JP2001230252A - SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING Cu-BASED EMBEDDED WIRING AND PULSE PLATING METHOD OF Cu-BASED EMBEDDED WIRING - Google Patents

SEMICONDUCTOR DEVICE HAVING Cu-BASED EMBEDDED WIRING AND PULSE PLATING METHOD OF Cu-BASED EMBEDDED WIRING

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JP2001230252A
JP2001230252A JP2000037414A JP2000037414A JP2001230252A JP 2001230252 A JP2001230252 A JP 2001230252A JP 2000037414 A JP2000037414 A JP 2000037414A JP 2000037414 A JP2000037414 A JP 2000037414A JP 2001230252 A JP2001230252 A JP 2001230252A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To perform Cu-based embedded wiring which is superior in adhesive ness and embedding at low cost, in a semiconductor device having Cu-based embedded wiring and a pulse plating method of Cu-based embedded wiring. SOLUTION: A Cu alloy layer is provided between a barrier metal and an alloy composed of either Cu or an alloy whose main component is Cu.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はCu系埋込配線を有
する半導体装置及びCu系埋込配線のパルスメッキ方法
に関するものであり、特に、ダマシン(Damasce
ne)法を用いて微細なCu系埋込配線を形成する際
に、密着性に優れたCu系メッキ層を形成するための手
法に特徴のあるCu系埋込配線を有する半導体装置及び
Cu系埋込配線のパルスメッキ方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a Cu-based buried interconnect and a pulse plating method for the Cu-based buried interconnect, and more particularly to a damascene method.
Ne) A semiconductor device having a Cu-based buried wiring characterized by a technique for forming a Cu-based plating layer having excellent adhesion when forming a fine Cu-based buried wiring by using the method, and a Cu-based buried wiring. The present invention relates to a pulse plating method for embedded wiring.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、或いは、
高速化に伴って、信号遅延を低減するために配線層の低
抵抗化が要請されており、従来のAl配線層に替わって
Alより抵抗率が小さく、且つ、エレクトロマイグレー
ション(EM)耐性がAlの約2倍であるCu配線が、
高集積化し微細化されたLSI配線材料として用いられ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, high integration of semiconductor devices, or
With the increase in speed, there has been a demand for lowering the resistance of the wiring layer in order to reduce the signal delay. Cu wiring, which is about twice as large as
It is used as a highly integrated and miniaturized LSI wiring material.

【0003】しかし、一般に微細な配線層を形成する場
合にはドライ・エッチングを施す必要があるが、Cuの
場合にはCuのハロゲン化物の蒸気圧が低いため従来の
RIE(反応性イオンエッチング)法では低温において
十分なエッチングレートが得られないという問題があ
り、また、異方性エッチングが困難であるという問題も
あり、さらには、ハロゲン化物の残渣によりコロージョ
ンが発生するという問題がある。
However, in general, when a fine wiring layer is formed, it is necessary to perform dry etching. In the case of Cu, however, conventional RIE (reactive ion etching) is used because the vapor pressure of a halide of Cu is low. The method has a problem that a sufficient etching rate cannot be obtained at a low temperature, a problem that anisotropic etching is difficult, and a problem that corrosion occurs due to halide residues.

【0004】そこで、このような微細加工の難しいCu
配線を形成する有効な手法の一つとして、セルフアライ
ン技法を用いたダマシン法と呼ばれる方法が開発されて
いる。このダマシン法とは、層間絶縁膜に設けた配線パ
ターンに沿った溝、及び、ビアホールにCu膜を堆積さ
せて埋め込んだのち、上部の不要部分を化学機械研磨
(CMP:Chemical Mechanical
Polishing)法によって除去することによって
埋め込み導電層を形成する方法である。
[0004] Therefore, Cu which is difficult to perform such fine processing is used.
As one of effective methods for forming wiring, a method called a damascene method using a self-alignment technique has been developed. This damascene method means that a Cu film is deposited and buried in a groove along a wiring pattern provided in an interlayer insulating film and a via hole, and an unnecessary portion on an upper portion is chemically mechanically polished (CMP: Chemical Mechanical).
This is a method of forming a buried conductive layer by removing by a polishing method.

【0005】なお、この場合の溝或いはビアホール内に
Cu膜を堆積させる方法としては、段差被覆性(ステッ
プ・カヴァレッジ)の優れているCVD(化学気相成
長)法、段差被覆性の劣るスパッタリング法とその後の
リフローの組合せ、電解メッキ法、或いは、無電解メッ
キ法が検討されている。
In this case, as a method of depositing a Cu film in a groove or a via hole, a CVD (chemical vapor deposition) method having excellent step coverage and a sputtering method having poor step coverage are used. And the subsequent reflow, electrolytic plating method or electroless plating method are being studied.

【0006】なお、ダマシン法でCu埋込配線層を形成
する場合には、Cuは層間絶縁膜を構成するSiO2
を容易に拡散しシリコン半導体中で深い準位を形成して
少数キャリアの寿命を縮めるので、Cuの拡散を防止す
るために、SiO2 層とCu層の間にTiN層等のバリ
ヤメタル層を介在させる必要がある。
In the case where a Cu embedded wiring layer is formed by a damascene method, Cu easily diffuses in SiO 2 constituting an interlayer insulating film, forms a deep level in a silicon semiconductor, and forms a minority carrier. Since the life is shortened, it is necessary to interpose a barrier metal layer such as a TiN layer between the SiO 2 layer and the Cu layer in order to prevent the diffusion of Cu.

【0007】上記の手法の内、電解メッキ法を用いてC
u膜を埋め込む場合には、TiN等のバリアメタル上に
Cuメッキ層を直接電解メッキすることはできないの
で、予め薄いCu膜からなるメッキベース層、即ち、C
uシード層をバリアメタルの表面に形成しておき、Cu
メッキ液中でCuシード層を介して通電してCuシード
層上にCuメッキ層を形成することになる。
[0007] Of the above-mentioned methods, electrolytic plating is used to obtain C
In the case of embedding a u film, a Cu plating layer cannot be directly electrolytic-plated on a barrier metal such as TiN, so that a plating base layer made of a thin Cu film in advance, ie, C
u seed layer is formed on the surface of the barrier metal, and Cu
An electric current is passed through the Cu seed layer in the plating solution to form a Cu plating layer on the Cu seed layer.

【0008】この様なCuシード層は、ステップ・カヴ
ァレッジが悪いと、ビアホール(Via)或いは溝(T
rench)において、Cuメッキ層による埋込が不完
全になるなど、Cu埋込配線プロセスはCuシード層に
大きく影響されることになる。
If the step coverage is poor, such a Cu seed layer has a via hole (Via) or a trench (T).
(Rench), the Cu embedded wiring process is greatly affected by the Cu seed layer, for example, the embedding by the Cu plating layer becomes incomplete.

【0009】そのため、Cuシード層は、ビアホールや
溝の形状を変化させることのない程度の薄い膜である必
要があるが、バリアメタル層との密着性に優れるスパッ
タリング法によって薄い膜をカヴァレッジ性良く成膜す
ることは困難である。
For this reason, the Cu seed layer needs to be a thin film that does not change the shape of the via hole or the groove. However, the thin film is formed with good coverage by a sputtering method having excellent adhesion to the barrier metal layer. It is difficult to form a film.

