KR101521470B1 - Method for substantially uniform copper deposition onto semiconductor wafer - Google Patents

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Abstract

앞선 발명들에 기술된, 2 또는 그 이상의 전극들을 갖는 전기화학적 증착 장치에서 실행되는 방법들이 개시된다. 상기 방법들은 도전율이 0.02~0.8S/㎝인 황산구리 기본 전해액내에서 50~900Å의 두께를 갖는 저항성의 구리 시드층을 함유하는 반도체 웨이퍼들상에 2.5% 이하의 WFNU를 갖는 균일한 구리 필름을 제조한다.Disclosed are methods for performing in an electrochemical deposition apparatus having two or more electrodes as described in the foregoing inventions. These methods produce a uniform copper film having a WFNU of 2.5% or less on semiconductor wafers containing a resistive copper seed layer having a thickness of 50-900 A in a copper sulfate basic electrolyte having a conductivity of 0.02 to 0.8 S / cm do.

Figure R1020117008670
Figure R1020117008670

Description

반도체 웨이퍼상에 실질적으로 균일한 구리 증착하는 방법{METHOD FOR SUBSTANTIALLY UNIFORM COPPER DEPOSITION ONTO SEMICONDUCTOR WAFER}[0001] METHOD FOR SUBSTANTIALLY UNIFORM COPPER DEPOSITION ONTO SEMICONDUCTOR WAFER [0002]

본 발명은 일반적으로 ULSI(극초대규모 집적)회로 제조에서 상호접속 구성의 일부로서 얇은 저항성의 시드층을 함유하는 반도체 기판상에 균일한 구리 필름을 전기화학적으로 마련하기 위한 전기화학적 증착방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to an electrochemical deposition process for electrochemically preparing a uniform copper film on a semiconductor substrate containing a thin resistive seed layer as part of an interconnect configuration in ULSI (Very Large Scale Integration) circuit fabrication .

반도체 장치는 트랜지스터와 접속 소자(interconnection elements)를 형성하기 위해 다수의 상이한 처리 단계를 사용하여 반도체 웨이퍼상에 제조되거나 제작된다. 장치 소자 형성시에 반도체 웨이퍼는 반도체 트랜지스터와, 그러한 트랜지스터 단자에 접속하기 위해 요구된 전자 회로망을 형성하기 위해서, 예를 들어, 마스킹, 에칭, 및 증착처리를 수행할 수 있다. 특히, 셸로우 트랜치(shallow trench), 트랜지스터 웰(transister well), 게이트, 폴리-실리콘 라인, 및 비아와 트랜치와 같은 접속 라인 구조를 형성하기 위해 복합 마스킹(multiple masking), 이온 주입, 어닐링, 및 플라즈마 에칭과 화학적 및 물리적 기상 증착 단계가 행해질 수 있다.
Semiconductor devices are fabricated or fabricated on semiconductor wafers using a number of different processing steps to form transistors and interconnection elements. Upon formation of device elements, the semiconductor wafers may be subjected to, for example, masking, etching, and deposition processes to form semiconductor transistors and the required electronic circuitry for connection to such transistor terminals. In particular, multiple masking, ion implantation, annealing, and the like are used to form connection line structures such as shallow trenches, transistor wells, gates, poly-silicon lines, and vias and trenches. Plasma etching and chemical and physical vapor deposition steps may be performed.

비아(via) 및 트랜치가 형성된 후에, 상기 트랜지스터 밑에 전기적으로 접속하기 위해 도전 물질이 이러한 구조내부로 증착된다. 다음으로 요구되는 회로망내부에 도전 구조를 형성하기 위해서 초과 도전 물질이 제거된다. ULSI(극초대규모 집적)회로 제조동안 도전 라인을 형성할 때, 얇은 저항성의 시드층을 함유하는 기판상으로 주로 구리인, 금속층의 전기화학적 증착이 수행된다. 이러한 증착 처리는 비아 구조, 트랜치 구조 또는 이들의 조합된 구조를 충진하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 구조들이 충진될 때, 반도체 웨이퍼의 표면을 피복하는 필름을 형성하기 위해서 구리가 연속적으로 증착된다. 제품라인의 단자에 장치에서 장치로 동등한 전기적 수행을 달성하기 위해서, 초과 도전 구리를 제거하기 위해서 일반적으로 평탄화 단계(CMP)와 같은 후속하는 처리 단계는 높은 수준의 균일성을 요구하기 때문에, 균일한 최종 구리 필름이 중요하다. 평균 필름 두께에 대한 필름 두께의 기본 편차의 비인 필름내 불균일성(WFNU, within film non-uniformity)은, 일반적으로 개선된 처리 기술에서 2.5% 아래로 제어된다.
After vias and trenches are formed, a conductive material is deposited into this structure to electrically connect beneath the transistor. The excess conductive material is then removed to form a conductive structure within the next required network. When forming a conductive line during ULSI (Very Large Scale Integration) circuit fabrication, electrochemical deposition of a metal layer, which is predominantly copper on a substrate containing a thin resistive seed layer, is performed. This deposition process can be used to fill a via structure, a trench structure, or a combination thereof. When these structures are filled, copper is continuously deposited to form a film that covers the surface of the semiconductor wafer. Since subsequent processing steps, such as the planarization step (CMP), generally require a high level of uniformity in order to achieve equivalent electrical performance from the device to the device at the terminals of the product line in order to remove excess conductive copper, The final copper film is important. The film non-uniformity (WFNU), which is the ratio of the basic deviation of the film thickness to the average film thickness, is generally controlled to be below 2.5% in the improved processing technique.

큰 WFNU는 Cu 폴리싱의 종료후에 국지적인 Cu 잔류 또는 초과 유전 물질 손실 중 어느 하나의 야기를 통해 후속하는 CMP 처리단계상에 부정적인 효과를 갖는다. 만일 폴리싱동안 동일한 양의 Cu가 웨이퍼를 가로질러 고르게 제거되면, 웨이퍼의 주변을 둘러싼 초기 더 두꺼운 Cu 필름은 Cu 또는 베리어 잔류물이 그곳에 남아있도록 야기하고, 이러한 불완전한 제거 처리는 상기 장치의 전기적 단락을 초래한다. 웨이이퍼 주변상에 Cu 또는 베리어 물질을 제거하기 위해서 많은 양의 오버-폴리싱이 가해지면, 유전 물질의 황 초과 손실 웨이퍼 중심 근처 영역, 트랜치 및 비아의 높이를 저하하는, 웨이퍼를 가로지르는 상호접속 라인사이에 상이한 전기적 저항을 야기한다. 양쪽의 효과는 실질적으로 장치의 수율에 영향을 미칠 수 있다.
The large WFNU has a negative effect on subsequent CMP processing steps through either local Cu residual or excess dielectric material loss after the end of Cu polishing. If the same amount of Cu is evenly removed across the wafer during polishing, the initial thicker Cu film surrounding the periphery of the wafer will cause Cu or barrier residues to remain there, and this incomplete removal process will result in an electrical short of the device . If a large amount of over-polishing is applied to remove the Cu or barrier material on the wafer periphery, the excess sulfur loss of the dielectric material will cause the area near the wafer center, the interconnect line across the wafer Resulting in different electrical resistances. Both effects can substantially affect the yield of the device.

웨이퍼 사이즈가 200㎜~300㎜로 이동하고, 제조기술의 모든 세대가 개선되어 시드층 두께가 연속적으로 감소함에 따라, 반도체 웨이퍼의 표면상의 시드층의 옴 저항(ohmic resistance)은 현저히 증가한다. 때때로 도금으로서 인용되는,종래의 전기화학적 증착 처리에서, 전원소스는 전기적 전류 또는 전위를 단일 작동 전극과 시드층을 보유하는 웨이퍼 표면에 공급한다. 웨이퍼 기판, 작동 전극, 전원 공급, 및 전해액은 전해조(electrilytic cell)를 형성한다. 저항성의 시드층을 가로지르는 전류 밀도는 불균일하고, "터미널 효과"라 불리는 현상에 의해 기판 주변에서 더 높아진다. 이러한 전류 불균일은 반도체 웨이퍼의 가장자리에 더 높은 도금 속도와 반도체 웨이퍼의 중심부에 더 낮은 도금 속도를 야기하고, 반도체 웨이퍼의 표면상에 증착된 구리 필름의 분균일한 두께를 야기한다. 터미널 효과는 더 작아진 시드층 두께와 더 커진 웨이퍼 사이즈에서 보다 많이 제기된다. 가장 심각한 구현예에서, 증착은 단지 웨이퍼 주변에 발생한다.
The ohmic resistance of the seed layer on the surface of the semiconductor wafer significantly increases as the wafer size moves from 200 mm to 300 mm, and all generations of the manufacturing technology are improved to continuously decrease the seed layer thickness. In conventional electrochemical deposition processes, sometimes referred to as plating, a power source supplies an electrical current or potential to a wafer surface that holds a single working electrode and seed layer. The wafer substrate, working electrode, power supply, and electrolyte form an electrolytic cell. The current density across the resistive seed layer is nonuniform and becomes higher around the substrate due to a phenomenon called "terminal effect ". This current unevenness causes a higher plating rate at the edge of the semiconductor wafer and a lower plating rate at the center of the semiconductor wafer, resulting in a uniform thickness of the copper film deposited on the surface of the semiconductor wafer. Terminal effects are more pronounced in smaller seed layer thicknesses and larger wafer sizes. In the most severe embodiment, deposition occurs only around the wafer.

도 3a-3d에 나타난 바와 같이, 상기 터미널 효과는 상대적인 더 낮은 산 함유를 갖는 전해질 용액을 이용함으로써 감소될 수 있다. 그러나, 기술발전에 따라, 낮은 산 전해액만으로는 터미널 효과의 결과로 불균일한 도금을 해결하지 못한다. 도 3c-3d에 나타난 바와 같이, 종종, 이러한 불균일성은 더 높은 두께를 가진 필름을 행함으로서 개선될 수 있으나; 이것은 처리 장비의 생산성을 엄격하게 한정하고, 연속적인 평탄화 단계에서 과잉 물질을 제거하기 위한 비용을 극격히 높인다.
As shown in Figures 3a-3d, the terminal effect can be reduced by using an electrolyte solution having a relatively lower acid content. However, with advances in technology, low acid electrolytes alone can not resolve non-uniform plating as a result of the terminal effect. As shown in Figures 3c-3d, this non-uniformity can often be improved by doing films with higher thicknesses; This severely limits the productivity of the processing equipment and greatly increases the cost of removing excess material in the subsequent planarization step.

앞선 특허들에서, 터미널 효과에 의해 야기된 불균일성 문제를 해결하기 위해서 처리 장치 내에 세려된 고안들이 포함되었다. 미국특허 US 6,391,166(1999.01.15)호는 매우 얇은 시드층을 가진 반도체 웨이퍼상에 불균일한 도금속도를 전극들의 시스템이 극복하는 독립된 파워 조절을 이용하는 도금장치와 방법을 개시한다. 미국특허 US 6,755,954(2001.01.29)호는 상대적으로 작은 두께 편차를 가진 구리 필름의 전기도금 장치와 방법을 개시한다. 이것은 400Å 두께 시드층을 함유하는 300㎜ 웨이퍼상에 394Å 두께 편차를 갖진 0.6㎛(6000Å) 구리 필름을 형성하는 예를 보여준다.In earlier patents, designs addressed within processing devices have been incorporated to address the non-uniformity problems caused by terminal effects. U.S. Patent No. 6,391,166 (Jan. 15, 1999) discloses a plating apparatus and method that utilizes independent power regulation wherein the system of electrodes overcomes a non-uniform plating rate on a semiconductor wafer with a very thin seed layer. U.S. Patent No. 6,755,954 (Jan. 29, 2001) discloses an electroplating apparatus and method of copper film having a relatively small thickness deviation. This shows an example of forming a 0.6 탆 (6000 Å) copper film having a thickness variation of 394 Å on a 300 mm wafer containing a 400 Å thick seed layer.

본 발명은 다전극을 가진 전기화학적 증착 장치 적용된 방법과 전기적 파워 제어의 시스템을 개시한다. 이러한 장치는 본 발명내의 문서와 도면을 통해 "상기 장치"로 인용된다. 이러한 장치의 예는 앞선 미국 특허 번호 6,391,166호 및 PCT 특허 출원번호 PCT/CN2007/071008호에 기술되어 있다.
The present invention discloses a method applied to an electrochemical deposition apparatus having multiple electrodes and a system of electric power control. Such a device is referred to as "the device" through the documents and drawings in the present invention. Examples of such devices are described in the aforementioned U.S. Patent No. 6,391,166 and PCT Patent Application No. PCT / CN2007 / 071008.

