JP4996125B2 - めっき方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法、ならびにめっき装置 - Google Patents

Description

本発明は、電解めっき法により導電性膜を形成するめっき方法およびこれを用いた半導体装置の製造方法、ならびにめっき装置に関する。

ＬＳＩのＣｕ多層配線の形成方法として、ダマシン法がある。ダマシン法においては、トランジスタを具備したＳｉウェーハ上に、単層または多層の絶縁性薄膜を形成し、絶縁性薄膜を選択的に除去して配線形状の溝や、多層配線の層間を電気的に結ぶビアと呼ばれる孔を形成する。次に、バリアメタルと呼ばれる高融点金属を含む材料を化学気相成長法や物理気相成長法により堆積する。つづいて、シードと呼ばれるＣｕ薄膜を化学気相成長法や物理気相成長法にて堆積する。さらに、シードをカソードとした電解めっき法によりＣｕをシード上に堆積して、溝や孔をＣｕにより埋め込む。その後、溝や孔の外のバリアメタル、シードＣｕ、めっきＣｕを化学機械研磨法により除去する。これらの工程を繰り返すことにより、Ｃｕ多層配線が形成される。

ダマシン法では、Ｃｕ電解めっきによるＣｕ膜の埋設工程において、埋設不良が生じないようにする必要がある。図１９は、従来の標準的なＣｕめっき装置の構成を示す断面図である。また、図２０は、図１９に示しためっき装置において、時間とアノード電極およびカソード電極の間に供給される電流との関係を説明する図である。

図１９に示しためっき装置２００は、めっき槽２０１、めっき槽２０１中に収容されためっき液２０３、めっき液２０３中に配置されたＣｕアノード２０５、カソード電極２０７、および電源（不図示）を有する。カソード電極２０７は、Ｃｕシード２１１を有するウェーハ２０９の外周に配置される。めっき装置２００においては、ウェーハ２０９の成膜したい面、具体的にはＣｕシード２１１の形成面を下にして、ウェーハ２０９外周にカソード電極２０７をつけて水平に保持した状態で、ウェーハ２０９をめっき液２０３中に浸漬してＣｕ膜を成膜する。浸漬時には、下方からの噴流でウェーハ表面にめっき液２０３が供給される。

電解めっきでの成膜量は電流値に比例するため、膜厚制御性の観点から定電流で成膜する。なお、めっき液２０３はＣｕシード２１１を溶解するため、Ｃｕアノード２０５とカソード電極２０７との間に、めっき液２０３で溶けないように、ウェーハ２０９を浸漬する前から負の電位を印加する。また、図２０に示したように、ウェーハ２０３の着液の瞬間から設定した電流が流れるようにされている。

水平入槽における電流制御方法として、特許文献１には、めっき液の液張りの終了の前後で定電圧制御および定電流制御を行う技術が開示されている。これにより、半導体ウェーハに銅膜をめっき処理する際の埋め込み不良を防止することができるとされている。

ところが、実際には、めっき液２０３の液面にうねりが生じた状態で、ウェーハ２０９をめっき液２０３中に浸漬することになる。ウェーハ２０９がめっき液２０３の液面に対して水平に入槽されるため、図２１に示したように、うねりによってめっき液２０３がウェーハ２０９全面に同時に接しない状態が生じる。図２１は、めっき液２０３の液面に向かってウェーハ２０９を下降させる様子を説明する断面図である。めっき装置２００においては、ウェーハ２０９とめっき液２０３が接する狭い面積に、所定の値に設定された電流が流れるため、図２２に示したように、接液部での電流密度が非常に高くなり、正常な成膜がされない懸念があった。図２２は、従来のめっき方法における時間と電流値および電流密度との関係を示す図である。

その対策として、特許文献２には、めっき液がめっき対象面に接触を開始してからめっき対象面全面に接触するまでの間、うねりによる接液面積の増減による電流密度変化を抑制するため完全に着液完了までの電圧を一定とする技術が開示されている。同文献記載の技術によれば、金属シード付きウェーハにめっき処理を行う場合においても、均一性に優れ、外観も良好なめっき処理が可能になるとされている。

ところが、めっき装置２００では、ウェーハ２０９が液面に水平状態で挿入されるため、ウェーハ２０９の表面とめっき液２０３との界面に気泡が付着する場合があった。図２３は、めっき液２０３に接触しているウェーハ２０９の表面に気泡２１３が付着している様子を示す断面図である。図２３において、気泡２１３が付着していない領域に電界が集中することになる。また、ウェーハ２０９表面に気泡が付着してしまうと、気泡が付着している領域においてめっき成膜が進行しないため、埋設不良が生じる原因となりうる。このため、実際には、電流値の制御が困難であった。

そこで、特許文献３では、半導体ウェーハを水平に対して所定角度傾けた状態でめっき液に浸漬し、また、浸漬工程で、浸漬後の成膜工程で印加される電圧と同じ大きさの電圧を印加する技術が開示されている。同文献によれば、ウェーハを傾けた状態で浸漬することにより、ウェーハのホールへの気泡の取り込みを抑制することができるとされている。なお、本明細書において、ウェーハの被成膜面をめっき液の液面に対して傾斜させた状態でめっき槽中に浸漬することを、適宜、傾斜入槽とも呼ぶ。
特開２００４−２１８０８０号公報 特開２００１−３２０９４号公報 特開２００３−１２９２９７号公報

ところが、上記特許文献３に記載の方法において本発明者が検討したところ、ウェーハを傾斜入槽することにより、気泡の付着が抑制されているにもかかわらず、安定的な成膜が困難である場合があることが見出された。

本発明者は、ウェーハを傾斜入槽した際に生じる成膜不良の原因について鋭意検討を行った。その結果、成膜不良の原因は、傾斜入槽という入槽方法に特有の電流密度の増加であることが見出された。以下、この点を詳細に説明する。

図２４は、ウェーハが傾斜入槽されるめっき装置の構成を示す断面図である。図２４に示しためっき装置２２０は、めっき槽２２１、めっき槽２２１中に収容されためっき液２２３、めっき液２２３中に配置されたＣｕアノード２２５、ウェーハ２０９に接続されるカソード電極（不図示）、およびＣｕアノード２２５とカソード電極との間に電流を供給する電源（不図示）を有する。ウェーハ２０９の被成膜面にはＣｕシード（不図示）が形成されている。めっき装置２２０の基本構成は、図１９に示しためっき装置２００と同様であるが、ウェーハ２０９をめっき液２２３の液面に対して斜めに保持した状態でめっき液２２３中に浸漬する構成となっている点が異なる。

めっき装置２２０においては、めっき液２２３の液面に対して所定の角度をなすウェーハ２０９の着液箇所の電流密度が高くなるため、この領域において、Ｃｕ膜の異常成長が生じる。この対策として、着液時に低電圧とする手法も考えられるが、ウェーハ２０９を傾斜入槽する場合、水平入槽の場合とは異なり、低電圧制御としても、浸漬中に電流密度が変化してしまう。傾斜入槽の場合、ウェーハ２０９が深く浸漬されるのに従って、ウェーハ２０９の接液面積が増加する。接液面積の増加に伴い系の抵抗が反比例して下がれば、電流密度は一定に保たれるが、実際には反比例しない。装置内のケーブルなどの固定抵抗分があるためである。また、シード（図２４では不図示）やめっき液２２３も接液面積に完全には反比例しないためである。このため、電流密度は徐々に低下する。

