JP2007107101A - Plating apparatus and plating method for substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、本発明は基板にメッキを施す基板メッキ装置に関し、特に半導体ウエハ等の基板面上に形成された微細溝及び/又は微細穴からなる配線部に配線層を形成するメッキ装置として好適な基板メッキ装置及び基板メッキ方法に関するものである。 The present invention relates to a substrate plating apparatus for plating a substrate, and particularly suitable as a plating apparatus for forming a wiring layer in a wiring portion comprising fine grooves and / or fine holes formed on a substrate surface such as a semiconductor wafer. The present invention relates to a substrate plating apparatus and a substrate plating method.
従来、半導体デバイスの回路配線材料にはアルミニウムが多く用いられている。そして半導体デバイスの配線形成は、アルミニウムスパッタにエッチバックを行なう方法が多く行われている。一方、銅等の他の金属材料による配線形成には上述した方法では配線形成が困難な場合がある。そこで、基板に配線用の溝や穴を予め形成し、金属材料を該溝や穴の中に埋め込み、その後表面を化学機械研磨(CMP)する方法が採られている。 Conventionally, aluminum is often used as a circuit wiring material for semiconductor devices. In many cases, wiring of semiconductor devices is performed by etching back aluminum sputtering. On the other hand, wiring formation with other metal materials such as copper may be difficult with the above-described method. Therefore, a method is adopted in which a wiring groove or hole is formed in advance in the substrate, a metal material is embedded in the groove or hole, and then the surface is subjected to chemical mechanical polishing (CMP).
しかしながら、半導体デバイスの集積度の向上に伴い、配線の微細化が進み配線の幅は更に小さくなり、ステップカバレッジが大きくなるに従い、従来行われていたスパッタによる微細溝や微細穴(微細コンタクトホール)からなる配線部に金属を埋め込むには限界があり、これら配線部に空孔ができ易いという問題があった。 However, as the degree of integration of semiconductor devices increases, the miniaturization of wiring advances and the width of wiring further decreases, and as step coverage increases, conventional fine grooves and fine holes (fine contact holes) formed by sputtering have been used. There is a limit to embedding metal in the wiring portions made of the above, and there is a problem that holes are easily formed in these wiring portions.
例えば、半導体デバイスの高集積化により、幅が0.18μmや0.13μmの配線溝や配線穴が要求される。このように微細化した配線溝や配線穴にスパッタにより金属材の埋め込みを行うことはむずかしい。そこで、スパッタによる金属材の埋め込みに替え、このような微細溝や微細穴からなる配線部を含む半導体ウエハ表面に電解メッキや無電解メッキによりCuメッキ層を形成し、その後該配線部のCuメッキ層を残して、半導体ウエハ表面のCuメッキ層を除去する工程を1つの装置で実施する技術の開発が要望される。 For example, due to high integration of semiconductor devices, wiring grooves and wiring holes having a width of 0.18 μm or 0.13 μm are required. It is difficult to embed a metal material into the wiring grooves and wiring holes thus miniaturized by sputtering. Therefore, instead of embedding a metal material by sputtering, a Cu plating layer is formed by electrolytic plating or electroless plating on the surface of the semiconductor wafer including the wiring portion including such fine grooves and fine holes, and then Cu plating of the wiring portion is performed. There is a demand for development of a technique for performing the process of removing the Cu plating layer on the surface of the semiconductor wafer with a single apparatus while leaving the layer.
