加工物上にニッケル鉄を無電解析出させるための組成物及びその析出方法
加工物３０上にニッケル鉄を無電解析出させる方法及びその組成物を提供する。加工物３０上にニッケル鉄を無電解析出させる際に用いられる析出液は、ニッケルイオン源、第一鉄源、錯化剤、還元剤及びｐＨ調節剤を含む。その析出液は、アルカリ金属イオンを実質的には含まない。磁気エレクトロニクス装置で使用されるフラックス集中システムの作製方法は、加工物３０を提供するステップと、加工物３０上に絶縁材料層３４を形成するステップとによって開始される。溝３６が絶縁層３４に形成され、バリア層４０が溝内に析出される。ニッケル鉄クラッド層４６がバリア層４０上に析出される。ニッケル鉄クラッド層の析出後、溝付近の絶縁材料層３４は、原子約１×１０１１個／ｃｍ２未満のアルカリ金属イオン濃度を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工物上へのニッケル鉄の電気化学的な析出に係り、詳しくは、アルカリ金属を実質的には含まない析出液を用いた加工物上へのニッケル鉄の無電解析出に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気エレクトロニクス装置、スピンエレクトロニクス装置及びスピントロニクス装置は、主として電子スピン効果を利用する機器を指す。磁気エレクトロニクス効果は、多くの情報機器で使用され、不揮発性、高信頼性、耐放射線性を有し、高密度のデータ保存及び検索を提供する。多くの磁気エレクトロニクス情報機器として、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、磁気センサー及びディスクドライブ用読み書きヘッド等が挙げられるが、これらに限定されない。
【０００３】
一般に、磁気エレクトロニクス情報機器は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ類等の種々の半導体素子を有する基板に形成された磁気エレクトロニクス素子（例えば、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子）のアレイによって構成されている。磁気エレクトロニクス素子は、導電体から形成される磁場によってプログラムされている。一般に、一つが磁気エレクトロニクス素子の下部に（ディジット線として）形成され、もう一つが磁気エレクトロニクス素子の上面に（ビット線として）形成された２つの電流キャリア伝導体は、磁気エレクトロニクス素子のプログラミング用の磁場を提供するため交差マトリクスの形態で配列されている。
【０００４】
最新の半導体プロセスでは、電流キャリア伝導体の金属配線を使用する場合が多い。金属配線の形成方法として、ダマシン法又はインレイド法によるものがあり、その方法では、誘電体層に溝をパターニングし、エッチングして、該溝内に金属層（通常は銅）を析出させる。フラックス集中システムは多くの場合、金属配線の近傍に形成される。フラックス集中システムは、一般に、金属配線の３つの側面に形成されたクラッド層を利用し、磁気エレクトロニクス素子に最も近い側面をクラッド層の無い状態のままにする。このように、クラッド層は、配線の磁気フラックスを磁気エレクトロニクス素子に向けて集中させる機能を果たす。クラッド層が存在しないと、所望の磁場強度を得るために高電流が必要となる。高電流は、プログラムされていない磁気エレクトロニクス素子の近傍に悪影響をもたらす虞がある。また、クラッド層は、外部磁場からの遮蔽をある程度提供している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
クラッド層の作製によく用いられる方法として、磁気エレクトロニクス素子の上方、又は下方にある誘導体層をエッチングして溝を形成し、該溝にニッケル−鉄（ＮｉＦｅ）の析出させる方法がある。ニッケル鉄は、望ましい軟磁性のため、一般的なクラッド材料の一つとされている。一般に、ニッケル鉄は、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）を用いて溝内に析出される。しかしながら、ＰＶＤによるニッケル鉄の析出は、ニッケル鉄が溝内において等角的に析出されないため望ましくない。非等角的な析出によって、溝内にボイドが形成される虞がある。図１は、ＰＶＤにより非等角的な厚さで析出されたニッケル鉄層を示す。図１は、半導体加工物１０上に形成された誘電体層１２の断面構造を示す。溝１４が誘電体層１２に形成されている。溝１４を囲む誘電体層１２の表面は場領域１６となっている。場領域は、溝よりも高くされた任意の隣接する素子、形質又は表面である。磁場領域は、略平面をなしているが、そうである必要はない。ニッケル鉄層１８は、ＰＶＤによって誘電体層１２上に成膜されている。磁場領域１６上のニッケル鉄層は略均一な厚さを有している。一方、溝１４の側壁を覆うニッケル鉄層は均一ではなく、溝１４の底部近傍の厚さ２２よりも、該溝１４の開口近傍の厚さ２０の方が大きくなっている。
【０００６】
ニッケル鉄を析出させる別の方法として、電着（電気メッキとも称される）がある。しかしながら、電着処理時において加工物の全体に亘り電流密度が均一にならないため、小さい寸法の形態ではその不均一さが特に問題となり、溝の内側壁を等角的に被覆することが困難になる。また、ニッケル鉄層がクラッド層として機能するのに適切な厚さを得ることも困難である。
【０００７】
他の利用分野では、ニッケル鉄は、例えば無電解析出等の電気化学的な方法によって析出されてきた。無電解析出法は、各部において等角的に析出させるのに好適に用いられてきた。しかしながら、無電解析出法では、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）やカリウム（Ｋ＋）イオン等の少量のアルカリ金属イオンを含む電気化学析出液がよく用いられる。従って、そのような方法は、トランジスタ等の電子機器を作製するのに望ましくなく、機器内部に極僅かな量のＮａ＋イオンやＫ＋イオンしか含まれてなくても、それらの機器を故障させてしまう虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、フラックス集中システムで使用されるニッケル鉄層を析出させる方法を改良することが要求されている。更に、アルカリ金属を実質的には含まない電気化学析出液を用いるニッケル鉄の無電解析出方法を提供することが要求されている。更に、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付の図面ならびに前述した技術分野及び背景技術とともに、後述する詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、以下の図面を参照して説明され、図中、同じ部材番号は同じ要素を示す。
以下の詳細な説明は、例示にすぎず、本発明やその使用法及び利用分野を限定するものではない。更に、前述の技術分野、背景技術、要約又は下記の詳細な説明で明示又は示唆された理論により拘束されることを意図していない。
【００１０】
図面について説明すると、図２〜図８は、本発明の一実施形態による磁気エレクトロニクス機器用クラッド導体、具体的には、クラッドディジット線の製造方法を示している。磁気エレクトロニクス機器として、ランダムアクセスメモリ、磁気センサー、誘導素子、ディスクドライブ用読み書きヘッド、ならびに電流キャリア伝導体の磁気特性を利用する他の機器等が挙げられる。図２に示すように、この方法では、まず、半導体ウェハ等の基板層３２を有する加工物３０が提供される。基板層３２は、１つ又は複数の層からなり、感度増幅器、トランジスタ及びデジタル回路等の回路を有してもよいが、それらは簡潔さを期すため図示されていない。誘電体層３４が、基板３２上に成膜されてもよい。誘電体層３４は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）又は他のｌｏｗ−ｋ誘電体材料等の好適な絶縁材料から形成される。
【００１１】
図３に示すように、パターニングしてエッチングすることにより、誘電体層３４の一部が除去されることによって、誘電体層３４内に１つ又は複数の溝３６が形成される。溝３６は、場領域３８の近傍に形成される。以下により詳細に説明するように、溝３６の全長及び高さは、動作クラッド導体を形成するのに好適な値であれば任意である。誘電体層３４は、例えばプラズマドライエッチング等の一般的なエッチング法を用いてエッチングされる。
【００１２】
