JP2003243326A

JP2003243326A - 半導体装置の製造方法及び製造装置

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Publication number: JP2003243326A
Application number: JP2002039237A
Authority: JP
Inventors: Yuji Segawa; 雄司瀬川; Takeshi Nogami; 毅野上; Hiroshi Horikoshi; 浩堀越
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】無電解メッキ法によるメタル系のバリア膜成
膜プロセスにおける選択性の向上を図り、銅配線間の導
通による動作不良のない信頼性の高い半導体装置を提供
する。【解決手段】金属配線層４上に、触媒金属による活性
化処理及び無電解メッキ処理により銅拡散防止機能を有
するバリア膜５を形成するとともに、活性化処理、無電
解メッキ処理の少なくともいずれか一方の後に洗浄処理
が行われる。この洗浄処理は、メッキ装置１１にて、金
属汚染物質除去能力を有する薬液洗浄又はスクラブ洗浄
の少なくとも一方が行われる。メッキ装置１１には、洗
浄処理機構としてスクラバー１５が配設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、半導体ウェハ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、無電解メッキ法により選択的に銅配線上にのみ成膜
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】しかしながら、上述し
た方法にあっては、触媒活性層を構成するＰｄ等が層間
絶縁膜上に物理的に吸着して残留した場合、無電解メッ
キ法によってＣｏＷＰが銅配線以外の場所に形成されて
しまう。また、ＣｏＷＰの無電解メッキ処理後に、Ｃ
ｏ、Ｗ等の金属が層間絶縁膜上に付着することもある。

【０００８】このような場合、銅配線間に形成されたＣ
ｏＷＰや、付着したＣｏ、Ｗ等の金属を介してリーク電
流が流れてしまい、半導体装置の動作不良の原因となっ
て、ＣｏＷＰの成膜プロセスにおける選択性が劣化する
という問題がある。

【０００９】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、無電解メッキ法によるメタル系のバリア膜成
膜プロセスにおける選択性の向上を図り、銅配線間の導
通による動作不良のない信頼性の高い半導体装置の製造
方法及び製造装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【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、銅を含む金属配
線上に、触媒金属による活性化処理及び無電解メッキ処
理により銅拡散防止機能を有するバリア膜を形成すると
ともに、活性化処理、無電解メッキ処理の少なくともい
ずれか一方の後に洗浄処理が行われる。

【００１１】また、本発明に係る半導体装置の製造装置
は、銅を含む金属配線上に、触媒金属による活性化処理
及び無電解メッキ処理により銅拡散防止機能を有するバ
リア膜を形成する際に、活性化処理、無電解メッキ処理
の少なくともいずれか一方の後に洗浄処理を行う洗浄処
理機構を有する。

【００１２】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てメタル系のバ
リア膜を形成する際に、活性化処理、無電解メッキ処理
の少なくともいずれか一方の後に洗浄処理を行うこと
で、金属配線間の導通の原因となる付着したＰｄや、Ｃ
ｏ、Ｗ等の金属が除去される。このため、本発明に係る
半導体装置の製造方法及び製造装置によれば、無電解メ
ッキ法によるメタル系のバリア膜成膜プロセスにおける
選択性の向上が図られ、金属配線間の導通による動作不
良のない信頼性の高い半導体装置が製造される。

【００１３】

【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。

【００１４】本発明が対象とする半導体装置は、銅（Ｃ
ｕ）を含む金属配線を有するものであり、この金属配線
上に銅拡散防止機能を有するバリア膜が形成される。バ
リア膜としては、コバルト合金やニッケル合金を用い、
これを無電解メッキ法によって金属配線上に形成する。
ここで、コバルト合金としては、ＣｏＰ、ＣｏＢ、Ｃｏ
Ｗ、ＣｏＭｏ、ＣｏＷＰ、ＣｏＷＢ、ＣｏＭｏＰ、Ｃｏ
ＭｏＢ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、Ｗと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。タングステンやモリブ
デンをコバルトやニッケルに添加することで、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やホウ素も、成膜されたコバルト
やニッケルを微細な結晶構造とし、銅拡散効果に寄与す
る。

