JP6903171B2 - 多層配線の形成方法および記憶媒体 - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、多層配線の形成方法および記憶媒体に関する。
従来、基板である半導体ウェハ(以下、ウェハと呼称する。)に多層配線を形成する手法として、配線上に設けられる絶縁膜に形成されたビアの内面にバリア層とシード層とを積層し、その後に電解めっき処理を施してビアの内部を埋める方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
特開2013−194306号公報
しかしながら、従来の多層配線の形成方法では、ビアのアスペクト比が高い場合、ビアに対するバリア層およびシード層の割合が高くなりビアが細長くなることから、かかるビアの底部近傍を電解めっき処理で良好に埋めることが難しい。これにより、ビアの底部近傍などにボイドやシームなどの不良箇所ができてしまうことから、半導体装置の信頼性が低下する恐れがある。
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、アスペクト比の高いビアの底部近傍に良好な金属配線を形成することができる多層配線の形成方法および記憶媒体を提供することを目的とする。
実施形態の一態様に係る多層配線の形成方法は、埋め込み型の多層配線の形成方法であって、基板の配線上に設けられる絶縁膜の所定の位置に形成され前記配線まで貫通するビアにおいて、前記配線が露出する底面に単分子膜を形成する工程と、前記ビアの側面にバリア膜を形成する工程と、前記単分子膜を除去する工程と、前記ビアの底面に露出する前記配線を触媒にして、前記ビアの底面から無電解めっき膜を形成する工程と、を含む。
実施形態の一態様によれば、アスペクト比の高いビアの底部近傍に良好な金属配線を形成することができる。
図1は、実施形態に係る多層配線形成システムの概略構成を示す模式図である。 図2は、実施形態に係る無電解めっき処理ユニットの構成を示す断面図である。 図3は、実施形態に係る電解めっき処理ユニットの構成を示す断面図である。 図4Aは、実施形態に係る多層配線の形成処理を説明するための模式図(1)である。 図4Bは、実施形態に係る多層配線の形成処理を説明するための模式図(2)である。 図4Cは、実施形態に係る多層配線の形成処理を説明するための模式図(3)である。 図4Dは、実施形態に係る多層配線の形成処理を説明するための模式図(4)である。 図4Eは、実施形態に係る多層配線の形成処理を説明するための模式図(5)である。 図4Fは、実施形態に係る多層配線の形成処理を説明するための模式図(6)である。 図4Gは、実施形態に係る多層配線の形成処理を説明するための模式図(7)である。 図5は、実施形態に係る多層配線の形成処理における処理手順を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本願の開示する多層配線の形成方法および記憶媒体の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
<多層配線形成システムの概要>
まずは、図1を参照しながら、実施形態に係る多層配線形成システム1の概略構成について説明する。図1は、実施形態に係る多層配線形成システム1の概略構成を示す図である。以下では、位置関係を明確にするために、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を規定し、Z軸正方向を鉛直上向き方向とする。
図1に示すように、多層配線形成システム1は、搬入出ステーション2と、処理ステーション3とを備える。搬入出ステーション2と処理ステーション3とは隣接して設けられる。
搬入出ステーション2は、キャリア載置部11と、搬送部12とを備える。キャリア載置部11には、複数枚の半導体ウェハW(以下、ウェハWと呼称する。)を水平状態で収容する複数のキャリアCが載置される。
搬送部12は、キャリア載置部11に隣接して設けられ、内部に基板搬送装置13と、受渡部14とを備える。基板搬送装置13は、ウェハWを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置13は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いてキャリアCと受渡部14との間でウェハWの搬送を行う。
