電子部品の製造方法及び電解めっき装置
【課題】シード膜の溶解を抑制し、電解めっき後のめっき膜の未析や欠陥の発生を低減する方法を提供する。
【解決手段】実施形態の電子部品の製造方法は、シード膜形成工程Ｓ１１０とめっき工程Ｓ１１４とを備えたことを特徴とする。かかるシード膜形成工程Ｓ１１０では、基体上にシード膜を形成する。そして、かかるめっき工程Ｓ１１４では、窒素ガスでバブリングされているめっき液が供給されためっき槽中の前記めっき液に前記シード膜を浸漬させ、前記シード膜をカソードとして電解めっきを行なう。
【解決手段】実施形態の電子部品の製造方法は、シード膜形成工程Ｓ１１０とめっき工程Ｓ１１４とを備えたことを特徴とする。かかるシード膜形成工程Ｓ１１０では、基体上にシード膜を形成する。そして、かかるめっき工程Ｓ１１４では、窒素ガスでバブリングされているめっき液が供給されためっき槽中の前記めっき液に前記シード膜を浸漬させ、前記シード膜をカソードとして電解めっきを行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電子部品の製造方法及び電解めっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路（ＬＳＩ）の高集積化、及び高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。特に、最近はＬＳＩの高速化を達成するために、配線材料を従来のアルミ（Ａｌ）合金から低抵抗の銅（Ｃｕ）或いはＣｕ合金（すなわち、銅含有物、以下、まとめてＣｕと称する。）に代える動きが進んでいる。Ｃｕは、Ａｌ合金配線の形成において頻繁に用いられたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のドライエッチング法による微細加工が困難であるので、溝加工が施された絶縁膜上にＣｕ膜を堆積し、溝内に埋め込まれた部分以外のＣｕ膜を化学機械研磨（ケミカル・メカニカル・ポリッシング：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）法により除去して埋め込み配線を形成する、いわゆるダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法が主に採用されている。Ｃｕ膜はスパッタ法などで薄いＣｕシード層を形成した後に電解めっき法により数１００ｎｍ程度の厚さの積層膜を形成することが一般的である。さらに、多層Ｃｕ配線を形成する場合は、特に、デュアルダマシン構造と呼ばれる配線形成方法を用いることもできる。かかる方法では、下層配線上に絶縁膜を堆積し、所定のヴィアホール（孔）及び上層配線用のトレンチ（配線溝）を形成した後に、ヴィアホールとトレンチに配線材料となるＣｕを同時に埋め込み、さらに、上層の不要なＣｕをＣＭＰにより除去し平坦化することにより埋め込み配線を形成する。
【０００３】
ここで、スパッタ法により形成されたＣｕシード膜は特に側壁の膜厚が薄く、めっき液に溶解しやすい。Ｃｕシード膜が溶解した部分には電解めっきしようとしても電流が流れないのでＣｕ膜が形成されない。そのため、たとえ周囲から成長したＣｕ膜によって完全に埋め込まれた場合でもその部分では側壁とＣｕ膜との密着性が低く欠陥発生点となってしまうといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１８０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、上述した問題点を克服し、シード膜の溶解を抑制し、電解めっき後のめっき膜の未析や欠陥の発生を低減する方法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】
【０００６】
実施形態の電子部品の製造方法は、シード膜形成工程とめっき工程とを備えたことを特徴とする。かかるシード膜形成工程では、基体上にシード膜を形成する。そして、かかるめっき工程では、窒素ガスでバブリングされているめっき液が供給されためっき槽中の前記めっき液に前記シード膜を浸漬させ、前記シード膜をカソードとして電解めっきを行なう。
【０００７】
実施形態の電解めっき装置は、めっき槽と供給タンクと窒素ガス供給部と電流供給装置と、を備えたことを特徴とする。かかるめっき槽にはアノード部材が配置されている。かかる供給タンクでは、前記めっき槽に窒素ガスでバブリングされているめっき液を供給する。かかる窒素ガス供給部では、前記供給タンク内に前記窒素ガスを供給する。かかる電流供給装置は、前記アノードと被めっき基板との間に電流を流す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
【図２】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図３】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図４】第１の実施形態における、待機位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。
【図５】実施の形態１における、めっき位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。
【図６】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図７】第１の実施形態における欠陥数とエッチングレートとの関係を示す図である
【図８】第１の実施形態におけるＮ２バブリングの効果を説明するための基板断面の概念図である。
【図９】第２の実施形態における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
【図１０】第２の実施形態における、待機位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。
【図１１】第２の実施形態における、めっき位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。
【図１２】第３の実施形態における基板の入槽手法の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、ｌｏｗ−ｋ膜の絶縁層にＣｕダマシン配線を形成する場合について、以下、図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。図１において、本実施形態では、低誘電率の絶縁性材料からなるｌｏｗ−ｋ膜の薄膜を形成するｌｏｗ−ｋ膜形成工程（Ｓ１０２）、キャップ膜を形成するキャップ膜形成工程（Ｓ１０４）、開口部を形成する開口部形成工程（Ｓ１０６）、導電性材料を用いた導電性材料膜を形成する導電性材料膜形成工程として、バリアメタル膜形成工程（Ｓ１０８）、シード膜形成工程（Ｓ１１０）、窒素（Ｎ２）バブリング及び電解めっき工程（Ｓ１１４）と、研磨工程（Ｓ１１６）という一連の工程を実施する。
【００１１】
図２は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。図２では、図１のｌｏｗ−ｋ膜形成工程（Ｓ１０２）から開口部形成工程（Ｓ１０６）までを示している。それ以降の工程は後述する。
【００１２】
