JP2003328184A

JP2003328184A - 微細回路配線形成方法およびこれに用いる装置

Info

Publication number: JP2003328184A
Application number: JP2002141230A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Hongo; 明久本郷; Akira Fukunaga; 明福永; Mizuki Nagai; 瑞樹長井; Ryoichi Kimizuka; 亮一君塚; Takeshi Kobayashi; 健小林; Takuro Sato; 琢朗佐藤
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Udylite Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; JCU Corp
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】銅めっきで形成される微細な銅配線から、銅
原子そのものの移動を鈍化・抑制させ、マイグレーショ
ンを防ぐ手段を提供すること。【解決手段】微細な回路パターンが設けられ、バリア
層および必要によりシード層が形成された電子回路用基
板上に、銅の中に拡散可能な金属を含むめっき（但し、
銅との合金めっきを除く）による第１めっき層と、銅め
っきによる第２めっき層を形成することを特徴とする微
細回路配線の形成方法。

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、プリント
配線板などの微細な回路パターンが設けられた基板上
に、めっきにより微細回路配線を形成させる方法および
そのための装置に関し、更に詳細には、銅めっきに先立
ち銅の中に拡散可能な金属を含むめっきを行うことによ
り、形成された微細回路配線のストレスマイグレーショ
ンやエレクトロマイグレーションを防ぐ微細回路配線形
成法およびそのための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体、プリント配線板などの微
細な回路パターンが設けられた基板上の配線は、主にア
ルミニウムで形成されていたが、近年は、回路パターン
の微細化に対応し、アルミニウムより電気抵抗の低い銅
も利用されるようになっており、このために主に硫酸銅
めっきが用いられている。

【０００３】最近、基板上の回路に対する微細化要求が
一段と高まり、より細かい配線間隔と、より薄い層間が
求められており、マイグレーション耐性に対する要求が
非常に厳しくなっている。このマイグレーションには２
つあり、その一つはエレクトロマイグレーションと呼ば
れる、高密度の電流により配線を形成する金属原子が局
所的に移動し、最終的には配線が切断する現象であり、
他の一つはストレスマイグレーションと呼ばれる、配線
中の応力により、配線を形成する金属原子が移動する現
象である。従来のアルミニウム配線の技術や純銅配線の
技術ではこれらのマイグレーションに対応することが困
難となりつつある。

【０００４】このような現象に対応する手段としては、
化学的機械的研磨（ＣＭＰ）後の銅被膜に対する蓋材の
種類、基板に最初に施すバリアメタルの種類、バリアメ
タルで処理した後のシードメタルの最適化なども盛んに
検討されているが、いずれも十分なものとはいえなかっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実情に
鑑みなされたものであり、銅めっきで形成される銅配線
から、銅原子そのものの移動を鈍化・抑制させ、マイグ
レーションを防ぐ手段の提供を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、銅の移動
のしやすさについて鋭意研究を行っていたところ、銅の
移動速度は、純銅中におけるよりも一定の金属との合金
中における場合の方が低いことを見出した。そして、電
子回路を形成する銅めっきに先立ち、銅の中に拡散可能
な金属を含むめっき層を形成させれば、このめっき層に
含まれる金属と銅が合金化することで、微細配線中にお
けるマイグレーションが著しく抑制できることを見出
し、本発明を完成した。

【０００７】すなわち本発明は、微細な回路パターンが
設けられ、バリア層および必要によりシード層が形成さ
れた電子回路用基板上に、銅の中に拡散可能な金属を含
むめっき（但し、銅との合金めっきを除く）による第１
めっき層と、銅めっきによる第２めっき層を形成するこ
とを特徴とする微細回路配線の形成方法を提供するもの
である。

【０００８】また本発明は、第１めっき層を形成させる
ための銅の中に拡散可能な金属を含むめっき処理部、第
２めっき層を形成させるための銅めっき処理部およびこ
れらを水洗するための水洗部と、電子回路用基板の搬入
・搬出部を有する微細回路配線形成装置第１めっき層を
提供するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明方法は、例えば図１に示す
ように、微細回路配線が形成された基板上に（ａ）、バ
リア層を形成した後（ｂ）、シード層または触媒層を形
成させ（ｃ）、銅の中に拡散可能な金属（以下、「拡散
性金属」という）を含むめっき（但し、銅との合金めっ
きを除く）の第１めっき層（ｄ）および銅による第２め
っき層を形成させることにより実施される。図１中、１
および３は基板上に形成された層間絶縁層、２は導電
層、４はバリア層、５はシード層または触媒層、６は第
１めっき層、７は第２めっき層（銅めっき層）を示す。

【００１０】本発明方法により微細回路配線が形成され
る基板は、その表面に微細な回路パターンが設けられた
半導体基板やプリント基板である。この基板上の微細な
回路パターンは、例えば、微細な溝や孔により形成され
るものであり、この溝や孔が金属銅で埋められ、回路配
線となる。

【００１１】この基板は、あらかじめ常法で前処理され
た後、本発明の微細回路配線の形成方法が実施される。
前処理としては、例えば、シリコンウエハ等のシリコン
基板の場合は、例えば、Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＮ、
ＳｉＴｉＮ、ＣｏＷＰ、ＣｏＷＢ等によるバリア層が形
成される（図１中、（ｂ））。また、この後に電気めっ
きを行う場合は、バリア層形成後の前処理として、ＰＶ
Ｄ等により給電層となる銅シード層が形成される。一
方、この後に無電解めっきを行う場合は、触媒付与層を
形成するための前処理が行われる（図１中、（ｃ））。

