(57)【要約】【課題】埋込み配線の表面を選択的に覆って保護するＣｏ合金保護膜と十分な剥離強度を持った多層線構造の半導体装置を生産性良く製造できるようにする。【解決手段】基板Ｗの表面に形成した配線３６の露出表面にＣｏ合金保護膜４０を選択的に形成し、このＣｏ合金保護膜４０を形成した直後に、Ｃｏ合金保護膜４０の表面に酸化処理を施して酸化膜４０ａを形成し、これによって、Ｃｏ合金保護膜４０と保護膜４２との密着性を高める。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成し、このＣｏ合金保護膜を形成した直後に、Ｃｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成し、このＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成し、この酸化処理を施した直後に、基板表面に保護膜を形成することを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成し、このＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成し、この酸化処理を施した直後に、基板表面に層間絶縁膜を形成することを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
基板の表面に向けて薬液を噴霧するか、基板を薬液中に浸漬させるか、または酸化雰囲気で基板を熱処理して、Ｃｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法。
【請求項５】
基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成する配線保護膜形成ユニットと、形成直後のＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成する酸化ユニットとを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項６】
前記酸化ユニットでＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施した直後の基板表面に、保護膜を形成する保護膜形成ユニットを有することを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記酸化ユニットでＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施した直後の基板表面に、層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ユニットを有することを特徴とする請求項５記載の基板処理装置。
【請求項８】
基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成する配線保護膜形成ユニットと、Ｃｏ合金保護膜を形成した直後の基板表面に、保護膜を形成する保護膜形成ユニットを有することを特徴とする基板処理装置。
【請求項９】
基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成する配線保護膜形成ユニットと、Ｃｏ合金保護膜を形成した直後の基板の表面に、層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ユニットを有することを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理方法及びその装置に係り、特に半導体ウエハ等の基板に形成した埋込み配線の表面を配線保護膜で保護しつつ、多層配線化した半導体装置を製造するのに使用される基板処理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、配線溝及びコンタクトホールに金属（導電体）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の絶縁膜（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合金等からなる配線保護膜（蓋材）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合金等からなる配線保護膜は、例えば無電解めっきによって得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば銅からなる埋込み配線の露出表面をＣｏ合金保護膜で選択的に覆って配線を保護し、この表面に保護膜や層間絶縁膜を積層して多層配線化を行うと、例えば層間絶縁膜としてポリイミドを使用した場合に、ポリアミン酸とＣｏとの相互作用で、Ｃｏ合金保護膜と層間絶縁膜（ポリイミド）との界面に不良な境界が形成されてしまい、Ｃｏ合金保護膜と保護膜や層間絶縁膜との密着性が一般に悪く、十分な剥離強度を得ることができない。
【０００５】
ここで、Ｃｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して薄い酸化膜（例えば１０ｎｍ以下）を形成することによって、その上に積層される保護膜または層間絶縁膜との密着性を効果的に増やすことができることが確かめられている。しかし、この場合、Ｃｏ合金保護膜の表面に形成される酸化膜の膜厚があまりに厚いと、不動態性質を失うおそれがあり、このため、成膜したＣｏ合金保護膜の表面に、厚みを制御した薄い酸化膜を精度良く形成する必要がある。
【０００６】