図２（ａ）において、ｌｏｗ−ｋ膜形成工程（Ｓ１０２）として、基体の一例となる基板２００の上に多孔質の低誘電率絶縁性材料を用いたｌｏｗ−ｋ膜２２０の薄膜を例えば３００ｎｍの厚さで形成する。ｌｏｗ−ｋ膜２２０を形成することで、比誘電率ｋが３．０以下の層間絶縁膜を得ることができる。ｌｏｗ−ｋ膜２２０の材料として、多孔質の炭酸化シリコン（ＳｉＯＣ）を用いると好適である。多孔質のＳｉＯＣ膜により、比誘電率ｋが例えば２．６以下の層間絶縁膜を得ることができる。形成方法としては、例えば、ＰＥＣＶＤ法を用いて形成できる。例えば、メチルジエトキシシラン（Ｍｅｔｈｙｌ−ｄｉ−ｅｔｈｏｘｙ−ｓｉｌａｎｅ）、アルファターピネン（ａｌｐｈａ−ｔｅｒｐｉｎｅｎｅ：Ｃ１０Ｈ１６）、酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）からなる混合ガスを図示しないチャンバ内に流入し、チャンバ内の圧力を例えば１．３×１０３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）以下に維持した状態で、基板２００を例えば２５０℃に加熱し、チャンバ内の図示しない下部電極及び上部電極に高周波電力を供給し、プラズマを発生させる。メチルジエトキシシランは主骨格成分形成用のガスであり、アルファターピネンはポロジェン成分形成用ガスである。そして、ＳｉＯＣ膜中に含まれるポロジェンを加熱して気化させることにより除去する。そして、窒素雰囲気中、ポロジェン除去温度よりも高温の例えば４５０℃で紫外線（ＵＶ）照射によるキュアを行なう。これにより、多孔質の絶縁膜となるｌｏｗ−ｋ膜２２０を形成できる。形成方法は、ＣＶＤ法に限らず、溶液をスピンコートし熱処理して薄膜を形成するＳＯＤ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ）法を用いても好適である。ｌｏｗ−ｋ膜２２０の材料としては、例えば、メチルシロキサンを主成分とするポリメチルシロキサン、ポリシロキサン、ハイドロジェンシロセスキオキサン、メチルシロセスキオキサンなどのシロキサン骨格を有する膜を用いると好適である。また、ｌｏｗ−ｋ膜２２０の下層には、図示しない下地膜が形成されると好適である。下地膜として、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、或いは多孔質ではない炭酸化シリコン（ｄｅｎｓｅＳｉＣＯ）等が好適である。形成方法は、ＰＥＣＶＤ法で形成できるが、これに限るものではなくその他の方法で成膜しても構わない。下地膜は、例えば、２０ｎｍの膜厚で形成される。また、基板２００として、例えば、直径３００ミリのシリコンウェハを用いる。ここでは、コンタクトプラグ層やデバイス部分等の図示は省略している。そして、基板２００上には、その他の金属配線等、図示しない各種の半導体素子あるいは構造を有する層が形成されていても構わない。或いは、その他の層が形成されていても構わない。
【００１３】
図２（ｂ）において、キャップ膜形成工程（Ｓ１０４）として、ｌｏｗ−ｋ膜２２０上にＣＶＤ法によってキャップ絶縁膜として炭酸化シリコン（ＳｉＯＣ）を例えば膜厚５０ｎｍ堆積することで、ＳｉＯＣ膜２２２の薄膜を形成する。ＳｉＯＣ膜２２２を形成することで、直接リソグラフィを行うことが困難なｌｏｗ−ｋ膜２２０を保護し、ｌｏｗ−ｋ膜２２０にパターンを形成することができる。キャップ絶縁膜の材料として、ＳｉＯＣの他に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ＳｉＣ、炭水化シリコン（ＳｉＣＨ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、およびＳｉＯＣＨからなる群から選択される少なくとも一種の比誘電率２．５以上の絶縁材料を用いて形成しても構わない。ここでは、ＣＶＤ法によって成膜しているが、その他の方法を用いても構わない。
【００１４】
図２（ｃ）において、開口部形成工程（Ｓ１０６）として、リソグラフィ工程とドライエッチング工程でダマシン配線を作製するための配線溝構造である開口部１５０をＳｉＯＣ膜２２２とｌｏｗ−ｋ膜２２０内に形成する。例えば、５μｍ幅の配線溝を形成する。図示していないレジスト塗布工程、露光工程等のリソグラフィ工程を経てＳｉＯＣ膜２２２の上にレジスト膜が形成された基板２００に対し、露出したＳｉＯＣ膜２２２とその下層に位置するｌｏｗ−ｋ膜２２０を異方性エッチング法により除去することで、基板２００の表面に対し、略垂直に開口部１５０を形成することができる。例えば、一例として、反応性イオンエッチング法により開口部１５０を形成すればよい。また、ｌｏｗ−ｋ膜２２０の下層に上述した下地膜が形成されている場合には下地膜も異方性エッチング法により除去すれば良い。
【００１５】
図３は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。図３では、図１のバリアメタル膜形成工程（Ｓ１０８）からＮ２バブリング及び電解めっき工程（Ｓ１１４）までを示している。それ以降の工程は後述する。
【００１６】
図３（ａ）において、バリアメタル膜形成工程（Ｓ１０８）として、開口部形成工程により形成された開口部１５０及びＳｉＯＣ膜２２２表面にバリアメタル材料を用いたバリアメタル膜２４０を形成する。物理気相成長法（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）法の１つであるスパッタ法を用いるスパッタリング装置内でタンタル（Ｔａ）膜の薄膜を例えば膜厚３０ｎｍ堆積し、バリアメタル膜２４０を形成する。バリアメタル材料の堆積方法としては、ＰＶＤ法に限らず、原子層気相成長（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ、あるいは、ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＣＶＤ）法やＣＶＤ法などを用いることができる。ＰＶＤ法を用いる場合より被覆率を良くすることができる。また、バリアメタル膜の材料としては、Ｔａの他、窒化タンタル（ＴａＮ）等のタンタル系のタンタル含有物質、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等のチタン系のチタン含有物質、窒化タングステン（ＷＮ）等のタングステン系のタングステン含有物質、もしくはＴａとＴａＮ等これらを組合せて用いた積層膜であっても構わない。
【００１７】
図３（ｂ）において、シード膜形成工程（Ｓ１１０）として、スパッタ等の物理気相成長（ＰＶＤ）法により、次の工程である電解めっき工程のカソード極となるＣｕ薄膜をシード膜２５０（銅含有膜の一例）としてバリアメタル膜２４０が形成された開口部１５０内壁及び基板２００表面に堆積（形成）させる。ここでは、シード膜２５０を例えば基板２００表面で膜厚２０ｎｍ堆積させる。
【００１８】
ここで、第１の実施形態では、シード膜２５０がめっき液に溶解して無くなってしまわないように次工程の電解めっき工程（Ｓ１１４）において、めっき開始前から少なくともめっき開始時までＮ２バブリングされていためっき液を用いて電解めっきを行なう。
【００１９】
図３（ｃ）において、Ｎ２バブリング及び電解めっき工程（Ｓ１１４）として、窒素ガスでバブリングされているめっき液が供給されためっき槽中のめっき液にシード膜２５０を浸漬させ、シード膜２５０をカソードとして電解めっきによる電気化学成長法によりＣｕ膜２６０（銅含有膜の一例）を開口部１５０内及び基板２００表面に堆積させる。ここでは、例えば膜厚８００ｎｍのＣｕ膜２６０を堆積させ、堆積させた後にアニール処理を例えば１５０℃の温度で３０分間行なう。
【００２０】
