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めっき方法及びめっき構造 - ソニー株式会社
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発明の名称 めっき方法及びめっき構造
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−181851(P2001−181851A)
公開日 平成13年7月3日(2001.7.3)
出願番号 特願2000−298639(P2000−298639)
出願日 平成12年9月29日(2000.9.29)
代理人 【識別番号】100076059
【弁理士】
【氏名又は名称】逢坂 宏
【テーマコード(参考)】
4K022
4K024
4M104
5F033
【Fターム(参考)】
4K022 AA02 AA04 AA37 AA41 BA08 BA35 CA06 CA08 CA11 CA15 CA18 CA21 DA01 EA01 EA03 
4K024 AA09 AB17 BA09 BB12 BC10 CA06 DA05 DB01 FA07 FA08 GA01
4M104 BB04 BB14 BB17 BB18 BB32 DD52 DD53 FF18 HH12
5F033 HH11 HH18 HH19 HH21 HH32 JJ01 JJ11 JJ18 JJ19 JJ21 JJ32 MM01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 PP27 PP28 PP33 QQ37 QQ48 QQ92 QQ96 RR04 RR06 SS04 WW08 XX01
発明者 佐藤 修三 / 由尾 啓 / 瀬川 雄司
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 凹部にめっきを施すに際し、前記凹部を含む面に触媒層を形成する工程と、前記触媒層のうち前記凹部以外の触媒層部分を除去し、前記凹部に前記触媒層を選択的に残す工程と、この残された触媒層上において無電解めっきにより前記凹部に導電層を選択的に形成する工程とを有するめっき方法。
【請求項2】 前記凹部の前記導電層上において電解めっきにより導電物を充填して前記凹部を埋める工程を更に有する、請求項1に記載しためっき方法。
【請求項3】 前記凹部以外の前記触媒層部分を機械的スクラビングによって除去する、請求項1に記載しためっき方法。
【請求項4】 前記スクラビング時に、硫酸やほうふっ化水素酸等を含む活性化液を供給する、請求項3に記載しためっき方法。
【請求項5】 前記スクラビングを被めっき物の被めっき面と共に他の面に対しても行う、請求項3に記載しためっき方法。
【請求項6】 前記スクラビングに用いるスクラバーを刷子、純水及び塩酸等を用いて洗浄する、請求項3に記載しためっき方法。
【請求項7】 前記導電層をシード層として前記電解めっきを行う、請求項2に記載しためっき方法。
【請求項8】 前記凹部を電解めっき又は無電解めっきにより前記導電物で埋め込んだ後に、この導電物の表面に対して化学的機械的研磨を少なくとも2回行う、請求項2に記載しためっき方法。
【請求項9】 前記凹部に電解めっき又は無電解めっきにより埋め込んだ前記導電物の量が不足の場合は、導電物の再埋め込みを行い、更にこの再埋め込み物の表面に対して化学的機械的研磨を行う、請求項2に記載しためっき方法。
【請求項10】 前記導電物を埋め込んだ後に、被めっき部を加熱処理する、請求項8に記載しためっき方法。
【請求項11】 前記再埋め込み後に、被めっき部を加熱処理する、請求項9に記載しためっき方法。
【請求項12】 チタン、タンタル、タングステン又はこれらの化合物等からなるバリア層を前記導電層下に設け、このバリア層を電極として前記電解めっきを行う、請求項7に記載しためっき方法。
【請求項13】 前記電解めっき時の電流密度を1A/dm2 以下とする、請求項7に記載しためっき方法。
【請求項14】 前記導電層を半導体装置の配線又はその下地として形成する、請求項1に記載しためっき方法。
【請求項15】 凹部にめっきを施すに際し、前記凹部を含む面に触媒層を形成する工程と、前記触媒層のうち前記凹部以外の触媒層部分をマスク層で被覆し、前記凹部の前記触媒層を選択的に露出させる工程と、この露出した触媒層上に無電解めっきにより導電層を形成する工程と、前記マスク層を除去し、前記触媒層上において前記凹部に前記導電層を選択的に形成する工程とを有するめっき方法。
【請求項16】 前記凹部の前記導電層上において電解めっきにより導電物を充填して前記凹部を埋める工程を更に有する、請求項15に記載しためっき方法。
【請求項17】 前記導電層をシード層として前記電解めっきを行う、請求項16に記載しためっき方法。
【請求項18】 前記凹部を電解めっき又は無電解めっきにより前記導電物で埋め込んだ後に、この導電物の表面に対して化学的機械的研磨を少なくとも2回行う、請求項16に記載しためっき方法。
【請求項19】 前記凹部に電解めっき又は無電解めっきにより埋め込んだ前記導電物の量が不足の場合は、導電物の再埋め込みを行い、更にこの再埋め込み物の表面に対して化学的機械的研磨を行う、請求項16に記載しためっき方法。
【請求項20】 前記導電物を埋め込んだ後に、被めっき部を加熱処理する、請求項18に記載しためっき方法。
【請求項21】 前記再埋め込み後に、被めっき部を加熱処理する、請求項19に記載しためっき方法。
【請求項22】 チタン、タンタル、タングステン又はこれらの化合物等からなるバリア層を前記導電層下に設け、このバリア層を電極として前記電解めっきを行う、請求項17に記載しためっき方法。
【請求項23】 前記電解めっき時の電流密度を1A/dm2 以下とする、請求項17に記載しためっき方法。
【請求項24】 前記導電層を半導体装置の配線又はその下地として形成する、請求項15に記載しためっき方法。
【請求項25】 凹部にめっきを施すに際し、前記凹部以外の面上をマスク層で被覆する工程と、前記凹部上及び前記マスク層上に無電解めっき又は物理的堆積法により導電層を形成する工程と、前記マスク層を除去すると同時に、このマスク層上の前記導電層も除去し、前記凹部に前記導電層を選択的に残す工程とを有するめっき方法。
【請求項26】 前記凹部の前記導電層上において電解めっきにより導電物を充填して前記凹部を埋める工程を更に有する、請求項25に記載しためっき方法。
【請求項27】 前記導電層をシード層として前記電解めっきを行う、請求項26に記載しためっき方法。
【請求項28】 前記凹部を電解めっき又は無電解めっきにより前記導電物で埋め込んだ後に、この導電物の表面に対して化学的機械的研磨を少なくとも2回行う、請求項26に記載しためっき方法。
【請求項29】 前記凹部に電解めっき又は無電解めっきにより埋め込んだ前記導電物の量が不足の場合は、導電物の再埋め込みを行い、更にこの再埋め込み物の表面に対して化学的機械的研磨を行う、請求項26に記載しためっき方法。
