JP2004204265A - Plating method and plating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき方法及びめっき装置に関し、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用の微細な凹部に、銅や銀等の導電体を埋込んで形成した埋込み配線の表面を保護する配線保護膜を形成するのに使用されるめっき方法及びめっき装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の配線形成プロセスとして、配線溝及びコンタクトホールに金属(導電体)を埋込むようにしたプロセス(いわゆる、ダマシンプロセス)が使用されつつある。これは、層間絶縁膜に予め形成した配線溝やコンタクトホールに、アルミニウム、近年では銅や銀等の金属を埋め込んだ後、余分な金属を化学機械的研磨(CMP)によって除去し平坦化するプロセス技術である。
【0003】
この種の配線、例えば配線材料として銅を使用した銅配線にあっては、平坦化後、銅からなる配線の表面が外部に露出しており、配線(銅)の熱拡散を防止したり、例えばその後の酸化性雰囲気の絶縁膜(酸化膜)を積層して多層配線構造の半導体装置を作る場合等に、配線(銅)の酸化を防止したりするため、Co合金やNi合金等からなる配線保護膜(蓋材)で露出配線の表面を選択的に覆って、配線の熱拡散及び酸化を防止することが検討されている。このCo合金やNi合金等からなる配線保護膜は、例えば無電解めっきによって得られる。
【0004】
ここで、例えば、図7に示すように、半導体ウエハ等の基板Wの表面に堆積したSiO2等からなる絶縁膜2の内部に配線用の微細な凹部4を形成し、表面にTaN等からなるバリア層6及びCuのシード層を形成した後、例えば、銅めっきを施して、基板Wの表面に銅膜を成膜して凹部4の内部に埋め込み、しかる後、基板Wの表面にCMP(化学機械的研磨)を施して平坦化することで、絶縁膜2の内部に銅膜からなる配線8を形成し、この配線(銅膜)8の露出表面に、例えば無電解めっきによって得られる、Co−W−P合金膜からなる配線保護膜(蓋材)9を選択的に形成して配線8を保護する場合を考える。
【0005】
一般的な無電解めっきによって、このようなCo−W−P合金膜からなる配線保護膜(蓋材)9を配線8の表面に選択的に形成する工程を説明すると、先ず、CMP処理を施した半導体ウエハ等の基板Wを、例えば液温が25℃で、希釈したH2SO4等の酸溶液中に、例えば1分程度浸漬させて、絶縁膜2の表面に残った銅等のCMP残さ等を除去する。そして、基板Wの表面を超純水等の洗浄液で洗浄した後、例えば、液温が25℃で、0.005g/LのPdCl2と0.2ml/LのHCl等の混合溶液中に基板Wを、例えば1分間浸漬させ、これにより、配線8の表面に触媒としてのPdを付着させて配線8の露出表面を活性化させる。
【0006】
次に、基板Wの表面を超純水で水洗いした後、例えば液温が80℃のCo−W−Pめっき液中に基板Wを、例えば120秒程度浸漬させて、活性化させた配線8の表面に選択的な無電解めっき(無電解Co−W−P蓋めっき)を施し、しかる後、基板Wの表面を超純水等の洗浄液で洗浄する。これによって、配線8の表面に、Co−W−P合金膜からなる配線保護膜9を選択的に形成して配線8を保護する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例にあっては、無電解めっきによって、Co−W−P合金膜からなる配線保護膜(蓋材)を形成する際に、金属配線の表面に、例えばPd等の触媒を付与しており、この触媒付与は、例えば、下記の化学式で示す置換めっきによって行われるため、原理的に下地の配線(銅膜)が浸食(エッチング)され、これによって、配線の内部にボイドが発生して配線特性が劣化したり、まためっき膜の異方成長によって、半導体デバイスの動作に不具合が生じ、歩留りの低下に繋がってしまう。
Cu+PdSO4→CuSO4+Pd
しかも、Pdは、銅に対する拡散元素であるので、銅配線の低抵抗を阻害してしまうばかりでなく、一般に高価であるので、経済性にも問題がある。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、金属配線を浸食することなく、該配線の表面に配線保護膜等のめっき膜を選択性良く、かつ経済的に形成できるようにしためっき方法及びめっき装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、表面に埋込み配線を形成した基板の該配線の露出表面に光電気化学反応性を有する金属酸化薄膜を形成し、基板の表面にめっき液を接触させつつ、該基板の表面に向けて光を照射することを特徴とするめっき方法である。