処理ステーション3は、搬送部12に隣接して設けられる。処理ステーション3は、搬送部15と、複数の単分子膜形成処理ユニット16と、複数の成膜処理ユニット17と、複数の無電解めっき処理ユニット18と、複数の電解めっき処理ユニット19とを備える。
複数の単分子膜形成処理ユニット16と、複数の成膜処理ユニット17と、複数の無電解めっき処理ユニット18と、複数の電解めっき処理ユニット19とは、搬送部15の両側に並べて設けられる。なお、図1に示す単分子膜形成処理ユニット16、成膜処理ユニット17、無電解めっき処理ユニット18および電解めっき処理ユニット19の配置や個数は一例であり、図示のものに限定されない。
搬送部15は、内部に基板搬送装置20を備える。基板搬送装置20は、ウェハWを保持するウェハ保持機構を備える。また、基板搬送装置20は、水平方向および鉛直方向への移動ならびに鉛直軸を中心とする旋回が可能であり、ウェハ保持機構を用いて受渡部14と、単分子膜形成処理ユニット16と、成膜処理ユニット17と、無電解めっき処理ユニット18と、電解めっき処理ユニット19との間でウェハWの搬送を行う。
単分子膜形成処理ユニット16は、基板搬送装置20によって搬送されるウェハWに対して所定の単分子膜形成処理を行う。単分子膜形成処理ユニット16は、たとえば、加熱部を有する真空チャンバである。
成膜処理ユニット17は、基板搬送装置20によって搬送されるウェハWに対して所定の成膜処理を行う。成膜処理ユニット17は、たとえば、PVD(Physical Vapor Deposition)装置やCVD(Chemical Vapor Deposition)装置などのドライプロセス装置である。
無電解めっき処理ユニット18は、基板搬送装置20によって搬送されるウェハWに対して所定の無電解めっき処理を行う。無電解めっき処理ユニット18の構成例については後述する。
電解めっき処理ユニット19は、基板搬送装置20によって搬送されるウェハWに対して所定の電解めっき処理を行う。電解めっき処理ユニット19の構成例については後述する。
また、多層配線形成システム1は、制御装置4を備える。制御装置4は、たとえばコンピュータであり、制御部21と記憶部22とを備える。
制御部21は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータや各種の回路を含む。
かかるマイクロコンピュータのCPUは、ROMに記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、搬送部12や搬送部15、単分子膜形成処理ユニット16、成膜処理ユニット17、無電解めっき処理ユニット18、電解めっき処理ユニット19などの制御を実現する。
なお、かかるプログラムは、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御装置4の記憶部22にインストールされたものであってもよい。コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体としては、たとえばハードディスク(HD)、フレキシブルディスク(FD)、コンパクトディスク(CD)、マグネットオプティカルディスク(MO)、メモリカードなどがある。
記憶部22は、たとえば、RAM、フラッシュメモリ(Flash Memory)などの半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスクなどの記憶装置によって実現される。
上記のように構成された多層配線形成システム1では、まず、搬入出ステーション2の基板搬送装置13が、キャリア載置部11に載置されたキャリアCからウェハWを取り出し、取り出したウェハWを受渡部14に載置する。受渡部14に載置されたウェハWは、処理ステーション3の基板搬送装置20によって受渡部14から取り出されて、単分子膜形成処理ユニット16へ搬入される。
単分子膜形成処理ユニット16へ搬入されたウェハWは、単分子膜形成処理ユニット16によって所定の単分子膜形成処理が施された後、基板搬送装置20によって単分子膜形成処理ユニット16から搬出され、成膜処理ユニット17へ搬入される。
成膜処理ユニット17へ搬入されたウェハWは、成膜処理ユニット17によって所定のバリア膜形成処理が施された後、基板搬送装置20によって成膜処理ユニット17から搬出され、無電解めっき処理ユニット18へ搬入される。
無電解めっき処理ユニット18へ搬入されたウェハWは、無電解めっき処理ユニット18によって所定の単分子膜除去処理および無電解めっき処理が施された後、基板搬送装置20によって無電解めっき処理ユニット18から搬出され、成膜処理ユニット17へ搬入される。