また、通常、ウェーハ２０９を回転させながらめっき液２２３中に浸漬するため、回転速度が充分に速い場合は、ウェーハ２０９の中央部に向かうのに伴い、成膜初期の電流密度が低下していくことになる。図２５の点線は、この様子を示すものであり、傾斜入槽において電圧一定方式とした場合におけるめっき時間と電流密度との関係を示す図である。図２５の点線より、成膜初期の電流密度がウェーハ２０９の中央部と端部とで異なるため、ウェーハ２０９の中央部と端部とで、Ｃｕ膜の埋設性に差が生じることとなる。

そこで、本発明者は、ウェーハをめっき液中に傾斜入槽する際に新たに生じる電流密度の変動を抑制すべく検討を行った。その結果、ウェーハの浸漬過程で、ウェーハとめっき液の液面との傾斜角に基づいて電流値を制御することにより、電流密度の変動の抑制が可能であることを見出し、本発明に至った。

本発明によれば、
ウェーハの被成膜面をカソード電極に接続し、前記被成膜面をめっき液の液面に対して傾斜させるとともに、前記カソード電極と前記めっき液中に配置されたアノード電極との間に第一の電流を供給しながら、前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬する第一ステップと、
前記被成膜面が前記めっき液中に浸漬した後、前記カソード電極と前記アノード電極との間に第二の電流を供給して、電解めっき法により前記被成膜面上に金属膜を成長させる第二ステップと、
を含み、
前記第一ステップにおいて、前記第一の電流が、下記式（１）で示されることを特徴とするめっき方法が提供される。
Ｉ＝Ｉ ₀ ｔ／ｔ ₀ （１）
（ただし、上記式（１）において、Ｉ ₀ は、前記第二の電流の電流値である。ｔ ₀ は、前記第一ステップが終了する時間である。）
また、本発明によれば、
ウェーハの被成膜面をカソード電極に接続し、前記被成膜面をめっき液の液面に対して傾斜させるとともに、前記カソード電極と前記めっき液中に配置されたアノード電極との間に第一の電流を供給しながら、前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬する第一ステップと、
前記被成膜面が前記めっき液中に浸漬した後、前記カソード電極と前記アノード電極との間に第二の電流を供給して、電解めっき法により前記被成膜面上に金属膜を成長させる第二ステップと、
を含み、
前記第一ステップにおいて、傾斜角を略一定とし、前記ウェーハを略一定の速度で前記めっき液中に浸漬し、前記第一の電流が、下記式（２）で示されることを特徴とするめっき方法が提供される。
Ｉ＝ｖＩ ₀ ｔ／２ｒｓｉｎθ （２）
（ただし、上記式（２）において、Ｉ ₀ は、前記第二の電流の電流値である。ｒは、前記ウェーハの半径である。θは、前記傾斜角である。ｖは、前記液面の法線方向における前記ウェーハの移動速度である。また、０≦ｔ≦２ｒｓｉｎθ／ｖである。）

本発明のめっき方法においては、第一ステップにおいて、カソード電極とアノード電極との間に第一の電流を供給しながらウェーハを傾斜入槽するとともに、めっき液の液面とウェーハの被成膜面との傾斜角に基づいて第一の電流を制御する。このため、傾斜入槽した際に成膜初期に生じる電流密度の変動を効果的に抑制することができる。このため、金属膜の成膜安定性を向上させることが可能であり、めっき膜の製造歩留まりの向上が可能である。

なお、本発明のめっき方法において、第一ステップにてアノード電極とカソード電極との間に流す第一の電流を、傾斜角以外の因子も考慮して制御してもよい。たとえば、第一ステップにおいて、傾斜角と、ウェーハの被成膜面の法線方向の速度と、着液時からの経過時間とを考慮して電流を制御することができる。こうすることにより、第一ステップにおける電流密度の変動をより一層確実に抑制することができる。また、第一ステップにおいて、所定の範囲で傾斜角の変動を無視して第一の電流を制御することもできる。

また、本発明によれば、
金属膜を有する半導体装置の製造方法であって、
前記めっき方法により前記ウェーハに前記金属膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の製造方法によれば、上述しためっき方法を用いてウェーハに金属膜を形成するため、半導体装置に微細な金属膜のパターンを形成する場合にも、金属膜の埋設不良または局所的な膜厚の増加が生じることを抑制し、安定的な成膜を行うことができる。このため、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。

また、本発明によれば、
めっき液を収容するめっき槽と、
前記めっき液の液面に対してウェーハの被成膜面を傾斜させた状態で保持するウェーハ保持手段と、
前記ウェーハ保持手段に保持された前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬するウェーハ移動手段と、
前記ウェーハに接触してこれに対して給電を行うカソード電極と、
前記ウェーハ保持手段に対向して前記めっき槽中に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極との間に電流を供給する電源と、
前記アノード電極と前記カソード電極との間に供給される前記電流の大きさを制御する制御部と、
を有し、
前記電源によって、前記カソード電極と前記めっき液中に配置された前記アノード電極との間に第一の前記電流を供給しながら、前記ウェーハ移動手段によって、前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬するとともに、
前記被成膜面が前記めっき液中に浸漬した後、前記電源によって、前記カソード電極と前記アノード電極との間に第二の前記電流を供給して、電解めっき法により前記被成膜面上に金属膜を成長させるめっき装置であって、
前記電流が、下記式（１）で示されることを特徴とするめっき装置が提供される。
Ｉ＝Ｉ₀ｔ／ｔ₀ （１）
（ただし、上記式（１）において、Ｉ₀は、前記第二の電流の電流値である。ｔ₀は、前記第一ステップが終了する時間である。）
さらに、本発明によれば、
めっき液を収容するめっき槽と、
前記めっき液の液面に対してウェーハの被成膜面を傾斜させた状態で保持するウェーハ保持手段と、
前記ウェーハ保持手段に保持された前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬するウェーハ移動手段と、
前記ウェーハに接触してこれに対して給電を行うカソード電極と、
前記ウェーハ保持手段に対向して前記めっき槽中に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極との間に電流を供給する電源と、
前記アノード電極と前記カソード電極との間に供給される前記電流の大きさを制御する制御部と、
前記ウェーハ保持手段によって、前記ウェーハの被成膜面を前記カソード電極に接続し、前記被成膜面を前記めっき液の液面に対して傾斜させるとともに、
前記電源によって、前記カソード電極と前記めっき液中に配置された前記アノード電極との間に第一の前記電流を供給しながら、前記ウェーハ移動手段によって、前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬するとともに、
前記被成膜面が前記めっき液中に浸漬した後、前記電源によって、前記カソード電極と前記アノード電極との間に第二の前記電流を供給して、電解めっき法により前記被成膜面上に金属膜を成長させるめっき装置であって、
前記ウェーハ移動手段が、前記液面と前記被成膜面との傾斜角を略一定とし、前記ウェーハを略一定の速度で前記めっき液中に浸漬し、
前記電流が、下記式（２）で示されることを特徴とするめっき装置が提供される。
Ｉ＝ｖＩ₀ｔ／２ｒｓｉｎθ （２）
（ただし、上記式（２）において、Ｉ₀は、前記第二の電流の電流値である。ｒは、前記ウェーハの半径である。θは、前記傾斜角である。ｖは、前記液面の法線方向における前記ウェーハの移動速度である。また、０≦ｔ≦２ｒｓｉｎθ／ｖである。）

