JP2005042158A

JP2005042158A - Method and apparatus for plating

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Publication number: JP2005042158A
Application number: JP2003202515A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kurashina; 敬一倉科; Keisuke Namiki; 計介並木; Tsutomu Nakada; 勉中田; Koji Mishima; 浩二三島; Hiroshi Toyoda; 啓豊田; Tetsuro Matsuda; 哲朗松田; Hisafumi Kaneko; 尚史金子
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plating method for selectively depositing a metal plating film like a copper film on the inner part of a recess in an electric wiring such as a groove or micro pore in electric wiring for a circuit. <P>SOLUTION: The electroplating method for filling the wiring material 50 into the fine recesses 42 and 44 for the electric wiring, by forming a seed layer 48 on a substrate W having the fine recesses 42 and 44, and plating a metal on the seed layer 48 through applying an electric current between the seed layer 48 and an anode 28 while filling a plating solution 20 in between them, includes contacting or approaching a diaphragm 34 with or to the seed layer 48, which inhibits metal ions from permeating therethrough without inhibiting hydrogen ions in the plating solution from permeating therethrough. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板などの基板の表面に回路パターン配線や接点用のバンプ（導電性突起媒体）などを銅めっきなどの金属めっきを用いて形成するためのめっき方法およびこれに用いるめっき装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置にあっては、微細化による高性能化に加え、配線抵抗の低減、配線不良の原因となるエレクトロマイグレーション耐性の向上を目的として、配線材料を従来一般に用いられていたアルミニウムから銅に置き換えることが行われている。この種の銅配線を形成するにあたっては、銅はアルミニウムのようにＲＩＥ（反応性イオンエッチング）による加工が困難であることから、絶縁膜中に予め配線溝（トレンチ）や微孔（ビアホール）等の配線用の微細凹部を形成しておき、この微細凹部内に銅を埋込み、しかる後、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）で余分な銅（配線材料）を除去し平坦化して配線とする、いわゆるダマシン法が一般に採用されている。この銅の埋め込みには、主にめっき法が用いられている。このめっき工程においては、回路形状の配線用の微細凹部の中に選択的に銅めっき膜が析出し、それ以外の部分では、銅めっき膜の析出が少ないことが望ましい。
【０００３】
銅めっき工程においては、微細構造の配線用の微細凹部の内部に銅をボイド（空隙）無く埋め込むために様々な努力がなされている。例えば、微細部分にめっきが優先的に起こるような添加剤をめっき液中に含ませることにより、配線溝や微孔といったパターン部の底からめっき膜を成長させる、いわゆるボトムアップ成長を実現している。
【０００４】
一方、回路形状の配線溝等の中に選択的に銅めっき膜を析出させるための技術としては、含浸体を半導体ウェハ等の基板に接触させ、また接触方向に相対的に動かしながらめっきを行うという方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術で用いる含浸体としては、ＰＶＡ、多孔質テフロン（登録商標）、ポリプロピレン等を繊維状に編んだり、漉いて紙状に加工したりしたもの、あるいはゲル化シリコン酸化物や寒天質等の不定形物などが一般に使用される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２３２０７８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、配線溝等のパターン部の内部に銅等の配線材料を完全に埋め込んで銅配線を形成するためには、パターン部以外にもかなりの厚さの銅膜を形成し、パターン部以外に成膜された余剰の銅膜をＣＭＰ法により除去する必要がある。このため、除去すべき銅の量が多い場合には、ＣＭＰ時間が長くなり、コストアップに繋がってしまうばかりでなく、ＣＭＰ後の基板の研磨面に面内不均一性があると、研磨後に残存する配線の深さが基板内で異なり、この結果、研磨時間が長くなればなる程、配線性能のＣＭＰの性能に対する依存度が大きくなってしまう。
【０００７】
このような問題を解決するため、めっき液の浴組成や、使用する光沢剤等、めっき液での工夫が行われており、これらによってある程度は目的が達成されるが、一定の限界があった。
【０００８】
一方、含浸体を基板に接触させ、また接触方向に相対的に動かしながらめっきを行うという方法にあっては、この含浸体の表面粗さは、一般に数ミクロンから数百ミクロンであり、このような表面粗さを有する含浸材は、表面粗さがサブミクロンから数ミクロンである半導体基板上の凹凸面を平坦化するには問題があるものであった。
【０００９】
また、この技術では、含浸体を接触させながら接触面に対して水平方向に相対的に移動（擦り）させることにより、めっき液の供給量を凹凸部で変え、平坦性の向上を試みているが、上述したような表面粗さにより思うような効果が得られ難いと言う問題があった。
【００１０】
更に、含浸材を接触させるための荷重を大きくし多孔質の空間部を押し潰すことにより、平坦性は向上すると考えられるが、その場合には、基板に非常に大きな荷重を掛ける必要があり、このため、ｌｏｗーｋ材などの柔らかい絶縁膜を対象とした場合には、膜が破壊されたり、まためっき表面にも傷が入りやすくなるなど実現化が困難であった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、回路形状の配線溝や微孔等の配線用の微細凹部の内部に選択的に銅膜等の金属めっき膜を析出させることができるようにしためっき方法及びめっき装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、配線用の微細凹部を有する基板上にシード層を形成し、このシード層とアノードとの間にめっき液を満たしつつ通電して金属めっきを行い、前記微細凹部内に配線材料を充填する電気めっき方法であって、めっき液中の水素イオンの透過を阻害することなく、金属イオンの透過を阻害する隔膜を前記シード層に接触乃至近接させつつ、前記シード層と前記アノードとの間に通電して金属めっきを行うことを特徴とするめっき方法である。
