DE10392819T5

DE10392819T5 - Temperaturregelungsablauf von Bädern zur stromlosen Beschichtung

Info

Publication number: DE10392819T5
Application number: DE10392819T
Authority: DE
Inventors: Nahai San Jose Li; Nicolai San Jose Petrov; Artur Dublin Kolics
Original assignee: Mattson Technology Inc
Current assignee: Mattson Technology Inc
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2008-06-26
Also published as: TW200413566A; US20030235983A1; CN100375254C; JP2006507404A; US6875691B2; AU2003278546A1; WO2004001355A2; WO2004001355A3; CN1663035A; TWI265212B; AU2003278546A8

Abstract

Stromloses Beschichtungsverfahren, umfassend:
Bereitstellen einer Badlösung zur stromlosen Beschichtung in einem Speichertank;
Entnehmen mindestens eines Teils der Badlösung zur stromlosen Beschichtung aus dem Speichertank;
Einleiten der Badlösung, welche aus dem Speichertank entnommen wurde, in eine Beschichtungskammer, wobei die Badlösung mindestens einen Abschnitt eines Substrats berührt, wenn diese in die Beschichtungskammer geleitet wird, wobei die Badlösung mit einer ersten Temperatur, welche niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur der Badlösung ist, in die Beschichtungskammer geleitet wird;
Erwärmen der Badlösung in der Beschichtungskammer auf eine Abscheidungstemperatur, welche mindestens gleich der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung ist; und
Ausbilden einer Beschichtung durch eine stromlose Abscheidung mindestens auf einem Abschnitt des Substrats.

Description

Hintergrund der Erfindung
Stromloses Beschichten betrifft die autokatalytische oder chemische Reduktion von Metallionen in wäßriger Lösung zu Metallatomen auf einem Substrat ohne Anwendung eines elektrischen Stroms. Stromlose Beschichtungsverfahren und Zusammensetzungen dafür gibt es bei einer breiten Vielfalt kommerzieller Verfahren, und diese werden zum Abscheiden einer erheblichen Anzahl von Metallen und Legierungen auf verschiedenen Substraten verwendet.
Beispiele von Materialien, welche gewöhnlich durch dieses Verfahren abgeschieden werden, können Kupfer, Nickel, Gold, Kobalt, Zinn-Blei-Legierungen etc. umfassen. Die Substratoberfläche kann eine beliebige Oberfläche sein, welche selbst katalytisch wirkt oder durch einen Katalysator aktiviert werden kann. Mögliche Substrate, welche in der Vergangenheit üblich waren, umfassen beispielsweise Metall, Diamant und eine Vielzahl von Polymeren. Beschichtungsverfahren können selektiv sein, das bedeutet, daß lediglich ein Abschnitt der Substratoberfläche katalytisch aktiviert wird, um genau abzustimmen, wo eine Metallabscheidung erfolgt, oder können alternativ verwendet werden, um eine gesamte Substratoberfläche zu beschichten.
Stromloses Beschichten wurde in der mikroelektronischen Industrie weithin zur Abscheidung von Schichten auf Halbleiterwafern verwendet. Beispielsweise wurde stromloses Beschichten in der Vergangenheit verwendet, um Haft-, Sperr- und Deckschichten auf Substraten auszubilden. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird eine Sperrschicht als Schicht definiert, welche mindestens auf einem Abschnitt einer Substratoberfläche ausgebildet ist, welche einen Kontakt zwischen den Materialien, welche sich auf den jeweiligen Seiten der Sperrschicht befinden, verhindern kann. Beispielsweise kann eine Sperrschicht eine Oxidation verhindern oder das Material, welches durch die Sperrschicht bedeckt wird, in anderer Weise chemisch passiv zu machen, oder kann alternativ verhindern, daß das Material, welches in einer Schicht enthalten ist, welche sich auf einer Seite der Sperrschicht befindet, in eine Schicht diffundiert, welche sich auf der anderen Seite der Sperrschicht befindet. Beispielsweise sind in der mikroelektronischen Industrie Co(W)P und NiP Beispiele zweier Sperrschichten, welche in der Vergangenheit sowohl zur Verhinderung einer Kupferionendiffusion in das Substrat als auch zur Passivierung von Kupfer verwendet wurden.
Stromlose Beschichtungsverfahren, welche in der Vergangenheit bekannt waren, umfassen generell das Erwärmen einer Badlösung auf eine bestimmte Abscheidungstemperatur, welche generell mindestens der minimalen Abscheidungstemperatur entspricht (das bedeutet, der minimalen Temperatur, bei welcher eine Abscheidung aus dem Bad auf das Substrat erfolgen kann). Nach dem Erwärmen wird die Badlösung in eine Beschichtungskammer gepumpt. In der Beschichtungskammer befindet sich ein Substrat mit einer aktivierten Oberfläche, und die stromlose Abscheidung beginnt bei bzw. nahe bei der Zeit, bei welcher die heiße Lösung in Kontakt mit dem Substrat gelangt.
Das Beschichtungsverfahren umfaßt eine Einleitungsperiode, auf welche eine Periode der Abscheidung bei stabilem Zustand folgt. Die Einleitungsperiode ist die Zeit, welche notwendig ist, um das Mischungspotential zu erreichen, bei welchem die Metallabscheidung bei stabilem Zustand erfolgt. Die Abscheidung ist gewöhnlich derart abgestimmt, daß diese in einem bestimmten pH- und Temperaturbereich erfolgt. In einem bestimmten Bereich ist die Abscheidungsgeschwindigkeit proportional zu der Badtemperatur. Daher erwärmen die meisten stromlosen Beschichtungsverfahren das Bad auf die höchstmögliche Abscheidungstemperatur, um den Vorteil der höheren Abscheidungsgeschwindigkeit zu nutzen und den Werkstücksdurch lauf des Verfahrens zu steigern. Die Badtemperatur ist einer der wichtigsten Faktoren, welche die Abscheidungsgeschwindigkeit der Schicht beeinflussen. Zusätzlich zu der Abscheidungsgeschwindigkeit kann die Badtemperatur jedoch auch die Gleichmäßigkeit und Zusammensetzung der Beschichtung und daher deren Eigenschaften beeinflussen. Daher ist die Temperaturregelung des Bads zur stromlosen Beschichtung bei diesen Verfahren weiterhin sehr wichtig.
Zusätzlich zu diesem Werkstücksdurchlauf ist die Gleichmäßigkeit der Beschichtung, welche auf dem Substrat ausgebildet wird, sehr erwünscht. In der Vergangenheit wurde die Badlösung durch einen Drehsprühkopf, welcher eine Schlitzöffnung oder Löcher aufwies, in die Beschichtungskammer geleitet. Da die Temperatur des Bads hoch ist, ist die Einleitungsperiode kurz, und die Abscheidung kann im wesentlichen bei einem Kontakt der Lösung mit der Substratoberfläche beginnen. Dieses Sprühverfahren kann die Gleichmäßigkeit der Beschichtung, welche auf dem Substrat ausgebildet wird, jedoch neben anderen Faktoren aufgrund des Strömungsmusters der Badlösung, wenn diese in die Kammer geleitet wird, bedeutend beeinflussen. Zusätzlich kann die Gleichmäßigkeit der Beschichtung durch die Temperaturverteilung an der Waferoberfläche beeinflußt werden, wenn die Beschichtung ausgebildet wird.
