JP2003183874A - 銅薄膜の電解メッキ液 - Google Patents
銅薄膜の電解メッキ液Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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- C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
- C25D3/38—Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
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Abstract
(57)【要約】
【課題】銅シード層上に、膜ストレスが低く、かつ、比
抵抗が低く、強く(111) 配向した銅薄膜をメッキ堆積さ
せることにより、メッキ堆積後の熱処理時および化学的
機械研磨（ＣＭＰ）時も下地バリア層と銅シード層との
密着力の低下に起因する膜はげを生じさせることの無い
銅薄膜を、微細パターン部へ被覆性良くメッキ堆積す
る。 【解決手段】10〜40重量％のケイフッ化銅水溶液を電解
液として用い、銅シード層上に選択的に銅薄膜をメッキ
堆積させる。
抵抗が低く、強く(111) 配向した銅薄膜をメッキ堆積さ
せることにより、メッキ堆積後の熱処理時および化学的
機械研磨（ＣＭＰ）時も下地バリア層と銅シード層との
密着力の低下に起因する膜はげを生じさせることの無い
銅薄膜を、微細パターン部へ被覆性良くメッキ堆積す
る。 【解決手段】10〜40重量％のケイフッ化銅水溶液を電解
液として用い、銅シード層上に選択的に銅薄膜をメッキ
堆積させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
高集積化および高速化を図る上で重要な膜ストレスが低
い銅配線層の堆積に用いる電解メッキ液、さらに詳しく
は、銅薄膜の低ストレス化を図り、メッキ堆積後の熱処
理時および化学的機械研磨（ＣＭＰ）時も下地バリア層
と銅シード層との密着力の低下に起因する膜はげを生じ
させることのない銅薄膜を、アスペクト比の大きな微細
パターン部へ被覆性良く堆積することを可能ならしめた
電解メッキ液に関するものである。
高集積化および高速化を図る上で重要な膜ストレスが低
い銅配線層の堆積に用いる電解メッキ液、さらに詳しく
は、銅薄膜の低ストレス化を図り、メッキ堆積後の熱処
理時および化学的機械研磨（ＣＭＰ）時も下地バリア層
と銅シード層との密着力の低下に起因する膜はげを生じ
させることのない銅薄膜を、アスペクト比の大きな微細
パターン部へ被覆性良く堆積することを可能ならしめた
電解メッキ液に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の微細化に伴い、この回
路の動作速度は従来のように、ＭＯＳトランジスタ自体
の電子走行時間による速度ではなく、回路として、特に
多層配線層の層間容量(C) と微細配線層の抵抗(R) の積
（CR：時定数）により決定されることが知られている。
路の動作速度は従来のように、ＭＯＳトランジスタ自体
の電子走行時間による速度ではなく、回路として、特に
多層配線層の層間容量(C) と微細配線層の抵抗(R) の積
（CR：時定数）により決定されることが知られている。
【０００３】従来からプリント基板等に使用されている
硫酸銅水溶液を電解液に用いたメッキ技術が、現在では
半導体集積回路の銅配線層に用いる銅層の堆積に用いら
れるようになり、0.2 μm 以下のパターン寸法で、段差
のある半導体集積回路の銅配線層の堆積にそのまま用い
られ、特に、米国ではマイクロプロセッサに広く用いら
れるようになった。しかし、従来の硫酸銅水溶液を電解
液に用いた銅メッキ技術は１mm程度のパターン寸法のプ
リント基板のために開発された技術であり、銅薄膜の膜
質（比抵抗及びCu多結晶の配向性）も不完全であり、エ
レクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性に関する検討も
不十分である。
硫酸銅水溶液を電解液に用いたメッキ技術が、現在では
半導体集積回路の銅配線層に用いる銅層の堆積に用いら
れるようになり、0.2 μm 以下のパターン寸法で、段差
のある半導体集積回路の銅配線層の堆積にそのまま用い
られ、特に、米国ではマイクロプロセッサに広く用いら
れるようになった。しかし、従来の硫酸銅水溶液を電解
液に用いた銅メッキ技術は１mm程度のパターン寸法のプ
リント基板のために開発された技術であり、銅薄膜の膜
質（比抵抗及びCu多結晶の配向性）も不完全であり、エ
レクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性に関する検討も
不十分である。
【０００４】このような問題点に対して、現在用いられ
ている硫酸銅メッキ液に代わる新しいメッキ技術の開発
が望まれており、本発明者等は特願2000-291585 号で、
特に比抵抗が低く、強く(111) 配向した銅薄膜をメッキ
堆積することができ、さらに、アスペクト比の大きな微
細パターン部へ銅薄膜を被覆性良くメッキ堆積する方法
として、ケイフッ化銅水溶液を電解液として用いること
を特徴とする銅薄膜のメッキ方法を開発した。
ている硫酸銅メッキ液に代わる新しいメッキ技術の開発
が望まれており、本発明者等は特願2000-291585 号で、
特に比抵抗が低く、強く(111) 配向した銅薄膜をメッキ
堆積することができ、さらに、アスペクト比の大きな微
細パターン部へ銅薄膜を被覆性良くメッキ堆積する方法
として、ケイフッ化銅水溶液を電解液として用いること
を特徴とする銅薄膜のメッキ方法を開発した。
【０００５】しかし、従来の硫酸銅メッキ液および特願
2000-29185号発明に係るケイフッ化銅メッキ液を用いて
堆積した銅薄膜では、メッキ堆積時の膜ストレスが高い
ため、歪みにより下地バリア層と銅シード層との密着力