【請求項30】 前記導電物を埋め込んだ後に、被めっき部を加熱処理する、請求項28に記載しためっき方法。
【請求項31】 前記再埋め込み後に、被めっき部を加熱処理する、請求項29に記載しためっき方法。
【請求項32】 チタン、タンタル、タングステン又はこれらの化合物等からなるバリア層を前記導電層下に設け、このバリア層を電極として前記電解めっきを行う、請求項27に記載しためっき方法。
【請求項33】 前記電解めっき時の電流密度を1A/dm2 以下とする、請求項27に記載しためっき方法。
【請求項34】 前記導電層を半導体装置の配線又はその下地として形成する、請求項25に記載しためっき方法。
【請求項35】 凹部にめっきが施されているめっき構造であって、前記凹部には触媒層が形成され、この触媒層上に無電解めっきによる導電層が形成され、この導電層上において電解めっきにより導電物が前記凹部に埋め込まれているめっき構造。
【請求項36】 前記導電層が前記電解めっきのシード層として形成されている、請求項35に記載しためっき構造。
【請求項37】 チタン、タンタル、タングステン又はこれらの化合物等かなるバリア層が前記導電層下に設けられている、請求項36に記載しためっき構造。
【請求項38】 前記導電層及び前記導電物が半導体装置の配線として形成されている、請求項35に記載しためっき構造。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、めっき方法及びめっき構造に関し、例えば半導体集積回路装置において、接続孔又は配線溝への銅めっきによる銅配線を行うのに好適なめっき方法及びめっき構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体ウエー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。)の微細な配線の材料として、アルミニウム系合金が用いられている。しかし、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。
【0003】
特に、銅は、比抵抗が1.8μΩ−cm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程高いため、次世代の材料として期待されている。
【0004】
ところで、半導体装置には、素子間を接続するトレンチ(以下、配線溝と称することがある。)や多層配線間を電気的に接続するコンタクトホール或いはビアホール(以下、接続孔と称することがある。)が多数形成されている。通常、接続孔は、層間絶縁層に開口部を形成し、そこに導電材料を埋め込むことにより形成される。
【0005】
近年、その層間絶縁層に溝部を形成し、銅で溝部を埋め込むことで溝配線を形成するシングルダマシン法、或いは、銅で溝部及び溝部の底部に設けられた開口部を埋め込むことで、トレンチとビアホールを一体に形成するデュアルダマシン法が実用化されつつある。
【0006】
図18〜図22にデュアルダマシン法による銅配線プロセスの一例の概略、及び図23にそのめっき工程以降のフロー図を示す。
【0007】
まず、図18に示すように、ウエハー1上に積層したSiN3a及びSiO22aからなる絶縁層にエッチング法等によって銅配線4a、4b(その壁面にはバリア層5aが設けられている。)を形成し、この上にSiN3b、3c、SiO22b、2cなどの絶縁層を順次に積層後、更にエッチング等により接続孔7a及び配線溝7bが形成される。
【0008】
次いで、図19に示すように、接続孔7a及び配線溝7bを含む表面にバリア層5bが形成され、この上に、めっきの核となるシード層6を形成後に、図23における電気めっき工程51において、図20に示すように銅めっき層8が形成される。
【0009】
次いで、図23におけるめっき液洗浄工程52において銅めっき層8の表面を洗浄後、次のCMP(ケミカルメカニカルポリッシュ)1の工程53において、銅めっき層8の余剰な銅が研磨によって除去され、更に次のCMP2の工程54において、接続孔7a及び配線溝7b以外の銅めっき層8及び下地層(この例ではシート層6)を含む部分が除去される。図21はCMP2後の状態を示す。
【0010】
次いで、図23における洗浄工程55において研磨面を洗浄後に、アニール工程56において加熱処理することにより、微細な結晶粒を有する銅膜の結晶成長を図り、図23におけるCVDSiN工程57において、接続孔に形成された銅配線8a及び配線溝に形成された銅配線8bを含む上面に対し、CVD(化学蒸着法)等によって図22に示すように、この上に形成される上層への銅拡散防止のためにSiN3dで被覆後、図23における洗浄、乾燥工程58を経てこの銅配線プロセスは終了する。
【0011】
接続孔に銅を精度良く埋め込む方法としては、電解めっき法が近年注目されている。電解めっき法によって形成した銅膜は、膜中の不純物濃度が低く、電気抵抗も低いため、半導体装置の高速化に有利である。しかし、銅の接続孔への埋め込み性は、電解めっき法によって銅層を形成する際に、必要とされる下地層(シード層)のステップカバレッジ(段差被覆性)に大きく依存する。即ち、電解めっき法によって接続孔を埋め込む際には、シード層のステップカバレッジが十分に良好であることが要求される。
【0012】
従来は、シード層としては、PVD(物理蒸着法)或いはCVDにより形成された厚さ100nm程度の銅層が用いられている。しかし、これらの方法によって形成されるシード層のステップカバレッジはあまり良くなく、接続孔内に均一にシード層を形成することが困難であることが多い。更に、接続孔のアスペクト比(接続孔開口部径と深さの比)が1:5以上になると、均一なステップカバレッジはほぼ不可能となる。
【0013】
しかし、このようにシード層がホールの壁面に均一な厚さに形成されず、上面やホールの入口近傍に厚く形成されるなど、場所によるシード層の厚さのばらつきはこの上に形成される電気めっきの厚さのばらつきの原因となる。
【0014】
そこで、銅の無電解めっき(化学還元めっき)によりシード層を形成し、ステップカバレッジを改善する試みもなされているが、本発明者は、アスペクト比が大きいホール内及び大面積の被めっき部でも、均一かつ高品質で平坦性の高いめっき配線を形成できる、生産性の高いめっき方法として、被めっき部の表面を親水化処理した後、この表面にカップリング剤を結合させ、前記カップリング剤に触媒金属を結合させ、更に前記触媒金属を露出させて活性化処理した後に、この活性化処理された表面に無電解めっきを施す方法を特願平11−13845号(以下、先願と称する。)により提案した。
【0015】
