(57)【要約】【課題】めっき処理した半導体基板のめっき膜の形成ばらつきを抑えることができる半導体装置の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】めっき処理槽１内に設置されたアノード電極設置槽２に設けられたフィルタ（Ｃ）８の表面に滞在する気泡を、フィルタ（Ｃ）８を振動させることによって離脱させ、電界めっき膜の形成に大きく影響を及ぼす電界の変化を抑制する。【選択図】図１
2009179821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板をアノード電極に設置する工程と、前記半導体基板が設置されたアノード電極をめっき処理槽内のめっき液に浸漬する工程と、前記めっき液を前記めっき処理槽の内外に循環させる工程と、前記アノード電極および前記めっき処理槽内のカソード電極の間に電圧を印加して前記半導体基板にめっき処理を施す工程とを備え、
前記めっき処理を施す工程において、前記アノード電極と前記カソード電極との間に位置するフィルタを振動させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記アノード電極と前記カソード電極との電位差を測定する工程を備え、前記電位差に基づいて前記めっき処理を施す工程における前記振動を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】
前記めっき処理を施す工程において、前記めっき液を前記めっき処理槽内の前記アノード電極から前記カソード電極に向かって循環させることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
めっき処理槽と、前記めっき処理槽内に位置するカソード電極と、前記めっき処理槽内に位置して前記カソード電極と相対向するアノード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に位置するフィルタと、前記アノード電極と前記カソード電極間に電圧を印加する電源と、前記フィルタを振動させる振動子とを備えたことを特徴とする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、半導体基板（以下、ウェーハと称する）に配線用金属膜をめっきにより形成する半導体装置の製造方法及びその製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化に伴い、配線材料にアルミニウム（Ａｌ）に代えて銅（Ｃｕ）が用いられるようになった。ＣｕはＡｌのようなドライエッチングによる加工が困難であるため、ウェーハ上の絶縁膜に溝や孔を形成し、ＰＶＤ法などでＣｕのバリア膜，極薄膜を堆積形成し、前記溝あるいは孔の中に電解めっき処理によりＣｕ膜を埋め込み、堆積した後、その堆積膜をＣＭＰ法（化学的機械的研磨法）で研磨して平坦化することにより、配線を形成している。
【０００３】
図４はウェーハ表面を電解めっき処理する従来において代表的なＣｕめっき処理装置の概略構成図である。
【０００４】
図４において、めっき処理槽１と、該めっき処理槽１の内部に設置されたアノード電極設置槽２と、ウェーハＷを固定し該ウェーハＷに一定電流を供給する電源Ｅから電流を伝達するカソード電極３と、Ｃｕイオンをめっき液４１に補給するＣｕ製のアノード電極５と、めっき液４１を循環するポンプ（Ａ）６１と、めっき液４１中のパーティクルを濾過するフィルタ（Ａ）７１と、アノード電極設置槽２の蓋として機能を備えたフィルタ（Ｃ）８と、カソード電極側のめっき液４２（添加剤混入めっき液）を循環するポンプ（Ｂ）６２と、めっき液４２中のパーティクルを濾過するフィルタ（Ｂ）７２と、定期的に補充するめっき液４１を保存するためのめっき液補充槽９と、該めっき液補充槽９とアノード電極設置槽２とを接続する配管１０と、めっき液４１を補充及び停止する際に開閉動作する補充開閉バルブ１１と、めっき液４１を補充する際、めっき液４１を押し出す窒素（Ｎ２）ガスを供給するＮ２ガス供給配管１２と、該Ｎ２ガスの供給を開始，停止する際に開閉動作するＮ２供給開閉バルブ１３と、定期的にめっき液４１を補充する際に圧力上昇を防止する圧力抜き配管１４と、カソード電極３とアノード電極５との電位差を計測する電圧測定器１５とを具備している。
