JP2003277985A

JP2003277985A - メッキ成膜方法及びメッキ成膜装置

Info

Publication number: JP2003277985A
Application number: JP2002078042A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kitada; 秀樹北田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｃｕデュアルダマシンメッキ成膜において、
ボトムアップ成膜(トレンチやビア底からの優先成長)の
弊害である、パターントレンチ上部におけるメッキ膜の
異常盛り上がり現象(オーバープレート、ＯＰ)を抑える
成膜方法を提供する。ＯＰによるメッキ膜表面の段差は
後工程のＣＭＰ工程でディッシング量の増加などの問題
が生ずる。【解決手段】メッキ成膜中においてＯＰの生じ得るト
レンチ／孔を埋め込んだ後に熱処理を行う。その後，残
りのメッキ処理を行なう。メッキ埋め込み性能を損なう
ことなく、メッキ後のトレンチ上部におけるＯＰ量が低
減し、ＣＭＰ工程の歩留まりを向上することが可能とな
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，メッキ成膜に関
し，特にトレンチを有する加工対象物へのメッキ成膜に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩの配線材料として、低抵抗
でエレクトロマイグレーション耐性の高いＣｕが期待さ
れている。Ｃｕ配線の形成プロセスとして、ドライエッ
チングで形成したトレンチや孔パターンの内部にＣｕを
埋め込んだ後、化学機械研磨（ＣＭＰ）により余分なＣ
ｕ層を除去するダマシン法が用いられている。Ｃｕの埋
め込み方法として、現在では電解メッキが低コストで高
スループット、トレンチ／孔（Ａ／Ｂは、ＡまたはＢ、
またはＡおよびＢを指す）への埋め込み特性が良いこと
から主に採用されている。

【０００３】図６（Ａ）にＣｕメッキ成膜装置の概略を
示す。メッキ槽１０１は，循環ポンプ１１１から圧送さ
れるメッキ液を噴流的に循環させる容器であり，アノー
ド電極１０８がメッキ液中に沈められている。

【０００４】メッキ槽１０１を溢れたメッキ液は収容部
１０２からドレイン１０７を通ってメッキ液溜め１０３
に回収される。メッキ液溜め１０３にはチラー１０９と
ヒータ１１０が備えられ，メッキ液の温度を調整でき
る。メッキ液溜め１０３から供給されるメッキ液は，フ
ィルタ１０８で濾過され，循環ポンプ１０５でメッキ槽
１０１内へと送られる。

【０００５】メッキ槽１０１の上方には，高さ方向に移
動可能で回転軸回りに回転駆動できる軸１１２が配置さ
れ、基板ホルダ１１３が装着されている。基板ホルダ１
１３に半導体基板１１４を固定し，軸１１２を下げて，
半導体基板１１４をメッキ液中に沈める。基板ホルダ１
１３は、カソードを兼ね、半導体基板１１４表面のシー
ド層に電気的に接続されることにより，半導体基板１１
４をカソードの一部とする。

【０００６】メッキ液を循環させつつ，電源１１５から
アノード１０８、カソード１１３間に電流を流すことに
より電解メッキが進行する。電流は，連続的直流でもパ
ルス的直流でもよい。パルス発生器１１６は，パルス波
形を発生し，電源１１５からパルス電流を供給させる。

【０００７】図６（Ｂ）〜（Ｆ）は、トレンチ／孔へＣ
ｕ層を埋め込むメッキ成膜工程(シングルダマシン工程)
を示す。図６（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ
ーとドライエッチングにより基板１２０上の層間絶縁膜
１２１にトレンチＴ（または孔）を形成する。トレンチ
Ｔの下には下層の配線又は半導体基板１２０の導電領域
が露出する。

【０００８】図６（Ｃ）に示すように、バリアメタル層
１２２をたとえばスパッタリングで成膜する。バリアメ
タル層は，その上に堆積されるＣｕの拡散防止の機能を
有する。また、Ｃｕ層と絶縁層との間の接着力を確保す
る機能も持つ。トレンチＴの内面上及び層間絶縁膜１２
１の上面は，バリアメタル層１２２で覆われる。

【０００９】図６（Ｄ）に示すように、バリアメタル層
１２２の上にメッキ用シードＣｕ層１２３−１をたとえ
ばスパッタリングで成膜する。シードＣｕ層１２３−１
は、その上にＣｕメッキ層を成膜する下地を形成する。

【００１０】図６（Ｅ）に示すように、シードＣｕ層１
２３−１の上にメッキによりＣｕを成膜する。シード層
とメッキ層とは一体となったＣｕ層１２３を形成する。
メッキ層がトレンチを完全埋め込み，層間絶縁膜１２１
の上面上方に達するまでメッキを続ける。