が低下し、メッキ堆積後の熱処理時および化学的機械研
磨（ＣＭＰ）時に膜はげの原因となり膜質の更なる改善
が強く望まれている。
2000-29185号発明に係るケイフッ化銅メッキ液を用いて
堆積した銅薄膜では、メッキ堆積時の膜ストレスが高い
ため、歪みにより下地バリア層と銅シード層との密着力
が低下し、メッキ堆積後の熱処理時および化学的機械研
磨（ＣＭＰ）時に膜はげの原因となり膜質の更なる改善
が強く望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路の微細
化に伴い信号遅延の問題を解決するため、金属銅(Cu)が
アルミニウム（Al）に代わって配線材料として用いられ
ている。銅配線の採用により、配線層のシート抵抗の低
減、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性の向上が
可能なことは知られている。しかし、従来の硫酸銅水溶
液を電解液に用いたメッキ技術を、そのまま最近の0.2
ミクロン以下のパターン寸法を有し、段差のある半導体
集積回路の配線に用いるには多くの問題点がある。すな
わち、比抵抗の更なる低減、(111) 配向強度の更なる向
上が必要となる。
化に伴い信号遅延の問題を解決するため、金属銅(Cu)が
アルミニウム（Al）に代わって配線材料として用いられ
ている。銅配線の採用により、配線層のシート抵抗の低
減、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性の向上が
可能なことは知られている。しかし、従来の硫酸銅水溶
液を電解液に用いたメッキ技術を、そのまま最近の0.2
ミクロン以下のパターン寸法を有し、段差のある半導体
集積回路の配線に用いるには多くの問題点がある。すな
わち、比抵抗の更なる低減、(111) 配向強度の更なる向
上が必要となる。
【０００７】また、硫酸銅で堆積した銅配線層の比抵抗
が予想ほど低くならない上、線幅の狭い銅配線では10nm
以上の厚さの銅拡散バリア膜を用いることが必要となる
ため、実際にはさらに高い配線抵抗となる。さらに、20
0nm 以下のコンタクト寸法を有し、アスペクト比が５以
上の半導体集積回路のコンタクト孔部へ、銅配線層を良
好な被覆性でメッキ堆積するのが困難となり、この硫酸
銅メッキ液による堆積ではこの寸法が限界とされてい
る。従って、上述したような硫酸銅メッキ液の諸問題を
解決するために、本発明者等は特願2000-291585 号で、
従来の硫酸銅メッキ液に代わる新しいメッキ液としてケ
イフッ化銅メッキ液を開発し、比抵抗が低く、強く(11
1) 配向した銅薄膜を堆積するメッキ方法を提供した。
が予想ほど低くならない上、線幅の狭い銅配線では10nm
以上の厚さの銅拡散バリア膜を用いることが必要となる
ため、実際にはさらに高い配線抵抗となる。さらに、20
0nm 以下のコンタクト寸法を有し、アスペクト比が５以
上の半導体集積回路のコンタクト孔部へ、銅配線層を良
好な被覆性でメッキ堆積するのが困難となり、この硫酸
銅メッキ液による堆積ではこの寸法が限界とされてい
る。従って、上述したような硫酸銅メッキ液の諸問題を
解決するために、本発明者等は特願2000-291585 号で、
従来の硫酸銅メッキ液に代わる新しいメッキ液としてケ
イフッ化銅メッキ液を開発し、比抵抗が低く、強く(11
1) 配向した銅薄膜を堆積するメッキ方法を提供した。
【０００８】ところが、半導体集積回路の配線層に銅配
線層を形成するには、図９に示すように、メッキ堆積後
に、安定化のための熱処理工程および平坦化のための化
学的機械研磨（ＣＭＰ）工程等が必要となり、硫酸銅メ
ッキ液および特願2000-291585 号発明に係るケイフッ化
銅メッキ液を用いて堆積した銅薄膜では、膜ストレスが
高いため、歪みにより下地バイア層と銅シード層との密
着力が低下し、銅薄膜の熱処理時およびその後の化学的
機械研磨（ＣＭＰ）時に膜はげの原因となる点で欠点が
ある。
線層を形成するには、図９に示すように、メッキ堆積後
に、安定化のための熱処理工程および平坦化のための化
学的機械研磨（ＣＭＰ）工程等が必要となり、硫酸銅メ
ッキ液および特願2000-291585 号発明に係るケイフッ化
銅メッキ液を用いて堆積した銅薄膜では、膜ストレスが
高いため、歪みにより下地バイア層と銅シード層との密
着力が低下し、銅薄膜の熱処理時およびその後の化学的
機械研磨（ＣＭＰ）時に膜はげの原因となる点で欠点が
ある。
【０００９】本発明は、硫酸銅メッキ液による諸問題を
解決し、さらに、ケイフッ化銅メッキ液を用いて堆積さ
せた銅薄膜の低ストレス化を図り、メッキ堆積後の熱処
理時および化学的機械研磨（ＣＭＰ）時も下地バリア層
との密着力を低下させることなく、さらに、アスペクト
比の大きな微細パターン部へ銅薄膜を被覆性良くメッキ
堆積できる電解メッキ液を提供することを目的とするも
のである。
解決し、さらに、ケイフッ化銅メッキ液を用いて堆積さ
せた銅薄膜の低ストレス化を図り、メッキ堆積後の熱処
理時および化学的機械研磨（ＣＭＰ）時も下地バリア層
との密着力を低下させることなく、さらに、アスペクト
比の大きな微細パターン部へ銅薄膜を被覆性良くメッキ
堆積できる電解メッキ液を提供することを目的とするも
のである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
硫酸銅電解液による銅メッキの問題点を解決するため、
電流密度、電極構造、メッキ液温度など、種々のメッキ
条件の最適化により諸問題の解決を図ろうとしたが、添
加剤による被覆度の改善を除いて諸問題点を解決できな
いことが判り、現在用いられている硫酸銅電解液では膜
質の改善、すなわち、比抵抗の低減および(111) 配向強
度の向上には限界があることに気付いた。そのため、本
発明者等は硫酸銅メッキ液による諸問題を解決するため
に硫酸銅メッキ液に代わる新しいメッキ液としてケイフ
ッ化銅水溶液を電解液として用いることを特徴とする銅
薄膜のメッキ方法を提供した（特願2000-291585 号）。
