JP3490993B2

JP3490993B2 - めっき方法

Info

Publication number: JP3490993B2
Application number: JP2001331105A
Authority: JP
Inventors: 優美鈴木; 伸郎大和田; 雅幸芦原; 敏行中川
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2021-10-29
Also published as: JP2003129297A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造技術に関し、特に、銅等の金属膜の成膜に用いられ
る電解めっき方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化、微細
化は急速な進展をみせており、現在のサブハーフミクロ
ンからサブクォータミクロンへと着実に移行しようとし
ている。このような半導体デバイスの高集積化、微細化
の要請に対応して、低抵抗でありエレクトロマイグレー
ション耐性にも優れた銅が配線材料として注目されてお
り、実際に実用化が進められている。

【０００３】銅配線膜の成膜方法としては、スパッタリ
フロー法やＣＶＤ法等、種々の方法が挙げられるが、そ
れらのなかでも、電解めっき法は、低コスト、高スルー
プットであり、且つ、ヴィアホール、コンタクトホー
ル、他の配線溝等の凹部に対して比較的良好な埋め込み
性が得られることから、今般、広く採用されている。

【０００４】ここで、従来一般の銅の電解めっき方法と
しては、液槽に貯留されためっき液に、半導体ウェハ等
の被処理体をその被成膜面を下向きに、つまり、めっき
液に対面させた状態で浸漬してめっき成膜を施す方式
（いわゆるフェイスダウン方式）のものが知られてい
る。このめっき方法においては、めっき液に半導体ウェ
ハを浸漬させた状態で、液槽内に配置された銅板（アノ
ードとして機能）と半導体ウェハとの間に電圧を印加し
てめっき電流を流し、銅が半導体ウェハ上に電気化学的
に成膜されるようになっている。

【０００５】このとき、半導体ウェハ上には、通常、銅
のシード層が形成されており、このシード層が被成膜面
となり且つカソードとして機能し、そのシード層上に銅
の薄膜が形成される。また、半導体ウェハをめっき液に
浸漬させる際には、浸漬の開始からシード層全体がめっ
き液（例えば、硫酸銅溶液）に浸かるまである一定の時
間を要し、この間に銅のシード層がめっき液に溶解する
のを防止するため、銅板とシード層との間に一定電圧を
印加しておく場合が多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
に、半導体デバイスの微細化に伴ってヴィアホール等の
凹部の幅が極めて狭くなっているところ、具体的には、
例えば０．１７μｍの設計ルールに対応するデバイス構
造においては、半導体ウェハをめっき液に浸漬させる工
程において凹部内の銅めっきが完了してしまう現象が観
測された。通常は、凹部内の銅による埋め込み性を向上
させつつ面内の均一性を改善するため、凹部内のボトム
アップを他のフィールド部における銅の堆積よりも助長
するようにめっきを行っている。これに対し、浸漬工程
で既に凹部内の埋め込みが完了してしまうと、凹部内に
空隙（ボトムボイド等）が生じて埋め込み不良が発生す
るおそれがある。

【０００７】そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなさ
れたものであり、半導体ウェハ等の被処理体に銅膜等を
めっき処理するに際し、被処理体上に形成された凹部の
埋め込み不良を十分に防止することができるめっき方法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は従来のめっき方法について詳細な検討を
行ったところ、以下に示す知見を得た。まず、従前のめ
っき方法における半導体ウェハの浸漬工程では、条件に
よってはヴィアホール等の凹部内において銅が１７０Å
程度堆積する場合がある。こうなると、０．１７〜０．
１８μｍ以下の世代のヴィアホールサイズでは、ボトム
アップの速度が顕著に増大し、半導体ウェハ上の浸漬時
にめっき電流が流れると極めて短時間に埋め込みが完了
してしまう傾向にある。

【０００９】また、従来のめっき方法では、浸漬工程で
印加する電圧値はある程度経験的に決定されていた。す
なわち、めっき液として硫酸銅溶液を用いる場合、シー
ド層の銅がそのめっき液に溶け出さない限界の平衡電圧
は約０．６Ｖであり、これに少々裕度を持たせて最低で
も０．８Ｖ程度の電圧が印加されていた。さらに、凹部
のボトムアップ性能を向上するために、種々の添加剤を
配合しためっき液が用いられており、浸漬後の本工程で
ある成膜工程では、かかる添加剤が有効に作用するめっ
き電流が得られるような電圧値が採用されている。そし
て、一般には、この成膜工程での印加電圧の数倍の電圧
が浸漬工程で印加されており、シード層の略全体が浸漬
して導通すると高電流が流れる傾向にあった。こうなる
と、成膜工程に比して浸漬工程の成膜速度が極めて大き
くなり、凹部の埋め込みが完了してしまうことが判明し
た。

