半導体Cu配線形成に用いるめっき添加剤のメカニズム

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650781
• Research Institution: OKAYAMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 近藤 和夫 岡山大学, 工学部, 助教授 (50250478)
• Keywords: Cu配線 / Cuめっき / 添加剤 / 抑制作用 / 促進作用 / メカニズム

Research Abstract

穴埋めめっきの促進効果と抑制効果とについて検討した
促進効果
1.ビア底のみに電極を有するパターン電極を用い、促進効果について検討した。促進剤であるSPSを添加すると、狭い開口寸法のパターン電極ほどテイブ電極の電流密度が増大した。そのパターン電極上に析出しためっき断面の観察を行った。促進効果を示す狭い開口寸法でも断面形状は曲率を示さない。この結果はT.Moffatらのモデルに矛盾する。
2.そのため、フリーな促進錯体がパターン電極底部に滞留することにより促進効果を示していると考えている。
抑制効果
3.抑制効果を示すPEG分子について検討した。粒状結晶分析部分はEFAUGERの0元素のピーク強度が他の部分と比較して強い。PEG分子はOを含有する高分子であり、二次電子像での粒状結晶はPEG分子である。
4.あらかじめCuめっきしたQCM基板をPEGとCl^-を添加したCuめっき溶液に浸漬すると、時間の経過に伴い周波数偏差が増加した。200秒浸漬後では、Cuめっき表面には直径数10mmの微細なPEG分子を観察した。1000秒浸漬後では、より多数の直径数10mmの微細なPEG分子を観察した。
5.PEGとCl^-を添加したCuめっき溶液では電流値は時間に関わらず低電流密度の4.3mA/cm^2で一定値となった。SPSを1ppm添加すると、電流密度が著しく増加した。SPSは電流密度を増加させる促進効果がある。SPS添加前のCuめっき表面には直径数10mmのPEG分子が多数存在した。一方、SPSを添加した後の3000秒と5400秒では、PEG分子が観察されなかった。さらにCuめっき結晶は100mmと微細化した。添加剤SPSは吸着したPEG分子を排除する効果と、Cuめっきを微細化する効果がある。
半導体を積層実装する技術に三次元実装技術がある。三次元実装にはシリコン基板に貫通電極を形成しその貫通電極に高アスペクトの穴埋めめっきをする。本科研テーマの応用として、本高アスペクト穴埋めめっきに着手し、2.5時間の高速で穴埋めめっきを達成した。

Research Products

• [Publications] Kazuo Kondo, Takuji Okamura, Jian Jun Sun, Manabu Tomisaka, Hitoshi Yonemura, Masataka Hoshino, Kenji Takahash: "High Aspect Ratio Copper Via Fill used for Three Dimensional Chip Stacking"2002ICEP, Tokyo. April, 17-19. 327 (2002)
• [Publications] Kazuo Kondo: "Electrodeposition Technologies for Semiconductor and Semiconductor Packaging"ISMP2002, Seoul. September10. (2002)
• [Publications] Kazuo Kondo: "Electrodeposition Technologies for Semiconductor and Semiconductor Packaging"Proc., ISTC2002, Tokyo. September12-14. (2002)
• [Publications] Kazuo Kondo, Katsuhiko Hayashi, Zennosuke Tanaka, Norihiro Yamakawa: "Role of damascene via filling additives-morphology evolution"ECS Proc. Vol.2000-8. 76 (2002)
• [Publications] 近藤和夫, 田中善之助, 山川統広: "ビア穴埋めに用いるCuめっき添加剤のメカニズム 第二報・溝底の促進効果"エレクトロニクス実装学会誌. Vol15. 672 (2002)
• [Publications] Seungjin Oh, Kazuo Kondo: "High Aspect Ratio Copper Via Filling Used for Three Dimensional Packaging"The 3rd Japan-Korea Joint Workshop on Advanced Semi conductor Processes and Equitments. Oct.9-10. 194 (2002)
• [Publications] Jian-Jun Sun, Kazuo Kondo, Takuji Okamura, SeungJin Oh Manabu Tomisaka, Hitoshi Yonemura, Masataka Hoshino, Kenji Takahashi: "High Aspect Ratio Copper Via Filling Used for Three Dimensional Chip Stacking"Journal of the Electrochemical Society, Accepted.
• [Publications] KazuoKondo, Lili Deligianni, Electronics Division: "Future Targets of Electrodeposition Technologies"Ch.E.Japan. 10 (2002)