JP2002506488A

JP2002506488A - 電気化学堆積システム及び基体の電気めっき方法

Info

Publication number: JP2002506488A
Application number: JP55332099A
Authority: JP
Inventors: ウジールランドー
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2002-02-26
Also published as: DE69929967D1; KR100616198B1; EP0991795A1; DE69929967T2; WO1999054527A2; EP0991795B1; US6261433B1; WO1999054527A3; USRE40218E1; KR20010014062A

Abstract

(57)【要約】本発明は、半導体基体上に金属を信頼できるように、且つ一貫した電気めっきを行う、または電気化学的に堆積させる装置及び方法を提供する。詳述すれば、本発明は、サブミクロンで高アスペクト比の造作を有する金属シードした半導体基体上に、均一でボイドの無い金属の堆積物を形成させる。本発明は、基体ホールダと、基体めっき表面と電気的に接触している陰極と、電解液入口、電解液出口、及び基体めっき表面を受入れる開口を有する電解液コンテナと、電解液に電気的に接続されている陽極とを備えた電気化学的堆積セルを提供する。好ましくは、基体ホールダにバイブレータを取付けて基体を少なくとも一方向に振動させ、また補助電極を電解液出口付近に配置して基体表面全体に均一な堆積を形成させる。好ましくは、めっき期間中に周期的な反転電流を印加して基体上の高アスペクト比造作内にボイドの無い金属層を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】電気化学堆積システム及び基体の電気めっき方法関連出願との相互参照本願は、1998年４月21日付米国暫定特許出願一連番号60/082,521“基体の電気めっき”の利益を請求する。発明の背景発明の分野本発明は、一般的には基体（サブストレート）上への金属層の堆積に関する。詳しく述べれば、本発明は、基体に金属層を電気めっきする装置及び方法に関する。関連技術の背景サブミクロン多レベル金属化は、次世代の超大規模集積（ＵＬＳＩ）のためのキー技術の１つである。この技術の心臓部をなしている多レベル相互接続には、高アスペクト比開口内に形成される接点、バイア（vias）、ライン、及び他の造作（features）を含む相互接続造作の平面化を必要とする。これらの相互接続造作を信頼できるように形成させることは、ＵＬＳＩを成功させるために、及び個々の基体及びダイス上の回路密度及び品質を増加させるための不断の努力にとって極めて重要である。回路密度が増加するにつれてバイア、接点及び他の造作の幅、並びにそれらの間の誘電体材料がサブミクロンサイズまで減少するのに対して、誘電体層の厚みは実質的に一定のままであり、その結果これらの造作のアスペクト比、即ちそれらの高さ／幅が増加する。従来の多くの堆積プロセスでは、２：１以上、特定的には４：１以上のアスペクト比のサブミクロン構造を充填することは困難である。従って、現在では高アスペクト比を有し、ボイド（空隙）が無いサブミクロン造作を形成することに大きい努力が払われている。半導体処理においてライン及びプラグを形成させるために伝統的に使用される金属は、元素アルミニウム（Ａｌ）及びその合金であった。それは、アルミニウムは、電気抵抗が低く、二酸化シリコン（SiO₂）への付着が優れ、パターン化が容易であり、そして高度に純粋な形状を得る能力を有しているからである。しかしながら、アルミニウムは銅及び銀のような他の一層導電性の金属よりも電気抵抗が高く、またアルミニウムは電気移動現象を受け易い。電気移動は、高い電流密度が金属導体を通過することに応答する金属導体内の原子の運動であると考えられ、またそれは製造中に発生する障害とは全く異なり、金属回路の動作中に該回路内に発生する現象である。電気移動は、導体内にボイドを形成する恐れがある。ボイドは、導体の中間断面がその導体を通過する電流の量を支持するのに十分でなくなるサイズまで累積及び／または成長し、また開回路をももたらし得る。また、ボイドが形成されると、熱を導体に沿って伝達させるのに使用可能な導体の面積が減少し、導体破断の危険性を増加させる。この問題は、ある場合には、アルミニウムに銅をドープし、材料の密着組織または結晶構造制御によって解消している。しかしながら、アルミニウム内の電気移動は回路密度が増加するにつれてますます問題になっている。銅及びその合金はアルミニウムよりも抵抗が低く、またアルミニウムに比して電気移動に対する耐性が高い。これらの特性は、高レベルの集積及び高いデバイス速度において当面する大電流密度を支持するために重要である。また銅は良好な熱伝導性を有しており、高度に純粋な状態で入手可能である。従って、半導体基体上のサブミクロン・高アスペクト比相互接続造作を充填するための金属として銅が選択されつつある。半導体デバイス製造に銅を使用することが望ましいのではあるが、銅を高アスペクト比の造作内に堆積させる製造方法は制約される。銅をＣＶＤ堆積させるための前駆物質の開発が不十分であり、複雑且つ高費用の化学を含んでいる。これらの造作を物理的に蒸着させても、造作内に形成される「ステップカバレッジ」及びボイドの制約のために結果は不満足なものになる。これらのプロセス制約の結果、従来は回路基体上のパターンの製造に制約をもたらすとされていた電気めっきが、今度は半導体デバイス上のバイア及び接点を充填するための方法として脚光を浴びることになった。図１Ａ−１Ｅは、ステップ付き（二重波形）バイア及びワイヤー限定（definitions）を有する誘電体層内のステップ付き相互接続を形成するための金属化技術を示している。バイアは、その下の層を露出させる床を有している。ステップ付き構造を図示してあるが、他の相互接続造作を金属化するためにも適用することができる。この方法は一般的に、造作表面上にバリア層を物理蒸着によって堆積させ、好ましくは銅である導電性金属シード層をバリア層上に物理蒸着させ、次いでシード層上に導電性金属を電気めっきして構造／造作を充填させることからなる。最後に、堆積させた層及び誘電体層を化学機械的研磨（ＣＭＰ）等によって平面化し、導電性相互接続造作を限定する。図１Ａ乃至１Ｅに断面図で示す成層構造１０は、下に横たわる層１４上に形成された誘電体層１６を含み、下の層１４は導電性の造作１５を含んでいる。下の層１４はドープされたシリコン基体の形状であることも、または基体上に形成された第１のまたは次の導電層であることもできる。誘電体層１６は、総合集積回路の一部を形成している誘電体ＣＶＤのような公知の手順に従って下の層１４上に形成される。堆積させた後に誘電体層１６はパターン化され、エッチングされてステッブ付きバイア及びワイヤー限定が形成される。バイアは導電性の造作１５の小さい部分を露出させる床３０を有している。誘電体層１６のエッチングは、プラズマエッチングを含む一般に知られているいろいろな誘電体エッチングプロセスを用いて達成することができる。図１Ａに示す断面図は、ステップ付きバイア及びワイヤー限定が誘電体層１６内に形成されていることを示している。バイア及びワイヤー限定は、下の導電性の造作１５との電気的接触を与える導電性相互接続の堆積を容易にする。限定は、バイア壁３４及び導電性の造作１５の少なくとも一部を露出させる床３０を有するバイア３２と、溝壁３８を有する溝１７とを与えている。図１Ｂにおいて、反応性物理蒸着を使用して、即ち窒素／アルゴンプラズマ内でタンタルターゲットをスパッタさせることによって、バイア及びワイヤー限定上にタンタルまたは窒化タンタル（TaN）のバリア層２０を堆積させるが、バイア３２内には開口１８を残すようにする。好ましくは、開口のアスペクト比が高く（例えば、４：１またはそれ以上）、またバイアの幅がサブミクロンである場合には、スパッタされるTa／TaNの堆積をイオン化させて基体の負バイアスによって基体に直角に引かせるように、Ta／TaNは高密度プラズマ環境内で堆積させる。バリア層はタンタルまたは窒化タンタルで形成させることが好ましいが、チタン、窒化チタン、及びそれらの組合わせのような他のバリア層も使用することができる。使用されるプロセスは、組織及び薄膜特性の改善のために、ＰＶＤ、ＣＶＤまたは組合わせＣＶＤ／ＰＶＤであることができる。バリア層は、半導体基体及び誘電体層内への銅の拡散を制限し、それによって相互接続の信頼性を劇的に向上させる。バリア層の厚みは約25Å乃至約400Åであることが好ましいが、最も好ましいのは約100Åである。図１Ｃにおいては、ＰＶＤ銅シード層２１がバリア層２０の上に堆積されている。他の金属、特定的には貴金属もシード層として使用することができる。