JP2003129297A - Plating process - Google Patents

Plating process

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JP2003129297A
JP2003129297A JP2001331105A JP2001331105A JP2003129297A JP 2003129297 A JP2003129297 A JP 2003129297A JP 2001331105 A JP2001331105 A JP 2001331105A JP 2001331105 A JP2001331105 A JP 2001331105A JP 2003129297 A JP2003129297 A JP 2003129297A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plating process that can sufficiently prevent incomplete embedding of a concave part formed on a substrate when forming a copper plated film, or the like, on a semiconductor wafer, or the like. SOLUTION: In a plating device 100, a semiconductor wafer W is held at a tilted state by a holder head 41 of a wafer holder 40. When soaking the tilted wafer into a plating solution 22 stored in a solution tank 21 (soaking step), a voltage comparable to that applied to achieve an appropriate plating current in a later final film-forming step is applied between the surface to be plated of the semiconductor wafer W and a copper plate 14. This inhibits excessive formation of plated film in the soaking step, thereby preventing incomplete embedding of a hole on the semiconductor wafer W.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造技術に関し、特に、銅等の金属膜の成膜に用いられ
る電解めっき方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to an electrolytic plating method used for forming a metal film such as copper.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化、微細
化は急速な進展をみせており、現在のサブハーフミクロ
ンからサブクォータミクロンへと着実に移行しようとし
ている。このような半導体デバイスの高集積化、微細化
の要請に対応して、低抵抗でありエレクトロマイグレー
ション耐性にも優れた銅が配線材料として注目されてお
り、実際に実用化が進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, high integration and miniaturization of semiconductor devices have made rapid progress, and steadily shifting from the present sub-half micron to sub-quarter micron. In response to such demands for high integration and miniaturization of semiconductor devices, copper, which has low resistance and excellent electromigration resistance, has been attracting attention as a wiring material, and its practical application is in progress.

【0003】銅配線膜の成膜方法としては、スパッタリ
フロー法やCVD法等、種々の方法が挙げられるが、そ
れらのなかでも、電解めっき法は、低コスト、高スルー
プットであり、且つ、ヴィアホール、コンタクトホー
ル、他の配線溝等の凹部に対して比較的良好な埋め込み
性が得られることから、今般、広く採用されている。
Various methods such as a sputter reflow method and a CVD method can be cited as a method for forming a copper wiring film. Among them, the electrolytic plating method has a low cost, a high throughput, and a via method. Since it is possible to obtain relatively good burying properties for recesses such as holes, contact holes, and other wiring trenches, it has been widely adopted at this time.

【0004】ここで、従来一般の銅の電解めっき方法と
しては、液槽に貯留されためっき液に、半導体ウェハ等
の被処理体をその被成膜面を下向きに、つまり、めっき
液に対面させた状態で浸漬してめっき成膜を施す方式
(いわゆるフェイスダウン方式)のものが知られてい
る。このめっき方法においては、めっき液に半導体ウェ
ハを浸漬させた状態で、液槽内に配置された銅板(アノ
ードとして機能)と半導体ウェハとの間に電圧を印加し
てめっき電流を流し、銅が半導体ウェハ上に電気化学的
に成膜されるようになっている。
Here, as a conventional general copper electrolytic plating method, an object to be treated such as a semiconductor wafer is placed in a plating solution stored in a solution tank with its deposition surface facing downward, that is, facing the plating solution. There is known a method (so-called face-down method) of immersing the plate in such a state to perform plating film formation. In this plating method, a semiconductor wafer is immersed in a plating solution, a voltage is applied between a copper plate (functioning as an anode) arranged in a solution tank and the semiconductor wafer to flow a plating current, and copper is removed. It is adapted to be electrochemically deposited on a semiconductor wafer.

【0005】このとき、半導体ウェハ上には、通常、銅
のシード層が形成されており、このシード層が被成膜面
となり且つカソードとして機能し、そのシード層上に銅
の薄膜が形成される。また、半導体ウェハをめっき液に
浸漬させる際には、浸漬の開始からシード層全体がめっ
き液(例えば、硫酸銅溶液)に浸かるまである一定の時
間を要し、この間に銅のシード層がめっき液に溶解する
のを防止するため、銅板とシード層との間に一定電圧を
印加しておく場合が多い。
At this time, a copper seed layer is usually formed on the semiconductor wafer, and this seed layer serves as a film formation surface and functions as a cathode, and a copper thin film is formed on the seed layer. It In addition, when a semiconductor wafer is dipped in a plating solution, it takes a certain period of time from the start of immersion until the entire seed layer is dipped in the plating solution (for example, copper sulfate solution), during which the copper seed layer is plated. In order to prevent dissolution in the liquid, a constant voltage is often applied between the copper plate and the seed layer.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
に、半導体デバイスの微細化に伴ってヴィアホール等の
凹部の幅が極めて狭くなっているところ、具体的には、
例えば0.17μmの設計ルールに対応するデバイス構
造においては、半導体ウェハをめっき液に浸漬させる工
程において凹部内の銅めっきが完了してしまう現象が観
測された。通常は、凹部内の銅による埋め込み性を向上
させつつ面内の均一性を改善するため、凹部内のボトム
アップを他のフィールド部における銅の堆積よりも助長
するようにめっきを行っている。これに対し、浸漬工程
で既に凹部内の埋め込みが完了してしまうと、凹部内に
空隙(ボトムボイド等)が生じて埋め込み不良が発生す
るおそれがある。
However, as described above, the width of the recess such as the via hole is extremely narrowed with the miniaturization of the semiconductor device. Specifically,
For example, in the device structure corresponding to the design rule of 0.17 μm, it was observed that copper plating in the recess was completed in the step of immersing the semiconductor wafer in the plating solution. Usually, in order to improve the in-plane uniformity while improving the burying property of copper in the concave portion, plating is performed so as to promote bottom-up in the concave portion rather than copper deposition in other field portions. On the other hand, if the filling in the recess has already been completed in the dipping step, voids (bottom voids or the like) may occur in the recess, resulting in defective filling.

【0007】そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなさ
れたものであり、半導体ウェハ等の被処理体に銅膜等を
めっき処理するに際し、被処理体上に形成された凹部の
埋め込み不良を十分に防止することができるめっき方法
を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and when plating a copper film or the like on an object to be processed such as a semiconductor wafer, it is possible to sufficiently fill a concave portion formed on the object to be processed. It aims at providing the plating method which can be prevented.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は従来のめっき方法について詳細な検討を
行ったところ、以下に示す知見を得た。まず、従前のめ
っき方法における半導体ウェハの浸漬工程では、条件に
よってはヴィアホール等の凹部内において銅が170Å
程度堆積する場合がある。こうなると、0.17〜0.
18μm以下の世代のヴィアホールサイズでは、ボトム
アップの速度が顕著に増大し、半導体ウェハ上の浸漬時
にめっき電流が流れると極めて短時間に埋め込みが完了
してしまう傾向にある。
In order to achieve the above object, the present inventor has conducted a detailed study on a conventional plating method, and has obtained the following findings. First, in the semiconductor wafer dipping step in the conventional plating method, copper may be 170Å in the recesses such as via holes depending on the conditions.
May be deposited to some extent. When this happens, 0.17-0.
With a via hole size of 18 μm or less, the bottom-up speed increases remarkably, and filling tends to be completed in an extremely short time when a plating current flows during immersion on a semiconductor wafer.

