KR100616198B1 - 기판상에 전기도금하는 전기화학적 증착 시스템 및 방법 - Google Patents

기판상에 전기도금하는 전기화학적 증착 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판상에 신뢰성 있고, 일정한 금속 전기도금 또는 전기 화학 증착을 얻기위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명은 고종횡비의 서브미크론 크기의 미세구조물을 갖는 금속 시드층 반도체 기판상에 균일하고 공극 없는 금속의 증착을 제공하는 것이다. 본 발명은 기판 홀더, 기판 도금면을 전기적으로 접촉하는 음극, 기판을 수용하도록 채택된 전해질 입구, 전해질 출구와 개수를 가지는 전해질 용기 및 전해질에 전기적으로 연결하는 양극을 포함하는 전기 화학 증착 셀을 제공하는 것이다. 바람직하게도, 적어도 한방향으로 기판을 진동하기 위해 기판 호울더에 부착되며, 기판 표면 전체에 걸쳐 균일한 증착을 제공하기 위해 전해질 출구에 인접하게 보조 전극이 배치된다. 바람직하게도, 주기적인 역전류는 기판상의 고종횡비의 미세구조물에 공극 없는 금속층을 제공하기 위해 도금 기간동안에 인가된다.

Description

기판상에 전기도금하는 전기화학적 증착 시스템 및 방법 {ELECTRO-CHEMICAL DEPOSITION SYSTEM AND METHOD OF ELECTROPLATING ON SUBSTRATES}
본 출원은 1998년 4월 21일자로 출원하였으며, 발명의 명칭이 " 기판상의 전기도금하는 전기화학적인 증착 시스템 및 방법"인 미국 가출원 제 60/082,521호를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 기판상에 금속층을 증착하는 것에 관한 것이다. 보다 상세히 기술하면, 본 발명은 기판상에 금속층을 전기도금하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
서브-미크론 다단계 금속화(sub-micron multi-level metallization)는 극초대규모 집적 회로(ultra large scale integration(ULSI))의 차세대용 주요 기술중의 하나이다. 상기 기술의 핵심인 다단계 상호연결부(interconnect)는 콘택(contact), 비아(via), 라인(line) 및 다른 미세구조물(feature)을 포함하는 고종횡비의 어퍼쳐(aperture) 내에 형성된 상호연결 미세구조물의 평탄화를 요한다. 이러한 상호 연결 미세구조물의 신뢰성있는 형성은 ULSI의 성공 및 각 기판 및 다이(die) 상에서의 회로 밀도(circuit density) 및 품질을 증가시키기 위한 계속적인 노력의 일환으로서 중요하다.
회로 밀도가 증가될때, 콘택, 비아 및 다른 미세구조물 너비 및 이들 사이의 유전물질의 폭은 서브-미크론 치수로 감소되는 반면에, 유전층의 두께는 일정하게 남게되며, 그 결과 미세구조물에 대한 종횡비, 즉 폭으로 나누어진 높이는 증가된다. 많은 종래의 증착 방법은 종횡비가 2:1을 초과하는 경우, 특히 4:1을 초과하는 경우 서브-미크론 구조물을 채우는 것이 어렵다. 그러므로, 고종횡비를 갖는 무공극의 서브-미크론 미세구조물을 형성하려고 계속 노력하고 있다.
원소 상태의 알루미늄(Al) 및 알류미늄 합금은 알루미늄의 낮은 전기저항, 실리콘 이산화물(SiO2)에 대한 우수한 접착성, 용이한 패턴화 및 고순도 형태로 얻을 수 있는 능력으로 인하여, 반도체 공정에서 라인 및 플러그를 형성하는데 사용되는 통상의 금속이다. 그러나, 알루미늄은 구리 및 은과 같은 다른 전도성 금속 보다는 큰 전기 저항을 가지며, 전자 이동(electromigration) 현상을 일으킬 수 있다. 전자 이동은 금속 전도체를 통한 높은 전류 밀도의 통과에 응답하는 금속 전도체 원자의 이동으로 간주되며, 제조중에 발생되는 에러가 아니라 회로의 작동중에 금속 회로에서 일어나는 현상이다. 전자 이동은 전도체 내에 공극의 형성을 야기할 수도 있다. 소정량의 전류가 전도체를 통과하는 것을 전도체의 인접 횡단부가 충분히 지원할 수 없을 정도의 크기로 공극이 축적 및/또는 성장되어 개방회로를 야기할 수도 있다. 유사하게, 열 전도에 이용할 수 있는 전도체 영역이 감소하고 그 영역내에 공극이 형성되어, 전도체 손상의 위험을 증가시킨다. 이러한 문제는 알루미늄에 구리 및 기밀한 섬유질을 도핑(doping)함으로써 또는 물질의 결정 구조 제어에 의해서 때때로 극복된다. 그러나, 알루미늄으로의 전자 이동은 전류 밀도의 증가에 따라 상당히 문제가 된다.
구리 및 구리의 합금은 알루미늄에 비해 낮은 저항 및 높은 전자 이동 저항을 갖는다. 이러한 특징들은 높은 집적도 및 증가된 소자 속도에서 겪게 되는 보다 높은 전류 밀도를 유지하는데 중요하다. 또한, 구리는 양호한 열 전도성을 가지며, 고순도 상태에서 이용 가능하다. 그러므로, 구리는 반도체 기판상의 서브-미크론, 고종횡비의 상호연결 미세구조물을 채우기 위한 선택 금속이 된다.
반도체 소자의 제조용으로 구리를 사용하는 것이 바람직함에도, 구리를 고종횡비의 미세구조물 내에 증착하는 제조 방법으로의 선택은 제한된다. 구리의 CVD 증착을 위한 전구체는 아직 미개발 상태이고 복잡하고 값비싼 화학물과 관계된다. 이러한 미세구조물 내에 수행되는 물리 기상 증착은 '스텝 커버리지(step coverage)의 한계 및 미세구조물 내에 형성된 공극 때문에 불만족스런 결과를 초래한다.
이러한 공정 한계의 결과로서, 회로판상에 패턴을 제조하는데 있어서 종래에 제한적으로 이용되었던 전기도금이 반도체 소자상에 비아 및 콘택을 채우기 위한 방법으로서 부상하고 있다. 도 1a 내지 도 1e에는 2중 다마신(damascene) 비아 및 와이어 데피니션(definition)을 갖는 유전층 내의 2중 다마신 상호연결부를 형성하는 금속화 기술(metallization technique)이 도시되어 있으며, 상기 비아는 하부층을 노출시키는 바닥을 구비한다. 비록 2중 다마신 구조물이 도시되어 있지만, 이러한 방법은 다른 상호 연결 미세구조물을 금속화하는데에도 적용될 수 있다. 이러한 방법은 일반적으로 미세구조물 표면 위에 배리어층을 물리 기상 증착하는 단계, 전도성 금속 시드층, 바람직하게는 구리를 배리어층 위에 물리 기상 증착하는 단계, 그리고, 구조물/미세구조물을 채우기 위해 시드 층 위로 전도성 금속을 전기도금하는 단계로 구성된다. 최종적으로, 증착된 층 및 유전층들은 화학적 기계 연마(CMP)에 의해서 평탄화되어 전도성 상호연결 미세구조물을 형성한다.
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 층형상을 이룬 구조물(10)의 횡단면도는 전기 전도성 미세구조물(15)을 포함하는 하부층(14)위로 형성된 유전층(16)을 포함한다. 하부층(14)은 도핑된 실리콘 기판의 형태를 취하거나 기판상에 형성된 제 1 또는 후속적인 전도층일 수도 있다. 유전층(16)은 전반적인 집적회로의 일부를 형성하기 위해 유전체 CVD(dielectic CVD)와 같이 본 기술분야에서 공지된 과정을 따라 하부층(14)위에 형성된다. 증착된 후, 유전층(16)은 패턴화되며, 2중 다마신 비아 및 와이어 데피니션을 형성하기 위해 에칭되며, 상기 비아는 전도성 미세구조물(15)의 미소 부분을 노출시키는 바닥(30)을 구비한다. 유전층(16)의 에칭은 플라즈마 에칭을 포함하는 일반적으로 널리 공지된 유전 에칭공정에 따라 이루어질 수 있다.
도 1a를 참조하면, 유전층(16)에 형성된 2중 다마신 비아 및 와이어 데피니션의 횡단면도가 도시되어 있다. 상기 비아 및 와이어 데피니션은 하부 전도성 미세구조물(15)과의 전기적 연결을 제공하는 전도성 상호연결부의 증착을 용이하게 한다. 상기 데피니션은 트렌치 벽(38)을 갖는 트렌치(17), 전도성 미세구조물(15)의 적어도 일부를 노출시키는 바닥(30) 및 비아 벽(34)을 갖는 비아(32)를 제공한다.
도 1b를 참조하면, 탄탈 또는 탄탈 나이트라이드(TaN)의 배리어 층(20)이 비아 및 와이어 데피니션에 증착되고, 어퍼쳐(18)는 반응성 물리 기상 증착, 즉 질소/아르곤 플라즈마에서 탄탈 타겟을 스퍼터링함으로써 비아(32)에 남게된다. 바람직하게도, 서브-미크론 폭의 비아로 어퍼쳐의 종횡비가 큰 경우(예를들어, 4:1 이상), Ta/TaN은 고밀도의 플라즈마 환경에서 증착되며, Ta/TaN의 스퍼터링 증착은 이온화되고, 기판상의 네거티브 바이어스에 의해서 기판에 수직으로 당겨진다. 배리어층은 탄탈 또는 탄탈 나이트나이드로 바람직하게 형성되지만, 티탄, 티탄 나이트라이드 및 이들의 혼합물과 같은 다른 배리어층이 사용될 수도 있다. 사용되는 공정은 텍스쳐(texture) 및 필름 특성을 개선하기 위한 조합 CVD/PVD, PVD 또는 CVD일 수도 있다. 배리어층은 반도체 기판 및 유전층속으로 구리의 확산을 제한함으로써, 상호 연결부의 신뢰성을 매우 증가시킨다. 배리어층이 약 25Å 내지 약 400Å정도, 가장 바람직하게는 약 100Å의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
도 1c를 참조하면, PVD 구리 시드 층(21)은 배리어층(20)위로 증착된다. 다른 금속, 특히 귀금속이 또한 시드층을 위해 사용된다. PVD 구리 시드층(21)은 후속적으로 증착되는 금속층을 위한 양호한 부착성을 제공하며, 구리의 균일한 성장을 위한 등각층을 제공한다.
