(57)【要約】貴金属、半貴金属、及びその合金/組合せからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を含む触媒層を基板上に形成されたサブミクロン特徴部の中に堆積させる装置及び方法。具体的な金属としては、パラジウム、白金、コバルト、ニッケル、又はタングステンが挙げられる。触媒層は、無電解堆積、電気めっき、又は化学気相堆積によって堆積することができる。一実施形態においては、触媒層は、続いて堆積された導電材料に対してバリヤ層として働くように形状の中に堆積されてもよい。他の実施形態においては、触媒層はバリヤ層の上に堆積されてもよい。更に他の実施形態においては、触媒層はシード層におけるあらゆる不連続の“パッチ”として働くようにバリヤ層の上に堆積されたシード層の上に堆積されてもよい。触媒層が堆積されるとすぐに、触媒層の上に導電材料が、例えば、無電解プロセスによって堆積されてもよい。他の実施形態においては、触媒層の上に導電材料が無電解堆積に続いて電気めっき又は化学気相堆積によって堆積される。更に他の実施形態においては、触媒層の上に導電材料が電気めっき又は化学気相堆積によって堆積される。
2005539369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置であって、
基板受容面を有する基板支持体と；
該基板支持体の周辺部分に配置され、液体が該基板支持体の該基板受容面上に配置された基板の裏面に流れることを防止するように適合された弾性液体シールと；
該液体シールの半径方向に外向きに該基板支持体の該周辺部分上に形成された液体ドレインと
を備える、前記装置。
【請求項２】
該液体ドレインの内向きに且つ該液体シールの外向きに該基板支持体の該周辺部分上に形成されたガス出口を更に備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
該ガス出口が、該基板支持体の該基板受容面上に配置された該基板の該裏面にパージガスを供給するように構成されている、請求項２記載の装置。
【請求項４】
該ガス出口と該液体ドレインと連通している該基板支持体の中に形成されたチャネルを更に備える、請求項２記載の装置。
【請求項５】
該基板受容面と反対に且つ平行な向きに位置した蒸発シールドを更に備える、請求項１記載の装置。
【請求項６】
基板受容面と；
真空ポートと；
該真空ポートと連通している真空グルーブと；
基板支持体の周辺部分の液体シールと；
液体供給源と；
該液体供給源に結合し、該基板受容面上に配置された基板に処理液体を分配するように適合された液体導入部と；
該処理液体を除去するように適合されたドレインと
を備える、基板処理チャンバ。
【請求項７】
該ドレインに結合し且つ該液体導入部に結合した再生素子を更に含み、該再生素子が該基板処理チャンバ内で再使用するために該ドレインから該液体導入部へ受容された処理液体を再循環するように適合されている、請求項６記載の基板処理チャンバ。
【請求項８】
該基板受容面上に配置された該基板をほぼ覆う大きさを有し且つ該基板の上に位置して蒸発シールドと該基板との間に隙間を生じるように適合された蒸発シールドを更に備え、該隙間が液体層で充填されるように適合されている、請求項６記載の基板処理チャンバ。
【請求項９】
該液体導入部と該ドレインがそれぞれ該蒸発シールド内に配置された少なくとも１つの液体ポートを備える、請求項８記載の基板処理チャンバ。
【請求項１０】
該蒸発シールドが回転するように適合されている、請求項８記載の基板処理チャンバ。
【請求項１１】
該蒸発シールドと該基板支持体との間に位置するシールを更に備える、請求項８記載の基板処理チャンバ。
【請求項１２】
該蒸発シールドが脱ガス膜を備える、請求項８記載の基板処理チャンバ。
【請求項１３】
該蒸発シールドが該脱ガス膜と連通しているプレナムを更に備える、請求項１２記載の基板処理チャンバ。
【請求項１４】
基板の基板構造上に形成されたサブミクロン特徴部の中に導電材料を堆積させる方法であって、
触媒層を無電解堆積によって堆積させるステップであって、該触媒層が貴金属、半貴金属、及びその組合せからなる群より選ばれた金属を備え、且つIＶ族金属を備える、前記ステップと；
該触媒層の上に導電材料層を約５００オングストローム未満の厚さまで無電解堆積により堆積させるステップと
を含む、前記方法。
【請求項１５】
該導電材料層を堆積させるステップが該導電材料層を約３００オングストローム未満の厚さまで堆積させる工程を備える、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
該IＶ族金属がスズを備える、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
該貴金属がパラジウムと白金からなる群より選ばれた金属を備える、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
該半貴金属がコバルト、ニッケル、及びタングステンからなる群より選ばれた金属を備える、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
該触媒層を堆積させるステップが、該基板構造と、IＶ族金属イオンを含み且つ貴金属イオン、半貴金属イオン、及びその組合せからなる群より選ばれた金属イオンを備える無電解堆積溶液とを接触させる工程を含んでいる、請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
該触媒層が約５オングストローム〜約１００オングストロームの厚さまで堆積される、請求項１４記載の方法。
【請求項２１】
該触媒層を堆積させるステップが、該基板構造とＩＶ族金属イオンを備える第一無電解堆積溶液とを接触させる工程と、該基板構造と、貴金属イオン、半貴金属イオン、及びその組合せを備える第二無電解堆積溶液とを接触させる工程とを備える、請求項１４記載の方法。
【請求項２２】
該導電材料層を堆積させるステップが、該基板構造と、銅イオンを含む銅無電解堆積溶液とを接触させることによる、銅層の無電解堆積を備える、請求項１４記載の方法。
【請求項２３】
該触媒層を堆積させるステップが、該基板構造と、IＶ族金属イオンを備え、且つ貴金属、半貴金属、及びその組合せからなる群より選ばれた金属イオンを備える無電解堆積溶液とを約２０℃〜約１５０℃の反応温度で約３０秒〜約１２０秒間接触させる工程を更に備える、請求項１４記載の方法。
【請求項２４】
該半貴金属がコバルト、ニッケル、及びタングステンからなる群より選ばれた金属を備える、請求項１４記載の方法。
【請求項２５】
無電解プロセスを行うために用いられる無電解堆積溶液が酸性である、請求項１４記載の方法。
【請求項２６】
該無電解堆積が約１以下の初期pＨにおける、請求項１４記載の方法。
【請求項２７】
該無電解堆積溶液が約０.３g/l〜約１.４g/lのＰdと；約１５g/l〜を備える、請求項１４記載の方法。
【請求項２８】
該触媒層を約１００℃〜約４００℃の温度でアニールする工程を更に備える、請求項１４記載の方法。
【請求項２９】
該触媒層がコバルト、パラジウム、白金、ニッケル、タングステン、及びその合金の少なくとも１種を備える、請求項１４記載の方法。
【請求項３０】
該触媒がコバルト、パラジウム、白金、ニッケル、及びタングステンからなる群より選ばれた２種以上の金属間化合物を備える、請求項１４記載の方法。
【請求項３１】
基板上に形成されたサブミクロン特徴部の中に導電材料を堆積させる方法であって、
バリヤ層を堆積させるステップと；
該バリヤ層の上に触媒層を無電解堆積、電気めっき、及び化学気相堆積からなる群より選ばれた堆積法で堆積させるステップであって、該触媒層が貴金属、半貴金属、その合金、及びその組合せからなる群より選ばれた金属を備える、前記ステップと；
該触媒層の上に導電材料層を５００オングストローム未満の厚さまで無電解堆積、電気めっき、化学気相堆積、無電解堆積に続いて電気めっきの組合せ、及び無電解堆積に続いて化学気相堆積の組合せからなる群より選ばれた堆積法によって堆積させるステップと
を含む、前記方法。
【請求項３２】
該触媒がコバルト、パラジウム、白金、ニッケル、及びタングステンからなる群より選ばれた２種以上の金属の金属間化合物を備える、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
該触媒層が電気めっきによって堆積され、該触媒層がコバルト-ニッケル、コバルト-タングステン、コバルト-パラジウム、及びその組合せからなる群より選ばれたコバルト合金を備える、請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
該触媒層が無電解堆積によって堆積され、該触媒層がスズ-コバルト、スズ-パラジウム、スズ-白金、及びスズ-ニッケルからなる群より選ばれた合金を備える、請求項３１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明は、一般的には、基板上に形成されたサブミクロンアパーチャの上に導電材料を堆積する装置及び方法に関する。
【０００２】
関連技術の説明
[0002]確実に製造するサブミクロン特徴部やそれより小さい特徴部は、半導体デバイスの次世代の超大規模集積（ＶＬＳＩ）や超々大規模集積（ＵＬＳＩ）の重要な技術の一つである。しかしながら、回路技術の周辺が求められるにつれて、ＶＬＳＩやＵＬＳＩ技術における相互接続部の寸法縮小が処理性能に対する要求に追加されてきた。技術の中心にある多重レベル相互接続部には、バイアや他の相互接続部のような高アスペクト比の形状の正確な処理が要求される。これらの相互接続部の確実な形成は、ＶＬＳＩやＵＬＳＩの成功にとって、また、個々の基板の密度と品質を高める努力の継続にとって非常に重要である。
【０００３】
[0003]回路密度が高くなるにつれて、バイア、コンタクト、他の形状、その間の誘電体材料の幅は、サブミクロン寸法まで小さくなる。一方、誘電体層の厚さは本質的には一定であり、その結果、形状のアスペクト比、即ち、高さを幅で除した値は大きくなる。多くの従来の堆積プロセスは、アスペクト比が２：１、特にアスペクト比が４：１を超えるサブミクロン構造を充填することが困難である。それ故、多くの継続中の努力は、アスペクト比が高い本質的にボイドを含まないサブミクロン特徴部の形成に向けられている。
【０００４】
[0004]現在、銅の抵抗率がアルミニウムより低く（アルミニウムの３.１μΩに比べて１.７μΩ）、電流輸送力が高く、電気泳動抵抗性が著しく高いことから、銅とその合金がサブミクロン相互接続技術に選択されている金属である。これらの特徴は、高レベルの集積化と高デバイス速度で行われる高い電流密度を支持するのに重要である。更に、銅は良好な熱伝導率を有し、非常に純粋な状態で利用できる。
【０００５】
[0005]電気めっきは基板上に高アスペクト比の形状を充填するために用いられている一プロセスである。電気めっきプロセスには、典型的には、基板上に堆積される薄い導電性シード層が必要である。電気めっきは、シード層に電流を加えるとともにシード層上にめっきする金属イオン含有電解液に基板をさらすことにより行われる。シード層は、典型的には銅のような導電金属を含み、通常は物理気相堆積（ＰＶＤ）法又は化学気相堆積（ＣＶＤ）法を用いて基板上に堆積される。連続金属シード層は、電気めっき中に必要とされる電流を導電するのに不可欠である。形状サイズが小さくなるにつれて、コンホーマルなシード層を堆積する能力が損なわれることがある。基板上の不連続なシード層が、電気めっき中に多くの問題を引き起こしてしまう。
【０００６】
[0006]例えば、不連続が金属シード層内に存在する場合、バイアス電源に電気的に接続されていないシード層の部分は電気めっきプロセス中に堆積を受容しない。特にシード層の物理気相堆積においては、高アスペクト比のサブミクロン特徴部の中に連続する一様なシード層を堆積することは非常に困難である。形状の狭い（即ち、サブミクロン）アパーチャを通って材料を堆積させることは困難であることから、シード層は特に形状の底面で不連続になる傾向がある。金属シード層における不連続が、高アスペクト比相互接続形状内のボイド形成の原因となることがある。電気めっきプロセス中に、バイアス電源に電気的に接続されている表面上全部に金属が堆積する。電気めっきされた金属は全方向に成長することから、典型的には、シード層内の不連続領域の周りの堆積は不連続の上に架橋を形成し、形状の中に不連続に隣接してボイドが残る。ボイドは、相互接続形状の動作特性を変化させ、デバイスの誤った動作と早すぎる故障の原因となることがある。“Apparatus and Method For Electrolytically Depositing a Mental on a Microelectronic Workpiece”と称する米国特許第６,１９７,１８１号には、アルカリめっき溶液を用いて銅層を電気めっきすることによりＰＶＤ又はＣＶＤ銅シード層を修復して “強化シード層”を形成することが開示されている。その後、アルカリ溶液の使用より堆積速度の高い酸性めっき溶液を用いて銅を電気めっきすることによりバルク堆積が行われる。開示されたプロセスによる一つの問題は、“強化シード層”を施すことが上記問題を示すことがある銅シード層に対する電気めっきプロセスに左右されることである。
【０００７】
[0007]無電解堆積は、導電材料を堆積するために用いられる他のプロセスである。無電解堆積法は非導電性印刷回路ボード上に導電金属を堆積させるために広く用いられてきたが、無電解堆積法はＶＬＳＩやＵＬＳＩ半導体において相互接続部を形成するためにあまり用いられなかった。無電解堆積は、反応が起こるのに印加電流を必要としない自己触媒化学堆積プロセスを含んでいる。無電解堆積は、典型的には、基板を浴内に浸漬することにより又は溶液を基板上に噴霧することにより基板を溶液にさらすことを含んでいる。印刷回路ボードを製造するための当業者は、直径が０.０２８インチ〜０.０１８インチの印刷回路ボードのスルーホールのような、高アスペクト比形状の中に金属を堆積させるために無電解堆積法を用いることの問題を認識している。例えば、無電解ニッケル堆積法を開示している“Electroless Plating Process For The Manufacture Of Printed Circuit Boards”と称する米国特許第５,６４８,１２５号には、０.１８インチ径スルーホールのような小さな高アスペクト比ホールの傾向がスルーホールを適切にめっきするという常に困難な仕事に関して印刷回路ボードを製造する方法に圧力を高めることを入れることが述べられている（第４欄、２５〜４６行を参照のこと）。