【0010】一方、カヴァレッジ性に優れるCVD法を
用いた場合には、薄い膜を成膜することは可能である
が、CVD法によって成膜したCu薄膜は、TiN等の
バリアメタル層との密着力が弱く、場合によっては、バ
リアメタル層とCu埋込層との間に間隙ができるなど悪
影響を与えてしまうという問題がある。
On the other hand, when a CVD method having excellent coverage is used, it is possible to form a thin film. However, a Cu thin film formed by the CVD method is in close contact with a barrier metal layer such as TiN. There is a problem that the force is weak, and in some cases, adverse effects such as a gap between the barrier metal layer and the Cu buried layer are formed.

【0011】したがって、電解メッキ法によってCu埋
込層を形成する場合には、Cuシード層とバリアメタル
層との密着力の向上が重要な問題となる。そこで、この
様なCuシード層とバリアメタル層との密着力を向上す
るために、所謂セメンテーション法を用いてCuシード
層を形成することを試みたので、これを図7を参照して
説明する。
Therefore, when the Cu buried layer is formed by the electrolytic plating method, it is important to improve the adhesion between the Cu seed layer and the barrier metal layer. Therefore, in order to improve the adhesion between such a Cu seed layer and a barrier metal layer, an attempt was made to form a Cu seed layer using a so-called cementation method, and this was described with reference to FIG. I do.

【0012】図7(a)参照 まず、TiNバリアメタル層31上にTiNバリアメタ
ル層31との密着性の良好なZnからなるシード層32
をカヴァレッジ性に優れたCVD法によって形成して試
料とする。
Referring to FIG. 7A, first, a seed layer 32 made of Zn with good adhesion to the TiN barrier metal layer 31 is formed on the TiN barrier metal layer 31.
Is formed by a CVD method having excellent coverage to obtain a sample.

【0013】図7(b)参照 次いで、置換槽33中に収容したCuやZnの錯体を生
成できるシアン(CN)浴或いはアンモニア(NH3
浴からなるCu置換液34に試料を浸漬する。
Next, as shown in FIG. 7 (b), a cyan (CN) bath or ammonia (NH 3 ) which can form a complex of Cu and Zn contained in the substitution tank 33 is used.
The sample is immersed in a Cu replacement liquid 34 consisting of a bath.

【0014】図7(c)参照 次いで、このCu置換液34中で、 Zn+Cu2+→Zn2++Cu のセメンテーション反応が生じ、Znからなるシード層
32がCuシード層35に置換される。
Next, a cementation reaction of Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu occurs in the Cu replacement liquid 34, and the seed layer 32 made of Zn is replaced with the Cu seed layer 35.

【0015】図7(d)参照 次いで、Cuシード層35の形成された試料をCu置換
液34から引上げ、メッキ槽36中に収容された硫酸銅
を含むCuメッキ液37に浸漬し、電源38を介して陽
極39側を正(+)に、TiNバリアメタル層31側を
負(−)にして順方向に直流電流を流すことによってC
uシード層35上にCuメッキ層40を形成する。
Next, the sample on which the Cu seed layer 35 has been formed is pulled up from the Cu replacement solution 34 and immersed in a Cu plating solution 37 containing copper sulfate contained in a plating tank 36, and a power source 38 is provided. The anode 39 side is made positive (+) and the TiN barrier metal layer 31 side is made negative (-) through the, and a direct current is caused to flow in the forward direction.
A Cu plating layer 40 is formed on the u seed layer 35.

【0016】この様に、セメンテーション法を用いた場
合には、始めにTiNバリアメタル層31と密着性に優
れたZnからなるシード層32を形成しているので、ビ
アホールや溝内をCuメッキ層で埋め込む際に、バリア
メタル層との間に間隙を発生させることなくCuメッキ
層を形成することが可能になる。
As described above, when the cementation method is used, since the seed layer 32 made of Zn having excellent adhesion to the TiN barrier metal layer 31 is formed first, the inside of the via hole or the groove is plated with Cu. When embedding with a layer, it becomes possible to form a Cu plating layer without generating a gap between the layer and the barrier metal layer.

【0017】また、この様なZnからなるシード層32
を形成した試料に直接電解メッキを試みたので、この例
を図8を参照して説明する。 図8(a)参照 まず、TiNバリアメタル層31上にTiNバリアメタ
ル層31との密着性の良好なZnからなるシード層32
をカヴァレッジ性に優れたCVD法によって形成して試
料とする。
The seed layer 32 made of Zn as described above is used.
This example is described with reference to FIG. Referring to FIG. 8A, first, a seed layer 32 made of Zn having good adhesion to the TiN barrier metal layer 31 is formed on the TiN barrier metal layer 31.
Is formed by a CVD method having excellent coverage to obtain a sample.

【0018】図8(b)参照 次いで、この試料をメッキ槽36中に収容された硫酸銅
を含むCuメッキ液37に浸漬し、電源38を介して陽
極39側を正(+)に、TiNバリアメタル層31側を
負(−)にして順方向に直流電流を流すことによってシ
ード層32上にCuメッキ層40を直接形成する。
Next, this sample is immersed in a Cu plating solution 37 containing copper sulfate contained in a plating tank 36, and the anode 39 side is made positive (+) through a power source 38, and TiN The Cu plating layer 40 is formed directly on the seed layer 32 by passing a direct current in the forward direction with the barrier metal layer 31 side being negative (-).

【0019】この場合も、TiNバリアメタル層31と
密着性に優れたZnからなるシード層32を形成してい
るので、ビアホールや溝内をCuメッキ層で埋め込む際
に、バリアメタル層との間に間隙を発生させることなく
Cuメッキ層を形成することが可能になる。
Also in this case, since the seed layer 32 made of Zn having excellent adhesion to the TiN barrier metal layer 31 is formed, when filling the via hole or the trench with the Cu plating layer, the gap between the TiN barrier metal layer 31 and the barrier metal layer is reduced. Thus, it is possible to form a Cu plating layer without generating a gap.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかし、セメンテーシ
ョン法を用いた場合には、ZnをCuに置換する置換液
はシアン浴或いはアンモニア浴に限られ、このシアン浴
或いはアンモニア浴からCu埋込メッキを行なうことは
できないので、Cuメッキ層を形成する際に、置換液と
は別にCuメッキ液を用意する必要があり、コスト高に
なるという問題がある。
However, when the cementation method is used, the replacement solution for replacing Zn with Cu is limited to a cyan bath or an ammonia bath. Cannot be performed, it is necessary to prepare a Cu plating solution separately from the replacement solution when forming the Cu plating layer, and there is a problem that the cost increases.

【0021】また、Znからなるシード層32上に直流
電界によって電解メッキを行なった場合には、Znから
なるシード層32とCuメッキ層40との間の密着性が
必ずしも十分ではないという問題がある。
When electrolytic plating is performed on the Zn seed layer 32 by a DC electric field, the adhesion between the Zn seed layer 32 and the Cu plating layer 40 is not always sufficient. is there.

【0022】したがって、本発明は、密着性に優れ且つ
埋込性に優れたCu系埋込配線を低コストで形成するこ
とを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to form a Cu-based buried wiring having excellent adhesion and burying properties at low cost.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図1は、
半導体基板、溝、或いは、孔等を省略した本発明のパル
スメッキ法の基本的工程を示す図である。 図1参照 (1)本発明は、Cu系埋込配線を有する半導体装置に
おいて、バリアメタル1と、CuまたはCuを主成分と
する合金のいずれかからなるCu系メッキ層8との間
に、Cu系メッキ層8とは組成の異なるCu合金層を有
することを特徴とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention. Referring to FIG. 1, means for solving the problems in the present invention will be described. In addition, FIG.
It is a figure showing a basic process of a pulse plating method of the present invention which omitted a semiconductor substrate, a slot, a hole, etc. See FIG. 1. (1) The present invention relates to a semiconductor device having a Cu-based buried interconnect, wherein a barrier metal 1 and a Cu-based plating layer 8 made of either Cu or an alloy containing Cu as a main component are provided. It is characterized by having a Cu alloy layer having a different composition from the Cu-based plating layer 8.

【0024】この様に、バリアメタル1とCu系メッキ
層8との間に、Cu系メッキ層8とは組成の異なるCu
合金層を設けることによって、バリアメタル1とCu系
メッキ層8との間の密着性及び埋込性を改善することが
できる。なお、Cuを主成分とする合金とは、例えば、
Cu−Zn合金であり、また、Cu系メッキ層8とは組
成の異なるCu合金層とは、例えば、Cu系メッキ層8
とは組成比の異なるCu−Zn合金、或いは、Cu−F
e合金等である。
As described above, between the barrier metal 1 and the Cu-based plating layer 8, the Cu-based plating layer 8 has a composition different from that of the Cu-based plating layer 8.
By providing the alloy layer, the adhesion between the barrier metal 1 and the Cu-based plating layer 8 and the embedding property can be improved. The alloy containing Cu as a main component is, for example,
The Cu alloy layer having a composition different from that of the Cu-based plating layer 8 is, for example, a Cu-based plating layer 8.
Is different from the composition ratio of Cu-Zn alloy or Cu-F
e alloy or the like.

【0025】(2)また、本発明は、Cu系埋込配線の
パルスメッキ法において、絶縁膜に溝或いは孔の少なく
とも一方を設ける工程、絶縁膜の表面及び溝或いは孔の
露出面にバリアメタル1を形成する工程、バリアメタル
1上にCu以外の金属からなる第1のシード層2を形成
する工程、逆方向と順方向とからなる電界パルスを用い
てCuまたはCuを主成分とする合金のいずれかからな
るCu系導電体からなるメッキ層8を電界メッキによっ
て形成する工程を有することを特徴とする。
(2) The present invention also provides a step of providing at least one of a groove and a hole in an insulating film in a pulse plating method of a Cu-based buried wiring, and forming a barrier metal on a surface of the insulating film and an exposed surface of the groove or the hole. 1, a step of forming a first seed layer 2 made of a metal other than Cu on the barrier metal 1, and Cu or an alloy containing Cu as a main component by using an electric field pulse having a reverse direction and a forward direction. And a step of forming the plating layer 8 made of any one of the above-mentioned Cu-based conductors by electrolytic plating.

【0026】この様に、バリアメタル1上に、Cu以外
の金属からなる第1のシード層2、即ち、Cuよりバリ
アメタル1との密着性の優れた金属Mからなるシード層
2を設けるとともに、逆方向と順方向とからなる電界パ
ルスを用いることによって、シード層2の少なくとも一
部が溶解されてCu合金からなる第2のシード層7が形
成されるので、第1のシード層2上にCu系導電体から
なるメッキ層8を直流電界でメッキした場合よりも、密
着性が改善される。
As described above, the first seed layer 2 made of a metal other than Cu, that is, the seed layer 2 made of the metal M having better adhesion to the barrier metal 1 than Cu is provided on the barrier metal 1. By using an electric field pulse composed of a reverse direction and a forward direction, at least a part of the seed layer 2 is melted to form the second seed layer 7 made of a Cu alloy. The adhesion is improved as compared with the case where the plating layer 8 made of a Cu-based conductor is plated by a DC electric field.

【0027】なお、電源3による電界方向を陽極6側が
負となるように、逆方向のパルス電流を流すことによっ
て、 M→M2++2e の反応によって第1のシード層2が溶け出し、次いで、
電源3による電界方向を陽極6側が正となるように、順
方向のパルス電流を流すことによって、M2++2e→
M、及び、Cu2++2e→Cuの反応が負極側で生じ
て、M−Cu合金からなる第2のシード層7が形成さ
れ、最後に、順方向の直流電界によって、 Cu2++2e→Cu の反応によってCu系メッキ層8が形成される。なお、
メッキ槽4に収容されたメッキ液5がCuメッキ液であ
れば、Cu系メッキ層8は純粋にCuメッキ層となり、
他の金属元素を含んでいる場合には、Cuを主成分とす
るCu系合金メッキ層となる。
The direction of the electric field generated by the power source 3 is reversed by applying a pulse current in the reverse direction so that the anode 6 side becomes negative, so that the first seed layer 2 is melted by the reaction of M → M 2+ + 2e, ,
By applying a forward pulse current so that the direction of the electric field by the power supply 3 is positive on the anode 6 side, M 2+ + 2e →
The reaction of M and Cu 2+ + 2e → Cu occurs on the negative electrode side to form a second seed layer 7 made of an M—Cu alloy. Finally, a forward direct current electric field causes Cu 2+ + 2e → The Cu-based plating layer 8 is formed by the reaction of Cu. In addition,
If the plating solution 5 stored in the plating tank 4 is a Cu plating solution, the Cu-based plating layer 8 becomes a pure Cu plating layer,
In the case where other metal elements are contained, a Cu-based alloy plating layer containing Cu as a main component is formed.

【0028】(3)また、本発明は、Cu系埋込配線の
パルスメッキ法において、絶縁膜に溝或いは孔の少なく
とも一方を設ける工程、絶縁膜の表面及び溝或いは孔の
露出面にバリアメタル1を形成する工程、バリアメタル
1上にCuまたはCuを主成分とする合金のいずれかか
らなるCu系導電体のメッキ浴中で不溶解性の補助電極
を形成する工程、補助電極上にCu以外の金属からなる
第1のシード層2を形成する工程、逆方向と順方向とか
らなる電界パルスを用いてCu系導電体からなるメッキ
層8を電界メッキによって形成する工程を有することを
特徴とする。
(3) The present invention also provides a step of providing at least one of a groove and a hole in an insulating film in a pulse plating method for a Cu-based buried wiring; Forming an insoluble auxiliary electrode in a plating bath of a Cu-based conductor made of either Cu or an alloy containing Cu on the barrier metal 1; forming Cu on the auxiliary electrode Forming a first seed layer 2 made of a metal other than the above, and forming an electroplated plating layer 8 made of a Cu-based conductor by using electric field pulses having a reverse direction and a forward direction. And

【0029】この様に、バリアメタル1と第1のシード
層2との間にCu系導電体のメッキ浴中で不溶解性の補
助電極を設けることによって、第1のシード層2が全て
溶解した場合にも、電解メッキすることが可能になるの
で、パルス電界の操作に厳密性が要求されず、制御が容
易になる。なお、この場合の補助電極としては、メッキ
浴中で不溶解性であること以外に、良導電性を有するこ
とが望ましいので、Pt、Ag、或いは、Auが好適で
ある。
As described above, by disposing an insoluble auxiliary electrode between the barrier metal 1 and the first seed layer 2 in a Cu-based conductor plating bath, the entire first seed layer 2 is dissolved. Also in this case, since it becomes possible to perform electrolytic plating, strictness is not required for the operation of the pulse electric field, and the control is facilitated. In this case, Pt, Ag, or Au is suitable for the auxiliary electrode because it is desirable that the auxiliary electrode has good conductivity in addition to being insoluble in the plating bath.

【0030】(4)また、本発明は、上記(2)または
(3)において、電界メッキ工程において、最初に加え
る逆方向のパルス電界によって上記第1のシード層2の
少なくとも一部を溶解し、次いで、順方向のパルス電界
によって第2のシード層7を形成したのち、順方向のパ
ルス電界によってCu系導電体からなるメッキ層8を電
界メッキによって形成することを特徴とする。
(4) In the present invention, in the above (2) or (3), in the electroplating step, at least a part of the first seed layer 2 is dissolved by a pulse electric field applied in the reverse direction first. Then, after the second seed layer 7 is formed by a forward pulse electric field, a plating layer 8 made of a Cu-based conductor is formed by electroplating by a forward pulse electric field.

【0031】この様に、最初に加える逆方向のパルス電
界によって上記第1のシード層2の少なくとも一部を溶
解することによって、第1のシード層2を構成する元素
とCu系導電体との合金からなる第2のシード層7を形
成することができ、それによって、シード層とCu系導
電体からなるメッキ層8との密着性を向上することがで
きる。
As described above, by dissolving at least a part of the first seed layer 2 by the initially applied reverse pulse electric field, the element forming the first seed layer 2 and the Cu-based conductor are dissolved. The second seed layer 7 made of an alloy can be formed, whereby the adhesion between the seed layer and the plating layer 8 made of a Cu-based conductor can be improved.

【0032】(5)また、本発明は、上記(4)におい
て、第2のシード層7の形成工程において印加するパル
ス電界の逆方向積算電流量と順方向積算電流量を等しく
するか、或いは、1周期に流れる逆方向積算電流量と順
方向積算電流量を等しくするとともに逆方向積算電流量
を順次低減するかのいずれかであることを特徴とする。
(5) According to the present invention, in the above (4), the amount of backward integrated current and the amount of forward integrated current of the pulse electric field applied in the step of forming the second seed layer 7 are made equal, or The present invention is characterized in that the backward integrated current amount flowing in one cycle is made equal to the forward integrated current amount and the backward integrated current amount is sequentially reduced.

【0033】この様に、第2のシード層7の形成工程に
おいて印加するパルス電界の逆方向積算電流量と順方向
積算電流量を等しくするか、或いは、1周期に流れる逆
方向積算電流量と順方向積算電流量を等しくするととも
に逆方向積算電流量を順次低減することによって、第2
シード層の組成の面内分布を均一にすることができ、且
つ、表面に凹凸の少ないスムーズな膜厚分布が均一なメ
ッキ層8の成膜を行なうことができる。
As described above, the amount of backward integrated current and the amount of forward integrated current of the pulse electric field applied in the step of forming the second seed layer 7 are made equal, or the amount of backward integrated current flowing in one cycle is By making the forward integrated current amount equal and sequentially reducing the backward integrated current amount, the second
The in-plane distribution of the composition of the seed layer can be made uniform, and the plating layer 8 can be formed with a smooth film thickness distribution with little unevenness on the surface.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】ここで、図2乃至図4を参照し
て、本発明の第1の実施の形態のメッキ工程を説明する
が、まず、図2を参照して、本発明の第1の実施の形態
における印加電流のパルス波形図を説明する。なお、図
2においては、SiO2 ウェハ上に、TiNバリアメタ
ル層を介して厚さ100nmのZnシード層を形成した
のち、2cm×2cmの面積に切り出した基板を試料と
して用い、メッキ槽中に硫酸銅系の通常のCuメッキ液
を200cc収容して実験を行なった。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Here, a plating process according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4. First, referring to FIG. A pulse waveform diagram of an applied current according to the first embodiment will be described. In FIG. 2, a Zn seed layer having a thickness of 100 nm was formed on a SiO 2 wafer via a TiN barrier metal layer, and then a substrate cut into an area of 2 cm × 2 cm was used as a sample and placed in a plating tank. An experiment was conducted by accommodating 200 cc of a copper sulfate-based ordinary Cu plating solution.

【0035】図2参照 まず、シード層溶解工程においては、例えば、100m
A/cm2 の逆方向電流を20m秒間流してシード層の
一部を溶解させたのち、10mA/cm2 の順方向電流
を20m秒間、例えば、10〜30周期、例えば、10
周期流してZn−Cu合金シード層を形成し、最後に順
方向直流電流を流してCuメッキ層を形成する。
First, in the seed layer dissolving step, for example, 100 m
After flowing a reverse current of A / cm 2 for 20 ms to dissolve a part of the seed layer, a forward current of 10 mA / cm 2 is applied for 20 ms, for example, for 10 to 30 cycles, for example, 10
A Zn—Cu alloy seed layer is formed by periodic flow, and finally a forward direct current is passed to form a Cu plating layer.

【0036】次に、図3を参照して、Zn−Cu合金シ
ード層の組成を説明する。 図3(a)参照 図3(a)は、析出工程において印加するパルス電位
を、低電位においてもZn析出電位以上とした場合を示
す図であり、最初の逆方向電界によってZnシード層1
3の一部を溶解させ、次いで、Zn析出電位以上のパル
ス電界を印加することによって、ZnはCuより卑であ
るのでCuシード層17が析出する。なお、符号16
は、Znシード層13の溶解部である。
Next, the composition of the Zn—Cu alloy seed layer will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram showing a case where the pulse potential applied in the deposition step is equal to or higher than the Zn deposition potential even at a low potential.
By dissolving a part of 3 and then applying a pulse electric field equal to or higher than the Zn deposition potential, the Cu seed layer 17 is deposited because Zn is lower than Cu. Note that reference numeral 16
Is a melting part of the Zn seed layer 13.

【0037】図3(b)参照 図3(b)は、析出工程において印加するパルス電位
を、高電位においてはZn析出電位以上とし、低電位に
おいてはZn析出電位以下とした場合を示す図であり、
最初の逆方向電界によってZnシード層13の一部を溶
解させ、次いで、Zn析出電位以上のパルス電界が印加
された場合には、図4(a)の場合と同様にCuシード
層18が析出し、Zn析出電位以下のパルス電界が印加
された場合には、Zn−Cu合金シード層19が析出
し、再び、Zn析出電位以上のパルス電界が印加された
場合には、Cuシード層20が析出する。
FIG. 3B shows a case where the pulse potential applied in the deposition step is higher than the Zn deposition potential at a high potential and lower than the Zn deposition potential at a low potential. Yes,
A part of the Zn seed layer 13 is dissolved by the first reverse electric field, and when a pulse electric field higher than the Zn deposition potential is applied, the Cu seed layer 18 is deposited as in the case of FIG. When a pulse electric field equal to or lower than the Zn deposition potential is applied, the Zn-Cu alloy seed layer 19 is deposited. When a pulse electric field equal to or higher than the Zn deposition potential is applied, the Cu seed layer 20 is changed. Precipitates.

【0038】図3(c)参照 図3(c)は、析出工程において印加するパルス電位
を、高電位においてもZn析出電位以下とした場合を示
す図であり、最初の逆方向電界によってZnシード層1
3の一部を溶解させ、次いで、Zn析出電位以下のパル
ス電界を印加することによって、Zn−Cu合金シード
層21が析出する。
FIG. 3 (c) is a diagram showing a case where the pulse potential applied in the deposition step is equal to or lower than the Zn deposition potential even at a high potential. Layer 1
3 is melted, and then a Zn-Cu alloy seed layer 21 is deposited by applying a pulsed electric field of a Zn deposition potential or less.

【0039】したがって、印加するパルス電界の順方向
電位によってZn−Cu合金シード層の組成は任意に設
定することができ、上記の第1の実施の形態の場合に
は、Zn−Cu合金シード層14の全体がZn−Cu合
金となるように電位を設定する。
Therefore, the composition of the Zn—Cu alloy seed layer can be arbitrarily set according to the forward potential of the applied pulse electric field. In the case of the first embodiment, the Zn—Cu alloy seed layer The potential is set so that the entirety of 14 becomes a Zn-Cu alloy.

【0040】なお、シード層を構成する金属がCuより
貴である元素(M)を用いた場合には、図3の場合と逆
の結果が得られ、電位が低い場合にはM−Cu合金シー
ド層が形成され、一方、電位が高い場合には、Mシード
層が再び形成されることになり、このメッキ液からはC
uメッキ層を形成することができなくなる。
When an element (M) which is more noble than Cu is used as the metal constituting the seed layer, the result opposite to that of FIG. 3 is obtained, and when the potential is low, the M-Cu alloy is used. If a seed layer is formed, while the potential is high, an M seed layer will be formed again, and the plating solution will remove C
The u plating layer cannot be formed.

【0041】次に、図4を参照して、図2に示したメッ
キ工程をCu埋込配線層の形成に適用した本発明の第1
の実施の形態のメッキ工程を説明する。 図4(a)参照 まず、シリコン基板(図示せず)に堆積させたSiO2
からなる層間絶縁膜11に深さが0.75μmで、幅が
0.6μmのトレンチを形成し、トレンチ内に、CVD
法によって厚さが例えば、50nmのTiNバリアメタ
ル層12を形成したのち、CVD法を用いて厚さが例え
ば、100nmのZnシード層13を成膜する。したが
って、成膜後のトレンチの未充填部である開口部の幅
は、0.3μm(=0.6μm−2×0.05μm−2
×0.1μm)となる。
Next, referring to FIG. 4, a first embodiment of the present invention in which the plating step shown in FIG. 2 is applied to the formation of a Cu embedded wiring layer.
The plating step of the embodiment will be described. 4A. First, SiO 2 deposited on a silicon substrate (not shown)
A trench having a depth of 0.75 μm and a width of 0.6 μm is formed in the interlayer insulating film 11 made of
After a TiN barrier metal layer 12 having a thickness of, for example, 50 nm is formed by a method, a Zn seed layer 13 having a thickness of, for example, 100 nm is formed by a CVD method. Therefore, the width of the opening which is the unfilled portion of the trench after film formation is 0.3 μm (= 0.6 μm−2 × 0.05 μm−2).
× 0.1 μm).

【0042】図4(b)参照 次いで、メッキ槽内に収容した硫酸銅系の通常のCuメ
ッキ液中に、シリコン基板を浸漬し、陽極側を負にし
て、100mA/cm2 の逆方向電流を20m秒間流し
て、 Zn→Zn2++2e の反応によってZnシード層13の一部を溶解させる。
Next, as shown in FIG. 4B, the silicon substrate was immersed in an ordinary copper sulfate-based Cu plating solution contained in a plating tank, the anode side was set to a negative value, and a reverse current of 100 mA / cm 2 was applied. Is flowed for 20 msec, and a part of the Zn seed layer 13 is dissolved by a reaction of Zn → Zn 2+ + 2e.

【0043】図4(c)参照 次いで、陽極側を正にして、10mA/cm2 の順方向
電流を20m秒間流して、Zn2++2e→Zn、及び、
Cu2++2e→Cuの反応によってZn−Cu合金シー
ド層14を形成する。
Next, with the anode side being positive, a forward current of 10 mA / cm 2 was passed for 20 msec, and Zn 2+ + 2e → Zn and
A Zn—Cu alloy seed layer 14 is formed by a reaction of Cu 2+ + 2e → Cu.

【0044】図4(d)参照 引き続いて、順方向直流電流を流して、 Cu2++2e→Cu の反応によってZn−Cu合金シード層14上にCuメ
ッキ層15を形成して、トレンチを埋め込む。
Subsequently, a forward direct current is applied to form a Cu plating layer 15 on the Zn—Cu alloy seed layer 14 by a reaction of Cu 2+ + 2e → Cu, and the trench is buried. .

【0045】最後に、図示しないものの、スラリーとし
てアルミナ粉末をベースとした化学機械研磨法を用い、
200〜300g/cm2 、好適には250g/cm2
の研磨圧力で、回転数50〜100回転/分(rp
m)、好適には50回転/分で、1〜2分研磨して、C
uメッキ層15、Zn−Cu合金シード層14、Znシ
ード層13、及び、TiNバリアメタル層12の不要部
分、即ち、層間絶縁膜11に設けたトレンチの高さ以上
に堆積したCuメッキ層15乃至TiNバリアメタル層
12を除去して埋め込みCu埋込配線層を形成する。
Finally, although not shown, a chemical mechanical polishing method based on alumina powder was used as a slurry.
200-300 g / cm 2 , preferably 250 g / cm 2
With a polishing pressure of 50 to 100 rotations / minute (rpm)
m), preferably at 50 rev / min, polished for 1-2 minutes, C
u plating layer 15, Zn—Cu alloy seed layer 14, Zn seed layer 13, and unnecessary portions of TiN barrier metal layer 12, that is, Cu plating layer 15 deposited above the height of the trench provided in interlayer insulating film 11. Then, the TiN barrier metal layer 12 is removed to form a buried Cu embedded wiring layer.

【0046】上述の様に、本発明の第1の実施の形態に
おいては、まず、メッキするCuとは異なったTiNバ
リアメタル層12と密着性の良好で、且つ、Cuより卑
なZnからなるZnシード層13を形成したのち、逆方
向電界によってZnシード層13の一部を除去してZn
−Cu合金シード層14を形成しているので、Znシー
ド層13上に直接Cuメッキ層15を形成する場合に比
べて密着性が向上する。
As described above, in the first embodiment of the present invention, first, Zn is used, which has good adhesion to the TiN barrier metal layer 12 which is different from Cu to be plated, and is lower than Cu. After the Zn seed layer 13 is formed, a part of the Zn seed layer 13 is removed by a reverse electric field to remove Zn.
Since the Cu alloy seed layer 14 is formed, the adhesion is improved as compared with the case where the Cu plating layer 15 is formed directly on the Zn seed layer 13.

【0047】また、Zn−Cu合金シード層14を形成
する際に、順方向のパルス電流を用いることによって、
直流電流を用いた場合より、Zn−Cu合金シード層1
4の組成の面内分布を均一にすることができる。
When a Zn—Cu alloy seed layer 14 is formed, a forward pulse current is used.
Compared with the case of using a direct current, the Zn—Cu alloy seed layer 1
In-plane distribution of the composition No. 4 can be made uniform.

【0048】次に、図5及び図6を参照して、本発明の
第2の実施の形態を説明するが、まず、図5を参照し
て、本発明の第2の実施の形態における印加電流のパル
ス波形図を説明する。なお、図5においては、SiO2
ウェハ上に、TiNバリアメタル層を介して厚さ100
nmのPt補助電極及び厚さ100nmのZnシード層
を形成したのち、2cm×2cmの面積に切り出した基
板を試料として用い、メッキ槽中に硫酸銅系の通常のC
uメッキ液を200cc収容して実験を行なった。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. First, referring to FIG. 5, the application of the second embodiment of the present invention will be described. A pulse waveform diagram of a current will be described. In FIG. 5, SiO 2
On the wafer, a thickness of 100 is formed via a TiN barrier metal layer.
After forming a Pt auxiliary electrode having a thickness of 100 nm and a Zn seed layer having a thickness of 100 nm, a substrate cut into an area of 2 cm × 2 cm was used as a sample, and a normal copper sulfate-based C was placed in a plating bath.
The experiment was conducted by accommodating 200 cc of the u plating solution.

【0049】図5参照 まず、シード層溶解工程においては、例えば、200m
A/cm2 の逆方向電流を100m秒間流してZnシー
ド層を全て溶解させたのち、10mA/cm2の順方向
電流を2秒間、次いで、電流値が順次漸減するように逆
方向電流を流すとともに、逆方向電流パルスの積算電流
量と同じ積算電流量になるように印加時間を調整した1
0mA/cm2 の順方向電流を流し、この周期を10〜
30周期、例えば、10周期繰り返してZn−Cu合金
シード層を形成し、最後に順方向直流電流を流してCu
メッキ層を形成する。
Referring to FIG. 5, first, in the seed layer dissolving step, for example, 200 m
After flowing a reverse current of A / cm 2 for 100 ms to dissolve all of the Zn seed layer, a forward current of 10 mA / cm 2 is applied for 2 seconds, and then a reverse current is passed so that the current value gradually decreases. At the same time, the application time was adjusted so that the integrated current amount was the same as the integrated current amount of the reverse current pulse.
A forward current of 0 mA / cm 2 is applied,
A Zn—Cu alloy seed layer is formed by repeating 30 cycles, for example, 10 cycles.
Form a plating layer.

【0050】この様に、本発明の第2の実施の形態にお
いては、Pt補助電極を形成しているので、Znシード
層を全て溶解しても、Zn−Cu合金シード層の形成が
可能になる。なお、上記の第1の実施の形態の場合に
は、Znシード層を全て溶解させた場合には、順方向パ
スル電界を印加しても、Zn層、Zn−Cu合金層、或
いは、Cu層のいずれの層も生成することができなかっ
た。
As described above, in the second embodiment of the present invention, since the Pt auxiliary electrode is formed, it is possible to form the Zn—Cu alloy seed layer even if the entire Zn seed layer is dissolved. Become. In the case of the first embodiment, when the Zn seed layer is completely dissolved, the Zn layer, the Zn—Cu alloy layer, or the Cu layer is applied even when a forward pulse electric field is applied. Could not be produced.

【0051】次に、図6を参照して、図5に示したメッ
キ工程をCu埋込配線層の形成に適用した本発明の第2
の実施の形態のメッキ工程を説明する。 図6(a)参照 まず、シリコン基板(図示せず)に堆積させたSiO2
からなる層間絶縁膜11に幅が0.6μmのトレンチを
形成し、トレンチ内に、CVD法によって厚さが例え
ば、50nmのTiNバリアメタル層12を形成したの
ち、真空蒸着法を用いて厚さが、例えば、100nmの
Pt補助電極22を形成し、次いで、CVD法を用いて
厚さが例えば、100nmのZnシード層13を成膜す
る。したがって、成膜後のトレンチの未充填部である開
口部の幅は、0.1μm(=0.6μm−2×0.05
μm−2×0.1μm−2×0.1μm)となる。
Next, referring to FIG. 6, a second embodiment of the present invention in which the plating step shown in FIG. 5 is applied to the formation of a Cu embedded wiring layer.
The plating step of the embodiment will be described. Referring to FIG. 6A, first, SiO 2 deposited on a silicon substrate (not shown)
A trench having a width of 0.6 μm is formed in an interlayer insulating film 11 made of, and a TiN barrier metal layer 12 having a thickness of, for example, 50 nm is formed in the trench by a CVD method. However, a Pt auxiliary electrode 22 having a thickness of, for example, 100 nm is formed, and then a Zn seed layer 13 having a thickness of, for example, 100 nm is formed using a CVD method. Therefore, the width of the opening which is the unfilled portion of the trench after film formation is 0.1 μm (= 0.6 μm−2 × 0.05).
μm−2 × 0.1 μm−2 × 0.1 μm).

【0052】図6(b)参照 次いで、メッキ槽内に収容した硫酸銅系の通常のCuメ
ッキ液中に、SiO2ウェハ11を浸漬し、陽極側を負
にして、100mA/cm2 の逆方向電流を100m秒
間流して、 Zn→Zn2++2e の反応によってZnシード層13の全て溶解させる。
Next, as shown in FIG. 6 (b), the SiO 2 wafer 11 is immersed in a copper sulfate-based ordinary Cu plating solution contained in a plating bath, the anode side is made negative, and the reverse current of 100 mA / cm 2 is applied. A directional current is passed for 100 ms, and the entire Zn seed layer 13 is dissolved by the reaction of Zn → Zn 2+ + 2e.

【0053】図6(c)参照 次いで、陽極側を正にして、10mA/cm2 の順方向
電流を2秒間流し、Zn2++2e→Zn、及び、Cu2+
+2e→Cuの反応によってZn−Cu合金シード層1
4を形成し、次いで、図5に示すように、再び、電流値
が順次漸減するように逆方向電流を流すとともに、逆方
向電流パルスの積算電流量と同じ積算電流量になるよう
に印加時間を調整した10mA/cm2 の順方向電流を
流し、この周期を10〜30周期、例えば、10周期繰
り返してZn−Cu合金シード層14を形成する。
Next, with the anode side being positive, a forward current of 10 mA / cm 2 was passed for 2 seconds, and Zn 2+ + 2e → Zn and Cu 2+
+ 2e → Zn—Cu alloy seed layer 1 by reaction of Cu
4, and then, as shown in FIG. 5, a reverse current is caused to flow again so that the current value gradually decreases, and an application time is set so that the integrated current amount becomes the same as the integrated current amount of the reverse current pulse. Is adjusted, a forward current of 10 mA / cm 2 is applied, and this cycle is repeated for 10 to 30 cycles, for example, 10 cycles, to form the Zn—Cu alloy seed layer 14.

【0054】図6(d)参照 引き続いて、順方向直流電流を流して、 Cu2++2e→Cu の反応によってZn−Cu合金シード層14上にCuメ
ッキ層15を形成して、トレンチを埋め込む。
Subsequently, a forward direct current is applied to form a Cu plating layer 15 on the Zn—Cu alloy seed layer 14 by a reaction of Cu 2+ + 2e → Cu, and the trench is buried. .

【0055】最後に、図示しないものの、上記の第1の
実施の形態と同様に、スラリーとしてアルミナ粉末をベ
ースとした化学機械研磨法を用い、200〜300g/
cm 2 、好適には250g/cm2 の研磨圧力で、回転
数50〜100回転/分(rpm)、好適には50回転
/分で、1〜2分研磨して、Cuメッキ層15、Zn−
Cu合金シード層14、Znシード層13、Pt補助電
極22、及び、TiNバリアメタル層12の不要部分、
即ち、SiO2 ウェハ11に設けたトレンチの高さ以上
に堆積したCuメッキ層15乃至TiNバリアメタル層
12を除去して埋め込みCu埋込配線層を形成する。
Finally, although not shown, the first
As in the embodiment, alumina powder is used as a slurry.
200-300 g /
cm Two, Preferably 250 g / cmTwoSpin at the polishing pressure of
Several 50-100 rotations / minute (rpm), preferably 50 rotations
/ Minute, polishing for 1 to 2 minutes, Cu plating layer 15, Zn-
Cu alloy seed layer 14, Zn seed layer 13, Pt auxiliary electrode
Unnecessary portions of the pole 22 and the TiN barrier metal layer 12,
That is, SiOTwoMore than the height of the trench provided in the wafer 11
Plated layer 15 to TiN barrier metal layer deposited on
12 is removed to form a buried Cu buried wiring layer.

【0056】この様に、本発明の第2の実施の形態にお
いては、Pt補助電極22を介してZnシード層13を
形成しているので、Znシード層13を溶解させる工程
において、Znシード層13を全て溶解させてもZn−
Cuシード層14の形成が可能になるので、逆方向電界
及び電流量の設定が容易になる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, since the Zn seed layer 13 is formed via the Pt auxiliary electrode 22, the Zn seed layer 13 is dissolved in the step of dissolving the Zn seed layer 13. 13-
Since the formation of the Cu seed layer 14 becomes possible, the setting of the reverse electric field and the current amount becomes easy.

【0057】また、本発明の第2の実施の形態において
は、正負のパルス電流を交互に、且つ、電流値が漸減す
るように印加するとともに、一周期の逆方向の積算電流
量と順方向の積算電流量とが同じになるようにしている
ので、シード層を形成しては溶解する工程を繰り返すこ
とになり、上記の第1の実施の形態よりも凹凸の少ない
膜厚分布が均一なZn−Cu合金シード層14を形成す
ることができる。
In the second embodiment of the present invention, positive and negative pulse currents are applied alternately and in such a manner that the current value gradually decreases. And the dissolving process is repeated after forming the seed layer, and the film thickness distribution with less irregularities is more uniform than in the first embodiment. The Zn—Cu alloy seed layer 14 can be formed.

【0058】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は各実施の形態に記載された構成・条件に
限られるものではなく、各種の変更が可能である。例え
ば、上記の各実施の形態において印加する電流量及び印
加時間は任意であり、Znシード層の厚さ及び生成する
Zn−Cu合金シード層の厚さに応じて設定すれば良い
ものである。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the configurations and conditions described in each embodiment, and various changes can be made. For example, the amount of current applied and the duration of application in each of the above embodiments are arbitrary, and may be set according to the thickness of the Zn seed layer and the thickness of the generated Zn—Cu alloy seed layer.

【0059】また、上記の第1の実施の形態において
は、印加する逆方向電界は最初のパルスのみであるが、
図5に示したような順次漸減する逆方向電界を周期的に
印加しても良いものであり、一方、Pt補助電極を用い
る上記の第2の実施の形態においても、図2に示したパ
ルス電界を印加しても良いものである。
In the first embodiment, the reverse electric field to be applied is only the first pulse.
The reverse electric field which gradually decreases as shown in FIG. 5 may be periodically applied. On the other hand, also in the second embodiment using the Pt auxiliary electrode, the pulse shown in FIG. An electric field may be applied.

【0060】また、上記の各実施の形態においては、C
u埋込配線層の形成工程として説明しているが、Cu埋
込配線層の形成工程のみに限られるものではなく、下層
の配線層に対するCu系埋込プラグを同時に、或いは、
別工程で形成する場合にも適用されるものである。
In each of the above embodiments, C
Although described as the step of forming the u-buried wiring layer, it is not limited to only the step of forming the Cu-buried wiring layer.
The present invention is also applied to the case of forming in another step.

【0061】また、上記の各実施の形態においては、埋
込配線層をCuメッキ層によって形成しているが、純粋
にCuメッキ層に限られるものではなく、Cuを主成分
とするメッキ可能なCu系合金であれば良く、例えば、
Cu−Zn合金を用いても良いものである。
Further, in each of the above embodiments, the buried wiring layer is formed by the Cu plating layer. However, the embedding wiring layer is not limited to the pure Cu plating layer. Any Cu-based alloy may be used, for example,
A Cu-Zn alloy may be used.

【0062】また、上記の各実施の形態においては、第
1のシード層としてZnシード層を用いているが、Zn
シード層に限られるものではなく、CuよりTiNバリ
アメタル層との密着性が良好で、且つ、Cuより卑の金
属、例えば、Feを用いても良いものである。
In each of the above embodiments, the Zn seed layer is used as the first seed layer.
The present invention is not limited to the seed layer, and may be a material having better adhesion to the TiN barrier metal layer than Cu and a metal lower than Cu, for example, Fe.

【0063】また、上記の各実施の形態においては、バ
リアメタルとしてTiNを用いているが、TiNに限ら
れるものではなく、例えば、TaN或いはWNを用いて
も良いものである。
In each of the above embodiments, TiN is used as the barrier metal. However, the present invention is not limited to TiN. For example, TaN or WN may be used.

【0064】また、上記の第2の実施の形態において
は、補助電極としてPtを用いているが、Ptに限られ
るものではなく、少なくとも第1シード層(M)をメッ
キにより成膜可能である金属であれば良く、また、第1
シード層及びCuの両方をメッキにより成膜可能である
金属であれば、M−Cu合金シード層の形成が可能にな
り、この様なPtに代わる金属としては、Ag或いはA
uが好適である。
In the second embodiment, Pt is used as the auxiliary electrode. However, the present invention is not limited to Pt. At least the first seed layer (M) can be formed by plating. Any metal can be used.
If the seed layer and Cu are both metals that can be formed by plating, an M-Cu alloy seed layer can be formed. Such a metal that replaces Pt is Ag or A
u is preferred.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明によれば、電界パルス法によっ
て、第1のシード層を構成する金属をCuと置換してい
るので、同一のメッキ液を用いてシード層の形成とCu
系メッキ層の形成が可能になるので、装置構成が簡単に
なり、且つ、密着性に優れたCu系埋込配線形成するこ
とができ、また、シード層の材料及び印加するパルス電
界の波形を選択・制御することによって、Cu系埋込配
線の電気伝導度、機械的強度、耐熱性等を向上すること
ができ、ひいては、高集積化し微細化した配線層を有す
る半導体集積回路装置の信頼性の向上或いは低コスト化
に寄与するところが大きい。
According to the present invention, the metal constituting the first seed layer is replaced with Cu by the electric field pulse method. Therefore, the seed layer is formed using the same plating solution and Cu is removed.
Since the system plating layer can be formed, the device configuration is simplified, and a Cu-based buried wiring having excellent adhesion can be formed. In addition, the material of the seed layer and the waveform of the applied pulse electric field can be reduced. The selection and control can improve the electrical conductivity, mechanical strength, heat resistance, and the like of the Cu-based buried wiring, and as a result, the reliability of a semiconductor integrated circuit device having a highly integrated and miniaturized wiring layer It greatly contributes to the improvement of the cost or cost reduction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態における印加電流の
パルス波形図である。
FIG. 2 is a pulse waveform diagram of an applied current according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態における合金シード
層の組成の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a composition of an alloy seed layer according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態のメッキ工程の説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a plating step according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施の形態における印加電流の
パルス波形図である。
FIG. 5 is a pulse waveform diagram of an applied current according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施の形態のメッキ工程の説明
図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a plating step according to a second embodiment of the present invention.

【図7】セメンテーションを用いたシード層の形成工程
の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a step of forming a seed layer using cementation.

【図8】直流電解メッキ工程の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a DC electrolytic plating step.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 バリアメタル 2 シード層 3 電源 4 メッキ槽 5 メッキ液 6 陽極 7 シード層 8 Cu系メッキ層 11 層間絶縁膜 12 TiNバリアメタル層 13 Znシード層 14 Zn−Cu合金シード層 15 Cuメッキ層 16 溶解部 17 Cuシード層 18 Cuシード層 19 Zn−Cu合金シード層 20 Cuシード層 21 Zn−Cu合金シード層 22 Pt補助電極 31 TiNバリアメタル層 32 シード層 33 置換槽 34 Cu置換液 35 Cuシード層 36 メッキ槽 37 Cuメッキ液 38 電源 39 陽極 40 Cuメッキ層 REFERENCE SIGNS LIST 1 barrier metal 2 seed layer 3 power supply 4 plating tank 5 plating solution 6 anode 7 seed layer 8 Cu-based plating layer 11 interlayer insulating film 12 TiN barrier metal layer 13 Zn seed layer 14 Zn-Cu alloy seed layer 15 Cu plating layer 16 melting Part 17 Cu seed layer 18 Cu seed layer 19 Zn-Cu alloy seed layer 20 Cu seed layer 21 Zn-Cu alloy seed layer 22 Pt auxiliary electrode 31 TiN barrier metal layer 32 seed layer 33 substitution tank 34 Cu substitution liquid 35 Cu seed layer 36 Plating tank 37 Cu plating solution 38 Power supply 39 Anode 40 Cu plating layer

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 バリアメタルと、CuまたはCuを主成
分とする合金のいずれかからなるCu系メッキ層との間
に、前記Cu系メッキ層とは組成の異なるCu合金層を
有することを特徴とするCu系埋込配線を有する半導体
装置。
1. A Cu alloy layer having a composition different from that of the Cu-based plating layer between a barrier metal and a Cu-based plating layer made of either Cu or an alloy containing Cu as a main component. Semiconductor device having a Cu-based embedded wiring.
【請求項2】 絶縁膜に溝或いは孔の少なくとも一方を
設ける工程、前記絶縁膜の表面及び溝或いは孔の露出面
にバリアメタルを形成する工程、前記バリアメタル上に
Cu以外の金属からなる第1のシード層を形成する工
程、逆方向と順方向とからなる電界パルスを用いてCu
またはCuを主成分とする合金のいずれかからなるCu
系導電体からなるメッキ層を電界メッキによって形成す
る工程を有することを特徴とするCu系埋込配線のパル
スメッキ方法。
2. A step of providing at least one of a groove and a hole in the insulating film, a step of forming a barrier metal on the surface of the insulating film and an exposed surface of the groove or the hole, and a step of forming a metal other than Cu on the barrier metal. Forming a seed layer by using an electric field pulse composed of a reverse direction and a forward direction.
Or Cu made of any of alloys containing Cu as a main component
A pulse plating method for a Cu-based embedded wiring, comprising a step of forming a plating layer made of a system conductor by electroplating.
【請求項3】 絶縁膜に溝或いは孔の少なくとも一方を
設ける工程、前記絶縁膜の表面及び溝或いは孔の露出面
にバリアメタルを形成する工程、前記バリアメタル上に
CuまたはCuを主成分とする合金のいずれかからなる
Cu系導電体のメッキ浴中で不溶解性の補助電極を形成
する工程、前記補助電極上にCu以外の金属からなる第
1のシード層を形成する工程、逆方向と順方向とからな
る電界パルスを用いてCu系導電体からなるメッキ層を
電界メッキによって形成する工程を有することを特徴と
するCu系埋込配線のパルスメッキ方法。
A step of forming at least one of a groove and a hole in the insulating film; a step of forming a barrier metal on the surface of the insulating film and an exposed surface of the groove or the hole; Forming an insoluble auxiliary electrode in a plating bath of a Cu-based conductor made of any of the following alloys; forming a first seed layer made of a metal other than Cu on the auxiliary electrode; A method of forming a plating layer made of a Cu-based conductor by electroplating using an electric field pulse having a forward direction and a forward direction.
【請求項4】 上記電界メッキ工程において、最初に加
える逆方向のパルス電界によって上記第1のシード層の
少なくとも一部を溶解し、次いで、順方向のパルス電界
によって第2のシード層を形成したのち、順方向のパル
ス電界によってCu系導電体からなるメッキ層を電界メ
ッキによって形成することを特徴とする請求項2または
3に記載のCu系埋込配線のパルスメッキ方法。
4. In the electroplating step, at least a part of the first seed layer is dissolved by a pulsed electric field applied in a reverse direction first, and then a second seed layer is formed by a pulsed electric field in a forward direction. 4. The method according to claim 2, wherein a plating layer made of a Cu-based conductor is formed by electroplating using a forward pulsed electric field.
【請求項5】 上記第2のシード層の形成工程において
印加するパルス電界の逆方向積算電流量と順方向積算電
流量を等しくするか、或いは、1周期に流れる逆方向積
算電流量と順方向積算電流量を等しくするとともに逆方
向積算電流量を順次低減するかのいずれかであることを
特徴とする請求項4記載のCu系埋込配線のパルスメッ
キ方法。
5. The method according to claim 1, wherein the backward integrated current amount and the forward integrated current amount of the pulse electric field applied in the step of forming the second seed layer are equal, or the backward integrated current amount flowing in one cycle is equal to the forward integrated current amount. 5. The method according to claim 4, wherein the integrated current amount is made equal and the reverse integrated current amount is sequentially reduced.
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