JP2018113289A - 配線形成方法及び配線形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施の形態にかかる配線形成装置1の構成の概略を示す縦断面図である。配線形成装置1では、例えば半導体ウェハである基板Wに対し、所定領域に配線を形成する。この基板Wの所定領域には、電極として用いられる下地導体膜Fが形成されている。下地導体膜Fとしては、例えばTa(タンタル)やTaN(タンタルナイトライド)が用いられる。
次に、本実施の形態にかかる配線形成方法について説明する。図2は、本実施の形態の配線形成方法において行われる、基板処理の主な工程(ステップ)を示すフローチャートである。なお、本実施の形態では、平坦膜の下地導体膜Fの位置に、いわゆるラインアンドスペースのパターンからなる配線を形成する場合について説明する。ラインアンドスペースのパターンは、複数本(N本)の直線上のライン部(配線)と直線上のスペース部を有し、これらライン部とスペース部が平行に配置される。
先ず、基板Wの所定領域に下地導体膜Fを形成する。下地導体膜Fの形成方法は特に限定されるものではなく、例えばPVD(Physical Vapor Deposition)、CVD(Chemical Vapor Deposition)、ALD(Atomic Layer Deposition)などが用いられる。そして、例えば図3に示すように、基板Wの所定領域において下地導体膜Fが形成されない領域にマスクKを設け、下地導体膜Fを形成する。下地導体膜Fは、例えば長方形状を有する。なお、この下地導体膜Fの形状は、後述する結晶核50を形成する際に重要なパラメータとなる。
次に、配線形成装置1において、図1に示したように基板保持チャック10で基板Wを保持した後、下地導体膜Fの上方に直接電極20と間接電極21を配置すると共に、めっき液Mを充填する。上述したように直接電極20と間接電極21の配置と、めっき液Mの充填(供給)は任意の方法で行われる。例えば基板保持チャック10で基板Wを保持した後、直接電極20と間接電極21を配設し、さらにノズルからめっき液Mを供給して充填してもよい。或いは、例えば基板保持チャック10で基板Wを保持した後、ノズルから下地導体膜F上にめっき液Mを供給し、さらに直接電極20と間接電極21を配設してもよい。
次に、図4に示すようにスイッチ31によって、間接電極21と直流電源30(下地導体膜F)を接続する。そして、間接電極21を陽極とし、下地導体膜Fを陰極として直流電圧を印加して、電界(静電場)を形成する。そうすると、図5に示すように間接電極21に正の電荷が蓄積され、間接電極21側に負の荷電粒子である陰イオンAが集まる。一方、下地導体膜Fには負の電荷が蓄積され、下地導体膜F側に正の荷電粒子である銅イオンCが移動する。また同様に、直接電極20側にも正の荷電粒子である銅イオンCが移動する。なお、以下の説明において、このように電極に電荷が蓄積される状態を「充電」という場合がある。
次に、図6に示すようにスイッチ31を切り替え、間接電極21と直流電源30の接続を切断し、間接電極21と直接電極20を接続する。そうすると、間接電極21に蓄積された正の電荷が直接電極20に移動し、間接電極21側の陰イオンAの電荷が交換されて、陰イオンAが酸化される。これに伴い、下地導体膜F側の銅イオンCの電荷が交換されて、銅イオンCが還元される。なお、以下の説明において、このように電極間で電荷が移動する状態を「放電」という場合がある。
次に、ステップS3における充電(間接電極21への電圧印加)と、ステップS4における放電(間接電極21と直接電極20の接続)と、をこの順で繰り返し行う。このように充電と放電を繰り返し行うことで、図7(c)に示すように結晶核50から結晶粒51が成長し、その粒径が大きくなる。この結晶粒51の粒径は、間接電極21と下地導体膜Fの間の電圧V、及び/又は、間接電極21の静電容量Cに加えて、充電と放電の繰り返し回数で制御することができる。そして、図7(d)に示すように成長した結晶粒51が連結して配線60が形成される。この際、結晶粒51は成長しても数ナノメートルであり、配線60の線幅も数ナノメートルオーダーとなる。
次に、図7(e)に示すように隣接する配線60、60間にある下地導体膜Fを除去する。下地導体膜Fの除去方法は特に限定されるものではなく、例えばエッチング処理などが行われる。
以上の実施の形態では、平坦膜上に配線60を形成する場合について説明したが、本発明は、基板Wに形成された微細孔(ホール)や微細溝(トレンチ)に配線を埋め込んで形成する場合にも適用できる。
例えば微細孔に埋め込み配線を形成する場合、ステップS1において、図8(a)に示すように微細孔100の内側に下地導体膜Fを形成する。なお、下地導体膜Fの形成方法は、上記実施の形態のステップS1と同様に特に限定されるものではない。
