ処理においては、少量のメッキ液にてＣｏＷＰのメッキを行うことができる。具体的には、少なくとも半導体ウエハーが一枚、完全に浸る量のメッキ液がメッキ槽に溜められ、これに加えて配管中に循環させるためのメッキ液があれば足りる。例えば、８インチの半導体ウエハーに対して無電解メッキ処理を行う場合には、メッキ槽の内径を２２０ｍｍとし、半導体ウエハーが完全に浸かるのに十分な深さ５ｍｍまでメッキ液を溜めるとすると、メッキ槽中に約２００ｍｌのメッキ液が溜められていれば良く、さらに配管内を循環させるメッキ液や、この他にサブタンクに溜めておくメッキ液量を考慮しても、トータルで１ｌ乃至２ｌ程度という極めて少量のメッキ液で足りることとなる。したがって、Ｃｏが還元析出しなくなるような経時的変化を伴い、ライフエンドでメッキ液を使い捨てする場合にも、大量にメッキ液を溜める必要が無く、効率的なメッキ液の使用を図ることができる。
【００３４】
なお、上述した無電解メッキ処理を行うにあたっては、メッキ槽内部に加熱されたＮ_２ガス又は不活性ガスが封入される。これらＮ_２ガス又は不活性ガスの封入によって、メッキ液の温度降下を防止することができるとともに、Ｃｏ系メッキ液の酸化を防止することもできる。また、必要に応じて蒸発分の水分の補給を行っても良く、この水分補給とともにｐＨ調整剤の補給やメッキ液成分の補給を行ってもよい。ｐＨ調整剤の補給やメッキ液成分の補給は、循環しているメッキ液の一部を取り出して、ｐＨチェック、メッキ成分チェックをした後に行われるが、上述したようにメッキ液をライフエンドで使い捨て使用する場合にはメッキ液成分やｐＨの管理を行わなくとも良い。
【００３５】
上述した無電解メッキ処理において使用する無電解メッキ液の組成、条件例は下記の通りである。
【００３６】
組成
塩化コバルト：１０〜１００ｇ／ｌ（硫酸コバルト等）
グリシン：２〜５０ｇ／ｌ（コハク酸、りんご酸、クエン酸、マロン酸、ギ酸等のアンモニウム塩又はそれらの混合）
次亜燐酸アンモニウム：２〜２００ｇ／ｌ（ホルマリン、グリオキシル酸、ヒドラジン、水素化ホウ素アンモニウム、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）等）
ＴＭＡＨ（ＰＨ調整）
条件
５０〜９５℃、ｐＨ８〜１２
【００３７】
この無電解メッキ液組成中、次亜燐酸アンモニウムの代わりにホルマリン、グリオキシル酸、ヒドラジン等を用いた場合には、バリア膜はリン（Ｐ）を含まない膜となる。また、水素化ホウ素アンモニウムやＤＭＡＢ等を用いれば、リン（Ｐ）の代わりにホウ素（Ｂ）を含む膜となる。さらに、ＤＭＡＢを用いた場合には、必要に応じてＰｄ等による触媒活性化処理を省略することも可能である。
【００３８】
なお、バリア膜としてＣｏＷＰ以外の上述したコバルト合金、ニッケル合金を成膜する場合には以下のような無電解メッキ液の組成、条件例となる。
【００３９】
＜ＣｏＰの場合＞
組成
塩化コバルト：１０〜１００ｇ／ｌ（硫酸コバルト等）
グリシン：２〜５０ｇ／ｌ（コハク酸、りんご酸、クエン酸、マロン酸、ギ酸等のアンモニウム塩又はそれらの混合）
次亜燐酸アンモニウム：２〜２００ｇ／ｌ（ホルマリン、グリオキシル酸、ヒドラジン、水素化ホウ素アンモニウム、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）等）
ＴＭＡＨ（ＰＨ調整）
条件
５０〜９５℃、ｐＨ７〜１２
【００４０】
＜ＣｏＭｏＰあるいはＮｉＷＰ、ＮｉＭｏＰの場合＞
組成
塩化コバルト或いは塩化ニッケル：１０〜１００ｇ／ｌ（硫酸コバルト、硫酸ニッケル等）
グリシン：２〜５０ｇ／ｌ（コハク酸、りんご酸、クエン酸、マロン酸、ギ酸等のアンモニウム塩又はそれらの混合）
次亜燐酸アンモニウム：２〜２００ｇ／ｌ（ホルマリン、グリオキシル酸、ヒドラジン、水素化ホウ素アンモニウム、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）等）
ＴＭＡＨ（ＰＨ調整）
条件
５０〜９５℃、ｐＨ８〜１２
【００４１】
