JP2003510846A - 銅結線のシード層の処理方法および処理装置 - Google Patents

銅結線のシード層の処理方法および処理装置

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JP2003510846A JP2001527348A JP2001527348A JP2003510846A JP 2003510846 A JP2003510846 A JP 2003510846A JP 2001527348 A JP2001527348 A JP 2001527348A JP 2001527348 A JP2001527348 A JP 2001527348A JP 2003510846 A JP2003510846 A JP 2003510846A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】 誘電体層に半導体結線形状を形成するための方法が提供されている。その方法は、誘電体層上に形成された形成されたバリア層上、および誘電体層のエッチング形状内に、銅シード層を蒸着する工程を含む。次いで、銅シード層は、酸化された層を銅シード層から除去するために処理を施される。次いで、その方法は、処理された銅シード層上に銅充填層を電気メッキする工程に進む。銅充填層は、誘電体層のエッチング形状を満たすよう構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、半導体素子の製造に関し、特に、より信頼性の高い金属結線
を加工する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造プロセスは、半導体ウエハの製造に始まる。次いで、各ウエ
ハには、多数の処理工程が施され、一群の半導体ダイが形成される。周知のよう
に、まず、トランジスタが半導体ウエハに加工され、次いで、多重レベルの金属
結線と導電バイアが形成され、トランジスタが相互に接続される。金属結線に銅
が用いられる場合には、誘電体層にトレンチやバイアホールを形成するために、
ダマシンおよびデュアルダマシンと呼ばれるプロセスが用いられる。以下で説明
するように、通常の銅充填プロセスにはいくつかの問題がある。
【０００３】 ここで、図１Ａを参照する。図１Ａは、パターン誘電体層１００の断面図を示
す。図示されているように、誘電体層１００は、バイアホール１０２とトレンチ
１０４とを有する。バリア層１０５は通例、誘電体層１００上ならびにバイアホ
ール１０２およびトレンチ１０４の中に生成される。通例、バリア層は、タンタ
ル材料、窒化タンタル材料、もしくはそれらの組み合わせである。次いで、銅シ
ード層１０６がバリア層１０５上にブランケット生成され、バイアホール１０２
およびトレンチ１０４内の内壁および表面が被覆される。銅シード層には、良好
な付着を促すと共に、銅結線の間の良好な電気接触を確立することが求められる
。銅シード層１０６は通例、化学蒸着（ＣＶＤ）技術もしくは物理蒸着（ＰＶＤ
）技術のいずれかを用いて生成される。銅シード層１０６が生成されると、ウエ
ハは、生成チャンバから移動され、バルク銅充填プロセスが開始される前に、大
気環境下に導入され、酸素にさらされる。この時間は、プロセスのパラメータと
スループットの要因によって幅広く変化することがあるのだが、その間に、銅シ
ード層１０６は、酸素への露出によって自然に酸化する傾向がある。
【０００４】 銅シード層の酸化は、誘電体層１００の上面の銅には影響しない。しかし、ト
レンチ１０４およびバイアホール１０２内に蒸着された銅の量は、実質的に薄く
、それゆえ、銅の酸化の影響を最も受ける。例えば、厚さＸを持つ層がシード層
１０６として蒸着された場合、バイアホール１０２の壁１１０には、実際にはＸ
の約１０％しか蒸着されない。バルク銅充填プロセスを実行する前に、約１０〜
３０％銅シード層１０６が酸化されると考えられる。図１Ｂに示されているよう
に、銅シード層１０６の上部領域１０６ａが酸化され、下部１０６ｂのみが、酸
化されていない銅として残る。銅シード層１０６が形成されると、バルク銅充填
部１０８が形成され、残りのバイアホール１０２およびトレンチ１０４に充填が
施される。
【０００５】 銅シード層が酸化することに関する問題は、酸化された上部領域１０６ａが、
金属結線の性能の不足を引き起こしうることである。例えば、電気メッキされた
バルク銅充填部１０８の品質が低下するために、銅シード層１０６と材料との結
合が完全には形成されないことがある。酸化銅１０６ａが過度に存在することに
より、結合が影響を受けるばかりでなく、壁１１０上の純粋な銅材料も少なくな
る。充填されたバイアは、下層にある導電性の金属結線やトランジスタ素子への
インターフェースである。このため、電気メッキされた銅充填部１０８への良好
な結合を促進するのに必要な銅シード材料が減少することによって、そのような
インターフェースは、品質低下を起こす可能性が最も高い。
【０００６】 酸化を除去するための１つの解決法は、ウエハをエッチングチャンバに移動さ
せ、酸化銅の層をエッチング除去することである。この技術によれば酸化銅を除
去できるのだが、エッチングによって銅シード層１０６ａの一部も除去される。
