JPH1180967A - めっき装置 - Google Patents

めっき装置

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JPH1180967A
JPH1180967A JP25933097A JP25933097A JPH1180967A JP H1180967 A JPH1180967 A JP H1180967A JP 25933097 A JP25933097 A JP 25933097A JP 25933097 A JP25933097 A JP 25933097A JP H1180967 A JPH1180967 A JP H1180967A
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suction
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Akihisa Hongo
明久 本郷
Kenichi Suzuki
憲一 鈴木
Takeshi Tokuoka
剛 徳岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な配線用の溝等の微細窪みに銅又は銅合
金等の電気比抵抗の小さい材料を均一に充填することが
できるめっき装置を提供する。 【解決手段】 めっき液を保持するめっき槽10と、め
っき液中に配置された基板Wに対向して配置された吸引
ノズル20及び吐出ノズル22と、吸引ノズル20及び
吐出ノズル22を基板Wの表面に沿って相対移動させる
移動手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板のめっき装置
に係り、特に半導体基板に形成された配線用溝等に銅
(Cu)等の金属を充填するための充填方法及び装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体基板上に配線回路を形成す
るためには、基板面上にスパッタリング等を用いて成膜
を行った後、さらにレジスト等のパターンマスクを用い
たケミカルドライエッチングにより膜の不要部分を除去
していた。
【0003】配線回路を形成するための材料としては、
アルミニウム(Al)又はアルミニウム合金が用いられ
ているが、集積度が高くなるにつれて配線が細くなり、
電流密度が増加するために熱応力や温度上昇を生じる。
これは、ストレスマイグレーションやエレクトロマイグ
レーションによってAl等が希薄化するに従いさらに顕
著となり、ついには断線のおそれが生じる。
【0004】そこで、通電による過度の発熱を避けるた
め、より導電性の高い材料を配線形成に採用することが
必然的に要求されている。現用材料のうち、Al系より
も電気比抵抗の小さい材料としては、銅(Cu)と銀
(Ag)がある。
【0005】しかしながら、Cu又はその合金はドライ
エッチングが難しく、全面を成膜してからパターン形成
する上記の方法の採用は困難である。そこで、予め所定
パターンの配線用の溝を形成しておき、その中にCu又
はその合金を充填する工程が考えられる。これによれ
ば、膜をエッチングにより除去する工程は不要で、表面
段差を取り除くための研磨工程を行えばよい。また、多
層回路の上下を連絡するプラグと呼ばれる部分も同時に
形成することができる利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな配線溝あるいはプラグの形状は、配線幅が微細化す
るに伴いかなりの高アスペクト比(深さと直径又は幅の
比)となり、スパッタリング成膜では均一な金属の充填
が困難であった。また、種々の材料の成膜手段として気
相成長(CVD)法が用いられるが、Cu又はその合金
では、適当な気体原料を準備することが困難であり、ま
た、有機原料を採用する場合にはこれから堆積膜中へ炭
素(C)が混入してマイグレーション性が上がるという
問題点があった。
【0007】さらに、基板をめっき液中に浸漬させて無
電解又は電解めっきを行なう方法も提案されているが、
溝や穴の底部への液の循環やイオンの供給が不充分とな
るので、溝の縁に比べて底部の膜成長が遅く、溝の上部
が詰まって底部に空洞(ボイド)ができてしまうなどし
て、均一な充填が困難であった。
