JP2007508461A - Electroplating composition and electroplating method - Google Patents
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Abstract
半導体ウエハ等の製造過程のミクロ電子加工物における凹設された微細構造体を金属化により充填する電気鍍金組成物及び方法を開示する。電気鍍金組成物は銅及び硫酸の混合物を含むことができ、銅濃度と硫酸濃度の比が約0.3〜約0.8である。また、開示された電気鍍金組成物は、硫酸濃度が約65〜約150g/L(溶液1リットル当たりのグラム数)であるとき、銅濃度がその溶解度の限界近くにある銅及び硫酸の混合物を含むことができる。かかる電気鍍金組成物は、また、促進剤、抑制剤、ハライド及び/又は平滑剤等の慣用の添加剤を含むことができる。製造過程の半導体加工物に形成された溝及び/又はコンタクトホール等の要点内に、導電性材料を電気化学的に析出させる方法が開示され、開示された電気鍍金溶液を使用する複数の陽極反応器の利用に適した方法を含む。Disclosed is an electroplating composition and method for filling indented microstructures in a microelectronic workpiece during manufacturing of a semiconductor wafer or the like by metallization. The electroplating composition can include a mixture of copper and sulfuric acid, the ratio of copper concentration to sulfuric acid concentration being about 0.3 to about 0.8. Also, the disclosed electroplating composition provides a mixture of copper and sulfuric acid with a copper concentration near its solubility limit when the sulfuric acid concentration is about 65 to about 150 g / L (grams per liter of solution). Can be included. Such electroplating compositions can also include conventional additives such as accelerators, inhibitors, halides and / or smoothing agents. Disclosed is a method for electrochemically depositing a conductive material within a key point such as a groove and / or a contact hole formed in a semiconductor workpiece during manufacturing, and a plurality of anodic reactions using the disclosed electroplating solution Including methods suitable for the use of vessels.
Description
(優先権)本出願は、2003年10月16日出願の米国特許出願第10/688,420号の優先権を主張し、その全体が参照により組込まれる。(技術分野)本発明は、全般的に、半導体加工物(semiconductor workpieces)に形成された溝及び/又はコンタクトホール等の要点(features)内に、導電性材料を析出させる電気鍍金組成物(electroplating compositions and methods)及び方法に関する。 This application claims priority to US patent application Ser. No. 10 / 688,420, filed Oct. 16, 2003, which is incorporated by reference in its entirety. TECHNICAL FIELD The present invention generally relates to an electroplating composition that deposits a conductive material in features such as grooves and / or contact holes formed in semiconductor workpieces. compositions and methods) and methods.
半導体ウエハ又は半導体ウエハ基板等のミクロ電子加工物からの半導体集積回路及びその他のミクロ電子品の製造においては、加工物(workpieces)に金属層を設け、集積回路上の各種の素子を電気的に相互接続する、相互接続金属化(interconnect metallization)が、しばしば必要である。電気的相互接続は、従来から、スパッタリング又は同様の技術により、半導体加工物(例えば、ウエハ)表面に導電層を最初に堆積させることによって半導体素子に形成されてきた。導電層の不必要な部分は、ホォトレジスト等から形成されるパターンマスクを用いて、化学的ドライエッチング法により除去される。以前の素子(devices)においては、配線回路の形成にアルミニウム又はアルミニウム合金が使用されていた。しかし、益々複雑化する半導体素子に対応するために、半導体素子の配線を益々小さくしなければならなかった。これは、言い換えると、エレクトロマイグレーション(electromigration;電子泳動)に起因してより高い電流密度及びより短い存続期間につながっていた。これに加えて、細線化はRC(抵抗/容量)の遅延を増大させるより高抵抗をもたらす。 In the manufacture of semiconductor integrated circuits and other microelectronic products from microelectronic workpieces such as semiconductor wafers or semiconductor wafer substrates, a metal layer is provided on the workpieces to electrically connect various elements on the integrated circuit. Interconnecting metallization, which interconnects, is often necessary. Electrical interconnects have traditionally been formed in semiconductor devices by first depositing a conductive layer on the surface of a semiconductor workpiece (eg, a wafer) by sputtering or similar techniques. Unnecessary portions of the conductive layer are removed by a chemical dry etching method using a pattern mask formed of a photoresist or the like. In previous devices, aluminum or an aluminum alloy was used to form the wiring circuit. However, in order to cope with an increasingly complicated semiconductor element, the wiring of the semiconductor element has to be made smaller and smaller. This, in other words, led to higher current densities and shorter lifetimes due to electromigration. In addition, thinning provides higher resistance that increases RC (resistance / capacitance) delay.
エレクトロマイグレーションに起因した過大なRCの遅延及び素子の不具合を避けるために、優れた導電性及び高いエレクトロマイグレーション抵抗を有する銅などの金属が、配線を形成するために使用されてきた。しかし、(前述の処理におけるような)加工物の表面全体にわたって堆積された銅又は銅合金にドライエッチングを行うことは困難である。そのため、ダマスク模様処理(damascene processng)として公知の新たなアプローチが採用されている。銅配線には、最初に溝(trench)すなわちカナル(canal)が、配線のために加工物表面に所定のパターンに従って形成される。また、二重のダマスク模様処理では、コンタクトホール又はビア(vias)が加工物に切り込まれ、ある金属層をその上層又は下層の金属層に接続する。これらの溝又はコンタクトホールには、その際銅又は銅合金が充填される。この方法は、エッチングによる導電層の不要な部分を除去する工程が不要となり、加工物表面が研磨されて、鍍金された金属の過剰な被覆層を除去する必要がある。 In order to avoid excessive RC delay and device failure due to electromigration, metals such as copper having excellent conductivity and high electromigration resistance have been used to form the interconnects. However, it is difficult to dry etch copper or copper alloys deposited over the entire surface of the workpiece (as in the above-described process). For this reason, a new approach known as damascene processng has been adopted. First, a trench or canal is formed in a copper wiring according to a predetermined pattern on the workpiece surface for wiring. Also, in a double damascene pattern process, contact holes or vias are cut into the workpiece to connect a metal layer to its upper or lower metal layer. These grooves or contact holes are then filled with copper or a copper alloy. This method eliminates the need to remove unnecessary portions of the conductive layer by etching, and the workpiece surface needs to be polished to remove the excessive coating layer of the plated metal.
しかし、今日の素子の設計における前記配線溝及び/又はコンタクトホールの形状は、配線幅がより狭くなっているので、アスペクト比(溝及び/又はコンタクトホールの幅に対する深さの比)がかなり大きい。素子の溝及び/又はコンタクトホール等の要点の小さな寸法(例えば、1μmというサブミクロン、更に0.25μmというサブミクロン)は、金属を堆積する従来のスパッタリング法により、要点を平坦な金属層で充填することを困難にさせる。各種材料を蒸着させるために化学蒸着法(CVD)が採用されてきたが、銅又は銅合金に適したガス材料を調製することは困難である。 However, the shape of the wiring groove and / or contact hole in the design of today's devices has a considerably large aspect ratio (ratio of depth to the width of the groove and / or contact hole) because the wiring width is narrower. . Small dimensions of key points such as device trenches and / or contact holes (for example, submicron of 1 μm, further submicron of 0.25 μm) are filled with a flat metal layer by a conventional sputtering method for depositing metal. Make it difficult to do. Chemical vapor deposition (CVD) has been employed to deposit various materials, but it is difficult to prepare a gas material suitable for copper or a copper alloy.
典型的には銅又は銅合金である導電性を必要とする材料で溝及び/又はコンタクトホールを充填するために、その後、加工物を鍍金溶液中に浸漬することによる電解鍍金が用いられてきた。電気鍍金方法は、典型的には、鍍金処理前に、加工物に析出される薄く連続した電気伝導性のシード(種)層を必要とする。シード層は、一般に銅のような導電性の金属から形成される。次に、所望の金属の電気鍍金は、シード層に電気バイアスを印加し、電気バイアスの存在下にシード層全体に鍍金を施す金属イオン含有の電気鍍金溶液に、ウエハ基板等の加工物を曝すことによって、一般に遂行される。銅(例えば、硫酸銅)と酸又は導電性の塩(例えば、硫酸)とを含む電気鍍金組成物を使用することができる。硫酸等の酸を電気鍍金組成物に添加して、均一電着性の達成に必要な鍍金組成物に高いイオン伝導度を付与する。「均一電着性」とは、ウエハ基板等の加工物に金属を均一に析出する鍍金組成物の能力をいう。酸は、電極反応に関与しないが、電気鍍金組成物中の抵抗率を低下させるので、加工物の表面全体に鍍金材料の絶縁保護被覆(conformal coverage)をもたらす。組成物の銅濃度が低く酸濃度が高いと、組成物の均一電着性が向上する。 Electrolytic plating by immersing the workpiece in a plating solution has subsequently been used to fill the grooves and / or contact holes with a material that requires electrical conductivity, typically copper or a copper alloy. . Electroplating methods typically require a thin, continuous, electrically conductive seed layer that is deposited on the workpiece prior to the plating process. The seed layer is generally formed from a conductive metal such as copper. Next, an electroplating of a desired metal is performed by applying an electric bias to the seed layer and exposing a workpiece such as a wafer substrate to an electroplating solution containing metal ions that applies plating to the entire seed layer in the presence of the electric bias. In general. An electroplating composition comprising copper (eg, copper sulfate) and an acid or conductive salt (eg, sulfuric acid) can be used. An acid such as sulfuric acid is added to the electroplating composition to impart high ionic conductivity to the plating composition necessary to achieve uniform electrodeposition. “Uniform electrodeposition” refers to the ability of a plating composition to deposit metal uniformly on a workpiece such as a wafer substrate. The acid does not participate in the electrode reaction, but reduces the resistivity in the electroplating composition, thus providing a conformal coverage of the plating material over the entire surface of the workpiece. When the copper concentration of the composition is low and the acid concentration is high, the throwing power of the composition is improved.
従来の鍍金溶液で遭遇する問題は、高いアスペクト比の溝及び/又はコンタクトホール内での析出処理(deposition process)も物質移動により影響を受けるということであり、即ち、溝及び/又はコンタクトホールへの金属の拡散が、(より大きな要点の素子に共通であるように)電界の大きさに加えて析出反応の反応速度に影響を及ぼすということである。従って、鍍金イオンを加工物表面に供給する速度は、鍍金表面に印加する電圧又は電流密度と無関係に、鍍金速度を制限することができる。良好な均一電着性を与える高度に導電性の電気鍍金組成物(例えば、酸濃度の高い組成物)は、良好な被覆が得られず、素子上の比較的小さな要点(features)内を、即ちサブミクロンの大きさの溝及び/又はコンタクトホール内を充填しない。これは、しばしば析出物の質の低下を招き、充填欠陥、典型的にはボイドに繋がる。比較的小さな溝及び/又はコンタクトホールの充填に前記組成物を使用すると、しばしばボイドが生じる。良質の析出を得るためには、析出処理において、物質移動速度が高く、溝及び/又はコンタクトホール付近又はその内部での反応剤濃度の低下が小さくなければならない。しかし、典型的に高い酸濃度の鍍金浴中では、移動速度が比較的低い金属イオン濃度により制限される。 A problem encountered with conventional plating solutions is that the deposition process in high aspect ratio grooves and / or contact holes is also affected by mass transfer, i.e. into the grooves and / or contact holes. This means that the diffusion of metal affects the reaction rate of the precipitation reaction in addition to the magnitude of the electric field (as is common to the larger critical elements). Thus, the rate at which the plating ions are supplied to the workpiece surface can limit the plating rate regardless of the voltage or current density applied to the plating surface. Highly conductive electroplating compositions that give good throwing power (e.g., high acid concentration compositions) do not provide good coverage and are within relatively small features on the device. That is, it does not fill the submicron size grooves and / or contact holes. This often leads to a reduction in the quality of the precipitate and leads to filling defects, typically voids. Voids often occur when the composition is used to fill relatively small grooves and / or contact holes. In order to obtain good quality precipitation, the mass transfer rate must be high in the precipitation process, and the decrease in the reactant concentration in the vicinity of or inside the grooves and / or contact holes must be small. However, typically in high acid concentration plating baths, the migration rate is limited by the relatively low metal ion concentration.
