JP7458877B2

JP7458877B2 - 電解処理方法及び電解処理装置

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Description

本発明は、処理液に含まれる被処理イオンを用いて半導体基板に所定の処理を行う電解処理方法、及び当該電解処理方法を行うための電解処理装置に関する。

電解プロセス（電解処理）は、めっき処理やエッチング処理等の種々の処理に用いられる技術である。

上述しためっき処理は、従来、例えば特許文献１に記載されためっき装置で行われる。具体的には、めっき槽内のめっき液に浸漬されたアノードと被処理体（半導体基板）間に電流を流し、この電流によってめっき液中の金属イオンを被処理体側に移動させ、さらに当該金属イオンを被処理体側でめっき金属として析出させて、めっき処理が行われる。

しかしながら、特許文献１に記載されためっき処理を行う場合、被処理体側に十分な金属イオンが集積していない場合にも、アノードと被処理体間に電流が流れるため、めっき処理の効率が悪い。さらに、このように十分な金属イオンが集積していない状態でめっき処理が行われるので、被処理体においてめっき金属が不均一に析出し、めっき処理が均一に行われない。

そこで、例えば特許文献２に記載されためっき処理が提案されている。このめっき処理では、めっき液に電気的に接続されるように直接電極と対向電極（被処理体）をそれぞれ配置すると共に、当該めっき液に電界を形成する間接電極を配置した後、間接電極に電圧を印加して、めっき液中の被処理イオンを対向電極側に移動させ、さらに直接電極と間接電極を接続して、対向電極側に移動した被処理イオンを還元する。

特開２０１２－１３２０５８号公報特開２０１８－３１３３号公報

神田裕之ら著「高抵抗基板上へのダマシン配線用Ｃｕめっき装置開発」エバラ時報Ｎｏ．２２２（２００９－１）

しかしながら、本発明者が鋭意検討したところ、特許文献２に記載されためっき処理では、めっきレートに改善の余地があることが分かった。すなわち、被処理イオンの移動と還元を繰り返し行う必要があるため、所望の膜厚で成膜するのに時間がかかる。特に、例えば半導体基板に高アスペクト比のホールやトレンチ（微細配線溝）に配線を形成する場合、めっき処理を行って、銅などの配線形成用金属が埋め込まれるが、めっき液の電束密度に比例し半導体基板に平面均等に成膜が進むため、微細配線溝への成膜は不利で時間がかかる。

また、非特許文献１には、微細配線溝への配線形成方法（成膜方法）が記載されている。この方法はいわゆるダマシンプロセスであり、微細配線溝にバリア膜とシード膜を成膜した後、シードを給電部として電解メッキによりＣｕを成膜する。

しかしながら、近年、半導体基板の給電路（給電部）はバリア膜とシード膜で薄膜化が進行しており、非特許文献１に記載された方法では、給電点（周辺）と中央との抵抗が高くなりめっき処理の均一化が課題となる。

また、めっき液の電束密度に比例し半導体基板に平面均等に成膜が進むため、微細配線溝への成膜は不利である。そして、凹凸の微細配線溝へのＣｕの埋め込みは添加剤が無いと困難である。

さらに、シード膜を薄膜にするとめっき時に当該シード膜が溶解する。一方、シード膜を厚膜にすると、微細配線溝の上部にオーバハングしボイドが発生する。そうすると、微細配線溝へのＣｕの埋め込みが困難である。

したがって、めっき処理の高速化、すなわち効率化には改善の余地がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、処理液中の被処理イオンを用いて、半導体基板に対する所定の電解処理を効率よく行うことを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、処理液に含まれる被処理イオンを用いて半導体基板に所定の処理を行う電解処理方法であって、前記半導体基板上に、当該半導体基板側から絶縁層と導電層が順に積層された絶縁構造体を単層又は複層に形成し、前記半導体基板と前記導電層を容量結合する第１の工程と、前記絶縁構造体上に前記処理液を供給すると共に、前記処理液に電気的に接続されるように電極を配置する第２の工程と、前記半導体基板と前記電極とを電源を介して接続し、前記処理液に電圧を印加して、当該処理液中の被処理イオンを前記絶縁構造体の表面に還元又は前記絶縁構造体の表面を酸化する第３の工程と、前記半導体基板と前記電極とを前記電源を介さずに接続して、前記絶縁構造体の容量に帯電された電荷を放電する第４の工程と、を有し、前記第３の工程において前記電源を介した前記半導体基板と前記電極との接続において設けられる充電抵抗の抵抗値は、前記第４の工程において前記電源を介さない前記半導体基板と前記電極との接続において設けられる放電抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴としている。

本発明によれば、半導体基板と絶縁構造体の導電層が容量結合しているので、第３の工程では、例えば処理液をめっき液とする場合、絶縁構造体の容量に帯電された電荷量に応じた被処理イオンを還元して成膜することができる。したがって、例えば従来の特許文献２や非特許文献１に記載された処理に比べて、被処理イオンの配線溝の還元量を多くすることができ、成膜速度を向上させることができる。そして、第３の工程（充電工程）における被処理イオンの還元と、第４の工程（放電工程）における電荷の放電とを繰り返し行うことで、絶縁構造体上に所望の膜厚の膜を効率よく形成することができる。

また、第３の工程において絶縁構造体を酸化する場合も、上述した被処理イオンを還元する場合と同様に、絶縁構造体の配線溝の酸化量を多くすることができる。このため、例えば処理液を洗浄液とする場合であって、絶縁構造体の配線溝表面を酸化して当該表面を洗浄する場合に、洗浄を効率よく行うことができる。

前記電解処理方法では、前記第３の工程において前記処理液に印加される電圧は、前記被処理イオンを生成させるためのイオン化電圧より大きく、前記第４の工程において前記処理液に印加される電圧は、前記イオン化電圧より小さいのが好ましい。

前記電解処理方法では、前記第１の工程において、前記絶縁層上に前記導電層を部分的に形成し、前記第３の工程において、前記部分的に形成された前記導電層の表面に前記被処理イオンを還元又は前記絶縁構造体の表面を酸化してもよい。

前記電解処理方法では、前記第３の工程において、前記半導体基板を陰極とし、且つ、前記電極を陽極として前記処理液に電圧を印加して、当該処理液中の被処理イオンを前記絶縁構造体の表面に還元して成膜してもよい。

前記電解処理方法では、前記半導体基板の表面には微細溝が形成され、前記第１の工程において、前記微細溝の底面に前記導電層を形成してもよい。

別な観点による本発明は、処理液に含まれる被処理イオンを用いて半導体基板に所定の処理を行う電解処理装置であって、前記半導体基板上には、当該半導体基板側から絶縁層と導電層が順に積層された絶縁構造体が単層又は複層に形成され、前記半導体基板と前記導電層が容量結合され、前記絶縁構造体上には、前記処理液を供給されており、前記電解処理装置は、前記処理液に電気的に接続されるように配置された電極と、前記半導体基板と前記電極に接続される電源と、前記半導体基板と前記電極とを前記電源を介して接続することと、前記半導体基板と前記電極とを前記電源を介さずに接続することとを切り変えるスイッチと、制御部と、を有し、前記電源を介した前記半導体基板と前記電極との接続において設けられる充電抵抗の抵抗値は、前記電源を介さない前記半導体基板と前記電極との接続において設けられる放電抵抗の抵抗値よりも小さく、前記制御部は、前記半導体基板と前記電極とを前記電源を介して接続し、前記処理液に電圧を印加して、当該処理液中の被処理イオンを前記絶縁構造体の表面に還元又は前記絶縁構造体の表面を酸化する工程と、前記半導体基板と前記電極とを前記電源を介さずに接続して、前記絶縁構造体の容量に帯電された電荷を放電する工程と、を実行するように前記スイッチを制御することを特徴としている。

前記電解処理装置において、前記導電層は前記絶縁層上に部分的に形成されていてもよい。

前記電解処理装置において、前記半導体基板の表面には微細溝が形成され、前記導電層は前記微細溝の底面に形成されていてもよい。

前記電解処理装置において、前記絶縁構造体は複層に形成され、複層の前記絶縁構造体は、前記処理液側から第１の導電層、第１の絶縁層、第２の導電層、及び第２の絶縁層を順に積層された構成を有し、前記第１の導電層と前記第２の導電層は容量結合或いはビアで接続されていてもよい。

本発明によれば、処理液中の被処理イオンを用いて、半導体基板に対する所定の電解処理を効率よく行うことができる。すなわち、例えば処理液をめっき液とする場合、被処理イオンの配線溝の還元量を多くし、成膜速度を向上させることができ、その結果、所望の膜厚の膜を効率よく形成することができる。また、例えば処理液を洗浄液とする場合、絶縁構造体の表面の酸化量を多くし、当該表面の洗浄を効率よく行うことができる。

