JPH1192947A - 半導体ウエハのメッキ方法及び装置 - Google Patents

半導体ウエハのメッキ方法及び装置

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JPH1192947A
JPH1192947A JP26785397A JP26785397A JPH1192947A JP H1192947 A JPH1192947 A JP H1192947A JP 26785397 A JP26785397 A JP 26785397A JP 26785397 A JP26785397 A JP 26785397A JP H1192947 A JPH1192947 A JP H1192947A
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JP
Japan
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plating
semiconductor wafer
negative electrode
microgrooves
plated
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JP26785397A
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English (en)
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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
Original Assignee
Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハに設けた微細溝や微細孔内を確
実にメッキで埋めることが出来る半導体ウエハのメッキ
方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 メッキ処理槽10内に浸漬した半導体ウ
エハ100表面のメッキ成長を無電解メッキによって行
なうとともに、間歇的にマイナス電極板30を用いて半
導体ウエハ100に逆電解メッキを行なうことで微細溝
や微細孔の入口部分のメッキの一部を再溶解する。

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
設けた微細溝や微細孔中へメッキ処理を施すのに好適な
半導体ウエハのメッキ方法及び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】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って例えば0.18μmから
0.13μm程度の幅のものが要求されて、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
ッタによる配線用の微細溝や微細孔へのメタル埋込は困
難になり、空孔が出来易くなっていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこでスパッタの代わ
りに半導体ウエハをメッキ液に浸漬してその表面及び配
線用の微細溝や微細孔内に電解メッキ又は無電解メッキ
を施すことが考えられている。しかしながら半導体ウエ
ハを電解メッキすることでその微細溝や微細孔内のメッ
キを行なおうとすると、微細溝や微細孔の奥の方に比べ
て入口付近に電流が集中するため該入口付近のメッキ膜
厚がその内部のメッキ膜厚に比べて厚くなってしまい、
さらには内部が完全にメッキで埋められる前に入口がメ
ッキで塞がれてしまい、内部が空孔のまま残ってしまう
という問題点があった。
【0005】この点、無電解メッキの場合は微細溝や微
細孔の各部におけるメッキの成長速度が均一なので空孔
はできにくいが、それでも微細溝や微細孔の入口部分の
メッキの方が多少でも速く成長するとやはり内部に空孔
ができたままでその入口が塞がれてしまう恐れがあっ
た。
【0006】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、半導体ウエハに設けた微細溝や微細孔
内を確実にメッキで埋めることが出来る半導体ウエハの
メッキ方法及び装置を提供することにある。
【0007】
【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、被メッキ面が導電性部材で形成されている
半導体ウエハ表面の微細溝や微細孔中へメッキ処理を施
す半導体ウエハのメッキ方法において、前記半導体ウエ
ハ表面のメッキ成長を無電解メッキによって行なうとと
もに、間歇的に半導体ウエハに逆電解メッキを行なうこ
とで微細溝や微細孔の入口部分のメッキの一部を再溶解
せしめることとした。また本発明は、被メッキ面が導電
性部材で形成されている半導体ウエハ表面の微細溝や微
細孔中へメッキ処理を施す半導体ウエハのメッキ装置に