しかし、メッキ堆積後の熱処理時および化学的機械研磨
（ＣＭＰ）時に生じる下地バリア層と銅シード層との密
着力低下による膜はげの問題に対しては、従来の硫酸銅
メッキ液および特願2000-291585 号発明に係るケイフッ
化銅メッキ液では、膜はげの原因となるメッキ堆積時の
膜ストレスの低減が不充分であることが判った。そこ
で、本発明者等は上述したような密着力低下による膜は
げの問題を解決するために、ケイフッ化銅メッキ液を電
解液に用いてさらに鋭意研究を進めた結果、10〜40重量
％のケイフッ化銅水溶液を電解液として用いることによ
り、膜ストレスの低い銅薄膜をメッキ堆積できることを
見い出し、本発明を完成させるに至った。
硫酸銅電解液による銅メッキの問題点を解決するため、
電流密度、電極構造、メッキ液温度など、種々のメッキ
条件の最適化により諸問題の解決を図ろうとしたが、添
加剤による被覆度の改善を除いて諸問題点を解決できな
いことが判り、現在用いられている硫酸銅電解液では膜
質の改善、すなわち、比抵抗の低減および(111) 配向強
度の向上には限界があることに気付いた。そのため、本
発明者等は硫酸銅メッキ液による諸問題を解決するため
に硫酸銅メッキ液に代わる新しいメッキ液としてケイフ
ッ化銅水溶液を電解液として用いることを特徴とする銅
薄膜のメッキ方法を提供した（特願2000-291585 号）。
しかし、メッキ堆積後の熱処理時および化学的機械研磨
（ＣＭＰ）時に生じる下地バリア層と銅シード層との密
着力低下による膜はげの問題に対しては、従来の硫酸銅
メッキ液および特願2000-291585 号発明に係るケイフッ
化銅メッキ液では、膜はげの原因となるメッキ堆積時の
膜ストレスの低減が不充分であることが判った。そこ
で、本発明者等は上述したような密着力低下による膜は
げの問題を解決するために、ケイフッ化銅メッキ液を電
解液に用いてさらに鋭意研究を進めた結果、10〜40重量
％のケイフッ化銅水溶液を電解液として用いることによ
り、膜ストレスの低い銅薄膜をメッキ堆積できることを
見い出し、本発明を完成させるに至った。
【００１１】すなわち、本発明は電解液に10〜40重量％
のケイフッ化銅水溶液を使用することを特徴とするもの
である。10〜40重量％のケイフッ化銅水溶液を電解液と
して用いることにより、従来の硫酸銅および特願2000-2
91585 号発明に係るケイフッ化銅メッキ液を用いた場合
に比べて、膜ストレスが低く、かつ、比抵抗も低く、強
く(111) 配向した銅薄膜を微細パターンへ被覆性良く堆
積できる。
のケイフッ化銅水溶液を使用することを特徴とするもの
である。10〜40重量％のケイフッ化銅水溶液を電解液と
して用いることにより、従来の硫酸銅および特願2000-2
91585 号発明に係るケイフッ化銅メッキ液を用いた場合
に比べて、膜ストレスが低く、かつ、比抵抗も低く、強
く(111) 配向した銅薄膜を微細パターンへ被覆性良く堆
積できる。
【００１２】本発明の銅薄膜の電解メッキ液を用いれ
ば、メッキ堆積後の熱処理時および化学的機械研磨（Ｃ
ＭＰ）時に下地バリア層と銅シード層との界面で生じる
膜はげが全く起こらない銅薄膜を堆積できる。例えば、
銅薄膜のメッキ条件として、Siウエハ上にSiO2膜を200
nm堆積し、さらにバリア層としてTaN を30nm堆積し、そ
の上に銅シード層を100 nmスパッタ法により堆積後、メ
ッキ時のケイフッ化銅メッキ液濃度を変化させて銅薄膜
をメッキ堆積してメッキ堆積後に窒素雰囲気で400 ℃の
熱処理を15分間行い、膜はげの有無を調べた結果、表１
に示すように、10〜40重量％の範囲であれば熱処理後も
下地バリア層と銅シード層界との界面における膜はげの
問題は生じないことが判った。メッキ銅薄膜の膜厚は全
て400nm とし、添加剤（メルカプトプロパンスルフォン
酸ナトリウム(MPSA)、ポリエチレングリコール(PEG) 、
エチレンジアミン(EDA) の混合液）を１wt％添加し、電
流密度は1.0A/dm2で、メッキ浴温度20℃でメッキを行っ
た。また、表１の結果より、５重量％以下では膜はげが
は生じることはないが、銅薄膜のメッキ堆積速度が遅く
なり実用的でない。さらに、45重量％以上では膜はげが
生じるだけでなく、メッキ温度が17℃以下に低下すると
ケイフッ化銅の水に対する溶解度の関係で電解質である
ケイフッ化銅が析出する問題が生じるので好ましくな
い。
ば、メッキ堆積後の熱処理時および化学的機械研磨（Ｃ
ＭＰ）時に下地バリア層と銅シード層との界面で生じる
膜はげが全く起こらない銅薄膜を堆積できる。例えば、
銅薄膜のメッキ条件として、Siウエハ上にSiO2膜を200
nm堆積し、さらにバリア層としてTaN を30nm堆積し、そ
の上に銅シード層を100 nmスパッタ法により堆積後、メ
ッキ時のケイフッ化銅メッキ液濃度を変化させて銅薄膜
をメッキ堆積してメッキ堆積後に窒素雰囲気で400 ℃の
熱処理を15分間行い、膜はげの有無を調べた結果、表１
に示すように、10〜40重量％の範囲であれば熱処理後も
下地バリア層と銅シード層界との界面における膜はげの
問題は生じないことが判った。メッキ銅薄膜の膜厚は全
て400nm とし、添加剤（メルカプトプロパンスルフォン
酸ナトリウム(MPSA)、ポリエチレングリコール(PEG) 、
エチレンジアミン(EDA) の混合液）を１wt％添加し、電
流密度は1.0A/dm2で、メッキ浴温度20℃でメッキを行っ
た。また、表１の結果より、５重量％以下では膜はげが
は生じることはないが、銅薄膜のメッキ堆積速度が遅く
なり実用的でない。さらに、45重量％以上では膜はげが
生じるだけでなく、メッキ温度が17℃以下に低下すると
ケイフッ化銅の水に対する溶解度の関係で電解質である
ケイフッ化銅が析出する問題が生じるので好ましくな
い。
【００１３】
【表１】
【００１４】本発明の電解メッキ液は、パターンが形成
された、あるいは、形成されないプリント基板、ガラス
基板、シリコンウエハ上の一部または全面に、銅薄膜を
堆積させる場合に適用できる。この方法を採用した場合