【００１３】
これにより、主にシード層と隔膜に挟まれた領域に存在するめっき液に含まれる金属イオンのみをめっきに寄与させることで、基板上面の平面部と隔膜で挟まれた領域に存在して、めっきに寄与する金属イオンを含むめっき液の液量が、基板に設けた配線溝等の配線用の微細凹部と隔膜で挟まれた（区画された）領域に存在して、めっきに寄与する金属イオンを含むめっき液の液量よりも少なくなるように制限して、配線用の微細凹部内にめっきされる金属めっき量に比べて、配線用の微細凹部以外の平面部にめっきされる金属めっき量を少なくすることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記シード層と前記アノードとの間の通電を解き、前記隔膜を前記シード層から離して、前記隔膜と前記シード層との間に新たなめっき液を導入することを特徴とする請求項１記載のめっき方法である。
これにより、シード層と隔膜で挟まれた領域に存在するめっき液に含まれて、めっきに寄与する金属イオンが枯渇する前に、シード層と隔膜で挟まれた領域に新たなめっき液を導入し、これを繰り返すことで、所望の膜厚のめっき膜を得ることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記配線材料は、銅であることを特徴とする請求項１または２記載のめっき方法である。
請求項４に記載の発明は、前記隔膜は、１価の陽イオンを選択的に透過させる１価陽イオン選択透過性を有するイオン交換体からなることを特徴とする請求項３記載のめっき方法である。
これにより、１価の陽イオンである水素イオン（Ｈ^＋）は隔膜を透過するが、２価の陽イオンである銅イオン（Ｃｕ^２＋）は隔膜を透過しないか、または透過し難くすることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、表面にシード層を形成した配線用の微細凹部を有する基板を保持する基板ホルダと、前記基板ホルダで保持した基板の表面に対峙して配置されるアノードと、前記基板ホルダと前記アノードとの間に該基板ホルダで保持した基板に接触乃至近接自在に配置され、めっき液中の水素イオンの透過を阻害することなく、金属イオンの透過を阻害する隔膜と、前記基板ホルダで保持した基板と前記アノードとの間にめっき液を満たしてめっき電圧を印加する電源とを有することを特徴とするめっき装置である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記隔膜は、１価の陽イオンを選択的に透過させる１価陽イオン選択透過性を有するイオン交換体からなることを特徴とする請求項５記載のめっき装置である。
請求項７に記載の発明は、前記アノード及び前記隔膜は、上下動自在な基板ヘッドに一体に組み込まれていることを特徴とする請求項５または６記載のめっき装置である。このように、アノードと隔膜を上下動自在な基板ヘッドに一体に組み込むことで、構造の簡素化を図ることができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記基板ホルダと前記基板ヘッドは、相対的に移動自在に構成されていることを特徴とする請求項７記載のめっき装置である。この相対的な移動としては、例えば基板ホルダと基板ヘッドの少なくとも一方の、自転運動、公転運動、往復運動、スクロール運動等が挙げられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるめっき装置の要部を模式的に示す。図１に示すように、このめっき装置は、上下動自在で、表面を上向き（フェースアップ）にして基板Ｗを着脱自在に保持する基板ホルダ１０と、この基板ホルダ１０の上方に上下動自在に配置された電極ヘッド１２とを有している。
【００２０】
基板ホルダ１０の上方には、該基板ホルダ１０の周縁部を囲繞するように、リング状で弾性体からなるリップシール１４と該リップシール１４の周囲を囲繞する板ばね状の電気接点１６とが同心状に配置されている。これにより、基板Ｗを保持して基板ホルダ１０を上昇させると、基板ホルダ１０で保持した基板Ｗの周縁部にリップシール１４が当接し、更に上昇させて、基板Ｗの周縁部にリップシール１４を圧接させることで、ここを水密的にシールし、これによって、基板Ｗの上面とリップシール１４でめっき槽１８が区画形成される。同時に、基板Ｗの周縁部に電気接点１６が押付けられて通電し、この基板Ｗの表面に設けたシード層４８が、電源１９の陰極に接続されてカソードとなるように構成されている。
【００２１】
更に、リップシール１４の側上方に位置して、前述のようにして、基板Ｗの上面とリップシール１４で区画形成しためっき槽１８の内部にめっき液２０を供給するめっき液供給ノズル２２が配置されている。また、図示しないが、リップシール１４の側上方に位置して、上下動自在で、めっき槽１８内のめっき液を吸引して回収するめっき液回収ノズルが配置されている。
ここで、電気接点１６をリップシール１４の外側に配置することで、電気接点１６がめっき槽１８内に導入しためっき液２０で汚染されることを防止することができる。
【００２２】
電極ヘッド１２は、下方に開口した有底円筒状のハウジング２４と、このハウジング２４の下端開口部を塞ぐように配置された高抵抗構造体２６とを有している。すなわち、このハウジング２４の下部には、内方に突出した内方突出部２４ａが、高抵抗構造体２６の上部にはフランジ部２６ａがそれぞれ設けられ、このフランジ部２６ａを内方突出部２４ａに引っ掛けることで、ハウジング２４に高抵抗構造体２６が保持されている。
【００２３】
この高抵抗構造体２６は、アルミナ，ＳｉＣ，ムライト，ジルコニア，チタニア，コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリプロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００２４】
このように高抵抗構造体２６をハウジング２４内に配置し、この高抵抗構造体２６によって大きな抵抗を発生させることで、シード層４８や銅膜５０（図２参照）の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。
【００２５】
ハウジング２４の内部には、高抵抗構造体２６の上部に位置して、電源１９の陽極に接続されるアノード２８が配置され、このアノード２８の上面には、めっき液導入管３０が取付けられている。なお、図示していないが、ハウジング２４には、この内部のめっき液を吸引して排出するめっき液排出管が接続されている。
【００２６】
めっき液導入管３０は、高抵抗構造体２６に均一にめっき液を供給できるように、マニホールド構造が採用されている。即ち、その長手方向に沿った所定の位置に、この内部に連通する多数の細管３２を連結している。そして、アノード２８のこの細管３２に対応する位置には細孔が設けられ、細管３２は、これらの細孔内を下方に延びて、高抵抗構造体２６の上面に達するように構成されている。
【００２７】
これにより、めっき液導入管３０に導入されためっき液は、細管３２を通過して高抵抗構造体２６の上面に達し、この高抵抗構造体２６の内部に含有されて、アノード２８と下記の隔膜３４との間を満たし、めっき液排出管（図示せず）を吸引することで、外部に排出されるようになっている。
