JPH1187276A - 基板のめっき方法 - Google Patents

基板のめっき方法

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JPH1187276A
JPH1187276A JP26797397A JP26797397A JPH1187276A JP H1187276 A JPH1187276 A JP H1187276A JP 26797397 A JP26797397 A JP 26797397A JP 26797397 A JP26797397 A JP 26797397A JP H1187276 A JPH1187276 A JP H1187276A
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JP
Japan
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groove
hole
plating
substrate
wiring
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JP26797397A
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Inventor
Takao Kato
隆男 加藤
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細な配線用の溝等の微細窪みに銅又は銅
合金等の電気比抵抗の小さい材料を均一に充填すること
ができる基板のめっき方法を提供する。 【解決手段】 溝28又は孔26を有する基板Wにめ
っきを施して該溝又は孔に金属を充填する基板のめっき
方法において、溝28又は孔26の底面28a,26a
に向けてエネルギービームBを照射して底面28a,2
6aのめっき付着性を向上させる前処理工程を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板のめっき方法
に係り、特に半導体基板に形成された配線用溝等に銅
(Cu)等の金属を充填するための充填方法及び装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体基板上に配線回路を形成す
るためには、基板面上にスパッタリング等を用いてAl
又はAl合金の成膜を行った後、さらにレジスト等のパ
ターンマスクを用いたケミカルドライエッチングにより
膜の不要部分を除去していた。しかしながら、集積度が
高くなるにつれて配線が細くなり、電流密度が増加して
熱応力や温度上昇を生じるため、ストレスマイグレーシ
ョンやエレクトロマイグレーションによってAl又はA
l合金が希薄化して、ついには断線のおそれが生じる。
【0003】そこで、より低抵抗で信頼性の高い銅が配
線材料として注目されているが、従来のAl配線のよう
に成膜してからパターニングし、エッチングにより配線
を形成することは困難である。そこで、配線用の溝をあ
らかじめ形成し、化学気相成長(CVD)、スパッタや
めっきなどの手法で溝の中を埋め込み、その後表面の余
分な銅を化学機械研磨(CMP)で除去して溝配線を形
成するダマシン配線が試みられている。
【0004】この中でも、めっきは他のプロセスに比べ
て、プロセスコストが安い、純度の高い銅材料が得られ
る、ウエハダメージの少ない低温プロセスが可能となる
などの特徴があり注目されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、銅は酸化又
は腐食しやすく、さらにはSiO2中へ拡散しやすいと
いう性質があるので、これらを防ぐために、基材の配線
箇所を金属窒化物などのバリア層で覆ってから配線を形
成する必要がある。しかしながら、このような材料は、
一般的にめっきの付着性が悪く、効率的なめっきが難し
いという不都合があった。
【0006】さらに、デザインルール<0.25μmの
半導体デバイスの配線用の溝や、現在主にタングステン
で作成されているプラグを配線材料と同じ材料で埋め込
むデュアルダマシンの場合、アスペクト比は最大5以上
にもなる。このような溝やプラグをめっきで埋め込む場
合、溝やプラグの開口縁部に近い箇所でも成長が均一に
起こるため、めっき金属がこれらの蓋をしてしまい、最
終的に空孔ができやすい等の問題点があった。
【0007】本発明は、上述の事情に鑑み、微細な配線
用の溝等の微細窪みに銅又は銅合金等の電気比抵抗の小
さい材料を均一に充填することができる基板のめっき方
法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、溝又は孔を有する基板にめっきを施して該溝又は孔
に金属を充填する基板のめっき方法において、前記溝又
は孔の底面に向けてエネルギービームを照射して該底面
のめっき付着性を向上させる前処理工程を行なうことを
特徴とする基板のめっき方法である。
【0009】これにより、底面からめっきを選択的に成
長させることにより、アスペクト比の大きな溝又は孔の
入口に成長しためっきにより、溝又は孔が閉塞して空孔
ができるような事態が防止される。
【0010】請求項2に記載の発明は、前記エネルギー
