JP2003328185A - ブラインドビアホール充填方法 - Google Patents
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- H05K3/42—Plated through-holes or plated via connections
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ブラインドビアホール内部に空隙を残すことな
く、導電性の優れた金属銅を充填する方法を提供するこ
と。 【解決手段】硫酸銅めっき浴として、（イ）１分子内に
つき少なくとも５個のエーテル酸素原子を含むポリエー
テル及び（ロ）R1- S - (CH2O)n - R2 - SO3Mとの化学
式（式中、Ｒ１は、水素原子、- (S)n - (CH2O)n -R2 -
SO3M、又は、- CS n - (CH2O)n-R2 -SO3Mを示し、Ｒ
２は、炭素原子３〜８個を含むアルキレン基を示し、Ｍ
は、水素原子又はアルカリ金属を示し、そしてｎは、０
又は１を示す。）にて示される化合物を含有する硫酸銅
めっき浴を使用する。そして、被めっき物のめっき下地
層からなる一方の電極と、硫酸銅めっき浴中に浸漬され
た他方の電極に対して正電解時間１〜５０ｍｓｅｃ、逆
電解時間０．２〜５ｍｓｅｃ、休止時間１〜５０ｍｓｅ
ｃの周期で電流を逆転させながら、電気銅めっきを行な
う。
く、導電性の優れた金属銅を充填する方法を提供するこ
と。 【解決手段】硫酸銅めっき浴として、（イ）１分子内に
つき少なくとも５個のエーテル酸素原子を含むポリエー
テル及び（ロ）R1- S - (CH2O)n - R2 - SO3Mとの化学
式（式中、Ｒ１は、水素原子、- (S)n - (CH2O)n -R2 -
SO3M、又は、- CS n - (CH2O)n-R2 -SO3Mを示し、Ｒ
２は、炭素原子３〜８個を含むアルキレン基を示し、Ｍ
は、水素原子又はアルカリ金属を示し、そしてｎは、０
又は１を示す。）にて示される化合物を含有する硫酸銅
めっき浴を使用する。そして、被めっき物のめっき下地
層からなる一方の電極と、硫酸銅めっき浴中に浸漬され
た他方の電極に対して正電解時間１〜５０ｍｓｅｃ、逆
電解時間０．２〜５ｍｓｅｃ、休止時間１〜５０ｍｓｅ
ｃの周期で電流を逆転させながら、電気銅めっきを行な
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハー
上に形成されたブラインドビアホールに電気銅めっきを
施して、金属銅を充填するブラインドビアホールの充填
方法に関するものである。
上に形成されたブラインドビアホールに電気銅めっきを
施して、金属銅を充填するブラインドビアホールの充填
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩの多層基板において、直径１μｍ
以下、かつアスペクト比５程度のブラインドビアホール
をホールの底部から優先的にめっきすることにより充填
する技術が知られている。また、ビルドアップ工法によ
り多層構造のプリント回路基板を形成する場合に、ビル
ドアップされる基板に直径１００μｍ以上でアスペクト
比３以下のブラインドビアホールを形成し、それを銅め
っきにより充填する技術も知られている。
以下、かつアスペクト比５程度のブラインドビアホール
をホールの底部から優先的にめっきすることにより充填
する技術が知られている。また、ビルドアップ工法によ
り多層構造のプリント回路基板を形成する場合に、ビル
ドアップされる基板に直径１００μｍ以上でアスペクト
比３以下のブラインドビアホールを形成し、それを銅め
っきにより充填する技術も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、それら
の技術を用いて、特にアスペクト比の大きなブラインド
ビアホールを銅めっきによって生成した金属銅によって
充填しようとしても、ブラインドビアホールの内部に空
隙が発生してしまう。具体的には、開口径１μｍ以下の
ブラインドビアホールを充填する技術においては、銅め
っきの促進作用が強いため、ホール開口部近傍から深さ
２０μｍ程度の範囲でめっき速度が高くなり、ビアホー
ル内部を充填する前に開口部が塞がり、ビアホール内部
に空隙が残る。一方、開口径１００μｍ以上のブライン
ドビアホールを充填する技術によれば、開口部はふさが
らないものの、ブラインドビアホール内の下地形状に沿
った形であるコンフォーマルなめっき膜厚分布となり、
ブラインドビアホールの中心付近に開口部から底部まで
細長い空隙が残る。
の技術を用いて、特にアスペクト比の大きなブラインド
ビアホールを銅めっきによって生成した金属銅によって
充填しようとしても、ブラインドビアホールの内部に空
隙が発生してしまう。具体的には、開口径１μｍ以下の
ブラインドビアホールを充填する技術においては、銅め
っきの促進作用が強いため、ホール開口部近傍から深さ
２０μｍ程度の範囲でめっき速度が高くなり、ビアホー
ル内部を充填する前に開口部が塞がり、ビアホール内部
に空隙が残る。一方、開口径１００μｍ以上のブライン
ドビアホールを充填する技術によれば、開口部はふさが
らないものの、ブラインドビアホール内の下地形状に沿
った形であるコンフォーマルなめっき膜厚分布となり、
ブラインドビアホールの中心付近に開口部から底部まで
細長い空隙が残る。