鍍金される金属イオンの移動は、電気鍍金組成物中の鍍金される金属イオン濃度に直接関係する。より高い金属イオン濃度は、小さな要点内への金属の移動速度がより速くなり、かつ、空乏層内、即ち陰極表面の境界層内での金属イオン濃度がより高くなり、それ故に、より速くより良質の析出を達成することができる。しかし、比較的大きなアスペクト比を有する基板の溝及び/又はコンタクトホール内に銅を充填するために、均一電着性及び被覆均一性に優れた鍍金組成物を使用すると、前述のように、組成物の充填能が貧弱である。溝及び/又はコンタクトホールが充填される前に、溝及び/又はコンタクトホールの入口がしばしば塞がれ、これによってボイドを形成しやすくなる。また、ボイドは、鍍金処理中のシード層での不均一な核形成、不適当な核形成、及び鍍金中の大きな粒子の生成などの他の力によって生じることがある。あいにく、典型的に低い酸を用いると、高い金属濃度の鍍金組成物は、均一電着性が劣り、添加剤の活性が抑制され、その結果、要点内に鍍金されていない領域が生じる。 The movement of plated metal ions is directly related to the concentration of plated metal ions in the electroplating composition. Higher metal ion concentrations result in faster metal migration into small points and higher metal ion concentrations in the depletion layer, i.e., in the boundary layer of the cathode surface, and therefore faster and more Good quality deposition can be achieved. However, in order to fill copper in the groove and / or contact hole of the substrate having a relatively large aspect ratio, when using a plating composition excellent in uniform electrodeposition and coating uniformity, as described above, Poor packing capacity. Before the trench and / or contact hole is filled, the entrance to the trench and / or contact hole is often blocked, which facilitates the formation of voids. Voids can also be caused by other forces such as non-uniform nucleation in the seed layer during plating, improper nucleation, and the generation of large particles in the plating. Unfortunately, typically when using low acids, plating compositions with high metal concentrations have poor throwing power and suppress the activity of the additive, resulting in areas that are not plated within the point.
かなりの数のボイド及び/又は不均一な析出は、典型的には、貧弱なエレクトロマイグレーション抵抗だけでなく、導電率をひどく低下させることになる。ある場合には、開回路及び素子の不具合を引き起こすのに、ボイド及び/又は不均一性が十分大きいことがある。簡単にいうと、当業者には公知であるが、鍍金組成物の銅濃度が低く酸濃度が高いと、鍍金組成物は高い導電率及び良好な分極性を有し、これによって均一電着性が向上することになる。これに反して、鍍金組成物の銅濃度が高く酸濃度が低いと、組成物の金属イオン移動が良好になることは公知である。換言すれば、良好な要点の充填を可能にするには、高いアスペクト比の溝及び/又はコンタクトホールの底部に金属イオン濃度が十分存在するであろう。 A significant number of voids and / or non-uniform deposition typically will severely reduce conductivity as well as poor electromigration resistance. In some cases, voids and / or non-uniformities may be large enough to cause open circuit and device failure. Briefly, as is known to those skilled in the art, when the copper concentration of the plating composition is low and the acid concentration is high, the plating composition has high conductivity and good polarizability, thereby providing uniform electrodeposition. Will be improved. On the other hand, it is known that when the copper concentration of the plating composition is high and the acid concentration is low, the metal ion migration of the composition is improved. In other words, there will be a sufficient metal ion concentration at the bottom of the high aspect ratio trench and / or contact hole to allow good point filling.
従来の鍍金組成物(即ち、銅濃度が低く酸濃度が高いか又はこれとは逆(visa versa)の組成物)を使用することにより持ち込まれる問題に対処する試みは、十分に満足できるものではなかった。例えば、特定の抑制剤、促進剤及び/又は平滑剤(leveler)等の各種の添加剤が様々な濃度で使用されてきた。使用される他の添加剤としては、塩化物(chloride)等のハライドイオンが挙げられる。使用される添加剤は、当業者には公知であるが、鍍金組成物が、高い酸濃度であって低い銅濃度であるか、これと反対の濃度であるかどうかに依存する。ある種の添加剤は、ある電位で金属原子の析出速度を低下させ、これによって析出処理を阻害することができ、一方、別の添加剤は、ある電位で金属イオンの析出速度を速め、これによって析出速度を促進することができる。あいにく、入手可能な鍍金組成物は、金属イオンの移動が幾分制限される比較的高いアスペクト比の要点を処理すると、要点の充填(feature filling)問題を十分に解決するに至っていない。 Attempts to address the problems brought about by using conventional plating compositions (ie compositions with low copper concentration and high acid concentration or visa versa) are not fully satisfactory. There wasn't. For example, various additives such as specific inhibitors, accelerators and / or levelers have been used at various concentrations. Other additives that may be used include halide ions such as chloride. The additive used is known to those skilled in the art, but depends on whether the plating composition has a high acid concentration and a low copper concentration, or the opposite. Certain additives reduce the deposition rate of metal atoms at a certain potential, thereby inhibiting the deposition process, while other additives increase the deposition rate of metal ions at a certain potential. Can accelerate the deposition rate. Unfortunately, available plating compositions have not fully solved the feature filling problem when processing relatively high aspect ratio key points where metal ion migration is somewhat limited.
本発明の電気鍍金組成物及び電気鍍金方法は、以下に詳細に説明するように、驚くほど優れた充填能を提供し、サブミクロン・サイズの高いアスペクト比の要点に対して下から上への充填能により優れた銅の析出を保証して、ボイド(voids;空所)の存在を低減させるかあるいは実質的に皆無にするものである。電気鍍金組成物及び方法を利用して、半導体加工物の高いアスペクト比を有する半導体素子の溝及び/又はコンタクトホール等の素子の要点内に、金属を電気鍍金することができる。開示された組成物及び方法は、加工物の金属層の製造に用いられる広範な工程に適用可能である。説明を簡素化するために、組成物及び方法は、主として、集積回路又はその他のミクロ電子部品を形成するために処理される、半導体ウエハに形成された要点の金属化に関連して検討される。開示された組成物及び方法は、前記半導体ウエハや要点に限定されるものではないが、金属化を必要とするあらゆる加工物に関連して使用されることができる。「加工物(workpiece)」なる用語は、半導体ウエハに限定されるものではないが、むしろ、概ね平行な平面の第一及び第二の表面を有し、かつ比較的薄い基板をいい、半導体ウエハやセラミックウエハの他に、ミクロ電子回路又は部品、データ記憶要素又は層、及び/又はミクロ機械要素が形成されたその他の基板を含む。 The electroplating composition and electroplating method of the present invention, as will be described in detail below, provide a surprisingly good filling capacity, from the bottom to the top of the high aspect ratio sub-micron size aspect. The filling capacity ensures better copper deposition and reduces or eliminates the presence of voids. Using the electroplating composition and method, the metal can be electroplated within the gist of the device, such as a trench and / or contact hole in a semiconductor device having a high aspect ratio of the semiconductor workpiece. The disclosed compositions and methods are applicable to a wide range of processes used to produce workpiece metal layers. To simplify the description, the compositions and methods are discussed primarily in the context of key metallization formed on semiconductor wafers that are processed to form integrated circuits or other microelectronic components. . The disclosed compositions and methods are not limited to the semiconductor wafer or point, but can be used in connection with any workpiece requiring metallization. The term "workpiece" is not limited to a semiconductor wafer, but rather refers to a relatively thin substrate having generally parallel planar first and second surfaces and a semiconductor wafer. In addition to ceramic wafers, microelectronic circuits or components, data storage elements or layers, and / or other substrates on which micromechanical elements are formed.
電気鍍金組成物は相対的な濃縮を予め回避した銅及び酸を含む。電気鍍金組成物は、驚くほど優れた充填能、特に、寸法がサブミクロン(例えば、0.12μmの溝)の高いアスペクト比の要点に対して下から上に銅を析出する充填能を提供して、ボイドの存在を低減させるかあるいは実質的に皆無にする。更に、電気鍍金組成物は、シード層(seed layers;種の層)に向かう腐食がより少なく、同様に優れた充填能を提供する。電気鍍金組成物は、銅及び硫酸の水性混合物を含むことができ、硫酸濃度に対する銅濃度の比(濃度はg/L)が約0.3〜約0.8である。前記組成物は、また、硫酸濃度が約65〜約150g/Lであるとき、銅濃度がその溶解度の限界近くにある銅及び硫酸の水性混合物を含むことができる。前記組成物は、また、促進剤、抑制剤、ハライド(halides;ハロゲン化合物)及び/又は平滑剤等の慣用の添加剤を含むことができる。開示された方法は、半導体加工物上に銅を析出する電気鍍金組成物を利用する。更に、前記方法は、サブミクロン・サイズの高いアスペクト比の要点に対して下から上への充填能を有する優れた銅の析出を保証して、ボイドの存在を低減させるかあるいは実質的に皆無にする。 The electroplating composition includes copper and acid that have previously avoided relative concentration. The electroplating composition provides a surprisingly good filling capacity, especially the ability to deposit copper from the bottom to the top for high aspect ratio key points of sub-micron dimensions (eg, 0.12 μm grooves). Reducing or substantially eliminating the presence of voids. Furthermore, the electroplating composition has less corrosion towards the seed layers and provides an excellent filling capacity as well. The electroplating composition can include an aqueous mixture of copper and sulfuric acid, wherein the ratio of copper concentration to sulfuric acid concentration (concentration is g / L) is from about 0.3 to about 0.8. The composition can also include an aqueous mixture of copper and sulfuric acid where the copper concentration is near its solubility limit when the sulfuric acid concentration is from about 65 to about 150 g / L. The composition may also contain conventional additives such as accelerators, inhibitors, halides and / or smoothing agents. The disclosed method utilizes an electroplating composition that deposits copper on a semiconductor workpiece. In addition, the method ensures excellent copper deposition with bottom-to-top filling capacity for high aspect ratio sub-micron sizes, reducing the presence of voids or substantially eliminating voids. To.
銅及び硫酸等の酸からなる従来の電気鍍金組成物は、銅濃度が比較的高いときはいつでも、熱の影響を低減して合理的な充填能をもたらすために比較的低い酸濃度を有するか、あるいは、銅濃度が比較的低いときはいつでも、鍍金組成物の均一電着性が良好となるように比較的高い酸濃度を有する。本発明の電気鍍金組成物は、このような従来の通念に従うものではない。実際、本発明の組成物は酸濃度により近い当量の銅濃度を有する。
特定の実施の形態において、本発明により考案された電気鍍金組成物は、銅及び硫酸の水性混合物を含み、銅濃度と硫酸濃度の比(g/Lと記載された濃度の全ては、溶液1リットル当たりのグラム数である)が約0.3〜約0.8である。別の特定の実施の形態において、電気鍍金組成物は銅及び硫酸の混合物を含み、銅濃度と硫酸濃度の比が約0.4〜約0.7である。更に別の実施の形態において、電気鍍金組成物は銅及び硫酸の混合物を含み、銅濃度と硫酸濃度の比が約0.5〜約0.6である。
Do conventional electroplating compositions consisting of acids such as copper and sulfuric acid have a relatively low acid concentration whenever the copper concentration is relatively high to reduce the effects of heat and provide reasonable filling capacity? Alternatively, whenever the copper concentration is relatively low, it has a relatively high acid concentration so that the throwing power of the plating composition is good. The electroplating composition of the present invention does not follow such conventional wisdom. Indeed, the compositions of the present invention have an equivalent copper concentration that is closer to the acid concentration.
