半導体工業に使用するための三成分系材料を無電解メッキする組成物
本発明は、半導体工業における型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の無電解メッキされた三成分系ニッケル含有金属合金の使用に関する。殊に、本発明は、半導体構造素子中での銅の拡散およびエレクトロマイグレーションを阻止するための、バリヤー材料としてかまたは選択的なケーシング材料としての前記のメッキされた三成分系のニッケル含有金属合金の使用に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリヤー材料または選択的なケーシング材料としての半導体工業における型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の無電解メッキされた三成分系ニッケル含有金属合金の使用に関する。殊に、本発明は、半導体構造素子上に無電解メッキすることによって三成分系のニッケル含有金属合金層を形成させる方法に関し、この場合この金属合金層は、バリヤー材料または選択的なケーシング材料としてＣｕの拡散およびエレクトロマイグレーションを阻止するために使用される。
【０００２】
公知技術水準
超小型電子構造素子の上昇する配線密度および速度要件は、銅上での従来のアルミニウム（合金）の導電路配線材料の材料交換を生じさせた。銅を使用することによって、よりいっそう低い電気抵抗およびよりいっそう高い安定性がエレクトロマイグレーションの際に達成され、それによって配線密度が増加することにより生じる、導体路の上昇する全抵抗率が計算される。
【０００３】
しかし、配線材料としてのＣｕの使用は、支持体（珪素）中または絶縁材料（例えば、ＳｉＯ２）中での高い拡散活性によって所謂拡散バリヤーの使用を必要とする。この拡散バリヤーは、Ｃｕ配線の下方で絶縁材料を保護するためおよび絶縁層と配線層との間の付着力を補助するために使用される。
【０００４】
この構造素子を動作させる際の高いクロックレートは、導電性材料の材料の分離を配線中でまねきうる、電流密度の上昇を引き起こす。このエレクトロマイグレーションと呼ばれる現象は、構造素子の高い故障密度をまねき、このことは、この構造素子の効率を著しく損なう。
【０００５】
アルミニウムと比較して高い融点の銅は、導体路の電流特性の改善を可能にし、それによってエレクトロマイグレーションによる故障に対する高められた安定性が達成される。
【０００６】
寿命およびエレクトロマイグレーションに対する安定性は、主に銅と絶縁材料との間の境界での予想される材料移動効果および材料交換効果に依存し、銅それ自体の粒界の結晶平面の配置および性状には依存しない。従って、材料の交換に関連する境界面の品質は、重要である。
【０００７】
更に、高い融点の金属、例えば高融点金属の混入（合金）が、前記安定性をさらに強化することは、公知である。改善されたエレクトロマイグレーション挙動は、金属薄膜を銅と組み合わせて使用することによって達成されうる。
【０００８】
同時に、この導電性合金層は、Ｃｕ種および電荷キャリヤーの拡散を阻止する拡散バリヤーとして機能する。このバリヤー作用は、一面で非金属成分、例えば燐の混入による三成分系合金の形態学的状態によって引き起こされ、他面、異質分子の組み込みによる合金内での粒界に沿った好ましい拡散路を遮断することによって引き起こされる。
【０００９】
銅配線を備えた構造素子を形成させるための標準的方法は、所謂ダマシン法である。この場合には、最初に構造体、例えば導体路の溝およびコンタクト孔は、絶縁層中にリソグラフィー法および引続く乾式エッチング法によって形成される。引続き、拡散バリヤーならびに電気的コンタクト層は、スパッタリング（PVD）または化学的蒸着（CVD）によって導体路構造体中に施こされ、電気メッキによる銅で充填される。拡散バリヤーを形成させるためにしばしば使用される材料は、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステンならびに窒化タングステン等である。電気的コンタクト層としては、薄手の層の銅が使用される。化学的機械研磨は、過剰の配線材料を平坦化するために使用される。
【００１０】
アスペクト比（導体路構造体の高さと幅の比）が増加すると、常に薄手の拡散バリヤーが導体路の溝およびコンタクト孔中にメッキされなければならない。従って、ＰＶＤおよびＣＶＤのような方法によりバリヤーの単一にメッキされる薄膜層を達成することは、ますます困難になる。
【００１１】
更に、エレクトロマイグレーション作用が、主にＣｕ配線の表面上で起こることは、公知である。これは、ＣＭＰ中の攻撃および酸化過程によって惹起される、銅の化学的に変性された表面構造によって引き起こされる。
【００１２】
銅の配線は、一般に多数の平面上で形成されている。Ｃｕの表面上には、銅の拡散を予防するためのバリヤー層が存在していないので、通常、非導電性（誘電性）材料、例えば炭化ケイ素（SiC）または窒化ケイ素（SiN）からバリヤー層を形成し、その後にこのバリヤー層上に配線層をメッキさせることが必要とされる。
【００１３】
この誘電性材料、例えばＳｉＣまたはＳｉＮは、ＳｉＯ２よりも高い誘電定数を有し、現在の方法により、導体路構造体上に全面で塗布される。この結果、最終的には、半導体の構造素子の全抵抗率の上昇を導き、したがって配線材料の銅の表面をＣＭＰにより選択的に被覆することは、好ましい。
【００１４】
方法の比較
米国特許第４０１９９１０号明細書には、ニッケル含有の三成分系合金をメッキさせるための混合物および製出方法が記載されている。米国特許第５６９５８１０号明細書には、半導体工業で使用するためのＣｏＷ−Ｐ金属バリヤー層を無電解メッキさせるための方法の特許保護が請求されている。更に、米国特許第２００２／００９８６８１号明細書Ａ１には、三成分系拡散バリヤーの無電解メッキおよび新規の銅配線を備えた集積回路のエレクトロマイグレーションに対する安定性を改善するためのＣｏＷ−Ｂ、ＣｏＭｏ−Ｂ、ＣｏＷ−Ｐ、ＣｏＳｎ−Ｐからなるケーシング層が記載されている。
【００１５】
無電解メッキさせる装置ならびにニッケル、コバルト、タングステンおよびモリブデンからなる類似の三成分系合金の自動接触電気メッキ法は、米国特許第２００２／００３６１４３号明細書Ａ１に記載されている。
【００１６】
型ＣｏＷ−Ｂ、ＣｏＭｏ−Ｂ、ＣｏＲｅ−ＢおよびこれらのＰ含有類似物の無定形の三成分系合金は、孔封止のために特殊な多孔質の絶縁材料を銅配線と組み合わせて使用するために米国特許第６５２８４０９号明細書Ｂ１に特許保護が請求されている。
【００１７】
特開平１４−９３７４７号公報には、０．２原子％〜２原子％の質量百分率の量でモリブデンを含有する、ＣｏＷ−Ｐ、ＣｏＭｏ−Ｐ、ＮｉＷ−ＰまたはＮｉＭｏ−Ｐからなる導電性構造体ならびにその製出、構造素子およびその製造が記載されている。
【００１８】
課題の設定
従って、本発明の課題は、導電性構造体を無電解メッキするための組成物ならびに清浄化工程および活性化工程を含めて前記構造体を製造するための方法を提供することであり、それによって、簡単で安価な方法で接触活性化を行なった後に誘電体（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣ）上にメッキすることができるかまたは直接に銅配線上にメッキすることができ、実際に配線材料として施こされた銅の拡散を阻止するためにバリヤー層として使用される構造体をメッキすることができる。
【００１９】
また、本発明の課題は、バリヤーの単一の層成長に適した添加剤を提供することであり、それによって同時に無電解のメッキ浴の浴可使時間の延長を可能にし、水溶液中での還元剤の存在によって自然発生的な化学分解を回避させる。
【００２０】
この課題の解決は、請求項１記載の方法ならびに請求項２から１０までのいずれか１項に記載の特殊な実施態様での方法によって行なわれる。また、この課題は、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法によって形成された半導体構造素子上でのＣｕの拡散およびエレクトロマイグレーションを回避させるためのバリヤー層としてかまたは選択的なケーシング材料としての型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の無電解メッキされた三成分系ニッケル含有金属合金によって解決される。
【００２１】
従って、本発明の対象は、ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＷＯ４、Ｎａ２ＷＯ４、Ｎａ２ＭｏＯ４、ＫＲｅＯ４、ＮａＨ２ＰＯ２、ＣｏＳＯ４×７Ｈ２Ｏを水溶液中で適当な濃度で含有し、ならびに場合によっては他の添加剤を含有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法で使用可能である、型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の三成分系ニッケル含有金属合金を無電解メッキするための組成物でもある。本発明による組成物は、殊に４．５〜９．０の範囲内のｐＨ値を有する。場合によっては、この組成物は、Ｎａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７×２Ｈ２Ｏ、Ｃ４Ｈ６Ｏ４、Ｎａ２Ｃ４Ｈ４Ｏ４×６Ｈ２Ｏ、２，２−ビピリジン、チオ二酢酸、ジチオ二酢酸、Triton X-114、Brij 58、ジメチルアミノボラン（DMAB）、Ｎａ２Ｃ２Ｈ３Ｏ２、Ｃ３Ｈ６Ｏ３（９０％）、ＮＨ４ＳＯ４およびRE610（RE610：ナトリウム ポリ（オキシエチレン）−フェニルエーテルホスフェート）の群から選択された添加剤を含有する。
【００２２】
導体路を配線するための選択的な材料の導入ならびに新規種類の処理工程は、チップ内での信号伝達の際に縮小された構造素子構造体中でも高い速度を達成しうるための重要な条件である。銅の多重平面での配線の完成処理における拡散バリヤーの強制的に必要とされる使用および多孔質の絶縁材料の組み込みは、数多くの基本的に設定された問題を解決するという結果を生じる。これは、バリヤー材料それ自体の選択に関連し、しかも無電解（自動接触）のメッキ方法にも関連する。
【００２３】
この課題を解決するための試みによって、同時に清浄化および活性化のための新規方法は、例えばＰｄ触媒種晶によって開発されたものである。この場合、電気メッキによる銅メッキ（電気分解）の確立された方法による銅導体路およびコンタクト孔の通常のデュアル−ダマシン−構造化は、フレーム条件であり、それによって選択、ひいては材料の封入および製造方法は、技術的な完成工程に制限されている。
【００２４】
１０ｎｍ未満のバリヤー層厚、例えば最新のＣＭＯＳ技術のためのＩＴＲＳロードマップ（roadmap）中に９０ｎｍ以下と挙げられているようなバリヤー層厚は、高いアスペクト比を有する構造体中で均一な層厚を有するかかる薄手の層をメッキことに関連してバリヤー材料および形成技術に対する大きな挑戦である。
【００２５】
銅配線の動作の確実性に関連して、隣接する絶縁中間層中および活性のトランジスタ範囲内への銅種の拡散を阻止する拡散バリヤーの安定性は、重要である。
【００２６】
また、合金中での高融点金属の高い質量含分が達成される、組成物の意図的な最適化によって、三成分系拡散バリヤーの薄手の層または被覆層の形態の最適化は、必要とされる厚さの範囲内で達成される。
【００２７】
Ｃｕは、導体路構造体を製出するための電気的導体として使用され、この場合には、別の材料上にメッキされる。この材料をＣｕに対して境界を定めるために、三成分系の導電性ＮｉＭ−Ｒ金属合金は、所謂拡散バリヤーとして使用される。その下方に存在する材料が絶縁されている場合には、触媒活性化が行なわれ、それによってＮｉＭ−Ｒが無電解メッキされうる。その下方に存在する材料、例えばスパッタリングされたＣｏ金属が触媒化成であり、導電性である場合には、ＮｉＭ−Ｒは、先行する活性化なしにメッキすることができる。引続き、Ｃｕは、Ｃｕ配線のために、こうしてメッキされ陰極として機能するＮｉＭ−Ｒバリヤー層により電気メッキによりメッキされる。これは、直接にバリヤー材料上に電気的コンタクト層または核形成（種晶形成層）の付加的な活性化または塗布なしにバリヤー材料上に行なわれる。
【００２８】
更に、この種のニッケル含有合金材料の使用は、Ｃｕ導体路構造体上にＮｉＭ−Ｒバリヤー層を選択的に無電解メッキさせることにあり、ＣＭＰの平坦化工程または乾式エッチング工程の終結後に露出されたＣｕ表面を被覆（ケーシング化）し、酸化を阻止し、誘発された薄膜応力を阻止し、エレクトロマイグレーションに対する安定性を改善する。ＮｉＭ−Ｒ層の成長は、置換法によって開始され、この場合には、銅表面上にＰｄ触媒種晶（活性化）がメッキされる。このように開始されることは、無電解メッキの際に還元剤としての次亜燐酸塩を用いることが必要とされる。それというのも、銅の触媒作用は、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＣｏまたはＰｔの触媒作用よりも低いからである。常用の活性化法（Ｐｄゾルを用いてのＳｎイオンの酸化によるＰｄイオンの還元）の場合、触媒層を銅配線上に選択的に形成させることは、困難である。この場合、Ｐｄ種晶は、全面的に付着し、選択的な無電解メッキは、不可能である。また、ＮｉＭ−Ｒ層の成長の開始は、Ｃｕ表面の先行する清浄化または脱酸化の後に他の還元剤、例えばＤＭＡＢの添加による無電解メッキ溶液を変性させることによっても直接に行なわれる。
【００２９】
これら２つの使用において、金属拡散バリヤー層を使用することによって、銅配線被膜とバリヤー材料との間で改善された付着力が達成される。
