(57)【要約】【課題】  ウエハー上に平坦な導電性面を形成する方法を提供すること。【解決手段】  一態様において、本発明は電気化学的堆積による非接触プロセスと、その後の電気化学的機械的堆積による接触プロセスを用いる。他の態様において、電気化学的堆積による非接触プロセスは、この非接触プロセスにあった溶液を用い、電気化学的機械的堆積による接触プロセスは、この接触プロセスにあった溶液を用いる。
2005520044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の空孔が第２の空孔よりも狭い幅を有する第１及び第２の空孔を備える上面、及び前記ウエハーの上面及び第１及び第２の空孔上に組合されて配置された導電性上面を有する導電層を有するウエハー上で操作するための電気化学的処理方法であって、
第１の導電性物質を有する第１の電解液を用いて前記ウエハーの導電層上に電気化学的堆積を行い、少なくとも第１の空孔を、少なくとも部分的に前記第１の導電性物質で充填する工程、及び
前記第１の空孔が前記第１の導電性物質で少なくとも部分的に充填された前記ウエハーの導電層上に、第２の導電性物質を有する第２の電解液を用いて、電気化学的機械的堆積を行い、前記第１及び第２の空孔のうちの残りの空孔の少なくとも或る部分を、更に前記第２の導電性物質で充填する工程
を具備し、前記ウエハーの上面に配置された導電層の導電性上面と、試料表面影響付与デバイスとの間の物理的接触及び相対運動が、少なくとも前記電気化学的機械的堆積の期間、維持される電気化学的処理方法。
【請求項２】
前記第１の電解液は、第２の電解液とは異なる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の電解液及び第２の電解液は、促進剤添加物及び抑制剤添加物を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の電解液の促進活性は、前記第１の電解液の促進活性よりも高い請求項３に記載の方法。
【請求項５】
電気化学的堆積を行う工程及び電気化学的機械的堆積を行う工程は、異なるプロセスモジュールで行われ、前記第１の電解液及び第２の電解液のそれぞれは、異なるプロセスモジュールの異なる方に放出される請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の電解液は、欠陥なしに第１の空孔を充填するように最適化され、前記第２電解液は、平坦な堆積のために最適化されている請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記導電層は、当初はシード層であり、前記第１の電解液は、シード層の特性に基づき選択される請求項２に記載の方法。
【請求項８】
電気化学的堆積を行う工程及び電気化学的機械的堆積を行う工程は、同一のプロセスモジュールで行われ、前記第１の電解液及び第２の電解液のそれぞれは、同一のプロセスモジュールに放出される請求項２に記載の方法。
【請求項９】
電気化学的堆積を行う工程及び電気化学的機械的堆積を行う工程の間に、洗浄溶液で同一のプロセスモジュールをクリーニングする工程を更に具備する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の電解液は、第２の電解液と同一である請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
電気化学的堆積を行う工程及び電気化学的機械的堆積を行う工程は、同一のプロセスモジュールで行われる請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
電気化学的堆積の少なくとも実質的な期間、堆積は、ウエハーと試料面影響付与デバイスとの物理的接触なしに生ずる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電気化学的堆積の少なくとも実質的な期間、堆積は、ウエハーから試料面影響付与デバイスが離間した状態で生じ、それによって試料面影響付与デバイスは成形板として動作する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
電気化学的堆積を行う工程は、実質的にその全期間、電気化学的堆積が、ウエハーと試料面影響付与デバイスとの物理的接触なしに生ずるように生ずる請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
電気化学的機械的堆積の期間は、電気化学的機械的堆積を行う工程が行われる実質的に全時間である請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
電気化学的機械的堆積を行う工程が行われる実質的に全期間、前記ウエハーの上面に配置された導電層の導電性上面と、試料表面影響付与デバイスとの間の物理的接触及び相対運動が維持される請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
電気化学的堆積を行う工程は、実質的にその全期間、電気化学的堆積が、ウエハーと試料面影響付与デバイスとの物理的接触なしに生ずるように生ずる請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
電気化学的堆積を行う工程は、逆パルス電位を印加することにより、第１の凹部上の導電性バンプの形成を最小にする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
電気化学的機械的堆積を行う工程は、導電層の導電性上面を平坦にし、第１及び第２の凹部のそれぞれを完全に充填させる請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
電気化学的堆積を行う工程は、第１の空孔の深さが第１の空孔の幅よりも小さくなるまで行われる請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
電気化学的機械的堆積を行う工程の後、導電層の電気化学的エッチングを行う工程を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
電気化学的エッチングの工程の少なくともある期間、電気化学的エッチングは、ウエハーと試料面影響付与デバイスとの物理的接触なしに生ずる請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
導電層の電気化学的エッチングを行う工程は、電気化学的機械的エッチングを使用し、電気化学的機械的エッチングの工程中、前記ウエハーの上面に配置された導電層の導電性上面と、試料表面影響付与デバイスとの間の物理的接触及び相対運動が維持される請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
電気化学的エッチングを行う工程は、電気化学的堆積を行う工程及び電気化学的機械的堆積を行う工程中も使用される電解液を用いる請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
電気化学的機械的堆積を行う工程の後、第１及び第２の空孔の残りの空孔が第１及び第２の導電性物質の一方で充填されるまで、電気化学的堆積を行う工程及び電気化学的機械的堆積を行う工程の少なくとも一方を繰り返す請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
第１及び第２の導電性物質は同一である請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