成膜処理ユニット17へ搬入されたウェハWは、成膜処理ユニット17によって所定のシード膜形成処理が施された後、基板搬送装置20によって成膜処理ユニット17から搬出され、電解めっき処理ユニット19へ搬入される。
電解めっき処理ユニット19へ搬入されたウェハWは、電解めっき処理ユニット19によって所定の電解めっき処理が施された後、基板搬送装置20によって電解めっき処理ユニット19から搬出され、受渡部14に載置される。そして、受渡部14に載置された処理済のウェハWは、基板搬送装置13によってキャリア載置部11のキャリアCへ戻される。
<無電解めっき処理ユニットの概要>
次に、図2を参照しながら、無電解めっき処理ユニット18の概略構成について説明する。図2は、実施形態に係る無電解めっき処理ユニット18の構成を示す断面図である。無電解めっき処理ユニット18は、たとえば、ウェハWを1枚ずつ処理する枚葉式の処理ユニットとして構成される。
無電解めっき処理ユニット18は、図2に示すように、筐体30と、基板回転保持機構31と、処理液供給機構32と、カップ33と、液排出機構34〜36とを備える。
基板回転保持機構31は、筐体30の内部でウェハWを回転保持する。基板回転保持機構31は、回転軸31aと、ターンテーブル31bと、ウェハチャック31cと、図示しない回転機構とを有する。
回転軸31aは、中空円筒状であり、筐体30内で上下に伸延する。ターンテーブル31bは、回転軸31aの上端部に取り付けられる。ウェハチャック31cは、ターンテーブル31bの上面外周部に設けられ、ウェハWを支持する。
そして、基板回転保持機構31は、制御装置4の制御部21により制御され、回転機構によって回転軸31aが回転駆動される。これにより、ウェハチャック31cに支持されたウェハWを回転させることができる。
処理液供給機構32は、基板回転保持機構31に保持されるウェハWの表面に所定の処理液を供給する。処理液供給機構32は、ウェハWの表面に対して第1処理液を供給する第1処理液供給機構32aと、ウェハWの表面に第2処理液を供給する第2処理液供給機構32bとを含む。
かかる第1処理液は、たとえば、TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide:水酸化テトラメチルアンモニウム)である。また、第2処理液は、たとえば、無電解めっき液である。
また、処理液供給機構32はノズルヘッド32cを有し、かかるノズルヘッド32cにノズル32d、32eが取り付けられる。かかるノズル32d、32eは、それぞれ第1処理液供給機構32aおよび第2処理液供給機構32bに対応するノズルである。
ノズルヘッド32cは、アーム32fの先端部に取り付けられる。かかるアーム32fは、上下方向に移動可能となっており、かつ、図示しない回転機構により回転駆動される支持軸32gに固定され、回転可能となっている。
このような構成により、処理液供給機構32は、所定の処理液をノズル32d、32eを介してウェハW表面の任意の箇所に所望の高さから吐出することができる。
カップ33は、ウェハWから飛散した処理液を受ける。カップ33は、3つの排出口33a〜33cを有し、図示しない昇降機構により上下方向に駆動可能に構成される。3つの排出口33a〜33cは、それぞれ液排出機構34〜36に接続されている。
液排出機構34〜36は、排出口33a〜33cに集められた処理液を排出する。液排出機構34は、流路切換器34aにより切り替えられる回収流路34bおよび廃棄流路34cを有する。回収流路34bは、たとえば、第1処理液を回収して再利用するための流路であり、廃棄流路34cは、第1処理液を廃棄するための流路である。
液排出機構35は、流路切換器35aにより切り替えられる回収流路35bおよび廃棄流路35cを有する。回収流路35bは、たとえば、第2処理液を回収して再利用するための流路であり、廃棄流路35cは、第2処理液を廃棄するための流路である。
また、回収流路35bの出口側には、第2処理液が無電解めっき液である場合に、かかる無電解めっき液を冷却する冷却バッファ35dが設けられる。なお、液排出機構36には、廃棄流路36aのみが設けられる。
なお、実施形態ではノズル32d、32eを用いてウェハW上に処理液が供給されるが、ウェハW上に処理液を供給する手段はノズルに限られず、他の種々の手段を用いることができる。
<電解めっき処理ユニットの概要>