銅シード層１０６の厚さは、壁１１０においてはすでに非常に薄いため、このこ
とが問題となる。シード層１０６から銅をさらに除去すると、適切な銅の電気メ
ッキを可能とするのに不十分な銅シード層１０６しか残らないという状況が生じ
うる。銅シード層１０６を除去しすぎると、銅結線と銅充填バイアが原因で、集
積回路素子の信頼性および性能が低下するという欠陥が生じることもある。電気
メッキに関するさらなる情報については、銅材料を電気メッキするための従来技
術を記載している米国特許Ｎｏ．５，８８２，４９８を参照することができる。
この米国特許は、参考のために本明細書に組み込まれる。
【０００７】 以上の点から、上述の問題による影響を受けない銅の結線形状を形成するため
の方法が求められている。特に、銅充填プロセスを開始するために用いられる銅
シード層の完全性を損なわずに、銅の結線形状を形成するためのトレンチおよび
バイアへの銅充填を施す方法が求められる。
【０００８】
【発明の概要】
概して、本発明は、銅の電気メッキ動作を施す前に、銅シード層を処理するた
めの方法および装置を提供することにより、これらの要求を満たす。銅の電気メ
ッキ動作は、銅による配線構造を形成するためのエッチングされたトレンチおよ
び／またはバイアを充填するために行われる。ここで、本発明は、プロセス、装
置、システム、デバイス、または方法を含む種々の手段で実現できることを理解
しておく必要がある。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。
【０００９】 一実施形態では、誘電体層に半導体結線形状を形成する方法が開示されている
。その方法は、誘電体層上、およびバリア層を持つ誘電体層のエッチング形状内
に、銅シード層を生成する工程を含む。そして、銅シード層は、酸化された層を
銅シード層上から除去するための処理を施される。そして、その方法は、処理さ
れた銅シード層上に銅充填層を電気メッキする工程に進む。銅充填層は、誘電体
層のエッチング形状を充填するように構成されている。一例では、銅シード層の
処理工程は、脱イオン水内において混合されたフッ化水素酸（ＨＦ）と、クエン
酸と、アンモニアと、を含む溶液を、銅シード層の表面に塗布する工程を含む。
【００１０】 別の実施形態では、誘電体層に銅の結線形状を形成する方法が開示されている
。その方法は、誘電体層に形成されたバリア層上、および誘電体層の高アスペク
ト比のエッチング形状内に、銅シード層を生成する工程を含む。銅シード層が生
成された後、銅シード層は、銅シード層を除去せずに、酸化された層を銅シード
層上から除去するよう処理される。そして、処理された銅シード層上に銅のバル
ク層が充填される。銅のバルク層は、誘電体層の高アスペクト比のエッチング形
状を充填するように構成されている。
【００１１】 さらに別の実施形態では、銅結線を加工するための装置が開示されている。そ
の装置は、以下の要素を備える：（ａ）バリア層上に銅シード層を生成するため
の生成ステーション。バリア層は、基板の誘電体層と、誘電体層のエッチング形
状と、を被覆する；（ｂ）基板を受け取り、銅シード層上から酸化銅層を除去す
るための処理モジュール；（ｃ）同じ場所で処理モジュールに接続された電気メ
ッキモジュール。電気メッキモジュールは、処理された銅シード層上に充填銅部
を形成し、誘電体層のエッチング形状を充填するよう構成されている。
【００１２】 本発明の原理を例示した添付図面に即して行う以下の詳細な説明から、本発明
のその他の態様および利点が明らかになる。本発明は、添付の図面を参照してい
る以下の詳細な説明によって、容易に理解される。図面においては、同じ符号は
同じ要素を示している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
金属結線形状を形成するための発明が開示されている。具体的な例では、金属
結線形状は銅の形状であり、銅シード層を処理するための方法が開示されている
。銅シード層は、銅の配線構造を決めるエッチングされバリアで被覆されたトレ
ンチおよび／またはバイアを満たす銅の電気メッキを行う前に、形成される。以
下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの詳細が示されている
。しかしながら、当業者にとっては、本発明がこれらの具体的な詳細の一部もし
くはすべてがなくとも実行可能であることが理解されるだろう。そのほか、本発
明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の工程動作の説明は省略した
。
【００１４】 本発明の一実施形態では、バリア層上に銅シード層を形成するための方法が開
示される。バリア層は、誘電体層上に形成され、トレンチおよび／またはバイア
のようなエッチング形状を有している。銅シード層は、生成チャンバ内で生成さ
れることが好ましい。生成が終わると、エッチング形状を有するウエハは、チャ
ンバから出され、銅シード層が酸素に露出される大気環境下に移動される。その
時間に応じて、酸素への露出が、銅シード層での酸化銅層の形成を引き起こす。
銅の電気メッキが施される前に、その方法は、ウエハを処理モジュールに移動さ