図４は、第１の実施形態における、待機位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。電解めっき装置には、Ｎ２タンク６２０（窒素ガス供給部）と、ノズル６３２と、供給タンク６１０と、めっき槽６５０と、アノード電極６５４と、電流供給装置６１２と、ホルダ６５２とが配置される。Ｎ２タンク６２０から供給された窒素（Ｎ２）ガスが、バルブ６３０、配管６３１を介して、供給タンク６１０内のめっき液６７０中にまで延びたノズル６３２の先端からめっき液６７０中に供給（放出）される。そして、Ｎ２ガスの一部は、めっき液６７０中に溶け、残りは上方から大気中へ放出される。このように、供給タンク６１０では、めっき液６７０がＮ２ガスでバブリングされている。そして、上述したようにＮ２ガスでバブリングされているめっき液６７０は、ポンプ６４０によってめっき槽６５０へと供給される。また、めっき液６７０は、電解めっき開始前からめっき終了時までポンプ６４０でめっき槽６５０へと供給され続ける。めっき槽６５０から溢れためっき液６７０は、配管を通って供給タンク６１０へと戻される。このように、めっき液６７０は、供給タンク６１０とめっき槽６５０とを循環している。めっき液６７０は、硫酸銅を主成分として、添加剤を加えた液を用いるとよい。めっき槽６５０は、略円筒状に形成され、内部に供給タンク６１０から供給されためっき液６７０が入っている。そして、めっき槽６５０のめっき液６７０底部には、上面をめっき液６７０に晒したアノード部材によるアノード電極６５４が配置されている。アノード電極６５４として、例えば、含リン銅等の溶解性アノードを用いるとよい。ホルダ６５２は、めっき槽６５０の上方に配置され、めっき面を下に向けた基板２００を着脱自在に保持する。そして、電流供給装置６１２は、アノード電極６５４と被めっき基板となる基板２００との間に電流を流す。
【００２１】
図４では、ホルダ６５２が基板２００をめっき液６７０の液面より上昇させた位置で保持している状態を示している。例えば、基板２００を図示しないロボット等で搬送するための待機位置で保持される。そして、めっき液６７０に触れない領域でシード層が形成された基板２００の表面の外周部に陰極側の接点が接続されている。他方、アノード電極６５４に陽極側の接点が接続されている。なお、Ｎ２ガスを供給タンク６１０に供給するまでの構成設備、例えば、Ｎ２タンク６２０、バルブ６３０、配管６３１、及びノズル６３２といった構成設備は、電解めっき装置を構成する部品としてではなくユーザ側の供給設備として配置されていても構わない。
【００２２】
図５は、実施の形態１における、めっき位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。第１の実施形態では、めっき液６７０が入っためっき槽６５０に基板２００表面を入槽させる際に、基板２００を回転させながらＮ２ガスでバブリングされているめっき液６７０へと入槽させる。これにより、Ｎ２ガスでバブリングされているめっき液６７０が供給されためっき槽６５０中のめっき液６７０にシード膜２５０を浸漬させることになる。Ｎ２ガスでバブリングされているめっき液６７０にシード膜２５０を浸漬させることで、シード膜２５０の溶解を抑制できる。シード膜２５０の溶解を抑制するため、めっき槽６５０には、電解めっき開始前から少なくとも電解めっき開始時までＮ２バブリングされていためっき液６７０が供給される。そして、回転させたまま基板２００表面をめっき液６７０に浸し、電流供給装置６１２からアノード電極６５４を陽極（アノード）、めっき面となる基板２００のシード膜２５０を陰極（カソード）として所定の電流密度の電流を流し、電解めっきを行なう。また、入槽させる際に、基板２００とめっき液６７０との間に空気が残らないように基板を所定の角度だけ傾けた状態で入槽させるとなおよい。
【００２３】
そして、かかる状態から開口部１５０上に堆積した余分なＣｕ膜２６０とバリアメタル膜２４０とをＣＭＰにより除去してダマシン配線を形成することになる。
【００２４】
図６は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。図６では、図１の研磨工程（Ｓ１１６）を示している。
【００２５】
図６において、研磨工程として、ＣＭＰ法によって、基板２００の表面を研磨して、開口部以外に表面に堆積した導電部としての配線層となるシード膜２５０を含むＣｕ膜２６０とバリアメタル膜２４０を研磨除去して、図６に示すように平坦化する。以上のようにして、ダマシン配線を形成することができる。
【００２６】
図７は、第１の実施形態における欠陥数とエッチングレートとの関係を示す図である。図７において、エッチングレートはめっき液中へのＣｕ溶解速度を示している。また、欠陥数は研磨後の配線への埋め込み不良数を示している。Ｎ２バブリングを行うことでエッチングレートを小さくできる。そして、エッチングレートを小さくすることでシード膜２５０の溶解を抑制し、シード膜２５０が無くなってしまう領域を防止できる。その結果、配線への埋め込み不良を低減できる。
【００２７】
Ｎ２バブリングを行うことでＣｕ溶解速度を低減させることができた理由としては、めっき液中のＣｕ溶解が以下の反応式によって発生するからだと考えられる。
Ｃｕ＋Ｏ２＋２Ｈ＋→Ｃｕ２＋＋Ｈ２Ｏ
【００２８】
Ｃｕはめっき液中の溶存酸素と酸に反応し、めっき液中に溶出する。Ｎ２バブリングを実施することにより、めっき液中の溶存酸素が追い出され、上記反応式の反応量が低下する。それによりＣｕのめっき液中への溶出が低減したと考えられる。
【００２９】
図８は、第１の実施形態におけるＮ２バブリングの効果を説明するための基板断面の概念図である。図８（ａ）に示すように、Ｎ２バブリングをしない場合には、開口部側壁で顕著に生じるシードＣｕ層消失によるボイドが生じてしまう。これに対し、上述したように、Ｎ２バブリングされているめっき液６７０中へ入槽することにより、図８（ｂ）に示すように、めっき前のシードＣｕ層の溶解を抑制して特に開口部側壁で顕著に生じるシードＣｕ層消失によるめっき未析を防ぐことが可能となる。
【００３０】
ここで、電解めっきを行なうに際し、Ｎ２バブリングをしながら、さらに、シード膜２５０に電圧を印加した状態でシード膜２５０をめっき液６７０に浸漬させるようにしてもよい。特に、第１の実施形態では、めっき液６７０に浸漬後に電解めっきを開始する開始時の電圧よりも低い電圧をめっき液６７０に浸漬させる際にシード膜２５０に印加するとより好適である。かかる構成により、さらに、Ｃｕシード膜の溶解を抑制できる。
【００３１】
ここで、Ｎ２バブリングをしないで、Ｃｕシード膜の溶解を完全に防止するためにはＣｕめっきが生じる電圧に設定する必要があるが、めっき槽６５０への入槽の際、めっき液６７０に基板２００表面が全て接液するまでにはある一定時間が必要であるため、最初に接液した部分と最後に接液した部分でめっき時間が異なってしまい、その結果、基板２００表面にめっき成長したＣｕ膜２６０の埋め込み均一性が劣化してしまう。また、Ｎ２バブリングをしないで、基板２００に印加する電圧を低減すると今度はＣｕシード膜の薄い側壁でＣｕ未析や欠陥が発生してしまう。そのため、第１の実施形態では、Ｎ２バブリングをしながら、さらに、めっき液６７０に浸漬後に電解めっきを開始する開始時の電圧よりも低い電圧をめっき液６７０に浸漬させる際にシード膜２５０に印加する。これにより、埋め込み均一性を保ちながらさらにＣｕ層の溶解を抑制できる。
【００３２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態の内容に加えて、さらに、基板冷却を行う場合について、以下、図面を用いて説明する。
【００３３】
図９は、第２の実施形態における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。図９において、本実施形態では、シード膜形成工程（Ｓ１１０）とＮ２バブリング及び電解めっき工程（Ｓ１１４）との間に冷却工程（Ｓ１１２）を追加した点以外は図１と同様である。以下、特に説明する内容以外は第１の実施形態と同様である。シード膜形成工程（Ｓ１１０）までの各工程は第１の実施形態と同様である。
【００３４】
冷却工程（Ｓ１１２）として、シード膜２５０を冷却する。冷却方法は、気体を用いて基板２００裏面を冷却することで基板２００裏面を介してシード膜２５０を冷却する。
【００３５】
