(57)【要約】【課題】  配線の表面に該配線の体積を目減りさせることなく、表面を平坦にした保護膜を選択性良く形成でき、しかも保護膜を形成する際に、バリア層の表面に酸化膜が形成されないようにした。【解決手段】  基板の表面に積層した絶縁膜２内に形成した配線用凹部４の内部に配線材料を埋込み、絶縁膜２上の余剰な配線材料を除去し平坦化して配線用凹部４の内部に配線８を形成し、配線８の最表面の酸化膜８ａを還元し、還元された配線８の表面に無電解めっきで保護膜９を選択的に形成する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に積層した絶縁膜内に形成した配線用凹部の内部に配線材料を埋込み、
前記絶縁膜上の余剰な配線材料を除去し平坦化して前記配線用凹部の内部に配線を形成し、
前記配線の最表面の酸化膜を還元し、
還元された配線の表面に無電解めっきで保護膜を選択的に形成することを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】
前記配線の最表面の酸化膜を、還元性溶液を用いた湿式処理で還元する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】
前記還元性水溶液は、アルキルアミンボランまたは硼素化水素化合物を含有する溶液、またはカソード水であることを特徴とする請求項２記載の配線形成方法。
【請求項４】
前記配線の最表面の酸化膜を、活性水素を含有する環境での乾式処理で還元することを特徴とする請求項１記載の配線形成方法。
【請求項５】
前記活性水素を含有する環境は、Ｈ２プラズマ環境またはＮＨ３プラズマ環境であることを特徴とする請求項４記載の配線形成方法。
【請求項６】
前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料に熱処理を施すことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記無電解めっきで保護膜を形成した後、前記絶縁膜の表面に平坦化の際に除去されずに残り前記無電解めっきによって保護膜材料を成長させた残渣を除去することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項８】
前記保護膜材料を成長させた残渣を、前記絶縁膜表面から機械的に剥離して除去することを特徴とする請求項７記載の配線形成方法。
【請求項９】
前記配線材料が、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｕ、Ａｕ合金、ＷまたはＷ合金であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項１０】
前記保護膜が、Ｃｏ、Ｃｏ合金、ＮｉまたはＮｉ合金であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の配線形成方法。
【請求項１１】
基板の表面に積層し内部に配線用凹部を形成した絶縁膜上の余剰な配線材料を除去し平坦化して前記配線用凹部の内部に配線を形成する平坦化装置と、
前記配線の最表面の酸化膜を還元する還元装置と、
還元された配線の表面に保護膜を選択的に形成する無電解めっき装置とを有することを特徴とする配線形成装置。
【請求項１２】
基板の表面に積層した絶縁膜内に形成した配線用凹部の内部に配線材料を埋込む成膜装置と、
前記絶縁膜上の余剰な配線材料を除去し平坦化して前記配線用凹部の内部に配線を形成する平坦化装置と、
前記配線の最表面の酸化膜を還元する還元装置と、
還元された配線の表面に保護膜を選択的に形成する無電解めっき装置とを有することを特徴とする配線形成装置。
【請求項１３】
前記還元装置と前記無電解めっき装置とを、内部の雰囲気が制御可能な装置フレーム内に配置したことを特徴とする請求項１１または１２記載の配線形成装置。
【請求項１４】
前記還元装置は、基板の表面に付着した処理液を不活性ガスによる飛散で除去するように構成されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の配線形成装置。
【請求項１５】
前記絶縁膜の表面に平坦化の際に除去されずに残り前記無電解めっきによって保護膜材料を成長させた残渣を除去する残渣除去装置を更に有することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載の配線形成装置。
【請求項１６】
前記残渣除去装置は、スクラブ洗浄装置からなることを特徴とする請求項１５記載の配線形成装置。
【請求項１７】
