JP2001217208A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光沢剤と抑止剤とを含む電解めっき液中おい
て電解めっきを行うことにより微細な凹部をめっき層に
より充填する工程を含む半導体装置の製造方法におい
て、前記凹部においてめっき層が盛り上がるのを抑制す
る。 【解決手段】 前記微細な凹部がめっき層により充填さ
れた時点において、電解めっき液中に通電されるめっき
電流の極性を反転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に半導体装置に
関し、特にＣｕ配線パターンを備えた半導体装置および
その製造方法に関する。

【０００２】半導体装置の微細化が進むにつれて、大規
模集積回路を構成する半導体基板上に形成される半導体
装置の数は莫大なものになりつつある。このような集積
密度の高い高速半導体装置では、半導体基板上に形成さ
れた半導体装置を相互に接続する配線パターンも非常に
複雑なものになっており、またその総延長も非常に長く
なっている。これに伴い、今日の先端的な大規模集積回
路装置では、配線パターンの寄生抵抗あるいは寄生容量
に起因する信号の遅延が無視できなくなっており、この
ため従来より配線パターンとして使われていたＡｌある
いはＡｌ合金の代わりに、より低抵抗のＣｕを使うこと
が行われている。

【０００３】また、このように複雑な配線パターンは、
従来のように単一の配線層により形成することは困難
で、このため今日の大規模集積回路装置では、一の配線
パターンを層間絶縁膜で覆い、かかる層間絶縁膜上に次
の配線パターンを形成し、さらにこれを次の層間絶縁膜
で覆う構成を繰り返す、いわゆる多層配線構造が使われ
るようになっている。特にかかる多層配線構造において
Ｃｕ配線パターンを使う場合には、Ｃｕ層のドライエッ
チング技術が現状では確立されていないため、あらかじ
め層間絶縁膜中に配線溝あるいはコンタクトホールを先
に形成しておき、これをＣｕ層で埋めた後、層間絶縁膜
上に残留しているＣｕ層を化学機械研磨（ＣＭＰ）法に
より研磨・除去する、いわゆるダマシン法、あるいはデ
ュアルダマシン法が使われている。

【従来の技術】従来より、かかる層間絶縁膜中に形成さ
れた配線溝あるいはコンタクトホールをＣｕ層により埋
める際に、Ｃｕ層をＣＶＤ法あるいはスパッタリフロー
法により、あるいは電解めっき法により形成することが
行われているが、特に電解めっき法は低い製造費用で効
率よく溝をＣｕ層により埋め込むことが可能であるた
め、半導体装置の量産方法として有力な候補であると考
えられる。

【０００４】図１は、従来よりＣｕ配線層の形成に使わ
れている電解めっき装置の構成を示す。

【０００５】図１を参照するに、めっき液溜１１中に保
持された、典型的には硫酸銅水溶液よりなるＣｕのめっ
き液は、チラー１１Ａおよびヒータ１１Ｂにより温度制
御され、フィルタ１１Ｃを通過した後循環ポンプ１１Ｄ
により、めっき浴１２に供給される。

【０００６】めっき浴１２中にはアノード電極１２Ａが
めっき液中に水没した状態で保持されており、まためっ
き液水面近傍には、基板１３を保持する基板ホルダ１３
Ａが、前記基板１３が前記めっき液中に水没するように
保持されている。前記基板１３の表面にはカソード電極
１２Ｂが設けられており、この状態で、前記アノード電
極１２Ａと前記カソード電極１２Ｂとの間にパルス発生
器１４Ａにより制御される電源１４Ｂよりパルス電圧を
印加することにより、前記基板１３の表面にＣｕ層が堆
積させられる。

【０００７】前記めっき浴１２においてあふれためっき
液は、再びめっき液溜１１に戻される。

【０００８】図２（Ａ）〜図３（Ｅ）は、かかるめっき
法によるＣｕ配線層の形成工程を含む、いわゆるダマシ
ン法による多層配線構造の形成工程を示す。

【０００９】図２（Ａ）を参照するに、Ｓｉ基板２１上
に形成された層間絶縁膜２２中には、前記Ｓｉ基板２１
を露出するコンタクトホールあるいは配線溝等の凹部２
２Ａが形成され、図２（Ｂ）の工程において前記層間絶
縁膜２２上に前記凹部２２Ａを覆うように、Ｔｉ等より
なるバリアメタル層２３が、典型的にはスパッタリング
により、前記凹部２２Ａの断面形状に沿って形成され
る。