図１０は、第２の実施形態における、待機位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。図１０において、ホルダ６５２は、基板２００裏面側に空間が形成されるように加工され、その空間が気体（ガス）の流路６０１となっている。そして、Ｎ２タンク６２０から供給された窒素（Ｎ２）ガスの一部が、バルブ６３０、配管６３１，６３４を介して、供給タンク６１０へ、残部が、バルブ６３０、配管６３１，６３６を介して、ホルダ６５２の流路６０１へと供給される。そして、かかるＮ２ガスを待機位置で保持された基板２００背面にフローさせることにより基板温度を制御している。基板２００としてのシリコンウェハは熱伝導が良好であるため、このような気体を基板２００の背面に十分な時間フローさせれば、基板温度を気体の温度と同程度にすることができる。その他の構成は図４と同様である。このように、バブリングに用いたＮ２ガスと同じ供給源であるＮ２タンク６２０から供給されたＮ２ガスを用いて基板２００裏面を冷却することでシード膜２５０を冷却する。
【００３６】
ここで、基板温度は、めっき液６７０の温度よりも１０℃以上冷却することが望ましい。例えば、めっき液６７０の温度が２５℃である場合に、基板温度を基板２００が結露しない温度（例えば５℃）から１５℃の範囲に制御するとよい。２５℃でのめっき液６７０中のシード膜２５０の溶解速度を１００％とした場合に、基板温度を１５℃にすることで、めっき液６７０中のシード膜２５０の溶解速度を５６％程度にまで抑えることができる。また、基板温度を５℃にすれば、めっき液６７０中のシード膜２５０の溶解速度を３０％程度にまで抑えることができる。すなわち、基板温度を１５℃以下にすることで、溶解速度を半分近くまで遅くすることができる。また、冷却位置は、できるだけめっき液６７０に近い位置が望ましい。できるだけめっき液６７０に近い位置にすることにより冷却後に基板２００がめっき液６７０に接液するまでの時間を短くすることができ、冷却効果を維持することができる。
【００３７】
図３（ｃ）において、Ｎ２バブリング及び電解めっき工程（Ｓ１１４）として、Ｎ２ガスでバブリングされているめっき液６７０が供給されためっき槽６５０中のめっき液に、Ｎ２ガスで冷却されたシード膜２５０を浸漬させ、シード膜２５０をカソードとして電解めっきを行なう。
【００３８】
図１１は、第２の実施形態における、めっき位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。第２の実施形態では、Ｎ２バブリングされているめっき液６７０が入っためっき槽６５０に基板２００表面を入槽させる際に、上述した冷却工程でシード膜２５０が冷やされた基板２００を回転させながら入槽させる。そして、回転させたまま基板２００表面をめっき液６７０に浸し、電流供給装置６１２からアノード電極６５４を陽極（アノード）、めっき面となる基板２００のシード膜２５０を陰極（カソード）として所定の電流密度の電流を流し、電解めっきを行なう。また、入槽させる際に、基板２００とめっき液６７０との間に空気が残らないように基板を所定の角度だけ傾けた状態で入槽させるとなおよい点は上述したとおりである。
【００３９】
ここで、電解めっきを行なうに際し、Ｎ２バブリングをしながら、シード膜２５０に電圧を印加した状態で、さらに、冷却されたシード膜２５０をめっき液６７０に浸漬させるようにしてもよい。その際、めっき液６７０に浸漬後に電解めっきを開始する開始時の電圧よりも低い電圧をめっき液６７０に浸漬させる際にシード膜２５０に印加するとより好適である点は上述したとおりである。
【００４０】
以上のように、基板２００表面をめっき槽６５０に入槽させる際に、めっき液６７０に対するＮ２バブリングに加えて、基板冷却することで、さらに、シード膜２５０の溶解を抑制できる。
【００４１】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、基板２００をめっき槽６５０に入槽する前に、例えば、図１０に示した待機位置で冷却し、入槽時には冷却を止めていたが、これに限るものではない。
【００４２】
図１２は、第３の実施形態における基板の入槽手法の一例を示す概念図である。図１２（ａ）に示すように、基板２００をめっき槽６５０に入槽する前に、Ｎ２タンク６２０から供給されたＮ２ガスを基板２００の裏面に当てながら流すことは、第２の実施形態と同様である。第３の実施形態では、図１２（ｂ）に示すように、基板２００を冷却しながらめっき槽６５０に入槽させる。このように構成することにより、より冷却効果を維持することができる。また、実際のめっき中も引き続いて基板２００を冷却し続けても構わない。
【００４３】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述した実施形態では、絶縁膜として、ｌｏｗ−ｋ膜２２０を用いたがこれに限るものではなく、その他の絶縁材料を用いた場合であっても構わない。例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であっても構わない。また、基板２００裏面を直接冷却しなくても間接的に冷却しても構わない。また、実施の形態では、ダマシン配線について記載しているが、デュアルダマシン配線についても同様に効果を発揮することができる。特に、デュアルダマシン配線形成におけるヴィアホールへのＣｕ埋め込みには好適である。また、上述した例では、Ｎ２タンク６２０から供給されたＮ２ガスをホルダ６５２側とめっき液供給タンク６１０側とに分岐させていたが、これに限るものではない。例えば、ホルダ６５２側へと供給され、ホルダ６５２から排気されたＮ２ガスを供給タンク６１０側に供給して、Ｎ２バブリングを行ってもよい。
【００４４】
また、層間絶縁膜の膜厚や、開口部のサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
【００４５】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置の製造方法に代表される電子部品の製造方法は、本発明の範囲に包含される。
【００４６】
また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、フォトリソグラフィプロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれ得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４７】
１５０ 開口部
２００ 基板
２２０ ｌｏｗ−ｋ膜
２５０ シード膜
２６０ Ｃｕ膜
６１０ 供給タンク
６１２ 電流供給装置
６２０ Ｎ２タンク
６５０ めっき槽
６５４ アノード電極
６７０ めっき液
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電子部品の製造方法及び電解めっき装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路（ＬＳＩ）の高集積化、及び高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。特に、最近はＬＳＩの高速化を達成するために、配線材料を従来のアルミ（Ａｌ）合金から低抵抗の銅（Ｃｕ）或いはＣｕ合金（すなわち、銅含有物、以下、まとめてＣｕと称する。）に代える動きが進んでいる。Ｃｕは、Ａｌ合金配線の形成において頻繁に用いられたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のドライエッチング法による微細加工が困難であるので、溝加工が施された絶縁膜上にＣｕ膜を堆積し、溝内に埋め込まれた部分以外のＣｕ膜を化学機械研磨（ケミカル・メカニカル・ポリッシング：ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）法により除去して埋め込み配線を形成する、いわゆるダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法が主に採用されている。Ｃｕ膜はスパッタ法などで薄いＣｕシード層を形成した後に電解めっき法により数１００ｎｍ程度の厚さの積層膜を形成することが一般的である。さらに、多層Ｃｕ配線を形成する場合は、特に、デュアルダマシン構造と呼ばれる配線形成方法を用いることもできる。かかる方法では、下層配線上に絶縁膜を堆積し、所定のヴィアホール（孔）及び上層配線用のトレンチ（配線溝）を形成した後に、ヴィアホールとトレンチに配線材料となるＣｕを同時に埋め込み、さらに、上層の不要なＣｕをＣＭＰにより除去し平坦化することにより埋め込み配線を形成する。