【０００８】
[0008]“Interconnect Structure in a Semiconductor Device and Method of Formation”と称する米国特許第６,１９７,６８８号には、無電解堆積用材料が示されている。しかしながら、該特許には、サブミクロン特徴部に対して材料を無電解堆積するための処理条件が開示されていない。従って、サブミクロン形を有する基板の処理において無電解堆積を用いる十分な方法がまだ示されていない。
【０００９】
[0009]無電解又は電気めっき法によってミクロン技術で導電材料を堆積させるには、表面上に起こるように導電材料の核形成のために電子移動ができる表面が必要である。非金属表面や酸化表面は、電子移動に関与することができない表面の例である。チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルを含むバリヤ層は、これらのバリヤ層材料の未変性酸化物が容易に形成されるので続いて堆積される導電材料層の核形成には不十分な表面である。銅シード層のようなシード層は、電子移動ができる表面として働くことができる。しかしながら、シード層に不連続がある場合、続いて堆積される導電材料層の核形成は不完全であり、シード層上に一様に形成することができない。
【００１０】
[0010]それ故、基板内に形成されたサブミクロン特徴部の中に導電金属を堆積させるために改良された装置及び方法が求められている。
【発明の概要】
【００１１】
[0011]一実施形態は、基板上に形成されたサブミクロン特徴部の中に貴金属、半貴金属、その合金、及びその組合せからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を含む触媒層を堆積させる装置及び方法を提供する。触媒層によって、続いて導電材料を堆積し核形成するために電子移動ができる表面が得られる。貴金属と半貴金属は酸化されにくいので、電子移動ができる表面を与える。貴金属の例としては、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、レニウム、水銀、ルテニウム、オスミウムが挙げられる。一実施形態においては、使用貴金属はパラジウム又は白金を含み、最も好ましくは貴金属はパラジウムを含んでいる。半貴金属の例としては、鉄、コバルト、ニッケル、銅、炭素、アルミニウム、タングステンが挙げられる。他の実施態様においては、使用半貴金属はコバルト、ニッケル、又はタングステンを含んでいる。触媒層は、無電解堆積、電気めっき、又は化学気相成長によって堆積させることができる。一実施形態においては、触媒層は続いて堆積される導電材料に対してバリヤ層として働くように形状の中に堆積されてもよい。一態様においては、触媒/バリヤ層はコバルト、タングステン又はその組合せを含んでいる。他の実施形態においては、触媒層はバリヤ層上に堆積されてもよい。他の実施形態においては、更に、触媒層は、シード層内のあらゆる不連続の“パッチ”として働くようにバリヤ層上に堆積されたシード層上に堆積されてもよい。
【００１２】
[0012]触媒層が堆積されるとすぐに、銅のような導電材料を触媒層上に堆積させることができる。一実施態様においては、導電材料は無電解堆積により触媒層上に堆積される。他の実施形態においては、導電材料は、無電解堆積に続いて電気めっき又は化学気相成長を行うことにより触媒層の上に堆積されてもよい。他の実施形態においては、更に、導電材料が電気めっきによって触媒層の上に堆積されてもよい。他の実施形態においては、更に、導電材料は化学気相成長によって触媒層上に堆積される。
【００１３】
[0013]本発明の上記特徴、利点、目的が得られる方法が詳細に理解され得るように、上で簡単に纏めた本発明を添付の図面に示される実施形態によって更に具体的に説明することができる。
【００１４】
[0014]しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しているので、本発明は他の等しく有効な実施形態を認めてもよいことから、本発明の範囲を制限するものとしてみなされるべきでない。
【好適実施形態の詳細な説明】
【００１５】
[0030]図１Ａは基板１４上に形成され本発明の一方法で充填した基板構造１０を示す略断面図である。基板１４は、膜処理が行われる工作物を意味する。例えば、基板１４は、シリコン半導体ウエハ、又はウエハ上に形成された他の材料層であってもよい。誘電体層１２は、基板の上に堆積される。誘電体層１２は、酸化物、酸化シリコン、炭素-酸化シリコン、フルオロシリコン、多孔質誘電体、又は他の適切な誘電体であってもよい。誘電体層１２は、パターン形成されてバイア、トレンチ、コンタクトホール、又は基板１４の露出面部分まで伸びているラインのような形状１６ができる。本発明がデュアルダマシンプロセスフローに用いることができることも当業者により理解される。基板構造１０は、基板１４と、誘電体層１２や他の続いて堆積された材料層のような基板１４上に形成された他の材料層を示すために用いられる。
【００１６】
[0031]図１Ａは、形状１６を充填する一方法であって、基板構造１０の上にバリヤ層２０を堆積させるステップと、バリヤ層２０の上にシード層２２を堆積させるステップと、シード層２２の上に触媒層２４を堆積させるステップと、導電材料層２６を堆積させることにより残りのアパーチャを充填するステップとを含む、前記方法を示している。図１Ｂは、基板構造１０の上にバリヤ層２０を堆積させるステップと、バリヤ層２０の上に触媒層２４を堆積させるステップと、導電材料層２６を堆積させることにより残りのアパーチャを充填するステップとを含む他の実施形態によって充填された形状１６の略断面図を示している。図１Ｃは、基板構造１０の上に触媒層２０を堆積させるステップと、導電材料層２６を堆積させることにより残りのアパーチャを充填するステップとを含む更に他の実施形態によって充填された形状１６の略断面図を示している。図１Ａ〜図１Ｃについては、導電材料層２６は無電解堆積、電気めっき、化学気相堆積、又は無電解堆積に続いて電気めっき又は化学気相堆積の組合せによって堆積させることができる。図１Ａ〜図１Ｃに示される方法は、更に、化学機械的研磨のような充填した形状の上部を平坦化するステップを含むことができる。図１Ｄは、平坦化された図１Ａの充填された形状を示す断面図である。本方法は、サブハーフミクロン形状、サブクォーターミクロン形状、０.１３ミクロン未満形状の充填に適していることが認められた。
【００１７】
バリヤ層の堆積
[0032]バリヤ層２０は、バリヤ層の上に続いて堆積された材料が下にある基板又は誘電体層へ拡散することを防止或いは阻止するために堆積することができる。バリヤ層材料の例としては、タンタル（Ｔa）、窒化タンタル（ＴaＮx）、チタン（Ｔi）、窒化チタン（ＴiＮx）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮx）、又はその組合せのような高融点金属や高融点金属窒化物が挙げられる。バリヤ層材料の他の例としては、窒素が詰め込まれたＰＶＤチタン、ドープされたシリコン、アルミニウム、酸化アルミニウム、チタンシリコンナイトライド、タングステンシリコンナイトライド、又はその組合せが挙げられる。一実施形態においては、２０００年６月２２日出願の“Method of Treating a Substrate”と称する米国特許出願第０９/５９９,１２５号に詳細に記載されているＣoＷＰを含むバリヤ層を用いることができ、この開示内容は本発明と一致した範囲として本明細書に援用されている。
【００１８】
[0033]バリヤ層は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、無電解堆積法、又は分子ビームエピタキシーによって堆積させることができる。バリヤ層は、また、それによって又は手法の組合せによって個々に又は順次堆積された多層膜であってもよい。
【００１９】
[0034]バリヤ層の堆積に適した物理気相成長法としては、高密度プラズマ物理気相成長（ＨＤＰ ＰＶＤ）又は平行スパッタリング又はロングスロースパッタリングのような手法が含まれる。ＨＤＰ ＰＶＤの一タイプは、イオン化金属プラズマ物理気相堆積（IＭＰ ＰＶＤ）である。バリヤ層のIＭＰ ＰＶＤできるチャンバの一例は、IＭＰ ＶＥＣＴＲＡＴＭチャンバである。チャンバとプロセス法はカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できる。一般に、IＭＰは金属ターゲットからスパッタ付着した材料のかなりの部分をイオン化して基板上にスパッタ付着した材料の層を堆積させることを含んでいる。チャンバ内でコイルに供給された電力は、スパッタ付着した材料のイオン化を高める。イオン化は、スパッタ付着した材料が、バイアスがかけられた基板表面に対してほぼ垂直な向きで引き付けられることを可能にするとともに高アスペクト比の形状に対してステップカバレージが良好な材料層を堆積させることを可能にする。チャンバは、また、金属窒化物の堆積用窒素のような反応性処理ガスを含めることもできる。物理気相堆積を用いたバリヤ層の具体的な堆積法は、２０００年８月２９日出願の“Method For Achieving Copper Fill Of High Aspect Ratio Interconnect Features”と称する同時係属米国特許出願第０９/６５０,１０８号に詳細に記載されており、その開示内容は本発明と一致する範囲について本明細書に援用されている。
【００２０】
[0035]バリヤ層の化学気相堆積ができるチャンバの一例は、ＣＶＤ ＴxＺＴＭチャンバである。チャンバとプロセス法もカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できる。一般に、化学気相堆積は、金属前駆物質をチャンバ内へ流すことを含んでいる。金属前駆物質が化学的に反応して基板表面上に金属膜を堆積させる。化学気相堆積は、更に、基板表面上で金属膜の堆積を援助するためにプラズマを用いることを含んでいる。金属前駆物質からのバリヤ層の具体的な堆積法は、２０００年２月１６日出願の“Chemical Vapor Deposition of Barriers From Novel Precursors”と称する同時係属米国特許出願第０９/５０５,６３８号と、２０００年３月１０日出願の“ＭＯＣＶＤ Approach To Deposit Tantalum Nitride Layers”と称する同時係属米国特許出願第０９/５２２,７２６号に詳述されており、いずれも本発明と一致した範囲として本明細書に援用されている。更に、ＰＶＤチャンバ及び/又はＣＶＤチャンバは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるＥＮＤＵＲＡ台のような処理台へ集積化し得る。
【００２１】
シード層の堆積
[0036]シード層２２は、導電金属を含み、その上に続いて材料を堆積することを援助する。シード層は、好ましくは銅シード層又はその合金を含んでいる。他の金属、特に貴金属がシード層に用いられてもよい。シード層は、物理気相堆積法や化学気相堆積法を含む当該技術において従来既知の手法によってバリヤ層上に堆積させることができる。
【００２２】
[0037]シード層の堆積に適した物理気相堆積法には、高密度プラズマ物理気相堆積（ＨＤＰ ＰＶＤ）又は並行スパッタリング又はロングスロースパッタリングのような手法が含まれる。ＨＤＰ ＰＶＤの一タイプは、イオン化金属プラズマ物理気相堆積（IＭＰ ＰＶＤ）である。シード層のイオン化金属プラズマ物理気相堆積できるチャンバの一例は、IＭＰ ＶectraＴＭチャンバである。チャンバとプロセス法はカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できる。ＰＶＤ法を用いたシード層の具体的な堆積法は、２０００年８月２９日出願の“Method For Achieving Copper Fill Of High Aspect Ratio Interconnect Features”と称する同時係属米国特許出願第０９/６５０,１０８号に詳細に記載されており、その開示内容は本発明と一致する範囲について本明細書に援用されている。シード層の化学気相堆積できるチャンバの一例は、ＣＶＤ ＴxＺＴＭチャンバである。チャンバとプロセス法もカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できる。ＣＶＤ法を用いたシード層の具体的な堆積法は２００１年１月９日発行の“Deposition of Copper With Increased Adhesion”と称する米国特許第６,１７１,６６１号に詳述されている。
【００２３】
[0038]物理気相堆積法によるシード層の堆積は、ＰＶＤシード層のバリヤ層への接着が良好で且つＰＶＤシード層の抵抗性が低いことから、化学気相堆積法より好ましい。ＰＶＤシード層はその上の触媒層の接着を促進させると考えられる。
【００２４】
触媒層及び/又は導電材料層の無電解堆積用装置
[0039]触媒層２４はシード層２２の上に堆積されてもよく、バリヤ層２０上に堆積されてもよく、バリヤ層を用いずに基板構造１０の上に堆積されてもよい。一実施形態においては、触媒層は無電解堆積によって堆積されてもよい。一実施形態においては、触媒層の無電解堆積は、基板構造と１）貴金属イオン、半貴金属イオン、又はその組合せと、スズ（Ｓn）イオンのようなＩＶ族金属イオンを含む水溶液とを接触させることを含んでいる。他の実施形態においては、触媒層の無電解堆積は、基板構造とスズイオンのようなＩＶ族金属イオンを含む水溶液とを接触させることと、その後、基板構造と、貴金属イオン、半貴金属イオン、又はその組合せを含む水溶液とを接触させることとを含んでいる。
【００２５】
[0040]一実施形態においては、銅層のような導電材料層２６は、基板構造と、銅イオンのような導電金属イオンと還元剤とを含む水溶液とを接触させることにより触媒層２４の上に堆積されてもよい。
【００２６】
[0041]触媒層の無電解堆積方法と導電材料層の無電解堆積方法は、無電解堆積チャンバ、電気めっきチャンバ等の、基板と処理溶液とを接触させるように適合したいずれのチャンバでも行うことができる。一実施形態においては、触媒層と導電材料層は同じチャンバ内で堆積されてもよい。他の実施形態においては、触媒層と導電材料層は別個のチャンバ内で堆積される。一態様においては、触媒層と導電材料層を別個のチャンバ内で堆積させることにより、触媒層溶液と導電材料層溶液の反応の結果としてチャンバコンポーネント上に形成し堆積することができるパーティクルの生成が減少する。
