JP2004521186A - 外的影響を用いて加工物の頂部表面とキャビティ表面上に付着する添加物の間に差を作り出すめっき方法および装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、きわめて望ましい方式で基板表面上に導電性材料をめっきするための方法および装置に関する。本発明は、キャビティ部分上に配置される少なくとも1種の添加物よりも加工物の頂部上に吸着される少なくとも1種の添加物をより除去し、それにより、添加物が頂部上に完全に再吸着する前に導電性材料のめっきが起こることを可能とし、頂部よりキャビティ部分により多くのめっきが起こるようにする。
Description
【0001】
発明の分野
本発明は、一般的に、半導体めっき方法および装置に関する。特に、本発明は、加工物(workpiece)のキャビティ部分の導電性材料のめっき効果を高めるために、外的影響(external influence)を用いて加工物の頂部表面上に吸着された添加物と加工物のキャビティ部分の中に吸着された添加物との間に差を作り出す方法および装置に関する。
【0002】
発明の背景
マルチレベル集積回路(IC)を製造する上で必要な工程は多数存在する。そのような工程には、半導体ウエハーまたは基板上に導電性および絶縁材料を堆積させることとそれに続くフォトレジストパターン形成、エッチングなどを用いるそれらの材料の完全なまたは部分的な除去が含まれる。フォトリソグラフィー、パターン形成およびエッチング工程の後、得られる表面は、一般的に、非平面的である。というのは、その表面は、いろいろな寸法と形態を持つバイア(via)、線、トレンチ、チャンネル、ボンドパッドなどのような多くのキャビティまたはフィーチャー(feature)を含むからである。典型的には、それらのフィーチャーは、エッチングおよび/または化学的機械的研磨(CMP)のような追加の加工処理工程が実施されるまえに極めて導電性の金属材料で満たされている。したがって、抵抗の小さい相互接続構造が、ICのさまざまのレベル/セクションの間に形成されている。
【0003】
銅(Cu)は、その小さな電気抵抗およびエレクトロマイグレーションに対する大きな抵抗のために、ICの中の相互接続のための好ましい材料に速やかになっている。電気的堆積は、基板表面上のフィーチャーにCuを堆積させるための最も一般的な方法の1つである。
【0004】
考え付くように、この産業で用いられてきたCuめっき系には多くの異なる設計が存在する。例えば、アンドリカコスらに1996年5月14日に発行された米国特許第5,516,412号は、平坦な製品上にフィルムを電気的堆積させるために設計されている垂直攪拌式めっき槽(vertical paddle plating cell)を開示する。次いで、クーンに1999年11月16日に発行された米国特許第5,985,123号は、基板サイズの変化に関連する不均一な堆積の問題を解決することを意図するさらに別の垂直電解めっき装置を開示する。さらに、タマキらへの1998年12月29日に発行された米国特許第5,853,559号は、めっき電解液の廃液を最小にし、多くの電解液の回収を達成する電解めっき装置を開示する。
【0005】
Cu電解めっきプロセスの間に、特別に配合されためっき溶液または電解液が用いられる。それらの溶液または電解液は、Cuのイオン種および堆積された物質のテクスチャー、モルホロジーおよびめっき挙動を制御する添加物を含む。添加物は、堆積された層を滑らかにし、いくらか光沢をもたせるために必要である。
【0006】
多くのタイプのCuめっき溶液製剤が存在し、それらのいくつかは、商業的に入手可能である。1つのそのような製剤は、銅供給源として硫酸銅(CuSO4 )を含み(ジェームズ・ケリーら、ジャーネル・オブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサエティ、第146巻、2540〜2545ページ、(1999))、水、硫酸(H2 SO4 )、および少量の塩化物イオンを含む。周知のように、所望の特性の堆積された材料を達成するために、他の化学物質もCuめっき溶液に加えられ得る。
【0007】
Cuめっき溶液中の添加物は、サプレッサー、レベラー、増白剤、細粒化剤、湿潤剤、応力減少剤、促進剤などのようないくつかのカテゴリーの下に分類され得る。多くの事例において、異なる分類が、それらの添加物の同様の機能を記述するためにしばしば用いられる。現在では、特にIC製造における電子産業用途で用いられる溶液は、2要素2成分パッケージからなる単純な添加物を含む(例えば、ロバート・ミッコラおよびリンリン・チェン、「進歩した相互接続金属化のために用いられる第2世代銅電解めっき化学のための添加剤成分の役割の研究」、プロシーディングズ・オブ・ジ・インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス、117〜119ページ、2000年6月5〜7日を参照されたい)。それらの製剤は、包括的に、サプレッサーおよび促進剤として知られている。
【0008】
サプレッサーは、典型的には、ポリエチレングリコール−PEGまたはポリプロピレングリコール−PPGからなるポリマーであり、大きな電流密度領域で基板表面にそれら自体が付着し、それにより大きな抵抗のフィルムを形成し、その上に堆積された材料の性質を抑制すると考えられる。促進剤は、典型的には、吸着される基板表面の部分上のCu堆積を高める有機物ジスルフィドである。それら2種の添加物と可能的には塩化物イオンとの間の相互作用がCu堆積物の性質を決定する。
【0009】
以下の図は、通常の電気堆積方法および装置をより完全に記載するために用いられる。図1は、基板3上に形成される絶縁体2を有する基板3の斜視断面図を例示する。通常のエッチング技術を用いて、小さなバイア4aおよび幅広のトレンチ4bの列のようなフィーチャーが、絶縁体2および基板3上に形成される。この例において、バイア4aは狭く深い。言い換えれば、それらは大きなアスペクト比を有する(すなわち、深さ対幅の比が大きい)。典型的には、バイア4aの幅は、ミクロン未満である。他方、トレンチ4bは、典型的には広く、小さなアスペクト比を有する。言い換えれば、トレンチ4bの幅は、その深さの5から50倍以上であり得る。
【0010】
図2〜4は、フィーチャーをCuで満たすための通常の方法を例示する。図2は、基板3上に配置される様々の層を有する図1の基板3の断面図を例示する。例えば、この図は、基板3および絶縁体2上にバリア/グルーまたは接着層5およびシード層6が配置されている基板3および絶縁体2を例示する。バリア層5は、タンタル、タンタルの窒化物、チタン、タングステン、またはTiWなど、またはこの分野で通常用いられるいずれか他の材料の組み合わせであり得る。バリア層5は、一般的に、様々のスパッタリング法のいずれかを用いて、化学蒸着(CVD)により、または無電解めっき法により堆積される。その後、シード層6がバリア層5上に堆積される。シード層6材料は、銅または銅代替物であり得るし、様々のスパッタリング法、CVD、または無電解堆積またはそれらの組み合わせを用いてバリア層5上に堆積されうる。
【0011】
図3において、シード層6を堆積させた後、導電性材料7(例えば、銅層)が、一般的に、適切な酸性または非酸性めっき浴またはめっき浴製剤からシード層上に電気的に堆積される。この工程の間に、カソード(負)電圧がアノード(図示せず)に対して印加されるように、Cuシード層6および/またはバリア層5に電気的接触がなされる。その後、上記のように、特別に製剤されためっき溶液を用いてCu材料7が基板表面上に電気的堆積される。塩化物イオン、サプレッサー/阻害剤、および促進剤のような添加物の量を調節することにより、小さなフィーチャーにおいて底上げ(bottom up)Cuフィルムの成長を獲得することが可能である。
【0012】
Cu材料7は、バイア4aを完全に満たし、大きなトレンチ4bで一般的に均一であるがしかし、トレンチ4bを完全には満たさない。というのは、用いられる添加物は大きなフィーチャーでは有効ではないからである。例えば、バイア4aへの底上げ堆積が起こると思われる。というのは、サプレッサー/阻害剤分子は、その場所での材料の成長を抑制するようにバイア4aの頂部に分子それ自体を付着させるからである。それらの分子は、狭い開口を通ってバイア4aの底部表面に有効に拡散し得ない。バイア4aの底部表面上の促進剤の優先的吸着は、その領域でのより急速な成長をもたらし、図3に示されているような底上げする成長およびCu堆積プロフィールをもたらす。適切な添加剤がないと、Cuは同じ速度で垂直壁ならびにバイア4aの底部表面上に成長し、それにより継ぎ目および/またはボイドのような欠陥を生じ得る。
【0013】
大きなトレンチ4bの底部表面上のサプレッサーおよび促進剤添加剤の吸着特性は、基板のフィールド領域8の頂部表面上の吸着特性とは異なるとは思えない。それゆえ、トレンチ4bの底部表面でのCu厚さt1は、フィールド領域8上のCu厚さt2とほぼ同じである。
【0014】
考えられるように、Cu材料7でトレンチ4bを完全に満たすために、更なるめっきが必要である。図4は、追加のCuめっきの後に得られる構造を例示する。この事例では、フィールド領域8上のCu厚さt3は相対的に大きく、フィールド領域8からトレンチ4bのCu材料7の頂部まで段階s1が存在する。IC用途のためには、フィールド領域8のCu材料7ならびにバリア層5は除去され、それにより対象のフィーチャーの中にのみCu材料を残すように、Cu材料7は、CMPまたは他の材料除去プロセスに供される必要がある。それらの除去プロセスは、非常に経費がかかることが知られている。
【0015】
今までのところ、基板上の小さなフィーチャーの底上げ充填をもたらすCuめっき化学およびめっき技術の開発に多くの注目が集められた。このことは必要である。というのは、上記のように、底上げ充填しないと小さなフィーチャーに欠陥が生じ得るからである。それらの開発の努力の一部として、小さなフィーチャーの充填挙動は、溶液化学によってのみ影響されるのではなく、電気堆積のために用いられる電源のタイプによっても影響を受け得ることが発見された。
【0016】
最近の研究は、小さなバイアに欠陥なくCuを堆積させるパルスまたはパルス逆相めっき法を用いることが好ましいことを示唆する(例えば、1999年10月26日にデュービンらに発行された米国特許第5,972,192号およびガンディコータらの「パルス調節めっきによる0.13μmノードへの銅めっきの延長」、プロシーディングズ・オブ・ジ・インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス、239〜241ページ、2000年6月5〜7日)。パルス逆相めっき法においては、カソードDC電圧よりもむしろカソード電圧パルスが基板表面に付与される。カソードパルスの間の短時間のめっきの後、堆積した材料からの電気化学的エッチングを引き起こす短時間の電圧の極性の逆転がなされる。次いで、小さなフィーチャーが高品質のCuで充填されるまでめっきとエッチングのサイクルが反復される。最近の研究(例えば、C.H.シーら、「DCおよびパルス逆相プロセスにより電気化学的に堆積したCuフィルムの間隙充填後のフィルム特性および表面プロフィール」、プロシーディングズ・オブ・ジ・インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス、182〜184ページ、2000年6月5〜7日)は、DCプロセスが用いられるときバイアの充填は主に追加的拡散により制御され、一方、パルス逆相プロセスが用いられるときそれは主に添加物吸着により制御されることを示す。
【0017】
上記のように、半導体産業における注目は主に、Cuによる半導体ウエハー上の様々のフィーチャーの充填に集中してきた。DCとパルス電源の両方が、それらのCuフィルムの堆積に用いられてきた。小さなフィーチャーへのCuの充填特性は、用いられる電源のタイプの相関性の強い関数であることが見出されている。めっき溶液添加物の正確な役割と印加される電圧波形とのその相互作用はあまり理解されていないけれども、添加物吸着および拡散プロセスの動力学が、金属が平坦でない基板表面上に堆積する方式に影響を与えることは明らかである。
【0018】
上記のように、特別な浴配合とパルスめっき法が、小さなフィーチャーの底上げ充填を達成するために開発されてきた。しかしながら、それらの技術は、大きなフィーチャーの充填にも有効とは考えられていない。大きなフィーチャーでは、添加物は、フィーチャーの中と外に自由に拡散し得る。塩化物イオン、促進剤およびサプレッサー/阻害剤を含む通常用いられる添加物系と組み合わせての標準的なパルスめっき技術の使用は、フィーチャーの幅が深さより顕著に大きい形態の底部表面からの加速された成長をもたらさない。そのようなフィーチャーでのCuの成長は等角的(conformal)であり、大きなフィーチャーの底部表面上に堆積するフィルム厚さは、フィールド領域上に堆積する厚さとほぼ等しい。
【0019】
基板上の小さなフィーチャーと大きなフィーチャーの中で加速された底上げめっきを達成する方法および装置はプロセスの効率とコストの観点で非常に有効である。というのは、そのようなプロセスは、図5で例示される一般的に平面的であるCu堆積をもたらすからである。この例でのフィールド領域8の上のCu厚さt5は、図4で示される従来の事例より小さく、段階高さs2もまたはるかに小さいであろう。CMPまたは他の方法による図5のより薄いCu層の除去は、より容易であり、大変なコストの節約を提供する。
【0020】
図5に示されるもののようなめっきされたCu構造の注目される特徴を、他の者たちもすでに認識している。例えば、あるPCT出願(「集積回路チップ上の電解めっきされた相互接続構造」、WO98/27585、1998年6月25日)において、インターナショナル・ビジネス・マシーン・コーポレーションの研究者は、そこに記載されているめっき法は、めっきが通常のめっき槽の中で実施されるときミクロン未満のサイズのキャビティのみの超充填をもたらすと主張する。しかしながらそれはまた、アイゴに1982年7月13日に発行された米国特許第4,339,319号に記載されているカップめっき槽が用いられるとき更なる利益が実現し得るとも主張する。加えて、基板表面がカップめっき槽の中でのめっきの間に電解液のメニスカスと接触させられたままのとき、大きく異なる幅のキャビティは同じ速度で急速に充填され、図5に示されるものと同様の構造をもたらす。そのPCT出願はまた、メニスカスでのめっきアプローチのよりすぐれた性能は、気−液界面での界面活性剤添加物分子のより大きな濃度によるものであったとも主張する。
【0021】