【０００３】
ここで、スパッタ法により形成されたＣｕシード膜は特に側壁の膜厚が薄く、めっき液に溶解しやすい。Ｃｕシード膜が溶解した部分には電解めっきしようとしても電流が流れないのでＣｕ膜が形成されない。そのため、たとえ周囲から成長したＣｕ膜によって完全に埋め込まれた場合でもその部分では側壁とＣｕ膜との密着性が低く欠陥発生点となってしまうといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１８０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、上述した問題点を克服し、シード膜の溶解を抑制し、電解めっき後のめっき膜の未析や欠陥の発生を低減する方法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】
【０００６】
実施形態の電子部品の製造方法は、シード膜形成工程とめっき工程とを備えたことを特徴とする。かかるシード膜形成工程では、基体上にシード膜を形成する。そして、かかるめっき工程では、窒素ガスでバブリングされているめっき液が供給されためっき槽中の前記めっき液に前記シード膜を浸漬させ、前記シード膜をカソードとして電解めっきを行なう。
【０００７】
実施形態の電解めっき装置は、めっき槽と供給タンクと窒素ガス供給部と電流供給装置と、を備えたことを特徴とする。かかるめっき槽にはアノード部材が配置されている。かかる供給タンクでは、前記めっき槽に窒素ガスでバブリングされているめっき液を供給する。かかる窒素ガス供給部では、前記供給タンク内に前記窒素ガスを供給する。かかる電流供給装置は、前記アノードと被めっき基板との間に電流を流す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
【図２】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図３】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図４】第１の実施形態における、待機位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。
【図５】実施の形態１における、めっき位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。
【図６】図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
【図７】第１の実施形態における欠陥数とエッチングレートとの関係を示す図である
【図８】第１の実施形態におけるＮ２バブリングの効果を説明するための基板断面の概念図である。
【図９】第２の実施形態における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
【図１０】第２の実施形態における、待機位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。
【図１１】第２の実施形態における、めっき位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。
【図１２】第３の実施形態における基板の入槽手法の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、ｌｏｗ−ｋ膜の絶縁層にＣｕダマシン配線を形成する場合について、以下、図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。図１において、本実施形態では、低誘電率の絶縁性材料からなるｌｏｗ−ｋ膜の薄膜を形成するｌｏｗ−ｋ膜形成工程（Ｓ１０２）、キャップ膜を形成するキャップ膜形成工程（Ｓ１０４）、開口部を形成する開口部形成工程（Ｓ１０６）、導電性材料を用いた導電性材料膜を形成する導電性材料膜形成工程として、バリアメタル膜形成工程（Ｓ１０８）、シード膜形成工程（Ｓ１１０）、窒素（Ｎ２）バブリング及び電解めっき工程（Ｓ１１４）と、研磨工程（Ｓ１１６）という一連の工程を実施する。
【００１１】
図２は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。図２では、図１のｌｏｗ−ｋ膜形成工程（Ｓ１０２）から開口部形成工程（Ｓ１０６）までを示している。それ以降の工程は後述する。
【００１２】
図２（ａ）において、ｌｏｗ−ｋ膜形成工程（Ｓ１０２）として、基体の一例となる基板２００の上に多孔質の低誘電率絶縁性材料を用いたｌｏｗ−ｋ膜２２０の薄膜を例えば３００ｎｍの厚さで形成する。ｌｏｗ−ｋ膜２２０を形成することで、比誘電率ｋが３．０以下の層間絶縁膜を得ることができる。ｌｏｗ−ｋ膜２２０の材料として、多孔質の炭酸化シリコン（ＳｉＯＣ）を用いると好適である。多孔質のＳｉＯＣ膜により、比誘電率ｋが例えば２．６以下の層間絶縁膜を得ることができる。形成方法としては、例えば、ＰＥＣＶＤ法を用いて形成できる。例えば、メチルジエトキシシラン（Ｍｅｔｈｙｌ−ｄｉ−ｅｔｈｏｘｙ−ｓｉｌａｎｅ）、アルファターピネン（ａｌｐｈａ−ｔｅｒｐｉｎｅｎｅ：Ｃ１０Ｈ１６）、酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）からなる混合ガスを図示しないチャンバ内に流入し、チャンバ内の圧力を例えば１．３×１０３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）以下に維持した状態で、基板２００を例えば２５０℃に加熱し、チャンバ内の図示しない下部電極及び上部電極に高周波電力を供給し、プラズマを発生させる。メチルジエトキシシランは主骨格成分形成用のガスであり、アルファターピネンはポロジェン成分形成用ガスである。そして、ＳｉＯＣ膜中に含まれるポロジェンを加熱して気化させることにより除去する。そして、窒素雰囲気中、ポロジェン除去温度よりも高温の例えば４５０℃で紫外線（ＵＶ）照射によるキュアを行なう。これにより、多孔質の絶縁膜となるｌｏｗ−ｋ膜２２０を形成できる。形成方法は、ＣＶＤ法に限らず、溶液をスピンコートし熱処理して薄膜を形成するＳＯＤ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ）法を用いても好適である。ｌｏｗ−ｋ膜２２０の材料としては、例えば、メチルシロキサンを主成分とするポリメチルシロキサン、ポリシロキサン、ハイドロジェンシロセスキオキサン、メチルシロセスキオキサンなどのシロキサン骨格を有する膜を用いると好適である。また、ｌｏｗ−ｋ膜２２０の下層には、図示しない下地膜が形成されると好適である。下地膜として、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、或いは多孔質ではない炭酸化シリコン（ｄｅｎｓｅＳｉＣＯ）等が好適である。形成方法は、ＰＥＣＶＤ法で形成できるが、これに限るものではなくその他の方法で成膜しても構わない。下地膜は、例えば、２０ｎｍの膜厚で形成される。また、基板２００として、例えば、直径３００ミリのシリコンウェハを用いる。ここでは、コンタクトプラグ層やデバイス部分等の図示は省略している。そして、基板２００上には、その他の金属配線等、図示しない各種の半導体素子あるいは構造を有する層が形成されていても構わない。或いは、その他の層が形成されていても構わない。
【００１３】