【００１１】図６（Ｆ）に示すように、化学機械研磨
（ＣＭＰ）により層間絶縁膜１２１上面上のＣｕ層とバ
リアメタル層を取り除く。トレンチ内のＣｕ層１２３の
上面と層間絶縁膜１２１の上面が面一になるように研磨
する。

【００１２】このようにして、Ｃｕダマシン配線が形成
される。なお，トレンチとビア孔とを形成し，同一工程
でＣｕを埋め込むデュアルダマシン工程も行われてい
る。メッキ成膜工程としては基本的に同一であり，バリ
アメタル層、シードＣｕ層をスパッタリングで成膜し、
シード層の上にメッキＣｕ層をメッキする。その後、不
要な金属層をＣＭＰで除去する。

【００１３】ＬＳＩ配線の高集積化に伴い、トレンチへ
のメッキ埋め込み様式が改善されてきている。電解メッ
キは硫酸銅溶液等の基本浴の他に添加剤を用いる。添加
剤成分の働きや組成によって、トレンチ内部のメッキ層
成長様式の制御が可能である。

【００１４】図７（Ａ）〜（Ｆ）は、メッキ埋め込み成
長様式の違いを模式的に示す。図７（Ａ）〜（Ｃ）はコ
ンフォーマル成長を示し，図７（Ｄ）〜（Ｆ）は、ボト
ムアップ成長を示す。

【００１５】図７（Ａ）に示すように、コンフォーマル
成長ではトレンチ内部の側壁、底面上にメッキ層がほぼ
均一に成長する。開口端のような凸部では電界が集中す
る。図７（Ｂ）に示すように、場合によっては開口端の
凸部（ショルダ）への電界集中によりメッキ層成長が促
進され，開口部で対向するメッキ層が互いに接し、トレ
ンチ内部にボイドＶが残る。

【００１６】図７（Ｃ）に示すように、メッキ基本浴に
添加剤を添加し、その濃度、組成等を調整することによ
り，ボイドやシームを生じることなくトレンチ内をメッ
キ層１２３で埋め込む。

【００１７】コンフォーマル成長は，下地表面上にほぼ
同一の成長速度でメッキ層が成長する。トレンチ／孔の
アスペクト比が高くなると埋め込み不良が発生し易い。
図７（Ｄ）〜７（Ｆ）は，最近開発されたボトムアップ
型のメッキ成長を示す。ボトムアップ成長では、トレン
チの底から優先的にメッキ層が成長する。従って、ボト
ムアップ成長はコンフォ−マル成長に比べて空隙(ボイ
ドやシ−ム)がトレンチ／孔内部に取り残される確率が
少なくなる。

【００１８】より高いアスペクト比のトレンチ／孔まで
埋め込むことができ、微細配線形成には有効な手段であ
る。０．２μｍ世代以降のＬＳＩ配線工程では、高い埋
め込み性能が要求され、ボトムアップタイプのメッキ成
長が注目されている。

【００１９】ボトムアップ成長に関する成長機構は未だ
明らかでない。特に細幅トレンチで大きな成長の選択性
を生じる要因は、電解メッキに用いられる添加剤種の組
み合わせによって異なることが判っている。

【００２０】Ｃｕ電解メッキの代表的な添加剤として光
沢剤と抑止剤、平滑剤がある。光沢剤は、カソ-ド表面の
分極を低下させ,新たなＣｕ結晶核生成を促し,同時に析
出速度を上げる効果を持っている。光沢剤は、イオウ化
合物を含む。

【００２１】抑止剤，平滑剤は、カソード表面の分極を
上げ、成長抑止効果をもっている。抑止剤は、分子量の
高いポリマー物質等によって構成される。狭いトレンチ
の中には入りにくい性質を有する。平滑剤は極性を有し
ており、電界集中する領域に優先的に吸着し、そこでの
成長を抑制する。抑止剤より強力な成長抑止効果を持
ち、表面平滑性に優れている。メチルアミン基、アミド
基等を有する。

【００２２】図７（Ｄ）に示すように、光沢剤１２５は
トレンチや孔の内部にも入り込んでメッキ成長を促進す
る。ところが、抑止剤１２６は、光沢財に比べ微細なト
レンチ／孔の内部に供給されずらい。結果としてトレン
チ／孔内部では光沢剤１２５の作用が主になる。

【００２３】図７（Ｅ）に示すように、光沢剤１２５は
析出促進効果があるためトレンチ／孔内部の析出速度が
上がり,平坦な領域に比べてトレンチ／孔の底部から優
先的にメッキ層が成長する。

【００２４】図７（Ｆ）に示すように、ボトムアップ成
長で成膜した場合、最終的な膜厚はトレンチ上で平坦部
よりもかえって膜厚が大きくなる異常成長現象(以下オ
ーバープレート: ＯＰと呼ぶ)が生じる。オーバープレ
ートＯＰは、微細なトレンチ／孔を埋め込む際に集まっ
た光沢剤が、埋め込み終了後もその位置又はその周辺で
作用し続け，成長を促進するために生じると考えられ
る。

