(57)【要約】【課題】本発明は、アスペクト比２以上のビアホールを有する高周波デバイス用化合物半導体ウエハのビアホール内側壁及び底面にメッキ配線を形成する工程において、ビアホール内側壁カバレッジの向上及びビアホール内側壁膜厚の面内均一性の向上が可能なメッキ装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のメッキ装置は、電解メッキ液及びウエハステージに超音波を印加した状態、バス槽内を減圧した状態、ウエハステージ及びアノード電極を回転した状態で、メッキを形成することを特徴とする。また、減圧雰囲気下において、ウエハステージの回転数を変化させ、電極へステップ状にて通電し、電解メッキ液及びウエハステージへの超音波の印加を連続的、または、任意のタイミングで行うことを特徴とするため、高アスペクト比のビアホールに対する、ビアホール内側壁カバレッジの向上及びビアホール内側壁膜厚の面内均一性の向上が可能である。【選択図】　図１
2004043842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解メッキ液を満たすメッキ槽と、メッキシード層に通電するためのカソード電極とアノード電極と電源と、半導体ウエハを上向けに保持するカソード電極と一体の回転機構を有するウエハステージと、前記電解メッキ液と前記ウエハステージに超音波を印加する超音波発生装置と、前記アノード電極と前記バス槽内を密閉、及び、アノード電極を保持するアノード電極保持台と、アノード電極中心部から電解メッキ液をバス槽内に供給する供給ポンプと、バス槽内を減圧状態にする減圧手段から構成されることを特徴とするメッキ装置。
【請求項２】
減圧雰囲気下において、ウエハステージの回転数を変化させ、電極へステップ状にて通電し、電解メッキ液、及び、ウエハステージへの超音波の印加を連続的、または、任意のタイミングで行うことを特徴とする請求項１記載のメッキ装置を用いたメッキ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造装置に関し、特にアスペクト比２以上のビアホールを有する高周波デバイス用ＧａＡｓウエハに対するメッキ配線工程におけるメッキ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波デバイス用ＧａＡｓウエハにおけるメッキ配線工程では、利得の向上、及び、チップの小型化を目的として、ＧａＡｓウエハ上にアスペクト比２（例えば、φ７０μｍ、深さ１４０μｍ）以上のビアホールを形成し、ビアホール側壁、及び、底面にメッキ配線の下地電極となるメッキシード層を蒸着やスパッタで形成した後、さらにメッキ装置によりメッキ配線を形成した後、ＧａＡｓウエハを厚さ１００μｍ程度まで裏面研磨して、ビアホール底面に形成されたメッキ配線を露出し、ＧａＡｓウエハ裏面より接地をする工程がある。
【０００３】
従来のメッキ装置について、図３を用いて説明する。図３に示すように、メッキ槽１上部に形成されたカップ１３内のカソード電極４上に、メッキシード層が形成された面を下方に向けた形で半導体ウエハ３を設置し、ウエハ押さえ１４にて半導体ウエハ３を固定する。電源５は、カソード電極４、アノード電極６に接続されている。供給ポンプ１０を用いて、電解メッキ液８を半導体ウエハ３の表面上に下方から噴流させ、電極に通電する事でメッキを形成する。また、特開２０００−１７８７８５号公報および特開２００１−２４７９９２号公報には、被メッキ材上に均一な厚さのメッキ膜を形成するために、メッキ液に超音波を印加してメッキを形成するメッキ装置が提供されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
高周波デバイス用ＧａＡｓウエハにおけるメッキ配線工程における課題として、メッキ配線層の表面膜厚に対するビアホール側壁膜厚（以下、側壁カバレッジと呼ぶ）が電気特性、及び、信頼性の問題から、少なくとも８０％以上が必要である。
【０００５】
しかしながら、上述した従来のメッキ装置、及び、従来の発明である超音波を用いたメッキ装置では、被メッキ材がメッキ槽上部に設置されるため、ビアホールを有する半導体ウエハに対して、メッキを形成する場合、電解メッキ液に超音波振動を与えても、ビアホール内部の気体の除去を効率よく行うことができない。ビアホール内部に気体が残った状態では、ビアホール内部への電解メッキ液の環流が不十分となるため、アスペクト比２以上のビアホールを有するＧａＡｓウエハのビアホール内側壁、及び、底面にメッキを形成する場合、図４に示すようなビアホール１６内の側壁、及び、底面でのメッキ１５の膜厚が不均一に形成され、電気的特性、及び、信頼性に影響を及ぼすという問題があった。また、上記ビアホール１６内の側壁、及び、底面でのメッキ１５の膜厚の不均一は、ビアホール内部へメッキを形成するために不可欠なメッキシード層のビアホール１６内の側壁、及び、底面の膜厚の均一性にも起因するものである。