図２（ｂ）において、キャップ膜形成工程（Ｓ１０４）として、ｌｏｗ−ｋ膜２２０上にＣＶＤ法によってキャップ絶縁膜として炭酸化シリコン（ＳｉＯＣ）を例えば膜厚５０ｎｍ堆積することで、ＳｉＯＣ膜２２２の薄膜を形成する。ＳｉＯＣ膜２２２を形成することで、直接リソグラフィを行うことが困難なｌｏｗ−ｋ膜２２０を保護し、ｌｏｗ−ｋ膜２２０にパターンを形成することができる。キャップ絶縁膜の材料として、ＳｉＯＣの他に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ＳｉＣ、炭水化シリコン（ＳｉＣＨ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、およびＳｉＯＣＨからなる群から選択される少なくとも一種の比誘電率２．５以上の絶縁材料を用いて形成しても構わない。ここでは、ＣＶＤ法によって成膜しているが、その他の方法を用いても構わない。
【００１４】
図２（ｃ）において、開口部形成工程（Ｓ１０６）として、リソグラフィ工程とドライエッチング工程でダマシン配線を作製するための配線溝構造である開口部１５０をＳｉＯＣ膜２２２とｌｏｗ−ｋ膜２２０内に形成する。例えば、５μｍ幅の配線溝を形成する。図示していないレジスト塗布工程、露光工程等のリソグラフィ工程を経てＳｉＯＣ膜２２２の上にレジスト膜が形成された基板２００に対し、露出したＳｉＯＣ膜２２２とその下層に位置するｌｏｗ−ｋ膜２２０を異方性エッチング法により除去することで、基板２００の表面に対し、略垂直に開口部１５０を形成することができる。例えば、一例として、反応性イオンエッチング法により開口部１５０を形成すればよい。また、ｌｏｗ−ｋ膜２２０の下層に上述した下地膜が形成されている場合には下地膜も異方性エッチング法により除去すれば良い。
【００１５】
図３は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。図３では、図１のバリアメタル膜形成工程（Ｓ１０８）からＮ２バブリング及び電解めっき工程（Ｓ１１４）までを示している。それ以降の工程は後述する。
【００１６】
図３（ａ）において、バリアメタル膜形成工程（Ｓ１０８）として、開口部形成工程により形成された開口部１５０及びＳｉＯＣ膜２２２表面にバリアメタル材料を用いたバリアメタル膜２４０を形成する。物理気相成長法（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）法の１つであるスパッタ法を用いるスパッタリング装置内でタンタル（Ｔａ）膜の薄膜を例えば膜厚３０ｎｍ堆積し、バリアメタル膜２４０を形成する。バリアメタル材料の堆積方法としては、ＰＶＤ法に限らず、原子層気相成長（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ、あるいは、ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＣＶＤ）法やＣＶＤ法などを用いることができる。ＰＶＤ法を用いる場合より被覆率を良くすることができる。また、バリアメタル膜の材料としては、Ｔａの他、窒化タンタル（ＴａＮ）等のタンタル系のタンタル含有物質、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等のチタン系のチタン含有物質、窒化タングステン（ＷＮ）等のタングステン系のタングステン含有物質、もしくはＴａとＴａＮ等これらを組合せて用いた積層膜であっても構わない。
【００１７】
図３（ｂ）において、シード膜形成工程（Ｓ１１０）として、スパッタ等の物理気相成長（ＰＶＤ）法により、次の工程である電解めっき工程のカソード極となるＣｕ薄膜をシード膜２５０（銅含有膜の一例）としてバリアメタル膜２４０が形成された開口部１５０内壁及び基板２００表面に堆積（形成）させる。ここでは、シード膜２５０を例えば基板２００表面で膜厚２０ｎｍ堆積させる。
【００１８】
ここで、第１の実施形態では、シード膜２５０がめっき液に溶解して無くなってしまわないように次工程の電解めっき工程（Ｓ１１４）において、めっき開始前から少なくともめっき開始時までＮ２バブリングされていためっき液を用いて電解めっきを行なう。
【００１９】
図３（ｃ）において、Ｎ２バブリング及び電解めっき工程（Ｓ１１４）として、窒素ガスでバブリングされているめっき液が供給されためっき槽中のめっき液にシード膜２５０を浸漬させ、シード膜２５０をカソードとして電解めっきによる電気化学成長法によりＣｕ膜２６０（銅含有膜の一例）を開口部１５０内及び基板２００表面に堆積させる。ここでは、例えば膜厚８００ｎｍのＣｕ膜２６０を堆積させ、堆積させた後にアニール処理を例えば１５０℃の温度で３０分間行なう。
【００２０】
図４は、第１の実施形態における、待機位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。電解めっき装置には、Ｎ２タンク６２０（窒素ガス供給部）と、ノズル６３２と、供給タンク６１０と、めっき槽６５０と、アノード電極６５４と、電流供給装置６１２と、ホルダ６５２とが配置される。Ｎ２タンク６２０から供給された窒素（Ｎ２）ガスが、バルブ６３０、配管６３１を介して、供給タンク６１０内のめっき液６７０中にまで延びたノズル６３２の先端からめっき液６７０中に供給（放出）される。そして、Ｎ２ガスの一部は、めっき液６７０中に溶け、残りは上方から大気中へ放出される。このように、供給タンク６１０では、めっき液６７０がＮ２ガスでバブリングされている。そして、上述したようにＮ２ガスでバブリングされているめっき液６７０は、ポンプ６４０によってめっき槽６５０へと供給される。また、めっき液６７０は、電解めっき開始前からめっき終了時までポンプ６４０でめっき槽６５０へと供給され続ける。めっき槽６５０から溢れためっき液６７０は、配管を通って供給タンク６１０へと戻される。このように、めっき液６７０は、供給タンク６１０とめっき槽６５０とを循環している。めっき液６７０は、硫酸銅を主成分として、添加剤を加えた液を用いるとよい。めっき槽６５０は、略円筒状に形成され、内部に供給タンク６１０から供給されためっき液６７０が入っている。そして、めっき槽６５０のめっき液６７０底部には、上面をめっき液６７０に晒したアノード部材によるアノード電極６５４が配置されている。アノード電極６５４として、例えば、含リン銅等の溶解性アノードを用いるとよい。ホルダ６５２は、めっき槽６５０の上方に配置され、めっき面を下に向けた基板２００を着脱自在に保持する。そして、電流供給装置６１２は、アノード電極６５４と被めっき基板となる基板２００との間に電流を流す。
【００２１】
図４では、ホルダ６５２が基板２００をめっき液６７０の液面より上昇させた位置で保持している状態を示している。例えば、基板２００を図示しないロボット等で搬送するための待機位置で保持される。そして、めっき液６７０に触れない領域でシード層が形成された基板２００の表面の外周部に陰極側の接点が接続されている。他方、アノード電極６５４に陽極側の接点が接続されている。なお、Ｎ２ガスを供給タンク６１０に供給するまでの構成設備、例えば、Ｎ２タンク６２０、バルブ６３０、配管６３１、及びノズル６３２といった構成設備は、電解めっき装置を構成する部品としてではなくユーザ側の供給設備として配置されていても構わない。
【００２２】
