JP3488193B2 - 銅薄膜のメッキ方法 - Google Patents
銅薄膜のメッキ方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超大規模集積回路
(ULSI)の高速化をはかる上で必要な比抵抗の低い銅配線
層の堆積に用いる電解メッキ方法、さらに詳しくは、特
に、銅薄膜の低比抵抗化、銅多結晶の(111) 配向の強化
をはかり、合わせて、アスペクト比の大きな微細パター
ン部へ銅薄膜を被覆性良く堆積することを可能ならしめ
たメッキ方法に関するものである。
(ULSI)の高速化をはかる上で必要な比抵抗の低い銅配線
層の堆積に用いる電解メッキ方法、さらに詳しくは、特
に、銅薄膜の低比抵抗化、銅多結晶の(111) 配向の強化
をはかり、合わせて、アスペクト比の大きな微細パター
ン部へ銅薄膜を被覆性良く堆積することを可能ならしめ
たメッキ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】超大規模集積回路(ULSI)の微細化に伴
い、この回路の動作速度は従来のように、MOSトランジ
スタ自体の電子走行時間による速度ではなく、回路とし
て、特に多層配線層の層間容量(C) と微細配線層の抵抗
(R) の積（CR：時定数）により決定されることが知られ
ている。
い、この回路の動作速度は従来のように、MOSトランジ
スタ自体の電子走行時間による速度ではなく、回路とし
て、特に多層配線層の層間容量(C) と微細配線層の抵抗
(R) の積（CR：時定数）により決定されることが知られ
ている。
【０００３】現在、ULSIの銅配線層の堆積にはメッキ層
の埋め込み性、膜質、価格の点で優れた硫酸銅を用いた
電解メッキ液が用いられているが、更に、比抵抗が低
く、エレクトロ・マイグレーション(EM)耐性に優れた銅
薄膜の堆積が必要とされている。すなわち、比抵抗の更
なる低減、(111) 配向強度の更なる向上が必要となる。
そのために、現在用いられている硫酸銅メッキ液に代わ
る新規な電解メッキ技術の開発が望まれている。
の埋め込み性、膜質、価格の点で優れた硫酸銅を用いた
電解メッキ液が用いられているが、更に、比抵抗が低
く、エレクトロ・マイグレーション(EM)耐性に優れた銅
薄膜の堆積が必要とされている。すなわち、比抵抗の更
なる低減、(111) 配向強度の更なる向上が必要となる。
そのために、現在用いられている硫酸銅メッキ液に代わ
る新規な電解メッキ技術の開発が望まれている。
【０００４】また、硫酸銅を電解液として用いたプリン
ト基板に対するメッキ技術が、0.2 ミクロン以下のパタ
ーン寸法で、段差のあるULSIの配線にそのまま用いら
れ、特に、米国ではマイクロプロセッサに広く用いられ
るようになった。しかし、この銅メッキ技術は１mm程度
のパターン寸法のプリント基板のために開発された技術
であり、銅薄膜の膜質（比抵抗及びCu多結晶の配向性）
も不完全であり、ＥＭ耐性に関する検討も不十分であ
る。このような問題点は、現在用いられているアルミニ
ウム配線層で問題とされる微細配線のエレクトロ・マイ
グレーション(EM)耐性と強く(111) 配向し、欠陥の少な
い銅配線層を堆積することができれば、解決できる。
ト基板に対するメッキ技術が、0.2 ミクロン以下のパタ
ーン寸法で、段差のあるULSIの配線にそのまま用いら
れ、特に、米国ではマイクロプロセッサに広く用いられ
るようになった。しかし、この銅メッキ技術は１mm程度
のパターン寸法のプリント基板のために開発された技術
であり、銅薄膜の膜質（比抵抗及びCu多結晶の配向性）
も不完全であり、ＥＭ耐性に関する検討も不十分であ
る。このような問題点は、現在用いられているアルミニ
ウム配線層で問題とされる微細配線のエレクトロ・マイ
グレーション(EM)耐性と強く(111) 配向し、欠陥の少な
い銅配線層を堆積することができれば、解決できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】１mm程度のパターン寸
法を有するプリント基板の配線層形成のために開発され
た硫酸銅を電解液に用いたメッキ技術を、そのまま最近
の0.2 ミクロン以下のパターン寸法を有し、段差のある
ULSIの配線に用いるには、多くの問題点がある。すなわ