【００２７】
[0042]図２は、本明細書に記載される触媒層及び/又は導電材料層の堆積に用いられるチャンバ１００の一実施形態を示す略断面図である。チャンバ１００が触媒層と導電材料層以外の、他のタイプの層を堆積するように構成されてもよいことは当然のことである。
【００２８】
[0043]チャンバ１００は、上側１０４、側壁１０６、底部１０７を含む処理コンパートメント１０２を含んでいる。基板支持体１１２は、基板を“上向き”の位置で基板１０を受容する基板受容面１１４を含んでいる。一態様においては、基板１１０が基板支持体１１２上に“上向き”の位置で配置されたので、基板１１０に加えられる場合の、液体中の気泡の可能性が基板１１０の処理に影響することから減少する。例えば、気泡は液体処理装置内に生じた液体にインサイチュで生じることがあり、ぬれた基板を搬送することにより生じることもある。基板が処理中に“下向きの位置”で配置される場合には、液体中の気泡は気泡の浮力の結果として基板の表面に対して捕捉される。基板が“上向き”の位置にあると、浮力によって気泡が液体中を上がるので基板の表面に対して位置することから液体中の気泡が減少する。基板が上向きの位置にあると、基板搬送メカニズムの複雑さが少なくなり、処理中に基板を洗浄する能力が向上し、ぬれた状態で搬送される基板が基板の汚染及び/又は酸化をできるだけ少なくすることが可能になる。
【００２９】
[0044]基板支持体１１２は、セラミック材料（例えば、アルミナＡl2０3又は炭化ケイ素（ＳiＣ））、ＴＥＦＬＯＮＴＭ被覆金属（例えば、アルミニウム又はステンレス鋼）、ポリマー材料、又は他の適切な材料を含むことができる。本明細書に用いられるＴＥＦＬＯＮＴＭは、Ｔefzel（ＥＴＦＥ）、Ｈalar（ＥＣＴＦＥ）、ＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＰＶＤＦ等のフッ素化ポリマーの属名である。好ましくは、基板支持体１１２はアルミナを含んでいる。基板支持体１１２は、特にセラミック材料又はポリマー材料を含む基板支持体場合、更に、埋め込まれた加熱素子を含んでいる。
【００３０】
[0045]チャンバ１００は、更に、ロボット（図示されていない）が基板１１０をチャンバ１００まで或いはチャンバ１００から分配し回収するように接近するスロット１０８又は開口を含んでいる。或いは、基板支持体１１２は、チャンバ１００まで或いはチャンバから接近するように処理コンパートメントの上側１０４を通って基板を上げることもできる。
【００３１】
[0046]リフトアセンブリ１１６は、基板支持体１１２の下に配置され、基板支持体１１２中のアパーチャ１２０を通ってリフトピン１１８を上下するようにリフトピン１１８に結合することができる。リフトピン１１８は、基板支持体１１２の基板受容面１１４まで基板受容面から上下する。
【００３２】
[0047]モータ１２２は、基板支持体１１２を回転させて基板１１０が回るように基板支持体１１２に結合することができる。一実施形態においては、リフトピン１１８は、基板支持体１１２がリフトピン１１８を別々に回転させるように基板支持体１１２の下の位置に配置することができる。他の実施形態においては、リフトピン１１８は基板支持体１１２とともに回転することができる。
【００３３】
[0048]基板支持体１１２は、基板１１０を所望の温度まで加熱するように加熱することができる。基板支持体１１２の基板受容面１１４は、基板１１０の裏側をほとんど受容して基板１１０の加熱を一様にするような大きさにすることができる。基板の一様な加熱は、特に温度関数である堆積速度を有する堆積プロセスの場合、基板の一貫した処理を与えるために重要な要因である。
【００３４】
[0049]ノズル１２３のような液体流入口は、化学処理溶液、脱イオン水、及び/又は酸溶液のような液体を基板１１０の表面に分配するようにチャンバ１００内に配置することができる。ノズル１２３は、液体を基板１１０の中央に分配するように基板１１０の中央の上に配置してもよく、いかなる位置に配置してもよい。ノズル１２３は、処理コンパートメント１０２の上側１０４の上に又は側壁１１６を通って配置されたディスペンスアーム１２２上に配置することができる。ディスペンスアーム１２２は、基板１１０の中央まで中央からディスペンスアーム１２２とノズル１２３をピボットしスイベルするように適合されている回転式支持部材１２１の回りを移動可能であってもよい。更に又は或いは、ノズル（図示されていない）はチャンバ１００の上側１０４又は側壁１０６上に配置され、液体をあらゆる所望のパターンで基板１１０上に噴霧するように適合されていてもよい。
【００３５】
[0050]単一又は複数の液体供給源１２８a〜f（集団的に“液体供給源”と呼ぶ）はノズル１２３に結合することができる。バルブ１２９は、複数の異なるタイプの液体を供給するために液体供給源１２８とノズル１２３との間に結合することができる。液体供給源１２８は、例えば、具体的なプロセス、脱イオン水、酸又は塩基溶液、塩溶液、貴金属/IＶ族金属溶液（即ち、パラジウムとスズ溶液）、半貴金属/IＶ族金属溶液（即ち、コバルトとスズ溶液）、貴金属溶液、半貴金属溶液、IＶ族金属溶液、銅溶液、還元剤溶液、その組合せによって供給することができる。好ましくは、化学処理溶液は処理される各基板１１０の必要とされる基準に基づいて混合される。化学処理溶液は不安定なので、超純水ユースポイント分配は、溶液がそれらの反応性を失うことを防止する。超純水ユースポイント分配は、また、様式が早期にチャンバ構成要素、流体分配システムの構成要素に堆積することを防止する。例えば、スズ及びパラジウムを含む溶液を流体供給源１２８ａから投与する為に、スズとパラジウムは、流体供給源１２８ａから投与される前に一緒に混合されてもよい。
【００３６】
[0051]バルブ１２９は、化学処理溶液の一部が購入と処分に非常に費用がかかってしまうので計量した量の液体を基板１１０に分配させて化学廃棄物をできるだけ少なくするように適合されていてもよい。一実施形態においては、液体供給源１２８とノズル１２３間の液体経路は液体を基板表面に或る温度で分配するために加熱されてもよい。
【００３７】
[0052]チャンバ１００は、更に、チャンバ１００内に用いられる液体を集め追い出すためにドレイン１２７を含んでいる。処理コンパートメント１０２の底部１０７は、ドレイン１２７と連通している環状チャネルに向かってチャンバ１１０内に用いられる液体の流れを援助するとともに基板支持アセンブリ１１３を液体との接触から防御するように傾斜面を含んでもよい。一実施形態においては、ドレイン１２７はチャンバ内に用いられる液体を回収するように構成されていてもよい。例えば、ドレイン１２７は、再生素子１４に結合されてもよく、無電解堆積溶液のような液体が基板を処理するために再使用されるように再循環、維持、及び/又は化学的に補給することができる。
【００３８】
[0053]液体供給源１２８から、ドレイン１２７から、及び/又は再生素子１４９まで又は再生素子から結合した液体ラインは、液体ライン内に形成されるパーティクルを減少させるように液体で洗浄しパージされてもよい。例えば、液体ラインはウエハ後毎に、一つおきのウエハ後等にパージされてもよい。
【００３９】
[0054]一実施形態においては、基板支持体１１２は回転するように適合されていてもよい。基板支持体１１２の回転速度は、行われる（例えば、堆積、洗浄、乾燥）具体的なプロセスに応じて変えてもよい。堆積の場合、基板支持体１１２は、液体慣性によって基板１１０の表面を横切って液体を拡散させるように、液体の粘度によっては約１０ＲＰＭ〜約５００ＲＰＭのような比較的遅い速度で回転するように適合されてもよい。洗浄の場合、基板支持体１１２は約１００ＲＰＭ〜約５００ＲＰＭのような比較的中程度の速度で回るように適合されてもよい。乾燥の場合、基板支持体は、基板１１０をスピンドライするように約５００ＲＰＭ〜約２０００ＲＰＭのような比較的速い速度で回るように適合されてもよい。基板支持体１１２は、前後の動きで交互の向きに回して基板１１０の表面を一様に横切って液体の拡散を援助するように適合されてもよい。一実施形態においては、ディスペンスアーム１２２は液体の投与中に移動して基板１１０の液体カバレージを向上させるように適合されてもよい。好ましくは、システムのスループットを高めるためにノズル１２３から液体の投与中に基板支持体１１２は回転している。
【００４０】
[0055]基板支持体１１２は、真空を基板の裏面に真空を与えて基板１１０を基板支持体１１２に真空チャックするように真空源１２５に結合した真空ポート１２４を含むことができる。基板１１０の裏面を横切る真空圧が一様になるように真空ポート１２４と連通している基板支持体１１２上に真空グルーブ１２６を形成することができる。一態様においては、真空チャックは、基板１１０と基板支持体１１２間の熱移動を向上させる。更に、真空チャックによって基板支持体１１２の回転中の基板１１０が保持される。
【００４１】
[0056]図３Ａは図２の基板支持体１１２の周辺部の一実施形態を示す略断面図である。基板支持体１１２は、基板１１０の最上部から排水する液体の経路を与えるように基板受容面１１４の周辺部に形成された液体ドレイン１３２を含むことができる。液体ドレイン１３２は、液体が基板支持体１１２から排水することができるように廃棄ポート５０に結合することができる。一実施形態においては、流体ドレイン１３２が基板支持体１１２内に形成されるので基板の縁が液体ドレイン１３２の上に位置する。真空グルーブからの真空圧の損失を防ぐために及び/又は液体が基板１１０の裏面に流れることを防止するために基板支持体１１２の周辺に沿って少なくとも１つの弾性シール１３４a〜bを配置することができる。一実施形態においては、弾性シール１３４aは、基板１１０によって圧縮されるように適合しているフラップ１３６を有する環状吸引カップの形をしている。或いは、弾性シール１３４bはＯリングに似た環状チューブの形をしていてもよい。例えば、２つの弾性シールが用いられる場合には、弾性シール１３４aの１つはもう１つの弾性シール１３４bに対して半径方向に内向きに基板支持体１１２上に配置することができる。他の弾性シール１３５は、アパーチャ１２０を通って真空グルーブ１２６から真空圧の損失を防ぐように基板支持体１１２内のアパーチャ１２０の周りに配置することもできる。
【００４２】
[0057]図３Ｂは、図２の基板支持体１１２の周辺部の一実施形態を示す他の略断面図である。基板支持体１１２は、基板１１０の周辺部の裏面に窒素ガス又は他のガスのようなパージガスを供給するために液体ドレイン１３２の半径方向に内向きに形成されたガス出口１３０を含むことができる。ガス供給源又はガス入口（図示せず）はパージガスのガス出口１３０に結合される。ガス出口１３０を液体ドレイン１３２と連通させるとともに矢印１３１で示されるようにガス出口１３０から液体ドレイン１３２へ半径方向にパージガスを向けるように基板支持体１１２内にチャネル１３３が形成されてもよい。パージガスは、基板１１０の裏面に液体が流れることを防止し、液体ドレイン１３２への液体の流れを援助する。基板支持体１１２は、更に、真空グルーブから真空圧の損失を防ぐために及び/又は基板１１０の裏面に液体が流れることを防止するためにガス出口１３０の半径方向に内向きに基板支持体１１２上に配置された少なくとも１つの弾性シール１３４cを含むことができる。
【００４３】
[0058]図３Ｃは、図２の基板支持体１１２の、周辺部の一実施形態を示す他の略断面図である。チャネル１３３の代わりに又はそれと共に、ガス出口１３０と液体ドレイン１３２間の基板支持体１１２上に少なくとも１つの弾性シール１３４dが配置されてもよい。ガス出口１３０は、弾性シール１３４dの周りに液体湿潤を防止するために正圧を供給することができる。ガス出口１３０は、基板１１０の裏面に液体が流れることを防止するために基板支持体から基板１１０の搬送中に基板１１０の周辺部の裏面に吹き飛ばしガスを供給することができる。更に、ガス出口１３０は、基板１１０の周辺部を良好に真空チャックするために処理中に真空圧を供給することができる。
【００４４】
[0059]図３Ｄは、図２の基板支持体１１２の周辺部の一実施形態を示す他の略断面図である。基板支持体１１２は、真空グルーブから真空圧の損失を防ぐために及び/又は基板１１０の裏面に液体が流れることを防止するために基板受容面１１４の周辺部に形成された少なくとも１つの弾性シール１３４eを含むことができる。基板支持体１１２は、処理液体５４が基板１１０と基板支持体１１２上に集めることができるようにリップ５２を更に含むことができる。一実施形態においては、基板支持体１１２は処理液体５４の慣性によって基板１１０と基板支持体１１２上に集めた処理液体５４を回転して除去するように適合されていてもよい。
【００４５】
[0060]図３Ａ〜図３Ｄに図示され記載されたこれらの“液体シール”は、化学処理溶液が基板１１０の裏面に堆積することを防止する。更に、真空グルーブ１２６を通って真空ポート１２４へ進む場合には、液体や化学処理溶液は真空源を損傷又は遮断してしまう。
【００４６】
[0061]チャンバは、更に、バイアスをかけるために基板に結合した電源を含むことができる。図４は、基板にバイアスをかけるために基板１１０の導電部分に接続した電源６０を示す一実施形態の略図である。電源６０の１つのポールが電気接触部６２によって基板に（即ち、銅シード２２導電層に）結合されている。電気接触部６２は、１９９９年４月８日出願の“Electro-Chemical Deposition System”と称する米国特許出願第０９/２８９,０７４号に詳述されたコンタクトリングであってもよく、その開示内容は全体として援用されている。電源６０のその他のポールは、基板１１０上の液体６６と接触するように適合した電極６４に結合している。電極６４から電気接触部６２を分けるために液体シール６８を基板１１０と接触した状態で配置することができる。
【００４７】
