JP3441374B2 - 成膜方法 - Google Patents
成膜方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は成膜方法、特に半導
体装置の配線に用いる金属膜の成膜方法に関するもので
ある。
体装置の配線に用いる金属膜の成膜方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の配線形成プロセスとして、
溝埋め込み／孔埋め込み型のプロセス（いわゆるダマシ
ン法）が広く使われるようになってきている。これは、
予め層間絶縁膜に形成した配線溝や接続孔に金属膜を埋
め込み、余分な金属膜を研磨によって除去し平坦化する
プロセス技術である。
溝埋め込み／孔埋め込み型のプロセス（いわゆるダマシ
ン法）が広く使われるようになってきている。これは、
予め層間絶縁膜に形成した配線溝や接続孔に金属膜を埋
め込み、余分な金属膜を研磨によって除去し平坦化する
プロセス技術である。
【０００３】ダマシン法に使用される金属種としてはタ
ングステンが最初に工業的に使われ、近年アルミニウム
も使用されるようになってきている。タングステンの埋
め込みはＣＶＤ法（気相成長法）によって行われること
から段差被覆性が良く、配線溝や接続孔を十分に埋め込
むことができる。また、アルミニウムの埋め込みにはＣ
ＶＤ法の他、スパッタとリフロー（融点近傍で金属膜の
流動性を使って埋め込みを行う方法）を用いた方法が使
用される。
ングステンが最初に工業的に使われ、近年アルミニウム
も使用されるようになってきている。タングステンの埋
め込みはＣＶＤ法（気相成長法）によって行われること
から段差被覆性が良く、配線溝や接続孔を十分に埋め込
むことができる。また、アルミニウムの埋め込みにはＣ
ＶＤ法の他、スパッタとリフロー（融点近傍で金属膜の
流動性を使って埋め込みを行う方法）を用いた方法が使
用される。
【０００４】半導体装置の微細化に伴い、さらに低抵抗
の金属、例えば銀や銅などをダマシン法に用いるという
要求も高くなってきている。しかしながら、これらの金
属に対して前述したＣＶＤ法やスパッタ／リフロー法を
適用しても、十分な埋め込み性能を得ることは難しい。
そのため、これらの金属をダマシン法へ適用する手段と
してメッキ法が有望な方法の一つとして検討されてい
る。
の金属、例えば銀や銅などをダマシン法に用いるという
要求も高くなってきている。しかしながら、これらの金
属に対して前述したＣＶＤ法やスパッタ／リフロー法を
適用しても、十分な埋め込み性能を得ることは難しい。
そのため、これらの金属をダマシン法へ適用する手段と
してメッキ法が有望な方法の一つとして検討されてい
る。
【０００５】一般的な銅メッキのプロセスは以下の通り
である。まず、層間絶縁膜に形成された溝と孔に必要に
応じてバリアメタル（ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＳｉＮ等）を
堆積し、さらにその上に銅膜を堆積し（この銅膜（バリ
アメタルを堆積した場合にはバリアメタル＋銅膜）は給
電層と呼ばれ、電解メッキの電流導入用の導電層とな
る）、その後電解メッキ法によってさらに銅膜を成膜す
る。この電解メッキを行う際、その初期においても十分
な電子供給がメッキ液（メッキ液中の銅イオン）に対し
て行われるようにするため、給電層にはある程度以上の
導電性、言い換えると最低膜厚が存在する。本願発明者
らの実験から最低膜厚は７０ｎｍ程度であり、現実的に
は１００ｎｍ以上の膜厚が用いられていることが多い。
である。まず、層間絶縁膜に形成された溝と孔に必要に
応じてバリアメタル（ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＳｉＮ等）を
堆積し、さらにその上に銅膜を堆積し（この銅膜（バリ
アメタルを堆積した場合にはバリアメタル＋銅膜）は給
電層と呼ばれ、電解メッキの電流導入用の導電層とな
る）、その後電解メッキ法によってさらに銅膜を成膜す
る。この電解メッキを行う際、その初期においても十分
な電子供給がメッキ液（メッキ液中の銅イオン）に対し
て行われるようにするため、給電層にはある程度以上の
導電性、言い換えると最低膜厚が存在する。本願発明者
らの実験から最低膜厚は７０ｎｍ程度であり、現実的に
は１００ｎｍ以上の膜厚が用いられていることが多い。
【０００６】ところが、図２に示すように、層間絶縁膜
２１に形成された溝や孔内に金属メッキ膜（電解メッキ
膜）２４を形成する場合、給電層（図２ではバリアメタ
