湿式法による次世代微細配線形成技術の構築およびデバイス応用

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近年のULSIには銅配線が用いられているが、通常は銅の基板への拡散を防止するために拡散バリア層が形成されている。我々は均一成膜性に優れるウェットプロセスに注目し,有機分子膜と無電解めっき法を併用する新規バリア層形成プロセスを開発した.さらに,近年のウェハサイズの大型化に伴い,電気銅めっきにおける電流密度分布の不均一化が懸念されるために,無電解めっき法による拡散バリア層の形成後,無電解銅めっきにより直接拡散バリア層上に銅を埋め込むオール無電解プロセスを提案している.以前の検討において,高い拡散防止特性を有する無電解NiBめっき膜(>20nm)を種々の基板上に成膜することを可能としたが,配線サイズの極微細化に伴い,バリア層には更なる薄膜化が要求されており,その膜厚は10nm以下とされているのに対して、無電解NiB膜では10nm以下での膜厚制御が困難であった.本研究では,微細なULSI配線に要求される薄膜バリア膜を実現するため,無電解NiBめっきと,高い拡散防止特性を有し,ナノレベルでの膜厚制御が容易な無電解CoWPめっきを組み合わせたCoWP/NiBバリア膜プロセスの開発を行った.有機分子膜形成,触媒化処理および活性化処理を施した基板上に,無電解NiBめっきにより初期析出核を形成した後,無電解CoWPめっきを行う2段階プロセスを用いる手法により,基板上に均一なCoWP膜の形成が可能になった.さらに、この無電解バリア層を形成したトレンチパターン基板を無電解銅めっきにより埋め込むことにも成功した。この無電解銅めっき浴はポリエチレングリコールを添加剤として用いることで、トレンチ上部と底部での析出速度に大きな差を与え、ボトムアップの埋め込みを可能としためっき浴である。本研究の成果により,拡散バリア層および配線銅埋め込みの両者を無電解めっきにより行うことが可能となった。