JP2001118806A - 配線形成方法 - Google Patents

配線形成方法

Info

Publication number
JP2001118806A
JP2001118806A JP29677799A JP29677799A JP2001118806A JP 2001118806 A JP2001118806 A JP 2001118806A JP 29677799 A JP29677799 A JP 29677799A JP 29677799 A JP29677799 A JP 29677799A JP 2001118806 A JP2001118806 A JP 2001118806A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wiring
plating
ultrafine
copper
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP29677799A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoaki Kogure
直明 小榑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebara Corp filed Critical Ebara Corp
Priority to JP29677799A priority Critical patent/JP2001118806A/ja
Priority to PCT/JP2000/007181 priority patent/WO2001029283A1/ja
Priority to US09/868,524 priority patent/US6709555B1/en
Priority to EP00966527A priority patent/EP1158073A1/en
Priority to KR1020017007643A priority patent/KR20010101292A/ko
Publication of JP2001118806A publication Critical patent/JP2001118806A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1603Process or apparatus coating on selected surface areas
    • C23C18/1607Process or apparatus coating on selected surface areas by direct patterning
    • C23C18/1608Process or apparatus coating on selected surface areas by direct patterning from pretreatment step, i.e. selective pre-treatment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な凹部に欠陥のない健全な導電体からな
る埋込み配線を形成できるようにした配線形成方法を提
供する。 【解決手段】 基材Wの表面に設けた微細な凹部5にめ
っきにより導電性金属7を埋込んで配線を形成するにあ
たり、金属超微粒子24を溶媒26中に分散させた超微
粒子分散液20を基材Wの表面に供給し、乾燥後に焼成
して下地膜28を形成することによって、その後に行な
う健全な金属埋込みに資する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線形成方法に関
し、特に半導体基板等の基材の表面に設けた配線用の微
細な凹部に銅(Cu)等の導電性金属を埋込んで配線を
形成する配線形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板上に配線回路を形成するため
の金属材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム
合金が一般に用いられているが、近年、銅を用いる動き
が顕著となっている。これは、銅の電気抵抗率は、1.
72μΩcmとアルミニウムの電気抵抗率より40%近
く低いので、信号遅延現象に対して有利となるばかりで
なく、銅のエレクトロマイグレーション耐性が現用のア
ルミニウムより遙かに高く、しかもアルミニウムの場合
よりもデュアルダマシンプロセスを採用し易いので、複
雑で微細な多層配線構造を相対的に安価に製造できる可
能性が高い等の理由による。
【0003】ここで、デュアルダマシン法によって配線
溝とビアホールに同時に銅等の金属を埋込む方法として
は、CVD、スパッタリフロー、めっきの3つの
手法がある。これらの手法のうち、めっき法は、微細な
凹部内への埋込み性が比較的良く、相対的に容易で安価
なプロセスによって導電性の良い線路形成を可能とする
傾向が強いので、少なくとも0.18μm世代でこれを
半導体量産ラインに組み込むことは常識化しつつある。
【0004】図2は、半導体基板の表面に銅めっきを施
して、銅からなる配線が形成された半導体装置を得るの
に使用される基本工程を示す。即ち、半導体基板Wに
は、図2(a)に示すように、半導体素子が形成された
半導体基材1上の導電層1aの上にSiOからなる絶
縁膜2が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によ
りコンタクトホール3と配線用の溝4とからなる微細な
凹部5が形成され、その上にTaN等からなる拡散抑制
(バリア)層6が形成されている。
【0005】そして、図2(b)に示すように、前記半