도 1d를 참조하면, 구리층(22)은 구리 플러그(19)와 함께 비아(32)를 완전히 채우기 위해 PVD 구리 시드 층(21)위로 전기도금된다.
도 1e를 참조하면, 구조물(10)의 상부, 즉 노출된 구리는 바람직하게 화학적 기계 연마(CMP)에 의해서 평탄화된다. 평탄화 공정중에, 구리 시드층(21), 배리층(20), 유전층(16) 및 구리층(22)의 일부는 구조물의 상부표면으로부터 제거되어 전도성 상호연결부(39)를 갖는 완전한 평면을 남긴다.
일반적으로 금속 전기도금은 본 기술분야에서 널리공지되어 있으며, 다양한 기술에 의해서 성취될 수 있다. 웨이퍼와 같은 기판상에 금속을 전기도금하기 위한 셀의 공통적인 설계에는 기초 형상을 포함한다. 도금면을 갖는 기판은 원통형 전해질 콘테이너위에 고정된 거리에 위치되며, 전해질은 기판 도금면 상에 수직으로 충돌한다. 기판이 도금 시스템의 음극으로 구성되어, 도금 용액 내의 이온이 기판의 전도성 노출 표면 및 기판상의 마이크로-사이트(site) 상에 증착한다. 그러나, 다수의 장해 요소들이 서브-미크론 스케일의 고종횡비 미세구조물을 갖는 기판 상에 구리의 신뢰성있는 전기도금을 손상시킨다. 일반적으로, 이들 장해 요소들은 기판 도금면 전체에 걸쳐 균일한 전류 밀도 분포를 제공하는 것에 난점을 포함되는데, 이러한 균일한 전류 밀도 분포의 제공은 균일한 두께를 갖는 금속층을 형성하는데 필요하다. 주요 장해 요소는 어떻게 기판에 전류를 제공하는냐와 어떻게 전류가 기판 상에 균일하게 분포하느냐 이다.
도금면에 동력을 제공하기 위한 현재의 방법은 기판 시드 층과 접촉하는 콘택(예를들어, 핀, '핑거' 또는 스프링)을 사용한다. 상기 콘택은 기판의 에지에 가능한 가깝게 시드층을 접촉하게 하여, 콘택의 존재로 인한 웨이퍼상의 폐기 영역을 최소화한다. "폐기" 영역은 기판상에 소자를 궁극적으로 형성하기 위해 더이상 사용되지 않는다. 그러나, 시드층에 대한 콘택의 접촉 저항은 콘택에 따라 변화되며, 기판 전체에 걸쳐 전류 밀도의 불균일 분포를 야기한다. 또한, 시드층 인터페이스에 대한 콘택에서의 접촉 저항은 기판에 따라 변화되며, 동일한 장비를 사용하더라도 상이한 기판들 사이에 일관성없는 도금 분포를 야기한다. 더욱이, 도금 속도는 기판상에 증착되는 얇은 시드층의 저항으로 인하여, 콘택의 영역에 인접해서는 높게되고, 콘택으로부터 먼지역은 낮게된다. 전기장에서의 프린지 효과(fringing effect)는 도금된 영역의 에지에서 형성된 높은 국부적인 전기장으로 인하여 기판의 에지에서 일어나, 기판의 에지 근처에서 높은 증착 속도를 야기한다.
저항 기판 효과(resistive substrate effect)는 일반적으로 전기도금 공정의 초기단계중에 나타나고, 기판 증착 표면상의 전기도금층 및 시드층이 통상적으로 얇기 때문에 증착 균일성을 감소시킨다. 금속 도금은 전류 공급 콘택 인접부에 집중되는 경향이 있으며, 즉 도금 속도는 콘택에 인접한 곳에서 가장 크다. 그이유는 전류 공급 콘택으로부터의 거리가 기판 도금면 전체에 걸쳐 균일한 전류 밀도를 제공하기 위한 시드층상의 불충분한 전도 물질로 인하여 증가될 때 기판을 가로지르는 전류 밀도가 감소되기 때문이다. 증착 필름 층이 도금으로 인해 두꺼워질때, 증착된 물질의 충분한 두께가 기판 도금면 전체에 걸쳐 적용될 수 있어서 기판 전체에 균일한 전류 밀도를 제공하기 때문에, 저항 기판 효과는 감소된다.
전통적인 기본 도금기 설계는 기판 도금면 전체에 걸쳐 전해질의 불균일 유동을 제공하며, 이것은 기판 전체에 걸쳐 도금 이온, 적용가능한 경우 도금 첨가제의 불균일한 보충을 제공함으로써 도금면 상에 불균일한 전류 분포의 효과를 야기하여, 불균일한 도금을 일으킨다. 기판을 가로지르는 전해질의 유동 균일성은 도금공정 동안 고속으로 기판을 회전시킴으로써 개선될 수 있다. 이런 회전은 전류를 공급하고 인터페이스를 회전할 필요가 있기 때문에 도금 셀 디자인을 복잡하게 한다. 그러나, 여전히 도금 균일성은 잠재적인 가변성 접촉 저항, 시드층 저항과 기판의 에지 근방의 전기장의 프린지(fringing) 효과에 의해서 기판의 경계면 또는 에지에서 나쁘다.
또한, 도금 사이클 동안 및/또는 도금되어지는 다중 웨이퍼의 실행중에 일정한 성질을 가지는 시스템에 전기도금 용액을 유지해야 하는 문제가 있다. 전통적으로 기본적인 도금기 디자인은 일반적으로 증착되어지는 금속을 전해질 내에 연속적으로 보충할 필요가 있다. 금속 전해질 재충전 계획은 제어하기 어렵고 전해질내의 공동이온(co-ions)의 축적을 야기하며, 결국 전해질내의 이온 농도의 변화를 제어하기 어렵다. 그러므로, 전기도금 과정은 전해질내의 불일정한 이온 농도에 의해서 불일정한 결과를 만들어낸다.
추가로, 비소모성 양극을 사용하는 도금 셀의 작동은 전기도금 과정동안 산소가 양극상에 생성되기 때문에 버블과 관련된 문제를 야기할 수 있다. 버블과 관련된 문제는 기판 도금 표면에 도달하고 도금면과 적절한 전해질 접촉을 방지하는 버블에 의해 발생된 도금 결함을 포함한다. 시스템으로부터 버블 형성을 제거하거나 감소하고 형성된 버블을 시스템으로부터 제거하는 것이 바람직하다.
그러므로, 서브-미크론 미세구조물을 형성하도록 기판상에 균일하고 고품질의 금속층을 증착하는 신뢰성 있고 일정한 금속 전기도금 장치 및 방법을 필요로 하고 있다. 또한 미크론 크기의 고종횡비 미세구조물을 가지는 기판상에 금속층을 형성하여, 공극없이 미세구조물을 채울 필요가 있다.
본 발명은 기판상에 신뢰성 있고, 일정한 금속 전기도금 또는 전기 화학 증착을 얻기위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명은 기판 상에 형성된 서브미크론 미세구조물과 이 위에 형성된 금속 시드층을 가지는 기판 상에 균일하고 공극 없는 금속의 증착을 제공하는 것이다. 본 발명은 기판 홀더, 기판 도금면과 전기적으로 접촉하는 음극, 기판을 수용하도록 구성된 개구, 전해질 입구 및 전해질 출구를 가지는 전해질 용기 및 전해질에 전기적으로 연결되는 양극을 포함하는 전기 화학 증착 셀을 제공하는 것이다. 증착 셀 및 그 부품의 모양 및 치수는 기판 전체에 걸쳐 균일한 전류 분포를 제공하도록 설계되어 있다. 셀은 구성을 유지하기 쉽게 미립자 없는 전해질의 상당히 균일한 유동의 배합물을 제공하는 다이어프램 유닛 및 관통 유동 양극을 구비하고 있다. 또한, 교반 장치는 하나 이상의 방향, 즉, x, y 및/또는 z방향으로 기판을 진동시키도록 기판 홀더에 장착될 수도 있다. 또한, 보조 전극은 기판 표면 전체에 걸쳐 균일한 증착을 제공하고 필요시 기판의 에지와 콘택에 전기장을 만들도록 전해질 출구에 인접하게 배치될 수 있다. 또한, 주기적인 역 및 펄스화된 전류를 포함하는 시간 가변 전류 파형이 기판상의 서브-미크론 미세구조물 내에 공극 없는 금속층을 제공하도록 도금 기간동안 인가될 수 있다.
본 발명의 상술한 특징, 장점 및 목적은 첨부의 도면에 도시한 이들의 실시예를 참고하면 보다 이해하기 쉽다.
그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 전형적인 실시예를 설명하는 것이므로 이것으로 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니므로 다른 동등한 실시예도 허용할 수 있다.
도 1a 내지 1e는 이중 다마신 상호연결부를 형성하기 위한 금속화 기술을 도시하는 유전층 내의 이런 상호연결부의 단면도이며,
도 2는 반도체 기판상에 금속을 전기도금하기 위한 셀의 부분 수직 단면도이며,
도 2a는 기판 홀더상에서 기판과 접촉하고 있는 연속 링 음극 부재의 부분 단면도이며,
도 3은 보조 전극의 한 배열을 도시하는 셀 바디와 기판의 주위 둘레에 배치된 방사형 어레이의 콘택 핀을 포함하는 음극 접촉 부재의 상면도이며,
삭제
도 4는 각 콘택 핀과 저항을 통해 전기도금 시스템을 나타내는 전기 회로의 다이어그램이며,
도 5는 양극 칸내의 다공성 다이어프램사이에 에워싸인 용해성 구리 비드를 포함하는 위어 도금기(weir plater)의 부분 수직 단면도이며,
도 6a 및 도 6b는 다중 기판 처리 유닛의 실시예의 개략도이며, 그리고
도 7은 다중 기판 배치 처리 유닛의 다른 실시예의 수평 단면도이다.
