(57)【要約】【課題】貴金属の拡散や塵等による汚染を防止し、かつ、均一なめっき皮膜を形成することができるめっき電極の提供。【解決手段】Ａｕ１０をベース層とし、半導体ウェハー等の被めっき物４０との接触面側にＮｉ３０を含む表面層を配設し、ベース層と表面層との間に密着性を向上させるためのＮｉＡｕ２０を配設したものであり、Ａｕ１０によって電気抵抗を低減し、その展性・延性によって被めっき物４０との電気的接触を良好に保つことができる。また、表面にＮｉ３０を配設することにより、Ａｕ１０の拡散による汚染を防止することができると共にＮｉ表面に形成される不動態膜により薬液に対する耐性を高めることができる。更に、Ｎｉ３０とＡｕ１０とは比較的低温で合金を作るため、Ｎｉ３０とＡｕ１０との接着性を良好に保ち、高い耐摩耗性を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被めっき物の一部に当接し、前記被めっき物にめっき電流を供給するめっき電極であって、
前記めっき電極は、少なくとも前記被めっき物と当接する領域において、前記被めっき物側から、Ｎｉを含む材料からなる表面層と、Ａｕ或いはＰｔを含む材料からなるベース層とを含むことを特徴とするめっき電極。
【請求項２】
前記ベース層と前記表面層との間に、前記ベース層と前記表面層との密着性を向上させる密着層が配設されていることを特徴とする請求項１記載のめっき電極。
【請求項３】
前記ベース層がＡｕからなり、前記密着層がＮｉとＡｕの合金からなることを特徴とする請求項２記載のめっき電極。
【請求項４】
前記ベース層がＰｔからなり、前記密着層がＴｉからなることを特徴とする請求項２記載のめっき電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造工程における電解めっき工程で用いられるカソード電極の構造に関し、特に、半田−バッド間のバリアメタル形成における電解めっき工程で用いられるカソード電極の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造に際して、半田−パッド間のバリアメタル層や配線層を形成する方法として電解めっき法が利用されている。電解めっき法では、半導体ウェハー等の被めっき物を薬液に接触させ、めっき電極（カソード電極）を被めっき物に接続して通電することにより薬液中に溶解した金属を被めっき物表面に析出させて金属層を形成するが、カソード電極としては、薬液に対する耐食性に優れている事、電気抵抗が低い事、被めっき物との電気的接触が良好である事、等の要件を満たす材料を用いる必要がある。
【０００３】
このような要件を満たす材料として、ＡｕやＡｕ合金、ＰｔやＰｔ合金などの貴金属や貴金属との合金、或いは炭素系材料などがあり、例えば、図３（ａ）に示すようにＡｕ１０の単層構造からなるカソード電極や、図３（ｂ）に示すように母材９０のウェハー接触面にＡｕ薄膜１００を形成したカソード電極などが用いられていた。
【０００４】
ＡｕやＰｔ等の貴金属をカソード電極として用いる場合、カソード電極から半導体素子に貴金属が接触転写して貴金属汚染が生じるという問題がある。これらの貴金属は半導体素子製造工程の熱処理工程等により半導体素子の内部に拡散し、電気的に深い不純物準位を形成して半導体素子の電気特性を劣化させる。このため、転写した貴金属が半導体素子内部に拡散する前に除去する必要があるが、貴金属は耐食性に優れており反応物の蒸気圧も低いため、半導体素子の製造で用いられる液相や気相の洗浄工程では除去することは困難である。従って、ＡｕやＰｔを用いた場合、特に接触部近傍の半導体素子の電気特性が劣化して歩留まりが低下するという問題が生じる。
【０００５】
一方、半導体素子内部への貴金属の拡散を防止するためにカソード電極として炭素系電極を利用した場合、上述したような金属汚染が生じることはないが、炭素系材料は摩耗しやすく塵が発生しやすいという欠点がある。半導体装置の製造工程においては塵の発生は歩留まり低下の原因となるので、炭素系材料をカソード電極に用いた場合、半導体素子の製造歩留まりを低下させるという問題が生じる。
【０００６】
そこで、貴金属材料の表面を種々の材料で被覆する構造のカソード電極が検討されている。例えば、特開２０００−１５０５５８号公報、特開２００１−１１５２９８号公報等では、図３（ｃ）に示すように、電気導電性に優れたＡｕ１０からなるベース層の上に、Ａｕとの接合性に優れるＴｉ１１０からなる中間層を形成し、更に、Ｔｉの酸化を抑制するためにＴｉＮ、ＷＮ、ＴａＮ、Ｗ、Ｔａの何れかからなるウェハー接触層を形成した積層構造のカソード電極が開示されており、被めっき物との接触部分をＴｉＮ、ＷＮ、ＴａＮ、Ｗ、Ｔａのいずれかとすることにより、Ａｕ１０の拡散による被めっき物の汚染を防止している。
