JPH1187274A - 半導体ウエハメッキ装置 - Google Patents

半導体ウエハメッキ装置

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JPH1187274A
JPH1187274A JP25282497A JP25282497A JPH1187274A JP H1187274 A JPH1187274 A JP H1187274A JP 25282497 A JP25282497 A JP 25282497A JP 25282497 A JP25282497 A JP 25282497A JP H1187274 A JPH1187274 A JP H1187274A
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JP
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semiconductor wafer
plating
anode
wafer
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Akihisa Hongo
明久 本郷
Hiroaki Inoue
裕章 井上
Takeshi Tokuoka
剛 徳岡
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Ebara Corp
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/288—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハ表面に設けた複数の微細溝や微
細孔の中に確実にメッキ液を侵入できてメッキでき、し
かも各微細溝や微細孔を均一にメッキできる半導体ウエ
ハメッキ装置を提供する。 【解決手段】 メッキ液１１中で半導体ウエハ１００を
回転させるとともに半導体ウエハ１００をカソードとす
るウエハ電気接点３５を設けたウエハ固定台３０と、ア
ノード５１を半導体ウエハ１００の表面近傍に沿って往
復動動作せしめる移動アノード機構５０とを備える。ま
た半導体ウエハ１００表面に平行に対峙する面に、複数
のメッキ液噴射ノズル７１を設置する。半導体ウエハ１
００を回転させながらアノード５１を移動し、同時に各
メッキ液噴射ノズル７１からメッキ液を噴射すること
で、半導体ウエハ１００表面をメッキする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハ表面に
設けた複数の微細溝や微細孔の中に均一且つ確実にメッ
キ処理を行なうのに好適な半導体ウエハメッキ装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体デバイスの配線形成は、ア
ルミニウムスパッタにエッチバックを用いるにしても、
配線部分に銅材を埋めたものに化学機械研摩（ＣＭＰ）
を用いるにしても、スパッタが多く行なわれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら半導体デ
バイスが微細化しその配線の幅が更に小さくなり、ステ
ップカバレッジが大きくなるに従い、従来行なわれてい
たスパッタによる溝や孔へのメタル埋込には限界があ
り、空孔が出来易い。
【０００４】即ち図４（ａ）に示す配線２１１やプラグ
２１３を形成するための溝２０３やコンタクトホール２
０１等の孔の幅は、半導体素子の集積化による微細化の
ためますます狭小なもの、例えば０．１８μｍから０．
１３μｍ程度の幅のものが要求されている。
【０００５】このように微細化した溝２０３やコンタク
トホール２０１等にスパッタによるメタル埋め込みを行
なうことは不可能であり、一方ただ単純にウエット処理
で該埋め込みを行おうとしても、該溝２０３やコンタク
トホール２０１内にあった空気が表面張力などによって
そのまま残留してしまう恐れが増大する。特にコンタク
トホール２０１などはその幅に対して深さが深いので
（例えばそのアスペクト比〔深さ／幅〕≒５等）、内部
