(57)【要約】【課題】  絶縁膜の材料の違いによってプロセス条件を変えたりすることなく、配線の表面に金属膜を選択的に成膜でき、しかも、不要となったバリア膜を、機械的な要素が相対的に少ない方法で除去できるようにする。【解決手段】  絶縁膜１０内に配線用凹部１２を形成した基板表面にバリア膜１４を形成し、次いで配線用凹部１２内ならびに基板表面に配線材料１６を成膜した基板Ｗを用意し、基板表面に成膜した余剰の配線材料１６を除去して配線用凹部１２内に埋込んだ配線材料１６で配線１８を形成するとともに、該配線形成部以外のバリア膜１４を露出させ、配線１８の表面に金属膜２０を選択的に成膜する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面にバリア膜を形成し、次いで前記配線用凹部内ならびに基板表面に配線材料を成膜した基板を用意し、
基板表面に成膜した余剰の前記配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成するとともに、該配線形成部以外の前記バリア膜を露出させ、
前記配線の表面に金属膜を選択的に成膜することを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】
前記基板表面の余剰な前記配線材料の除去を、絶縁膜の表面より配線用凹部内に形成される配線の表面の方が低くなるように行うことを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項３】
前記金属膜の成膜を、化学気相成長法によって行うことを特徴とする請求項１または２記載の配線形成方法。
【請求項４】
前記金属膜の成膜を、めっき法によって行うことを特徴とする請求項１または２記載の配線形成方法。
【請求項５】
前記金属膜を配線の表面に選択的に成膜した後に、絶縁膜上のバリア膜を除去することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項６】
前記絶縁膜上のバリア膜の除去を、研磨によって行うことを特徴とする請求項５記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記絶縁膜上のバリア膜の除去を、薬液によるエッチングによって行うことを特徴とする請求項５記載の配線形成方法。
【請求項８】
前記絶縁膜上のバリア膜の除去を、プラズマエッチングによって行うことを特徴とする請求項５記載の配線形成方法。
【請求項９】
前記配線の表面への金属膜の選択的な成膜を、該金属膜の表面の方が、前記絶縁膜の表面より低くなるように行うことを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜上のバリア膜を除去した後、該絶縁膜の表面を一部除去することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項１１】
前記絶縁膜の表面の一部除去を、該絶縁膜の表面と前記金属膜の表面がほぼ平坦面となるように行うことを特徴とする請求項１０記載の配線形成方法。
【請求項１２】
前記絶縁膜の除去を、薬液によるエッチングによって行うことを特徴とする請求項１０または１１記載の配線形成方法。
【請求項１３】
前記絶縁膜の除去を、プラズマエッチングによって行うことを特徴とする請求項１０または１１記載の配線形成方法。
【請求項１４】
基板を収納できるカセットを載置するロード・アンロード部と、
基板を搬送する搬送ロボットと、
基板の表面全体を薬液でエッチングするウェットエッチングユニットと、
基板の表面に無電解めっきの前処理を施す前処理ユニットと、
基板の表面に無電解めっきを施す無電解めっきユニットと、
基板の表面を洗浄する洗浄ユニットとを有することを特徴とする配線形成装置。
【請求項１５】
化学的機械的研磨ユニットを更に有することを特徴とする請求項１４記載の配線形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線形成方法及び配線形成装置に係り、特に半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用凹部に銅や銀等の導電体（配線材料）を埋込んで埋込み配線を形成し、更にこの埋込み配線の表面を金属膜（保護膜）で選択的に覆って多層構造とするのに使用される配線形成方法及び配線形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の配線形成プロセスとして、トレンチ及びビアホールに配線材料（金属）を埋込むようにしたプロセス（いわゆる、ダマシンプロセス）が使用されつつある。これは、層間絶縁膜に予め形成したトレンチやビアホール等の配線用凹部に、アルミニウム、近年では銅や銀等の配線材料（金属）を埋め込んだ後、余分な金属を化学機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセス技術である。
【０００３】