例えば微細溝に埋め込み配線を形成する場合、ステップS1において、図9(a)に示すように微細溝200の内側に下地導体膜Fを形成する。なお、下地導体膜Fの形成方法は、上記実施の形態のステップS1と同様に特に限定されるものではない。
本発明における配線形成装置の構成は、上記実施の形態における配線形成装置1の構成に限定されない。
例えば図10に示すように、直接電極20、間接電極21、下地導体膜Fの接続の切り替えを行うスイッチは2つ設けられていてもよい。間接電極21と下地導体膜Fには、直流電源300が接続されている。間接電極21は、直流電源300の正極側に接続されている。下地導体膜Fは、直流電源300の負極側に接続されている。
また、例えば図13に示すように、基板保持チャック10、直接電極20及び間接電極21は、上面が開口したチャンバ400の内部に配置されていてもよい。チャンバ400の内部には、めっき液Mが貯留される。基板保持チャック10はチャンバ400の底面に設けられる。直接電極20は、チャンバ400内のめっき液Mの液面に設けられる。間接電極21は、チャンバ400内のめっき液Mの内部に浸漬して設けられる。なお、図13に示す配線形成装置1の他の構成は、図1に示した配線形成装置1の他の構成と同じである。
10 基板保持チャック
11 駆動機構
20 直接電極
21 間接電極
22 貫通孔
23 絶縁材
30 直流電源
31 スイッチ
40 制御部
50 結晶核
51 結晶粒
60 配線
100 微細孔
110 結晶核
111 結晶粒
120 埋め込み配線
200 微細溝
210 結晶核
211 結晶粒
220 埋め込み配線
300 直流電源
301 第1のスイッチ
302 第2のスイッチ
400 チャンバ
A 陰イオン
C 銅イオン
F 下地導体膜
M めっき液
W 基板
Claims (9)
- 基板の所定領域に配線を形成する方法であって、
前記所定領域に下地導体膜を形成する第1の工程と、
前記下地導体膜上に処理液を供給すると共に、前記処理液に電気的に接続されるように直接電極を配置し、前記処理液に電界を形成する間接電極を配置する第2の工程と、
前記間接電極に電圧を印加し、少なくとも当該間接電極の印加電圧又は静電容量を制御することで、前記処理液中の被処理イオンを前記下地導体膜側に移動させて所定位置に配置する第3の工程と、
前記直接電極と前記間接電極を接続して、前記下地導体膜側の所定位置に配置された被処理イオンを還元して結晶核を形成する第4の工程と、
前記間接電極への電圧印加と、前記直接電極と前記間接電極の接続と、を繰り返し行い、前記結晶核から結晶粒を成長させて配線を形成する第5の工程と、を有することを特徴とする、配線形成方法。 - 前記所定領域は、基板表面における長方形状のパターンであって、
前記配線は、基板表面の前記所定領域に形成されることを特徴とする、請求項1に記載の配線形成方法。 - 前記配線は、前記所定領域に複数形成され、
前記結晶核の配線方向の間隔は、前記配線の間隔より小さいことを特徴とする、請求項2に記載の配線形成方法。 - 前記第5の工程の後、前記配線間にある前記下地導体膜を除去することを特徴とする、請求項3に記載の配線形成方法。
- 前記所定領域は、基板に形成された微細孔であって、
前記配線は、前記微細孔に埋め込まれて形成されることを特徴とする、請求項1に記載の配線形成方法。 - 前記所定領域は、基板に形成された微細溝であって、
前記配線は、前記微細溝に埋め込まれて形成されることを特徴とする、請求項1に記載の配線形成方法。 - 前記所定領域は、基板に複数形成されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の配線形成方法。
- 基板の所定領域に下地導体膜が形成され、さらに前記下地導体膜上に処理液が供給された状態で、前記所定領域に配線を形成する装置であって、
前記処理液に電気的に接続されるように配置された直接電極と、
前記処理液に電界を形成する間接電極と、
前記直接電極と前記間接電極を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記間接電極に電圧を印加し、少なくとも当該間接電極の印加電圧又は静電容量を制御することで、前記処理液中の被処理イオンを前記下地導体膜側に移動させて所定位置に配置する第1の工程と、
前記直接電極と前記間接電極を接続して、前記下地導体膜側の所定位置に配置された被処理イオンを還元して結晶核を形成する第2の工程と、
前記間接電極への電圧印加と、前記直接電極と前記間接電極の接続と、を繰り返し行い、前記結晶核から結晶粒を成長させて配線を形成する第3の工程と、を実行するように、前記前記直接電極と前記間接電極を制御することを特徴とする、配線形成装置。 - 前記第1の工程において前記直接電極と前記下地導体膜を接続するスイッチをさらに有することを特徴とする、請求項8に記載の配線形成装置。
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