この先願のめっき方法によれば、少なくともブラインドホールの如き孔を被めっき部としてめっきを行うに際し、被めっき部に存在する有機物質を除去してその表面を親水化処理し、更にその表面に結合させたカップリング剤に触媒金属を結合し、これを露出させて活性化処理し、この表面に無電解めっきを施すので、従来の電気めっきとは異なり、ホールの入口や底部及び側面に均一にめっきが付き、またシード層も不要となる。このため、平坦面は勿論、アスペクト比が大きい孔にも均一で良質のめっきができ、孔の上部も平坦性の高いめっき層を形成することができる。従って、めっき後の研磨も容易であり、粗面化処理及び熱処理(特開平5−101974号参照)なしに、直接無電解めっきを施すことができるので、生産性の高いめっき方法を提供することができる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した如く先願は優れた特長を有するものの改善の余地があることが判明した。即ち、前記した電解めっき及び先願による無電解めっきによって形成された銅の膜は、次工程でCMPが行われ、接続孔部以外にめっきされている余分な銅が除去されるが、その際、次の■〜■に示すような問題が発生し易い。
【0017】
■ ディッシング、つまり、広い部分のメタルの中央部が取れ過ぎて凹んでしまい、配線メタルの断面積が不足する現象が発生することがある。
【0018】
即ち、図24に示すように、ウエーハ1上に形成された銅配線4とSiO2 層2の表面に形成された配線溝37とを、接続孔38を介して接続するように配線溝37にめっきにより埋め込まれた銅配線8Aの表面が凹み、ディッシング部9が発生する。その領域Aは100μmの広さに凹みの深さBは800Åに達することがある。
【0019】
■ エロージョン(シンニング)、つまり、パターン密度の高い部分が取れ過ぎて凹んでしまい、配線メタルの断面積が不足する現象が発生することがある。
【0020】
即ち、図25に示すように、ウエーハ1上に形成された銅配線4とSiO2 層2の表面に形成された配線溝39とを、接続孔40を介して接続するように配線溝39にめっきにより埋め込まれた銅配線8B群の領域Cが、全体的に凹んでエロージョン部10が発生し、例えば最も厳しい配線密度として、領域Cの3000μm内に約89%(例えばCu8μm、SiO2 等1μmの繰返しパターンのときのCuが占める割合)以上、Cuが占める場合で深さDは800Åに達することがある。
【0021】
■ リセス、つまり、絶縁膜とメタルの境界でメタル側が低くなる段差ができてしまう現象が発生することがある。
【0022】
即ち、図26に示すように、上記した■における銅配線8B群の領域が全体的に凹むのとは異なり、配線溝39にめっきにより埋め込まれた銅配線8Bの表面が周囲のSiO2層2の表面より凹んで形成されることがある。
【0023】
■ スクラッチ、ケミカルダメージ、つまり、オープン、ショートや配線の抵抗値不良などを引き起こすような現象を発生することがある。
【0024】
即ち、図27に示すように、上記した■や■の如き凹みも発生せず平坦に仕上げられても、CMPによる研磨の際に銅くず等によるショート部12の発生や腐食部等29が発生することがある。
【0025】
そこで本発明の目的は、孔及び溝状の被めっき部を良好に埋め込むことのできる、生産性の高いめっき方法及びめっき構造を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、凹部にめっきを施すに際し、前記凹部を含む面に触媒層を形成する工程と、前記触媒層のうち前記凹部以外の触媒層部分を除去し、前記凹部に前記触媒層を選択的に残す工程と、この残された触媒層上において無電解めっきにより前記凹部に導電層を選択的に形成する工程とを有するめっき方法(以下、本発明の第1のめっき方法と称する。)に係るものである。
【0027】
本発明の第1のめっき方法によれば、凹部に残された触媒層上に無電解めっきにより導電層を選択的に形成するので、触媒層が除去された凹部以外の部分には導電層は形成されず、凹部のみに導電層を形成することができる。更に、この凹部のみを無電解めっきによって前記導電層形成時に導電層と同じ材料で埋め込むこともでき、また、前記導電層を下地として電解めっきを行えば、低電流で凹部のみを導電材料で埋め込むこともできる。その結果、導電層が形成されない凹部以外の部分に対する不要なめっき等の除去作業が不要となるため、この除去作業をした場合に凹部に埋め込まれた導電物の表面が過剰に削除されることを防止できると共に、生産性の高いめっき方法を提供することができる。
【0028】
また、本発明は、凹部にめっきを施すに際し、前記凹部を含む面に触媒層を形成する工程と、前記触媒層のうち前記凹部以外の触媒層部分をマスク層で被覆し、前記凹部の前記触媒層を選択的に露出させる工程と、この露出した触媒層上に無電解めっきにより導電層を形成する工程と、前記マスク層を除去し、前記触媒層上において前記凹部に前記導電層を選択的に形成する工程とを有するめっき方法(以下、本発明の第2のめっき方法と称する。)に係るものである。
【0029】
本発明の第2のめっき方法によれば、凹部の触媒層上のみに選択的に導電層が残されるので、この導電層を下地として電解めっきを行い、導電材料でこの凹部のみを選択的に埋め込むことができると共に、上記した第1のめっき方法と同等の効果を奏することができる。
【0030】
また、本発明は、凹部にめっきを施すに際し、前記凹部以外の面上をマスク層で被覆する工程と、前記凹部上及び前記マスク層上に無電解めっき又は物理的堆積法により導電層を形成する工程と、前記マスク層を除去すると同時に、このマスク層上の前記導電層も除去し、前記凹部に前記導電層を選択的に残す工程とを有するめっき方法(以下、本発明の第3のめっき方法と称する。)に係るものである。
【0031】
本発明の第3のめっき方法によれば、凹部のみに選択的に導電層が残されるので、この導電層を下地として電解めっきを行い、導電材料でこの凹部のみを選択的に埋め込むことができると共に、上記した第1のめっき方法と同等の効果を奏することができる。
【0032】
また、本発明は、凹部にめっきが施されているめっき構造であって、前記凹部には触媒層が形成され、この触媒層上に無電解めっきによる導電層が形成され、この導電層上において電解めっきにより導電物が前記凹部に埋め込まれているめっき構造(以下、本発明のめっき構造と称する。)に係るものである。
【0033】
本発明のめっき構造によれば、上記した本発明の第1のめっき方法と同様に無電解めっきにより形成された導電層を下地として、この上に電解めっきにより導電物が積層されているため、触媒層による導電層の被着性が良好であると共に、この導電層上に電解めっきにより十分な被着強度及び厚みの導電物を有する優れためっき構造を提供することができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
【0035】
上記した本発明の第1〜第3のめっき方法及び本発明のめっき構造においては、図1〜図3の各図に示すように、前記凹部の前記導電層上において電解めっきにより導電物を充填して前記凹部を埋める工程を更に有することが望ましい。
【0036】
そして、上記の第1のめっき方法においては、図4に示すように、前記凹部以外の前記触媒層部分を機械的スクラビングによって除去することが望ましい。
【0037】
この場合、図4に示すように前記スクラビング時に、硫酸やほうふっ化水素酸等を含む活性化液を供給することが望ましい。
【0038】
更に、図4に示すように、前記スクラビングを被めっき物の被めっき面と共に他の面に対しても行うことが望ましい。
