(57)【要約】【課題】ダマシンプロセスによって配線を形成する際の平坦化によって必然的に配線の露出表面に生じるダメージ層の影響をなくして、高い歩留りで半導体装置等を製造できるようにした。【解決手段】表面に設けた層間絶縁膜に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、基板の表面に配線材料を成膜して該配線材料を前記微細凹部内に埋込み、基板の表面に余剰に成膜された配線材料を除去し平坦化して配線材料からなる配線を形成し、配線の露出表面に形成されたダメージ層を修復する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に設けた層間絶縁膜に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、
基板の表面に配線材料を成膜して該配線材料を前記微細凹部内に埋込み、
基板の表面に余剰に成膜された前記配線材料を除去し平坦化して前記配線材料からなる配線を形成し、
前記配線の露出表面に形成されたダメージ層を修復することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ダメージ層の修復を、ドライプロセスで行う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】
前記ダメージ層の修復を、ウェットプロセスで行う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４】
前記ダメージ層のウェットプロセスによる修復を、基板の表面に余剰に成膜された配線材料を除去し平坦化する処理に引き続いて行うことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ダメージ層のウェットプロセスによる修復を、基板の表面に余剰に成膜された配線材料を除去し平坦化して、基板を乾燥させた後に行うことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ダメージ層を薬液に溶解させて除去することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
表面を下方に向けて保持した基板の該表面に向けて、前記薬液を噴射することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記ダメージ層を、還元剤を含む溶液で還元して修復することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
表面を下方に向けて保持した基板の該表面に向けて、前記還元剤を含む溶液を噴射することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
還元剤を含む溶液の存在の下で、基板の表面を研磨することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
少なくとも還元剤と砥粒を含むスラリを用いて、基板の表面を研磨することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
表面を下方に向けて保持した基板の該表面を研磨面に押し付けながら、基板と研磨面とを相対移動させて基板の表面を研磨することを特徴とする請求項１０または１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
基板の表面に形成された配線をカソード分極させ、前記ダメージ層を電気化学的に還元させて修復することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
基板の表面にメッシュ状のカソードを接触させて配線をカソード分極させることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記配線材料は、銅、銅合金、銀または銀合金であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記配線材料の成膜を、めっきにより行うことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
基板の表面に余剰に成膜された配線材料を除去し平坦化する処理を、化学機械的研磨、電気化学的研磨または複合電解研磨、またはこれらの任意の組合せで行うことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記ダメージ層の修復処理を遮光下で行うことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
修復処理後の基板表面の露出配線表面に、保護膜を選択的に形成することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記保護膜を無電解めっきにより形成し、無電解めっき後の基板を乾燥状態とすることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
層間絶縁膜に配線用の微細凹部を形成した基板の表面に配線材料を成膜して該配線材料を前記微細凹部内に埋込むめっきユニットと、
基板の表面に余剰に成膜された前記配線材料を除去し平坦化して前記配線材料からなる配線を形成する研磨ユニットと、
前記配線の露出表面に形成されたダメージ層を修復するダメージ層修復ユニットを有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２２】
前記ダメージ層修復ユニットは、
表面を下向きにして基板を保持する基板ホルダと、
該基板ホルダで保持した基板の表面に向けて液体を噴射する液体噴射ノズルを有することを特徴とする請求項２１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２３】
前記液体は、前記ダメージ層を溶解する薬液または還元剤を含む溶液であることを特徴とする請求項２２記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２４】
前記ダメージ層修復ユニットは、
表面を下向きにして基板を保持する上下動自在なトップリングと、
上面を研磨面とした研磨テーブルと、
前記研磨テーブルの研磨面に液体を供給する液体供給ノズルと、
