(57)【要約】【課題】【解決手段】本発明は、高く望ましい方法でワークピースの表面に導電性材料をめっきするための方法並びに装置に関する。マスクやスイーパーなどのワークピース表面影響装置を用いて、ワークピースとワークピース表面影響装置との間の相対的な運動が、ワークピースの表面に堆積され、上面に吸収された電解液溶液内の付加剤が除去されるか、さもなければキャビティ表面の付加剤に関連して変化されるように、これの量もしくは濃度が確立される。導電性材料のめっきが、ワークピース表面影響装置の使用前、使用中もしくは使用後に、特にワークピース表面影響装置がワークピースの上面の任意の部分に接触した後に、望ましい半導体構造を果すように行なわれる。
2005508445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部とキャビティ部分とを有するワークピースの導電性上面をめっきする方法であり、
ワークピースの導電性上面に少なくともひとつの付加物を含む電解液溶液を塗布し、この付加物の第１の部分が前記上部に吸収され、付加物の第２の部分が前記キャビティ部分に吸収されるようにすることと、
前記上部と物理的に接触させるためにワークピース表面影響装置を使用してワークピースとの間に相対的な動きを確立することで、上部に吸収された付加物の第１の部分とキャビティ部分に吸収された付加物の第２の部分との間に差を作り出すこと、
前記ワークピース表面影響装置と上部とが物理的に接触しないように、ワークピース表面影響装置をワークピースの導電性上面から離すように動かすことと、
前記電解液溶液によって得られた導体で、少なくとも、少なくとも幾らかの差が維持されている時及びワークピース表面影響装置がワークピースの上面から離れた状態に維持されている間に、ワークピースの導電性上面にめっきし、これによって、上部と比較してキャビティ部分により多くのめっきをする工程とを具備する方法。
【請求項２】
前記使用する工程と動かす工程との時間の前並びに間の少なくとも一部に、ワークピースの導電性上面を更にめっきする工程を更に具備する請求項１の方法。
【請求項３】
前記ワークピース表面影響装置を使用する工程は、導電性上面での電解液の流れが通る少なくとも１つの開口部を有するマスクを使用する請求項２の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの付加物は、抑制剤、促進剤、抑制剤及び促進剤、抑制剤及び塩素イオン（ＣＩ−）、促進剤、塩素イオン（ＣＩ−）、抑制剤、促進剤及び塩素イオン（ＣＩ−）の内の少なくとも１つを有する複数の付加物を含む請求項１の方法。
【請求項５】
前記めっきする工程の間に、キャビティ部分のところの促進剤は、上部のところの促進剤よりも効果的になり、これによって、単位面積当りの材料の堆積が、上部よりもキャビティ部分において多くされる請求項４の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つの付加物は、抑制剤、促進剤、抑制剤及び促進剤、抑制剤及び塩素イオン（ＣＩ−）、促進剤及び塩素イオン（ＣＩ−）並びに抑制剤及び促進剤及び塩素イオン（ＣＩ−）の内の少なくとも１つを有する複数の付加物を含む請求項１の方法。
【請求項７】
前記めっきする工程の間に、キャビティ部分のとこめの促進剤は、上部のところの促進剤よりも効果的になり、これによって、単位面積当りの材料の堆積が、上部よりもキャビティ部分において多くされる請求項６の方法。
【請求項８】
前記ワークピース表面影響装置を使用する工程は、促進剤種を取り除くことと、抑制剤種を活性化することと、上部における抑制剤種の効力を増すこととの内の少なくとも１つによって差を作り出す請求項５の方法。
【請求項９】
前記ワークピース表面影響装置を使用する工程と、ワークピース表面影響装置を離すように動かす工程と、めっきする工程とが繰り返される請求項８の方法。
【請求項１０】
前記ワークピース表面影響装置を使用する工程と、ワークピース表面影響装置を離すように動かす工程と、めっきする工程とが繰り返される請求項２の方法。
【請求項１１】
前記めっきする工程は、ワークピース表面影響装置とワークピースの表面との間に更なる接触が確立されないで続き、ワークピース表面の上部と比較してキャビティ部分全体わたって導体全体がめっきされるようにする請求項２の方法。
【請求項１２】
前記導電性上面は、複数のキャビティ部分を有し、導電性上面に導電性層をめっきする工程は、導電性層は、複数のキャビティ部分の各々の内に形成され、ほぼ平らな厚さを有する導電性上面の平らな上面部分にわたって形成され、ほぼ平らな厚さよりも厚い複数のキャビティのうちの少なくとも１つの上に形成されてこれの上を満たしている、請求項２の方法。
【請求項１３】
前記めっきする工程の後に、
上部と物理的に接触し、ワークピースとの間に相対的な動きを確立して、上部に吸収された付加剤の少なくとも第１の部分とキャビティ部分に吸収された付加剤の第２の部分との間に他の差を作り出すようにワークピース表面影響装置を再び使用する工程と、
ワークピース表面影響装置とワークピースの表面とが物理的に接触しないように、ワークピース表面影響装置をワークピースの表面から離すように再び動かす工程と、
少なくとも幾らかの他の差が維持されている他の期間の間に電解液溶液から得られる導体でワークピースの導電性上面を再びめっきする工程とを更に具備する、請求項２の方法。
【請求項１４】
前記めっきする工程は、めっきする間に一定のパワーと変動するパワーとの内の少なくとも一方を与える工程を有する、請求項１の方法。
【請求項１５】
前記一定のパワーと変動するパワーとの内の少なくとも一方は、電圧制御モードと電流制御モードとの少なくとも一方のモードで与えられる、請求項１４の方法。
【請求項１６】
めっきする間に一定のパワーと変動するパワーとの少なくとも一方を与える工程によって、堆積電流の密度が上部よりもキャビティ部分における方が高くなるように、キャビティ部分と上部との上に堆積電流を生じさせる、請求項１５の方法。
【請求項１７】
銅と銅合金との一方を基板にめっきする工程を具備する、請求項１の方法。
【請求項１８】
前記めっきに用いられるパワーは、前記使用する工程と動かす工程との間には与えられない、請求項１の方法。
【請求項１９】
前記ワークピース表面影響装置を使用する工程によって、上部とキャビティ部分との間に表面抵抗における差を生じる、請求項１の方法。
【請求項２０】
前記付加剤とワークピースの表面との間の結合を緩和するのを助けて、前記差を確立するのを助けるための他の付加剤を前記電解液に加える工程を更に具備する、請求項１の方法。
【請求項２１】
前記ワークピース表面影響装置を用いる工程では、ワークピースと、ワークピースの表面面積よりも実質的に小さい表面面積で物理的に接触させるスイーピング部分を有するスイーパーを使用する、請求項１の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの付加剤は、抑制剤、促進剤、抑制剤及び促進剤、抑制剤及び塩素イオン（ＣＩ−）、促進剤及び塩素イオン（ＣＩ−）並びに抑制剤及び促進剤及び塩素イオン（ＣＩ−）の内の少なくとも１つを有する複数の付加物を含む請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記めっきする工程の間に、キャビティ部分の抑制剤は、上部の抑制剤よりもより効果的に働き、上部よりもキャビティ部分において、単位面積当り多くの堆積を生じる、請求項２２の方法。
【請求項２４】
前記ワークピース表面影響装置を用いる工程では、促進剤種を取り除くか抑制剤種を活性化することによって差を作り出す、請求項２３の方法。
【請求項２５】
前記ワークピース表面影響装置を用いる工程は、めっきされるワークピースの全体的な表面領域にわたって相対的な動きが差を作り出すことを確実にする、請求項２１の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの付加剤は、抑制剤、促進剤、抑制剤及び促進剤、抑制剤及び塩素イオン（ＣＩ−）、促進剤及び塩素イオン（ＣＩ−）並びに抑制剤及び促進剤及び塩素イオン（ＣＩ−）の内の少なくとも１つを有する複数の付加物を含む請求項１の方法。
【請求項２７】
前記めっきする工程の間、キャビティ部分の抑制剤は、上部の促進剤よりも効果的であり、これによって、上部よりもキャビティ部分において単位面積当りより多くの材料堆積を生じる、請求項２６の方法。
【請求項２８】
請求項１の工程を利用して製造される集積回路。
【請求項２９】
上部とキャビティ部分とを有すし、また、吸収された少なくとも１つの付加剤を有するワークピースの導電性上面を電解液を用いてめっきする装置であって、