に空気が残留し易い。
【０００６】適切なウエット処理、例えばメッキを行う
ためには、溝や孔の内部表面をメッキ液で十分濡らすこ
とが必要なので、もし空気が残留してしまうと該溝２０
３やコンタクトホール２０１内部にメッキ液が浸入する
ことを阻害する結果、メッキによって該溝や孔内部に銅
を埋め込むことができなくなってしまう。
【０００７】一方溝２０３やコンタクトホール２０１内
にメッキ液が充填されたとしても、該メッキ液がそのま
まそこに滞留した場合は、滞留したメッキ液中のメタル
イオンがメッキに利用された後はメッキが進まなくなっ
てしまう。そこで溝２０３やコンタクトホール２０１内
のメッキ液を新たなものと入れ代える必要もある。
【０００８】また半導体ウエハ１００表面上の溝２０３
やコンタクトホール２０１は多数個あり、これら全ての
内部を均一にメッキしていくことは困難であった。
【０００９】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
ありその目的は、半導体ウエハ表面に設けた複数の微細
溝や微細孔の中に確実にメッキ液を侵入できてメッキで
き、しかも各微細溝や微細孔を均一にメッキできる半導
体ウエハメッキ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、半導体ウエハの表面に設けた微細溝や微細
孔の中にメッキ処理を行なう半導体ウエハメッキ装置に
おいて、メッキ液中で半導体ウエハを回転させるととも
に該半導体ウエハをカソードとする電気接点を設けたウ
エハ固定台と、アノードを半導体ウエハの表面近傍に沿
って往復動動作又は回転動動作せしめる移動アノード機
構とを備え、半導体ウエハを回転させながらアノードを
移動することで、半導体ウエハ表面をメッキすることと
した。また本発明は、前記半導体ウエハ表面に平行に対
峙する面に、複数のメッキ液噴射ノズルを設置すること
とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に
かかる半導体ウエハメッキ装置を示す全体概略構成図で
ある。同図に示すようにこの装置は、メッキ処理槽１０
内に、ウエハ固定台３０と、移動アノード機構５０と、
メッキ液噴射ノズルユニット７０とを収納して構成され
ている。以下各構成部材について説明する。なおこの実
施形態では前記図４（ａ）に示す半導体ウエハ１００の
溝２０３やコンタクトホール２０１（以下の実施形態で
は「微細溝や微細孔１０１」とする）内を銅メッキで埋
める例を説明している。
【００１２】メッキ処理槽１０はその内部に電解メッキ
用のメッキ液１１を収納している。メッキ液１１は配管
１３によって循環槽１５及びポンプ１７に接続されてお
り、ポンプ１７の吐出側に接続された配管１３はメッキ
液噴射ノズルユニット７０に接続されている。なおメッ
キ液１１としては例えばＣｕＳＯ4・５Ｈ2Ｏと硫酸と添
加剤と塩素イオンを含む水溶液を用いる。
【００１３】ウエハ固定台３０は円板状の半導体ウエハ
１００の外周を把持することで固定するウエハ固定部３
１と、該ウエハ固定部３１の下面中央に取り付けられた
回転駆動軸３３とを具備している。回転駆動軸３３は図
示しない回転駆動機構によって矢印Ｂ方向に回転駆動さ
れる。
【００１４】なおウエハ固定台３０には陰極側からの電
気回路によってウエハ電気接点３５が設けられており、
このウエハ固定台３０に半導体ウエハ１００をセットし
た際に、半導体ウエハ１００に電圧を印加してカソード
にする。
【００１５】ここで図２は移動アノード機構５０と半導
体ウエハ１００の位置関係を示す平面図である。同図及
び図１に示すように移動アノード機構５０は棒状のアノ
ード５１を具備し、該アノード５１には陽極側からの電
気回路が接続されている。このアノード５１の長さは半
導体ウエハ１００の直径よりも長く形成されており、ま
た図示しない駆動機構によって図示の矢印Ａ方向、即ち
半導体ウエハ１００の表面に沿ってその端から端まで往
復動動作するように構成されている。なおアノード５１
の下面と半導体ウエハ１００表面とはかなり接近してい
る。
【００１６】次に図１に示すメッキ液噴射ノズルユニッ
