JP2003268590A

JP2003268590A - めっき方法、及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003268590A
Application number: JP2002062529A
Authority: JP
Inventors: Yumi Suzuki; 優美鈴木; Yasushi Mizusawa; 寧水澤; Terukazu Aitani; 輝一藍谷; Nobuo Owada; 伸郎大和田; Daikin Mo; 大欣毛
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェハ等を銅めっき処理するに際し、
めっき液に平坦化剤を添加しなくてもオーバープレーテ
ィングの発生を防止できるめっき方法を提供する。【解決手段】ボトムアップフィル工程ＳＰ１で半導体
ウェハＷに形成されたホールやトレンチ等の凹部Ｈ内の
埋め込みを実施した後、添加剤除去工程ＳＰ２におい
て、凹部Ｈの近傍に集積した促進剤を除去する。その
後、フィールド成膜工程ＳＰ３において凹部Ｈ上方のフ
ィールド成膜を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造技術に関し、特に、銅等の金属膜の成膜に用いられ
る電解めっき方法、及びそれを用いた半導体装置の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化、微細
化は急速な進展をみせており、現在のサブハーフミクロ
ンからサブクォータミクロンへと着実に移行しようとし
ている。このような半導体デバイスの高集積化、微細化
の要請に対応して、低抵抗でありエレクトロマイグレー
ション耐性にも優れた銅が配線材料として注目されてお
り、実用化が進められている。

【０００３】銅配線層（膜）の成膜方法としては、スパ
ッタリフロー法やＣＶＤ法等、種々の方法が挙げられる
が、それらのなかでも、電解めっき法は、低コスト、高
スループットであり、且つ、ヴィアホール、コンタクト
ホール、配線溝（トレンチ）等の凹部に対して比較的良
好な埋め込み性が得られることから、今般、広く採用さ
れている。

【０００４】ここで、従来一般の銅の電解めっき方法と
しては、液槽に貯留されためっき液に、半導体ウェハ等
の被処理体をその被成膜面を下向きに、つまり、めっき
液に対面させた状態で浸漬してめっき成膜を施す方式
（いわゆるフェイスダウン方式）、或いは、その逆に被
成膜面を上向きとした状態で浸漬してめっき成膜を施す
方式（いわゆるフェイスアップ方式）を採用したものが
知られている。いずれの方式においても、銅めっき液に
半導体ウェハを浸漬させた状態で、液槽内に配置された
銅板（アノードとして機能）と半導体ウェハとの間に電
圧を印加してめっき電流を流し、銅が半導体ウェハ上に
電気化学的に還元されて成膜される。

【０００５】また、用いられる銅めっき液としては、硫
酸第二銅をその主成分としており、半導体ウェハ上に設
けられたホールやトレンチ等の凹部への埋め込み性を改
善するための各種添加剤を含むものが多用されている。
この添加剤の種類は多種多様であり、例えば、銅による
凹部内の埋め込み（ボトムアップフィル）を助長するた
めのいわゆる促進剤、銅による凹部の開口部への銅の余
分な堆積を抑制してオーバーハングを防止するためのい
わゆる抑制剤、凹部の埋め込みが完了した後のフィール
ド部における成膜速度のマイグレーションを抑止して均
一な（コンフォーマル）な成膜を実現するための平坦化
剤、等が挙げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
に、半導体デバイスの微細化に伴ってホールやトレンチ
等の凹部の幅が極めて狭くなっているところ、具体的に
は、例えば０．１７μｍ以下の設計ルールに対応するデ
バイス構造においては、凹部の埋め込み性を一層改善す
べく、上記添加剤のうち促進剤や抑制剤の効果が一層高
められためっき液の使用が必要とされる。

【０００７】この場合、凹部の埋め込みが完了した後の
フィールド成膜において、凹部の上方領域の銅の堆積速
度が、凹部が設けられていない領域の堆積速度に比して
有意に大きくなってしまい、成膜速度の相違が生じてし
まう。

【０００８】その結果、凹部が設けられているパターン
が密な部位の膜厚が疎な部位に比して厚くなる現象いわ
ゆるオーバープレーティングが生じ易くなる。換言すれ
ば、凹部のサイズが小さくなる程、そのボトムアップフ
ィルを適正に且つ十分に行う必要があるため、微細化に
伴ってオーバープレーティングが顕著となる傾向にあ
る。また、スループットを向上して生産性を向上させる
べく、電流値（密度）を高めた場合には、オーバープレ
ーティングが一層顕著化するおそれがある。

【０００９】このようにしてオーバープレーティングが
生じると、銅配線膜の余分な部分を除去するためのＣＭ
Ｐにおいて、研磨残りが発生してしまう。これを防止す
るには、過剰研磨（オーバーポリッシュ）等を行って研
磨性を高める必要があるが、そうすると、オーバープレ
ーティングの生じていない膜厚が薄い部位（パターンが
疎な部位）も過剰に研磨されて凹みが生じてしまう。こ
うなると、銅配線の抵抗がホールやトレンチ等の凹部の
パターン密度の疎密によって変化してしまい、デバイス
設計が困難となると共に、電気特性に不可避的なバラツ
キが生じてしまう。

【００１０】一方、凹部の埋め込みを完了した後の促進
剤等の効果を更に抑制すべく、平坦化剤を増強させるこ
とも考えられるが、かかる場合には、凹部内のボトムア
ップフィルも少なからず影響を受けることが懸念され
る。また、従来においても、添加剤の種類が多いために
めっき液の化学組成が複雑であり、且つ、前述したよう
に一方の添加剤の作用と他方の添加剤が互いに相反する
ものがあるため、化学種による電界・還元反応の制御メ
カニズムが非常に複雑であった。

【００１１】これに加え、更に添加剤の効力を高めるこ
ととなると、めっき液のケミストリーが更に一層複雑と
なってしまい、使用上の組成裕度が低下すると共に、及
び取扱性が悪化するおそれが考えられる。これらの観点
から、従来に比してより単純な組成を有するめっき液の
使用が望まれている。

【００１２】そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなさ
れたものであり、半導体ウェハ等の被処理体を金属めっ
き処理するに際し、被処理体上に設けられた凹部の埋め
込みを十分に行いつつ、オーバープレーティングの発生
を抑制でき、しかも、使用するめっき液の組成を簡略化
し得るめっき方法、及びそれを用いた半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は従来のめっき方法について詳細な検討を
行ったところ、オーバープレーティングの生成メカニズ
ム、すなわち、凹部の埋め込みが完了した後でも促進剤
等が有効に作用してしまい（つまり促進剤等の効力が持
続してしまい）、本来その促進剤の影響を打ち消すよう
に作用する平坦化剤の効果が不十分となる傾向が、微細
化に伴って極めて顕著となることを見出した。そして、
この知見に基づいて更に研究を重ねた結果、本発明を完
成するに至った。

【００１４】すなわち、本発明によるめっき方法は、ホ
ールやトレンチ等の凹部が設けられたＳｉウェハ等の被
処理体の被成膜面上に金属膜を形成せしめる方法であっ
て、（１）被処理体を、金属イオン及び所定の添加剤が
含有されて成るめっき液中に浸漬し、電解めっき法によ
り凹部の内部を金属で埋め込むボトムアップフィル工程
と、（２）凹部の埋め込みが終了した後に、凹部の近傍
に存在する所定の添加剤の少なくとも一部を被成膜面上
から除去する添加剤除去工程と、（３）所定の添加剤の
少なくとも一部が除去された被成膜面上に、電解めっき
法により金属を堆積せしめるフィールド成膜工程とを備
える。

【００１５】このような構成を有するめっき方法におい
ては、まず、ボトムアップフィル工程において凹部の埋
め込み（ボトムアップフィル）が行われる。使用するめ
っき液は、成膜対象である金属膜を構成する金属のイオ
ンと所定の添加剤を含んでいる。このとき、所定の添加
剤として、金属イオンの電気化学的な還元反応を促進す
る機能を有する促進剤、及び／又は、金属イオンの電気
化学的な還元反応を抑制する機能を有する抑制剤促進剤
を含むと好適であり、両者を必須成分とすることが望ま
しい。

【００１６】こうすれば、促進剤によって微小間隙を有
する凹部内における金属イオンの電析（還元／電着）反
応が助長されてボトムアップが促進される。また、抑制
剤により、凹部の開口部におけるエッジ部分にめっき電
流が集中してしまい過度の電析（還元／電着）反応が進
行することが抑制される。