次に、図3を参照しながら、電解めっき処理ユニット19の概略構成について説明する。図3は、実施形態に係る電解めっき処理ユニット19の構成を示す断面図である。電解めっき処理ユニット19は、たとえば、ウェハWを1枚ずつ処理する枚葉式の処理ユニットとして構成される。
電解めっき処理ユニット19は、基板保持部40と、電解処理部41と、電圧印加部42と、処理液供給機構43とを備える。
基板保持部40は、ウェハWを保持する機能を有する。基板保持部40は、ウェハチャック40aと、駆動機構40bとを有する。
ウェハチャック40aは、たとえば、ウェハWを保持して回転させるスピンチャックである。ウェハチャック40aは、略円板状であり、平面視においてウェハWの径より大きい径であり水平方向に延びる上面40cを有する。かかる上面40cには、たとえば、ウェハWを吸引する吸引口(図示せず)が設けられており、かかる吸引口からの吸引により、ウェハWをウェハチャック40aの上面40cに保持することができる。
基板保持部40には、また、モータなどを備えた駆動機構40bが設けられており、ウェハチャック40aを所定の速度で回転させることができる。また、駆動機構40bには、シリンダなどの昇降駆動部(図示せず)が設けられており、ウェハチャック40aを鉛直方向に移動させることができる。
ここまで説明した基板保持部40の上方には、ウェハチャック40aの上面40cに向かい合って、電解処理部41が設けられる。電解処理部41は、基体41aと、直接電極41bと、接触端子41cと、移動機構41dとを有する。
基体41aは、絶縁性材料で構成される。基体41aは、略円板状であり、平面視においてウェハWの径より大きい径である下面41eと、かかる下面41eの反対側に設けられる上面41fとを有する。
直接電極41bは、導電性材料で構成され、基体41aの下面41eに設けられる。直接電極41bは、基板保持部40に保持されるウェハWと略平行に向かい合うように配置される。そして、電解めっき処理を行う際、直接電極41bは、ウェハW上に液盛りされる電解めっき液と直接接触する。
接触端子41cは、基体41aの縁部において、下面41eから突出して設けられる。接触端子41cは弾性を有する導電体で構成され、下面41eの中心部に向かって屈曲している。
接触端子41cは、基体41aに2本以上、たとえば、基体41aに32本設けられ、平面視で基体41aの同心円上に均等間隔に配置される。そして、すべての接触端子41cの先端部は、かかる先端部で構成される仮想面が、基板保持部40に保持されるウェハWの表面と略平行になるように配置される。
かかる接触端子41cは、電解めっき処理を行う際、ウェハWの外周部に接触し、かかるウェハWに電圧を印加する。なお、接触端子41cの数や形状は上記の実施形態に限られることはない。
直接電極41bと接触端子41cとは、電圧印加部42に接続されており、それぞれ接触する電解めっき液とウェハWとに所定の電圧を印加することができる。
基体41aの上面41f側には、移動機構41dが設けられる。移動機構41dは、たとえば、シリンダなどの昇降駆動部(図示せず)を有する。そして、かかる昇降駆動部により、移動機構41dは電解処理部41全体を鉛直方向に移動させることができる。
電圧印加部42は、直流電源42aと、スイッチ42b、42cと、負荷抵抗42dとを有し、電解処理部41の直接電極41bと接触端子41cとに接続される。具体的には、直流電源42aの正極側が、スイッチ42bを介して直接電極41bに接続されるとともに、直流電源42aの負極側が、スイッチ42cと負荷抵抗42dとを介して複数の接触端子41cに接続される。なお、直流電源42aの負極側は接地される。
そして、スイッチ42b、42cを同時にオン状態またはオフ状態に切り替えることにより、電圧印加部42は、直接電極41bと接触端子41cとにパルス状の電圧を印加することができる。
基板保持部40と電解処理部41との間には、処理液供給機構43が設けられる。かかる処理液供給機構43は、ノズル43a、43bと、移動機構43cとを有する。ノズル43aは、ウェハW上にDHF(Diluted HydroFluoric acid:希フッ酸)などの洗浄液を供給する。ノズル43bは、ウェハW上に電解めっき液を供給する。
移動機構43cは、ノズル43a、43bを水平方向および鉛直方向に移動させることができる。すなわち、ノズル43a、43bは、基板保持部40に対して進退自在に構成される。