【００１２】上記のように前処理された基板は、次に拡
散性金属を含むめっきによる第１めっき層が形成される
（図１中、（ｄ））。このめっきは、微細な回路パター
ンを形成する微細な溝や孔全体を薄く覆うように行う。

【００１３】この第１めっきは、拡散性金属を含む金属
皮膜を形成するものであり、このめっき皮膜は、拡散性
金属を含むめっき浴が利用される。この拡散性金属は、
銅中で拡散するものであれば、特に制約はなく、好まし
いものの例としては、例えば、銀、コバルト、イリジウ
ム、モリブデン、ニッケル、白金、パラジウム、ロジウ
ム、ルテニウム、すず、タングステン、亜鉛等が挙げら
れる。

【００１４】この拡散性金属を含むめっき浴は、実質的
に拡散性金属のみを析出させるめっき浴であっても、ま
た、この拡散性金属と、これと共析可能な他の金属を組
み合わせた合金めっき浴（但し、銅との合金めっき浴は
除く）であっても良く、更に電気めっきであってもまた
無電解めっきであっても良い（なお、モリブデン、タン
グステンについては単一金属としての析出は難しいた
め、合金めっきとなる）。しかし、本発明が対象とする
微細回路形成においては、成膜して形成された配線・回
路の抵抗が高いと熱発生や信号伝達遅延の問題を引き起
こすので、第１めっきは、体積抵抗率として１５μΩ・
ｃｍ以下、特に５μΩ・ｃｍ以下である被膜を形成させ
ることのできるめっき浴であることが好ましくい。

【００１５】第１めっき層を形成するためのめっき浴の
うち、実質的に拡散性金属のみを析出させるめっき（以
下、「拡散性単一金属めっき」という）浴はいずれもす
でに公知であり、本発明方法の実施に当たっては、これ
ら銅合金めっき浴から、析出金属の種類、析出割合、比
抵抗、めっき条件、実施の容易性等を勘案し、選択すれ
ばよい。

【００１６】この拡散性単一金属めっき浴については、
特に例示するまでもないが、銀めっきについては、シア
ン浴、ヨウ化カリウム浴等が、コバルトめっきについて
は、塩化物浴等が、イリジウムめっきについては、硫酸
浴、スルファミン酸浴等が、ニッケルめっきについて
は、ワット浴、塩化物浴、硫酸浴、スルファミン酸浴等
がそれぞれ知られているので、これらから適宜選択し使
用することができる。また、白金めっきについては、ジ
アミノ亜硫酸塩浴等が、パラジウムめっきについては、
塩化アンミン浴等が、ロジウムめっきについては、硫酸
浴、りん酸浴、りん酸−硫酸浴等が、ルテニウムめっき
については、硫酸浴、スルファミン酸浴等が知られてお
り、更に、すずめっきについては、硫酸浴、ホウフッ化
浴、スズ酸塩浴、有機カルボン酸浴、ピロりん酸浴等
が、亜鉛めっきについては、シアン浴、ピロりん酸浴、
塩化物浴、ジンケート浴、硫酸浴、ホウフッ化浴がそれ
ぞれ知られているので、これら浴から適宜選択して使用
することができる。

【００１７】このうち、銀めっき、コバルトめっき、す
ずめっき、ニッケルめっき等を利用することが、第２め
っき層である銅めっき層への拡散性およびマイグレーシ
ョンを防ぐ効果の面から好ましい。

【００１８】なお、本発明において好ましく用いること
のできる拡散性単一金属めっき浴の組成およびめっき条
件の例をいくつか示せば次の通りである。

【００１９】（電気めっき）銀めっき：＜浴組成＞シアン化銀５〜２０ｇ／Ｌシアン化カリウム１０〜４０ｇ／Ｌ炭酸カリウム５〜２５ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ７〜９電流密度０.１〜２Ａ／ｄｍ^２浴温２０〜３５℃ めっき時間１０秒〜２分

【００２０】コバルトめっき：＜浴組成＞硫酸コバルト１００〜６００ｇ／Ｌ塩化ナトリウム５〜３０ｇ／Ｌホウ酸１０〜５０ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ４.５〜６.０電流密度３〜２０Ａ／ｄｍ^２浴温２０〜３０℃ めっき時間１０秒〜３分

【００２１】ニッケルめっき：＜浴組成＞硫酸ニッケル１００〜２００ｇ／Ｌ塩化アンモニウム５〜２０ｇ／Ｌホウ酸１０〜３０ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ４.５〜６.０電流密度０.２〜３.０Ａ／ｄｍ^２浴温２０〜３０℃ めっき時間１０秒〜３分

【００２２】（無電解めっき）銀めっき：＜浴組成＞硝酸銀１〜１５ｇ／Ｌ硫酸アンモニウム７５〜２００ｇ／Ｌアンモニア１０〜５０ｇ／Ｌ硫酸コバルト１５〜４５ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ９.５〜１１.５浴温１５〜３５℃ めっき時間３０秒〜５分

【００２３】すずめっき：＜浴組成＞塩化すず（II）１０〜３０ｇ／Ｌクエン酸５０〜２００ｇ／ＬＥＤＴＡ２０〜７５ｇ／Ｌニトリロトリ酢酸２５〜１００ｇ／Ｌ三塩化チタン５〜２０ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ８〜１０.５浴温６０〜９０℃ めっき時間１０秒〜５分