には、パターンが形成された、あるいは、形成されない
プリント基板、ガラス基板、シリコンウエハ上の一部ま
たは全面に、膜ストレスが低く、かつ、比抵抗も低く、
強く(111) 配向した銅薄膜を被覆性良く堆積できる。
された、あるいは、形成されないプリント基板、ガラス
基板、シリコンウエハ上の一部または全面に、銅薄膜を
堆積させる場合に適用できる。この方法を採用した場合
には、パターンが形成された、あるいは、形成されない
プリント基板、ガラス基板、シリコンウエハ上の一部ま
たは全面に、膜ストレスが低く、かつ、比抵抗も低く、
強く(111) 配向した銅薄膜を被覆性良く堆積できる。
【００１５】メッキ時における電流密度は 0.5〜1.5A/d
m2の範囲が好ましい。この範囲内であれば、(111) 配向
強度が特に優れた銅薄膜を被覆性良く堆積できる。電流
密度が0.5A/dm2未満では堆積速度が著しく低く、1.5A/d
m2を越えると水素発生による堆積速度の低下と膜中への
欠陥導入が生じるので、膜の信頼性上好ましくない。
m2の範囲が好ましい。この範囲内であれば、(111) 配向
強度が特に優れた銅薄膜を被覆性良く堆積できる。電流
密度が0.5A/dm2未満では堆積速度が著しく低く、1.5A/d
m2を越えると水素発生による堆積速度の低下と膜中への
欠陥導入が生じるので、膜の信頼性上好ましくない。
【００１６】メッキ時におけるメッキ液液温は20〜40℃
の範囲が好ましい。この範囲内であれば、(111) 配向強
度が特に優れており、また、メッキ中に水素が発生する
こともなく、さらに、堆積速度が低減したり膜中にボイ
ドが形成されることもないので、膜の信頼性に優れてい
る。
の範囲が好ましい。この範囲内であれば、(111) 配向強
度が特に優れており、また、メッキ中に水素が発生する
こともなく、さらに、堆積速度が低減したり膜中にボイ
ドが形成されることもないので、膜の信頼性に優れてい
る。
【００１７】メッキ時における添加剤の添加量は 0.5〜
1.5wt％の範囲が好ましい。この範囲内の添加剤を添加
してメッキを行うと、微細コンタクト部へ被覆性が良好
で、かつ、比抵抗の低い銅薄膜を形成できる。添加剤の
添加量が 0.5wt％未満では比抵抗が増加し、被覆性も低
下する。添加量が 1.5wt％を越えると強く(111) 配向し
た膜が得られなくなり、信頼性上好ましくない。添加剤
としては、従来から電解メッキ時に用いられている有機
化合物（メルカプトプロパンスルホン酸（MPSA）、ポリ
エチレングリコール（PEG)、エチレンジアミン（EDA)）
を使用することができる。また、それらのうちの少なく
とも１種類以上を混合して用いることもできる。
1.5wt％の範囲が好ましい。この範囲内の添加剤を添加
してメッキを行うと、微細コンタクト部へ被覆性が良好
で、かつ、比抵抗の低い銅薄膜を形成できる。添加剤の
添加量が 0.5wt％未満では比抵抗が増加し、被覆性も低
下する。添加量が 1.5wt％を越えると強く(111) 配向し
た膜が得られなくなり、信頼性上好ましくない。添加剤
としては、従来から電解メッキ時に用いられている有機
化合物（メルカプトプロパンスルホン酸（MPSA）、ポリ
エチレングリコール（PEG)、エチレンジアミン（EDA)）
を使用することができる。また、それらのうちの少なく
とも１種類以上を混合して用いることもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。銅薄膜のメッキ条件としては、Siウエハ上
にSiO2膜を200nm 堆積し、さらに、バリアメタルとして
TaN を30nm堆積し、その上にスパッタ法により銅シード
層を100nm 堆積した。メッキ液として20重量％のケイフ
ッ化銅水溶液を用いた。また、比較のために、従来の硫
酸銅メッキ液による堆積も行った。メッキ銅薄膜の膜厚
は400nm と一定にし、添加剤（メルカプトプロパンスル
フォン酸ナトリウム(MPSA)、ポリエチレングリコール(P
EG) 、エチレンジアミン(EDA) の混合液）を１wt％添加
し、電流密度は1.0A/dm2で、メッキ浴温度20℃でメッキ
を行った。
て説明する。銅薄膜のメッキ条件としては、Siウエハ上
にSiO2膜を200nm 堆積し、さらに、バリアメタルとして
TaN を30nm堆積し、その上にスパッタ法により銅シード
層を100nm 堆積した。メッキ液として20重量％のケイフ
ッ化銅水溶液を用いた。また、比較のために、従来の硫
酸銅メッキ液による堆積も行った。メッキ銅薄膜の膜厚
は400nm と一定にし、添加剤（メルカプトプロパンスル
フォン酸ナトリウム(MPSA)、ポリエチレングリコール(P
EG) 、エチレンジアミン(EDA) の混合液）を１wt％添加
し、電流密度は1.0A/dm2で、メッキ浴温度20℃でメッキ
を行った。
【００１９】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。ただし、本発明がこれらの実施例のみに限定さ
れないことは勿論である。
明する。ただし、本発明がこれらの実施例のみに限定さ
れないことは勿論である。
【００２０】（実施例１）図１は同じ条件で堆積したメ
ッキ銅薄膜のストレスと比抵抗との関係を示す。メッキ
銅薄膜の比抵抗は、膜ストレスに強く依存し、ストレス
が低くなることにより比抵抗は減少する。膜ストレス低
減により低比抵抗膜を実現できる。本発明のケイフッ化
銅メッキ液を用いることにより、特に、低ストレス、低
比抵抗の銅薄膜を実現できる。また、この銅薄膜の(11
1) 配向もストレスの低減により向上できる。
ッキ銅薄膜のストレスと比抵抗との関係を示す。メッキ
銅薄膜の比抵抗は、膜ストレスに強く依存し、ストレス
が低くなることにより比抵抗は減少する。膜ストレス低
減により低比抵抗膜を実現できる。本発明のケイフッ化
銅メッキ液を用いることにより、特に、低ストレス、低
比抵抗の銅薄膜を実現できる。また、この銅薄膜の(11
1) 配向もストレスの低減により向上できる。
【００２１】（実施例２）図２は膜厚を400nm と一定に