本発明の譲渡人によりともに所有される「電気化学的機械的堆積のための方法および装置」という表題のともに係属する米国特許出願シリアル番号第09/201,928号において、導電性材料が堆積するときパッドによりフィールド領域を研磨することによりフィールド領域上の堆積を最小にしながら基板表面上のキャビティへの導電性材料の堆積を達成する技術が開示されている。この出願のめっき電解液は、多孔性パッドまたはパッドの凹凸を通してパッドと基板表面とも間の小さな間隙に供給される。
【0022】
図6は、半導体ウエハー上の平面的または近似平面的Cu堆積のために用いられ得る電気化学的機械的堆積装置の模式的描写を示す。キャリアヘッド10は半導体ウエハー16を保持し、ウエハー16の導電性部分に接続される電気リード線17を提供する。ヘッド10は、第1の軸10bの周りに時計回りまたは反時計回りに回転し、x、yおよびz方向に動かされ得る。パッド18はアノードアセンブリ19の頂部上に与えられ、そのパッド18は、ウエハー16に面する。めっき材料を含む電解液20は、アノードアセンブリ19を用いてウエハー16表面に付与される。電解液20は、パッド18の孔/開口を通して流動し、パッドは、ウエハー16表面と物理的接触する。電解液20は次いで、ウエハー16とパッド18の間の狭い間隙の中を流れ、最終的には、清浄化/ろ過/再研磨(refurbishing)ののち、再循環する(図示せず)ためにパッド18のエッジ上をチャンバー22に流れる。第2の電気リード線24は、アノードアセンブリ19に接続されている。電位をアノードアセンブリ19とカソードウエハー16に提供するためのいずれか他の公知の方法がここでは用いられ得る。
【0023】
アノードアセンブリ19はまた、時計回り方向および反時計回り方向の両方で制御された速度で第2の軸10cの周りを回転し得る。軸10bおよび10cが実質的に互いに平行であることも理解される。ウエハー16とパッド18の間の間隙は、z方向にキャリアヘッド10を動かすことにより調節可能である。ウエハー16表面とパッド18が接触状態にあるとき、2つの表面に及ぼされる圧力もまた調節され得る。2000年2月23日に出願された「多角的材料加工装置のためのパッド設計および構造」という表題のともに係属する米国特許出願シリアル番号第09/511,278号は、パッドをとおって電解液がウエハー表面に流動するパッド8の中の孔の様々の形態および形状を記載する。
【0024】
操作の間、電気リード線17からウエハー16と電気リード線24からアノードアセンブリ19の間に電位が付与され、ウエハー16表面をアノードアセンブリ19より負にする。電解液20は、アノードアセンブリ19の近くに位置する容器(図示せず)からパッド18に導入され得る。アノードアセンブリ19は、その中に作られている内部チャンネルと孔を有しうるものであり、それらは互いに、パッド18とウエハー16の間の間隙に供給される電解液20のための経路を提供する。
【0025】
付与された電位の下で、電解液20からウエハー16表面上にCuが析出する。制御された圧力でウエハー16表面に対して押される移動するパッド18は、ウエハー16表面を研磨することにより該ウエハー表面のある部分の上のCuの蓄積を最小にする。
【0026】
電界がパッド18を通過し得るように、パッドは、好ましくは、非電導性であり、硬質であり、多孔性であり、または穿孔されたタイプの材料であるが、アノードアセンブリ19とカソードウエハー16との間の短絡を防止する。パッド18とカソードウエハー16との間の離間または間隙は、1ミクロン未満から2ミリメートルまでの範囲を取り得る。パッド18とウエハー16の直径または断面長手長は、約5ミリメートルから300ミリメートルを超える範囲を取り得る。ウエハー16の直径が大きくなると、パッド18の直径も大きくなる。
【0027】
発明の概要
本発明の目的は、非常に望ましい方式で基板表面上に導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【0028】
本発明のもう1つの目的は、先行技術の方法および装置よりも効率的で、経費節約的で、よりすぐれた品質で基板表面上の小さなフィーチャーおよび大きなフィーチャーの両方とも導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【0029】
本発明の更なる目的は、マスクそれ自体に1以上の開口を有するマスクを用いて基板表面上に小さな形態と大きな形態の導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【0030】
本発明のさらにもう1つの目的は、基板表面に対するマスクの開口の動きにより基板表面上に電力が局所的にパルス放電されるあいだに小さなフィーチャーと大きなフィーチャーの導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【0031】
本発明の更なる目的は、すでに吸着された添加物が除去されなかった加工物のキャビティ形態表面部分上の導電性材料のめっき性を高めるために、加工物の頂部表面部分上にすでに吸着された添加物を除去する方法および装置を提供することである。
【0032】
本発明のさらにもう1つの目的は、加工物のキャビティ部分の中の導電性材料のめっき性を高めるために、加工物の頂部表面上に吸着された添加物と加工物のキャビティ部分の中に吸着された添加物との間の差を設けることである。
【0033】
本発明の更なる目的は、加工物に対して離間して配置されているマスクを用いて加工物の頂部表面部分上にすでに吸着された添加剤を周期的に除去し、次いで、キャビティ部分の中のめっきが加工物の頂部表面上のめっきより速い速度で起こるようにマスクが加工物上のどの点でも接触しない、加工物のキャビティ形態表面部分上に導電性材料をめっきすることである。
【0034】
本発明の更なる目的は、電力が加工物表面に付与されていない間に加工物に離間して配置されているマスクを用いて加工物の頂部表面部分上にすでに吸着された添加物を除去し、ついで、加工物上に導電性材料をめっきすることである。
【0035】
本発明の更なる目的は、加工物に直接物理的に接触しない外的影響を用いて加工物のキャビティ部分の導電性材料のめっき性を高めるために加工物の頂部表面上に吸着された添加物と加工物のキャビティ部分の中に吸着された添加物との間に差を設けることである。
【0036】
とりわけ、本発明の上記目的は、1つだけを問題にするか2以上を組み合わせて、本発明により達成され、本発明は、加工物の表面上に導電性材料をめっきするための装置およびめっき方法を提供する。
【0037】
該方法の1側面において、少なくとも1種の添加物を含む電解液は、該添加物が加工物の頂部およびキャビティ部分上に吸着されるように、加工物上に適用される。頂部表面上に吸着された添加物が除去され、添加物が頂部上に完全に再吸着する前に導電性材料のめっきが起こり、それにより頂部よりキャビティ部分により多くのめっきが起こるように外的影響が適用される。
【0038】
本発明の方法のもう1つの側面において、少なくとも1種の添加物を含む電解液は、該添加物が加工物の頂部およびキャビティ部分上に吸着されるように、加工物上に適用される。キャビティ部分に対する頂部上に吸着される添加剤の量の差が達成されるように、外的影響が適用される。差が存在する間にめっきが起こり、それにより頂部よりキャビティ部分でより多くのめっきが起こる。
【0039】
装置の1側面において、アノードと加工物の間に配置され、加工物に対して可動的であるマスクは、加工物の頂部を物理的に掃引し(sweep)、それによりその上に吸着される添加物を減少させ、一方、キャビティ部分上に吸着される添加物は残る。アノードと加工物の間の電界を作り出す助けとなるアノードは、加工物上に配置される電解質の中の導電性物質(conductor)のめっきを促進するために用いられる。
【0040】
本発明の装置のもう1つの側面において、マスクは、電界が存在する場所を規定するために用いられる開口領域を含み、このようにして、めっきが加工物上で起こる場所をより大きく制御することを可能とする。
【0041】
本発明の方法のもう1つの側面において、少なくとも1種の添加物を含む電解液は、該添加物が加工物の頂部およびキャビティ部分上に吸着されるようになるように、加工物上に適用される。外的影響は、加工物の頂部表面に近接するが接触しない離間関係で存在するマスクを用いて適用され、一方、加工物とマスクは、頂部表面上に吸着された添加剤が除去されるか、または加工物のキャビティ表面上の添加物と違うように互いに対して移動する。添加物が頂部上に完全に再吸着する前に導電性材料のめっきが順次起こり、それにより頂部よりキャビティ部分により強くめっきが起きる。
【0042】
本発明の以上のおよび他の目的および利点は、添付の図面とともに理解される本発明の目下の好ましい代表的な態様の以下の詳細な記載から明らかとなり、より容易に理解される。
【0043】
好ましい態様の詳細な説明
本発明の好ましい態様は、以下に図面を参照して記載される。本発明の発明者は、基板表面上に導電性材料をマスクパルスめっきすることにより、より望ましい高品質の導電性材料が様々のフィーチャーの中に堆積されうることを発見した。
【0044】
本発明は、半導体ウエハー、フラットパネル、磁気フィルムヘッド、パッケージ基板などのようないずれの基板でも用いられ得る。さらに、時間、圧力、マスク設計などのような具体的な加工処理パラメーターが本明細書で提供され、それら具体的なパラメーターは、限定というよりもむしろ典型であることが意図されている。
【0045】
本明細書に記載されているめっき方法は、「マスクパルス」めっきと呼ばれる。本発明は、基板表面に接触させるためにマスクを間歇的に動かし、アノードと基板との間に電力を付与することにより基板上に導電性材料をマスクパルスめっきするための方法および装置を記載し、マスクは、アノードと基板との間に位置する。さらに、本発明は、基板表面上の様々のフィーチャーへの導電性材料の強烈な電気的堆積を提供する新規なめっき方法および装置に関する。
【0046】
図7は、アノード31、カソード32、および電解液33を有するめっき槽30を例示する。めっき槽30は通常の槽であり、本発明において用いられるめっき槽の正確な形態は変化しうることに注意すべきである。電解液33は、カソード32の頂部表面と接触する。本明細書で提供されている例のカソード32は、その頂部表面上に様々のフィーチャーを有するウエハー(基板)である。DCまたはパルス電圧がウエハー32とアノード31との間に印加されるとき、電解液33由来のCuが上記のようにウエハー32上に堆積する。DCまたはパルス電力の間の差は、小さなフィーチャーを満たすCuの品質を決定する。
【0047】
図8は、本発明の好ましい態様を例示する。本発明において、マスク40はカソードウエハー32に非常に近接して位置し、そのカソードウエハーでは、マスク40は、電解液33がウエハー32の一部と物理的接触する開口42を含む。理解と説明の容易さのために、図8は、電気接続、アノード、電解質33を含むめっき槽を例示しない。適切な電圧がカソードウエハー32とアノードとの間に印加されるとき、開口42は、該開口42の直下の基板32の表面上に、電解質33由来のCuがめっきされることを可能とする。マスク40がカソードウエハー32と物理的接触するならば、そのときは、めっきは、開口42の直下の基板の領域に強く限定されるであろう。マスク40が矢印43により示されるように一方から他方への(side to side)動きで移動するとき、ウエハー表面上の部分を流れる電流は変化するであろう。このことは、本明細書で後により詳細に検討される。
【0048】
図9〜12は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。マスク40は、カソードウエハー32に対して左に動く(または代わりに、ウエハー32は、右に動き得るし、または、マスク40とウエハー32の両方が互いに反対に動かされ得る)。図9において、時間t=t1 のとき、ウエハー32表面上の部分45は、電気絶縁マスク40の下に位置し、電解液に直接暴露されない。したがって、t=t1 のとき部分45のめっき電流は、図13のグラフに描写されているように、きわめて小さいかまたはゼロ近くである。図13は、部分45での時間に対する堆積/めっき電流を描写するグラフを例示する。
【0049】
図10において、開口42が部分45上に存在するようにマスク40および/またはウエハー32が動くとき、開口42が部分45と一致するならば、時間t=t2 のとき部分45でのめっき電流は突然増加する。図11において、t=t3 まで強い電流は定常状態にある。その後、部分45が再び図12に示されるようにマスク40の開口されていない部分の下に位置するとき、電流密度は再びきわめて小さいかまたはゼロ近くになる。
【0050】
再び図13を参照すると、時間間隔Δt(t2 およびt3 の間の時間)は、マスク40の速度ならびに開口42の大きさの関数である。加えて、Δtは、もしマスク40がウエハー32に対して急速に動くならば、小さい値になる。また、もしマスク40の中に複数の開口が存在するならば、またはもしマスク40の動きが前後になされるならば、そのときは、対応する電流対時間のプロットは、複数のパルスからなるであろう。マスク40上の開口の大きさおよび基板とマスクの相対速度を制御することにより、基板上のいずれかの部分の電流パルスの形態、持続時間および反復速度は制御され得る。
【0051】
上記例から理解されうるように、DC電源がこのめっき技術のために用いられ得る。ウエハー32と物理的接触する固体絶縁マスク40を動かすことにより、ウエハー表面上のどの部分も、電解液および付与されためっき電流に急速に且つ容易に暴露され得る。これは、上記定義の先行技術とはまったく異なる。例えば、本発明において、ウエハー表面のある種の部分は、電解液とは実質的に接触しない。電解液は、ウエハーのある部分が電解液に暴露されるときのみウエハーのその部分に適用され、電流のパルスも同時に適用される。
【0052】
もしこのマスクパルスめっき法が添加物(すなわち、阻害剤および促進剤)なしで単純な金属堆積電解液とともに用いられるならば、それは、従来のめっきと大きく異なるとは考えられないであろう。これは、マスク40の開口42の大きさが、ウエハー32表面上のフィーチャーの大きさよりはるかに大きいからである。それゆえ、ある部分が開口42を通して電解液に暴露されるとき、通常のめっきが始まるはずである。しかしながら、もし分極をもたらす添加物が加えられているならば、そのときは、マスクパルスめっき法は、従来のパルスめっき技術には存在しない利益を提供し得る。
【0053】
例えば、通常の溶液/化学物質(硫酸銅、水、硫酸および塩化物イオン)および添加物Aの両方を含むCuめっき浴を考えてみてほしい。添加物Aは、ウエハー表面上に吸着されるとき堆積を促進する。この電解液が図7で描写されているもののような従来のめっき槽で用いられるとき、ウエハー32の全表面は、電解液および添加物Aに暴露されるであろう。ウエハー表面上のフィールド領域ならびに大きなフィーチャーの底部表面は、同様に添加物Aを吸着し、めっきは、同様の速度でそれらの表面上で始まる。