図５は、実施の形態１における、めっき位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。第１の実施形態では、めっき液６７０が入っためっき槽６５０に基板２００表面を入槽させる際に、基板２００を回転させながらＮ２ガスでバブリングされているめっき液６７０へと入槽させる。これにより、Ｎ２ガスでバブリングされているめっき液６７０が供給されためっき槽６５０中のめっき液６７０にシード膜２５０を浸漬させることになる。Ｎ２ガスでバブリングされているめっき液６７０にシード膜２５０を浸漬させることで、シード膜２５０の溶解を抑制できる。シード膜２５０の溶解を抑制するため、めっき槽６５０には、電解めっき開始前から少なくとも電解めっき開始時までＮ２バブリングされていためっき液６７０が供給される。そして、回転させたまま基板２００表面をめっき液６７０に浸し、電流供給装置６１２からアノード電極６５４を陽極（アノード）、めっき面となる基板２００のシード膜２５０を陰極（カソード）として所定の電流密度の電流を流し、電解めっきを行なう。また、入槽させる際に、基板２００とめっき液６７０との間に空気が残らないように基板を所定の角度だけ傾けた状態で入槽させるとなおよい。
【００２３】
そして、かかる状態から開口部１５０上に堆積した余分なＣｕ膜２６０とバリアメタル膜２４０とをＣＭＰにより除去してダマシン配線を形成することになる。
【００２４】
図６は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。図６では、図１の研磨工程（Ｓ１１６）を示している。
【００２５】
図６において、研磨工程として、ＣＭＰ法によって、基板２００の表面を研磨して、開口部以外に表面に堆積した導電部としての配線層となるシード膜２５０を含むＣｕ膜２６０とバリアメタル膜２４０を研磨除去して、図６に示すように平坦化する。以上のようにして、ダマシン配線を形成することができる。
【００２６】
図７は、第１の実施形態における欠陥数とエッチングレートとの関係を示す図である。図７において、エッチングレートはめっき液中へのＣｕ溶解速度を示している。また、欠陥数は研磨後の配線への埋め込み不良数を示している。Ｎ２バブリングを行うことでエッチングレートを小さくできる。そして、エッチングレートを小さくすることでシード膜２５０の溶解を抑制し、シード膜２５０が無くなってしまう領域を防止できる。その結果、配線への埋め込み不良を低減できる。
【００２７】
Ｎ２バブリングを行うことでＣｕ溶解速度を低減させることができた理由としては、めっき液中のＣｕ溶解が以下の反応式によって発生するからだと考えられる。
Ｃｕ＋Ｏ２＋２Ｈ＋→Ｃｕ２＋＋Ｈ２Ｏ
【００２８】
Ｃｕはめっき液中の溶存酸素と酸に反応し、めっき液中に溶出する。Ｎ２バブリングを実施することにより、めっき液中の溶存酸素が追い出され、上記反応式の反応量が低下する。それによりＣｕのめっき液中への溶出が低減したと考えられる。
【００２９】
図８は、第１の実施形態におけるＮ２バブリングの効果を説明するための基板断面の概念図である。図８（ａ）に示すように、Ｎ２バブリングをしない場合には、開口部側壁で顕著に生じるシードＣｕ層消失によるボイドが生じてしまう。これに対し、上述したように、Ｎ２バブリングされているめっき液６７０中へ入槽することにより、図８（ｂ）に示すように、めっき前のシードＣｕ層の溶解を抑制して特に開口部側壁で顕著に生じるシードＣｕ層消失によるめっき未析を防ぐことが可能となる。
【００３０】
ここで、電解めっきを行なうに際し、Ｎ２バブリングをしながら、さらに、シード膜２５０に電圧を印加した状態でシード膜２５０をめっき液６７０に浸漬させるようにしてもよい。特に、第１の実施形態では、めっき液６７０に浸漬後に電解めっきを開始する開始時の電圧よりも低い電圧をめっき液６７０に浸漬させる際にシード膜２５０に印加するとより好適である。かかる構成により、さらに、Ｃｕシード膜の溶解を抑制できる。
【００３１】
ここで、Ｎ２バブリングをしないで、Ｃｕシード膜の溶解を完全に防止するためにはＣｕめっきが生じる電圧に設定する必要があるが、めっき槽６５０への入槽の際、めっき液６７０に基板２００表面が全て接液するまでにはある一定時間が必要であるため、最初に接液した部分と最後に接液した部分でめっき時間が異なってしまい、その結果、基板２００表面にめっき成長したＣｕ膜２６０の埋め込み均一性が劣化してしまう。また、Ｎ２バブリングをしないで、基板２００に印加する電圧を低減すると今度はＣｕシード膜の薄い側壁でＣｕ未析や欠陥が発生してしまう。そのため、第１の実施形態では、Ｎ２バブリングをしながら、さらに、めっき液６７０に浸漬後に電解めっきを開始する開始時の電圧よりも低い電圧をめっき液６７０に浸漬させる際にシード膜２５０に印加する。これにより、埋め込み均一性を保ちながらさらにＣｕ層の溶解を抑制できる。
【００３２】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態の内容に加えて、さらに、基板冷却を行う場合について、以下、図面を用いて説明する。
【００３３】
図９は、第２の実施形態における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。図９において、本実施形態では、シード膜形成工程（Ｓ１１０）とＮ２バブリング及び電解めっき工程（Ｓ１１４）との間に冷却工程（Ｓ１１２）を追加した点以外は図１と同様である。以下、特に説明する内容以外は第１の実施形態と同様である。シード膜形成工程（Ｓ１１０）までの各工程は第１の実施形態と同様である。
【００３４】
冷却工程（Ｓ１１２）として、シード膜２５０を冷却する。冷却方法は、気体を用いて基板２００裏面を冷却することで基板２００裏面を介してシード膜２５０を冷却する。
【００３５】
図１０は、第２の実施形態における、待機位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。図１０において、ホルダ６５２は、基板２００裏面側に空間が形成されるように加工され、その空間が気体（ガス）の流路６０１となっている。そして、Ｎ２タンク６２０から供給された窒素（Ｎ２）ガスの一部が、バルブ６３０、配管６３１，６３４を介して、供給タンク６１０へ、残部が、バルブ６３０、配管６３１，６３６を介して、ホルダ６５２の流路６０１へと供給される。そして、かかるＮ２ガスを待機位置で保持された基板２００背面にフローさせることにより基板温度を制御している。基板２００としてのシリコンウェハは熱伝導が良好であるため、このような気体を基板２００の背面に十分な時間フローさせれば、基板温度を気体の温度と同程度にすることができる。その他の構成は図４と同様である。このように、バブリングに用いたＮ２ガスと同じ供給源であるＮ２タンク６２０から供給されたＮ２ガスを用いて基板２００裏面を冷却することでシード膜２５０を冷却する。
【００３６】
ここで、基板温度は、めっき液６７０の温度よりも１０℃以上冷却することが望ましい。例えば、めっき液６７０の温度が２５℃である場合に、基板温度を基板２００が結露しない温度（例えば５℃）から１５℃の範囲に制御するとよい。２５℃でのめっき液６７０中のシード膜２５０の溶解速度を１００％とした場合に、基板温度を１５℃にすることで、めっき液６７０中のシード膜２５０の溶解速度を５６％程度にまで抑えることができる。また、基板温度を５℃にすれば、めっき液６７０中のシード膜２５０の溶解速度を３０％程度にまで抑えることができる。すなわち、基板温度を１５℃以下にすることで、溶解速度を半分近くまで遅くすることができる。また、冷却位置は、できるだけめっき液６７０に近い位置が望ましい。できるだけめっき液６７０に近い位置にすることにより冷却後に基板２００がめっき液６７０に接液するまでの時間を短くすることができ、冷却効果を維持することができる。
【００３７】
図３（ｃ）において、Ｎ２バブリング及び電解めっき工程（Ｓ１１４）として、Ｎ２ガスでバブリングされているめっき液６７０が供給されためっき槽６５０中のめっき液に、Ｎ２ガスで冷却されたシード膜２５０を浸漬させ、シード膜２５０をカソードとして電解めっきを行なう。
【００３８】