ＰＶＤ銅シード層２１は、爾後に堆積される金属層、並びにその上に銅を均一に成長させるようになっている共形（conformal）層を良好に付着させる。図１Ｄにおいては、銅層２２がＰＶＤ銅シード層２１上に電気めっきされ、バイア３２を銅プラグ１９で完全に充填している。図１Ｅでは、構造１０のトップ部分、即ち露出している銅が、好ましくは化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平面化されている。平面化プロセス中に、銅層２２、銅シード層２１、バリア層２０、及び誘電体層１６の部分が構造のトップ表面から除去され、導電性相互接続３９を有する完全に平坦な表面が残される。金属の電気めっきは一般に公知であり、いろいろな技術によって達成することができる。ウェーハをベースとする基体上に金属を電気めっきするためのセルの普通の設計は、ファウンテン形態を含む。基体は、めっき表面が円筒形の電解液容器上の固定された距離にあり、且つ電解液が基体のめっき表面上に直角に衝突するように位置決めされる。基体はめっきシステムの陰極であり、めっき溶液内のイオンは基体の露出した導電性表面、及び基体のマイクロサイト上に堆積する。しかしながら、多くの障害が、サブミクロンスケール、高アスペクト比特色を有する基体上への銅の一貫した、信頼できる電気めっきを妨害する。一般的に言えば、これらの障害は、均一な厚みを有する金属層を形成させるために必要な基体のめっき表面全体に均一な電流密度分布を生じさせることを困難にすることを含む。主な問題点は、どのようにして電流を基体へ到達させるか、及びどのようにして電流を基体上に均一に分布させるかである。電力をめっき表面に供給する現在の一方法は、基体シード層に接触させた接点（例えば、ピン、“指”、またはばね）を使用している。接点は、実際にできる限り基体の縁の近くにおいてシード層に接触させ、接点が存在することによってウェーハ上の領域が無駄にならないようにしている。この「除外」領域は、基体上にデバイスを最終的に形成させるためには使用することはできない。しかしながら、シード層への接点の接触抵抗は接点毎に変化し得るので、基体全体として電流密度は均一に分布しなくなる。また、シード層界面への接点における接触抵抗は基体毎に変化し得るので、同一の機器を使用しても基体が異なればめっき分布が一貫しなくなる。更に、基体上に堆積された薄いシード層の抵抗のために、めっき速度は接点に近い領域では高く、接点から離れた領域においては低くなる。めっきされた領域の縁に形成される高度に局所化された電場のために、電場のフリンジング効果も発生して基体の縁付近における堆積速度が高くなる。典型的には基体堆積表面上のシード層及び電気めっき層が薄いので、通常は基体の抵抗効果は電気めっきプロセスの初期の段階において著しく、堆積の均一性を低下させる。金属めっきは電流供給接点付近に濃縮する傾向がある。即ち、めっき速度は接点の近傍で最大になる。これは、シード層上の導電性材料が基体のめっき表面全体に均一な電流密度を与えるには不十分であるために、電流供給接点からの距離が大きくなるにつれて基体を横切る電流密度が減少するからである。めっきによって堆積薄膜層が厚くなってくると、基体のめっき表面全体にわたって基体全体に均一な電流密度を与えるのに十分な厚みの堆積材料が使用可能になるので、基体の抵抗効果が減少する。電気めっき中は、この基体の抵抗効果を減少させることが望ましい。従来のファウンテンめっき装置設計においては、基体めっき表面全体の電解液の流れも均一ではない。そのためめっきイオンの補充が均一ではなくなり、めっき表面の不均一電流分布効果に組合わされることになり、また基体全体に添加物のめっきが適用可能である場合には、不均一なめっきがもたらされる。基体全体の不均一な電解液の流れは、めっきプロセス中に基体を高速で回転させることによって改善することができる。このような回転は、界面を横切って、及び界面を回転させながら電流を供給する必要があることから、めっきセル設計に複雑さが導入される。しかしながら、そのようにしても、基体の縁付近の電場のフリンジング効果、シード層抵抗、及び潜在的に可変の接触抵抗のために、基体の境界または縁におけるめっきの均一性は劣る。１めっきサイクルにわたって、及び／またはめっき中の複数のウェーハの１つを実行している期間にわたって、システムへの電気めっき溶液が一貫した特性を有するように維持する問題も存在する。従来のファウンテンめっき装置設計は、一般に、電解液内に堆積させる金属を絶えず補充する必要がある。金属電解液補充計画は制御することが困難であり、電解液内にコイオン（co-ions）を累積させるので、電解液内のイオン濃度の変化を制御することが困難になる。従って、電解液内のイオン濃度が一貫しないために、電気めっきプロセスは一貫しない結果を生ずるようになる。更に、非消耗陽極を組込んだめっきセルの動作は電気めっき動作中に陽極上に酸素を放出するために、気泡関連問題をもたらし得る。気泡関連問題は、気泡が基体のめっき表面に到達し、十分な電解液をめっき表面と接触させないようにすることによってもたらされるめっき欠陥を含む。システムから気泡の形成を排除乃至は減少させ、また形成された気泡をシステムから除去することが望ましい。従って、基体上に均一な、高品質の金属層を堆積させてサブミクロン造作を形成させるための、信頼できる一貫した金属電気めっき装置及び方法に対する要望が継続している。また、特色内にボイドを生じさせることなく造作を充填するために、ミクロンサイズで、高アスペクト比の造作を有する金属層を基体上に形成させる要望も存在している。発明の概要本発明は、基体上への信頼できる一貫した金属電気めっき、または電気化学的堆積を達成する装置及び方法を提供する。より詳しく述べれば、本発明は、基体上に形成されたサブミクロン造作を有する基体上に、均一でボイドの無い金属の堆積と、その上に形成された金属シード層とを提供する。本発明は、基体ホールダと、基体めっき表面と電気的に接触している陰極と、電解液入口、電解液出口、及び基体を受入れるようになっている開口を有する電解液コンテナ、及び電解液に電気的に接続されている陽極からなる電気化学堆積セルを提供する。堆積セル及びその成分の形態及び寸法は、基体全体に均一な電流分布を与えるように設計されている。セルには、流れを通過させる陽極、及びダイヤフラムユニットが設けられており、これらは配置が容易な組合わせに構成され無粒子電解液を比較的均一な流れにする。更に、基体を１つまたはそれ以上の方向に、即ちｘ、ｙ及び／またはｚ方向に振動させるための攪拌デバイスを基体ホールダに取付けることができる。更にまた、基体の表面全体に均一な堆積が得られるように、及び基体の縁と接点とにおける電場を必要に応じて形成するための補助電極を、電解液出口付近に配置することができる。更にまた、周期的に反転する電流及びパルス化電流を含む時間的に変化する電流波形をめっき期間中に印加して、基体上のサブミクロン造作内にボイドの無い金属層を得ることができる。図面の簡単な説明本発明の上述した特色、長所、及び目的は、以下の添付図面を参照しての詳細な説明からより一層明白になるであろう。しかしながら、添付図面は単に本発明の典型的な実施の形態に過ぎず、本発明は他の同じように有効な実施の形態にも適用可能であるので、添付図面及び以下の説明が本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。図１Ａ−１Ｅは、誘電体層内のステップ付き相互接続の断面図であって、このような相互接続を形成するための金属化技術を示している。図２は、金属を半導体基体上に電気めっきするためのセルの概要部分垂直断面図である。図２ａは、基体ホールダ上の基体と接触している連続リング陰極部材の部分断面図である。図３は、基体の周辺に配置されている接触ピンの放射状アレイからなる陰極接触部材と、補助電極の１つの配列例を示すセルボディの斜視図である。図４は、各接触ピン及び抵抗を通る電気めっきシステムを表す電気回路の回路図である。図５は、陽極区画内の多孔質ダイヤフラムの間に閉じ込められている可溶性銅ビードを含む堰めっき装置の概要部分垂直断面図である。図６Ａ及び６Ｂは、複数の基体を処理するユニットの実施の形態の概要図及び回路図である。図７は、複数の基体をバッチ処理するユニットの別の実施の形態の概要水平断面図である。好ましい実施の形態の詳細な説明本発明は、一般的には、高品質金属層を基体上に堆積させるための新しい電気化学セルの幾つかの実施の形態、及び該セルの動作方法を提供する。本発明はまた、金属（特定的には、銅）を極めて小さい造作、即ちミクロンサイズの、及びより小さい造作内に堆積させるのに有利に使用できる新しい電解溶液をも提供する。以下に本発明を先ずハードウェアに関して説明し、次いでハードウェアの動作を説明し、そして電解溶液の化学について説明する。電気化学セルハードウェア図２は、基体上に金属を電気めっきするためのセル４０の概要断面図である。