この種の配線、例えば配線材料として銅を使用した銅配線にあっては、平坦化後、銅からなる配線の表面が外部に露出しており、配線（銅）の熱拡散を防止したり、例えばその後の酸化性雰囲気で絶縁膜（酸化膜）を積層して多層配線構造の半導体装置を作る場合等に、配線（銅）の酸化を防止したりするため、Ｃｏ合金やＮｉ合金等からなる金属膜（保護膜）で露出配線の表面を選択的に覆って、配線の熱拡散及び酸化を防止することが検討されている。このＣｏ合金やＮｉ合金等は、例えば無電解めっきによって得られる。
また同様の目的で、ＣＶＤ法などによってＷやＶＮを選択的に配線上に形成することも考えられている。
【０００４】
図１（ａ）乃至１（ｄ）は、半導体装置における銅配線形成例を工程順に示す。先ず、図１（ａ）に示すように、半導体素子を形成した半導体基材１上の導電層１ａの上に、例えばＳｉＯ２やＬｏｗ−ｋ材膜等の絶縁膜（層間絶縁膜）２を堆積し、この絶縁膜２の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、配線用凹部としてのビアホール３とトレンチ４を形成し、その上にＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＮ等からなるバリア膜５、更にその上に電解めっきの給電層としてのシード層６をスパッタリング等により形成する。
【０００５】
そして、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅めっきを施して銅７を成膜することで、基板Ｗのビアホール３及びトレンチ４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅を堆積させる。その後、化学機械的研磨（ＣＭＰ）などにより、絶縁膜２上のバリア膜５，シード層６及び銅７を除去して、ビアホール３及びトレンチ４内に充填させた銅７の表面と絶縁膜２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜２の内部にシード層６と銅７からなる配線（銅配線）８を形成する。
【０００６】
次に、図１（ｄ）に示すように、基板Ｗの表面に無電解めっきを施し、配線８の表面に、Ｃｏ合金やＮｉ合金等からなる金属膜（保護膜）９を選択的に形成し、これによって、配線８の表面を金属膜９で覆って配線８を保護する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来例にあっては、絶縁膜上の配線材料（銅及びシード層）及びバリア膜を除去し、絶縁体の表面を露出させた状態で、配線の表面に該配線の表面を覆って保護する金属膜を成膜するようにしている。このため、この金属膜の成膜をめっきで行うと、バリア膜を除去した後の絶縁膜（層間絶縁膜）は、材料によっては濡れ性が悪く、このため、絶縁膜の材料が異なる毎にプロセス条件を個別に設定する必要がある。
【０００８】
また、バリア膜の研磨は、一般に砥粒による機械的研磨を主体とする方法で行われる。半導体産業の分野では、近年のデバイスの高集積化に伴い、機械的強度が極めて弱い多孔質のＬｏｗ−ｋ材膜を絶縁膜として使う傾向にある。このような機械的強度が極めて弱い絶縁膜は、砥粒による機械的研磨を主体とするバリア膜の研磨時に加えられる押圧力によって容易に破壊されてしまう。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、絶縁膜の材料の違いによってプロセス条件を変えたりすることなく、配線の表面に金属膜を選択的に成膜でき、更には、不要となったバリア膜を、機械的な要素が相対的に少ない方法で除去できるようにした配線形成方法及び配線形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、絶縁膜内に配線用凹部を形成した基板表面にバリア膜を形成し、次いで前記配線用凹部内ならびに基板表面に配線材料を成膜した基板を用意し、基板表面に成膜した余剰の前記配線材料を除去して前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料で配線を形成するとともに、該配線形成部以外の前記バリア膜を露出させ、前記配線の表面に金属膜を選択的に成膜することを特徴とする配線形成方法である。
【００１１】
基板表面に成膜した余剰の配線材料を除去して露出させたバリア膜は、一般に自然酸化膜で覆われており、濡れ性が問題となることはない。従って、このバリア膜をマスクとして残しておくことで、配線の表面に金属膜をめっきで選択的に成膜する際に、基板表面の濡れ性を確保する必要をなくすことができる。また、化学気相成長法で成膜する場合は、バリア膜の表面に金属膜が成膜されることを防止して、配線の表面に金属膜を選択的に成膜することができる。
また、仮に金属膜の成膜選択性が不充分であって、バリア膜上に金属膜が多少成膜されたとしても、後工程で不要な金属膜をバリア膜ごと除去することにより、金属膜の十分な成膜選択性を確保することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記基板表面の余剰な前記配線材料の除去を、絶縁膜の表面より配線用凹部内に形成されるの配線の表面の方が低くなるように行うことを特徴とする請求項１記載の配線形成方法である。