パワーが与えられる陽極であって、陽極とワークピースの上面との間に電界を発生させ、上面にめっきを施すのを可能にする陽極と、
上部に吸収された付加剤の第１の部分とキャビティ部分に吸収された付加剤の第２の部分との間に差を確立させるために、ワークピースの表面の上部と物理的に接触し、ワークピース表面影響装置とワークピースとの間に相対的な動きを発生させるように適合され、また、少なくとも幾らかの差が維持される間に、上部との物理的な接触とめっきとから解放されるように適合され、かくして、ワークピースの上部にめっきされ得る導体の量がワークピースのキャビティ部分にめっきされる導体の量よりも少なくなるようにするワークピース表面影響装置とを具備する装置。
【請求項３０】
前記ワークピース表面影響装置は、ワークピースと接触し、ワークピースの表面の表面面積よりも実質的に小さい表面面積を有するスイーピング部分を有するスイーパーである、請求項２９の装置。
【請求項３１】
前記スイーピング部分の表面面積は、ワークピースの表面の表面面積の２０％未満である、請求項３０の装置。
【請求項３２】
前記スイーピング部分の表面面積は、ワークピースの表面の表面領面積の１０％未満である、請求項３０の装置。
【請求項３３】
前記スイーパーは、このスイーパーを動かすハンドル部に接続されている、請求項３０の装置。
【請求項３４】
前記ハンドル部は、ワークピースの表面との接触からスイーパーを離すプログラム可能な制御のもとにある、請求項３３の装置。
【請求項３５】
前記ハンドル部は、引っ込み式で、ワークピースの表面からスイーパーを離すように適合されている、請求項３３の装置。
【請求項３６】
前記スイーパーは、めっきされるワークピースの全表面領域から全ての付加剤の第１の部分を減じることを確実にするようにされている、請求項３２の装置。
【請求項３７】
前記スイーパーは、ワークピースが回転している間に、ワークピースの表面を横断するようにされている、請求項３６の装置。
【請求項３８】
前記スイーパーは、円形で、中心軸を中心に回転する、請求項３０の装置。
【請求項３９】
前記スイーパーは、バーの形状を有する、請求項３０の装置。
【請求項４０】
前記ワークピース表面領域影響装置は、電解液の流れが確立されるように通る少なくとも１つの開口部を有するマスクである、請求項３１の装置。
【請求項４１】
前記マスクとワークピースとは、どちらも独立して動く、請求項３４の装置。
【請求項４２】
上部とキャビティ部分とを有する、ワークピースの導電性上面をめっきする方法であって、
ワークピースの導電性上面に、少なくとも１つの付加剤を含む電解液溶液を、付加剤の第１の部分が前記上部に吸収され、付加剤の第２の部分が前記キャビティ部分に吸収されるように塗布する工程と、
前記上部との間に物理的な接触を生じるように、ワークピースの上面の表面面積よりも実質的に小さい表面面積を有するスイーピング面を有するワークピース表面影響装置を用いて、上部に吸収される付加剤の少なくとも第１の部分とキャビティ部分に吸収される付加剤の第２の部分との間に差を確立する工程と、
少なくとも幾らかの差が維持されている間に、ワークピースの導電性上面を、電解液溶液によって得られる導体によってめっきし、かくして、上部よりもキャビティ部分により多くのめっきを行う工程とを具備する方法。
【請求項４３】
前記ワークピース表面影響装置は、ワークピース表面影響装置を、これに接続されたハンドル部によって動かす工程を具備する、請求項４２の方法。
【請求項４４】
前記ワークピース表面影響装置を用いる工程では、めっきされるワークピースの全上部領域にわたって差を作り出すように、めっきされるワークピースの全上部領域との物理的接触を生じる、請求項４２の方法。
【請求項４５】
前記ワークピース表面影響装置を適用する工程は、ワークピースが回転する間にワークピース表面影響装置をワークピースの表面を横断するように動かす工程を有する、請求項４２の方法。
【請求項４６】
前記動かす工程の間、ワークピース表面影響装置が動くスピードは、ワークピースの表面の端部よりもワークピースの表面の中心部における方が速い、請求項４５の方法。
【請求項４７】
ワークピースの上部から離れるようにスイーピング面を動かし、これらの物理的接触を防ぐ更なる工程を具備する、請求項４２の方法。
【請求項４８】
ワークピース表面影響装置をワークピースの表面全体から引っ込める工程を更に具備する、請求項４７の方法。
【請求項４９】
請求項４２の工程を利用して製造される集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、電気めっき方法並びに装置、特に、外部からの影響を利用してワークピースの異なる部分に吸収された混合剤の間に差を作り出してこの部分に導電性材料のめっきを増大させるか阻止する方法並びに装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）において、多平面の相互連結部を製造する際に必要となる多くの工程がある。これらの工程は、フォトレジストパターンニングやエッチングなどによって半導体ウエハもしくはワークピース上に導電性及び絶縁材料を堆積することを含む。ホトリソグラフィ、パターンニング及びエッチング工程の後には、その表面は、一般に非平面であり、例えば、多くのキャビティ、もしくは、ビア、コンタクトホール、ライン、トレンチ、チャネル、ボンドパッドなど様々のディメンション及び形状のものなどのフィチュアーを有する。これらのフィチュアーは、典型的には、エッチング並びに／もしくは化学機械研磨（ＣＭＰ）のような付加的な処理工程が成される前に高導電性材料で満たされる。従って、低抵抗の相互連結構造が、こうした複数回に渡る堆積及び除去工程の後に、ＩＣの様々の部分の間に形成される。
【０００３】
銅（Ｃｕ）及び銅合金は、電気移動に対して高抵抗及び低電気抵抗を有することから、迅速にＩＣの相互連結部のための好ましい材料となる。電気堆積は、ワークピースの表面のフュチャーにＣｕを堆積させるための最も普及した方法の１つである。かくして、本発明は、一般に他の材料にも適用できるが、Ｃｕを電気めっきするために説明される。Ｃｕの電気めっき処理の間、特に処方されためっき溶液もしくは電解液が使用される。こうした溶液もしくは電解液は、堆積された材料の組織、形態及びめっき作用を制御するためにＣｕのイオン種と付加物とを含む。付加物は、滑らかでよく作用された層を作るために必要である。多くのタイプのＣｕめっき溶液の調合物があるが、これらのうちの幾つかが市販されている。１つのこのような調合物は、銅源としてのＣｕ硫酸塩（ＣｕＳＯ４）（例えばJames  KellyなどのJournal of The Electrochemical Society、vol.１４６、２５４０から２５４５頁（１９９９）を参照）と、水と、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と、少量の塩化物イオンとを含む。よく知られているように、付加物と呼んでいる他の化学薬品は、一般に、堆積された材料を所望の形状にするためにCuめっき溶液に加えられる。こうした付加物は、Cuでコーティングされる基板の表面に接着するか、これに化学的もしくは物理的に吸収され、かくして、以下に説明するようにめっきに影響する。
【０００４】
Ｃｕめっき溶液内の付加剤は、促進財、抑制剤／阻止剤、地ならし、増白剤、穀物精製剤、湿潤剤、ストレス減少剤などの幾つかのカテゴリー下に分類され得る。多くの例では、これら付加剤の同様の機能を説明するために、異なる分類がしばしば用いられる。今日、特にＩＣを製造する際の電解液適用に使用される溶液は、より単純な２要素付加剤パッケージを含む（例えばRobbert Mikkola及びLinlin Chenの“Investigation of the Roles of the Additive Components for Second Generation Copper Electroplating Chemistries used for Advanced Interconnect Metallization”、Proceedings of the International Interconnect Technology Conference １１７〜１１９頁、２０００年６月５〜７日を参照）。これらの式は、抑制剤及び促進剤として一般的に知られている。幾つかの最近導入されたパッケージ、例えば、Enthoneによって市販されているVia Form化学やShipleyによって市販されているナノプレート化学などが、地ならしと呼ばれる第３の要素を含む。
【０００５】