本発明のめっき装置においては、ウェーハ保持手段が被成膜面を液面に対して傾斜させた状態で保持するとともに、制御部が、傾斜角に基づいて電流の大きさを制御する構成となっている。このため、ウェーハを安定的に傾斜入槽しつつ、傾斜入槽した際に生じる電流密度の変動を効果的に抑制することが可能な構成となっている。

なお、これらの各構成の任意の組み合わせや、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた本発明の態様として有効である。

本発明によれば、被成膜面をめっき液の液面に対して傾斜させるとともに、カソード電極とアノード電極との間に第一の電流を供給しながら、ウェーハをめっき液中に浸漬し、液面と被成膜面との傾斜角に基づいて第一の電流を制御することにより、めっき膜を安定的に成長させることができる。

以下、電解めっき法によりシリコンウェーハ上にＣｕ膜を成膜する場合を例に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同一の符号を付し、以下の説明において共通する説明を適宜省略する。また、以下の実施形態において、ウェーハは、シリコンやガリウムヒ素等の半導体基板であってもよいし、ガラス基板や樹脂基板等の絶縁基板であってもよい。また、ウェーハは、基板単体であってもよいし、基板上に半導体素子や配線等が形成されたものであってもよい。

（第一の実施形態）
図１は、本実施形態のめっき装置の構成を示す断面図である。図１に示しためっき装置１１０は、
めっき液１０３を収容するめっき槽１０１、
カソード電極１０７に保持されたウェーハ１０９をめっき液１０３中に浸漬するウェーハ移動手段（不図示の駆動部）、
ウェーハ１０９に接触してこれに対して給電を行うカソード電極１０７、
カソード電極１０７に対向してめっき槽１０１中に配置されたアノード電極（Ｃｕアノード電極１０５）、
Ｃｕアノード電極１０５とカソード電極１０７との間に電流を供給する電源１１５、および、
液面と被成膜面との傾斜角に基づいて、Ｃｕアノード電極１０５とカソード電極１０７との間に供給される電流の大きさを制御する制御部１１７（図５）、
を有する。カソード電極１０７は、めっき液１０３の液面に対してウェーハ１０９の被成膜面を傾斜させた状態で保持するウェーハ保持手段として機能する。カソード電極１０７は、ウェーハ１０９の被めっき面に形成されたＣｕシード１１１に接触して設けられており、Ｃｕシード１１１を電解めっきのカソードとして機能させる。また、ウェーハ保持手段として、少なくともウェーハ１０９の表面がめっき液１０３に接するようにウェーハ１０９を保持する、回転可能な回転端子板を有してもよい。
めっき装置１１０は、電源１１５から供給される電流の大きさを調整してＣｕアノード電極１０５とカソード電極１０７との間に供給する電流調整部１２９（図５）をさらに有し、制御部１１７が、傾斜角に基づいて、電流調整部１２９を制御する。制御部１１７は、ウェーハ１０９の接液面積に応じて電流を変動させる。ウェーハ１０９の接液面積は、傾斜角を変数とする。
また、めっき装置１１０は、傾斜角と、ウェーハ１０９の下降速度とを制御するウェーハ位置制御部１３３（図５）を有する。

以下、めっき装置１１０の構成をさらに詳細に説明する。
めっき装置１１０は、めっき槽１０１、めっき槽１０１の内に配置されたＣｕアノード電極１０５、めっき槽１０１の上方に設けられるとともに、ウェーハ１０９を保持するカソード電極１０７、Ｃｕアノード電極１０５とカソード電極１０７との間に電流を供給する電源１１５、およびカソード電極１０７の移動を制御する制御部１１７を有する。めっき槽１０１内に、めっき液１０３が収容される。カソード電極１０７は、めっき液１０３の液面に対して傾斜した状態でウェーハ１０９を保持し、Ｃｕアノード電極１０５に近づく方向およびＣｕアノード電極１０５から遠ざかる方向に移動可能に設けられるとともに、回転可能に設けられる。カソード電極１０７は、ウェーハ１０９に設けられたシード金属層であるＣｕシード１１１と電気的に接続するようにして、ウェーハ１０９を保持する。

なお、ここでは図示していないが、めっき槽１０１は、めっき液１０３の循環経路に配置されていてもよい。たとえば、めっき槽１０１からめっき液１０３が槽外に排出されて、他のめっき液収容室（不図示）に収容されて、ここで所望の温度に調整され、フィルタ等で濾過された後、再度供給口（不図示）からめっき槽１０１内に導入される構成とすることができる。

また、Ｃｕアノード電極１０５とカソード電極１０７の間に供給される電流は、制御部１１７（図１には不図示、図５に図示）により制御される。図５は、めっき装置１１０の制御系の構成を示すブロック図である。また、めっき装置１１０は、制御部１１７、電源１１５から供給される電流を所定の大きさに変換してＣｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間に供給する電流調整部１２９、制御部１１７における電流制御方法を記憶するデータ記憶部１３５、ウェーハ１０９の位置を検出するウェーハ位置情報検知部１３７、および計時部１３９をさらに備える。

データ記憶部１３５には、ウェーハ１０９の浸漬方法に関するデータおよびＣｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間に供給する電流値に関するデータが格納されている。ウェーハ１０９の浸漬方法に関するデータとして、たとえば、ウェーハ１０９とめっき液１０３の液面との傾斜角θ、およびウェーハ１０９の浸漬速度のデータが挙げられる。また、電流値に関するデータとして、着液時からの経過時間に関連づけられた電流値Ｉのテーブルが挙げられる。この電流値Ｉは、後述する式（１）の関係式を満たす。

計時部１３９は、ウェーハ１０９がめっき液１０３に接触した着液時をｔ＝０とし、浸漬開始時からの経過時間を測定する。

制御部１１７は、電流制御部１３１とウェーハ位置制御部１３３とを有する。
ウェーハ位置制御部１３３は、データ記憶部１３５に格納されたカソード電極１０７の下降速度に関するデータおよびウェーハ１０９とめっき液１０３の液面との傾斜角に関するデータを取得し、カソード電極１０７の駆動部（不図示）の動作を制御する。ウェーハ位置制御部１３３がカソード電極１０７の動作を制御することにより、ウェーハ１０９の下降速度およびウェーハ１０９の傾斜角が制御される。なお、本実施形態では、傾斜角および降下速度はいずれも一定（定数）であるが、これらが可変であって、たとえば時刻と関連づけられたデータとしてデータ記憶部１３５に格納されていてもよい。傾斜角が可変の場合、ウェーハ位置制御部１３３がウェーハ１０９の姿勢を制御する。この場合については、第三の実施形態で後述する。

