JP2004510888A - 半導体製造のための遠隔第２アノードを備えるめっき装置 - Google Patents

Abstract

この発明は、循環装置（５２、５６、５８）によりめっき溶液槽（６０）に接続されるめっき室（５２）を含む、半導体ウェハ（６６）のための電気めっき装置（５０）を提供する。半導体ウェハ（６６）は、めっき室（５２）内の不活性第１アノード（６４）とともにカソードとして使用される。めっき溶液槽（６０）内の消耗可能遠隔第２アノード（７５）はめっきのための金属イオンを提供する。

Description

【０００１】
【発明の分野】
この発明は、一般に、半導体製造技術に関し、特に消耗可能アノードを使用した電気めっき装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
過去、半導体の製造においては、半導体ウェハ上にさまざまな物質を堆積するため、さまざまな段階においてめっきを必要とする数多くの処理があった。これらの装置はすべて、通常、人間のオペレータによる監視を必要とするか、または、時間間隔をおいてのめっき材料の追加を必要とした。めっき材料の追加は、一定程度の専門知識および経験を必要とするものと考えられるため、複雑かつ高価なコンピュータ機器なくしては、この種の操作を自動化することは不可能であると考えられる。
【０００３】
当産業界がより微細な素子の接続部を備えるより小さな半導体素子の作製を追及してきた中で、将来の製品世代においては、素子の接続部を作製するための従来のメタライゼーション技術は不適切であるとわかった。このため、アルミニウム（Ａｌ）のような材料から銅（Ｃｕ）への転換が起きている。
【０００４】
銅は、アルミニウム用に使用されるメタライゼーション技術を使用しての堆積には適しておらず、溶液からの電気めっきまたは無電解めっき処理による堆積に、より適している。銅の相互接続の採用に伴い、素子接続技術においては、半導体のための銅めっき技術の自動化に多大な努力が払われてきた。これは、高価な機器の導入を意味する。言い換えれば、コストの削減に多大な努力が費やされてきたということである。
【０００５】
銅堆積のための処理の１つは、めっき室内の消耗可能第１アノードを使用する。消耗可能第１アノードが消耗されるに伴い、めっき室内のジオメトリおよび起電力が変化し、銅の非均一な堆積を引起す。銅の非均一な堆積は、その後の平坦化ステップを困難にし、半導体ウェハの周縁部に欠陥のある半導体回路を作る。
【０００６】
この問題を、簡便かつ低コストで解決するための解決策が、当業者により長く求められながらも達成されていなかった。
【０００７】
【発明の開示】
この発明は、循環装置によってめっき溶液槽に接続される、消耗可能遠隔第２アノードを有するめっき室を含む、半導体ウェハのための電気めっき装置を提供する。半導体ウェハは、めっき室内の不活性の第１アノードとともに、カソードとして使用され、めっき溶液槽内の遠隔消耗可能第２アノードは、めっき用の金属イオンを与える。消耗可能なシールドされた第２アノードの消耗は、めっき室内のジオメトリまたは起電力を変化させず、容易に平坦化される均一な厚みの導体コア堆積を維持する。
【０００８】
この発明はさらに、再循環装置によって銅めっき溶液槽に接続される消耗可能銅遠隔第２アノードを有するめっき室を含む、半導体ウェハのための銅電気めっき装置を提供する。半導体ウェハは、めっき室内の不活性のプラチナアノードとともにカソードとして使用され、めっき溶液槽内の遠隔消耗可能銅第２アノードは、めっきのための金属イオンを与える。消耗可能な銅のシールドされた第２アノードの消耗は、めっき室内のジオメトリまたは起電力を変化させず、容易に平坦化される均一な厚みの導体コア堆積を維持する。添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことで、当業者にはこの発明の上述の利点および付加的な利点が明らかとなるであろう。
【０００９】
【発明を実施するためのモード】
図１（従来技術）を参照し、めっき室１２を有する電気めっき装置１０が示される。めっき室１２は、出口１４を有し、出口１４は再循環ポンプ１６へ接続され、ポンプ１６は、さらにめっき室１２への入口１８へ接続される。
【００１０】
めっき室１２内には、正電圧源２２へ接続される消耗可能第１アノード２０がある。
【００１１】
消耗可能第１アノード２０上には、導電性シード層２６を上に有する半導体ウェハ２４がある。シード層２６は、コネクタ２８によって負電圧源３０に接続され、めっき処理のためのカソードとして働く。
【００１２】
半導体ウェハ２４は、シード層２６をめっき溶液３０と接触させるよう位置付けるように位置付けられる。
【００１３】
銅の電気めっきのため、消耗可能第１アノード２０は銅で作られ、めっき溶液３２は自由銅イオンを含む。電圧が印加されるとき、銅イオンは、直線の矢印３４で示される起電界に沿って、めっき溶液３２の中を消耗可能第１アノード２０からシード層２６へと移動される。めっき溶液３２は、再循環ポンプ１６により再循環させられ、シード層２６におけるカソード反応によって、シード層２６上への金属銅の堆積が起きている間、銅イオンの濃度を可能な限り一定に維持する。