一般的に、電気めっきセル４０はコンテナボディ４２を備え、コンテナボディ４２はその上に基体ホールダ４４を受けて支持する開口をトップ部分に有している。コンテナボディ４２は、プラスチック、プレクシグラス（アクリリック）、レクサン、ＰＶＣ、ＣＰＶＣ、及びＰＶＤＦのような電気絶縁材料からなる環状セルであることが好ましい。代替として、コンテナボディは、例えば、テフロン（登録商標）、ＰＶＤＦ、プラスチックまたはゴム、またはセルの電極（即ち、陽極及び陰極）を電気的に絶縁することができ、電解液内に溶解しない他の材料の組合わせのような絶縁層で被覆されているステンレス鋼、ニッケル、またはチタンのような金属で作ることができる。基体ホールダ４４はコンテナボディのトップカバーとして役立ち、その下面に位置決めされている基体保持表面４６を有している。コンテナボディ４２は、形状が典型的には方形、矩形、または円形である処理中の基体４８の形状と、その上のめっき領域のサイズとに順応するようになっており、またそのようなサイズであることが好ましい。電気めっき溶液入口５０がコンテナボディ４２の底部分に配置されている。電気めっき溶液は、入口５０に接続されている適当なポンプ５１によってコンテナボディ４２内へポンプされ、コンテナボディ４２の内側を上方へ基体４８へ向かって流れて露出した基体表面５４と接触する。基体４８は、好ましくは真空チャック（図示してない）を形成するように真空を維持することが可能な表面４６内の複数の通路によって、基体ホールダ４４の基体保持表面４６上に確保される。陰極接触部材５２が基体ホールダ４４の下面に配置され、基休をコンテナ上に支持する。陰極接触部材５２は、電源４９と基体４８との間の電気的接続を与える１つまたはそれ以上の接点を含んでいる。陰極接触部材５２は、基体めっき表面５４と電気的に接触している連続導電性リングまたはワイヤー、または複数の導電性接触指またはワイヤー５６（図３に示す）からなることができる。図３は、基体の周縁に配置されている接触ピン５６の放射状アレイからなる陰極接触部材を有する基体ホールダ４４の分解斜視図である。接触ピン５６（８本が図示されている）は基体４８の縁上を放射状に内向きに伸び、接触ピン５６の先端が基体４８上の導電性層と接触し、それによって基体めっき表面への良好な電気接触を与える。また電解液の流れに対して接触ピンの放射状アレイがバリアになることは無視することができ、基体のめっき表面付近の電解液の流れに対する妨害は最小である。代替として、陰極接触部材は、連続的なリングまたは半連続的なリング（即ち、セグメント化されたリング）として基体の縁に接触させることができる。陰極接触部材５２は、基体めっき表面５４へ電流を供給して電気めっきプロセスを可能ならしめ、従って金属または半金属導体からなることが好ましい。接触部材５２は、電解液に曝される接触部材の表面がめっきされないようにするための非めっき、即ち絶縁性被覆を含むこともできる。陰極接触部材上のめっきが接触部材付近の電流及び電位分布を変化させることができ、ウェーハ上に欠陥をもたらしかねない。非めっき、即ち絶縁性被覆材料は、テフロン（登録商標）、ＰＶＤＦ、ＰＶＣ、ゴム、または適切なエラストマーのようなポリマー被覆からなることができる。代替として、接触部材はタンタル（Ta）、窒化タンタル（TaN ）、窒化チタン（TIN）、チタン（Ti）、またはアルミニウムのような、銅によって被覆されることに抵抗する金属で作ることができる。被覆材料は接点上へのめっきを防ぎ、接点を通して基体の表面へ予測できる導電特性を保証する。もし接触部材が、セルの化学的環境には安定であるが、めっきプロセスを通して銅で被覆することができる白金、金、及び／またはそれらの合金のような金属で作られていれば、接触部材は絶縁性シート、エラストマーガスケットまたは被覆によって保護することが好ましい。接点は、基体表面に対して低い接触抵抗を呈するか、または、特に接触領域において、基体表面に対して低い接触抵抗を呈する材料で被覆することが好ましい。それらの例は、銅または白金を含む。陰極接触部材５２の接触領域上のめっきは、導体の物理的及び化学的特性を変化させ、また結果的に接触性能を劣化させ得るので、めっきに変化または欠陥をもたらすようになる。従って、接触領域は、接点が基体と物理的に接触する領域の外側の接触部材上に配置されたその領域を取り囲む絶縁リング、スリーブ、ガスケット、または被膜によって電解液から絶縁することが好ましい。これらの被膜の例は、ＰＶＤＦ、ＰＶＣ、テフロン（登録商標）、ゴム、または他の適切なエラストマーを含む。もし接触部材がめっきされ始めれば、陽極電流が短時間の間に周期的に接点を通過して接点部材を消耗させ得る。この若返りプロセスのための陰極は、正規の陽極（逆バイアスされた）であることも、または後述する補助電極であることもできる。典型的には、陰極接触部材の全ての接触ピンが１つの電源に接続されているので、接触ピンを通る並列回路が形成される。ピン位置の間でピンと基体との界面抵抗が変化すると、最低抵抗のサイトにより多くの電流が流れ、従ってそこにより多くのめっきが発生する。しかしながら、各接触ピンと直列に外部抵抗を配置することによって、各接触ピンと基体接点＋基体回路への電源の制御抵抗枝路の総合抵抗は制御抵抗の抵抗と実質的に等しくなるから、各接触ピンを通って流れる電流の値または量は、主として外部抵抗の値によって制御されるようになる。その結果、各接触ピン間の電気的特性の変化は基体上の電流分布に影響しなくなり、めっき表面全体に均一な電流密度が得られ、それがめっきの厚みを均一にすることに貢献する。陰極接触部材５２の放射状アレイ構成の各接触ピン５６間の電流分布を均一にするために、単一の基体のめっきサイクル中に、及び複数の基体をめっきしている場合には基体間に各接触ピン５６と直列に外部抵抗５８を接続する。図４は、陰極接触部材５２の各接触ピンと、各接触ピン５６と直列接続された外部抵抗５８とを通る電気めっきシステムを表す電気回路の回路図である。好ましくは、外部抵抗（Ｒ_EXT）５８の抵抗値は、回路の他の何れの抵抗性成分の抵抗よりも大きくする。図４に示すように、各接触ピン５６を通る電気回路は、電源と直列に接続された各成分の抵抗によって表されている。Ｒ_Eは電解液の抵抗を表し、これは典型的には陽極と陰極との間の距離及び電解溶液の組成に依存する。Ｒ_Aは、二重層及び境界層内の基体めっき表面付近の電解液の抵抗である。Ｒ_Sは基体めっき表面の抵抗を表し、Ｒ_Cは陰極接触５６の抵抗を表している。好ましくは、外部抵抗（Ｒ_EXT）はＲ_E、Ｒ_A、Ｒ_S、及びＲ_Cの合計よりも大きくし、例えば＞１Ω、そして好ましくは＞５Ωである。外部抵抗５８は、プロセスシーケンスが異なる基体の間にも均一な電流分布を与える。このようにしても、各基体がめっきされるにつれて、複数の基体めっきサイクルの間に接触ピンと基体との界面抵抗が変化し、最終的には受入れ難い値に到達し得る。この問題に対処するために、外部抵抗にまたがる電圧／電流を監視する電子センサ／アラーム６０を外部抵抗にまたがって接続することができる。もし外部抵抗５８にまたがる電圧／電流がプリセットされた動作範囲外に降下してピンと基体との抵抗が高いことを指示すれば、操作員が問題を解消するまで、センサ／アラーム６０はめっきブロセスを運転停止させるというような補正処置をトリガする。代替として、基体全体の電流分布を均一にするために、各接触ピンに分離した電源を接続し、別々に制御し、監視することができる。接触ピン配列の代替は、基体の周縁と接触する連続リングからなる陰極接触部材５２である。図２Ａは、基体ホールダ４４内に配置された基体４８と接触している連続リング陰極部材５２の部分断面図である。連続リング陰極部材５２は、基体めっき表面５４と陰極との接触を最大にし、また個々の接触ピンの問題を排除することによって電流分布の不均一性を最小にする。再度、図２を参照する。めっき溶液、または電解溶液が基体の裏側へ移動しないように、ウェーハの裏側をシールしなければならない。基体が基体ホールダ内の真空チャックによって保持され、また基体を陰極接触部材５２に対してロードしなければならないような一実施の形態においては、基体４８の裏側を電気めっき溶液に対してシールし、陰極接触部材５２に対する基体４８のローディングを強化するために、エラストマー（例えば、シリコンゴム）リング６２を部分的に基体ホールダ４４内に配置する。図２に示すエラストマーリング６２はウェッジ形リングであるが、他の形状も有効に使用することができる。基体によって圧縮された時に、エラストマーリングの弾性が基体を陰極接触部材５２に押し付けて良好な電気接触を与え、基体４８の裏側のための良好なシールを与える。オプションとして、基体ホールダ４４は、エラストマーリング６２によって得られるシールを強化し、陰極接触部材５２と基体めっき表面５４との間の電気接触を改善するために、エラストマーリング６２付近に配置されたガス膨張嚢６４を含むことができる。