In a particular embodiment, the electroplating composition devised according to the present invention comprises an aqueous mixture of copper and sulfuric acid, the ratio of copper concentration to sulfuric acid concentration (all concentrations described as g / L being solution 1 Gram per liter) is from about 0.3 to about 0.8. In another specific embodiment, the electroplating composition comprises a mixture of copper and sulfuric acid, and the ratio of copper concentration to sulfuric acid concentration is from about 0.4 to about 0.7. In yet another embodiment, the electroplating composition comprises a mixture of copper and sulfuric acid and the ratio of copper concentration to sulfuric acid concentration is from about 0.5 to about 0.6.
他の実施の形態において、電気鍍金組成物は銅及び硫酸の水性混合物を含み、組成物中の銅濃度は、硫酸濃度が約65〜約150g/Lであるとき、その溶解度の限界の約60%〜約90%の範囲にある。更に他の実施の形態において、電気鍍金組成物は銅及び硫酸の水性混合物を含み、組成物中の銅濃度は、硫酸濃度が約70〜約120g/Lであるとき、その溶解度の限界の約60%〜約90%の範囲にある。他の特定の実施の形態において、組成物は、濃度が約35〜約60g/Lの銅と、濃度が約65〜約150g/Lの硫酸との水性混合物を含む。他の実施の形態において、組成物は、濃度が約45〜約55g/Lの銅と、濃度が約75〜約120g/Lの硫酸との水性混合物を含む。
上述の範囲にある銅及び硫酸を有するあらゆる電気鍍金組成物は優れた充填能を提供するであろうが、特に有用な電気鍍金組成物は、約40g/Lの銅及び約100g/Lの硫酸、又は約50g/Lの銅及び約80g/Lの硫酸の水性混合物を含む。その他の典型的な実施の形態では、約60g/Lの銅及び約65g/Lの硫酸、又は約47g/Lの銅及び約70g/Lの硫酸の水性混合物を含む。
In other embodiments, the electroplating composition comprises an aqueous mixture of copper and sulfuric acid, and the copper concentration in the composition is about 60, which is the solubility limit when the sulfuric acid concentration is about 65 to about 150 g / L. % To about 90%. In yet another embodiment, the electroplating composition comprises an aqueous mixture of copper and sulfuric acid, and the copper concentration in the composition is about its solubility limit when the sulfuric acid concentration is about 70 to about 120 g / L. It is in the range of 60% to about 90%. In another specific embodiment, the composition comprises an aqueous mixture of copper at a concentration of about 35 to about 60 g / L and sulfuric acid at a concentration of about 65 to about 150 g / L. In other embodiments, the composition comprises an aqueous mixture of copper at a concentration of about 45 to about 55 g / L and sulfuric acid at a concentration of about 75 to about 120 g / L.
Any electroplating composition having copper and sulfuric acid in the above ranges will provide excellent fillability, but a particularly useful electroplating composition is about 40 g / L copper and about 100 g / L sulfuric acid. Or an aqueous mixture of about 50 g / L copper and about 80 g / L sulfuric acid. Other exemplary embodiments include about 60 g / L copper and about 65 g / L sulfuric acid, or an aqueous mixture of about 47 g / L copper and about 70 g / L sulfuric acid.
本発明の電気鍍金組成物に用いられる銅源としては、例えば、硫酸銅、フッ化ホウ酸銅、グルコン酸銅、スルファミン酸銅、スルホン酸銅、ピロリン酸銅、塩化銅、シアン化銅、これらの組合せ等の銅塩が挙げることができる。本明細書では主として硫酸銅について言及するが、あらゆる好適な源から入手し得る銅が、開示された組成物に使用可能であることを理解すべきである。
電気鍍金組成物は、硫酸との組合せ又は硫酸に代えて、フッ化ホウ酸等の他の鉱酸、メタンスルホン酸(MSA)、アミド硫酸、アミノ酢酸、これらの組合せ等の有機酸など、鉱酸と有機酸の組合せを含有してもよい。電気鍍金組成物は、小さな要点への充填を支援するために、更に、抑制剤、促進剤、平滑剤等の添加剤を含むことができる。
Examples of the copper source used in the electroplating composition of the present invention include, for example, copper sulfate, copper fluoborate, copper gluconate, copper sulfamate, copper sulfonate, copper pyrophosphate, copper chloride, copper cyanide, and the like. A copper salt such as a combination of Although reference is primarily made herein to copper sulfate, it should be understood that copper available from any suitable source can be used in the disclosed compositions.
The electroplating composition can be used in combination with sulfuric acid or in place of sulfuric acid, other mineral acids such as fluorinated boric acid, organic acids such as methanesulfonic acid (MSA), amidosulfuric acid, aminoacetic acid, and combinations thereof. A combination of acids and organic acids may be included. The electroplating composition can further include additives such as inhibitors, accelerators, smoothing agents, etc. to assist in filling small points.
また、電気鍍金組成物は、例えば、塩化物、臭化物、ヨウ化物、これらの組合せ等のハライドイオンなどの添加物を含有してもよい。開示された組成物のある実施の形態において、相互作用すると共に一定の電圧で銅の析出を抑制するに十分な量で、あるいは印加される所定の電流密度を得るために過電圧を高めるに十分な量で、塩化物がある抑制添加剤(例えば、ポリエーテル類)と一緒に添加される。当業者には公知であるが、添加されるハライド濃度は、典型的には、特定のハードウェア用に選択された操作パラメータにより決定される。開示された組成物のある実施の形態において、ハロゲン濃度は約10ppm〜約100ppmである。例えば、約50g/Lの銅及び約80g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物に、約50ppmのHClを添加することができる。別の実施の形態において、約40g/Lの銅及び約100g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物に、約20ppmのHClを添加することができる。析出速度を低下させる抑制剤の補助に、及び/又は析出速度を高める促進剤の補助に用いられる、その他の好適な添加剤(当業者には公知であるが)を添加してもよい。 The electroplating composition may contain additives such as halide ions such as chloride, bromide, iodide, and combinations thereof. In certain embodiments of the disclosed composition, the amount is sufficient to interact and suppress copper deposition at a constant voltage, or to increase the overvoltage to obtain a given current density applied. In amounts, chloride is added along with certain inhibitory additives (eg, polyethers). As is known to those skilled in the art, the halide concentration added is typically determined by the operating parameters selected for the particular hardware. In certain embodiments of the disclosed composition, the halogen concentration is from about 10 ppm to about 100 ppm. For example, about 50 ppm of HCl can be added to an electroplating composition comprising about 50 g / L copper and about 80 g / L sulfuric acid. In another embodiment, about 20 ppm of HCl can be added to an electroplating composition comprising about 40 g / L copper and about 100 g / L sulfuric acid. Other suitable additives (those known to those skilled in the art) may be added that are used to assist the inhibitor that reduces the deposition rate and / or to assist the accelerator that increases the deposition rate.
抑制剤は、一般に、陰極の分極を高め、基板表面に吸着して、吸着された領域に銅の析出を阻害するか又は低減させる。鍍金組成物に添加される抑制剤としては、例えば、広範な比率で混合されるエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドのランダム/ブロック共重合体からなる抑制剤等の、2成分ポリエチレングリコールをベースとした抑制剤を挙げることができる。例えば、コネチカット州ウエスト・ヘイヴン(West Haven)所在のエンソン社(Enthone, Inc.)から市販の銅・バス・ビアフォーム(CUBATH ViaForm)抑制剤(DF75)、又はマサチューセッツ州モールバラ(Marlborough)所在のシプレー社(Shipley Company)から市販のシプレーC−3100抑制剤を使用することができる。
電気鍍金組成物の実施の形態では、あらゆる好適な種類の抑制剤及び濃度を包含することができる。例えば、約2ml/L〜約30ml/L、又は約2ml/L〜約10ml/Lの濃度で、銅・バス・ビアフォームDF75 抑制剤を使用することができる。更なる例として、約5ml/L〜約25ml/L、又は約10ml/L〜約20ml/Lの濃度で、シプレーC−3100抑制剤を使用できる。ある特定の実施の形態において、約2ml/Lの CUBATH 抑制剤が、約50g/Lの銅及び約80g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物に使用される。別の例では、マサチューセッツ州モールバラ所在のシプレー社から市販のシプレーC−3100抑制剤が、約17.5ml/L の濃度で、約40g/Lの銅及び約100g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物に使用される。
Inhibitors generally increase cathode polarization and adsorb to the substrate surface, inhibiting or reducing copper deposition in the adsorbed region. Inhibitors added to the plating composition include, for example, inhibitors based on a two-component polyethylene glycol such as an inhibitor composed of a random / block copolymer of ethylene oxide and propylene oxide mixed in a wide range of ratios. Can be mentioned. For example, a copper CUBATH ViaForm inhibitor (DF75) commercially available from Enthone, Inc., West Haven, Connecticut, or Shipley, Marlborough, Massachusetts A commercially available Shipley C-3100 inhibitor may be used.
Electroplating composition embodiments can include any suitable type of inhibitor and concentration. For example, a copper / bath / viaform DF75 inhibitor can be used at a concentration of about 2 ml / L to about 30 ml / L, or about 2 ml / L to about 10 ml / L. As a further example, Shipley C-3100 inhibitors can be used at concentrations of about 5 ml / L to about 25 ml / L, or about 10 ml / L to about 20 ml / L. In certain embodiments, about 2 ml / L of CUBATH inhibitor is used in an electroplating composition comprising about 50 g / L copper and about 80 g / L sulfuric acid. In another example, a Shipley C-3100 inhibitor, commercially available from Shipley, Inc., of Marlborough, Mass., Is an electroplating containing about 40 g / L copper and about 100 g / L sulfuric acid at a concentration of about 17.5 ml / L. Used in the composition.
促進剤は、陰極の分極を低下させ、吸着される領域に銅の成長を促進する吸着部位において抑制剤と競合する。鍍金組成物に用いられる促進剤としては、例えば2ナトリウム・ビススルホプロピルジサルファイド(SPS)等の硫黄含有化合物を挙げることができる。より小さな分子次元の促進剤は抑制剤より早く拡散できる。例えば、エンソン社から市販の CUBATH ViaForm 促進剤(DF74)又はシプレーB−3100促進剤(シプレー社から市販)を使用することができる。電気鍍金組成物の実施の形態では、例えば、CUBATH ViaForm DF74等の促進剤を包含することができる。かかる促進剤については、約2ml/L〜約30ml/L、又は約2ml/L〜約8ml/Lのあらゆる好適な濃度で使用できる。例えば、約50g/Lの銅及び約80g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物に、約5ml/Lの促進剤を使用できる。CVD等の被覆率に優れたシード層には、約8ml/Lの前記促進剤を使用できる。底部被覆率が貧弱な(例えば、底部のボイド)シード層には、約2ml/LのDF74又は同様の促進剤を使用できる。別の実施の形態において、約10ml/LのシプレーB-−3100促進剤(シプレー社から市販)が、約40g/Lの銅及び約100g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物に使用される。 The promoter competes with the inhibitor at the adsorption site that reduces cathode polarization and promotes copper growth in the adsorbed region. Examples of the accelerator used in the plating composition include sulfur-containing compounds such as disodium bissulfopropyl disulfide (SPS). Promoters with smaller molecular dimensions can diffuse faster than inhibitors. For example, a commercially available CUBATH ViaForm accelerator (DF74) or Shipley B-3100 accelerator (available from Shipley) from Enson may be used. Embodiments of the electroplating composition can include an accelerator such as, for example, CUBATH ViaForm DF74. Such accelerators can be used at any suitable concentration from about 2 ml / L to about 30 ml / L, or from about 2 ml / L to about 8 ml / L. For example, about 5 ml / L of accelerator can be used in an electroplating composition comprising about 50 g / L copper and about 80 g / L sulfuric acid. About 8 ml / L of the above accelerator can be used for a seed layer having excellent coverage such as CVD. For seed layers with poor bottom coverage (eg, bottom void), about 2 ml / L of DF74 or similar accelerator can be used. In another embodiment, about 10 ml / L of Shipley B-3-3 accelerator (commercially available from Shipley) is used in an electroplating composition comprising about 40 g / L copper and about 100 g / L sulfuric acid. .