【0009】また、従来のめっき方法では、浸漬工程で
印加する電圧値はある程度経験的に決定されていた。す
なわち、めっき液として硫酸銅溶液を用いる場合、シー
ド層の銅がそのめっき液に溶け出さない限界の平衡電圧
は約0.6Vであり、これに少々裕度を持たせて最低で
も0.8V程度の電圧が印加されていた。さらに、凹部
のボトムアップ性能を向上するために、種々の添加剤を
配合しためっき液が用いられており、浸漬後の本工程で
ある成膜工程では、かかる添加剤が有効に作用するめっ
き電流が得られるような電圧値が採用されている。そし
て、一般には、この成膜工程での印加電圧の数倍の電圧
が浸漬工程で印加されており、シード層の略全体が浸漬
して導通すると高電流が流れる傾向にあった。こうなる
と、成膜工程に比して浸漬工程の成膜速度が極めて大き
くなり、凹部の埋め込みが完了してしまうことが判明し
た。
Further, in the conventional plating method, the voltage value applied in the dipping step has been empirically determined to some extent. That is, when a copper sulfate solution is used as the plating solution, the equilibrium voltage at which the copper in the seed layer does not leach into the plating solution is about 0.6 V, and a margin is added to this to provide a minimum equilibrium voltage of 0.8 V. A voltage of the order of magnitude was applied. Furthermore, in order to improve the bottom-up performance of the recesses, plating solutions containing various additives are used, and in the film forming step, which is the main step after immersion, the plating current at which such additives effectively act. The voltage value is obtained so that In general, a voltage several times higher than the applied voltage in the film forming process is applied in the dipping process, and a high current tends to flow when substantially the entire seed layer is dipped and conductive. In this case, it was found that the film forming rate in the dipping step was much higher than that in the film forming step, and the filling of the recess was completed.

【0010】このように、従来においては、シード層の
溶解を防止する電圧以上の高い電圧が印加されることが
あり、詳細な理由は不明な部分が多いが、その一つとし
て以下の点が挙げられる。すなわち、0.22〜0.2
5μm世代のヴィアホール等の埋め込みでは、浸漬工程
での印加電圧がより高い方が有効な場合があった。
As described above, in the prior art, a voltage higher than the voltage for preventing the dissolution of the seed layer may be applied, and the detailed reason is unclear in many parts. One of them is as follows. Can be mentioned. That is, 0.22-0.2
In embedding a 5 μm generation via hole or the like, a higher applied voltage in the immersion step may be effective.

【0011】具体的には、ヴィアホール等の開口部であ
るエッジ(肩)部分の電界集中によるオーバーハングを
防止すべく、成膜とエッチングとを繰り返すパルスめっ
き法が用いられることが多々あった。この場合、エッチ
ング効果によってシード層がダメージを受けることを防
ぐため、シード層上にパッチ膜と呼ばれる保護膜を形成
することが一般に行われていた。よって、浸漬工程にお
いては、印加電圧を一層高くしてめっきが進行しても、
その保護膜を更に強化する観点から好ましい処理であっ
た。
Specifically, in order to prevent an overhang due to electric field concentration at an edge (shoulder) portion which is an opening portion such as a via hole, a pulse plating method in which film formation and etching are repeated is often used. . In this case, in order to prevent the seed layer from being damaged by the etching effect, a protective film called a patch film is generally formed on the seed layer. Therefore, in the dipping step, even if the applied voltage is further increased and the plating proceeds,
It was a preferable treatment from the viewpoint of further strengthening the protective film.

【0012】そして、本発明者は、これらの知見を踏ま
えて更に研究を進めた結果、本発明に到達した。すなわ
ち、本発明によるめっき方法は、銅板等の成膜材料源が
配置された液槽内のめっき液に半導体ウェハ等の被処理
体を浸漬させる浸漬工程と、被処理体の被成膜面がめっ
き液中に浸漬された状態で電解めっき法によりその被成
膜面に金属膜を成膜する成膜工程とを備えており、浸漬
工程では、成膜工程においてアノードとしての成膜材料
源とカソードとしての被成膜面との間に印加される第1
の電圧と略同等の大きさを有する第2の電圧を、成膜材
料源と被成膜面との間に印加することを特徴とする。
The present inventor has reached the present invention as a result of further research based on these findings. That is, the plating method according to the present invention includes a dipping step of immersing an object to be processed such as a semiconductor wafer in a plating solution in a liquid tank in which a film-forming material source such as a copper plate is placed, and a film-formed surface of the object to be processed is And a film forming step of forming a metal film on the film formation surface by an electrolytic plating method while being immersed in a plating solution. First applied between the film-forming surface as a cathode
A second voltage having a magnitude substantially equal to the voltage of 1 is applied between the film forming material source and the film formation surface.

【0013】このような方法では、浸漬工程の後に成膜
工程を実施し、電極間に印加された第1の電圧とめっき
液の液抵抗で定まるめっき電流(電流密度)でのめっき
が施される。この際、浸漬工程つまり被処理体のめっき
液への浸漬が開始されてから成膜工程が実施するまでの
間、成膜工程での第1の電圧と略等しい第2の電圧が印
加されるので、被処理体に形成された上述のシード層等
の被成膜面がめっき液に溶解することが抑止される。そ
れと共に、浸漬工程でアノードとしての被成膜面の略全
体がめっき液に接触して通電される際には、成膜工程で
のめっき電流と同等の電流が流れる。よって、浸漬工程
においてめっき成膜が進行しても、その成膜速度が過度
に増大することが抑制される。
In such a method, a film forming step is performed after the dipping step, and plating is performed with a plating current (current density) determined by the first voltage applied between the electrodes and the liquid resistance of the plating solution. It At this time, a second voltage that is substantially equal to the first voltage in the film forming step is applied during the immersion step, that is, from the start of the immersion of the object to be treated in the plating solution to the execution of the film forming step. Therefore, it is possible to prevent the film formation surface such as the seed layer formed on the object to be processed from being dissolved in the plating solution. At the same time, when almost the entire film-forming surface as the anode comes into contact with the plating solution and is energized in the dipping step, a current equivalent to the plating current in the film-forming step flows. Therefore, even if the plating film formation proceeds in the dipping step, the film formation rate is prevented from increasing excessively.

【0014】なお、第1の電圧は、成膜工程で用いるめ
っき液の種類、被処理体の被成膜面の凹凸形状、成膜す
る膜厚等によって好適なめっき電流が異なるため、それ
に応じて具体的な数値の適用が可能である。よって、こ
れらのめっき条件に応じためっき電流で定まる第1の電
圧を予め求めておくことにより、浸漬工程での第2の電
圧を簡易に決定することができる。
The first voltage has a suitable plating current depending on the type of the plating solution used in the film forming step, the uneven shape of the film-formed surface of the object to be processed, the film thickness to be formed, etc. Therefore, it is possible to apply specific numerical values. Therefore, the second voltage in the dipping process can be easily determined by previously obtaining the first voltage determined by the plating current according to these plating conditions.