前記トップリングと前記研磨テーブルとを相対移動させる相対移動機とを有することを特徴とする請求項２１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２５】
前記液体は、還元剤を含む溶液または還元剤と砥粒を含むスラリであることを特徴とする請求項２４記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２６】
前記ダメージ層修復ユニットは、
基板表面に接触して前記配線をカソード分極させるメッシュ状のカソードと、
前記基板表面に対向して配置されるアノードと、
前記基板表面と前記アノードとの間に満たされる液体とを有することを特徴とする特徴とする請求項２１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項２７】
前記配線の露出表面に保護膜を選択的に形成する無電解めっきユニットを更に有することを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれかに記載の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】
本発明は、半導体製造方法及びその装置に係り、特に半導体ウエハ等の基板表面の層間絶縁膜に予め形成した配線溝やコンタクトホール等の配線用の微細凹部内に、銅や銀等の配線材料（導電体金属）を埋込んだ後、余分な金属を除去し平坦化することにより基板の表面に埋込み配線を形成する半導体装置の製造方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の配線形成プロセスとして、配線溝やコンタクトホール内に配線材料（導電体金属）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配線溝やコンタクトホールに、アルミニウム、近年では銅や銀等の金属を埋込んだ後、余分な金属を、例えば化学機械的研磨（ＣＭＰ）によって除去し平坦化するプロセス技術である。
【０００３】
この種の配線にあっては、平坦化後、その配線の表面が外部に露出しており、この上に埋込み配線を形成する際、例えば次工程の層間絶縁膜形成プロセスにおけるＳｉＯ２形成時の表面酸化やビアホールを形成するためのＳｉＯ２エッチング等に際して、ビアホール底に露出した配線のエッチャントやレジスト剥離等による表面汚染が懸念されている。
【０００４】
このため、銅や銀等の配線材料との接合が強く、しかも比抵抗（ρ）が低い、例えば無電解めっきによって得られるＣｏ（コバルト）またはＣｏ合金層や、Ｎｉ（ニッケル）またはＮｉ合金層で配線の表面を選択的に覆って配線を保護することが提案されている。
【０００５】
図１（ａ）〜図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もので、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からなる酸化膜や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、配線用の微細凹部としてのコンタクトホール３と配線溝４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層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。
【０００６】
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すことで、基板Ｗのコンタクトホール３及び配線溝４内に銅を充填させるとともに、絶縁膜２上に銅層７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上のバリア層５，シード層６及び銅層７を除去して、コンタクトホール３及び配線溝４内に充填させた銅層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と銅層７からなる配線（銅配線）８を形成する。
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の表面を保護膜９で覆って保護する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、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、平坦化に際して、過酸化水素や過硫酸アンモニウム等の酸化剤あるいはアノード分極により銅等の配線材料の表面を酸化し、しかる後、該酸化された配線材料（酸化剤層）を砥粒などにより研磨するようにしている。この際、平坦化後の銅配線の露出表面には、酸化剤などにより化学的ダメージを受けたり、あるいは研磨剤等により物理的ダメージを受けたダメージ層が残存する。もちろん平坦化工程でこれらのダメージを極力抑える試みがなされているが、酸化物層を形成しかつそれを物理的に除去することで平坦性を得るようにしている以上、少なくとも化学的ないし物理的いずれかの要因によって配線の表面にダメージ層が残存することを回避することはできない。特に配線の微細化が進むと、このような露出配線の表面に残存するダメージ層が半導体装置の信頼性に悪影響を与えるようになってくる。
【０００８】
ここで、平坦化処理により配線の露出表面に形成された化学的ないし物理的要因によるダメージ層を修復する方法については、ドライプロセスまたはウェットプロセスによって実施することが考えられる。平坦化工程後の工程がＣＶＤ等のドライプロセスであれば、これらの後工程との整合性もあるので、例えばプラズマ処理などのドライプロセスによってダメージ層を修復する方が好ましい。一方、平坦化工程後の工程が、めっきやスピンコート等の常圧下で行われるものである場合には、ウェットエッチングなどのウェットプロセスによってダメージ層を修復する方が後工程との整合性をとりやすい。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ダマシンプロセスによって配線を形成する際の平坦化によって必然的に配線の露出表面に生じるダメージ層の影響をなくして、高い歩留りで半導体装置等を製造できるようにした半導体装置の製造方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、表面に設けた層間絶縁膜に配線用の微細凹部を形成した基板を用意し、基板の表面に配線材料を成膜して該配線材料を前記微細凹部内に埋込み、基板の表面に余剰に成膜された前記配線材料を除去し平坦化して前記配線材料からなる配線を形成し、前記配線の露出表面に形成されたダメージ層を修復することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