図４に示すように、第１の導電性バリア層４０は、加工物３０上及び溝３６の内側を覆うように形成されている。第１の導電性バリア層４０は、誘電体層３４を通って銅が拡散することを抑止、又は最小限に抑えると共に、誘電体層３４上に銅が成膜されることを可能とするか、容易にする。第１の導電性バリア層４０は、１つ又は複数の導電層からなる。第１の導電性バリア層４０は、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタルケイ素（ＴａＳｉＮ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は銅が拡散して周囲の材料に侵入したり、該材料との望ましくない反応を抑止する他の金属から形成される。本発明の好ましい実施形態において、第１のバリア層４０はタンタルから形成される。第１の導電性バリア層４０は、物理蒸着（ＰＶＤ）、イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）又は半導体産業で周知な他の方法を用いて析出される。
【００１３】
本発明の一実施形態では、次に、ＰＶＤ、ＩＭＰ、ＣＶＤ又は半導体産業で周知な他の方法を用いて、第１のシード層４２が、第１の導電性バリア層４０上及び溝３６の内側を覆うように析出される。第１のシード層４２は、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）又は他の好適な金属から形成される。好ましくは、第１のシード層４２は銅から形成される。
【００１４】
次に、本発明の別の実施形態において、図５に示すように、活性化層４４が銅シード層４２上に析出される。活性化層４４は、以下に更に詳細に説明するように、その次に形成されるクラッド層を析出させ易くするための触媒として機能する。例えば活性化層４４等の成長は、半導体産業において既によく知られている。例えば、活性化層４４は、半導体業界で周知の置換析出法とも称される浸漬析出法を用いて、あるいは他の好適な方法によって析出される。活性化層４４は、パラジウムから形成されることが好ましく、該パラジウムは、銅シード層４２と相互作用して活性化層４４を形成する。一方、銅シード層４２上に析出され、かつ次に形成されるクラッド層を析出させ易くする任意の金属から活性化層４４が形成されることは明らかである。第１の導電性バリア層４０、第１のシード層４２及び活性化層４４が、溝３６の大きさに適した厚さにそれぞれ成長させられることは明らかである。
【００１５】
次に、無電解析出を用いて、ニッケル鉄クラッド層４６が析出される。無電解析出法は、アルカリ金属を実質的には含まない無電解析出液を利用する。本明細書に使用されるように、「アルカリ金属を実質的には含まない」析出液（又はその成分）、あるいは「アルカリ金属イオンを実質的には含まない」析出液（又はその成分）との文言は、析出液（又はその成分）中のアルカリ金属の濃度が十分に低く、ニッケル鉄クラッド層４６の析出時に、誘電体層３４等のニッケル鉄層近傍の絶縁材料層中に含まれるアルカリ金属イオン濃度が原子１×１０１２個／ｃｍ２以下であることを意味する。このようにすれば、絶縁材料層中のアルカリ金属イオンの濃度は、半導体加工物３０に形成される素子の物理的、化学的及び／又は電気的特性に悪影響を及ぼすことはない。本発明の好ましい実施形態において、誘電体層３４等のニッケル鉄層近傍にある絶縁材料層中のアルカリ金属イオン濃度は、原子１×１０１１個／ｃｍ２以下である。ニッケル鉄クラッド層４６は、約７０〜約９０原子重量％の範囲のニッケル濃度、及び約１０〜約３０原子重量％の範囲の第一鉄濃度を含み、クラッド層の磁気特性を高めるホウ素及び／又はリンを適量含む。本発明の一実施形態において、ニッケル鉄クラッド層４６中のホウ素及び／又はリンの濃度は、約１〜約１５原子重量％である。本発明の好ましい実施形態において、ニッケル鉄クラッド層４６は、約７５〜約７８原子重量％の範囲のニッケル濃度、及び約１６〜約１８原子重量％の第一鉄濃度を含み、ホウ素及び／又はリンを約５〜約９原子重量％含む。本発明のより好ましい実施形態において、ニッケル鉄クラッド層４６は、約７５原子重量％のニッケル濃度、及び約１８原子重量％の第一鉄濃度を含み、ホウ素及び／又はリンを約７原子重量％含む。
【００１６】
無電解析出液は、ニッケルイオン源と第一鉄イオン源とから調製される。ニッケルイオン源は、スルファミン酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸ニッケル及び／又は他の好適なニッケルイオン源からなる。第一鉄イオン源は、スルファミン酸鉄、塩化鉄、硫酸鉄及び／又は他の好適な第一鉄イオン源からなる。無電解析出液は、１以上の錯化剤からも調製される。錯化剤としては、グリシン、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、酢酸及び／又は無電解析出法に使用される周知の他の好適な錯化剤等が挙げられる。本発明の好ましい実施形態において、無電解析出液は、２種類の錯化剤、即ちグリシン及び酒石酸から形成される。また、無電解析出液は、１以上の還元剤を用いても調製される。還元剤としては、ジメチルアミノボラン（ＤＭＡＢ）、モルホリンボラン（ＭＰＢ）、グリオキシル酸、次亜リン酸アンモニウム及び／又は無電解析出法に使用される周知の他の好適な還元剤等が挙げられる。本発明の好ましい実施形態において、無電解析出液は、ＤＭＡＢを用いて調製される。還元剤及び／又は錯化剤は、上述したようにクラッド層の磁気特性を高くするため、ホウ素及び／又はリンをニッケル鉄クラッド層４６に寄与させることが好ましい。
【００１７】
本発明の一実施形態において、ニッケル鉄の析出速度を制御するため、無電解析出液のｐＨは、約７．５〜約９．５の範囲に維持される。本発明の好ましい実施形態において、無電解析出液のｐＨは、約７．８〜約８．２の範囲に設定される。従って、無電解析出は、溶液のｐＨを調節するためのｐＨ調節剤を用いてもよい。ｐＨ調節剤として、エレクトロニクス用の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化アンモニウム及び／又は無電解析出法に用いられる周知の他の好適なｐＨ調節剤等が挙げられる。本発明の好ましい実施形態において、無電解析出液は、ｐＨ調節剤としてのＴＭＡＨを用いて調製される。
【００１８】
上述された無電解析出液の成分は、例えば、撹拌棒による急速な撹拌や撹拌機による撹拌等の任意の簡便な混合方法を使用して、任意の好適な順序で混ぜ合わせてもよい。本発明の一実施形態において、無電解析出液は、約２．０〜３．０ｇ／リットル、好ましくは、約２．２〜約２．４ｇ／リットルの範囲の濃度で存在するニッケルイオン、約０．２５〜約４０ｇ／リットル、好ましくは、約０．３２〜約０．３６ｇ／リットルの範囲の濃度で存在する第一鉄イオン、約２．０〜約１０ｇ／リットル、好ましくは、約４．０〜約５．０ｇ／リットルの範囲の濃度で存在するグリシン、約２０．０〜約４０．０ｇ／リットル、好ましくは、約２５．０〜３０．０ｇ／リットルの範囲の濃度で存在する酒石酸、約１．５〜約６．０ｇ／リットル、好ましくは、１．８〜約２．２ｇ／リットルの範囲の濃度で存在するＤＭＡＢ、及び無電解メッキ液のｐＨを約７．５〜約９．５、好ましくは、約７．８〜約８．２の範囲内に調節するのに十分な量の２５％ＴＭＡＨ溶液を用いて調製される。
【００１９】
図５に示すように、ニッケル鉄クラッド層４６は、約３５℃〜約６５℃の析出温度で無電解析出液と活性化層４４とを接触させることにより形成される。本発明の好ましい実施形態において、無電解析出液の析出温度は、約４０℃〜５０℃の範囲であり、より好ましくは、約４１℃である。無電解析出は、場領域３８を覆うニッケル鉄クラッド層４６の厚さが約５〜約４０ｎｍ（約５０〜約４００Å）の範囲、好ましくは、約１５〜約２０ｎｍ（約１５０〜約２００Å）の範囲になるまで継続して行われる。無電解析出を用いた結果、ニッケル鉄クラッド層４６が溝３６内において等角的に析出される。即ち、ニッケル鉄クラッド層４６は、溝３６の大きさとは無関係に、溝３６の底部及び側壁を覆うように均一な厚さを有して析出される。
【００２０】
本発明の別の実施形態において、図６に示すように、ニッケル鉄クラッド層４６の析出後、第２の導電性バリア層４８が加工物３０上に析出される。第２の導電性バリア層４８は、ニッケル鉄クラッド層４６と、その後に形成され、ニッケル鉄クラッド層４６の磁気特性に悪影響を及ぼす銅配線層との間に生じるあらゆる金属間干渉を低減し、又は除去する機能を果たす。第２の導電性バリア層４８は、第１の導電性バリア層４０を形成する上述した任意の材料から形成される。第２の導電性バリア層４８は、タンタルから形成されることが好ましい。第２のバリア層４８は、ＰＶＤ、ＩＭＰ、ＣＶＤ又は半導体産業で周知な他の好適な方法を用いて析出される。
【００２１】