【００１５】本発明の製造方法は、上述したような半導
体装置の一連の製造工程において、金属配線上に、触媒
金属による活性化処理及び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
に係るものであり、本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を成膜する
ものとして説明する。このバリア膜形成の前工程におい
ては、Ｃｕからなる金属配線層及びＴａＮ等からなるバ
リアメタル層が半導体ウェハ上に形成され、その後半導
体ウェハのＣＭＰ及びポストＣＭＰクリーニングが行わ
れる。

【００１６】そして、金属配線上にバリア膜を形成する
工程においては、酸化膜除去処理が行われ、次いで活性
化処理及びＣｏＷＰの無電解メッキ処理、半導体ウェハ
を回転させて乾燥させるスピンドライ処理が行われる。
これら各処理のうち、活性化処理及び無電解メッキ処理
の後に、それぞれ洗浄処理が行われる。

【００１７】上記各処理のうち酸化膜除去処理は、例え
ば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を除去するために行われる。この
酸化膜除去処理は、必要に応じて行えばよく、また、こ
の酸化膜除去処理以前にアルカリ脱脂によって表面のぬ
れ性を向上させる脱脂処理を必要に応じて行ってもよ
い。

【００１８】活性化処理は、例えば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。

【００１９】無電解メッキ処理は、Ｐｄによって触媒活
性された被メッキ表面に、無電解メッキによりＣｏＷＰ
をバリア膜として成膜する。無電解メッキ液の組成、条
件例は下記の通りである。

【００２０】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

【００２１】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Ｄ
ＭＡＢ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。

【００２２】なお、バリア膜として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。

【００２３】＜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

【００２４】＜ＣｏＭｏＰあるいはＮｉＷＰ、ＮｉＭｏ
Ｐ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

【００２５】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。

【００２６】上述した酸化膜除去処理、活性化処理及び
ＣｏＷＰの無電解メッキ処理における処理方法として
は、スピンテーブルを用いてのスピン処理又はパドル処
理、さらにはディップ槽を用いたディッピング処理等を
挙げることができる。

【００２７】活性化処理及びＣｏＷＰの無電解メッキ処
理後にそれぞれ行われる洗浄処理は、金属汚染物質除去
能力を有する薬液を用いた薬液洗浄、又はスクラバーに
よってウェハ表面をスクラビングするスクラブ洗浄の少
なくともいずれか一方が行われる。薬液洗浄に用いる薬
液としては、例えば関東化学社製のシュウ酸をベースと
した薬液（商品名：ＣＭＰＭ０１）等を用いる。また、
スクラブ洗浄に用いるスクラバーとしては、ポリビニー
ルアルコール（ＰＶＡ）材のような柔らかい材質を用い
る。スクラバーは、例えばローラ型や揺動アーム型等、
ウェハ表面をスクラビングできるものであればその形状
は問わない。

【００２８】洗浄処理においては、上述したような薬液
洗浄とスクラブ洗浄とを両方行う場合、これらを同時に
行ってもよく、また別々に行ってもよい。薬液洗浄とス
クラブ洗浄とを別々に行う場合、及び洗浄処理としてス
クラブ洗浄のみを行う場合には、純水を流しながらスク
ラバーによるウェハ表面のスクラビングを行う必要があ
る。

【００２９】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、その結果、Ｃｕ配線上に
のみバリア膜が選択的に形成されることとなる。

【００３０】なお、上述した洗浄処理は、活性化処理後
及びＣｏＷＰの無電解メッキ処理後のそれぞれに行うこ
ととしているが、いずれか一方の処理後にのみ行うもの
であってもよい。

【００３１】また、上述した実施の形態においては、Ｃ
ｕ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。

【００３２】このようにして金属配線上にバリア膜が形
成された半導体ウェハは、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。

【００３３】次に、上述した処理による具体的な配線形
成例について説明する。なお、本例では、説明を簡略化
するために、配線溝のみの構造としたが、配線溝と孔と
を同時に加工するデュアルダマシン構造にも、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。

