JP2006037140A - メッキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な構造を用いることなく、添加剤、特に埋め込み性に影響を及ぼすアクセラレーターの分解を十分に抑制することができるメッキ装置を得る。
【解決手段】 アクセラレーターが添加されたメッキ液を入れるメッキ槽と、含リン銅からなるアノードと、カソードとなる被メッキ基板を支持する支持部と、アノード近傍のメッキ液を加熱する加熱手段と、アノード近傍からカソード近傍へ流れるメッキ液を冷却する冷却手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被メッキ基板に銅メッキ等の金属メッキを施すメッキ装置に関するものである。

半導体ウエハ等の被メッキ基板に銅メッキ等の金属メッキを施すためにメッキ法が用いられている。メッキ法を用いて製造したＣｕ埋め込み配線を図８に示す。

このＣｕ埋め込み配線は次のようにして製造される。まず、半導体基板８１に下層電極８２を形成する。次に、半導体基板８１上にライナー層８３及び層間絶縁膜８４を形成する。この層間絶縁膜８４及びライナー層８３をドライエッチングすることでトレンチ部を形成する。そして、全面にＴａＮバリアメタル層８５、Ｔａバリアメタル層８６及びシードＣｕ層８７を順番に形成する。さらに、全面にＣｕ膜８８をメッキ法により形成する。その後、層間絶縁膜８４上のＣｕ膜８８をＣＭＰで研磨する。

ここで、メッキ液には添加剤としてアクセラレーター、サプレッサー及びレベラーが添加される。アクセラレーターは、例えばメルカプド、ジスルフィド等を含有する有機硫黄化合物からなり、光沢剤とも呼ばれ、メッキ面全体に吸着して光沢及び埋め込み性を改善し、Ｃｕ膜８８にボイド８９が形成されるのを防ぐ。また、サプレッサーは、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のグリコールを含有するポリオールエーテルからなり、抑制剤とも呼ばれ、メッキ面全体に吸着して均一電着性を確保する。そして、レベラーは、例えばアミン等を含む窒素有機化合物であり、平滑剤とも呼ばれ、電界が生じた時にカソード反応の電界強度の大きい部分に吸着して析出反応を抑制し、オーバーグロースを低減する。

また、アノードとして、安定化のためにリンを含む含リン銅が用いられている。このまま用いると、メッキ液と接触したアノードの表面において、１価の銅が２価の銅と０価の銅になる不均化反応が起こり、メッキ液中の添加剤の分解が促進される。特にアクセラレーターの分解が顕著であるため、埋め込み性が劣化し、Ｃｕ膜８８にボイド８９が形成される。そのため、高価な添加剤の定期的な補充が必要となるばかりでなく、メッキ液中の分解生成物を排出するために添加剤の含まれるメッキ液を排出して新液を補充する必要があり、コストアップの要因になっている。

添加剤の分解を抑制するため、カソードとアノードの間に電圧を印加して、アノード表面にブラックフィルムと呼ばれるリン等を含む酸化膜を形成させるメッキ装置が従来より用いられている。しかし、ブラックフィルムだけでは、添加剤の分解を十分に抑制できない。そこで、イオン交換膜又は多孔性中性隔膜を用いてアノード近傍とカソード近傍のメッキ液を分離するメッキ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３１９７９７号公報

しかし、この従来のメッキ装置は構造が複雑で、安定性に問題があり、またアノード近傍とカソード近傍のそれぞれのメッキ液を管理する必要があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、複雑な構造を用いることなく、添加剤、特に埋め込み性に影響を及ぼすアクセラレーターの分解を十分に抑制することができるメッキ装置を得るものである。

本発明に係るメッキ装置は、アクセラレーターが添加されたメッキ液を入れるメッキ槽と、含リン銅からなるアノードと、カソードとなる被メッキ基板を支持する支持部と、アノード近傍のメッキ液を加熱する加熱手段と、アノード近傍からカソード近傍へ流れるメッキ液を冷却する冷却手段とを有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、複雑な構造を用いることなく、添加剤、特に埋め込み性に影響を及ぼすアクセラレーターの分解を十分に抑制することができる。これにより、埋め込み性を確保することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るメッキ装置を示す断面図である。円柱状のメッキ槽１１内に硫酸銅溶液を主成分とするメッキ液１２が入れられている。ただし、メッキ液１２には、添加剤としてアクセラレーター、サプレッサー及びレベラーが添加されている。

そして、メッキ槽１１内には、含リン銅からなるアノード１３と、カソードとなる被メッキ基板１４を支持する支持部１５が設けられている。そして、アノード１３はアノード給電点１６により給電され、被メッキ基板１４はカソード給電点１７により給電される。なお、被メッキ基板１４表面での気泡のトラップを抑制するため、被メッキ基板１４はアノード１３に対して傾斜するように支持される。

