(57)【要約】      （修正有）【課題】プラチナの無電解堆積のための溶液を提供する。【解決手段】Ｃｏ2+濃縮貯蔵液を含有するＣｏ2+濃縮貯蔵液源２０８と、Ｐｔ4+濃縮貯蔵液を含有するＰｔ4+濃縮貯蔵液源２１２と、脱イオン水を含有する脱イオン水源２１６とを含む。Ｃｏ2+濃縮貯蔵液源２０８からの流れ２２０が、Ｐｔ4+濃縮貯蔵液源２１２からの流れ２２４及び脱イオン水源２１６からの流れ２２８と合わされ、Ｃｏ2+濃縮貯蔵液とＰｔ4+濃縮貯蔵液との混合電解質溶液２３２。混合電解質溶液２３２に、ウエハ２３６が暴露されるプラチナの無電解めっきを施す方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラチナの無電解堆積のための溶液であって、
Ｃｏ2+イオンと、
Ｐｔ4+イオンと、
アミン配位子と、
を備える溶液。
【請求項２】
請求項１に記載の溶液であって、
前記溶液は、ｐＨが６から１１の範囲であり、Ｃｏ2+イオン対Ｐｔ4+イオン比が１００：１から２：１の間である、溶液。
【請求項３】
請求項２に記載の溶液であって、更に、
Ｃｌ-イオンを備える溶液。
【請求項４】
請求項３に記載の溶液であって、
前記Ｃｏ2+イオンの濃度は、１〜５００ｍＭである、溶液。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記溶液は、ホウ素フリー、リンフリー、ヒドラジンフリー、及びホルムアルデヒドフリーである、方法。
【請求項６】
プラチナ含有層の無電解めっきを提供するための方法であって、
Ｃｏ2+濃縮貯蔵液を提供し、
Ｐｔ4+濃縮貯蔵液を提供し、
前記Ｃｏ2+濃縮貯蔵液からの流れを前記Ｐｔ4+濃縮貯蔵液からの流れ及び水と合わせ、前記Ｃｏ2+濃縮貯蔵液と前記Ｐｔ4+濃縮貯蔵液との混合電解質溶液を提供し、
前記Ｃｏ2+濃縮貯蔵液と前記Ｐｔ4+濃縮貯蔵液との前記混合電解質溶液に基板を暴露する
方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記Ｃｏ2+濃縮貯蔵液と前記Ｐｔ4+濃縮貯蔵液との前記混合電解質溶液に基板を暴露する際、
溶液温度を１０から４０℃の範囲に調整し、
ｐＨを６から１１の範囲に調整する
方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記Ｃｏ2+濃縮貯蔵液と前記Ｐｔ4+濃縮貯蔵液との前記混合電解質溶液にウエハを暴露する際、１〜５００ｍＭの濃度でＣｏ2+を提供する、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、更に、
前記混合電解質溶液を廃棄処分することを備える方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記プラチナ含有層は、９９．９％純粋なプラチナである、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、更に、
前記混合電解質溶液を再活性化することを備える方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法であって、
前記Ｃｏ2+濃縮貯蔵液は、ＣｏＳＯ4の溶液を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、
前記Ｐｔ4+濃縮貯蔵液は、Ｈ2ＰｔＣｌ6及びアミン配位子の溶液を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記Ｃｏ2+濃縮貯蔵液は、更に、アミン配位子を含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記Ｐｔ4+濃縮貯蔵液は、１年を超える保存期間を有する、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記Ｃｏ2+濃縮貯蔵液は、１年を超える保存期間を有する、方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、
前記混合電解質溶液は、ホウ素フリー、リンフリー、ヒドラジンフリー、及びホルムアルデヒドフリーである、方法。
【請求項１８】
請求項６に記載の方法であって、
前記混合電解質溶液は、ホウ素フリー、リンフリー、ヒドラジンフリー、及びホルムアルデヒドフリーである、方法。
【請求項１９】
プラチナ層の無電解めっきを提供するための方法であって、