【００２４】ニッケルめっき：＜浴組成＞塩化ニッケル５〜２０ｇ／Ｌヒドラジン１０〜５０ｇ／Ｌグリシン２５〜１００ｇ／Ｌホウ酸１５〜５０ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ９.０〜１２.５浴温６０〜９０℃ めっき時間２０秒〜５分

【００２５】一方、拡散性金属およびこれと共析可能な
金属の合金めっき（以下、「拡散性金属合金めっき」と
いう）浴も数多く知られているので、これを利用するこ
とができる。本発明においては、上記した拡散性金属
と、当該金属と共析可能な金属の合金めっきであればい
ずれも使用可能であるが、銀、コバルト、タングステ
ン、すずおよびニッケルから選ばれる金属と、これと共
析可能な他の金属の合金めっき好ましい。

【００２６】上記のような、拡散性金属合金めっきの例
としては、銀系合金めっき浴として、例えば、Ａｇ−Ｓ
ｎ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｂｉ、Ａｇ−Ｓｂ、Ａｇ−Ｔ
ｌ、Ａｇ−Ｒｈ等の合金めっき浴が挙げられる。また、
コバルト系合金めっき浴としては、例えば、Ｃｏ−Ｎ
ｉ、Ｃｏ−Ｗ、Ｃｏ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｍｏ、Ｃｏ−Ｐｄ、
Ｃｏ−Ｓｎ、Ｃｏ−Ｐ、Ｃｏ−Ｚｎ、Ｃｏ−Ｔｌ、Ｃｏ
−Ｂ等の合金めっき浴が、タングステン系の合金めっき
浴としては、Ｗ−Ｎｉ、Ｗ−Ｍｏ、Ｗ−Ｍｎ、Ｗ−Ｆ
ｅ、Ｗ−Ｃｒ、Ｗ−Ａｕ等の合金めっき浴が、すず系合
金めっき浴としては、前に記載した合金とは別に、Ｓｎ
−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｍｎ、Ｓｎ−Ｉｎ等の合金めっき浴が挙
げられる。更に、ニッケル系合金めっき浴としては、Ｎ
ｉ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｐｔ、Ｎｉ−Ｒｈ、Ｎｉ−
Ｓｎ、Ｎｉ−Ｔｌ等の合金めっき浴が挙げられる。

【００２７】上記した拡散性金属合金めっき浴は、何れ
も公知なものであり、成書、例えば、「合金めっき」
（榎本英彦、小見崇著、日刊工業新聞社、１９８７
年）、「めっき教本」（電気鍍金研究会編、日刊工業新
聞社、１９８６年）、「めっき技術ガイド」（全国鍍金
材料組合連合会編、全国鍍金材料連合会、１９９６
年）、「新しい合金めっき法」（ペ.エム.ヴャチェスラ
ヴォフ著、日ソ通信社、１９８０年）、「貴金属めっ
き」（古藤田哲哉著、槇書店、１９９２年）、「無電解
めっき」（神戸徳茂著、槇書店、１９８４年）、「無電
解めっき基礎と応用」（電気鍍金研究会編、日刊工業新
聞社、１９９４年）等の記載に従って調製することがで
きる。

【００２８】具体的には、例えば、上記中、「合金めっ
き」（橋本英彦、小見崇著、日刊工業新聞社（１９８７
年））には、広く合金めっきがが開示されており、銀系
合金めっき浴については同書の１４８〜１５０頁を、コ
バルト系合金めっき浴については、同書の１５０〜１５
６頁を、タングステン系の合金めっき浴については、
同書の１３０〜１３９頁をそれぞれ参酌し調製すればよ
い。また、すず系合金めっき浴については、同書の４７
〜６５頁の記載、ニッケル系合金めっき浴については、
同書の１２０〜１３９頁の記載をそれぞれ参酌して調製
することができる。

【００２９】これら拡散性金属合金めっき浴のうち、本
発明において特に好ましく用いることのできるものの組
成およびめっき条件の例をいくつか示せば次の通りであ
る。

【００３０】（電気合金めっき）銀系合金めっき（Ａｇ−Ｐｄ）：＜浴組成＞シアン化銀２.５〜２０ｇ／Ｌ塩化パラジウム１０〜４０ｇ／Ｌピロりん酸３０〜９０ｇ／Ｌチオシアン酸１００〜２５０ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ４〜７電流密度０.１〜２.０Ａ／ｄｍ
^２浴温２０〜３０℃ めっき時間１０秒〜２分

【００３１】コバルト系合金めっき（Ｃｏ−Ｐ）：＜浴組成＞塩化コバルト１５０〜２５０ｇ／Ｌ塩基性炭酸コバルト１０〜５０ｇ／Ｌ亜りん酸２５〜７５ｇ／Ｌりん酸３０〜６０ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ４.５〜８.０電流密度０.１〜１０Ａ／ｄｍ^２浴温６０〜９０℃ めっき時間１０秒〜２分

【００３２】タングステン系合金めっき（Ｗ−Ｎｉ）：＜浴組成＞硫酸ニッケル１５〜５０ｇ／Ｌタングステン酸１０〜５０ｇ／Ｌクエン酸３０〜９０ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ７.０〜１０.５電流密度０.１〜５.０Ａ／ｄｍ
^２浴温１５〜３０℃ めっき時間１０秒〜３分