前記配線用凹部の内部に埋込んだ配線材料を熱処理する熱処理装置を更に有することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれかに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、配線形成方法及び装置に関し、特に半導体基板等の表面に設けた配線用凹部に銅や銀、タングステン等の配線材料（導電体）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保護膜で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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ＣｏＷＢやＣｏＷＰ等のＣｏ合金からなる保護膜（蓋材）で露出配線の表面を選択的に覆って、配線材料の熱拡散及び配線の酸化を防止することが検討されている。
【０００３】
図７は、半導体装置における銅配線形成例を工程順に示す。図７（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。
【０００４】
そして、図７（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７（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。
【０００５】
次に、図７（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。
【０００６】
前述のように、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を除去し平坦化して、銅からなる配線８を形成すると、図８（ａ）に示すように、絶縁膜２の表面に銅残渣７ａが残り、また配線８の最表面に薄い銅酸化膜８ａが形成される。この銅酸化膜８ａの深さは、配線８を構成する銅の結晶配向の差違に起因する酸化速度の差、例えば結晶配向（１１１）の銅と結晶配向（１００）の銅の酸化速度の差により、配線８の全面に亘って均一とはならず、このため、配線８の最表面に形成される銅酸化膜８ａの膜厚にばらつき（不揃い）が生じる。
【０００７】
このように、絶縁膜２の表面に銅残渣７ａが残り、また配線８の最表面に銅酸化膜８ａが形成されたままの状態で配線８の表面に無電解めっきにより保護膜９を形成すると、銅残渣７ａにも該銅残渣７ａを核として保護膜材料が成長して保護膜９の選択性が悪くなってしまうばかりでなく、配線８と保護膜９の密着性が悪くなって、配線８や保護膜９の信頼性が低下する。
【０００８】
このため、基板に、例えば０．５ｇ／ＬのＨ２ＳＯ４水溶液中に基板を１分間程度浸漬させる、無電解めっきの前処理（清浄化処理）を施し、これによって、図８（ｂ）に示すように、絶縁膜２の表面に残った銅残渣７ａ及び配線８の最表面に形成された銅酸化膜８ａをエッチング除去し、しかる後、無電解めっきを施して、図８（ｃ）に示すように、配線８の露出表面に、Ｃｏ合金からなる保護膜９を選択的に形成するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述のように、ＣＭＰ等の研磨によって平坦化した後の配線８の最表面には、銅の結晶配向によって膜厚にばらつきのある銅酸化膜８ａが形成されるため、この銅酸化膜８ａをエッチング除去すると、銅の結晶配向によってエッチング量に差が生じて、無電解めっきの下地金属となる配線８の表面に凹凸が生じる。このため、この配線８の表面に保護膜９を形成すると、この保護膜９の表面にも顕著な凹凸が生じ、上層の配線とのコンタクト不良が生じたり、次工程で形成される層間絶縁膜の表面にうねりが生じたりしてしまうばかりでなく、配線８の体積が目減りし、配線抵抗が上昇してしまう。しかも、エッチングによって、銅残渣７ａを絶縁膜２の表面から完全に除去することは一般に困難であった。
【００１０】
更に、前述のように、基板の表面に無電解めっき前処理（清浄化処理）を施して、配線８の最表面に形成された銅酸化膜８ａをエッチング除去すると、図８（ｂ）に示すように、バリア層５の上部側壁の内周面が外部に露出し、しかも、この前処理が大気下で、溶存酸素が存在する溶液を用いて行われるため、この露出したバリア層５の内周面に、バリア層５の酸化膜５ａ、例えばバリア層５がＴａＮからなる場合には、Ｔａ酸化膜が形成される。図９は、バリア層としてＴａＮを使用し、前述と同様にしてめっき前処理（清浄化処理）を行った後、ＣｏＷＢからなる保護膜を形成した時の図８（ｂ）の点Ａにおけるエネルギー分散性Ｘ線回析（ＥＤＸ）結果を示し、図１０は、同じく図８（ｂ）の点Ｂにおけるエネルギー分散性Ｘ線回析（ＥＤＸ）結果を示す。この回析結果から、図８（ｂ）の点ＢにＴａの酸化膜が形成されていることが判る。なお、これらの回析結果におけるＭｏは、試料の保持メッシュに起因する。
【００１１】
そして、このようにバリア層５の上部側壁の内周面にバリア層５の酸化膜５ａが形成されると、銅からなる配線８の信頼性が低下してしまう。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、配線の表面に該配線の体積を目減りさせることなく、表面を平坦にした保護膜を選択性良く形成でき、しかも保護膜を形成する際に、バリア層の表面に酸化膜が形成されない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】
