JP2000345392A - Copper plating method and device therefor - Google Patents

Copper plating method and device therefor

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JP2000345392A
JP2000345392A JP2000016089A JP2000016089A JP2000345392A JP 2000345392 A JP2000345392 A JP 2000345392A JP 2000016089 A JP2000016089 A JP 2000016089A JP 2000016089 A JP2000016089 A JP 2000016089A JP 2000345392 A JP2000345392 A JP 2000345392A
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瑞樹 長井
Ryoichi Kimizuka
亮一 君塚
Tetsuro Matsuda
哲朗 松田
Hisafumi Kaneko
尚史 金子
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the local precipitation of metallic copper in a substrate face by relatively simple equipment and process and to facilitate the flattening of a chemical-mechanical polishing stage, after the passage of a stage in which it is brought into contact with a treating soln. contg. one or more kinds of an organic matter and/or a sulfur compd. contained in a plating soln. for one or more times, by bringing it into contact with the plating soln. and executing plating. SOLUTION: The suitable organic matter is a polyether base organic high molecular polymer, and preferably, the concn. of the treating soln. lies in the range of 10 mg/l to 10 g/l, and the molecular weight of 100 to 100000. As the example, polyethyleneglycol, polypropylene glycol, or the like, is cited. The sulfur compd. is expressed by the general formula: X-L-(S)n-L-X. In the formula, L denotes a lower alkyl group, or the like, and X denotes a compd. of H, an SO3M group or a PO3M group (M denotes H, an alkali metal atom, or the like). As the example, N,N-dimethylthiocarbamylpropylsulfonic acid is cited.

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、例えば、表面に微
細な配線溝を形成した半導体ウエハ等の基板の表面に銅
を充填して配線を行なうために、例えば硫酸銅溶液を使
用する電気銅めっき方法により金属銅を析出させるため
の銅めっき方法およびその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to, for example, an electrolytic copper using a copper sulfate solution for performing wiring by filling copper on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer having fine wiring grooves formed on the surface. The present invention relates to a copper plating method for depositing metallic copper by a plating method and an apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の硫酸銅溶液を用いた基板の電気銅
めっき工程では、めっき前処理として、被処理基板を硫
酸等に浸漬して酸による活性化処理をするか、またはめ
っき槽外での前処理を行なう代わりに、めっき槽におい
て、硫酸銅溶液と導電層としてのシード銅層を有する基
板を接触させ、一定の無通電時間(活性化時間)を経た
後に通電して金属銅を析出させるようにしていた。
2. Description of the Related Art In a conventional electrolytic copper plating process of a substrate using a copper sulfate solution, as a pre-plating process, a substrate to be processed is immersed in sulfuric acid or the like and activated by an acid, or the substrate is treated outside a plating bath. Instead of performing the pretreatment described above, in a plating tank, a copper sulfate solution is brought into contact with a substrate having a seed copper layer as a conductive layer, and after a certain non-energizing time (activation time), energizing is performed to deposit metallic copper. I was trying to make it.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の方法においては、前者においては、そのた
めに個別の槽を設ける必要があり、設備と運転コストが
嵩むという課題がある。
However, in the conventional method as described above, in the former method, it is necessary to provide a separate tank for this purpose, and there is a problem that equipment and operating costs increase.

【0004】一方、後者の方法においては、基板とめっ
き液を接触させる時のめっき液と基板上に形成されたシ
ード銅層との接触状況が必ずしも一定ではなく、めっき
液中の添加剤成分(析出促進成分、析出抑制成分)のシ
ード銅層表面への初期吸着むら、活性化むらが発生しや
すい。また、基板に対向して配置される溶解アノード表
面に形成されたブラックフィルムに起因する成分の特異
的吸着などの影響を受けやすい。その結果、基板処理面
で局部的な金属銅の異常析出が生じ、シミ状の外観を呈
することがある。このように、銅が一様でなく局部的に
異常析出した場合には、銅の結晶配向や銅膜厚の不均一
が発生し、めっき後工程の化学機械研磨(CMP)工程
等において平坦に研磨することが困難になる。
On the other hand, in the latter method, when the plating solution is brought into contact with the substrate, the contact state between the plating solution and the seed copper layer formed on the substrate is not always constant. Uneven adsorption and activation unevenness of the precipitation promoting component and the precipitation suppressing component) on the surface of the seed copper layer are likely to occur. In addition, it is susceptible to specific adsorption of components caused by the black film formed on the surface of the dissolving anode disposed opposite to the substrate. As a result, abnormal precipitation of metallic copper locally occurs on the substrate processing surface, which may give a stain-like appearance. As described above, when the copper is not uniformly deposited locally but abnormally, the crystal orientation of the copper and the copper film thickness become non-uniform, and the copper becomes flat in a post-plating chemical mechanical polishing (CMP) step or the like. Polishing becomes difficult.

【0005】その対策として、活性化処理時間を長くす
る、あるいは基板を回転させたりスキージと呼ばれる装
置によってめっき液を動かすことで吸着むらや活性化む
らをなくす等の対策がとられてきた。しかし、長い時間
の活性化処理は、微細配線パターン或いは高アスペクト
比の穴底部の極薄い電極層としてのシード銅層をより多
くエッチングするためにシード層が全て溶融してしま
い、金属銅を電気めっきで埋込むことが不可能となる場
合がある。また、その他の方法では、装置が複雑化し、
または大型化してしまう。
[0005] As a countermeasure, various measures have been taken such as prolonging the activation processing time or rotating the substrate or moving the plating solution by means of a device called a squeegee to eliminate uneven adsorption and uneven activation. However, the activation treatment for a long time requires a large amount of etching of the seed copper layer as a fine wiring pattern or an ultra-thin electrode layer at the bottom of a hole with a high aspect ratio, so that the seed layer is completely melted, and the metallic copper is melted. In some cases, it is impossible to embed by plating. Other methods also complicate the equipment,
Or it becomes large.

【0006】更に、従来の銅めっきにあっては、配線パ
ターンの存在によりめっきされる銅膜厚が場所毎に異な
るという問題がある。これは、微細な配線が密集した部
分のめっき膜厚が配線のない部分に比べて異常に厚くな
る現象で、配線密集部分でのめっき膜厚と配線パターン
のない部分でのめっき膜厚との差であるハンプの大きさ
が1μmにも達することもある。このように、大きなハ
ンプが生じると、後工程の銅膜の化学機械研磨(CM
P)工程等において、平坦に研磨することが困難とな
り、密集部分での銅の残膜が増えることによる配線のシ
ョートにより歩留まりの悪化に繋がってしまう。
Further, in the conventional copper plating, there is a problem that the thickness of the copper film to be plated differs depending on the location due to the presence of the wiring pattern. This is a phenomenon in which the plating film thickness in the area where fine wiring is densely increased becomes abnormally thicker than that in the area without wiring. The size of the hump, which is the difference, may reach as much as 1 μm. As described above, when a large hump occurs, chemical mechanical polishing (CM) of a copper film in a later process is performed.
In the P) step and the like, it becomes difficult to polish flat, and the yield of copper is reduced due to an increase in the residual film of copper in a dense portion, which leads to deterioration in yield.

【0007】本発明は、上述した課題に鑑み、比較的簡
単な設備と工程により、基板面における金属銅の局部的
な析出を防止し、めっき処理の後で行なう化学機械研磨
工程における平坦化を容易にすることができ、併せて、
基板の外観が鏡面光沢に仕上がるような基板の銅めっき
方法およびその装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, the present invention prevents local deposition of metallic copper on a substrate surface with relatively simple equipment and steps, and achieves planarization in a chemical mechanical polishing step performed after a plating process. Can be made easier,
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for copper plating a substrate such that the appearance of the substrate is finished to a mirror gloss.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、基板の銅めっき方法におい
て、基板をめっき液中に含有される有機物及び/又はイ
オウ化合物を一種以上含有する処理液と接触させる工程
を1回以上経て、その後にめっき液と接触させてめっき
を行なうことを特徴とする基板の銅めっき方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In a method for copper plating a substrate, the substrate contains one or more organic substances and / or sulfur compounds contained in a plating solution. A copper plating method for a substrate, characterized in that a step of contacting with a plating solution is performed once or more, and then plating is performed by contacting with a plating solution.