【００３３】すず系合金めっき（Ｓｎ−Ｎｉ）：＜浴組成＞塩化すず（II）１０〜５０ｇ／Ｌ塩化ニッケル１５〜５０ｇ／Ｌピロりん酸１５０〜２５０ｇ／Ｌグリシン５〜５０ｇ／Ｌアンモニア１〜１５ｍＬ／Ｌ有機添加剤１〜１０ｍＬ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ７.０〜９.５電流密度０.１〜２Ａ／ｄｍ^２浴温３０〜６０℃ めっき時間１０秒〜３分

【００３４】ニッケル系合金めっき（Ｎｉ−Ｐ）：＜浴組成＞硫酸ニッケル１００〜２００ｇ／Ｌ塩化ニッケル３０〜６０ｇ／Ｌりん酸２５〜７５ｇ／Ｌ亜りん酸２０〜６０ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ４.５〜８.０電流密度０.１〜１０Ａ／ｄｍ^２浴温５０〜９０℃ めっき時間１０秒〜２分

【００３５】（無電解合金めっき）銀系合金めっき（Ａｇ−Ｗ）：＜浴組成＞硝酸銀０.５〜１５ｇ／Ｌタングステン酸５〜２５ｇ／Ｌアンモニア５〜３０ｇ／Ｌ酢酸５〜５０ｇ／Ｌヒドラジン１〜１５ｇ／Ｌ有機添加剤１〜１０ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ９.０〜１１.５浴温３０〜８０℃ めっき時間１０秒〜５分

【００３６】コバルト系合金めっき（Ｃｏ−Ｐ）：＜浴組成＞硫酸コバルト１０〜５０ｇ／Ｌクエン酸３０〜７５ｇ／Ｌ次亜りん酸５〜３０ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ８.０〜１１.５浴温６０〜９０℃ めっき時間１０秒〜３分

【００３７】タングステン系合金めっき（Ｗ−Ｎｉ）：＜浴組成＞硫酸ニッケル１〜２０ｇ／Ｌクエン酸５〜４０ｇ／Ｌ硫酸アンモニウム１５〜５０ｇ／Ｌタングステン酸１０〜５０ｇ／Ｌ次亜りん酸１〜１５ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ７.５〜１０.５浴温６０〜９０℃ めっき時間１０秒〜５分

【００３８】ニッケル系合金めっき（Ｎｉ−Ｐ）：＜浴組成＞塩化ニッケル１５〜５０ｇ／Ｌクエン酸１〜３０ｇ／Ｌ次亜りん酸５〜２５ｇ／Ｌ＜めっき条件＞ｐＨ４.０〜７.５浴温６０〜９０℃ めっき時間１０秒〜３分

【００３９】上記の拡散性金属を含むめっき浴による第
１めっきは、めっき層の厚みが、１から２００ｎｍ程
度、好ましくは５から５０ｎｍ程度となるまで、つま
り、微細な回路パターンを形成する微細な溝や孔の全体
を薄く覆うように行われる。この厚みのめっき層を形成
するための条件は、使用するめっき浴の種類の他、種々
の条件により相違するため、各めっき浴に応じた最適条
件を個々に定める必要がある。すなわち、使用するめっ
き浴が電気めっきであるか無電解めっきであるかによっ
て、基本的な条件が大きく異なる上、析出金属が単一金
属であるか合金であるかや、合金の場合は共析金属の種
類によっても、めっきするための条件、例えば、浴温
度、めっき時間、攪拌の有無、電解の有無およびその電
流密度等が異なるので、実験的に最適な条件を定めるこ
とが必要である。

【００４０】以上のようにして、第１めっき層が形成さ
れた基板は、更に該第１めっき層上に銅めっきによる第
２めっき層が形成される（図１中、（ｅ））。

【００４１】この銅めっき層は、従来から微細回路パタ
ーンを有する基板の銅めっきに使用されてきた酸性銅め
っきやアルカリ性銅めっきを使用することにより行うこ
とができる。すなわち、硫酸またはアルカンもしくはア
ルカノールスルホン酸を含有する銅めっき浴やピロりん
酸を含有する銅めっき浴等により実施することができ
る。

【００４２】この銅めっき浴の組成や、そのめっき条件
も、従来から基板上の微細回路パターン（溝や孔）を埋
め込むために用いられてきたものをそのまま利用するこ
とができ、例えば硫酸等のアニオン濃度が低いレベリン
グ性の優れた組成を有するものが利用できる。

【００４３】本発明の第２めっきとして好ましく用いら
れる酸性銅めっき浴について、その組成および条件の一
例を示せば次の通りである。

【００４４】（電気めっき）＜浴組成例＞硫酸銅１５０〜２５０ｇ／Ｌ硫酸１０〜１００ｇ／Ｌ塩素３０〜９０ｍｇ／Ｌ有機添加剤１〜２０ｍＬ／Ｌ＜めっき条件例＞電流密度０.３〜５Ａ／ｄｍ² めっき時間３０秒〜５分温度２０〜３０ ℃

【００４５】上記の第２めっきである銅めっきにより微
細回路パターンが埋め込まれた基板は、アニールされた
後、ＣＭＰにより不要な銅めっき部分を除去し、基板上
に銅による微細回路配線が形成される。なお、上では代
表的な酸性銅めっきである硫酸銅めっき浴について示し
たが、ピロりん酸銅めっき浴等のアルカリ性銅めっき浴
を用いても良いことはいうまでもない。