プラチナの無電解堆積のための溶液であって、
Ｃｏ2+イオンと、
Ｐｔ4+イオンと、
アミン配位子と、
を含む溶液を提供し、
前記プラチナの無電解めっきのための溶液に基板を暴露する
方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記溶液を提供する工程では、ｐＨを６から１１の範囲とし、前記溶液の温度を１０から４０℃の範囲とし、Ｃｏ2+イオン対Ｐｔ4+イオン比を１００：１０から２：１の間とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ上に半導体素子を形成する方法に関する。本発明は、特に、半導体素子を形成するためにプラチナ含有層を堆積させることに関する。
【０００２】
半導体素子の形成では、薄いプラチナ層が堆積されるだろう。このような堆積は、無電解めっきによって提供することができる。
【発明の概要】
【０００３】
上記を実現するために、及び本発明の目的にしたがって、プラチナ含有層の無電解めっきを提供するための方法が提供される。安定したＣｏ2+濃縮貯蔵液が提供される。安定したＰｔ4+濃縮貯蔵液が提供される。Ｃｏ2+濃縮貯蔵液からの流れが、Ｐｔ4+濃縮貯蔵液からの流れ及び酸素フリーの脱気脱イオン水と合わされ、Ｐｔを無電解堆積させるための混合電解質溶液が提供される。この混合無電解溶液に、基板が暴露される。
【０００４】
本発明の別の一態様では、プラチナの無電解堆積のための溶液が提供される。溶液は、Ｃｏ2+イオンと、Ｐｔ4+イオンと、アミン配位子とを含む。
【０００５】
本発明の別の一態様では、プラチナ層の無電解堆積を提供するための方法が提供される。プラチナの無電解堆積のための溶液が提供される。溶液は、Ｃｏ2+イオンと、Ｐｔ4+イオンと、アミン配位子とを含む。このプラチナの無電解堆積のための溶液に、基板が暴露される。
【０００６】
本発明のこれらの及びその他の特徴は、下記の図面と併せて以下の発明の詳細な説明のなかで更に詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明は、添付の図面において、限定的なものではなく例示的なものとして示され、図中、類似の参照符号は、同様の要素を指すものとする。
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態を示した工程図である。
【０００９】
【図２】本発明の一実施形態に使用可能なシステムを示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、次に、添付の図面に示されたその幾つかの好ましい実施形態を参照にして、詳細に説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を与えるために、数々の具体的詳細が明記されている。しかしながら、当業者にならば、本発明が、これらの詳細の一部又は全部を伴わなくても実施可能であることが明らかである。また、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス工程及び／又は構造の詳細な説明は、省略されている。
【００１１】
プラチナの無電解堆積は、還元剤としてヒドラジン及びその他の水素含有化合物を使用して実現されてきた。これらの水素含有還元剤に関連する環境面での懸念に加えて、これらの種の酸化反応は、堆積物に組み込まれる恐れがあるＮ2ガスの発生を伴う。これは、堆積膜の純度はもちろん、被膜の品質にも影響する。また、ヒドラジン−プラチナ電解質は、実際の適用では、高温度及び高ｐＨにおける動作を必要とする。誘電性材料は、高ｐＨ又は高温において損傷を受けやすいので、このような必要条件は、半導体の相互接続のバックエンドメタライゼーションにとって望ましくないものである。
【００１２】
本発明の一実施形態は、Ｐｔを堆積させるための、Ｃｏ2+を含有する無電解めっき浴を提供する。ここでは、Ｐｔ4+が、溶液から還元されて、プラチナ金属層を形成する一方で、Ｃｏ2+は、酸化されて、より安定した高い酸化状態であるＣｏ3+になる。Ｃｏ2+は、ヒドラジン及びその他の水素含有還元剤と比べて大きな利点を有する。Ｃｏ2+金属イオン還元剤でヒドラジンを置換することによって、ヒドラジンに特有な毒性及び揮発性が排除され、これは、めっき浴をいっそう環境に優しいものにする。また、電極において、ガス発生（すなわちＮ2）も副反応も観測されない。これは、滑らかで、連続的で、且つ純粋なＰｔの膜をもたらす。Ｃｏ2+金属イオン含有めっき浴は、広い温度範囲及びｐＨ範囲にわたって動作することもできる。従来の電解質は、パターン倒壊を引き起こす高ｐＨ及び高温において動作するので、室温及び比較的低いｐＨにおいて純粋なプラチナの膜を選択的に堆積可能であることは、バックエンド相互接続メタライゼーションにおけるその適用をとりわけ魅力的なものにする。
