JP3400278B2 - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体製造装置及び半導体装置の製造方法Info
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Description
び半導体装置の製造方法に係り、より詳細には、半導体
基板の表面に、電気メッキにより微細なバンプ電極又は
回路配線等を高精度にかつ均一に形成する半導体製造装
置及び半導体装置の製造方法に関する。
り、半導体実装技術も高密度化が求められている。この
半導体実装技術としては、ワイヤーボンディング技術、
TAB技術、及びフリップチップ実装技術などが挙げら
れるが、これらの中で最も高密度な実装が可能であるこ
とから、フリップチップ実装技術が、コンピュータ機器
等の半導体装置を高密度に実装するのに広く用いられて
いる。
り、基板に実装された半導体チップを示す。
ように、バンプ電極101が形成された半導体チップ1
00等の電子部品を、バンプ電極101が回路配線基板
102上の端子電極103上に位置するように配置し、
これを加熱することにより半導体チップ100を回路配
線基板102に実装するものである。
6号及び米国特許第3,429,040号公報に開示さ
れており、そこでは、バンプ電極の形成を蒸着法を用い
て行なうことが記載されている。
通りである。
104の一表面には、パッシベーション膜105、及び
ボンディングパッド106が形成され、ボンディングパ
ッド106の上には、バリアメタルとなるAu/Cu/
Cr層107が形成されている。
リブデンからなるメタルマスク108を用いて、このA
u/Cu/Cr層107上に、錫と鉛を別々に順次蒸着
して半田材料層109を形成する。このとき、半田材料
層109は、Au/Cu/Cr層107よりも大きな寸
法で形成する。
溶融して半田合金を形成し、図15(b)に示すバンプ
電極101を形成する。
るので、それぞれの堆積層の厚さを制御することによ
り、半田合金の組成を高精度に制御することができると
いう利点を有している。
れること、及び半田材料層を蒸着により形成しているた
めにその形成速度が遅いことから、大量生産には必ずし
も有効ではなかった。そのため、バンプの形成方法とし
ては、大量生産が可能で、低コストでバンプ電極を形成
することが可能な、電気メッキ法が多く用いられてい
る。
度が蒸着法に比べて高いため、バンプ電極の高さを高く
して素子の接続信頼性を高めるのに極めて効果的であ
る。しかし、その反面、均一な高さのバンプ電極の形成
が難しく、不均一な高さのバンプ電極が電子部品に形成
された場合、回路配線基板へのフリップチップ実装の際
に、接続不良等が生じるという問題がある。
くの方法が提案されている。たとえば、特開昭53−3
7543号及び特開昭57−73953号公報には、電
気メッキ処理の進行に伴うバンプ電極の表面積の増大に
応じて、図16(a)に示すように、印加電流を増大さ
せて、バンプ電極表面への電流密度を一定に保つ方法が
記載されている。また、特開昭61−189655号及
び特開昭57−71150号公報等には、図16(b)
に示すようなパルス電流を用いたメッキ法が記載されて
いる。
74232号公報には、平坦化基板を用いてバンプ電極
の高さを均一にする方法が記載されているが、この方法
は、工程が完了するまでの時間が長くなるため、有効な
方法ではなかった。
成するための装置についても、多くの提案がなされてい
る。例えば、特開昭59−41830号及び特開平1−
110751号公報では、噴流式電気メッキ装置が提案
されている。特開昭63−127554号、特開昭63
−272044号及び特開昭63−272057号公報
等には、この噴流式電気メッキ装置を用いて高さの均一
なバンプ電極を形成する方法が記載されている。
布をさらに均一化するために、特開平2−194194
号及び特開平1−61037号公報には、カソードメタ
ルに多点電極を用いることや環状電極を用いることが記
載されている。
半導体ウェハとの位置関係を最適化する方法も提案され
ている。特開昭53−19147号公報には、図17に
示すように、基板支持手段116により処理容器111
内で半導体ウェハ117の最適な位置が保たれるように
設計された半導体製造装置119が記載されている。さ
らに、特開昭56−152991号では、図18に示す
ように、処理容器121にサイドピン123を設けて、
半導体ウェハ127の支持及び位置決めを行なうことが
記載されている。
ある程度まで均一化することが可能となったが、5イン
チ以上の径を有する大口径のウェハに対しては、バンプ
電極の高さを±10%程度までにしか均一化することが
できない。したがって、バンプ電極を形成した電子部品
を回路配線基板にフリップチップ実装技術で実装する際
に、接続不良等の不具合が生じてしまう。
プ電極の高さの不均一性は、処理容器内でのメッキ液の
対流により生ずる半導体ウェハ表面近傍でのメッキ液の
不均一な流れが、径の小さな半導体ウェハには殆ど影響
を与えないのに対し、大口径のウェハには大きく影響を
与えるためである。この不均一な流れについては、第9
2回表面技術協会講演予稿集第40頁乃至第41頁(1