絶縁膜の表面より配線用凹部内に形成される配線の表面の方が低くなるように配線材料を除去し、この配線の表面に金属膜を該金属膜の表面が、絶縁膜の表面がなす平面とほぼ面一となるように成膜することで、バリア膜を除去した後の基板表面を平坦にすることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記金属膜の成膜を、化学気相成長法によって行うことを特徴とする請求項１または２記載の配線形成方法である。
バリア膜をマスクとした化学気相成長法で金属膜の成膜を行うことで、バリア膜の表面に金属膜が成膜されてしまうことを防止しつつ、配線の表面にのみ金属膜を選択的に成膜することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記金属膜の成膜を、めっき法によって行うことを特徴とする請求項１または２記載の配線形成方法である。
濡れ性に問題のないバリア膜をマスクとしためっき法で金属膜の成膜を行うことで、絶縁膜の材料の違いに拘わらず、同一のプロセス条件で配線の表面にのみ金属膜を選択的に成膜することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記金属膜を配線の表面に選択的に成膜した後に、絶縁膜上のバリア膜を除去することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の配線形成方法である。
金属膜をマスクとして、バリア膜のみを除去することで、機械的な要素の相対的な少ない方法でバリア膜を除去することができる。これにより、たとえ絶縁膜がｌｏｗ−ｋ材のような機械的強度が極めて弱い材料からなる場合であっても、絶縁膜に損傷を与えることなく、絶縁膜上の不要となったバリア膜を確実に除去することができる。
また、配線の表面に金属膜が事前に形成されて該配線が保護されているので、バリア膜の除去方法として様々な方法を採用することができ、プロセス上の余裕が大きくなる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記絶縁膜上のバリア膜の除去を、研磨によって行うことを特徴とする請求項５記載の配線形成方法である。
この研磨は、機械的な要素が化学的な要素に比較して相対的に少ないＣＭＰや、電解研磨等によって行うことが好ましい。
請求項７に記載の発明は、前記絶縁膜上のバリア膜の除去を、薬液によるエッチングによって行うことを特徴とする請求項５記載の配線形成方法である。
これにより、機械的な要素によることなく、バリア膜を除去することができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、前記絶縁膜上のバリア膜の除去を、プラズマエッチングによって行うことを特徴とする請求項５記載の配線形成方法である。
これによっても、機械的な要素によることなく、バリア膜を除去することができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、前記配線の表面への金属膜の選択的な成膜を、該金属膜の表面の方が、前記絶縁膜の表面より低くなるように行うことを特徴とする請求項２乃至８記載の配線形成方法である。
配線用凹部内に形成される配線の表面の方が絶縁膜の表面より低く、かつこの差が配線上に選択的に成膜させる金属膜の膜厚より大きくなるように配線材料を除去し、この配線の表面に金属膜を成膜することで、配線の表面への金属膜の選択的な成膜を、該金属膜表面の方が、絶縁膜の表面より低くなるように行うことができる。これにより、バリア膜等を除去した後の配線部分が基板表面より突出することを防止することができる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、前記絶縁膜上のバリア膜を除去した後、該絶縁膜の表面を一部除去することを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の配線形成方法である。
このように、絶縁膜上のバリア膜を除去した後、絶縁膜の表面を一部除去することで、絶縁膜上のバリア膜を完全に除去して、バリア膜が絶縁膜上に一部残ってしまうことを防止することができる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、前記絶縁膜の表面の一部除去を、該絶縁膜の表面と前記金属膜の表面がほぼ平坦面となるように行うことを特徴とする請求項１０記載の配線形成方法である。
これにより、バリア膜が絶縁膜上に一部残ってしまうことを防止し、しかも、絶縁膜の表面を一部除去した後の基板表面を平坦にすることができる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、前記絶縁膜の除去を、薬液によるエッチングによって行うことを特徴とする請求項１０または１１記載の配線形成方法である。
これにより、バリア膜と同様に、機械的な要素によることなく、絶縁膜を除去することができる。
請求項１３に記載の発明は、前記絶縁膜の除去を、プラズマエッチングによって行うことを特徴とする請求項１０または１１記載の配線形成方法である。
