JP2002129385A - めっき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハ等の被処理体の被成膜面に形成
されているコンタクトホール等の凹部にめっき液を十分
に行き渡らせ、埋込み性の良好な成膜を行うことのでき
るめっき方法を提供すること。 【解決手段】 本発明のめっき方法は、被処理体Ｗの被
成膜面に純水８２等を付着させ、被処理体の成膜面に形
成された凹部８０の内面を純水８２により濡らす第１ス
テップと、この第１ステップの後、被処理体の被成膜面
が濡れた状態にて、被処理体をめっき液１４に浸漬し電
解めっき法により被処理体の被成膜面に銅膜を成膜する
第２ステップとを含むことを特徴とする。このように、
電解めっき処理の前処理として純水８２を被処理体の被
成膜面に付着させ、凹部８０の内面を濡らすことで、め
っき液が凹部に侵入しやすくなり、成膜不良を防止でき
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、半導体デバイス等
の製造技術に関し、特に、銅等の金属膜の成膜に用いら
れる電解めっき方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化、微細
化は急速な進展をみせており、現在のサブハーフミクロ
ンからサブクォータミクロンへと着実に移行しようとし
ている。このような半導体デバイスの高集積化、微細化
の要請に対応して、低抵抗でありエレクトロマイグレー
ション耐性にも優れた銅が配線材料として注目されてお
り、実際に実用化が進められている。

【０００３】銅配線膜の成膜方法としてはスパッタリフ
ロー法やＣＶＤ法等、種々あるが、電解めっき法が、低
コスト、高スループットで比較的良好な埋込み性が得ら
れることから広く採用されている。

【０００４】従来一般の銅の電解めっき装置としては、
図２に示すようなフェイスダウン方式のものが知られて
いる。このめっき装置１０においては、液槽１２内のめ
っき液１４に半導体ウェハＷをその被成膜面を下向きに
して浸漬させ、液槽１２の下部に配置された銅板１６と
半導体ウェハＷとの間に電圧を印加させることで、銅が
半導体ウェハＷ上に成膜されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、電解めっき
法においては、半導体ウェハＷの被成膜面に形成された
コンタクトホールや配線溝等の凹部にめっき液が十分に
行き渡っていることが必須の条件となる。すなわち、凹
部内に気泡が残存している場合には、その部分に銅は付
着せず、埋込み性の悪い成膜となってしまう。

【０００６】このため、従来においては、半導体ウェハ
Ｗを傾け且つ回転させながらめっき液中に投入すること
とし、半導体ウェハＷの被成膜面上に空気が溜まらない
よう図っている。

【０００７】しかしながら、半導体デバイスの高集積
化、微細化により、コンタクトホール等へのめっき液の
確実な充填は困難となってきている。

【０００８】そこで、本発明の目的は、半導体ウェハ等
の被処理体の被成膜面に形成されているコンタクトホー
ル等の凹部にめっき液を十分に行き渡らせ、埋込み性の
良好な成膜を行うことのできるめっき方法を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるめっき方法は、被処理体の被成膜面に
純水、めっき液、その他めっき液と混合した場合に当該
めっき液の成分比を維持する液体を付着させ、被処理体
の成膜面に形成された凹部の内面を液体により濡らす第
１ステップと、この第１ステップの後、被処理体の被成
膜面が濡れた状態にて、被処理体をめっき液に浸漬し電
解めっき法により被処理体の被成膜面に金属膜を成膜す
る第２ステップとを含むことを特徴としている。

【００１０】このように、電解めっき処理の前処理とし
て、純水やめっき液等の液体を被処理体の被成膜面に付
着させ、コンタクトホールや配線溝のような凹部の内面
をその液体で濡らすことで、被処理液をめっき液に浸漬
させた際にめっき液が凹部に侵入しやすくなり、成膜不
良の発生を抑制ないしは防止することができる。

【００１１】純水等の液体の付着方法としては、液体を
霧状として、この霧状の液体に被処理体を接触させるこ
とにより行うことが有効である。霧状の液体とすること
で、微細な凹部の内面にも液体が行き渡るからである。

【００１２】また、液体の付着方法は、液槽に貯留され
た液体に被処理体を浸漬させることにより行ってもよ
い。かかる場合、凹部に入り込んだ気泡を破潰、除去す
るために、液槽内に被処理体を浸漬している間、液体に
振動を与えることが好ましい。同様な目的で、被処理体
に前記液体を付着した後、被処理体に振動を与えてもよ
い。

