(57)【要約】【課題】エッジ除外問題を最小限にして均一な導電薄膜を堆積させる電着システムを提供する。【解決手段】材料をウェハー表面上へ堆積させるためのシステムであって、アノード、成形プレート、アノードとウェハー表面との間に収容される電解液、ウェハー表面上の選択された位置に接触する電気コンタクトを備えるシステム。成形プレートはアノードとウェハー表面との間に支持される。成形プレートは、ウェハー表面をアノードと流体連絡させる複数の経路を有する。堆積プロセスは成形プレートを通して進行する。成形プレートの上面は、ウェハー表面の面積よりも実質的に大きい。電気コンタクト部材は、ウェハー表面上の選択された位置に接触する。ウェハーが回転すると、選択されたコンタクト位置が成形プレート上を移動して印加電位の下でメッキされる。
2005501963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を、最大横方向寸法を有するウェハー表面へ堆積させる装置であって、
周囲のエッジで終わる周囲壁によって規定されるキャビティ内に配置されるアノード（ウェハーは周囲エッジ上方に、ウェハー表面がキャビティに面するように支持され、周囲エッジの横方向寸法は、ウェハーの最大横方向寸法よりも大きい）と、
キャビティに周囲エッジまで充填されて、ウェハー表面の第１領域に常に接触する電解液と、
ウェハーが回転するときに電解液に断続的に接触するウェハー表面の第２領域に、キャビティの周囲壁付近の位置で接触する電気コンタクト部材と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
第２領域は、ウェハー周縁に沿って延び、第１領域を囲むコンタクト領域であることを特徴とする請求項１に記載の装置
【請求項３】
コンタクト部材は、コンタクト領域と接触する導電ワイヤであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
電解液がウェハー表面に接して流れるときに、電解液はウェハーと接触することを特徴とする請求項１に記載の装置
【請求項５】
ウェハーは、ウェハーキャリアによって、ウェハー背面から支持されることを特徴とする請求項１に記載の装置
【請求項６】
ウェハーキャリアによって真空吸引がウェハー背面に印加されることで、ウェハーがウェハーキャリア上に保持されることを特徴とする請求項５に記載の装置
【請求項７】
ウェハーキャリアは、ウェハーをウェハー周縁に沿って支持するための保持リングを備えることを特徴とする請求項６に記載の装置
【請求項８】
周囲壁の周囲エッジによって規定される面積は、ウェハーの表面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
材料を、最大横方向寸法を有するウェハー表面へ堆積させる装置であって、
アノードと、
エッジを規定する成形プレートであって、アノードとウェハー表面との間に成形プレート上面がウェハー表面に面するように支持され、複数の開口部を備え、成形プレート上面はウェハーの最大横方向寸法よりも大きい横方向寸法を有する成形プレートと、
ウェハー表面の第１領域と常に接触するように、成形プレートの開口部を通ってウェハー表面に接して流れる電解液と、
ウェハーが成形プレート上方で回転するときに電解液に断続的に接触するウェハー表面の第２領域に、成形プレートのエッジ付近で電気コンタクトを形成する電気コンタクト部材と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１０】
成形プレートは、第１部分と第２部分とを有することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
第２部分は第１部分よりも、開口部の数が多いことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
第２領域は、ウェハー周縁に沿って延び、第１領域を囲むコンタクト領域であることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
コンタクト部材は、第２領域と接触する導電ワイヤであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
電解液がウェハー表面に接して流れるときに、電解液はウェハーと接触することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
ウェハーは、ウェハーキャリアアセンブリによって、ウェハー背面から支持されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
ウェハーキャリアによって真空吸引がウェハー背面に印加されることで、ウェハーがウェハーキャリア上に保持されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
ウェハーキャリアは、ウェハーをウェハー周縁に沿って支持するための保持リングを備えることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
材料を、最大横方向寸法を有するウェハー表面へ、表面上の電気コンタクト用領域を何ら除外することなく堆積させる方法であって、
アノードを用意する工程と、
成形プレートを、アノードとウェハー表面との間に、成形プレート上面がウェハー表面に面するように支持し、成形プレートは複数の開口部を備え、各開口部はウェハー表面をアノードと流体連絡させ、成形プレート上面はウェハーの最大横方向寸法よりも大きい横方向寸法を有する工程と、
電解液を、成形プレートの開口部を通して、アノードとウェハー表面との間に流す工程と、
ウェハー表面のコンタクト領域をコンタクト部材と、成形プレートのエッジ付近の位置で接触させて、表面との電気コンタクトを形成する工程と、
電位差をアノードとコンタクト部材との間に印加して、ウェハーが第１位置にあるときに、材料をウェハー表面の堆積領域に成形プレートを通して堆積させる工程と、
コンタクト領域をコンタクト部材と接触させながら、ウェハーを第２位置に移動させて、材料をコンタクト領域と堆積領域との両方に堆積させる工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