【0039】
また、スクラビング時以外の待機時等には、前記スクラビングに用いるスクラバーを刷子、純水及び塩酸等を用いて洗浄することが望ましい。
【0040】
そして、前記凹部を導電物で埋める際には、前記導電層をシード層として前記電解めっきを行うことができる。
【0041】
この場合、前記凹部を電解めっき又は無電解めっきにより前記導電物で埋め込んだ後に、この導電物の表面に対して化学的機械的研磨を少なくとも2回行うことが望ましい。
【0042】
また、前記凹部に電解めっき又は無電解めっきにより埋め込んだ前記導電物の量が不足の場合は、導電物の再埋め込みを行い、更にこの再埋め込み物の表面に対して化学的機械的研磨を行うことが望ましい。
【0043】
そして、前記導電物を埋め込んだ後及び前記再埋め込み後に、被めっき部を加熱処理することが望ましい。
【0044】
この場合、チタン、タンタル、タングステン又はこれらの化合物等からなるバリア層を前記導電層下に設け、このバリア層を電極として前記電解めっきを行うことが望ましい。
【0045】
上記の如く、選択的に凹部に触媒層を形成してこの上に導電層を形成することにより、前記電解めっき時の電流密度を1A/dm2 以下として、めっきを行うことができる。
【0046】
また、上記の如く構成することにより、前記導電層及び前記導電物を半導体装置の配線として形成することができる。
【0047】
以下、本発明の好ましい実施の形態を実施の形態1〜実施の形態4に分けて詳細に説明する。
【0048】
実施の形態1本実施の形態は上記した第1のめっき方法に基づくものであるが、銅の無電解めっきは以下に例示する一連の工程により行うことができる。例えば、半導体ウエーハ上に無電解めっき法により銅の配線層を形成するためには、前処理として被めっき表面上に触媒性の高い金属、例えばPd等を用いて触媒化処理を施した後に、銅めっきがなされる。その方法は例えば以下に示すように行うことができる。
【0049】
<触媒化処理例1>(有機物質除去)
被めっき部の表面は、図1(a)に示すように、接続孔又は配線溝(ここでは接続孔7)をフォトリソグラフィ技術によりウエーハ41の表面側に形成する。この場合、ウエーハ41は、既述したウエーハ1とこの上に形成された絶縁層とからなる半導体基板を意味する(以下、同様)。
【0050】
そして、接続孔7の底、壁面及び表面にバリア層(バリアメタル層)5としての窒化タンタル膜等を形成する。しかしこのバリア層5には、前プロセスである真空装置又は及びクリーンルームの空気中に僅かに含まれる有機ガスに起因する有機系の汚染物質が単分子的に吸着していることが多い。
【0051】
従って前処理として、少なくとも接続孔の表面等にCVD又はスパッタリング法等によって例えば窒化タンタルからなるバリア層を形成した後、このバリア層表面を酸化処理して有機物質を除去する。
【0052】
生産レベルのウエーハ表面には元々、単分子膜以上の有機汚染物質は付着していないので、上記したバリア層上の付着有機物質を除去する処理には、スピンカップを用いて例えば0.5ppm以上、望ましくは5〜15ppm濃度の室温のオゾン水を、1〜30l/分の流量で、10秒〜20分程度のウエット処理する。この有機汚染物質の除去は、これ以外にも紫外線照射下でのオゾン水処理、酸素プラズマアッシング処理などのドライ処理を予め行ってもよい。
【0053】
(親水化処理)
この処理は、バリア層を構成する金属又は/及びその化合物の表面を水中で酸化することにより親水化し、その表面に有効に−OH基を形成するために行う。従って、オゾン水処理であれば、前記有機物質除去処理と同時に反応が起きるものが最も望ましいが、前記有機物質除去処理がドライ処理の場合は同様にオゾン水処理、硫酸過水処理、次亜塩素酸処理、アンモニア過水処理、過マンガン酸アンモニウム処理など、バリア層を構成する金属又はその化合物層を酸化できる能力を持つ物質又は処理法であればよい。なお、処理後は純水で洗浄(純水リンス)する(後述する前処理工程間も同様)。
【0054】
(カップリング処理)
前記水酸化処理によって形成された−OH基とカップリング剤を反応させて化学結合させる処理は、シランカップリング剤又はチタンカップリング剤等を用いてよいが、これは、炭化水素の分子鎖中又は/及びそのSi又はTi原子と反対側の末端にアミノ基やチオール基など、次プロセス中で使用されるパラジウムコロイド触媒を保護しているスズと配位結合する能力を持つために最も望ましい。
【0055】
また、シランカップリング又はチタンカップリング処理された表面は同分子の大きさの分だけ凹凸ができ、粗面化される。従って、この処理をされた表面に次プロセスの触媒金属のコロイドが吸着される程度の親水性を保つことができれば十分である。このようなシランカップリング剤又はチタンカップリング剤は、分子鎖中又は末端に−OH基、−COOR基、−OR基等(Rはアルキル基)を含むものに代表される。
【0056】
塩化第一スズで保護した触媒金属、例えばパラジウム(以下、Pdと称することがある。)のコロイド溶液での処理によって、前記シランカップリング剤又は前記チタンカップリング剤中のアミノ基又はチオール基に前記パラジウムコロイドの保護剤である塩化第一スズのスズ原子を配位結合させ、前記パラジウムコロイドを結合させることができる。
【0057】
即ち、塩化第一スズで保護したPdコロイド溶液を上記したカップリング処理後のウエーハに作用させ、ウエーハ上のシランカップリング剤又はチタンカップリング剤のアミノ基又はチオール基にPdコロイドのスズ原子を配位結合させることによって、Pdコロイドを強固に結合させることができる。
【0058】
(触媒処理)
シップレー社製のCatalyst9F、Enthone OMI社製のEnplate Activator444等を用い、被めっき表面にPd等の触媒作用の強い金属のコロイドを定着させる。
【0059】
この場合、シップレー社製のキャタリスト9FのようなPdコロイド触媒であれば何でもよいが、半導体プロセスに使用するので、Pdコロイドを保護している保護剤が塩化第一スズであるPdコロイド触媒が好ましい。
【0060】
(活性化処理)
シップレー社製のAccelerator19 、Accelerator240等を用い、触媒処理で定着させたPdコロイドの表面を活性化し、Pdの表面を露出させる。この露出したPdは図1(a)において触媒層30として示すが、このPd上に還元された銅が後述の無電解めっきにより析出することができる。
【0061】
そして、HBF4(フッ化ホウ素酸)やH2SO4(硫酸)などの水溶液により、ウエーハの表面に配位結合していない余剰の塩化第一スズを洗い流して除去し、Pdを露出させる。
【0062】
この洗浄除去には、シップレー社製のアクセレレータ19のようなHBF4を含む活性化剤が、品質、性能上は最も好ましい。一方、同様にアクセレレータ240のような硫酸系の活性化剤は、品質、性能上はやや難点があるものの環境上はより好ましい。
【0063】
