JP2001035812A - Method for filling copper into trench or via hole of wafer by electrolytic-copper plating - Google Patents

Method for filling copper into trench or via hole of wafer by electrolytic-copper plating

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JP2001035812A
JP2001035812A JP11237375A JP23737599A JP2001035812A JP 2001035812 A JP2001035812 A JP 2001035812A JP 11237375 A JP11237375 A JP 11237375A JP 23737599 A JP23737599 A JP 23737599A JP 2001035812 A JP2001035812 A JP 2001035812A
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Japan
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copper
trench
wafer
via hole
electrolytic
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Japanese (ja)
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Masaru Kiyota
優 清田
Masaaki Imanari
眞明 今成
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NIPPON RIIRONAARU KK
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NIPPON RIIRONAARU KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To fill the inside of a trench or via hole using copper without generating any void, etc., by performing an electrolysis under the presence of a wafer in the electrolytic-copper plating bath of a specific pH which includes copper ions and the complex compounds of copper ions. SOLUTION: A wafer is the one wherein a trench or via hole is formed. The trench is a groove formed in the wafer, and the via hole is a hole formed in the wafer and may be allowably a blind via hole of which one-end is closed. Still, a barrier layer can be formed previously in the trench or via hole. An electrolytic-copper plating bath includes copper ions and a complexing agent for copper ions. As the complexing agent for copper ions, there are exemplified polyamine and the salts thereof; aminocarboxylic acid and the salts thereof; amine alkanol compound; hydroxycarboxylic acid and the salts thereof; and the like. The electrolytic-copper plating bath is adjusted to have its pH of 6-8, preferably its pH of 6.8-7.2.

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、ボイド等の欠陥を
生じることなく、ウェハーのトレンチ又はビアホール内
に電気銅めっきにより銅を充填して、銅配線を形成する
方法及びそのような銅で充填されたトレンチ又はビアホ
ールを有するウェハーを形成する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming copper wiring by filling copper in a trench or a via hole of a wafer by electrolytic copper plating without causing defects such as voids, and a method of filling with such copper. Forming a wafer having a trench or via hole formed.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュータをはじめ
とする最近の電子機器の高性能化及び小型化に対応する
ため、ウェハーにおけるトレンチ又はビアホール内に電
気導電性の極めて高い銅皮膜によって銅配線を形成し、
性能を向上させる方法が採用されるようになっている。
ウェハーにおけるトレンチ又はビアホール内に電気導電
性皮膜によって銅配線を形成する場合、従来はスパッタ
リング、PVD又はCVD等の乾式による成膜を行って
いた。しかしながら、乾式成膜では、作業効率が低下し
たり、スパッタリング等で形成させる皮膜は、アルミニ
ウム等であるため電気抵抗の高さが問題となっていた。
そのため、最近では、ウェハーにおけるトレンチ又はビ
アホール内の電気導電性皮膜は、硫酸銅めっきにより形
成することが行われている。この方法は、湿式方法であ
るため、作業効率が向上したり、銅配線により配線密度
を向上させることができる。しかしながら、使用される
硫酸銅めっき液は強酸性であるため、スパッタリング、
PVD又はCVDで成膜したトレンチ又はビアホール内
のシード層は溶解してしまい、電気銅めっきをうまく行
うことが出来ず、ボイドが生じるなど問題となってい
た。また、トレンチ又はビアホールに必要に応じて形成
されたバリヤー層に対しても攻撃するため、やはりボイ
ド等の欠陥の原因となるなど問題となっていた。一方、
無電解銅めっきを使用して行う場合には、アルカリ性を
強くして行う必要があり、この場合には、導電性層又は
必要に応じて使用されるバリヤー層を攻撃し、これがボ
イド等の欠陥の原因となるなど問題となっていた。ま
た、無電解銅めっきでは、浴管理が難しいとともに、ホ
ルムアルデヒドを使用するなど毒性が問題となってい
た。
2. Description of the Related Art In recent years, in order to cope with high performance and downsizing of recent electronic devices such as personal computers, copper wiring is formed by a copper film having extremely high electric conductivity in trenches or via holes in a wafer. ,
Methods to improve performance are being adopted.
In the case of forming a copper wiring in a trench or a via hole in a wafer with an electrically conductive film, a film has been conventionally formed by a dry method such as sputtering, PVD or CVD. However, in the case of dry film formation, work efficiency is reduced, and a film formed by sputtering or the like is made of aluminum or the like, so that high electrical resistance has been a problem.
Therefore, recently, an electrically conductive film in a trench or a via hole in a wafer is formed by copper sulfate plating. Since this method is a wet method, the working efficiency can be improved, and the wiring density can be improved by copper wiring. However, since the copper sulfate plating solution used is strongly acidic, sputtering,
The seed layer in the trench or via hole formed by PVD or CVD dissolves, making it impossible to perform electro-copper plating well and causing a problem such as generation of voids. In addition, the barrier layer formed on the trench or the via hole as needed is attacked, which also causes a defect such as a void. on the other hand,
When using electroless copper plating, it is necessary to increase the alkalinity.In this case, the conductive layer or the barrier layer used as needed is attacked, and this attacks defects such as voids. And cause problems. In addition, in electroless copper plating, bath management is difficult and toxicity has been a problem, such as the use of formaldehyde.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、ウ
ェハーにおけるトレンチ又はビアホール内のボイド等の
不良を発生させることなく、トレンチ又はビアホール内
を銅で充填する方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for filling a trench or a via hole with copper without causing defects such as voids in the trench or the via hole in the wafer. .

