JP3461293B2 - 成膜方法 - Google Patents
成膜方法Info
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- JP3461293B2 JP3461293B2 JP22711298A JP22711298A JP3461293B2 JP 3461293 B2 JP3461293 B2 JP 3461293B2 JP 22711298 A JP22711298 A JP 22711298A JP 22711298 A JP22711298 A JP 22711298A JP 3461293 B2 JP3461293 B2 JP 3461293B2
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- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の金属
配線等に用いる成膜方法、特にメッキプロセスに関する
ものである。
配線等に用いる成膜方法、特にメッキプロセスに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】メッキ法による金属膜形成において、連
続性を有する金属膜を下地膜として用いその上にメッキ
を行うと、形成される金属膜は特に膜形成初期において
下地膜の影響を強く受ける。
続性を有する金属膜を下地膜として用いその上にメッキ
を行うと、形成される金属膜は特に膜形成初期において
下地膜の影響を強く受ける。
【０００３】例えば、電解メッキによって銅成膜を行う
場合、下地膜として窒化チタニウム膜を２０００オング
ストローム形成すると、銅薄膜の膜厚が５０００オング
ストロームの時点で銅の結晶粒径は１０００オングスト
ローム程度であり、良質の銅薄膜が得られない。この様
にメッキ膜の結晶粒径が小さいのは、以下の理由による
と考えられる。すなわち、膜成長の初期段階で下地膜
（この場合は窒化チタニウム膜）の表面に多量の成長核
発生が起こり、ここから一気にメッキ金属の成長が生じ
るため、互いの結晶成長が阻害されてメッキ膜の結晶粒
径が小さくなってしまうためである。このような結晶粒
径の小さなメッキ膜はその上のメッキ膜成長にまで影響
を及ぼしていく。
場合、下地膜として窒化チタニウム膜を２０００オング
ストローム形成すると、銅薄膜の膜厚が５０００オング
ストロームの時点で銅の結晶粒径は１０００オングスト
ローム程度であり、良質の銅薄膜が得られない。この様
にメッキ膜の結晶粒径が小さいのは、以下の理由による
と考えられる。すなわち、膜成長の初期段階で下地膜
（この場合は窒化チタニウム膜）の表面に多量の成長核
発生が起こり、ここから一気にメッキ金属の成長が生じ
るため、互いの結晶成長が阻害されてメッキ膜の結晶粒
径が小さくなってしまうためである。このような結晶粒
径の小さなメッキ膜はその上のメッキ膜成長にまで影響
を及ぼしていく。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のメ
ッキ方法では結晶粒径の小さな金属メッキ膜しか得られ
ず、良質の金属メッキ膜を形成することが困難であっ
た。本発明はこのような従来の課題に対してなされたも
のであり、結晶粒径が大きく良質の金属メッキ膜を得る
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。
ッキ方法では結晶粒径の小さな金属メッキ膜しか得られ
ず、良質の金属メッキ膜を形成することが困難であっ
た。本発明はこのような従来の課題に対してなされたも
のであり、結晶粒径が大きく良質の金属メッキ膜を得る
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る成膜方法
は、被処理基板上に連続性を有する金属膜からなる第１
の下地部を形成する工程と、この第１の下地部上に金属
材料を用いて少なくとも一部で不連続性を有する第２の
下地部を形成する工程と、前記第１及び第２の下地部が
形成された被処理基板上にメッキ法によって金属メッキ
膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