電流制御部１３１は、計時部１３９にて計測される経過時間を取得するとともに、データ記憶部１３５に格納された、時間に対応づけられた電流値のデータを取得して、Ｃｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間に供給する電流値Ｉの大きさを制御する。

電流調整部１２９は、電源１１５から供給される電流値を所定の大きさに調整し、Ｃｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間に供給する。なお、電源１１５は、たとえば所定の大きさの一定の電流を供給する構成とする。

ウェーハ位置情報検知部１３７は、ウェーハ１０９の位置、具体的にはめっき液１０３からの高さを検知することにより、着液時、つまり浸漬開始時（ｔ＝０）を検知する。また、ウェーハ位置情報検知部１３７がウェーハ１０９の姿勢、具体的には液面に対する傾斜角を検知してもよい。

このとき、浸漬開始時の検出や、めっき液１０３の液面に対するウェーハ１０９の傾斜角の検出は、たとえば、カソード電極１０７の駆動部（不図示）、具体的にはモータのステップを測定することにより行うことができる。着液または所定の傾斜角になるまでのステップ数は、あらかじめ測定等により取得しておく。データ記憶部１３５には、取得されたステップ数が格納されている。そして、めっき時に、ウェーハ位置制御部１３３が、ウェーハ位置情報検知部１３７にて検知されたステップ数とデータ記憶部１３５に記憶されたステップ数とが一致した時点で着液または所定の傾斜角になったものと判断して、両極間に供給する電流値を制御する。さらに、着液前に弱い電圧を印加して、電流が流れた瞬間の位置および角度をそれぞれ着液位置および角度とすることもできる。

次に、本実施形態のめっき方法を説明する。図２および図３は、めっき装置１１０を用いためっき方法を説明する図である。図２および図３は、それぞれ、めっき液１０３中にウェーハ１０９を浸漬する様子を示す断面図および平面図である。また、図４は、めっき装置１１０において、ウェーハ１０９の着液時をｔ＝０としたときの経過時間ｔと、Ｃｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間に供給する電流値Ｉとの関係を示す図である。以下、図１〜図５を参照して本実施形態のめっき方法を説明する。

本実施形態のめっき方法は、以下のステップを含む
ステップ１０１（第一ステップ）：ウェーハ１０９の被成膜面をカソード電極１０７に接続し、被成膜面をめっき液１０３の液面に対して傾斜させるとともに、カソード電極１０７とめっき液１０３中に配置されたＣｕアノード電極１０５との間に第一の電流を供給しながら、ウェーハ１０９をめっき液１０３中に浸漬する、
ステップ１０３（第二ステップ）：被成膜面がめっき液１０３中に浸漬した後、カソード電極１０７とＣｕアノード電極１０５との間に第二の電流を供給して、電解めっき法により被成膜面上に金属膜を成長させる。
ステップ１０１においては、液面と被成膜面との傾斜角に基づいて第一の電流を制御する。金属膜は、たとえば銅含有金属膜である。

ステップ１０１（第一ステップ）は、被成膜面をめっき液１０３に対して一定の角度θ傾斜させながら、ウェーハ１０９を徐々に浸漬するステップであって、ウェーハ１０９がめっき液１０３中に浸漬しきるまでのステップである。また、ステップ１０３（第二ステップ）は、本実施形態では、被成膜面全面がめっき液１０３中に浸漬した後に行われ、Ｃｕアノード電極１０５とカソード電極１０７との間に略一定の電流Ｉを供給するステップである。本実施形態では、これらのステップそれぞれにおける電流値の大きさを制御する。
ステップ１０１においては、ウェーハ１０９の接液面積が傾斜角を変数とするとともに、接液面積に応じて第一の電流を変動させるようにする。ウェーハ１０９の接液面積は、ウェーハ１０９の被めっき面のうち、めっき液１０３の液面よりもめっき槽１０１の底部側に位置する領域の面積を指す。ステップ１０１では、具体的には、下記式に示すように、接液面積に比例するように第一の電流を変動させる。
Ｉ（ｔ）＝Ｉ₀／πｒ²×Ｓ（ｔ）
ただし、上記式において、Ｉ（ｔ）はステップ１０１で両極間に供給される時間ｔにおける電流値である。また、Ｉ₀は、第二ステップにおける電流値である。また、Ｓ（ｔ）は、時間ｔにおける被成膜面の接液面積である。ＳとＩはｔの関数である。 ｒはウェーハ１０９の半径である。
本実施形態では、ステップ１０１において、傾斜角θを略一定とする。また、ウェーハ１０９を略一定の速度でめっき液１０３中に浸漬する。なお、略一定とは、θまたはｖの変動による電流密度ｉの変動の影響が無視できる程度に一定に保たれていることをいい、その範囲で傾斜角または速度が多少変動してもよい。

ステップ１０１において、ウェーハ位置制御部１３３は、めっき液１０３の液面に対してウェーハ１０９を斜めに傾けた状態で、ウェーハ１０９を液面垂直方向に下降させて、めっき液１０３中に一定速度で浸漬させる。このとき、ウェーハ１０９を中心軸まわりに回転させながら浸漬する。

ステップ１０１では、電流制御部１３１が電源１１５のオンオフと電流調整部１２９の動作とを制御する。電流制御部１３１は、下記式（１）で示される大きさの電流Ｉを供給するように電源１１５および電流調整部１２９を制御する。ウェーハ１０９とめっき液１０３の液面との傾斜角をθ、ウェーハ１０９の半径をｒ、ウェーハ１０９の降下速度、ここではめっき液１０３液面の法線方向の速度をｖ、ウェーハ１０９着液からの経過時間をｔ、ステップ１０３における電流値をI₀とするとき、ステップ１０１では下記式（１）で示される電流をＣｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間に供給する。
Ｉ＝（Ｉ₀／πｒ²）×Ｓ＝Ｉ₀（φ−ｃｏｓφｓｉｎφ）／π （１）
ただし、上記式（１）において、Ｉ₀は、第二の電流の電流値であり、２φは、接液部分のウェーハ中心に対する開口角、つまり、ウェーハ１０９の外縁の弧がめっき液１０３と接触しない領域の弧の角度である。図３に示したように、２φは、点Ａおよび点Ｃを結ぶ直線と点Ｂおよび点Ｃを結ぶ直線とのなす角である。ここで、点ＡおよびＢは、ウェーハ１０９の外縁とめっき液１０３表面とが交わる点であり、点Ｃは、ウェーハ中心である。
さらに、本実施形態では、φおよびｔは、ｃｏｓφ＝（ｒ−ｖｔ／ｓｉｎθ）／ｒ、０≦ｔ≦２ｒｓｉｎφ／ｖを満たす。本実施形態では、ｖが略一定である。

図４は、本実施形態のめっき方法の各ステップにおいてＣｕアノード電極１０５とカソード電極１０７との間に供給される電流の大きさを示す図である。図４において、第一ステップでは、上記式（１）で示される電流を供給するとともに、ウェーハ１０９の被めっき面全面がめっき液１０３に接触した後の第二ステップでは、電流値を一定とする。