せ、そこで、酸化銅は、残りの銅シード層を除去することなしに除去される。酸
化銅が銅シード層から除去されると、ウエハはすぐに、例えば数秒の内に、電気
メッキモジュールに移動される。電気メッキモジュールで、銅シード層上にバル
ク銅充填層がメッキされ、トレンチおよび／またはバイアが満たされる。以下の
説明では、処理と電気メッキとを併せて実行するために用いることのできる処理
プロセスおよびクラスタモジュールを説明する、いくつかの実施形態が与えられ
る。
【００１５】 図２Ａは、本発明の一実施形態にそった、シード層生成チャンバ２０２と、電
気メッキ装置２０３とを備える処理システム２００の図である。電気メッキ装置
２０３は、シード層処理モジュール２０４と、電気メッキモジュール２０６とを
備える。電気メッキモジュール２０６は、表面上に金属層を電気メッキするよう
構成された任意の従来の電気メッキモジュールでよい。一例では、その表面は、
シード層生成チャンバ２０２でウエハＷに生成された銅シード層である。電気メ
ッキモジュール２０６は、電解質溶液を用いる電気メッキプロセスをウエハＷに
施すよう構成されている。
【００１６】 通例、陽極は、電解質溶液内に配置され、陰極は、電流を供給するためにシリ
コンウエハに接続されている。次いで、電流と、電解質溶液と、ウエハとが反応
し、ウエハ表面上の、チャンバ２０２で生成されたシード層上に金属層が形成さ
れる。この実施形態では、シード層生成チャンバ２０２は、バリア層上に薄い銅
層を生成するよう構成されている。バリア層は、ウエハＷの表面上、ならびにト
レンチおよび／またはバイアの形状を決めるエッチング形状内に、形成される。
一実施形態では、バリア層は、任意の適切なバリア層でよい。具体的な例では、
バリア層は、タンタル材料、窒化タンタル材料、もしくはそれらの組み合わせで
よい。
【００１７】 銅による結線技術では、ウエハＷの誘電体層は、所定の層に結線金属網を形成
する金属結線の位置を定めるために、エッチングされる。シード層生成チャンバ
２０２は、バリア層上に薄い銅の層を生成するよう構成されている。例えば、代
表的なシード層生成では、ウエハＷの最上面上に約１５００Åの銅シード層が生
成される。しかしながら、上述のように、高いアスペクト比を持つ小さい形状の
壁に蒸着される銅の量は実質的に少なく、通例、全１５００Åのうちの約１０％
である。
【００１８】 ウエハＷが、シード層生成チャンバ２０２内で適切な厚さの銅シード層を生成
されると、ウエハは、チャンバ２０２から出され、電気メッキ装置２０３に導入
される前に酸素に露出される。電気メッキモジュール２０６で電気メッキプロセ
スを開始する前に、ウエハは、シード層処理モジュール２０４に導入される。シ
ード層処理モジュール２０４は、チャンバ２０２で生成された銅シード層で発生
した酸化銅の形成を、実質的にすべて除去する。
【００１９】 一実施形態では、シード層処理モジュール２０４は、脱イオン水と、有機化合
物と、フッ素化合物と、からなる化学洗浄溶液を供給するよう構成されている。
それらはすべて、酸性のｐＨ環境で混合される。酸性のｐＨ環境の利用は、銅シ
ード層に形成された酸化銅を溶解するよう構成されている。その酸化銅は、ウエ
ハＷがチャンバ２０２から電気メッキ２０３に搬送される際に、形成される。こ
の実施形態では、酸性のｐＨ環境は、約１〜６の範囲に保たれることが好ましい
。さらに好ましい実施形態では、酸性のｐＨ環境は、約２〜４の範囲に保たれる
。
【００２０】 用いられる有機化合物は、有機酸、有機酸のアンモニア塩、もしくは陰イオン
界面活性剤でよい。使用可能な有機酸は、例えば、クエン酸、リンゴ酸、マロン
酸、琥珀酸、もしくはそのような有機酸の任意の混合物などである。有機化合物
は、約１００ｐｐｍ〜２％の範囲の重量濃度で脱イオン水に溶解する必要がある
。別の実施形態では、有機化合物は、約２００ｐｐｍ〜０．２％の範囲の重量濃
度で脱イオン水に溶解される。
【００２１】 フッ素化合物は、フッ化水素酸（ＨＦ）もしくはフッ化アンモニウム（ＮＨ4
Ｆ）でよい。フッ素化合物は、約０．１％〜５％の範囲の重量濃度で脱イオン水
に溶解されることが好ましい。より詳細な例では、酸化物除去のための溶液は、
重量濃度０．５％のＨＦと、０．１％のクエン酸と、０．４％のＮＨ4ＯＨと、
を脱イオン水に混合したものでよい。この例では、溶液のｐＨレベルは約３であ
る。
【００２２】 したがって、シード層処理モジュール２０４は、洗浄溶液の付着したウエハを
、槽内で洗浄するか、もしくはスクラブブラシ技術を用いてスクラブすることが
できることに注目すべきである。ウエハに付着した洗浄液は、チャンバ２０２で
生成されたシード層上から酸化銅を除去するための洗浄液である。これらの洗浄
またはスクラブは、電気メッキモジュール２０６がシード層に電気メッキを施す
前に、行われる。このように、電気メッキモジュール２０６は、銅シード層上に
、より均一で欠陥のない銅の層を生成でき、その結果、従来技術を参照して説明
した問題を回避することができるだろう。
【００２３】 また、電気メッキ装置２０３は、処理およびメッキプロセスを同じ場所で実行
することが可能であり、それゆえ、モジュール２０４内でシード層の処理を施し