【0054】
しかしながら、もしマスクパルスめっき技術が同じ電解液とともに用いられるならば、マスクはフィールド領域から添加物Aを除いてしまうであろう。というのは、マスクは、それらの領域と物理的接触するからである。しかしながら、小さなフィーチャーも大きなフィーチャーも両方とも吸着された添加物Aをいまだ含むであろう。というのは、それらのフィーチャーは、マスクと直接の物理的接触をしていないからである。ウエハーの一部が電解質に急に暴露されるとき、すでに吸着された添加物Aを有するフィーチャーの底部表面および側部表面は、フィールド領域より高速でめっきを即座に開始するであろう。もし時間Δtが基板表面に添加物Aを付着させるのに必要な吸着時間より短いならば、付与されるめっき電流は、充填されるフィーチャーに優先的に流れ、それにより、フィールド領域上の堆積速度よりフィーチャー内の堆積速度を速める結果をもたらす。
【0055】
本発明のマスクパルスめっき方法は、基板表面の様々のフィーチャーに増大しためっきをもたらすために様々の添加物の応答時間の差を利用する。その機構はマスクによる基板(フィールド領域)の頂部表面の「掃引(sweeping)」を含み、マスクは、フィーチャーの中の領域と物理的接触しない。フィールド領域上の掃引は、掃引される領域とフィーチャーの中にある領域の中の吸着された化学種の濃度の間の差を確立する。次いで、表面が電解液および電界に急に暴露されるとき、吸着された化学種を有するフィーチャーは、フィールド領域からのめっき電流のほとんどを引き寄せる。
【0056】
この本発明の方法は、複数の添加物を用いても等しく良好に機能する。例えば、もしめっき液が阻害剤Bおよび促進剤Cを含み、阻害剤の吸着動力学が促進剤のそれよりもはるかに高速であるならば、以下の機構がマスクパルスめっき方法により用いられ得る。阻害剤Bおよび促進剤Cの両方は、マスクにより基板のフィールド領域から部分的にまたは完全に掃引されるであろう。しかしながら、両化学種は、フィーチャーの中にいまだ存在するであろう。基板が電解液および電界に暴露されるとき、阻害剤Bは、フィールド領域上に容易に吸着し、めっき電流のための抵抗の大きい経路を導く。フィーチャーの中にすでに存在する促進剤Cは、それらの領域の中の阻害剤の作用を補償し、電流は、それらのフィーチャーを容易に流れ得る。それゆえ、促進剤Cがフィールド領域上に適切に吸着されるまで、フィーチャーの中のフィルム成長速度はより大きいであろう。
【0057】
この同じ結果は、阻害剤Dが強力な吸着特性を有し、促進剤Eがフィールド領域に弱く結合するさらにもう1つの化学反応からも予測され得る。この場合は、マスクはフィールド領域から弱く結合した促進剤Eを容易に除去し得るものであり、一方、促進剤Eは、フィーチャーの中の表面に付着したままである。電解液および電界への暴露の際に、促進剤Eがフィールド領域上に再び吸着され始めるまで、めっき電流は、優先的にフィーチャーを流れる。
【0058】
上記記載は、本発明に含まれる機構の単にいくつかの例に過ぎず、限定を意味しないことに注意すべきである。本発明は、様々の電解液の添加物の吸着/脱着動力学の間の差を利用する。本発明は、添加物化学種の1以上を部分的または全体的にすでに除去した基板表面の具体的部分に急激にかつ同時に溶液と電力を適用することにより上述を達成する。
【0059】
図8に示されるめっき系の形態はまったく単純である。本発明を実施するために用いられ得る多くの可能な設計が存在する。本発明のいくつかの重要な側面は以下のとおりである。
【0060】
(1)マスクは、平坦であるウエハーを用いるとき平坦である必要がある。マスクは絶縁性の硬質材料で作られているべきであり、ウエハーに面する表面は硬質であり得、添加物をより効率的に「掃引する」役割をする研磨剤さえ含み得る。
【0061】
(2)ウエハーとマスクとの間には相対的な運動が存在すべきである。ウエハー、マスク、または両方は、直線状もしくは環状(orbital)の方式またはそれらの組み合わせで動かされ得る。
【0062】
(3)マスクとウエハー表面との間には電解液が実質的に存在すべきではない。ウエハー表面は、マスクの開口を通してのみ電解液に暴露されるべきである。
【0063】
(4)マスクの開口の大きさおよびマスクとウエハーの間の相対的な動きの速度は、ウエハー上のいずれかの部分が単に簡単に、典型的には、2秒未満、好ましくは1秒未満、例えば10〜500msec、電解液に暴露されるようであるべきである。この時間間隔は、用いられる添加物の吸着特性について調節されるべきである。
【0064】
図14は、本発明の第1の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。図14において、マスク80と電解液チャンネルプレート300は、アノードアセンブリ90上に載置されている。電解液100を、従来のポンプシステム(図示せず)によりアノードアセンブリ90に供給する。電解液100を、孔210を通してチャンネルプレート300の中のチャンネル310にポンプ輸送する。操作中、基板/カソードはマスク80の頂部表面に面して位置し、基板および/またはマスク80は回転する。基板は、0.01psiないし0.5psiの範囲の圧力でマスク80に押し込まれ得る。より大きな圧力も用いられ得るけれども、必要ではない。もしマスク80が回転するならば、アノードアセンブリ90も同様に回転し得る。カソード電圧が、アノードアセンブリ90の中のアノード(図示せず)のために基板(図示せず)に印加される。チャンネル310を通って流れる電解液100は、マスク80の開口250を通ってウエハー表面と物理的接触する。電解液100は、ろ過のための小さなブリード孔320から連続的に排出され、再循環される。もし電解液が実際に操作の間に近接接触関係にあるマスク80とウエハー表面との間に界面に入るとしても、きわめてわずかである。
【0065】
図15は、本発明の第2の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。図15の装置は、孔510とチャンネルプレート600を除いて図14に示される装置と同様である。チャンネルプレート600は、異なる形態のチャンネル610を含み、そのチャンネルは、マスク80の開口250に連続様式で電解液100を分配するために用いられる。
【0066】
図16は、本発明の第3の好ましい態様による装置の側面図を例示する。さらにもう1つの態様において、図16は、アノードアセンブリ90の頂部上にある容器110に至る電解液100を示す。電解液100は、マスク80の孔250を通ってウエハー350の表面と接触する。電解液は、ブリード孔200を通って容器100から排出され得る。
【0067】
本発明において用いられる電源は、パルスまたはDC電源であり得るが、しかし、好ましくはそれはDC電源である。電源は電流制御モードまたは電圧制御モードで用いられる、すなわち、それは、付与された電流が一定のままかまたは印加された電圧が一定のままかのいずれかである。電流制御モードを用いる場合については、マスクの開口の大きさは、フィールド領域の部分並びにフィーチャーの部分を同時に覆うのに十分に大きいことが重要である。言い換えれば、ウエハー表面が開口を通して電解液に暴露されるとき、単に所定の時間電解液に暴露されるフィールド領域は存在すべきでない。例えば、開口が極めて小さいかまたはウエハー表面上のフィーチャーの数が小さい(低密度のフィーチャー)ならば、フィールド領域は電解液に暴露される。この場合には、電源は固定した電流を流すので、全ての電流は、フィールド領域を流れ、Cuは、差等なしにフィールド領域上に析出する。しかし、もしフィールド領域とフィーチャーの両方が同時に暴露されるならば、そのときは、電流は、フィーチャーを優先的に流れ、より多くのCuは、フィーチャーに析出し、フィールド領域上にはより少ないであろう。この状況は、マスクの開口の数の増加により確実にされ得るものであり、それゆえ、孔のいくつかを同時に通って暴露される両領域(フィールドとフィーチャー)の部分が常に存在する。
【0068】
もし定常電圧電源が用いられるならば、そのときは、電流は、ウエハー表面上の抵抗に依存してそれ自体自動的に調節される。それゆえ、もしマスクの孔がウエハーのフィールド領域のみを露出するならば、より少ない電流がその表面に供給され、めっきの量も少なくなる。フィーチャーが溶液に暴露されるとき、より多くの電流がフィーチャーに流れ、したがって、優先的なめっきがフィーチャーで起こる。それゆえ、もし小さなフィーチャー密度を有するウエハーが被覆され、および/またはマスクの孔の数が限定されているならば、電圧制御モードの電源を用いることがより適切である。
【0069】
本発明は、小さなフィーチャーと大きなフィーチャーの両方を充足させるために用いられ得る。しかしながら、連続プロセスもまた利用され得る。そのアプローチには、2つの加工処理工程が存在する。第1の工程では、マスクは、マスクとウエハー表面の間のめっき液の実質的な量を受け入れてウエハー表面から引き出される。この位置では、系は、ちょうど従来のめっき槽のように作用する。めっき溶液の中の添加物の助けにより、小さなフィーチャーはこの工程の間に満たされ、図3において示される状況が起こる。この第1の工程の間に、マスクと基板は、均一な堆積のために互いに対して動く。次いで、マスクは、マスク上の孔/開口を除いてウエハー/マスク界面から溶液を搾り出す表面との接触にもたらされる。次いで、マスクパルスめっきは、先に記載したように、より大きなフィーチャーを優先的に満たすように始まる。このマスクパルスめっき技術において、マスク孔/開口が位置する場所を除いてマスクとウエハー表面の間にめっき溶液が実質的に存在しないことに注意することが重要である。
【0070】
導電性材料として、銅およびその合金を用いることとともに、銅合金、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、鉛、スズ、鉛−スズ合金、鉛無添加はんだ合金、銀、亜鉛、カドミウム、ルテニウム、それらのそれぞれの合金のような他の導電性材料が本発明において用いられ得る。本発明は、高性能かつ高信頼性のチップインターコネクト、パッケージング、磁気装置、フラットパネルおよびオプトエレクトロニクス用途の製造のために特に適している。
【0071】
本発明のもう1つの側面において、「マスクパルス」めっきは、基板のキャビティ表面上の添加物について基板の頂部表面上に吸着される添加物を除去または変更する外的影響を作り出すことにより基板上に導電性材料をマスクパルスめっきするための方法および装置を記載する。この外的影響は、近接しているが基板表面に接触しない離間関係で配置されるマスクを間歇的に動かし、アノードと基板の間に電力を付与し、マスクがアノードと基板との間に位置することにより好ましい態様で記載されているように作り出され得る。
【0072】
図7は、アノード31、カソード32および電解液33を有するめっき槽30を例示する。めっき槽30は従来の層であり、本発明において用いられるめっき槽の正確な形態が変化しうることに注意すべきである。電解液33は、カソード32の頂部表面と接触する。本明細書で提供される例のカソード32は、その頂部表面に様々のフィーチャーを有するウエハー(基板)である。DCまたはパルス電圧は、ウエハー32とアノード31との間に印加され、電解液33由来のCuは、上記のようにウエハー32上に析出する。DCまたはパルス電力の間の差は、小さなフィーチャーを満たすCuの品質を決定する。
【0073】
図8は、本発明の好ましい態様を例示する。本発明において、マスク40は、カソードウエハー32に極めて近接して位置し、カソードウエハーは、典型的には、.75mm未満であり、好ましくは0.1から0.5mmの範囲にあり、その相対的な動きは、好ましくは、1ないし100cm/sの範囲の速度にある。マスク40は、それを通って電解液33が移動しうる開口42を含むか、または開口のない形状を有しうるが、しかし、本明細書で以後記載されるように基板の頂部表面および基板のキャビティ部分上の添加物の間の差の創出を可能とする。マスクは典型的には平坦であり、また、微視的尺度で粗面であるように質感のある表面も有しうる。理解と説明の容易さのために、図8は、電気的接続、アノード、電解液33を含むめっき槽を例示しない。適切な電圧がカソードウエハー32とアノードとの間に印加されるとき、開口42は、電解液33由来のCuが開口の下にない領域で起こり得るめっきよりも大きな量で開口42の下の基板32の表面上にめっきされることを可能とする。
【0074】
本発明のもう1つの態様において、上記マスクは、外的影響を作り出すとき加工物表面に極めて近接するようになるために用いられる。したがって、ある外的影響は、頂部表面上に吸着される添加物が除去されるかまたは加工物のキャビティ表面上の添加物が変化するようにマスクを用いてなされる。マスクは、典型的には1から5秒間、または添加物の差に由来する頂部表面とキャビティ表面の抵抗の間の差が作り出されるまで、上記のウエハーに極めて近接して適用され得る。上記のように加工物の頂部表面部分と加工物のキャビティ表面部分上に配置された添加物の間の差を作り出した後、マスクは、好ましくは少なくとも0.1cm、加工物表面から離して動かされ、その後、めっきが発生し得る。添加物の差がある限り、そのときめっきは起こり得る。めっき時間は、添加物の吸着速度に直接関連する。この時間、前記差のために、加工物の表面上よりもフィーチャーの中でめっきはより析出する。電解液が加工物表面全体に付着するので、このことはまた、電流密度を小さくし、めっきされた層の厚さ均一性を改善する助けもする。マスクが加工物から遠く離れて動くとき、電界線は、マスクと加工物の表面との間の領域で曲がり得るものであり、より均一なフィルムをもたらす。
【0075】
一旦十分な差が存在しなくなると、マスクは再び加工物表面に近接して動かされ、上記のように外的影響を作り出し得る。このプロセスは、所望の厚さまで導電性材料のめっきが達成されるまで、周期的に反復し得る。
【0076】
この態様のもう1つの側面において、めっきは、マスクが加工物の頂部に極めて近接しており、加工物とマスクが互いに相対的に動く間に開始され得、次いで、めっきは、マスクがもはや加工物の頂部とあまり近接しておらず、一方十分な差が存在する間に継続し得る。めっきは、マスクと加工物との間が極めて近接しているとき、並びにあまり近接していないとき、の両方で起こり、このことはより速い加工処理を提供し得る。添加物は、この適用のために注意深く選ばれるべきことに注意すべきである。具体的には、物理的接触のない影響により除去される必要がある添加物種は、それらがマスクとウエハーとの間の直接接触によらずに除去されるように弱い吸着特性を有するべきである。
