JP2737702B2 - 無電解めっき方法およびその方法を用いた埋め込み方法および配線形成方法 - Google Patents

無電解めっき方法およびその方法を用いた埋め込み方法および配線形成方法

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JP2737702B2 JP14032295A JP14032295A JP2737702B2 JP 2737702 B2 JP2737702 B2 JP 2737702B2 JP 14032295 A JP14032295 A JP 14032295A JP 14032295 A JP14032295 A JP 14032295A JP 2737702 B2 JP2737702 B2 JP 2737702B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、無電解金めっき方法に
関し、特に微細トレンチおよび微細ホールを無電解金め
っき方法により埋め込む方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の微細化、高集積化に伴い、
サブミクロンオーダーの配線ルールが要求されるように
なっている。さらには、下層配線と上層配線との間を接
続するためのスルーホールの口径もサブミクロンオーダ
ーとなり、アスペクト比も1以上のものが要求されてい
る。また、配線金属としては、比抵抗が低く、エレクト
ロマイグレーション耐性に優れている金(Au)が有望
である。
【0003】高アスペクト比の微細トレンチや微細ホー
ルをAuで埋め込むには、通常スパッタ法が用いられ
た。この方法は堆積速度が大きく、量産性にも優れてい
るが、段差被覆性が十分ではなく、高アスペクト比の微
細トレンチや微細ホールを埋め込むことはできない。そ
こで、無電解めっき法によりAuを選択的に埋め込む方
法が開発された。この方法は、例えば佐野によって特開
昭63−211649号公報に示されている。図4
(a)〜(e)に示されるように、第1層配線8上の層
間絶縁膜9に形成されたスルーホール10を、第1層配
線8のAu層4を触媒層として、無電解金めっき法によ
りAuめっき層11で選択的に埋め込む方法である。こ
の方法により、高アスペクト比の微細ホールあるいは微
細トレンチの埋め込みが可能であった。さらにその上に
第2層配線15を形成することにより、多層配線が形成
可能であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の無電解金めっき
法による微細トレンチおよび微細ホールへの埋め込みに
おいては、埋め込み速度が小さいため、スループットが
低くなるという問題が発生した。また、微細なトレンチ
およびホールほど埋め込み速度が低下するマイクロロー
ディング効果が問題になった。例えば、金塩として一価
の金の亜硫酸塩を用い、還元剤にヒドラジンを用いた無
電解金めっき浴(Au濃度8g/l)の場合、70℃に
おいて、広い開口部でのめっき速度は約0.3μm/h
である。直径0.5μm、アスペクト比1のスルーホー
ルの場合、埋め込み速度は約0.15μm/hに低下す
る。
【0005】これらの問題点の原因は触媒層として用い
られているAuの触媒活性が低いためである。Auより
も触媒活性の大きい金属として白金(Pt)が考えられ
る。しかし、Ptを触媒層に用いた場合、めっき膜の密
着性などに問題があり、実用的ではない。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、大きな
めっき速度を有する無電解金めっき法を提供し、さらに
は、マイクロローディング効果を抑制し、かつ大きな埋
め込み速度で、無電解金めっき法により微細トレンチお
よび微細ホールを埋め込む方法を提供することにある。
【0007】このため本発明の無電解金めっき方法は、
基板上に白金層を堆積する工程と、前記白金層上に金層
を前記白金層が部分的に露出するように薄く堆積する工
程と、前記金層および前記部分的に露出した白金層を触
媒層として無電解めっき法により金めっき層を堆積する
工程を含むことにより、上記目的を達成している。
【0008】前記薄く堆積する金層は、20nm以下が
望ましい。
【0009】
【作用】本発明の方法において、Pt層上にAuを堆積
する場合、Auは初期的には島状成長する。Auの厚さ
が20nm以下の場合には、触媒活性の大きいPt層が
部分的に露出するような状態となり、また、表面のラフ
ネスが大きく表面エネルギーの大きな状態となる。した
がって、大きな触媒活性を持った下地層が形成される。
そのため、触媒層にAu層のみを用いる場合に比べて、
埋め込み速度が増大する。また、島状成長したAuの島
の大きさは、トレンチやホールの大きさに比べて非常に
小さいため、微細トレンチや微細ホールの底部において
も、十分な触媒活性が得られる。したがって、マイクロ
ローディング効果を抑制できる。また、Au層が存在す
るため、触媒層にPt層のみを用いる場合に発生する密
着性低下のような問題も発生しない。
【0010】
【実施例】次に本発明の第1の実施例として、無電解金
めっき法を用いた多層配線構造の形成方法について、図