【００１０】次に、図２（Ｃ）の工程において、図２
（Ｂ）の構造上にＣｕのシード層２４が、典型的にはス
パッタリングにより、前記凹部２２Ａの断面形状に沿っ
て形成され、図３（Ｄ）の工程において前記図１のめっ
き装置中において、前記Ｃｕシード層２４上にＣｕめっ
き層２５が、前記バリアメタル層２３およびＣｕシード
層２４をカソード電極として成長させられる。

【００１１】さらに図３（Ｅ）の工程において、前記Ｃ
ｕめっき層２５、その下のＣｕシード層２４、さらにそ
の下のバリアメタル層２３が、前記層間絶縁膜２２上の
部分においてＣＭＰ法により研磨・除去され、その結果
前記凹部２２Ａを埋めるＣｕ配線パターン２５Ａが得ら
れる。

【００１２】このような電解めっき法によるＣｕ配線パ
ターン２５Ａの形成工程において、得られるＣｕめっき
層２５の厚さを均一化するために、従来より、例えば特
開平５−１９５１８３号公報に記載されているように、
前記アノード電極１２Ａに印加される電圧を反転、ない
し部分的に反転させることが行われていた。

【００１３】図４（Ａ）は、図１の電解めっき装置にお
いて、前記アノード電極１２Ａに正の直流電圧を、所定
の電流Ｉｃが前記めっき浴１２において前記めっき液中
を前記アノード電極１２Ａからカソード電極１２Ｂに流
れるように印加した場合を示す。これに対し、図４
（Ｂ）に示すように、前記電流Ｉｃを、持続時間がＴ_ON
の定電流パルスが間隔Ｔ_OFFで繰り返されるように印加
することにより、あるいは図４（Ｃ）に示すように交互
に繰り返し逆電流パルスを印加することにより、さらに
は図４（Ｄ）に示すように非対称交流電流の形で繰り返
し印加することにより、形成されるＣｕめっき層２５の
厚さを均一にすることが提案されている。

【００１４】しかし、このような従来のＣｕめっき層２
５の形成方法では、図５（Ａ）に示すようにコンタクト
ホールあるいは配線溝の上縁部に電界の集中が生じやす
く、このため図５（Ｂ）に示すようにかかる電界集中部
においてＣｕめっき層２５の成長速度が増大する傾向が
生じる。図５（Ｂ）を参照するに、かかる電界集中部に
おいては、Ｃｕめっき層２５が上方のみならず側方にも
成長するため、特に前記凹部２２Ａの幅あるいは径が
０．５μｍ以下になった場合、前記凹部２２Ａを重点す
るＣｕ配線パターン２５Ａ中にボイド２５Ｘが形成され
やすい。

【００１５】このため従来より、このような非常に微細
なコンタクトホールあるいは配線溝をＣｕめっき層によ
り充填する際に、Ｃｕめっき液中に抑止剤（成長抑制
剤）と光沢剤（成長促進剤）を導入し、Ｃｕめっき層２
５の成長を制御することが行われている。抑止剤は、例
えばポリエチレングリコール（ＰＥＧ）のような鎖状分
子構造を有する高分子化合物であり、カソード表面、す
なわち基板表面の分極を増大させ、Ｃｕめっき層の成長
を抑制する。抑止剤は微細な配線溝やコンタクトホール
等の凹部２２Ａ中に進入できないため、層間絶縁膜２２
表面近傍に滞留し、このような平坦な領域においてＣｕ
めっき層２５の成長を抑制する。なお、本文で述べる抑
止剤とは、分子量がＰＥＧ等に比較して小さいメチルア
ミン系化合物等の平滑剤を含むものとする。これに対
し、光沢剤はチオ尿酸ナトリウムのような単純な構造の
Ｓを含む化合物であり、核生成を促すと同時に、析出速
度を増大させる。かかる光沢剤は前記凹部２２Ａ中に容
易に進入し、前記凹部２２Ａ中におけるＣｕめっき層２
５の成長を促進する。ＳはＣｕに対して強い親和性を示
すことが知られている。

【００１６】図６（Ａ）〜６（Ｃ）は、このような抑止
剤と光沢剤を含むＣｕめっき液を使った、Ｃｕめっき層
２５の形成工程を示す。

【００１７】図６（Ａ）を参照するに、○で模式的に示
す抑止剤は層間絶縁膜２２の表面近傍に滞留しており、
凹部２２Ａ中には侵入しない。これに対して×で示す光
沢剤の方は前記凹部２２Ａを含め、層間絶縁膜２２上に
一様に分布しているため、Ｃｕめっき層２５の成長は図
６（Ｂ）に示すように前記凹部２２Ａ中において優先的
に生じ、得られた構造では、図６（Ｃ）に示すように、
前記Ｃｕめっき層２５が、前記凹部２２Ａを、ボイドや
欠陥を形成することなく、完全に充填することがわか
る。