【００２５】オーバープレートＯＰは配線幅、ピッチ、
添加剤濃度、電流密度などの要因で異なるが、条件によ
っては配線パターンのない平坦領域に対して2倍程度も
の膜厚差を生ずる。例えば、１μmの狙い膜厚に対して
配線パターン上の膜厚は２μmと厚くなる。

【００２６】ＬＳＩ配線では基板上に様々な幅の配線や
パッド（ＰＡＤ）の領域が混在している。そのため、マ
クロ的には非常に大きな段差が基板上に存在することと
なる。電解メッキ装置は、成長する膜厚をウエハー(カ
ソード)当りに通電した電荷量で制御するのが一般的で
ある。従って、カソードの総電荷量が同じであれば、オ
ーバープレート段差が大きいほど配線パターン領域で過
剰成長したＣｕ量が大きいため、平坦領域やコンフォー
マル成長領域では狙い膜厚よりも薄くなる。

【００２７】最近のダマシンメッキでは、メッキ添加剤
の作用を用いてオーバープレート量を制御するのが主流
となりつつある。添加剤として、平滑剤(レベラー)が良
く知られている。

【００２８】平滑剤(レベラー)はメチルアミン基、アミ
ド基を持った界面活性剤であり、平滑作用を持つもので
ある。具体的には電界の集中する凸部に優先して吸着
し、その領域での分極を著しく増大する。凸部におい
て、分極でＣｕの析出を阻害することにより、相対的に
凹部での析出を促し、膜の平滑性を向上する働きを持
つ。オーバープレートの凸部に平滑剤が優先吸着する
と、オーバープレートは減少する。

【００２９】平滑剤は、トレンチ内部で光沢剤の役割を
抑制する。そのため、埋め込み性能は劣ってしまう。極
端にオーバープレートを抑制する添加剤組成で行なった
場合、トレンチ内の成長はコンフォーマル成長に近くな
る。開口が先にピンチオフし、シーム、ボイドが発生す
ることもある。

【００３０】現在では、光沢剤、抑止剤、平滑剤の3成
分の組成比や成分の組み合わせなどにより，良好なメッ
キ特性を実現しようとしているが、決定的な解決策とは
なっていない。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】トレンチ／孔を有する
加工対象物上に，ボトムアップ様式でメッキ層を成長し
ようとすると，オーバープレートが問題となる。

【００３２】本発明の目的は、オーバープレートを抑制
できるメッキ成膜方法を提供することである。本発明の
他の目的は，ディッシングの少ない銅配線層を有する半
導体装置を製造できるメッキ成膜方法を提供することで
ある。

【００３３】本発明のさらに他の目的は、オーバープレ
ートの少ないメッキ層を成長できるメッキ装置を提供す
ることである。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明の１観点によれ
ば、（ａ）トレンチ／孔を有する加工対象物に第1のメ
ッキ成膜を行なう工程と、（ｂ）工程（ａ）の後に加工
対象物に熱処理を行なう工程と、（ｃ）工程（ｂ）の
後、加工対象物に第２のメッキ成膜を行なう工程と、を
含むメッキ成膜方法が提供される。

【００３５】たとえば、最も激しくオーバープレートを
生じるサイズのトレンチ内のＣｕ析出が終了したと同時
に第1次メッキを終了し、熱処理を行なう。熱処理によ
って、表面上、表面層内のオーバープレート形成に寄与
する添加剤成分を脱離させる。その後，第２次メッキを
行うことでオーバープレートを抑制したメッキ層を形成
する。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の実施例の説明に先立ち，
従来の技術を解析する。図８（Ａ）にオーバープレート
の盛り上がり高さと配線パターンの幅、およびパターン
密度の関係を示す。図中，横軸は配線幅を示し、縦軸は
オーバープレートの盛り上がり高さを示す。配線幅２μ
ｍを基準とし、配線幅２μｍ以下の領域では，配線密度
が高い密配線の場合と，配線密度が低い疎配線の場合と
を示す。

【００３７】配線幅が２μｍ以下になると，盛り上がり
が急激に高くなっている。又，配線密度の高い場合の盛
り上がりは配線密度の低い場合の盛り上がりよりも大き
い。トレンチ埋め込みでは配線幅が小さく、配線ピッチ
が小さいほどオーバープレートが大きくなることが分か
る。これは、配線幅が小さいほどトレンチ内の光沢剤に
よる析出促進効果が高いことを示している。

【００３８】図８（Ｂ）に示すように、太配線領域では
ほぼコンフォーマルな成長が生じ，膜厚は相対的に薄
い。一定の配線幅以上になると、抑止剤がトレンチ内に
入り込みやすいため、光沢剤の効果を打ち消し合い、結
果的にコンフォーマル成長に近くなる。