【０００７】
また、図示していないが、特開２００２−６９６９８号公報にはカソード材料をばね鋼、Ｎｉ、Ｔｉ、インコネル、Ｃｕ及びステンレス鋼からなる群から選択されている１又は２以上の物質で形成された弾性体とするカソード電極構造が開示されている。この構造では電極その物をＡｕ等の貴金属とは異なる材料とすることにより貴金属汚染を防止している。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１５０５５８号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１１５２９８号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００２−６９６９８号公報（第４−１０頁、第８図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−１５０５５８号公報や特開２００１−１１５２９８号公報に記載された構造では、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴａＮ、Ｗ、Ｔａは硬度が高く被めっき物に対して変形しにくいために被めっき物との電気的接触が悪くなり、被めっき領域内の電位分布の均一性が悪くなるという問題がある。更に、これらの材料はＷを除いて電気的比抵抗が１０μΩｃｍ以上と高く、この高い電気的比抵抗も被めっき領域内の電位分布の均一性を劣化させる一因となる。めっき膜の物理的特性や成膜速度は電位分布に強く依存するため、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴａＮ、Ｗ、Ｔａを用いた場合、めっき被膜の結晶性等の物性や膜厚等で良好な面内均一性が得られなくなる。また、ウェハー接触層のＴｉＮ、ＷＮ、ＴａＮ、Ｗ、ＴａはＴｉＮを除いて下地Ｔｉとは合金或いは化合物を形成しにくいために下地Ｔｉとの密着性に乏しく、そのためウェハー接触層の剥離が生じる事による塵や傷が発生すると共に、ウェハー接触層が剥離した電極の交換を頻繁に行わなければならないという問題がある。
【００１０】
また、特開２００２−６９６９８号公報に記載された構造に関しても同様であり、カソード電極をばね鋼やＮｉ等にした場合、電極材料の硬度が高いため接触抵抗が高くなる。そこで、上記公報では接触抵抗を改善するためにカソード電極を弾性体構造として、カソード電極が被めっき物の形状に合わせて変形する手法を開示しているが、弾性体構造とする事による電極形状の変形はマクロ的であり、接触抵抗を低減するためにはミクロ的な変形を生じさせて原子レベルで接触面積を増加させる必要がある。上記公報記載のカソード電極材料は硬度が高いため、原子レベルでの接触面積を増加させるためには電極が被めっき物を削る程度に押しつける必要があり、このような圧力を加えると摩耗により塵が発生して、半導体素子の歩留まりの劣化を生じさせる、保守性が低下するという問題が生じる。また、磨耗が生じない程度の押しつけでは、カソード電極と被めっき物間で良好な接触を確保できないため、電気特性のチップ間バラツキが大きくなるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、貴金属の拡散や塵等による汚染を防止し、かつ、均一なめっき皮膜を形成することができるめっき電極を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のめっき電極は、被めっき物の一部に当接し、前記被めっき物にめっき電流を供給するめっき電極であって、前記めっき電極は、少なくとも前記被めっき物と当接する領域において、前記被めっき物側から、Ｎｉを含む材料からなる表面層と、Ａｕ或いはＰｔを含む材料からなるベース層とを含むものである。
【００１３】
本発明においては、前記ベース層と前記表面層との間に、前記ベース層と前記表面層との密着性を向上させる密着層が配設されている構成とすることができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記ベース層がＡｕからなり、前記密着層がＮｉとＡｕの合金からなる構成、又は、前記ベース層がＰｔからなり、前記密着層がＴｉからなる構成とすることもできる。
【００１５】
このように、本発明は上記構成により、被めっき物の貴金属による汚染が無く、被めっき物とめっき電極の良好な電気的接続性を確保し、めっき液に対する耐食性が高く、且つ摩耗が少ないめっき電極を実現することができる。
【００１６】