【００１３】
請求項１に記載の発明は、基板の表面に積層した絶縁膜内に形成した配線用凹部の内部に配線材料を埋込み、前記絶縁膜上の余剰な配線材料を除去し平坦化して前記配線用凹部の内部に配線を形成し、前記配線の最表面の酸化膜を還元し、還元された配線の表面に無電解めっきで保護膜を選択的に形成することを特徴とする配線形成方法である。
【００１４】
このように、配線の最表面の酸化膜を還元して酸化される前の金属状態に戻すことで、配線の最表面に酸化膜が存在せず、従って、酸化膜をエッチング除去する必要がなくなり、これによって、配線の体積が目減りして配線抵抗が上昇してしまうことを防止するとともに、無電解めっきによって保護膜を形成する際に、バリア層の表面が外部に露出してバリア層の表面に酸化膜が形成されるのを防止することができる。しかも、配線の表面をＣＭＰ等の研磨によって平坦化した状態のままとすることができ、これによって、平坦な配線の表面に、表面を平坦化した保護膜を無電解めっきで選択的に形成することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記配線の最表面の酸化膜を、還元性溶液を用いた湿式処理で還元することを特徴とする請求項１記載の配線形成方法である。例えば、基板を還元性溶液中に浸漬させたり、基板の表面に向けて還元性溶液を吹き付けたりすることで、配線の最表面の酸化膜を還元することができる。
請求項３に記載の発明は、前記還元性水溶液は、アルキルアミンボランまたは硼素化水素化合物を含有する溶液、またはカソード水であることを特徴とする請求項２記載の配線形成方法である。カソード水は、例えば、下記の活性水素を含有する水である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記配線の最表面の酸化膜を、活性水素を含有する環境での乾式処理で還元することを特徴とする請求項１記載の配線形成方法である。活性水素は、放電、高熱、紫外線などにより、水素分子の安定な共有結合が切れて、原子状水素が生成し、化学反応を起こしやすくなった水素をいう。例えば、活性水素（水素ラジカル）を含有する環境に制御したプロセスチャンバ内に基板を配置することで、配線の最表面の酸化膜を還元することができる。
請求項５に記載の発明は、前記活性水素を含有する環境は、Ｈ２プラズマ環境またはＮＨ３プラズマ環境であることを特徴とする請求項４記載の配線形成方法である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記配線用凹部内に埋込んだ配線材料に熱処理を施すことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の配線形成方法である。
請求項７に記載の発明は、前記無電解めっきで保護膜を形成した後、前記絶縁膜の表面に平坦化の際に除去されずに残り前記無電解めっきによって保護膜材料を成長させた残渣を除去することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の配線形成方法である。
これにより、絶縁膜の表面に除去されずに残った残渣を、保護膜材料を成長させて大きしてから除去することで、絶縁膜の表面に残った残渣をより容易かつ確実に除去して、保護膜の選択性を向上させることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記保護膜材料を成長させた残渣を、前記絶縁膜表面から機械的に剥離して除去することを特徴とする請求項７記載の配線形成方法である。保護膜材料を成長させた残渣は、絶縁膜と結合を持たない（堆積物）ので、例えば、ロールスポンジを使用したスクラブ洗浄等によって、絶縁膜表面から容易かつ確実に剥離除去することができ、これにより、ＡＥＳでは検出されないレベルで、ＴＯＦ−ＳＩＭＳで初めて検出されるレベルの非常に微量の残渣を除去できることが確かめられている。
なお、配線の表面に形成された保護膜は、配線と金属結合しており、したがって、スクラブ洗浄等によって剥離除去されることなない。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、前記配線材料が、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｕ、Ａｕ合金、ＷまたはＷ合金であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の配線形成方法である。
請求項１０に記載の発明は、前記保護膜が、Ｃｏ、Ｃｏ合金、ＮｉまたはＮｉ合金であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の配線形成方法である。