【００３９】配線幅が狭く，配線密度が疎の領域では、
トレンチ毎に盛り上がりが生じている。配線密度が高い
と隣り合う配線上の盛り上がりが合体し，大きなオーバ
ープレートが発生する。

【００４０】図８（Ｃ）に示すように、メッキ工程の
後、ＣＭＰにより平坦面上のＣｕ層を除去する。図８
（Ｂ）に示す様な段差が基板上に存在する場合、平坦な
面を残すように研磨することは容易でない。密配線領域
の大きなオーバープレートを除去できるように研磨量を
設定すれば、コンフォーマル成長領域の太配線やＰＡＤ
部での銅層１２３ｄにはディッシング（Dishing、掘り
下げ)が生じる。疎配線領域の銅層１２３ｃでは、エロ
ージョンが広がる。

【００４１】オーバープレートの原因がトレンチ／孔内
に集積した光沢剤にあるとすれば，オーバープレートが
形成される前に光沢剤を除去すればよいことになる。光
沢剤の除去方法としては，メッキ成膜の中間段階で、電
気的にメッキ成膜時とは逆極性のリバースパルスを印加
すること，機械的にメッキ層表面を擦ること、水等の液
体で洗浄すること，大気中に蒸発させること、加熱して
蒸発させることなどが考えられる。

【００４２】光沢剤除去のための中間段階前のメッキを
第１メッキと呼び、中間段階後のメッキを第２メッキと
呼ぶ。図１（Ａ）は、テストに採用した中間処理を示
す。サンプルＰ１では、メッキ工程の中間でリバースパ
ルスを印加する。サンプルＰ２では、何もせずに連続成
膜する。サンプルＰ３では、ポリウレタンでメッキ層表
面を時々擦る。サンプルＰ４では、ポリウレタンでメッ
キ層表面を常に擦る。

【００４３】サンプルＰ５では、メッキ工程の途中でメ
ッキ層表面を８０℃の温水でリンスする。サンプルＰ６
では，メッキ工程の途中で大気に長時間放置する。サン
プルＰ７では、メッキ工程の途中において大気雰囲気中
でホットプレート上で熱処理する。サンプルＰ８では、
メッキ工程の途中において窒素雰囲気中で熱処理する。

【００４４】図１（Ｂ）は、各サンプルのオーバープレ
ート（ＯＰ）率を示す。グラフは、深さ０．２５μｍの
トレンチ上のオーバープレート量を標準(何もせず連続
成膜した場合)に規格化したデータを示す。このときの
第1メッキの膜厚は２００ｎｍとし、第２メッキの膜厚
は８００ｎｍとした。

【００４５】サンプルＰ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５は有意な
差は有さず、オーバープレート抑制効果はないと言え
る。サンプルＰ１のリバースパルスはＯＰ率を１／３程
度に減少させる程度に有効である。サンプルＰ６の長時
間大気中放置はリバースパルスよりも有効であり、ＯＰ
率は１／４程度まで減少する。

【００４６】大気中ホットプレート上で熱処理したサン
プルＰ７は、ＯＰ率が著しく減少し、約６％となった。
窒素雰囲気中で熱処理したサンプルＰ８は、ＯＰ率がさ
らに著しく減少し、ほぼ０％となった。

【００４７】これらの結果から、中間プロセスでオーバ
ープレート量を低減するのに一番効果があったのは、熱
処理プロセスであることが分かる。オーバープレート量
は、標準に比べて、０-６%に低減している。大気中より
も窒素ガス中の方が有効なようである。大気中の酸素が
悪影響を与えていることが考えられる。

【００４８】酸素を含まない雰囲気ガスとしては，窒素
に限らず，不活性ガスを用いることが好ましいであろ
う。又，水素等の還元性ガスを用いることも可能であろ
う。真空中で熱処理を行ってもよいであろう。銅は酸化
しやすい金属であるので、酸化性ガスを用いるのは不適
当であろう。

【００４９】長時間大気放置後でもオーバープレート量
は２５％程度まで低下していたことは、添加物を蒸発さ
せることが有効なことを示しているのであろう。一方、
長期間行なった温水洗浄やメカニカルな除去は、ほとん
ど効果ないことが分かる。

【００５０】図１（Ｃ）は、Ｃｕメッキ膜の昇温脱離ス
ペクトル(thermal desorption spectrum,ＴＤＳ)示す。
光沢剤中に含まれるイオウ化合物に着目し、Ｍ/ｚ=６４
(ＳＯ₂)を検出している。メッキ直後のサンプルｓ１，
メッキ後１５０℃のアニールを経たサンプルｓ２，メッ
キ後大気中放置したサンプルｓ３について，温度変化を
与え，脱離ガス中の、Ｍ/ｚ=６４(ＳＯ₂)の圧力を質量
分析して検出した。