また、例えばＣｏ合金保護膜の成膜工程や、この上への保護膜や層間絶縁膜の成膜工程等は、一般に独立した専用な装置を使用して行われていた。このため、フットプリントがかなり大きくなるばかりでなく、スループットの向上にも限界があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、埋込み配線の表面を選択的に覆って保護するＣｏ合金保護膜と十分な剥離強度を持った多層線構造の半導体装置を生産性良く製造できるようにした基板処理方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成し、このＣｏ合金保護膜を形成した直後に、Ｃｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成することを特徴とする基板処理方法である。このように、Ｃｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成することで、この上に積層される保護膜や層間絶縁膜との密着性を高め、しかもＣｏ合金保護膜を形成した直後に酸化処理を施すことで、Ｃｏ合金保護膜の自然酸化を極力抑えて、酸化膜の膜厚を精度良く制御することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成し、このＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成し、この酸化処理を施した直後に、基板表面に保護膜を形成することを特徴とする基板処理方法である。これにより、Ｃｏ合金保護膜の自然酸化を極力抑えて、Ｃｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して形成した酸化膜の膜厚を一定に維持したまま、この上に保護膜を密着性良く形成することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成し、このＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成し、この酸化処理を施した直後に、基板表面に層間絶縁膜を形成することを特徴とする基板処理方法である。これにより、Ｃｏ合金保護膜の自然酸化を極力抑えて、Ｃｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して形成した酸化膜の膜厚を一定に維持したまま、この上に層間絶縁膜を密着性良く形成することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、基板の表面に向けて薬液を噴霧するか、基板を薬液中に浸漬させるか、または酸化雰囲気で基板を熱処理して、Ｃｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基板処理方法である。例えば、基板の表面に向けて薬液を噴霧してＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施すことで、酸化膜をスループットに影響を与えない短時間で形成することができ、しかも、このように湿式プロセスで酸化処理を施すことで、Ｃｏ合金保護膜の自然酸化を極力抑えて、酸化膜の膜厚を容易に制御することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成する配線保護膜形成ユニットと、形成直後のＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成する酸化ユニットとを有することを特徴とする基板処理装置である。これにより、基板処理装置として１つの装置内に、配線保護膜形成ユニットと酸化ユニットの２つのユニットを備えることで、フットプリントを低減するとともに、スループットを向上させることができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、前記酸化ユニットでＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施した直後の基板表面に、保護膜を形成する保護膜形成ユニットを有することを特徴とする請求項５記載の基板処理装置である。
請求項７に記載の発明は、前記酸化ユニットでＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施した直後の基板表面に、層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ユニットを有することを特徴とする請求項５記載の基板処理装置である。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成する配線保護膜形成ユニットと、Ｃｏ合金保護膜を形成した直後の基板表面に、保護膜を形成する保護膜形成ユニットを有することを特徴とする基板処理装置である。これにより、埋込み配線の表面を、Ｃｏ合金保護膜で選択的に覆って保護した基板の表面に、他の保護膜を形成するようにした基板処理装置のフットプリントを低減するとともに、スループットを向上させることができる。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜を選択的に形成する配線保護膜形成ユニットと、Ｃｏ合金保護膜を形成した直後の基板の表面に、層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ユニットを有することを特徴とする基板処理装置である。これにより、埋込み配線の表面を、Ｃｏ合金保護膜で選択的に覆って保護した基板の表面に層間絶縁膜を形成するようにした基板処理装置のフットプリントを低減するとともに、スループットを向上させることができる。
【００１６】
【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。