【0009】また、基板と前記処理液との接触をめっき
工程前及び/又はめっき工程の途中に行うことを特徴と
する基板の銅めっき方法である。ここで、めっき工程の
途中とは、目標とする最終めっき膜厚に到達する前段階
でのめっき膜の堆積の途中をいう。
Further, there is provided a method of copper plating a substrate, wherein the contact between the substrate and the treatment liquid is performed before and / or during the plating step. Here, the middle of the plating process means the middle of the deposition of the plating film before reaching the target final plating film thickness.

【0010】このような銅めっき方法においては、めっ
きを施す前に基板処理面をめっき液中に含有される有機
物及び/又はイオウ化合物を一種以上含有する処理液と
接触させるか、或いはめっき工程の途中で基板処理面か
らめっき液を除去した後、該基板を前記処理液と接触さ
せる。
[0010] In such a copper plating method, before plating, the substrate treatment surface is brought into contact with a treatment solution containing one or more organic substances and / or sulfur compounds contained in the plating solution, or After removing the plating solution from the substrate processing surface on the way, the substrate is brought into contact with the processing solution.

【0011】基板と処理液を接触させる方法としては、
処理液を張ったタンクに基板を直接浸漬する方法、スピ
ン乾燥機のように基板を水平状態で高速回転させながら
処理液を降り注ぐ方法、あるいは浸漬用の専用チャンバ
に基板をセットして処理液をチャンバ内にポンプ供給す
る方法などがある。このような処理によって、有機物及
び/又はイオウ化合物が基板処理面に予め薄くコーティ
ングされる。この基板から好ましくは余分の処理液を除
去し、従来通りの方法によって銅めっき処理を行なうこ
とにより、基板処理面における金属銅の局部的な異状析
出を防止しつつ、外観が鏡面光沢に仕上がるようなめっ
きが行われる。更には、基板処理面内の配線密集部分に
おけるハンプの大きさを抑制することができる。
As a method of contacting the substrate with the processing solution,
A method of directly immersing a substrate in a tank filled with a processing liquid, a method of spinning the substrate in a horizontal state at a high speed like a spin drier, and a method of dropping the processing liquid, or a method of setting the substrate in a dedicated chamber for immersion and discharging the processing liquid. There is a method of pumping into the chamber. By such a treatment, the organic substance and / or the sulfur compound is thinly coated on the substrate processing surface in advance. By removing excess processing solution preferably from this substrate and performing copper plating by a conventional method, it is possible to prevent the local abnormal deposition of metallic copper on the substrate processing surface and to achieve a mirror-finished appearance. Plating is performed. Further, the size of the hump in the wiring dense portion in the substrate processing surface can be suppressed.

【0012】上述の処理を行った後に基板処理面の液切
り及び/又は乾燥処理を行なうことが、めっき液への処
理液の持ち込み量を極力少なくして、めっき液の管理を
良好に行なう上で好ましいが、コーティングされる量が
めっき液量に比べて通常は遙かに少ないため、必ずしも
必要ではない。液切りの方法としては、単に液面を下げ
たり、あるいは液中から引き上げたりする方法の他に、
スピン乾燥機のように基板を回転させて液を振り切る方
法、回転と窒素ガスブローを併用する方法、エアタオル
のような強風領域中を通過させる方法などがある。さら
に上記の2つの工程を1つの装置で連続的に行ってもよ
く、これには、スピン洗浄乾燥機などの装置を用い、散
液しながら回転させればよい。これにより、接液と液切
りの両方を達成することが可能である。
Performing the draining and / or drying treatment of the substrate processing surface after the above-described treatment is performed in order to minimize the amount of the treatment solution brought into the plating solution and to improve the management of the plating solution. However, it is not always necessary because the amount to be coated is usually much smaller than the amount of the plating solution. As a method of draining, besides simply lowering the liquid level or raising it from the liquid,
There are a method in which the substrate is rotated to shake off the liquid as in a spin dryer, a method in which rotation and nitrogen gas blowing are used in combination, and a method in which the substrate is passed through a strong wind region such as an air towel. Further, the above two steps may be continuously performed by one apparatus, and this may be performed by using a device such as a spin cleaning dryer and rotating while spraying liquid. Thereby, it is possible to achieve both liquid contact and liquid drainage.

【0013】なお、液切りをさらに進めてある程度の乾
燥状態にしてもよい。これにより、めっき液への処理液
の持ち込み量をさらに少なくすることができる。この場
合、完全に乾燥させた状態よりも、ある程度の湿気を含
んだ半乾燥状態とするのがよい。
The draining may be further advanced to a certain dry state. As a result, the amount of the processing solution brought into the plating solution can be further reduced. In this case, it is preferable to set a semi-dry state containing a certain amount of moisture, rather than a completely dried state.

【0014】本発明の作用機構については十分には解明
されていないが、発明者らは以下のように推定してい
る。本発明の方法で用いる有機物は、銅めっき液中に含
有させることで、第1に界面活性作用をもたらし、第2
に銅の析出を抑制して均一電着性を上げる効果があるこ
とが知られているものである。また、イオウ化合物にお
いては、元来、めっき液中に含有させることで銅の析出
を増加させて、析出膜の結晶を緻密なものとし、めっき
膜の光沢度を上げる効果があることが知られている。こ
のような作用をもつ有機物及び/又はイオウ化合物を基
板処理面に予め、及び/またはめっき工程途中で薄くコ
ーティングすることにより、基板全体での銅析出を均一
に促進或いは抑制し、特異的な異常析出を抑制する効果
が現れる。この効果は、ある程度の乾燥工程を経た場合
も同様である。
Although the mechanism of action of the present invention has not been sufficiently elucidated, the inventors presume as follows. When the organic substance used in the method of the present invention is contained in a copper plating solution, the organic substance firstly brings about a surface-active action and the second
Is known to have an effect of suppressing the precipitation of copper to increase the throwing power. Also, it has been known that sulfur compounds originally have an effect of increasing the precipitation of copper by being contained in a plating solution, making the crystals of the deposited film dense, and increasing the glossiness of the plated film. ing. The organic substance and / or sulfur compound having such an action is thinly coated on the substrate processing surface in advance and / or during the plating process, thereby uniformly promoting or suppressing copper deposition on the entire substrate, and causing a specific abnormality. The effect of suppressing precipitation appears. This effect is the same even after a certain drying step.

【0015】更に、めっき液中に含まれている有機物或
いはイオウ化合物は、基板とめっき液との間を仲介して
めっき液と基板処理面との濡れ性を向上させる。これ
は、ある程度の乾燥工程を経た場合も、当該有機物或い
はイオウ化合物がめっき液中に溶出するので同様であ
る。従って、基板の被処理面とめっき液との間の濡れ状
態が改善され、かつ全面に亘って均一化され、基板全面
に亘り均一で効率の良いめっきを行なうことができると
考えられる。これらの効果は、基板に設けられた高アス
ペスト比の穴や溝内部への銅の埋込み性を向上させるこ
とにも繋がる。
Further, an organic substance or a sulfur compound contained in the plating solution mediates between the substrate and the plating solution to improve the wettability between the plating solution and the substrate processing surface. The same applies to the case where the organic substance or the sulfur compound elutes into the plating solution even after a certain drying step. Therefore, it is considered that the wet state between the surface to be processed of the substrate and the plating solution is improved and uniformed over the entire surface, so that uniform and efficient plating can be performed over the entire surface of the substrate. These effects also lead to an improvement in the embedding property of copper into holes and grooves having a high aspect ratio provided on the substrate.