1(a)〜(e)を参照して説明する。図1(a)〜
(e)は、本発明の実施例を説明するための、工程順に
示した多層配線構造の模式断面図である。
【0011】まず、図1(a)に示すように、下地1上
に、第1のチタン(Ti)層2(厚さ50nm)、第1
のPt層3(厚さ150nm)、第1のAu層4(厚さ
350nm)を順にスパッタ法により堆積する。ここ
で、第1のPt層3はバリアメタルとして働き、第1の
Ti層2は下地1と第1のPt層3との密着性を向上さ
せる働きをする。さらに、第1のAu層4上に、第2の
Ti層5(厚さ10nm)、第2のPt層6(厚さ10
nm)、第2のAu層7(厚さ12nm)を順にスパッ
タ法により堆積する。ここで、第2のPt層6と第2の
Au層7は無電解金めっきの触媒層となり、第2のTi
層5は第1のAu層4と第2のPt層6との密着性を向
上させる働きをする。次に、フォトレジストを用いたリ
ソグラフィ法によるパターニングと、アルゴンガスを用
いたイオンミリング法により、第1のTi層2、第1の
Pt層3、第1のAu層4、第2のTi層5、第2のP
t層6、第2のAu層7の各層を連続してエッチング
し、第1層配線8を形成する。
【0012】次に、図1(b)に示すように、層間絶縁
膜9としてSiO2 を、SiH4 とO2 を用いた化学的
気相成長(CVD)法により500nm堆積する。
【0013】次に、図1(c)に示すように、リソグラ
フィ法によるパターニングを行った後、CF4 を用いた
反応性イオンエッチング(RIE)法による異方性エッ
チングにより、層間絶縁膜9にスルーホール10を形成
し、スルーホール10の底部に第2のAu層7を露出さ
せる。スルーホールの直径は例えば0.5〜1μmとす
る。
【0014】次に、図1(d)に示すように、前段階ま
でに得られたものをそのまま無電解金めっき液に浸漬す
る。スルーホール10の底部に露出した第2のAu層7
上のみに選択的にめっきが起こる。スルーホール10が
Auめっき層11によって完全に埋め込まれるまで、め
っきを行う。金塩として一価の金の亜硫酸塩を用い、還
元剤にヒドラジンを用いた無電解金めっき浴(Au濃度
8g/l)の場合、70℃において、直径0.5μm以
上のスルーホールの埋め込み速度は約0.6μm/hと
大きく、さらには埋め込み速度はスルーホールの直径に
ほとんど依存しない。
【0015】次に、図1(e)に示すように、層間絶縁
膜9上およびAuめっき層11上に、第3のTi層12
(厚さ50nm)、第3のPt層13(厚さ150n
m)、第3のAu層14(厚さ350nm)を順にスパ
ッタ法により堆積する。次に、リソグラフィ法によるパ
ターニングと、アルゴンガスを用いたイオンミリング法
により、第3のTi層12、第3のPt層13、第3の
Au層14の各層を連続してエッチングし、第2層配線
15を形成する。
【0016】以上述べた工程により、無電解金めっき法
を用いて、微細スルーホールを有する多層配線を形成す
ることが可能となる。ここでは、微細スルーホールの埋
め込みについて説明したが、同様なプロセスにより微細
トレンチを埋め込み、Au配線を形成することも可能で
ある。
【0017】本発明の実施例においては、第1層配線と
第2層配線にTi/Pt/Au積層膜を用いたが、Al
−Si−Cu/TiN積層膜など、他の配線金属を用い
てもよい。また、各層の厚さはここで述べた値である必
要はないが、第2のAu層7は厚さ20nm以下が望ま
しい。
【0018】次に本発明の第2の実施例として、無電解
金めっき法を用いた多層配線構造の形成方法について、
図2、図3を参照して説明する。図2、図3は、本発明
の実施例を説明するための、工程順に示した多層配線構
造の模式断面図である。
【0019】まず、図2(a)に示すように、下地1上
に、第1のTi層2(厚さ50nm)、第1のPt層3
(厚さ150nm)、第1のAu層4(厚さ350n
m)、第2のTi層5(厚さ10nm)を順にスパッタ
法により堆積する。ここで、第2のTi層5は第1のA
u層4と次に述べる層間絶縁膜との密着性を向上させる
働きをする。次に、フォトレジストを用いたリソグラフ
ィ法によるパターニングと、アルゴンガスを用いたイオ
ンミリング法により、第1のTi層2、第1のPt層
3、第1のAu層4、第2のTi層5の各層を連続して
エッチングし、第1層配線8を形成する。
【0020】次に、図2(b)に示すように、層間絶縁
膜9としてSiO2 を、SiH4 とO2 を用いたCVD
法により500nm堆積する。
【0021】次に、図2(c)に示すように、フォトレ
ジスト16を用いたリソグラフィ法によるパターニング
を行う。
【0022】次に、図2(d)に示すように、CF4
用いた反応性イオンエッチング(RIE)法による異方
性エッチングにより、層間絶縁膜9にスルーホール10
を形成し、スルーホール10の底部に第2のTi層5を
露出させる。次に、バッファードフッ酸などによる等方
性エッチングにより短時間エッチングし、スルーホール
径をフォトレジスト16の開口部よりも少し大きくす
る。スルーホールの直径は例えば0.5〜1μmとなる
ようにする。
【0023】次に、図2(e)に示すように、第2のP