【発明が解決しようとする課題】一方、本発明の基礎と
なる研究において、本発明の発明者は、このようにＣｕ
めっき液中に抑止剤と光沢剤とを添加した、いわゆるボ
トムアップ方式の電解めっき法では、前記凹部２２Ａの
ような層間絶縁膜中の微細な凹部中におけるボイドの形
成は抑制することができるものの、形成されるＣｕめっ
き層２５が、前記凹部２２Ａにおいて成長が促進される
結果、図６（Ｃ）に示すように盛り上がってしまい、得
られるＣｕめっき層２５の平坦性が失われてしまう問題
が生じるのが見出された。このようなＣｕめっき層２５
の盛り上がりは、図７（Ａ）に示すように配線パターン
あるいはコンタクトホールが密集している領域において
は集合して実質的な面積を有する凸部を形成するため、
図７（Ｂ）に示すようにこのような凸部が平坦化するよ
うにＣＭＰ工程を行った場合、配線パターンの密度が低
い領域、あるいは配線幅の大きい領域においてディッシ
ングおよびエロージョン量の増大が発生してしまう。そ
こで、このようなディッシングやエロージョンが発生し
た配線層上に次の層間絶縁膜を形成し、さらにその上に
次の配線層を形成することを繰り返すと、多層配線構造
中において配線パターンの断線等の問題が発生してしま
う。

【００１８】そこで、本発明は上記の課題を解決した、
新規で有用な半導体装置およびその製造方法を提供する
ことを概括的課題とする。

【００１９】本発明のより具体的な課題は、成長抑制剤
と成長促進剤とを含んだＣｕの電解めっき液中におい
て、絶縁膜中に形成された凹部を埋めるようにＣｕめっ
き層を形成する工程を含む半導体装置の製造方法におい
て、前記凹部におけるＣｕめっき層の盛り上がりを抑制
することにある。

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を、開口を有する絶縁膜が被膜された基板を、抑制剤と
促進剤とを含んだ電解めっき液中に浸漬する工程と、前
記基板を一方の電極として、前記電解めっき液中に一極
性の電流を通電する第１の通電工程と、前記開口が金属
めっき層により実質的に充填された時点ないしそれ以降
に、前記電流の極性を前記一極性から反転させ、前記電
解めっき液中に反対極性の電流を通電する第２の通電工
程と、前記基板を一方の電極として、前記電流の極性を
前記反対極性から反転させ、前記電解めっき液中に前記
一極性の電流を通電する第３の通電工程とを、順に有す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法により、ある
いは基板上に第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁
膜上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の層間
絶縁膜中に形成された配線溝と、前記第１の層間絶縁膜
中に前記配線溝に対応して形成されたビアホールと、前
記配線溝および前記ビアヒールを充填する導体パターン
とよりなる多層配線構造を有する半導体装置の製造方法
において、前記第２の層間絶縁膜および前記第１の層間
絶縁膜中に、前記配線溝および前記ビアホールをそれぞ
れ形成する工程と、前記配線溝および前記ビアホールの
側壁面および底面を覆うように、前記第２の層間絶縁膜
上に導電性のめっきシード層を形成する工程と、前記導
電性めっきシード層を形成する工程の後、前記基板を、
促進剤と抑制剤とを含むめっき液中に浸漬する工程と、
前記基板を一方の電極として、前記電解めっき液に一極
性の電流を通電する第１の通電工程と、前記配線溝およ
びビアホールが金属めっき層により実質的に充填された
時点、あるいはそれ以降において、前記電流の極性を、
前記一極性から反転させる第２の通電工程と、前記第２
の通電工程の後、前記電解めっき液に電流を通電する第
３の通電工程と、前記第２の層間絶縁膜上の金属めっき
層を化学機械研磨法により除去し、前記配線溝および前
記ビアホールを埋めるように前記導体パターンを形成す
る工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法
により、解決する。

【００２０】本発明によれば、電解めっき液中に抑制剤
を導入することにより、電界集中に起因して凹部縁辺部
において局所的に生じやすい金属めっき層の膜厚の増大
を回避することができる。さらに前記電解めっき液中に
促進剤を導入することにより、微細な凹部内における金
属めっき層の堆積を促進することができる。