た直後にメッキプロセスを施すことが可能である複合モジュールであることが好
ましいことに注目すべきである。それゆえ、電気メッキ装置２０３は、電気メッ
キモジュール２０６で電気メッキプロセスが施される直前にシード層の処理を効
率的に施すクラスタツールであることが好ましい。酸化銅の除去のための洗浄技
術に関するさらなる情報については、米国特許出願Ｎｏ．０８／９５５，３９３
、「銅被膜の研磨後に半導体基板を洗浄するための方法および装置（ＭＥＴＨＯ
Ｄ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＣＬＥＡＮＩＮＧ ＳＥＭＩＣＯＮ
ＤＵＣＴＯＲ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ ＡＦＴＥＲ ＰＯＬＩＳＨＩＮＧ ＯＦ
ＣＯＰＰＥＲ ＦＩＬＭ）」、１９９７年１０月２１日出願、を参照すること
ができる。この出願は、参考のために本明細書に組み込まれる。
【００２４】 図２Ｂは、本発明の代替の実施形態にそった電気メッキ装置２０３’を示す。
シード層処理モジュール２０４は、この実施形態では、ウエハＷを電気メッキモ
ジュール２０６に導入する前にシード層を処理するための、２つの別個の槽を備
える。上述のように、それらの槽は、ブラシボックスで置き換えることも可能で
ある。ウエハは、まず、第１の洗浄槽２０４ａに挿入され、そこで、シード層生
成チャンバ２０２で生成されたシード層に対して、酸化物除去が施される。上述
のように、銅シード層上から酸化物を除去するために用いられる溶液は、シード
層上から酸化銅を溶解するよう構成された酸含有の溶液であることが好ましい。
【００２５】 酸化銅除去のためにウエハＷが槽２０４ａで洗浄されると、ウエハは、脱イオ
ン水槽２０４ｂに搬送される。そして、電気メッキモジュール２０６に導入され
る前に、脱イオン水槽２０４ｂにおいて、脱イオン水の中で、酸化物除去のため
の化学薬品が洗浄される。この実施形態では、槽２０４ａで酸化銅を除去するた
めに用いられる溶液は、電気メッキモジュール２０６で電気メッキが施される前
に除去されることが好ましい。その場合、脱イオン水洗浄槽２０４ｂは、酸化銅
除去溶液を実質的に除去できるような処理をするよう構成される。
【００２６】 図２Ｃは、シード層処理モジュール２０４が２つの別個のサブモジュールを備
える、電気メッキ装置２０３’’を示す。２つの別個のサブモジュールは、電気
メッキモジュール２０６での電気メッキの前に、銅シード層を処理するためのも
のである。この実施形態では、装置２０３’’は、ステージング領域２０９に設
置されたカセット２１０を備えてもよい。ステージング領域２０９は、電気メッ
キモジュール２０６で電気メッキが施される前のしばらくの間、ウエハを保持す
る。この実施形態では、ウエハＷは、電気メッキされる前にカセット２１０にし
ばらく滞在することができる。このため、シード層処理モジュール２０４は、最
初に、槽２０４ｃで酸化物除去を実行し、次いで、槽２０４ｄに移行させ、そこ
で、銅シード層が不動態化される。これにより、ウエハがカセット２１０に設置
されている間（すなわち、酸素に暴露されている間）、酸化銅の形成が予防もし
くは抑制される。このようにして、カセット２１０に設置されているウエハは、
電気メッキモジュール２０６で銅メッキされるために待機している間、極度には
酸化されないだろう。
【００２７】 電気メッキの後、ウエハＷを、電気メッキ装置２０３’’からカセット２１２
に移すことができる。次いで、化学機械研磨（ＣＭＰ）などのさらなる処理を施
し、金属形状を定めることができる。この実施形態では、酸化物除去槽２０４ｃ
は、脱イオン水で希釈された酸含有の溶液を含むことが好ましい。例えば、脱イ
オン（ＤＩ）水中での濃度０．２％とｐＨレベル３とを有するクエン酸、ＤＩ水
中での濃度０．１％を有する塩酸（ＨＣｌ）、ＤＩ水中での濃度０．２％を有す
るリンゴ酸、またはＤＩ水中での濃度０．２％を有するマロン酸はすべて、利用
可能である。ここでの濃度は重量濃度である。もちろん、これらの濃度はそれぞ
れ、例えば、除去する酸化銅の厚さや、所望の処理時間に応じて変更してもよい
。それゆえ、少なくとも、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸に対しては０．００５
％〜０．５％の範囲の濃度、ＨＣｌに対しては０．０１％〜０．２％の範囲の濃
度を用いてもよい。さらに、上述の溶液はすべて、１００ｐｐｍ〜０．２％の水
酸化アンモニウムによってさらに緩衝されてもよい（すなわち、さらに水酸化ア
ンモニウムを加えられてもよい）。さらに、酸化物を除去するための技術におい
て周知であるその他の溶液を加えてもよい。
【００２８】 槽２０４ｃで酸化物除去が施されると、ウエハは、槽２０４ｄに移動される。
次いで、槽２０４ｄにおいて、銅シード層での酸化銅の成長を防止するために、
銅シード層の不動態化が施される。一実施形態では、溶液は一般に、アゾール族
の化合物からなるものとすることができる。ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）など
のアゾールは、銅における酸化物の成長を防止することが知られている。ＢＴＡ
