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半導体用語集

Cu膜めっき

英語表記：copper electrolytic, electroless deposition

ダマシン法でCu配線を形成するにはCu薄膜の溝や孔への埋め込みが必要になる。徴細な溝・孔への埋め込み性の優れた方法として、異方性スパッタ、CVD、めっきが代表的なものである。これらの中でめっき法はコストが低く埋め込み性が優れた方法の一つとされている。めっき法には外部から電流を通じることでCuを析出させる電解めっきと外部電流を用いない無電解めっきとがあり、現時点では電解めっきが多層配線プロセスに導入されつつある。電解めっきでは電流を供給するシード層の銅が必要である。シード層は連続膜でなければならず、めっきの埋め込み性はシード層のカバレッジ (被覆率)に依存する。シード層はスバッタなどのPVD法で堆積されるが、カバレッジを改善するためイオン化スパッタ、ロングスロースパッタなどの異方性スパッタ法が用いられている。また、さらにカバレッジの良い Cu-CVDも検討されている。
代表的なめつき液は硫酸銅などの銅イオンを含む液を主成分としており、埋め込み性や膜質制御のための添加剤を加えたものもある。めっきの進行に伴いめっき液中のCuや添加剤が消費されるため不足分を補給し、埋め込み性などの優れた再現性のよい一定条件にめつき液を維持する必要がある。通電量に応じて間欠的にめっき液を補充する方法が取られたり、めっき液成分をモニタし連続的にめっき液を補充するシステムも提供されている。
陰極にめっき膜を堆積させる基板ウエハ、を設置し、CuもしくはPtを陽極として用いる。Cuを陽極とする場合はめっきによって析出した分のcu が極からめつき液中に溶け出すため Cuイオンの濃度はほぼ一定に保たれる。主に添加剤のみを補充すればよい。陽極に黒色の皮膜を形成するなど、均一性のいいめっきのために陽極の管理が重要である。Ptはめっき液中に溶け出さず陽極管理は不要である。しかしPtを陽極とする際はめっき液中のCuイオン濃度を一定に保つためCuの補給も必要である。通常は直流定電流を通電し通電時間で堆積膜厚を管理する。微細な孔への埋め込み性を改善する目的で正負両方向に電流を変化させるパルス電流通電も用いられており、印加電圧波形も重要パラメータである。 また別の手法として、堆積を抑制する作用のある添加剤と増速する作用のある添加剤とを適正にバランスさせて用いることにより、孔・溝パターンの底の部分が選択的に堆積速度が速くなる堆積(スーパーコンフォーマルフィリング、ボトムアップフィリング)ができる。いずれもめっきのプロセスである表面化学反応を適正に制御することが鍵と思われる。
主として膜厚のウェハ面内均一性を改善するために、ウェハを回転させたり、陽極形状を工夫したり、またチャンバ内に拡散板(遮蔽板)を設けるなどの方法がなされている。Cuめっき膜には堆積直後から室温放置で再結晶化が起きる現象がある。この現象はセルファニールと呼ばれ金属学の分野では広く知られている。セルファニールに伴って結晶粒が成長する。同時に膜の電気抵抗率が減少し、応力も通常引っ張り側へ変化する。また膜の収縮に伴って膜中にボイドが発生する可能性も指摘されている。

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