【０００４】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、ブラインドビアホール内部に空隙を残すことなく、
導電性の優れた金属銅を充填する方法を提供することを
目的とする。
で、ブラインドビアホール内部に空隙を残すことなく、
導電性の優れた金属銅を充填する方法を提供することを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
達成するため鋭意検討した結果、特定の成分を含有する
硫酸銅めっき浴を使用し、かつ特定の電解条件で電気銅
めっきを行なうことにより、上記目的を達成できること
を見出し、本発明に到達したものである。
達成するため鋭意検討した結果、特定の成分を含有する
硫酸銅めっき浴を使用し、かつ特定の電解条件で電気銅
めっきを行なうことにより、上記目的を達成できること
を見出し、本発明に到達したものである。
【０００６】即ち、本発明によるブラインドビアホール
の充填方法は、シリコンウエハー上にエッチングにより
ブラインドビアホールを形成し、そのブラインドビアホ
ールの内壁に絶縁膜及びめっきの下地層を順次形成し、
硫酸銅めっき浴中にて前記めっき下地層を一方の電極と
して電気銅めっきを施すことにより前記ブラインドビア
ホールを金属銅で充填するブラインドビアホール充填方
法であって、前記硫酸銅めっき浴として、下記成分
（イ）及び（ロ）を含有する硫酸銅めっき浴を使用し、
かつ、前記下地層からなる一方の電極と前記硫酸銅めっ
き浴中に浸漬された他方の電極に対して正電解時間１〜
５０ｍｓｅｃ、逆電解時間０．２〜５ｍｓｅｃ、休止時
間１〜５０ｍｓｅｃの周期で電流を逆転させながら、電
気銅めっきを行なうことを特徴とする。 （イ）１分子内につき少なくとも５個のエーテル酸素原
子を含むポリエーテル。 （ロ）分子内に、以下の式で示される化合物。
の充填方法は、シリコンウエハー上にエッチングにより
ブラインドビアホールを形成し、そのブラインドビアホ
ールの内壁に絶縁膜及びめっきの下地層を順次形成し、
硫酸銅めっき浴中にて前記めっき下地層を一方の電極と
して電気銅めっきを施すことにより前記ブラインドビア
ホールを金属銅で充填するブラインドビアホール充填方
法であって、前記硫酸銅めっき浴として、下記成分
（イ）及び（ロ）を含有する硫酸銅めっき浴を使用し、
かつ、前記下地層からなる一方の電極と前記硫酸銅めっ
き浴中に浸漬された他方の電極に対して正電解時間１〜
５０ｍｓｅｃ、逆電解時間０．２〜５ｍｓｅｃ、休止時
間１〜５０ｍｓｅｃの周期で電流を逆転させながら、電
気銅めっきを行なうことを特徴とする。 （イ）１分子内につき少なくとも５個のエーテル酸素原
子を含むポリエーテル。 （ロ）分子内に、以下の式で示される化合物。
【０００７】
【化１１】 R1- S - (CH2O)n - R2 - SO3M
（式中、Ｒ１は、水素原子、−（Ｓ）ｎ−（ＣＨ２Ｏ）
ｎ−Ｒ２−ＳＯ３Ｍ、又は、−ＣＳｎ−（ＣＨ２Ｏ）ｎ
−Ｒ２−ＳＯ３Ｍを示し、Ｒ２は、炭素原子３〜８個を
含むアルキレン基を示し、Ｍは、水素原子又はアルカリ
金属を示し、そしてｎは、０又は１を示す。）
ｎ−Ｒ２−ＳＯ３Ｍ、又は、−ＣＳｎ−（ＣＨ２Ｏ）ｎ
−Ｒ２−ＳＯ３Ｍを示し、Ｒ２は、炭素原子３〜８個を
含むアルキレン基を示し、Ｍは、水素原子又はアルカリ
金属を示し、そしてｎは、０又は１を示す。）
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。
する。
【０００９】本発明においてブラインドビアホールを金
属銅によって充填するために使用される硫酸銅めっき浴
は、硫酸、硫酸銅、水溶性塩素化合物から成る基本組成
に、添加剤（イ）および（ロ）を加えたものである。
属銅によって充填するために使用される硫酸銅めっき浴
は、硫酸、硫酸銅、水溶性塩素化合物から成る基本組成
に、添加剤（イ）および（ロ）を加えたものである。
【００１０】めっき浴の基本組成は従来より硫酸銅めっ
きに用いられているものであれば特に制限なく使用する
ことが出来る。
きに用いられているものであれば特に制限なく使用する
ことが出来る。
【００１１】硫酸濃度は、例えば３０〜４００ｇ／Ｌ、
好ましくは８０〜１２０ｇ／Ｌが適当である。硫酸濃度
が例えば３０ｇ／Ｌ以下であるとめっき浴の導電性が低
下するため、めっき浴に通電することが困難になる。ま
た４００ｇ／Ｌを越えるとめっき浴中の硫酸銅の溶解を
妨げ、甚だしくは硫酸銅が沈澱してしまう。
好ましくは８０〜１２０ｇ／Ｌが適当である。硫酸濃度
が例えば３０ｇ／Ｌ以下であるとめっき浴の導電性が低
下するため、めっき浴に通電することが困難になる。ま
た４００ｇ／Ｌを越えるとめっき浴中の硫酸銅の溶解を
妨げ、甚だしくは硫酸銅が沈澱してしまう。
【００１２】硫酸銅濃度は、例えば２０〜３００ｇ／
Ｌ、好ましくは１５０〜２５０ｇ／Ｌが適当である。硫
酸銅濃度が例えば２０ｇ／Ｌ以下であると被めっき物へ
の銅イオン供給が不充分となり正常なめっき皮膜を析出
させることが不可能になる、また３００ｇ／Ｌを越えて
溶解させることは困難である。
Ｌ、好ましくは１５０〜２５０ｇ／Ｌが適当である。硫
酸銅濃度が例えば２０ｇ／Ｌ以下であると被めっき物へ
の銅イオン供給が不充分となり正常なめっき皮膜を析出
させることが不可能になる、また３００ｇ／Ｌを越えて
溶解させることは困難である。
【００１３】水溶性塩素化合物は、従来より硫酸銅めっ
きに用いられているものであれば特に制限なく使用する