上記のように−NH2基や−SH基をを含むシランカップリング剤はチタンカップリング剤で予め処理し、その後Pdコロイドを配位結合させた場合は、Pdが表面に化学結合しているため強固に付着しており、超音波をかけながら活性化処理してもよい。この場合、アスペクト比が1:4以上と高く、直径がφ0.3μm以下の小さいブラインドホールでも、十分効果的に処理され、φ0.18μm、アスペクト比1:10のホール内でも均一にめっきすることができる。
【0064】
<触媒化処理例2>(希ふっ酸水溶液処理)
この処理例では、上記した処理例1のように親水化処理によってバリア層の表面に形成したOH基にカップリング剤を用い、Pdコロイドを被めっき表面に接着させるのは異なり、まず、希ふっ酸水溶液を用いてバリア層5の表面の酸化層を除去した後、純水でリンスする。
【0065】
(触媒処理)
PdCl2の塩酸水溶液処理を行うことにより、バリア層表面をPd30で置換し、純水でリンスする。これにより、後述するスクラビング時にバリア層の表面が活性化される。
【0066】
以上の前処理工程は同一のスピンカップ内で行うことができる。また、上記した無電解めっきの前処理は、上記の如き半導体ウエーハの配線プロセスだけでなく、あらゆる金属、無機物の表面処理に応用可能であり、粗面化処理なしに強固で精密な被覆力の高いめっきを実現することができる。
【0067】
<触媒層の選択的形成>次に、上記したように触媒層30が全面に形成された状態で、無電解銅めっきを行う前に、図4に示すように、ウエーハ41表面の触媒層を機械的にスクラバーを用いて除去し、図1(b)に示すように接続孔7のみに選択的に触媒層30を残した後に、後述の無電解めっきを施すことにより、既述したディッシング等の現象を回避することが可能であり、これが本実施の形態の特筆すべき特長である。
【0068】
図4は、上記したスクラビング状態を示す概略斜視図であるが、ノズル34から薬液等35を滴下しながら、ウエーハ41を挟んで上下に配されたスクラバー33によるウエーハ41の両面の研磨状態を示す。
【0069】
このスクラビングには、例えば、ポリビニールアルコールとポリアセタールとの混合物からなるローラーのようなスクラバー33を用いると、寸法がミクロンよりも小さいトレンチやビアホールの溝やホール内の触媒層は物理的に除去することは不可能であるため、結果的に配線に必要な部分以外の触媒層だけを選択的に除去することができる。
【0070】
その後に無電解銅めっきを行うと、触媒層のあるトレンチやビアホール内だけに銅の膜が形成される。また、図4に示すように、機械的スクラビングをウエーハの裏面にも施しておくことにより、裏面の銅汚染を予め防ぐこともできる。
【0071】
スクラビング工程以外の触媒処理プロセスについては、スピンコータタイプあるいはディッピング層タイプの装置を用いて行うことができる。
【0072】
スクラビングのタイミングは次の■及び■のように行うことができる。
【0073】
■、上記した触媒化処理例1及び触媒化処理例2で示した触媒処理工程の後に、スクラバー33に純水、或いは、ほうふつ化水素酸や硫酸を含む活性化液35を滴下しながらウエットな状態でスクラビングを行い、機械的に或いは化学的に触媒層(Pdコロイド或いはPd粒子)を除去する。
【0074】
■、上記した触媒化処理例1で示した活性化処理工程の後に、スクラバー33に純水、或いは、ほうふっ化水素酸や硫酸を含む活性化液35を滴下しながらウエットな状態でスクラビングを行い、機械的に或いは化学的に触媒層(Pdコロイド或いはPd粒子)を除去する。
【0075】
いずれの場合もスクラバー33はPdで汚染されることになるので、使用していない待機時に、別の刷子等と純水又は塩酸などPdを溶解除去できる薬品とを使用して、スクラバー33自体の自動洗浄を行うことができる。
【0076】
<無電解めっき>次に、銅の無電解めっきを行うが、この無電解めっきは、以下のような組成で行うことができる。
塩化銅(銅の塩):5〜50g/l(硫酸銅、硝酸銅、スルファミン酸銅でもよい。)
エチレンジアミン(キレート剤):20〜40g/l(EDTA(エチレンジアミン四酢酸)でもよい。)
硝酸コバルト(還元剤):25〜250g/l【0077】
または以下のような組成も使用可能である。
塩化銅:10〜100g/l(硫酸銅、硝酸銅、スルファミン酸銅等)
グリシン:2〜50g/l(他のアミノ酸等両性イオンタイプのキレート剤)
コハク酸アンモニウム:2〜50g/l(リンゴ酸、クエン酸、マロン酸、ギ酸等のアンモニウム塩等)
次亜燐酸アンモニウム:2〜50g/l(ホルマリン、グリオキシル酸、ヒドラジン、水素化硼素アンモニウム等)
アンモニア水:5〜200ml/l(pHを8〜12の範囲で必要な値に合わせる。)
ラウリル硫酸アンモニウム:0.1〜20mg/l(pHが酸性ではカチオン、アルカリ性ではアニオン活性剤、または双方で非イオン活性剤が使用できる。)
【0078】
無電解めっきの一連の工程は、例えば図5及び図6に示すスピンコートタイプ或いは図7に示すディッピング槽タイプの装置を用いて行うことができる。
【0079】
図5及び図6は同一の装置の概略図であり、カップ13内にはシャフト14に支持されヒーター20を埋設したターンデーブル15が設けられ、この上に保持されるウエハー(図5〜図7においては集積回路を形成段階のウエーハを指す。)41は上方に配置されたノズル18(例えば18aはO3と切換え可能な水洗ノズル、18bは水酸化処理ノズル、18cはカップリングノズル、18dはPdコロイド触媒ノズル、18eは活性化液ノズル)から所定の液体が供給され、また下方に配置された裏面水洗ノズル19からは洗浄水が供給される。そして、ターンテーブル15の回転に伴う気圧は排気口17から排出され、供給された洗浄水等は下方の排水口16から配出される。
【0080】
図5は前処理工程を示し、各ノズル18a〜18e下の矢印は前記した各工程においてそれぞれ供給される処理液の供給を示す。図6は無電解めっき工程を示し、例えばこの工程における18aは温純水ノズル、18bは無電解めっき液ノズルであり、下の矢印はこの工程において供給される処理液の供給を示している。そしてターンテーブル15に埋設したヒーター20を20(室温)〜90℃にコントロールし、加温しためっき液をかければ効果的であり無電解めっきを行うことができる。
【0081】
また、図7はディッピング槽タイプの概略図であり、底部に超音波発振子23を設置したディッピング槽21に配管22から処理液28が供給される。オーバーフローする処理液28は矢印で示すように一旦受皿24に落ちて排水口25から排出される。ウエーハ41は直角回転機構26のウエーハ保持部27に保持されて処理液28に浸漬され、前記各工程に応じて所定の処理液28が供給されてそれぞれ所定の処理がなされる。
【0082】
これらの装置はいずれもpHにより常温から90℃までの温度範囲で幅広く使用できる。しかも全温度範囲で液は極めて安定であり分解しない。そして処理液で汚染させないために、シールが可能なスピンカップを用いるのがより望ましい。しかし、上面にフィルム等を貼って予めシールしておけばディッピング槽も使用できる。またいずれも超音波を利用するのがより望ましく、その波長は任意でよいが、ブラインドホールの径が1μm以下と小さいので、1MHz以上の高周波数である方が望ましい。