ル膜２２及び下地金属膜２３）の存在が配線の微細化に
対して大きな障害となっている。すなわち、給電層の形
成には一般的にスパッタ法が用いられるが、スパッタ法
は段差被覆性が悪いため、溝や孔の底部近傍で膜厚が薄
くなり、また溝や孔の入り口近傍で庇状に膜の張り出し
（オーバーハング）が生じる。そのため、溝や孔の底部
で十分な給電層膜厚を確保しようとすると、溝や孔の入
り口近傍での張り出しは顕著になる。このような張り出
しにより、溝や孔が微細になるとメッキ液の侵入が妨げ
られ、最悪の場合には電解メッキが全く起きなくなる。
このように、電解メッキに先立つ給電層形成をスパッタ
法で行うことは、段差被覆形状が良好でないため、微細
構造への電解メッキ膜の適用に対する阻害要因となって
いる。
２１に形成された溝や孔内に金属メッキ膜（電解メッキ
膜）２４を形成する場合、給電層（図２ではバリアメタ
ル膜２２及び下地金属膜２３）の存在が配線の微細化に
対して大きな障害となっている。すなわち、給電層の形
成には一般的にスパッタ法が用いられるが、スパッタ法
は段差被覆性が悪いため、溝や孔の底部近傍で膜厚が薄
くなり、また溝や孔の入り口近傍で庇状に膜の張り出し
（オーバーハング）が生じる。そのため、溝や孔の底部
で十分な給電層膜厚を確保しようとすると、溝や孔の入
り口近傍での張り出しは顕著になる。このような張り出
しにより、溝や孔が微細になるとメッキ液の侵入が妨げ
られ、最悪の場合には電解メッキが全く起きなくなる。
このように、電解メッキに先立つ給電層形成をスパッタ
法で行うことは、段差被覆形状が良好でないため、微細
構造への電解メッキ膜の適用に対する阻害要因となって
いる。
【０００７】そこで、上記問題の解決策として、下地金
属膜のＣＶＤ成膜や無電解メッキ成膜も提案されてい
る。しかし、ＣＶＤ成膜は実際には製造コストや成膜技
術の困難性から現実には用いられていない。また、無電
解メッキ成膜の場合、無電解メッキ膜はバリアメタル膜
や層間絶縁膜（酸化珪素系、有機重合膜系など）上に形
成することになるが、バリアメタル膜や層間絶縁膜材料
とのなじみが悪いため良好に無電解メッキ膜を成膜する
ことができず、実際には無電解メッキ膜を下地金属膜と
して用いることは困難である。
属膜のＣＶＤ成膜や無電解メッキ成膜も提案されてい
る。しかし、ＣＶＤ成膜は実際には製造コストや成膜技
術の困難性から現実には用いられていない。また、無電
解メッキ成膜の場合、無電解メッキ膜はバリアメタル膜
や層間絶縁膜（酸化珪素系、有機重合膜系など）上に形
成することになるが、バリアメタル膜や層間絶縁膜材料
とのなじみが悪いため良好に無電解メッキ膜を成膜する
ことができず、実際には無電解メッキ膜を下地金属膜と
して用いることは困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このように、半導体装
置の微細化に伴い、銅や銀といった低抵抗の金属を電解
メッキ法によって溝や孔に良好に埋め込む技術の確立が
要望されているが、未だこのような要求を満たす成膜方
法が得られていないのが現状である。
置の微細化に伴い、銅や銀といった低抵抗の金属を電解
メッキ法によって溝や孔に良好に埋め込む技術の確立が
要望されているが、未だこのような要求を満たす成膜方
法が得られていないのが現状である。
【０００９】本発明はこのような問題に対してなされた
ものであり、電解メッキ法によって低抵抗の金属を溝や
孔に良好に埋め込むことが可能な成膜方法を提供するこ
とを目的としている。
ものであり、電解メッキ法によって低抵抗の金属を溝や
孔に良好に埋め込むことが可能な成膜方法を提供するこ
とを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る成膜方法
は、配線用の溝及び／又は孔が形成された被処理基板上
に無電解メッキの成長種として機能する第１の金属膜を
形成する工程と、この第１の金属膜が形成された被処理
基板上に無電解メッキ法によって第２の金属膜を形成す
る工程と、前記第１及び第２の金属膜が形成された被処
理基板上に電解メッキ法によって第３の金属膜を形成す
る工程とを有することを特徴とする。
は、配線用の溝及び／又は孔が形成された被処理基板上
に無電解メッキの成長種として機能する第１の金属膜を
形成する工程と、この第１の金属膜が形成された被処理
基板上に無電解メッキ法によって第２の金属膜を形成す
る工程と、前記第１及び第２の金属膜が形成された被処
理基板上に電解メッキ法によって第３の金属膜を形成す