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
達成するため鋭意検討した結果、銅イオンと、銅イオン
の錯化剤とを含むpH6〜8の電気銅めっき浴におい
て、導電性のトレンチ又はビアホールを形成したウェハ
ーを電解することにより、トレンチ又はビアホールの壁
と充填する銅との間にボイド等の不良を生じることな
く、ウェハーに形成されたトレンチ又はビアホールを銅
で充填でき、銅配線を形成できることを見出し、本発明
に到達したものである。即ち、本発明は、導電性のトレ
ンチ又はビアホールを形成したウェハーの前記トレンチ
又はビアホール内に銅を充填する方法であって、銅イオ
ンと、銅イオンの錯化剤とを含むpH6〜8の電気銅め
っき浴において、上記ウェハーの存在下に電解すること
を特徴とする方法に関するものである。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventor has found that a conductive copper plating bath having a pH of 6 to 8 containing copper ions and a complexing agent of the copper ions has been used. By electrolyzing the wafer on which the trenches or via holes are formed, without causing defects such as voids between the walls of the trenches or via holes and the filling copper, the trenches or via holes formed on the wafer can be filled with copper, The inventors have found that copper wiring can be formed, and have reached the present invention. That is, the present invention relates to a method of filling copper in the trench or via hole of a wafer having a conductive trench or via hole formed therein, the method comprising: an electrode having a pH of 6 to 8 containing copper ions and a complexing agent for copper ions. The present invention relates to a method for performing electrolysis in the presence of the wafer in a copper plating bath.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明で使用されるウェハーは、トレンチ又はビ
アホールを形成したウェハーである。トレンチは、ウェ
ハーに形成された溝であり、溝の断面形状は特に限定さ
れるものではない。溝の断面形状としては、例えば、長
方形や、正方形、台形等が挙げられる。トレンチは、深
さを幅で割った値を示すアスペクト比で表現することが
でき、例えば、アスペクト比が0.1〜30、好ましく
は、0.5〜10のものが適当である。ビアホールは、
ウェハーに形成された穴であり、一旦が閉じたブランド
ビアホールであってもよい。ビアホールの穴の断面形状
は特に限定されるものではない。通常、断面が長方形や
台形の形状のもので、大きさは通常直径0.05〜1.
0μm、好ましくは、0.1〜0.5μmのものが適当
である。トレンチ又はビアホールは、例えば、ドライエ
ッチングや、プラズマエッチング等によりウェハーに形
成することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. The wafer used in the present invention is a wafer having a trench or a via hole formed therein. The trench is a groove formed in the wafer, and the cross-sectional shape of the groove is not particularly limited. Examples of the cross-sectional shape of the groove include a rectangle, a square, and a trapezoid. The trench can be expressed by an aspect ratio indicating a value obtained by dividing the depth by the width. For example, a trench having an aspect ratio of 0.1 to 30, preferably 0.5 to 10 is appropriate. The via hole is
It is a hole formed in the wafer and may be a closed brand via hole. The cross-sectional shape of the via hole is not particularly limited. Usually, the cross section is rectangular or trapezoidal in shape, and the size is usually 0.05-1.
Those having a thickness of 0 μm, preferably 0.1 to 0.5 μm are suitable. The trench or the via hole can be formed in the wafer by, for example, dry etching, plasma etching, or the like.