【００２１】その際本発明では、前記微細な凹部が金属
めっき層によりおおよそ充填された時点において、前記
電解めっき液中に通電されている電流の極性を、それま
での第１の極性から第２の極性に反転させ、前記凹部を
充填する金属めっき層の表面をわずかに溶解させる。こ
れに伴い、前記金属めっき層を構成する金属元素に対し
て高い親和性を有し、その結果前記微細な凹部に対応す
る領域において前記金属めっき層表面と結合していた促
進剤が、前記金属めっき層の溶解と共にめっき液中に分
散する。換言すると、かかる電流の極性反転に伴い、前
記促進剤の前記金属めっき層表面における局在化が解消
する。その結果、再び前記金属めっき層上に電解めっき
を再開した場合、もはや前記凹部に対応する領域におけ
る局部的な金属めっき層の厚さの増大は生じることがな
く、平坦な金属めっき層が得られる。

【００２２】かかる電解めっき液に通電される電流の極
性反転は、前記凹部が充填された時点あるいはそれ以降
においてインパルス的に行っても、あるいは周期的に行
っても、さらには非対称交流電流の形で行ってもかまわ
ない。特に、基板上に複数の凹部が存在する場合、かか
る電解めっき電流の極性反転は、径あるいは幅が最小の
凹部が金属めっき層により充填された時点において行う
のが好ましい。

【発明の実施の形態】［第１実施例］図８（Ａ）〜図９
（Ｅ）は、本発明の第１実施例による半導体装置の製造
方法を示す。

【００２３】図８（Ａ）を参照するに、ＭＯＳトランジ
スタ等の活性素子およびこれに協働する配線パターン、
さらに絶縁膜を含む基板４１上には層間絶縁膜４２が形
成され、前記層間絶縁膜４２中には溝あるいはビアホー
ルを構成する凹部４２Ａが形成される。典型的な例で
は、前記凹部４２Ａは幅が０．２から０．５μｍ程度で
深さが５００ｎｍ程度のラインアンドスペースパターン
を形成する。さらに、前記層間絶縁膜４２上には、前記
凹部４２Ａを覆うようにＴａＮ拡散障壁層４３がスパッ
タリングにより形成されており、さらに前記ＴａＮ層４
３上にはＣｕのシード層４４がスパッタリングあるいは
ＣＶＤ法により、例えば３００ｎｍ程度の厚さに形成さ
れる。

【００２４】図８（Ａ）の状態では、このように形成さ
れた基板が、ＰＥＧ等の抑止剤およびチオ尿酸ナトリウ
ムのようなＳを含む光沢剤を添加されたＣｕめっき液中
に浸漬される。その際、抑止剤は分子サイズが大きいた
め微細な凹部４２Ａ中には進入できず層間絶縁膜４２の
平坦な表面に対応した、Ｃｕシード層４４の平坦な表面
を覆うのに対し、光沢剤は凹部４２Ａ中に進入する。

【００２５】この状態で前記Ｃｕ電解液中に、前記基板
４１をカソードとして、換言すると前記Ｃｕシード層４
４をカソードとして通電すると、Ｃｕと光沢剤中のＳと
の間の親和性により、図８（Ｂ）に示すように前記凹部
４２Ａ中においてＣｕめっき層４５の成長が選択的に生
じる。一方、前記Ｃｕシード層４４の平坦な表面部分上
においてはＣｕめっき層４５の成長は、供給されたＣｕ
量の分（電荷分）だけ成長する。

【００２６】その結果、図８（Ｃ）に示すように、前記
凹部４２ＡがＣｕめっき層４５により実質的に完全に充
填され、しかも前記Ｃｕめっき層４５の表面が平坦にな
った状態が出現する。しかし、この状態においても、前
記光沢剤はＣｕとの強い親和性の結果、前記Ｃｕめっき
層４５のうち、前記凹部４２Ａに対応する部分に局在し
ており、この状態で電解めっきを継続すると、先に従来
技術で説明したのと同様なＣｕめっき層４５の盛り上が
りの問題が生じてしまう。

【００２７】そこで、本実施例では図８（Ｃ）の状態が
出現した時点で、図９（Ｄ）に示すように前記電解液中
に通電される電流の極性を反転させ、前記Ｃｕめっき層
４５の表面部分をわずかに液中に溶解させる。この工程
により、前記Ｃｕめっき層４５上に前記凹部４２Ａに対
応して局在化していた光沢剤は、結合していたＣｕ原子
と共に、Ｃｕイオンの形で電解液中に分散し、光沢剤の
局在化が解消される。