る工程とを有することを特徴とする。
【００１１】第１、第２及び第３の金属膜は適宜選定す
ればよいが、第１及び第２の金属膜を同一の金属材料を
用いて形成するか、或いは第２及び第３の金属膜を同一
の金属材料を用いて形成することが好ましく、特に第
１、第２及び第３の金属膜を同一の金属材料を用いて形
成することが好ましい。
ればよいが、第１及び第２の金属膜を同一の金属材料を
用いて形成するか、或いは第２及び第３の金属膜を同一
の金属材料を用いて形成することが好ましく、特に第
１、第２及び第３の金属膜を同一の金属材料を用いて形
成することが好ましい。
【００１２】図３は、第１の金属膜（スパッタ法によっ
て形成した銅膜）の膜厚に対する第２の金属膜（無電解
メッキ法によって形成した銅膜）の膜厚（無電解メッキ
処理を１０分間行った後の膜厚）を示した測定結果（下
地はシリコン酸化膜上にバリアメタル膜が形成されてい
るもの）である。
て形成した銅膜）の膜厚に対する第２の金属膜（無電解
メッキ法によって形成した銅膜）の膜厚（無電解メッキ
処理を１０分間行った後の膜厚）を示した測定結果（下
地はシリコン酸化膜上にバリアメタル膜が形成されてい
るもの）である。
【００１３】この図からわかるように、第１の金属膜が
ない或いは極めて薄い場合には第２の金属膜はほとんど
形成されず、第１の金属膜の膜厚がおよそ３ｎｍ以上か
ら第２の金属膜の成膜が急激に進むことがわかる。これ
は、第１の金属膜が無電解メッキによって形成される第
２の金属膜の成長を促進させる成長種（成長核）として
作用するためであると考えられる（ここでいう成長種
（或いは成長核）とは、第１の金属膜が離散的に形成さ
れていることを意味するものではなく、第１の金属膜が
第２の金属膜の成長を促進させる成長源として機能して
いることを意味するものである。）。したがって、第１
の金属膜を予め形成しておくことにより、無電解メッキ
によって第２の金属膜を効果的に成膜することができ
る。また、第２の金属膜は無電解メッキによって形成さ
れるため段差被覆性にすぐれており、溝や孔の部分で庇
状の張り出しが生じることはほとんどない。したがっ
て、この第２の金属膜上に電解メッキによって第３の金
属膜を形成することにより、均質に第３の金属膜を溝や
孔内に埋め込むことができる。
ない或いは極めて薄い場合には第２の金属膜はほとんど
形成されず、第１の金属膜の膜厚がおよそ３ｎｍ以上か
ら第２の金属膜の成膜が急激に進むことがわかる。これ
は、第１の金属膜が無電解メッキによって形成される第
２の金属膜の成長を促進させる成長種（成長核）として
作用するためであると考えられる（ここでいう成長種
（或いは成長核）とは、第１の金属膜が離散的に形成さ
れていることを意味するものではなく、第１の金属膜が
第２の金属膜の成長を促進させる成長源として機能して
いることを意味するものである。）。したがって、第１
の金属膜を予め形成しておくことにより、無電解メッキ
によって第２の金属膜を効果的に成膜することができ
る。また、第２の金属膜は無電解メッキによって形成さ
れるため段差被覆性にすぐれており、溝や孔の部分で庇
状の張り出しが生じることはほとんどない。したがっ
て、この第２の金属膜上に電解メッキによって第３の金
属膜を形成することにより、均質に第３の金属膜を溝や
孔内に埋め込むことができる。
【００１４】以上のことから、第１の金属膜の膜厚は、
被処理基板上の全成膜領域において３ｎｍ以上であるこ
とが好ましい。なお、第１の金属膜の膜厚がおよそ５ｎ
ｍ以上であるとバリアメタルとの密着性が向上すること
が確認されており（ただし、バリアメタルと無電解メッ
キによる第２の金属膜の組み合わせによって異なると考
えられる）、この点からは第１の金属膜の膜厚がおよそ
５ｎｍ以上であるとより効果的である。
被処理基板上の全成膜領域において３ｎｍ以上であるこ
とが好ましい。なお、第１の金属膜の膜厚がおよそ５ｎ
ｍ以上であるとバリアメタルとの密着性が向上すること
が確認されており（ただし、バリアメタルと無電解メッ
キによる第２の金属膜の組み合わせによって異なると考
えられる）、この点からは第１の金属膜の膜厚がおよそ
５ｎｍ以上であるとより効果的である。
【００１５】図４は、第１の金属膜の膜厚に対する第３
の金属膜の表面荒さを示した測定結果である。ここで
は、第１、第２及び第３の金属膜に銅を用いた場合と、
第１、第２及び第３の金属膜に銀を用いた場合について
示している。この図からわかるように、第１の金属膜の
膜厚がおよそ７０ｎｍ以上から第３の金属膜の表面荒さ