본 발명은 기판상에 고품질의 금속층을 증착하기 위한 셀의 작동 방법 및 새로운 전기화학적 셀의 다수 실시예를 제공한다. 본 발명은 또한 매우 작은 미세구조물, 예를들어 미크론 크기 이하의 미세구조물에 금속, 특히 구리를 증착하는데 유익한 새로운 전해질 용액을 제공하는데 있다. 본 발명은 먼저 하드웨어에 관련하여 기술하고, 하드웨어의 작동 및 전해질 용액의 화학물에 대해 하기에 기술된다.
전기화학적인 셀 하드웨어
도 2는 금속을 기판상에 전기도금하기 위한 셀(40)의 개략적인 횡단면도이다. 전기도금 셀(40)은 일반적으로 콘테이너 바디(42)를 구비하고, 상기 콘테이너 바디(42)는 기판 호울더(44)를 수용하고 지지하기 위해 그 상부에 개구를 구비하고 있다. 콘테이너(42)는 바람직하게도 플라스틱, 플랙시글라스(아크릴 제품), 렉산(lexane), PVC, CPVC 및 PVDF와 같은 전기적 절연 물질로 구성된 환형 셀이다. 선택적으로, 콘테이너 바디는 전해질에서 분해되지 않고 셀의 전극(즉, 양극 및 음극)으로부터 전기적으로 절연될 수 있는 절연층, 예를들어 테프론(등록 상표), PVDF, 플라스틱 또는 고무, 또는 다른 물질의 조합물로 코팅되는 스테인레스 스틸, 니켈 또는 티탄과 같은 금속으로 제조된다. 기판 호울더(44)는 콘테이너 바디용 상부 커버로서 사용되며, 기판 호울더의 하부 표면에 배치된 기판 지지면(46)을 구비한다. 콘테이너 바디(42)는 처리되는 기판(48)의 형태, 통상적으로는 정사각형, 사각형 또는 원형의 형태와 일치되게 그리고 도금된 영역의 크기와 일치되게 그 크기가 결정되고 구성된다.
전기도금 용액 입구(50)는 상기 콘테이너 바디(42)의 하부면에 배치된다. 전기도금 용액은 입구(50)에 연결된 적절한 펌프(51)에 의해서 콘테이너 바디(42)속으로 펌프되어, 기판(48)을 향해 콘테이너 바디(42)의 내측 상향으로 유동되어 노출된 기판 표면(54)과 접촉하게 된다.
상기 기판(48)은 바람직하게는 진공 척(도시 않음)을 형성하기 위해 진공으로 유지가능한 표면(46) 내의 다수의 통로에 의해 기판 호울더(44)의 기판 지지면(46)상에 고정된다. 음극 접촉 부재(52)는 기판 호울더(44)의 하부면상에 배치되며, 기판을 콘테이너 위에 지지한다. 상기 음극 접촉 부재(52)는 전력 공급부(49) 및 기판(48) 사이에 전기 연결부를 제공하는 하나 이상의 콘택을 포함한다. 음극 접촉 부재(52)는 기판 도금면(54)과 전기적으로 접촉하는 다수의 전도성 접촉 핑거 또는 와이어(56)들(도 3에 도시됨) 또는 연속적인 유도 링으로 구성된다. 도 3에는 기판의 원주에 배치된 방사상 어레이의 콘택 핀(56)을 구비하는 음극 접촉 부재를 구비하는 기판 호울더(44)의 분해 사시도가 도시되어 있다. 콘택 핀(56)들(8개가 도시됨)은 기판(48)의 에지로 내측 반경방향으로 연장되고, 콘택 핀(56)의 선단부에서 기판(48)상의 전도층과 접촉하게 되어, 기판 표면(54)에 양호한 전기 접촉을 제공한다. 또한, 콘택 핀들의 방사상 어레이는 전해질의 유동에 대해 무시할 수 있는 배리어를 제공하여, 기판의 도금면에 인접하여 최소의 전해질 유동 난류를 제공한다. 선택적으로, 음극 접촉 부재는 연속적인 링 또는 반-연속적인 링(즉, 세그멘트형 링) 형태로 기판의 에지와 접촉할 수도 있다.
음극 접촉 부재(52)들은 전기도금 공정을 가능케 하기 위해 기판 도금면(54)에 전류를 제공하고, 그러므로 금속 또는 반-금속 전도체로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 접촉 부재(52)는 접촉 부재상의 전해질에 노출되는 표면에 도금되는 것을 방지하기 위해 비-도금 또는 절연 코팅을 포함한다. 음극 접촉 부재상의 도금은 접촉 부재에 인접하여 전류 및 전위의 분포를 변화시키며, 웨이퍼 상의 결함을 야기한다. 비-도금 또는 절연 코팅 물질은 테프론(등록 상표), PVDF, PVC, 고무 또는 적절한 탄성중합체와 같은 중합체 코팅을 포함한다. 선택적으로, 접촉 부재는 구리에 의해 코팅되는 것에 저항하는 탄탈(Ta), 탄탈 나이트라이드(TaN), 티탄 나이트라이드(TiN), 티탄(Ti) 또는 알류미늄과 같은 금속으로 제조된다. 코팅 물질은 콘택 상에의 도금을 방지하며, 콘택을 통한 기판 표면으로의 전도 특성을 예측할 수 있다. 접촉 부재는 셀의 화학적 환경에서 안정하지만 도금 공정을 통해 구리로 코팅될 수도 있는 백금, 금 및/또는 이들의 합금으로 제조된다면, 접촉 부재는 바람직하게 절연 시트, 중합체 가스켓 또는 코팅에 의해서 보호된다. 상기 콘택은 바람직하게 기판 표면에 낮은 접촉 저항을 제공하거나 특히 접촉 영역에서, 기판 표면에 낮은 접촉 저항을 제공하는 물질로 코팅된다. 예로서 구리 또는 백금을 포함한다. 음극 접촉 부재(52)의 접촉 영역으로의 도금은 전도체의 물리적 및 화학적 특성을 변화시키고, 궁극적으로 접촉 성능을 열화시켜 도금 변화 및 결함을 가져온다. 그러므로, 접촉 영역은 콘택이 기판과 물리적으로 접촉하는 영역 외측에서 접촉 부재위에 배치된 코팅, 가스켓, 슬리브 또는 주변 절연 링에 의해서 전해질로부터 바람직하게 절연된다. 이러한 코팅의 예로는 PVDF, PVC, 테프론(등록 상표), 고무 또는 다른 적절한 탄성중합체를 포함한다. 만약 접촉 부재가 도금되면, 양 전류가 접촉부재를 탈도금(deplate)시키기 위해 짧은 시간동안 주기적으로 콘택을 통해 통과된다. 이러한 회복공정용 음극은 규정된 양극(반대로 편향됨) 또는 하기에 기술되는 보조 전극일 수도 있다.
통상적으로, 하나의 동력 공급부가 음극 접촉 부재의 모든 접촉 핀에 연결되며, 그 결과 접촉 핀을 통해 병렬 회로를 야기한다. 핀-대-기판 인터페이스 저항이 핀 위치 사이에서 변하기 때문에, 보다 많은 전류가 유동되며, 그래서 보다 많은 도금이 가장 낮은 저항 위치에서 일어난다. 그러나, 각 접촉 핀에 직렬로 외부 저항을 위치시킴으로써, 각 접촉 핀을 통과하는 전류의 량 및 값은 외부 저항기에 의해서 주로 제어된다. 왜냐하면, 기판 회로에 대한 동력 공급부의 제어 저항기 분기점에 각 접촉 핀-기판 접촉의 전반적인 저항을 더하면 제어 저항기의 것과 거의 동일하기 때문이다. 결국, 각 접촉 핀 사이의 전기적 특성의 변화는 기판상의 전류 분포에 영향을 주지 않으며, 균일한 도금 두께에 기여하는 균일한 전류 밀도가 도금면 전체에 걸쳐 야기된다. 단일 기판상의 도금 사이클중에 그리고 도금 상태의 다수의 기판들 사이에 음극 접촉 부재(52)의 방사상 어레이 구조의 각 접촉 핀(56) 사이의 균일한 전류 분포를 제공하기 위해, 외부 저항(58)은 각 접촉 핀(56)과 직렬로 연결된다. 도 4에는 각 접촉 핀(56)에 직렬로 연결된 외부 저항(58) 및 음극 접촉 부재(52)의 각 접촉 핀을 통한 전기도금 시스템을 나타내는 전기 회로의 개략적인 다이아그램이 도시되어 있다. 바람직하게도, 외부 저항(REXT, 58)의 저항 값은 회로의 다른 저항성 부재의 저항값보다 크다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 접촉 핀(56)을 통한 전기 회로는 동력 공급부와 직렬로 연결되는 각 부품의 저항에 의해서 나타나게 된다. RE는 전해질 용액의 조성 및 양극 및 음극 사이의 거리에 통상적으로 좌우되는 전해질의 저항을 나타낸다. RA는 경계층 및 2중층내의 기판 도금면에 인접한 전해질의 저항을 나타낸다. RS는 기판 도금면의 저항을 나타내며, RC는 음극 접촉 핀(56)의 저항을 나타낸다. 바람직하게도, 외부 저항(REXT)의 저항값은 RE, RA, RS , RC 의 전체보다 크며, 예를들어 REXT＞1Ω, 바람직하게는 REXT＞5Ω이 된다. 외부 저항(58)은 공정 과정에서 상이한 기판 사이에 균일한 전류 분포를 또한 제공한다.
각 기판이 다중 기판 도금 사이클에 걸쳐 도금될 때 접촉-핀-기판 인터페이스 저항은 변화되며, 궁극적으로 받아들일 수 없는 값에 도달하게 된다. 전자 센서/알람(60)은 이 문제를 해결하기 위해 외부 저항(58)을 가로질러 연결되어 외부 저항을 가로지르는 전압/전류를 모니터한다. 외부 저항(58)을 가로지르는 전압/전류가 높은 핀-기판 저항 표시인 작동 영역밖으로 떨어지면, 센서/알람(60)은 문제가 작동자에 의해서 고쳐질 때까지 도금 공정을 차단하는 것과 같이 교정치를 야기시킨다. 선택적으로, 각각의 동력 공급부는 각 접촉 핀에 연결될 수 있으며, 기판 전체에 걸쳐 균일한 전류 분포를 제공하기 위해 각각 제어되며 모니터된다.