抑制剤及び促進剤は要点の周辺に濃密に存在し、抑制剤が銅の成長を阻害するので、シード層の小さな張り出しは要点内のボイドに繋がる要点口を閉塞することができる。従って、抑制剤の大部分が地形学的な要点の頂部で活性であり、下から上への成長を達成するように要点内部の活性において促進剤が抑制剤より優勢である、電気鍍金組成物は特に有用であるといえる。
かかる成分の濃度は、特定のハードウェア及び/又は所望の操作条件に最適となるように変化させることができる。電気鍍金組成物に対する添加剤(例えば、ハライド、促進剤、抑制剤、任意の平滑剤)の好適な濃度範囲は、当業者には公知であるが、選択される特定の処理及び/又は手段(tool:例えば、温度、回転速度、流速、電流密度)に関する具体的な操作条件に依存して変化させることができる。
Since the inhibitor and the promoter are densely present around the main point, and the inhibitor inhibits the copper growth, a small overhang of the seed layer can block the main point leading to the void in the main point. Thus, an electroplating composition in which the majority of the inhibitor is active at the top of the topographic point and the promoter is superior to the inhibitor in activity within the point to achieve growth from bottom to top. Is particularly useful.
The concentration of such components can be varied to be optimal for specific hardware and / or desired operating conditions. Suitable concentration ranges for additives (eg, halides, accelerators, inhibitors, optional smoothing agents) to the electroplating composition are known to those skilled in the art, but the specific treatment and / or means selected ( tool: For example, it can be changed depending on specific operating conditions relating to temperature, rotational speed, flow rate, current density).
要点の充填後に促進反応を継続すると、要点上に銅の過剰な成長が生じて表面に突出部を作り出す。そのため、エンソン社から市販の CUBATH ViaForm 平滑剤DF79又はシプレーU−3100平滑剤(シプレー社から市販)等の平滑剤を本明細書に開示された電気鍍金組成物に添加することができる。突出部における電流を弱めて平滑にされた表面を形成するために、その他の好適な平滑剤を使用することができる。電気鍍金組成物の具体的な実施の形態では、約0.5ml/L〜約3ml/L又は約1.0〜約3.0ml/Lの平滑剤濃度を包含する。例えば、約50g/Lの銅及び約80g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物に、約2.5ml/LのDF79平滑剤を使用できる。別の例では、約40g/Lの銅及び約100g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物に、約2ml/LのシプレーU−3100平滑剤(シプレー社から市販)を使用できる。 If the accelerating reaction continues after filling the point, excessive copper growth occurs on the point, creating a protrusion on the surface. Therefore, a smoothing agent such as CUBATH ViaForm smoothing agent DF79 or Shipley U-3100 smoothing agent (commercially available from Shipley Co., Ltd.) commercially available from Enson can be added to the electroplating composition disclosed herein. Other suitable smoothing agents can be used to weaken the current in the protrusion and form a smoothed surface. Specific embodiments of the electroplating composition include a smoothing agent concentration of about 0.5 ml / L to about 3 ml / L or about 1.0 to about 3.0 ml / L. For example, an electroplating composition comprising about 50 g / L copper and about 80 g / L sulfuric acid can use about 2.5 ml / L DF79 smoothing agent. In another example, an electroplating composition comprising about 40 g / L copper and about 100 g / L sulfuric acid can use about 2 ml / L Shipley U-3100 smoothing agent (commercially available from Shipley Company).
本発明の電気鍍金組成物の操作温度は、約15℃〜約30℃又は約22℃〜約27℃の範囲とすることができる。例えば、約50g/Lの銅及び約80g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物の操作温度は、約25℃で実用的であることが判明した。
本発明の電気鍍金組成物を使用する鍍金方法は、例えば、モンタナ州カリスペル(Kalispell)所在のセミツール社(Semitool, Inc.)、カリフォルニア州サンノゼ(San Jose)所在のノヴェラス・システムズ社(Novellus Systems, Inc.,)、又はカリフォルニア州サンタ・クララ(Santa Clara)所在のアプライド・マテリアルズ社(Applied Materials, Inc.)により目下市販されているタイプの噴水式鍍金反応器で実施されることができる。これらの機器は、単一のディスク様陽極又は陽極粒子からなるバスケットのいずれかを用いて、単一の陽極として機能する陽極系を備えた鍍金反応器が組み込まれている。
しかし、米国特許第6,497,801号明細書、米国特許第6,569,297号明細書、米国特許第6,565,729号明細書、及びPCT出願公開 WO 00/61498に記載されたタイプの多重陽極反応器で実施される鍍金方法が、本明細書に記載された電気鍍金組成物の使用に特に適している。米国特許第6,497,801号明細書、米国特許第6,569,297号明細書、米国特許第6,565,729号明細書、及びPCT出願公開 WO 00/61498は、本明細書に援用される。
The operating temperature of the electroplating composition of the present invention can range from about 15 ° C to about 30 ° C or from about 22 ° C to about 27 ° C. For example, the operating temperature of an electroplating composition comprising about 50 g / L copper and about 80 g / L sulfuric acid has been found to be practical at about 25 ° C.
Methods of plating using the electroplating compositions of the present invention include, for example, Semitool, Inc., Kalispell, Montana, and Novellus Systems, San Jose, California. Inc.,), or a fountain plating reactor of the type currently marketed by Applied Materials, Inc. of Santa Clara, California. These instruments incorporate a plating reactor with an anode system that functions as a single anode, using either a single disk-like anode or a basket of anode particles.
However, a plating method carried out in a multi-anode reactor of the type described in US Pat. No. 6,497,801, US Pat. No. 6,569,297, US Pat. No. 6,565,729, and PCT Application Publication WO 00/61498. Are particularly suitable for use in the electroplating compositions described herein. US Pat. No. 6,497,801, US Pat. No. 6,569,297, US Pat. No. 6,565,729, and PCT application publication WO 00/61498 are incorporated herein by reference.
図7(a)は、代表的な鍍金ステーション110の一部概略した断面図を示す。支持部材140は、回転モータ144及びこれに連結されたロータ142を備える。ロータ142は接点組立体160を支持する。ロータ142は、裏当て板145及びシール141を備えることができる。裏当て板145は、これが加工物101の裏側に接触する第一位置(図7(a)に実線で示される)と、裏当て板145が加工物101の裏側から離間した第二位置(図7(a)に破線で示される)との間の加工物101に対して、直交する方向に移動する(矢印T)。
接点組立体160は、保持部材162、この保持部材162により保持される複数の接点164、及び保持部材162とロータ142の間に延びる複数のシャフト166を備えることができる。接点164は、加工物101上のシード層の一部に係止するように構成された、リング形式のバネ接点又はその他の形式の接点とすることができる。市販の支持部材140及び接点組立体160を使用することができる。特に好適な支持部材140及び接点組立体160が、米国特許第6,228,232号明細書、米国特許第6,080,691号明細書、米国特許出願09/385,784号、米国特許出願09/386,803号、米国特許出願09/386,610号、米国特許出願09/386,197号、米国特許出願09/501,002号、米国特許出願09/733,608号、及び米国特許出願09/804,696号に開示されており、これらの全ては本明細書に援用される。
FIG. 7 (a) shows a partially schematic cross-sectional view of a typical plating station 110. The support member 140 includes a rotary motor 144 and a rotor 142 coupled thereto. Rotor 142 supports contact assembly 160. The rotor 142 can include a backing plate 145 and a seal 141. The backing plate 145 has a first position where it contacts the back side of the workpiece 101 (shown by a solid line in FIG. 7A) and a second position where the backing plate 145 is spaced from the back side of the workpiece 101 (FIG. 7 (a) (indicated by a broken line) and the workpiece 101 in the direction perpendicular to the workpiece 101 (arrow T).
The contact assembly 160 may include a holding member 162, a plurality of contacts 164 held by the holding member 162, and a plurality of shafts 166 extending between the holding member 162 and the rotor 142. Contact 164 may be a ring-type spring contact or other type of contact configured to lock to a portion of the seed layer on workpiece 101. Commercially available support members 140 and contact assemblies 160 can be used. Particularly suitable support members 140 and contact assemblies 160 are described in U.S. Patent 6,228,232, U.S. Patent 6,080,691, U.S. Patent Application 09 / 385,784, U.S. Patent Application 09 / 386,803, U.S. Patent Application 09 / 386,610, U.S. patent application 09 / 386,197, U.S. patent application 09 / 501,002, U.S. patent application 09 / 733,608, and U.S. patent application 09 / 804,696, all of which are incorporated herein by reference. Is done.
鍍金ステーション110は、外部ハウジング即ち外部チャンバ131と、このチャンバ131内に配置された内部チャンバ132(両チャンバとも概要が図7(a)に示されている)とを有する反応容器130を備える。内部チャンバ132は、少なくとも1つの電極(図7(a)には図示されていない)を保持し、本発明の実施の形態における電気鍍金組成物等の処理液の流れを加工物101に案内する。処理液は、(矢印Fで示されるように)堰を溢流して、再循環、再利用又は廃棄のために処理液を捕らえる外部チャンバ131内に流入する。
操作時には、支持部材140は、反応容器130の加工物処理部位(加工物の平面等)で加工物101を把持して、少なくとも加工物101の鍍金表面を処理液に没入させる。加工物101の鍍金表面と内部容器132内に位置する1又はそれ以上の電極(図7(b)を参照して以下により詳細に説明する)との間に電位を加えて、処理液中に電界を形成する。例えば、あるプロセスでは、接点組立体160は、内部容器132内の電極に関して負電位の状態にバイアスされ、導電性材料を加工物101上に鍍金する。また、このプロセスのある態様では、1つの電極(「泥棒(thieving)」電極)が、他の電極に関して負電位の状態にバイアスされ、加工物101への材料の貼付け均一性を制御する。
The plating station 110 includes a reaction vessel 130 having an external housing or chamber 131 and an internal chamber 132 (both chambers are schematically shown in FIG. 7A) disposed in the chamber 131. The internal chamber 132 holds at least one electrode (not shown in FIG. 7A), and guides the flow of a processing liquid such as an electroplating composition in the embodiment of the present invention to the workpiece 101. . The processing liquid overflows the weir (as indicated by arrow F) and flows into an external chamber 131 that captures the processing liquid for recirculation, reuse, or disposal.
At the time of operation, the support member 140 grips the workpiece 101 at a workpiece processing site (such as a plane of the workpiece) of the reaction vessel 130 and immerses at least the plating surface of the workpiece 101 into the processing liquid. A potential is applied between the plating surface of the workpiece 101 and one or more electrodes (described in more detail below with reference to FIG. 7 (b)) located in the inner container 132, in the treatment liquid. Create an electric field. For example, in one process, the contact assembly 160 is biased to a negative potential with respect to the electrodes in the inner vessel 132 to plate the conductive material onto the workpiece 101. Also, in one aspect of this process, one electrode (a “thieving” electrode) is biased to a negative potential with respect to the other electrode to control the application uniformity of the material to the workpiece 101.
