JPH07321111A - 無電解メッキによる集積回路の配線方法 - Google Patents

無電解メッキによる集積回路の配線方法

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JPH07321111A
JPH07321111A JP11162294A JP11162294A JPH07321111A JP H07321111 A JPH07321111 A JP H07321111A JP 11162294 A JP11162294 A JP 11162294A JP 11162294 A JP11162294 A JP 11162294A JP H07321111 A JPH07321111 A JP H07321111A
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JP
Japan
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zinc oxide
layer
wiring
metal
electroless plating
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JP11162294A
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English (en)
Inventor
Tetsuo Koyama
哲雄 小山
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 集積回路における微細配線中に原子空孔とか
ボイドが発生せず、且つストレスによる断線を防止する
とともに耐エレクトロマイグレーション性に優れた集積
回路の配線方法を提供することを目的とする。 【構成】 シリコン基板1上に形成された酸化けい素膜
2にエッチング法によりコンタクトホール3を開口した
後、該コンタクトホール3を含む上面から酸化亜鉛層を
形成し、この酸化亜鉛よりもイオン化傾向の小さい金属
を溶解した水溶液中に浸漬することにより、無電解メッ
キ法の原理により酸化亜鉛を溶解しながら金属層を還元
析出させて導電体としての金属層11に変換し、該金属
層11の上面に配線材となる金属を電気メッキもしくは
無電解メッキ手段により付着して配線層12を形成する
ようにした無電解メッキによる集積回路の配線方法を提
供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は主としてICとかLSI
等の集積回路における微細配線に使用される金属薄膜
を、無電解メッキにより形成するようにした配線方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】上記ICとかLSI等の集積回路におけ
る配線層は、集積度が低い素子の場合には単層のアルミ
ニウム蒸着とかスパッタリング手段が多用されていた
が、近年のように集積度が高いLSI集積回路では配線
層のより微細化及び多層化がはかられている。そのた
め、配線に直流電流を流した際のボイド発生に起因する
断線事故(エレクトロマイグレーション)とかストレス
マイグレーションによるアルミニウム配線層の断線が生
じやすいという問題の外、コンタクト部でのアスペクト
比がより狭く、且つ深くなった結果、製造不良とか拡散
に起因する接触不良等の問題が発生する。
【0003】これに対処して、現在ではシラン還元法に
よるタングステン(W)をCVD法(chemical vapor d
eposition)により着膜してからアルミニウムを蒸着す
る方法とか、チタンナイトライド(TiN)をバリアメ
タルとしてCVD法により着膜し、更にアルミニウムを
スパッタリング法又はCVD法によって着膜する方法が
多く採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来のアルミニウムの蒸着とかスパッタリング手段で
形成した配線層は、実際にはアルミニウムの金属膜で構
成されておらず、1〜2μm2の微細なAl粒子の集合
体で構成されているため、微細なエッチング加工を施し
た後で配線層内に粒界が形成されてしまい、この粒界の
上面と粒界内部で強度及び抵抗が異なっていることに起
因して、集積回路として使用する際の電気的ストレスと
か熱的ストレスによって断線が発生することがあるとい
う難点がある。
【0005】又、前記のシラン還元法によるタングステ
ンのCVD法による着膜後にアルミニウムを蒸着する方
法もしくはチタンナイトライドをバリアメタルとしてC
VD法により着膜してからアルミニウムをスパッタリン
グ法又はCVD法によって着膜する方法は、配線層とし
ての膜が表面部分から成長し、もしくは表面への着面と
いう形態となるため、狭くて深いコンタクトホール内に
完全に埋め込まれた状態として着膜することが困難であ
るという問題がある。