【0006】なお、トレンチ又はビアホールには、予め
バリヤー層を形成してもよい。このバリヤー層は、充填
する銅金属がウェハーに拡散し、ショート等の原因とな
らないようにするためのものである。バリヤー層は、例
えば、トレンチ又はビアホール内に、PVDや、CVD
により、TaNや、TiNを蒸着することによって形成
することができる。導電性のトレンチ又はビアホール
は、ウェハーに形成されたトレンチ又はビアホールに、
スパッタリングや、PVD、CVD等により導電性被膜
(例えば、銅シード層等)を形成するか、又は無電界銅
めっきの前処理としてのキャタライジング処理(例え
ば、Pd触媒賦与等)により形成することができる。但
し、この導電性を賦与する材料としては、銅金属に限定
されるものではなく、導電性を賦与できる金属であれば
特に限定されるものではない。
Incidentally, a barrier layer may be formed in advance in the trench or the via hole. This barrier layer is for preventing the copper metal to be filled from diffusing into the wafer and causing a short circuit or the like. The barrier layer is formed, for example, in a trench or a via hole by PVD or CVD.
Can be formed by evaporating TaN or TiN. The conductive trench or via hole is formed in a trench or via hole formed in the wafer.
A conductive film (for example, a copper seed layer or the like) may be formed by sputtering, PVD, CVD, or the like, or may be formed by a catalizing process (for example, Pd catalyst application or the like) as a pretreatment for electroless copper plating. it can. However, the material for imparting conductivity is not limited to copper metal, and is not particularly limited as long as it is a metal capable of imparting conductivity.

【0007】本発明で使用される電気銅めっき浴は、銅
イオン及び銅イオンの錯化剤を含有する。銅イオンはそ
の塩として電気銅めっき浴に配合してもよい。銅塩は、
電気銅めっき浴中に銅イオンの供給源となるものであれ
ば、特に制限されるものではない。このような銅塩とし
ては、アニオンが電気銅めっき浴に有害とならないかぎ
り、各種の銅塩を使用することができる。好適な銅塩と
しては、例えば、硫酸銅や、塩化銅、硝酸銅、水酸化
銅、スルフアミン酸銅、炭酸銅、酸化銅等が挙げられ
る。特に、硫酸銅と塩化銅が好ましい。電気銅めっき浴
中の銅イオン濃度は、例えば、0.5〜5g/L、好ま
しくは、1〜2g/Lとすることが適当である。なお、
以下で詳述する錯化剤の濃度が高い場合には、銅濃度は
2g/L以上であっても使用できる。最大で60g/L
まで適用可能である。更に、銅イオンの供給源として、
陽極も挙げられ、陽極としては、含リン銅陽極等の溶解
性陽極や、白金、SUS、チタン等の不溶性陽極を使用
してもよい。
The electrolytic copper plating bath used in the present invention contains copper ions and a complexing agent for copper ions. Copper ions may be added to the electrolytic copper plating bath as a salt thereof. Copper salts
There is no particular limitation as long as it is a source of copper ions in the electrolytic copper plating bath. As such a copper salt, various copper salts can be used as long as the anion is not harmful to the electrolytic copper plating bath. Suitable copper salts include, for example, copper sulfate, copper chloride, copper nitrate, copper hydroxide, copper sulfamate, copper carbonate, copper oxide and the like. Particularly, copper sulfate and copper chloride are preferable. The copper ion concentration in the electrolytic copper plating bath is, for example, 0.5 to 5 g / L, preferably 1 to 2 g / L. In addition,
When the concentration of the complexing agent described in detail below is high, it can be used even if the copper concentration is 2 g / L or more. Up to 60g / L
Applicable up to. Furthermore, as a source of copper ions,
An anode may also be used. As the anode, a soluble anode such as a phosphorous copper anode or an insoluble anode such as platinum, SUS, or titanium may be used.

【0008】本発明の電気銅めっき浴に使用される錯化
剤は、銅イオンを錯化するために使用するものであり、
このような作用を有するものであれば、公知の錯化剤の
中から各種の錯化剤を使用することが出来る。このよう
な錯化剤としては、例えば、ポリアミン及びその塩や、
アミノカルボン酸及びその塩、アミンアルカノール化合
物、オキシカルボン酸及びその塩等が挙げられる。ポリ
アミンとしては、例えば、エチレンジアミンや、ジエチ
レントリアミン、ジエチレンテトラミン、トリエチレン
テトラミン等が例示される。これらの塩としては、例え
ば、硫酸塩や、塩酸塩、硝酸塩、酢酸塩等が使用でき
る。このような錯化剤は、例えば、1〜100g/L、
好ましくは、5〜50g/Lの濃度であることが好適で
ある。
The complexing agent used in the electrolytic copper plating bath of the present invention is used for complexing copper ions.
As long as it has such an effect, various complexing agents can be used from among known complexing agents. Such complexing agents include, for example, polyamines and salts thereof,
Examples include aminocarboxylic acids and salts thereof, amine alkanol compounds, oxycarboxylic acids and salts thereof, and the like. Examples of the polyamine include ethylene diamine, diethylene triamine, diethylene tetramine, triethylene tetramine and the like. As these salts, for example, sulfates, hydrochlorides, nitrates, acetates and the like can be used. Such a complexing agent is, for example, 1 to 100 g / L,
Preferably, the concentration is 5 to 50 g / L.