Stromlose Beschichtungsverfahren des Stands der Technik erwiesen sich in vielen Aspekten als problematisch. Beispielsweise erwies sich eine geeignete Sprühkopfgestaltung zum Erhalten von Produkten hoher Güte als sehr schwierig. Änderungen der Kopföffnungsgestalten und -größen, der Kopfdrehzahl und der Durchflußgeschwindigkeit können verschiedene Strömungsmuster an der Substratoberfläche bewirken und die Beschichtungsgleichmäßigkeit beeinflussen. Beispielsweise kann ein Bereich des Substrats der Badlösung hoher Temperatur stärker ausgesetzt sein und in der Folge in diesen Bereichen mit mehr Material beschichtet werden. Die Gestaltung des Sprühkopfs war somit sehr wichtig bei einem Versuch, eine gleichmäßige Verteilung der Lösung zu erhalten.
Ferner war die hohe Temperatur des Bads bei diesen Verfahren häufig sehr nachteilig. Beispielsweise kann ein Verlust von Wasser aus dem Bad aufgrund von Verdunstung eine Konzentrationsänderung der Komponenten und eine folgende Änderung der Abscheidungsgeschwindigkeit verursachen. Um dies zu vermeiden, muß die Zusammensetzung der Badlösung genau überwacht werden, und es muß häufig Wasser nachgefüllt werden. Ferner unterliegen Reduktionsmittel, welche in Bädern verwendet werden, bei hoher Temperatur häufig einem beschleunigten Zerfall, so daß die Lebensdauer der Badlösung infolge der hohen Badtemperatur verkürzt werden kann. Ferner wird bei den Verfahren der Vergangenheit ein großes Lösungsvolumen gewöhnlich auf hoher Temperatur gehalten und für jeden fortlaufenden Beschichtungsschritt in Kreislauf durch das System geleitet. Derartige Systeme können große Energieeinspeisungen erfordern und hohe Betriebskosten verursachen.
Verfahren des Stands der Technik erfordern ferner häufig eine lange Vorbereitungszeit vor der Beschichtung. Gewöhnlich beträgt die Tankgröße für die Badlösung für eine industrielle Verwendung 10 Gallonen oder mehr. Eine derartige Tankgröße erfordert eine lange Zeitperiode zum Erwärmen der Lösung von Zimmertemperatur auf die Abscheidungstemperatur. Ferner wird, nachdem das Verfahren beendet ist und das Heizelement ausgeschaltet wurde, die Lösung häufig für eine lange Zeitperiode in Umlauf gehalten, bis diese ausreichend abgekühlt ist, um einen übermäßigen Zerfall des Bads zu vermeiden.
Daher besteht ein Bedarf im Hinblick auf ein verbessertes stromloses Beschichtungsverfahren, welches sowohl eine gleichmäßige Beschichtung hoher Güte auf einem Substrat bei einem hohen Werkstückdurchlaufsniveau liefern als auch die Lebensdauer des Bads verlängern und den Energiebedarf des Systems vermindern kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Generell betrifft die vorliegende Erfindung ein stromloses Beschichtungsverfahren, welches einen Temperaturregelungsablauf für die Badlösung, welche bei dem Beschichtungsverfahren verwendet wird, umfaßt. Genauer umfaßt die vorliegende Erfindung bei einem Ausführungsbeispiel das Befördern einer Badlösung zur stromlosen Beschichtung von einem Speichertank zu einer Beschichtungskammer, wobei sich die Badlösung zur stromlosen Beschichtung auf einer Temperatur befindet, welche niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur der Badlösung ist, sich jedoch relativ nahe bei dieser befindet. Wenn sich die Badlösung in der Beschichtungskammer befindet, kann diese auf die Abscheidungstemperatur erwärmt werden, und es kann eine stromlose Abscheidung erfolgen.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann jede geeignete Badlösung zur stromlosen Beschichtung verwendet werden. Generell kann eine Badlösung zur stromlosen Beschichtung eine oder mehrere Metallionenquellen, ein Reduktionsmittel und einen Komplexbildner umfassen. Beispielsweise können bei einem Ausführungsbeispiel Kobaltsulfat und Natriumwolframat die Metallionenquelle sein. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können Nickelchlorid und Nickelsulfat die Metallionenquellen sein. Ein Beispiel eines möglichen Reduktionsmittels kann Natriumhypophosphat sein. Ein Beispiel eines möglichen Komplexbildners in der Badlösung zur stromlosen Beschichtung kann Natriumcitrat sein. Nach dem Füllen des Speichertanks kann sodann mindestens ein Teil der Badlösung aus dem Speichertank entnommen, optional vorerwärmt und in eine Beschichtungskammer befördert werden, wobei diese eine Temperatur aufweist, welche niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur des Bads ist.
Wenn sich die Badlösung in der Beschichtungskammer befindet, wo die Lösung mindestens einen Abschnitt eines Substrats berührt, kann diese weiter auf eine Abscheidungstemperatur erwärmt werden, bei welcher eine stromlose Abscheidung erfolgen kann und sich die erwünschte Beschichtung auf dem Substrat bilden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Abscheidungstemperatur zwischen etwa 60°C und etwa 90°C betragen. Spezieller kann die Abscheidungstemperatur zwischen etwa 70°C und etwa 75°C betragen. Bei niedrigeren Abscheidungstemperaturen kann eine Vorerwärmung der Badlösung unnötig sein. Wenn dies erwünscht ist, kann die Badlösung nach der stromlosen Beschichtung zurück in den Speichertank geleitet werden, und die Lösung kann gekühlt und wieder in Umlauf gebracht werden.
Wenn eine Vorerwärmung der Lösung erwünscht ist, kann die Badlösung auf eine geeignete Temperatur vorerwärmt werden, so daß die Temperatur der Lösung, welche die Beschichtungskammer füllt, niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur der Badlösung sein kann. Beispielsweise kann die Badlösung auf eine Temperatur vorerwärmt werden, welche sich um weniger als etwa 10°C unter der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung befindet. Spezieller kann die Badlösung auf eine Temperatur zwischen etwa 5°C und etwa 10°C unter der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung vorerwärmt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Badlösung auf eine Temperatur zwischen etwa 50°C und etwa 55°C vorerwärmt werden, bevor diese in die Beschichtungskammer gefüllt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann der gesamte Speichertankinhalt der Badlösung in dem Speichertank vorerwärmt werden, bevor die Lösung zu der Beschichtungskammer befördert wird. Alternativ kann lediglich ein Teil der Badlösung aus dem größeren Speichertank entnommen und sodann erwärmt werden, bevor die Beschichtungskammer mit dem Teil der Badlösung gefüllt wird. Beispielsweise kann weniger als etwa 25% des Gesamtvolumens der Badlösung aus dem Speichertank entnommen und vorerwärmt werden, und speziell können weniger als etwa 15% der Gesamtmenge der Badlösung aus dem Speichertank entnommen und vorerwärmt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel können weniger als etwa 10% der Gesamtmenge der Badlösung aus dem Speichertank entnommen und vorerwärmt werden.
