(57)【要約】【課題】幅の細い凹構造と幅がこれより広い凹構造が混在している基板において、幅が広くアスペクト比が小さい凹構造はもとより、幅が小さく、アスペクト比が大きい幅の細い凹構造にもボイドを発生させることなく、シード層への密着性を高めた銅等の金属皮膜を形成する方法を提供すること。【解決手段】相対的に幅の細い凹構造と、相対的に幅の広い凹構造を有する半導体基板において、まず、第一のめっき条件により前記相対的に幅の細い凹構造が金属により充填されるようめっきを行い、次いで第二めっき条件で前記相対的に広い凹構造が金属で充填されるようめっきを行うことを特徴とする半導体基板のめっき方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に幅の細い凹構造と、相対的に幅の広い凹構造を有する半導体基板において、まず、第一のめっき条件により前記相対的に幅の細い凹構造が金属により充填されるようめっきを行い、次いで第二めっき条件で前記相対的に広い凹構造が金属で充填されるようめっきを行うことを特徴とする半導体基板のめっき方法。
【請求項２】
半導体基板の前記相対的に幅の細い凹構造および相対的に幅の広い凹構造の双方の内部が、シード層により完全に被覆されているものである請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項３】
第一のめっき条件が、相対的にボトムアップ性の高いめっき条件であり、第二のめっき条件が相対的にレベリング性の高いめっき条件である請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項４】
半導体基板の相対的に幅の細い凹構造が、幅０．２μｍ未満のものであり、相対的に幅の広い凹構造が、幅０．２μｍ以上のものである請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項５】
半導体基板の相対的に幅の細い凹構造が複数存在する請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項６】
半導体基板の相対的に幅の広い凹構造が複数存在する請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項７】
第一のめっき条件と第二のめっき条件の相違が、めっき時の電流密度の相違である請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項８】
第二のめっきにおける陰極電流密度が、第一のめっきにおける電流密度より大きい請求項第７項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項９】
第一のめっき条件における陰極電流密度が、０．１〜１．５Ａ／ｄｍ２であり、第二のめっき条件における陰極電流密度が２〜７Ａ／ｄｍ２である請求項第７項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項１０】
第一のめっき条件における電流密度から、第二のめっき条件における電流密度へ、電流密度を漸増させる請求項第８項記載の半導体基板へのめっき方法。
【請求項１１】
第二のめっき条件によるめっき速度が、第一のめっき条件によるめっき速度より大きい請求項第７項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項１２】
めっき液として硫酸銅めっき液を用い、アクセラレーター成分の割合が多い添加剤を用いる請求項第７項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項１３】
アクセラレーター成分が硫黄系有機化合物である請求項第８項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項１４】
第一のめっき条件により相対的に幅の細い凹構造が金属により充填されるようめっきを行なった後、短時間の逆電解を行い、その後第二めっき条件で相対的に幅の広い凹構造が金属で充填されるようめっきを行う請求項第１１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項１５】
第一のめっき条件と第二のめっき条件の相違が、めっき時に用いるめっき液の添加剤の相違である請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項１６】
第一のめっき液に使用する添加剤が相対的にボトムアップ性の高いものであり、第二のめっき液に使用する添加剤が相対的にレベリング性の高いものである請求項第１５項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項１７】