は、被処理基板上に連続性を有する金属膜からなる第１
の下地部を形成する工程と、この第１の下地部上に金属
材料を用いて少なくとも一部で不連続性を有する第２の
下地部を形成する工程と、前記第１及び第２の下地部が
形成された被処理基板上にメッキ法によって金属メッキ
膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【０００６】本発明によれば、不連続性を有する、言い
換えると離散的に形成された第２の下地部が金属メッキ
膜を形成する際の成長核として機能し、この成長核の部
分から金属メッキ膜が優先的に成長する。したがって、
この成長核の密度を制御することにより、結晶粒径の大
きな金属メッキ膜を形成することが可能となり、例えば
０．１乃至１ミクロン程度の金属メッキ膜を形成した場
合に、良質のメッキ膜を得ることが可能となる。
換えると離散的に形成された第２の下地部が金属メッキ
膜を形成する際の成長核として機能し、この成長核の部
分から金属メッキ膜が優先的に成長する。したがって、
この成長核の密度を制御することにより、結晶粒径の大
きな金属メッキ膜を形成することが可能となり、例えば
０．１乃至１ミクロン程度の金属メッキ膜を形成した場
合に、良質のメッキ膜を得ることが可能となる。
【０００７】離散的に形成された第２の下地部を金属メ
ッキ膜を形成する際の成長核とする観点から、第２の下
地部の金属材料は第１の下地部の金属材料に対して金属
メッキ膜の析出が優先的に生じるものであることが好ま
しい。特に、第２の下地部の金属材料と金属メッキ膜の
金属材料が同一のものであることが好ましい。これは、
金属メッキ膜を構成する金属の格子定数などの結晶状態
が第２の下地部と同一若しくは近似している場合には、
金属メッキ膜の結晶性や純度などを向上させることが可
能なためである。実際に格子定数の大きく異なる金属を
第２の下地部として用いた場合、金属メッキ膜の比抵抗
が高くなり、面内でのばらつきも大きなものとなってし
まう。
ッキ膜を形成する際の成長核とする観点から、第２の下
地部の金属材料は第１の下地部の金属材料に対して金属
メッキ膜の析出が優先的に生じるものであることが好ま
しい。特に、第２の下地部の金属材料と金属メッキ膜の
金属材料が同一のものであることが好ましい。これは、
金属メッキ膜を構成する金属の格子定数などの結晶状態
が第２の下地部と同一若しくは近似している場合には、
金属メッキ膜の結晶性や純度などを向上させることが可
能なためである。実際に格子定数の大きく異なる金属を
第２の下地部として用いた場合、金属メッキ膜の比抵抗
が高くなり、面内でのばらつきも大きなものとなってし
まう。
【０００８】また、第２の下地部を不連続的に（離散的
に）形成する方法しては、第２の下地部をスパッタリン
グ法によって形成する方法があげられる。また、予め表
面に段差が形成された被処理基板上に金属材料を堆積す
ることにより、段差部での成膜の不連続性によって第２
の下地部を離散的に形成することも可能である。
に）形成する方法しては、第２の下地部をスパッタリン
グ法によって形成する方法があげられる。また、予め表
面に段差が形成された被処理基板上に金属材料を堆積す
ることにより、段差部での成膜の不連続性によって第２
の下地部を離散的に形成することも可能である。
【０００９】また、第１の下地部の金属と第２の下地部
の金属とが金属メッキ膜を形成する前に少なくとも一部
で合金反応を生じているようにしてもよい。このように
両金属間で合金反応が生じていると両金属間で強い密着
力が得られ、信頼性の高い膜形成を行うことができる。
の金属とが金属メッキ膜を形成する前に少なくとも一部
で合金反応を生じているようにしてもよい。このように
両金属間で合金反応が生じていると両金属間で強い密着
力が得られ、信頼性の高い膜形成を行うことができる。
【００１０】なお、金属メッキ膜を形成するメッキ法と
しては、電解メッキ法、無電解メッキ法、置換メッキ法
等があげられるが、特に電解メッキ法或いは無電解メッ
キ法を用いることが好ましい。電解メッキ法によって金
属メッキ膜を形成する場合には、第１の下地部を電極と
して用いるようにしてもよい。