【００１３】
本発明の一実施形態において使用される、Ｃｏ2+金属イオン還元剤を含有する浴は、室温未満の温度及び低いｐＨにおいて動作可能である。これは、ヒドラジン及びその他の還元剤を含有する電解質では不可能である。動作窓の拡張は、この浴を、パターン倒壊を防ぐために中性から低ｐＨ及び低温が望ましいとされる相互接続メタライゼーションにおける銅キャップ層としての適用にとって魅力的なものにする。
【００１４】
プラズマエッチングを使用してメモリ用途のためのＰｔ電極を形成することは、困難である。本発明の一実施形態は、半導体製造においてプラズマエッチングを使用することなくＰｔ電極を選択的にパターニングすることを可能にする。Ｃｏ2+金属イオン還元剤電解質は、室温に近い温度で動作するので、めっき中に高温を維持することに関連する費用及び複雑性も、抑えられる。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態を抽象的に示した工程図である。この実施形態では、Ｃｏ2+濃縮貯蔵液が提供される（工程１０４）。Ｐｔ4+濃縮貯蔵液が提供される（工程１０８）。Ｃｏ2+濃縮貯蔵液からの流れが、Ｐｔ4+濃縮貯蔵液からの流れ及び水と合わされ、Ｃｏ2+濃縮貯蔵液とＰｔ4+濃縮貯蔵液Ｐｔとの混合電解質溶液が提供される（工程１１２）。Ｃｏ2+濃縮貯蔵液とＰｔ4+濃縮貯蔵液との混合電解質溶液に、ウエハが暴露される（工程１１６）。混合電解質溶液は、収集され、今後の使用に備えて再活性化する又は廃棄処分することができる（工程１２０）。
【００１６】
一例では、Ｃｏ2+濃縮貯蔵液源の中にＣｏ2+濃縮貯蔵液が提供される（工程１０４）。Ｐｔ4+濃縮貯蔵液の中にＰｔ4+濃縮貯蔵液が提供される（工程１０８）。図２は、本発明の一実施形態において使用可能なシステム２００を示した概略図である。システムは、Ｃｏ2+濃縮貯蔵液を含有するＣｏ2+濃縮貯蔵液源２０８と、Ｐｔ4+濃縮貯蔵液を含有するＰｔ4+濃縮貯蔵液源２１２と、脱イオン水を含有する脱イオン水源２１６とを含む。Ｃｏ2+濃縮貯蔵液源２０８からの流れ２２０が、Ｐｔ4+濃縮貯蔵液源２１２からの流れ２２４及び脱イオン水源２１６からの流れ２２８と合わされ、Ｃｏ2+濃縮貯蔵液とＰｔ4+濃縮貯蔵液との混合電解質溶液２３２が提供される（工程１１２）。Ｃｏ2+濃縮貯蔵液とＰｔ4+濃縮貯蔵液との混合電解質溶液２３２に、ウエハ２３６が暴露される（工程１１６）。混合電解質溶液２３２は、収集される（工程１２０）。混合電解質溶液２３２を廃棄処分するために、廃棄処分システム２４０を使用することができる。代替の一実施形態は、再活性化可能な混合電解質溶液２３２の収集を提供する。
【００１７】
この例では、Ｃｏ2+濃縮貯蔵液は、ＣｏＳＯ4含有溶液を含む。Ｐｔ4+濃縮貯蔵液は、Ｈ2ＰｔＣｌ6及び水酸化アンモニウムを含む。
【００１８】
一実施形態では、Ｃｏ2+濃縮貯蔵液の流れ２２０は、Ｐｔ4+濃縮貯蔵液の流れ２２４及び脱イオン水の流れ２２８と合わされ、０．６ＭのＨＣｌと、０．６ＭのＮＨ4ＯＨと、０．００４ＭのＨ2ＰｔＣｌ6と、０．２ＭのＣｏＣｌ2と、０．１２Ｍのジエチレントリアミンとの混合電解質溶液を形成する。この混合電解質溶液は、７〜７．４のｐＨと、約２０℃の温度とを有する。
【００１９】
Ｃｏ2+濃縮貯蔵液は、劣化することなく数年に及ぶ保存期間を有する安定したＣｏ2+溶液を提供する。この高い濃度は、Ｃｏ2+濃縮貯蔵液が少量単位で保存されることを可能にする。また、Ｐｔ4+濃縮貯蔵液も、劣化することなく数年に及ぶ保存期間を有する安定したＰｔ4+溶液を提供する。この高い濃度は、Ｐｔ4+濃縮貯蔵液が少量単位で保存されることを可能にする。混合電解質溶液は、濃縮貯蔵液ほど保存期間が長くはないので、これらの溶液は、ウエハが混合電解質溶液に暴露される直前に合わされて希釈される。
【００２０】
混合電解質溶液は、活性化を経ることなくＣｕ基板上に堆積することが可能である。ガラス及び１〜２ｎｍのＲｕなどの非導電性の又は導電性の低い基板上への堆積は、適切な活性化手順を使用して実現することができる。
【００２１】
