JP2000297395A - Barrel plating method for electronic parts - Google Patents

Barrel plating method for electronic parts

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JP2000297395A
JP2000297395A JP11107389A JP10738999A JP2000297395A JP 2000297395 A JP2000297395 A JP 2000297395A JP 11107389 A JP11107389 A JP 11107389A JP 10738999 A JP10738999 A JP 10738999A JP 2000297395 A JP2000297395 A JP 2000297395A
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μmol
electroplating solution
copper electroplating
acidic copper
copper
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JP11107389A
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Japanese (ja)
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Riichi Okubo
利一 大久保
Jiyunnosuke Sekiguchi
淳之輔 関口
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Japan Energy Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To embed the micro vias and trenches formed on a wafer without the occurrence of defects such as void, seam or the like by incorporating an organic bivalent sulfur compound and a quaternary ammonium salt adduct consisting of ternary alkyl amine and polyepichlorhydrin respectively at specific ratios into a plating liquid. SOLUTION: The organic bivalent sulfur compound is incorporated at 1 to 300 μmol/l and the quaternary ammonium salt adduct consisting of the ternary alkyl amine and the polyepichlorhydrin at 10 to 200 μmol/l into the acidic copper plating liquid for forming wiring on the semiconductor wafer. When the concentration of the organic bivalent sulfur compound is specified to y μmol/l and the concentration of the quaternary ammonium salt adduct to x μmol/l, the concentrations are preferably 0.86x+25<=y<=-0.86x+300 and 1<=y<=300, 10<=x<=200. A polyether compound and polyalkyl ethylenediimine are added at need into this copper electroplating liquid.

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、半導体ウェハー上
に銅配線を形成するための電気銅めっき液であり、特に
半導体ウェハー上に形成された微細なビアあるいはトレ
ンチをボイドやシーム等の欠陥を発生させずに埋め込む
ことができる好適な酸性銅電気めっき液に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrolytic copper plating solution for forming copper wiring on a semiconductor wafer, and more particularly to a method for forming fine vias or trenches formed on a semiconductor wafer by removing defects such as voids and seams. The present invention relates to a suitable acidic copper electroplating solution that can be embedded without generating.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体ウェハーの加工においては、配線
材料として従来アルミニウムが主として用いられていた
が、配線の集積度が高まるにつれ最近では、このアルミ
ニウムに替えてより高い電気伝導度をもつ銅が使用され
るようになり、信号の遅延時間の増加を防ぐことが行わ
れるようになってきた。銅をウェハー上に成膜する方法
として、CVD法、スパッタリング法といった乾式法の
他に、水溶液からの湿式めっき法が使用されつつある。
2. Description of the Related Art In the processing of semiconductor wafers, aluminum has been mainly used as a wiring material in the past. However, as the degree of integration of wiring has increased, copper having higher electric conductivity has recently been used in place of aluminum. And it has been practiced to prevent an increase in signal delay time. As a method of forming a copper film on a wafer, a wet plating method from an aqueous solution is being used in addition to a dry method such as a CVD method and a sputtering method.

【0003】湿式めっき法には無電解めっき法と電気め
っき法があるが、無電解銅めっきに使用される液は高ア
ルカリ性であるため、半導体を加工する環境には不適当
なNa、Kといったアルカリイオンがめっき皮膜に
残存し半導体装置の汚染原因となる問題があった。この
ようなアルカリイオンの含有をさけるために、それに替
えて水酸化アンモニウム塩(例えば水酸化テトラメチル
アンモニウム)を含有するものを使用することも考えら
れるが、めっき液が高価となり著しくコスト高になると
いう欠点を有する。また、液に含まれるEDTAなどの
錯化合物の廃水処理が困難であるため、この用途への適
合性がないと言える。
[0003] While the wet plating method is an electroless plating method and an electroplating method, since the liquid used in the electroless copper plating is highly alkaline, unsuitable environment for processing the semiconductor Na +, K There is a problem that alkali ions such as + remain in the plating film and cause contamination of the semiconductor device. In order to avoid such alkali ion content, it is conceivable to use a solution containing an ammonium hydroxide salt (for example, tetramethylammonium hydroxide) instead. However, the plating solution is expensive and the cost is significantly increased. There is a disadvantage that. In addition, since it is difficult to treat wastewater with complex compounds such as EDTA contained in the liquid, it can be said that there is no suitability for this use.

