JP2005029818A

JP2005029818A - めっき方法

Info

Publication number: JP2005029818A
Application number: JP2003194128A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sahoda; 毅佐保田; Tsutomu Nakada; 勉中田; Koji Mishima; 浩二三島; Ryoichi Kimizuka; 亮一君塚
Original assignee: Ebara Corp; Ebara Udylite Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; JCU Corp
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-02-03
Also published as: US20050045486A1

Abstract

【課題】開口幅が数十μｍで、アスペクト比が１．５以上のビアや配線溝を埋め込むことができる新しいめっき方法を提供すること。
【解決手段】凹凸形状で回路パターンが形成された基板の少なくとも一部に導電体層を形成し、この導電体層に陰極電位を与え、該導電体層に対して陽極と電気的に接触するめっき液を供給する事によって該導電体層上の凹凸形状パターンをめっき膜で埋め込むめっき方法であって、めっき液として、銅イオン、有機酸もしくは無機酸、塩素イオン、電着を抑制させる高分子の界面活性剤、めっき成長を促進させる硫黄系飽和有機化合物およびめっき成長を平坦化させる含窒素高分子ポリマーを含むめっき液を使用することを特徴とするめっき法。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板、プリント配線基板、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ−Ｓｉｚｅ−Ｐａｃｋａｇｅ）基板等の基板の凹凸形状で形成した回路パターンに、銅（Ｃｕ）を埋め込むためのめっき方法に関し、特に配線幅またはビア開口幅が１μｍ以上で、アスペクト１以上の凹凸を有する基板表面に微細配線銅めっき処理を行うための銅めっき方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
実装レベルの配線では、回路パターンを形成する凹凸として、配線幅やビア開口幅が数十μｍで、アスペクト比が１．５以上あるものが使用されており、今後さらにアスペクト比は大きくなる傾向にある。このような開口数十μｍ、アスペクト比１．５以上の回路パターンについても、この凹凸をＣｕめっきで埋め込むことが要求され始めている。
【０００３】
従来の技術では、Ｃｕ埋め込みができる凹凸は、ビア開口幅が数十μｍでアスペクト比が１以下のものまでであった。その理由は、アスペクト比が１以上になると、めっき中に開口部に電流が集中するため、開口部のめっき速度が速くなりビア内部を埋め込む前に開口部が閉じ、ビア内部に大きなボイドが発生してしまうためであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、開口幅が数十μｍで、アスペクト比が１．５以上のビアや配線溝を埋め込むことができる新しいめっき方法が求められており、本発明はこのようなめっき方法の提供を課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、アスペクトが１以上のビアあるいは配線溝を、めっきで埋め込むためには、その開口部での電流集中を緩和することが必要であることに気づいた。そして、銅めっき液について種々検討した結果、添加剤として含窒素系高分子ポリマーを使用することにより、開口部での電流の集中が緩和されることを見出し、本発明を完成した。
【０００６】
すなわち本発明は、凹凸形状で回路パターンが形成された基板の少なくとも一部に導電体層を形成し、この導電体層に陰極電位を与え、該導電体層に対して陽極と電気的に接触するめっき液を供給する事によって該導電体層上の凹凸形状パターンをめっき膜で埋め込むめっき方法であって、めっき液として、銅イオン、有機酸もしくは無機酸、塩素イオン、電着を抑制させる高分子の界面活性剤、めっき成長を促進させる硫黄系飽和有機化合物およびめっき成長を平坦化させる含窒素高分子ポリマーを含むめっき液を使用することを特徴とするめっき法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のめっき方法の対象である、凹凸形状で回路パターンが形成された基板としては、一般の半導体基板、プリント配線基板、ＣＳＰ基板等が挙げられる。
【０００８】
これらの基板に設けられた凹凸形状の配線溝やビアには、特に制約はないが、その開口幅が数十μｍで、アスペクト比が１．５以上の場合に本発明の効果が発揮される。
【０００９】
これらの基板は、めっきを行う前に常法に従って導電体層が形成される。すなわち、例えば基板としてシリコンのものを使用する場合は、Ｔａ、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＷＮ、ＳｉＴｉＮ、ＣｏＷＰ、ＣｏＷＢなどによるバリア層を形成した後、通常の導電化処理により導電体層を形成する。
【００１０】
この導電化処理としては、例えば無電解めっきによる金属（カーボンを含む）被覆処理、カーボンやパラジウム等によるいわゆるダイレクトめっき処理工法、スパッタリング、蒸着または化学気相蒸着法（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）等により行なうことができる。