개시된 방법은 0.02~0.8S/㎝ 범위의 도전율을 가진 황산구리 기본 전해액내에서 50~900Å의 두께를 가진 시드층을 함유하는 웨이퍼를 도금하는데 적용된다.
The disclosed method is applied to plating wafers containing a seed layer having a thickness of 50 to 900 A in a basic copper sulfate electrolyte having a conductivity in the range of 0.02 to 0.8 S / cm.

개시된 방법은 350Å 시드층상에 0.33%(42Å의 편차)만큼 작은 필름 불균일성내의 전기화학적으로 도금된 구리 필름이, 선행된 특허에서 개시된 것보다 적은 회수로 제조된다.The disclosed method produces an electrochemically plated copper film within film unevenness as small as 0.33% (a deviation of 42 ANGSTROM) on a 350Å seed layer, with fewer recoveries than those disclosed in the preceding patents.

도 1은 본 방법이 수행되는 앞선 발명내에 상기 장치를 도식화한 것이다.
도 2는 단일-전극 도금 장치의 부분을 도식화한 것이다.
도 3a-3d는 단일-전극 도금장치로부터 증착 프로파일을 보여낸다.
도 4는 앞선 발명에 개시된 두개의 전극을 가진 도금 장치의 부분을 도식화한 것이다.
도 5a 및 5b는 두개의 전극 도금 장치에 적용된 파형 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 6a 및 6b는 두개의 전극 장치로부터 증착 프로파일을 보여준다.
도 7은 앞선 발명에 개시된 세개의 전극을 가진 도금 장치의 부분을 도식화한 것이다.
도 8a 및 8b는 세개의 전극도금 장치에 적용된 파형 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 9a 및 9b는 세개의 전극 장치로부터 증착 프로파일을 보여준다.
도 10은 앞선 발명에 개시된 네개의 전극을 가진 도금 장치의 부분을 도식화한 것이다.
도 11a 및 11b는 네개의 전극도금 장치에 적용된 파형 다이어그램을 나타낸 것이다.
도 12a 및 12b는 네개의 전극 장치로부터 증착 프로파일을 보여준다.
도 13은 열개-전극 장치로부터 증착 프로파일을 보여준다.
도 14는 예측된 증착 프로파일을 보여준다.
Figure 1 schematically depicts the device in the prior invention in which the method is performed.
Figure 2 is a schematic representation of a portion of a single-electrode plating apparatus.
Figures 3a-3d show the deposition profiles from a single-electrode plating apparatus.
4 is a schematic view of a portion of a plating apparatus having two electrodes disclosed in the foregoing invention.
5A and 5B show waveform diagrams applied to the two electrode plating apparatuses.
6A and 6B show deposition profiles from two electrode devices.
7 is a schematic view of a portion of a plating apparatus having three electrodes as disclosed in the foregoing invention.
8A and 8B show waveform diagrams applied to the three electrode plating apparatuses.
Figures 9a and 9b show the deposition profiles from three electrode devices.
10 is a schematic view of a portion of a plating apparatus having four electrodes disclosed in the foregoing invention.
11A and 11B show waveform diagrams applied to four electrode plating apparatuses.
12A and 12B show deposition profiles from four electrode devices.
Figure 13 shows the deposition profile from a de-electrode device.
Figure 14 shows the predicted deposition profile.

본 발명은 다전극과 전기적 전원 제어의 시스템을 가진 전기화학적 증착 장치에 적용된 방법을 개시한다. 개시된 방법은 0.02~0.8S/㎝ 범위의 도전율을 가진 황산구리 기본 전해액내에서 50~900Å의 두께를 가진 시드층을 함유하는 웨이퍼를 도금하는데 적용한다. 개시된 방법은 미국 특허 6391166호에 개신된 장치에서 행해진 것이다.
The present invention discloses a method applied to an electrochemical deposition apparatus having a system of multi-electrode and electric power source control. The disclosed method is applied to plating a wafer containing a seed layer having a thickness of 50 to 900 ANGSTROM in a copper sulfate basic electrolyte having a conductivity in the range of 0.02 to 0.8 S / cm. The disclosed method is carried out in an apparatus as recited in U.S. Patent No. 6391166. [

본 발명의 방법은:The method of the present invention comprises:

1~20LPM의 유입속도로 황산구리 기본 전해액을 상기 장치내로 도입하는 단계;Introducing a basic copper sulfate basic electrolyte into the apparatus at an inlet rate of 1 to 20 LPM;

웨이퍼에 전기적 도전 패스를 갖는 반도체 웨이퍼 홀더에 반도체 웨이퍼를 이송하는 단계;Transferring a semiconductor wafer to a semiconductor wafer holder having an electrically conductive path to the wafer;

웨이퍼에 작은 바이어스 전압을 공급하는 단계;Supplying a small bias voltage to the wafer;

전해액안으로 웨이퍼를 회수하고, 상기 웨이퍼의 전면이 상기 전해액과 완전히 접촉하는 단계;Withdrawing the wafer into the electrolytic solution, and completely contacting the entire surface of the wafer with the electrolytic solution;

각 전극에 전기적 전류를 공급하는 단계; 요구된 시간에 일정 전압 모드부터 일정 전류 모드까지 전극 스위치에 연계된 전원 공급단계;Supplying an electric current to each electrode; A power supply step associated with the electrode switch from a constant voltage mode to a constant current mode at a required time;

바람직하게 결합된 전류(combinded current)는 2~10A이고, 전극들 사이의 전류 밀도의 비는 0.5:1~300:1인, 각 전극상에 상대적인 작은 값의 전류 또는 전위를 공급하는 단계; Providing a relatively small current or potential on each electrode, wherein the combinded current is between 2 and 10 A and the ratio of current density between the electrodes is between 0.5: 1 and 300: 1;

바람직하게 결합된 전류(combinded current)는 10~40A이고, 전극들 사이의 전류 밀도의 비는 0.5:1~300:1인, 각 전극상에 상대적인 큰 값의 전류 또는 전위를 공급하는 단계;Providing a relatively large current or potential on each electrode, wherein the combinded current is between 10 and 40 A and the ratio of current density between the electrodes is between 0.5: 1 and 300: 1;

작은 바이어스 전압 모드로 전원 공급을 스위칭하고 이것을 상기 반도체 웨이퍼에 적용하는 단계;Switching the power supply to a small bias voltage mode and applying it to the semiconductor wafer;

전해액의 외부로 웨이퍼를 회수하는 단계를 포함한다.And recovering the wafer from the outside of the electrolytic solution.

전원 공급을 중지하고 웨이퍼 표면상에서 잔여 전해액을 세척하는 단계를 포함한다.
Stopping the power supply and cleaning the remaining electrolyte on the wafer surface.

위의 6 및 7 단계에서 각 전극상의 전류 분배와 전극들 사이의 전류 밀도의 비는 사용된 전극의 수와 전해액의 도전율에 따라 좁아진 범위에서 달라진다. 후속하는 구현예에서, 이러한 범위는 특정 개수의 전극과 특정 전해액 도전율을 가진 장치에 명시된다. In the above steps 6 and 7, the ratio of the current distribution on each electrode to the current density between the electrodes varies in the narrowed range depending on the number of electrodes used and the conductivity of the electrolyte. In a subsequent embodiment, this range is specified for a particular number of electrodes and for devices having a particular electrolyte conductivity.

일구현예에서, 0.02~0.2S/㎝의 전해액 도전율을 갖는 두개 전극을 포함하는 상기 장치에 적용된 방법이 개시된다.In one embodiment, a method applied to the apparatus comprising two electrodes having an electrolyte conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm is disclosed.

일구현예에서, 0.2~0.8S/㎝의 전해액 도전율을 갖는 두개 전극을 포함하는 상기 장치에 적용된 방법이 개시된다.In one embodiment, a method applied to the apparatus comprising two electrodes having an electrolyte conductivity of 0.2 to 0.8 S / cm is disclosed.

일구현예에서, 0.02~0.2S/㎝의 전해액 도전율을 갖는 세개 전극을 포함하는 상기 장치에 적용된 방법이 개시된다.In one embodiment, a method applied to the apparatus comprising three electrodes having an electrolyte conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm is disclosed.

일구현예에서, 0.2~0.8S/㎝의 전해액 도전율을 갖는 세개 전극을 포함하는 상기 장치에 적용된 방법이 개시된다.In one embodiment, a method applied to the apparatus comprising three electrodes having an electrolyte conductivity of 0.2 to 0.8 S / cm is disclosed.

일구현예에서, 0.02~0.2S/㎝의 전해액 도전율을 갖는 네개 전극을 포함하는 상기 장치에 적용된 방법이 개시된다.In one embodiment, a method applied to the apparatus comprising four electrodes having an electrolyte conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm is disclosed.

일구현예에서, 0.2~0.8S/㎝의 전해액 도전율을 갖는 네개 전극을 포함하는 상기 장치에 적용된 방법이 개시된다.In one embodiment, a method applied to the apparatus comprising four electrodes having an electrolyte conductivity of 0.2 to 0.8 S / cm is disclosed.

일구현예에서, 0.02~0.2S/㎝의 전해액 도전율을 갖는 열개 전극을 포함하는 상기 장치에 적용된 방법이 개시된다.In one embodiment, a method applied to the apparatus is disclosed that includes a tenor electrode having an electrolyte conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm.

일구현예에서, 0.2~0.8S/㎝의 전해액 도전율을 갖는 열개 전극을 포함하는 상기 장치에 적용된 방법이 개시된다.
In one embodiment, a method applied to the apparatus is disclosed that includes a tenor electrode having an electrolyte conductivity of 0.2 to 0.8 S / cm.

단일 전극(201)을 가진 종래의 도금 장치가 도 2에 도시되어 있다. 도 3a 내지 3d는 상기 단일 전극 전기 도금장치를 갖는 300㎜ 반도체 웨이퍼의 표면위의 증착 프로파일이다. 보다 상세하게, 도 3a 및 3b는 각각 낮고 높은 도전 전해액에서 350~900Å로 변화하는 시드층 두께를 가진 상기 반도체상에 3000Å 두께 필름의 증착 프로파일을 도시한 것인 반면, 도 3c 및 도 3d는 각각 낮고 높은 도전 전해액에서 350Å 두께 시드층을 가진 상기 반도체상에 3000~6000Å로 변화하는 두께를 갖는 증착 프로파일을 도시한 것이다.A conventional plating apparatus having a single electrode 201 is shown in Fig. Figures 3a-3d are deposition profiles on the surface of a 300 mm semiconductor wafer with the single-electrode electroplating apparatus. More specifically, Figures 3a and 3b show the deposition profile of a 3000 A thick film on the semiconductor with a seed layer thickness varying from 350 A to 900 A in a low and high conducting electrolyte, respectively, whereas Figures 3C and 3D show the deposition profiles Lt; RTI ID = 0.0 > 3000A < / RTI > to 6000A on the semiconductor with a 350A thick seed layer in a low and high conducting electrolyte.

도 3a 내지 3d의 두께 프로파일로부터 계산된 WFNU 값이 표 1에 나타내었다. 시드층이 얇을 때 반도체 웨이퍼의 표면상의 균일한 Cu 필름을 증착하는 것은 현저한 어려움을 알려주는, WFNU 값은 시드층의 두께 감소에 따라 증가한다. 그리고, 시드층의 두께가 700Å보다 작으면, 2.5%보다 작은 WFNU 값은 단일 전극을 가진 종래의 전기도금에 의해 더 이상 달성될 수 없다. 이러한 상황은 전해액의 도전율이 증가할 때 악화된다.The WFNU values calculated from the thickness profiles in FIGS. 3A-3D are shown in Table 1. The WFNU value, which indicates a significant difficulty in depositing a uniform Cu film on the surface of a semiconductor wafer when the seed layer is thin, increases with decreasing thickness of the seed layer. And, if the thickness of the seed layer is less than 700 ANGSTROM, a WFNU value of less than 2.5% can no longer be achieved by conventional electroplating with a single electrode. This situation deteriorates as the conductivity of the electrolyte increases.