メッキ処理工程の前工程であるシード層の形成を無電解Cuメッキ又は液組成の異なる電解Cuメッキで行う場合、これらのメッキ処理及び洗浄処理後の半導体ウエハを乾燥させ、ウエハカセットに入れ該ウエハカセットごと装置間を移動させているが、この方法よりも半導体ウエハに洗浄液が付着した状態、即ち濡れた状態でCuメッキ装置に導入した方が乾燥工程等が省略できる。そのためには半導体ウエハをカセットに入れず1枚ずつ連続的にCuメッキ装置内に導入したほうが半導体ウエハの汚染の問題が少なくなる。 In the case where the seed layer is formed by electroless Cu plating or electrolytic Cu plating having a different liquid composition, which is a pre-process of the plating process, the semiconductor wafer after the plating process and the cleaning process is dried, put in a wafer cassette, and the wafer. Although the cassettes are moved between the apparatuses, the drying process and the like can be omitted by introducing the cleaning liquid onto the semiconductor wafer, that is, in the wet state, into the Cu plating apparatus rather than this method. For this purpose, the problem of contamination of the semiconductor wafer is reduced if the semiconductor wafers are continuously introduced into the Cu plating apparatus one by one without being put in the cassette.
更に、半導体ウエハを1枚ずつCuメッキ装置内に導入後メッキ処理されるまでの待機時間中、パーティクル汚染、酸化膜形成防止のため純水中や希硫酸中に一時保管させていれば、メッキ液中に半導体ウエハを浸漬後に表面酸化被膜を除去するための無通電時間の設定が不要となる。 Furthermore, during the waiting time until each semiconductor wafer is introduced into the Cu plating apparatus and plated, if it is temporarily stored in pure water or dilute sulfuric acid to prevent particle contamination and oxide film formation, plating is possible. It is not necessary to set a non-energization time for removing the surface oxide film after immersing the semiconductor wafer in the liquid.
また、半導体デバイスが微細化し、穴中のシート層の厚さが薄くなると表面酸化被膜を除去する目的のエッチングは極力少なくなければならない。即ち、メッキ処理前の酸化膜形成を極力防止しなければならない。 Further, when the semiconductor device is miniaturized and the thickness of the sheet layer in the hole is reduced, the etching for the purpose of removing the surface oxide film must be as small as possible. That is, the oxide film formation before the plating process must be prevented as much as possible.
また、メッキ処理後の半導体ウエハを連続的に1枚ずつCuメッキ装置外に排出したその後工程であるCMP装置を接近させて設置すれば、装置としてはCuメッキ装置とCMP装置とは分離してはいるが、アンロードステージや場合によっては乾燥工程が省略できるため装置の据付け面積を少なくすることが可能となる。 In addition, if a CMP apparatus, which is a subsequent process in which the semiconductor wafers after plating processing are continuously discharged one by one from the Cu plating apparatus, is placed close to the apparatus, the Cu plating apparatus and the CMP apparatus are separated from each other. However, since the unload stage and, in some cases, the drying step can be omitted, the installation area of the apparatus can be reduced.
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、半導体ウエハをカセットに入れず1枚ずつ連続的にメッキ装置内に導入し処理することができると共に、パーティクル汚染や酸化膜の形成を極力減少でき、且つ工程を少なくし装置の据付け面積を小さくすることが可能な基板メッキ装置及び基板メッキ方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can introduce and process semiconductor wafers one by one in a plating apparatus one by one without putting them in a cassette, and reduce particle contamination and oxide film formation as much as possible. An object of the present invention is to provide a substrate plating apparatus and a substrate plating method that can reduce the number of steps and reduce the installation area of the apparatus.
上記課題を解決するため請求項1に記載の発明は、表面に配線溝及び配線穴からなる配線部を形成し、該配線部を含む表面にバリア層を形成した基板に、該配線部を埋め込むメッキ層を形成する基板メッキ方法であって、前記配線部表面を含むバリア層の上に無電解メッキでメッキ層を形成し、該メッキ層の上に電解メッキにより配線用メッキ層を形成することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 embeds the wiring part in a substrate in which a wiring part including a wiring groove and a wiring hole is formed on the surface, and a barrier layer is formed on the surface including the wiring part. A substrate plating method for forming a plating layer, wherein a plating layer is formed by electroless plating on a barrier layer including the surface of the wiring portion, and a wiring plating layer is formed on the plating layer by electrolytic plating. It is characterized by.