【００１３】また、一般的なめっき整備は、電解めっき
法によるめっき装置と、めっき液装置によって成膜処理
された被処理体を純水により洗浄する洗浄装置とを備え
ているので、未処理の被処理体をめっき装置に搬送する
前に、洗浄装置において当該被処理の被処理体の被成膜
面に純水を付着させることが、設備の有効利用となり、
好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明によるめっき方法を実行す
ることのできる設備の一実施形態を示す概略断面図であ
る。図１に示すめっき設備１００は、内部が高い清浄度
に保たれるハウジング２００と、このハウジング２００
内に配置された電解めっき装置１０とを備えている。図
示実施形態においては、複数枚の半導体ウェハ（被処理
体）Ｗを同時処理することができるよう、複数台のめっ
き装置１０が配設されている。

【００１６】めっき装置１０は、図２を参照して先に述
べた従来のものと同様な構成である。従って、図２を再
度参照して説明すると、このめっき装置１０は、液槽１
２と、液槽１２の下部に配置された成膜材料源である円
盤状の銅板１６と、半導体ウェハＷを下向きに保持する
ウェハホルダ１８とを備えている。

【００１７】液槽１２の底部にはめっき液供給口２０が
配設されている。めっき液供給口２０には外部のポンプ
２２が接続されており、これによりめっき液１４が液槽
１２内に底部から供給され、上方に流通することとな
る。また、液槽１２の周囲は外槽２４により囲まれてお
り、液槽１２から溢流しためっき液１４を受け、そのめ
っき液１４を外部のタンク２６に回収することができる
ようになっている。タンク２６はポンプ２２の吸込み口
に接続されているため、めっき液１４は循環使用され
る。

【００１８】銅板１６は略円筒形の液槽１２の底部に実
質的に同軸に且つ水平に配置されており、液槽１２の内
壁面と銅板１６との間には環状の間隙が形成されてい
る。従って、液槽１２の底部の供給口２０から供給され
ためっき液１４は、この間隙を通って液槽１２内を上昇
していく。

【００１９】銅板１６の上方には、半導体ウェハＷを保
持して液槽１２内に貯留されためっき液１４に浸漬させ
るウェハホルダ１８が配置されている。ウェハホルダ１
８のウェハ保持面は水平に且つ下向きとされており、こ
の保持面にて保持された半導体ウェハＷの被成膜面も下
向きとなる。また、ウェハホルダ１８は、液槽１２の垂
直の中心軸線を中心として回転駆動されるよう回転駆動
源２８に接続されている。

【００２０】ウェハホルダ１８は更に、昇降・傾動機構
（図示しない）を備えており、ウェハ交換等のために半
導体ウェハＷを液槽１２の上方に移動させることが可能
であり、且つまた、ウェハホルダ１８のウェハ保持面を
傾斜させることが可能となっている。

【００２１】ウェハホルダ１８には、ウェハ保持面にて
保持された半導体ウェハＷのエッジ部に接する電気端子
３０が設けられており、この電気端子３０には電源３２
の陰極が接続されている。銅めっきされる半導体ウェハ
Ｗの被成膜面には予めＰＤＶ法等により薄い銅シード層
（導電性膜）が形成されているが、この銅シード層をカ
ソードとして機能させるためである。また、銅板１６が
アノードとして機能するように電源３２の陽極が接続さ
れている。

【００２２】めっき設備１００は、更に、ハウジング２
００の外部に隣接して配設されたローディングステーシ
ョン３００を備えている。ローディングステーション３
００内には、複数枚の半導体ウェハＷを収容するウェハ
カセット５０がセットされる。ウェハカセット５０から
は未処理の半導体ウェハＷが適当なロボット装置６０，
６２を用いて取り出され、めっき装置１０のウェハホル
ダ１８にセットされる。そして、めっき装置１０での成
膜処理後には、逆に、処理済みウェハがウェハカセット
５０に戻される。

【００２３】ハウジング２００内には、処理済みの半導
体ウェハＷからめっき液を洗い流すための洗浄装置７０
が設けられている。この洗浄装置７０は、ロボット装置
６０，６２のブレード間で半導体ウェハＷを受け渡すた
めの中間ステーションとしても機能するものであり、半
導体ウェハＷを支持するサポート７２を有している。サ
ポート７２は洗浄装置７０内にて回転可能となってお
り、洗浄装置７０内において半導体ウェハＷは回転され
ながら、噴射ノズル７４から噴射された純水によって洗
浄される。また、洗浄装置７０の内部には噴霧ノズル７
６が設けられている。この噴霧ノズル７６は、純水を霧
状にして半導体ウェハＷの被成膜面に吹き付けることが
できる。

