JPH11335896A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】ウエハメッキ方法及びウエハメッキ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】ウエハの表面に形成された溝及び／又は穴にメッキを施すウエハメッキ方法において、
１つのメッキ槽の中で酸化膜を除去するための処理液と、メッキを施すメッキ液を順次入れ替えてメッキを施すことを特徴とするウエハメッキ方法。
【請求項２】請求項１に記載のウエハメッキ方法において、
前記酸化膜を除去する処理液は、濃度０．１〜２０重量％のＨ₂ＳＯ₄、ＨＣｌ、ＨＮＯ₃、Ｈ₃ＰＯ₄、ＨＦ等の無機酸又は該無機酸とＮａ又はＫとの塩、ＣＨ₃ＣＯＯＨ、オキシカルボン酸等の有機酸又は該有機酸とＮａ又はＫとの塩、ＮａＯＨ又はＫＯＨの塩基類を含む溶液であり、前記ウエハを陰極とし水素還元反応により酸化膜を除去し、表面を活性化することを特徴とするウエハメッキ方法。
【請求項３】請求項１又は２に記載のウエハメッキ方法において、
前記メッキ液は硫酸銅５０〜２５０ｇ／ｌ、硫酸４０〜２２０ｇ／ｌを主成分とした電解メッキ液であることを特徴とするウエハメッキ方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１に記載のウエハメッキ方法において、
前記酸化膜を除去する処理液を前記メッキ槽から排出し、新たにメッキ液を充填する間、該メッキ槽内に不活性ガスを充填しておくことを特徴とするウエハメッキ方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１に記載のウエハメッキ方法において、
前記酸化膜を除去するための処理液を前記メッキ槽から排出し、前記メッキ液を充填する前に、該メッキ槽内に溶存酸素量が１ｐｐｍ以下にした純水を供給し、メッキ槽内を洗浄することを特徴としたウエハメッキ方法。
【請求項６】ウエハの表面に形成された溝及び／又は穴にメッキを施すメッキ槽を有するウエハメッキ装置において、
前記メッキ槽に酸化膜除去のための処理液を供給する処理液収容容器と、該メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液収容容器を備えることを特徴とするウエハメッキ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面に配線用の溝やコンタクトホールが形成されたウエハの表面や溝及び穴の内壁面に銅等のメッキを施すウエハメッキ方法及びウエハメッキ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウエハ表面に形成される配線溝のバリア材に用いられるＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ等のセラミック系材料は大気中のＯ₂や水中に溶存するＯ₂の影響で瞬時にその表面に酸化膜が形成される。この酸化膜が膜抵抗値を上げ電解メッキを行う際の障害になるばかりではなく、メッキ膜界面での密着力を低下させるという問題がある。従来、該酸化膜を除去するため別の処理槽を設け、電解メッキを行う前に該処理槽で酸化膜の除去処理を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記酸化膜を除去する処理槽と電解メッキ槽を一列に並べた装置では、該処理槽で酸化膜の除去処理をしたウエハを電解メッキ槽に移動させる時に該ウエハを空中に曝すため、たとえ酸化膜を完全に除去したとしても、再度酸化膜が形成されるという問題があった。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ウエハの表面、該表面に形成された溝や穴の下地の表面に存在する酸化膜を除去する処理をした後、再度酸化膜が形成される前にメッキ膜を形成できるウエハメッキ方法及びウエハメッキ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【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、ウエハの表面に形成された溝及び／又は穴にメッキを施すウエハメッキ方法において、１つのメッキ槽の中で酸化膜を除去するための処理液と、メッキを施すメッキ液を順次入れ替えてメッキを施すことを特徴とする。このように１つのメッキ槽の中で酸化膜除去とメッキ膜形成とを連続して行うことにより、酸化膜の除去処理後、ウエハを空中に曝すことがなくメッキ処理を行うことができるから、再度酸化膜が形成されないうちにメッキ膜を形成することができる。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のウエハメッキ方法において、酸化膜を除去する処理液は、濃度０．