また、ノズル43aは、洗浄液を貯留する図示しない洗浄液供給源と連通し、かかる洗浄液供給源からノズル43aに洗浄液が供給可能に構成される。ノズル43bは、電解めっき液を貯留する図示しないめっき液供給源と連通し、かかるめっき液供給源からノズル43bに電解めっき液が供給可能に構成される。
なお、実施形態ではノズル43a、43bを用いてウェハW上に処理液が供給されるが、ウェハW上に処理液を供給する手段はノズルに限られず、他の種々の手段を用いることができる。
<多層配線の形成処理の詳細>
つづいて、図4A〜図4Gを参照しながら、実施形態に係る多層配線の形成処理の詳細について説明する。図4A〜図4Gは、実施形態に係る多層配線の形成処理を説明するための模式図(1)〜(7)である。
なお、図4A〜図4Gに示すウェハWには図示しない素子がすでに形成されている。そして、かかる素子形成後の配線形成工程(いわゆるBEOL(Back End of Line))において、配線50上の絶縁膜60に形成されたビア70を金属配線で埋める各種処理について以下に説明する。
図4Aに示すように、ウェハWには金属である配線50が形成されるとともに、かかる配線50上に絶縁膜60が設けられる。配線50は、たとえば、Cu、Co、NiまたはRuを含む導電性の材料である。
絶縁膜60は、たとえば、酸化膜61と窒化膜62とを有する。そして、配線50上に窒化膜62が所定の厚さで形成され、かかる窒化膜62上に酸化膜61が所定の厚さで形成される。窒化膜62は、たとえば、配線50がCuなどの酸化膜61内を拡散する元素で構成される場合に、かかる元素が酸化膜61内に拡散しないためのバリア膜として機能する。
また、ウェハWには、絶縁膜60における所定の位置にビア70が形成される。かかるビア70は、絶縁膜60の上面63から配線50まで貫通するように形成される。そして、ビア70は、内面71を有し、かかる内面71は、側面72と配線50が露出する底面73とを含む。
ここで、ウェハWの絶縁膜60にビア70を形成する方法としては、従来公知の方法から適宜採用することができる。具体的には、たとえば、ドライエッチング技術として、フッ素系または塩素系ガスなどを用いた汎用的技術を適用することができる。
特に、アスペクト比(径に対する深さの比率)の大きなビア70を形成する手法として、高速な深掘エッチングが可能なICP−RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching:誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング)の技術を採用することができる。
たとえば、六フッ化硫黄(SF6)を用いたエッチングステップとC48などのテフロン(登録商標)系ガスを用いた保護ステップとを繰り返しながら行う、いわゆるボッシュプロセスを好適に採用することができる。
図4Aに示すように、配線50上の絶縁膜60にビア70が形成されたウェハWは、上述の単分子膜形成処理ユニット16に搬入され、所定の単分子膜形成処理が行われる。かかる単分子膜形成処理は、真空チャンバ内でシランカップリング剤やチタンカップリング剤などのカップリング剤を気化させて吸着させる。
これにより、図4Bに示すように、ビア70の底面73に露出する配線50上に、単分子膜80が形成される。なお、かかる単分子膜80は、金属にのみ吸着するカップリング剤を用いて形成されることから、配線50上にのみ形成され、絶縁膜60の表面には形成されない。
すなわち、実施形態によれば、カップリング剤を用いて単分子膜80を形成することにより、ビア70の底面73に選択的に単分子膜80を形成することができる。
なお、実施形態では、真空チャンバ内でカップリング剤を吸着させて単分子膜80を形成する例について示したが、単分子膜80を形成する方法はかかる例に限られない。たとえば、カップリング剤を溶解させた処理液をウェハW上に吐出し、かかる処理液が吐出されたウェハWをスピンさせることにより単分子膜80を形成してもよい。
つづいて、単分子膜80が形成されたウェハWは、上述の成膜処理ユニット17に搬入され、所定のバリア膜形成処理が行われる。かかるバリア膜形成処理は、PVD法やCVD法などの汎用的技術を用いて行われる。
これにより、図4Cに示すように、ビア70の側面72や絶縁膜60の上面63に、Co−W−B合金などで構成されるバリア膜81が形成される。ここで、単分子膜80の表面ではバリア膜81の形成が阻害されることから、ビア70の底面73にはバリア膜81は形成されない。
なお、実施形態ではバリア膜81がCo−W−B合金で構成される例について示したが、バリア膜81はCo−W−B合金に限られず、後述する無電解めっき膜82(図4E参照)や電解めっき膜84(図4G参照)に含まれる元素が酸化膜61内に拡散することを防ぐことができる材料で構成されていればよい。