第一および第二のめっき液は、共に硫酸銅めっき液であり、第一のめっき液に比べ、第二のめっき液はアクセラレーター成分が少なく、レベラー成分が多いものである請求項第１５項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項１８】
第一のめっき条件と第二のめっき条件の相違が、めっき時に用いるめっき液組成の相違である請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項１９】
第一および第二のめっき液は、共に硫酸銅めっき液であり、第一のめっき液に比べ、第二のめっき液は銅濃度および硫酸濃度が低いものである請求項第１８項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項２０】
第一のめっき条件と第二のめっき条件の相違が、めっき液のめっき時の相対速度の相違である請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項２１】
第一のめっき液に使用する添加剤が相対的にボトムアップ性の高いものであり、第二のめっき液に使用する添加剤が相対的にレベリング性の高いものであり、且つ、第二のめっきにおける陰極電流密度が第一のめっきにおける電流密度より大きいことを特徴とする請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項２２】
第一及び第二のめっき液は共に硫酸銅めっき液であり、第一のめっき液に比べ第二のめっき液は銅濃度及び硫酸濃度が低いものであり、且つ、第二のめっきにおける陰極電流密度が第一のめっきにおける電流密度より大きいことを特徴とする請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【請求項２３】
請求項１において、第一のめっき条件によるめっきを行う前に、半導体基板がめっき液と接触する前から該半導体基板と該めっき液に接触したアノード電極との間に電圧を印加し、電圧を印加した状態を維持して該半導体基板と該めっき液とを接触させることを特徴とする半導体基板のめっき方法。
【請求項２４】
請求項２３において、該半導体基板と該めっき液とを接触させる間に印加する電圧は、電圧を所定の値に制御する電圧制御によるものであり、それに次ぐ第一のめっき条件のめっきは電流を所定の値に制御する電流制御であることを特徴とする、半導体基板のめっき方法。
【請求項２５】
請求項２３において、該半導体基板と該めっき液とを接触させる間に印加する電圧は、電圧を所定の値に制御する電圧制御によるものであり、それに次ぐ第一のめっき条件のめっきが電圧を所定の値に制御する電圧制御であることを特徴とする、半導体基板のめっき方法。
【請求項２６】
含浸めっき法により行うものである請求項第１項記載の半導体基板のめっき方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上に設けられた微細な凹部構造に金属を充填して配線回路を形成するためのめっき方法に関し、更に詳細には、幅の細い凹構造と幅がこれより広い凹構造が混在している基板であっても、ボイドを発生させることなく、高い密着性でめっきを行うことができる半導体基板のめっき方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置に用いる配線材料として銅が広く使用されるようになってきている。この銅を用いた配線方法としては、半導体基板（基板）上の絶縁体にビア、トレンチなどの微細な凹構造を形成し、その表面に銅などの配線金属を成膜した後、余分な配線金属をＣＭＰなどにより除去して配線を形成するダマシンの手法が用いられている。
【０００３】
上記の配線方法においては、銅などの配線金属を成膜するに先立って、まず、基板の表面及び凹構造の表面に、銅原子の絶縁体への拡散を防止するＴａＮ、Ｔａ等のバリア層を形成する。次いで、例えば銅を電解めっきによって成膜する場合には、基板の表面及び凹構造の表面のバリア層の上に、電解めっきにおいて給電層となるシード層を形成する。このシード層は一般的にはＰＶＤやＣＶＤによって形成するが、バリア層への密着性が高いシード層を形成できるＰＶＤが広く使用されている。
【０００４】
ところで従来、シード層形成については、次のような問題があるとされていた。すなわち、凹構造の幅が大きい場合やアスペクト比が小さい場合には、シード層は凹構造の全面に途切れることなく形成されるが、凹構造の幅が小さくなりアスペクト比が大きくなると、異方性をもつＰＶＤでは凹構造の側壁への付着が減少し、側璧のシード層が薄くなる。更に凹構造の幅がより小さくなったりアスペクト比がより大きくなると、凹構造の開口部に堆積するシード層が開口部にオーバーハングするようになり、開口の面積が小さくなってしまうという問題があった。
【０００５】
