JP4644926B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関し、詳しくは銅電解メッキ、電解研磨の2工程または銅電解メッキ、アニーリング、電解研磨、選択的CoWP無電解メッキの4工程を実施する半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
銅配線は、アルミニウム配線より低抵抗,低容量、高信頼性を得ることができるので、配線の寄生抵抗、寄生容量による回路遅延が支配的になる微細素子において重要性を増してきている。銅配線を形成する最も一般的な方法として、ダマシン工程が広く受け入れられている。そのダマシン工程のなかでも製造コストの点からデュアルダマシンプロセスが受け入れられている。このデュアルダマシン工程の採用によって、銅配線プロセスは従来のアルミニウム配線工程より低コスト化されることが期待されていた。
【0003】
銅配線を形成するデュアルダマシンプロセスでは、溝および接続孔にバリア層を形成した後、スパッタリングにより銅シード層を形成する工程、電解メッキにより溝および接続孔内に銅を埋め込む工程、アニーリングによる銅の結晶成長工程、化学的機械研磨(以下CMPという、CMPはChemical Mechanical Polishing )により余剰な銅を除去する工程、CMPにより余剰なバリア層を除去する工程、化学的気相成長(以下CVDという、CVDは Chemical Vapor Deposition の略)装置により溝内に埋め込まれた銅表面に酸化防止層を形成する工程等を、それぞれ、単独の装置、例えば電解メッキ装置、CMP装置、CVD装置等を用いて行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、銅配線の形成プロセスでは、銅シード層の形成工程、銅メッキ工程、アニーリング工程、二つのCMP工程といった複数のステップを、個々の製造装置によって実施していた。そのため、TAT(ターンアラウンドタイム)も長いという問題があった。
【0005】
また、CMPにより銅とバリア層とを研磨するには、銅およびバリア層に対して別個のスラリーと別個のパッドとを用意する必要があり、そのため複雑な工程となっていた。そのため、従来のアルミニウム配線よりコスト高となっている点が問題の一つでもあった。とりわけ、CMP工程は、研磨スラリー、研磨パッドなどの消耗材のコストが大きな問題となっていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた半導体製造装置および半導体装置の製造方法である。
【0007】
本発明の第1の半導体製造装置は、基板が電解メッキされる電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバと、基板が電解研磨される電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバと、前記電解メッキチャンバに対する基板の搬入搬出および前記電解研磨チャンバに対する基板の搬入搬出を行う搬送装置を設置したもので、前記電解メッキチャンバと前記電解研磨チャンバのそれぞれにゲートバルブを介して接続された搬送チャンバとを備えたものであり、前記電解メッキチャンバと前記電解研磨チャンバとの間においての基板の搬送が、前記搬送チャンバを介して当該基板を大気に開放することなく行われる。
【0008】
上記第1の半導体製造装置では、電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバと電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバとを備え、上記各チャンバが搬送装置を備えた搬送チャンバに接続されていることから、一つの製造装置で連続して、電解メッキと電解研磨とが行われる。しかも、基板を大気に開放することなく、基板の搬送は搬送チャンバを介するだけで連続的に行うことができるので、TATの大幅な短縮化が図れる。また、除去工程をCMPではなく電解研磨で行うようになっているため、CMPのような消耗材に高いコストがかからない。
【0009】
本発明の第2の半導体製造装置は、基板が電解メッキされる電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバと、基板が電解研磨される電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバと、前記基板が無電解メッキされる無電解メッキチャンバと、前記基板がアニーリングされるアニーリング装置が構成されるアニーリングチャンバと、前記電解メッキチャンバに対する基板の搬入搬出、前記電解研磨チャンバに対する基板の搬入搬出、前記無電解メッキチャンバに対する基板の搬入搬出、および前記アニーリングチャンバに対する基板の搬入搬出を行う搬送装置を設置したもので、前記電解メッキチャンバと前記電解研磨チャンバと前記無電解メッキチャンバと前記アニーリングチャンバとのそれぞれにゲートバルブを介して接続された搬送チャンバとを備えたものであり、前記電解メッキチャンバ、前記電解研磨チャンバ、前記無電解メッキチャンバ、および前記アニーリングチャンバの間においての基板の搬送が、前記搬送チャンバを介して当該基板を大気に開放することなく行われる。
【0010】