ここで、アノード２８は、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されているが、不溶解のものを使用してもよい。
【００２８】
高抵抗構造体２６の下面には、めっき液中の水素イオンの透過を阻害することなく、銅イオンの透過を阻害する隔膜３４が、貼着等により取付けられている。この隔膜３４は、この例では、一価の陽イオンのみを選択的に透過する一価陽イオン選択透過性を有するイオン交換体で構成されており、これによって、１価の陽イオンである水素イオン（Ｈ^＋）は隔膜３４を透過するが、２価の陽イオンである銅イオン（Ｃｕ^２＋）は隔膜３４を透過しないか、または透過し難くなるようになっている。この一価陽イオン選択透過性を有するイオン交換体としては、例えば、ネオセプラー（商品名、（株）トクヤマ製）や、セレミオン（商品名、旭硝子（株）製）等が挙げられる。
【００２９】
このように、高抵抗構造体２６の下面に一価陽イオン選択透過性を有するイオン交換体からなる隔膜３４を取付けることで、電極ヘッド１２のハウジング２４の内部に供給されるめっき液に含まれる水素イオンは、前述のように、基板Ｗの上面とリップシール１４で区画形成されるめっき槽１８内に供給されるめっき液２０内に流入するが、銅イオンは流入しないか、または流入し難くすることができる。これにより、めっき電流を流しながら、めっき槽１８内に供給されるめっき液２０に含まれる銅イオンをめっきに寄与させ、ハウジング２４の内部に供給されるめっき液に含まれる銅イオンは、めっきに寄与しないか、または殆ど寄与しないようにすることができる。
【００３０】
この実施の形態においては、高抵抗構造体２６の外周側面にこれを囲むようにバンド状の絶縁性部材３６を巻きつけており、電流が高抵抗構造体２６の外周側面から流れることを防いでいる。この絶縁性部材３６の材質としては、例えばフッ素ゴムのような伸縮性材料が挙げられる。
【００３１】
次に、この実施の形態のめっき装置でめっきを行うときの動作を、図２を更に参照して説明する。なお、この例では、図２に示すように、表面に堆積させた、例えばＳｉＯ_２からなる酸化膜やｌｏｗ−ｋ材膜等の絶縁膜４０の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術により、配線用の微細凹部としての微孔（ビアホール）４２と配線溝（トレンチ）４４を形成し、その上にＴａＮ等からなるバリア層４６、更にその上に電解めっきの給電層としてのシード層４８をスパッタリング等により形成した基板Ｗを用意し、この基板の表面に電解銅めっきを施して、配線用の微細凹部としての微孔（ビアホール）４２と配線溝（トレンチ）４４の内部に銅を埋込む場合について説明する。
【００３２】
先ず、シード層４８を形成した基板Ｗを保持した基板ホルダ１０を上昇させ、この基板Ｗの周縁部をリップシール１４に圧接させて、基板Ｗの上面とリップシール１４との間でめっき槽１８を区画形成し、同時に電気接点１６をシード層４８に接触させておく。一方、電極ヘッド１２にあっては、ハウジング２４の内部にめっき液を供給し、高抵抗構造体２６の内部にめっき液を保持させておく。そして、めっき槽１８の内部にめっき液を供給する。この時の概要を図２（ａ）に示す。
【００３３】
次に、電極ヘッド１２を下降させ、隔膜３４の下面を、基板ホルダ１０で保持した基板Ｗの表面（上面）に近接させる。なお、隔膜３４の下面を基板Ｗの表面に接触させても良いが、接触させることなく、近接させることで、基板の表面に形成されたシード層４８や、下記の成膜した銅膜５０の表面にスクラッチが発生することを防止することができる。この状態で、電源１９を介して、アノード２８とカソードとしてのシード層４８との間にめっき電圧を印加して電解めっきを行う。この時の状態の概要を図２（ｂ）に示す。
【００３４】
これにより、一価陽イオン選択透過性を有するイオン交換体からなる隔膜３４を介して、電極ヘッド１２のハウジング２４の内部に供給されるめっき液に含まれる水素イオンは、基板Ｗの上面とリップシール１４で区画形成されるめっき槽１８内に供給されためっき液２０内に流入するが、銅イオンは流入しないか、または流入し難くすることで、シード層４８と隔膜３４に挟まれた領域に存在するめっき液２０に含まれる金属イオンのみをめっきに寄与させることができる。これによって、基板Ｗの上面の平面部と隔膜３４で挟まれた領域に存在して、めっきに寄与する金属イオンを含むめっき液の液量が、基板Ｗに設けた配線溝４４等の配線用の微細凹部と隔膜３４で挟まれた（区画された）領域に存在して、めっきに寄与する金属イオンを含むめっき液の液量よりも少なくなるように制限して、配線用の微細凹部４２，４４内にめっきされる銅量に比べて、配線用の微細凹部４２，４４以外の平面部（非配線領域）にめっきされる銅量を少なくすることができる。つまり、図２（ｃ）に示すように、配線用の微細凹部４２，４４の内部に成膜される銅膜５０の膜厚の方が、基板Ｗの上面の平坦部に成膜される銅膜５０の膜厚より厚くなるようにすることができる。
【００３５】
そして、シード層４８と隔膜３４で挟まれた領域に存在するめっき液２０に含まれて、めっきに寄与する金属イオンが枯渇する直前となった時に、アノード２８とカソードとしてのシード層４８との間へのめっき電流の投入を解き、電極ヘッド１２を上昇させた後、めっき槽１８内に残っためっき液をめっき液吸引ノズルで吸引して除去する。この時の概要を図２（ｄ）に示す。
【００３６】
上記の処理を１サイクルとして、銅膜５０が所定の膜厚となるように、このサイクルを繰り返す。
また、スループット向上を考えた場合、サイクル数を少なくする必要がある。その場合には１サイクルでめっきをする量が増えるため、めっき液中の銅濃度として３０ｇ／Ｌ以上であることが望ましい。
そして、銅膜５０の膜厚が所定の膜厚となったとき、基板ホルダ１０を下降させ、この基板ホルダ１０で保持しためっき後の基板Ｗを次工程に搬送する。
【００３７】
なお、基板Ｗの面内膜厚分布を改善するため、非接触によるめっき時、または非めっき時に、基板ホルダ１０で保持した基板Ｗと電極ヘッド１２に取付けた隔膜３４との相対的な位置関係をずらすよう、基板ホルダ１０または電極ヘッド１２の少なくとも一方を、自転運動、公転運動、往復運動またはスクロール運動等、任意に移動させるようにしてもよい。また、銅膜５０が所定の膜厚になるまでに、隔膜３４を何回でも基板Ｗに近接または接触させ、前述のめっき処理を繰り返してもよい。
【００３８】
図３は、本発明の他の実施の形態におけるめっき装置の概要を示す。この例は、表面を下向き（フェースダウン）で保持した基板Ｗの該表面にめっきを施すようにしたものである。つまり、内部にめっき液５２を保持し上方に開口しためっき槽５４の上方に、上下動自在で、表面を下向きにして基板Ｗを着脱自在に保持する基板ホルダ５６が配置されている。
【００３９】
この基板ホルダ５６は、円筒状で、下端に内方に突出するリング状のリップシール５８と該リップシール５８の周囲を囲繞する位置に配置された電気接点６０を備えたハウジング６２と、このハウジング６２の内部に上下動自在に配置された押圧体６４を有している。そして、このハウジング６２内に基板Ｗを挿入し、しかる後、押圧体６４を下降させることで、基板Ｗの周縁部をリップシール５８と押圧体６４で挟持して該周縁部をリップシール５８で水密的にシールし、同時に、基板Ｗの周縁部に電気接点６０が押付けられて通電し、この基板Ｗの表面に設けたシード層４８（図２参照）が、電源６６の陰極に接続されてカソードとなるように構成されている。
【００４０】