次に、本実施形態の作用効果を説明する。
本実施形態においては、ウェーハ１０９をめっき液１０３の液面に対して一定の角度θで傾斜させて浸漬する。そして、制御部１１７において、浸漬が完了するまでの間の電流値を、傾斜角θ、浸漬速度ｖ、および着液時からの経過時間ｔを考慮して制御する。このため、以下の利点が得られる。

第一に、ウェーハ１０９の被めっき面における局所的な電流密度の増加を抑制することができる。図６は、本実施形態のめっき方法、および傾斜入槽で電圧一定方式を採用しためっき方法における着液からの経過時間ｔと電流密度ｉとの関係を示す図である。図６に示したように、傾斜入槽において、電圧一定方式においては、図６中に点線で示したように、着液直後に電流密度が急激に増加することがあった。

これに対し、本実施形態では、ステップ１０１において、傾斜角θ、浸漬速度ｖ、および着液時からの経過時間ｔを考慮することにより、ウェーハ１０９の接液面の面積とＣｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間の電流値が比例するように、電源１１５から両極間に供給される電流値を制御する。このため、図６中に実線で示したように、着液直後に電流密度が顕著に増加するのを抑制し、電流密度の大きさを、経過時間、つまりウェーハ１０９の着液面積によらず一定とすることができる。このため、ウェーハ１０９をめっき液１０３の液面に対して傾斜させた状態で浸漬する場合にも、ウェーハ１０９の被めっき面内における埋設性のばらつきを抑制し、安定的に成膜することができる。

また、上記式（１）で示される電流の供給を、浸漬が完了するまでの間行い、浸漬が完了した時点の電流値が、ステップ１０３において両極間に供給される一定電流値Ｉ₀に一致するように制御されるため、浸漬工程から成膜工程への切り替えを安定的に行うことができる。

第二に、ウェーハ１０９を液面に対して傾斜させて浸漬することにより、ウェーハ１０９表面への気泡の付着を抑制することができるため、気泡の付着により生じるめっき膜の局所的な成膜不良や、局所的な膜厚増加を抑制し、成長を確実に行うことができる。

第三に、ステップ１０１において傾斜入槽を採用することにより、ウェーハ１０９表面への気泡の付着を抑制するとともに、めっき液１０３にうねりが生じている場合にも、以下の理由でめっき膜の埋設性の低下を抑制することができる。接液面積の小さい浸漬初期ではウェーハの浸漬位置はめっき装置の端であり、ここでのうねりは中央部に比べて小さいため、めっき液１０３のうねりの影響は無視することができる。また、めっき液１０３のうねりが大きな中央部にウェーハ１０９が浸漬するときは、ウェーハ１０９の接液面積は既に充分に大きいため、この場合にも、うねりの影響は無視できる。このため、ウェーハ１０９の中央部と端部で同等の埋設性を得ることができる。

（第二の実施形態）
本実施形態は、めっき装置１１０を用いた電解めっきにおいて、カソード電極とアノード電極との間に供給する電流値の別の制御方法に関する。第一の実施形態においては、めっき膜の形成時に、ステップ１０１において、カソード電極とアノード電極との間に供給する電流の大きさを上記式（１）に従って制御した。これに対し、本実施形態では、ステップ１０１において、ウェーハ１０９を略一定の速度でめっき液１０３中に浸漬するとともに、両極間に供給する電流の大きさを、ウェーハ１０９の着液時からの経過時間ｔに比例するように変動させる。

具体的には、第一の実施形態にて上述したステップ１０１において、下記式（１）にかえて、下記式（２）で示される電流Ｉを供給する。
Ｉ＝Ｉ₀ｔ／ｔ₀ （２）
ただし、上記式（２）において、Ｉ₀は、前記第二の電流の電流値である。ｔ₀は、前記第一ステップが終了する時間である。

さらに具体的には、本実施形態では、θが一定であり、ステップ１０１において、下記式（３）で示される電流Ｉを供給する。
Ｉ＝Ｉ₀ｔ／ｔ₀
＝（ｖＩ₀／２ｒｓｉｎθ）×ｔ （３）
ただし、上記式（３）において、Ｉ₀は、第二の電流の電流値である。ｒは、ウェーハ１０９の半径である。θは、傾斜角である。ｖは、液面の法線方向におけるウェーハ１０９の下降速度であり、本実施形態では、ｖが略一定である。また、０≦ｔ≦２ｒｓｉｎθ／ｖである。

図７は、本実施形態のめっき方法の各ステップにおいて、Ｃｕアノード電極１０５とカソード電極１０７との間に供給される電流の大きさを示す図である。図７において、第一ステップでは、上記式（２）で示される電流を供給するとともに、ウェーハ１０９の被めっき面全面がめっき液１０３に接触した後の第二ステップでは、電流値を一定とする。

図８は、本実施形態のめっき方法と従来のめっき方法における着液からの経過時間と電流密度との関係を示す図である。図８に示したように、本実施形態においても、従来の電圧一定方式に比べて、着液直後の電流密度の急増を抑制し、経過時間に対する電流密度の変動を抑制することができるため、ウェーハ１０９の被めっき面内における埋設性のばらつきを抑制し、安定的に成膜することができる。また、第一の実施形態のステップ１０１における電流制御方法に比べて、簡便な方法とすることができる。

（第三の実施形態）
本実施形態は、めっき装置１１０を用いた電解めっきにおいて、カソード電極とアノード電極との間に供給する電流値の別の制御方法に関する。第一および第二の実施形態においては、ウェーハ１０９をめっき液１０３に対する傾斜角θを一定として浸漬する場合を例に説明したが、傾斜角θを時間に依存する変数としてもよい。

図９、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）および図１２は、めっき装置１１０を用いためっき方法を説明する図である。図９は、めっき液１０３中にウェーハ１０９を浸漬する様子を示す平面図である。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）および図１２は、めっき液１０３中にウェーハ１０９を浸漬する様子を示す断面図である。また、図１３は、めっき装置１１０において、ウェーハ１０９の着液時からの経過時間ｔと、Ｃｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間に供給する電流値Ｉとの関係を示す図である。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）および図１２に示したように、本実施形態において、めっき装置１１０は、ウェーハ１０９を所定の位置Ｏのまわりに回転させるウェーハ保持部１２７をさらに有する。ウェーハ保持部１２７は、ウェーハ１０９の表面に水平な水平部１２３、およびウェーハ１０９の法線方向に平行な軸部１２５とを有し、断面がＬ字型である。ウェーハ位置制御部１３３は、水平部１２３の一方の端部、さらに具体的には軸部１２５に接続されていない側の端部Ｏを中心として所定の速度でウェーハ保持部１２７を回転させる。これにより、ウェーハ保持部１２７に保持されたウェーハ１０９をめっき液１０３中に浸漬する。

以下、図９〜図１３を参照して本実施形態のめっき方法を説明する。
まず、ウェーハ位置制御部１３３は、Ｏを中心としてウェーハ保持部１２７を角速度ωで回転させる。すると、図１０（ａ）に示したように、ウェーハ１０９の端部がめっき液１０３に接触する。この着液時を、ｔ＝０とし、ｔ＝０におけるめっき液１０３の液面に対するウェーハ１０９表面のなす角をθ₀とする。

