JP6169500B2 - 無電解めっき方法、無電解めっき装置および記憶媒体 - Google Patents

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Description

本発明は基板に対して無電解めっき層を形成する無電解めっき方法、無電解めっき装置および記憶媒体に関する。
ＬＳＩの製造工程における金属形成は、ＣＶＤまたはＰＶＤにより基板全面に成長することで行なわれている。金属の形状加工については、古くは薬液によるエッチングや、Ａｌの配線のドライエッチング、昨今のＢＥＯＬ工程においては絶縁膜を先にドライエッチングし、形成された溝等の内部にＣｕなどの配線用の金属を埋め込みＣＭＰでエッチングする、などの方法で金属の形状加工を行なっている（特許文献１）。
このような金属の形状加工においては、はじめに基板を準備するとともに、この基板上にＰＶＤ又はＣＶＤにより複数層の金属層を成膜し、その複数層の金属層上にレジストパターンを設けて複数層の金属層をエッチングする方法が採用されている。
しかしながら、金属上に多層の厚い金属層を成膜し、その後、複数層の金属層をまとめてドライエッチングする場合、現在のドライエッチングでは時間がかかり、エッチング工程の負荷が大きくなってしまう。また、金属によって（たとえばＣｕなど）はドライエッチング自体が非常にむずかしく、精度良くエッチングすることができず、基板上に精度良くパターニングされた複数からなる金属層を形成することはむずかしい。
特開平１１−２９７６９９号公報
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、基板上に精度良くパターニングされた金属層を確実に形成し、この金属層にドライエッチングによる形状加工が不要な金属層を形成することができる無電解めっき方法、無電解めっき装置、および記憶媒体を提供することを目的とする。
本発明は、触媒性をもたない金属化合物からなるパターニングされた第１金属層と、金属犠牲層とが順次形成された基板に対して無電解めっきを施す無電解めっき方法において、前記金属犠牲層の金属と置換可能なイオン化された金属を含む水溶液を前記金属犠牲上に塗布することにより、前記金属犠牲層上に触媒層を形成する工程と、前記触媒層上に無電解めっきを施すことにより第２金属層を形成する工程を備えたことを特徴とする無電解めっき方法である。
本発明は、触媒性をもたない金属化合物からなるパターニングされた第１金属層と、金属犠牲層とが順次形成された基板に対して無電解めっき層を施す無電解めっき装置において、前記金属犠牲層の金属と置換可能なイオン化された金属を含む水溶液を前記金属犠牲上に塗布することにより、前記金属犠牲層上に触媒層を形成する触媒層形成部と、前記触媒層上に無電解めっきを施すことにより第２金属層を形成する第２金属層形成部を備えたことを特徴とする無電解めっき装置である。
本発明は、コンピュータに無電解めっき方法を実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体において、無電解めっき方法は、触媒性をもたない金属化合物からなるパターニングされた第１金属層と、金属犠牲層とが順次形成された基板に対して無電解めっきを施す無電解めっき方法であって、前記金属犠牲層の金属と置換可能なイオン化された金属を含む水溶液を前記金属犠牲上に塗布することにより、前記金属犠牲層上に触媒層を形成する工程と、前記触媒層上に無電解めっきを施すことにより第２金属層を形成する工程を備えたことを特徴とする記憶媒体である。
本発明によれば、基板上に精度良くパターニングされた複数の金属層を容易かつ確実に形成することができる。
図１（ａ）〜（ｆ）は、本発明における無電解めっき方法を示すフローチャート。 図２は、本発明における無電解めっき装置を示すブロック図。 図３（ａ）（ｂ）は、比較例としての多層の金属層形成方法を示す図。
以下、図１および図２により本発明の実施の形態について説明する。
本発明による金属層形成方法は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）に示すように、半導体ウエハ等からなるシリコン基板（以下、基板ともいう）１１に対して第１金属層１２と、金属犠牲層１５と、触媒層１６と、無電解めっき層１８とを順次形成するものである。なお、第１金属層１２と、金属犠牲擬制層１５と、触媒層１６と、無電解めっき層１８とを順次形成し得られた金属層の全体の厚さは、後述する比較例の図３の第１金属層１２および第２金属層１８を形成し得られた金属層の全体の厚さと同じ金属層を形成する。