접촉 핀 배열의 대안으로, 기판의 원주 에지와 접촉하는 연속적인 링을 구비한 음극 접촉 부재(52)가 있다. 도 2a는 기판 호울더(44)에 배치된 기판(48)과 접촉하는 연속적인 링 음극 부재(52)의 부분 횡 단면도이다. 상기 연속적인 링 음극 부재(52)는 기판 도금면(54)과의 음극 접촉을 최대로 하며, 개별적인 접촉 핀들의 문제를 제거함으로써 전류 분포의 불균일성을 최소로 한다.
도 2를 다시 참조하면, 웨이퍼의 배면은 기판의 배면에 도금 또는 전해질 용액이 이동하는 것을 방지하기 위해 밀봉되어야 한다. 기판이 기판 호울더 내에 진공 척에 의해 고정되며, 기판이 음극 접촉 부재(52)에 대항하여 장착되어야 하는 일 실시예에서, 탄성중합체(예를들어, 실리콘 고무) 링(62)은 전기도금 용액으로부터 기판(48)의 배면을 밀봉하기 위해 그리고 음극 접촉 부재(52)에 대항하여 기판의 장착을 향상시키기 위해 기판 호울더(44)내에 부분적으로 배치된다. 도 2에 도시된 탄성중합체 링(62)은 다른 형상이 비록 효율적으로 사용되더라도 웨지형상 링으로 구성된다. 기판에 의해서 압축될 때, 탄성중합체 링의 탄성은 음극 접촉 부재(52)와 전기적으로 양호하게 접촉하도록 기판을 가압하고 기판(48)의 배면을 위해 양호한 밀봉을 제공한다.
선택적으로, 기판 호울더(44)는 탄성중합체 링(62)에 의해서 발생된 밀봉을 향상시키고, 기판 도금면(54) 및 음극 접촉 부재(52) 사이의 전기 접촉을 개선하기 위해 탄성중합체 링(62)에 인접하게 배치된 가스 팽창형 블래더(inflated bladder,64)를 포함한다. 상기 가스 팽창형 블래더(64)는 탄성중합체 링(62)에 인접한 환형 캐비티에 배열되며, 탄성중합체 링(62)상에 압력을 가하고 탄성중합체 링(62)에 압력을 가하여 기판을 가압하고 기판을 접촉 부재(52)와 접촉시키기 위해 가스에 의해 팽창될 수 있다. 탄성중합체 링(62) 및 기판(48)의 배면 사이의 접촉 압력을 줄이기 위해, 릴리이프 밸브는 가스 팽창형 블래더(64)에서 가스를 빼내어 탄성중합체 링(62)을 기판 호울더(44)속으로 수축시킨다.
기판 호울더(44)가 콘테이너 바디(42)위에 위치되므로, 기판의 기판 도금면(54)은 콘테이너 바디(42)의 개구와 직면하게 된다. 기판 호울더(44)는 콘테이너 바디(42)의 상부에 연결된 외측 링(66)상에 배치된다. 절연 O-링(68)은 기판 호울더(44) 및 외측 링 쇼울더(66)사이에 위치된다. 바람직하게도, 기판 호울더(44)는 콘테이너 바디(42)의 베벨형 상부 에지(72)에 대응하는 베벨형 하부(70)를 포함하는데, 이들은 전해질 유동을 위해 콘테이너 바디(42) 및 기판 호울더(44) 사이에서 약 1㎜ 내지 약 30㎜의 적어도 부분적인 원주 출구(74)를 형성한다. 상기 출구(74)는 콘테이너 바디 및 커버 둘레로 바람직하게 연장되지만, 도 3에 도시된 바와 같이 선택적으로 세그멘트 되어 세그멘트형 보조 전극(84)들에 인접한 공간에 대응하는 전해질 출구를 제공한다. 출구의 너비는 콘테이어 바디의 상부면에 대해 기판 호울더(44)를 상승시거나 하강시킴으로써 조절될 수 있으므로, 상이한 도금 공정의 요구사항을 수용할 수 있다. 바람직하게도, 출구의 너비는 약 2㎜ 내지 약 6㎜ 사이이다. 출구(74)는 전해질의 외측 유동을 향상시키고, 버블 엔트랩먼트(bubble entrapment)가 일어나는 정체형 순환 코너를 최소화하기 위해 좁고 경사진 형상을 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 출구(74)는 약 45도 경사의 하향각도의 전해질 출구를 제공한다. 전해질 출구(74)는 콘테이너 바디(42)의 외측면 및 외측 링 쇼울더(66)의 내측면 사이의 공간(76)을 통해 이어진다. 이후, 전해질은 펌프(도시되지 않음)에 연결된 하나 이상의 출구(78)로 유동하고, 입구(50)를 통해 전기도금 셀(40)을 통해 재순환된다.
콘테이너 바디(42)의 상부에 배치된 링 또는 슬리브 삽입부(80)는 기판의 도금 영역을 정확히 형성하는데 이용된다. 상기 삽입부(80)는 200㎜ 및 300㎜ 크기를 포함하는 다양한 크기와, 원형, 사각형, 정사각형등을 포함하는 형상을 갖는 기판에 대한 전기도금 셀에 적용되도록 모듈적으로 변화가능하다. 콘테이너 바디(42)의 크기 및 형상은 바람직하게 기판의 크기 및 형상에 대응적으로 변화된다. 상기 삽입부(80)는 도금면의 원주로의 전류유동을 제한함으로써 기판(48)의 에지를 절연시키고 기판(48)의 에지가 불균일하게 도금되는 것을 보호하여, 셀 크기가 도금면 보다 클 때 일어나는 프린지 효과를 감소시킨다.
도금이 기판위에서 일어날 때, 용액 내의 이온은 용액으로부터 기판상에 도금(증착)된다. 추가의 도금 물질을 제공하기 위해, 이온들은 도금면에 인접한 확산 경계층을 통해 확산해야 한다. 통상적으로, 종래기술에서는 기판을 경유한 용액의 유동 및 기판의 회전에 의해서 유체역학적 수단을 통해 보충분이 공급된다. 그러나, 유체역학적 보충방법은 도금면에 바로 인접한 전해질이 제로 속도 및 정지 상태인 경계층에서 노(no)슬립 상태이기 때문에 불충분한 보충이었다. 이러한 제한을 해결하고 보충분을 증가시키기 위해, 진동 교반 부재(82)가 기판의 표면에서 질량 전달 속도(경계층 두께)를 제어하기 위해 제공된다. 진동 교반 부재(82)는 기판(48)을 진동시키기 위해 기판 호울더(44)에 바람직하게 장착된다. 상기 진동 교반 부재(82)는 통상적으로 모터 또는 진동 변환기를 구비하며, 상기 모터 또는 진동 변환기는 약 10Hz 내지 약 20,000Hz의 주파수로 하나 이상의 축선을 따라 기판 호울더(44)를 앞뒤로 이동시킨다. 진동의 진폭은 바람직하게 약 0.5미크론 내지 약 100,000미크론 사이이다. 진동 교반 부재(82)는 x-y방향에서 기판을 진동시키는 것과 같이 기판 도금면에 평행한 제 2 방향으로 추가의 진동을 제공하거나, x-z 방향에서와 같이 기판 도금면(54)에 대각선방향으로 추가의 진동을 제공할 수도 있다. 선택적으로, 진동 교반 부재(82)는 x-y-z방향에서와 같이 여러방향으로 기판을 진동시킬 수도 있다.
진동의 주파수는 증착공정에 필요한 질량 전달 속도로 꼭 알맞도록 도금 사이클(하기에 상세히 기술된다)에 동기화(synchronize)될 수 있다. 종래의 전기도금 시스템은 종래 전기도금 시스템에서 유체 관성(fluid's inertia)으로 인해 펌핑된 유도 전해질 유동에서 높은 주파수 방해 또는 반전(reversal)이 형성될 수 없기 때문에 이러한 특징을 나타내지 못했다. 진동은 도금 사이클을 완성한 후 기판 표면으로부터 잔류 세척 및 도금 용액의 제거를 향상시킨다.
기판 호울더(44)는 균일한 도금 두께를 향상시키기 위해 진동 교반 이외에 부분적으로 또는 전체적으로 회전된다. 회전 작동기(도시되지 않음)는 기판 호울더(44)에 부착될 수 있으며, 기판 호울더의 중심을 통한 중심축선에 대해 기판 호울더를 스핀시키거나 진동 방식으로 부분적으로 회전시킬 수 있다. 전해질에 대한 도금면의 회전 이동은 증착의 균일성을 향상시키기 위해 도금면 전체에 걸쳐 신선한 전해질의 노출을 향상시킨다.
기판(48)을 진동시키는 다른 장점은 진동이 비아 및 트렌치를 신선한 전기도금 용액에 노출시킨다는 것이다. 기판에 인접한 용액은 증착금속을 고갈시키기 때문에, 기판의 왕복이동은 비아 및 트렌치에 인접한 영역에 구리 또는 다른 금속의 높은 농도를 갖는 신선한 전기도금 용액을 제공한다. 이것은 기판 도금면 상의 트렌치 또는 비아의 입(mouth)을, 트렌치 또는 비아와 직면하지 않고 따라서 반응물이 덜 고갈된 용액의 영역으로 병진이동시킴으로써 달성된다. 기판(48) 및 기판 호울더(44)의 진동에 대한 대안으로 전해질의 진동이 있다. 진동 변환기(도시되지 않음)는 전해질을 직접 교반시키기 위해 콘테이너 바디내에 위치되거나, 진동 변환기는 콘테이너 바디 외부에 놓여 콘테이너 바디를 진동시킴으로써 전해질을 간접적으로 교반시킨다. 진동 교반 부재(82)는 버블을 도금면(54)으로부터 이동시키고 셀(40)로부터 제거함으로써 버블에 관계된 결함의 제거를 돕는다.