【００４６】アニールは、従来の銅めっきによる微細回
路配線の形成でも銅の結晶成長のために行われていた
が、本発明でのアニールは、銅の結晶成長の他、第１め
っき層の拡散性金属が第２めっき層の銅中へ拡散するこ
とを促進する目的があり、マイグレーション耐性をあげ
るために有効である。このアニールは、銅めっき後の基
板を、１００から５００℃程度、好ましくは３００から
４００℃程度の温度に保持することにより行われる。

【００４７】以上説明した本発明方法を有利に実施する
ための装置としては、第１めっき層を形成させるための
拡散性金属を含むめっき手段、第２めっき層を形成させ
るための銅めっき手段およびこれらを水洗するための水
洗手段と、電子回路用基板を搬入・搬出するための手段
を有する微細回路配線形成装置が挙げられる。

【００４８】この微細回路配線形成装置の一実施態様の
平面配置図を図２に示すが、この装置は、ロード・アン
ロード部１０、各一対の洗浄・乾燥処理部１２、第１基
板ステージ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６及び第
２基板ステージ１８、基板を１８０°反転させる機能を
有する水洗部２０及びめっき処理部２２を有するもので
ある。そして、このめっき処理部２２は、第１めっき層
を形成させるための拡散性金属を含むめっき浴槽２２ａ
および第２めっき層を形成させるための銅めっき浴槽２
２ｂを含む。

【００４９】この装置には、更に、ロード・アンロード
部１０、洗浄・乾燥処理部１２及び第１基板ステージ１
４の間で基板の受渡しを行う第１搬送装置２４と、第１
基板ステージ１４、ベベルエッチ・薬液洗浄部１６及び
第２基板ステージ１８の間で基板の受渡しを行う第２搬
送装置２６と、第２基板ステージ１８、水洗部２０及び
めっき処理部２２の間で基板の受渡しを行う第３搬送装
置２８が備えられている。

【００５０】上記微細回路配線形成装置の内部は、仕切
り壁７１１によってめっき空間７１２と清浄空間７１３
に仕切られ、これらの各めっき空間７１２と清浄空間７
１３は、それぞれ独自に給排気できるようになってい
る。そして、仕切り壁７１１には、開閉自在なシャッタ
（図示せず）が設けられている。また、清浄空間７１３
の圧力は、大気圧より低く、かつめっき空間７１２の圧
力より高くしてあり、これにより、清浄空間７１３内の
空気が微細回路配線形成装置の外部に流出することがな
く、かつめっき空間７１２内の空気が清浄空間７１３内
に流入することがないようになっている。

【００５１】図３は、本発明の別の実施態様の微細回路
配線形成装置の全体配置図を示すものである。このめっ
き装置は、ロード・アンロード部９１５、各一対のアニ
ール処理部９８６、ベベルエッチ・薬液洗浄部９８４及
び基板ステージ９７８、基板を１８０°反転させる機能
を有する水洗部９８２、第１段めっき処理（拡散性金属
を含むめっき）を行う１基の第１のめっき処理部９８０
及び第２段めっき処理（銅めっきによる銅の埋込み）を
行う３基の第２のめっき処理部９７２を有している。

【００５２】更に、ロード・アンロード部９１５、アニ
ール処理部９８６、ベベルエッチ・薬液洗浄９６４及び
基板ステージ９７８の間で基板の受渡しを行う走行自在
な第１搬送装置９１７と、基板ステージ９７８、水洗部
９８２、第１のめっき処理部９８０及び第２のめっき処
理部９７２の間で基板の受渡しを行う走行自在な第２搬
送装置９２４が備えられている。

【００５３】この実施態様の装置では、先ず、表面にシ
ード層を形成した基板をロード・アンロード部９１５か
ら第１搬送装置９１７で一枚ずつ取り出し、基板ステー
ジ９７８を経由して第１のめっき処理部９８０に搬入す
る。

【００５４】次に、この第１のめっき処理部９８０で、
基板の表面に拡散性金属を含むめっきを施した後、必要
に応じて、基板を水洗部９８２に搬送して水洗し、しか
る後、水洗後の基板を第２のめっき処理部９７２の一つ
に搬送する。

【００５５】更に、この第２のめっき処理部９７２で、
基板の表面に第２のめっき液を使用した第２段めっき処
理を施して、銅の埋込みを行う。この時、第１段めっき
処理を施すことで、第２のめっきにより得られた銅めっ
き皮膜層とバリア層との間でのマイグレーションが生じ
ず、ボイドや断線のない銅の埋込みが可能となる。

【００５６】第２段めっき処理終了後、必要に応じて、
基板を水洗部９８２に搬送して水洗し、しかる後、水洗
後の基板をベベルエッチ・薬液洗浄部９８４に搬送す
る。そして、このベベルエッチ・薬液洗浄部９８４で、
銅めっき処理後の基板を薬液で洗浄するとともに、基板
のベベル部に薄く形成された銅薄膜等をエッチング除去
し、更に純水でリンスした後、高速回転させてスピンド
ライする。しかる後、このスピンドライ後の基板をアニ
ールユニット９８６に搬送してアニールし、アニール終
了後に、第１搬送装置９１７でロード・アンロード部９
１５のカセットに戻すのである。