しては、電解メッキ法、無電解メッキ法、置換メッキ法
等があげられるが、特に電解メッキ法或いは無電解メッ
キ法を用いることが好ましい。電解メッキ法によって金
属メッキ膜を形成する場合には、第１の下地部を電極と
して用いるようにしてもよい。
【００１１】
【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）以下、第１の実施形態として、無電解メ
ッキによる銅薄膜の形成について図１乃至図３を参照し
て説明する。
参照して説明する。 （実施形態１）以下、第１の実施形態として、無電解メ
ッキによる銅薄膜の形成について図１乃至図３を参照し
て説明する。
【００１２】まず、図１に示すように、所望のデバイス
が形成されたシリコン基板１１上に第１の下地部として
窒化タンタル膜１２を２００オングストローム形成す
る。膜の形成に際しては、コリメータを用いたスパッタ
リング法により、タンタルのターゲットをアルゴンと窒
素ガス雰囲気でスパッタする。窒化タンタル膜１２は、
基板１１上で一様に連続膜として形成される。
が形成されたシリコン基板１１上に第１の下地部として
窒化タンタル膜１２を２００オングストローム形成す
る。膜の形成に際しては、コリメータを用いたスパッタ
リング法により、タンタルのターゲットをアルゴンと窒
素ガス雰囲気でスパッタする。窒化タンタル膜１２は、
基板１１上で一様に連続膜として形成される。
【００１３】次に、第２の下地部として銅１３をスパッ
タリング法によって形成する。形成に際しては、基板を
４００℃まで加熱し低い成膜速度で短時間のスパッタを
行い、平均膜厚で１０オングストローム程度の銅を形成
する。実際には窒化タンタル膜上の銅は表面張力で凝集
を起こして島状となっていることが、電子顕微鏡による
表面観察によって確認されている。
タリング法によって形成する。形成に際しては、基板を
４００℃まで加熱し低い成膜速度で短時間のスパッタを
行い、平均膜厚で１０オングストローム程度の銅を形成
する。実際には窒化タンタル膜上の銅は表面張力で凝集
を起こして島状となっていることが、電子顕微鏡による
表面観察によって確認されている。
【００１４】この状態で、図３に示すように、メッキ漕
２１内のメッキ液２２中に上記の基板２３を浸漬する。
メッキ液としては、硫酸銅水溶液をベースとしホルマリ
ンを還元剤としたものを用いる。銅メッキは窒化タンタ
ル膜１２上よりも銅の不連続膜１３上に優先的に成長す
ることから、膜成長核は実質的に不連続膜の銅１３のみ
となり、近隣の成長粒子との間で衝突が起きにくい。そ
の結果、図２に示すように、きわめて大粒径（１０００
０から２５０００オングストローム）の銅膜１４を成長
させることができる。
２１内のメッキ液２２中に上記の基板２３を浸漬する。
メッキ液としては、硫酸銅水溶液をベースとしホルマリ
ンを還元剤としたものを用いる。銅メッキは窒化タンタ
ル膜１２上よりも銅の不連続膜１３上に優先的に成長す
ることから、膜成長核は実質的に不連続膜の銅１３のみ
となり、近隣の成長粒子との間で衝突が起きにくい。そ
の結果、図２に示すように、きわめて大粒径（１０００
０から２５０００オングストローム）の銅膜１４を成長
させることができる。
【００１５】このようにして成膜した銅メッキ膜は、デ
バイスの配線などとして利用されるが、信頼性に富み比
抵抗も低く良質なものであった。一般に大粒径の薄膜は
このように良質なものとなることが多い。また、窒化タ
ンタル膜１２上に不連続膜の銅１３を形成せずにメッキ
を行った場合、膜の密着強度が著しく低かったが、スパ
ッタリング法によって形成した不連続膜の銅１３を介在
させることで、密着性の向上も同時にはかることができ
た。
バイスの配線などとして利用されるが、信頼性に富み比
抵抗も低く良質なものであった。一般に大粒径の薄膜は
このように良質なものとなることが多い。また、窒化タ
ンタル膜１２上に不連続膜の銅１３を形成せずにメッキ
を行った場合、膜の密着強度が著しく低かったが、スパ
ッタリング法によって形成した不連続膜の銅１３を介在
させることで、密着性の向上も同時にはかることができ
た。
【００１６】（実施形態２）以下、第２の実施形態とし
て、電解メッキによる銅薄膜の形成について図４乃至図