ち、(111) に十分配向した銅薄膜を堆積できず、銅配線
の特徴であるＥＭ耐性の向上をはかれない点で欠点があ
る。
法を有するプリント基板の配線層形成のために開発され
た硫酸銅を電解液に用いたメッキ技術を、そのまま最近
の0.2 ミクロン以下のパターン寸法を有し、段差のある
ULSIの配線に用いるには、多くの問題点がある。すなわ
ち、(111) に十分配向した銅薄膜を堆積できず、銅配線
の特徴であるＥＭ耐性の向上をはかれない点で欠点があ
る。
【０００６】また、硫酸銅で堆積した銅配線層の比抵抗
が予想ほど低くならない上、線幅の狭い銅配線では10nm
以上の厚さの銅拡散バリア膜を用いることが必要となる
ため、実際には更に高い配線抵抗となる。さらに、200n
m 以下のコンタクト寸法を有し、アスペクト比が５以上
のULSIのコンタクト孔部へ、銅配線層を良好な被覆性で
メッキ堆積するのが困難となり、この硫酸銅メッキ液に
よる堆積ではこの寸法が限界とされている。
が予想ほど低くならない上、線幅の狭い銅配線では10nm
以上の厚さの銅拡散バリア膜を用いることが必要となる
ため、実際には更に高い配線抵抗となる。さらに、200n
m 以下のコンタクト寸法を有し、アスペクト比が５以上
のULSIのコンタクト孔部へ、銅配線層を良好な被覆性で
メッキ堆積するのが困難となり、この硫酸銅メッキ液に
よる堆積ではこの寸法が限界とされている。
【０００７】本発明は、これらの諸問題を解決し、比抵
抗が低く、かつ、強く(111) 配向し、更に、アスペクト
比の大きな微細パターン部へ銅薄膜を被覆性良くメッキ
堆積する方法を提供することを目的とするものである。
抗が低く、かつ、強く(111) 配向し、更に、アスペクト
比の大きな微細パターン部へ銅薄膜を被覆性良くメッキ
堆積する方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】ULSIの微細化に伴い信号遅延の問題を解決
するため、金属銅(Cu)が配線材料として用いられてい
る。銅配線の採用により、配線層のシート抵抗の低減、
ＥＭ耐性の向上が可能なことは知られている。現在、こ
の銅配線層の堆積は埋め込み性、膜質、価格の点から硫
酸銅電解液を用いた電解メッキ法で行われている。更
に、比抵抗が低く、かつ、強く(111) 配向した銅層を堆
積することができれば、ULSIデバイスの更なるＥＭ耐性
の向上、高速化を実現できる。そのため、現在用いられ
ている硫酸銅電解液に代わる新たな電解メッキ液の開発
が強く望まれている。
するため、金属銅(Cu)が配線材料として用いられてい
る。銅配線の採用により、配線層のシート抵抗の低減、
ＥＭ耐性の向上が可能なことは知られている。現在、こ
の銅配線層の堆積は埋め込み性、膜質、価格の点から硫
酸銅電解液を用いた電解メッキ法で行われている。更
に、比抵抗が低く、かつ、強く(111) 配向した銅層を堆
積することができれば、ULSIデバイスの更なるＥＭ耐性
の向上、高速化を実現できる。そのため、現在用いられ
ている硫酸銅電解液に代わる新たな電解メッキ液の開発
が強く望まれている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
硫酸銅電解液による銅メッキの問題点を解決するため、
電流密度、電極構造、メッキ液温度、など種々のメッキ
条件の最適化により上記問題の解決をはかろうとした
が、添加剤による被覆度の改善を除いて上記問題点を解
決できないことが判り、現在用いられている硫酸銅電解
液では膜質の改善、すなわち、比抵抗の低減及び(111)
配向強度の向上には限界があることを見い出した。そし
て、本発明者等は上記目的を達成するためにさらに鋭意
研究を進めた結果、ケイフッ化銅水溶液を電解液として
用いることにより、上述したような問題点のないメッキ
方法を見い出し、本発明を完成するに至った。
硫酸銅電解液による銅メッキの問題点を解決するため、
電流密度、電極構造、メッキ液温度、など種々のメッキ
条件の最適化により上記問題の解決をはかろうとした
が、添加剤による被覆度の改善を除いて上記問題点を解
決できないことが判り、現在用いられている硫酸銅電解
液では膜質の改善、すなわち、比抵抗の低減及び(111)
配向強度の向上には限界があることを見い出した。そし