導体基板Wの表面に銅めっきを施すことによって、半導
体基材1の凹部5内に銅7を充填すると共に、拡散抑制
(バリヤ)層6上に銅7を堆積する。その後、化学機械
研摩(CMP)により、拡散抑制(バリヤ)層6上の銅
7、及び該拡散抑制(バリヤ)層6を除去して、コンタ
クトホール3および配線用の溝4に充填した銅7の表面
と絶縁膜2の表面とをほぼ同一平面にする。これによ
り、図2(c)に示すように銅7からなる埋込み配線を
形成する。
【0006】ここに、半導体基板Wの表面に設けた微細
な凹部5の内部に、例えば電解めっき法で銅7を埋込む
場合には、図3(a)に示すように、銅めっきに先だっ
て、半導体基板Wに形成した拡散抑制層6の表面に給電
(シード)層となる下地膜8を形成することが広く行わ
れている。この下地膜(給電層)8の主たる目的は、給
電層の表面を電気的カソードとして液中金属イオンを還
元し、金属固体として析出するために十分な電流を供給
することにある。また、無電解めっき法にあっては、下
地膜8として給電層の代わりに触媒層を設けることが広
く行われている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記下地膜
8の形成は、一般にスパッタリングによって行うことが
多いが、スパッタリングによる成膜では、凹部5の幅が
狭く、かつ深くなるに従って、凹部5の全表面を覆う下
地膜8の形成が困難となる。例えば、凹部5の開口部の
幅Wが0.25μmの場合、スパッタリング成膜で凹
部5の全表面に健全な下地膜8を形成するための限界深
さDは、1.25μm程度であるといわれている。
【0008】このため、この限界深さを超えると、図3
(a)に示すように、基板Wの表面に設けた微細な凹部
5の側壁には不完全な膜しか形成できず、更にスパッタ
リング実施中にプラズマに面した表面が一定温度以上に
昇温した場合に、スパッタ銅原子が凝集して粒状析出部
9を形成して、連続した膜の形成を阻害する。
【0009】このような不完全な下地の状態で電解めっ
きによる埋込み操作を行うと、めっき金属は下地膜8の
健全通電部表面から等方向的に等速度で成長し、下地膜
8の欠陥部分からはめっき金属の成長が抑制又は阻止さ
れる結果、図3(b)に示すように、最終的に凹部5内
に埋込まれた銅7の内部にボイド(空洞)10が生じた
り、図3(c)に示すように、大規模な空窩(めっき欠
け)11が生じてしまう。
【0010】一方、これらを避けることを企図して、図
5(a)に示すように、下地膜8の膜厚を通常よりも極
端に厚くし該下地膜8で被覆する面積率を大幅に高めよ
うとすると、凹部5の開口部の肩部に形成される、いわ
ゆるオーバーハング部12の張出し量が著しく大きくな
る。そして、この状態で、銅めっきを施すと、めっきの
進行に伴って凹部5の入口部分の流路が急速に狭まり、
閉塞する結果、該凹み内部へ供給される銅イオンがめっ
き過程中に枯渇すると共に、めっき液が残留するので、
図5(b)に示すように、凹部5内に埋込んだ銅7の内
部に細いスリット状の欠陥であるシーム13を生じるこ
とが多い。
【0011】これらめっき欠陥であるボイド10、空窩
11及びシーム13は、そのいずれもが導電路としては
極めて有害なものなので、これらの欠陥を根絶して、連
続した一体導電路を形成することによって十分な電流容
量を確保し、信号の遅延を抑制するとともに、エレクト
ロマイグレーション耐性を改善することが望まれてい
る。なお、このことは、前記電解めっきにおける給電層
の代わりに触媒層を下地膜として、無電解めっきを行う
時も同様である。
【0012】本発明は上記事情に鑑みて為されたもの
で、微細な凹部に欠陥のない健全な導電体からなる埋込
み配線を形成できるようにした配線形成方法を提供する
ことを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、基材の表面に設けた微細な凹部にめっきにより導電
性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、金属超微粒
子を溶媒中に分散させた超微粒子分散液を前記基材の表
面に供給し、乾燥後に焼成して下地膜を形成した後、基
材の表面にめっきを施すことを特徴とする配線形成方法
である。
【0014】これにより、金属超微粒子を溶媒中に均一
に混合分散させ、溶媒中の全ての有機物を焼成分解させ
れば、純粋な金属超微粒子の規則的な配列からなる、基
材表面の微細な凹部の側壁を含む全表面を均一に被覆し
ためっきのために良好な下地膜を形成することができ
る。
【0015】請求項2に記載の発明は、前記金属超微粒
子は、銀を含む有機錯体を熱分解して製造した銀超微粒
子であることを特徴とする請求項1記載の配線形成方法
である。この銀超微粒子は、例えばステアリン酸銀を2
50℃程度に窒素雰囲気で4時間加熱し、精製すること
によって製造される。
【0016】請求項3に記載の発明は、前記基材は半導
体基板で、前記導電性金属は銅であることを特徴とする
請求項1記載の配線形成方法である。請求項4に記載の
発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載の配線形成方
法によって形成された配線を有することを特徴とする半
導体装置である。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態の配
線形成方法を工程順に示す。なお、この図1に示す工程
は、図2に示す基本工程における図2(a)に示す工程
と、図2(b)に示す工程との間に挿入されるものであ
る。
【0018】先ず、図1(a)に示すように、半導体基
板Wの半導体基材上に堆積したSiOからなる絶縁膜
2に、リソグラフィ・エッチング技術により配線用の微