１〜２０重量％のＨ₂ＳＯ₄、ＨＣｌ、ＨＮＯ₃、Ｈ₃ＰＯ₄、ＨＦ等の無機酸又は該無機酸とＮａ又はＫとの塩、ＣＨ₃ＣＯＯＨ、オキシカルボン酸等の有機酸又は該有機酸Ｎａ又はＫとの塩、ＮａＯＨ又はＫＯＨの塩基類を含む溶液であり、ウエハを陰極とし水素還元反応により酸化膜を除去し、表面を活性化することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のウエハメッキ方法において、メッキ液は硫酸銅５０〜２５０ｇ／ｌ、硫酸４０〜２２０ｇ／ｌを主成分とした電解メッキ液であることを特徴とする。このようにメッキ液と酸化膜を除去する処理液にＨ₂ＳＯ₄を用いた場合は、酸化膜の除去処理後、水洗工程を必要としない。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１に記載のウエハメッキ方法において、酸化膜を除去する処理液をメッキ槽から排出し、新たにメッキ液を充填する間、該メッキ槽内に不活性ガスを充填しておくことを特徴とする。このように、メッキ槽内に不活性ガスを充填しておくことにより、酸化膜除去処理面がＯ₂に曝されることがないから、新たにメッキ液を充填する間に再度酸化膜が形成することがない。
【０００９】
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に記載のウエハメッキ方法において、酸化膜を除去するための処理液をメッキ槽から排出し、メッキ液を充填する前に、該メッキ槽内に溶存酸素量が１ｐｐｍ以下にした純水を供給し、メッキ槽内を洗浄することを特徴とした。このように酸化膜除去処理後に純水を充填した洗浄を行うことにより、酸化膜を除去する処理液とメッキ液がその主成分が異なる性質でも酸化膜除去処理とメッキ処理とが連続して行うことができると共に、溶存酸素量が１ｐｐｍ以下であるから、酸化膜が再度形成されることもない。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、ウエハの表面に形成された溝及び／又は穴にメッキを施すメッキ槽を有するウエハメッキ装置において、メッキ槽に酸化膜除去のための処理液を供給する処理液収容容器と、該メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液収容容器を備えることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明のウエハメッキ装置の概略構成を示す図である。図１において、１はメッキ槽であり、該メッキ槽１はメッキ槽本体２と底板３とからなる。メッキ槽本体２の下方は開口しており、該開口部をＯリング等のシール部材４を介して底板３で閉じることにより、メッキ槽本体２内の空間５は密閉された空間となる。
【００１２】
メッキ槽本体２には液流入口６、液流出口７及びガス流入口８が設けられている。底板３の上面にはウエハ９が載置され、メッキ槽本体２内には該ウエハ９と対向して陽極電極１０が配置されている。また、ウエハ９と陽極電極１０の間にはメッキ電源（直流電源）１１から所定の電圧が印加されるようになっている。
【００１３】
１２はメッキ液が収容されるメッキ液収容容器であり、該メッキ液収容容器１２に収容されたメッキ液はポンプ１３により、液流入口６を通ってメッキ槽１内に供給されるようになっている。１４は酸化膜除去処理液が収容される処理液収容容器であり、該処理液収容容器１４に収容された酸化膜除去処理液はポンプ１５により、液流入口６を通ってメッキ槽１内に供給されるようになっている。１６、１７はそれぞれ開閉弁であり、メッキ槽１内の空間５に収容されたメッキ液又は酸化膜除去処理液は開閉弁１６又は１７を開くことにより、容器１２又は１４に回収されるようになっている。
【００１４】
１８は減圧弁であり、該減圧弁１８及びガス流入口８を通ってＮ₂ガス等の不活性ガス源から不活性ガスがメッキ槽１内の空間５に供給されるようになっている。また、この不活性ガスは容器１２及び１４にも供給されるようになっている。１９〜２３はそれぞれチェック弁である。
【００１５】
メッキ液収容容器１２にはＣｕＳＯ₄（硫酸銅）液等の銅メッキ液、例えば硫酸銅５０〜２５０ｇ／ｌ、硫酸４０〜２２０ｇ／ｌを主成分とした電解メッキ液が収容されている。また、処理液収容容器１４には、濃度０．１〜２０重量％のＨ₂ＳＯ₄、ＨＣｌ、ＨＮＯ₃、Ｈ₃ＰＯ₄、ＨＦ等のいずれかの無機酸又は該無機酸とＮａ又はＫとの塩、ＣＨ₃ＣＯＯＨ、オキシカルボン酸等のいずれかの有機酸又は該有機酸とＮａ又はＫとの塩、ＮａＯＨ、ＫＯＨの塩基類を含む酸化膜除去処理液が収容されている。
【００１６】
上記構成のウエハメッキ装置において、メッキを施そうとするウエハ９をメッキ槽１内に入れ、底板３の所定の位置に載置した後、ポンプ１５を起動し、処理液収容容器１４内の酸化膜除去処理液をメッキ槽１の空間５内に供給し、該空間５内を酸化膜除去処理液で満たす。この状態で、ウエハ９を陰極として、メッキ電源１１から陽極電極１０とウエハ９の間に所定の電圧を印加すると、水素還元反応により、ウエハ９の表面や該表面に形成された溝や穴の下地の表面に存在する酸化膜が除去され、該酸化膜が除去された面が活性化する。