このように、平坦化に伴って配線の表面に形成されたダメージ層を修復することで、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記ダメージ層の修復を、ドライプロセスで行う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である。
平坦化して配線を形成した後の工程がＣＶＤ等のドライプロセスであれば、これら後工程との整合性もあるので、ドライプロセスによってダメージ層を修復する方が好ましい。ドライプロセスによる修復としては、例えばプラズマ処理などがあり、特に水素やアンモニアなどの還元雰囲気下でプラズマ処理することで、化学的要因によるダメージを含めて修復することができ、しかも配線にダメージを与えないようにすることができる。なお、ドライプロセスによるダメージ層の修復の後、ウェットプロセスからなる次工程で基板を処理しても良いことは勿論である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記ダメージ層の修復を、ウェットプロセスで行う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である。
平坦化して配線を形成した後の工程がめっきやスピンコート等の常圧下で行われるものである場合には、ウェットプロセスでダメージ層を修復する方が工程的に整合性をとる上で好ましい。ウェットプロセスによる修復法としては、薬液を使ったエッチングや還元などの化学的作用を中心とするもの、研磨のような機械的作用を主体とするもの、あるいは両者を併用するものがある。ウェットプロセスによってダメージ層を修復する場合は、このような様々な作用を任意に組み合わせることもできるので、修復すべき対象に応じた処理方法を選択できる可能性がありより好ましい。なお、ウェットプロセスによるダメージ層の修復の後、ドライプロセスからなる次工程で基板を処理しても良いことは勿論である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記ダメージ層のウェットプロセスによる修復を、基板の表面に余剰に成膜された配線材料を除去し平坦化する処理に引き続いて行うことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法である。
配線の表面に形成されたダメージ層の修復をウェットプロセスで行う場合には、基板表面の平坦化が、一般に湿式（ウェット式）で行われるので、平坦化後に連続的に行う方が効率的である。このウェットプロセスによりダメージ層の修復は、平坦化（研磨）後の洗浄に使用する洗浄ユニットで基板に薬液処理をしたり、平坦化を行う研磨ユニットにおいて、研磨後に修復用のスラリ乃至薬液を供給するなど、研磨装置の各種ユニットを用いて目的の処理を行うことも可能である。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記ダメージ層のウェットプロセスによる修復を、基板の表面に余剰に成膜された配線材料を除去し平坦化して、基板を乾燥させた後に行うことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法である。
平坦化処理とダメージ層の修復処理の処理時間に大きな差がある場合には、一旦平坦化処理を完了してからダメージ層の修復処理を行う方がスループットを上げる上で好ましく、この場合には、平坦化後の基板を洗浄し乾燥しておく方が好ましい。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記ダメージ層を薬液に溶解させて除去することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
平坦化処理で配線の露出表面に生じるダメージ層には、酸化剤などにより化学的なダメージを受けた層と研磨剤等により物理的なダメージを受けた層が混在しているが、いずれにしてもバルク金属と比べると結合が弱い状態にある。従って、例えば金属（配線）とその酸化物（ダメージ層）の溶解速度を比較して、後者の方が高い薬液を基板表面に適用することにより、配線に対してそれ以上のダメージを与えることなく酸化物層等を主体とするダメージ層のみを除去することができる。配線材料が、例えば銅またはその合金からなる場合には、塩酸、硫酸、フッ酸などの非酸化性の酸を用いることで、所期の目的を果たすことができる。なお、薬液中の溶存酸素によって配線が酸化され、ダメージを受けていない部分についても溶解される可能性があるので、必要に応じて供給する薬液中の溶存酸素量を低く抑えるとともに、雰囲気を制御するなどの方策により、大気中の酸素の影響を排除するようにしてもよい。薬液中の溶存酸素量を制御する方法としては、薬液を窒素バブリングするなどの方法があり、また雰囲気を制御する方法としては、処理過程において窒素ガスなどの不活性ガスを導入するなどの方法がある。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、表面を下方に向けて保持した基板の該表面に向けて、前記薬液を噴射することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法である。
基板表面に薬液を供給する方法としては、基板を薬液中に浸漬する方法、表面を上方に向けて保持した基板の該表面（上面）に薬液を供給する方法、表面を下方に向けて保持した基板の該表面（下面）に向けて薬液をスプレー等で噴射して供給する方法等が考えられる。前述のように、溶解に用いる薬液によっては、雰囲気中の酸素の影響で、配線のダメージを受けていない部分についても溶解してしまう可能性がある。このような場合は、所定の処理が終わったら直ちに基板表面から薬液を排除する必要がある。この場合、基板を薬液中に浸漬する方法や表面を上方に向けて保持した基板の表面（上面）に薬液を供給する方法に比べて、表面を下方に向けて保持した基板の表面（下面）に向けて薬液をスプレー等で噴射して供給する方が、その後のリンスもし易く、また薬液を容易に排除することができる。また、スプレーを噴射する環境及び／またはリンスする環境を不活性ガスで満たし、処理中の雰囲気酸素の影響を排除するようにしてもよい。
