(57)【要約】【課題】アノード電極表面において生じる添加物の分解反応を抑制する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体ウェハＷＡ上に形成された第２の層間絶縁膜ＩＬ２に溝ＶＨを形成する工程と、前記溝ＶＨ内と前記第２の層間絶縁膜ＩＬ２上に金属膜ＭＦを形成する工程と、前記第２の層間絶縁膜ＩＬ２上に形成した金属膜ＭＦを除去することにより前記溝ＶＨ内に前記金属膜ＭＦを埋め込む工程と、を有しており、前記金属膜ＭＦを形成する工程は、カソード電極を有する支持部上に、外周部が前記カソード電極と接触するよう前記半導体ウェハＷＡを載置する工程と、アノード電極を有する処理槽内に前記半導体ウェハＷＡを浸漬させる工程と、前記半導体ウェハＷＡに対し電解メッキ処理を施す工程と、を備え、前記アノード電極は、金属材料ＩＳＡＮの表面を導電性有機フィルムＣＰＯＦにより被覆したものである。【選択図】図１
2014105360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ上に形成された絶縁膜に溝を形成する工程と、
前記溝内と前記絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に形成した前記金属膜を除去することにより前記溝内に前記金属膜を埋め込む工程と、
を有しており、
前記金属膜を形成する工程は、
カソード電極を有する支持部上に、外周部が前記カソード電極と接触するよう前記半導体ウェハを載置する工程と、
アノード電極を有する処理槽内に前記半導体ウェハを浸漬させる工程と、
前記半導体ウェハに対し電解メッキ処理を施す工程と、
を備え、
前記アノード電極は、金属材料の表面を導電性有機フィルムにより被覆したものである半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記導電性有機フィルムの導電率は、前記金属材料よりも低いものである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記金属材料が、白金およびチタンから成る群より選択される少なくとも１種以上の成分により形成されたものである請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記導電性有機フィルムが、ポリアセチレンを含む材料によって形成されたものである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えばメッキを用いて金属膜を形成する工程を有する半導体装置の製造方法に適用可能な技術である。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置における配線材料の一つに、Ｃｕがある。以下に、Ｃｕ配線を形成する方法について説明する。
まず、トランジスタ等の半導体素子が形成された基板上に層間絶縁膜を形成する。次に、層間絶縁膜に配線層およびビア層を設けるための溝部を形成し、基板上にバリアメタル膜と金属シード膜を成膜する。そして、その上にメッキ法を用いて金属の厚膜を形成する。
【０００３】
溝が形成された基板上に、メッキ法を用いて金属の厚膜を形成する際、ボトムアップ成長および平坦化を目的として、有機物の添加剤をメッキ液に加えるようになっている。
【０００４】
特許文献１には、金属の厚膜を形成するために用いるメッキ装置が開示されている。具体的には、アノード電極側に添加剤が移動することを抑制するため、カソード電極とアノード電極との間に膜を配する構成が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６５６９２９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載のメッキ装置を用いて金属膜を形成した場合においてもなお、メッキ液に含まれる添加物が少しずつ膜を通過してアノード電極側に移動してしまうことがある。アノード電極側に移動してしまった添加剤は、アノード電極表面において電子を授受することによって分解してしまう。添加剤が分解すると、ボイドが発生するため、十分に金属メッキされない、分解物が金属膜に取り込まれてしまう、等の欠陥が生じることがある。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施の形態によれば、金属膜を形成する際に用いるアノード電極として、金属材料の表面を導電性有機フィルムにより被覆したものを用いる。
【発明の効果】
【０００８】