この様な作用が得られるのは、被めっき物と接する箇所にＮｉを含む材料を用いることで被めっき物の貴金属による汚染を防止できるためである。また、被めっき物とめっき電極の電気的接続性を保つためにはめっき電極が被めっき物と接触する際に若干変形して接触面積を増やす事が望ましいが、本発明のように電極材料に展性・延性に富むＡｕを含む材料を用いた場合に、それと組み合わせる材料が十分に薄ければ、被めっき物の形状に合わせて変形出来るため良好な電気的接続性を確保する事が出来る。更に、Ｎｉは表面に不動態膜が形成されるため薬液に対する耐性を高めることができる。その上、ＮｉとＡｕ或いはＰｔの組み合わせは比較的低温で合金を形成する組み合わせであるため、両者の密着性を高めることができ高い耐摩耗性が得られる。加えて、ＮｉとＡｕ或いはＰｔの界面にそれらの合金を挿入する事により更に高い密着性を確保する事で耐摩耗性をより向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
従来技術で説明したように、電解めっき工程で用いられるカソード電極に関し、いろいろな材料や構造が提案されているが、特開２０００−１５０５５８号公報や特開２００１−１１５２９８号公報記載のカソード電極では、ウェハー接触層の硬度が高く変形しにくいため被めっき物との電気的接触が悪く、めっき被膜の面内均一性が悪くなり、また、ウェハー接触層と下地金属との密着性が悪くウェハー接触層が剥離しやすいという問題があり、特開２００２−６９６９８号公報記載のカソード電極では、同様に被めっき物との電気的接触が悪く、カソード電極を強い力で被めっき物に押しつけると摩擦により塵が発生して半導体素子の歩留まりを劣化させるという問題がある。
【００１８】
このように、どのような材料、構造を用いてカソード電極を形成するかによって成膜されるめっき被膜の特性、面内均一性などが左右されるが、材料や構造の選択にあたっては、汚染防止の効果、材料の硬度、下地との密着性、耐薬品性、材料の電気抵抗等の様々な要素を考慮しなければならず、これら全ての要素を満たす材料や構造の選択は容易ではない。そこで本願発明者は、めっき電流を均一に供給するためにベース層の材料としては電気抵抗の小さい貴金属を用い、貴金属の拡散による汚染を防止するための表面層としてはベース層との密着性が良く、かつ耐薬品性に優れる不動態膜を形成する金属を用いるという基本構成の元で材料の選択を行った。
【００１９】
その結果、めっき電極としては、Ａｕ或いはＰｔをベース層とし、半導体ウェハー等の被めっき物との接触面側にＮｉを含む表面層を配設した構造、又はベース層と表面層との間に密着性を向上させるためのＮｉＡｕやＴｉ等の密着層を配設した構造を採用することにより、貴金属による汚染を防止すると共に、接触抵抗を低減し、耐摩耗性の向上を図ることができることを確認した。なお、Ｎｉ自体は公知の材料であるが、Ｎｉ層を貴金属のベース層上に薄く形成することによってベース層の展性・延性を阻害することなく被めっき物との電気的な接触を良好に保つことができ、かつ不動態膜によって安定して貴金属の汚染を防止することができるという効果は本願発明者の知見によって見出された新規な効果である。
【００２０】
【実施例】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２１】
［実施例１］
まず、本発明の第１の実施例に係るめっき電極について、図１を参照して説明する。図１は、第１の実施例に係るめっき電極の構造を模式的に示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、半導体ウェハー等の被めっき物４０に電解めっき処理を施す場合、めっきシール５０によって分離された領域上にめっき電極を配置し、被めっき物４０のめっき処理を施す部分をめっき液６０に浸し、被めっき物４０の端部をめっき電極に接触させてめっき電流を供給する。このめっき電極としては、Ａｕ或いはＰｔ（図ではＡｕ１０）を材料とするベース層上に、表面に不動態膜が形成されるＮｉ３０又はＮｉ３０を含む表面層を直接、又は、ＮｉＡｕ２０からなる密着層を介して配設した積層構造（図ではＡｕ１０とＮｉＡｕ２０とＮｉ３０の３層構造）としている。
【００２３】
このＮｉ３０及びＮｉＡｕ２０の膜厚は、ベース層であるＡｕ１０を被覆することができ、かつ、Ａｕ１０の展性・延性を阻害しない程度の厚さであればよく、例えば、ＮｉＡｕ２０は０．１〜１．０μｍ程度、Ｎｉ３０は０．５〜１０μｍ程度が好ましい。また、ＮｉＡｕ２０は、Ａｕ１０の上に堆積してもよく、また、Ａｕ１０上にＮｉ３０を堆積した後、熱処理によって両者を合金化して形成してもよい。
【００２４】
このような構造により、Ａｕ１０によって電気抵抗を低減し、その展性・延性によって被めっき物４０との電気的接触を良好に保つことができる。また、表面にＮｉ３０を配設することにより、Ａｕ１０の拡散による汚染を防止することができると共に不動態膜によって薬液に対する耐性を高めることができる。更に、Ｎｉ３０とＡｕ１０或いはＰｔとは比較的低温で合金を作るため、Ｎｉ３０とＡｕ１０或いはＰｔの密着性を良好に保ち、高い耐摩耗性を得ることができる。