さらにウェーハ保持部１２７が回転すると、浸漬領域１２１の面積が次第に増加するとともに、傾斜角θの大きさが次第に減少する（図１０（ｂ））。

そして、所定の時間ｔにおいて、ウェーハ１０９の全面がめっき液１０３中に浸漬する。このときの傾斜角の大きさをθ₁とする（図１１（ａ））。

その後、ウェーハ保持部１２７は、θ＝０となるまで回転をつづける。θ＝０となったときの、液面とウェーハ１０９との距離をｄとする（図１１（ｂ））。

以上の動作のうち、図１０（ａ）、図１０（ｂ）および図１１（ａ）の状態が、上述したステップ１０１に対応する。このとき、電流制御部１３１は、θの変動をさらに考慮した上で、上記式（１）を満たすように電流値の供給を制御する。また、図１１（ａ）以降の状態は、ステップ１０３に対応し、電流制御部１３１は、一定の電流をＣｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間に供給する。

図１２は、図１０（ｂ）の状態をさらに詳細に示す図である。ここで、図１２において、
（ｉ）+（ｉｉ）=（ｉｉｉ）+（ｉｖ）
の関係が成り立つ。また、ａ＝ｒが着液時（θ＝θ₀）に対応し、ａ＝−ｒが浸漬時（θ＝θ₁）に対応する。したがって、図１３に示したように、
Ｌｓｉｎθ＋Ｒ−ｄ＝Ｒｃｏｓθ＋ａｓｉｎθ
ａ＝｛Ｌｓｉｎθ＋Ｒ（１−ｃｏｓθ）−ｄ｝／ｓｉｎθ
より、上記式（１）、つまり
Ｉ＝（Ｉ₀／πｒ²）×Ｓ＝Ｉ₀（φ−ｃｏｓφｓｉｎφ）／π （１）
において、
ｃｏｓφ＝ａ／ｒ＝｛Ｌｓｉｎθ＋Ｒ（１−ｃｏｓθ）−ｄ｝／ｒｓｉｎθ、θ＝θ₀−ωｔ、０≦ｔ≦（θ₀−θ₁）／ω、Ｒｃｏｓθ₀＋（−Ｌ＋ｒ）ｓｉｎθ₀＝Ｒ−ｄ、Ｒｃｏｓθ₁＋（−Ｌ−ｒ）ｓｉｎθ₁＝Ｒ−ｄ、
である。

本実施形態によれば、傾斜角θがｔに依存して変化する場合にも、ウェーハ１０９のめっき液１０３への接触面積に比例して電流値を制御するため、第一の実施形態の場合と同様に、局所的な電流密度の上昇を抑制し、めっき膜厚の変動を抑制することができる。

（第四の実施形態）
以上の実施形態において、ステップ１０１において、Ｃｕアノード電極１０５とカソード電極１０７との間に所定の電圧を印加した状態で、ウェーハ１０９の浸漬を開始することもできる。具体的には、ウェーハ１０９がめっき液１０３に接触する前に、０Ｖより大きく０．１Ｖ以下程度の定電圧を印加する。０Ｖより大きい電圧とすることにより、ステップ１０１における電流値の制御をより一層確実に行うことができる。また、０．１Ｖ以下の電圧とすることにより、ステップ１０１における成膜をさらに安定的に行うことができる。

こうすることにより、ウェーハ１０９の降下速度のみからウェーハ１０９の着液のタイミングを正確にモニタすることが困難である場合にも、Ｃｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間に流れる電流をモニタすることができる。この電流値をモニタすることにより、ステップ１０１における電流値の制御をさらに確実に行うことができる。

また、ステップ１０１のｔ＝０、つまり着液時に電源１１５をオン状態として電流値を０Ａから増加させるのではなく、０．１Ｖ相当の電流値から印加してもよい。こうすれば、ステップ１０３の開始時間をその分早めることができるため、めっき工程の所要時間をさらに短縮することができる。

（第五の実施形態）
本実施形態は、以上の実施形態に記載のめっき装置またはめっき方法を用いて製造される半導体装置に関する。

図１４は、本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図１４に示した半導体装置においては、シリコン基板１００上に、ゲート電極１０２、拡散層１０４等からなるＭＯＳトランジスタが形成されている。このＭＯＳトランジスタを埋め込むように絶縁膜１０６が形成されている。絶縁膜１０６中には、拡散層１０４と接続する銅接続プラグ１０８が設けられており、その上部に第一の銅配線２２ａ、接続プラグ２８および第二の銅配線２２ｂが順に形成されている。これらの銅配線を含む層の上部には、同様の構成からなる銅配線層が積層され、最上部にはパッシベーション膜１１４が設けられている。なお、第一の銅配線２２ａは、シリコン基板１００上に形成された素子等と電気的に接続されている。また、以下に説明する第一の銅配線２２ａ、接続プラグ２８、および第二の銅配線２２ｂは、図１４に示した半導体装置のどの層に設けられたものであってもよい。

以下、図１４の点線囲み部１１６の配線構造を例にとって、配線構造およびその製造方法をさらに詳細に説明する。
本実施形態の製造方法は、以上の実施形態に記載のめっき方法によりウェーハ１０９に金属膜を形成する工程を含む。本実施形態の製造方法は、円形のシリコンウェーハ上にトランジスタが設けられたウェーハ１０９を準備する工程を含み、金属膜を形成する工程は、トランジスタの上部に、金属膜により構成される導電性パターンを形成する工程で行われる。

図１５は、図１４の点線囲み部１１６の配線構造を詳細に示す断面図である。シリコン基板（不図示）上の絶縁膜１０６の上に、第一のＳｉＣＮ膜１２、Ｌ−Ｏx（梯子形シロキサン、商標）とＳｉＯ_２がこの順で積層した第一の積層膜１４ａ、第二のＳｉＣＮ膜１６、シリコン酸化膜１８、第三のＳｉＣＮ膜２０、およびＬ−ＯxとＳｉＯ_２がこの順で積層した第二の積層膜１４ｂが、この順で積層している。第一の積層膜１４ａおよび第二の積層膜１４ｂ中には、それぞれ第一の銅配線２２ａおよび第二の銅配線２２ｂが形成されている。

第一の銅配線２２ａは、それぞれタンタル系バリアメタル膜２４ａおよび銅膜２６ａにより構成されている。シリコン酸化膜１８中には、第一の銅配線２２ａの上面と接続する接続プラグ２８が形成されている。接続プラグ２８は、タンタル系バリアメタル膜３０および銅膜３２により構成されている。第二の積層膜１４ｂ中には、接続孔の上面と接続する第二の銅配線２２ｂが形成されている。第二の銅配線２２ｂは、タンタル系バリアメタル膜２４ｂおよび銅膜２６ｂにより構成されている。また、第一の銅配線２２ａの上面には第一のＣｕシリサイド膜３４ａが、第二の銅配線２２ｂの上面には第二のＣｕシリサイド膜３４ｂがそれぞれ形成されている。