上述した無電解メッキ液組成中、次亜燐酸アンモニウムの代わりにホルマリン、グリオキシル酸、ヒドラジン等を用いた場合には、バリア膜はリン（Ｐ）を含まない膜となる。また、水素化ホウ素アンモニウムやＤＭＡＢ等を用いれば、リン（Ｐ）の代わりにホウ素（Ｂ）を含む膜となる。さらに、ＤＭＡＢを用いた場合には、必要に応じてＰｄ等による触媒活性化処理を省略することも可能である。
【００４２】
さらに、上述したＣｏＷＰの無電解メッキ処理後には、金属汚染物質除去能力を有する薬液を用いた薬液洗浄や、スクラバーによって半導体ウエハー表面をスクラビングするスクラブ洗浄等の洗浄処理が行われる。このような洗浄処理を行うことで、Ｃｕ配線上以外の箇所、具体的には層間絶縁膜上に、活性化処理後に残留したＰｄや、無電解メッキ処理後に付着したＣｏ、Ｗ等の金属が除去される。
【００４３】
なお、上述した実施の形態においては、Ｃｕからなる金属配線上にバリア膜としてＣｏＷＰを無電解メッキにて形成するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。具体的には、Ｃｕを含む合金を金属配線に使用してもよく、また上述した各種のニッケル合金、コバルト合金等をバリア膜として金属配線上に形成するものでもよいことはもちろんである。
【００４４】
このようにして金属配線４上にバリア膜５が形成された半導体ウエハーは、純水リンス等の洗浄処理やスピンドライ処理後にクリーンな状態で払い出され（ドライアウト）、後工程たるダイシング工程等を経て半導体装置とされる。
【００４５】
上述した無電解メッキ処理を行ってバリア膜を半導体ウエハーの金属配線上の形成するメッキ装置について、以下に説明する。
【００４６】
メッキ装置１１は、図２に示すように、所定の温度に加熱された温水Ｗａが溜められた温水バス１２と、メッキ液Ｍが溜められたメッキ槽１３と、このメッキ槽１３内のメッキ液を循環させる循環用配管１４とを備えている。
【００４７】
温水バス１２においては、温水Ｗａが、内部に配設されるヒータ１５によって上述したように所定温度に加熱されている。
【００４８】
メッキ槽１３は、一面が開放された箱状を呈し、その内部に上述したようにメッキ液Ｍが溜められる槽本体１３ａと、槽本体１３ａの開放面を閉塞する蓋体１３ｂとからなり、同図に示すように、槽本体１３ａ内部に温水Ｗａが侵入しない程度まで温水Ｗａに浸された状態で温水バス１２内に配設される。メッキ装置１１においては、このように温水Ｗａにメッキ槽１３を浸して配設することで、メッキ槽１３とメッキ液Ｍとの温度差によって生じるメッキ液Ｍの温度降下を防止し、メッキ槽１３内部のメッキ液Ｍの温度を常に一定に保つことができる。また、メッキ装置１１は、メッキ液Ｍが溜められた槽本体１３ａの開放面を蓋体１３ｂにて閉塞することで、外気に触れることによるメッキ液Ｍの温度降下を防止してメッキ液Ｍの温度を常に一定に保つことができるとともに、メッキ液Ｍからのメッキ成分の揮発をも防止することができる。
【００４９】
メッキ槽１３には、蓋体１３ｂの内面側に、半導体ウエハーＷを保持するアーム１６が設けられている。このように半導体ウエハーＷを保持するアーム１６を蓋体１３ｂに設けることで、メッキ槽１３への半導体ウエハーＷの投入と、メッキ槽１３の密閉とを同時に行うことができ、頻繁な開閉によるメッキ液Ｍの温度降下やメッキ成分揮発が防止される。メッキ装置１１においては、半導体ウエハーＷが、被メッキ面がメッキ液Ｍの液面側に向けられた、いわゆるフェイスアップの状態でアーム１６に保持されて投入され、槽本体１３ａに溜められたメッキ液Ｍ内に浸漬される。そして、メッキ装置１１では、このように半導体ウエハーＷがメッキ液Ｍに浸漬された状態で、半導体ウエハーＷ、さらに詳しくは半導体ウエハーＷに形成された金属配線上へのＣｏＷＰのメッキが行われる。
【００５０】
なお、図３に示すように、半導体ウエハーＷが短時間で完全にメッキ槽１３内のメッキ液Ｍに浸るように、一方が他方に比して短く形成して若干斜めに半導体ウエハーＷを保持し得るように蓋体１３ｂのアーム１６を設けることが好ましい。メッキ装置１１にあっては、このように半導体ウエハーを傾けて投入し得るようにアーム１６を設けることで、短時間で均一な温度に保たれたメッキ液中に投入することができ、ウエハー面内におけるメッキむら（膜厚むら）の発生を防止することができる。上述したように半導体ウエハーＷを保持するアーム１６は、蓋体１３ｂと一体とされるのではなく、別個に設けても良い。