시드층 두께Seed layer thickness 저도전 전해액-WFNUElectrolyte-WFNU 고도전 전해액-WFNUHigh Conductivity Electrolyte - WFNU 350Å350 Å 3.72%3.72% 13.91%13.91% 550Å550 Å 2.95%2.95% 11.45%11.45% 700Å700 Å 2.58%2.58% 10.19%10.19% 900Å900 Å 2.21%2.21% 8.94%8.94%

도 3c 내지 3d에 나타난 바와 같이, 동일 350Å-두께 시드층상에서, WFNU는 도금 도께가 증가하면 향상된다. 해당되는 값은 표 2에 나타내었고, 이러한 효과는 두꺼워진 필름의 감소된 옴 저항이 증착 처리 동안 터미널 효과를 줄이는 사실에 인한 것이다. WFNU 값은 5000Å보다 작은 도금 두께에서 2.5%보다 더 커지고, 고도전율 전해액의 구현예에서 2.5%보다 훨씬 더 커진다. 증가하는 도금 두께는 WFNU를 더 향상시킬 수 있지만, IC 처리 흐름의 후속하는 CMP 단계에서 이러한 과잉 도금된 Cu를 제거하기 위해 결부된 높은 비용은 매우 두꺼운 필름을 증착하는 것을 금한다. As shown in FIGS. 3C-3D, on the same 350 A-thick seed layer, the WFNU is improved as the plating degree increases. The corresponding values are shown in Table 2 and this effect is due to the fact that the reduced ohmic resistance of the thickened film reduces the terminal effect during the deposition process. The WFNU value is greater than 2.5% at plating thicknesses of less than 5000 ANGSTROM and much greater than 2.5% in embodiments of high conductivity electrolytic solutions. The increased plating thickness can further improve the WFNU, but the high cost associated with removing this excess plated Cu in subsequent CMP steps of the IC process flow prohibits depositing a very thick film.

증착 두께Deposition thickness 저도전 전해액-WFNUElectrolyte-WFNU 고도전 전해액-WFNUHigh Conductivity Electrolyte - WFNU 3000Å3000 Å 3.72%3.72% 13.91%13.91% 4000Å4000 Å 2.98%2.98% 11.25%11.25% 5000Å5000 Å 2.48%2.48% 9.93%9.93% 6000Å6000 Å 2.12%2.12% 8.83%8.83%

본 발명에서, 더 얇은 시드(350Å)와 도금 두께(3000Å)는 앞으로 모든 분석에 사용된다. 이 조합은 개시된 방법들의 높은 민감성을 준다.
In the present invention, a thinner seed (350 ANGSTROM) and a plating thickness (3000 ANGSTROM) are used in all future analyzes. This combination gives a high sensitivity of the disclosed methods.

구현예 1Embodiment 1

본 발명의 일구현예에서, 도 4에 도시된 장치에서 행해진 반도체 웨이퍼의 표면상에 구리 필름의 균일한 증착을 위한 개시된 방법은 도 1에 도시된 발명의 구현예로서; 상기 장치는 동일하거나 상이한 수직 높이에 위치될 수 있는 제1전극(401a)와 제2전극(401b)으로 이루어지고, 제1전극의 영역이 모든 전극의 전체 영역의 50~90%이고, 반도체 웨이퍼의 영역에 대한 모든 전극의 전체 영역의 비가 0.85보다 크다. 방법은 다음의 단계의 세트로 이루어진다:In one embodiment of the present invention, the disclosed method for uniform deposition of a copper film on the surface of a semiconductor wafer performed in the apparatus shown in Fig. 4 is an embodiment of the invention shown in Fig. 1; The device comprises a first electrode 401a and a second electrode 401b which can be positioned at the same or different vertical heights, and the area of the first electrode is 50 to 90% of the entire area of all the electrodes, The ratio of the total area of all the electrodes to the area of the electrode is greater than 0.85. The method comprises a set of the following steps:

1단계: 개별적으로 각 전극을 위한 작동영역에서 유속을 제어하기 위한 유량 제어기(flow controller)(423a, 423b)를 개방; 401a의 작동영역에서 유속은 5~20LPM의 범위내이고, 401b의 작동영역에서는 1~15LPM이다. 본 발명의 일구현예에서, 유량 제어기(423a, 423b)는 동시에 작동된다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 유량 제어기(423a, 423b)는 다른 시간에 작동된다. Step 1: open the flow controllers 423a and 423b for controlling the flow rate individually in the operating region for each electrode; The flow rate in the operating range of 401a is in the range of 5 to 20 LPM and in the operating range of 401b is 1 to 15 LPM. In one embodiment of the invention, the flow controllers 423a, 423b are operated simultaneously. In another embodiment of the present invention, the flow controllers 423a, 423b are operated at different times.

2단계: 장치내에서 시드층을 함유하는 반도체 웨이퍼를 웨이퍼 홀더(421)로 이송; 웨이퍼 홀더는 반도체 웨이퍼의 시드층에 접촉하는 전기적 도전 통로를 갖는다.Step 2: transferring the semiconductor wafer containing the seed layer to the wafer holder 421 in the apparatus; The wafer holder has an electrically conductive path in contact with the seed layer of the semiconductor wafer.

3단계: 상기 반도체 웨이퍼에 0.01~10V 범위내의 작은 바이어스 전압 공급.Step 3: Supply a small bias voltage within the range of 0.01 to 10 V to the semiconductor wafer.

4단계: 웨이퍼 전면이 와전히 전해액내에 침전될 때까지, 전해액과 접촉되고, 웨이퍼 홀더에 의해 고정된, 반도체 웨이퍼를 회수.Step 4: The semiconductor wafer is brought into contact with the electrolytic solution and fixed by the wafer holder until the entire surface of the wafer is precipitated in the electrolytic solution.

5단계: 전극(401a 및 401b)에 전류를 공급하고, 전극(401a)에 양 전위 및 전극(401b)에 양 또는 음 전위를 유지(각 전극상의 전위의 표시는 본문을 통해 웨이퍼에 상대적으로 정의된다); 전극(401a)의 작동 전류는 5~20A이고, 전극(401b)의 작동 전류는 0.01~10A이다. 전극(201b)에 대한 전극(401a)상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이다. 반도체 웨이퍼(422)의 표면상에 비아 및 트랜치를 충진하기 위해서 이 단계는 5~30초동안 지속된다. 본 발명의 일구현예에서, 전극들(401a 및 401b)에 연계된 전원 공급은 일정한 전압 모드에서 일정한 전류 모드로 동시에 스위치한다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 전극들(401a 및 401b)에 연계된 전원 공급은 일정한 전압 모드에서 일정한 전류 모드로 다른 시간에 스위치한다.Step 5: A current is supplied to the electrodes 401a and 401b, and positive and negative potentials are maintained on the electrode 401a and the electrode 401b, respectively (the indication of the potential on each electrode is defined relative to the wafer through the body) do); The operating current of the electrode 401a is 5 to 20 A and the operating current of the electrode 401b is 0.01 to 10 A. The ratio of the current density on the electrode 401a to the electrode 201b is 1: 1 to 300: 1. This step lasts for 5 to 30 seconds to fill the vias and trenches on the surface of the semiconductor wafer 422. In one embodiment of the present invention, the power supply associated with electrodes 401a and 401b switches simultaneously in a constant voltage mode to a constant current mode. In another embodiment of the invention, the power supply associated with electrodes 401a and 401b switches at a constant voltage mode and at a different time in a constant current mode.

6단계: 전극들(401a 및 401b)에 연계된 전원 공급은 전극(401a)상에 양전위와, 전극(401b)상에 양 또는 음전위를 제어; 전극(401a)상의 작동 전류는 15~40A이고, 전극(401b)상의 작동 전류는 0.01~20A이다. 전극(401b)에 대한 전극(401a)상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이다. 이 단계는 전극들(401a 및 401b)상에 상대적인 큰 전기적 전류를 적용하여 전기화학적 증착의 효율을 증가시킨다. 이 단계는 요구된 증착 두께가 달성되면 종료한다.Step 6: The power supply connected to the electrodes 401a and 401b controls the positive potential on the electrode 401a and the positive or negative potential on the electrode 401b; The operating current on the electrode 401a is 15 to 40 A and the operating current on the electrode 401b is 0.01 to 20 A. [ The ratio of the current density on the electrode 401a to the electrode 401b is 1: 1 to 300: 1. This step increases the efficiency of the electrochemical deposition by applying a relatively large electrical current on the electrodes 401a and 401b. This step ends when the required deposition thickness is achieved.

7단계: 상기 반도체 웨이퍼상에 작은 바이어스 전압을 공급. 본 발명의 일구현예에서, 전극들(401a 및 401b)은 일정한 전류 모드에서 일정한 전압 모드로 동시에 스위치된다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 전극들(401a 및 401b)은 일정한 전류 모드에서 일정한 전압 모드로 다른 시간에 스위치된다.Step 7: Supplying a small bias voltage on the semiconductor wafer. In one embodiment of the invention, electrodes 401a and 401b are simultaneously switched to a constant voltage mode in constant current mode. In another embodiment of the present invention, electrodes 401a and 401b are switched at a constant current mode and at a different time to a constant voltage mode.

8단계: 전해액의 외부로 반도체 웨이퍼를 회수하고 웨이퍼 표면상에 남겨진 잔류 전해핵을 스핀오프.Step 8: The semiconductor wafer is recovered to the outside of the electrolyte and the remaining electrolytic nuclei left on the wafer surface are spun off.

상기 5단계 및 6단계에서, 전극(401b)상 전위의 표시는 전기화학적 증착 조건(condition)에 근거되어 양 또는 음전위로 결정된다. 예를 들어, 도 5a에 나타난 바와 같이, 전해액의 도전율이 낮고 반도체 웨이퍼상의 도전층이 두꺼우면, 전극들(401a 및 401b) 모두에 양전위가 적용된다; 도 5b에 나타난 바와 같이, 전해액의 도전율이 높고 웨이퍼상의 도전층의 얇으면, 전극(401a)에 양전위가 적용되고, 전극(401b)에 음전위가 적용된다.In the above steps 5 and 6, the indication of the potential on the electrode 401b is determined as a positive or negative potential based on the electrochemical deposition condition. For example, as shown in FIG. 5A, if the conductivity of the electrolyte is low and the conductive layer on the semiconductor wafer is thick, a positive potential is applied to both electrodes 401a and 401b; As shown in Fig. 5B, when the conductivity of the electrolytic solution is high and the conductive layer on the wafer is thin, a positive potential is applied to the electrode 401a and a negative potential is applied to the electrode 401b.