【0008】本発明は、上述の事情に鑑み、微細な配線
用の溝等の微細窪みに銅又は銅合金等の電気比抵抗の小
さい材料を均一に充填することができるめっき装置を提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、めっき液を保持するめっき槽と、該めっき液中に配
置された基板に対向して配置された吸引ノズル及び吐出
ノズルと、前記吸引ノズル及び吐出ノズルを前記基板の
表面に沿って相対移動させる移動手段とを有することを
特徴とするめっき装置である。
【0010】これにより、吸引ノズル及び吐出ノズルの
少なくとも一方を基板表面に沿って相対移動させて、基
板表面近傍においてめっき液の圧力変動を形成し、めっ
き液の微細窪みへの流入あるいはめっきすべき金属イオ
ンの流動を促進する。ノズルと基板のいずれを移動させ
てもよく、双方を移動してもよい。ノズルを移動する場
合には、吸引ノズルと吐出ノズルを一体にして連動させ
ると駆動機構が簡単になる。
【0011】請求項2に記載の発明は、前記吸引ノズル
及び吐出ノズルは互いに隣接し、その間にノズル面と基
板面によりめっき液の流路を形成するように配置されて
いることを特徴とする請求項1に記載のめっき装置であ
る。具体的には、ノズルを基板表面に近接させ、ノズル
面と基板面の隙間に形成される流路の断面積を、ノズル
の流路断面積より小さくすることにより、ノズル近傍で
の吸引あるいは吐出圧力を維持することができる。
【0012】請求項3に記載の発明は、前記吸引ノズル
及び/又は吐出ノズルは、所定方向に延びるスリット又
は所定方向に連なる複数の孔列として形成されているこ
とを特徴とする請求項1に記載のめっき装置である。い
ずれの場合も基板の全面に渡るような長さに設定して、
処理範囲を確保するのが望ましい。
【0013】請求項4に記載の発明は、前記吸引ノズル
及び/又は吐出ノズルの前記スリット又は前記複数の孔
列は、互いに平行に形成され、前記吸引ノズル及び吐出
ノズルは、基板に対して前記スリット又は孔列に直交す
る方向に相対移動することを特徴とする請求項3に記載
のめっき装置である。
【0014】請求項5に記載の発明は、前記吸引ノズル
及び/又は吐出ノズルの前記スリット又は前記複数の孔
列は、基板の中心から放射状に延びて形成され、前記吸
引ノズル及び吐出ノズルは、基板に対して相対回転する
ことを特徴とする請求項3に記載のめっき装置である。
【0015】請求項6に記載の発明は、前記吸引ノズル
及び吐出ノズルはそれぞれ独自にめっき液を吸引し吐出
するポンプ手段を有していることを特徴とする請求項1
に記載のめっき装置である。これにより、めっき液の循
環槽との循環は独立した1台のポンプで行われるため、
安定した循環量が維持できる。
【0016】請求項7に記載の発明は、請求項1ないし
6のいずれかに記載のめっき装置を用いてめっきした
後、基板に付着した金属の不要部分を化学的・機械的研
磨装置により研磨して除去することを特徴とする基板の
加工方法である。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1ないし図3は、第1の
実施の形態のめっき装置を示すもので、めっき槽10内
に保持台12により基板Wが保持され、基板Wに対向す
る位置に、中央の吸引ヘッド14とその両側に配置した
2つの吐出ヘッド16が一体に形成されたノズルヘッド
18が移動自在に設置されている。吸引ヘッド14のノ
ズル面14aは吐出ヘッド16のノズル面16aより基
板Wに向けて突出しており、それぞれ所定の幅の矩形状
の面に形成されている。
【0018】吸引ヘッド14のノズル面14aには、図
2に示すように対象の基板の最大径より大きな長さのス
リット状のノズル20が形成され、一方、吐出ヘッド1
6のノズル面16aには分散した小孔状のノズル22が
形成されている。吸引ヘッド14のノズル面14aには
ノズル20の両側に所定幅の平坦部が形成され、これは
ノズル面14aが基板面に近接した状態で基板面との間
に吸引ノズル20と吐出ノズル22の間の流路を形成す
る。
【0019】吸引ヘッド14にはフレキシブルな配管2
4を介して排液ポンプ26が接続され、このポンプ26
の排出側はめっき槽10の下部へ接続されて吸引循環流
路28を形成している。一方、吐出ヘッド16には配管