６を参照して説明する。
て、電解メッキによる銅薄膜の形成について図４乃至図
６を参照して説明する。
【００１７】まず、図４に示すように、所望のデバイス
を形成したシリコン基板３１上に第１の下地部として銀
膜３２を１０００オングストローム形成する。膜の形成
に際しては、銀のターゲットをアルゴンガス雰囲気でス
パッタリングして成膜する。この銀膜３２は基板３１上
で一様に連続膜として形成されている。この連続膜は、
電解メッキの際に基板に電位をかけるための導電膜とし
て機能する。
を形成したシリコン基板３１上に第１の下地部として銀
膜３２を１０００オングストローム形成する。膜の形成
に際しては、銀のターゲットをアルゴンガス雰囲気でス
パッタリングして成膜する。この銀膜３２は基板３１上
で一様に連続膜として形成されている。この連続膜は、
電解メッキの際に基板に電位をかけるための導電膜とし
て機能する。
【００１８】次に、第２の下地部としてパラジウム３３
をスパッタリング法によって形成する。形成に際して
は、低い成膜速度で短時間のスパッタを行い、平均膜厚
で２０オングストローム程度のパラジウムを形成する。
実際には銀膜上のパラジウムは不連続で島状となってい
ることが、電子顕微鏡による表面観察によって確認され
ている。さらに、５００℃で６０分、真空中でアニール
すると、銀膜３２とパラジウム３３の一部は合金化（固
溶体を形成）し、強い密着力が得られる。
をスパッタリング法によって形成する。形成に際して
は、低い成膜速度で短時間のスパッタを行い、平均膜厚
で２０オングストローム程度のパラジウムを形成する。
実際には銀膜上のパラジウムは不連続で島状となってい
ることが、電子顕微鏡による表面観察によって確認され
ている。さらに、５００℃で６０分、真空中でアニール
すると、銀膜３２とパラジウム３３の一部は合金化（固
溶体を形成）し、強い密着力が得られる。
【００１９】その後、図６に示すように、メッキ漕４１
内のメッキ液４２（硝酸銀溶液をベースにしたメッキ
液）中に上記の基板４３を浸漬する。また、基板４３に
対向して陽極となる銀プレート４４も浸漬する。この状
態で、電源４５により基板４３にマイナス電位、銀プレ
ート４４にプラス電位を印加して電流を流す（電流密度
０．１アンペア／平方センチメートル）。このようにし
て銀の電解メッキを開始すると、パラジウム３３が存在
する箇所では触媒的活性化によって銀の析出が優先的に
起きる。そのため、近隣の成長粒子との間で衝突が起き
にくくなる。その結果、図５に示すように、きわめて大
粒径（５０００から２００００オングストローム）の銀
膜３５を成長させることができた。
内のメッキ液４２（硝酸銀溶液をベースにしたメッキ
液）中に上記の基板４３を浸漬する。また、基板４３に
対向して陽極となる銀プレート４４も浸漬する。この状
態で、電源４５により基板４３にマイナス電位、銀プレ
ート４４にプラス電位を印加して電流を流す（電流密度
０．１アンペア／平方センチメートル）。このようにし
て銀の電解メッキを開始すると、パラジウム３３が存在
する箇所では触媒的活性化によって銀の析出が優先的に
起きる。そのため、近隣の成長粒子との間で衝突が起き
にくくなる。その結果、図５に示すように、きわめて大
粒径（５０００から２００００オングストローム）の銀
膜３５を成長させることができた。
【００２０】（実施形態３）次に、第３の実施形態につ
いて図７を参照して説明する。本実施形態は、基板の表
面形状（表面段差）を利用して第２の下地部となる不連
続膜を形成するものである。
いて図７を参照して説明する。本実施形態は、基板の表
面形状（表面段差）を利用して第２の下地部となる不連
続膜を形成するものである。
【００２１】図７では、所望のデバイスが形成されたシ
リコン基板５１上に溝５３や孔５４を有する絶縁膜５２
が形成されており、このような構造に対して、第１の下
地部として窒化チタン膜５５をＣＶＤ法（気相成長法）
によって形成する。ＣＶＤ法では、基板表面に段差があ
っても十分に連続的な膜を形成することが可能である。
これは、ＣＶＤ法の成膜メカニズムによるものであり、
ＣＶＤ法では基板表面でガス種が熱分解して膜形成が行
われるために、段差に対する良好な被覆性が得られる。