0.02~0.2S/㎝ 도전율과 0.2~0.8S/㎝ 도전율을 갖는 전해액내에서 200~2000Å 두께 시드층을 함유하는 300㎜반도체 웨이퍼상에 균일한 구리 필름을 도금하는 5단계에 사용된 전류 밀도의 비와 개별 전극상의 전위 표시의 상세한 세트가 표 3에 나타나 있다:The current density used in the fifth step of plating a uniform copper film on a 300 mm semiconductor wafer containing a seed layer of 200-2000 A thickness in an electrolyte solution having a conductivity of 0.02-0.2 S / cm and a conductivity of 0.2-0.8 S / A detailed set of ratios and potential indications on individual electrodes are shown in Table 3:

전극(201a)의 표시The display of the electrode 201a 전극(201b)의 표시The display of the electrode 201b 전류밀도 비
(201a:201b)
Current density ratio
(201a: 201b)
도전율
0.02~0.2S/㎝
Conductivity
0.02 to 0.2 S / cm
++ ++ 1:1~30:11: 1 to 30: 1
++ -- 15:1~30:115: 1 to 30: 1 도전율
0.2~0.8S/㎝
Conductivity
0.2 to 0.8 S / cm
++ -- 2:1~15:12: 1 to 15: 1

6단계는 Cu 필름의 도금된 두께가 1500Å에 도달하면 시작한다. 0.02~0.2S/㎝ 도전율과 0.2~0.8S/㎝ 도전율을 갖는 전해액내에서 200~2000Å 두께 시드층을 함유하는 300㎜반도체 웨이퍼상에 균일한 구리 필름을 도금하는 6단계에 사용된 전류 밀도의 비와 개별 전극상의 전위 표시의 상세한 세트가 표 4에 나타나 있다.Step 6 begins when the plated thickness of the Cu film reaches 1500 Å. The current density used in step 6 of plating a uniform copper film on a 300 mm semiconductor wafer containing a seed layer of 200-2000 A thickness in an electrolyte solution having a conductivity of 0.02-0.2 S / cm and a conductivity of 0.2-0.8 S / And a detailed set of potential indications on the individual electrodes are shown in Table 4. < tb > < TABLE >

전극(201a)의 표시The display of the electrode 201a 전극(201b)의 표시The display of the electrode 201b 전류밀도 비
(201a:201b)
Current density ratio
(201a: 201b)
도전율
0.02~0.2S/㎝
Conductivity
0.02 to 0.2 S / cm
++ ++ 1:1~30:11: 1 to 30: 1
++ -- 15:1~30:115: 1 to 30: 1 도전율
0.2~0.8S/㎝
Conductivity
0.2 to 0.8 S / cm
++ -- 10:1~20:110: 1 to 20: 1

도 6a 및 6b는 각각 낮고 높은 도전 전해액에서 350Å 시드층상에 증착된 3000Å 두께 필름의 증착 프로파일을 보여준다; 상기 방법2의 프로파일은 표 3 및 4에 정의된 범위를 벗어난 처리 파라미터로 얻어진 것인 반면에 방법1의 프로파일은 표 3 및 4에 나타난 처리 파라미터를 가지고 얻어진 것이다. WFNU 값이 표 5에 나타나 있다. 도 6a 내지 6b 및 표 5에 나타난 바와 같이, 낮고 높은 도전 전해액 모두에서 개시된 방법은 증착된 3000Å 필름의 WFNU를 매우 향상시킨다. 300㎜ 반도체 웨이퍼의 표면상의 상기 프로파일의 WFNU 값은 가장자리로부터 2.3㎜를 제외하여 얻어지고, 웨이퍼 가장자리로부터 3.0~6.5㎜ 제외하는 통상적인 당업계의 수행과 비교하면 보다 공격적이다.Figures 6A and 6B show the deposition profiles of a 3000 A thick film deposited on a 350 A seed layer in a low and high conducting electrolyte, respectively; The profile of Method 2 was obtained with processing parameters out of the range defined in Tables 3 and 4, while the profile of Method 1 was obtained with the processing parameters shown in Tables 3 and 4. The WFNU values are shown in Table 5. As shown in FIGS. 6A to 6B and Table 5, the method disclosed in both low and high conductivity electrolytes greatly improves the WFNU of the deposited 3000 A film. The WFNU value of the profile on the surface of a 300 mm semiconductor wafer is obtained by subtracting 2.3 mm from the edge and is more aggressive compared to conventional practices that exclude 3.0 to 6.5 mm from the edge of the wafer.

방법1(개시된)-WFNUMethod 1 (disclosed) -WFNU 방법2(통상적)-WFNUMethod 2 (conventional) -WFNU 저도전 전해액Also, 2.35%2.35% 3.65%3.65% 고도전 전해액High conductivity electrolyte 7.44%7.44% 12.94%12.94%

개시된 방법(방법1)은 낮고 높은 도전 전해액 모두에서 통상적인 방법(방법2)와 비교하면 WFNU를 현저하게 개선했다. 낮은 도전 전해액의 구현예에서, 2.5%보다 낮은 WFNU가 얻어진다.
The disclosed method (Method 1) significantly improved WFNU compared to the conventional method (Method 2) in both low and high conductivity electrolytes. In embodiments of the low conductivity electrolyte, a WFNU of less than 2.5% is obtained.

구현예 2Embodiment 2

본 발명의 일구현예에서, 도 7에 도시된 장치에서 행해진 반도체 웨이퍼의 표면상에 구리 필름의 균일한 증착을 위한 개시된 방법은 도 1에 도시된 발명의 구현예로서; 상기 장치는 동일하거나 상이한 수직 높이에 위치될 수 있는 제1전극(701a), 제2전극(701b) 및 제3전극(701c)으로 이루어지고, 제1전극의 영역이 모든 전극의 전체 영역의 40~60%이고, 반도체 웨이퍼의 영역에 대한 모든 전극의 전체 영역의 비가 0.85보다 크다. 방법은 다음의 단계의 세트로 이루어진다:In one embodiment of the present invention, the disclosed method for uniform deposition of a copper film on the surface of a semiconductor wafer performed in the apparatus shown in Figure 7 is an embodiment of the invention shown in Figure 1; The apparatus includes a first electrode 701a, a second electrode 701b, and a third electrode 701c that can be positioned at the same or different vertical heights, and the region of the first electrode is divided into 40 To 60%, and the ratio of the total area of all the electrodes to the area of the semiconductor wafer is larger than 0.85. The method comprises a set of the following steps:

1단계: 개별적으로 각 전극을 위한 작동영역에서 유속을 제어하기 위한 유량 제어기(flow controller)(723a, 723b 및 723c)를 개방; 701a의 작동영역에서 유속은 5~20LPM의 범위내이고, 701b의 작동영역에서는 5~20LPM이고, 701c의 작동영역에서는 1~15LPM이다. 본 발명의 일구현예에서, 유량 제어기(723a, 723b 및 723c)는 동시에 작동된다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 유량 제어기(723a, 723b 및 723c)는 다른 시간에 작동된다.Step 1: opening the flow controllers 723a, 723b and 723c for individually controlling the flow rate in the operating region for each electrode; The flow rate in the operating range of 701a is in the range of 5 to 20 LPM, 5 to 20 LPM in the operating range of 701b, and 1 to 15 LPM in the operating range of 701c. In one embodiment of the invention, the flow controllers 723a, 723b and 723c are operated simultaneously. In yet another embodiment of the present invention, the flow controllers 723a, 723b, and 723c are operated at different times.

2단계: 장치내에서 시드층을 함유하는 반도체 웨이퍼를 웨이퍼 홀더(721)로 이송; 웨이퍼 홀더는 반도체 웨이퍼의 시드층에 접촉하는 전기적 도전 통로를 갖는다.Step 2: transferring the semiconductor wafer containing the seed layer in the apparatus to the wafer holder 721; The wafer holder has an electrically conductive path in contact with the seed layer of the semiconductor wafer.

3단계: 상기 반도체 웨이퍼에 0.01~10V 범위의 작은 바이어스 전압을 공급.Step 3: Supplying a small bias voltage in the range of 0.01 to 10 V to the semiconductor wafer.

4단계: 웨이퍼 전면이 전해액내에 완전히 침전될 때까지, 전해액과 접촉되고, 웨이퍼 홀더에 의해 고정된, 반도체 웨이퍼를 회수.Step 4: The semiconductor wafer is brought into contact with the electrolytic solution and fixed by the wafer holder until the entire surface of the wafer is completely settled in the electrolytic solution.

5단계: 전극(701a, 701b 및 701c)에 전류를 공급하고, 전극들(701a 및 701b)상에 양 전위 및 전극(701c)상에 양 또는 음 전위를 유지; 전극(701a)의 작동 전류는 2~20A이고, 전극(701b)의 작동 전류는 0.01~20A이고, 전극(701c)의 작동 전류는 0.01~20A이다. 전극(701b)상에 대한 전극(701a)상의 전류 밀도의 비는 1:1~50:1이고, 전극(701c)상에 대한 전극(701a)상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이다. 반도체 웨이퍼(722)의 표면상에 비아 및 트랜치를 충진하기 위해서 이 단계는 5~30초동안 지속된다. 본 발명의 일구현예에서, 전극들(701a, 701b 및 701c)에 연계된 전원 공급은 일정한 전압 모드에서 일정한 전류 모드로 동시에 스위치한다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 전극들(701a, 701b 및 701c)에 연계된 전원 공급은 일정한 전압 모드에서 일정한 전류 모드로 다른 시간에 스위치한다.Step 5: Supply current to electrodes 701a, 701b and 701c, maintain positive potential on electrodes 701a and 701b and positive or negative potential on electrode 701c; The operating current of the electrode 701a is 2 to 20 A, the operating current of the electrode 701b is 0.01 to 20 A, and the operating current of the electrode 701 c is 0.01 to 20 A. The ratio of the current density on the electrode 701a to the electrode 701b is 1: 1 to 50: 1 and the ratio of the current density on the electrode 701a to the electrode 701c is 1: 1 to 300: to be. This step lasts for 5 to 30 seconds to fill the vias and trenches on the surface of the semiconductor wafer 722. In one embodiment of the present invention, the power supply associated with electrodes 701a, 701b, and 701c simultaneously switches to a constant current mode in a constant voltage mode. In another embodiment of the present invention, the power supply associated with electrodes 701a, 701b and 701c switches at a constant voltage mode and at a different time in a constant current mode.

6단계: 전극들(701a, 701b 및 701c)에 연계된 전원 공급은 전극(701a, 701b)상에 양전위와, 전극(701c)상에 양 또는 음전위를 제어한다; 전극(701a)상의 작동 전류는 4~30A이고, 전극(701b)상의 작동 전류는 4~30A이고, 전극(701c)상의 작동 전류는 0.1~20A이다. 전극(701b)상에 대한 전극(701a)상의 전류 밀도의 비는 1:1~50:1이고 전극(701c)상에 대한 전극(701a)상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이다. 이 단계는 전극들(701a, 701b 및 701c)상에 상대적인 큰 전기적 전류를 적용하여 전기화학적 증착의 효율을 증가시킨다. 이 단계는 요구된 증착 두께가 달성되면 종료한다.Step 6: The power supply connected to the electrodes 701a, 701b and 701c controls the positive potential on the electrodes 701a and 701b and the positive or negative potential on the electrode 701c; The operating current on the electrode 701a is 4 to 30 A, the operating current on the electrode 701b is 4 to 30 A and the operating current on the electrode 701 c is 0.1 to 20 A. The ratio of the current density on the electrode 701a to the electrode 701b is 1: 1 to 50: 1 and the ratio of the current density on the electrode 701a to the electrode 701c is 1: 1 to 300: 1 . This step increases the efficiency of the electrochemical deposition by applying a relatively large electrical current on the electrodes 701a, 701b and 701c. This step ends when the required deposition thickness is achieved.

7단계: 상기 반도체 웨이퍼상에 작은 바이어스 전압을 공급. 본 발명의 일구현예에서, 전극들(701a, 701b 및 701c)은 일정한 전류 모드에서 일정한 전압 모드로 동시에 스위치된다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 전극들(701a, 701b 및 701c)은 일정한 전류 모드에서 일정한 전압 모드로 다른 시간에 스위치된다.Step 7: Supplying a small bias voltage on the semiconductor wafer. In one embodiment of the invention, electrodes 701a, 701b, and 701c are simultaneously switched to a constant voltage mode in constant current mode. In another embodiment of the present invention, electrodes 701a, 701b and 701c are switched at a constant current mode and at a different time in a constant voltage mode.

8단계: 전해액의 외부로 반도체 웨이퍼를 회수하고 웨이퍼 표면상에 남겨진 잔류 전해핵을 스핀오프.Step 8: The semiconductor wafer is recovered to the outside of the electrolyte and the remaining electrolytic nuclei left on the wafer surface are spun off.

상기 5단계 및 6단계에서, 전극(701c)상 전위의 표시는 전기화학적 증착 조건(condition)에 근거되어 양 또는 음전위로 결정된다. 예를 들어, 도 8a에 나타난 바와 같이, 전해액의 도전율이 낮고 반도체 웨이퍼상의 도전층이 두꺼우면, 전극들(701a, 701b 및 701c) 모두에 양전위가 적용된다; 도 8b에 나타난 바와 같이, 전해액의 도전율이 높고 웨이퍼상의 도전층의 얇으면, 전극들(701a 및 701b)에 양전위가 적용되고, 전극(701c)에 음전위가 적용된다.In the 5th and 6th steps, the indication of the potential on the electrode 701c is determined to be positive or negative based on the electrochemical deposition condition. For example, as shown in Fig. 8A, if the conductivity of the electrolyte is low and the conductive layer on the semiconductor wafer is thick, a positive potential is applied to both electrodes 701a, 701b and 701c; As shown in Fig. 8B, when the conductivity of the electrolytic solution is high and the conductive layer on the wafer is thin, positive potential is applied to the electrodes 701a and 701b, and negative potential is applied to the electrode 701c.