めっき槽５４の内部には、アノード７０が水平に配置され、このアノード７０の上面に、前述と同様な構成の高抵抗構造体７２が積層され、この高抵抗構造体７２の表面は、前述と同様な構成の隔膜７４で一体に覆われている。そして、このアノード７０、高抵抗構造体７２及び隔膜７４は、めっき槽５４内に保持されるめっき液５２中に浸漬されるようになっている。
【００４１】
この例によれば、先ず、シード層４８（図２参照）を形成した基板Ｗを、該基板Ｗの周縁部をリップシール５８でシールし、電気接点６０に接触させて基板ホルダ５６で保持する。そして、この基板ホルダ５６を下降させ、基板Ｗの下面（被めっき面）を隔膜３４に接触させる。この状態で、電源６６を介して、アノード７０とカソードとしてのシード層４８との間にめっき電圧を印加して電解めっきを行う。これにより、前述の例と同様に、図２（ｃ）に示すように、配線用の微細凹部４２，４４の内部に成膜される銅膜５０の膜厚の方が、基板Ｗの上面の平坦部に成膜される銅膜５０の膜厚より厚くなるようにすることができる。
【００４２】
図４は、本発明の更に他の実施の形態におけるめっき装置の概要を示す。この例は、基板Ｗを竪置きに配置して、基板Ｗの表面にめっきを施すようにしたものである。つまり、このめっき装置は、内部にめっき液８０を保持し上方に開口しためっき槽８２と、上下動自在で、基板Ｗの周縁部をシールし表面（被めっき面）を露出させ通電させた状態で基板Ｗを鉛直に保持する基板ホルダ８４を有している。そして、この基板Ｗの表面に設けたシード層４８（図２参照）が、電源８６の陰極に接続されてカソードとなるように構成されている。
【００４３】
めっき槽８２の内部には、アノード８８が鉛直に配置され、このアノード８８の表面に高抵抗構造体９０が積層され、この高抵抗構造体９０の表面は、隔膜９２で覆われている。そして、アノード８８、高抵抗構造体９０及び隔膜９２は、めっき槽８２内に保持されるめっき液８０中に浸漬され、基板ホルダ８４で保持した基板Ｗは、隔膜９２及び高抵抗構造体９０を挟んで、アノード８８と対向する位置に配置されるようになっている。
なお、この例では、溢流堰９４が設けられ、この溢流堰９４をオーバーフローしためっき液は、オーバーフロー槽９６内に流れ込むように構成されている。
【００４４】
この例によれば、先ず、シード層４８（図２参照）を形成した基板Ｗを、該基板Ｗの周縁部をシールし通電させて基板ホルダ８４で鉛直に保持する。そして、この基板ホルダ８４を下降させて、この基板ホルダ８４で保持した基板Ｗを隔膜９２と対面させる。この状態で、基板ホルダ８４またはアノード８８の一方を、互いに近接する方向に移動させて、基板Ｗの表面（被めっき面）を隔膜９２に接触させる。この状態で、電源８６を介して、アノード８８とカソードとしてのシード層４８との間にめっき電圧を印加して電解めっきを行う。これにより、前述の例と同様に、図２（ｃ）に示すように、配線用の微細凹部４２，４４の内部に成膜される銅膜５０の膜厚の方が、基板Ｗの上面の平坦部に成膜される銅膜５０の膜厚より厚くなるようにすることができる。
【００４５】
この図４に示すめっき装置は、めっきの品質に悪影響を与える泡の抜けがよく、フットプリントが小さいという利点を有しており、このため、めっき穴の寸法が比較的大きく、めっきにかなりの時間を要するバンプめっきに適しており、このめっき装置を使用してバンプめっきを行うことで、表面のより平坦な接点用のバンプ（導電性突起媒体）を形成することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えばダマシン法で銅配線を形成する際にＣＭＰにより除去する銅の膜厚を薄くすることができ、これによって、ＣＭＰ時間を削減でき、また基板面内での配線性能分布の不均一性を低減することが可能になり、高性能な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の態様のめっき装置の要部を模式的に示す図である。
【図２】図１に示すめっき装置でめっきを行う時の概要を工程順に示す図である。
【図３】本発明の他の実施の態様のめっき装置の概要を示す図である。
【図４】本発明の更に他の実施の態様のめっき装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
１０，５６，８４基板ホルダ
１２電極ヘッド
１４，５８リップシール
１６，６０電気接点
１８，５４，８２めっき槽
１９，６６，８６電源
２０，５２，８０めっき液
２２めっき液供給ノズル
２６，７２，９０高抵抗構造体
２８，７０，８８アノード
３０めっき液導入管
３４，７４，９２隔膜
４０絶縁膜
４４配線溝
４６バリア層
４８シード層
５０銅膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plating method for forming a circuit pattern wiring, a contact bump (conductive bump medium) or the like on a surface of a substrate such as a semiconductor substrate by using metal plating such as copper plating, and a plating apparatus used therefor. Is.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in semiconductor devices, in order to reduce wiring resistance and improve electromigration resistance, which causes wiring defects, in addition to high performance through miniaturization, wiring materials have been conventionally changed from aluminum to copper. Has been replaced. When forming this kind of copper wiring, copper is difficult to process by RIE (reactive ion etching) like aluminum, so wiring grooves (trench), microholes (via holes), etc. are previously formed in the insulating film. Forming a fine recess for wiring, and embedding copper in the fine recess, and then removing the excess copper (wiring material) by CMP (chemical mechanical polishing) and flattening to form a wiring. A so-called damascene method is generally employed. Plating is mainly used for embedding copper. In this plating step, it is desirable that the copper plating film is selectively deposited in the fine recesses for circuit-shaped wiring, and the copper plating film is less deposited in the other portions.