【００１７】次に、凹部の埋め込みが終了したら、添加
剤除去工程において、凹部の近傍に存在する添加剤が除
去される。上述した促進剤等の添加剤は、凹部が埋め込
まれた時点で、その凹部の開口部の周囲近傍に集積する
傾向にある。特に、促進剤は、凹部近傍の被成膜面（こ
の場合、被成膜面は金属が成膜された部位を含む最表面
である。）に物理的に吸着する傾向にある。このような
添加剤の少なくとも一部、好ましくは大部分、より好ま
しくは殆ど全部が凹部近傍から除去される。換言すれ
ば、添加剤除去工程を実行することによって、ボトムア
ップフィル工程における添加剤挙動の履歴が残った状態
が解消される（キャンセルされる）。

【００１８】次いで、フィールド成膜工程において、添
加剤が除去された被成膜面上に、電解めっき法により金
属が堆積する。このとき、凹部の近傍に促進剤等の添加
剤が集中して存在していないので、凹部が設けられてい
る部分とそうでない部分において成膜速度のマイクロロ
ーディングが生じることが防止される。

【００１９】また、添加剤除去工程は、凹部が金属で埋
め込まれた被処理体をめっき液の外部へ取り出し、被成
膜面を洗浄する洗浄ステップを備えると好ましい。具体
的には、洗浄ステップにおいては、所定の添加剤に対す
る溶解能又は分散能を有する溶剤、又は水を被成膜面上
に供給するとより好ましい。

【００２０】このような洗浄ステップにおいては、凹部
の埋め込みが終了した被処理体が一旦めっき液から取り
出され、例えば、上記溶剤若しくは水等が貯留された液
槽内に浸漬され、又は、被成膜面にこれらの液がスプレ
ーされる。これにより、凹部近傍に集積している促進剤
等の添加剤が被処理体の外部へ洗い出され、凹部近傍か
ら除去される。特に、促進剤等の添加剤が有機成分であ
る場合には、上記溶剤としてアルコール類等の有機系溶
剤を用いると添加剤の除去効率が高められる。

【００２１】また、添加剤除去工程は、凹部が金属で埋
め込まれた被処理体を加熱する加熱ステップを備えると
一層好ましい。こうすれば、凹部近傍に集散している促
進剤等の添加剤が有機成分を含む場合に、被処理体が加
熱されることによってその添加剤が分解され、その結
果、添加剤が凹部近傍から除去される。促進剤等の添加
剤に用いられる有機物は、多くの場合、数百度以下の温
度で分解が進行又は開始する傾向にあるため、かかる加
熱ステップでの入熱量がＳｉウェハ等の被処理体へ与え
る影響は通常極めて小さい。

【００２２】また、このような加熱ステップを実施する
と、被処理体が実質的にアニールされることとなり、凹
部内に埋め込まれた金属の結晶成長が促され、グレイン
サイズが増大する。本発明者らの知見によれば、かかる
処理は以下の観点より非常に好ましい。

【００２３】めっき膜は、成膜直後のグレインサイズが
極めて小さく、その状態で放置したとすれば、金属結晶
が徐々に成長する（エイジング）程に不安定な結晶状態
にあると考えられる。よって、通常は、めっき膜の成膜
後に熱処理が行われる。この場合、ホールやトレンチ等
の凹部の埋め込み及びその上部のフィールド成膜（ＣＭ
Ｐを考慮して過剰厚の成膜が行われる）が終了してか
ら、膜全体が一括してアニールされる。しかし、かかる
アニール処理を施すと、凹部の上層部分の容積が凹部の
内容積に比して大きいため、上層部分の応力と凹部内部
の応力が極端に相違すると、冷却時に凹部内に空乏（空
隙）が生じるおそれがある。

【００２４】これに対し、本発明では、上記加熱ステッ
プを実施することにより、フィールド部の成膜が行われ
る前に凹部内の金属の結晶成長を十分に促進することが
でき、その後のフィールド成膜工程で形成された凹部上
層の金属膜のアニール時に生じ得る上記問題が解決され
る。よって、アニール処理条件の裕度が格段に高められ
る。

【００２５】また、本発明では、上記加熱ステップを実
施することにより、ヴィアホールやトレンチ等の凹部内
の金属を結晶成長するための加熱処理と、その後のフィ
ールド成膜工程で形成された凹部上層の金属の加熱処理
とを独立して行い得る。つまり、凹部内の金属結晶粒の
形状制御と、その上部に厚く積層させる部分（ＣＭＰ等
の研磨によって殆どが除去される部分）の金属結晶粒の
形状制御とを、それぞれ独自に最適化できる。

【００２６】なお、加熱ステップは、洗浄ステップと組
み合わせて用いてもよく、それらの先後は特に限定され
ないが、洗浄ステップを実施した後に加熱ステップを実
施すると好ましい。この場合、洗浄ステップにおいて除
去されずに残った添加剤が加熱分解される。また、洗浄
ステップを実施しないで単独で加熱ステップのみを実施
したときに比して、加熱時間を短縮し得る。さらに、洗
浄ステップを実施すべく、被処理体をめっき液から一旦
取り出した状態で引き続き実施できるので、処理操作を
行い易い。

【００２７】或いは、添加剤除去工程が、被処理体をめ
っき液に浸漬させた状態で、ボトムアップフィル工程に
おいてカソードとしての被成膜面とアノードとの間に流
通させた第１のめっき電流と極性の異なる第２のめっき
電流（リバース電流）を、被成膜面とアノードとの間に
流通させる電流制御ステップを備えると好適である。

【００２８】こうすれば、ボトムアップフィル工程が終
了した時点での被成膜面の最上層部の金属がめっき液中
に溶解する。それに伴い、凹部の近傍に例えば吸着等で
集積している促進剤等の添加剤もめっき液中に移行し、
凹部近傍から除去されることとなる。

【００２９】この場合、めっきされた金属膜の表層面
（被成膜面）の表面荒れを抑え、且つ、全体の成膜速度
ひいてはスループットの低下を抑える観点より、電流制
御ステップでは、第２のめっき電流をパルス状に少なく
とも一回印加することが望ましい。より具体的には、パ
ルス幅が比較的大きなリバース電流（第２のめっき電
流）を一回する方法、これよりもパルス幅が小さいリバ
ース電流（第２のめっき電流）を複数回連続的に又は断
続的に印加する方法、これらを組み合わせた方法等を例
示できる。

【００３０】またさらに、ボトムアップフィル工程にお
いては、被成膜面上への金属の堆積速度、抵抗値、又は
めっき電圧の変化に基づいて、凹部の埋め込みの終了を
判断するとより好適である。

【００３１】凹部内のボトムアップが行われている時
は、凹部内にめっき電流が集中するのに対し、フィール
ド部では金属の電着が抑制されるので、凹部及びフィー
ルド部を含む被成膜面上の平均的な金属の堆積速度は小
さくなり、また、全体として抵抗値が大きくなり、定電
流制御によるめっきでは電圧が高くなる。一方、ボトム
アップフィルが完了した後のフィール成膜においては、
埋め込まれた凹部の上部を含むフィールド部全体のめっ
きが進行するので、全体として電流が流れ易くなり、全
体として抵抗値が小さくなり、定電流制御によるめっき
では電圧が低くなる。よって、被成膜面上への金属の堆
積速度、抵抗値、又はめっき電圧の変化により凹部の埋
め込みが終了したか否かを確実に判断できる。

【００３２】また、これらの堆積速度、抵抗値、又はめ
っき電圧を実際のめっき処理においてモニターすること
は必ずしも必要ない。つまり、実処理に先立って、ボト
ムアップフィル工程及びフィールド成膜工程と同等の条
件でめっきを施したときの堆積速度、抵抗値、又はめっ
き電圧の変化、及び処理時間を予め求めておき、その結
果に基づき、プロセス時間によって凹部の埋め込み終了
を把握することができる。

【００３３】そして、本発明によれば、上述した作用に
より、めっき液の成分を簡略化又は単純化してもオーバ
ープレーティングの発生が十分に防止される。すなわ
ち、所定の添加剤として、めっき液に含まれる金属イオ
ンの電気化学的な還元反応を促進する機能を有する促進
剤、及び、金属イオンの電気化学的な還元反応を抑制す
る機能を有する抑制剤のうち少なくともいずれか一方を
含有し、且つ、金属の堆積速度のばらつきを低減する機
能を有する平坦化剤を含有しないものを用いることが可
能となる。

【００３４】また、本発明による半導体装置の製造方法
は、凹部が設けられた被処理体の被成膜面上に金属膜が
成膜されて成る半導体装置を製造する方法であって、本
発明のめっき方法により金属膜を形成せしめる工程を備
えることを特徴とする。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付
し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置
関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づ
くものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に
限られるものではない。