【0010】
このように、基板の表面(被処理面)にPd等の触媒を付与する代わりに、光電気化学反応性を有する金属酸化薄膜を形成することで、置換めっきによることなく、つまり、下地の金属配線等の浸食(エッチング)を伴うことなく、金属酸化薄膜を基板の表面に形成することができる。しかも、例えばCu2Oの金属酸化銅膜に光を照射することで、下記の化学式に示すように、配線の露出表面の活性化を促進して、例えばCo等の金属Mを析出させ成長させることができる。ここに、eは自由電子を、Hはホールを示す。
Cu2O + hν → Cu2O(e+H)
M2+ +2e → M
【0011】
請求項2に記載の発明は、前記金属酸化薄膜は、配線の露出表面を強制的に酸化させることによって得られる酸化膜であることを特徴とする請求項1記載のめっき方法である。この強制酸化は、基板の表面を、例えばH2O2等の酸化剤溶液に接触させることによって行うことができる。
【0012】
請求項3に記載の発明は、前記配線は銅、金属酸化薄膜は結晶性酸化銅膜で、波長が560nm以下の光を基板の表面に向けて照射することを特徴とする請求項2記載のめっき方法である。
【0013】
銅の表面は、pHや電位を制御したアンモニア水や過酸化水素等の水溶液、またはその混合液に接触させることで、p型半導体である結晶性酸化銅(Cu2O)に変化させることができる。つまり、銅は、図1にそのpH−電位図を示すように、特定のpHと電位条件の下で、様々な形態をとり、その中で、Cu2Oが安定なpHおよび酸化還元電位の領域が存在し、このpH−電位領域をとる酸化剤溶液中に銅を浸漬させると、その表面にCu2O膜が形成される。例えば、銅配線が形成された基板を、pH=10、酸化還元電位=0.1V(標準水素電極電位)の水溶液に浸漬すると、配線である銅表面にCu2O膜が形成される。
【0014】
ここで、Cu2Oは、バンドギャップ約2.2eVのp型の半導体であるので、バンドギャップに対応する波長約560nm以下の光を照射すると、Cu2O膜の内部で自由電子とホールが生成され、p型半導体であることから、生成した電子は表面に局在化し、図2に示すように、電子を受け渡しやすい性質を持つ。このため、このような状態のCu2O膜の表面に、溶液中の金属イオンが到達すると、この金属イオンは、Cu2Oから電子を受け取り金属として析出する。
【0015】
請求項4に記載の発明は、前記配線は、銅、銅合金、銀または銀合金であることを特徴とする請求項1または2記載のめっき方法である。
請求項5に記載の発明は、基板の表面にめっき液を接触させつつ、該基板の表面に向けて光を照射して、Co、Co合金、NiまたはNi合金膜を無電解めっきで形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のめっき方法である。
【0016】
請求項6に記載の発明は、表面に埋込み配線を形成し該配線の露出表面に光電気化学反応性を有する金属酸化薄膜を形成した基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダで保持した基板の表面にめっき液を接触させる手段と、前記基板ホルダで保持しめっき液を接触させた基板の表面に向けて、前記金属酸化薄膜のバンドギャップに対応する波長以下の波長の光を照射する光源とを有することを特徴とするめっき装置である。
【0017】
請求項7に記載の発明は、前記金属酸化薄膜は結晶性酸化銅膜で、前記光源は560nm以下の波長の光を照射することを特徴とする請求項6記載のめっき装置である。
【0018】
請求項8に記載の発明は、基板の表面に形成した埋込み配線の露出表面に金属酸化薄膜を形成する酸化薄膜形成装置と、前記基板の表面にめっき液を接触させつつ、該表面に向けて光を照射するめっき装置とを有することを特徴とする基板処理装置である。
請求項9に記載の発明は、めっき後の基板のめっき面を後洗浄する後洗浄装置を有することを特徴とする請求項8記載の基板処理装置である。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図3は、本発明の実施の形態のめっき装置を備えた基板処理装置の平面配置図を示す。同図に示すように、この基板処理装置には、表面に形成した配線用の凹部4内に配線8を形成した基板W(図7参照)を収容した基板カセットを載置収納するロード・アンロード部10が備えられている。そして、基板Wの表面(被処理面)に形成した埋込み配線8の露出表面に光電気化学反応性を有する金属酸化薄膜を形成する酸化薄膜形成装置12と、金属酸化薄膜形成後の基板の表面にめっきを施すめっき装置18と、めっき後の基板の表面を後洗浄する後洗浄装置20が直列に配置されて備えられている。更に、これらの各装置の側方に位置して、基板Wの受渡しを行う搬送ロボットからなる基板搬送部22が、これらの各装置と平行に走行自在に配置されている。なお、この例では、酸化薄膜形成装置12、めっき装置18及び後洗浄装置20を直列に配置した例を示しているが、これに限定されないことは勿論である。