請求項2に記載の発明は、表面に配線溝及び配線穴からなる配線部を形成し、該配線部を含む表面にバリア層を形成した基板に、該配線部を埋め込むメッキ層を形成する基板のメッキ装置であって、前記配線部表面を含むバリア層の上に無電解メッキでメッキ層を形成する第1のメッキ手段と、該メッキ層の上に電解メッキにより配線用メッキ層を形成する第2のメッキ手段を設けたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate in which a wiring portion comprising wiring grooves and wiring holes is formed on the surface, and a plating layer for embedding the wiring portion is formed on a substrate in which a barrier layer is formed on the surface including the wiring portion. A first plating means for forming a plating layer by electroless plating on the barrier layer including the surface of the wiring portion, and forming a wiring plating layer by electrolytic plating on the plating layer. A second plating means is provided.
請求項1に記載の発明によれば、配線部表面を含むバリア層の上に容易に配線用メッキ層を形成することができる基板メッキ方法を提供できる。 According to invention of Claim 1, the board | substrate plating method which can form the plating layer for wiring easily on the barrier layer containing the wiring part surface can be provided.
また、請求項2に記載の発明によれば、配線部表面を含むバリア層の上に容易に配線用メッキ層を形成することができる基板メッキ装置を提供できる。 According to the invention described in claim 2, it is possible to provide a substrate plating apparatus that can easily form a wiring plating layer on the barrier layer including the surface of the wiring portion.
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例では基板のメッキ装置を半導体ウエハ配線メッキ装置を例に説明する。図1は請求項1に記載の基板メッキ装置の平面構成を示す図である。図示するように、メッキ装置10はレール11の上を矢印Aに示すように往復動する搬送ロボット12、Cuメッキ槽13、13、洗浄槽14が配置されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, the substrate plating apparatus will be described by taking a semiconductor wafer wiring plating apparatus as an example. FIG. 1 is a diagram showing a planar configuration of a substrate plating apparatus according to claim 1. As shown in the figure, the
メッキ処理を行う半導体ウエハは搬送ロボット12により、導入口15から1枚ずつメッキ装置10内に導入され、Cuメッキ槽13でCuメッキ処理が施され、続いて洗浄槽14で洗浄され、排出口16からメッキ装置10の外に排出する。
Semiconductor wafers to be plated are introduced into the plating
上記配置構成のメッキ装置において、搬送ロボット12により導入口15から導入される未処理の半導体ウエハは図2(a)に示すように、半導体ウエハW上の導電層106の上にSiO2からなる絶縁膜105が形成され、該絶縁膜105にリソグラフィ・エッチング技術により配線溝101及び配線穴(コンタクトホール)102からなる配線部が形成されている。
In the plating apparatus having the above arrangement, the unprocessed semiconductor wafer introduced from the
このような半導体ウエハにCuメッキ槽13でCuメッキ処理を施すと図2(b)に示すように、配線溝101や配線穴102からなる配線部を含む半導体ウエハWの表面上にCuメッキ層103を形成する。なお、図2において、104はTiN等からなるバリア層である。
When such a semiconductor wafer is subjected to a Cu plating process in the
Cuメッキ槽13、13で行われるメッキ処理は無電解メッキでも電解メッキでもよく、例えば前段が無電解メッキ、後段を電解メッキとしてもよい。Cuメッキ処理により、Cuメッキ層103が形成された半導体ウエハは洗浄槽14で純水等の洗浄液で洗浄され、洗浄液が付着した状態で搬送ロボット12で排出口16から、メッキ装置10の外に排出される。