【００３６】図１〜４は、本発明によるめっき方法を有
効に実施するためのめっき装置の好適な一実施形態を示
す概略断面図であり、それぞれ当該めっき装置を運転し
ている状態を示す図でもある。電解めっき装置１００
は、銅を被処理体である半導体ウェハＷに成膜するため
のものであり、液槽１２と、液槽１２の下部に配置され
た成膜材料源である円盤状の銅板１４とを備えている。

【００３７】液槽１２の底部にはめっき液供給口１８が
設けられている。また、このめっき液供給口１８には外
部のポンプ２０が接続されており、これにより、めっき
液２２が液槽１２内に底部から供給され、上方に流通す
ることとなる。また、液槽１２の周囲は外槽２４により
囲まれており、液槽１２から溢流しためっき液２２を受
け、そのめっき液２２を外部のタンク２６に回収するこ
とができるようにされている。

【００３８】また、タンク２６はポンプ２０の吸込み口
に接続されており、めっき液２２が循環使用されるよう
になっている。なお、図示を省略するが、タンク２６は
薬液自動制御システムを構成することが好ましい。すな
わち、タンク２６にめっき液２２の各成分の供給源及び
成分濃度検出計を接続し、濃度検出計からの信号に応じ
て供給源からの供給量を制御し、これにより、液槽１２
に送られるめっき液２２の組成及び濃度を常に一定とす
ると有用である。

【００３９】さらに、銅板１４は略円筒形の液槽１２の
底部に実質的に同軸に配置されており、液槽１２の内壁
面と銅板１４との間には環状の間隙が形成されている。
従って、液槽１２の底部のめっき液供給口１８から供給
されためっき液２２は、この間隙を通って液槽１２内を
上昇（流上）していく。

【００４０】またさらに、めっき装置１００は、液槽１
２の外部に設けられ、半導体ウェハＷを保持しつつ、そ
の半導体ウェハＷを液槽１２内に貯留されためっき液２
２に浸漬させるウェハホルダ４０を備えている。このウ
ェハホルダ４０は、半導体ウェハＷを下向きに且つその
エッジ部（周縁部）で把持するホルダヘッド４１と、ホ
ルダヘッド４１を上方から支持するロッド４２を上下駆
動させる駆動アーム４３と、この駆動アーム４３を支軸
４４の周りに回動可能に支持するアームホルダ４５とを
有するものである。これにより、ホルダヘッド４１にて
保持された半導体ウェハＷの被成膜面は、銅板１４の上
面に対して平行に且つ対向配置される。

【００４１】また、ホルダヘッド４１には、保持された
半導体ウェハＷのエッジ部に接する図示しない電気端子
が設けられており、この電気端子には電源３４の負極が
接続されている。後述するように、銅めっきされる半導
体ウェハＷ上には、予めＰＶＤ法、ＣＶＤ法等により、
バリアメタル膜上に薄い銅のシード層１０５が形成され
ており、このシード層１０５を被成膜面として且つカソ
ードとして機能させるためのものである。さらに、銅板
１４がアノードとして機能するように、銅板１４には電
源３４の正極（カソード）が接続されている。またさら
に、電源３４には、半導体ウェハＷ、電源３４、及び銅
板１４を結ぶ導電経路に設けられた電流計５１及び電圧
計５２に接続された制御装置５０が接続されている。こ
の制御装置５０は、電源３４の出力を調整するものであ
り、電流計５１又は電圧計５２の指示値に基づいて電圧
又は電流の安定制御を行う。

【００４２】このように構成された電解めっき装置１０
０を用いて半導体ウェハＷに銅を成膜する本発明のめっ
き方法について、図１〜４に加えて図５、図６（Ａ）〜
（Ｃ）、図７（Ａ）及び（Ｂ）、図８（Ａ）〜（Ｃ）、
並びに図（９）を参照して説明する。

【００４３】まず、図５及び７により、本発明のめっき
方法の概要について説明する。図５は、本発明のめっき
方法に係る種々の実施形態を実行する手順の例を示すフ
ロー図である。また、図７（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞ
れ当該実施形態によって半導体ウェハＷ上に銅の配線層
１０６を形成している状態における半導体ウェハＷの断
面を模式的に示す工程図である。

【００４４】いずれの実施形態においても、半導体ウェ
ハＷ上に設けられた凹部Ｈの埋め込み（ボトムアップフ
ィル）を行うボトムアップフィル工程ＳＰ１を実施した
後に、めっき液２２に含まれる添加剤のうち、特に促進
剤を除去する添加剤除去工程ＳＰ２を実行し、その後に
凹部Ｈの上方であるフィールド部の成膜を行うフィール
ド成膜工程ＳＰ３を実施する。このとき、ボトムアップ
フィル工程ＳＰ１の終了時点においては、凹部Ｈの銅に
よる埋め込みが完了し、例えば、凹部Ｈの直上方外部に
銅が若干、堆積された状態とされる（図７（Ａ）参
照）。この時点での配線層１０６は、実質的に凹部Ｈの
内部のみに形成されている。また、フィールド成膜工程
ＳＰ３の実施により、凹部Ｈ上方のフィールド部の成膜
が行われ、最終的な配線層１０６が形成される（図７
（Ｂ）参照）。

【００４５】〈第１実施形態〉本発明によるめっき方法
の第１実施形態は、図５に示す添加剤除去工程ＳＰ２に
おいて、凹部Ｈの埋め込みが完了した状態（図７（Ａ）
参照）の半導体ウェハＷに連続パルス状のリバース電流
を流通させるステップＳＰ２１（電流制御ステップ）を
実施する方法である。

【００４６】ここで、図６（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞ
れ、本実施形態のめっき方法により半導体ウェハＷにめ
っき処理を施しているときのめっき電流の変化（トレン
ド線Ｌ１）、めっき電圧の変化（トレンド線Ｌ２）、及
びロッド４２の傾きの有無（トレンド線Ｌ３）の一例を
模式的に示すタイムチャートである。

【００４７】なお、図６（Ａ）〜（Ｃ）においては、横
軸の目安は、例えば一目盛りが１秒であり、５目盛り毎
に軸ラベル（ｔ０，ｔ５，ｔ１０，ｔ１５，ｔ２０，ｔ
２５）を付した（後述する図８（Ａ）〜（Ｃ）において
同じ）。また、めっき装置１００はフェイスダウン式の
めっき成膜を行うので、処理中は被めっき面が下方を向
いているが、説明の都合上、図７（Ａ）及び（Ｂ）では
被めっき面が上方を向くように図示した。

【００４８】まず、ポンプ２０を駆動してめっき液２２
を液槽１２に供給し、外槽２４及びタンク２６を経て循
環させる。次に、半導体ウェハＷをホルダヘッド４１に
把持し、時刻ｔ０より、半導体ウェハＷがめっき液２２
の液面上方の所定位置（ドライ・ポジション）にくるよ
うにロッド４２を駆動させる。半導体ウェハＷは、導電
性基層１０１上に、ホールやトレンチ等の凹部Ｈが形成
された単層の絶縁層１０２が設けられ、更にその上に１
０ｎｍ程度の極薄いＴａＮ膜１０３及び２５ｎｍ程度の
極薄いＴａ膜１０４から成るバリアメタル膜が形成さ
れ、更にその上に１００〜１５０ｎｍ程度の薄い銅のシ
ード層１０５が形成されたものである（７（Ａ）及び
（Ｂ）参照）。

【００４９】また、めっき液２２は、硫酸第二銅をその
主成分としており、凹部Ｈへの埋め込み性を改善するた
めの添加剤が加えられている。この添加剤の種類は多種
多様であり、例えば、促進剤、抑制剤、平坦化剤、安定
化剤等が挙げられる。本発明においては、平坦化剤はめ
っき液２２に含まれていなくてもよく、めっき液２２組
成の単純化及び簡略化の観点からは、平坦化剤が含まれ
ていない方が好ましい。

【００５０】促進剤は、めっき液２２に含まれる銅イオ
ンの電気化学的な還元反応を促進する機能を有するもの
である。すなわち、凹部Ｈの被めっき表面の形状に応じ
ためっきを行うべく、微小間隙を有する凹部Ｈ内部にお
けるＣｕ²⁺イオンの電析（還元／電着）反応の進行によ
るボトムアップ（埋め込み）を促進するためのものであ
る。この促進剤は、一般に、後述する抑制剤に比して低
分子量であってめっき液中の拡散移動速度が比較的早
く、且つ、抑制剤ほど分子内の分極の度合いが大きくな
いため、凹部Ｈ内部に速やかに移入し易い傾向にあり、
凹部Ｈ内部のボトムアップを助長するように機能するも
のである。