導電性物質は銅である請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
請求項１に記載の方法を含む、製造された集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路の製造に係り、特に、導電層の平坦堆積及び研磨のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の半導体装置は、一般に、シリコン基板のような半導体基板、二酸化珪素のような、連続して形成された複数の層間絶縁層、及び導電性材料からなる導電路又は配線を備える。優れたエレクトロマイグレーション及び低い抵抗率特性のため、銅及び銅合金は、配線材料として最近かなり注目されている。配線は、通常、メタライゼーションプロセスにより、誘電体層にエッチングにより形成された凹部又は空孔に銅を充填することにより形成される。銅のメタライゼーションプロセスの好ましい方法は、電気メッキである。集積回路では、配線ネットワークの多層構造は、基板表面に関し横方向に延びている。連続層に形成された配線は、ビア又はコンタクトを用いて電気的に接続され得る。
【０００３】
典型的なプロセスでは、最初に半導体基板上に絶縁層が形成される。パターニング又はエッチングプロセスは、絶縁層にトレンチやバイアスのような凹部又は空孔を形成するために行われる。次いで、バリア／接着層及びシード層が、パターン化された表面に堆積され、銅のような導電体がすべての凹部を充填するためにメッキされる。しかし、銅による凹部の充填に加えて、メッキプロセスはまた、基板の上面に過剰の銅を堆積する。この過剰の銅は、「過剰堆積」と呼ばれ、その後の工程中に除去されねばならない。標準のメッキプロセスでは、電気化学的堆積（ＥＣＤ）プロセスは、ウエハー上の大きな凹部を適合した状態で被覆するので、過剰堆積された銅は大きな表面形状を有する。例えば、０．５μｍの深さの凹部を有するウエハーが、標準のＥＣＤプロセスにより０．８μｍの厚さの銅で被覆され、約５ミクロンより広い凹部を含む、すべての凹部を完全に、傷なしに充填することが保証される。得られた銅表面は、より大きな凹部上を約５ミクロンの段差を有する表面形状を有している。通常、銅メッキの後、最初にこの表面形状全体を平坦化し、次いで過剰堆積された銅層の厚さを、バリア層の表面のレベルにまで減少させるために、ＣＭＰプロセスが採用される。なお、バリア層はその後除去され、空孔の中に導電体が残される。ＣＭＰは、コストと時間がかかるプロセスである。ＣＭＰプロセスに使用された高い圧力はまた、二酸化珪素より機械的に弱い低ｋ誘電体を損傷させる。そのため、集積化プロセスにおけるＣＭＰ工程を最小にすることは、すべてのＩＣ製造のゴールである。ウエハーの表面形状はまた、ＣＭＰプロセスに問題を生ずる。特に、１００ミクロンの幅のトレンチ又は接合パッドのような大きな凹部の上方にある上述の例の５ミクロンの段差のような大きな段差は，ＣＭＰの後にディッシング欠陥を生ずる。それ故、コスト及び可能な特徴の両方の点において、ウエハー上に減少した表面凹部を有する、より薄い銅の堆積を付与する能力を有するプロセスは魅力的である。
【０００４】
銅の電気的堆積プロセスにおいて、特別に調製されためっき液又は電解液が使用される。これらの電解液は、典型的には、水、酸（硫酸のような）、銅のイオン種、塩化物イオン、及び堆積された物質の特性及びメッキ挙動に影響を与える添加物を含む。典型的な電気メッキ浴は、促進剤、抑制剤、及びレベラーのような、市販されている３つのタイプの添加物のうちの少なくとも２つを含む。これらの添加物は、ときに別の名称で呼ばれていることに注意すべきである。例えば、文献では、促進剤は光沢剤と呼ばれ、抑制剤はキャリアと呼ばれるかも知れない。電解液におけるこれらの添加物の機能及び塩化物イオンの役割は、その詳細について充分には理解されておらず、同意されていないかも知れないが、この分野で広く知られている（例えば、Z. W. Sum and G. Dixit, “Optimaized bath control for void-free copper deposition”, Solid State Technology, November 2001, page.;97参照のこと）。
【０００５】
電気的堆積プロセスは、基板上の、小さい、大きいすべての形状を充填する必要がある。図１Ａは、バリア／シード層１３で被覆された、高アスペクト比のビア１０、中間のアスペクト比のトレンチ１１、及び低アスペクト比のパッド１２を有する例示的ウエハー表面の断面図を模式的に示す。それは、図を単純化するために、１層として示されている。この分野で周知のように、アスペクト比は、凹部の深さｄと、その最小の横方向の寸法又は幅ｗとの比である。より深い凹部がパッケージ用途のようなある用途に用いることが出来るが、一例では、深さｄは、０．１ミクロン〜２．０ミクロンとすることが出来る。ビア１０の深さは、サイズがサブミクロンであり、アスペクト比（ｄ／ｗ）が１−１０である。トレンチ１１は、０．１−１のアスペクト比を有し、パッド１２は０．１未満のアスペクト比を有する。例えば、０．５ミクロンの凹部の深さでは、ビアは０．１ミクロンであり、トレンチ１１は２ミクロンの幅であり、パッドは２０ミクロンの幅である。
【０００６】
図１Ｂは、従来技術の方法により行われた銅の堆積の後の図１Ａの基板を示す。実線１５は、２つの添加物、即ち促進剤及び抑制剤を含む添加物パッケージを採用する典型的なＥＣＤプロセスから生ずる銅膜の典型的な表面形状を示す。これらの添加物が高アスペクト比のビア１０を銅で底上げ充填するのを助けることは、周知である。しかし、底上げ充填のメカニズムは、凹部のアスペクト比がより小さくなるに従って、効果的でなくなり、堆積はますます下地に順応する。その結果は、中間サイズの凹部又はトレンチ１１上の小さな段差Ｄ１及び大きな凹部又はパッド１２上の大きな段差Ｄ２として、図１Ｂに示されている。様々なサイズの凹部上のこれらの段差の大きさは、凹部の深さｄのように大きいことに注目すべきである。ビア１０の密な列上に示される過剰充填Ｏは、典型的には、この例の２成分添加物パッケージを含む電解液により堆積した銅膜に観察される。図１Ｂに見ることが出来るように、銅膜の表面形状は大きく、このことは前述したように、ＣＭＰに問題を提供する。
【０００７】
図１Ｂに実線１５で示された銅の表面形状を改善するため、幾つかの解決法が従来技術の方法により提供されている。過剰充填Ｏ減少させるため、第３の添加物であるレベラーが、電解液組成物に添加される。添加物の濃度を注意して制御することにより、ビア１０の密な列上に銅の輪郭は、図１Ｂに破線１６により示されているように、平坦にされる。米国特許６，３４６，４７９Ｂ１は、凹部の一部を充填するために、下地に順応しないメッキプロセスで銅が堆積される方法について記載している。次いで、第２の電気メッキプロセスは、開口又は凹部の残留する未充填部分に銅を下地に順応して堆積するために実施される。そのような解決法は、本例のビア１０のような小さい凹部の密な列上に、かつそれぞれ破線１６及び１７により示すような本例のトレンチ１１のような中間サイズの凹部上に、平坦な輪郭を与える。しかし、米国特許６，３４６，４７９Ｂ１に記載されているように、第２の電気メッキプロセスは、基板上に銅を堆積し、そのため図１Ｂの例に示すパッド１２のような大きな凹部上の大きな段差Ｄ２を除去することが出来ない。米国特許６，３４６，４７９Ｂ１は、第１の銅堆積工程が光沢剤−レベラー濃度の第１の比を有し、第２の銅堆積工程が、光沢剤−レベラー濃度の第１の比よりも低い光沢剤−レベラー濃度の第２の比を有する、トレンチ内に銅を電気メッキする方法について記載している。このように、図１Ｂの段差Ｄ１を減少することが出来ることが報告されている。この分野で周知のように、銅の電気メッキ添加剤は、図１Ｂのパッド１２のような非常に小さいアスペクト比を有する非常に大きい凹部では動作しない。そのため、段差Ｄ２は、そのような方法により減少又は除去されることは期待されない。ウエハー上の最大の凹部の幅の半分に近い厚さを有する非常に厚い銅層がメッキされるならば（例えば、米国特許５，２５６，５６５、１９９３年１０月２６日参照）、Ｄ２は減少し、除去される。しかし、多くの配線デザインが１０ミクロン以上のサイズの凹部を含むという事実を考慮すると、このことは実用的ではない。