[0003]
In the copper plating process, various efforts have been made to embed copper without voids in the fine recesses for finely structured wiring. For example, by including an additive in the plating solution that causes plating to occur preferentially in the fine parts, so-called bottom-up growth is realized, in which a plating film is grown from the bottom of the pattern portion such as wiring grooves and microholes. Yes.
[0004]
On the other hand, as a technique for selectively depositing a copper plating film in a circuit-shaped wiring groove or the like, plating is performed while bringing the impregnated body into contact with a substrate such as a semiconductor wafer and moving it relatively in the contact direction. Is known (see, for example, Patent Document 1). As the impregnated material used in this technique, PVA, porous Teflon (registered trademark), polypropylene or the like knitted into a fiber shape or crushed into a paper shape, or gelled silicon oxide, agar or the like An indefinite shape is generally used.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-232078
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to form a copper wiring by completely embedding a wiring material such as copper inside the pattern portion such as a wiring groove, a copper film having a considerable thickness is formed in addition to the pattern portion. It is necessary to remove the excessive copper film formed by the CMP method. For this reason, if the amount of copper to be removed is large, the CMP time becomes long, leading to an increase in cost, and if there is in-plane non-uniformity on the polished surface of the substrate after CMP, As a result, the longer the polishing time, the greater the dependency of the wiring performance on the CMP performance.
[0007]
In order to solve such problems, the plating solution bath composition, the brightener used, etc., have been devised in the plating solution, and the purpose is achieved to some extent by these, but there was a certain limit .
[0008]
On the other hand, in the method in which the impregnated body is brought into contact with the substrate and the plating is performed while relatively moving in the contact direction, the surface roughness of the impregnated body is generally several microns to several hundred microns. The impregnating material having a rough surface has a problem in flattening the uneven surface on the semiconductor substrate having a surface roughness of submicron to several microns.
[0009]
Further, in this technique, the supply amount of the plating solution is changed at the concavo-convex portion by moving (rubbing) in the horizontal direction relative to the contact surface while contacting the impregnated body, thereby trying to improve the flatness. However, there is a problem that it is difficult to obtain the desired effect due to the surface roughness as described above.
[0010]
Furthermore, it is thought that the flatness is improved by increasing the load for contacting the impregnating material and crushing the porous space, but in that case, it is necessary to apply a very large load to the substrate, For this reason, when a soft insulating film such as a low-k material is used as a target, it is difficult to realize the film because the film is broken or the plated surface is easily damaged.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and allows a metal plating film such as a copper film to be selectively deposited inside a wiring-shaped fine recess such as a circuit-shaped wiring groove or microhole. An object of the present invention is to provide a plating method and a plating apparatus.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a seed layer is formed on a substrate having fine concave portions for wiring, and metal plating is performed by supplying current while filling a plating solution between the seed layer and the anode. An electroplating method in which a wiring material is filled, wherein the seed layer is formed in contact with or in close proximity to the seed layer that inhibits the permeation of metal ions without inhibiting the permeation of hydrogen ions in the plating solution. A metal plating by energizing between the anode and the anode.
[0013]
By this, by contributing only to the metal ions contained in the plating solution existing mainly in the region sandwiched between the seed layer and the diaphragm, it exists in the region sandwiched between the planar portion of the substrate upper surface and the diaphragm, Metal that contributes to plating when the amount of plating solution containing metal ions that contribute to plating is present in (partitioned) the area between the fine recesses for wiring such as wiring grooves provided on the substrate and the diaphragm Metal plating that is plated on flat portions other than fine recesses for wiring compared to the amount of metal plating that is plated in fine recesses for wiring by limiting the amount to be less than the amount of plating solution containing ions The amount can be reduced.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, the energization between the seed layer and the anode is released, the diaphragm is separated from the seed layer, and a new plating solution is introduced between the diaphragm and the seed layer. The plating method according to claim 1, wherein:
As a result, a new plating solution is introduced into the region sandwiched between the seed layer and the diaphragm before the metal ions contributing to the plating are exhausted, which is contained in the plating solution existing in the region sandwiched between the seed layer and the diaphragm. By repeating this, a plating film having a desired film thickness can be obtained.
[0015]
A third aspect of the present invention is the plating method according to the first or second aspect, wherein the wiring material is copper.
According to a fourth aspect of the present invention, in the plating method according to the third aspect, the diaphragm is made of an ion exchanger having a monovalent cation selective permeability that selectively permeates a monovalent cation. It is.
As a result, hydrogen ions (H ⁺ ) that are monovalent cations permeate the diaphragm, but copper ions (Cu ²⁺ ) that are divalent cations do not permeate or are difficult to permeate the diaphragm. it can.
[0016]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a substrate holder for holding a substrate having a fine concave portion for wiring having a seed layer formed on a surface thereof, an anode disposed to face the surface of the substrate held by the substrate holder, A diaphragm that is disposed between the substrate holder and the anode so as to be in contact with or close to the substrate held by the substrate holder and inhibits permeation of metal ions without inhibiting permeation of hydrogen ions in the plating solution; A plating apparatus comprising: a power source that fills a plating solution and applies a plating voltage between the substrate held by the substrate holder and the anode.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, in the plating apparatus according to the fifth aspect, the diaphragm comprises an ion exchanger having a monovalent cation selective permeability that selectively permeates a monovalent cation. It is.
