(57)【要約】      （修正有）【課題】微細なViaホールに欠陥無く金属を充填することができる電解めっき方法およびその装置を提供する。【解決手段】微細配線およびViaホールを有する半導体あるいは化合物基板への電解めっきにおいて、めっき開始するまでの間に導電膜の化学的溶解を防止するため、導電膜の電位が自然電位より卑になるように基板とアノード電極間に微弱電流を流す。またViaホールを有する基板のパルス電解めっき方法において、めっき電流の休止時間に、導電膜およびめっき膜の電位が自然電位より卑になるように、微弱直流電流を通電しながらパルス電解電流を重畳する。パルス電解条件は、Viaホールの開口径と深さの比及び基板上に形成された導電膜の厚さあるいは電気抵抗により通電電流密度及び通電/休止時間比を設定する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細配線およびをViaホール有する半導体あるいは化合物基板への電解めっきにおいて、基板とアノード電極間にめっき電解電流をめっき開始するまでの間に導電膜の化学的溶解を防止するため、めっき液中における導電膜の電位が自然電位より卑な電位になるように、微弱電流を流すことを特徴とするViaホール充填電解めっき方法。
【請求項２】
導電膜の溶解を防止する電流は、直流であることを特徴とする請求項１記載のViaホール充填電解めっき方法。
【請求項３】
Viaホールを有する基板のパルス電解めっき方法において、めっき電流の休止時間に導電膜およびめっき膜の電位が自然電位よりも卑になるように微弱直流電流を通電しながらパルス電解電流を重畳することを特徴とするViaホール充填電解めっき方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体及び化合物基板上に電解めっきを施す電解めっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体及び化合物基板上への電解めっき方法として、基板表面に付けられた金属導電膜に給電電極を接触させて通電し、電解めっきをする方法が知られている。一般的に電解めっきのための通電方法には、直流電流印加が用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の方法で電解めっきを行なうと、微細なViaホールの中への金属イオンの供給が間に合わず、めっき膜の成長が金属イオンの供給に律速されることになり、欠陥無く金属を充填することができなかった。このようにViaホールへ充填する金属に未めっき部位などの欠陥が発生すると、その欠陥の大きさにより製品不良が発生してしまう。
【０００４】
本発明の目的は、微細なViaホールに欠陥無く金属を充填することができる電解めっき方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、微細なViaホールが存在する半導体及び化合物基板上へ電解めっきを施す方法において、通電および休止を繰り返すパルス通電を用いた電解めっき、及びパルス通電の休止時間にめっき被膜の溶解を抑制するための微弱な電流を印加しながら電解めっきを行なうことを特徴とするものである。
【０００６】
本発明は、微細なViaホールに欠陥無く金属を充填するための電解めっきにおいて、Viaホール径と深さ径の比、Viaホール内の導電膜厚さ等の電解めっきに関与する各種条件に応じて、電流密度０.１〜２００ｍA/ｃｍ2、通電および休止時間をｍｓeｃ単位で任意に設定し、通電／休止時間比を１％〜４０％〔（通電時間／通電時間＋休止時間）×１００〕の範囲で任意に設定し、休止時間に導電膜およびめっき膜の電位が自然電位よりも卑になるように微弱電流を通電することで、Viaホールへの電解めっきによる欠陥のない金属充填を成し得る。
【０００７】
本発明は具体的には次に挙げる方法および装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体の３次元実装に必要な高アスペクト比のＳｉ等の基板
の微細Viaホールに欠陥なく電気抵抗の小さい銅などの金属を埋め込むことがで
きる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明にかかる実施例を図面に基づいて説明する。
【００１０】
めっき液として硫酸銅５水塩２００ｇ/ｌ、硫酸５０ｇ/ｌ、塩素イオン５０ppmの基本液に添加剤として促進剤２．５ml/ｌ、抑制剤１０ml/ｌの市販High acid type硫酸銅めっき液を用い、図１の縦型浸漬式めっき装置にて電解めっきを行った。被めっき基体としてViaホール径と深さの比が約７のViaホールが存在する８インチSiウェハで、その表面をCuでスパッタリングしたウェハ１を用い、ウェハ保持治具２に装着の後、めっき液の循環しているめっき槽５へ投入する。その際、めっき液による導電膜の化学的溶解を防止するため、めっき液中における導電膜の電位が自然電位より卑な電位になるように微弱な電流を微弱電流用電源８から出力し、微弱電流電源陽極線１０および微弱電流電源陰極線９を介して通電しながらウェハ保持治具２を投入する。その後ウェハ保持治具２をめっき槽５のなかで固定してからめっき電源４よりめっき電流の出力を陽極線７および陰極線