【0016】本発明において使用するのに好適な有機物
は、いわゆるポリエーテル系の有機高分子ポリマであっ
て、銅めっきに用いられるものである。発明者らの試験
実施における経験上では、処理液中の濃度が10mg/
l〜10g/lで、分子量が100〜10万の範囲にあ
ることが望ましい。有機物の種類としては、ポリエチレ
ングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニル
アルコール、エトキシ化ナフトール、プロポキシ化ナフ
トール、エトキシ化フェノール、プロポキシ化フェノー
ル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロック
ポリマ、エトキシ化ノニルフェノール、カルボキシメチ
ルセルロース、ポリエチレンプロピレングリコールの共
重合体又はブロック重合体などが使用できる。これらの
有機物を含有した処理液は、特にめっき前の基板前処理
液として有効である。
The organic substance suitable for use in the present invention is a so-called polyether-based organic polymer, which is used for copper plating. According to the experience of the inventors in conducting the test, the concentration in the processing solution was 10 mg /
It is preferable that the molecular weight is 1 to 10 g / l and the molecular weight is in the range of 100 to 100,000. Examples of organic substances include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol, ethoxylated naphthol, propoxylated naphthol, ethoxylated phenol, propoxylated phenol, polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer, ethoxylated nonylphenol, carboxymethyl cellulose, and polyethylene propylene glycol. Can be used. The treatment liquid containing these organic substances is particularly effective as a substrate pretreatment liquid before plating.

【0017】また、イオウ化合物は、一般式 X−L−(S)−L−X (式中、Lは、低級アルキル基、低級アルコキシ基、水
酸基、又はハロゲン原子で置換されてもよい炭素数1乃
至6のアルキル基で、Xは、水素原子、SO M基、又
はPOM基(Mは、水素原子、アルカリ金属原子、又
はアミノ基)を表す)で示される化合物である。このよ
うなイオウ化合物を含有する処理液は、微細配線内部の
銅の析出促進や前記ハンプを抑制する効果が大であり、
処理液中の濃度は、0.1μmol/l〜70μmol
/lである場合に特に有効である。
The sulfur compound is represented by the general formula: XL- (S)n-L-X (wherein L is a lower alkyl group, a lower alkoxy group, water
1 carbon atom which may be substituted with an acid group or a halogen atom
X is a hydrogen atom, SO 3M group, also
Is PO3M group (M is a hydrogen atom, an alkali metal atom, or
Represents an amino group). This
Treatment solution containing sulfur compounds such as
The effect of accelerating the precipitation of copper and suppressing the hump is great,
The concentration in the processing solution is 0.1 μmol / l to 70 μmol
/ L is particularly effective.

【0018】基板と処理液の接触時間は、基本的には基
板全面に処理液が接触する時間があればよく、この時間
が長すぎると給電層(シード層)が化学的損傷を受ける
という不具合を生じるので、通常は3〜60秒の範囲で
選択される。さらに、処理液が強いアルカリ性の場合
は、有機物やイオウ化合物の加水分解が進行しやすく、
酸性が強すぎるとシード層の銅がエッチングされ易くな
るので、処理液のpHは2〜9の範囲であることが望ま
しい。また、装置形式によっては、乾燥或いは半乾燥状
態の基板が必要となる場合があり、その時には基板と処
理液を接触させた後、乾燥させても上述の効果は変わら
ない。
The contact time between the substrate and the processing solution is basically required only to allow the processing solution to come into contact with the entire surface of the substrate. If the time is too long, the power supply layer (seed layer) is chemically damaged. Is usually selected in the range of 3 to 60 seconds. Furthermore, when the treatment liquid is strongly alkaline, hydrolysis of organic substances and sulfur compounds easily proceeds,
If the acidity is too strong, the copper in the seed layer is easily etched, so the pH of the treatment liquid is preferably in the range of 2 to 9. Further, depending on the type of the apparatus, a substrate in a dried or semi-dried state may be required. At that time, the above-described effect does not change even if the substrate is brought into contact with the processing liquid and then dried.

【0019】本発明の他の態様は、めっき工程の途中
で、めっきを停止しめっき膜をエッチングする工程を1
回以上経た後、再度めっき液と接触させてめっきを行う
ようにしたものである。めっき工程の途中でめっきを一
旦中断してエッチングを行う場合、エッチング手段とし
ては、通常のめっきとは逆方向に電流を流す電解エッチ
ング方法、或いは硫酸などによる化学エッチング方法が
適用される。また、エッチング工程の後に前記処理液と
接触させる工程を1回以上経た後、再度めっき液と接触
させてめっきを行うようにしても良い。
According to another aspect of the present invention, a step of stopping plating and etching a plating film in the middle of the plating step is performed in one step.
After more times, the plating solution is brought into contact with the plating solution again to perform plating. In the case where etching is performed by temporarily interrupting plating during the plating process, an electrolytic etching method in which a current flows in a direction opposite to that of normal plating or a chemical etching method using sulfuric acid or the like is applied as an etching means. Further, after the etching step, the step of contacting with the treatment liquid may be performed once or more, and then the plating liquid may be contacted again to perform plating.

【0020】電解エッチングを行う場合の電流の波形
は、直流の場合とパルス状(いわゆるPRパルス)の両
方が適用可能である。エッチング量は印加した電流量
(電流と通電時間の積)に比例し、通常、基板に対する
電流密度として1〜30mA/cm、印加時間は、
0.5〜30秒程度が用いられる。化学エッチングで用
いる硫酸の濃度は、0.5〜30%程度が望ましく、硫
酸との接触時間は、1〜30秒程度が適切である。硫酸
は、元来、めっき液中にも多く添加される薬品であり、
めっき液の組成管理の点からも扱い易いという利点を持
っている。エッチングするめっき膜厚は、通常、1nm
以上で効果が認められるが、10〜50nm程度が好適
である。
As the current waveform when performing electrolytic etching, both a direct current waveform and a pulse waveform (a so-called PR pulse) can be applied. The amount of etching is proportional to the amount of applied current (the product of the current and the conduction time), and is usually 1 to 30 mA / cm 2 as the current density with respect to the substrate.
About 0.5 to 30 seconds are used. The concentration of sulfuric acid used in the chemical etching is desirably about 0.5 to 30%, and the contact time with sulfuric acid is appropriately about 1 to 30 seconds. Sulfuric acid is originally a chemical that is often added to plating solutions.
It has the advantage that it is easy to handle from the viewpoint of composition management of the plating solution. The thickness of the plating film to be etched is usually 1 nm.
The effect is recognized as above, but about 10 to 50 nm is preferable.

【0021】本発明の更に他の態様は、基板の銅めっき
装置において、基板をめっき液中に含有される有機物及
び/又はイオウ化合物を一種以上含有する処理液と接触
させる手段と、基板をめっき液と接触させてめっきを行
う手段とを有することを特徴とする銅めっき装置であ
る。
In still another aspect of the present invention, there is provided a copper plating apparatus for a substrate, wherein the substrate is brought into contact with a processing solution containing one or more organic substances and / or sulfur compounds contained in the plating solution; A means for performing plating by contacting with a solution.

【0022】また、基板の銅めっき装置において、基板
をめっき液中に含有される有機物及び/又はイオウ化合
物を一種以上含有する処理液と接触させる手段と、基板
をめっき液と接触させてめっきを行う手段と、基板処理
面に堆積させためっき膜をエッチングする手段とを有す
ることを特徴とする銅めっき装置である。
Further, in a copper plating apparatus for a substrate, means for bringing the substrate into contact with a treatment solution containing one or more organic substances and / or sulfur compounds contained in the plating solution, and contacting the substrate with the plating solution to carry out plating. And a means for etching a plating film deposited on a substrate processing surface.

【0023】これらの場合、基板と処理液を接触させる
処理槽は、めっき処理槽と個別に設けてもよく、同一の
槽を共用するようにしてもよい。個別に設ける場合に
は、これらを近接配置して、基板を迅速に配置できるよ
うな移送装置を設けるとよい。同一の槽を共用する場合
には、処理液とめっき液を個別に供給できる給液流路
と、液の入れ替えのための排液流路を設けるとよい。ま
た、基板を回転させながら処理液を吹き付けて、基板に
処理液を接触させ、その後、基板の回転数を上げること
により、連続的に処理液の接触、液切り及び/又は乾燥
を行なう装置を設けてもよい。
In these cases, the processing tank for bringing the substrate into contact with the processing liquid may be provided separately from the plating processing tank, or the same tank may be shared. In the case where the substrates are individually provided, it is preferable to provide a transfer device that can arrange the substrates in close proximity and quickly arrange the substrates. When the same tank is used in common, it is preferable to provide a liquid supply channel that can separately supply the processing solution and the plating solution, and a drain channel for replacing the solution. Further, an apparatus for continuously contacting, draining and / or drying the processing liquid by spraying the processing liquid while rotating the substrate to bring the processing liquid into contact with the substrate and then increasing the number of rotations of the substrate. It may be provided.

