JPH11238704A - 半導体基板の配線溝メッキ方法およびメッキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハの配線溝内の気体を完全に排出してメ
ッキ処理を行い得る配線溝メッキ方法を提供する。 【解決手段】 ウエハ１に形成された配線溝にメッキ処
理により金属膜を形成する。ウエハ１は、配線溝を有す
るプロセス処理面１ａ上側に向け、配線溝の開口部が上
に向くようにメッキ処理槽２内に収容される。メッキ処
理槽２には、ウエハ１の上方にアノード電極をなる銅１
６を収容したアノードバスケット１４が配設されてい
る。ウエハ１は回転台３上に載置され、回転台３を回転
させた状態でメッキ液供給管１０からメッキ液を内槽７
内に噴出させウエハ１に電解銅メッキ処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の微細
配線溝のメッキ方法および装置に関し、特に、微細配線
を銅メッキによって形成する場合に適用して有効な技術
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の微細配線に対し、従
来のアルミニウム（Ａｌ）に代えて銅（Ｃｕ）を用いる
動きが活発化している。これは、配線が０. １８μｍ若
しくは０２０μｍとなるに従い配線ピッチもそれに応じ
て狭まり、これまで問題とならなかった配線間容量の増
大が無視できなくなったことに対応するものである。す
なわち、配線間容量が増大すると、配線遅延によるＬＳ
Ｉの性能低下が生じ、それを防止するため低抵抗配線ま
たは低誘電率層間膜の何れかが必須技術となる。ここ
で、銅はその抵抗率がアルミニウムに比して小さく
（銅：１. ６７３μｍΩ・ｃｍに対し、アルミニウム：
２. ６５５μｍΩ・ｃｍ）、また、エレクトロマイグレ
ーション（ＥＭ）耐性も高いため、アルミニウム配線の
置換対象として銅配線が注目されている。

【０００３】このような銅配線を形成するに際し、銅は
エッチング処理が難しいため、アルミニウムのように成
膜してから配線形状に削るという方法はとりにくい。こ
のため、銅配線の場合、配線の溝形状を形成してから銅
を埋め込むダマシンプロセスが主流となっている。この
ダマシンプロセスにおいて銅を成膜する方法としては、
スパッタ法、ＣＶＤ法、メッキ法などがあり、そのうち
メッキ法により銅を成膜する装置としては、図２のよう
なものがある。

【０００４】このメッキ装置は、図２に示したように、
ウエハ５１において配線溝が形成されたプロセス処理面
５１ａを下側にして配置したいわゆるフェイスダウン型
のメッキ装置である。この場合、ウエハ５１は、硫酸銅
等を含んだメッキ液５７が満たされたメッキ槽５２の上
部に、そのエッジ部がマイナス電極５３に接した状態で
固定される。メッキ槽５２は、内側チャンバ５２ａと外
側チャンバ５２ｂの二重構造となっており、内側チャン
バ５２ａにはポンプ５４によりメッキ液タンク５５から
メッキ液５７が供給される。メッキ液５７は内側チャン
バ５２ａから溢れ出る状態が継続するように、メッキ液
供給パイプ５８を介して内側チャンバ５２ａ内に供給さ
れ、溢れ出たメッキ液５７は内側チャンバ５２ａと外側
チャンバ５２ｂの間を通って再度メッキ液タンク５５に
回収される。

【０００５】一方、内側チャンバ５２ａの下部にはプラ
ス電極５６が配設されている。そして、メッキ液５７を
ウエハ５１のプロセス処理面５１ａに接触させつつ両電
極５３, ５６間に電流を流すことにより、プロセス処理
面５１ａに銅電解メッキが行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図２のよう
なメッキ装置にあっては、プロセス処理面５１ａを下に
向けたフェイスダウン型の装置であるため、電解メッキ
に際して発生するガスがプロセス処理面５１ａに形成さ
れた配線溝に滞留し易い。また、条件によってはカソー
ド側からもガスが発生することがあり、かかるガスはメ
ッキ槽５２の上側、すなわちウエハ５１の下面に溜まり
易い。これに対し図２の装置では、メッキ液５７を下側
から噴出させることにより、発生ガスをメッキ液５７も
ろとも外側チャンバ５２ｂ側に押し流すようにしてい
る。しかしながら、メッキ液５７の噴流では配線溝内に
滞留したガスを完全に除去できない恐れもあり、また、
メッキ液流に吹き溜まりが生じそこにガスが対流する恐
れもある。特に、アスペクト比の高いウエハではガス残
留の可能性が高く、その改善が望まれていた。