[0062]図５は、基板１１０上に分配される化学処理溶液のような液体の蒸発を防止するために基板受容面１１４上に基板１１０の上に配置され且つ基板１１０を覆う大きさをするように適合した蒸発シールド１３８を更に含んでいる図２のチャンバ１００を示している他の実施形態である。一実施形態においては、触媒層と導電材料層が別個のチャンバ内に堆積する場合には、触媒層の無電解堆積のチャンバは蒸発シールドがなくてもよく、導電材料層の無電解堆積のチャンバは蒸発シールドを有する。或る触媒層の無電解堆積の場合、堆積が比較的低温で比較的時間に起こることから、また、堆積した層が比較的薄くてもよいことから、液体層の蒸発は触媒層の堆積に悪影響を及ぼすことがない。しかしながら、他の実施形態においては、触媒層と導電材料層が別個のチャンバ内に堆積する場合には、触媒層の無電解堆積のチャンバと導電材料層の無電解堆積のチャンバは共に蒸発シールドを有する。
【００４８】
[0063]一実施形態においては、蒸発シールド１３８及び/又は基板支持体１１２は、上下に移動して基板受容面１１４まで基板受容面１１４から基板を搬送することができるように適合することができる。一実施形態においては、蒸発シールド内の液体ポート１４４のような液体導入部は複数又は異なるタイプの液体を供給するように単一又は複数の液体供給源１２８に結合されてもよい。複数又は異なるタイプの液体を供給するようにバルブ１２９が液体供給源１２８と液体ポート１４４との間に結合されてもよい。好ましくは、化学処理溶液は、処理される各基板１１０の必要に応じた基準で混合又は調製される。化学処理溶液が不安定であることがあるので、この使用時点の分配は溶液が反応性を喪失することを防止する。使用時点の分配は、また、チャンバコンポーネントや液体分配システムコンポーネント上に溶液が早期に堆積することを防止する。化学処理溶液の一部が購入や処分に非常に費用がかかるので定量した量の液体を基板１１０に分配して化学廃棄物をできるだけ少なくするようにバルブ１２９を適合することもできる。一実施形態においては、或る温度で液体を基板表面に分配するために液体供給源１２８と液体ポート１４４間の液体経路が加熱されてもよい。
【００４９】
[0064]一実施形態においては、蒸発シールド１３８を、単独で又は加熱した基板支持体１１２と共に基板上の液体を加熱するために加熱することができる。蒸発シールド１３８は、蒸発シールド１３８の中に埋め込まれた加熱素子で加熱することができる。或いは、蒸発シールドは、蒸発シールドと接触した状態で加熱した液体を循環することにより加熱することができる。或いは、蒸発シールド１３８は、加熱ランプで加熱することができる。
【００５０】
[0065]一実施形態においては、蒸発シールド１３８は、ポリマー（例えば、ポリエチレン又はポリフッ化ビニリデン）、セラミックス（例えば、アルミナ）、石英、又は被覆金属（例えば、ＴＥＦＬＯＮＴＭ被覆金属）を含む群より選ばれた材料を含むことができる。蒸発シールド１３８が下記の脱ガス膜を含む場合、蒸発シールド１３８はポリマーを含むことが好ましい。
【００５１】
[0066]図６は、基板支持体１１２の周辺部の蒸発シールド１３８を示す一実施形態である。蒸発シールド１３８は、基板１１０から蒸発シールド１３８の底側と基板１１０との間に隙間１３７があるように位置してもよい。一実施形態においては、液体層１４０の底側が基板１１０と接触し且つ液体層１４０の上側が蒸発シールド１３８と接触している隙間１３７に液体層１４０を形成するように基板１１０上に液体を分配することができる。蒸発シールド１３８が基板受容面１１４から離れすぎて配置される場合には、液体層１４０は蒸発シールド１３８の底部と接触できず、液体の凝縮が蒸発シールド１３８上で起こってしまう。更に、蒸発シールド１３８は基板受容面１１４から離れすぎて配置される場合には、液体の位置は基板１１０と蒸発シールド１３８間で制御不能になってしまう。蒸発シールド１３８上の凝縮は、基板１１０上に液体のはねが生じることがあり且つ基板１１０の表面上の処理の一様性に影響を及ぼすことがある蒸発シールド１３８から液体の滴下を生じることがある。一実施形態においては、蒸発シールド１３８は、隙間の大きさが約０.５ミリメートル〜約４ミリメートルであるように基板１１０上に配置される。それ故、３００mm径を有する基板１１０の場合、液体層１４０の体積（基板の面積×隙間の厚さ）は約３５ml〜約２８５mlである。同様に、２００mm径を有する基板１１０の場合、液体層１４０の体積は約３５ml〜約２８５mlである。他の実施形態においては、蒸発シールド１３８の底側は基板受容面１１４上に配置された基板１１０とほぼ平行に配置されて基板１１０の上の液体層１４０の厚さがほぼ一様になる。一実施形態においては、蒸発シールド及び/又は基板支持体１１２は、蒸発シールド１３８と基板支持体１１２間の隙間１３７の大きさを調節するように上下に移動するように適合されてもよい。一実施形態においては、液体ポート１４４又はドレインは、液体を他の基板の処理に再使用するか又は液体を処分するように適合されてもよい。例えば、液体ポート１４４は、無電解堆積溶液のような液体が再循環、維持、及び/又は基板を処理するために再使用されるように化学的に補給されるように再生素子１４９に結合することができる。
【００５２】
[0067]蒸発シールド１３８は、更に、液体層１４０と接触しているように適合されている蒸発シールド１３８の底面として脱ガス膜を更に含んでもよい。脱ガス膜は、空気の通過を可能にするが液体は可能にしない通気材料を含んでいる。結果として、液体層１４０中のガス（例えば、銅の無電解堆積中に生成した溶存水素又は捕捉された気泡）は脱ガス膜１４１を通ってガスを交換することにより除去することができる。一実施形態においては、脱ガス膜は、蒸発シールド１３８の底側の膜支持体１４３上に配置される。膜支持体１４３は、多孔性ポリマー支持体を含むことができる。一態様においては、触媒層及び/又は無電解堆積した導電層のアニール（後述される）は、蒸発シールドの脱ガス膜１４１が液体層１４０において十分なガスを除去することから必要としない。蒸発シールド１３８は、液体層１４０から脱ガス膜１４１を通って蒸発シールド１３８へガスの通過を可能にするためにその中に形成されたプレナム１４６（図５に図示されている）を更に含むことができる。一態様においては、脱ガス膜１４１によって液体層１４０中のガスの交換を促進するために蒸発シールド１３８のプレナムポート１４８（図５に図示されている）によりプレナムへ真空圧又はわかったガスの制御された低分圧を供給することができる。
【００５３】
[0068]図７は、シール１４２と共に用いられた蒸発シールド１３８を示す他の実施形態である。シール１４２は、蒸発シールド１３８の周辺部に結合することができ及び/又は基板支持体１１２上の周辺部に結合することができる。シール１４２は、蒸発シールド１３８と基板受容面１１４上の基板１１０間の隙間を維持するような大きさである。シール１３８は、また、基板１１０上に分配される液体の蒸発を防ぐことができる。
【００５４】
[0069]一実施形態においては、蒸発シールド１３８はそれ自体乾燥するために回転させてもよい。他の実施形態においては、蒸発シールド１３８及び/又は基板支持体１１２は、蒸発シールド１３８と基板１１２間の液体層１４０を混合するために回転することができる。例えば、液体層１４０を混合するために、蒸発シールド１３８は静止し得るが基板支持体１１２は回転する；蒸発シールド１３８は回転し得るが基板支持体１１２は静止する；及び/又は蒸発シールド１３８と基板支持体１１２は同じ向き又は反対の向きに回転することができる。一実施形態においては、蒸発シールド１３８と基板支持体１１２は、後ろと前の動きで交互方向に共に回転し、運動量の変化が液体層１４０の混合を援助する。蒸発シールド１３８と基板支持体１１２がシール１４２を更に含む場合には、蒸発シールド１３８及び/又は基板支持体１１２の表面がシール１４２に対して摩擦することとパーティクルを生成することを防ぐために液体層１４０を混合するために蒸発シールド１３８と基板支持体１１２が共に回転することが好ましい。
【００５５】
[0070]蒸発シールド１３８の底面は、液体層１４０の混合を援助するためにチャネル、脈又は突出のような液体撹拌コンポーネント１４５（図６と図７）を更に含むことができる。チャネル、脈又は突出は、蒸発シールド１３８の底面に半径方向に又はアレイとしてのようにいかなるパターンでも形成することができる。蒸発シールド１３８は、液体層１４０の撹拌を援助するために基板１１０上に配置された液体層１４０にメガソニック周波数まで低キロヘルツ周波数間の音響波のような音響波を供給するように適合したトランスデューサ１４７（図６と図７）を更に含むことができる。トランスデューサ１４７は、音響波が蒸発シールド１３８を通って液体層に結合するように蒸発シールド１３８に対して配置することができる。或いは、トランスデューサ１４７a（図５）は、液体層と接触して音響波を供給するように適合されているロッド１４７b（図５）を含むことができる。例えば、トランスデューサは、音響波を液体層１４０に供給するために液体層１４０へ伸びている蒸発シールド１３８の液体ポートに設けられた中空ロッドを含むことができる。一実施態様においては、低キロヘルツ周波数を供給するトランスデューサは、液体層１４０での泡の空洞化を防ぐために用いられる。液体層１４０での泡の空洞化は、基板の処理に有害な作用を及ぼすので、望ましくない。トランデューサ（図示されない）は、基板支持体１１２に結合することもできる。
【００５６】
[0071]図８は、触媒層及び/又は導電材料層の無電解堆積に用いられるチャンバ１５０の一実施態様を示す略断面図である。チャンバ１５０の或るコンポーネントは、上記チャンバ１００について記載されたものと同じか又は似ている。従って、適切な場合には同様の番号が用いられている。チャンバ１５０は、基板受容面１５４が基板１５１を上向きの位置で受容するように適合された基板支持体１５２を含んでいる。基板支持体は、基板の裏面を真空にして基板１５１を基板支持体１５２に対して真空チャックするようにベローズ１５９と連通している真空ポート１５６を更に含んでいる。基板１５１の裏面を横切る真空圧が一様になるように真空ポート１５６と連通している基板支持体１５２上に真空グルーブ１５８が形成されてもよい。ベローズ１５９が拡張する場合、真空が生じて基板１５１を基板支持体１５２に対してチャックする。ベローズ１５９が収縮する場合、真空がゆるみ、基板１５１を基板支持体１５２から取り出すことができる。一態様においては、一部の液体がベローズ１５９の簡単なメカニズムを損傷せずにベローズ１５９に入ることができることから、また、一定量の液体だけがベローズ１５９に入ることができることから、図３に示されるようなガス出口や液体ドレインを必要としない。
【００５７】
[0072]図９は、触媒層及び/又は導電材料層の無電解堆積に用いられるチャンバ１６０の他の実施形態を示す略断面図である。チャンバ１６０は、基板受容面６４が基板を上向きの位置に受容するように適合された基板支持体１６２を含んでいる。チャンバ１６０は、基板支持体１６２に対して基板１６１を保持するためにクランプリング１６６を更に含んでいる。一態様においては、クランプリング１６６によって、基板１６１と加熱した基板支持体１６２間の熱移動が改善される。他の態様においては、クランプリング１６６によって基板支持体１６２の回転中の基板が保持される。更に他の態様においては、クランプリング１６６の厚さは、処理中の基板１６２の表面上に液体のパドル１６８を形成するように用いられる。チャンバ１６０は、基板１６１上に分配される液体の蒸発をできるだけ少なくするようにクランプリングの上側に位置するように適合された可動カバー１６９を更に含むことができる。流体導入５８は、基板１６１に流体を供給するために可動カバー１６９に結合することができる。流体導入５８は、パドル１６８の蒸発を少なくするために小オリフィスを持つように適合されている。
【００５８】
[0073]一実施形態においては、図２〜９の無電解堆積チャンバは、処理中に用いられる液体の回収を援助するために多重レベルチャンバであるように適合されてもよい。図１０は、多重レベルチャンバ２２００の一実施形態を示す断面図である。一般に、多重レベルチャンバ２２００は、基板支持部材２２０４と、溶液を多重レベルチャンバ２２００へ基板２２０２の上に又は処理すべき基板表面の向きに供給する溶液入口２２４０を含んでいる。多重レベルチャンバ２２００は、セルエンクロージャ２１００を画成し、エンクロージャリッド２１０２と、エンクロージャ側壁２１０４と、エンクロージャ底側２１０６とを含んでいる。エンクロージャ側壁２１０４は、多重レベルチャンバ２２００へ多重レベルチャンバ２２００から基板を搬送するための開口２２８０と、開口２２８０をシールするためのゲートバルブ２２８２とを含んでいる。多重レベルチャンバ２２００には、多重レベルチャンバ２２００の上部に配置された蒸発シールド又はカバー２２３０が含まれてもよい。
【００５９】
[0074]動作中、基板２２０２は、引き込まれている基板支持部材２２０４の上の開口２２８０を通るロボットブレード１０８８によって多重レベルチャンバ２２００へ搬送される。基板２２０２は基板支持部材２２０４の上に位置し、リフトピン台２３２０が上昇する。基板２２０２は、リフトピン台２３２０上のリフトピン２２７２によってロボットブレード１０８８の上に持ち上げられる。その後、ロボットブレード１０８８は多重レベルチャンバ２２００から引き込まれ、ゲートバルブ２２８２を閉じて処理環境をシールする。リフトピン台２３２０はリフトピン２２７２を下げて基板２２０２を基板支持面２２０６に配置させる。真空チャックによって基板２２０２が基板支持面２２０６上に保持され、液体シール２２９８によって基板２２０２の裏面が処理化学薬品からシールされる。真空ポンプ及び/又はガスポンプ/供給部が基板支持部材２２０４に結合されてもよい。例えば、真空ポンプは、基板２２０２を基板支持部材２２０４に対して真空チャックするように真空にすることができる。更に、例えば、ガスポンプ/供給部は基板２２０２の周辺部にパージガスを供給することもできる。
【００６０】
[0075]その後、支持部材２２０４は、基板２２０２はキャッチアップカップ２２４６の上に配置される処理位置にモータによって上昇する。一実施形態においては、基板２２０２は蒸発シールド/カバー２２３０に接近して配置される。或いは又は更に、蒸発シールド/カバー２２３０は、基板まで基板から移動するように適合されてもよい。キャッチカップ２２４６は、多重レベルチャンバ２２００のエンクロージャ側壁２１０４から内向きに伸びている構造である。処理位置で、エンクロージャ上側２１０２の溶液入口２２４０を通って基板表面に溶液がポンプで送られる。溶液が基板表面の上に流れた後、キャッチカップ２２４６が溶液を集めるように適合されている。その後、溶液は液体ドレイン２２４４に流し込まれ、多重レベルチャンバ２２００から出口２２５８を通ってポンプで送られる。溶液は、電解レザバー１０９４へ回収されるとともに溶液入口２２４０に再循環される。溶液をダンプすることもできる。