【０００６】
また、半導体ウエハ表面上に、供給ポンプ１０より、下方から電解メッキ液を噴流させる場合、ウエハ中心部とウエハ端部における、電解メッキ液の流速の違い、及び、電流密度の不均一から、例えば、アスペクト比２（φ７０μｍ、深さ１４０μｍ）のビアホールを有する６インチＧａＡｓウエハの場合、側壁カバレッジがウエハ中心部で８２％、ウエハ端部で７１％と面内均一性が悪くなる。
【０００７】
本来は、図５に示すように、ビアホール１６内部の側壁及び底面に表面メッキ１５の膜厚と同等の膜厚が形成され、ビアホール内側壁膜厚が半導体ウエハ面内で均一に形成されることである。
【０００８】
本発明は、アスペクト比２以上のビアホールを有するＧａＡｓウエハのビアホール内部にメッキを形成する工程において、ビアホール内側壁カバレッジの向上、及び、ビアホール内側壁膜厚の面内均一性の向上が可能なメッキ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のメッキ装置は、電解メッキ液を満たすメッキ槽と、メッキシード層に通電するためのカソード電極とアノード電極と電源と、半導体ウエハを上向けに保持するカソード電極と一体の回転機構を有するウエハステージと、電解メッキ液とウエハステージに超音波を印加する超音波発生装置と、回転機構を有するアノード電極と、前記バス槽内を密閉、及び、アノード電極を保持するアノード電極保持台と、アノード電極中心部から電解メッキ液をバス槽内に供給する供給ポンプと、バス槽内を減圧状態にする減圧手段から構成され、前記バス槽内において電解メッキ液、及び、ウエハステージに超音波を印加した状態、バス槽内を減圧した状態、及び、ウエハステージ、アノード電極を回転した状態で半導体ウエハにメッキを形成することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のメッキ方法は、減圧雰囲気下において、ウエハステージの回転数を変化させ、電極へステップ状にて通電し、電解メッキ液、及び、ウエハステージへの超音波の印加を連続的、または、任意のタイミングで行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、アスペクト比２以上のビアホールを有する半導体ウエハのビアホール内側壁、及び、底面にメッキを形成する場合、電解メッキ液、及び、ウエハステージに超音波を印加し、バス槽内を減圧した状態でメッキを形成することが可能であるため、ビアホール内部、及び、メッキ形成過程における電解メッキ液の電気分解等で発生する電解メッキ液中の気体の除去が可能である。そのため、ビアホール内部の電解メッキ液の環流を促進させる。さらに、半導体ウエハを上向けで保持するため、ビアホール内部の気体の除去を容易に行える。
【００１２】
また、バス槽内において、半導体ウエハ上に電解メッキ液を満たした状態でのメッキ形成が行えるため、半導体ウエハの中心部、及び、端部での電解メッキ液の流速の違いを改善することができる。さらに、ウエハステージ、及び、アノード電極を回転することが可能なため、メッキ形成過程における半導体ウエハ内の電流密度を均一にすることが可能である。
【００１３】
また、ビアホール内側壁、及び、底面のメッキシード層が不均一に形成されている場合、減圧雰囲気下において、電極への通電をステップ状に印加し、低電流密度から高電流密度へシフトさせることにより、最初の低電流密度でのステップで、均一なメッキシード層と成り得るメッキ層を形成し、ビアホール内側壁へのメッキ形成前のメッキシード層の不均一を改善し、次に、高電流密度にシフトさせることで、ビアホール内側壁カバレッジの向上を図ることができる。
【００１４】
そのため、ビアホール内側壁カバレッジの向上、及び、ビアホール内側壁膜厚の面内均一性の向上を図る事ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態であるメッキ装置を図１に示す。本発明のメッキ装置は、電解メッキ液８を満たすためのバス槽１があり、カソード電極４とアノード電極６は、電源５に接続されている。カソード電極４は、半導体ウエハ３を上向けに、保持するとともに、回転数の制御が可能な回転機構１２を有するウエハステージ７と一体の構成となっている。なお、カソード電極４は、半導体ウエハ３上のメッキシード層に半導体ウエハ３の周辺部から均一に通電できるように、リング状の構造をしており、電解メッキ液８に対して電気的に絶縁されるように、電解メッキ液８に触れる部分は、絶縁材料で覆われている。