【０００７】さらに、配線溝内にはメッキ処理以前には
気体が入り込んでいるため、フェイスダウン型の場合、
溝内の気体が保持されたまま装置に固定され、かつ、そ
れは自然には抜け出ない状態にある。従って、メッキ液
５７を下側から噴出させても溝内から気体を十分に排出
できない恐れがあり、先の発生ガスの滞留も含め、溝内
にメッキ液が完全に浸入せず成膜が不完全になるという
問題もあった。特に、アスペクト比の高いものの場合に
は、溝内に入り込んだ発生ガスや既存の気体が排出され
にくくその改善が望まれていた。

【０００８】一方、溶解性のアノードを用いた場合に
は、微細なパーティクル状のものが発生する場合があ
り、それがウエハ５１の溝に入り込むとこれも成膜不良
の原因となる。ところが、図２のような装置では、メッ
キ液５７をオーバーフローさせて循環させているもの
の、その一部が内側チャンバ５２ａ内を対流する構成と
なっている。従って、一旦メッキ液５７中にパーティク
ル状のものが発生するとそれがなかなか排出されず、ウ
エハ５１の成膜処理の妨げとなるという問題もあった。

【０００９】本発明の目的は、ウエハ表面、特にその配
線溝内の気体を完全に排出してメッキ処理を行い得るウ
エハの配線溝メッキ方法ならびにメッキ装置を提供する
ことにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１２】すなわち、本発明の半導体基板の配線溝メ
ッキ方法は、半導体基板に形成された配線溝にメッキ処
理により金属膜を形成する半導体基板の配線溝メッキ方
法であって、配線溝の開口部を上側に向けた状態でメッ
キ処理を行うことを特徴としている。そしてこれによ
り、半導体基板上、特に配線溝内に気体が残留したり入
り込んだりすることがなく、配線溝内のメッキ不良が防
止される。

【００１３】また、半導体基板の上方にアノード電極を
配設してメッキ処理を行うようにしても良く、これによ
り、アノード電極にて発生した気泡が半導体基板に到達
することが防止される。

【００１４】さらに、本発明の半導体基板の配線溝メッ
キ方法は、半導体基板を回転させてメッキ処理を行うこ
とを特徴としている。そしてこれにより、半導体基板上
にて発生した気泡を飛ばしたり、メッキ液を均一に半導
体基板上に供給したりすることができる。また、半導体
基板裏面へのメッキ液の回り込みの防止や、メッキ液の
撹拌促進を図ることもできる。

【００１５】一方、本発明の半導体基板の配線溝メッキ
装置は、半導体基板に形成された配線溝にメッキ処理に
より金属膜を形成する半導体基板の配線溝メッキ装置で
あって、半導体基板を、配線溝の開口部を上側に向けた
状態で収容し、開口部が上側に向いた状態で半導体基板
にメッキ処理を行う処理槽を有することを特徴としてい
る。そしてこれにより、半導体基板上、特に配線溝内に
気体が残留したり入り込んだりすることがなく、配線溝
内のメッキ不良が防止される。

【００１６】また、前記処理槽において、半導体基板の
上方にアノード電極を配設するようにしても良く、これ
により、アノード電極にて発生した気泡が半導体基板に
到達することが防止される。

【００１７】さらに、前記処理槽を、半導体基板の上方
に配設され半導体基板に対しメッキ液を供給する内槽
と、この内槽を収容する外槽とを有する構成としても良
い。

【００１８】加えて、本発明の半導体基板の配線溝メッ
キ装置は、半導体基板に形成された配線溝にメッキ処理
により金属膜を形成する半導体基板の配線溝メッキ装置
であって、半導体基板を回転可能な状態で収容する処理
槽を有することを特徴としている。これにより、半導体
基板を回転させた状態でメッキ処理を行うことができ、
半導体基板上にて発生した気泡を飛ばしたり、メッキ液
を均一に半導体基板上に供給したりすることができる。
また、半導体基板裏面へのメッキ液の回り込みの防止
や、メッキ液の撹拌促進を図ることもできる。

【００１９】なお、本発明における半導体基板には、半
導体単体からなる基板のみならず半導体層を有する基板
も含まれる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の
形態であるウエハの配線溝メッキ装置（以下、単にメッ
キ装置と略す）の構成を示す説明図である。

【００２１】当該メッキ装置は、ウエハ（半導体基板）
１を、その表面に形成された配線溝の開口部を上に向け
た状態でメッキ処理槽２の外槽２１に収容してメッキ処
理を行うようになっている。また、メッキ処理に際して
は、ウエハ１を回転させつつメッキ液を上方から供給し
てその処理を行えるようになっている。

