(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に電解めっき法により金属膜を形成する工程（ａ）と、
前記金属膜が形成された前記半導体基板を純水により洗浄する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に前記半導体基板を乾燥する工程（ｃ）とを備え、
前記工程（ａ）の終了時から前記工程（ｃ）の終了するまでの間に前記半導体基板が晒される雰囲気の酸素分圧が５０Ｐａ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｂ）において、純水中の溶存酸素濃度は、１００ｐｐｂ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板に電解めっきを行うためのめっき槽と、
前記めっき槽と独立した純水洗浄および乾燥を行うための洗浄・乾燥槽と、
前記めっき槽と前記洗浄・乾燥槽との間を前記半導体基板が搬送される搬送部とを備え、
前記めっき槽、前記洗浄・乾燥槽および前記搬送部は、外気と離隔すべく密閉されており、
前記めっき槽、前記洗浄・乾燥槽および前記搬送部の雰囲気は酸素分圧が５０Ｐａ以下になるように所望のガスを供給する手段と排気する手段とを有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造工程で配線となる金属膜を半導体装置基板上に電解めっきにより形成する工程における半導体装置の製造方法および製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電解めっきは従来から半導体装置の製造に用いられてきたが、配線用としては金（Ａｕ）のめっきが主であり、リフトオフによりパターンが形成されている。近年シリコン半導体製品の微細化に従って、銅（Ｃｕ）の配線が用いられている。Ｃｕ配線の形成においては、Ｃｕのドライエッチングが極めて困難なことから酸化膜への溝形成と、形成された溝へのめっきによる金属の埋め込みと、化学機械研磨（ＣＭＰ）による余剰な金属膜の除去という一連の工程（ダマシン法と呼ばれる）が行われている。
【０００３】
しかしながら前記のダマシン法においては、配線となる酸化膜の溝部に埋め込まれたＣｕ膜の上部もＣＭＰにより研磨されることになり、研磨に起因する筋状あるいは孔状の欠陥（スクラッチ）が頻繁に発生し、これが配線の断線あるいは短絡となり、半導体製品不良の主要因となっていた。従来これらの問題に対しては、ＣＭＰ条件の改良あるいはめっき条件、成膜後の熱処理の検討等がなされていたが、前記不良の完全対策には至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記不良を対策するため、発明者は前記欠陥の原因を詳細に調査した結果、原因が成膜直後の金属膜表面に存在する微小な孔状の欠陥にあることを見出した。これら微小な欠陥はＣＭＰあるいは以降の洗浄工程により拡大することで最終的に配線の欠陥となっている。前記孔状の欠陥が発生する原因は以下に示すものであった。
【０００５】
従来の電解めっき装置は、図４に示すように、主に、成膜する電解めっき槽５０、純水によるリンス洗浄及び乾燥槽５１、ウェハ５２を出し入れするローダ部５３、アンローダ部５４で構成される。その構成ユニットである電解めっき槽５０や、リンス洗浄・乾燥槽５１は、大気雰囲気に晒されている。このため、ウェハ表面は、めっき槽５０から引き上げられた後から、リンス洗浄・乾燥される過程において、大気中の酸素により酸化される。
【０００６】
ウェハ表面は、めっき液から引き上げられた後から、リンス洗浄・乾燥される過程において、大気中の酸素により酸化される。しかし膜表面に、隙間欠陥や、異物が付着していると、酸化されにくい部位ができ、周りの水分の存在で、局部電池を形成し、急激な腐食（孔食）を生じる。
【０００７】
したがって、この発明の目的は、半導体装置基板上に形成された金属膜の腐食発生を防止し、半導体装置製造における不良の発生を無くすことができる半導体装置の製造方法および製造装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に電解めっき法により金属膜を形成する工程（ａ）と、前記金属膜が形成された前記半導体基板を純水により洗浄する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後に前記半導体基板を乾燥する工程（ｃ）とを備え、前記工程（ａ）の終了時から前記工程（ｃ）の終了するまでの間に前記半導体基板が晒される雰囲気の酸素分圧が５０Ｐａ以下である。
【０００９】