【００５１】
また、メッキ槽１３には、槽本体１３ａの底部に、半導体ウエハーＷへのメッキ中に断続的に超音波を発する超音波素子１７が配設されている。ＣｏＷＰの無電解メッキプロセスにおいては、水素ガスが発止するが、半導体ウエハーＷをフェイスアップ状態でメッキ液Ｍ中に浸漬してメッキを行った場合であっても、水素ガスが半導体ウエハーＷ表面に付着してメッキ膜、本例においてはバリア膜のピンホールの原因となる。このため、メッキ装置１１においては、超音波素子１７により、メッキ中に任意の周波数と強度で断続的に超音波をかけることにより、半導体ウエハーＷに付着した水素ガスが除去され、バリア膜にピンホールが発生することを防止する。
【００５２】
さらに、メッキ槽１３内には、加熱されたＮ_２ガス或いは不活性ガスが封入される。このようなガスの封入によってメッキ槽１３内におけるメッキ液Ｍの温度降下を防止することができるとともに、Ｃｏ系のメッキ液の酸化をも防止することができる。
【００５３】
循環用配管１４は、一方の端部１４ａがメッキ液Ｍが溜められた槽本体１３ａの底面に臨み、且つ他方の端部１４ｂがメッキ槽１３の側面に臨むように両端部がメッキ槽１３の槽本体１３ａに連結され、これら両端部間の管部分が温水バス１２内を蛇行するように配管される。また、循環用配管１４は、上述した管部分の一部が温水バス１２外に配され、この部分に配管内のメッキ液Ｍを一方の端部１４ａから他方の端部１４ｂへ押し出すポンプ１８、及びメッキ後にメッキ液Ｍに含まれるパーティクルや析出物を濾し取るフィルタ１９が配設される。さらに、循環用配管１４には、温水バス１２外に配された部分にラインヒータ２０が取り付けられる。メッキ装置１１は、循環用配管１４の端部１４ａから排出されたメッキ液Ｍが、ポンプ１８によって温水Ｗａ内を蛇行する部分を流され、フィルタ１９を通過した後に、端部１４ｂからメッキ槽１３内に供給される。
【００５４】
また、循環用配管１４には、メッキ液のチェック用配管２１が設けられる。メッキ装置１１おいては、このチェック用配管２１から循環用配管１４内を循環しているメッキ液Ｍを取り出すことによって、定期的にメッキ液ＭのｐＨチェックやメッキ成分チェックを行うことができる。そして、このようなチェックの結果、必要に応じてメッキ槽１３内にｐＨ調整剤及びメッキ成分が供給される。なお、このとき、蒸発分の水分補給も行われる。
【００５５】
メッキ装置１１においては、このようにメッキ液Ｍをメッキ槽１３が浸されているのと同じ温水Ｗａ内を循環させることで、メッキ槽１３内に均一温度のメッキ液Ｍを供給することができ、メッキ槽１３内部のメッキ液Ｍの温度降下を防止して、温度を常に一定に保つことができる。このとき、循環用配管１４を温水Ｗａ内において蛇行させることによって、循環用配管１４と温水Ｗａとの接触面積を大きくとり、また温水により加熱された循環用配管１４とメッキ液Ｍとの接触時間を長く取ることができ、配管内部を流れるメッキ液Ｍを充分加熱することができるようになる。また、メッキ装置１１においては、温水バス１２外に配された循環用配管１４に対してもラインヒータが取り付けられ、管内部を流れるメッキ液Ｍが加熱されるため、これによってもメッキ槽１３内部のメッキ液Ｍの温度降下を防止して、温度を常に一定に保つことができる。
【００５６】
また、メッキ装置１１においては、メッキ槽１３とメッキ液Ｍを加熱するための循環用配管部１４が一体として構成されているため、装置構造をコンパクト化することができる。
【００５７】
なお、温水バス１２外に配管された循環用配管１４における温度降下分は、再度温水バス１２を循環させることにより加熱し得るため、上述したラインヒータ２０は必要に応じて設ければよい。
【００５８】
上述したようなメッキ液Ｍの循環は、メッキ中においては成膜レート低下とメッキ膜の厚みむらの原因となるため、メッキ中は循環させないことが好ましい。