【００２２】ここで、メッキ処理槽２の下部には、モー
タ２０によって回転可能に形成された回転台３が配設さ
れている。この回転台３の上面には、ウエハ１が、配線
溝が形成されたプロセス処理面１ａを上に向けて載せら
れている。すなわち、当該メッキ装置はいわゆるフェイ
スアップ型のメッキ装置となっており、ウエハ１は、そ
の配線溝の開口部が上を向いた状態でメッキ処理槽２内
に収容されている。

【００２３】回転台３には、電源１５と接続されたカソ
ード電極４が設けられており、ウエハ１はその端縁部が
カソード電極４に接した状態で回転台３上に固定され
る。さらに、回転台３の下部にはパージ室５が形成され
ており、パージ室５から回転台３の側方に向かって気体
窒素がパージされている。この場合、回転台３の下面に
は係合溝３ａが設けらており、そこにパージ室５を形成
する側壁５ａの上縁部が収容されている。そして、側壁
５ａの上縁部と係合溝３ａの底面との間に間隙６が形成
されており、この間隙６を介してパージ室５から気体窒
素が噴出するようになっている。

【００２４】回転台３の上方には、円筒状の内槽７が設
けられている。この内槽７は、外側にジャケット８を有
する二重円筒状に形成されており、ジャケット８と内槽
７との間には、内槽７からオバーフローしたメッキ液を
収容するリターン流路９が形成されている。そして、ジ
ャケット８には、このリターン流路９に連通して形成さ
れた排液口２２が、外槽２１の外部に突出して設けられ
ている。また、内槽７の中央には、メッキ液が供給され
るメッキ液供給管１０が取り付けられている。メッキ液
供給管１０は、フィルタ１１を介してポンプ１２と連通
しており、メッキ液タンク１３内のメッキ液がポンプ１
２によって圧送されるようになっている。なお、排液口
２２はメッキ液タンク１３に接続されており、内槽７か
らオバーフローしたメッキ液は、リターン流路９、排液
口２２を通ってメッキ液タンク１３に戻される。

【００２５】一方、内槽７は、図示しない昇降手段によ
り外槽２１内を上下に移動できるように取り付けられて
おり、メッキ処理を行う場合には、回転台３上に載せら
れたウエハ１との間に若干の隙間１９を形成した状態で
保持される。そして、メッキ液供給管１０から供給され
たメッキ液は、この隙間１９からも内槽７の外に流出す
るようになっている。また、隙間１９のウエハ１の近傍
においては、回転台３の回転に伴い、ウエハ１の周縁か
らウエハ１の外へ飛ばされるように内槽７外に流出す
る。なお、内槽７の下面には回転台３を囲むように調流
プレート２３が突出形成されており、隙間１９から流出
したメッキ液を下側に誘導している。

【００２６】メッキ液供給管１０の周囲には、円筒形状
の網篭に形成されたアノードバスケット１４が設けられ
ており、電源１５と接続されアノード電極を形成してい
る。アノードバスケット１４は、白金メッキされたチタ
ンによって形成されており、その内部には溶解アノード
として銅１６が収容されている。この場合、当該メッキ
装置では、アノード電極がウエハ１の上方に配置されて
いるため、図２のような従来の装置に比して金属アノー
ド材料（当該装置では銅１６）の補充が容易なようにな
っている。また、アノード電極をバスケット構造として
いるため、銅１６の補充はさらに容易である。なお、こ
のアノードバスケット１４は、白金メッキされたチタン
であるため、不溶性のアノードして使用することも可能
である。

【００２７】さらに、外槽２１の上部には、図示しない
吸引ポンプと連通したガス排出ダクト１７が設けられて
おり、メッキ処理によって発生したガスがここからメッ
キ処理槽２の外に排出される。一方、外槽２１の下部に
はメッキ液を排出するための排液口１８が設けられてい
る。この排液口１８はメッキ液タンク１３に接続されて
おり、外槽２１の底部に溜まったメッキ液は、この排液
口１８を通ってメッキ液タンク１３に戻される。

【００２８】次に、図１に示した本発明によるメッキ装
置におけるメッキ処理について説明する。当該メッキ装
置ではまず、メッキ液を供給する前に内槽７を上方に引
き上げ、その状態で回転台３上にウエハ１を置く。そし
て、ウエハ１にカソード電極４を接触させてウエハ１を
回転台３上に固定し、内槽７を引き下げる。このとき、
内槽７の下端とウエハ１の上面との間には、前述のよう
に隙間１９が形成されている。なお、ウエハ１には、メ
ッキ処理に先んじてシード層や拡散防止層が形成されて
いる。