【００１６】
アノード電極６は、ウエハステージ７と同様に回転数の制御が可能な回転機構１２を備え、前記バス槽１内を密閉するためのアノード電極保持台９に、アノード電極６が回転するのに影響しないように、接続されている。超音波発生装置２は、電解メッキ液８とウエハステージ７に超音波を印加するように構成されている。供給ポンプ１０は、アノード電極６の中心部から電解メッキ液８（例えば、ノンシアン金メッキ液）をバス槽１内に供給するように構成されている。なお、供給ポンプ１０は、バス槽１内の電解メッキ液８を循環させる循環ポンプとしても機能する。減圧手段１１は、ウエハステージ７と、アノード電極６との間を少なくとも電解メッキ液８で満たされた状態で、バス槽１内を減圧状態にできるように、バス槽１の上部に接続されている。
【００１７】
以下、工程順序に従って説明する。
【００１８】
まず、半導体ウエハ３の表面を上向けでバス槽１内の回転機構１２を有するウエハステージ７上に半導体ウエハ３をリング状のカソード電極４を用いて、半導体ウエハ３の裏面に、電解メッキ液８が回りこまないように、半導体ウエハ３を密着させる。
【００１９】
次に、アノード電極６を保持した、アノード電極保持台９をバス槽１の上部に密着させ、バス槽１内において、アノード電極６をウエハステージ７上の半導体ウエハ３表面に対向させる形で設置する。また、半導体ウエハ３とアノード電極６との距離は、近接させるほど良いが、半導体ウエハ３表面上に、電解メッキ液８を循環させるのに、影響の無い距離に設置する。次に、電解メッキ液８をアノード電極６の中心部から、供給ポンプ１０にて、バス槽１内に供給し、少なくとも半導体ウエハ３とアノード電極６との間が、電解メッキ液８で満たされ、バス槽１内上部に空間が存在するように、バス槽１内を電解メッキ液８で満たす。
【００２０】
次に、アノード電極保持台９にて、バス槽１内を密閉させた状態で、真空ポンプ等の減圧手段１１により、バス槽１内を数Ｔｏｒｒ程度の減圧状態にする。この時、ビアホール内部、及び、電解メッキ液８が供給された時に発生する電解メッキ液８中の気体の除去が可能となる。
【００２１】
また、バス槽１内に、電解メッキ液８が満たされた状態で、超音波発生装置２より超音波を印加する事により、電解メッキ液８に超音波を伝導させる。この時、半導体ウエハ３が上向けに保持されているため、超音波の効果と合わせて、容易にビアホール内部の気体の除去を可能にする。また、ウエハステージ７に対しても超音波を印加することで、更なるビアホール内部の気体除去の効果を高めることが可能である。
【００２２】
次に、カソード電極４及びアノード電極６に電源５より、通電し、半導体ウエハ３上にメッキ（例えば、電解メッキ液８がノンシアン金メッキ液の場合は、金）を形成する。なお、電源５は、印加電流波形の制御が可能な整流機能を備え、直流、及び、パルス波形によるオン−オフ通電の通電方式の選択が可能である。上記、パルス波形のパルス幅については、数ｍｓｅｃ程度の制御が可能であり、さらに、印加電流に関してもステップ状での制御が可能である。また、メッキ形成中は、常に、供給ポンプ１０により、アノード電極６の中心部より、電解メッキ液８が供給される。なお、メッキ形成中に、供給ポンプ１０より、供給される薬液は、電解メッキ液８のみではなく、平坦化メッキを目的として使用されるレベリング剤等の添加剤、または、補充液（例えば、電解メッキ液８がノンシアン金メッキ液の場合は、亜硫酸金ナトリウム水溶液）を供給してもよい。なお、アノード電極６の構造は、半導体ウエハ３上に、電解メッキ液８、または、補充液が均一に供給されるように、メッシュ構造にしてもよい。また、ウエハステージ７、及び、アノード電極６を回転モータ等の回転機構１２により回転させることにより、バス槽１内の電解メッキ液８の循環効率を高め、さらに、メッキ形成中における半導体ウエハ３表面上での電流密度を均一にすることができる。そのため、半導体ウエハ３上におけるメッキ膜厚の均一性の向上を図ることができる。また、バス槽１内を減圧状態にすることで、メッキ形成中における電気分解等により、発生する電解メッキ液８中の気泡等の除去が可能である。このように、電解メッキ液８、及び、ウエハステージ７に超音波を印加した状態、バス槽１内を減圧した状態、ウエハステージ７、及び、アノード電極６を回転させた状態で半導体ウエハ３にメッキを形成することが可能であるため、高アスペクト比のビアホールに対してもビアホール内部の気体の除去を容易に行うことができ、ビアホール内部への電解メッキ液８の環流を促進させ、信頼性の高い側壁カバレッジ、及び、ビアホール内側壁膜厚の均一性の向上を図ることができる。