て、本発明者等は上記目的を達成するためにさらに鋭意
研究を進めた結果、ケイフッ化銅水溶液を電解液として
用いることにより、上述したような問題点のないメッキ
方法を見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】すなわち、本発明は電解液にケイフッ化銅
水溶液を使用することを特徴とするものである。この水
溶液を電解液として用いることにより、従来の硫酸銅及
びホウフッ化銅メッキ液を用いた場合に比べ、比抵抗が
低く、かつ、強く(111) 配向した銅薄膜を微細パターン
へ被覆性良く堆積できる。
水溶液を使用することを特徴とするものである。この水
溶液を電解液として用いることにより、従来の硫酸銅及
びホウフッ化銅メッキ液を用いた場合に比べ、比抵抗が
低く、かつ、強く(111) 配向した銅薄膜を微細パターン
へ被覆性良く堆積できる。
【００１１】
【００１２】メッキ時における電流密度は５〜15mA/cm2
の範囲が好ましい。この範囲内であれば、(111) 配向強
度が特に優れた銅薄膜を被覆性良く堆積できる。電流密
度が５mA/cm2未満では堆積速度が著しく低く、15mA/cm2
を越えると水素発生による堆積速度の低下と膜中への欠
陥導入が生じるので、膜の信頼性上好ましくない。
の範囲が好ましい。この範囲内であれば、(111) 配向強
度が特に優れた銅薄膜を被覆性良く堆積できる。電流密
度が５mA/cm2未満では堆積速度が著しく低く、15mA/cm2
を越えると水素発生による堆積速度の低下と膜中への欠
陥導入が生じるので、膜の信頼性上好ましくない。
【００１３】メッキ時におけるメッキ液液温は20〜40℃
の範囲が好ましい。この範囲内であれば、(111) 配向強
度が特に優れており、また、メッキ中に水素が発生する
こともなく、さらに、堆積速度が低減したり膜中にボイ
ドが形成されることもないので、膜の信頼性に優れてい
る。
の範囲が好ましい。この範囲内であれば、(111) 配向強
度が特に優れており、また、メッキ中に水素が発生する
こともなく、さらに、堆積速度が低減したり膜中にボイ
ドが形成されることもないので、膜の信頼性に優れてい
る。
【００１４】メッキ時における添加剤の添加量は 0.5〜
1.5wt％の範囲が好ましい。この範囲内の添加剤を添加
してメッキを行うと、微細コンタクト部へ被覆性が良好
で、かつ、比抵抗の低い銅薄膜を形成できる。添加剤の
添加量が0.5wt ％未満では比抵抗が増加し、被覆性も低
下する。添加量が1.5wt ％を越えると強く(111) 配向し
た膜が得られなくなり、信頼性上好ましくない。添加剤
としては、従来から電解メッキ時に用いられている有機
化合物（にかわ、ゼラチン、フェノールスルフォン酸、
白糖蜜など）を使用することができる。また、それらの
うちの少なくとも１種類以上を混合して用いることがで
きる。
1.5wt％の範囲が好ましい。この範囲内の添加剤を添加
してメッキを行うと、微細コンタクト部へ被覆性が良好
で、かつ、比抵抗の低い銅薄膜を形成できる。添加剤の
添加量が0.5wt ％未満では比抵抗が増加し、被覆性も低
下する。添加量が1.5wt ％を越えると強く(111) 配向し
た膜が得られなくなり、信頼性上好ましくない。添加剤
としては、従来から電解メッキ時に用いられている有機
化合物（にかわ、ゼラチン、フェノールスルフォン酸、
白糖蜜など）を使用することができる。また、それらの
うちの少なくとも１種類以上を混合して用いることがで
きる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。シリコンウエハ表面にいずれもSiO2膜を形
成し、この上に厚さ30nmの TaNバリア膜を反応性スパッ
タ法により堆積する。このバリア膜の上に50nmの厚さの
銅層をスパッタ法により堆積し、この電解メッキのシー
ド層として用いる。メッキ液は40wt％ケイフッ化銅水溶
液をイオン交換水で50％に希釈、陽極電極として白金−
リンを用いる。メッキ銅薄膜の膜厚は必要に応じ 100〜
1000nmの範囲で変化させる。このメッキ液には、有機化
合物であるにかわ、ゼラチン、フェノールスルフォン
酸、白糖蜜のうちの少なくとも１種類以上を含む添加剤
を１wt％添加し、電流密度を10mA/cm2を中心として変化