【００３０】
本発明によれば、無電解メッキのために開発された混合物を安定化するための添加剤、即ち熱力学的に準安定な状態に安定化するための添加剤を含有する組成物が提供される。それによって、メッキ浴の可使時間の延長が引き起こされる。同時に、この方法において、前記添加剤の添加により、不変の単一の層成長が促進され、同時にアスペクト比が増加するにつれて、組み込まれた構造素子中での導体路およびコンタクト孔の寸法が減少される。
【００３１】
従って、本発明の対象は、Ｃｕ配線の下方で所謂組み合わされた拡散バリヤー層と種晶形成層として使用するため、ならびにさらに銅配線表面上にケーシング化バリヤー層として使用するために、触媒活性化された絶縁層上、例えばスパッタリングされたコバルトで活性されたＳｉＯ２上で無電解メッキによってバリヤー層としての導電性構造体を形成させるための新規方法である。
【００３２】
この新規方法は、殊にＮｉＲｅ−Ｐ合金、ＮｉＭｏ−Ｐ合金、ＮｉＷ−Ｐ合金、ＮｉＲｅ−Ｂ合金、ＮｉＭｏ−Ｂ合金、ＮｉＷ−Ｂ合金、ＮｉＲｅ−Ｐ／Ｂ合金、ＮｉＭｏ−Ｐ／Ｂ合金またはＮｉＷ−Ｐ／Ｂ合金をバリヤー層として使用することによって特徴付けられている。
【００３３】
前記合金において、バリヤー層の熱的安定性を強化する高融点金属の含量は、高い原子％で含有されており、例えばモリブデンは、２４原子％までで含有されており、Ｒｅは、２３原子％までで含有されており、タングステンは、１５原子％までで含有されている。
【００３４】
本発明の対象は、殊に薄手の金属合金被膜を銅からなる金属支持体の表面上に無電解メッキするための方法であり、この場合、この方法は、次の工程：
銅配線表面を清浄化（脱酸化）し、場合によっては引続き配線表面を活性化する工程、ならびに
予め完成された自動接触電気メッキ溶液を準備する工程および
次に既に予め完成された化学的電気メッキ溶液で支持体を噴霧または浸漬する工程を含む。
【００３５】
特に、薄手の金属層を無電解メッキさせるための方法が重要であり、この場合には、薄手の金属合金被膜の金属は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、ＷおよびＣｒの群、特にＣｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔの群から選択された１つの金属を含む。
【００３６】
本方法を実施するために、本質的に界面活性剤を含有しない、自動接触電気メッキ溶液が有利に使用される。
【００３７】
しかし、基本溶液として少なくとも１つの界面活性剤を含有する自動接触電気メッキ溶液が使用されてもよい。この溶液には、場合によっては添加剤、例えば電気メッキ平坦化溶液の浴可使時間を延長させるための安定剤が添加されてよい。
【００３８】
また、前記方法で使用される電気メッキ溶液には、拡散バリヤーの層の性質および性状を改善するための添加剤が添加されてもよい。
【００３９】
例えば、Ｐｄ触媒種晶によってＣｕ配線表面を清浄化および活性化するために、本方法においては、有利にアンモニアおよびフッ化水素酸を含まない混合物が使用されてよい。
【００４０】
公知技術水準に対する制限
新規に配合された水性組成物は、組み合わされた拡散バリヤー層と核形成層とを無電解メッキするために使用されてよい。最後に、本発明による組成物を使用する場合には、唯一の処理工程で行なうことができる。しかし、この組成物は、ケーシング化材料をＣｕ配線上にメッキするために使用されてもよい。
【００４１】
無電解メッキ方法は、所謂多孔質の絶縁材料を使用する場合に拡散バリヤーを選択的にメッキするのに特に好適である。従来のＰＶＤ法による前駆体およびＣＶＤ法による前駆体が前記材料の機械的に殆んど安定性でない孔を貫通し、この場合この孔は、バリヤー層のメッキ中に部分的に封止されてもよいし、閉鎖されてもよい。
【００４２】
三成分系の合金材料は、本発明による方法により新規の組成物を使用しながら無電解での平坦化法により２００オングストローム未満の膜厚を有する極めて薄手の効果的なバリヤー被膜としてメッキされることができる。従って、この三成分系の合金材料は、配線の表面状態、単一の段被覆および側面被覆に関連して、実際に常用の技術よりも高度に、最高の集積回路（ULSI）における導体路寸法のための要件に相応する。
【００４３】
ケーシング化層としての導電性合金材料の特殊な使用の特別な利点は、バリヤー層を配線材料としてのＣｕ上に選択的にメッキさせることにある。
【００４４】
高融点金属、例えばモリブデンの２４原子％までの高い含量によって、有利にＣｕ拡散に対して改善された拡散バリヤー特性が達成される。
【００４５】
ＮｉＭｏ−Ｐ合金は、Ｃｕ上に無電解メッキさせるための好ましい材料である。それというのも、僅かな含量のＭｏは、合金の熱安定性を上昇させ、それによって銅に対して拡散抵抗を改善するからである。
【００４６】
更に、本発明により使用される三成分系バリヤー材料は、高い導電率および２５０μΩｃｍ未満の僅かな比抵抗を有する。それによって、信号伝達の遅延（”RC遅延”）の減少が構造素子構造体の小型化の際に達成される。
【００４７】
導体路の全抵抗率は、構造素子の動作におけるエレクトロマイグレーション作用によって惹起される、故障の確率と同様に誘電性材料、例えばＳｉＣまたはＳｉＮと比較して最小化されるかまたは場合によっては、むしろ処理パラメーターの適当な選択によって抑制され、しかも連続的な処理の監視によって抑制される。
【００４８】
本発明による導電性の三成分系バリヤーの使用によって、銅／金属拡散バリヤー／絶縁マトリックスの改善された境界面の品質または境界面が達成される。銅種の拡散およびエレクトロマイグレーションの現象は、金属／金属境界面での活性化エネルギーの高められた移行バリヤーによって後方に排除される。
【００４９】
同時に、金属の互いの堅固な結合は、元来の誘電性材料、例えばＳｉＣまたはＳｉＮとは異なり、バリヤー層の付着力（Adhaesion）を回路材料の銅上で高め、微細な配線の好ましい製出に貢献する。
【００５０】
更に、変化された組成によって、本発明による無電解メッキ浴の浴可使時間（安定化）の延長が保証される。同時に、メッキされた合金の形態および層成長は、バリヤー作用に関連してプラスに影響が及ぼされる。
【００５１】
メッキ浴の可使時間の延長は、僅かな化学薬品の消費量を引き起こす。付加的に製造工程の場合に作業費用は、減少し、それによって製造費も低くなる。更に、添加剤の添加によって、不変の単一の層成長が促進され、アスペクト比が増加するにつれて、組み込まれた構造素子中での導体路およびコンタクト孔の寸法が減少される。
【００５２】
更に、本発明の利点は、１つの処理工程で所謂組み合わされた拡散バリヤー層と核形成層とを水溶液から製出するために、三成分系合金を無電解メッキさせる方法において見出すことができる。
【００５３】
このことから生じる利点は、直接に水溶液からの次の電気メッキによる銅メッキが可能になることにより、集積回路を半導体技術で製出するために、個々の処理工程の節約と関連した処理順序が簡易化されることにある(図１)。従って、複雑な湿式化学での処理の実施は、半導体工業において通常使用されている湿式化学のクラスターメッキ速度で可能になる（図１）。
【００５４】
銅は、三成分系の金属バリヤー層上での配線のために陰極コンタクトとして電気メッキによりメッキされる。コンタクト孔および配線溝の上に存在する過剰の電気分解によりメッキされた銅が例えば化学的機械研磨（CMP）によって除去された後で、銅表面は、清浄化される。引続き、イオンプレーティング（”セメント化”、電荷の交換による電気化学的メッキ）によるＰｄ含有の混合物を用いた場合には、触媒種晶を銅表面上にメッキすることができる。この種の電気化学的な電荷交換は、絶縁層上では不可能である。それによって、触媒の種晶は、以下のように、次の実施例の記載と同様にＣｕ配線上での例えばＮｉＭｏ−Ｐの選択的な無電解メッキを可能にする（図２）。
【００５５】
好ましい範囲および値を含む処理パラメーターの変法での範囲
好ましい濃度範囲は、次の表中に記載されている。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
臨界的範囲
ＮｉＭｏ−Ｐに関連して、実施例の溶液は、９のｐＨ値を有し、この場合には、このｐＨ値の±１以下で偏倚している。それというのも、さもないと、変化されたバリヤー特性を有する変化された合金組成が生じるからである。
【００５９】
緩衝液の作用は、炭酸およびその塩を錯形成剤として適当に使用することによって達成される。
【００６０】
メッキ温度は、最大９０℃の値を超えてはならない。それというのも、さもないと、自動接触電気メッキ溶液の自然発生的な分解が結果として生じるからである。一般に、高められたメッキ温度は、メッキ溶液の浴安定性、ひいては浴可使時間を減少させる。
【００６１】
方法または実施法の変法
本発明によれば、先行する清浄化工程および活性化工程により導電性構造体を製造する方法が提供される。清浄化の順序は、場合によっては清浄化作用を改善するためにアルコール洗浄、例えばエタノール、イソプロピルアルコールによって拡大させることができる。清浄化は、機械的なブラッシング処理（”スクラバー”）を使用することによって補助されてもよい。
【００６２】
Ｐｄ活性化溶液は、塩、例えば塩化パラジウムまたはパラジウムアセタールから製造されてよい。
【００６３】
Ｐｄ活性化溶液は、添加剤の添加、例えば錯形成剤、例えばＥＤＴＡまたはQuadrol（Quadrol：エチレンジアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラ−２−プロパノール）を添加することによって変性させることができる。
【００６４】
Ｐｄ活性化溶液は、界面活性剤、例えばＲＥ６１０またはTriton X-114、ポリエチレングリコールのような添加剤を添加することによって補充されうる。（Triton X-114：ポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルまたはモノ（（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェニル）エーテル）。
【００６５】
Ｐｄ活性化溶液は、噴霧法または浸漬法に使用されてよい。
【００６６】
本発明によれば、噴霧法または浸漬法での使用のために、主要合金成分としての少なくとも１つの第1の金属成分、錯化剤、還元剤ならびにｐＨ値を４〜１２の範囲内に調節するｐＨ調節剤を含有する無電解メッキ溶液が配合される。
【００６７】
本発明の特殊な実施態様において、拡散バリヤーのバリヤー特性を改善する第2の金属成分を含有する無電解メッキ溶液が提供される。第1の錯化剤以外に、カルボン酸およびアミノ酸の群からの少なくとも1つの他の錯形成剤が選択される。
【００６８】
溶液のｐＨ値は、ヒドロキシド塩基、例えば水酸化アンモニウム、苛性ソーダ、苛性カリまたはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＮＨ４ＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ）を添加することによって７〜９の範囲内のｐＨ値に調節される。
【００６９】
半導体構造素子に使用するためには、殊にアルカリ金属不含の塩基が好ましい。
【００７０】
また、ｐＨ値は、鉱酸を添加することによって４〜７の範囲内のｐＨ値に調節されてもよい。
【００７１】
場合によっては、界面活性剤は、添加剤として遙かに拡大された範囲内で使用されてもよい。この界面活性剤は、アニオン界面活性剤（官能基、例えばカルボキシレート基、スルフェート基またはスルホネート基を有する）ならびに非イオン界面活性剤（例えば、ポリエーテル鎖を有する）であることができる。
【００７２】
添加剤としては、場合によっては２，２−ビピリジン、チオ二酢酸、チオジグリコール酸、ジチオジグリコール酸、アンモニウムチオラクテート、アンモニウムチオグリコラート、チオボレート、硼酸、チオスルフェート、亜二チオン酸ナトリウム、ボラックス、グリセリンならびにベンゼンのヒドロキシ誘導体およびアンモニウム誘導体（例えば、３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸、ヒドロキノン、メトール、ｐ−フェニレンジアミン、ロジナールおよびフェニドン）が単独成分ならびに互いに組合せで使用されてよい。
【００７３】
場合によっては、無機塩、例えばマグネシウム化合物は、添加剤として使用されてもよい。
【００７４】
使用分野、使用目的
本発明によれば、延長された可使時間を有する無電解メッキ浴のための組成物が提供される。本発明によれば、改善された性質は、前記したような適当な添加剤を添加することによって達成される。この可使時間の延長は、僅かな化学薬品の消費量を引き起こし、付加的に製造工程の場合に作業費用は、減少し、それによって得られた製品の費用も減少する。また、この添加剤の添加によって、不変の単一の層成長が促進され、アスペクト比が増加するにつれて、組み込まれた構造素子中での導体路およびコンタクト孔の寸法が減少される。
【００７５】