【００１０】このように、従来においては、シード層の
溶解を防止する電圧以上の高い電圧が印加されることが
あり、詳細な理由は不明な部分が多いが、その一つとし
て以下の点が挙げられる。すなわち、０．２２〜０．２
５μｍ世代のヴィアホール等の埋め込みでは、浸漬工程
での印加電圧がより高い方が有効な場合があった。

【００１１】具体的には、ヴィアホール等の開口部であ
るエッジ（肩）部分の電界集中によるオーバーハングを
防止すべく、成膜とエッチングとを繰り返すパルスめっ
き法が用いられることが多々あった。この場合、エッチ
ング効果によってシード層がダメージを受けることを防
ぐため、シード層上にパッチ膜と呼ばれる保護膜を形成
することが一般に行われていた。よって、浸漬工程にお
いては、印加電圧を一層高くしてめっきが進行しても、
その保護膜を更に強化する観点から好ましい処理であっ
た。

【００１２】そして、本発明者は、これらの知見を踏
まえて更に研究を進めた結果、本発明に到達した。すな
わち、本発明によるめっき方法は、銅板等の成膜材料源
が配置された液槽内のめっき液に半導体ウェハ等の被処
理体を浸漬させる浸漬工程と、被処理体の被成膜面がめ
っき液中に浸漬された状態で電解めっき法によりその被
成膜面に金属膜を成膜する成膜工程とを備えており、浸
漬工程では、成膜工程においてアノードとしての成膜材
料源とカソードとしての被成膜面との間に印加される第
１の電圧と略同等の大きさを有する第２の電圧を、成膜
材料源と被成膜面との間に印加するように電圧制御を行
い、成膜工程においては、成膜材料源と被成膜面との間
に供給される電流が一定値となるように電流制御を行う
ことを特徴とする。

【００１３】このような方法では、浸漬工程の後に成膜
工程を実施し、電極間に印加された第１の電圧とめっき
液の液抵抗で定まるめっき電流（電流密度）でのめっき
が施される。この際、浸漬工程つまり被処理体のめっき
液への浸漬が開始されてから成膜工程が実施するまでの
間、成膜工程での第１の電圧と略等しい第２の電圧が印
加されるので、被処理体に形成された上述のシード層等
の被成膜面がめっき液に溶解することが抑止される。そ
れと共に、浸漬工程でアノードとしての被成膜面の略全
体がめっき液に接触して通電される際には、成膜工程で
のめっき電流と同等の電流が流れる。よって、浸漬工程
においてめっき成膜が進行しても、その成膜速度が過度
に増大することが抑制される。

【００１４】なお、第１の電圧は、成膜工程で用いるめ
っき液の種類、被処理体の被成膜面の凹凸形状、成膜す
る膜厚等によって好適なめっき電流が異なるため、それ
に応じて具体的な数値の適用が可能である。よって、こ
れらのめっき条件に応じためっき電流で定まる第１の電
圧を予め求めておくことにより、浸漬工程での第２の電
圧を簡易に決定することができる。

【００１５】或いは、本発明によるめっき方法は、銅
板等の成膜材料源が配置された液槽内のめっき液に半導
体ウェハ等の被処理体を浸漬させる浸漬工程と、被処理
体の被成膜面がめっき液中に浸漬された状態で電解めっ
き法により被成膜面に金属膜を成膜する成膜工程とを備
えており、浸漬工程では、下記式（１）；０．８×Ｖｄ
≦Ｖｅ≦１．１５×Ｖｄ … （１）、で表される関係
を満たすように電圧制御を行い、成膜工程においては、
成膜材料源と被成膜面との間に供給される電流が一定値
となるように電流制御を行う方法である。ここで、式
（１）中、Ｖｄは、成膜工程においてアノードとしての
成膜材料源と、カソードとしての被成膜面との間に印加
される第１の電圧を示し、Ｖｅは、浸漬工程において、
成膜材料源と被成膜面との間に印加する第２の電圧を示
す。

【００１６】先述したように、成膜工程におけるめっき
電流はめっき液の種類等により、種々異なる可能性があ
り、それに応じて第１の電圧も異なると予想される。し
かし、例えば、銅めっきを考えると、成膜工程で好適な
第１の電圧は１Ｖ近傍になると推定される。この場合、
第２の電圧Ｖｅが式（１）の左辺を下回ると、シード層
等のめっき液への溶解を確実に予防する観点からは好ま
しくない。一方、第２の電圧Ｖｅが式（１）の右辺を上
回ると、浸漬工程において生じるめっきの成膜速度が過
度に大きくなってしまい、凹部の埋め込みを防止し難く
なる。