リコン基板５１上に溝５３や孔５４を有する絶縁膜５２
が形成されており、このような構造に対して、第１の下
地部として窒化チタン膜５５をＣＶＤ法（気相成長法）
によって形成する。ＣＶＤ法では、基板表面に段差があ
っても十分に連続的な膜を形成することが可能である。
これは、ＣＶＤ法の成膜メカニズムによるものであり、
ＣＶＤ法では基板表面でガス種が熱分解して膜形成が行
われるために、段差に対する良好な被覆性が得られる。
【００２２】その後、第２の下地部として銅５６をスパ
ッタリング法により形成する。スパッタリング法は、金
属ターゲットから基板表面に直線的に被スパッタ分子が
飛来するため、溝５３や孔５４に対しては十分な段差被
覆性が得られない。そのため、溝や孔の側壁や底部では
図に示すように不連続膜となる。このようにして不連続
な第２の下地部を形成した後、電気メッキ或いは無電解
メッキにより銅膜等（図示せず）を形成すれば、第１及
び第２の実施形態で示したのと同様に、結晶粒径の大き
なメッキ膜を形成することができる。
ッタリング法により形成する。スパッタリング法は、金
属ターゲットから基板表面に直線的に被スパッタ分子が
飛来するため、溝５３や孔５４に対しては十分な段差被
覆性が得られない。そのため、溝や孔の側壁や底部では
図に示すように不連続膜となる。このようにして不連続
な第２の下地部を形成した後、電気メッキ或いは無電解
メッキにより銅膜等（図示せず）を形成すれば、第１及
び第２の実施形態で示したのと同様に、結晶粒径の大き
なメッキ膜を形成することができる。
【００２３】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。
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。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、不連続的に形成された
下地が金属メッキ膜を形成する際の成長核として機能
し、この成長核の部分から金属メッキ膜を優先的に成長
させることができる。したがって、この成長核の密度を
制御することにより、結晶粒径の大きな金属メッキ膜を
形成することができ、良質のメッキ膜を得ることが可能
となる。
下地が金属メッキ膜を形成する際の成長核として機能
し、この成長核の部分から金属メッキ膜を優先的に成長
させることができる。したがって、この成長核の密度を
制御することにより、結晶粒径の大きな金属メッキ膜を
形成することができ、良質のメッキ膜を得ることが可能
となる。
【図１】本発明の第１の実施形態の製造工程の一部を示
した図であり、無電解メッキ法によって金属メッキを行
う時の一例を示した図。
した図であり、無電解メッキ法によって金属メッキを行
う時の一例を示した図。
【図２】本発明の第１の実施形態の製造工程の一部を示
した図であり、無電解メッキ法によって金属メッキを行
う時の一例を示した図。
した図であり、無電解メッキ法によって金属メッキを行
う時の一例を示した図。
【図３】本発明の第１の実施形態における無電解メッキ
工程について示した図。
工程について示した図。
【図４】本発明の第２の実施形態の製造工程の一部を示
した図であり、電解メッキ法によって金属メッキを行う
時の一例を示した図。
した図であり、電解メッキ法によって金属メッキを行う
時の一例を示した図。
【図５】本発明の第２の実施形態の製造工程の一部を示
した図であり、電解メッキ法によって金属メッキを行う
時の一例を示した図。
した図であり、電解メッキ法によって金属メッキを行う
時の一例を示した図。
【図６】本発明の第２の実施形態における電解メッキ工
程について示した図。
程について示した図。
【図７】本発明の第３の実施形態について示した図であ
り、表面段差を利用して金属メッキを行う時の一例を示
した図。
り、表面段差を利用して金属メッキを行う時の一例を示
した図。
１１…シリコン基板
１２…窒化タンタル膜
１３…銅
１４…銅膜
２１…メッキ漕
２２…メッキ液
２３…基板
３１…シリコン基板
３２…銀膜
３３…パラジウム
３４…合金部
３５…銀膜
４１…メッキ漕
４２…メッキ液
４３…基板
４４…銀プレート
４５…電源