【0077】
もう1つの態様において、めっき電流は、添加物の吸着特性に影響し得ることが認識されている。一部の添加物については、電流が通過する表面上で吸着がより強い。そのような場合には、電力が表面から断たれるかまたは減少して(流れる電流が断たれるか減少する)後、吸着化学種が付着していた表面から容易に除去され得る。弱く結合していた添加物は、そのとき、マスクにより容易に除去され得る。キャビティの中では、ゆるく結合していても、添加物はより容易にとどまり得る。というのは、添加物は外的影響により影響されないからである。
【0078】
また、本発明によれば、マスクがウエハーから離れて動き得て、それでもきわめて近接しており、それにより外的影響を及ぼす距離は大きくなり得るし、または、例えば、ウエハーの頂部表面上の添加物を攪拌するために用いられる電解液の方向付けられた噴射のような、マスク以外の何かから得られる力も用いられ得る。
【0079】
前述で、本発明の徹底した理解を提供するために、具体的材料、マスク設計、圧力、化学物質、方法などのような多数の具体的な詳細が記載されてきた。しかしながら、当業者が認識し得るように、本発明は、具体的に記載された詳細を用いることなく実施され得る。
【0080】
様々の好ましい態様が上記詳細に記載されてきたけれども、当業者は、本発明の新規な教示および長所から著しく逸脱することなく代表的な態様の多くの修正が可能であることを容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、絶縁層およびその上に形成される様々のフィーチャーを有する基板の断面の斜視図を例示する。
【図2】図2は、図3、4とともに図1の基板上に導電性材料を堆積させるための従来の方法の断面図を例示する。
【図3】図3は、図2、4とともに図1の基板上に導電性材料を堆積させるための従来の方法の断面図を例示する。
【図4】図4は、図2、3とともに図1の基板上に導電性材料を堆積させるための従来の方法の断面図を例示する。
【図5】図5は、別の従来の方法により基板上に堆積された導電性材料を有する基板の断面図を例示する。
【図6】図6は、電気化学的機械的堆積装置の1例を例示する。
【図7】図7は、アノード、カソード、および電解液を有する従来のめっき槽を例示する。
【図8】図8は、本発明の好ましい態様による装置の部分図を例示する。
【図9】図9は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図10】図10は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図11】図11は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図12】図12は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図13】図13は、本発明の好ましい態様による図9〜12に対応するグラフを例示する。
【図14】図14は、本発明の第1の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。
【図15】図15は、本発明の第2の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。
【図16】図16は、本発明の第3の好ましい態様による装置の側面図を例示する。
【符号の説明】
2…絶縁体、3…基板、5…バリア層、6…シード層、7…導電性材料、8…フィールド領域、10…キャリアヘッド、16,350…ウエハー、17,24…リード線、18…パッド、19,90…アノードアセンブリ、20,33,100…電解液、30…めっき槽、31…アノード、32…カソード、40,80…マスク、300,600…チャンネルプレート
発明の分野
本発明は、一般的に、半導体めっき方法および装置に関する。特に、本発明は、加工物(workpiece)のキャビティ部分の導電性材料のめっき効果を高めるために、外的影響(external influence)を用いて加工物の頂部表面上に吸着された添加物と加工物のキャビティ部分の中に吸着された添加物との間に差を作り出す方法および装置に関する。
【0002】
発明の背景
マルチレベル集積回路(IC)を製造する上で必要な工程は多数存在する。そのような工程には、半導体ウエハーまたは基板上に導電性および絶縁材料を堆積させることとそれに続くフォトレジストパターン形成、エッチングなどを用いるそれらの材料の完全なまたは部分的な除去が含まれる。フォトリソグラフィー、パターン形成およびエッチング工程の後、得られる表面は、一般的に、非平面的である。というのは、その表面は、いろいろな寸法と形態を持つバイア(via)、線、トレンチ、チャンネル、ボンドパッドなどのような多くのキャビティまたはフィーチャー(feature)を含むからである。典型的には、それらのフィーチャーは、エッチングおよび/または化学的機械的研磨(CMP)のような追加の加工処理工程が実施されるまえに極めて導電性の金属材料で満たされている。したがって、抵抗の小さい相互接続構造が、ICのさまざまのレベル/セクションの間に形成されている。
【0003】
銅(Cu)は、その小さな電気抵抗およびエレクトロマイグレーションに対する大きな抵抗のために、ICの中の相互接続のための好ましい材料に速やかになっている。電気的堆積は、基板表面上のフィーチャーにCuを堆積させるための最も一般的な方法の1つである。
【0004】
考え付くように、この産業で用いられてきたCuめっき系には多くの異なる設計が存在する。例えば、アンドリカコスらに1996年5月14日に発行された米国特許第5,516,412号は、平坦な製品上にフィルムを電気的堆積させるために設計されている垂直攪拌式めっき槽(vertical paddle plating cell)を開示する。次いで、クーンに1999年11月16日に発行された米国特許第5,985,123号は、基板サイズの変化に関連する不均一な堆積の問題を解決することを意図するさらに別の垂直電解めっき装置を開示する。さらに、タマキらへの1998年12月29日に発行された米国特許第5,853,559号は、めっき電解液の廃液を最小にし、多くの電解液の回収を達成する電解めっき装置を開示する。
【0005】
Cu電解めっきプロセスの間に、特別に配合されためっき溶液または電解液が用いられる。それらの溶液または電解液は、Cuのイオン種および堆積された物質のテクスチャー、モルホロジーおよびめっき挙動を制御する添加物を含む。添加物は、堆積された層を滑らかにし、いくらか光沢をもたせるために必要である。
【0006】
多くのタイプのCuめっき溶液製剤が存在し、それらのいくつかは、商業的に入手可能である。1つのそのような製剤は、銅供給源として硫酸銅(CuSO4 )を含み(ジェームズ・ケリーら、ジャーネル・オブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサエティ、第146巻、2540〜2545ページ、(1999))、水、硫酸(H2 SO4 )、および少量の塩化物イオンを含む。周知のように、所望の特性の堆積された材料を達成するために、他の化学物質もCuめっき溶液に加えられ得る。
【0007】
Cuめっき溶液中の添加物は、サプレッサー、レベラー、増白剤、細粒化剤、湿潤剤、応力減少剤、促進剤などのようないくつかのカテゴリーの下に分類され得る。多くの事例において、異なる分類が、それらの添加物の同様の機能を記述するためにしばしば用いられる。現在では、特にIC製造における電子産業用途で用いられる溶液は、2要素2成分パッケージからなる単純な添加物を含む(例えば、ロバート・ミッコラおよびリンリン・チェン、「進歩した相互接続金属化のために用いられる第2世代銅電解めっき化学のための添加剤成分の役割の研究」、プロシーディングズ・オブ・ジ・インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス、117〜119ページ、2000年6月5〜7日を参照されたい)。それらの製剤は、包括的に、サプレッサーおよび促進剤として知られている。
【0008】
サプレッサーは、典型的には、ポリエチレングリコール−PEGまたはポリプロピレングリコール−PPGからなるポリマーであり、大きな電流密度領域で基板表面にそれら自体が付着し、それにより大きな抵抗のフィルムを形成し、その上に堆積された材料の性質を抑制すると考えられる。促進剤は、典型的には、吸着される基板表面の部分上のCu堆積を高める有機物ジスルフィドである。それら2種の添加物と可能的には塩化物イオンとの間の相互作用がCu堆積物の性質を決定する。
【0009】
以下の図は、通常の電気堆積方法および装置をより完全に記載するために用いられる。図1は、基板3上に形成される絶縁体2を有する基板3の斜視断面図を例示する。通常のエッチング技術を用いて、小さなバイア4aおよび幅広のトレンチ4bの列のようなフィーチャーが、絶縁体2および基板3上に形成される。この例において、バイア4aは狭く深い。言い換えれば、それらは大きなアスペクト比を有する(すなわち、深さ対幅の比が大きい)。典型的には、バイア4aの幅は、ミクロン未満である。他方、トレンチ4bは、典型的には広く、小さなアスペクト比を有する。言い換えれば、トレンチ4bの幅は、その深さの5から50倍以上であり得る。
【0010】
図2〜4は、フィーチャーをCuで満たすための通常の方法を例示する。図2は、基板3上に配置される様々の層を有する図1の基板3の断面図を例示する。例えば、この図は、基板3および絶縁体2上にバリア/グルーまたは接着層5およびシード層6が配置されている基板3および絶縁体2を例示する。バリア層5は、タンタル、タンタルの窒化物、チタン、タングステン、またはTiWなど、またはこの分野で通常用いられるいずれか他の材料の組み合わせであり得る。バリア層5は、一般的に、様々のスパッタリング法のいずれかを用いて、化学蒸着(CVD)により、または無電解めっき法により堆積される。その後、シード層6がバリア層5上に堆積される。シード層6材料は、銅または銅代替物であり得るし、様々のスパッタリング法、CVD、または無電解堆積またはそれらの組み合わせを用いてバリア層5上に堆積されうる。
【0011】
図3において、シード層6を堆積させた後、導電性材料7(例えば、銅層)が、一般的に、適切な酸性または非酸性めっき浴またはめっき浴製剤からシード層上に電気的に堆積される。この工程の間に、カソード(負)電圧がアノード(図示せず)に対して印加されるように、Cuシード層6および/またはバリア層5に電気的接触がなされる。その後、上記のように、特別に製剤されためっき溶液を用いてCu材料7が基板表面上に電気的堆積される。塩化物イオン、サプレッサー/阻害剤、および促進剤のような添加物の量を調節することにより、小さなフィーチャーにおいて底上げ(bottom up)Cuフィルムの成長を獲得することが可能である。
【0012】
Cu材料7は、バイア4aを完全に満たし、大きなトレンチ4bで一般的に均一であるがしかし、トレンチ4bを完全には満たさない。というのは、用いられる添加物は大きなフィーチャーでは有効ではないからである。例えば、バイア4aへの底上げ堆積が起こると思われる。というのは、サプレッサー/阻害剤分子は、その場所での材料の成長を抑制するようにバイア4aの頂部に分子それ自体を付着させるからである。それらの分子は、狭い開口を通ってバイア4aの底部表面に有効に拡散し得ない。バイア4aの底部表面上の促進剤の優先的吸着は、その領域でのより急速な成長をもたらし、図3に示されているような底上げする成長およびCu堆積プロフィールをもたらす。適切な添加剤がないと、Cuは同じ速度で垂直壁ならびにバイア4aの底部表面上に成長し、それにより継ぎ目および/またはボイドのような欠陥を生じ得る。
【0013】
大きなトレンチ4bの底部表面上のサプレッサーおよび促進剤添加剤の吸着特性は、基板のフィールド領域8の頂部表面上の吸着特性とは異なるとは思えない。それゆえ、トレンチ4bの底部表面でのCu厚さt1は、フィールド領域8上のCu厚さt2とほぼ同じである。
【0014】
考えられるように、Cu材料7でトレンチ4bを完全に満たすために、更なるめっきが必要である。図4は、追加のCuめっきの後に得られる構造を例示する。この事例では、フィールド領域8上のCu厚さt3は相対的に大きく、フィールド領域8からトレンチ4bのCu材料7の頂部まで段階s1が存在する。IC用途のためには、フィールド領域8のCu材料7ならびにバリア層5は除去され、それにより対象のフィーチャーの中にのみCu材料を残すように、Cu材料7は、CMPまたは他の材料除去プロセスに供される必要がある。それらの除去プロセスは、非常に経費がかかることが知られている。
【0015】
今までのところ、基板上の小さなフィーチャーの底上げ充填をもたらすCuめっき化学およびめっき技術の開発に多くの注目が集められた。このことは必要である。というのは、上記のように、底上げ充填しないと小さなフィーチャーに欠陥が生じ得るからである。それらの開発の努力の一部として、小さなフィーチャーの充填挙動は、溶液化学によってのみ影響されるのではなく、電気堆積のために用いられる電源のタイプによっても影響を受け得ることが発見された。
【0016】
最近の研究は、小さなバイアに欠陥なくCuを堆積させるパルスまたはパルス逆相めっき法を用いることが好ましいことを示唆する(例えば、1999年10月26日にデュービンらに発行された米国特許第5,972,192号およびガンディコータらの「パルス調節めっきによる0.13μmノードへの銅めっきの延長」、プロシーディングズ・オブ・ジ・インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス、239〜241ページ、2000年6月5〜7日)。パルス逆相めっき法においては、カソードDC電圧よりもむしろカソード電圧パルスが基板表面に付与される。カソードパルスの間の短時間のめっきの後、堆積した材料からの電気化学的エッチングを引き起こす短時間の電圧の極性の逆転がなされる。次いで、小さなフィーチャーが高品質のCuで充填されるまでめっきとエッチングのサイクルが反復される。最近の研究(例えば、C.H.シーら、「DCおよびパルス逆相プロセスにより電気化学的に堆積したCuフィルムの間隙充填後のフィルム特性および表面プロフィール」、プロシーディングズ・オブ・ジ・インターナショナル・インターコネクト・テクノロジー・コンファレンス、182〜184ページ、2000年6月5〜7日)は、DCプロセスが用いられるときバイアの充填は主に追加的拡散により制御され、一方、パルス逆相プロセスが用いられるときそれは主に添加物吸着により制御されることを示す。