【０００５】
また、図４には記載していないが、めっき形成膜の埋め込み性や平滑性を向上する目的のためにめっき液４２には有機系の添加剤を一定量混入させており、定期的に濃度測定を行い、定期的に添加剤を補充している。
【０００６】
また、図４において、添加剤の攪拌及びめっき液４２の循環流を層流にするためディフューザ１６と、めっき液４１の噴出しノズル１７が設けられている。
【０００７】
ここで、めっき液の定期補充について説明する。
【０００８】
めっき液はウェーハの処理数の増加と共に減少する。これは、ウェーハを介してめっき処理槽から持ち出されるからである。そこで定期的（約１時間毎）に以下の手順でめっき液をアノード電極設置槽２と圧力抜け配管１４を介してめっき処理槽１に補充している。
【０００９】
すなわち、めっき補充時間になると、補充開閉バルブ１１とＮ２供給開閉バルブ１３が開動作する。すると約２ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力でＮ２ガスがめっき補充槽９に供給され、補充用のめっき液を押す。それに伴い補充液配管１０を介してアノード電極設置槽２にＮ２ガスと共に補充めっき液が挿入される。補充めっき液はアノード電極設置槽２に挿入されると、圧力抜け配管１４を介してめっき処理槽１に流入する。
【００１０】
定期的に補充されるめっき液量はあらかじめ設定されており、設定量の補充が行われると、Ｎ２供給開閉バルブ１３，補充開閉バルブ１１の順に閉動作して一連の定期的めっき補充動作が終了する。
【００１１】
次に、めっき処理について図４を参照しながら説明する。めっき処理は、めっき処理槽１の直上に配置されたカソード電極３上にウェーハ表面（めっき対象面）を下向きにして載せて固定した上で、ウェーハＷをカソード電極３と一体に回転させ、カソード電極３とアノード電極５との間に電源Ｅを介して電圧を印加する。その状態でウェーハＷをめっき液４２中に浸漬し、所定時間後に電圧印加を停止して、所望膜厚のＣｕめっき膜を形成する。
【特許文献１】特開２００４−３５９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記従来のめっき処理装置では、定期的に補充するめっき液をＮ２ガスで圧送補充することにより、めっき液中に気泡が混入する。混入した気泡はアノード電極設置槽に設置されたフィルタの表面に付着して滞留する。この気泡の滞留によって、めっき処理の際、アノード電極とカソード電極間に印加する電圧で発生する電界が変化し、図５に示すようにめっき形成膜厚が変化する。
【００１３】
図５に示すように、気泡付着の仕方によりめっき形成膜厚のバラツキが変化する。このようなめっき形成膜厚が変化したウェーハＷが次処理工程のＣＭＰ処理装置に搬送され、ウェーハ表面の研磨が行われると、平坦化不良の研磨残り、あるいは研磨過剰が発生し、配線間が繋がったり、断線したりして歩留まりの低下を招くという問題がある。
【００１４】
本発明は、前記従来技術の問題を解決するものであり、半導体基板のめっき形成膜厚の変化を抑えることができる半導体装置の製造方法およびその製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記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、半導体基板をアノード電極に設置する工程と、前記半導体基板が設置されたアノード電極をめっき処理槽内のめっき液に浸漬する工程と、前記めっき液を前記めっき処理槽の内外に循環させる工程と、前記アノード電極および前記めっき処理槽内のカソード電極の間に電圧を印加して前記半導体基板にめっき処理を施す工程とを備え、前記めっき処理を施す工程において、前記アノード電極と前記カソード電極との間に位置するフィルタを振動させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置は