このようなシード層をもつ基板では、その凹構造を電解めっきによって埋めようとしても、凹構造の内部が埋まる前に開口部が閉塞してしまい、凹構造の内部にボイドが残るようになる。
【０００６】
そこで、開口の面積を確保するためにシード層を薄くすることが考えられるが、シード層を薄くすると、側璧のシード層は更に薄くなり、ついには不連続となったり、部分的に極めて抵抗の大きなものとなってしまうという別の問題が生じる。そして、このような不連続なシード層に電解めっきを行うと、シード層の不連続部分で壁面に接してポイドが発生してしまうことになる。
【０００７】
以上の理由から、幅が小さく、アスペクト比が大きい凹構造を有する基板では、開口部の閉塞によるボイド発生と、シード層の不連続によるボイド発生を共に回避しつつ、密着性が良い電解めっきを進める事が必要となる。
【０００８】
ところで、上記した課題を解決するための技術としては、凹構造内の不完全な超薄シード層を、銅イオンを錯体化しためっき液を用い、コンフォーマルなめっきを行うことにより補強して給電層とし、続く電解めっきにより凹構造を埋め込む技術が開示されている。（特許文献１および非特許文献１参照）。
【０００９】
また、同様にシード層を無電解めっきを用いて補強する技術も開示されている（特許文献２、特許文献３、特許文献４および非特許文献２参照）。
【００１０】
しかし、これらのコンフォーマルなめっきを用いたシード層補強は、補強金属のバリア層への密着性が不十分なものであれば、めっき直後には凹構造内の全面に配線が形成されているように見えても、使用により発生するマイグレーションなどの問題は解決されたとはいえない。これが、上記技術が、半導体製造において実用に到っていない理由である。
【００１１】
一方、シード層を用いずにバリア層上に直接銅をめっきする方法も開発されているが、使用するバリア層の材料に制限があり、また信頼性の上でもまだ十分とは言えない状態である。
【００１２】
更に、最近では凹構造も幅の細いものと幅がこれより広いものが混在している基板もあり、このような場合でも、幅が狭く、アスペクト比が大きい凹構造中にボイド等を発生させず、バリア層への密着を高めることが求められている。
【００１３】
【特許文献１】
ＵＳＰ  ６，１９７，１８１
【特許文献２】
特開平６−３４９９５２号
【特許文献３】
特開平７−１９３２１４号
【特許文献４】
ＵＳＰ  ５，９１３，１４７
【非特許文献１】
ＩＥＥＥ２００１、第３３〜３４頁および第２７７〜２７９頁
【非特許文献２】
ＩＥＥＥ２００１、第３０〜３２頁および第３３〜３４頁
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、幅の細い凹構造と幅がこれより広い凹構造が混在している基板において、幅が広くアスペクト比が小さい凹構造はもとより、幅が小さく、アスペクト比が大きい幅の細い凹構造にもボイドを発生させることなく、シード層への密着性を高めた銅等の金属皮膜を高いスループットで形成する方法の提供をその課題とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、最近のＰＶＤ技術の進歩や、アトミックレイヤーでポジションなどの技術開発により、幅の小さい高アスペクト比の凹構造においても完全なシード層形成が可能となりつつある現状において、これを前提に、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、幅の細い凹構造に対するめっき条件と、幅の広い凹構造に対するめっき条件を適宜変えることにより、凹構造中のめっきの密着性が著しく高まることを見いだし、本発明を完成した。
【００１６】
すなわち本発明は、相対的に幅の細い凹構造と、相対的に幅の広い凹構造を有する半導体基板において、まず、第一のめっき条件により前記相対的に幅の細い凹構造が金属により充填されるようめっきを行い、次いで第二めっき条件で前記相対的に広い凹構造が選択的に金属で充填されるようめっきを行うことを特徴とする半導体基板のめっき方法である。
【００１７】
また本発明は、第一のめっき条件が、相対的にボトムアップ性の高いめっき条件であり、第二のめっき条件が相対的にレベリング性の高いめっき条件である上記記載の半導体基板のめっき方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のめっき方法の対象となる半導体基板は、幅が相対的に細い凹構造と幅がこれより相対的に広い凹構造が混在している基板である。この基板における幅が相対的に細い凹構造としては、その幅が０．２μｍ未満のものである。このような幅の凹構造のアスペクト比（ＡＲ）は、４以上のものであることが多い。一方、相対的に幅の広い凹構造は、その幅０．２μｍ以上のものであり、そのＡＲは４未満である。
【００１９】