【００６１】
[0076]処理後、基板２２０２は、１つ以上のリンススプレー噴出部２２６０によって画成された水平面より下であるがリンスキャッチカップ２２６４の先端によって画成された水平面より上の洗浄位置に下げることができる。リンススプレー噴出部２２６０は、基板２２０２の上に洗浄剤を噴射する。洗浄剤は、リンスドレイン２２７０を通ってセル２２００の底に排水され、セル２２００から出口２２５９を通って洗浄剤レザバー１０９６へポンプで送られる。基板支持部材２２０４は、基板２２０２をスピン乾燥するために回転させてもよい。清浄器１１９４、１１９６は、コストのかかる成分（例えば、Ｐd、Ｓn等）又は環境的に都合の悪い成分（例えば、金属、錯化剤等）を収集又は再循環するために出口２２５８と２２５９に結合することができる。
【００６２】
[0077]シャッタープレート（図示されていない）は、多重レベルチャンバ２２２０の或る領域を分けるために配置することができる。例えば、シャッタープレートは、蒸発シールド/カバー２２３０から基板２２０２に残留溶液が滴下することを制御するように蒸発シールド/カバー２２３０の下に配置することができる。他の実施例においては、シャッタープレートは、リンス噴出部２２６０からの洗浄剤をキャッチカップ２２４６へはねることを防止するためにキャッチカップ２２４６の上に配置することができる。或いは、蒸発シールド/カバー２２３０は、蒸発シールド/カバー２２３０から基板２２０２に滴下することを防止するために方向から移動するように適合することができる。具体的な多重レベルチャンバは、１９９９年４月１９日出願の“Electro-Chemical Deposition Cell For Face-Up Processing Of Single Semiconductor Substrates”と称する同時係属米国特許出願第０９/２９４,２４０号に詳述され、本発明の一致した範囲として本明細書に援用されている。
【００６３】
[0078]図１１は、触媒層及び/又は導電材料層の堆積に用いられるチャンバ１７０の他の実施形態を示す略断面図である。チャンバ１７０は、基板受容面１７４が基板１７１を下向きの位置で保持するように適合されている基板ホルダ１７２を含んでいる。基板ホルダ１７２は、基板１７１を所望の温度に加熱するように加熱することができる。基板ホルダ１７２の基板受容面１７４は、基板１７１の加熱が一様になるように基板１７１の裏面をほぼ受容する大きさであってもよい。基板ホルダ１７２は、基板１７１の裏面を真空にして基板１７１を基板ホルダ１７２に対して真空チャックするように真空源１８３に結合した真空ポート１７３を更に含んでいる。基板ホルダ１７２は、液体が基板１７１の裏面に対して、また、真空ポート１７３へ流れることを防止するために真空シール１８１と液体シール１８２を更に含むことができる。チャンバ１７０は、液体ポート１７７のような液体導入部をもつボウル１７６を更に含んでいる。液体ポート１７７は、液体供給源１７８a〜c、液体リターン部１７９a〜b、及び/又はガス供給源１８０に結合されてもよい。
【００６４】
[0079]基板ホルダ１７２は、基板ホルダ１７２を上下するように適合された基板ホルダアセンブリに更に結合されてもよい。一実施形態においては、基板ホルダアセンブリは基板１７１をパドル又は浴へ浸漬するように適合されてもよい。他の実施形態においては、基板アセンブリは基板１７１とボウル１７６間に隙間を設けるように適合されてもよい。液体供給減１７８は、液体を液体ポート１７７を通って供給して基板１７１とボウル１７６間の隙間を液体層で充填するように適合している。基板アセンブリは、基板ホルダ１７６を回転して液体層を撹拌するように適合されてもよい。基板ホルダ１７２及び/又はボウル１７６は、液体層の撹拌を援助するために基板１７１上に配置された液体層に超音波周波数やメガソニック周波数の音響波のような音響波を供給するトランデューサ１８４を更に含むことができる。基板ホルダ１７２は、液体層の撹拌を援助するために振動するように適合されてもよい。一態様においては、液体層の撹拌によって、液体層に捕捉され又は処理中に生成した気泡が処理や堆積に影響することを防止する。例えば、液体層の撹拌によって、基板１７１の表面の残っている気泡が離れる。
【００６５】
[0080]ボウルは、液体層を所望の温度に加熱するためにヒータを更に含むことができる。液体層による処理が完了した後、他の基板の処理に再使用するための液体を再生するために液体がドレイン又は液体ポート１７７を通って進むように液体リターン部が適合されている。ガス供給源１８０は、窒素のようなガスを供給して基板１７１の表面にガスを流すように適合されている。基板ホルダアセンブリは、基板ホルダ１７２を回転して基板１７１をスピン乾燥するように更に適合されてもよい。チャンバ１７０は、チャンバ１７０からチャンバ１７０まで搬送するために基板１７１を保持するように適合した引き込み可能フープ１７５を更に含むことができる。例えば、引き込み可能フープ１７５は２つの部分リング（即ち、それぞれ“ｃ”のような形をした）を含むことができる。リングは基板１７１を受容するために共に移動することができる。リングは、基板ホルダ１７２をボウル１７６に接近して下げることができるように離して移動することができる。
【００６６】
[0081]図１２は、触媒層及び/又は導電材料層の堆積に用いられるチャンバ１９０の他の実施形態を示す略断面図である。チャンバ１９０は、下ボウル１９１と上ボウル１９２を含んでいる。下ボウル１９１は、基板１９３を上向き又は下向きの位置に保持するように適合されている。上ボウル１９２は、チャンバ１９０からチャンバ１９０まで基板を搬送するために上下に移動するように適合されている。上ボウルは、更に、移動して下ボウル１９１と接触するように適合されている。上ボウル１９２と下ボウル１９１間にシールが配置されてその間に液体シールが設けられる。下ボウル１９１は、液体供給部１９６と液体リターン部１９７に結合した液体ポート１９５のような液体導入部を更に含んでいる。液体供給部１９６は、液体を下ボウル１９１に供給するように適合されている。一実施形態においては、液体は下ボウル１９１と上ボウル１９２を充填するように適合されている。下ボウル１９１及び/又は上ボウル１９２は、加熱されてもよい。液体層による処理が完了した後、他の基板の処理に再使用するために液体を再生するために液体をドレイン又は液体ポート１９５を通って進むように液体リターン部１９７が適合される。一実施形態においては、チャンバ１９０はチャックメカニズムを持たずに設計することができる。銅無電解堆積が主に触媒層又は金属表面上にのみ生じることから銅導電層の無電解堆積が有利であるようにチャンバ１９０を用いることができる。
【００６７】
[0082]図２〜図１２のチャンバは、２００mm基板、３００mm基板、又はあらゆるサイズの処理に適合することができる。チャンバは、単一基板処理に図示されてきた。しかしながら、チャンバはバッチ処理に適合することができる。チャンバは、液体の単一使用に適合することができ、液体を再循環するように適合することもでき、多くの基板に再使用してからダンプする。例えば、一実施形態においては、液体を再循環するために適合されているチャンバは、処理中に再使用される或る液体を選択的に転換するドレインを含んでいる。チャンバが液体を再循環するように適合される場合には、ラインでの堆積やラインの閉塞を防止するために液体ラインを洗浄しなければならない。チャンバの実施形態を或る素子と特徴とともに記載してきたが、チャンバが異なる実施形態からの素子と特徴の組合せを持つことができることは理解される。
【００６８】
[0083]触媒層及び/又は導電材料層を堆積する方法は、熱アニールチャンバ内で基板をアニールすることを含むことができる。熱アニールプロセスチャンバは、一般的には周知であり、急速熱アニールチャンバは、典型的には基板処理システムに用いられて堆積した材料の性質を高める。本発明は、無電解堆積結果を高めるためにホットプレート設計、ヒートランプ設計、又は炉設計を含む様々な熱アニールチャンバ設計を用いることを企図している。具体的な一炉設計は、基板をアニールするために炉チャンバの高温ゾーンにおいて加熱したガスの使用を含んでいる。炉チャンバは、低温ゾーンを更に含んでいる。基板は、炉チャンバの低温ゾーン内のリフトピン上に基板を載置することにより炉チャンバへ搬送される。その後、基板はリフトピンにより高温ゾーンへ上げられて基板をアニールする。その後、基板は低温ゾーンへ戻されて基板を冷却することができる。
【００６９】
[0084]本発明に用いられる具体的な一熱アニールチャンバは、カリフォニア州サンタクララにあるアプライドマテリアルズ社から入手できるxＺＴＭチャンバである。図１３は、急速熱アニールチャンバの一実施形態を示す略断面図である。ＲＴＡ９００チャンバは、クロージャ９０２を画成し、ヒータプレート９０４と、ヒータ９０７と、複数の基板支持ピン９０６を含んでいる。エンクロージャ９０２は、ベース９０９８と、側壁９１０と上側９１２とによって画成されている。好ましくは、低温プレート９１３はエンクロージャの上側９１２の下に配置されている。好ましくは、反射絶縁皿９１４は、ベース９０８上のエンクロージャ９０２の内部に配置されている。反射絶縁皿９１４は、典型的には高温（即ち、約５００℃より高い）に耐えうる材料から製造され、ヒータ９０７とエンクロージャ９０２間の熱絶縁体として働く。皿９１４は、ヒータプレート９０４に熱を戻すために金のような反射材料で被覆することもできる。
【００７０】
[0085]ヒータプレート９０４は、システム内で処理される基板と比べて質量が大きいことが好ましく、炭化ケイ素、石英、又はＲＴＡチャンバ９００内でのあらゆる周囲ガスと又は基板材料と反応しない他の材料のような材料から製造されることが好ましい。ヒータ９０７は、典型的には、抵抗加熱素子又は導電/輻射熱源を含み、ヒータプレート９０４と反射絶縁皿９１４間に配置される。ヒータ９０７は、ヒータ９０７を加熱するために必要とされるエネルギーを供給する電源９１６に接続される。好ましくは、熱電対９２０は、ベース９０８と皿９１４を通って配置されたコンジット９２２内に配置され、ヒータプレート９０４へ伸びている。熱電対９２０はコントローラ（即ち、下記システムコントローラ）に接続され、コントローラに温度測定を与える。その後、コントローラは、温度測定と所望のアニール温度に従ってヒータ９０７によって供給される熱を上昇又は降下させる。
【００７１】
[0086]エンクロージャ９０２は、好ましくは、エンクロージャ９０２を冷却するために側壁９１０と熱接触した状態でエンクロージャ９０２の外部に配置された冷却部材９１８を含んでいる。上側９１２の内側面上に配置された冷却プレート９１３は、冷却プレート９１３と密接に接近して位置する基板を冷却する。
【００７２】
[0087]ＲＴＡチャンバ９００は、装填ステーション搬送ロボットを用いることによりＲＴＡチャンバへＲＴＡチャンバから基板の搬送を容易にするためにエンクロージャ９０２の側壁９１０上に配置されたスリットバルブ９２２を含んでいる。スリットバルブ９２２は、装填ステーションと連通しているエンクロージャの側壁９１０上の開口９２４を選択的にシールする。
【００７３】
[0088]基板支持ピン９０６は、高温抵抗材料から構築された末端が細くなった部材を含むことが好ましい。各基板支持ピン９０６は、ヒータプレート９０４を通って伸びている熱酸化抵抗材料から製造されていることが好ましい管状コンジット９２６内に配置されている。基板支持ピン９０６は、基板支持ピン９０６を一様な方法で移動するためにリフトプレート９２８に接続されている。リフトプレート９２８は、リフトプレート９２８を移動してＲＴＡチャンバ内の様々な縦の位置で基板の配置を容易にするリフトシャフト９３２を介してステッパモータのようなアクチュエータ９３０に装着されている。リフトシャフト９３２は、エンクロージャ９０２のベース９０８を通って伸び、シャフトの周りに配置されたシーリングフランジ９３４によってシールされている。
【００７４】
[0089]基板をＲＴＡチャンバ９００へ搬送するために、スリットバルブ９２２が開放され、基板が開口を通ってＲＴＡチャンバへ配置されたロボットブレードを装填ステーション搬送ロボットが伸長する。装填ステーション搬送ロボットのロボットブレードがヒータプレート９０４の上のＲＴＡチャンバ内に基板を配置し、基板支持ピン９０６が上向きに伸びてロボットブレードの上に基板を持ち上げる。その後、ロボットブレードがＲＴＡチャンバから引き込み、スリットバルブ９２２が開口を閉じる。その後、基板支持ピン９０６が引き込められて基板をヒータプレート９０４から所望の距離まで下げる。ヒータプレートと直接接触した状態に基板を置くために基板支持ピン９０６が完全に引き込められてもよい。
【００７５】
[0090]好ましくは、アニール処理プロセス中にＲＴＡチャンバ９００への選択ガスフローを可能にするためにエンクロージャ９０２の側壁９１０を通ってガス入口９３６が配置される。ガス入口９３６は、ＲＴＡチャンバ９００へのガスの流れを制御するためにバルブ９４０を介してガス供給源９３８に接続されている。ガス出口９４２は、ＲＴＡチャンバ内のガスを排気するためにエンクロージャ９０２の側壁９１０の下部に配置されることが好ましく、チャンバの外部からガスの逆流を防ぐためにリリーフ/チェックバルブ９４４に接続されることが好ましい。任意により、アニール処理中にＲＴＡチャンバを所望の真空レベルまで排気するためにガス出口９４２が真空ポンプ（図示せず）に接続される。ＲＴＡチャンバは、１９９９年３月５日出願の“Apparatus for Electro Chemical Deposition of Copper Metallization with the Capability of In-Situ Thermal Annealing”と称する同時係属米国特許出願第０９/２６３,１２６号に更に記載されており、本発明と一致する範囲として本明細書に援用されている。
【００７６】
[0091]図１４は、触媒層の堆積と導電材料層の無電解堆積に用いられる無電解堆積システム台２００の一実施形態を示す略正面図である。堆積セルを有する無電解堆積システム台２００は、１９９９年４月８日出願の“Electro-Chemical Deposition System”と称する同時係属米国特許出願第０９/２８９,０７４号と、１９９９年３月５日出願の“Apparatus for Electro Chemical Deposition of Copper Metallization with the Capability of In-Situ Thermal Annealing”と称する同時係属米国特許出願第０９/２６３,１２６号に記載されており、いずれも本発明と一致する範囲として本明細書に援用されている。
