(57)【要約】【課題】めっき槽内の結晶物の発生を抑制することを目的とする。【解決手段】半導体装置基板６をめっき液１から引き上げた後、めっき槽内に加湿された不活性ガスを導入することにより、めっき槽に付着しためっき液１が乾燥することを抑制できるため、めっき槽内の結晶物の発生を抑制することができる。【選択図】図１
2009127103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、内槽と外槽を備えるめっき槽を用いて半導体装置基板に形成された配線溝に銅を埋め込む電解めっきを行う際に、
前記半導体装置基板を前記内槽に貯められためっき液に浸漬してめっき処理を行う工程と、
前記半導体装置基板を前記めっき液から引き上げて残留めっき液を振切る工程と、
前記めっき槽内を加湿する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記加湿する工程は、不活性ガスに純水をバブリングさせて水蒸気を含ませたガスを前記めっき槽内に送り込むことにより行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記不活性ガスが窒素ガスであることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記加湿する工程後、さらに前記めっき槽の内部の前記ガスを排出する排気工程を有することを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記加湿の際に、さらに前記外槽を冷却する工程を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記冷却する工程にて、前記外槽を５〜１０℃に冷却することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体装置の製造の際に、半導体装置基板に形成された配線溝に銅を埋め込む電解めっきを行う半導体装置の製造装置であって、
めっき液が循環される外槽と内槽を備えるめっき槽と、
回転機構を備えて前記半導体装置基板を保持する保持部と、
前記内槽の前記めっき液中に前記保持部と対向するように備えられるアノード電極と、
前記保持部と前記アノード電極に電圧をかける電源と、
前記めっき槽に加湿された不活性ガスを導入する加湿器と
を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記めっき槽から前記不活性ガスを排出する排気装置をさらに有することを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記外槽を冷却する冷却装置をさらに有することを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置基板に電解めっきにより配線材である銅を成膜する半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高集積化、高機能化及び高速化に伴って、半導体装置の製造プロセスにおいて、配線遅延の問題から、配線材に、従来のアルミからより抵抗の低い銅を用いるプロセスが主流となってきている。この銅配線技術には、絶縁膜に予め所望の配線溝をドライエッチ法により形成し、そこにスパッタ法によりシード層と呼ばれる銅の薄膜を成膜した後、電解めっき法により銅を埋め込み、余剰な銅を化学的機械研磨法（ＣＭＰ）により除去するダマシン法が用いられている。半導体装置の微細化により、ダマシン工程で発生するパーティクルも、より微少なサイズの抑制が求められており、電解めっき法においても、成膜過程で半導体装置基板に付着するパーティクルは、配線溝への銅の埋め込み不良につながり、また、成膜後に付着するパーティクルにおいては、その後のＣＭＰ処理の中でスクラッチの発生源となり半導体装置の配線ショート不良の原因となる。
【０００３】
従来、電解めっき工程にて発生するパーティクルや埋め込み不良などの膜の欠陥を抑制する技術については、種々の方法が提案されている。
以下、図２を用いて、従来技術の銅の電解めっき装置について説明する。
【０００４】
図２は従来の半導体装置の製造に用いる電解めっき装置の構成を示す図である。