995年10月)で、詳細に記述されている。
ッキ液の不均一な流れを示す。
7の中央部へ向けて、及び処理容器131の側壁に沿っ
て噴流される。半導体ウェハ137の中央部へ向けて噴
流されたメッキ液流は、半導体ウェハ137の表面に到
達した後、半導体ウェハ137の外周方向へと向きを変
える。一方、処理容器131の側壁に沿って噴流された
メッキ液は、一部は排出部139から処理容器131の
外部へと排出され、残りは半導体ウェハ137の表面に
沿って、その中央部へ向けて逆流する。
ウェハ137をカソードとして電圧を印加すると、電気
メッキ液中の陽イオンが半導体ウェハ137の被メッキ
処理面近傍に移動してメッキ液拡散層が形成されるが、
半導体ウェハ137の表面近傍では、中央部から外周部
へ向かう流れとその逆の流れが生じているため、メッキ
液拡散層の濃度の高い部分と低い部分とが形成され、半
導体ウェハ137の近傍でのメッキ液拡散層濃度が不均
一化されるのである。
電流密度を向上させても、半導体ウェハ137の近傍で
のメッキ液拡散層濃度が不均一であるため、2次電流密
度分布が不均一になり、バンプ電極の高さを均一にする
ことができないのである。
した部分を拡大して示す。
の不均一な流れにより、半導体ウェハ137の表面に設
けられた隣接するレジスト135間に、局所的に気泡1
36が取り込まれる。そのため、この気泡136が付着
した半導体ウェハ137の表面にメッキ膜を析出させる
ことができず、バンプ電極の高さの均一性がさらに低下
し、接続信頼性が低下するという問題が生じていた。
噴流式電気メッキ装置では、大口径の半導体ウェハに対
して均一な高さでバンプ電極を形成することができず、
さらに、半導体ウェハ表面への気泡の付着によりメッキ
膜の析出が妨げられ、メッキされない部分が生じるとい
う問題を有していた。
なバンプ電極又は回路配線等のメッキ膜を高精度にかつ
均一に形成することを可能とする半導体製造装置及び半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
を収容し、電気メッキ液を上方に噴出する噴流口を底部
に有する処理容器と、基板の被メッキ処理面が前記メッ
キ液の液面と接触するように基板を支持する基板支持手
段と、前記噴流口と前記基板との間に配置されたアノー
ドと、前記アノードと前記基板との間に配置され、前記
基板の径よりも小さい径の開口部を有し、前記基板の径
よりも大きい外径を有する液流制御板と、前記アノード
と、カソードとして作用する前記基板とを介して、それ
らの間の電気メッキ液に電流を流す手段と、を具備する
ことを特徴とする半導体製造装置を提供する。
前記液流制御板が、イオン透過性であり、かつ膜抵抗値
が0.001V/A〜0.05V/Aの材料で構成され
ることを特徴とする。
前記液流制御板の外径が前記処理容器の内径以上であ
り、前記液流制御板に設けられた開口部の径R1と、前
記液流制御板の外径R2とが、不等式R1<0.8R2を
満たす関係にあることを特徴とする。
前記液流制御板に設けられた開口部の径が、前記噴流口
の開口径よりも小さいことを特徴とする。
前記処理容器の側壁には、前記電気メッキ液の液面を一
定に保持するためのメッキ液排出部が、液面とほぼ同一
のレベルに設けられていることを特徴とする。
前記液流制御板の外径が前記処理容器の内径以上であ
り、前記メッキ液排出部が、前記電気メッキ液制御板に
より、上部排出部と下部排出部とに上下に分割され、前
記下部排出部の前記電気メッキ液の液面に垂直な方向の
開口幅が、前記上部排出部の前記電気メッキ液の液面に
垂直な方向の開口幅に比べて相対的に短いことを特徴と
する。
前記基板の被メッキ処理面にレジストパターンが形成さ
れており、前記アノードが、前記レジストパターンのレ
ジスト間隔の最小値未満の径の孔を有する板状の電極で
あり、前記孔の総数が、前記レジストパターンにより前
記被メッキ処理面に形成される被レジスト被覆部の総数
以上であり、前記アノードが、前記噴流口から噴流され
る電気メッキ液が全て前記孔を通過するように配置され
ていることを特徴とする。
理面が処理容器に収容された電気メッキ液の液面と接触
する位置に支持する工程と、前記処理容器内に設けられ
た噴流口から、前記電気メッキ液を前記基板表面に向け
て噴出する工程と、前記噴出された電気メッキ液の前記
基板表面近傍での流れを、前記噴流口と前記基板との間
に配置され、前記基板の径に比べて小さい径の開口部を
有し、外径が前記基板の径に比べて大きい液流制御板に
より、前記開口部を通して前記基板の中央部から外周へ
向く方向に制御する工程と、前記噴流口と前記基板との
間に設置されたアノードと、カソードとして作用する前
記基板とを介して、それらの間の電気メッキ液に電流を
流して、前記基板の被メッキ処理面にメッキ被膜を形成
する工程と、を具備することを特徴とする半導体装置の
製造方法を提供する。
より詳細に説明する。
Si、GaAs等の単結晶からなる半導体ウェハであ
る。通常、この基板の被メッキ処理面には、電気メッキ
処理により、バンプ電極や回路配線等のメッキ層を形成
するために、下地電極等の導電膜が設けられている。
キ液は、硫酸銅メッキ液及び有機酸半田メッキ液等の一