図7(b)は、泥棒電極を含む多重電極を有する反応容器130の実施の形態の概略図である。反応容器130は、内部チャンバ132と外部チャンバ131の間に螺旋状の排水路134を備える。排水路134は、内部チャンバ132を溢流する本発明の実施の形態における電気鍍金組成物等の処理液を受け入れ、処理液を液体出口135に向けて案内する。液体は、一次入口136a及び二次入口136bを通って内部チャンバ132に流入する。一次入口136aは、内部チャンバ132内の処理液の一部を一次流出ガイド170に案内する一次流路137に連結される。一次流出ガイド170は、流れを内部チャンバ132の中心軸線139に向けて案内する穴171を有する。その結果、流れは、一次流出ガイド170から充填されるべき加工物の要点に向かって上方に進む。
二次入口136bは、例えば本発明の実施の形態と同一又は異なった電気鍍金組成物等の二次液体を複数の電極に案内する、分配装置189に連結されることができる。内部チャンバ132は4つの同心電極180を備える。制御装置183は、電極180a〜dに作動可能に接続して各電極に流される電流を個別に制御し、従って、電極と加工物の要点の間の対応する導電経路を制御する。
FIG. 7 (b) is a schematic diagram of an embodiment of a reaction vessel 130 having multiple electrodes including a thief electrode. The reaction vessel 130 includes a spiral drainage channel 134 between the inner chamber 132 and the outer chamber 131. The drainage channel 134 receives the processing liquid such as the electroplating composition in the embodiment of the present invention that overflows the internal chamber 132, and guides the processing liquid toward the liquid outlet 135. The liquid flows into the internal chamber 132 through the primary inlet 136a and the secondary inlet 136b. The primary inlet 136 a is connected to a primary flow path 137 that guides a part of the processing liquid in the internal chamber 132 to the primary outflow guide 170. The primary outlet guide 170 has a hole 171 that guides the flow toward the central axis 139 of the inner chamber 132. As a result, the flow proceeds upward from the primary spill guide 170 toward the point of the workpiece to be filled.
The secondary inlet 136b can be connected to a dispensing device 189 that guides a secondary liquid, such as an electroplating composition, for example, the same or different from the embodiment of the present invention to a plurality of electrodes. The internal chamber 132 includes four concentric electrodes 180. Controller 183 is operatively connected to electrodes 180a-d to individually control the current flowing through each electrode and thus control the corresponding conductive path between the electrode and the workpiece point.
電極180は、仕切り178で分離された複数の対応する電極区画室177(区画室177a〜177dとして示される)を有する界磁形成ユニット(field shaping unit)176内に収容される。分配装置189は、二次液体を複数の対応する分配装置チャンネル179(分配装置チャンネル179a〜179dとして示される)を経由して各区画室177に案内する。従って、二次液体は、分配装置189を通り、電極180のそばを通り去って、加工物の要点に向かって上方に進む。電極180により形成される電界上の界磁形成ユニット176の効果は、仮想線の電極位置181a〜181dで示されるように、電極180があたかも各区画室177の出口に位置するかのごとくである。
一次流出ガイド170は、一次流体入口136aから上方及び外側に延びる、内側に面した容器壁138(図7(b)に点線で示される)を形成する。穴182を有する遮蔽体184が、電極180と加工物101の要点の間に位置し、加工物の要点と流体の流れと反応容器130内の電界との相互作用を制御することができる。
The electrode 180 is housed in a field shaping unit 176 having a plurality of corresponding electrode compartments 177 (shown as compartments 177a-177d) separated by a partition 178. The distributor 189 guides the secondary liquid to each compartment 177 via a plurality of corresponding distributor channels 179 (shown as distributor channels 179a-179d). Thus, the secondary liquid passes through the distributor 189, passes by the electrode 180, and travels upward toward the point of the workpiece. The effect of the field forming unit 176 on the electric field formed by the electrode 180 is as if the electrode 180 is located at the exit of each compartment 177, as indicated by the imaginary line electrode positions 181a-181d.
The primary outflow guide 170 forms an inwardly facing container wall 138 (shown in dotted lines in FIG. 7 (b)) that extends upward and outward from the primary fluid inlet 136a. A shield 184 having a hole 182 is located between the electrode 180 and the point of the workpiece 101 and can control the interaction of the point of the workpiece, the fluid flow and the electric field in the reaction vessel 130.
図7(b)に示される反応容器130において、各区画室177は、液体及び気泡が通過する1又はそれ以上の穴(例えば、ホール及び/又はスロット)174を有する。従って、各区画室177に捕らえられた気泡は、内部チャンバ132から流出するまで、各区画室の穴174を通って半径方向外側に進む。各区画室177は界面(interface)部材175を備えることができる。界面部材175は、二次液体を加工物の要点に向かって通過させるのは可能であるが、空気の気泡及び他の粒子を捕捉するように構成された、フィルタ又はその他の要素を含むことができる。別の実施の形態では、界面部材175は、二次流体が要点に向かって通過することを阻止するか又は実質的に阻止するが、イオンを加工物に向かって通過させるのは可能なイオン膜を含む。実際、二次流体は、穴174を通り、螺旋状の排水路134を経由して内部チャンバ132から流出する。第一流体を分離した排水部(図示せず)に収集することができる。別の実施の形態では、イオン膜は、イオンだけでなく流体の通過を可能にする。 In the reaction vessel 130 shown in FIG. 7B, each compartment 177 has one or more holes (eg, holes and / or slots) 174 through which liquid and bubbles pass. Accordingly, bubbles trapped in each compartment 177 travel radially outward through the holes 174 in each compartment until they flow out of the internal chamber 132. Each compartment 177 may include an interface member 175. The interface member 175 may include a filter or other element configured to trap air bubbles and other particles while allowing the secondary liquid to pass toward the point of the workpiece. it can. In another embodiment, the interface member 175 prevents or substantially prevents secondary fluid from passing toward the point, but allows the ions to pass toward the workpiece. including. Indeed, the secondary fluid flows out of the internal chamber 132 through the hole 174 and via the spiral drainage channel 134. The first fluid can be collected in a separated drainage (not shown). In another embodiment, the ionic membrane allows passage of fluid as well as ions.
半導体ミクロ電子加工物等の加工物上で複数の方法を遂行できる処理機器に、1又はそれ以上の前述の反応器組立体を容易に一体化することができる。かかる処理機器の1つは、モンタナ州カリスペル所在のセミツール社から市販の電気鍍金装置である。図9(a)及び図9(b)はかかる一体化の例を示す。
図9(a)の装置は複数の処理ステーション210を備える。これらの処理ステーションは、1又はそれ以上の洗浄/乾燥ステーション及び1又はそれ以上の電気鍍金ステーションを備える(その他の好適な浸漬−化学的処理機器は電気鍍金組成物を使用することができる)。前記装置は、急速熱処理(RTP)に適した少なくとも1つの熱反応器を含む符号215等に熱処理ステーションを備える。
加工物は、中央の路線225に沿った直線移動用に配置された1又はそれ以上のロボット移送機構220を用いて、処理ステーション210とRTPステーション215の間に移送される。1又はそれ以上のステーション210は、また、現場洗浄を遂行するのに適した構造体を組み込むことができる。ロボット移送機構だけでなく全ての処理ステーションは、濾過された空気が陽圧で供給される収納庫内に配置され、これによって、ミクロ電子加工物の処理効率を低下させることのある空気中に浮遊する夾雑物を制限することができる。
One or more of the aforementioned reactor assemblies can be easily integrated into processing equipment that can perform multiple methods on a workpiece, such as a semiconductor microelectronic workpiece. One such processing device is an electroplating device commercially available from Semitool, Inc., located in Kalispell, Montana. 9A and 9B show examples of such integration.
The apparatus of FIG. 9A includes a plurality of processing stations 210. These processing stations comprise one or more cleaning / drying stations and one or more electroplating stations (other suitable immersion-chemical processing equipment can use electroplating compositions). The apparatus comprises a heat treatment station, such as 215, which includes at least one thermal reactor suitable for rapid heat treatment (RTP).
The workpiece is transferred between the processing station 210 and the RTP station 215 using one or more robot transfer mechanisms 220 arranged for linear movement along a central route 225. One or more stations 210 may also incorporate structures suitable for performing on-site cleaning. All processing stations, not just the robotic transfer mechanism, are placed in a storage box that is supplied with filtered air at a positive pressure, thereby floating in the air, which can reduce the processing efficiency of microelectronic workpieces. You can limit the amount of impurities.
図9(b)は、本発明の電気鍍金組成物を使用できる別の代表的な処理機器を示す。図9(b)に示された処理機器は、少なくとも1つの熱反応器を含む部分230に位置するRTPステーション235を備え、機器一式に一体化することができる。図9(a)の処理機器と異なって、少なくとも1つの熱反応器は、専用のロボット機構240によって使用可能にされる。専用のロボット機構240は、ロボット移送機構220によりロボット機構に移送される加工物を受け取る。移送は中間の中継(staging)ドア/領域245を介して行うことができる。そのこと自体は、処理機器の反応器部分230を他の機器部分から衛生的に分離することが可能になる。更に、かかる構成により、既存の機器一式の性能を高めるために取り付けられる分離したモジュールとして、アニール(焼き鈍し)ステーションを導入することができる。 FIG. 9 (b) shows another representative processing apparatus that can use the electroplating composition of the present invention. The processing equipment shown in FIG. 9 (b) includes an RTP station 235 located in a portion 230 containing at least one thermal reactor, and can be integrated into the equipment set. Unlike the processing equipment of FIG. 9 (a), at least one thermal reactor is enabled by a dedicated robotic mechanism 240. The dedicated robot mechanism 240 receives the workpiece transferred to the robot mechanism by the robot transfer mechanism 220. Transfer can take place via an intermediate staging door / area 245. As such, it enables the reactor portion 230 of the processing equipment to be hygienically separated from other equipment portions. Furthermore, such a configuration allows an annealing station to be introduced as a separate module that is attached to enhance the performance of existing equipment sets.
本発明の電気鍍金組成物は、加工物に相互接続及びビアを形成する無数の加工物金属化処理方法のどのようなものにも利用できる。例えば、図8(a)〜図8(d)は、幾つかの可能な電気化学的析出による金属化処理のフローチャートを示し、開示された電気鍍金組成物を使用して、相互接続、ビア又はその他の前記要点を形成することができる。
典型的なダマスク模様の処理フローが図8(a)に示されている。ダマスク模様の処理において、加工物には、まず、溝(又は素子のその他の要点)が形成された絶縁層上に配置される金属シード層及びバリア/接着層が設けられる。シード層は、次の金属電気鍍金工程中に電流を流すために用いられる。典型的には、シード層は、幾つかの方法のうちの1つを用いて貼り付けられ得る、金属からなる非常に薄い層である。例えば、金属のシード層は、物理蒸着法又は化学蒸着法により堆積され、約500Å厚のオーダで層を作製することができる。また、銅、金、ニッケル、パラジウム、及び殆どないしはその他の全ての金属からシード層を形成することができる。シード層は、絶縁基板に凹設された溝又は素子のその他の要点の存在により入り組んだ表面上に形成される。
The electroplating composition of the present invention can be used in any of a myriad of workpiece metallization processes that form interconnects and vias in the workpiece. For example, FIGS. 8 (a) -8 (d) show a flow chart of some possible electrochemical deposition metallization processes, using the disclosed electroplating composition, interconnects, vias or Other key points can be formed.
A typical damascene pattern processing flow is shown in FIG. In the damask pattern processing, the workpiece is first provided with a metal seed layer and a barrier / adhesion layer that is disposed on the insulating layer in which the grooves (or other key points of the device) are formed. The seed layer is used to pass current during the next metal electroplating process. Typically, the seed layer is a very thin layer of metal that can be applied using one of several methods. For example, a metal seed layer can be deposited by physical vapor deposition or chemical vapor deposition to produce a layer on the order of about 500 mm thick. Also, the seed layer can be formed from copper, gold, nickel, palladium, and most or all other metals. The seed layer is formed on an intricate surface due to the presence of grooves recessed in the insulating substrate or other key points of the device.