前記一実施の形態によれば、添加物の分解により生じる欠陥を抑制する半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る半導体装置の製造装置を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウェハＷＡ上に形成された第２の層間絶縁膜ＩＬ２に溝ＶＨを形成する工程と、溝ＶＨ内と第２の層間絶縁膜ＩＬ２上に金属膜ＭＦを形成する工程と、第２の層間絶縁膜ＩＬ２上に形成した金属膜ＭＦを除去することにより溝ＶＨ内に前記金属膜ＭＦを埋め込む工程と、を有している。かかる製造方法において、金属膜ＭＦを形成する工程は、カソード電極を有する支持部上に、外周部がカソード電極と接触するよう半導体ウェハＷＡを載置する工程と、アノード電極を有する処理槽内に半導体ウェハＷＡを浸漬させる工程と、半導体ウェハＷＡに対し電解メッキ処理を施す工程と、を備えている。このとき、アノード電極は、金属材料ＩＳＡＮの表面を導電性有機フィルムＣＰＯＦにより被覆したものである。また、本実施形態によれば、導電性有機フィルムＣＰＯＦの導電率は、アノード電極を形成する金属材料よりも低いものであることが好ましい。こうすることで、添加物の分解により生じる欠陥をより一層高度に抑制することができる。
【００１２】
以下、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、一例をあげて、詳細に説明する。
本実施形態に係る製造方法は、特に限定されないが、例えば、以下に説明する半導体装置を製造する際に用いることができる。具体的に、この半導体装置は、多層配線構造を有しており、素子分離領域ＥＩＬとＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのトランジスタＴＲが形成された半導体基板ＳＵＢ上に、第１の層間絶縁膜ＩＬ１、ゲート電極ＧＥと配線層をつなぐコンタクトＣＯＭが形成されたものである（図１（ａ））。なお、本実施形態に係るトランジスタＴＲには、ゲート電極ＧＥ等が設けられている。この半導体装置において、第１の層間絶縁膜ＩＬ１上には、第１の配線構造ＩＮＣ１が形成されている。また、当該第１の配線構造ＩＮＣ１上には、第２の配線構造を形成するための溝ＶＨ（ビア溝および配線溝）が形成された第２の層間絶縁膜ＩＬ２が設けられている。なお、本実施形態に係るコンタクトＣＯＭ材料としては、特に限定されないが、例えばタングステンがある。
【００１３】
まず、半導体基板ＳＵＢに素子分離膜を形成する。これにより、素子形成領域ＥＩＬが分離される。素子分離膜は、例えばＳＴＩ法を用いて形成されるが、ＬＯＣＯＳ法を用いて形成されても良い。次いで、素子形成領域ＥＩＬに位置する半導体基板ＳＵＢに、ゲート絶縁膜及びゲート電極ＧＥを形成する。ゲート絶縁膜は酸化シリコン膜であってもよいし、酸化シリコン膜よりも誘電率が高い高誘電率膜（例えばハフニウムシリケート膜）であってもよい。ゲート絶縁膜が酸化シリコン膜である場合、ゲート電極ＧＥはポリシリコン膜により形成される。またゲート絶縁膜が高誘電率膜である場合、ゲート電極ＧＥは、金属膜（例えばＴｉＮ）とポリシリコン膜の積層膜により形成される。また、ゲート電極ＧＥがポリシリコンにより形成される場合、ゲート電極ＧＥを形成する工程において、素子分離膜上にポリシリコン抵抗を形成しても良い。
【００１４】
次いで、素子形成領域ＥＩＬに位置する半導体基板ＳＵＢに、ソース及びドレインのエクステンション領域を形成する。次いでゲート電極ＧＥの側壁にサイドウォールを形成する。次いで、素子形成領域ＥＩＬに位置する半導体基板ＳＵＢに、ソース及びドレインとなる不純物領域を形成する。このようにして、半導体基板ＳＵＢ上にＭＯＳトランジスタＴＲが形成される。
【００１５】
次いで、素子分離膜上及びＭＯＳトランジスタＴＲ上に、多層配線層を形成する。最上層の配線層には、電極パッドが形成される。次いで、多層配線層上に、保護絶縁膜（パッシベーション膜）を形成する。保護絶縁膜には、電極パッド上に位置する開口が形成される。
【００１６】
次に、図１（ａ）に示すように、第２の層間絶縁膜ＩＬ２に、第２の配線構造を形成するための溝ＶＨを形成する。当該溝ＶＨの形成方法としては、特に限定されないが、たとえば、レジストパターンを形成し、エッチングする等といった方法を用いることができる。
【００１７】
次に、図１（ｃ）に示すように、第２の層間絶縁膜ＩＬ２および溝ＶＨ上に、金属膜ＭＦを形成する。金属膜ＭＦの形成方法は、後述する。
【００１８】
次に、図１（ｄ）に示すように、第２の層間絶縁膜ＩＬ２上に形成した金属膜ＭＦを除去する。ここで、金属膜ＭＦを除去する方法としては、たとえば、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を行う等といった方法を用いることができる。
【００１９】
次に、第２の層間絶縁膜ＩＬ２上および溝ＶＨ内に、金属膜ＭＦを形成する方法を具体的に説明する。
【００２０】