가스 버블(bubble)들은 기판이 셀 내에 설치될 때 트랩되고, 시스템을 통한 전해질 유동으로 운반되거나, 음극 또는 양극에서 전기 화학 반응에 의해서 발생될 수도 있다. 가스 버블들은 도금 공정에서 결함을 방지하기 위해 셀로부터 바람직하게 배출된다. 다수의 가스 전환 베인들은 전해질 콘테이너의 측벽을 향해 관련된 가스들을 전환시키기 위해 양극위에 배치될 수도 있다. 일반적으로, 가스 버블들은 낮은 비중으로 인하여 보다 높은 높이로 이동하며, 기판에 대해 일반적으로 상향 외측으로 유동하는 전해질과 함께 유동한다. 상기 전해질에 진동이 적용되거나, 기판 지지 부재가 기판 표면으로 부터 버블을 떼어내며 셀로부터 가스 버블의 이동을 향상시킨다. 바람직하게도, 다수의 가스 제거 포트(81, 도 5에 도시된 바와 같이)들은 셀로부터 가스 버블을 제거하기 위해 기판 호울더(44)를 통해 기판 지지 표면(46)의 주변에 인접하게 배치된다. 가스 제거 포트(81)들은 가스 해제 슬롯을 통한 전해질 유출을 방지하면서 셀(40)로부터 가스 버블을 제거하도록 상향각도로 위치된다. 다수의 선택적인 조치가 가스 제거 포트(81)로부터 전해질 분출을 방지하기 위해 이용될 수 있다. 첫째로, 가스 제거 포트(81)들은 전해질의 정적 헤드 보다 높게 위치된다. 둘째로, 가스 제거 포트들은 테프론(등록 상표) 튜브 삽입에 의해서 소수성(hydrophobic)으로 처리될 수 있다. 세번째로, 용액의 유출을 방지하는데 충분한 가스 역압이 가스 제거 포트의 출구를 통해 외부에서 적용될 수 있다. 마지막으로, 가스 제거 포트들은 가스 버블을 잡는데 충분한 소량 부피의 용기로 덮혀진다.
또한, 음극 전극 및 양극 전극 외에, 보조 전극이 기판 도금면 위로 전기장의 형상을 변화시키기 위해 전해질과 접촉상태로 배치된다. 보조 전극(84)은 전기도금 셀에서 증착 두께, 전류 밀도 및 전위 분포를 제어하기 위해 콘테이너 바디 외측에 바람직하게 위치되어 기판상에 바람직한 전기도금을 달성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 보조 전극(84)은 외측 링(66)의 내면에 인접하게 외측 링(66) 내에 배치된다. 선택적으로, 보조 전극(84)은 도 2a에 도시된 바와 같이, 콘테이너 바디의 상부에서 콘테이너 용기내에 배치될 수 있다. 보조 전극(84)이 음극화될때 보조 전극상에 구리 증착물이 형성되거나, 보조 전극(84)이 양극화될 때 증착된 구리가 해제되어 미립자를 배출시키기 때문에, 보조 전극(84)은 콘테이너 바디 외부에 바람직하게 장착되어야 한다. 콘테이너 바디(42)내에 위치된 보조 전극(84)으로, 비-부착성 증착물이 박리되거나, 용해성 미립자가 용액 내로 들어가 기판 도금면(54)과 접촉하며 기판상의 결함 또는 손상을 일으킨다. 콘테이너 바디(42)의 외측에 보조 전극(84)을 위치시킴으로써, 비-부착성 증착 물질은 순환형 펌프로 외측유동 전해질과 함께 유동한다. 외측 유동 전해질은 필터링되고, 비-부착성 증착물은 시스템으로부터 제거된다. 더욱이, 전해질 유속은 콘테이너 바디(42)의 외측에서 비교적 높기 때문에(기판 도금면(54) 부근에서의 유속과 비교할 때), 비-부착성 증착물은 보조 전극(84)상에 발생되는 일이 적게된다. 콘테이너 바디의 외측에 보조 전극을 위치시키는 또다른 장점은 주기적인 유지 보수가 다른 모듈형 보조 전극 유니트를 전기도금 셀속으로 위치시킴으로써 용이하게 이루어지는 것이다. 그러나, 보조 전극들을 콘테이너 바디 내측에 위치시키는 것은 높은 제어 정도를 제공하여 보다 큰 증착 균일성을 야기한다.
보조 전극(84)은 음극 접촉 핀(56)의 대응 어레이와 일치하기 위해 이격된 전극들의 어레이, 링, 일련의 동심 링, 또는 일련의 세그먼트형 링등으로 구성될 수도 있다. 보조 전극(84)은 기판(48)상에 전류 및 전위 분포를 양호하게 하기 위해 변화성 평면상에 또는 기판 도금면(54)과 같은 평면상에 위치될 수도 있다. 대안적으로, 다수의 동심 링 보조 전극들은 바람직한 과정에 따라 연속적으로 전위를 활성화하거나, 상이한 전위를 활성화하기 위한 형태로 구성된다. 도 3은 분리된 접촉의 효과를 극복하기 위해 음극 접촉 핀(56)의 어레이와 매치되는 세그멘트형 전극의 어레이를 구비하는 보조 전극(84)의 구조를 나타내며, 상기 분리된 접촉의 효과는 접촉 영역 근처의 증착 두께를 국소화한다. 보조 전극(84)은 분리된 접촉의 국소적인 효과를 균일화함으로써 전기장을 형성한다. 보조 전극(84)은 증착 시간 및 두께에 따라 전류/전위를 변화시킴으로써 증착 두께 분포에 대한 초기 저항성 기판의 악영향을 제거하는데 이용될 수 있다. 전류/전위 보조 전극(84)은 전기도금 공정이 진행될 때 전기도금의 초기단계중에 높은 전류 레벨로부터 점차 감소하는 전류/전위로 동적으로 조정될 수도 있다. 보조 전극은 전기도금 공정의 마지막 단계전에 차단되며, 다양한 공정 요구사항에 일치하도록 프로그램될 수 있다. 보조 전극을 사용하면, 초기 저항성 기판 효과를 감소시키기 위해 물리적이고, 비-조정가능한 셀 하드웨어의 필요성을 제거할 수 있다. 또한, 보조 전극은 역 도금 사이클과 동기화될 수 있으므로, 추가로 소정의 증착 특성을 만족시킨다.
대안적으로, 보조 전극은 보조 전극의 전압이 접촉 포인트로부터 다른 거리에서 변하도록, 다수의 접촉 포인트를 갖는 세그멘트형 저항성 물질을 구비한다. 이러한 구성은 분리된 음극 접촉 부재의 구성에 대해 대응하는 전위 변화를 제공한다. 효율적인 높은 전위(및 전류)가 음극 접촉 부재의 기판 접촉 포인트에서 제공되며, 효율적인 낮은 전압(및 전류)이 기판/음극 접촉 포인트들 사이의 영역에 제공되도록, 보조 전극의 또다른 변화는 분리된 음극 접촉 핀의 구성에 대응하는 가변형 너비의 전극을 제공한다. 거리가 기판의 에지 및 보조 전극 사이에서 증가될 때, 가변형 너비를 갖춘 보조 전극에 의해서 제공된 효율적인 전압이 감소되기 때문에, 가변형 너비의 보조 전극은 음극 접촉 부재가 위치되는 기판의 에지 및 보조 전극사이의 거리를 기밀하게 한다.
바람직하게, 소모성 양극(90)은 전해질 내에 금속 공급원을 제공하기 위해 콘테이너 바디(42) 내에 배치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 완전히 자체-밀폐식 모듈, 용해성 구리 양극(90)은 콘테이너 바디(42)의 중간부에 위치된다. 모듈 양극은 다공성 덮개(94)로 에워쌓이는 고순도 구리와 같은 금속 입자(92) 또는 금속 와이어, 또는 천공형 또는 고상 금속 시트로 구성된다. 한 실시예에서, 덮개(94)는 금속 입자(92)가 에워쌓여지는 세라믹 또는 중합체 멤브레인과 같은 다공성 물질로 구성된다. 양 전극 콘택(96)은 덮개(94) 내에 삽입되어 금속 입자(92)와 전기 접촉한다. 양 전극 콘택(96)은 양극에 전력을 제공하기 위한 동력 공급부(49)에 연결되며, 티탄, 백금, 백금이 코팅된 스테인레스 스틸과 같은 불용성 전도성 물질로 제조된다. 덮개(94)의 다공성 시트는 필터가 용해 금속에 의해서 발생된 미립자를 둘러쌓여진 양극내에 유지시키기 때문에 입자 없는 전해질을 기판 도금면(54)에 제공하는 필터로서 작용한다. 용해성 구리 양극(90)은 가스를 방출하는 불용성 양극을 사용하는 공정과 다르게 용액 내에 가스 발생이 없는 전해질을 제공하며, 구리 전해질을 계속적으로 보충할 필요성을 최소화한다. 금속 입자(92)는 전극(96)내에 형성되거나, 둘러쌓여진 천공판 또는 와이어 또는 펠릿 형상으로 된다. 이러한 형상은 전해질 유동을 위한 통로 및 높은 표면적을 제공한다. 금속 입자의 높은 표면적은 산소 공진화(oxygen coevolution)를 포함한 산화 부반응 및 양극 분극을 최소로 하며, 주기적인 역 도금 사이클(하기에 상세히 기술됨)의 기판 양극 용해 단계중에 구리 도금에 중간의 전류 밀도를 일으킨다. 만약, 양극상에 추가의 과도한 분해로 인해 전해질에 노출된 작은 표면적을 구비하는 것이 바람직하다면, 절연 물질로 와이어 또는 천공 판 시트의 하향 직면 측부(유동을 항하는 면)를 덮는 것이 바람직하다.
바람직하게도, 양극(90)은 장해 요소를 최소화하고 유지를 용이하게 하기 위해 용이하게 대체될 수 있는 모듈러 유니트이다. 바람직하게도, 양극(90)이 기판 도금면(54, 200㎜ 기판에 대해)으로부터 1 인치 이상, 바람직하게는 4인치 이상의 큰거리로 위치되어, 조립체의 오차, 미립자 유동화 및 양극 용해에 의해 발생된 양극 구리에서 레벨의 변화 효과가 전해질 유동이 기판 표면에 도달할 때 무시될 수 있음을 보장한다.