【００１７】
また、ダメージ層を修復した後の工程が、無電解めっきによる表面保護膜の形成で、表面を下方に向けて基板を保持してめっきを行う場合には、表面を下方に向けて基板を保持してダメージ層を修復することで、その後の無電解めっきによる表面保護膜の形成を、基板の向きを変えることなく連続して行うことができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記ダメージ層を、還元剤を含む溶液で還元して修復することを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
ダメージ層が酸化剤などによる化学的なダメージを主体とする場合には、溶解によってダメージ層を除去するよりも、ダメージ層を還元剤により還元させて金属状態に戻すことが適切である。還元剤としては、少なくとも配線材料に対して電子を供与できるものである必要があり、例えば銅の場合であれば、ホルムアルデヒド、ジメチルアミンボラン、ヒドラジン等を用いることができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、表面を下方に向けて保持した基板の該表面に向けて、前記還元剤を含む溶液を噴射することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法である。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、還元剤を含む溶液の存在の下で、基板の表面を研磨することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法である。
化学的なダメージを受けたダメージ層を還元剤による還元処理で修復するに際して、基板表面の研磨を併用することにより、基板全面にわたって均一な処理が可能となる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、少なくとも還元剤と砥粒を含むスラリを用いて、基板の表面を研磨することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法である。
ダメージ層に、化学的なダメージに加えて、多少の物理的なダメージが存在する場合には、還元剤に砥粒を含むスラリを用いて研磨することで、両方のダメージを受けたダメージ層の修復が可能となる。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、表面を下方に向けて保持した基板の該表面を研磨面に押し付けながら、基板と研磨面とを相対移動させて基板の表面を研磨することを特徴とする請求項１０または１１記載の半導体装置の製造方法である。
上記のように、修復後の工程が無電解めっきによる表面保護膜の形成で、表面を下方に向けて基板を保持してめっきする場合には、表面を下方に向けて基板を保持してダメージ層の修復することで、その後の無電解めっきによる表面保護膜の形成を、基板の向きを変えることなく連続して行うことができる。
【００２３】
請求項１３に記載の発明は、基板の表面に形成された配線をカソード分極させ、前記ダメージ層を電気化学的に還元させて修復することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法である。
還元剤溶液を使用してダメージ層を金属状態に還元する場合には、その後のリンス処理が必須であるが、そのリンス処理中に配線がダメージを受ける可能性がある。基板表面上の配線を、超純水などの中でカソード分極させることによる電気化学的還元によりダメージ層（酸化膜層）を修復すれば、リンスが不要であるので、そのような懸念がなくなる。配線材料が銅である場合、生成直後の酸化物であれば、標準水素電極電位に対して０．４Ｖ程度の電位でカソード分極すれば、ダメージ層（酸化膜層）は銅に還元される。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、基板の表面にメッシュ状のカソードを接触させて配線をカソード分極させることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法である。
基板の表面に形成した埋込み配線をカソード分極させる方法としては、メッシュ状のカソードを基板表面に接触させる方法が最も容易である。カソードとしてメッシュ状のものを使用することにより、仮に水素ガスが発生するようなことがあっても、水素ガスを容易に排除することができ、還元反応を円滑に行うことができる。また電極材料としては、カソード電流が水素発生に使われないようにするため、銅、鉛、亜鉛等の水素過電圧の高いものを用いることが好ましい。
【００２５】
請求項１５に記載の発明は、前記配線材料は、銅、銅合金、銀または銀合金であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
配線材料としては様々なものがあり得るが、このような配線に形成されるダメージ層に対して考慮しなければならない半導体装置は、一般に高集積化が進んだものに限定される。このような高集積化された半導体装置に用いられる配線材料としては、銅、銅合金、銀または銀合金が挙げられる。
【００２６】
請求項１６に記載の発明は、前記配線材料の成膜を、めっきにより行うことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
配線材料の埋込み方法としては、ＣＶＤ法などのドライプロセスによることもあるが、生産性の点からはめっき法が最も適している。
【００２７】
請求項１７に記載の発明は、基板の表面に余剰に成膜された配線材料を除去し平坦化する処理を、化学機械的研磨、電気化学的研磨または複合電解研磨、またはこれらの任意の組合せで行うことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
平坦化方法の代表的なものとしては化学機械的研磨（ＣＭＰ）があるが、その他の電気化学的研磨あるいは複合電解研磨を用いても良いし、プロセスの効率化のためそれらを組み合わせて行っても良い。