上記半導体基板上に本発明方法によりめっきするにあたっては、まず、凹構造のあるめっき面全体に常法に従ってＴａＮ、Ｔａ等のバリア層を形成し、次いで、ＰＶＤやＣＶＤ等を用い、シード層を形成する。このシード層の形成にあたっては、バリア層への密着性が高いシード層を形成できることから、ＰＶＤが好ましく使用され、特に側壁へのシード層の形成が優れている点から、セルフ−イオナイズド・スッパッタリング（Ｓｅｌｆ−ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ＳＩＳ）法や、セルフ−イオナイズド・プラズマ・スパッタリング（Ｓｅｌｆ−ｉｏｎｉｚｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ；ＳＰＳ）法等の方法を採用することが好ましい。
【００２０】
このようにしてシード層が形成された半導体基板は本発明のめっき方法に付される。本発明のめっき方法は、基本的には、相対的に幅の細い凹構造が金属により充填されるための第一のめっき条件と、その後に相対的に広い凹構造が選択的に金属で充填される第二のめっき条件により行われるが、例えば、第二のめっき条件は、ある程度の範囲で変更してもかまわない。
【００２１】
上記の第一のめっき条件は、相対的にボトムアップ性の高いめっき条件であり、第二のめっき条件は相対的にレベリング性の高いめっき条件である。ここで、「相対的」と記載する理由は、第一のめっき条件であってもある程度のレベリング性が認められ、また、第二のめっき条件でもある程度のボトムアップ性が認められるが、それぞれを対比したときに、第一のめっき条件の方がボトムアップ性が高く、第二のめっき条件の方がレベリング性が高いからである。
【００２２】
このような、ボトムアップ性の高い第一のめっき条件と、レベリング性が高い第二のめっき条件を達成するための方法としては、いくつかの方法があるが、その例を挙げれば次の通りである。
【００２３】
（１）めっき時の陰極電流密度（以下、「電流密度」という）を変えることにより、第一のめっき条件と第二のめっき条件を変える方法：
（２）めっき時に用いるめっき液の添加剤を変えることにより、第一のめっき条件と第二のめっき条件を変える方法：
（３）めっき時に用いるめっき液組成を変えることにより、第一のめっき条件と第二のめっき条件を変える方法：
（４）めっき時の被めっき部とめっき液の相対速度を変えることにより、第一のめっき条件と第二のめっき条件を変える方法：
【００２４】
まず、上記（１）の方法は、第一のめっき条件における電流密度を第二のめっき条件における電流密度より低くするものである。この場合、めっき液としてボトムアップ性の高い添加剤を多めに含むめっき液を用いることが好ましい。また、めっき時の電流密度を低くすることにより添加剤のボトムアップ性をより効果的に発現させることができる。なお、どの程度電流密度を低くすることによりボトムアップ性が向上するかは、実験等により決められるが、例えば、標準的な硫酸銅めっき液を用いた場合、ボトムアップ性を要求される第一のめっき条件の電流密度は、０．１〜１．５Ａ／ｄｍ２程度であり、レベリング性が要求される第二のめっき条件における電流密度は、２〜７Ａ／ｄｍ２程度である。このように、第二のめっき条件の電流密度を第一のめっき条件の電流密度より大きくすることにより、レベリング性を向上させると共に、第二のめっき条件でのめっき速度を第一のめっき条件でのめっき速度より大きくし、時間を要する広い凹構造の充填を短時間で行うことが可能となる。
【００２５】
なお、第一のめっき条件によって相対的に細い凹構造を充填した後、図２（ａ）のように短時間の逆電解を行い、細い凹構造の表面にオーバープレーティングしためっき膜をエッチングし、オーバープレーティング部の添加剤を除去しても良い。この場合の逆電解時間は、１〜１０秒であり、より好ましくは１〜４秒である。
【００２６】
上記図２（ａ）では、第一のめっき条件での電流密度と、第二のめっき条件での電流密度を不連続的に変化させているが、例えば、図２（ｂ）のように、第一のめっき条件から第二のめっき条件へ電流密度をなめらかに漸増するよう変化させても良いし、あるいは図２（ｃ）のように、直線的に漸増するよう変化させても良い。
【００２７】
また、上記（２）の方法は、第一のめっき液に相対的にボトムアップ性の高い添加剤を使用し、第二のめっき液に相対的にレベリング性の高いものを使用するものである。例えば、硫酸銅めっき液の場合、一般にサプレッサー（析出抑制剤；コンフォーマルになる）、アクセラレーター（ボトムアップ性を高める）およびレベラーが使用されるから、第一のめっき液にアクセラレーターと呼ばれる成分を多めに配合した添加剤を用い、第二のめっき液にレベラーと呼ばれる成分を多めに配合した添加剤を用いれば良い。
【００２８】
