JPH0883796A - Electroless plating bath used for forming wiring of semiconductor device and wiring forming method for the same - Google Patents

Electroless plating bath used for forming wiring of semiconductor device and wiring forming method for the same

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JPH0883796A
JPH0883796A JP14987395A JP14987395A JPH0883796A JP H0883796 A JPH0883796 A JP H0883796A JP 14987395 A JP14987395 A JP 14987395A JP 14987395 A JP14987395 A JP 14987395A JP H0883796 A JPH0883796 A JP H0883796A
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plating bath
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政孝 遠藤
Akemi Kawaguchi
明実 川口
Mikio Nishio
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Shin Hashimoto
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Abstract

PURPOSE: To eliminate the inclusion of metal impurities in a metal wiring layer even if the metal wiring layer of a semiconductor device is formed by using electroless plating bath. CONSTITUTION: Contact holes 13 and grooves 14 for wirings are formed on an insulating film 12 formed on a semiconductor substrate 11. Silver films 18 are formed in the holes 13 and the grooves 14 and on the film 12 by electroless plating bath containing silver nitrate containing silver ions, tartaric acid of reducer of the ions, ethylene diamine of complexing agent of the ions, and tetramethylammonium hydroxide metallic ions of pH adjustor. Thereafter, the film 18 on the film 12 is removed by a mechano-chemical polishing method, and buried wirings 19 are formed in the holes 13 and the grooves 14.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の配線形成
に用いる新規な無電解めっき浴、及び該無電解めっき浴
を用いる半導体装置の配線形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a novel electroless plating bath used for forming wiring of a semiconductor device and a method for forming wiring of a semiconductor device using the electroless plating bath.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の配線となる金属膜の
堆積には、アルミニウムのスパッタ法や、タングステン
のCVD法等が用いられてきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a sputtering method of aluminum, a CVD method of tungsten, or the like has been used for depositing a metal film to be wiring of a semiconductor device.

【0003】しかしながら、スパッタ法やCVD法によ
ると、十分なカバーレッジがとれないという問題、及
び、金属化合物に多大なエネルギーを与えて金属を遊離
させたり、対応する金属化合物を分離したりして、半導
体基板の表面に金属を堆積させるため、膨大なコストが
掛かると共にプロセス的にも複雑であるという問題があ
る。
However, according to the sputtering method or the CVD method, sufficient coverage cannot be obtained, and a large amount of energy is applied to the metal compound to release the metal, or the corresponding metal compound is separated. However, since a metal is deposited on the surface of the semiconductor substrate, there is a problem that enormous cost is required and the process is complicated.

【0004】そこで、これらの問題を解決する方法とし
て、最近、特開平4−307736号公報に示されるよ
うに、無電解めっき法による金属膜の堆積が注目される
ようになってきた。
Therefore, as a method for solving these problems, recently, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 4-307736, deposition of a metal film by an electroless plating method has attracted attention.

【0005】そして、無電解めっき浴としては、“EL
ECTROLESS PLATING (1985)
Chapter 17 Electroless Pl
ating Of Silver N.Koura”に
おいて、下記の組成を有するものが提案されている。
As an electroless plating bath, "EL
ECTORLESS PLATING (1985)
Chapter 17 Electroless Pl
ating Of Silver N.A. In Koura ”, those having the following composition have been proposed.

【0006】 硝酸銀(銀イオン供給源) 8.8X10-3mol/l ロッセル塩(還元剤) 3.5X10-2mol/l エチレンジアミン(錯化剤) 5.4X10-2mol/l 3、5―ジヨードチロシン(安定剤) 4.0X10-5mol/l NaOH又はKOH(pH調整剤) pH 10.0 浴温度 35℃Silver nitrate (silver ion source) 8.8X10 -3 mol / l Rochelle salt (reducing agent) 3.5X10 -2 mol / l ethylenediamine (complexing agent) 5.4X10 -2 mol / l 3,5-diiodotyrosine (Stabilizer) 4.0X10 -5 mol / l NaOH or KOH (pH adjuster) pH 10.0 Bath temperature 35 ° C

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、本件発明者
らが前記の無電解めっき浴を用いて半導体装置の金属配
線層を形成したところ、半導体装置の特性が劣化すると
いうことを見つけた。
However, the present inventors have found that when the metal wiring layer of a semiconductor device is formed using the electroless plating bath, the characteristics of the semiconductor device deteriorate.

【0008】そこで、種々検討した結果、前記の無電解
めっき浴にNaやKなどの金属不純物(アルカリ金属、
アルカリ土金属など)が含まれており、該金属不純物が
配線金属としてのめっき膜に含有された後、半導体装置
中に拡散して半導体装置の特性を劣化させることを見出
した。
Then, as a result of various studies, the above electroless plating bath was subjected to metal impurities such as Na and K (alkali metal,
It was found that alkaline earth metal and the like) are contained, and the metal impurities are contained in the plating film as the wiring metal and then diffused into the semiconductor device to deteriorate the characteristics of the semiconductor device.

【0009】本件発明者らが、前記の無電解銀めっき浴
中のNa量及びK量を原子発光分析(ICP)により求
めたところ、それぞれ7411ppm及び6993pp
mという大きい値を示した。また、堆積した銀めっき膜
中にもNaやKが含まれており、半導体基板上に堆積し
た0.5μmの膜厚を有する銀膜中のNa量及びK量を
測定したところ、それぞれ842ppm及び411pp
mであった。これらの値は、半導体装置の配線金属に含
まれる金属不純物の許容値をはるかに上回るものであ
り、このように金属不純物の量の多い銀膜を半導体装置
の配線に用いることはできなかった。
The present inventors determined the amount of Na and the amount of K in the electroless silver plating bath described above by atomic emission spectrometry (ICP) to find that they were 7411 ppm and 6993 pp, respectively.
It showed a large value of m. In addition, the deposited silver plating film also contains Na and K. When the amount of Na and the amount of K in the silver film having a thickness of 0.5 μm deposited on the semiconductor substrate were measured, they were 842 ppm and 411pp
It was m. These values far exceed the allowable values of the metal impurities contained in the wiring metal of the semiconductor device, and thus it was not possible to use a silver film containing a large amount of metal impurities in the wiring of the semiconductor device.

【0010】前記に鑑み、本発明は、半導体装置の金属
配線層を無電解めっき浴を用いて形成しても、金属配線
層に金属不純物がほとんど含まれないようにすることを
目的とする。
In view of the above, it is an object of the present invention to prevent the metal wiring layer from containing almost any metal impurities even if the metal wiring layer of the semiconductor device is formed using an electroless plating bath.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、金属配線層に
金属不純物が含まれるのは、無電解めっき浴中の金属イ
オンの還元剤及びpH調整剤に含まれている金属に原因
があることを見い出し、該知見に基づいて成されたもの
であって、化学式中に金属を含まない、金属イオンの還
元剤及びpH調整剤を有する無電解めっき浴を用いるも
のである。
In the present invention, the metal impurities are contained in the metal wiring layer due to the metal contained in the reducing agent for the metal ions and the pH adjusting agent in the electroless plating bath. The present invention has been made based on this finding, and uses an electroless plating bath containing a metal ion reducing agent and a pH adjusting agent, which does not contain a metal in the chemical formula.

【0012】具体的に請求項1の発明が講じた解決手段
は、半導体装置の配線形成に用いる無電解めっき浴を、
金属イオンを含む金属材料、化学式中に金属を含まない
前記金属イオンの還元剤、化学式中に金属を含まない前
記金属イオンの錯化剤、及び、化学式中に金属を含まな
いpH調整剤を有する構成とするものである。
Specifically, the means for solving the problems according to the invention of claim 1 is to use an electroless plating bath used for forming wiring of a semiconductor device,
A metal material containing a metal ion, a reducing agent for the metal ion containing no metal in the chemical formula, a complexing agent for the metal ion containing no metal in the chemical formula, and a pH adjusting agent containing no metal in the chemical formula It is to be configured.

【0013】請求項2の発明は、請求項1の金属材料に
含まれる金属イオンを、銀イオン、銅イオン、金イオ
ン、ニッケルイオン、コバルトイオン又はパラジウムイ
オンに限定するものである。
The invention of claim 2 limits the metal ions contained in the metal material of claim 1 to silver ions, copper ions, gold ions, nickel ions, cobalt ions or palladium ions.

【0014】銀イオンは硝酸銀より、銅イオンは硫酸銅
より、金イオンはシアン化金アンモニウム又は塩化金よ
り、ニッケルイオンは硫酸ニッケル又は塩化ニッケルよ
り、コバルトイオンは硫酸コバルト又は塩化コバルトよ
り、パラジウムイオンは硫酸パラジウム又は塩化パラジ
ウムよりそれぞれ供給されるが、金属材料としてはこれ
らに限られるものではない。
Silver ion is from silver nitrate, copper ion is from copper sulfate, gold ion is from gold ammonium cyanide or gold chloride, nickel ion is from nickel sulfate or nickel chloride, cobalt ion is from cobalt sulfate or cobalt chloride, and palladium ion. Is supplied from palladium sulfate or palladium chloride, but the metal material is not limited to these.

【0015】請求項3の発明は、請求項1の金属材料に
含まれる金属イオンを、銀イオン、銅イオン、金イオン
又はパラジウムイオンに限定すると共に、還元剤を、酒
石酸、化学式中に金属を含まない酒石酸塩、単糖類、二
糖類、多糖類、ヒドラジン、ヒドラジン誘導体、アルデ
ヒド及び多価アルコールのうちの少なくとも1つを含有
しているものに限定するものである。
According to the invention of claim 3, the metal ions contained in the metal material of claim 1 are limited to silver ions, copper ions, gold ions or palladium ions, and the reducing agent is tartaric acid or a metal in the chemical formula. It is limited to those containing at least one of tartaric acid salt, monosaccharide, disaccharide, polysaccharide, hydrazine, hydrazine derivative, aldehyde and polyhydric alcohol which are not contained.

【0016】化学式中に金属を含まない酒石酸塩として
は酒石酸アンモニウムが挙げられ、単糖類としてはグル
コース、デキストロース、グルコラクトン、グルコピラ
ノース、フルクトース又はこれらの混合物が挙げられ、
二糖類としてはサッカロース、ラクトース、マルトース
又はこれらの混合物が挙げられ、多糖類としてはアルギ
ン酸、セルロース、デンプン、グリコゲン、プルラン又
はこれらの混合物が挙げられ、ヒドラジン誘導体として
は硫酸ヒドラジン、塩酸ヒドラジン、抱水ヒドラジン又
はこれらの混合物が挙げられ、アルデヒドとしてはホル
マリン、グリオキサール又はこれらの混合物が挙げら
れ、多価アルコールとしてはグリセリンが挙げられる
が、化学式中に金属を含まない還元剤はこれらに限らな
い。
Examples of the tartrate salt containing no metal in the chemical formula include ammonium tartrate, and examples of the monosaccharide include glucose, dextrose, glucolactone, glucopyranose, fructose, and a mixture thereof.
Examples of the disaccharide include saccharose, lactose, maltose or a mixture thereof, examples of the polysaccharide include alginic acid, cellulose, starch, glycogen, pullulan or a mixture thereof, and examples of the hydrazine derivative include hydrazine sulfate, hydrazine hydrochloride and hydrate. Examples thereof include hydrazine and a mixture thereof, examples of the aldehyde include formalin, glyoxal and a mixture thereof, and examples of the polyhydric alcohol include glycerin, but the reducing agent containing no metal in the chemical formula is not limited thereto.

【0017】請求項4の発明は、請求項1の金属材料に
含まれる金属イオンを、ニッケルイオン又はコバルトイ
オンに限定すると共に、還元剤を、次亜リン酸、化学式
中に金属を含まない次亜リン酸塩、化学式中に金属を含
まない水素化ホウ素化合物、ヒドラジン及びヒドラジン
誘導体のうちの少なくとも1つを含有しているものに限
定するものである。
According to the invention of claim 4, the metal ions contained in the metal material of claim 1 are limited to nickel ions or cobalt ions, and the reducing agent is hypophosphorous acid, or the following chemical compound containing no metal. It is limited to those containing at least one of phosphite, a borohydride compound containing no metal in the chemical formula, hydrazine and a hydrazine derivative.

【0018】化学式中に金属を含まない次亜リン酸塩と
しては次亜リン酸アンモニウムが挙げられ、化学式中に
金属を含まない水素化ホウ素化合物としてはボラン、ボ
ラザン、ボラゼン、ボラジン、ボランの誘導体、ボラザ
ンの誘導体、ボラゼンの誘導体、ボラジンの誘導体又は
これらの混合物が挙げられ、ボランの誘導体としてはジ
ボラン、メチルジボラン又はこれらの混合物、ボラザン
の誘導体としてはジボラザン、ジエチルアミンボラザ
ン、ジメチルアミンボラザン、トリメチルアミンボラザ
ン又はこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定さ
れない。
Ammonium hypophosphite is mentioned as the hypophosphite containing no metal in the chemical formula, and borane, borazane, borazene, borazine, and borane derivatives are the borohydride compounds containing no metal in the chemical formula. , A derivative of borazane, a derivative of borazene, a derivative of borazine or a mixture thereof, and the like, the derivative of borane is diborane, methyldiborane or a mixture thereof, and the derivative of borazane is diborazine, diethylamine borazine, dimethylamine borazine, Examples include, but are not limited to, trimethylamine borazane or mixtures thereof.

【0019】請求項5の発明は、請求項1の金属材料に
含まれる金属イオンを、銀イオン又は銅イオンに限定す
ると共に、錯化剤を、エチレンジアミン、エチレンジア
ミン誘導体、アンモニア及びトリエタノールアミンのう
ちの少なくとも1つを含有しているものに限定するもの
である。
According to the invention of claim 5, the metal ions contained in the metal material of claim 1 are limited to silver ions or copper ions, and the complexing agent is selected from ethylenediamine, ethylenediamine derivatives, ammonia and triethanolamine. To at least one of the above.

【0020】エチレンジアミン誘導体としては、N,N-ビ
ス(2−ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、N,N'-
ビス(2−ヒドロキシエチル)エチレンジアミンエチレ
ンジアミン、N,N,N',N'-テトラキス(2−ヒドロキシエ
チル)エチレンジアミン、エチレンジアミンテトラ酢酸
又はこれらの混合物が挙げられるが、これらに限らな
い。
As the ethylenediamine derivative, N, N-bis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine, N, N'-
Examples include, but are not limited to, bis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine ethylenediamine, N, N, N ′, N′-tetrakis (2-hydroxyethyl) ethylenediamine, ethylenediaminetetraacetic acid, or mixtures thereof.