した場合のメッキ銅薄膜の堆積速度とストレスとの関係
を示す。従来の硫酸銅メッキ液を用いて堆積速度3 nm/s
で堆積した銅薄膜のストレスは41.2 MPaだが、本発明の
ケイフッ化銅メッキ液を用いることにより膜ストレスを
39.0 MPaに減少できる。この結果から、ケイフッ化銅メ
ッキ液を用いることにより低ストレス膜をメッキできる
ことがわかる。従って、メッキ銅薄膜のストレスの減少
にはケイフッ化銅メッキ液が有用なことが判る。
した場合のメッキ銅薄膜の堆積速度とストレスとの関係
を示す。従来の硫酸銅メッキ液を用いて堆積速度3 nm/s
で堆積した銅薄膜のストレスは41.2 MPaだが、本発明の
ケイフッ化銅メッキ液を用いることにより膜ストレスを
39.0 MPaに減少できる。この結果から、ケイフッ化銅メ
ッキ液を用いることにより低ストレス膜をメッキできる
ことがわかる。従って、メッキ銅薄膜のストレスの減少
にはケイフッ化銅メッキ液が有用なことが判る。
【００２２】（実施例３）図３は同じ条件で堆積したメ
ッキ銅薄膜の膜厚とストレスとの関係を示す。ケイフッ
化銅メッキ液を用いた場合、膜厚増加によりストレスは
減少し、硫酸銅メッキ液を用いた場合より低いストレス
膜となる。ケイフッ化銅メッキ液は膜厚増加に伴い、3
8.5 MPaから36.0 MPaへと減少した。これは銅薄膜とバ
リア膜の間の界面で結晶格子の違いにより発生したスト
レスがメッキ膜厚増加により緩和したためと考えられ
る。
ッキ銅薄膜の膜厚とストレスとの関係を示す。ケイフッ
化銅メッキ液を用いた場合、膜厚増加によりストレスは
減少し、硫酸銅メッキ液を用いた場合より低いストレス
膜となる。ケイフッ化銅メッキ液は膜厚増加に伴い、3
8.5 MPaから36.0 MPaへと減少した。これは銅薄膜とバ
リア膜の間の界面で結晶格子の違いにより発生したスト
レスがメッキ膜厚増加により緩和したためと考えられ
る。
【００２３】（実施例４）図４は同じ条件で堆積したメ
ッキ銅薄膜のアニール前後のストレス変化を示す。アニ
ールは400 ℃で15分間行った。ケイフッ化銅メッキ液を
用いて形成された銅薄膜のストレスはアニールにより、
38.5 MPaから12.5 MPaへと減少した。硫酸銅メッキ液を
用いて形成された銅薄膜でもアニールによりストレスは
41.3 MPaから20.0 MPaへと減少したが、アニール後でも
ケイフッ化銅メッキ液を用いて形成された銅薄膜の方が
低ストレスとなる。
ッキ銅薄膜のアニール前後のストレス変化を示す。アニ
ールは400 ℃で15分間行った。ケイフッ化銅メッキ液を
用いて形成された銅薄膜のストレスはアニールにより、
38.5 MPaから12.5 MPaへと減少した。硫酸銅メッキ液を
用いて形成された銅薄膜でもアニールによりストレスは
41.3 MPaから20.0 MPaへと減少したが、アニール後でも
ケイフッ化銅メッキ液を用いて形成された銅薄膜の方が
低ストレスとなる。
【００２４】（実施例５）図５は膜厚を400nm と一定に
した場合のメッキ銅薄膜の堆積速度と密着力との関係を
示す。ケイフッ化銅メッキ液を用いて形成された銅薄膜
の密着力は、堆積速度が遅くなるに従って28.5 gf から
31.3 gf へと上昇した。硫酸銅メッキ液を用いた場合で
も、密着力は堆積速度が遅くなるに従って同様に上昇し
たが、ケイフッ化銅メッキ液を用いた場合ほどの密着力
は得られない。
した場合のメッキ銅薄膜の堆積速度と密着力との関係を
示す。ケイフッ化銅メッキ液を用いて形成された銅薄膜
の密着力は、堆積速度が遅くなるに従って28.5 gf から
31.3 gf へと上昇した。硫酸銅メッキ液を用いた場合で
も、密着力は堆積速度が遅くなるに従って同様に上昇し
たが、ケイフッ化銅メッキ液を用いた場合ほどの密着力
は得られない。
【００２５】（実施例６）図６は同じ条件で堆積したメ
ッキ銅薄膜の膜厚と密着力との関係を示す。膜厚増加に
より、ケイフッ化銅メッキ液を用いた場合の密着力は2
8.8 gf から35.1 gfへと上昇した。硫酸銅メッキ液を用
いた場合でも、密着力は膜厚増加により同様に上昇した
が、ケイフッ化銅メッキ液を用いた場合よりも高い密着
力は得られない。
ッキ銅薄膜の膜厚と密着力との関係を示す。膜厚増加に
より、ケイフッ化銅メッキ液を用いた場合の密着力は2
8.8 gf から35.1 gfへと上昇した。硫酸銅メッキ液を用
いた場合でも、密着力は膜厚増加により同様に上昇した
が、ケイフッ化銅メッキ液を用いた場合よりも高い密着
力は得られない。
【００２６】（実施例７）図７は同じ条件で堆積したメ
ッキ銅薄膜のアニール前後のストレス変化を示す。アニ
ールは400 ℃で15分間行った。アニール時の膜はげが大
きく問題になる。ケイフッ化銅メッキ液を用いて形成さ
れた銅薄膜では、密着力は33.0 gf から30.0gf への減
少となるが、硫酸銅メッキ液を用いた場合では30.0 gf
から26.7 gfへと減少した。このことから、ケイフッ化
銅メッキ液を用いた場合には、硫酸銅メッキ液を用いた
場合に比べ、アニール後も高い密着力を得られることが
判る。
ッキ銅薄膜のアニール前後のストレス変化を示す。アニ
ールは400 ℃で15分間行った。アニール時の膜はげが大
きく問題になる。ケイフッ化銅メッキ液を用いて形成さ
れた銅薄膜では、密着力は33.0 gf から30.0gf への減
少となるが、硫酸銅メッキ液を用いた場合では30.0 gf
から26.7 gfへと減少した。このことから、ケイフッ化
銅メッキ液を用いた場合には、硫酸銅メッキ液を用いた
場合に比べ、アニール後も高い密着力を得られることが
判る。
【００２７】（実施例８）図８は同じ条件で堆積したメ
ッキ銅薄膜のストレスと密着力との関係を示す。ケイフ
ッ化銅メッキ液を用いて形成された銅薄膜では、ストレ
スが41.0 gf から38.0 gf へと減少するに従って密着力
は31.3 gf から33.0 gf へと増加した。硫酸銅メッキ液
を用いて形成された銅薄膜でも、密着力はストレスが減
少することにより同様に上昇するが、ケイフッ化銅メッ