６を介して開始し、電解めっきを行った。めっき電源４は本発明の請求項９にある、Viaホール径と深さの比の変化に応じてめっき電流密度およびめっき電流の通電／休止時間比を連続的に変化させながらめっき可能な電源を用いた。３は陽極電極である。
【００１１】
本発明によるパルス電解電流および微弱直流電流の重畳電解めっきによる微細なViaホールへのめっき金属の充填度合いを確認するために実験を行った。
【００１２】
めっき条件は液温を２５℃で固定とし、電流密度を１、５、１０、２０、４０、６０、１００、１５０ｍA/ｃｍ2と条件を変えて電解めっきを行なった。微弱直流電流は休止時間に導電膜およびめっき膜の電位が自然電位よりも卑になるような電流値を採用し、０．５ｍA/ｃｍ2で固定とした。まためっき電流の通電／休止時間比は３％、６％、１０％、３０％、６０％、１００％と条件を変えて電解めっきを行った。
【００１３】
図２は微細なViaホール内でのめっき金属の充填度合いにより発生する不良の形態を図示したものである。Viaホール２１に電解めっきにより金属２２を充填する際に発生する不良の形状には、Aに示す開口部閉塞による不めっき部２３の発生、Bに示すViaホール中心部分に残るシーム状の不良２４の発生、Cに示すViaホール内でランダムな位置にあるボイド状の不良２５などが挙げられる。なお、開口部閉塞による不めっき部２３の発生はめっき金属の充填率が５０％以下の重大な不良、Viaホール中心部分に残るシーム状の不良２４の発生はめっき金属の充填率が５０〜９０％の不良、Viaホール内でランダムな位置にあるボイド状の不良２５の発生はめっき金属の充填率が９１〜９９％の軽微な欠陥を示す。
【００１４】
図３に示すグラフは、各めっき条件でViaホールの電解めっきによる金属の充填を行った際の充填度合いを、完全充填若しくは図２に示すめっき金属の充填率により表したグラフである。
【００１５】
めっき電流の通電／休止時間比が４０％以上の条件では、電流密度にもよるがViaホール内部のめっき金属充填より先に開口部が閉塞してしまい不良が発生するケースが多く見られた。Viaホール内部への金属イオンの供給は、金属イオンの拡散に律速される。そのためめっき電流の通電／休止時間比が大きなめっき条件、すなわちめっき電流の休止時間が短いめっき条件では、Viaホール内部への金属イオンの析出量が、拡散による金属イオンの供給量に対して圧倒的に大きくなってしまう。よって開口部に近い部分でのめっき金属の析出のみ優先的に進んでしまい開口部が閉塞する不良が発生することを示している。
【００１６】
まためっき電流の通電／休止時間比が４０％以下でも電流密度が大きくなると、シームまたはボイド状不良の発生が多く見られた。パルス電流により電解めっきを行なうと、拡散層の形成が抑制されて濃度分極が抑えられる。そのためより大きな結晶化過電圧、すなわちより大きな電流密度の使用が可能となる。しかしここでめっき液中に添加する添加剤について、使用する添加剤により作用する電流密度が異なってくる。またViaホール径と深さの比やその作用により、Viaホールの充填度合いも異なることとなる。シームまたはボイド状不良の発生は、Viaホール径と深さの比やViaホール内の導電膜厚さ等の電解めっきに関与する各種条件に応じて、めっき電流の通電／休止時間比や電流密度を最適化する必要があることを示している。
【００１７】
例として本実験に供したViaホール開口径１０μｍで深さ７０μｍ、Viaホール径と深さの比が７のViaホールについて、電流密度６０ｍA/ｃｍ2、めっき電流の通電／休止時間が６０msec／９４０msecの通電／休止時間比６％のめっき条件では充填率が９５％程度と良好なめっき金属の充填が得られた。さらに電流密度４０ｍA/ｃｍ2、めっき電流の通電／休止時間が３０msec／９７０msecの通電／休止時間比３％のめっき条件ではめっき金属の完全充填が達成された。しかし同じ電流密度４０ｍA/ｃｍ2でもめっき電流の通電／休止時間が６００msec／４００msecの通電／休止時間比６０％のめっき条件では充填率５０％以下の開口部閉塞による不めっき部が発生した。まためっき電流の通電／休止時間が３０msec／９７０msecの通電／休止時間比３％、電流密度３００ｍA/ｃｍ2のめっき条件でも充填率５０％以下の開口部閉塞による不めっき部が発生した。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例において使用した電解めっき装置の全体構成図。
【図２】Viaホール内でのめっき金属の充填度合いにより発生する不良の形態を示す図。
【図３】電解めっきによる金属の充填を行った際の充填度合いを示すグラフ。
【符号の説明】
【００１９】
１…給電電極板（陰）、２…ウェハ保持治具、３…電極（陽）、４…パルス用電源、５…めっき槽、６…陰極線、７…陽極線、８…微弱電流用電源、９…微弱電流電源陰極線、１０…微弱電流電源陽極線、２１…Viaホール、２２…充填めっき金属、２３…開口部閉塞による不めっき部、２４…Viaホール中心部分に残るシーム状の不良、２５…Viaホール内でランダムな位置にあるボイド状の不良。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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