請求項１１に記載の発明は、基板の表面に積層し内部に配線用凹部を形成した絶縁膜上の余剰な配線材料を除去し平坦化して前記配線用凹部の内部に配線を形成する平坦化装置と、前記配線の最表面の酸化膜を還元する還元装置と、還元された配線の表面に保護膜を選択的に形成する無電解めっき装置とを有することを特徴とする配線形成装置である。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、基板の表面に積層した絶縁膜内に形成した配線用凹部の内部に配線材料を埋込む成膜装置と、前記絶縁膜上の余剰な配線材料を除去し平坦化して前記配線用凹部の内部に配線を形成する平坦化装置と、前記配線の最表面の酸化膜を還元する還元装置と、還元された配線の表面に保護膜を選択的に形成する無電解めっき装置とを有することを特徴とする配線形成装置である。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、前記還元装置と前記無電解めっき装置とを、内部の雰囲気が制御可能な装置フレーム内に配置したことを特徴とする請求項１１または１２記載の配線形成装置である。これにより、装置フレーム内を、例えばＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気となし、配線の最表面の酸化膜を還元した基板が大気に暴露しないようにすることで、配線の最表面に酸化膜が再形成されることを防止することができる。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、前記還元装置は、基板の表面に付着した処理液を不活性ガスによる飛散で除去するように構成されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の配線形成装置である。これにより、配線の最表面の酸化膜の還元に使用されて基板の表面に付着した処理液を、溶存酸素を有する純水等を使用した水洗を行うことなく除去することで、この処理液の除去の際に、配線の最表面に酸化膜が再形成されることを防止することができる。
【００２３】
請求項１５に記載の発明は、前記絶縁膜の表面に平坦化の際に除去されずに残り前記無電解めっきによって保護膜材料を成長させた残渣を除去する残渣除去装置を更に有することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載の配線形成装置である。
請求項１６に記載の発明は、前記残渣除去装置は、スクラブ洗浄装置からなることを特徴とする請求項１５記載の配線形成装置である。
請求項１７に記載の発明は、前記配線用凹部の内部に埋込んだ配線材料を熱処理する熱処理装置を更に有することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれかに記載の配線形成装置である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、酸化膜をエッチング除去する必要をなくし、これによって、配線の体積を目減りさせることなく、しかも保護膜を形成する際に、バリア層の表面に酸化膜が形成されないようにすることができる。更に、配線の表面をＣＭＰ等の研磨によって平坦化したままの状態とすることができ、これによって、配線の表面に、表面を平坦にした保護膜を選択性良く形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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、半導体ウエハ等の基板に、銅からなる配線（銅配線）を形成し、この配線の表面にＣｏＷＢ合金膜からなる保護膜を選択的に形成して該配線を保護するようにした例を示す。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態における配線形成装置の全体配置図を示す。図１に示すように、この配線形成措置は、基板を収納したカセットを搬入し空のカセットを搬出するロード室１０と、空のカセットを搬入し一連の処理後の基板を収納したカセットを搬出するアンロード室１２と、ロード室１０及びアンロード室１２に連通する矩形状の装置フレーム１４を有している。
【００２７】
ロード室１０の入口及び装置フレーム側出口には、一対のゲートバルブ１６ａ，１６ｂが備えられ、アンロード室１２の入口及び装置フレーム側出口にも、一対のゲートバルブ１８ａ，１８ｂが備えられている。そして、ロード室１０及びアンロード室１２には、不活性ガス供給ライン２０及び排気ライン２２がそれぞれ接続され、ロード室１０及びアンロード室１２は、開閉弁を介して独自に給排気できるように構成されている。
【００２８】