本発明の一実施形態において、次に、第２のシード層５０が、第２のバリア層４８上及び溝３６の内側を覆うように析出される。第２のシード層５０は、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）又は他の好適な金属から形成される。第２のシード層５０は、銅から形成されることが好ましい。第２のシード層５０は、ＰＶＤ、ＩＭＰ、ＣＶＤ又は半導体産業で周知な他の好適な方法を用いて析出される。第２の導電性バリア層４８及び第２のシード層５０が、溝３６の大きさに適した厚さにまで成長させられることは明らかである。
【００２２】
次に、図７に示すように、導体配線５２が、加工物３０上及び溝３６の内側を覆うように形成される。導体配線５２は、任意の好適な析出方法を用いて形成される。本発明の好ましい実施形態において、電気メッキによって、導体配線５２が加工物３０上及び溝３６の内側に析出される。導体配線５２は、銅、アルミニウム、金、銀及びそれらの類似物、又はこれらの合金から形成してもよい。第２のシード層５０及び導体配線５２は、銅から形成されることが好ましい。
【００２３】
本発明の一実施形態において、次に、導体配線５２を安定化させるため、加工物３０に対してアニール処理が施される。加工物３０は、約１００〜約５００℃の範囲、好ましくは、約２００〜約３００℃の範囲の温度でアニール処理される。アニール温度は、より好ましくは、約２５０℃である。加工物３０は、約１５分〜約１時間アニール処理が施される。加工物３０は、約３０分間アニール処理されることが好ましい。
【００２４】
図８に示すように、導体配線５２の析出及びアニール処理の実施後、導体配線５２、第２のシード層５０、第２の導電性バリア層４８、ニッケル鉄クラッド層４６、活性化層４４、第１のシード層４２及び第１の導電性バリア層４０、並びに加工物３０上及び溝３６の内側を覆う第２のクラッド層等の他の金属層などを含む場領域３８上に形成される過剰の金属は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）、ドライ又はウェットエッチング等の半導体産業で周知の好適な方法を用いて場領域３８から除去される。従って、図８に示すように、上記の方法によって、導体配線５２と、導体配線５２の３つの表面を均一な厚さで包囲するニッケル鉄クラッド層４６を用いたフラックス集中システムとを備える導電性ディジット線５４が作製される。
【００２５】
図９〜１３は、本発明の別の実施形態による磁気エレクトロニクス機器で使用されるクラッド導体、特にクラッドビット線の製造方法を示す。図９に示すように、その方法では、まず、基板層１１２を有する半導体ウェハ等の加工物１００が提供される。基板層１１２は、１つ又は複数の層からなり、感度増幅器、トランジスタ及びデジタル回路等の回路を有してもよいが、それらは簡潔さを期すため図示されていない。基板層１１２は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子等の磁気エレクトロニクス素子を少なくとも１つ含み、それら素子についても簡潔さを期すため図示されていない。誘電体層１１４は、基板１１２上に析出される。誘電体層１１４は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）又は他のｌｏｗ−ｋ酸化誘電体材料等の好適な酸化絶縁材料から形成される。
【００２６】
パターニングしてエッチングすることにより、誘電体層１１４の一部が除去されることによって、誘電体層１１４内に１つ又は複数の溝１１６が形成される。溝１１６は、場領域１１８の近傍に形成される。以下により詳細に説明するように、溝１１６の全長及び高さは、動作クラッド導体を形成するのに好適な値であれば任意である。誘電体層３４は、例えばプラズマドライエッチング等の一般的なエッチング法を用いてエッチングされる。
【００２７】
この製造方法は、更に、図４及び図５を参照して上述したステップを用いて、第１の導電性バリア層１２０、第１のシード層１２２、第１の活性化層１２４及び第１のニッケル鉄クラッド層１２６を形成する。第１の導電性バリア層１２０、第１のシード層１２２、第１の活性化層１２４及び第１のニッケル鉄クラッド層１２６は、第１の導電性バリア層２０、第１のシード層２２、活性化層２４及びニッケル鉄クラッド層２６について上述したものと同じ工程及び材料から形成してもよい。溝１１６内に形成された場合、第１のニッケル鉄クラッド層１２６は、溝１１６の底面を覆う底面１２８と、溝１１６の側壁を覆う側壁１３０とを有する。
【００２８】
図１０に示すように、加工物１００上に第１のニッケル鉄クラッド層１２６を析出させた後、第１のニッケル鉄クラッド層１２６の底面１２８は溝１１６から除去されるが、第１のニッケル鉄クラッド層１２６の側壁１３０は除去されずにそのまま残存する。底面１２８は、例えばスパッタリング等の単一指向性を有する適切な方法を用いて除去される。
【００２９】
次に、図１１に示すように、第２の導電性バリア層１３２が、加工物１００上及び溝１１６の内側を覆うように形成される。本発明の一実施形態において、第２のシード層１３４が、第２の導電性バリア層１３２上に形成される。第２の導電性バリア層１３２及び第２のシード層１３４は、第２の導電性バリア層２８及び第２のシード層３０について上述したものと同じ工程及び材料から形成してもよい。
【００３０】
図１２に示すように、導体配線１３６は、加工物１００上及び溝１１６の内側を覆うように形成される。導体配線１３６は、電気メッキによる析出又は他の適切な析出法によって形成してもよい。導体配線１３６は、銅又はその合金から形成してもよい。第２のシード層１３４及び導体配線１３６は、銅から形成されることが好ましい。本発明の一実施形態において、次に、導体配線１３６を安定化させるため、加工物１００に対してアニール処理が施される。加工物１００は、約１００〜約５００℃の範囲、好ましくは、約２００〜約３００℃の範囲の温度でアニール処理される。アニール温度は、より好ましくは、約２５０℃である。加工物１００は、約１５分〜約１時間、アニール処理が施される。加工物１００は、３０分間アニール処理されることが好ましい。
【００３１】
導体配線１３６の析出及びアニールの実施後、導体配線１３６、第２のシード層１３４、第２の導電性バリア層１３２、第１のニッケル鉄クラッド層１２６、第１の活性化層１２４、第１のシード層１２２及び第１の導電性バリア層１２０、並びに加工物１００上及び溝１１６の内側を覆うように析出された第２のクラッド層等の他の金属層を含む場領域１１８上に形成される過剰の金属は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）、ドライ又はウェットエッチング等の半導体産業で周知の好適な方法を用いて場領域１１８から除去される。
【００３２】
本発明の一実施形態において、図１３に示すように、次に、第２の又は「最上の」活性化層１３８が、導体配線１３６上に析出される。本明細書に使用される場合、「最上の」との文言は、溝１１６の開口部付近の位置を意味する。第２の活性化層１３８は、以下に詳細に説明するように、その次に形成される最上クラッド層を析出させ易くするための触媒として機能する。第２の活性化層１３８は、半導体業界で周知の置換析出法とも称される浸漬析出法を用いて、あるいは他の好適な方法によって析出される。第２の活性化層１３８は、パラジウムから形成されることが好ましく、該パラジウムは、導体配線１３６と相互作用して第２の活性化層１３８を形成する。一方、導体配線１３６上に析出され、かつ次に形成されるクラッド層を析出させ易くする任意の金属から第２の活性化層１３８が形成されることは明らかである。
【００３３】
次に、上述した無電解析出液を用いた無電解析出法によって、第２の又は「頂部の」ニッケル鉄クラッド層１４０が第２の活性化層１３８上に析出される。第２のニッケル鉄クラッド層１４０は、第１のニッケル鉄クラッド層１２６及びニッケル鉄クラッド層４６について上述したものと同じ成分を含み、同じ材料から形成してもよい。上記の無電解析出液を用いたニッケル鉄の析出は金属に対して選択的である。従って、活性化銅層上に析出される一方、誘電体材料層１１４上には析出されない。このようにすれば、ビット線１４２を形成するため、自己整合した第２のニッケル鉄クラッド層１４０が、マスキング工程及びパターニング工程を追加して行うことなく、銅配線層１３６上に析出される。第２のニッケル鉄クラッド層１４０が自己整合しているため、位置ずれした頂部クラッド層からの電気接触によるビット線１４２とそれに隣接するビット線との間の短絡が発生し難くなると考えられる。
【００３４】