ある方法において、本発明の電気鍍金組成物を使用する前に、シード層の電気化学的な(電極又は電気分解による)補修又は増強工程が行われる(図8(a)に示されていない)。具体的には、シード層を次の金属の堆積に適したものとする必要があるか、あるいは、「増強された」シード層を設ける別の堆積工程で、既に存在するシード層上に追加の金属を堆積させて増強する必要がある場合に、極く薄いシード層等のシード層を補修することができる。増強されたシード層は、典型的には、加工物内に分布する実質的に全て凹設された要点の側壁上の全ての箇所における厚さが、加工物表面の外側に配置された名目上のシード層の約10%以上である。例えば、シード層の増強工程は、米国特許第6,290,833号明細書及び米国特許第6,565,729号明細書に開示された通りに行われ、これらの特許文献は本明細書に援用される。シード層の増強工程が行われると、次に洗浄工程に進むことができる。 In some methods, an electrochemical (electrode or electrolysis) repair or enhancement step of the seed layer is performed (not shown in FIG. 8 (a)) prior to using the electroplating composition of the present invention. . Specifically, the seed layer needs to be suitable for subsequent metal deposition, or an additional deposition step that provides an “enhanced” seed layer, with additional layers on the already existing seed layer. If a metal needs to be deposited and augmented, a seed layer such as a very thin seed layer can be repaired. The enhanced seed layer is typically nominally located at all points on the sidewalls of substantially all recessed points distributed within the workpiece, with the thickness located outside the workpiece surface. About 10% or more of the seed layer. For example, the seed layer enhancement process is performed as disclosed in US Pat. No. 6,290,833 and US Pat. No. 6,565,729, which are incorporated herein by reference. Once the seed layer enhancement process is performed, the process can proceed to a cleaning process.
引き続き図8(a)を参照して、銅層がシード層上に被覆層の形態で電気鍍金される。被覆層は上層を形成する程度に鍍金され、相互接続配線の形成に用いられる溝(又はその他の素子の要点)を充填する銅層が設けられる。銅層は、その後、典型的にはDI(脱イオン)水で随意洗浄され、銅層を(随意)乾燥することができる。洗浄/乾燥は、行われるならば、電気化学的鍍金が生じるチャンバで、あるいは使用される鍍金用機器に応じて別のチャンバで行うことができる。
引き続き、加工物を剥離ユニットに移送し、例えば斜角エッチングする(bevel-etch)などして過剰の銅を除去する。本明細書に開示された電気鍍金組成物を使用するある方法において、過剰の銅は、例えば、本明細書に援用される米国特許号明細書に開示された方法等の方法により、加工物の裏側及び/又は加工物の処理側の周縁から選択的に除去される。その後、斜角エッチングされ、裏側が清浄化された加工物を洗浄できる。裏側の清浄と最初のDI水洗浄を同時に行うことができる。
With continued reference to FIG. 8 (a), a copper layer is electroplated in the form of a coating layer on the seed layer. The covering layer is plated to the extent that an upper layer is formed, and a copper layer is provided that fills a groove (or other element point) used to form the interconnect wiring. The copper layer can then optionally be washed, typically with DI (deionized) water, and the copper layer can (optionally) be dried. Washing / drying, if done, can be done in the chamber where the electrochemical plating occurs, or in another chamber depending on the plating equipment used.
Subsequently, the workpiece is transferred to a stripping unit where excess copper is removed, for example by bevel-etch. In some methods using the electroplating compositions disclosed herein, excess copper may be removed from the workpiece, for example, by methods such as those disclosed in US patents incorporated herein. It is selectively removed from the back side and / or the peripheral edge on the processing side of the workpiece. Thereafter, the workpiece that has been etched at an oblique angle and whose back side is cleaned can be cleaned. Backside cleaning and initial DI water wash can be performed simultaneously.
鍍金、洗浄及びエッチングの各工程を同一のチャンバで行っても、別々のチャンバで行ってもよい。エッチングされた加工物は引き続きアニール処理される。アニール処理前に、加工物を例えばDI水で洗浄してもよい。あらゆる好適な方法により加工物をアニール処理することができる。例えば、加熱炉を用いた従来の方法により加工物をアニール処理してもよく、あるいは、本明細書に援用される米国特許第6,508,920号明細書に開示された方法等の方法により、100℃以下の温度で又は周囲の室温でさえもアニール処理することができる。加工物は、その後化学機械研磨されて、例えば、素子の要点に望ましいとされるものよりも過剰に析出された銅を除去できる。
図8(b)に示されるように、本発明の電気鍍金組成物を利用する代替処理は、表面欠陥を制限してそこから不要な材料を除去するために、銅の析出前に清浄化又は湿潤の前工程を含めることができる。図8(b)に示されるように、清浄化又は湿潤の前工程、銅鍍金、裏側の清浄化及び/又は斜角エッチング、及びDI水洗浄の工程の全ては、鍍金用機器で行ってもよい。その後、鍍金用機器の外部でのアニール処理及びCMP工程が続くことになる。
The plating, cleaning and etching steps may be performed in the same chamber or in separate chambers. The etched workpiece is subsequently annealed. Prior to annealing, the workpiece may be washed with, for example, DI water. The workpiece can be annealed by any suitable method. For example, the workpiece may be annealed by a conventional method using a heating furnace, or 100 ° C. or less by a method such as the method disclosed in US Pat. No. 6,508,920 incorporated herein. Or even at ambient room temperature. The workpiece can then be chemically mechanically polished to remove, for example, copper that has been deposited in excess of that desired for the device gist.
As shown in FIG. 8 (b), an alternative process that utilizes the electroplating composition of the present invention may be cleaned before copper deposition to limit surface defects and remove unwanted material therefrom. A pre-wetting step can be included. As shown in FIG. 8 (b), all of the pre-cleaning or wetting steps, copper plating, backside cleaning and / or bevel etching, and DI water cleaning steps can be performed with plating equipment. Good. Thereafter, an annealing process and a CMP process outside the plating apparatus are continued.
本発明の電気鍍金組成物の使用に好適な別の可能な処理において、銅の析出前にシード層の補修又は増強工程を行うことができる(図8(c))。シード層の補修工程は第二シード層の電気化学的な析出を含み、次にDI水洗浄に進むことができる。例えば前述したようなあらゆる好適な手段により、第二シード層の析出を行うことができる。図8(c)に示されるように、シードの補修、銅鍍金、裏側の清浄化及び/又は斜角エッチング、及びDI水洗浄の工程の全ては、鍍金用機器で行ってもよい。その後、鍍金用機器の外部でのアニール処理及びCMP工程が続くことになる。
図8(d)に示されるように、本発明の電気鍍金組成物を利用する別の代替処理において、銅鍍金、裏側の清浄化/斜角エッチング、DI水洗浄、及びアニール処理の工程の全ては、鍍金用機器で行ってもよい。その後、CMPを鍍金用機器の外部で行うことができる。
In another possible treatment suitable for use with the electroplating composition of the present invention, a seed layer repair or augmentation step can be performed prior to copper deposition (FIG. 8 (c)). The seed layer repair process may include electrochemical deposition of the second seed layer and then proceed to DI water cleaning. For example, the second seed layer can be deposited by any suitable means as described above. As shown in FIG. 8 (c), all of the steps of seed repair, copper plating, backside cleaning and / or oblique etching, and DI water cleaning may be performed with plating equipment. Thereafter, an annealing process and a CMP process outside the plating apparatus are continued.
In another alternative process utilizing the electroplating composition of the present invention, as shown in FIG. 8 (d), all of the steps of copper plating, backside cleaning / bevel etching, DI water cleaning, and annealing treatment May be performed with a plating apparatus. Thereafter, CMP can be performed outside the plating equipment.
前述したように、あらゆる種類の加工物の金属化処理方法により、多数の電気鍍金用機器に本発明の電気鍍金組成物を使用することができる。更に、本明細書に開示された電気鍍金組成物を使用して、多数の処理パラメータを金属化処理に用いることができる。利用される処理パラメータは、充填される要点、使用される機器、及び当業者には公知であるその他の前記可変事項に依存する。代表的な実施例にすぎないが、1つの可能な処理を以下に示す。 As described above, the electroplating composition of the present invention can be used in a large number of electroplating devices by any kind of metallization method for workpieces. In addition, a number of processing parameters can be used for the metallization process using the electroplating compositions disclosed herein. The processing parameters utilized will depend on the point being filled, the equipment used, and other such variables known to those skilled in the art. Although only an exemplary embodiment, one possible process is shown below.
加工物の相互接続及び/又はビア等の素子の要点内に銅の電気化学的な析出を行っている間(前述した方法の1つ又はその他のあらゆる好適な方法による)、酸性の電気鍍金組成物がボイドの形成に繋がる薄いシード層を腐食(エッチング)することができる。従って、開示された実施の形態の電気鍍金組成物に加工物を浸漬した状態で、例えば約0.1V〜約1.0Vの加工物負荷バイアスを加工物の鍍金表面に印加することができる。例えば、200nmの加工物について0.4V以上の負荷バイアスでは、ボイドのない要点の充填をもたらすことが判明した。鍍金効率を更に高めるために、例えば200nmのウエハに1.0μm厚の銅を析出する鍍金については、電気鍍金組成物に浸漬した状態でウエハを約40rpm〜約200rpmで回転させることができる。鍍金の際に、ウエハは約10rpm〜約150rpmで回転される。鍍金方法の典型的な実施例では、ウエハを、浸漬した状態で約75rpmで回転させ、鍍金の際に、1.0A(アンヘ゜ア)で5秒間ほど約75rpmで、1.0Aで25秒間ほど約40rpmで、そして、4.5Aで所望の厚さに析出するに必要な残りの時間約40rpmで回転させる。当業者には公知であるが、回転速度、バイアス、及び使用時間は、使用される鍍金用機器及び形成されるべき素子に依存する。 An acidic electroplating composition during the electrochemical deposition of copper within the point of the device, such as workpiece interconnects and / or vias (by one or all other suitable methods described above). A thin seed layer can be eroded (etched) that leads to void formation. Accordingly, a workpiece load bias of, for example, about 0.1 V to about 1.0 V can be applied to the plating surface of the workpiece while the workpiece is immersed in the electroplating composition of the disclosed embodiment. For example, it has been found that a load bias of 0.4 V or higher for a 200 nm workpiece results in filling of the void-free point. In order to further increase the plating efficiency, for example, for plating in which copper having a thickness of 1.0 μm is deposited on a 200 nm wafer, the wafer can be rotated at about 40 rpm to about 200 rpm while being immersed in the electroplating composition. During plating, the wafer is rotated at about 10 rpm to about 150 rpm. In an exemplary embodiment of the plating method, the wafer is immersed and rotated at about 75 rpm, and during plating, about 1.0 rpm is used for about 5 seconds and about 1.0 rpm for about 25 seconds at 1.0 A. Spin at 40 rpm and about 40 rpm for the remaining time required to deposit to the desired thickness at 4.5A. As is known to those skilled in the art, rotation speed, bias, and usage time depend on the plating equipment used and the element to be formed.