ことが出来る。これらの化合物としては、例えば、塩
酸、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム
等を挙げることが出来る。水溶性塩素化合物は１種類の
みを使用しても２種類以上を混合して使用してもよい。
きに用いられているものであれば特に制限なく使用する
ことが出来る。これらの化合物としては、例えば、塩
酸、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム
等を挙げることが出来る。水溶性塩素化合物は１種類の
みを使用しても２種類以上を混合して使用してもよい。
【００１４】本発明で使用される硫酸銅めっき浴に含ま
れる、これらの水溶性塩素化合物の濃度は、塩化物イオ
ン濃度として、例えば１０〜２００ｍｇ／Ｌ、好ましく
は３０〜１００ｍｇ／Ｌが適当である。塩素イオン濃度
が例えば１０ｍｇ／Ｌ以下であると添加剤が正常に作用
しにくくなる、また２００ｍｇ／Ｌを越えた場合陽極の
不働態化を招来し、通電が不可能になる。
れる、これらの水溶性塩素化合物の濃度は、塩化物イオ
ン濃度として、例えば１０〜２００ｍｇ／Ｌ、好ましく
は３０〜１００ｍｇ／Ｌが適当である。塩素イオン濃度
が例えば１０ｍｇ／Ｌ以下であると添加剤が正常に作用
しにくくなる、また２００ｍｇ／Ｌを越えた場合陽極の
不働態化を招来し、通電が不可能になる。
【００１５】本発明で使用される添加剤（イ）は、めっ
き浴中で湿潤剤として作用する物質であり、好ましく
は、１分子内につき少なくとも５個、好ましくは少なく
とも２０個のエーテル酸素を含む。
き浴中で湿潤剤として作用する物質であり、好ましく
は、１分子内につき少なくとも５個、好ましくは少なく
とも２０個のエーテル酸素を含む。
【００１６】本発明で使用される添加剤（イ）は、１種
類のみを使用しても２種類以上を混合して使用してもよ
い。好ましくは、少なくとも５個、好ましくは５０〜１
００個のエーテル酸素を有するポリアルキレングリコー
ルが好適に挙げられる。
類のみを使用しても２種類以上を混合して使用してもよ
い。好ましくは、少なくとも５個、好ましくは５０〜１
００個のエーテル酸素を有するポリアルキレングリコー
ルが好適に挙げられる。
【００１７】本発明で使用される添加剤（イ）は、好ま
しくは、下記の化学式１２〜１４の構造を有する化合物
が挙げられる。
しくは、下記の化学式１２〜１４の構造を有する化合物
が挙げられる。
【００１８】
【化１２】 HO -(CH2 - CH2 - O)ａ - H （ここで、ａ
＝５〜５００）
＝５〜５００）
【００１９】
【化１３】
【００２０】
【化１４】
本発明で使用される添加剤（イ）は、例えば０．０５〜
１０ｇ／Ｌ、好ましくは０．１〜２ｇ／Ｌの範囲で使用
することが適当である。めっき浴中の濃度が０．０５ｇ
／Ｌ以下では、湿潤効果が不充分なためめっき皮膜に多
数のピンホールを生じ、正常なめっき皮膜を析出させる
ことが困難になる。１０ｇ／Ｌを越えるとそれに見合う
効果の向上はほとんど得られないので、経済的面から好
ましくない。
１０ｇ／Ｌ、好ましくは０．１〜２ｇ／Ｌの範囲で使用
することが適当である。めっき浴中の濃度が０．０５ｇ
／Ｌ以下では、湿潤効果が不充分なためめっき皮膜に多
数のピンホールを生じ、正常なめっき皮膜を析出させる
ことが困難になる。１０ｇ／Ｌを越えるとそれに見合う
効果の向上はほとんど得られないので、経済的面から好
ましくない。
【００２１】本発明で使用される添加剤（ロ）は、めっ
き浴中でプラスに帯電する物質であり、電解中に被めっ
き物表面に吸着し、逆電解を行なうと被めっき物表面か
ら離脱する。この物質は被めっき物表面に吸着した場
合、銅めっき皮膜の成長を助ける作用を持つ。
き浴中でプラスに帯電する物質であり、電解中に被めっ
き物表面に吸着し、逆電解を行なうと被めっき物表面か
ら離脱する。この物質は被めっき物表面に吸着した場
合、銅めっき皮膜の成長を助ける作用を持つ。
【００２２】本発明で使用される添加剤（ロ）は、例え
ば分子内に、−Ｓ−ＣＨ２Ｏ−Ｒ−ＳＯ３Ｍ構造を有す
る化合物、または分子内に、−Ｓ−Ｒ−ＳＯ３Ｍ構造を
有する化合物が挙げられる。ここで、Ｍは水素又はアル
カリ金属原子、Ｒは炭素原子３〜８個を含むアルキル基
である。
ば分子内に、−Ｓ−ＣＨ２Ｏ−Ｒ−ＳＯ３Ｍ構造を有す
る化合物、または分子内に、−Ｓ−Ｒ−ＳＯ３Ｍ構造を
有する化合物が挙げられる。ここで、Ｍは水素又はアル
カリ金属原子、Ｒは炭素原子３〜８個を含むアルキル基
である。
【００２３】本発明で使用される添加剤（ロ）として、
好ましくは、以下の化学式１５〜化学式２０によって表
される化合物が挙げられる。
好ましくは、以下の化学式１５〜化学式２０によって表
される化合物が挙げられる。
【００２４】
【化１５】 M - SO3 - (CH2)ａ- S - (CH2)ｂ- SO3- M
（ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素又はアルカリ金属
元素）
（ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素又はアルカリ金属
元素）
【００２５】
【化１６】 M - SO3 - (CH2)ａ- O - CH2 - S -CH2 -O
- (CH2)ｂ- SO3- M （ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素又はアルカリ金属
元素）