【0020】
図4は、本発明の実施の形態のめっき装置18を示す。このめっき装置18は、表面を上向きにして基板Wを着脱自在に保持する基板ホルダ30を有している。この基板ホルダ30は上下動自在に構成され、この基板ホルダ30の上方に位置して、リング状で、基板ホルダ30の上昇に伴って、基板ホルダ30で保持した基板Wの周縁部に圧接してここをシールするシールリング32が配置されている。このように、基板Wの周縁部をシールリング32でシールすることで、基板Wの表面(上面)とシールリング32でめっき液34を保持するめっき室36が区画形成され、しかも、この状態で基板ホルダ30とシールリング32が一体に回転できるように構成されている。なお、基板ホルダ30を固定し、シールリング32を上下動自在に構成してもよい。
【0021】
シールリング32の上方に位置して処理ヘッド38が配置され、この処理ヘッド38の内部には、基板ホルダ30で保持した基板Wに向けて光を照射する、例えば蛍光灯、白熱ランプ、ハロゲンランプ等からなる光源40が収納されている。この光源40は、基板ホルダ30で保持した基板Wの全面に、均一な光強度で光を照射できるようになっている。なお、この光強度を変化できるようにしてもよく、また局部的に調整できるようにしてもよい。更に、この処理ヘッド38には、めっき室36にめっき液34を供給するめっき液注入口42が設けられている。
【0022】
光源40は、この例では、光電気化学反応性を有する金属酸化薄膜として、下記のように結晶酸化銅膜(Cu2O膜)を使用した時、Cu2Oは、バンドギャップ約2.2eVのp型の半導体であり、バンドギャップに対応する波長約560nm以下の光を照射するとCu2O内部で自由電子とホールが生成されるため、560nm以下の波長の光を照射するようになっている。
【0023】
これにより、基板ホルダ30で基板Wを保持し、基板ホルダ30を上昇させ、基板Wの周縁部をシールリング32に圧接させて、基板Wの上面とシールリング32とでめっき室36を形成する。そして、このめっき室36内にめっき液34を供給した後、基板Wを回転させながら、光源40から基板Wに向けて光を照射することで、基板Wの表面にめっきが行われるように構成されている。
【0024】
次に、この基板処理装置による一連の基板処理(蓋めっき処理)を更に図5及び図6を参照して説明する。なお、この例では、図7に示すように、Co−W−P合金膜からなる配線保護膜(蓋材)9を選択的に形成して、銅からなる配線8を保護する場合について説明する。
【0025】
先ず、図6(a)に示すように、絶縁膜2の内部に、銅からなる配線8を埋込み形成した基板Wを該基板Wの表面(被処理面)を上向き(フェースアップ)で収納してロード・アンロード部10に搭載した基板カセットから、1枚の基板Wを基板搬送部22で取り出して酸化薄膜形成装置12に搬送する(図3参照)。
【0026】
この酸化薄膜形成装置12で、例えば、pH=10、酸化還元電位=0.1V(標準水素電極電位)のアンモニア水と過酸化水素の混合水溶液に基板Wを浸漬するか、または基板Wの表面を接触させることで、図6(b)に示すように、基板Wの配線8の露出表面に、この例では、結晶性酸化銅膜(Cu2O膜)50からなる光電気化学反応性を有する金属酸化薄膜を形成する。つまり、銅は、図1にそのpH−電位図を示すように、特定のpHと電位条件の下で、様々な形態をとり、その中で、Cu2Oが安定なpHおよび酸化還元電位の領域が存在し、例えば、pH=10、酸化還元電位=0.1V(標準水素電極電位)の水溶液に浸漬すると、表面にCu2O膜が形成される。
【0027】
この結晶性酸化銅膜(Cu2O膜)50は、従来のPd等の触媒の代わりとしての役割を果たすもので、このように、結晶性酸化銅膜(Cu2O膜)50をPd等の触媒の代わりに配線8の表面に形成することで、置換めっきによることなく、つまり、下地の配線8の浸食(エッチング)を伴うことなく、結晶性酸化銅膜(Cu2O膜)50を配線8の表面に形成することができる。
【0028】
次に、この金属酸化薄膜形成後の基板Wを基板搬送部22でめっき装置18に搬送する。このめっき装置18では、前述のように、基板ホルダ30で基板Wをフェースアップで保持し、基板ホルダ30を上昇させ基板Wの周縁部をシールリング32に圧接させてめっき室36を形成し、このめっき室36内に、例えば、液温が80℃のCo−W−Pめっき液34を供給し、基板Wを回転させながら、基板Wに向けて光源40から光を照射することで、配線8の表面に選択的なめっき(Co−W−P蓋めっき)を施し、しかる後、基板Wの表面を超純水等の洗浄液で洗浄する。これによって、配線8の表面に、Co−W−P合金膜からなる配線保護膜9(図7参照、以下同じ)を選択的に形成して配線8を保護する。