【００２４】このような構成において、図３も参照して
半導体ウェハＷに銅を成膜する方法について説明する。

【００２５】まず、乾燥している未処理の半導体ウェハ
Ｗをウェハカセット５０からロボット装置６０により取
り出し、洗浄装置７０のサポート７２に載置する。そし
て、洗浄装置７０の内部にてサポート７２を回転させる
と共に、噴霧ノズル７６から霧状の純水を半導体ウェハ
Ｗの被成膜面に吹き付ける。純水は霧状となっており、
半導体ウェハＷは回転されているため、被成膜面に形成
されているコンタクトホールや配線溝等の微細な凹部８
０内にも純水８２は十分に行き渡り、半導体ウェハＷの
被成膜面全体は気泡が残ることなく純水８２で濡れた状
態となる（図３の（ａ）参照）。

【００２６】この後、純水が乾く前に、ロボット装置６
２により半導体ウェハＷを洗浄装置７０からめっき装置
１０のウェハホルダ１８にセットする。そして、昇降・
傾動機構（図示しない）を制御して、半導体ウェハＷを
液槽１２内のめっき液１４に斜めに浸漬させ、同時に、
回転駆動源２８を駆動させて半導体ウェハＷを低速で回
転させる。この状態においては、半導体ウェハＷの下面
には空気が溜まらず、加えて、半導体ウェハＷの被成膜
面の凹部８０内面は純水８２で濡れた状態となっている
ので、硫酸銅を主成分とした水溶性のめっき液１４は凹
部８０に侵入しやすく、隙間無くめっき液１４が充填さ
れることになる（図３の（ｂ）参照）。なお。めっき液
１４は水溶性であるため、半導体ウェハＷの表面に付着
している程度の僅かな純水８２によってめっき液１４の
濃度や組成が大きく変化するものではないので、この後
のめっき成膜プロセスには何ら影響はない。

【００２７】次いで、半導体ウェハＷの被成膜面と銅板
１６の上面とが平行となるようウェハホルダ１８の位置
を調整し、ポンプ２２を駆動してめっき液１４を液槽１
２に供給し、外槽２４及びタンク２６を経て循環させ
る。そして、半導体ウェハＷを低速で回転させた状態で
電源３２を投入すると、液槽１２の銅イオンがカソード
としての半導体ウェハＷの被成膜面（銅シード層）にて
還元され銅膜として成長していく。勿論、めっき液１４
がコンタクトホール等の凹部８０内に行き渡っているた
め、めっき液１４の侵入が不十分であることを原因とす
るボイドは銅膜に形成されることはない。

【００２８】このようにして所望の銅膜が形成されたな
らば、半導体ウェハＷを液槽１２から取り出し、洗浄装
置７０に移送してその内部で洗浄する。そして、乾燥後
にその半導体ウェハＷをウエハカセット５０に戻すので
ある。

【００２９】上記実施形態では、めっき処理の後処理装
置である洗浄装置７０を純水噴霧という前処理に利用し
ているが、洗浄装置７０とは別個に前処理室を設けても
よい。かかる場合、純水以外の液体、例えばめっき液
や、めっき液の溶剤等の他の液体（めっき液に微量混合
させても、めっき液の溶媒（水）以外の成分比を実質的
に維持し、めっき処理に何らの影響を与えないもの）を
用いることが可能となる。

【００３０】また、前処理室や洗浄装置７０内に噴霧ノ
ズル７６を設けることは必須ではなく、霧状の純水等が
存在する雰囲気を例えば超音波により形成し、そこに半
導体ウェハＷを晒すだけでもよい。