【００１７】また、本発明によるめっき方法は、成膜
材料源が配置された液槽内のめっき液に被処理体を浸漬
させる浸漬工程と、浸漬工程を実施した後に、被処理体
の被成膜面がめっき液中に浸漬された状態で電解めっき
法により被成膜面に金属膜を成膜する成膜工程と、を備
えており、浸漬工程では、成膜工程においてアノードと
しての成膜材料源と、カソードとしての被成膜面との間
に印加される第１の電圧と略同等の大きさを有する第２
の電圧を、成膜材料源と被成膜面との間に印加し、浸漬
工程と成膜工程との間で第２の電圧から第１の電圧に切
り替えることを特徴とする。また、本発明によるめっき
方法は、成膜材料源が配置された液槽内のめっき液に被
処理体を浸漬させる浸漬工程と、浸漬工程を実施した後
に、被処理体の被成膜面がめっき液中に浸漬された状態
で電解めっき法により被成膜面に金属膜を成膜する成膜
工程と、を備えており、浸漬工程においては、下記式
（１）；０．８×Ｖｄ≦Ｖｅ≦１．１５×Ｖｄ … （１）、Ｖｄ：前記成膜工程においてアノードとしての前記成膜
材料源と、カソードとしての前記被成膜面との間に印加
される第１の電圧、Ｖｅ：当該浸漬工程において、前記成膜材料源と前記被
成膜面との間に印加する第２の電圧、で表される関係を
満たすように電圧制御を行い、浸漬工程と成膜工程との
間で第２の電圧から第１の電圧に切り替えることを特徴
とする。また、本発明によるめっき方法は、成膜材料源
が配置された液槽内のめっき液に被処理体を浸漬させる
浸漬工程と、浸漬工程を実施した後に、被処理体の被成
膜面がめっき液中に浸漬された状態で電解めっき法によ
り被成膜面に金属膜を成膜する成膜工程と、を備えてお
り、浸漬工程では、成膜工程においてアノードとしての
成膜材料源と、カソードとしての被成膜面との間に供給
される第１の電流と略同等の大きさを有する第２の電流
を、成膜材料源と被成膜面との間に供給し、浸漬工程と
成膜工程との間で第２の電流から第１の電流に切り替え
ることを特徴とする。また、浸漬工程において、半導体
ウェハをめっき液面に対して水平から所定の角度傾けた
状態でめっき液中に徐々に浸漬する場合、殊にフェイス
ダウン方式におけるかような場合に本発明は極めて有効
である。また、浸漬工程及び成膜工程においては、めっ
き液として、促進剤、抑制剤及び平坦化剤のうち少なく
ともいずれか一種を含むものを用いる場合に本発明は特
に有効である。なお、浸漬工程とは、少なくとも被成膜
面の一部がめっき液と接触してから、被成膜面の全部が
めっき液に浸るまでの時間を含むものである。

【００１８】フェイスダウン方式では、浸漬時に被成膜
面を含む凹部内に気泡を取り込むことを防止してめっき
液と被成膜面との接触を確実に行うために、めっき液面
に対して水平から所定の角度傾けた状態で徐々に半導体
ウェハをめっき液に浸漬させると有用である。こうした
場合、半導体ウェハの一部がめっき液に接してから、被
成膜面の略全体が浸漬するまでの所要時間が、半導体ウ
ェハを傾けずに浸漬するのに比して長くなり、導通によ
る電流の流通時間が比較的長くなることがある。よっ
て、かかる場合には過度の電圧を印加しない浸漬工程が
非常に有効となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付
し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置
関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づ
くものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に
限られるものではない。

【００２０】図１〜４は、本発明によるめっき方法を有
効に実施するためのめっき装置の好適な一実施形態を示
す概略断面図であり、それぞれ当該めっき装置を運転し
ている状態を示す図でもある。電解めっき装置１００
は、銅を被処理体である半導体ウェハＷに成膜するため
のものであり、液槽１２と、液槽１２の下部に配置され
た成膜材料源である円盤状の銅板１４とを備えている。

【００２１】液槽１２の底部にはめっき液供給口１８が
設けられている。また、このめっき液供給口１８には外
部のポンプ２０が接続されており、これにより、めっき
液２２が液槽１２内に底部から供給され、上方に流通す
ることとなる。また、液槽１２の周囲は外槽２４により
囲まれており、液槽１２から溢流しためっき液２２を受
け、そのめっき液２２を外部のタンク２６に回収するこ
とができるようにされている。

【００２２】また、タンク２６はポンプ２０の吸込み口
に接続されており、めっき液２２が循環使用されるよう
になっている。なお、図示を省略するが、タンク２６は
薬液自動制御システムを構成することが好ましい。すな
わち、タンク２６にめっき液２２の各成分の供給源及び
成分濃度検出計を接続し、濃度検出計からの信号に応じ
て供給源からの供給量を制御し、これにより、液槽１２
に送られるめっき液２２の組成及び濃度を常に一定とす
ると有用である。