【００２８】
請求項１８に記載の発明は、前記ダメージ層の修復処理を遮光下で行うことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
平坦化によって基板表面に配線表面が露出するようになると、湿式工程中に、クリーンルーム内の照明光により光腐食を生じることがある。このため、ダメージ層の修復工程を遮光下で行うことで、この工程中に配線に光腐食を生じることを防止することができる。
【００２９】
請求項１９に記載の発明は、修復処理後の基板表面の露出配線表面に、保護膜を選択的に形成することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法である。
ダメージ層の修復処理を行った配線の露出表面は不安定であり、酸化などを受けやすい。従って、配線のダメージ層を修復した後、時間を置かずに配線の表面に保護膜を選択的に形成して配線の安定化を図ることで、配線の酸化等を防止することができる。
【００３０】
請求項２０に記載の発明は、前記保護膜を無電解めっきにより形成し、無電解めっき後の基板を乾燥状態とすることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置の製造方法である。
保護膜形成の方法としては、ＣＶＤ法などのドライプロセスもあり得るが、時間を置かずに形成する等の点から考えると、無電解めっきによる成膜が好適である。保護膜の種類としては、ニッケルやコバルト、或いはそれらの合金膜が、化学的安定性などの点で適している。
【００３１】
請求項２１に記載の発明は、層間絶縁膜に配線用の微細凹部を形成した基板の表面に配線材料を成膜して該配線材料を前記微細凹部内に埋込むめっきユニットと、基板の表面に余剰に成膜された前記配線材料を除去し平坦化して前記配線材料からなる配線を形成する研磨ユニットと、前記配線の露出表面に形成されたダメージ層を修復するダメージ層修復ユニットを有することを特徴とする半導体装置の製造装置である。
【００３２】
請求項２２に記載の発明は、前記ダメージ層修復ユニットは、表面を下向きにして基板を保持する基板ホルダと、該基板ホルダで保持した基板の表面に向けて液体を噴射する液体噴射ノズルを有することを特徴とする請求項２１記載の半導体装置の製造装置である。
請求項２３に記載の発明は、前記液体は、前記ダメージ層を溶解する薬液または還元剤を含む溶液であることを特徴とする請求項２２記載の半導体装置の製造装置である。
【００３３】
請求項２４に記載の発明は、前記ダメージ層修復ユニットは、表面を下向きにして基板を保持する上下動自在なトップリングと、上面を研磨面とした研磨テーブルと、前記研磨テーブルの研磨面に液体を供給する液体供給ノズルと、前記トップリングと前記研磨テーブルを相対移動させる相対移動機とを有することを特徴とする請求項２１記載の半導体装置の製造装置である。
請求項２５に記載の発明は、前記液体は、還元剤を含む溶液または還元剤と砥粒を含むスラリであることを特徴とする請求項２４記載の半導体装置の製造装置である。
【００３４】
請求項２６に記載の発明は、前記ダメージ層修復ユニットは、基板表面に接触して前記配線をカソード分極させるメッシュ状のカソードと、前記基板表面に対向して配置されるアノードと、前記基板表面と前記アノードとの間に満たされる電解液とを有することを特徴とする特徴とする請求項２１記載の半導体装置の製造装置である。
請求項２７に記載の発明は、前記配線の露出表面に保護膜を選択的に形成する無電解めっきユニットを更に有することを特徴とする請求項２１乃至２６のいずれかに記載の半導体装置の製造装置である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、半導体ウエハ等の基板の表面に設けた配線用の微細凹部に、配線材料としての銅を埋込んで銅層からなる配線を形成するようにした半導体装置の製造装置に適用した例を示しているが、銅以外の配線材料にも使用できることは勿論である。
【００３６】
図２は、本発明の実施の形態における半導体装置の製造装置の平面図を示す。図２に示すように、この基板処理装置は、例えばスミフボックス等の内部に多数の半導体ウエハ等の基板を収納した搬送ボックス１０を着脱自在な矩形状のハウジング１２を備えている。このハウジング１２の内部には、ロード・アンロードステーション１４と、このロード・アンロードステーション１４との間で基板を授受する走行自在な搬送ロボット１６が備えられている。そして、搬送ロボット１６を挟んで該搬送ロボット１６の一方の側には、めっきユニット１８、洗浄・乾燥ユニット２０、ベベルエッチング・裏面洗浄ユニット２２及び膜厚測定器２４が直列に配置され、他方の側には、熱処理（アニール）ユニット２６、前処理ユニット２８、無電解めっきユニット３０、ダメージ層修復ユニット３２及び研磨ユニット３４が直列に配置されている。
【００３７】
ここで、ハウジング１２には遮光処理が施され、これによって、このハウジング１２内での以下の各工程を遮光状態で、つまり、配線に照明光等の光が当たることなく行えるようになっている。このように、配線に光が当たることを防止することで、例えば銅からなる配線に光が当たって光電位差が生じ、この光電位差によって配線が腐食してしまうことを防止することができる。
【００３８】
次に、このように構成された基板処理装置によって、図１（ａ）〜（ｄ）に示す、シード層６を形成した基板に銅配線を形成する一連の処理を、図３を更に参照して説明する。
【００３９】
先ず、表面にシード層６を形成した基板Ｗを搬送ボックス１０から一枚ずつ取出し、ロード・アンロードステーション１４に搬入する。そして、このロード・アンロードステーション１４に搬入した基板Ｗを搬送ロボット１６で膜厚測定器２４に搬送し、この膜厚測定器２４でイニシャル膜厚（シード層６の膜厚）を測定し、しかる後、必要に応じて、基板を反転させてめっきユニット１８に搬送する。このめっきユニット１８で、図１（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅層７を堆積させて、銅の埋込みを行う。
【００４０】
そして、この銅層７を形成した基板を、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥ユニット２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはめっきユニット１８にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このめっきユニット１８で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板をベベルエッチング・裏面洗浄ユニット２２に搬送する。