【0021】請求項6の発明は、請求項1の金属材料に
含まれる金属イオンを、金イオン、ニッケルイオン、コ
バルトイオン又はパラジウムイオンに限定すると共に、
錯化剤をカルボン酸基を含む化合物に限定するものであ
る。
The invention of claim 6 limits the metal ions contained in the metal material of claim 1 to gold ions, nickel ions, cobalt ions or palladium ions, and
The complexing agent is limited to a compound containing a carboxylic acid group.

【0022】カルボン酸基を含む化合物としては、クエ
ン酸、酢酸、乳酸、オルソ−ヒドロキシ安息香酸、シュ
ウ酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸、オルソ
−フタル酸、ジグリコール酸、チオグリコール酸、チオ
ジグリコール酸、グリシン、メチルグリジン、ジメチル
グリジン、アントラニル酸、ピコリン酸、キノリン酸又
はこれらの混合物が挙げられるが、これらに限らない。
Examples of the compound containing a carboxylic acid group include citric acid, acetic acid, lactic acid, ortho-hydroxybenzoic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, malic acid, tartaric acid, ortho-phthalic acid, diglycolic acid and thioglycol. Acids, thiodiglycolic acid, glycine, methylglycine, dimethylglycine, anthranilic acid, picolinic acid, quinolinic acid or mixtures thereof are included, but are not limited to.

【0023】請求項7の発明は、pH調整剤を、アンモ
ニウム塩、アンモニア、硝酸及びホウ酸のうちの少なく
とも1つを含有しているものに限定するものである。
According to the invention of claim 7, the pH adjusting agent is limited to one containing at least one of ammonium salt, ammonia, nitric acid and boric acid.

【0024】アンモニウム塩としては、テトラメチルア
ンモニウムハイドロオキサイド、トリメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド、コリン、炭酸アンモニウム又は
これらの混合物が挙げられるが、これらに限らない。
Examples of ammonium salts include, but are not limited to, tetramethylammonium hydroxide, trimethylammonium hydroxide, choline, ammonium carbonate, and mixtures thereof.

【0025】請求項8の発明は、金属材料を硝酸銀に、
還元剤を酒石酸に、錯化剤をエチレンジアミンに、pH
調整剤をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド
にそれぞれ限定するものである。
According to the invention of claim 8, the metal material is silver nitrate,
Tartaric acid as reducing agent, ethylenediamine as complexing agent, pH
The modifier is limited to tetramethylammonium hydroxide.

【0026】請求項9の発明は、請求項1の金属材料を
2種以上の金属イオンを含有しているものに限定するも
のである。
The invention of claim 9 limits the metal material of claim 1 to one containing two or more kinds of metal ions.

【0027】組み合わせる金属イオンとしては、ニッケ
ルイオンとコバルトイオン、ニッケルイオンとタングス
テンイオン、コバルトイオンとタングステンイオン等が
挙げられるが、これらに限定されない。タングステンイ
オンは、例えばタングステン酸アンモニウムなどから供
給される。
Examples of metal ions to be combined include, but are not limited to, nickel ions and cobalt ions, nickel ions and tungsten ions, cobalt ions and tungsten ions, and the like. Tungsten ions are supplied from, for example, ammonium tungstate.

【0028】請求項10の発明は、請求項1の構成に、
めっき液のpH低下を抑制する化学式中に金属を含まな
いpH緩衝剤、めっき速度の低下を抑制する化学式中に
金属を含まない促進剤、めっき液の分解を防止する化学
式中に金属を含まない安定剤、及びめっき膜の膜質を緻
密にする化学式中に金属を含まない界面活性剤のうちの
少なくとも1つをさらに含んでいる構成を付加するもの
である。
The invention of claim 10 is based on the structure of claim 1.
A pH buffer that does not contain a metal in the chemical formula that suppresses the pH decrease of the plating solution, a promoter that does not contain a metal in the chemical formula that suppresses a decrease in the plating rate, and a metal formula does not contain a metal in the chemical formula that prevents decomposition of the plating solution. The composition further includes at least one of a stabilizer and a surfactant containing no metal in the chemical formula for making the quality of the plated film dense.

【0029】pH緩衝剤としては、モノカルボン酸、ジ
カルボン酸、オキシカルボン酸、無機酸又はこれらの混
合物が挙げられ、促進剤としては、ジカルボン酸、オキ
シカルボン酸又はこれらの混合物が挙げられるが、これ
らに限定されない。
The pH buffering agent may be a monocarboxylic acid, a dicarboxylic acid, an oxycarboxylic acid, an inorganic acid or a mixture thereof, and the promoter may be a dicarboxylic acid, an oxycarboxylic acid or a mixture thereof. It is not limited to these.

【0030】モノカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プ
ロピオン酸、酪酸、吉草酸、アクリル酸、トリメチル酢
酸、安息香酸、クロル酢酸又はこれらの混合物が挙げら
れ、ジカルボン酸としては、シュウ酸、コハク酸、マロ
ン酸、マレイン酸、イタコン酸、パラフタル酸又はこれ
らの混合物が挙げられ、オキシカルボン酸としては、グ
リコール酸、乳酸、サリチル酸、酒石酸、クエン酸又は
これらの混合物が挙げられ、無機酸としては、ホウ酸、
炭酸、亜硫酸又はこれらの混合物が挙げられるが、これ
らに限定されない。
Examples of monocarboxylic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, acrylic acid, trimethylacetic acid, benzoic acid, chloroacetic acid and mixtures thereof, and dicarboxylic acids include oxalic acid and succinic acid. , Malonic acid, maleic acid, itaconic acid, paraphthalic acid or a mixture thereof, and the oxycarboxylic acid includes glycolic acid, lactic acid, salicylic acid, tartaric acid, citric acid or a mixture thereof, and the inorganic acid, Boric acid,
Examples include, but are not limited to, carbonic acid, sulfurous acid or mixtures thereof.

【0031】安定剤としては、イオウ化合物、窒素化合
物、ヨー化物又はこれらの化合物が挙げられるが、これ
らに限定されない。
Stabilizers include, but are not limited to, sulfur compounds, nitrogen compounds, iodides or compounds thereof.

【0032】イオウ化合物としては、チオ尿素、チオ硫
酸塩、ジエチルジチオカルバミン酸塩、ロダニン又はこ
れらの混合物が挙げられ、窒素化合物としては、2,2'-
ジピリジル、オルソフェナントロリン、2,2'- ビキノリ
ン又はこれらの混合物が挙げられ、ヨー化物としては、
3-ヨードチロシン、3,5-ジヨードチロシン又はこれらの
混合物が挙げられるが、これらに限らない。
The sulfur compound may be thiourea, thiosulfate, diethyldithiocarbamate, rhodanine or a mixture thereof, and the nitrogen compound may be 2,2'-.
Dipyridyl, orthophenanthroline, 2,2'-biquinoline or a mixture thereof may be mentioned.
Examples include, but are not limited to, 3-iodotyrosine, 3,5-diiodotyrosine, or mixtures thereof.

【0033】界面活性剤としては、例えば、非イオン性
のフッ素系界面活性剤が挙げられるが、これに限らな
い。
Examples of the surface active agent include, but are not limited to, nonionic fluorine-based surface active agents.

【0034】請求項11の発明が講じた解決手段は、半
導体装置の配線形成方法を、半導体基板上に形成された
レジストパターン又は絶縁膜におけるコンタクト領域又
は配線領域に凹部を形成する第1の工程と、金属イオン
を含む金属材料、化学式中に金属を含まない前記金属イ
オンの還元剤、化学式中に金属を含まない前記金属イオ
ンの錯化剤、及び、化学式中に金属を含まないpH調整
剤を有する無電解めっき浴により前記凹部内に埋め込み
金属層を形成する第2の工程とを備えている構成とする
ものである。
According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a method for forming a wiring in a semiconductor device, comprising a first step of forming a recess in a contact region or a wiring region in a resist pattern or an insulating film formed on a semiconductor substrate. And a metal material containing a metal ion, a reducing agent for the metal ion containing no metal in the chemical formula, a complexing agent for the metal ion containing no metal in the chemical formula, and a pH adjusting agent containing no metal in the chemical formula And a second step of forming a buried metal layer in the recess by an electroless plating bath having

【0035】請求項12の発明は、請求項11の構成
に、前記第1の工程と前記第2の工程との間に、前記凹
部の底部に、前記埋め込み金属層のコンタクト抵抗を低
減する抵抗低減層、前記埋め込み金属層の反応を防止す
るバリア層、及び前記金属イオンの反応を促進する触媒
層を順次形成する中間層形成工程をさらに備えている構
成を付加するものである。尚、触媒層とバリア層とは同
一の層であってもよい。この場合には、触媒層とバリア
層とを兼用できるので、製造工程を短縮することができ
る。触媒層とバリア層とを同一の層により構成する場合
には、パラジウム層、パラジウムを含むTiN層、Ti
N層若しくはW層又はこれらの混合層等を用いることが
できるが、これらに限らない。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the structure of the eleventh aspect, a resistor for reducing the contact resistance of the buried metal layer is formed at the bottom of the recess between the first step and the second step. The configuration further includes an intermediate layer forming step of sequentially forming a reduction layer, a barrier layer for preventing the reaction of the embedded metal layer, and a catalyst layer for promoting the reaction of the metal ions. The catalyst layer and the barrier layer may be the same layer. In this case, since the catalyst layer and the barrier layer can be used in common, the manufacturing process can be shortened. When the catalyst layer and the barrier layer are formed of the same layer, a palladium layer, a TiN layer containing palladium, Ti
An N layer, a W layer, a mixed layer thereof, or the like can be used, but is not limited thereto.

【0036】請求項13の発明は、請求項12の触媒層
を、Pd層又はTi層に限定するものである。
The thirteenth aspect of the invention limits the catalyst layer of the twelfth aspect to a Pd layer or a Ti layer.

【0037】請求項14の発明は、請求項12のバリア
層を、TiN層、TiW層又はW層に限定するものであ
る。
The invention of claim 14 limits the barrier layer of claim 12 to a TiN layer, a TiW layer or a W layer.

【0038】請求項15の発明は、請求項12の抵抗低
減層をTi層に限定するものである。
The invention of claim 15 limits the resistance reducing layer of claim 12 to a Ti layer.

【0039】請求項16の発明は、請求項11又は12
の構成に、前記中間層形成工程は、前記凹部の内部及び
前記レジストパターン又は絶縁膜の上に、前記抵抗低減
層、バリア層及び触媒層を順次形成する工程と、前記レ
ジストパターン又は絶縁膜の上の前記抵抗低減層、バリ
ア層及び触媒層を化学機械研磨法により除去することに
より、前記凹部の底部にのみ前記抵抗低減層、バリア層
及び触媒層を形成する工程とを含み、前記第2の工程
は、前記凹部の底部にのみ形成された前記触媒層の上に
選択的に前記埋め込み金属層を形成する工程を含む構成
を付加するものである。
The invention of claim 16 is the invention of claim 11 or 12.
In the structure of, the intermediate layer forming step, the step of sequentially forming the resistance reducing layer, the barrier layer and the catalyst layer inside the recess and on the resist pattern or insulating film, and the resist pattern or insulating film Removing the resistance reducing layer, the barrier layer and the catalyst layer above by a chemical mechanical polishing method to form the resistance reducing layer, the barrier layer and the catalyst layer only on the bottom of the recess. The step (2) adds a configuration including a step of selectively forming the embedded metal layer on the catalyst layer formed only on the bottom of the recess.

【0040】請求項17の発明は、請求項11又は12
の構成に、前記第2の工程は、前記凹部の内部及び前記
レジストパターン又は絶縁膜の上に前記無電解めっき浴
により全面的に金属層を形成する工程と、前記レジスト
パターン又は絶縁膜の上の金属層を除去することによ
り、前記凹部内に前記埋め込み金属層を形成する工程と
を含む構成を付加するものである。
The invention of claim 17 is the invention of claim 11 or 12.
In the above configuration, the second step includes a step of forming a metal layer entirely inside the recess and on the resist pattern or insulating film by the electroless plating bath, and on the resist pattern or insulating film. The step of forming the embedded metal layer in the recess by removing the metal layer of 2 is added.

【0041】請求項18の発明は、前記第2の工程は、
前記凹部の内部及び前記絶縁膜の上に前記無電解めっき
浴により全面的に金属層を形成する工程と、前記絶縁膜
の上の金属層を化学機械研磨法により除去して、前記凹
部内に表面が前記絶縁膜の表面と面一である前記埋め込
み金属層を形成する工程とを含む構成を付加するもので
ある。
In the eighteenth aspect of the invention, the second step is
A step of forming a metal layer entirely on the inside of the recess and on the insulating film by the electroless plating bath, and removing the metal layer on the insulating film by a chemical mechanical polishing method, And a step of forming the embedded metal layer whose surface is flush with the surface of the insulating film.

【0042】請求項19の発明は、請求項11又は12
の構成に、前記第1の工程よりも前に、前記半導体基板
の上に、埋め込みプラグを有する下層絶縁膜を形成する
下層絶縁膜形成工程をさらに備え、前記第1の工程は、
前記下層絶縁膜の上に前記絶縁膜を形成する工程と、前
記絶縁膜の上に、前記埋め込みプラグと対応する部位に
開口部を有する配線領域形成用レジストパターンを形成
する工程と、前記配線領域形成用レジストパターンをマ
スクとして前記絶縁膜に対してエッチングを行なうこと
により、前記絶縁膜に配線領域となる前記凹部を形成す
る工程とを含む構成を付加するものである。
The invention of claim 19 is the invention of claim 11 or 12.
In the above configuration, prior to the first step, a lower-layer insulating film forming step of forming a lower-layer insulating film having a buried plug on the semiconductor substrate is further provided, and the first step includes
Forming the insulating film on the lower insulating film; forming a wiring region forming resist pattern having an opening at a portion corresponding to the embedded plug on the insulating film; The configuration including the step of forming the concave portion to be a wiring region in the insulating film by etching the insulating film using the forming resist pattern as a mask.