キ液を用いた場合には、硫酸銅メッキ液を用いた場合に
比べ、低ストレスで高い密着力を有する銅薄膜を実現で
きる。化学的機械研磨（ＣＭＰ）時およびアニール時に
生じるメッキ銅薄膜の膜はげの問題解決には、膜ストレ
スの低減および密着力の増加が極めて重要である。
ッキ銅薄膜のストレスと密着力との関係を示す。ケイフ
ッ化銅メッキ液を用いて形成された銅薄膜では、ストレ
スが41.0 gf から38.0 gf へと減少するに従って密着力
は31.3 gf から33.0 gf へと増加した。硫酸銅メッキ液
を用いて形成された銅薄膜でも、密着力はストレスが減
少することにより同様に上昇するが、ケイフッ化銅メッ
キ液を用いた場合には、硫酸銅メッキ液を用いた場合に
比べ、低ストレスで高い密着力を有する銅薄膜を実現で
きる。化学的機械研磨（ＣＭＰ）時およびアニール時に
生じるメッキ銅薄膜の膜はげの問題解決には、膜ストレ
スの低減および密着力の増加が極めて重要である。
【００２８】（実施例９）図９に示すように、Siウエハ
上に形成した層間絶縁膜（SiO2）を、従来のフォトレジ
ストを用いた標準的光リソグラフィ法とドライエッチン
グ法でパターン加工し、その後、フォトレジストを除去
し、パターン形成されたこのSiO2層上にバリア膜（Ta）
30nmとCuシード層150nm をスパッタ法により堆積させ、
その上に本発明のケイフッ化銅メッキ液を用いて銅薄膜
をメッキ堆積させたところ、微細パターンに被覆性良く
堆積できた。メッキ堆積後に400 ℃で熱処理して、化学
的機械研磨（ＣＭＰ）法により平坦化しても膜はげの問
題も無く、SiO2層間絶縁膜に銅配線層を形成することが
できた。
上に形成した層間絶縁膜（SiO2）を、従来のフォトレジ
ストを用いた標準的光リソグラフィ法とドライエッチン
グ法でパターン加工し、その後、フォトレジストを除去
し、パターン形成されたこのSiO2層上にバリア膜（Ta）
30nmとCuシード層150nm をスパッタ法により堆積させ、
その上に本発明のケイフッ化銅メッキ液を用いて銅薄膜
をメッキ堆積させたところ、微細パターンに被覆性良く
堆積できた。メッキ堆積後に400 ℃で熱処理して、化学
的機械研磨（ＣＭＰ）法により平坦化しても膜はげの問
題も無く、SiO2層間絶縁膜に銅配線層を形成することが
できた。
【００２９】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、従来の硫
酸銅メッキ液および特願2000-291585号発明に係るケイ
フッ化銅メッキ液を用いた場合に比べ、膜ストレスが低
い銅薄膜をメッキ堆積することができ、メッキ堆積後の
熱処理時および化学的機械研磨（ＣＭＰ）時も下地バリ
ア層と銅シード層との密着力低下に起因する膜はげを防
止できる効果がある。
酸銅メッキ液および特願2000-291585号発明に係るケイ
フッ化銅メッキ液を用いた場合に比べ、膜ストレスが低
い銅薄膜をメッキ堆積することができ、メッキ堆積後の
熱処理時および化学的機械研磨（ＣＭＰ）時も下地バリ
ア層と銅シード層との密着力低下に起因する膜はげを防
止できる効果がある。
【００３０】請求項２記載の発明によれば、パターンが
形成された、あるいは、形成されないプリント基板、ガ
ラス基板、シリコンウエハ上の一部または全面に、膜ス
トレスが低い銅薄膜を被覆性良く堆積できる効果があ
る。
形成された、あるいは、形成されないプリント基板、ガ
ラス基板、シリコンウエハ上の一部または全面に、膜ス
トレスが低い銅薄膜を被覆性良く堆積できる効果があ
る。
【００３１】請求項３記載の発明によれば、比抵抗が低
く、(111) 配向強度が強く、かつ、膜ストレスの低い銅
薄膜を被覆性良く堆積できる効果がある。
く、(111) 配向強度が強く、かつ、膜ストレスの低い銅
薄膜を被覆性良く堆積できる効果がある。
【００３２】請求項４記載の発明によれば、(111) 配向
強度が特に優れており、また、メッキ中に水素が発生す
ることもなく、さらに、堆積速度が低減したり膜中にボ
イドが形成されることもないので、膜ストレスの信頼性
に優れている。
強度が特に優れており、また、メッキ中に水素が発生す
ることもなく、さらに、堆積速度が低減したり膜中にボ
イドが形成されることもないので、膜ストレスの信頼性
に優れている。
【００３３】請求項５記載の発明によれば、微細コンタ
クト部へ被覆性が良好で、かつ、比抵抗および膜ストレ
スの低い銅薄膜を形成できる効果がある。
クト部へ被覆性が良好で、かつ、比抵抗および膜ストレ
スの低い銅薄膜を形成できる効果がある。
【００３４】
【図１】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜のストレスと
比抵抗との関係を示すグラフである。
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜のストレスと
比抵抗との関係を示すグラフである。
【図２】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の堆積速度と
ストレスとの関係を示すグラフである。
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の堆積速度と
ストレスとの関係を示すグラフである。
【図３】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の膜厚とスト
レスとの関係をグラフである。
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の膜厚とスト
レスとの関係をグラフである。
【図４】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜のストレス
が、アニール前後で変化する様子を示すグラフである。
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜のストレス
が、アニール前後で変化する様子を示すグラフである。