なお、サプレッサーとなる成分、アクセラエーターとなる成分およびレベラーとなる成分は、それぞれ良く知られているが、その代表例を挙げれば、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、その重合体、酸化エチレン等の高分子界面活性剤等がサプレッサー成分、４，４‐ジチオビスブタンスルホン酸、３，３−ジチオビスプロパンスルホン酸等のジチオビス‐アルカン‐スルホン酸またはその塩などの硫黄系有機化合物等がアクセラレーター成分、サフラニン、チオフラビン、Ｄｙｅ３００、Ｃｙ５等の有機染料化合物等がレベラー成分である。また、この方法の実施には、添加剤の異なる二つのめっき液を利用しても良いし、第一のめっき条件から第二のめっき条件に移る際にレベラー成分を追加する方法によっても良い。
【００２９】
また、第一のめっき液にアクセラレーターと呼ばれる成分を多めに配合した添加剤を用いたか否かは、銅めっき皮膜中のイオウの濃度に反映される。例えば、アクセラレーターを多めに配合した添加剤を用いて硫酸銅めっきを行った場合、例えば、１μｍの厚みの銅皮膜中の０．５μｍの点において、イオウ原子が、１×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以上となるのが普通である。これに対し、アクセラレーターを多めに配合しない添加剤を用いた場合は、同じ条件の銅皮膜中の０．５μｍのイオウ原子が、１×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以上になることはない。
【００３０】
更に、上記（３）の方法は、第一のめっき液として、金属イオン濃度およびアニオン濃度の高いものを用い、第二のめっき液としてこれらの濃度の低いものを使用する方法である。たとえば、硫酸銅めっき液の場合、金属イオンが銅イオンであり、アニオンが硫酸イオンであるが、これら濃度が高い液を用いればボトムアップ性が高くなり、これら濃度が低い液を用いればレベリング性が高くなる。この方法の実施に当たっては、濃度の高い第一のめっき液と濃度の低い第二のめっき液を用意し、これらを利用すればよい。
【００３１】
最後の（４）の方法は、めっき時の被めっき部とめっき液の相対速度の変化により、ボトムアップ性とレベリング性を調整するものである。このめっき液の相対速度は、例えばスピンめっきの場合、基板の回転速度や、めっき液の噴流速度により定まる。基板の回転速度（基板に対して水平方向の速度）が速いと、ボトムアップ性が向上し、レベリング性は低下する。また、噴流速度（基板に対して垂直方向の速度）が速いと、ボトムアップ性が向上し、レベリング性が低下する。従って、これらの性質を利用することにより、ボトムアップ性とレベリング性を調整することができる。
【００３２】
本発明方法では、上記方法を単独で使用しても良いが、これらを組み合わせても良く、これにより、より好適なボトムアップ性やレベリング性を得ることができる。
【００３３】
なお、酸性のめっき液を用いる場合には、基板をめっき液に接触させる際に次のような方法を取ることが望ましい。すなわち、基板表面に形成されたシード層の表面には、空気との接触によって酸化膜が形成されることがある。この酸化膜は酸性めっき液と接触すると溶解する場合があり、シード層の表面はエッチングされ、薄いシード層は、極端な場合にはなくなってしまい、バリア層が露出することもある。
【００３４】
このため、基板をめっき液に接触させる前に、基板とめっき液に接触したアノード電極との間にめっき電圧を印加しておき、基板がめっき液に接触したときからシード層表面の酸化膜の還元又はめっき成膜が開始されるようにすることが好ましい。この方法は一般にはホットエントリーなどと呼ばれている。
【００３５】
このようなホットエントリーの場合、接液時には、最初は基板の一部が接触し、次第に接触面積が増加して、基板の被めっき面全体が接触するようになるため、接触面積の変化に伴い、系の電気抵抗が大きく変化する。このためホットエントリーにおいては電圧を所定の値に制御する電圧制御を用いることが多く行われている。ホットエントリーを電流制御で行う場合には、電圧リミッターを利かせて設定以上の電圧が印加されないようにしておくことが必要である。
【００３６】
ホットエントリー時の電圧を大きく設定すると、最初に接液した部分と最後に接液した部分でめっき膜厚の不均一を生じるため、接液が完了するまではシード層の溶解を防止できる出来るだけ小さい電圧を用いることが好ましい。
【００３７】
また、ホットエントリー終了後、最初のめっき条件によるめっきを継続して行う場合には、電圧制御から電流制御に切り替えても良いが、そのまま電圧制御としても良い。特にシード層が薄い場合には初期のシード抵抗の大きい状態からシード層上への配線金属の堆積によって抵抗が減少した状態への移行において、抵抗値に見合った適切な電流を印加することが可能となる。勿論、第一のめっき条件のめっき、第二のめっき条件のめっきにおいても電圧制御を用いることも可能である。第一のめっき条件と第二のめっき条件において電流密度を変化させる場合に、電圧制御においてもそれに見合うように電圧を変化させることにより、電流制御と同様に、低電流密度による第一のめっき条件、高電流密度による第二のめっき条件を実現できる。