【0004】一方電気めっきでは、一般的に硫酸銅を含
む硫酸酸性の水溶液をベースにしたものが使用され、廃
水処理も比較的容易である。また、特に半導体ウェハー
上に銅配線を形成するためには微細なビアあるいはトレ
ンチを埋め込むことが必要となるが、ボイドやシーム等
の欠陥が発生し易いという問題があり、これに適する電
気銅めっき液が存在していないという問題を有してい
た。
[0004] On the other hand, electroplating generally uses a solution based on an aqueous solution of sulfuric acid containing copper sulfate, and wastewater treatment is relatively easy. In addition, in order to form copper wiring on a semiconductor wafer, it is necessary to bury a fine via or trench. However, there is a problem that defects such as voids and seams are easily generated. There was a problem that no liquid was present.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】半導体装置の汚染原因
となるNa、Kといったアルカリイオン等の物質が
存在せず、めっき液の管理や排水処理も容易であり、半
導体ウェハー上に形成された微細なビアあるいはトレン
チをボイドやシーム等の欠陥を発生させずに埋め込むこ
と、特にビアあるいはトレンチ内の凹部分の析出速度を
速め、めっきの進行とともに同ビアあるいはトレンチの
入り口付近の凸部分とウエハー表面の析出速度を遅くし
て、ビアあるいはトレンチ内への埋め込み特性を改善
し、全体的に平均化した厚みの配線材が得られる好適な
酸性銅電気めっき液を得ることを課題とする。
Cause contamination of the semiconductor device [0005] Na +, K +, such there is no substance such as alkali ions, an easy management and waste water treatment of the plating solution, is formed on a semiconductor wafer Burying fine vias or trenches without generating defects such as voids or seams, in particular, increasing the deposition rate of the recesses in the vias or trenches, and as the plating progresses, the protrusions near the entrance of the vias or trenches An object of the present invention is to obtain a suitable acidic copper electroplating solution capable of improving the characteristics of embedding in vias or trenches by slowing the deposition rate on the wafer surface and improving the overall average thickness of the wiring material.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】(1)有機二価硫黄化合
物1〜300μmol/L及び第三アルキルアミンとポ
リエピクロルヒドリンからなる第四アンモニウム塩付加
物10〜200μmol/Lを含有することを特徴とす
る半導体ウェハー上に配線を形成するための酸性銅電気
めっき液、(2)有機二価硫黄化合物10〜200μm
ol/Lを含有することを特徴とする(1)記載の酸性
銅電気めっき液、(3)第三アルキルアミンとポリエピ
クロルヒドリンからなる第四アンモニウム塩付加物15
〜100μmol/Lを含有することを特徴とする
(1)又は(2)記載の酸性銅電気めっき液、(4)有
機二価硫黄化合物の濃度をyμmol/Lとし、第三ア
ルキルアミンとポリエピクロルヒドリンからなる第四ア
ンモニウム塩付加物の濃度をxμmol/Lとした場合
に、-0.86x+25≦y≦-0.86x+300であ
り、かつ1≦y≦300、10≦x≦200であること
を特徴とする半導体ウェハー上に配線を形成するための
酸性銅電気めっき液、(5)1≦x≦300であり、か
つ10≦y≦200であることを特徴とする(4)記載
の酸性銅電気めっき液、(6)ポリエーテル化合物0.
1〜50μmol/Lを含有することを特徴とする
(1)〜(5)のそれぞれに記載の酸性銅電気めっき
液、(7)ポリエーテル化合物1〜20μmol/Lを
含有することを特徴とする(6)記載の酸性銅電気めっ
き液、(8)ポリアルキルエチレンイミン0.1〜7μ
mol/Lを含有することを特徴とする(1)〜(7)
のそれぞれに記載の酸性銅電気めっき液、(9)ポリア
ルキルエチレンイミン0.5〜4μmol/Lを含有す
ることを特徴とする(8)に記載の酸性銅電気めっき
液、(10)硫酸銅浴を基本浴とする(1)〜(9)の
それぞれに記載の酸性銅電気めっき液、を提供する。
(1) It is characterized by containing 1 to 300 μmol / L of an organic divalent sulfur compound and 10 to 200 μmol / L of a quaternary ammonium salt adduct comprising a tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin. Acidic copper electroplating solution for forming wiring on a semiconductor wafer to be formed, (2) organic divalent sulfur compound 10 to 200 μm
(3) an adduct of a quaternary ammonium salt comprising a tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin;
(1) or (2), wherein (4) the concentration of the organic divalent sulfur compound is yμmol / L, and a tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin are contained. When the concentration of the quaternary ammonium salt adduct consisting of x μmol / L is -0.86x + 25 ≦ y ≦ −0.86x + 300, and 1 ≦ y ≦ 300 and 10 ≦ x ≦ 200 An acidic copper electroplating solution for forming a wiring on a semiconductor wafer, wherein (5) 1 ≦ x ≦ 300 and 10 ≦ y ≦ 200. Acid copper electroplating solution of (6) polyether compound
An acidic copper electroplating solution according to any one of (1) to (5), which contains 1 to 50 μmol / L, and (7) a polyether compound, which contains 1 to 20 μmol / L. (6) the acidic copper electroplating solution described in (6), (8) polyalkylethyleneimine 0.1 to 7 µ
(1) to (7), characterized by containing mol / L.
(9) The acidic copper electroplating solution according to (8), which contains 0.5 to 4 μmol / L of polyalkylethyleneimine, and (10) copper sulfate. An acidic copper electroplating solution according to any one of (1) to (9), wherein the bath is a basic bath.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】一般に、半導体(シリコン等の)
ウェハーの表面には銅配線を埋め込むためのビア・トレ
ンチが作られ、その表面に銅(Cu)がシリコン(S
i)に拡散することを防止するためにチタン(Ti)、
タンタル(Ta)、タングステン(W)又はこれらの窒
化物(ナイトライド)等から選ばれるバリアメタルが、
蒸着、スパッタリング、CVD法等による公知の被覆方
法で0.01〜0.1μm程度に成膜される。そしてこ
のバリアメタル層の上に、薄い銅の層が、上記と同様に
蒸着、スパッタリング、CVD法といった方法で付けら
れる。これは、バリアメタル層は一般的に電気抵抗が大
きく、後に被覆する電気銅めっきにおいてウェハーの周
辺部に設けられた接点周辺と中心部では、電流密度の差
が大きくなってしまうために、予め電気抵抗の小さい銅
を付与(薄く被覆)しておくものである。この膜厚は、
0.01〜0.1μm程度が適当である。なお、この膜
厚は半導体加工の際に任意に設定されるもので、上記の
数値に限定されるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Generally, semiconductors (such as silicon)
Via trenches are formed on the surface of the wafer for embedding copper wiring, and copper (Cu) is formed on the surface of the silicon (S).
i) titanium (Ti) to prevent diffusion to
A barrier metal selected from tantalum (Ta), tungsten (W) or a nitride thereof (nitride),
A film is formed to a thickness of about 0.01 to 0.1 μm by a known coating method such as vapor deposition, sputtering, and CVD. Then, a thin copper layer is formed on the barrier metal layer by a method such as vapor deposition, sputtering, or CVD in the same manner as described above. This is because the barrier metal layer generally has a large electric resistance, and the difference in current density between the periphery of the contact provided at the periphery of the wafer and the center in the electrolytic copper plating to be coated later becomes large. Copper having a small electric resistance is provided (thinly coated). This film thickness
About 0.01 to 0.1 μm is appropriate. This film thickness is arbitrarily set at the time of semiconductor processing and is not limited to the above numerical values.