上記の詳細な説明において、少なくとも一つの実施形態を示したが、非常に多数の変形例が存在することは理解すべきである。更に、これらの実施形態は実例にすぎず、いかなる形態であっても、本発明の範囲、利用可能性又は構成を限定しないことも理解すべきである。むしろ、前記の詳細な説明は、当業者にとって、実施形態を実施する際の簡便な指針を提供するものである。添付の特許請求の範囲に記載される本発明、及びその均等物の範囲から逸脱しない限り、機器の機能及び配置について種々の変更が行えることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】プラズマ蒸着によりニッケル鉄クラッド層が析出された加工物の断面図。
【図２】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図３】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図４】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図５】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図６】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図７】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図８】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図９】本発明の一実施形態によるクラッドビット線の製造方法を示す模式断面図。
【図１０】本発明の一実施形態によるクラッドビット線の製造方法を示す模式断面図。
【図１１】本発明の一実施形態によるクラッドビット線の製造方法を示す模式断面図。
【図１２】本発明の一実施形態によるクラッドビット線の製造方法を示す模式断面図。
【図１３】本発明の一実施形態によるクラッドビット線の製造方法を示す模式断面図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工物上へのニッケル鉄の電気化学的な析出に係り、詳しくは、アルカリ金属を実質的には含まない析出液を用いた加工物上へのニッケル鉄の無電解析出に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気エレクトロニクス装置、スピンエレクトロニクス装置及びスピントロニクス装置は、主として電子スピン効果を利用する機器を指す。磁気エレクトロニクス効果は、多くの情報機器で使用され、不揮発性、高信頼性、耐放射線性を有し、高密度のデータ保存及び検索を提供する。多くの磁気エレクトロニクス情報機器として、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、磁気センサー及びディスクドライブ用読み書きヘッド等が挙げられるが、これらに限定されない。
【０００３】
一般に、磁気エレクトロニクス情報機器は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ類等の種々の半導体素子を有する基板に形成された磁気エレクトロニクス素子（例えば、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子）のアレイによって構成されている。磁気エレクトロニクス素子は、導電体から形成される磁場によってプログラムされている。一般に、一つが磁気エレクトロニクス素子の下部に（ディジット線として）形成され、もう一つが磁気エレクトロニクス素子の上面に（ビット線として）形成された２つの電流キャリア伝導体は、磁気エレクトロニクス素子のプログラミング用の磁場を提供するため交差マトリクスの形態で配列されている。
【０００４】
最新の半導体プロセスでは、電流キャリア伝導体の金属配線を使用する場合が多い。金属配線の形成方法として、ダマシン法又はインレイド法によるものがあり、その方法では、誘電体層に溝をパターニングし、エッチングして、該溝内に金属層（通常は銅）を析出させる。フラックス集中システムは多くの場合、金属配線の近傍に形成される。フラックス集中システムは、一般に、金属配線の３つの側面に形成されたクラッド層を利用し、磁気エレクトロニクス素子に最も近い側面をクラッド層の無い状態のままにする。このように、クラッド層は、配線の磁気フラックスを磁気エレクトロニクス素子に向けて集中させる機能を果たす。クラッド層が存在しないと、所望の磁場強度を得るために高電流が必要となる。高電流は、プログラムされていない磁気エレクトロニクス素子の近傍に悪影響をもたらす虞がある。また、クラッド層は、外部磁場からの遮蔽をある程度提供している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
クラッド層の作製によく用いられる方法として、磁気エレクトロニクス素子の上方、又は下方にある誘導体層をエッチングして溝を形成し、該溝にニッケル−鉄（ＮｉＦｅ）の析出させる方法がある。ニッケル鉄は、望ましい軟磁性のため、一般的なクラッド材料の一つとされている。一般に、ニッケル鉄は、プラズマ蒸着（ＰＶＤ）を用いて溝内に析出される。しかしながら、ＰＶＤによるニッケル鉄の析出は、ニッケル鉄が溝内において等角的に析出されないため望ましくない。非等角的な析出によって、溝内にボイドが形成される虞がある。図１は、ＰＶＤにより非等角的な厚さで析出されたニッケル鉄層を示す。図１は、半導体加工物１０上に形成された誘電体層１２の断面構造を示す。溝１４が誘電体層１２に形成されている。溝１４を囲む誘電体層１２の表面は場領域１６となっている。場領域は、溝よりも高くされた任意の隣接する素子、形質又は表面である。磁場領域は、略平面をなしているが、そうである必要はない。ニッケル鉄層１８は、ＰＶＤによって誘電体層１２上に成膜されている。磁場領域１６上のニッケル鉄層は略均一な厚さを有している。一方、溝１４の側壁を覆うニッケル鉄層は均一ではなく、溝１４の底部近傍の厚さ２２よりも、該溝１４の開口近傍の厚さ２０の方が大きくなっている。
【０００６】
ニッケル鉄を析出させる別の方法として、電着（電気メッキとも称される）がある。しかしながら、電着処理時において加工物の全体に亘り電流密度が均一にならないため、小さい寸法の形態ではその不均一さが特に問題となり、溝の内側壁を等角的に被覆することが困難になる。また、ニッケル鉄層がクラッド層として機能するのに適切な厚さを得ることも困難である。
【０００７】
他の利用分野では、ニッケル鉄は、例えば無電解析出等の電気化学的な方法によって析出されてきた。無電解析出法は、各部において等角的に析出させるのに好適に用いられてきた。しかしながら、無電解析出法では、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）やカリウム（Ｋ＋）イオン等の少量のアルカリ金属イオンを含む電気化学析出液がよく用いられる。従って、そのような方法は、トランジスタ等の電子機器を作製するのに望ましくなく、機器内部に極僅かな量のＮａ＋イオンやＫ＋イオンしか含まれてなくても、それらの機器を故障させてしまう虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、フラックス集中システムで使用されるニッケル鉄層を析出させる方法を改良することが要求されている。更に、アルカリ金属を実質的には含まない電気化学析出液を用いるニッケル鉄の無電解析出方法を提供することが要求されている。更に、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付の図面ならびに前述した技術分野及び背景技術とともに、後述する詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、以下の図面を参照して説明され、図中、同じ部材番号は同じ要素を示す。
以下の詳細な説明は、例示にすぎず、本発明やその使用法及び利用分野を限定するものではない。更に、前述の技術分野、背景技術、要約又は下記の詳細な説明で明示又は示唆された理論により拘束されることを意図していない。
【００１０】
図面について説明すると、図２〜図８は、本発明の一実施形態による磁気エレクトロニクス機器用クラッド導体、具体的には、クラッドディジット線の製造方法を示している。磁気エレクトロニクス機器として、ランダムアクセスメモリ、磁気センサー、誘導素子、ディスクドライブ用読み書きヘッド、ならびに電流キャリア伝導体の磁気特性を利用する他の機器等が挙げられる。図２に示すように、この方法では、まず、半導体ウェハ等の基板層３２を有する加工物３０が提供される。基板層３２は、１つ又は複数の層からなり、感度増幅器、トランジスタ及びデジタル回路等の回路を有してもよいが、それらは簡潔さを期すため図示されていない。誘電体層３４が、基板３２上に成膜されてもよい。誘電体層３４は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）又は他のｌｏｗ−ｋ誘電体材料等の好適な絶縁材料から形成される。