が急激に悪化していることがわかる。したがって、この
値を第１の金属膜の膜厚の上限としてとらえることがで
きる。
の金属膜の表面荒さを示した測定結果である。ここで
は、第１、第２及び第３の金属膜に銅を用いた場合と、
第１、第２及び第３の金属膜に銀を用いた場合について
示している。この図からわかるように、第１の金属膜の
膜厚がおよそ７０ｎｍ以上から第３の金属膜の表面荒さ
が急激に悪化していることがわかる。したがって、この
値を第１の金属膜の膜厚の上限としてとらえることがで
きる。
【００１６】以上のことから、第１の金属膜の膜厚ｄ
（ｎｍ）は、（被処理基板上の全成膜領域において）３
（ｎｍ）≦ｄ（ｎｍ）≦７０（ｎｍ）であることが好ま
しい。
（ｎｍ）は、（被処理基板上の全成膜領域において）３
（ｎｍ）≦ｄ（ｎｍ）≦７０（ｎｍ）であることが好ま
しい。
【００１７】次に第２の金属膜形成後の表面抵抗につい
て説明する。電解メッキは、電解液中で下地となるウエ
ハに相対的に負の電位を印加することで金属の正イオン
を下地に成膜するものである。そのため、溝や孔が形成
された被処理基板全面に十分な電流を流せるだけの導電
層が存在する必要がある。図５は、給電層（バリアメタ
ル膜＋第１の金属膜（スパッタ銅膜）＋第２の金属膜
（無電解メッキ銅膜））の表面抵抗（シート抵抗）に対
する電解メッキ処理における成膜可能領域を示したもの
であるが、有効に電解メッキ膜を成長させるためには、
第２の金属膜を形成した後の被処理基板表面でのシート
抵抗を（被処理基板上の全成膜領域において）およそ
０．４Ω／□以下にすることが好ましい。この値を上回
ると初期の電解メッキが起きない（或いはきわめて起き
にくい）ために、第３の金属膜の溝や孔への埋め込みが
極めて難しいことになる。
て説明する。電解メッキは、電解液中で下地となるウエ
ハに相対的に負の電位を印加することで金属の正イオン
を下地に成膜するものである。そのため、溝や孔が形成
された被処理基板全面に十分な電流を流せるだけの導電
層が存在する必要がある。図５は、給電層（バリアメタ
ル膜＋第１の金属膜（スパッタ銅膜）＋第２の金属膜
（無電解メッキ銅膜））の表面抵抗（シート抵抗）に対
する電解メッキ処理における成膜可能領域を示したもの
であるが、有効に電解メッキ膜を成長させるためには、
第２の金属膜を形成した後の被処理基板表面でのシート
抵抗を（被処理基板上の全成膜領域において）およそ
０．４Ω／□以下にすることが好ましい。この値を上回
ると初期の電解メッキが起きない（或いはきわめて起き
にくい）ために、第３の金属膜の溝や孔への埋め込みが
極めて難しいことになる。
【００１８】また、第１の金属膜を形成してから第２の
金属膜を形成するまでの間、或いは第２の金属膜を形成
してから第３の金属膜を形成するまでの間に、各膜の界
面に酸化物などによる変質層が形成されるおそれがあ
る。そこで、第１の金属膜の形成後かつ第２の金属膜の
形成前に第１の金属膜の表面をエッチングする、或い
は、第２の金属膜の形成後かつ第３の金属膜の形成前に
第２の金属膜の表面をエッチングするようにしてもよ
い。また、同様に変質層の形成を極力抑えるという観点
から、第２の金属膜の成膜処理を開始してから第３の金
属膜の成膜処理を終了するまでの処理を被処理基板を大
気に晒すことなく行うようにしてもよい。
金属膜を形成するまでの間、或いは第２の金属膜を形成
してから第３の金属膜を形成するまでの間に、各膜の界
面に酸化物などによる変質層が形成されるおそれがあ
る。そこで、第１の金属膜の形成後かつ第２の金属膜の
形成前に第１の金属膜の表面をエッチングする、或い
は、第２の金属膜の形成後かつ第３の金属膜の形成前に
第２の金属膜の表面をエッチングするようにしてもよ
い。また、同様に変質層の形成を極力抑えるという観点
から、第２の金属膜の成膜処理を開始してから第３の金
属膜の成膜処理を終了するまでの処理を被処理基板を大
気に晒すことなく行うようにしてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。 （実施形態１）まず、本発明の第１の実施形態につい
て、図１に示した工程図を参照して説明する。
参照して説明する。 （実施形態１）まず、本発明の第１の実施形態につい
て、図１に示した工程図を参照して説明する。
【００２０】シリコンウエハ等の半導体ウエハ上にトラ
ンジスタなどの能動素子（図中省略）を形成し、さらに
層間絶縁膜１１としてフッ素添加シリコン酸化膜を堆積
する。さらに、フォトリソグラフィーとドライエッチン