【0006】例えば図2に示したように、シリコン基板
1上に形成した絶縁膜としての酸化けい素膜(Si
2)2にコンタクトホール3を開口し、上部からアル
ミニウム4をターゲットとしてECRプラズマ5からア
ルゴンイオンAr+を用いてアルミニウムイオンAl+
放射した際に、該Al+が微細な粒子であることから配
線層6中に多数の原子空孔7,7とかボイド8が生じて
ストレス,ヒルロック及びクラック発生の原因となる
外、特にコンタクトホール3の直径が1μm以下にな
り、絶縁膜としての酸化けい素膜2の厚さとコンタクト
ホール3の直径との比率が2倍以上になると、該コンタ
クトホール3の側面に金属が付着しにくくなり、配線層
6としての埋め込み効果が不完全になりやすいという問
題点が生じる。
【0007】更にアルミニウムのCVD法による着膜
は、十分な蒸気圧を有するアルミ化合物が得られていな
い現状であり、実用化のレベルに達していないという課
題も残存している。
【0008】そこで本発明はこのような従来の集積回路
における金属薄膜を利用した微細配線方法が有している
課題を解消して、前記原子空孔とかボイド等の発生を防
止するとともにストレスによって断線が発生することが
なく、且つ耐エレクトロマイグレーション性に優れた集
積回路の配線方法を提供することを目的とするものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、シリコン基板上に形成された酸化けい素
膜にエッチング法によりコンタクトホールを開口した
後、該コンタクトホールを含む上面から酸化亜鉛層を形
成し、この酸化亜鉛よりもイオン化傾向の小さい金属を
溶解した水溶液中に浸漬することにより、無電解メッキ
法の原理により酸化亜鉛を溶解しながら金属層を還元析
出させて、上記酸化亜鉛層を導電体としての金属層に変
換し、該金属層の上面に配線材となる金属を電気メッキ
もしくは無電解メッキ手段により付着して配線層を形成
するようにした無電解メッキによる集積回路の配線方法
を提供する。
【0010】上記酸化亜鉛層の形成方法として、酢酸亜
鉛エタノール溶液中に浸漬して真空脱泡した後に乾燥す
る方法、もしくはスプレーパイロリンス法を用いる。
又、酸化亜鉛よりもイオン化傾向の小さい金属で水溶液
になりやすい金属として、パラジウムを含む化合物を溶
解した塩化パラジウム(PdCl2)水溶液中を用いる
のが適当である。前記配線層の配線材としては、銅,
金,ニッケルもしくはこれら金属の積層体を用いる。
【0011】
【作用】かかる本発明によれば、コンタクトホールを含
む上面に酸化亜鉛層を形成してから該酸化亜鉛よりもイ
オン化傾向の小さい金属で水溶液になりやすい金属の水
溶液中に浸漬することにより、無電解メッキ法の原理に
より酸化亜鉛が溶解しながら金属層が還元析出されて、
酸化亜鉛層は導電体としての金属層に変換されるので、
このようにして導電体化した金属層の上面に配線材とな
る金属が電気メッキ手段もしくは無電解メッキ手段によ
り付着されて配線層が形成される得られた配線層中には
原子空孔とかボイド等が存在しないので、ストレスによ
る断線が発生せず、耐エレクトロマイグレーション性に
優れているという作用が得られる。
【0012】
【実施例】以下図面を参照して本発明にかかる無電解メ
ッキによる集積回路の配線方法の具体的な一実施例を、
前記従来の構成部分と同一の構成部分に同一の符号を付
して詳述する。図1に示したようにシリコン基板1に公
知の技術手段を利用して集積回路(IC又はLSI)を
形成し、このシリコン基板1上に形成された酸化けい素
膜2にエッチング法によりコンタクトホール3を開口す
る。
【0013】該コンタクトホール3を含む上面に無電解
メッキ法により還元析出された金属層11を形成する。
この金属層11の形成方法を以下に説明する。
【0014】即ち、先ずコンタクトホール3を含む上面
に酸化亜鉛(ZnO)層を形成する。この酸化亜鉛層の
形成方法として、特定の亜鉛化合物,例えば酢酸亜鉛エ
タノール溶液中に浸漬する方法とかスプレーパイロリン
ス法が採用可能である。尚、コンタクトホール3の深さ
が比較的大きい場合には、上記の酢酸亜鉛エタノール溶
液中に浸漬して真空脱泡した後に乾燥する方法が適当で
ある。
【0015】次に上記の酸化亜鉛よりもイオン化傾向の
小さい金属で水溶液になりやすい金属、例えばパラジウ
ムを含む化合物を溶解した塩化パラジウム(PdC
2)水溶液中に浸漬することにより、無電解メッキ法
の原理によって酸化亜鉛層中のZnOを溶解しながらパ
ラジウム金属層を還元析出させる。この操作を行うこと
によって酸化亜鉛層は導電体としての前記金属層11に
変換される。
【0016】無電解メッキとは電気エネルギーを用いな
いメッキ方法であり、上記したようにパラジウム等の金
属塩溶液中に酸化亜鉛層を浸漬することにより、還元剤
による強い還元力によって金属が析出される。この無電
解メッキは電気メッキに比較して表面の清浄度が要求さ
れるので、必要に応じて予め酸化亜鉛層の表面を脱脂等