は現在、最も広く利用されている銅のための保護剤であり、酸化銅の予防に用い
られる多くの市販の溶液の主成分である。保護剤の例としては、Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＳｔｏｐｏｘ（商標）が挙
げられる。
【００２９】 酸化銅の予防のために用いられてきたその他のアゾールは、イネアゾール、ベ
ンゾイミダゾール、インドール、メチルベンゾトリアゾールである。酸化物の除
去および保護剤に関するさらなる情報については、米国特許出願Ｎｏ．０９／２
８２，５９６、「銅ベースのボンドパッド形状に対して従来のワイヤボンディン
グを可能とするための方法および装置（ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴ
ＵＳ ＦＯＲ ＥＮＡＢＬＩＮＧ ＣＯＮＶＥＮＴＩＯＮＡＬ ＷＩＲＥ ＢＯ
ＮＤＩＮＧ ＴＯ ＣＯＰＰＥＲ−ＢＡＳＥＤ ＢＯＮＤ ＰＡＤ ＦＥＡＴＵ
ＲＥＳ）」、１９９９年３月３１日出願、を参照することができる。この出願は
、参考のために本明細書に組み込まれる。
【００３０】 電気メッキ装置２０３’’は、銅シード層の処理を施すのに非常に適している
ことに注目すべきである。電気メッキ装置２０３’’は、銅シード層に対して処
理を行って、電気メッキモジュール２０６で銅メッキされる前に、ウエハＷがカ
セット２１０に設置されている間の、酸化銅の形成を防止する。電気メッキが施
される直前の不動態化により、酸化銅を洗浄した直後にウエハを電気メッキする
必要がなくなる。このため、プロセスの柔軟性が大きくなるだろう。図２Ａおよ
び２Ｂを参照して説明された別の実施形態では、電気メッキを施す直前にシード
層の処理を施すことが望ましい。
【００３１】 図３Ａは、本発明の一実施形態にそった、プロセスの動作のフローチャート３
００を示す。このプロセスは、電気メッキモジュールでバルク銅充填動作が施さ
れる前に、銅結線に用いられる銅シード層を前処理するために実行される。その
方法は、基板もしくはウエハのある特定の層上に誘電体層が形成される動作３０
２に始まる。誘電体層が形成されると、その方法は、誘電体層にトレンチおよび
／またはバイアホールがエッチングされる動作３０４に進む。
【００３２】 トレンチおよび／またはバイアは通例、ダマシンもしくはデュアルダマシン技
術を用いてエッチングされ、金属結線や導電バイアのもととなるエッチング形状
を形成する。動作３０４においてトレンチおよび／またはバイアのエッチングが
完了すると、その方法は、動作３０５に進む。動作３０５においては、誘電体層
上、ならびにトレンチおよびバイアホール内に、バリア層が生成される。動作３
０６では、薄い銅のシード層がバリア層上に生成される。通例、シード層の生成
動作は、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバもしくは物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバのい
ずれかにおいて実行される。
【００３３】 一般に、生成されるシード層の厚さは、約１００Åと約３０００Åの間であり
、約５００Åと約２０００Åの間がさらに好ましく、約１５００Åが最も好まし
い。上述のように、よりアスペクト比の高い壁におけるシード層の厚さは通例、
はるかに小さく、通例は、生成される厚さの約３０％と５％の間であると考えら
れる。もちろん、シード層の実際の厚さは、集積回路の設計に対して用いられる
プロセスの技術によって変わる。動作３０６において銅の薄いシード層が生成さ
れると、その方法は、動作３０８に移行する。し、動作３０８においては、酸化
銅の層を除去するために、その場での（in-situ）銅の前処理が、薄いシード層
に施される。図２Ａ‐２Ｃを参照して上述したように、動作３０６において薄い
シード層が生成されると、ウエハは、生成チャンバから出され、大気条件へと移
動されて、そこでウエハは酸素に露出される。このように、酸素は、銅の薄いシ
ード層を即座に酸化し始める。
【００３４】 それゆえ、その場での（in-situ）銅の前処理は、銅の薄いシード層から酸化
銅を除去するように構成される。上述のように、酸化銅を除去するための技術は
、ウエハの洗浄のために化学溶液槽を用いる工程と、ウエハが電気メッキモジュ
ールに導入される前に酸化銅を除去する工程とを含む。酸化銅を除去するための
溶液を含む槽が具体例として示されているが、槽は、スクラブブラシ装置に代え
ることができると考えられる。スクラブブラシ装置は、電気メッキモジュールに
おいて電気メッキが施される前に、銅シード層から酸化銅を除去するために、ウ
エハの表面をスクラブすることのできる装置であればよい。いずれにしても、前
処理は、クラスタ構造の形態をとる電気メッキ装置で実行されることが好ましく
、そうすれば、処理モジュール２０４中の同じ場所で、前処理が施された直後す
ぐに電気メッキを施すことができる。
【００３５】 動作３０８において、薄いシード層に前処理が施され、酸化銅の層が除去され
ると、その方法は、動作３１０に進む。動作３１０では、薄いシード層上にバル
ク銅層が電気メッキされ、トレンチおよび／またはバイアが満たされる。酸化銅