細な凹部5を形成し、この表面に、例えば窒化タンタル
(TaN)等からなる拡散抑制(バリア)層6を形成す
る。そして、この拡散抑制層6の表面に、超微粒子分散
液20を供給する。
【0019】この超微粒子分散液20は、導電性の良
い、例えば単体の銀で構成され、周囲をアルキル鎖殻2
2で被覆した銀超微粒子24を、例えばシクロヘキサン
等の有機溶媒26(図1(b)参照)で所定の濃度に希
釈したものであり、この銀超微粒子24は、その平均粒
径が1〜20nm、好ましくは1〜10nm程度であ
る。
【0020】ここで、周囲をアルキル鎖殻22で被覆し
た銀超微粒子24は、例えばミリスチン酸、ステアリン
酸またはオレイン酸を水酸化ナトリウムによって鹸化
し、しかる後、硝酸銀と反応させることによって作製し
た直鎖型脂肪酸銀塩(アルキル鎖の炭素数=14,1
8,18ω)を、250℃程度の窒素雰囲気で4時間加
熱し、精製することによって製造される。
【0021】このように、極小な粒径をなした銀超微粒
子24を、例えばシクロヘキサン等の有機溶媒26に溶
解させると、極めて分散性が良好で、互いに凝集するこ
となく、銀超微粒子24が安定した状態で有機溶媒26
中に均一に混じり合う。すなわち、銀超微粒子24同士
は、互いに非接触状態で、有機溶媒26中に均一に分散
する。しかも、銀超微粒子24は常温でも変形量が大き
く、常温常圧の大気中での取扱いも容易である。これに
より、超微粒子分散液20は、銀超微粒子24を均一に
分散させた状態で、微細な凹部5内に均一に入り込む。
【0022】そして、図1(b)に示すように、超微粒
子分散液20を乾燥させて、この濃度を高める。する
と、液体の蒸発に伴って、アルキル鎖殻22で被覆され
た銀超微粒子24が拡散抑制層6の表面に該表面の全面
に亘って均一に付着した状態となる。なお、銀超微粒子
24にあっては、一旦乾燥した後であっても、適当な溶
媒を使用すれば再溶解させることができ、これにより、
膜厚の調整を容易に行うことができる。
【0023】この状態で、例えば200℃程度に加熱す
ることによって乾燥後の超微粒子分散液20を焼成す
る。ここで、銀超微粒子24の周囲を被覆しているアル
キル鎖殻22は、200℃程度の加熱で消滅することが
知られており、この焼成に伴って、銀超微粒子24同士
が強固に焼結する。これにより、純粋な銀超微粒子24
の規則的な配列からなる下地膜28が形成され、しかも
この下地膜28は、微細な凹部5の側壁を含む拡散抑制
層6の全表面を均一に被覆しためっきに良好なものとな
る。
【0024】この下地膜28の膜厚は、例えば1回の乾
燥当り0.1μm以下で、超微粒子分散液20の濃度を
調節することによって調整することができる。以上によ
り、必要十分な膜厚の薄膜状の下地膜28を微細な凹部
5内の表面に自由に被覆形成することができるので、電
解めっきに必須の下地形成が容易にでき、従来のスパッ
タリングによる下地形成に伴う難点を回避できる。
【0025】この状態で、基板Wの表面を電解めっき液
中に浸漬させ、電界を印加して半導体基板Wの表面に電
解銅めっきを施す。すると、基板Wの表面の微細な凹部
5の内部を含む表面は、純粋な銀超微粒子24からなる
下地膜28で均一に被覆されているので、微細な凹部5
内に埋込まれて配線を構成する銅7(図2(b)参照)
の内部にボイドやシール等の欠陥が生じることを防止す
る。
【0026】その後、化学機械研摩(CMP)により、
絶縁膜2上の銅7及び拡散抑制層6を除去して、凹部5
に充填した銅7の表面と絶縁膜2の表面とをほぼ同一平
面にすることによって、銅7からなる配線を形成する
(図2(c)参照)。
【0027】なお、この例は、電解めっきを施すように
した例を示すもので、無電解めっきを行う時には、給電
層の代わりに金属触媒材料で構成された触媒層を形成し
て、これを下地膜とする。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
純粋な金属超微粒子の規則的な配列からなり、基材の微
細な凹部の側壁を含む全表面を均一に被覆しためっきの
ために良好な下地膜を形成することができ、これによっ
て、ボイドやシーム等の内部欠陥のない健全な導電体か
らなる埋込み配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の配線形成方法を工程順に
示す断面図である。
【図2】半導体基板の表面に銅めっきによる配線を形成
した半導体装置の基本的な配線製造方法を工程順に示す
断面図である。
【図3】従来の半導体装置の製造方法におけるボイド及
び空窩の発生の説明に付する断面図である。
【図4】従来の半導体装置の製造方法におけるシームの
発生の説明に付する断面図である。
【符号の説明】
5 凹部 7 導電性金属(銅) 20 超微粒子分散液 22 アルキル鎖殻 24 銀超微粒子 26 有機溶媒 28 下地膜 W 半導体基板(基材)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材の表面に設けた微細な凹部にめっき
    により導電性金属を埋込んで配線を形成するにあたり、 金属超微粒子を溶媒中に分散させた超微粒子分散液を前
    記基材の表面に供給し、乾燥後に焼成して下地膜を形成
    した後、基材の表面にめっきを施すことを特徴とする配
    線形成方法。
  2. 【請求項2】 前記金属超微粒子は、銀を含む有機錯体
    を熱分解して製造した銀超微粒子であることを特徴とす
    る請求項1記載の配線形成方法。
  3. 【請求項3】 前記基材は半導体基板で、前記導電性金
    属は銅であることを特徴とする請求項1記載の配線形成
    方法。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の配線