【0008】上記の処理を施した半導体ウェハーに本発
明の銅電気めっき液を用いて電気銅めっきを実施する。
電気銅めっき方法は、例えば図1に示すようなめっき装
置を使用して行う。被めっき材である半導体ウェハー1
と、アノード2を対面させて電気めっき槽内4に配置す
る。図1ではこの両者が電気銅めっき液3の液面に対し
水平に配置されているが、垂直でもよい。半導体ウェハ
ー1は、めっきを行うべき表面を残し裏面は電気めっき
液に触れないようシールする必要がある。給電のための
接点は、半導体ウェハー1の端付近に設ける必要があ
る。アノード2は、含リン銅アノード(P含有率0.0
4〜0.06%)または、不溶性アノードが用いられ
る。不溶性アノードとしては、Pt、PtめっきしたT
iの使用が適当である。また、市販されている寸法安定
性電極(DSA)等も使用できる。含リン銅アノードを
用いる場合には、めっきされた分の銅の補給はアノード
2の溶解により自動的に行われる。但し、アノード2の
溶解時に若干のスラッジが生じるため、めっき皮膜への
スラッジ混入を防ぐためには、アノード2をポリプロピ
レン繊維等で作られたアノードバッグ中に入れた方が良
い。不溶性アノードを用いた場合には、めっきにより液
中の銅濃度が減少していくため、銅濃度を維持するため
に硫酸銅溶液を補給する必要がある。
[0008] The copper electroplating is carried out on the semiconductor wafer subjected to the above-mentioned treatment by using the copper electroplating solution of the present invention.
The electrolytic copper plating method is performed using, for example, a plating apparatus as shown in FIG. Semiconductor wafer 1 to be plated
And the anode 2 is placed in the electroplating tank 4 with the anode 2 facing each other. In FIG. 1, both are arranged horizontally with respect to the level of the electrolytic copper plating solution 3, but they may be arranged vertically. The semiconductor wafer 1 needs to be sealed so that the surface to be plated is left and the back surface is not exposed to the electroplating solution. It is necessary to provide a contact for power supply near the edge of the semiconductor wafer 1. The anode 2 is a phosphorous copper anode (P content 0.0
4 to 0.06%) or an insoluble anode is used. Pt, Pt-plated T
The use of i is appropriate. A commercially available dimensionally stable electrode (DSA) can also be used. In the case of using a phosphorus-containing copper anode, replenishment of the plated copper is automatically performed by dissolving the anode 2. However, since some sludge is generated when the anode 2 is dissolved, it is better to put the anode 2 in an anode bag made of polypropylene fiber or the like in order to prevent sludge from being mixed into the plating film. When an insoluble anode is used, the concentration of copper in the solution is reduced by plating, and it is necessary to supply a copper sulfate solution to maintain the concentration of copper.

【0009】本発明の電気銅めっき液の代表的な組成は
次の通りである。 ・硫酸銅(銅として)0.1〜100g/L(好ましく
は10〜50g/L)、 ・硫酸0.1〜500g/L(好ましくは10〜300
g/L)、 ・塩素0.1〜500mg/L(好ましくは30〜10
0mg/L)、 ・有機二価硫黄化合物1〜300μmol/L(好まし
くは10〜200μmol/L)、 ・第三アルキルアミンとポリエピクロルヒドリンからな
る第四アンモニウム塩付加物10〜200μmol/L
(好ましくは15〜100μmol/L)、 ・残部:水。 さらに、必要に応じて上記の範囲でポリエーテル化合物
及びポリアルキルエチレンイミンを添加する。
A typical composition of the electrolytic copper plating solution of the present invention is as follows. Copper sulfate (as copper) 0.1-100 g / L (preferably 10-50 g / L); sulfuric acid 0.1-500 g / L (preferably 10-300)
g / L), chlorine 0.1 to 500 mg / L (preferably 30 to 10)
0 mg / L), 1 to 300 μmol / L of organic divalent sulfur compound (preferably 10 to 200 μmol / L), and 10 to 200 μmol / L of quaternary ammonium salt adduct composed of tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin
(Preferably 15 to 100 μmol / L), and the balance: water. Further, if necessary, a polyether compound and a polyalkylethyleneimine are added within the above range.