【００３４】配線形成に際しては、まず図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。

【００３５】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Ｃ
ｕ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２
００ｎｍ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
さによりことなるが、目安として２．０μｍ以下である
ことが好ましい。

【００３６】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。

【００３７】上述したような研磨の後、活性化処理とし
てＰｄ置換処理を行い、金属配線層４上に触媒活性層を
形成する。そして、薬液洗浄、スクラブ洗浄のいずれ
か、又は双方を行う洗浄処理によって、活性化処理の際
に金属配線層４以外の箇所、具体的には層間絶縁膜１上
に物理的に吸着して残留したＰｄを除去する。

【００３８】その後、同図（ｄ）に示すように、バリア
膜５を無電解メッキによって金属配線層４上に成膜す
る。そして、このバリア膜５の成膜後に、活性化処理後
と同様に洗浄処理を行い、無電解メッキを行う際に層間
絶縁膜１上に付着したＣｏ、Ｗ等の金属を除去する。

【００３９】上述したような配線形成例において、Ｐｄ
置換後の層間絶縁膜１上には、Ｐｄが１０^１１ａｔｍｓ
／ｃｍ^２以上検出され、またＣｏＷＰの成膜後の層間絶
縁膜１上には、Ｃｏが１０^１２ａｔｍｓ／ｃｍ^２以上検
出された。そこで、Ｐｄ置換後及びＣｏＷＰの成膜後に
上述したような洗浄処理を施すことによって、層間絶縁
膜１上の不純物量を１０^１０ａｔｍｓ／ｃｍ^２（検出限
界）以下とすることができる。

【００４０】上述した配線形成例において、Ｃｕ配線の
リーク電流をＣｏＷＰ成膜前、ＣｏＷＰ成膜後及び洗浄
処理後のそれぞれについて測定し、その結果を図２
（ａ）に示す。このリーク電流の測定は、同図（ｂ）に
示すテストパターン、具体的には幅０．３μｍ、長さ
０．３ｎｍ、配線間０．２３μｍとされた３００本の櫛
歯状の配線を二組組み合わせたテストパターンを８イン
チウェハ内に４４チップ分配置し、これら配線間に３Ｖ
印加したものについて行った。図２（ａ）に示すよう
に、ＣｏＷＰ成膜後に洗浄処理を施すことによって、Ｃ
ｏＷＰ成膜後であってもＣｏＷＰ成膜前のリーク電流値
とほぼ同等の値に抑えることができ、この結果、配線間
の導通による動作不良のない信頼性の高い半導体装置を
得ることができる。

【００４１】上述した各処理を行ってバリア膜を無電解
メッキにて形成するメッキ装置について、以下に説明す
る。

【００４２】メッキ装置１１は、バリア膜を無電解メッ
キに形成する際に行われる酸化膜除去処理、活性化処
理、無電解メッキ処理及び洗浄処理の各処理が行われ
る。メッキ装置１１は、図３に示すように、底部が開放
されたメッキカップ１２と、ＣＭＰ及びポストＣＭＰク
リーニングが行われたウェハＷが載置されるスピンテー
ブル１３と、所定の液体をスピンテーブル１３上のウェ
ハＷに供給する複数のノズル１４と、ウェハＷ表面を洗
浄するスクラバー１５と、ウェハＷに供給され、このウ
ェハＷから溢れた過剰の液体を収容する外槽１６とを備
える。

【００４３】メッキカップ１２には、無電解メッキ液を
タンク（図示を省略する。）からカップ内部に供給する
供給ノズル１７と、無電解メッキ処理の際にウェハＷと
の接触部を密封するＯリング１８が設けられている。ま
た、メッキカップ１２には、開放された底部近傍に無電
解メッキ処理後の無電解メッキ液を回収する回収ノズル
１９が設けられている。メッキカップ１２は、無電解メ
ッキ処理の際にＯリング１８を介してウェハＷに接触す
るとともに、無電解メッキ処理後にはウェハＷから離れ
るように、同図中矢印Ａ方向に上下動する構造とされて
いる。