0.02~0.2S/㎝ 도전율과 0.2~0.8S/㎝ 도전율을 갖는 전해액내에서 150~2000Å 두께 시드층을 함유하는 300㎜반도체 웨이퍼상에 균일한 구리 필름을 도금하는 5단계에 사용된 전류 밀도의 비와 개별 전극상의 전위 표시의 상세한 세트가 표 6에 나타나 있다:The current density used in the fifth step of plating a uniform copper film on a 300 mm semiconductor wafer containing a seed layer of 150 to 2000 占 thickness in an electrolyte solution having a conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm and an electric conductivity of 0.2 to 0.8 S / A detailed set of ratios and potential indications on individual electrodes are shown in Table 6:

전극(301a)의 표시The display of the electrode 301a 전극(301b)의 표시The display of the electrode 301b 전극(301c)의 표시The display of the electrode 301c 전류 밀도 비Current density ratio (301a:301b)(301a: 301b) (301a:301c)(301a: 301c) 도전율
0.02~0.2S/㎝
Conductivity
0.02 to 0.2 S / cm
++ ++ ++ 1:1~2:11: 1 to 2: 1 1:1~300:11: 1 to 300: 1
++ ++ -- 1:1~2:11: 1 to 2: 1 10:1~40:110: 1 to 40: 1 도전율
0.2~0.8S/㎝
Conductivity
0.2 to 0.8 S / cm
++ ++ -- 5:1~20:15: 1 to 20: 1 2:1~10:12: 1 to 10: 1

6단계는 Cu 필름의 도금된 두께가 1500Å에 도달하면 시작한다. 0.02~0.2S/㎝ 도전율과 0.2~0.8S/㎝ 도전율을 갖는 전해액내에서 150~2000Å 두께 시드층을 함유하는 300㎜반도체 웨이퍼상에 균일한 구리 필름을 도금하는 6단계에 사용된 전류 밀도의 비와 개별 전극상의 전위 표시의 상세한 세트가 표 7에 나타나 있다:Step 6 begins when the plated thickness of the Cu film reaches 1500 Å. The current density used in step 6 of plating a uniform copper film on a 300 mm semiconductor wafer containing a seed layer of 150-2000 A thickness in an electrolyte solution having a conductivity of 0.02-0.2 S / cm and a conductivity of 0.2-0.8 S / The detailed set of ratios and potential indications on individual electrodes are shown in Table 7:

전극(301a)의 표시The display of the electrode 301a 전극(301b)의 표시The display of the electrode 301b 전극(301c)의 표시The display of the electrode 301c 전류 밀도 비Current density ratio (301a:301b)(301a: 301b) (301a:301c)(301a: 301c) 도전율
0.02~0.2S/㎝
Conductivity
0.02 to 0.2 S / cm
++ ++ ++ 1:1~2:11: 1 to 2: 1 1:1~300:11: 1 to 300: 1
++ ++ -- 1:1~2:11: 1 to 2: 1 50:1~300:150: 1 to 300: 1 도전율
0.2~0.8S/㎝
Conductivity
0.2 to 0.8 S / cm
++ ++ -- 1:1~2:11: 1 to 2: 1 20:1~80:120: 1 to 80: 1

도 9a 및 9b는 각각 낮고 높은 도전 전해액에서 350Å 시드층상에 증착된 3000Å 두께 필름의 증착 프로파일을 보여준다; 상기 방법2의 프로파일은 표 6 및 7에 정의된 범위를 벗어난 처리 파라미터로 얻어진 것인 반면에, 방법1의 프로파일은 표 3 및 4에 나타난 처리 파라미터를 가지고 얻어진 것이다. WFNU 값이 표 8에 나타나 있다. 도 9a 내지 9b 및 표 8에 나타난 바와 같이, 낮고 높은 도전 전해액 모두에서 개시된 방법은 증착된 3000Å 필름의 WFNU를 매우 향상시킨다. 300㎜ 반도체 웨이퍼의 표면상의 상기 프로파일의 WFNU 값은 가장자리로부터 2.3㎜를 제외하여 얻어지고, 웨이퍼 가장자리로부터 3.0~6.5㎜ 제외하는 통상적인 당업계의 수행과 비교하면 보다 공격적이다.Figures 9a and 9b show deposition profiles of a 3000 A thick film deposited on a 350 A seed layer in a low and high conducting electrolyte, respectively; The profile of Method 2 was obtained with processing parameters out of the range defined in Tables 6 and 7, while the profile of Method 1 was obtained with the processing parameters shown in Tables 3 and 4. The WFNU values are shown in Table 8. As shown in FIGS. 9A-9B and Table 8, the method disclosed in both low and high conductivity electrolytes greatly improves the WFNU of deposited 3000 A films. The WFNU value of the profile on the surface of a 300 mm semiconductor wafer is obtained by subtracting 2.3 mm from the edge and is more aggressive compared to conventional practices that exclude 3.0 to 6.5 mm from the edge of the wafer.

방법1(개시된)-WFNUMethod 1 (disclosed) -WFNU 방법2(통상적)-WFNUMethod 2 (conventional) -WFNU 저도전 전해액Also, 0.54%0.54% 2.81%2.81% 고도전 전해액High conductivity electrolyte 1.52%1.52% 8.55%8.55%

개시된 방법(방법1)은 낮고 높은 도전 전해액 모두에서 통상적인 방법(방법2)와 비교하면 WFNU를 현저하게 개선했다. 낮은 도전 전해액의 구현예에서, 2.5%보다 낮은 WFNU가 얻어진다.
The disclosed method (Method 1) significantly improved WFNU compared to the conventional method (Method 2) in both low and high conductivity electrolytes. In embodiments of the low conductivity electrolyte, a WFNU of less than 2.5% is obtained.

구현예 3Embodiment 3

본 발명의 일구현예에서, 도 10에 도시된 장치에서 행해진 반도체 웨이퍼의 표면상에 Cu 필름의 균일한 증착을 위한 개시된 방법은 도 1에 도시된 발명의 구현예로서; 상기 장치는 동일하거나 상이한 수직 높이에 위치될 수 있는 제1전극(1001a), 제2전극(1001b), 제3전극(1001c) 및 제4전극(1001d)으로 이루어지고, 제1전극의 영역이 모든 전극의 전체 영역의 30~50%이고, 반도체 웨이퍼의 영역에 대한 모든 전극의 전체 영역의 비가 0.85보다 크다. 방법은 다음의 단계의 세트로 이루어진다:In one embodiment of the present invention, the disclosed method for uniform deposition of a Cu film on the surface of a semiconductor wafer performed in the apparatus shown in Fig. 10 is an embodiment of the invention shown in Fig. 1; The device comprises a first electrode 1001a, a second electrode 1001b, a third electrode 1001c and a fourth electrode 1001d which can be positioned at the same or different vertical heights, Is 30 to 50% of the total area of all the electrodes, and the ratio of the total area of all the electrodes to the area of the semiconductor wafer is larger than 0.85. The method comprises a set of the following steps:

1단계: 개별적으로 각 전극을 위한 작동영역에서 유속을 제어하기 위한 유량 제어기(flow controller)(1023a, 1023b, 1023c 및 1023d)를 개방; 1001a, 1001b 및 1001c의 작동영역에서 유속은 5~20LPM의 범위내이고, 1001d의 작동영역에서는 1~15LPM이다. 본 발명의 일구현예에서, 유량 제어기(1023a, 1023b, 1023c 및 1023d)는 동시에 작동된다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 유량 제어기(1023a, 1023b, 1023c 및 1023d)는 다른 시간에 작동된다.Step 1: open the flow controllers 1023a, 1023b, 1023c and 1023d for individually controlling the flow rate in the operating region for each electrode; The flow rates in the operating ranges of 1001a, 1001b and 1001c are in the range of 5 to 20 LPM and in the operating range of 1001d are 1 to 15 LPM. In one embodiment of the invention, the flow controllers 1023a, 1023b, 1023c and 1023d are operated simultaneously. In another embodiment of the present invention, the flow controllers 1023a, 1023b, 1023c and 1023d are operated at different times.

2단계: 장치내에서 시드층을 함유하는 반도체 웨이퍼를 웨이퍼 홀더(1021)로 이송; 웨이퍼 홀더는 반도체 웨이퍼의 시드층에 접촉하는 전기적 도전 통로를 갖는다.Step 2: transferring the semiconductor wafer containing the seed layer into the wafer holder 1021 in the apparatus; The wafer holder has an electrically conductive path in contact with the seed layer of the semiconductor wafer.

3단계: 상기 반도체 웨이퍼에 0.01~10V 범위의 작은 바이어스 전압을 공급.Step 3: Supplying a small bias voltage in the range of 0.01 to 10 V to the semiconductor wafer.

4단계: 웨이퍼 전면이 전해액내에 완전히 침전될 때까지, 전해액과 접촉되고, 웨이퍼 홀더에 의해 고정된, 반도체 웨이퍼를 회수.Step 4: The semiconductor wafer is brought into contact with the electrolytic solution and fixed by the wafer holder until the entire surface of the wafer is completely settled in the electrolytic solution.

5단계: 전극(1001a, 1001b, 1001c)에 전류를 공급하고, 전극들(1001a, 1001b 및 1001c)상에 양 전위 및 전극(1001d)상에 양 또는 음 전위를 유지; 전극(1001a)의 작동 전류는 1~15A이고, 전극(1001b)의 작동 전류는 0.5~10A이고, 전극(1001c 및 1001d)의 작동 전류는 0.01~10A이다. 전극(1001b)상에 대한 전극(1001a)상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~10:1이고, 전극(1001c)상에 대한 전극(1001a)상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~50:1이고, 전극(100d)상에 대한 전극(1001a)상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이다. 반도체 웨이퍼(1022)의 표면상에 비아 및 트랜치를 충진하기 위해서 이 단계는 5~30초동안 지속된다. 본 발명의 일구현예에서, 전극들(1001a, 1001b, 1001b 및 1001c)에 연계된 전원 공급은 일정한 전압 모드에서 일정한 전류 모드로 동시에 스위치한다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 전극들(1001a, 1001b, 1001b 및 1001c)에 연계된 전원 공급은 일정한 전압 모드에서 일정한 전류 모드로 다른 시간에 스위치한다.Step 5: A current is supplied to the electrodes 1001a, 1001b, and 1001c, and a current is supplied to the electrodes 1001a, 1001b, and 1001c Maintaining the positive potential and the positive or negative potential on the electrode 1001d; The operating current of the electrode 1001a is 1 to 15 A, the operating current of the electrode 1001b is 0.5 to 10 A and the operating current of the electrodes 1001c and 1001d is 0.01 to 10 A. The ratio of the current density on the electrode 1001a to the electrode 1001b is 0.5: 1 to 10: 1 and the ratio of the current density on the electrode 1001a to the electrode 1001c is 0.5: 1 to 50: And the ratio of the current density on the electrode 1001a to the electrode 100d is 1: 1 to 300: 1. This step lasts for 5 to 30 seconds to fill the vias and trenches on the surface of the semiconductor wafer 1022. In one embodiment of the invention, the power supply associated with electrodes 1001a, 1001b, 1001b and 1001c simultaneously switches to a constant current mode in constant voltage mode. In another embodiment of the present invention, the power supply associated with electrodes 1001a, 1001b, 1001b and 1001c switches at a constant voltage mode and at a constant current mode at different times.

6단계: 전극들(1001a, 1001b 및 1001c)에 연계된 전원 공급은 전극(1001a, 1001b, 1001c)상에 양전위와, 전극(1001ㅇ)상에 양 또는 음전위를 제어한다; 전극(1001a)상의 작동 전류는 2~30A이고, 전극(1001b 및 1001c)상의 작동 전류는 1~30A이고, 전극(1001d)상의 작동 전류는 0.01~20A이다. 전극(1001b)상에 대한 전극(1001a)상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~10:1이고, 전극(1010c)상에 대한 전극(1001a)상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~50:1이고, 전극(100d)상에 대한 전극(1001a)상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이다. 이 단계는 전극들(1001a, 1001b, 1001c 및 1001d)상에 상대적인 큰 전기적 전류를 적용하여 전기화학적 증착의 효율을 증가시킨다. 이 단계는 요구된 증착 두께가 달성되면 종료한다.Step 6: The power supply connected to the electrodes 1001a, 1001b and 1001c controls positive or negative potential on the electrodes 1001a, 1001b and 1001c and positive potential on the electrodes 1001 o; The operating current on the electrode 1001a is 2 to 30 A and the operating current on the electrodes 1001b and 1001c is 1 to 30 A and the operating current on the electrode 1001 d is 0.01 to 20 A. [ The ratio of the current density on the electrode 1001a to the electrode 1001b is 0.5: 1 to 10: 1 and the ratio of the current density on the electrode 1001a to the electrode 1010c is 0.5: 1 to 50: And the ratio of the current density on the electrode 1001a to the electrode 100d is 1: 1 to 300: 1. This step increases the efficiency of the electrochemical deposition by applying a relatively large electrical current on the electrodes 1001a, 1001b, 1001c and 1001d. This step ends when the required deposition thickness is achieved.