【0029】
この時、図6(c)に示すように、結晶性酸化銅膜(Cu2O膜)50に光を照射することで、下記の化学式に示すように、配線8の表面の活性化を促進して、例えばCo等の金属Mからなるめっき膜を析出させ成長させることができる。ここで、eは自由電子を、Hはホールを示す。
Cu2O + hν → Cu2O(e+H)
M2+ +2e → M
【0030】
つまり、Cu2O膜は、バンドギャップ約2.2eVのp型の半導体であるので、このバンドギャップに対応する波長約560nm以下の光を照射すると、Cu2O内部で自由電子eとホールHが生成され、p型半導体であることから、生成した電子eは表面に局在化し、図2に示すように、電子eを受け渡しやすい性質を持つ。このような状態のCu2O膜の表面に、溶液中の金属イオンM+が到達すると、Cu2O膜から電子eを受け取り、金属Mが析出する。そして、金属Mの析出が進むと、析出した金属MによりCu2O膜に光が到達しなくなり、光の効果により析出は停止するが、自己触媒作用を有する金属、例えばCoなどを析出金属とすれば、光照射でいったん金属Mの析出が起これば、その後は従来の無電解めっきと同じ状態で金属の析出が進行する。
【0031】
しかも、絶縁膜2の表面には、触媒としての役割を果たすものが何ら存在しないので、絶縁膜2の表面にめっき膜が成膜されることを確実に防止し、これによって、配線8の表面に選択的にめっきを施す際の選択性を向上させることができる。
【0032】
次に、このめっき処理後の基板Wを基板搬送部22で後洗浄装置20に搬送し、この後洗浄装置20で、基板Wの表面に付着したパーティクルや不要物をロール状ブラシ等で取り除き、しかる後、基板Wの表面の化学洗浄及び純水洗浄を行って、スピン乾燥させる。
そして、このスピン乾燥後の基板Wを基板搬送部22でロード・アンロード部10に搭載された基板カセットに戻す。
【0033】
ここで、この例では、配線保護膜9として、Co−W−P合金膜を使用している。つまり、Coイオン、錯化剤、pH緩衝剤、pH調整剤、還元剤としての次亜リン酸ナトリウム、及びWを含む化合物を含有した無電解めっき液を使用し、このめっき液に基板Wの表面を浸漬させることで、Co−W−P合金からなる配線保護膜9を形成している。
【0034】
このめっき液には、必要に応じて、安定剤としての重金属化合物または硫黄化合物の1種または2種以上、または界面活性剤の少なくとも一方が添加され、また水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化ナトリウムまたはアンモニア水等のpH調整剤を用いて、pHが好ましくは5〜14、より好ましくは6〜10に調整されている。めっき液の温度は、例えば30〜90℃、好ましくは40〜80℃である。
【0035】
めっき液のコバルトイオンの供給源としては、例えば硫酸コバルト、塩化コバルト、酢酸コバルト等のコバルト塩を挙げることができる。コバルトイオンの添加量は、例えば0.001〜1.0mol/L、好ましくは0.01〜0.3mol/L程度である。
【0036】
錯化剤としては、例えば酢酸等のカルボン酸及びそれらの塩、酒石酸、クエン酸等のオキシカルボン酸及びそれらの塩、グリシン等のアミノカルボン酸及びそれらの塩を挙げることができる。また、それらは単独で使用してもよく、2種以上併用してもよい。錯化剤の総添加量は、例えば0.001〜1.5mol/L、好ましくは0.01〜1.0mol/L程度である。pH緩衝剤としては、例えば硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、ホウ酸等を挙げることができる。pH緩衝剤の添加量は、例えば0.01〜1.5mol/L、好ましくは0.1〜1.0mol/L程度である。
【0037】
pH調整剤としては、例えばアンモニア水、水酸化ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等を挙げることができ、pHを5〜14、好ましくはpH6〜10に調整する。還元剤としては、例えば次亜リン酸ナトリウム等を挙げることができる。還元剤の添加量は、例えば0.01〜1.0mol/L、好ましくは0.01〜0.5mol/L程度である。なお、このように、ジメチルアミンボラン(DMAB)等の還元剤を使用しても、配線表面に選択的に無電解めっきを施す際の選択性を高めることができる。この還元剤を省略することもできる。
【0038】