上記第2の半導体製造装置では、電解メッキ装置が構成される電解研磨装置が構成される電解メッキチャンバと電解研磨チャンバと無電解メッキチャンバとアニーリングチャンバとを備え、上記各チャンバが搬送装置を備えた搬送チャンバに接続されていることから、一つの製造装置で連続して、電解メッキと電解研磨と無電解メッキとアニーリングとが行われる。しかも、基板を大気に開放することなく、基板の搬送は搬送チャンバを介するだけで各チャンバに対して連続的に行うことができるので、TATの大幅な短縮化が図れる。また、除去工程をCMPではなく電解研磨で行うようになっているため、CMPのような消耗材に高いコストがかからない。
【0011】
本発明の第1の半導体装置の製造方法は、電解メッキチャンバ内において電解メッキ法によって基板に電解メッキ膜を形成する工程と、前記基板を酸化性雰囲気にさらすことなく前記電解メッキチャンバから搬送チャンバを介して電解研磨チャンバ内に当該基板を搬送し、当該電解研磨チャンバ内において電解研磨法によって前記基板に形成した前記電解メッキ膜の少なくとも一部を電解研磨する工程とを行う。
【0012】
上記第1の半導体装置の製造方法では、電解メッキと電解研磨とを連続的に行うことから、従来のように各処理を単独で行う装置間を巡って処理を行っていた製造方法と比較して、TATの大幅な短縮化が図れる。
【0013】
本発明の第2の半導体装置の製造方法は、上記第1の半導体装置の製造方法における前記電解メッキ膜を形成する工程を行った後、酸化性雰囲気にさらすことなく前記電解メッキチャンバから前記搬送チャンバを介してアニーリングチャンバ内に前記基板を搬送し、当該アニーリングチャンバ内において前記基板をアニーリングする工程を行い、次に酸化性雰囲気にさらすことなく前記アニーリングチャンバから前記搬送チャンバを介して前記電解研磨チャンバ内に前記基板を搬送し、前記電解研磨を行う。さらにこの電解研磨を行った後、酸化性雰囲気にさらすことなく前記電解研磨チャンバから前記搬送チャンバを介して無電解メッキチャンバ内に前記基板を搬送し、当該無電解メッキチャンバ内において無電解メッキ法によって前記基板に無電解メッキ膜を形成する工程を行う。
【0014】
上記第2の半導体装置の製造方法では、基板を酸化性の雰囲気にさらすことなく、電解メッキ、電解研磨、無電解メッキを連続して行うことができ、またアニーリングも電解メッキ、電解研磨もしくは無電解メッキに連続して行うことが可能になるので、従来のように各処理を単独で行う装置間を巡って処理を行っていた製造方法と比較して、TATの大幅な短縮化が図れる。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の第1の半導体製造装置に係る実施の形態を、図1〜図3の概略構成図によって説明する。
【0016】
図1に示すように、第1の半導体製造装置1は、基板が電解メッキされる電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバ11と、基板が電解研磨される電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバ21と、上記電解メッキチャンバ11と上記電解研磨チャンバ21とを接続した搬送チャンバ81とからなる。
【0017】
図2に示すように、上記電解メッキチャンバ11は、その内部に基板91を保持するとともに矢印方向Aに昇降自在となっているホルダ12が設置されている。上記電解メッキチャンバ内で上記ホルダ12に対向する位置には、ホルダ12が上昇した際に、ホルダ12に保持された基板91とともに閉空間を形成してその閉空間に電解メッキ液(図示せず)を充填することが可能なカップ13が設けられている。この状態を2点鎖線で示す。このカップ13には電解メッキ液を供給する電解メッキ液供給部(図示せず)が接続されている。
【0018】
また、ホルダ12に保持された基板91表面に処理液を供給するノズル14が設置されている。このノズル14は、例えばスプレーノズルであってもよく、シャワーノズルであってもよく、またはその他の構成のノズルであってもよい。このノズル14からは処理液として例えば洗浄液51(破線で示す)が基板91に供給されるようになっている。
【0019】
上記電解メッキチャンバ11の側部には基板91を搬入搬出するための出入り口16が設けられている。この出入り口16は、例えばゲートバルブ(図示せず)が設置され搬送チャンバ81に接続されている。さらに電解メッキチャンバ11の底部には使用済みの電解メッキ液や洗浄液を排出するドレイン17設けられている。また、電解メッキチャンバ11には、チャンバ内を非酸化性雰囲気とする非酸化性ガス供給部18が接続されていていて、さらに非酸化性ガスを排気する排気部19が接続されている。なお、上記構成ではホルダ12を昇降自在としたが、ホルダ12を固定して、カップ13を昇降自在としてもよい。
【0020】
図3に示すように、上記電解研磨チャンバ21は、その内部に基板91を保持するとともに矢印方向Aに昇降自在となっているホルダ22が設置されている。上記電解研磨チャンバ21内で上記ホルダ22に対向する位置には、ホルダ22が上昇した際に、ホルダ22に保持された基板91とともに閉空間を形成してその閉空間に電解研磨液(図示せず)を充填することが可能なカップ23が設けられている。この状態を2点鎖線で示す。このカップ23には電解研磨液を供給する電解研磨液供給部(図示せず)が接続されている。
【0021】