【００１１】
図３に示すように、パターニングしてエッチングすることにより、誘電体層３４の一部が除去されることによって、誘電体層３４内に１つ又は複数の溝３６が形成される。溝３６は、場領域３８の近傍に形成される。以下により詳細に説明するように、溝３６の全長及び高さは、動作クラッド導体を形成するのに好適な値であれば任意である。誘電体層３４は、例えばプラズマドライエッチング等の一般的なエッチング法を用いてエッチングされる。
【００１２】
図４に示すように、第１の導電性バリア層４０は、加工物３０上及び溝３６の内側を覆うように形成されている。第１の導電性バリア層４０は、誘電体層３４を通って銅が拡散することを抑止、又は最小限に抑えると共に、誘電体層３４上に銅が成膜されることを可能とするか、容易にする。第１の導電性バリア層４０は、１つ又は複数の導電層からなる。第１の導電性バリア層４０は、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタルケイ素（ＴａＳｉＮ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は銅が拡散して周囲の材料に侵入したり、該材料との望ましくない反応を抑止する他の金属から形成される。本発明の好ましい実施形態において、第１のバリア層４０はタンタルから形成される。第１の導電性バリア層４０は、物理蒸着（ＰＶＤ）、イオン化金属プラズマ（ＩＭＰ）、化学気相蒸着（ＣＶＤ）又は半導体産業で周知な他の方法を用いて析出される。
【００１３】
本発明の一実施形態では、次に、ＰＶＤ、ＩＭＰ、ＣＶＤ又は半導体産業で周知な他の方法を用いて、第１のシード層４２が、第１の導電性バリア層４０上及び溝３６の内側を覆うように析出される。第１のシード層４２は、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）又は他の好適な金属から形成される。好ましくは、第１のシード層４２は銅から形成される。
【００１４】
次に、本発明の別の実施形態において、図５に示すように、活性化層４４が銅シード層４２上に析出される。活性化層４４は、以下に更に詳細に説明するように、その次に形成されるクラッド層を析出させ易くするための触媒として機能する。例えば活性化層４４等の成長は、半導体産業において既によく知られている。例えば、活性化層４４は、半導体業界で周知の置換析出法とも称される浸漬析出法を用いて、あるいは他の好適な方法によって析出される。活性化層４４は、パラジウムから形成されることが好ましく、該パラジウムは、銅シード層４２と相互作用して活性化層４４を形成する。一方、銅シード層４２上に析出され、かつ次に形成されるクラッド層を析出させ易くする任意の金属から活性化層４４が形成されることは明らかである。第１の導電性バリア層４０、第１のシード層４２及び活性化層４４が、溝３６の大きさに適した厚さにそれぞれ成長させられることは明らかである。
【００１５】
次に、無電解析出を用いて、ニッケル鉄クラッド層４６が析出される。無電解析出法は、アルカリ金属を実質的には含まない無電解析出液を利用する。本明細書に使用されるように、「アルカリ金属を実質的には含まない」析出液（又はその成分）、あるいは「アルカリ金属イオンを実質的には含まない」析出液（又はその成分）との文言は、析出液（又はその成分）中のアルカリ金属の濃度が十分に低く、ニッケル鉄クラッド層４６の析出時に、誘電体層３４等のニッケル鉄層近傍の絶縁材料層中に含まれるアルカリ金属イオン濃度が原子１×１０１２個／ｃｍ２以下であることを意味する。このようにすれば、絶縁材料層中のアルカリ金属イオンの濃度は、半導体加工物３０に形成される素子の物理的、化学的及び／又は電気的特性に悪影響を及ぼすことはない。本発明の好ましい実施形態において、誘電体層３４等のニッケル鉄層近傍にある絶縁材料層中のアルカリ金属イオン濃度は、原子１×１０１１個／ｃｍ２以下である。ニッケル鉄クラッド層４６は、約７０〜約９０原子重量％の範囲のニッケル濃度、及び約１０〜約３０原子重量％の範囲の第一鉄濃度を含み、クラッド層の磁気特性を高めるホウ素及び／又はリンを適量含む。本発明の一実施形態において、ニッケル鉄クラッド層４６中のホウ素及び／又はリンの濃度は、約１〜約１５原子重量％である。本発明の好ましい実施形態において、ニッケル鉄クラッド層４６は、約７５〜約７８原子重量％の範囲のニッケル濃度、及び約１６〜約１８原子重量％の第一鉄濃度を含み、ホウ素及び／又はリンを約５〜約９原子重量％含む。本発明のより好ましい実施形態において、ニッケル鉄クラッド層４６は、約７５原子重量％のニッケル濃度、及び約１８原子重量％の第一鉄濃度を含み、ホウ素及び／又はリンを約７原子重量％含む。
【００１６】
無電解析出液は、ニッケルイオン源と第一鉄イオン源とから調製される。ニッケルイオン源は、スルファミン酸ニッケル、塩化ニッケル、硫酸ニッケル及び／又は他の好適なニッケルイオン源からなる。第一鉄イオン源は、スルファミン酸鉄、塩化鉄、硫酸鉄及び／又は他の好適な第一鉄イオン源からなる。無電解析出液は、１以上の錯化剤からも調製される。錯化剤としては、グリシン、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、酢酸及び／又は無電解析出法に使用される周知の他の好適な錯化剤等が挙げられる。本発明の好ましい実施形態において、無電解析出液は、２種類の錯化剤、即ちグリシン及び酒石酸から形成される。また、無電解析出液は、１以上の還元剤を用いても調製される。還元剤としては、ジメチルアミノボラン（ＤＭＡＢ）、モルホリンボラン（ＭＰＢ）、グリオキシル酸、次亜リン酸アンモニウム及び／又は無電解析出法に使用される周知の他の好適な還元剤等が挙げられる。本発明の好ましい実施形態において、無電解析出液は、ＤＭＡＢを用いて調製される。還元剤及び／又は錯化剤は、上述したようにクラッド層の磁気特性を高くするため、ホウ素及び／又はリンをニッケル鉄クラッド層４６に寄与させることが好ましい。
【００１７】
本発明の一実施形態において、ニッケル鉄の析出速度を制御するため、無電解析出液のｐＨは、約７．５〜約９．５の範囲に維持される。本発明の好ましい実施形態において、無電解析出液のｐＨは、約７．８〜約８．２の範囲に設定される。従って、無電解析出は、溶液のｐＨを調節するためのｐＨ調節剤を用いてもよい。ｐＨ調節剤として、エレクトロニクス用の水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化アンモニウム及び／又は無電解析出法に用いられる周知の他の好適なｐＨ調節剤等が挙げられる。本発明の好ましい実施形態において、無電解析出液は、ｐＨ調節剤としてのＴＭＡＨを用いて調製される。
【００１８】
上述された無電解析出液の成分は、例えば、撹拌棒による急速な撹拌や撹拌機による撹拌等の任意の簡便な混合方法を使用して、任意の好適な順序で混ぜ合わせてもよい。本発明の一実施形態において、無電解析出液は、約２．０〜３．０ｇ／リットル、好ましくは、約２．２〜約２．４ｇ／リットルの範囲の濃度で存在するニッケルイオン、約０．２５〜約４０ｇ／リットル、好ましくは、約０．３２〜約０．３６ｇ／リットルの範囲の濃度で存在する第一鉄イオン、約２．０〜約１０ｇ／リットル、好ましくは、約４．０〜約５．０ｇ／リットルの範囲の濃度で存在するグリシン、約２０．０〜約４０．０ｇ／リットル、好ましくは、約２５．０〜３０．０ｇ／リットルの範囲の濃度で存在する酒石酸、約１．５〜約６．０ｇ／リットル、好ましくは、１．８〜約２．２ｇ／リットルの範囲の濃度で存在するＤＭＡＢ、及び無電解メッキ液のｐＨを約７．５〜約９．５、好ましくは、約７．８〜約８．２の範囲内に調節するのに十分な量の２５％ＴＭＡＨ溶液を用いて調製される。
【００１９】
図５に示すように、ニッケル鉄クラッド層４６は、約３５℃〜約６５℃の析出温度で無電解析出液と活性化層４４とを接触させることにより形成される。本発明の好ましい実施形態において、無電解析出液の析出温度は、約４０℃〜５０℃の範囲であり、より好ましくは、約４１℃である。無電解析出は、場領域３８を覆うニッケル鉄クラッド層４６の厚さが約５〜約４０ｎｍ（約５０〜約４００Å）の範囲、好ましくは、約１５〜約２０ｎｍ（約１５０〜約２００Å）の範囲になるまで継続して行われる。無電解析出を用いた結果、ニッケル鉄クラッド層４６が溝３６内において等角的に析出される。即ち、ニッケル鉄クラッド層４６は、溝３６の大きさとは無関係に、溝３６の底部及び側壁を覆うように均一な厚さを有して析出される。
