JP2002080995A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カップ状のメッキ槽に取り付けたウェハへ気
泡が停留するのを防止する。 【解決手段】 カップ状のメッキ槽にフェイスダウンで
ウェハを固定し、該ウェハ表面に沿って前記メッキ槽内
をメッキ液が流れて、前記ウェハにメッキ処理を行なう
半導体装置の製造方法において、前記ウェハを水平から
傾けた状態でメッキ処理を行なう。上述した手段によれ
ば、ウェハが傾いた状態でメッキ処理が行なわれること
によって、メッキ液に含まれている微細な気体が集まっ
て気泡となり、この気泡がウェハに付着しても、こうし
た気泡が自らの浮力によってウェハ表面を移動しウェハ
の配線部分に停留しにくくなる。このため、気泡の付着
によって形成される凹部が減少し、こうした凹部による
パターンの欠けによる配線の断線或いはメッキ厚の低下
による配線膜厚の減少を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
に関し、特に、メッキ処理を行なう半導体装置の製造に
適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化及び高性能化のた
めに各素子構造の微細化が進められており、こうした微
細化の進展によって各素子を接続して回路を構成する配
線も微細化され、且つ配線長が増加する傾向にある。こ
のため、配線の微細化による配線抵抗の増加によって電
圧低下・発熱等が大きな問題となり、配線長の増加によ
って配線遅延の問題が生じてくる。これらの問題を解決
するために、配線をより低抵抗化するために抵抗率の低
い配線材料として銅が用いられ始めている。

【０００３】こうした銅配線では、絶縁膜に設けた溝若
しくは孔パターンを金属膜で埋め込んで、表面の金属膜
を除去して前記溝若しくは孔内に配線若しくはプラグを
形成するダマシン構造の配線技術が主流であり、その金
属膜の形成にはスパッタ膜をシード層としたメッキ法を
用い銅を埋め込む技術が主流となっている。

【０００４】銅メッキではカップ状のメッキ槽にフェイ
スダウンでウェハを密着させ、ウェハをカソード電極に
接触させて、このカソード電極とメッキ槽内に設けた銅
のアノード電極との間に電圧を加える電解メッキが用い
られており、メッキ液はメッキ槽の底面から供給しメッ
キ槽内を流れて外部に流出する方式となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た電解メッキでは、メッキ液に含まれている微細な気体
が集まって気泡となり、この気泡がウェハに付着するこ
とがある。こうした気泡がウェハの配線部分に停留した
状態でメッキが進行した場合には、気泡が付着した部分
のメッキ面に１００μｍ程度の円形若しくは楕円形の凹
部が多数形成されることがあり、この凹部がパターンの
欠けによる配線の断線或いはメッキ厚の低下による配線
膜厚の減少を招くこととなる。

【０００６】このような問題を解決するため、例えば特
開平１０‐２０４６７９号公報にはメッキ液流出路の入
口に沿って導流壁を設けてメッキ液の流れを蛇行させる
技術が開示されている。しかしながらこの技術は、段差
部分の澱みによる滞留を防止することを目的としたもの
であり、ウェハの全面にわたる気泡の付着防止までは考
えられていない。

【０００７】本発明は、ウェハ全面に対して有効な、気
泡の停留を防止する技術を提供することを課題とするも
のである。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の課題と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１０】カップ状のメッキ槽にフェイスダウンでウ
ェハを固定し、該ウェハ表面に沿って前記メッキ槽内を
メッキ液が流れて、前記ウェハにメッキ処理を行なう半
導体装置の製造方法において、前記ウェハを水平から傾
けた状態でメッキ処理を行なう。

【００１１】上述した手段によれば、ウェハが傾いた状
態でメッキ処理が行なわれることによって、メッキ液に
含まれている微細な気体が集まって気泡となり、この気
泡がウェハに付着しても、こうした気泡が自らの浮力に
よってウェハ表面を移動しウェハの配線部分に停留しに
くくなる。このため、気泡の付着によって形成される凹
部が減少し、こうした凹部によるパターンの欠けによる
配線の断線或いはメッキ厚の低下による配線膜厚の減少
を防止することができる。