おいて、前記半導体ウエハを無電解メッキによってメッ
キ成長せしめるメッキ処理槽と、該メッキ処理槽内に収
納されて前記無電解メッキ中の半導体ウエハに間歇的に
逆電解メッキを行わしめるマイナス電極部材とを具備し
て構成した。
【0008】
【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の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メッキ装置は、メッキ処
理槽10内に半導体ウエハ100と、ウエハ固定台20
と、マイナス電極板30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
は半導体ウエハ100表面に設けた複数の微細溝や微細
孔内を銅メッキで埋める例を説明する。
【0009】メッキ処理槽10はその内部にメッキ液1
1を満たしている。メッキ液11としては、無電解メッ
キ液を用い、例えばCuSO4・5H2OとEDTA・4
Na(エチレンジアミン四酢酸ナトリウム)とTMAH
(テトラメチルアンモニウムハイドライドオキサイド)
とホルマリンとを含む水溶液を用いる。
【0010】ウエハ固定台20は円板状の半導体ウエハ
100の下面を載置して外周を把持することで該半導体
ウエハ100の上面をメッキ液11中に露出して保持す
る構造に構成されている。またウエハ固定台20には陽
極側からの電気回路によってウエハ電気接点21が取り
付けられており、ウエハ固定台20に半導体ウエハ10
0をセットした状態で半導体ウエハ100の表面にプラ
スの電圧を印加できるように構成されている。
【0011】次にマイナス電極板30は図2に示すよう
に、回転軸31の下端から多数枚の扇状の羽根部33を
放射状に突出し、羽根部33全体で半導体ウエハ100
と同一形状寸法の略円板を形成するようにして構成され
ている。各羽根部33は回転軸31が矢印A方向に回転
することでメッキ液11を下向き(矢印B方向)に押し
流す形状に形成されている。
【0012】次に図1に示す半導体ウエハ100の露出
している上面のメッキしようとする被メッキ面には導電
性部材となるバリア層が形成されており、且つ該被メッ
キ面中には微細溝や微細孔が設けられている。即ち例え
ば、図5(a)に示すように、その表面に配線用の溝2
03やコンタクトホール201等(これらが微細溝や微
細孔に相当する)が形成され、且つその表面がバリア層
205という導電性部材(例えばTiN製)で覆われて
いる半導体ウエハ100である(もちろん他の構造の半
導体ウエハであっても良い)。
【0013】次にこのメッキ装置の操作手順を説明す
る。まず図1に示すようにウエハ固定台20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
に浸漬すると同時に、この半導体ウエハ100の真上に
マイナス電極板30を移動してきてその面を半導体ウエ
ハ100の面と平行に配置する。このとき半導体ウエハ
100とマイナス電極板30間には電圧を印加しない。
また回転軸31を図示しない駆動手段によって駆動する
ことでマイナス電極板30を矢印A方向に回転してお
く。
【0014】これによって半導体ウエハ100の表面に
は無電解メッキが開始され、銅メッキが始まる。
【0015】そのとき半導体ウエハ100表面に設けた
微細溝や微細孔内にも無電解メッキが成長するが無電解
メッキなので、図3(a)に示すように微細溝や微細孔
101の入り口部分もその内部も略同一速度でメッキが
成長していく。なお図3に示す微細溝や微細孔101は
図5に示す溝203やコンタクトホール201に相当す
るものであるが、図5に示すバリア層205に相当する
層の記載は省略している。
【0016】次にメッキが所定の厚みだけ成長した段階
で、図1に示す半導体ウエハ100とマイナス電極板3
0間に電圧を印加することで逆電解メッキを瞬間的な短
い時間だけ行なう。その際流れる電流は微細溝や微細孔
101の奥の方に比べて入口付近に集中するため、微細
溝や微細孔101の入口付近のメッキほどより多く溶解
し、奥になるほど溶解しない(図3(b)の黒く塗りつ
ぶした部分が溶解した部分を示している)。
【0017】そして逆電解メッキ終了後は再び前記無電
解メッキをそのまま継続するが、所定時間メッキが成長
する毎に間歇的に瞬間的な逆電解メッキを繰り返す。
【0018】つまり半導体ウエハ100へのメッキ成長
は無電解メッキで行なうが、間歇的に半導体ウエハ10
0を逆電解メッキすることで微細溝や微細孔101の入
口部分に成長したメッキを内部に成長したメッキよりも
より多く溶解し、これによって微細溝や微細孔101の
内部が奥の方からメッキで完全に埋められて行き、入口
部分が先にメッキで塞がれることで内部に空孔が残るこ
とを確実に防止しているのである。なお逆電解メッキの
際はマイナス電極板30には銅が付着する。
【0019】なおマイナス電極板30の面を半導体ウエ
ハ100の面と平行に対峙せしめて回転させたのは、半