グを用いて配線形成用の溝１２及び接続孔１３を形成す
る（図１（ａ））。
ンジスタなどの能動素子（図中省略）を形成し、さらに
層間絶縁膜１１としてフッ素添加シリコン酸化膜を堆積
する。さらに、フォトリソグラフィーとドライエッチン
グを用いて配線形成用の溝１２及び接続孔１３を形成す
る（図１（ａ））。
【００２１】次に、化成スパッタ法によりバリアメタル
膜１４となる窒化タンタル膜を２０ｎｍ堆積する。な
お、この窒化タンタル膜には無電解銅膜が直接成長しな
いことが実験により確認されている。その後、スパッタ
法により第１の金属膜１５となる銅膜を２０ｎｍ形成す
る。この程度の膜厚であれば、スパッタ銅薄膜によって
生じるオーバーハングはほとんど無視できる範囲であ
る。また、接続孔の底部近傍の側壁部において銅膜１５
の膜厚は最小となったが、この部分での膜厚は３．５ｎ
ｍであった（図１（ｂ））。
膜１４となる窒化タンタル膜を２０ｎｍ堆積する。な
お、この窒化タンタル膜には無電解銅膜が直接成長しな
いことが実験により確認されている。その後、スパッタ
法により第１の金属膜１５となる銅膜を２０ｎｍ形成す
る。この程度の膜厚であれば、スパッタ銅薄膜によって
生じるオーバーハングはほとんど無視できる範囲であ
る。また、接続孔の底部近傍の側壁部において銅膜１５
の膜厚は最小となったが、この部分での膜厚は３．５ｎ
ｍであった（図１（ｂ））。
【００２２】次に、無電解メッキ法によって第２の金属
膜１６となる銅膜を８０ｎｍ形成する。無電解メッキは
その成膜原理から、溝や孔の中においても比較的均一な
膜成長速度を得ることができる。ここで、無電解メッキ
銅及びスパッタ成膜銅の電気抵抗率はいずれも約２μΩ
・ｃｍ程度であることから、接続孔の底部近傍の側壁部
に形成された銅膜（スパッタ銅膜１５：膜厚３．５ｎｍ
＋無電解メッキ銅膜１６：膜厚７６ｎｍ＝膜厚７９．５
ｎｍ）の表面抵抗（シート抵抗）は、２μΩ・ｃｍ／７
９．５×１０-7ｃｍ＝０．１２５Ω／□となる。なお、
無電解メッキ液には、硫酸銅ベースでホルムアルデヒド
を還元剤として添加した工業的に一般に使用されている
ものを用いることができる（図１（ｃ））。
膜１６となる銅膜を８０ｎｍ形成する。無電解メッキは
その成膜原理から、溝や孔の中においても比較的均一な
膜成長速度を得ることができる。ここで、無電解メッキ
銅及びスパッタ成膜銅の電気抵抗率はいずれも約２μΩ
・ｃｍ程度であることから、接続孔の底部近傍の側壁部
に形成された銅膜（スパッタ銅膜１５：膜厚３．５ｎｍ
＋無電解メッキ銅膜１６：膜厚７６ｎｍ＝膜厚７９．５
ｎｍ）の表面抵抗（シート抵抗）は、２μΩ・ｃｍ／７
９．５×１０-7ｃｍ＝０．１２５Ω／□となる。なお、
無電解メッキ液には、硫酸銅ベースでホルムアルデヒド
を還元剤として添加した工業的に一般に使用されている
ものを用いることができる（図１（ｃ））。
【００２３】次に、電解メッキ法により第３の金属膜１
７となる銅膜を８００ｎｍ形成する。この電解メッキの
際には、窒化タンタル膜１４、スパッタ銅膜１５及び無
電解メッキ銅膜１６が給電層として機能する。なお、電
解メッキ液としては、硫酸銅ベースで塩酸をｐＨ制御剤
として添加したものを用いることができる。このように
して電解メッキ銅膜１７を形成したところ、開口径０．
２μｍ、深さ１．２μｍの接続孔へボイド（“す”、
“空洞”）やシーム（縫い目状の不連続面）が形成され
ることなく、均質に銅を埋め込むことができた（図１
（ｄ））。
７となる銅膜を８００ｎｍ形成する。この電解メッキの
際には、窒化タンタル膜１４、スパッタ銅膜１５及び無
電解メッキ銅膜１６が給電層として機能する。なお、電
解メッキ液としては、硫酸銅ベースで塩酸をｐＨ制御剤
として添加したものを用いることができる。このように
して電解メッキ銅膜１７を形成したところ、開口径０．
２μｍ、深さ１．２μｍの接続孔へボイド（“す”、
“空洞”）やシーム（縫い目状の不連続面）が形成され
ることなく、均質に銅を埋め込むことができた（図１
（ｄ））。
【００２４】以上の工程の後、例えばＣＭＰ法等によっ
て研磨を行うことにより、良好な特性を有する配線用の
銅膜を選択的に溝や孔内に残置させることができる。な
お、上記の例では、第１の金属膜１５、第２の金属膜１
６及び第３の金属膜１７のいずれも銅を材料として用い
たが、これに限られるものではなく、最終的な配線形成
プロセスに必要な材料や膜厚を適宜選択することが可能
である。
て研磨を行うことにより、良好な特性を有する配線用の
銅膜を選択的に溝や孔内に残置させることができる。な