このように、金属膜を形成する工程（ａ）の終了時から半導体基板を乾燥する工程（ｃ）の終了まで、半導体基板が晒される雰囲気中の酸素分圧が５０Ｐａ以下であるので、半導体基板は、めっき槽から引き上げられてから、洗浄・乾燥が完了する間、酸素濃度が低い雰囲気で処理されることを実現できる。このため、半導体基板の表面酸化を抑制し、その結果腐食の発生を防止することができる。
【００１０】
請求項２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記工程（ｂ）において、純水中の溶存酸素濃度は、１００ｐｐｂ以下である。このように、半導体基板を純水により洗浄する工程は、純水中の溶存酸素濃度が１００ｐｐｂ以下で行うので、さらに半導体基板の表面酸化を抑制することができる。
【００１１】
請求項３記載の半導体装置の製造装置は、半導体基板に電解めっきを行うためのめっき槽と、前記めっき槽と独立した純水洗浄および乾燥を行うための洗浄・乾燥槽と、前記めっき槽と前記洗浄・乾燥槽との間を前記半導体基板が搬送される搬送部とを備え、前記めっき槽、前記洗浄・乾燥槽および前記搬送部は、外気と離隔すべく密閉されており、前記めっき槽、前記洗浄・乾燥槽および前記搬送部の雰囲気は酸素分圧が５０Ｐａ以下になるように所望のガスを供給する手段と排気する手段とを有する。
【００１２】
このように、半導体基板に電解めっきを行うためのめっき槽と、めっき槽と独立した純水洗浄および乾燥を行うための洗浄・乾燥槽と、めっき槽と洗浄・乾燥槽との間を半導体基板が搬送される搬送部とを備え、めっき槽、洗浄・乾燥槽および搬送部は、外気と離隔すべく密閉されており、めっき槽、洗浄・乾燥槽および搬送部の雰囲気は酸素分圧が５０Ｐａ以下になるように所望のガスを供給する手段と排気する手段とを有するので、半導体基板はめっき液から取り出された後、表面が洗浄・乾燥される過程において、酸素分圧が５０Ｐａ以下の環境で処理されることが実現できる。このため、従来、大気雰囲気に晒されていためっき槽および洗浄・乾燥槽を窒素ガスで置換することができるため、大気による酸化を抑制し、その結果表面腐食を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態の半導体装置の製造装置の概念図である。
【００１４】
図１に示すように、この半導体装置の製造装置を構成する電解めっき装置は、ウェハ（半導体装置基板）６に電解めっきを行う電解めっき槽１と、この電解めっき槽１と独立しウェハ６に対して純水洗浄および乾燥を行う他のリンス洗浄・乾燥槽２とを備えている。また、電解めっき槽１、リンス洗浄・乾燥槽２間でウェハ６を搬送する手段を設け、少なくとも２つの各々の電解めっき槽１およびリンス洗浄・乾燥槽２と、ウェハ６が搬送される電解めっき槽１、リンス洗浄・乾燥槽２間の経路とが、外気とを離隔すべく密閉され、この密閉された空間に所望のガスを供給する手段（ガス供給ライン）１０と排気する手段（排気ライン）１１とを設けている。
【００１５】
この場合、電解めっき槽１及びリンス洗浄・乾燥槽２を、それぞれ密閉構造にする為に、仕切り板３にて覆う。また、電解めっき槽１に隣接してローダ部４が設けられ、リンス洗浄・乾燥槽２に隣接してアンローダ部５が設けられる。ローダ部４及びアンローダ部５も、独立して仕切り板３で覆い密閉する。但し、電解めっき槽１とローダ部４、リンス洗浄・乾燥槽２とアンローダ部５の各々の仕切りには、ウェハ６が搬送できるように、シール性を持たせた開閉ゲートバルブ７を設ける。また、ローダ部４及びアンローダ部５においては、外部とのウェハカセット８の出し入れができる様にシール性を持たせた開閉扉９を設ける。
【００１６】
ガス供給ライン１０と排気ライン１１は、各々開閉バルブ１０ａ，１１ａを備え、純度９９．９９％の窒素ガスを用い、各々仕切られた空間を置換する。リンス洗浄・乾燥槽２は、ウェハ６を回転させながら、上部より溶存酸素濃度１００ｐｐｂ以下の純水を供給しリンス洗浄する。その後振り切り乾燥する方式をとる。但し他の方式として、純水の貯め水槽にウェハ６を浸漬し、リンス洗浄し、その後スピン乾燥する方式でも構わない。
【００１７】
ここで、電解めっき槽１、リンス洗浄・乾燥槽２、及びローダ部４とアンローダ部５の酸素分圧を５０Ｐａ以下にする窒素ガス置換方法について記述する。各仕切られた部位は、一旦排気ライン１１で、１００Ｐａまで排気する。この時点で酸素分圧は約２０Ｐａになる。次に排気ライン１１のバルブ１１ａを閉め、ガス供給ライン１０で窒素ガス（純度９９．９９％）を大気圧まで供給する。これにより各部位の酸素分圧を約３０Ｐａにすることができ、酸素分圧５０Ｐａ以下を実現することができる。この場合、排気する圧力、窒素ガスの純度等により酸素分圧が変わり、３０Ｐａ以下にもできるが（０Ｐａはない）、半導体基板が酸化されない分圧は５０Ｐａ以下であればよく、数値としては０Ｐａでもよいことになる。