バリヤー材料の試験（組成、微細構造）のために、三成分系のニッケルをベースとする合金の無電解メッキは、４０オングストロームでスパッタリングされるコバルトに対してＳｉＯ２／Ｓｉウェーハ上で実施された。例えば、ＮｉＲｅ−Ｐ合金をメッキするために使用された酸性の金属メッキ溶液は、ＮｉＳＯ４×Ｈ２Ｏ０．０３〜０．１M、過レニウム酸塩０．００１〜０．０１Ｍ、錯形成剤としてのクエン酸、還元剤としての次亜燐酸塩および添加剤を含有していた。金属メッキ浴は、５０〜８０℃の範囲内で運転された。遮断層の厚さは、１０〜３０ｎｍの間で変動した。厚手の合金被膜は、４探針層抵抗測定、オージェ電子分光法（AES）、原子顕微鏡およびＸ線回折（XRD）によって分析された。薄膜の結晶構造の研究は、縞状での入射を有するＸＲＤによって実施された。系Ｃｕ／バリヤー／ＳｉＯ２／Ｓｉの珪素上でのバリヤー作用は、最初に走査電子顕微鏡（SEM）によって選択的なセッコ（Secco）−エッチング法を使用しながら特性決定された。銅表面の活性化に対する試験のために、Ｓｉウェーハ上にＣｕ（１５０ｎｍ）／ＴｉＮ（１０ｎｍ）／ＳｉＯ２（５００〜１０００ｎｍ）の連続層を有する支持体が使用された。Ｃｕ表面は、最初にInoclean 200ＴＭ-post-CMP清浄化溶液での清浄化によって前調製され、次にＰｄイオン溶液で活性化された。選択的にこの活性化が使用され、自己配向されたＮｉＭｏ−Ｐバリヤーを成長させることができる（Inoclean 200ＴＭ：希釈されたカルボン酸エステルと燐酸とからなる混合物）。選択的に、この清浄化は、希釈されたＨＦ溶液、蓚酸および別の鉱酸、例えば硫酸を用いて行なうこともできる。直接の無電解での金属メッキは、ジメチルアミノボラン（DMAB）を無電解での金属メッキ浴に直接に添加することによって達成された。
【００７６】
選択性は、エネルギー分散液のＸ線測定（EDX）によって評価された。
【００７７】
メッキ水溶液は、大量の高融点金属成分を含有する三成分系合金を供給するように設計されている。メッキされたＮｉをベースとする薄膜の元素状組成物は、ＡＥＳディーププロファイリング（Tiefenprofilierung）法によって検査された。
【００７８】
組み合わされた拡散バリヤー層とコンタクト層としての使用：
前記層の深部形状（Tiefenprofile）は、ニッケルが一様に深部の機能層としてメッキされ、一方で、燐は、上部の表面層に向かって含量が増加し、および高融点金属は、切断個所バリヤー／ＳｉＯ２に向かって含量が増加する傾向にある。種々の合金のニッケル、燐および高融点金属成分の標準化された原子画分が示される。ニッケル画分は、約６０〜７０原子％で比較的一定のままであり、一方で、残留成分、特に燐については、大きな変動が測定される。この場合に設定された全ての三成分系合金は、例えばＮｉＭｏ−Ｐ薄膜については２３原子％までの高融点金属の高い含量を含有する（第３表）。
【００７９】
次亜燐酸塩またはアミノボランを含有する金属メッキ溶液からポリ金属合金を無電解メッキさせる場合には、燐（または硼素）は、還元剤［６］の同時の酸化反応の結果として薄膜中で一緒にメッキされる。
【００８０】
三成分系合金の組成物に対する試験条件の影響を試験した（図３）。薄膜組成物に影響を及ぼすと思われるファクターは、使用される高融点金属および使用される還元剤の種類ならびに高融点金属および錯形成剤の濃度であった。結果から判断することができるように、モリブデンの共メッキは、燐の負担で発生する。従って、種々の三成分系の合金被膜中への大量の高融点金属の取り込みは、外部の無電解メッキ浴の溶液の高融点金属のイオンのそれぞれの濃度を制御することによって達成された。
【００８１】
高融点金属の添加により、メッキの熱安定性ならびに粒界に沿っての拡散路の閉塞によるバリヤー特性を改善することが提案された［８］。合金は、メッキの際に無定形である。実際に、数多くの合金被膜は、メッキの際に無定形で準安定性であり、この合金被膜の構造は、後熱処理後に変化する。
【００８２】
ＮｉＭｏ−Ｐの場合には、ＸＲＤを使用しながら温度処理後に無定形マトリックス中に埋設された微結晶を有する多結晶性の微細構造体が記載されている。4探針技術を使用しながら測定された、１０〜３０ｎｍの薄手のＮｉＭｏ−Ｐ被膜に対する抵抗率は、６０〜７０μΩの範囲内にあることが測定された。このように低い抵抗値は、相互接続による全電流抵抗に対する遮断層の貢献を最小にすることが望ましい。高融点金属の含量およびそれに応じて共メッキされた還元剤成分の影響が試験され、ならびにそれと関連した薄膜微細構造体は、拡散バリヤーの性質に対して試験された。バリヤー作用は、セッコ（Secco）−エッチング法を使用しながら評価された。無電解で沈殿されたＮｉＭｏ−Ｐの３０ｎｍの薄手の層は、４５０℃までで１時間安定性であることが確認された。
【００８３】
銅導体路構造体をケーシング化するための使用
Ｃｕが嵌め込まれた構造体上での金属バリヤーとしての開発された三成分系の合金の使用に関連して、数多くの問題が評価されなければならなかった。重要な視点は、Ｃｕ構造体上での完全に選択的なメッキである。試験されたニッケルをベースとした合金は、切断個所Ｃｕ／自己配向されたバリヤーの相分離を回避させるために好ましい材料である。それというのも、Ｎｉは、ＣＵとの強力な共有結合を形成させる傾向を有し、このことは、境界層の付着力に対して有利に作用する。付加的に、Ｃｕ表面を準備することおよび無電解での金属メッキ浴の安定性は、重大な問題を生じる。それというのも、この金属メッキ浴は、準安定性の熱力学的平衡で存在しかつ自然発生的に分解する傾向にあるからである。従って、Ｃｕ表面の準備は、前記の接触的処理工程の場合に重要な役を演じる。無電解での合金のメッキ前に、酸化銅の除去を含む湿式工程がＣＭＰおよびＰｄ触媒の活性化の後に展開された。最初に、酸による清浄化は、有機酸を含有する後ＣＭＰ清浄化溶液を使用しながら実施され、選択的に酸化銅が除去された。直ぐ次の工程で、Ｃｕ表面は、非連続的なＰｄ種晶形成層をメッキすることによって活性化され、このことは、次亜燐酸塩を含有する金属メッキ溶液の使用によって三成分系合金の無電解メッキを可能にした（図２）。
【００８４】
【表３】
【００８５】
活性化工程（表面の清浄化、活性化およびメッキ）のそれぞれの工程の評価は、析出物の表面形状、表面組成および表面選択性に関連して評価された。清浄化前に、ＣＭＰ残留物が観察された（図４ａ参照）。２分間の後ＣＭＰ清浄化後に、前記の残留物は、除去され、Ｃｕ表面の品質の低減化は、生じなかった（図４ｂ）。次の活性化工程は、表面の清浄化に対して極めて敏感であり、緊密なＰｄ種晶形成が達成された（図４ｃ）。
【００８６】
清浄化および活性化の後の表面粗さに対する評価は、ＡＦＭによって試験された。一般的な傾向は、長時間の清浄化工程によりＣｕ表面の粗さが減少されることにある。この挙動は、活性化後にも維持される。Ｐｄ種晶形成は、表面粗さを随伴し、このことは、平滑なＣｕ表面上への絶縁された金属島のメッキに原因があるものとみなされる。２分間継続される清浄化処理は、この研究で試験された条件下で満足な結果を生じることが確認された。メッキされたバリヤー被膜の粒子成長は、試験された無電解での金属メッキ工程の初期段階で１０〜６０秒間発生された。メッキは、微粒子状の構造から例えばカリフラワー状に構造化された形態に変化する［９］。この観察は、ＡＦＭ測定によって支持され、この場合このＡＦＭ測定は、表面粗さを早期のメッキ段階で規則的な展開なしに３０〜６０秒示す（図５）。バリヤーの厚さは、線形のメッキ時間に依存して見出され、望ましい厚さを達成させるためには、短時間のメッキ（２０秒）で十分である。短いメッキ時間は、外部からの無電解工程を完成のために極めて魅力的なものにし、この場合には、高い出力が望ましい（図５ｂ）。
【００８７】
Ｃｕ表面上での無電解でのＮｉＭｏ−Ｐメッキ工程の選択性は、種々の非導体材料およびバリヤー材料、例えばＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＮ、ＴｉＮおよびＴａＮに対してＥＤＸによって試験された。ＳＥＭ測定およびＥＤＸ測定から判断して、被覆支持体上で効果的に選択性が達成される（例３）。元素のＣｕ、Ｎｉ、ＭｏおよびＰがＥＤＸによって検出されるような銅支持体の場合以外に、別の材料上でのメッキは、観察されなかった。パターン化された支持体上での展開された無電解での金属メッキ工程の場合には、選択的なメッキが検出された。一般に、最適な選択性は、短い清浄化時間および活性化時間で達成される。図７ａは、ＮｉＭｏ−Ｐ合金によって選択的に被覆されているダマシンＣｕ構造体の画像を示す。
【００８８】
一般に、活性化は、無電解での金属メッキ反応を非触媒表面上に導入するために、Ｐｄ触媒で接種することが必要とされる。しかし、付加的に、触媒は、無電解での金属メッキ浴に対する潜在的な汚染源である可能性があり、これは、加工中に活性剤溶液の移行のために不安定にする。還元剤成分としての次亜燐酸塩化合物を使用しながらのＣｕ表面上での従来の無電解での金属メッキの場合には、先行するＰｄ活性化なしに無電解での金属メッキを達成することは、不可能である。Ｃｕの触媒特性にも拘わらず、次亜燐酸塩Ｎｉ２＋イオンまたはＣｏ２＋イオンは、Ｃｕ表面上で還元されない。この次亜燐酸塩Ｎｉ２＋イオンまたはＣｏ２＋イオンは、清浄化されたＣｕ支持体上で無電解でのＮｉＭｏ−Ｐメッキ工程でＤＭＡＢ０．０２〜０．０６モル／ｌを金属メッキ浴に添加することによってＰｄの活性化なしに試験され、Ｃｕ導体路構造体の選択的な被覆が観察される（図７ｂ参照）。
【００８９】
試験された三成分系合金被膜、例えばＮｉＭｏ−Ｐは、著しく低い抵抗値を有し、Ｃｕ上に良好に付着する。無電解メッキ工程で、超薄手の析出物が達成される。拡散バリヤーの作用は、４５０℃までで示されている。無電解の工程の高い選択性は、前記層を後ＣＭＰケーシング化のために特に魅力的なものにする。選択的な金属被覆層としての前記被膜の使用は、非導体被覆層、例えばＳｉＮまたはＳｉＣと比較して銅からなる集積回路のエレクトロマイグレーションの許容性を改善することができる。
【００９０】
本発明をよりいっそう理解されるようにし、かつ明示するために、次に、本発明の特許保護の範囲内にある実施例が記載される。しかしながら、この実施例は、記載された本発明の原理の一般的な有用性のために、本発明の保護範囲をこの実施例に制限するには、不適当である。更に、引用された特許明細書の記載内容は、本明細書の発明の開示の一部分とみなすことができる。
【００９１】
例１
工程１（清浄化）：
付着する酸化銅および有機銅化合物の銅表面を清浄化するためには、後銅ＣＭＰ清浄化混合物が使用され、例えばMerck社のCuPureＴＭInoclean200が使用される。マロン酸ジメチルエステル２〜４％、１−メトキシ−２−プロパノール２〜４％、酢酸メチルエステル０．５％未満および燐酸０．５％未満からなる。この場合、清浄化溶液は、８０％の溶液として、ならびに希釈時に１０％までの溶液として浸漬法ならびに噴霧法で使用されることができる。場合によっては、清浄化のために、エタノールまたはイソプロパノールを用いて他の浸漬（Dip）工程を行なうことができる。アルコールは、処理工程の節約のために直接に清浄化混合物に添加されてよい。
【００９２】
試験条件：
清浄化溶液Inoclean200（希釈率１０％）中での2分間の浸漬時間、ＤＩ水での３０秒間の洗浄、および乾燥吹込なし。
【００９３】
清浄化溶液Inoclean200（希釈率１０％および５０％）中での2分間の噴霧、ＤＩ水での３０秒間の洗浄、および乾燥吹込なし。
【００９４】
アルコールの使用下で：清浄化溶液Inoclean200（希釈率１０％）中での2分間の浸漬時間、ＤＩ水での３０秒間の洗浄、イソプロピルアルコールでの６０秒間の洗浄、Ｄｉ水での１０秒間の洗浄、および乾燥吹込なし。
【００９５】
工程２（活性化）：
こうして清浄化されたＣｕ表面をＰｄ２＋含有溶液での処理によって電気化学的な電荷交換により選択的に活性化される。
【００９６】
活性化溶液の組成：
ａ．）酢酸５．０モル／ｌ
ＰｄＣｌ２、１×１０−３モル／ｌ
ＨＣｌ（３７％）、１×１０−４モル／ｌ
ｂ．）酢酸５．０モル／ｌ
Ｐｄ（ＯＡｃ）２、１×１０−３モル／ｌ
ＨＣｌ（３７％）、１×１０−３モル／ｌ。
【００９７】
試験条件：
ＮｉＭ−Ｒの清浄化工程、活性化工程およびメッキ工程は、連続的に極めて僅かな時間間隔で行なわれる。
【００９８】
最初に、希釈された清浄化溶液（１０％または５０％）中で浸漬され、ＤＩ水で短時間洗浄され、乾燥吹込なしに、１０秒間または２０秒間Ｐｄ2＋溶液中に浸漬される。室温で短時間ＤＩ水で洗浄される。乾燥吹込は、行なわない。
【００９９】
工程３（Ｐｄ活性化と組み合わせた自動接触メッキ）：
更に、Ｐｄ種晶で活性化されたＣｕ配線表面上に三成分系の金属合金、例えばＮｉＭｏ−Ｐがメッキされる。
【０１００】
このために、基本電解液１のための原液を調合する。最終メッキ溶液として、２５０ｍｌの容量を使用する。この原液を相応する割合で混合する。
【０１０１】
基本電解質１の組成：
ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ ２６．２９ｇ／ｌ （０．１モル／ｌ）、
Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ ２６．４７ｇ／ｌ （０．０９モル／ｌ）、
Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ ０．２４ｇ／ｌ （０．００１モル／ｌ）、
コハク酸 ２３．６２ｇ／ｌ （０．２モル／ｌ）、
ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ ２１．２０ｇ／ｌ ０．２モル／ｌ。
【０１０２】
個々の成分から原液を調合し、この場合この原液の濃度は、溶液を同じ容量比で互いに混合することができかつそれぞれの基本電解質を生じる程度に選択されている。このために、これらの物質を、ＶＥ水を有する１ ｌの測定フラスコ中で溶解する。
原液Ｋ１＝ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ １３１．５ｇ／ｌ、
原液Ｋ２＝Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ １３２．４ｇ／ｌ、