これによっても、機械的な要素によることなく、バリア膜を除去することができる。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、基板を収納できるカセットを載置するロード・アンロード部と、基板を搬送する搬送ロボットと、基板の表面全体を薬液でエッチングするウェットエッチングユニットと、基板の表面に無電解めっきの前処理を施す前処理ユニットと、基板の表面に無電解めっきを施す無電解めっきユニットと、基板の表面を洗浄する洗浄ユニットとを有することを特徴とする配線形成装置である。
請求項１５に記載の発明は、化学的機械的研磨ユニットを更に有することを特徴とする請求項１４記載の配線形成装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、濡れ性に問題のないバリア膜をマスクとして残しておいた状態で金属膜を成膜することで、絶縁膜の材料によってプロセス条件を変えたりすることなく、配線の表面に金属膜を選択的に成膜できる。しかも、不要となったバリア膜更には絶縁膜を、機械的な要素が相対的に少ない方法で確実に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、配線材料として銅を使用して、銅配線を形成した例を示している。配線材料として、銅以外の銅金属、銀または銀金属等の導電体を使用してもよい。
【００２５】
図２は、本発明の配線形成方法に使用される基板を模式的に示す。図２に示すように、基板Ｗの表面に堆積させた、例えばＳｉＯ２やＬｏｗ−ｋ材膜等からなる絶縁膜（層間絶縁膜）１０の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、配線用凹部としてのトレンチ１２を形成し、絶縁膜１０のほぼ全面に、ＴａＮ、Ｔａ、ＴｉＮ、ＷＮ等からなるバリア膜１４をスパッタリングやＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等で形成する。そして、めっきやＣＶＤ等で、基板Ｗの表面に、銅（配線材料）１６を成膜して、トレンチ（配線用凹部）１２内に銅を埋込むとともに、絶縁膜１０上に銅を堆積させる。
なお、基板Ｗの表面に電解めっきを施して銅などの配線材料を成膜する場合には、前述の図１に示す従来例と同様に、バリア膜の表面に給電層としてのシード層を予め形成しておく。
【００２６】
図３は、本発明の実施の形態の配線形成方法を工程順に示す。先ず、ＣＭＰまたは電解研磨により、基板Ｗの表面に成膜した余剰な銅（配線材料）１６を研磨して除去し、これによって、図３（ａ）に示すように、トレンチ（配線用凹部）１２内に埋込んだ銅１６で配線１８を形成するとともに、該配線形成部以外のバリア膜１４を露出させる。つまり、銅１６の表面を、バリア膜１４を残して研磨除去し、トレンチ１２内の配線１８の表面がバリア膜１４の表面とほぼ面一となるようにする。
なお、この余剰な銅１６の除去を、無機酸または有機酸を用いたエッチングで行っても良い。
【００２７】
このように、バリア膜１４を残した状態で、このバリア膜１４をマスクとした金属膜（保護膜）の成膜を行い、これによって、図３（ｂ）に示すように、トレンチ１２内の配線１８の表面に、例えばコバルト合金やニッケル合金からなる金属膜（保護膜）２０を選択的に成膜する。これによって、トレンチ１２内の配線１８の表面を金属膜２０で覆って配線１８を保護する。
【００２８】
この金属膜２０の成膜を、例えば無電解めっき、化学気相成長法（ＣＶＤ）または物理気相成長法（ＰＶＤ）で行う。この金属膜２０の成膜を無電解めっきで行う場合には、トレンチ１２内の配線１８の表面に金属膜２０が選択的に成膜するように、例えばＰｄ等の触媒を付与する等の必要な前処理を行う。このめっき前処理は、前述の余剰な銅１６の除去と同時に行うようにしてもよい。
【００２９】
そして、基板Ｗの表面にめっき液を接触させてめっきを行う。この時、基板Ｗの表面の配線形成部を除く領域は、一般に自然酸化膜で覆われて濡れ性が問題となることがないバリア膜１４で覆われており、基板Ｗの表面の濡れ性を確保する必要はない。このため、絶縁膜１０の材料の違いに拘わらず、同一のプロセス条件で配線１８の表面にのみ金属膜２０を選択的に成膜することができる。
【００３０】
また、金属膜２０の成膜を化学気相成長法で行う場合には、基板Ｗをチャンバ内に配置し、気相及び基板Ｗの表面での化学反応を利用して、トレンチ１２内の配線１８の表面に金属膜２０を選択的に成長させる。この場合にあっても、基板Ｗの表面の配線形成部を除く領域はバリア膜１４で覆われており、このバリア膜１４がマスクとなって、バリア膜１４の表面に金属膜が成膜されることが防止され、これによって、配線１８の表面にのみ金属膜２０を選択的に成膜することができる。
【００３１】