また、ホルダ22に保持された基板91表面に処理液を供給する第1、第2のノズル24、25が設置されている。第1、第2のノズル24、25は、例えばスプレーノズルであってもよく、シャワーノズルであってもよく、またはその他の構成のノズルであってもよい。第1のノズル24からは処理液として例えば洗浄液51が基板91に供給されるようになっている。また第2のノズル25からは処理液として例えばエッチング液52が基板91に供給されるようになっている。
【0022】
上記電解研磨チャンバ21の側部には基板91を搬入搬出するための出入り口26が設けられている。この出入り口26は、例えばゲートバルブ(図示せず)が設置され搬送チャンバ81に接続されている。さらに電解研磨チャンバ21の底部には使用済みの電解研磨液やエッチング液、洗浄液等を排出するドレイン27設けられている。また、電解研磨チャンバ21には、チャンバ内を非酸化性雰囲気とする非酸化性ガス供給部28が接続されていていて、さらに非酸化性ガスを排気する排気部29が接続されている。なお、上記構成ではホルダ22を昇降自在としたが、ホルダ22を固定して、カップ23を昇降自在としてもよい。
【0023】
前記図1に示すように、上記搬送チャンバ81は、上記電解メッキチャンバ11に対する基板の搬入搬出および上記電解研磨チャンバ21に対する基板の搬入搬出を行う搬送装置83が設置されたもので、電解メッキチャンバ11と電解研磨チャンバ21とのそれぞれに、例えば基板91を搬入搬出する出入り口にゲートバルブを介して接続されている。
【0024】
上記第1の半導体製造装置1では、電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバ11と電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバ21とを備え、上記各チャンバが搬送装置83を備えた搬送チャンバ81に接続されていることから、複数の機能を持つ一つの製造装置で電解メッキと電解研磨とが連続して行われる。しかも、基板を大気に開放することなく、基板の搬送は搬送チャンバ81を介するだけで連続的に行うことができるので、TATの大幅な短縮化が図れる。また、除去工程をCMPではなく電解研磨で行うようになっているため、CMPのような消耗材に高いコストがかからない。
【0025】
本発明の第2の半導体製造装置に係る実施の形態を、図4の概略構成図、前記図2、図3、および図5、図6の概略構成図によって説明する。なお、前記図1〜図3によって説明したのと同様の構成部品には同一符号を付与する。
【0026】
図4に示すように、第2の半導体製造装置2は、基板が電解メッキされる電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバ11、基板が電解研磨される電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバ21、基板が無電解メッキされる無電解メッキ装置が構成される無電解メッキチャンバ31、基板がアニーリングされるアニーリング装置が構成されるアニーリングチャンバ41および上記電解メッキチャンバ11と上記電解研磨チャンバ21と無電解メッキチャンバ31とアニーリングチャンバ41とを接続した搬送チャンバ81とからなる。さらに上記搬送チャンバ81には、メッキシード層を補強・形成するための電解メッキチャンバ61、基板に処理液を供給する液処理チャンバ71が接続されている。
【0027】
上記電解メッキチャンバ11は、前記図2によって説明したのと同様の構成を有している。すなわち、前記図2に示すように、上記電解メッキチャンバ11は、その内部に基板91を保持するとともに矢印方向Aに昇降自在となっているホルダ12が設置されている。上記電解メッキチャンバ内で上記ホルダ12に対向する位置には、ホルダ12が上昇した際に、ホルダ12に保持された基板91とともに閉空間を形成してその閉空間に電解メッキ液(図示せず)を充填することが可能なカップ13が設けられている。この状態を2点鎖線で示す。このカップ13には電解メッキ液を供給する電解メッキ液供給部(図示せず)が接続されている。さらに図示はしないが、カップ13には電解メッキに必要な電力を供給する電源が接続されている。
【0028】
また、ホルダ12に保持された基板91表面に処理液を供給するノズル14が設置されている。このノズル14は、例えばスプレーノズルであってもよく、シャワーノズルであってもよく、またはその他の構成のノズルであってもよい。このノズル14からは処理液として例えば洗浄液51が基板91に供給されるようになっている。
【0029】
上記電解メッキチャンバ11の側部には基板91を搬入搬出するための出入り口16が設けられている。この出入り口16は、例えばゲートバルブ(図示せず)が設置され搬送チャンバ81に接続されている。さらに電解メッキチャンバ11の底部には使用済みの電解メッキ液や洗浄液を排出するドレイン17設けられている。また、電解メッキチャンバ11には、チャンバ内を非酸化性雰囲気とする非酸化性ガス供給部18が接続されていていて、さらに非酸化性ガスを排気する排気部19が接続されている。なお、上記構成ではホルダ12を昇降自在としたが、ホルダ12を固定して、カップ13を昇降自在としてもよい。
【0030】
上記電解研磨チャンバ21は、前記図3によって説明したのと同様の構成を有している。すなわち、前記図3に示すように、上記電解研磨チャンバ21は、その内部に基板91を保持するとともに矢印方向Aに昇降自在となっているホルダ22が設置されている。上記電解研磨チャンバ21内で上記ホルダ22に対向する位置には、ホルダ22が上昇した際に、ホルダ22に保持された基板91とともに閉空間を形成してその閉空間に電解研磨液(図示せず)を充填することが可能なカップ23が設けられている。この状態を2点鎖線で示す。このカップ23には電解研磨液を供給する電解研磨液供給部(図示せず)が接続されている。さらに図示はしないが、カップ23には電解研磨に必要な電力を供給する電源が接続されている。