【００２３】さらに、銅板１４は略円筒形の液槽１２の
底部に実質的に同軸に配置されており、液槽１２の内壁
面と銅板１４との間には環状の間隙が形成されている。
従って、液槽１２の底部のめっき液供給口１８から供給
されためっき液２２は、この間隙を通って液槽１２内を
上昇（流上）していく。

【００２４】またさらに、めっき装置１００は、液槽１
２の外部に設けられ、半導体ウェハＷを保持しつつ、そ
の半導体ウェハＷを液槽１２内に貯留されためっき液２
２に浸漬させるウェハホルダ４０を備えている。このウ
ェハホルダ４０は、半導体ウェハＷを下向きに且つその
エッジ部（周縁部）で把持するホルダヘッド４１と、ホ
ルダヘッド４１を上方から支持するロッド４２を上下駆
動させる駆動アーム４３と、この駆動アーム４３を支軸
４４の周りに回動可能に支持するアームホルダ４５とを
有するものである。これにより、ホルダヘッド４１にて
保持された半導体ウェハＷの被成膜面は、銅板１４の上
面に対して平行に且つ対向配置される。

【００２５】また、ホルダヘッド４１には、保持された
半導体ウェハＷのエッジ部に接する図示しない電気端子
が設けられており、この電気端子には電源３４の負極が
接続されている。後述するように、銅めっきされる半導
体ウェハＷ上には、予めＰＶＤ法、ＣＶＤ法等により、
バリアメタル膜上に薄い銅のシード層１０５が形成され
ており、このシード層１０５を被成膜面として且つカソ
ードとして機能させるためのものである。さらに、銅板
１４がアノードとして機能するように、銅板１４には電
源３４の正極（カソード）が接続されている。またさら
に、電源３４には、半導体ウェハＷ、電源３４、及び銅
板１４を結ぶ導電経路に設けられた電流計５１及び電圧
計５２に接続された制御装置５０が接続されている。こ
の制御装置５０は、電源３４の出力を調整するものであ
り、電流計５１又は電圧計５２の指示値に基づいて電圧
又は電流の安定制御を行う。

【００２６】このように構成された電解めっき装置１０
０を用いて半導体ウェハＷに銅を成膜する本発明のめっ
き方法について、図１〜４に加えて図５（Ａ）〜（Ｃ）
及び図６を参照して説明する。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、
それぞれ、本発明のめっき方法により半導体ウェハＷに
めっき処理を施しているときのめっき電流の変化（トレ
ンド線Ｌ１）、めっき電圧の変化（トレンド線Ｌ２）、
及びロッド４２の傾きの有無（トレンド線Ｌ３）の一例
を模式的に示すタイムチャートである。また、図６は、
本発明のめっき方法によりめっきが施された半導体ウェ
ハＷの一部断面を示す模式図である。

【００２７】なお、図５（Ａ）〜（Ｃ）においては、横
軸の目安は、例えば一目盛りが１秒であり、５目盛り毎
に軸ラベル（ｔ０，ｔ５，ｔ１０，ｔ１５，ｔ２０，ｔ
２５）を付した。また、めっき装置１００はフェイスダ
ウン式のめっき成膜を行うので、処理中は被めっき面が
下方を向いているが、説明の都合上、図６では被めっき
面が上方を向くように示した（後述する図８において同
じ）。

【００２８】まず、ポンプ２０を駆動してめっき液２２
を液槽１２に供給し、外槽２４及びタンク２６を経て循
環させる。次に、半導体ウェハＷをホルダヘッド４１に
把持し、時刻ｔ０より、半導体ウェハＷがめっき液２２
の液面上方の所定位置（ドライ・ポジション）にくるよ
うにロッド４２を駆動させる。ここで、半導体ウェハＷ
は、導電性基層１０１上に、ホールＨ（接続孔等の凹
部）が形成された単層の絶縁層１０２が設けられ、更に
その上に１５ｎｍ程度の極薄いＴａ膜１０３及び１０ｎ
ｍ程度の極薄いＴａＮ膜１０４から成るバリアメタル膜
が形成され、更にその上に１００〜１５０ｎｍ程度の薄
い銅のシード層１０５が形成されたものである（図６参
照）。

【００２９】また、めっき液について説明すると、硫酸
第二銅をその主成分としており、ホールＨ等の凹部への
埋め込み性を改善するための添加剤も加えられている。
この添加剤の種類は多種多様であり、例えば、いわゆる
促進剤、抑制剤、平坦化剤等が挙げられる。

【００３０】促進剤は、ホールＨの被めっき表面の形状
に応じためっきを行うべく、微小間隙を有するホールＨ
内部におけるＣｕ²⁺イオンの電析（還元／電着）反応の
進行によるボトムアップ（埋め込み）を促進するための
ものである。一般に、後述する抑制剤に比して低分子量
であってめっき液中の拡散移動速度が比較的早く、且
つ、抑制剤ほど分子内の分極の度合いが大きくないた
め、凹部内部に速やかに移入し易い傾向にあり、凹部内
部のボトムアップを助長するように機能するものであ
る。