第２の層間絶縁膜ＩＬ２に設けられた溝ＶＨを金属膜ＭＦで埋め込む際、まず、バリアメタル膜ＢＭと金属シード膜を、たとえば、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成する（図１（ｂ））。なお、バリアメタル膜ＢＭや金属シード膜の形成方法としては、これに限定されるものでない。
【００２１】
また、本実施形態においてバリアメタル膜ＢＭや金属シード膜を形成する材料としては、特に限定されないが、たとえば、以下の材料を用いることが挙げられる。バリアメタル膜ＢＭを形成するために用いる材料としては、たとえば、ＴｉＮ等の材料が挙げられる。金属シード膜を形成する材料としては、たとえば、Ｃｕ等の材料が挙げられる。
【００２２】
次に、バリアメタル膜ＢＭと金属シード膜を形成した半導体ウェハＷＡに対し、電解メッキを行う。電解メッキを行う装置については、図２を用いて後述に説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法において用いる上記装置としては、図２に示す装置を用いることが好ましい。また、メッキさせる金属元素としては、たとえば、Ｃｕ等の元素が挙げられる。なお、このメッキさせる金属元素は、メッキ液に含まれている。
【００２３】
図２は、本実施形態に係る半導体装置の製造装置を説明するための断面図である。
図２に示すように、本実施形態に係る製造装置は、メッキ処理チャンバーＯＣと、メッキ液を貯めるタンクＴＮＫと、メッキ液を循環させるポンプＰＯＭと、半導体ウェハＷＡを保持するウェハホルダーＷＡＨと、定電流電源ＥＣＳとを含む。
この装置におけるメッキ処理チャンバーＯＣは、メッキ液を保持するメッキ処理チャンバー内槽ＯＣＴを含んでおり、当該メッキ処理チャンバーＯＣには、循環ドレインＣＤがさらに備えられている。また、循環ドレインＣＤは、メッキ処理チャンバー内槽ＯＣＴに接続されている。このメッキ処理チャンバー内槽ＯＣＴは、アノード電極と、ディフューザプレートＤＦＤとを含んで構成されており、その内部にメッキ液を保持している。
【００２４】
図２において、矢印は、メッキ液の流れを示している。メッキ液は、タンクＴＮＫからポンプＰＯＭにより、メッキ処理チャンバー内槽ＯＣＴに吸い上げられた後、ディフューザプレートＤＦＤを透過して半導体ウェハＷＡに到達してから、メッキ処理チャンバーＯＣおよび循環ドレインＣＤを経て再び、タンクＴＮＫに戻る場合と、ディフューザプレートＤＦＤを透過せずにメッキ処理チャンバーＯＣおよび循環ドレインＣＤを経て再び、タンクＴＮＫに戻る場合がある。このように、メッキ液を装置内に循環させることによって、半導体ウェハＷＡの表面に対して均一に、メッキ液を供給させることができる。
【００２５】
以下、上記装置を用いて溝ＶＨ内に金属膜ＭＦを形成する方法について詳細に説明する。
本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、バリアメタル膜ＢＭと金属シード膜を形成した半導体ウェハＷＡを、まず、図２に示す装置に設置する。このとき、当該半導体ウェハＷＡを、カソード電極を有する支持部上に、外周部がカソード電極と接触するよう載置する。
【００２６】
また、半導体ウェハＷＡを図２の装置の載置する向きは、特に限定されないが、半導体ウェハＷＡを下側に、メッキ液を介してアノード電極を上側に置く構成としてもよい。こうすることで、アノード電極表面で発生する酸素分子が半導体ウェハＷＡに近づくことを、重力を利用して避けることができる。
【００２７】
次に、アノード電極を有し、内部にメッキ液を保持したメッキ処理チャンバー内槽ＯＣＴに、半導体ウェハＷＡを浸漬させる。そして、浸漬させた半導体ウェハＷＡに対し電解メッキ処理を施す。こうすることによって、本実施形態に係る半導体装置を得ることができる。
【００２８】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、電解メッキ処理を施す際に用いるアノード電極として、金属材料ＩＳＡＮの表面を導電性有機フィルムＣＰＯＦにより被覆したものを用いる。こうすることによって、アノード電極表面において生じる添加物の分解反応を抑制することができる。すなわち、添加物の分解により生じる欠陥を抑制することができる。
【００２９】
上記で説明したように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、水に対して不溶性の金属材料ＩＳＡＮにより形成されたアノード電極を用い、かつ当該アノード電極表面を導電性有機フィルムＣＰＯＦで被覆したことによって、電子授受による添加剤の分解を抑制することができる。この理由としては、以下に説明することが考えられる。ボイドの発生により十分に金属メッキされない、分解物が金属膜に取り込まれてしまう、等の欠陥は、アノードの電極表面での電子の授受によって添加剤が分解されてしまうことによって生じる。これに対し、本実施形態では、水に対して不溶性の金属材料ＩＳＡＮによりアノード電極を形成するとともに、当該アノード電極表面を導電性有機フィルムＣＰＯＦで被覆した構成を採用している。こうすることによって、アノード電極に供給される電子の単位時間当たりの量を小さくすることができる。このため、電子授受による添加剤の分解を抑制することができるものと考えられる。