【0043】請求項20の発明は、請求項11又は12
の構成に、前記第1の工程よりも前に、前記半導体基板
の上に、埋め込みプラグを有する下層絶縁膜を形成する
下層絶縁膜形成工程をさらに備え、前記第1の工程は、
前記下層絶縁膜の上に、前記埋め込みプラグと対応する
部位に前記凹部となる開口部を有する前記レジストパタ
ーンを形成する工程を含む構成を付加するものである。
The invention of claim 20 is the invention of claim 11 or 12.
In the above configuration, prior to the first step, a lower-layer insulating film forming step of forming a lower-layer insulating film having a buried plug on the semiconductor substrate is further provided, and the first step includes
A configuration including a step of forming the resist pattern having the opening serving as the recess at a portion corresponding to the embedded plug is formed on the lower insulating film.

【0044】請求項21の発明は、請求項11〜20の
無電解めっき浴の金属イオンを、銀イオン、銅イオン、
金イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン又はパラジ
ウムイオンに限定するものである。
According to a twenty-first aspect of the invention, the metal ions of the electroless plating baths of the eleventh to twelfth aspects are replaced by silver ions, copper ions,
It is limited to gold ion, nickel ion, cobalt ion or palladium ion.

【0045】請求項22の発明は、請求項11〜20の
無電解めっき浴の金属イオンを、銀イオン、銅イオン、
金イオン又はパラジウムイオンに限定し、無電解めっき
浴の還元剤を、酒石酸、化学式中に金属を含まない酒石
酸塩、単糖類、二糖類、多糖類、ヒドラジン、ヒドラジ
ン誘導体、アルデヒド及び多価アルコールのうちの少な
くとも1つを含有しているものに限定するものである。
According to a twenty-second aspect of the invention, the metal ions of the electroless plating baths of the eleventh to twentieth aspects are replaced by silver ions, copper ions,
Limited to gold ions or palladium ions, the reducing agent of the electroless plating bath, tartaric acid, tartrate salts containing no metal in the chemical formula, monosaccharides, disaccharides, polysaccharides, hydrazine, hydrazine derivatives, aldehydes and polyhydric alcohols It is limited to those containing at least one of them.

【0046】請求項23の発明は、請求項11〜20の
無電解めっき浴の金属イオンを、ニッケルイオン又はコ
バルトイオンに限定し、無電解めっき浴の還元剤を、次
亜リン酸、化学式中に金属を含まない次亜リン酸塩、化
学式中に金属を含まない水素化ホウ素化合物、ヒドラジ
ン及びヒドラジン誘導体のうちの少なくとも1つを含有
しているものに限定するものである。
The invention of claim 23 limits the metal ions of the electroless plating bath of claims 11 to 20 to nickel ions or cobalt ions, and the reducing agent of the electroless plating bath is hypophosphorous acid, in the chemical formula It is limited to those containing at least one of a metal-free hypophosphite, a metal-free borohydride compound in the chemical formula, hydrazine and a hydrazine derivative.

【0047】請求項24の発明は、請求項11〜20の
無電解めっき浴の金属イオンを、銀イオン又は銅イオン
に限定し、無電解めっき浴の錯化剤を、エチレンジアミ
ン、エチレンジアミン誘導体、アンモニア及びトリエタ
ノールアミンのうちの少なくとも1つを含有してものに
限定するものである。
The invention of claim 24 limits the metal ions of the electroless plating bath of claims 11 to 20 to silver ions or copper ions, and the complexing agent of the electroless plating bath is ethylenediamine, ethylenediamine derivative, ammonia. And at least one of triethanolamine.

【0048】請求項25の発明は、請求項11〜20の
無電解めっき浴の金属イオンを、金イオン、ニッケルイ
オン、コバルトイオン又はパラジウムイオンに限定し、
無電解めっき浴の錯化剤をカルボン酸基を含む化合物に
限定するものである。
The invention of claim 25 limits the metal ions of the electroless plating bath of claims 11 to 20 to gold ions, nickel ions, cobalt ions or palladium ions,
The complexing agent of the electroless plating bath is limited to a compound containing a carboxylic acid group.

【0049】請求項26の発明は、請求項11〜20の
無電解めっき浴のpH調整剤を、アンモニウム塩、アン
モニア、硝酸及びホウ酸のうちの少なくとも1つを含有
しているものに限定するものである。
The invention of claim 26 limits the pH adjuster of the electroless plating bath of claims 11 to 20 to at least one of ammonium salt, ammonia, nitric acid and boric acid. It is a thing.

【0050】請求項27の発明は、請求項11〜20の
無電解めっき浴の金属材料を硝酸銀に、還元剤を酒石酸
に、錯化剤をエチレンジアミンに、pH調整剤をテトラ
メチルアンモニウムハイドロオキサイドにそれぞれ限定
するものである。
According to a twenty-seventh aspect of the invention, the metal material of the electroless plating bath according to the eleventh to twentieth aspects is silver nitrate, the reducing agent is tartaric acid, the complexing agent is ethylenediamine, and the pH adjusting agent is tetramethylammonium hydroxide. Each is limited.

【0051】請求項28の発明は、請求項11〜20の
無電解めっき浴の金属材料を2種以上の金属イオンを含
有しているものに限定するものである。
The invention of claim 28 limits the metal material of the electroless plating bath of claims 11 to 20 to one containing two or more kinds of metal ions.

【0052】請求項29の発明は、請求項11〜20の
無電解めっき浴は、めっき液のpH低下を抑制する化学
式中に金属を含まないpH緩衝剤、めっき速度の低下を
抑制する化学式中に金属を含まない促進剤、めっき液の
分解を防止する化学式中に金属を含まない安定剤、及び
めっき膜の膜質を緻密にする化学式中に金属を含まない
界面活性剤のうちの少なくとも1つをさらに含んでいる
構成を付加するものである。
According to a twenty-ninth aspect of the invention, in the electroless plating bath of the eleventh to twentieth aspects, a pH buffer containing no metal in the chemical formula for suppressing the pH decrease of the plating solution, and a chemical formula for suppressing the decrease of the plating rate At least one of a metal-free accelerator, a stabilizer that does not contain a metal in the chemical formula that prevents decomposition of the plating solution, and a surfactant that does not contain a metal in the chemical formula that makes the film quality of the plating film dense. Is added.

【0053】[0053]

【作用】請求項1の構成により、還元剤、錯化剤及びp
H調整剤はいずれも化学式中に金属を含まないため、無
電解めっき浴中に金属不純物がほとんど含まれることは
ない。
According to the constitution of claim 1, a reducing agent, a complexing agent and p
Since none of the H modifiers contains a metal in the chemical formula, almost no metal impurities are contained in the electroless plating bath.

【0054】請求項2の構成における金属材料に含まれ
る金属イオンは、無電解めっきにより金属として良好に
析出する。
The metal ions contained in the metal material according to the second aspect of the invention are excellently deposited as a metal by electroless plating.

【0055】請求項3の構成における金属材料に含まれ
る金属イオンは、酸化還元電位が高く、めっき液中で析
出しやすい。また、請求項3の構成における銀イオン、
銅イオン、金イオン又はパラジウムイオンの還元剤は、
酸化還元電位が高いと共に化学式中に金属を含まない。
The metal ions contained in the metal material according to the third aspect of the invention have a high redox potential and are easily deposited in the plating solution. In addition, silver ion in the constitution of claim 3,
Copper ion, gold ion or palladium ion reducing agent,
It has a high redox potential and contains no metal in the chemical formula.

【0056】請求項4の構成における金属材料に含まれ
る金属イオンは、銀イオン、銅イオン、金イオン、パラ
ジウムイオン等に比べて酸化還元電位が低い。これに対
して、請求項4の還元剤も酸化還元電位が比較的低い。
The metal ion contained in the metal material according to the fourth aspect of the invention has a lower redox potential than silver ion, copper ion, gold ion, palladium ion and the like. On the other hand, the reducing agent of claim 4 also has a relatively low redox potential.

【0057】請求項5の構成における錯化剤は、アルカ
リ性側において銀イオン又は銅イオンの錯体を形成す
る。
The complexing agent in the structure of claim 5 forms a silver ion or copper ion complex on the alkaline side.

【0058】請求項6の構成における錯化剤であるカル
ボン酸基を含む化合物は、金イオン、ニッケルイオン、
コバルトイオン、パラジウムイオンと錯体を形成する。
The compound containing a carboxylic acid group as the complexing agent in the structure of claim 6 is a gold ion, a nickel ion,
Forms a complex with cobalt and palladium ions.

【0059】請求項7の構成におけるpH調整剤は、従
来用いられてきたKOHやNaOHと同等又はそれ以上
の働きをする上に、水溶性であると共に化学式中に金属
を含まない。また、硝酸及びホウ酸は、pH減少作用が
ある。
The pH adjusting agent according to the seventh aspect of the invention has a function equal to or higher than that of KOH and NaOH which have been conventionally used, and is water-soluble, and does not contain a metal in the chemical formula. Further, nitric acid and boric acid have a pH reducing action.

【0060】請求項8の構成により、硝酸銀、酒石酸、
エチレンジアミン、テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイドを有する無電解銀めっき浴は、金属不純物を
含まず、また、形成される銀めっき膜の膜質、半導体基
板への銀めっき膜の密着性、及び半導体基板上のコンタ
クトホール又は配線用溝への銀めっき膜の埋め込み性等
において特に良好である。
According to the structure of claim 8, silver nitrate, tartaric acid,
The electroless silver plating bath containing ethylenediamine and tetramethylammonium hydroxide contains no metal impurities, and the quality of the silver plating film formed, the adhesion of the silver plating film to the semiconductor substrate, and the contact on the semiconductor substrate. It is particularly good in terms of embedding a silver plating film in a hole or a wiring groove.

【0061】請求項9の構成により、2種以上の金属よ
りなる合金めっき膜を形成することができ、合金めっき
膜は硬さが向上するので好ましい。
According to the structure of claim 9, an alloy plating film made of two or more kinds of metals can be formed, and the hardness of the alloy plating film is improved, which is preferable.

【0062】請求項11の構成により、請求項1と同
様、無電解めっき浴中に金属不純物がほとんど含まれる
ことはない。
According to the eleventh aspect, similar to the first aspect, the electroless plating bath contains almost no metal impurities.

【0063】請求項12の構成により、凹部の底部に抵
抗低減層を形成するため、埋め込み金属層と半導体基板
とのコンタクト抵抗が低減する。また、抵抗低減層の上
にバリア層を形成するため、埋め込み金属層を構成する
金属が半導体基板上に形成されているトランジスタ等の
素子に拡散しない。さらに、バリア層の上に触媒層を形
成するため、埋め込み金属層とその下層とが異なる材料
よりなる場合でも埋め込み金属層は良好に堆積する。
According to the twelfth aspect, since the resistance reducing layer is formed at the bottom of the recess, the contact resistance between the embedded metal layer and the semiconductor substrate is reduced. Further, since the barrier layer is formed on the resistance reducing layer, the metal forming the embedded metal layer does not diffuse into the element such as the transistor formed on the semiconductor substrate. Further, since the catalyst layer is formed on the barrier layer, the buried metal layer is well deposited even when the buried metal layer and the underlying layer are made of different materials.

【0064】請求項13の構成により、Pd層やTi層
は、通常、蒸着やスパッタにより形成され緻密であるた
め、この上に堆積されるめっき膜も緻密になる。また、
Pd層やTi層は、めっき膜形成後の加熱処理の際に、
めっき膜中の空孔(ボイド)の発生や半導体基板との密
着性不良を生じさせない。
According to the thirteenth aspect, since the Pd layer and the Ti layer are usually formed by vapor deposition or sputtering and are dense, the plating film deposited thereon is also dense. Also,
The Pd layer and the Ti layer are formed by heat treatment after forming the plating film.
Voids (voids) in the plated film and poor adhesion to the semiconductor substrate do not occur.

【0065】請求項16の構成により、レジストパター
ン又は絶縁膜の上の抵抗低減層、バリア層及び触媒層を
化学機械研磨法により除去して、凹部の底部にのみ抵抗
低減層、バリア層及び触媒層を残存させるため、凹部の
底部にのみ選択的に埋め込み金属層を形成することがで
きる。この場合、抵抗低減層、バリア層及び触媒層は金
属よりなるが、化学機械研磨法により除去するので、簡
易且つ確実に除去できる。
According to the structure of claim 16, the resistance reducing layer, the barrier layer and the catalyst layer on the resist pattern or the insulating film are removed by the chemical mechanical polishing method, and the resistance reducing layer, the barrier layer and the catalyst are formed only on the bottom of the recess. Since the layer remains, the buried metal layer can be selectively formed only on the bottom of the recess. In this case, the resistance reducing layer, the barrier layer and the catalyst layer are made of metal, but can be easily and surely removed because they are removed by the chemical mechanical polishing method.

【0066】請求項17の構成により、凹部の内部及び
レジストパターン又は絶縁膜の上に全面的に金属層を形
成した後、レジストパターン又は絶縁膜の上の金属層を
除去すると、凹部内に埋め込み金属層を形成することが
できる。
According to the structure of claim 17, when a metal layer is formed entirely inside the recess and on the resist pattern or the insulating film and then the metal layer on the resist pattern or the insulating film is removed, the recess is filled. A metal layer can be formed.

【0067】請求項18の構成により、絶縁膜の上に形
成された金属膜を化学機械研磨法により除去すると、埋
め込み金属層の表面と絶縁膜の表面とが面一になる。こ
の場合、金属層は化学機械研磨法により除去するので、
簡易且つ確実に除去できる。
According to the eighteenth aspect, when the metal film formed on the insulating film is removed by the chemical mechanical polishing method, the surface of the embedded metal layer and the surface of the insulating film are flush with each other. In this case, since the metal layer is removed by the chemical mechanical polishing method,
Can be easily and surely removed.

【0068】請求項19の構成により、絶縁膜の上に形
成され下層絶縁膜の埋め込みプラグと対応する部位に開
口部を有する配線領域形成用レジストパターンをマスク
として絶縁膜に対してエッチングを行なうと、埋め込み
プラグと対応する部位に配線用の凹部が形成される。
According to the nineteenth aspect, when the insulating film is etched using the wiring region forming resist pattern, which is formed on the insulating film and has an opening at a portion corresponding to the embedded plug of the lower insulating film, as a mask. , A wiring recess is formed in a portion corresponding to the embedded plug.

【0069】請求項20の構成により、埋め込みプラグ
を有する下層絶縁膜の上に形成され、埋め込みプラグと
対応する部位に凹部となる開口部を有するレジストパタ
ーンを形成した後、前記凹部に埋め込み金属層を形成す
ると、埋め込みプラグと埋め込み配線層とは接続され
る。
According to the structure of claim 20, after forming a resist pattern formed on the lower insulating film having a buried plug and having an opening serving as a recess in a portion corresponding to the buried plug, the buried metal layer is formed in the recess. Is formed, the embedded plug and the embedded wiring layer are connected.