【００５７】図４は、本発明の他の実施態様の微細回路
配線形成装置の全体配置図である。この装置は、ロード
・アンロード部９００、アニール処理部９０３、２基の
ベベルエッチ・薬液洗浄部９０２、基板ステージ９０６
及び３基のめっき処理部９０１とを有している。このめ
っき処理部９０１は、第１めっき層を形成させるための
拡散性金属を含むめっき浴槽９０１ａおよび第２めっき
層を形成させるための銅めっき浴槽９０１ｂを含む。

【００５８】更に、この装置には、ロード・アンロード
部９００と基板ステージ９０６との間で基板の受渡しを
行う走行自在な第１搬送装置９０４と、基板ステージ９
０６、アニール処理部９０３、ベベルエッチ・薬液洗浄
部９０２及びめっき処理部９０１との間で基板の受渡し
を行う走行自在な第２搬送装置９０５が備えられてい
る。

【００５９】図５は、本発明の他の別の実施態様の微細
回路配線形成装置の全体配置図である。このめっき装置
は、ロード・アンロード部１０００、ベベルエッチ・薬
液洗浄部１０５０、洗浄・乾燥処理部（スピン−リンス
−ドライユニット）１０４０、第１段めっき処理（拡散
性金属を含むめっき）を行う１基の第１のめっき処理部
１０１０、第２段めっき処理（銅めっきによる銅の埋込
み）を行う２基の第２のめっき処理部１０２０及び第１
のめっき処理と第２のめっき処理との間で基板を洗浄す
る洗浄部１０３０を有している。更に、ロード・アンロ
ード部１０００、ベベルエッチ・薬液洗浄部１０５０及
び洗浄・乾燥処理部１０４０との間で基板の受渡しを行
う第１搬送装置１０６０と、ベベルエッチ・薬液洗浄部
１０５０、洗浄・乾燥処理部１０４０、第１のめっき処
理部１０１０、第２のめっき処理部１０２０及び洗浄部
１０３０との間で基板の受渡しを行う走行自在な第２搬
送装置１０７０が備えられている。

【００６０】また図６は、研磨処理部を一体に組み込ん
で、めっき直後に基板表面の研磨が行えるようにした、
本発明の実施態様の微細回路配線形成装置を示す全体配
置図である。この装置は、ロード・アンロードを行う基
板カセット５３１、５３１と、めっき処理部５１２と、
基板を洗浄する洗浄処理部５３５，５３５と、２台の搬
送装置５１４ａ、５１４ｂと、反転機５３９、５３９
と、研磨処理部５４１、５４１と、スピン乾燥機５３４
とを備えている。このうちめっき処理部５１２は、、第
１めっき層を形成させるための銅合金めっき浴槽５１２
ａおよび第２めっき層を形成させるための銅めっき浴槽
５１２ｂを含む。

【００６１】上記装置における基板の流れは、例えば以
下の通りである。まず搬送装置５１４ａが何れかのロー
ド用の基板カセット５３１から処理前の基板を取り出
し、めっき処理部５１２において、銅合金めっき浴槽５
１２ａおよび銅めっき浴槽５１２ｂで順次めっき処理を
施した後、搬送装置５１４ａが基板を何れかの反転機５
３９に受け渡しその被処理面を下向きにした後、もう一
方の搬送装置５１４ｂに受け渡される。搬送装置５１４
ｂは基板を何れかの研磨処理部５４１に受渡し、所定の
研磨がなされる。研磨後の基板は搬送装置５１４ｂによ
って取り出され、何れかの洗浄処理部５３５で洗浄され
た後、他方の研磨処理部５４１に受け渡されて再度研磨
された後、搬送装置５１４ｂにより他方の洗浄処理部５
３５に搬送されて洗浄が行われる。洗浄後の基板は、搬
送装置５１４ｂにより他方の反転機５３９に搬送されて
被処理面が上向きに反転された後、搬送装置５１４ａに
よりスピン乾燥機５３４に搬送されてスピン乾燥され、
その後再び搬送装置５１４ａによりアンロード用の基板
カセット５３１に収納される。

【００６２】

【作用】現状の銅めっきにより成膜して得られる純銅配
線は、高密度の電流による原子の移動が起きやすく、か
つストレスによる変形も容易で、エレクトロマイグレー
ション耐性や、ストレスマイグレーション耐性に欠け
る。

【００６３】本発明方法は、銅めっきに先立って、銅中
で拡散する金属を含むめっき浴でめっき層を形成し、銅
めっき後にアニール処理を施すことで配線自体を合金化
することにより、銅原子の移動や、配線の変形を抑制す
るものである。

【００６４】本発明方法によるマイグレーション耐性向
上効果の理由はまだ解明できていないが、合金化するこ
とにより、銅配線内での銅原子の移動が抑制されるとと
もに、変形に対する耐性が向上するためと考えられる。

【００６５】

【実施例】次に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明
するが、本発明はこれら実施例に何ら制約されるもので
はない。

【００６６】実施例１径２００ｎｍ、深さ１０００ｎｍのビアホールを有する
シリコン基板を使用し、これをスパッタＴａ／ＴａＮで
バリア処理した後、スパッタＣｕでシード層を形成させ
て試験用サンプルとした。