の除去は、電気メッキされた銅膜の全体的な均一性を改善するだけでなく、欠陥
を低減すると考えられる。さらに、酸化銅を優先的に除去する前処理は、銅シー
ド層は損傷せずにおく（すなわち、銅シード層への作用を最小限に抑える）こと
が好ましい。それによって、銅シード層と、動作３１０において電気メッキされ
るバルク銅層との間で、より良好な結合とインターフェースが実現される。動作
３１０において電気メッキが完了すると、その方法は動作３１２に進む。動作３
１２では、銅のための化学機械研磨（ＣＭＰ）が施され、余分なバルク銅、余分
なシード層の銅、バリア層が、誘電体層から除去される。
【００３６】 図３Ｂは、本発明の別の実施形態にそったフローチャート３００’を示す。そ
の方法は、基板もしくはウエハのある特定の層上に誘電体層が形成される動作３
２０で始まる。次いで、トレンチおよび／またはバイアが誘電体層にエッチング
され、銅結線と導電バイアの位置が形成される。動作３２３において、誘電体層
上にバリア層が生成され、次いで、動作３２４において、バリア層上ならびにト
レンチおよびバイアホールの中に、銅の薄いシード層が生成される。この時点で
、動作３２６において、薄いシード層に対して銅の前処理が施され、酸化銅の層
が除去される。
【００３７】 上述のように、前処理は、銅シード層から実質的にすべての酸化銅を除去する
と共に、残りの銅シード層を損傷しないでおくように構成される。動作３２６に
おいて銅の前処理が施されると、動作３２８において脱イオン水洗浄が施される
。その後、動作３３０において、薄いシード層上にバルク銅層が電気メッキされ
、トレンチおよび／またはバイアホールが満たされる。脱イオン水洗浄は、酸化
銅の除去に用いられた化学溶液を電気メッキの前に除去することが望ましい場合
に、実行されることが好ましい。電気メッキが完了すると、その方法は動作３３
２に進む。動作３３２では、銅のための化学機械研磨が施され、余分なバルク銅
、余分なシード層の銅、バリア層が除去されて、誘電体層が形成される。この動
作において、誘電体層には、銅結線とバイアのネットワークが形成される。
【００３８】 図３Ｃは、本発明の別の実施形態を表すフローチャート３００’’を示す。そ
の方法は、動作３０２や３２０のように誘電体層が形成される動作３４０で始ま
る。次いで、動作３４２において、誘電体層にトレンチおよび／またはバイアホ
ールがエッチングされ、動作３４３において、バリア層が形成され、動作３４４
において、バリア層上ならびにトレンチおよびバイアホールの中に、銅の薄いシ
ード層が生成される。動作３４６において、薄いシード層に対して銅の前処理が
施され、酸化銅の層が除去される。上述のように、酸化銅は、銅シード層を損傷
せずに除去されることが好ましい。
【００３９】 次に、その方法は、動作３４８に移行する。動作３４８では、さらなる酸化を
防止するため、薄いシード層上に腐食防止剤が塗布される。この実施形態では、
腐食防止剤は、動作３５０において電気メッキが施される前の段階での、銅シー
ド層の酸化を抑制もしくは防止する、不動態化剤であることが好ましい。動作３
５０において電気メッキが施されると、化学機械研磨動作が施され、余分なバル
ク銅、余分なシード層の銅、バリア材料が、誘電体層から除去されて、銅結線と
導電バイアのネットワークが形成される。
【００４０】 本発明は、いくつかの好ましい実施形態に関して説明されたが、当業者は、上
述の明細書を読み、図面を見れば、様々な変更、追加、置き換え、および均等物
を実現するだろう。例えば、槽について具体的に言及しているが、ウエハをスク
ラブするためのブラシを含むブラシボックスでも、本発明の酸化物除去および／
または不動態化の動作を実行するよう機能することができる。さらに、説明され
た実施形態は、他のサイズおよび形状に応用可能であることはもちろん、２００
ｍｍ、３００ｍｍ、およびそれ以上という具合に、他のサイズのウエハに応用で
きる。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲内での変更、追加、
置き換え、および均等物の全てを含むことが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 バリア層と、バリア層上に形成された銅シード層と、形成された銅充填層と、
を有するパターン誘電体層の断面図である。
【図１Ｂ】 バリア層と、バリア層上に形成された銅シード層と、形成された銅充填層と、
を有するパターン誘電体層の断面図である。
【図２Ａ】 本発明の一実施形態にそった、シード層生成チャンバと、電気メッキ装置と、
を備える処理システムの図である。
【図２Ｂ】 本発明の代替の実施形態に従った電気メッキ装置の図である。
【図２Ｃ】 本発明のさらに別の代替の実施形態にそった、シード層処理モジュールが、電
気メッキの前に銅シード層を処理するための２つの別個のサブモジュールを備え
る、別の電気メッキ装置の図である。
【図３Ａ】 本発明の一実施形態にそった、電気メッキモジュールでバルク銅充填動作が施
される前に、銅結線に用いられる銅シード層を前処理するために実行される、プ
ロセスの動作のフローチャートである。
【図３Ｂ】 本発明の別の実施形態に従ったフローチャートである。