図１１は、第２の実施形態における、めっき位置に基板が保持されためっき装置の構成の一例を示す概念図である。第２の実施形態では、Ｎ２バブリングされているめっき液６７０が入っためっき槽６５０に基板２００表面を入槽させる際に、上述した冷却工程でシード膜２５０が冷やされた基板２００を回転させながら入槽させる。そして、回転させたまま基板２００表面をめっき液６７０に浸し、電流供給装置６１２からアノード電極６５４を陽極（アノード）、めっき面となる基板２００のシード膜２５０を陰極（カソード）として所定の電流密度の電流を流し、電解めっきを行なう。また、入槽させる際に、基板２００とめっき液６７０との間に空気が残らないように基板を所定の角度だけ傾けた状態で入槽させるとなおよい点は上述したとおりである。
【００３９】
ここで、電解めっきを行なうに際し、Ｎ２バブリングをしながら、シード膜２５０に電圧を印加した状態で、さらに、冷却されたシード膜２５０をめっき液６７０に浸漬させるようにしてもよい。その際、めっき液６７０に浸漬後に電解めっきを開始する開始時の電圧よりも低い電圧をめっき液６７０に浸漬させる際にシード膜２５０に印加するとより好適である点は上述したとおりである。
【００４０】
以上のように、基板２００表面をめっき槽６５０に入槽させる際に、めっき液６７０に対するＮ２バブリングに加えて、基板冷却することで、さらに、シード膜２５０の溶解を抑制できる。
【００４１】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、基板２００をめっき槽６５０に入槽する前に、例えば、図１０に示した待機位置で冷却し、入槽時には冷却を止めていたが、これに限るものではない。
【００４２】
図１２は、第３の実施形態における基板の入槽手法の一例を示す概念図である。図１２（ａ）に示すように、基板２００をめっき槽６５０に入槽する前に、Ｎ２タンク６２０から供給されたＮ２ガスを基板２００の裏面に当てながら流すことは、第２の実施形態と同様である。第３の実施形態では、図１２（ｂ）に示すように、基板２００を冷却しながらめっき槽６５０に入槽させる。このように構成することにより、より冷却効果を維持することができる。また、実際のめっき中も引き続いて基板２００を冷却し続けても構わない。
【００４３】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述した実施形態では、絶縁膜として、ｌｏｗ−ｋ膜２２０を用いたがこれに限るものではなく、その他の絶縁材料を用いた場合であっても構わない。例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であっても構わない。また、基板２００裏面を直接冷却しなくても間接的に冷却しても構わない。また、実施の形態では、ダマシン配線について記載しているが、デュアルダマシン配線についても同様に効果を発揮することができる。特に、デュアルダマシン配線形成におけるヴィアホールへのＣｕ埋め込みには好適である。また、上述した例では、Ｎ２タンク６２０から供給されたＮ２ガスをホルダ６５２側とめっき液供給タンク６１０側とに分岐させていたが、これに限るものではない。例えば、ホルダ６５２側へと供給され、ホルダ６５２から排気されたＮ２ガスを供給タンク６１０側に供給して、Ｎ２バブリングを行ってもよい。
【００４４】
また、層間絶縁膜の膜厚や、開口部のサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
【００４５】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置の製造方法に代表される電子部品の製造方法は、本発明の範囲に包含される。
【００４６】
また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、フォトリソグラフィプロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれ得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４７】
１５０ 開口部
２００ 基板
２２０ ｌｏｗ−ｋ膜
２５０ シード膜
２６０ Ｃｕ膜
６１０ 供給タンク
６１２ 電流供給装置
６２０ Ｎ２タンク
６５０ めっき槽
６５４ アノード電極
６７０ めっき液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上にシード膜を形成するシード膜形成工程と、
窒素ガスでバブリングされているめっき液が供給されためっき槽中の前記めっき液に前記シード膜を浸漬させ、前記シード膜をカソードとして電解めっきを行なうめっき工程と、
を備えたことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項２】
前記バブリングに用いた窒素ガスと同じ供給源から供給された窒素ガスを用いて前記基体裏面を冷却することで前記シード膜を冷却することを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造方法。
【請求項３】
前記電解めっきを行なうに際し、前記シード膜に電圧を印加した状態で前記シード膜をめっき液に浸漬させることを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品の製造方法。
【請求項４】
前記めっき液に浸漬後に電解めっきを開始する開始時の電圧よりも低い電圧を前記めっき液に浸漬させる際に前記シード膜に印加することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の電子部品の製造方法。
【請求項５】
アノード部材が配置されためっき槽と、
前記めっき槽に窒素ガスでバブリングされているめっき液を供給する供給タンクと、
前記供給タンク内に前記窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
前記アノード部材と被めっき基板との間に電流を流す電流供給装置と、
を備えたことを特徴とする電解めっき装置。
【請求項１】
基体上にシード膜を形成するシード膜形成工程と、
窒素ガスでバブリングされているめっき液が供給されためっき槽中の前記めっき液に前記シード膜を浸漬させ、前記シード膜をカソードとして電解めっきを行なうめっき工程と、
を備えたことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項２】
前記バブリングに用いた窒素ガスと同じ供給源から供給された窒素ガスを用いて前記基体裏面を冷却することで前記シード膜を冷却することを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造方法。
【請求項３】
前記電解めっきを行なうに際し、前記シード膜に電圧を印加した状態で前記シード膜をめっき液に浸漬させることを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品の製造方法。
【請求項４】
前記めっき液に浸漬後に電解めっきを開始する開始時の電圧よりも低い電圧を前記めっき液に浸漬させる際に前記シード膜に印加することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の電子部品の製造方法。
【請求項５】
アノード部材が配置されためっき槽と、
前記めっき槽に窒素ガスでバブリングされているめっき液を供給する供給タンクと、
前記供給タンク内に前記窒素ガスを供給する窒素ガス供給部と、
前記アノード部材と被めっき基板との間に電流を流す電流供給装置と、
を備えたことを特徴とする電解めっき装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２５２２１８（Ｐ２０１１−２５２２１８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８０６０（Ｐ２０１０−１２８０６０）
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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