以下、図１５に示した配線構造の製造方法について、図１６（ａ）〜図６（ｅ）、図１７（ａ）〜（ｄ）、および図１８（ａ）〜図１８（ｅ）を参照して説明する。
図１６（ａ）は、第一のＳｉＣＮ膜１２および第一の積層膜１４ａに配線溝が形成された構造を示す。この構造は、第一のＳｉＣＮ膜１２および第一の積層膜１４ａを成膜後、その上に、所定形状にパターニングされたレジスト膜（不図示）を設け、第一のＳｉＣＮ膜１２および第一の積層膜１４ａを段階的にエッチングすることにより形成する。

次いで、スパッタリング法および反応性スパッタリング法により、基板全面にＴａおよびＴａＮが積層したタンタル系バリアメタル膜２４ａを形成する（図１６（ｂ））。

つづいて、図１６（ｃ）に示すように、タンタル系バリアメタル膜２４ａ上に、銅膜２６ａを形成した。銅膜２６ａは以上の実施形態に記載のめっき方法により、以下のように形成する。まず、銅めっきを成長させるための銅からなるシード銅膜をスパッタリング法により堆積した。次に、基板を液温約２５℃の硫酸銅水溶液に浸漬し、銅膜２６ａを電解めっき法により形成する。なお、めっきを施した後、基板のアニールを行ってもよい。アニールを行うことにより、銅膜２６ａ中のグレインの粒子径がアニール前に比べて大きくなり、銅膜２６ａ表面に露出したグレインのバウンダリーが複数重なる部分が相対的に減少するので、空洞が生じにくくなる。また、このような加熱処理をすることにより、第一の銅配線２２ａの抵抗値がアニール前よりも低下するという効果も生じる。なお、このアニールは、例えば２００℃以上５００℃以下で行うことができる。

次に、配線溝外部に成膜された不要な銅膜２６ａおよびタンタル系バリアメタル膜２４ａを化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）により除去し、配線溝内部にのみ銅膜２６ａ等を残すようにして第一の銅配線２２ａを形成する。（図１６（ｄ））。そして、図１６（ｅ）に示すように、銅膜２６ａ表面をシリサイド化し、第一の銅配線２２ａの銅膜２６ａ表面に第一のＣｕシリサイド膜３４ａを形成する。

その後、第二のＳｉＣＮ膜１６およびシリコン酸化膜１８を成膜する（図１７（ａ））。つづいて、リソグラフィ法を用いて、シリコン酸化膜１８を第二のＳｉＣＮ膜１６が露出するまでエッチングする。その後、エッチングガスを代えて第二のＳｉＣＮ膜１６をエッチングして第一のＣｕシリサイド膜３４ａの上面を露出させる。これにより、図１７（ｂ）に示すように、接続孔４０が形成される。

その後、接続孔４０内部を埋め込むように、タンタル系バリアメタル膜３０および銅膜３２をこの順で形成する（図１７（ｃ））。銅膜３２は、第一の銅配線２２ａの銅膜２６ａと同様に、以上の実施形態に記載のめっき方法を用いて成膜する。その後、ＣＭＰによる平坦化を行い、接続プラグ２８を形成する（図１７（ｄ））。

つづいて、接続プラグ２８上部に第三のＳｉＣＮ膜２０、第二の積層膜１４ｂを成膜後（図１８（ａ））、ドライエッチングにより配線溝４２を形成し（図１８（ｂ））、その内部を埋め込むように、タンタル系バリアメタル膜２４ｂおよび銅膜２６ｂをこの順で形成する（図１８（ｃ））。銅膜２６ｂは、第一の銅配線２２ａの銅膜２６ａと同様に、以上の実施形態に記載のめっき方法を用いて成膜する。その後、ＣＭＰによる平坦化を行い、第二の銅配線２２ｂを形成する（図１８（ｄ））。さらに、第二の銅配線２２ｂの上部のシリサイド化処理を行い、第二のＣｕシリサイド膜３４ｂを形成する（図１８（ｅ））。

以上のようにして、図１５に示した配線構造が形成される。この後、上述した工程を繰り返すことにより、図１４に示したような３層以上の多層配線構造の半導体装置を形成することができる。

本実施形態においては、銅配線を形成する際に、以上の実施形態に記載のめっき方法を用いて配線溝中にＣｕ膜を成長させる。このため、Ｃｕ膜形成時の電流密度の変動を抑制することができるため、めっき膜の膜厚の基板面内でのばらつきを抑制することができる。よって、銅配線を構成するＣｕ膜を安定的に形成可能な構成となっている。したがって、本実施形態の半導体装置は、製造歩留まりに優れた構成となっている。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明した。この実施の形態はあくまで例示であり、種々の変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

たとえば、以上の実施形態においては、Ｃｕ膜を成膜する場合を例に説明したが、以上の実施形態において、めっき膜はＣｕ膜には限られず、たとえば他に、Ａｌ膜、Ｎｉ膜が挙げられる。また、Ｃｕ，Ａｌ、Ｎｉのうち少なくとも一種を含む合金膜とすることもできる。

また、以上の実施形態において、データ記憶部１３５に、ステップ１０１においてＣｕアノード電極１０５−カソード電極１０７間に供給する電流値の制御式が複数格納されており、制御部１１７における電流値の制御方法が選択可能な構成となっていてもよい。

また、以上の実施形態においては、所定の傾斜角、下降速度、および着液からの経過時間に基づいて電流値を制御する場合を例に説明したが、所定の傾斜角および電流値に対して、ウェーハ１０９の下降速度を制御する態様とすることもできる。

実施形態に係るめっき装置の構成を示す断面図である。 図１のめっき装置１１０を用いためっき方法を説明する図である。 図１のめっき装置１１０を用いためっき方法を説明する図である。 本実施形態のめっき方法の各ステップにおいてＣｕアノード電極とカソード電極との間に供給される電流の大きさを示す図である。 図１のめっき装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本実施形態のめっき方法と従来のめっき方法における着液からの経過時間と電流密度との関係を示す図である。 本実施形態のめっき方法の各ステップにおいてＣｕアノード電極とカソード電極との間に供給される電流の大きさを示す図である。 本実施形態のめっき方法と従来のめっき方法における着液からの経過時間と電流密度との関係を示す図である。 実施形態に係るめっき方法を説明する図である。 実施形態に係るめっき方法を説明する図である。 実施形態に係るめっき方法を説明する図である。 実施形態に係るめっき方法を説明する図である。 実施形態のめっき装置において、ウェーハの着液時からの経過時間と、両極間に供給する電流値との関係を示す図である。 本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。 図１４の点線囲み部の配線構造を詳細に示す断面図である。 図１５の配線構造の製造工程を示す断面図である。 図１５の配線構造の製造工程を示す断面図である。 図１５の配線構造の製造工程を示す断面図である。 従来のめっき装置の構成を示す断面図である。 従来のめっき方法におおけるめっき時間と電流密度との関係を示す図である。 従来のめっき装置の構成を示す断面図である。 従来のめっき方法におけるめっき時間と電流密度との関係を示す図である。 従来のめっき装置の構成を示す断面図である。 従来のめっき装置の構成を示す断面図である。 従来のめっき方法におおけるめっき時間と電流密度との関係を示す図である。