鍍金効率を更に高めるために、例えば200nmのウエハに0.85μm厚の銅を析出する鍍金については、ウエハは電気鍍金組成物に浸漬した状態で約40rpm〜約200rpmで回転された。鍍金の際に、ウエハは約10rpm〜約150rpmで回転される。鍍金方法の典型的な実施例では、ウエハを、浸漬した状態で約75rpmで回転させ、鍍金の際に、1.0Aで5秒間ほど約75rpmで、1.0Aで5秒間ほど約40rpmで、2.0Aで39秒間ほど約40rpmで、そして、8.22Aで所望の厚さに達するまで約60rpmで回転させる。
これらに代えて、そして電流密度を設定して鍍金効率を高める可能な方法を更に説明すると、約400Åの銅のシード層を有する200nmのウエハに1μmの銅の析出を行うことができる。ウエハを約150rpmで回転することができる。電流密度を約2mA/cm2〜約70mA/cm2とすることができる。これに代えて、所望の厚さに達する時間まで電流密度を約3mA/cm2〜約25mA/cm2としてもよい。勿論、採用される電流密度を鍍金処理中に変化させることができるが、典型的には、低い電流密度で開始して高い電流密度で終了するとは限らない。
In order to further increase the plating efficiency, for example, for plating where 0.85 μm thick copper is deposited on a 200 nm wafer, the wafer was rotated at about 40 rpm to about 200 rpm while immersed in the electroplating composition. During plating, the wafer is rotated at about 10 rpm to about 150 rpm. In an exemplary embodiment of the plating method, the wafer is immersed and rotated at about 75 rpm, and during plating, about 75 rpm at 1.0 A for about 5 seconds, and about 40 rpm at about 1.0 A for about 5 seconds, Rotate at about 40 rpm for about 39 seconds at 2.0 A and about 60 rpm until the desired thickness is reached at 8.22 A.
Alternatively, and to further illustrate a possible method of setting the current density to increase plating efficiency, 1 μm of copper can be deposited on a 200 nm wafer having a copper seed layer of about 400 kg. The wafer can be rotated at about 150 rpm. The current density can be about 2 mA / cm 2 to about 70 mA / cm 2 . Alternatively, it may be about 3mA / cm 2 ~ about 25mA / cm 2 current density until the time to reach the desired thickness. Of course, the current density employed can be varied during the plating process, but typically it does not necessarily start at a low current density and end at a high current density.
実施例1及び比較データ
本発明の電気鍍金組成物の代表的な実施例を表1に示す。
表 1
成 分 濃度(g/L)
銅 50
硫酸 80
促進剤(DF74) 5.0
抑制剤(DF75) 2.0
平滑剤(DF79) 2.5
塩化水素 50*
* ハロゲン濃度はppm
好適な電流密度で(例えば、前記したようなもの)、図2(e)、図3(d)、図4(d)〜(f)、及び図5(b)に示される結果のように、ボイドのない充填が本実施例の電気化学的組成物を用いて達成された。
Example 1 and Comparative Data Table 1 shows typical examples of the electroplating composition of the present invention.
Table 1
Component concentration (g / L)
Copper 50
Sulfuric acid 80
Accelerator (DF74) 5.0
Inhibitor (DF75) 2.0
Smoothing agent (DF79) 2.5
Hydrogen chloride 50 *
* Halogen concentration is ppm
At a suitable current density (eg, as described above), as in the results shown in FIGS. 2 (e), 3 (d), 4 (d)-(f), and 5 (b). Void-free filling was achieved using the electrochemical composition of this example.
比較のために、同一の濃度の同一の添加剤を用いて同一の条件下で、従来技術の電気鍍金組成物を試験に供した。図4(a)〜(c)に見ることができるように、ボイドのある要点が得られた。具体的には、従来の高い銅と低い酸の組合せを含む従来技術の電気鍍金組成物(即ち、50g/Lの銅及び約10g/Lの硫酸)は、視認できるボイドを有するビアが生じた。図4(a)〜(c)対図4(d)〜(f)に示された結果の比較から、従来技術の高い銅/低い酸の電気鍍金組成物(図4(a)〜(c))は、相互接続の下部領域に写真中のダークスポットとして見える、有意のボイドを有する相互接続の形成が生じたことを明示している。図4(d)に示されるような本発明の一実施例の電気鍍金組成物を使用する相互接続の充填は、図4(d)の写真に見ることができるように、相互接続の溝を完全に充填する前に停止されるけれども、視認できるボイドのない相互接続が形成していて、従来の電気鍍金組成物の結果よりも有意に改善されていた。更に、図4(f)に示されるような実施例の電気鍍金組成物を使用して形成される相互接続は、多少のボイド化を示すけれども、相互接続におけるボイドの数及び大きさが、図4(c)の写真に見ることができるように、従来技術の高い銅/低い酸の電気鍍金組成物を使用して形成される相互接続に生じるボイド化と比較して、有意に少なく、かつ小さくなっている。 For comparison, a prior art electroplating composition was subjected to testing under the same conditions using the same additive at the same concentration. As can be seen in FIGS. 4 (a)-(c), some key points of voids were obtained. Specifically, prior art electroplating compositions containing a combination of conventional high copper and low acid (ie, 50 g / L copper and about 10 g / L sulfuric acid) resulted in vias with visible voids. . From a comparison of the results shown in FIGS. 4 (a)-(c) versus FIGS. 4 (d)-(f), the prior art high copper / low acid electroplating compositions (FIGS. 4 (a)-(c )) Demonstrates that the formation of interconnects with significant voids that appear as dark spots in the photograph in the lower region of the interconnects has occurred. Interconnect filling using an electroplating composition of one embodiment of the present invention as shown in FIG. 4 (d) causes the interconnect grooves to appear as can be seen in the photograph of FIG. 4 (d). Although stopped before full filling, a visible void-free interconnect was formed, which was a significant improvement over the results of conventional electroplating compositions. Furthermore, although the interconnect formed using the example electroplating composition as shown in FIG. 4 (f) shows some voiding, the number and size of voids in the interconnect is As can be seen in the photograph of 4 (c), significantly less compared to the voiding that occurs in the interconnects formed using the prior art high copper / low acid electroplating compositions, and It is getting smaller.
更なる比較のために、別の従来技術の電気鍍金組成物(即ち、従来の低い銅/高い酸の組成物)について、同一の添加剤を用いて(同一の濃度で)同一の条件下で試験を行ったところ、図5(a)に示されるように、継ぎ目のあるボイドを有する溝が生じた。具体的には、20g/Lの銅及び180g/Lの硫酸を含む従来技術の電気鍍金組成物は、金属化された溝に継ぎ目のあるボイドが生じた。相対的に、本発明の実施例の電気化学的な鍍金組成物、具体的には、80g/Lの硫酸及び50g/Lの銅を含む組成物は、(図5(b)に示されるように)同一の大きさの溝にボイドのない要点を生じた。 For further comparison, another prior art electroplating composition (ie, conventional low copper / high acid composition) using the same additives (at the same concentration) under the same conditions As a result of the test, a groove having a void with a seam was formed as shown in FIG. Specifically, prior art electroplating compositions containing 20 g / L copper and 180 g / L sulfuric acid produced voids with seams in the metallized grooves. In comparison, an electrochemical plating composition of an embodiment of the present invention, specifically, a composition comprising 80 g / L sulfuric acid and 50 g / L copper (as shown in FIG. 5 (b)). B) A void-free point was produced in a groove of the same size.
実施例2及び比較データ
本発明の電気鍍金組成物の別の実施例を表2に示す。
表 2
成 分 濃度(g/L)
銅 40
硫酸 100
促進剤(B−3100) 10.0
抑制剤(C−3100) 17.5
平滑剤(U−3100) 3.0
塩化水素 20*
* ハロゲン濃度はppm
例えば前記したような好適な電流密度で、図6(b)に示されるように、ボイドのないビアの充填が本発明における本実施例の電気鍍金組成物を用いて達成された。
比較のために、従来技術の電気鍍金組成物について、実施例2と同様にして、同一の添加剤を用いて(同一の濃度で)同一の条件下で試験を行った。図6(a)に見ることができるように、従来技術の電気鍍金組成物ではボイドのあるビアの充填が得られた。具体的には、比較対象の従来技術の電気鍍金組成物は、従来の高い酸及び低い銅の組合せ(即ち、20g/Lの銅及び180g/Lの硫酸)からなり、図6(a)に示されるように、視認できるボイドのあるビアを生じたが、一方、本発明の実施例の電気鍍金組成物は、驚くほど優れた結果を示し、図6(b)に示されるように、ボイドのないビアの充填が達成された。
Example 2 and Comparative Data Table 2 shows another example of the electroplating composition of the present invention.
Table 2
Component concentration (g / L)
Copper 40
Sulfuric acid 100
Accelerator (B-3100) 10.0
Inhibitor (C-3100) 17.5
Smoothing agent (U-3100) 3.0
Hydrogen chloride 20 *
* Halogen concentration is ppm
For example, at a suitable current density as described above, as shown in FIG. 6B, filling of vias without voids was achieved using the electroplating composition of this example in the present invention.
For comparison, a prior art electroplating composition was tested under the same conditions (in the same concentration) using the same additives as in Example 2. As can be seen in FIG. 6 (a), filling of voided vias was obtained with the prior art electroplating composition. Specifically, the comparative electroplating composition of the prior art consists of a conventional high acid and low copper combination (ie 20 g / L copper and 180 g / L sulfuric acid), as shown in FIG. As shown, the result was a via with a visible void, while the electroplating composition of the examples of the present invention showed surprisingly good results, as shown in FIG. Without via filling was achieved.
実施例3
図2(a)〜(e)に示されるように、相互接続の高さの1/2で幅が約0.12〜約0.15μmである銅半導体の相互接続の溝が、多様な実施例の電気鍍金組成物を使用して充填され、これらの組成物は、酸濃度を約80g/Lとして銅濃度を変化させたものであり、従来技術の多様な組成物と比較された。具体的には、図2(a)及び図2(c)に示されるように、20g/Lの銅及び80g/Lの酸を含む従来技術の電気鍍金組成物を使用して、相互接続の溝を充填した。これらの図面の写真に見ることができるように、従来技術の低い銅/高い酸の組成物は、視認できるボイドを有する素子が得られる。しかし、相対的に、図2(b)及び図2(d)に示されるように、銅の溶解度の限界に近い銅濃度及び酸濃度からなる本発明の電気鍍金組成物は、形成されるボイドの数が比較的少ない素子が得られた。具体的には、図2(b)及び図2(d)に示されるように、35g/Lの銅及び80g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物を使用して相互接続の溝を充填したところ、優れた結果を与えた。
Example 3
As shown in FIGS. 2 (a)-(e), copper semiconductor interconnect trenches that are 1/2 the height of the interconnect and about 0.12 to about 0.15 .mu.m wide have various implementations. Filled using the example electroplating compositions, these compositions were varied in copper concentration with an acid concentration of about 80 g / L and compared to various prior art compositions. Specifically, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (c), using a prior art electroplating composition containing 20 g / L copper and 80 g / L acid, The groove was filled. As can be seen in the photographs of these drawings, the prior art low copper / high acid composition yields devices with visible voids. However, relatively, as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (d), the electroplating composition of the present invention having a copper concentration and an acid concentration close to the limit of the solubility of copper is formed by voids formed. A device having a relatively small number of was obtained. Specifically, as shown in FIGS. 2 (b) and 2 (d), an interconnecting groove was filled using an electroplating composition containing 35 g / L copper and 80 g / L sulfuric acid. However, it gave excellent results.