【0070】[0070]

【実施例】【Example】

(第1実施例)以下、本発明の第1実施例に係る無電解
めっき浴について説明する。
(First Embodiment) The electroless plating bath according to the first embodiment of the present invention will be described below.

【0071】以下の組成による無電解銀めっき浴を準備
した。この無電解めっき浴中のNa量及びK量を原子発
光分析(ICP)により求めたところ、それぞれ2pp
m及び3ppmであって微量の値を示した。この微量の
不純物は、各成分の製造過程において混入したものと考
えられる。
An electroless silver plating bath having the following composition was prepared. The amounts of Na and K in this electroless plating bath were determined by atomic emission spectrometry (ICP) to be 2 pp each.
m and 3 ppm, which were trace amounts. It is considered that these trace amounts of impurities were mixed in during the manufacturing process of each component.

【0072】*本発明の第1実施例に係る無電解銀めっ
き浴 硝酸銀(銀イオン供給源) 8.8X10-3mol/l 酒石酸(還元剤) 5.3X10-2mol/l エチレンジアミン(錯化剤) 5.4X10-2mol/l 15wt% テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水
溶液(pH調整剤) 3、5−ジヨードチロシン(安定剤) 8.0X10-5mol/l pH 10.0 浴温度 35℃ 第1実施例に係るめっき浴により基板上に堆積した0.
5μm膜厚の銀めっき膜中のNa量及びK量を測定した
ところ、それぞれ0.2ppm、0.2ppmであっ
た。これらの値は、半導体装置の配線金属に含まれる金
属不純物の許容値を大きく下回り、このめっき浴を用い
て堆積する銀膜は半導体装置の金属配線に使用可能であ
ることを確認できた。
* Electroless silver plating bath according to the first embodiment of the present invention Silver nitrate (silver ion source) 8.8X10 -3 mol / l tartaric acid (reducing agent) 5.3X10 -2 mol / l ethylenediamine (complexing agent) 5.4X10 -2 mol / l 15 wt% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (pH adjuster) 3,5-diiodotyrosine (stabilizer) 8.0X10 -5 mol / l pH 10.0 Bath temperature 35 ° C According to the first example 0.1% deposited on the substrate by the plating bath.
When the amount of Na and the amount of K in the 5 μm-thickness silver-plated film were measured, they were 0.2 ppm and 0.2 ppm, respectively. These values are far below the permissible values of the metal impurities contained in the wiring metal of the semiconductor device, and it has been confirmed that the silver film deposited using this plating bath can be used for the metal wiring of the semiconductor device.

【0073】図1は、第1実施例に係るめっき浴中の硝
酸銀+エチレンジアミン、及び酒石酸の酸化還元電位
(N.H.E)を測定した結果を示している。図1に示
すように、銀膜を堆積するpH9.8付近における電位
差は約0.18Vであり、第1実施例における、還元剤
と錯化剤との組合せ、還元剤及び錯化剤の各濃度、並び
にpHの値は、めっき液中で銀が析出することなく適度
な速さで基板上に銀膜を堆積するのに適したものである
ことが確認できた。また、テトラメチルアンモニウムハ
イドロオキサイド水溶液は、pHを9.8付近に調整す
ることに何等問題はなかった。安定剤である3、5−ジ
ヨードチロシンの効果により、このめっき浴はめっき開
始後約8時間が経過してもpHの値にほとんど変化がな
かったと共に、酸化銀の析出によるめっき浴の分解も全
くなかった。
FIG. 1 shows the results of measuring the redox potentials (N.H.E.) of silver nitrate + ethylenediamine and tartaric acid in the plating bath according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the potential difference in the vicinity of pH 9.8 at which the silver film is deposited is about 0.18 V, and each of the combination of the reducing agent and the complexing agent, the reducing agent and the complexing agent in the first example. It has been confirmed that the concentration and pH values are suitable for depositing a silver film on the substrate at an appropriate speed without depositing silver in the plating solution. Further, the tetramethylammonium hydroxide aqueous solution had no problem in adjusting the pH to around 9.8. Due to the effect of the stabilizer 3,5-diiodotyrosine, the pH of this plating bath remained almost unchanged even after about 8 hours from the start of plating, and the plating bath was decomposed due to the precipitation of silver oxide. There was no

【0074】(第1の配線形成方法)以下、第1実施例
に係るめっき浴を用いる半導体装置の第1の配線形成方
法について図2(a)〜(c)を参照しながら説明す
る。
(First Wiring Forming Method) The first wiring forming method of the semiconductor device using the plating bath according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.

【0075】まず、図2(a)に示すように、半導体素
子(図示は省略している)が形成された半導体基板11
の上に、絶縁膜12を0.7μmの膜厚に堆積した後、
リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール
(素子と接続する領域)13及び配線用の溝14を形成
する。その後、半導体基板と銀膜との抵抗低減層として
のTi膜15(25nm)、バリア層としてのTiN膜
16(100nm)、銀めっきのための触媒層としての
パラジウム膜17(100nm)をそれぞれスパッタ法
により堆積する。
First, as shown in FIG. 2A, a semiconductor substrate 11 on which semiconductor elements (not shown) are formed.
After depositing the insulating film 12 to a thickness of 0.7 μm on the
A contact hole (a region to be connected to the element) 13 and a wiring groove 14 are formed by a lithography / etching technique. Then, a Ti film 15 (25 nm) as a resistance reducing layer between the semiconductor substrate and the silver film, a TiN film 16 (100 nm) as a barrier layer, and a palladium film 17 (100 nm) as a catalyst layer for silver plating are sputtered. Deposited by the method.

【0076】次に、半導体基板11を第1実施例に係る
めっき浴に5時間浸漬させた後、水洗して、図2(b)
に示すように、銀膜18を形成する。この場合、メッキ
浴により形成される銀膜18の膜厚は約0.22μmで
ある。図3は、第1実施例に係るめっき浴による、めっ
き時間と銀膜の膜厚及びめっき浴のpHとの関係を示し
ている。図3から明らかなように、約8時間経過までは
pHはほとんど不変(0.06の減少)であり、銀膜の
膜厚は0.22μm(5時間)で飽和する。従って、前
記と同じ組成のめっき浴を新しく建浴し、半導体基板1
1を2時間浸漬する作業をさらに4回繰り返して、コン
タクトホール13及び配線用の溝14に銀を完全に埋め
込むことにより、図2(b)に示すように、絶縁膜12
を銀膜18により覆う。
Next, the semiconductor substrate 11 is immersed in the plating bath according to the first embodiment for 5 hours and then washed with water, as shown in FIG.
As shown in, the silver film 18 is formed. In this case, the thickness of the silver film 18 formed by the plating bath is about 0.22 μm. FIG. 3 shows the relationship between the plating time, the film thickness of the silver film, and the pH of the plating bath in the plating bath according to the first example. As is clear from FIG. 3, the pH remains almost unchanged (decrease of 0.06) until about 8 hours have passed, and the thickness of the silver film is saturated at 0.22 μm (5 hours). Therefore, a new plating bath having the same composition as described above is newly prepared, and the semiconductor substrate 1
The operation of immersing 1 for 2 hours is further repeated 4 times to completely fill the contact hole 13 and the wiring groove 14 with silver, so that as shown in FIG.
Are covered with a silver film 18.

【0077】次に、化学機械研磨(CMP)により、絶
縁膜12の上の銀膜18、パラジウム膜17、TiN膜
16及びTi膜15を除去して、コンタクトホール13
及び配線用の溝14に埋め込まれた銀膜18の表面と絶
縁膜12の表面とをほぼ同一平面にすることにより、図
2(c)に示すように、銀膜よりなる埋め込み配線19
を形成する。
Next, the silver film 18, the palladium film 17, the TiN film 16 and the Ti film 15 on the insulating film 12 are removed by chemical mechanical polishing (CMP), and the contact hole 13 is removed.
Also, by making the surface of the silver film 18 and the surface of the insulating film 12 embedded in the wiring groove 14 substantially flush with each other, as shown in FIG. 2C, the embedded wiring 19 made of a silver film is formed.
To form.

【0078】埋め込み配線19中には、NaやKなどの
金属不純物は許容値以下しか含まれていなかったため、
半導体素子の特性は悪影響を受けることはなかった。ま
た、この埋め込み配線19においては、第1実施例に係
るめっき浴と、触媒層であるパラジウム膜17の特性と
によって、緻密性、半導体基板11との密着性、並び
にコンタクトホール13及び配線用の溝14への埋め込
み特性が向上しており、コンタクト抵抗が低減してお
り、めっき工程までに行なった半導体素子に対するエ
ッチングによるダメージを回復するためにめっき工程の
後に行なう半導体基板11に対する400〜500℃の
加熱(アニール)を行なっても、埋め込み配線19中に
空孔(ボイド)が発生したり、埋め込み配線19と半導
体基板11との密着不良が生じたりすることはなかっ
た。
Since the embedded wiring 19 contained metal impurities such as Na and K in an amount less than the allowable value,
The characteristics of the semiconductor device were not adversely affected. Further, in the embedded wiring 19, due to the plating bath according to the first embodiment and the characteristics of the palladium film 17 as the catalyst layer, the denseness, the adhesion with the semiconductor substrate 11, the contact hole 13 and the wiring are formed. The groove 14 has improved burying characteristics, reduced contact resistance, and 400 to 500 ° C. for the semiconductor substrate 11 performed after the plating step in order to recover damage caused by etching to the semiconductor element performed up to the plating step. Even when the heating (annealing) was performed, no voids (voids) were generated in the embedded wiring 19 or a poor adhesion between the embedded wiring 19 and the semiconductor substrate 11 did not occur.

【0079】尚、前記の半導体基板11に対する加熱
は、銀膜18等に対する化学機械研磨の前に行なっても
よい。
The heating of the semiconductor substrate 11 may be performed before the chemical mechanical polishing of the silver film 18 or the like.

【0080】また、めっき工程よりも前に、パラジウム
膜17の表面をBHF(弗酸:弗化アンモニウム=1:
20)の溶液に浸漬して水洗することにより、パラジウ
ム膜17の表面を清浄化してもよい。
Before the plating process, the surface of the palladium film 17 is subjected to BHF (hydrofluoric acid: ammonium fluoride = 1: 1).
The surface of the palladium film 17 may be cleaned by immersing in the solution of 20) and washing with water.

【0081】また、第1実施例に係るめっき浴の各成分
の濃度、pH及び温度等については、前記のものに限ら
ず、めっき浴中で銀が析出せず、めっき浴から半導体基
板への銀膜の堆積反応が終了するまで、めっき浴が安定
するものであればよい。本発明者らの鋭意検討の結果、
硝酸銀のモル濃度に対して、酒石酸及びエチレンジアミ
ンは3倍から10倍程度のモル濃度、3,5-ジヨードチロ
シンは300分の1から30分の1のモル濃度が好まし
く、pHは9から12程度、温度は20℃から50℃程
度がそれぞれ好ましいことを見いだしたが、本発明はこ
れらに限定されない。
The concentration, pH, temperature, etc. of each component of the plating bath according to the first embodiment are not limited to those described above, silver is not deposited in the plating bath, and the plating bath may not be deposited on the semiconductor substrate. It is sufficient that the plating bath is stable until the silver film deposition reaction is completed. As a result of earnest study by the present inventors,
Tartaric acid and ethylenediamine are preferably about 3 to 10 times the molar concentration of silver nitrate, and 3,5-diiodotyrosine is preferably 1/300 to 1/30 of the molar concentration, and the pH is 9 to 12 It was found that the temperature and the temperature are preferably 20 to 50 ° C., respectively, but the present invention is not limited to these.

【0082】さらに、前記の第1の配線形成方法におい
ては、コンタクトホール13のみにCVDによりタング
ステン等を埋め込んでおき、配線用の溝14のみに銀膜
18を埋め込んでもよい。
Further, in the above-described first wiring forming method, tungsten or the like may be embedded only in the contact hole 13 by CVD, and the silver film 18 may be embedded only in the wiring groove 14.

【0083】(第2の配線形成方法)以下、第1実施例
に係るめっき浴を用いる半導体装置の第2の配線形成方
法について図4(a)〜(c)を参照しながら説明す
る。
(Second Wiring Forming Method) A second wiring forming method of the semiconductor device using the plating bath according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c).

【0084】まず、図4(a)に示すように、半導体素
子(図示は省略している)が形成された半導体基板21
の上に、絶縁膜22を0.7μmの膜厚に堆積した後、
リソグラフィ・エッチング技術によりコンタクトホール
(素子と接続する領域)23及び配線用の溝24を形成
する。その後、半導体基板と銀膜との抵抗低減層として
のTi膜25(25nm)、バリア層としてのTiN膜
26(100nm)、銀めっきのための触媒層としての
パラジウム膜27(100nm)をそれぞれスパッタに
より堆積する。
First, as shown in FIG. 4A, a semiconductor substrate 21 on which semiconductor elements (not shown) are formed.
After depositing an insulating film 22 with a thickness of 0.7 μm on the
A contact hole (a region to be connected to the element) 23 and a wiring groove 24 are formed by a lithography / etching technique. Then, a Ti film 25 (25 nm) as a resistance reduction layer between the semiconductor substrate and the silver film, a TiN film 26 (100 nm) as a barrier layer, and a palladium film 27 (100 nm) as a catalyst layer for silver plating are sputtered. Deposited by.

【0085】次に、図4(b)に示すように、化学機械
研磨(CMP)により、絶縁膜22の上のパラジウム膜
27、TiN膜26及びTi膜25を除去する。
Next, as shown in FIG. 4B, the palladium film 27, the TiN film 26 and the Ti film 25 on the insulating film 22 are removed by chemical mechanical polishing (CMP).