- (CH2)ｂ- SO3- M （ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素又はアルカリ金属
元素）
【００２６】
【化１７】 M - SO3 - (CH2)ａ- S - S - (CH2)ｂ- SO
3- M （ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素又はアルカリ金属
元素）
3- M （ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素又はアルカリ金属
元素）
【００２７】
【化１８】 M - SO3 - (CH2)ａ- O - CH2 - S - S -CH
2 -O- (CH2)ｂ- SO3- M （ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素又はアルカリ金属
元素）
2 -O- (CH2)ｂ- SO3- M （ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素又はアルカリ金属
元素）
【００２８】
【化１９】
【００２９】
【化２０】
成分（ロ）として特に好ましい化合物としては、以下の
化学式２１によってあらわされる化合物が好適に挙げら
れる。
化学式２１によってあらわされる化合物が好適に挙げら
れる。
【００３０】
【化２１】 Na- SO3 - (CH2)3- O - CH2- S -CH2 -O-
(CH2)3- SO3-Na 本発明で使用される添加剤（ロ）は、１種類のみを単独
で使用しても、２種類以上を混合して使用してもよい。
(CH2)3- SO3-Na 本発明で使用される添加剤（ロ）は、１種類のみを単独
で使用しても、２種類以上を混合して使用してもよい。
【００３１】本発明で使用される添加剤（ロ）は、例え
ば０．１〜１００ｍｇ／Ｌ、好ましくは０．２〜１０ｍ
ｇ／Ｌの範囲で使用することが適当である。めっき浴中
の濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下では、銅めっき皮膜の成長
を助ける効果が得られない。１００ｍｇ／Ｌを越えると
それに見合う効果の向上はほとんど得られないので、経
済的面から好ましくない。
ば０．１〜１００ｍｇ／Ｌ、好ましくは０．２〜１０ｍ
ｇ／Ｌの範囲で使用することが適当である。めっき浴中
の濃度が０．１ｍｇ／Ｌ以下では、銅めっき皮膜の成長
を助ける効果が得られない。１００ｍｇ／Ｌを越えると
それに見合う効果の向上はほとんど得られないので、経
済的面から好ましくない。
【００３２】短い周期で電流の方向を逆転させながらめ
っきするＰＰＲ電解法を用いると、添加剤（ロ）が電解
によって被めっき物ブラインドビアホール内面に吸着
し、短い逆電解の間に、電流の集中しやすいブラインド
ビアホール開口部付近に限って添加剤（ロ）が離脱す
る。
っきするＰＰＲ電解法を用いると、添加剤（ロ）が電解
によって被めっき物ブラインドビアホール内面に吸着
し、短い逆電解の間に、電流の集中しやすいブラインド
ビアホール開口部付近に限って添加剤（ロ）が離脱す
る。
【００３３】従って、電流の方向の逆転を繰り返すこと
により、ブラインドビアホール底面付近では添加剤
（ロ）の吸着量が多く、開口部付近では添加剤（ロ）の
吸着量が少なくなる。
により、ブラインドビアホール底面付近では添加剤
（ロ）の吸着量が多く、開口部付近では添加剤（ロ）の
吸着量が少なくなる。
【００３４】その結果、添加剤（ロ）の銅めっき皮膜の
成長を助ける作用はブラインドビアホール底面付近に強
く働くことになり、ブラインドビアホール底面付近での
銅めっき皮膜の析出速度が、開口部での析出速度より速
くなり、ブラインドビアホール内部に空隙を残さず銅析
出物で充填することが可能となる。
成長を助ける作用はブラインドビアホール底面付近に強
く働くことになり、ブラインドビアホール底面付近での
銅めっき皮膜の析出速度が、開口部での析出速度より速
くなり、ブラインドビアホール内部に空隙を残さず銅析
出物で充填することが可能となる。
【００３５】本発明に使用されるＰＰＲ電解条件は、正
電解（めっきを析出させる電解）と、逆電解、及び休止
時間を短い周期で繰り返す方法であり、電解の周期は、
例えば、正電解時間１〜５０ｍｓｅｃ、逆電解時間０．
２〜５ｍｓｅｃ、休止時間１〜５０ｍｓｅｃの範囲を使
用することが適当であり、正電解時間の方が逆電解時間
より長いことが必要である。
電解（めっきを析出させる電解）と、逆電解、及び休止
時間を短い周期で繰り返す方法であり、電解の周期は、
例えば、正電解時間１〜５０ｍｓｅｃ、逆電解時間０．
２〜５ｍｓｅｃ、休止時間１〜５０ｍｓｅｃの範囲を使
用することが適当であり、正電解時間の方が逆電解時間
より長いことが必要である。
【００３６】正電解時間が１ｍｓｅｃより短い場合、正
常な銅めっきの析出が開始する前に電解を中止してしま
うことになるので好ましくない。正電解時間が５０ｍｓ
ｅｃより長い場合は、ブラインドビアホール開口部付近
に添加剤（ロ）の吸着が増え、ブラインドビアホール底
面付近での銅めっき皮膜の析出速度を、開口部での析出
速度より速くすることが出来なくなり、発明の効果が失
われる。
常な銅めっきの析出が開始する前に電解を中止してしま
うことになるので好ましくない。正電解時間が５０ｍｓ
ｅｃより長い場合は、ブラインドビアホール開口部付近