【００５９】
なお、上述したメッキ装置１１においては、温水Ｗａではなく、他の液体、例えば所定温度に加熱されたオイル中にメッキ液Ｍを循環させてメッキ液Ｍを一定温度に保つようにしても良い。
【００６０】
上述したメッキ装置１１においては、メッキ槽１３内のメッキ液Ｍの量は、少なくとも半導体ウエハーＷが一枚、完全に浸る量であれば足りる。例えば、８インチの半導体ウエハーＷに対して無電解メッキ処理を行う場合には、メッキ槽１３の槽本体１３ａの内径を２２０ｍｍとし、この槽本体１３ａに深さ５ｍｍ分のメッキ液Ｍを溜めるとすると、約２００ｍｌのメッキ液Ｍで十分に無電解メッキ処理を行うことができる。これに加えて、循環用配管１４内を循環させるメッキ液Ｍの量を考慮し、さらにサブタンクを温水バス１２内に設置した場合には、トータルで１ｌ乃至２ｌ程度という極めて少量のメッキ液Ｍで足りることとなる。したがって、ライフエンドでメッキ液、特にＣｏ系メッキ液のように、Ｃｏの２価イオンが酸化により３価に変化し、Ｃｏとして還元析出しなくなるような経時変化を伴うメッキ液を使い捨てする場合にも、大量にメッキ液を溜める必要が無く、効率的なメッキ液の使用を図ることができる。
【００６１】
このようにメッキ液Ｍをライフエンドで使い捨て使用する場合には、上述したようなｐＨ調整剤のチェック及び補給や、メッキ液成分チェック及び補給は行わなくとも良い。
【００６２】
なお、本発明は上述した構成を有するメッキ装置１１に限定されるものではなく、例えば図４に示すメッキ装置３１の如く、内径を小さく且つ深さを深くした槽本体３２ａと、蓋体３２ｂとからなるメッキ槽３２内に半導体ウエハーＷを立てて、具体的には蓋体３２ｂに設けられたアーム１６によってメッキ液の液面に対し被メッキ面が垂直となる状態で保持されてメッキ液Ｍに浸漬させるよう構成してもよい。なお、図４に示すメッキ装置３１においては、上述したメッキ装置１１と同様の構成を有するものについては同一符号を付している。
【００６３】
このように、本発明は上述した構成例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る半導体装置の製造方法及び製造装置では、無電解メッキ処理において、温水等の液体でメッキ液が溜められたメッキ槽自体が加熱されるとともに、上記温水等に配された配管を用いてメッキ槽内のメッキ液を循環させて加熱することにより、メッキ液に温度降下が生じることがなくなる。したがって、本発明によれば、メッキ液の温度を常に均一に保ちつつ無電解メッキが行われ、メッキ時において、半導体ウエハー面内の温度分布が均一化し、成膜品質を安定させることができる。また、本発明では、半導体ウエハーをメッキ液に浸漬させて無電解メッキを行うため、半導体ウエハー面内において接液時間に差が生じることが無く、均一な膜厚のバリア膜を成膜することができる。
【００６５】
さらに、本発明によれば、極めて少量なメッキ液にて無電解メッキを行うことができ、ライフエンドでメッキ液を使い捨てする場合等において、大量にメッキ液を溜める必要が無く、効率的なメッキ液の使用を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置における配線形成プロセスの一例を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明に係る半導体製造装置の製造装置の縦断面図である。
【図３】同製造装置におけるメッキ槽及び蓋体の縦断面図である。
【図４】他の構成を有する本発明に係る半導体製造装置の製造装置の縦断面図である。
【図５】半導体装置における金属配線部分の要部縦断面図である。
【符号の説明】
１　層間絶縁膜，２　配線溝，３　バリアメタル槽，４　金属配線層，５　バリア膜，１１　メッキ装置，１２　温水バス，１３　メッキ槽，１３ａ　槽本体，１３ｂ　蓋体，１４　循環用配管，１５　ヒータ，１６　アーム，１７　超音波素子，１８　ポンプ，１９　フィルタ，２０　ラインヒータ，Ｍ　メッキ液，Ｗ　半導体ウエハー，Ｗａ　温水

Claims