次に、基板Ｗの表面に露出している絶縁膜１０上のバリア膜１４のみをＣＭＰまたはエッチングにより選択的に除去し、これによって、図３（ｃ）に示すように、表面を金属膜２０で選択的に覆われて保護された銅からなる配線１８の形成を完了させる。このように、金属膜２０をマスクとして、バリア膜１４のみを除去することで、機械的な要素の相対的な少ない方法でバリア膜１４を除去することができる。つまり、配線１８の表面に金属膜２０が事前に形成されて該配線１８が保護されているので、バリア膜１４の除去方法として様々な方法を採用することができ、プロセス上の余裕が大きくなる。例えば、このバリア膜１４の除去は、ＣＭＰによって行うことが実用的であるが、機械的な要素が化学的な要素に比較して相対的に少ないＣＭＰで行うことができ、また電解研磨によって行ってもよい。更に、薬液によるエッチングやプラズマエッチングによって行うことで、機械的な要素によることなく、バリア膜を除去することができる。
【００３２】
湿式エッチングの場合には物理的な力がかからないので、銅やＬｏｗ−ｋ材膜のような脆弱な材料が存在してもダメージの懸念はない。しかしながらＣＭＰ法による場合には、荷重をかけて処理することになるので、ダメージを与えるおそれがある。そこでＣＭＰ法による場合は、化学反応性の強いスラリーを用い、低圧、低速で研磨することが必要である。また、電解研磨法であれば湿式エッチングと同様にほとんど荷重がかからないので、ダメージの懸念はない。
【００３３】
これにより、たとえ絶縁膜１０がｌｏｗ−ｋ材のような機械的強度が極めて弱い材料からなる場合であっても、絶縁膜１０に損傷を与えることなく、不要となったバリア膜１４を確実に除去することができる。
しかも、金属膜の成膜選択性が不充分であって、バリア膜上に金属膜が多少成膜されたとしても、不要な金属膜をバリア膜ごと除去することにより、金属膜の十分な成膜選択性を確保することができる。
【００３４】
図４は、本発明の他の実施の形態の配線形成方法を工程順に示す。先ず、ＣＭＰ、電解研磨またはエッチングにより、基板Ｗの表面に成膜した余剰な銅（配線材料）１６を研磨して除去し、これによって、図４（ａ）に示すように、トレンチ（配線用凹部）１２内に埋込んだ銅１６で配線１８を形成するとともに、該配線形成部以外のバリア膜１４を露出させる。この時、トレンチ１２内の配線１８の表面が露出するバリア膜１４の表面とほぼ面一となった後、更に配線１８の研磨またはエッチングを続けて、露出するバリア膜１４の表面よりトレンチ１２内に形成されるの配線１８の表面の方が低くなるようにする。
【００３５】
このバリア膜１４の表面と配線１８の表面との間の間隔Ｄは、バリア膜１４の膜厚と、下記のように、配線１８の表面に選択的に成膜される金属膜２０の必要膜厚を勘案して決定され、バリア膜１４の膜厚Ｔ１より大きく（Ｄ＞Ｔ１）することが好ましい。また間隔Ｄは、バリア膜１４の膜厚Ｔ１に、配線１８の表面に形成される金属膜２０の膜厚Ｔ２（図４（ｂ）参照）を加えた厚みとほぼ等しく（Ｄ≒Ｔ１＋Ｔ２）とすることが更に好ましい。例えば、バリア膜１４の膜厚Ｔ１が１０ｎｍで、金属膜２０の必要膜厚Ｔ２が１０ｎｍである場合には、バリア膜１４の表面と配線１８の表面との間の間隔Ｄを２０ｎｍとする。これにより、不要となったバリア膜１４を除去した後の基板Ｗの表面に金属膜２０が盛り上がってしまうことを防止して、基板Ｗの表面を平坦にすることができる。
【００３６】
このように、バリア膜１４を残した状態で、このバリア膜１４をマスクとした金属膜（保護膜）の成膜を行い、これによって、図４（ｂ）に示すように、トレンチ１２内の配線１８の表面に、例えばコバルト合金やニッケル合金からなる金属膜（保護膜）２０を選択的に成膜する。これによって、トレンチ１２内の配線１８の表面を金属膜２０で覆って配線１８を保護する。
【００３７】
次に、基板Ｗの表面に露出している絶縁膜１０上のバリア膜１４のみをＣＭＰまたはエッチングにより選択的に除去し、これによって、図４（ｃ）に示すように、表面を金属膜２０で選択的に覆われて保護された銅からなる配線１８の形成を完了させる。この時、前述のように、不要な銅を除去した後のバリア膜１４の表面と配線１８の表面との間の間隔Ｄを、バリア膜１４の膜厚Ｔ１に配線１８の表面に形成される金属膜２０の膜厚Ｔ２を加えた厚みとほぼ等しく（Ｄ≒Ｔ１＋Ｔ２）することで、不要となったバリア膜１４を除去した後の基板Ｗの表面を平坦にすることができる。
【００３８】
なお、不要な銅を除去した後のバリア膜１４の表面と配線１８の表面との間の間隔Ｄを、バリア膜１４の膜厚Ｔ１に配線１８の表面に形成される金属膜２０の膜厚Ｔ２を加えた厚みより広く（Ｄ＞Ｔ１＋Ｔ２）するようにしてもよく、これにより、配線１８の表面に金属膜２０を形成した配線部分が、バリア膜１４を除去した後、基板表面より突出することを防止することができる。
【００３９】
例えば、６５ｎｍノード世代以降の配線形成においては、基板表面の凹凸ができるだけ少ないことが求められる。従って、配線１８上に成膜した金属膜２０を、例えば信頼性向上のための密着層として使う場合にも、バリア膜１４を除去した後の基板Ｗの表面上に、金属膜２０が、例えば１０ｎｍ以上盛り上がって存在することは好ましくない。この例によれば、不要となったバリア膜１４を除去した後の基板Ｗの表面を平坦にするか、または配線部分が基板表面より突出することを防止することで、この要請に応えることができる。
【００４０】