【0009】アミノカルボン酸としては、例えば、イミ
ノ二酢酸や、ニトリロ三酢酸、ヒドロキシエチルエチレ
ンジアミン三酢酸、テトラヒドロキシエチレンジアミ
ン、ジヒドロキシメチルエチレンジアミン二酢酸、エチ
レンジアミンテトラ四酢酸、シクロヘキサン−1,2−
ジアミンテトラ酢酸、エチレングリコールジエチルエー
テルジアミン四酢酸、エチレンジアミンテトラポロピオ
ン酸、N,N,N‘,N’−テトラキス−2−(2−ヒ
ドロキシルプロピル)エチレンジアミン等が例示され
る。これらの塩としては、例えば、ナトリウムやカリウ
ム等のアルカリ金属塩等が挙げられる。このような錯化
剤は、1〜100g/L、好ましくは、5〜50g/L
の濃度であることが好適である。アミンアルカノール化
合物としては、例えば、モノ−、ジ−、トリ −エタノ
ールアミン等が好ましい。このような錯化剤は、5〜2
00mL/L、好ましくは、50〜100mL/Lの濃
度であることが好適である。
Examples of the aminocarboxylic acid include iminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid, tetrahydroxyethylenediamine, dihydroxymethylethylenediaminediacetic acid, ethylenediaminetetratetraacetic acid, cyclohexane-1,2-
Examples thereof include diaminetetraacetic acid, ethylene glycol diethyletherdiaminetetraacetic acid, ethylenediaminetetrapolopionic acid, N, N, N ′, N′-tetrakis-2- (2-hydroxypropyl) ethylenediamine, and the like. Examples of these salts include alkali metal salts such as sodium and potassium. Such a complexing agent is used in an amount of 1 to 100 g / L, preferably 5 to 50 g / L.
The concentration is preferably As the amine alkanol compound, for example, mono-, di-, tri-ethanolamine and the like are preferable. Such complexing agents are 5-2
It is suitable that the concentration is 00 mL / L, preferably 50-100 mL / L.

【0010】オキシカルボン酸としては、酒石酸や、ク
エン酸、グルコン酸等が例示され、オキシカルボン酸塩
としては、例えば、酒石酸ナトリウムや、酒石酸カリウ
ム、酒石酸ナトリウムカリウム、クエン酸ナトリウム、
クエン酸カリウム、クエン酸アンモニウム、グルコン酸
ナトリウム、グルコン酸カリウム等が例示される。この
ような錯化剤は、1〜100g/L、好ましくは、5〜
50g/Lの濃度であることが好適である。上述した錯
化剤は、単独でも使用可能であるが、適宜混合して使用
することによってめっき浴の安定性を向上させ、析出皮
膜の特性を改善できる。
Examples of the oxycarboxylic acid include tartaric acid, citric acid and gluconic acid. Examples of the oxycarboxylic acid salt include sodium tartrate, potassium tartrate, sodium potassium tartrate, sodium citrate, and the like.
Examples thereof include potassium citrate, ammonium citrate, sodium gluconate, potassium gluconate and the like. Such a complexing agent is used in an amount of 1 to 100 g / L, preferably 5 to 100 g / L.
Preferably, the concentration is 50 g / L. The above-mentioned complexing agents can be used alone, but by appropriately mixing and using them, the stability of the plating bath can be improved and the properties of the deposited film can be improved.