The plating process performed in the
排出口16から洗浄液が付着されたまま排出された半導体ウエハは、次の工程である例えば図示しないCMP装置に移送され、該CMP装置で図2(c)に示すように、Cuメッキ層103から配線溝101や配線穴102に形成したCuメッキ層を残して半導体ウエハWの表面上のCuメッキ層を除去する。従って、CMP装置を排出口16に隣接して配置すれば、メッキ処理及び洗浄処理した後の半導体ウエハの乾燥処理工程は不要となる。
The semiconductor wafer discharged with the cleaning liquid attached from the
図3は基板メッキ装置の平面構成を示す図である。図示するように、メッキ装置10には保管液を収容した基板保管槽17が設けられている。搬送ロボット12により、導入口15から1枚ずつメッキ装置10内に導入された未処理の半導体ウエハはCuメッキ槽13、13でCuメッキ処理するまでの待機時間中該基板保管槽17の保管液中に浸漬して保管する。
FIG. 3 is a diagram showing a planar configuration of the substrate plating apparatus. As shown in the figure, the
図4は基板保管槽17の構成を示す図である。基板保管槽17は図示するように、保管槽17−1を具備し、その底部にはウエハカセット17−2を載置する載置台17−3及び保管液を供給する保管液供給ノズル17−4が配置され、更に保管槽17−1の上端部には保管槽17−1の上端からオーバーフローする保管液を回収するための回収樋17−5が設けられている。ここで保管液としては純水の他に希硫酸液又はCuメッキ層103の表面の酸化を防止する酸化防止液等を用いる。これによりメッキ処理の待機時間中に半導体ウエハの表面にメッキ処理の障害となる酸化被膜の形成やパーティクル汚染を防止できる。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the
上記構成のメッキ装置10において、導入口15からメッキ装置10内に導入される未処理の半導体ウエハの処理方法は、下記の3通りが考えられる。
In the plating
第1の処理方法は、基板保管槽17に一時保管し、保管後Cuメッキ槽13、13でCuメッキ処理し、洗浄槽14で洗浄し、排出口16から排出する。
In the first processing method, the substrate is stored temporarily in the
第2の処理方法は、導入された未処理の半導体ウエハをCuメッキ槽13、13でCuメッキ処理し、洗浄槽14で洗浄し、基板保管槽17に一時保管し、排出口16から排出する。
In the second processing method, the introduced unprocessed semiconductor wafer is subjected to Cu plating processing in the
第3の方法は、基板保管槽17に一時保管し、保管後Cuメッキ槽13、13でCuメッキ処理し、洗浄槽14で洗浄し、基板保管槽17に一時保管し、排出口16から排出する。
The third method is to temporarily store in the
図5は基板メッキ装置の平面構成を示す図である。図示するように、メッキ装置10には導入口15からCuメッキ槽13の近傍に達するように基板水中搬送機18が配置されている。該基板水中搬送機18は図6に示すように、水路18−1を具備し、該水路18−1には純水Qが供給口18−4から供給され、矢印B方向に水面Hの高さを保持しながら流れ、排水口18−5から排出されている。また、水路18−1の底部には多数の搬送ローラー18−2を具備するローラーコンベア18−3が配置されている。
FIG. 5 is a diagram showing a planar configuration of the substrate plating apparatus. As shown in the drawing, a substrate underwater
上記構成の基板水中搬送機18の搬入端のローラーコンベア18−3に導入口15から導入される未処理の半導体ウエハWを載置すると、該半導体ウエハWは矢印Cに示すように純水Qの流れ(矢印B方向)とは反対方向に純水中を通って移送される。そして搬送ロボット12により、Cuメッキ槽13に移送され、Cuメッキ処理を施され、洗浄槽14で洗浄された後、搬送ロボット12で排出口16からメッキ装置10の外に排出される。
When the unprocessed semiconductor wafer W introduced from the
図7は基板メッキ装置の他の平面構成を示す図である。図示するように、メッキ装置10には洗浄槽14の近傍から排出口16に達するように基板水中搬送機18が配置されている。該基板水中搬送機18の構成は図6に示す基板水中搬送機18と同一の構成である。
FIG. 7 is a diagram showing another planar configuration of the substrate plating apparatus. As shown in the figure, a substrate