【００３１】このような促進剤としては、例えば、特開
２０００−２１９９９４号公報に記載のブライトナー、
すなわち、ビス（３−スルホプロピル）ジスルファイド
又はその２ナトリウム塩、ビス（２−スルホプロピル）
ジスルファイド又はその２ナトリウム塩、ビス（３−ス
ル−２−ヒドロキシプロピル）ジスルファイド又はその
２ナトリウム塩、ビス（４−スルホプロピル）ジスルフ
ァイド又はその２ナトリウム塩、ビス（ｐ−スルホフェ
ニル）ジスルファイド又はその２ナトリウム塩、３−
（ベンゾチアゾリル−２−チオ）プロピルスルホン酸又
はそのナトリウム塩、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ジチオカルバ
ミン酸−（３−スルホプロピル）−エステル又はそのナ
トリウム塩、Ｏ−エチル−ジエチル炭酸−Ｓ−（３−ス
ルホプロピル）−エステル又はそのカリウム塩、チオ尿
素若しくはその誘導体等、或いは、特開２０００−２４
８３９７号公報に記載の硫黄系飽和有機化合物、すなわ
ち、ジチオビス−アルカン−スルホン酸又はその塩、具
体的には、４，４−ジチオビス−ブタン−スルホン酸、
３，３−ジチオビス−プロパン−スルホン酸、２，２−
ジチオビス−エタン−スルホン酸、又はそれらの塩等が
挙げられ、これらを単独で又は二種以上混合して用いる
ことができる。

【００３２】一方、抑制剤は、ホールＨの微小間隙を形
成するエッジ部分にめっき電流が集中して過度の電析
（還元／電着）反応が進行するのを抑制するためのもの
である。一般に、前出の促進剤に比して高分子量であっ
てめっき液中の拡散移動速度が比較的遅く、且つ、促進
剤よりも分子内の分極の度合いが大きいため、高電界で
あるエッジ部分の周囲に集まり易く、エッジ部のオーバ
ーハング等を抑えてホールH内部のボトムアップを更に
助長するように機能するものである。

【００３３】このような抑制剤としては、例えば、特開
２０００−２１９９９４号公報又は特開２０００−２４
８３９７号公報に記載のポリマー、すなわち、ポリビニ
ルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリエチ
レングリコール、ポリプロピレングリコール、ステアリ
ン酸−ポリエチレングリコールエステル、ステアリルア
ルコール−ポリエチレングリコールエーテル、ノニルフ
ェノール−ポリエチレングリコールエーテル、オクチル
フェノール−ポリエチレングリコールエーテル、ポリエ
チレン−プロピレングリコール、β−ナフトール−ポリ
エチレングリコールエーテル等、１，３−ジオキソラン
重合体、ポリプロピレンプロパノール、オキシルアルキ
レンポリマー、酸化エチレンと酸化プロピレンとの共重
合体、或いは、それらの誘導体が挙げられ、これらを単
独で又は二種以上混合して用いることができる。

【００３４】他方、平坦化剤は、上述したようなホール
Ｈ内部のボトムアップが終了した後にホールＨ上のフィ
ールド全体のめっき成膜を行う段階で有効に機能するも
のであり、被めっき面の形状に関わらず、成膜後の膜表
面レベルの均一性を担保するためのものである。つま
り、ボトムアップ後にも促進剤の効果が持続すると、ホ
ールＨ上の電着速度が、ホールＨがない部分上の電着速
度に比して大きくなるため、ホールＨが形成されたフィ
ールドが盛り上がる傾向にある。平坦化剤は、このよう
な言わば電着速度（成膜速度）のマイクロローディング
を防止するために、促進剤の効果を抑制して均一な電析
（還元／電着）を実現するものであり、言わば第２の抑
制剤として機能する。

【００３５】このような平坦化剤としては、例えば、特
開２０００−２１９９９４号公報に記載のレベラー、す
なわち、有機酸アミド及びアミン化合物、具体的には、
アセトアミド、プロピルアミド、ベンズアミド、アクリ
ルアミド、メタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアク
リルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルメタアクリルアミド、
Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルメ
タアクリルアミド、Ｎ−（ヒドロキシメチル）アクリル
アミド、ポリアクリル酸アミド、ポリアクリル酸アミド
加水和分解物、チオフラビン、サフラニン等、が挙げら
れ、これらを単独で又は二種以上混合して用いることが
できる。

【００３６】次いで、更にホルダヘッド４１を下降させ
て浸漬工程を開始し、時刻ｔ３直後に制御装置５０から
電圧制御信号を電源３４へ送出し、半導体ウェハＷと銅
板１４との間に所定の電圧Ｖｅ（第２の電圧；図５
（Ｂ）の例では２．６Ｖ程度）を印加する。このときの
Ｖｅの値は、後述する時刻ｔ１７直後から開始する成膜
工程において印加される電圧Ｖｄ（第１の電圧；図５
（Ｂ）の例では２．６Ｖ程度）と実質的に同一の値とす
る。