ビームの照射を、溝又は孔を選択的に露出するマスクを
介して行うことを特徴とする請求項1に記載の基板のめ
っき方法である。これにより、めっき付着性の向上を選
択的に行って、不要箇所へのめっき付着を軽減し、従っ
て、その除去処理も容易となる。
【0011】請求項3に記載の発明は、前記溝又は孔
に、バリア層が形成されていることを特徴とする請求項
1に記載の基板のめっき方法である。バリア層は、めっ
き金属の基材層への拡散を防ぐ等の目的で形成され、例
えば、金属窒化物が用いられるが、通常はめっきの付着
性が悪い。
【0012】請求項4に記載の発明は、請求項1ないし
3のいずれかに記載の基板のめっき方法を行った後に、
基板に付着した金属の不要部分を化学機械研磨装置によ
り研磨して除去することを特徴とする基板の加工方法で
ある。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1ないし図3は、多層に
成膜が形成された半導体基板Wの断面を示すもので、図
1(a)に示すように、下層のSiO2層10の上にS
iN等の絶縁層12を介してCuの導電層(配線)14
が形成され、さらに絶縁層16,20を介して2層のS
iO2層18,22が順次堆積し、さらに最上層の絶縁
層24が形成されている。そして、最上層及び第2層の
SiO2層に、リソグラフィ・エッチング技術によりプ
ラグホール26と配線用の溝28が形成され、これらの
内面に金属窒化物等からなる50nm程度の厚さのバリ
ア層30が形成されている。
【0014】以下、このプラグホール26と配線用の溝
28にCu又はCu合金を充填して、プラグと配線を形
成する工程を説明する。これは、溝又は孔の底面に向け
てエネルギービームを照射して該底面のめっき付着性を
向上させる前処理工程と、金属を充填するめっき工程
と、余分に付着しためっきを除去する研磨工程からな
る。
【0015】まず、同図(b)に示すように、基板W上
に所定の方法(スパッタリング等)でSiO2層32を
成膜し、これにより、プラグホール26と配線用の溝2
8を充填しつつ、それ以外の表面を被覆する。そして、
SiO2層の表面にさらにSiN膜層34を形成して、
SiO2とSiNの2層構造の保護膜36を形成する。
次に、SiN層の表面にレジスト38を塗布し、これを
パターニングしてマスクとし、ドライエッチングを行
う。これにより、プラグホール26と配線用の溝28を
覆うSiO2層32及びSiN層34が除去されて、同
図(c)に示すように、プラグホール26と配線用の溝
28が再度露出する。
【0016】ここで、不要なレジストを除去すると、プ
ラグホール26と配線用の溝28が露出し、それ以外の
基板表面がSiO2及びSiN層で覆われた状態とな
る。これに、図2(a)に示すように、イオン源や高速
原子線源(図示せず)から放出され、適当な加速エネル
ギー(たとえばイオンの場合は30KV)で加速された
イオンビームや高速原子線等のエネルギービームBを照
射する。イオン種や原子線種としては、後工程で銅をめ
っきする場合は、銅、金、銀、白金、パラジウムなどの
金属が最適であるが、アルゴンや酸素などの希ガスでも
表面の核成長を促進する効果があることが確認されてい
る。
【0017】イオンビーム又は高速原子線は、主にプラ
グホール26と配線用の溝28の底面26a,28aに
照射され、図2(b)に示すように、この部分にめっき
の付着性が向上した改質層30aを形成する。これらの
エネルギービームB、特に高速原子線は直進性が高いの
で、プラグホール26と配線用の溝28の側壁26b,
28bを照射することがなく、従って、底面26a,2
8aのみのめっき付着性を選択的に高める。
【0018】めっきの付着性向上の機構は、イオン種や
原子線種によって異なり、銅、金、銀、白金、パラジウ
ムなどの金属を用いた場合は、これらの金属原子がバリ
ア層30表面に打ち込まれ、これがめっき付着の際の核
として作用すると考えられ、また、アルゴンや酸素など
の希ガスを用いた場合は、その物理的なスパッタリング
作用によりバリア層30の表面にミクロな凹凸が形成さ
れ、これがめっき付着の際の核として作用すると考えら
れる。
【0019】このように、プラグホール26と配線用の
溝28の底面26a,28bに改質層30aを形成した
基板を、めっき槽中の硫酸銅を主体とするめっき液に浸
漬させ、所定の温度その他の条件のもとでめっきを行な
う。めっき過程において、プラグホール26と配線用の
溝28を覆うバリア層30は本来めっきの付着性が悪い
ものであり、従って、めっきは付着性が改善されている
底面26a,28aに選択的に付着し、また、底面26
a,28aに付着しためっき金属から選択的に成長す
る。
【0020】この結果、同図(c)に示すように、めっ
き金属がプラグホール26や配線用の溝28を内部に空
孔(ボイド)を形成することなく充填されてプラグ40
や配線回路42を形成する。なお、プラグホール26や
配線用の溝28へのめっき液の流入を促進するために、
超音波振動やめっき液の流動等を行っても良い。めっき
の方法としては、電気銅めっきまたは無電解銅めっきの
どちらの方法も採用可能である。
【0021】次に、めっき工程を終えた基板WをCMP