原液Ｋ３＝Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ １，２ｇ／ｌ（基本電解質１参照）、
原液Ｋ４＝コハク酸 １１８．１ｇ／ｌ、
原液Ｋ５＝ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ １０６．０ｇ／ｌ。
【０１０３】
最終メッキ溶液の製出のために、最初に原液Ｋ１ ５０ｍｌと原液Ｋ２ ５０ｍｌとを一緒にする。これと同時に、原液Ｋ３ ５０ｍｌと原液Ｋ４ ５０ｍｌとを一緒にする。引続き、双方の混合物を合わせる。攪拌しながら、ｐＨ値を５０％のＮａＯＨ溶液で９．０の値に調節する。原液Ｋ５を最後に添加する。
【０１０４】
基本電解質２の組成：
ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ ２６．２９ｇ／ｌ ０．１モル／ｌ、
Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ ２６．４７ｇ／ｌ ０．０９モル／ｌ、
Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ ０．２４ｇ／ｌ ０．００１モル／ｌ、
コハク酸 １．１８ｇ／ｌ ０．０１モル／ｌ、
ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ ２１．２０ｇ／ｌ ０．２モル／ｌ。
【０１０５】
基本電解質３の組成：
ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ ２６．２９ｇ／ｌ （０．１モル／ｌ）、
Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ ２６．４７ｇ／ｌ （０．０９モル／ｌ）、
Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ ０．２４ｇ／ｌ （０．００１モル／ｌ）、
コハク酸 １．１８ｇ／ｌ （０．０１モル／ｌ）、
ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ ３１．８ｇ／ｌ ０．２モル／ｌ。
【０１０６】
基本電解質４の組成：
ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ ２６．２９ｇ／ｌ （０．１モル／ｌ）、
Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ ２６．４７ｇ／ｌ （０．０９モル／ｌ）、
Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ ０．２４ｇ／ｌ （０．００１モル／ｌ）、
コハク酸 ２３．６２ｇ／ｌ （０．２モル／ｌ）、
ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ ２１．２０ｇ／ｌ ０．２モル／ｌ。
【０１０７】
添加剤の添加：
全ての基本電解質１〜４には、添加剤が添加されてもよい。このために、
ジチオジグリコール酸３．７５ｐｐｍ、
Brij 58 ７５ｐｐｍ
を選択的に個々にかまたは組み合わせて９．０へのｐＨ値の調節前に添加する。
【０１０８】
試験条件：
支持体を清浄化およびＰｄの活性化を行なった後に、電気メッキによるメッキ溶液中に浸漬する（溶液を攪拌する）。混合物を５５℃に温度調節する。２分間、自動接触メッキを行なう。ＮｉＭｏ−Ｐ合金がＰｄ種晶上にメッキされると直ちに、この合金は、金属光沢を有する層によって目視可能になる。合金メッキ後に、ＤＩ水で洗浄し、注記深く窒素ガスで乾式吹き付けを行なう。
【０１０９】
例２
工程１ 例１と同様の清浄化。
【０１１０】
工程２（Ｐｄ活性化なしの直接の自動接触メッキ）：
金属合金（ＮｉＭｏ−Ｐ）を銅表面上に直接に無電解メッキさせるために、この場合には、Ｐｄ触媒種晶による活性化を行なわない。その代わりに、ＮｉＭｏ−Ｐ溶液を開始剤としてのＤＭＡＢの添加によって変性し、無電解メッキのために使用する。試験を実施するために、０．００４〜０．１５モル／ｌの範囲内の種々のボラン濃度を使用する。
【０１１１】
工程３と同様の基本電解質１の組成は、次に添加剤：
ジメチルアミノボラン＝０．００４モル／ｌおよび０．０１２モル／ｌ
と一緒に記載される。
【０１１２】
前記の個々の物質から原液を調合し、この原液の濃度を、この原液が同じ容量比で混合され、それぞれの基本電解質が生じるように選択する。そのために、前記物質を１ ｌの測定フラスコ中でＶＥ水で溶解する。
原液Ｋ１＝ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ １３１．５ｇ／ｌ、
原液Ｋ２＝Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ １３２．４ｇ／ｌ、
原液Ｋ３＝Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ １，２ｇ／ｌ（基本電解質１参照）、
原液Ｋ４＝コハク酸 １１８．１ｇ／ｌ、
原液”Ｋ５−１”＝ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ １０６．０ｇ／ｌ＋ジメチルアミノボラン ５．８８ｇ／ｌ。
原液”Ｋ５−２”＝ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ １０６．０ｇ／ｌ＋ジメチルアミノボラン １７．６９ｇ／ｌ。
【０１１３】
それぞれＫ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４ １００ｍｌからなりかつ試験設計に相応して調合されている、Ｋ１〜Ｋ４からなる混合物を製造した後に、この混合物のためにＫ５−１ １６０ｍｌおよび４０ｍｌをフラスコ中に入れる。溶液Ｋ５−２を用いる試験のために、Ｋ１〜Ｋ４からなる混合物を新たに調合する。再び、Ｋ１〜Ｋ４ １２０ｍｌを取出し、Ｋ５−２ ３０ｍｌを添加する。
【０１１４】
試験条件：
前記支持体を３０秒間清浄化を行なった後にＤＩ水で洗浄する。引続き、付加的な清浄化工程をエタノール中で行なう。ＤＩ水中で１０秒間洗浄し、引続き電気メッキによるメッキ溶液中に浸漬する（溶液を攪拌する）。メッキを３０秒間Ｋ５−１の混合物を用いて６０℃で行ない、Ｋ５−２を用いて５０℃で行なう。ＮｉＭｏ−Ｐ合金がＰｄ種晶上にメッキされると直ちに、自動接触メッキが行なわれ、金属光沢層によって目視可能になる。合金のメッキ後に、ＤＩ水で洗浄し、注記深く窒素ガスで乾式吹き付けを行なう。
【０１１５】
例３
種々の絶縁材料と比較したＰｄ活性化溶液を用いての選択的なメッキの測定
【０１１６】
【表４】
【０１１７】
銅支持体Ｋ１〜Ｋ５ ０１および０２の場合には、メッキが観察され、これに対して、別の支持体Ｋ１〜Ｋ５ ０３〜１４の場合には、ＮｉＭｏ−Ｐでのメッキは行なわれない。
【０１１８】
例４
種々の絶縁材料と比較した直接的な自動接触電気メッキによる選択的なメッキの測定
【０１１９】
【表５】
【０１２０】
Ｋ１〜Ｋ４＋Ｋ５−１ １５〜２６の全ての場合に、メッキは観察されなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】常用のＣｕ金属化法（ａ）および組み合わされた拡散バリヤー層と核形成層（ｂ）を示す略図。
【図２】Ｐｄ種晶活性化によるＣｕ表面上での選択的なケーシング化処理または表面前処理を含めてＰｄ種晶活性化中間処理なしの直接的方法での選択的なケーシング化処理を示す略図。
【図３】ＮｉＭｏ−Ｐ三成分系薄膜の元素状組成物に対するモリブデン酸ナトリウムの濃度の作用を示す略図。
【図４】後ＣＭＰ清浄化なしのＣｕ支持体（ａ）、2分間の清浄化後のＣｕ支持体（ｂ）および2分間の清浄化および１０秒間のＰｄ活性化の後のＣｕ支持体（ｃ）を示す略図。
【図５】メッキ時間の関数としての粗さ（ａ）および厚さ（ｂ）を示す線図。
【図６】Ｐｄ活性化を有する選択的に被覆されたＣｕダマシン構造体（ａ）およびＰｄ活性化なしの選択的に被覆されたＣｕダマシン構造体（ｂ）のＳＥＭ画像を示す略図。
【図７】ＤＴＤＧＳ３．７５ｐｐｍおよびBrij５８ ７５ｐｐｍを有する基本電解質１からなるメッキされたＮｉＭｏ−Ｐ層の組成を示す略図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリヤー材料または選択的なケーシング材料としての半導体工業における型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の無電解メッキされた三成分系ニッケル含有金属合金の使用に関する。殊に、本発明は、半導体構造素子上に無電解メッキすることによって三成分系のニッケル含有金属合金層を形成させる方法に関し、この場合この金属合金層は、バリヤー材料または選択的なケーシング材料としてＣｕの拡散およびエレクトロマイグレーションを阻止するために使用される。
【０００２】
公知技術水準
超小型電子構造素子の上昇する配線密度および速度要件は、銅上での従来のアルミニウム（合金）の導電路配線材料の材料交換を生じさせた。銅を使用することによって、よりいっそう低い電気抵抗およびよりいっそう高い安定性がエレクトロマイグレーションの際に達成され、それによって配線密度が増加することにより生じる、導体路の上昇する全抵抗率が計算される。
【０００３】
しかし、配線材料としてのＣｕの使用は、支持体（珪素）中または絶縁材料（例えば、ＳｉＯ２）中での高い拡散活性によって所謂拡散バリヤーの使用を必要とする。この拡散バリヤーは、Ｃｕ配線の下方で絶縁材料を保護するためおよび絶縁層と配線層との間の付着力を補助するために使用される。
【０００４】
この構造素子を動作させる際の高いクロックレートは、導電性材料の材料の分離を配線中でまねきうる、電流密度の上昇を引き起こす。このエレクトロマイグレーションと呼ばれる現象は、構造素子の高い故障密度をまねき、このことは、この構造素子の効率を著しく損なう。
【０００５】
アルミニウムと比較して高い融点の銅は、導体路の電流特性の改善を可能にし、それによってエレクトロマイグレーションによる故障に対する高められた安定性が達成される。
【０００６】
寿命およびエレクトロマイグレーションに対する安定性は、主に銅と絶縁材料との間の境界での予想される材料移動効果および材料交換効果に依存し、銅それ自体の粒界の結晶平面の配置および性状には依存しない。従って、材料の交換に関連する境界面の品質は、重要である。
【０００７】
更に、高い融点の金属、例えば高融点金属の混入（合金）が、前記安定性をさらに強化することは、公知である。改善されたエレクトロマイグレーション挙動は、金属薄膜を銅と組み合わせて使用することによって達成されうる。
【０００８】
同時に、この導電性合金層は、Ｃｕ種および電荷キャリヤーの拡散を阻止する拡散バリヤーとして機能する。このバリヤー作用は、一面で非金属成分、例えば燐の混入による三成分系合金の形態学的状態によって引き起こされ、他面、異質分子の組み込みによる合金内での粒界に沿った好ましい拡散路を遮断することによって引き起こされる。
【０００９】
銅配線を備えた構造素子を形成させるための標準的方法は、所謂ダマシン法である。この場合には、最初に構造体、例えば導体路の溝およびコンタクト孔は、絶縁層中にリソグラフィー法および引続く乾式エッチング法によって形成される。引続き、拡散バリヤーならびに電気的コンタクト層は、スパッタリング（PVD）または化学的蒸着（CVD）によって導体路構造体中に施こされ、電気メッキによる銅で充填される。拡散バリヤーを形成させるためにしばしば使用される材料は、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステンならびに窒化タングステン等である。電気的コンタクト層としては、薄手の層の銅が使用される。化学的機械研磨は、過剰の配線材料を平坦化するために使用される。
【００１０】
アスペクト比（導体路構造体の高さと幅の比）が増加すると、常に薄手の拡散バリヤーが導体路の溝およびコンタクト孔中にメッキされなければならない。従って、ＰＶＤおよびＣＶＤのような方法によりバリヤーの単一にメッキされる薄膜層を達成することは、ますます困難になる。
【００１１】
更に、エレクトロマイグレーション作用が、主にＣｕ配線の表面上で起こることは、公知である。これは、ＣＭＰ中の攻撃および酸化過程によって惹起される、銅の化学的に変性された表面構造によって引き起こされる。
【００１２】
銅の配線は、一般に多数の平面上で形成されている。Ｃｕの表面上には、銅の拡散を予防するためのバリヤー層が存在していないので、通常、非導電性（誘電性）材料、例えば炭化ケイ素（SiC）または窒化ケイ素（SiN）からバリヤー層を形成し、その後にこのバリヤー層上に配線層をメッキさせることが必要とされる。
【００１３】
この誘電性材料、例えばＳｉＣまたはＳｉＮは、ＳｉＯ２よりも高い誘電定数を有し、現在の方法により、導体路構造体上に全面で塗布される。この結果、最終的には、半導体の構造素子の全抵抗率の上昇を導き、したがって配線材料の銅の表面をＣＭＰにより選択的に被覆することは、好ましい。
【００１４】
方法の比較
米国特許第４０１９９１０号明細書には、ニッケル含有の三成分系合金をメッキさせるための混合物および製出方法が記載されている。米国特許第５６９５８１０号明細書には、半導体工業で使用するためのＣｏＷ−Ｐ金属バリヤー層を無電解メッキさせるための方法の特許保護が請求されている。更に、米国特許第２００２／００９８６８１号明細書Ａ１には、三成分系拡散バリヤーの無電解メッキおよび新規の銅配線を備えた集積回路のエレクトロマイグレーションに対する安定性を改善するためのＣｏＷ−Ｂ、ＣｏＭｏ−Ｂ、ＣｏＷ−Ｐ、ＣｏＳｎ−Ｐからなるケーシング層が記載されている。