また、選択的に成膜した金属膜２０をマスクとしてバリア膜１４を除去する場合であっても、バリア膜１４を除去後の絶縁膜１０がなす平面から配線１８が凸状に出ていることは同様に好ましくない。例えば、不要な銅を除去した後のバリア膜１４の表面と配線１８の表面との間の間隔Ｄを、バリア膜１４の膜厚Ｔ１とほぼ等しくする（Ｄ≒Ｔ１）ことで、不要となったバリア膜１４を除去した後の絶縁膜１０がなす平面と、配線１８の表面をほぼ面一にして、絶縁膜１０がなす平面から配線１８が凸状に出てしまうことを防止することができる。
【００４１】
図５は、本発明の更に他の実施の形態の配線形成方法を工程順に示す。先ず、ＣＭＰ、電解研磨またはエッチングにより、基板Ｗの表面に成膜した余剰な銅（配線材料）１６を研磨して除去し、これによって、図５（ａ）に示すように、トレンチ（配線用凹部）１２内に埋込んだ銅１６で配線１８を形成するとともに、該配線形成部以外のバリア膜１４を露出させる。この時、この例では、トレンチ１２内の配線１８の表面が露出するバリア膜１４の表面とほぼ面一となった後、更に配線１８の研磨またはエッチングを続けて、露出するバリア膜１４の表面よりトレンチ１２内に形成されるの配線１８の表面の方が低く、しかも、このバリア膜１４の表面と配線１８の表面との間の間隔Ｄ１が、バリア膜１４の膜厚Ｔ１に、配線１８の表面に形成される金属膜２０の膜厚Ｔ２（図５（ｂ）参照）を加え、更に絶縁膜１０の除去代ΔＴ（図５（ｂ）参照）を加えた厚さとほぼ等しく（Ｄ≒Ｔ１＋Ｔ２＋ΔＴ）なるようにする。例えば、バリア膜１４の膜厚Ｔ１が１０ｎｍ、金属膜２０の必要膜厚Ｔ２が１０ｎｍである場合には、バリア膜１４の表面と配線１８の表面との間の間隔Ｄ１を２０ｎｍに絶縁膜１０の除去代ΔＴを加えた大きさにする。
【００４２】
このように、バリア膜１４を残した状態で、このバリア膜１４をマスクとした金属膜（保護膜）の成膜を行い、これによって、図５（ｂ）に示すように、トレンチ１２内の配線１８の表面に、例えばコバルト合金やニッケル合金からなる金属膜（保護膜）２０を選択的に成膜する。これによって、トレンチ１２内の配線１８の表面を金属膜２０で覆って配線１８を保護する。
【００４３】
次に、基板Ｗの表面に露出している絶縁膜１０上のバリア膜１４をＣＭＰまたはエッチングにより選択的に除去し、引き続いて、絶縁膜１０の表面の一部を除去代ΔＴ分除去し、これによって、図５（ｃ）に示すように、表面を金属膜２０で選択的に覆われて保護された銅からなる配線１８の形成を完了させる。このように、絶縁膜１０上のバリア膜１４を除去した後、絶縁膜１０の表面を一部除去することで、絶縁膜１０上のバリア膜１４を完全に除去して、バリア膜１４が絶縁膜１０上に一部残ってしまうことを防止しすることができる。
【００４４】
この時、前述のように、不要な銅を除去した後のバリア膜１４の表面と配線１８の表面との間の間隔Ｄ１を、バリア膜１４の膜厚Ｔ１に配線１８の表面に形成される金属膜２０の膜厚Ｔ２を加え、更に絶縁膜１０の除去代ΔＴを加えた厚みとほぼ等しくすることで、不要となったバリア膜１４及び絶縁膜１０の表面の一部を除去代ΔＴ分除去した後の基板Ｗの表面を平坦にすることができる。
【００４５】
この絶縁膜１０の表面の除去にあっても、配線１８の表面に金属膜２０が事前に形成されて該配線１８が保護されているので、前述のバリア膜１４と同様に、機械的な要素の相対的な少ない方法で除去することができる。例えば、薬液によるエッチングやプラズマエッチングによって、機械的な要素によることなく、絶縁膜１０を除去することができる。
【００４６】
なお、不要な銅を除去した後のバリア膜１４の表面と配線１８の表面との間の間隔Ｄ１を、バリア膜１４の膜厚Ｔ１に配線１８の表面に形成される金属膜２０の膜厚Ｔ２を加え、更に絶縁膜１０の除去代ΔＴを加えた厚みより大きく（Ｄ１＞ΔＴ＋Ｔ１＋Ｔ２）することで、配線１８の表面に金属膜２０を形成した配線部分が、バリア膜１４、更には絶縁膜１０の表面の一部を除去した時に、基板表面より突出することを防止することができる。
また、図３及び図４に示す例にあっても、バリア膜１４のエッチング等による除去に継続して、絶縁膜１０の表面の一部をエッチング等で除去し、これによって、バリア膜１４を絶縁膜１０の表面から完全に除去するようにしてもよいことは勿論である。
【００４７】
図６は、本発明の実施の形態の配線形成装置を示す平面配置図である。この配線形成装置は、ハウジング１００内の床上のスペースの一端側に、一対の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）ユニット１０１、１０８が左右に対向して配置され、他端側にそれぞれ半導体ウエハ等の基板Ｗを収納するカセット１０２を載置するロード・アンロード部が配置されている。そして、研磨ユニット１０１とロード・アンロード部との間に、第１搬送ロボット１０３と第２搬送ロボット１０４が配置されている。更に、搬送ラインに沿った一方側には、ロールスポンジまたはペンシルスポンジを備えた第１洗浄ユニット１０５、第２洗浄（リンス・乾燥）ユニット１０６及び仮置台１０７が配置され、他方側には、保護膜形成用の第１前処理ユニット１１０と第２前処理ユニット１１１及び無電解めっきユニット１１２が配置されている。