30を介して給液ポンプ32が接続され、このポンプ3
2の流入側は、温度調節用のヒータ34が設けられた貯
液槽36に接続されている。この貯液槽36にはめっき
槽に付設されたオーバーフロー槽38のドレン配管40
が接続されており、これにより、吸引循環流路28とは
独立の吐出循環流路42が形成されている。
【0020】ノズルヘッド18は、全体として、例え
ば、レール上を走行可能な台車に載置されており、吸引
ノズル20のスリットに直交する方向に移動可能となっ
ている。なお、基板Wを保持する保持台12側を移動さ
せても良く、両方を同時に移動させてもよい。また、両
者の相対移動の方向や速度は、吸引ノズル20の通過に
よる圧力変動が基板Wの全面に均一に及ぶように適宜の
態様を採ることができる。
【0021】このように構成されためっき装置の作用
を、半導体基板の配線回路形成のためのCu又はその合
金のめっきを行なう場合について説明する。被処理対象
の基板Wは、図4(a)に示すように、半導体素子が形
成された半導体基材50の上に導電層52及びSiO2
からなる絶縁層54を堆積させた後、リソグラフィ・エ
ッチング技術によりコンタクトホール56と配線用の溝
58が形成され、その上にTiN等からなるバリア層6
0が形成されている。
【0022】このような基板Wを保持台12に載置し、
めっき槽10及び貯液槽36内のめっき液は所定温度に
維持しておく。そして、ノズルヘッド18又は基板保持
台12を昇降させて、吸引ヘッド14のノズル面14a
が予め定めた隙間をもって基板Wに対向するよう上下方
向の位置を調整する。
【0023】次に、排液ポンプ26及び給液ポンプ32
を作動させて、吸引系及び吐出系のそれぞれの液循環経
路28,42を形成する。これにより、吐出ヘッド16
の小孔状のノズル22から出ためっき液は基板Wと吸引
ノズル面14aの間の隙間を通って吸引ノズル14に吸
引される。ここにおいて、基板Wと吸引ノズル面14a
の間の隙間を充分小さく設定することにより大きな流路
抵抗が形成され、吸引ノズル14の近傍で大きな負圧が
作用する。
【0024】このように吸引ノズル14近傍で大きな負
圧を発生させながら、ノズルヘッド18全体を平行移動
させ、負圧が及ぶ基板面上の箇所を移動させる。吸引ノ
ズル14及びノズル面14aの通過に伴って、基板Wの
特定の配線用溝58の上部に大きな圧力変動が起き、こ
れによって溝58内のめっき液の流動と置換が促進され
る。この場合の最適な相対移動速度は、実験的に求める
ことができる。ノズルヘッド18を往復移動させて上記
過程を繰り返し行なうことにより、基板Wの全面におい
て溝58の内部を充填するようなめっきが施される。
【0025】以上の液相めっき工程により、図4(b)
に示すように半導体基板1のコンタクトホール56およ
び溝58にCuを充填するとともに絶縁膜54上にCu
層62を堆積させる。その後、化学的機械的研磨(CM
P)により、絶縁膜54上のCu層を除去してコンタク
トホール56および配線用の溝58に充填されたCu層
62の表面と絶縁膜54の表面とをほぼ同一平面にす
る。これにより、図4(c)に示すようにCu層62か
らなる配線が形成される。
【0026】図5及び図6は、この発明のめっき装置の
第2の実施の形態を示すもので、ここでは、ノズル面7
0を基板Wとほぼ同じ大きさの円形にしており、ノズル
ヘッド72は全体としてノズル近傍の大径部74、上部
の小径部76及びその間のテーパ部78とから構成され
ている。ノズルヘッド72の内部は放射状に延びる隔壁
80で、図の例では8つに区画され、周方向に交互に吸
引ヘッド82と吐出ヘッド84が配置されている。ノズ
ルヘッド72の上部には、これを回転自在に支持する支
持機構(図示略)とこれを回転駆動用のモータ86が設
けられている。
【0027】各吸引ヘッド82と吐出ヘッド84には、
中心から径方向に延びるノズル孔列88,90が形成さ
れている。この例では、吸引ヘッド82のノズル88は
比較的大径の孔として、吐出ヘッド84のノズル90は
比較的小径の孔として形成されている。また、吸引ノズ
ル82はそれぞれの径方向位置をずらして形成してお
り、径方向での圧力変動の不均一が起きないようにして
いる。各吸引ヘッド82と吐出ヘッド84は、それぞれ
ノズルヘッド72の上部に設けた流体継手92,94を