抑制剤もしくは阻止剤は、典型的にはポリマーであり、これらを高電流領域でワークピースの表面に取着されており、かくして、実際に、高抵抗フィルムを形成し、そこでの偏光を増し、電流密度と、かくして、堆積される材料の量とを抑制する。もう一方で、促進剤は、これらが吸収されるワークピース表面の一部のCuの堆積を増し、実際に、抑制剤の機能を減じるかなくす。地ならし機は、より詳しく説明されるように密集した狭いフュチャーにわたる隆起部もしくは充填部の形成を回避するように公式内で付加される。クロライドイオン自体は、ワークピースの様々の部分での堆積の抑制剤と促進剤とに影響する（上述したRobert Mikkola及びLinlin Chenの“Investigation”処理アーティクル）。全てのこれらの付加剤の間の相互作用は、Cuの堆積の性質を部分的に決定する。
【０００６】
以下の図面は、従来の電子堆積方法並びに装置をより十分に説明するために利用される。図１は、絶縁体２が上に形成された一例のワークピース３の断面図である。従来の堆積及びエッチング技術を用いて、小さなビア４ａ、４ｂ、４ｃと二重ダマシン構造４ｄとの密集したアレイなどのフユチャーが、絶縁体２とワークピース３とに形成されている。この例では、ビア４ａ、４ｂ、４ｃが、狭く深い。言い換えれば、これらは高いアスペクト比を有する（即ち、これらの深さと幅との比は大きい）。典型的には、ビア４ａ、４ｂ、４ｃはサブミクロンであり得る。もう一方で、二重のダマシン構造４ｄは、底部に幅広いトレンチ４ｅと、小さなビア４ｆとを有する。幅広いトレンチ４ｅは、小さなアスペクト比を有する。
【０００７】
図２Ａ〜２Ｃは、図１のフュチャーをＣｕで充填する従来の方法を説明している。図２Ａは、堆積された様々な層を有する図１の例示的なワークピースを示している。例えば、この図は、ワークピース３と、上に堆積されたバリヤー／接着剤もしくは接着層５及び種層６を有する絶縁体２とを示している。バリヤー／接着剤層５は、タンタル、タンタル窒化物、チタニウム、タングステンもしくはＴｉＷなど、もしくは、他の当分野で一般的に使用される任意の材料の組み合わせであってよい。バリヤー／接着剤層５は、任意の様々のスパッタリング方法や化学蒸着法などを利用して一般に堆積されている。その後は、種層６は、バリヤー／接着剤層５にわたって堆積されている。種層６の材料は、銅もしくは銅の代用物でよく、当分野で公知の様々の方法を用いてバリヤー／接着剤層５に堆積され得る。
【０００８】
図２Ｂでは、種層６を堆積した後に、導電性材料７（例えば銅の層）が、適当なめっき浴によって電子堆積される。この工程の間、負の（マイナス）電圧が陽極（図示されず）に対して印加され得るように、Ｃｕ種層並びに／もしくはバリヤー層に対する電子接触がなされる。この後、Ｃｕ材料７は、上述されているように、特別に規定されためっき溶液を用いてワークピースの表面にわたって電子堆積される。種層が、図２Ｂの堆積された銅の層７の完全な一部として示されていることに注意しなくてはならない。クロライドイオン、抑制剤／阻止剤及び促進剤などの付加剤の量を調節することによって、小さなフュチャーで成長されたボトムアップＣｕフィルムを得ることが可能である。
【０００９】
図２Ｂに示されているように、Ｃｕ材料７は、ビア４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｆを完全に充填し、大きなトレンチ４ｅ内にほぼ適合される。浴の規定で用いられる付加剤が大きなフュチャーでは効果をもたらさないことから、銅はトレンチ４ｅを完全には充填しない。例えば、材料の堆積を抑制するように抑制剤／阻止剤分子が各フュチャーの開口部の上部に付着することによって、大きなアスペクト比によるビア及び他のフュチャーへのボトムアップ堆積が生じる。これらの分子は、狭い開口部を介して図１のビアなどの高アスペクト比のフュチャーの底面に効果的に拡散できない。かくして、ビアの底面の促進剤の選択的な吸収が、この領域でのより早い堆積を生じ、図２Ｂに示されているようなボトムアップ堆積とＣｕ堆積プロファイルとを生じる。適当な付加剤なしに、Ｃｕは、高アスペクト比の底面だけでなく垂直壁上に同じ比で堆積し得、かくして、当分野でよく知られているように、シーム及びボイドのような欠点を生じる。
【００１０】
低アスペクト比のトレンチ４ｅを有する内面での抑制剤及び促進剤の付加物の吸収特性は、ワークピースの領域８もしくは上面の吸収特性と異なることが期待されていない。かくして、トレンチ４ｅの底面のＣｕの厚さは、領域８にわたるＣｕの厚さとほぼ同じである。領域は、エッチングされたフュチャーの間の絶縁体の上面として規定されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
期待され得るように、トレンチ４ｅをＣｕ材料７で完全に充填するために、更なるめっきが必要である。図２Ｃは、付加的なＣｕめっきの後の構造体を示している。この場合、領域８の全体にわたるＣｕの厚さｔ３は、比較的大きく、トレンチ４ｂ内の領域８からＣｕ材料７の上部への段差ｓ１がある。更に、電解液の処置に含まれる地ならしがない場合、高アスペクト比のビアにわたる領域は、大きなフュチャーの近くに厚さｔ３よりも大きな厚さｔ４を有し得る。この現象は、“オーバーフィル”と呼ばれ、高促進剤の集中によって高アスペクト比のフュチャー全体にわたって増された堆積によると考えられる。明らかに、上述したような小さなビア内に選択的に吸収された促進剤種は、フュチャーが充填された後にも部分的に吸収されて残る。ＩＣ適用の場合、Ｃｕ材料７は、領域８内のバリヤー層５が除去されるだけでなく、ＣＭＰもしくは他の材料の除去プロセスにさらされる必要があり、かくして、Ｃｕ材料７が図２Ｄに示されたフュチャー内にのみ残される。図２Ｄに示された状況は、理想の結果である。実際に、これらの材料除去プロセスは、極めて高コストで問題があるとして知られている。図２Ｃに示されているような厚いＣｕ層を有する非平面は、多くの欠点を有する。第１に、厚いＣｕ層の除去は、時間の無駄であり、高コストである。第２に、比均等な表面は、均等に取り除かれ得、当分野でよく知られ、図２Ｅに示されている大きいフュチャーでのディシング欠陥(dishing  defects)を生じる。
【００１２】
ここまでは、Ｃｕめっき化学の発達と、ワークピース上の小さなフュチャーのボトムアップフィリングを果すめっき技術とに注目してきた。これは、上述したように、ボトムアップフィリングが小さなフュチャーに欠点を生じ得ることから、必要である。近年、地ならしが、高アスペクト比のフュチャー全体にわたるオーバーフィリングを防ぐために、電解液の処置に加えられている。隆起部もしくはオーバーフィルがこのようなフュチャー全体にわたって形成され始めると、地ならし分子が、これらを高電流密度の領域にわたって、即ち、隆起部もしくは充填部にわたって付着させ、ここのめっきを減じ、フィルム表面を効果的に地ならしすると考えられる。かくして、特定の浴の処置とパルスめっきプロセスとが、小さなフュチャーのボトムアップ充填とオーバーフィリング現象の現象もしくは滅消を得るために発展してきた。
【００１３】
電気化学機械堆積（ＥＣＭＤ）のようなめっき技術の新しいクラスは、すべての形、サイズ、形状のキャビティを有するワークピースにわたって平らなフィルムを堆積させるために発展してきた。半導体ウエハのような電子ワークピース上の薄く平らなＣｕの堆積を果す方法並びに装置が、プロセスの有効性において非常に貴重である。このような平らなＣｕ堆積は、図３に示されている。本実施形態におけるフィールド領域８の上のＣｕ堆積厚さｔ５は、図２Ｃに示された従来の例よりも小さい。ＣＭＰ、エッチング、電子研磨もしくは他の方法による図３のより薄いＣｕ層の除去は、より簡単で、大きなコストのセーブに貢献する。ディシング欠陥は、また、図３に示されているような平らな層を除去する際に最小にされることが期待される。
【００１４】
本発明の代理人によって共有されている“Method and Apparatus for Electrochemical Mechanical Deposition”と題された最近発行された米国特許６、１７６、９９２号は、領域上の堆積を最小にしながらワークピース表面上のキャビティへの導電性材料の堆積を果す技術を１つの態様で開示している。このＥＣＭＤプロセスは、平らな材料の堆積を生じる。
【００１５】
２０００年１２月１８日に出願され、“Plating Method And Apparatus That Creates A Differential Between Additive Disposed On A Top Surface And A Cavity Surface Of A  Workpiece Using An External Influence”と題され、本発明と同じ代理人に割り当てられた０９／７４０、７０１号は、ワークピースの上面とキャビティ面との間の時間を存在させる付加剤における差を生じるＥＣＭＤ方法ならびに装置を一態様で説明している。差が維持されるが、パワーは、上面よりもキャビティ面により多い関係しためっきを生じるように陽極とワークピースとの間に与えられる。