【0024】上記の処理槽及びめっき処理槽の他に、基
板を受け入れまたは出庫するためのロード及び/又はア
ンロードユニット、基板を搬送するための搬送手段、基
板を洗浄するための洗浄ユニット、乾燥ユニットなどを
組み合わせ、基板を清浄な状態で受け入れ、搬出を可能
とするような装置としてもよい。
In addition to the processing tank and the plating tank, a load and / or unload unit for receiving or unloading a substrate, a transport unit for transporting the substrate, a cleaning unit for cleaning the substrate, a drying unit It is also possible to use a unit that combines units and the like to receive a substrate in a clean state and to carry it out.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態のめっ
き装置の概要を示す図である。このめっき装置1は、被
処理材である半導体ウエハ等の基板(図示せず)とそれ
を収納するウエハカセット(図示せず)を受け入れまた
は出庫するためのロードユニット4およびアンロードユ
ニット5と、基板を1枚ずつ搬送するための搬送アーム
8および走行搬送アーム9と、基板表面に処理液による
処理を施すためのコーティング槽(処理槽)2およびめ
っき処理を行なうめっき処理槽3と、基板を洗浄するた
めの粗洗浄ユニット6およびリンサ・ドライヤ10等か
らなる。コーティング槽2及びめっき処理槽3は、複数
枚の基板を同時に処理するものでも、枚葉式であっても
よい。また、めっき液や処理液を定常的に保持するディ
ップ型、あるいはその都度給液と排出を繰り返す形式で
あってもよい。本装置では、2つの搬送アーム8,9
を、清浄な基板を取り扱うための搬送アーム8と、めっ
き或いは上述の表面処理のために基板を搬送する走行搬
送アーム9とを使い分けている。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a plating apparatus according to an embodiment of the present invention. The plating apparatus 1 includes a load unit 4 and an unload unit 5 for receiving or unloading a substrate (not shown), such as a semiconductor wafer, which is a material to be processed, and a wafer cassette (not shown) accommodating the substrate. A transfer arm 8 and a traveling transfer arm 9 for transferring the substrates one by one, a coating tank (processing tank) 2 for applying a processing solution to the substrate surface, a plating tank 3 for performing a plating process, and a substrate. It comprises a rough cleaning unit 6 for cleaning and a rinser / dryer 10. The coating tank 2 and the plating tank 3 may be of a type that simultaneously processes a plurality of substrates or a single-wafer type. Further, a dip type in which a plating solution or a processing solution is constantly held or a type in which supply and discharge are repeated each time may be used. In this apparatus, two transfer arms 8 and 9
The transport arm 8 for handling a clean substrate and the traveling transport arm 9 for transporting the substrate for plating or the above-described surface treatment are selectively used.

【0026】このような構成のめっき装置において、め
っき処理を行なう方法を1枚の基板(図示せず)の処理
流れに沿って説明する。まず、基板を収納したカセット
がロードユニット4に装着される。次に、搬送アーム8
によって基板カセットより基板を1枚ずつ取り出し、ロ
ードステージ7に移す。この基板を走行搬送アーム9が
受け取り、銅めっき液中に含有される有機物或いはイオ
ウ化合物を1種類以上含有する処理液12aの入ったコ
ーティング槽2に装着する。そして、所定の時間、基板
を処理液12aに浸漬させて前処理を行った後に、走行
搬送アーム9でコーティング槽2より前処理済みの基板
を取り出し、その基板をめっき液13を含むめっき処理
槽3に装着し、電気銅めっきを行なう。
A method of performing a plating process in the plating apparatus having such a configuration will be described along a processing flow of one substrate (not shown). First, a cassette containing substrates is mounted on the load unit 4. Next, the transfer arm 8
The substrates are taken out one by one from the substrate cassette and transferred to the load stage 7. The substrate is received by the traveling transfer arm 9 and is mounted on the coating tank 2 containing the treatment liquid 12a containing one or more kinds of organic substances or sulfur compounds contained in the copper plating solution. After the substrate is immersed in the processing solution 12a for a predetermined time to perform pre-processing, the pre-processed substrate is taken out of the coating tank 2 by the traveling transfer arm 9, and the substrate is plated with a plating tank containing the plating solution 13. 3 and electroplated with copper.

【0027】更に、必要に応じて、ハンプの大きさを抑
制する場合には、めっき処理槽3で電気銅めっきが所望
の膜厚に到達する前に通電を停止して銅めっきを中断す
る。堆積した銅めっき膜の電解エッチングを行う時に
は、銅めっきを中断した後、めっき時とは逆の電流方向
に通電することにより、所定の膜厚分の電流量(電流と
通電時間の積)を与えてエッチングする。
Further, if necessary, when the size of the hump is to be suppressed, the energization is stopped in the plating bath 3 before the electrolytic copper plating reaches a desired film thickness, and the copper plating is interrupted. When performing electrolytic etching of the deposited copper plating film, after the copper plating is interrupted, a current amount (a product of the current and the energizing time) for a predetermined film thickness is obtained by applying a current in a current direction opposite to that during the plating. Give and etch.

【0028】その後、必要に応じて、めっき処理槽3か
ら基板を走行搬送アーム9により取り出し、銅めっき液
中に含有される有機物或いはイオウ化合物を1種類以上
含有する処理液12bの入ったコーティング槽2に装着
し、所定の時間、基板を処理液12bに浸漬することに
よりコーティング処理を行う。この場合、処理液12
a,12bの液組成が同じ場合には、一方の槽で兼用す
ることができる。その後、走行搬送アーム9がコーティ
ング槽2よりコーティング処理済みの基板を取り出し、
その基板をめっき液13を含むめっき処理槽3に装着
し、残りの膜厚分、電気めっきを行う。
Thereafter, if necessary, the substrate is taken out of the plating bath 3 by the traveling transfer arm 9, and the coating bath containing the processing solution 12b containing at least one organic substance or sulfur compound contained in the copper plating solution. 2 and a coating process is performed by immersing the substrate in the processing liquid 12b for a predetermined time. In this case, the processing solution 12
When the liquid compositions of a and 12b are the same, one of the tanks can also be used. Thereafter, the traveling transfer arm 9 takes out the coated substrate from the coating tank 2,
The substrate is mounted on the plating bath 3 containing the plating solution 13 and electroplating is performed for the remaining film thickness.

【0029】めっきが完了後、走行搬送アーム9がめっ
き済み基板をめっき処理槽3から取り出し、粗洗浄ユニ
ット6に装着する。ここで、第1回目の基板の洗浄が行
われる。次に、搬送アーム8が基板を粗洗浄ユニット6
から取り出し、リンサ・ドライヤ10に移して第2回目
の洗浄を行なうと共に、連続して乾燥を行なう。搬送ア
ーム8により、基板はリンサ・ドライヤ10からアンロ
ードユニット5にある基板カセットに移され、清浄なめ
っき済み基板として出庫され、例えばCMP等の次工程
に移送される。なお、本装置では、コーティング槽2お
よびめっき処理槽3は複数あり、搬送アーム8および走
行搬送アーム9は基板を連続的に効率よく処理するよう
に制御およびプログラミングされており、非常に稼働率
の高い装置となっている。
After the plating is completed, the traveling transfer arm 9 takes out the plated substrate from the plating tank 3 and mounts it on the rough cleaning unit 6. Here, the first cleaning of the substrate is performed. Next, the transfer arm 8 cleans the substrate
, And transferred to the rinser / dryer 10 for the second cleaning, and drying is performed continuously. The substrate is transferred from the rinser / dryer 10 to the substrate cassette in the unloading unit 5 by the transfer arm 8, is unloaded as a clean plated substrate, and is transferred to the next process such as CMP. In this apparatus, there are a plurality of coating tanks 2 and plating tanks 3, and the transfer arm 8 and the traveling transfer arm 9 are controlled and programmed so as to continuously and efficiently process the substrate. It is a expensive device.

