JP2005522587A5

JP2005522587A5 -

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Publication number: JP2005522587A5
Application number: JP2003585151A
Authority: JP
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2006-06-08

Description

しかしながら、ＣＭＰ方法は、関与する機械的力が比較的強いため、基礎を成す半導体構造に対していくつかの悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、相互接続の幾何形状が０．１３μｍ（ミクロン）以下まで進むにつれて、標準的なダマシンプロセスで用いられる例えばｌｏｗ−ｋフィルムと銅の導電性材料の機械的特性間には大きな差が存在し得る。例えば、ｌｏｗ−ｋ誘電フィルムのヤング率は、銅のものよりも１０ケタ以上低いものであり得る。その結果、なかでも、ＣＭＰプロセス内で誘電フィルムおよび銅に対し加えられる比較的強い機械的力は、層間剥離、ディッシング、侵食、フィルムの浮き、かき傷を含めた半導体構造上の応力関連欠陥をひき起こす可能性がある。

図１０Ａおよび１０Ｂは、経時的にコンスタントな電流でのメッキプロセス例の間のメッキ断面形状の横断面図を示す。このケースにおいては、メッキプロセスは比較的小さい電流とレベリング剤を使用し、その結果比較的高密度のトレンチ又はヴァイア１０１０ｒ上で断面形状は平坦になる。しかしながらダミー構造部域１０８０は、より多くのメッキすべき部域を有し、そのため最終的メッキ断面形状のわずかなディッシング１０２０が形成される。わずかなディッシング１０２０は、上述のようなその後の電解研磨プロセスの後、最終的断面形状内に残る可能性が高い。従って、密にスペーシングされた凹部領域１０１０ｒおよびダミー構造１０８０を伴う大きいトレンチ部域の両方の上で平面フィルムをメッキできるプロセスを得ることが望ましい。高密度のトレンチ又はヴァイア１０１０ｒのサイズは、トレンチ間又はヴァイア間のスペーシングが０．０３５〜０．５μｍ（ミクロン）の範囲内にある状態で０．０３５〜０．５μｍ（ミクロン）の範囲内であり得る。ダミー構造１０８０のサイズは、０．０５〜２．０μｍ（ミクロン）の範囲内好ましくは０．５μｍ（ミクロン）の間隔で、０．０５〜２．０μｍ（ミクロン）の範囲内にありうる。一般に、ダミー構造は、トレンチ内の銅損失を最小限にするべく比較的小さいサイズおよびより大きな間隔で設計されるべきである。

図２２Ａ〜２２Ｃは、例えば数μｍ（ミクロン）といった相対的に大きい粒度を有する銅層の画像を示している。特に、図２２Ａを参照すると、電解研磨後の銅層表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像が示されている。図２２Ｂを参照すると、図２２Ａに示されているものと同じ場所からの、電解研磨後の同じ銅層の集束イオンビーム（ＦＩＢ）画像が示されている。図２２Ａおよび２２Ｂ内に示された画像は、銅層の表面粗度が銅層内の粒子のパターンと一致するパターンを有する可能性があるということを示している。更に図２２Ｃは、電解研磨後の銅層表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像を示している。このＡＦＭ画像に基づくと、銅層表面の平均粗度（Ｒ₃）は１４ｎｍであり、銅層表面の最大高さ（Ｒｍａｘ）は１１３ｎｍである。

２．メッキと電解研磨の間の時間の短縮金属層の粒度を制御又は低減するための他のプロセス例としては、メッキプロセスと電解研磨プロセスの間の時間を削減することが含まれる。標準的には、メッキプロセスの後、金属層粒度は経時的に増大する。図２５Ａ〜２５Ｄは、一定の時限にわたる半導体ウェハ上にメッキされた金属層内の変化を例示している。図２５Ａを参照すると、ウェハ２５００上にメッキされた後、金属層２５０２はおよそ数ナノメートルの小さい粒度の微細構造を有することができる。経時的に、図２５Ｂを参照すると、金属層２５０２内の粒子は、およそ数十ナノメートルのサイズまで成長できる。図２５Ｃを参照すると、金属層２５０２内の粒子は、経時的におよそ数百ナノメートルのサイズまで成長し続けることができる。最後に、図２５Ｄを参照すると、金属層２５０２内の粒子はおよそ数μｍ（ミクロン）のサイズまで成長することができる。