【００１６】
ＥＣＭＤプロセスの様々の態様における特定の改良点に関連する、出願された他の応用例には、２０００年２月２３日に出願され、“Pad Designs and Structures for a Versatile Materials Processing Apparatus”と題された米国特許出願番号０９／５１１、２７８号と、２０００年７月２１日に出願され、“Pad Designs and Structures With Improved Fluid Distribution”と題された米国特許出願坂東０９／６２１、９６９号と、本出願と同日に出願され、２００１年３月１日に出願された先行仮出願番号６０／２７２、７９１号に基いた“Mask Plate Design”と、“Method to Minimize and/or Eliminate Conductive Material Coating Over the Top Surface of a Patterned substrate and Layer Structure Made Thereby  ”と題され、２０００年９月２８日に出願された米国特許出願番号０９／６７１、８００号と、“Method and Apparatus for Controlling Thickness Uniformity of Electroplated Layer”と題された米国特許出願番号０９／７６０、７５７号とが含まれ、これらすべての応用例が、本発明と同じ代理人に割り当てられている。
【００１７】
上述されたＥＣＭＤプロセスが多数の利点を提供する一方で、様々のキャビティに対応する領域における材料堆積の大きなコントロールを可能にし、新規の導体構造体を果す更なる改良が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の目的は、ワークピースの表面に導電性材料をめっきする装置並びに方法を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、有効性を有し、コストがかからず、品質がよくなるように、ワークピース表面の小さな及び大きなフュチャーの両方に導電性材料をめっきする装置並びに方法を提供することである。
【００２０】
本発明の更なる目的は、ワークピース表面影響装置が導電性層の上面で所定の領域に接触する時間を最小に抑えながら導電性層の上面に堆積された付加剤と導電性層のキャビティ表面内の付加剤との間の差を得るためにワークピース表面影響装置を使用するための装置並びに方法を提供することである。
【００２１】
本発明の更なる目的は、様々の望ましい半導体構造を果すためにめっき装置と一緒にワークピース表面影響装置を作動する様々の方法を提供することである。
【００２２】
本発明の更なる目的は、ワークピース表面影響装置を使用するために従来のめっき装置を改良する方法を提供することである。
【００２３】
単独でも組み合わせてもよい本発明の上述した目的は、本発明によって果され、これは、ワークピースの表面上に導電性材料をめっきするための装置並びに方法を提供する。
【００２４】
本発明の一態様において、堆積される少なくとも１つの付加剤を有する電解液溶液が、付加剤がワークピースの上部とキャビティ部分とに吸収されるように、ワークピースに塗布される。ワークピースの上面に選択的に接触するマスクもしくはスイーパーなどのワークピース表面影響装置を利用することによって、ワークピースとワークピース表面影響装置との間の相対的な運動が、上面に吸収された付加剤が除去されるか、さもなければこれの量もしくは濃度がワークピースのキャビティ面上の付加剤に関連して変えられるように、付加剤が確立される。導電性材料のめっきは、ワークピース表面影響装置の使用前、使用中及び使用後、特にワークピース表面影響装置がワークピースの上面の任意の部分に接触しなくなった後に、行なわれ得る。
【００２５】
本発明の他の態様では、ワークピース表面影響装置が、ワークピースの上面に直接的に接触するスイーパーを使用しており、また、好ましくは、ワークピース上の均等なフィルム堆積を提供するのを助けるように陽極と陰極との間に位置された成形プレートが含まれている。
【００２６】
本発明の更なる態様では、本発明に係わるワークピースの表面影響装置を有する従来のめっき装置を改良するための方法が、開示されている。
【００２７】
本発明の他の態様では、新規の半導体構造が説明されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
こうした本発明の目的および利点および態様は、添付図面を用いた本発明の好ましい例示的な実施形態についての以下の説明から明らかにされ、容易に理解されるだろう。
【００２９】
本発明の好ましい実施形態を以下の図面を参照しながら説明する。本発明の発明者達は、本発明を利用して導電性材料をワークピースの表面にめっきすることによって、より望ましく高品質の導電性材料を様々のフュチャーを有するように堆積させ得ることを発見した。
【００３０】
本発明は、半導体ウエハ、平面パネル、磁気フィルムヘッド、パッケージング基板などのどんなワークピースに対しても利用できる。また、材料、時間、圧力など特定の処理パラメータが本明細書で挙げられているが、特定のパラメータは、限定するのでなく説明することを意図している。例えば、銅がめっき材料の例として挙げられているが、めっき溶液が少なくとも１つのめっき増大及び抑制付加物を含んでいる場合には、本発明を利用して他の材料を電気めっきしてもよい。
【００３１】
本明細書に開示されためっき方法は、ワークピースの表面への付加物の吸収に外部からの影響が利用されるＥＣＭＤ技術のタイプである。本発明は、上面とワークピースのキャビティフュチャーとの間に付加的な差を作り出すために少なくとも断続的に接触させるように陽極とワークピースとの間に位置される後に説明するマスクもしくはスイーパーのようなワークピース表面影響装置を動かすことによって、ワークピース上へ導電性材料をめっきする方法並びに装置を説明している。付加的な差が作り出されると、陽極とワークピースとの間に与えられるパワーによりワークピース表面上に、典型的には上面よりもキャビティフュチャーでより目立つ形で、めっきが生じる。ワークピース表面影響装置は、付加的な差を作り出すように、めっき中もしくはパワーを与える間もしくはそれら以前の如何なる時にも上面で利用されることに注意しなくてはならない。本発明は、また、後に説明するような成形プレートを含んでもよい。更に、本発明は、ワークピース表面上の様々のフュチャーへの導電性材料の増大した電気堆積を提供し、同時に他の部分へのめっきを減じる新規のめっき方法及び装置に関する。
【００３２】
本発明について更に説明する前に、マスク（パッドとも呼ぶが、ここではマスクとする）とスイーパーと成形プレートとの間に作られるように意図される相違を最初に説明する。引用した出願人の米国特許番号６、１７６、９９２と米国特許出願番号０９／７４０、７０１とにおいて、ワークピースの上面を掃き、中を通る電解液の流れが制御され得る所定の開口部を形成するマスクが説明されている。出願人は、説明したこのようなマスクはよく働くが、２つの異なる構成要素、スイーパーと成形プレート（ディフューザーとも呼ぶ）とは交互に使用され、成形プレートがマスクと共に使用され得ることに注意しなくてはならないが、このような瞬間にこれら２つの間に余分な相関性が存在することを認めている。
【００３３】
また、スイーパーと成形プレートとの両方を有することが望ましいが、本発明は唯一スイーパーだけを用いて実施され得ることも分かっている。従って、本明細書で言及されているワークピース表面影響装置は、キャビティのフュチャーの表面のような上面よりも下の面よりもワークピースの上面に用いられ得るマスク、パッド、スイーパー、他の変形例を有するように使用される。潜在的に利用され得るマスクやスイーパー以外のワークピース表面装置があることを理解すべきである。本発明は、本明細書に述べられているような特定のマスク及びスイーパー装置に限定されず、むしろ、スイーピング動作が、ワークピースの掃かれた及び掃かれていない表面上の付加剤の内容物の差を確立するように利用されるどんな機構をも含む。この差によって、掃かれた領域よりも掃かれていない領域において（単位面積当り）多くの材料が堆積される。これは、めっき電流密度が掃かれた表面よりも掃かれていない表面において高いことを意味する。
