JP5486821B2 - 無電解銅めっき方法、及び埋め込み配線の形成方法 - Google Patents
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Description
高密度化の図られた半導体チップの一例として、三次元半導体チップが知られている(例えば、特許文献1)。
すなわち、三次元半導体チップとは、複数の半導体チップを積層し、積層された各半導体チップ同士を配線接続することで集積回路の高密度化を図った技術である。このような三次元半導体チップに用いられる各半導体チップは、チップ基板両面の導通が図られたものである必要があるため、従来、例えば半導体チップに孔を設け、該貫通孔内に導電性部材を埋め込むことによって形成された埋め込み配線が採用されている。
しかしながら、タングステンの電気抵抗率が20μΩcm程度という高い値であることや、CVD法によりタングステンを埋め込む際には約400℃という高温の工程が必要であるために量産する際の製造工程及び製造装置が大掛かりになるという問題があった。
また、本発明は、孔の内径の大小にかかわらず、該孔の奥まで均一な無電解銅めっき層を形成し、該孔の内部に信頼性の高い埋め込み配線を形成することのできる埋め込み配線の形成方法を提供することを他の目的とする。
無電解銅めっき液に、孔の形成された基板を浸漬し、該孔の内部に無電解銅めっき層を形成する無電解銅めっき方法であって、
前記無電解銅めっき液は、銅イオン及び塩素イオンを含有し、前記塩素イオンの濃度が、1〜15質量ppmであり、さらに、分子量50以上2000以下の硫黄系有機化合物を含有し、
前記無電解銅めっき液における前記硫黄系有機化合物の濃度が、0.02質量ppm以上、2.0質量ppm以下であり、
前記基板の孔の径が1〜10μmであって孔のアスペクト比が10〜30である無電解銅めっき方法を提供する。
前記硫黄系有機化合物の濃度は、0.02質量ppm以上、2.0質量ppm以下である。また、前記硫黄系有機化合物は、好ましくは、下記一般式(1)又は一般式(2)で表されるもの
X1−L1−(S)n−L2−X2 (1)
X1−L1−(S)n−H (2)
[式(1)及び式(2)中、nは整数で1又は2、X1及びX2はそれぞれ独立に水素原子、SO3M基、又はPO3M基(Mは水素原子、アルカリ金属原子、又はアミノ基を示す)、L1及びL2はそれぞれ独立に低級アルキル基又は低級アルコキシ基を示す。]
である。さらに、前記硫黄系有機化合物は、好ましくは、ビス−(3−スルホプロピル)ジスルファイドである。
また、本発明に係る埋め込み配線の形成方法によれば、孔の内径の大小にかかわらず、該孔の奥まで均一な無電解銅めっき層が形成されるため、該孔の内部に信頼性の高い埋め込み配線を形成することが可能となる。
X1−L1−(S)n−L2−X2
X1−L1−(S)n−H (2)
[式(1)及び式(2)中、nは整数で1又は2、X1及びX2はそれぞれ独立に水素原子、SO3M基、又はPO3M基(Mは水素原子、アルカリ金属原子、又はアミノ基を示す)、L1及びL2はそれぞれ独立に低級アルキル基又は低級アルコキシ基を示す。]
図1に示すように、本実施形態の埋め込み配線の形成方法は、主として、シリコン基板1に、反応性イオンエッチング等により貫通ビア等の孔部2を形成する第1工程(図1(a))と、孔部2の形成されたシリコン基板1に下地処理層5を形成する第2工程(図1(c))と、下地処理層5の構成されたシリコン基板1を無電解銅めっき液に浸漬して無電解銅めっき層6を形成する第3工程(図1(d))と、シリコン基板1の裏面を研磨して薄膜化する第4工程(図1(e))と、裏面側に貫通した孔部2上にバンプ7を形成する第5工程(図1(f))と、表側に金属膜をスパッタする第6工程(図1(g))と、表面をパターニングする第7工程(図1(h))と、貫通孔の表側にバンプ7を形成する第8工程(図1(i))とを備えている。
置換めっき可能な金属膜を堆積させる処理としては、CVD法により、W、WN、Ta又はTaNなどからなる下地処理層を形成する方法、或いは、無電解めっき法により、Ni、Co、WNi、WCo、又はこれらいずれかにP(リン)やB(ホウ素)などの他の金属が含まれてなる合金(例えば、Ni−W−P合金、Ni−W−B合金、Co−W−P合金、Co−W−B合金など)からなる下地処理層を形成する方法が挙げられる。