【００６７】この試験サンプルを、硫酸ニッケル１５０
ｇ／Ｌ、塩化アンモニウム１５ｇ／Ｌおよびホウ酸１５
ｇ／Ｌからなり、硫酸とテトラメチルアンモニウムハイ
ドロオキサイドによりｐＨを５.５に調整したニッケル
めっき浴を用い、電流密度０.５Ａ／ｄｍ^２、めっき時
間２０秒で第１段めっき処理を行なった。次いで、常法
に従って水洗した後、硫酸銅２２５ｇ／Ｌ、硫酸５５ｇ
／Ｌ、塩素６０ｍｇ／Ｌおよび有機添加剤５ｍＬ／Ｌか
らなる硫酸銅めっき液を使用し、電流密度２.５Ａ／ｄ
ｍ^２、めっき時間２分の第２段めっき処理（銅の埋め込
み）を行った。

【００６８】銅による埋め込みの後、４００℃で５分間
のアニール処理を行なった。その後、試験用サンプルを
切断し、ＳＥＭで観察した結果、基板の全ビアホールに
ボイドは生じていなかった。第１段めっきとしてニッケ
ル皮膜を用いなかった場合と比較してエレクトロマイグ
レーション耐性は良好であった。

【００６９】実施例２実施例１で用いた試験用サンプルに、シアン化銀６ｇ／
Ｌ、シアン化カリウム２０ｇ／Ｌおよび炭酸カリウム１
０ｇ／Ｌからなり、ｐＨ７.０に調整した銀めっき浴
で、電流密度０.５Ａ／ｄｍ^２、めっき時間２０秒の第
１段めっき処理を行なった。次いで、水洗後、硫酸銅２
２５ｇ／Ｌ、硫酸５５ｇ／Ｌ、塩素６０ｍｇ／Ｌおよび
有機添加剤５ｍＬ／Ｌからなる硫酸銅めっき液を使用
し、電流密度２.５Ａ／ｄｍ^２、めっき時間２分の第２
段めっき処理（銅の埋め込み）を行った。

【００７０】この試験用サンプルについて、実施例１と
同様にＳＥＭ観察した結果、基板の全ビアホールにボイ
ドは生じていなかった。第１段めっきとして銀皮膜を用
いなかった場合と比較してエレクトロマイグレーション
耐性は良好であった。

【００７１】

【発明の効果】本発明方法によれば、銅で形成される回
路中でのマイグレーションが抑制・鈍化されるため、銅
回路の断線がおきにくく、更なる微細化を図ることが可
能であり、半導体や回路の更なる高速化・高密度化が可
能となる。

【００７２】しかも、本発明方法は、現在、一般的に用
いられている硫酸銅めっき等酸性銅めっきによる回路形
成（成膜）の前段に拡散性金属を含むめっきを導入した
ものであるため、設備の大幅な変更や、特殊な装置を必
要とするものでないと共に、埋め込み特性に優れ、皮膜
抵抗値が低く、コストも安いという現状の酸性銅めっき
等の特性も活用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明工程を示す模式図

【図２】本発明の微細回路配線形成装置の一実施態様
の平面配置図。

【図３】本発明の微細回路配線形成装置の別の実施態
様の全体配置図。

【図４】本発明の微細回路配線形成装置の他の実施態
様の全体配置図。

【図５】本発明の微細回路配線形成装置の他の別の実
施態様の全体配置図。

【図６】研磨処理部を一体に組み込んだ、本発明の微
細回路配線形成装置を示す全体配置図。

【符号の説明】

１および３ … … 基板上に形成された層間絶縁層２ … … 導電層４ … … バリア層５ … … シード層または触媒層６ … … 拡散性金属を含むめっき層７ … … 銅めっき層以上