また、メッキ槽１１内にメッキ液を供給するためにノズル１８が設けられている。図２はノズル１８を示す下面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図示のように、ノズル１８は、３方向に分岐し、分岐した枝の下側にメッキ液を噴出する複数の吹き出し口２５が設けられている。このようなノズル１８からメンブレンフィルター１９に向けてメッキ液が吹き出される。

そして、メンブレンフィルター１９は、アノード１３の表面に形成したブラックフィルム（不図示）の剥離により発生する浮遊物が被メッキ基板１４に付着するのを防止するために設けられたフィルターである。

ノズル１８から下方向に吹き出されたメッキ液は、メンブレンフィルター１９を通って、メッキ槽１１の側壁及びアノード１３と接触する。これにより、メッキ液の流れは上方向の流れに変わる。そして、メッキ液は、再びメンブレンフィルター１９を通り、更に整流板２０を通って被メッキ基板１４に到達する。この整流板２０は、被メッキ基板１４表面でのメッキ液の流れを均一にし、メッキ膜厚の均一性を確保するために設けられている。

そして、メッキ液は、被メッキ基板１４に到達した後、メッキ槽１１の外部にあるタンク２１に汲み出される。このタンク２１は、１５０リットルのメッキ液を貯めておくことができる。また、タンク２１内のメッキ液はポンプ２３により汲み出され、フィルター２４を介してノズル１８に供給される。

さらに、実施の形態１に係るメッキ装置は以下の構成を有する。図３は、実施の形態１で用いられるアノードを示す断面図である。図示のように、アノード１３には、加熱手段としてセラミックヒータ２６が取り付けられている。このセラミックヒータ２６は、アノード１３近傍のメッキ液を加熱する。ここで、セラミックヒータ２６をアノード１３の内部に取り付ける場合は、セラミックヒータ２６の耐酸性を考慮する必要はない。一方、セラミックヒータ２６をアノード１３の外部に取り付ける場合は、セラミックヒータ２６の表面をテフロン（登録商標）によりコートする必要がある。

また、図４は、実施の形態１で用いられる整流板を示す上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。整流板２０は、上面から見ると同心円状に均一に設けられた複数の開口部２７を有する。そして、開口部２７を通ってメッキ液がアノード１３近傍からカソード近傍に流れる。ただし、整流板２０は、その内部に冷却水が導入されて、アノード１３近傍からカソード近傍へ流れるメッキ液を冷却する冷却手段となっている。

ここで、図５は添加剤の濃度変化の温度依存性を示す図である。図５（ａ）に示すように、メッキ液の温度が高いほどアクセラレーターの分解が抑制される。メッキ液を高温にすると、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、サプレッサー及びレベラーは減少傾向を示す。しかし、サプレッサー及びレベラーの減少量は少なく、アクセラレーターの分解抑制効果の方が大きくなる。

そこで、加熱手段であるセラミックヒータ２６により、アノード１３近傍のメッキ液の温度を２５〜４５℃とする。このように２５℃以上とすることで図５（ａ）に示すようにアクセラレーターの分解を十分に抑制することができる。また、４５℃以下とすることでカソード付近の温度が高くなり過ぎるのを防ぐことができる。より好ましくは、アノード１３近傍のメッキ液の温度を３０〜４０℃とする。

また、冷却手段である整流板２０により、アノード１３近傍からカソード近傍へ流れるメッキ液を冷却して、カソード近傍のメッキ液の温度を２０〜３０℃にする。これにより、硫酸銅溶液を主成分とするメッキ液を用いた場合に、メッキ反応を適正に行うことができる。

以上説明したように、実施の形態１に係るメッキ装置では、メッキ槽内において、メッキ液に温度勾配をつけ、アノード１３近傍のメッキ液温度をカソード近傍よりも高くする。より好ましくは、アノード１３近傍のメッキ液温度をカソード近傍よりも５℃以上高くする。これにより、複雑な構造を用いることなく、添加剤、特に埋め込み性に影響を及ぼすアクセラレーターの分解を十分に抑制することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るメッキ装置を示す断面図である。図１と同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。

実施の形態２に係るメッキ装置では、アノード用ノズル２８とカソード用ノズル２９の２つのノズルが設けられている。カソード用ノズル２９は、図７に示すように上側に吹き出し口３３が設けられ、カソード近傍にメッキ液を供給する。一方、アノード用ノズル２８は、アノード１３近傍にメッキ液を供給する。

また、タンク２１内のメッキ液を２０〜３０℃に冷却するために、タンク２１内に冷却水を循環させる冷却手段３０が設けられている。そして、ポンプ２３はタンク２１からメッキ液を汲み出してアノード用ノズル２８及びカソード用ノズル２９に供給する。これにより、カソード用ノズル２９は、２０〜３０℃のメッキ液をカソード近傍に供給するため、硫酸銅溶液を主成分とするメッキ液を用いた場合に、メッキ反応を適正に行うことができる。