半導体ウエハーをメッキ槽内に溜められたメッキ液に浸漬し、無電解メッキにてバリア膜を金属配線上に形成する半導体装置の製造方法において、
所定温度に加熱された液体に浸してメッキ槽を配設するとともに、上記液体内に配された配管を用いて上記メッキ槽内のメッキ液を循環させ且つ加熱することを特徴とする半導体装置の製造方法。
上記液体は、水、又はオイルであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
上記半導体ウエハーは、被メッキ面を液面側に向けて上記メッキ液内に浸漬されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
上記半導体ウエハーは、被メッキ面を液面に対して傾けた状態で上記メッキ液内に浸漬されることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
メッキ時には、上記メッキ液の循環を停止することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
上記メッキ槽には、Ｎ_２ガス又は不活性ガスが封入されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
メッキ時に、断続的に超音波を発振させることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
上記半導体ウエハーは、被メッキ面を液面に対して垂直に配した状態で上記メッキ液内に浸漬されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
上記半導体ウエハーは、複数枚並べて配されることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
上記バリア膜は、コバルト合金又はニッケル合金であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
所定温度に加熱された液体が内部に溜められた加熱液体用バスと、
メッキ液が溜められたメッキ槽と、
上記メッキ槽内のメッキ液を循環させる配管とを備え、
上記メッキ槽及び上記配管は、上記加熱液体用バスに配設されることを特徴とする半導体装置の製造装置。
上記加熱液体用バスには、所定温度に加熱された水、又はオイルが溜められていることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造装置。
上記メッキ槽に、上記メッキ液が溜められる槽本体と、
該槽本体の開放部位を閉塞し、密閉する蓋体とを備えて成り、
上記蓋体には、メッキ液に浸漬される半導体ウエハーを保持するアームが設けられていることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造装置。
上記アームは、被メッキ面を液面側に向けてメッキ液内に浸漬されるよう上記半導体ウエハーを保持することを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造装置。
上記アームは、被メッキ面を液面に対して傾けた状態で上記メッキ液内に浸漬されるよう上記半導体ウエハーを保持することを特徴とする請求項１４記載の半導体装置の製造装置。
上記メッキ槽には、Ｎ_２ガス又は不活性ガスが封入されることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造装置。
上記メッキ槽には、超音波発振子が配設されることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造装置。
上記アームは、被メッキ面を液面に対して垂直にした状態で上記メッキ液内に浸漬されるよう上記半導体ウエハーを保持することを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造装置。
上記半導体ウエハーは、複数枚並べて配されることを特徴とする請求項１８記載の半導体装置の製造装置。