【手続補正書】
【提出日】平成15年9月18日(2003.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】半導体ウエハー配線電解メッキ方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】半導体ウエハー面に形成された配線溝及び／又は配線穴にＣｕ（銅）の埋め込み配線を電解メッキで形成する半導体ウエハー配線電解メッキ方法において、
前記電解メッキの電解電流にパルス電流を用い、該パルス電流はそのピーク電流密度が０．０１〜８０．０Ａ／ｄｍ2、パルスデューティ比が０．００９〜０．９９９であることを特徴とする半導体ウエハー配線電解メッキ方法。
【請求項２】前記配線溝及び／又は配線穴の幅は１．０μｍ以下、アスペクトレシオ（ＡＲ）０．１〜５０の形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハー配線電解メッキ方法。
【請求項３】前記電解メッキに用いる電解メッキ液はＣｕ2+濃度が０．０００１〜０．８ｍｏｌ／ｌの電解メッキ液であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ウエハー配線電解メッキ方法。
【請求項４】前記電解メッキ液は添加剤を含まない、ＣｕＳＯ4・５Ｈ2ＯとＨ2ＳＯ4の水溶液であることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の半導体ウエハー配線電解メッキ方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体ウエハー配線電解メッキ方法を用いてメッキした後、該メッキされた半導体ウエハー表面を化学機械研磨することにより、前記半導体ウエハー面の微細溝及び／又は微細穴からなる配線部に形成されたメッキ膜を残して該半導体ウエハー表面のメッキ膜を除去することを特徴とする半導体ウエハー配線電解メッキ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハー面に形成された微細な配線溝や微細な配線穴に埋め込み配線を電解メッキで形成する半導体ウエハー配線電解メッキ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記のように半導体ウエハー面に形成された微細な配線溝や微細な配線穴に埋め込み配線を電解メッキで形成する方法には、直流電解電流を連続的に供給して連続してメッキを行うＤＣ電解メッキ法、メッキとエッチングを繰り返しながらメッキを行うＰＲ（ペリオディック）電解メッキ法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記連続してメッキを行うＤＣ電解メッキ法においては、メッキ槽内のメッキ反応域（固液界面）で形成される反応種（ここではＣｕ2+）の拡散層Ｄの厚さ寸法Ｂが、図１（ａ）に示すように、Ｃｕ埋め込み配線サイズ（配線溝Ｇの深さ寸法）Ａより大きくなり、埋め込み電解メッキが不可能になるという問題があった。
【０００４】
また、メッキとエッチングを繰り返しながらメッキを行うＰＲ電解メッキ法においては、メッキとエッチングを繰り返すので、メッキのレートが下がり、スループットが悪いという問題がある。更に、エッチング時に反応環境がアノード化（＋電場化）するので、メッキ液のアニオン種（例えば、ＳＯ42-）がメッキ膜に吸着され、膜物性が劣化するという問題もあった。
【０００５】
更に、上記ＤＣ電解メッキ法やＰＲ電解メッキ法ではメッキ膜の平滑化、微細結晶化のために有機高分子からる添加剤の併用が必須であり、メッキ膜中にＣ（炭素）元素が取り込まれ配線材としての膜特性が劣化するという問題があった。