【０００８】
上記考察が示すように、パターン化されたウエハー表面に比較的平坦な銅の表面形状を得ることを目的とする従来技術の幾つかは、大きいか又は中間のアスペクト比の凹部を有するクラスのウエハーに適用可能である。しかし、多くのＩＣ配線デザインは、所定のウエハー表面上に広範囲のアスペクト比を有する凹部を含んでいる。特に、多層配線構造では、高電流通電配線の幅は増加し、一方、そのアスペクト比はより高いレベルの配線では減少する。そのため、広範囲のアスペクト比を有する凹部上の銅の表面凹部を減少又は除去する性能を有する解決法が必要とされる。
【０００９】
すべての凹部のサイズに対する銅の表面凹部を減少又は全体として除去することを可能とする技術は、電気化学的機械的処理（ＥＣＭＰＲ）である。この技術は、図１Ｂの例に示す、段差Ｄ１，Ｄ２及び過剰充填Ｏを除去する能力を有し、試料表面上に平坦な導電性物質の薄層を提供し、或いは過剰の導電性物質を持たないか又は殆ど持たない試料表面を提供する。このように、ＣＭＰプロセスは、最小にされ得るか又は除去され得る。「電気化学的機械的処理（ＥＣＭＰＲ）」なる語は、電気化学的機械的堆積（ＥＣＭＤ）、及び電気化学的機械的研磨（ＥＣＭＰ）とも呼ばれる電気化学的機械的エッチング（ＥＣＭＥ）の双方を含むように使用される。一般に、ＥＣＭＤ及びＥＣＭＥの双方は電気化学的機械的処理（ＥＣＭＰＲ）と呼ばれることに注意すべきである。それは、双方が試料表面において電気化学的プロセスと機械的作用を含むからである。ＥＣＭＰＲから生ずる一例としての平坦な銅表面の形状は、図１Ｂにおいて、平坦な破線１８として示されている。
【００１０】
様々なＥＣＭＰＲ法及び装置の説明は、以下の特許、公開された出願、及び継続中の出願に見ることが出来、これらは本発明と同一出願人に帰属するものである。即ち、「電気化学的機械的堆積」なる発明の名称の米国特許第６，１２６，９９２号、「外的影響を用いて試料の上面に配置された添加剤と凹部表面との間に相違を形成するメッキ方法及び装置」なる発明の名称の、２００１年１２月１８日に出願され、２００２年２月２１日に米国特許出願Ｎｏ．２００２００２０６２８として公開された米国特許出願０９／７４０，７０１号、「試料の所定の部分への堆積を制御するメッキ方法及び装置」なる発明の名称の２００１年９月２０日に出願された米国特許出願０９／９６１，１９３、「マスクメッキデザイン」なる発明の名称の２００１年９月２０日に出願された米国特許出願０９／９６０，２３６、「低力電気化学的機械的処理方法及び装置」なる発明の名称の２００２年５月２３日に出願された米国特許出願１０／１５５，８２８である。これらの方法は、試料上の空孔内及び上に金属を平坦に堆積することが出来る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ＥＣＭＰＲ技術を用いて試料の表面に銅のような導電性材料の平坦に近いか又は平坦な層を形成するプロセスに関する。
【００１２】
１態様では、本発明は、試料表面影響付与デバイスに近接して試料の前面を位置決めすることを含む。その後、導電性物質を含むメッキ溶液は、試料表面影響付与デバイスの溝を通して試料の前面に流される。両者ともにメッキ溶液と物理的に接触する試料と電極との間に電位が印加され、それにより、電気化学的堆積プロセスを用いて試料の前面に導電性物質が形成される。その後の電気化学的機械的堆積プロセスでは、試料の前面は、電位及びメッキ溶液が加えられるに 従って、試料表面影響付与デバイスの上面を用いてスイープ又は研磨される。次の工程では、電気化学的堆積プロセス及び電気化学的機械的堆積プロセスで用いた電位と反対の極性の電位が試料及び電極に印加される。
【００１３】
他の態様では、プロセスは、好ましくは少なくとも２つの別々のメッキ溶液を用いて、その表面凹部又は空孔を有する半導体基板上に平坦に近いか又は平坦な銅層が形成される。
【００１４】
第１の段階では、小さな凹部の無欠陥充填のために最適化されたメッキプロセスが実施される。この段階中に、メッキは、ウエハー表面上を機械的スイープ無しに非接触モードで行われ、最良のギャップ充填性能のために最適化された第１の添加化学物質を含む第１のメッキ溶液を用いる。
【００１５】
第２の段階は、この平坦堆積又は平坦化工程のために特に最適化された第２の添加化学物質を有する第２のメッキ溶液で、典型的には少なくともＥＣＭＤプロセスを含むＥＣＭＰＲプロセスを用いる。例えば、第２の化学物質は、第１の段階に用いることが出来る１つのみ又は２つ又は３つの添加物質を含み得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のプロセスは、ＥＣＭＤのようなＥＣＭＰＲ技術を用いて、試料の表面に、銅のような導電性物質のほぼ平坦な又は平坦な層を形成するプロセスに関する。本発明のプロセスは、表面に凹部又は空孔を有する半導体基板上にほぼ平坦な又は平坦な層を形成するために、少なくとも２つの別のメッキ化学溶液を用いる。本発明の新規な特徴は、広範囲の形状及び寸法の凹部又は空孔を有する基板に適用可能であるという事実にある。例えば、基板は、サブミクロンサイズのビア又はトレンチのような高アスペクト比の小さな凹部、及び１０ミクロンを越える幅のトレンチ及び２０ミクロンを越えるサイズのパッド又は溝のような非常に低いアスペクト比の凹部を有する。この一例としてのウエハー上には、５００ミクロンを越える凹部すらある。本発明の第１の段階では、小さな凹部の無欠陥充填のために最適化されたメッキプロセスが行われる。この段階の際、メッキは、ウエハー表面を機械的に拭くことのない無接触モードで行われる。この無接触プロセスは、最良のギャップ充填性能のために最適化された第１の添加化学物質を含む第１のメッキ溶液を含む。この化学物質は、促進剤、抑制剤、及び任意のレベラーを含む。この段階では、小さいサイズ及び中間のサイズの凹部が銅で充填され、一方、大きいサイズの凹部は、部分的に又は完全に下地に順応した形で銅で被覆される。本発明の第１の段階から得られる銅層の輪郭の一例が、輪郭３０として図２に示されている。すべての小さな凹部が銅で充填され、中間のサイズの凹部上に小さな段差があり、大きな凹部上に大きな段差があることがわかる。本発明のこの第１の段階は、最大の凹部上の銅のレベルが絶縁層の上面のレベルとほぼ同一となるまで続行される。この場合、より小さい段差は減少するが、大きな凹部上の段差は実質的に同一のままである。
【００１７】
本発明の第２の段階は、典型的には少なくともＥＣＭＤプロセスを含むＥＣＭＰＲ接触プロセスを用いる。ＥＣＭＤプロセスは、この平坦堆積工程又は平坦化工程に対し特に最適化された第２の添加化学物質を有する第２のメッキ溶液を用いる。この第２の化学物質は、例えば、第１の段階で用いる添加剤の１つ、２つ又は３つを含んでいてもよい。接触工程の期間に応じて、実質的に平坦な（輪郭３１として示されている）又は絶対的に平坦な（輪郭３２として示されている）銅の輪郭を得ることが出来る。接触工程の期間が増加するに従って、表面はますます平坦になる。いずれにせよ、図１Ｂの従来の大きな凹部に比較して、図２の輪郭３１及び３２のより平坦な凹部は、ＣＭＰプロセスの効率を増加させ、ディッシングやエロージョンのようなＣＭＰに関連する欠陥を減少させる。