Die Badlösung kann vor dem Eintreten in die Beschichtungskammer durch ein beliebiges geeignetes Verfahren vorerwärmt werden. Beispielsweise kann die Badlösung in einem getrennten Vorerwärmungstank oder alternativ in einer beheizten Leitung vorerwärmt werden, wenn diese von dem Speichertank zu der Beschichtungskammer fließt.
Die Schicht, welche durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf dem Substrat ausgebildet wird, kann einem beliebiger Schichttyp angehören. Beispielsweise kann die Schicht die gesamte Oberfläche des Substrats bedecken oder kann alternativ lediglich einen Abschnitt des Substrats bedecken, etwa in einem Muster. Die Schicht kann ferner eine beliebige erwünschte Dicke aufweisen. Speziell kann die Schicht weniger als etwa 200 Å dick sein. Spezieller kann die Schicht zwischen etwa 50 Å und etwa 100 Å dick sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Substrat, auf welchem die stromlose Beschichtung abgeschieden werden kann, ein Halbleiterwafer sein. Beispielsweise kann die Beschichtung auf dem Wafer eine Sperrschicht sein, welche als Passivierungsschicht für eine Kupferschicht, welche bereits auf dem Wafer aufgetragen ist, wirken kann. Weitere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden im folgenden genauer erörtert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Eine vollständige und nachvollziehbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, welche die beste Ausführungsweise davon umfaßt, für gewöhnlich Fachkundige ist genauer in dem Rest der Beschreibung unter Verweis auf die beigefügten Figuren dargelegt, wobei:
1 ein Ausführungsbeispiel des Strömungsablaufs für die Badlösung zur stromlosen Beschichtung der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A ein Ausführungsbeispiel der Beschichtungskammer der vorliegenden Erfindung, wenn die Kammer geschlossen ist, darstellt;
2B die Beschichtungskammer von 2A, wenn diese offen ist, darstellt;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Strömungsablaufs für die Badlösung zur stromlosen Beschichtung der vorliegenden Erfindung darstellt;
4A ein weiteres Ausführungsbeispiel der Beschichtungskammer der vorliegenden Erfindung, wenn die Kammer geschlossen ist, darstellt;
4B die Beschichtungskammer von 4A, wenn diese offen ist, darstellt, etwa, wenn ein Substrat in die Kammer eingelegt wird.
Eine wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und der Zeichnung soll gleiche bzw. analoge Merkmale bzw. Elemente der Erfindung darstellen.
Genaue Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Für Fachkundige ist zu ersehen, daß die vorliegende Erfindung lediglich eine Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele darstellt und die weiteren Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht beschränken soll, wobei diese weiteren Aspekte bei der beispielhaften Konstruktion verwirklicht sind.
Stromloses Beschichten schafft ein Verfahren zum Ausbilden einer Schicht mindestens auf einem Abschnitt einer Substratoberfläche ohne die Anwendung eines elektrischen Stroms. Die vorliegende Erfindung schafft ein stromloses Beschichtungsverfahren mit einer verbesserten Gleichmäßigkeit der Beschichtung, wobei der Energiebedarf des Systems vermindert wird und die Lebensdauer der Badlösung zur stromlosen Beschichtung verlängert wird.
Generell betrifft das Verfahren der vorliegenden Erfindung das Einleiten eines Temperaturregelungsablaufs für eine Badlösung zur stromlosen Beschichtung bei jedem stromlosen Beschichtungsverfahren, welches bei einer höheren als der Umgebungstemperatur erfolgt. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung das Einleiten der Badlösung zur stromlosen Beschichtung in die Beschichtungskammer bei einer Temperatur unterhalb der minimalen Abscheidungstemperatur und sodann, erst nachdem die Beschichtungskammer gefüllt wurde, das Erwärmen der Badlösung in der Beschichtungskammer auf eine Abscheidungstemperatur, bei welcher eine stromlose Abscheidung erfolgen kann und sich die Beschichtung auf dem Substrat ausbilden kann. Wenn dies erwünscht ist, kann das Verfahren der Erfindung ferner das Vorerwärmen der Badlösung vor dem Füllen der Beschichtungskammer umfassen. Beispielsweise kann die Badlösung auf eine Temperatur geringfügig unterhalb der minimalen Abscheidungstemperatur erwärmt werden, bevor die Lösung in die Beschichtungskammer gefüllt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann anstatt des Füllens der gesamten Badlösung aus dem Speichertank in die Beschichtungskammer lediglich ein Teil der Badlösung aus dem größeren Speichertank entnommen und in eine kleine Beschichtungskammer gefüllt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der kleinere Teil der Badlösung auf eine Temperatur erwärmt werden, welche geringfügig niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur der Lösung vor dem Füllen der Beschichtungskammer ist.
Die Beschichtungskammer kann das zu bearbeitende Substrat bereits enthalten, wenn die Lösung eingeleitet wird. Nachdem die Badlösung in die Beschichtungskammer eingeleitet wurde, wird die Lösung sodann auf die Abscheidungstemperatur erwärmt, welche mindestens gleich der minimalen Abscheidungstemperatur der Lösung ist und etwas höher sein kann. Die Lösung wird für eine geeignete Zeitspanne auf bzw. nahe bei der Abscheidungstemperatur gehalten, so daß eine stromlose Abscheidung erfolgt und eine Schicht auf der Substratoberfläche ausgebildet wird, wo dies erwünscht ist. Nach der erwünschten Abscheidungszeit kann die Badlösung aus der Beschichtungskammer entnommen und zurück zu dem Speichertank geleitet werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann viele Verbesserungen gegenüber stromlosen Beschichtungsverfahren mit einer Erwärmung, welche in der Technik bekannt sind, ermöglichen. Beispielsweise können Probleme der Gleichmäßigkeit der Beschichtung, welche bei Verfahren der Vergangenheit aufgrund des Füllens der Beschichtungskammer mit einer Badlösung, welche sich bereits auf oder über der Abscheidungstemperatur befindet, auftreten, ausgeräumt werden. Ferner wird bei einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung stets lediglich ein kleiner Teil der gesamten Badlösung auf einmal erwärmt, so daß der Energiebedarf des Systems niedrig sein kann. Ferner kann durch Erwärmen der Badlösung lediglich während des Abscheidungsvorgangs und sofortiges erneutes Kühlen der Lösung durch Zurückleiten davon in den größeren, kühleren Speichertank die effektive Lebensdauer der Badlösung verlängert werden, da der thermische Zerfall der Badkomponenten minimiert werden kann. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind zahlreich und werden im Rest der vorliegenden Offenbarung ersichtlich.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind zur Verwendung mit jedem erwünschten stromlosen Beschichtungsverfahren geeignet, welches verwendet werden kann, um eine Schicht bei einer erhöhten Temperatur auf einem Substrat abzuscheiden. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung für saure oder alkalische Beschichtungsbadlösungen geeignet. Generell umfassen Lösungen zur stromlosen Beschichtung eine oder mehrere Quellen von Metallionen, ein Reduktionsmittel, einen Komplexbildner und/oder beliebige andere erwünschte Bestandteile, wie beispielsweise Stabilisatoren, pH-Wert-Abstimmer, Salze etc. umfassen, welche verwendet werden können, um die erwünschten Abscheidungskenngrößen des Bads zu erhalten. Derartige Lösungen waren bekannt und wurden in der Vergangenheit in vielen verschiedenen Industrien verwendet, wobei dies beispielsweise die mikroelektronische Industrie umfaßt.