A seventh aspect of the present invention is the plating apparatus according to the fifth or sixth aspect, wherein the anode and the diaphragm are integrally incorporated in a vertically movable substrate head. Thus, the structure can be simplified by integrating the anode and the diaphragm into the substrate head that can move up and down.
[0018]
The invention according to claim 8 is the plating apparatus according to claim 7, wherein the substrate holder and the substrate head are configured to be relatively movable. As this relative movement, for example, at least one of the substrate holder and the substrate head may be rotated, revolved, reciprocated, scrolled, or the like.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows a main part of a plating apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the plating apparatus is movable up and down, and has a substrate holder 10 that detachably holds a substrate W with its surface facing up (face up), and can be moved up and down above the substrate holder 10. The electrode head 12 is disposed.
[0020]
Above the substrate holder 10, a ring-shaped lip seal 14 made of an elastic body and a leaf spring-shaped electrical contact 16 surrounding the periphery of the lip seal 14 so as to surround the peripheral edge of the substrate holder 10. They are arranged concentrically. As a result, when the substrate holder 10 is lifted while holding the substrate W, the lip seal 14 comes into contact with the peripheral edge portion of the substrate W held by the substrate holder 10 and is further lifted to rise to the peripheral edge portion of the substrate W. Is pressed in a watertight manner, whereby the plating tank 18 is defined by the upper surface of the substrate W and the lip seal 14. At the same time, the electrical contact 16 is pressed against the peripheral edge of the substrate W and energized, and the seed layer 48 provided on the surface of the substrate W is connected to the cathode of the power source 19 to become the cathode.
[0021]
Further, a plating solution supply nozzle 22 for supplying the plating solution 20 to the inside of the plating tank 18 defined by the upper surface of the substrate W and the lip seal 14 is disposed above the lip seal 14 as described above. Has been. Although not shown, a plating solution recovery nozzle is disposed above the lip seal 14 and is movable up and down and sucks and recovers the plating solution in the plating tank 18.
Here, by disposing the electrical contact 16 outside the lip seal 14, it is possible to prevent the electrical contact 16 from being contaminated by the plating solution 20 introduced into the plating tank 18.
[0022]
The electrode head 12 has a bottomed cylindrical housing 24 that opens downward, and a high-resistance structure 26 that is disposed so as to close the lower end opening of the housing 24. That is, an inward projecting portion 24a projecting inward is provided at the lower portion of the housing 24, and a flange portion 26a is provided at the upper portion of the high resistance structure 26, and the flange portion 26a is provided as the inward projecting portion 24a. The high resistance structure 26 is held in the housing 24 by being hooked.
[0023]
The high-resistance structure 26 is made of a porous ceramic such as alumina, SiC, mullite, zirconia, titania, cordierite, or the like, or a hard porous body such as a sintered body of polypropylene or polyethylene, or a composite thereof, or a woven fabric. And composed of non-woven fabric. For example, in the case of alumina-based ceramics, the pore diameter is 30 to 200 μm, and in the case of SiC, the pore diameter is 30 μm or less, the porosity is 20 to 95%, the thickness is 1 to 20 mm, preferably 5 to 20 mm, and more preferably 8 to About 15 mm is used. In this example, for example, the porous ceramic plate is made of alumina with a porosity of 30% and an average pore diameter of 100 μm. And, by containing the plating solution inside this, that is, the porous ceramic plate itself is an insulator, by allowing the plating solution to enter inside intricately and by following a fairly long path in the thickness direction, It is comprised so that it may have an electrical conductivity smaller than the electrical conductivity of a plating solution.
[0024]
Thus, by arranging the high resistance structure 26 in the housing 24 and generating a large resistance by the high resistance structure 26, the influence of the resistance of the seed layer 48 and the copper film 50 (see FIG. 2) can be ignored. The in-plane uniformity of the plating film can be improved by reducing the in-plane difference of the current density due to the electric resistance on the surface of the substrate W.
[0025]
Inside the housing 24, an anode 28 connected to the anode of the power source 19 is disposed above the high resistance structure 26, and a plating solution introduction pipe 30 is attached to the upper surface of the anode 28. Yes. Although not shown, the housing 24 is connected to a plating solution discharge pipe for sucking and discharging the plating solution inside.
[0026]
The plating solution introduction pipe 30 employs a manifold structure so that the plating solution can be uniformly supplied to the high resistance structure 26. That is, a large number of thin tubes 32 communicating with the interior are connected to a predetermined position along the longitudinal direction. Fine holes are provided at positions corresponding to the thin tubes 32 of the anode 28, and the thin tubes 32 extend downward in the fine holes and reach the upper surface of the high resistance structure 26. .
[0027]
As a result, the plating solution introduced into the plating solution introduction pipe 30 passes through the thin tube 32 and reaches the upper surface of the high resistance structure 26, and is contained inside the high resistance structure 26, and the anode 28 and the following By filling the space between the diaphragm 34 and sucking a plating solution discharge pipe (not shown), it is discharged to the outside.
Here, the anode 28 is composed of copper containing 0.03 to 0.05% phosphorus (phosphorus-containing copper) in order to suppress the formation of slime, but an insoluble one is used. May be.
[0028]
On the lower surface of the high-resistance structure 26, a diaphragm 34 that inhibits the permeation of copper ions without inhibiting the permeation of hydrogen ions in the plating solution is attached by sticking or the like. In this example, the diaphragm 34 is composed of an ion exchanger having a monovalent cation selective permeability that selectively transmits only monovalent cations, whereby hydrogen that is a monovalent cation. Ions (H ⁺ ) permeate the diaphragm 34, but copper ions (Cu ²⁺ ), which are divalent cations, do not permeate the diaphragm 34 or are difficult to permeate. Examples of the ion exchanger having monovalent cation selective permeability include Neosepler (trade name, manufactured by Tokuyama Corporation), Selemion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and the like.
[0029]
In this way, by attaching the diaphragm 34 made of an ion exchanger having monovalent cation selective permeability to the lower surface of the high resistance structure 26, it is included in the plating solution supplied to the inside of the housing 24 of the electrode head 12. As described above, the hydrogen ions flow into the plating solution 20 supplied into the plating tank 18 defined by the upper surface of the substrate W and the lip seal 14, but the copper ions do not flow in or are difficult to flow in. can do. Thereby, while flowing a plating current, the copper ions contained in the plating solution 20 supplied into the plating tank 18 contribute to the plating, and the copper ions contained in the plating solution supplied into the housing 24 are plated. There can be little or no contribution.