【００１１】
次いで、この導電体層に陰極電位を与え、該導電体層に対して陽極と電気的に接触するめっき液を供給する事によってめっきを行う。
【００１２】
本発明方法においては、使用するめっき液に特徴がある。すなわち、第一の特徴としては、めっきを平坦化させる含窒素高分子ポリマーを使用する点である。この含窒素高分子ポリマーとしては、めっきを平坦化させると共に、めっき液中に同時に含まれている硫黄系飽和有機化合物の電着促進作用を強く抑制するものであることが好ましい。
【００１３】
本発明方法において、好ましく使用される含窒素高分子ポリマーの例としては、ポリジアルキルアミノエチルアクリレート４級塩、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピリジン４級塩、ポリビニルアミジン、ポリアリルアミン、ポリアミンスルホン酸等が挙げられる。
【００１４】
この含窒素高分子ポリマーは、めっき液中に、０．０１〜１０００ｐｐｍ程度、好ましくは、０．１〜１００ｐｐｍ程度添加される。
【００１５】
また、必ずしも必須ではないが、めっき液中の、銅イオンと有機酸または無機酸の濃度を調整する点にも特徴がある。すなわち、めっき液中の銅イオン濃度を３０ｇ／Ｌ以上とし、有機酸もしくは無機酸が０．４モル／Ｌ以下とする点にも特徴がある。
【００１６】
本発明方法においては、めっき液中に前記の含窒素高分子ポリマーを添加するだけでも効果があるが、これに銅イオンと有機酸または無機酸の濃度の調整を加えることにより、より優れた埋込効果を得ることができる。
【００１７】
本発明方法で使用するめっき液は、上記した以外は、通常の銅めっき液と同様でよい。すなわち、銅イオン、有機酸もしくは無機酸、塩素イオン、電着を抑制させる高分子の界面活性剤、めっき成長を促進させる硫黄系飽和有機化合物等によりめっき液を調製することができる。
【００１８】
銅イオン源としては、通常めっき浴に用いられる銅化合物であれば特に制限はなく利用することができ、その具体例としては、硫酸銅、酸化銅、塩化銅、炭酸銅、ピロリン酸銅や、メタンスルホン酸銅、プロパンスルホン酸銅等のアルカンスルホン酸銅、イセチオン酸銅、プロパノールスルホン酸銅等のアルカノールスルホン酸銅、酢酸銅、クエン酸銅、酒石酸銅などの有機酸銅およびその塩などが挙げられる。これらの銅化合物は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。
【００１９】
また、有機酸あるいは無機酸としては、銅を溶解しうるものであれば特に制約なく使用しうるが、その好ましい具体例としては、硫酸、メタンスルホン酸、プロパンスルホン酸等のアルカンスルホン酸類、イセチオン酸、プロパノールスルホン酸等のアルカノールスルホン酸類、クエン酸、酒石酸、ギ酸などの有機酸類などが挙げられる。これらの有機酸または無機酸は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２０】
本発明方法で使用するめっき液の好ましい例としては、硫酸銅めっき液が挙げられるが、その場合は、硫酸銅五水塩として２００ｇ／Ｌ程度、硫酸として０．４ｍｏｌ／Ｌ程度、塩素イオンとして６０ｐｐｍ程度のものを使用すればよい。
【００２１】
更に、電着を抑制させる高分子界面活性剤としては、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ；分子量約１，０００〜１０，０００）、ポリプロピレングリコール（分子量約１００〜１，０００）等が例示され、これらは、５０〜１，０００ｐｐｍ程度添加される。めっき成長を促進させる硫黄系飽和有機化合物としては、ビス（３−スルホプロピル）ジスルフィド（ＳＰＳ）、メルカプトプロパンスルホン酸ナトリウム（ＭＰＳ）等が例示され、これらは０．１〜５０ｐｐｍ程度添加される。
【００２２】
本発明方法を実施するに当たって使用される装置としては、特に制限はなく、種々のものを使用することができる。例えば、めっき時に基板を回転させるフェースアップ型のものであっても、またフェースダウン型のものであっても良く、更に、パドルにより液を揺動させるバンプめっき装置のいずれであっても良い。
【００２３】
【実施例】
次に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例により何ら制約されるものではない。
【００２４】
実施例１
下記組成の硫酸銅めっき液を用い、径４０μｍ、アスペクト比１．５のビアが形成され、常法に従って導電体皮膜が形成されたシリコンウエハについて、めっきを行った。この結果、ビアは完全に埋まっており、ビアを切断して内部を観察してもボイドは発生していなかった。
【００２５】
（めっき液組成）
ＣｕＳＯ_４５Ｈ_２Ｏ２００ｇ／Ｌ
Ｈ_２ＳＯ_４１０ｇ／Ｌ
Ｃｌ６０ｐｐｍ
ＰＥＧ（分子量約３０００）２００ｐｐｍ
ＳＰＳ５ｐｐｍ
ポリエチレンイミン（分子量約１０，０００）１ｐｐｍ
【００２６】
（めっき条件）
液温２５℃
電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２
めっき時間３時間
撹拌４００ｒｐｍの撹拌
（スターラーによる）
【００２７】
【発明の効果】
本発明のめっき方法を使用すれば、開口数１０μｍアスペクト比１．５以上のビアを埋め込むことができる。
【００２８】
従って、基板上に微細配線を形成する手段として有利に利用することができる。
以上