【００１８】
図３は、本発明を実施するために用いることが出来る、一例としてのＥＣＭＰＲシステム１００を示す。ＥＣＭＰＲシステムは、マスク、パッド又はスイーパーのような試料表面影響付与デバイス（ＷＳＩＤ）１０２、ウエハーのような試料１０６を保持するキャリアヘッド１０４、及び電極１０８を具備する。ウエハーは、ＥＣＭＤプロセスを用いて銅がメッキされるべきシリコンウエハーとすることが出来る。ＷＳＩＤ１０２は、ウエハー１０６の前面１１０とＷＳＩＤ１０２の上面１１２との物理的接触及び相対運動があるときに、ＥＣＭＤの少なくとも一部において使用される。ＥＣＭＤの際には、ＷＳＩＤは、電極１０８とウエハー表面との間に電位が形成されている間、ウエハーの表面１１０をスイープする。或いは、ある場合には、ＷＳＩＤの表面１１２がウエハーの表面１１０をスイープした直後に、電位が形成される。言い換えると、電位の形成とＷＳＩＤによる基板表面のスイープは、上述した先願に詳細に説明しているように、同時又は連続的である必要はない。ＷＳＩＤの溝１１４は、銅のメッキ溶液のような処理溶液１１６をウエハー１０６の表面に流すようにする。
【００１９】
上述したように、本発明の一態様は、電気化学的堆積を用いた非接触プロセス、及びその後の電気化学的機械的堆積を用いた接触プロセスの使用である。この一連のプロセスは、接触及び非接触プロセスに同一の溶液を用いて、又は異なる溶液を用いて実施することが出来る。従って、それぞれについて、別々の説明がなされるであろう。しかし、同じ溶液を用いた一連のプロセスの態様は、異なる溶液を用いた一連のプロセスにも用いることが出来、またその逆でもよいことを理解すべきである。
【００２０】
同じ溶液の一連のプロセス
全プロセスについて同じ溶液を用いるとき、銅メッキ溶液の一例は、ＣｕＳＯ４、Ｈ２ＳＯ４、Ｃｌ−、及び添加物を含む溶液のような銅系溶液である。添加物は、一般に、促進剤、抑制剤、レベラー、及び光沢剤と呼ばれる化学物質であり、それらは粒子サイズ、形態、小さい凹部の充填、堆積された銅の平滑さに影響を与える。そのような添加物は、銅メッキ産業において周知である。本発明に使用される銅メッキは、別の化学添加物を含んでいてもよい。そのような別の化学添加物の１つは、本発明と同一出願人である、「メッキ及び平坦化のための変性されたメッキ溶液及びそれを用いたプロセス」という発明の名称の米国特許出願第０９／５４４，５５８号に開示されている。更に他の化学物質は、堆積物質の特性に影響を与えるために、本発明のメッキ溶液に使用可能であり、本発明のこの態様の範囲内にある。
【００２１】
ここで、この態様を実施する好ましいプロセスについて説明する。図４は、図３に示す試料１０３の前面１１０に形成されている第１の表面４００を示す。第１の表面４００は、ベース層上に形成された、パターン化された層４０２、好ましくは酸化シリコンのような絶縁層を備えている。第１の表面４００は、金属配線デザインルールに従った周知のパターニング及びエッチング技術を用いて形成することが出来る。この態様では、絶縁層４０２は、それぞれ層間領域４１０により分離された、空孔又はギャップ、即ち第１の空孔４０４、第２の空孔４０６、及び第３の空孔４０８を含む。それぞれの空孔４０４，４０６，４０８は、底面４１２及び側壁４１４により定義されている。内層領域４１０の厚さは、底面４１２又はベース層１１０の上面と、層間領域４１０の上面４１６との間の距離により決定される。この例では、内層領域４１０の厚さは、空孔４０４，４０６，４０８の深さに等しい。層間領域４１０の上面４１６は、フィールド領域と呼ばれる。
【００２２】
この態様では、空孔４０４，４０６，４０８は、第１の空孔４０４がビア又は狭いトレンチであり、第２の空孔４０６が中間サイズのトレンチ又は大きいビアであり、第３の空孔４０８がトレンチ又は大きいパッドであるように形成することが出来る。この点において、第１の空孔４０４は、１μｍ未満の幅を有する。第２の空孔４０６は、１−５μｍの幅を有し、第３の空孔４０８は、５μｍを越える幅を有する。空孔の深さは、０．３〜１０μｍを越えるが、しかし、好ましくは０．３〜５μｍである。プロセスのこの点において、図には示されていないが、典型的には１層又はそれ以上の層のバリア又は接着材料、例えばＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、又はＷＮの層を、この分野で周知の方法により、バリア又は接着層として堆積することが出来る。Ｔａ及びＴａＮ又はＴｉ及びＴｉＮの連続堆積により形成された２層のような多層の異なるバリア物質を構成してもよい。その後、バリア層の頂部に、その後の電気メッキされる銅層のためのシード層として、銅の薄膜が堆積される。銅のシード層は、その後の堆積層の核形成及び成長が生じ得るベース層を提供する。
【００２３】
図５を参照すると、空孔４０４，４０６，４０８内、及び上面４１６上に第１の層４１８が堆積される。堆積プロセスは、上述の、一例であるシステム１００を用いて行われる。狭い凹部／空孔内への底上げメッキを促進する添加物を用いて銅メッキ溶液を調製することは周知である。様々なサイズの凹部を有する試料が、これらの電解液を用いて銅で被覆されるとき、小さい凹部、典型的には１μｍ未満の凹部は、空孔の底部から頂部への銅のメッキにより、容易にかつ急速に埋められる。添加物は妨害されることなく凹部内外に拡散し得るので、大きな凹部は下地に順応した形で被覆される。中間サイズの凹部は、両極端の間の挙動を行う。
【００２４】
操作に際しては、最初に、図３に示す前面１１０が、マスク板１０２と接触することなく、メッキされる（即ち、試料１０６は、マスク板１０２に近接して保持され、メッキ中に移動される。）。プロセスのこの段階中、ウエハーの前面とマスク板の表面との間のギャップは、好ましくは約１−４ｍｍである。プロセスのこの工程は、以後、「非接触メッキ」と呼ばれる。図５に戻ると、プロセスのこの段階において、第１の層４１８を形成する堆積物質は、底上げ充填プロセスにより第１の空孔４０４を埋め、第３の空孔の壁及び底部を下地に順応した形で覆う。更に、このプロセス中、第２の空孔４０６内に堆積された物質は、少し底上げ状に、部分的に埋める。プロセスのこの段階では、第１の層４１８の一部は第２の空孔４０６を部分的に埋めて、それをより小さくするが、孔の残りの部分は高いアスペクト比（深さＤ／幅Ｗ）のままである（すなわち、Ｄ＞Ｗ）。第２の空孔４０６は、部分的に充填される空孔であり、Ｄ＞Ｗ条件が存在するかどうかを決定するために用いることが出来ることを理解すべきである。非接触メッキは、いずれかの空孔にＤ＞Ｗ条件が存在する限り、続行される。好ましくは、接触メッキは、Ｄ＞Ｗ条件が存在する限り、開始されない。以下に記載されるように、Ｄ＞Ｗ条件の存在の下で接触メッキが開始されると、欠陥が形成される。
【００２５】
従って、図６Ａ及び７に示すように、使用されるプロセスパラメーターに応じて、２つのタイプの表面輪郭、即ち、それぞれ平坦な輪郭（図６Ａ）及び過剰充填輪郭（図７）を有する第２の層４２０に、非接触メッキが生ずるであろう。図６Ａに示すように、好ましい平坦な輪郭では、非接触メッキプロセスが続行され、第２の層４２０が第１の層４１８上を覆うに従い、第２の空孔４０６のアスペクト比は、空孔の幅Ｗが深さＤより大きくなるように、より小さくなる。即ち、Ｗ＞Ｄの条件が存在する。この条件は、堆積された層の選択された領域の厚さ及びこの選択された厚さに対応する成長速度により表現してもよい。図６Ｂに示すように、ｒｂが第２の空孔４０６の底面からの成長速度であり、ｒｗが第２の空孔４０６の側壁の頂部からの成長速度である場合、上記所定の条件Ｗ＞Ｄは、ほぼＷ０−２ｒｗｔ＞（Ｄ０−ｒｂｔ）（式中、Ｗ０及びＤ０は、堆積前の空孔の初期の幅及び深さであり、ｔは、堆積時間である。）として表現され得る。バリア層及びシード層は、明確化のため、どの図にも示されていない。