ガス膨張嚢６４はエラストマーリング６２付近の環状空洞内に配置され、ガスによって膨張させてエラストマーリング６２に圧力を加え、基体を押してエラストマーリング６２に圧力を加えさせ、基体を押して接触部材５２に接触させる。エラストマーリング６２と基体４８の裏側との間の接触圧を解放させるには、逃し弁によってガス膨張嚢６４からガスを抜き、エラストマーリング６２を基体ホールダ４４内へ収縮させる。基体ホールダ４４は、基体の基体めっき表面５４がコンテナボディ４２の開口と対面するようにコンテナボディ４２上に位置決めされている。基体ホールダ４４は、コンテナボディ４２のトップ部分に接続されている外側リング６６上に配置されている。絶縁用Ｏリング６８が基体ホールダ４４と、外側リング６６の肩との間に配置されている。好ましくは、基体ホールダ４４は傾斜した下側部分７０を含み、この下側部分７０はコンテナボディ４２の傾斜した上側縁に対応し、両者が一緒になって基体ホールダ４４とコンテナボディ４２との間に電解液を流すための約１ｍｍ乃至約30ｍｍの少なくとも部分的な周縁出口７４を形成する。出口７４は、コンテナボディ及びカバーの周縁の周囲に伸びていることが好ましいが、代替として図３に示すようにセグメント化し、セグメント化されている補助電極８４付近の空間に対応する電解液流出口を設けることができる。異なるめっきプロセス要求を受入れるために、出口の幅は、基体ホールダ４４をコンテナボディの上側表面に対して昇降させることによって調整することができる。好ましくは、出口の幅は約２ｍｍ乃至約６ｍｍである。出口７４は、電解液の外向きの流れを強化し、澱み循環コーナー（気泡を捕える可能性がある）を最小にするために、狭い傾斜した流出口を有していることが好ましい。図２に示すように、出口７４は約45°の下向き勾配の電解液流出口になっている。電解液流出口７４は、外側リング６６の肩の内面とコンテナボディ４２の外面との間の空間を通って続いている。次いで電解液は、ポンプ（図示してない）に接続されている１つまたはそれ以上の出口７８から流出し、入口５０を通って電解液セル４０を再循環する。コンテナボディ４２の上面に配置されているリング、またはスリーブ挿入物８０は、基体のめっき領域を精密に限定するために使用することができる。挿入物８０は、電気めっきセルを200ｍｍ及び300ｍｍサイズを含むいろいろな基体サイズ、及び円形、矩形、方形等を含む形状に適合させるために、モジュールとして交換可能である。コンテナボディ４２のサイズ及び形状は、基体のサイズ及び形状に近似させるために、基体の各サイズ及び形状毎に相応して変化させることが好ましい。また挿入物８０は、めっき表面周縁への電流の流れを制限し、それによってセルサイズがめっき表面よりも大きい場合に遭遇するフリンジング効果を減少させることによって、基体４８の縁を不均一なめっきから絶縁し、保護する。基体上にめっきが発生するにつれて、溶液内のイオンが溶液から基体上へめっき（堆積）される。付加的なめっき材料を供給するために、めっき表面付近の拡散境界層を通してイオンを拡散させなければならない。従来の技術においては、典型的に、補充は基体を通過する溶液の流れ、及び基体の回転による流体力学手段を通して行われていた。しかしながら、流体力学補充計画は、めっき表面に密着している電解液の速度が０であって澱んでいる境界層においてはスリップ状態が存在しないために補充が不十分である。これらの制約を解消し、補充を増加させるために振動撹拌部材８２が設けられており、基体の表面における物質移動速度（境界層の厚み）を制御する。振動撹拌部材８２は、基体４８を振動させるために基体ホールダ４４に取付けることが好ましい。普通、振動攪拌部材８２は、基体ホールダ４４を１つまたはそれ以上の軸上で約10Ｈｚ乃至約20,000Ｈｚの周波数で前後に運動させる電動機または振動変換器からなる。振動の振幅は、約0. 5ミクロン乃至約100,000ミクロンであることが好ましい。振動攪拌部材８２は、基体をｘ−ｙ方向に振動させるように基体めっき表面５４に平行な第２の方向に、またはｘ−ｚ方向に振動させるように基体めっき表面５４に直角の方向に付加的な振動を与えることもできる。代替として、振動攪拌部材８２は基体をｘ−ｙ −ｚ方向のような複数の方向に振動させることができる。振動の周波数は、堆積プロセスが必要とする物質移動速度に合わせるために、めっきサイクルに同期させることができる（詳細は後述する）。従来の電気めっきシステムに、この特色を組み入れることはできない。それは、従来の電気めっきシステムにおいては流体の慣性のために、ポンプされて誘導された電解液の流れを高周波数で中断させたり、反転させたりすることができないからである。振動は、めっきサイクルの完了後に、基体表面から残留めっき溶液及びすすぎ溶液の除去を促進する。振動攪拌に加えて、基体ホールダ４４を完全に、または部分的に回転させ、めっき厚の均一化を更に高めることもできる。回転アクチュエータ（図示してない）を基体ホールダ４４に取付け、基体ホールダを基体ホールダの中心を通る中心軸上でスピンさせる、または振動手法で部分的に回転させることができる。めっき表面を電解液に対して回転運動させると、めっき表面全体を新鮮な電解液により多く曝すようになり、堆積の均一性が改善される。基体４８を振動させることの別の利点は、振動がバイア及び溝を新鮮な電気めっき溶液に曝させることである。基体付近の溶液内の堆積金属が枯渇し始めても、基体の往復動がバイア及び溝に接する領域に新鮮な電気めっき溶液（好ましくは、高濃度の銅または他の堆積金属を有する）を補充する。これは、基体めっき表面上の溝またはバイアの口を、溝またはバイアに対面していなかった溶液（従って、反応物の枯渇が少ない）の領域に変換することによって達成される。代替では、基体ホールダ４４及び基体４８を振動させる代わりに、電解液を振動させる。振動変換器（図示してない）をコンテナボディ内に配置して電解液を直接攪拌することも、または振動変換器をコンテナボディの外側に配置してコンテナボディを振動させることによって電解液を間接的に攪拌することもできる。また振動攪拌部材８２は、気泡をめっき表面５４から移動させ、セル４０から排除するように励振することによって、気泡関連欠陥を排除するのを援助する。システムを通って流れる電解液によって運ばれる、または陽極または陰極における電気化学反応によって生成した気泡は、基体設備によりセル内に捕捉され得る。気泡は、めっきプロセスにおける欠陥を防ぐためにセルから排出することが好ましい。複数のガス転向羽根を陽極の上に配置し、放出されたガスを電解液コンテナの側壁に向かって転向させることができる。一般に気泡はそれらの比重が小さいのでより高い方へ移動し、気泡は基体に対してほぼ上方へ、そして外向きに流れる電解液と共に流れる。電解液または基体保持部材に加えられる振動は気泡を基体表面から分離させ、セルから出て行く気泡の運動を強める。好ましくは、複数のガス解放ポート８１（図５に示すような）を基体保持表面４６の周縁付近に設け、基体ホールダ４４を通して気泡をセルから排気させる。ガス解放ポート８１を上向きの角度を持たせて位置決めし、ガス解放スロットを通して電解液は流出しないが、気泡はセル４０から解放できるようにする。電解液がガス解放ポート８１から噴出するのを防ぐために、複数のオプショナルな措置を施すことができる。第１に、ガス解放ポートは電解液の静的液頭よりも高く位置決めすることができる。第２に、ガス解放ポートは、例えばテフロン（登録商標）チューブ挿入物によって疎水性になるように処理することができる。第３に、液体流出を防ぐのに十分な逆ガス圧を、ガス解放ポートの出口を通して外部から加えることができる。最後に、気泡を捕えるのに十分な容積の小さい槽を用いてガス解放ポートに蓋をすることができる。陽極電極及び陰極電極の他に補助電極を電解液に接触させて配置し、基体めっき表面の電場の形状を変化させることができる。補助電極８４は、基体上に所望の電気めっき結果を達成するために、堆積の厚み、電流密度、及び電気めっきセル内の電位分布を制御するようにコンテナボディの外側に配置することが好ましい。図２に示すように、補助電極８４は、外側リング６６の内面に接して外側リング６６内に配置されている。代替として、図２Ａに示すように補助電極８４は、コンテナボディのトップ部分に配置することができる。補助電極８４は、それが陰極として分極される場合には銅堆積が補助電極に累積するので、または補助電極が陽極として分極される場合には堆積した銅が溶解して粒子を解放するので、コンテナボディの外側に取付けることが好ましい。補助電極８４がコンテナボディ４２内に配置されている場合には、非付着性の堆積物が剥がれ落ちるか、または溶解した粒子状物質が溶液内に入り、基体めっき表面５４と接触して基体上に損傷または欠陥を生じさせる。補助電極８４をコンテナボディ４２の外側に配置することによって、非付着性の堆積物は流出する電解液と共に再循環ポンプまで流れる。