Claims

凹凸形状で回路パターンが形成された基板の少なくとも一部に導電体層を形成し、この導電体層に陰極電位を与え、該導電体層に対して陽極と電気的に接触するめっき液を供給する事によって該導電体層上の凹凸形状パターンをめっき膜で埋め込むめっき方法であって、めっき液として、銅イオン、有機酸もしくは無機酸、塩素イオン、電着を抑制させる高分子の界面活性剤、めっき成長を促進させる硫黄系飽和有機化合物およびめっき成長を平坦化させる含窒素高分子ポリマーを含むめっき液を使用することを特徴とするめっき方法。
含窒素高分子ポリマーとして、硫黄系飽和有機化合物の電着促進作用を強く抑制するものを使用する請求項１記載のめっき方法。
含窒素高分子ポリマーが、ポリジアルキルアミノエチルアクリレート４級塩、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピリジン４級塩、ポリビニルアミジン、ポリアリルアミンおよびポリアミンスルホン酸よりなる群から選ばれたものである請求項１または２記載のめっき方法。
めっき液中の銅イオン濃度が３０ｇ／Ｌ以上で、有機酸もしくは無機酸が０．４モル／Ｌ以下である請求項１ないし３のいずれかの項記載のめっき方法。
基板の被めっき面に形成された凹凸形状パターンが、配線幅またはビア開口幅が１μｍ以上で、アスペクトが１以上のものを含む請求項１ないし４のいずれかの項記載のめっき方法。
基板が半導体基板、プリント配線基板またはＣＳＰ基板である請求項１ないし５のいずれかの項記載のめっき方法。
銅イオン、有機酸もしくは無機酸、塩素イオン、電着を抑制させる高分子の界面活性剤、めっき成長を促進させる硫黄系飽和有機化合物およびめっき成長を平坦化させる含窒素高分子ポリマーを含む微細配線用銅めっき液。
含窒素高分子ポリマーが、ポリジアルキルアミノエチルアクリレート４級塩、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリエチレンイミン、ポリビニルピリジン４級塩、ポリビニルアミジン、ポリアリルアミンおよびポリアミンスルホン酸よりなる群から選ばれたものである請求項７記載の微細配線用銅めっき液。
めっき液中の銅イオン濃度が３０ｇ／Ｌ以上で、有機酸もしくは無機酸が０．４モル／Ｌ以下である請求項７または８記載の微細配線用銅めっき液。