般的に用いられる電気メッキ液である。これらを用いて
電気メッキ処理を行なうことにより、基板の被メッキ処
理面に設けられた導電膜上に、バンプ電極や、多層配線
を形成するための配線金属等として用いられる、銅や半
田等からなるメッキ膜が形成される。
もその内面が、フッ素樹脂類、ポリオレフィン類、ポリ
アミド類、ポリエステル類、ポリエーテル類及び塩化ビ
ニル類等のように、電気メッキ液に対して安定な材料で
形成される。この処理容器は、例えば内側が円筒形であ
り、基板の径よりも大きな内径を有している。
行なう場合、基板の被メッキ処理面が電気メッキ液の液
面と同一のレベルに位置するように、基板を基板支持手
段により支持する必要がある。基板支持手段としては、
サイドピン等を挙げることができるが、電極を用いて基
板を支持してもよい。
液流制御板との間に設けられる。また、カソードとして
作用する基板の被メッキ処理面には、下地電極等の導電
部が形成される。これらの電極間に電圧を印加すること
により、電気メッキ液中の陽イオンが基板の被メッキ処
理面近傍に移動してメッキ液拡散層を形成する。このメ
ッキ液拡散層中の陽イオンがカソードの被メッキ処理面
上の導電部で還元されることにより、基板の導電部上に
メッキ膜が形成される。
種類に応じて選択されることが好ましい。例えば、電気
メッキ液として、硫酸銅メッキ液を用いる場合は、燐の
含有量が0.03〜0.08重量%の銅板をアノードと
して用い、有機半田メッキ液を用いる場合は、メッキ液
中の錫と鉛の含有比に合わせた高純度半田板をアノード
として用いると、アノードによるメッキ膜への不純物の
混入や、形成されるメッキ膜の組成のずれを防ぐことが
できる。
ッキ液の流れを妨げないように、孔が設けられたメッシ
ュ構造の板状の電極であることが好ましい。アノード
が、噴流口から噴流される電気メッキ液が全てこれらの
孔を通過するように配置されると、アノードはバッフル
の役割を果たし、電気メッキ液の撹拌が生じる。したが
って、処理容器中のメッキ液のイオンの濃度が均一化さ
れる。また、この孔の径が、レジストパターンの間隔の
最小値未満であり、孔の総数が、前記レジストパターン
により前記被メッキ処理面に形成される被レジスト被覆
部の総数以上である場合、メッキ液をさらに十分に撹拌
することができる。
ドとの間に、外径が基板の径よりも大きく、中央に基板
の径よりも小さい径の開口部を有する液流制御板が配置
されている。この液流制御板により、基板の被メッキ処
理面近傍での電気メッキ液流の乱れが防止され、均一な
濃度のメッキ液拡散層が形成され、それによって、均一
な厚さのメッキ膜が形成される。
とほぼ同心になるように配置される。
装置の作用について説明する。
から基板の被メッキ処理面に向けて電気メッキ液が噴流
され、その一部は基板に向かって流れ、また、残りの一
部は処理容器の内壁に沿って流れる。本発明の半導体製
造装置では、噴流口と基板との間に液流制御板が設けら
れているので、基板に向かって流れる電気メッキ液の一
部は、その開口部を通過して、基板と液流制御板との間
を基板の外周方向に向かって流れ、処理容器の側壁の液
面近傍に設けられる排出部から排出される。
ッキ液及び処理容器の内壁に沿って流れる電気メッキ液
は、ほとんどが排出部から排出されるため、基板と液流
制御板との間を基板の中心方向に向かって流れることは
殆どない。
の開口部を通して基板の中央部から外周方向に向かうよ
うに制御されるため、基板の被メッキ処理面近傍での電
気メッキ液流の乱れは殆ど生じない。したがって、基板
の被メッキ処理面近傍に形成されるメッキ液拡散層の濃
度を均一にすることができ、大口径の半導体ウェハに対
しても、微細なバンプ電極又は回路配線を高精度にかつ
均一に形成することができる。
以上である場合、基板と液流制御板との間での、電気メ
ッキ液の逆流は全く生じなくなる。さらに、液流制御板
に設けられた開口部の径R1と、液流制御板の外径R2と
が、不等式R1<0.8R2を満たす関係にある場合、電
気メッキ液の対流により生ずる開口部近傍での電気メッ
キ液流の乱れが少なくなり好ましい。R1とR2とは、よ
り好ましくはR1<0.75R2であり、さらに好ましく
はR1<0.5R2である。
設置することが好ましい。液流制御板と基板面との距離
は、好ましくは1mm〜12mmであり、より好ましく
は2mm〜5mmである。この距離が1mm未満の場
合、液流制御板と基板面との間を通過する電気メッキ液
の流量が少なくなり、12mmを超えると、基板の被メ
ッキ処理面近傍での電気メッキ液流の乱れを良好に防ぐ
ことが困難になる。
素樹脂類、及び塩化ビニル等で構成することができる。
また、ケイソウ土と呼ばれるパーライト、炭素系セルロ
ース、石綿等のように、イオン透過性であり、かつ膜抵
抗値が0.001V/A〜0.05V/Aの材料で構成
してもよい。このような材料を用いると、電気メッキ液
の流れが、液流制御板の開口部から基板の外周方向に制
御されるだけではなく、電気メッキ液中のイオンが液流
制御板を透過することができるので、電圧印加時に形成
される電気力線が液流制御板の開口部に集中せずに、均
一化されて、メッキ膜の膜厚をさらに均一にすることが
できる。この膜抵抗値が0.001V/A未満の場合