【００３７】それから、ホルダヘッド４１が所定位置ま
で降下した時点（時刻ｔ９〜ｔ１０）で、ロッド４２が
鉛直から一定の角度（例えば３〜１５°程度）を成すよ
うに支軸４４を支点として駆動アーム４３及びホルダヘ
ッド４１を傾斜させる。これにより半導体ウェハＷがめ
っき液２２の液面に対して一定の角度を成す（図２参
照）。このとき、電圧制御により電圧Ｖｅの印加を続行
し（トレンド線Ｌ２参照）、半導体ウェハＷのシード層
１０５がめっき液２２中に溶解してしまうことを防止す
る。なお、この際には、半導体ウェハＷのエッジ部にお
ける電気端子が未だめっき液２２に浸漬していないので
電流は流れず、シード層１０５上へのめっき成膜は行わ
れない。

【００３８】さらに、この傾斜状態でホルダヘッド４１
を下降させ、半導体ウェハＷをめっき液２２に徐々に浸
漬させる（図３参照）。このように半導体ウェハＷを水
平に対して所定角度傾けた状態でめっき液２２に浸漬さ
せることにより、半導体ウェハＷのホールＨへの気泡の
取り込みを抑制することができる。そして、時刻ｔ１６
経過後に半導体ウェハＷ上のシード層１０５の略全体と
半導体ウェハＷのエッジ部に接する電気端子とがめっき
液２２に浸かった時点から時間Ｔｍの間、電流が流れ
る。このとき、印加されていた電圧Ｖｅが成膜工程にお
ける電圧Ｖｄと同じ大きさなので、流れる電流値も成膜
工程での適正電流と同じ値となる（図５（Ａ）の例では
３．３Ａ程度；トレンド線Ｌ１参照）。よって、半導体
ウェハＷのホールＨにおいて銅が過度に電析（電着）し
てしまうことが抑止される。

【００３９】次に、ロッド４２が鉛直方向を向くように
支軸４４を支点として駆動アーム４３及びホルダヘッド
４１を可動させ傾斜を解除する。これにより、半導体ウ
ェハＷをめっき液２２に浸漬した状態で銅板１４に対し
て平行となるように保持し、浸漬工程を終了する（図４
参照）。この時、瞬時に電圧の印加を一旦停止して電圧
制御から電流制御に切り替え、制御装置５０から電流制
御信号を電源３４へ送出し、所定の電圧Ｖｄ（第２の電
圧）を印加して成膜工程を開始する。

【００４０】この成膜工程におけるめっき電流は、図５
（Ａ）に示す如く、浸漬工程で流れる電流値と同じ値で
あり、図示の例では３．３Ａ程度である（トレンド線Ｌ
１参照）。これにより、液槽１２に貯留されためっき液
２２中の銅イオンがカソードとしての半導体ウェハＷの
被成膜面（シード層１０５）にて還元される。この際、
めっき液２２中の促進剤及び抑制剤の効果により、ホー
ルＨ内部が銅で良好に埋め込まれる（ボトムアップ・フ
ィル）。また、ボトムアップによるホールＨの埋め込み
が行われた後は、平坦化剤の作用によって膜厚の均一性
に優れたフィールド部の成膜が行われる。こうして配線
層１０６（金属膜）が形成され、成膜工程を終了する。

【００４１】上述したように、浸漬工程においては、成
膜工程での所望のめっき電流が達成される印加電圧Ｖｄ
と同等の電圧Ｖｅを印加して、過剰なめっき電流が流れ
ることを防止することにより、ホールＨが銅で埋め込ま
れてしまうことを抑止できるので、配線層１０６のホー
ルＨ内部に空隙が生じることを確実に防止できる。よっ
て、ホールＨの埋め込み不良による配線層１０６の特性
低下ひいては製品歩留まりの低下を有効に抑えることが
可能となり、特に、今後の設計ルールに応じた次世代デ
バイスの製造に極めて好適なめっき方法を実現できる。

【００４２】ここで、図７（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞ
れ、従来の方法によって半導体ウェハＷにめっき処理を
施しているときのめっき電流の変化（トレンド線Ｌ１
１）、めっき電圧の変化（トレンド線Ｌ１２）、及びロ
ッドの傾きの有無（トレンド線Ｌ１３）の一例を模式的
に示すタイムチャートであり、図８は、その従来の方法
でめっきが施された半導体ウェハＷの一部断面を示す模
式図である。ここでの半導体ウェハＷの積層構造は、図
６に示すものと同様であり、導電性基層２０１上に、ホ
ールＨが形成された絶縁層２０２、Ｔａ膜２０３、Ｔａ
Ｎ膜２０４及びシード層２０５が形成されたものであ
る。この従来の方法では、浸漬工程での印加電圧（図７
（Ｂ）の例では約５Ｖ）が、成膜工程での印加電圧（図
７（Ｂ）の例では約２．６Ｖ）の倍程度とされる。