【0011】本発明で使用する電気銅めっき浴には、必
要に応じて、銅イオンの金属銅への還元を促進するため
に、還元剤を使用することができる。還元剤は、銅イオ
ンの金属銅への還元を促進するものならば特に限定され
ず、各種の還元剤を使用することができる。本発明にお
いては、還元剤が電気銅めっき液中に存在すると、電解
によって、ウェハーにおけるトレンチ又はビアホール内
に効果的に銅を析出させることができる。還元剤として
は、例えば、ジメチルアミンボランや、抱水ヒドラジ
ン、ヒドラジン塩酸塩、ヒドラジン酢酸塩等のヒドラジ
ン塩、次亜リン酸、次亜リン酸ナトリウム、水酸化ホウ
素ナトリウム等を挙げることができる。特に好ましい還
元剤としては、ジメチルアミンボラン等を挙げることが
できる。還元剤は、通常、0.5〜20g/L、好まし
くは、1〜20g/Lの濃度であることが適当である。
還元剤の濃度が20g/Lを超えると、電気銅めっき浴
が不安定となり易く、また還元剤の消耗が激しくなるの
で好ましくない。
In the electrolytic copper plating bath used in the present invention, a reducing agent can be used, if necessary, in order to promote the reduction of copper ions to metallic copper. The reducing agent is not particularly limited as long as it promotes the reduction of copper ions to metallic copper, and various reducing agents can be used. In the present invention, when the reducing agent is present in the electrolytic copper plating solution, copper can be effectively deposited in the trench or the via hole in the wafer by electrolysis. Examples of the reducing agent include dimethylamine borane, hydrazine hydrate, hydrazine hydrochloride, hydrazine salts such as hydrazine acetate, hypophosphorous acid, sodium hypophosphite, sodium borohydride and the like. Particularly preferred reducing agents include dimethylamine borane and the like. The concentration of the reducing agent is usually 0.5 to 20 g / L, preferably 1 to 20 g / L.
If the concentration of the reducing agent exceeds 20 g / L, the electrolytic copper plating bath is likely to be unstable, and the consumption of the reducing agent is undesirably increased.

【0012】本発明で使用される電気銅めっき浴には、
必要に応じて、例えば、電気銅めっき浴の特性や析出物
の皮膜特性を改善するために、めっき浴液に溶解性を有
するシアン化合物や、シアン酸塩、硫化物、チオ化合物
等の各種硫黄含有化合物、ジピリジル化合物、エチレン
オキサイド型の界面活性剤等を配合することができる。
本発明で使用される電気銅めっき浴は、pH6〜8、好
ましくは、6.8〜7.2に調整する。この範囲のpH
の調整には、必要に応じて、酸又はアルカリを添加する
ことによって行うことができる。本発明においては、ウ
ェハーのトレンチ又はビアホール内に電気銅めっきで充
填を行う場合に、このpH値は重要である。この範囲の
pH値に調整することによってウェハーのトレンチ又は
ビアホール内のシード層への攻撃を最小限に抑えること
が出来る。
The electrolytic copper plating bath used in the present invention includes:
If necessary, for example, in order to improve the characteristics of the electrolytic copper plating bath and the film characteristics of the precipitate, various sulfur compounds such as cyanide, cyanate, sulfide, and thio compound having solubility in the plating bath solution. A compound, a dipyridyl compound, an ethylene oxide type surfactant and the like can be added.
The pH of the electrolytic copper plating bath used in the present invention is adjusted to pH 6 to 8, preferably 6.8 to 7.2. PH in this range
Can be adjusted by adding an acid or an alkali, if necessary. In the present invention, this pH value is important when filling the trench or the via hole of the wafer with the electrolytic copper plating. By adjusting the pH value in this range, the attack on the seed layer in the trench or via hole of the wafer can be minimized.

【0013】本発明においては、導電性のトレンチ又は
ビアホールを形成したウェハーを、上記電気銅めっき浴
において、好ましくは、バリアー層及びシード層が形成
されているウェハー又は、バリアー層形成後、キャタラ
イジングされたウェハーを浸漬して電解する。バリアー
層は、公知のTiN、TaN、Ti、Ta等をスパッタ
リングやCVD等によって成膜することによって形成さ
れる。シード層は、公知のCu等の導電性金属をスパッ
タリングやCVD等によって成膜することによって形成
される。キャタライジング、即ち、触媒付与までの活性
化工程は、例えば公知のパラジウムやすずの化合物を含
む溶液中に適宜前処理したウェハーを浸漬し、水洗した
後、必要に応じて乾燥することによって行われる。
In the present invention, the wafer having the conductive trenches or via holes formed thereon is preferably subjected to the above-mentioned electrolytic copper plating bath, preferably, to a wafer having a barrier layer and a seed layer formed thereon, or after the barrier layer is formed, to be subjected to catalystizing. The immersed wafer is immersed for electrolysis. The barrier layer is formed by forming known TiN, TaN, Ti, Ta, or the like into a film by sputtering, CVD, or the like. The seed layer is formed by forming a known conductive metal such as Cu by sputtering or CVD. The catalyzing, that is, the activation step until the catalyst is applied, is performed, for example, by immersing the appropriately pretreated wafer in a solution containing a known palladium or tin compound, washing with water, and then drying as necessary.