[0030]
In this embodiment, a band-shaped insulating member 36 is wound around the outer peripheral side surface of the high resistance structure 26 so as to surround the high resistance structure 26, thereby preventing current from flowing from the outer peripheral side surface of the high resistance structure 26. Yes. Examples of the material of the insulating member 36 include a stretchable material such as fluorine rubber.
[0031]
Next, the operation when plating is performed by the plating apparatus of this embodiment will be described with further reference to FIG. In this example, as shown in FIG. 2, an insulating film 40 such as an oxide film made of SiO ₂ or a low-k material film deposited on the surface is used for wiring by, for example, lithography / etching technique. A microhole (via hole) 42 and a wiring groove (trench) 44 are formed as a fine recess, and a barrier layer 46 made of TaN or the like is formed thereon, and a seed layer 48 as a power supply layer for electrolytic plating is sputtered thereon. When the substrate W formed by the above is prepared, electrolytic copper plating is performed on the surface of the substrate, and copper is embedded in the inside of the micro hole (via hole) 42 and the wiring groove (trench) 44 as the fine concave portion for wiring. explain.
[0032]
First, the substrate holder 10 holding the substrate W on which the seed layer 48 is formed is raised, the peripheral portion of the substrate W is brought into pressure contact with the lip seal 14, and the plating tank 18 is interposed between the upper surface of the substrate W and the lip seal 14. The electrical contact 16 is kept in contact with the seed layer 48 at the same time. On the other hand, in the electrode head 12, a plating solution is supplied into the housing 24, and the plating solution is held inside the high resistance structure 26. Then, a plating solution is supplied into the plating tank 18. An outline at this time is shown in FIG.
[0033]
Next, the electrode head 12 is lowered, and the lower surface of the diaphragm 34 is brought close to the surface (upper surface) of the substrate W held by the substrate holder 10. Although the lower surface of the diaphragm 34 may be brought into contact with the surface of the substrate W, the seed layer 48 formed on the surface of the substrate or the copper film 50 formed as described below can be brought into close contact without contact. Scratches can be prevented from occurring on the surface. In this state, electrolytic plating is performed by applying a plating voltage between the anode 28 and the seed layer 48 as the cathode via the power source 19. An outline of the state at this time is shown in FIG.
[0034]
As a result, the hydrogen ions contained in the plating solution supplied to the inside of the housing 24 of the electrode head 12 through the diaphragm 34 made of an ion exchanger having monovalent cation selective permeability are transferred to the upper surface of the substrate W and the lip. A region sandwiched between the seed layer 48 and the diaphragm 34 by flowing into the plating solution 20 supplied into the plating tank 18 defined by the seal 14 but not or difficult to flow in copper ions. Only metal ions contained in the plating solution 20 present in the metal can contribute to the plating. Thereby, the amount of the plating solution that exists in the region sandwiched between the planar portion of the upper surface of the substrate W and the diaphragm 34 and contains metal ions contributing to plating is used for wiring such as the wiring groove 44 provided in the substrate W. The fine recesses for wiring 42 are limited to be less than the amount of the plating solution containing metal ions that contribute to the plating and exist in (partitioned) regions sandwiched between the fine recesses and the diaphragm 34. , 44 can be reduced in the amount of copper plated on the planar portion (non-wiring region) other than the fine concave portions 42, 44 for wiring. That is, as shown in FIG. 2C, the thickness of the copper film 50 formed in the fine concave portions 42 and 44 for wiring is formed on the flat portion on the upper surface of the substrate W. It can be made thicker than the film thickness of the film 50.
[0035]
The anode 28 and the seed layer 48 as the cathode are included in the plating solution 20 existing in the region sandwiched between the seed layer 48 and the diaphragm 34 immediately before metal ions contributing to plating are exhausted. After the plating current is released and the electrode head 12 is raised, the plating solution remaining in the plating tank 18 is removed by suction with a plating solution suction nozzle. An outline at this time is shown in FIG.
[0036]
The above process is set as one cycle, and this cycle is repeated so that the copper film 50 has a predetermined thickness.
Also, when considering throughput improvement, it is necessary to reduce the number of cycles. In that case, since the amount to be plated in one cycle increases, the copper concentration in the plating solution is desirably 30 g / L or more.
When the thickness of the copper film 50 reaches a predetermined thickness, the substrate holder 10 is lowered, and the plated substrate W held by the substrate holder 10 is transferred to the next process.
[0037]
In order to improve the in-plane film thickness distribution of the substrate W, the relative positional relationship between the substrate W held by the substrate holder 10 and the diaphragm 34 attached to the electrode head 12 at the time of non-contact plating or non-plating. At least one of the substrate holder 10 and the electrode head 12 may be arbitrarily moved such as a rotational motion, a revolving motion, a reciprocating motion, or a scroll motion so as to shift the position. Further, the above-described plating process may be repeated by bringing the diaphragm 34 close to or in contact with the substrate W as many times as necessary until the copper film 50 reaches a predetermined thickness.
[0038]
FIG. 3 shows an outline of a plating apparatus according to another embodiment of the present invention. In this example, plating is performed on the surface of the substrate W held with the surface facing downward (face-down). In other words, a substrate holder 56 is disposed above a plating tank 54 that holds the plating solution 52 inside and opens upward, and is capable of moving up and down and holding the substrate W detachably with the surface facing downward.
[0039]
The substrate holder 56 has a cylindrical shape, a housing 62 having a ring-shaped lip seal 58 projecting inwardly at a lower end, and an electrical contact 60 disposed at a position surrounding the periphery of the lip seal 58, and the housing A pressing body 64 is arranged inside 62 so as to be movable up and down. Then, by inserting the substrate W into the housing 62 and then lowering the pressing body 64, the peripheral portion of the substrate W is sandwiched between the lip seal 58 and the pressing body 64 and the peripheral portion is fixed by the lip seal 58. At the same time, the electrical contact 60 is pressed against the peripheral edge of the substrate W and energized, and the seed layer 48 (see FIG. 2) provided on the surface of the substrate W is connected to the cathode of the power source 66. It is comprised so that it may become a cathode.