【0010】めっき条件は、次の通りである。 ・電流密度 0.1〜100A/dm(好ましくは
0.5〜5A/dm) ・液温度 10〜80℃(好ましくは15〜30℃) 電気めっきにおける電流密度、液温度、および液の流速
(めっき面と液バルクとの相対速度)は相互に依存する
関係を持っており、上記の範囲内で、適当な液の流速を
付与することによって、狙いの析出速度と銅析出(結晶
状態)を得ることができる。液の流速を付与する方法と
しては、めっきされるウェハーを揺動、回転させる方法
や、その近傍を空気撹拌する方法などを用いることがで
きる。
[0010] The plating conditions are as follows.・ Current density: 0.1 to 100 A / dm 2 (preferably 0.5 to 5 A / dm 2 ) ・ Liquid temperature: 10 to 80 ° C. (preferably, 15 to 30 ° C.) Current density, liquid temperature, and liquid The flow velocity (relative velocity between the plating surface and the liquid bulk) has an interdependent relationship, and by providing an appropriate liquid flow velocity within the above range, the desired deposition rate and copper deposition (crystal state) ) Can be obtained. As a method of giving the flow rate of the solution, a method of rocking and rotating the wafer to be plated, a method of stirring the vicinity of the wafer with air, and the like can be used.

【0011】また、本発明では、電気めっきにおいて印
加する電流は、直流電流のみならず、パルス電流や、P
R(periodic reverse)電流を使用することができる。
パルス電流は、一定の時間(on time)内に電流を流し
て銅を析出させた後、一定の時間(off time)内の休止
により析出反応の起こった電極近傍の銅イオンが不足し
た状態を解消させ、これによりon timeの電流密度を通
常の直流より高く設定することができる。一方、PR電
流では、一定の時間内に析出させた銅を、一定時間の逆
電流の印加により溶解させる。これにより、トレンチの
角部等の電流が集中しやすい部分の析出を抑えることが
できる。これらは通常、直流電流では得られない析出物
を得ることができる。
Further, in the present invention, the electric current applied in the electroplating is not only a direct current, but also a pulse current or a P current.
An R (periodic reverse) current can be used.
The pulse current is a current flowing within a certain time (on time) to precipitate copper, and then a pause within a certain time (off time) is caused by a shortage of copper ions near the electrode where the deposition reaction has occurred. This allows the on-time current density to be set higher than normal DC. On the other hand, in the PR current, copper precipitated within a certain time is dissolved by applying a reverse current for a certain time. As a result, it is possible to suppress deposition of a portion where current is likely to concentrate, such as a corner portion of the trench. These can usually produce precipitates that cannot be obtained by direct current.

【0012】半導体ウェハーに電気銅めっきを施すため
の前処理として、通常の酸浸漬等を用いる。酸としては
希硫酸が適当であり、その濃度は0.1〜50%(好ま
しくは1〜10%)が適当である。しかし、この前処理
は必ず行わなければならないというものではなく、条件
に応じて適宜設定する。本発明の電気銅めっき液は有機
二価硫黄化合物を含有する。この有機二価硫黄化合物と
しては、例えば二硫化ビススルホ二ナトリウム、二硫化
ビス(1−スルホメチル)二ナトリウム、二硫化ビス
(2−スルホエチル)二ナトリウム、二硫化ビス(3−
スルホプロピル)二ナトリウム、二硫化ビス(4−スル
ホブチル)二ナトリウム、二硫化テトラメチルチウラ
ム、二硫化テトラエチルチウラム等を使用することがで
きる。
As a pretreatment for applying electrolytic copper plating to a semiconductor wafer, a usual acid immersion or the like is used. Dilute sulfuric acid is suitable as the acid, and its concentration is suitably 0.1 to 50% (preferably 1 to 10%). However, this preprocessing does not necessarily have to be performed, and is set as appropriate according to conditions. The electrolytic copper plating solution of the present invention contains an organic divalent sulfur compound. As the organic divalent sulfur compound, for example, disodium bissulfo disulfide, disodium bis (1-sulfomethyl) disodium, disodium bis (2-sulfoethyl) disulfide, bis (3-sulfoethyl) disulphide
Sulfopropyl) disodium, bis (4-sulfobutyl) disodium disulfide, tetramethylthiuram disulfide, tetraethylthiuram disulfide and the like can be used.