させる。メッキ液の温度は20℃を標準状態とする。
て説明する。シリコンウエハ表面にいずれもSiO2膜を形
成し、この上に厚さ30nmの TaNバリア膜を反応性スパッ
タ法により堆積する。このバリア膜の上に50nmの厚さの
銅層をスパッタ法により堆積し、この電解メッキのシー
ド層として用いる。メッキ液は40wt％ケイフッ化銅水溶
液をイオン交換水で50％に希釈、陽極電極として白金−
リンを用いる。メッキ銅薄膜の膜厚は必要に応じ 100〜
1000nmの範囲で変化させる。このメッキ液には、有機化
合物であるにかわ、ゼラチン、フェノールスルフォン
酸、白糖蜜のうちの少なくとも１種類以上を含む添加剤
を１wt％添加し、電流密度を10mA/cm2を中心として変化
させる。メッキ液の温度は20℃を標準状態とする。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。ただし、本発明がこれらの実施例のみに限定され
ないことは勿論である。
する。ただし、本発明がこれらの実施例のみに限定され
ないことは勿論である。
【００１７】（実施例１）ケイフッ化銅メッキ液に添加
剤（にかわ0.55、ゼラチン0.15、フェノールスルホン酸
0.20、白糖蜜0.10）を１wt％加え、陽極電極としてPt-P
電極を用い、20℃でメッキを行った。そして、銅薄膜の
(111) 配向強度（Ｘ線回折スペクトル強度）とメッキ電
流密度とを測定した。この場合における両者の関係を図
１に示す。なお、従来の硫酸銅(CuSO4) メッキ液を用
い、代表的なメッキ条件で得られた銅薄膜の(111) 配向
強度についても合わせて測定し、それを図１に黒丸で示
す。
剤（にかわ0.55、ゼラチン0.15、フェノールスルホン酸
0.20、白糖蜜0.10）を１wt％加え、陽極電極としてPt-P
電極を用い、20℃でメッキを行った。そして、銅薄膜の
(111) 配向強度（Ｘ線回折スペクトル強度）とメッキ電
流密度とを測定した。この場合における両者の関係を図
１に示す。なお、従来の硫酸銅(CuSO4) メッキ液を用
い、代表的なメッキ条件で得られた銅薄膜の(111) 配向
強度についても合わせて測定し、それを図１に黒丸で示
す。
【００１８】（実施例１の考察）図１は、(111) 強度が
強いほど膜は強く(111) 配向していることを表してお
り、この強度が高い膜ほど高いＥＭ耐性が得られる。ま
た、この膜の配向強度は、電流密度を増加させて行くと
10mA/cm2で一旦急激に低下し、その後、再び増加するこ
とがわかる。これらの配向特性と硫酸銅(CuSO4) メッキ
液を用いた場合の銅薄膜の(111) 配向特性（黒丸で示
す）とを対比した結果、ケイフッ化銅メッキ液を用いる
と(111)に強く配向した銅薄膜を堆積できることがわか
る。また、図１から、メッキ電流密度５〜15mA/cm2で強
く(111) 配向した銅薄膜を堆積できることがわかる。電
流密度が５mA/cm2未満では堆積速度が著しく低く、15mA
/cm2を越えると水素発生による堆積速度の低下と膜中へ
の欠陥導入が生じるので、膜の信頼性上好ましくない。
強いほど膜は強く(111) 配向していることを表してお
り、この強度が高い膜ほど高いＥＭ耐性が得られる。ま
た、この膜の配向強度は、電流密度を増加させて行くと
10mA/cm2で一旦急激に低下し、その後、再び増加するこ
とがわかる。これらの配向特性と硫酸銅(CuSO4) メッキ
液を用いた場合の銅薄膜の(111) 配向特性（黒丸で示
す）とを対比した結果、ケイフッ化銅メッキ液を用いる
と(111)に強く配向した銅薄膜を堆積できることがわか
る。また、図１から、メッキ電流密度５〜15mA/cm2で強
く(111) 配向した銅薄膜を堆積できることがわかる。電
流密度が５mA/cm2未満では堆積速度が著しく低く、15mA
/cm2を越えると水素発生による堆積速度の低下と膜中へ
の欠陥導入が生じるので、膜の信頼性上好ましくない。
【００１９】（実施例２）実施例１の場合における銅薄
膜の(111) 配向強度（Ｘ線回折スペクトル強度）とメッ
キ液液温とを測定した。この場合における両者の関係を
図２に示す。なお、従来の硫酸銅(CuSO4) メッキ液を用
い、代表的なメッキ条件で得られた銅薄膜の配向強度に