【0015】或いは、本発明によるめっき方法は、銅板
等の成膜材料源が配置された液槽内のめっき液に半導体
ウェハ等の被処理体を浸漬させる浸漬工程と、被処理体
の被成膜面がめっき液中に浸漬させた状態で電解めっき
法によりその被成膜面に金属膜を成膜する成膜工程とを
備えており、浸漬工程では、下記式(1); 0.8×Vd≦Ve≦1.15×Vd …(1)、 で表される関係を満たすように電圧制御を行う方法であ
る。ここで、式(1)中、Vdは、成膜工程においてア
ノードとしての成膜材料源と、カソードとしての被成膜
面との間に印加される第1の電圧を示し、Veは、浸漬
工程において、成膜材料源と被成膜面との間に印加する
第2の電圧を示す。
Alternatively, the plating method according to the present invention comprises an immersion step of immersing an object to be processed such as a semiconductor wafer in a plating solution in a solution tank in which a film forming material source such as a copper plate is arranged, and a step of forming the object to be processed. A film forming step of forming a metal film on the film formation surface by electrolytic plating while the film surface is immersed in a plating solution. In the immersion step, the following formula (1); × Vd ≦ Ve ≦ 1.15 × Vd (1), which is a method of performing voltage control so as to satisfy the relationship expressed by: Here, in the formula (1), Vd represents the first voltage applied between the film forming material source as the anode and the film forming surface as the cathode in the film forming step, and Ve is the immersion voltage. The second voltage applied between the film forming material source and the film formation surface in the step is shown.

【0016】先述したように、成膜工程におけるめっき
電流はめっき液の種類等により、種々異なる可能性があ
り、それに応じて第1の電圧も異なると予想される。し
かし、例えば、銅めっきを考えると、成膜工程で好適な
第1の電圧は1V近傍になると推定される。この場合、
第2の電圧Veが式(1)の左辺を下回ると、シード層
等のめっき液への溶解を確実に予防する観点からは好ま
しくない。一方、第2の電圧Veが式(1)の右辺を上
回ると、浸漬工程において生じるめっきの成膜速度が過
度に大きくなってしまい、凹部の埋め込みを防止し難く
なる。
As described above, the plating current in the film forming process may vary depending on the type of the plating solution, and the first voltage is expected to vary accordingly. However, in consideration of copper plating, for example, it is estimated that the first voltage suitable for the film forming step is around 1V. in this case,
When the second voltage Ve is lower than the left side of the formula (1), it is not preferable from the viewpoint of surely preventing the seed layer and the like from being dissolved in the plating solution. On the other hand, when the second voltage Ve exceeds the right side of the formula (1), the deposition rate of plating that occurs in the dipping step becomes excessively high, and it becomes difficult to prevent the recesses from being filled.

【0017】また、浸漬工程において、半導体ウェハを
めっき液面に対して水平から所定の角度傾けた状態でめ
っき液中に徐々に浸漬する場合、殊にフェイスダウン方
式におけるかような場合に本発明は極めて有効である。
Further, in the dipping process, the present invention is applied to the case where the semiconductor wafer is gradually dipped in the plating solution in a state of being inclined at a predetermined angle with respect to the surface of the plating solution, particularly in the case of face down method. Is extremely effective.

【0018】フェイスダウン方式では、浸漬時に被成膜
面を含む凹部内に気泡を取り込むことを防止してめっき
液と被成膜面との接触を確実に行うために、めっき液面
に対して水平から所定の角度傾けた状態で徐々に半導体
ウェハをめっき液に浸漬させると有用である。こうした
場合、半導体ウェハの一部がめっき液に接してから、被
成膜面の略全体が浸漬するまでの所要時間が、半導体ウ
ェハを傾けずに浸漬するのに比して長くなり、導通によ
る電流の流通時間が比較的長くなることがある。よっ
て、かかる場合には過度の電圧を印加しない浸漬工程が
非常に有効となる。
In the face-down method, in order to prevent air bubbles from being trapped in the recess including the film-forming surface during immersion and to ensure contact between the plating solution and the film-forming surface, It is useful to gradually immerse the semiconductor wafer in the plating solution while inclining it from the horizontal at a predetermined angle. In such a case, the time required from when a part of the semiconductor wafer comes into contact with the plating solution until substantially the entire film-forming surface is immersed is longer than that when the semiconductor wafer is immersed without being tilted, which may cause the conduction. The current flow time may be relatively long. Therefore, in such a case, the dipping process in which an excessive voltage is not applied is very effective.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付
し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置
関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づ
くものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に
限られるものではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below. The same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. The dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

【0020】図1〜4は、本発明によるめっき方法を有
効に実施するためのめっき装置の好適な一実施形態を示
す概略断面図であり、それぞれ当該めっき装置を運転し
ている状態を示す図でもある。電解めっき装置100
は、銅を被処理体である半導体ウェハWに成膜するため
のものであり、液槽12と、液槽12の下部に配置され
た成膜材料源である円盤状の銅板14とを備えている。
1 to 4 are schematic cross-sectional views showing a preferred embodiment of a plating apparatus for effectively carrying out the plating method according to the present invention, each showing a state in which the plating apparatus is in operation. But also. Electrolytic plating apparatus 100
Is for forming a film of copper on the semiconductor wafer W that is the object to be processed, and includes a liquid tank 12 and a disk-shaped copper plate 14 that is a film-forming material source disposed below the liquid tank 12. ing.

【0021】液槽12の底部にはめっき液供給口18が
設けられている。また、このめっき液供給口18には外
部のポンプ20が接続されており、これにより、めっき
液22が液槽12内に底部から供給され、上方に流通す
ることとなる。また、液槽12の周囲は外槽24により
囲まれており、液槽12から溢流しためっき液22を受
け、そのめっき液22を外部のタンク26に回収するこ
とができるようにされている。
A plating solution supply port 18 is provided at the bottom of the liquid tank 12. An external pump 20 is connected to the plating solution supply port 18 so that the plating solution 22 is supplied from the bottom into the solution tank 12 and flows upward. Further, the periphery of the liquid tank 12 is surrounded by an outer tank 24 so that the plating solution 22 overflowed from the liquid tank 12 can be received and the plating solution 22 can be collected in an external tank 26. .

【0022】また、タンク26はポンプ20の吸込み口
に接続されており、めっき液22が循環使用されるよう
になっている。なお、図示を省略するが、タンク26は
薬液自動制御システムを構成することが好ましい。すな
わち、タンク26にめっき液22の各成分の供給源及び
成分濃度検出計を接続し、濃度検出計からの信号に応じ
て供給源からの供給量を制御し、これにより、液槽12
に送られるめっき液22の組成及び濃度を常に一定とす
ると有用である。
The tank 26 is connected to the suction port of the pump 20 so that the plating solution 22 can be circulated and used. Although illustration is omitted, it is preferable that the tank 26 constitutes an automatic chemical solution control system. That is, the supply source of each component of the plating solution 22 and the component concentration detector are connected to the tank 26, and the supply amount from the supply source is controlled according to the signal from the concentration detector.
It is useful to always keep the composition and concentration of the plating solution 22 sent to the.

【0023】さらに、銅板14は略円筒形の液槽12の
底部に実質的に同軸に配置されており、液槽12の内壁
面と銅板14との間には環状の間隙が形成されている。
従って、液槽12の底部のめっき液供給口18から供給
されためっき液22は、この間隙を通って液槽12内を
上昇(流上)していく。
Further, the copper plate 14 is disposed substantially coaxially with the bottom of the liquid tank 12 having a substantially cylindrical shape, and an annular gap is formed between the inner wall surface of the liquid tank 12 and the copper plate 14. .
Therefore, the plating solution 22 supplied from the plating solution supply port 18 at the bottom of the solution tank 12 rises (flows up) in the solution tank 12 through this gap.