【００３１】更に、本発明は、めっき装置１０に未処理
の半導体ウェハＷを送る前に、その被成膜面を純水等で
隙間無く濡らす前処理を行うことを要部としているの
で、当該前処理方法としては、純水等を霧状とせずに半
導体ウェハＷの被成膜面にかけたり、前処理液槽（図示
しない）を用意し、そこに貯留された純水等に半導体ウ
ェハＷを浸漬させたりする方法を採ってもよい。但し、
このような方法では、図３の（ｃ）に示すように半導体
ウェハＷの凹部８０内に気泡８４が残存することも考え
られる。そこで、半導体ウェハＷを液槽から引き上げた
後、或いは、半導体ウェハＷへの純水等の供給が終了し
た後、半導体ウェハＷに振動を加え、半導体ウェハＷの
凹部８０に残存する気泡８４を破潰させて除去すること
が望ましい。また、前処理液槽に振動発生装置（図示し
ない）を取り付け、半導体ウェハＷが純水等の液体に浸
漬されている間、その液体に振動を与えても同様な効果
が得られる。

【００３２】更にまた、めっき装置１０の液槽１２内の
めっき液１４に半導体ウェハＷを浸漬させた直後に、液
槽１２、ひいてはめっき液１４に振動を与えて、半導体
ウェハＷの凹部８０に残った気泡を除去するようにして
もよい。或いは、ウェハホルダ１８を通じて半導体ウェ
ハＷに振動を与えてもよい。このようにめっき装置１０
内で前処理を行うことで、特別な前処理装置を用意する
必要がなくなる。

【００３３】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない
ことはいうまでもない。例えば、上記実施形態のめっき
装置は、半導体ウェハＷの被成膜面が下向きとなるフェ
ースダウン式であるが、フェースアップ式やその他のめ
っき装置にも本発明は適用可能であり、成膜材料も銅以
外の金属とすることもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体ウェハ等の被処理体をめっき装置のめっき液に浸漬
した際、被成膜面に形成されたコンタクトホールや配線
溝等の微細な凹部にもめっき液が隙間無く行き渡る。こ
れにより、気泡の残存による成膜不良という問題は大幅
に低減ないしは解消され、良好な金属膜が形成され、半
導体デバイスの高速化、高性能化、小型化に寄与し、歩
留まり向上にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるめっき方法を実施することができ
るめっき設備を概略的に示す説明図である。

【図２】図１のめっき設備において用いられているめつ
き装置を概略的に示す説明図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は半導体ウェハの凹部に対する
純水やめっき液の状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１０…めっき装置、１２…液槽、１４…めっき液、１６
…銅板、１８…ウェハホルダ、２０…めっき液供給口、
２８…回転駆動源、５０…ウェハカセット、６０，６２
…ロボット装置、７０…洗浄装置、７６…噴霧ノズル、
８０…凹部、８２…純水、Ｗ…半導体ウェハ（被処理
体）、１００…めっき設備、２００…ハウジング、３０
０…ローディングステーション。

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 良法 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 鈴木 郁生 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 4K024 AA09 AB01 BA11 BB12 BC10 CA12 CB02 DA01 DA04 DA10 DB10 GA16 4M104 BB04 DD52 HH13

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体の被成膜面に純水、めっき液、
   その他めっき液と混合した場合に当該めっき液の成分比
   を維持する液体を付着させ、前記被処理体の前記成膜面
   に形成された凹部の内面を前記液体により濡らす第１ス
   テップと、 前記第１ステップの後、前記被処理体の前記被成膜面が
   濡れた状態にて、前記被処理体をめっき液に浸漬し電解
   めっき法により前記被処理体の前記被成膜面に金属膜を
   成膜する第２ステップとを含むことを特徴とするめっき
   方法。
2. 【請求項２】 前記液体の付着は、前記液体を霧状とし
   て、この霧状の液体に前記被処理体を接触させることに
   より行うことを特徴とする請求項１に記載のめっき方
   法。
3. 【請求項３】 前記液体の付着は、液槽に貯留された前
   記液体に前記被処理体を浸漬させることにより行うこと
   を特徴とする請求項１に記載のめっき方法。
4. 【請求項４】 前記液槽内の前記液体に前記被処理体を
   浸漬している間、前記液体に振動を与えることを特徴と
   する請求項３に記載のめっき方法。
5. 【請求項５】 前記被処理体に前記液体を付着した後、
   前記被処理体に振動を与えることを特徴とする請求項１
   〜４のいずれか１項に記載のめっき方法。
6. 【請求項６】 電解めっき法によるめっき装置と、前記
   めっき液装置によって成膜処理された被処理体を純水に
   より洗浄する洗浄装置とを備えるめっき設備を用いため
   っき方法において、 未処理の被処理体を前記めっき装置に搬送する前に、前
   記洗浄装置において当該被処理の被処理体の被成膜面に
   純水を付着させるようにしたことを特徴とするめっき方
   法。