タングステンを含む化合物としては、例えばタングステン酸及びそれらの塩、または、タングストリン酸(例えば、H3(PW12P40)・nH2O)等のヘテロポリ酸及びそれらの塩等を挙げることができる。タングステンを含む化合物の添加量は、例えば0.001〜1.0mol/L、好ましくは0.01〜0.1mol/L程度である。
【0039】
このめっき液には、上記成分以外に公知の添加剤を添加することができる。この添加剤としては、例えば、浴安定剤として鉛化合物等の重金属化合物やチオシアン化合物等の硫黄化合物等の1種または2種以上、またアニオン系、カチオン系、ノニオン系の界面活性剤を挙げることができる。
【0040】
なお、この例では、配線保護膜9としてCo−W−P合金を使用しているが、配線保護膜9として、Co−P、Ni−PまたはNi−W−Pからなる配線保護膜を形成するようにしてもよい。また、配線材料として、銅を使用した例を示しているが、銅の他に、銅合金、銀、銀合金、金及び金合金等を使用しても良い。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、置換めっきによることなく、つまり、下地の金属配線等の浸食(エッチング)を伴うことなく、Pd等の触媒の代わりとしての役割を果たす金属酸化薄膜を配線の露出表面に形成することができ、これによって、歩留りを向上させ、しかも高価なPdを使用する必要をなくして、経済性を高めることができる。更に、可視光範囲の光が利用できるため、めっき液に悪影響を与えないばかりでなく、光の強弱を調整することによって、成膜レートを局所的に制御でき、これによって、高い面内均一性を確保するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Cu−H2O系のpH−電位の関係を示す図である。
【図2】半導体−溶液界面でのエネルギーバンドを示す図である。
【図3】本発明の実施の形態のめっき装置を備えた基板処理装置の平面配置図である。
【図4】本発明の実施の形態のめっき装置の概要を示す断面図である。
【図5】図3に示す基板処理装置で一連の基板処理(蓋めっき処理)を行う時のフローを示す図である。
【図6】埋込み配線の表面に配線保護膜を形成する時の状態を工程順に示す図である。
【図7】無電解銅めっきによって配線保護膜を形成した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
2 絶縁膜
8 配線
9 配線保護膜
10 ロード・アンロード部
12 酸化薄膜形成装置
18 めっき装置
20 後洗浄装置
22 基板搬送部
30 基板ホルダ
32 シールリング
34 めっき液
36 めっき室
38 処理ヘッド
40 光源
42 めっき液注入口
50 結晶性酸化銅膜(Cu2O膜)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plating method and a plating apparatus, and particularly, to protect a surface of an embedded wiring formed by embedding a conductor such as copper or silver in a fine recess for wiring provided on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer. The present invention relates to a plating method and a plating apparatus used for forming a wiring protection film.
[0002]
[Prior art]
As a wiring forming process of a semiconductor device, a process (so-called damascene process) in which a metal (conductor) is embedded in a wiring groove and a contact hole is being used. This is a process of embedding a metal such as aluminum, recently copper or silver in a wiring groove or a contact hole previously formed in an interlayer insulating film, and then removing and flattening excess metal by chemical mechanical polishing (CMP). Technology.