装置フレーム１４は、密閉可能に構成されており、装置フレーム１４には、不活性ガス供給源２６から延び、途中に給気ポンプ２８及び該ポンプ２８を挟んで一対の開閉弁を介装した不活性ガス供給ライン３０と、大気圧より高い所定の圧力で開く排気弁３２を途中に介装した排気ライン３４がそれそれぞれ接続されている。これにより、給気ポンプ２８の作動に伴って、例えばＮ２ガス等の不活性ガスを装置フレーム１４内に供給し、この装置フレーム１４内の圧力が、大気圧より高い所定の圧力に達した時に、排気ライン３４の排気弁３２が開いて、装置フレーム１４内を、大気圧より高い所定の圧力の不活性ガス雰囲気に維持できるようになっている。
【００２９】
このように、装置フレーム１４の内部圧力を、大気圧より高い圧力（陽圧）に維持することで、不活性ガス雰囲気に置換した装置フレーム１４内に大気が流入してしまうことを防止することができる。
【００３０】
装置フレーム１４の内部には、成膜装置３６、熱処理装置３８、平坦化装置４０、還元装置４２、保護膜形成装置としての無電解めっき装置４４、残渣除去装置４６及び洗浄・乾燥装置４８が、基板の搬送経路に沿って配置されて収容されており、これらの装置で囲まれた位置に、搬送装置としての搬送ロボット５０が走行自在に配置されている。
【００３１】
成膜装置３６は、基板の表面にめっきを施すことで、基板に形成されたトレンチやビアホール等の内部に銅等の配線材料を埋込むもので、この例では、図２に示すように、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ５２と、ロードロック室５４を一対のゲートバルブ５６ａ，５６ｂで仕切った雰囲気調整機構５８とを有する電解めっき装置からなる。この電解めっき装置（成膜装置）３６には、プロセスチャンバ５２の内部に位置して、めっき処理槽の他に、必要に応じてめっき前処理槽やめっき後処理槽が配置される。この成膜装置３６は、スパッタリング装置、ＣＶＤ装置または無電解めっき装置で構成するようにしてもよい。
【００３２】
熱処理装置３８は、前述の成膜装置３６で成膜した配線材料（銅層）に、例えば１００〜６００℃で熱処理（アニール）を施すためのもので、この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ（ランプアニール炉）６０と、前述の成膜装置（電解めっき装置）３６と同様な構成の雰囲気調整機構６２とを有するランプアニール装置からなる。なお、この熱処理装置３８として、輻射熱炉、反射熱炉、ホットプレート炉または熱対流炉を有するもので構成するようにしてもよい。
【００３３】
平坦化装置４０は、前述の成膜装置３６で基板の表面に成膜した余剰な配線材料（銅層）を除去し、基板の表面を平坦化して、絶縁膜（層間絶縁膜）の表面とトレンチやビアホール等の内部に埋込んだ銅等の配線材料の表面が同一平面となるようにするためのもので、この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ６４と、前述の成膜装置（電解めっき装置）３６と同様な構成の雰囲気調整機構６６とを有するＣＭＰ（化学機械的研磨）装置からなる。なお、この平坦化装置４０を湿式研磨装置で構成してもよい。
【００３４】
還元装置４２は、前述の平坦化装置４０で平坦化することで、基板の表面に露出した配線（銅配線）の最表面に形成された銅酸化膜を還元して酸化される前の金属状態に戻し、これによって、最表面に酸化膜が存在せず、従って、酸化膜をエッチング除去する必要がなく、しかも表面をＣＭＰ等の研磨によって平坦化した配線を形成するためのもので、この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ６８と、前述の成膜装置（電解めっき装置）３６と同様な構成の雰囲気調整機構７０を有している。
【００３５】
この例では、このプロセスチャンバ６８の内部に位置して、図３に示す処理部１００が備えられている。この処理部１００は、基板チャック１１８を備え、表面（めっき面）を上向きにして基板Ｗを水平に保持して回転させる回転台１２０と、この回転台１２０の上方に配置され、下方に向けた多数のスプレーヘッド１１７を有するスプレーノズル１１６を有しており、この回転台１２０とスプレーヘッド１１７の周囲は、スライダ１２１を介して上下動自在なサイドウォール１１９で包囲されるようになっている。
【００３６】
この処理部１００によれば、回転台１２０で保持し回転させた基板Ｗの表面（めっき面）に向けて、スプレーヘッド１１７から、例えばアルキルアミンボランまたは硼素化水素化合物を含有する溶液、またはカソード水（水素水）からなる還元性水溶液１０２を噴射することで、基板Ｗに表面（めっき面）に還元性水溶液１０２を接触させ、これによって、配線の最表面に形成された銅酸化膜を還元することができる。図示しないが、処理部１００は、基板の表面に付着した処理液（還元性水溶液）を不活性ガスによる飛散で除去するように構成されている。これにより、配線の最表面の酸化膜の還元に使用されて基板の表面に付着した処理液を、溶存酸素を有する純水等を使用した水洗を行うことなく除去することで、この処理液の除去の際に、配線の最表面に酸化膜が再形成されることを防止することができる。
【００３７】