図１は、本発明の実施の形態の基板処理装置の平面配置図を示す。図１に示すように、この基板処理装置には、表面に形成した配線用の凹部３２内に配線３６を形成した基板Ｗ（図３（ａ）参照）を収容した基板カセットを載置収納するロード・アンロード部１０が備えられている。そして、配線３６の露出表面を選択的に覆って該配線３６を保護するＣｏ合金からなる配線保護膜（Ｃｏ合金保護膜）を形成する配線保護膜形成ユニット１２と、このＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成する酸化ユニット１４と、この酸化ユニット１４でＣｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施した直後の基板表面に、保護膜を形成する保護膜形成ユニット１６と、この保護膜の表面に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ユニット１８が直列に配置されて備えられている。更に、これらの各ユニットの側方に位置して、基板Ｗの受渡しを行う搬送ロボットからなる基板搬送部２０が、これらの各ユニットと平行に走行自在に配置されている。なお、この例では、配線保護膜形成ユニット１２、酸化ユニット１４、保護膜形成ユニット１６及び層間絶縁膜形成ユニット１８を直列に配置した例を示しているが、これに限定されないことは勿論である。
【００１７】
このように、基板処理装置として１つの装置内に、配線保護膜形成ユニット１２，酸化ユニット１４，保護膜形成ユニット１６及び層間絶縁膜形成ユニット１８といった複数のユニットを備えることで、フットプリントを低減するとともに、スループットを向上させることができる。
【００１８】
ここで、この例では、配線保護膜形成ユニット１２，酸化ユニット１４，保護膜形成ユニット１６及び層間絶縁膜形成ユニット１８は、膜成形を湿式プロセスで行うようになっている。つまり、配線保護膜形成ユニット１２は、無電解めっき装置で構成され、酸化ユニット１４は、基板の表面に向けて薬液を噴霧する方式を採用したもので構成され、保護膜形成ユニット１６及び層間絶縁膜形成ユニット１８は、膜材料を基板上に回転塗布して乾燥させる、いわゆる塗布タイプのもので構成されている。なお、酸化ユニット１４として、基板を薬液中に浸漬させたり、または酸化雰囲気で基板をベーキング（熱処理）したりするようにしたものを使用しても良いことは勿論である。
【００１９】
次に、この基板処理装置による一連の基板処理を更に図２及び図３を参照して説明する。
先ず、図３（ａ）に示すように、表面に堆積したＳｉＯ２等からなる絶縁膜３０の内部に配線用の微細な凹部３２を形成し、表面にＴａＮ等からなるバリア層３４を形成した後、例えば、銅めっきを施して、基板Ｗの表面に銅膜を成膜して凹部３２の内部に埋め込み、しかる後、基板Ｗの表面にＣＭＰ（化学機械的研磨）を施して平坦化することで、絶縁膜３０の内部に銅膜からなる配線３６を形成した半導体ウエハ等の基板Ｗを用意し、この基板Ｗを基板カセットに収容し、この基板カセットをロード・アンロード部１０に搭載しておく。
【００２０】
そして、このロード・アンロード部１０に搭載した基板カセットから、１枚の基板Ｗを基板搬送部２０で取り出して、例えば無電解めっき装置からなる配線保護膜形成ユニット１２に搬送する。この配線保護膜形成ユニット１２では、例えば、液温が８０℃の無電解Ｃｏ−Ｗ−Ｂめっき液に基板Ｗの表面を接触させることで、配線３６の表面に選択的なめっき（Ｃｏ−Ｗ−Ｂ蓋めっき）を施し、図３（ｂ）に示すように、配線３６の露出表面に、例えばＣｏ−Ｗ−Ｂ合金からなる配線保護膜（Ｃｏ合金保護膜）４０を選択的に形成して配線３６を保護する。
【００２１】
次に、このめっき後の基板を基板搬送部２０で酸化ユニット１４に搬送する。この酸化ユニット１４では、例えば基板Ｗの表面に向けて酸化剤溶液（薬液）を噴霧することで、Ｃｏ合金保護膜４０の表面に酸化処理を施し、これによって、図３（ｃ）に示すように、Ｃｏ合金保護膜４０の表面に薄い酸化膜４０ａを形成する。この酸化処理を、Ｃｏ合金保護膜４０を形成した直後に行う。
【００２２】
このように、Ｃｏ合金保護膜４０の表面に酸化処理を施して酸化膜４０ａを形成することで、下記のように、この上に積層される保護膜４２や層間絶縁膜４４（保護膜４２を必要としない場合）との密着性を高めることができる。しかもＣｏ合金保護膜４０を形成した直後に酸化処理を施すことで、Ｃｏ合金保護膜４０の自然酸化を極力抑えて、酸化膜４０ａの膜厚を精度良く制御することができる。
【００２３】
また、基板Ｗの表面に向けて薬液を噴霧してＣｏ合金保護膜４０の表面に酸化処理を施すことで、酸化膜４０ａをスループットに影響を与えない短時間で形成することができ、しかも、このように湿式プロセスで酸化処理を施すことで、Ｃｏ合金保護膜４０の自然酸化を極力抑えて、酸化膜４０ａの膜厚を容易に制御することができる。
【００２４】
そして、この酸化処理後の基板Ｗを基板搬送部２０で保護膜形成ユニット１６に搬送する。この保護膜形成ユニット１６では、例えばＳｉＮまたはＳｉＣ等の保護膜材料を基板の表面に成膜（ＣＶＤまたはＰＶＤ）することで、図３（ｄ）に示すように、基板Ｗの表面に、例えばＳｉＮまたはＳｉＣからなるエッチストッパとハードマスクを兼用する保護膜４２を形成する。この保護膜４２の形成を、Ｃｏ合金保護膜４０に酸化処理を施して、酸化膜４０ａを形成した直後に行う。これにより、自然酸化によって、酸化膜４０ａの膜厚が変化するのを防止することができ、この薄い酸化膜４０ａを介在させた状態で、Ｃｏ合金保護膜４０上に保護膜４２を積層することで、Ｃｏ合金保護膜４０と保護膜４２との密着性を増やして、十分な剥離強度を得ることができる。
【００２５】
次に、この保護膜形成後の基板Ｗを基板搬送部２０で層間絶縁膜形成ユニット１８に搬送する。この層間絶縁膜形成ユニット１８では、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｌｏｗ−ｋ膜またはポリマー膜等の絶縁膜材料を基板Ｗの表面に回転塗布し、乾燥させることで、図３（ｅ）に示すように、基板Ｗの表面に、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｌｏｗ−ｋ膜またはポリマー膜からなり、第２層の配線を形成するための層間絶縁膜４４を形成する。