【００５１】メッキ直後のＣｕ膜のスペクトルｓ１に
は、１８０℃付近にＭ/ｚ=６４のピークが存在するのが
わかる。このとき、他のＭ／ｚ比ではこの温度領域では
ピークは存在していない。添加剤成分の光沢剤は硫黄化
合物であり、この温度領域で膜表面無いし表面層中に取
り残された硫黄化合物がＳＯ₂として脱離しているもの
と考えられる。先の熱処理によるＯＰ抑制効果を裏づけ
るデータである。

【００５２】図１（Ｄ）は熱処理温度とＯＰ量の関係を
示す。熱処理は大気中のホットプレートを用いて各温度
1分間行なった。熱処理温度が高いほどＯＰ量が抑制さ
れている。温度との相関があることが判る。２００℃の
熱処理ではほぼＯＰ抑制量が飽和する。

【００５３】１００℃以上の熱処理により効率的に光沢
剤を除去できると考えられる。大気中でのアニールの場
合２００℃より上の温度では銅表面の酸化が進行するの
で、１００℃〜２００℃で熱処理することが好ましい。
不活性ガスや還元性ガスを雰囲気とする場合は、２００
℃の上限はない。他の製造プロセス条件で制限される温
度以下の温度を採用できる。

【００５４】メッキ層表面を擦る等Ｃｕ膜の最表面の処
理では効果がなく、熱処理によって効果が確認されてい
るため、最表面の吸着添加剤の除去よりも、表面層にあ
る添加剤(この場合は光沢剤)を取り去るプロセスが重要
であると考えられる。熱処理は、表面層の添加剤成分の
膜中からの脱離を促進する効果が充分にあると考えられ
る。

【００５５】これらの結果から、Ｃｕメッキでトレンチ
／孔を埋め込む場合，メッキ工程を分割し、途中で熱処
理をするとオーバープレートを抑制できることが分か
る。図２（Ａ）〜（Ｃ）に本発明の実施例によるメッキ
成膜方法を示す。全メッキ工程を連続して行なうとオー
バープレートが生じる幅狭のトレンチ／孔を例にとって
説明する。

【００５６】図２（Ａ）に示すように、トレンチ／孔を
有する加工対象物１１のトレンチを埋め込むように、ボ
トムアップ様式のＣｕメッキ成膜工程を、電解メッキで
行う。銅メッキ層１２−１が、トレンチ／孔を埋め込ん
で成長する。メッキ成膜を継続すると一部でオーバープ
レートが発生するが，オーバープレートが過度に発生す
る前にメッキ成膜を終了させる。

【００５７】図２（Ｂ）に示すように、例えばトレンチ
／孔の内部がＣｕで全て埋め込まれた段階で熱処理を加
える。熱処理により，メッキ層１２−１表面及び表面層
中の光沢剤等は，熱処理により蒸発する。

【００５８】図２（Ｃ）に示すように、熱処理後のメッ
キ層上にさらにメッキ層１２−２を成膜し，所望厚さの
メッキ層１２とする。熱処理によりオーバープレートの
原因となる光沢剤等が除去されているため、熱処理を加
えない場合に比べ、オーバープレート量は格段に低下す
る。

【００５９】次に，より具体的なメッキ成膜装置を用い
てＣｕ配線を形成する実施例を説明をする。図３（Ａ）
に本実施例に用いたメッキ成膜装置の構成を示す。メッ
キ成膜装置２０は、２つのメッキセル２２−１、２２−
２、２つのスピン−リンサ−ドライヤ（ＳＲＤ）２３−
１、２３−２、２つのアニール室（ＡＮＬ）２４−１、
２４−２，ロード室２１，アンロード室２５を有する。
搬送用ロボット２６は、所望個所へ半導体ウエハ等の加
工対象物を搬送できる。

【００６０】図３（Ｂ）は，メッキ成膜工程を示すフロ
ーチャートである。ステップＳＡ１で成膜工程をスター
トする。ステップＳＡ２で，加工対象物をロード室２１
からメッキセル室に搬送し，いずれかのメッキセル２２
−１、２２−２でトレンチ／孔を埋め込む第１メッキを
行う。ステップＳＡ３では、第１メッキを終えた加工対
象物をＳＲＤ室に搬送し，いずれかのリンスセル２３−
１、２３−２でリンスし、水分を切る。

【００６１】ステップＳＡ４では、リンス後の加工対象
物をいずれかのＡＮＬ室２４−１、２４−２に搬送し，
熱処理する。例えば，１００℃〜３００℃の窒素雰囲気
中でホットプレートを用いて熱処理する。ステップＳＡ
５では、加工対象物を再びいずれかのメッキセルに搬送
し、第２メッキを行って，メッキ成膜を終了させる。ス
テップＳＡ６で，メッキ成膜を終了した加工対象物をリ
ンスし，水分を切り，ステップＳＡ７でメッキ成膜を終
了する。