Bei einem Ausführungsbeispiel können bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung Lösungen zur stromlosen Beschichtung verwendet werden, welche Schichten, wie etwa Haft-, Sperr- und Deckschichten bei einer erhöhten Temperatur auf Halbleiterwafern abscheiden. Beispielsweise kann eine Lösung zur stromlosen Beschichtung hergestellt werden, welche verwendet werden kann, um eine Metallphosphid-Sperrschicht bei einer erhöhten Temperatur auf einem Substrat, wie etwa einem Halbleiterwafer, abzuscheiden. Beispielsweise kann eine Metallphosphid-Sperrschicht auf der Oberseite einer zuvor ausgebildeten Kupferschicht auf einem Substrat abgeschieden werden, um eine Oxidation des Kupfers zu verhindern. Alternativ kann eine Metallphosphid-Sperrschicht auf einem Substrat abgeschieden werden, um zu verhindern, daß Ionen aus einer Schicht, wie etwa einer danach ausgebildeten Schicht, in Schichten des Substratmaterials unter der Sperrschicht diffundieren.
Ein Ausführungsbeispiel einer Badlösung zur stromlosen Beschichtung, welche zur Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist eine Lösung, welche zum Abscheiden einer phosphorhaltigen Kobalt-Wolfram-Legierungs-Sperrschicht auf einem Halbleiterwafer verwendet werden kann. Eine mögliche Badlösung zur stromlosen Beschichtung für ein derartiges Ausführungsbeispiel kann beispielsweise Kobaltsulfat in einer Konzentration zwischen etwa 0,03 M und etwa 0,1 M, Natriumwolframat in einer Konzentration zwischen etwa 0,01 M und etwa 0,1 M, ein Reduktionsmittel, wie etwa Natriumhypophosphat, in einer Konzentration zwischen etwa 0,1 M und etwa 0,5 M, einen Komplexbildner, wie etwa Natriumcitrat, in einer Konzentration zwischen etwa 0,1 M und etwa 1 M und beliebige andere erwünschte Zusätze, wie beispielsweise eine Kombination von Borsäure (H₃BO₃), Kaliumhydroxid (KOH) und ein Benetzungsmittel, wie etwa RE610, erhältlich von der Rhodia Corporation, umfassen. Beispielsweise kann die Badlösung zur stromlosen Beschichtung Borsäure in einer Konzentration zwischen etwa 0,1 M und etwa 1,0 M und ein Benetzungsmittel in einer Konzentration zwischen etwa 0,01 g/l und etwa 0,05 g/l enthalten. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Badlösung mit einem pH-Wert zwischen etwa 9 und 9,5 hergestellt werden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann eine Badlösung zur stromlosen Beschichtung hergestellt werden, welche bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um eine Nickelphosphidschicht auf einem Substrat abzuscheiden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Beschichtungsbad ähnlich der oben erörterten Lösung sein, jedoch kann diese mit Nickelchlorid (NiCl₂) und Nickelsulfat (NiSO₄) als Metallionenquellen hergestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Lösungsbad zur stromlosen Beschichtung, wenn dieses hergestellt ist, bei einer Temperatur in die Beschichtungskammer gefüllt werden, welche niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur der Lösung ist. Generell kann die Lösung zur stromlosen Beschichtung bei einer Temperatur in die Beschichtungskammer eintreten, welche nicht mehr als 10°C niedriger als die erwünschte Abscheidungstemperatur ist. Nach dem Füllen der Beschichtungskammer kann die Badlösung sodann auf die Abscheidungstemperatur erwärmt werden, so daß eine stromlose Abscheidung erfolgt und eine Beschichtung auf dem Substrat aus gebildet wird. Die Badlösung kann sodann aus der Beschichtungskammer entnommen werden, und das Verfahren kann wiederholt werden.
Die Badlösung kann bei Umgebungstemperatur in die Beschichtungskammer gefüllt werden. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Badlösung jedoch vorerwärmt werden. Generell hängt es hauptsächlich von der erwünschten Abscheidungstemperatur ab, ob die Badlösung vorerwärmt wird. Beispielsweise ist, wenn sich die Abscheidungstemperatur in einem Bereich von 10°C um die Umgebungstemperatur befindet, möglicherweise keine Vorerwärmung erforderlich. Ansonsten wird die Badlösung zur stromlosen Beschichtung bei den meisten Anwendungen erwärmt, bevor diese in die Beschichtungskammer gefüllt wird.
Ein Ausführungsbeispiel eines möglichen Strömungsablaufs für eine Badlösung zur stromlosen Beschichtung, welches bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in 1 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfaßt das Verfahren der vorliegenden Erfindung das Füllen eines Speichertanks 100 mit einer Badlösung. Die Menge der Lösung, welche in den Speichertank 100 gefüllt wird, kann eine beliebige erwünschte Menge sein und kann von individuellen Verfahrensbedingungen abhängen. Beispielsweise können bei einem Ausführungsbeispiel etwa zehn Gallonen einer Badlösung hergestellt und in einen Speichertank 100 gefüllt werden, obgleich andere Ausführungsbeispiele der Erfindung Speichertanks umfassen können, welche kleinere oder größere Volumina der Badlösung aufnehmen können. Wenn dies erwünscht ist, kann der Speichertank 100 abgedichtet werden, um eine Verunreinigung der Lösung zu verhindern, wie etwa durch eine Stickstoffspülung (nicht dargestellt). Wenn dies erwünscht ist, kann der Speichertank 100 ferner ein Rührwerk 108 umfassen, um das Bad in dem Tank in gut gemischtem Zustand zu halten. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel kann sich die Badlösung in dem Speichertank 100 generell auf Umgebungstemperatur befinden oder kann sogar geringfügig gekühlt werden, um die Lebensdauer der Badlösung zu verlängern.