[0003]
In the case of this type of wiring, for example, copper wiring using copper as a wiring material, after flattening, the surface of the wiring made of copper is exposed to the outside to prevent thermal diffusion of the wiring (copper), For example, when an insulating film (oxide film) in an oxidizing atmosphere is subsequently laminated to form a semiconductor device having a multilayer wiring structure, the wiring (copper) is made of a Co alloy, a Ni alloy, or the like in order to prevent oxidation of the wiring (copper). It has been studied to selectively cover the surface of the exposed wiring with a wiring protective film (cover material) to prevent thermal diffusion and oxidation of the wiring. The wiring protection film made of a Co alloy, a Ni alloy, or the like is obtained by, for example, electroless plating.
[0004]
Here, for example, as shown in FIG. 7, a fine
[0005]
The step of selectively forming the wiring protection film (cover material) 9 made of such a Co-WP alloy film on the surface of the
[0006]
Next, after washing the surface of the substrate W with ultrapure water, the substrate W is immersed in, for example, a Co-WP plating solution having a solution temperature of 80 ° C. for, for example, about 120 seconds to activate the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional example, when a wiring protection film (cover material) made of a Co-WP alloy film is formed by electroless plating, a catalyst such as Pd is applied to the surface of the metal wiring. Since this catalyst is applied, for example, by displacement plating represented by the following chemical formula, the underlying wiring (copper film) is eroded (etched) in principle, and as a result, voids are generated inside the wiring. As a result, the wiring characteristics are degraded, and the anisotropic growth of the plating film causes a problem in the operation of the semiconductor device, leading to a reduction in yield.
Cu + PdSO 4 → CuSO 4 + Pd
Moreover, since Pd is a diffusion element for copper, it not only impairs the low resistance of the copper wiring, but also has a problem in economy because it is generally expensive.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a plating method capable of forming a plating film such as a wiring protective film on a surface of a wiring with good selectivity and economically without eroding a metal wiring. And a plating apparatus.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a metal oxide thin film having photoelectrochemical reactivity is formed on an exposed surface of a wiring having a buried wiring formed on the surface thereof, and a plating solution is brought into contact with the surface of the substrate. A plating method characterized by irradiating light to a surface of a substrate.
[0010]
In this way, instead of applying a catalyst such as Pd to the surface of the substrate (the surface to be treated), a metal oxide thin film having photoelectrochemical reactivity is formed, so that the metal plating is not performed by displacement plating. The metal oxide thin film can be formed on the surface of the substrate without erosion (etching) of the wiring or the like. In addition, for example, by irradiating the metal copper oxide film of Cu 2 O with light, as shown in the following chemical formula, the activation of the exposed surface of the wiring is promoted, and the metal M such as Co is deposited and grown. be able to. Here, e indicates a free electron, and H indicates a hole.
Cu 2 O + hν → Cu 2 O (e + H)
M 2+ + 2e → M
[0011]
The invention according to
[0012]
The invention according to claim 3 is characterized in that the wiring is copper, the metal oxide thin film is a crystalline copper oxide film, and light having a wavelength of 560 nm or less is directed toward the surface of the substrate. This is a plating method.
[0013]
The surface of copper can be changed into crystalline copper oxide (Cu 2 O), which is a p-type semiconductor, by being brought into contact with an aqueous solution of ammonia water, hydrogen peroxide, or the like whose pH or potential is controlled, or a mixture thereof. it can. That is, copper takes various forms under specific pH and potential conditions, as shown in its pH-potential diagram in FIG. 1, in which Cu 2 O has stable pH and oxidation-reduction potential. When a region is present and copper is immersed in an oxidizing agent solution having a pH-potential region, a Cu 2 O film is formed on the surface. For example, when the substrate on which the copper wiring is formed is immersed in an aqueous solution having a pH of 10 and an oxidation-reduction potential of 0.1 V (standard hydrogen electrode potential), a Cu 2 O film is formed on the surface of the copper serving as the wiring.
[0014]
Here, since Cu 2 O is a p-type semiconductor having a band gap of about 2.2 eV, when light having a wavelength of about 560 nm or less corresponding to the band gap is irradiated, free electrons and holes are formed inside the Cu 2 O film. Since the generated electrons are p-type semiconductors, the generated electrons are localized on the surface and have a property of easily transferring electrons as shown in FIG. Therefore, when metal ions in the solution reach the surface of the Cu 2 O film in such a state, the metal ions receive electrons from Cu 2 O and precipitate as metals.