【００１２】以下、本発明の構成について、実施の形態
とともに説明する。なお、実施の形態を説明するための
全図において、同一機能を有するものは同一符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施の形態で
ある製造方法に用いられるメッキ装置の構成を示す平面
図である。

【００１４】ダマシン配線のメッキ工程では、それ以前
の工程で、半導体ウェハ主面上に形成された層間絶縁膜
に配線の形成される溝或いは孔に、銅の拡散を防止する
バリヤ膜及び電解メッキのシード層となるスパッタ膜を
形成する。このようなウェハはカセットに複数枚収容さ
れて装置間を搬送され、カセットの状態でメッキ装置の
ローダ部１にセットされる。ウェハ２はこのカセットか
ら一枚ずつ搬送アーム３によって取り出され、プリアラ
イナ４でウェハ２のアライメントを調整して、メッキチ
ャンバ５に送られメッキ処理が施される。

【００１５】メッキ処理が終了したウェハ２は、再び搬
送アーム３によってリンスチャンバ６に運ばれて、先ず
スピンオフによるメッキ液の飛散除去を行ない、続いて
ウェハ２の洗浄及び洗浄後の乾燥が行なわれ、再び搬送
アーム３によってアンローダ部７に運ばれてカセットに
収容される。この後カセットの状態でウェハは搬送され
て、以降の工程で銅メッキ膜のアニールを行なった後
に、不要の銅メッキ膜を除去するためのＣＭＰ(Chemica
l Mechanical Polishing)処理が行なわれる。

【００１６】図２はメッキチャンバ５の要部を拡大して
示す縦断面図である。メッキチャンバ５では、カップ状
のメッキ槽１１の上面に環状のカソード電極１２が取り
付けられており、メッキ槽１１の上面に取り付けられた
開閉式の円板状のカバー１３によってメッキ槽１１を密
封状態とすることができる。

【００１７】そして、このカバー１３にフェイスダウン
でメッキ処理の行なわれるウェハ１４を取り付けて、ウ
ェハ１４のメッキ処理面に形成されたシード層をカソー
ド電極１２に接触させた状態でメッキ槽１１を密封し
て、内部にメッキ液を充満させ、カソード電極１２に導
通したウェハ１４のシード層とメッキ槽１１の底面に設
けた銅のアノード電極１５との間に電圧を加えて電解メ
ッキを行ない、シード層の表面に銅膜を形成する。

【００１８】メッキ液は硫酸銅を主とし、メッキ槽１１
の底面に設けた流入口１６から供給し、ウェハ１４表面
に沿ってメッキ槽１１内を流れてメッキ槽１１上部に設
けた流出口１７からメッキ槽１１の周囲を覆う外筒１８
に流出する方式となっている。流出口１７から流出した
メッキ液は、外部に設けられた薬液回収装置１９に運ば
れて不純物濾過等の処理を行ない、薬液供給装置２０に
て添加剤等の供給を行なって成分を調整し、再び流入口
へ送られる。

【００１９】従来のメッキ装置では、メッキチャンバ５
は水平に接地され、メッキ槽１１も垂直の状態を保って
いるが、本実施の形態のメッキ槽１１は垂直から傾斜し
た状態でメッキ処理が行なわれる。より具体的には、垂
直から２５度程度傾けた状態で、即ちカバー１３に取り
付けられたウェハ１４は、水平から２５度程度傾いた状
態でメッキ処理が行なわれる。

【００２０】ウェハ１４が傾いた状態でメッキ処理が行
なわれることによって、メッキ液に含まれている微細な
気体が集まって気泡となり、この気泡がウェハ１４に付
着しても、こうした気泡が自らの浮力によってウェハ１
４表面を移動しウェハ１４の配線部分に停留しにくくな
る。このため、気泡の付着によって形成される凹部が減
少し、こうした凹部によるパターンの欠けによる配線の
断線或いはメッキ厚の低下による配線膜厚の減少を防止
することができる。傾ける角度としては、５度〜８５度
を用いることができるが、２０度〜４０度が適してい
る。