【0030】図2は、本発明の別の実施形態のめっき装
置の概要を示す図である。本装置の構成は、図1に示す
めっき装置とほぼ同様であるが、処理機構に回転処理ユ
ニット11を用いていることが異なる。この回転処理ユ
ニット11は、基板を回転させる保持機構と、その基板
表面に処理液を散液させるスプレーノズルとを備えてお
り、これによって基板を回転させながら処理液を均一に
基板表面に分散させる。その後処理液の供給を止めて基
板回転速度を上げることにより、基板の液切りと乾燥を
連続して行なうことができる。これにより、基板表面に
処理液を均一にかつ効率的にコーティングし、かつ乾燥
させ、良好なめっきを施すことができる。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of a plating apparatus according to another embodiment of the present invention. The configuration of the present apparatus is almost the same as that of the plating apparatus shown in FIG. 1, except that the rotary processing unit 11 is used for the processing mechanism. The rotation processing unit 11 includes a holding mechanism for rotating the substrate, and a spray nozzle for spraying the processing liquid on the surface of the substrate, whereby the processing liquid is uniformly dispersed on the substrate surface while rotating the substrate. . Thereafter, the supply of the processing liquid is stopped and the substrate rotation speed is increased, so that the liquid removal and the drying of the substrate can be continuously performed. This makes it possible to uniformly and efficiently coat the processing liquid on the surface of the substrate, dry the processing liquid, and apply good plating.

【0031】図3は、本発明の別の実施形態のめっき装
置の概要を示す図である。本装置の構成は、図2に示す
めっき装置とほぼ同様であるが、1つの搬送アーム8の
周囲に複数の処理槽3,10,11、及び基板カッセッ
トの受け入れと出庫を共用するロード・アンロードユニ
ット14を配置しており、この搬送アーム8で基板を搬
送し、全体として省スペースとなるようにまとめられて
いる。このめっき装置によって、異常析出の無い、良好
な銅めっきを基板表面に効率良く施し、清浄なめっき済
み基板として出庫することができる点は、先の実施の形
態と同様である。
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a plating apparatus according to another embodiment of the present invention. The configuration of this apparatus is almost the same as that of the plating apparatus shown in FIG. 2, except that a single transfer arm 8 has a plurality of processing tanks 3, 10, 11, and a load / loader that shares receiving and unloading of substrate cassettes. An unload unit 14 is provided, and the substrates are transported by the transport arm 8, and are unified so as to save space as a whole. This plating apparatus is similar to the previous embodiment in that good copper plating free from abnormal deposition can be efficiently applied to the substrate surface and the substrate can be delivered as a clean plated substrate.

【0032】[0032]

【実施例1】以下に、上記のようなめっき装置を用いて
行っためっき処理の実施例を具体的に説明する。処理条
件は以下の通りである。 (1)処理液 ポリプロピレングリコール(PPG、分子量40
0、濃度10mg/l及び5g/l) ポリエチレングリコール(PEG、分子量2万、濃
度100mg/l及び10g/l) との混合液(PPG:分子量700,濃度50
mg/l、PEG:分子量6000,濃度50mg/
l)
[Embodiment 1] An embodiment of a plating process performed by using the above plating apparatus will be specifically described below. The processing conditions are as follows. (1) Treatment liquid polypropylene glycol (PPG, molecular weight 40
0, a concentration of 10 mg / l and 5 g / l) a mixture (PPG: molecular weight 700, concentration 50) with polyethylene glycol (PEG, molecular weight 20,000, concentration 100 mg / l and 10 g / l)
mg / l, PEG: molecular weight 6000, concentration 50 mg /
l)

【0033】(2)使用基板 8インチ・シリコン基板上に熱酸化膜を100nm形成
した後、エッチングストッパとしてのp−SiN膜を5
0nm堆積し、しかる後、TEOS酸化膜を600nm
形成した。この基板上に、銅配線用のバリアメタルとし
てのTaN膜20nmを反応性スパッタリングにより形
成した後、真空を破らずに連続して銅めっき用のシード
層150nmをLTS(ロングスロースパッタリング)
法により形成した。 (3)処理時間:基板を処理液に10秒浸漬
(2) Substrate to be Used After a thermal oxide film is formed to a thickness of 100 nm on an 8-inch silicon substrate, a p-SiN film as an etching stopper is
0 nm, and then a TEOS oxide film is formed to a thickness of 600 nm.
Formed. After forming a TaN film 20 nm as a barrier metal for copper wiring on this substrate by reactive sputtering, a 150 nm seed layer for copper plating is continuously formed without breaking vacuum by LTS (long throw sputtering).
It was formed by a method. (3) Processing time: immersing the substrate in the processing liquid for 10 seconds

【0034】(4)乾燥方法 スピン乾燥機(回転数3000/分×30秒、窒素ガス
ブローなし) (5)試験結果 有機物を有する上記処理液で処理を施した基板と、無処
理基板(比較例)の5枚の基板を枚葉式のディップ型め
っき槽3でめっきした。めっき液は硫酸銅をベースとし
た銅めっき液で、銅めっき膜厚を500nmとした。こ
の時の外観、CMP特性は以下の通りであった。
(4) Drying method Spin dryer (rotation speed 3000 / min × 30 seconds, no nitrogen gas blow) (5) Test results A substrate treated with the above-mentioned treatment liquid having an organic substance and a non-treated substrate (Comparative Example) ) Were plated in a single-wafer dip-type plating tank 3. The plating solution was a copper plating solution based on copper sulfate, and the thickness of the copper plating was 500 nm. The appearance and CMP characteristics at this time were as follows.

【表1】 [Table 1]

【0035】さらに、参考データとして、基板の裏面に
付着したCu濃度を測定した。これによると、無処理基
板が5×1012atm/cmであったのに対し、前
記処理液で処理した基板はいずれも5×1011atm
/cm以下であった。これにより、本発明は、基板裏
面の銅汚染を低減させる効果もあることが分かった。
Further, as reference data, the concentration of Cu attached to the back surface of the substrate was measured. According to this, the untreated substrate was 5 × 10 12 atm / cm 2 , whereas the substrates treated with the treatment liquid were all 5 × 10 11 atm / cm 2.
/ Cm 2 or less. Thus, it was found that the present invention also has an effect of reducing copper contamination on the back surface of the substrate.

【0036】さらに、上記実施例では、給電層の銅膜厚
が非常に薄い部分の溶解が抑制され、結果としてめっき
の析出性を促進する効果が認められた。これは、本発明
で用いたポリマが、給電層の銅溶解のインヒビタとして
も作用するためであると考えられる。
Further, in the above embodiment, the dissolution of the portion of the power supply layer having a very thin copper film thickness was suppressed, and as a result, the effect of accelerating the deposition property of plating was recognized. It is considered that this is because the polymer used in the present invention also acts as an inhibitor for dissolving copper in the power supply layer.