【００４１】
このベベルエッチング・裏面洗浄ユニット２２では、基板Ｗのベベル（エッジ）部に付着した不要な銅をエッチング除去すると同時に、基板の裏面を純水等で洗浄し、しかる後、前述と同様に、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥ユニット２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはベベルエッチング・裏面洗浄ユニット２２にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このベベルエッチング・裏面洗浄ユニット２２で基板Ｗのスピン乾燥を行って、この乾燥後の基板を、搬送ロボット１６で熱処理ユニット２６に搬送する。
【００４２】
この熱処理ユニット２６で基板Ｗの熱処理（アニール）を行う。そして、この熱処理後の基板Ｗを搬送ロボット１６で膜厚測定器２４に搬送し、ここで銅の膜厚を測定し、この測定結果と前述のイニシャル膜厚の測定結果との差から、銅層７（図１（ｂ）参照）の膜厚を求め、この測定後の膜厚によって、例えば次に基板に対するめっき時間を調整し、また膜厚が不足する場合には、再度めっきによる銅の追加の成膜を行う。そして、この膜厚測定後の基板Ｗを、搬送ロボット１６により研磨ユニット３４に搬送する。
【００４３】
この研磨ユニット３４で、図１（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面に堆積した不要な銅層７及びシード層６を研磨除去して、基板Ｗの表面を平坦化する。これにより、図１（ｃ）に示すように、絶縁膜（層間絶縁膜）２の内部にシード層６と銅層７からなる配線（銅配線）８を形成する。この時、例えば、膜厚や基板の仕上がり具合をモニタで検査し、このモニタで終点（エンドポイント）を検知した時に、研磨を終了する。そして、この研磨後の基板Ｗを搬送ロボット１６で洗浄・乾燥ユニット２０に搬送し、この洗浄・乾燥ユニット２０で基板表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、このリンス後の基板Ｗを搬送ロボット１６でダメージ層修復ユニット３２に搬送する。
【００４４】
なお、この例では、研磨ユニット３４として、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行うようにしたものが一般に使用されるが、その他の電気化学的研磨あるいは複合電解研磨を用いても良いし、プロセスの効率化のためそれらを組み合わせて行っても良い。
このダメージ層修復ユニット３２では、配線８の露出表面に形成された（残存する）ダメージ層を、例えば薬液で溶解して除去するか、または還元して金属状態（銅）に戻すことで、修復する。
【００４５】
研磨ユニット３４では、過酸化水素や過硫酸アンモニウム等の酸化剤あるいはアノード分極により銅等の配線材料の表面を酸化し、しかる後、該酸化された配線材料（酸化剤層）を砥粒などにより研磨するようにしており、この研磨の際、平坦化後の銅配線８の露出表面には、酸化剤などにより化学的ダメージを受け、あるいは研磨剤等により物理的ダメージを受けたダメージ層が残存し、この残存するダメージ層が半導体装置の信頼性に悪影響を与える。このため、ダメージ層を修復し、ダメージ層による半導体装置の信頼性への悪影響を除去することで、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００４６】
このダメージ層の修復は、平坦化して配線を形成した後の工程がＣＶＤ等のドライプロセスである場合には、これら後工程との整合性もあるので、ドライプロセスによって行う方が好ましい。ドライプロセスによる修復としては、例えばプラズマ処理などがあり、特に水素やアンモニアなどの還元雰囲気下でプラズマ処理することで、化学的要因によるダメージを含めて修復することができ、しかも配線にダメージを与えないようにすることができる。なお、ドライプロセスによるダメージ層の修復の後、ウェットプロセスからなる次工程で基板を処理しても良いことは勿論である。
【００４７】
また、平坦化して配線を形成した後の工程が、この実施の形態のように、めっきやスピンコート等の常圧下で行われるものである場合には、ウェットプロセスでダメージ層を修復する方が工程的に整合性があって好ましい。ウェットプロセスによる修復法としては、薬液を使ったエッチングや還元などの化学的作用を中心とするもの、研磨のような機械的作用を主体とするもの、あるいは両者を併用するものがある。ウェットプロセスによってダメージ層を修復する場合は、このような様々な作用を任意に組み合わせることもできるので、修復すべき対象に応じた処理方法を選択できる可能性がありより好ましい。なお、ウェットプロセスによるダメージ層の修復の後、ドライプロセスからなる次工程で基板を処理しても良いことは勿論である。
【００４８】
なお、平坦化処理とダメージ層の修復処理の処理時間に大きな差がある場合には、一旦平坦化処理を完了してからダメージ層の修復処理を行う方がスループットを上げる上で好ましく、この場合には、平坦化後の基板を洗浄し乾燥しておく方が好ましい。
【００４９】
次に、ダメージ層を修復した基板を、前述のように、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥ユニット２０に搬送し、必要に応じて、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、またはダメージ層修復ユニット３２にスピン乾燥機能が備えられている場合には、このダメージ層修復ユニット３２で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板を搬送ロボット１６で前処理ユニット２８に搬送し、この前処理ユニット２８で、例えば基板表面へのＰｄ触媒の付着や、基板の露出表面に付着した酸化膜の除去等の少なくとも一方のめっき前処理を行う。そして、このめっき前処理後の基板を、前述のように、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥ユニット２０に搬送して、基板Ｗの純水による洗浄を行ってスピン乾燥させるか、または前処理ユニット２８にスピン乾燥機能が備えられている場合には、この前処理ユニット２８で基板Ｗのスピン乾燥（液切り）を行って、この乾燥後の基板を搬送ロボット１６で無電解めっきユニット３０に搬送する。