【００４８】
次に、この配線形成装置によって、図２の状態の基板Ｗを処理する一連の配線形成処理について、図３及び図６を参照して説明する。
まず、図２の状態の基板Ｗが収納されたカセット１０２から基板Ｗを１枚、第１搬送ロボット１０３で取り出し、仮置台１０７に搬送する。次いでこの基板Ｗを第２搬送ロボット１０４で取り上げ、研磨ユニット１０１へ搬入する。この研磨ユニット１０１で、トレンチ（配線用凹部）１２の外の余剰な配線材料１６を研磨して除去し、図３（ａ）に示すように、配線１８を形成するとともに、バリア膜１４を露出させる。この例では、図示しないが、研磨パッドを貼付して研磨面を構成する研磨テーブルに、トップリングで保持した基板Ｗの表面を所定圧力で押圧しつつ、研磨液（スラリー）を供給して研磨を行う。
次に、第２搬送ロボット１０４により、研磨後の基板Ｗを第１洗浄ユニット１０５に搬送して、例えば薬液とロールスポンジを用いて基板の表面を洗浄する。
【００４９】
そして、この洗浄後の基板Ｗを第２搬送ロボット１０４で第１前処理ユニット１１０に搬送する。この第１前処理ユニット１１０では、めっき前処理としての基板表面の清浄化処理を行う。例えば、液温２５℃の希釈Ｈ２ＳＯ４等の薬液を基板の表面全体に接触させ、銅等のＣＭＰ残さや、配線上の酸化物を除去し、しかる後、純水等のリンス液を用いてリンス（洗浄）する。
【００５０】
次に、この洗浄後の基板Ｗを第２搬送ロボット１０４で第２前処理ユニット１１１に搬送する。この第２前処理ユニット１１１では、基板Ｗをフェースダウンで保持し、基板Ｗの表面に触媒付与処理を行う。例えば、保護膜（金属膜）成膜のための触媒金属を含む触媒液を基板Ｗの表面に向けて噴射し、配線１８の表面を活性化させ、しかる後、基板Ｗの表面を純水等のリンス液を用いてリンス（洗浄）する。
【００５１】
そして、この触媒を付与しリンス処理した基板Ｗを第２搬送ロボット１０４で無電解めっきユニット１１２に搬送し、この表面に無電解めっき処理を施し金属膜（保護膜）２０を成膜する（図３（ｂ）参照）。つまり、基板Ｗをフェースダウンで保持し、めっき槽に保持された無電解めっき液の液面へ降下させて、基板の表面をめっき液に接液させ、所定時間の後、基板をめっき液から引き上げ、ｐＨが６〜７．５の中性液からなる停止液を基板Ｗの表面に接触させて、無電解めっき処理を停止させる。なお、図示しないが、第２前処理ユニット１１１と無電解めっきユニット１１２の間に、触媒付与後の基板Ｗの表面のｐＨの調整（中和処理）を行う第３前処理ユニットを設けてもよい。
【００５２】
次に、この金属膜を成膜した基板Ｗを第２搬送ロボット１０４で研磨ユニット１０８に搬送し、基板Ｗの表面の全体を研磨して不要なバリア膜１４を除去する（図３（ｃ）参照）。このとき、研磨液（スラリー）として金属膜（保護膜）よりもバリア膜に対して研磨レートの高い研磨液を用いるとよい。
【００５３】
そして、この研磨後の基板Ｗを第２搬送ロボット１０４で第１洗浄ユニット１０５に搬入し、界面活性剤、有機アルカリ、キレート剤等の薬品を含む薬液を供給ノズルから基板の表面に供給してロールスクラブ洗浄や、薬液のみによる洗浄をする。そして、このように薬液を使用した場合には、基板Ｗの表面に残った薬液を純水等のリンス液でリンスする。
【００５４】
この洗浄後の基板Ｗを第２搬送ロボット１０４で第２洗浄（リンス・乾燥）ユニット１０６へ搬入し、ここでリンス処理を行い、しかる後、基板Ｗを高速で回転させてスピン乾燥させる。この乾燥させた基板Ｗを第２搬送ロボット１０４で仮置台１０７へ搬送し、この基板を第１搬送ロボット１０３で取り上げ、カセット１０２へ搬入して、配線形成処理を完了する。
以上により、基板Ｗの表面に、金属膜（保護膜）２０を持つ埋め込み配線を形成する一連の作業を連続して行うことができる。
【００５５】
図７は本発明の他の実施の形態の配線形成装置を示す平面配置図である。この配線形成装置は、ハウジング１２０を有し、このハウジング１２０の一端に基板Ｗを収納するカセット１２１を載置するロード・アンロード部が配置され、このロード・アンロード部からハウジング１２０の他端側に向かって、第１搬送ロボット１２２、仮置台１２５、第２搬送ロボット１２３、仮置台１２６及び第３搬送ロボット１２４が配置されている。第１搬送ロボット１２２は、仮置台１２５との間で基板Ｗの搬送を行い、第２搬送ロボットは、その周囲に配置された仮置台１２５、仮置台１２６、第１ウェットエッチングユニット１２７、第２ウェットエッチングユニット１２８、第１洗浄ユニット１２９及び第２洗浄ユニット１３０の間で基板Ｗの搬送を行う。第３搬送ロボット１２４は、仮置台１２６と、保護膜形成のための第１前処理ユニット１３１，１３１、第２前処理ユニット１３２，１３２及び無電解めっきユニット１３３，１３３との間で基板Ｗの搬送を行う。
【００５６】
この例によれば、図２の状態の基板Ｗが収納されたカセット１２１から基板Ｗを１枚、第１搬送ロボット１２２で取り出し、仮置台１２５に搬送する。次いでこの基板Ｗを第２搬送ロボット１２３で取り上げ、第１ウェットエッチングユニット１２７へ搬入する。この第１ウェットエッチングユニット１２７で、配線用凹部１２の外の余剰な配線材料１６を薬液によるエッチングにより除去して、図４（ａ）に示すように、配線１８を形成するとともに、バリア膜１４を露出させる。このとき、トレンチ１２内に形成される配線１８の表面が絶縁膜１０の最上面よりも低くなるようにしてもよい。