【図３Ｃ】 本発明の別の実施形態を説明するフローチャートである。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１０月９日（２００１．１０．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/288 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｂ Ｆターム(参考） 4K024 AA09 BA15 BB09 DA07 GA01 4M104 BB04 DD22 DD23 DD52 FF22 HH20 5F033 HH11 JJ01 JJ11 MM12 MM13 NN06 NN07 PP27 QQ00 QQ48 QQ94 XX00 XX20

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 誘電体層に半導体結線形状を形成するための方法であって、 前記誘電体層上、およびバリア層を持つ前記誘電体層のエッチング形状内に、
    銅シード層を生成する工程と、 酸化された層を前記銅シード層上から除去するよう前記銅シード層を処理する
    工程と、 前記処理された銅シード層上に銅充填層を電気メッキする工程であって、前記
    銅充填層は、前記誘電体層の前記エッチング形状を充填するように構成されてい
    る工程と、を備える方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するための
    方法であって、 前記銅シード層の前記生成工程は、化学蒸着チャンバと物理生成チャンバの中
    の一つの中で実行され、 前記生成工程は、前記バリア層の底面上に比較的厚い銅の層を形成し、前記エ
    ッチング形状の壁には比較的薄い銅の層を形成する、方法。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するための
    方法であって、 前記銅シード層の前記生成工程が完了すると、前記銅シード層は、前記比較的
    厚い層と前記比較的薄い層の両方に酸化が起きる大気環境に露出される、方法。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するための
    方法であって、 前記銅シード層の処理工程は、 脱イオン水と、有機化合物と、フッ素化合物と、を酸性のｐＨ環境で混合した
    溶液を、前記電気メッキ工程を実行する直前に、前記銅シード層の表面に塗布す
    る工程を含む、方法。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するための
    方法であって、 前記有機化合物は有機酸である、方法。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するための
    方法であって、 前記有機酸は、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸、琥珀酸の中の一つである、方
    法。
  7. 【請求項７】 請求項４記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するための
    方法であって、 前記フッ素化合物は、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）の中の
    一つである、方法。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するための
    方法であって、 前記銅シード層の処理工程は、 脱イオン水内において混合されたフッ化水素酸（ＨＦ）と、クエン酸と、アン
    モニアと、を含む溶液を、前記電気メッキ工程の直前に、前記銅シード層の表面
    に塗布する工程を含む、方法。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するための
    方法であって、 前記処理工程は、前記電気メッキ工程と同じ場所で実行される、方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するため
    の方法であって、 前記処理工程は、前記電気メッキ工程と同じ場所で実行される、方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するため
    の方法であって、 前記処理工程は、 前記銅シード層からの前記酸化された層の前記除去を引き起こすために、脱イ
    オン水に希釈された酸を塗布する工程と、 前記酸化された層の前記除去の後に、前記銅シード層上にアゾール溶液を塗布
    する工程であって、前記アゾール溶液は、酸化物形成を抑制する不動態層を前記
    銅シード層上に形成する溶液である工程と、を含む方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の誘電体層に半導体結線形状を形成するた