【図５】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の堆積速度と
密着力との関係を示すグラフである。
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の堆積速度と
密着力との関係を示すグラフである。
【図６】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いた場合に堆積した銅薄膜の膜厚と密着力
との関係を示すグラフである。
メッキ液を用いた場合に堆積した銅薄膜の膜厚と密着力
との関係を示すグラフである。
【図７】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いた場合に堆積した銅薄膜の密着力が、ア
ニール前後で変化する様子を示すグラフである。
メッキ液を用いた場合に堆積した銅薄膜の密着力が、ア
ニール前後で変化する様子を示すグラフである。
【図８】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いた場合に堆積した銅薄膜のストレスと密
着力との関係を示すグラフである。
メッキ液を用いた場合に堆積した銅薄膜のストレスと密
着力との関係を示すグラフである。
【図９】Siウエハ上に形成した層間絶縁膜（SiO2）を、
従来のフォトレジストを用いた標準的光リソグラフィ法
とドライエッチング法でパターン加工し、その後、フォ
トレジストを除去し、パターン形成されたこのSiO2層上
にバリア膜（Ta）30nmとCuシード層150nm をスパッタ法
により堆積させ、その上に本発明のケイフッ化銅メッキ
液を用いて銅薄膜をメッキ堆積させ、その後、400 ℃で
熱処理して、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法により平坦化
してSiO2層間絶縁膜に銅配線層を形成する手順を示す概
略図である。
従来のフォトレジストを用いた標準的光リソグラフィ法
とドライエッチング法でパターン加工し、その後、フォ
トレジストを除去し、パターン形成されたこのSiO2層上
にバリア膜（Ta）30nmとCuシード層150nm をスパッタ法
により堆積させ、その上に本発明のケイフッ化銅メッキ
液を用いて銅薄膜をメッキ堆積させ、その後、400 ℃で
熱処理して、化学的機械研磨（ＣＭＰ）法により平坦化
してSiO2層間絶縁膜に銅配線層を形成する手順を示す概
略図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 原 徹
東京都世田谷区等々力１丁目32番20号
(72)発明者 宮本 光雄
大阪府大阪市北区豊崎３丁目19番３号 森
田化学工業株式会社内
(72)発明者 石田 彰一
大阪府大阪市淀川区東三国３丁目12番10号
森田化学工業株式会社内
(72)発明者 米澤 哲夫
大阪府大阪市淀川区東三国３丁目12番10号
森田化学工業株式会社内
Ｆターム(参考） 4K023 AA19 BA14 CB11 CB13 CB33
DA07 DA08
4K024 AA09 AB08 BB11 BB12 CA01
CA04 CA06
4M104 BB04 DD52 HH08
5F033 HH11 HH21 MM12 MM13 PP15
PP27 QQ48 XX13 XX19
Claims (5)
- 【請求項１】10〜40重量％のケイフッ化銅水溶液を電解
液として用い、銅シード層上に選択的に銅薄膜をメッキ
堆積することを特徴とする銅薄膜の電解メッキ液。 - 【請求項２】パターンが形成された、あるいは、形成さ
れないプリント基板、ガラス基板、シリコンウエハ上の
一部または全面に、銅薄膜を堆積することを特徴とする
請求項１記載の電解メッキ液。 - 【請求項３】メッキ時の電流密度が 0.5〜1.5A/dm2の範
囲である請求項１記載の電解メッキ液。 - 【請求項４】メッキ時のメッキ液液温が20〜40℃の範囲
である請求項１記載の電解メッキ液。 - 【請求項５】メッキ時の添加剤添加量が 0.5〜 1.5wt％
の範囲である請求項１記載の電解メッキ液。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001383977A JP2003183874A (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 銅薄膜の電解メッキ液 |
| US10/118,797 US20030111354A1 (en) | 2001-12-18 | 2002-04-09 | Electroplating solution for copper thin film |
| US10/850,946 US20040211673A1 (en) | 2001-12-18 | 2004-05-21 | Semiconductor integrated circuit and a method for forming the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001383977A JP2003183874A (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 銅薄膜の電解メッキ液 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003183874A true JP2003183874A (ja) | 2003-07-03 |
Family