【００２９】ウエハ１を回転台３上に載置して内槽７を
引き下げた後、モータ２０により回転台３を回転させ、
その状態でポンプ１２によってメッキ液を内槽７内に圧
送する。これにより、メッキ液はウエハ１の中心部に向
かって噴出し、回転台３の回転に伴ってウエハ１の径方
向外側に送られる。すなわち、当該メッキ装置では、ウ
エハ１を回転させた状態でメッキ液を供給することによ
り、ウエハ１のプロセス処理面１ａ全体に均一にメッキ
液が供給される。

【００３０】このようにしてメッキ液が供給され、やが
てアノードバスケット１４内の銅１６の位置まで液面が
上がる。液面が銅１６の位置まで来た後、アノードバス
ケット１４に電源１５によって電流が供給される。これ
により、電解メッキ処理が開始され、アノード側の銅が
溶出する。なお、例えば不溶性アノードとしてアノード
バスケット１４を用いた場合など、アノード側からガス
が発生する場合であっても、アノードがウエハ１の上方
に位置する構成となっているため、ウエハ１には向かう
ことなくガス排出ダクト１７からメッキ処理槽２外に排
出される。

【００３１】アノード側にて銅が溶出すると、カソード
側となるウエハ１上に銅が析出し銅メッキが施される。
なお、銅メッキは、配線溝を含むウエハ１のプロセス処
理面１ａ全体に施される。この場合、当該メッキ装置で
は、ウエハ１が回転しているためメッキ液が常に撹拌さ
れており、ウエハ１の近傍でのイオン濃度が低下しない
ようになっている。また、ウエハ１表面上にて気泡が発
生しても、ウエハ１の回転によりこの気泡は振い飛ばさ
れ、ウエハ１上には残存しない。さらに、メッキ液がウ
エハ１の表面から径方向外側に飛ばされるため、メッキ
液噴流の流速も相俟って、メッキ液がウエハ１の裏面側
に回り込まないようになっている。

【００３２】一方、当該メッキ装置では、ウエハ１がそ
のプロセス処理面１ａを上に向けて載置されている。す
なわち、プロセス処理面状に形成された微細な配線溝
は、上側に開口した状態で回転台３上に載せられてい
る。従って、配線溝内の気体がメッキ液内に放出され易
いようになっており、メッキ液の噴流とともに配線溝内
から気体を完全に排出できるようになっている。また、
ウエハ１上にて発生した気泡も配線溝内に入り込むこと
がなく、従来のフェイスダウン型の装置のように配線溝
内に気体が残存したり気泡が入り込んだりすることもな
い構成となっている。

【００３３】ウエハ１を回転させつつ電解メッキ処理を
行い、所定膜厚の金属銅の層を形成した後、メッキ液の
供給を止める。そして、回転台３を回転させたまま内槽
７を引き上げ、内槽７内のメッキ液を外槽２１の底部に
流出させる。この場合、回転台３の回転を維持するの
は、メッキ液がウエハ１の裏面側に回り込まないように
するためである。内槽７内のメッキ液を抜いた後、回転
台３の回転によりウエハ１上に残ったメッキ液の液切り
を行う。すなわち、当該メッキ装置では、メッキ処理の
後に同じ場所でメッキ液の液切りを行えるようになって
いる。また、内槽７の引き上げにより、古いメッキ液は
全て排出され、各処理毎にフィルタ１１を通った新しい
清浄なメッキ液に入れ換えられてメッキ処理が施され
る。従って、メッキ液中にパーティクル状のものが発生
しても、次のメッキ処理にそのパーティクルが影響を及
ぼすことはない。

【００３４】このようにしてメッキ処理を終えた後、ウ
エハ１は回転台３から図示しないハンドリング手段にて
次工程へと移され、洗浄や乾燥が行われる。この場合、
他の処理工程ではプロセス処理面１ａを上側（フェイス
アップ）にして処理を行うのが通常である。従って、図
２のようなフェイスダウン型の装置の場合、メッキ処理
の後ウエハを表裏反転させる動作およびそのための機構
が必要となる。これに対し当該メッキ装置では、フェイ
スアップにてメッキ処理を行うため、メッキ処理後に特
に表裏反転させる機構は必要なく、ウエハのハンドリン
グが容易であり、設備や工程の簡略化や生産時間の短縮
化を図ることができる。

【００３５】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３６】たとえば、前記のメッキ装置では、内槽７
を上方に引き上げる構成としたが回転台３を下方に引き
下げる構成としても良い。また、アノードバスケット１
４の形状も円筒形状の網篭には限られず、直方体形状の
網篭や多孔板による箱でも良い。