7단계: 상기 반도체 웨이퍼상에 작은 바이어스 전압을 공급. 본 발명의 일구현예에서, 전극들(1001a, 1001b, 1001b 및 1001c)은 일정한 전류 모드에서 일정한 전압 모드로 동시에 스위치된다. 본 발명의 또다른 구현예에서, 전극들(1001a, 1001b, 1001b 및 1001c)은 일정한 전류 모드에서 일정한 전압 모드로 다른 시간에 스위치된다.Step 7: Supplying a small bias voltage on the semiconductor wafer. In one embodiment of the invention, the electrodes 1001a, 1001b, 1001b and 1001c are simultaneously switched to a constant voltage mode in constant current mode. In another embodiment of the present invention, the electrodes 1001a, 1001b, 1001b and 1001c are switched at a constant current mode and at a different time in a constant voltage mode.

8단계: 전해액의 외부로 반도체 웨이퍼를 회수하고 웨이퍼 표면상에 남겨진 잔류 전해액을 스핀오프.Step 8: The semiconductor wafer is recovered to the outside of the electrolyte and the residual electrolyte remaining on the wafer surface is spun off.

상기 5단계 및 6단계에서, 전극(1001d)상 전위의 표시는 전기화학적 증착 조건(condition)에 근거되어 양 또는 음전위로 결정된다. 예를 들어, 도 11a에 나타난 바와 같이, 전해액의 도전율이 낮고 반도체 웨이퍼상의 도전층이 두꺼우면, 전극들(1001a, 1001b, 1001c 및 1001d) 모두에 양전위가 적용된다; 도 11b에 나타난 바와 같이, 전해액의 도전율이 높고 웨이퍼상의 도전층의 얇으면, 전극들(1001a, 1001b 및 1001c)에 양전위가 적용되고, 전극(1001d)에 음전위가 적용된다.In the 5th and 6th steps, the indication of the potential on the electrode 1001d is determined to be positive or negative based on the electrochemical deposition condition. For example, as shown in Fig. 11A, if the conductivity of the electrolyte is low and the conductive layer on the semiconductor wafer is thick, a positive potential is applied to both electrodes 1001a, 1001b, 1001c and 1001d; As shown in Fig. 11B, when the conductivity of the electrolytic solution is high and the conductive layer on the wafer is thin, positive potential is applied to the electrodes 1001a, 1001b and 1001c, and negative potential is applied to the electrode 1001d.

0.02~0.2S/㎝ 도전율과 0.2~0.8S/㎝ 도전율을 갖는 전해액내에서 50~2000Å 두께 시드층을 함유하는 300㎜반도체 웨이퍼상에 균일한 구리 필름을 도금하는 5단계에 사용된 전류 밀도의 비와 개별 전극상의 전위 표시의 상세한 세트가 표 9에 나타나 있다:The current density used in the fifth step of plating a uniform copper film on a 300 mm semiconductor wafer containing a seed layer of 50 to 2000 A thickness in an electrolyte solution having a conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm and a conductivity of 0.2 to 0.8 S / The detailed set of ratios and potential indications on individual electrodes are shown in Table 9:

전극(401a)의 표시The display of the electrode 401a 전극(401b)의 표시The display of the electrode 401b 전극(401c)의 표시The display of the electrode 401c 전극(401d)의 표시The display of the electrode 401d 전류밀도 비
Current density ratio
(401a:401b)(401a: 401b) (401a:401c)(401a: 401c) (401a:401d)(401a: 401d) 도전율
0.02~0.2S/㎝
Conductivity
0.02 to 0.2 S / cm
++ ++ ++ ++ 0.5:1~2:10.5: 1 to 2: 1 0.5:1~10:10.5: 1 to 10: 1 1:1~300:11: 1 to 300: 1
++ ++ ++ -- 0.5:1~2:10.5: 1 to 2: 1 0.5:1~3:10.5: 1 to 3: 1 10:1~100:110: 1 to 100: 1 도전율
0.2~0.8S/㎝
Conductivity
0.2 to 0.8 S / cm
++ ++ ++ -- 1:1~2:11: 1 to 2: 1 4:1~30:14: 1 to 30: 1 2:1~20:12: 1 to 20: 1

6단계는 Cu 필름의 도금 두께가 1500Å에 도달하면 시작된다. 0.02~0.2S/㎝ 도전율과 0.2~0.8S/㎝ 도전율을 갖는 전해액내에서 50~2000Å 두께 시드층을 함유하는 300㎜반도체 웨이퍼상에 균일한 구리 필름을 도금하는 6단계에 사용된 전류 밀도의 비와 개별 전극상의 전위 표시의 상세한 세트가 표 10에 나타나 있다:Step 6 starts when the plating thickness of the Cu film reaches 1500 Å. The current density used in step 6 of plating a uniform copper film on a 300 mm semiconductor wafer containing a seed layer of 50 to 2000 angstroms in an electrolyte having a conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm and an electrical conductivity of 0.2 to 0.8 S / A detailed set of ratios and potential indications on individual electrodes are shown in Table 10:

전극(401a)의 표시The display of the electrode 401a 전극(401b)의 표시The display of the electrode 401b 전극(401c)의 표시The display of the electrode 401c 전극(401d)의 표시The display of the electrode 401d 전류밀도 비
Current density ratio
(401a:401b)(401a: 401b) (401a:401c)(401a: 401c) (401a:401d)(401a: 401d) 도전율
0.02~0.2S/㎝
Conductivity
0.02 to 0.2 S / cm
++ ++ ++ ++ 1:1~2:11: 1 to 2: 1 1:1~10:11: 1 to 10: 1 1:1~300:11: 1 to 300: 1
++ ++ ++ -- 0.5:1~2:10.5: 1 to 2: 1 0.5:1~10:10.5: 1 to 10: 1 10:1~300:110: 1 to 300: 1 도전율
0.2~0.8S/㎝
Conductivity
0.2 to 0.8 S / cm
++ ++ ++ -- 1:1~2:11: 1 to 2: 1 1:1~2:11: 1 to 2: 1 1:1~250:11: 1 to 250: 1

도 12a 및 12b는 각각 낮고 높은 도전 전해액에서 350Å 시드층상에 증착된 3000Å 두께 필름의 증착 프로파일을 보여준다; 상기 방법2의 프로파일은 표 9 및 10에 정의된 범위를 벗어난 처리 파라미터로 얻어진 것인 반면에, 방법1의 프로파일은 표 3 및 4에 나타난 처리 파라미터를 가지고 얻어진 것이다. WFNU 값이 표 11에 나타나 있다. 도 11a 내지 11b 및 표 11에 나타난 바와 같이, 낮고 높은 도전 전해액 모두에서 개시된 방법은 증착된 3000Å 필름의 WFNU를 매우 향상시킨다. 300㎜ 반도체 웨이퍼의 표면상의 상기 프로파일의 WFNU 값은 가장자리로부터 2.3㎜를 제외하여 얻어지고, 웨이퍼 가장자리로부터 3.0~6.5㎜ 제외하는 통상적인 당업계의 수행과 비교하면 보다 공격적이다.Figures 12A and 12B show the deposition profiles of a 3000 A thick film deposited on a 350 A seed layer in a low and high conducting electrolyte, respectively; The profile of Method 2 was obtained with processing parameters out of the range defined in Tables 9 and 10, while the profile of Method 1 was obtained with the processing parameters shown in Tables 3 and 4. The WFNU values are shown in Table 11. As shown in Figs. 11A to 11B and Table 11, the method disclosed in both low and high conductivity electrolytes greatly improves the WFNU of the deposited 3000Å film. The WFNU value of the profile on the surface of a 300 mm semiconductor wafer is obtained by subtracting 2.3 mm from the edge and is more aggressive compared to conventional practices that exclude 3.0 to 6.5 mm from the edge of the wafer.

방법1(개시된)-WFNUMethod 1 (disclosed) -WFNU 방법2(개시된)-WFNUMethod 2 (disclosed) -WFNU 저도전 전해액Also, 0.33%0.33% 2.69%2.69% 고도전 전해액High conductivity electrolyte 0.66%0.66% 5.47%5.47%

개시된 방법(방법1)은 낮고 높은 도전 전해액 모두에서 통상적인 방법(방법2)와 비교하면 WFNU를 현저하게 개선했다. 낮은 도전 전해액의 구현예에서, 2.5%보다 낮은 WFNU가 얻어진다.
The disclosed method (Method 1) significantly improved WFNU compared to the conventional method (Method 2) in both low and high conductivity electrolytes. In embodiments of the low conductivity electrolyte, a WFNU of less than 2.5% is obtained.

구현예 4Implementation Example 4

본 발명의 상기 방법들은 미국 특허번호 6391166호에 개시된 장치의 단일 전극 형태상에서 수행된다. 본 발명의 방법의 다른 적용은 4개의 전극보다 많은 전극 형태에서 동일한 방식으로 고안될 수 있다; 상기 제1전극의 영역은 전체 전극 영역의 5~30%이고, 반도체 웨이퍼의 영역에 대한 모든 전극의 전체 영역의 비는 0.85보다 크다. The methods of the present invention are performed on a single electrode form of the device disclosed in U.S. Patent No. 6391166. Other applications of the method of the present invention can be devised in the same manner in more than four electrodes in the form of electrodes; The area of the first electrode is 5 to 30% of the total electrode area, and the ratio of the total area of all the electrodes to the area of the semiconductor wafer is greater than 0.85.

도전율 0.02~0.2S/㎝와 도전율 0.2~0.8S/㎝을 갖는 전해액에서 50~2000Å 두께 시드층을 함유하는 300㎜반도체 웨이퍼상이 100~1500Å의 도금에 사용되는 전류 밀도 비의 구체적인 세트와 개별전극상 전위의 표시는 표 12에 나타나 있다. 이 구현예에서, 도금장치는 N 전극으로 이루어지고, N은 5~10이다.A specific set of current density ratios used for plating of 100 to 1500 angstroms of a 300 mm semiconductor wafer phase containing a seed layer of 50 to 2000 angstroms in an electrolytic solution having an electric conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm and an electric conductivity of 0.2 to 0.8 S / An indication of the phase potential is shown in Table 12. In this embodiment, the plating apparatus is composed of N electrodes, and N is 5 to 10.

제1전극의 표시The display of the first electrode 제2...(n-2)전극의 표시(N-2) th electrode 제(n-1)전극의 표시The display of the (n-1) th electrode 제n전극의 표시Display of the n-th electrode 전류밀도 비
Current density ratio
E1: E2...En-2E1: E2 ... En-2 E1: En-1E1: En-1 E1:EnE1: En 도전율
0.02~0.2S/㎝
Conductivity
0.02 to 0.2 S / cm
++ ++ ++ ++ 0.8:1~2:10.8: 1 to 2: 1 0.5:1~10:10.5: 1 to 10: 1 1:1~300:11: 1 to 300: 1
++ ++ ++ -- 0.5:1~2:10.5: 1 to 2: 1 0.5:1~10:10.5: 1 to 10: 1 10:1~100:110: 1 to 100: 1 도전율
0.2~0.8S/㎝
Conductivity
0.2 to 0.8 S / cm
++ ++ ++ -- 1:1~2:11: 1 to 2: 1 4:1~40:14: 1 to 40: 1 2:1~100:12: 1 to 100: 1

도전율 0.02~0.2S/㎝와 도전율 0.2~0.8S/㎝을 갖는 전해액에서 50~2000Å 두께 시드층을 함유하는 300㎜반도체 웨이퍼상에 구리 필름의 남아있는 부분을 도금하기 위해 사용된 전류 밀도 비의 구체적인 세트와 개별전극상 전위의 표시는 표 13에 나타나 있다. A current density ratio used to deposit the remaining portion of the copper film on a 300 mm semiconductor wafer containing a seed layer of 50-2000 A thick in an electrolyte having a conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm and an electrical conductivity of 0.2 to 0.8 S / The concrete set and indications of the individual electrode phase potentials are shown in Table 13.