【００１５】
無電解メッキさせる装置ならびにニッケル、コバルト、タングステンおよびモリブデンからなる類似の三成分系合金の自動接触電気メッキ法は、米国特許第２００２／００３６１４３号明細書Ａ１に記載されている。
【００１６】
型ＣｏＷ−Ｂ、ＣｏＭｏ−Ｂ、ＣｏＲｅ−ＢおよびこれらのＰ含有類似物の無定形の三成分系合金は、孔封止のために特殊な多孔質の絶縁材料を銅配線と組み合わせて使用するために米国特許第６５２８４０９号明細書Ｂ１に特許保護が請求されている。
【００１７】
特開平１４−９３７４７号公報には、０．２原子％〜２原子％の質量百分率の量でモリブデンを含有する、ＣｏＷ−Ｐ、ＣｏＭｏ−Ｐ、ＮｉＷ−ＰまたはＮｉＭｏ−Ｐからなる導電性構造体ならびにその製出、構造素子およびその製造が記載されている。
【００１８】
課題の設定
従って、本発明の課題は、導電性構造体を無電解メッキするための組成物ならびに清浄化工程および活性化工程を含めて前記構造体を製造するための方法を提供することであり、それによって、簡単で安価な方法で接触活性化を行なった後に誘電体（例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、ＳｉＮ、ＳｉＣ）上にメッキすることができるかまたは直接に銅配線上にメッキすることができ、実際に配線材料として施こされた銅の拡散を阻止するためにバリヤー層として使用される構造体をメッキすることができる。
【００１９】
また、本発明の課題は、バリヤーの単一の層成長に適した添加剤を提供することであり、それによって同時に無電解のメッキ浴の浴可使時間の延長を可能にし、水溶液中での還元剤の存在によって自然発生的な化学分解を回避させる。
【００２０】
この課題の解決は、請求項１記載の方法ならびに請求項２から１０までのいずれか１項に記載の特殊な実施態様での方法によって行なわれる。また、この課題は、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法によって形成された半導体構造素子上でのＣｕの拡散およびエレクトロマイグレーションを回避させるためのバリヤー層としてかまたは選択的なケーシング材料としての型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の無電解メッキされた三成分系ニッケル含有金属合金によって解決される。
【００２１】
従って、本発明の対象は、ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＷＯ４、Ｎａ２ＷＯ４、Ｎａ２ＭｏＯ４、ＫＲｅＯ４、ＮａＨ２ＰＯ２、ＣｏＳＯ４×７Ｈ２Ｏを水溶液中で適当な濃度で含有し、ならびに場合によっては他の添加剤を含有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法で使用可能である、型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の三成分系ニッケル含有金属合金を無電解メッキするための組成物でもある。本発明による組成物は、殊に４．５〜９．０の範囲内のｐＨ値を有する。場合によっては、この組成物は、Ｎａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７×２Ｈ２Ｏ、Ｃ４Ｈ６Ｏ４、Ｎａ２Ｃ４Ｈ４Ｏ４×６Ｈ２Ｏ、２，２−ビピリジン、チオ二酢酸、ジチオ二酢酸、Triton X-114、Brij 58、ジメチルアミノボラン（DMAB）、Ｎａ２Ｃ２Ｈ３Ｏ２、Ｃ３Ｈ６Ｏ３（９０％）、ＮＨ４ＳＯ４およびRE610（RE610：ナトリウム ポリ（オキシエチレン）−フェニルエーテルホスフェート）の群から選択された添加剤を含有する。
【００２２】
導体路を配線するための選択的な材料の導入ならびに新規種類の処理工程は、チップ内での信号伝達の際に縮小された構造素子構造体中でも高い速度を達成しうるための重要な条件である。銅の多重平面での配線の完成処理における拡散バリヤーの強制的に必要とされる使用および多孔質の絶縁材料の組み込みは、数多くの基本的に設定された問題を解決するという結果を生じる。これは、バリヤー材料それ自体の選択に関連し、しかも無電解（自動接触）のメッキ方法にも関連する。
【００２３】
この課題を解決するための試みによって、同時に清浄化および活性化のための新規方法は、例えばＰｄ触媒種晶によって開発されたものである。この場合、電気メッキによる銅メッキ（電気分解）の確立された方法による銅導体路およびコンタクト孔の通常のデュアル−ダマシン−構造化は、フレーム条件であり、それによって選択、ひいては材料の封入および製造方法は、技術的な完成工程に制限されている。
【００２４】
１０ｎｍ未満のバリヤー層厚、例えば最新のＣＭＯＳ技術のためのＩＴＲＳロードマップ（roadmap）中に９０ｎｍ以下と挙げられているようなバリヤー層厚は、高いアスペクト比を有する構造体中で均一な層厚を有するかかる薄手の層をメッキことに関連してバリヤー材料および形成技術に対する大きな挑戦である。
【００２５】
銅配線の動作の確実性に関連して、隣接する絶縁中間層中および活性のトランジスタ範囲内への銅種の拡散を阻止する拡散バリヤーの安定性は、重要である。
【００２６】
また、合金中での高融点金属の高い質量含分が達成される、組成物の意図的な最適化によって、三成分系拡散バリヤーの薄手の層または被覆層の形態の最適化は、必要とされる厚さの範囲内で達成される。
【００２７】
Ｃｕは、導体路構造体を製出するための電気的導体として使用され、この場合には、別の材料上にメッキされる。この材料をＣｕに対して境界を定めるために、三成分系の導電性ＮｉＭ−Ｒ金属合金は、所謂拡散バリヤーとして使用される。その下方に存在する材料が絶縁されている場合には、触媒活性化が行なわれ、それによってＮｉＭ−Ｒが無電解メッキされうる。その下方に存在する材料、例えばスパッタリングされたＣｏ金属が触媒化成であり、導電性である場合には、ＮｉＭ−Ｒは、先行する活性化なしにメッキすることができる。引続き、Ｃｕは、Ｃｕ配線のために、こうしてメッキされ陰極として機能するＮｉＭ−Ｒバリヤー層により電気メッキによりメッキされる。これは、直接にバリヤー材料上に電気的コンタクト層または核形成（種晶形成層）の付加的な活性化または塗布なしにバリヤー材料上に行なわれる。
【００２８】
更に、この種のニッケル含有合金材料の使用は、Ｃｕ導体路構造体上にＮｉＭ−Ｒバリヤー層を選択的に無電解メッキさせることにあり、ＣＭＰの平坦化工程または乾式エッチング工程の終結後に露出されたＣｕ表面を被覆（ケーシング化）し、酸化を阻止し、誘発された薄膜応力を阻止し、エレクトロマイグレーションに対する安定性を改善する。ＮｉＭ−Ｒ層の成長は、置換法によって開始され、この場合には、銅表面上にＰｄ触媒種晶（活性化）がメッキされる。このように開始されることは、無電解メッキの際に還元剤としての次亜燐酸塩を用いることが必要とされる。それというのも、銅の触媒作用は、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、ＣｏまたはＰｔの触媒作用よりも低いからである。常用の活性化法（Ｐｄゾルを用いてのＳｎイオンの酸化によるＰｄイオンの還元）の場合、触媒層を銅配線上に選択的に形成させることは、困難である。この場合、Ｐｄ種晶は、全面的に付着し、選択的な無電解メッキは、不可能である。また、ＮｉＭ−Ｒ層の成長の開始は、Ｃｕ表面の先行する清浄化または脱酸化の後に他の還元剤、例えばＤＭＡＢの添加による無電解メッキ溶液を変性させることによっても直接に行なわれる。
【００２９】
これら２つの使用において、金属拡散バリヤー層を使用することによって、銅配線被膜とバリヤー材料との間で改善された付着力が達成される。
【００３０】
本発明によれば、無電解メッキのために開発された混合物を安定化するための添加剤、即ち熱力学的に準安定な状態に安定化するための添加剤を含有する組成物が提供される。それによって、メッキ浴の可使時間の延長が引き起こされる。同時に、この方法において、前記添加剤の添加により、不変の単一の層成長が促進され、同時にアスペクト比が増加するにつれて、組み込まれた構造素子中での導体路およびコンタクト孔の寸法が減少される。
【００３１】
従って、本発明の対象は、Ｃｕ配線の下方で所謂組み合わされた拡散バリヤー層と種晶形成層として使用するため、ならびにさらに銅配線表面上にケーシング化バリヤー層として使用するために、触媒活性化された絶縁層上、例えばスパッタリングされたコバルトで活性されたＳｉＯ２上で無電解メッキによってバリヤー層としての導電性構造体を形成させるための新規方法である。
【００３２】
この新規方法は、殊にＮｉＲｅ−Ｐ合金、ＮｉＭｏ−Ｐ合金、ＮｉＷ−Ｐ合金、ＮｉＲｅ−Ｂ合金、ＮｉＭｏ−Ｂ合金、ＮｉＷ−Ｂ合金、ＮｉＲｅ−Ｐ／Ｂ合金、ＮｉＭｏ−Ｐ／Ｂ合金またはＮｉＷ−Ｐ／Ｂ合金をバリヤー層として使用することによって特徴付けられている。
【００３３】
前記合金において、バリヤー層の熱的安定性を強化する高融点金属の含量は、高い原子％で含有されており、例えばモリブデンは、２４原子％までで含有されており、Ｒｅは、２３原子％までで含有されており、タングステンは、１５原子％までで含有されている。
【００３４】
本発明の対象は、殊に薄手の金属合金被膜を銅からなる金属支持体の表面上に無電解メッキするための方法であり、この場合、この方法は、次の工程：
銅配線表面を清浄化（脱酸化）し、場合によっては引続き配線表面を活性化する工程、ならびに
予め完成された自動接触電気メッキ溶液を準備する工程および
次に既に予め完成された化学的電気メッキ溶液で支持体を噴霧または浸漬する工程を含む。
【００３５】
特に、薄手の金属層を無電解メッキさせるための方法が重要であり、この場合には、薄手の金属合金被膜の金属は、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、ＷおよびＣｒの群、特にＣｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔの群から選択された１つの金属を含む。
【００３６】
本方法を実施するために、本質的に界面活性剤を含有しない、自動接触電気メッキ溶液が有利に使用される。
【００３７】
しかし、基本溶液として少なくとも１つの界面活性剤を含有する自動接触電気メッキ溶液が使用されてもよい。この溶液には、場合によっては添加剤、例えば電気メッキ平坦化溶液の浴可使時間を延長させるための安定剤が添加されてよい。
【００３８】
また、前記方法で使用される電気メッキ溶液には、拡散バリヤーの層の性質および性状を改善するための添加剤が添加されてもよい。
【００３９】
例えば、Ｐｄ触媒種晶によってＣｕ配線表面を清浄化および活性化するために、本方法においては、有利にアンモニアおよびフッ化水素酸を含まない混合物が使用されてよい。
【００４０】
公知技術水準に対する制限
新規に配合された水性組成物は、組み合わされた拡散バリヤー層と核形成層とを無電解メッキするために使用されてよい。最後に、本発明による組成物を使用する場合には、唯一の処理工程で行なうことができる。しかし、この組成物は、ケーシング化材料をＣｕ配線上にメッキするために使用されてもよい。
【００４１】
無電解メッキ方法は、所謂多孔質の絶縁材料を使用する場合に拡散バリヤーを選択的にメッキするのに特に好適である。従来のＰＶＤ法による前駆体およびＣＶＤ法による前駆体が前記材料の機械的に殆んど安定性でない孔を貫通し、この場合この孔は、バリヤー層のメッキ中に部分的に封止されてもよいし、閉鎖されてもよい。
【００４２】
三成分系の合金材料は、本発明による方法により新規の組成物を使用しながら無電解での平坦化法により２００オングストローム未満の膜厚を有する極めて薄手の効果的なバリヤー被膜としてメッキされることができる。従って、この三成分系の合金材料は、配線の表面状態、単一の段被覆および側面被覆に関連して、実際に常用の技術よりも高度に、最高の集積回路（ULSI）における導体路寸法のための要件に相応する。
【００４３】
ケーシング化層としての導電性合金材料の特殊な使用の特別な利点は、バリヤー層を配線材料としてのＣｕ上に選択的にメッキさせることにある。
【００４４】
高融点金属、例えばモリブデンの２４原子％までの高い含量によって、有利にＣｕ拡散に対して改善された拡散バリヤー特性が達成される。
【００４５】
ＮｉＭｏ−Ｐ合金は、Ｃｕ上に無電解メッキさせるための好ましい材料である。それというのも、僅かな含量のＭｏは、合金の熱安定性を上昇させ、それによって銅に対して拡散抵抗を改善するからである。
【００４６】
更に、本発明により使用される三成分系バリヤー材料は、高い導電率および２５０μΩｃｍ未満の僅かな比抵抗を有する。それによって、信号伝達の遅延（”RC遅延”）の減少が構造素子構造体の小型化の際に達成される。
【００４７】
導体路の全抵抗率は、構造素子の動作におけるエレクトロマイグレーション作用によって惹起される、故障の確率と同様に誘電性材料、例えばＳｉＣまたはＳｉＮと比較して最小化されるかまたは場合によっては、むしろ処理パラメーターの適当な選択によって抑制され、しかも連続的な処理の監視によって抑制される。
【００４８】
本発明による導電性の三成分系バリヤーの使用によって、銅／金属拡散バリヤー／絶縁マトリックスの改善された境界面の品質または境界面が達成される。銅種の拡散およびエレクトロマイグレーションの現象は、金属／金属境界面での活性化エネルギーの高められた移行バリヤーによって後方に排除される。
【００４９】
同時に、金属の互いの堅固な結合は、元来の誘電性材料、例えばＳｉＣまたはＳｉＮとは異なり、バリヤー層の付着力（Adhaesion）を回路材料の銅上で高め、微細な配線の好ましい製出に貢献する。