流出した電解液は濾過され、非付着性堆積物はシステムから除去される。更に、電解液の流量はコンテナボディ４２の外側において比較的高いので（基体めっき表面５４付近の流量に比して）、非付着性堆積物は補助電極８４上に発生しにくい。補助電極をコンテナボディの外側に配置することの別の利点は、別のモジュラー補助電極ユニットを電気めっきセル上で交換することによって、定期的な保守を容易に遂行できることである。しかしながら、補助電極をコンテナボディの内側に配置すると、より高度な制御が可能になり、堆積をより高度に均一化することができる。補助電極８４は、リング、一連の同心リング、一連のセグメント化リング、または陰極接触ピン５６の対応するアレイに合わせて離間させた電極のアレイからなることができる。補助電極８４は、基体めっき表面５４と同一の面上に位置決めすることも、または基体４８上の電流及び電位分布に合わせて変化する面上に位置決めすることもできる。代替として、複数の同心リング補助電極を構成し、異なる電位で付勢することも、または所望のプロセスよるシーケンスで電位を与えることもできる。図３は、離散接点の効果（接点領域の付近に堆積物の厚みが局所化する傾向）を解消するために、陰極接触ピン５６のアレイに合わせたセグメント化電極のアレイからなる補助電極８４の構成を示している。補助電極８４は、離散接点の局所化効果を等化することによって、電場を成形する。補助電極８４は、堆積時間及び厚みに従って電流／電位を変化させることによって、初期には抵抗性である基体が、堆積厚み分布に及ぼす不都合な効果を排除するためにも使用することができる。電流／電位補助電極８４は、電気めっきの初期段階中の高電流レベルから、電気めっきプロセスの続行に伴って徐々に減少させる電流／電位まで動的に調整することができる。補助電極は電気めっきプロセスが終了する前に遮断させることができ、またさまざまなプロセス要求に合わせてプログラムすることができる。補助電極の使用は、初期抵抗性基体効果を軽減させるための物理的な、調整不能なセルハードウェアの必要性を排除する。また、所望の堆積物特性に更に合わせるために、補助電極は逆めっきサイクルと同期させることができる。代替補助電極は、複数の接触点を有するセグメント化された抵抗性材料からなり、接触点からの距離の変化に応じて補助電極の電圧を変化させる。この構成は、離散陰極接触部材構成に対応する電位変化を与える。補助電極の別の変形は、離散陰極接触ピンの構成に対応するように電極の幅を変化させるものであり、陰極接触部材の基体接触点には実効的に高い電圧（及び電流）が供給され、基体／陰極接触点間の領域には実効的に低い電圧（及び電流）が供給される。補助電極と基体の縁との間の距離が増加すると可変幅補助電極によって供給される実効電圧が低下するので、可変幅補助電極は陰極接触部材が位置している補助電極と基体の縁との間の距離をより近づけている。好ましくは、消耗陽極９０をコンテナボディ４２内に配置して電解液内の金属源にする。図２に示すように、完全に自己封じされたモジュール状の、可溶性銅電極９０をコンテナボディ４２の中央部分の周囲に配置する。モジュール状の陽極は、多孔質外囲９４内に容れられた高純度銅のような金属粒子９２または金属ワイヤー、または有孔または中実金属シートからなる。一実施の形態では、外囲９４は、セラミックまたはポリマー膜のような多孔質材料からなり、その中に金属粒子９２が容れられている。陽極電極接点９６が外囲９４内に挿入され、金属粒子９２と電気接触している。陽極電極接点９６は、チタン、白金、白金被覆したステンレス鋼のような不溶性導電材料で作ることができ、陽極に電力を供給するために電源４９に接続される。外囲９４の多孔質シートはフィルタとして働き、このフィルタが溶解金属によって生成された粒子を陽極内に閉じ込め続けるので、基体めっき表面５４には無粒子電解液が供給されるようになる。また可溶性の銅陽極９０は、ガスを放出する不溶性陽極を使用するプロセスとは異なり、ガスを生成しない電解液を溶液内に供給し、銅電解液を定常的に補充する必要性を最小に抑える。金属粒子９２は、電極９６内に容れられた、または閉じ込められたペレット、またはワイヤー、または有孔板の形状であることができる。これらの形状は大きい表面積を呈し、また電解液の流れに対して通路を与える。金属粒子の大きい表面積は、陽極分極及び酸素共進化を含む酸化的副反応を最小にし、周期的な逆めっきサイクル（詳細は後述）の基体陽極溶解段階中の銅めっきのための電流密度を中庸にする。もし陽極上の過大な添加物分解のために電解液に曝す表面積を小さくすることを望むのであれば、多孔板シートの下向きの側（流れに向かっている側）またはワイヤーを絶縁材料で被覆することが望ましいかも知れない。好ましくは、運転中断を最短にするために、及び容易に保守できるようにするために、陽極９０は容易に交換できるモジュール状のユニットである。好ましくは、電解液の流れが基体表面に到達した時に、陽極の溶解、粒子の流動化、及びアセンブリの公差によってもたらされる陽極銅内のレベル変動の効果を無視できるようにするために、陽極９０は基体めっき表面５４から１インチより大きい距離に、より好ましくは４インチより大きい距離に位置決めされる（200ｍｍの基体の場合）。図５は、本発明の電気化学堆積セルの代替実施の形態の概要垂直断面図である。図示の実施の形態は、上述した電気めっきセル４０と類似する成分からなる堰めっき装置１００である。しかしながら、コンテナボディは上側環状堰４３を含んでいる。上側環状堰４３の上面はめっき表面と実質的に同一のレベルにあるので、たとえ電解液が堰４３を越えて電解液流出間隙７４から僅かに流出しても、めっき表面は電解液と完全に接触し続ける。代替として、堰４３の上面をめっき表面よりも僅かに低く位置決めし、基体めっき表面は電解液が堰４３から溢出した時に電解液の直上にあるように位置ぎめすることによって、電解液がメニスカス特性（即ち、毛管力）を通して基体めっき表面に付着する。また、電解液との接触を効果的にするために、補助電極を電解液流出口により近く再位置決めする必要があるかも知れない。厚みが可変で、円錐形のプロファイルを有する多孔質バリアからなる流れ調整器１１０をコンテナボディ内の陽極と基体との間に配置し、基体めっき表面を横切る流れの均一性を高めることができる。好ましくは、流れ調整器１１０は、基体の面を横切る離散した位置における電解液の流れに選択された変動を与えるために使用されるセラミックまたはポリマーのような多孔質材料からなる。図５は、多孔質バリアと基体めっき表面との間の電解液の流れを矢印Ａで表している。流れ調整器１１０は、構造の、従ってウェーハの中心に向かって徐々に薄くなっており、この領域を通って基体の中心へ流れる電解液の流れを大きくして基体めっき表面全体の電解液の流量を等化する。流れ調整器が存在しない場合には、電解液流出口が縁領域付近に位置しているために、電解液の流れは中央部分より縁部分の方が増加するようになる。また円錐形の流れ調整器１１０は、基体表面から離れて先細になっており、基体の縁において基体表面から最も遠去っている。好ましくは、流れ調整器の円錐形の先細り及び増加する厚みは、基体めっき表面全体にわたって電解液の流量が均一になるように、所要電解液流量及び基体めっき表面のサイズに従って最適化されている。同じ効果は、有孔板を用いても達成することができる。孔のサイズ及び間隔は、所望の流れ分布が得られるように調整することができる。破損した基体片を捕捉するために、破損基体キャッチャー（図示してない）をコンテナボディ内に配置することができる。好ましくは、破損基体キャッチャーはメッシュ、有孔板、または膜からなる。上述した多孔質ウェッジまたは有孔板は、この目的のためにも役立っている。電解液を事前に電気分解し、液溜め内に累積した金属及び他の化学堆積物を除去するために、精製電極（図示してない）を液溜め（図示してない）内に配置することができる。精製電極は、連続的に付勢することも、またはシステムの必要に応じて周期的に付勢することもできる。銅で作られ、陽極に分極されている精製電極は、浴内に銅を補充するために使用することができる。従って、この外部電極は浴内の銅濃度を精密に調整するために使用することができる。精製電極（図示してない）は、陽極、陰極、及び補助電極の分極を精密に決定するために使用することができる。電気めっきプロセスが完了すると、電解液はコンテナボディから電解液溜め、即ち液溜めへ排出することができ、また基体めっき表面上に残留する電解液の薄膜を除去するためにガスナイフを組み込むことができる。ガスナイフは、中空陽極電極に接続されている引込み可能なチューブ、または延長空気チューブのようなガス入口からなり、これはガス流、またはガス／液体分散を供給して電解液を基体表面から押し退ける。ガスは、基体ホールダ４４とコンテナボディ４２との間の空隙を通しても供給され、基体表面に吹きつけられる。