なお、還元性水溶液を溜める処理槽内を備え、この処理槽内に溜めた還元性水溶液中に基板を浸漬させるようにしてもよい。また、前記プロセスチャンバ６８の内部に基板を収納し、このプロセスチャンバ６８内を活性水素（水素ラジカル）を含有する環境（雰囲気）、例えば、Ｈ２プラズマ環境またはＮＨ３プラズマ環境にすることで、配線の最表面の酸化膜を還元するようにしてもよい。
【００３８】
無電解めっき装置４４は、前述の還元装置４２で還元した配線の表面に、ＣｏＷＢ合金膜等からなる保護膜を選択的に形成して、配線を保護するためのもので、この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ７２と、前述の成膜装置（電解めっき装置）３６と同様な構成の雰囲気調整機構７４とを有している。そして、この無電解めっき装置（保護膜形成装置）４４には、プロセスチャンバ７２の内部に位置して、めっき処理槽の他に、必要に応じて前処理槽や後処理槽が備えられる。
【００３９】
残渣除去装置４６は、無電解めっきで保護膜を形成した後、絶縁膜の表面に平坦化の際に除去されずに残り無電解めっきによって保護膜材料を成長させた銅残渣を除去するためのもので、この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ７６と、前述の成膜装置（電解めっき装置）３６と同様な構成の雰囲気調整機構７８を有するスクラブ洗浄装置からなる。このように、絶縁膜の表面に除去されずに残った銅残渣を除去することなく無電解めっきで保護膜を形成し、その後、絶縁膜の表面に除去されずに残った銅残渣を、保護膜材料を成長させて大きしてから残渣除去装置（スクラブ洗浄装置）４６で除去することで、絶縁膜の表面に残った残渣をより確実に除去して、保護膜形成の際の選択性を向上させることができる。
【００４０】
洗浄・乾燥装置４８は、残渣除去装置４６で残渣を除去した基板を洗浄（リンス）し乾燥させるためのもので、この例では、内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換可能なプロセスチャンバ８０と、前述の成膜装置（電解めっき装置）３６と同様な構成の雰囲気調整機構８２を有している。この洗浄・乾燥装置４８は、先ず基板表面の化学洗浄及び純水洗浄（リンス）を行い、その後、スピンドル回転により洗浄後の基板を完全乾燥させるようになっている。
【００４１】
次に、この配線形成装置による一連の配線形成処理を、図４及び図５を更に参照して説明する。
先ず、図７（ａ）に示すように、表面に形成した絶縁膜２の内部に、配線用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を順次形成した基板Ｗを用意し、この基板Ｗをカセット内に収納してロード室１０内に搬入する。同時に、空のカセットをアンロード室１２内に搬入する。これらの搬入後に、ロード室１０及びアンロード室１２の内部をＮ２ガス等の不活性ガス雰囲気に置換する。
【００４２】
つまり、ロード室１０及びアンロード室１２の入口側のゲートバルブ１６ａ，１８ａを開き、出口側のゲートバルブ１６ｂ，１８ｂを開いた状態で、ロード室１０及びアンロード室１２内にカセットを搬入し、しかる後、入口側のゲートバルブ１６ａ，１８ａを閉じる。そして、ロード室１０及びアンロード室１２の内部を、排気ライン２２を通して排気するとともに、不活性ガス供給ライン２０を通してＮ２ガス等の不活性ガスを供給して、ロード室１０及びアンロード室１２の内部を、大気圧より高い圧力（陽圧）の不活性ガス雰囲気に置換する。
【００４３】
装置フレーム１４の内部にあっても同様に、排気ライン３４を通して排気するとともに、不活性ガス供給ライン３０を通してＮ２ガス等の不活性ガスを供給して、装置フレーム１４の内部を、大気圧より高い圧力の不活性ガス雰囲気に置換する。この状態で、ロード室１０及びアンロード室１２の装置フレーム１４側出口のゲートバルブ１６ｂ，１８ｂを開く。
【００４４】
次に、搬送ロボット５０で基板Ｗをロード室１０内のカセットから一枚ずつ取出し、ロードロック室５４及びゲートバルブ５６ａ，５６ｂを有する雰囲気調整機構５８を介して、例えばＮ２等の不活性ガス雰囲気に維持した成膜装置（電解めっき装置）３６のプロセスチャンバ５２内に搬入する。この時、必要に応じて、膜厚測定器（図示せず）でイニシャル膜厚（シード層６の膜厚）を測定する。
【００４５】
この成膜装置３６では、必要に応じて、基板の表面に形成したシード層６を前処理槽内で前処理液に接触させて基板Ｗの表面の親水処理や前洗浄等の前処理を行い、しかる後、この前処理後の基板をめっき槽内の電解銅めっき液に浸漬させ、これによって、図７（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面に銅層７を堆積させて、コンタクトホール３及び配線溝４内への銅の埋込みを行う。そして、めっき後の基板Ｗを高速回転させてスピン乾燥させる。
【００４６】