【００５０】
更に、変化された組成によって、本発明による無電解メッキ浴の浴可使時間（安定化）の延長が保証される。同時に、メッキされた合金の形態および層成長は、バリヤー作用に関連してプラスに影響が及ぼされる。
【００５１】
メッキ浴の可使時間の延長は、僅かな化学薬品の消費量を引き起こす。付加的に製造工程の場合に作業費用は、減少し、それによって製造費も低くなる。更に、添加剤の添加によって、不変の単一の層成長が促進され、アスペクト比が増加するにつれて、組み込まれた構造素子中での導体路およびコンタクト孔の寸法が減少される。
【００５２】
更に、本発明の利点は、１つの処理工程で所謂組み合わされた拡散バリヤー層と核形成層とを水溶液から製出するために、三成分系合金を無電解メッキさせる方法において見出すことができる。
【００５３】
このことから生じる利点は、直接に水溶液からの次の電気メッキによる銅メッキが可能になることにより、集積回路を半導体技術で製出するために、個々の処理工程の節約と関連した処理順序が簡易化されることにある(図１)。従って、複雑な湿式化学での処理の実施は、半導体工業において通常使用されている湿式化学のクラスターメッキ速度で可能になる（図１）。
【００５４】
銅は、三成分系の金属バリヤー層上での配線のために陰極コンタクトとして電気メッキによりメッキされる。コンタクト孔および配線溝の上に存在する過剰の電気分解によりメッキされた銅が例えば化学的機械研磨（CMP）によって除去された後で、銅表面は、清浄化される。引続き、イオンプレーティング（”セメント化”、電荷の交換による電気化学的メッキ）によるＰｄ含有の混合物を用いた場合には、触媒種晶を銅表面上にメッキすることができる。この種の電気化学的な電荷交換は、絶縁層上では不可能である。それによって、触媒の種晶は、以下のように、次の実施例の記載と同様にＣｕ配線上での例えばＮｉＭｏ−Ｐの選択的な無電解メッキを可能にする（図２）。
【００５５】
好ましい範囲および値を含む処理パラメーターの変法での範囲
好ましい濃度範囲は、次の表中に記載されている。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
臨界的範囲
ＮｉＭｏ−Ｐに関連して、実施例の溶液は、９のｐＨ値を有し、この場合には、このｐＨ値の±１以下で偏倚している。それというのも、さもないと、変化されたバリヤー特性を有する変化された合金組成が生じるからである。
【００５９】
緩衝液の作用は、炭酸およびその塩を錯形成剤として適当に使用することによって達成される。
【００６０】
メッキ温度は、最大９０℃の値を超えてはならない。それというのも、さもないと、自動接触電気メッキ溶液の自然発生的な分解が結果として生じるからである。一般に、高められたメッキ温度は、メッキ溶液の浴安定性、ひいては浴可使時間を減少させる。
【００６１】
方法または実施法の変法
本発明によれば、先行する清浄化工程および活性化工程により導電性構造体を製造する方法が提供される。清浄化の順序は、場合によっては清浄化作用を改善するためにアルコール洗浄、例えばエタノール、イソプロピルアルコールによって拡大させることができる。清浄化は、機械的なブラッシング処理（”スクラバー”）を使用することによって補助されてもよい。
【００６２】
Ｐｄ活性化溶液は、塩、例えば塩化パラジウムまたはパラジウムアセタールから製造されてよい。
【００６３】
Ｐｄ活性化溶液は、添加剤の添加、例えば錯形成剤、例えばＥＤＴＡまたはQuadrol（Quadrol：エチレンジアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラ−２−プロパノール）を添加することによって変性させることができる。
【００６４】
Ｐｄ活性化溶液は、界面活性剤、例えばＲＥ６１０またはTriton X-114、ポリエチレングリコールのような添加剤を添加することによって補充されうる。（Triton X-114：ポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルまたはモノ（（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェニル）エーテル）。
【００６５】
Ｐｄ活性化溶液は、噴霧法または浸漬法に使用されてよい。
【００６６】
本発明によれば、噴霧法または浸漬法での使用のために、主要合金成分としての少なくとも１つの第1の金属成分、錯化剤、還元剤ならびにｐＨ値を４〜１２の範囲内に調節するｐＨ調節剤を含有する無電解メッキ溶液が配合される。
【００６７】
本発明の特殊な実施態様において、拡散バリヤーのバリヤー特性を改善する第2の金属成分を含有する無電解メッキ溶液が提供される。第1の錯化剤以外に、カルボン酸およびアミノ酸の群からの少なくとも1つの他の錯形成剤が選択される。
【００６８】
溶液のｐＨ値は、ヒドロキシド塩基、例えば水酸化アンモニウム、苛性ソーダ、苛性カリまたはテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＮＨ４ＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ）を添加することによって７〜９の範囲内のｐＨ値に調節される。
【００６９】
半導体構造素子に使用するためには、殊にアルカリ金属不含の塩基が好ましい。
【００７０】
また、ｐＨ値は、鉱酸を添加することによって４〜７の範囲内のｐＨ値に調節されてもよい。
【００７１】
場合によっては、界面活性剤は、添加剤として遙かに拡大された範囲内で使用されてもよい。この界面活性剤は、アニオン界面活性剤（官能基、例えばカルボキシレート基、スルフェート基またはスルホネート基を有する）ならびに非イオン界面活性剤（例えば、ポリエーテル鎖を有する）であることができる。
【００７２】
添加剤としては、場合によっては２，２−ビピリジン、チオ二酢酸、チオジグリコール酸、ジチオジグリコール酸、アンモニウムチオラクテート、アンモニウムチオグリコラート、チオボレート、硼酸、チオスルフェート、亜二チオン酸ナトリウム、ボラックス、グリセリンならびにベンゼンのヒドロキシ誘導体およびアンモニウム誘導体（例えば、３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸、ヒドロキノン、メトール、ｐ−フェニレンジアミン、ロジナールおよびフェニドン）が単独成分ならびに互いに組合せで使用されてよい。
【００７３】
場合によっては、無機塩、例えばマグネシウム化合物は、添加剤として使用されてもよい。
【００７４】
使用分野、使用目的
本発明によれば、延長された可使時間を有する無電解メッキ浴のための組成物が提供される。本発明によれば、改善された性質は、前記したような適当な添加剤を添加することによって達成される。この可使時間の延長は、僅かな化学薬品の消費量を引き起こし、付加的に製造工程の場合に作業費用は、減少し、それによって得られた製品の費用も減少する。また、この添加剤の添加によって、不変の単一の層成長が促進され、アスペクト比が増加するにつれて、組み込まれた構造素子中での導体路およびコンタクト孔の寸法が減少される。
【００７５】
バリヤー材料の試験（組成、微細構造）のために、三成分系のニッケルをベースとする合金の無電解メッキは、４０オングストロームでスパッタリングされるコバルトに対してＳｉＯ２／Ｓｉウェーハ上で実施された。例えば、ＮｉＲｅ−Ｐ合金をメッキするために使用された酸性の金属メッキ溶液は、ＮｉＳＯ４×Ｈ２Ｏ０．０３〜０．１M、過レニウム酸塩０．００１〜０．０１Ｍ、錯形成剤としてのクエン酸、還元剤としての次亜燐酸塩および添加剤を含有していた。金属メッキ浴は、５０〜８０℃の範囲内で運転された。遮断層の厚さは、１０〜３０ｎｍの間で変動した。厚手の合金被膜は、４探針層抵抗測定、オージェ電子分光法（AES）、原子顕微鏡およびＸ線回折（XRD）によって分析された。薄膜の結晶構造の研究は、縞状での入射を有するＸＲＤによって実施された。系Ｃｕ／バリヤー／ＳｉＯ２／Ｓｉの珪素上でのバリヤー作用は、最初に走査電子顕微鏡（SEM）によって選択的なセッコ（Secco）−エッチング法を使用しながら特性決定された。銅表面の活性化に対する試験のために、Ｓｉウェーハ上にＣｕ（１５０ｎｍ）／ＴｉＮ（１０ｎｍ）／ＳｉＯ２（５００〜１０００ｎｍ）の連続層を有する支持体が使用された。Ｃｕ表面は、最初にInoclean 200ＴＭ-post-CMP清浄化溶液での清浄化によって前調製され、次にＰｄイオン溶液で活性化された。選択的にこの活性化が使用され、自己配向されたＮｉＭｏ−Ｐバリヤーを成長させることができる（Inoclean 200ＴＭ：希釈されたカルボン酸エステルと燐酸とからなる混合物）。選択的に、この清浄化は、希釈されたＨＦ溶液、蓚酸および別の鉱酸、例えば硫酸を用いて行なうこともできる。直接の無電解での金属メッキは、ジメチルアミノボラン（DMAB）を無電解での金属メッキ浴に直接に添加することによって達成された。
【００７６】
選択性は、エネルギー分散液のＸ線測定（EDX）によって評価された。
【００７７】
メッキ水溶液は、大量の高融点金属成分を含有する三成分系合金を供給するように設計されている。メッキされたＮｉをベースとする薄膜の元素状組成物は、ＡＥＳディーププロファイリング（Tiefenprofilierung）法によって検査された。
【００７８】
組み合わされた拡散バリヤー層とコンタクト層としての使用：
前記層の深部形状（Tiefenprofile）は、ニッケルが一様に深部の機能層としてメッキされ、一方で、燐は、上部の表面層に向かって含量が増加し、および高融点金属は、切断個所バリヤー／ＳｉＯ２に向かって含量が増加する傾向にある。種々の合金のニッケル、燐および高融点金属成分の標準化された原子画分が示される。ニッケル画分は、約６０〜７０原子％で比較的一定のままであり、一方で、残留成分、特に燐については、大きな変動が測定される。この場合に設定された全ての三成分系合金は、例えばＮｉＭｏ−Ｐ薄膜については２３原子％までの高融点金属の高い含量を含有する（第３表）。
【００７９】
次亜燐酸塩またはアミノボランを含有する金属メッキ溶液からポリ金属合金を無電解メッキさせる場合には、燐（または硼素）は、還元剤［６］の同時の酸化反応の結果として薄膜中で一緒にメッキされる。
【００８０】
三成分系合金の組成物に対する試験条件の影響を試験した（図３）。薄膜組成物に影響を及ぼすと思われるファクターは、使用される高融点金属および使用される還元剤の種類ならびに高融点金属および錯形成剤の濃度であった。結果から判断することができるように、モリブデンの共メッキは、燐の負担で発生する。従って、種々の三成分系の合金被膜中への大量の高融点金属の取り込みは、外部の無電解メッキ浴の溶液の高融点金属のイオンのそれぞれの濃度を制御することによって達成された。
【００８１】
高融点金属の添加により、メッキの熱安定性ならびに粒界に沿っての拡散路の閉塞によるバリヤー特性を改善することが提案された［８］。合金は、メッキの際に無定形である。実際に、数多くの合金被膜は、メッキの際に無定形で準安定性であり、この合金被膜の構造は、後熱処理後に変化する。
【００８２】
ＮｉＭｏ−Ｐの場合には、ＸＲＤを使用しながら温度処理後に無定形マトリックス中に埋設された微結晶を有する多結晶性の微細構造体が記載されている。4探針技術を使用しながら測定された、１０〜３０ｎｍの薄手のＮｉＭｏ−Ｐ被膜に対する抵抗率は、６０〜７０μΩの範囲内にあることが測定された。このように低い抵抗値は、相互接続による全電流抵抗に対する遮断層の貢献を最小にすることが望ましい。高融点金属の含量およびそれに応じて共メッキされた還元剤成分の影響が試験され、ならびにそれと関連した薄膜微細構造体は、拡散バリヤーの性質に対して試験された。バリヤー作用は、セッコ（Secco）−エッチング法を使用しながら評価された。無電解で沈殿されたＮｉＭｏ−Ｐの３０ｎｍの薄手の層は、４５０℃までで１時間安定性であることが確認された。
【００８３】
銅導体路構造体をケーシング化するための使用
Ｃｕが嵌め込まれた構造体上での金属バリヤーとしての開発された三成分系の合金の使用に関連して、数多くの問題が評価されなければならなかった。重要な視点は、Ｃｕ構造体上での完全に選択的なメッキである。試験されたニッケルをベースとした合金は、切断個所Ｃｕ／自己配向されたバリヤーの相分離を回避させるために好ましい材料である。それというのも、Ｎｉは、ＣＵとの強力な共有結合を形成させる傾向を有し、このことは、境界層の付着力に対して有利に作用する。付加的に、Ｃｕ表面を準備することおよび無電解での金属メッキ浴の安定性は、重大な問題を生じる。それというのも、この金属メッキ浴は、準安定性の熱力学的平衡で存在しかつ自然発生的に分解する傾向にあるからである。従って、Ｃｕ表面の準備は、前記の接触的処理工程の場合に重要な役を演じる。無電解での合金のメッキ前に、酸化銅の除去を含む湿式工程がＣＭＰおよびＰｄ触媒の活性化の後に展開された。最初に、酸による清浄化は、有機酸を含有する後ＣＭＰ清浄化溶液を使用しながら実施され、選択的に酸化銅が除去された。直ぐ次の工程で、Ｃｕ表面は、非連続的なＰｄ種晶形成層をメッキすることによって活性化され、このことは、次亜燐酸塩を含有する金属メッキ溶液の使用によって三成分系合金の無電解メッキを可能にした（図２）。
【００８４】
【表３】
【００８５】
活性化工程（表面の清浄化、活性化およびメッキ）のそれぞれの工程の評価は、析出物の表面形状、表面組成および表面選択性に関連して評価された。清浄化前に、ＣＭＰ残留物が観察された（図４ａ参照）。２分間の後ＣＭＰ清浄化後に、前記の残留物は、除去され、Ｃｕ表面の品質の低減化は、生じなかった（図４ｂ）。次の活性化工程は、表面の清浄化に対して極めて敏感であり、緊密なＰｄ種晶形成が達成された（図４ｃ）。