【0031】
また、ホルダ22に保持された基板91表面に処理液を供給する第1、第2のノズル24、25が設置されている。第1、第2のノズル24、25は、例えばスプレーノズルであってもよく、シャワーノズルであってもよく、またはその他の構成のノズルであってもよい。第1のノズル24からは処理液として例えば洗浄液51が基板91に供給されるようになっている。また第2のノズル25からは処理液として例えばエッチング液52が基板91に供給されるようになっている。
【0032】
さらに電解研磨チャンバ21の側部には基板91を搬入搬出するための出入り口26が設けられている。この出入り口26は、例えばゲートバルブ(図示せず)が設置され搬送チャンバ81に接続されている。さらに電解研磨チャンバ21の底部には使用済みの電解研磨液やエッチング液、洗浄液等を排出するドレイン27設けられている。また、電解研磨チャンバ21には、チャンバ内を非酸化性雰囲気とする非酸化性ガス供給部28が接続されていていて、さらに非酸化性ガスを排気する排気部29が接続されている。なお、上記構成ではホルダ22を昇降自在としたが、ホルダ22を固定して、カップ23を昇降自在としてもよい。
【0033】
図5に示すように、上記無電解メッキチャンバ31は、その内部に基板91を保持するとともに矢印方向に昇降自在となっているホルダ32が設置されている。上記無電解メッキチャンバ31内で上記ホルダ32に対向する位置には、ホルダ32が上昇した際に、ホルダ32に保持された基板91とともに閉空間を形成してその閉空間に電解研磨液(図示せず)を充填することが可能なカップ33が設けられている。この状態を2点鎖線で示す。このカップ33には無電解メッキ液を供給する無電解メッキ供給部(図示せず)が接続されている。
【0034】
また、ホルダ32に保持された基板91表面に処理液を供給するノズル34が設置されている。ノズル34は、例えばスプレーノズルであってもよく、シャワーノズルであってもよく、またはその他の構成のノズルであってもよい。ノズル34からは処理液として例えば洗浄液51が基板91に供給されるようになっている。
【0035】
さらに無電解メッキチャンバ31の側部には基板91を搬入搬出するための出入り口36が設けられている。この出入り口36は、例えばゲートバルブ(図示せず)が設置され搬送チャンバ81に接続されている。さらに無電解メッキチャンバ31の底部には使用済みの無電解メッキ液、洗浄液等を排出するドレイン37設けられている。また、無電解メッキチャンバ31には、チャンバ内を非酸化性雰囲気とする非酸化性ガス供給部38が接続されていていて、さらに非酸化性ガスを排気する排気部39が接続されている。なお、上記構成ではホルダ32を昇降自在としたが、ホルダ32を固定して、カップ33を昇降自在としてもよい。
【0036】
図6に示すように、アニーリング装置が構成されるアニーリングチャンバ41は、その内部に基板91を保持するホルダ42が設置されている。例えば、上記アニーリングチャンバ41内で上記ホルダ42に対向する位置には、基板91を加熱する加熱源43が設けられている。なお上記加熱源43の他に上記ホルダ42内にも加熱源を設けてもよい。このアニーリング装置をファーネス装置とする場合には、例えば加熱源43を電熱線で構成する。また、アニーリング装置をRTA(Rapid Thermal Annealing )装置とする場合には、例えば加熱源43を加熱ランプで構成する。また、アニーリングチャンバ41には、アニーリング雰囲気を形成するためのガス供給部48とガス排気部49が接続されている。さらにアニーリングチャンバ41の側部には基板91を搬入搬出するための出入り口46が設けられている。この出入り口46は、例えばゲートバルブ(図示せず)が設置され搬送チャンバ81に接続されている。
【0037】
上記メッキシード層を補強・形成するための電解メッキチャンバ61の構成は上記図2で説明したものと同様の構成とする。
【0038】
また、基板に処理液を供給する液処理チャンバ71は、内部に基板を保持するホルダと、そのホルダ上に保持される基板に処理液を供給する複数もしくは単数のノズルが設置されている。上記ノズル形状は、管状のノズル、スプレーノズル、シャワーノズルのいずれであってもよい。ノズルの配置位置は、基板全面に処理液が供給できる位置に配置されているならば、ホルダに保持された基板中央上方であっても、または斜め上方であってもよい。また液処理チャンバ71の底部には処理液を排出するドレイン(図示せず)が接続されている。上記処理液としては、基板を洗浄するための洗浄液、例えば純水を用いる。また、エッチング液を供給するようにしておいてもよい。さらに液処理チャンバ71の側部には基板91を搬入搬出するための出入り口が設けられている。この出入り口は、例えばゲートバルブ(図示せず)が設置され搬送チャンバ81に接続されている。
【0039】
前記図4に示すように、上記搬送チャンバ81は、上記電解メッキチャンバ11に対する基板の搬入搬出、上記電解研磨チャンバ21に対する基板の搬入搬出、上記無電解メッキチャンバ31に対する基板の搬入搬出、上記アニーリングチャンバ41に対する基板の搬入搬出、上記電解メッキチャンバ61に対する基板の搬入搬出、および上記液処理チャンバ71に対する基板の搬入搬出を行う搬送装置83が設置されたもので、電解メッキチャンバ11と電解研磨チャンバ21と無電解メッキチャンバ31とアニーリングチャンバ41と電解メッキチャンバ61と上記液処理チャンバ71とのそれぞれに、例えば基板91を搬入搬出する出入り口にゲートバルブを介して接続されている。