【００３４】
図４は、陽極３１と陰極３２と電解液３３とを有する従来のＣｕめっきセル３０を示している。めっきセル３０は、如何なる従来のセルであってよく、これの正確な幾何学は本発明において制限される要素ではないことに注意したい。例えば、陽極３１は、めっきセル３０と流体連通されている別のコンテナ内に位置されてもよい。陽極３１と陰極３２の両方が垂直であるか、陽極が陰極の上方にあってよい。また、ワークピース上に均一にフィルムを堆積するのを助けるように、陽極と陰極との間にディフューザーもしくは成形プレート３４が設けられてもよい。成形プレート３４は、典型的には、全体的に均一なフィルムを堆積させるのを助けるように陽極領域にわたって流体及び電気分配とを制御するアスパラティー（asparaties）３５である。
【００３５】
他の従来の補助的な構成要素は、本発明と共に使用され得るが、本発明の実施に必要不可欠ではない。このような構成要素は、よく知られている電気めっき“シーフ（thieves）”と、全体的なめっきセルデザインに含まれ得る均一な堆積を可能にする他の手段とを含む。また、欠点のない堆積を行うために使用されるフィルターや、あわ除去手段、陽極バッグなどもある。
【００３６】
電解液３３は、陽極３２の上面と接触している。本明細書で提供されている例の陽極３２は、ワークピースである。これを説明するために、ワークピースは、上面に様々のフュチャーを有するウエハとして説明される。また、このようなフュチャーを有する所定のワークピースが、本発明によって操作され得ることが理解される。ウエハは、ウエハホルダ３６によって保持される。ウエハの導電性表面に、パワーを与えるのを可能にする様々の形式のウエハ保持アプローチが採用され得る。例えば、ウエハを前周面に保持する電気接点を有するクランプが採用され得る。他には、より好ましい方法として、ウエハを、めっきのために全前面を露出しながら後面で真空保持する方法がある。１つのこのようなアプローチが、本出願と同じ日に出願され、２００１年３月１日に出願された先行仮出願６０／２７２、７９１号に基いた“マスクプレートデザイン”と題された米国特許出願に説明されている。ＤＣもしくはパルス電圧Ｖが、ウエハ３２と、最も陰極的にウエハを下塗りする（rendering）陽極３１との間に与えられるとき、電解液３３からのＣｕが、全体的に均一にウエハ３２上に堆積され得る。しかし、局所的な均一性によって、結果的に銅のフィルムが、典型的には図２Ｃに示されているように見える。電解液中に地ならし付加剤が含まれる例で、厚さｔ３は、満たされる現象が地ならし機によって最もなくされ得ることから厚さｔ４とほぼ等しくされ得る。パワーは、電流制御もしくは電圧制御モードでウエハと陽極とに与えられ得る。電流制御モードでは、パワー電源が電流を制御し、電気回路を通して制御された電流量をサポートするように電圧を変化させる。電圧制御モードでは、パワー電源が電圧を制御し、電気回路の抵抗に従って電流を調節可能にする。
【００３７】
図５は、新しい装置としてだけでなく、図４に示されているような従来のめっき装置を改良することによっても形成され得る、本発明の第１の好ましい実施形態を示している。本発明のこの実施形態では、スイーパー４０は、ウエハ３２のきわめて近くに位置される。単純にするために、図５は、成形プレート３４とウエハ３２とスイーパー４０とのみを示している。処理中には、スイーパー４０が、ウエハの上面と接触し、これを、少なくとも銅の堆積が行われている時間の一部の間は付加剤の差が存在するように、スイーピングする。スイーパー４０は、どんなサイズ及び形状でもよく、好ましくはプログラム可能な制御のもとでウエハ表面上でスイーパー４０を動かすハンドル部４１を有してよく、また、これがウエハの上面の上方の領域全体から離れるように、スイーパー４０を動かすように引っ込められ得、結果として、上述されたようにスイーパー４０とウエハとの間の物理的な接触が存在しないようにスイーパー４０がウエハから離される場合よりも干渉が少なくなる。ハンドル部４１は、好ましくは、均一にめっきしながらハンドル部４１による干渉を最小にするように小さい表面面積を有する。ハンドル部は、また、外面が絶縁材料でコーティングされるか、絶縁材料で形成され、めっき中の処理作用もしくは電界に干渉しない。
【００３８】
ウエハ表面と接触するスイーパー領域４２は、これが堆積されるＣｕの全体的な均一性を大きく変えないように、ウエハの表面と比較して小さいことが好ましい。また、スイーパーとハンドル部とを通る小さな開口部が、これらの有効な領域を減じて、めっきの均一性に干渉し得るように設けられてもよい。流体圧力を与え、望ましい時にウエハの表面からスイーパーを押し離し得るように、ウエハの表面に対してハンドル部とスイーパーとを通るように流れる電解液の手段が設けられてもよい。上述されたように、スイーパー領域は、小さくされる必要がある。例えば、ほぼ３００ｃｍ２の表面面積を有する２００ｍｍの直径のウエハの場合、スイーパー４０の表面面積は、５０ｃｍ２より小さくてよく、好ましくは２０ｃｍ２未満である。言い換えれば、本発明の第１の好ましい実施形態では、スイーパー４０は、ウエハの表面に外部からの影響を生じさせるために用いられる。堆積されたＣｕの全体的な均一性は、全体的なデザインに含まれる成形プレート３４のような他の手段によって決定及び制御される。スイーピング動作は、スイーパー４０、ウエハ、もしくはこれら両方を線形並びに／もしくは軌道を描くように動かすことによって果たされ得る。スイーピング動作は、スイーパー４０、ウエハ、もしくはこれら両方を線形並びに／もしくは軌道を描くように動かすことによって果たされ得る。
【００３９】
スイーパーのスイーピング動作は、スイーパーの形状の関数であってよい。例えば、図５ａは、例示的なウエハ５１上の例示的なスイーパー５０を示している。動作機構もしくはスイーパーのハンドル部は、この図には示されていないが、従来の駆動装置を用いて実施され得る。特定の実施形態では、ウエハ５１は、これの起点（origin）Ｂを中心に回転される。ウエハ５１が回転されると、スイーパー５０が、図示された“Ｘ”方向に位置ＡとＢとの間で表面の上方からスキャンされる。このように、このスキャンの速度が適当に選択されている場合には、ウエハの表面の全ポイントが、断続的にスイーパー５０によって掃かれる。スイーパー５０の速度は、一定に保たれ得るか、ウエハの回転の起点Ｂが近づくにつれてスイーパー５０に対してウエハの表面の低線形速度に近づくように、ウエハ５１の中心部に向けて増大され得る。スイーパーの動きは連続的であるか、スイーパーは表面全体に増大して動かされ得る。例えば、スイーパー５０は、Ｗの増大において位置ＡからＢへと動かされ、回転ウエハの少なくとも１つの回転のために、ウエハの表面の全ポイントでこれが掃くことを保証するように、各増大位置において維持され得る。スイーパー構造体内に、超音波変換器などの、スイーピング動作の有効性を増して、より短い期間中に更なる付加的な差を確立するような装置が設けられてもよい。相対的な動きは、好ましくは１ないし１００ｃｍ／ｓの範囲内の標準速度で生じるが、相対的な動作速度が、本明細書で言及されている他の変数と共に、結果的なめっき処理を制御するのに使用され得る１つの変数であることが理解される。本発明の変形例では、２つの位置ＡとＢとは、ウエハの対向端部でよく、この場合、スイーパーは、ウエハの直径を横断するように動く。
【００４０】
変形例は、表面上の全ポイントを掃くためにウエハの表面の上方で動くようにプログラムされた静止したウエハとスイーパーとを含む。多くの異なるスイーパーの動きは、ウエハの動きと共に、または、動きがなくても、ウエハ表面上の望ましいスイーパー動作を果たすように利用され得る。
【００４１】
図５Ｂに示された１つの特定の効果的なスイーパーのデザインが、回転可能なスイーパー５２であり、これは、軸５３を中心に動き得る。この場合、スイーパー５２は、ウエハの表面上で移動され、ウエハは、ウエハ表面と、この表面のスイーピングに必要なスイーパー５２との間の相対的な動きが回転するスイーパーによって与えられることから、動かされても動かされなくてもよい。このデザインの１つの魅力のある特徴は、この相対的な運動が、中心ポイントＢを有するウエハ上のどこにおいても一定であることである。回転スイーパー５２が、これの好ましい形状は示されているように円形であるが、様々の形状に設計され得ることに注意してほしい。また、１つ以上の円形のスイーパーが基板の表面上で動作し得ることに注意してほしい。
【００４２】