【００５１】このような促進剤としては、例えば、特開
２０００−２１９９９４号公報に記載のブライトナー、
すなわち、ビス（３−スルホプロピル）ジスルファイド
又はその２ナトリウム塩、ビス（２−スルホプロピル）
ジスルファイド又はその２ナトリウム塩、ビス（３−ス
ル−２−ヒドロキシプロピル）ジスルファイド又はその
２ナトリウム塩、ビス（４−スルホプロピル）ジスルフ
ァイド又はその２ナトリウム塩、ビス（ｐ−スルホフェ
ニル）ジスルファイド又はその２ナトリウム塩、３−
（ベンゾチアゾリル−２−チオ）プロピルスルホン酸又
はそのナトリウム塩、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ジチオカルバ
ミン酸−（３−スルホプロピル）−エステル又はそのナ
トリウム塩、Ｏ−エチル−ジエチル炭酸−Ｓ−（３−ス
ルホプロピル）−エステル又はそのカリウム塩、チオ尿
素若しくはその誘導体等、或いは、特開２０００−２４
８３９７号公報に記載の硫黄系飽和有機化合物、すなわ
ち、ジチオビス−アルカン−スルホン酸又はその塩、具
体的には、４，４−ジチオビス−ブタン−スルホン酸、
３，３−ジチオビス−プロパン−スルホン酸、２，２−
ジチオビス−エタン−スルホン酸、又はそれらの塩等が
挙げられる。これらは単独で又は二種以上混合して用い
られる。

【００５２】一方、抑制剤は、めっき液に含まれる銅イ
オンの電気化学的な還元反応を抑制する機能を有するも
のである。すなわち、凹部Ｈの微小間隙を形成するエッ
ジ部分にめっき電流が集中して過度の電析（還元／電
着）反応が進行するのを抑制するためのものである。一
般に、前出の促進剤に比して高分子量であってめっき液
中の拡散移動速度が比較的遅く、且つ、促進剤よりも分
子内の分極の度合いが大きいため、高電界であるエッジ
部分の周囲に集まり易く、エッジ部のオーバーハング等
を抑えて凹部Ｈ内部のボトムアップを更に助長するよう
に機能するものである。

【００５３】このような抑制剤としては、例えば、特開
２０００−２１９９９４号公報又は特開２０００−２４
８３９７号公報に記載のポリマー、すなわち、ポリビニ
ルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチ
レングリコール、ポリプロピレングリコール、ステアリ
ン酸−ポリエチレングリコールエステル、ステアリルア
ルコール−ポリエチレングリコールエーテル、ノニルフ
ェノール−ポリエチレングリコールエーテル、オクチル
フェノール−ポリエチレングリコールエーテル、ポリエ
チレン−プロピレングリコール、β−ナフトール−ポリ
エチレングリコールエーテル等、１，３−ジオキソラン
重合体、ポリプロピレンプロパノール、オキシルアルキ
レンポリマー、酸化エチレンと酸化プロピレンとの共重
合体、或いは、それらの誘導体が挙げられる。これらは
単独で又は二種以上混合して用いられる。

【００５４】他方、平坦化剤は、上述したような凹部Ｈ
内部のボトムアップが終了した後に凹部Ｈ上のフィール
ド全体のめっき成膜を行う段階で有効に機能するもので
あり、被めっき面の形状に関わらず、成膜後の膜表面レ
ベルの均一性を担保するためのものである。これによ
り、フィールド成膜工程において、電着速度（成膜速
度）のマイクロローディングが防止されるものの、凹部
Ｈのボトムアップフィルにおいては、特に有用な機能を
果たさない。その意味で、促進剤及び抑制剤はめっき液
２２の必須成分足り得るのに対し、平坦化剤に関して
は、めっき液２２の化学組成を簡略化し、且つ、促進剤
及び抑制剤の機能制御を有効ならしめるためには極力使
用しない方が望ましい。しかし、従来は、上述したオー
バープレーティングを抑止するために多用されてきたも
のである。

【００５５】参考までに、このような平坦化剤として
は、例えば、特開２０００−２１９９９４号公報に記載
のレベラー、すなわち、有機酸アミド及びアミン化合
物、具体的には、アセトアミド、プロピルアミド、ベン
ズアミド、アクリルアミド、メタアクリルアミド、Ｎ，
Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルメタア
クリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ，
Ｎ−ジメチルメタアクリルアミド、Ｎ−（ヒドロキシメ
チル）アクリルアミド、ポリアクリル酸アミド、ポリア
クリル酸アミド加水和分解物、チオフラビン、サフラニ
ン等が挙げられる。これらは単独で又は二種以上混合し
て用いられる。

【００５６】次いで、更にホルダヘッド４１を下降させ
て半導体ウェハＷのめっき液２２への浸漬を開始し、時
刻ｔ３直後に制御装置５０から電圧制御信号を電源３４
へ送出し、半導体ウェハＷと銅板１４との間に所定の電
圧（図６（Ｂ）の例では２．６Ｖ程度）を印加する。

【００５７】それから、ホルダヘッド４１が所定位置ま
で降下した時点（時刻ｔ９〜ｔ１０）で、ロッド４２が
鉛直から一定の角度（例えば３〜１５°程度）を成すよ
うに支軸４４を支点として駆動アーム４３及びホルダヘ
ッド４１を傾斜させる。これにより半導体ウェハＷがめ
っき液２２の液面に対して一定の角度を成す（図２参
照）。このとき、電圧の印加を続行し（トレンド線Ｌ２
参照）、半導体ウェハＷのシード層１０５がめっき液２
２中に溶解してしまうことを防止する。なお、この際に
は、半導体ウェハＷのエッジ部における電気端子が未だ
めっき液２２に浸漬していないので電流は流れず、シー
ド層１０５上へのめっき成膜は行われない。

【００５８】さらに、この傾斜状態でホルダヘッド４１
を下降させ、半導体ウェハＷをめっき液２２に徐々に浸
漬させる（図３参照）。このように半導体ウェハＷを水
平に対して所定角度傾けた状態でめっき液２２に浸漬さ
せることにより、半導体ウェハＷの凹部Ｈへの気泡の取
り込みを抑制することができる。そして、時刻ｔ１６経
過後に半導体ウェハＷ上のシード層１０５の略全体と半
導体ウェハＷのエッジ部に接する電気端子とがめっき液
２２に浸かった時点から時間Ｔｍの間、電流が流れる。
この例では、このときの印加電圧及びめっき電流を、後
述するボトムアップフィル工程ＳＰ１における値と同等
とする。これにより、ボトムアップフィル工程ＳＰ１に
おいて、半導体ウェハＷの凹部Ｈ内に銅が過度に電析
（電着）してしまうことを抑止でき、しかも、ボトムボ
イドの発生や不都合なオーバーハングが抑制されるる。

【００５９】次に、ロッド４２が鉛直方向を向くように
支軸４４を支点として駆動アーム４３及びホルダヘッド
４１を可動させ傾斜を解除する。これにより、半導体ウ
ェハＷをめっき液２２に浸漬した状態で銅板１４に対し
て平行となるように保持する（図４参照）。この時、瞬
時に電圧の印加を一旦停止して電圧制御から電流制御に
切り替え、制御装置５０から電流制御信号を電源３４へ
送出し、所定の電圧を印加してボトムアップフィル工程
ＳＰ１を開始する。

【００６０】ボトムアップフィル工程ＳＰ１におけるめ
っき電流（第１のめっき電流）の値Ｉ₀は、図示の例で
はＩ₀＝３．１４Ａ程度である（トレンド線Ｌ１参
照）。これにより、液槽１２に貯留されためっき液２２
中の銅イオンがカソードとしての半導体ウェハＷの被成
膜面（シード層１０５）にて還元される。この際、めっ
き液２２中の促進剤及び抑制剤の効果により、凹部Ｈ内
部が銅で良好に埋め込まれる。

【００６１】次に、凹部Ｈ内の埋め込みが完了した時点
（時刻ｔ５０）でボトムアップフィル工程ＳＰ１を終了
する。この時点で、半導体ウェハＷ上の銅配線層１０６
は図７（Ａ）に示す状態とされる。このとき、銅配線層
１０６の上層部における凹部Ｈの近傍には、めっき液２
２の成分である促進剤が、例えば物理吸着によって集中
して存在している。なお、ボトムアップフィル工程ＳＰ
１の実施時間は、半導体ウェハＷと同じ構造を有するサ
ンプルウェハ等を用いためっき試験により予め求めてお
くことができる。つまり、ボトムアップフィル工程ＳＰ
１での銅の堆積速度、抵抗値、又はめっき電圧と、フィ
ールド成膜工程ＳＰ３での銅の堆積速度、抵抗値、又は
めっき電圧との差異に基づいて、埋め込み完了時を平易
に判断できる。