また、本実施形態によれば、メッキ液から供給された金属イオンが、アノード電極に到達して析出してしまうこと自体も防ぐことができる。
【００３０】
また、本実施形態に係るアノード電極を形成する水に対して不溶性の金属材料ＩＳＡＮとしては、特に限定されないが、たとえば、白金およびチタンから成る群より選択される少なくとも１種以上の成分により形成されたものであることが好ましい。こうすることによって、アノード電極表面において生じる添加物の分解反応をより一層効果的に抑制することができる。すなわち、添加物の分解により生じる欠陥をより一層高度に抑制することができる。
【００３１】
本実施形態に係る導電性有機フィルムＣＰＯＦを形成する材料としては、特に限定されないが、たとえば、ポリアセチレンを含む材料を用いることが好ましい。こうすることによって、アノード電極表面において生じる添加物の分解反応をより一層効果的に抑制することができる。すなわち、添加物の分解により生じる欠陥をより一層高度に抑制することができる。
【００３２】
また、本実施形態に係るアノード電極の抵抗率は、アノード電極を形成する水に対して不溶性の金属材料ＩＳＡＮと比べて高くする必要がある。このようにメッキ液に接するアノード電極表面の抵抗率を上げることで、単位面積あたりでやりとりされる電子の量を制限することができる。なお、本実施形態に係るアノード電極の抵抗率は、たとえば、０．１〜４００Ω／□に設定することが挙げられる。こうすることにより、アノード電極表面において生じる添加物の分解反応をより一層効果的に抑制することができる。さらに、本実施形態によれば、メッキ槽の構造を従来の技術水準と比べてシンプルにすることができるため、メッキ槽のメンテナンスを簡便な方法で行うことができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、アノード電極を水に対して不溶性の金属材料ＩＳＡＮで形成しているだけでなく、当該金属材料の表面を導電性有機フィルムＣＰＯＦにより被覆しているため、メッキ液中の元素・分子の流れを止めることなく、添加物の分解反応だけを抑制することができる。このため、製造装置の性能が時間とともに変化することは生じにくくなる。
【００３４】
また、本実施形態に係るアノード電極は、水に対して不溶性の金属材料ＩＳＡＮにより形成され、かつ導電性有機フィルムＣＰＯＦで被覆したものである。このアノード電極表面において酸化反応を引き起こすことによって、金属の陽イオンが溶出される代わりに、メッキ液中の水の分解により酸素を発生させている。
【００３５】
これに対して、本実施形態によれば、図２において、メッキ液をアノード電極中央部からメッキ処理チャンバー内槽ＯＣＴに供給するとともに、ディフューザプレートＤＦＤの中央がアノードに近い位置に配置されるようにしてもよい。こうすることで、発生した酸素を半導体ウェハＷＡに到達させず、メッキ処理チャンバー内槽ＯＣＴの周辺に逃すようなアノードチャンバー構造ＡＮＣＣとすることもできる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、メッキさせる元素は、槽外の循環系に供給槽（図示せず）を設け、例えば、Ｃｕからなるアノード電極を用いてメッキ液中に溶出させるなどの方法を採用してもよい。この時、循環系にはフィルタを設けて添加物がＣｕ供給槽で分解しないようにすることで、メッキ液中の添加物の消費を最小限に抑えることができる。
【００３７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３８】
ＳＵＢ    半導体基板
ＥＩＬ  素子分離領域
ＧＥ    ゲート電極
ＴＲ    トランジスタ
ＩＬ１    第１の層間絶縁膜
ＩＬ２    第２の層間絶縁膜
ＣＯＭ    コンタクト
ＩＮＣ１    第１の配線構造
ＷＡ    半導体ウェハ
ＢＭ    バリアメタル膜
ＶＨ    溝
ＭＦ    金属膜
ＯＣ    メッキ処理チャンバー
ＣＤ    循環ドレイン
ＯＣＴ    メッキ処理チャンバー内槽
ＡＮＣＣ    アノードチャンバー構造
ＤＦＤ    ディフューザプレート
ＷＡＨ    ウェハホルダー
ＴＮＫ    タンク
ＰＯＭ    ポンプ
ＥＣＳ    定電流電源
ＩＳＡＮ    金属材料
ＣＰＯＦ    導電性有機フィルム
【図１】
2014105360.tif 000003
【図２】
2014105360.tif 000004