【００３８】
以上説明した本発明方法は、一般の半導体基板のめっき装置を用いて実施できることはもちろんであるが、より好ましい方法としては、図１に示すような含浸めっき装置を用いる含浸めっき方法が挙げられる。
【００３９】
図１は、含浸めっき装置の電極ヘッドおよび基板保持部を概略的に示す断面図である。図中、２６は揺動アーム、３６は基板保持部、８８はカソード電極、９０はシール材、９２はボールベアリング、９４はハウジング、９４ａは内方突出部、９４ｂはめっき液排出口、９６はスペーサ、９８はアノード電極、１００は中空のめっき液室、１０２はめっき液供給管、１０４はめっき液導入管、１０４ａはめっき液導入口、１０６はめっき液排出管、１１０は高抵抗構造体、１１０ａはフランジ部、１１２は細管、１１４はめっき電源、１２４は保持部、１３２は上下動モーター、１３４はボールねじ、Ｗはウェハを示す。
【００４０】
含浸めっき装置の電極ヘッドは、揺動アーム２６の自由端にボールベアリング９２を介して連結したハウジング９４と、このハウジング９４の下端開口部を塞ぐように配置された高抵抗構造体１１０とを有している。すなわち、このハウジング９４の下部には、内方に突出した内方突出部９４ａが、高抵抗構造体１１０の上部にはフランジ部１１０ａがそれぞれ設けられ、このフランジ部１１０ａを内方突出部９４ａに引っ掛け、更にスペーサ９６を介装することで、ハウジング９４に高抵抗構造体１１０が保持されている。これによって、ハウジング９４の内部に中空のめっき液室１００が区画形成されている。
【００４１】
この高抵抗構造体１１０は、アルミナ、ＳｉＣ、ムライト、ジルコニア、チタニア、コージライト等の多孔質セラミックスまたはポリブロピレンやポリエチレンの焼結体等の硬質多孔質体、あるいはこれらの複合体、更には織布や不織布で構成される。例えば、アルミナ系セラミックスにあっては、ポア径３０〜２００μｍ、ＳｉＣにあっては、ポア径３０μｍ以下、気孔率２０〜９５％、厚み１〜２０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、更に好ましくは８〜１５ｍｍ程度のものが使用される。この例では、例えば気孔率３０％、平均ポア径１００μｍでアルミナ製の多孔質セラミックス板から構成されている。そして、この内部にめっき液を含有させることで、つまり多孔質セラミックス板自体は絶縁体であるが、この内部にめっき液を複雑に入り込ませ、厚さ方向にかなり長い経路を辿らせることで、めっき液の電気伝導率より小さい電気伝導率を有するように構成されている。
【００４２】
このように高抵抗構造体１１０をめっき液室１００内に配置し、この高抵抗構造体１１０によって大きな抵抗を発生させることで、シード層の抵抗の影響を無視できる程度となし、基板Ｗの表面の電気抵抗による電流密度の面内差を小さくして、めっき膜の面内均一性を向上させることができる。
【００４３】
前記めっき液室１００内には、アノード電極９８が、この上方に配置しためっき液導入管１０４の下面に取付けられて配置されている。そして、このめっき液導入管１０４には、めっき液導入口１０４ａが設けられ、このめっき液導入ロ１０４ａにめっき液供給設備（図示せず）から延びるめっき液供給管１０２が接続され、更に、ハウジング９４の上面に設けられためっき液排出口９４ｂにめっき液室１００に連通するめっき液排出管１０６が接続されている。
【００４４】
めっき液導入管１０４は、被めっき面に均一にめっき液を供給できるように、マニホールド構造が採用されている。即ち、その長手方向に沿った所定の位置に、この内部に連通する多数の細管１１２を連結している。そして、アノード電極９８及び高抵抗構造体１１０のこの細管１１２に対応する位置には細孔が設けられ、細管１１２は、これらの細孔内を下方に延びて、高抵抗構造体１１０の下面ないし該下面付近に達するように構成されている。
【００４５】
これにより、めっき液供給管１０２からめっき液導入管１０４に導入されためつき液は、細管１１２を通過して高抵抗構造体１１０の下方に達し、この高抵抗構造体１１０の内部を通過してめっき液室１００内を満たしてアノード電極９８をめっき液中に浸漬させ、めっき液排出管１０６を吸引することで、めっき液排出管１０６から排出されるようになっている。
【００４６】
上記含浸めっき装置に使用するアノード電極９８は、スライムの生成を抑制するため、含有量が０．０３〜０．０５％のリンを含む銅（含リン銅）で構成されているが、不溶解のものを使用してもよい。
【００４７】
また、カソード電極８８はめっき電源１１４の陽極に、アノード電極９８はめっき電源１１４の陰極にそれぞれ電気的に接続されるのであるが、このめっき電源１１４は、流れる電流の向きを任意に変更できるようになっている。