    形成方法によって形成された配線を有することを特徴と
    する半導体装置。
JP29677799A 1999-10-19 1999-10-19 配線形成方法 Withdrawn JP2001118806A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29677799A JP2001118806A (ja) 1999-10-19 1999-10-19 配線形成方法
PCT/JP2000/007181 WO2001029283A1 (en) 1999-10-19 2000-10-17 Plating method, wiring forming method and devices therefor
US09/868,524 US6709555B1 (en) 1999-10-19 2000-10-17 Plating method, interconnection forming method, and apparatus for carrying out those methods
EP00966527A EP1158073A1 (en) 1999-10-19 2000-10-17 Plating method, wiring forming method and devices therefor
KR1020017007643A KR20010101292A (ko) 1999-10-19 2000-10-17 도금방법, 배선형성방법 및 이들 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29677799A JP2001118806A (ja) 1999-10-19 1999-10-19 配線形成方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001118806A true JP2001118806A (ja) 2001-04-27

Family

ID=17838007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29677799A Withdrawn JP2001118806A (ja) 1999-10-19 1999-10-19 配線形成方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001118806A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100339179B1 (ko) 상호 접속 구조 및 그 형성 방법
TWI406361B (zh) 於互連應用中形成可靠介層接觸之結構及方法
US7737028B2 (en) Selective ruthenium deposition on copper materials
JP3116897B2 (ja) 微細配線形成方法
JP5503147B2 (ja) 無電解フェーズと電流供給フェーズとを含むウェット化学堆積によりパターニングされた絶縁体上の金属層
JP4658808B2 (ja) 配線構造の形成方法
KR20020028360A (ko) 반도체 장치의 다마신 배선 형성 방법 및 그에 의해형성된 다마신 배선 구조체
US20020036309A1 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
JP2000150647A (ja) 配線構造およびその製造方法
JP2001185510A (ja) 電気めっき処理用バリヤー層
EP1018152A1 (en) Borderless vias with cvd barrier layer
US20070298607A1 (en) Method for copper damascence fill for forming an interconnect
JP4339152B2 (ja) 配線構造の形成方法
TWI345591B (en) A method of forming a metal layer over a patterned dielectric by electroless deposition using a catalyst
JP2000156406A (ja) 半導体装置およびその製造方法
EP1204141A2 (en) Method for forming interconnects and semiconductor device
JP2010010642A (ja) 銅めっきされた高アスペクト比のビア、及びその製造する方法
US20080242078A1 (en) Process of filling deep vias for 3-d integration of substrates
JP2001118806A (ja) 配線形成方法
JP2002043247A (ja) 半導体素子の金属薄膜及びその形成方法
KR100421913B1 (ko) 반도체 소자의 금속 배선 형성방법
JP2002526663A (ja) 電気化学的堆積を使用したサブミクロン金属被覆
US20040248403A1 (en) Method for forming electroless metal low resistivity interconnects
JP4751496B2 (ja) (Cu−C)シード層の形成法
KR100451767B1 (ko) 반도체 소자의 금속 배선 형성방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20050126

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20070713