【００２１】本実施の形態のメッキ装置と従来のメッキ
装置との比較を行なうために、夫々について同一条件の
メッキ処理を行なった。サンプルとなるウェハには、幅
０．５μｍ、厚さ０．２５μｍの配線となる溝、及び該
溝の下層に形成した径０．２５μｍ、厚さ１μｍの孔を
形成し、これらの溝及び孔を埋め込む銅メッキ処理を行
ない、メッキ条件は電流密度１．０Ａ／ｄｍ²で厚さ
０．７μｍとした。

【００２２】メッキ処理したサンプルにＳＥＭによる表
面観察を行ない、楕円形或いは円形の凹部の発生数を計
数した結果、従来のメッキ装置では凹部はウェハ１枚あ
たり２５個であったが、本実施の形態のメッキ装置では
凹部はウェハ１枚あたり３個と大幅に低減していた。

【００２３】図３は本実施の形態の変形例であるメッキ
装置のメッキチャンバの要部を拡大して示す縦断面図で
ある。このメッキチャンバでは、ウェハ１４の中心を軸
としてウェハ１４に毎分２０回転程度の回転を与えなが
らメッキ処理を行なう構成となっており、他の構成は前
述したメッキ装置と同様である。即ち、メッキ槽１１は
垂直から傾斜した状態でメッキ処理が行なわれる。より
具体的には、垂直から２５度程度傾けた状態で、即ちカ
バーに取り付けられたウェハ１４は、水平から２５度程
度傾いた状態でメッキ処理が行なわれる。

【００２４】ウェハ１４が回転することによって、ウェ
ハ１４に付着した気泡が自らの浮力に加えて回転による
力が加えられるため、より移動が起こりやすくなりウェ
ハ１４の配線部分に停留しにくくなる。このため、気泡
の付着によって形成される凹部が更に減少し、こうした
凹部によるパターンの欠けによる配線の断線或いはメッ
キ厚の低下による配線膜厚の減少を防止することができ
る。

【００２５】このメッキ装置について、前述したメッキ
装置との比較を行なうために、同一条件のメッキ処理を
行なったサンプルをＳＥＭにより表面観察を行ない、楕
円形或いは円形の凹部の発生数を計数した結果、このメ
ッキ装置では凹部はウェハ１枚あたり２個と更に低減し
ていた。

【００２６】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明
は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは
勿論である。

【００２７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 （１）本発明によれば、電解メッキにてウェハの配線部
分に気泡が停留するのを防止することができるという効
果がある。 （２）本発明によれば、上記効果（１）により、前記気
泡の付着によってメッキ面に凹部が形成されるのを抑制
することができるという効果がある。 （３）本発明によれば、上記効果（２）により、前記凹
部によってパターンが欠けて配線が断線するのを防止す
ることができるという効果がある。 （４）本発明によれば、上記効果（２）により、前記凹
部によってメッキ厚が低下し配線膜厚が減少するのを防
止することができるという効果がある。 （５）本発明によれば、上記効果（３）（４）により、
ダマシン構造の配線の信頼性を向上させることができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
に用いられるメッキ装置の構成を示す平面図である。

【図２】本発明の一実施の形態であるメッキ装置のメッ
キチャンバの要部を拡大して示す縦断面図である。

【図３】本発明の一実施の形態の変形例であるメッキ装
置のメッキチャンバの要部を拡大して示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１…ローダ部、２…ウェハ、３…搬送アーム、４…プリ
アライナ、５…メッキチャンバ、６…リンスチャンバ、
７…アンローダ部、１１…メッキ槽、１２…カソード電
極、１３…カバー、１４…ウェハ、１５…アノード電
極、１６…流入口、１７…流出口、１８…外筒、１９…
薬液回収装置、２０…薬液供給装置。

フロントページの続き (72)発明者 川上 和也 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 梶田 晋 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 橋本 武司 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Ｆターム(参考） 4K024 AA09 AB01 AB06 BA11 BB12 BC10 CA06 CB08 CB13 DA10 DB10 GA16 4M104 BB04 DD52 HH13

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カップ状のメッキ槽にフェイスダウンで
   ウェハを固定し、該ウェハ表面に沿って前記メッキ槽内
   をメッキ液が流れて、前記ウェハにメッキ処理を行なう
   半導体装置の製造方法において、 前記ウェハが水平から傾いた状態でメッキ処理が行なわ
   れることを特徴とする半導体装置の製造方法。