お、上記の例では、第１の金属膜１５、第２の金属膜１
６及び第３の金属膜１７のいずれも銅を材料として用い
たが、これに限られるものではなく、最終的な配線形成
プロセスに必要な材料や膜厚を適宜選択することが可能
である。
【００２５】例えば、バリアメタル膜１４としてＣＶＤ
法による窒化チタン膜（膜厚１５ｎｍ）を用い、第１の
金属膜１５にニッケル（膜厚２５ｎｍ）、第２の金属膜
１６に白金（膜厚８０ｎｍ）、第３の金属膜１７に銀
（膜厚１２００ｎｍ）を用いることも可能である。この
場合、白金の無電解メッキには塩化白金水溶液を、銀の
電解メッキには硝酸銀水溶液を、それぞれメッキ液とし
て用いることができる。また、第１の金属膜に合金を用
いて、第２の金属膜形成後の電気的表面抵抗を低く保つ
などの方策も可能である。
法による窒化チタン膜（膜厚１５ｎｍ）を用い、第１の
金属膜１５にニッケル（膜厚２５ｎｍ）、第２の金属膜
１６に白金（膜厚８０ｎｍ）、第３の金属膜１７に銀
（膜厚１２００ｎｍ）を用いることも可能である。この
場合、白金の無電解メッキには塩化白金水溶液を、銀の
電解メッキには硝酸銀水溶液を、それぞれメッキ液とし
て用いることができる。また、第１の金属膜に合金を用
いて、第２の金属膜形成後の電気的表面抵抗を低く保つ
などの方策も可能である。
【００２６】（実施形態２）次に、本発明の第２の実施
形態について説明する。図面については図１を援用する
こととする。本実施形態では、無電解メッキ及び電解メ
ッキの工程及びその前後の工程に焦点をあてている。
形態について説明する。図面については図１を援用する
こととする。本実施形態では、無電解メッキ及び電解メ
ッキの工程及びその前後の工程に焦点をあてている。
【００２７】まず、第１の実施形態と同様に、シリコン
等の半導体ウエハ上にトランジスタなどの能動素子（図
中省略）を形成した後、層間絶縁膜１１としてシリコン
酸化膜を堆積する。さらに、フォトリソグラフィーとド
ライエッチングを用いて配線形成用の溝１２や接続孔１
３を形成する（図１（ａ））。
等の半導体ウエハ上にトランジスタなどの能動素子（図
中省略）を形成した後、層間絶縁膜１１としてシリコン
酸化膜を堆積する。さらに、フォトリソグラフィーとド
ライエッチングを用いて配線形成用の溝１２や接続孔１
３を形成する（図１（ａ））。
【００２８】次に、化成スパッタ法によりバリアメタル
膜１４となる窒化タンタル膜を２０ｎｍ堆積し、続いて
スパッタ法により第１の金属膜１５となる銅膜を２０ｎ
ｍ形成する（図１（ｂ））。
膜１４となる窒化タンタル膜を２０ｎｍ堆積し、続いて
スパッタ法により第１の金属膜１５となる銅膜を２０ｎ
ｍ形成する（図１（ｂ））。
【００２９】次に、ウエハを純水を満たしたメッキ槽に
浸漬し、メッキ槽の純水に硫酸を徐々に混合してゆき、
最終的に０．５規定濃度まで調整して５分間保持する。
これにより、銅膜１５の表面の酸化物や硫化物などの変
質層をエッチングして除去する。このまま大気中にウエ
ハを引き上げると表面変質層が再度形成されるので、ウ
エハは浴中に保持する。次に、銅膜の一部が溶出した希
硫酸を純水で押し流し、さらに純水を無電解メッキ液
（第１の実施形態と同様のものを用いる）で置換する。
この場合もウエハは浴中から大気中に出さないようにす
る。無電解メッキ液で第２の金属膜１６となる無電解メ
ッキ銅膜を形成した後、メッキ液を再度純水で置換す
る。さらに純水を電解メッキ液（第１の実施形態と同様
のものを用いる）で置換して暫くそのまま保持すること
により、無電解メッキ銅膜１６の表面がエッチングさ
れ、表面酸化物等の変質層が除去される。その後、ウエ
ハにマイナスの電位を印加し、電解メッキによって第３
の金属膜１７となる電解メッキ銅膜１７を形成する。電
解メッキを停止する直前に電解メッキ液を純水と置換し
て洗浄を行う（図１（ｃ）、（ｄ））。
浸漬し、メッキ槽の純水に硫酸を徐々に混合してゆき、
最終的に０．５規定濃度まで調整して５分間保持する。
これにより、銅膜１５の表面の酸化物や硫化物などの変
質層をエッチングして除去する。このまま大気中にウエ
ハを引き上げると表面変質層が再度形成されるので、ウ
エハは浴中に保持する。次に、銅膜の一部が溶出した希
硫酸を純水で押し流し、さらに純水を無電解メッキ液
（第１の実施形態と同様のものを用いる）で置換する。
この場合もウエハは浴中から大気中に出さないようにす
る。無電解メッキ液で第２の金属膜１６となる無電解メ
ッキ銅膜を形成した後、メッキ液を再度純水で置換す
る。さらに純水を電解メッキ液（第１の実施形態と同様