【００２３】
請求項２記載のメッキ方法について、図２を用いて、説明する。図２は、減圧、超音波の印加、通電、ウエハステージ回転数の変化を時間軸で表している。請求項１記載のメッキ装置において、バス槽１内に電解メッキ液８を供給した後、バス槽１内を減圧した状態において、電解メッキ液８、及び、ウエハステージ７に、超音波を印加すると共に、ウエハステージ７を一定時間高速回転させる。この時、超音波の効果、及び、ウエハステージ７の回転による遠心力の効果により、ビアホール内部の気体の除去を容易にする。次に、超音波を連続的に印加した状態で、ウエハステージ７の回転数を低速にシフトさせ、電源５より、半導体ウエハ３上に低電流にて、カソード電極４、及び、アノード電極６に一定時間通電する。この時、ビアホール内部のメッキシード層が不均一に形成されているような場合に、低電流密度にて、ビアホール内側壁、及び、底面に、薄膜のメッキ層を形成することでメッキシード層の不均一を改善し、均一なメッキシード層をメッキにて形成することが可能となる。なお、電解メッキ液８、及び、ウエハステージ７への超音波の印加開始のタイミングは、低電流での通電オン直後に、印加し始めてもよい。次に、高電流密度へシフトさせることで、ビアホール内部へメッキを形成する。なお、低電流密度でのメッキによるメッキシード層を形成した後の高電流密度での通電時は、オン−オフを任意のタイミングで繰り返して行うようにし、通電オフ時に、超音波を印加するようにしてもよい。また、通電オン時に、半導体ウエハ３上の電流密度を均一にし、面内均一性を向上させるために、アノード電極を低速、もしくは、高速回転させてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のメッキ装置は、電解メッキ液、及び、ウエハステージに超音波を印加することが可能であり、さらに、半導体ウエハを上向けに保持しているため、ビアホール内部の気体の除去が容易に行える。また、バス槽内を減圧状態にすることが可能なため、メッキ形成中に電解メッキ液を供給する際、及び、メッキ形成中の電気分解によって発生する電解メッキ液中の気体の除去が可能である。また、メッキ形成中に、アノード電極、及び、ウエハステージが回転することが可能なため、半導体ウエハ内の電流密度を均一にすることが可能である。また、ウエハステージ回転数の制御、電極へのステップ状での通電、超音波の印加を連続的、または、任意のタイミングにて行うことで、ビアホール内部のメッキシード層が不均一に形成されている場合でも、薄膜メッキによるメッキシード層の形成が可能である。以上の効果より、アスペクト２以上のビアホールを有するＧａＡｓウエハのビアホール内側壁にメッキを形成する場合でも、ビアホール内部の気体を容易に除去し、ビアホール内部へのメッキ液の環流を促進させ、さらに、メッキシード層の不均一を改善することが可能なため、ビアホール内側壁、及び、底面への信頼性の高いメッキ形成が可能である。また、半導体ウエハ内の電流密度を均一にすることが可能なため、ビアホール内側壁膜厚の均一性を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるメッキ装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態におけるメッキ方法の構成図
【図３】従来の技術を説明するためのメッキ装置の構成図
【図４】ビアホール内側壁カバレッジが悪い場合の構造を示す断面図
【図５】ビアホール内側壁カバレッジが良好な場合の構造を示す断面図
【符号の説明】
１　バス槽
２　超音波発生装置
３　半導体ウエハ
４　カソード電極
５　電源
６　アノード電極
７　ウエハステージ
８　電解メッキ液
９　アノード電極保持台
１０　供給ポンプ
１１　減圧手段
１２　回転機構
１３　カップ
１４　ウエハ押さえ
１５　メッキ
１６　ビアホール
【図１】
2004043842.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004043842.tif 000006
【図５】
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