図５Ｃに示されているように、スイーパーは、また、ウエハの表面で静止するスイーピング面５４を有する小さな回転スイーピングベルト５５の形状である（回転駆動機構は示されていないが、従来の駆動機構である）。また、１つ以上のこうしたスイーパーが、採用されてもよい。
【００４３】
図５Ａ〜Ｃに示された各スイーパーは、ワークピースの表面に対するスイーパーの動きがプログラム可能に制御されるように、上述したようなハンドル部４１の端部に位置されるように適合され得る。更に、スイーパー自身が、図５Ｂの円形パッドの中心などの幾つかの軸を中心に図５Ｃの小さなローラーの周りで回転する図５Ｂ及びＣなどの実施形態では、この回転が、個別に独立してプログラム可能に制御され得る。
【００４４】
他の実際的なスイーパーの形状は、夫々に直線バー５８Ａと湾曲したバー５８Ｂである、図５Ｄ１及び図５Ｄ２に示されたような薄いバー、即ち、ワイパー５８である。このバー５８は、ウエハの表面の上方で、図５Ｄ１に示された“Ｘ”の方向などの所定の方向に、プログラム可能な制御下で掃かれ得、また、円筒形の場合には、軸を中心に回転し得る。バー５８は、また、図５Ｄ２にバー５８Ｂ及びピボット５９を有して示されているように、使用時には静止し得、望ましくは、使用されない時にウエハの表面上方から取り外され得るように、ピボットポイントを中心にピボット運動され得る。上述された各スイーパーの場合、ウエハの上面に物理的に接触するスイーパーのスイーパー部分の表面領域は、ウエハの上面よりも実質的に小さいサイズを有する。典型的には、ウエハの上面に接触するスイーパーの部分の表面面積は、ウエハの表面面積の２０％よりも小さく、好ましくは、ウエハの表面面積の１０％よりも小さい。バーもしくはワイパータイプのスイーパーの場合は、このパーセンテージはより小さい。
【００４５】
上述されたようなスイーパーのボディは、上述されたマスクと、ポリカーボネートやテ流れンやポリプロピレンなどのめっき溶液内で安定した所定の材料でできた他の表面と同様に、材料の混合物で形成され得る。しかし、スイーピング表面の少なくとも一部分が、ワークピース表面とスイーピング表面との間に均一かつ完全な物理的接触を与えるようにフォームの裏当て上に付着され得る可撓性絶縁研磨材料で形成されているのが好ましい。また、円形パッドもしくは回転ベルトの形状にされるように、スイーピング表面が平らもしくは湾曲されている間、ウエハの上面を掃くスイーパーの表面は、有効化スイーピングアクションを提供するようにする肉眼的な粗さを有する肉眼のスケールで好ましくは平らにされるべきである。言い換えれば、スイーパーの表面は、小さなサイズの突起を有していてもよい。しかしながら、突起がある場合には、これらは、好ましくは、平らな表面を有していなくてはならず、従来のＣＭＰパッドなどが調節される必要があるなど、スイーパーの調節を必要とし得る。このような平らな表面によって、ウエハの上面は、キャビティ内のスイーピングによらなくとも効果的に掃かれる。
【００４６】
スイーピング面が平らでない場合、様々の硬度スケールのポリマーフォームなどの柔らかい材料がスイーピング表面として使用される時、材料が柔らかくなるほど、これは、スイーピング中にワークピース表面のキャビティ中に撓みやすくなる。この結果、上面とキャビティ面との間に確立された付加剤の差が大きくならず、プロセスの有効性が失われる。このようなより柔らかいスイーパー材料は、それにも関わらず、ワークピースの表面層のひっかき傷のようなどんな欠陥も最小にされるか回避されるように、ウエハもしくは他のタイプのワークピースの深いフュチャーを満たすように有効であり得る。キャビティが、柔らかい材料の撓みに対応するレベルまで満たされ、柔らかいスイーパーが有効にキャビティを満たし得ないとき、このポイントが達せられるまで選択的な充填が存在し得る。このポイントを超えたところでキャビティの選択的な充填が止まり、めっき電流が、ウエハの表面全体にわたって均等に分配され得る。
【００４７】
スイーパー４０がウエハ３２の表面にわたって動くように上述されたような所定のスイーパーを使用し得る、図５を再び参照すると、これは、これが触れる特定の表面領域に吸収される付加剤の濃化に影響する。これは、スイーパーによって物理的に掃かれないキャビティ内と上面の付加剤の内容物との間に差を作り出す。この差は、掃かれた領域対キャビティ内の堆積される材料の量を変える。
【００４８】
例えば、Ｃｕ硫酸塩、水、硫黄酸、塩化物イオン及び２タイプの付加剤（促進剤及び抑制剤）を含む従来のＣｕめっきバスを考えると、共に使用されている時、抑制剤は表面上のめっきを抑制し、これは吸収され、促進剤がこの抑制剤による電流か堆積抑制アクションを減じるかなくす。塩化物は、また、これらの付加剤と相互作用し、抑制及び促進種の働きに影響するように報告されている。電解液が図４に示されたような従来のめっきセルで使用されているとき、結果的な銅構造体７が、図２Ｃに示されているようになる。しかし、図２Ｂに示された銅構造体７を得るために従来のめっきが最初に果たされた後に、スイーパー４０がウエハの表面を掃き始めると、表面領域上の付加剤の内容物は、スイーピングアクションと様々のフィルムのプロファイルとによって影響を受け、以下のような結果となる。
【００４９】
図６Ａ（図２Ｂと同じ）は、スイーパー４０が、与えられた典型的なキャビティ構造体を有するウエハの上面領域６０を、これの上面を横切るように方向Ｘに、好ましくは２−５０ｍｍ／秒で適用された圧力（好ましくは０．１〜２psiの範囲）で動かすことによって掃く瞬間（本明細書では時間ゼロ（time zero）と呼ぶ）を示す。ウエハは、また、同時に動き得る。バリヤー／接着剤層が、図を単純にするために、この応用例の幾つかの図に示されていないことに注意しなくてはならない。上面領域６０を機械的に掃くことによって、スイーパー４０は、上面６０に吸収された付加剤と典型的な小さなキャビティ６１および大きなキャビティ６２との間に差を作り出す。この差は、表面領域６０と比較すると、キャビティ６１、６２においてより少ない電流密度の抑制を生じるか、キャビティの表面を通して有効な電流密度の増大を生じる。上面の掃かれた領域と掃かれていない領域との間の付加剤の内容物の差が掃かれていない表面を通して堆積電流密度の増大を生じ得る多くの異なるやり方があってよい。例えば、少なくとも１つの促進剤と１つの抑制剤とを有する電気めっき浴の場合には、スイーパー４０は、表面領域から促進剤種の少なくとも一部分を物理的に取り除き得、かくして、より多くの抑制剤種を残すことができる。もしくは、スイーパーは、上面から促進財と抑制剤種との両方の少なくとも一部を取り除き得るが、抑制剤は、スイーパーが表面から取り除かれた後に戻るよりも速く掃かれた表面に戻るように吸収され得る。他の可能性は、機械的なスイーピングアクションによる上面の活性化が、抑制剤種のより速い吸収において実際に役割を果たす。これは、新たにきれいにされた、この場合は掃かれた材料の表面が、吸収する種を引きつける際にきれいにされていない表面よりも活性化されているためである。本発明を実施する際に採用され得る他の可能な機構は、表面に吸収される付加剤もしくは付加剤のグループを用いて、吸収された付加剤を有さない表面と比較してここへの堆積を増すことである。この場合、スイーパーは、掃かれた表面の掃くことによって付加剤の全体の量を減じて、掃かれていない表面と比較してめっきを減じるように使用され得る。また、所定の付加剤が、促進剤もしくは抑制剤として、これらの化学環境もしくは他の処理状況、例えば溶液のｐＨやめっき電流密度や調合物内の他の付加剤などに応じて働き得ることに注意しなくてはならない。スイーパー４０が時間ゼロで表面６０を掃いた後には、スイーパー４０は、ウエハの上面から動かされ、めっきは例のキャビティ構造体上で続けられる。しかしながら、スイーパーによって引き起こされる付加剤の差によって、図６Ｂに示されているように、更なるスイーピングアクションが時間ｔ１でＣｕの堆積を生じなくても、より多くのめっきがキャビティ領域内で行われる。小さな隆起部もしくは充填部６５が、上述した充填によってバイアスの上方に形成し得る。地ならし機がまた化学内に含まれる場合、これらの隆起部は避けられるが、本明細書に示しているように、本発明は、地ならし機を必要とせずにこうした隆起部をなくし得る。
【００５０】
スイーパー４０は、好ましくは、機械的なアクションによって、スイーパー４０上の電解液の圧力を増すけれども、表面６０から動かされるか、組み合わせが利用されてもよい。スイーパーの表面とウエハの表面との間の増された電解液の圧力は、ウエハの表面に対してスイーパーを通して電解液をポンピングすることによって果たされ得る。かくして、増された圧力は、スイーパーに水力平面を起こさせ、ウエハ表面との物理的な接触を失わせる。
【００５１】