【００１７】
ここで酸化膜を除去する処理液の濃度は下地は浸蝕せず、表面の薄い酸化膜のみを除去するために、除去する酸化膜の厚さに応じて０．１〜２０重量％の範囲で濃度を設定する。濃度が２０重量％を越えると濃度が高すぎて下地をエッチングしてしまう。
【００１８】
次に、開閉弁１７を開いて、メッキ槽１内の酸化膜除去処理液を処理液収容容器１４内に回収すると同時に、メッキ槽１の空間５を減圧弁１８を通して供給される不活性ガスと置換する。その後開閉弁１７を閉じ、ポンプ１３を起動して、メッキ液収容容器１２内のメッキ液をメッキ槽１の空間５内に供給し、該空間５内で不活性ガスとメッキ液の置換を行なう。次にメッキ電源１１から陽極電極１０とウエハ９の間に所定の電圧を印加してメッキを行なう。このように、酸化膜除去処理液をメッキ槽から排出し、新たにメッキ液を充填する間、該メッキ槽１の内部に不活性ガスを充填しておくことにより、酸化膜除去処理面がＯ₂に曝されることがないから、新たにメッキ液を充填する間に再度酸化膜が形成することがない。
【００１９】
なお、上記例では、酸化膜除去処理液をメッキ槽１から排出し、新たにメッキ液を充填する間、該メッキ槽１内に不活性ガスを充填しているが、酸化膜除去処理液にＨ₂ＳＯ₄を主成分とする処理液を用い、メッキ液に例えば、硫酸銅５０〜２５０ｇ／ｌ、硫酸４０〜２２０ｇ／ｌを主成分とする電解メッキ液を用いるようにし、酸化膜除去処理液とメッキ液の主成分が同じものである場合、酸化膜除去処理液の排出とメッキ液の供給を同時に行なって、酸化膜除去処理液とメッキ液の置換を行ってもよい。
【００２０】
また、図示は省略するが、酸化膜除去処理液をメッキ槽１から排出した後、メッキ液を充填する前に純水からなる洗浄水を供給して該メッキ槽１内を洗浄することにより、酸化膜除去処理液とメッキ液が異なる性質の場合でも酸化膜除去処理とメッキ処理とを連続して行うことができる。この場合、洗浄水中の溶存酸素により再度酸化膜が形成されるのを防止するために、洗浄水中の溶存酸素量が１ｐｐｍ以下とする。
【００２１】
【発明の効果】
以上、説明したように請求項１乃至３に記載の発明によれば、１つのメッキ槽の中で酸化膜を除去するための処理液と、メッキを施すメッキ液を順次入れ替えてメッキを施すので、酸化膜の除去処理後、ウエハを空中に曝すことがなくメッキ処理を行うことができるから、メッキの際の膜抵抗値が低くなり、好適な電解メッキを行うことができると同時に、メッキ膜界面での密着力の強いメッキ膜を形成できるウエハメッキ方法をできる。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明によれば、酸化膜を除去する処理液をメッキ槽から排出し、新たにメッキ液を充填する間、該メッキ槽内に不活性ガスを充填しておくので、酸化膜除去処理面がＯ₂に曝されることがないから、メッキ液を充填する間に再度酸化膜が形成することがない。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明によれば、酸化膜を除去するための処理液をメッキ槽から排出し、メッキ液を充填する前に、該メッキ槽内に溶存酸素量が１ｐｐｍ以下にした純水を供給し、メッキ槽内を洗浄するので、このように酸化膜除去処理後に純水を充填した洗浄を行うことにより、酸化膜を除去する処理液とメッキ液がその主成分が異なる場合でも酸化膜除去処理とメッキ処理とが連続して行うことができると共に、溶存酸素量が１ｐｐｍ以下であるから、酸化膜が再度形成されることもない。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明によれば、メッキ槽に酸化膜除去のための処理液を供給する処理液収容容器と、該メッキ槽にメッキ液を供給するメッキ液収容容器を備えるので、ウエハ表面の酸化膜の除去処理後、ウエハを空中に曝すことがなくメッキ処理を行うことができるから、メッキの際の膜抵抗値が低くなり、好適な電解メッキを行うことができると同時に、メッキ膜界面での密着力の強いメッキ膜を形成できるウエハメッキ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハメッキ装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１ メッキ槽
２ メッキ槽本体
３ 底板
４ シール部材
５ 空間
６ 液流入口
７ 液流出口
８ ガス流入口
９ ウエハ
１０ 陽極電極
１１ メッキ電源（直流電源）
１２ メッキ液収容容器
１３ ポンプ
１４ 処理液収容容器
１５ ポンプ
１６ 開閉弁
１７ 開閉弁
１８ 減圧弁
１９〜２３ チェック弁