【0086】次に、半導体基板21を前記第1実施例に
係るめっき浴に2時間浸漬させた後、水洗する。その
後、前記と同じ組成のめっき浴を新たに建浴し、半導体
基板21を2時間浸漬する作業をさらに1回行なってコ
ンタクトホール23及び配線用の溝24に銀を完全に埋
め込むをいう操作を1回さらに繰り返し、コンタクトホ
ール23と配線用の溝24のみに銀を完全に埋め込むこ
とにより、図4(c)に示すように、銀膜よりなる埋め
込み配線28を形成する。この場合、銀めっきは、その
触媒層であるパラジウム膜27が存在する部位にのみ成
長するため、コンタクトホール23及び配線用の溝24
への選択埋め込みが実現できる。
Next, the semiconductor substrate 21 is immersed in the plating bath according to the first embodiment for 2 hours and then washed with water. After that, a plating bath having the same composition as described above is newly formed, and the operation of immersing the semiconductor substrate 21 for 2 hours is performed once more to completely embed silver in the contact hole 23 and the wiring groove 24. This process is repeated once more to completely bury silver only in the contact hole 23 and the wiring groove 24, thereby forming a buried wiring 28 made of a silver film as shown in FIG. 4C. In this case, since the silver plating grows only on the portion where the palladium film 27 that is the catalyst layer exists, the contact hole 23 and the wiring groove 24 are formed.
Can be embedded selectively.

【0087】埋め込み配線29中には、NaやKなどの
金属不純物は許容値以下しか含まれていなかったため、
半導体素子の特性は悪影響を受けることはなかった。ま
た、この埋め込み配線28においても、第1実施例に係
るめっき浴と、触媒層であるパラジウム膜27の特性と
によって、緻密性、半導体基板21との密着性、並び
にコンタクトホール23及び配線用の溝24への埋め込
み特性が向上しており、コンタクト抵抗が低減してお
り、めっき工程までに行なった半導体素子に対するエ
ッチングによるダメージを回復するためにめっき工程の
後に行なう半導体基板21に対する400〜500℃の
加熱(アニール)を行なっても、埋め込み配線28中に
空孔(ボイド)が発生したり、埋め込み配線28と半導
体基板21との密着不良が生じたりすることはなかっ
た。
Since the embedded wiring 29 contained metal impurities such as Na and K in an amount less than the allowable value,
The characteristics of the semiconductor device were not adversely affected. Also in this embedded wiring 28, due to the plating bath according to the first embodiment and the characteristics of the palladium film 27 which is the catalyst layer, the denseness, the adhesion with the semiconductor substrate 21, the contact hole 23 and the wiring The burying characteristics in the groove 24 are improved, the contact resistance is reduced, and 400 to 500 ° C. with respect to the semiconductor substrate 21 performed after the plating step in order to recover damage caused by etching to the semiconductor element performed up to the plating step. Even when the heating (annealing) was performed, no voids (voids) were generated in the embedded wiring 28, or a poor adhesion between the embedded wiring 28 and the semiconductor substrate 21 did not occur.

【0088】尚、めっき工程よりも前に、パラジウム膜
27の表面をBHF(弗酸:弗化アンモニウム=1:2
0)の溶液に浸漬して水洗することにより、パラジウム
膜27の表面を清浄化してもよい。
Before the plating process, the surface of the palladium film 27 is covered with BHF (hydrofluoric acid: ammonium fluoride = 1: 2).
The surface of the palladium film 27 may be cleaned by immersing in the solution of 0) and washing with water.

【0089】また、前記の第2の配線形成方法において
は、コンタクトホール23のみにCVDによりタングス
テン等を埋め込んでおき、配線用の溝24のみに埋め込
み配線29を形成してもよい。
In the second wiring forming method described above, tungsten or the like may be embedded only in the contact hole 23 by CVD, and the embedded wiring 29 may be formed only in the wiring groove 24.

【0090】(第3の配線形成方法)以下、第1実施例
に係るめっき浴を用いる半導体装置の第3の配線形成方
法について図5(a)〜(e)を参照しながら説明す
る。
(Third Wiring Forming Method) Hereinafter, a third wiring forming method of the semiconductor device using the plating bath according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

【0091】まず、図5(a)に示すように、半導体素
子(図示は省略している)が形成された半導体基板31
の上に、第1の絶縁膜32を堆積した後、該第1の絶縁
膜32に対してリソグラフィ・エッチング技術を施すこ
とによりコンタクトホールを形成する。その後、スパッ
タによりTi膜及びTiN膜を堆積した後、CVDによ
りタングステンを堆積して、コンタクトホール内にタン
グステンプラグ33を形成する。その後、第2の絶縁膜
34を堆積した後、該第2の絶縁膜34の上に、配線領
域に開口部35aを有するレジストパターン35をリソ
グラフィ技術により形成する。
First, as shown in FIG. 5A, a semiconductor substrate 31 on which semiconductor elements (not shown) are formed.
After depositing a first insulating film 32 on the above, a contact hole is formed by subjecting the first insulating film 32 to a lithographic etching technique. Then, a Ti film and a TiN film are deposited by sputtering, and then tungsten is deposited by CVD to form a tungsten plug 33 in the contact hole. Then, after depositing the second insulating film 34, a resist pattern 35 having an opening 35a in the wiring region is formed on the second insulating film 34 by a lithographic technique.

【0092】次に、レジストパターン35をマスクとし
て第2の絶縁膜34に対してエッチングを行なって、図
5(b)に示すように、第2の絶縁膜34に配線用の溝
36を形成する。その後、半導体素子と銀膜との抵抗低
減層としてのTi膜37(25nm)、バリア層として
のTiN膜38(100nm)、銀めっきのための触媒
層としてのパラジウム膜39(100nm)をそれぞれ
コリメータ・スパッタにより堆積する。
Next, using the resist pattern 35 as a mask, the second insulating film 34 is etched to form wiring grooves 36 in the second insulating film 34, as shown in FIG. 5B. To do. Then, a Ti film 37 (25 nm) as a resistance reducing layer between the semiconductor element and the silver film, a TiN film 38 (100 nm) as a barrier layer, and a palladium film 39 (100 nm) as a catalyst layer for silver plating are collimated respectively. -Deposit by sputtering.

【0093】次に、レジストパターン35を洗浄液によ
り除去する。このようにすると、レジストパターン35
上のTi膜37、TiN膜38及びパラジウム膜39が
リフトオフされ、図5(d)に示すように、Ti膜3
7、TiN膜38及びパラジウム膜39は配線用の溝3
6の内部にのみ残る。
Next, the resist pattern 35 is removed with a cleaning liquid. By doing so, the resist pattern 35
The upper Ti film 37, the TiN film 38, and the palladium film 39 are lifted off, and as shown in FIG.
7, the TiN film 38 and the palladium film 39 are grooves 3 for wiring.
It remains only inside 6.

【0094】次に、半導体基板31を前記第1実施例に
係るめっき浴に2時間浸漬させた後、水洗する。その
後、前記と同じ組成のめっき浴を新たに建浴し、半導体
基板31を2時間浸漬する作業をさらに2回行なって、
配線用の溝36に銀を完全に埋め込むことにより、図5
(e)に示すように、銀膜よりなる埋め込み配線40を
形成する。この場合、銀めっきは、その触媒層であるパ
ラジウム膜39が存在する部位にのみ成長するため、配
線用の溝36への選択埋め込みが実現できる。
Next, the semiconductor substrate 31 is immersed in the plating bath according to the first embodiment for 2 hours and then washed with water. After that, a plating bath having the same composition as the above is newly formed, and the operation of immersing the semiconductor substrate 31 for 2 hours is further performed twice,
By completely embedding silver in the wiring groove 36, as shown in FIG.
As shown in (e), the embedded wiring 40 made of a silver film is formed. In this case, since the silver plating grows only on the portion where the palladium film 39 that is the catalyst layer exists, selective embedding in the wiring groove 36 can be realized.

【0095】埋め込み配線40中には、NaやKなどの
金属不純物は許容値以下しか含まれていなかったため、
半導体素子の特性は悪影響を受けることはなかった。ま
た、この埋め込み配線40においても、第1実施例に係
るめっき浴と、触媒層であるパラジウム膜39の特性と
によって、緻密性、半導体基板31との密着性、並び
に配線用の溝36への埋め込み特性が向上しており、
コンタクト抵抗が低減しており、めっき工程までに行
なった半導体素子に対するエッチングによるダメージを
回復するためにめっき工程の後に行なう半導体基板31
に対する400〜500℃の加熱(アニール)を行なっ
ても、埋め込み配線40中に空孔(ボイド)が発生した
り、埋め込み配線40と半導体基板31との密着不良が
生じたりすることはなかった。
Since the embedded wiring 40 contained metal impurities such as Na and K in an amount less than the allowable value,
The characteristics of the semiconductor device were not adversely affected. Also in this embedded wiring 40, due to the plating bath according to the first embodiment and the characteristics of the palladium film 39 which is the catalyst layer, the denseness, the adhesion with the semiconductor substrate 31, and the wiring groove 36 are formed. The embedding characteristics have improved,
The contact resistance is reduced, and the semiconductor substrate 31 is formed after the plating step in order to recover the damage caused by the etching on the semiconductor element performed up to the plating step.
Even when heating (annealing) at 400 to 500 ° C. was performed, neither voids (voids) were formed in the embedded wiring 40 nor poor adhesion between the embedded wiring 40 and the semiconductor substrate 31 occurred.

【0096】尚、めっき工程よりも前に、パラジウム膜
39の表面をBHF(弗酸:弗化アンモニウム=1:2
0)の溶液に浸漬して水洗することにより、パラジウム
膜39の表面を清浄化してもよい。
Before the plating process, the surface of the palladium film 39 is covered with BHF (hydrofluoric acid: ammonium fluoride = 1: 2).
The surface of the palladium film 39 may be cleaned by immersing in the solution of 0) and washing with water.

【0097】(第4の配線形成方法)以下、第1実施例
に係るめっき浴を用いる半導体装置の第4の配線形成方
法について図6(a)〜(d)を参照しながら説明す
る。
(Fourth Wiring Forming Method) A fourth wiring forming method for a semiconductor device using the plating bath according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (d).

【0098】まず、図6(a)に示すように、半導体素
子(図示は省略している)が形成された半導体基板41
の上に、第1の絶縁膜42を堆積した後、該第1の絶縁
膜42に対してリソグラフィ・エッチング技術を施すこ
とによりコンタクトホールを形成する。その後、スパッ
タによりTi膜及びTiN膜を堆積した後、CVDによ
りタングステンを堆積して、コンタクトホール内にタン
グステンプラグ43を形成する。その後、第1の絶縁膜
42の上に、配線領域に開口部44aを有するレジスト
パターン44をリソグラフィ技術により形成する。
First, as shown in FIG. 6A, a semiconductor substrate 41 on which semiconductor elements (not shown) are formed.
After depositing a first insulating film 42 on the above, a contact hole is formed by subjecting the first insulating film 42 to a lithographic etching technique. Then, a Ti film and a TiN film are deposited by sputtering, and then tungsten is deposited by CVD to form a tungsten plug 43 in the contact hole. Then, a resist pattern 44 having an opening 44a in the wiring region is formed on the first insulating film 42 by a lithographic technique.

【0099】次に、図6(b)に示すように、半導体基
板と銀膜との抵抗低減層としてのTi膜45(25n
m)、バリア層としてのTiN膜46(100nm)、
銀めっきのための触媒層としてのパラジウム膜47(1
00nm)をそれぞれコリメータ・スパッタにより堆積
する。
Next, as shown in FIG. 6B, a Ti film 45 (25n) as a resistance reducing layer between the semiconductor substrate and the silver film is formed.
m), a TiN film 46 (100 nm) as a barrier layer,
Palladium film 47 (1 as a catalyst layer for silver plating)
00 nm) is deposited by collimator sputtering.

【0100】次に、化学機械研磨(CMP)により、レ
ジストパターン44の上のパラジウム膜47、TiN膜
46及びTi膜45を除去し、その後、半導体基板41
を前記第1実施例に係るめっき浴に2時間浸漬させた
後、水洗する。その後、前記と同じ組成のめっき浴を新
たに建浴し、半導体基板41を2時間浸漬する作業をさ
らに2回行なって、レジストパターン44の開口部44
aに選択的に金属配線40を形成する(図6(c)を参
照)。この場合、銀めっきは、その触媒層であるパラジ
ウム膜47が存在する部位にのみ成長するため、配線領
域にのみ選択的に金属配線40を形成することができ
る。
Next, the palladium film 47, the TiN film 46 and the Ti film 45 on the resist pattern 44 are removed by chemical mechanical polishing (CMP), and then the semiconductor substrate 41.
Is immersed in the plating bath according to the first embodiment for 2 hours and then washed with water. After that, a plating bath having the same composition as that described above is newly formed, and the operation of immersing the semiconductor substrate 41 for 2 hours is further performed twice, and the opening 44 of the resist pattern 44 is formed.
The metal wiring 40 is selectively formed on a (see FIG. 6C). In this case, since the silver plating grows only on the portion where the palladium film 47 that is the catalyst layer exists, the metal wiring 40 can be selectively formed only on the wiring region.

【0101】次に、レジストパターン44を洗浄液によ
り除去して、図6(c)に示すように、金属配線40を
残した後、図6(d)に示すように、層間絶縁膜となる
第2の絶縁膜48を全面に堆積する。
Next, the resist pattern 44 is removed by a cleaning liquid to leave the metal wiring 40 as shown in FIG. 6C, and then, as shown in FIG. 6D, an interlayer insulating film is formed. The second insulating film 48 is deposited on the entire surface.

【0102】尚、前記第1〜第4の配線形成方法におい
て、以下に説明する第2実施例に係る無電解めっき浴を
用いても、同様の良好な配線形成ができる。
In the first to fourth wiring forming methods, the same good wiring can be formed by using the electroless plating bath according to the second embodiment described below.

【0103】(第2実施例)以下、本発明の第2実施例
に係る無電解めっき浴について説明する。
(Second Embodiment) The electroless plating bath according to the second embodiment of the present invention will be described below.

【0104】 *本発明の第2実施例に係る無電解銅めっき浴 硫酸銅(銅イオン供給源) 6.0X10-2mol/l ホルムアルデヒド(還元剤) 4.0X10-1mol/l エチレンジアミンテトラ酢酸(錯化剤) 3.0X10-1mol/l 15wt% テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(pH調整剤) 8-ヒドロキシ-7- ヨード-5- キノリンスルホン酸(安定剤) 2.0X10-4mol/l pH 12.8 浴温度 75℃ 銅堆積速度 3μm/ 時間 (第3実施例)以下、本発明の第3実施例に係る無電解
めっき浴について説明する。
* Electroless copper plating bath according to the second embodiment of the present invention Copper sulfate (copper ion source) 6.0X10 -2 mol / l formaldehyde (reducing agent) 4.0X10 -1 mol / l ethylenediaminetetraacetic acid (complex Agent) 3.0X10 -1 mol / l 15wt% Tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (pH adjuster) 8-Hydroxy-7-iodo-5-quinolinesulfonic acid (stabilizer) 2.0X10-4mol / l pH 12.8 Bath temperature 75 ° C. Copper deposition rate 3 μm / hour (Third Example) Hereinafter, an electroless plating bath according to a third example of the present invention will be described.