【００５７】
この基板Ｗを第２搬送ロボット１２３で第１洗浄ユニット１２９へ搬送し、ロールスクラブ洗浄等により基板の表面を洗浄した後、第２搬送ロボット１２３で仮置台１２６へ搬送する。基板の洗浄を１回としたが、処理条件によって、基板を第１洗浄ユニット１２９から第２洗浄ユニット１３０へ搬送して２段階の洗浄を行い、仮置台１２６へ送るようにしてもよい。
【００５８】
この基板を第３搬送ロボット１２４により第１前処理ユニット１３１へ搬入し、めっき前処理としての基板表面の清浄化処理を行う。この基板を第３搬送ロボット１２４で第２前処理ユニット１３２、無電解めっきユニット１３３へ順次搬送し、無電解めっきを施して基板Ｗの配線１８に、図４（ｂ）のような金属膜（保護膜）２０を形成する。この工程は、前述の例と同様である。基板表面のトレンチ１２内に形成される配線１８の表面が絶縁膜１０の最上面よりも低い場合には、ここで形成する金属膜２０の膜厚を、金属膜２０の表面が絶縁膜１０の最上面とほぼ同一面になるような膜厚にすることが好ましい。
【００５９】
さらに、無電解めっき処理の終了した基板Ｗを第３搬送ロボット１２４で仮置台１２６に載置した後、第２搬送ロボット１２３で第１洗浄ユニット１２９へ搬送して洗浄し、必要によっては、第２洗浄ユニット１３０で更に洗浄した後、第２ウェットエッチングユニット１２８に搬入する。第２ウェットエッチングユニット１２８では、基板Ｗの表面の全面にエッチング液を供給し、図４（ｃ）に示すように、基板表面に絶縁膜１０が露出するまでバリア膜１４のエッチングを行う。
【００６０】
しかる後、バリア膜１４のエッチングが終了した基板Ｗを第１洗浄ユニット１２９へ搬送し、基板表面をロールスクラブ洗浄等によって洗浄し、この洗浄した基板Ｗを第２洗浄ユニット１３０へ搬送し、リンス処理を行った後、基板Ｗを高速で回転させてスピン乾燥させる。この乾燥させた基板Ｗを仮置台１２５へ載置し、第１搬送ロボット１２２によりカセット１２１へ収納して処理を完了する。
この装置によれば、脆弱な材料から構成される基板表面であっても、機械的なストレスをかけることなしに、保護膜２０を持つ埋め込み配線を形成する一連の作業を連続して行うことができる。
【００６１】
図８は本発明の更に他の実施の形態の配線形成装置を示す平面配置図である。この装置の構成は、ハウジング１４０内外に、先に図７に示したユニットの他に、第３搬送ロボット１２４がアクセスできる位置に研磨ユニット１０１が配置されている。
この装置によれば、本発明の配線形成方法を実施するにあたり、銅膜（配線材料）１６の除去を研磨ユニット１０１で行い、無電解めっき処理の後、バリア膜１４の除去をウェットエッチングユニット１２７または１２８で行うことができる。また、この装置による別の方法によれば、銅膜（配線材料）１６の除去をウェットエッチングユニット１２７または１２８で行い、無電解めっき処理の後、バリア膜１４の除去を研磨ユニット１０１で行うことができ、基板Ｗの表面を平坦に仕上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】半導体装置における銅配線形成例を工程順に示す図である。
【図２】配線材料を成膜した後の基板を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の配線形成方法を工程順に示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態の配線形成方法を工程順に示す図である。
【図５】本発明の更に他の実施の形態の配線形成方法を工程順に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の配線形成装置の平面配置図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の配線形成装置の平面配置図である。
【図８】本発明の更に他の実施の形態の配線形成装置の平面配置図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  絶縁膜
１２  トレンチ（配線用凹部）
１４  バリア膜
１６  銅（配線材料）
１８  配線
２０  金属膜
１０１，１０８  化学的機械的研磨ユニット
１０２，１２１  カセット
１０５，１０６，１２９，１３０  洗浄ユニット
１１０，１１１，１３１，１３２  前処理ユニット
１１２，１３３  無電解めっきユニット
１２７，１２８  ウェットエッチングユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006041453.tif 000007
【図６】
2006041453.tif 000008
【図７】
2006041453.tif 000009
【図８】
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