は、電気メッキ液の流れを十分に制御することができ
ず、0.05V/Aを超える場合は、電気力線を均一化
する効果を得ることができない。
内での停滞を防ぐために、処理容器の下方に、例えば処
理容器の底部に設けられることが好ましく、メッキ液
が、基板の被メッキ処理面に対して垂直に及びその中央
部に噴出されるように、処理容器底部の中央に設けられ
ることが好ましい。
た開口部の径よりも大きいことが好ましい。噴流口の開
口径が開口部の径よりも大きい場合、開口部近傍での電
気メッキ液流の乱れをより少なくすることができる。
部は、電気メッキ液の液面を基板の被メッキ処理面の位
置に保つために、基板の被メッキ処理面近傍に設けられ
る。また、この排出部は、基板よりも外側で、液流制御
板よりも高い位置に設けられる必要がある。これによ
り、基板の被メッキ処理面に噴流された電気メッキ液
が、液流制御板の開口部から基板の外周方向に流され、
処理容器外部に排出されるため、基板の被メッキ処理面
近傍での電気メッキ液流の乱れが生じない。
けてもよい。別の排出部を、液流制御板より下で、処理
容器の内壁近傍に設けることにより、噴流口から処理容
器の内壁沿いに噴流された電気メッキ液が、液流制御板
により処理容器内で対流を生じることなく、処理容器外
に排出される。これにより、液流制御板の開口部を通過
する電気メッキ液流が、対流の影響をさらに受けなくな
るため、基板の被メッキ処理面近傍での電気メッキ液流
の乱れがさらに生じなくなり、好ましい。
電気メッキ液の液面面に垂直な方向の開口幅は、液流制
御板より上に設けられる排出部の、液面に垂直な方向の
開口幅よりも短いことが好ましい。この場合、噴流され
る電気メッキ液の大部分が液流制御板の開口部を通過す
るので、基板の被メッキ処理面近傍での電気メッキ液流
の流量の低下によるメッキ液拡散層濃度の不均一化が生
じることがなく、均一なメッキ膜を得ることができる。
上方の開口部の幅は、1mm〜12mmであることが好
ましく、下方の開口部の幅は、1mm〜8mmであるこ
とが好ましい。
て、図面を参照しながら説明する。
製造装置としてのメッキ装置の一断面図を示す。
向けて電気メッキ液を噴流するための噴流口2が設けら
れている。この噴流口2の上には、配線11が接続され
た多孔質のアノード4が設置されており、噴流口2から
噴流される電気メッキ液は、全てアノード4の孔を通過
する。アノード4の上方には、外径が処理容器1の内径
と等しい液流制御板3が設置されており、この液流制御
板3の中央部には開口部5が設けられている。
所定の間隔を隔てて、被処理体である基板7が配置され
ており、基板7は、導電性材料からなる基板支持手段6
により支持される。このとき、基板7の被メッキ処理面
には、第2の電極である導電膜及びレジストパターンが
形成されており(図示せず)、基板支持手段6と導電膜
とが接するように配置される。
液の液面が、基板7の被メッキ処理面の位置になるよう
に高さが調節された排出部9が設けられており、これに
より処理容器1中の電気メッキ液の液面の高さは一定に
保たれる。この排出部9は、通常、処理容器1の側壁に
液面に平行に溝状に設けられる。したがって、電気メッ
キ液はこの溝状の排出部9の全方位から均一に排出され
る。
源8に接続するカソードピン14及びアノードピン13
が設けられ、これらにより半導体製造装置10が構成さ
れている。
電源を省略して示す。
及び配線11は、処理容器1の外周部に、所定の間隔で
交互に配置される。したがって、基板7及びアノード4
での電圧降下は生じにくい。また、基板7は多方向から
支持されるため、基板7の傾きは殆ど生じない。
実施形態に係る半導体製造装置を用いたメッキ処理工程
について、図1を参照しながら説明する。
持手段6を用いて支持する。次に、噴流口2から、電気
メッキ液を噴流して処理容器1内を電気メッキ液で満た
す。このとき、基板7の被メッキ処理面近傍を通過する
電気メッキ液は、液流制御板3により、液流制御板3の
開口部5から基板7の外周部方向へと流れが制御され
る。この電気メッキ液は、さらに外側に向かって流れ、
排出部9から排出されて、電気メッキ液の液面は常に一
定に保たれる。
支持手段6とを、及びアノードピン13と配線11とを
接続することにより、アノード4と基板7との間に電圧
が印加され、電気メッキ液中の陽イオンは、基板7の被
メッキ処理面近傍に移動して電気メッキ液拡散層を形成
する。この電気メッキ液拡散層は、上述のように被メッ
キ処理面近傍を通過する電気メッキ液の流れが制御され
ているため、均一な濃度で形成される。
より、基板7の被メッキ処理面に形成された導電膜上
で、電気メッキ液拡散層中の陽イオンが還元されて、メ
ッキ層が形成される。
口2から噴流される電気メッキ液の一部は、処理容器1
の側壁沿いに流れ、液流制御板3によりその向きが変え
られる。また、噴流口2から噴流される電気メッキ液の
一部は、液流制御板3の開口部5を通過し、基板7の被
メッキ処理面を経由して、排出部9から処理容器1の外
に排出される。
では、電気メッキ液は開口部5から排出部9へと流れ、
逆流が生じないため、基板7の表面への気泡の付着が防
止され、均一な濃度のメッキ液拡散層が形成される。
理容器の側壁に排出部を設けた半導体製造装置の断面図