そして、この銅層７を形成した基板Ｗを、熱処理装置（ランプアニール装置）３８のプロセスチャンバ６０内に搬入する。この熱処理装置３８では、例えば、Ｎ２環境化で、基板Ｗに３５０℃で５分間の熱処理（ランプアニール）を施す。
【００４７】
このアニール後の基板Ｗを、例えばＮ２等の不活性ガス雰囲気に維持した平坦化装置（ＣＭＰ装置）４０のプロセスチャンバ６４内に搬入する。この熱処理後の基板Ｗを膜厚測定器に搬送し、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ようにしてもよい。
【００４８】
この平坦化装置４０で、図７（ｃ）に示すように、基板Ｗの表面に堆積した不要な銅層７、シード層６及びバリア層５を研磨除去して、基板Ｗの表面を平坦化し、これによって、絶縁膜２の内部に、銅からなる配線（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、この平坦化後の基板Ｗの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。
【００４９】
このように、絶縁膜２上のバリア層５，シード層６及び銅層７を除去し平坦化して、銅からなる配線８を形成すると、図５（ａ）に示すように、絶縁膜２の表面に銅残渣７ａが残り、また配線８の最表面に薄い銅酸化膜８ａが形成される。この銅酸化膜８ａの深さは、配線８を構成する銅の結晶配向の差違に起因する酸化速度の差、例えば結晶配向（１１１）の銅と結晶配向（１００）の銅の酸化速度の差により、配線８の全面に亘って均一とはならず、このため、配線８の最表面に形成される銅酸化膜８ａの膜厚にばらつき（不揃い）が生じる。
【００５０】
この平坦化処理後の基板Ｗを、例えばＮ２等の不活性ガス雰囲気に維持した還元装置４２のプロセスチャンバ６８内に搬入する。そして、この還元装置４２で、基板Ｗの表面に露出した配線８の最表面に形成された銅酸化膜８ａを還元して酸化される前の金属状態に戻し、これによって、図５（ｂ）に示すように、最表面に酸化膜が存在せず、従って、酸化膜をエッチング除去する必要がなく、しかも表面をＣＭＰ等の研磨によって平坦化した配線８を形成する。
【００５１】
このように、酸化膜をエッチング除去する必要をなくすことで、配線８の体積が目減りして配線抵抗が上昇してしまうことを防止するとともに、バリア層５の表面が外部に露出してバリア層５の表面に酸化膜が形成されるのを防止することができる。しかも、配線８の表面を平坦化することで、下記のように、この表面に、表面を平坦化した保護膜９を無電解めっきで選択的に形成することができる。
【００５２】
この還元処理後の基板Ｗを、例えばＮ２等の不活性ガス雰囲気に維持した無電解めっき装置４４のプロセスチャンバ７２内に搬入する。この無電解めっき装置４４では、基板Ｗをめっき槽内に保持した、例えば８０℃の無電解ＣｏＷＢめっき液に３分間浸漬させ、しかる後、めっき後の基板Ｗの表面を後洗浄槽内で後洗浄液に接触させて基板Ｗの後洗浄等の後処理を行い、基板Ｗを高速で回転させてスピン乾燥させる。これにより、図５（ｃ）に示すように、絶縁膜２に形成した配線８の表面に、例えば膜厚が２０ｎｍのＣｏＷＢからなる保護膜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。
【００５３】
このように、表面を平坦にした配線８の上に無電解めっきで保護膜９を形成することで、保護膜９の表面を平坦化して、上層の配線とのコンタクト不良が生じたり、次工程で形成される層間絶縁膜の表面にうねりが生じたりしてしまうことを防止することができる。また、このように、絶縁膜２の表面に除去されずに残った銅残渣７ａを除去することなく無電解めっきで保護膜９を形成すると、図５（ｃ）に示すように、この銅残渣７ａには、これを核として保護膜材料９ａが成膜される。
【００５４】
次に、この保護膜９を形成した基板Ｗを、例えばＮ２雰囲気に維持した残渣除去装置４６のプロセスチャンバ７６内に搬入する。この残渣除去装置４６では、基板の表面に、例えば、アルカリ溶液に界面活性剤を併用した仕様のロールスポンジによるスクラブ洗浄を施し、これによって、図５（ｄ）に示すように、絶縁膜２の表面に平坦化の際に除去されずに残り、無電解めっきによって保護膜材料９ａを成長させた銅残渣７ａを除去する。保護膜材料９ａを成長させた銅残渣７ａは、絶縁膜２と結合を持たない（堆積物）ので、例えば、ロールスポンジを使用したスクラブ洗浄等によって、絶縁膜２の表面から容易かつ確実に剥離除去することができ、これにより、ＡＥＳでは検出されないレベルで、ＴＯＦ−ＳＩＭＳで初めて検出されるレベルの非常に微量の銅残渣を除去できることが確かめられている。
【００５５】
この残渣除去処理を施した基板Ｗを、例えばＮ２雰囲気に維持した洗浄・乾燥装置４８のプロセスチャンバ８０内に搬入する。そして、この洗浄・乾燥装置４８で洗浄（リンス）しスピン乾燥させた基板Ｗを、搬送ロボット５０でアンロード室１２内のカセットに搬入する。
【００５６】