Bei dem Ausführungsbeispiel, welches in 1 dargestellt ist, kann anstatt des Verwendens der gesamten Badlösung in der Beschichtungskammer ein Teil der Badlösung aus dem Speichertank 100 entnommen und zu einer Beschichtungskammer 120 befördert werden. Der Teil der Badlösung, welcher aus dem Speichertank 100 entnommen wird, kann weniger als etwa 25% des gesamten Bads betragen. Speziell kann der Teil der Badlösung, welcher aus dem Speichertank entnommen wird, weniger als etwa 15% des gesamten Bads betragen. Noch spezieller können weniger als etwa 10% aus dem Speichertank 100 entnommen werden.
Nach der Entnahme aus dem Speichertank 100 kann die Badlösung auf eine geeignete Temperatur vorerwärmt werden, so daß die Badlösung bei einer Temperatur in die Beschichtungskammer gefüllt werden kann, welche lediglich geringfügig niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur der Lösung ist. Beispielsweise kann die Badlösung bei einem Ausführungsbeispiel bei einer Temperatur in die Beschichtungskammer gefüllt werden, welche sich um weniger als etwa 10°C unter der minimalen Abscheidungstemperatur der Lösung befindet. Spezieller kann die Badlösung bei einer Temperatur zwischen etwa 5°C und etwa 10°C unterhalb der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung in die Beschichtungskammer gefüllt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann, wie in 1 dargestellt, ein Teil der Badlösung aus dem Tank 100 durch eine Leitung 105 zu einem kleineren Vorerwärmungstank 110 abgeführt werden. Der Vorerwärmungstank 110 kann, wenn dies erwünscht ist, ein Rührwerk 104 umfassen und kann abgedichtet werden, wie etwa durch eine Stickstoffspülung, um eine Verunreinigung zu vermeiden. Die Badlösung kann durch ein beliebiges geeignetes Verfahren in dem Vorerwärmungstank 110 vorerwärmt werden. Beispielsweise kann der Vorerwärmungstank 110 bei einem Ausführungsbeispiel eine Heizplatte umfassen, welche in die Lösung getaucht und sodann zum Er wärmen der Lösung verwendet werden kann. Alternativ kann die Lösung von der Unterseite des Tanks her durch Verwendung einer beheizten Tankbasis erwärmt werden. Es kann jedes geeignete Erwärmungsverfahren verwendet werden, um die Badlösung vorzuerwärmen. Nach dem Vorerwärmen kann die Badlösung durch eine Leitung 102 aus dem Vorerwärmungstank 110 zu der Beschichtungskammer 120 geleitet werden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie etwa dem in 3 dargestellten, kann die Badlösung anstatt des Vorerwärmens der Badlösung in dem Vorerwärmungstank 110 in einer beheizten Leitung 107 vorerwärmt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die beheizte Leitung 107 durch ein beliebiges in der Technik bekanntes Verfahren beheizt werden, und diese kann die Badlösung von dem Speichertank 100 zu der Beschichtungskammer 120 befördern. Während sich die Lösung durch die beheizte Leitung 107 bewegt, kann diese bis zu der Zeit, bei welcher diese die Beschichtungskammer 120 erreicht, auf die erwünschte Vorerwärmungstemperatur erwärmt werden.
Es sei bemerkt, daß, obgleich die 1 und 3 Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, wobei die Beschichtungskammer kleiner als der Speichertank ist und lediglich ein Teil des gesamten Inhalts der Badlösung auf einmal von dem Speichertank zu der Beschichtungskammer geleitet wird, die Verfahren, welche bei diesen Ausführungsbeispielen erörtert werden, gleichermaßen auf die Ausführungsbeispiele anwendbar sind, bei welchen der gesamte Inhalt des Speichertanks auf einmal zu der Beschichtungskammer geleitet wird, um einen oder mehrere Wafer in einer Beschichtungskammer zu bearbeiten, deren Größe ungefähr gleich der des Speichertanks ist.
Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Badlösung völlig ohne zwischenzeitliches Vorerwärmen der Lösung in die Beschichtungskammer gefüllt werden, wie etwa, wenn nachgewiesen wird, daß es kostengünstiger ist, die Badlösung in lediglich einem Schritt in der Beschichtungskammer auf die Abscheidungstemperatur zu erwärmen, anstatt in zwei getrennten Erwärmungsschritten. Beispielsweise kann die minimale Abscheidungstemperatur der Badlösung bei einem Ausführungsbeispiel relativ niedrig sein, wie beispielsweise zwischen etwa 5°C und etwa 10°C über der Umgebungstemperatur. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel kann es günstiger sein, die Badlösung nicht vorzuerwärmen, da sich diese bereits nahe bei der minimalen Abscheidungstemperatur befindet. In diesem Fall kann die Badlösung ohne zwischenzeitliches Vorerwärmen direkt aus dem Speichertank 100 in die Beschichtungskammer 120 fließen.
Wenn die Badlösung vorerwärmt wurde, wie erwünscht, kann diese in die Beschichtungskammer 120 übergeleitet werden. Ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Beschichtungskammer 120 ist in 2A dargestellt. Generell kann die Beschichtungskammer 120 etwa die gleiche Größe wie der Speichertank 110 aufweisen. Die Beschichtungskammer 120 umfaßt einen Substratträger 206, welcher an einem Arm 204 angebracht ist, um das Substrat 210 zu halten, etwa einen Halbleiterwafer. Die Beschichtungskammer 120 kann ferner einen Gaseinlaß 220 umfassen, welcher ermöglichen kann, daß ein inertes Gas, wie etwa Stickstoff oder Argon, in die Beschichtungskammer eintritt, wenn diese abgedichtet ist, um dazu beizutragen, den Wafer vor einer möglichen Verunreinigung zu schützen. Obgleich dieser lediglich mit einem einzigen Substrat 210 dargestellt ist, kann der Substratträger 206 auch geeignet gestaltet sein, um mehrere Substrate zu halten.
Das Substrat 210 wird generell vor dem Füllen der Beschichtungskammer mit der Badlösung in der Beschichtungskammer 120 angeordnet. 2B stellt ein Verfahren zum Einlegen des Substrats 210 in die Beschichtungskammer 120 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Arm 204 mit einer Kolbenwirkung eingezogen werden, wobei der Substratträger 206 unter das Basisniveau der Kammer 120 abgesenkt wird, so daß das Substrat 210 auf den Substrathalter 206 gelegt werden kann. Wenn dieser beladen ist, kann sich der Arm 204 nach oben zu der Schließposition bewegen, wobei eine dichte Anordnung des Substratträger 206 an den Seiten der Kammer 120 erfolgt und die Kammer geschlossen wird. Sodann kann die Kammer vor dem Füllen mit der Badlösung durch die Leitung 102 von jeglichen Verunreinigungen gereinigt werden.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Beschichtungskammer, wie in den 4A und 4B dargestellt, kann das Substrat 210 einen Durchmesser aufweisen, welcher geringfügig größer als der Durchmesser der Kammer 120 ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Substrat auf den Substratträger 206 gelegt werden, wenn die Kammer offen ist, wie in 4B dargestellt und ähnlich wie bei dem Beispiel, welches in 2B dargestellt ist. Wenn sich der Arm 204 bei diesem Ausführungsbeispiel nach oben zu der Kammerschließposition bewegt, kann das Substrat 210 die Seiten der Kammer 120 berühren und eine Dichtung mit den Kammerwänden bilden, wodurch die Kammer geschlossen wird, wie in 4A dargestellt. Ein derartiges Ausführungsbeispiel kann verwendet werden, um den Kontakt zwischen der Rückseite des Wafers und der Beschichtungsbadlösung zu minimieren.