t層6(厚さ20nm)および第2のAu層7(厚さ2
4nm)を順に真空蒸着法により堆積する。ここで、第
2のPt層6と第2のAu層7は無電解金めっきの触媒
層となる。フォトレジスト16がオーバーハング形状に
なっているため、スルーホール10の側面に付着せず、
底部のみに第2のPt層6(厚さ約10nm)および第
2のAu層7(厚さ約12nm)を堆積できる。
【0024】次に、図2(f)に示すように、フォトレ
ジスト16をリフトオフして除去し、スルーホール10
の底部のみに触媒層を残す。
【0025】次に、図3(g)に示すように、前段階ま
でに得られたものをそのまま無電解金めっき液に浸漬す
る。スルーホール10の底部の第2のAu層7上のみに
選択的にめっきが起こる。スルーホール10がAuめっ
き層11によって完全に埋め込まれるまで、めっきを行
う。
【0026】次に、図3(h)に示すように、層間絶縁
膜9上およびAuめっき層11上に、第3のTi層12
(厚さ50nm)、第3のPt層13(厚さ150n
m)、第3のAu層14(厚さ350nm)を順にスパ
ッタ法により堆積する。次に、リソグラフィ法によるパ
ターニングと、アルゴンガスを用いたイオンミリング法
により、第3のTi層12、第3のPt層13、第3の
Au層14の各層を連続してエッチングし、第2層配線
15を形成する。
【0027】以上述べた工程により、無電解金めっき法
を用いて、微細スルーホールを有する多層配線を形成す
ることが可能となる。ここでは、微細スルーホールの埋
め込みについて説明したが、同様なプロセスにより微細
トレンチを埋め込み、Au配線を形成することも可能で
ある。
【0028】本発明の実施例においては、第1層配線と
第2層配線に他の配線材料を用いてもよい。また、各層
の厚さはここで述べた値である必要はないが、第2のA
u層7は厚さ20nm以下が望ましい。図2(e)に示
されるようなオーバーハング形状のフォトレジストを形
成するには、ここで説明した方法以外に、フォトレジス
トの熱処理によるリフローを利用してもよい。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の無電解金
めっき方法においては、めっき速度が向上すると同時
に、微細トレンチあるいは微細ホールを埋め込む場合に
は、埋め込み速度がホール径などに依存するマイクロロ
ーディング効果を抑制できる。したがって、本発明によ
り、直径0.5μmの微細コンタクトホールやスルーホ
ールを有するMESFETやHJFETを、高いスルー
プットで形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための、工程
順に示した多層配線構造の模式断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を説明するための、工程
順に示した多層配線構造の模式断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例を説明するための、工程
順に示した多層配線構造の模式断面図である(図2の続
き)。
【図4】従来の多層配線の製造方法を説明するための、
多層配線構造の模式断面図である。
【符号の説明】
1 下地 2 第1のTi層 3 第1のPt層 4 第1のAu層 5 第2のTi層 6 第2のPt層 7 第2のAu層 8 第1層配線 9 層間絶縁膜 10 スルーホール 11 Auめっき層 12 第3のTi層 13 第3のPt層 14 第3のAu層 15 第2層配線 16 フォトレジスト

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に白金層を堆積する工程と、前記
    白金層上に金層を前記白金層が部分的に露出するように
    薄く堆積する工程と、前記金層および前記部分的に露出
    した白金層を触媒層として無電解めっき法により金めっ
    き層を堆積する工程を含むことを特徴とする無電解金め
    っき方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の無電解金めっき方法を用
    いることを特徴とする微細トレンチの埋め込み方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の無電解金めっき方法を用
    いることを特徴とする微細ホールの埋め込み方法。
  4. 【請求項4】 基板上に白金層を堆積する工程と、前記
    白金層上に金層を前記白金層が部分的に露出するように
    薄く堆積する工程と、前記金層と前記部分的に露出した
    白金層の上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜にス
    ルーホールを形成し、スルーホールの底部に前記金層
    前記白金層を露出させる工程と、前記露出した金層およ
    び白金層を触媒層として無電解めっき法により金めっき
    層を堆積する工程と、前記金めっき層上に配線金属を形
    成する工程とを有する配線形成方法。
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