[0015]
The invention according to
The invention according to claim 5 is to form a Co, Co alloy, Ni or Ni alloy film by electroless plating by irradiating light to the surface of the substrate while bringing the plating solution into contact with the surface of the substrate. The plating method according to any one of
[0016]
7. A substrate holder for holding a substrate on which a buried wiring is formed on a surface and a metal oxide thin film having photoelectrochemical reactivity is formed on an exposed surface of the wiring, and a substrate held by the substrate holder. Means for bringing a plating solution into contact with the surface of the substrate, and a light source for irradiating light having a wavelength equal to or less than the wavelength corresponding to the band gap of the metal oxide thin film toward the surface of the substrate held by the substrate holder and brought into contact with the plating solution. And a plating apparatus comprising:
[0017]
The invention according to claim 7 is the plating apparatus according to
[0018]
The invention according to
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the substrate processing apparatus according to the eighth aspect, further comprising a post-cleaning device for post-cleaning the plated surface of the substrate after plating.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
FIG. 3 is a plan layout view of a substrate processing apparatus provided with a plating apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus includes a load / unloader for loading and storing a substrate cassette accommodating a substrate W (see FIG. 7) having a
[0020]
FIG. 4 shows a
[0021]
A
[0022]
In this example, when the
[0023]
As a result, the substrate W is held by the
[0024]
Next, a series of substrate processing (cover plating processing) by this substrate processing apparatus will be further described with reference to FIGS. In this example, as shown in FIG. 7, a case is described in which a wiring protection film (cover material) 9 made of a Co-WP alloy film is selectively formed to protect the
[0025]
First, as shown in FIG. 6A, a substrate W in which a
[0026]
In the oxide thin
[0027]
The crystalline copper oxide film (Cu 2 O film) 50 serves as a substitute for a conventional catalyst such as Pd. Thus, the crystalline copper oxide film (Cu 2 O film) 50 Is formed on the surface of the
[0028]
Next, the substrate W after the formation of the metal oxide thin film is transported to the
[0029]
At this time, as shown in FIG. 6C, by irradiating the crystalline copper oxide film (Cu 2 O film) 50 with light, the activation of the surface of the
Cu 2 O + hν → Cu 2 O (e + H)
M 2+ + 2e → M
[0030]
That is, since the Cu 2 O film is a p-type semiconductor having a band gap of about 2.2 eV, irradiation with light having a wavelength of about 560 nm or less corresponding to this band gap causes free electrons e and holes H inside Cu 2 O. Is generated and, since it is a p-type semiconductor, the generated electron e is localized on the surface, and has a property of easily transferring the electron e as shown in FIG. When the metal ions M + in the solution reach the surface of the Cu 2 O film in such a state, the electrons e are received from the Cu 2 O film, and the metal M is deposited. When the deposition of the metal M proceeds, light does not reach the Cu 2 O film due to the deposited metal M, and the deposition stops due to the effect of the light. Then, once the deposition of the metal M occurs by light irradiation, the deposition of the metal proceeds in the same state as in the conventional electroless plating.
[0031]
In addition, since there is nothing on the surface of the insulating
[0032]
Next, the substrate W after the plating process is transported to the
Then, the substrate W after the spin drying is returned to the substrate cassette mounted on the loading /
[0033]
Here, in this example, a Co-WP alloy film is used as the wiring protection film 9. That is, an electroless plating solution containing a compound containing Co ions, a complexing agent, a pH buffering agent, a pH adjusting agent, sodium hypophosphite as a reducing agent, and W is used. By immersing the surface, a wiring protection film 9 made of a Co-WP alloy is formed.
[0034]
If necessary, one or more of a heavy metal compound or a sulfur compound as a stabilizer or at least one of a surfactant is added to the plating solution, and tetramethylammonium hydroxide, sodium hydroxide or The pH is adjusted to preferably 5 to 14, more preferably 6 to 10, using a pH adjuster such as aqueous ammonia. The temperature of the plating solution is, for example, 30 to 90 ° C, preferably 40 to 80 ° C.
[0035]
Examples of the supply source of the cobalt ions in the plating solution include cobalt salts such as cobalt sulfate, cobalt chloride, and cobalt acetate. The addition amount of the cobalt ion is, for example, about 0.001 to 1.0 mol / L, and preferably about 0.01 to 0.3 mol / L.