제1전극의 표시The display of the first electrode 제2...(n-2)전극의 표시(N-2) th electrode 제(n-1)전극의 표시The display of the (n-1) th electrode 제n전극의 표시Display of the n-th electrode 전류밀도 비
Current density ratio
E1: E2...En-2E1: E2 ... En-2 E1: En-1E1: En-1 E1:EnE1: En 도전율
0.02~0.2S/㎝
Conductivity
0.02 to 0.2 S / cm
++ ++ ++ ++ 1:1~2:11: 1 to 2: 1 1:1~10:11: 1 to 10: 1 1:1~300:11: 1 to 300: 1
++ ++ ++ -- 0.5:1~2:10.5: 1 to 2: 1 0.5:1~10:10.5: 1 to 10: 1 10:1~300:110: 1 to 300: 1 도전율
0.2~0.8S/㎝
Conductivity
0.2 to 0.8 S / cm
++ ++ ++ -- 1:1~2:11: 1 to 2: 1 1:1~2:11: 1 to 2: 1 1:1~300:11: 1 to 300: 1

도 13은 각각 낮은 도전율을 갖는 전해액 1 및 높은 도전율을 갖는 전해액 2 내에서 상기 장치로 350Å 시드층상에 증착된 3000Å 두께 Cu 필름의 증착 프로파일을 보여준다; 상기 구현예의 장치는 독립 제어를 갖는 열개의 전극을 포함한다. 본 발명의 방법을 사용하여 얻어진 WFNU 값은 각각 전해액 1에서 2.5%: 0.26% 이하이고, 전해액 2에서 2.5%: 0.59% 이하이다.
Figure 13 shows the deposition profile of a 3000 Å thick Cu film deposited on a 350 Å seed layer with the device in an electrolyte 1 having a low conductivity and in an electrolyte 2 having a high conductivity; The apparatus of this embodiment includes ten electrodes with independent control. The WFNU values obtained using the method of the present invention are 2.5%: 0.26% or less in electrolyte 1 and 2.5%: 0.59% or less in electrolyte 2, respectively.

WFNU는 전극의 수(N)에 따라 개선되고, 본 발명에서 개시된 방법으로 증가한다. 1개 전극이상을 갖는 장치에 적용될 때, 방법들은 350Å 만큼 얇은 시드층을 갖는 300㎜ 웨이퍼상에 2.5%보다 낮은 WFNU를 생산한다. N이 4까지 증가될 때, WFNU는 동일한 웨이퍼와 동일한 시드층상에서 0.33%까지 향상된다.
WFNU improves with the number of electrodes (N) and increases with the method disclosed in the present invention. When applied to devices with more than one electrode, the methods produce WFNU of less than 2.5% on a 300 mm wafer with a seed layer as thin as 350 ANGSTROM. When N is increased to 4, the WFNU is improved to 0.33% on the same seed layer as the same wafer.

본 발명에서 개시된 방법은 앞서 미국특허번호 6755954에서 개시된 방법과 비교된다. 모든 조건이 정확히 동일하게 고정된다: (1) 다전극 배열 (2) 전해액 도전율=0.5S/㎝, (3) 시드층 두께=400Å, (4) 전체 도금 두께=6000Å 및 (5) 웨이퍼 가장자리로부터 Cu 필름의 2.7㎜를 배재. 직접적인 비교를 만들기 위해서, WFNU 값 대신에, 두께 균일성 범위 값이 사용된다. 도 14는 본 발명에서 개시된 방법으로 예측된 증착 프로파일을 보여주고, 두꼐 균일성 범위 값은 표 14에서 비교된다:The method disclosed in the present invention is compared with the method disclosed in U.S. Patent No. 6,755,954. (3) seed layer thickness = 400 ANGSTROM; (4) total plating thickness = 6000 ANGSTROM; and (5) from the edge of the wafer. Disregarding 2.7mm of Cu film. In order to make a direct comparison, a thickness uniformity range value is used instead of the WFNU value. Figure 14 shows the deposition profiles predicted by the method disclosed in the present invention, and the thickness uniformity range values are compared in Table 14:

US675594의 두께 균일성 범위Thickness uniformity range of US675594 본발명의 두꼐 균일성 범위The thickness uniformity range of the present invention 240Å240 Å 138.4Å138.4 Å

본 발명의 방법은 미국특허 6755954호에 개시된 방법과 비교하면 WFNU=0.72% 및 두께 균일성 범위=138.4Å, 거의 2X 향상되 증착된 필름을 제조한다.The method of the present invention produces deposited films with WFNU = 0.72% and thickness uniformity range = 138.4A, almost 2X improved compared to the method disclosed in U.S. Patent No. 6,755,954.

Claims (30)