ついても合わせて測定し、それを図２に黒丸で示す。
膜の(111) 配向強度（Ｘ線回折スペクトル強度）とメッ
キ液液温とを測定した。この場合における両者の関係を
図２に示す。なお、従来の硫酸銅(CuSO4) メッキ液を用
い、代表的なメッキ条件で得られた銅薄膜の配向強度に
ついても合わせて測定し、それを図２に黒丸で示す。
【００２０】（実施例２の考察）図２から、銅薄膜の(1
11) 配向強度はメッキ液温の上昇につれ次第に増加し、
特に、30℃以上で強く配向した膜が得られることがわか
る。しかし、この温度上昇につれ、メッキ中に水素が発
生し、堆積速度の低減と膜中にボイドが形成され、膜の
信頼性上問題となることがわかった。故に、このメッキ
液では水素発生のため、メッキ液温度の上限は40℃に限
定される。一方、図２は、硫酸銅メッキ液を用いた場合
において、メッキ液液温を40℃に昇温しても、強く配向
した銅薄膜の堆積は形成されないことを示している。ま
た、メッキ液温度が20℃以下では、(111) 配向強度が著
しく低下し、40℃以上では、水素の発生による堆積速度
の低下と膜中にボイドが形成されるため、膜の信頼性上
好ましくないことがわかる。
11) 配向強度はメッキ液温の上昇につれ次第に増加し、
特に、30℃以上で強く配向した膜が得られることがわか
る。しかし、この温度上昇につれ、メッキ中に水素が発
生し、堆積速度の低減と膜中にボイドが形成され、膜の
信頼性上問題となることがわかった。故に、このメッキ
液では水素発生のため、メッキ液温度の上限は40℃に限
定される。一方、図２は、硫酸銅メッキ液を用いた場合
において、メッキ液液温を40℃に昇温しても、強く配向
した銅薄膜の堆積は形成されないことを示している。ま
た、メッキ液温度が20℃以下では、(111) 配向強度が著
しく低下し、40℃以上では、水素の発生による堆積速度
の低下と膜中にボイドが形成されるため、膜の信頼性上
好ましくないことがわかる。
【００２１】（実施例３）実施例１の場合におけるメッ
キ銅薄膜の比抵抗値とメッキ電流密度とを測定した。こ
の場合における両者の関係を図３に示す。なお、状来の
硫酸銅メッキ液で得られた膜の比抵抗値についても合わ
せて測定し、それを図３に黒丸で示す。
キ銅薄膜の比抵抗値とメッキ電流密度とを測定した。こ
の場合における両者の関係を図３に示す。なお、状来の
硫酸銅メッキ液で得られた膜の比抵抗値についても合わ
せて測定し、それを図３に黒丸で示す。
【００２２】（実施例３の考察）図３から、この銅薄膜
の比抵抗値は電流密度５mA/cm2の場合、2.1 マイクロオ
ーム・cmと高いが、電流密度が増加するにつれ徐々に減
少し、10mA/cm2以上になると1.9 マイクロオーム・cmに
低下した。しかし、この値は電流密度を更に増加しても
この値以下にはならなかった。この結果から、ケイフッ
化銅メッキ液では、電流密度10mA/cm2以上でメッキを行
うのが有効であるが、この電流密度を15mA/cm2以上に増
加させると液中からの水素の発生が顕著となり、堆積速
度の著しい減少と、膜中へのボイドの形成が顕著となる
ことがわかる。また、電流密度が5mA/cm2 未満では堆積
速度が減少し、また、比抵抗が増加するため、膜の信頼
性上好ましくない。したがって、比抵抗が低く、かつ、
(111) に強く配向した膜をメッキ堆積するには、電流密
度を５〜15mA/cm2に設定することが望ましい。なお、硫
酸銅メッキ液を用い、電流密度15mA/cm2で堆積した場合
の銅膜の比抵抗値は2.4 マイクロオーム・cmで、本発明
のケイフッ化銅メッキ液による膜に比べて高い値とな
る。
の比抵抗値は電流密度５mA/cm2の場合、2.1 マイクロオ
ーム・cmと高いが、電流密度が増加するにつれ徐々に減
少し、10mA/cm2以上になると1.9 マイクロオーム・cmに
低下した。しかし、この値は電流密度を更に増加しても
この値以下にはならなかった。この結果から、ケイフッ
化銅メッキ液では、電流密度10mA/cm2以上でメッキを行
うのが有効であるが、この電流密度を15mA/cm2以上に増
加させると液中からの水素の発生が顕著となり、堆積速
度の著しい減少と、膜中へのボイドの形成が顕著となる
ことがわかる。また、電流密度が5mA/cm2 未満では堆積