【0083】
この場合、前記各プロセス後の洗浄に、溶存酸素が1%以下である洗浄水又は液建水を用いることが望ましい。即ち、洗浄水及び液建て水として、溶存酸素を1%以下に低下させて用いることにより、めっき膜の酸化を防ぎ、電導率を高くすることができる。
【0084】
上記の如く、前処理工程後にスクラビングを行ってから、図1(c)のように、無電解めっきを施すことにより、選択的に接続孔7の内部にだけ銅による導電層8Aを形成することができる。接続孔7は無電解めっきにより導電層8ですべてを埋め込んでもよく、図1(c)に示すように、無電解めっきにより形成した導電層をシード層(破線8Aで表示)として電解めっきで埋め込んでもよい。
【0085】
この電解めっき液の組成とめっき条件は、例えば次のように行うことができる。後述する他の実施の形態も同様。
1.組成硫酸銅 :200〜250g/l硫酸 :10〜50g/l塩素イオン:20〜80mg/l光沢剤 :適量2.条件温度 :25〜30℃陰極電流密度:2〜5A/dm2【0086】
電解めっきを行う場合は、バリアメタル層を電極(陰極)として利用することができる。バリアメタルとして利用されているTa、TaN、Ti、TiN等の表面は電着しにくく、銅が析出しにくい。従って、無電解めっきで形成された接続孔の内部だけに銅が析出し、埋め込むことができる。これにより、無電解めっきによる導電層をシード層として、この上に電解めっきにより接続孔を埋め込んだめっき構造が形成される。
【0087】
ただし、電流密度が高いとバリアメタルの表面に銅が電着しなくても銅粒子がめっき液内に析出してしまったり、一度バリアメタル上に析出してすぐに剥がれたりし、めっき液を汚す可能性が大きい。
【0088】
そこで、例えば一般的な硫酸銅浴のめっき液を用いて、厚みが100〜200ÅのTa、TaN、Ti、TiN等にめっきを行ったところ、1A/dm2 以下の低電流領域で、バリアメタル上及びめっき液中に銅が析出しないことが確認できた。この低電流領域は一例であり、めっき液組成や被めっき表面、装置構造に応じて変更することができる。
【0089】
このようにして、接続孔以外の触媒層が存在しない部分には銅が付着しないため、接続孔にのみ銅を埋め込むことができ、めっき後には従来のようなCMP工程を省略することができる。即ち、接続孔以外には銅が堆積しないので、このような銅はCMPで除去する必要はない。
【0090】
例えば、上記の如く接続孔に埋め込まれた銅の断面は、図1(c)に示すように、若干バリア層5の面よりも盛り上がる構造となるが、その高さは数0.01〜0.1μm程度である。従って、次工程で行われるバリア層5のCMPのみにより、図1(d)に示すように一緒に削り取り、平坦面にすることができる。
【0091】
従って、既述した如きCMPに伴う、ディッシング、エロージョン(シンニング)、リセス、スクラッチ、ケミカルダメージ等の懸念がなくなる。即ち、たとえ埋め込み後の銅の盛り上がり分をCMPにより削る工程を行ったとしても、通常約1.5μm厚の銅をCMPする場合に比べれは、ディッシング、エロージョン、リセスに関しては問題にならないほど小さな量となる。
【0092】
つまり、約1.5μm厚の銅をCMP処理する時のディッシング、エロージョン、リセスの許容量は約0.05μmであり、接続孔からの銅の盛り上がりを約0.1μmだけを削っても、0.05μmものディッシング、エロージョン、リセスが発生することはない。また、CMPを行う絶対量が少ないため、スクラッチ、ケミカルダメージを発生させる確率も当然低くなる。
【0093】
本実施の形態によれば、被めっき面に形成された触媒層を無電解めっきを行う前にスクラビングによって除去するので、触媒層を接続孔のみの選択的に残すことができ、この状態で銅の無電解めっき、或いは更に銅の電解めっきを行うため、触媒層が存在する接続孔内のみに銅めっき膜(導電層)を形成することができる。従って、接続孔をそのまま無電解めっきによって銅で埋め込むことができ、或いはバリア層を電極に用い、1A/dm2以下の低電流で導電層をシード層として電解めっきにより銅で埋め込み、無電解めっきによる下地層上に電解めっき層が形成されためっき構造を形成することもできる。そして、めっき膜は接続孔以外には形成されないので、めっき後のCMP処理を省略することができると共に、従来法における銅めっき面のCMPに伴う、ディッシング、エロージョン(シンニング)、リセス、スクラッチ、ケミカルダメージ等の懸念がなく、仮に銅のCMPプロセスを行うとしても、この懸念を大巾に緩和することができる。
【0094】
また、本実施の形態で得られためっき構造は、無電解めっきにより選択的に形成された導電層8Aを下地として、この上に電解めっきにより導電物8が積層された構造を形成できるため、触媒層30による導電層8Aの被着性が良好であると共に、この導電層上に電解めっきにより十分な被着強度及び厚みの導電物8を有する優れためっき構造を提供することができる。
【0095】実施の形態2本実施の形態は、上記した第2のめっき方法に基づき、レジストを用いて導電層を選択的に形成するものであり、そのプロセスを図2に示す。
【0096】
即ち、まず図2(a)に示すように、上記した実施の形態1と同様に形成された触媒層30に対し、接続孔7以外をフォトレジストの露光及び現像によりレジスト31で被覆して、接続孔7の触媒層30を選択的に露出させる。
【0097】
次いで図2(b)に示すように、接続孔7を含む面に無電解めっきにより銅めっきを施す。これによって、接続孔7に露出していた触媒層30上のみに無電解銅めっき膜8Aが堆積する。
【0098】
次いで図2(c)に示すように、レジスト31を除去する。これにより、接続孔7のみに銅めっき膜8Aを導電層として選択的に形成することができる。
【0099】
従って、図2(d)に示すように、接続孔7の導電層(破線で表示)をシード層として電解めっきにより銅で埋め込み、銅配線8を形成することができる。或いは、銅配線8を無電解めっきのみで接続孔7に埋め込むことができる。
【0100】
本実施の形態によれば、特にレジストを用いて接続孔のみに触媒層を選択的に露出させ、また、この触媒層上のみに導電層を選択的に形成し、これをシード層として実施の形態1と同様に低電流の電解めっきで埋め込むことができると共に、無電解めっきによる下地層上に電解めっき層を有するめっき構造を形成することができ、更に上記した実施の形態1と同等の効果を得ることができる。また、接続孔以外に残った触媒層は極めて薄い層(分子レベル)であるため、バリアメタルのCMPによる除去時に一緒に除去することができる。
【0101】実施の形態3本実施の形態は、上記した第3のめっき方法に基づくものであって、上記した実施の形態2と同様にレジストを用いたリフトオフ手法により導電層を選択的に形成するものであるが、リフトオフのタイミングは本実施の形態に限定されない。
【0102】
本実施の形態の場合はまず図3(a)に示すように、上記した実施の形態1と同様に形成されたバリア層5に対し、接続孔7以外をレジスト31で被覆して、接続孔7のバリア層5を選択的に露出させる。