Das Substrat 210 kann ein beliebiges erwünschtes Substrat sein und kann eine Oberfläche aus einem beliebigen geeigneten Material aufweisen. Beispielsweise kann das Substrat 210 ein Metall-, Diamant- oder Polymermaterial auf der Oberfläche des Substrats umfassen, welches durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung beschichtet werden kann. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Substrat 210 ein Substrat auf Siliziumbasis sein, wie etwa die, welche beim Ausbilden von Halbleitervorrichtungen verwendet werden. Ferner kann das Substrat zuvor mit einem oder mehreren Materialien beschichtet werden, bevor dieses mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt wird.
Die Oberfläche des Substrats kann natürlicherweise katalytisch wirken oder kann durch einen Katalysator aktiviert werden, damit sich die Metallionen bei der Abscheidungstemperatur in der Badlösung auf der Substratoberfläche abscheiden können, wie erwünscht. Bei einem Ausführungsbeispiel kann Palladium als Oberflächenkatalysator verwendet werden, obgleich weitere geeignete Katalysatoren in der Technik gut bekannt sind und gleichfalls verwendet werden können. Ferner kann das stromlose Beschichtungsverfahren selektiv sein, das bedeutet, daß lediglich ein Abschnitt der Substratoberfläche katalytisch aktiviert wird, um genau abzustimmen, wo eine Metallabscheidung erfolgt, oder dieses kann verwendet werden, um die gesamte Oberfläche des Substrats zu beschichten.
Die Menge der Badlösung, welche in die Beschichtungskammer gefüllt werden kann, kann von der Größe der Beschichtungskammer abhängen, welche wiederum von der Größe und Anzahl der Substrate, welche auf einmal bearbeitet werden sollen, abhängen kann. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Beschichtungskammer groß sein, und der Inhalt des gesamten Speichertanks 100 kann in die Beschichtungskammer 120 gefüllt werden. Alternativ kann die Beschichtungskammer relativ klein sein, und es kann lediglich ein Teil der Badlösung aus dem Speichertank entnommen und in die Beschichtungskammer gefüllt werden. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel ein 200mm-Wafer in einer Beschichtungskammer ähnlich der in 2A dargestellten unter Verwendung eines Badlösungsvolumens von etwa 1,5 Litern bearbeitet werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein 300mm-Wafer in einer größeren Beschichtungskammer unter Verwendung eines Badlösungsvolumens von etwa 3,5 Litern bearbeitet werden. Wenn die vorerwärmte Badlösung durch die Leitung 102 in die Beschichtungskammer 120 eintritt, kann diese die Beschichtungskammer 120 bis zu einem Niveau füllen, bei welchem die obere Oberfläche 210 des Wafers eingetaucht ist und sich geringfügig unter der Oberfläche der Badlösung befindet.
Die Badlösung kann durch eine beliebige geeignete Einrichtung in die Beschichtungskammer gefüllt werden. Beispielsweise kann sich die Leitung 102 einfach in die Beschichtungskammer 120 entleeren, ohne daß ein bestimmter Druck oder Strömungsverbinder erforderlich wären. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt keine Abscheidung, während die Beschichtungskammer gefüllt wird, da sich die Badlösung nicht auf der minimalen Abscheidungstemperatur befindet, wenn diese in die Beschichtungskammer gefüllt wird und erstmals in Kontakt mit dem Substrat gelangt. Daher kann das Strömungsmuster der Badlösung an dem Substrat, wenn die Kammer gefüllt wird, eine geringe oder keine Wirkung auf die nachfolgende stromlose Abscheidung haben, und es kann eine gleichmäßigere Beschichtung durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Nachdem die Beschichtungskammer 120 durch die Badlösung gefüllt wurde, kann die Badlösung auf die Abscheidungstemperatur erwärmt werden. Beispielsweise kann die Heizplatte 208 bei einem Ausführungsbeispiel in die Badlösung abgesenkt werden. Während die Badlösung erwärmt wird, kann die Heizplatte 208 ferner in der Lösung gedreht werden, so daß die Lösung in gut gemischtem Zustand gehalten wird und die Wärmeverteilung in der Lösung verbessert werden kann. Generell sollte die Tiefe der Badlösung über dem Substrat dafür ausreichend sein, daß sich die Heizplatte 208 in Kontakt mit der Lösung befinden und diese erwärmen kann, ohne in Kontakt mit dem Substrat 210 zu gelangen.
Die Lösung kann in der Beschichtungskammer, etwa durch eine Heizplatte 208, auf eine Abscheidungstemperatur erwärmt werden, welche mindestens gleich der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung ist. Wenn dies erwünscht ist, kann die Lösung jedoch auf eine Temperatur erwärmt werden, welche geringfügig höher als die minimale Abscheidungstemperatur ist, um die Abscheidungsgeschwindigkeit des Verfahrens zu erhöhen. In jedem Fall sollte die Abscheidungstemperatur der Lösung Temperaturen, welche bewirken könnten, daß die Badlösung instabil wird und zu zerfallen beginnt, nicht überschreiten.
Wenn die erwünschte Abscheidungstemperatur erreicht ist, kann die Heizplatte 208 aus der Badlösung zurückgezogen werden. Wenn dies erwünscht ist, kann die Heizplatte 208 gedreht werden, während diese über der Badlösung gehalten wird, um zu ermöglichen, daß Badlösung, welche an der Heizplatte 208 haftet, in das Bad zurück fällt. Bei bzw. nahe bei der Zeit, bei welcher die Abscheidungstemperatur durch die Badlösung erreicht wird, kann die stromlose Abscheidung beginnen. Aufgrund der Tatsache, daß die Badlösung vor dem Einsetzen der stromlosen Abscheidung gleichmäßig auf der Substratoberfläche verteilt ist, können die Verfahren der vorliegenden Erfindung die Gleichförmigkeit der Beschichtung, welche auf dem Substrat ausgebildet wird, erheblich verbessern.