(化学機械研磨)装置で研磨を行い、図3(a)に示す
ように、表面に付着した余分なめっき金属層44やバリ
ア層30を除去し、同図(b)に示すようにSiN等の
絶縁層46を形成することにより、Cu又はCu合金の
配線が形成された半導体基板が作製される。
【0022】なお、上述した例のようにプラグホール2
6と配線用の溝28が重複しているような場合、溝28
の底面28aに改質層30を形成すると、この部分から
めっきが成長してプラグホール26を塞いでしまい、ボ
イドを発生させるおそれがある。そこで、これらが重複
する場合には、図4に示すように、保護層36を溝28
の底面28aを覆うように形成し、プラグホール26の
底面26aのみを改質してこれからめっきを成長させる
ようにするとよい。
【0023】また、溝や孔の側壁へのエネルギービーム
の照射を防ぐように、レジストマスクを側壁を覆う保護
層が残るように形成してもよい。また、図5に示すよう
に、これらの側壁を下広がりのテーパ面26c,28c
としてもよい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
底面からめっきを選択的に成長させることにより、微細
な配線用の溝等の微細窪みに銅又は銅合金等の電気比抵
抗の小さい材料を均一に充填することができる。従っ
て、高密度化する半導体集積回路の実用化を促進する有
用な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のめっき方法の工程の概略
を示す説明図である。
【図2】本発明の実施の形態のめっき方法の図1に続く
工程を示す説明図である。
【図3】本発明の実施の形態のめっき方法の図2に続く
工程を示す説明図である。
【図4】本発明の他の実施の形態のめっき方法の工程を
示す説明図である。
【図5】本発明のさらに他の実施の形態のめっき方法の
工程を示す説明図である。
【符号の説明】
26 孔 28 溝 26a 孔の底面 28a 溝の底面 30 バリア層 36 マスク B エネルギービーム W 基板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溝又は孔を有する基板にめっきを施して
    該溝又は孔に金属を充填する基板のめっき方法におい
    て、 前記溝又は孔の底面に向けてエネルギービームを照射し
    て該底面のめっき付着性を向上させる前処理工程を行な
    うことを特徴とする基板のめっき方法。
  2. 【請求項2】 前記エネルギービームの照射を、溝又は
    孔を選択的に露出するマスクを介して行うことを特徴と
    する請求項1に記載の基板のめっき方法。
  3. 【請求項3】 前記溝又は孔に、バリア層が形成されて
    いることを特徴とする請求項1に記載の基板のめっき方
    法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の基
    板のめっき方法を行った後に、基板に付着した金属の不
    要部分を化学機械研磨装置により研磨して除去すること
    を特徴とする基板の加工方法。
JP26797397A 1997-09-12 1997-09-12 基板のめっき方法 Pending JPH1187276A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001048800A1 (fr) * 1999-12-24 2001-07-05 Ebara Corporation Procede et appareil de traitement de tranche de semi-conducteur
KR100384876B1 (ko) * 1999-06-24 2003-05-22 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자에서의 개선된 듀얼 대머신 공정
JP2003520450A (ja) * 2000-01-18 2003-07-02 マイクロン・テクノロジー・インコーポレーテッド アルミニウム、銅、金及び銀の種層を設けるプロセス
KR100773164B1 (ko) * 1999-12-24 2007-11-02 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 기판의 도금장치 및 도금방법과 전해처리방법 및 그 장치

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WO2001048800A1 (fr) * 1999-12-24 2001-07-05 Ebara Corporation Procede et appareil de traitement de tranche de semi-conducteur
KR100773164B1 (ko) * 1999-12-24 2007-11-02 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 기판의 도금장치 및 도금방법과 전해처리방법 및 그 장치
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