【００１４】
次に図２（従来技術）を参照し、電気めっき処理中の電気めっき装置１０を示す。図示される消耗可能第１アノード２０は、部分的に消耗されており、大きさが著しく減少しており、それによってめっき室１２内のジオメトリおよび起電力が変化する。曲線の矢印３５で示されるように、起電界の形が、半導体ウェハ２４のシード層２６上の金属イオンの堆積に影響する。
【００１５】
めっき室１２内のジオメトリおよび起電界の変化のために、半導体ウェハ２４上の金属２７の堆積は、非均一かつ全体として窪んだものとなるであろう。消耗可能第１アノード２０と半導体ウェハ２４との間の距離が最も短いところで、金属２７は、最も厚くなるであろうし、消耗可能第１アノード２０と半導体ウェハ２４とが遠く離れているところではより薄くなるであろう。
【００１６】
金属２７の厚みの変動のため、その後の化学機械的平坦化処理によって半導体ウェハ２４を適切に平坦化することが極めて難しくなり、半導体ウェハ２４の周囲に沿って欠陥のある集積回路ができる。
【００１７】
次に図３を参照し、この発明による電気めっき装置５０を示す。電気めっき装置５０は、入口５８によってめっき溶液槽６０にさらに接続される再循環ポンプ５６に接続される出口５４を有するめっき室５２を含む。めっき溶液槽６０は、第２の入口６１によりめっき室５２へ接続される。
【００１８】
めっき室５２内には、正電圧源６２へ接続される不活性の第１アノード６４がある。不活性の第１アノード６４は、プラチナ（Ｐｔ）などめっき処理では作用せず消耗されない材料のものである。
【００１９】
不活性の第１アノード６４上には、上に導電性シード層６８を有する半導体ウェハ６６がある。シード層６８は、コネクタ６９により負電圧源７０に接続され、めっき処理のためのカソードとして働く。半導体ウェハ６６は、シード層６８をめっき溶液７２と接触させるように位置付けるよう、位置付けられる。
【００２０】
めっき溶液槽６０内には、消耗可能な遠隔第２アノード７５がある。消耗可能な遠隔第２アノード７５は、正電圧源６２へ接続され、第２の入口６１を介して不活性の第１アノード６４と流体的に連通する。
【００２１】
消耗可能な遠隔第２アノード７５は、消耗されるにつれて、めっき室５２内のジオメトリおよび起電界が変化せず、シード層６８上にめっきされる金属イオンのための起電界が常に同一であり、直線の矢印７６で示すように不活性第１アノード６４と半導体ウェハ６６とのちょうど間にあるように位置付けられる。
【００２２】
起電界が直接であるため、シード層６８上のめっきされる金属７８は、均一な厚みとなるであろうし、その後の化学機械的平坦化処理によって容易に平坦化されるであろう。
【００２３】
動作中、消耗可能遠隔第２アノード７５は、めっき溶液槽６０内のめっき溶液７２へ金属イオンを導入する。次に、めっき溶液７２は、（図示されるように）重力供給または（図示しない）ポンピングのいずれかによってめっき室５２へ再循環させられる。めっき室５２内では、不活性の第１アノード７０とシード層６８とが、シード層６８上に金属イオンを堆積するための起電力を提供する。
【００２４】
金属イオンが堆積され、めっき溶液７２が希釈されるに伴い、めっき溶液は（図示するように）ポンプ５６によってまたは（図示しない）重力供給によってめっき溶液槽６０へと再循環させられ、めっき溶液槽において、消耗可能遠隔第２アノード７５が、金属イオンを均一に補給するであろう。
【００２５】
銅の堆積においては、シード層６８は、スパッタリングまたは化学気相成長法などの処理により堆積された銅でできており、不活性第１アノード６４はプラチナ（Ｐｔ）でできており、消耗可能遠隔第２アノード７５は金属銅である。
【００２６】
めっき室５２内に不活性第１アノード７０を有することで、不活性第１アノード７０が溶解しないため、かつ、消耗可能遠隔第２アノード７５がめっき室５２内のジオメトリおよび起電界とは独立した別個の区域にあるため、めっき室５２内のジオメトリおよび起電界は、めっきの間変化しない。
【００２７】
この発明を特定のベストモードに関連して説明したが、上述の説明から当業者には多くの代替例、変更例および変形例が明らかとなろうことが理解されよう。したがって、添付の請求の範囲および精神に包含されるすべてのこのような代替例、変更例および変形例が包含されるものと意図される。添付図面に示すまたは説明された事項はすべて、例示であって限定ではないものと解釈されねばならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】消耗可能アノードを含むめっき室を示す（従来技術）の図である。
【図２】消耗可能アノードの部分が消耗されためっき室を示す（従来技術の）図である。
【図３】この発明の遠隔アノードを有するめっき室を示す図である。