【００３７】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその利用分野であるウエハのメッキ処理
に適用した場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、たとえば、他の電子部品のメッキ処理に
も適用できる。

【００３８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００３９】（１）ウエハに形成された配線溝の開口部
を上側に向けた状態でメッキ処理を行うようにしたこと
により、ウエハ上、特に配線溝内に気体が残留したり入
り込んだりすることがなく、配線溝内のメッキ不良を防
止することができる。また、フェイスアップ状態でメッ
キ処理が行われるため、フェイスアップ状態で行われる
他の工程との連携も容易である。

【００４０】（２）ウエハ上方にアノード電極を配設し
てメッキ処理を行うようにしたことにより、アノード電
極にて発生した気泡がウエハに到達することを防止で
き、配線溝内にこの気泡が入り込んでメッキが不完全に
なることを防止できる。

【００４１】（３）ウエハを回転させてメッキ処理を行
うようにしたことにより、ウエハ上にて発生した気泡を
飛ばすことができ、気泡によるメッキ不良を防止でき
る。また、メッキ液を均一に半導体基板上に供給でき、
メッキ処理を面内で均一に行うことができる。さらに、
半導体基板裏面へのメッキ液の回り込みの防止や、メッ
キ液の撹拌促進を図ることも可能である。加えて、メッ
キ液の液切りを、メッキ処理と同一場所において行うこ
とができ、処理装置の簡素化や省スペース化、処理時間
の短縮化等を図ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態であるウエハの配線溝メ
ッキ装置の構成を示す説明図である。

【図２】従来の微細配線メッキ装置の構成を示す説明図
である。

【符号の説明】

１ ウエハ（半導体基板） １ａ プロセス処理面 ２ メッキ処理槽 ３ 回転台 ３ａ 係合溝 ４ カソード電極 ５ パージ室 ５ａ 側壁 ６ 間隙 ７ 内槽 ８ ジャケット ９ リターン流路 １０ メッキ液供給管 １１ フィルタ １２ ポンプ １３ メッキ液タンク １４ アノードバスケット １５ 電源 １６ 銅 １７ ガス排出ダクト １８ 排液口 １９ 隙間 ２０ モータ ２１ 外槽 ２２ 排液口 ２３ 調流プレート ５１ ウエハ ５１ａ プロセス処理面 ５２ メッキ槽 ５２ａ 内側チャンバ ５２ｂ 外側チャンバ ５３ マイナス電極 ５４ ポンプ ５５ メッキ液タンク ５６ プラス電極 ５７ メッキ液 ５８ メッキ液供給パイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｍ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に形成された配線溝にメッキ
   処理により金属膜を形成する半導体基板の配線溝メッキ
   方法であって、前記配線溝の開口部を上側に向けた状態
   でメッキ処理を行うことを特徴とする半導体基板の配線
   溝メッキ方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体基板の配線溝メッ
   キ方法であって、前記半導体基板の上方にアノード電極
   を配設してメッキ処理を行うことを特徴とする半導体基
   板の配線溝メッキ方法。
3. 【請求項３】 半導体基板に形成された配線溝にメッキ
   処理により金属膜を形成する半導体基板の配線溝メッキ
   方法であって、前記半導体基板を回転させてメッキ処理
   を行うことを特徴とする半導体基板の配線溝メッキ方
   法。
4. 【請求項４】 半導体基板に形成された配線溝にメッキ
   処理により金属膜を形成する半導体基板の配線溝メッキ
   装置であって、 前記半導体基板を前記配線溝の開口部を上側に向けた状
   態で収容し、前記開口部が上側に向いた状態で前記半導
   体基板にメッキ処理を行う処理槽を有することを特徴と
   する半導体基板の配線溝メッキ装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体基板の配線溝メッ
   キ装置であって、前記処理槽は、前記半導体基板の上方
   に配設したアノード電極を有することを特徴とする半導
   体基板の配線溝メッキ装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５記載の半導体基板の配
   線溝メッキ装置であって、前記処理槽は、前記半導体基
   板の上方に配設され前記半導体基板に対しメッキ液を供
   給する内槽と、前記内槽を収容する外槽とを有すること
   を特徴とする半導体基板の配線溝メッキ装置。
7. 【請求項７】 半導体基板に形成された配線溝にメッキ
   処理により金属膜を形成する半導体基板の配線溝メッキ
   装置であって、 前記半導体基板を回転可能な状態で収容する処理槽を有
   することを特徴とする半導体基板の配線溝メッキ装置。