【0037】[0037]

【実施例2】基板をめっき液中に含有されるイオウ化合
物を含有する処理液で予め処理した結果を以下に示す。 (1)処理液 N,N−ジメチルジチオカルバミルプロピルスルホン
酸、濃度は30μmol/l
Example 2 The results of pre-treating a substrate with a treatment solution containing a sulfur compound contained in a plating solution are shown below. (1) Treatment solution N, N-dimethyldithiocarbamylpropylsulfonic acid, concentration: 30 μmol / l

【0038】(2)使用基板 8インチ・シリコン基板上に熱酸化膜を100nm形成
した後、エッチングストッパとしてのp−SiN膜を5
0nm堆積し、しかる後、TEOS酸化膜を1000n
m形成した。通常のリソグラフィーと酸化膜エッチング
プロセスにより、TEOS酸化膜にφ0.25μm、ア
スペスト比=4、φ0.5μm、アスペスト比=2の穴
パターンを形成した。この基板上に、銅配線用のバリア
メタルとしてのTaN膜20nmを反応性スパッタリン
グにより形成した後、真空を破らずに連続して銅めっき
用のシード層150nmをLTS(ロングスロースパッ
タリング)法により形成した。引き続き、この銅シード
層を介して電流を供給することにより、硫酸銅をベース
にした銅めっきを基板に対して行うに際し、銅めっきを
開始する前に、基板を前記処理液に接触させたものと、
接触させずにそのままめっきを行ったものを作製した。
銅めっき膜厚は600nmとし、めっき後、ホール内の
埋込み状態を断面SEM(走査電子顕微鏡)観察した。 (3)処理時間:基板を処理液に5秒浸漬 (4)乾燥方法 スピン乾燥機(回転数2000/分×30秒、窒素ガス
ブローなし)
(2) Substrate to be Used After a thermal oxide film is formed to a thickness of 100 nm on an 8-inch silicon substrate, a p-SiN film as an etching stopper is
0 nm, and then TEOS oxide film is
m was formed. A hole pattern having a diameter of 0.25 μm, an aspect ratio = 4, a diameter of 0.5 μm, and an aspect ratio = 2 was formed in the TEOS oxide film by a usual lithography and oxide film etching process. After forming a TaN film 20 nm as a barrier metal for copper wiring on this substrate by reactive sputtering, a 150 nm seed layer for copper plating is continuously formed by LTS (long throw sputtering) without breaking vacuum. did. Subsequently, by supplying a current through this copper seed layer, when performing copper plating based on copper sulfate on the substrate, the substrate was brought into contact with the treatment liquid before starting the copper plating. When,
A plated product was produced without contact.
The copper plating film thickness was 600 nm, and after plating, the embedded state in the hole was observed by a cross-sectional SEM (scanning electron microscope). (3) Processing time: dipping the substrate in the processing solution for 5 seconds (4) Drying method Spin dryer (rotation speed 2000 / min × 30 seconds, no nitrogen gas blow)

【0039】(5)試験結果 結果を表2に示す。φ0.5μm、アスペスト比=2の
ホールに対しては、イオウ化合物溶液処理を行ったもの
と、行わなかったものとの差はなかったが、φ0.25
μm、アスペスト比=4のホールに対しては、イオウ化
合物溶液処理を行ったものはボイドなく埋込まれている
のに対し、この処理を行わなかったものはホール底部に
ボイドが発生していた。これは、イオウ化合物溶液処理
がホールの底部でのめっき銅の堆積を促進したためと考
えられる。
(5) Test Results The results are shown in Table 2. For holes having a diameter of 0.5 μm and an aspect ratio of 2, there was no difference between the hole treated with the sulfur compound solution and the hole not treated with the sulfur compound solution.
In the case of the hole having a thickness of 4 μm and the aspect ratio = 4, the one subjected to the sulfur compound solution treatment was buried without voids, whereas the one without the treatment had voids at the bottom of the hole. . This is probably because the sulfur compound solution treatment promoted the deposition of plated copper at the bottom of the hole.

【表2】 [Table 2]

【0040】[0040]

【実施例3】基板をめっき液中に含有される有機物とイ
オウ化合物の双方を含有する処理液で予め処理した結果
を以下に示す。 (1)処理液 有機物:PPGとPEGの混合液(PPG:分子量
700,濃度50mg/l、PEG:分子量6000,
濃度50mg/l) イオウ化合物:N,N−ジメチルジチオカルバミル
プロピルスルホン酸、濃度は70μmol/l
Example 3 The results of pre-treatment of the substrate with a treatment solution containing both an organic substance and a sulfur compound contained in the plating solution are shown below. (1) Treatment liquid Organic substance: mixture of PPG and PEG (PPG: molecular weight 700, concentration 50 mg / l, PEG: molecular weight 6000,
Concentration: 50 mg / l) Sulfur compound: N, N-dimethyldithiocarbamylpropylsulfonic acid, concentration: 70 μmol / l

【0041】(2)使用基板 8インチ・シリコン基板上に熱酸化膜を100nm形成
した後、エッチングストッパとしてのp−SiN膜を5
0nm堆積し、しかる後、TEOS酸化膜を1000n
m形成した。通常のリソグラフィーと酸化膜エッチング
プロセスにより、TEOS酸化膜にφ0.20μm、ア
スペスト比=5、φ0.30μm、アスペスト比=4の
穴パターンを形成した。この基板上に、銅配線用のバリ
アメタルとしてのTaN膜20nmを反応性スパッタリ
ングにより形成した後、真空を破らずに連続して銅めっ
き用のシード層150nmをLTS(ロングスロースパ
ッタリング)法により形成した。引き続き、この銅シー
ド層を介して電流を供給することにより、硫酸銅をベー
スにした銅めっきを基板に対して行うに際し、銅めっき
を開始する前に、前記処理液に接触させたものと、接触
させずにそのままめっきを行ったものを作製した。銅め
っき膜厚は600nmとし、めっき後、ホール内の埋込
み状態を断面SEM(走査電子顕微鏡)観察した。 (3)処理時間:基板をスピン乾燥機上で回転数150
/分回転中に1秒間で10mlをディスペンス (4)乾燥方法 スピン乾燥機(回転数2000/分×30秒、窒素ガス
ブローなし)
(2) Substrate to be Used After a thermal oxide film is formed to a thickness of 100 nm on an 8-inch silicon substrate, a p-SiN film 5 as an etching stopper is formed.
0 nm, and then TEOS oxide film is
m was formed. By a usual lithography and oxide film etching process, a hole pattern having a diameter of φ0.20 μm, an aspect ratio = 5, φ0.30 μm, and an aspect ratio = 4 was formed in the TEOS oxide film. After forming a TaN film 20 nm as a barrier metal for copper wiring on this substrate by reactive sputtering, a 150 nm seed layer for copper plating is continuously formed by LTS (long throw sputtering) without breaking vacuum. did. Subsequently, by supplying a current through this copper seed layer, when performing copper plating based on copper sulfate to the substrate, before starting the copper plating, those that were brought into contact with the treatment liquid, A plated product was produced without contact. The copper plating film thickness was 600 nm, and after plating, the embedded state in the hole was observed by a cross-sectional SEM (scanning electron microscope). (3) Processing time: the substrate was rotated on a spin dryer at a rotation speed of 150
(4) Drying method Spin dryer (rotation speed 2000 / min x 30 seconds, no nitrogen gas blow)

【0042】(5)試験結果 結果を表3に示す。φ0.3μm、アスペスト比=4の
ホールに対しては、有機物及びイオウ化合物溶液処理を
行ったものと、行わなかったものとの差はなかったが、
φ0.2μm、アスペスト比=5のホールに対しては、
処理を行ったものはボイドなく埋込まれているのに対
し、処理を行わなかったものはホール底部にボイドが発
生していた。これは、有機物により穴内部での濡れ性及
び均一電着性が向上したことに加え、イオウ化合物がホ
ールの底部でのめっき銅の堆積を促進したためと考えら
れる。
(5) Test Results The results are shown in Table 3. For holes with a diameter of 0.3 μm and an aspect ratio of 4, there was no difference between those treated with an organic substance and a sulfur compound solution and those not treated.
For a hole with φ0.2μm, aspect ratio = 5,
The treated one was buried without voids, whereas the untreated one had voids at the bottom of the hole. This is presumably because the organic compound improved the wettability and the throwing power inside the hole, and the sulfur compound promoted the deposition of plated copper at the bottom of the hole.