도 5에는 본 발명의 전기-화학 증착 셀의 대안적인 실시예의 부분 수직 횡단면도가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 도 5에 도시된 실시예는 상술된 전기도금 셀(40)과 유사한 구성부품으로 구성된 위어 플레이터(100, weir plater)이다. 그러나, 콘테이너 바디는 도금면과 거의 같은 높이를 갖는 상부면을 구비하는 상부 환형 위어(weir, 43)를 포함하여, 전해질이 전해질 유출 간극(74)으로부터 그리고 위어(43) 넘어로 오버플로우(overflow)하지 않는 경우에도 상기 도금면은 전해질과 완전히 접촉하게 된다. 대안적으로, 위어(43)의 상부면이 기판 도금면보다 조금 낮게 위치되므로, 기판 도금면은 전해질이 위어(43)를 오버플로우(overflow)할 때 전해질 바로 위로 위치되고, 전해질은 메니스커스(meniscus) 성질(예를들어 모세관 힘)을 통해 기판 도금면에 부착된다. 또한, 보조 전극은 전극이 효과적으로 접촉하도록 전해질 출구에 매우 가깝게 재위치될 필요가 있다.
가변 두께를 갖는 원추형 프로화일 다공성 배리어를 구비하는 유동 조정기(110)는 콘테이너 바디 내에서 양극 및 기판 사이에 배치되어 기판 도금면을 가로지르는 유동 균일성을 향상시킨다. 바람직하게도, 유동 조정기(110)는 기판의 면 전체에 걸쳐 분리된 위치에서 전해질 유동의 선택된 변화를 제공하는데 이용되는 폴리머 또는 세라믹과 같은 다공성 물질을 구비한다. 도 5에는 화살표 A를 따라 기판 도금면 및 다공성 배리어 사이의 전해질 유동이 도시되어 있다. 유동 조정기(110)는 구조물의 중심, 그러므로 웨이퍼의 중심을 향해 점점 얇아져, 이러한 영역을 통해 기판의 중심으로 전해질의 유동이 증가되므로, 기판 도금면을 가로지르는 전해질 유속을 균일하게 한다. 유동 조정기가 없다면, 전해질 출구가 에지부 근처에 위치되기 때문에 전해질 유동은 중심부로부터 에지부로 증가하게 된다. 또한, 콘(cone)형상의 유동 조정기(110)는 기판 표면으로부터 경사지면서, 기판의 에지에서 기판 표면으로부터 가장 멀리 연장된다. 바람직하게도, 상기 유동 조정기의 콘 형상의 경사 및 두께의 증가는 기판 도금면의 크기 및 요구된 전해질 유속에 따라 최적화되어, 기판 도금면을 가로지르는 전해질 유속을 균일하게 한다. 비슷한 효과는 천공판에서도 달성된다. 천공의 크기 및 공간은 소정의 유동 분포를 일으키도록 조절될 수도 있다.
파손된 기판 캐쳐(catcher, 도시되지 않음)는 파손된 기판 부분을 잡도록 콘테이너 바디내에 위치된다. 바람직하게도, 파손된 기판 캐쳐는 메시(mesh), 다공성 판 또는 멤브레인을 포함한다. 상술된 다공성 웨지형 또는 천공판은 상기 목적으로 사용된다.
정제형(refining) 전극(도시되지 않음)은 전해질의 예비-전기분해 및 섬프(sump) 내의 금속 및 다른 화학 증착물의 제거를 위해 섬프(도시되지 않음)에 위치된다. 정제형 전극은 시스템의 필요에 따라 연속적으로 또는 주기적으로 작동된다. 정제형 전극이 구리로 제조되고 양극 분극될 때, 상기 전극은 배쓰(bath) 내에 구리를 보충하는데 이용된다. 그러므로 이러한 외부 전극은 배쓰 내의 구리 농도를 정확하게 조정하기 위해 사용될 수 있다.
기준 전극(도시되지 않음)은 음극, 양극, 및 보조 전극의 분극을 정확하게 결정하는데 사용된다.
전기도금 공정이 완성되면, 전해질은 콘테이너 바디로부터 전해질 저장기 또는 섬프로 배출되며, 가스 나이프(knife)는 기판 도금면상에 남아있는 전해질 막을 제거하는데 사용된다. 상기 가스 나이프는 중공의 양극 전극에 연결된 연장형 에어 튜브 또는 수축형 튜브와 같은 가스 입구를 구비하며, 기판 표면으로 부터 전해질을 밀어내는 가스/유체 분산 또는 가스 흐름(stream)을 제공한다. 가스는 콘테이너 바디(42) 및 기판 호울더(44) 사이의 간극을 통해 공급되어 기판 표면위로 유동한다.
탈이온수 세척 시스템(도시되지 않음)은 전해질이 없도록 기판을 세척(rinse)하기 위해 전기도금 시스템 내에 구성될 수도 있다. 탈이온수 또는 다른 세척 용액의 공급부는 입구(50)에 연결될 수 있으며, 입구 밸브를 통해 선택적으로 도달된다. 전해질이 콘테이너 바디로부터 배출된 후, 탈이온수 또는 다른 세척 용액이 입구(50)를 통해 시스템 내로 펌프되고, 콘테이너 바디를 통해 순환되어 기판 표면을 세척한다. 처리된 기판이 세척되는 동안에, 음극 및 양극 동력 공급부는 셀에서 바람직하게 비활성된다. 탈이온수는 셀에 채워지며, 기판의 표면 전체에 걸쳐 유동하여 기판 표면위에 남아 있는 전해질을 세척한다. 진동 부재는 도금면의 세척을 향상시키기 위해 작동될 수도 있다. 많은 분리된 탈이온수 탱크들은 세척수의 순도를 증가시키기 위해 연속적으로 이용될 수 있다. 하나 이상의 세척 용액 공급부를 사용하면, 세척 사이클은 바람직하게 완성되며, 세척 용액은 다음의 세척용액이 다음의 세척 사이클용 셀속으로 안내되기 전에 셀로부터 완전히 배출된다. 사용된 탈이온수 세척은 세척 용액으로 세척 사이클중에 얻어진 금속 자국(traces)을 제거하거나, 이온 교환 시스템을 통해 사용된 탈이온수를 순환시킴으로써 정화될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 다중 기판 처리 유니트의 실시예의 개략도이다. 다수의 기판(48)들은 기판 호울더(200)상에 장착되며, 정합되는 다수의 콘테이너 바디(202)들은 기판 도금면을 수용하기 위해 위치된다. 콘테이너 바디들은 바람직하게 공동 전해질 저장기(204)를 공유한다. 그러나, 각각의 전기도금 셀(202)은 각 기판의 적절한 처리를 달성하기 위해 각각의 전기도금 시스템 제어기를 구비한다.
도 7에는 다중 기판 배치 처리 유니트(208)의 다른 실시예의 수평 횡단면도가 개략적으로 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전해질 콘테이너 바디(210)는 6각형 드럼으로 구성되지만, 다각형 드럼은 각각의 다각형 면들이 그 위에 기판(48)을 장착시키기에 충분히 큰 경우 이용될 수 있다. 음극 접촉 부재(212)들은 기판 도금면(54)에 전류를 제공하기 위해 다각형의 각면상에 장착된다. 양극(214)은 바람직하게 콘테이너 바디(210)내에 회전 가능하게 장착되는 동심의 다각형 드럼을 포함한다. 대안적으로, 양극(214)은 콘테이너 바디(210)내에 동심으로 장착된 원통형 바디로 구성될 수도 있다. 콘테이너 바디(210)는 기판을 수용하기 위해 다수의 기판 캐비티를 갖는 원통형 바디로 구성될 수 있다. 또한, 다수의 기판들은 다각형의 각 면상에 장착될 수 있다.
다수의 보조 전극(216)들은 다각형의 모서리에서 셀내에 위치된다. 대안적으로, 링 형상 또는 세그멘트형 링 보조 전극(218)은 도 3에 도시된 보조 전극의 정렬과 비슷하게 음극 접촉 부재(212)와 정합하도록 각 기판(48) 주위에 놓여질 수 있다. 바람직하게도, 보조 전극들은 초기 증착 기간이후 저항성 기판 효과가 제거될때 보조 전극의 전류를 점차적으로 감소시킴으로써 기판 위의 전류 분포를 보상하도록 동적으로 조절한다. 다공성 분리기/필터(도시되지 않음)는 미립자들을 트랩(trap)하기 위해 양극 및 음극 사이에 놓여지게 된다.
진동 교반 부재(도시되지 않음)는 기판을 진동하기 위해 콘테이너 바디에 연결될 수 있다. 그러나, 기판 진동은 전해질에 높은 교반을 제공하기 위해 다각형 양극 드럼이 충분히 빠르게 바람직하게 약 5rpm 내지 약 100rpm으로 회전될때 불필요하게 된다. 회전식 다각형 양극은 회전때문에 기판 및 활성 양극 표면사이의 변화하는 거리로 인한 펄스형 또는 과도형(transient) 전력(전압/전류 조합)을 제공한다. 양극이 다각형 형상을 이루기 때문에, 양극이 회전할때, 음극 및 양극 사이의 거리는 양극 다각형 면이 평행면에서 음극 다각형 면과 정렬될 때 최대로 되며, 양극 다각형 모서리가 음극 다각형 면의 중심과 정렬될 때 최소로 되도록 변화된다. 음극 및 양극 사이의 거리가 변화될 때, 양극 및 음극 사이의 전류는 대응하여 변화된다.
다른 실시예에서는 수평으로 위치된 다각형 드럼이 제공된다. 콘테이너 바디는 상부에 하나의 다각형 면을 위치시켜 기판의 장착 및 탈착을 허용하기 위해 수평축 주위로 회전되고, 다른 기판은 여전히 처리된다.
또다른 실시예에서는 이제 음극이 되는 내부 다각형 드럼의 외측 표면상에 장착된 기판을 제공하며, 콘테이너 바디는 양극이 된다. 이러한 구성은 기판의 장착 및 탈착을 용이하게 하기 위해 음극 드럼이 전해질로부터 상승되게 한다.