【0013】これらは、電気めっきの初期にはめっき面
の場所に依存することなく全面に均一に吸着し反応を促
進する。しかし、反応が進むにつれてビア・トレンチ内
の凹部分の吸着密度が高くなり、その結果その部分の析
出速度が速くなる。逆にビア・トレンチ入り口付近の凸
部分の吸着密度は低くなり、その結果その部分の析出速
度が遅くなる。このようにして有機二価硫黄化合物を含
有する本発明の電気銅めっき液は析出皮膜の膜厚の均一
化に著しい効果がある。
[0013] In the initial stage of electroplating, they are uniformly adsorbed on the entire surface without depending on the location of the plating surface to promote the reaction. However, as the reaction proceeds, the adsorption density of the concave portion in the via trench increases, and as a result, the deposition rate in that portion increases. Conversely, the adsorption density of the convex portion near the entrance of the via / trench decreases, and as a result, the deposition rate at that portion decreases. As described above, the electrolytic copper plating solution of the present invention containing the organic divalent sulfur compound has a remarkable effect on uniforming the thickness of the deposited film.

【0014】有機二価硫黄化合物の量は1〜300μm
ol/Lとする。1μmol/L未満では上記の効果が
なく、また300μmol/Lを超えると、微細なビア
・トレンチの埋め込み特性が悪くなるという問題があ
る。より好ましい範囲は10〜200μmol/Lであ
る。さらに、これらの有機硫黄化合物の濃度について
は、電気化学的試験法(CVS)や高速液体クロマトグ
ラフィー(HPLC)により測定することができ、管理
が容易であるという特徴を有する。
The amount of the organic divalent sulfur compound is 1 to 300 μm
ol / L. If the amount is less than 1 μmol / L, the above effect is not obtained. If the amount exceeds 300 μmol / L, there is a problem that the filling characteristics of the fine via / trench deteriorate. A more preferred range is from 10 to 200 μmol / L. Furthermore, the concentration of these organic sulfur compounds can be measured by an electrochemical test method (CVS) or high-performance liquid chromatography (HPLC), and is characterized by easy management.

【0015】また、本発明の電気銅めっき液は第三アル
キルアミン及びポリエピクロルヒドリンからなる第四ア
ンモニウム塩付加物を含んでいる。この物質はポリエー
テル化合物と同様、ウェハー表面部への銅の析出を効果
的に抑制する。この第四アンモニウム塩付加物の量は1
0〜200μmol/Lとする。10μmol/L未満
では含有の効果がなく、200μmol/Lを超えると
微細なビア・トレンチの埋め込み特性が悪くなるという
問題を生ずるからである。より好ましい範囲は15〜1
00μmol/Lである。
The electrolytic copper plating solution of the present invention contains a quaternary ammonium salt adduct comprising a tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin. This material, like the polyether compound, effectively suppresses the deposition of copper on the wafer surface. The amount of the quaternary ammonium salt adduct is 1
0 to 200 μmol / L. If the content is less than 10 μmol / L, there is no effect of inclusion, and if it is more than 200 μmol / L, there arises a problem that the filling characteristics of the fine via / trench deteriorate. A more preferred range is 15 to 1.
00 μmol / L.

【0016】さらに、ウェハー表面部への銅の析出を抑
制するとともに、ビア・トレンチの入り口付近の凸部分
とウェハー表面の析出速度を遅くし、さらにビア・トレ
ンチ内の凹部分の析出速度を早めて、均一な配線膜を形
成するためには、上記有機二価硫黄化合物の濃度をyμ
mol/Lとし、第三アルキルアミンとポリエピクロル
ヒドリンからなる第四アンモニウム塩付加物の濃度をx
μmol/Lとした場合に、-0.86x+25≦y≦-
0.86x+300であり、かつ1≦y≦300、10
≦x≦200であることがさらに有効である。これを図
2に示す。有効な範囲は図2の影の範囲である。
Furthermore, while suppressing the deposition of copper on the wafer surface, the deposition rate of the convex portion near the entrance of the via trench and the wafer surface is reduced, and the deposition rate of the concave portion in the via trench is increased. Therefore, in order to form a uniform wiring film, the concentration of the organic divalent sulfur compound is set to yμ
mol / L, and the concentration of the quaternary ammonium salt adduct composed of tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin is x
-0.86x + 25 ≦ y ≦-when μmol / L
0.86x + 300 and 1 ≦ y ≦ 300,10
It is more effective that ≦ x ≦ 200. This is shown in FIG. The valid range is the range of the shadow in FIG.

【0017】また、必要に応じて上記のようにポリエー
テル化合物を添加することができる。このポリエーテル
化合物としては、例えばポリエチレングリコール(分子
量100〜50000)、ポリプロピレングリコール
(分子量100〜50000)などを使用することがで
きる。これらは電気めっきの際にビア又はトレンチ付き
ウェハーの表面(ビア・トレンチ以外の部分)に優先的
に吸着することにより、表面部への銅の析出を抑制す
る。ポリエーテル化合物の添加量は0.1〜50μmo
l/Lが適当である。0.1μmol/L未満では添加
の効果がなく、50μmol/Lを超えると微細なビア
・トレンチの埋め込み特性が悪くなり、好ましくない。
より好ましい範囲は1〜20μmol/Lである。
If necessary, a polyether compound can be added as described above. As the polyether compound, for example, polyethylene glycol (molecular weight 100 to 50,000), polypropylene glycol (molecular weight 100 to 50,000) and the like can be used. These components preferentially adsorb to the surface of the wafer with vias or trenches (portions other than vias and trenches) during electroplating, thereby suppressing the deposition of copper on the surface. The addition amount of the polyether compound is 0.1 to 50 μmo.
1 / L is appropriate. If it is less than 0.1 μmol / L, there is no effect of addition, and if it exceeds 50 μmol / L, the filling characteristics of the fine via / trench deteriorate, which is not preferable.
A more preferred range is 1 to 20 μmol / L.