【００２５】
なお、ベース層としてはＡｕ或いはＰｔに限らず、電気抵抗が小さく、Ｎｉ３０と合金を形成しやすい金属を用いることができる。また、図１はめっき電極の一部を示したものであり、めっき電極の全てが上記２層又は３層構造である必要はなく、少なくとも被めっき物４０との接触部分が上記構造であればよく、他の部分をＡｕ１０のみとしたり、Ｎｉ３０上に保護膜を形成する構造としてもよい。
【００２６】
［実施例２］
次に、本発明の第２の実施例に係るめっき電極について、図２を参照して説明する。図２は、第２の実施例に係るめっき電極の構造を模式的に示す断面図である。
【００２７】
図２に示すように、本実施例のめっき電極は、Ａｕ或いはＰｔ（図ではＰｔ７０）を材料とするベース層上に、その表面に不動態膜が形成されるＮｉ３０又はＮｉ３０を含む表面層を直接、又は、Ｔｉ８０からなる密着層を介して配設した積層構造（図ではＰｔ７０とＴｉ８０とＮｉ３０の３層構造）としている。このＴｉ８０の膜厚は第１の実施例と同様にベース層であるＰｔ７０を被覆することができる厚さであればよく、０．１〜１．０μｍ程度が好ましい。
【００２８】
このような構造により、Ｐｔ７０によって電気抵抗を低減し、被めっき物４０との電気的接触を良好に保つことができる。また、表面にＮｉ３０を配置することにより、Ｐｔ７０の拡散による汚染を防止することができると共に薬液に対する耐性を高めることができる。更に、Ｎｉ３０とＰｔ７０との間にＴｉ８０を介在させることにより、Ｎｉ３０とＰｔ７０の密着性を良好に保ち、高い耐摩耗性を確保することができる。
【００２９】
なお、第１の実施例と同様に、めっき電極の全てが上記２層又は３層構造である必要はなく、少なくとも被めっき物４０との接触部分が上記構造であればよく、他の部分をＰｔ７０のみとしたり、Ｎｉ３０上に保護膜を形成する構造としてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のめっき電極の構造によれば、下記記載の効果を奏する。
【００３１】
本発明の第１の効果は、貴金属による半導体素子の汚染を防止することができると共に、めっき液等の薬液に対する耐性を高めることができるということである。
【００３２】
その理由は、貴金属からなるベース層上の少なくとも被めっき物と接する部分に、表面に不動態膜を形成するＮｉを含む表面層を形成しているからである。
【００３３】
また、本発明の第２の効果は、被めっき物との電気的接触を良好に保つことができるということである。
【００３４】
その理由は、ベース層としてＡｕ又はＰｔを用いて電気抵抗を低減すると共に、ベース層上に形成するＮｉやＮｉＡｕ、Ｔｉ等の密着層を所定の膜厚で形成することにより、ベース層の展性・延性を阻害することなくめっき電極を被めっき物の形状に合わせて変形させることができるからである。
【００３５】
また、本発明の第３の効果は、高い耐摩耗性が得られるということである。
【００３６】
その理由は、ＮｉとＡｕ或いはＰｔの組み合わせは比較的低温で合金を形成する組み合わせであり、ＮｉとＡｕ或いはＰｔとで合金を形成することにより密着性を高めることができるからである。また、ＮｉとＡｕ或いはＰｔとの界面にＮｉＡｕやＴｉ等の密着層を介在させる事により更に高い密着性を確保する事ができるからである。
【００３７】
そして、このような材料、構造のめっき電極を用いて電解めっきを行うことにより、めっき被膜の物性や膜厚等の面内均一性を高め、電気特性のチップ間バラツキの抑制することができ、半導体素子の製造歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るめっき電極の構造の一部を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係るめっき電極の構造の一部を模式的に示す断面図である。
【図３】従来のめっき電極の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  Ａｕ
２０  ＮｉＡｕ
３０  Ｎｉ
４０  被めっき物
５０  めっきシール
６０  めっき液
７０  Ｐｔ
８０  Ｔｉ
９０  母材
１００  Ａｕ薄膜
１１０  ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＮの何れか
【図１】
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【図２】
2004250723.tif 000004
【図３】
2004250723.tif 000005