【００２０】
本発明の別の実施形態において、図６に示すように、ニッケル鉄クラッド層４６の析出後、第２の導電性バリア層４８が加工物３０上に析出される。第２の導電性バリア層４８は、ニッケル鉄クラッド層４６と、その後に形成され、ニッケル鉄クラッド層４６の磁気特性に悪影響を及ぼす銅配線層との間に生じるあらゆる金属間干渉を低減し、又は除去する機能を果たす。第２の導電性バリア層４８は、第１の導電性バリア層４０を形成する上述した任意の材料から形成される。第２の導電性バリア層４８は、タンタルから形成されることが好ましい。第２のバリア層４８は、ＰＶＤ、ＩＭＰ、ＣＶＤ又は半導体産業で周知な他の好適な方法を用いて析出される。
【００２１】
本発明の一実施形態において、次に、第２のシード層５０が、第２のバリア層４８上及び溝３６の内側を覆うように析出される。第２のシード層５０は、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）又は他の好適な金属から形成される。第２のシード層５０は、銅から形成されることが好ましい。第２のシード層５０は、ＰＶＤ、ＩＭＰ、ＣＶＤ又は半導体産業で周知な他の好適な方法を用いて析出される。第２の導電性バリア層４８及び第２のシード層５０が、溝３６の大きさに適した厚さにまで成長させられることは明らかである。
【００２２】
次に、図７に示すように、導体配線５２が、加工物３０上及び溝３６の内側を覆うように形成される。導体配線５２は、任意の好適な析出方法を用いて形成される。本発明の好ましい実施形態において、電気メッキによって、導体配線５２が加工物３０上及び溝３６の内側に析出される。導体配線５２は、銅、アルミニウム、金、銀及びそれらの類似物、又はこれらの合金から形成してもよい。第２のシード層５０及び導体配線５２は、銅から形成されることが好ましい。
【００２３】
本発明の一実施形態において、次に、導体配線５２を安定化させるため、加工物３０に対してアニール処理が施される。加工物３０は、約１００〜約５００℃の範囲、好ましくは、約２００〜約３００℃の範囲の温度でアニール処理される。アニール温度は、より好ましくは、約２５０℃である。加工物３０は、約１５分〜約１時間アニール処理が施される。加工物３０は、約３０分間アニール処理されることが好ましい。
【００２４】
図８に示すように、導体配線５２の析出及びアニール処理の実施後、導体配線５２、第２のシード層５０、第２の導電性バリア層４８、ニッケル鉄クラッド層４６、活性化層４４、第１のシード層４２及び第１の導電性バリア層４０、並びに加工物３０上及び溝３６の内側を覆う第２のクラッド層等の他の金属層などを含む場領域３８上に形成される過剰の金属は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）、ドライ又はウェットエッチング等の半導体産業で周知の好適な方法を用いて場領域３８から除去される。従って、図８に示すように、上記の方法によって、導体配線５２と、導体配線５２の３つの表面を均一な厚さで包囲するニッケル鉄クラッド層４６を用いたフラックス集中システムとを備える導電性ディジット線５４が作製される。
【００２５】
図９〜１３は、本発明の別の実施形態による磁気エレクトロニクス機器で使用されるクラッド導体、特にクラッドビット線の製造方法を示す。図９に示すように、その方法では、まず、基板層１１２を有する半導体ウェハ等の加工物１００が提供される。基板層１１２は、１つ又は複数の層からなり、感度増幅器、トランジスタ及びデジタル回路等の回路を有してもよいが、それらは簡潔さを期すため図示されていない。基板層１１２は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子又は磁気トンネル接合（ＭＴＪ）素子等の磁気エレクトロニクス素子を少なくとも１つ含み、それら素子についても簡潔さを期すため図示されていない。誘電体層１１４は、基板１１２上に析出される。誘電体層１１４は、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）又は他のｌｏｗ−ｋ酸化誘電体材料等の好適な酸化絶縁材料から形成される。
【００２６】
パターニングしてエッチングすることにより、誘電体層１１４の一部が除去されることによって、誘電体層１１４内に１つ又は複数の溝１１６が形成される。溝１１６は、場領域１１８の近傍に形成される。以下により詳細に説明するように、溝１１６の全長及び高さは、動作クラッド導体を形成するのに好適な値であれば任意である。誘電体層３４は、例えばプラズマドライエッチング等の一般的なエッチング法を用いてエッチングされる。
【００２７】
この製造方法は、更に、図４及び図５を参照して上述したステップを用いて、第１の導電性バリア層１２０、第１のシード層１２２、第１の活性化層１２４及び第１のニッケル鉄クラッド層１２６を形成する。第１の導電性バリア層１２０、第１のシード層１２２、第１の活性化層１２４及び第１のニッケル鉄クラッド層１２６は、第１の導電性バリア層２０、第１のシード層２２、活性化層２４及びニッケル鉄クラッド層２６について上述したものと同じ工程及び材料から形成してもよい。溝１１６内に形成された場合、第１のニッケル鉄クラッド層１２６は、溝１１６の底面を覆う底面１２８と、溝１１６の側壁を覆う側壁１３０とを有する。
【００２８】
図１０に示すように、加工物１００上に第１のニッケル鉄クラッド層１２６を析出させた後、第１のニッケル鉄クラッド層１２６の底面１２８は溝１１６から除去されるが、第１のニッケル鉄クラッド層１２６の側壁１３０は除去されずにそのまま残存する。底面１２８は、例えばスパッタリング等の単一指向性を有する適切な方法を用いて除去される。
【００２９】
次に、図１１に示すように、第２の導電性バリア層１３２が、加工物１００上及び溝１１６の内側を覆うように形成される。本発明の一実施形態において、第２のシード層１３４が、第２の導電性バリア層１３２上に形成される。第２の導電性バリア層１３２及び第２のシード層１３４は、第２の導電性バリア層２８及び第２のシード層３０について上述したものと同じ工程及び材料から形成してもよい。
【００３０】
図１２に示すように、導体配線１３６は、加工物１００上及び溝１１６の内側を覆うように形成される。導体配線１３６は、電気メッキによる析出又は他の適切な析出法によって形成してもよい。導体配線１３６は、銅又はその合金から形成してもよい。第２のシード層１３４及び導体配線１３６は、銅から形成されることが好ましい。本発明の一実施形態において、次に、導体配線１３６を安定化させるため、加工物１００に対してアニール処理が施される。加工物１００は、約１００〜約５００℃の範囲、好ましくは、約２００〜約３００℃の範囲の温度でアニール処理される。アニール温度は、より好ましくは、約２５０℃である。加工物１００は、約１５分〜約１時間、アニール処理が施される。加工物１００は、３０分間アニール処理されることが好ましい。
【００３１】
導体配線１３６の析出及びアニールの実施後、導体配線１３６、第２のシード層１３４、第２の導電性バリア層１３２、第１のニッケル鉄クラッド層１２６、第１の活性化層１２４、第１のシード層１２２及び第１の導電性バリア層１２０、並びに加工物１００上及び溝１１６の内側を覆うように析出された第２のクラッド層等の他の金属層を含む場領域１１８上に形成される過剰の金属は、化学機械平坦化（ＣＭＰ）、ドライ又はウェットエッチング等の半導体産業で周知の好適な方法を用いて場領域１１８から除去される。
【００３２】
本発明の一実施形態において、図１３に示すように、次に、第２の又は「最上の」活性化層１３８が、導体配線１３６上に析出される。本明細書に使用される場合、「最上の」との文言は、溝１１６の開口部付近の位置を意味する。第２の活性化層１３８は、以下に詳細に説明するように、その次に形成される最上クラッド層を析出させ易くするための触媒として機能する。第２の活性化層１３８は、半導体業界で周知の置換析出法とも称される浸漬析出法を用いて、あるいは他の好適な方法によって析出される。第２の活性化層１３８は、パラジウムから形成されることが好ましく、該パラジウムは、導体配線１３６と相互作用して第２の活性化層１３８を形成する。一方、導体配線１３６上に析出され、かつ次に形成されるクラッド層を析出させ易くする任意の金属から第２の活性化層１３８が形成されることは明らかである。
【００３３】