【０００６】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、反応種の拡散層を薄くでき、微細な配線溝や微細な配線穴に埋め込みメッキが可能で、且つスループットの向上、膜物性の劣化及び膜特性の劣化を防止できる半導体ウエハー配線電解メッキ方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、半導体ウエハー面に形成された配線溝及び／又は配線穴にＣｕ（銅）の埋め込み配線を電解メッキで形成する半導体ウエハー配線電解メッキ方法において、電解メッキの電解電流にパルス電流を用い、該パルス電流はそのピーク電流密度が０．０１〜８０．０Ａ／ｄｍ2、パルスデューティ比が０．００９〜０．９９９であることを特徴とする。
【０００８】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体ウエハー配線電解メッキ方法において、配線溝及び／又は配線穴の幅は１．０μｍ以下、アスペクトレシオ（ＡＲ）０．１〜５０の形状であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の半導体ウエハー配線電解メッキ方法において、電解メッキに用いる電解メッキ液はＣｕ2+濃度が０．０００１〜０．８ｍｏｌ／ｌの電解メッキ液であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１又は２又は３に記載の半導体ウエハー配線電解メッキ方法において、電解メッキ液は添加剤を含まない、ＣｕＳＯ4・５Ｈ2ＯとＨ2ＳＯ4の水溶液であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体ウエハー配線電解メッキ方法を用いてメッキした後、該メッキされた半導体ウエハー表面を化学機械研磨することにより、半導体ウエハー面の微細溝及び／又は微細穴からなる配線部に形成されたメッキ膜を残して該半導体ウエハー表面のメッキ膜を除去することを特徴とする半導体ウエハー配線電解メッキ方法にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を説明する。図２は本発明の半導体ウエハー配線電解メッキ方法を実施するメッキ装置の概略構成を示す図である。本メッキ装置１０はメッキ槽１１を具備し、該メッキ槽１１内に半導体ウエハーＷを保持するウエハーホルダー１２とアノード電極１３が対向して配置されている。該ウエハーホルダー１２に半導体ウエハーＷを保持することにより、該半導体ウエハーＷの上面とアノード電極１３は対向する。
【００１３】
１４は正のパルス電流を出力するパルス電源であり、１５は例えばクーロンメータ等の電気量計である。パルス電源１４の陽極はアノード電極１３に接続され、陰極はウエハーホルダー１２に保持された半導体ウエハーＷに接続される。また、メッキ槽１１内には電解メッキ液Ｑが収容されている。該電解メッキ液Ｑは塩素イオンや有機高分子等の添加剤を含まない、ＣｕＳＯ4・５Ｈ2ＯとＨ2ＳＯ4からなる水溶液の電解メッキ液である。
【００１４】
また、半導体ウエハーＷの上面には幅１．０μｍ以下、アスペクトレシオ（ＡＲ）０．１〜５０の形状からなる微細な配線溝や微細な配線穴が形成されている。
【００１５】
上記構成のメッキ装置において、パルス電源１４から図３に示すような、正のパルスＰを、アノード電極１３に供給することにより、半導体ウエハーＷの上面の配線溝や配線穴にＣｕメッキが埋め込み形成される。このようにパルスＰをアノード電極１３に供給することにより、アノード電極１３と半導体ウエハーＷの間に流れる電流は断続電流となり、メッキ反応域（固液界面）で形成される反応種Ｃｕ2+の拡散層Ｄの厚さ寸法ＢはＤＣ電解メッキ法やＰＲ電解メッキ法の場合に比較して小さくなり、パルスＰのデューティ比を適当に制御することにより、図１（ｂ）に示すように、拡散層Ｄの厚さ寸法Ｂを配線溝や配線穴Ｇの深さ寸法Ａより小さく（Ｂ＜Ａ）することができる。
【００１６】
なお、図１（ａ）はＤＣ電解メッキ法やＰＲ電解メッキ法の場合の半導体ウエハーＷの面上に形成される拡散層Ｄの状態を、図１（ｂ）は電解電流にパルス電流を用いた場合の半導体ウエハーＷの面上に形成される拡散層Ｄの状態をそれぞれ示す。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、拡散層Ｄの厚さ寸法Ｂを配線溝や配線穴Ｇの深さ寸法Ａより小さくすることができるので、反応種Ｃｕ2+の供給律速が配線溝や配線穴Ｇの中で発生することがなく、緻密なメッキ膜が配線溝や配線穴Ｇ内に均一に形成できる。