    めの方法であって、 前記アゾール溶液はベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）である、方法。
  13. 【請求項１３】 誘電体層に銅結線形状を形成するための方法であって、 前記誘電体層に形成されたバリア層上、および前記誘電体層の高アスペクト比
    のエッチング形状内に、銅シード層を生成する工程と、 酸化された層を前記銅シード層上から除去するよう前記銅シード層を処理する
    工程であって、前記銅シード層から酸化銅以外のものを除去しないよう構成され
    る工程と、 前記処理された銅シード層上に銅のバルク層を充填する工程であって、前記銅
    のバルク層が、前記誘電体層の前記高アスペクト比のエッチング形状を充填する
    ように構成される工程と、を含む方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１３記載の誘電体層に銅結線形状を形成するための
    方法であって、 銅のバルク層の前記充填工程は、電気メッキモジュールで実行される、方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１３記載の誘電体層に銅結線形状を形成するための
    方法であって、 前記処理工程は、前記銅シード層からの前記酸化された層の前記除去を引き起
    こすために、脱イオン水で希釈された酸を塗布する工程を含む、方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１５記載の誘電体層に銅結線形状を形成するための
    方法であって、脱イオン水で希釈された前記酸は、水酸化アンモニウム（ＮＨ4
    ＯＨ）で緩衝されている、方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１３記載の誘電体層に銅結線形状を形成するための
    方法であって、 前記処理工程は、 ＨＦと、クエン酸と、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）と、を含む溶液を、
    前記銅のバルク層の前記充填工程を実行する直前に、前記処理された銅シード層
    上に塗布する工程を含む、方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１５記載の誘電体層に銅結線形状を形成するための
    方法であって、 前記処理工程と前記充填工程は、同じ場所で実行される、方法。
  19. 【請求項１９】 銅結線を加工するための装置であって、 バリア層上に銅シード層を生成するための生成ステーションであって、前記バ
    リア層は、基板の誘電体層と、前記誘電体層のエッチング形状と、を被覆する生
    成ステーションと、 前記基板を受け取り、前記銅シード層上から酸化銅層を除去するための処理モ
    ジュールと、 同じ場所で前記処理モジュールに接続された電気メッキモジュールであって、
    前記処理された銅シード層上に充填銅部を形成し、前記誘電体層の前記エッチン
    グ形状を充填するよう構成されている電気メッキモジュールと、を備える装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１９記載の銅結線を加工するための装置であって、
    前記同じ場所での接続は、前記処理モジュールおよび前記電気メッキモジュール
    について共通の環境を作り出している、装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１９記載の銅結線を加工するための装置であって、 前記処理モジュールは、酸化銅を除去する槽であり、 前記電気メッキモジュールは、電気メッキ槽である、装置。
  22. 【請求項２２】 請求項１９記載の銅結線を加工するための装置であって、 前記酸化銅を除去する槽は、脱イオン水に希釈された酸を含む、装置。
  23. 【請求項２３】 請求項１９記載の銅結線を加工するための装置であって、 前記酸化銅を除去する槽は、ＨＦと、クエン酸と、水酸化アンモニウム（ＮＨ 4 ＯＨ）と、脱イオン水と、を含む、装置。
  24. 【請求項２４】 請求項１９記載の銅結線を加工するための装置であって、
    さらに、 前記処理モジュールと前記電気メッキモジュールとの間に設けられ、前記電気
    メッキモジュールにおける銅の電気メッキを実行する前に処理のために用いられ
    た化学薬品を、除去するよう構成されている前記脱イオン水モジュールを備える
    装置。
  25. 【請求項２５】 請求項１９記載の銅結線を加工するための装置であって、
    さらに、 前記処理モジュールと前記電気メッキモジュールとの間に酸化物形成抑制モジ
    ュールを備える、装置。
  26. 【請求項２６】 請求項１９記載の銅結線を加工するための装置であって、 前記酸化物形成を抑制するモジュールは、不動態化剤を備える、装置。
  27. 【請求項２７】 請求項２６記載の銅結線を加工するための装置であって、 前記不動態化剤は、アゾール族の１つである、装置。
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