【0105】以下の組成による無電解ニッケルめっき浴
を準備した。この無電解めっき浴中のNa量及びK量を
原子発光分析(ICP)により求めたところ、それぞれ
4ppm及び3ppmであって微量の値を示した。この
微量の不純物は、各成分の製造過程において混入したも
のと考えられる。
An electroless nickel plating bath having the following composition was prepared. When the amount of Na and the amount of K in this electroless plating bath were determined by atomic emission spectrometry (ICP), they were 4 ppm and 3 ppm, respectively, showing very small values. It is considered that these trace amounts of impurities were mixed in during the manufacturing process of each component.

【0106】 *本発明の第3実施例に係る無電解ニッケルめっき浴 硫酸ニッケル(ニッケルイオン供給源) 8.0X10-2mol/l 次亜リン酸(還元剤) 2.3X10-1mol/l 乳酸(錯化剤) 3.0X10-1mol/l プロピオン酸(pH緩衝剤) 3.0X10-2mol/l 15% テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド水溶液(pH調整剤) チオ尿素(安定剤) 5.0X10-6mol/l pH 4.5 浴温度 90℃ 第3実施例に係るめっき浴により基板上に堆積した0.
3μm膜厚のニッケルめっき膜中のNa量及びK量を測
定したところ、それぞれ0.2ppm、0.2ppmで
あった。これらの値は、半導体装置の配線金属に含まれ
る金属不純物の許容値を大きく下回り、このめっき浴を
用いて堆積するニッケル膜を半導体装置の配線に使用可
能であることが確認できた。
* Electroless nickel plating bath according to the third embodiment of the present invention Nickel sulfate (nickel ion source) 8.0X10 -2 mol / l hypophosphorous acid (reducing agent) 2.3X10 -1 mol / l lactic acid ( Complexing agent) 3.0X10 -1 mol / l Propionic acid (pH buffering agent) 3.0X10 -2 mol / l 15% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (pH adjusting agent) Thiourea (stabilizing agent) 5.0X10 -6 mol / l pH 4.5 Bath temperature 90 ° C. 0.1% deposited on the substrate by the plating bath according to the third embodiment.
When the amount of Na and the amount of K in the nickel plating film having a thickness of 3 μm were measured, they were 0.2 ppm and 0.2 ppm, respectively. These values are far below the permissible values of the metal impurities contained in the wiring metal of the semiconductor device, and it has been confirmed that the nickel film deposited using this plating bath can be used for the wiring of the semiconductor device.

【0107】(第5の配線形成方法)以下、第3実施例
に係るめっき浴を用いる半導体装置の第5の配線形成方
法について図7(a)〜(d)を参照しながら説明す
る。
(Fifth Wiring Forming Method) Hereinafter, a fifth wiring forming method of a semiconductor device using the plating bath according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.

【0108】まず、図7(a)に示すように、半導体素
子(図示は省略している)が形成された半導体基板51
の上に絶縁膜52を堆積した後、該絶縁膜52に対して
リソグラフィ・エッチング技術を施すことによりコンタ
クトホールを形成する。その後、半導体基板とニッケル
膜との抵抗低減層としてのTi膜53(25nm)、バ
リア層としてのTiN膜54(100nm)、ニッケル
めっきのための触媒層としてのパラジウム膜55(10
0nm)をそれぞれスパッタ法により全面に亘って堆積
する。
First, as shown in FIG. 7A, a semiconductor substrate 51 on which semiconductor elements (not shown) are formed.
After depositing an insulating film 52 on the above, a contact hole is formed by subjecting the insulating film 52 to a lithographic etching technique. Then, a Ti film 53 (25 nm) as a resistance reducing layer between the semiconductor substrate and the nickel film, a TiN film 54 (100 nm) as a barrier layer, and a palladium film 55 (10 as a catalyst layer for nickel plating).
0 nm) is deposited over the entire surface by the sputtering method.

【0109】次に、図7(b)に示すように、化学機械
研磨(CMP)により、絶縁膜52の上のパラジウム膜
55、TiN膜54及びTi膜53を除去する。
Next, as shown in FIG. 7B, the palladium film 55, the TiN film 54 and the Ti film 53 on the insulating film 52 are removed by chemical mechanical polishing (CMP).

【0110】次に、半導体基板51を前記第3実施例に
係るめっき浴に1時間浸漬させた後、水洗して、コンタ
クトホールにニッケルを完全に埋め込むことにより、図
7(c)に示すように、ニッケル膜よりなる埋め込みプ
ラグ56を形成する。この場合、ニッケルめっきは、そ
の触媒層であるパラジウム膜55が存在する部位にのみ
成長するため、コンタクトホールへの選択埋め込みが実
現できる。
Next, the semiconductor substrate 51 is immersed in the plating bath according to the third embodiment for 1 hour, washed with water, and the contact holes are completely filled with nickel, as shown in FIG. 7 (c). Then, a buried plug 56 made of a nickel film is formed. In this case, the nickel plating grows only in the portion where the palladium film 55, which is the catalyst layer, exists, so that selective embedding in the contact hole can be realized.

【0111】次に、抵抗低減層となるTi膜及びバリア
層となるTiN膜よりなる第1の金属層、並びにアルミ
ニウム配線層となる第2の金属膜を順次堆積した後、こ
れら第1及び第2の金属膜に対してフォトリソグラフィ
・エッチング技術を施すことにより、アルミニウムより
なる金属配線57を埋め込みプラグ56の上に形成す
る。
Next, after sequentially depositing a first metal layer made of a Ti film to be a resistance reducing layer and a TiN film to be a barrier layer, and a second metal film to be an aluminum wiring layer, these first and second The metal wiring 57 made of aluminum is formed on the embedded plug 56 by subjecting the second metal film to the photolithography / etching technique.

【0112】埋め込みプラグ56中には、NaやKなど
の金属不純物は許容値以下しか含まれていなかったた
め、半導体素子の特性は悪影響を受けることはなかっ
た。また、この埋め込みプラグ56においては、第3実
施例に係るめっき浴と、触媒層であるパラジウム膜55
の特性とによって、緻密性、半導体基板51との密着
性、及びコンタクトホールへの埋め込み特性が向上して
おり、コンタクト抵抗が低減しており、めっき工程
までに行なった半導体素子に対するエッチングによるダ
メージを回復するためにめっき工程の後に行なう半導体
基板51に対する400〜500℃の加熱(アニール)
を行なっても、埋め込みプラグ56中に空孔(ボイド)
が発生したり、埋め込みプラグ56と半導体基板51と
の密着不良が生じたりすることはなかった。
Since the buried plugs 56 contained metal impurities such as Na and K in amounts less than their permissible values, the characteristics of the semiconductor element were not adversely affected. Further, in this embedded plug 56, the plating bath according to the third embodiment and the palladium film 55 as the catalyst layer are used.
According to the characteristics described above, the denseness, the adhesion with the semiconductor substrate 51, and the burying characteristics in the contact hole are improved, the contact resistance is reduced, and the semiconductor element, which has been subjected to the plating process, is not damaged by etching. Heating (annealing) to the semiconductor substrate 51 at 400 to 500 ° C. after the plating step for recovery
Even if the step is performed, holes (voids) are formed in the embedded plug 56.
Did not occur, or the poor adhesion between the embedded plug 56 and the semiconductor substrate 51 did not occur.

【0113】尚、めっき工程よりも前に、パラジウム膜
55の表面をBHF(弗酸:弗化アンモニウム=1:2
0)の溶液に浸漬して水洗することにより、パラジウム
膜55の表面を清浄化してもよい。
Before the plating process, the surface of the palladium film 55 is covered with BHF (hydrofluoric acid: ammonium fluoride = 1: 2).
The surface of the palladium film 55 may be cleaned by immersing in the solution of 0) and washing with water.

【0114】また、第3実施例に係るめっき浴の各成分
の濃度、pH及び温度等については、前記のものに限ら
ず、めっき浴中でニッケルが析出せず、めっき浴から半
導体基板への銀膜の堆積反応が終了するまで、めっき浴
が安定するものであればよい。本発明者らの鋭意検討の
結果、硫酸ニッケルのモル濃度に対して、次亜リン酸及
び乳酸は2倍から10倍程度のモル濃度、チオ尿素は5
0000分の1から10000分の1のモル濃度が好ま
しく、pHは3.5から6程度、温度は80℃から10
0℃程度がそれぞれ好ましいことを見いだしたが、本発
明はこれらに限定されない。
The concentration, pH, temperature, etc. of each component of the plating bath according to the third embodiment are not limited to those described above, nickel is not deposited in the plating bath, and it is possible to transfer the nickel from the plating bath to the semiconductor substrate. It is sufficient that the plating bath is stable until the silver film deposition reaction is completed. As a result of diligent studies by the present inventors, hypophosphorous acid and lactic acid are about 2 to 10 times the molar concentration of nickel sulfate, and thiourea is 5 times the molar concentration.
A molar concentration of 1/0000 to 1 / 10,000 is preferable, pH is about 3.5 to 6 and temperature is 80 ° C to 10 ° C.
It has been found that about 0 ° C. is preferable, but the present invention is not limited thereto.

【0115】また、第1〜第4の配線形成方法において
は第1実施例又は第2実施例に係るめっき浴を用い、第
5の配線形成方法においては第3実施例に係るめっき浴
を用いたが、本発明はこれらに限られるものではない。
Further, the plating baths according to the first or second embodiment are used in the first to fourth wiring forming methods, and the plating bath according to the third embodiment is used in the fifth wiring forming method. However, the present invention is not limited to these.

【0116】また、第1〜第5の配線形成方法において
は、埋め込み配線又は埋め込みプラグと、これらの下層
の材料とが異なるため、抵抗低減層、バリア層及び触媒
層を設けたが、埋め込み配線又は埋め込みプラグと、こ
れらの下層の材料とが同じ場合には、抵抗低減層、バリ
ア層及び触媒層を設けなくてもよい。
Further, in the first to fifth wiring forming methods, since the embedded wiring or the embedded plug and the material of the underlying layer are different, the resistance reducing layer, the barrier layer and the catalyst layer are provided. Alternatively, when the embedded plug and the material of the underlying layer are the same, the resistance reducing layer, the barrier layer and the catalyst layer may not be provided.

【0117】[0117]

【発明の効果】請求項1の発明に係る無電解めっき浴に
よると、無電解めっき浴中に金属不純物がほとんど含ま
れないため、該無電解めっき浴により形成する金属層中
の金属不純物の量を許容値以下にすることができるの
で、半導体装置の特性を劣化させることなく、無電解め
っき浴により金属層を形成することが可能になる。
According to the electroless plating bath of the invention of claim 1, since the electroless plating bath contains almost no metal impurities, the amount of metal impurities in the metal layer formed by the electroless plating bath is small. Can be made equal to or less than the allowable value, so that the metal layer can be formed by the electroless plating bath without deteriorating the characteristics of the semiconductor device.

【0118】請求項2の発明に係る無電解めっき浴によ
ると、金属材料に含まれる金属イオンは、無電解めっき
により金属として良好に析出するため、半導体装置の金
属配線又はプラグとして使用することができる。特に、
銀、銅、金は、配線金属として従来用いられているアル
ミニウムに比べて比抵抗が低いために、配線金属として
特に好適である。
According to the electroless plating bath of the second aspect of the present invention, the metal ions contained in the metal material are favorably deposited as a metal by electroless plating, and therefore can be used as a metal wiring or a plug of a semiconductor device. it can. In particular,
Silver, copper, and gold are particularly suitable as a wiring metal because they have a lower specific resistance than aluminum which has been conventionally used as a wiring metal.

【0119】請求項3の発明に係る無電解めっき浴によ
ると、金属材料に含まれる金属イオンは、めっき液中で
析出しやすいため、良好に金属層を形成することができ
るので特に好適である。また、化学式中に金属を含まな
い、銀イオン、銅イオン、金イオン又はパラジウムイオ
ンの還元剤は、酸化還元電位が高く、前記の金属イオン
の析出を適度に抑制するので好適である。
According to the electroless plating bath of the third aspect of the present invention, the metal ions contained in the metal material are easily deposited in the plating solution, so that the metal layer can be formed well, which is particularly preferable. . Further, a reducing agent of a silver ion, a copper ion, a gold ion or a palladium ion, which does not include a metal in the chemical formula, has a high redox potential and is suitable because it suppresses the precipitation of the metal ion appropriately.

【0120】請求項4の発明に係る無電解めっき浴によ
ると、金属材料に含まれる金属イオンは、銀イオン、銅
イオン、金イオン、パラジウムイオン等に比べて酸化還
元電位が低いが、還元剤も酸化還元電位が比較的低いの
で、前記の金属イオンよりなるめっき層を効率良く堆積
することができると共に、前記の還元剤は化学式中に金
属を含まない。
According to the electroless plating bath of the invention of claim 4, the metal ion contained in the metal material has a lower redox potential than silver ion, copper ion, gold ion, palladium ion, etc. Since the redox potential is relatively low, the plating layer made of the metal ions can be efficiently deposited, and the reducing agent does not contain a metal in its chemical formula.

【0121】請求項5の発明に係る無電解めっき浴によ
ると、錯化剤は、アルカリ性側において銀イオン又は銅
イオンの錯体を形成し、アルカリ性のめっき浴において
金属の堆積を助長するので好ましい。
According to the electroless plating bath of the fifth aspect of the present invention, the complexing agent forms a complex of silver ions or copper ions on the alkaline side and promotes the deposition of metal in the alkaline plating bath, which is preferable.

【0122】請求項6の発明に係る無電解めっき浴によ
ると、カルボン酸基を含む化合物は、金イオン、ニッケ
ルイオン、コバルトイオン、パラジウムイオンと錯体を
形成するので好ましい。
According to the electroless plating bath of the invention of claim 6, the compound containing a carboxylic acid group forms a complex with gold ion, nickel ion, cobalt ion, and palladium ion, which is preferable.

【0123】請求項7の発明に係る無電解めっき浴によ
ると、pH調整剤は、KOHやNaOHと同等又はそれ
以上の働きをすると共に、水溶性であって且つ金属を含
まないので好ましい。硝酸及びホウ酸はpH減少作用が
あるので、pHが低い無電解めっき浴を得る場合に好適
である。
According to the electroless plating bath of the seventh aspect of the present invention, the pH adjuster has a function equal to or higher than that of KOH or NaOH, is water-soluble, and contains no metal, which is preferable. Since nitric acid and boric acid have a pH reducing action, they are suitable for obtaining an electroless plating bath having a low pH.