【００６２】例えば，Ｓｉ基板上の酸化シリコン絶縁膜
中に０．２μm〜１０μm幅のトレンチを形成し、表面上
にＣｕシード層(２００nm）/バリアメタル層の積層を形
成した。トレンチの深さは５００nmとした。Ｃｕ電解メ
ッキセルには、図６（Ａ）に示す噴流式メッキ装置を用
い,硫酸銅ハイスロー浴を使用した。添加剤には光沢
剤、抑止剤を用いた。第1メッキは、直流電解メッキ条
件として電流密度が１５ｍＡ/ｃｍ²で２０秒間成膜し
た。この電析量により、最大のオーバープレートを発生
させる０．２μm幅のトレンチは完全に埋まることが分
かっている。

【００６３】第１メッキ後、ＳＲＤにより洗浄後、アニ
ールチャンバにて熱処理を行なった。このときアニール
チャンバーはＮ₂ガスを流し、Ｃｕ表面の酸化を極力抑
えた。熱処理は１８０℃で1分間行なった。引き続き、
メッキセルにて第１メッキと同じ条件で第２メッキを２
分５０秒間行った。２段階の総電析量としては,パタ-ン
段差の無い基板を用いた場合にＣｕ膜厚１μmが得られ
る。

【００６４】形成したメッキ膜厚を段差計で測定した。
成膜の中間で抑制プロセスを用いなかった場合は配線幅
２μｍ以下でオーバープレートが生じていた。本方法で
作成したメッキ層は、２μｍ以下の配線でも１０ｎｍの
精度で膜厚のオーバープレートは生じなかった。また,埋
め込み形状を断面より観察した結果,配線層へのボイド
発生など埋め込み不良は生じていなかった。

【００６５】第２メッキの条件として、第１メッキと同
じ条件を用いたが、電流密度や電流波形を変えても良
い。本実施例によれば、微細なトレンチや孔へボイドや
シームのない埋め込みが行え、最終的に平坦な成膜表面
形状を得ることができる。歩留りを高くでき、信頼性の
高いＣｕ配線を作成することができる。

【００６６】メッキセル、アニールチャンバーが独立の
ユニットで構成された既存のメッキ装置では、ＳＲＤ−
アニール工程が入り少なくともＳＲＤ工程が２度必要と
なる。

【００６７】図４（Ａ）は本発明の実施例によるメッキ
成膜装置の構成を示す。スループットが向上する様に同
一個所で複数の工程を行なえる構成としている。メッキ
装置のセル基本構成は、メッキチャンバと、回転ヘッド
から構成され、従来のフェイスダウン型メッキ装置と大
差はない。

【００６８】メッキチャンバは、メッキ槽３１、メッキ
液収容室３２，メッキ液供給口３６，メッキ液ドレイン
３７を有する。アノード電極３５は、メッキ液中に浸漬
される。図３（Ａ）に示すようにさらにメッキ液循環系
を有する。回転ヘッドは、軸３９の下にヒータ４１を備
えた基板ホルダ４０が取りつけられている。基板ホルダ
４０は、カソード電極を兼ねる。

【００６９】付加機能として、脱イオン水（ＤＩＷ）用
のシャワーノズル４４と熱窒素ガス（ＨｏｔＮ₂）ノズ
ル４５が設けられている。これらのノズル４４、４５
は、先端が可動であり、基板ホルダ４０に保持された基
板４２の中央部に向って脱イオン水，熱窒素ガスを噴射
できる。

【００７０】メッキ槽３１の外側に内壁３３、外壁３４
が配置され２重側壁構造を構成する。２重壁の間の空間
にもドレイン３８が設けられている。回転中の基板に噴
射された純水は，振り切られて外側に飛び，ドレイン３
８から排出される。

【００７１】メッキセルに、ＳＲＤ、熱窒素ノズルを備
えた構造であるため、少なくとも搬送にかかる時間分だ
けスループットを向上させることが可能となる。図４
（Ｂ）に、この装置を用いたメッキ工程のフローチャー
トを示す。ステップＳＢ１で処理がスタートすると，ス
テップＳＢ２で回転ヘッドをレベルＬ３まで下げ，基板
４２をメッキ液中に浸漬し、第1メッキを行なう。ステ
ップＳＢ２で、メッキ膜厚が所定の膜厚に達し第１メッ
キが終了したら、回転ヘッドをレベルＬ２まで上昇さ
せ、回転によってメッキ液を基板上から振り切る。この
ときの基板回転数は、５００ｒｐｍとした。