Es kann ein Temperaturregelungsverfahren verwendet werden, um die Temperatur der Badlösung in der Beschichtungskammer zu überwachen, so daß, wenn die Badtemperatur unter einen vorbestimmten Minimalwert abfällt, die Heizplatte 208 wieder in die Badlösung abgesenkt werden kann und eine Wiedererwärmung der Lösung auf die Abscheidungstemperatur erfolgen kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine Metallphosphid-Sperrschicht unter Verwendung einer Badlösung, wie etwa der oben erörterten, auf einem Substrat abgeschieden werden. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel kann die minimale Abscheidungstemperatur der Lösung etwa 60°C betragen, und die Abscheidungstemperatur der Badlösung kann einen beliebigen Wert zwischen etwa 60°C und 90°C aufweisen, wobei die Lösung bei diesem Niveau instabil werden kann. Obgleich eine Abscheidung bei der minimalen Abscheidungstemperatur erfolgen kann, kann der Vorgang langsam verlaufen, mit einer Einleitungsperiode von bis zu etwa fünf Minuten vor dem Erreichen einer Metallabscheidung bei stabilem Zustand. Daher kann es wünschenswert sein, die Badlösung auf eine höhere Abscheidungstemperatur zu erwärmen, beispielsweise zwischen etwa 70°C und etwa 75°C. In diesem Temperaturbereich kann die Einleitungsperiode sehr kurz sein, und die Abscheidung kann beinahe sofort beginnen, wenn die Badlösung die Abscheidungstemperatur erreicht.
Die Zeitspanne, in welcher das Substrat in der erwärmten Badlösung gehalten werden kann, kann von vielen Faktoren abhängen, wobei dies beispielsweise die erwünschte Filmdicke umfaßt. Generell kann durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung eine beliebige erwünschte Filmdicke ausgebildet werden. Beispielsweise kann durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Filmdicke von weniger als 200 Å ausgebildet werden. Spezieller kann durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Schicht mit einer Dicke zwischen etwa 50 Å und etwa 100 Å ausgebildet werden. Generell kann die Periode der Abscheidung bei stabilem Zustand des Verfahrens der vorliegenden Erfindung weniger als etwa 10 Minuten betragen. Speziell kann die Periode der Abscheidung bei stabilem Zustand weniger als etwa 5 Minuten betragen. Spezieller kann die Periode der Abscheidung bei stabilem Zustand weniger als etwa 3 Minuten betragen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine Metallphosphidschicht auf der Substratoberfläche ausgebildet werden, und die Badlösung kann auf eine Abscheidungstemperatur zwischen etwa 70°C und etwa 75°C erwärmt werden. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel kann eine Abscheidungsschicht mit zwischen etwa 50 Å und 100 Å mit einer Periode der Abscheidung bei stabilem Zustand von weniger als zwei Minuten mindestens auf einem Abschnitt der Substratoberfläche ausgebildet werden. Spezieller kann bei einem derartigen Ausführungsbeispiel eine Metallphosphid-Abscheidungsschicht mit zwischen etwa 50 Å und 100 Å mit einer Periode des stabilen Zustands von etwa 1 Minute ausgebildet werden.
Wieder in 1, kann, nachdem eine Abscheidung erfolgte, die Badlösung durch eine Leitung 115 aus der Beschichtungskammer 120 entnommen werden und zurück in den Speichertank 100 geleitet werden. Der Speichertank befindet sich generell auf einer Temperatur, welche niedriger als die Temperatur der Badlösung ist, welche von der Beschichtungskammer 120 kommt. Daher fällt, wenn die Badlösung zurück in den Speichertank 100 geleitet wird, die Badlösungstemperatur ab. Beispielsweise kann sich, wenn lediglich ein Teil der gesamten Badlösung in der Beschichtungskammer 120 verwendet wurde, die rückfließende Badlösung mit dem größeren Volumen der kühleren Lösung in dem Speichertank mischen und deren Temperatur rasch vermindern. Ähnlich kann, wenn bei dem Verfahren die gesamte Badlösung in die Beschichtungskammer übergeleitet wurde, die Temperatur der Badlösung abfallen, wenn diese zurück in den leeren Speichertank übergeleitet wird. Durch Halten der Badlösung auf einer niedrigen Temperatur für einen möglichst langen Teil des Verfahrens kann ein Hochtemperaturzerfall von Badlösungsbestandteilen vermieden werden. Dies kann die effektive Lebensdauer der Badlösung verlängern. Ferner kann durch schnelles Absenken der Temperatur der Badlösung, welche in der Beschichtungskammer verwendet wird, die Wasserverdunstung aus dem System minimiert werden, und die Notwendigkeit einer Wassernachfüllung in die Badlösung kann erheblich vermindert und bei einigen Ausführungsbeispielen vollständig ausgeräumt werden.
Wenn dies erwünscht ist, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung ein kontinuierliches Verfahren sein, welches eine Anzahl von Substraten rasch bearbeiten kann. Beispielsweise kann bei einem Ausführungsbeispiel lediglich ein Teil der Gesamtmenge der Badlösung in dem Speichertank in die Beschichtungskammer gefüllt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann, nachdem die Beschichtungskammer mit der Badlösung gefüllt wurde, ein zweiter Teil der Badlösung aus dem Speichertank entnommen werden. Wenn dies erwünscht ist, kann dieser zweite Teil in der Zeit vorerwärmt werden, in welcher der erste Teil der Badlösung auf die Abscheidungstemperatur erwärmt wird und die stromlose Abscheidung in der Beschichtungskammer erfolgt. Somit kann, sobald der erste Abscheidungsvorgang vollendet ist und die Badlösung aus der Beschichtungskammer entleert wird, das bearbeitete Substrat aus der Beschichtungskammer entnommen werden und ein zweites, unbearbeitetes Substrat eingelegt werden. Wenn das zweite Substrat angeordnet ist, kann die Beschichtungskammer durch den zweiten Teil der Badlösung gefüllt werden, und das zweite Substrat kann beschichtet werden. Somit kann ein schnelles, kontinuierliches stromloses Beschichtungsverfahren verwirklicht werden.
Diese und weitere Abwandlungen und Änderungen der vorliegenden Erfindung können durch gewöhnlich Fachkundige vorgenommen werden, ohne von Prinzip und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, welche in den beigefügten Ansprüchen genauer dargelegt sind. Ferner sei bemerkt, daß Aspekte der verschiedenen Ausführungsbeispiele sowohl vollständig oder teilweise vertauscht werden können. Ferner ist für gewöhnlich Fachkundige zu ersehen, daß die vorangehende Beschreibung lediglich beispielhaft gemeint ist und die Erfindung, welche in den beigefügten Ansprüchen weiter beschrieben ist, nicht beschränken soll.