【００２８】このように、図９（Ｄ）の工程において前
記極性の反転がなされた後、図９（Ｅ）の工程において
前記電解液中に当初の極性で電流を通電することによ
り、平坦なＣｕめっき層４５が、一様に成長する。

【００２９】図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、図９（Ｄ）の工
程において実行されるめっき電流の極性反転の例を示
す。

【００３０】図１０（Ａ）〜（Ｃ）を参照するに、図１
０（Ａ）は、単一の極性反転パルスの形で極性反転を行
った場合を、図１０（Ｂ）は、パルス極性反転を繰り返
し行った場合を、さらに図１０（Ｃ）は、前記極性反転
の際にめっき電流を非対称交流の形で供給した場合を示
す。

【００３１】図１１は、開口部幅がａおよび２ａの凹部
をＣｕめっき層で充填する際に、図９（Ｄ）のタイミン
グにおいて様々な極性反転モードを使った場合の、実測
された盛り上がり高さを任意単位で示す図である。ただ
し図１１中、ａと示してあるのは、開口部幅がａの凹部
を充填した場合を、また２ａと示してあるのは、開口部
幅が２ａの凹部を充填した場合を示す。

【００３２】図１１を参照するに、「標準条件」と表記
した、めっき電流の極性反転を一切行わない従来の場合
には、凹部に対応して前記層４５に対応するＣｕめっき
層の実質的な盛り上がりが生じているのがわかる。この
うち、開口部幅がａの場合の方が、２ａの場合よりも盛
り上がりの程度は大きくなっているのがわかる。これに
対し、「条件１」と表記した、図９（Ｄ）のタイミング
において極性の反転は行わず、めっき液中に添加される
光沢剤と抑止剤の濃度を変化させた場合には、「標準条
件」と実質的に同程度の盛り上がりが、Ｃｕめっき層に
おいて生じているのがわかる。

【００３３】一方、図９（Ｄ）のタイミングにおいて、
先の図１０（Ａ）に示すような単一の極性反転パルスを
１秒間与えた場合（「パルス条件１」）、盛り上がりの
程度は多少減少しているのがわかる。一方、この極性反
転パルスの長さを５秒間とした場合には（「パルス条件
２」）、盛り上がりの程度は標準条件と同程度になって
しまう。これに対し、図１０（Ｂ）に示すような極性反
転パルスを繰り返し与えた場合には、図１１中に「パル
ス条件３」あるいは「パルス条件４」で示すように、Ｃ
ｕめっき層の盛り上がりは実質的に減少し、特に開口部
幅が２ａの場合には、実質的にゼロになる。ただし、
「パルス条件３」においては、持続時間がいずれも１秒
間の順極性のパルスと逆極性のパルスを、交互に繰り返
し、２０秒間にわたり供給する。これに対し、「パルス
条件４」においては、持続時間がいずれも０．５秒間の
順極性のパルスと逆極性のパルスを、交互に繰り返し、
２０秒間にわたり供給する。

【００３４】図１１の結果は、特に図９（Ｄ）のタイミ
ングにおいて、図１０（Ｂ）に示すような極性反転パル
スを繰り返し印加するのが、Ｃｕめっき層の盛り上がり
を抑制するのに特に有効であることを示している。ただ
し、この現象のメカニズムは、現在のところ解明されて
いない。

【００３５】本発明においては、図９（Ｄ）のタイミン
グの検出は、時間計測により行う。

【００３６】図１２（Ａ），（Ｂ）は、様々なサイズの
凹部をＣｕめっき層により充填する際の、充填の深さと
時間の関係を示す。

【００３７】図１２（Ａ）を参照するに、縦軸は図１２
（Ｂ）に定義する、Ｃｕめっき層により部分的に充填さ
れた凹部の、層間絶縁膜表面から測った深さ（"Bottom
Thickness"）を、また横軸は図１２（Ｂ）に定義する、
平坦な層間絶縁膜上で測ったＣｕめっき層の厚さ（"Act
ual plate thickness"）を表すが、前記平坦な層間絶縁
膜上で測ったＣｕめっき層の厚さは、時間に対応する。
図１２（Ａ）において、縦軸がゼロの位置が、前記凹部
が完全に充填された状態に対応している。