に添加剤（ロ）の吸着が増え、ブラインドビアホール底
面付近での銅めっき皮膜の析出速度を、開口部での析出
速度より速くすることが出来なくなり、発明の効果が失
われる。
【００３７】逆電解時間が０．２ｍｓｅｃより短い場
合、ブラインドビアホール付近に吸着した添加剤（ロ）
を離脱させることが出来なくなるため、ブラインドビア
ホール底面付近での銅めっき皮膜の析出速度を、開口部
での析出速度より速くすることが出来なくなり、発明の
効果が失われる。逆電解時間が５ｍｓｅｃより長い場
合、一度析出した銅めっき皮膜を溶解させてしまうた
め、銅めっきによるブラインドビアホール充填に要する
時間が長くなり、効果的でない。
合、ブラインドビアホール付近に吸着した添加剤（ロ）
を離脱させることが出来なくなるため、ブラインドビア
ホール底面付近での銅めっき皮膜の析出速度を、開口部
での析出速度より速くすることが出来なくなり、発明の
効果が失われる。逆電解時間が５ｍｓｅｃより長い場
合、一度析出した銅めっき皮膜を溶解させてしまうた
め、銅めっきによるブラインドビアホール充填に要する
時間が長くなり、効果的でない。
【００３８】休止時間はブラインドビアホール内部への
銅イオンの供給を助ける作用がある。
銅イオンの供給を助ける作用がある。
【００３９】休止時間は、例えば１〜５０ｍｓｅｃ、好
ましくは５〜１０ｍｓｅｃである。休止時間が１ｍｓｅ
ｃより短い場合、ブラインドビアホール内への銅イオン
の供給を助ける効果が充分でない。休止時間が５０ｍｓ
ｅｃより長い場合、ブラインドビアホール内とめっき浴
中の銅イオン濃度勾配が小さくなるため銅イオン供給を
助ける効果がそれ以上向上しない。また、銅めっきによ
るブラインドビアホールの充填に要する時間が長すぎる
傾向がある。
ましくは５〜１０ｍｓｅｃである。休止時間が１ｍｓｅ
ｃより短い場合、ブラインドビアホール内への銅イオン
の供給を助ける効果が充分でない。休止時間が５０ｍｓ
ｅｃより長い場合、ブラインドビアホール内とめっき浴
中の銅イオン濃度勾配が小さくなるため銅イオン供給を
助ける効果がそれ以上向上しない。また、銅めっきによ
るブラインドビアホールの充填に要する時間が長すぎる
傾向がある。
【００４０】電解時の電流密度比率は正電解１に対し
て、逆電解１〜１０、好ましくは２〜５であることが適
当である。
て、逆電解１〜１０、好ましくは２〜５であることが適
当である。
【００４１】電解時の電流密度比率が、正電解１に対し
逆電解が１より小さいと、ブラインドビアホール付近に
吸着した添加剤（ロ）を充分に離脱させることが出来な
くなるため、ブラインドビアホール底面付近での銅めっ
き皮膜の析出速度を、開口部での析出速度より速くする
ことが出来なくなり、発明の効果が失われる。電解時の
電流密度比率が、正電解１に対し逆電解が１０越える
と、一度析出した銅めっき皮膜を溶解させてしまうた
め、銅めっきによるブラインドビアホール充填に要する
時間が長くなり、効果的でない。
逆電解が１より小さいと、ブラインドビアホール付近に
吸着した添加剤（ロ）を充分に離脱させることが出来な
くなるため、ブラインドビアホール底面付近での銅めっ
き皮膜の析出速度を、開口部での析出速度より速くする
ことが出来なくなり、発明の効果が失われる。電解時の
電流密度比率が、正電解１に対し逆電解が１０越える
と、一度析出した銅めっき皮膜を溶解させてしまうた
め、銅めっきによるブラインドビアホール充填に要する
時間が長くなり、効果的でない。
【００４２】なお、正電解電流密度は、例えば０．１〜
２０Ａ／ｄｍ２、好ましくは０．２〜５Ａ／ｄｍ２であ
ることが適当である。逆電解電流密度は、例えば０．１
〜２００Ａ／ｄｍ２、好ましくは０．２〜２０Ａ／ｄｍ
２であることが適当である。
２０Ａ／ｄｍ２、好ましくは０．２〜５Ａ／ｄｍ２であ
ることが適当である。逆電解電流密度は、例えば０．１
〜２００Ａ／ｄｍ２、好ましくは０．２〜２０Ａ／ｄｍ
２であることが適当である。
【００４３】本発明の電気めっきを行なうためには、電
気めっきに先立ってブラインドビアホール内面を導電化
する必要があるが、この導電化処理には、無電解めっ
き、導電性微粒子吸着処理、気相めっき法等の各種の方
法を用いることが出来る。
気めっきに先立ってブラインドビアホール内面を導電化
する必要があるが、この導電化処理には、無電解めっ
き、導電性微粒子吸着処理、気相めっき法等の各種の方
法を用いることが出来る。
【００４４】本発明の電気めっき方法は、めっき温度
（液温）として、例えば、１０〜４０℃、好ましくは２
０〜２５℃で行なうことが適当である。めっき温度が１
０℃より低い場合、めっき浴の導電性が低下するため、
電解時の電流密度を高くすることが出来ず、めっき皮膜
の成長速度が遅くなり、生産性が低下する。めっき温度
が４０℃より高い場合、添加剤（イ）、（ロ）が分解す
る恐れがあり、効果的でない。
（液温）として、例えば、１０〜４０℃、好ましくは２
０〜２５℃で行なうことが適当である。めっき温度が１
０℃より低い場合、めっき浴の導電性が低下するため、
電解時の電流密度を高くすることが出来ず、めっき皮膜
の成長速度が遅くなり、生産性が低下する。めっき温度
が４０℃より高い場合、添加剤（イ）、（ロ）が分解す
る恐れがあり、効果的でない。
【００４５】本発明の電気めっき方法では、陽極は、従
来より硫酸銅めっきに用いられているものであれば特に
制限なく使用することが出来、溶解性陽極、不溶性陽極
のいずれを使用してもよい。
来より硫酸銅めっきに用いられているものであれば特に