導入口15から搬送ロボット12で1枚ずつメッキ装置10内に導入される未処理の半導体ウエハWは、Cuメッキ槽13でCuメッキ処理が施された後、基板水中搬送機18の搬入端のローラーコンベア18−3に載置されると、該半導体ウエハWは矢印Cに示すように純水Qの流れ(矢印B方向)とは反対方向に純水中を通って排出口16の近傍まで移送される。該排出口16の近傍まで移送された半導体ウエハWはメッキ装置10の外部に配置された移送手段により、純水が付着した状態、即ち濡れた状態で排出される。
Unprocessed semiconductor wafers W introduced into the
図8は図1に示す平面構成のメッキ装置10の導入口15及び排出口16の側に隣接してシード層形成用メッキ装置20を配置した平面構成を示す図である。シード層形成用メッキ装置20の搬入口21から複数枚の半導体ウエハを収納してウエハカセット(図示せず)が搬入され、該各半導体ウエハWの表面には後に詳述するシード層が形成される。
FIG. 8 is a diagram showing a planar configuration in which a
そして該シード層形成用メッキ装置20でシード層が形成された半導体ウエハWはメッキ装置10内に配置された搬送ロボット12で導入口15を通って1枚つづメッキ装置10内に導入され、Cuメッキ槽13、13でCuメッキ処理され、洗浄槽14で洗浄処理され、搬送ロボット12によりシード層形成用メッキ装置20に移送された後、該シード層形成用メッキ装置20内に配置された搬送ロボット等によりウエハカセットに複数枚収納され、該ウエハカセットごと搬出口22から外部に搬出される。
Then, the semiconductor wafers W on which the seed layer is formed by the seed layer forming
配線メッキ層を形成する未処理の半導体ウエハWに図2(a)に示すように、半導体ウエハW上の導電層106の上にSiO2からなる絶縁膜105が形成され、該絶縁膜105に配線溝101及び配線穴102からなる配線部が形成され、さらにその表面にTiNやTaN等からなるバリア層104が形成されている。このバリア層104は導電体ではないのでその表面に電解メッキで直接Cuメッキ層を形成することができない。また、無電解メッキでCuメッキ層を形成するにしても金属(ここではCu)の成長開始のためのシード層をバリア層104の表面に形成する必要がある。
As shown in FIG. 2A, an insulating
上記シード層形成用メッキ装置20では図9に示すようにシード層107としてバリア層104の表面に無電解メッキでCuの薄膜を形成する。無電解メッキでCuの薄膜を形成するにはパラジウム処理によりバリア層104の表面に金属成長のための多数のパラジウムの核を形成し、該核を中心に金属(ここではCu)を成長させて行う。
In the seed layer forming
上記のようにシード層形成用メッキ装置20の配置は、図1に示すメッキ装置に限定されるものではなく、図3に示すメッキ装置10の導入口15及び排出口16の側に隣接して配置することも可能であるし、また、図5及び図7に示すメッキ装置10の導入口15側に隣接して配置することも可能である。
As described above, the arrangement of the
図10は図1に示す平面構成のメッキ装置10に隣接してシード層形成用メッキ装置20、CMP室30、洗浄モジュール40、41、42、アンロード室46を配置した構成である。CMP室30にはCMP装置31が配置され、洗浄モジュール40、41、42にはそれぞれ洗浄機(又は洗浄・乾燥機)43、44、45が配置されている。
FIG. 10 shows a configuration in which a seed layer forming
図10に示す装置において、シード層形成用メッキ装置20では図9に示すように半導体ウエハWのバリア層104の表面にシード層107が形成される。該
シード層107の形成された半導体ウエハWはメッキ装置10の搬送ロボット12により1枚ずつ導入され、Cuメッキ槽13、13でCuメッキ処理され図9(b)に示すようにCuメッキ層103が形成され、洗浄槽14で洗浄され、洗浄液の付着した状態でCMP室30のCMP装置31に移送され、該CMP装置31で図2(c)に示すように、Cuメッキ層103から配線溝101や配線穴102に形成したCuメッキ層を残して半導体ウエハWの表面上のCuメッキ層を除去する。
In the apparatus shown in FIG. 10, the seed layer forming
上記配線溝101や配線穴102に形成したCuメッキ層を残してCuメッキ層が除去された半導体ウエハWは洗浄モジュール40、41の洗浄機43、44で順次洗浄され、洗浄モジュール42の洗浄機45で洗浄乾燥され、該乾燥された半導体アンロードウエハWはアンロード室46内に配置されたウエハカセットに複数枚収容され、該ウエハカセットごとに搬出口47から搬出される。
The semiconductor wafer W from which the Cu plating layer has been removed leaving the Cu plating layer formed in the
なお、上記例では図1に示すメッキ装置10にシード層形成用メッキ装置20、CMP室30、洗浄モジュール40、41、42、アンロード室46を配置した構成を示したが、図3、図5、図7に示すメッキ装置10もそれに隣接させてシード層形成用メッキ装置20、CMP室30、洗浄モジュール40、41、42、アンロード室46を配置することは勿論可能である。
In the above example, the seed layer forming