のものを用いる）で置換して暫くそのまま保持すること
により、無電解メッキ銅膜１６の表面がエッチングさ
れ、表面酸化物等の変質層が除去される。その後、ウエ
ハにマイナスの電位を印加し、電解メッキによって第３
の金属膜１７となる電解メッキ銅膜１７を形成する。電
解メッキを停止する直前に電解メッキ液を純水と置換し
て洗浄を行う（図１（ｃ）、（ｄ））。
【００３０】このように本実施形態では、一連のメッキ
処理及び水洗処理をすべてウエハを大気暴露することな
く行う。これにより、各膜の界面に酸化物などの不純物
が形成されることなく金属膜の積層形成が可能となる。
このようにして得られた金属膜は、膜の結晶性や純度な
どの点で優れた特性を有している。この傾向は、同一材
料の金属膜を連続形成した場合に特に顕著である（ただ
し、必ずしも同一材料であることは必然ではない）。ま
た、水洗及び液置換の効率を向上させるため、メッキ浴
槽の揺動や噴流の導入などを適宜行うと効果的である。
処理及び水洗処理をすべてウエハを大気暴露することな
く行う。これにより、各膜の界面に酸化物などの不純物
が形成されることなく金属膜の積層形成が可能となる。
このようにして得られた金属膜は、膜の結晶性や純度な
どの点で優れた特性を有している。この傾向は、同一材
料の金属膜を連続形成した場合に特に顕著である（ただ
し、必ずしも同一材料であることは必然ではない）。ま
た、水洗及び液置換の効率を向上させるため、メッキ浴
槽の揺動や噴流の導入などを適宜行うと効果的である。
【００３１】なお、本実施形態においても、第１、第２
及び第３の金属膜には銅以外の金属材料を適宜選択でき
ることはいうまでもない。以上、本発明の実施形態につ
いて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定され
るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において
種々変形して実施することが可能である。
及び第３の金属膜には銅以外の金属材料を適宜選択でき
ることはいうまでもない。以上、本発明の実施形態につ
いて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定され
るものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において
種々変形して実施することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、第１及び第２の金属膜
を所定の方法で形成した後に第３の金属膜を電解メッキ
法によって形成することにより、微細な溝や孔に対して
良好な特性を有する金属膜を埋め込むことが可能とな
る。
を所定の方法で形成した後に第３の金属膜を電解メッキ
法によって形成することにより、微細な溝や孔に対して
良好な特性を有する金属膜を埋め込むことが可能とな
る。
【図１】本発明の実施形態に係る製造工程を順を追って
示した工程断面図。
示した工程断面図。
【図２】従来技術の問題点を示した図。
【図３】第１の金属膜の膜厚に対する第２の金属膜の膜
厚を示した図。
厚を示した図。
【図４】第１の金属膜の膜厚に対する第３の金属膜の表
面荒さを示した図。
面荒さを示した図。
【図５】給電層の表面抵抗に対する電解メッキ処理にお
ける成膜可能領域を示した図。
ける成膜可能領域を示した図。
１１…層間絶縁膜
１２…溝
１３…孔
１４…バリアメタル膜
１５…第１の金属膜
１６…第２の金属膜
１７…第３の金属膜
２１…層間絶縁膜
２２…バリアメタル膜
２３…下地金属膜
２４…電解メッキ膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−349952（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−193214（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−120734（ＪＰ，Ａ)
特開2000−294518（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/28 - 21/288
H01L 21/3205 - 21/3213
H01L 21/768
Claims (5)
- 【請求項１】配線用の溝及び／又は孔が形成された被処
理基板上に無電解メッキの成長種として機能する第１の
金属膜を形成する工程と、無電解メッキ液中で無電解メ