ID=19187684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001383977A Pending JP2003183874A (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | 銅薄膜の電解メッキ液 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20030111354A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003183874A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004043957A (ja) * | 2002-03-05 | 2004-02-12 | Enthone Inc | 半導体用途のための電着銅における欠陥の減少 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7799200B1 (en) | 2002-07-29 | 2010-09-21 | Novellus Systems, Inc. | Selective electrochemical accelerator removal |
| CN1308495C (zh) * | 2003-08-29 | 2007-04-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 铜电镀薄膜方法 |
| US8158532B2 (en) * | 2003-10-20 | 2012-04-17 | Novellus Systems, Inc. | Topography reduction and control by selective accelerator removal |
| US8530359B2 (en) | 2003-10-20 | 2013-09-10 | Novellus Systems, Inc. | Modulated metal removal using localized wet etching |
| US8372757B2 (en) | 2003-10-20 | 2013-02-12 | Novellus Systems, Inc. | Wet etching methods for copper removal and planarization in semiconductor processing |
| JP4738959B2 (ja) * | 2005-09-28 | 2011-08-03 | 東芝モバイルディスプレイ株式会社 | 配線構造体の形成方法 |
| US7264403B1 (en) * | 2006-05-02 | 2007-09-04 | Corning Cable Systems Llc | Optical ferrule having a covering and associated method of ablating an optical fiber |
| KR20120080595A (ko) | 2009-09-02 | 2012-07-17 | 노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드 | 감소된 등방성 에칭제 물질 소비 및 폐기물 발생 |
| US8168540B1 (en) | 2009-12-29 | 2012-05-01 | Novellus Systems, Inc. | Methods and apparatus for depositing copper on tungsten |
| JP2012127003A (ja) * | 2010-12-15 | 2012-07-05 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | 銅層を均一にする電気めっき方法 |
| CN105543909A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-05-04 | 重庆立道表面技术有限公司 | 一种无氰碱性镀铜电镀液及电镀工艺 |
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|---|---|---|---|---|
| US6444110B2 (en) * | 1999-05-17 | 2002-09-03 | Shipley Company, L.L.C. | Electrolytic copper plating method |
| US6149746A (en) * | 1999-08-06 | 2000-11-21 | Trw Inc. | Ammonium nitrate gas generating composition |
| JP3967879B2 (ja) * | 2000-11-16 | 2007-08-29 | 株式会社ルネサステクノロジ | 銅めっき液及びそれを用いた半導体集積回路装置の製造方法 |
-
2001
- 2001-12-18 JP JP2001383977A patent/JP2003183874A/ja active Pending
-
2002
- 2002-04-09 US US10/118,797 patent/US20030111354A1/en not_active Abandoned
-
2004
- 2004-05-21 US US10/850,946 patent/US20040211673A1/en not_active Abandoned
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004043957A (ja) * | 2002-03-05 | 2004-02-12 | Enthone Inc | 半導体用途のための電着銅における欠陥の減少 |
Also Published As
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|---|---|
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| US20040211673A1 (en) | 2004-10-28 |
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