【0018】また、この電気銅めっき液はポリアルキル
エチレンイミンを添加することができる。この物質は前
記ポリエーテル化合物と同様、ウェハー表面部への銅の
析出を抑制する。このポリアルキルエチレンイミンの添
加量は0.1〜7μmol/Lが適当である。0.1μ
mol/L未満であると添加の効果がなく、また7μm
ol/Lを超えると微細なビア・トレンチの埋め込み特
性が悪くなり、好ましくない。より好ましい範囲は0.
5〜4μmol/Lである。上記ポリエーテル化合物及
びポリアルキルエチレンイミンは、有機二価硫黄化合物
及び第三アルキルアミンとポリエピクロルヒドリンから
なる第四アンモニウム塩付加物の濃度が、特に最適な範
囲にある場合には必ずしもめっき液中の成分として含ま
れる必要がないが、前記濃度範囲で含有されている方が
微細なビア・トレンチの埋め込み性に対する効果が一層
安定する。
The electrolytic copper plating solution may contain a polyalkylethyleneimine. This substance, like the polyether compound, suppresses the deposition of copper on the wafer surface. An appropriate amount of the polyalkylethyleneimine is 0.1 to 7 μmol / L. 0.1μ
When the amount is less than mol / L, the effect of addition is
If it exceeds ol / L, the filling characteristics of the fine via / trench deteriorate, which is not preferable. A more preferred range is 0.
5 to 4 μmol / L. The polyether compound and the polyalkylethyleneimine are not necessarily contained in the plating solution when the concentration of the organic divalent sulfur compound and the quaternary ammonium salt adduct composed of the tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin is in a particularly optimal range. It is not necessary to be included as a component, but when it is contained in the above concentration range, the effect on the filling property of the fine via / trench is further stabilized.

【0019】電気銅めっき液中に上記の各成分濃度を適
当な範囲内で組み合わせた添加剤を加えることにより、
微細なビア・トレンチ付きの半導体ウェハーに電気銅め
っきを行った場合、場所によって銅の析出速度を変化さ
せることができる。すなわち、特にビア・トレンチ内の
凹部分の析出速度を早め、ビア・トレンチの入り口付近
の凸部分とウェハー表面の析出速度を遅くし、これによ
りビア・トレンチ内への埋め込み特性を著しく改善する
ことができる。本発明の方法による電気銅めっき膜厚
は、半導体ウェハーの表面のビア・トレンチが埋めら
れ、その後の工程であるケミカルメカニカルポリッシン
グ(CMP)による平坦化によって配線が形成できる程
度でよい。一般的には0.5〜2μmであるが、この範
囲に制限されることはなく任意に設定できる。
By adding an additive in which the above-mentioned respective component concentrations are combined in an appropriate range in the electrolytic copper plating solution,
When electrolytic copper plating is performed on a semiconductor wafer having fine vias and trenches, the deposition rate of copper can be changed depending on the location. That is, the deposition rate of the concave portion in the via trench is particularly increased, and the deposition rate of the convex portion near the entrance of the via trench and the wafer surface is reduced, thereby significantly improving the filling characteristics in the via trench. Can be. The thickness of the electrolytic copper plating by the method of the present invention may be such that the vias and trenches on the surface of the semiconductor wafer are filled, and the wiring can be formed by flattening by chemical mechanical polishing (CMP) which is a subsequent step. Generally, it is 0.5 to 2 μm, but it is not limited to this range and can be set arbitrarily.

【0020】[0020]

【実施例及び比較例】次に、本発明の実施例及び比較例
について説明する。なお、本実施例は好適な例を示すも
のであって、本実施例により発明を制限するものではな
い。本発明はその技術思想の範囲に含まれる変形及び他
の例を当然含むものである。次の表1に示す銅めっき液
を調製し、電気銅めっきを行った。
Examples and Comparative Examples Next, examples and comparative examples of the present invention will be described. The present embodiment is a preferred example, and does not limit the present invention. The present invention naturally includes modifications and other examples included in the scope of the technical idea. The copper plating solution shown in the following Table 1 was prepared and subjected to electrolytic copper plating.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】被めっき素材としては、微細なビアパター
ン付きシリコンウェハーにスパッタリングにより窒化チ
タン(TiN)0.05μmを被覆しさらに、Cu0.
15μmを同様にスパッタリングしたものを用いた。め
っき液温は25℃、電流密度は1A/dmとし、1μ
m相当のめっきを行った。ビアのパターンは、深さが1
μm、穴径が0.25、0.33μmの2種類を使用し
た。すなわちアスペクト比で、4.0及び3.0の2種
類である。得られた析出物について、微細なビアパター
ンへの埋め込み性を劈開断面SEM観察により確認した
結果は表2の通りである。
As a material to be plated, a silicon wafer having a fine via pattern is coated with titanium nitride (TiN) 0.05 μm by sputtering, and then Cu0.
15 μm was similarly sputtered. The plating solution temperature was 25 ° C., the current density was 1 A / dm 2 and 1 μm.
m was plated. The via pattern has a depth of 1
Two types having a hole diameter of 0.25 μm and a hole diameter of 0.33 μm were used. That is, there are two types of aspect ratios, 4.0 and 3.0. Table 2 shows the results of confirming the embedding property of the obtained precipitate in a fine via pattern by cleavage section SEM observation.