【００３８】図１２（Ａ）に示すように、縦軸に示す充
填の深さは、○，◆，×で示すように充填される凹部の
サイズに対応する固有の特性曲線により規定されるた
め、かかる特性曲線に基づいて、図９（Ｄ）のタイミン
グをめっき開始時点からの時間により決定することが可
能である。

【００３９】なお、先に図７（Ａ），（Ｂ）に示したよ
うな基板上に大きさの異なる複数の凹部ないし開口部が
存在する場合には、前記めっき電流の極性を反転させる
タイミングを、盛り上がりがもっと顕著に現れる最小寸
法の凹部が完全に充填されるタイミングにおおよそ一致
するように選ぶのが好ましい。 ［第２実施例］図１３（Ａ）〜図１４（Ｅ）は、本発明
をデュアルダマシン法による多層配線構造の形成に適用
した、本発明の第２実施例による半導体装置の製造方法
を示す。

【００４０】図１３（Ａ）を参照するに、基板６１上に
は、Ｃｕ配線パターン６２Ａを保持する第１層目のＳｉ
Ｏ₂層間絶縁膜６２が約１μｍの厚さに形成されてお
り、前記層間絶縁膜６２は、厚さが約５００ｎｍのＳｉ
Ｎエッチングストッパ膜６３を介して、約１μｍの厚さ
の第２層目のＳｉＯ_２層間絶縁膜６４により覆われてい
る。さらに、前記第２層目のＳｉＯ₂層間絶縁膜６４
は、同じく約５００ｎｍの厚さを有する別のＳｉＮエッ
チングストッパ膜６５を介して、厚さが約１μｍの第３
層目のＳｉＯ₂層間絶縁膜６６により覆われている。ま
た、前記第２層目のＳｉＯ₂層間絶縁膜６４中には、前
記層間絶縁膜６２中に埋め込まれたＣｕ配線パターン６
２Ａを露出する、径が０．５μｍ以下、典型的には約
０．２５μｍのビアホール６４Ａが、前記ＳｉＮエッチ
ングストッパ膜６５を貫通して形成されており、さらに
前記第３層目のＳｉＯ₂層間絶縁膜６６には、前記ビア
ホール６４Ａに対応して、幅が０．２〜１０μｍ程度の
配線溝６６Ａが、レジストパターン６７を使ったレジス
トプロセスにより形成されている。

【００４１】前記レジストパターン６７を除去した後、
図１３（Ｂ）の工程において図１３（Ａ）の構造上に前
記配線溝６６Ａおよびビアホール６４Ａの底面および側
壁面を覆うように、ＴａＮ障壁層６８がスパッタリング
により形成され、さらに前記障壁層６８上にはＣｕめっ
きシード層６９が、同じくスパッタリングにより形成さ
れる。

【００４２】次に図１３（Ｃ）の工程において、前記図
１３（Ｂ）の構造を、抑止剤と光沢剤とを添加したＣｕ
めっき液中に浸漬し、前記めっきシード層６９をカソー
ドとして使い、前記Ｃｕめっき液中にめっき電流を通電
することにより、前記ビアホール６４ＡをＣｕめっき層
７０により充填する。その際、前記ビアホール６４Ａが
前記Ｃｕめっき層７０により充填された時点において、
前記めっき電流の極性を、好ましくは図１０（Ｂ）で説
明したように逆極性パルスを繰り返し供給することによ
り、反転させる。その結果、前記ビアホール６４Ａに対
応した光沢剤の局在化が解消し、再び前記めっきシード
層６９をカソードとした電解めっきを継続することによ
り、前記Ｃｕめっき層７０が前記配線溝６６Ａを充填す
るように形成される。その際、前記配線溝６６Ａが微細
で幅が典型的には０．５μｍ以下である場合には、前記
配線溝６６Ａが充填された時点あるいはそれ以降におい
て再び逆極性の電流パルスを供給するようにしてもよ
い。その結果、図１３（Ｃ）に示すように、前記Ｃｕめ
っき層７０が前記配線溝６６Ａを充填し、しかも前記配
線溝６６Ａに対応した盛り上がりのない構造が得られ
る。

【００４３】さらに前記Ｃｕめっき層７０の成長を継続
することにより、図１４（Ｄ）に示す構造が得られ、さ
らに前記層間絶縁膜６６表面のＣｕめっき層７０および
バリアメタル層６８を化学機械研磨により除去すること
により、図１４（Ｅ）に示す、前記Ｃｕめっき層７０よ
りなる配線パターン７０Ａを備えた所望の多層配線構造
が得られる。