【0017】
上記のように、半導体産業における注目は主に、Cuによる半導体ウエハー上の様々のフィーチャーの充填に集中してきた。DCとパルス電源の両方が、それらのCuフィルムの堆積に用いられてきた。小さなフィーチャーへのCuの充填特性は、用いられる電源のタイプの相関性の強い関数であることが見出されている。めっき溶液添加物の正確な役割と印加される電圧波形とのその相互作用はあまり理解されていないけれども、添加物吸着および拡散プロセスの動力学が、金属が平坦でない基板表面上に堆積する方式に影響を与えることは明らかである。
【0018】
上記のように、特別な浴配合とパルスめっき法が、小さなフィーチャーの底上げ充填を達成するために開発されてきた。しかしながら、それらの技術は、大きなフィーチャーの充填にも有効とは考えられていない。大きなフィーチャーでは、添加物は、フィーチャーの中と外に自由に拡散し得る。塩化物イオン、促進剤およびサプレッサー/阻害剤を含む通常用いられる添加物系と組み合わせての標準的なパルスめっき技術の使用は、フィーチャーの幅が深さより顕著に大きい形態の底部表面からの加速された成長をもたらさない。そのようなフィーチャーでのCuの成長は等角的(conformal)であり、大きなフィーチャーの底部表面上に堆積するフィルム厚さは、フィールド領域上に堆積する厚さとほぼ等しい。
【0019】
基板上の小さなフィーチャーと大きなフィーチャーの中で加速された底上げめっきを達成する方法および装置はプロセスの効率とコストの観点で非常に有効である。というのは、そのようなプロセスは、図5で例示される一般的に平面的であるCu堆積をもたらすからである。この例でのフィールド領域8の上のCu厚さt5は、図4で示される従来の事例より小さく、段階高さs2もまたはるかに小さいであろう。CMPまたは他の方法による図5のより薄いCu層の除去は、より容易であり、大変なコストの節約を提供する。
【0020】
図5に示されるもののようなめっきされたCu構造の注目される特徴を、他の者たちもすでに認識している。例えば、あるPCT出願(「集積回路チップ上の電解めっきされた相互接続構造」、WO98/27585、1998年6月25日)において、インターナショナル・ビジネス・マシーン・コーポレーションの研究者は、そこに記載されているめっき法は、めっきが通常のめっき槽の中で実施されるときミクロン未満のサイズのキャビティのみの超充填をもたらすと主張する。しかしながらそれはまた、アイゴに1982年7月13日に発行された米国特許第4,339,319号に記載されているカップめっき槽が用いられるとき更なる利益が実現し得るとも主張する。加えて、基板表面がカップめっき槽の中でのめっきの間に電解液のメニスカスと接触させられたままのとき、大きく異なる幅のキャビティは同じ速度で急速に充填され、図5に示されるものと同様の構造をもたらす。そのPCT出願はまた、メニスカスでのめっきアプローチのよりすぐれた性能は、気−液界面での界面活性剤添加物分子のより大きな濃度によるものであったとも主張する。
【0021】
本発明の譲渡人によりともに所有される「電気化学的機械的堆積のための方法および装置」という表題のともに係属する米国特許出願シリアル番号第09/201,928号において、導電性材料が堆積するときパッドによりフィールド領域を研磨することによりフィールド領域上の堆積を最小にしながら基板表面上のキャビティへの導電性材料の堆積を達成する技術が開示されている。この出願のめっき電解液は、多孔性パッドまたはパッドの凹凸を通してパッドと基板表面とも間の小さな間隙に供給される。
【0022】
図6は、半導体ウエハー上の平面的または近似平面的Cu堆積のために用いられ得る電気化学的機械的堆積装置の模式的描写を示す。キャリアヘッド10は半導体ウエハー16を保持し、ウエハー16の導電性部分に接続される電気リード線17を提供する。ヘッド10は、第1の軸10bの周りに時計回りまたは反時計回りに回転し、x、yおよびz方向に動かされ得る。パッド18はアノードアセンブリ19の頂部上に与えられ、そのパッド18は、ウエハー16に面する。めっき材料を含む電解液20は、アノードアセンブリ19を用いてウエハー16表面に付与される。電解液20は、パッド18の孔/開口を通して流動し、パッドは、ウエハー16表面と物理的接触する。電解液20は次いで、ウエハー16とパッド18の間の狭い間隙の中を流れ、最終的には、清浄化/ろ過/再研磨(refurbishing)ののち、再循環する(図示せず)ためにパッド18のエッジ上をチャンバー22に流れる。第2の電気リード線24は、アノードアセンブリ19に接続されている。電位をアノードアセンブリ19とカソードウエハー16に提供するためのいずれか他の公知の方法がここでは用いられ得る。
【0023】
アノードアセンブリ19はまた、時計回り方向および反時計回り方向の両方で制御された速度で第2の軸10cの周りを回転し得る。軸10bおよび10cが実質的に互いに平行であることも理解される。ウエハー16とパッド18の間の間隙は、z方向にキャリアヘッド10を動かすことにより調節可能である。ウエハー16表面とパッド18が接触状態にあるとき、2つの表面に及ぼされる圧力もまた調節され得る。2000年2月23日に出願された「多角的材料加工装置のためのパッド設計および構造」という表題のともに係属する米国特許出願シリアル番号第09/511,278号は、パッドをとおって電解液がウエハー表面に流動するパッド8の中の孔の様々の形態および形状を記載する。
【0024】
操作の間、電気リード線17からウエハー16と電気リード線24からアノードアセンブリ19の間に電位が付与され、ウエハー16表面をアノードアセンブリ19より負にする。電解液20は、アノードアセンブリ19の近くに位置する容器(図示せず)からパッド18に導入され得る。アノードアセンブリ19は、その中に作られている内部チャンネルと孔を有しうるものであり、それらは互いに、パッド18とウエハー16の間の間隙に供給される電解液20のための経路を提供する。
【0025】
付与された電位の下で、電解液20からウエハー16表面上にCuが析出する。制御された圧力でウエハー16表面に対して押される移動するパッド18は、ウエハー16表面を研磨することにより該ウエハー表面のある部分の上のCuの蓄積を最小にする。
【0026】
電界がパッド18を通過し得るように、パッドは、好ましくは、非電導性であり、硬質であり、多孔性であり、または穿孔されたタイプの材料であるが、アノードアセンブリ19とカソードウエハー16との間の短絡を防止する。パッド18とカソードウエハー16との間の離間または間隙は、1ミクロン未満から2ミリメートルまでの範囲を取り得る。パッド18とウエハー16の直径または断面長手長は、約5ミリメートルから300ミリメートルを超える範囲を取り得る。ウエハー16の直径が大きくなると、パッド18の直径も大きくなる。
【0027】
発明の概要
本発明の目的は、非常に望ましい方式で基板表面上に導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【0028】
本発明のもう1つの目的は、先行技術の方法および装置よりも効率的で、経費節約的で、よりすぐれた品質で基板表面上の小さなフィーチャーおよび大きなフィーチャーの両方とも導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【0029】
本発明の更なる目的は、マスクそれ自体に1以上の開口を有するマスクを用いて基板表面上に小さな形態と大きな形態の導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【0030】
本発明のさらにもう1つの目的は、基板表面に対するマスクの開口の動きにより基板表面上に電力が局所的にパルス放電されるあいだに小さなフィーチャーと大きなフィーチャーの導電性材料をめっきする方法および装置を提供することである。
【0031】
本発明の更なる目的は、すでに吸着された添加物が除去されなかった加工物のキャビティ形態表面部分上の導電性材料のめっき性を高めるために、加工物の頂部表面部分上にすでに吸着された添加物を除去する方法および装置を提供することである。
【0032】
本発明のさらにもう1つの目的は、加工物のキャビティ部分の中の導電性材料のめっき性を高めるために、加工物の頂部表面上に吸着された添加物と加工物のキャビティ部分の中に吸着された添加物との間の差を設けることである。
【0033】
本発明の更なる目的は、加工物に対して離間して配置されているマスクを用いて加工物の頂部表面部分上にすでに吸着された添加剤を周期的に除去し、次いで、キャビティ部分の中のめっきが加工物の頂部表面上のめっきより速い速度で起こるようにマスクが加工物上のどの点でも接触しない、加工物のキャビティ形態表面部分上に導電性材料をめっきすることである。
【0034】
本発明の更なる目的は、電力が加工物表面に付与されていない間に加工物に離間して配置されているマスクを用いて加工物の頂部表面部分上にすでに吸着された添加物を除去し、ついで、加工物上に導電性材料をめっきすることである。
【0035】
本発明の更なる目的は、加工物に直接物理的に接触しない外的影響を用いて加工物のキャビティ部分の導電性材料のめっき性を高めるために加工物の頂部表面上に吸着された添加物と加工物のキャビティ部分の中に吸着された添加物との間に差を設けることである。
【0036】
とりわけ、本発明の上記目的は、1つだけを問題にするか2以上を組み合わせて、本発明により達成され、本発明は、加工物の表面上に導電性材料をめっきするための装置およびめっき方法を提供する。
【0037】
該方法の1側面において、少なくとも1種の添加物を含む電解液は、該添加物が加工物の頂部およびキャビティ部分上に吸着されるように、加工物上に適用される。頂部表面上に吸着された添加物が除去され、添加物が頂部上に完全に再吸着する前に導電性材料のめっきが起こり、それにより頂部よりキャビティ部分により多くのめっきが起こるように外的影響が適用される。
【0038】
本発明の方法のもう1つの側面において、少なくとも1種の添加物を含む電解液は、該添加物が加工物の頂部およびキャビティ部分上に吸着されるように、加工物上に適用される。キャビティ部分に対する頂部上に吸着される添加剤の量の差が達成されるように、外的影響が適用される。差が存在する間にめっきが起こり、それにより頂部よりキャビティ部分でより多くのめっきが起こる。
【0039】
装置の1側面において、アノードと加工物の間に配置され、加工物に対して可動的であるマスクは、加工物の頂部を物理的に掃引し(sweep)、それによりその上に吸着される添加物を減少させ、一方、キャビティ部分上に吸着される添加物は残る。アノードと加工物の間の電界を作り出す助けとなるアノードは、加工物上に配置される電解質の中の導電性物質(conductor)のめっきを促進するために用いられる。
【0040】
本発明の装置のもう1つの側面において、マスクは、電界が存在する場所を規定するために用いられる開口領域を含み、このようにして、めっきが加工物上で起こる場所をより大きく制御することを可能とする。
【0041】
本発明の方法のもう1つの側面において、少なくとも1種の添加物を含む電解液は、該添加物が加工物の頂部およびキャビティ部分上に吸着されるようになるように、加工物上に適用される。外的影響は、加工物の頂部表面に近接するが接触しない離間関係で存在するマスクを用いて適用され、一方、加工物とマスクは、頂部表面上に吸着された添加剤が除去されるか、または加工物のキャビティ表面上の添加物と違うように互いに対して移動する。添加物が頂部上に完全に再吸着する前に導電性材料のめっきが順次起こり、それにより頂部よりキャビティ部分により強くめっきが起きる。
【0042】
本発明の以上のおよび他の目的および利点は、添付の図面とともに理解される本発明の目下の好ましい代表的な態様の以下の詳細な記載から明らかとなり、より容易に理解される。
【0043】
好ましい態様の詳細な説明
本発明の好ましい態様は、以下に図面を参照して記載される。本発明の発明者は、基板表面上に導電性材料をマスクパルスめっきすることにより、より望ましい高品質の導電性材料が様々のフィーチャーの中に堆積されうることを発見した。
【0044】
本発明は、半導体ウエハー、フラットパネル、磁気フィルムヘッド、パッケージ基板などのようないずれの基板でも用いられ得る。さらに、時間、圧力、マスク設計などのような具体的な加工処理パラメーターが本明細書で提供され、それら具体的なパラメーターは、限定というよりもむしろ典型であることが意図されている。
【0045】
本明細書に記載されているめっき方法は、「マスクパルス」めっきと呼ばれる。本発明は、基板表面に接触させるためにマスクを間歇的に動かし、アノードと基板との間に電力を付与することにより基板上に導電性材料をマスクパルスめっきするための方法および装置を記載し、マスクは、アノードと基板との間に位置する。さらに、本発明は、基板表面上の様々のフィーチャーへの導電性材料の強烈な電気的堆積を提供する新規なめっき方法および装置に関する。
【0046】
図7は、アノード31、カソード32、および電解液33を有するめっき槽30を例示する。めっき槽30は通常の槽であり、本発明において用いられるめっき槽の正確な形態は変化しうることに注意すべきである。電解液33は、カソード32の頂部表面と接触する。本明細書で提供されている例のカソード32は、その頂部表面上に様々のフィーチャーを有するウエハー(基板)である。DCまたはパルス電圧がウエハー32とアノード31との間に印加されるとき、電解液33由来のCuが上記のようにウエハー32上に堆積する。DCまたはパルス電力の間の差は、小さなフィーチャーを満たすCuの品質を決定する。
【0047】
図8は、本発明の好ましい態様を例示する。本発明において、マスク40はカソードウエハー32に非常に近接して位置し、そのカソードウエハーでは、マスク40は、電解液33がウエハー32の一部と物理的接触する開口42を含む。理解と説明の容易さのために、図8は、電気接続、アノード、電解質33を含むめっき槽を例示しない。適切な電圧がカソードウエハー32とアノードとの間に印加されるとき、開口42は、該開口42の直下の基板32の表面上に、電解質33由来のCuがめっきされることを可能とする。マスク40がカソードウエハー32と物理的接触するならば、そのときは、めっきは、開口42の直下の基板の領域に強く限定されるであろう。マスク40が矢印43により示されるように一方から他方への(side to side)動きで移動するとき、ウエハー表面上の部分を流れる電流は変化するであろう。このことは、本明細書で後により詳細に検討される。
【0048】