なお、上記の例では、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、銀合金、タングステンまたはタングステン合金を使用するようにしてもよい。また、保護膜９として、ＣｏＷＢ合金膜を使用した例を示しているが、ＣｏＷＢ合金の他に、ＣｏＷＢ合金、ＣｏＰ合金またはＣｏＢ等のＣｏ合金、更にはＮｉ、Ｎｉ合金を使用してもよい。
【実施例】
【００５７】
シリコン基板の表面に、幅０．２５μｍの配線溝（トレンチ）を０．２５μｍの間隔で複数本形成し、この配線溝の内部に銅めっきで銅を埋込み、ＣＭＰで余分な銅を除去し平坦化して銅配線を形成した。この時のＴＯＦ−ＳＩＭＳイオンイメージ像を図６（ａ）に模式的に示す。図６（ａ）から、絶縁膜２の表面の配線８で挟まれた領域に、多数の銅残渣７ａが残存していることが判る。
【００５８】
次に、この基板の表面を、６ｇ／ＬのＤＭＡＢ（ジメチルアミンボラン）を含む７０℃の還元剤水溶液に１分間接触させ、しかる後、下記の組成を有する８０℃の無電解めっき液に１分間浸漬させて、配線の表面に保護膜を選択的に形成した。
めっき液組成
ＣｏＳＯ４・７Ｈ２Ｏ      ０.１０ mol／Ｌ
Ｌ−酒石酸              ０.５０ mol／Ｌ
（ＮＨ４）２ＳＯ４         ０.２０ mol／Ｌ
Ｈ２ＷＯ４                ０.１０ mol／Ｌ
ＤＭＡＢ                ０.０２ mol／Ｌ
ＴＭＡＨ（２７％）      ０.８０ mol／Ｌ
ｐＨ＝９
【００５９】
この時のＴＯＦ−ＳＩＭＳイオンイメージ像を図６（ｂ）に模式的に示す。図６（ｂ）から、配線の表面に保護膜９が選択的に形成されているとともに、絶縁膜２の表面に残った銅残渣にも保護膜材料９ａが成膜されて、肥大していることが判る。
そして、この保護膜を形成した基板の表面に、アルカリ溶液に界面活性剤を併用した仕様のスポンジロール洗浄を行って、絶縁膜の表面に残り配線材料が成膜された銅残渣を除去した。この時のＴＯＦ−ＳＩＭＳイオンイメージ像を図６（ｃ）に模式的に示す。図６（ｃ）から、配線材料が成膜された銅残渣が絶縁膜２の表面から完全に除去されていることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態における配線形成装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す配線形成装置の成膜装置の概要を拡大して示す図である。
【図３】図１に示す還元装置の処理部を示す概要図である。
【図４】図１に示す配線形成装置で配線を形成する工程を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態における配線形成方法の平坦化後の処理を工程順に示す図である。
【図６】実施例におけるＴＯＦ−ＳＩＭＳイオンイメージ像を工程順に模式的に示す図である。
【図７】銅配線の形成例を工程順に示す図である。
【図８】従来例の配線形成方法における平坦化後の処理を工程順に示す図である。図６に示す基板の表面に銅めっきを施して銅を埋込んだ状態を示す概要図である。
【図９】図８（ｂ）の点Ａにおけるエネルギー分散性Ｘ線回析（ＥＤＸ）結果を示す図である。
【図１０】図８（ｂ）の点Ｂにおけるエネルギー分散性Ｘ線回析（ＥＤＸ）結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
３  コンタクトホール（配線用凹部）
４  配線溝（配線用凹部）
５  バリア層
６  シード層
７  銅層
７ａ  銅残渣
８  配線
８ａ  銅酸化膜
９  保護膜
９ａ  保護膜材料
１０  ロード室
１２  アンロード室
１４  装置フレーム
２０，３０  不活性ガス供給ライン
２２，３４  排気ライン
２６  不活性ガス供給源
３２  排気弁
３６  成膜装置
３８  熱処理装置
４０  平坦化装置
４２  還元装置
４４  無電解めっき装置
４６  残渣除去装置
４８  洗浄・乾燥装置
５２，６０，６４，６８，７２，７６，８０  プロセスチャンバ
５４  ロードロック室
５８，６２，６６，７０，７４，７８，８２  雰囲気調整機構
１００  処理部
１０２  還元性水溶液
１１６  スプレーノズル
１１７  スプレーヘッド
１１８  基板チャック
【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】
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【図６】
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【図７】
2005116630.tif 000009
【図８】
2005116630.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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