サムコインターナショナル社製のエッチング装置を用いて、ボッシュプロセスによりシリコン基板に直径約2μm、深さ約40μm(即ち、アスペクト比:約20)の孔を形成した後、CVD法によってタングステンの下地処理膜を形成し、その後、下記の構成及び条件の無電解銅めっき液に浸漬して無電解銅めっき層を形成した。
硫酸銅 :6.4g/L
グリオキシル酸 :18g/L
EDTA :70g/L
PEG(分子量4000) :500質量ppm
SPS :0.1質量ppm
Cl(Cl源はKCl) :5質量ppm
・浸漬条件
温度 :70℃
浸漬時間 :90分
pH :12.5
無電解銅めっき液として、下記の組成のものを使用することを除き、他は実施例1と同様にして無電解銅めっきを行った。
・無電解銅めっき液の組成
硫酸銅 :6.4g/L
グリオキシル酸 :18g/L
EDTA :70g/L
PEG(分子量4000) :500質量ppm
SPS :0.1質量ppm
Cl(Cl源はKCl) :25質量ppm
無電解銅めっき液として、下記の組成のものを使用することを除き、他は実施例1と同様にして無電解銅めっきを行った。
・無電解銅めっき液の組成
硫酸銅 :6.4g/L
グリオキシル酸 :18g/L
EDTA :70g/L
PEG(分子量4000) :500質量ppm
SPS :なし
Cl(Cl源はKCl) :5質量ppm
無電解銅めっき液として、下記の組成のものを使用することを除き、他は実施例1と同様にして無電解銅めっきを行った。
・無電解銅めっき液の組成
硫酸銅 :6.4g/L
グリオキシル酸 :18g/L
EDTA :70g/L
PEG(分子量4000) :500質量ppm
SPS :0.1質量ppm
Cl :なし
無電解銅めっき液として、下記の組成のものを使用することを除き、他は実施例1と同様にして無電解銅めっきを行った。
・無電解銅めっき液の組成
硫酸銅 :6.4g/L
グリオキシル酸 :18g/L
EDTA :70g/L
PEG(分子量4000) :500質量ppm
SPS :なし
Cl :なし
図3〜図6に示したように、実施例1〜3では、孔の入口が閉塞することなく、孔の入口から底部に至るまで、略均一な膜厚で銅が堆積したものであった。特に、図3及び図4に示した実施例1では、膜厚が比較的大きく且つ均一な厚みであり、しかも表面が極めて平坦な状態の銅堆積層が形成されたものであった。
2 孔部
3 酸化膜
4 カップリング剤層
5 バリア層
6 無電解銅めっき層
7 バンプ
8 金属スパッタ膜
9 電解銅めっき層
Claims (4)
- 無電解銅めっき液に、孔の形成された基板を浸漬し、該孔の内部に無電解銅めっき層を形成する無電解銅めっき方法であって、
前記無電解銅めっき液は、銅イオン及び塩素イオンを含有し、前記塩素イオンの濃度が、1〜15質量ppmであり、さらに、分子量50以上2000以下の硫黄系有機化合物を含有し、
前記無電解銅めっき液における前記硫黄系有機化合物の濃度が、0.02質量ppm以上、2.0質量ppm以下であり、
前記基板の孔の径が1〜10μmであって孔のアスペクト比が10〜30であることを特徴とする無電解銅めっき方法。 - 前記硫黄系有機化合物が、下記一般式(1)又は一般式(2)で表されるもの
X1−L1−(S)n−L2−X2 (1)
X1−L1−(S)n−H (2)
[式(1)及び式(2)中、nは整数で1又は2、X1及びX2はそれぞれ独立に水素原子、SO3M基、又はPO3M基(Mは水素原子、アルカリ金属原子、又はアミノ基を示す)、L1及びL2はそれぞれ独立に低級アルキル基又は低級アルコキシ基を示す。]
であることを特徴とする請求項1に記載の無電解銅めっき方法。 - 前記硫黄系有機化合物が、ビス−(3−スルホプロピル)ジスルファイドであることを特徴とする請求項1又は2に記載の無電解銅めっき方法。
- 無電解銅めっき液に、孔の形成された基板を浸漬し、該孔の内部に無電解銅めっき層からなる埋め込み配線を形成する埋め込み配線の形成方法であって、
前記無電解銅めっき液は、銅イオン及び塩素イオンを含有し、前記塩素イオンの濃度が、1〜15質量ppmであり、さらに、分子量50以上2000以下の硫黄系有機化合物を含有し、
前記無電解銅めっき液における前記硫黄系有機化合物の濃度が、0.02質量ppm以上、2.0質量ppm以下であり、
前記基板の孔の径が1〜10μmであって孔のアスペクト比が10〜30であることを特徴とする埋め込み配線の形成方法。
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