【００７７】
[0092]無電解堆積システム台２００は、一般的には、装填ステーション２１０と、熱アニールチャンバ２１１と、メインフレーム２１４と、電解液補充システム２２０とを含んでいる。メインフレーム２１４は、一般的には、メインフレーム搬送ステーション２１６と、スピンリンス乾燥（ＳＲＤ）ステーション２１２と、６個の処理セル２４０とを含んでいる。メインフレーム２１４は、堆積プロセスを完了するのに必要とされる種々のステーションを支持するためにカットアウトを有するベース２１７を含んでいる。電解液補充システム２２０は、メインフレーム２１４に隣接して位置し、プロセスセル２４０に接続されて無電解堆積プロセスに用いられる電解液を個別に循環する。無電解堆積システム台２００は、典型的にはプログラム可能なマイクロプロセッサを含む、システムに電力を供給するための電源ステーション２２１と制御システム２２２を含んでいる。
【００７８】
[0093]装填ステーション２１０は、好ましくは、１つ以上の基板カセット受容領域２２４と、１つ以上の装填ステーション搬送ロボット２２８と、少なくとも１つの基板オリエンタ２３０とを含んでいる。装填ステーション２１０に含まれる多くの基板カセット受容領域、装填ステーション搬送ロボット２２８、基板オリエンタは、システムの所望のスループットに従って構成し得る。一実施形態で示されるように、装填ステーション２１０は２つの基板カセット受容領域２２４，２つの装填ステーション搬送ロボット２２８、１つの基板オリエンタ２３０を含む。基板２３４を含有する基板カセット２３２が基板受容領域２２４に装填されて基板２３４が無電解堆積システム台へ導入される。装填ステーション搬送ロボット２２８は、基板カセット２３２と基板オリエンタ２３０の間に基板２３４を搬送する。装填ステーション搬送ロボット２２８は、当該技術において一般に既知の典型的な搬送ロボットを含んでいる。基板オリエンタ２３０は、各基板２３４の位置を所望の向きにして基板が適切に処理されることを行わせる。装填ステーション搬送ロボット２２８は、基板２３４を装填ステーション２１０とＳＲＤステーション２１２の間と装填ステーション２１０と熱アニールチャンバ２１１の間に搬送する。装填ステーション２１０は、好ましくは、システムを通って基板の効率の良い搬送を容易にするために必要とされる基板を一時的に貯蔵するための基板カセット２３１を含んでいる。
【００７９】
[0094]メインフレーム搬送ロボット２４２は、メインフレーム２１４の中央に配置することができる。メインフレーム搬送ロボット２４２は、処理ステーションとＳＲＤステーションを含む、メインフレームステーションに装着された異なるステーション間に基板を搬送する働きをする。メインフレーム搬送ロボット２４２は、相互に別々に可動する複数のロボットアーム２４０４を含んでいる。主搬送ロボット２４２は、メインフレームに装着された異なるステーション間に基板を搬送できる。
【００８０】
[0095]急速加熱アニール（ＲＴＡ）チャンバ２１１は装着ステーション２１０に接続されることが好ましく、基板は装着ステーション搬送ロボット２２８によってＲＴＡチャンバ２１１へＲＴＡチャンバ２１１から搬送される。無電解堆積システムは、好ましくは、装填ステーション２１０の対称設計に相対して装填ステーション２１０の反対側に配置された２つのＲＴＡチャンバ２１１を含んでいる。
【００８１】
[0096]ＳＲＤステーション２１２は、１つ以上のＳＲＤモジュール２３６と１つ以上の基板通過カセット２３８を含んでいる。好ましくは、ＳＲＤステーション２１２は装填ステーション搬送ロボット２２８に対応する２つのＳＲＤモジュール２３６を含み、基板通過カセット２３８は各ＳＲＤモジュール２３６の上に位置している。基板通過カセット２３８は装填ステーション２１０とメインフレーム２１４間の基板搬送を容易にする。基板通過カセット２３８は、メインフレーム搬送ステーション２１６において装填ステーション搬送ロボット２２８と搬送ロボット２４２双方へ、また、その双方から接近する。
【００８２】
[0097]無電解堆積システムの一実施形態においては、６個の処理セル２４０は、触媒層の堆積用の２つの無電解堆積チャンバ（例えば、図２〜図１２によって記載されたチャンバ）と、導電材料層の堆積用の、４つの無電解堆積チャンバ（例えば、図２〜図１２によって記載されたチャンバ）を含んでいる。他の実施形態においては、６個の処理セル２４０は、無電解堆積により触媒層と導電材料層双方を堆積するように適合されている６個の二重目的無電解チャンバ（例えば、図２〜１２によって記載されたチャンバ）を含んでいる。他の実施形態においては、更に、６個の処理セル２４０の少なくとも１つは導電材料層を堆積するための電気めっきチャンバを含んでいる。例えば、システムは、触媒層を堆積するための２つの無電解堆積チャンバ（例えば、図２〜図１２によって記載されたチャンバ）と、導電材料層を堆積するための２つの無電解堆積チャンバ（例えば、図２〜図１２によって記載されたチャンバ）と、導電材料層を堆積するための２つの電気めっきチャンバとを含んでいる。或いは、システムは、触媒層と導電材料層双方と導電材料層を堆積するための２つの電気めっきチャンバを堆積するように適合されている４つの二重目的無電解チャンバを含むことができる。
【００８３】
[0098]図１５は、触媒層の無電解堆積と導電材料層の無電解堆積に用いられる無電解堆積システム台３００の他の実施形態を示す略正面図である。無電解堆積システム台３００は、一般的には、カセット３０２と、触媒層を堆積するように適合されている無電解チャンバ３０４（例えば、図２〜図１２によって記載されたチャンバ）と、導電材料層を堆積するように適合されている無電解堆積チャンバ３０６（例えば、図２〜図１２によって記載されたチャンバ）、ＳＲＤチャンバ３０８と、アニールチャンバ３１０（例えば、図１３によって記載されたチャンバ）とを備える。１つ以上の搬送ロボット３１２は、異なるチャンバ間に、また、カッセト３０２まで或いはカセット３０２から基板を搬送するための台３００の中央に堆積することができる。
【００８４】
[0099]触媒層の堆積と導電材料層の無電解堆積に用いられる無電解堆積システム台（図示されていない）の他の実施形態は、触媒層を堆積するための２つの無電解堆積チャンバと、導電材料層を堆積するための４つの無電解堆積チャンバと、導電材料層を堆積するための４つの電気めっきチャンバとを備える。
【００８５】
触媒層の無電解堆積方法
[00100]本明細書に記載されるチャンバと台は種々のプロセスを実施するために用いることができる。例示的なプロセスをここで記載する。一実施形態においては、触媒層の無電解堆積は、基板構造と、１）貴金属イオン、半貴金属イオン、又はその組合せと、２）スズイオンのようなIＶ族金属イオンとを含むコロイドを備える無電解堆積水溶液とを接触させることを備える。他の実施形態においては、触媒層の無電解堆積は、基板構造と、スズイオンのようなIＶ族金属イオンの無電解堆積水溶液とを接触させ、その後、基板構造と、貴金属イオン、半貴金属イオン、又はその組合せを含む無電解堆積溶液とを接触させることを備える。貴金属の例としては、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、レニウム、水銀、ルテニウム、又はオスミウムが挙げられる。好ましくは、本方法に用いられる貴金属はパラジウム又は白金を含み、最も好ましくは、貴金属はパラジウムを含んでいる。半貴金属の例としては、鉄、コバルト、ニッケル、銅、炭素、アルミニウム又はタングステンが挙げられる。好ましくは、本発明に用いられる半貴金属はコバルト、ニッケル、又はタングステンを含んでいる。IＶ族金属の例としては、スズ、チタン、又はゲルマニウムが挙げられる。好ましくは、本方法に用いられるIＶ族金属はスズを備える。
【００８６】
[00101]貴金属/半貴金属（本明細書に用いられる“貴金属/半貴金属”は貴金属及び/又は半貴金属を意味する）とIＶ族金属を無機塩及び/又は有機塩として無電解堆積溶液に添加することができる。用いることができる塩の例としては、塩化物、臭化物、フッ化物、フルオロホウ酸塩、ヨウ化物、硝酸塩又は硫酸塩が挙げられる。好ましくは、金属塩は塩化パラジウム（ＰdＣl2）、クロロ白金酸（Ｈ2ＰtＣl6）、又は塩化第一スズ（ＳnＣl2）のような塩化物である。
【００８７】
[00102]一実施形態においては、IＶ族金属イオンと貴金属イオン/半貴金属イオンが別個に堆積されるにしてもコロイドとして共に堆積されるにしても、無電解堆積に用いられるIＶ族金属イオンと貴金属イオン/半貴金属イオンとの比（例えば、ＳnとＰdとの比）は約１：１〜約４０：１である。好ましくは、触媒層を堆積するための無電解堆積溶液は酸性である。用いることができる酸としては、塩酸（ＨＣl）、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、フルオロホウ酸（ＨＢＦ4）、ヨウ化水素酸（ＨI）、又は酢酸（ＣＨ3ＣＯＯＨ）が含まれる。好ましくは、塩酸が用いられる。一実施形態においては、触媒層を堆積するための無電解堆積溶液の初期pＨは約１以下である。一実施形態においては、触媒層を堆積するための無電解堆積溶液は、約０.３g/l〜約１.４g/lのＰdと；約１５g/l〜約６０g/lのＳn又は好ましくは２５〜約３０g/lのＳnと；約２０％〜約６０％/容量のＨＣlのような強酸又は好ましくは３０％〜４０％/容量のＨＣl酸のような強酸とを備える。触媒層を堆積するための具体的な無電解堆積溶液は、コネチカット州ウェストヘブンにあるEnthone-ＯＭI Inc.から入手できる。
【００８８】
[00103]触媒層の無電解堆積方法の一実施形態は、基板構造と、貴金属イオン及び/又は半貴金属イオンとIＶ族金属イオンを含む無電解堆積溶液とを約２０℃〜約１５０℃の反応温度で接触させることを備える。パラジウムとスズの堆積の場合、好ましい反応温度は約２０℃〜約８０℃であり、約４０℃〜約６０℃の反応温度が更に好ましい。無電解堆積中に用いられる溶液量は変えることができ、用いられる無電解堆積装置や処理すべき基板のサイズに左右される。一実施形態においては、約３ml〜約２００mlの無電解堆積溶液が２００mmのウエハに用いられる。反応温度が溶液を加熱すること、基板を加熱すること、又は溶液と基板の双方を加熱することにより得ることができるので、反応温度は溶液及び/又は基板の温度を意味する。基板と無電解堆積溶液とを接触させる時間は異なってもよい。例えば、高濃度の貴金属イオン/半貴金属イオンとIＶ族金属イオンを含む無電解堆積溶液は、所望の厚さまで触媒層を堆積させるために高温で短時間を用いることができる。低濃度の貴金属イオン/半貴金属イオンを含む無電解堆積溶液は、同じ厚さの触媒層を堆積させるために低温で長時間を用いることができる。一実施形態においては、基板構造と無電解堆積溶液との接触は、少なくとも５秒間、好ましくは約３０秒〜約１２０秒間行うことができる。基板構造と無電解堆積溶液との接触は、少なくとも一層の厚さを有する触媒層を堆積させるために行うことができる。一実施形態においては、触媒層は約５オングストローム〜約１００オングストロームまで堆積される。
【００８９】
[00104]触媒層の無電解堆積方法の他の実施形態は、基板構造と、貴金属イオン/半貴金属イオンとIＶ族金属イオンの別個の無電解堆積溶液とを接触させることを備える。別個の無電解堆積溶液を用いる触媒層の無電解堆積の一実施形態は、まず、基板構造と、スズイオンのようなIＶ金属イオンを含む無電解堆積溶液とを接触させ、その後、基板構造と、貴金属イオン、半貴金属イオン、又はその組合せを含む無電解堆積溶液とを接触させることを含んでいる。基板と、スズのようなIＶ族金属イオンを含む無電解堆積溶液とを約２０℃〜約１５０℃、好ましくは約２０℃〜約５０℃、更に好ましくは約２０℃〜約４０℃の反応温度で接触させることができる。一実施形態においては、約３ml〜約２００mlの無電解堆積溶液が２００mmのウエハに用いられる。基板構造と、IＶ族イオンを含む無電解堆積溶液との接触は、少なくとも５秒間、好ましくは約３０秒〜約１２０秒間行うことができる。その後、基板は少なくとも１種の洗浄溶液で洗浄されてもよい。洗浄溶液は、脱イオン水、熱脱イオン水、苛性溶液（酸溶液又は塩基溶液）、熱苛性溶液、塩溶液、又は熱塩溶液を含むことができる。その後、基板と、貴金属イオン、半貴金属イオン、又はその組合せを含む無電解堆積溶液とを約２０℃〜約１５０℃の反応温度で接触させる。パラジウム堆積の場合、好ましい反応温度は約２０℃〜約８０℃であり、約４０℃〜約６０℃の反応温度が更に好ましい。一実施形態においては、約３ml〜約２００mlの無電解堆積溶液が２００mmのウエハに用いられる。基板構造と、貴金属、半貴金属、又はその組合せを含む無電解堆積溶液との接触は、少なくとも５秒間、好ましくは約３０秒〜約１２０秒間行うことができる。基板構造と別個の無電解溶液との接触は、少なくとも一層の厚さを有する貴金属及び/又は半貴金属とIＶ族金属を含む触媒層を堆積させるために行うことができる。一実施形態においては、貴金属/半貴金属とIＶ族金属の合計の厚さは約５オングストローム〜約１００オングストロームである。
【００９０】
[00105]触媒層が堆積された後、触媒層は、脱イオン水、熱脱イオン水、苛性溶液（酸又は塩基溶液）、熱苛性溶液、塩溶液、又は熱塩溶液を含む少なくとも１種の洗浄液で洗浄することができる。好ましくは熱脱イオン水が、好ましくは約４０℃又は約７０℃の下限から約９０℃又は１００℃の上限の温度で用いられ、あらゆる下限からあらゆる上限までの範囲が本発明の範囲内である。一好適範囲は、約４０℃〜約９０℃である。方法は、基板を熱脱イオン水のような脱イオン水で洗浄した後、基板を酸性溶液で洗浄することを更に含むことができる。基板を洗浄するための酸性溶液の一例は、約５％〜約２０％/容量のＨＣlのような強酸を有する溶液を含んでいる。酸性溶液は更に容易に洗い流すことができる水酸化スズを形成するように働くと思われる。他の一実施形態においては、脱イオン水による洗浄、その後の酸性溶液による洗浄の代わりに、方法は酸性溶液による洗浄、続いて熱脱イオン水のような脱イオン水による洗浄を含むことができる。その後、触媒層は、塩基性無電解堆積溶液を用いて導電材料層を堆積するための基板を調製するために塩基溶液で更に洗浄することができる。
【００９１】