、めっき処理槽と、前記めっき処理槽内に位置するカソード電極と、前記めっき処理槽内に位置して前記カソード電極と相対向するアノード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に位置するフィルタと、前記アノード電極と前記カソード電極間に電圧を印加する電源と、前記フィルタを振動させる振動子とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体装置の製造方法およびその製造装置は、気泡が付着滞留するフィルタを直接振動させることによって、気泡を離脱させ、かつ電界の変化を抑制することができるため、半導体基板上のめっき形成膜における膜厚変化を抑制することができる。
【００１８】
したがって、次工程であるＣＭＰ処理装置において、めっき形成膜厚の半導体基板間ばらつきがない半導体基板を移送することができ、研磨不良の発生を防止し、半導体装置の歩留まりの向上が図れる。さらに、気泡除去よる設備停止時間も削減でき、生産性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態のめっき処理装置の概略構成図である。本めっき処理装置はウェーハ表面に配線用の銅膜を成長させるめっき処理装置であるとして説明する。
【００２１】
図１において、めっき処理槽１と、該めっき処理槽１の内部に設置されたアノード電極設置槽２と、ウェーハＷを固定し該ウェーハＷに一定電流を供給する電源Ｅから電流を伝達するカソード電極３と、Ｃｕイオンをめっき液４１に補給するＣｕ製のアノード電極５と、めっき液４１を循環するポンプ（Ａ）６１と、めっき液４１中のパーティクルを濾過するフィルタ（Ａ）７１と、アノード電極設置槽２の蓋として機能を備えたフィルタ（Ｃ）８と、カソード電極側のめっき液４２（添加剤混入めっき液）を循環するポンプ（Ｂ）６２と、めっき液４２中のパーティクルを濾過するフィルタ（Ｂ）７２と、定期的に補充するめっき液４１を保存するためのめっき液補充槽９と、該めっき補充槽９とアノード電極設置槽２とを接続する配管１０と、めっき液４１を補充及び停止する際に開閉動作する補充開閉バルブ１１と、めっき液４１を補充する際、めっき液４１を押し出す窒素（Ｎ２）ガスを供給するＮ２ガス供給配管１２と、該Ｎ２ガスの供給を開始，停止する際に開閉動作するＮ２供給開閉バルブ１３と、定期的にめっき液４１を補充する際に圧力上昇を防止する圧力抜き配管１４と、カソード電極３とアノード電極５との電位差を計測する電圧測定器１５とを具備している。
【００２２】
また、図１には記載していないが、めっき形成膜の埋め込み性や平滑性を向上する目的のためにめっき液４２には有機系の添加剤を一定量混入させており、定期的に濃度測定を行い、定期的に添加剤を補充している。
【００２３】
また、図１において、添加剤の攪拌及びめっき液４２の循環流を層流にするためディフューザ１６と、めっき液４１の噴出しノズル２１が設けられている。
【００２４】
本めっき処理装置が図４に示す従来のものと異なる構成は、アノード電極設置槽２に設置しているフィルタ（Ｃ）８に、１〜１０ｋＨｚ程度で振動させる振動子１８を設けている点である。
【００２５】
前記振動子１８は、本例では酸性のめっき液４２に常時浸漬されているので、めっき処理槽１と同材質の耐酸性のある樹脂（ポリフッ化ビニリデン）で被覆している。また、アノード電極設置槽２を、底面にフッ素ゴム台座１９を介してめっき処理槽１内に設置することで振動しやすくするとともに、ウェーハＷを保持するカソード電極３など他の部分には振動が伝わらないようにしている。本例ではフッ素ゴムを使用しているが、耐酸性の弾性ゴムであればフッ素ゴムにこだわらない。さらに、振動子１８の動作開始を電圧計測器１５からの計測結果から判断する振動子動作制御回路２０も備えている。
【００２６】
次に、前記構成のめっき処理装置におけるめっき処理と振動子の動作内容について説明する。
【００２７】