【００５０】
この無電解めっきユニット３０で、図１（ｄ）に示すように、露出した配線８の表面に、例えば無電解Ｃｏ−Ｗ−Ｐめっきを施して、配線８の外部への露出表面に、Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金膜からなる保護膜（めっき膜）９を選択的に形成して配線８を保護する。この保護膜９の膜厚は、０．１〜５００ｎｍ、好ましくは、１〜２００ｎｍ、更に好ましくは、１０〜１００ｎｍ程度である。この時、例えば、保護膜９の膜厚をモニタして、この膜厚が所定の値に達した時、つまり終点（エンドポイント）を検知した時に、無電解めっきを終了する。
【００５１】
そして、無電解めっきが終了した基板を、搬送ロボット１６で洗浄・乾燥ユニット２０に搬送し、この洗浄・乾燥ユニット２０で基板表面を薬液で洗浄し、更に純水で洗浄（リンス）した後、高速回転させてスピン乾燥させる。そして、このスピン乾燥後の基板Ｗを搬送ロボット１６でロード・アンロードステーション１４を経由して搬送ボックス１０内に戻す。
【００５２】
図４は、ダメージ層修復ユニット３２の一例を示す。このダメージ層修復ユニット３２は、回転及び上下動自在で、表面を下向きにして基板Ｗを着脱自在に保持する基板ホルダ４０と、略円筒状の処理槽４２を備えている。そして、処理槽４２の底部には、液体を上方に向けて噴射する複数の液体噴射ノズル４４がノズル板４６に取付けられて配置され、このノズル板４６は、ノズル上下軸４８の上端に連結されている。更に、このノズル上下軸４８は、ノズル位置調整用ねじ５０と該ねじ５０と螺合するナット５２との螺合位置を変えることで上下動し、これによって、液体噴射ノズル４４と該液体噴射ノズル４４の上方に配置される基板Ｗとの距離を最適に調整できるようになっている。
【００５３】
このダメージ層修復ユニット３２にあっては、表面を下向きにして基板Ｗを保持した基板ホルダ４０を処理槽４２内の所定の位置に配置し、基板ホルダ４０を回転させながら、基板Ｗに向けて液体噴射ノズル４４から液体を噴射して配線８の表面のダメージ層を修復する。
【００５４】
ここで、液体噴射ノズル４４から基板Ｗに向けて噴射する液体として、ダメージ層を溶解させて除去する薬液が使用される。つまり、平坦化処理で配線８の露出表面に生じるダメージ層には、酸化剤などにより化学的なダメージを受けた層と研磨剤等により物理的なダメージを受けた層が混在しているが、いずれにしてもバルク金属と比べると結合が弱い状態にある。従って、例えば金属（配線）とその酸化物（ダメージ層）の溶解速度を比較して、後者の方が高い薬液を基板表面に適用することにより、配線に対してそれ以上のダメージを与えることなく酸化物層等を主体とするダメージ層のみを除去することができる。配線材料が、例えば銅またはその合金からなる場合には、薬液として、塩酸、硫酸、フッ酸などの非酸化性の酸を用いることで、所期の目的を果たすことができる。
【００５５】
なお、薬液中の溶存酸素によって配線が酸化され、ダメージを受けていない部分についても溶解される可能性があるので、必要に応じて供給する薬液中の溶存酸素量を低く抑えるとともに、雰囲気を制御するなどの方策により、大気中の酸素の影響を排除するようにしてもよい。薬液中の溶存酸素量を制御する方法としては、薬液を窒素バブリングするなどの方法があり、また雰囲気を制御する方法としては、処理過程において窒素ガスなどの不活性ガスを導入するなどの方法がある。
【００５６】
基板表面に薬液を供給する方法としては、基板を薬液中に浸漬する方法、表面を上方に向けて保持した基板の該表面（上面）に薬液を供給する方法、表面を下方に向けて保持した基板の該表面（下面）に向けて薬液をスプレー等で噴射して供給する方法等が考えられる。前述のように、溶解に用いる薬液によっては、雰囲気中の酸素の影響で、配線のダメージを受けていない部分についても溶解してしまう可能性がある。このような場合は、所定の処理が終わったら直ちに基板表面から薬液を排除する必要がある。この場合、基板を薬液中に浸漬する方法や表面を上方に向けて保持した基板の表面（上面）に薬液を供給する方法に比べて、表面を下方に向けて保持した基板の表面（下面）に向けて薬液をスプレー等で噴射して供給する方が、その後のリンスもし易く、また薬液を容易に排除することができる。また、スプレーを噴射する環境及び／またはリンスする環境を不活性ガスで満たし、処理中の雰囲気酸素の影響を排除するようにしてもよい。
【００５７】
また、ダメージ層を修復した後の工程が、無電解めっきによる表面保護膜の形成で、表面を下方に向けて基板を保持してめっきを行う場合には、表面を下方に向けて基板を保持してダメージ層を修復することで、その後の無電解めっきによる表面保護膜の形成を、基板の向きを変えることなく連続して行うことができる。
【００５８】
液体噴射ノズル４４から基板Ｗに向けて噴射する液体として、還元剤を含む液体を使用し、ダメージ層を還元剤で還元して修復するようにしてもよい。つまり、ダメージ層が酸化剤などによる化学的なダメージを主体とする場合には、溶解によってダメージ層を除去するよりも、ダメージ層を還元剤により還元させて金属状態に戻すことが適切である。還元剤としては、少なくとも配線材料に対して電子を供与できるものである必要があり、例えば銅の場合であれば、ホルムアルデヒド、ジメチルアミンボラン、ヒドラジン等を用いることができる。
【００５９】
図５は、ダメージ層修復ユニット３２の更に他の例を示す。この例は、化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行うＣＭＰユニットとほぼ同様な構成を備えたもので、上面に研磨パッド（研磨布）６０を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル６２と、この研磨テーブル６２の上方に配置され、回転及び上下動自在で、表面を下方に向けて基板Ｗを着脱自在に保持するトップリング６４とを備えている。そして、研磨テーブル６２とトップリング６４とをそれぞれ自転させ、研磨テーブル６２の上方に設置された液体供給ノズル６６より、少なくとも還元剤を含む液体を供給しつつ、トップリング６４により基板Ｗを一定の圧力で研磨テーブル６２の研磨パッド６０に押圧することで、前述と同様に、ダメージ層を還元剤で還元し、同時に基板Ｗの表面を研磨し、これによって、ダメージ層を修復するようになっている。なお、研磨パッドとして、予め砥粒を入れた固定砥粒方式を採用したものを使用してもよい。