本実施形態にかかるめっき処理装置の構成の概略を示す説明図である。本実施形態のめっき処理の主な工程を示すフローチャートである。本実施形態のステップＳ３の充電工程を示す説明図である。本実施形態のステップＳ３の充電工程を示す説明図である。本実施形態のステップＳ４の放電工程を示す説明図である。本実施形態において微細孔と微細溝に配線を形成する様子を示す説明図である。他の実施形態にかかるめっき処理装置の構成の概略を示す説明図である。他の実施形態のステップＳ３の充電工程を示す説明図である。他の実施形態のステップＳ３の充電工程を示す説明図である。他の実施形態のステップＳ４の放電工程を示す説明図である。他の実施形態において銅めっきが形成された様子を示す説明図である。他の実施形態にかかるめっき処理装置の構成の概略を示す説明図である。他の実施形態にかかる洗浄処理装置の構成の概略を示す説明図である。他の実施形態の洗浄処理における充電工程を示す説明図である。他の実施形態の洗浄処理における放電工程を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、以下の説明で用いる図面において、各構成要素の寸法は、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の寸法に対応していない。なお、本実施形態では、本発明にかかる電解処理としてめっき処理、例えば銅めっき処理を行う場合について説明する。

＜めっき処理装置＞
先ず、本実施形態にかかる電解処理装置としてのめっき処理装置について説明する。図１は、本実施形態にかかるめっき処理装置１の構成の概略を示す説明図である。

めっき処理装置１で処理される半導体基板Ｗ上には、絶縁構造体Ｆが形成されている。絶縁構造体Ｆは、絶縁層Ｆａと導電層Ｆｂが半導体基板Ｗ側から順に積層された構成を有している。絶縁層Ｆａは、絶縁材料、例えばＳｉＯ_２（シリコン酸化物）、ＳｉＣＯＨ（炭素及び水素を含むシリコン酸化物）で構成されている。導電層Ｆｂは、銅の拡散を抑制するためのバリア層と、めっき処理の際に電流を流すためのシード層が、半導体基板Ｗ側から順に積層されて構成されている。バリア層は、例えばＴａ（タンタル）、ＴａＮ（タンタルナイトライド）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）から構成される。シード層は、例えばＣｕ（銅）から構成される。導電層Ｆｂは、絶縁層Ｆａの全面に形成されている。そして、半導体基板Ｗと導電層Ｆｂは容量結合されている。

半導体基板Ｗの上方には絶縁構造体Ｆに対向して、電極１０が設けられている。また、絶縁構造体Ｆと電極１０の間には、処理液としてのめっき液Ｍが充填されており、当該絶縁構造体Ｆと電極１０はめっき液Ｍに電気的に接続されている。めっき液Ｍとしては、例えば硫酸銅を溶解した溶液が用いられる。すなわち、めっき液Ｍ中には、被処理イオンとして銅イオンが含まれている。

なお、めっき液Ｍを供給する手段は特に限定されるものではなく、例えばノズル（図示せず）が用いられる。半導体基板Ｗを配置した後、電極１０を配設し、さらにノズルからめっき液Ｍを供給して充填してもよい。或いは、半導体基板Ｗを配置した後、ノズルから絶縁構造体Ｆ上にめっき液Ｍを供給し、さらに電極１０を配設してもよい。

電極１０には第１の配線２０が接続され、半導体基板Ｗには第２の配線２１が接続されている。第１の配線２０にはスイッチ２２が設けられ、第２の配線２１には充電配線２３と放電配線２４が接続されている。スイッチ２２は、第１の配線２０と充電配線２３の接続と、第１の配線２０と放電配線２４の接続とを切り替える。すなわち、第１の配線２０と第２の配線２１は、スイッチ２２を切り替えることによって充電配線２３又は放電配線２４を介して接続されている。スイッチ２２の切り替えは、後述する制御部４０によって制御される。

充電配線２３には、直流電源３０と充電抵抗３１が設けられている。例えば、直流電源３０は第２の配線２１側に設けられ、充電抵抗３１は第１の配線２０側に設けられている。電極１０は、直流電源３０の正極側に接続されている。半導体基板Ｗは、直流電源３０の負極側に接続されている。

放電配線２４には、放電抵抗３２が設けられている。放電抵抗３２の抵抗値は、充電抵抗３１の抵抗値よりも大きい。

以上のめっき処理装置１には、制御部４０が設けられている。制御部４０は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、めっき処理装置１における半導体基板Ｗの処理を制御するプログラムが格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部４０にインストールされたものであってもよい。

＜めっき処理方法＞
次に、以上のように構成されためっき処理装置１を用いためっき処理について説明する。図２は、本実施形態のめっき処理の主な工程（ステップ）を示すフローチャートである。