この場合、基板１１としてはＳｉからなる基板本体を用いることができ、あるいは基板１１として、Ｓｉからなる基板本体と、基板本体上に設けられたＴＥＯＳ層とを有するものを用いてもよい。
次に基板１１に対して第１金属層１２と、金属犠牲層１５と、触媒層１６と、無電解めっき層１８とを順次形成する無電解めっき装置３０について、図２により説明する。
このような無電解めっき装置３０は、基板上１１に触媒性をもたない金属化合物からなる第１金属層１２を形成する第１金属層形成部３１と、第１金属層１２上に金属犠牲層１５を形成する金属犠牲層形成部３２と、金属犠牲層１５の金属と置換可能なイオン化された金属を含む水溶液を前記金属犠牲層１５上に塗布することにより、前記金属犠牲層１５上に触媒層１６を形成する触媒層形成部３３と、触媒層１６上に無電解めっきを施すことにより第２金属層１８を形成する第２金属層形成部３４とを備えている。
また触媒層形成部３３および第２金属層形成部３４の後段に、第２金属層１８をマスクトとして基板１１にエッチングを施し、基板１１に対してパターニングを施すエッチング部３５が設けられている。
また上述した無電解めっき装置１０の各構成部材、例えば第１金属層形成部３１、金属犠牲層形成部３２，触媒層形成部３３、第２金属層形成部３４、エッチング部３５は、いずれも制御装置４０に設けられた記憶媒体４１に記録された各種のプログラムに従って制御装置４０で駆動制御され、これによって基板１１に対する様々な処理が行われる。ここで、記憶媒体４１は、各種の設定データや後述する金属層形成プログラム等の各種のプログラムを格納している。記憶媒体４１としては、コンピューターで読み取り可能なＲＯＭやＲＡＭなどのメモリーや、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスクなどのディスク状記憶媒体などの公知のものが使用されうる。
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について、図１により説明する。
まず、半導体ウエハ等からなる基板１１が無電解めっき装置３０に搬送される。
この場合、基板１１の表面は平坦状であってもよく（図１（ａ）参照）、基板１１の表面に凹部を形成してもよい。
ここで基板１１に凹部を形成する方法としては、従来公知の方法から適宜採用することができる。具体的には、例えば、ドライエッチング技術として、弗素系又は塩素系ガス等を用いた汎用的技術を適用できるが、特にアスペクト比（孔の深さ／孔の径）の大きな孔を形成するには、高速な深掘エッチングが可能なＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching：誘導結合プラズマ−反応性イオンエッチング）の技術の採用した方法をより好適に採用でき、特に、六フッ化硫黄（ＳＦ6）を用いたエッチングステップとＣ4Ｆ8などのテフロン（登録商標）系ガスを用いた保護ステップとを繰り返しながら行うボッシュプロセスと称される方法を好適に採用できる。
次に無電解めっき装置３０において、基板１１が第１金属層形成部３１へ送られる。そしてこの第１金属層形成部３１において、基板１１上にパターン化された第１金属層１２が形成されている。
具体的には、図１（ａ）に示すように、基板１１上にＣＶＤ又はＰＶＤによりＴｉＮ又はＴａＮからなる第１金属層１２が形成される。これらのＴｉＮ又はＴａＮは、後述する無電解めっきにより形成された第２金属層１８に対して触媒性をもたない金属化合物となっている。
次に第１金属層１２が形成された基板１１は金属犠牲層形成部３２へ送られ、この金属犠牲層形成部３２において、第１金属層１２上に金属犠牲層１５が形成される（図１（ｂ）参照）。
この金属犠牲層１５は、後述する触媒層１６を構成する金属と置換可能な金属を含んでおり、金属犠牲層形成部３２において、第１金属層１２上にＣＶＤ又はＰＶＤにより形成される。
なお、この金属犠牲層１５は、第１金属層１２上に連続的につながった第１金属層１２より薄い膜として形成されてもよく。また、第１金属層１２上に不連続の膜として形成されていてもよく、粒状で形成されていてもよい。なお、第１金属層１２と金属犠牲層１５からなる金属層の厚さは従来技術の図３の第１金属層１２および第２金属層１８からなる金属層よりも薄く形成される。