작동 상태
본 발명의 한 실시예에서, 주기적인 역 전위 및/또는 전류 펄스 또는 간헐적인 펄스 전류가 기판에 전달되어 질량 전달 경계층 두께 및 증착 물질의 입자 크기를 제어한다. 주기적인 역 및 펄스 전류/전위는 증착 두께의 균일성을 향상시킨다. 증착 단계 및 용해 단계의 공정 조건은 소정의 증착 프로파일, 통상적으로 균일한 평탄면을 제공하기 위해 조절될 수 있다. 일반적으로, 도금/증착은 저 전류 밀도가 증착의 균일성을 향상시키기 때문에 상대적으로 긴 간격동안에 상대적으로 저 전류 밀도로 수행되고, 용해는 고전류 밀도가 증착된 피크를 우선적으로 쉐이브(shave) 또는 용해하는 높은 불균일 분포를 야기하기 때문에 상대적으로 짧은 간격동안에 비교적 높은 전류 밀도로 수행된다.
미리-결정된 입자 크기에 대해, 짧은 시간동안 높은 네거티브 전류 밀도(약 0.1 내지 100ms 동안 약 50mA/㎠ 내지 약 180mA/㎠정도)를 포함하는 전류 펄스는 구리 증착의 초기 층을 핵생성시키기 위해 인가되고 증착을 계속 수행하기 위해 장시간 동안 인가되는 일정한 전류 밀도(약 몇분동안에 약 5mA/㎠ 내지 80mA/㎠ 정도)를 수반한다. 증착 간격의 길이는 기판 표면위의 소정의 증착 두께를 얻기 위해 증착 속도에 따라 조절될 수 있다.
높은 종횡비(aspect ratio) 트렌치, 비아 또는 다른 상호연결 미세구조물을 완전히 채우기 위해, 전류 역전 또는 용해 간격이 증착된 금속의 용해를 달성하기 위해 인가될 수도 있다. 용해 간격은 순(net)증착을 보장하기 위해 증착 전류의 전류 밀도보다 큰 전류 밀도로 인가되는 것이 바람직하다. 용해 간격은 증착 공정중에 한번 또는 주기적으로 인가되어 바람직한 결과치를 얻는다. 증착 간격은 많은 짧은 간격으로 분리될 수 있고, 높은 종횡비의 상호연결 미세구조물을 완전히 채우기 위해 대응하는 많은 짧은 간격을 수반한다. 그 후, 일정한 증착 전류 밀도가 필드 전체에 걸쳐 균일한 증착 두께를 달성하기 위해 인가된다. 통상적으로, 증착 사이클은 약 5mA/㎠ 내지 약 40mA/㎠ 사이의 증착 전류 밀도를 포함하고, 약 5mA/㎠ 내지 약 80mA/㎠ 사이의 용해 전류 밀도를 수반한다. 증착 사이클은 높은 종횡비의 미세구조물을 공극 없이 완전히 채우기 위해 반복되며, 선택적으로, 증착 전류 밀도의 최종분은 기판의 도금면 전체에 걸쳐 균일한 필드의 증착 두께를 형성하기 위해 인가된다. 대안적으로, 전류 역전/용해 사이클은 일정한 역전류 밀도 대신에 일정한 역전압을 제공함으로써 달성될 수 있다.
저항성 기판 효과(resistive substrate effect)가 도금 사이클을 시작하는 동안에 지배적이기 때문에, 상대적으로 낮은 밀도, 바람직하게는 약 5mA/㎠이 초기 도금 중에 인가된다. 낮은 전류 밀도는 도금면위로 거의 균일하게 매우 등각의 도금을 제공하며, 전류 밀도는 증착 두께가 증가할때 점차적으로 증가된다. 또한, 도금 공정의 초기 단계 중에 용해용 전류 역전이 인가되지 않으므로, 금속 시드(seed)층은 용해될 위험이 없어진다. 그러나, 전류 역전이 타격 또는 핵생성 목적으로 도입된다면, 역전류 밀도는 적용가능한 금속 시드 층이 용해되지 않는 것을 보장하기 위해 낮은 등급으로 인가된다.
선택적으로, 증착 간격 및 용해 간격 사이의 이완(relaxation) 간격은 고갈된 농도 프로파일을 회복시키고, 증착 성질을 개선시킨다. 예를들어, 전류/전압이 증착 간격 및 용해 간격 사이에 인가되지 않는 이완 간격은 전해질을 상기 공정을 위한 최적의 상태로 되돌아가게 한다.
바람직하게도, 진동 주파수, 펄스 및/또는 주기적인 역 도금, 보조 전극 전류/전압 및 전해질 유동은 최적의 증착 성질을 위해 모두 동기화된다. 예를들어, 동기화(synchronization)의 일 예는 경계 확산층이 증착 동안 최소화되도록 증착 간격 중에만 진동을 제공하고, 용해가 질량 전달 제어 하에서 진행하도록 용해 간격 동안 진동을 제거하는 것이다.
도금 중에 시드층에 대한 금속의 부착성을 개선하기 위해, 매우 짧고 높은 전류 밀도의 타격(strike)이 도금 사이클의 초기에 인가된다. 버블에 관련된 결함을 최소화하기 위해, 상기 타격은 짧게 이루어지며, 전류 밀도는 수소가 발생되는 값을 초과하지 않아야 한다. 이러한 전류 밀도, 바람직하게는 약 100mA/㎠ 내지 약 1000mA/㎠ 의 전류 밀도는 기준 전극에 대해 -0.34V(음극)를 초과하지 않는 과전위에 대응한다. 상이한 전해질을 이용하는 각각의 타격 공정은 금속 도금 물질의 부착을 위해 요구될 수도 있다. 각각의 타격은 상이한 전해질로 각각의 셀에서, 또는 상이한 전해질을 도입하고 제거함으로써 동일한 셀에서 이루어진다. 각각의 타격용으로 이용된 전해질은 금속 농도를 보다 엷게 하며, 시안화-계 포뮬레이션으로 이루어질 수도 있다.
금속 시드층은 전해질의 교환성 전류 밀도(구리의 경우에 약 1mA/㎠)에 의해서 전해질에서의 용해에 민감하다. 예를들어, 1500Å의 구리는 전류가 인가되지 않은 상태에서 전해질에서 약 6분 후에 용해된다. 시드층이 전해질에서 용해되는 위험을 최소화하기 위해, 기판이 전해질에 도입되기 전에 전압이 기판에 인가된다. 대안적으로, 전류는 기판이 전해질과 접촉하게 될 때와 동시에 인가된다. 증착 전류가 기판 도금면에 인가될 때, 증착 전류가 전해질의 평형성 교환 전류 밀도 보다 우세하기 때문에 금속 시드층은 전해질에서 용해로부터 보호된다.
본 발명은 주기적인 역 도금 공정중에 인 시츄 전기평탄화(in situ electroplanarization)를 제공한다. 바람직하게도, 증착 및 용해 단계들이 단일 펄스 또는 연속적으로 빠른 펄스중에 이루어지므로, 공정의 끝에서 트렌치(trench), 비아(via) 및 다른 상호연결 미세구조물들은 완전히 채워지고 평탄화된다. 전기화학적인 평탄화 단계는 용해중에 높은 전류 밀도를 인가하는 단계를 포함한다. 예를들어, 약 300mA/㎠ 의 용해 역전류 밀도가 전기화학적 평탄화 단계로서 약 45초동안 인가되며, 상기 평탄화 단계는 약 0.03㎛의 잔류 딤플를 갖는 거의 평평한 표면을 발생하게 한다. 이러한 전기화학적 평탄화는 화학적 기계 연마(CMP)의 필요성을 감소시키며, 심지어 임의의 적용에서는 CMP의 필요성을 제거한다.
화학
높은 구리 농도(예를들어, 0.5M 이상, 바람직하게는 0.8M 내지 1.2M 사이)를 갖는 전해질이 서브-미크론 미세구조물의 도금에서 발생되는 질량 전달 한계를 극복 하는데 유익하다. 특히, 높은 종횡비를 갖는 서브-미크론 미세구조물은 소량의 전달만을 허용하거나, 전해질 유동을 허용하지 않기 때문에, 이온의 전달은 이들 작은 미세구조물 내에 금속을 증착하기 위해서 확산에만 의존하게 된다. 전해질에서 바람직하게 약 0.8M 이상의 높은 구리 농도는 확산 유속의 크기가 벌크 전해질 농도에 비례하기 때문에, 확산 공정을 향상시키고, 질량 전달 제한을 제거한다. 바람직한 금속 농도는 약 0.8 내지 약 1.2M정도이다. 그러나, 일반적으로, 금속 농도가 높을수록 양호하지만, 금속 염이 석출되는 용해성 한계에 접근하지 않아야 한다.
종래의 구리 도금 전해질은 전해질에 높은 전도성을 제공하기 위해 높은 황산 농도(약 1M)을 포함한다. 높은 전도성은 종래의 구리 전기도금 셀의 셀 구조에 의해서 야기되는 증착 두께의 불균일성을 감소시키는데 필요하다. 그러나, 본 발명(상기 셀 구조를 포함)은 보다 균일한 전류 분포를 제공한다. 이러한 상황에서, 높은 산 농도는 저항성 기판 효과가 높은 전도성 전해질에 의해서 증폭되기 때문에, 증착 균일성을 해롭게 한다. 더욱이, 주기적인 역 사이클중에 용해 단계는 높은 전도성 전해질이 높은 역전류 밀도의 결과로서 불균일성을 증가시키기 때문에, 상대적으로 낮은 전해질 전도성을 필요로 한다. 또한, 지지 전해질의 존재, 예를들어 산 또는 염기는 전술된 바와 같이 양질의 도금에 필수적인 이온성 질량 전달 속도를 낮춘다. 또한, 보다 낮은 황산 농도는 공동 이온 효과의 제거로 인한 높은 황산 구리 농도로 제공한다. 더욱이, 용해성 구리 양극을 위해 낮은 산 농도가 해로운 부식 및 물질의 안정성 문제를 최소화한다. 그래서, 본 발명은 산이 없거나 매우 낮은 산 농도를 갖는 전기도금 용액을 예상한다. 바람직하게 황산 농도는 0(부존재) 내지 약 0.2M 범위이다. 추가로, 순수한 구리 또는 상대적으로 순수한 구리 양극이 이러한 구성에 사용될 수 있다.