次に、上述した無電解析出液を用いた無電解析出法によって、第２の又は「頂部の」ニッケル鉄クラッド層１４０が第２の活性化層１３８上に析出される。第２のニッケル鉄クラッド層１４０は、第１のニッケル鉄クラッド層１２６及びニッケル鉄クラッド層４６について上述したものと同じ成分を含み、同じ材料から形成してもよい。上記の無電解析出液を用いたニッケル鉄の析出は金属に対して選択的である。従って、活性化銅層上に析出される一方、誘電体材料層１１４上には析出されない。このようにすれば、ビット線１４２を形成するため、自己整合した第２のニッケル鉄クラッド層１４０が、マスキング工程及びパターニング工程を追加して行うことなく、銅配線層１３６上に析出される。第２のニッケル鉄クラッド層１４０が自己整合しているため、位置ずれした頂部クラッド層からの電気接触によるビット線１４２とそれに隣接するビット線との間の短絡が発生し難くなると考えられる。
【００３４】
上記の詳細な説明において、少なくとも一つの実施形態を示したが、非常に多数の変形例が存在することは理解すべきである。更に、これらの実施形態は実例にすぎず、いかなる形態であっても、本発明の範囲、利用可能性又は構成を限定しないことも理解すべきである。むしろ、前記の詳細な説明は、当業者にとって、実施形態を実施する際の簡便な指針を提供するものである。添付の特許請求の範囲に記載される本発明、及びその均等物の範囲から逸脱しない限り、機器の機能及び配置について種々の変更が行えることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】プラズマ蒸着によりニッケル鉄クラッド層が析出された加工物の断面図。
【図２】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図３】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図４】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図５】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図６】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図７】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図８】本発明の一実施形態によるクラッドディジット線の製造方法を示す模式断面図。
【図９】本発明の一実施形態によるクラッドビット線の製造方法を示す模式断面図。
【図１０】本発明の一実施形態によるクラッドビット線の製造方法を示す模式断面図。
【図１１】本発明の一実施形態によるクラッドビット線の製造方法を示す模式断面図。
【図１２】本発明の一実施形態によるクラッドビット線の製造方法を示す模式断面図。
【図１３】本発明の一実施形態によるクラッドビット線の製造方法を示す模式断面図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物上にニッケル鉄を無電解析出させるのに使用される析出液において、
ニッケルイオン源、第一鉄イオン源、錯化剤、還元剤、及びｐＨ調節剤から調製され、実質的にはアルカリ金属イオンを含まない析出液。
【請求項２】
請求項１記載の析出液において、
前記ニッケルイオン源は、スルファミン酸ニッケル、塩化ニッケル及び硫酸ニッケルを含む群から選択され、前記第一鉄イオン源は、スルファミン酸鉄、塩化鉄及び硫酸鉄を含む群から選択され、前記錯化剤は、グリシン、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、酢酸アンモニウム及び酢酸を含む群から選択され、前記還元剤は、ジメチルアミノボラン、モルホリンボラン、グリオキシル酸及び次亜リン酸アンモニウムを含む群から選択され、前記析出液は、約７．５〜約９．５の範囲のｐＨを有し、前記ｐＨ調節剤は、エレクトロニクス用水酸化テトラメチルアンモニウム及び水酸化アンモニウムを含む群から選択される析出液。
【請求項３】
加工物上にニッケル鉄を無電解析出させる方法において、
ニッケルイオン源、第一鉄イオン源、錯化剤、還元剤及びｐＨ調節剤を含み、実質的にはアルカリ金属を含まない析出液を調製するステップと、
前記実質的にはアルカリ金属を含まない析出液を約３５℃〜約６５℃の範囲にまで昇温させるステップと、
前記実質的にはアルカリ金属を含まない析出液に前記加工物を接触させるステップと
を備える方法。
【請求項４】
磁気エレクトロニクス装置で使用されるフラックス集中システムを作製する方法において、
加工物を提供するステップと、
前記加工物上に絶縁材料の層を形成するステップと、
前記絶縁材料の一部を除去して絶縁層に溝を形成するステップと、
前記溝内にバリア層を析出させるステップと、
前記バリア層上にニッケル鉄クラッド層を析出させるステップと
を備え、
前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップの後、前記溝付近の絶縁材料の層は、原子約１×１０１１個／ｃｍ２未満のアルカリ金属イオン濃度を有する方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、
前記バリア層を析出させるステップの後で、かつ前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップの前にシード層を形成するステップと、
前記シード層を形成するステップの後で、かつ前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップの前に活性化層を形成するステップと
を更に備える方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法において、
前記バリア層を析出させるステップは、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、窒化タンタルケイ素、コバルト、ルテニウム、ロジウム及びパラジウムを含む群から選択される少なくとも１種類の材料を含むバリア層を析出させるステップからなる方法。
【請求項７】
請求項４記載の方法において、
前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップは、無電解析出によりニッケル鉄クラッド層を析出させるステップからなり、前記無電解析出によりニッケル鉄クラッド層を析出させるステップは、ニッケルイオン源、第一鉄イオン源、錯化剤、還元剤及びｐＨ調節剤を含む無電解メッキ液を用いて析出させるステップからなり、前記無電解析出液は、実質的にはアルカリ金属イオンを含まず、前記無電解析出によりニッケル鉄クラッド層を析出させるステップは、約７．５〜約９．５の範囲のｐＨを有する無電解メッキ液を用いて析出させるステップからなる方法。
【請求項８】
請求項４記載の方法において、
前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップは、前記ニッケル鉄クラッド層を約５〜約４０ｎｍの範囲の厚さに析出させるステップからなり、前記ニッケル鉄クラッド層は、約７０〜約９０原子重量％のニッケルと、約１０〜約３０原子重量％の第一鉄と、約１〜約１５原子重量％のホウ素及びリンのうちの少なくとも１種類とからなる成分を含む方法。
【請求項９】
磁気エレクトロニクス装置で使用されるディジット線を作製する方法において、
基板を提供するステップと、
前記基板上に絶縁材料層を形成するステップと、
前記絶縁材料層の一部を除去して同絶縁材料層に溝を形成するステップと、
前記溝内に第１のバリア層を析出させるステップと、
無電解析出により前記バリア層上にニッケル鉄クラッド層を析出させるステップと、
前記ニッケル鉄クラッド層上に第２のバリア層を析出させるステップと、
前記第２のバリア層上及び前記溝の内側に導体配線を形成するステップと
を備え、
無電解析出により前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップの後、前記溝付近の絶縁材料層は、原子約１×１０１１個／ｃｍ２未満のアルカリ金属イオン濃度を有する方法。
【請求項１０】
磁気エレクトロニクス装置で使用されるビット線を作製する方法において、
基板を提供するステップと、
前記基板上に絶縁材料層を形成するステップと、
前記絶縁材料層の一部を除去して同絶縁材料層に溝を形成するステップであって、前記溝が底面及びそれに一体化された側壁を有するステップと、
前記溝の底面及び側壁を覆うように第１のバリア層を析出させるステップと、
無電解メッキにより前記バリア層上に第１のニッケル鉄クラッド層を析出させるステップであって、前記第１のニッケル鉄クラッド層が底面及びそれに一体化された側壁を有し、前記ニッケル鉄クラッド層の底面が前記溝の底面付近に位置するステップと、