５１…シリコン基板
５２…絶縁膜
５３…溝
５４…孔
５５…窒化チタン
５６…銅
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/28 - 21/288
H01L 21/44 - 21/445
H01L 21/3205
H01L 21/3213
H01L 21/768
Claims (5)
- 【請求項１】被処理基板上に連続性を有する金属膜から
なる第１の下地部を形成する工程と、この第１の下地部
上に金属材料を用いて少なくとも一部で不連続性を有す
る第２の下地部を形成する工程と、前記第１及び第２の
下地部が形成された被処理基板上にメッキ法によって金
属メッキ膜を形成する工程とを有し、 前記第２の下地部の金属材料と前記金属メッキ膜の金属
材料は同一のものであることを特徴とする成膜方法。 - 【請求項２】被処理基板上に連続性を有する金属膜から
なる第１の下地部を形成する工程と、この第１の下地部
上に金属材料を用いて少なくとも一部で不連続性を有す
る第２の下地部を形成する工程と、前記第１及び第２の
下地部が形成された被処理基板上にメッキ法によって金
属メッキ膜を形成する工程とを有し、 前記第２の下地部はスパッタリング法によって形成され
ることを特徴とする成膜方法。 - 【請求項３】被処理基板上に連続性を有する金属膜から
なる第１の下地部を形成する工程と、この第１の下地部
上に金属材料を用いて少なくとも一部で不連続性を有す
る第２の下地部を形成する工程と、前記第１及び第２の
下地部が形成された被処理基板上にメッキ法によって金
属メッキ膜を形成する工程とを有し、 前記第２の下地部の不連続性は、予め表面に段差が形成
された被処理基板上に金属材料を堆積することによって
得られるものであることを特徴とする成膜方法。 - 【請求項４】被処理基板上に連続性を有する金属膜から
なる第１の下地部を形成する工程と、この第１の下地部
上に金属材料を用いて少なくとも一部で不連続性を有す
る第２の下地部を形成する工程と、前記第１及び第２の
下地部が形成された被処理基板上にメッキ法によって金
属メッキ膜を形成する工程とを有し、 前記第１の下地部の金属と前記第２の下地部の金属とは
前記金属メッキ膜を形成する前に少なくとも一部で合金
反応を生じていることを特徴とする成膜方法。 - 【請求項５】被処理基板上に連続性を有する金属膜から
なる第１の下地部を形成する工程と、この第１の下地部
上に金属材料を用いて少なくとも一部で不連続性を有す
る第２の下地部を形成する工程と、前記第１及び第２の
下地部が形成された被処理基板上にメッキ法によって金
属メッキ膜を形成する工程とを有し、 前記金属メッキ膜は電解メッキ法によって形成され、前
記第１の下地部を電解メッキを行う際の電極として用い
ることを特徴とする成膜方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22711298A JP3461293B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP22711298A JP3461293B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000058485A JP2000058485A (ja) | 2000-02-25 |
| JP3461293B2 true JP3461293B2 (ja) | 2003-10-27 |
Family
ID=16855676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22711298A Expired - Fee Related JP3461293B2 (ja) | 1998-08-11 | 1998-08-11 | 成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3461293B2 (ja) |
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1998
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