【0103】
次いで図3(b)に示すように、接続孔7及びレジスト31を含む面に、スパッタリング等の物理的堆積手段又は無電解めっきにより銅めっき膜8Aを形成する。(但し、無電解めっきの場合は、前記した触媒化処理工程を予め行なうことが必要。)
【0104】
次いで図3(c)に示すようにレジスト31を除去する。これにより、レジスト31上の銅めっき膜8Aが同時の除去され、接続孔7のみに銅めっき膜8Aを導電層として選択的に残すことができる。
【0105】
従って、この場合も図3(d)に示すように、接続孔7の導電層(破線部)をシード層として電解めっきにより銅で埋め込み、銅配線8を形成することができる。或いは、上記の無電解めっき又はスパッタリングで接続孔7に銅を埋め込むこともできる。
【0106】
本実施の形態によれば、上記した実施の形態1及び2のように触媒層の形成を前提としないでも、レジストをリフトオフして接続孔のみに導電層を形成し、特に、これをシード層として実施の形態1と同様に低電流の電解めっきで埋め込むことができる。これにより、無電解めっきによる下地層8A上に電解めっき層8を有するめっき構造を形成でき、更に上記した実施の形態1と同等の効果を得ることができる。
【0107】実施の形態4本実施の形態は、上記した第1のめっき方法をダマシン又はデュアルダマシン法の配線プロセスに適用した例であり、図8にそのプロセス、図9にそのフロー図を示す。
【0108】
本実施の形態のめっき方法及びプロセスの基本は既述した実施の形態1と同様である。即ち、TEOSからなる絶縁層上に形成された接続孔等にバリア層を形成後、無電解めっきによりバリア層表面を触媒化のために例えばパラジウムで全面被覆した後に、PVAを用いた機械的スクラブ等により接続孔等以外のパラジウムを研磨除去することで、接続孔のみに残存したパラジウムを触媒として無電解めっきにより銅のシード層を形成する配線形成方法である。
【0109】
先ず、図8(a)に示すように、接続孔7aが形成されたTEOS(テトラエチルオルソシリケート)を用いて形成された絶縁層32上にバリア層5が形成され、既述した実施の形態1と同様にこのバリア層5の面をPd等で触媒活性化処理を行い、図8(b)に示すように触媒層(以下、Pd層と称することがある。)30を形成する。
【0110】
次いで、図9におけるスクラビング工程42において、後述する装置(図10参照)によるPVAスクラビング等の機械的研磨により、図8(c)に示すように、接続孔7a以外の不要なPd層30を除去する。
【0111】
次いで、図9における無電解めっき工程43において、図8(d)に示すように、銅の無電解めっきを行い、Pd層30を触媒に銅を成長させる。従って、触媒となるPdのないバリア層5の表面には無電解めっきでは銅は成長せず、接続孔7a部分のみに銅が成長し、シード層6が形成される。
【0112】
次いで、図9における電気めっき工程44において、図8(e)に示すように、前工程の無電解めっきで形成されたシード層6をめっき核として銅の電解めっきを行い、接続孔7aを埋め込み導電層8を形成する。この電解めっきは既述した実施の形態1に準じて行なえばよい。
【0113】
しかし、図8(e’)に示すように、電解めっきした銅が不足の場合は、図9における再埋め込み工程44’において、初めに埋め込んだ銅を触媒として図8(f’)に示すように、電解めっきで再埋め込みをおこなう。また、この再埋め込みを無電解めっきで行ってもよい。
【0114】
次いで、図9におけるアニール工程45において、接続孔7aに埋め込んだ導電層8を加熱処理し、電解めっきされた微細な結晶粒をもつ銅膜の結晶成長を促すために、例えば250℃で1分程度のアニールを行う。なお、本実施の形態の場合も形成される導電層8は実施の形態1と同様にバリア層5の面より若干盛り上がる程度である。
【0115】
次いで、図9におけるCMP1の工程46において、図8(f)に示すように、僅かに余剰する導電層8表面の銅をPVAスポンジロールブラシ52(詳細は後述する。)等により除去する。
【0116】
次いで、図9におけるCMP2の工程47において、PVAスポンジロールブラシ52等で再研磨を行い、図8(g)に示すように、絶縁層32上のバリア層5を除去する。
【0117】
次いで、図9における洗浄工程48において、研磨した表面を洗浄後に、次のCVDSiN工程49において、図8(h)に示すように、この上に形成される上層配線等への銅拡散防止のための被覆層9を形成し、次に図9における洗浄乾燥工程50を行いそのレイヤーの配線プロセスを完了する。
【0118】
上記した本実施の形態のめっきプロセスは図10に示す無電解めっき装置を用いて行うことができる。図10(a)は、図10(b)に示す概略図の平面の一部分を示す模式図である。
【0119】
即ち、図10(b)に示すように、この装置は筐体67上に水槽51が設けられ、筐体67内に配したモータ64にシャフト63を介してプーリ62が連結され、このプーリ62がVベルト61を介してプーリ60を連動させ、このプーリ60にシャフト59を介して連結されたチャック58が水槽51内に位置し、このチャック58がウエーハ41を保持するようにウエーハ駆動機構65が構成されている。
【0120】
また、筐体67内に配したモータ56にシャフト55を介して連結された直角回転機構53と、水槽51を挟んで対向配置された軸受54との間に、PVAスポンジロールブラシ52を配してブラシ駆動機構57が構成されている。
【0121】
そして、図10(a)に示すように、水槽51の上方には蒸留水等の純水用ノズル68、Pd用ノズル69及び無電解めっき液用ノズル70が配され、水槽51内に位置するウエーハ41に対して、その工程に応じてそれぞれのノズルからそれぞれの処理液が滴下される。
【0122】
上記構成の装置において、ウエーハ41はフェースアップでウエーハチャック58に保持され、ウエーハ駆動機構65によって回転し、ウエーハ41の上面にノズル68、69、70から純水又は薬液が供給され、スクラビングの際は回転するPVAスポンジブラシ52がウエーハ41に接触、相対摺動することでウエーハ41の全面をスクラブする。
【0123】
その際、PVAスポンジロールブラシ52は非常に柔軟な構造体であるため、例えば図11に示すように、回転時の遠心力による弾性変形によって、ブラシ軸52aに対してスポンジロールが偏在し、このためウエーハ41に対する接触圧力が局在化することなく、ウエーハ41の上面を均等にスクラブすることができる。図11はPVAスポンジロールブラシ52の弾性変形状態の一例とウエーハ41との接触状態を示す図である。
【0124】
本実施の形態によれば、スクラビング装置やめっき装置は既述した実施の形態1における装置とは異なるものの、接続孔7aのみに触媒層30を選択的に形成し、この上に、導電層としての銅シード層6を選択的に無電解めっきで形成するので、この銅シード層6をめっき核として電解めっき又は無電解めっきにより、選択的に導電層8としての銅めっき膜を形成することができ、従って、CMP工程を省略できるなど既述した実施の形態1と同様な効果を奏することができる。