を示す。
図1で示した半導体製造装置10とほぼ同様の構成であ
るが、液流制御板3の外径が処理容器1の内径よりも大
きく、液流制御板3の下側にも排出部21が設けられて
いる点で異なっている。
製造装置10と同様に、噴流口2から噴流される電気メ
ッキ液の一部は、液流制御板3の開口部5を通過し、基
板7の被メッキ処理面を経由して、排出部9から処理容
器1の外へと排出される。一方、それ以外の電気メッキ
液は、液流制御板3の下方の排出部21から排出される
ため、被メッキ処理面近傍での電気メッキ液流の乱れを
生じることがなく、さらに、電気メッキ液の処理容器1
内での停滞も生じないため、さらに基板7の表面への気
泡の付着が防止され、均一な濃度のメッキ液拡散層を形
成することができる。
ッキ液の噴流速度を上昇させることにより、電気メッキ
液の局所的な停滞をさらに防止することができるので、
メッキ液拡散層の濃度をより均一化することができる。
また、基板の設置が容易であるため、シリコンウェハや
ガリウムひ素ウェハのような非常に脆い半導体ウェハに
電気メッキを行なう際にも、基板を破損することがな
い。さらに、基板の被メッキ処理面全体を、電気メッキ
液に接触させるため、電気メッキすることができる基板
の面積を広くすることができる。
気メッキ液を循環させるタイプの半導体製造装置を示
す。
内に配置され、処理容器1の外壁とメッキ液槽31の内
壁とで、流路32を形成している。この流路32の下部
は、配管33を経由してポンプ36の入力側に接続され
ている。また、配管33には、電気メッキ液を半導体製
造装置30内に供給するための配管34が接続されてお
り、ポンプ36の出力側は、配管35を経由して噴流口
2へと接続されている。
33、34、35の内壁は、通常、フッ素樹脂類、ポリ
オレフィン類、ポリアミド類、ポリエステル類、ポリエ
ーテル類及び塩化ビニル類等で構成されている。また、
ポンプ36には、通常、耐蝕性に優れたマグネットポン
プ等が用いられ、ポンプ36の回転数はインバータによ
り制御される。
の循環について、以下に説明する。
され、配管33を経由して、ポンプ36に到達し、さら
に、配管35を経由して処理容器1内に噴流される。処
理容器1が電気メッキ液で満たされると、過剰な電気メ
ッキ液は処理容器1の排出部9から排出され、流路32
から配管33を経由してポンプ36へと戻る。この時点
で、配管34からの電気メッキ液の供給が停止され、電
気メッキ液は、半導体製造装置30内で循環される。
てより具体的に説明する。
メッキ膜の平均膜厚は、ファラデー法則とカソード面積
とから求められ、メッキ膜の膜厚分布は、基板面近傍で
の電流密度分布に依存する。したがって、メッキ膜の膜
厚分布を均一化するためには、この電流密度分布を均一
化する必要がある。
内の幾何学的条件により決定される1次電流密度分布
と、分極現象、即ち基板の被メッキ処理面近傍への陽イ
オンの移動によるメッキ液拡散層の形成で生ずる2次電
流密度分布とからなる。形成されるメッキ膜の膜厚分布
は、主に1次電流密度分布に依存するが、微細部分での
膜厚分布は2次電流密度に依存する。
示す。
S2 とでは、アノード70との距離が異なっており、そ
れぞれの距離はL1 、L2 (cm)で示され、ΔL=L
1 −L2 と定義される。また、電極間の電気力線を参照
番号72で示し、S1 へ流れる電流密度、S2 へ流れる
電流密度を、それぞれI1 、I2 (A/cm2 )とし、
ΔI=I1 −I2 と定義した。
が成立する。
れぞれηc1 、ηc2 (V)とし、Δηc=ηc1 −η
c2 とした。また、これら電極の間の電気メッキ液の比
抵抗を、ρ(Ωcm-1)で示した。
比を示しており、右辺の第2項が0に近づくほど、電流
密度比は1に近づく。したがって、均一な電流密度分布
を得るためには、右辺の第2項の分母を大きくすればよ
い。即ち、溶液の伝導度1/ρと陰分極曲線勾配Δηc
/ΔIが大きく、電極間距離L1 が大きい場合に、均一
な膜厚のメッキ膜を形成することができるのである。
る値であり、1/ρとΔηc/ΔIとは、2次電流密度
分布と相関する値である。したがって、2次電流密度分
布に依存する膜厚分布の均一性を評価するパラメータと
してκ=(1/ρ)(Δηc/ΔI)を用いればよいこ
とがわかる。
た電極間距離と電流密度比との関係を、グラフにして示
す。この図で、横軸は電極間距離を示しており、縦軸は
電流密度比を示している。
示す組成の銅メッキ液を用い、また、κ=1.27であ
った。
は、電極間距離と反比例しており、ΔLが小さいほど1
に近づいている。通常、基板の傾きは0.2mm程度に
制御できることから、電極間距離を3.5cm程度にす
れば、十分な電流密度比を得ることができることが分か
る。また、電極間距離が3.5cmである場合、κが多
少変化しても、電流密度比は、0.95〜1.05の範
囲内で変動し、電気メッキ液の組成による影響が少ない
ことが明らかになった。
成の半田メッキ液を用いて、同様に、ΔLを変えた場合
の、電極間距離と電流密度比との関係を調べた。
に、電極間距離を3.5cm程度にすればよいことが明
らかとなった。
を用いて、半導体装置を製造した。
開口幅d1 が5mmの上部排出部及び開口幅d2 が3m