キャビティと表面領域との間の付加剤の内容物にスイーパー４０によって差が確立されると、この差は、スイーピングアクションが取り除かれると、安定した状態に到達するために付加剤の種が再び吸収し始めることから、減じられ始める。本発明は、めっきがウエハ表面上へのスイーパーによる最小限の機械接触によってキャビティ領域中に選択的に続き得るようにこの差をできる限り長く維持可能にする付加剤を用いることによって最も効果的に実施される。促進剤及び抑制剤種を含み、Shipley及びEnthone Viaformなどの集まりによって供給される付加剤のパッケージは、できる限り長く差が存在することを可能にする。例えば、約５０ｐｐｍのClと、０．５から２ml/lのVFA促進付加剤を含むEnthone ViaForm銅硫酸塩電解液の混合物を用いて、５から１５ml/ｌのVFS抑制付加剤が、このような差を存在可能にする。他の構成要素が、また、少量の酸化剤種や地ならし機のような、他の目的のために加えられ得る。明らかに、差は、スイーパー４０が一度大きな差をもとに戻す前に、時間を経るごとに小さくなる。
【００５２】
時間ｔ１で差が量のフラクションである時間ｔ１で、これは、スイーパー４０が表面領域をちょうど掃く時であったと想定しよう。かくして、スイーパー４０を元に戻し、再び付加剤の差を確立させる時間となり得る。スイーパー４０が、新しい上領域６６に加えて図６Ｂに示された銅の層の表面上方で掃かれなかった場合、堆積拡大種の豊かな隆起部６５の上部が掃かれる。このアクションは、隆起部の上部でこれらの種を減じ、実際には地ならし付加剤が従来のめっきプロセスで処理することを果たす。差において表面を連続的にスイーピングすることで、図６Ｃに示されるような平らなＣｕ堆積外形を得ることができる。図６Ｃの外形に対して、また、隆起部もしくは充填部とこれらの間のめっき領域が、本発明に係わってめっきを必要とする上面部とキャビティ部分と共通した構造を与えることから、地ならしが生じることにも注意したい。従って、充填部とめっき領域との間に付加剤の差を作り出すことによって、めっき領域のめっきが、充填部のめっきよりも早く生じ、地ならしが生じる。
【００５３】
上述したようなスイーパー４０によって、ウエハの広い領域におけるめっきが他の小さな部分が掃かれている間に生じ得ることから、この外形は、スイーパー４０をウエハの上面から動かすことなく、連続的なスイーピングによって果され得る。
【００５４】
時間ｔ１に、従来のめっきがスイーパー４０を返すことなく図６Ｂの銅構造体の上方で続き得るように、上領域の間と外形内との付加剤の差が続いて存在することを想定してみたい。図６Ｂの構造体の上方で従来のめっきを続けることによって、増された電流密度が小さな外形の上方と大きな外形内とに存在することから、図６Ｄの独特の構造体を得ることができる。この構造体は、小さな外形と大きな外形との上方に余分な銅を有し、領域上方に薄い銅の層を有する。このような構造体は、このようなフィルムが焼きなまされたときに、厚い銅が与えられた外形において大きな木目サイズを生じることから、引力を有し得、低抵抗相互連結部と、よりよい電子移動抵抗とを生じる。この選択的に増された堆積は、本発明独自の外形である。増されたＣｕ層の外形は、また、外形上方のすべての余分なＣｕを取り除く前に領域の不必要なＣｕが取り除かれ得ることから、銅の取り外し工程（電子エッチングもしくはＣＭＰ工程）に引力を有する。そして、外形上の余分なＣｕが効果的に取り除かれ、ディシングと腐食との欠陥を生じることなく平面化され得る。実際に、直接的な外形上方の余分なＣｕは、後述するようにバリヤー除去工程によって効果的に取り除かれ得る。
【００５５】
図６Ｅの構造体は、また、本発明からも得られる。この場合、スイーパー４０は、図６Ｂの構造体の上方で掃かれる。上述されたように、図６Ｂに示された隆起部６５の先端部は、付加剤種を増すか促進する電流密度が豊かである。実際に、これが、隆起部もしくは充填部領域が形成される理由である。隆起部の先端を掃くことによって、堆隆起部の先端部近くの堆積を増す種が減じられ、隆起部の成長が抑えられる。言い換えれば、電解液の成形において地ならし機の使用によって先行技術で化学的に果たされる地ならしアクションが、本発明の機械的なスイーピングを通して果たされる。表面と隆起部とを掃いた後に、ウエハの表面上に必要な程度まで更なるスイーピングを生じることによって、隆起部の望ましい特徴に応じて、めっきが続けられる。これによって、示されているように、小さな外形の上方と大きな外形における隆起部もしくは充填部での平らに近いＣｕの堆積が果たされる。より多くのスイーピングが生じるにつれて、隆起部がより小さくなる。
【００５６】
スイーパーが表面上で使用される期間は、付加剤の運動の強い機能、スイーピングの効率、めっき電流と望ましいＣｕ層の性質とであることに注意したい。例えば、めっき電流が増されると、付加的な差を有する領域への選択的な堆積がまた増され得る。この結果、図６Ｄ及び６Ｅの外形上方により厚い銅の層が形成される。同様に、付加剤の差が長く続くのを可能にする運動特性を有する付加剤を用いることによって、スイーピングの後とスイーパーを戻す前とにより多くの堆積が果たされ得ることから掃かれていない外形の上方での銅のより多くの堆積を可能にする。スイーピングの有効性は、典型的には、スイーパー表面とワークピース表面との間の相対速度の関数、スイーピングがなされる圧力及び他の関連する要因におけるスイーパー表面の性質である。
【００５７】
図６ＤＤは、エッチング、電子エッチングの後の図６Ｄの堆積物の外形を概略的に示す。ＣＭＰもしくは他の材料除去技術が、表面から余分なＣｕを取り除くために使用される。明らかにするために、バリヤー層５がこの図に示されている。図６ＤＤに示され得るように、外形の上方のみのＣｕの隆起部を除くほとんどの領域から余分なＣｕが除去される。
【００５８】
図６ＥＥは、図６Ｅに示されたウエハ表面に材料除去工程が行われた後の状態を同様に示す。
【００５９】
どんな場合にも、図６ＤＤと図６ＥＥの隆起部の除去と、ディシングのない平らな表面の形成とが、ＣＭＰなどの技術を利用して領域からのバリヤー層５の除去中に果され得る。この結果が図２Ｄに示された構造体である。図２Ｅに示されたディシングは、バリヤー除去工程のはじめに広い外形に余分なＣｕがないことから、このプロセスにおいて回避される。
【００６０】
ＤＣ、パルス、もしくはＡＣパワーを用いてめっきを生じさせるためにＤＣ、パルスもしくはＡＣパワー電源を使用することが可能である。パワーは、電流制御モードもしくは電圧制御モードもしくはこれらの組み合わせなどを含む様々な方法で制御され得る。パワーは、めっきプロセスの少なくともいくらかの期間の間に、ウエハから切り離され得る。特に、パワーの切り離しが、より多くの付加剤の差を確立するのを助ける場合には、パワーは、スイーパーがウエハの表面を掃きパワーが結果としてキャビティ中へと戻されたか広げられた堆積となり得る短い期間の間に切り離され得る。スイーパー４０は、小さな部分を連続的に一度にスキャンする表面を迅速に掃き得る。図７は、本発明の好ましい第２の実施形態に係わる装置の図である。これは、新しい装置としてだけでなく、上述したような図４の従来のめっき装置を改良することによっても形成され得る。図７では、マスク７０が、ウエハ７１に近接して堆積されている。ウエハ７１と電極７２との間に電圧Ｖを印加する手段が提供されている。マスク７０は、少なくとも１つの、典型的には多くの開口部７３を有する。開口部７３は、電極７４からウエハ表面への銅の均等な堆積を保証するようにデザインされている。言い換えれば、この実施形態において、ウエハ表面に面するマスク７０の表面は、スイーパーとして使用され、マスク７０は、全体的に均等なフィルムの堆積のためのウエハ表面への適当な電解液の流れと電界の流れとを確立する。使用され得る特定のマスクの例は、本出願と同日に出願された“Mask Plate Design”と題された米国特許出願に示され、また、２００１年３月１日に出願された先行の仮出願６０／２７２、７９１号に基いている。
【００６１】
処理の間、マスクの表面は、ウエハとしてウエハの表面と接触され、並びに／もしくは、マスク７０が互いに大して動かされ得る。マスク７０の表面は、ウエハの表面でスイーパーとして働き、表面領域とキャビティ表面との間の付加剤の差を確立する。
【００６２】