【００２６】
過剰充填輪郭（図７）の場合について言うと、非接触メッキが第１の空孔４０４を充填するに従い、バンプのような過剰充填凹部部４２１が第１の空孔４０４上に形成される。銅のメッキプロセス中、空孔の過剰充填のため、そのようなバンプは可能であり、形成される。そのメカニズムは十分には理解されていないが、小さい空孔に成長促進添加種の優先的又は加速された吸着により、そのようなバンプが形成される。そのような形態学では、バンプ４２１の存在のため、後続の接触メッキ段階において、平坦な輪郭の場合とは反対に、空孔４０６，４０８を埋め、バンプ４２１を覆うために、厚い堆積層が必要である。これは時間がかかり、システムの効率を減少させる。そのため、本態様では、平坦な輪郭が好ましい。しかし、バンプが形成されると、プロセスの第２の工程は表面を平坦化することにより、それらを除去する。
【００２７】
図６Ａに戻ると、第２の層４２０の平坦性は、電解液中に平坦性促進剤を用いること又はアノード及びカソードを付活するためにパルス電力を用いることのような様々な技術を用いて得られる。平坦性促進剤は、レベラーとして例示される。レベラーは、電気メッキ技術において周知の化学物質であり、堆積層上のバンプの成長を効果的に抑制するために使用される。パルス電力の供給又は可変電力の供給は、過剰充填によるバンプを最小にするか又は除去することが出来る。逆パルスメッキプロセスと呼ばれる技術は、小さい凹部上に平坦な表面輪郭を得るために使用される。この方法では、電圧パルスは試料表面を周期的に陰極にして、そこに銅を堆積し、より短時間、陽極にして堆積された物質の一部をエッチバックし、それによって層の平坦化を達成することが出来る。パルス電力の供給は、本発明のプロセスの第２の工程中又は接触メッキ中、及び第３の工程中又は電気的エッチング中にも用いることが出来る。ここで図６Ａ及び６Ｂに戻ると、すべての残りの凹部（即ち、中間サイズ及び大きい凹部）についてＷ０−２ｒｗｔ＞（Ｄ０−ｒｂｔ）条件が満たされると、このプロセスは、プロセスの「接触」メッキ段階又はプロセスの第２の段階について続行され、完全に空孔が充填される。プロセスの「接触」メッキ段階では、前面１１０はマスク板１０２の上面に接触し、一方、堆積プロセスが続行する。接触メッキがＷ＞Ｄ条件を満たすことなく開始されると、欠陥が形成される。
【００２８】
図８Ａ及びＢは、そのような欠陥の形成を例示する。図８Ａに示すように、接触メッキが開始すると、マスク板１０２は、第２の空孔４０６の側壁及び底面を覆う内側部分４１８Ｂ及びマウス部分４１８Ｃではなく、層４１８の頂部４１８Ａをスイープ若しくは機械的に影響を及ぼす。これは、内側部分４１８Ｂ及びマウス部分４１８Ｃの双方よりも頂部４１８Ａにおける成長速度を減少させる。更に、この機械的影響は、内側部分４１８Ｂに添加物の相違を形成するので、内側部分４１８Ｂよりもマウス部分４１８Ｃにおける銅の横方向の成長速度を増加させる。この状態を図８Ｂに見ることが出来、図８では、連続層４１９Ａ、４１９Ｂ、４１９Ｃが接触メッキで被覆され、層４１９Ａ−４１９Ｃは、内側部分４１８Ｂよりもマウス部分４１８Ｃを覆う位置において、より速く成長する。頂部４１８Ａを覆う層４１９Ａ−４１９Ｃの部分は、接触するマスク板により生じた機械的影響により、ゆっくりと成長する。そのような非順応性成長パターンは、結局、電気メッキにおいて不所望な状態である電解液をトラップする欠陥４２３、しばしば孔を形成する。
【００２９】
図９に示すように、接触するマスク板１０２により生ずる機械的影響は、更に成長する堆積層を平坦化し、また過剰充填の輪郭が用いられるならば、この機械的影響は同様にバンプ４２１を除去する（図７参照）。このことは、試料１０６上のほぼ平坦化された層である、第３の堆積層４２４を生ずる。プロセスの接触工程は、試料が中間的に（即ち非連続的に）マスク板１０２と接触するように進行する。このことはやはり、平坦化された層を生じ、頂部層を平滑にする。更に、そのような接触及び非接触作用は、多数回繰り返される。
【００３０】
プロセスの以下の段階では、電極の極性を逆にすることにより（即ち、試料に正の電位を印加することにより）、層４２４は層間領域上の所定の厚さに電気的エッチングされ得る。この第３の工程では、電気的エッチングプロセスは、電気的堆積段階に用いたのと同一の電解溶液を用い、上記と同一のシステムを用いて行われる。電気的堆積の場合のように、電気的エッチングはまた、「非接触」電気的エッチング及び「接触」電気的エッチング工程により実施される。従って、図１０に示すように、非接触電気的エッチングプロセスにより、層４２４の厚さｄ’を、平坦な状態に、厚さＡまで減少することが出来る。図１１に示すように、接触電気的エッチングプロセスにより、接触マスク板１０２は、層４２４の厚さを、平坦な状態に、厚さＢまで減少する。
【００３１】
接触及び非接触電気的エッチングは、様々な電流レベル、様々なウエハー圧力レベル、及び様々な回転及び直線速度を用いることによる等の同一又は様々なプロセスパラメーターを用いて、連続的にかつ多数回数、用いることが出来る。もし接触及び非接触電気的エッチングが多数回数行われるならば、このプロセスは、接触電気的エッチングで終わる。上述のように、接触工程はその層を平滑にする。厚さＢは空孔４０４，４０６，及び４０８の深さＤ０より小さく、好ましくは空孔の深さの半分（Ｄ０／２）より小さいのがよい。プロセスの第３の工程は、堆積プロセスに用いられるのと同一の電解液又は溶液で実施される。更に、この工程は、堆積が実施されるのと同一のプロセスモジュールで、かつ堆積プロセスの後に行われる。
【００３２】
上記態様の方法は、任意の形状及び形態の空孔を埋めることが出来る。一例として、デュアルダマシン構造５００が図１２に示されている。デュアルダマシン構造５００は、絶縁体５０６に形成されたビア５０２及びトレンチ５０４を有している。ビア５０２は狭いビアであり、トレンチ５０４は中間サイズ又はより大きいサイズのトレンチである。上記プロセスが使用されると、このプロセスの第１の工程又は非接触工程では、堆積物質はビア５０２を埋め、トレンチ５０４に第１の層５０８を下地に順応して被覆する。プロセスの第２の段階又は接触工程では、堆積物質はトレンチを第２の層５１０で完全に産め、接触マスク板１０２により生じた機械的影響は、成長する第２の層５１０を平坦にする。第３の工程では、連続して堆積層５０８及び５１０により形成された層５１２は、図１２に示すように、所定の厚さ‘Ｃ”にまで電気的エッチングされる。
【００３３】
異なる溶液プロセスのシーケンス
ここで、電気化学的堆積による非接触プロセス及び電気化学的機械的堆積による接触プロセスのための異なる溶液を用いる態様について説明する。
【００３４】