制限なく使用することが出来、溶解性陽極、不溶性陽極
のいずれを使用してもよい。
【００４６】本発明のめっき方法では、撹拌を行なうこ
とは差し支えなく、被めっき物表面への銅イオンおよび
添加剤の供給を均一化するために撹拌を行なうことが好
ましい。更に、あけ替え濾過、循環濾過を行なうことも
出来、特に濾過器でめっき液を循環濾過することが好ま
しく、これによりめっき液の温度を均一化し、且つめっ
き液中のゴミ、沈澱物等を除去することが出来る。
とは差し支えなく、被めっき物表面への銅イオンおよび
添加剤の供給を均一化するために撹拌を行なうことが好
ましい。更に、あけ替え濾過、循環濾過を行なうことも
出来、特に濾過器でめっき液を循環濾過することが好ま
しく、これによりめっき液の温度を均一化し、且つめっ
き液中のゴミ、沈澱物等を除去することが出来る。
【００４７】なお、上述のようにして、シリコンウエハ
ーのブラインドビアホールを金属銅によって充填した後
は、ブラインドビアホールの開口部の形成面とは反対の
面からシリコンウエハーを研削し、ブラインドビアホー
ルに充填された金属銅の先端を露出させる。これによ
り、貫通電極を備えたシリコンウエハーを形成すること
ができる。
ーのブラインドビアホールを金属銅によって充填した後
は、ブラインドビアホールの開口部の形成面とは反対の
面からシリコンウエハーを研削し、ブラインドビアホー
ルに充填された金属銅の先端を露出させる。これによ
り、貫通電極を備えたシリコンウエハーを形成すること
ができる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では特定の
成分（イ）及び（ロ）を配合した硫酸銅めっき浴を使用
して、短い周期で正電解、逆電解、休止を繰り返しなが
ら電気銅めっきを行なうため、内部に空隙を残すことな
くブラインドビアホール内部を金属銅で充填できる。
成分（イ）及び（ロ）を配合した硫酸銅めっき浴を使用
して、短い周期で正電解、逆電解、休止を繰り返しなが
ら電気銅めっきを行なうため、内部に空隙を残すことな
くブラインドビアホール内部を金属銅で充填できる。
【００４９】
【実施例】以下、本発明について実施例及び比較例を参
照しながら、更に具体的に説明する。但し、本発明の範
囲はこれらの実施例及び比較例によって何ら限定される
ものではない。実施例１ めっき液：硫酸 １００ｇ／Ｌ 硫酸銅 ２００ｇ／Ｌ 塩素イオン ７０ｍｇ／Ｌ 化学式２２に示す化合物 ０．４ｇ／Ｌ 化学式２３に示す化合物 １ｍｇ／Ｌ
照しながら、更に具体的に説明する。但し、本発明の範
囲はこれらの実施例及び比較例によって何ら限定される
ものではない。実施例１ めっき液：硫酸 １００ｇ／Ｌ 硫酸銅 ２００ｇ／Ｌ 塩素イオン ７０ｍｇ／Ｌ 化学式２２に示す化合物 ０．４ｇ／Ｌ 化学式２３に示す化合物 １ｍｇ／Ｌ
【００５０】
【化２２】
【００５１】
【化２３】 Na - SO3 - (CH2)3- S - S - (CH2)3-
SO3- Na 電解条件：ＰＰＲ電解法 正電解時間 １０ｍｓｅｃ 逆電解時間 ０．５ｍｓｅｃ 休止時間 １０ｍｓｅｃ 正電解電流密度 ０．２５Ａ／ｄｍ２ 逆電解電流密度 ０．５Ａ／ｄｍ２ 電流密度比 正電解：逆電解＝１：２ めっき時間 ２８０ｍｉｎ実施例２ めっき液：硫酸 １００ｇ／Ｌ 硫酸銅 ２００ｇ／Ｌ 塩素イオン ７０ｍｇ／Ｌ 化学式２４に示す化合物 ０．４ｇ／Ｌ 化学式２５に示す化合物 １ｍｇ／Ｌ
SO3- Na 電解条件：ＰＰＲ電解法 正電解時間 １０ｍｓｅｃ 逆電解時間 ０．５ｍｓｅｃ 休止時間 １０ｍｓｅｃ 正電解電流密度 ０．２５Ａ／ｄｍ２ 逆電解電流密度 ０．５Ａ／ｄｍ２ 電流密度比 正電解：逆電解＝１：２ めっき時間 ２８０ｍｉｎ実施例２ めっき液：硫酸 １００ｇ／Ｌ 硫酸銅 ２００ｇ／Ｌ 塩素イオン ７０ｍｇ／Ｌ 化学式２４に示す化合物 ０．４ｇ／Ｌ 化学式２５に示す化合物 １ｍｇ／Ｌ
【００５２】
【化２４】
【００５３】
【化２５】 Na - SO3 - (CH2)3- S - S - (CH2)3-
SO3- Na 電解条件：ＰＰＲ電解法 正電解時間 １０ｍｓｅｃ 逆電解時間 ０．５ｍｓｅｃ 休止時間 ５ｍｓｅｃ 正電解電流密度 ０．２５Ａ／ｄｍ２ 逆電解電流密度 ０．５Ａ／ｄｍ２ 電流密度比 正電解：逆電解＝１：２ めっき時間 ２８０ｍｉｎ比較例１ めっき液：硫酸 １００ｇ／Ｌ 硫酸銅 ２００ｇ／Ｌ 塩素イオン ７０ｍｇ／Ｌ 化学式２６に示す化合物 ０．４ｇ／Ｌ
SO3- Na 電解条件：ＰＰＲ電解法 正電解時間 １０ｍｓｅｃ 逆電解時間 ０．５ｍｓｅｃ 休止時間 ５ｍｓｅｃ 正電解電流密度 ０．２５Ａ／ｄｍ２ 逆電解電流密度 ０．５Ａ／ｄｍ２ 電流密度比 正電解：逆電解＝１：２ めっき時間 ２８０ｍｉｎ比較例１ めっき液：硫酸 １００ｇ／Ｌ 硫酸銅 ２００ｇ／Ｌ 塩素イオン ７０ｍｇ／Ｌ 化学式２６に示す化合物 ０．４ｇ／Ｌ
【００５４】
【化２６】
電解条件：ＰＰＲ電解法
正電解時間 １０ｍｓｅｃ
逆電解時間 ０．５ｍｓｅｃ
休止時間 ５ｍｓｅｃ
正電解電流密度 ０．５Ａ／ｄｍ２
逆電解電流密度 １．０Ａ／ｄｍ２
電流密度比 正電解：逆電解＝１：２
めっき時間 １００ｍｉｎ比較例２
めっき液：硫酸 １００ｇ／Ｌ
硫酸銅 ２００ｇ／Ｌ
塩素イオン ７０ｍｇ／Ｌ
化学式２７に示す化合物 ０．２ｇ／Ｌ
化学式２８に示す化合物 ２ｍｇ／Ｌ
【００５５】
【化２７】
【００５６】