【0125】
図12〜図17に上記した実施の形態4の装置の変形例を示すが、この装置は電解めっき及び無電解めっきによる埋め込み工程とシード形成工程を一体化した装置であり、図12(a)はその装置全体の構成を示す概略図、(b)はその一部分の平面図を示す。
【0126】
図示の如く、この装置は上記した実施の形態4における装置を基本として、電解めっきが行えるように水槽51内に移動可能な電解液カップ72を配し、移動及び揺動可能に変形した片持ち型のブラシ駆動機構57A、及び電解電源71を設け、被めっき物への電解めっきの電極(陽極)74が電解液カップ72内に配されている。
【0127】
図13にこの装置を用いためっきプロセスのフロー図を示すが、図示の如く、基本的には既述した実施の形態4のフロー図に触媒成膜工程を加えたフロー図であり、この変形例の装置で図8(b)〜(e)のプロセス、即ち図13におけるフロー図の触媒成膜工程75、スクラビング工程76、無電解めっき工程77及び電気めっき工程78を実施する。
【0128】
次にこの装置の動作を示す。図14〜図15の各(a)は、各(b)の一部分を示す平面図である。
【0129】
まず、図14は、図8(b)に示す触媒層30を形成するために、図13における触媒成膜工程75において、■PVAスポンジロールブラシ52Aは図示のようにウエーハ41上から移動待避。■ウエーハ41の回転停止。■電解液カップ72が上下動機構(図示省略)により降下。■電解液カップ72のリップ部72aがウエーハ41のエッジに密着してシール(ウエーハがカップの底蓋になる。)。■ノズル73からPd含有液を供給し、ウエーハ41面に滴下してPdで被膜。これにより図8(b)の如く触媒層30を成膜し、成膜後ノズル73は閉じられる。
【0130】
次いで、図15に示すように、図8(c)に示した如くスクラビングを行うために、図13におけるスクラビング工程76において、■電解液カップ72が不図示の移動機構により上方又は後方へ移動待避。■PVAスポンジロールブラシ5Aが待避位置からウエーハ41上へ移動して揺動開始。■ウエーハ駆動機構65によりウエーハ41が回転開始。これによりウエーハ41上面がスクラブされ、図8(c)の如く不要なPdが除去され、接続孔7aに選択的に触媒層30が残され、除去後は各部の駆動を停止する。
【0131】
次いで、図16に示すように、図8(d)に示した如くシード層5を形成するために、図13における無電解めっき工程77において、■PVAスポンジロールブラシ52Aはウエーハ41上から移動待避、ウエーハ41も回転停止。■電解液カップ72が降下し、リップ部72aがウエーハ41のエッジに密着してシール。■ノズル73から無電解めっき液を供給し、ウエーハ41面に滴下して成膜。これにより図8(d)の如く、接続孔7aに選択的にシード層6が形成される。成膜後はノズル73が閉じられる。
【0132】
次いで、図17に示すように、図8(e)に示した如く導電層8を埋め込むために、図13における電気めっき工程78において、■PVAスポンジロールブラシ5Aはウエーハ41上から移動待避状態、ウエーハ41も回転停止状態。■電解液カップ72が降下し、リップ部72aがウエーハ41のエッジに密着してシール。■ノズル73から電解めっき液を電解液カップ72内へ所定量供給。■電解電源71から電極74へ通電し、ウエーハ41上のシード層6等をカソードとしてCuを埋め込む。埋め込み後は電解液カップ72を移動して電解めっき液を排出。これにより、図8(e)の如く選択的に導電層8を形成することができる。
【0133】
上記した変形例の装置によれば、バリア層形成後のウエーハ41に対して、触媒成膜、スクラビング、無電解めっき及び電気めっきの各工程を1チャックで行うことができると共に、上記した各実施の形態と同様に、必要な部分にだけ銅がめっきされ、表層に残存する不要な段差や余剰銅の少ない効率的な埋め込みを行うことができる。この結果、次に示すような顕著な効果が得られる。
【0134】
従来の方法に比べて、成膜時に成膜する銅の厚さが少なくてすみ、又成膜後の平坦化時に除去する銅の厚さが少ないので、■スループットが早い。■厚さのばらつきの絶対値が小さい。■消耗材、ランニングコスト等のコストを低減することができる。
【0135】
上記した本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想に基づいて種々変形が可能である。
【0136】
例えば、上記の例では、接続孔に本発明を適用したが、配線溝又はトレンチ溝にめっきを形成する場合にも適用可能である。
【0137】
また、無電解めっきにより接続孔に形成する導電層は銅に限るものではなく、金、銀等による配線やシード層としてよく、またこれら金属でバリアメタル等を形成することもできる。また、上述の実施の形態3ではスパッタリングに代えて真空蒸着等の他の物理的堆積法を適用してよい。
【0138】
また、上記した酸化剤や還元剤その他の処理液等は、上記に限らず同等の能力を有するものを用いることができると共に、スクラビングの方法及び装置も上記に限らず適宜に行うことができる。
【0139】
また、上記した実施の形態4のめっき方法やめっき装置及びその変形例のめっき装置は、Cu/Ta/TEOS構造以外の銅配線構造の製造プロセスに適用することも可能である。
【0140】
また、上記しためっき方法及びめっき構造並びにめっき装置は、銅めっきやウエーハ(半導体装置)用に限るものではなく、他のメタルのめっき及びプリント基板等のめっきに利用することもできる。
【0141】
【発明の作用効果】
上述した如く、本発明のめっき方法は、凹部にめっきを施すに際し、前記凹部を含む面に触媒層を形成する工程と、前記触媒層のうち前記凹部以外の触媒層部分を除去し、前記凹部に前記触媒層を選択的に残す工程と、この残された触媒層上において無電解めっきにより前記凹部に導電層を選択的に形成する工程とを有するので、触媒層が除去された凹部以外の部分には導電層は形成されず、凹部のみに導電層を形成することができる。更に、この凹部のみを無電解めっきによって前記導電層形成時に導電層と同じ材料で埋め込むこともでき、また、前記導電層を下地として電解めっきを行えば、低電流で凹部のみを導電材料で埋め込むこともできる。その結果、導電層が形成されない凹部以外の部分に対する不要なめっき等の除去作業が不要となるため、この除去作業をした場合に凹部に埋め込まれた導電物の表面が過剰に削除されることを防止できると共に、生産性の高いめっき方法を提供することができる。
【0142】
また、上述しためっき構造によれば凹部にめっきが施されているめっき構造であって、前記凹部には触媒層が形成され、この触媒層上に無電解めっきによる導電層が形成され、この導電層上において電解めっきにより導電物が前記凹部に埋め込まれているので、無電解めっきによる導電層上に電解めっきにより導電物が十分な被着強度及び厚みで積層されためっき構造を提供することができる。




 

 


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