【００４４】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内におい
て、様々な変形・変更が可能である。

【００４５】要約すると、本発明の特徴は以下のとおり
となる。

【００４６】（１） 開口を有する絶縁膜が被膜された
基板を、抑制剤と促進剤とを含んだ電解めっき液中に浸
漬する工程と、前記基板を一方の電極として、前記電解
めっき液中に一極性の電流を通電する第１の通電工程
と、前記開口が金属めっき層により実質的に充填された
時点ないしそれ以降に、前記電流の極性を前記一極性か
ら反転させ、前記電解めっき液中に反対極性の電流を通
電する第２の通電工程と、前記基板を一方の電極とし
て、前記電流の極性を前記反対極性から反転させ、前記
電解めっき液中に前記一極性の電流を通電する第３の通
電工程とを、順に有することを特徴とする半導体装置の
製造方法。 （２） 前記第２の通電工程は、前記電解めっき液中
に、前記反対極性の電流を、パルスとして供給すること
を特徴とする（１）記載の半導体装置の製造方法。 （３） 前記第２の通電工程は、前記電解めっき液中
に、前記反対極性の電流を、パルス状に繰り返し、周期
的に供給することを特徴とする（１）記載の半導体装置
の製造方法。 （４） 前記第２の通電工程は、前記電解めっき液中
に、前記電流を、非対称交流電流として供給することを
特徴とする（１）記載の半導体装置の製造方法。 （５） 前記第２の通電工程において、複数有する前記
開口のうちない容積が最も小さい開口が前記金属めっき
層により実質的に充填された時点で、前記電流の極性を
反転させる（１）〜（４）のうち、いすれか一項記載の
半導体装置の製造方法。 （６） 基板上に第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間
絶縁膜上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記第２の
層間絶縁膜中に形成された配線溝と、前記第１の層間絶
縁膜中に前記配線溝に対応して形成されたビアホール
と、前記配線溝および前記ビアヒールを充填する導体パ
ターンとよりなる多層配線構造を有する半導体装置の製
造方法において、前記第２の層間絶縁膜および前記第１
の層間絶縁膜中に、前記配線溝および前記ビアホールを
それぞれ形成する工程と、前記配線溝および前記ビアホ
ールの側壁面および底面を覆うように、前記第２の層間
絶縁膜上に導電性のめっきシード層を形成する工程と、
前記導電性めっきシード層を形成する工程の後、前記基
板を、促進剤と抑制剤とを含むめっき液中に浸漬する工
程と、前記基板を一方の電極として、前記電解めっき液
に一極性の電流を通電する第１の通電工程と、前記配線
溝およびビアホールが金属めっき層により実質的に充填
された時点、あるいはそれ以降において、前記電流の極
性を、前記一極性から反転させる第２の通電工程と、前
記第２の通電工程の後、前記電解めっき液に電流を通電
する第３の通電工程と、前記第２の層間絶縁膜上の金属
めっき層を化学機械研磨法により除去し、前記配線溝お
よび前記ビアホールを埋めるように前記導体パターンを
形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製
造方法。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、絶縁膜中に形成された
凹部を光沢剤と抑止剤とを添加した電解めっきにより、
導電材料により充填する際に、前記凹部が充填された時
点でめっき液中に通電される電流の極性を反転させるこ
とにより、形成された前記導電材料よりなる電解めっき
層のうち前記凹部に対応する領域上における光沢剤の局
在化が解消し、その結果、電解めっきをさらに継続した
場合に従来生じていた、かかる凹部に対応した領域にお
ける電解めっき層の盛り上がりの問題が解消される。本
発明では得られる構造が平坦であり、多層配線構造の形
成に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電解めっき装置の構成を示す図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、電解めっき法を使った従来
の多層配線構造の形成方法を示す図（その１）である。

【図３】（Ｄ）〜（Ｅ）は、電解めっき法を使った従来
の多層配線構造の形成方法を示す図（その２）である。

【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、従来の電解めっきで使われ
ている様々な通電モードを示す図である。

【図５】（Ａ），（Ｂ）は、従来の電解めっきで生じる
問題点を説明する図である。

【図６】（Ａ），（Ｂ）は、前記図５の問題点を解決す
るために提案されている別の従来の電解めっき法を説明
する図である。

【図７】（Ａ），（Ｂ）は、図６の方法において生じる
問題点を説明する図である。

【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施例による
電解めっき工程を含む半導体装置の製造方法を示す図
（その１）である。