【0023】[0023]

【表2】 [Table 2]

【0024】表2に示すように、本発明の電気めっき液
の組成範囲にある場合には、アスペクト比が3.0の場
合も、4.0の場合もボイドやシームの発生がなく、ビ
アへの埋め込み特性が向上し、良好であった。実施例3
はポリエーテル化合物及びポリアルキルエチレンイミン
が含有されていない液、すなわちこれらの濃度が0であ
るが、二硫化テトラエチルチラウム及び第四エピクロル
ヒドリンの濃度が適正な組成範囲の中でも特に最適な範
囲にあるため、ビアへの埋め込み特性が良好であった。
As shown in Table 2, when the composition ratio of the electroplating solution of the present invention is within the range of 3.0 or 4.0, no voids or seams are generated, and no vias are formed. The characteristics of embedding into the substrate were improved, and were favorable. Example 3
Is a liquid not containing a polyether compound and a polyalkylethyleneimine, that is, their concentrations are 0, but the concentrations of tetraethyltyrium disulfide and quaternary epichlorohydrin are in a particularly optimum range even within an appropriate composition range. Therefore, the characteristics of embedding in vias were good.

【0025】これに対し、第三アルキルアミンとポリエ
ピクロルヒドリンからなる第四アンモニウム塩付加物
が、本発明の含有範囲15〜100μmol/Lに満た
ない比較例1(6.0μmol/L)では、アスペクト
比が3.0の場合にシームが発生し、同4.0の場合に
はボイドが発生した。また、上記第四アンモニウム塩付
加物の濃度(x)に対する有機二価硫黄化合物の濃度
(y)が多すぎる(y>-0.86x+300)比較例2
については、アスペクト比が3.0の場合には良好な埋
め込み特性を示したが、同4.0の場合にはシームが発
生した。すなわち図2で示される有効範囲をはずれる有
機二価硫黄化合物の過剰な添加はかえって埋め込み特性
の不利を招くことが分かった。さらに、比較例3は有機
二価硫黄化合物が含有されていないめっき液を用いた場
合であるが、比較例1と同様にアスペクト比が3.0の
場合にシームが発生し、同4.0の場合にはボイドが発
生した。以上の実施例及び比較例は代表的なものを示し
たが、本請求項で示す全ての成分組成及び数値範囲にお
いて効果があることが確認できた。
On the other hand, in Comparative Example 1 (6.0 μmol / L) in which the content of the quaternary ammonium salt comprising the tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin is less than 15 to 100 μmol / L in the present invention, the aspect ratio When the ratio was 3.0, seams occurred, and when the ratio was 4.0, voids occurred. Comparative Example 2 where the concentration (y) of the organic divalent sulfur compound was too high (y> -0.86x + 300) with respect to the concentration (x) of the quaternary ammonium salt adduct.
As for, good embedding characteristics were exhibited when the aspect ratio was 3.0, but seams occurred when the aspect ratio was 4.0. That is, it was found that excessive addition of the organic divalent sulfur compound outside the effective range shown in FIG. Further, Comparative Example 3 was a case where a plating solution containing no organic divalent sulfur compound was used. As in Comparative Example 1, when the aspect ratio was 3.0, a seam was generated, and 4.0 was obtained. In the case of, a void was generated. Although the above Examples and Comparative Examples are typical ones, it was confirmed that the present invention was effective in all the component compositions and numerical ranges shown in the claims.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明の銅電気めっき液を使用すること
により、半導体ウェハー上に形成された微細なビアある
いはトレンチをボイドやシーム等の欠陥を発生させずに
埋め込むことが可能であり、従来の孔や底部への膜形成
が不十分であるという半導体ウェハーめっき特有の不利
を解消できる効果を有する。特にビアあるいはトレンチ
内の凹部分の析出速度を速め、同ビアあるいはトレンチ
の入り口付近の凸部分と他のウエハー表面の析出速度を
遅くして、ビアあるいはトレンチ内への埋め込み特性を
改善し、全体的に平均化した厚みの配線材を得ることが
できる。また、半導体装置の汚染原因となるNa、K
といったアルカリイオン等の物質が存在せず、めっき
液の管理や排水処理も容易であり、迅速なめっきができ
るという優れた効果を有する。
By using the copper electroplating solution of the present invention, fine vias or trenches formed on a semiconductor wafer can be embedded without generating defects such as voids and seams. This has the effect of eliminating the disadvantages inherent in semiconductor wafer plating, such as insufficient film formation on the holes and bottom. In particular, the deposition rate of the concave portion in the via or trench is increased, the deposition rate of the convex portion near the entrance of the via or trench and the deposition speed of the other wafer surface is reduced, and the filling characteristics in the via or trench are improved. It is possible to obtain a wiring material having a uniform average thickness. In addition, Na + , K, which cause contamination of semiconductor devices,
Since there is no substance such as alkaline ions such as + , the management of the plating solution and the drainage treatment are easy, and there is an excellent effect that rapid plating can be performed.