【0014】本発明において、電解は、電気銅めっき浴
の温度を、好ましくは、15〜50℃、更に好ましく
は、20〜30℃に設定して行うことが適当である。な
お、上記pH及び温度条件では、同一組成の浴液を用い
て無電解めっきを行うと、銅の還元反応による析出は起
こらず、電解を行うことによって初めて銅の析出反応を
引きおこすことが出来る。しかも、上記還元剤の使用に
よって銅を電解によって効率的に析出させることが出来
る。本発明で使用される還元剤を用いる電気銅めっき浴
に用いる陽極の面積は、陰極の1/5以上であることが
好ましい。陽極面積が少なすぎると電圧が上昇するた
め、電気銅めっき浴中の有機物、例えば、錯化剤や、添
加剤等の分解を引き起こすので好ましくない。
In the present invention, the electrolysis is suitably performed by setting the temperature of the electrolytic copper plating bath to preferably 15 to 50 ° C., more preferably 20 to 30 ° C. Under the above pH and temperature conditions, when electroless plating is performed using a bath solution having the same composition, precipitation by a copper reduction reaction does not occur, and a copper deposition reaction can be caused only by performing electrolysis. Moreover, copper can be efficiently deposited by electrolysis by using the above reducing agent. The area of the anode used in the electrolytic copper plating bath using the reducing agent used in the present invention is preferably 1/5 or more of the cathode. If the anode area is too small, the voltage rises, so that organic substances in the electrolytic copper plating bath, for example, a complexing agent and additives are decomposed, which is not preferable.

【0015】本発明では、電解は、陰極電流密度とし
て、通常、0.1〜1.0A/dm、好ましくは、
0.3〜0.5A/dmで行うことが適当である。め
っき時間は、通常、5分〜20分、好ましくは、7〜1
5分が好適である。本発明に使用する電源は、汎用の直
流電源でよいが、パルス電源や、PR電源等も均一電着
性の改善のために非常に有効である。また、従来のPR
電解より高速で極性変換させる電流反転電解も効果的で
ある。本発明では、強酸性の硫酸銅めっき浴とは異な
り、中性の電気銅めっき浴を用いているため、強酸に弱
いウェハー上のシード層への攻撃を最小限に抑えること
ができ、ボイド等の不良等を生じることなく、トレンチ
又はビアホール中に銅金属を充填することができ、その
結果、トレンチ又はビアホールに不良箇所のない銅配線
を形成することが出来る。
In the present invention, the electrolysis is carried out at a cathode current density of usually 0.1 to 1.0 A / dm 2 , preferably
It is appropriate to carry out at 0.3 to 0.5 A / dm 2 . The plating time is usually 5 minutes to 20 minutes, preferably 7 to 1 minutes.
Five minutes is preferred. The power supply used in the present invention may be a general-purpose DC power supply, but a pulse power supply, a PR power supply, and the like are also very effective for improving uniform electrodeposition. In addition, conventional PR
Current reversal electrolysis in which the polarity is changed at a higher speed than electrolysis is also effective. In the present invention, unlike the strongly acidic copper sulfate plating bath, a neutral electrolytic copper plating bath is used, so that it is possible to minimize the attack on the seed layer on the wafer that is vulnerable to a strong acid, and to reduce voids and the like. The copper metal can be filled in the trench or the via hole without causing a defect or the like, and as a result, a copper wiring having no defective portion in the trench or the via hole can be formed.

【0016】本発明の典型的な工程の概略を示せば、以
下の通りである。 工程1: (1)トレンチ又はビアホールの形成 (2)バリアー層の形成 (3)シード層の形成 (4)電気銅めっき処理
The outline of a typical process of the present invention is as follows. Step 1: (1) formation of trench or via hole (2) formation of barrier layer (3) formation of seed layer (4) copper electroplating

【0017】工程2: (1)トレンチ又はビアホールの形成 (2)バリアー層の形成 (3)キャタライジング (4)電気銅めっき処理Step 2: (1) Formation of trench or via hole (2) Formation of barrier layer (3) Catalizing (4) Copper plating

【0018】[0018]

【実施例】以下、実施例及び比較例により、本発明につ
いて更に詳細に説明するが、本発明の範囲は、これらの
実施例又は比較例によって何ら限定されるものではな
い。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the scope of the present invention is not limited by these Examples and Comparative Examples.