mの下部排出部が設けられ、内径R3 が190mmの処
理容器を用いた。アノードには、50μmの径の孔が1
5×105 個形成された多孔質の電極を用いた。液流制
御板には、膜抵抗値が3×103 V/Aであり、イオン
に対して非透過性で、ポリプロピレンからなる材料を用
い、外径R2 は200mm、開口部の径R1 は120m
mであった。
mmとなるように、被メッキ処理面に導電膜及びレジス
トパターンにより20μmφの開口部が30×105 個
形成された8インチの半導体ウェハを設置し、表2に示
される組成の電気メッキ液を用いて、12×103 ml
/分の流量で電気メッキ液を噴流した。
加して、厚さ20μmのメッキ膜を形成した。
いこと以外は、実施例1で用いたのと同様の半導体製造
装置により、半導体装置を製造した。
したところ、実施例1で得られた半導体装置のメッキ膜
は、±3%の範囲内で分布していたのに対し、比較例1
で得られた半導体装置のメッキ膜は、±15%の範囲内
で分布していた。即ち、液流制御板を用いることによ
り、形成されるメッキ膜の膜厚を、均一化することがで
きる。
えて、比較例1と同様に半導体装置の製造を行ない、そ
れぞれのメッキ液拡散層の厚さを測定した。図13に、
その結果を示す。
示し、縦軸はメッキ液拡散層の厚さを示している。この
図から、噴流速度に関わらず、基板の中心からの距離が
80mm程度の位置で、メッキ液拡散層の厚さが最大値
を示しており、特に噴流速度が最も遅い場合は、無限大
を示していることが分かる。実際には、陽イオンの還元
により濃度変化が生じ、微小な対流が発生するため、メ
ッキ液拡散層の厚さは無限大とはならないはずである
が、局部的にメッキ液拡散層の厚さが極めて厚くなって
いることは明白である。
の厚さが変化していることから、メッキ液拡散層の厚さ
のばらつきは、電気メッキ液の流れに影響されていると
考えられる。したがって、比較例1の半導体装置のメッ
キ膜の膜厚が不均一であるのは、電気メッキ液の流れが
不均一であるために、メッキ液拡散層の厚さがばらつい
ているためであると考えられる。
ところ、実施例1の基板に比べて、多数の気泡が見出さ
れた。
0.01V/Aであり、イオン透過性で、炭素系セルロ
ースからなる材料を用いたこと以外は、実施例1と同様
にして半導体装置を製造した。
膜をそれぞれ比較したところ、実施例2の半導体装置の
メッキ膜の方が、膜厚のばらつきが少ないことが明らか
になった。
即ち、図5aに示される、実施例1の半導体製造装置で
は、液流制御板3がイオンに対して非透過性であるため
に、電気力線15は、液流制御板3の開口部5の近傍に
集中する。そのため、陽イオンの還元が開口部5の近傍
で多く生じる。それに対し、実施例2の半導体製造装置
では、液流制御板23がイオン透過性であるので、図5
bに示されるように、電気力線15は均一に分布する。
したがって、陽イオンの還元も均一に生じ、均一な膜厚
のメッキ膜が形成されるのである。
開口幅d1 と下方の開口幅d2 との比を変えて、実施例
2と同様にして半導体装置を製造し、形成されたメッキ
膜の膜厚を測定した。
開口幅d2 に対する開口幅d1 の比を示しており、縦軸
は膜厚分布を示している。
は、膜厚はほぼ10%程度のばらつきで分布している
が、d1 /d2 が1.0を超えると、メッキ膜の膜厚が
さらに均一化されていることが分かる。
を変えて、実施例2と同様にして半導体装置を製造し、
形成されたメッキ膜の膜厚を測定した。
液流制御板の外径R2 に対する開口部の径R1 の比を示
し、縦軸は膜厚分布を示している。また、液流制御板の
外径R2 が処理容器の内径R3 よりも小さい場合のデー
タを曲線51で示し、液流制御板の外径R2 が処理容器
の内径R3 よりも大きい場合のデータを曲線52で示し
た。
制御板の開口比R1 /R2 を変えても、膜厚のばらつき
はほぼ15%の範囲で分布しているが、R2 がR3 を超
える場合は、開口比R1 /R2 の全ての領域で分布幅が
狭く、特に、R1 /R2 を0.8未満に小さくすること
により、さらにメッキ膜の膜厚が均一化されるているこ
とが分かる。
施例2と同様にして半導体装置を製造し、形成されたメ
ッキ膜の膜厚を測定した。
液流制御板の外径R2に対する液流制御板の開口部の径
R1の比を示し、縦軸は膜厚分布を示している。また、
噴流口の開口径R4が液流制御板の開口部の径R1以下の
場合のデータを曲線53で示し、噴流口の開口径R4が
液流制御板の開口部の径R1よりも大きい場合のデータ
を曲線54で示した。
R1 /R2 を変えても、膜厚のばらつきはほぼ一定であ
るが、R4 >R1 の場合は、開口比R1 /R2 の全ての
領域で膜厚の分布幅が狭くなっていることが分かる。
えて、実施例2と同様にして半導体装置を製造し、形成
されたメッキ膜の膜厚を測定した。
アノードの孔の径R6 に対するレジストパターンの開口
径R7 の比を示しており、縦軸は膜厚分布を示してい
る。また、アノードの孔の数N6 がレジストパターンの
開口数N7 未満の場合のデータを曲線55で示し、アノ
ードの孔の数N6 がレジストパターンの開口数N7 以上
の場合のデータを曲線56で示した。
一定であるが、N6 >≦N7 の場合は、レジストパター