上記のようにメッキ処理される半導体ウエハWを一枚ずつメッキ装置10内に導入し、Cuメッキ槽13、洗浄槽14で洗浄処理した後、一枚ずつメッキ装置10の外に排出するようにメッキ装置10を構成したので、半導体ウエハWをカセットに入れず1枚ずつ連続的にCuメッキ装置内に導入し処理することができると共に、パーティクル汚染や酸化膜の形成を極力減少でき、装置間を移動させる場合でもメッキ装置10に隣接して配置することにより、乾燥工程等の工程を省略することができ、全体として設備規模を小さくでき、据付け面積を少なくすることが可能な半導体ウエハ配線メッキ装置の構築が容易にできる。
The semiconductor wafers W to be plated as described above are introduced into the
なお、上記例では基板メッキ装置を半導体ウエハ配線メッキ装置を例に説明したが、基板は半導体ウエハに限定されるものではなく、またメッキ処理する部分も基板面上に形成された配線部に限定されるものではない。また、上記例ではCuメッキを例に説明したが、Cuメッキに限定されるものではない。 In the above example, the substrate plating apparatus is described by taking the semiconductor wafer wiring plating apparatus as an example. However, the substrate is not limited to the semiconductor wafer, and the portion to be plated is limited to the wiring portion formed on the substrate surface. Is not to be done. Moreover, although Cu plating was demonstrated to the example in the said example, it is not limited to Cu plating.
10 メッキ装置
11 レール
12 搬送ロボット
13 Cuメッキ槽
14 洗浄槽
15 導入口
16 排出口
17 基板保管槽
18 基板水中搬送機
20 シード層形成用メッキ装置
21 搬入口
22 搬出口
30 CMP室
31 CMP装置
40 洗浄モジュール
41 洗浄モジュール
42 洗浄モジュール
43 洗浄機
44 洗浄機
45 洗浄機
46 アンロード室
47 搬出口
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記配線部表面を含むバリア層の上に無電解メッキでメッキ層を形成し、該メッキ層の上に電解メッキにより配線用メッキ層を形成することを特徴とする基板メッキ方法。 A substrate plating method for forming a wiring layer comprising a wiring groove and a wiring hole on a surface, and forming a plating layer for embedding the wiring portion on a substrate on which a barrier layer is formed on a surface including the wiring portion,
A substrate plating method, wherein a plating layer is formed by electroless plating on a barrier layer including the surface of the wiring portion, and a wiring plating layer is formed on the plating layer by electrolytic plating.
前記配線部表面を含むバリア層の上に無電解メッキでメッキ層を形成する第1のメッキ手段と、該メッキ層の上に電解メッキにより配線用メッキ層を形成する第2のメッキ手段を設けたことを特徴とする基板メッキ装置。 A substrate plating apparatus for forming a wiring portion comprising a wiring groove and a wiring hole on a surface, and forming a plating layer for embedding the wiring portion on a substrate on which a barrier layer is formed on a surface including the wiring portion,
First plating means for forming a plating layer by electroless plating on the barrier layer including the surface of the wiring portion, and second plating means for forming a plating layer for wiring by electrolytic plating on the plating layer are provided. A substrate plating apparatus characterized by that.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20091020 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20100119 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |