JP2003249549A

JP2003249549A - 配線形成方法

Info

Publication number: JP2003249549A
Application number: JP2002048022A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 浩佐藤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2003-09-05
Anticipated expiration: 2022-02-25
Also published as: JP3964226B2

Abstract

(57)【要約】【課題】寄生容量を十分に低減させることができる配
線形成方法を提供する。【解決手段】ウェハＷ上に形成された配線層１にフォ
トレジストで接続孔２ａを有するパターン２を形成す
る。次いで、パターン２の接続孔２ａに無電解メッキ液
５を供給して、接続孔２ａに金属６を埋め込む。その
後、パターン２をアッシングにより取り除く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス等
の配線形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの集積度向上によ
り、半導体デバイスを構成する配線の微細化が進んでい
る。それに伴い、微細配線の加工技術、及び信頼性確保
が重要な課題になっている。この課題を解決する手段の
一つとして、層間絶縁膜のビアホール及び配線溝に金属
を埋め込んで配線を形成するダマシン法が注目されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体デバ
イスの応答速度は、半導体デバイスの寄生容量に依存す
ることが知られている。そして、この寄生容量は、層間
絶縁膜の誘電率によって変化する。即ち、層間絶縁膜の
誘電率が低いほど、寄生容量が低減し、応答速度が速く
なる。このようなことから、現在、層間絶縁膜として誘
電率の低い低誘電率絶縁膜（ｌｏｗ−ｋ膜）が使用され
ている。

【０００４】しかしながら、更なる寄生容量の低減が期
待されており、現在の低誘電率絶縁膜では、対応するこ
とができないという問題がある。

【０００５】また、低誘電率絶縁膜に限らず、層間絶縁
膜を使用すると、層間絶縁膜への金属拡散を防ぐための
バリア膜等を形成する必要があり、プロセスに多大な時
間を要するという問題がある。

【０００６】本発明は上記従来の問題を解決するために
なされたものである。即ち、寄生容量を十分に低減させ
ることができる配線形成方法を提供することを目的とす
る。また、プロセスに要する時間を短縮させることがで
きる配線形成方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決しようとする手段】本発明の配線形成方法
は、基板上に開口を有したパターンを形成するパターン
形成工程と、パターンの開口に無電解メッキ液を供給し
て、開口に金属を埋め込む無電解メッキ工程と、基板上
からパターンを除去するパターン除去工程と、を具備す
ることを特徴としている。

【０００８】上述した発明及び以下に示す各発明におい
て、特に限定しない限り用語の定義及び技術的意義は次
による。

【０００９】（パターン形成工程について）基板として
は、例えば、シリコンウェハ（以下、単に「ウェハ」と
いう。）のような半導体ウェハ、ＬＣＤガラス基板を使
用することが可能である。パターンの開口は、溝及び孔
のいずれであってもよい。

【００１０】（無電解メッキ工程について）無電解メッ
キ液は、酸化還元反応を利用して開口に金属を埋め込め
るような液であれば、特に限定されない。

【００１１】（パターン除去工程について）パターンの
除去方法については、パターンを除去することができれ
ば、特に限定されない。このようなパターンの除去方法
としては、例えばアッシングやウエット洗浄等が挙げら
れる。

【００１２】本発明の配線形成方法によれば、寄生容量
を十分に低減させることができる。即ち、パターンの開
口に金属を埋め込んだ後、パターンを取り除くので、配
線は空気中に形成される。ここで、空気の誘電率は、層
間絶縁膜の誘電率よりも低い。従って、層間絶縁膜内に
配線を形成した場合よりも寄生容量を十分に低減させる
ことができる。

【００１３】また、プロセスに要する時間を短縮させる
ことができる。即ち、配線は空気中に形成されるので、
層間絶縁膜、及び層間絶縁膜への金属拡散を防ぐための
バリア膜を形成する必要がない。従って、これらの膜を
形成する工程を必要としないので、プロセスに要する時
間を短縮させることができる。

【００１４】上記無電解メッキ工程は、開口の上部まで
金属が埋め込まれたところで終了することが好ましい。
無電解メッキ工程を開口の上部まで金属が埋め込まれた
ところで終了させるには、例えば、時間で制御する。即
ち、開口に無電解メッキ液を供給した時点から完全に金
属が埋め込まれる時点までの時間を予め測定しておき、
その時間に基づいて無電解メッキ工程を制御する。

【００１５】無電解メッキ工程を開口の上部まで金属が
埋め込まれたところで終了させることにより、パターン
上に配線に不用な犠牲膜が形成されないので、犠牲膜を
研磨して、取り除くＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃ
ｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）を行う必要がな
い。また、ＣＭＰを行う必要がないため、ＣＭＰによる
過剰な研磨を防ぐためのストッパ膜等を形成する必要が
ない。従って、プロセスに要する時間をより短縮させる
ことができる。

【００１６】上記パターン形成工程と無電解メッキ工程
とは、例えば、パターン除去工程前に繰り返し交互に行
われる。パターン形成工程と無電解メッキ工程とをパタ
ーン除去工程前に繰り返し交互に行うことにより、寄生
容量をさらに低減させることができる。

【００１７】上記配線形成方法は、パターン形成工程と
無電解メッキ工程との間に、パターンの開口に還元剤を
供給する還元剤供給工程をさらに備えることが好まし
い。還元剤は、無電解メッキ液に含まれている金属イオ
ンを還元して金属を析出させるものである。還元剤とし
ては、例えば、ホルムアルデヒド、テトラヒドロホウ酸
カリウム、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）、或いは
次亜リン酸ナトリウムを使用することが可能である。還
元剤を開口に供給する方法としては、特に限定されない
が、例えば、塗布或いは噴霧等が挙げられる。

【００１８】還元剤供給工程をさらに備えることによ
り、埋め込み時間を短縮させることができる。即ち、一
般に無電解メッキでは、被メッキ面に金属の核が形成さ
れて、その核を中心に金属が堆積する。従って、核形成
速度が速ければ、埋め込み速度が向上する。本発明で
は、予め還元剤を供給し、その後無電解メッキ液を供給
するので、還元剤が付着する面における核形成速度が上
昇する。従って、埋め込み速度が向上し、埋め込み時間
を短縮させることができる。

【００１９】上記配線形成方法は、パターン形成工程と
無電解メッキ工程との間に、パターンの開口に促進剤を
供給する促進剤供給工程をさらに備えることが好まし
い。促進剤とは、触媒作用を有し、酸化還元反応を促進
するものである。促進剤としては、例えば、塩化パラジ
ウム、塩化コバルト、塩化ニッケルのような金属塩を使
用することが可能である。

【００２０】促進剤供給工程は、パターン形成工程と無
電解メッキ工程との間に行われるものである。具体的に
は、例えば、還元剤供給工程と同時に、還元剤供給工程
前に、或いは還元剤供給工程後に行われる。促進剤を開
口に供給する方法としては、特に限定されないが、例え
ば、塗布或いは噴霧等が挙げられる。

【００２１】促進剤供給工程をさらに備えることによ
り、埋め込み時間をさらに短縮することができる。

【００２２】上記金属は、銅、銀、金、及び白金のいず
れか１種或いは合金であることが好ましい。開口に埋め
込む金属に銅、銀、金、及び白金のいずれか１種或いは
合金を使用することにより、比抵抗が低い配線、或いは
安定した配線を得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
配線形成方法について説明する。図１は、本実施の形態
に係る配線形成方法のフローを示したフローチャートで
あり、図２（ａ）〜図４（ｃ）は本実施の形態に係る配
線形成方法の各工程を模式的に示した図である。

【００２４】まず、トランジスタのような素子が形成さ
れたウェハＷの配線層１上に、ウェハＷを回転させなが
ら化学増幅型のフォトレジストを塗布する。フォトレジ
ストを塗布した後、所定のパターンが形成されたマスク
を使用して、ｉ線のような紫外線或いはＫｒＦのような
遠紫外線で露光する。その後、現像液により現像して、
後述するビアプラグ７を形成するための接続孔２ａを有
するパターン２を形成する（ステップ１）。接続孔２ａ
は、高さが約０．５μｍに、幅が約０．０５〜０．０７
μｍになるように形成されている。

【００２５】配線層１上にパターン２を形成した後、図
２（ｂ）に示すように、接続孔２ａにジメチルアミンボ
ランのような還元剤３と、塩化パラジウムのような促進
剤４とを噴霧する（ステップ２）。接続孔２ａに噴霧さ
れた還元剤３及び促進剤４は、パターン２の内壁面及び
配線層１に付着する。

【００２６】接続孔２ａに還元剤３と促進剤４とを噴霧
した後、ウェハＷを無電解メッキ液５に浸漬させて、図
２（ｃ）に示すように、パターン２をマスクとして、接
続孔２ａに金属６を埋め込む（ステップ３）。

【００２７】無電解メッキ液５は、主に、金属塩溶液
と、還元剤とから構成されている。また、その他、水酸
化物の沈殿を防ぐ錯化剤、溶液中での金属析出を防ぐ安
定剤、及び水素の取り込みによるボイド発生を防ぐ界面
活性剤等を含んでいることが好ましい。

【００２８】金属６が銅である場合には、金属塩溶液と
しては例えば硫酸銅溶液或いは塩化銅溶液を使用するこ
とができ、還元剤としては例えばジメチルアミンボラン
（ＤＭＡＢ）を使用することができる。また、この場
合、錯化剤としてはロッシェル塩、エチレンジアミン４
酢酸（ＥＤＴＡ）、或いはジエチレントリアミン５酢酸
（ＤＴＰＡ）等を使用することができ、安定剤としては
シアン化ナトリウム（ＮａＣＮ）、或いはビピリジル等
がを使用することができ、界面活性剤としてはシアン化
ナトリウム（ＮａＣＮ）、ポリエチレングリコールを使
用することができる。

【００２９】金属６が銀である場合には、金属塩溶液と
しては例えばシアン化銀溶液を使用することができ、還
元剤としては例えばジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）
を使用することができる。金属６が金である場合には、
金属塩溶液としては例えばシアン化金溶液を使用するこ
とができ、還元剤としてはジメチルアミンボラン（ＤＭ
ＡＢ）等を使用することができる。金属６が白金である
場合には、金属塩溶液としては例えばシアン化白金溶液
を使用することができ、還元剤としてはジメチルアミン
ボラン（ＤＭＡＢ）等を使用することができる。

【００３０】金属６が接続孔２ａの上部まで埋め込まれ
た後、ウェハＷを無電解メッキ液５から離間させて、金
属６の埋め込みを終了する（ステップ４）。金属６が接
続孔２ａの上部まで埋め込まれることにより、図３
（ａ）に示すようにビアプラグ７が完成する。ここで、
金属６の埋め込み時間は、予めダミーウェハを使用して
金属が接続孔の上部まで埋め込まれる時間を測定してお
き、その時間に基づいて制御されている。

【００３１】金属６の埋め込みを終了した後、パターン
２及びビアプラグ７上にウェハＷを回転させながら化学
増幅型のフォトレジストを塗布する。フォトレジストを
塗布した後、所定のパターンが形成されたマスクを使用
して、ｉ線のような紫外線或いはＫｒＦのような遠紫外
線で露光する。その後、現像液により現像して、図３
（ｂ）に示すように、後述する配線層１３を形成するた
めの接続溝８ａを有するパターン８を形成する（ステッ
プ５）。

【００３２】パターン２及びビアプラグ７上にパターン
８を形成した後、図３（ｃ）に示すように、配線溝８ａ
にジメチルアミンボランのような還元剤９と、塩化パラ
ジウムのような促進剤１０とを噴霧する（ステップ
６）。配線溝８ａ内に噴霧された還元剤９及び促進剤１
０は、パターン８の内壁面及びビアプラグ７に付着す
る。

【００３３】配線溝８ａ内に還元剤９と促進剤１０とを
噴霧した後、ウェハＷを無電解メッキ液１１に浸漬させ
て、図４（ａ）に示すように、パターン８をマスクとし
て、配線溝８ａに金属１２を埋め込む（ステップ７）。
なお、無電解メッキ液１１は、無電解メッキ液５と同様
な成分から構成されている。

【００３４】金属１２が配線溝８ａの上部まで埋め込ま
れた後、ウェハＷを無電解メッキ液１１から離間させ
て、金属１２の埋め込みを終了する（ステップ８）。金
属１２が配線溝８ａの上部まで埋め込まれることによ
り、図４（ｂ）に示すように配線層１３が完成する。

【００３５】金属１２の埋め込みを終了した後、図４
（ｃ）に示すように、アッシングによりパターン２、８
を取り除き、配線が完成する（ステップ９）。

【００３６】本実施の形態では、ビアプラグ７及び配線
層１３を形成した後、パターン２、８を除去しているの
で、寄生容量を十分に低減させることができる。即ち、
ビアプラグ７及び配線層１３を形成した後、パターン
２、８を取り除くと、ビアプラグ７及び配線層１３は空
気中に存在する。ここで、空気の誘電率は、層間絶縁膜
の誘電率よりも低い。従って、層間絶縁膜内にビアプラ
グ７及び配線層１３を形成した場合よりも配線間容量を
低減させることができ、寄生容量を十分に低減させるこ
とができる。

【００３７】また、プロセスに要する時間を短縮させる
ことができる。即ち、ビアプラグ７及び配線層１３は空
気中に形成されるので、層間絶縁膜、及び層間絶縁膜へ
の金属拡散を防ぐためのバリア膜等を形成する必要がな
い。従って、これらの膜を形成するプロセスを必要とし
ないので、プロセスに要する時間を短縮させることがで
きる。

【００３８】さらに、接続孔２ａ及び配線溝８ａの上部
まで金属６、１２が埋め込まれたところで無電解メッキ
を終了させているので、パターン２、８上に犠牲膜が形
成されない。従って、無電解メッキ後に犠牲膜を研磨す
るＣＭＰを行う必要がない。また、ＣＭＰを行う必要が
ないので、ＣＭＰによる過剰な研磨を防ぐためのストッ
パ膜等を形成する必要がない。従って、プロセスに要す
る時間をより短縮させることができる。

【００３９】また、フォトレジストは有機物であるた
め、還元剤３、９及び促進剤４、１０を塗布した場合で
あっても、パターン２、８の内壁面には金属６、１２が
堆積し難い。その結果、配線層１、ビアプラグ７から徐
々に金属６、１２が堆積（ボトムアップ）していくの
で、ボイドが発生し難くなる。

【００４０】なお、本発明は、上記実施の形態の記載内
容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配
置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能
である。例えば、上記実施の形態では、ビアプラグ７及
び配線層１３を形成した後、パターン２、８を取り除い
ているが、配線層１３上にビアプラグ及び配線層をさら
に形成し、その後パターン２、８を取り除いてもよい。

【００４１】上記実施の形態では、アッシングでパター
ン２、８を取り除いているが、ウエット洗浄で取り除い
てもよい。また、上記実施の形態では、フォトレジスト
でパターン２、８を形成しているが、感光性ポリイミド
でパターンを形成してもよい。さらに、上記実施の形態
では、接続孔２ａに還元剤３及び促進剤４を、配線溝８
ａに還元剤９及び促進剤１０をそれぞれ噴霧している
が、これらを噴霧しなくともよい。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳説したように、本発明の配線形
成方法によれば、寄生容量を十分に低減させることがで
きる。また、プロセスに要する時間を短縮させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施の形態に係る配線形成方法のフ
ローを示したフローチャートである。

【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、実施の形態に係
る配線形成方法の各工程を模式的に示した図である。

【図３】図３（ａ）〜図３（ｃ）は、実施の形態に係
る配線形成方法の各工程を模式的に示した図である。

【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、実施の形態に係
る配線形成方法の各工程を模式的に示した図である。

【符号の説明】

Ｗ…ウェハ２、８…パターン２ａ…接続孔５、１１…無電解メッキ液６、１２…金属７…ビアプラグ８ａ…配線溝１３…配線層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に開口を有したパターンを形成す
るパターン形成工程と、前記パターンの開口に無電解メッキ液を供給して、前記
開口に金属を埋め込む無電解メッキ工程と、前記基板上から前記パターンを除去するパターン除去工
程と、を具備することを特徴とする配線形成方法。
【請求項２】請求項１記載の配線形成方法であって、
前記無電解メッキ工程は、前記開口の上部まで前記金属
が埋め込まれたところで終了することを特徴とする配線
形成方法。
【請求項３】請求項１又は２記載の配線形成方法であ
って、前記パターン形成工程と前記無電解メッキ工程と
は、前記パターン除去工程前に繰り返し交互に行われる
ことを特徴とする配線形成方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
配線形成方法であって、前記パターン形成工程と前記無
電解メッキ工程との間に、前記パターンの開口に還元剤
を供給する還元剤供給工程をさらに具備することを特徴
とする配線形成方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
配線形成方法であって、前記パターン形成工程と前記無
電解メッキ工程との間に、前記パターンの開口に促進剤
を供給する促進剤供給工程をさらに具備することを特徴
とする配線形成方法。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
配線形成方法であって、前記金属は、銅、銀、金、及び
白金のいずれか１種或いは合金であることを特徴とする
配線形成方法。