（ステップＳ１）
先ず、図１に示したように半導体基板Ｗ上に絶縁構造体Ｆを形成する。絶縁構造体Ｆは、絶縁層Ｆａと導電層Ｆｂが半導体基板Ｗ側から順に積層された構成を有している。絶縁層Ｆａと導電層Ｆｂの形成方法は特に限定されるものではなく、例えばスパッタリングが用いられる。そして、半導体基板Ｗと導電層Ｆｂは容量結合される。

（ステップＳ２）
次に、めっき処理装置１において、図１に示したように半導体基板Ｗの上方に電極１０を配置すると共に、絶縁構造体Ｆと電極１０の間にめっき液Ｍを充填する。上述したように電極１０の配置と、めっき液Ｍの充填（供給）は任意の方法で行われる。例えば電極１０を配設した後、ノズルからめっき液Ｍを供給して充填してもよい。或いは、例えばノズルから絶縁構造体Ｆ上にめっき液Ｍを供給した後、電極１０を配設してもよい。そして、電極１０と絶縁構造体Ｆはそれぞれ、めっき液Ｍと電気的に接続される。

（ステップＳ３）
次に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すようにスイッチ２２によって、第１の配線２０、充電配線２３、及び第２の配線２１を接続し、半導体基板Ｗ（絶縁構造体Ｆ）と電極１０とを直流電源３０を介して接続する。そして、電極１０を陽極とし、絶縁構造体Ｆを陰極として直流電圧を印加して、電界（静電場）を形成する。そうすると、電極１０に正の電荷が蓄積され、電極１０にめっき液Ｍ中の負の荷電粒子である陰イオンＡが集まる。一方、絶縁構造体Ｆには負の電荷が蓄積され、絶縁構造体Ｆにめっき液Ｍ中の正の荷電粒子である銅イオンＣが移動する。なお、図３において、点線矢印は電流の流れを示している。

この際、めっき液Ｍに印加される充電電圧は、銅イオンＣを生成するためのイオン化電圧より大きい。そうすると、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように電極１０に陰イオンＡが集積し、当該電極１０で酸化反応が起こる。一方、絶縁構造体Ｆに集積した銅イオンＣが電荷を得て、銅イオンＣが還元される。そして、絶縁構造体Ｆの表面に銅めっき５０が析出する。

なお、以下の説明において、ステップＳ３において電極１０に電荷が蓄積され、銅めっき５０が形成される状態を「充電」という場合がある。

（ステップＳ４）
次に、図５（ａ）及び（ｂ）に示すようにスイッチ２２によって、第１の配線２０、放電配線２４、及び第２の配線２１を接続し、半導体基板Ｗ（絶縁構造体Ｆ）と電極１０とを直流電源３０を介さずに接続する。そうすると、絶縁構造体Ｆの容量に帯電された電荷が放電される。なお、図５において、点線矢印は電流の流れを示している。

ここで、上述したように放電抵抗３２の抵抗値は、充電抵抗３１の抵抗値よりも大きい。そうすると、放電時には放電抵抗３２で電圧が大きく消化されるので、めっき液Ｍに印加される放電電圧は、銅イオンＣを生成するためのイオン化電圧より小さくなる。このため、ステップＳ４では、銅よりイオン化傾向の小さい、例えば水素が酸化されるため、還元された銅原子は酸化されない。

なお、以下の説明において、ステップＳ４において絶縁構造体Ｆの容量に帯電された電荷が放電される状態を「放電」という場合がある。

（ステップＳ５）
次に、ステップＳ３における充電工程と、ステップＳ４における放電工程とをこの順で繰り返し行う。このように充電と放電を繰り返し行うことで、銅めっき５０が所望の膜厚で形成される。

以上の実施形態によれば、半導体基板Ｗと導電層Ｆｂが容量結合しているので、ステップＳ３では、絶縁構造体Ｆの容量に帯電された電荷量に応じた銅めっき５０を還元することができる。したがって、例えば、従来の上記特許文献２に記載された処理に比べて、銅めっき５０の配線溝の還元量を多くすることができ、めっきの成長速度を向上させることができる。そして、ステップＳ５において、ステップＳ３の充電（銅イオンＣの還元）と、ステップＳ４の放電（電荷の放電）とを繰り返し行うことで、絶縁構造体Ｆ上に所望の膜厚の銅めっき５０を効率よく形成することができる。