【００８６】
清浄化および活性化の後の表面粗さに対する評価は、ＡＦＭによって試験された。一般的な傾向は、長時間の清浄化工程によりＣｕ表面の粗さが減少されることにある。この挙動は、活性化後にも維持される。Ｐｄ種晶形成は、表面粗さを随伴し、このことは、平滑なＣｕ表面上への絶縁された金属島のメッキに原因があるものとみなされる。２分間継続される清浄化処理は、この研究で試験された条件下で満足な結果を生じることが確認された。メッキされたバリヤー被膜の粒子成長は、試験された無電解での金属メッキ工程の初期段階で１０〜６０秒間発生された。メッキは、微粒子状の構造から例えばカリフラワー状に構造化された形態に変化する［９］。この観察は、ＡＦＭ測定によって支持され、この場合このＡＦＭ測定は、表面粗さを早期のメッキ段階で規則的な展開なしに３０〜６０秒示す（図５）。バリヤーの厚さは、線形のメッキ時間に依存して見出され、望ましい厚さを達成させるためには、短時間のメッキ（２０秒）で十分である。短いメッキ時間は、外部からの無電解工程を完成のために極めて魅力的なものにし、この場合には、高い出力が望ましい（図５ｂ）。
【００８７】
Ｃｕ表面上での無電解でのＮｉＭｏ−Ｐメッキ工程の選択性は、種々の非導体材料およびバリヤー材料、例えばＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＮ、ＴｉＮおよびＴａＮに対してＥＤＸによって試験された。ＳＥＭ測定およびＥＤＸ測定から判断して、被覆支持体上で効果的に選択性が達成される（例３）。元素のＣｕ、Ｎｉ、ＭｏおよびＰがＥＤＸによって検出されるような銅支持体の場合以外に、別の材料上でのメッキは、観察されなかった。パターン化された支持体上での展開された無電解での金属メッキ工程の場合には、選択的なメッキが検出された。一般に、最適な選択性は、短い清浄化時間および活性化時間で達成される。図７ａは、ＮｉＭｏ−Ｐ合金によって選択的に被覆されているダマシンＣｕ構造体の画像を示す。
【００８８】
一般に、活性化は、無電解での金属メッキ反応を非触媒表面上に導入するために、Ｐｄ触媒で接種することが必要とされる。しかし、付加的に、触媒は、無電解での金属メッキ浴に対する潜在的な汚染源である可能性があり、これは、加工中に活性剤溶液の移行のために不安定にする。還元剤成分としての次亜燐酸塩化合物を使用しながらのＣｕ表面上での従来の無電解での金属メッキの場合には、先行するＰｄ活性化なしに無電解での金属メッキを達成することは、不可能である。Ｃｕの触媒特性にも拘わらず、次亜燐酸塩Ｎｉ２＋イオンまたはＣｏ２＋イオンは、Ｃｕ表面上で還元されない。この次亜燐酸塩Ｎｉ２＋イオンまたはＣｏ２＋イオンは、清浄化されたＣｕ支持体上で無電解でのＮｉＭｏ−Ｐメッキ工程でＤＭＡＢ０．０２〜０．０６モル／ｌを金属メッキ浴に添加することによってＰｄの活性化なしに試験され、Ｃｕ導体路構造体の選択的な被覆が観察される（図７ｂ参照）。
【００８９】
試験された三成分系合金被膜、例えばＮｉＭｏ−Ｐは、著しく低い抵抗値を有し、Ｃｕ上に良好に付着する。無電解メッキ工程で、超薄手の析出物が達成される。拡散バリヤーの作用は、４５０℃までで示されている。無電解の工程の高い選択性は、前記層を後ＣＭＰケーシング化のために特に魅力的なものにする。選択的な金属被覆層としての前記被膜の使用は、非導体被覆層、例えばＳｉＮまたはＳｉＣと比較して銅からなる集積回路のエレクトロマイグレーションの許容性を改善することができる。
【００９０】
本発明をよりいっそう理解されるようにし、かつ明示するために、次に、本発明の特許保護の範囲内にある実施例が記載される。しかしながら、この実施例は、記載された本発明の原理の一般的な有用性のために、本発明の保護範囲をこの実施例に制限するには、不適当である。更に、引用された特許明細書の記載内容は、本明細書の発明の開示の一部分とみなすことができる。
【００９１】
例１
工程１（清浄化）：
付着する酸化銅および有機銅化合物の銅表面を清浄化するためには、後銅ＣＭＰ清浄化混合物が使用され、例えばMerck社のCuPureＴＭInoclean200が使用される。マロン酸ジメチルエステル２〜４％、１−メトキシ−２−プロパノール２〜４％、酢酸メチルエステル０．５％未満および燐酸０．５％未満からなる。この場合、清浄化溶液は、８０％の溶液として、ならびに希釈時に１０％までの溶液として浸漬法ならびに噴霧法で使用されることができる。場合によっては、清浄化のために、エタノールまたはイソプロパノールを用いて他の浸漬（Dip）工程を行なうことができる。アルコールは、処理工程の節約のために直接に清浄化混合物に添加されてよい。
【００９２】
試験条件：
清浄化溶液Inoclean200（希釈率１０％）中での2分間の浸漬時間、ＤＩ水での３０秒間の洗浄、および乾燥吹込なし。
【００９３】
清浄化溶液Inoclean200（希釈率１０％および５０％）中での2分間の噴霧、ＤＩ水での３０秒間の洗浄、および乾燥吹込なし。
【００９４】
アルコールの使用下で：清浄化溶液Inoclean200（希釈率１０％）中での2分間の浸漬時間、ＤＩ水での３０秒間の洗浄、イソプロピルアルコールでの６０秒間の洗浄、Ｄｉ水での１０秒間の洗浄、および乾燥吹込なし。
【００９５】
工程２（活性化）：
こうして清浄化されたＣｕ表面をＰｄ２＋含有溶液での処理によって電気化学的な電荷交換により選択的に活性化される。
【００９６】
活性化溶液の組成：
ａ．）酢酸５．０モル／ｌ
ＰｄＣｌ２、１×１０−３モル／ｌ
ＨＣｌ（３７％）、１×１０−４モル／ｌ
ｂ．）酢酸５．０モル／ｌ
Ｐｄ（ＯＡｃ）２、１×１０−３モル／ｌ
ＨＣｌ（３７％）、１×１０−３モル／ｌ。
【００９７】
試験条件：
ＮｉＭ−Ｒの清浄化工程、活性化工程およびメッキ工程は、連続的に極めて僅かな時間間隔で行なわれる。
【００９８】
最初に、希釈された清浄化溶液（１０％または５０％）中で浸漬され、ＤＩ水で短時間洗浄され、乾燥吹込なしに、１０秒間または２０秒間Ｐｄ2＋溶液中に浸漬される。室温で短時間ＤＩ水で洗浄される。乾燥吹込は、行なわない。
【００９９】
工程３（Ｐｄ活性化と組み合わせた自動接触メッキ）：
更に、Ｐｄ種晶で活性化されたＣｕ配線表面上に三成分系の金属合金、例えばＮｉＭｏ−Ｐがメッキされる。
【０１００】
このために、基本電解液１のための原液を調合する。最終メッキ溶液として、２５０ｍｌの容量を使用する。この原液を相応する割合で混合する。
【０１０１】
基本電解質１の組成：
ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ ２６．２９ｇ／ｌ （０．１モル／ｌ）、
Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ ２６．４７ｇ／ｌ （０．０９モル／ｌ）、
Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ ０．２４ｇ／ｌ （０．００１モル／ｌ）、
コハク酸 ２３．６２ｇ／ｌ （０．２モル／ｌ）、
ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ ２１．２０ｇ／ｌ ０．２モル／ｌ。
【０１０２】
個々の成分から原液を調合し、この場合この原液の濃度は、溶液を同じ容量比で互いに混合することができかつそれぞれの基本電解質を生じる程度に選択されている。このために、これらの物質を、ＶＥ水を有する１ ｌの測定フラスコ中で溶解する。
原液Ｋ１＝ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ １３１．５ｇ／ｌ、
原液Ｋ２＝Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ １３２．４ｇ／ｌ、
原液Ｋ３＝Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ １，２ｇ／ｌ（基本電解質１参照）、
原液Ｋ４＝コハク酸 １１８．１ｇ／ｌ、
原液Ｋ５＝ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ １０６．０ｇ／ｌ。
【０１０３】
最終メッキ溶液の製出のために、最初に原液Ｋ１ ５０ｍｌと原液Ｋ２ ５０ｍｌとを一緒にする。これと同時に、原液Ｋ３ ５０ｍｌと原液Ｋ４ ５０ｍｌとを一緒にする。引続き、双方の混合物を合わせる。攪拌しながら、ｐＨ値を５０％のＮａＯＨ溶液で９．０の値に調節する。原液Ｋ５を最後に添加する。
【０１０４】
基本電解質２の組成：
ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ ２６．２９ｇ／ｌ ０．１モル／ｌ、
Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ ２６．４７ｇ／ｌ ０．０９モル／ｌ、
Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ ０．２４ｇ／ｌ ０．００１モル／ｌ、
コハク酸 １．１８ｇ／ｌ ０．０１モル／ｌ、
ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ ２１．２０ｇ／ｌ ０．２モル／ｌ。
【０１０５】
基本電解質３の組成：
ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ ２６．２９ｇ／ｌ （０．１モル／ｌ）、
Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ ２６．４７ｇ／ｌ （０．０９モル／ｌ）、
Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ ０．２４ｇ／ｌ （０．００１モル／ｌ）、
コハク酸 １．１８ｇ／ｌ （０．０１モル／ｌ）、
ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ ３１．８ｇ／ｌ ０．２モル／ｌ。
【０１０６】
基本電解質４の組成：
ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ ２６．２９ｇ／ｌ （０．１モル／ｌ）、
Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ ２６．４７ｇ／ｌ （０．０９モル／ｌ）、
Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ ０．２４ｇ／ｌ （０．００１モル／ｌ）、
コハク酸 ２３．６２ｇ／ｌ （０．２モル／ｌ）、
ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ ２１．２０ｇ／ｌ ０．２モル／ｌ。
【０１０７】
添加剤の添加：
全ての基本電解質１〜４には、添加剤が添加されてもよい。このために、
ジチオジグリコール酸３．７５ｐｐｍ、
Brij 58 ７５ｐｐｍ
を選択的に個々にかまたは組み合わせて９．０へのｐＨ値の調節前に添加する。
【０１０８】
試験条件：
支持体を清浄化およびＰｄの活性化を行なった後に、電気メッキによるメッキ溶液中に浸漬する（溶液を攪拌する）。混合物を５５℃に温度調節する。２分間、自動接触メッキを行なう。ＮｉＭｏ−Ｐ合金がＰｄ種晶上にメッキされると直ちに、この合金は、金属光沢を有する層によって目視可能になる。合金メッキ後に、ＤＩ水で洗浄し、注記深く窒素ガスで乾式吹き付けを行なう。
【０１０９】
例２
工程１ 例１と同様の清浄化。
【０１１０】
工程２（Ｐｄ活性化なしの直接の自動接触メッキ）：
金属合金（ＮｉＭｏ−Ｐ）を銅表面上に直接に無電解メッキさせるために、この場合には、Ｐｄ触媒種晶による活性化を行なわない。その代わりに、ＮｉＭｏ−Ｐ溶液を開始剤としてのＤＭＡＢの添加によって変性し、無電解メッキのために使用する。試験を実施するために、０．００４〜０．１５モル／ｌの範囲内の種々のボラン濃度を使用する。
【０１１１】
工程３と同様の基本電解質１の組成は、次に添加剤：
ジメチルアミノボラン＝０．００４モル／ｌおよび０．０１２モル／ｌ
と一緒に記載される。
【０１１２】
前記の個々の物質から原液を調合し、この原液の濃度を、この原液が同じ容量比で混合され、それぞれの基本電解質が生じるように選択する。そのために、前記物質を１ ｌの測定フラスコ中でＶＥ水で溶解する。
原液Ｋ１＝ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ １３１．５ｇ／ｌ、
原液Ｋ２＝Ｎａ３クエン酸塩×２Ｈ２Ｏ １３２．４ｇ／ｌ、
原液Ｋ３＝Ｎａ２ＭｏＯ４×２Ｈ２Ｏ １，２ｇ／ｌ（基本電解質１参照）、
原液Ｋ４＝コハク酸 １１８．１ｇ／ｌ、
原液”Ｋ５−１”＝ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ １０６．０ｇ／ｌ＋ジメチルアミノボラン ５．８８ｇ／ｌ。
原液”Ｋ５−２”＝ＮａＨ２ＰＯ２×Ｈ２Ｏ １０６．０ｇ／ｌ＋ジメチルアミノボラン １７．６９ｇ／ｌ。
【０１１３】
それぞれＫ１、Ｋ２、Ｋ３およびＫ４ １００ｍｌからなりかつ試験設計に相応して調合されている、Ｋ１〜Ｋ４からなる混合物を製造した後に、この混合物のためにＫ５−１ １６０ｍｌおよび４０ｍｌをフラスコ中に入れる。溶液Ｋ５−２を用いる試験のために、Ｋ１〜Ｋ４からなる混合物を新たに調合する。再び、Ｋ１〜Ｋ４ １２０ｍｌを取出し、Ｋ５−２ ３０ｍｌを添加する。
【０１１４】
試験条件：