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

【図1】電気銅めっき装置の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of an electrolytic copper plating apparatus.

【図2】有機二価硫黄化合物の濃度(y)と第三アルキ
ルアミンとポリエピクロルヒドリンからなる第四アンモ
ニウム塩付加物の濃度(x)のビア埋め込み特性が良好
となる濃度範囲を示す図である。
FIG. 2 is a graph showing the concentration range in which the via filling characteristics are good, with the concentration of the organic divalent sulfur compound (y) and the concentration of the quaternary ammonium salt adduct composed of tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin (x). .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体ウエハー 2 アノード 3 電気銅めっき液 4 電気めっき装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor wafer 2 Anode 3 Electrolytic copper plating solution 4 Electroplating apparatus

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K023 AA19 BA06 CB08 CB11 CB28 CB33 DA06 DA07 DA08 4K024 AA09 BB12 CA02 CA04 CA06 CA07 CA08 4M104 BB04 DD52 HH13  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K023 AA19 BA06 CB08 CB11 CB28 CB33 DA06 DA07 DA08 4K024 AA09 BB12 CA02 CA04 CA06 CA07 CA08 4M104 BB04 DD52 HH13

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有機二価硫黄化合物1〜300μmol
/L及び第三アルキルアミンとポリエピクロルヒドリン
からなる第四アンモニウム塩付加物10〜200μmo
l/Lを含有することを特徴とする半導体ウェハー上に
配線を形成するための酸性銅電気めっき液。
1 to 300 μmol of an organic divalent sulfur compound
/ L and a quaternary ammonium salt adduct comprising a tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin
An acidic copper electroplating solution for forming wiring on a semiconductor wafer, which contains 1 / L.
【請求項2】 有機二価硫黄化合物10〜200μmo
l/Lを含有することを特徴とする請求項1記載の酸性
銅電気めっき液。
2. An organic divalent sulfur compound of 10 to 200 μmo.
The acidic copper electroplating solution according to claim 1, which contains 1 / L.
【請求項3】 第三アルキルアミンとポリエピクロルヒ
ドリンからなる第四アンモニウム塩付加物15〜100
μmol/Lを含有することを特徴とする請求項1又は
2記載の酸性銅電気めっき液。
3. A quaternary ammonium salt adduct comprising a tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin.
The acidic copper electroplating solution according to claim 1, wherein the acidic copper electroplating solution contains μmol / L.
【請求項4】 有機二価硫黄化合物の濃度をyμmol
/Lとし、第三アルキルアミンとポリエピクロルヒドリ
ンからなる第四アンモニウム塩付加物の濃度をxμmo
l/Lとした場合に、-0.86x+25≦y≦-0.8
6x+300であり、かつ1≦y≦300、10≦x≦
200であることを特徴とする半導体ウェハー上に配線
を形成するための酸性銅電気めっき液。
4. The concentration of the organic divalent sulfur compound is defined as yμmol.
/ L, and the concentration of the quaternary ammonium salt adduct composed of tertiary alkylamine and polyepichlorohydrin is xμmo
-0.86x + 25 ≦ y ≦ −0.8 when 1 / L
6x + 300, and 1 ≦ y ≦ 300, 10 ≦ x ≦
An acidic copper electroplating solution for forming wiring on a semiconductor wafer, which is characterized by being 200.
【請求項5】 1≦x≦300であり、かつ10≦y≦
200であることを特徴とする請求項4記載の酸性銅電
気めっき液。
5. The condition of 1 ≦ x ≦ 300 and 10 ≦ y ≦
The acidic copper electroplating solution according to claim 4, wherein the number is 200.
【請求項6】 ポリエーテル化合物0.1〜50μmo
l/Lを含有することを特徴とする請求項1〜5のそれ
ぞれに記載の酸性銅電気めっき液。
6. A polyether compound of 0.1 to 50 μmo.
The acidic copper electroplating solution according to any one of claims 1 to 5, comprising 1 / L.
【請求項7】 ポリエーテル化合物1〜20μmol/
Lを含有することを特徴とする請求項6記載の酸性銅電
気めっき液。
7. A polyether compound of 1 to 20 μmol /
The acidic copper electroplating solution according to claim 6, wherein L is contained.
【請求項8】 ポリアルキルエチレンイミン0.1〜7
μmol/Lを含有することを特徴とする請求項1〜7
のそれぞれに記載の酸性銅電気めっき液。
8. Polyalkylethyleneimine 0.1 to 7
8. The composition according to claim 1, wherein the composition contains μmol / L.
The acidic copper electroplating solution according to any one of the above.
【請求項9】 ポリアルキルエチレンイミン0.5〜4
μmol/Lを含有することを特徴とする請求項8に記
載の酸性銅電気めっき液。
9. Polyalkylethyleneimine 0.5 to 4
The acidic copper electroplating solution according to claim 8, which contains μmol / L.
【請求項10】 硫酸銅浴を基本浴とする請求項1〜9
のそれぞれに記載の酸性銅電気めっき液。
10. The method according to claim 1, wherein a copper sulfate bath is used as a basic bath.
The acidic copper electroplating solution according to any one of the above.
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