１つの例では、粒度が低い金属層を形成するための金属層のメッキと電解研磨の間の時間は、約２０時間未満であり、好ましくは約５時間未満である。この時間は、好ましくは、金属層の粒度がμｍ（ミクロン）に達しない、そしてより好ましくはサブμｍ（ミクロン）以下のサイズにとどまるようなものである。

Ｖ＝５００ｍｍ／秒、およびデューティサイクル＝５０％そしてｔ₁＝０．２Ｅ−６秒（２．５ＭＨｚ）を方程式（１）に代入すると次のようになる。
ｗ＝Ｃ×５００×０．２Ｅ−６＝Ｃ×０．１×１０^-6ｍｍ＝Ｃ×０．１μｍ（ミクロン）
なお式中ｗは０．１μｍ（ミクロン）規模の範囲である。

Claims

凹部（recessed）領域および非凹部領域を有する半導体構造上に金属層を電気メッキするための方法であって；
金属層が第１の密度の凹部領域上で平面となる前に、第１の電流密度範囲内で電気メッキする工程；および
金属層が凹部領域上で平面となった後に、第１の電流範囲よりも大きい第２の電流密度範囲内で電気メッキする工程、を含む方法。
第１の電流密度範囲が０．５ｍÅ／ｃｍ²〜５ｍÅ／ｃｍ²の間にあり、第２の電流密度範囲が５ｍÅ／ｃｍ²〜３０ｍÅ／ｃｍ²の間にある請求項１に記載の方法。
第１の電流密度範囲内での電気メッキが、コンスタントな電流密度で行われる請求項１に記載の方法。
第１の電流密度範囲内での電気メッキが増大する電流密度で行われる請求項１に記載の方法。
第１の電流密度が線形的に（linearly）増大する請求項４に記載の方法。
第１の電流密度が非線形的に増大する請求項４に記載の方法。
第１の電流密度範囲内での電気メッキが電流密度を減少させる工程を含む請求項１に記載の方法。
第２の電流密度範囲内での電気メッキがコンスタントな電流密度で行われる請求項１に記載の方法。
第２の電流密度範囲内での電気メッキが増大する電流密度で行われる請求項１に記載の方法。
第２の電流密度が非線形的に増大する請求項９に記載の方法。
第２の電流密度範囲内での電気メッキが減少する電流密度で行われる請求項１に記載の方法。
第１の密度の凹部領域が、０．０３５〜０．５μｍ（ミクロン）の間のサイズと０．０３５〜０．５μｍ（ミクロン）の範囲内のスペーシングを有する複数の凹部、および０．０５〜２．０μｍ（ミクロン）の間のサイズと０．０５〜２．０μｍ（ミクロン）の範囲内のスペーシングを有するダミー構造を有する大きい凹部を含む請求項１に記載の方法。
金属層が第１の密度の領域上で平面となるまで第１の密度の領域上に金属層が電気メッキされ、第１の密度の領域および第２の密度の領域上で金属層が平面になるまで第２の密度の領域全体にわたり電気メッキを行ない、第２の密度の領域が第１の密度の領域よりも大きい請求項１２に記載の方法。
金属層が第２の密度の領域および第１の密度の領域よりも上で平面となった後、第２の電流密度より大きい第３の電流密度で電気メッキが行なわれる請求項１３に記載の方法。
金属層は、促進剤、抑制剤およびレベリング剤（leveler）を含む電解質流体で電気メッキされる請求項１に記載の方法。
促進剤濃度が１．５〜２．５ｍｌ／リットルの間にあり、抑制剤濃度が７〜９ｍｌ／リットルの間にあり、レベリング剤濃度が１．２５〜１．７５ｍｌ／リットルの間にある請求項１５に記載の方法。
電解質液体内の添加剤で金属層の粒度を制御する工程を更に含む請求項１に記載の方法。
添加剤が、光沢剤、促進剤、抑制剤およびレベリング剤のうちの少なくとも１つを含む請求項１７に記載の方法。
５０〜２００ｒｐｍの回転速度でチャックを用いて半導体構造を回転させる工程を更に含む請求項１に記載の方法。
１２５ｒｐｍの回転速度でチャックを用いて半導体構造を回転させる工程を更に含む請求項１に記載の方法。
凹部領域および非凹部領域を有する半導体構造上に金属層を電気メッキするためのシステムであって；
金属層が第１の密度の凹部領域上で平面となる前に、第１の電流密度範囲内で電気メッキする手段；および
金属層が凹部領域上で平面となった後に、第１の電流範囲よりも大きい第２の電流密度範囲内で電気メッキする手段、を含むシステム。