次にこの第１金属層１２および金属犠牲層１５上にレジストパターン１３が設けられ、レジストパターン１３が設けられた第１金属層１２および金属犠牲層１５に対してエッチングを施すことにより、パターニングされた第１金属層１２および金属犠牲層１５が得られる（図１（ｃ）参照）。その後第１金属層１２上および金属犠牲層１５からレジストパターン１３が除去される（図１（ｄ）参照）。
このような金属犠牲層１５を構成する金属としては、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ又はＣｏのいずれかを用いることができる。
次に第１金属層１２上に金属犠牲層１５が形成された基板１１は、その後触媒層形成部３３に送られる。次に触媒層形成部３３において、基板１１上の金属犠牲層１５に対して、金属犠牲層１５の金属と置換可能なイオン化された金属を含む水溶液が塗布され、このことにより金属犠牲層１５上に触媒層１６が形成される（図１（ｅ）参照）。
具体的には金属犠牲層１５がＴｉ又はＷからなる場合、金属犠牲層１５に対して塩化Ｐｄ液または硫酸Ｐｄ液等の水溶液が塗布される。この場合、水溶液中のＰｄイオンと、金属犠牲層１５のＴｉ又はＷとが置換し、金属犠牲層１５上にＰｄイオンが折出する。
このようにして金属犠牲層１５上にＰｄ、Ａｕ、Ｐｔのいずれかの金属からなる触媒層１６を形成することができる。
次に表面触媒層１６が形成された基板１１は、第２金属層形成部３４へ送られ、この第２金属層形成部３４において基板１１に対して無電解めっきが施されて第２金属層１８が形成される。
具体的には基板１１に対してＮｉ金属の無電解めっきを施すことにより、基板１１上に触媒層１６のＰｄ金属を触媒とするめっきが施されて、触媒層１６上にＮｉ金属により第２金属層１８が形成される（図１（ｆ）参照）。
このとき、無電解めっきが施されて形成された第２金属層１８は、比較例を示す図３の第１金属層１２および第２金属層１８からなる金属層の厚さと同等の厚さになるよう形成する。本発明により形成された第２金属層１８は、パターニングされた金属層のみに選択的に形成される。
なお、第２金属層形成部３４において、Ｎｉ金属を用いることなく、Ｃｕ金属を用いて無電解めっきを施し、触媒層１６上にＣｕ金属による第２金属層１８を形成してもよい。
次に表面に第２金属層１８が形成された基板１１は、エッチング部３５に送られ、このエッチング部３５において、第２金属層１８をマスクとして基板１１に対してエッチングが施される（図１（ｇ）参照）。
このように本実施の形態によれば、基板１１上に第１金属層１２および金属犠牲層１５を形成した後、この第１金属層１２および金属犠牲層１５にレジストパターン１３を用いてエッチングを施し、パターニングされた第１金属層１２および金属犠牲層１５上に触媒層１６を設け、その後触媒層１６を用いて無電解めっきにより第２金属層１８を設けることができる。このように第１金属層１２および金属犠牲層１５の薄い金属層にレジストパターン１３を用いたドライエッチングを施すことができ、エッチング工程の負荷を軽減して、精度良くパターニングされた第１金属層１２および第２金属層１８を形成することができる。また、基板１１上の全面にＣＶＤ又はＰＶＤにより金属層を形成するのに比べ、パターニングされた第１金属層１２および金属犠牲層１５のみに触媒層１６を介して選択的に第２金属層１８を形成することができる。
次に本発明に対する比較例を図３（ａ）（ｂ）により述べる。図３（ａ）（ｂ）に示すように、基板１１上に多層の金属層を設ける場合、基板１１上にＣＶＤ又はＰＶＤによりＴｉＮ又はＴａＮからなる第１金属層１２およびＮｉからなる第２金属層１８を形成しておき、次に第２金属層１８上にレジストパターン２３を設けてエッチングすることにより、パターニングされた第１金属層１２および第２金属層１８を形成することも可能である。
しかしながら図３（ａ）（ｂ）において、基板１１上の第１金属層１２および第２金属層１８の厚い金属層をまとめてエッチングする必要があり、現在のドライエッチングでは時間がかかるなどエッチング工程の負荷が大きくなるため、精度良くパターニングされた第１金属層１２および第２金属１８を形成することはむずかしい。
これに対して本実施の形態によれば、エッチング工程の負荷を軽減して、精度良くパターニングされた第１金属層１２および第２金属層１８を得ることができる。