速度が減少し、また、比抵抗が増加するため、膜の信頼
性上好ましくない。したがって、比抵抗が低く、かつ、
(111) に強く配向した膜をメッキ堆積するには、電流密
度を５〜15mA/cm2に設定することが望ましい。なお、硫
酸銅メッキ液を用い、電流密度15mA/cm2で堆積した場合
の銅膜の比抵抗値は2.4 マイクロオーム・cmで、本発明
のケイフッ化銅メッキ液による膜に比べて高い値とな
る。
【００２３】（実施例４）実施例１の場合におけるメッ
キ銅薄膜の比抵抗値とメッキ液温度とを測定した。この
場合における両者の関係を図４に示す。なお、従来の硫
酸銅メッキ液で得られた膜の比抵抗値についても合わせ
て測定し、それを図４に黒丸で示す。
キ銅薄膜の比抵抗値とメッキ液温度とを測定した。この
場合における両者の関係を図４に示す。なお、従来の硫
酸銅メッキ液で得られた膜の比抵抗値についても合わせ
て測定し、それを図４に黒丸で示す。
【００２４】（実施例４の考察）図４における比抵抗値
の比較から、ケイフッ化銅メッキ液を用いると硫酸銅に
比べ低い抵抗値を有する銅薄膜を堆積でき、このメッキ
液が有用なことがわかる。しかし、図２で強い(111) 配
向が得られたメッキ液温40℃での堆積では、得られた膜
の比抵抗が2.3 マイクロオーム・cmに増加した。この結
果から、比抵抗が低く、かつ、(111) に強く配向した膜
を堆積するには、20〜40℃のメッキ温度が望ましい。
の比較から、ケイフッ化銅メッキ液を用いると硫酸銅に
比べ低い抵抗値を有する銅薄膜を堆積でき、このメッキ
液が有用なことがわかる。しかし、図２で強い(111) 配
向が得られたメッキ液温40℃での堆積では、得られた膜
の比抵抗が2.3 マイクロオーム・cmに増加した。この結
果から、比抵抗が低く、かつ、(111) に強く配向した膜
を堆積するには、20〜40℃のメッキ温度が望ましい。
【００２５】（実施例５）実施例１の場合において、微
細パターン、特に、大きなアスペクト比を有する微細コ
ンタクトへ銅薄膜を被覆性良く堆積する上で重要なケイ
フッ化銅メッキ液への添加剤添加量とメッキ膜の比抵抗
値とを測定した。この場合における両者の関係を図５に
示す。なお、従来の硫酸銅メッキ液への添加剤添加量と
メッキ膜の比抵抗値についても合わせて測定し、それを
図５に黒丸で示す。
細パターン、特に、大きなアスペクト比を有する微細コ
ンタクトへ銅薄膜を被覆性良く堆積する上で重要なケイ
フッ化銅メッキ液への添加剤添加量とメッキ膜の比抵抗
値とを測定した。この場合における両者の関係を図５に
示す。なお、従来の硫酸銅メッキ液への添加剤添加量と
メッキ膜の比抵抗値についても合わせて測定し、それを
図５に黒丸で示す。
【００２６】（実施例５の考察）図５から、ケイフッ化
銅メッキ液への添加剤添加量がメッキ膜の比抵抗に及ぼ
す影響を知ることができる。このメッキ液で堆積した場
合に得られる膜の比抵抗値は、添加剤の添加量が0.5 〜
1.5 wt％の範囲内で硫酸銅メッキ液で堆積した場合に得
られた数値よりも低かった。膜の被覆性に最適な添加量
は１wt％で、この条件で得られた膜の比抵抗は硫酸銅メ
ッキ液で得られた膜の比抵抗値2.5 マイクロオーム・cm
に比べて非常に低いことがわかる。これらの結果から、
0.5 〜1.5 wt％の添加剤を添加してメッキを行うと、微
細コンタクト部へ被覆性が良好で、かつ、比抵抗の低い
銅薄膜を形成できることがわかる。添加剤の添加量が0.
5wt ％未満では比抵抗が増加し、被覆性も低下する。添
加量が1.5wt ％を越えると強く(111) 配向した膜が得ら
れなくなり、信頼性上好ましくない。
銅メッキ液への添加剤添加量がメッキ膜の比抵抗に及ぼ
す影響を知ることができる。このメッキ液で堆積した場
合に得られる膜の比抵抗値は、添加剤の添加量が0.5 〜
1.5 wt％の範囲内で硫酸銅メッキ液で堆積した場合に得
られた数値よりも低かった。膜の被覆性に最適な添加量
は１wt％で、この条件で得られた膜の比抵抗は硫酸銅メ
ッキ液で得られた膜の比抵抗値2.5 マイクロオーム・cm
に比べて非常に低いことがわかる。これらの結果から、
0.5 〜1.5 wt％の添加剤を添加してメッキを行うと、微
細コンタクト部へ被覆性が良好で、かつ、比抵抗の低い
銅薄膜を形成できることがわかる。添加剤の添加量が0.