また、このポンプ２３とアノード用ノズル２８の間の循環経路に、メッキ液を２５〜４５℃に加熱する加熱手段としてヒータ３１が設けられている。これにより、アノード用ノズル２８は、２５〜４５℃のメッキ液をアノード１３近傍に供給するため、アクセラレーターの分解を抑制することができる。

さらに、ポンプ２３とアノード用ノズル２８の間の循環経路に、メッキ液の流量を制限する流量制限手段３２が設けられている。この流量制限手段３２として、弁やノズル等を用いることができる。これにより、アノード用ノズル２８からアノード１３近傍に供給されるメッキ液の流量を、カソード用ノズル２９からカソード近傍に供給されるメッキ液の流量１／３〜１／４とする。具体的には、メッキ液の流量をカソード近傍では１２Ｌ／min程度とし、アノード１３近傍では４Ｌ／min以下にする。このように、アノード１３表面への添加剤の供給速度を減らすことで添加剤の分解を抑制することができる。

なお、アノード用ノズル２８からアノード１３近傍に供給されたメッキ液は、メッキ槽１１の側壁及びアノード１３と接触して上方向に流れ、被メッキ基板１４に供給される。従って、メッキに用いるＣｕの供給源であるアノード１３から被メッキ基板１４にＣｕを供給することができる。

以上説明したように、実施の形態２に係るメッキ装置では、アノード用ノズルとカソード用ノズルの２つのノズルを設け、アノード近傍に加熱したメッキ液を供給し、またアノード近傍に供給するメッキ液の流量をカソード近傍に供給するメッキ液の流量よりも少なくする。これにより、複雑な構造を用いることなく、添加剤、特に埋め込み性に影響を及ぼすアクセラレーターの分解を十分に抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るメッキ装置を示す断面図である。 実施の形態１で用いられるノズルを示す下面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 実施の形態１で用いられるアノードを示す断面図である。 実施の形態１で用いられる整流板を示す上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 添加剤の濃度の温度依存性を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るメッキ装置を示す断面図である。 実施の形態２で用いられるノズルを示す断面図である。 Ｃｕ埋め込み配線を示す断面図である。

符号の説明

１１ メッキ槽
１３ アノード
１４ 被メッキ基板（カソード）
１５ 支持部
１８ ノズル
２０ 整流板（冷却手段）
２１ タンク
２３ ポンプ
２６ セラミックヒータ（加熱手段）
２８ アノード用ノズル
２９ カソード用ノズル
３０ 冷却手段
３１ ヒータ（加熱手段）
３２ 流量制限手段

Claims (7)

1. アクセラレーターが添加されたメッキ液を入れるメッキ槽と、
   含リン銅からなるアノードと、
   カソードとなる被メッキ基板を支持する支持部と、
   前記アノード近傍のメッキ液を加熱する加熱手段と、
   前記アノード近傍から前記カソード近傍へ流れるメッキ液を冷却する冷却手段とを有することを特徴とするメッキ装置。
2. 前記加熱手段は、前記アノードに取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のメッキ装置。
3. アクセラレーターが添加されたメッキ液を入れるメッキ槽と、
   含リン銅からなるアノードと、
   カソードとなる被メッキ基板を支持する支持部と、
   前記アノード近傍にメッキ液を供給するアノード用ノズルと、
   前記カソード近傍にメッキ液を供給するカソード用ノズルと、
   前記メッキ液を貯めておくタンクと、
   前記タンクから前記メッキ液を汲み出して前記アノード用ノズル及び前記カソード用ノズルに供給するポンプと、
   前記ポンプと前記アノード用ノズルの間に設けられ前記メッキ液を加熱する加熱手段とを有することを特徴とするメッキ装置。
4. 前記加熱手段は、前記アノード近傍のメッキ液の温度を２５〜４５℃とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のメッキ装置。
5. アクセラレーターが添加されたメッキ液を入れるメッキ槽と、
   含リン銅からなるアノードと、
   カソードとなる被メッキ基板を支持する支持部と、
   前記アノード近傍にメッキ液を供給するアノード用ノズルと、
   前記カソード近傍にメッキ液を供給するカソード用ノズルとを有し、
   前記アノード用ノズルから供給されるメッキ液の流量は、前記カソード用ノズルから供給されるメッキ液の流量よりも少ないことを特徴とするメッキ装置。
6. 前記メッキ液を貯めておくタンクと、
   前記タンクから前記メッキ液を汲み出して前記アノード用ノズル及び前記カソード用ノズルに供給するポンプと、
   前記ポンプと前記アノード用ノズルの間に設けられ、前記メッキ液の流量を制限する流量制限手段とを更に有することを特徴とする請求項５記載のメッキ装置。
7. 前記アノード用ノズルから供給されるメッキ液の流量は、前記カソード用ノズルから供給されるメッキ液の流量の１／３〜１／４であることを特徴とする請求項５又は６に記載のメッキ装置。
   

Images