前記支持体を３０秒間清浄化を行なった後にＤＩ水で洗浄する。引続き、付加的な清浄化工程をエタノール中で行なう。ＤＩ水中で１０秒間洗浄し、引続き電気メッキによるメッキ溶液中に浸漬する（溶液を攪拌する）。メッキを３０秒間Ｋ５−１の混合物を用いて６０℃で行ない、Ｋ５−２を用いて５０℃で行なう。ＮｉＭｏ−Ｐ合金がＰｄ種晶上にメッキされると直ちに、自動接触メッキが行なわれ、金属光沢層によって目視可能になる。合金のメッキ後に、ＤＩ水で洗浄し、注記深く窒素ガスで乾式吹き付けを行なう。
【０１１５】
例３
種々の絶縁材料と比較したＰｄ活性化溶液を用いての選択的なメッキの測定
【０１１６】
【表４】
【０１１７】
銅支持体Ｋ１〜Ｋ５ ０１および０２の場合には、メッキが観察され、これに対して、別の支持体Ｋ１〜Ｋ５ ０３〜１４の場合には、ＮｉＭｏ−Ｐでのメッキは行なわれない。
【０１１８】
例４
種々の絶縁材料と比較した直接的な自動接触電気メッキによる選択的なメッキの測定
【０１１９】
【表５】
【０１２０】
Ｋ１〜Ｋ４＋Ｋ５−１ １５〜２６の全ての場合に、メッキは観察されなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】常用のＣｕ金属化法（ａ）および組み合わされた拡散バリヤー層と核形成層（ｂ）を示す略図。
【図２】Ｐｄ種晶活性化によるＣｕ表面上での選択的なケーシング化処理または表面前処理を含めてＰｄ種晶活性化中間処理なしの直接的方法での選択的なケーシング化処理を示す略図。
【図３】ＮｉＭｏ−Ｐ三成分系薄膜の元素状組成物に対するモリブデン酸ナトリウムの濃度の作用を示す略図。
【図４】後ＣＭＰ清浄化なしのＣｕ支持体（ａ）、2分間の清浄化後のＣｕ支持体（ｂ）および2分間の清浄化および１０秒間のＰｄ活性化の後のＣｕ支持体（ｃ）を示す略図。
【図５】メッキ時間の関数としての粗さ（ａ）および厚さ（ｂ）を示す線図。
【図６】Ｐｄ活性化を有する選択的に被覆されたＣｕダマシン構造体（ａ）およびＰｄ活性化なしの選択的に被覆されたＣｕダマシン構造体（ｂ）のＳＥＭ画像を示す略図。
【図７】ＤＴＤＧＳ３．７５ｐｐｍおよびBrij５８ ７５ｐｐｍを有する基本電解質１からなるメッキされたＮｉＭｏ−Ｐ層の組成を示す略図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性構造体をバリヤー層として形成させる方法において、組み合わされた拡散バリヤー層と種晶形成層とを、銅配線の下方で無電解メッキによって触媒活性化された絶縁層上に塗布し、ならびにケーシング化バリヤー層として銅配線表面上に塗布することを特徴とする、導電性構造体をバリヤー層として形成させる方法。
【請求項２】
ＮｉＲｅ−Ｐ合金、ＮｉＭｏ−Ｐ合金、ＮｉＷ−Ｐ合金、ＮｉＲｅ−Ｂ合金、ＮｉＭｏ−Ｂ合金、ＮｉＷ−Ｂ合金、ＮｉＲｅ−Ｐ／Ｂ合金、ＮｉＭｏ−Ｐ／Ｂ合金またはＮｉＷ−Ｐ／Ｂ合金をバリヤー層として使用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
合金をバリヤー層として形成し、その際、バリヤーの熱安定性を強化する高融点金属としてＭｏ、ＲｅまたはＷが２〜２５原子％の量で含有されている、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
高融点金属としてバリヤー層中にモリブデンが３〜２４原子％の量で含有されているかまたはＲｅが２〜２３原子％の量で含有されているかまたはタングステンが５〜１５原子％の量で含有されている、請求項３記載の方法。
【請求項５】
薄手の金属合金被膜を銅からなる金属支持体の表面上に無電解メッキするための請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、半導体支持体を自動接触電気メッキ溶液で噴霧するかまたはこの溶液中に浸漬し、それによって無電解で、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、ＷおよびＣｒの群から選択された少なくとも１つの金属を含む薄手の金属合金被膜をメッキする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
金属支持体がＣｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔの群から選択された１つの金属からなる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
自動接触電気メッキ溶液として本質的に界面活性剤を含有しない溶液を使用する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
自動接触電気メッキ溶液として少なくとも１つの界面活性剤および場合によっては拡散バリヤーの層の性質および性状を改善するための少なくとも１つの添加剤を含有する溶液を使用する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
自動接触電気メッキ溶液として電気メッキ溶液の浴可使時間を延長するための安定剤を含有する溶液を使用する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
銅配線表面を清浄化および活性化するために、アンモニアおよびフッ化水素酸を含有しない溶液を使用する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法により形成された、半導体構造素子上の銅の拡散およびエレクトロマイグレーションを阻止するためのバリヤー層または選択的なケーシング材料としての型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の無電解メッキされた三成分系ニッケル含有金属合金。
【請求項１２】
ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＷＯ４、Ｎａ２ＭｏＯ４、ＫＲｅＯ４、ＮａＨ２ＰＯ２、ＣｏＳＯ４×７Ｈ２Ｏを水溶液中で適当な濃度で含有し、ならびに場合によっては他の添加剤を含有する、型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の三成分系ニッケル含有金属合金を無電解メッキするための組成物。
【請求項１３】
４．５〜９．０の範囲内のｐＨ値を有する、請求項１２記載の組成物。
【請求項１４】
Ｎａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７×２Ｈ２Ｏ、Ｃ４Ｈ６Ｏ４、Ｎａ２Ｃ４Ｈ４Ｏ４×６Ｈ２Ｏ、２，２−ビピリジン、チオ二酢酸、Triton X-114、ＤＭＡＢ、Ｎａ２Ｃ２Ｈ３Ｏ２、Ｃ３Ｈ６Ｏ３（９０％）、ＮＨ４ＳＯ４およびRE610の群から選択された添加剤を含有する、請求項１２または１３記載の組成物。
【請求項１】
導電性構造体をバリヤー層として形成させる方法において、組み合わされた拡散バリヤー層と種晶形成層とを、銅配線の下方で無電解メッキによって触媒活性化された絶縁層上に塗布し、ならびにケーシング化バリヤー層として銅配線表面上に塗布することを特徴とする、導電性構造体をバリヤー層として形成させる方法。
【請求項２】
ＮｉＲｅ−Ｐ合金、ＮｉＭｏ−Ｐ合金、ＮｉＷ−Ｐ合金、ＮｉＲｅ−Ｂ合金、ＮｉＭｏ−Ｂ合金、ＮｉＷ−Ｂ合金、ＮｉＲｅ−Ｐ／Ｂ合金、ＮｉＭｏ−Ｐ／Ｂ合金またはＮｉＷ−Ｐ／Ｂ合金をバリヤー層として使用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
合金をバリヤー層として形成し、その際、バリヤーの熱安定性を強化する高融点金属としてＭｏ、ＲｅまたはＷが２〜２５原子％の量で含有されている、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
高融点金属としてバリヤー層中にモリブデンが３〜２４原子％の量で含有されているかまたはＲｅが２〜２３原子％の量で含有されているかまたはタングステンが５〜１５原子％の量で含有されている、請求項３記載の方法。
【請求項５】
薄手の金属合金被膜を銅からなる金属支持体の表面上に無電解メッキするための請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、半導体支持体を自動接触電気メッキ溶液で噴霧するかまたはこの溶液中に浸漬し、それによって無電解で、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、ＷおよびＣｒの群から選択された少なくとも１つの金属を含む薄手の金属合金被膜をメッキする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
金属支持体がＣｕ、Ａｇ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＰｄおよびＰｔの群から選択された１つの金属からなる、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
自動接触電気メッキ溶液として本質的に界面活性剤を含有しない溶液を使用する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
自動接触電気メッキ溶液として少なくとも１つの界面活性剤および場合によっては拡散バリヤーの層の性質および性状を改善するための少なくとも１つの添加剤を含有する溶液を使用する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
自動接触電気メッキ溶液として電気メッキ溶液の浴可使時間を延長するための安定剤を含有する溶液を使用する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
銅配線表面を清浄化および活性化するために、アンモニアおよびフッ化水素酸を含有しない溶液を使用する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法により形成された、半導体構造素子上の銅の拡散およびエレクトロマイグレーションを阻止するためのバリヤー層または選択的なケーシング材料としての型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の無電解メッキされた三成分系ニッケル含有金属合金。
【請求項１２】
ＮｉＳＯ４×６Ｈ２Ｏ、Ｎａ２ＷＯ４、Ｎａ２ＭｏＯ４、ＫＲｅＯ４、ＮａＨ２ＰＯ２、ＣｏＳＯ４×７Ｈ２Ｏを水溶液中で適当な濃度で含有し、ならびに場合によっては他の添加剤を含有する、型ＮｉＭ−Ｒ（但し、ＭはＭｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｃｒであり、ＲはＢ、Ｐであるものとする）の三成分系ニッケル含有金属合金を無電解メッキするための組成物。
【請求項１３】
４．５〜９．０の範囲内のｐＨ値を有する、請求項１２記載の組成物。
【請求項１４】
Ｎａ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７×２Ｈ２Ｏ、Ｃ４Ｈ６Ｏ４、Ｎａ２Ｃ４Ｈ４Ｏ４×６Ｈ２Ｏ、２，２−ビピリジン、チオ二酢酸、Triton X-114、ＤＭＡＢ、Ｎａ２Ｃ２Ｈ３Ｏ２、Ｃ３Ｈ６Ｏ３（９０％）、ＮＨ４ＳＯ４およびRE610の群から選択された添加剤を含有する、請求項１２または１３記載の組成物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００６−５２６０７０（Ｐ２００６−５２６０７０Ａ）
【公表日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０５２２９（Ｐ２００６−５０５２２９）
【出願日】平成１６年４月２２日（２００４．４．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００４２６８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９９４６７
【国際公開日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（５９５１２３０６９）ビーエーエスエフ アクチェンゲゼルシャフト (847)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＳＦ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｄ−６７０５６ Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１１月１６日（２００６．１１．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年４月２２日（２００４．４．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００４２６８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９９４６７
【国際公開日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（５９５１２３０６９）ビーエーエスエフ アクチェンゲゼルシャフト (847)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＳＦ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ
【住所又は居所原語表記】Ｄ−６７０５６ Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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