図9〜12は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。マスク40は、カソードウエハー32に対して左に動く(または代わりに、ウエハー32は、右に動き得るし、または、マスク40とウエハー32の両方が互いに反対に動かされ得る)。図9において、時間t=t1 のとき、ウエハー32表面上の部分45は、電気絶縁マスク40の下に位置し、電解液に直接暴露されない。したがって、t=t1 のとき部分45のめっき電流は、図13のグラフに描写されているように、きわめて小さいかまたはゼロ近くである。図13は、部分45での時間に対する堆積/めっき電流を描写するグラフを例示する。
【0049】
図10において、開口42が部分45上に存在するようにマスク40および/またはウエハー32が動くとき、開口42が部分45と一致するならば、時間t=t2 のとき部分45でのめっき電流は突然増加する。図11において、t=t3 まで強い電流は定常状態にある。その後、部分45が再び図12に示されるようにマスク40の開口されていない部分の下に位置するとき、電流密度は再びきわめて小さいかまたはゼロ近くになる。
【0050】
再び図13を参照すると、時間間隔Δt(t2 およびt3 の間の時間)は、マスク40の速度ならびに開口42の大きさの関数である。加えて、Δtは、もしマスク40がウエハー32に対して急速に動くならば、小さい値になる。また、もしマスク40の中に複数の開口が存在するならば、またはもしマスク40の動きが前後になされるならば、そのときは、対応する電流対時間のプロットは、複数のパルスからなるであろう。マスク40上の開口の大きさおよび基板とマスクの相対速度を制御することにより、基板上のいずれかの部分の電流パルスの形態、持続時間および反復速度は制御され得る。
【0051】
上記例から理解されうるように、DC電源がこのめっき技術のために用いられ得る。ウエハー32と物理的接触する固体絶縁マスク40を動かすことにより、ウエハー表面上のどの部分も、電解液および付与されためっき電流に急速に且つ容易に暴露され得る。これは、上記定義の先行技術とはまったく異なる。例えば、本発明において、ウエハー表面のある種の部分は、電解液とは実質的に接触しない。電解液は、ウエハーのある部分が電解液に暴露されるときのみウエハーのその部分に適用され、電流のパルスも同時に適用される。
【0052】
もしこのマスクパルスめっき法が添加物(すなわち、阻害剤および促進剤)なしで単純な金属堆積電解液とともに用いられるならば、それは、従来のめっきと大きく異なるとは考えられないであろう。これは、マスク40の開口42の大きさが、ウエハー32表面上のフィーチャーの大きさよりはるかに大きいからである。それゆえ、ある部分が開口42を通して電解液に暴露されるとき、通常のめっきが始まるはずである。しかしながら、もし分極をもたらす添加物が加えられているならば、そのときは、マスクパルスめっき法は、従来のパルスめっき技術には存在しない利益を提供し得る。
【0053】
例えば、通常の溶液/化学物質(硫酸銅、水、硫酸および塩化物イオン)および添加物Aの両方を含むCuめっき浴を考えてみてほしい。添加物Aは、ウエハー表面上に吸着されるとき堆積を促進する。この電解液が図7で描写されているもののような従来のめっき槽で用いられるとき、ウエハー32の全表面は、電解液および添加物Aに暴露されるであろう。ウエハー表面上のフィールド領域ならびに大きなフィーチャーの底部表面は、同様に添加物Aを吸着し、めっきは、同様の速度でそれらの表面上で始まる。
【0054】
しかしながら、もしマスクパルスめっき技術が同じ電解液とともに用いられるならば、マスクはフィールド領域から添加物Aを除いてしまうであろう。というのは、マスクは、それらの領域と物理的接触するからである。しかしながら、小さなフィーチャーも大きなフィーチャーも両方とも吸着された添加物Aをいまだ含むであろう。というのは、それらのフィーチャーは、マスクと直接の物理的接触をしていないからである。ウエハーの一部が電解質に急に暴露されるとき、すでに吸着された添加物Aを有するフィーチャーの底部表面および側部表面は、フィールド領域より高速でめっきを即座に開始するであろう。もし時間Δtが基板表面に添加物Aを付着させるのに必要な吸着時間より短いならば、付与されるめっき電流は、充填されるフィーチャーに優先的に流れ、それにより、フィールド領域上の堆積速度よりフィーチャー内の堆積速度を速める結果をもたらす。
【0055】
本発明のマスクパルスめっき方法は、基板表面の様々のフィーチャーに増大しためっきをもたらすために様々の添加物の応答時間の差を利用する。その機構はマスクによる基板(フィールド領域)の頂部表面の「掃引(sweeping)」を含み、マスクは、フィーチャーの中の領域と物理的接触しない。フィールド領域上の掃引は、掃引される領域とフィーチャーの中にある領域の中の吸着された化学種の濃度の間の差を確立する。次いで、表面が電解液および電界に急に暴露されるとき、吸着された化学種を有するフィーチャーは、フィールド領域からのめっき電流のほとんどを引き寄せる。
【0056】
この本発明の方法は、複数の添加物を用いても等しく良好に機能する。例えば、もしめっき液が阻害剤Bおよび促進剤Cを含み、阻害剤の吸着動力学が促進剤のそれよりもはるかに高速であるならば、以下の機構がマスクパルスめっき方法により用いられ得る。阻害剤Bおよび促進剤Cの両方は、マスクにより基板のフィールド領域から部分的にまたは完全に掃引されるであろう。しかしながら、両化学種は、フィーチャーの中にいまだ存在するであろう。基板が電解液および電界に暴露されるとき、阻害剤Bは、フィールド領域上に容易に吸着し、めっき電流のための抵抗の大きい経路を導く。フィーチャーの中にすでに存在する促進剤Cは、それらの領域の中の阻害剤の作用を補償し、電流は、それらのフィーチャーを容易に流れ得る。それゆえ、促進剤Cがフィールド領域上に適切に吸着されるまで、フィーチャーの中のフィルム成長速度はより大きいであろう。
【0057】
この同じ結果は、阻害剤Dが強力な吸着特性を有し、促進剤Eがフィールド領域に弱く結合するさらにもう1つの化学反応からも予測され得る。この場合は、マスクはフィールド領域から弱く結合した促進剤Eを容易に除去し得るものであり、一方、促進剤Eは、フィーチャーの中の表面に付着したままである。電解液および電界への暴露の際に、促進剤Eがフィールド領域上に再び吸着され始めるまで、めっき電流は、優先的にフィーチャーを流れる。
【0058】
上記記載は、本発明に含まれる機構の単にいくつかの例に過ぎず、限定を意味しないことに注意すべきである。本発明は、様々の電解液の添加物の吸着/脱着動力学の間の差を利用する。本発明は、添加物化学種の1以上を部分的または全体的にすでに除去した基板表面の具体的部分に急激にかつ同時に溶液と電力を適用することにより上述を達成する。
【0059】
図8に示されるめっき系の形態はまったく単純である。本発明を実施するために用いられ得る多くの可能な設計が存在する。本発明のいくつかの重要な側面は以下のとおりである。
【0060】
(1)マスクは、平坦であるウエハーを用いるとき平坦である必要がある。マスクは絶縁性の硬質材料で作られているべきであり、ウエハーに面する表面は硬質であり得、添加物をより効率的に「掃引する」役割をする研磨剤さえ含み得る。
【0061】
(2)ウエハーとマスクとの間には相対的な運動が存在すべきである。ウエハー、マスク、または両方は、直線状もしくは環状(orbital)の方式またはそれらの組み合わせで動かされ得る。
【0062】
(3)マスクとウエハー表面との間には電解液が実質的に存在すべきではない。ウエハー表面は、マスクの開口を通してのみ電解液に暴露されるべきである。
【0063】
(4)マスクの開口の大きさおよびマスクとウエハーの間の相対的な動きの速度は、ウエハー上のいずれかの部分が単に簡単に、典型的には、2秒未満、好ましくは1秒未満、例えば10〜500msec、電解液に暴露されるようであるべきである。この時間間隔は、用いられる添加物の吸着特性について調節されるべきである。
【0064】
図14は、本発明の第1の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。図14において、マスク80と電解液チャンネルプレート300は、アノードアセンブリ90上に載置されている。電解液100を、従来のポンプシステム(図示せず)によりアノードアセンブリ90に供給する。電解液100を、孔210を通してチャンネルプレート300の中のチャンネル310にポンプ輸送する。操作中、基板/カソードはマスク80の頂部表面に面して位置し、基板および/またはマスク80は回転する。基板は、0.01psiないし0.5psiの範囲の圧力でマスク80に押し込まれ得る。より大きな圧力も用いられ得るけれども、必要ではない。もしマスク80が回転するならば、アノードアセンブリ90も同様に回転し得る。カソード電圧が、アノードアセンブリ90の中のアノード(図示せず)のために基板(図示せず)に印加される。チャンネル310を通って流れる電解液100は、マスク80の開口250を通ってウエハー表面と物理的接触する。電解液100は、ろ過のための小さなブリード孔320から連続的に排出され、再循環される。もし電解液が実際に操作の間に近接接触関係にあるマスク80とウエハー表面との間に界面に入るとしても、きわめてわずかである。
【0065】
図15は、本発明の第2の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。図15の装置は、孔510とチャンネルプレート600を除いて図14に示される装置と同様である。チャンネルプレート600は、異なる形態のチャンネル610を含み、そのチャンネルは、マスク80の開口250に連続様式で電解液100を分配するために用いられる。
【0066】
図16は、本発明の第3の好ましい態様による装置の側面図を例示する。さらにもう1つの態様において、図16は、アノードアセンブリ90の頂部上にある容器110に至る電解液100を示す。電解液100は、マスク80の孔250を通ってウエハー350の表面と接触する。電解液は、ブリード孔200を通って容器100から排出され得る。
【0067】
本発明において用いられる電源は、パルスまたはDC電源であり得るが、しかし、好ましくはそれはDC電源である。電源は電流制御モードまたは電圧制御モードで用いられる、すなわち、それは、付与された電流が一定のままかまたは印加された電圧が一定のままかのいずれかである。電流制御モードを用いる場合については、マスクの開口の大きさは、フィールド領域の部分並びにフィーチャーの部分を同時に覆うのに十分に大きいことが重要である。言い換えれば、ウエハー表面が開口を通して電解液に暴露されるとき、単に所定の時間電解液に暴露されるフィールド領域は存在すべきでない。例えば、開口が極めて小さいかまたはウエハー表面上のフィーチャーの数が小さい(低密度のフィーチャー)ならば、フィールド領域は電解液に暴露される。この場合には、電源は固定した電流を流すので、全ての電流は、フィールド領域を流れ、Cuは、差等なしにフィールド領域上に析出する。しかし、もしフィールド領域とフィーチャーの両方が同時に暴露されるならば、そのときは、電流は、フィーチャーを優先的に流れ、より多くのCuは、フィーチャーに析出し、フィールド領域上にはより少ないであろう。この状況は、マスクの開口の数の増加により確実にされ得るものであり、それゆえ、孔のいくつかを同時に通って暴露される両領域(フィールドとフィーチャー)の部分が常に存在する。
【0068】
もし定常電圧電源が用いられるならば、そのときは、電流は、ウエハー表面上の抵抗に依存してそれ自体自動的に調節される。それゆえ、もしマスクの孔がウエハーのフィールド領域のみを露出するならば、より少ない電流がその表面に供給され、めっきの量も少なくなる。フィーチャーが溶液に暴露されるとき、より多くの電流がフィーチャーに流れ、したがって、優先的なめっきがフィーチャーで起こる。それゆえ、もし小さなフィーチャー密度を有するウエハーが被覆され、および/またはマスクの孔の数が限定されているならば、電圧制御モードの電源を用いることがより適切である。
【0069】
本発明は、小さなフィーチャーと大きなフィーチャーの両方を充足させるために用いられ得る。しかしながら、連続プロセスもまた利用され得る。そのアプローチには、2つの加工処理工程が存在する。第1の工程では、マスクは、マスクとウエハー表面の間のめっき液の実質的な量を受け入れてウエハー表面から引き出される。この位置では、系は、ちょうど従来のめっき槽のように作用する。めっき溶液の中の添加物の助けにより、小さなフィーチャーはこの工程の間に満たされ、図3において示される状況が起こる。この第1の工程の間に、マスクと基板は、均一な堆積のために互いに対して動く。次いで、マスクは、マスク上の孔/開口を除いてウエハー/マスク界面から溶液を搾り出す表面との接触にもたらされる。次いで、マスクパルスめっきは、先に記載したように、より大きなフィーチャーを優先的に満たすように始まる。このマスクパルスめっき技術において、マスク孔/開口が位置する場所を除いてマスクとウエハー表面の間にめっき溶液が実質的に存在しないことに注意することが重要である。
【0070】
導電性材料として、銅およびその合金を用いることとともに、銅合金、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、鉛、スズ、鉛−スズ合金、鉛無添加はんだ合金、銀、亜鉛、カドミウム、ルテニウム、それらのそれぞれの合金のような他の導電性材料が本発明において用いられ得る。本発明は、高性能かつ高信頼性のチップインターコネクト、パッケージング、磁気装置、フラットパネルおよびオプトエレクトロニクス用途の製造のために特に適している。
【0071】
本発明のもう1つの側面において、「マスクパルス」めっきは、基板のキャビティ表面上の添加物について基板の頂部表面上に吸着される添加物を除去または変更する外的影響を作り出すことにより基板上に導電性材料をマスクパルスめっきするための方法および装置を記載する。この外的影響は、近接しているが基板表面に接触しない離間関係で配置されるマスクを間歇的に動かし、アノードと基板の間に電力を付与し、マスクがアノードと基板との間に位置することにより好ましい態様で記載されているように作り出され得る。
【0072】
図7は、アノード31、カソード32および電解液33を有するめっき槽30を例示する。めっき槽30は従来の層であり、本発明において用いられるめっき槽の正確な形態が変化しうることに注意すべきである。電解液33は、カソード32の頂部表面と接触する。本明細書で提供される例のカソード32は、その頂部表面に様々のフィーチャーを有するウエハー(基板)である。DCまたはパルス電圧は、ウエハー32とアノード31との間に印加され、電解液33由来のCuは、上記のようにウエハー32上に析出する。DCまたはパルス電力の間の差は、小さなフィーチャーを満たすCuの品質を決定する。