【００４４】スピンテーブル１３は、シャフト２０に支
持され、このシャフト２０によって同図中矢印方向Ｂに
回転するよう構成されている。スピンテーブル１３に
は、メッキカップ１２と対向する面に、ウェハＷが載置
され、保持される。

【００４５】上述したメッキ装置１１は、無電解メッキ
処理時に、図４に示すように、メッキカップ１２が下降
してスピンテーブル１３に接することで、メッキカップ
１２の開放された底部がスピンテーブル１３にて閉鎖さ
れ、メッキ槽が構成される。このとき、接触部分は上述
したＯリング１８にて密封されている。メッキ装置１１
においては、このようにして構成されたメッキ槽内に供
給ノズル１７から無電解メッキ液を供給することで、ウ
ェハＷの無電解メッキ処理が行われる。

【００４６】ノズル１４は、例えば１４ａが純水リンス
に用いる純水を、１４ｂが薬液洗浄に用いる薬液を、１
４ｃが酸化膜除去処理に用いる塩酸（ＨＣｌ）を、１４
ｄが活性化処理に用いるＰｄＣｌ_２をそれぞれスピンテ
ーブル１３上に載置されたウェハＷに供給する。これら
各ノズル１４は、それぞれ図３中矢印Ｃ方向、具体的に
はメッキカップ１２下降時には同図中外側に、各液体の
供給時にはウェハＷ上に位置するように同図中内側へと
移動可能な構造とされる。

【００４７】スクラバー１５は、スピンテーブル１３上
に載置されたウェハＷ表面をスクラビングして洗浄する
ものである。スクラバー１５は、図５に示すように、円
柱形状を呈し、その外周面をウェハＷに接触させた状態
で同図中矢印Ｄ方向に回転するとともに、同図中矢印Ｅ
方向に往復動作して、ウェハＷ表面の洗浄を行う、いわ
ゆるローラ型のスクラバーである。このスクラバー１５
による洗浄動作中において、スクラバー１５による洗浄
と同時に薬液洗浄を行う場合には、ノズル１４ｂから薬
液が、スクラバー１５による洗浄のみを行う場合には、
ノズル１４ａから純水がウェハＷ上に供給される。

【００４８】なお、スクラバー１５は、上述したローラ
型に限定されるものではなく、例えば図６に示すよう
に、同図中矢印Ｆ方向に揺動するアーム２１に取り付け
られ、その一端面をウェハＷに接触させた状態で同図中
矢印Ｇ方向に回転してウェハＷ表面の洗浄を行う、いわ
ゆる揺動アーム型のスクラバーであってもよい。

【００４９】上述した無電解メッキ装置１１を使用し
て、無電解メッキにて金属配線上にバリア膜を形成する
処理を以下に説明する。

【００５０】まず、Ｃｕからなる配線層及びＴａＮ等か
らなるバリアメタル層のＣＭＰ、ポストＣＭＰクリーニ
ングが行われた半導体ウェハＷをスピンテーブル１３上
に載置する。そして、半導体ウェハＷに対して、例えば
５ｗｔ％以下の塩酸（ＨＣｌ）をノズル１４ｃから供給
し、スピン処理又はパドル処理によって、配線層表面の
酸化膜の除去処理を行う。次に、ＰｄＣｌ_２の塩酸溶液
（Ｐｄ濃度：０．０５ｇ／ｌ、ｐＨ１、常温）をノズル
１４ｄからウェハＷ上に供給し、スピン処理又はパドル
処理によって、Ｐｄ置換処理を行う。

【００５１】上述したＰｄ置換処理後に、配線層以外の
箇所に吸着したＰｄを除去する洗浄処理が行われる。こ
の洗浄処理においては、重金属除去に効果のある薬液、
例えば関東化学社製のシュウ酸をベースとした薬液（商
品名：ＣＭＰＭ０１）をノズル１４ｂからウェハＷ上に
供給し、スピン処理することで薬液洗浄が行われる。さ
らに、この洗浄処理においては、薬液洗浄と同時に、ス
クラバー１５を用いたスクラブ洗浄が行われる。