제1전극의 영역이 모든 전극의 전체 영역의 50~90%인 두개의 전극으로 이루어지는 장치내에 균일한 Cu 필름의 전기화학적 증착방법으로서:
유입속도 1~20LPM으로 황산구리 기본 전해액을 도금장치내로 유입하는 단계;
반도체 웨이퍼상의 도전층에 전기적으로 접촉하는 웨이퍼 홀더에 반도체 웨이퍼를 이송하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼에 10V까지 바이어스 전압을 공급하기 위해서 전원공급을 작동시키는 단계;
상기 전해액에 접촉하는 상기 반도체 웨이퍼를 회수하는 단계;
상기 제1전극상에 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 양전위를 유지하는 단계;
제1도금 단계에서, 결합된 전류(combinded current) 2A~10A를 모든 전극에 공급하는 단계로서, 제2전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 양전위일때, 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~30:1이고; 상기 제2전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 2:1~30:1인 전류 공급 단계;
제2도금 단계에서, 결합된 전류(combinded current) 10A~40A를 모든 전극에 공급하는 단계로서, 상기 제2전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 양전위일때, 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~30:1이고; 상기 제2전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 10:1~30:1인 전류 공급 단계;
전원공급 스위치에 의해, 상기 반도체 웨이퍼상에 바이어스 전압을 1V까지 공급하는 단계; 및
상기 전해액의 외부로 상기 반도체 웨이퍼를 회수하는 단계
를 포함하는 전기화학적 증착방법.
A method of electrochemical deposition of a uniform Cu film in an apparatus in which the area of the first electrode is comprised of two electrodes, 50 to 90% of the total area of all electrodes:
Introducing the basic copper sulfate basic electrolyte into the plating apparatus at an inflow rate of 1 to 20 LPM;
Transferring a semiconductor wafer to a wafer holder in electrical contact with a conductive layer on the semiconductor wafer;
Operating a power supply to supply a bias voltage of up to 10 V to the semiconductor wafer;
Recovering the semiconductor wafer in contact with the electrolytic solution;
Maintaining a positive potential with respect to the semiconductor wafer on the first electrode;
Supplying a combined current (2A-10A) to all the electrodes in a first plating step, wherein when the potential on the second electrode is positive with respect to the semiconductor wafer, The ratio of the current density on the first electrode is 1: 1 to 30: 1; Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the second electrode is 2: 1 to 30: 1 when the potential on the second electrode is negative with respect to the semiconductor wafer;
Supplying a combinded current 10A to 40A to all of the electrodes in a second plating step, wherein when the potential on the second electrode is positive with respect to the semiconductor wafer, the current density on the second electrode The ratio of the current density on the first electrode is 1: 1 to 30: 1; Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the second electrode is 10: 1 to 30: 1 when the potential on the second electrode is negative with respect to the semiconductor wafer;
Supplying a bias voltage up to 1 V onto the semiconductor wafer by a power supply switch; And
Recovering the semiconductor wafer from the outside of the electrolyte solution
≪ / RTI >
청구항 1에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼의 영역에 대한 모든 전극의 전체 영역의 비는 0.85 보다 큰 전기화학적 증착방법.
The method according to claim 1,
Wherein the ratio of the total area of all electrodes to the area of the semiconductor wafer is greater than 0.85.
청구항 1에 있어서,
상기 제1도금 단계에서 상기 제2전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.02~0.2S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 15:1~30:1인 전기화학적 증착방법.
The method according to claim 1,
Wherein when the potential on the second electrode is in a negative potential with respect to the semiconductor wafer in the first plating step, the current on the first electrode with respect to the current density on the second electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.02 to 0.2 S / Density ratio of 15: 1 to 30: 1.
청구항 1에 있어서,
상기 제1도금 단계에서 제2전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.2~0.8S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 2:1~15:1인 전기화학적 증착방법.
The method according to claim 1,
The current density on the first electrode with respect to the current density on the second electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.2 to 0.8 S / cm when the potential on the second electrode is in a negative potential with respect to the semiconductor wafer in the first plating step Is in the range of 2: 1 to 15: 1.
청구항 1에 있어서,
상기 제2도금 단계에서 상기 제2전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.02~0.2S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 15:1~30:1인 전기화학적 증착방법.
The method according to claim 1,
The current density on the first electrode with respect to the current density on the second electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm when the potential on the second electrode is in a negative potential with respect to the semiconductor wafer in the second plating step Density ratio of 15: 1 to 30: 1.
청구항 1에 있어서,
상기 제2도금 단계에서 상기 제2전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.2~0.8S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 10:1~20:1인 전기화학적 증착방법.
The method according to claim 1,
The current density on the first electrode with respect to the current density on the second electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.2 to 0.8 S / cm when the potential on the second electrode is at a negative potential with respect to the semiconductor wafer in the second plating step Density ratio of 10: 1 to 20: 1.
청구항 1에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼상의 도전층의 두께는 50~900Å인 전기화학적 증착방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the conductive layer on the semiconductor wafer is 50 to 900 ANGSTROM.
청구항 1에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼 표면상에 증착된 Cu 필름의 WFNU는 0.2%~2.5%에서 조절가능한 전기화학적 증착방법.
The method according to claim 1,
Wherein the WFNU of the Cu film deposited on the surface of the semiconductor wafer is adjustable from 0.2% to 2.5%.
청구항 1에 있어서,
상기 전극들은 동일한 수직 높이에 위치되는 전기화학적 증착방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrodes are located at the same vertical height.
청구항 1에 있어서,
상기 전극들은 상이한 수직 높이에 위치되는 전기화학적 증착방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrodes are located at different vertical heights.
제1전극의 영역이 모든 전극의 전체 영역의 40~60%인 세개의 전극으로 이루어지는 장치내에 균일한 Cu 필름의 전기화학적 증착방법으로서:
유입속도 1~20LPM으로 황산구리 기본 전해액을 도금장치내로 유입하는 단계;
웨이퍼상의 도전층에 전기적으로 접촉하는 웨이퍼 홀더에 반도체 웨이퍼를 이송하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼에 10V까지 바이어스 전압을 공급하기 위해서 전원공급을 작동시키는 단계;
상기 전해액에 접촉하는 상기 반도체 웨이퍼를 회수하는 단계;
상기 제1전극상에 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 양전위를 유지하는 단계;
제1도금 단계에서, 결합된 전류(combinded current) 2A~10A를 모든 전극에 공급하는 단계로서, 제3전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 양전위일때, 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~2:1이고, 상기 제3전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이고; 상기 제3전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~20:1이고, 상기 제3전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 2:1~40:1인 전류 공급 단계;
제2도금 단계에서, 결합된 전류(combinded current) 10A~40A를 모든 전극에 공급하는 단계로서, 상기 제3전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 양전위일때, 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~2:1이고, 상기 제3전극상의 전류 밀도에 대한 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이고; 상기 제3전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~2:1이고, 상기 제3전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 20:1~300:1인 전류 공급 단계;
전원공급 스위치에 의해, 상기 반도체 웨이퍼상에 바이어스 전압을 1V까지 공급하는 단계; 및
상기 전해액의 외부로 상기 반도체 웨이퍼를 회수하는 단계
를 포함하는 전기화학적 증착방법.
A method of electrochemical deposition of a uniform Cu film in an apparatus in which the area of the first electrode is comprised of three electrodes, 40 to 60% of the total area of all electrodes:
Introducing the basic copper sulfate basic electrolyte into the plating apparatus at an inflow rate of 1 to 20 LPM;
Transferring a semiconductor wafer to a wafer holder in electrical contact with a conductive layer on the wafer;
Operating a power supply to supply a bias voltage of up to 10 V to the semiconductor wafer;
Recovering the semiconductor wafer in contact with the electrolytic solution;
Maintaining a positive potential with respect to the semiconductor wafer on the first electrode;
Supplying a combined current (2A-10A) to all the electrodes in a first plating step, wherein when the potential on the third electrode is positive with respect to the semiconductor wafer, the current density on the second electrode Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the first electrode is 1: 1 to 2: 1, the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the third electrode is 1: 1 to 300: 1; Wherein a ratio of a current density on the first electrode to a current density on the second electrode is 1: 1 to 20: 1 when the potential on the third electrode is a negative potential with respect to the semiconductor wafer, Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the second electrode is 2: 1 to 40: 1;
Supplying a combinded current 10A to 40A to all the electrodes in a second plating step, wherein when the potential on the third electrode is positive with respect to the semiconductor wafer, the current density on the second electrode Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the third electrode is 1: 1 to 300: 1; Wherein a ratio of a current density on the first electrode to a current density on the second electrode is 1: 1 to 2: 1 when the potential on the third electrode is a negative potential with respect to the semiconductor wafer, Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the first electrode is 20: 1 to 300: 1;
Supplying a bias voltage up to 1 V onto the semiconductor wafer by a power supply switch; And
Recovering the semiconductor wafer from the outside of the electrolyte solution
≪ / RTI >
청구항 11에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼의 영역에 대한 모든 전극의 전체 영역의 비는 0.85 보다 큰 전기화학적 증착방법.
The method of claim 11,
Wherein the ratio of the total area of all electrodes to the area of the semiconductor wafer is greater than 0.85.
청구항 11에 있어서,
상기 제1도금 단계에서 상기 제3전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.02~0.2S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~2:1이고, 상기 제3전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 10:1~40:1인 전기화학적 증착방법.
The method of claim 11,
Wherein when the potential on the third electrode is at a negative potential with respect to the semiconductor wafer in the first plating step, the current on the first electrode with respect to the current density on the second electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.02 to 0.2 S / Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the third electrode is from 1: 1 to 2: 1, and the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the third electrode is from 10: 1 to 40: 1.
청구항 11에 있어서,
상기 제1도금 단계에서 제3전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.2~0.8S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 5:1~20:1이고, 상기 제3전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 2:1~10:1인 전기화학적 증착방법
The method of claim 11,
The current density on the first electrode with respect to the current density on the second electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.2 to 0.8 S / cm when the potential on the third electrode is in a negative potential with respect to the semiconductor wafer in the first plating step Is in the range of 5: 1 to 20: 1, and the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the third electrode is 2: 1 to 10: 1.
청구항 11에 있어서,
상기 제2도금 단계에서 상기 제3전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.02~0.2S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~2:1이고, 상기 제3전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 50:1~300:1인 전기화학적 증착방법.
The method of claim 11,
The current density on the first electrode with respect to the current density on the second electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm when the potential on the third electrode is in a negative potential with respect to the semiconductor wafer in the second plating step, Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the third electrode is in the range of 1: 1 to 2: 1, and the ratio of the current density on the first electrode is in the range of 50: 1 to 300:
청구항 11에 있어서,
상기 제2도금 단계에서 제3전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.2~0.8S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 제2전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~2:1이고, 상기 제3전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 20:1~80:1인 전기화학적 증착방법.
The method of claim 11,
The current density on the first electrode with respect to the current density on the second electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.2 to 0.8 S / cm when the potential on the third electrode is in a negative potential with respect to the semiconductor wafer in the second plating step Is 1: 1 to 2: 1, and the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the third electrode is 20: 1 to 80: 1.
청구항 11에 있어서,
상기 도전층의 두께는 50~900Å인 전기화학적 증착방법.
The method of claim 11,
Wherein the conductive layer has a thickness of 50 to 900 ANGSTROM.
청구항 11에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼 표면상에 증착된 Cu 필름의 WFNU는 0.2%~2.5%로 조절가능한 전기화학적 증착방법.
The method of claim 11,
Wherein the WFNU of the Cu film deposited on the surface of the semiconductor wafer is adjustable from 0.2% to 2.5%.
청구항 11에 있어서,
상기 전극들은 동일한 수직 높이에 위치되는 전기화학적 증착방법.
The method of claim 11,
Wherein the electrodes are located at the same vertical height.
청구항 11에 있어서,
상기 전극들은 상이한 수직 높이에 위치되는 전기화학적 증착방법.
The method of claim 11,
Wherein the electrodes are located at different vertical heights.
제1전극의 영역이 모든 전극의 전체 영역의 5~50%인 4 또는 그 이상의 전극으로 이루어지는 장치내에 균일한 Cu 필름의 전기화학적 증착방법으로서:
유입속도 1~20LPM으로 황산구리 기본 전해액을 도금장치내로 유입하는 단계;
반도체 웨이퍼상의 도전층에 전기적으로 접촉하는 웨이퍼 홀더에 반도체 웨이퍼를 이송하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼에 10V까지 바이어스 전압을 공급하기 위해서 전원공급을 작동시키는 단계;
상기 전해액에 접촉하는 상기 반도체 웨이퍼를 회수하는 단계;
상기 제1전극상에 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 양전위를 유지하는 단계;
제1도금 단계에서, 결합된 전류(combinded current) 2A~10A를 모든 전극에 공급하는 단계로서, 마지막 전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 양전위일때, 마지막에서 두번째 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~10:1이고, 상기 마지막 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이고, 나머지 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~2:1이며; 상기 마지막 전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 상기 나머지 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~2:1이고, 상기 마지막에서 두번째 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~30:1이고, 상기 마지막 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 2:1~300:1인 전류 공급 단계;
제2도금 단계에서, 결합된 전류(combinded current) 10A~40A를 모든 전극에 공급하는 단계로서, 상기 마지막 전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 양전위일때, 상기 마지막에서 두번째 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~10:1이고, 상기 마지막 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이고, 상기 나머지 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.8:1~2:1이며; 상기 마지막 전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 상기 나머지 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~2:1이고, 상기 마지막에서 두번째 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~10:1이고, 상기 마지막 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1인 전류 공급 단계;
전원공급 스위치에 의해, 상기 반도체 웨이퍼상에 바이어스 전압을 1V까지 공급하는 단계; 및
상기 전해액의 외부로 상기 반도체 웨이퍼를 회수하는 단계
를 포함하는 전기화학적 증착방법.
A method of electrochemical deposition of a uniform Cu film in an apparatus comprising four or more electrodes wherein the area of the first electrode is between 5 and 50% of the total area of all electrodes:
Introducing the basic copper sulfate basic electrolyte into the plating apparatus at an inflow rate of 1 to 20 LPM;
Transferring a semiconductor wafer to a wafer holder in electrical contact with a conductive layer on the semiconductor wafer;
Operating a power supply to supply a bias voltage of up to 10 V to the semiconductor wafer;
Recovering the semiconductor wafer in contact with the electrolytic solution;
Maintaining a positive potential with respect to the semiconductor wafer on the first electrode;
In a first plating step, supplying combined currents 2A-10A to all electrodes, wherein when the potential on the last electrode is positive potential relative to the semiconductor wafer, the current density on the last- Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is 0.5: 1 to 10: 1, the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is 1: The ratio of the current density on the first electrode to the current density on the first electrode is 0.5: 1 to 2: 1; Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the remaining electrode is 0.5: 1 to 2: 1 when the potential on the last electrode is negative with respect to the semiconductor wafer, Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is 0.5: 1 to 30: 1, and the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is 2: 1 to 300: 1;
Supplying a combinded current 10A to 40A to all of the electrodes in a second plating step such that when the potential on the last electrode is positive with respect to the semiconductor wafer, Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is between 1: 1 and 300: 1, The ratio of the current density on the first electrode to the current density is 0.8: 1 to 2: 1; Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the remaining electrode is 0.5: 1 to 2: 1 when the potential on the last electrode is negative with respect to the semiconductor wafer, Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is 0.5: 1 to 10: 1, and the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is 1: 1 to 300: 1;
Supplying a bias voltage up to 1 V onto the semiconductor wafer by a power supply switch; And
Recovering the semiconductor wafer from the outside of the electrolyte solution
≪ / RTI >
청구항 21에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼의 영역에 대한 모든 전극의 전체 영역의 비는 0.85 보다 큰 전기화학적 증착방법.
23. The method of claim 21,
Wherein the ratio of the total area of all electrodes to the area of the semiconductor wafer is greater than 0.85.
청구항 21에 있어서,
상기 제1도금 단계에서 상기 마지막 전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.02~0.2S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 마지막에서 두번째 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~3:1이고, 상기 마지막 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 10:1~100:1이고, 상기 나머지 전극들상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~2:1인 전기화학적 증착방법.
23. The method of claim 21,
Wherein a current on the first electrode with respect to a current density on the second to last electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm when the potential on the last electrode in the first plating step is a negative potential with respect to the semiconductor wafer, Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the first electrode is in the range of 0.5: 1 to 3: 1, the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is 10: 1 to 100: 1, Wherein the ratio of the current density on the first electrode is 0.5: 1 to 2: 1.
청구항 21에 있어서,
상기 제1도금 단계에서 상기 마지막 전극상의 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.2~0.8S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 마지막에서 두번째 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 4:1~40:1이고, 상기 마지막 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 2:1~100:1이고, 나머지 전극들상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~2:1인 전기화학적 증착방법.
23. The method of claim 21,
The current density on the first electrode with respect to the current density on the last-to-last electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.2 to 0.8 S / cm when the semiconductor wafer is at a negative potential with respect to the semiconductor wafer on the last electrode in the first plating step Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is from 2: 1 to 100: 1, the ratio of the current density on the last electrode to the current density on the first electrode Wherein the ratio of the current density to the current density is 1: 1 to 2: 1.
청구항 21에 있어서,
상기 제2도금 단계에서 상기 마지막 전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여 음전위일때, 0.02~0.2S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 마지막에서 두번째 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~10:1이고, 상기 마지막 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 10:1~300:1이고, 상기 나머지 전극들상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 0.5:1~2:1인 전기화학적 증착방법.
23. The method of claim 21,
The current on the first electrode with respect to the current density on the last-to-last electrode in the electrolyte having a conductivity of 0.02 to 0.2 S / cm when the potential on the last electrode is negative with respect to the semiconductor wafer in the second plating step, Wherein the ratio of the density of the current density on the first electrode to the current density on the first electrode is in the range of 0.5: 1 to 10: 1, the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is 10: 1 to 300: 1, Wherein the ratio of the current density on the first electrode is 0.5: 1 to 2: 1.
청구항 21에 있어서,
상기 제2도금 단계에서 상기 마지막 전극상의 전위가 상기 반도체 웨이퍼에 대하여에 대하여 음전위일때, 0.2~0.8S/㎝의 도전율을 갖는 상기 전해액내에서 상기 마지막에서 두번째 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~2:1이고, 상기 마지막 전극상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~300:1이고, 상기 나머지 전극들상의 전류 밀도에 대한 상기 제1전극상의 전류 밀도의 비는 1:1~2:1인 전기화학적 증착방법.
23. The method of claim 21,
In the electrolyte solution having a conductivity of 0.2 to 0.8 S / cm when the potential on the last electrode in the second plating step is a negative potential with respect to the semiconductor wafer, the current density of the first electrode Wherein the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the first electrode is 1: 1 to 2: 1, the ratio of the current density on the first electrode to the current density on the last electrode is 1: Wherein the ratio of the current density on the first electrode is 1: 1 to 2: 1.
청구항 21에 있어서,
상기 도전층의 두께는 50~900Å인 전기화학적 증착방법.
23. The method of claim 21,
Wherein the conductive layer has a thickness of 50 to 900 ANGSTROM.
청구항 21에 있어서,
상기 반도체 웨이퍼 표면상에 증착된 상기 Cu 필름의 WFNU는 0.2%~2.5%로 조절가능한 전기화학적 증착방법.
23. The method of claim 21,
Wherein the WFNU of the Cu film deposited on the surface of the semiconductor wafer is adjustable from 0.2% to 2.5%.
청구항 21에 있어서,
상기 전극들은 동일한 수직 높이에 위치되는 전기화학적 증착방법.
23. The method of claim 21,
Wherein the electrodes are located at the same vertical height.
청구항 21에 있어서,
상기 전극들은 상이한 수직 높이에 위치되는 전기화학적 증착방법.
23. The method of claim 21,
Wherein the electrodes are located at different vertical heights.
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