図１３Ａは、第１の電気メッキ溶液を用いて電気メッキされるときの、ウエハー１０６の前面１１０を示す。前面１１０は、小さい凹部１２２、中間サイズの凹部１２４及び大きい凹部１２６を含む。小さいサイズの凹部は、１ミクロンより小さい幅を有し、中間サイズの凹部は、１〜５ミクロンの幅を有する。大きい凹部は、１０ミクロンより大きい幅を有する。凹部１２２，１２４，１２６は、半導体ウエハー１０６上に形成された絶縁層１２８に形成される。Ｔａ，ＴａＮ又はその複合体Ｔａ／ＴａＮのようなバリア層１３０が凹部の内面及び絶縁層１２８の上面１３２を被覆する。上面１３２は「フィールド領域」とも呼ばれる。銅の薄層のようなシード層（図示せず）が、バリア層上に被覆サレル。プロセス中、ウエハー１０６は、ＷＳＩＤ（非接触メッキ）から離れて配置され、第１の電気メッキ溶液がＷＳＩＤ中を流され、回転し、横方向に移動するウエハーの前面を濡らす。ウエハーと電極即ちアノード（図２に示す）との間に電位が印加されると、第１の銅層１３４ａが形成される。第１の銅層１３４ａは、小さい凹部及び中間サイズの凹部を底上げ様に埋めるが、幅が広いため、大きい凹部を下地に順応するように被覆する。
【００３５】
プロセスの第１の段階では、ＷＳＩＤは成形板として作用する。ＷＳＩＤの溝は、ウエハーの表面にプロセス溶液を流すだけでなく、メッキ電流密度及び堆積した銅層の厚さの分布を決定する。開口の分布、形状及びサイズは、ＷＳＩＤ上に低、中間、及び高堆積速度の領域を導入する。プロセス中、これらの領域上にウエハーを移動することにより、堆積層の所望の膜厚分布、例えば均一な膜厚分布が得られる。膜厚分布制御の方法の一例は、本願と同一出願人による、「基板上への均一膜の電気的堆積方法及び装置」なる発明の名称の、２００１年１月１７日に出願された米国特許出願０９／７６０，７５７に開示されている。必要ならば、このメッキ工程は、均一な堆積物を得るために他の手段が提供されるのであれば、ＷＳＩＤ無しに実施することが出来る。
【００３６】
この態様では、第１のメッキ溶液１２０は、ボイド、すじ、及び他の欠陥無しに小さい凹部の底上げ充填を促進するために、少なくとも２つの添加物を含む。例えば、Enthone-OMI（登録商標：West Haven, CT）から市販されている、０．８−２ｍｌ／ｌのCubath（登録商標）ViaFormTM促進剤及び６−１２ｍｌ／ｌの同社から市販されているCubath（登録商標）ViaFormTM抑制剤を含む高酸メッキ電解液が、硫酸、硫酸銅、水及び塩化物イオンを含む塩基性メッキ浴化学物質に使用される。低酸型のメッキ化学物質は、全く異なる濃度の促進剤及び抑制剤（Enthone低酸化学物質の場合、約４−８ｍｌ／ｌの促進剤濃度及び２−４ｍｌ／ｌの抑制剤濃度）を必要とする。プロセス中、促進剤は、急速に充填される小さい凹部に、銅を底上げ成長させる。小さい凹部の開口部に吸着される抑制剤分子は、銅の成長を遅くし、これらの通路の早期の閉塞及び空孔の形成の両方を避ける。促進剤及び抑制剤種に加えて、本明細書において上述した過剰充填現象を減少又は除去するため、レベラーを組成物中に添加してもよい。レベラーは、メッキされた表面の高電流密度領域に優先的に吸着し、この電流密度及びそれにより生ずる突起の減少を助ける。０．５−２ｍｌ／ｌのレベラー濃度は、上述の一例の高酸化学物質における促進剤及び抑制剤種に加えて、この目的に使用される。Cubath（登録商標）ViaFormTMレベラーというブランド名で販売されている一例のレベラーは、Enthone-OMI（登録商標）から市販されている。
【００３７】
図１３Ｂに示すように、第１のメッキ溶液による非接触メッキが完了すると、第２のメッキ溶液１３６を用いたＥＣＭＤ接触メッキ段階は、空孔内により多く堆積し、ＷＳＩＤがスイープする表面領域に少なく堆積する、下地に非順応形態で第１の銅層を被覆する第２の層１３４ｂを形成する。この接触メッキプロセス中、第２のメッキ溶液１３６が第１の銅層１３４ａ上に放出されるので、ＷＳＩＤは、フィールド領域上及び小さい凹部及び中間サイズの凹部上に位置する第１の銅層１３４ａの部分に接触し、機械的にスイープする。第２のメッキ溶液の化学物質と組合せると、ＷＳＩＤのスイープ作用は、フィールド領域上、及び、既に充填され、大きな凹部における銅層の成長を加速する小さい凹部上の銅層の成長を遅くし、全体の銅の堆積物を平坦にする。平坦化の程度が、その後に堆積プロセスが行われるＣＭＰプロセスのような過剰堆積除去プロセスを単純化するに充分であるならば、プロセスの接触メッキは、全体の平坦化が達成する前に終了する。この態様では、第２のメッキ溶液の添加物の化学作用が接触メッキ工程のために最適化される。例えば、第２の溶液１３２は、何らレベラーを含んでいない。更に、第２の電解液中の促進剤対抑制剤の比は、第１の電解液におけるその比よりも高い。上述の一例としての高酸電解液に戻ると、第２の電解液中の促進剤濃度は、２−１０ｍｌ／ｌであり、一方、抑制剤濃度は２−８ｍｌ／ｌである。このことは、すべての小さい凹部が第１のメッキ工程によりウエハー上で既に充填され、そのため、これらの新しい添加物濃度によりそのような凹部に空孔を形成させる恐れがない。なお、第１の段階のプロセス中に使用されるならば、小さな凹部の最適でない充填となる。第２の電解液は、促進剤である単一の添加物を含む。本発明者らは、抑制剤のみ又は促進剤のみを含む単一の添加物浴が、ＥＣＭＤプロセスにおける平坦化のために使用し得るので、平坦化は、抑制剤を含む浴に比較して促進剤を含む浴に対し、より効果的であった。
【００３８】
図１４Ａは、ＥＣＭＤ装置と、Enthone-ViaForm 高酸VMS溶液及び８ｍｌ／ｌのCubath（登録商標）ViaFormTMレベラーを含む硫酸銅電解液を用いて、銅が被覆されたウエハーに、５ミクロンの幅のトレンチの収束ビーム（ＦＩＢ）像を示す。このプロセス中、２００ｍｍの径の基板と銅アノードとの間に４Ａ‐分の電荷を通電し、ＷＳＩＤを５０ｒｐｍで回転するウエハーと接触させた。図１４Ａの像に見られるように、部分的平坦化を示す基板の上面によりも、凹部内に比較的多くの銅が堆積されている。図１４Ｂは、同様に処理されたが、しかし今度はEnthone-ViaForm 高酸VMS溶液及び２．２ｍｌ／ｌのCubath（登録商標）ViaFormTM促進剤を含む他の硫酸銅電解液を用いて処理された、同様のウエハーの同一の位置からとられたＦＩＢ断面を示す。凹部への銅の堆積速度は、この場合、より良好な平坦化効率を示す図５ａの場合よりも高い。図１４ｂの５ミクロンのトレンチの銅膜は、完全に平坦である。この例は、溶液の化学作用が、本発明の接触メッキ段階中の最良の平坦化のために最適化される。
【００３９】
本発明は、段階２の化学作用の最適化とは別のプロセスの第１の段階のための化学作用の最適化を可能とする。これは、上述の特許及び特許出願に記載されているように、ＥＣＭＰＲの第１及び第２の段階の両方について同一の化学作用を用いることが可能であるが、更に以下に説明するように、相互に独立の２つの段階についての化学作用を最適化する能力を有することは、魅力的であり、有利である。
【００４０】
本プロセスの第１の段階に使用された添加物の濃度及び型は、添加物の性質、小さい凹部の性質、バリア／シード層の性質に応じて変化する。例えば、硫黄を含む促進剤種は、わずかなシード層と反応する。シード層が、所定のウエハーのビアの側壁上で非常に薄ければ、この所定のウエハーを被覆するために採用されるプロセスの第１の段階における電解液の促進剤−抑制剤比を減少させることが必要である。他の型のシード層を有する他のウエハーの場合、最良のギャップ充填性能を得るために、添加物の相対濃度を更に調整することが必要である。小さい凹部の密な列上の過剰充填が問題を提供するならば、促進剤及び抑制剤に加え、組成物中にレベラーを含むことが必要である。
【００４１】
