低温プロセス高アスペクト比Ｃｕ－ＴＳＶによるチップ内低応力化

本年度は環境対応型グリオキシル酸還元無電解銅めっきの300mmウエハ上での試験、およびその電気特性評価を検討した。機械、電気特性評価に使用したTSVの開口径は3μｍ、深さは50μｍと従来のスパッタ法では達成困難なアスペクト比を有している。さらにCoもしくはRuを下地膜とし無電解めっきによりCu膜を堆積する手法は半導体配線では例のない形成手法である。グリオキシル酸のRu上での還元反応は溶存酸素共存下では反応が開始されるまでに数分の誘導時間があることを電気化学的に解明し、窒素環境下ではその誘導時間が大幅に低減されることを見出した。さらに昨年度Ru上のめっき反応はRu最表面の状態に強く依存することを解明したが、本年度はRu表面で触媒活性となる還元剤型めっき前処理液を見出し、前処理を含めてウエットプロセスのみによるRu上の無電解銅めっき堆積手法を構築した。年度後半はこれらの最適化した無電解めっきプロセスを300mmSiウエハ無電解めっき装置に移管し、より実プロセスに近い環境での試験を行った。300mmウエハ上のRuを触媒とする無電解めっきの堆積速度はビーカーでのSiピース上の実験結果と同程度であった。まためっき膜の膜厚はばらつき2%以下と高いウエハ面内均一性を示した。この無電解めっきシード層を用いて形成したTSVはCuの余剰堆積が従来のPVDと比較し6倍程度低減され大幅なCMPのコスト低減が見込まれる。また今回使用した無電解Cu/Ru/ALD-TiN膜の電気特性およびバックサイドSIMSにより評価したCu拡散バリア性はPVD-Cu/PVD-Taと比較し遜色ない結果であった。

本年度は環境対応型グリオキシル酸還元無電解銅めっきの300mmウエハ上での試験、およびその電気特性評価を検討した。機械、電気特性評価に使用したTSVの開口径は3μｍ、深さは50μｍと従来のスパッタ法では達成困難なアスペクト比を有している。さらにCoもしくはRuを下地膜とし無電解めっきによりCu膜を堆積する手法は半導体配線では例のない形成手法である。グリオキシル酸のRu上での還元反応は溶存酸素共存下では反応が開始されるまでに数分の誘導時間があることを電気化学的に解明し、窒素環境下ではその誘導時間が大幅に低減されることを見出した。さらに昨年度Ru上のめっき反応はRu最表面の状態に強く依存することを解明したが、本年度はRu表面で触媒活性となる還元剤型めっき前処理液を見出し、前処理を含めてウエットプロセスのみによるRu上の無電解銅めっき堆積手法を構築した。年度後半はこれらの最適化した無電解めっきプロセスを300mmSiウエハ無電解めっき装置に移管し、より実プロセスに近い環境での試験を行った。300mmウエハ上のRuを触媒とする無電解めっきの堆積速度はビーカーでのSiピース上の実験結果と同程度であった。まためっき膜の膜厚はばらつき2%以下と高いウエハ面内均一性を示した。この無電解めっきシード層を用いて形成したTSVはCuの余剰堆積が従来のPVDと比較し6倍程度低減され大幅なCMPのコスト低減が見込まれる。また今回使用した無電解Cu/Ru/ALD-TiN膜の電気特性およびバックサイドSIMSにより評価したCu拡散バリア性はPVD-Cu/PVD-Taと比較し遜色ない結果であった。