例えばマスクとウエハの表面とは、好ましくは０．１〜２psiの範囲内の圧力で、短期間にタイムゼロで、典型的には２〜２０秒の間、もしくは付加剤の差が上面とキャビティの表面との間に作り出されるまで、接触され得る。上述されているように、ウエハの上面部とウエハのキャビティの表面部とに堆積された付加剤の間に差を作り出した後に、マスク７０は、めっきが生じ得るように、好ましくは少なくとも０．１ｃｍだけウエハの表面から動かされる。マスクは、機械的なアクションによってウエハ表面から動かされ、マスク上の電解液の圧力を増すか、これら両方が実施される。めっき時間は、付加剤の吸収率と望ましい最後の銅構造体とに直接的に関連している。この時間の間、マスク７０がウエハの上面に接触しないことから、これに続いて、電解液溶液は、全体的なワークピースの表面の上方に堆積され、かくして、めっきが行われる。また、こうした差によってめっきが、ウエハの掃かれた表面よりもフュチャーなどの掃かれていない領域により多く施される。電解液が全体的なウエハ表面上方に堆積されることから、これは、また、めっきされた層の厚さの均等さを改良し、ワークピースの表面から掃かれている間に発生され得る粒子を洗浄するのを助ける。
【００６３】
また、この実施形態は、効果的には、マスク７０とウエハとの間の物理的な接触の総計時間を減じ、ウエハ上のひっかき傷などの起こり得る欠陥を最小にする。この実施形態は、特に、ウエハを低誘導体で処理するのに効果的である。この産業で知られているように、低ｋ誘導体材料は、ＳｉＯ２などの伝統的な誘導体フィルムと比較すると機械的に弱い。十分な付加剤の差がもはや存在しなくなると、マスク７０は、上述したように、ウエハ表面と接触するように再び動き得、外部の影響を発生させる。マスク７０がウエハ表面に繰り返し接触する場合、連続しためっきが図６ＣのＣｕフィルムを生じる。
【００６４】
図６Ｄに示されたプロファイルが、この実施形態を用いて望ましい場合、続いて、上述したのと似た方法で、図６Ｂによって示されたプロファイルが、上述されたように付加剤の差に基いためっきによって果された後に、更なる付加剤の差を作り出さなくても、従来のめっきが、図６Ｄに示されたフュチャーが果されうるように用いられ得る。
【００６５】
図６Ｅに示されたフュチャーがこの実施形態を用いて望ましい場合、上述したのと類似した方法で、図６Ｂで示されたプロファイルが付加的な差に基いためっきによって果され、続いて、従来のめっきが続く、上述したような付加剤の差に基いためっきの組み合わせが。図６Ｅに示されたプロファイルを果すように用いられ得る。これは、ウエハの上面の小さなフュチャー上方の隆起部に堆積された付加剤を掃くようにマスクを用いて、かくして、これらの隆起部における導体の堆積を遅くすることによって得られる。従って、マスクが表面から動かされると、この堆積が、内面がマスクのアクションによって掃かれていない大きなフュチャー全体にわたってより速く継続する。上述された図５の実施形態がスイーパーを用いて説明され、図７の実施形態はマスクを用いて上述されている一方で、ワークピース表面影響装置となる２つの機構が、成形プレートによって、もしくはこれを有さなくても、交換可能に使用され得る。
【００６６】
利用され得る他の可能な相互作用する付加剤の組み合わせと、めっき浴処置に含まれ得る他の付加剤種とがある。本発明は、言及したような例示的な相互作用する付加剤の組み合わせに制限されず、ウエハの掃かれた表面と掃かれていない表面との付加罪の間の差を確立し得るどんな組み合わせも含み得る。この差は、掃かれた領域よりも掃かれていない領域上へのより多くの材料の堆積を生じるようなものである（単位面積当り）。これは、めっき電流密度が掃かれた表面よりも掃かれていない表面においてより高いことを意味する。図６Ａのスイーパー４０は、これがウエハの大きなフュチャーのうち面に撓むかこれを掃かないように、好ましくは平らで十分に大きい。
【００６７】
導電材料として銅とこれの合金とに加えて、金、鉄、ニッケル、クロミウム、インジウム、リード、錫、リード−錫合金、ノンリードはんだ合金、シルバー、亜鉛、カドミウム、ルテニウム、これら夫々の合金のような多くの他の導電性材料が、本発明で用いられ得る。本発明は、特に、高性能チップ相互連結部、パッケージング、磁気、平らなパネル、オプト電子などの適用に適している。
【００６８】
掃くためのマスクもしくはスイーパーを用いる時に特に有用な他の実施形態では、めっき電流が付加剤の吸収特性に影響し得ることが認められる。幾つかの付加剤は、吸収が電気電流が通る表面上で強い。このような場合、電気電流が表面から切断されるか減じられた後に、吸収種は、これらが塗布された表面からより容易に取り除かれ得る。続いて、緩く制限された付加剤が、マスクもしくはスイーパーによって容易に取り除かれ得る。キャビティ内には、緩く制限されている付加剤がより容易に維持され得るが、これは、これらが外部の影響を受けないことによる。マスクもしくはスイーパーが、緩く制限されたパワーの切断によって付加剤を取り除くのに使用されると、マスクもしくはスイーパーが、ウエハの表面から取り除かれ、続いて、パワーが、付加剤の差が生じさせながら、めっきを得るために塗布される。このように、スイーピング時間は、スイーパーとウエハの表面との間の物理的な接触を最小にするように減じられ得る。
【００６９】
上述したように、本発明の理解を与えるために、特定の材料や、マスクのデザインや、圧力や。化学や、プロセスなどの多くの特定の詳細が列挙されている。しかしながら、当分野の通常の能力を有する人であれば気がつくであろうが、本発明は、列挙された特定の詳細に頼ることなく実施される。
【００７０】
様々の好ましい実施形態を上述したが、当分野の当業者は、例示的な実施形態の多くの改良例が、本発明の新規の教授及び利点から大きく離れることなく可能であることを認めるであろう。かくして、幾つかの例において、本発明の幾つかの特徴が、添付した請求項に列挙された本発明の範囲と精神とから逸脱することなく、他の特徴の対応して使用することなく実施されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】導電性材料を塗布する必要のあるフュチャーを有するワークピース構造体の一部分の断面図である。
【図２Ａ】導体を有した図１のフュチャーを満たすための従来の方法を様々の断面図を使って示している。
【図２Ｂ】導体を有した図１のフュチャーを満たすための従来の方法を様々の断面図を使って示している。
【図２Ｃ】導体を有した図１のフュチャーを満たすための従来の方法を様々の断面図を使って示している。
【図２Ｄ】理想的なワークピース構造体の断面図を示している。
【図２Ｅ】典型的なワークピース構造体の断面図を示している。
【図３】電気化学機械堆積を利用してできたワークピース構造体の断面図を示している
【図４】従来のめっき装置を示している。
【図５】本発明に関わる電気化学機械堆積装置を示している。
【図５Ａ】本発明に関わる電気化学機械堆積装置と共に使用され得るスイーパを示している。
【図５Ｂ】本発明に関わる電気化学機械堆積装置と共に使用され得る別のスイーパを示している。
【図５Ｃ】本発明に関わる電気化学機械堆積装置と共に使用され得る別のスイーパを示している。
【図５Ｄ１】本発明に関わる電気化学機械堆積装置と共に使用され得る別のスイーパを示している。
【図５Ｄ２】本発明に関わる電気化学機械堆積装置と共に使用され得る別のスイーパを示している。
【図６Ａ】本発明に関わる望ましい半導体構造体を得るための方法を説明する断面図である。
【図６Ｂ】本発明に関わる望ましい半導体構造体を得るための方法を説明する別の断面図である。
【図６Ｃ】本発明に関わる望ましい半導体構造体を得るための方法を説明する別の断面図である。
【図６Ｄ】本発明に関わる望ましい半導体構造体を得るための方法を説明する別の断面図である。
【図６Ｅ】本発明に関わる望ましい半導体構造体を得るための方法を説明する別の断面図である。
【図６ＤＤ】本発明に関わる望ましい半導体構造体を得るための方法を説明する別の断面図である。
【図６ＥＥ】本発明に関わる望ましい半導体構造体を得るための方法を説明する別の断面図である。
【図７】図７は、本発明の好ましい第２の実施形態に係わる装置の図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ１】
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【図５Ｄ２】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６ＤＤ】
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【図６ＥＥ】
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【図７】
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【国際公開パンフレット】
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