基体から電解液を無くすようにすすぐために、脱イオン水すすぎシステム（図示してない）を電気めっき内に組み込むこともできる。脱イオン水または他のすすぎ溶液の源を入口５０に接続し、入口弁を通して選択的にアクセスさせることができる。コンテナボディから電解液を排出させた後に、入口５０を通して脱イオン水または他のすすぎ溶液をシステム内へポンプし、コンテナボディ内を循環させて基体表面をすすぐことができる。処理済みの基体をすすいでいる間は、陰極及び陽極電源はセル内で滅勢させておくことが好ましい。脱イオン水はセルを満たし、基体の表面全体を流れて残留する電解液を表面からすすぎ取る。めっきされた表面のすすぎを強めるために、振動部材を付勢することができる。すすぎ水の純度の程度を増すために、複数の分離した脱イオン水の槽を順次に使用することができる。１つより多いすすぎ溶液源を使用するために、あるすすぎサイクルが好ましく完了したならば、次のすすぎサイクルのために次のすすぎ溶液をセル内に導入する前に、そのすすぎ溶液をセルから完全に排出させる。使用済みの脱イオン水はすすぎ溶液によって、または使用済みの脱イオン水をイオン交換システムを通して循環させることによって、すすぎサイクル中に収集した金属トレースをプレートアウトすることによって精製することもできる。図６Ａ及び６Ｂは、複数の基体を処理するユニットの実施の形態の概要図である。複数の基体４８が基体ホールダ２００上に取付けられ、同数のコンテナボディ２０２が基体めっき表面を受入れるように位置決めされている。コンテナボディは、共通の電解液溜め２０４を共用する。しかしながら、各個々の電気めっきセル２０２は、個々の基体を適切に処理するために個々の電気めっきシステム制御装置を備えていることが好ましい。図７は、複数の基体をバッチ処理するユニット２０８の別の実施の形態の概要水平断面図である。図７に示す電解液コンテナボディ２１０は六角形のドラムであるが、多角形の各面がその上に基体４８を取付けるのに十分に大きければ、どのような多角形ドラムも使用することができる。基体めっき表面５４に電流を供給するために、陰極接触部材２１２も多角形の各面上に取付けられている。陽極２１４は、コンテナボディ２１０内に回転可能なように取付けられている同心多角形ドラムからなることが好ましい。代替として、陽極２１４は、コンテナボディ２１０内に同心的に取付けられている円筒形ボディからなることができる。コンテナボディ２１０は、基体を受入れるための複数の基体空洞を有する円筒形ボディであることもできる。また、多角形の各面上に複数の基体を取付けることもできる。複数の補助電極２１６を、セルの多角形の各コーナーに配置することができる。代替として、図３に示す補助電極の配列と類似して、リング状の、またはセグメント化リング補助電極２１８を、陰極接触部材２１２に合わせて各基体４８の周囲に配置することができる。好ましくは補助電極は初期堆積期間の後に、抵抗性基体効果が漸減するにつれて補助電極の電流を徐々に減少させることによって、基体全体の電流分布を保証するように動的に調整する。多孔質セパレータ／フィルタ（図示してない）を、陽極と陰極との間に配置して粒子を捕捉することができる。振動攪拌部材（図示してない）を、コンテナボディに接続して基体を振動させることができる。しかしながら、電解液を高度に攪拌するために多角形陽極ドラムを十分に速く回転させる（好ましくは、約５回転／分（ＲＰＭ）乃至100ＲＰＭ）場合には、基体を振動させる必要はないかも知れない。回転多角形陽極は、活動陽極表面と基体との間の距離が回転のために変化することから、パルス化または過渡的な電力（電圧／電流組合わせ）をも供給する。陽極の形状が多角形であるので、陽極が回転すると陰極と陽極との間の距離は、陽極多角形の面が陰極多角形の面と平行に整列する時の最大から、陽極多角形のコーナーが陰極多角形のコーナーの中心と整列する時の最小まで変化する。陽極と陰極との間の距離が変化すると、陽極と陰極との間の電流が相応に変化する。別の変形は、水平に位置決めされた多角形ドラムからなる。コンテナボディは水平軸を中心として回転し、多角形の１つの面をトップに位置決めして基体をローディングまたはアンローディングできるようにし、その間も他の基体はまだ処理中である。更に別の変形は、内側多角形ドラムの外面に基体を取付けるようになっている。この場合、内側多角形ドラムが陰極であり、コンテナボディが陽極になる。この構成によれば、陰極ドラムを電解液から持ち上げることができ、基体のローディング及びアンローディングが容易になる。動作条件本発明の一実施の形態においては、物質移動境界層の厚み、及び堆積される材料の粒度を制御するために、周期的な反転電位及び／または電流パルス、または間欠パルス電流が基体に供給される。周期的な反転及びパルス電流／電位は、堆積物の厚みの均一性をも高める。堆積段階及び溶解段階の両者のためのプロセス条件は、所望の堆積プロファイル（普通は、均一で平らな表面）を与えるために調整することができる。一般的に言えば、電流密度が低いと堆積物の均一性が促進されるために、めっき／堆積は比較的長い時間をかけて比較的低い電流密度で達成される。また電流密度が高いと堆積したピークを選択的に剃り落とす、または溶解するために、溶解は比較的短い時間で比較的高い電流密度を用いて達成される。粒度が予め決まっている場合、短時間の間に高めの負電流密度からなる電流パルスを印加して（約0.1乃至100ｍｓの間に約50ｍＡ／ｃｍ²乃至約180ｍＡ／ｃｍ² ）銅堆積物の初期層を核形成させ、次いで長時間にわたって定電流を印加して（数分までにわたって約５ｍＡ／ｃｍ²乃至約80ｍＡ／ｃｍ²）堆積を続行させる。堆積時間の長さは、基体表面上に所望の堆積厚みを達成するために、堆積速度に従って調整することができる。高アスペクト比の溝、バイア、または他の相互接続造作を完全に充填するために、堆積した金属のある溶解を達成するような電流反転または溶解期間を適用することができる。溶解期間は、堆積電流の電流密度よりも遙かに高い電流密度ではあるが、正味の堆積を確保するために短時間で適用することが好ましい。溶解期間は、所望の結果を得るために、堆積プロセス中に一回または周期的に適用することができる。堆積期間を複数の短い時間に分割し、同数の幾分短めの溶解期間を後続させて高アスペクト比相互接続造作を完全に充填する。次いで、定堆積電流密度を印加してフィールド全体に均一な堆積厚みを達成する。典型的には、堆積サイクルは約５ｍＡ／ｃｍ²乃至約40ｍＡ／ｃｍ²の堆積電流密度からなり、それに続く溶解電流密度は約５ｍＡ／ｃｍ²乃至約80ｍＡ／ｃｍ²からなる。高アスペクト比の造作を完全に、ボイドが無いように充填するために堆積サイクルを繰り返し、最後に堆積電流密度を印加して基体めっき表面全体に均一なフィールド堆積厚みを形成させる。代替として、電流反転／溶解サイクルは、一定の反転電流密度の代わりに一定の反転電圧を供給することによって達成することができる。めっきサイクルの始まりには抵抗性基体効果が優勢であるので、初期めっき中には比較的低い、好ましくは約５ｍＡ／ｃｍ²の電流密度を印加する。低電流密度はめっき表面全体を実質的に均一に極めて共形のめっきを生成し、堆積物の厚みが増加するにつれて電流密度は徐々に増加される。また、めっきプロセスの初期段階中は溶解のための電流反転は行わないので、金属シード層が溶解する危険性はない。しかしながら、もしストライキングまたは核形成の目的で電流反転を導入するのであれば、金属シード層が顕著に溶解しないように反転電流密度の大きさは低くする。オプションとして、堆積期間と溶解期間との間に休止期間を設けると、枯渇した濃度プロファイルを回復することができ、また堆積特性が改善される。例えば、堆積期間と溶解期間との間の電流／電圧が印加されない休止期間により、電解液をプロセスのための最適条件に戻すことができる。好ましくは、振動周波数、パルス及び／または周期的な逆めっき、補助電極電流／電圧、及び電解液の流れは、全て最適堆積特性のために同期させる。同期の一例は、堆積中に境界拡散層が最小になるように堆積期間中に限って振動を与え、溶解が物質移動制御の下で進行するように溶解期間中には振動を加えないことである。めっき中にシード層への金属の付着を改善するために、めっきサイクルの始まりに極めて短い高電流密度ストライクを印加する。気泡関連欠陥を最小にするためにストライクは短くなければならず、電流密度は水素が発生する値を越えてはならない。好ましくは約100ｍＡ／ｃｍ²乃至約1000ｍＡ／ｃｍ²であるこの電流密度は、参照電極に対して−0.34Ｖ（陰極）を超えない過電位に対応する。金属めっき材料を付着させるためには、異なる電極を使用する分離したストライキングプロセスが必要であり得る。分離したストライキングは、異なる電解液を有する分離したセル内において、または異なる電解液を導入及び排出させることによって同一のセル内において達成することができる。