ト７０は半導体ウエハ１００と略同一径の円板状であっ
て内部は空洞になっている。そしてその下面には所定間
隔毎にメッキ液噴射ノズル７１が形成されており、また
メッキ液噴射ノズルユニット７０の上面中央には配管１
３に接続される接続管７３が取り付けられている。この
メッキ液噴射ノズルユニット７０はその下面が前記半導
体ウエハ１００表面に平行に対峙するように配置されて
いる。
【００１７】次にこの半導体ウエハメッキ装置の操作手
順を説明すると、まず図１に図示するようにウエハ固定
台３０の上に半導体ウエハ１００を把持して固定したも
のをメッキ液１１中に浸漬し、その上にアノード５１と
メッキ液噴射ノズルユニット７０とをセットする。そし
てポンプ１７を駆動してメッキ処理槽１０内のメッキ液
１１を循環し、各メッキ液噴射ノズル７１からメッキ液
を噴射することでメッキ液を半導体ウエハ１００表面に
均一に吹きかけながら、ウエハ固定台３０を矢印Ｂ方向
に回転駆動する。
【００１８】そしてアノード５１と半導体ウエハ１００
間に電界を印加して半導体ウエハ１００上に電解メッキ
を開始すると同時に、アノード５１を半導体ウエハ１０
０上で矢印Ａ方向に往復動動作させる。
【００１９】以上のように各部材を動作させることによ
って以下のような作用が生じる。即ち、アノード５１を
半導体ウエハ１００に接近させた状態で往復動させる
と、図３に示すように半導体ウエハ１００表面に設けた
微細溝や微細孔１０１は、アノード５１が接近する際
（実線で示す）は加圧されてメッキ液１１が押し込まれ
るように作用し、アノード５１が離れていく際（点線で
示す）は減圧されてメッキ液１１が吐き出されるように
作用する。従って該微細溝や微細孔１０１内に残ってい
た気泡もこの押し込み吐き出し作用によって外部に吐き
出されるばかりか、該微細溝や微細孔１０１内に満たさ
れていたメッキ液も該作用によって外部のメッキ液と入
れ替えられる。つまりアノード５１自体にスキージ作用
をさせるのである。
【００２０】またアノード５１を移動することは半導体
ウエハ１００表面の各部に均等にアノード５１が接近す
ることとなるので、各微細溝や微細孔１０１のメッキの
均一化も促進できる。
【００２１】次にこの実施形態ではアノード５１を往復
動させてメッキの均一化を図っているが、更に厳密に言
うと図２に示す矢印Ｃ方向と矢印Ｄ方向でメッキの状態
が異なってしまう恐れがある。しかしながらこの実施形
態ではアノード５１の往復動と同時に半導体ウエハ１０
０を矢印Ｂ方向に回転しているので、半導体ウエハ１０
０の複数の微細溝や微細孔１０１のメッキの状態をさら
に均一化できる。また半導体ウエハ１００を回転するこ
とでその表面に接触するメッキ液を撹拌するので、前記
アノード５１のスキージ作用との相乗作用で各微細溝や
微細孔１０１内部の液の入れ替え作用が促進される。
【００２２】さらにこの実施形態では各メッキ液噴射ノ
ズル７１からメッキ液を噴射することでメッキ液を半導
体ウエハ１００表面に吹きかけているので、半導体ウエ
ハ１００表面のメッキによって欠乏するメタルイオン
（この実施形態では銅イオン）の補給が促進され、メッ
キが促進される（メッキ液の拡散層を薄くできる）。ま
たメッキ時に発生するガスの早期離脱が促進される。
【００２３】以上のことから、半導体ウエハ１００表面
に設けた各微細溝や微細孔１０１内を確実且つ均一且つ
速やかにメッキできることとなる。
【００２４】なお上記半導体ウエハ１００は、上記半導
体ウエハメッキ装置によって図４（ｂ）に示すように半
導体ウエハ１００表面と微細溝や微細孔（図３の場合は
配線用の溝２０３及びコンタクトホール２０１）内に銅
メッキされるが、微細溝や微細孔（２０３，２０１）内
に埋め込んだメッキを残してそれ以外の半導体ウエハ１
００表面のメッキを化学機械研摩によって除去すること
で図４（ｃ）に示すように配線２１１やプラグ２１３が
形成できる。なお２０２はＳｉＯ2絶縁層、２０５はバ
リア層、２２１は導電層である。
【００２５】以上本発明の１実施形態を詳細に説明した
が本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例