図２に示すように、従来技術の電解めっき装置は、硫酸銅を主成分とするめっき液１０１を用い、このめっき液１０１を循環させるために、内槽１０２、外槽１０３、タンク１０４、及びポンプ１０５により構成される。また、図には記載していないが、循環中に水分の蒸発などによりめっき液１０１の濃度が変わらないように、自動で濃度を補正する機能を有することが一般的である。また、被めっき体である半導体装置基板１０６を、めっき液１０１に浸漬させるために、昇降と回転機構を伴った保持部１０７を有している。また、電解めっきを行うために、電源１０８を有し、内槽１０２のめっき液１０１中に半導体装置基板１０６（カソード）と平行にアノード電極となる銅板１０９を設置し、ここに通電することでめっき処理が施される。また、図２には記載していないが、外槽１０３内の酸などを含む雰囲気が、外槽１０３内から外に拡散しないように、外槽１０３内を排気する排気管が設けているのが一般的である。ここで、従来技術が着眼した課題は、半導体装置基板１０６面に銅を成膜していく過程で、表面の化学反応にて発生する気泡である。この気泡は、半導体装置基板１０６の配線溝への正常な銅の埋め込みの妨げとなり埋め込み不良につながる。そこで、解決手段として、保持部１０７に超音波を発信する圧電素子１１０を取付け、半導体装置基板１０６に超音波を伝えることで、気泡を効率的に半導体装置基板１０６から離脱させる方法を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２５９４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術にてめっき処理を行った半導体装置基板の出来栄えを調査したところ、半導体装置基板１０６の周辺に、微少なパーティクルが付着していることがわかった。このパーティクルは、その後の化学的機械研磨（ＣＭＰ）処理でスクラッチとなり、半導体装置の配線間ショートの原因になり課題になっている。このパーティクルについて詳細に調査した結果、めっき液１０１に用いる硫酸銅が結晶化した五水和硫酸銅であることが分かった。この結晶物の発生源について、めっき槽内を調査したところ、特に外槽１０３の内壁に多く付着していることがわかった。図２に示すように、これは、浸漬処理終了後に、半導体装置基板１０６をめっき液１０１から引上げ、保持部１０７の回転動作により表面の残留めっき液を振切る動作が入るが、この時、飛散しためっき液１０１が、外槽１０３の内壁に付着し、一連のめっき処理終了後に時間経過とともに乾燥し結晶化した結晶物１１１であると推察される。半導体装置基板１０６への付着については、一連のめっき処理が再開される中で、同様な保持部の回転動作時に、めっき液の飛散と同時に、外槽の内壁に付着した結晶物１１１が脱離し、半導体装置基板表面に再付着したものと推察される。
【０００６】
この結晶物１１１が、その後のＣＭＰ工程でスクラッチ要因となり、半導体装置の配線間ショートといった歩留低下原因につながり課題となっている。
前記に鑑み、本発明は、めっき槽内の結晶物の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法であって、内槽と外槽を備えるめっき槽を用いて半導体装置基板に形成された配線溝に銅を埋め込む電解めっきを行う際に、前記半導体装置基板を前記内槽に貯められためっき液に浸漬してめっき処理を行う工程と、前記半導体装置基板を前記めっき液から引き上げて残留めっき液を振切る工程と、前記めっき槽内を加湿する工程とを有することを特徴とする。
【０００８】
また、前記加湿する工程は、不活性ガスに純水をバブリングさせて水蒸気を含ませたガスを前記めっき槽内に送り込むことにより行うことを特徴とする。
また、前記不活性ガスが窒素ガスであることを特徴とする。
【０００９】
また、前記加湿する工程後、さらに前記めっき槽の内部の前記ガスを排出する排気工程を有することを特徴とする。
また、前記加湿の際に、さらに前記外槽を冷却する工程を有することを特徴とする。
【００１０】
また、前記冷却する工程にて、前記外槽を５〜１０℃に冷却することを特徴とする。
さらに、本発明に係る半導体装置の製造装置は、半導体装置の製造の際に、半導体装置基板に形成された配線溝に銅を埋め込む電解めっきを行う半導体装置の製造装置であって、めっき液が循環される外槽と内槽を備えるめっき槽と、回転機構を備えて前記半導体装置基板を保持する保持部と、前記内槽の前記めっき液中に前記保持部と対向するように備えられるアノード電極と、前記保持部と前記アノード電極に電圧をかける電源と、前記めっき槽に加湿された不活性ガスを導入する加湿器とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記めっき槽から前記不活性ガスを排出する排気装置をさらに有することを特徴とする。
また、前記外槽を冷却する冷却装置をさらに有することを特徴とする。
【００１２】
以上により、電解めっき装置のめっき槽内で飛散しためっき液の結晶化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、銅配線を形成するためのめっき処理において、半導体装置基板をめっき液から引き上げた後、めっき槽内に加湿された不活性ガスを導入することにより、めっき槽に付着しためっき液が乾燥することを抑制できるため、めっき槽内の結晶物の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の半導体装置の製造装置では、電解めっき装置において、電解めっき装置のめっき槽内を加湿する機能をもち、飛散しためっき液が乾燥することを防ぐ手段をとる。