【００６０】
このようなダメージ層修復ユニット３２を用いて修復作業を継続すると研磨パッド６０の研磨面の研磨力が低下するが、この研磨力を回復させるために、ドレッサー６８を設け、このドレッサー６８によって、ダメージ層を修復する基板Ｗの交換時などに研磨パッド６０の目立て（ドレッシング）が行われている。このドレッシング処理においては、ドレッサー６８のドレッシング面（ドレッシング部材）を研磨テーブル６２の研磨パッド６０に押圧しつつ、これらを自転させることで、研磨面に付着した砥液や切削屑を除去すると共に、研磨面の平坦化及び目立てが行なわれ、研磨面が再生される。
【００６１】
このように、化学的なダメージを受けたダメージ層を還元剤による還元処理で修復するに際して、基板表面の研磨を併用することにより、基板全面にわたって均一な処理が可能となる。
ダメージ層に、化学的なダメージに加えて、多少の物理的なダメージが存在する場合には、液体供給ノズル６６より、還元剤に砥粒を含む液体（スラリ）を研磨テーブル６２に供給して研磨することで、両方のダメージを受けたダメージ層の修復が可能となる。
【００６２】
図６は、配線８の表面に形成された（残存する）ダメージ層を電気化学的に還元させて修復するようにした、ダメージ層修復ユニット３２の更に他の例を示す。このダメージ層修復ユニット３２は、回転及び上下動自在で、表面を下向きにして基板Ｗを着脱自在に保持する基板ホルダ７０と、この基板ホルダ７０の下方に配置され、内部に純水等の液体７２を保持する処理槽７４とを備えている。そして、基板ホルダ７０には、電源７６の陰極に接続されるメッシュ状のカソード７８が上下動または開閉自在に備えられ、カソード７８を基板ホルダ７０に対して下降させるか、またはカソード７８を開いた状態で、基板ホルダ７０で基板Ｗを保持し、しかる後、カソード７８を基板ホルダ７０に対して上昇させるか、またはカソード７８を閉じることで、基板Ｗの配線８をカソード７８に接触させてカソード分極させるように構成されている。一方、処理槽７４の底部には、電源７６の陽極に接続される板状のアノード８０が装着されている。
【００６３】
この例によれば、基板Ｗを保持し、この基板Ｗの配線８にカソード７８を接触させた基板ホルダ７０を下降させて、処理槽７４で保持した純水等の液体に基板Ｗを浸漬させ、この状態で、カソード７８に電源７６の陰極を、アノード８０に電源７６の陽極をそれぞれ接続する。これによって、基板Ｗの表面に形成された配線８をカソード分極させ、ダメージ層を電気化学的に還元させて修復する。
【００６４】
前述のように、還元剤溶液を使用してダメージ層を金属状体に還元する場合には、その後のリンス処理が必須であるが、そのリンス処理中に配線８がダメージを受ける可能性がある。しかし、この例のように、基板Ｗの表面の配線８を、超純水などの中でカソード分極させることによる電気化学的還元によりダメージ層（酸化膜層）を修復すれば、リンスが不要であるので、そのような懸念がなくなる。配線材料が銅である場合、生成直後の酸化物であれば、標準水素電極電位に対して０．４Ｖ程度の電位でカソード分極すれば、ダメージ層（酸化膜層）は銅に還元される。
【００６５】
なお、基板の表面に形成した埋込み配線８をカソード分極させる方法としては、この例のように、メッシュ状のカソード７８を基板Ｗの表面に接触させる方法が最も容易である。このように、カソード７８として、メッシュ状のものを使用することにより、仮に水素ガスが発生するようなことがあっても、水素ガスを容易に排除することができ、還元反応を円滑に行うことができる。また電極材料としては、カソード電流が水素発生に使われないようにするため、銅、鉛、亜鉛等の水素過電圧の高いものを用いることが好ましい。
なお、この例は、配線材料として、銅を使用した例を示しているが、この銅の他に、銅合金、銀及び銀合金等を使用しても良い。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、ダマシンプロセスによって配線を形成する際の平坦化によって必然的に配線の露出表面に生じるダメージ層を修復し、このダメージ層を修復した配線に対して、次工程の処理を施すことで、配線の表面に残存するダメージ層による悪影響をなくして、高い歩留りで半導体装置等を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置における配線形成例を工程順に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の製造装置の平面図である。
【図３】図２に示す半導体装置の製造装置における処理フロー図である。
【図４】図２に示す半導体装置の製造装置に備えられているダメージ層修復ユニットの一例を示す断面図である。
【図５】図２に示す半導体装置の製造装置に備えられているダメージ層修復ユニットの他の例を示す概要図である。
【図６】図２に示す半導体装置の製造装置に備えられているダメージ層修復ユニットの更に他の例を示す概要図である。
【符号の説明】
２  絶縁膜（層間絶縁膜）
３  コンタクトホール
４  配線溝
６  シード層
７  銅層
８  配線
９  保護膜
１０  搬送ボックス
１８  めっきユニット
２０  洗浄・乾燥ユニット
２２  ベベルエッチング・裏面洗浄ユニット
２４  膜厚測定器
２６  熱処理ユニット
２８  前処理ユニット
３０  無電解めっきユニット
３２  ダメージ層修復ユニット
３４  研磨ユニット
４０  基板ホルダ
４２  処理槽
４４  液体噴射ノズル
６０  研磨パッド
６２  研磨テーブル
６４  トップリング
６６  液体供給ノズル
６８  ドレッサー
７０  基板ホルダ
７４  処理槽
７８  カソード
８０  アノード
【図１】
2004363155.tif 000003
【図２】
2004363155.tif 000004
【図３】
2004363155.tif 000005
【図４】
2004363155.tif 000006
【図５】
2004363155.tif 000007
【図６】
2004363155.tif 000008