【0040】
上記第2の半導体製造装置2では、電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバ11と電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバ21と無電解メッキ装置が構成される無電解メッキチャンバ31とアニーリング装置が構成されるアニーリングチャンバ41とを備え、上記各チャンバが搬送装置83を備えた搬送チャンバ81に接続されていることから、複数の機能を持つ一つの製造装置で、電解メッキと電解研磨と無電解メッキとアニーリングとが連続して行われる。しかも、基板を大気に開放することなく、基板の搬送は搬送チャンバを介するだけで各チャンバに対して連続的に行うことができるので、TATの大幅な短縮化が図れる。また、除去工程をCMPではなく電解研磨で行うようになっているため、CMPのような消耗材に高いコストがかからない。
【0041】
上記各半導体製造装置の搬送チャンバ81には、処理前の基板と処理後の基板とをそれぞれに収納する基板収納室(図示せず)が例えばゲートバルブを介して接続されていてもよい。
【0042】
また、上記電解メッキチャンバ11,61、電解研磨チャンバ21、無電解メッキチャンバ31、液処理チャンバ71等に設置されている各ホルダは基板91をスピン乾燥させるように、高速回転可能な構成としてもよい。すなわち、上記ホルダは、通常に知られている枚葉式のスピン乾燥装置と同様のホルダ構成としてもよい。
【0043】
次に、本発明の第1の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例として、前記図1〜図3によって説明した第1の半導体製造装置を用いた場合を以下に説明する。
【0044】
まず、搬送装置83を用いて基板91を搬送チャンバ81内から電解メッキチャンバ11のホルダ12上に搬送し載置する。その際、チャンバ内を非酸化性雰囲気とすることが望ましい。
【0045】
その後、電解メッキチャンバ11のホルダ12を上昇させ、ホルダ12に保持された基板91とカップ13とによってカップ13内に閉空間を形成し、その閉空間に電解メッキ液(図示せず)を充填することによって基板に電解メッキを施す。電解メッキが終了した後、カップ13内の電解メッキ液を排出し、ホルダ12を降下させ、元の位置に戻す。そして、ノズル14より洗浄液を基板91に供給して、基板洗浄を行う。ホルダ12が回転可能な構成のものであれば、その後、ホルダ12を回転させてスピン乾燥させてもよい。
【0046】
次いで、搬送装置83によって、ホルダ12上の基板91を搬送チャンバ81に搬送し、さらに電解研磨チャンバ21のホルダ22上にその基板91を搬送して載置させる。このように、基板91は、閉空間となっている電解メッキチャンバ11から搬送チャンバ81を通って電解研磨チャンバ21に搬送されるので、酸化性雰囲気にさらすことなく電解研磨チャンバ21内に搬送される。その際、チャンバ内を非酸化性雰囲気とすることが望ましい。
【0047】
その後、電解研磨チャンバ21のホルダ22を上昇させ、ホルダ22に保持された基板91とカップ23とによってカップ23内に閉空間を形成し、その閉空間に電解研磨液(図示せず)を充填することによって基板を電解研磨する。この電解研磨量は目的に応じて適宜選択される。電解研磨が終了した後、カップ23内の電解メッキ液を排出し、ホルダ22を降下させ、元の位置に戻す。そして、第1のノズル24より洗浄液を基板91に供給して基板洗浄を行う。なお、エッチングが必要な場合には、第2のノズル25よりエッチング液を基板91に供給して基板エッチングを行う。その後再び第1のノズル24より洗浄液を基板91に供給して基板洗浄を行う。ホルダ22が回転可能な構成のものであれば、その後、ホルダ22を回転させてスピン乾燥させてもよい。
【0048】
上記第1の半導体装置の製造方法では、電解メッキと電解研磨とを連続的に行うことから、従来のように各処理を単独で行う装置間を巡って処理を行っていた製造方法と比較して、TATの大幅な短縮化が図れる。
【0049】
次に、本発明の第2の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の一例として、前記図4によって説明した第2の半導体製造装置を用いた場合を、図7の製造工程図によって、以下に説明する。図7ではプロセスを示し、そのプロセスを行う装置は、図2〜図6を参照されたい。
【0050】
この製造方法では、前記図4によって説明した第2の半導体製造装置のようないわゆるクラスタツールにより、プロセスを連続的に処理する。
【0051】
図7の(1)に示すように、基板(例えば半導体基板)91(図示せず)上に形成された第1の絶縁膜111に例えば溝配線構造の第1の配線112がバリア層112bを介して形成されている。上記第1の絶縁膜111上には第1の配線112を被覆する拡散防止層113が形成され、その上に第2の絶縁膜114が形成されている。上記拡散防止層113は接続孔形成時のエッチングストッパとしての機能を有していてもよい。さらに第2の絶縁膜114上には第3の絶縁膜115が形成されている。第3の絶縁膜115には凹部116(以下溝116として説明する)が形成され、その溝116の底部より第2の絶縁膜114を貫通して第1の配線112に達する接続孔117が形成されている。