の化学的表面処理及び表面活性化処理を行う場合もあ
る。表面活性化処理のために公知のセンシタイザー・ア
クチベータ法を適用しても良い。
【0017】このようにして導電体化した金属層11の
上面に配線材となる金属のメッキ液、例えば硫酸銅溶液
(CuSO4)中に浸漬して、電流と電圧をICとかL
SIを破壊しないように制御しながら電気メッキを施す
ことにより配線層12を形成する。
【0018】この配線層12の配線材としては、上記銅
以外にも金(Au)とかニッケル(Ni)もしくはこれ
ら金属の積層体を用いることができる。前記電気メッキ
法に代えて無電解メッキ手段によってこれら金属の配線
層12を形成することも可能である。銅は安価である
上、耐エレクトロマイグレーション性が良好であり、金
は低抵抗でかつ耐腐食性に優れており、ニッケルは耐拡
散性及び耐腐食性が良好であるという特徴を持ってい
る。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる無電解メッキによる集積回路の配線方法は、集積回
路が形成されたシリコン基板上の酸化けい素膜にエッチ
ング法によって開口されたコンタクトホールを含む上面
に酸化亜鉛層を形成し、該酸化亜鉛よりもイオン化傾向
の小さい金属で水溶液になりやすい金属の水溶液中に浸
漬することにより、酸化亜鉛が溶解しながら金属層が還
元析出されて酸化亜鉛層が導電体としての金属層に変換
され、この金属層の上面に配線材となる金属を電気メッ
キ手段もしくは無電解メッキ手段を用いて付着すること
によって配線層を形成することができるので、従来のア
ルミニウムの蒸着とかスパッタリング手段で形成した配
線層のように内方に粒界が形成されることがなく、電気
的ストレスとか熱的ストレスによる断線の発生を防止す
ることができる。
【0020】又、本発明によれば従来のアルミニウムの
蒸着とかスパッタリング法に比較して、コンタクト部で
のアスペクト比がより狭く且つ深くなっても配線層がコ
ンタクトホール内に完全に埋め込まれた状態として着膜
され、製造不良とか拡散に起因する接触不良等が発生せ
ず、しかも配線層中に原子空孔とかボイドが発生しない
ため、ストレスとかヒルロック及びクラック発生の原因
が除去されるとともに耐絵エレクトロマイグレーション
性が高くなるという効果が得られる。
【0021】更に前記酸化亜鉛層を湿式で形成したこと
により、プロセスのほとんどが低温度で実施されて熱に
よる歪が生じることなく、且つコンタクトホール内に金
属層が厚く形成されることによって集積回路自体の平坦
化にも寄与するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる無電解メッキによる配線方法の
一実施例を説明するための要部断面図。
【図2】従来の配線方法の一例を示す概要図。
【符号の説明】
1…シリコン基板 2…酸化けい素膜 3…コンタクトホール 11…金属層 12…配線層
───────────────────────────────────────────────────── 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 18/52 B H01L 21/768 H01L 21/90 D

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上に形成された酸化けい素
    膜にエッチング法によりコンタクトホールを開口した
    後、該コンタクトホールを含む上面から酸化亜鉛層を形
    成し、この酸化亜鉛よりもイオン化傾向の小さい金属を
    溶解した水溶液中に浸漬することにより、無電解メッキ
    法の原理により酸化亜鉛を溶解しながら金属層を還元析
    出させて、上記酸化亜鉛層を導電体としての金属層に変
    換し、該金属層の上面に配線材となる金属を電気メッキ
    もしくは無電解メッキ手段により付着して配線層を形成
    したことを特徴とする無電解メッキによる集積回路の配
    線方法。
  2. 【請求項2】 前記酸化亜鉛層の形成方法として、酢酸
    亜鉛エタノール溶液中に浸漬して真空脱泡した後に乾燥
    する方法、もしくはスプレーパイロリンス法を用いた請
    求項1記載の無電解メッキによる集積回路の配線方法。
  3. 【請求項3】 酸化亜鉛よりもイオン化傾向の小さい金
    属で水溶液になりやすい金属として、パラジウムを含む
    化合物を溶解した塩化パラジウム(PdCl2)水溶液
    中を用いた請求項1,2記載の無電解メッキによる集積
    回路の配線方法。
  4. 【請求項4】 前記配線層の配線材としては、銅,金,
    ニッケルもしくはこれら金属の積層体を用いた請求項
    1,2,3記載の無電解メッキによる集積回路の配線方
    法。
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