【００６２】続いて、時刻ｔ５０から、被成膜面つまり
図７（Ａ）に示す状態の銅配線層１０６表面に矩形波形
状を有する連続パルス電流（第２のめっき電流）を印加
し（図６（Ａ）参照）、ステップＳＰ２１を開始する。
このパルス電流により、ボトムアップフィル工程ＳＰ１
におけるめっき電流と極性が逆である負電流が被成膜面
に流通される。この負側のピーク電流値Ｉ₁は、特に制
限されないが、ボトムアップフィル工程ＳＰ１における
めっき電流値Ｉ₀が好ましくは０．５〜２０Ａ、より好
ましくは０．５〜５Ａのときに、Ｉ₁が好ましくは−２
〜−６０Ａ、より好ましくは−１０〜−４０Ａとされ
る。図示の例では、Ｉ₁＝−３５Ａ程度である（トレン
ド線Ｌ１参照）。

【００６３】また、このパルス電流を印加している間の
銅の堆積量（図６の正電流印加時の堆積量（デポ量））
Ｍ_dcとエッチ量Ｍ_etch（図６の負電流印加時のエッチ
量）とが下記式（１）；０．１＜Ｍ_dc／Ｍ_etch＜２０ …（１）、より好ましくは下記式（２）；１＜Ｍ_dc／Ｍ_etch＜１０ …（２）、で表される関係を満たすと好適である。なお、Ｍ_dcは例
えば１０〜５００Åであると好ましく、より好ましくは
１００〜２００Åとされる。

【００６４】また、パルス幅ａが、好ましくは０．０１
〜６０ｓｅｃ、より好ましくは０．０５〜２０ｓｅｃと
される。さらに、パルス周期Λが、好ましくは０．０１
〜６０ｓｅｃ、より好ましくは０．０５〜２０ｓｅｃと
される。或いは、Ｄｕｔｙ比で規定した場合、ａ／Λが
好ましくは０．１〜１とされる。なお、ａ／Λ＝１の場
合は、単一の矩形波であることを示し、後述する第２実
施形態に相当する。

【００６５】このようなパルス電流を一定の回数（図示
の例では４回）繰り返し流通させると、図７（Ａ）に示
す銅配線層１０６の上層部のエッチングと成膜とがパル
スの周期に応じて複数回繰り返される。これにより、銅
配線層１０６の上層部における凹部Ｈの近傍に集積して
いた促進剤が当該部位から除去されてめっき液２２側へ
移行する。

【００６６】次に、時刻ｔ５５においてパルス電流の印
加を停止してステップＳＰ２１を終了する。それと同時
にボトムアップフィル工程ＳＰ１におけるのと同等のめ
っき電流を再び被成膜面に定常的に流通させ、フィール
ド成膜工程ＳＰ３を開始する。このとき、被成膜面であ
る図７（Ａ）に示す状態の銅配線層１０６の上層部にお
いて凹部Ｈ近傍への促進剤等の添加剤の集中が解消され
ているので、言わばボトムアップフィル工程ＳＰ１にお
ける電着履歴がキャンセルされた状態でフィールド部の
成膜が開始される。

【００６７】よって、凹部Ｈが設けられた領域（凹部Ｈ
のパターンが密な領域）における銅の堆積速度が、凹部
Ｈが設けられていない領域（凹部Ｈのパターンが疎な領
域）における銅の堆積速度よりも高められること、つま
り成膜速度のマイクロローディングが防止される。こう
して、膜厚の均一性に優れたフィールド部の成膜によ
り、所望膜厚の配線層１０６（金属膜）が形成され、フ
ィールド成膜工程ＳＰ３を終了する（図７（Ｂ）参
照）。

【００６８】このような本発明の第１実施形態によれ
ば、ボトムアップフィル工程ＳＰ１を終了した後に、ス
テップＳＰ２１においてパルス電流を被成膜面に流通さ
せることにより、凹部Ｈ近傍に集積した促進剤等を当該
部位から除去し、その後のフィールド成膜工程ＳＰ３を
実施してオーバープレーティングの発生を防止する。よ
って、凹部Ｈのパターンの疎密と無関係に均一性に優れ
た銅配線層１０６を形成できるので、その後のＣＭＰ工
程における研磨残りの発生を防止できる。また、これに
より、オーバーポリッシュが不要となるので、過剰研磨
を防止でき、銅配線層１０６の電気特性の変化を抑制す
ることが可能となる。

【００６９】そして、このようなめっき電流の制御のみ
によって、銅配線層１０６の平坦化を実現できるので、
従来用いられてきた平坦化剤をめっき液２２に添加する
必要がない。よって、めっき液２２の組成、並びに、め
っき液２２中の化学種による電界・還元反応及びその制
御メカニズムが単純化され、めっき液２２のコストを低
減し、且つ、取扱性を格段に向上できる。

【００７０】〈第２実施形態〉本発明によるめっき方法
の第２実施形態は、図５に示す添加剤除去工程ＳＰ２に
おいて、凹部Ｈの埋め込みが完了した状態（図７（Ａ）
参照）の半導体ウェハＷに単一（単発）パルス状のリバ
ース電流を流通させるステップＳＰ２２（電流制御ステ
ップ）を実施する方法である。すなわち、ステップＳＰ
２１の代わりにステップＳＰ２２を実施すること以外
は、上述した第１実施形態の手順と同様である。

【００７１】ここで、図８（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞ
れ、本実施形態のめっき方法により半導体ウェハＷにめ
っき処理を施しているときのめっき電流の変化（トレン
ド線Ｌ１）、めっき電圧の変化（トレンド線Ｌ２）、及
びロッド４２の傾きの有無（トレンド線Ｌ３）の一例を
模式的に示すタイムチャートである。

【００７２】本実施形態では、ボトムアップフィル工程
ＳＰ１において凹部Ｈ内の埋め込みが完了した時点（時
刻ｔ５０）から、被成膜面つまり図７（Ａ）に示す状態
の銅配線層１０６表面に矩形波形状を有するリバース電
流（第２のめっき電流）を印加し（図８（Ａ）参照）、
ステップＳＰ２２を開始する。このリバース電流によ
り、ボトムアップフィル工程ＳＰ１におけるめっき電流
と極性が逆である負電流が被成膜面に流通される。

【００７３】この負側のピーク電流値Ｉ₂は、特に制限
されないが、ボトムアップフィル工程ＳＰ１におけるめ
っき電流値Ｉ₀との関係で、好ましくは−０．５〜−６
０Ａ、より好ましくは−０．５〜−２０Ａとされる。図
示の例では、Ｉ₂＝−３．１４Ａ程度、つまり絶対値が
Ｉ₀と同等である（トレンド線Ｌ１参照）。また、パル
ス幅ｂが、好ましくは５〜２００ｓｅｃ、より好ましく
は５〜２０ｓｅｃとされる。

【００７４】このようなリバース電流を流通させると、
図７（Ａ）に示す銅配線層１０６の上層部のエッチング
が行われる。これにより、銅配線層１０６の上層部にお
ける凹部Ｈの近傍に集積していた促進剤が当該部位から
除去されてめっき液２２側へ移行する。

【００７５】次に、時刻ｔ５８においてリバース電流の
印加を停止してステップＳＰ２２を終了する。それと同
時にボトムアップフィル工程ＳＰ１におけるのと同等の
めっき電流を再び被成膜面に定常的に流通させ、フィー
ルド成膜工程ＳＰ３を開始する。このとき、被成膜面で
ある図７（Ａ）に示す状態の銅配線層１０６の上層部に
おいて凹部Ｈ近傍への促進剤等の添加剤の集中が解消さ
れているので、ボトムアップフィル工程ＳＰ１における
電着履歴がキャンセルされた状態でフィールド部の成膜
が行われる。

【００７６】よって、本実施形態においても、凹部Ｈの
パターンの疎密に依存し得る成膜速度のマイクロローデ
ィングが防止され、膜厚の均一性に優れたフィールド部
の成膜が行われる。そして、所望膜厚の配線層１０６
（金属膜）が形成された時点でフィールド成膜工程ＳＰ
３を終了する（図７（Ｂ）参照）。

【００７７】このような本発明の第２実施形態によって
も、第１実施形態におけるのと同様の優れたオーバープ
レーティング防止効果が奏される。なお、かかる効果及
びこれに付随する作用効果については、重複する説明を
避けるため、ここでの詳述は省略する。

【００７８】〈第３実施形態〉本発明によるめっき方法
の第３実施形態は、図５に示す添加剤除去工程ＳＰ２に
おいて、凹部Ｈの埋め込みが完了した状態（図７（Ａ）
参照）の半導体ウェハＷに対して洗浄を施すステップＳ
Ｐ２３（洗浄ステップ）を実施すること以外は、上述し
た第１実施形態と同様の手順による方法である。