【化２８】 Na - SO3 - (CH2)3- S - S - (CH2)3-
SO3- Na 銅めっきによるブラインドビアホールの充填状態は、以
下のようにして評価した。 ＜試料作成方法＞シリコンウエハー上に配線層を形成し
た構造、あるいは直接シリコンウエハー上にシリコンエ
ッチング用のマスクを形成する。マスクはフォトレジス
トやフォトリソグラフィーによりパターンを形成した絶
縁膜や金属膜などを用いることができる。次にそのマス
クの開口部のシリコンをエッチングしブラインドビアホ
ールを形成する。
SO3- Na 銅めっきによるブラインドビアホールの充填状態は、以
下のようにして評価した。 ＜試料作成方法＞シリコンウエハー上に配線層を形成し
た構造、あるいは直接シリコンウエハー上にシリコンエ
ッチング用のマスクを形成する。マスクはフォトレジス
トやフォトリソグラフィーによりパターンを形成した絶
縁膜や金属膜などを用いることができる。次にそのマス
クの開口部のシリコンをエッチングしブラインドビアホ
ールを形成する。
【００５７】ビアホール内とシリコンウエハーを絶縁す
るため、ビアホール内壁に絶縁膜を形成する。続いてブ
ラインドビアホール内面を導電化処理する。
るため、ビアホール内壁に絶縁膜を形成する。続いてブ
ラインドビアホール内面を導電化処理する。
【００５８】以上の手順にて準備した試料に本発明の方
法を用いてめっきを行った。 ＜評価方法＞破壊検査および非破壊検査を実施した。破
壊検査はブラインドビアホールの近傍においてシリコン
ウエハーを切断し、機械研削あるいは研磨によりブライ
ンドビアホールの中心を通る断面を出し、走査電子顕微
鏡を用いてブラインドビアホール内部の空隙の有無、銅
めっき膜厚を評価した。破壊検査で空隙が認められない
場合、非破壊検査として、ブラインドビアの深さ方向に
X線を透過させ、ブラインドビアホール中央部の銅の密
度がブラインドビアホール外周部の銅密度より低いか同
一かを観察することにより、ブラインドビアホール内部
の空隙の有無を評価した。
法を用いてめっきを行った。 ＜評価方法＞破壊検査および非破壊検査を実施した。破
壊検査はブラインドビアホールの近傍においてシリコン
ウエハーを切断し、機械研削あるいは研磨によりブライ
ンドビアホールの中心を通る断面を出し、走査電子顕微
鏡を用いてブラインドビアホール内部の空隙の有無、銅
めっき膜厚を評価した。破壊検査で空隙が認められない
場合、非破壊検査として、ブラインドビアの深さ方向に
X線を透過させ、ブラインドビアホール中央部の銅の密
度がブラインドビアホール外周部の銅密度より低いか同
一かを観察することにより、ブラインドビアホール内部
の空隙の有無を評価した。
【００５９】成分（ロ）を使用しない電気銅めっき浴を
使用して、実施例２と同様にして行った比較例１では、
図３の断面図に示すように最終的にブラインドビアホー
ル１の底部から上部にかけて細長い空隙１０が残った。
使用して、実施例２と同様にして行った比較例１では、
図３の断面図に示すように最終的にブラインドビアホー
ル１の底部から上部にかけて細長い空隙１０が残った。
【００６０】逆電解を行なわず、正電解と休止のみを繰
り返して、電気銅めっきを行なった比較例２では、図４
の断面図に示すようにブラインドビアホール１内部の金
属銅２析出は不充分であり、その底部付近に空隙１０が
生じた。
り返して、電気銅めっきを行なった比較例２では、図４
の断面図に示すようにブラインドビアホール１内部の金
属銅２析出は不充分であり、その底部付近に空隙１０が
生じた。
【００６１】それに対して、成分（イ）及び成分（ロ）
を添加した硫酸銅めっき浴を用いて、正電解、逆電解、
休止を繰り返しながら電気銅めっきを行なった実施例１
及び実施例２については、それぞれ図１及び図２の断面
図に示すように、ほぼ空隙１０が無いか、もしくは空隙
１０の発生を僅かに抑えつつ、ブラインドビアホール１
内部を金属銅２で充填できた。
を添加した硫酸銅めっき浴を用いて、正電解、逆電解、
休止を繰り返しながら電気銅めっきを行なった実施例１
及び実施例２については、それぞれ図１及び図２の断面
図に示すように、ほぼ空隙１０が無いか、もしくは空隙
１０の発生を僅かに抑えつつ、ブラインドビアホール１
内部を金属銅２で充填できた。
【図１】実施例１において、銅金属が充填されたブライ
ンドビアホールの中心を通る断面を示す断面図である。
ンドビアホールの中心を通る断面を示す断面図である。
【図２】実施例２において、銅金属が充填されたブライ
ンドビアホールの中心を通る断面を示す断面図である。
ンドビアホールの中心を通る断面を示す断面図である。
【図３】比較例１において、銅金属が充填されたブライ
ンドビアホールの中心を通る断面を示す断面図である。
ンドビアホールの中心を通る断面を示す断面図である。
【図４】比較例２において、銅金属が充填されたブライ
ンドビアホールの中心を通る断面を示す断面図である。
ンドビアホールの中心を通る断面を示す断面図である。
１ ブラインドビアホール
２ 金属銅
１０ 空隙
─────────────────────────────────────────────────────
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 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｊ
Ｍ
(72)発明者 富坂 学
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会