分離したストライキングのために使用される電解液は、典型的には金属濃度がより希薄であり、シアン化物をベースとする調合であることさえできる。金属シード層は、電解液の交換電流密度（銅の場合、約１ｍＡ／ｃｍ²）によって電解液内へ溶解し易い。例えば、1500Åの銅は、電流を印加しなくとも約６分で電解液に溶解させることができる。シード層が電解液内へ溶解する危険性を最小にするために、基体を電解液内に導入する前に基体にある電圧を印加する。代替として、基体が電解液と接触するのと同時に電流を印加する。堆積電流が基体めっき表面に印加されると、堆積電流の方が電解液の平衡交換電流密度より優勢であるので、金属シード層は電解液内への溶解しないように保護されるようになる。本発明は、周期的逆めっき中に原位置の電気的な平面化を行う。好ましくは、プロセスの終わりに溝、バイア、及び他の相互接続造作が完全に充填され、平面化されるように、単一のパルスまたは一連の迅速なパルス中に堆積及び溶解の両ステップを組み入れる。電気化学的平面化ステップは、溶解中に高電流密度を適用することからなる。例えば、電気化学的平面化ステップとしての約45秒間にわたる約300ｍＡ／ｃｍ²の溶解反転電流密度は、残留ディンプルが約0.03μｍでしかない実質的に平らな表面をもたらす。この電気化学的平面化は、化学・機械的研磨（ＣＭＰ）の必要性を実質的に減少させ、若干の応用においてはＣＭＰの必要性を排除することさえできる。化学銅を高密度で有する（例えば、＞0.5Ｍ、及び好ましくは0.8Ｍ乃至1.2Ｍ）電解液は、サブミクロンの造作をめっきする場合に当面する物質移動制約を解消するのに有益である。詳述すれば、高アスペクト比を有するサブミクロンの造作の中は最小の電解液しか流れないか、または全く流れないから、イオン移動はこれらの小さい造作内へ金属を堆積させる拡散のみに頼っている。電解液内の高濃度の（約0.8Ｍまたはそれ以上であることが好ましい）銅は、拡散束の大きさがバルク電解液濃度に比例するので、拡散プロセスを強化し、物質移動制約を排除する。好ましい金属濃度は、約0.8乃至約1.2Ｍである。一般的に言えば、金属濃度が高い程良好であるが、金属塩が沈殿する可溶性の限界に到達しないように注意を払わなければならない。普通の銅めっき用電解液は、電解液に高導電度を与えるために高い硫酸濃度( 約１Ｍ)を含んでいる。高い導電度は、従来の銅電気めっきセルのセル構成によってもたらされる堆積の厚みの不均一性を減少させるために必要である。しかしながら、本発明（セル構成を含む）はより均一な電流分布を提供する。この状況では、抵抗性基体効果が高度に導電性の電解液によって増幅されるので、高い酸濃度は堆積の均一性にとって有害である。更に、高度に導電性の電解液は高い反転電流密度をもたらして不均一性を促進するので、周期的な反転サイクル中の溶解ステップの電解液導電度は比較的低くする必要がある。また酸または塩基のような支持電解質の存在は、前述したように良品質のめっきには不可欠のイオン物質移動速度を引き下げることになる。また、共通イオン効果が排除されるために、硫酸濃度が低い程硫酸銅濃度は高くなる。更に、特に可溶性銅陽極の場合、低めの酸濃度は有害な腐食及び材料安定性の問題を最小にする。従って、本発明は酸を有していないか、または極めて低い酸濃度を有する電気めっき溶液を企図している。好ましくは、硫酸濃度は０（存在せず）乃至0.2Ｍの範囲内にある。更に、純粋な、または比較的純粋な銅陽極をこの配列に使用することができる。硫酸銅の他に、本発明は、高い可溶性及び他の有益性を与えるグルコン酸銅及びスルファミン酸銅のような硫酸銅以外の銅塩、並びに硝酸銅、燐酸銅、塩化銅等のような塩を企図している。本発明は、銅イオン及び銅金属により良き錯体性及び／または可溶性を与えて改善された堆積特性をもたらすような、硫酸以外の酸を電解液内へ添加することをも企図している。これらの化合物は、アントラニル酸、酢酸、クエン酸、乳酸、スルファミン酸、アスコルビン酸、グリシド酸、蓚酸、ベンゼンジスルホン酸、酒石酸、及び／またはリンゴ酸を含む。本発明は、反転めっきサイクル中の高アスペクト比造作の充填を高めるために、非対称陽極移動係数（α）及び陰極移動係数（β）を発生させる添加物をも企図している。基体めっき表面を完全に濡らして小さい造作内の電気めっきプロセスを強化するために、基体めっき表面へ超純水を導入することができる。基体めっき表面を事前に濡らすために、水蒸気も使用することができる。界面活性剤は、溶液の表面張力を小さくすることによって濡れを改善する。本発明が企図している界面活性剤は、スルホン酸キシレンナトリウム、ポリエーテル（酸化ポリエチレン）、カーボワックス、安息香酸ナトリウム、ADMA8アミン、Adogen、Alamine、Anlaizo、Brij、Crodeata、Dapral、Darnyl、ジドデシルメチルプロパンスルタイン、Dowex、Empol、Ethomeen、Ethomid、Enordet、Genero l、Grinoten、Heloxy、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、臭化物、Hyamine 、Hysoft、Igepal、Neodol、オクタデシルベンジルプロパンスルタイン、オクシルベタイン、Peganate、Pluronic、Polystep、Span Surfynol、Tamol、Tergitol 、Triton、Trilon、Trylox、Unithox、Varonic、Varamide、Zonyl、ベンジルメチルプロパンスルタイン、アルキルまたはアリールベタイン、アルキルまたはアリールスルタインを含む。レベラーは、堆積物の厚みの均一性を改善する。光沢剤は、結晶構造の均一性を高めることによって堆積物表面の反射率を改善する。グレンリファイナーは、堆積させるより小さい粒子を発生させる。レベラー、光沢剤、及びグレンリファイナーは、本発明により提供される低酸・高銅電解液に対して特別に調合し、最適化することができる。本発明に使用するためにこれらの配合物を最適化する場合、必要な周期的反転電流の効果も考慮される。本発明によって企図されているレベラー、光沢剤、及びグレンリファイナーは、無機微量成分：Se、As、In、Ga、Bi、Sb、Ti、またはTeの塩；及び／または次のものから選択された（単独で、または組合わせて）有機微量成分：アセチル補酵素、アミノチオール；アクリルアミン；アゾ色素；アルカンチオール，アロクサジン；2-アミノピリミジン；2-アミノ-1,3,4,チアジアゾール；アミノメチルチアジアゾール；2-アミノチアジアゾール；3-アミノ1,2,4,トリアゾール；、ベンザルアセトン，ベンゾプルプリン；ベンゾフノン，ベンゾトリアゾール，ヒドロキシベンゾトリアゾール，ベチジルデンアセトン，安息香酸，ベンゾイル酢酸エチルエステル，硼酸，カコジル酸，コルカミンピオニンＹ；カルミン酸；シアン酸アルデヒド，ココベタインまたはデシルベタイン，セチルベタイン，システイン；DETAPAC；2'-,7'-ジクリロロフルオレセイン；デキストロース，ジカルボキシル化アミノ酸；ジペプチドジアミノ酸（carnsine＝ベータアラニン化ヒスタジン），5-p-ジメチルアミンベンジルデンローダミン，5-(p-ジメチルアミノ-ベンジリデン)-2-チオバルビツル酸、ジチゾン，4-(p-エトキシフニルアゾ)- m-フェニレンジ-アミン，エトキシレーテッドテトラメチルデシネジオール，エトキシレーテッドクォータナリアンモニウム塩，酢酸ベンゾイルエチル，エトキシレーテッドベータ-ナフトル，EDTA，エバンブルー，ジエチレントリアミンペンタ酢酸または塩，ジエチレントリアミンペンタ酢酸塩，ペンタナトリウム塩，グルカミン，グリセロール配合物，ジ-グリシン，d-グルカミン，トリグリシン，グリコーゲン，グルターアルデヒド，グルタミン酸，その塩及びエステル（MS G），グルコヘプトン酸ナトリウム，ヒドロキシベンゾトリアゾール，ヒドロキシスクシニミド，ヒダントイン，4-(8-ヒドロキシ-5-キノリルアゾ)-1-ナフタレンスルホン酸，p-(p-ヒドロキシフェニルアゾ)スルホン酸ベンゼン，インスリン，ヒドロキシベンザルデヒド，イミダゾリン；リグノスルホン酸塩；メチオニン；メルカプトベンジ-イミダゾール；マルチウスイェロー；2-メチル-1-p-トリルトリアゼン，3-(p-ニトロフェニル)-1-(p-フェニルアゾフニル)トリアゼン；4-( p-ニトロフェニルアゾ)レゾルシノール，4-(p-ニトロフェニルアゾ)-1-ナフトール，OCBA-オルトクロロベンズアルデヒド，プロピオン酸フェニル，ポリオキシエチレンアルコール，クォータナリアンモニウムエトキシレーテッドアルコール，及びそれらのフリーアシド（fullyacid）エステル、ポリエチレンイミン，ホスファ脂質，スルファサリチル酸，直鎖アルキルスルホン酸塩、スルファセットアミド，ソロクロームシアニン；砂糖；ソルビトール，グルコヘプトン酸ナトリウム，グリセロ燐酸ナトリウム，ナトリウムメルカプトベンゾトリアゾール，テトラヒドピラニルアミド，チオカルボキシルアミド，チオカルボニル- ジ-イミドアゾール；チオカルバミド，チオヒダントイン；酢酸チオニン，チオサリチル酸，2-チオールヒスタジン，チオニン，チオジカルブ，チオグリコール酸，チオジグリコール，チオジグリコール酸，チオジプロピオン酸，チオグリセロール，ジチオ安息香酸，テトラブチルアンモニウム，チオスルホン，チオスルホン酸；チオニコチンアミド，塩化または臭化チオニル；チオ尿素；TIPA；トリルトリアゾール，トリエタノールアミン；トリ-ベンジルアミン；4,5,6,トリアミノピリミジン；キシレンシアノール。以上に本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他の及びさらなる実施の形態を考案することが可能である。本発明の範囲は請求の範囲によって限定されるものである。