【0073】
図8は、本発明の好ましい態様を例示する。本発明において、マスク40は、カソードウエハー32に極めて近接して位置し、カソードウエハーは、典型的には、.75mm未満であり、好ましくは0.1から0.5mmの範囲にあり、その相対的な動きは、好ましくは、1ないし100cm/sの範囲の速度にある。マスク40は、それを通って電解液33が移動しうる開口42を含むか、または開口のない形状を有しうるが、しかし、本明細書で以後記載されるように基板の頂部表面および基板のキャビティ部分上の添加物の間の差の創出を可能とする。マスクは典型的には平坦であり、また、微視的尺度で粗面であるように質感のある表面も有しうる。理解と説明の容易さのために、図8は、電気的接続、アノード、電解液33を含むめっき槽を例示しない。適切な電圧がカソードウエハー32とアノードとの間に印加されるとき、開口42は、電解液33由来のCuが開口の下にない領域で起こり得るめっきよりも大きな量で開口42の下の基板32の表面上にめっきされることを可能とする。
【0074】
本発明のもう1つの態様において、上記マスクは、外的影響を作り出すとき加工物表面に極めて近接するようになるために用いられる。したがって、ある外的影響は、頂部表面上に吸着される添加物が除去されるかまたは加工物のキャビティ表面上の添加物が変化するようにマスクを用いてなされる。マスクは、典型的には1から5秒間、または添加物の差に由来する頂部表面とキャビティ表面の抵抗の間の差が作り出されるまで、上記のウエハーに極めて近接して適用され得る。上記のように加工物の頂部表面部分と加工物のキャビティ表面部分上に配置された添加物の間の差を作り出した後、マスクは、好ましくは少なくとも0.1cm、加工物表面から離して動かされ、その後、めっきが発生し得る。添加物の差がある限り、そのときめっきは起こり得る。めっき時間は、添加物の吸着速度に直接関連する。この時間、前記差のために、加工物の表面上よりもフィーチャーの中でめっきはより析出する。電解液が加工物表面全体に付着するので、このことはまた、電流密度を小さくし、めっきされた層の厚さ均一性を改善する助けもする。マスクが加工物から遠く離れて動くとき、電界線は、マスクと加工物の表面との間の領域で曲がり得るものであり、より均一なフィルムをもたらす。
【0075】
一旦十分な差が存在しなくなると、マスクは再び加工物表面に近接して動かされ、上記のように外的影響を作り出し得る。このプロセスは、所望の厚さまで導電性材料のめっきが達成されるまで、周期的に反復し得る。
【0076】
この態様のもう1つの側面において、めっきは、マスクが加工物の頂部に極めて近接しており、加工物とマスクが互いに相対的に動く間に開始され得、次いで、めっきは、マスクがもはや加工物の頂部とあまり近接しておらず、一方十分な差が存在する間に継続し得る。めっきは、マスクと加工物との間が極めて近接しているとき、並びにあまり近接していないとき、の両方で起こり、このことはより速い加工処理を提供し得る。添加物は、この適用のために注意深く選ばれるべきことに注意すべきである。具体的には、物理的接触のない影響により除去される必要がある添加物種は、それらがマスクとウエハーとの間の直接接触によらずに除去されるように弱い吸着特性を有するべきである。
【0077】
もう1つの態様において、めっき電流は、添加物の吸着特性に影響し得ることが認識されている。一部の添加物については、電流が通過する表面上で吸着がより強い。そのような場合には、電力が表面から断たれるかまたは減少して(流れる電流が断たれるか減少する)後、吸着化学種が付着していた表面から容易に除去され得る。弱く結合していた添加物は、そのとき、マスクにより容易に除去され得る。キャビティの中では、ゆるく結合していても、添加物はより容易にとどまり得る。というのは、添加物は外的影響により影響されないからである。
【0078】
また、本発明によれば、マスクがウエハーから離れて動き得て、それでもきわめて近接しており、それにより外的影響を及ぼす距離は大きくなり得るし、または、例えば、ウエハーの頂部表面上の添加物を攪拌するために用いられる電解液の方向付けられた噴射のような、マスク以外の何かから得られる力も用いられ得る。
【0079】
前述で、本発明の徹底した理解を提供するために、具体的材料、マスク設計、圧力、化学物質、方法などのような多数の具体的な詳細が記載されてきた。しかしながら、当業者が認識し得るように、本発明は、具体的に記載された詳細を用いることなく実施され得る。
【0080】
様々の好ましい態様が上記詳細に記載されてきたけれども、当業者は、本発明の新規な教示および長所から著しく逸脱することなく代表的な態様の多くの修正が可能であることを容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、絶縁層およびその上に形成される様々のフィーチャーを有する基板の断面の斜視図を例示する。
【図2】図2は、図3、4とともに図1の基板上に導電性材料を堆積させるための従来の方法の断面図を例示する。
【図3】図3は、図2、4とともに図1の基板上に導電性材料を堆積させるための従来の方法の断面図を例示する。
【図4】図4は、図2、3とともに図1の基板上に導電性材料を堆積させるための従来の方法の断面図を例示する。
【図5】図5は、別の従来の方法により基板上に堆積された導電性材料を有する基板の断面図を例示する。
【図6】図6は、電気化学的機械的堆積装置の1例を例示する。
【図7】図7は、アノード、カソード、および電解液を有する従来のめっき槽を例示する。
【図8】図8は、本発明の好ましい態様による装置の部分図を例示する。
【図9】図9は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図10】図10は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図11】図11は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図12】図12は、本発明の好ましい態様によるマスクパルスめっき法を例示する。
【図13】図13は、本発明の好ましい態様による図9〜12に対応するグラフを例示する。
【図14】図14は、本発明の第1の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。
【図15】図15は、本発明の第2の好ましい態様による装置の斜視図を例示する。
【図16】図16は、本発明の第3の好ましい態様による装置の側面図を例示する。
【符号の説明】
2…絶縁体、3…基板、5…バリア層、6…シード層、7…導電性材料、8…フィールド領域、10…キャリアヘッド、16,350…ウエハー、17,24…リード線、18…パッド、19,90…アノードアセンブリ、20,33,100…電解液、30…めっき槽、31…アノード、32…カソード、40,80…マスク、300,600…チャンネルプレート
Claims (123)
- 頂部とキャビティ部分を含む加工物の導電性頂部表面をめっきする方法であって、
前記加工物の前記導電性頂部表面上に少なくとも1種の添加物を含む電解液を適用し、添加物の第1の部分が頂部上に吸着され、添加物の第2の部分がキャビティ部分に吸着されるようになる工程、
前記頂部に外的影響を適用し、前記外的影響が前記加工物の前記頂部から前記頂部上にすでに吸着されている前記添加物の前記第1の部分の一部を除去する工程、
前記頂部上に前記添加剤が完全に再吸着される前に前記加工物の前記導電性頂部表面をめっきし、それにより前記頂部に対してより大きいめっきを前記キャビティ部分に施す工程
を具備する方法。 - 前記外的影響を適用する工程が、前記頂部上に吸着される前記添加物の前記第1の部分を物理的に掃引するために前記加工物の前記導電性頂部表面上に適用される可動性マスクを用い、それによりある時間前記頂部上に吸着される前記添加物の量を減少させる請求項1記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の前記可動性マスクが前記加工物の前記頂部と物理的接触する請求項2記載の方法。
- 前記可動性マスクにより前記外的影響を適用する工程が、前記外的影響にすでに供されてきた前記頂部の領域を、めっきの工程の間めっき電流が前記加工物の前記領域とアノードとの間に存在するように前記可動性マスクの開口領域と一致させる請求項3記載の方法。
- 前記めっき工程の間に、第1の電流密度を有する電流パルスが前記アノードと前記加工物の前記領域との間の前記可動性マスクの前記開口領域の中に形成され、前記第1の電流密度は、前記可動性マスクにより覆われる前記加工物のもう1つの領域に存在する第2の電流密度より大きい請求項4記載の方法。
- ある時間、複数の電流パルスが前記アノードと前記加工物の異なる領域との間に生成する請求項5記載の方法。
- 合計された前記複数の電流パルスが電源により提供されたDC電流に等しい請求項6記載の方法。
- 前記めっき工程がめっきの間にDC電力を提供する工程を含む請求項4記載の方法。
- 前記DC電力を提供する工程が、めっき電流が実質的に一定に保たれる電流制御モードで行われる請求項8記載の方法。
- 前記DC電力を提供する工程がめっき電圧が実質的に一定に保たれる電圧制御モードで行われる請求項8記載の方法。
- 前記少なくとも1種の添加物が促進剤を含む請求項1記載の方法。
- 前記めっき工程の間、より多くの添加物が前記頂部上よりも前記キャビティ部分上に吸着される請求項11記載の方法。
- 前記めっき工程が、除去された前記添加物の前記第1の部分の一部が完全に再吸着する前にのみ行われる請求項12記載の方法。
- 前記外的影響とめっきを適用する工程が反復される請求項12記載の方法。
- 前記少なくとも1種の添加物が、阻害剤と促進剤の両方を含む複数の添加物を含む請求項1記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程が、前記阻害剤が前記促進剤より強力な吸着特性を有する結果として、前記阻害剤より大きなパーセンテージの前記促進剤を除去する請求項15記載の方法。
- 前記めっき工程が、除去された前記促進剤が前記頂部上に完全に再吸着する前にのみなされる請求項16記載の方法。
- 前記外的影響およびめっきを適用する工程が反復される請求項11記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が、前記加工物の前記頂部上に前記促進剤より急速に再吸着する請求項17記載の方法。
- 前記めっき工程が、前記阻害剤が再吸着して後、除去された前記促進剤が前記頂部上に完全に再吸着する前になされる請求項19記載の方法。
- 前記外的影響およびめっきを適用する工程が反復される請求項20記載の方法。
- 前記めっき工程が、めっきの間にパルス電力を提供する工程を含む請求項1記載の方法。
- 前記めっき工程が、めっきの間にDC電力を提供する工程を含む請求項1記載の方法。
- 前記めっき工程が、銅をめっきする請求項1記載の方法。
- 前記めっき工程が、銅合金をめっきする請求項1記載の方法。
- 前記頂部に前記外的影響を適用する工程が、前記頂部と前記キャビティ部分との間の表面抵抗の差を設ける請求項1記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程が前記加工物の前記導電性頂部表面上に適用されるマスクを用い、前記マスクと前記加工物との間の相対的な動きが前記頂部上に吸着される前記添加物の前記第1の部分の物理的な掃引を生じさせ、それによりある時間前記頂部上に吸着された前記添加物の量を減少させる請求項1記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の前記可動性マスクが、前記加工物の前記頂部と物理的接触する請求項27記載の方法。
- 前記可動性マスクにより前記外的影響を適用する工程が、前記外的影響にすでに供された前記頂部の領域を、前記めっき工程の間、めっき電流が前記加工物の開口領域とアノードとの間に存在するように前記可動性マスクの開口領域と一致させる請求項27記載の方法。
- 前記添加物と前記加工物の前記表面との間の結合を緩和する働きをする前記電解質に別の添加物を加える工程をさらに含む請求項1記載の方法。
- 頂部とキャビティ部分を含む加工物の導電性頂部表面をめっきする方法であって、
前記加工物の前記導電性頂部表面上に少なくとも1種の添加物を含む電解液を適用する工程、
前記少なくとも1種の添加物が前記頂部上より前記キャビティ部分上でより強くめっきされるような効果を作り出すように前記頂部に外的影響を適用する工程、
前記外的影響を適用する工程由来の効果が持続する間に前記加工物の前記導電性頂部表面をめっきする工程
を備える方法。 - 前記外的影響を適用する工程の効果が、前記キャビティ部分に対して前記頂部上に吸着される少なくとも1種の添加物の量の差を作り出す請求項31記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程が、前記頂部上に吸着される前記少なくとも1種の添加物の第1の部分を物理的に掃き落とすために前記加工物の前記導電性頂部表面上に適用される、前記加工物に対して可動的であるマスクを用い、それによりある時間前記頂部上に吸着された前記添加物の前記第1の部分の量を減少させる請求項31記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の前記マスクが前記加工物の前記頂部と物理的接触する請求項33記載の方法。
- 前記マスクにより外的影響を適用する工程が、前記外的影響にすでに供された前記頂部の領域を、めっき工程の間、めっき電流が前記加工物の前記領域とアノードとの間に存在するように前記可動性マスクの開口領域と一致させる請求項33記載の方法。
- めっき工程の間、第1の電流密度を有する電流パルスが前記アノードと前記加工物の前記領域との間の前記可動性マスクの前記開口領域の中に形成され、前記第1の電流密度は、前記可動性マスクにより覆われる前記加工物のもう1つの領域に存在する第2の電流密度より大きい請求項35記載の方法。
- ある時間、複数の電流パルスが前記アノードと前記加工物の異なる領域との間で生成する請求項36記載の方法。
- 合計された前記複数の電流パルスが電源により提供されるDC電流に等しい請求項37記載の方法。
- 前記めっき工程が、めっきの間にDC電力を提供する工程を含む請求項35記載の方法。
- 前記DC電力を提供する工程が、前記めっき電流が実質的に一定に保たれる電流制御モードで行われる請求項39記載の方法。
- 前記DC電力を提供する工程が、めっき電圧が実質的に一定に保たれる電圧制御モードで行われる請求項39記載の方法。
- 前記少なくとも1種の添加物が促進剤を含む請求項31記載の方法。