【0024】またさらに、めっき装置100は、液槽1
2の外部に設けられ、半導体ウェハWを保持しつつ、そ
の半導体ウェハWを液槽12内に貯留されためっき液2
2に浸漬させるウェハホルダ40を備えている。このウ
ェハホルダ40は、半導体ウェハWを下向きに且つその
エッジ部(周縁部)で把持するホルダヘッド41と、ホ
ルダヘッド41を上方から支持するロッド42を上下駆
動させる駆動アーム43と、この駆動アーム43を支軸
44の周りに回動可能に支持するアームホルダ45とを
有するものである。これにより、ホルダヘッド41にて
保持された半導体ウェハWの被成膜面は、銅板14の上
面に対して平行に且つ対向配置される。
Furthermore, the plating apparatus 100 includes a liquid tank 1
And a plating solution 2 which is provided outside the semiconductor wafer W and holds the semiconductor wafer W while the semiconductor wafer W is stored in the liquid tank 12.
A wafer holder 40 to be dipped in 2 is provided. The wafer holder 40 includes a holder head 41 that holds the semiconductor wafer W downward and at its edge portion (peripheral portion), a drive arm 43 that vertically drives a rod 42 that supports the holder head 41 from above, and this drive arm 43. And an arm holder 45 for rotatably supporting the shaft around the support shaft 44. As a result, the film formation surface of the semiconductor wafer W held by the holder head 41 is arranged parallel to and facing the upper surface of the copper plate 14.

【0025】また、ホルダヘッド41には、保持された
半導体ウェハWのエッジ部に接する図示しない電気端子
が設けられており、この電気端子には電源34の負極が
接続されている。後述するように、銅めっきされる半導
体ウェハW上には、予めPVD法、CVD法等により、
バリアメタル膜上に薄い銅のシード層105が形成され
ており、このシード層105を被成膜面として且つカソ
ードとして機能させるためのものである。さらに、銅板
14がアノードとして機能するように、銅板14には電
源34の正極(カソード)が接続されている。またさら
に、電源34には、半導体ウェハW、電源34、及び銅
板14を結ぶ導電経路に設けられた電流計51及び電圧
計52に接続された制御装置50が接続されている。こ
の制御装置50は、電源34の出力を調整するものであ
り、電流計51又は電圧計52の指示値に基づいて電圧
又は電流の安定制御を行う。
Further, the holder head 41 is provided with an electric terminal (not shown) in contact with the edge portion of the held semiconductor wafer W, and the negative electrode of the power source 34 is connected to this electric terminal. As will be described later, on the semiconductor wafer W to be copper-plated, a PVD method, a CVD method, or the like is used in advance.
A thin copper seed layer 105 is formed on the barrier metal film, and this seed layer 105 functions as a film formation surface and as a cathode. Further, the positive electrode (cathode) of the power source 34 is connected to the copper plate 14 so that the copper plate 14 functions as an anode. Furthermore, the power supply 34 is connected to the semiconductor wafer W, the power supply 34, and a control device 50 connected to an ammeter 51 and a voltmeter 52 provided in a conductive path connecting the copper plate 14. The control device 50 adjusts the output of the power supply 34, and performs stable control of voltage or current based on the instruction value of the ammeter 51 or the voltmeter 52.

【0026】このように構成された電解めっき装置10
0を用いて半導体ウェハWに銅を成膜する本発明のめっ
き方法について、図1〜4に加えて図5(A)〜(C)
及び図6を参照して説明する。図5(A)〜(C)は、
それぞれ、本発明のめっき方法により半導体ウェハWに
めっき処理を施しているときのめっき電流の変化(トレ
ンド線L1)、めっき電圧の変化(トレンド線L2)、
及びロッド42の傾きの有無(トレンド線L3)の一例
を模式的に示すタイムチャートである。また、図6は、
本発明のめっき方法によりめっきが施された半導体ウェ
ハWの一部断面を示す模式図である。
The electroplating apparatus 10 thus constructed
5A to 5C in addition to FIGS. 1 to 4 for the plating method of the present invention for forming a copper film on a semiconductor wafer W by using 0.
And FIG. 6 will be described. 5 (A) to (C),
Changes in the plating current (trend line L1), changes in the plating voltage (trend line L2) when the semiconductor wafer W is plated by the plating method of the present invention, respectively.
9 is a time chart schematically showing an example of whether or not the rod 42 is tilted (trend line L3). In addition, FIG.
It is a schematic diagram which shows the partial cross section of the semiconductor wafer W plated by the plating method of this invention.

【0027】なお、図5(A)〜(C)においては、横
軸の目安は、例えば一目盛りが1秒であり、5目盛り毎
に軸ラベル(t0,t5,t10,t15,t20,t
25)を付した。また、めっき装置100はフェイスダ
ウン式のめっき成膜を行うので、処理中は被めっき面が
下方を向いているが、説明の都合上、図6では被めっき
面が上方を向くように示した(後述する図8において同
じ)。
In FIGS. 5 (A) to 5 (C), the standard of the horizontal axis is, for example, 1 second for one scale, and axis labels (t0, t5, t10, t15, t20, t for every 5 scales).
25). Further, since the plating apparatus 100 performs face-down type plating film formation, the surface to be plated faces downward during the processing, but for convenience of explanation, FIG. 6 shows that the surface to be plated faces upward. (Same in FIG. 8 described later).

【0028】まず、ポンプ20を駆動してめっき液22
を液槽12に供給し、外槽24及びタンク26を経て循
環させる。次に、半導体ウェハWをホルダヘッド41に
把持し、時刻t0より、半導体ウェハWがめっき液22
の液面上方の所定位置(ドライ・ポジション)にくるよ
うにロッド42を駆動させる。ここで、半導体ウェハW
は、導電性基層101上に、ホールH(接続孔等の凹
部)が形成された単層の絶縁層102が設けられ、更に
その上に15nm程度の極薄いTa膜103及び10n
m程度の極薄いTaN膜104から成るバリアメタル膜
が形成され、更にその上に100〜150nm程度の薄
い銅のシード層105が形成されたものである(図6参
照)。
First, the pump 20 is driven to drive the plating solution 22.
Is supplied to the liquid tank 12 and circulated through the outer tank 24 and the tank 26. Next, the semiconductor wafer W is gripped by the holder head 41, and from time t0, the semiconductor wafer W is placed in the plating solution 22.
The rod 42 is driven so as to come to a predetermined position (dry position) above the liquid surface of. Here, the semiconductor wafer W
Is provided with a single-layer insulating layer 102 having holes H (recesses such as connection holes) formed on a conductive base layer 101, and further has a very thin Ta film 103 and 10n of about 15 nm thick.
A barrier metal film made of an extremely thin TaN film 104 of about m is formed, and a thin copper seed layer 105 of about 100 to 150 nm is further formed on the barrier metal film (see FIG. 6).

【0029】また、めっき液について説明すると、硫酸
第二銅をその主成分としており、ホールH等の凹部への
埋め込み性を改善するための添加剤も加えられている。
この添加剤の種類は多種多様であり、例えば、いわゆる
促進剤、抑制剤、平坦化剤等が挙げられる。
The plating solution will be described. Cupric sulfate is contained as a main component, and an additive for improving the filling property in the recesses such as the holes H is also added.
There are various types of additives, and examples thereof include so-called accelerators, suppressors, leveling agents, and the like.

【0030】促進剤は、ホールHの被めっき表面の形状
に応じためっきを行うべく、微小間隙を有するホールH
内部におけるCu2+イオンの電析(還元/電着)反応の
進行によるボトムアップ(埋め込み)を促進するための
ものである。一般に、後述する抑制剤に比して低分子量
であってめっき液中の拡散移動速度が比較的早く、且
つ、抑制剤ほど分子内の分極の度合いが大きくないた
め、凹部内部に速やかに移入し易い傾向にあり、凹部内
部のボトムアップを助長するように機能するものであ
る。
The accelerator is a hole H having a minute gap in order to perform plating according to the shape of the surface of the hole H to be plated.
This is to promote bottom-up (embedding) due to the progress of the electrodeposition (reduction / electrodeposition) reaction of Cu 2+ ions inside. Generally, it has a lower molecular weight than the inhibitor described later and a relatively high diffusion transfer rate in the plating solution, and since the degree of intramolecular polarization is not as great as that of the inhibitor, it rapidly migrates into the recess. It tends to be easy and functions to promote bottom-up inside the recess.