ッキを行うことにより前記第１の金属膜が形成された被
処理基板上に第２の金属膜を形成する工程と、前記無電
解メッキ液を電解メッキ液で置換する工程と、前記第２
の金属膜が形成された被処理基板を前記電解メッキ液中
で保持することで第２の金属膜の表面をエッチングする
工程と、前記電解メッキ液中で電解メッキを行うことに
より前記第１及び第２の金属膜が形成された被処理基板
上に第３の金属膜を形成する工程とを有することを特徴
とする成膜方法。 - 【請求項２】前記第１及び第２の金属膜を同一の金属材
料を用いて形成する、又は前記第２及び第３の金属膜を
同一の金属材料を用いて形成することを特徴とする請求
項１に記載の成膜方法。 - 【請求項３】前記第１の金属膜の膜厚ｄ（ｎｍ）は、３
（ｎｍ）≦ｄ（ｎｍ）≦７０（ｎｍ）であることを特徴
とする請求項１に記載の成膜方法。 - 【請求項４】前記第２の金属膜を形成した後の被処理基
板表面でのシート抵抗が０．４オーム／□以下であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。 - 【請求項５】前記第１の金属膜の形成後かつ前記第２の
金属膜の形成前に第１の金属膜の表面をエッチングする
ことを特徴とする請求項１に記載の成膜方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP22711398A JP3441374B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 成膜方法 |
| TW088113527A TW444238B (en) | 1998-08-11 | 1999-08-07 | A method of making thin film |
| US09/371,221 US6403481B1 (en) | 1998-08-11 | 1999-08-10 | Film formation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22711398A JP3441374B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000058645A JP2000058645A (ja) | 2000-02-25 |
| JP3441374B2 true JP3441374B2 (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=16855690
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22711398A Expired - Fee Related JP3441374B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3441374B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020043466A1 (en) * | 1999-07-09 | 2002-04-18 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for patching electrochemically deposited layers using electroless deposited materials |
| JP3820329B2 (ja) * | 1999-09-14 | 2006-09-13 | 株式会社ルネサステクノロジ | 半導体基板のめっき方法 |
| KR100382729B1 (ko) * | 2000-12-09 | 2003-05-09 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자의 금속 컨택 구조체 및 그 형성방법 |
| JP6272431B2 (ja) * | 2016-10-04 | 2018-01-31 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1998
- 1998-08-11 JP JP22711398A patent/JP3441374B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000058645A (ja) | 2000-02-25 |
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