5wt ％未満では比抵抗が増加し、被覆性も低下する。添
加量が1.5wt ％を越えると強く(111) 配向した膜が得ら
れなくなり、信頼性上好ましくない。
【００２７】（実施例６）実施例１の場合において、本
発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅メッキ液を
用いて堆積した銅薄膜の(111) 配向強度が、450 ℃のア
ニール前後で変化するか否かを測定した。その結果を表
６に示す。
発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅メッキ液を
用いて堆積した銅薄膜の(111) 配向強度が、450 ℃のア
ニール前後で変化するか否かを測定した。その結果を表
６に示す。
【００２８】（実施例６の考察）図６から、本発明のケ
イフッ化銅メッキ液を用いた場合には、アニール後も強
い(111) 配向強度を有する銅薄膜を堆積できることがわ
かる。
イフッ化銅メッキ液を用いた場合には、アニール後も強
い(111) 配向強度を有する銅薄膜を堆積できることがわ
かる。
【００２９】（実施例７）実施例６の場合において、メ
ッキ銅薄膜の比抵抗が450 ℃のアニール前後で変化する
か否かを測定した。その結果を図７に示す。
ッキ銅薄膜の比抵抗が450 ℃のアニール前後で変化する
か否かを測定した。その結果を図７に示す。
【００３０】（実施例７の考察）図７から、本発明のケ
イフッ化銅メッキ液を用いることにより、アニール後も
低い比抵抗を有する銅薄膜を堆積できることがわかる。
イフッ化銅メッキ液を用いることにより、アニール後も
低い比抵抗を有する銅薄膜を堆積できることがわかる。
【００３１】（実施例８）0.25ミクロンのパターン酸化
膜上にTaバリア膜を50nmスパッタ法により堆積後、さら
に銅シード層を20nm堆積し、その上にケイフッ化銅メッ
キ液を用いて銅薄膜を堆積した。堆積条件は電流密度10
mAで、銅薄膜の厚さは１μｍとした。その後、マンガン
オキサイドスラリー（20wt％）を用いて表面に現れた銅
を全て化学的機械研磨(CMP) した場合の CMP前後の断面
状態を電子顕微鏡(SEM) 写真と拡大図面に表わした。CM
P 前の断面状態を図８に、CMP 後の断面状態を図９に示
す。なお、研磨はpH 8.6で加重 200g/cm2 、パッドはSu
ba 600で回転数60 rpmで行った。
膜上にTaバリア膜を50nmスパッタ法により堆積後、さら
に銅シード層を20nm堆積し、その上にケイフッ化銅メッ
キ液を用いて銅薄膜を堆積した。堆積条件は電流密度10
mAで、銅薄膜の厚さは１μｍとした。その後、マンガン
オキサイドスラリー（20wt％）を用いて表面に現れた銅
を全て化学的機械研磨(CMP) した場合の CMP前後の断面
状態を電子顕微鏡(SEM) 写真と拡大図面に表わした。CM
P 前の断面状態を図８に、CMP 後の断面状態を図９に示
す。なお、研磨はpH 8.6で加重 200g/cm2 、パッドはSu
ba 600で回転数60 rpmで行った。
【００３２】（実施例８の考察）図８の電子顕微鏡(SE
M) 写真の結果より、ケイフッ化銅メッキ液によりコン
タクト孔部は銅薄膜で充分埋まり、良好な被覆性が得ら
れた。従って、今後、さらにアスペクト比の大きな微細
コンタクト孔部への良好な埋め込みが達成できることが
わかる。
M) 写真の結果より、ケイフッ化銅メッキ液によりコン
タクト孔部は銅薄膜で充分埋まり、良好な被覆性が得ら
れた。従って、今後、さらにアスペクト比の大きな微細
コンタクト孔部への良好な埋め込みが達成できることが
わかる。
【００３３】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、従来の硫
酸銅メッキ液を用いた場合に比べ、比抵抗が低く、か
つ、強く(111) 配向した銅薄膜を微細パターンへ被覆性
良く堆積できる効果がある。
酸銅メッキ液を用いた場合に比べ、比抵抗が低く、か
つ、強く(111) 配向した銅薄膜を微細パターンへ被覆性
良く堆積できる効果がある。
【００３４】
【００３５】 請求項２記載の発明によれば、(111) 配
向強度が特に優れた銅薄膜を被覆性良く堆積できる効果
がある。
向強度が特に優れた銅薄膜を被覆性良く堆積できる効果
がある。
【００３６】 請求項３記載の発明によれば、(111) 配
向強度が特に優れており、また、メッキ中に水素が発生
することもなく、さらに、堆積速度が低減したり膜中に
ボイドが形成されることもないので、膜の信頼性に優れ
ている。
向強度が特に優れており、また、メッキ中に水素が発生
することもなく、さらに、堆積速度が低減したり膜中に
ボイドが形成されることもないので、膜の信頼性に優れ
ている。
【００３７】 請求項４記載の発明によれば、微細コン
タクト部へ被覆性が良好で、かつ、比抵抗の低い銅薄膜
を形成できる効果がある。
タクト部へ被覆性が良好で、かつ、比抵抗の低い銅薄膜
を形成できる効果がある。
【図１】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の(111) 配向
強度が、メッキ電流密度により変化する状況を示すグラ
フである。
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の(111) 配向
強度が、メッキ電流密度により変化する状況を示すグラ
フである。
【図２】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の(111) 配向
強度が、メッキ液液温により変化する状況を示すグラフ
である。
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の(111) 配向
強度が、メッキ液液温により変化する状況を示すグラフ
である。
【図３】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の堆積時比抵
抗が、メッキ電流密度により変化する状況を示すグラフ
である。
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の堆積時比抵
抗が、メッキ電流密度により変化する状況を示すグラフ
である。