ンの開口径に対するアノードの孔の径の比を、1未満に
することにより、さらにメッキ膜の膜厚が均一化される
ことが分かる。
部排出部の開口幅d2 との比d1 /d2 を1.5、液流
制御板の開口比R1 /R2 を0.5、及び噴流口の開口
径R4 と液流制御板の開口部の径R1 との比R4 /R1
を1.3とし、さらにアノードとして、50μmの径の
孔が1.5×105 個設けられた電極を用いて、実施例
2と同様にして半導体装置を製造した。
導体装置のそれぞれについて、形成されたメッキ膜の膜
厚を測定した。その結果を図10に示す。
示しており、縦軸は膜厚分布を示している。また、実施
例7及び比較例1で製造された半導体装置のデータをそ
れぞれ、曲線57及び曲線58で示した。
で形成されたメッキ膜は、比較例1で形成されたメッキ
膜に比べて、均一な膜厚を有している。これは、実施例
7の半導体製造装置では、液流制御板によりメッキ液の
流れが良好に制御されているため、メッキ液拡散層が均
一に形成され、さらに均一な密度の電気力線が形成され
たためである。
置及び半導体装置の製造方法によると、従来にない極め
て均一な膜厚のメッキ膜を形成することができる。
ものではない。即ち、上記実施例では、1枚の基板を1
つの処理容器でメッキ処理する独立1枚構成型について
示したが、複数の基板を複数の処理容器で同時にメッキ
処理するマルチタイプ構造や、電気メッキ工程の前後に
処理装置を備えたインライン型であってもよく、また、
形成されるメッキ膜もバンプ電極に限定されるものでは
なく、多層配線を形成するための配線金属等であっても
よく、種々に変形することが可能である。
メッキ液の流れが、液流制御板により制御されるため、
基板の被処理面近傍に均一な濃度のメッキ液拡散層が形
成されるので、大口径の基板に対しても、均一な厚さで
メッキ膜を形成することができる。
す断面図。
す上面図。
す断面図。
す断面図。
電気力線を示す図。
製造された半導体装置の膜厚分布を示すグラフ。
製造された半導体装置の膜厚分布を示すグラフ。
製造された半導体装置の膜厚分布を示すグラフ。
製造された半導体装置の膜厚分布を示すグラフ。
り製造された半導体装置の膜厚分布を示すグラフ。
ションしたグラフ。
キ液拡散層の厚さを示すグラフ。
図。
るための図。
における、電流の印加方法を示すグラフ。
図。
図。
図。
Claims (8)
- 【請求項1】 電気メッキ液を収容し、電気メッキ液を
上方に噴出する噴流口を底部に有する処理容器と、 基板の被メッキ処理面が前記メッキ液の液面と接触する
ように基板を支持する基板支持手段と、 前記噴流口と前記基板との間に配置されたアノードと、 前記アノードと前記基板との間に配置され、中央に前記
基板の径よりも小さい径の開口部を有し、前記基板の径
よりも大きい外径を有する液流制御板と、 前記アノードと、カソードとして作用する前記基板とを
介して、それらの間の電気メッキ液に電流を流す手段
と、 を具備し、前記液流制御板はその開口部の中心が前記基
板に対してほぼ同心になるように及び前記基板の前記被
メッキ処理面との距離が1mm〜12mmとなるように
配置されたことを特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項2】 電気メッキ液を収容し、電気メッキ液を
上方に噴出する噴流口を底部に有する処理容器と、 基板の被メッキ処理面が前記メッキ液の液面と接触する
ように基板を支持する基板支持手段と、 前記噴流口と前記基板との間に配置されたアノードと、 前記アノードと前記基板との間に配置され、中央に前記
基板の径よりも小さい径の開口部を有し、前記基板の径
よりも大きい外径を有する液流制御板と、 前記アノードと、カソードとして作用する前記基板とを
介して、それらの間の電気メッキ液に電流を流す手段
と、 を具備し、前記液流制御板はその開口部の中心が前記基
板に対してほぼ同心になるように配置され、前記液流制
御板が、イオン透過性であり、かつ膜抵抗値が0.00
1V/A〜0.05V/Aの材料で構成されることを特
徴とする半導体製造装置。 - 【請求項3】 電気メッキ液を収容し、電気メッキ液を
上方に噴出する噴流口を底部に有する処理容器と、 基板の被メッキ処理面が前記メッキ液の液面と接触する
ように基板を支持する基板支持手段と、 前記噴流口と前記基板との間に配置されたアノードと、 前記アノードと前記基板との間に配置され、中央に前記
基板の径よりも小さい径の開口部を有し、前記基板の径
よりも大きい外径を有する液流制御板と、 前記アノードと、カソードとして作用する前記基板とを
介して、それらの間の電気メッキ液に電流を流す手段
と、 を具備し、前記液流制御板はその開口部の中心が前記基
板に対してほぼ同心になるように配置され、 前記噴流口の開口径は前記処理容器の内径よりも小さ
く、 前記液流制御板に設けられた開口部の径が、前記噴
流口の開口径よりも小さいことを特徴とする半導体製造
装置。 - 【請求項4】 電気メッキ液を収容し、電気メッキ液を
上方に噴出する噴流口を底部に有する処理容器と、 基板の被メッキ処理面が前記メッキ液の液面と接触する
ように基板を支持する基板支持手段と、 前記噴流口と前記基板との間に配置されたアノードと、 前記アノードと前記基板との間に配置され、中央に前記