[00106]触媒層の堆積方法は、触媒層の無電解堆積中にＤＣバイアスのような基板構造（即ち、シード層）の導電部分にバイアスをかけることを含むことができる。バイアスが堆積プロセス中に触媒層内に形成された捕捉水素ガスの除去を援助すると思われる。
【００９２】
[00107]方法は、触媒層を約１００℃〜約４００℃、好ましくは約１００℃〜約３００℃の温度でアニールすることを含むことができる。アニールは、真空中で、好ましくは１mtorrより低い圧力で行うことができる。或いは、アニールは１種以上の希ガス（例えば、アルゴン、ヘリウム）、窒素、水素、又はその混合物のガス雰囲気のようなガス雰囲気中で行うことができる。一実施形態においては、アニールは少なくとも約１分間行われる。他の実施形態においては、アニールは約１〜約１０分間行われる。好ましくは、アニールは急速熱アニールプロセスによって行われる。基板をアニールすることはバリヤ層、シード層、又は基板構造に対する触媒層の接着を促進させると思われる。また、アニールは堆積中に触媒層内に形成された水素の除去を援助すると思われる。
【００９３】
[00108]触媒層の堆積方法は、１つ又は複数の上記無電解堆積チャンバ内で行うことができる。一実施形態においては、触媒層は、無電解堆積チャンバ内でアニールされてもよく、別個のアニールチャンバ内でアニールされてもよい。他の実施形態においては、触媒層の洗浄は無電解堆積チャンバ内で行われてもよく、別個のチャンバ内で行われてもよい。
【００９４】
[00109]具体的な理論に限定されずに、触媒層が銅層のような導電材料層の続いての無電解堆積を触媒するメカニズムは、貴金属/半貴金属とIＶ族金属が共に堆積されても別個に堆積されてもＰd/Ｓn錯体のような貴金属/半貴金属とIＶ族金属の金属錯体の形成を含んでいると思われる。貴金属/半貴金属とIＶ族金属錯体は、貴金属/半貴金属を大部分含む中心部分とスズ層のようなIＶ族層を含む外部シェルによるコロイドとして処理溶液に形成されると思われる。外部シェルの接着性がコロイドを基板に付着させる。外部シェルの電荷が、コロイド粒子が基板に個々に付着することができるコロイドの凝集を防止する。触媒層が堆積される反応温度が堆積速度の制御を援助すると思われる。反応温度が低すぎる場合には、触媒層の堆積速度が遅すぎ、システムによる基板のスループットが低下する。温度が高すぎる場合には、触媒層の堆積速度が速すぎ、堆積中に触媒層に不純物が取り込まれる原因となる。
【００９５】
[00110]更に、金属錯体コアは導電材料層の続いての無電解堆積にさらされるに違いないと思われる。熱脱イオン水洗浄に続いて酸性洗浄が貴金属/半金属コアを取り囲んでいるＳnのようなIＶ族金属の一部を洗い流すことによりコアをさらすのに効果的であると思われる。或いは又は更に、熱脱イオン化洗浄に続いて酸性洗浄が基板上に再堆積するIＶ族金属と貴金属/半貴金属の一部を共に洗い流して導電材料層の続いての無電解堆積に活性な表面を形成する。
【００９６】
導電材料層の無電解堆積方法
[00111]銅層のような導電材料層２６（図１Ａ〜図１Ｄ）は、基板構造と、導電金属イオン水溶液と還元剤とを含む無電解堆積溶液とを接触させることにより触媒層２４（図１Ａ〜図１Ｄ）の上に堆積することができる。一実施形態においては、銅の無電解堆積用の溶液は、堆積すべき銅の供給源として、硫酸銅（ＣuＳＯ4）塩化銅、ヨウ化銅のような銅塩を含んでいる。銅はpＨ３.５より高いpＨで沈殿する傾向があることから、金属錯体を形成し且つ水酸化銅の沈降を防止するために溶液は錯化剤又はキレート化剤を含むことができる。錯化剤又はキレート化剤の例としては、酒石酸塩、ＥＤＴＡ、アミン、アミノポリ酢酸、メソエリスリトール、グリコール酸、又はクエン酸が挙げられる。溶液は、また、金属イオンを還元するために還元剤を含むこともできる。還元剤の例としては、ホルムアルデヒド、グリコール酸、グリオキシル酸、アスコルビン酸、又は次リン酸ナトリウムが挙げられる。溶液は、また、pＨ調整剤を含むことができる。PＨ調整剤の例としては、水酸化ナトリウム、カリウム、又は水酸化アンモニウムが挙げられる。溶液は、また、安定剤、例えば、メルカプトベンゾチアゾール、チオウレア、シアニド、五酸化バナジウム、メチルブチノール、又はセレン化合物を含むことができる。溶液は、沈降物特性を改善するために他の添加剤（例えば、延性の改善）を含むことができる。添加剤の例としては、シアニド、五酸化バナジウム、亜ヒ酸ナトリウム、又はポリエチレングリコールが挙げられる。主成分間で典型的な化学反応は、触媒表面の存在下に
Ｃu2+＋２ＨＣＨＯ＋４ＯＨ-  Ｃu0(s)＋Ｈ2(g)＋２Ｈ2Ｏ＋２ＨＣＯＯ-
として示すことができる。従って、反応によって銅イオンに２つの電子が分配され、水素ガスが副生成物として生成する触媒表面上に銅が堆積する。
【００９７】
[00112]一態様においては、無電解堆積溶液は、使用の時点で混合することができる。例えば、無電解堆積は、２つの溶液に分けることができる。第１溶液は、銅塩、錯化剤、添加剤、安定剤を備えてもよい。第２溶液は、還元剤、ｐＨ調整剤を備えてもよい。第１溶液と第２溶液は、基板上に投与される前に混合され、無電解堆積溶液の反応性を維持する。
【００９８】
[00113]一具体的溶液としては、０.０２モル/リットル〜約０.４モル/リットルの硫酸銅と、錯化剤として０.０４モル/リットル〜約０.２モル/リットルのエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）と、ＯＨ-を供給して好ましくはpＨ約１１より高いpＨを得る０.４５モル/リットル〜約０.６モル/リットルの水酸化ナトリウムと、還元剤として０.０６モル/リットル〜約１.０モル/リットルのホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）を含んでいる。一実施形態においては、溶液のpＨは約１１より高いpＨに調整される。他の実施形態においては、続いての電気めっき浴の集積化課題を解決するために、無電解堆積溶液は、無電解堆積によって堆積した導電材料の上に導電材料を続いて電気めっきするための酸性pＨに調整される。
【００９９】
[00114]一実施形態においては、基板構造と無電解銅溶液との接触は、約２０℃〜約１００℃、好ましくは約４０℃〜約８０℃の反応温度で行うことができる。無電解堆積中に用いられる溶液量は異なってもよく、用いられる堆積装置や処理すべき基板の大きさに左右される。一実施形態においては、約１０ml〜約４００mlが２００mmのウエハに用いられる。基板構造と無電解銅溶液との接触は、少なくとも５秒間行うことができる。基板構造と無電解銅溶液との接触は、シード層として用いられる場合には５００オングストローム未満の厚さまで、好ましくは約５０オングストローム〜約３００オングストロームに銅層を堆積するために約４５秒〜約１２０秒間行うことができる。或いは、無電解銅堆積は、厚さが１ミクロン以上までのように銅層を堆積して形状を充填するために行うことができる。形状を充填するために用いられる場合には、無電解銅溶液は、形状の上昇型充填を援助するために促進剤、抑制剤、又はレベラーのような添加剤を更に含むことができる。堆積後、基板の表面は、残存する無電解堆積溶液を除去するために脱イオン水洗浄のように洗浄してから乾燥することができる。導電層の洗浄は、無電解堆積チャンバ内で行うことができ、ＳＲＤチャンバのような別個のチャンバ内で行うこともできる。
【０１００】
[00115]導電層の堆積方法は、導電層の無電解堆積中にＤＣバイアスのような基板構造にバイアスをかけることを含んでいる。バイアスが堆積プロセス中に導電層内に生じた捕捉水素ガスの除去を援助すると思われる。一実施形態においては、電源は、ＰＶＤ銅シード層のような基板の導電部分に結合して基板構造にバイアスをかける。一実施形態においては、電源の正極は基板に結合することができ、電源の負極は基板上の無電解銅溶液と接触した状態で電極に結合することができる。正極は、基板構造に正のバイアスをかけ、電極に負のバイアスをかける。このバイアスは、正の基板構造が正の水素イオンを追い出し、また、電極の負のバイアスが正の水素イオンを引き付けるので、無電解堆積銅層から正の水素イオンを除去する。一実施形態においては、電源によって＋０.３３７Ｖ未満のセル電位が供給され銅層の脱めっきを防止する。他の実施形態においては、導電銅層の脱めっきを防止するために電源の極性がどちらにもフリップすることができる。
【０１０１】
[00116]他の実施形態においては、電源の負極は基板に結合することができ、電源の正極は無電解銅溶液と接触した状態で電極に結合することができる。銅無電解堆積プロセスの“ジャンプスタート”を援助するために基板構造にバイアスをかけることができる。銅無電解堆積プロセスを“ジャンプスタート”するために電源によって＋０.３３７Ｖ未満又はそれより大きいセル電位が供給されてもよい。一実施形態においては、無電解堆積プロセス中短時間、例えば、約ミリ秒以下から約１秒までの間バイアスがかけられてもよい。他の実施形態においては、長時間、例えば、約１秒より長く無電解堆積プロセスのほぼ時間までの間バイアスがかけられてもよい。
【０１０２】
[00117]方法は、基板を約１００℃〜約４００℃、好ましくは約１００℃〜約３００℃の温度でアニールする（即ち、加熱する）ことを更に含むことができる。アニールは、真空中で、好ましくは１mtorrより低い圧力で行うことができる。或いは、アニールは、ガス雰囲気、例えば、希ガス、窒素、水素、又はその混合物中で行うことができる。一実施形態においては、アニールは少なくとも約１分間行われる。他の実施形態においては、アニールは約１〜約１０分間行われる。好ましくは、アニールは急速熱アニールプロセスで行われる。
【０１０３】
[00118]一実施形態においては、アニールは２段プロセスで行われる。第一に、基板を水素雰囲気を存在させずにアニールして銅導電層に形成された水素を除去する。第二に、チャンバから除去する前に水素雰囲気中でアニールを行って銅導電層から形成される酸化銅の量を減少する。
【０１０４】
[00119]アニールは、触媒層の堆積後のアニールに加えて、又は交互に行うことができる。好ましくは、触媒層のアニールより導電層のアニールが行われる。基板をアニールすることにより導電層の接着が促進されると思われる。更に、アニールは堆積中に無電解銅層に捕捉された水素ガスの除去を援助すると思われる。更に、捕捉水素ガスを除去すると、導電材料層内の水素ボイドを除去することにより導電材料層の抵抗率が下がると思われる。また、アニールは銅導電層の再結晶を促進すると思われる。
【０１０５】
触媒層の電気めっき
[00120]触媒層は、電気めっきによって堆積されてもよい。電気めっきによって触媒層を堆積できる装置の一実施形態は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるＥＬＥＣＴＲＡ ＣＵ(登録商標)である。電気めっき装置は、１９９９年４月８日出願の“Electro-Chemical Deposition System”と称する米国特許出願第０９/２８９,０７４号に詳述されており、本発明の一致した範囲として援用されている。電気めっきは、金属イオンを含有する電気化学浴中でアノードとカソードとして作用する基板との間に電流を送って基板上に金属又は合金層を堆積させる。
【０１０６】
[00121]電気めっきによって堆積した触媒層は、貴金属、半貴金属、その合金、又はその組合せを含むことができる。好ましくは、電気めっきによって堆積した触媒層は、コバルト、パラジウム、白金、ニッケル、タングステン、その合金、又はその組合せを含んでいる。合金を含む触媒層の一実施形態は、コバルト-ニッケル、コバルト-タングステン、又はコバルト-パラジウムを含んでいる。電気めっき溶液は、典型的には、金属硫酸塩、金属塩化物、金属スルファミン酸、又はその組合せのような金属塩としてめっきされる所望の金属の金属イオンを含んでいる。典型的には、電気めっき溶液は、酸、塩、他の電解液、又は他の添加剤を含んでいる。触媒層の電気堆積は、基板をアニールすることを更に含んでもよい。
【０１０７】
触媒層の化学気相堆積
[00122]触媒層は、また、化学気相堆積によって堆積されてもよい。触媒層の化学気相堆積できるチャンバの例は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるＣＶＤ ＴxＺＴＭチャンバである。一般的には、化学気相堆積は、キャリヤガスのチャンバへの使用により金属前駆物質中に流すことを含んでいる。金属前駆物質が化学的に反応して基板表面上に金属膜を堆積する。化学気相堆積は、基板表面上の金属膜の堆積を援助するためにプラズマを用いることを更に含むことができる。化学気相堆積によって堆積した触媒層は、貴金属、半貴金属、その合金、又はその組合せを含むことができる。触媒層の化学気相堆積は、基板をアニールすることを更に含むことができる。
【０１０８】
導電材料層の電気めっき
[00123]一実施形態においては、銅層のような導電材料層２６は触媒層２４に対して電気めっきすることにより堆積することができる。他の実施形態においては、導電材料層２６は、触媒層の上に導電材料の無電解めっきに続いて導電材料の電気めっきによって堆積することができる。
【０１０９】
[00124]電気めっきプロセスによって導電材料を堆積できる装置は、Ｅlectra Ｃu(登録商標)ＥＣＰ台である。電気めっき装置は、１９９９年４月８日出願の“Electro-Chemical Deposition System”と称する米国特許出願第０９/２８９,０７４号に詳述されており、本発明と一致した範囲として援用されている。電気めっきは、導電材料のイオンを含有する電気化学浴中でアノードとカソードとして作用する基板との間に電流を送ることにより基板上に導電材料層の堆積を含んでいる。
【０１１０】
[00125]消費可能なアノードを含有するシステム内で銅層を堆積させる例示的な電気めっき化学は、“Electroposition Chemistry For Improved Filling Of Aperture”と称する１９９９年２月５日出願の同時係属米国特許出願第０９/２４５,７８０号に記載されており、本発明と一致した範囲として本明細書に援用されている。具体的電気めっき法は、また、２０００年９月５日発行の“Electro Deposition Chemistry”と称する米国特許第６,１１３,７７１号に記載されており、本発明と一致した範囲として本明細書に援用されている。
【０１１１】
[00126]一般に、基板構造の上に導電材料層を電気めっきする方法は、基板構造を電源の負末端に接続し、金属イオンと支持電解液を含む溶液中に基板構造とアノードを配置し、溶液中の金属イオンから基板構造に金属を電着させることを含んでいる。