本発明のこの実施形態は、１ｎｍから３０ｎｍの間の厚さのプラチナ含有層を提供する。好ましくは、プラチナ含有層は、純プラチナである。プラチナ含有層は、比較的薄いので、希釈された浴で十分である。一実施形態では、ウエハは、流れ続ける混合電解質溶液に暴露される。別の一実施形態では、ウエハは、静止した混合電解質溶液浴の中に一定の期間にわたって置かれる。混合電解質溶液の中で、プラチナ及びチタンの濃度は非常に低いので、一実施形態では、混合電解質溶液は、ウエハに暴露された後に廃棄処分することができる（工程１２０）。なぜならば、濃度が低いということは、破棄されるプラチナ及びチタンが少量であることを意味するからである。別の一実施形態では、混合電解質溶液は、ウエハに暴露された後に再利用される。再利用は、希釈混合物の再活性化を通じて実現することができる。
【００２２】
別の一実施形態では、混合電解質溶液は、０．００２ＭのＨ2ＰｔＣｌ6と、０．０４ＭのＣｏＳＯ4と、０．１３Ｍのエチレンジアミンとを含む。ｐＨは、約１０に維持される。温度は、約２０℃に維持される。
【００２３】
総じて、めっきのために使用される混合電解質溶液は、１００：１から２：１の間のＣｏ2+イオン対Ｐｔ4+イオン比でＣｏ2+イオン及びＰｔ4+イオンを有する。より好ましくは、めっきのために使用される混合電解質溶液は、５０：１から４：１の間のＣｏ2+イオン対Ｐｔ4+イオン比でＣｏ2+イオン及びＰｔ4+イオンを有する。好ましくは、混合電解質溶液は、１２：１から２：１の間のアミン配位子対Ｃｏ2+比を有する。また、Ｐｔ4+イオンは、Ｈ2ＰｔＣｌ6からくる。Ｃｏ2+イオンは、ＣｏＳＯ4からくる。アミン配位子は、ＮＨ4ＯＨ又はエチレンジアミンからくる。アミン配位子によって、Ｃｏ2+還元剤は、成功裏にＰｔ4+からのプラチナの堆積を可能にすることを、予期せず見いだされた。理論に縛られることなく、アミン配位子は、更に低温で且つ更に低ｐＨでのプラチナ堆積を可能にするのに有用であると考えられる。
【００２４】
総じて、ウエハ又はその他のめっき表面は、１０から４０℃の間の温度で混合溶液に暴露される。めっき表面は、プラチナ含有層を選択的に上に堆積される表面である。このような選択的堆積では、堆積を望まない部分の表面を保護するために、マスクを使用することができる。好ましくは、混合溶液は、６から１１のｐＨを有する。好ましくは、混合溶液は、１〜５００ｍＭの濃度でＣｏ2+を提供する。より好ましくは、混合溶液は、２５〜３００ｍＭの濃度でＣｏ2+を提供する。最も好ましくは、混合溶液は、３０〜２５０ｍＭの濃度でＣｏ2+を提供する。温度及びｐＨが低ければ、半導体製造プロセスによって層が受ける損傷が少なくてすむ。また、このようなプロセスは、銅表面を攻撃及び損傷するかもしれない活性化工程を必要としない。また、このようなプロセスは、ガス副生成物を発生させない。
【００２５】
好ましくは、混合溶液は、ホウ素フリーである。好ましくは、混合溶液は、リンフリーである。好ましくは、混合溶液は、ヒドラジンフリーである。好ましくは、混合溶液は、ホルムアルデヒドフリーである。ホウ素フリー、リンフリー、ヒドラジンフリー、及びホルムアルデヒドフリーの混合溶液の提供は、ホウ素含有還元剤、リン含有還元剤、ヒドラジン、又はホルムアルデヒドを使用することによって提供される不純物を有さない更に純粋なめっきを可能にすることを、見いだされた。また、ヒドラジンの使用を回避することによって、更に安全で且つ更に環境に優しいプロセスが提供される。
【００２６】
その他の実施形態では、Ｃｏ2+源は、ＣｏＣｌ2又はＣｏ（ＣＨ3ＣＯＯ）2又はＣｏ2+のその他の可溶性塩である。一実施形態では、堆積されるプラチナ含有層は、少なくとも９９．９％純粋なプラチナである。より好ましくは、堆積されるプラチナ含有層は、純プラチナである。
【００２７】
本発明は、幾つかの好ましい実施形態の観点から説明されているが、本発明の範囲に含まれるものとして、代替形態、置換形態、変更形態、及び代わりとなる様々な均等物がある。また、本発明の方法及び装置を実現する多くの代替のやり方があることも、留意されるべきである。したがって、以下の添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替形態、置換形態、及び代わりとなる様々な均等物を含むことが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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