[0036]
Examples of the complexing agent include carboxylic acids such as acetic acid and salts thereof, oxycarboxylic acids such as tartaric acid and citric acid and salts thereof, aminocarboxylic acids such as glycine and salts thereof. They may be used alone or in combination of two or more. The total addition amount of the complexing agent is, for example, about 0.001 to 1.5 mol / L, and preferably about 0.01 to 1.0 mol / L. Examples of the pH buffer include ammonium sulfate, ammonium chloride, boric acid and the like. The amount of the pH buffer added is, for example, about 0.01 to 1.5 mol / L, preferably about 0.1 to 1.0 mol / L.
[0037]
Examples of the pH adjuster include ammonia water, sodium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) and the like, and the pH is adjusted to 5 to 14, preferably 6 to 10. Examples of the reducing agent include sodium hypophosphite. The addition amount of the reducing agent is, for example, about 0.01 to 1.0 mol / L, preferably about 0.01 to 0.5 mol / L. As described above, even when a reducing agent such as dimethylamine borane (DMAB) is used, the selectivity when selectively performing electroless plating on the wiring surface can be improved. This reducing agent can be omitted.
[0038]
Examples of the compound containing tungsten include, for example, tungstic acid and a salt thereof, or a heteropolyacid such as tungstophosphoric acid (eg, H 3 (PW 12 P 40 ) · nH 2 O) and a salt thereof. . The addition amount of the compound containing tungsten is, for example, about 0.001 to 1.0 mol / L, and preferably about 0.01 to 0.1 mol / L.
[0039]
Known additives other than the above components can be added to the plating solution. Examples of the additive include one or more of a metal salt such as a heavy metal compound such as a lead compound and a sulfur compound such as a thiocyan compound as a bath stabilizer, and an anionic, cationic or nonionic surfactant. Can be.
[0040]
In this example, a Co-WP alloy is used as the wiring protection film 9, but a wiring protection film made of Co-P, Ni-P or Ni-WP is formed as the wiring protection film 9. You may make it. Although an example in which copper is used as a wiring material is shown, a copper alloy, silver, a silver alloy, gold, a gold alloy, or the like may be used in addition to copper.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a metal oxide thin film serving as a substitute for a catalyst such as Pd can be formed without replacement plating, that is, without erosion (etching) of an underlying metal wiring or the like. It can be formed on the exposed surface of the wiring, thereby improving the yield and eliminating the need to use expensive Pd, thereby improving the economic efficiency. Further, since light in the visible light range can be used, not only does not adversely affect the plating solution, but also the intensity of the light can be adjusted to locally control the film formation rate, thereby achieving high in-plane uniformity. Can be ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the pH and the potential of a Cu—H 2 O system.
FIG. 2 is a diagram showing an energy band at a semiconductor-solution interface.
FIG. 3 is a plan layout view of a substrate processing apparatus provided with a plating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing an outline of a plating apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a flow when a series of substrate processing (cover plating processing) is performed by the substrate processing apparatus shown in FIG. 3;
FIG. 6 is a view showing a state in which a wiring protective film is formed on the surface of the embedded wiring in the order of steps.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where a wiring protection film is formed by electroless copper plating.
[Explanation of symbols]
2 Insulating
Claims (9)
前記基板ホルダで保持した基板の表面にめっき液を接触させる手段と、
前記基板ホルダで保持しめっき液を接触させた基板の表面に向けて、前記金属酸化薄膜のバンドギャップに対応する波長以下の波長の光を照射する光源とを有することを特徴とするめっき装置。A substrate holder that holds a substrate on which a buried wiring is formed on the surface and a metal oxide thin film having photoelectrochemical reactivity is formed on an exposed surface of the wiring;
Means for bringing a plating solution into contact with the surface of the substrate held by the substrate holder,
A plating apparatus, comprising: a light source for irradiating light having a wavelength equal to or less than a wavelength corresponding to a band gap of the metal oxide thin film toward a surface of a substrate held by the substrate holder and brought into contact with a plating solution.
前記基板の表面にめっき液を接触させつつ、該表面に向けて光を照射するめっき装置とを有することを特徴とする基板処理装置。An oxide thin film forming apparatus for forming a metal oxide thin film on the exposed surface of the embedded wiring formed on the surface of the substrate;
A plating apparatus for irradiating light to the surface of the substrate while bringing a plating solution into contact with the surface of the substrate.
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