【００７９】ここで、図９は、本実施形態のめっき方法
を有効に実施するためのめっき装置の一例の構成を模式
的に示す平面図である。同図において、電解めっき設備
４００は、内部が高清浄度に保たれるハウジング２００
内に、電解めっき槽１０及び洗浄槽１１が複数台配設さ
れたものである。電解めっき槽１０は、先述した電解め
っき装置１００と同等の構成を有するものである。一
方、洗浄槽１１は、めっき液２２の代わりにアルコール
等の有機溶媒又は純水等から成る洗浄液が貯留又は流通
され、且つ、電極系及び電流・電圧制御系を有しないこ
と以外は、電解めっき槽１０と略同等に構成されたもの
である。

【００８０】また、ハウジング２００内には、半導体ウ
ェハＷを移送するためのロボット装置６２、及びめっき
処理前後の半導体ウェハＷを洗浄するためのウォッシャ
ー７０が設けられている。このウォッシャー７０は、ハ
ウジング２００内と後述するローディングステーション
３００間で半導体ウェハＷを受け渡す中間ステーション
としても機能するものである。また、ウォッシャー７０
は、半導体ウェハＷを支持し且つ回動可能なサポート７
２と、水噴射ノズル７６とを有している。

【００８１】さらに、ハウジング２００の外部には、ロ
ーディングステーション３００が隣接されている。この
ローディングステーション３００には、複数枚の半導体
ウェハＷを収容するウェハカセット９０と、未処理の半
導体ウェハＷをハウジング２００内のサポート７２へ移
送するためのロボット装置６０とが設けられている。

【００８２】このような電解めっき設備４００を用いた
本実施形態のめっき方法では、まず、未処理の半導体ウ
ェハＷをロボット装置６０によりウェハカセット９０か
ら取り出し、必要に応じてサポート７２上で回転させな
がら水洗浄した後、ロボット装置６２を介して電解めっ
き槽１０のホルダヘッド４１（図１参照）に設置する。
次いで、前述したのと同様なボトムアップフィル工程Ｓ
Ｐ１を実施して凹部Ｈ内の埋め込みを行う。

【００８３】凹部Ｈ内の埋め込みが完了したらボトムア
ップフィル工程ＳＰ１を終了する。そして、めっき電流
を０（ゼロ）とし且つ電圧を印加した状態で、駆動アー
ム４３及びアームホルダ４５（図１参照）を操作してこ
の半導体ウェハＷ（図７（Ａ）に示す状態の半導体ウェ
ハＷ）をめっき液２２から取り出す。さらに、ロボット
装置６０を介してこの半導体ウェハＷを洗浄槽１１のホ
ルダヘッド４１し、槽内の洗浄液に一定時間浸漬し、洗
浄液を槽内で流通させる。このとき、洗浄液に超音波を
印加しても好ましい。

【００８４】これにより、銅配線層１０６の上層部にお
ける凹部Ｈの近傍に集積していた促進剤が当該部位から
洗い出され、洗浄液側へ移行する（ステップＳＰ２
３）。このとき、例えば促進剤等の添加剤に対して溶解
能又は分散能を有する溶剤を洗浄液として用いると、そ
の洗浄効率が高められる。このような溶剤は、促進剤等
の添加剤の種類、濃度、溶解性若しくは分散性、及び、
めっき後の半導体ウェハＷの後処理工程に与える影響等
を考慮して適宜選択することができる。

【００８５】次に、洗浄が終了した半導体ウェハＷをロ
ボット装置６２により電解めっき槽１０のホルダヘッド
４１へ設置し、再びめっき液２２中へ被成膜面を浸漬
し、ボトムアップフィル工程ＳＰ１と同等のめっき条件
にてフィールド成膜工程ＳＰ３を開始する。この場合に
も、被成膜面である図７（Ａ）に示す状態の銅配線層１
０６の上層部において凹部Ｈ近傍への促進剤等の添加剤
の集中が解消されているので、ボトムアップフィル工程
ＳＰ１における電着履歴がキャンセルされた状態でフィ
ールド部の成膜が行われる。

【００８６】よって、本実施形態においても、凹部Ｈの
パターンの疎密に依存し得る成膜速度のマイクロローデ
ィングが防止され、膜厚の均一性に優れたフィールド部
の成膜が行われる。そして、所望膜厚の配線層１０６
（金属膜）が形成された時点でフィールド成膜工程ＳＰ
３を終了する（図７（Ｂ）参照）。

【００８７】このような本発明の第３実施形態によって
も、第１実施形態におけるのと同様の優れたオーバープ
レーティング防止効果が奏される。なお、かかる効果及
びこれに付随する作用効果については、重複する説明を
避けるため、ここでの詳述は省略する。

【００８８】〈第４実施形態〉本発明によるめっき方法
の第４実施形態は、図５に示す添加剤除去工程ＳＰ２に
おいて、上述のステップＳＰ２３に引き続き、洗浄後の
半導体ウェハＷにアニールを施すステップＳＰ２４（加
熱ステップ）を実施すること以外は、上述した第３実施
形態と同様の手順による方法である。

【００８９】本実施形態においては、図９に示す洗浄槽
１１におけるステップＳ２３が終了した半導体ウェハＷ
を、例えば、図示しないＬＴＡ（Low Temperature Anne
al）装置に移設して半導体ウェハＷの加熱処理を行う
（ステップＳＰ２４）。このときの加熱温度（アニール
温度）は、好ましくは１５０〜４５０℃、より好ましく
は１５０〜３５０℃であることが望ましい。また、加熱
時間は、加熱温度にもよるが、好ましくは１０〜１８０
ｓｅｃ、より好ましくは３０〜１２０ｓｅｃとされる。

【００９０】このステップＳＰ２４を実施すると、促進
剤等の添加剤がステップＳＰ２３における洗浄によって
半導体ウェハＷ上から除去されずに残留する場合でも、
促進剤等が前述したような有機成分であると、熱分解さ
れて半導体ウェハＷ上から除去される。よって、凹部Ｈ
の近傍に集積した促進剤等の添加剤の除去効率が一層高
められる。したがって、オーバープレーティングの防止
効果を更に向上できる利点がある。

【００９１】また、このようなアニールを実施すること
により、凹部Ｈ内に埋め込まれた銅の結晶成長が促進さ
れ、そのグレインサイズが増大する。よって、フィール
ド部の成膜が行われる前に凹部Ｈ内の銅の結晶成長を十
分に促進することにより、その後のフィールド成膜工程
ＳＰ３で形成される凹部Ｈの上層の銅膜をアニールする
際に、凹部Ｈ内に空乏（空隙）が生じることを防止でき
る。

【００９２】さらに、ステップＳＰ２４を実施すること
により、ヴィアホールやトレンチ等の凹部Ｈ内の銅を結
晶成長するための加熱処理と、その後のフィールド成膜
工程ＳＰ３で形成される凹部上層の銅の加熱処理とを独
立して行い得る。つまり、凹部Ｈ内の結晶粒の形状制御
と、その上部に厚く積層させる部分の結晶粒の形状制御
との独自の最適化を図ることが可能となる。したがっ
て、デバイス設計及び製造における裕度を向上でき、ひ
いてはデバイス特性の最適化が簡便となり、プロセス適
合性に優れた所望の特性を有する半導体装置等の電子部
品の製造が可能となる。

【００９３】そして、ステップＳＰ２４による加熱処理
を施した半導体ウェハＷを再び電解めっき槽１０内のめ
っき液２２へ浸漬し、ボトムアップフィル工程ＳＰ１と
同等のめっき条件にてフィールド成膜工程ＳＰ３を開始
する。この場合にも、被成膜面である図７（Ａ）に示す
状態の銅配線層１０６の上層部において凹部Ｈ近傍への
促進剤等の添加剤の集中が解消されているので、ボトム
アップフィル工程ＳＰ１における電着履歴がキャンセル
された状態でフィールド部の成膜が行われる。

【００９４】よって、本実施形態においても、凹部Ｈの
パターンの疎密に依存し得る成膜速度のマイクロローデ
ィングが防止され、膜厚の均一性に優れたフィールド部
の成膜が行われる。そして、所望膜厚の配線層１０６
（金属膜）が形成された時点でフィールド成膜工程ＳＰ
３を終了する（図７（Ｂ）参照）。

【００９５】このような本発明の第４実施形態によって
も、第１実施形態におけるのと同様の優れたオーバープ
レーティング防止効果が奏される。なお、かかる効果及
びこれに付随する作用効果については、重複する説明を
避けるため、ここでの詳述は省略する。