황산 구리 이외에도, 본 발명은 질산 구리, 인산구리, 염화구리 등과 같은 염 및, 높은 용해성 및 다른 장점을 제공하는 설파민산 구리, 글루콘산 구리와 같은 황산 구리이외의 구리염을 예상한다.
또한, 본 발명은 증착 성질을 개선시키는 구리 금속 및 구리 이온용으로 보다 좋은 용해성 및 착물화(complexation)를 제공하기 위해 황산 이외의 다른 산을 전해질에 추가하는 것을 예상한다. 이러한 화합물로는 안트라닐산, 아세트산, 구연산, 젖산, 설파민산, 아스코르빈산, 글루콘산, 옥살산, 벤젠디술포닉산, 타르타르산, 및/또는 말산을 포함한다.
본 발명은 역 도금 사이클중에 높은 종횡비 미세구조물의 충진을 향상시키기 위해 비 대칭인 양극 전달 계수(α) 및 음극 전달 계수(β)를 발생시키는 첨가제를 예상한다.
극도로 순수한 물이 기판 도금면을 완전히 젖게 하기 위해 기판 도금면에 도입되어, 작은 미세구조물 내에서의 전기도금 공정을 향상 시킨다. 스팀은 기판 도금면을 미리 젖게하는데 이용될 수 있다.
계면활성제는 용액의 표면장력을 감소시킴으로써 습윤화(wetting)를 증진시킨다. 본 발명에서 예상되는 계면활성제로는 나트륨 크실렌 술포네이트, 폴리에테르(폴리에틸렌 옥사이드), 카르보왁스, 나트륨 벤조에이트, ADMA8 아민, 아도겐(Adogen), 알라민(Alamine), 아마이조(Amaizo), 브리즈(Brij), 크로데스타(Crodesta), 다프랄(Dapral), 다르닐(Darnyl), 디도데실메틸 프로판 술타인, 다우엑스(Dowex), 엠폴(Empol), 에토민(Ethomeen), 에토미드(Ethomid), 에노르데트(Enordet), 제네롤(Generol), 그릴로텐(Grilloten), 헬록시(Heloxy), 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드, 하이아민(Hyamine), 하이소프트(Hysoft), 이게팔(Igepal), 네오돌(Neodol), 옥타데실벤질 프로판 술타인, 올사일 베타인(Olcyl betaine), 페가네이트(Peganate), 플루로닉(Pluronic), 폴리스텝(Polystep), 스판 서파이놀(Span Surfynol), 타몰(Tamol), 테르지톨(Tergitol), 트리톤(Triton), 트릴론(Trilon), 트라일록스(Trylox), 유니톡스(Unithox), 바로닉(Varonic), 바라미드(Varamide), 조닐(Zonyl), 벤질메틸 프로판 술타인, 알킬 또는 아릴 베타인, 알킬 또는 아릴 술타인이 있다.
수준제(levellers)는 증착 두께 균일성을 개선시킨다. 광택제는 결정 구조의 균일성을 증진시킴으로써 증착 표면의 반사율을 개선시킨다. 입자 미세화제는 보다 작은 입자가 증착되게 한다. 수준제, 광택제 및 입자 미세화제는 본 발명에 의해 제공된 낮은 산, 높은 구리 전해질용으로 특별히 포뮬레이트되며 최적화된다. 이러한 화합물을 최적화시켜 본 발명에 사용하는데 있어서, 주기적인 역전류 효과가 또한 고려되어야 한다. 본 발명에서 예상되는 수준제, 광택제 및 입자 미세화제로는 아래의 성분을 포함한다:
소량의 무기 성분: Se, As, In, Ga, Bi, Sb, Ti, 또는 Te의 염으로부터 선택됨; 및/또는
소량의 유기 성분: 아세틸-보조효소, 아미노티올; 아크릴아민, 아조 염료; 알칸 티올, 알록사진; 2-아미노피리미딘; 2-아미노-1,3,4-티아디아졸; 아미노 메틸 티아디아졸; 2-아미노티아디아졸; 3-아미노 1,2,4-트리아졸; 벤질 아세톤, 벤조푸르푸린; 벤조프논, 벤조트리아졸, 히드록시벤조트리아졸, 베티질덴 아세톤, 벤조산, 벤조일 아세트산 에틸 에스테르, 붕산, 카코디릭산, 코르쿠민 파이오닌 Y(Corcumin Pyonin Y); 카르민산; 신남산 알데히드, 코코베타인 또는 데실베타인, 세틸 베타인, 시스테인; 데타팍(DETAPAC); 2',7'-디클로로플루오로세인; 덱스트로스, 디카르복실릭 아미노산; 디펩티드 다이아미노산(카른신=베타 알라닐 히스타딘), 5-p-디메틸아민 벤질덴 로다민(5-p-dimethylamine benzyldene Rhodamine), 5-(p-디메틸아미노-벤질리덴)-2-티오 바르비투릭, 디티존, 4-(p-에톡시프닐라조)-m-페닐렌디-아민, 에톡실화된 테트라메틸 데시네디올, 에톡실화된 사차 암모늄염, 에틸 벤조일 아세테이트, 에톡실화된 베타-나프톨, EDTA, 에반 블루우(Evan Blue); 디에틸렌 트리아민 펜타 아세트산 또는 염, 디에틸렌트리아민 펜타아세테이트, 오나트륨염, 글루카민, 글리세롤 화합물, 디-글리신, 디-글루카민, 트리글리신, 글리코겐, 글루테르 알데히드, 글루탐산, 이의 염 및 에스테르(MSG), 나트륨 글루코헵토네이트, 히드록시벤조트리아졸, 히드록시숙신이미드, 히단토인, 4-(8-히드록시-5-퀴놀릴아조)-1-나프탈렌술폰산, p-(p-히드록시페닐아조)벤젠 술폰산, 인슐린, 히드록시벤즈알데히드, 이미다졸린; 리그노술포네이트; 메티오닌; 메르캅토벤지-이미다졸; 마르티우스 옐로우(Martius Yellow); 2-메틸-1-p-톨리트리아젠, 3-(p-니트로페닐)-1-(p-페닐아조페닐)트리아젠; 4-(p-니트로페닐아조) 레조르시놀, 4-(p-니트로페닐아조)-1-나프톨, OCBA-오르토클로로 벤즈알데히드, 페닐 프로피온산, 폴리옥시에틸렌 알코올, 사차 암모늄 에톡실화된 알코올, 및 이들의 완전한 산 에스테르, 폴리에틸렌이민, 포스파리피드, 술파살리실산, 선형 알킬 술포네이트, 술파아세타미드, 솔로크롬 시아닌(Solochrome cyanin); 당; 소르비톨, 나트륨 글루코헵토네이트, 나트륨 글리세로포스페이트, 나트륨 메르캅토벤조트리아졸; 테트라히드로피라닐 아미드, 티오카르복실 아미드, 티오카르보닐-디-이미다졸; 티오카르바미드, 티오히단토인; 티오닌 아세테이트, 티오살리실산, 2-티올히스타딘, 티오닌, 티오디카르브, 티오글리콜산, 티오디글리콜, 티오디글리콜산, 티오디프로피온산, 티오글리세롤, 디티오벤조산, 테트라부틸암모늄, 티오술폰, 티오술폰산; 티오니코틴아미드, 티오닐 클로라이드 또는 브로마이드; 티오우레아; TIPA; 톨릴트리아졸, 트리에탄올아민; 트리-벤질아민; 4,5,6-트리아미노피리미딘; 크실렌 시아놀.
본 발명의 양호한 실시예가 상술되어 있지만, 상술된 실시예와 다른 실시예가 본 발명의 영역 및 사상을 벗어나지 않으면서 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서 결정된다.

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  32. 반도체 기판의 도금면 상에 금속을 전기화학적으로 도금하는 방법으로서,
    상기 도금면을 음 전극과 전기적으로 연결되게 위치시키는 단계,
    상기 도금면을 양극과 전기적으로 연결되어 있는 전기화학적 도금 용액 내로 침지시키는 단계,
    상기 음 전극과 상기 양극을 경유하여 제 1 기간 동안 상기 도금면에 걸쳐 제 1 전류 밀도를 인가하는 단계, 및
    상기 음 전극과 상기 양극을 경유하여 제 2 기간 동안 상기 도금면에 걸쳐 제 2 전류 밀도를 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 전류 밀도는 상기 제 2 전류 밀도 보다 작은,
    반도체 기판의 도금면 상에 금속을 전기화학적으로 도금하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 1 전류 밀도는 5 mA/㎠인,
    반도체 기판의 도금면 상에 금속을 전기화학적으로 도금하는 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 제 2 전류 밀도는 5 mA/㎠ 내지 40 mA/㎠ 범위인,
    반도체 기판의 도금면 상에 금속을 전기화학적으로 도금하는 방법.
  35. 제 32 항에 있어서,
    0.1초 내지 100초 동안 5 mA/㎠ 내지 80 mA/㎠ 범위의 용해 역전류를 인가하는 단계를 더 포함하는,
    반도체 기판의 도금면 상에 금속을 전기화학적으로 도금하는 방법.
  36. 제 32 항에 있어서,
    상기 도금면을 침지시키는 단계는 상기 도금면을 상기 전기화학적 도금 용액 내에 침지시키는 동안에 상기 기판에 침지 바이어스를 인가하는 단계를 더 포함하는,
    반도체 기판의 도금면 상에 금속을 전기화학적으로 도금하는 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 침지 바이어스는 순방향(forward) 도금 바이어스를 포함하는,
    반도체 기판의 도금면 상에 금속을 전기화학적으로 도금하는 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 순방향 도금 바이어스는 상기 침지 단계중에 상기 기판상의 층이 전해질내에서 용해되는 것을 방지하는,
    반도체 기판의 도금면 상에 금속을 전기화학적으로 도금하는 방법.
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