【００４３】その結果、図８に示すようにホールＨ内に
ボトムボイドＫが生じることがある。これは、浸漬工程
において、半導体ウェハＷの略全体が浸漬して導通した
ときに、図７（Ａ）に示す如く、成膜工程でのめっき電
流の倍近い電流が時間Ｔｉの間流れ、ホールＨ内部の成
膜が一気に進行するとともに、オーバーハングに近い状
態が生起されることによると推定される。

【００４４】これに対し、本発明では、上述した実施形
態のように浸漬工程で印加する第２の電圧Ｖｅと成膜工
程で印加する第１の電圧Ｖｄとを同等とすることで、か
ような埋め込み不良を回避できる。また、本発明では、
両電圧Ｖｅ，Ｖｄは同じ値に限定されず、上記式（１）
で表される関係を満たすようにしてもよく、つまり、第
２の電圧Ｖｅを第１の電圧Ｖｄの＋１５％〜−２０％の
範囲内の値とすれば好適である。これにより、シード層
１０５のめっき液２２への溶解を確実に防止できると共
に、ホールＨがこれまで以上に微細化されても、図８に
示すような従来のボイド発生といった不都合を回避する
ことができる。また、ホールＨの埋め込み不良が生じた
場合には、最終的に形成される配線層表面の半導体ウェ
ハＷ面内における均一性が悪化するおそれもあるのに対
し、本発明ではかかる問題の発生を十分に抑制できる。

【００４５】以上、本発明の好適な実施形態について説
明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは
いうまでもない。例えば、めっき装置１００は、半導体
ウェハＷの被成膜面が下向きとなるフェイスダウン式で
あるが、フェイスアップ式やその他のめっき装置にも本
発明は適用可能であり、成膜材料も銅以外の金属とする
こともできる。また、本発明は、０．１７〜０．１８μ
ｍ以下の次世代デバイスの製造において非常に好適なも
のであるが、そのサイズ以上のデバイス製造に適用して
も構わない。さらに、半導体ウェハＷの下端がめっき液
２２に接触する直前に電圧Ｖｅを印加してもよい。また
さらに、成膜工程では、電圧制御を行っても良いが、安
定した定電流を得易い観点より電流制御の方がより好ま
しい。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のめっき方法
によれば、半導体ウェハ等の被処理体に銅膜等をめっき
処理するに際し、被処理体上に形成されたホール等の凹
部の埋め込み不良を十分に防止することができ、これに
より、配線層ひいてはデバイス（半導体装置）の特性低
下を防止でき、製品歩留まりの低下を有効に抑止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。

【図２】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。

【図３】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。

【図４】本発明によるめっき方法を有効に実施するため
のめっき装置の好適な一実施形態を示す概略断面図であ
り、このめっき装置を運転している状態を示す図であ
る。

【図５】図５（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、本発明のめ
っき方法により半導体ウェハにめっき処理を施している
ときのめっき電流の変化、めっき電圧の変化、及びロッ
ドの傾きの有無の一例を模式的に示すタイムチャートで
ある。

【図６】本発明のめっき方法によりめっきが施された半
導体ウェハの一部断面を示す模式図である。

【図７】図７（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、従来の方法
によって半導体ウェハにめっき処理を施しているときの
めっき電流の変化、めっき電圧の変化、及びロッドの傾
きの有無の一例を模式的に示すタイムチャートである。

【図８】従来の方法でめっきが施された半導体ウェハＷ
の一部断面を示す模式図である。

【符号の説明】

１２…液槽、１４…銅板（成膜材料源）、２１…液槽、
２２…めっき液、３４…電源、４０…ウェハホルダ、４
１…ホルダヘッド、４２…ロッド、４３…駆動アーム、
４４…支軸、４５…アームホルダ、５０…制御装置、５
１…電流計、５２…電圧計、１００…電解めっき装置、
１０１…導電性基層、１０２…絶縁層、１０３…Ｔａ
膜、１０４…ＴａＮ膜、１０５…シード層（被成膜
面）、１０６…配線層（金属膜）、Ｗ…半導体ウェハ
（被処理体）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大和田伸郎千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者芦原雅幸千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者中川敏行千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (56)参考文献特開2001−316871（ＪＰ，Ａ) 特開2001−49499（ＪＰ，Ａ) 特開2001−49495（ＪＰ，Ａ) 電気鍍金研究会編「めっき教本」（1996年10月４日初版10刷発行）、日刊工業新聞社発行、第194−198頁 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25D 7/12 C25D 17/06 C25D 21/12 H01L 21/288