符号の説明

１２ 第一のＳｉＣＮ膜
１４ａ 第一の積層膜
１４ｂ 第二の積層膜
１６ 第二のＳｉＣＮ膜
１８ シリコン酸化膜
２０ 第三のＳｉＣＮ膜
２２ａ 第一の銅配線
２２ｂ 第二の銅配線
２４ａ タンタル系バリアメタル膜
２４ｂ タンタル系バリアメタル膜
２６ａ 銅膜
２６ｂ 銅膜
２８ 接続プラグ
３０ タンタル系バリアメタル膜
３２ 銅膜
３４ａ 第一のＣｕシリサイド膜
３４ｂ 第二のＣｕシリサイド膜
４０ 接続孔
４２ 配線溝
１００ シリコン基板
１０１ めっき槽
１０２ ゲート電極
１０３ めっき液
１０４ 拡散層
１０５ Ｃｕアノード電極
１０６ 絶縁膜
１０７ カソード電極
１０８ 銅接続プラグ
１０９ ウェーハ
１１０ めっき装置
１１１ Ｃｕシード
１１４ パッシベーション膜
１１５ 電源
１１６ 点線囲み部
１１７ 制御部
１２１ 浸漬領域
１２３ 水平部
１２５ 軸部
１２７ ウェーハ保持部
１２９ 電流調整部
１３１ 電流制御部
１３３ ウェーハ位置制御部
１３５ データ記憶部
１３７ ウェーハ位置情報検知部
１３９ 計時部

Claims (9)

1. ウェーハの被成膜面をカソード電極に接続し、前記被成膜面をめっき液の液面に対して傾斜させるとともに、前記カソード電極と前記めっき液中に配置されたアノード電極との間に第一の電流を供給しながら、前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬する第一ステップと、
   前記被成膜面が前記めっき液中に浸漬した後、前記カソード電極と前記アノード電極との間に第二の電流を供給して、電解めっき法により前記被成膜面上に金属膜を成長させる第二ステップと、
   を含み、
   前記第一ステップにおいて、前記第一の電流が、下記式（１）で示されることを特徴とするめっき方法。
   Ｉ＝Ｉ₀ｔ／ｔ₀ （１）
   （ただし、上記式（１）において、Ｉ₀は、前記第二の電流の電流値である。ｔ₀は、前記第一ステップが終了する時間である。）
2. ウェーハの被成膜面をカソード電極に接続し、前記被成膜面をめっき液の液面に対して傾斜させるとともに、前記カソード電極と前記めっき液中に配置されたアノード電極との間に第一の電流を供給しながら、前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬する第一ステップと、
   前記被成膜面が前記めっき液中に浸漬した後、前記カソード電極と前記アノード電極との間に第二の電流を供給して、電解めっき法により前記被成膜面上に金属膜を成長させる第二ステップと、
   を含み、
   前記第一ステップにおいて、傾斜角を略一定とし、前記ウェーハを略一定の速度で前記めっき液中に浸漬し、前記第一の電流が、下記式（２）で示されることを特徴とするめっき方法。
   Ｉ＝ｖＩ₀ｔ／２ｒｓｉｎθ （２）
   （ただし、上記式（２）において、Ｉ₀は、前記第二の電流の電流値である。ｒは、前記ウェーハの半径である。θは、前記傾斜角である。ｖは、前記液面の法線方向における前記ウェーハの移動速度である。また、０≦ｔ≦２ｒｓｉｎθ／ｖである。）
3. 請求項１または２に記載のめっき方法において、
   前記第一ステップにおいて、前記アノード電極と前記カソード電極との間に所定の電圧を印加した状態で、前記ウェーハの浸漬を開始することを特徴とするめっき方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のめっき方法において、前記第二ステップにおいて、前記第二の電流を略一定とすることを特徴とするめっき方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のめっき方法において、前記金属膜が銅含有金属膜であることを特徴とするめっき方法。
6. 金属膜を有する半導体装置の製造方法であって、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のめっき方法により前記ウェーハに前記金属膜を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
   円形のシリコンウェーハ上にトランジスタが設けられた前記ウェーハを準備する工程を含み、
   金属膜を形成する前記工程が、前記トランジスタの上部に、前記金属膜により構成される導電性パターンを形成する工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. めっき液を収容するめっき槽と、
   前記めっき液の液面に対してウェーハの被成膜面を傾斜させた状態で保持するウェーハ保持手段と、
   前記ウェーハ保持手段に保持された前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬するウェーハ移動手段と、
   前記ウェーハに接触してこれに対して給電を行うカソード電極と、
   前記ウェーハ保持手段に対向して前記めっき槽中に配置されたアノード電極と、
   前記アノード電極と前記カソード電極との間に電流を供給する電源と、
   前記アノード電極と前記カソード電極との間に供給される前記電流の大きさを制御する制御部と、
   を有し、
   前記電源によって、前記カソード電極と前記めっき液中に配置された前記アノード電極との間に第一の前記電流を供給しながら、前記ウェーハ移動手段によって、前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬するとともに、
   前記被成膜面が前記めっき液中に浸漬した後、前記電源によって、前記カソード電極と前記アノード電極との間に第二の前記電流を供給して、電解めっき法により前記被成膜面上に金属膜を成長させるめっき装置であって、
   前記電流が、下記式（１）で示されることを特徴とするめっき装置。
   Ｉ＝Ｉ₀ｔ／ｔ₀ （１）
   （ただし、上記式（１）において、Ｉ₀は、前記第二の電流の電流値である。ｔ₀は、前記第一ステップが終了する時間である。）
9. めっき液を収容するめっき槽と、
   前記めっき液の液面に対してウェーハの被成膜面を傾斜させた状態で保持するウェーハ保持手段と、
   前記ウェーハ保持手段に保持された前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬するウェーハ移動手段と、
   前記ウェーハに接触してこれに対して給電を行うカソード電極と、
   前記ウェーハ保持手段に対向して前記めっき槽中に配置されたアノード電極と、
   前記アノード電極と前記カソード電極との間に電流を供給する電源と、
   前記アノード電極と前記カソード電極との間に供給される前記電流の大きさを制御する制御部と、
   前記ウェーハ保持手段によって、前記ウェーハの被成膜面を前記カソード電極に接続し、前記被成膜面を前記めっき液の液面に対して傾斜させるとともに、
   前記電源によって、前記カソード電極と前記めっき液中に配置された前記アノード電極との間に第一の前記電流を供給しながら、前記ウェーハ移動手段によって、前記ウェーハを前記めっき液中に浸漬するとともに、
   前記被成膜面が前記めっき液中に浸漬した後、前記電源によって、前記カソード電極と前記アノード電極との間に第二の前記電流を供給して、電解めっき法により前記被成膜面上に金属膜を成長させるめっき装置であって、
   前記ウェーハ移動手段が、前記液面と前記被成膜面との傾斜角を略一定とし、前記ウェーハを略一定の速度で前記めっき液中に浸漬し、
   前記電流が、下記式（２）で示されることを特徴とするめっき装置。
   Ｉ＝ｖＩ₀ｔ／２ｒｓｉｎθ （２）
   （ただし、上記式（２）において、Ｉ₀は、前記第二の電流の電流値である。ｒは、前記ウェーハの半径である。θは、前記傾斜角である。ｖは、前記液面の法線方向における前記ウェーハの移動速度である。また、０≦ｔ≦２ｒｓｉｎθ／ｖである。）

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