【0031】このような促進剤としては、例えば、特開
2000−219994号公報に記載のブライトナー、
すなわち、ビス(3−スルホプロピル)ジスルファイド
又はその2ナトリウム塩、ビス(2−スルホプロピル)
ジスルファイド又はその2ナトリウム塩、ビス(3−ス
ル−2−ヒドロキシプロピル)ジスルファイド又はその
2ナトリウム塩、ビス(4−スルホプロピル)ジスルフ
ァイド又はその2ナトリウム塩、ビス(p−スルホフェ
ニル)ジスルファイド又はその2ナトリウム塩、3−
(ベンゾチアゾリル−2−チオ)プロピルスルホン酸又
はそのナトリウム塩、N,N−ジメチル−ジチオカルバ
ミン酸−(3−スルホプロピル)−エステル又はそのナ
トリウム塩、O−エチル−ジエチル炭酸−S−(3−ス
ルホプロピル)−エステル又はそのカリウム塩、チオ尿
素若しくはその誘導体等、或いは、特開2000−24
8397号公報に記載の硫黄系飽和有機化合物、すなわ
ち、ジチオビス−アルカン−スルホン酸又はその塩、具
体的には、4,4−ジチオビス−ブタン−スルホン酸、
3,3−ジチオビス−プロパン−スルホン酸、2,2−
ジチオビス−エタン−スルホン酸、又はそれらの塩等が
挙げられ、これらを単独で又は二種以上混合して用いる
ことができる。
Examples of such an accelerator include brighteners described in JP-A-2000-219994,
That is, bis (3-sulfopropyl) disulfide or its disodium salt, bis (2-sulfopropyl)
Disulfide or its disodium salt, bis (3-sul-2-hydroxypropyl) disulfide or its disodium salt, bis (4-sulfopropyl) disulfide or its disodium salt, bis (p-sulfophenyl) disulfide or its 2 Sodium salt, 3-
(Benzothiazolyl-2-thio) propylsulfonic acid or its sodium salt, N, N-dimethyl-dithiocarbamic acid- (3-sulfopropyl) -ester or its sodium salt, O-ethyl-diethyl carbonic acid-S- (3-sulfo Propyl) -ester or its potassium salt, thiourea or its derivative, or JP-A-2000-24
Sulfur-based saturated organic compounds described in 8397, that is, dithiobis-alkane-sulfonic acid or a salt thereof, specifically, 4,4-dithiobis-butane-sulfonic acid,
3,3-dithiobis-propane-sulfonic acid, 2,2-
Examples thereof include dithiobis-ethane-sulfonic acid and salts thereof, and these can be used alone or in combination of two or more.

【0032】一方、抑制剤は、ホールHの微小間隙を形
成するエッジ部分にめっき電流が集中して過度の電析
(還元/電着)反応が進行するのを抑制するためのもの
である。一般に、前出の促進剤に比して高分子量であっ
てめっき液中の拡散移動速度が比較的遅く、且つ、促進
剤よりも分子内の分極の度合いが大きいため、高電界で
あるエッジ部分の周囲に集まり易く、エッジ部のオーバ
ーハング等を抑えてホールH内部のボトムアップを更に
助長するように機能するものである。
On the other hand, the suppressor is for suppressing the excessive deposition (reduction / deposition) reaction due to the concentration of the plating current at the edge portion forming the minute gap of the hole H. In general, since the molecular weight is higher than that of the above-mentioned accelerator, the diffusion and migration speed in the plating solution is relatively slow, and the degree of intramolecular polarization is larger than that of the accelerator, the edge portion where the electric field is high It is easy to gather around the periphery of the hole and functions to further promote bottom-up inside the hole H by suppressing overhang of the edge portion.

【0033】このような抑制剤としては、例えば、特開
2000−219994号公報又は特開2000−24
8397号公報に記載のポリマー、すなわち、ポリビニ
ルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチ
レングリコール、ポリプロピレングリコール、ステアリ
ン酸−ポリエチレングリコールエステル、ステアリルア
ルコール−ポリエチレングリコールエーテル、ノニルフ
ェノール−ポリエチレングリコールエーテル、オクチル
フェノール−ポリエチレングリコールエーテル、ポリエ
チレン−プロピレングリコール、β−ナフトール−ポリ
エチレングリコールエーテル等、1,3−ジオキソラン
重合体、ポリプロピレンプロパノール、オキシルアルキ
レンポリマー、酸化エチレンと酸化プロピレンとの共重
合体、或いは、それらの誘導体が挙げられ、これらを単
独で又は二種以上混合して用いることができる。
As such an inhibitor, for example, JP-A-2000-219994 or JP-A-2000-24 is used.
8397, namely, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyethylene glycol, polypropylene glycol, stearic acid-polyethylene glycol ester, stearyl alcohol-polyethylene glycol ether, nonylphenol-polyethylene glycol ether, octylphenol-polyethylene glycol ether, polyethylene- Propylene glycol, β-naphthol-polyethylene glycol ether and the like, 1,3-dioxolane polymer, polypropylene propanol, oxyl alkylene polymer, a copolymer of ethylene oxide and propylene oxide, or a derivative thereof may be mentioned. Or, two or more kinds can be mixed and used.

【0034】他方、平坦化剤は、上述したようなホール
H内部のボトムアップが終了した後にホールH上のフィ
ールド全体のめっき成膜を行う段階で有効に機能するも
のであり、被めっき面の形状に関わらず、成膜後の膜表
面レベルの均一性を担保するためのものである。つま
り、ボトムアップ後にも促進剤の効果が持続すると、ホ
ールH上の電着速度が、ホールHがない部分上の電着速
度に比して大きくなるため、ホールHが形成されたフィ
ールドが盛り上がる傾向にある。平坦化剤は、このよう
な言わば電着速度(成膜速度)のマイクロローディング
を防止するために、促進剤の効果を抑制して均一な電析
(還元/電着)を実現するものであり、言わば第2の抑
制剤として機能する。
On the other hand, the flattening agent effectively functions at the stage of performing the plating film formation on the entire field on the hole H after the bottom-up inside the hole H as described above is completed. This is for ensuring the uniformity of the film surface level after film formation regardless of the shape. That is, if the effect of the accelerator continues even after bottoming up, the electrodeposition rate on the hole H becomes higher than the electrodeposition rate on the portion where the hole H is absent, so that the field in which the hole H is formed rises. There is a tendency. The flattening agent suppresses the effect of the accelerator in order to prevent such microloading of the electrodeposition rate (film formation rate), and realizes uniform electrodeposition (reduction / electrodeposition). , So to speak, functions as a second inhibitor.