介してめっき液の吸引循環経路及び吐出循環経路に連絡
されている。
【0028】このように構成されためっき装置において
は、図1に示す実施の形態に比べて簡単な装置構成で同
等の効果を得ることができる。ノズル孔88,90の配
置や密度、大きさや形状等は、均一な効果を得るような
ものを適宜に選択する。なお、ここではノズルヘッド7
2を回転させたが、基板保持台12を回転させるように
してもよい。さらに、相対回転と相対平行移動とを適宜
に組み合わせて行うようにしてもよい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸引ノズル及び吐出ノズルの少なくとも一方を基板表面
に沿って相対移動させて、基板表面近傍においてめっき
液の圧力変動を形成し、めっき液の微細窪みへの流入あ
るいはめっきすべき金属イオンの流動を促進することに
より、微細な配線用の溝等に銅又は銅合金等の電気比抵
抗の小さい材料を、効率良く、しかも空洞(ボイド)を
形成することなく充填することができ、従って、高密度
化する半導体集積回路の実用化を促進する有用な技術を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のめっき装置の全体
の概略を示す説明図である。
【図2】図1の実施の形態のめっき装置の要部を示す断
面図である。
【図3】図1の実施の形態のめっき装置のノズルの配置
を示す平面図である。
【図4】本発明のめっき装置によってめっきを行なう工
程の一例を示す断面図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態のめっき装置の全体
の概略を示す説明図である。
【図6】図5の実施の形態のめっき装置のノズルの配置
を示す平面図である。
【符号の説明】
10 めっき槽 12 保持台 14,82 吸引ヘッド 14a,70 ノズル面 16,84 吐出ヘッド 18,72 ノズルヘッド 20,88 吸引ノズル 22,90 吐出ノズル 26 排液ポンプ 32 給液ポンプ 86 モータ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 めっき液を保持するめっき槽と、 該めっき液中に配置された基板に対向して配置された吸
    引ノズル及び吐出ノズルと、 前記吸引ノズル及び吐出ノズルを前記基板の表面に沿っ
    て相対移動させる移動手段とを有することを特徴とする
    めっき装置。
  2. 【請求項2】 前記吸引ノズル及び吐出ノズルは互いに
    隣接し、その間にノズル面と基板面によりめっき液の流
    路を形成するように配置可能であることを特徴とする請
    求項1に記載のめっき装置。
  3. 【請求項3】 前記吸引ノズル及び/又は吐出ノズル
    は、所定方向に延びるスリット又は所定方向に連なる複
    数の孔列として形成されていることを特徴とする請求項
    1に記載のめっき装置。
  4. 【請求項4】 前記吸引ノズル及び/又は吐出ノズルの
    前記スリット又は前記複数の孔列は、互いに平行に形成
    され、前記吸引ノズル及び吐出ノズルは、基板に対して
    前記スリット又は孔列に直交する方向に相対移動するこ
    とを特徴とする請求項3に記載のめっき装置。
  5. 【請求項5】 前記吸引ノズル及び/又は吐出ノズルの
    前記スリット又は前記複数の孔列は、基板の中心から放
    射状に延びて形成され、前記吸引ノズル及び吐出ノズル
    は、基板に対して相対回転することを特徴とする請求項
    3に記載のめっき装置。
  6. 【請求項6】 前記吸引ノズル及び吐出ノズルはそれぞ
    れ独自にめっき液を吸引し吐出するポンプ手段を有して
    いることを特徴とする請求項1に記載のめっき装置。
  7. 【請求項7】 請求項1ないし6のいずれかに記載のめ
    っき装置を用いてめっきした後、基板に付着した金属の
    不要部分を化学的・機械的研磨装置により研磨して除去
    することを特徴とする基板の加工方法。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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