【００７２】ステップＳＢ４で，回転ヘッドをレベルＬ
１まで上昇させ、基板４２を回転させながらＤＩＷノズ
ルより純水を噴射し、基板表面をリンスする。このとき
の、ノズルからは細いシャワー状、或いは扇状に基板中
央付近に到達させ、基板回転数を２０００-２５００回
転とし、洗浄後のＤＩＷをセル外側に振り落とす。従っ
て、メッキ液中にＤＩＷが混入するのは稼動中のメッキ
液中の水の蒸発量に比べ極微量である。

【００７３】ステップＳＢ５で、熱窒素ノズル４５から
熱窒素ガスを基板４２に向けてブローする。熱窒素ガス
の温度は１８０℃とし、３分間ブローした。ステップＳ
Ｂ６で、基板をレベル３まで下げ、第２メッキを所定の
膜厚まで行なう。

【００７４】ステップＳＢ７で、メッキが終了したら、
基板をレベル２まで上げ、メッキ液をスピンオフして振
りきる。このときの基板回転数は、５００ｒｐｍとし
た。次に、ヘッドをレベルＬ１まで上げ、基板を回転さ
せながらＤＩＷノズル４４より純水を供給して基板表面
をリンスし、純水を振り切って一連のメッキ処理を終了
する。

【００７５】本実施例によれば，効率的にメッキ成膜を
行うことができ、かつオーバープレートを前述の実施例
同様防止することができる。上述の例では、シングルダ
マシンプロセスを行った。６-７層にも及ぶ多層配線プ
ロセスでは、工程数を削減することが望まれる。シング
ルダマシン工程と共に，デュアルダマシン工程が用いら
れている。

【００７６】図５（Ａ）〜（Ｄ）に実施例によるデュア
ルダマシンプロセスを示す。デュアルダマシンプロセス
は、ビアとトレンチを形成し、同時に埋め込むプロセス
である。

【００７７】図５（Ａ）に示すように，トランジスタ等
の半導体素子を形成した半導体基板５０上方に，酸化シ
リコン層５１を形成し、配線用のトレンチを形成する。
トレンチ内にＴｉＮなどのバリアメタル層５２，銅層５
３で形成された下層配線を埋め込む。下層配線を窒化シ
リコン層５４で覆う。

【００７８】窒化シリコン層５４の上に，例えば圧さ５
００ｎｍの酸化シリコン層５５，エッチストッパ用の窒
化シリコン層５６，例えば圧さ１μｍの酸化シリコン層
５７を積層する。酸化シリコン層５７表面から窒化シリ
コン層５６表面に達するトレンチＴ，窒化シリコン層５
４表面に達するビア孔Ｖをレジストマスク、リアクティ
ブエッチング等を用いて形成する。

【００７９】配線幅は，例えば０．２μｍ〜１０μｍと
する。ビア孔の径は，例えば０．２５μｍとする。エッ
チングの際、窒化シリコン層５６、５４をエッチストッ
パとして利用する。その後トレンチＴ、ビア孔Ｖ内に露
出した窒化シリコン層５６，５４を除去する。

【００８０】図５（Ｂ）に示すように，例えばスパッタ
リングにより，基板表面にＴｉＮ、ＴａＮ等によりバリ
アメタル層５８を堆積し，続いて銅シード層５９ー１を
堆積する。なお，スパッタリングに代え、ＣＶＤ等を用
いることもできる。

【００８１】図５（Ｃ）に示すように、銅シード層上に
銅層を電解メッキで堆積する。例えば，Ｃｕ電解メッキ
には、硫酸銅ハイスロー浴を使用する。添加剤には光沢
剤、抑止剤を用いる。上述の実施例のように，先ず第１
メッキを行って例えば配線幅の狭いデュアルダマシン凹
部を埋め込む。一旦メッキを中断し，例えば１８０℃の
熱窒素ガスをメッキ層表面にブローしながら，１分間の
熱処理を行う。基板ホルダも加熱することが，好まし
い。窒素雰囲気中の熱処理により表面層からイオウ化合
物が蒸発する。

【００８２】図５（Ｄ）に示すように、ＣＭＰで酸化シ
リコン層５７表面上の銅層５９，バリアメタル層５８を
除去する。平坦な酸化シリコン層５７内に埋め込まれた
銅配線が得られる。その後，銅配線を覆うように酸化シ
リコン層５７上に窒化シリコン層を形成する。必要に応
じ，図５（Ａ）〜（Ｄ）の工程を繰り返すことにより，
所望層数の多層配線を形成する。

【００８３】本実施例によれば，デュアルダマシン配線
をオーバープレートを防止つつ形成することができる。
以上、実施例に沿って本発明を説明したが，本発明はこ
れに制限されるものではない。例えば，種々の変更，改
良、組合わせが可能なことは、当業者にとって自明であ
ろう。