【0019】実施例1 (1)トレンチ又はビアホールの形成 (2)スパッタリングによるTiNのバリアー層の形成 (3)CVDによるCuのシード層の形成 (4)電気銅めっき処理 めっき液: 硫酸銅 5g/L エチレンジアミンテトラ酢酸四ナトリウム 5g/L ジメチルアミンボラン 1g/L pH 7.0 温度 25℃ 電流密度 0.5A/dm 時間 10分 Example 1 (1) Formation of trench or via hole (2) Formation of barrier layer of TiN by sputtering (3) Formation of Cu seed layer by CVD (4) Electrocopper plating treatment Plating solution: copper sulfate 5 g / L Tetrasodium ethylenediaminetetraacetate 5 g / L Dimethylamine borane 1 g / L pH 7.0 Temperature 25 ° C Current density 0.5 A / dm 2 hours 10 minutes

【0020】比較例1 (1)トレンチ又はビアホールの形成 (2)スパッタリングによるTiNのバリアー層の形成 (3)CVDによるCuのシード層の形成 (4)電気銅めっき処理 めっき液: 硫酸 190g/L 硫酸銅 75g/L 塩素イオン 60mg/L 添加剤(注) 5mL/L 電流密度 0.5A/dm pH 1以下 めっき時間 10分 (注:日本リーロナール社製硫酸銅めっき添加剤カパーグリーム125:光沢剤 ) Comparative Example 1 (1) Formation of trench or via hole (2) Formation of barrier layer of TiN by sputtering (3) Formation of seed layer of Cu by CVD (4) Electrocopper plating treatment Plating solution: 190 g / L sulfuric acid Copper sulfate 75 g / L Chloride ion 60 mg / L Additive (Note) 5 mL / L Current density 0.5 A / dm 2 pH 1 or less Plating time 10 minutes (Note: Copper sulfate plating additive Copper Glyme 125 manufactured by Nippon Leelonal Co., Ltd .: Glossy Agent)

【0021】8インチウェハーを銅プラズマエッチによ
り、0.18μmのトレンチ(アクペクト比:2)を形
成し、バリアー層として、TiNをスパッタリングした
後、シード層としてSiOをCVDにより形成した。
これを試料として上記実施例1及び比較例1の方法によ
り、銅を充填して、銅配線を形成し、FIB(集束イオ
ンビーム)によりトレンチの充填を確認した。実施例1
では、0.18μmのトレンチをFIBにより100溝
観察したところ、全て完全に銅めっきにより充填されて
いた(図1参照)。比較例1では、0.18μmのトレ
ンチをFIBにより100溝観察したところ、52溝で
ボイドが確認された(図2参照)。図2から分かるよう
に、トレンチ(白色部)の壁部には所々ボイドが形成し
ている。
An 8-inch wafer was formed with a 0.18 μm trench (accept ratio: 2) by copper plasma etching. TiN was sputtered as a barrier layer, and then SiO 2 was formed as a seed layer by CVD.
Using this as a sample, copper was filled by the method of Example 1 and Comparative Example 1 to form a copper wiring, and filling of the trench was confirmed by FIB (focused ion beam). Example 1
Then, when 100 trenches of 0.18 μm were observed by FIB, all trenches were completely filled by copper plating (see FIG. 1). In Comparative Example 1, when a 0.18 μm trench was observed by FIB for 100 grooves, voids were confirmed in 52 grooves (see FIG. 2). As can be seen from FIG. 2, voids are formed in some places in the walls of the trench (white portion).

【0022】実施例2 (1)トレンチ又はビアホールの形成 (2)スパッタリングによるTiNのバリアー層の形成 (3)Pd触媒の付与 (4)電気銅めっき処理 めっき液: 硫酸銅 5g/L エチレンジアミンテトラ酢酸四ナトリウム 5g/L ジメチルアミンボラン 1g/L 温度 25℃ 電流密度 0.5A/dm 時間 10分 Example 2 (1) Formation of trench or via hole (2) Formation of TiN barrier layer by sputtering (3) Application of Pd catalyst (4) Electrocopper plating treatment Plating solution: copper sulfate 5 g / L ethylenediaminetetraacetic acid Tetrasodium 5 g / L Dimethylamine borane 1 g / L Temperature 25 ° C Current density 0.5 A / dm 2 hours 10 minutes

【0023】比較例2 (1)トレンチ又はビアホールの形成 (2)スパッタリングによるTiNのバリアー層の形成 (3)Pd触媒の付与 (4)電気銅めっき処理 めっき液: 硫酸 190g/L 硫酸銅 75g/L 塩素イオン 60mg/L 添加剤(注) 5mL/L 電流密度 0.5A/dm pH 1以下 めっき時間 10分 (注:日本リーロナール社製硫酸銅めっき添加剤カパーグリーム125) Comparative Example 2 (1) Formation of trench or via hole (2) Formation of TiN barrier layer by sputtering (3) Application of Pd catalyst (4) Electrocopper plating treatment Plating solution: sulfuric acid 190 g / L copper sulfate 75 g / L chloride ion 60 mg / L additive (Note) 5 mL / L current density 0.5A / dm 2 pH 1 or less plating time 10 minutes (Note: Nippon Rironaru Ltd. copper sulfate plating additive copper Gleam 125)