【0035】このような平坦化剤としては、例えば、特
開2000−219994号公報に記載のレベラー、す
なわち、有機酸アミド及びアミン化合物、具体的には、
アセトアミド、プロピルアミド、ベンズアミド、アクリ
ルアミド、メタアクリルアミド、N,N−ジメチルアク
リルアミド、N,N−ジエチルメタアクリルアミド、
N,N−ジエチルアクリルアミド、N,N−ジメチルメ
タアクリルアミド、N−(ヒドロキシメチル)アクリル
アミド、ポリアクリル酸アミド、ポリアクリル酸アミド
加水和分解物、チオフラビン、サフラニン等、が挙げら
れ、これらを単独で又は二種以上混合して用いることが
できる。
As such a leveling agent, for example, a leveler described in JP-A-2000-219994, that is, an organic acid amide and an amine compound, specifically,
Acetamide, propylamide, benzamide, acrylamide, methacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N, N-diethylmethacrylamide,
N, N-diethylacrylamide, N, N-dimethylmethacrylamide, N- (hydroxymethyl) acrylamide, polyacrylic acid amide, polyacrylic acid amide hydrolyzate, thioflavin, safranine, and the like are listed, and these are used alone. Alternatively, two or more kinds may be mixed and used.

【0036】次いで、更にホルダヘッド41を下降させ
て浸漬工程を開始し、時刻t3直後に制御装置50から
電圧制御信号を電源34へ送出し、半導体ウェハWと銅
板14との間に所定の電圧Ve(第2の電圧;図5
(B)の例では2.6V程度)を印加する。このときの
Veの値は、後述する時刻t17直後から開始する成膜
工程において印加される電圧Vd(第1の電圧;図5
(B)の例では2.6V程度)と実質的に同一の値とす
る。
Then, the holder head 41 is further lowered to start the dipping process, and immediately after time t3, a voltage control signal is sent from the control device 50 to the power source 34, and a predetermined voltage is applied between the semiconductor wafer W and the copper plate 14. Ve (second voltage; FIG. 5)
In the example of (B), about 2.6 V) is applied. The value of Ve at this time is the voltage Vd (first voltage; FIG. 5) applied in the film forming process starting immediately after time t17 described later.
(About 2.6V in the example of (B)).

【0037】それから、ホルダヘッド41が所定位置ま
で降下した時点(時刻t9〜t10)で、ロッド42が
鉛直から一定の角度(例えば3〜15°程度)を成すよ
うに支軸44を支点として駆動アーム43及びホルダヘ
ッド41を傾斜させる。これにより半導体ウェハWがめ
っき液22の液面に対して一定の角度を成す(図2参
照)。このとき、電圧制御により電圧Veの印加を続行
し(トレンド線L2参照)、半導体ウェハWのシード層
105がめっき液22中に溶解してしまうことを防止す
る。なお、この際には、半導体ウェハWのエッジ部にお
ける電気端子が未だめっき液22に浸漬していないので
電流は流れず、シード層105上へのめっき成膜は行わ
れない。
Then, when the holder head 41 descends to a predetermined position (time t9 to t10), the rod 42 is driven with the support shaft 44 as a fulcrum so that the rod 42 forms a certain angle (for example, about 3 to 15 °) from the vertical. The arm 43 and the holder head 41 are tilted. As a result, the semiconductor wafer W forms a constant angle with the liquid surface of the plating solution 22 (see FIG. 2). At this time, the voltage Ve is continuously applied by voltage control (see the trend line L2) to prevent the seed layer 105 of the semiconductor wafer W from being dissolved in the plating solution 22. At this time, since the electric terminals at the edge portion of the semiconductor wafer W are not yet immersed in the plating solution 22, a current does not flow, and the plating film is not formed on the seed layer 105.

【0038】さらに、この傾斜状態でホルダヘッド41
を下降させ、半導体ウェハWをめっき液22に徐々に浸
漬させる(図3参照)。このように半導体ウェハWを水
平に対して所定角度傾けた状態でめっき液22に浸漬さ
せることにより、半導体ウェハWのホールHへの気泡の
取り込みを抑制することができる。そして、時刻t16
経過後に半導体ウェハW上のシード層105の略全体と
半導体ウェハWのエッジ部に接する電気端子とがめっき
液22に浸かった時点から時間Tmの間、電流が流れ
る。このとき、印加されていた電圧Veが成膜工程にお
ける電圧Vdと同じ大きさなので、流れる電流値も成膜
工程での適正電流と同じ値となる(図5(A)の例では
3.3A程度;トレンド線L1参照)。よって、半導体
ウェハWのホールHにおいて銅が過度に電析(電着)し
てしまうことが抑止される。
Further, in this tilted state, the holder head 41
And the semiconductor wafer W is gradually immersed in the plating solution 22 (see FIG. 3). By immersing the semiconductor wafer W in the plating solution 22 in such a state that the semiconductor wafer W is tilted at a predetermined angle with respect to the horizontal, it is possible to prevent bubbles from being taken into the holes H of the semiconductor wafer W. Then, time t16
After a lapse of time, a current flows for a time Tm from the time when substantially the entire seed layer 105 on the semiconductor wafer W and the electric terminals in contact with the edge portion of the semiconductor wafer W are immersed in the plating solution 22. At this time, since the applied voltage Ve has the same magnitude as the voltage Vd in the film forming process, the flowing current value also becomes the same value as the appropriate current in the film forming process (3.3A in the example of FIG. 5A). Degree; see trend line L1). Therefore, it is possible to prevent copper from being excessively electrodeposited (electrodeposited) in the holes H of the semiconductor wafer W.

【0039】次に、ロッド42が鉛直方向を向くように
支軸44を支点として駆動アーム43及びホルダヘッド
41を可動させ傾斜を解除する。これにより、半導体ウ
ェハWをめっき液22に浸漬した状態で銅板14に対し
て平行となるように保持し、浸漬工程を終了する(図4
参照)。この時、瞬時に電圧の印加を一旦停止して電圧
制御から電流制御に切り替え、制御装置50から電流制
御信号を電源34へ送出し、所定の電圧Vd(第2の電
圧)を印加して成膜工程を開始する。
Next, the drive arm 43 and the holder head 41 are moved by using the support shaft 44 as a fulcrum so that the rod 42 faces the vertical direction, and the inclination is released. As a result, the semiconductor wafer W is held so as to be parallel to the copper plate 14 while being immersed in the plating solution 22, and the immersion process is completed (FIG. 4).
reference). At this time, the voltage application is momentarily stopped to switch from voltage control to current control, a current control signal is sent from the control device 50 to the power supply 34, and a predetermined voltage Vd (second voltage) is applied. Start the membrane process.

【0040】この成膜工程におけるめっき電流は、図5
(A)に示す如く、浸漬工程で流れる電流値と同じ値で
あり、図示の例では3.3A程度である(トレンド線L
1参照)。これにより、液槽12に貯留されためっき液
22中の銅イオンがカソードとしての半導体ウェハWの
被成膜面(シード層105)にて還元される。この際、
めっき液22中の促進剤及び抑制剤の効果により、ホー
ルH内部が銅で良好に埋め込まれる(ボトムアップ・フ
ィル)。また、ボトムアップによるホールHの埋め込み
が行われた後は、平坦化剤の作用によって膜厚の均一性
に優れたフィールド部の成膜が行われる。こうして配線
層106(金属膜)が形成され、成膜工程を終了する。
The plating current in this film forming process is shown in FIG.
As shown in (A), it is the same value as the current value flowing in the dipping process, and is about 3.3 A in the illustrated example (trend line L
1). As a result, the copper ions in the plating solution 22 stored in the solution tank 12 are reduced on the film formation surface (seed layer 105) of the semiconductor wafer W as the cathode. On this occasion,
Due to the effect of the accelerator and the inhibitor in the plating solution 22, the inside of the hole H is favorably filled with copper (bottom-up fill). Further, after the holes H are filled up by bottom-up, the field portion having excellent film thickness uniformity is formed by the action of the flattening agent. In this way, the wiring layer 106 (metal film) is formed, and the film forming process is completed.