[0040]
An anode 70 is horizontally disposed inside the plating tank 54, and a high resistance structure 72 having the same configuration as described above is laminated on the upper surface of the anode 70. The surface of the high resistance structure 72 is the same as that described above. It is integrally covered with a diaphragm 74 having a similar configuration. The anode 70, the high resistance structure 72, and the diaphragm 74 are immersed in the plating solution 52 held in the plating tank 54.
[0041]
According to this example, first, the substrate W on which the seed layer 48 (see FIG. 2) is formed is sealed by the lip seal 58 at the peripheral edge of the substrate W, and held by the substrate holder 56 in contact with the electrical contact 60. . Then, the substrate holder 56 is lowered, and the lower surface (surface to be plated) of the substrate W is brought into contact with the diaphragm 34. In this state, electrolytic plating is performed by applying a plating voltage between the anode 70 and the seed layer 48 as the cathode via the power supply 66. Thus, as in the above-described example, as shown in FIG. 2C, the film thickness of the copper film 50 formed inside the fine concave portions 42 and 44 for wiring is larger on the upper surface of the substrate W. It can be made thicker than the film thickness of the copper film 50 deposited on the flat portion.
[0042]
FIG. 4 shows an outline of a plating apparatus according to still another embodiment of the present invention. In this example, the substrate W is placed in a laid position and the surface of the substrate W is plated. That is, this plating apparatus holds the plating solution 80 inside and opens the plating tank 82, and is movable up and down, sealing the peripheral portion of the substrate W, exposing the surface (surface to be plated) and energizing it. The substrate holder 84 that holds the substrate W vertically is provided. The seed layer 48 (see FIG. 2) provided on the surface of the substrate W is connected to the cathode of the power source 86 so as to become the cathode.
[0043]
An anode 88 is vertically arranged inside the plating tank 82, and a high resistance structure 90 is laminated on the surface of the anode 88. The surface of the high resistance structure 90 is covered with a diaphragm 92. The anode 88, the high resistance structure 90, and the diaphragm 92 are immersed in the plating solution 80 held in the plating tank 82, and the substrate W held by the substrate holder 84 holds the diaphragm 92 and the high resistance structure 90. It is arranged so as to be opposed to the anode 88 with being sandwiched.
In this example, an overflow weir 94 is provided, and the plating solution overflowing the overflow weir 94 is configured to flow into the overflow tank 96.
[0044]
According to this example, first, the substrate W on which the seed layer 48 (see FIG. 2) is formed is held vertically by the substrate holder 84 while the peripheral edge of the substrate W is sealed and energized. Then, the substrate holder 84 is lowered so that the substrate W held by the substrate holder 84 faces the diaphragm 92. In this state, one of the substrate holder 84 and the anode 88 is moved in a direction approaching each other, and the surface (surface to be plated) of the substrate W is brought into contact with the diaphragm 92. In this state, electrolytic plating is performed by applying a plating voltage between the anode 88 and the seed layer 48 as the cathode via the power source 86. Thus, as in the above-described example, as shown in FIG. 2C, the film thickness of the copper film 50 formed inside the fine concave portions 42 and 44 for wiring is larger on the upper surface of the substrate W. It can be made thicker than the film thickness of the copper film 50 deposited on the flat portion.
[0045]
The plating apparatus shown in FIG. 4 has the advantage of good bubble removal that adversely affects the quality of plating and has a small footprint. Therefore, the size of the plating hole is relatively large, and it has a considerable effect on plating. It is suitable for time-consuming bump plating. By performing bump plating using this plating apparatus, bumps for contact (conductive protrusion medium) with a flatter surface can be formed.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, for example, when copper wiring is formed by the damascene method, the thickness of the copper removed by CMP can be reduced, thereby reducing the CMP time and reducing the substrate surface. It is possible to reduce the nonuniformity of the wiring performance distribution in the semiconductor device, and to provide a high-performance semiconductor device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a main part of a plating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an outline when performing plating with the plating apparatus shown in FIG. 1 in the order of steps;
FIG. 3 is a diagram showing an outline of a plating apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an outline of a plating apparatus according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 56, 84 Substrate holder 12 Electrode head 14, 58 Lip seal 16, 60 Electrical contacts 18, 54, 82 Plating tank 19, 66, 86 Power source 20, 52, 80 Plating solution 22 Plating solution supply nozzle 26, 72, 90 High resistance structures 28, 70, 88 Anode 30 Plating solution introduction pipes 34, 74, 92 Diaphragm 40 Insulating film 44 Wiring groove 46 Barrier layer 48 Seed layer 50 Copper film

Claims

An electroplating method in which a seed layer is formed on a substrate having fine recesses for wiring, and metal plating is performed by energization while filling a plating solution between the seed layer and the anode, and the fine recesses are filled with a wiring material. A method,
Metal plating is performed by energizing between the seed layer and the anode while preventing or preventing the permeation of hydrogen ions in the plating solution without contacting or approaching the seed layer. The plating method characterized by the above-mentioned.

2. The energization between the seed layer and the anode is released, the diaphragm is separated from the seed layer, and a new plating solution is introduced between the diaphragm and the seed layer. Plating method.

The plating method according to claim 1, wherein the wiring material is copper.

The plating method according to claim 3, wherein the diaphragm is made of an ion exchanger having a monovalent cation selective permeability that selectively transmits monovalent cations.

A substrate holder for holding a substrate having a fine recess for wiring having a seed layer formed on the surface;
An anode disposed opposite to the surface of the substrate held by the substrate holder;
A diaphragm that is disposed between the substrate holder and the anode so as to be in contact with or close to the substrate held by the substrate holder and inhibits permeation of metal ions without inhibiting permeation of hydrogen ions in the plating solution;
A plating apparatus comprising: a power source for applying a plating voltage by filling a plating solution between the substrate held by the substrate holder and the anode.

6. The plating apparatus according to claim 5, wherein the diaphragm is made of an ion exchanger having a monovalent cation selective permeability that selectively transmits monovalent cations.

The plating apparatus according to claim 5, wherein the anode and the diaphragm are integrally incorporated in a substrate head that is movable up and down.

The plating apparatus according to claim 7, wherein the substrate holder and the substrate head are configured to be relatively movable.