実施例4
図2(f)の図式にまとめられた結果が数多くの実施例を示すように、銅濃度を段階的に高め、かつ酸濃度を比較的低く保持した電気鍍金組成物が試験に供された。この低い酸濃度に対する銅濃度の増大(従来の通念に反する)は、やはり驚くほど優れた結果を与えた。
具体的には、酸濃度及び銅濃度をそれぞれ10g/L〜150g/L及び20g/L〜50g/Lと変化させながら、添加剤濃度及びハライド濃度を一定に保持した。鍍金後、鍍金されたウエハを横断方向に切断して、ボイドの有無を検査した。試験に供された各実施例の電気鍍金組成物について、3種類の各々の大きさ(0.12、0.15、0.20μm)に充填される5個の要点を検査した。5個のうち充填された要点の数を各大きさ毎に数えた。満点は各大きさで5となる。このデータは、その後、統計分析ソフトウェア・ツール(即ち、JMP統計分析ソフトウェア・プログラム)に入力され、前記ツールは、図2(f)に示される図式化されたレバレッジ(leverage)のプロットを作り出した。図2(f)から見ることができるように、銅濃度が比較的高く、かつ酸濃度が比較的低い電気鍍金組成物(即ち、銅濃度が溶解度の限界に近い本発明の実施例の電気鍍金組成物)は、要点の下から上への充填能が統計学的に有意に改善される。
Example 4
As the results summarized in the diagram of FIG. 2 (f) show a number of examples, electroplating compositions with increasing copper concentrations and relatively low acid concentrations were subjected to testing. This increase in copper concentration for low acid concentrations (contrary to conventional wisdom) again gave surprisingly good results.
Specifically, the additive concentration and the halide concentration were kept constant while changing the acid concentration and the copper concentration to 10 g / L to 150 g / L and 20 g / L to 50 g / L, respectively. After plating, the plated wafer was cut in the transverse direction to inspect for the presence of voids. Regarding the electroplating composition of each example subjected to the test, five points filled in each of three kinds of sizes (0.12, 0.15, 0.20 μm) were examined. The number of main points filled out of 5 was counted for each size. The perfect score is 5 for each size. This data is then input into a statistical analysis software tool (ie, JMP statistical analysis software program), which produced a graphical leverage plot shown in FIG. 2 (f). . As can be seen from FIG. 2 (f), an electroplating composition having a relatively high copper concentration and a relatively low acid concentration (that is, the electroplating of the embodiment of the present invention in which the copper concentration is close to the solubility limit). The composition) has a statistically significant improvement in the filling capacity from the bottom to the top of the point.
実施例5及び比較データ
図3(a)〜(d)に示されるように、次の電気鍍金組成物を使用して、相互接続の高さの1/2で幅が約0.15μmである銅半導体の相互接続の溝を充填した。なお、前記組成物は、銅濃度を20g/L又は50g/Lとして硫酸濃度を変化させたものである(図3(a)及び(b)では、それぞれ20g/Lの銅と80g/L及び150g/Lの酸、図3(c)及び(d)では、それぞれ50g/Lの銅と10g/L及び80g/Lの酸)。図3(a)に示されるように、20g/Lの銅及び80g/Lの酸を含む電気鍍金組成物を使用して、相互接続の溝を充填した。
比較のために、図3(b)に示されるように、20g/Lの銅及び150g/Lの硫酸を含み、従来の典型的な高い酸/低い銅組成物と類似の電気鍍金組成物を使用して、相互接続の溝を充填した。かかる組成物を用いると、やはり劣悪な結果が得られた。
更なる比較のために、図3(c)に示されるように、50g/Lの銅及び10g/Lの硫酸を含む電気鍍金組成物を使用して、相互接続の溝を充填した。その結果を図3(c)に示す(なお、図3(d)に示された結果は、前記実施例1に記載のように、本発明の電気鍍金組成物を使用すると優れた結果が達成されることを示している)。
Example 5 and Comparative Data As shown in FIGS. 3 (a)-(d), using the following electroplating composition, the width of the interconnect is ½ and the width is about 0.15 μm. The copper semiconductor interconnect trench was filled. In the composition, the sulfuric acid concentration was changed by setting the copper concentration to 20 g / L or 50 g / L (in FIGS. 3A and 3B, 20 g / L copper and 80 g / L respectively). 150 g / L acid, in FIGS. 3 (c) and (d), 50 g / L copper and 10 g / L acid and 80 g / L acid, respectively). As shown in FIG. 3 (a), an electroplating composition containing 20 g / L copper and 80 g / L acid was used to fill the interconnect grooves.
For comparison, an electroplating composition similar to a conventional typical high acid / low copper composition containing 20 g / L copper and 150 g / L sulfuric acid as shown in FIG. Used to fill the interconnect grooves. With such a composition, again poor results were obtained.
For further comparison, as shown in FIG. 3 (c), an electroplating composition containing 50 g / L copper and 10 g / L sulfuric acid was used to fill the interconnect grooves. The results are shown in FIG. 3 (c) (note that the results shown in FIG. 3 (d) are excellent when the electroplating composition of the present invention is used as described in Example 1). Shows that
実施例6
図3(f)の図式にまとめられた結果が更に示すように、銅濃度を溶解度の限界又はその近くまで高めながら酸濃度を高めていくと、要点の充填が統計学的に有意に改善される。数多くの実施例の電気鍍金組成物が試験に供され、これらの組成物は、酸濃度を段階的に高め、銅濃度を特定の酸濃度における溶解度の限界近くまで比較的高く保持したものである。
具体的には、酸濃度及び銅濃度をそれぞれ10g/L〜150g/L及び20g/L〜50g/Lと変化させながら、添加剤濃度及びハライド濃度を一定に保持した。鍍金後、鍍金されたウエハを横断方向に切断して、ボイドの有無を検査した。試験に供された各実施例の電気鍍金組成物について、3種類の各々の大きさ(0.12、0.15、0.20μm)に充填される5個の要点を検査した。5個のうち充填された要点の数を各大きさ毎に数えた。満点は各大きさで5となる。このデータは、その後、統計分析ソフトウェア・ツール(即ち、JMP統計分析ソフトウェア・プログラム)に入力され、前記ツールは、図3(f)に示される図式化されたレバレッジのプロットを作り出した。図3(f)から見ることができるように、銅濃度が溶解度の限界又はそれに近いと、要点の下から上への充填能が統計学的に有意に改善される。
Example 6
As the results summarized in the diagram of FIG. 3 (f) further show, increasing the acid concentration while increasing the copper concentration to or near the solubility limit results in a statistically significant improvement in the filling of key points. The Numerous examples of electroplating compositions have been tested, and these compositions have stepped up acid concentrations and kept the copper concentration relatively high near the solubility limit at a particular acid concentration. .
Specifically, the additive concentration and the halide concentration were kept constant while changing the acid concentration and the copper concentration to 10 g / L to 150 g / L and 20 g / L to 50 g / L, respectively. After plating, the plated wafer was cut in the transverse direction to inspect for the presence of voids. Regarding the electroplating composition of each example subjected to the test, five points filled in each of three kinds of sizes (0.12, 0.15, 0.20 μm) were examined. The number of main points filled out of 5 was counted for each size. The perfect score is 5 for each size. This data was then entered into a statistical analysis software tool (ie, JMP statistical analysis software program), which produced the graphical leverage plot shown in FIG. 3 (f). As can be seen from FIG. 3 (f), when the copper concentration is at or near the limit of solubility, the filling ability from the bottom to the top of the point is improved statistically significantly.
本発明の電気鍍金組成物及び方法について、複数の実施の形態及び実施例を参照して説明してきたが、本発明は、以上の実施の形態及び実施例に限定されないことが理解されるであろう。一方、本発明は、添付の特許請求の範囲に定義される発明の精神及び範囲内に含まれる変形例、代替例及び均等例の全てを包含することを意図するものである。 Although the electroplating composition and method of the present invention have been described with reference to a plurality of embodiments and examples, it is understood that the present invention is not limited to the above embodiments and examples. Let's go. On the contrary, the invention is intended to cover all modifications, alternatives, and equivalents falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (69)
シード層を含む素子の複数の要点を有する加工物を供給して、該素子の複数の要点を金属化する工程と、
約35〜約60g/Lの銅、約65〜約150g/Lの硫酸、及びグリコールをベースとする抑制剤を含む電気鍍金組成物を使用して、前記素子の複数の要点内に銅を析出させる工程と、を含む方法。 A method of plating a workpiece,
Supplying a workpiece having a plurality of key points of the element including the seed layer, and metallizing the key points of the element;
Using an electroplating composition comprising about 35 to about 60 g / L copper, about 65 to about 150 g / L sulfuric acid, and an inhibitor based on glycol, copper is deposited within the key points of the device. And a step comprising:
シード層を含む素子の複数の要点を有する加工物を供給して、該素子の複数の要点を金属化する工程と、
約35〜約60g/Lの銅、約65〜約150g/Lの硫酸、約2〜約30ml/Lの銅析出促進剤、約2〜約30ml/Lの銅析出抑制剤、及び約40〜約60ppmの塩化水素を含む電気鍍金組成物を使用して、前記素子の複数の要点内に銅を析出させる工程と、を含む方法。 A method of plating a workpiece,
Supplying a workpiece having a plurality of key points of the element including the seed layer, and metallizing the key points of the element;
About 35 to about 60 g / L copper, about 65 to about 150 g / L sulfuric acid, about 2 to about 30 ml / L copper deposition accelerator, about 2 to about 30 ml / L copper precipitation inhibitor, and about 40 to Depositing copper within a plurality of key points of the device using an electroplating composition comprising about 60 ppm hydrogen chloride.
最初の析出処理により金属シード層が形成された加工物を供給する工程と、
加工物に対し反応器の主流体チャンバ内の異なった位置に配置された複数の同心状の陽極への電気鍍金電力の供給を含む析出処理により、反応器の主流体チャンバ内で前記シード層上に追加の金属を電気化学的に析出させることによってシード層を補修して、増強されたシード層を用意する工程と、
約35〜約60g/Lの銅、約65〜約150g/Lの硫酸、及びグリコールをベースとする抑制剤を含む電気鍍金組成物を使用して、前記増強されたシード層上に金属を電解析出させる工程と、を含む処理方法。 A processing method applying a metallized interconnect structure, comprising:
Supplying a workpiece having a metal seed layer formed by an initial deposition process;
A deposition process involving the supply of electroplating power to a plurality of concentric anodes located at different locations within the main fluid chamber of the reactor relative to the work piece, on the seed layer within the main fluid chamber of the reactor. Repairing the seed layer by electrochemically depositing additional metal to prepare an enhanced seed layer;
An electroplating composition comprising an inhibitor based on about 35 to about 60 g / L copper, about 65 to about 150 g / L sulfuric acid, and glycol is used to deposit metal on the enhanced seed layer. And a process for analyzing.
金属シード層が形成された加工物を供給する工程と、
反応器の主流体チャンバ内の複数の電極への電気鍍金電力の供給を含む析出処理により、主流体チャンバ内で前記シード層上に追加の金属を電気化学的に析出させることによってシード層を補修して、増強されたシード層を用意する工程と、
前記シード層の補修中に、少なくとも2つの電極への電力の供給を個別に制御する工程と、
銅と酸のg/L比が約0.4〜約0.8である銅及び硫酸の混合物、銅析出抑制剤、及び銅析出促進剤を含む電気鍍金組成物を使用して、前記シード層を補修するために用いられる処理の析出速度よりも、電解析出処理の析出速度が実質的に速い条件下に、前記増強されたシード層上に銅を電解析出させる工程と、を含む処理方法。 A processing method applying a metallized interconnect structure, comprising:
Supplying a workpiece on which a metal seed layer is formed;
The seed layer is repaired by electrochemically depositing additional metal on the seed layer in the main fluid chamber by a deposition process that includes the supply of electroplating power to multiple electrodes in the main fluid chamber of the reactor. Providing an enhanced seed layer;
Individually controlling the supply of power to at least two electrodes during repair of the seed layer;
Using the electroplating composition comprising a mixture of copper and sulfuric acid having a copper / acid g / L ratio of about 0.4 to about 0.8, a copper deposition inhibitor, and a copper deposition accelerator, the seed layer Depositing copper on the enhanced seed layer under conditions where the deposition rate of the electrolytic deposition process is substantially faster than the deposition rate of the process used to repair the Method.
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