また、実施形態では、バリア膜81がPVD法やCVD法などのドライプロセスで形成される例について示したが、バリア膜81はドライプロセスで形成される場合に限られず、たとえば無電解めっき処理などのウェットプロセスで形成されてもよい。
つづいて、バリア膜81が形成されたウェハWは、上述の無電解めっき処理ユニット18に搬入され、まず所定の単分子膜除去処理が行われる。かかる単分子膜除去処理は、たとえば、無電解めっき処理ユニット18の第1処理液供給機構32aを用いて、第1処理液であるTMAHがウェハW上に吐出される。
これにより、図4Dに示すように、ビア70の底面73に形成されていた単分子膜80が溶解して除去される。なお、実施形態では単分子膜80をTMAHで除去した例について示したが、除去する処理液はTMAHに限られない。また、単分子膜除去処理では、単分子膜80を高熱で熱分解して除去してもよいし、単分子膜80をプラズマで飛ばして除去してもよい。
つづいて、単分子膜80が除去されたウェハWに、所定の無電解めっき処理が行われる。かかる無電解めっき処理は、たとえば、無電解めっき処理ユニット18の第2処理液供給機構32bを用いて、第2処理液である無電解めっき液がウェハW上に吐出される。
これにより、図4Eに示すように、ビア70の底面73に露出する配線50を触媒にして、ビア70の底面73からボトムアップして無電解めっき膜82が形成される。なお、実施形態では、ビア70の底部近傍を含む下部に無電解めっき膜82が形成される。
このように、底面73に露出させた配線50を触媒にして、底面73からボトムアップして無電解めっき膜82を形成することにより、アスペクト比が大きく金属配線を形成しにくいビア70の底部近傍に、ボイドやシームなどが含まれない良好な金属配線を形成することができる。
また、実施形態では、配線50を触媒にして無電解めっき膜82を形成することから、バリア膜やシード膜などを介することなく、配線50と無電解めっき膜82とを直接コンタクトさせることができる。これにより、ビア70の内部に形成される金属配線の電気抵抗を低減することができる。
実施形態では、無電解めっき膜82がCu、Co、NiまたはRuを含むとよい。これにより、Cu、Co、NiまたはRuを含む配線50を触媒にして、ビア70の底面73から効率よく無電解めっき膜82を形成することができる。
つづいて、無電解めっき膜82が形成されたウェハWは、上述の成膜処理ユニット17に搬入され、所定のシード膜形成処理が行われる。かかるシード膜形成処理は、PVD法やCVD法などの汎用的技術を用いて行われる。
これにより、図4Fに示すように、ビア70の内面71や絶縁膜60の上面63にシード膜83が形成される。シード膜83は、後述する電解めっき膜84(図4G参照)を形成する際の触媒として機能する材料で構成される。たとえば、電解めっき膜84がCuまたはCu合金である場合、シード膜83はCuを含むとよく、電解めっき膜84がCoまたはCo合金である場合、シード膜83はCoを含むとよい。
つづいて、シード膜83が形成されたウェハWは、上述の電解めっき処理ユニット19に搬入され、まず所定の洗浄処理が行われる。かかる洗浄処理は、たとえば、処理液供給機構43のノズル43aを用いて、洗浄液であるDHFがウェハW上に吐出される。
これにより、シード膜83の表面に形成された自然酸化膜や付着物などが除去されることから、シード膜83の表面を清浄な状態にすることができる。
つづいて、洗浄処理されたウェハWに、所定の電解めっき処理が行われる。かかる電解めっき処理は、たとえば、まず図3に示した電解めっき処理ユニット19における処理液供給機構43のノズル43bを用いて、電解めっき液をウェハW上に液盛りする。
次に、移動機構41dにより電解処理部41全体を基板保持部40に保持されたウェハWに近づけて、接触端子41cの先端部をウェハWの外周部に接触させる。またその際、ウェハWに液盛りされた電解めっき液に直接電極41bを直接接触させる。
そして、電圧印加部42のスイッチ42bとスイッチ42cとを同時にオフ状態からオン状態に変更することにより、直接電極41bを陽極とし、ウェハWを陰極とするようにウェハWと電解めっき液とに電圧を印加して、直接電極41bとウェハWとの間に電流を流す。