【0041】上述したように、浸漬工程においては、成
膜工程での所望のめっき電流が達成される印加電圧Vd
と同等の電圧Veを印加して、過剰なめっき電流が流れ
ることを防止することにより、ホールHが銅で埋め込ま
れてしまうことを抑止できるので、配線層106のホー
ルH内部に空隙が生じることを確実に防止できる。よっ
て、ホールHの埋め込み不良による配線層106の特性
低下ひいては製品歩留まりの低下を有効に抑えることが
可能となり、特に、今後の設計ルールに応じた次世代デ
バイスの製造に極めて好適なめっき方法を実現できる。
As described above, in the dipping process, the applied voltage Vd that achieves the desired plating current in the film forming process.
By applying a voltage Ve equivalent to the above to prevent an excessive plating current from flowing, it is possible to prevent the hole H from being filled with copper, so that a void is generated inside the hole H of the wiring layer 106. Can be reliably prevented. Therefore, it is possible to effectively suppress the deterioration of the characteristics of the wiring layer 106 due to the defective filling of the holes H and the decrease of the product yield. In particular, it is possible to realize a plating method extremely suitable for manufacturing a next-generation device according to future design rules. it can.

【0042】ここで、図7(A)〜(C)は、それぞ
れ、従来の方法によって半導体ウェハWにめっき処理を
施しているときのめっき電流の変化(トレンド線L1
1)、めっき電圧の変化(トレンド線L12)、及びロ
ッドの傾きの有無(トレンド線L13)の一例を模式的
に示すタイムチャートであり、図8は、その従来の方法
でめっきが施された半導体ウェハWの一部断面を示す模
式図である。ここでの半導体ウェハWの積層構造は、図
6に示すものと同様であり、導電性基層201上に、ホ
ールHが形成された絶縁層202、Ta膜203、Ta
N膜204及びシード層205が形成されたものであ
る。この従来の方法では、浸漬工程での印加電圧(図7
(B)の例では約5V)が、成膜工程での印加電圧(図
7(B)の例では約2.6V)の倍程度とされる。
Here, FIGS. 7A to 7C respectively show changes in the plating current (trend line L1) when the semiconductor wafer W is plated by the conventional method.
1), a change in plating voltage (trend line L12), and an example of whether or not the rod is tilted (trend line L13) are time charts, and FIG. 8 shows that plating is performed by the conventional method. It is a schematic diagram which shows the partial cross section of the semiconductor wafer W. The laminated structure of the semiconductor wafer W here is the same as that shown in FIG. 6, and the insulating layer 202 having the holes H formed on the conductive base layer 201, the Ta film 203, and the Ta film 203.
The N film 204 and the seed layer 205 are formed. In this conventional method, the applied voltage (see FIG.
In the example of (B), about 5 V) is set to about twice the applied voltage in the film forming process (about 2.6 V in the example of FIG. 7B).

【0043】その結果、図8に示すようにホールH内に
ボトムボイドKが生じることがある。これは、浸漬工程
において、半導体ウェハWの略全体が浸漬して導通した
ときに、図7(A)に示す如く、成膜工程でのめっき電
流の倍近い電流が時間Tiの間流れ、ホールH内部の成
膜が一気に進行するとともに、オーバーハングに近い状
態が生起されることによると推定される。
As a result, a bottom void K may occur in the hole H as shown in FIG. This is because in the dipping process, when almost the entire semiconductor wafer W is dipped and becomes conductive, as shown in FIG. It is presumed that this is because the film formation inside H progresses at once and a state close to an overhang occurs.

【0044】これに対し、本発明では、上述した実施形
態のように浸漬工程で印加する第2の電圧Veと成膜工
程で印加する第1の電圧Vdとを同等とすることで、か
ような埋め込み不良を回避できる。また、本発明では、
両電圧Ve,Vdは同じ値に限定されず、上記式(1)
で表される関係を満たすようにしてもよく、つまり、第
2の電圧Veを第1の電圧Vdの+15%〜−20%の
範囲内の値とすれば好適である。これにより、シード層
105のめっき液22への溶解を確実に防止できると共
に、ホールHがこれまで以上に微細化されても、図8に
示すような従来のボイド発生といった不都合を回避する
ことができる。また、ホールHの埋め込み不良が生じた
場合には、最終的に形成される配線層表面の半導体ウェ
ハW面内における均一性が悪化するおそれもあるのに対
し、本発明ではかかる問題の発生を十分に抑制できる。
On the other hand, in the present invention, by making the second voltage Ve applied in the dipping process equal to the first voltage Vd applied in the film forming process as in the above-described embodiment, It is possible to avoid improper embedding. Further, in the present invention,
Both voltages Ve and Vd are not limited to the same value, and the above equation (1)
The relationship represented by the following may be satisfied, that is, it is preferable that the second voltage Ve be a value within the range of + 15% to −20% of the first voltage Vd. As a result, it is possible to reliably prevent the seed layer 105 from dissolving in the plating solution 22, and to avoid the inconvenience such as the conventional void generation as shown in FIG. 8 even if the holes H are made finer than ever. it can. Further, in the case where the defective filling of the holes H occurs, the uniformity of the finally formed wiring layer surface within the semiconductor wafer W may deteriorate, whereas the present invention causes such a problem. It can be suppressed sufficiently.

【0045】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは
いうまでもない。例えば、めっき装置100は、半導体
ウェハWの被成膜面が下向きとなるフェイスダウン式で
あるが、フェイスアップ式やその他のめっき装置にも本
発明は適用可能であり、成膜材料も銅以外の金属とする
こともできる。また、本発明は、0.17〜0.18μ
m以下の次世代デバイスの製造において非常に好適なも
のであるが、そのサイズ以上のデバイス製造に適用して
も構わない。さらに、半導体ウェハWの下端がめっき液
22に接触する直前に電圧Veを印加してもよい。また
さらに、成膜工程では、電圧制御を行っても良いが、安
定した定電流を得易い観点より電流制御の方がより好ま
しい。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the plating apparatus 100 is a face-down type in which the film formation surface of the semiconductor wafer W faces downward, but the present invention is also applicable to face-up type and other plating apparatuses, and the film forming material is other than copper. It can also be a metal. The present invention also provides 0.17 to 0.18μ.
It is very suitable for the production of next-generation devices of m or less, but may be applied to the production of devices of that size or larger. Furthermore, the voltage Ve may be applied immediately before the lower end of the semiconductor wafer W comes into contact with the plating solution 22. Further, although voltage control may be performed in the film forming step, current control is more preferable from the viewpoint of easily obtaining a stable constant current.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上述べたように、本発明のめっき方法
によれば、半導体ウェハ等の被処理体に銅膜等をめっき
処理するに際し、被処理体上に形成されたホール等の凹
部の埋め込み不良を十分に防止することができ、これに
より、配線層ひいてはデバイス(半導体装置)の特性低
下を防止でき、製品歩留まりの低下を有効に抑止でき
る。
As described above, according to the plating method of the present invention, when a copper film or the like is plated on an object to be processed such as a semiconductor wafer, the recesses such as holes formed on the object are processed. Embedding defects can be sufficiently prevented, which can prevent deterioration of the characteristics of the wiring layer and eventually the device (semiconductor device), and effectively suppress the deterioration of product yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a preferred embodiment of a plating apparatus for effectively carrying out the plating method according to the present invention, showing a state in which the plating apparatus is operating.