【0052】
上記構成の配線溝116および接続孔117の内面にはバリア層121が形成されている。このバリア層121は、例えば窒化タングステンで形成されている。さらにバリア層121表面には例えばスパッタリング等の成膜技術を用いて銅シード層122が形成されている。次いで電解メッキチャンバ61により、高アスペクト比の溝側壁、接続孔側壁での銅シード層の膜厚不足を補填するためにシード層補強電解メッキを行う。その際、チャンバ内を非酸化性雰囲気とすることが望ましい。図面ではシード層補強電界メッキを行った銅シード層122を示した。その後、電解メッキチャンバ61内で基板を洗浄する。この洗浄は、例えば水洗によって行う。もしくは、搬送装置(例えば搬送ロボット)83を用いて、基板91を液処理チャンバ71に搬送して、この液処理チャンバ71で水洗を行う。以降、基板91の搬送は上記搬送装置83により行う。
【0053】
次に、図7の(2)に示すように、搬送装置83によって電解メッキチャンバ11のホルダ12上に基板91(図示せず)を搬送する。その際、チャンバ内を非酸化性雰囲気とすることが望ましい。この電解メッキチャンバ11で銅電解メッキを行うことにより、溝116および接続孔117を銅からなる導電層123で埋め込む。その際、第3の絶縁膜115上のバリア層121上にも銅からなる導電層123が堆積される。なお、図面では銅シード層122も導電層123に含めて描いている。この電解メッキ工程のシーケンスでは、メッキ後の導電層123表面が平坦化されるようにメッキ条件を選択して、表面が平坦な銅メッキ層を形成する。その後、電解メッキチャンバ11内で基板91を洗浄する。この洗浄は、例えば水洗によって行う。
【0054】
次に、図7の(3)に示すように、搬送装置83によってアニーリングチャンバ41のホルダ42上に基板91を搬送する。その際、チャンバ内を非酸化性雰囲気とすることが望ましい。このアニーリングチャンバ41で上記処理を行った基板91をアニーリングする。このアニーリングによって、電解メッキ後の微細な結晶粒を有する導電層123の銅結晶粒の成長を促す。
【0055】
次に、図7の(4)に示すように、搬送装置83によって電解研磨チャンバ21のホルダ22上に基板91を搬送する。その際、チャンバ内を非酸化性雰囲気とすることが望ましい。この電解研磨チャンバ21で電解研磨を実施して絶縁膜(第3の絶縁膜115)表面の導電層123を除去し、溝116および接続孔117の内部のみに導電層123を残す。
【0056】
続いて、電解研磨チャンバ21内で、図7の(5)に示すように、窒化タングステンからなるバリア層121を過酸化水素水によるウエットエッチングにより除去する。すなわち、基板表面に過酸化水素水溶液をスプレーし、平坦面上の不用な窒化タングステンからなるバリア層121を溶解して除去する。窒化タングステンのエッチングは等方的に進行するので、第3の絶縁膜115表面の窒化タングステンを完全に除去するには、ある程度のオーバエッチングが必要になる。その結果、溝116の側壁にサイドエッチングが生じ、バリア層121の上端121tが導電層123の表面123sよりも低く形成される。その後、電解研磨チャンバ21内で基板91を洗浄する。この洗浄は、例えば水洗によって行う。
【0057】
次に、図7の(6)に示すように、搬送装置83によって無電解メッキチャンバ31のホルダ32上に基板91を搬送する。その際、チャンバ内を非酸化性雰囲気とすることが望ましい。この無電解メッキチャンバ31で上記処理を行った基板91を無電解メッキによって、露出している導電層123表面にコバルトタングステンリン(CoWP)被膜124を選択的に形成する。この成膜の選択性は、CoWP無電解メッキを実施する前に、銅との置換無電解メッキによって、導電層123表面をパラジウムにより被覆しておく。このパラジウム被覆によって、CoWPの成膜はパラジウムを触媒としてパラジウム上のみに発生することに起因している。一旦、パラジウムの表面がCoWPにより被覆された後は、CoWP自体を触媒とした自己触媒メッキにより、選択性を保ったままCoWPのメッキ成長が進行する。上記窒化タングステンからなるバリア層121のエッチングで発生したサイドエッチングによる導電層123表面の露出は、このコバルトタングステンリン被膜124によって被覆される。その後、無電解メッキチャンバ31内で基板91を洗浄する。この洗浄は、例えば水洗によって行う。
【0058】
上記実施の形態で説明した非酸化性雰囲気は、各酸化性ガス供給部よりアルゴン等の希ガスもしくは窒素をチャンバ内に導入するとともに排気部より一部の非酸化性ガスを排気して、チャンバ内を所定圧力の非酸化性ガス雰囲気にすることにより形成される。
【0059】
上記実施の形態で説明した材料のうち、バリア層121は窒化タングステンに限られるものではなく、同様の機能を有する材料、例えば、窒化タンタル等と置き換えることも可能である。また上記説明では、溝116に埋め込まれた銅からなる導電層123にコバルトタングステンリン被膜124を形成する技術を説明したが、例えば接続孔内に銅もしくは銅合金からなるプラグを形成し、そのプラグの上面側をコバルトタングステンリン被膜で被覆するような技術にも適用することができる。
【0060】
上記製造方法において、基板洗浄後はホルダを高速回転させることにより、基板をスピン乾燥させてもよい。
【0061】