【００４８】
更に、ボールベアリング９２は、保持部１２４を介して揺動アーム２６に吊下げ保持されている。また、揺動アーム２６は、サーボモータからなる上下動モータ１３２とボールねじ１３４を介して上下動するように構成されている。この上下機構は空気圧アクチュエータであってもよい。
【００４９】
そして、電解めっきを行うときには、基板保持部３６で保持した基板Ｗと高抵抗構造体１１０との隙間が、例えば０．１〜３ｍｍ程度となるまで電極ヘッドを下降させ、この状態で、めっき液供給管１０２からめっき液（めっき液）を供給して、高抵抗構造体１１０にめっき液を含ませながら、基板Ｗの上面（被めっき面）からめっき液室１００の内部をめっき液で満たす。これによって、基板Ｗの被めっき面にめっきを施せば良い。
【００５０】
【実施例】
以下、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。
【００５１】
なお、本実施例においては、基本組成として硫酸銅を硫酸銅５水和物として１５０〜２５０ｇ／ｌ、硫酸を２０〜１００ｇ／ｌ、塩素を２０〜９０ｍｇ／ｌ含有するめっき液を用い、添加剤としては、電析反応を抑制する高分子界面活性剤として分子量２０，０００のＰＥＧ（ポリエチレングリコール）を０．０５〜２０ｍｇ／ｌ、電着速度を促進する硫黄系飽和有機化合物として３，３−ジチオビスプロパンスルホン酸ナトリウムを１〜２０ｍｇ／ｌ、銅めっきのレベリングを制御する有機染料化合物としてサフラニンを１〜２０ｍｇ／ｌの範囲で使用した。
【００５２】
実  施  例  １
めっき時の電流密度の変更：
（１）まず、最初に予備実験として、硫黄系有機化合物の濃度と有機染料化合物の濃度を振った実験を行ない、微細配線パターン凹部内にボイドが発生するかどうか確認した。また発生するハンプ高さも確認した。実験に用いたパターンウェーハは、熱酸化膜にφ０．１６μｍ径で深さ０．８μｍのビアパターンとφ０．３μｍ径で深さ０．８μｍのビアパターンがエッチングされているものを用いた。また、ウェーハ上には、バリア膜としてＴａＮが１０〜４０ｎｍ、シード膜はＳＩＳ法により６０〜１５０ｎｍの厚みで設けた。また、めっき時の電流値は０．１Ａ／ｄｍ２〜３Ａ／ｄｍ２の範囲とし、ボイドの有無は、めっき後の断面をＳＥＭで確認した。
【００５３】
後記表１に実験の結果をまとめたが、φ０．１６μｍのパタ―ンでは硫黄系有機化合物濃度が高く、有機染料化合物濃度が小さい場合のみビアパターン内のボイドフリーである。また、硫黄系有機化合物濃度２０ｍｇ／ｌ、有機染料化合物５ｍｇ／ｌのめっき液では、０．１Ａ／ｄｍ２〜１．５Ａ／ｄｍ２の範囲でボイドが見られず、０．１Ａ／ｄｍ２以下の電流値ではボトムボイドが見られ、１．５Ａ／ｄｍ２を超える電流値では、トップボイドが発生した。０．１Ａ／ｄｍ２〜１．５Ａ／ｄｍ２の電流値では、ボトムアップ性がよく、ピンチオフも抑えられている。これらのことから、ボトムアップ性は、両添加剤濃度比に依存し、適正な電流条件があることを意味する。φ０．３μｍのパターンではボイドは発生していなかった。
【００５４】
【表１】
2004315889.tif 000002
【００５５】
（２）次に、パターンウェーハとして熱酸化膜１．０μｍにＬ／Ｓ（ラインアンドスペース；溝幅／溝間隔）＝０．１８μｍ／０．１８μｍ及びＬ／Ｓ＝０．３μｍ／０．３μｍの溝パターンをエッチングし、その上にバリア／シード膜を形成させたものを用い、めっきにより生じるハンプの高さを確認した。めっきにおける電流値は１．０Ａ／ｄｍ２、めっき時間は２８０秒で、ベタ膜相当で１μｍ相当の厚さのめっきを行なった。表２にその結果をまとめるが、硫黄系有機物濃度が低く、有機染料化合物濃度が高い場合にハンプ高さが小さいことがわかった。
【００５６】
【表２】
2004315889.tif 000003
【式１】
2004315889.tif 000004
ａ、ｂは、図４を参照。
【００５７】
（３）以上の（１）および（２）の予備試験を元に、実際のパターンウェーハでめっき実験を実施した。実験は、２００ｍｍウェーハ用カップ式のめっき装置を用い、パターンウェーハのめっき条件出しを行なった。パターンウェーハには０．２μｍ以下の幅の微細パターンとそれ以外のパターンが混在する。パターンの深さは０．２〜１．０μｍである。パターンウェーハ上にはＴａＮのバリア膜が１０〜４０ｎｍ、ＳＩＳ法のシード膜が６０〜１５０ｎｍの厚みで形成されている。
【００５８】
使用めっき液としては、硫黄系有機化合物濃度が２０ｍｇ／ｌと高く、有機染料化合物濃度が５ｍｇ／ｌと低い濃度のものを使用する。めっき液の流量は５〜２５ｌ／ｍｉｎ、めっき温度は２０〜３０℃、ウェーハ回転数１０〜２５０ｒｐｍである。電流条件は、図２（ａ）に示すようなめっきの電流レシピにより、第１ステップとして、微細なパターンをボイドのないように埋め込む条件で行い、第２ステップでは、スループットの高い条件、めっきの面内均一性の良い条件でおこなった。