【0024】8インチウェハーを銅プラズマエッチによ
り、0.18μmのトレンチ(アクペクト比:2)を形
成し、バリアー層としてTiNをスパッタリングした
後、シード層としてSiOをCVDにより形成した。
これを試料として上記実施例2及び比較例2の方法にて
銅配線を形成し、FIBによりトレンチの充填を確認し
た。実施例2では、0.18μmのトレンチをFIBに
より100溝観察したところ、全て完全に銅めっきによ
り充填されていた。比較例2では、0.18μmのトレ
ンチをFIBにより100溝観察したところ、100溝
で銅配線が作成できていないことが確認された。
An 8-inch wafer was formed with a 0.18 μm trench (accept ratio: 2) by copper plasma etching, and after sputtering TiN as a barrier layer, SiO 2 was formed as a seed layer by CVD.
Using this as a sample, copper wiring was formed by the method of Example 2 and Comparative Example 2, and filling of the trench was confirmed by FIB. In Example 2, 100 trenches of 0.18 μm were observed by FIB and found to be completely filled with copper plating. In Comparative Example 2, when 100 trenches of 0.18 μm trench were observed by FIB, it was confirmed that copper wiring could not be formed in 100 trenches.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明の方法を用いることにより、ウェ
ハーにおけるトレンチ又はビアホール内にボイド等の不
良なしに、銅金属を充填して、銅配線を形成することが
できる。また、本発明の電気銅めっき処理により、ウェ
ハーにおけるトレンチ又はビアホール内のシード層への
アタックを最小限に抑えることができる。更に、雷気銅
めっき処理後、ウェハー上を精密に物理的又は化学的に
研磨した後、上記工程を繰り返すことにより、高多層化
が容易に行える。
According to the method of the present invention, a copper wiring can be formed by filling a copper metal without causing defects such as voids in trenches or via holes in a wafer. In addition, the electrolytic copper plating process of the present invention can minimize the attack on the seed layer in the trench or via hole in the wafer. Further, after the lightning copper plating treatment, the wafer is precisely physically or chemically polished, and the above-described steps are repeated, whereby a high multilayer structure can be easily achieved.

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

【図1】実施例1により製造したウェハーのトレンチの
微細構造を示すイオンビームイメージ写真。
FIG. 1 is an ion beam image photograph showing a fine structure of a trench of a wafer manufactured according to Example 1.

【図2】比較例1により製造したウェハーのトレンチの
微細構造を示すイオンビームイメージ写真。
FIG. 2 is an ion beam image photograph showing a fine structure of a trench of a wafer manufactured according to Comparative Example 1.

フロントページの続き Fターム(参考) 4K024 AA09 AB01 AB02 AB15 BA11 BB12 BC10 CA02 CA03 GA16 4M104 BB04 BB14 BB17 BB30 BB32 DD06 DD37 DD43 DD52 HH20Continued on the front page F term (reference) 4K024 AA09 AB01 AB02 AB15 BA11 BB12 BC10 CA02 CA03 GA16 4M104 BB04 BB14 BB17 BB30 BB32 DD06 DD37 DD43 DD52 HH20

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導電性のトレンチ又はビアホールを形成
したウェハーの前記トレンチ又はビアホール内に銅を充
填する方法であって、銅イオンと、銅イオンの錯化剤と
を含むpH6〜8の電気銅めっき浴において、前記ウェ
ハーの存在下に電解することを特徴とする方法。
1. A method of filling copper in a trench or via hole of a wafer having a conductive trench or via hole formed therein, the electrolytic copper having a pH of 6 to 8 containing copper ions and a complexing agent for the copper ions. A method comprising electrolyzing in a plating bath in the presence of the wafer.
【請求項2】 銅充填したトレンチ又はビアホールを有
するウェハーを形成する方法であって、銅イオンと、銅
イオンの錯化剤とを含むpH6〜8の電気銅めっき浴に
おいて、導電性のトレンチ又はビアホールを形成したウ
ェハーの存在下に電解することを特徴とする方法。
2. A method for forming a wafer having copper-filled trenches or via holes, comprising the steps of: forming a conductive trench or a conductive trench in a pH 6-8 electrolytic copper plating bath containing copper ions and a complexing agent for copper ions; A method comprising electrolyzing in the presence of a wafer having a via hole.
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