基板の径よりも小さい径の開口部を有し、前記基板の径
よりも大きい外径を有する液流制御板と、 前記アノードと、カソードとして作用する前記基板とを
介して、それらの間の電気メッキ液に電流を流す手段
と、 を具備し、前記液流制御板はその開口部の中心が前記基
板に対してほぼ同心になるように配置され、 前記処理容器の側壁には、前記電気メッキ液の液面を一
定に保持するためのメッキ液排出部が、液面とほぼ同一
のレベルに設けられ、 前記液流制御板はその上面が前記メッキ液排出部の下端
とほぼ等しい高さになるように位置している ことを特徴
とする半導体製造装置。 - 【請求項5】 電気メッキ液を収容し、電気メッキ液を
上方に噴出する噴流口を底部に有する処理容器と、 基板の被メッキ処理面が前記メッキ液の液面と接触する
ように基板を支持する基板支持手段と、 前記噴流口と前記基板との間に配置されたアノードと、 前記アノードと前記基板との間に配置され、中央に前記
基板の径よりも小さい径の開口部を有し、前記基板の径
よりも大きい外径を有する液流制御板と、 前記アノードと、カソードとして作用する前記基板とを
介して、それらの間の電気メッキ液に電流を流す手段
と、 を具備し、前記液流制御板はその開口部の中心が前記基
板に対してほぼ同心になるように配置され、 前記処理容器の側壁には、前記電気メッキ液の液面を一
定に保持するためのメッキ液排出部が、液面とほぼ同一
のレベルに設けられ、 前記液流制御板の外径が前記処理容器の内径以上であ
り、 前記メッキ液排出部が、前記電気メッキ液制御板によ
り、上部排出部と下部排出部とに上下に分割され、 前記下部排出部の前記電気メッキ液の液面に垂直な方向
の開口幅が、前記上部排出部の前記電気メッキ液の液面
に垂直な方向の開口幅に比べて相対的に短いことを特徴
とする半導体製造装置。 - 【請求項6】 電気メッキ液を収容し、電気メッキ液を
上方に噴出する噴流口を底部に有する処理容器と、 基板の被メッキ処理面が前記メッキ液の液面と接触する
ように基板を支持する基板支持手段と、 前記噴流口と前記基板との間に配置されたアノードと、 前記アノードと前記基板との間に配置され、中央に前記
基板の径よりも小さい径の開口部を有し、前記基板の径
よりも大きい外径を有する液流制御板と、 前記アノードと、カソードとして作用する前記基板とを
介して、それらの間の電気メッキ液に電流を流す手段
と、 を具備し、前記液流制御板はその開口部の中心が前記基
板に対してほぼ同心になるように配置され、 前記基板の被メッキ処理面にレジストパターンが形成さ
れており、 前記アノードが、前記レジストパターンのレジスト間隔
の最小値未満の径の孔を有する板状の電極であり、 前記孔の総数が、前記レジストパターンにより前記被メ
ッキ処理面に形成される被レジスト被覆部の総数以上で
あり、 前記アノードが、前記噴流口から噴流される電気メッキ
液が全て前記孔を通過するように配置されていることを
特徴とする半導体製造装置。 - 【請求項7】 前記液流制御板の外径が前記処理容器の
内径以上であり、 前記液流制御板に設けられた開口部の径R1と、前記液
流制御板の外径R 2 とが、不等式R1<0.8R2を満た
す関係にあることを特徴とする請求項1乃至請求項6の
何れか1項に記載の半導体製造装置。 - 【請求項8】 基板を、その被メッキ処理面が処理容器
に収容された電気メッキ液の液面と接触する位置に支持
する工程と、 前記処理容器内に設けられた噴流口から、前記電気メッ
キ液を前記基板表面に向けて噴出する工程と、 前記噴出された電気メッキ液の前記基板表面近傍での流
れを、前記噴流口と前記基板との間に配置され、中央に
前記基板の径に比べて小さい径の開口部を有し、外径が
前記基板の径に比べて大きい液流制御板により、前記開
口部を通して前記基板の中央部から外周へ向く方向に制
御する工程と、 前記噴流口と前記基板との間に設置されたアノードと、
カソードとして作用する前記基板とを介して、それらの
間の電気メッキ液に電流を流して、前記基板の被メッキ
処理面にメッキ被膜を形成する工程と、 を具備し、前記液流制御板をその開口部の中心が前記基
板に対してほぼ同心になるように及び前記基板の前記被
メッキ処理面との距離が1mm〜12mmとなるように
配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP01416597A JP3400278B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP01416597A JP3400278B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 |
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JPH10214838A JPH10214838A (ja) | 1998-08-11 |
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1997
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