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】成膜材料源が配置された液槽内のめっき
液に被処理体を浸漬させる浸漬工程と、前記被処理体の被成膜面が前記めっき液中に浸漬された
状態で電解めっき法により該被成膜面に金属膜を成膜す
る成膜工程と、を備えており、前記浸漬工程では、前記成膜工程においてアノードとし
ての前記成膜材料源と、カソードとしての前記被成膜面
との間に印加される第１の電圧と略同等の大きさを有す
る第２の電圧を、該成膜材料源と該被成膜面との間に印
加するように電圧制御を行い、前記成膜工程においては、前記成膜材料源と前記被成膜
面との間に供給される電流が一定値となるように電流制
御を行う、ことを特徴とするめっき方法。
【請求項２】成膜材料源が配置された液槽内のめっき
液に被処理体を浸漬させる浸漬工程と、前記被処理体の被成膜面が前記めっき液中に浸漬された
状態で電解めっき法により該被成膜面に金属膜を成膜す
る成膜工程と、を備えており、前記浸漬工程においては、下記式（１）；０．８×Ｖｄ≦Ｖｅ≦１．１５×Ｖｄ … （１）、Ｖｄ：前記成膜工程においてアノードとしての前記成膜
材料源と、カソードとしての前記被成膜面との間に印加
される第１の電圧、Ｖｅ：当該浸漬工程において、前記成膜材料源と前記被
成膜面との間に印加する第２の電圧、で表される関係を
満たすように電圧制御を行い、前記成膜工程においては、前記成膜材料源と前記被成膜
面との間に供給される電流が一定値となるように電流制
御を行う、ことを特徴とするめっき方法。
【請求項３】成膜材料源が配置された液槽内のめっき
液に被処理体を浸漬させる浸漬工程と、前記浸漬工程を実施した後に、前記被処理体の被成膜面
が前記めっき液中に浸漬された状態で電解めっき法によ
り該被成膜面に金属膜を成膜する成膜工程と、を備えて
おり、前記浸漬工程では、前記成膜工程においてアノードとし
ての前記成膜材料源と、カソードとしての前記被成膜面
との間に印加される第１の電圧と略同等の大きさを有す
る第２の電圧を、該成膜材料源と該被成膜面との間に印
加し、前記浸漬工程と前記成膜工程との間で前記第２の電圧か
ら前記第１の電圧に切り替える、ことを特徴とするめっ
き方法。
【請求項４】成膜材料源が配置された液槽内のめっき
液に被処理体を浸漬させる浸漬工程と、前記浸漬工程を実施した後に、前記被処理体の被成膜面
が前記めっき液中に浸漬された状態で電解めっき法によ
り該被成膜面に金属膜を成膜する成膜工程と、を備えて
おり、前記浸漬工程においては、下記式（１）；０．８×Ｖｄ≦Ｖｅ≦１．１５×Ｖｄ … （１）、Ｖｄ：前記成膜工程においてアノードとしての前記成膜
材料源と、カソードとしての前記被成膜面との間に印加
される第１の電圧、Ｖｅ：当該浸漬工程において、前記成膜材料源と前記被
成膜面との間に印加する第２の電圧、で表される関係を
満たすように電圧制御を行い、前記浸漬工程と前記成膜工程との間で前記第２の電圧か
ら前記第１の電圧に切り替える、ことを特徴とするめっ
き方法。
【請求項５】成膜材料源が配置された液槽内のめっき
液に被処理体を浸漬させる浸漬工程と、前記浸漬工程を実施した後に、前記被処理体の被成膜面
が前記めっき液中に浸漬された状態で電解めっき法によ
り該被成膜面に金属膜を成膜する成膜工程と、を備えて
おり、前記浸漬工程では、前記成膜工程においてアノードとし
ての前記成膜材料源と、カソードとしての前記被成膜面
との間に供給される第１の電流と略同等の大きさを有す
る第２の電流を、該成膜材料源と該被成膜面との間に供
給し、前記浸漬工程と前記成膜工程との間で前記第２の電流か
ら前記第１の電流に切り替える、ことを特徴とするめっ
き方法。
【請求項６】前記成膜材料源が銅板から構成されてお
り、前記被処理体が半導体ウェハである、ことを特徴と
する請求項１〜５のいずれか一項に記載のめっき方法。
【請求項７】前記浸漬工程においては、前記半導体ウ
ェハを前記めっき液面に対して水平から所定の角度傾け
た状態で該めっき液中に徐々に浸漬する、ことを特徴と
する請求項６記載のめっき方法。
【請求項８】前記浸漬工程及び前記成膜工程において
は、前記めっき液として、促進剤、抑制剤及び平坦化剤
のうち少なくともいずれか一種を含むものを用いる、こ
とを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のめ
っき方法。