社デンソー内
(72)発明者 太田 康夫
東京都千代田区三番町６番地３ 日本リー
ロナール株式会社内
(72)発明者 須田 和幸
東京都千代田区三番町６番地３ 日本リー
ロナール株式会社内
(72)発明者 安藤 英一
東京都調布市柴崎２丁目１番地３ 島田理
化工業株式会社内
(72)発明者 嶋田 清
東京都調布市柴崎２丁目１番地３ 島田理
化工業株式会社内
(72)発明者 野畑 博敬
東京都調布市柴崎２丁目１番地３ 島田理
化工業株式会社内
(72)発明者 大石 哲士
東京都調布市柴崎２丁目１番地３ 島田理
化工業株式会社内
(72)発明者 阿部 裕介
東京都調布市柴崎２丁目１番地３ 島田理
化工業株式会社内
(72)発明者 園田 治毅
東京都調布市柴崎２丁目１番地３ 島田理
化工業株式会社内
(72)発明者 立幅 義人
東京都調布市柴崎２丁目１番地３ 島田理
化工業株式会社内
Ｆターム(参考） 4K023 AA19 BA06 CA01 CB03 CB33
DA02 DA07
4K024 AA09 AB01 BB12 CA02 CA04
CA06 CA08
4M104 AA01 BB04 CC01 DD15 DD52
HH20
5F033 HH11 MM30 PP27 QQ07 QQ27
QQ28 QQ46 TT07 WW00 WW01
WW04 XX00 XX04
Claims (7)
- 【請求項１】シリコンウエハー上にエッチングによりブ
ラインドビアホールを形成し、そのブラインドビアホー
ルの内壁に絶縁膜及びめっきの下地層を順次形成し、硫
酸銅めっき浴中にて前記めっき下地層を一方の電極とし
て電気銅めっきを施すことにより前記ブラインドビアホ
ールを金属銅で充填するブラインドビアホール充填方法
であって、 前記硫酸銅めっき浴として、下記成分（イ）及び（ロ）
を含有する硫酸銅めっき浴を使用し、かつ、前記下地層
からなる一方の電極と前記硫酸銅めっき浴中に浸漬され
た他方の電極に対して正電解時間１〜５０ｍｓｅｃ、逆
電解時間０．２〜５ｍｓｅｃ、休止時間１〜５０ｍｓｅ
ｃの周期で電流を逆転させながら、電気銅めっきを行う
ことを特徴とする貫通電極形成方法。 （イ）１分子内につき少なくとも５個のエーテル酸素原
子を含むポリエーテル。 （ロ）分子内に、以下の式で示される化合物。 【化１】 R1- S - (CH2O)n - R2 - SO3M （式中、Ｒ１は、水素原子、−（Ｓ）ｎ−（ＣＨ２Ｏ）
ｎ−Ｒ２−ＳＯ３Ｍ、又は、−ＣＳｎ−（ＣＨ２Ｏ）ｎ
−Ｒ２−ＳＯ３Ｍを示し、Ｒ２は、炭素原子３〜８個を
含むアルキレン基を示し、Ｍは、水素原子又はアルカリ
金属を示し、そしてｎは、０又は１を示す。） - 【請求項２】前記の成分（イ）が、下記の化学式（２）
〜（４）の中の１種類又は２種類以上であることを特徴
とする請求項１に記載のブラインドビアホールの充填方
法。 【化２】 HO -(CH2 - CH2 - O)ａ - H （ここで、ａ
＝５〜５００） 【化３】 【化４】 - 【請求項３】前記の成分（ロ）が、下記の化学式（５）
〜（１０）の中の１種類又は２種類以上であることを特
徴とする請求項１に記載のブラインドビアホールの充填
方法。 【化５】 M - SO3 - (CH2)ａ- S - (CH2)ｂ- SO3- M
（ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素又はアルカリ金属
元素） 【化６】 M - SO3 - (CH2)ａ- O - CH2 - S -CH2 -O-
(CH2)ｂ- SO3- M（ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素
又はアルカリ金属元素） 【化７】 M - SO3 - (CH2)ａ- S - S - (CH2)ｂ- SO3-
M（ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは水素又はアルカリ金
属元素） 【化８】 M - SO3 - (CH2)ａ- O - CH2 - S - S -CH2
-O- (CH2)ｂ- SO3- M（ここで、ａ，ｂ＝３〜８、Ｍは
水素又はアルカリ金属元素） 【化９】 【化１０】 - 【請求項４】前記の成分（イ）の硫酸銅めっき浴中濃度
が、０．０５〜１０ｇ／Ｌであり、前記の成分（ロ）の
硫酸銅めっき浴中濃度が０．１〜１００ｍｇ／Ｌである
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記
載のブラインドビアホールの充填方法。 - 【請求項５】前記ブラインドビアホールが、直径３〜５
０μｍ、深さ３０〜１００μｍ、深さを直径で割った値
であるアスペクト比が４〜２０であることを特徴とする
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のブラインドビ
アホールの充填方法。 - 【請求項６】 正電解時の電流密度に対する逆電解時の
電流密度比率が１〜１０であることを特徴とする請求項
１乃至請求項５のいずれかに記載のブラインドビアホー
ルの充填方法。 - 【請求項７】 正電解時の電流密度は、０．１〜２０Ａ
／ｄｍ２であり、逆電解時の電流密度は、０．１〜２０
０Ａ／ｄｍ２であることを特徴とする請求項６に記載の
ブランイドビアホールの充填方法。
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