【００５２】次に、メッキカップ１２を下降させて、半
導体ウェハＷを乗せたスピンテーブル１３と合体させ、
供給ノズル１７からＣｏＷＰ無電解メッキ液を供給し
て、無電解メッキ処理によるＣｏＷＰ成膜を行う。

【００５３】ＣｏＷＰ成膜が終了し、無電解メッキ液を
回収ノズル１９から回収した後、メッキカップ１２をス
ピンテーブル１３から離し、再度洗浄処理を行う。この
再度の洗浄処理においては、Ｐｄ置換処理後の洗浄と同
様に、薬液洗浄及びスクラブ洗浄を同時に行う。再度の
洗浄処理後、スピンドライすることによってバリア膜形
成工程を終了する。

【００５４】ここで、バリア膜の成膜にあっては、ウェ
ハＷは常にウェットな状態で各処理を進めることが好ま
しい。これはバリア膜であるＣｏＷＰの成膜途中でウェ
ハＷが乾燥してしまうと、層間絶縁膜１部分に付着した
金属等の不純物が薬液洗浄やスクラブ洗浄による洗浄処
理によって除去しにくくなるためである。一方、ＣｏＷ
Ｐ成膜後の洗浄処理を行うために、別個の洗浄装置に搬
送する等の間、上述した理由によりウェット状態を保っ
たままで放置した場合、ＣｏＷＰ表面の酸化が進む。酸
化したＣｏＷＰ表面は、薬液洗浄及びスクラブ洗浄によ
る洗浄処理でダメージを受けやすい。したがって、Ｃｏ
ＷＰ成膜を成膜する際には、成膜後すぐに洗浄を行うこ
とが好ましい。このため、メッキ装置１１においては、
洗浄処理機構たるスクラバー１５を設け、ＣｏＷＰ成膜
後の洗浄処理を含むバリア膜形成のための各処理を１シ
ステムとして実施するよう構成されている。このように
メッキ装置１１を構成することで、ウェハＷ上に付着し
た不純物をウェット状態を保ったままで容易に除去する
ことができるとともに、ＣｏＷＰ成膜後に別個の洗浄装
置を用意する必要も無くなり、半導体装置の製造が簡易
になるとともに、製造コストを低下させることができ
る。

【００５５】なお、上述したメッキ装置１１にあって
は、メッキカップ１２とスピンテーブル１３とによって
メッキ槽を構成し、このメッキ槽内に無電解メッキ液を
供給することで無電解メッキ処理を行うようにしたが、
本発明はこのような構成の装置に限定されるものではな
い。他の構成に係るメッキ装置３１は、例えば図７に示
すように、無電解メッキ槽３２を備え、この無電解メッ
キ槽３２にウェハＷを浸すディップ処理によってＣｏＷ
Ｐを成膜するように構成されるものであってもよい。こ
のとき、メッキ装置３１にあっては、無電解メッキ処理
以外の各処理、具体的には無電解メッキ処理以前に行わ
れる酸化膜除去処理、活性化処理はメッキ装置１１と同
様にスピンテーブル１３上にウェハＷを載置してスピン
処理又はパドル処理にて行われ、活性化処理及び無電解
メッキ処理後にそれぞれ行われる洗浄処理はスピンテー
ブル１３上にウェハＷが載置されて行われる。なお、こ
のような構成を有するメッキ装置３１にあっては、図示
は省略するが、スピンテーブル１３と無電解メッキ槽３
２との間でウェハＷを搬送するウェハ搬送機構が設けら
れる。

【００５６】また、このようなメッキ装置３１にあって
は、上述した酸化膜除去処理及び活性化処理をスピンテ
ーブル１３を用いたスピン処理又はパドル処理ではな
く、ディップ処理にて行うようにし、各処理を行うディ
ッピング槽を設けるものであってもよい。

【００５７】

【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
キ処理にてメタル系のバリア膜を形成する際に、活性化
処理、無電解メッキ処理の少なくともいずれか一方の後
に洗浄処理を行うことで、金属配線間の導通の原因とな
る付着したＰｄや、Ｃｏ、Ｗ等の金属を除去することが
できる。このため、本発明に係る半導体装置の製造方法
及び製造装置によれば、金属配線間のリーク電流の発生
を抑えて、無電解メッキ法によるメタル系のバリア膜成
膜プロセスにおける選択性の向上を図ることができ、金
属配線間の導通による動作不良のない信頼性の高い半導
体装置が製造することができる。