【００８４】以下、本発明の特徴を付記する。（付記１）（ａ）トレンチ／孔を有する加工対象物に
第1のメッキ成膜を行なう工程と、（ｂ）工程（ａ）の
後に加工対象物に熱処理を行なう工程と、（ｃ）工程
（ｂ）の後、加工対象物に第２のメッキ成膜を行なう工
程と、を含むメッキ成膜方法。

【００８５】（付記２）前記工程（ｂ）の熱処理が１
００℃以上の温度で行われる付記１記載のメッキ成膜方
法。（付記３）前記工程（ｂ）が，真空中でのアニールを
含む付記１記載のメッキ成膜方法。

【００８６】（付記４）前記工程（ｂ）が，不活性ガ
スまたは還元性ガスの雰囲気ガス中でのアニールを含む
付記１記載のメッキ成膜方法。（付記５）前記雰囲気ガスが窒素ガスである付記４記
載のメッキ成膜方法。

【００８７】（付記６）前記工程（ｂ）が、前記雰囲
気ガスをノズルで加工対象物に吹き付けることを含む付
記４または５記載のメッキ成膜方法。（付記７）前記工程（ｂ）の熱処理が、ランプでアニ
ールすることを含む付記１〜６のいずれか１項記載のメ
ッキ成膜方法。

【００８８】（付記８）前記工程（ｂ）の熱処理が、
ホットプレートを用いてアニールすることを含む付記１
〜６のいずれか１項記載のメッキ成膜方法。（付記９）前記加工対象物が半導体基板であり、前記
工程（ａ），（ｃ）がＣｕの電解メッキである付記１〜
８のいずれか１項記載のメッキ成膜方法。

【００８９】（付記１０）メッキ槽と、前記メッキ槽
上方に配置され，上下移動可能でかつ回転可能な加工対
象物支持具と、前記加工対象物支持具に支持された加工
対象物に純水を噴射することのできる純水用ノズルと、
前記加工対象物支持具に支持された加工対象物に雰囲気
ガスを吹き付けることのできるガス用ノズルと、を有す
るメッキ成膜装置。

【００９０】

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれ
ば，オーバープレートを抑制してトレンチ／孔を埋め込
んだメッキ層を形成することができる。特性の優れた銅
配線を効率的にメッキ成膜することができる。

【００９２】効率的に，特性の優れたメッキ層を形成で
きるメッキ成膜装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明者の行なった検討内容を示す表および
グラフである。

【図2】本発明の実施例によるメッキ成膜工程を示す
断面図である。

【図3】より具体的なメッキ成膜装置の平面図とメッ
キ工程のフローチャートである。

【図4】より具体的なメッキ成膜装置の平面図とメッ
キ工程のフローチャートである。

【図5】デュアルダマシン構造のメッキ工程を示す断
面図である。

【図6】従来のメッキ成膜装置およびダマシン工程を
示す断面図である。

【図7】従来のダマシン工程を示す断面図である。

【図8】オーバープレートの検討結果を示すグラフ及
び断面図である。

【符号の説明】

１１加工対象物１２メッキ層１３蒸発２０メッキ成膜装置２２メッキセル２３ＳＲＤセル２４アニール室３１メッキ槽３３内壁３４外壁３８ドレイン３９軸４０基板ホルダ４１ヒータ４２基板４４脱イオン水ノズル４５熱窒素ガスノズルＬレベル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K024 AA09 AB01 BA09 BA11 BB12 BC01 CA01 CA15 CB02 CB13 CB20 CB22 CB26 DA01 DA05 DA07 DB01 EA02 EA06 GA02 4M104 BB04 DD52 DD78

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）トレンチ／孔を有する加工対象物
に第1のメッキ成膜を行なう工程と、（ｂ）工程（ａ）の後に加工対象物に熱処理を行なう工
程と、（ｃ）工程（ｂ）の後、加工対象物に第２のメッキ成膜
を行なう工程と、を含むメッキ成膜方法。
【請求項２】前記工程（ｂ）の熱処理が１００℃以上
の温度で行われる請求項１記載のメッキ成膜方法。
【請求項３】前記工程（ｂ）が、前記雰囲気ガスをノ
ズルで加工対象物に吹き付けることを含む請求項１また
は２記載のメッキ成膜方法。
【請求項４】前記加工対象物が半導体基板であり、前
記工程（ａ），（ｃ）がＣｕの電解メッキである請求項
１〜３のいずれか１項記載のメッキ成膜方法。
【請求項５】メッキ槽と、前記メッキ槽上方に配置され，上下移動可能でかつ回転
可能な加工対象物支持具と、前記加工対象物支持具に支持された加工対象物に純水を
噴射することのできる純水用ノズルと、前記加工対象物支持具に支持された加工対象物に雰囲気
ガスを吹き付けることのできるガス用ノズルと、を有す
るメッキ成膜装置。