【０１１２】
導電材料層の化学気相堆積
[00127]一実施形態においては、銅層のような導電材料層２６は、触媒層２４の上に化学気相堆積によって堆積されてもよい。他の実施形態においては、導電材料層２６は、触媒層の上に導電材料の無電解堆積に続いて導電材料の化学気相堆積によって堆積されてもよい。
【０１１３】
[00128]化学気相堆積プロセスによって導電材料を堆積できる装置は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるＣＶＤ Ｃuチャンバである。銅層を堆積する具体的な化学気相堆積プロセスは、２０００年８月２９日発行の“CVD method of depositing copper films by using improved organocopper precursor blend”と称する米国特許第６,１１０,５３０号に記載されており、本発明と一致した範囲として本明細書に援用されている。
【０１１４】
[00129]一般的には、導電材料層の化学気相堆積は、アルゴンのようなキャリヤガスのチャンバへの使用と共に金属前駆物質に流すことを含んでいる。銅前駆物質の例としては、銅+2(hfac)2、Ｃu+2(fod)2、及び錯体銅+1hfac、ＴＭＶＳ（fodはヘプタフルオロジメチルオクタンジエンの略号であり、hfacはヘキサフルオロアセチルアセトネートアニオンの略号であり、ＴＭＶＳはトリメチルビニルシランの略号である）。金属前駆物質が化学的に反応して基板表面上に金属膜を堆積させる。化学気相堆積には、基板表面上に金属膜の堆積を援助するためにプラズマを用いることが更に含まれてもよい。
【実施例】
【０１１５】
[00130]触媒層と導電材料層を堆積するのに種々の試験を行った。実施例の一部を以下に示す。
【０１１６】
実施例Ａ
[00131]７００オングストロームＰＶＤ銅シード層をアスペクト比が約５〜約１の０.２ミクロン形状を有する基板構造の上に堆積した。スズとパラジウムを含む触媒層をＰＶＤ銅シード層の上に約４０℃の反応温度で３０秒、６０秒、１２０秒、又は２４０秒間無電解堆積によって堆積した。触媒層を０.７g/lのＰdと、２５〜３０g/lのＳnと、３０〜４０％のＨＣl/容量とを含む無電解堆積溶液を用いて堆積した。基板の走査型電子顕微鏡写真から、１２０秒又は２４０秒間堆積した触媒層の場合、触媒層の酸性無電解堆積溶液が溶解し始め、ＰＶＤ銅シード層内にホールを生成することが示された。３０秒〜６０秒間堆積した触媒層は、ＰＶＤ銅シード層内にホールを生成せずに形状の良好なステップカバレージを示した。
【０１１７】
実施例Ｂ
[00132]薄いＰＶＤ銅シード層をアスペクト比が約５〜約１の０.２ミクロン形状を有する基板構造の上に堆積した。スズとパラジウムを含む触媒層を薄いＰＶＤ銅シード層の上に約４０℃、６０℃、又は８０℃の反応温度で３０秒間無電解堆積によって堆積した。触媒層を０.７g/lのＰdと、２５〜３０g/lのＳnと、３０〜４０％のＨＣlとを含む無電解堆積溶液を用いて堆積した。基板の走査型電子顕微鏡写真から、室温で堆積した触媒層の場合、触媒層が非常に粗い表面を有することが示された。
【０１１８】
実施例Ｃ
[00133]薄いＰＶＤ銅シード層をアスペクト比が約５〜約１の０.２ミクロン形状を有する基板構造の上に堆積した。スズとパラジウムを含む触媒層をＰＶＤ銅シード層の上に約６０℃の反応温度で３０秒間無電解堆積によって堆積した。０.７g/lのＰdと、２５〜３０g/lのＳnと、３０〜４０％のＨＣl/容量とを含む無電解堆積溶液を用いて堆積した。或る試験では、更に５ml、１０ml、又は２０mlの濃ＨＣlを１００mlの無電解堆積溶液に添加した。走査型電子顕微鏡写真から、ＨＣlを追加せずに堆積した触媒層と５ml、１０ml、又は２０mlのＨＣlを追加して堆積した触媒層との間に銅シード層に対してほとんど影響しないことが示された。
【０１１９】
実施例Ｄ
[00134]薄いＰＶＤ銅シード層をアスペクト比が約５〜約１の０.２ミクロン形状を有する基板構造の上に堆積した。スズとパラジウムを含む触媒層をＰＶＤ銅シード層の上に０.７g/lのＰdと、２５〜３０g/lのＳnと、３０〜４０％のＨＣl/容量とを含む無電解堆積溶液を用いて約４０℃の反応温度で３０秒間無電解堆積によって堆積した。導電材料層を触媒層の上に銅イオンを含む無電解堆積溶液を用いて６０℃の反応温度で３０秒、６０秒、又は１２０秒間無電解堆積により堆積した。走査型電子顕微鏡写真から、導電材料層が３０秒又は６０秒間堆積した導電材料層が不連続であることが示された。
【０１２０】
実施例Ｅ
[00135]ＴaＮバリヤ層を基板の上に堆積した。薄いＰＶＤ銅シード層をバリヤ層の上に堆積した。スズとパラジウムを含む触媒層をＰＶＤ銅シード層の上に約６０℃の反応温度で１５秒、３０秒、４５秒、又は６０秒間無電解堆積によって堆積した。触媒層を０.７g/lのＰdと、２５〜３０g/lのＳnと、３０〜４０％のＨＣl/容量とを含む無電解堆積溶液を用いて堆積した。銅導電材料層を触媒層の上に６０℃で１２０秒間無電解堆積により堆積した。オージェ電子顕微鏡を用いて堆積した膜の或る深さでの元素の原子濃度を測定した。１５秒間堆積した触媒層の上に堆積した銅導電材料層の場合、ＰdとＳnの原子濃度は膜スタックの表面で高く、触媒層が粗い表面を有することが示された。３０秒間、４５秒間、又は６０秒間堆積した触媒層の上に堆積した銅導電材料層の場合、ＰdとＳnの濃度は膜スタックの表面で低く、平滑な触媒層を示した。どのような特定の理論にも限定されないが、触媒層の堆積にはＰd/Ｓn粒子を凝集させて平滑な表面を形成するのに或る量の時間が必要である。
【０１２１】
実施例Ｆ
[00136]２５０オングストロームＴaバリヤ層をアスペクト比が６：１、８：１、又は１０：１の０.２ミクロン未満の形状を有する基板構造の上に堆積した。４００オングストロームＰＶＤ Ｃuシードをバリヤ層の上に堆積した。Ｐd/Ｓn触媒層をＣuシード層の上に４０℃で３０分間無電解堆積により堆積した。銅導電材料層を触媒層の上に６０℃で１２０秒間無電解堆積により堆積した。走査型電子顕微鏡写真から、サブミクロン特徴部に対して無電解堆積銅導電材料層の良好なステップカバレージが示された。
【０１２２】
実施例Ｇ
[00137]Ｐd/Ｓn触媒層をアスペクト比が約６：１より大きい０.２ミクロン未満の形状を有する基板構造の上に無電解堆積により堆積した。銅導電材料層を触媒層の上に無電解堆積により堆積した。第二銅導電材料層を電気めっきにより銅材料層の上に堆積した。走査型電子顕微鏡写真から形状がいかなるアパーチャもシームもなく銅導電材料で充填されたことがわかった。
【０１２３】
[00138]上記は本明細書の実施形態に関するが、本発明の更に多くの実施形態がその基本範囲から逸脱せずに講じられ、その範囲は下記特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１Ａ】図１Ａは、本方法の実施形態によって充填した形状を示す略断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本方法の実施形態によって充填した形状を示す略断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本方法の実施形態によって充填した形状を示す略断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本方法の実施形態によって充填した形状を示す略断面図である。
【図２】触媒層及び/又は導電材料層の堆積に用いられるチャンバの一実施形態を示す略断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２の基板支持体の周辺部の一実施形態を示す略断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図２の基板支持体の周辺部の一実施形態を示す略断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図２の基板支持体の周辺部の一実施形態を示す略断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図２の基板支持体の周辺部の一実施形態を示す略断面図である。
【図４】基板の導電部分に接続された電源を示す略図である。
【図５】触媒層及び/又は導電材料層の堆積に用いられるチャンバの他の実施形態を示す略断面図である。
【図６】図５の基板支持体の周辺部の一実施形態を示す略断面図である。
【図７】図５の基板支持体の周辺部の他の実施形態を示す略断面図である。
【図８】触媒層及び/又は導電材料層の堆積に用いられるチャンバの更に他の実施形態を示す略断面図である。
【図９】触媒層及び/又は導電材料層の堆積に用いられるチャンバのなお更に他の実施形態を示す略断面図である。
【図１０】触媒層及び/又は導電材料層の堆積に用いられる多重レベルチャンバの更に他の実施形態を示す略断面図である。
【図１１】触媒層及び/又は導電材料層の堆積に用いられるチャンバの他の実施形態を示す略断面図である。
【図１２】触媒層及び/又は導電材料層の堆積に用いられるチャンバの他の実施形態を示す断面略図である。
【図１３】急速熱アニールチャンバの一実施形態を示す略断面図である。
【図１４】触媒層と導電材料層の無電解堆積に用いられる具体的な無電解堆積システム台の一実施形態を示す略平面図である。
【図１５】触媒層と導電材料層の堆積に用いられる具体的な無電解堆積システム台の一実施形態を示す略正面図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０…基板構造、１２…誘電体層、１４…基板、１６…形状、２０…バリヤ層、２２…シード層、２４…触媒層、２６…導電材料層、５０…廃棄ポート、５２…リップ、５４…処理液体、５８…液体導入部、６０…電源、６２…電気的コンタクト、６４…電極、６８…液体シール、１００…チャンバ、１０２…処理コンパートメント、１０４…上側、１０６…側壁、１０７…底側、１０８…スロット、１１０…基板、１１２…基板支持体、１１３…基板支持アセンブリ、１１４…基板受容面、１１６…リフトアセンブリ、１１８…リフトピン、１２０…アパーチャ、１２１…支持膜、１２２…モータ、分配アーム、１２３…ノズル、１２４…真空ポート、１２５…真空源、１２６…真空グルーブ、１２７…ドレイン、１２８a〜１２８f…液体供給源、１２９…バルブ、１３０…ガス出口、１３１…矢印、１３２…液体ドレイン、１３３…チャネル、１３４a、１３４b、１３４c、１３４d…弾性シール、１３５…弾性シール、１３６…フラップ、１３７…隙間、１３８…蒸発シールド、１４０…液体層、１４１…脱ガス膜、１４２…シール、１４３…膜支持体、１４４…液体ポート、１４５…液体撹拌成分、１４６…プレナム、１４７…トランデューサ、１４９…再生素子、１５０…チャンバ、１５１…基板、１５２…基板支持体、１５４…基板受容面、１５６…真空ポート、１５９…ベローズ、１６０…チャンバ、１６１…基板、１６２…基板支持体、１６４…基板受容面、１６６…クランプリング、１６８…パドル、１６９…可動カバー、１７０…チャンバ、１７１…基板、１７２…基板ホルダ、１７３…真空ポート、１７４…基板受容面、１７５…フープ、１７６…ボウル、１７７…液体ポート、１７８a〜１７８c…液体供給源、１７９a、b…液体リターン部、１８０…ガス供給源、１８２…液体シール、１８３…真空源、１８４…トランデューサ、１９０…チャンバ、１９１…下ボウル、１９２…上ボウル、１９３…基板、１９４…シール、１９５…液体ポート、１９６…液体供給部、１９７…液体リターン部、２００…無電解堆積システム台、２１０…装填ステーション、２１１…熱アニールチャンバ、２１２…スピン-リンスドライ（ＳＲＤ）ステーション、２１４…メインフレーム、２１６…メインフレーム搬送ステーション、２２０…電解液補充システム、２２１…電源ステーション、２２２…コントロールシステム、２２４…基板カセット受容領域、２２８…装填ステーション搬送ロボット、２３０…基板オリエンタ、２３１…基板カセット、２３２…基板カセット、２３４…基板、２３６…ＳＲＤモジュール、２３８…基板パススルーカセット、２４０…処理セル、２４２…メインフレーム搬送ロボット、３００…無電解堆積システム台、３０２…カセット、３０４…無電解チャンバ、３０６…無電解堆積チャンバ、３０８…ＳＲＤチャンバ、３１０…アニールチャンバ、３１２…搬送ロボット、９００…ＲＴＡチャンバ、９０２…エンクロージャ、９０４…ヒータプレート、９０６…基板支持ピン、９０７…ヒータ、９０８…ベース、９１０…側壁、９１２…上側、９１３…冷却プレート、９１４…反射絶縁皿、９１８…冷却部材、９２０…熱電対、９２２…スリットバルブ、９２４…開口、９２６…環状コンジット���９２８…リフトプレート、９３０…アクチュエータ、９３２…リフトシャフト、９３４…シーリングフランジ、９３６…ガス入口、９３８…ガス供給源、９４０…バルブ、９４２…ガス出口、９４４…リリーフ/チェックバルブ、１０９４…電解液レザバー、１０８８…ロボットブレード、１１９４、１１９６…清浄器、２１００…セルエンクロージャ、２１０４…エンクロージャ側壁、２１０６…エンクロージャ底側、２２００…多重レベルチャンバ、セル、２２０２…基板、２２０４…基板支持部材、２２０６…基板支持面、２２２０…多重レベルチャンバ、２２３０…蒸発シールド/カバー、２２４０…溶液入口、２２４４…液体ドレイン、２２４６…キャッチカップ、２２５８、２２５９…出口、２２６０…噴出部、２２６４…キャッチカップ、２２７０…リンスドレイン、２２７２…リフトピン、２２８０…開口、２２８２…ゲートバルブ、２２９８…液体シール、２３２０…リフトピン台、２４０４…ロボットアーム。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2005539369.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
2005539369.tif 000006
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2005539369.tif 000009
【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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