【００５８】また、本発明に係る半導体装置の製造装置
によれば、無電解メッキ処理にてメタル系のバリア膜を
形成する際に、活性化処理、無電解メッキ処理の少なく
ともいずれか一方の後に洗浄処理を行う洗浄処理機構を
有するため、ＣｏＷＰ成膜後に別個の洗浄装置を用意す
る必要が無くなり、半導体装置の製造が簡易になるとと
もに、製造コストを低下させることができる。

【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】（ａ）は、ＣｏＷＰ成膜前、ＣｏＷＰ成膜後及
び洗浄処理後の配線パターン間のリーク電流値を示す特
性図であり、（ｂ）は、リーク電流の測定に用いたテス
トパターンを示す図である。

【図３】本実施の形態に係るメッキ装置の概略構成を説
明するための図である。

【図４】同メッキ装置で行う無電解メッキ処理を説明す
るための図である。

【図５】同メッキ装置に配設されたスクラバーを示す要
部斜視図である。

【図６】他の構成を有するスクラバーを示す要部斜視図
である。

【図７】他の構成に係るメッキ装置の概略構成を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１絶縁膜，２配線溝，３バリアメタル層，４配
線層，５バリア層，１１、３１メッキ装置，１５
スクラバー，２１アーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀越浩東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 4M104 BB04 BB17 BB30 BB32 BB33 BB36 CC01 DD22 DD28 DD33 DD43 DD52 DD53 DD75 DD99 FF17 FF18 FF22 HH05 HH14 HH20 5F033 HH07 HH11 HH15 HH19 HH20 HH21 HH32 HH33 HH34 JJ01 JJ11 JJ21 JJ32 JJ33 JJ34 KK01 KK03 KK07 MM01 MM02 MM08 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP14 PP27 PP28 PP33 QQ00 QQ09 QQ37 QQ48 QQ91 QQ94 XX03 XX21 XX28 XX31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅を含む金属配線上に、触媒金属による
活性化処理及び無電解メッキ処理により銅拡散防止機能
を有するバリア膜を形成するとともに、上記活性化処
理、無電解メッキ処理の少なくともいずれか一方の後に
洗浄処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２】上記洗浄処理は、金属汚染物質除去能力
を有する薬液又はスクラブの少なくとも一方を用いて行
うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項３】上記活性化処理に用いる触媒金属は、パ
ラジウム、白金、金、ロジウムから選ばれる少なくとも
１種であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項４】上記無電解メッキ処理により形成される
バリア膜は、コバルト合金、ニッケル合金から選ばれる
少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１に記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】銅を含む金属配線上に、触媒金属による
活性化処理及び無電解メッキ処理により銅拡散防止機能
を有するバリア膜を形成する半導体装置の製造装置にお
いて、上記活性化処理、無電解メッキ処理の少なくともいずれ
か一方の後に洗浄処理を行う洗浄処理機構を有すること
を特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項６】上記洗浄処理機構は、金属汚染物質除去
能力を有する薬液又はスクラブの少なくとも一方を用い
て洗浄処理行うことを特徴とする請求項５に記載の半導
体装置の製造装置。
【請求項７】上記洗浄処理機構として、ローラ型のス
クラバーが配設されることを特徴とする請求項６に記載
の半導体装置の製造装置。
【請求項８】上記洗浄処理機構として、揺動アーム型
のスクラバーが配設されることを特徴とする請求項６に
記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】上記活性化処理に用いる触媒金属は、パ
ラジウム、白金、金、ロジウムから選ばれる少なくとも
１種であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装
置の製造装置。
【請求項１０】上記無電解メッキ処理により形成され
るバリア膜は、コバルト合金、ニッケル合金から選ばれ
る少なくとも１種からなることを特徴とする請求項５に
記載の半導体装置の製造装置。