第１の段階において最良のギャップ充填のために調整される電解液の化学作用は、平坦化が生ずるときのプロセスの第２の段階のためには最良ではない。例えば、ウエハー表面の高電流密度領域にレベラーが付着することは知られている。しかし、ＥＣＭＤプロセスは、ＷＳＩＤによりスイープされたウエハーの上面に比較して、そのような凹部内の堆積電流密度を増加することにより、基板表面の凹部内の成長を促進することは知られている。そのため、プロセスの第２の段階に使用されたレベラー平坦化効率を下げる。これは、プロセスの電解液中の（レベラーのような）添加物の存在が、プロセスの第１の段階（非接触メッキ工程）中でどのように好ましいかの一例であり、一方、その存在は、プロセスの第２の段階（接触メッキ工程）中には必要ではなく、望ましくない。同様に、上述したように、より高い促進剤−抑制剤比は、プロセスの第１の段階の場合よりも第２の段階において望ましい。図１４Ｂの実験は、促進剤種のみを含有する電解液は、第１の段階では首尾よく使用されないが、プロセスの第２の段階において首尾よく使用されることを示している。第２のプロセスにおける１つのみの添加物の使用は、トーラルの添加物の消費量を減少させ、添加物測定及び制御システムを単純化し、コストを減少させ、スループットを増加させる平坦化効率を改善する。堆積膜のトータルの不純物含量は、この方法により減少され得る。
【００４２】
本発明の原理によると、プロセスの第１及び第２の段階は、同一のプロセスモジュール又はマルチプロセスモジュールのいずれにおいても実施される。両方の段階を実施するために同じプロセスモジュールの方法が使用されるならば、第１及び第２の段階が、連続して、第１の段階に第１の溶液及び第２の段階に第２の溶液を用いて実施される。上で充分に説明したように、第１の溶液の化学物質は、ウエハーの凹部の底上げ充填を促進する添加物を含む。また、第２の溶液の化学物質は、第１の段階で使用され、平坦な銅層を得るために特に最適化された１つ又は２つ又は３つの添加物を含む。マルチプロセスモジュールがあると、第１の段階は、第１の溶液の化学物質による第１の又は第１群のプロセスモジュールで実施され、第２の段階は、第２の溶液の化学物質を用いてい第２の又は第２群のプロセスモジュールで実施される。２段階プロセスの後、ウエハーはクリーニングされ、平坦な又はほぼ平坦な銅の過剰堆積が、ＣＭＰ又は他の（例えば電気研磨）除去方法を用いて除去される。銅の過剰堆積は、アニール工程の前後に除去される。
【００４３】
本発明の第２の段階の後、任意に第３及び第４の工程が、銅の過剰堆積の厚さを減少するために使用され得る。プロセスの第２の段階の後、銅の除去プロセスは、電気化学的エッチング又は研磨段階又はＥＣＭＥ（電気化学的機械的エッチング）段階のいずれかを用いるプロセスの第３の段階として実施される。除去プロセスは、例えば接触ＥＣＭＥが後に続く非接触エッチング、又は非接触エッチングが後に続く接触ＥＣＭＥを、第３及び第４の段階として連続して用いて行われる。この平坦な堆積物は、第１及び第２の段階においてＥＣＭＤを用いて最初に平坦層を堆積し、次いで印加電圧を逆極性にして同一の電解液又は電気的エッチング溶液でこの平坦層を電気的エッチングすることにより得られる。このように、堆積物の厚さは、平坦な形で減少させられる。事実、エッチングは、フィールド領域上のすべての金属が除去されるまで続行される。これらの技術は、第２の段階の後に、電気的エッチング溶液として第２の溶液を用いて、一方、印加電圧の極性を逆にし、電極に対し試料の表面をより陽極化して実施される。或いは、電気的エッチング溶液を含む第３の溶液は、プロセスの第３の段階及び第４段階、例えば接触ＥＣＭＥ（第４段階）が後に続く非接触電気的エッチング（第３の段階）において、第２の溶液と置換される。この点において、接触ＥＣＭＥプロセス段階のような第４の段階は、第４の溶液を用いて実施される。
【００４４】
図１５は、マルチモジュールＡ，Ｂ，Ｃ及びＤを用いたシステム１５０を例示している。この一例としての形態では、モジュールＡ，Ｂ，Ｃ及びＤは、第１のプロセス溶液でプロセスの第１の段階を実施するために、ＥＣＤ又はＥＣＭＤである。プロセスの第２の段階は、第２の溶液を用いて、ＥＣＭＤモジュールでもあるモジュールＣで実施される。モジュールＤは、第２のプロセス溶液又は第３のプロセス溶液を用いて、非接触段階電気的エッチング又はＥＣＭＥのような上述の第３の段階を実施するように、又は第３の段階に使用されるプロセス溶液又は電気的エッチング溶液のような第４のプロセス溶液を用いる接触ＥＣＭＥのような、第４の電気的エッチングを実施するように、ＥＣＭＥモジュールである。上述したように、モジュールＡ，Ｂ，Ｃ及びＤは、交互に、２つの異なる溶液を用いてプロセスの第１及び第２の段階を実施するＥＣＤ及びＥＣＭＤである。それぞれのモジュールの数は、第１及び第２の段階のプロセスのスループットに依存する。ウエハーを様々なモジュール間を移動するために、ロボットが使用される。
【００４５】
図１６は、２工程プロセスに適用された単一プロセスモジュール方法を用いた好ましいシステム２００を例示する。図１６に示すように、システム２００は、第１の
第２のプロセス溶液又は第３のプロセス溶液を用いて、非接触段階電気的エッチング又はＥＣＭＥのような上述の第３の段階を実施するために、第１のプロセスモジュール（ＰＭ１）２０２及び第１のプロセス溶液モジュール（ＰＳＭ１）２０４を備える。ＰＭ１は、プロセス溶液及び電極（アノード）２０８を収容する第１のプロセスコンテナーを含む。プロセスコンテナーは、２リットル未満、好ましくは１リットル未満の容積を有する。プロセスコンテナーの上部開口部２１０には、ＷＳＩＤ２１２が収容されている。ＷＳＩＤ２１２の上方に、本発明のプロセスにより処理されるべきウエハー２１４は、ウエハーキャリア２１７により保持されている。ＰＳＭ１は、溶液供給ユニット２１６、第１のバルブ２１８、第２のバルブ２２０及びドレイン２２２を具備する。供給ユニット２１６は、新鮮なプロセス溶液を第１のバルブ２１８を介してプロセスコンテナーに供給する。プロセスコンテナー２０６からの使用された溶液は、第２のバルブ２２０を介して供給ユニットに戻されるか又はドレイン２２２に放出される。
【００４６】
図１６について言うと、プロセス供給ユニット２１６は、プロセスの第１の段階の第１の溶液を貯蔵する第１のタンク２２４、プロセスの第２の段階の第２の溶液を貯蔵する第２のタンク２２６を備えている。第１の溶液、第２の溶液、第１の段階、第２の段階は、上で説明されている。使用された溶液がユニット２１６により受け取られ、それらの添加物及びメッキ溶液の化学物質がチェックされ、次いで、タンク２２４，２２６が正しい化学物質を含むプロセス溶液で常に維持されているように、補給される。供給ユニット２１６はまた、ＤＩ水を貯蔵する洗浄タンク２２８を備える。ＤＩ水は、それぞれのプロセス段階の開始前に、プロセスコンテナー２０６を洗浄するために使用される。ＤＩ水は、タンクからよりもむしろ、ＤＩラインから直接くる。タンク２２４，２２６，２２８は、供給ライン２２４’，２２６’，２２８’を通してバルブ２１８に接続されている。バルブ２１８は、ライン２３０を通してプロセスコンテナー２０６に接続されている。更に、使用された溶液（第１、第２及び洗浄溶液）は、ライン２３２を通してバルブ２２０にもたらされる。バルブ２２０から、第１の溶液はライン２３４を通して第１のタンクに回収され、第２の溶液はライン２３６を通して第２のタンクに回収される。バルブ２２０からの洗浄溶液は、ドレイン２２２に向けられる。
【００４７】