そして、このように層間絶縁膜４４を形成した基板Ｗを、基板搬送部２０でロード・アンロード部１０に搭載された基板カセットに戻す。
【００２６】
このように、Ｃｏ合金保護膜４０の形成、Ｃｏ合金保護膜４０の表面の酸化処理による酸化膜４０ａの形成及び保護膜４２の形成を湿式プロセスで行うことで、酸化膜４０ａの膜厚及びＣｏ合金保護膜４０と保護膜４２との間の密着性を容易に制御することができる。
【００２７】
図４は、本発明の他の実施の形態の基板処理装置の平面配置図を示す。この例の図１に示す例と異なる点は、保護膜形成ユニット１６を省略した点にある。この基板処理装置では、図５及び図６に示すように、前述の例と同様にして、配線３６の表面をＣｏ合金保護膜４０で選択的に覆って配線を保護し（図６（ａ））、このＣｏ合金保護膜４０の表面に薄い酸化膜４０ａを形成し（図６（ｂ））、しかる後、この酸化処理後の基板Ｗを基板搬送部２０で層間絶縁膜形成ユニット１８に搬送し、ここで、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｌｏｗ−ｋ膜またはポリマー膜等の絶縁膜材料を基板Ｗの表面に回転塗布し、乾燥させることで、基板Ｗの表面に、例えばＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｌｏｗ−ｋ膜またはポリマー膜からなり、第２層の配線を形成するための層間絶縁膜４４を直接形成する（図６（ｃ））ようにしている。
【００２８】
この例にあっても、この層間絶縁膜４４の形成を、Ｃｏ合金保護膜４０に酸化処理を施して、酸化膜４０ａを形成した直後に行うことで、自然酸化によって、酸化膜４０ａの膜厚が変化するのを防止することができ、この薄い酸化膜４０ａを介在させた状態で、Ｃｏ合金保護膜４０上に層間絶縁膜４４を積層することで、Ｃｏ合金保護膜４０と層間絶縁膜４４との密着性を増やして、十分な剥離強度を得ることができる。
【００２９】
しかも、Ｃｏ合金保護膜４０の形成、Ｃｏ合金保護膜４０の表面の酸化処理による酸化膜４０ａの形成及び層間絶縁膜４４の形成を湿式プロセスで行うことで、酸化膜４０ａの膜厚及びＣｏ合金保護膜４０と層間絶縁膜４４との間の密着性を容易に制御することができる。
【００３０】
図７は、本発明の更に他の実施の形態の基板処理装置の平面配置図を示す。この例の図１に示す例と異なる点は、酸化ユニット１４を省略した点にある。そして、配線保護膜形成ユニット１２で基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜４０を選択的に形成し、このＣｏ合金保護膜４０を形成した直後の基板表面に、保護膜形成ユニット１６で保護膜４２を形成し、更にこの層間絶縁膜形成ユニット１８で保護膜４２の上に層間絶縁膜４４を形成するようにしている（図３参照）。このように、配線保護膜形成ユニット１２、保護膜形成ユニット１６及び層間絶縁膜形成ユニット１８を１つの装置内に組み込むことによって、フットプリントを低減するとともに、スループットを向上させることができる。
【００３１】
図８は、本発明の更に他の実施の形態の基板処理装置の平面配置図を示す。この例の図４に示す例と異なる点は、酸化ユニット１４を省略した点にある。そして、配線保護膜形成ユニット１２で基板の表面に形成した配線の露出表面にＣｏ合金保護膜４０を選択的に形成し、このＣｏ合金保護膜４０を形成した直後の基板表面に、層間絶縁膜形成ユニット１８で層間絶縁膜４４を形成するようにしている（図６参照）。このように、配線保護膜形成ユニット１２と層間絶縁膜形成ユニット１８とを１つの装置内に組み込むことによっても、フットプリントを低減するとともに、スループットを向上させることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Ｃｏ合金保護膜の表面に酸化処理を施して酸化膜を形成することで、この上に積層される保護膜や層間絶縁膜との密着性を高め、しかもＣｏ合金保護膜を形成した直後に酸化処理を施すことで、Ｃｏ合金保護膜の自然酸化を極力抑えて、酸化膜の膜厚を精度良く制御することができる。これによって、埋込み配線の表面を選択的に覆って保護するＣｏ合金保護膜と十分な剥離強度を持った多層線構造の半導体装置を生産性良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の基板処理装置の平面配置図である。
【図２】図１に示す基板処理装置で一連の基板処理を行うときのフローを示す図である。
【図３】図１に示す基板処理装置で一連の基板処理を行うときのフロー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基板処理装置の平面配置図である。
【図５】図４に示す基板処理装置で一連の基板処理を行うときのフローを示す図である。
【図６】図４に示す基板処理装置で一連の基板処理を行うときのフローを工程順に示す図である。
【図７】本発明の更に他の実施の形態の基板処理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基板処理装置の平面配置図である。
【符号の説明】
１０  ロード・アンロード部
１２  配線保護膜形成ユニット
１４  酸化ユニット
１６  保護膜形成ユニット
１８  層間絶縁膜形成ユニット
２０  基板搬送部
３０  絶縁膜
３２  凹部
３４  バリア層
３６  配線
４０  Ｃｏ合金保護膜
４０ａ  酸化膜
４２  保護膜
４４  層間絶縁膜
【図１】
2004193220.tif 000003
【図２】
2004193220.tif 000004
【図３】
2004193220.tif 000005
【図４】
2004193220.tif 000006
【図５】
2004193220.tif 000007
【図６】
2004193220.tif 000008
【図７】
2004193220.tif 000009
【図８】
2004193220.tif 000010