【0124】請求項8の発明に係る無電解めっき浴によ
ると、金属不純物を含まないこと、並びに、形成される
銀めっき膜の膜質、半導体基板への銀めっき膜の密着
性、及び半導体基板上のコンタクトホール又は配線用溝
への銀めっき膜の埋め込み性等において特に良好である
こと等の理由により、半導体基板上に銀めっき膜よりな
る金属層を形成するための無電解めっき浴としては最も
好ましい。また、エチレンジアミンは取扱いが容易であ
るため好ましく、テトラメチルアンモニウムハイドロオ
キサイドは臭いが少ないので好ましい。
According to the electroless plating bath of the invention of claim 8, no metal impurities are contained, the quality of the silver plating film to be formed, the adhesion of the silver plating film to the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate. Since it is particularly good in embedding the silver plating film in the contact hole or the wiring groove, it is the most electroless plating bath for forming a metal layer made of the silver plating film on a semiconductor substrate. preferable. Further, ethylenediamine is preferable because it is easy to handle, and tetramethylammonium hydroxide is preferable because it has little odor.

【0125】請求項9の発明に係る無電解めっき浴によ
ると、2種以上の金属よりなる合金めっき膜を形成する
ことができ、合金めっき膜は単金属よりなる金属層より
も硬さが向上するので好ましい。
According to the electroless plating bath of the invention of claim 9, an alloy plating film made of two or more kinds of metals can be formed, and the hardness of the alloy plating film is higher than that of a metal layer made of a single metal. Therefore, it is preferable.

【0126】請求項10の発明に係る無電解めっき浴に
よると、pH緩衝剤、促進剤、安定剤及び界面活性剤が
有している効果がそれぞれ得られる。
According to the electroless plating bath of the tenth aspect of the invention, the effects possessed by the pH buffer, the accelerator, the stabilizer and the surfactant can be obtained respectively.

【0127】請求項11の発明に係る半導体装置の製造
方法によると、請求項1の発明と同様、半導体装置の特
性を劣化させることなく、無電解めっき浴により金属層
を形成することが可能になる。
According to the semiconductor device manufacturing method of the eleventh aspect of the present invention, like the first aspect of the invention, it is possible to form the metal layer by the electroless plating bath without deteriorating the characteristics of the semiconductor device. Become.

【0128】請求項12の発明に係る半導体装置の製造
方法によると、埋め込み金属層と半導体基板とのコンタ
クト抵抗が低減し、埋め込み金属層を構成する金属が半
導体基板上に形成されているトランジスタ等の素子に拡
散せず、埋め込み金属層とその下層とが異なる材料より
なる場合でも埋め込み金属層は良好に堆積する。
According to the semiconductor device manufacturing method of the twelfth aspect of the present invention, the contact resistance between the embedded metal layer and the semiconductor substrate is reduced, and the metal forming the embedded metal layer is formed on the semiconductor substrate. Even if the embedded metal layer and the underlying layer are made of different materials without being diffused into the element, the embedded metal layer is well deposited.

【0129】請求項13の発明に係る半導体装置の製造
方法によると、Pd層又はTi層の上に堆積されるめっ
き膜は緻密になると共に、めっき膜形成後の加熱処理の
際に、めっき膜中の空孔(ボイド)の発生や半導体基板
との密着性不良を生じさせないので好ましい。
According to the semiconductor device manufacturing method of the thirteenth aspect of the present invention, the plating film deposited on the Pd layer or the Ti layer becomes dense, and the plating film is formed during the heat treatment after the formation of the plating film. It is preferable because it does not cause voids (voids) in the inside and poor adhesion to the semiconductor substrate.

【0130】請求項16の発明に係る半導体装置の製造
方法によると、凹部の底部にのみ選択的に埋め込み金属
層を形成することができるため、レジストパターン又は
絶縁膜の上の金属層を除去する工程が不要になるので、
効率良く埋め込み金属層を形成することができる。
According to the semiconductor device manufacturing method of the sixteenth aspect of the present invention, since the buried metal layer can be selectively formed only on the bottom of the recess, the metal layer on the resist pattern or the insulating film is removed. Since the process is unnecessary,
The embedded metal layer can be formed efficiently.

【0131】請求項17の発明に係る半導体装置の製造
方法によると、凹部の内部及びレジストパターン又は絶
縁膜の上に全面的に金属層を形成した後、レジストパタ
ーン又は絶縁膜の上の金属層を除去することにより、凹
部内に埋め込み金属層を確実に形成することができる。
According to the semiconductor device manufacturing method of the seventeenth aspect of the present invention, after the metal layer is entirely formed inside the recess and on the resist pattern or the insulating film, the metal layer is formed on the resist pattern or the insulating film. By removing the, the embedded metal layer can be reliably formed in the recess.

【0132】請求項18の発明に係る半導体装置の製造
方法によると、絶縁膜の上に形成された金属膜を化学機
械研磨法により除去するので、エッチングにより除去で
きない金属膜も除去することができる。
According to the semiconductor device manufacturing method of the eighteenth aspect of the invention, since the metal film formed on the insulating film is removed by the chemical mechanical polishing method, the metal film that cannot be removed by etching can also be removed. .

【0133】請求項19の発明に係る半導体装置の製造
方法によると、下層絶縁膜の埋め込みプラグと対応する
部位に開口部を有する配線領域形成用レジストパターン
をマスクとして絶縁膜に対してエッチングを行なうた
め、埋め込みプラグと対応する部位に配線用の凹部を形
成することができ、該凹部に埋め込み金属層を形成する
と、埋め込みプラグと接続する埋め込み配線層を確実に
形成できる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device in accordance with the nineteenth aspect of the present invention, the insulating film is etched by using the wiring region forming resist pattern having an opening at a portion corresponding to the embedded plug of the lower insulating film as a mask. Therefore, a recess for wiring can be formed in a portion corresponding to the embedded plug, and when the embedded metal layer is formed in the recess, the embedded wiring layer connected to the embedded plug can be reliably formed.

【0134】請求項20の発明に係る半導体装置の製造
方法によると、埋め込みプラグと対応する部位に凹部と
なる開口部を有するレジストパターンを形成した後、前
記凹部に埋め込み金属層を形成するので、埋め込みプラ
グと接続する埋め込み配線層を確実に形成できる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device in accordance with the twentieth aspect of the present invention, after forming a resist pattern having an opening serving as a recess at a portion corresponding to a buried plug, a buried metal layer is formed in the recess. The embedded wiring layer connected to the embedded plug can be reliably formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係る無電解めっき浴中
の、硝酸銀+エチレンジアミン、及び酒石酸の酸化還元
電位(N.H.E)を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing oxidation-reduction potentials (NHE) of silver nitrate + ethylenediamine and tartaric acid in an electroless plating bath according to a first example of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例に係る無電解めっき浴を用
いる半導体装置の第1の配線形成方法の各工程を示す断
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing each step of a first wiring forming method of a semiconductor device using the electroless plating bath according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例に係る無電解めっき浴によ
りめっきをする場合のめっき時間と、銀膜の膜厚及びめ
っき浴のpHとの関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a plating time, a film thickness of a silver film, and a pH of a plating bath when plating is performed by the electroless plating bath according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施例に係る無電解めっき浴を用
いる半導体装置の第2の配線形成方法の各工程を示す断
面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing each step of a second wiring forming method of a semiconductor device using the electroless plating bath according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施例に係る無電解めっき浴を用
いる半導体装置の第3の配線形成方法の各工程を示す断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing each step of a third wiring forming method for a semiconductor device using the electroless plating bath according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施例に係る無電解めっき浴を用
いる半導体装置の第4の配線形成方法の各工程を示す断
面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing each step of a fourth wiring forming method of a semiconductor device using the electroless plating bath according to the first example of the present invention.

【図7】本発明の第3実施例に係る無電解めっき浴を用
いる半導体装置の第5の配線形成方法の各工程を示す断
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing each step of a fifth wiring forming method of a semiconductor device using an electroless plating bath according to a third embodiment of the invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 半導体基板 12 絶縁膜 13 コンタクトホール 14 配線用の溝 15 Ti膜 16 TiN膜 17 パラジウム膜 18 銀膜 19 埋め込み配線 21 半導体基板 22 絶縁膜 23 コンタクトホール 24 配線用の溝 25 Ti膜 26 TiN膜 27 パラジウム膜 28 埋め込み配線層 31 半導体基板 32 第1の絶縁膜 33 タングステンプラグ 34 第2の絶縁膜 35 レジストパターン 35a 開口部 36 配線用の溝 37 Ti膜 38 TiN膜 39 パラジウム膜 40 埋め込み配線 41 半導体基板 42 第1の絶縁膜 43 タングステンプラグ 44 レジストパターン 44a 開口部 45 Ti膜 46 TiN膜 47 パラジウム膜 48 第2の絶縁膜 11 Semiconductor Substrate 12 Insulating Film 13 Contact Hole 14 Wiring Groove 15 Ti Film 16 TiN Film 17 Palladium Film 18 Silver Film 19 Embedded Wiring 21 Semiconductor Substrate 22 Insulating Film 23 Contact Hole 24 Wiring Groove 25 Ti Film 26 TiN Film 27 Palladium film 28 Embedded wiring layer 31 Semiconductor substrate 32 First insulating film 33 Tungsten plug 34 Second insulating film 35 Resist pattern 35a Opening 36 Wiring groove 37 Ti film 38 TiN film 39 Palladium film 40 Embedded wiring 41 Semiconductor substrate 42 First Insulating Film 43 Tungsten Plug 44 Resist Pattern 44a Opening 45 Ti Film 46 TiN Film 47 Palladium Film 48 Second Insulating Film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23C 18/40 18/44 H01L 21/28 301 R (72)発明者 橋本 伸 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工業 株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication C23C 18/40 18/44 H01L 21/28 301 R (72) Inventor Shin Hashimoto Ichiyuki Takatsuki, Osaka Prefecture No. 1 in town Matsushita Electronics Industrial Co., Ltd.