【図2】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a preferred embodiment of a plating apparatus for effectively carrying out the plating method according to the present invention, showing a state in which the plating apparatus is operating.

【図3】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a preferred embodiment of a plating apparatus for effectively carrying out the plating method according to the present invention, showing a state in which the plating apparatus is operating.

【図4】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a preferred embodiment of a plating apparatus for effectively carrying out the plating method according to the present invention, showing a state in which the plating apparatus is operating.

【図5】図5(A)〜(C)は、それぞれ、本発明のめ
っき方法により半導体ウェハにめっき処理を施している
ときのめっき電流の変化、めっき電圧の変化、及びロッ
ドの傾きの有無の一例を模式的に示すタイムチャートで
ある。
5 (A) to 5 (C) respectively show changes in plating current, changes in plating voltage, and presence / absence of inclination of a rod when a semiconductor wafer is plated by the plating method of the present invention. It is a time chart which shows an example of typically.

【図6】本発明のめっき方法によりめっきが施された半
導体ウェハの一部断面を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic view showing a partial cross section of a semiconductor wafer plated by the plating method of the present invention.

【図7】図7(A)〜(C)は、それぞれ、従来の方法
によって半導体ウェハにめっき処理を施しているときの
めっき電流の変化、めっき電圧の変化、及びロッドの傾
きの有無の一例を模式的に示すタイムチャートである。
7A to 7C are each an example of a change in plating current, a change in plating voltage, and the presence or absence of inclination of a rod when a semiconductor wafer is plated by a conventional method. 2 is a time chart schematically showing.

【図8】従来の方法でめっきが施された半導体ウェハW
の一部断面を示す模式図である。
FIG. 8: Semiconductor wafer W plated by a conventional method
It is a schematic diagram which shows the partial cross section of.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12…液槽、14…銅板(成膜材料源)、21…液槽、
22…めっき液、34…電源、40…ウェハホルダ、4
1…ホルダヘッド、42…ロッド、43…駆動アーム、
44…支軸、45…アームホルダ、50…制御装置、5
1…電流計、52…電圧計、100…電解めっき装置、
101…導電性基層、102…絶縁層、103…Ta
膜、104…TaN膜、105…シード層(被成膜
面)、106…配線層(金属膜)、W…半導体ウェハ
(被処理体)。
12 ... Liquid tank, 14 ... Copper plate (source of film forming material), 21 ... Liquid tank,
22 ... Plating solution, 34 ... Power supply, 40 ... Wafer holder, 4
1 ... Holder head, 42 ... Rod, 43 ... Drive arm,
44 ... Spindle, 45 ... Arm holder, 50 ... Control device, 5
1 ... Ammeter, 52 ... Voltmeter, 100 ... Electroplating device,
101 ... Conductive base layer, 102 ... Insulating layer, 103 ... Ta
Film, 104 ... TaN film, 105 ... Seed layer (deposited surface), 106 ... Wiring layer (metal film), W ... Semiconductor wafer (processed object).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 優美 千葉県成田市新泉14ー3野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン株 式会社内 (72)発明者 大和田 伸郎 千葉県成田市新泉14ー3野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン株 式会社内 (72)発明者 芦原 雅幸 千葉県成田市新泉14ー3野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン株 式会社内 (72)発明者 中川 敏行 千葉県成田市新泉14ー3野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン株 式会社内 Fターム(参考) 4K024 AA09 BB12 CA05 CB02 GA16 4M104 BB04 BB17 DD52 FF18 FF22   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yumi Suzuki             14-3 Shinizumi, Narita City, Chiba Prefecture Nogedaira Industrial Park               Applied Materials Japan Co., Ltd.             Inside the company (72) Inventor Shinro Owada             14-3 Shinizumi, Narita City, Chiba Prefecture Nogedaira Industrial Park               Applied Materials Japan Co., Ltd.             Inside the company (72) Inventor Masayuki Ashihara             14-3 Shinizumi, Narita City, Chiba Prefecture Nogedaira Industrial Park               Applied Materials Japan Co., Ltd.             Inside the company (72) Inventor Toshiyuki Nakagawa             14-3 Shinizumi, Narita City, Chiba Prefecture Nogedaira Industrial Park               Applied Materials Japan Co., Ltd.             Inside the company F term (reference) 4K024 AA09 BB12 CA05 CB02 GA16                 4M104 BB04 BB17 DD52 FF18 FF22

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 成膜材料源が配置された液槽内のめっき
液に被処理体を浸漬させる浸漬工程と、 前記被処理体の被成膜面が前記めっき液中に浸漬された
状態で電解めっき法により該被成膜面に金属膜を成膜す
る成膜工程と、を備えており、 前記浸漬工程では、前記成膜工程においてアノードとし
ての前記成膜材料源と、カソードとしての前記被成膜面
との間に印加される第1の電圧と略同等の大きさを有す
る第2の電圧を、該成膜材料源と該被成膜面との間に印
加する、ことを特徴とするめっき方法。
1. A dipping step of immersing an object to be treated in a plating solution in a liquid tank in which a film-forming material source is arranged; and a state in which a film-forming surface of the object to be treated is immersed in the plating solution. A film forming step of forming a metal film on the film formation surface by an electrolytic plating method, and in the dipping step, the film forming material source as an anode and the cathode as a cathode in the film forming step. A second voltage having substantially the same magnitude as the first voltage applied between the film formation surface and the film formation surface is applied between the film formation material source and the film formation surface. Plating method.
【請求項2】 成膜材料源が配置された液槽内のめっき
液に被処理体を浸漬させる浸漬工程と、 前記被処理体の被成膜面が前記めっき液中に浸漬された
状態で電解めっき法により該被成膜面に金属膜を成膜す
る成膜工程と、を備えており、 前記浸漬工程においては、下記式(1); 0.8×Vd≦Ve≦1.15×Vd …(1)、 Vd:前記成膜工程においてアノードとしての前記成膜
材料源と、カソードとしての前記被成膜面との間に印加
される第1の電圧、 Ve:当該浸漬工程において、前記成膜材料源と前記被
成膜面との間に印加する第2の電圧、で表される関係を
満たすように電圧制御を行う、ことを特徴とするめっき
方法。
2. A dipping step of immersing an object to be treated in a plating solution in a liquid tank in which a film-forming material source is arranged, and a state in which a film-forming surface of the object to be treated is immersed in the plating solution. And a film forming step of forming a metal film on the surface to be formed by electrolytic plating. In the dipping step, the following formula (1): 0.8 × Vd ≦ Ve ≦ 1.15 × Vd (1), Vd: a first voltage applied between the film forming material source as an anode and the film forming surface as a cathode in the film forming step, Ve: in the dipping step, A plating method, wherein voltage control is performed so as to satisfy a relationship represented by a second voltage applied between the film forming material source and the film formation surface.
【請求項3】 前記成膜材料源が銅板から構成されてお
り、前記被処理体が半導体ウェハである、ことを特徴と
する請求項1又は2に記載のめっき方法。
3. The plating method according to claim 1, wherein the film forming material source is composed of a copper plate, and the object to be processed is a semiconductor wafer.
【請求項4】 前記浸漬工程においては、前記半導体ウ
ェハを前記めっき液面に対して水平から所定の角度傾け
た状態で該めっき液中に徐々に浸漬する、ことを特徴と
する請求項3記載のめっき方法。
4. The dipping step, wherein the semiconductor wafer is gradually dipped in the plating solution in a state of being inclined at a predetermined angle from the horizontal with respect to the plating solution surface. Plating method.
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