Claims (10)

1. 半導体ウェハ（６６）のためのめっき装置（５０）であって、
   めっき室（５２）と、
   めっき室（５２）に接続されるめっき溶液槽（６０）と、
   めっき室（５２）とめっき溶液槽（６０）との間でめっき溶液（７２）を循環させるための循環装置（５２、５６、５８、６１）と、
   めっき室（５２）内にあり、かつ、正電圧源（６２）に接続可能な不活性第１アノード（６４）と、
   めっき室（５２）内にあり、かつ、半導体ウェハ（６６）を負電圧源（７０）に接続するため接続可能な半導体ウェハコネクタ（６９）と、
   めっき溶液槽（６０）内にあり、かつ、正電圧源（６２）に接続可能な消耗可能遠隔第２アノード（７５）とを含む、めっき装置。
2. 循環装置（５２、５６、５８）は、めっき室（５２）からめっき溶液槽（６０）へ、めっき溶液をポンピングするためのポンピング装置（５６）を含む、請求項１に記載のめっき装置（５０）。
3. 循環装置（５６、６１）は、めっき溶液槽（６０）からめっき室（５２）へ、めっき溶液をポンピングするためのポンピング装置（５６）を含む、請求項１に記載のめっき装置（５０）。
4. 半導体ウェハ（６６）は、シード層（６８）を有し、めっき装置は、シード層（６８）に接触するためのめっき溶液（７２）をめっき室（５２）内に含む、請求項１に記載のめっき装置（５０）。
5. 正電圧源（６２）と負電圧源（７０）とを含む、請求項１に記載のめっき装置（５０）。
6. 銅めっき室（５２）とめっき室（５２）に接続される銅イオンめっき溶液槽（６０）とを有する、半導体ウェハ（６６）のための銅めっき装置（５０）であって、
   銅めっき室（５２）と銅イオンめっき溶液槽（６０）との間で銅イオンめっき溶液（７２）を循環させるため、循環装置（５２、５６、５８、６１）が設けられること、
   不活性のプラチナアノード（６４）が、銅めっき室（５２）内にあり、かつ、正電圧源（６２）に接続可能であること、
   半導体ウェハコネクタ（６９）が、銅めっき室（５２）にあり、かつ、半導体ウェハ（６６）を負電圧源（７０）に接続するため接続可能であること、および
   遠隔消耗可能銅アノード（７５）が、銅めっき溶液槽（６０）内にあり、かつ、正電圧源（６２）に接続可能であることを特徴とする、半導体ウェハのための銅めっき装置。
7. 循環装置（５２、５６、５８）は、銅めっき室（５２）から銅イオンめっき溶液槽（６０）へ、銅イオンめっき溶液（７２）をポンピングするためのポンピング装置（５６）を含む、請求項６に記載の銅めっき装置（５０）。
8. 循環装置（５６、６１）は、銅イオンめっき溶液槽（６０）から銅めっき室（５２）へ、銅イオンめっき溶液（７２）をポンピングするためのポンピング装置（６１）を含む、請求項６に記載の銅めっき装置（５０）。
9. 半導体ウェハ（６６）は、銅シード層（６８）を有し、銅めっき装置は、銅シード層（６８）に接触するための銅イオンめっき溶液（７２）を銅めっき室（５６）内に含む、請求項６に記載の銅めっき装置（５０）。
10. 正電圧源（６２）および負電圧源（７０）を含む、請求項６に記載の銅めっき装置（５０）。