【００５９】
具体的には、第１ステップの初期電流値が１．０Ａ／ｄｍ２相当で２５〜５０秒間めっきを行ない、２．０Ａ／ｄｍ２で０．５〜５秒間逆電解を行ない表面の添加剤を除去した後、第２ステップとして電流値が２〜７Ａ／ｄｍ２で微細配線以外のパターンにめっきを行ない、最終的にめっき膜厚が１μｍになるよう実施した。
【００６０】
図３に第１ステップ後のめっき断面を示す。この図３のうち、右側は、電流密度が０．１Ａ／ｄｍ２以下の条件では、幅の細い凹構造はシード層が薄いことから電流が極めて低くなり、めっき被膜が析出しずらく、かつ、シード膜がエッチングされるためボトムボイドあるいはサイドボイドが発生しやすくなることを模式的に示すものである。また。左側の図は、電流密度が１．５Ａ／ｄｍ２以上では、ピンチオフ速度がボトムアップ速度より大きくなり、トップボイドが発生しやすくなることを模式的に示すものである。これに対して、中央上側の図は、電流密度が０．１Ａ／ｄｍ２ないし１．５Ａ／ｄｍ２の範囲では、ボトムボイドやトップボイドが発生しないことを模式的に示し、中央下側の図は、幅の広い凹構造では、抑制剤の影響を受け、コンフォーマルに近い状態でめっき被膜が形成されることを示している。
【００６１】
また、図４は第２ステップ後のめっき断面を示す図面である。この図は、配幅とピッチによりハンプ高さが変わることを示すものであり、幅の細い凹構造では、上に示すようにめっき後のハンプが高く、それよりやや幅が広い凹構造では下の左側に示すようにハンプ高さが小さくなり、幅の広い凹構造では、下の右側に示すように凹状にめっきされることを模式的に示している。
【００６２】
このように条件の異なる２ステップの電流条件でめっきを行うことにより、微細パターンの埋め込みができ、かつ、スループットが高く、めっき膜厚の面内均一性のよいめっきが可能となった。
【００６３】
実  施  例  ２
めっき時の添加成分の変更：
２００ｍｍウェーハ用カップ式のめっき装置を用い、めっき液中の硫黄系有機化合物濃度と有機染料化合物濃度が異なる２つのセルを用い、めっきを行なう。
第１ステップのめっきは、めっき液が硫黄系有機化合物の濃度が２０ｍｇ／ｌと高く、有機染料化合物濃度が５ｍｇ／ｌと低いものを使用し、実施例１の条件で１．０Ａ／ｄｍ２相当で２５〜５０秒のめっきを行ない、微細配線部を埋め込む。
【００６４】
第２ステップのめっきは、めっき液が硫黄系有機化合物の濃度が５ｍｇ／ｌと低く、有機染料化合物濃度が１０ｍｇ／ｌと高いものを使用し、電流値が２〜５Ａ／ｄｍ２で微細配線以外パターンのめっきを行ない、最終的にめっき膜厚が１μｍになるようにした。２ステップの電流条件でめっきを行うことにより、微細パターンの埋め込みができ、第２ステップのめっきで添加剤濃度が異なることで、平滑性の高いめっきが実現できた。
【００６５】
【発明の効果】
上記した本発明方法によれば、幅の細い凹部および幅の広い凹部について、それぞれの凹部を埋めるのに適しためっき条件でめっきを行うことができる。
【００６６】
従って、ボイドのない、密着性の良い銅等の金属皮膜を凹部の中に形成することが可能であり、安定した性能の半導体基板を調製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法において、好ましく使用される含浸めっき装置の概要を示す断面図である。
【図２】めっき時の電流レシピを示す図面である。
【図３】実施例１（３）における第１ステップ後のめっき形状を模式的に示したものである。
【図４】実施例１（３）における第２ステップ後のめっき形状を模式的に示したものである。
【符号の説明】
２６  …  …  揺動アーム
３６  …  …  基板保持部
８８  …  …  カソード電極
９０  …  …  シール材
９２  …  …  ボールベアリング
９４  …  …  ハウジング
９４ａ  …  …  内方突出部
９４ｂ  …  …  めっき液排出口
９６  …  …  スペーサ
９８  …  …  アノード電極
１００  …  …  中空のめっき液室
１０２  …  …  めっき液供給管
１０４  …  …  めっき液導入管
１０４ａ  …  …  めっき液導入口
１０６  …  …  めっき液排出管
１１０  …  …  高抵抗構造体
１１０ａ  …  …  フランジ部
１１２  …  …  細管
１１４  …  …  めっき電源
１２４  …  …  保持部
１３２  …  …  上下動モーター
１３４  …  …  ボールねじ
Ｗ    …  …  ウェハ
以    上
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004315889.tif 000007
【図４】
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