【００９６】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは
いうまでもない。例えば、めっき装置１００は、半導体
ウェハＷの被成膜面が下向きとなるフェイスダウン式で
あるが、フェイスアップ式やその他のめっき装置にも本
発明は適用可能であり、成膜材料も銅以外の金属とする
こともできる。また、本発明は、０．１７〜０．１８μ
ｍ以下の次世代デバイス、特に０．１３μｍ以下のデバ
イスの製造において非常に好適なものであるが、そのサ
イズ以上のデバイス製造に適用しても構わない。さら
に、ボトムアップフィル工程ＳＰ１及びフィールド成膜
工程ＳＰ３では、電圧制御を行っても良いが、安定した
定電流を得易い観点より電流制御の方がより好ましい。

【００９７】またさらに、パルス電流及びリバース電流
を、矩形波形状としたが、厳密に矩形波とする必要はな
く、正弦波形状又は正弦波形状に近い形状としてもよ
い。さらにまた、洗浄ステップであるステップＳＰ２３
を実施しなくても構わないが、促進剤等の除去効率を高
め、或いは、加熱時間の短縮を図る観点からは、ステッ
プＳＰ２３，ＳＰ２４を組み合わせてこの順に実施する
ことが好ましい。加えて、洗浄槽１１の代わりにウォッ
シャー７０を用いてもよい。また、電解めっき設備４０
０において、例えば、２台の電解めっき槽１０の一方を
ボトムアップフィル用とし、他方をフィールド成膜用と
して用いても好適である。この場合、フィールド成膜用
の電解めっき槽１０には、めっき液２２の代わりにフィ
ールド成膜専用の他の添加剤を含むめっき液を用いるこ
とができる。

【００９８】さらに、第１実施形態又は第２実施形態に
おいて、パルス電流Ｉ₁又はリバース電流Ｉ₂を印加した
後、又はその途中で、一定時間無電界（めっき電流及び
めっき電圧が０（ゼロ））の状態とすると好ましい。こ
のようにすれば、添加剤の拡散層が形成される傾向にあ
る。具体的には、この無電界状態の時間が、好ましくは
０．０１〜１００ｓｅｃ、より好ましくは０．０１〜１
０ｓｅｃであることが望ましい。

【００９９】

【実施例】以下、本発明に係る具体的な実施例について
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【０１００】〈実施例１〉図１０に示すパターンを有す
る半導体ウェハＷ上に上述したステップＳＰ２１を実施
する第１実施形態と同様のめっき方法により銅配線層１
０６を形成せしめた。図１０は、そのパターンを模式的
に示す概略平面図である。領域Ｓは後述する断面観察に
おける観測領域を示し、該領域Ｓ内に、それぞれ０．１
３μｍ，０．１４μｍ，０．１５μｍ，０．１７μｍの
設計ルールに対応した断面幅を有するトレンチ（凹部）
が複数形成された領域Ｓ１〜Ｓ４が一定の間隔をおいて
連設されている。また、図中、黒塗り三角のシンボルＰ
１〜Ｐ８は、断面観察における膜厚測定点を示す。

【０１０１】さらに、半導体ウェハＷとして、凹部であ
るトレンチ内に１０ｎｍ厚のＴａＮ膜１０３、２５ｎｍ
厚のＴａ膜１０４、及び１２５ｎｍ厚の銅シード層１０
５が積層されたものを用いた。またさらに、ボトムアッ
プフィル工程ＳＰ１及びフィールド成膜工程ＳＰ３にお
けるめっき電流をＩ₀＝３．１４Ａとし、ステップＳＰ
２１におけるパルス電流のピーク値をＩ₁＝−３５Ａと
し、パルス周期をΛ＝２．１５ｓｅｃとし、パルス幅を
ａ＝０．０７ｓｅｃとし、パルス繰り返し数を４０回と
した。さらにまた、めっき液２２としては、促進剤、抑
制剤、及び平坦化剤を含む以下の組成を有するものを使
用した。なお、フィールド成膜工程ＳＰ３においては、
トレンチが設けられていない部位における膜厚が１μｍ
程度となるような成膜を実施した。

【０１０２】［めっき液組成］・硫酸銅／硫酸＝１Ｌあたり５０ｇ／５０ｇ・塩素イオン濃度：７０ｐｐｍ・促進剤（製品名；ＥＥＪＡ社製：ＡＣＬ）：７．５ｍ
ｌ／Ｌ・抑制剤（製品名；ＥＥＪＡ社製：ＳＰＲ）：５．０ｍ
ｌ／Ｌ・平坦化剤（製品名；ＥＥＪＡ社製：ＯＰＩ）：３．０
ｍｌ／Ｌ

【０１０３】〈実施例２〉平坦化剤（ＥＥＪＡ社製：Ｏ
ＰＩ）を含まないこと以外は実施例１で用いためっき液
と同じ組成を有するめっき液を用い、それ以外は実施例
１と同様にして半導体ウェハＷ上に銅配線層１０６を形
成せしめた。

【０１０４】〈実施例３〉ステップＳＰ２１の代わりに
ステップＳＰ２２を実施する上述した第２実施形態と同
様のめっき方法を用いたこと以外は、実施例１と同様に
して半導体ウェハＷ上に銅配線層１０６を形成せしめ
た。このとき、リバース電流のピーク値をＩ ₂＝−３．
１４Ａとし、パルス幅をｂ＝１３．６ｓｅｃとした。

【０１０５】〈実施例４〉ステップＳＰ２１の代わりに
ステップＳＰ２３を実施する上述した第３実施形態と同
様のめっき方法を用いたこと以外は、実施例１と同様に
して半導体ウェハＷ上に銅配線層１０６を形成せしめ
た。この例では、ボトムアップフィル工程ＳＰ１におい
て、１２５ｎｍ厚程度の銅を堆積させてトレンチ内の埋
め込みを行い、ステップＳＰ２３において純水でウェハ
洗浄を行い、さらに、フィールド成膜工程ＳＰ３におい
て１００ｎｍ厚程度のフィールド成膜を実施した。

【０１０６】〈実施例５〉ボトムアップフィル工程ＳＰ
１において、１７５ｎｍ厚程度の銅を堆積させてトレン
チ内の埋め込みを行ったこと以外は、実施例４と同様に
して半導体ウェハＷ上に銅配線層１０６を形成せしめ
た。

【０１０７】〈比較例１〉ステップＳＰ２１を実施しな
かったこと以外は実施例１と同様にして半導体ウェハＷ
上に銅配線層１０６を形成せしめた。すなわち、本比較
例では、従来のめっき方法による処理を行った。

【０１０８】〈断面観察試験１〉比較例１及び実施例１
〜３で銅配線層１０６を形成した半導体ウェハＷの断面
のＳＥＭ観察を実施した。観察は、図１０に示す観測領
域Ｓ内の複数箇所に対して行った。得られた結果を模式
的に、それぞれ図１１（Ａ）及び（Ｂ）、図１２（Ａ）
〜（Ｃ）、並びに、図１３（Ａ）及び（Ｂ）に示す。

【０１０９】図１１（Ａ）は、比較例１の半導体ウェハ
Ｗの０．１７μｍルールに対応した領域Ｓ４及びその近
傍の観測点Ｐ６〜Ｐ８周辺部位における断面を示す模式
図である。図１１（Ｂ）は、同じく０．１５μｍルール
に対応した領域Ｓ３及びその近傍の観測点Ｐ４〜Ｐ６の
周辺部位における断面を示す模式図である。

【０１１０】また、図１２（Ａ）は、実施例１の半導体
ウェハＷの０．１７μｍルールに対応した領域Ｓ４及び
その近傍の観測点Ｐ６〜Ｐ８周辺部位における断面を示
す模式図である。図１２（Ｂ）は、同じく０．１５μｍ
ルールに対応した領域Ｓ３及びその近傍の観測点Ｐ４〜
Ｐ６の周辺部位における断面を示す模式図である。図１
２（Ｃ）は、同じく０．１４μｍルールに対応した領域
Ｓ２及びその近傍の観測点Ｐ２〜Ｐ４の周辺部位におけ
る断面を示す模式図である。

【０１１１】さらに、図１３（Ａ）は、実施例２の半導
体ウェハＷの０．１７μｍルールに対応した領域Ｓ４及
びその近傍の観測点Ｐ６〜Ｐ８周辺部位における断面を
示す模式図である。図１３（Ｂ）は、同じく０．１５μ
ｍルールに対応した領域Ｓ３及びその近傍の観測点Ｐ５
及びＰ６の周辺部位における断面を示す模式図である。
なお、実施例３の半導体ウェハＷについては、実施例１
の結果と略同等の結果であったので、図示を省略した。