【表3】 [Table 3]

【0043】[0043]

【実施例4】銅めっきの途中で、銅めっき表面を銅めっ
き液中に含有されるイオウ化合物を含有する処理液と接
触させるか、或いはめっきしためっき膜表面をエッチン
グした結果を以下に示す。 (1)使用基板 8インチ・シリコン基板上に熱酸化膜を100nm形成
した後、エッチングストッパとしてのp−SiN膜を5
0nm堆積し、しかる後、TEOS酸化膜を1000n
m形成した。通常のリソグラフィーと酸化膜エッチング
プロセスにより、TEOS酸化膜に幅0.2μm、アス
ペスト比=3の溝を0.2μmのスペースをおいて配置
した溝パターンを形成した。この基板上に、銅配線用の
バリアメタルとしてのTaN膜20nmを反応性スパッ
タリングにより形成した後、真空を破らずに連続して銅
めっき用のシード層150nmをLTS(ロングスロー
スパッタリング)法により形成した。引き続き、この銅
シード層を介して電流を供給することにより、硫酸銅を
ベースにした銅めっきを基板に対して行い、銅めっき膜
厚を500nm(銅シード層の膜厚を含めると650n
m)とした。
Example 4 The results of contacting the surface of the copper plating with a treatment solution containing a sulfur compound contained in the copper plating solution or etching the surface of the plated plating film during the course of copper plating are shown below. (1) Substrate to be used After a thermal oxide film is formed to a thickness of 100 nm on an 8-inch silicon substrate, a p-SiN film as an etching stopper is
0 nm, and then TEOS oxide film is
m was formed. By a usual lithography and oxide film etching process, a groove pattern in which grooves having a width of 0.2 μm and an aspect ratio = 3 were arranged in the TEOS oxide film with a space of 0.2 μm was formed. After forming a TaN film 20 nm as a barrier metal for copper wiring on this substrate by reactive sputtering, a 150 nm seed layer for copper plating is continuously formed by LTS (long throw sputtering) without breaking vacuum. did. Subsequently, by supplying a current through this copper seed layer, copper plating based on copper sulfate is performed on the substrate, and the thickness of the copper plating is set to 500 nm (650 n inclusive of the thickness of the copper seed layer).
m).

【0044】(2)処理1 銅めっき膜を100nm堆積した時点で銅めっきを停止
し、銅めっき膜表面からめっき液を取り除いた後、銅め
っき液中に含有されているイオウ化合物(N,N−ジメ
チルジチオカルバミルプロピルスルホン酸、濃度は5m
g/l=24μmol/l)を溶解させた処理液に銅め
っき膜表面を接触させ、しかる後、再び銅めっき膜表面
を銅めっき液と接触させて、残りの400nmを電気銅
めっきにより堆積した。
(2) Treatment 1 When the copper plating film was deposited to a thickness of 100 nm, the copper plating was stopped, the plating solution was removed from the surface of the copper plating film, and the sulfur compounds (N, N) contained in the copper plating solution were removed. -Dimethyldithiocarbamylpropylsulfonic acid, concentration 5m
g / l = 24 μmol / l) was brought into contact with the surface of the copper plating film, and then the surface of the copper plating film was brought into contact with the copper plating solution again, and the remaining 400 nm was deposited by electrolytic copper plating. .

【0045】(3)処理2 銅めっき膜を100nm堆積した時点で銅めっきを停止
し、そのまま電気めっきの電極の正負を逆転させて銅膜
の10nm(処理2−1)、20nm(処理2−2)及
び30nm(処理2−3)のエッチング量に対応する電
流量を印加した後、銅めっき膜表面からめっき液を取り
除き、銅めっき液中に含有されているイオウ化合物
(N,N−ジメチルジチオカルバミルプロピルスルホン
酸、濃度は5mg/l=24μmol/l)を溶解させ
た処理液に銅めっき膜表面を接触させた。その後、再び
銅めっき膜表面を銅めっき液と接触させ、電極の正負を
逆転させて、残りの400nmを電気銅めっきにより堆
積した。
(3) Treatment 2 When the copper plating film was deposited to a thickness of 100 nm, the copper plating was stopped, and the polarity of the electrode for electroplating was reversed so that the copper film was 10 nm (treatment 2-1) and 20 nm (treatment 2- After applying a current amount corresponding to the etching amount of 2) and 30 nm (processing 2-3), the plating solution was removed from the surface of the copper plating film, and the sulfur compound (N, N-dimethyl) contained in the copper plating solution was removed. The surface of the copper plating film was brought into contact with a treatment solution in which dithiocarbamylpropylsulfonic acid (concentration: 5 mg / l = 24 μmol / l) was dissolved. Thereafter, the surface of the copper plating film was again brought into contact with the copper plating solution, the polarity of the electrode was reversed, and the remaining 400 nm was deposited by electrolytic copper plating.

【0046】(4)処理3 銅めっき膜を100nm堆積した時点で銅めっきを停止
し、そのまま電気めっきの電極の正負を逆転させて銅膜
の10nm(処理3−1)、30nm(処理3−2)の
エッチング量に対応する電流量を印加した後、再び電極
の正負を逆転させて、残りの400nmを電気銅めっき
により堆積した。
(4) Treatment 3 When the copper plating film is deposited to a thickness of 100 nm, the copper plating is stopped, and the polarity of the electrode for electroplating is reversed, and the copper film is treated to 10 nm (treatment 3-1) and 30 nm (treatment 3- After applying a current amount corresponding to the etching amount of 2), the polarity of the electrode was reversed again, and the remaining 400 nm was deposited by electrolytic copper plating.

【0047】(5)試験結果 上述の方法で作製した基板における銅めっきによる溝埋
込みの形状を断面SEMにより観察し、溝パターン上の
銅めっき膜厚と溝パターンの隣にある大きなスペース上
の銅めっき膜厚との差(ハンプの大きさ)を調べた結果
を表4に示す。なお、この表4において、溝パターン上
に膜厚1000nmの銅めっきを堆積させたものを比較
例として示す。
(5) Test Result The shape of the groove buried by the copper plating in the substrate prepared by the above method was observed by a cross-sectional SEM, and the copper plating film thickness on the groove pattern and the copper on the large space adjacent to the groove pattern were observed. Table 4 shows the result of examining the difference from the plating film thickness (hump size). In Table 4, a 1000-nm thick copper plating deposited on the groove pattern is shown as a comparative example.

【表4】 [Table 4]

【0048】このように、銅めっきの途中で一回だけ銅
めっき表面を銅めっき液中に含有されるイオウ化合物を
含有する処理液と接触させるか、或いはめっきしためっ
き膜表面をエッチングすることにより、めっき工程後の
化学機械研磨(CMP)工程等において平坦化に傷害と
なるハンプの大きさを著しく小さくすることが可能とな
ることが判る。
As described above, the copper plating surface is brought into contact with the treatment solution containing the sulfur compound contained in the copper plating solution only once during the copper plating, or by etching the plated plating film surface. It can be seen that it is possible to significantly reduce the size of a hump that hinders planarization in a chemical mechanical polishing (CMP) step or the like after the plating step.

【0049】なお、この例では、処理液として、銅めっ
き液中に含有されるイオウ化合物を含有するものを使用
した例を示しているが、銅めっき液中に含有される有機
物を含有するものを使用しても同様である。
In this example, a treatment solution containing a sulfur compound contained in the copper plating solution is used, but a treatment solution containing an organic substance contained in the copper plating solution is used. It is the same even if is used.

【0050】以上、上記実施の形態においては、銅を用
いてめっきを行うようにした例を示しているが、本発明
は、銀や金等の他の金属のめっきにも適用できることは
勿論である。
As described above, in the above embodiment, an example in which plating is performed using copper is shown. However, the present invention can of course be applied to plating of other metals such as silver and gold. is there.

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板の銅めっきの際の銅の異常析出を抑制することがで
きるので、基板処理面内の膜厚均一性の高く、かつハン
プの大きさを抑制しためっきを行うことができる。ま
た、微細配線内の銅の埋込み特性を向上させ、ボイドな
どの欠陥のない銅配線を形成できる。その結果として、
後の工程の化学機械研磨での研磨が容易となり、銅配線
を用いたLSI製造の歩留まりを向上させることができ
る。従って、LSI製造コストの大幅な低減が可能とな
るなど、半導体製造産業における高い有用性を有する。
As described above, according to the present invention,
Since abnormal deposition of copper during copper plating of the substrate can be suppressed, plating can be performed with high uniformity of the film thickness within the substrate processing surface and with suppressed hump size. In addition, it is possible to improve the embedding characteristics of copper in the fine wiring and to form a copper wiring free from defects such as voids. As a result,
Polishing by chemical mechanical polishing in a later step is facilitated, and the yield of LSI manufacturing using copper wiring can be improved. Therefore, the present invention has high utility in the semiconductor manufacturing industry, for example, such that LSI manufacturing costs can be significantly reduced.