- 前記めっき工程の間、より多くの添加物が、前記頂部よりも前記キャビティ部分上に吸着する請求項43記載の方法。
- 前記めっき工程が、前記効果が存続する間に行われる請求項43記載の方法。
- 前記めっき工程が、前記効果が存続する間のみ行われる請求項44記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の効果が、前記キャビティ部分に対して前記頂部上に吸着される少なくとも1種の添加物の量の差を作り出すことである請求項34記載の方法。
- 前記少なくとも1種の添加物が、阻害剤と促進剤の両方を含む複数の添加剤を含む請求項46記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前記促進剤より強力な吸着特性を有する結果として差が存在する請求項47記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前記促進剤より高速の吸着動力学を有する結果として差が存在する請求項47記載の方法。
- 前記外的影響とめっきを適用する工程が反復される請求項44記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の効果が、前記キャビティ部分に対して前記頂部上に吸着される少なくとも1種の添加物の量の差を作り出すことである請求項31記載の方法。
- 前記少なくとも1種の添加物が、阻害剤と促進剤の両方を含む複数の添加物を含む請求項51記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前記促進剤より強力な吸着特性を有する結果として差が存在する請求項52記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前記促進剤より高速の吸着動力学を有する結果として差が存在する請求項52記載の方法。
- 前記外的影響およびめっきを適用する工程が反復される請求項31記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程がマスクを用い、前記マスクと前記加工物との間の相対的な動きが前記頂部上に吸着された前記少なくとも1種の添加物の第1の部分の物理的掃き落としを引き起こし、それによりある時間前記頂部上に吸着された前記添加物の前記第1の部分の量を減少させる請求項31記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の前記マスクが、前記加工物の前記頂部と物理的接触する請求項56記載の方法。
- 前記マスクにより前記外的影響を適用する工程が、前記外的影響にすでに供された前記頂部の領域を、めっき工程の間、めっき電流が前記加工物の前記領域とアノードとの間に作り出されるように前記可動的マスクの開口領域と一致させる請求項56記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の効果が、前記キャビティ部分に対して前記頂部上に吸着される少なくとも1種の添加物の量の差を作り出すことである請求項57記載の方法。
- 前記少なくとも1種の添加物が阻害剤と促進剤の両方を含む複数の添加物を含む請求項59記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前期促進剤より強力な吸着特性を有する結果として差が存在する請求項60記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が前記促進剤より高速の吸着動力学を有する結果として差が存在する請求項60記載の方法。
- 前記めっき工程が、めっきの間パルス電力を提供する工程を含む請求項31記載の方法。
- 前記めっき工程がめっきの間DC電力を提供する工程を含む請求項31記載の方法。
- 前記めっき工程が銅をめっきする請求項31記載の方法。
- 前記めっき工程が銅合金をめっきする請求項31記載の方法。
- 前記頂部に前記外的影響を適用する工程が、前記頂部と前記キャビティ部分との間に表面抵抗の差を設ける請求項31記載の方法。
- 加工物の頂部表面上に存在する電解液中に存在する導電性物質で前記加工物の導電性頂部表面をめっきするための装置であって、前記加工物の前記導電性頂部表面は頂部とキャビティ部分を含み、その上に吸着された少なくとも1種の添加物を有し、
電力を適用し得るために用いられ、それにより、前記加工物の前記頂部表面との間に電界を作り出し、そして前記頂部表面にめっきを析出させるアノード、
前記アノードと前記加工物との間の前記加工物の前記頂部表面に近接して配置され、前記加工物との間の相対的な動きにより前記加工物の前記頂部上に吸着された前記少なくとも1種の添加物の第1の部分を物理的に掃き落とすことが可能であり、それにより前記頂部上に吸着された前記添加物の前記第1の部分の量を減少させ、それによりある時間にある量の導電性物質が前記加工物の前記頂部上にめっきされるマスク
を備える装置。 - 前記マスクが、前記加工物の頂部と物理的接触するように位置する請求項68記載の装置。
- 前記マスクが絶縁体で作られている請求項68記載の装置。
- 前記マスクが、前記電解液およびめっき電流が電力の付与の間にマスクの開口領域に対応する前記加工物の領域を通過し得る前記開口領域を含む請求項68記載の装置。
- めっきの間にDC電力を提供するDC電源をさらに含む請求項71記載の装置。
- 第1の電流密度を有する電流パルスが前記アノードと前記加工物の前記領域との間の前記可動性マスクの前記開口領域の中に生成し、前記第1の電流密度が前記可動性マスクにより覆われていない前記加工物のもう1つの領域に存在する第2の電流密度より大きい請求項72記載の装置。
- ある時間、複数の電流パルスが前記アノードと前記加工物の異なる領域との間に生成する請求項73記載の装置。
- 前記複数の電流パルスを合計すると、DC電源により提供されるDC電流に等しい請求項74記載の装置。
- 前記マスクが前記加工物の前記頂部と物理的接触するように位置する請求項71記載の装置。
- 前記マスクが絶縁体を含む請求項76記載の装置。
- 前記マスクが、前記頂部上に吸着される前記添加物の前記第1の部分の量を減少させる働きをし得る研磨剤を含む請求項77記載の装置。
- 前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが直線的な動きをもたらす請求項68記載の装置。
- 前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが往復する直線的な動きをもたらす請求項68記載の装置。
- 前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが環状の動きをもたらす請求項68記載の装置。
- 前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが往復する環状の動きをもたらす請求項68記載の装置。
- 前記マスクが絶縁体を含む請求項68記載の装置。
- 前記マスクが、前記頂部上に吸着される前記添加物の前記第1の部分の量を減少させる働きをし得る研磨剤を含む請求項83記載の装置。
- 前記マスクが、電力の付与の間にマスクの開口領域に対応する前記加工物のある領域に前記電解液およびおよびめっき電流を通過させ得る前記開口領域を含む請求項84記載の装置。
- 前記マスクが前記加工物の前記頂部と物理的接触するように位置する請求項85記載の装置。
- 前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが直線的な動きをもたらす請求項86記載の装置。
- 前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが往復する直線的な動きをもたらす請求項86記載の装置。
- 前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが環状の動きをもたらす請求項86記載の装置。
- 前記マスクと前記加工物との間の前記相対的な動きが往復する環状の動きをもたらす請求項86記載の装置。
- 前記マスクが前記加工物の前記頂部と物理的接触するように位置する請求項86記載の装置。
- めっきの間にパルス電力を提供するパルス電源をさらに含む請求項68記載の装置。
- DC電源をさらに含む請求項68記載の装置。
- 前記DC電源が、前記めっき電流が実質的に一定に保たれる電流制御モードで起動する請求項93記載の装置。
- 前記DC電力が、めっき電圧が実質的に一定に保たれる電圧制御モードで起動する請求項93記載の装置。
- 頂部とキャビティ部分を含む加工物の導電性頂部表面をめっきする方法であって、
前記加工物の前記導電性頂部表面上にめっきを強化するために少なくとも1種の添加物を有する電解液を適用する工程、
前記加工物の前記導電性頂部表面を初期めっきする工程、
前記初期めっき工程後、少なくとも1種の添加物が前記頂部上より前記キャビティ部分でのめっきを強化するような効果を作り出すために前記頂部に外的影響を適用する工程、
前記外的影響を適用する工程由来の効果が持続する間に前記加工物の前記導電性頂部表面をめっきしつづける工程
を備える方法。 - 前記頂部表面を初期めっきする工程が、ある種の小さなフィーチャーのキャビティ部分が充填されるようにする請求項96記載の方法。
- 頂部とキャビティ部分を含む加工物の導電性頂部表面をめっきする方法であって、
前記加工物の前記導電性頂部表面上に、少なくとも1種の添加物を含む電解液を適用し、前記添加物の第1の成分は前記頂部上に吸着されるようになり、前記添加物の第2の部分は、前記キャビティ部分上に吸着されるようになる工程、
前記加工物の前記頂部に対して離間関係でマスクを適用し、間接的外的影響を通して前記頂部上にすでに吸着された前記添加物の前記第1の成分の一部を前記加工物の前記頂部から除去するために前記加工物に対してマスクを動かす工程、および
前記添加物が前記頂部上に完全に再吸着する前に、かつ、前記マスクが前記加工物の前記頂部に少なくとも離間関係で維持される間に、前記加工物の前記導電性頂部表面をめっきし、それにより、前記頂部に対して前記キャビティ部分に、より大きいめっきを行う工程
を備える方法。 - 前記適用工程が、前記加工物の前記頂部表面の.75mmの範囲で前記マスクを用いる請求項98記載の方法。
- 前記適用工程が、前記加工物の前記頂部表面の0.1から0.5mmの範囲で前記マスクを用いる請求項98記載の方法。
- 前記少なくとも1種の添加物が促進剤を含む請求項98記載の方法。
- めっき工程の間に、より多くの添加物が前記頂部より前記キャビティ部分上に吸着される請求項101記載の方法。
- 前記めっき工程が、除去された前記添加剤の前記第1の部分の一部が完全に再吸着する前にのみ実施される請求項102記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程、前記マスクを除去する工程、およびめっき工程が反復される請求項102記載の方法。
- 前記少なくとも1種の添加物が、阻害剤と促進剤の両方を含む複数の添加物を含む請求項98記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程が、前記阻害剤が前記促進剤より強力な吸着特性を有する結果として前記阻害剤より大きなパーセンテージの前記促進剤を除去する請求項105記載の方法。
- 前記めっき工程が、除去された前記促進剤が前記頂部上に完全に再吸着する前にのみ実施される請求項106記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程、前記マスクを除去する工程、めっきする工程が反復される請求項107記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程の後、前記阻害剤が、前記加工物の前記頂部上に前記促進剤より急速に再吸着する請求項105記載の方法。
- 前記阻害剤が再吸着する間と後、かつ除去された前記促進剤が前記頂部上に完全に再吸着する前にめっき工程が実施される請求項109記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程、およびめっき工程が反復される請求項110記載の方法。
- 前記めっき工程が、前記加工物の前記頂部表面から前記マスクを遠く引き離す工程を含む請求項98記載の方法。
- 前記外的影響を適用する工程が、前記外的影響にすでに供された前記頂部の領域を、めっき工程の間、めっき電流が前記加工物の前記領域とアノードとの間に存在するようにマスクの開口領域と一致させる請求項98記載の方法。
- 前記めっき工程の間に、第1の電流密度を有する電流パルスが、前記アノードと前記加工物の前記領域との間の前記可動性マスクの前記開口領域の中に生成し、前記第1の電流密度は、前記可動性マスクにより覆われる前記加工物の別領域に存在する第2の電流密度より大きい請求項113記載の方法。
- 前記めっき工程が銅をめっきする請求項98記載の方法。
- 前記めっき工程が銅合金をめっきする請求項98記載の方法。
- 前記頂部に前記外的影響を適用する工程が、前記頂部と前記キャビティ部分との間に表面抵抗の差を設ける請求項98記載の方法。
- 前記電解液に、添加物と前記加工物の前記表面との間の結合を弱める働きをする別の添加物を加える工程をさらに含む請求項98記載の方法。
- 電解液を用いて加工物の導電性頂部表面をめっきするための装置であって、前記加工物の前記導電性頂部表面は頂部とキャビティ部分を含み、加工物上に吸着された少なくとも1種の添加物を有し、
電力が適用され得るために用いられ、それにより前記加工物の前記頂部表面との間に電界を作り出し、そして、前記頂部表面のめっきが起きることを可能とするアノード、および
前記加工物表面に離間関係で配置され、相対的な動きが前記加工物との間に起こり、一方、前記頂部上に吸着された添加物の前記第1の部分の量が減少するように前記頂部上に吸着された前記少なくとも1種の添加物の第1の部分に対して離間関係にあり、そしてそれによりめっきが起こりながら多量の導電性物質が前記加工物の前記頂部上にめっきされるマスク
を備える装置。 - 前記マスクが絶縁体で作られている請求項119記載の装置。
- 前記マスクが、前記電解質およびめっき電流が電力の適用の間前記マスクの開口領域に対応する前記加工物の領域を通過する前記開口領域を含む請求項119記載の装置。
- 前記マスクが、前記加工物に付与される前記めっき電流に実質的に影響を与えないように形成されている請求項121記載の装置。
- 前記加工物の面積と比較してマスク面積が5%未満である請求項122記載の装置。
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