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０５Ｋ 3/18 Ｈ０１Ｌ 21/88 ＲＭ (72)発明者福永明東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者長井瑞樹東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者君塚亮一神奈川県藤沢市善行坂１−１−６荏原ユージライト株式会社内 (72)発明者小林健神奈川県藤沢市善行坂１−１−６荏原ユージライト株式会社内 (72)発明者佐藤琢朗神奈川県藤沢市善行坂１−１−６荏原ユージライト株式会社内Ｆターム(参考） 4K024 AA03 AA09 AA10 AA12 AA14 AB02 BA15 BB11 BB12 CA01 CA04 CA06 DA04 DB02 4M104 BB04 BB05 BB06 BB07 BB08 BB16 BB17 BB30 BB32 BB33 BB36 DD52 DD53 DD63 DD75 DD79 DD83 FF16 FF22 HH01 5E343 AA23 BB17 BB24 BB25 BB34 BB39 BB40 BB44 BB45 BB49 DD33 DD43 ER23 ER33 ER39 GG08 GG14 5F033 HH12 HH15 HH21 HH27 HH32 HH33 HH34 JJ12 JJ15 JJ21 JJ27 JJ32 JJ33 JJ34 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 PP28 QQ48 QQ69 QQ73 XX05 XX06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微細な回路パターンが設けられ、バリア
層および必要によりシード層が形成された電子回路用基
板上に、銅の中に拡散可能な金属を含むめっき（但し、
銅との合金めっきを除く）による第１めっき層と、銅め
っきによる第２めっき層を形成することを特徴とする微
細回路配線の形成方法。
【請求項２】第１めっき層が、銅のエレクトロマイグ
レーションまたはストレスマイグレーションを防ぐもの
である請求項第１項記載の微細回路配線の形成方法。
【請求項３】銅の中に拡散可能な金属が、熱処理によ
り銅の中に拡散可能な金属である請求項第１項または第
２項記載の微細回路配線の形成方法。
【請求項４】第１めっき層の比抵抗が、体積抵抗率と
して１５μΩ・ｃｍ以下である請求項第１項ないし第３
項記載の何れかの項記載の微細回路配線の形成方法。
【請求項５】銅の中に拡散可能な金属が、銀、コバル
ト、イリジウム、モリブデン、ニッケル、白金、パラジ
ウム、ロジウム、ルテニウム、すず、タングステンまた
は亜鉛から選ばれたものである請求項第４項記載の微細
回路配線の形成方法。
【請求項６】第１めっき層が、銀めっきまたは銀およ
びこれと共析可能な金属の合金めっき浴から析出された
ものである請求項第１項ないし第５項記載の微細回路配
線の形成方法。
【請求項７】銀およびこれと共析可能な金属の合金め
っき浴が、Ａｇ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｂｉ、Ａｇ
−Ｓｂ、Ａｇ−ＴｌおよびＡｇ−Ｒｈからなる群より選
ばれる合金めっき浴である請求項第６項記載の微細回路
配線の形成方法。
【請求項８】第１めっき層が、コバルトめっきまたは
コバルトおよびこれと共析可能な金属との合金めっき浴
から析出されたものである請求項第１項ないし第５項記
載の微細回路配線の形成方法。
【請求項９】コバルトおよびこれと共析可能な金属と
の合金めっき浴が、Ｃｏ−Ｎｉ、Ｃｏ−Ｗ、Ｃｏ−Ｃ
ｒ、Ｃｏ−Ｍｏ、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｓｎ、Ｃｏ−Ｐ、
Ｃｏ−Ｚｎ、Ｃｏ−ＴｌおよびＣｏ−Ｂからなる群より
選ばれる合金めっき浴である請求項第８項記載の微細回
路配線の形成方法。
【請求項１０】第１めっき層が、タングステンおよび
これと共析可能な金属の合金めっき浴から析出されたも
のである請求項第１項ないし第５項記載の微細回路配線
の形成方法。
【請求項１１】タングステンおよびこれと共析可能な
金属の合金めっき浴が、Ｗ−Ｎｉ、Ｗ−Ｍｏ、Ｗ−Ｍ
ｎ、Ｗ−Ｆｅ、Ｗ−ＣｒおよびＷ−Ａｕからなる群より
選ばれる合金めっき浴である請求項第１０項記載の微細
回路配線の形成方法。
【請求項１２】第１めっき層が、すずめっきまたはす
ずおよびこれと共析可能な金属の合金めっき浴から析出
されたものである請求項第１項ないし第５項記載の微細
回路配線の形成方法。
【請求項１３】すずおよびこれと共析可能な金属の合
金めっき浴が、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｏ、Ｓｎ−Ｎｉ、
Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−ＭｎおよびＳｎ−Ｉｎからなる群よ
り選ばれる合金めっき浴である請求項第１２項記載の微
細回路配線の形成方法。
【請求項１４】第１めっき層が、ニッケルめっきまた
はニッケルおよびこれと共析可能な金属の合金めっき浴
から析出されたものである請求項第１項ないし第５項記
載の微細回路配線の形成方法。
【請求項１５】ニッケルおよびこれと共析可能な金属
との合金めっき浴が、Ｎｉ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｐ
ｔ、Ｎｉ−Ｒｈ、Ｎｉ−ＳｎおよびＮｉＴｌからなる群
より選ばれる合金めっき浴である請求項第１４項記載の
微細回路配線の形成方法。
【請求項１６】第１めっき層が、電気めっきにより形
成されるものである請求項第１項ないし第１５項の何れ
かの項記載の微細回路配線の形成方法。
【請求項１７】第１めっき層が、無電解めっきにより
形成されるものである請求項第１項ないし第１５項の何
れかの項記載の微細回路配線の形成方法。
【請求項１８】第１めっき層の厚さが、１ｎｍから２
００ｎｍである請求項第１項ないし第１７項の何れかの
項記載の微細回路配線の形成方法。
【請求項１９】銅めっきによる第２めっき層が、電子
回路用基板上に設けられた微細な溝および／またはビア
ホールを埋め込むものである請求項第１項記載の微細回
路配線の形成方法。
【請求項２０】銅めっきによる第２めっき層が、硫酸
またはアルカンもしくはアルカノールスルホン酸を含有
する銅めっき浴により形成されるものである請求項第１
項または第１９項記載の微細回路配線の形成方法。
【請求項２１】銅めっきによる第２めっき層が、ピロ
りん酸を含有する銅めっき浴により形成されるものであ
る請求項第１項または第１９項記載の微細回路配線の形
成方法。
【請求項２２】銅の中に拡散可能な金属を含むめっき
による第１めっき層と、銅めっきによる第２めっき層を
形成した後、更にアニール処理を行う請求項第１項ない
し第２１項記載の微細回路配線の形成方法。
【請求項２３】アニール処理を、１００ないし５００
℃の温度で行う請求項第２２項記載の微細回路配線の形
成方法。
【請求項２４】第１めっき層を形成させるための銅の
中に拡散可能な金属を含むめっき処理部、第２めっき層
を形成させるための銅めっき処理部およびこれらを水洗
するための水洗部と、電子回路用基板の搬入・搬出部を
有する微細回路配線形成装置。
【請求項２５】更に、めっき後の基板をアニール処理
するためのアニール処理部を有することを特徴とする請
求項第２２項記載の微細回路配線形成装置。