具体的にめっき槽内を加湿する方法として、飽和した水蒸気を含んだ不活性ガス、例えば飽和した水蒸気を含んだ窒素ガスを、めっき槽の外槽部上方から供給する方法をとることができる。飽和した水蒸気を含んだ窒素ガスを供給する方法としては、例えば、密閉された純水槽に窒素ガスを供給し、バブリングさせながら窒素ガスを供給する方法がある。また、めっき槽内の加湿は、半導体装置基板をめっき処理していない処理待ち時に行い、処理時には、バブリングした窒素ガスの供給を一旦停止させる。この時、外槽内に満たされた水蒸気を効率的に排気するために、排気量の切替え可能な排気バルブを用い、所定の時間、排気量をあげ、その後、外槽内の酸雰囲気が外部に拡散しない所まで排気量を絞った状態でめっき処理を施す。さらに、外槽部の周囲に、螺旋状に冷却配管を取付け、外槽部を５〜１０℃程度に冷やすことにより、外槽部の内壁を結露させる手段をとる。これにより、外槽部の内壁に付着しためっき液の保湿を促す機能をもたせる。
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明の半導体装置の製造に用いる電解めっき装置の構成を示す図である。
まず、図１に示すように、本発明の電解めっき装置の構成では、まず、一般的な従来技術の構成として、硫酸銅を主成分とするめっき液１を用い、このめっき液１を循環させるために、内槽２、外槽３、タンク４、及びポンプ５により構成される。また、図１には記載していないが、めっき液の濃度を自動で補正する機能を有する。また、被めっき体である半導体装置基板６を、めっき液１に浸漬させるために、昇降と回転機構を伴った保持部７を有している。また、電解めっきを行うために、電源８を有し、内槽２のめっき液中に半導体装置基板６（カソード）と平行にアノード電極となる銅板９を設置し、ここに通電することでめっき処理が施される。また、外槽３内の酸雰囲気が外部に拡散しないように、めっき槽には排気配管１０が設けることが有効である。ここで、本発明の特徴である構成について説明する。本発明の電解めっき装置は、密閉された純水槽１１と、ここに窒素ガスを供給し、純水をバブリングする機構をもたせる。さらに、このバブリングされた窒素ガスを、純水槽１１からめっき槽内に送り込むための供給配管を設ける。ここで、この水分を含んだ窒素ガスの供給は、めっき処理時には停止し、処理が停止している処理待ち時間にのみ供給できるように、ＯＮ／ＯＦＦ制御が可能な方式をとる。また、外槽３内を、効率的にこのバブリングされた窒素ガスで満たすことと、外槽３内の酸雰囲気が、外槽３の外部に拡散しないようにすることを同時に可能にする上で、めっき槽の排気配管１０の途中に、排気量を可変する排気バルブ１２を設けてもよい。また、めっき槽の外槽３の外周に、冷却配管１３を螺旋状に巻き、外槽３を冷却する構成をとることもできる。これにより、窒素ガスとともに外槽３内に送り込まれた水蒸気が、効率的に、外槽３の内壁に結露し、めっき液の保湿を促す。ことのき、冷却配管１３による冷却により、めっき槽内の温度を５〜１０℃にすることが望ましい。
【００１７】
本実施形態によると、内装に浸漬した半導体装置基板を取り出した後、水分を含んだ窒素ガスでめっき槽を満たすことにより、外槽に飛散した硫酸銅の乾燥を抑制し結晶化の防止することが可能になる。そのため、半導体装置基板に硫酸銅の結晶物が付着せず、その後のＣＭＰ処理でスクラッチ欠陥を低減させることが可能になり、結果として配線間のショート不良を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上説明したように、本発明は、めっき槽内の結晶物の発生を抑制することができ、半導体装置基板に電解めっきにより配線材である銅を成膜する半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の半導体装置の製造に用いる電解めっき装置の構成を示す図
【図２】従来の半導体装置の製造に用いる電解めっき装置の構成を示す図
【符号の説明】
【００２０】
１    めっき液
２    内槽
３    外槽
４    タンク
５    ポンプ
６    半導体装置基板
７    保持部
８    電源
９    銅板
１０    排気配管
１１    純水槽
１２    排気バルブ
１３    冷却配管
１０１    めっき液
１０２    内槽
１０３    外槽
１０４    タンク
１０５    ポンプ
１０６    半導体装置基板
１０７    保持部
１０８    電源
１０９    銅板
１１０    圧電素子
【図１】
2009127103.tif 000003
【図２】
2009127103.tif 000004