Zusammenfassung:
In der vorliegenden Erfindung wird ein Temperaturregelungsablauf beim stromlosen Beschichten zur Bearbeitung mikroelektronischer Vorrichtungen offenbart. Dieser Ablauf verbessert die Gleichmäßigkeit der Beschichtung, verlängert die Lebensdauer des Beschichtungsbads und ist kostengünstig. Das Beschichtungsbad wird in einer Vorrichtung außerhalb der Beschichtungskammer auf eine Temperatur erwärmt, welche niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur ist. Sodann wird die Lösung in die Beschichtungskammer geleitet, ohne daß die Abscheidung erfolgt. Nachdem die Kammer gefüllt wurde, wird die Lösung auf die erwünschte Abscheidungstemperatur erwärmt. Die Abscheidung wird ausgelöst. Nach der Abscheidung wird die Lösung zurück zu dem ursprünglichen Tank geleitet.

Claims

Stromloses Beschichtungsverfahren, umfassend: Bereitstellen einer Badlösung zur stromlosen Beschichtung in einem Speichertank; Entnehmen mindestens eines Teils der Badlösung zur stromlosen Beschichtung aus dem Speichertank; Einleiten der Badlösung, welche aus dem Speichertank entnommen wurde, in eine Beschichtungskammer, wobei die Badlösung mindestens einen Abschnitt eines Substrats berührt, wenn diese in die Beschichtungskammer geleitet wird, wobei die Badlösung mit einer ersten Temperatur, welche niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur der Badlösung ist, in die Beschichtungskammer geleitet wird; Erwärmen der Badlösung in der Beschichtungskammer auf eine Abscheidungstemperatur, welche mindestens gleich der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung ist; und Ausbilden einer Beschichtung durch eine stromlose Abscheidung mindestens auf einem Abschnitt des Substrats.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Rückführen der Badlösung aus der Beschichtungskammer in den Speichertank, nachdem die Beschichtung ausgebildet wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Vorerwärmen der Badlösung in dem Speichertank auf die erste Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Vorerwärmen der Badlösung, welche aus dem Speichertank entnommen wurde, auf die erste Temperatur vor dem Einleiten der Badlösung in die Beschichtungskammer.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Badlösung, welche aus dem Speichertank entnommen wurde, in einem Vorerwärmungstank auf die erste Temperatur erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Badlösung, welche aus dem Speichertank entnommen wurde, in einer beheizten Leitung auf die erste Temperatur erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die zweite Temperatur um weniger als 10°C unter der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die erste Temperatur zwischen etwa 5°C und etwa 10°C unterhalb der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Badlösung, welche aus dem Speichertank entnommen wurde, weniger als etwa 25% der Gesamtmenge der Badlösung beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Badlösung, welche aus dem Speichertank entnommen wurde, weniger als etwa 15% der Gesamtmenge der Badlösung beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Badlösung, welche aus dem Speichertank entnommen wurde, weniger als etwa 10% der Gesamtmenge der Badlösung beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Halbleiterwafer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung auf dem Substrat in einem Muster ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gesamte Oberfläche des Substrats durch die Beschichtung bedeckt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung weniger als 200 Å dick ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abscheidungstemperatur zwischen etwa 60°C und etwa 90°C beträgt.
Verfahren zum Ausbilden einer Sperrschicht auf einem Substrat, umfassend: Bereitstellen einer Badlösung zur stromlosen Beschichtung in einem Speichertank; Erwärmen des Teils der Badlösung auf eine erste Temperatur, wobei die erste Temperatur niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur der Badlösung zur stromlosen Beschichtung ist; Einleiten des Teils der Badlösung in eine Beschichtungskammer, so daß die Badlösung bei der Einleitung mindestens mit einem Abschnitt eines Substrats in Kontakt gelangt; Erwärmen des Teils der Badlösung in der Beschichtungskammer auf eine Abscheidungstemperatur, welche mindestens gleich der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung ist; Abscheiden einer Sperrschicht mindestens auf einem Abschnitt des Substrats durch eine stromlose Abscheidung; und Rückführen der Badlösung zu dem Speichertank, nachdem die Sperrschicht ausgebildet wurde.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Teil der Badlösung in einem Vorerwärmungstank auf die erste Temperatur erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Teil der Badlösung in einer beheizten Leitung auf eine erste Temperatur erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich die erste Temperatur um weniger als etwa 10°C unter der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung befindet.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei sich die erste Temperatur zwischen etwa 5°C und etwa 10°C unterhalb der minimalen Abscheidungstemperatur der Badlösung befindet.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Teil der Badlösung weniger als etwa 15% der Gesamtmenge der Badlösung beträgt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Teil der Badlösung weniger als etwa 10% der Gesamtmenge der Badlösung beträgt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Substrat ein Halbleiterwafer ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Halbleiterwafer eine Kupferschicht umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Sperrschicht weniger als 200 Å dick ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Sperrschicht zwischen etwa 50 Å und etwa 100 Å dick ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Abscheidungstemperatur zwischen etwa 60°C und etwa 90°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Abscheidungstemperatur zwischen etwa 70°C und etwa 75°C beträgt.
Verfahren zum Ausbilden einer Metallphosphid-Sperrschicht auf einem Halbleiterwafer, umfassend: Bereitstellen einer Badlösung zur stromlosen Beschichtung in einem Speichertank, wobei die Badlösung zur stromlosen Beschichtung eine Metallionenquelle, ein Reduktionsmittel und einen Komplexbildner umfaßt; Entnehmen von weniger als etwa 15% der Badlösung zur stromlosen Beschichtung aus dem Speichertank; Erwärmen der Badlösung, welche aus dem Speichertank entnommen wurde, auf eine erste Temperatur, welche niedriger als die minimale Abscheidungstemperatur der Badlösung ist; Einleiten der erwärmten Badlösung in eine Beschichtungskammer, so daß die Badlösung bei der Einleitung mindestens mit einem Abschnitt eines Halbleiterwafers in Kontakt gelangt; Erwärmen der Badlösung in der Beschichtungskammer auf eine Abscheidungstemperatur zwischen 60°C und 90°C; Abscheiden einer Sperrschicht durch eine stromlose Abscheidung mindestens auf einem Abschnitt des Substrats; und Rückführen der Badlösung aus der Beschichtungskammer in den Speichertank, wobei die Temperatur der Badlösung, welche die Beschichtungskammer verläßt, nach der Rückkehr in den Speichertank abfällt.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Badlösung zur stromlosen Beschichtung umfaßt: a) eine Metallionenquelle, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Kobaltsulfat, Natriumwolframat und Mischungen davon besteht; b) ein Reduktionsmittel, wobei dies Natriumhypophosphat umfaßt; und c) einen Komplexbildner, wobei dies Natriumcitrat umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Badlösung zur stromlosen Beschichtung umfaßt: a) eine Metallionenquelle, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Nickelchlorid, Nickelsulfat und Mischungen davon besteht; b) ein Reduktionsmittel, wobei dies Natriumhypophosphat umfaßt; und c) einen Komplexbildner, wobei dies Natriumcitrat umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Abscheidungstemperatur zwischen etwa 70°C und etwa 75°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die erste Temperatur zwischen etwa 50°C und etwa 55°C beträgt.