＜本実施形態の適用例＞
次に、以上の実施形態のめっき処理装置１及びめっき処理方法の適用例について説明する。上記実施形態は、半導体基板Ｗの表面に形成された微細孔（ホール）や微細溝（トレンチ）に配線を埋め込んで形成する場合にも適用できる。図６は、微細孔１００と微細溝２００に配線を形成する様子を示す説明図である。

本実施形態の適用例においては、先ず、微細孔１００にめっき処理を行って配線を形成した後、微細溝２００にめっき処理を行って配線を形成する。したがって、ステップＳ１において微細孔１００と微細溝２００に絶縁構造体Ｆを形成した後、ステップＳ２～Ｓ５を行って微細孔１００に配線を形成し、さらにステップＳ２～Ｓ５を行って微細溝２００に配線を形成する。

（共通工程）
先ず、ステップＳ１において、図６（ａ）に示すように微細孔１００の内側に絶縁構造体Ｆを形成すると共に、微細溝２００の底面に絶縁構造体Ｆを形成する。なお、絶縁構造体Ｆの形成方法は、上記実施形態のステップＳ１と同様に特に限定されるものではない。

（微細孔１００への配線形成工程）
微細孔１００に配線を形成するに際しては、ステップＳ２において、微細孔１００の内部にめっき液Ｍを充填すると共に、微細孔１００の絶縁構造体Ｆの上方に電極１０を配置する。なお、このステップＳ２は、上記実施形態のステップＳ２と同様である。

次に、ステップＳ３の充電工程を行って、絶縁構造体Ｆの表面に銅めっき５０を析出させる。なお、このステップＳ３は、上記実施形態のステップＳ３と同様である。

次に、ステップＳ４の放電工程を行って、絶縁構造体Ｆの容量に帯電された電荷を放電する。なお、このステップＳ４は、上記実施形態のステップＳ４と同様である。

そして、ステップＳ５において、ステップＳ３における充電工程と、ステップＳ４における放電工程とをこの順で繰り返し行い、図６（ｂ）に示すように微細孔１００に銅めっき５０が下方から上方に向けて形成され（ボトムアップ）、埋め込み配線１１０が形成される。

（微細溝２００への配線形成工程）
微細溝２００に配線を形成するに際しては、ステップＳ２において、微細溝２００の内部にめっき液Ｍを充填すると共に、微細溝２００の絶縁構造体Ｆの上方に電極１０を配置する。なお、このステップＳ２は、上記実施形態のステップＳ２と同様である。

そして、ステップＳ５において、ステップＳ３における充電工程と、ステップＳ４における放電工程とをこの順で繰り返し行い、図６（ｃ）に示すように微細溝２００に銅めっき５０が下方から上方に向けて形成され（ボトムアップ）、埋め込み配線２１０が形成される。

本実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。すなわち、微細孔１００と微細溝２００のそれぞれに、埋め込み配線１１０、２１０を効率よく形成することができる。しかも、導電層Ｆｂの負荷、すなわちバリア層とシード層の負荷を軽減することも可能となる。

また、従来の非特許文献１に記載された方法のように半導体基板の給電路としてバリア層とシード層が用いられる場合、当該バリア層とシード層の薄膜化が進行しているため、給電点（周辺）と中央との抵抗が高くなりめっき処理の均一化が課題となる。この点、本実施形態では、半導体基板Ｗが給電路であり、当該半導体基板Ｗに均一に給電されるため、めっき処理の均一性が向上する。

また、従来の特許文献２や非特許文献１に記載された方法を用いた場合、めっき液の電束密度に比例し半導体基板に平面均等に成膜が進むため、微細配線溝への成膜は不利である。この点、本実施形態では、絶縁構造体Ｆが薄い微細孔１００や微細溝２００における容量結合度は、当該絶縁構造体Ｆの表面に比べて高い。これは、静電容量（容量結合度）は下記式（１）で算出され、導電層Ｆｂと半導体基板Ｗの間の絶縁層Ｆａの厚みｄで決定されるためである。そしてこの結果、微細孔１００や微細溝２００の底部に優先的に給電され、銅めっき５０が下方から上方に向けて効率的に形成される（ボトムアップされる）。
Ｃ＝ε・Ｓ／ｄ・・・（１）
但し、Ｃ：静電容量、ε：誘電率、Ｓ：面積、ｄ：厚み

また、従来の特許文献２や非特許文献１に記載された方法を用いた場合、シード層を薄膜にするとめっき時に当該シード層が溶解する。一方、シード層を厚膜にすると、配線溝の上部にオーバハングしボイドが発生する。この点、本実施形態では、微細溝２００の底面のみに絶縁構造体Ｆを形成しているので、上述したシード層の溶解やボイドの発生を抑制することができる。