導体ウエハ100全面にわたる逆電解メッキの条件を同
じにして逆電解メッキ時のメッキ溶解量を均一にするた
めである。
【0020】またマイナス電極板30を回転することで
羽根部33によって半導体ウエハ100表面に向けてメ
ッキ液が吹き付けられるが、このように構成したのは、
逆電解によってメッキ液11中の還元剤が酸化され易く
なるため、半導体ウエハ100表面のメッキ液11の入
れ換えを促進するためである。
【0021】図4は他の構造のマイナス電極板30−2
を示す斜視図である。このマイナス電極板30−2は、
長方形状の板であってその内部に平行に多数本の直線状
の孔35−2を設け、各孔35−2内に下方向に折れ曲
げてなる羽根部33−2を設けて構成されている。
【0022】このマイナス電極板30−2の場合も前記
マイナス電極板30と同様に半導体ウエハ100の上部
にこれと平行に対峙して設置される。そしてこの状態で
矢印C方向に往復動するように動作させることでメッキ
液を上下方向に移動せしめ、半導体ウエハ100表面の
メッキ液11の入れ換えを促進する。
【0023】以上の実施形態によって図5(a)に示す
半導体ウエハ100をメッキすると、図5(b)に示す
ように半導体ウエハ100表面と溝203やコンタクト
ホール201(微細溝や微細孔)内に銅メッキ207が
形成されるが、さらに溝203やコンタクトホール20
1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100表面の銅メッキ207を化学機械研摩によって
除去することで図5(c)に示すように配線211やプ
ラグ213が形成される。なお202はSiO2絶縁
層、221は導電層である。
【0024】なお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。
【0025】また本メッキ装置を構成する各部材の形
状、構造、動作に種々の変更が可能であることは言うま
でもない。
【0026】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、無電解メッキ中の半導体ウエハに対して間歇的に逆
電解メッキを行なうことで微細溝や微細孔の入口部分の
メッキをその内部よりもより多く溶解して微細溝や微細
孔の奥の方からメッキを完全に埋めるように構成したの
で、該微細溝や微細孔内を確実にメッキで埋めることが
出来るという優れた効果を有する。
【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のメ
ッキ装置を示す全体概略構成図である。
【図2】マイナス電極板30を示す斜視図である。
【図3】半導体ウエハ100表面に設けた微細溝や微細
孔101のメッキの成長状態を示す図である。
【図4】他の構造のマイナス電極板30−2を示す斜視
図である。
【図5】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 20 ウエハ固定台 30 マイナス電極板(マイナス電極部材) 33,33−2 羽根部 100 半導体ウエハ 101 微細溝や微細孔 201 コンタクトホール201(微細孔) 203 溝(微細溝) 205 バリア層(導電性部材)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被メッキ面が導電性部材で形成されてい
    る半導体ウエハ表面の微細溝や微細孔中へメッキ処理を
    施す半導体ウエハのメッキ方法において、 前記半導体ウエハ表面のメッキ成長を無電解メッキによ
    って行なうとともに、間歇的に半導体ウエハに逆電解メ
    ッキを行なうことで微細溝や微細孔の入口部分のメッキ
    の一部を再溶解せしめることを特徴とする半導体ウエハ
    のメッキ方法。
  2. 【請求項2】 前記メッキされた半導体ウエハの表面を
    化学機械研摩することで微細溝や微細孔内のメッキを残
    して半導体ウエハ表面のメッキを除去することを特徴と
    する請求項1記載の半導体ウエハのメッキ方法。
  3. 【請求項3】 被メッキ面が導電性部材で形成されてい
    る半導体ウエハ表面の微細溝や微細孔中へメッキ処理を
    施す半導体ウエハのメッキ装置において、 前記半導体ウエハを無電解メッキによってメッキ成長せ
    しめるメッキ処理槽と、 該メッキ処理槽内に収納されて前記無電解メッキ中の半
    導体ウエハに間歇的に逆電解メッキを行わしめるマイナ
    ス電極部材とを具備することを特徴とする半導体ウエハ
    のメッキ装置。
  4. 【請求項4】 前記マイナス電極部材は板状であって、
    半導体ウエハの被メッキ面に平行に対峙するように設置
    され、さらに該マイナス電極部材は回転又は往復運動す
    ることでメッキ液の撹拌を行なう羽根部を備えているこ
    とを特徴とする請求項3記載の半導体ウエハのメッキ装
    置。
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