前記第１のニッケル鉄クラッド層の底面を除去するステップと、
前記ニッケル鉄クラッド層の側壁及び前記溝の底面を覆うように第２のバリア層を析出させるステップと、
前記第２のバリア層上及び前記溝の内側を覆うように導体配線を形成するステップと、
無電解析出により前記導体配線上に第２のニッケル鉄クラッド層を析出させるステップと
を備え、
無電解析出により前記第１のニッケル鉄クラッド層を析出させるステップの後、前記溝付近の絶縁材料層は、原子約１×１０１１個／ｃｍ２未満のアルカリ金属イオン濃度を有する方法。
【請求項１】
加工物上にニッケル鉄を無電解析出させるのに使用される析出液において、
ニッケルイオン源、第一鉄イオン源、錯化剤、還元剤、及びｐＨ調節剤から調製され、実質的にはアルカリ金属イオンを含まない析出液。
【請求項２】
請求項１記載の析出液において、
前記ニッケルイオン源は、スルファミン酸ニッケル、塩化ニッケル及び硫酸ニッケルを含む群から選択され、前記第一鉄イオン源は、スルファミン酸鉄、塩化鉄及び硫酸鉄を含む群から選択され、前記錯化剤は、グリシン、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、酢酸アンモニウム及び酢酸を含む群から選択され、前記還元剤は、ジメチルアミノボラン、モルホリンボラン、グリオキシル酸及び次亜リン酸アンモニウムを含む群から選択され、前記析出液は、約７．５〜約９．５の範囲のｐＨを有し、前記ｐＨ調節剤は、エレクトロニクス用水酸化テトラメチルアンモニウム及び水酸化アンモニウムを含む群から選択される析出液。
【請求項３】
加工物上にニッケル鉄を無電解析出させる方法において、
ニッケルイオン源、第一鉄イオン源、錯化剤、還元剤及びｐＨ調節剤を含み、実質的にはアルカリ金属を含まない析出液を調製するステップと、
前記実質的にはアルカリ金属を含まない析出液を約３５℃〜約６５℃の範囲にまで昇温させるステップと、
前記実質的にはアルカリ金属を含まない析出液に前記加工物を接触させるステップと
を備える方法。
【請求項４】
磁気エレクトロニクス装置で使用されるフラックス集中システムを作製する方法において、
加工物を提供するステップと、
前記加工物上に絶縁材料の層を形成するステップと、
前記絶縁材料の一部を除去して絶縁層に溝を形成するステップと、
前記溝内にバリア層を析出させるステップと、
前記バリア層上にニッケル鉄クラッド層を析出させるステップと
を備え、
前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップの後、前記溝付近の絶縁材料の層は、原子約１×１０１１個／ｃｍ２未満のアルカリ金属イオン濃度を有する方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、
前記バリア層を析出させるステップの後で、かつ前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップの前にシード層を形成するステップと、
前記シード層を形成するステップの後で、かつ前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップの前に活性化層を形成するステップと
を更に備える方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法において、
前記バリア層を析出させるステップは、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、窒化タンタルケイ素、コバルト、ルテニウム、ロジウム及びパラジウムを含む群から選択される少なくとも１種類の材料を含むバリア層を析出させるステップからなる方法。
【請求項７】
請求項４記載の方法において、
前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップは、無電解析出によりニッケル鉄クラッド層を析出させるステップからなり、前記無電解析出によりニッケル鉄クラッド層を析出させるステップは、ニッケルイオン源、第一鉄イオン源、錯化剤、還元剤及びｐＨ調節剤を含む無電解メッキ液を用いて析出させるステップからなり、前記無電解析出液は、実質的にはアルカリ金属イオンを含まず、前記無電解析出によりニッケル鉄クラッド層を析出させるステップは、約７．５〜約９．５の範囲のｐＨを有する無電解メッキ液を用いて析出させるステップからなる方法。
【請求項８】
請求項４記載の方法において、
前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップは、前記ニッケル鉄クラッド層を約５〜約４０ｎｍの範囲の厚さに析出させるステップからなり、前記ニッケル鉄クラッド層は、約７０〜約９０原子重量％のニッケルと、約１０〜約３０原子重量％の第一鉄と、約１〜約１５原子重量％のホウ素及びリンのうちの少なくとも１種類とからなる成分を含む方法。
【請求項９】
磁気エレクトロニクス装置で使用されるディジット線を作製する方法において、
基板を提供するステップと、
前記基板上に絶縁材料層を形成するステップと、
前記絶縁材料層の一部を除去して同絶縁材料層に溝を形成するステップと、
前記溝内に第１のバリア層を析出させるステップと、
無電解析出により前記バリア層上にニッケル鉄クラッド層を析出させるステップと、
前記ニッケル鉄クラッド層上に第２のバリア層を析出させるステップと、
前記第２のバリア層上及び前記溝の内側に導体配線を形成するステップと
を備え、
無電解析出により前記ニッケル鉄クラッド層を析出させるステップの後、前記溝付近の絶縁材料層は、原子約１×１０１１個／ｃｍ２未満のアルカリ金属イオン濃度を有する方法。
【請求項１０】
磁気エレクトロニクス装置で使用されるビット線を作製する方法において、
基板を提供するステップと、
前記基板上に絶縁材料層を形成するステップと、
前記絶縁材料層の一部を除去して同絶縁材料層に溝を形成するステップであって、前記溝が底面及びそれに一体化された側壁を有するステップと、
前記溝の底面及び側壁を覆うように第１のバリア層を析出させるステップと、
無電解メッキにより前記バリア層上に第１のニッケル鉄クラッド層を析出させるステップであって、前記第１のニッケル鉄クラッド層が底面及びそれに一体化された側壁を有し、前記ニッケル鉄クラッド層の底面が前記溝の底面付近に位置するステップと、
前記第１のニッケル鉄クラッド層の底面を除去するステップと、
前記ニッケル鉄クラッド層の側壁及び前記溝の底面を覆うように第２のバリア層を析出させるステップと、
前記第２のバリア層上及び前記溝の内側を覆うように導体配線を形成するステップと、
無電解析出により前記導体配線上に第２のニッケル鉄クラッド層を析出させるステップと
を備え、
無電解析出により前記第１のニッケル鉄クラッド層を析出させるステップの後、前記溝付近の絶縁材料層は、原子約１×１０１１個／ｃｍ２未満のアルカリ金属イオン濃度を有する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２００７−５１２４３０（Ｐ２００７−５１２４３０Ａ）
【公表日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３８１０２（Ｐ２００６−５３８１０２）
【出願日】平成１６年１０月２０日（２００４．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３４８３２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４８２７５
【国際公開日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（５０４１９９１２７）フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド (806)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２０日（２００４．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３４８３２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４８２７５
【国際公開日】平成１７年５月２６日（２００５．５．２６）
【出願人】（５０４１９９１２７）フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド (806)
【Ｆターム（参考）】
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