一例としてのプロセスシーケンスでは、プロセスの第１の段階において、ＰＳＭ１の第１の溶液タンク２２４からの第１のプロセス溶液は、バルブ２１８を介してＰＭ１のプロセス溶液コンテナー２０６に送られ、戻りライン２３６を通して循環される。ウエハー２１４が処理された後、バルブ２１８はＤＩ供給に変えられ、洗浄タンク２２８からのＤＩ水は、プロセスコンテナーを第１の溶液の残さから洗浄するために、バルブ２１８を介してプロセスコンテナー２０６に送られる。洗浄中、バルブ２１８は周期的に閉ざされ、バルブ２２０は、洗浄溶液をドレイン２２２に向けるために、開かれる。洗浄後、プロセスの第２の段階は、第２のタンクからの新鮮な第２の溶液を用い、補給及び貯蔵のため、第２の溶液タンク２２６へ戻される使用された第２の溶液を放出するが、同様に行われる。プロセスの第２の段階の後、プロセスコンテナーは、本発明の方法で処理されるウエハーのため、再び洗浄される。様々な溶液をプロセスモジュールに供給する多くの方法があることに留意すべきである。ここで示した例は、多くの可能性の１つである。この例で使用した２つの溶液が相溶性がある場合、両者間の洗浄工程は、抜いてもよく、溶液間の少量の混合は許容される。
【００４８】
もちろん、以上の記載は本発明の好ましい形態であり、本発明の原理及び範囲を逸脱することなく、変形が可能であることは理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１Ａはその上に導電体の被覆を必要とするウエハーの一例を示す断面図、図１Ｂは通常の方法を用いてその上に被覆された導電体を有する図１Ａのウエハーの一例を示す断面図。
【図２】本発明の方法を用いてその上に被覆された導電体を有する図１Ａのウエハーの一例を示す断面図。
【図３】本発明を実施するために使用し得るＥＣＭＰＲシステムの一例の一部を示す図。
【図４】試料の前面に形成される第１の構造を示す図。
【図５】凹部内及び試料の上面に堆積された第１の層を示す図。
【図６】達成し得る様々な輪郭を示す図。
【図７】達成し得る様々な輪郭を示す図。
【図８】欠陥の形成を示す図。
【図９】成長する堆積層の平坦化を示す図。
【図１０】非接触電気的エッチングプロセスが使用されるときの輪郭を示す図。
【図１１】接触電気的エッチングプロセスが使用されるときの輪郭を示す図。
【図１２】導電体で充填されたデュアルダマシン構造を示す図。
【図１３】本発明によるプロセスの様々な段階のスエハーの一例の輪郭を示す図。
【図１４】本発明による様々な方法で処理されたウエハーの収束イオンビーム像を示す図。
【図１５】本発明によるプロセスを実施するために使用され得るモジュールのシステムを示す図。
【図１６】単一プロスェスモジュールによる使用のためのプロセス供給システムを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年4月14日(2004.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２の空孔よりも狭い幅を有する第１の空孔を備える上面、及び上面及び第１及び第２の空孔の壁に配置された導電層を有するウエハー上で操作するための電気化学的処理方法であって、
第１の導電性物質を有する第１の溶液を用いて前記導電層上に電気化学的堆積を行い、導電性上面を形成し、前記第１の空孔及び第２の空孔を、少なくとも部分的に前記第１の導電性物質で充填する工程、及び
第２の導電性物質を有する第２の溶液を用いて導電性上面上に電気化学的機械的堆積を行い、残りの空孔を前記第２の導電性物質で充填する工程
を具備し、前記導電性上面と試料表面影響付与デバイスとの間の物理的接触及び相対運動が、実質的に平坦化された層を形成するための、少なくとも所定期間、維持される電気化学的処理方法。
【請求項２】
前記第１の導電性物質及び第２の導電性物質は、同一の物質である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の溶液及び第２の溶液は、促進剤添加物及び抑制剤添加物を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の溶液中の促進剤添加物の濃度は、前記第１の溶液中の促進剤添加物の濃度よりも高い請求項３に記載の方法。
【請求項５】
電気化学的堆積を行う工程及び電気化学的機械的堆積を行う工程は、異なるプロセスモジュールで行われ、前記第１の電解液及び第２の電解液のそれぞれは、異なるプロセスモジュールの異なる方に放出される請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の溶液は、第１の空孔を充填するように最適化され、前記第２の溶液は、平坦な堆積のために最適化されている請求項１に記載の方法。
【請求項７】
電気化学的堆積を行う工程及び電気化学的機械的堆積を行う工程は、同一のプロセスモジュールで行われ、前記第１の溶液及び第２の溶液のそれぞれは、同一のプロセスモジュールに放出される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
電気化学的堆積を行う工程及び電気化学的機械的堆積を行う工程の間に、洗浄供給源からの洗浄溶液で同一のプロセスモジュールのプロセス容器をクリーニングする工程を更に具備する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の溶液は、第２の溶液と同一である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
電気化学的堆積を行う工程及び電気化学的機械的堆積を行う工程は、同一のプロセスモジュールで行われる請求項１０に記載の方法。
【請求項１１】
電気化学的堆積の少なくとも実質的な期間、堆積は、ウエハーと試料面影響付与デバイスとの物理的接触なしに生じ、電気化学的機械的堆積の少なくとも実質的な期間、堆積は、ウエハーと試料面影響付与デバイスとの物理的接触により生じる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
電気化学的堆積を行う工程は、第１の空孔の深さが第１の空孔の幅よりも小さくなるまで行われる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
実質的に平坦化された層の電気化学的研摩を行う工程を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
電気化学的研摩の工程の少なくともある期間、電気化学的エッチングは、ウエハーと試料面影響付与デバイスとの物理的接触なしに生ずる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
実質的に平坦化された層の電気化学的研摩を行う工程を更に具備し、所定の期間、前記実質的に平坦化された層と、試料表面影響付与デバイスとの間の物理的接触及び相対運動が維持される請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記電気化学的研摩を行う工程は、電気化学的堆積を行う工程中も使用される溶液を用いる請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記導電層は、シード層を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記同一の物質は銅である請求項２に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法を含む、製造された集積回路。
【請求項２０】
前記第１の溶液は、促進剤添加物、抑制剤添加物、及びレベラー添加物を含み、前記第２の溶液は、促進剤添加物及び抑制剤添加物を含む請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の溶液中の促進剤添加物の濃度は、前記第１の溶液中の促進剤添加物の濃度よりも高い請求項２０に記載の方法。
【国際調査報告】
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