【図４】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の堆積時比抵
抗が、メッキ液液温により変化する状況を示すグラフで
ある。
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の堆積時比抵
抗が、メッキ液液温により変化する状況を示すグラフで
ある。
【図５】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の堆積時比抵
抗が、メッキ液中へ添加する添加剤の量により変化する
状況を示すグラフである。
メッキ液を用いてメッキした場合の銅薄膜の堆積時比抵
抗が、メッキ液中へ添加する添加剤の量により変化する
状況を示すグラフである。
【図６】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いた場合に堆積した銅薄膜の(111) 配向強
度が、アニール前後で変化する様子を示すグラフであ
る。
メッキ液を用いた場合に堆積した銅薄膜の(111) 配向強
度が、アニール前後で変化する様子を示すグラフであ
る。
【図７】本発明のケイフッ化銅メッキ液と従来の硫酸銅
メッキ液を用いた場合に堆積した銅薄膜の比抵抗が、ア
ニール前後で変化する様子を示すグラフである。
メッキ液を用いた場合に堆積した銅薄膜の比抵抗が、ア
ニール前後で変化する様子を示すグラフである。
【図８】ケイフッ化銅メッキ液で銅薄膜を堆積した微細
コンタクト孔部を化学的機械研磨(CMP) する前の断面状
態を、電子顕微鏡写真と拡大図面に表わしたものであ
る。
コンタクト孔部を化学的機械研磨(CMP) する前の断面状
態を、電子顕微鏡写真と拡大図面に表わしたものであ
る。
【図９】ケイフッ化銅メッキ液で銅薄膜を堆積した微細
コンタクト孔部を化学的機械研磨(CMP) した後の断面状
態を、電子顕微鏡写真と拡大図面に表わしたものであ
る。
コンタクト孔部を化学的機械研磨(CMP) した後の断面状
態を、電子顕微鏡写真と拡大図面に表わしたものであ
る。
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フロントページの続き
(72)発明者 長田 利哲
大阪府大阪市淀川区東三国３丁目12番10
号 森田化学工業株式会社内
(72)発明者 石田 彰一
大阪府大阪市淀川区東三国３丁目12番10
号 森田化学工業株式会社内
(72)発明者 坂本 等
大阪府大阪市淀川区東三国３丁目12番10
号 森田化学工業株式会社内
(72)発明者 立野 稔夫
大阪府大阪市淀川区東三国３丁目12番10
号 森田化学工業株式会社内
(56)参考文献 特開2000−248397（ＪＰ，Ａ)
特公 昭30−5306（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C25D 3/38
C25D 7/12
H01L 21/288
Claims (4)
- 【請求項１】ケイフッ化銅水溶液を電解液として用い、
プリント基板、ガラス基板あるいはシリコンウエハ上の
銅シード層上に銅薄膜をメッキ堆積することを特徴とす
る銅薄膜のメッキ方法。 - 【請求項２】メッキ時の電流密度が５〜15mA/cm2の範囲
である請求項１記載のメッキ方法。 - 【請求項３】メッキ時のメッキ液液温が20〜40℃の範囲
である請求項１記載のメッキ方法。 - 【請求項４】メッキ時の添加剤添加量が 0.5〜 1.5wt％
の範囲である請求項１記載のメッキ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000291585A JP3488193B2 (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | 銅薄膜のメッキ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000291585A JP3488193B2 (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | 銅薄膜のメッキ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002105687A JP2002105687A (ja) | 2002-04-10 |
| JP3488193B2 true JP3488193B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=18774638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000291585A Expired - Fee Related JP3488193B2 (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | 銅薄膜のメッキ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3488193B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100705406B1 (ko) * | 2001-06-19 | 2007-04-10 | 삼성전자주식회사 | 전기 도금층 형성 방법 및 장치 |
| JP2004169083A (ja) * | 2002-11-19 | 2004-06-17 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 抵抗銅層、抵抗銅層を有する積層材及び抵抗銅層を有する絶縁基材の製造方法 |
| JP2005272874A (ja) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 回路基板の製造方法 |
-
2000
- 2000-09-26 JP JP2000291585A patent/JP3488193B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002105687A (ja) | 2002-04-10 |
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