【０１１２】〈膜厚測定〉上記断面観察試験の結果に基
づいて、比較例１及び実施例１〜３で銅配線層１０６を
形成した半導体ウェハＷの断面におけるフィールド部の
膜厚を、各観測点Ｐ１〜Ｐ８に対して実施した。図１４
は、比較例１並びに実施例１及び２の半導体ウェハＷに
おける膜厚測定結果を示すグラフである。図中、折線Ｋ
０，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、それぞれ比較例１及び実施例
１〜３に対応する。

【０１１３】〈断面観察試験２〉実施例４及び５で銅配
線層１０６を形成した半導体ウェハＷの断面のＳＥＭ観
察を実施した。観察は、図１０に示す観測領域Ｓ内の複
数箇所に対して行った。得られた結果を模式的に図１５
（Ａ）〜（Ｄ）及び図１６（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

【０１１４】図１５（Ａ）は、実施例４の半導体ウェハ
Ｗの０．１８μｍルールに対応した領域Ｓ２内のセンタ
ー部である観測点Ｐ３の周辺部位における断面を示す模
式図である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の部分拡大
図を示す模式図である。また、図１５（Ｃ）は、実施
例５の半導体ウェハＷの０．１８μｍルールに対応した
領域Ｓ２内のセンター部である観測点Ｐ３の周辺部位に
おける断面を示す模式図である。図１５（Ｄ）は、図１
５（Ｃ）の部分拡大図を示す模式図である。

【０１１５】さらに、図１６（Ａ）は、実施例４の半導
体ウェハＷの０．１８μｍルールに対応した領域Ｓ２と
その領域外の境界部位の周辺部位（エッジ部）における
断面を示す模式図である。図１６（Ｂ）は、図１６
（Ａ）の部分拡大図を示す模式図である。またさらに、
図１６（Ｃ）は、実施例５の半導体ウェハＷの０．１８
μｍルールに対応した領域Ｓ２とその領域外の境界部位
の周辺部位（エッジ部）における断面を示す模式図であ
る。図１６（Ｄ）は、図１６（Ｃ）の部分拡大図を示す
模式図である。

【０１１６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のめっき方法
によれば、半導体ウェハ等の被処理体を金属めっき処理
するに際し、被処理体上に設けられたホールやトレンチ
等の凹部の埋め込みを十分に行いつつ、オーバープレー
ティングの発生を抑制できる。しかも、使用するめっき
液組成の簡略化を図ること、つまり、めっき液に平坦化
剤を添加することなく金属膜の平坦化を図ることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。

【図２】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。

【図３】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。

【図４】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。

【図５】本発明のめっき方法に係る種々の実施形態を実
行する手順の例を示すフロー図である。

【図６】図６（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ第１実施形態
のめっき方法により半導体ウェハにめっき処理を施して
いるときのめっき電流の変化、めっき電圧の変化、及び
ロッドの傾きの有無の一例を模式的に示すタイムチャー
トである。

【図７】図７（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明のめっき方法
に係る種々の実施形態によって半導体ウェハ上に銅の配
線層を形成している状態における半導体ウェハの断面を
模式的に示す工程図である。

【図８】図８（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ第２実施形態
のめっき方法により半導体ウェハにめっき処理を施して
いるときのめっき電流の変化、めっき電圧の変化、及び
ロッドの傾きの有無の一例を模式的に示すタイムチャー
トである。

【図９】第３実施形態のめっき方法を有効に実施するた
めのめっき装置の一例の構成を模式的に示す平面図であ
る。

【図１０】半導体ウェハ上に形成されたパターンを模式
的に示す概略平面図である。

【図１１】図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、比較例１の半導
体ウェハの断面を示す模式図である。

【図１２】図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の半導体
ウェハの断面を示す模式図である。

【図１３】図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の半導
体ウェハの断面を示す模式図である。

【図１４】比較例１並びに実施例１及び２の半導体ウェ
ハにおける膜厚測定結果を示すグラフである。

【図１５】図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４の半導
体ウェハの断面を示す模式図である。図１５（Ｃ）及び
（Ｄ）は、実施例５の半導体ウェハの断面を示すＳＥＭ
写真である。

【図１６】図１６（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例４の半導
体ウェハの断面を示す模式図である。図１６（Ｃ）及び
（Ｄ）は、実施例５の半導体ウェハの断面を示すＳＥＭ
写真である。

【符号の説明】

１０…電解めっき槽、１１…洗浄槽、１２，２１…液
槽、１４…銅板、２２…めっき液、４０…ウェハホル
ダ、４１…ホルダヘッド、４２…ロッド、４３…駆動ア
ーム、４４…支軸、４５…アームホルダ、５０…制御装
置、５１…電流計、５２…電圧計、１００…電解めっき
装置、１０１…導電性基層、１０２…絶縁層、１０３…
ＴａＮ膜、１０４…Ｔａ膜、１０５…シード層（被成膜
面）、１０６…配線層（金属膜）、４００…電解めっき
設備、Ｈ…凹部、ＳＰ２…添加剤除去工程、Ｓ２３…洗
浄ステップ、ＳＰ１…ボトムアップフィル工程、ＳＰ２
１，ＳＰ２２…電流制御ステップ、ＳＰ２４…加熱ステ
ップ、ＳＰ３…フィールド成膜工程、Ｗ…半導体ウェハ
（被処理体）。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｋ (72)発明者鈴木優美千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者水澤寧千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者藍谷輝一千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者大和田伸郎千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者毛大欣千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 4K024 AA09 AB02 BB12 BC10 CA08 CB01 CB05 GA16 4M104 BB32 BB37 CC01 DD22 DD52 DD75 DD78 DD83 FF17 FF18 FF22 HH12 HH14 HH20 5F033 HH11 HH21 HH32 JJ11 JJ21 JJ32 LL08 MM12 MM13 NN06 NN07 PP27 PP33 QQ09 QQ73 QQ91 XX00 XX01 XX03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹部が設けられた被処理体の被成膜面上
に金属膜を形成せしめるめっき方法であって、前記被処理体を、金属イオン及び所定の添加剤が含有さ
れて成るめっき液中に浸漬し、電解めっき法により前記
凹部の内部を前記金属で埋め込むボトムアップフィル工
程と、前記凹部の埋め込みが終了した後に、前記凹部の近傍に
存在する前記所定の添加剤の少なくとも一部を前記被成
膜面上から除去する添加剤除去工程と、前記所定の添加剤の少なくとも一部が除去された前記被
成膜面上に、電解めっき法により前記金属を堆積せしめ
るフィールド成膜工程と、を備えるめっき方法。
【請求項２】前記添加剤除去工程は、前記凹部が前記
金属で埋め込まれた前記被処理体を前記めっき液の外部
へ取り出し、前記被成膜面を洗浄する洗浄ステップを備
える、請求項１記載のめっき方法。
【請求項３】前記洗浄ステップにおいては、前記所定
の添加剤に対する溶解能又は分散能を有する溶剤、又は
水を前記被成膜面上に供給する、請求項２記載のめっき
方法。
【請求項４】前記添加剤除去工程は、前記凹部が前記
金属で埋め込まれた前記被処理体を加熱する加熱ステッ
プを備える、請求項２又は３に記載のめっき方法。
【請求項５】前記添加剤除去工程は、前記被処理体を
前記めっき液に浸漬させた状態で、前記ボトムアップフ
ィル工程においてカソードとしての前記被成膜面とアノ
ードとの間に流通させた第１のめっき電流と極性の異な
る第２のめっき電流を、該被成膜面とアノードとの間に
流通させる電流制御ステップを備える、請求項１記載の
めっき方法。
【請求項６】前記電流制御ステップにおいては、前記
第２のめっき電流をパルス状に少なくとも一回印加す
る、請求項５記載のめっき方法。
【請求項７】前記ボトムアップフィル工程において
は、前記被成膜面上への金属の平均的な堆積速度、抵抗
値、又はめっき電圧の変化に基づいて、前記凹部の埋め
込みの終了を判断する、請求項１〜６のいずれか一項に
記載のめっき方法。
【請求項８】前記所定の添加剤として、前記めっき液
に含まれる金属イオンの電気化学的な還元反応を促進す
る機能を有する促進剤、及び、該金属イオンの電気化学
的な還元反応を抑制する機能を有する抑制剤のうち少な
くともいずれか一方を含有し、且つ、前記金属の堆積速
度のばらつきを低減する機能を有する平坦化剤を含有し
ないものを用いる、請求項１〜７のいずれか一項に記載
のめっき方法。
【請求項９】凹部が設けられた被処理体の被成膜面上
に金属膜が成膜されて成る半導体装置の製造方法であっ
て、請求項１〜８のいずれか一項に記載のめっき方法により
前記金属膜を形成せしめる工程を備える半導体装置の製
造方法。