えば以下のような種々の変形が可能である。 上記実施形態ではアノードを半導体ウエハの表面に沿
って往復動動作させたが、その代りに回転動動作させて
も良い。またアノードの形状も円板形状など、他の種々
の形状への変更が可能である。
【００２６】ウエハ固定台による半導体ウエハの固定
機構や、半導体ウエハに電気接点を接続する構造や、複
数のメッキ液噴射ノズルを設置する構造などは種々の変
形が可能である。
【００２７】上記実施形態では半導体ウエハに銅メッ
キを施す例を示したが、本発明は銅メッキに限られず、
他の種々の材質によるメッキにも利用できる。また本発
明は半導体ウエハに配線やプラグを形成するため以外の
目的で半導体ウエハにメッキする場合にも利用できるこ
とは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば以下のような優れた効果を有する。 アノードを半導体ウエハの表面近傍に沿って往復動動
作又は回転動動作せしめるように構成したので、半導体
ウエハ表面に設けた微細溝や微細孔には、メッキ液１１
が押し込まれる作用と吐き出される作用（スキージ作
用）が生じ、微細溝や微細孔内に残っていた気泡が外部
に吐き出されるばかりか、微細溝や微細孔内に満たされ
ていたメッキ液も外部のメッキ液と入れ替えられてメッ
キが確実且つ迅速に行なわれる。同時に各微細溝や微細
孔を均一にメッキ出来るようになる。
【００２９】アノードを往復動動作又は回転動動作さ
せると同時にウエハ固定台によって半導体ウエハを回転
しているので、半導体ウエハの複数の微細溝や微細孔の
メッキの状態をさらに均一化でき、また半導体ウエハを
回転することでその表面に接触するメッキ液を撹拌する
ので、前記アノードのスキージ作用との相乗効果で各微
細溝や微細孔の液の入れ替え作用が促進できる。
【００３０】複数のメッキ液噴射ノズルからメッキ液
を噴射することでメッキ液を半導体ウエハ表面に吹きか
けるので、半導体ウエハ表面のメッキによって欠乏する
メタルイオンの補給が促進され、メッキが促進され、ま
たメッキ時に発生するガスの早期離脱が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体ウエハメッ
キ装置を示す全体概略構成図である。
【図２】移動アノード機構５０と半導体ウエハ１００の
位置関係を示す平面図である。
【図３】アノード５１による半導体ウエハ１００表面に
設けた微細溝や微細孔１０１へのスキージ作用を説明す
るための図である。
【図４】半導体ウエハ１００表面に配線２１１とプラグ
２１３を絶縁層の穴埋めと化学機械研摩法の組合せで形
成する方法を示す図である。
【符号の説明】
１０ メッキ処理槽 １１ メッキ液 ３０ ウエハ固定台 ３５ ウエハ電気接点（電気接点） ５０ 移動アノード機構 ５１ アノード ７０ メッキ液噴射ノズルユニット ７１ メッキ液噴射ノズル １００ 半導体ウエハ １０１ 微細溝や微細孔

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウエハの表面に設けた微細溝や微
    細孔の中にメッキ処理を行なう半導体ウエハメッキ装置
    において、 メッキ液中で半導体ウエハを回転させるとともに該半導
    体ウエハをカソードとする電気接点を設けたウエハ固定
    台と、 アノードを半導体ウエハの表面近傍に沿って往復動動作
    又は回転動動作せしめる移動アノード機構とを備え、 半導体ウエハを回転させながらアノードを移動すること
    で、半導体ウエハ表面をメッキすることを特徴とする半
    導体ウエハメッキ装置。
  2. 【請求項２】 前記半導体ウエハ表面に平行に対峙する
    面に、複数のメッキ液噴射ノズルを設置したことを特徴
    とする請求項１記載の半導体ウエハメッキ装置。
JP25282497A 1997-09-01 1997-09-01 半導体ウエハメッキ装置 Pending JPH1187274A (ja)

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