これにより、ウェハWの表面に金属イオンが還元されて、図4Gに示すように、シード膜83を触媒にしてシード膜83の表面に電解めっき膜84が析出し、ビア70の内部が電解めっき膜84で埋まる。たとえば、Cuを含んだ電解めっき液を用いることによりCuを含んだ電解めっき膜84を形成することができ、Coを含んだ電解めっき液を用いることによりCoを含んだ電解めっき膜84を形成することができる。
ここまで説明した各種処理により、実施形態によれば、アスペクト比が高いビア70の内部を良好な金属配線で埋めることができる。
<多層配線の形成処理の詳細>
つづいて、図5を参照しながら、実施形態に係る多層配線の形成処理の詳細について説明する。図5は、実施形態に係る多層配線の形成処理における処理手順を示すフローチャートである。
なお、図5に示す多層配線の形成処理は、実施形態に係る記憶媒体から記憶部22にインストールされたプログラムを制御部21が読み出すとともに、読み出した命令に基づいて制御部21が搬送部15や単分子膜形成処理ユニット16、成膜処理ユニット17、無電解めっき処理ユニット18、電解めっき処理ユニット19などを制御することにより実行される。
まず、キャリアCから、基板搬送装置13と、受渡部14と、基板搬送装置20とを経由して、配線50上の絶縁膜60にビア70が形成されたウェハWを単分子膜形成処理ユニット16の内部に搬送する。
つづいて、制御部21は、単分子膜形成処理ユニット16を制御して、ウェハWに対して単分子膜形成処理を行い、ビア70の底面73に単分子膜80を形成する(ステップS101)。かかる単分子膜形成処理は、たとえば、真空チャンバ内でシランカップリング剤やチタンカップリング剤などのカップリング剤を気化させて吸着させることにより行われる。
次に、制御部21は、基板搬送装置20を制御して、ウェハWを単分子膜形成処理ユニット16から成膜処理ユニット17に搬送する。そして、制御部21は、成膜処理ユニット17を制御して、ウェハWに対してバリア膜形成処理を行い、ビア70の側面72や絶縁膜60の上面63にバリア膜81を形成する(ステップS102)。
かかるバリア膜形成処理は、たとえば、PVD法やCVD法などの汎用的技術を用いて、ウェハWにCo−W−B合金などのバリア膜81を成膜することにより行われる。
次に、制御部21は、基板搬送装置20を制御して、ウェハWを成膜処理ユニット17から無電解めっき処理ユニット18に搬送する。そして、制御部21は、無電解めっき処理ユニット18を制御して、ウェハWに対して単分子膜除去処理を行い、ビア70の底面73から単分子膜80を除去する(ステップS103)。
かかる単分子膜除去処理は、たとえば、ウェハW上にTMAHを吐出して、かかるTMAHでビア70の底面73に形成される単分子膜80を溶解することにより行われる。
次に、制御部21は、無電解めっき処理ユニット18を制御して、ウェハWに対して無電解めっき処理を行い、ビア70の底面73から無電解めっき膜82を形成する(ステップS104)。
かかる無電解めっき処理は、たとえば、ウェハW上に無電解めっき液を吐出し、底面73に露出する配線50を触媒にして、吐出された無電解めっき液で底面73からボトムアップして無電解めっき膜82を形成することにより行われる。
次に、制御部21は、基板搬送装置20を制御して、ウェハWを無電解めっき処理ユニット18から成膜処理ユニット17に搬送する。そして、制御部21は、成膜処理ユニット17を制御して、ウェハWに対してシード膜形成処理を行い、ビア70の内面71や絶縁膜60の上面63にシード膜83を形成する(ステップS105)。
かかるシード膜形成処理は、たとえば、PVD法やCVD法などの汎用的技術を用いて、ウェハWにCuやCoなどを含んだシード膜83を成膜することにより行われる。
次に、制御部21は、基板搬送装置20を制御して、ウェハWを成膜処理ユニット17から電解めっき処理ユニット19に搬送する。そして、制御部21は、電解めっき処理ユニット19を制御して、ウェハWに対して洗浄処理を行い、ウェハWを洗浄する(ステップS106)。
かかる洗浄処理は、たとえば、ウェハW上にDHFを吐出して、かかるDHFでシード膜83の表面に形成される自然酸化膜や付着物などを除去することにより行われる。
次に、制御部21は、電解めっき処理ユニット19を制御して、ウェハWに対して電解めっき処理を行い、ビア70の内部を電解めっき膜84で埋める(ステップS107)。
かかる電解めっき処理は、たとえば、ウェハW上に電解めっき液を液盛りし、接触端子41cの先端部をウェハWの外周部に接触させるとともに電解めっき液に直接電極41bを直接接触させる。