なお、本実施の形態では第２金属層１８をマスクとして基板１１に対してエッチングを施すために用いたが、これに限ることはなく、第２金属層１８を必要な厚さに調整してデバイスの配線として使用することができる。
１１ 基板
１２ 第１金属層
１３ レジストパターン
１５ 金属犠牲層
１６ 触媒層
１８ 第２金属層
２３ レジストパターン
３０ 無電解めっき装置
３１ 第１金属層形成部
３２ 金属犠牲層形成部
３３ 触媒層形成部
３４ 第２金属層形成部
３５ エッチング部
４０ 制御装置
４１ 記憶媒体

Claims (6)

  1. 第１金属層と、置換可能金属層とが順次形成され、前記第１金属層と前記置可能金属層がパターニングされた基板に対して無電解めっきを施す無電解めっき方法において、
    前記基板上に前記第１金属層を形成する工程と、
    前記第１金属層上に前記置換可能金属層を形成する工程と、
    前記置換可能金属層上にレジストパターンを形成する工程と、
    前記第１金属層と前記置換可能金属層をレジストパターンを介してエッチングする工程と、
    前記置換可能金属層上からレジストパターンを除去する工程と、
    前記置換可能金属層の金属と置換可能なイオン化された金属を含む水溶液を前記置換可能金属層上に塗布することにより、パターニングされた前記第１金属層および前記置換可能金属層上のみに触媒層を形成する工程と、
    前記触媒層上に無電解めっきを施すことにより第２金属層を形成する工程を備え、
    前記第１金属層は、前記第２金属層に対して触媒性をもたない金属化合物であり、
    前記置換可能金属層は、前記水溶液中のイオン化された金属と置換反応し、前記置換可能金属層上に前記イオン化された金属を折出させるための金属層であり、かつ、前記第１金属層より薄く形成され、
    前記触媒層は、前記水溶液中のイオン化された金属が折出した金属である、ことを特徴とする無電解めっき方法。
  2. 前記第１金属層の金属化合物は、ＴｉＮ又はＴａＮからなることを特徴とする請求項１記載の無電解めっき方法。
  3. 前記置換可能金属層の金属はＴｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｎｉ、又はＣｏからなることを特徴とする請求項１または２記載の無電解めっき方法。
  4. 前記触媒層の金属はＰｄ、Ａｕ、Ｐｔからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の無電解めっき方法。
  5. 前記第２金属層はＮｉの無電解めっき層からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の無電解めっき方法。
  6. コンピュータに無電解めっき方法を実行させるためのプログラムを格納した記憶媒体において、
    無電解めっき方法は、第１金属層と、置換可能金属層とが順次形成され、前記第１金属層と前記置換可能金属層がパターニングされた基板に対して無電解めっきを施す無電解めっき方法において、
    前記基板上に前記第１金属層を形成する工程と、
    前記第１金属層上に前記置換可能金属層を形成する工程と、
    前記置換可能金属層上にレジストパターンを形成する工程と、
    前記第１金属層と前記置換可能金属層をレジストパターンを介してエッチングする工程と、
    前記置換可能金属層上からレジストパターンを除去する工程と、
    前記置換可能金属層の金属と置換可能なイオン化された金属を含む水溶液を前記置換可能金属層上に塗布することにより、パターニングされた前記第１金属層および前記置換可能金属層上のみに触媒層を形成する工程と、
    前記触媒層上に無電解めっきを施すことにより第２金属層を形成する工程を備え、
    前記第１金属層は、前記第２金属層に触媒性をもたない金属化合物であり、
    前記置換可能金属層は、前記水溶液中のイオン化された金属と置換反応し、前記置換可能金属層上に前記イオン化された金属を折出させるための金属であり、かつ、前記第１金属層より薄く形成され、
    前記触媒層は、前前記水溶液中のイオン化された金属が折出した金属である、ことを特徴とする記憶媒体。
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