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

【図1】本発明の1つの実施の形態のめっき装置の全体
の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a plating apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施の形態のめっき装置の全体の
構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of a plating apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図3】本発明のさらに他の実施の形態のめっき装置の
全体の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of a plating apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 めっき装置 2 コーティング槽(処理槽) 3 めっき処理槽 4 ロードユニット 5 アンロードユニット 6 粗洗浄ユニット 7 ロードステージ 8 搬送アーム 9 走行搬送アーム 10 リンサ・ドライヤ 11 回転処理ユニット 12a,12b 処理液 13 めっき液 14 ロード・アンロードユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plating apparatus 2 Coating tank (processing tank) 3 Plating processing tank 4 Load unit 5 Unload unit 6 Rough cleaning unit 7 Load stage 8 Transfer arm 9 Traveling transfer arm 10 Rinser / Drier 11 Rotation processing unit 12a, 12b Treatment liquid 13 Plating Liquid 14 Load / Unload unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長井 瑞樹 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 君塚 亮一 神奈川県藤沢市善行坂1−1−6 荏原ユ ージライト株式会社中央研究所内 (72)発明者 松田 哲朗 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 金子 尚史 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Fターム(参考) 4K023 AA19 BA06 CA01 CB05 CB32 4K024 AA09 AB01 AB06 AB08 BA11 BB11 BB12 CA02 DA10 DB10 FA05 GA16  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mizuki Nagai 11-1 Haneda Asahimachi, Ota-ku, Tokyo Ebara Corporation (72) Inventor Ryoichi Kimizuka 1-1-6 Yoshiyukizaka, Fujisawa, Kanagawa Prefecture Yu Yu Ebara (72) Inventor Tetsuro Matsuda 8th Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside of Toshiba Yokohama Office (72) Inventor Naofumi Kaneko 8th Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa F-term in Toshiba Yokohama Office (reference) 4K023 AA19 BA06 CA01 CB05 CB32 4K024 AA09 AB01 AB06 AB08 BA11 BB11 BB12 CA02 DA10 DB10 FA05 GA16

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の銅めっき方法において、基板をめ
っき液中に含有される有機物及び/又はイオウ化合物を
一種類以上含有する処理液と接触させる工程を1回以上
経て、その後にめっき液と接触させてめっきを行うこと
を特徴とする基板の銅めっき方法。
In a method of copper plating a substrate, a step of contacting the substrate with a treatment solution containing at least one kind of an organic substance and / or a sulfur compound contained in a plating solution is performed at least once, and thereafter, the plating solution is mixed with the plating solution. A copper plating method for a substrate, wherein the plating is performed by contacting.
【請求項2】 基板と前記処理液との接触をめっき工程
前及び/又はめっき工程の途中に行うことを特徴とする
請求項1に記載の基板の銅めっき方法。
2. The copper plating method for a substrate according to claim 1, wherein the contact between the substrate and the treatment liquid is performed before and / or during the plating step.
【請求項3】 基板を前記処理液と接触させた後、これ
を液切りし及び/又は乾燥させた後にめっきを行なうこ
とを特徴とする請求項1に記載の基板の銅めっき方法。
3. The method according to claim 1, wherein the plating is performed after the substrate is brought into contact with the treatment solution, drained and / or dried.
【請求項4】 前記有機物は、いわゆるポリエーテル類
の有機高分子ポリマであり、前記処理液中の濃度が10
mg/l〜10g/lで、分子量が100〜10万の範
囲にあることを特徴とする請求項1に記載の基板の銅め
っき方法。
4. The organic substance is a so-called polyether organic polymer, and has a concentration of 10% in the treatment liquid.
The copper plating method for a substrate according to claim 1, wherein the molecular weight is in a range of 100,000 to 100,000 in mg / l to 10 g / l.
【請求項5】 前記イオウ化合物は、一般式 X−L−(S)−L−X (式中、Lは、低級アルキル基、低級アルコキシ基、水
酸基、又はハロゲン原子で置換されてもよい炭素数1乃
至6のアルキル基で、Xは、水素原子、SO M基、又
はPOM基(Mは、水素原子、アルカリ金属原子、又
はアミノ基)を表す)で示される化合物であり、前記処
理液中の濃度は、0.1μmol/l〜70μmol/
lであることを特徴とする請求項1に記載の基板の銅め
っき方法。
5. The sulfur compound has a general formula: XL- (S)n-L-X (wherein L is a lower alkyl group, a lower alkoxy group, water
1 carbon atom which may be substituted with an acid group or a halogen atom
X is a hydrogen atom, SO 3M group, also
Is PO3M group (M is a hydrogen atom, an alkali metal atom, or
Represents an amino group)).
The concentration in the physiological solution is 0.1 μmol / l to 70 μmol / l.
The copper of the substrate according to claim 1, wherein
The way.
【請求項6】 基板と前記処理液の接触時間が3〜60
秒であることを特徴とする請求項1に記載の基板の銅め
っき方法。
6. A contact time between the substrate and the processing solution is 3 to 60.
The method of claim 1, wherein the second is a second.
【請求項7】 めっき工程の途中で、めっきを停止しめ
っき膜をエッチングする工程を更に有し、基板を前記処
理液と1回以上接触させ再度めっき液と接触させてめっ
きを行うことを特徴とする請求項1に記載の基板の銅め
っき方法。
7. The method further comprises the step of stopping plating and etching the plating film during the plating step, wherein the substrate is brought into contact with the treatment liquid at least once and again with the plating liquid to perform plating. The method for plating copper on a substrate according to claim 1.
【請求項8】 基板のめっき方法において、めっき工程
の途中で、めっきを停止しめっき膜をエッチングする工
程を1回以上経た後、再度めっき液と接触させてめっき
を行うことを特徴とする基板の銅めっき方法。
8. A method of plating a substrate, comprising: performing plating at least once in the middle of a plating step after stopping plating and etching a plating film, and then performing plating again by contacting with a plating solution. Copper plating method.
【請求項9】 前記エッチング方法は、電解エッチング
又は化学エッチングであることを特徴とする請求項7又
は8に記載の基板の銅めっき方法。
9. The method according to claim 7, wherein the etching method is electrolytic etching or chemical etching.
【請求項10】 基板の銅めっき装置において、基板を
めっき液中に含有される有機物及び/又はイオウ化合物
を一種以上含有する処理液と接触させる手段と、 基板をめっき液と接触させてめっきを行う手段とを有す
ることを特徴とする銅めっき装置。
10. In a copper plating apparatus for a substrate, means for bringing the substrate into contact with a treatment solution containing one or more organic substances and / or sulfur compounds contained in the plating solution, and contacting the substrate with the plating solution to perform plating. Performing a copper plating apparatus.
【請求項11】 基板の銅めっき装置において、 基板をめっき液中に含有される有機物及び/又はイオウ
化合物を一種以上含有する処理液と接触させる手段と、 基板をめっき液と接触させてめっきを行う手段と、 基板処理面に堆積させためっき膜をエッチングする手段
とを有することを特徴とする銅めっき装置。
11. A copper plating apparatus for a substrate, comprising: means for bringing the substrate into contact with a treatment solution containing one or more organic substances and / or sulfur compounds contained in the plating solution; and bringing the substrate into contact with the plating solution to carry out plating. And a means for etching a plating film deposited on a substrate processing surface.
【請求項12】 前記銅めっき装置は、基板を回転させ
ながら前記処理液を液切りし及び/又は乾燥させた後に
めっき液と接触させてめっきを行なう手段を有すること
を特徴とする請求項10又は11に記載の銅めっき装
置。
12. The copper plating apparatus according to claim 10, further comprising means for draining and / or drying the treatment liquid while rotating the substrate, and then contacting with the plating liquid to perform plating. Or the copper plating apparatus according to 11.
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