Claims (29)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属イオンを含む金属材料、化学式中に
金属を含まない前記金属イオンの還元剤、化学式中に金
属を含まない前記金属イオンの錯化剤、及び、化学式中
に金属を含まないpH調整剤を有することを特徴とする
半導体装置の配線形成に用いる無電解めっき浴。
1. A metal material containing a metal ion, a reducing agent for the metal ion containing no metal in the chemical formula, a complexing agent for the metal ion containing no metal in the chemical formula, and a metal containing no metal in the chemical formula. An electroless plating bath used for forming wiring of a semiconductor device, which has a pH adjuster.
【請求項2】 前記金属イオンは、銀イオン、銅イオ
ン、金イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン又はパ
ラジウムイオンであることを特徴とする請求項1に記載
の半導体装置の配線形成に用いる無電解めっき浴。
2. The electroless plating used for forming wiring of a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal ions are silver ions, copper ions, gold ions, nickel ions, cobalt ions or palladium ions. bath.
【請求項3】 前記金属イオンは、銀イオン、銅イオ
ン、金イオン又はパラジウムイオンであり、 前記還元剤は、酒石酸、化学式中に金属を含まない酒石
酸塩、単糖類、二糖類、多糖類、ヒドラジン、ヒドラジ
ン誘導体、アルデヒド及び多価アルコールのうちの少な
くとも1つを含有していることを特徴とする請求項1に
記載の半導体装置の配線形成に用いる無電解めっき浴。
3. The metal ion is a silver ion, a copper ion, a gold ion or a palladium ion, and the reducing agent is tartaric acid, a tartrate salt containing no metal in its chemical formula, a monosaccharide, a disaccharide, a polysaccharide, The electroless plating bath used for forming a wiring of a semiconductor device according to claim 1, containing at least one of hydrazine, a hydrazine derivative, an aldehyde, and a polyhydric alcohol.
【請求項4】 前記金属イオンは、ニッケルイオン又は
コバルトイオンであり、 前記還元剤は、次亜リン酸、化学式中に金属を含まない
次亜リン酸塩、化学式中に金属を含まない水素化ホウ素
化合物、ヒドラジン及びヒドラジン誘導体のうちの少な
くとも1つを含有していることを特徴とする請求項1に
記載の半導体装置の配線形成に用いる無電解めっき浴。
4. The metal ion is nickel ion or cobalt ion, and the reducing agent is hypophosphorous acid, hypophosphite containing no metal in the chemical formula, or hydrogenation containing no metal in the chemical formula. The electroless plating bath used for forming wiring of a semiconductor device according to claim 1, containing at least one of a boron compound, hydrazine and a hydrazine derivative.
【請求項5】 前記金属イオンは、銀イオン又は銅イオ
ンであり、 前記錯化剤は、エチレンジアミン、エチレンジアミン誘
導体、アンモニア及びトリエタノールアミンのうちの少
なくとも1つを含有していることを特徴とする請求項1
に記載の半導体装置の配線形成に用いる無電解めっき
浴。
5. The metal ion is silver ion or copper ion, and the complexing agent contains at least one of ethylenediamine, ethylenediamine derivative, ammonia and triethanolamine. Claim 1
An electroless plating bath used for forming the wiring of the semiconductor device according to.
【請求項6】 前記金属イオンは、金イオン、ニッケル
イオン、コバルトイオン又はパラジウムイオンであり、 前記錯化剤はカルボン酸基を含む化合物であることを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置の配線形成に用い
る無電解めっき浴。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal ions are gold ions, nickel ions, cobalt ions or palladium ions, and the complexing agent is a compound containing a carboxylic acid group. Electroless plating bath used for wiring formation.
【請求項7】 前記pH調整剤は、アンモニウム塩、ア
ンモニア、硝酸及びホウ酸のうちの少なくとも1つを含
有していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装
置の配線形成に用いる無電解めっき浴。
7. The pH adjusting agent according to claim 1, wherein the pH adjusting agent contains at least one of ammonium salt, ammonia, nitric acid and boric acid. Electrolytic plating bath.
【請求項8】 前記金属材料は硝酸銀であり、前記還元
剤は酒石酸であり、前記錯化剤はエチレンジアミンであ
り、前記pH調整剤はテトラメチルアンモニウムハイド
ロオキサイドであることを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置の配線形成に用いる無電解めっき浴。
8. The metal material is silver nitrate, the reducing agent is tartaric acid, the complexing agent is ethylenediamine, and the pH adjusting agent is tetramethylammonium hydroxide. An electroless plating bath used for forming the wiring of the semiconductor device according to.
【請求項9】 前記金属材料は2種以上の金属イオンを
含有していることを特徴とする請求項1に記載の半導体
装置の配線形成に用いる無電解めっき浴。
9. The electroless plating bath used for forming wiring of a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal material contains two or more kinds of metal ions.
【請求項10】 めっき液のpH低下を抑制する化学式
中に金属を含まないpH緩衝剤、めっき速度の低下を抑
制する化学式中に金属を含まない促進剤、めっき液の分
解を防止する化学式中に金属を含まない安定剤、及びめ
っき膜の膜質を緻密にする化学式中に金属を含まない界
面活性剤のうちの少なくとも1つをさらに含んでいるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の配線形成
に用いる無電解めっき浴。
10. A pH buffer containing no metal in the chemical formula for suppressing the pH decrease of the plating solution, an accelerator containing no metal in the chemical formula for suppressing the decrease of the plating rate, and a chemical formula for preventing decomposition of the plating solution. 2. The semiconductor according to claim 1, further comprising at least one of a stabilizer containing no metal and a surfactant containing no metal in the chemical formula for making the film quality of the plating film dense. Electroless plating bath used to form wiring for equipment.
【請求項11】 半導体基板上に形成されたレジストパ
ターン又は絶縁膜におけるコンタクト領域又は配線領域
に凹部を形成する第1の工程と、 金属イオンを含む金属材料、化学式中に金属を含まない
前記金属イオンの還元剤、化学式中に金属を含まない前
記金属イオンの錯化剤、及び、化学式中に金属を含まな
いpH調整剤を有する無電解めっき浴により前記凹部内
に埋め込み金属層を形成する第2の工程とを備えている
ことを特徴とする半導体装置の配線形成方法。
11. A first step of forming a recess in a contact region or a wiring region in a resist pattern or an insulating film formed on a semiconductor substrate, a metal material containing metal ions, and the metal not containing a metal in its chemical formula. Forming an embedded metal layer in the recess by an electroless plating bath having an ionic reducing agent, a complexing agent for the metal ion containing no metal in the chemical formula, and a pH adjusting agent containing no metal in the chemical formula; 2. A method for forming a wiring of a semiconductor device, which comprises the step 2).
【請求項12】 前記第1の工程と前記第2の工程との
間に、前記凹部の底部に、前記埋め込み金属層のコンタ
クト抵抗を低減する抵抗低減層、前記埋め込み金属層の
反応を防止するバリア層、及び前記金属イオンの反応を
促進する触媒層を順次形成する中間層形成工程をさらに
備えていることを特徴とする請求項11に記載の半導体
装置の配線形成方法。
12. A resistance reduction layer for reducing contact resistance of the buried metal layer at the bottom of the recess between the first step and the second step, and a reaction of the buried metal layer is prevented. The wiring forming method for a semiconductor device according to claim 11, further comprising an intermediate layer forming step of sequentially forming a barrier layer and a catalyst layer for promoting the reaction of the metal ions.
【請求項13】 前記触媒層は、Pd層又はTi層であ
ることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の配
線形成方法。
13. The wiring forming method for a semiconductor device according to claim 12, wherein the catalyst layer is a Pd layer or a Ti layer.
【請求項14】 前記バリア層は、TiN層、TiW層
又はW層であることを特徴とする請求項12に記載の半
導体装置の配線形成方法。
14. The method for forming a wiring of a semiconductor device according to claim 12, wherein the barrier layer is a TiN layer, a TiW layer or a W layer.
【請求項15】 前記抵抗低減層はTi層であることを
特徴とする請求項12に記載の半導体装置の配線形成方
法。
15. The wiring forming method for a semiconductor device according to claim 12, wherein the resistance reducing layer is a Ti layer.
【請求項16】 前記中間層形成工程は、前記凹部の内
部及び前記レジストパターン又は絶縁膜の上に、前記抵
抗低減層、バリア層及び触媒層を順次形成する工程と、
前記レジストパターン又は絶縁膜の上の前記抵抗低減
層、バリア層及び触媒層を化学機械研磨法により除去す
ることにより、前記凹部の底部にのみ前記抵抗低減層、
バリア層及び触媒層を形成する工程とを含み、 前記第2の工程は、前記凹部の底部にのみ形成された前
記触媒層の上に選択的に前記埋め込み金属層を形成する
工程を含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体
装置の配線形成方法。
16. The intermediate layer forming step comprises a step of sequentially forming the resistance reducing layer, a barrier layer and a catalyst layer inside the recess and on the resist pattern or insulating film,
By removing the resistance reducing layer on the resist pattern or the insulating film, the barrier layer and the catalyst layer by a chemical mechanical polishing method, the resistance reducing layer only on the bottom of the recess,
A step of forming a barrier layer and a catalyst layer, wherein the second step includes a step of selectively forming the embedded metal layer on the catalyst layer formed only on the bottom of the recess. 13. The method for forming a wiring of a semiconductor device according to claim 12, wherein the wiring is formed.
【請求項17】 前記第2の工程は、前記凹部の内部及
び前記レジストパターン又は絶縁膜の上に前記無電解め
っき浴により全面的に金属層を形成する工程と、前記レ
ジストパターン又は絶縁膜の上の金属層を除去すること
により、前記凹部内に前記埋め込み金属層を形成する工
程とを含むことを特徴とする請求項11又は12に記載
の半導体装置の配線形成方法。
17. The second step comprises the step of forming a metal layer entirely on the inside of the recess and on the resist pattern or insulating film by the electroless plating bath, and the step of forming the resist pattern or insulating film. 13. The method for forming a wiring of a semiconductor device according to claim 11, further comprising the step of forming the embedded metal layer in the recess by removing the upper metal layer.
【請求項18】 前記第2の工程は、前記凹部の内部及
び前記絶縁膜の上に前記無電解めっき浴により全面的に
金属層を形成する工程と、前記絶縁膜の上の金属層を化
学機械研磨法により除去して、前記凹部内に表面が前記
絶縁膜の表面と面一である前記埋め込み金属層を形成す
る工程とを含むことを特徴とする請求項11又は12に
記載の半導体装置の配線形成方法。
18. The second step is a step of forming a metal layer entirely on the inside of the recess and on the insulating film by the electroless plating bath, and chemically forming the metal layer on the insulating film. 13. The semiconductor device according to claim 11, further comprising: a step of removing by a mechanical polishing method to form the buried metal layer in the recess, the surface of which is flush with the surface of the insulating film. Wiring formation method.
【請求項19】 前記第1の工程よりも前に、前記半導
体基板の上に、埋め込みプラグを有する下層絶縁膜を形
成する下層絶縁膜形成工程をさらに備え、 前記第1の工程は、前記下層絶縁膜の上に前記絶縁膜を
形成する工程と、前記絶縁膜の上に、前記埋め込みプラ
グと対応する部位に開口部を有する配線領域形成用レジ
ストパターンを形成する工程と、前記配線領域形成用レ
ジストパターンをマスクとして前記絶縁膜に対してエッ
チングを行なうことにより、前記絶縁膜に配線領域とな
る前記凹部を形成する工程とを含むことを特徴とする請
求項11又は12に記載の半導体装置の配線形成方法。
19. Prior to said first step, the method further comprises a lower layer insulating film forming step of forming a lower layer insulating film having a buried plug on said semiconductor substrate, wherein said first step comprises forming said lower layer. A step of forming the insulating film on the insulating film; a step of forming a wiring region forming resist pattern having an opening at a portion corresponding to the embedded plug on the insulating film; 13. The semiconductor device according to claim 11, further comprising a step of forming the concave portion to be a wiring region in the insulating film by etching the insulating film using a resist pattern as a mask. Wiring formation method.
【請求項20】 前記第1の工程よりも前に、前記半導
体基板の上に、埋め込みプラグを有する下層絶縁膜を形
成する下層絶縁膜形成工程をさらに備え、 前記第1の工程は、前記下層絶縁膜の上に、前記埋め込
みプラグと対応する部位に前記凹部となる開口部を有す
る前記レジストパターンを形成する工程を含むことを特
徴とする請求項11又は12に記載の半導体装置の配線
形成方法。
20. A lower layer insulating film forming step of forming a lower layer insulating film having a buried plug on the semiconductor substrate before the first step, further comprising: 13. The wiring forming method for a semiconductor device according to claim 11, further comprising the step of forming the resist pattern having an opening serving as the recess at a portion corresponding to the embedded plug on the insulating film. .
【請求項21】 前記無電解めっき浴の金属イオンは、
銀イオン、銅イオン、金イオン、ニッケルイオン、コバ
ルトイオン又はパラジウムイオンであることを特徴とす
る請求項11〜20のいずれか1項に記載の半導体装置
の配線形成方法。
21. The metal ions of the electroless plating bath are
21. The method for forming a wiring of a semiconductor device according to claim 11, wherein the method is a silver ion, a copper ion, a gold ion, a nickel ion, a cobalt ion, or a palladium ion.
【請求項22】 前記無電解めっき浴の金属イオンは、
銀イオン、銅イオン、金イオン又はパラジウムイオンで
あり、 前記無電解めっき浴の還元剤は、酒石酸、化学式中に金
属を含まない酒石酸塩、単糖類、二糖類、多糖類、ヒド
ラジン、ヒドラジン誘導体、アルデヒド及び多価アルコ
ールのうちの少なくとも1つを含有していることを特徴
とする請求項11〜20のいずれか1項に記載の半導体
装置の配線形成方法。
22. The metal ions of the electroless plating bath are
Silver ion, copper ion, gold ion or palladium ion, the reducing agent of the electroless plating bath, tartaric acid, tartrate salts containing no metal in the chemical formula, monosaccharides, disaccharides, polysaccharides, hydrazine, hydrazine derivatives, 21. The method for forming a wiring of a semiconductor device according to claim 11, further comprising at least one of aldehyde and polyhydric alcohol.
【請求項23】 前記無電解めっき浴の金属イオンは、
ニッケルイオン又はコバルトイオンであり、 前記無電解めっき浴の還元剤は、次亜リン酸、化学式中
に金属を含まない次亜リン酸塩、化学式中に金属を含ま
ない水素化ホウ素化合物、ヒドラジン及びヒドラジン誘
導体のうちの少なくとも1つを含有していることを特徴
とする請求項11〜20のいずれか1項に記載の半導体
装置の配線形成方法。
23. The metal ions of the electroless plating bath are
Nickel ion or cobalt ion, the reducing agent of the electroless plating bath is hypophosphorous acid, hypophosphite containing no metal in the chemical formula, borohydride compound containing no metal in the chemical formula, hydrazine and 21. The wiring forming method for a semiconductor device according to claim 11, further comprising at least one of hydrazine derivatives.
【請求項24】 前記無電解めっき浴の金属イオンは、
銀イオン又は銅イオンであり、 前記無電解めっき浴の錯化剤は、エチレンジアミン、エ
チレンジアミン誘導体、アンモニア及びトリエタノール
アミンのうちの少なくとも1つを含有していることを特
徴とする請求項11〜20のいずれか1項に記載の半導
体装置の配線形成方法。
24. The metal ion of the electroless plating bath comprises:
A silver ion or a copper ion, and the complexing agent of the electroless plating bath contains at least one of ethylenediamine, an ethylenediamine derivative, ammonia and triethanolamine. 13. The wiring forming method for a semiconductor device according to claim 1.
【請求項25】 前記無電解めっき浴の金属イオンは、
金イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン又はパラジ
ウムイオンであり、 前記無電解めっき浴の錯化剤はカルボン酸基を含む化合
物であることを特徴とする請求項11〜20のいずれか
1項に記載の半導体装置の配線形成方法。
25. The metal ions of the electroless plating bath are
The gold ion, the nickel ion, the cobalt ion or the palladium ion, and the complexing agent of the electroless plating bath is a compound containing a carboxylic acid group. Wiring forming method for semiconductor device.
【請求項26】 前記無電解めっき浴のpH調整剤は、
アンモニウム塩、アンモニア、硝酸及びホウ酸のうちの
少なくとも1つを含有していることを特徴とする請求項
11〜20のいずれか1項に記載の半導体装置の配線形
成方法。
26. The pH adjusting agent for the electroless plating bath,
21. The wiring forming method for a semiconductor device according to claim 11, further comprising at least one of ammonium salt, ammonia, nitric acid and boric acid.
【請求項27】 前記無電解めっき浴の金属材料は硝酸
銀であり、前記無電解めっき浴の還元剤は酒石酸であ
り、前記無電解めっき浴の錯化剤はエチレンジアミンで
あり、前記無電解めっき浴のpH調整剤はテトラメチル
アンモニウムハイドロオキサイドであることを特徴とす
る請求項11〜20のいずれか1項に記載の半導体装置
の配線形成方法。
27. The metal material of the electroless plating bath is silver nitrate, the reducing agent of the electroless plating bath is tartaric acid, the complexing agent of the electroless plating bath is ethylenediamine, and the electroless plating bath. 21. The wiring forming method for a semiconductor device according to claim 11, wherein the pH adjusting agent is tetramethylammonium hydroxide.
【請求項28】 前記無電解めっき浴の金属材料は2種
以上の金属イオンを含有していることを特徴とする請求
項11〜20のいずれか1項に記載の半導体装置の配線
形成方法。
28. The wiring forming method for a semiconductor device according to claim 11, wherein the metal material of the electroless plating bath contains two or more kinds of metal ions.
【請求項29】 前記無電解めっき浴は、めっき液のp
H低下を抑制する化学式中に金属を含まないpH緩衝
剤、めっき速度の低下を抑制する化学式中に金属を含ま
ない促進剤、めっき液の分解を防止する化学式中に金属
を含まない安定剤、及びめっき膜の膜質を緻密にする化
学式中に金属を含まない界面活性剤のうちの少なくとも
1つをさらに含んでいることを特徴とする請求項11〜
20のいずれか1項に記載の半導体装置の配線形成方
法。
29. The electroless plating bath contains p of a plating solution.
A pH buffer that does not contain a metal in the chemical formula that suppresses H reduction, a promoter that does not contain a metal in the chemical formula that suppresses a decrease in plating rate, a stabilizer that does not contain a metal in the chemical formula that prevents decomposition of the plating solution, And at least one of surfactants containing no metal in the chemical formula for making the film quality of the plating film denser.
21. The wiring forming method for a semiconductor device according to any one of 20.
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