そして、電解めっき処理は、直接電極41bを陽極とし、ウェハWを陰極とするようにウェハWと電解めっき液とに電圧を印加して、直接電極41bとウェハWとの間に電流を流すことにより行われる。かかる電解めっき処理が完了すると、ウェハWに対しての多層配線の形成処理が完了する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上述の実施形態では、ビア70の底部近傍に無電解めっき膜82を形成し、その後電解めっき膜84でビア70の内部を埋めた例について示したが、無電解めっき膜82のみでビア70の内部を埋めてもよい。
また、上述の実施形態では、電解めっき液をウェハW上に液盛りして電解めっき処理を行った例について示したが、電解めっき処理はかかる例に限られない。たとえば、電解めっき液が貯められた電解槽内にウェハWを浸漬させることにより電解めっき処理を行ってもよい。
さらに、上述の実施形態において、無電解めっき膜82や電解めっき膜84が形成された後に、ホットプレートなどで所定の焼きしめ処理を実施することにより、無電解めっき膜82や電解めっき膜84の電気抵抗を低減させてもよい。
実施形態に係る多層配線の形成方法は、埋め込み型の多層配線の形成方法であって、基板(ウェハW)の配線50上に設けられる絶縁膜60の所定の位置に形成され配線50まで貫通するビア70において、配線50が露出する底面73に単分子膜80を形成する工程(ステップS101)と、ビア70の側面72にバリア膜81を形成する工程(ステップS102)と、単分子膜80を除去する工程(ステップS103)と、ビア70の底面73に露出する配線50を触媒にして、ビア70の底面73から無電解めっき膜82を形成する工程(ステップS104)と、を含む。これにより、アスペクト比の高いビア70の底部近傍に、ボイドやシームなどが含まれない良好な金属配線を形成することができる。
また、実施形態に係る多層配線の形成方法において、単分子膜80は、カップリング剤により形成される。これにより、ビア70の底面73に選択的に単分子膜80を形成することができる。
また、実施形態に係る多層配線の形成方法において、無電解めっき膜82は、Cu、Co、NiまたはRuを含む。これにより、Cu、Co、NiまたはRuを含む配線50を触媒にして、ビア70の底面73から効率よく無電解めっき膜82を形成することができる。
また、実施形態に係る記憶媒体は、コンピュータ上で動作し、多層配線形成システム1を制御するプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、プログラムは、実行時に、上記に記載の多層配線の形成方法が行われるように、コンピュータに多層配線形成システム1を制御させる。これにより、アスペクト比の高いビア70の底部近傍に、ボイドやシームなどが含まれない良好な金属配線を形成することができる。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
W ウェハ
1 多層配線形成システム
16 単分子膜形成処理ユニット
17 成膜処理ユニット
18 無電解めっき処理ユニット
21 制御部
50 配線
60 絶縁膜
70 ビア
72 側面
73 底面
80 単分子膜
81 バリア膜
82 無電解めっき膜

Claims (4)

  1. 埋め込み型の多層配線の形成方法であって、
    基板の配線上に設けられる絶縁膜の所定の位置に形成され前記配線まで貫通するビアにおいて、前記配線が露出する底面に単分子膜を形成する工程と、
    前記ビアの側面にバリア膜を形成する工程と、
    前記単分子膜を除去する工程と、
    前記ビアの底面に露出する前記配線を触媒にして、前記ビアの底面から無電解めっき膜を形成する工程と、
    を含む多層配線の形成方法。
  2. 前記単分子膜は、カップリング剤により形成される請求項1に記載の多層配線の形成方法。
  3. 前記無電解めっき膜は、Cu、Co、NiまたはRuを含む請求項1または2に記載の多層配線の形成方法。
  4. コンピュータ上で動作し、多層配線形成システムを制御するプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
    前記プログラムは、実行時に、請求項1〜3のいずれか一つに記載の多層配線の形成方法が行われるように、コンピュータに前記多層配線形成システムを制御させること
    を特徴とする記憶媒体。
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