【００１８】
ここで緻密なメッキ膜を形成できる適切なパルス電解条件を図３を用いて説明すると、パルスＰのピーク電流密度Ｉｐは、
Ｉｐ＝０．０１〜８０．０Ａ／ｄｍ2
であり、パルスデューティ比θは、
θ＝Ｔｏｎ／Ｔ＝０．００９〜０．９９９
である。
【００１９】
また、緻密なメッキ膜を形成できる適切なＣｕ2+濃度は、０．０００１〜０．８ｍｏｌ／ｌの範囲内である。
【００２０】
上記のように、電解メッキにパルス電流を用いることにより、拡散層Ｄの厚さ寸法Ｂを配線溝や配線穴Ｇの深さ寸法Ａより小さくできるから、幅が１．０μｍ以下、アスペクトレシオ（ＡＲ）０．１〜５０の微細な配線溝や微細な配線穴に埋め込みメッキが可能となる。また、ＰＲ電解メッキ法のように、メッキとエッチングを繰り返さないので、メッキレートを下げることなく電解メッキが可能となり、スループットが向上する。
【００２１】
また、ＰＲ電解メッキ法のようにエッチング時に反応環境がアノード化されることがないので、メッキ液中のＳＯ42-等のアニオン種がメッキ膜に吸着されることなく、膜物性が劣化することはない。
【００２２】
また、ＤＣ電解メッキ法やＰＲ電解メッキ法ではメッキ膜の平滑化、微細結晶化のために、電解メッキ液に有機高分子の添加剤が必須となるが、ここでは電解メッキ液Ｑに添加剤を含まないので、メッキ膜中にＣ元素が取り込まれることなく、配線材としての膜特性が劣化することがない。
【００２３】
なお、図２に示すメッキ装置の概略構成は本発明の半導体ウエハー配線電解メッキ方法を実施するための一例であり、本発明に用いるメッキ装置はこの構成に限定されるものでないことは当然である。
【００２４】
上記電解メッキ方法により、図４（ａ）に示すように、半導体ウエハー１００の例えばＳｉＯ2絶縁層１０２の面上に形成された微細溝１０３や微細穴（コンタクトホール）１０１からなる配線部に同図（ｂ）に示すように、電解メッキ層（膜）１０７を形成する。その後化学機械研磨（ＣＭＰ）機を用いて同図（ｃ）に示すように、配線部に形成された電解メッキ層１０７を残して該半導体ウエハー１００表面の電解メッキ層１０７を除去する。これにより、微細溝１０３や微細穴１０１からなる配線部にのみ電解メッキ層が形成されることになる。なお、図６において、１０５バリア層、１０４は導電体層である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本願各請求項に記載の発明によれば、電解メッキにパルス電流を用い、該パルス電流のピーク電流密度を０．０１〜８０．０Ａ／ｄｍ2、パルスデューティ比を０．００９〜０．９９９とするので、例えば幅１．０μｍ以下、深さ１．０μｍ以下の形状からなる微細な配線溝及び／又は微細な配線穴にＣｕの埋め込み配線を高いスループットで形成することができる。
【００２６】
また、請求項４に記載の発明によれば、電解メッキ液に添加剤を含まない、ＣｕＳＯ4・５Ｈ2ＯとＨ2ＳＯ4の水溶液を用いるので、メッキ膜中に不純物の取り込みが少なく、配線材としての膜特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】電解メッキ槽内のメッキ反応域（固液界面）で形成される反応種の拡散層の状態を示す図で、同図（ａ）はＤＣ又はＰＲ電解メッキ法による場合、同図（ｂ）はパルス電解メッキ法による場合をそれぞれ示す。
【図２】本発明の半導体ウエハー配線電解メッキ方法を実施するためのメッキ装置の一構成例を示す図である。
【図３】本発明の半導体ウエハー配線電解メッキ方法に用いるパルス電流の波形を示す図である。
【図４】本発明の半導体ウエハー配線電解メッキ方法を用いて半導体ウエハー面上の配線部に配線メッキを形成する工程を示す図である。
【符号の説明】
１０      メッキ装置
１１      メッキ槽
１２      ウエハーホルダー
１３      アノード電極
１４      パルス電源
１５      電気量計