まず、めっき処理は、めっき処理槽１の直上に配置されたカソード電極３上にウェーハＷの表面（めっき対象面）を下向きにして載せて固定した上で、ウェーハＷをカソード電極３と一体に回転させ、カソード電極３とアノード電極５間に電源Ｅを介して電圧を印加し、その状態でめっき液４２中に浸漬し、所定時間後に電圧印加を停止して所望膜厚のＣｕめっき膜を形成する。めっき膜形成時は、同時にカソード電極３とアノード電極５間の電位差を電圧計測器１５で計測している。
【００２８】
図２は本実施形態における電圧計測器による計測結果を示す図である。大量の気泡がフィルタ（Ｃ）８に付着した場合、１５Ｖの電位差が発生し、付着がない時（１２Ｖ）に比べ高くなっている。これは気泡が抵抗となるためと考えられ、電極間の状態が不安定になっていることを示している。これに伴い、ウェーハＷ表面の電流値がばらつき、図５に示すようなめっき膜の面内バラツキが発生する。
【００２９】
本例の場合、正常時（気泡無しの場合）にはカソード電極３とアノード電極５間の電位差は１２〜１３Ｖを示している。今回は計測結果が気泡無しの時より１．１倍大きい値を動作開始値に設定し、この値を超えた場合に振動子動作制御回路２０から振動子作動信号が振動子１８に送信される。
【００３０】
めっき処理終了後、カソード電極３からウェーハＷが次の工程へ搬送されると同時に前記振動を開始し、次のウェーハＷがカソード電極３に設置されるまでの間、振動子１８を１０００Ｈｚで振動動作する。今回、めっき処理中はめっき液に振動が伝わり、ウェーハＷとの接触が不安定になるため、振動させないように設定している。
【００３１】
本例では、１３．２Ｖより大きい電位差を電圧計測器１５が計測した際に振動子１８を動作するよう動作開始値を設定した。以上の動作により、めっき液中に発生し、前記フィルタ８に付着する気泡を除去することにより、めっき液内の状態を安定にし、ウェーハＷ全面に均一な膜厚でめっきできる。
【００３２】
さらにアノード電極設置槽２に設置したフィルタ８表面の気泡の付着滞留を更に低減する目的で、アノード電極設置槽２内の循環めっき液の噴出しノズル２２を従来の位置よりもよりフィルタ（Ｃ）８直下に設置した。噴出した循環めっき液をフィルタ８に早い流速で当てることにより気泡の付着をさらに抑制することができた。なお、噴出しノズル２２はフィルタ（Ｃ）８の形状に合わせて複数本設置することが望ましい。
【００３３】
以上のように構成しためっき処理装置を用いて、ウェーハを処理することにより、図３に示すように、バラツキは３．９％に向上した（気泡がある場合には５．５％）。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、半導体基板に配線用金属膜を形成するめっき工程でのＣｕめっき膜厚の形成ばらつきを抑えることができるので、微細化された半導体装置の製造に特に有用であり、膜厚形成不良に起因する歩留まり低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態のめっき処理装置の概略構成図
【図２】本実施形態における前記電圧計測器による計測結果を示す図
【図３】本実施形態における気泡有り無しの時のウェーハ上のめっき形成膜厚プロファイルを示す図
【図４】従来のめっき処理装置の概略構成図
【図５】従来装置における気泡有り無しの時のウェーハ上のめっき形成膜厚プロファイルを示す図
【符号の説明】
【００３６】
１  めっき処理槽
２  アノード電極設置槽
３  カソード電極
４１  めっき液
４２  添加剤混入めっき液
５  アノード電極
６１  ポンプＡ
６２  ポンプＢ
７１  フィルタＡ
７２  フィルタＢ
８  フィルタＣ
９  めっき液補充槽
１０  補充液配管
１１  補充開閉バルブ
１２  Ｎ２ガス供給配管
１３  Ｎ２ガス供給開閉バルブ
１４  圧力抜き配管
１５  電圧計測器
１６  ディフューザ
１８  振動子
１９  フッ素ゴム台座
２０  振動子動作制御回路
２１  噴出しノズル
Ｅ  定電流供給電源
Ｗ  ウェーハ
【図１】
2009179821.tif 000003
【図２】
2009179821.tif 000004
【図３】
2009179821.tif 000005
【図４】
2009179821.tif 000006
【図５】
2009179821.tif 000007