＜他の実施形態＞
次に、半導体基板Ｗ上に形成される絶縁構造体Ｆの他の実施形態について説明する。図７は、他の実施形態にかかるめっき処理装置１の構成の概略を示す説明図である。

絶縁構造体Ｆは、絶縁層Ｆａと導電層Ｆｂが半導体基板Ｗ側から順に積層された構成を有している。絶縁層Ｆａは、銅の拡散を抑制するためのバリア層であり、絶縁層Ｆａは、絶縁材料で構成されている。導電層Ｆｂは、めっき処理の際に電流を流すためのシード層であり、例えば銅から構成される。そして、導電層Ｆｂは、絶縁層Ｆａ上に部分的に構成されている。そして、半導体基板Ｗと導電層Ｆｂは容量結合されている。

なお、本実施形態では、バリア層は絶縁層Ｆａであるが、上記実施形態と同様に導電層Ｆｂであってもよい。

そして本実施形態では、先ず、ステップＳ１において、半導体基板Ｗ上に絶縁構造体Ｆを形成する。なお、絶縁構造体Ｆの形成方法は、上記実施形態のステップＳ１と同様に特に限定されるものではない。但し、導電層Ｆｂを絶縁層Ｆａ上に部分的に形成する際には、絶縁層Ｆａ上にマスクを設け、所望の箇所にスパッタリングを行って、導電層Ｆｂを形成する。

次に、ステップＳ２において、半導体基板Ｗの上方に電極１０を配置すると共に、絶縁構造体Ｆと電極１０の間にめっき液Ｍを充填する。なお、このステップＳ２は、上記実施形態のステップＳ２と同様である。

次に、ステップＳ３の充電工程において、図８（ａ）及び（ｂ）に示すようにスイッチ２２によって、第１の配線２０、充電配線２３、及び第２の配線２１を接続し、半導体基板Ｗ（絶縁構造体Ｆ）と電極１０とを直流電源３０を介して接続する。そして、電極１０を陽極とし、絶縁構造体Ｆを陰極として直流電圧を印加して、電界（静電場）を形成する。そうすると、電極１０に正の電荷が蓄積され、電極１０にめっき液Ｍ中の負の荷電粒子である陰イオンＡが集まる。一方、絶縁構造体Ｆには負の電荷が蓄積され、絶縁構造体Ｆにめっき液Ｍ中の正の荷電粒子である銅イオンＣが移動する。この際、銅イオンＣは、絶縁構造体Ｆの表面にのみ集積する。

ステップＳ３において、めっき液Ｍに印加される充電電圧は、銅イオンＣを生成するためのイオン化電圧より大きい。そうすると、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように電極１０に陰イオンＡが集積し、当該電極１０で酸化反応が起こる。一方、絶縁構造体Ｆに集積した銅イオンＣが電荷を得て、銅イオンＣが還元される。そして、絶縁構造体Ｆの表面に銅めっき５０が析出する。この際、銅めっき５０は、導電層Ｆｂの表面にのみ形成され、他の絶縁層Ｆａ上には形成されない。

次に、ステップＳ４の放電工程において、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すようにスイッチ２２によって、第１の配線２０、放電配線２４、及び第２の配線２１を接続し、半導体基板Ｗ（絶縁構造体Ｆ）と電極１０とを直流電源３０を介さずに接続する。そうすると、絶縁構造体Ｆの容量に帯電された電荷が放電される。

次に、ステップＳ５において、ステップＳ３における充電工程と、ステップＳ４における放電工程とをこの順で繰り返し行う。そうすると、銅めっき５０が絶縁構造体Ｆから鉛直方向及び水平方向に成長し、図１１に示すように銅めっき５０が所望の膜厚で形成される。

本実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。すなわち、１回のステップＳ３の充電工程における、銅めっき５０の配線溝の還元量を多くすることができ、めっきの成長速度を向上させることができる。その結果、絶縁構造体Ｆ上に所望の膜厚の銅めっき５０を効率よく形成することができる。

また、本実施形態の絶縁構造体Ｆ、すなわち導電層Ｆｂを絶縁層Ｆａ上に部分的に形成した構成は、図６に示した微細溝２００の底面に形成される絶縁構造体Ｆにも適用することができる。そして、微細溝２００に埋め込み配線２１０を形成することができる。

＜他の実施形態＞
次に、半導体基板Ｗ上に形成される絶縁構造体Ｆの他の実施形態について説明する。図１２は、他の実施形態にかかるめっき処理装置１の構成の概略を示す説明図である。