上記第2の半導体装置の製造方法では、基板91を酸化性の雰囲気にさらすことなく、電解メッキ、電解研磨、無電解メッキを連続して行うことができ、またアニーリングも電解メッキ、電解研磨もしくは無電解メッキに連続して行うことが可能になるので、従来のように各処理を単独で行う装置間を巡って処理を行っていた製造方法と比較して、TATの大幅な短縮化が図れる。
【0062】
また、上記半導体装置の製造方法では、凹部(溝)116内に残すバリア層121上端部が導電層123側面と溝116側壁との間になるように第3の絶縁膜115表面のバリア層121を除去し、その後導電層123側部でバリア層121に接続するとともに溝116の開口側における導電層123を選択的に被覆するコバルトタングステンリン被膜124を形成することから、コバルトタングステンリン被膜124は導電層123側部でバリア層121に接続するとともに溝116の開口側における導電層123を選択的に被覆するように形成される。また、コバルトタングステンリン被膜124は、銅との界面で銅の優先的拡散経路となりにくいため、導電層123で構成される配線は高いエレクトロマイグレーション耐性(信頼性)が得られる。
【0063】
また、過酸化水素水を用いたウエットエッチングによって、第3の絶縁膜115上のバリア層121を除去している。その際、第3の絶縁膜115表面のバリア層121を完全に除去するため、オーバエッチングを行うのが通例である。その結果、溝116内に残すバリア層121上端部は、導電層123側面と溝116側壁との間になる。そして溝116側壁に形成されているバリア層121は、その上端が導電層123表面よりも溝116の底部側になるように除去される。それによって、コバルトタングステンリン被膜124を形成した場合に、導電層123側部でバリア層121に接続するように形成される。
【0064】
このように、コバルトタングステンリン被膜124が導電層123側部でバリア層121と接続することから、導電層123はバリア層121とコバルトタングステンリン被膜124とによって包含された状態になる。しかも、その接続部分が導電層123の側部に位置することより、コバルトタングステンリン被膜124は導電層123上面および側面の上部側で導電層123に密着することになり、コバルトタングステンリン被膜124は剥がれにくくなる。その結果、コバルトタングステンリン被膜124とバリア層121との接続力も強固になるので、コバルトタングステンリン被膜124とバリア層121とによって、導電層123の銅の拡散が防止される。また、導電層123への酸素の拡散も防止されるので導電層の酸化が防止される。
【0065】
また、コバルトタングステンリン被膜124を用いたことにより、表面が化学的に不安定な銅であっても、銅とコバルトタングステンリンとの界面が、銅の拡散経路にならないため、高いエレクトロマイグレーション耐性(信頼性)が得られる。
【0066】
また酸化し易い銅表面をコバルトタングステンリン被膜124で被覆するため、配線システム全体の寄生容量を増大させることがない。
【0067】
また、コバルトタングステンリン被膜124が酸化防止膜として機能するため、窒化シリコン膜を成膜する必要が無く、直接低誘電率絶縁膜を成膜することができるため、配線システム全体の配線寄生抵抗を大幅に低減できる。
【0068】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の第1の半導体製造装置によれば、電解メッキチャンバと電解研磨チャンバとを備え、上記各チャンバが搬送装置を備えた搬送チャンバに接続されているので、一つの製造装置で連続して、電解メッキと電解研磨とを行うことができる。しかも、基板を大気に開放することなく、基板の搬送は搬送チャンバを介するだけで連続的に行うことができるので、TATの大幅な短縮化が図れる。また、除去工程をCMPではなく電解研磨で行うようになっているため、CMPのような消耗材に高いコストがかからない。
【0069】
本発明の第2の半導体製造装置によれば、電解メッキチャンバと電解研磨チャンバと無電解メッキチャンバとアニーリングチャンバとを備え、上記各チャンバが搬送装置を備えた搬送チャンバに接続されているので、一つの製造装置で連続して、電解メッキと電解研磨と無電解メッキとアニーリングとを行うことができる。しかも、基板を大気に開放することなく、基板の搬送は搬送チャンバを介するだけで各チャンバに対して連続的に行うことができるので、TATの大幅な短縮化が図れる。また、除去工程をCMPではなく電解研磨で行うようになっているため、CMPのような消耗材に高いコストがかからない。
【0070】
本発明の第1の半導体装置の製造方法によれば、電解メッキと電解研磨とを連続的に行うことから、従来のように各処理を単独で行う装置間を巡って処理を行っていた製造方法と比較して、TATの大幅な短縮化が図れる。
【0071】
本発明の第2の半導体装置の製造方法によれば、基板を酸化性の雰囲気にさらすことなく、電解メッキ、電解研磨、無電解メッキを連続して行うことができ、またアニーリングも電解メッキ、電解研磨もしくは無電解メッキに連続して行うことが可能になるので、従来のように各処理を単独で行う装置間を巡って処理を行っていた製造方法と比較して、TATの大幅な短縮化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の半導体製造装置に係る実施の形態を示す概略構成図である。
【図2】電解メッキチャンバを示す概略構成図である。
【図3】電解研磨チャンバを示す概略構成図である。
【図4】本発明の第2の半導体製造装置に係る実施の形態を示す概略構成図である。