【図９】（Ｄ）〜（Ｅ）は、本発明の第１実施例による
電解めっき工程を含む半導体装置の製造方法を示す図
（その２）である。

【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１実施例で使
われる電解めっき電流の例を示す図である。

【図１１】本発明の第１実施例による電解めっき層の盛
り上がり抑制効果を示す図である。

【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、時間計測に基づく電解め
っき電流の極性反転タイミングを決定する原理を示す図
である。

【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２実施例によ
る、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法を示す
図（その１）である。

【図１４】（Ｅ）〜（Ｆ）は、本発明の第２実施例によ
る、多層配線構造を有する半導体装置の製造方法を示す
図（その２）である。

【符号の説明】

１１ めっき液溜 １１Ａ チラー １１Ｂ ヒータ １１Ｃ フィルタ １１Ｄ 循環ポンプ １２ めっき浴 １２Ａ アノード電極 １２Ｂ カソード電極 １３ 基板 １３Ａ 基板ホルダ １４Ａ パルス発生器 １４Ｂ 電源 ２１，４１，６１ 基板 ２２，４２、６２，６４，６６ 層間絶縁膜 ２２Ａ，４２Ａ，６４Ａ ビアホール ２３，４３，６８ バリアメタル層 ２４，４４．６９ Ｃｕシード層 ２５，４５，７０ Ｃｕめっき層 ２５Ａ，６２Ａ，７０Ａ Ｃｕ配線パターン ２５Ｘ ボイド ６３，６５ エッチングストッパ ６６Ａ 配線溝 ６７ レジストパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細田 勉 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 4K024 AB03 AB15 BB12 BC10 CA02 CA07 CA08 CB05 CB13 CB21 DB07 GA16 4M104 BB04 BB32 DD52 FF18 FF22 HH20 5F033 HH11 HH32 JJ01 JJ11 JJ32 KK11 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 PP27 PP33 QQ09 QQ10 QQ25 QQ37 RR04 RR06 TT02 XX00

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口を有する絶縁膜が被膜された基板
   を、抑制剤と促進剤とを含んだ電解めっき液中に浸漬す
   る工程と、 前記基板を一方の電極として、前記電解めっき液中に一
   極性の電流を通電する第１の通電工程と、 前記開口が金属めっき層により実質的に充填された時点
   ないしそれ以降に、前記電流の極性を前記一極性から反
   転させ、前記電解めっき液中に反対極性の電流を通電す
   る第２の通電工程と、 前記基板を一方の電極として、前記電流の極性を前記反
   対極性から反転させ、前記電解めっき液中に前記一極性
   の電流を通電する第３の通電工程とを、順に有すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第２の通電工程は、前記電解めっき
   液中に、前記反対極性の電流を、パルスとして供給する
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記第２の通電工程は、前記電解めっき
   液中に、前記電流を、非対称交流電流として供給するこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記第２の通電工程において、複数有す
   る前記開口のうちない容積が最も小さい開口が前記金属
   めっき層により実質的に充填された時点で、前記電流の
   極性を反転させる請求項１〜３のうち、いすれか一項記
   載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 基板上に第１の層間絶縁膜と、前記第１
   の層間絶縁膜上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記
   第２の層間絶縁膜中に形成された配線溝と、前記第１の
   層間絶縁膜中に前記配線溝に対応して形成されたビアホ
   ールと、前記配線溝および前記ビアヒールを充填する導
   体パターンとよりなる多層配線構造を有する半導体装置
   の製造方法において、 前記第２の層間絶縁膜および前記第１の層間絶縁膜中
   に、前記配線溝および前記ビアホールをそれぞれ形成す
   る工程と、 前記配線溝および前記ビアホールの側壁面および底面を
   覆うように、前記第２の層間絶縁膜上に導電性のめっき
   シード層を形成する工程と、 前記導電性めっきシード層を形成する工程の後、前記基
   板を、促進剤と抑制剤とを含むめっき液中に浸漬する工
   程と、 前記基板を一方の電極として、前記電解めっき液に一極
   性の電流を通電する第１の通電工程と、 前記配線溝およびビアホールが金属めっき層により実質
   的に充填された時点、あるいはそれ以降において、前記
   電流の極性を、前記一極性から反転させる第２の通電工
   程と、 前記第２の通電工程の後、前記電解めっき液に電流を通
   電する第３の通電工程と、 前記第２の層間絶縁膜上の金属めっき層を化学機械研磨
   法により除去し、前記配線溝および前記ビアホールを埋
   めるように前記導体パターンを形成する工程とを含むこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。