上記実施形態では、半導体基板Ｗ上に絶縁構造体Ｆが単層に形成されていたが、本実施形態では、絶縁構造体Ｆは複層に形成されている。すなわち、半導体基板Ｗ上には、第１の絶縁構造体Ｆ１と第２の絶縁構造体Ｆ２が半導体基板Ｗ側から順に積層されている。第１の絶縁構造体Ｆ１は、第１の絶縁層Ｆ１ａと第１の導電層Ｆ１ｂが半導体基板Ｗ側から順に積層された構成を有し、第２の絶縁構造体Ｆ２は、第２の絶縁層Ｆ２ａと第２の導電層Ｆ２ｂが半導体基板Ｗ側から順に積層された構成を有している。そして、第１の導電層Ｆ１ｂと第２の導電層Ｆ２ｂは容量結合されている、或いはビアで接続されている。

かかる場合、絶縁構造体Ｆ１、Ｆ２の全体の容量を大きくすることができるため、ステップＳ３において、銅めっき５０の還元量をより多くすることができ、めっきの成長速度をさらに向上させることができる。そしてその結果、絶縁構造体Ｆ上に所望の膜厚の銅めっき５０をより効率よく形成することができる。

＜他の実施形態＞
以上の実施形態では、電解処理としてめっき処理を行う場合について説明したが、電解処理はこれに限定されない。例えば電解処理として、洗浄処理を行ってもよい。かかる場合、電解処理装置として洗浄処理装置を用いる。図１３は、他の実施形態にかかる洗浄処理装置３００の構成の概略を示す説明図である。

洗浄処理装置３００は、図１に示しためっき処理装置１の直流電源３０の正極及び負極の向きを反対にしたものである。すなわち、洗浄処理装置３００では、直流電源３１０の正極側に半導体基板Ｗが接続され、負極側に電極１０が接続されている。また、絶縁構造体Ｆと電極１０の間には、処理液としての洗浄液Ｌが充填されており、当該絶縁構造体Ｆと電極１０は洗浄液Ｌに電気的に接続されている。なお、洗浄処理装置３００のその他の構成は、めっき処理装置１の構成と同様である。

そして本実施形態では、半導体基板Ｗ上に絶縁構造体Ｆを形成した後、半導体基板Ｗの上方に電極１０を配置すると共に、絶縁構造体Ｆと電極１０の間に洗浄液Ｌを充填する。

次に、充電工程において、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すようにスイッチ２２によって、第１の配線２０、充電配線２３、及び第２の配線２１を接続し、半導体基板Ｗ（絶縁構造体Ｆ）と電極１０とを直流電源３０を介して接続する。そして、電極１０を陰極とし、絶縁構造体Ｆを陽極として直流電圧を印加して、電界（静電場）を形成する。そうすると、電極１０に負の電荷が蓄積され、電極１０に洗浄液Ｌ中の正の荷電粒子である陽イオンＤが集まる。一方、絶縁構造体Ｆには正の電荷が蓄積され、絶縁構造体Ｆに洗浄液Ｌ中の負の荷電粒子である、被処理イオンとしての陰イオンＥが移動する。

この際、洗浄液Ｌに印加される充電電圧は、陽イオンＤを生成するためのイオン化電圧より大きい。そうすると、電極１０に陽イオンＤが集積し、当該電極１０で還元反応が起こる。一方、絶縁構造体Ｆに陰イオンＥが集積し、絶縁構造体Ｆで酸化反応が起こる。そして、絶縁構造体Ｆの表面が洗浄される。

次に、放電工程において、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すようにスイッチ２２によって、第１の配線２０、放電配線２４、及び第２の配線２１を接続し、半導体基板Ｗ（絶縁構造体Ｆ）と電極１０とを直流電源３０を介さずに接続する。そうすると、絶縁構造体Ｆの容量に帯電された電荷が放電される。

次に、充電工程と放電工程とをこの順で繰り返し行う。そうすると、絶縁構造体Ｆの表面が洗浄される。

本実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。すなわち、１回の充電工程における、絶縁構造体Ｆの酸化量を多くすることができ、絶縁構造体Ｆの表面を効率よく洗浄することができる。そして、本実施形態は、微細溝２００の洗浄技術として応用することが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１めっき処理装置
１０電極
２０第１の配線
２１第２の配線
２２スイッチ
２３充電配線
２４放電配線
３０直流電源
３１充電抵抗
３２放電抵抗
４０制御部
５０銅めっき
１００微細孔
１１０埋め込み配線
２００微細溝
２１０埋め込み配線
３００洗浄処理装置
３１０直流電源
Ａ陰イオン
Ｃ銅イオン
Ｄ陽イオン
Ｅ陰イオン
Ｆ（Ｆ１、Ｆ２）絶縁構造体
Ｆａ（Ｆ１ａ、Ｆ２ａ）絶縁層
Ｆｂ（Ｆ１ｂ、Ｆ２ｂ）導電層
Ｌ洗浄液
Ｍめっき液
Ｗ半導体基板