【図5】無電解メッキチャンバを示す概略構成図である。
【図6】アニーリングチャンバを示す概略構成図である。
【図7】本発明の第2の半導体装置の製造方法に係る実施の形態を示す製造工程断面図である。
【符号の説明】
1…第1の半導体製造装置、11…電解メッキチャンバ、21…電解研磨チャンバ、81…搬送チャンバ、83…搬送装置、91…基板
Claims (13)
- 基板が電解メッキされる電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバと、
基板が電解研磨される電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバと、
前記電解メッキチャンバに対する基板の搬入搬出および前記電解研磨チャンバに対する基板の搬入搬出を行う搬送装置を設置したもので、前記電解メッキチャンバと前記電解研磨チャンバのそれぞれにゲートバルブを介して接続された搬送チャンバとを備え、
前記電解メッキチャンバと前記電解研磨チャンバとの間においての基板の搬送が、前記搬送チャンバを介して当該基板を大気に開放することなく行われる
半導体製造装置。 - 前記電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバは、
前記基板を保持するホルダと、
前記ホルダに対向する位置に設けられたもので前記ホルダに保持された基板とともに閉空間を形成してその閉空間に電解メッキ液を充填することが可能なカップと、
前記ホルダに保持された基板表面に処理液を供給するノズルとを備えた
請求項1記載の半導体製造装置。 - 前記処理液は、洗浄液からなる
請求項2記載の半導体製造装置。 - 前記電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバは、
前記基板を保持するホルダと、
前記ホルダに対向する位置に設けられたもので前記ホルダに保持された基板とともに閉空間を形成してその閉空間に電解研磨液を充填することが可能なカップと、
前記ホルダに保持された基板表面に処理液を供給するノズルとを備えた
請求項1記載の半導体製造装置。 - 前記処理液を供給するノズルは、
洗浄液を供給するノズルと、
エッチング液を供給するノズルとからなる
請求項4記載の半導体製造装置。 - 基板が電解メッキされる電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバと、
基板が電解研磨される電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバと、
前記基板が無電解メッキされる無電解メッキ装置が構成される無電解メッキチャンバと、
前記基板がアニーリングされるアニーリング装置が構成されるアニーリングチャンバと、
前記電解メッキチャンバに対する基板の搬入搬出、前記電解研磨チャンバに対する基板の搬入搬出、前記無電解メッキチャンバに対する基板の搬入搬出、および前記アニーリングチャンバに対する基板の搬入搬出を行う搬送装置を設置したもので、前記電解メッキチャンバと前記電解研磨チャンバと前記無電解メッキチャンバと前記アニーリングチャンバとのそれぞれにゲートバルブを介して接続された搬送チャンバとを備え、
前記電解メッキチャンバ、前記電解研磨チャンバ、前記無電解メッキチャンバ、および前記アニーリングチャンバの間においての基板の搬送が、前記搬送チャンバを介して当該基板を大気に開放することなく行われる
半導体製造装置。 - 前記半導体製造装置の搬送チャンバには、前記基板に処理液を供給する液処理チャンバがゲートバルブを介して接続され、
前記搬送装置は、前記電解メッキチャンバに対する基板の搬入搬出、前記電解研磨チャンバに対する基板の搬入搬出、前記無電解メッキチャンバに対する基板の搬入搬出、および前記アニーリングチャンバに対する基板の搬入搬出を行うとともに、前記液処理チャンバに対する基板の搬入搬出を行うと共に、
前記各チャンバと前記液処理チャンバとの間においての基板の搬送が、前記搬送チャンバを介して当該基板を大気に開放することなく行われる
請求項6記載の半導体製造装置。 - 前記液処理チャンバは、前記基板を保持するホルダと、
前記ホルダに保持された基板表面に処理液を供給するノズルとを備えた
請求項7記載の半導体製造装置。 - 前記処理液を供給するノズルは、洗浄液を供給するノズルと、エッチング液を供給するノズルとからなる
請求項8記載の半導体製造装置。 - 前記電解メッキ装置が構成される電解メッキチャンバは、
前記基板を保持するホルダと、
前記ホルダに対向する位置に設けられたもので前記ホルダに保持された基板とともに閉空間を形成してその閉空間に電解メッキ液を充填することが可能なカップと、
前記ホルダに保持された基板表面に処理液を供給するノズルとを備えた
請求項6記載の半導体製造装置。 - 前記処理液は、洗浄液からなる
請求項10記載の半導体製造装置。 - 前記電解研磨装置が構成される電解研磨チャンバは、
前記基板を保持するホルダと、
前記ホルダに対向する位置に設けられたもので前記ホルダに保持された基板とともに閉空間を形成してその閉空間に電解研磨液を充填することが可能なカップと、
前記ホルダに保持された基板表面に処理液を供給するノズルとを備えた
請求項6記載の半導体製造装置。 - 前記処理液を供給するノズルは、
洗浄液を供給するノズルと、エッチング液を供給するノズルとからなる
請求項12記載の半導体製造装置。
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