【００１８】
次に実際のウェハの処理フローに沿い、具体的な窒素置換動作とウェハに対する酸素分圧について記述する。ここでまず各電解めっき槽１、リンス洗浄・乾燥槽２、及びローダ部４とアンローダ部５は、先の置換方法により既に窒素置換済みの状態にしておく。ウェハ６は、キャリアカセット８に装填され、まずローダ部４にセットされる。ここで、ローダ部４を、先の置換動作により大気の排気と窒素置換を行い、酸素分圧５０Ｐａ以下までにする。
【００１９】
次に、開閉ゲートバルブ７を通じ、ロボットによりウェハ６を、すでに酸素分圧５０Ｐａ以下に置換された電解めっき槽１に搬送する。電解めっき槽１にて、銅イオン濃度１８ｇ／リットル、硫酸イオン濃度１８０ｇ／リットルを主成分とする電解めっき液で、所望の膜厚まで金属銅を析出させた後、ロボットにより、同窒素置換環境下にあるリンス洗浄・乾燥槽２に搬送する。ウェハ６は、溶存酸素濃度１００ｐｐｂ以下の純水を、ウェハ６上部から毎分１０００ｃｃの割合で供給しながら、回転数３００ｒｐｍで１分間洗浄され、引き続き１８００ｒｐｍで、１分間振り切り乾燥される。なお、純水中の溶存酸素濃度は、表面酸化を防ぐ濃度が１００ｐｐｂであるため、それ以下であればいくらでもよい。
【００２０】
この後、ウェハ６は、開閉ゲートバルブ７とロボットにより、窒素ガス置換済みのアンローダ部５に搬送され、キャリアカセット８に収納される。最終、キャリアカセット８をアンローダ部５より回収した後、アンローダ部５を再度窒素置換し、一連の処理は完了する。以上の構成及び方法により、ウェハ６は、めっき液から取り出された後、表面がリンス洗浄・乾燥される過程において、酸素分圧５０Ｐａ以下の環境で処理されることが実現できる。
【００２１】
この実施の形態によらず酸素分圧の高い状況で処理した場合は、前記腐食の抑制が不充分となり、ＣＭＰ処理を行った膜表面に多数のスクラッチが発生する。一例として異なる酸素分圧でめっき処理したＣｕ膜の単位面積当たりの腐食発生数の関係を図２、腐食欠陥数とＣＭＰ後のスクラッチ発生数との関係を図３に示す。明らかに酸素分圧が５０Ｐａ以上で処理した場合、腐食の発生は増加し、スクラッチ数が増加している。
【００２２】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法によれば、金属膜を形成する工程（ａ）の終了時から半導体基板を乾燥する工程（ｃ）の終了まで、半導体基板が晒される雰囲気中の酸素分圧が５０Ｐａ以下であるので、半導体基板は、めっき槽から引き上げられてから、洗浄・乾燥が完了する間、酸素濃度が低い雰囲気で処理されることを実現できる。このため、半導体基板の表面酸化を抑制し、その結果腐食の発生を防止することができる。
【００２３】
請求項２では、半導体基板を純水により洗浄する工程は、純水中の溶存酸素濃度が１００ｐｐｂ以下で行うので、さらに半導体基板の表面酸化を抑制することができる。
【００２４】
この発明の請求項３記載の半導体装置の製造装置によれば、半導体基板に電解めっきを行うためのめっき槽と、めっき槽と独立した純水洗浄および乾燥を行うための洗浄・乾燥槽と、めっき槽と洗浄・乾燥槽との間を半導体基板が搬送される搬送部とを備え、めっき槽、洗浄・乾燥槽および搬送部は、外気と離隔すべく密閉されており、めっき槽、洗浄・乾燥槽および搬送部の雰囲気は酸素分圧が５０Ｐａ以下になるように所望のガスを供給する手段と排気する手段とを有するので、半導体基板はめっき液から取り出された後、表面が洗浄・乾燥される過程において、酸素分圧が５０Ｐａ以下の環境で処理されることが実現できる。このため、従来、大気雰囲気に晒されていためっき槽および洗浄・乾燥槽を窒素ガスで置換することができるため、大気による酸化を抑制し、その結果表面腐食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の半導体装置の製造装置の概念図である。
【図２】酸素分圧と腐食発生数の関係を示すグラフである。
【図３】腐食欠陥数とスクラッチ数の関係を示すグラフである。
【図４】従来例の半導体装置の製造装置の概念図である。
【符号の説明】
１  電解めっき槽
２  リンス洗浄・乾燥槽
３  仕切り板
４  ローダ部
５  アンローダ部
６  ウェハ
７  ゲートバルブ
８  ウェハカセット
９  扉
１０  窒素ガス供給ライン
１１  排気ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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