Claims

【特許請求の範囲】１．基体めっき表面を有する基体上に金属を電気化学的に堆積させるための装置であって、ａ）上記基体めっき表面が電解液コンテナ内の電解液に曝される位置に上記基体を保持する基体ホールダと、ｂ）上記基体めっき表面と電気的に接触している陰極と、ｃ）電解液入口、電解液出口、及び上記基体めっき表面を受入れる開口を有する電解液コンテナと、ｄ）上記電解液に電気的に接続されている陽極と、を備えていることを特徴とする装置。２．上記基体ホールダは、 i) 基体保持表面を有する真空チャックと、 ii) 上記基体保持表面の周囲に配置され、上記基体の周縁部分と接触するエラストマーリングと、を含んでいる請求項１に記載の装置。３．上記基体ホールダは、 iii) 上記基体保持表面の縁付近に１つまたはそれ以上の開口を有する１つまたはそれ以上の気泡解放ポート、を更に含んでいる請求項２に記載の装置。４．上記基体ホールダは、 i) 基体保持表面を有する真空チャックと、 ii) 上記基体保持表面の周囲に配置され、上記基体の周縁部分と接触するガス嚢と、を含んでいる請求項１に記載の装置。５．上記陽極は、 i) 電解液をそれを通して流すための多孔質外囲と、 ii) 上記外囲内に配置されている金属と、 iii) 上記外囲を通して配置され、上記金属に電気的に接続されている電極と、を含んでいる請求項１に記載の装置。６．上記金属は、金属ペレット、金属ワイヤー、及び金属粒子からなるグループから選択された１つまたはそれ以上の材料からなる請求項５に記載の装置。７．上記陰極は、上記基体めっき表面の周縁部分に配置されている陰極接触部材を含み、上記陰極接触部材は上記基体表面と電気的に接触している接触表面を有している請求項１に記載の装置。８．上記陰極接触部材は、接触ピンの放射状アレイを含んでいる請求項７に記載の装置。９．上記陰極は、各接触ピンと直列に接続されている抵抗を更に含んでいる請求項８に記載の装置。 10．上記陰極は、上記抵抗を通って流れる電流を監視するために上記各抵抗にまたがって接続されているセンサを更に含んでいる請求項９に記載の装置。 11．上記陰極接触部材は、上記電解液に曝される１つまたはそれ以上の表面に非めっき被覆を更に含んでいる請求項７に記載の装置。 12．上記雷解液出口は、上記基体めっき表面から放射状に外向きに伸びる上記基体ホールダ上の第１の表面と、上記電解液コンテナの表面との間の間隙によって限定されている請求項１に記載の装置。 13．上記間隙は、約１ｍｍ乃至約30ｍｍの間隙幅を有している請求項１２に記載の装置。 14．ｅ）上記電解液と電気的に接触して配置され、調整可能な電力を供給する制御電極、を更に含んでいる請求項１に記載の装置。 15．上記制御電極は、上記電解液コンテナの外側に配置され、上記電解液出口から流出する電解液と電気的に接触するようになっている請求項１４に記載の装置。 16．上記制御電極は、電極セグメントのアレイを含んでいる請求項１４に記載の装置。 17．ｅ）上記基体ホールダに取付けられ、振動を上記基体ホールダに伝えるバイブレータ、を更に含んでいる請求項１に記載の装置。 18．上記バイブレータは、１つまたはそれ以上の方向に上記基体ホールダを振動させるようになっている請求項１７に記載の装置。 19．ｅ）上記基体ホールダに取付けられ、上記基体を通る中心軸を中心として上記基体を回転させるようになっている回転アクチュエータ、を更に含んでいる請求項１に記載の装置。 20．ｅ）上記電解液コンテナのトップ部分に配置され、上記電解液コンテナの開口を限定しているスリーブ挿入物、を更に含んでいる請求項１に記載の装置。 21．ｅ）上記電解液コンテナ内のトップ部分に配置されている流れ調整器ウェッジ、を更に含んでいる請求項１に記載の装置。 22．ｅ）上記ウェーハめっき表面全体にガス流を供給して残留電解液を除去するガスナイフ、を更に含んでいる請求項１に記載の装置。 23．ｅ）上記電解液コンテナ内のトップ部分に配置されているウェーハキャッチャー、を更に含んでいる請求項１に記載の装置。 24．ｅ）上記陰極及び陽極を監視するための参照電極、を更に含んでいる請求項１に記載の装置。 25．ｅ）上記電解液入口に選択的に接続されるすすぎ溶液源、を更に含んでいる請求項１に記載の装置。 26．ｅ）上記電解液コンテナ内に配置され、気泡を電解液コンテナ側壁に向かって転向させる気泡転向羽根、を更に含んでいる請求項１に記載の装置。 27．基体上に金属を電気化学的に堆積させるための方法であって、ａ）1) 基体ホールダ、 2) 基体めっき表面と電気的に接触している陰極、 3) 電解液入口、電解液出口、及び上記基体めっき表面を受入れる開口を有する電解液コンテナ、及び 4) 上記電解液に電気的に接続されている陽極、を備えている電気化学的堆積セルを準備するステップと、ｂ）上記陰極及び陽極に電力を印加するステップと、ｃ）上記基体めっき表面に接触させるように電解液を流すステップと、を含んでいることを特徴とする方法。 28．上記電解液は、約0.25ガロン／分（gsm）乃至約15gsmを流すようになっている請求項２７に記載の方法。 29．上記陰極及び陽極に電力を印加するステップは、 1) 約１秒乃至240秒にわたって約５ｍＡ／ｃｍ²乃至約40ｍＡ／ｃｍ²の陰極電流密度を印加するステップ、を含んでいる請求項２７に記載の方法。 30．上記陰極及び陽極に電力を印加するステップは、 2) 約0.1秒乃至約100秒にわたって約５ｍＡ／ｃｍ²乃至約80ｍＡ／ｃｍ²の溶解反転電流を印加するステップ、を更に含んでいる請求項２９に記載の方法。 31．上記陰極及び陽極に電力を印加するステップは、 1) 約１秒乃至240秒にわたって約５ｍＡ／ｃｍ²乃至約40ｍＡ／ｃｍ²の陰極電流密度を印加するステップと、 2) 約0.1秒乃至約100秒にわたって約５ｍＡ／ｃｍ²乃至約80ｍＡ／ｃｍ²の溶解反転電流を印加するステップと、 3) 約１秒乃至240秒にわたって約５ｍＡ／ｃｍ²乃至約40ｍＡ／ｃｍ²の陰極電流密度を印加するステップと、 4) 上記ステップ2)及び3)を繰り返すステップと、を含んでいる請求項２７に記載の方法。 32．ｄ）電気化学的堆積セルの電解液と電気的に接触する制御電極を設けるステップと、ｅ）堆積中に、上記制御電極によって供給される電力を調整するステップと、を更に含んでいる請求項２７に記載の方法。 33．上記制御電極によって供給される電力は、電気化学的堆積プロセスの堆積／溶解サイクルと同期して調整される請求項３２に記載の方法。 34．ｄ）上記電気化学的堆積セルの成分を振動させるステップ、を更に含んでいる請求項２７に記載の方法。 35．ｄ）上記電気化学的堆積セルの成分を、約10Ｈｚ乃至約20,000Ｈｚの振動周波数で、且つ約0.5ミクロン乃至約100,000ミクロンの振動振幅で振動させるステップ、を更に含んでいる請求項２７に記載の方法。 36．ｄ）上記基体ホールダを、上記基体を通る中心軸を中心として回転させるステップ、を更に含んでいる請求項２７に記載の方法。 37．基体上に金属を電気化学的に堆積させるための装置であって、ａ） i) 基体保持表面を有する真空チャック、及び ii) 上記基体保持表面の周囲に配置され、上記基体の周縁部分と接触するエラストマーリング、を含む基体ホールダと、ｂ）上記基体めっき表面と電気的に接触している陰極と、ｃ）電解液入口、電解液出口、及び上記基体めっき表面を受入れる開口を有し、上記基体めっき表面から放射状に外向きに伸びる第１の表面と、それの表面との間の間隙によって上記電解液出口を限定している電解液コンテナと、ｄ）上記電解液に電気的に接続されており、 i) 電解液をそれを通して流すための多孔質外囲、 ii) 上記外囲内に配置されている金属、及び iii) 上記外囲内に配置されている電極、を含む陽極と、ｅ）上記電解液と電気的に接触して配置され、調整可能な電力を供給する制御電極と、ｆ）上記基体ホールダに取付けられ、１つまたはそれ以上の方向の振動を上記基体ホールダに伝えるバイブレータと、を備えていることを特徴とする装置。