Claims

処理液に含まれる被処理イオンを用いて半導体基板に所定の処理を行う電解処理方法であって、
前記半導体基板上に、当該半導体基板側から絶縁層と導電層が順に積層された絶縁構造体を単層又は複層に形成し、前記半導体基板と前記導電層を容量結合する第１の工程と、
前記絶縁構造体上に前記処理液を供給すると共に、前記処理液に電気的に接続されるように電極を配置する第２の工程と、
前記半導体基板と前記電極とを電源を介して接続し、前記処理液に電圧を印加して、当該処理液中の被処理イオンを前記絶縁構造体の表面に還元又は前記絶縁構造体の表面を酸化する第３の工程と、
前記半導体基板と前記電極とを前記電源を介さずに接続して、前記絶縁構造体の容量に帯電された電荷を放電する第４の工程と、を有し、
前記第３の工程において前記電源を介した前記半導体基板と前記電極との接続において設けられる充電抵抗の抵抗値は、前記第４の工程において前記電源を介さない前記半導体基板と前記電極との接続において設けられる放電抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする、電解処理方法。
前記第３の工程において前記処理液に印加される電圧は、前記被処理イオンを生成させるためのイオン化電圧より大きく、
前記第４の工程において前記処理液に印加される電圧は、前記イオン化電圧より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の電解処理方法。
前記第１の工程において、前記絶縁層上に前記導電層を部分的に形成し、
前記第３の工程において、前記部分的に形成された前記導電層の表面に前記被処理イオンを還元又は前記絶縁構造体の表面を酸化することを特徴とする、請求項１又は２に記載の電解処理方法。
前記第３の工程において、前記半導体基板を陰極とし、且つ、前記電極を陽極として前記処理液に電圧を印加して、当該処理液中の被処理イオンを前記絶縁構造体の表面に還元して成膜することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の電解処理方法。
前記半導体基板の表面には微細溝が形成され、
前記第１の工程において、前記微細溝の底面に前記導電層を形成することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の電解処理方法。
処理液に含まれる被処理イオンを用いて半導体基板に所定の処理を行う電解処理装置であって、
前記半導体基板上には、当該半導体基板側から絶縁層と導電層が順に積層された絶縁構造体が単層又は複層に形成され、
前記半導体基板と前記導電層が容量結合され、
前記絶縁構造体上には、前記処理液を供給されており、
前記電解処理装置は、
前記処理液に電気的に接続されるように配置された電極と、
前記半導体基板と前記電極に接続される電源と、
前記半導体基板と前記電極とを前記電源を介して接続することと、前記半導体基板と前記電極とを前記電源を介さずに接続することとを切り変えるスイッチと、
制御部と、を有し、
前記電源を介した前記半導体基板と前記電極との接続において設けられる充電抵抗の抵抗値は、前記電源を介さない前記半導体基板と前記電極との接続において設けられる放電抵抗の抵抗値よりも小さく、
前記制御部は、
前記半導体基板と前記電極とを前記電源を介して接続し、前記処理液に電圧を印加して、当該処理液中の被処理イオンを前記絶縁構造体の表面に還元又は前記絶縁構造体の表面を酸化する工程と、
前記半導体基板と前記電極とを前記電源を介さずに接続して、前記絶縁構造体の容量に帯電された電荷を放電する工程と、を実行するように前記スイッチを制御することを特徴とする、電解処理装置。
前記導電層は前記絶縁層上に部分的に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の電解処理装置。
前記半導体基板の表面には微細溝が形成され、
前記導電層は前記微細溝の底面に形成されていることを特徴とする、請求項６又は７のいずれか一項に記載の電解処理装置。
前記絶縁構造体は複層に形成され、
複層の前記絶縁構造体は、前記処理液側から第１の導電層、第１の絶縁層、第２の導電層、及び第２の絶縁層を順に積層された構成を有し、
前記第１の導電層と前記第２の導電層は容量結合或いはビアで接続されていることを特徴とする、請求項６～８のいずれか一項に記載の電解処理装置。