ウェハー表面を成形プレートに接触させることをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ウェハー表面を成形プレートに接触させながら、ウェハーを、成形プレートに対して第１の方向に移動させることをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
第１の方向は、成形プレートのエッジに平行であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
ウェハーを第１の方向に移動させることには、ウェハーを成形プレートの第１部分から成形プレートの第２部分へ移動させることが含まれることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
第１部分の開口部の数は第２部分の開口部の数よりも少なく、第２部分はより高い堆積速度をもたらすことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
導電材料を、最大横方向寸法を有するウェハー表面へ、表面上の電気コンタクト用領域を何ら除外することなく堆積させる方法であって、
アノードを用意し、このアノードを、周囲のエッジで終わる周囲壁によって規定されるキャビティ内に配置し、周囲エッジの横方向寸法はウェハーの最大横方向寸法よりも大きい工程と、
ウェハーを周囲エッジの上方に、ウェハー表面がキャビティと面するように支持する工程と、
キャビティに電解液を、電解液がウェハー表面の第１領域と接触するように充填する工程と、
ウェハー表面のコンタクト領域をコンタクト部材と、キャビティの周囲壁付近の位置で接触させて、ウェハー表面との電気コンタクトを形成する工程と、
電位差をアノードとコンタクト部材との間に印加して、ウェハーが第１位置にあるときに、材料をウェハー表面の第１領域に成形プレートを通して堆積させる工程と、
コンタクト領域をコンタクト部材と接触させながら、ウェハーを第２位置まで回転させて、材料を第１領域とコンタクト領域との両方に堆積させる工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
材料を、最大横方向寸法を有するウェハーの表面からエッチング除去するための装置であって、
周囲のエッジで終わる周囲壁によって規定されるキャビティ内に配置されるカソード（ウェハーは周囲エッジ上方に、ウェハー表面がキャビティに面するように支持され、周囲エッジの横方向寸法は、ウェハーの最大横方向寸法よりも大きい）と、
キャビティに、キャビティの周囲エッジまで充填されて、ウェハー表面の第１領域に常に接触する電解液と、
ウェハーが回転するときに電解液に断続的に接触するウェハー表面の第２領域に、キャビティの周囲壁付近の位置で接触する電気コンタクト部材と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２６】
材料を、最大横方向寸法を有するウェハーの表面からエッチング除去するための装置であって、
カソードと、
後退エッジを規定する成形プレートであって、アノードとウェハー表面との間に、成形プレート上面がウェハー表面に面するように支持され、複数の開口部を備え、成形プレート上面はウェハーの最大横方向寸法よりも大きい横方向寸法を有する成形プレートと、
ウェハー表面の第１領域と常に接触するように、成形プレートの開口部を通ってウェハー表面に接して流れる電解液と、
ウェハーが成形プレート上方で回転するときに電解液に断続的に接触するウェハー表面の第２領域に、成形プレートの後退エッジ付近で電気コンタクトを形成する電気コンタクト部材と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２７】
材料を、最大横方向寸法を有するウェハーの表面から、表面上の電気コンタクト用領域を何ら除外することなくエッチング除去するための方法であって、
カソードを用意する工程と、
成形プレートを、アノードとウェハー表面との間に、成形プレート上面がウェハー表面に面するように支持し、成形プレートは複数の開口部を備え、各開口部はウェハー表面をアノードと流体連絡させ、成形プレート上面はウェハーの最大横方向寸法よりも大きい横方向寸法を有する工程と、
電解液を、成形プレートの開口部を通して、アノードとウェハー表面との間に流す工程と、
ウェハー表面のコンタクト領域をコンタクト部材と、成形プレートのエッジ付近の位置で接触させて、表面との電気コンタクトを形成する工程と、
電位差をカソードとコンタクト部材との間に印加して、ウェハーが第１位置にあるときに、材料をウェハー表面のエッチ領域から成形プレートを通してエッチングする工程と、
コンタクト領域をコンタクト部材と接触させながら、ウェハーを第２位置に移動させて、材料をコンタクト領域とエッチ領域との両方から除去する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
導電材料を、最大横方向寸法を有するウェハー表面へ、表面上の電気コンタクト用領域を何ら除外することなく堆積させる方法であって、
アノードを用意し、このアノードを、周囲のエッジで終わる周囲壁によって規定されるキャビティ内に配置し、周囲エッジの横方向寸法はウェハーの最大横方向寸法よりも大きい工程と、
ウェハーを周囲エッジの上方に、ウェハー表面がキャビティと面するように支持する工程と、
キャビティに電解液を、電解液がウェハー表面の第１領域と接触するように充填する工程と、
ウェハー表面のコンタクト領域をコンタクト部材と、キャビティの周囲壁付近の位置で接触させて、ウェハー表面との電気コンタクトを形成する工程と、
電位差をアノードとコンタクト部材との間に印加して、ウェハーが第１位置にあるときに、材料をウェハー表面の第１領域から成形プレートを通して連続的にエッチングする工程と、
コンタクト領域をコンタクト部材と接触させながら、ウェハーを第２位置まで回転させて、材料を第１領域とコンタクト領域との両方からエッチングする工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
導電材料を電解液から半導体基板の表面上へ堆積させることが可能な装置であって、
材料の堆積中に、電解液を基板表面へ供給するアセンブリと、
前記堆積中に、電解液によって接触されるアノードと、
前記堆積中に、表面と、表面の選択領域で電気的にインターコネクトされる少なくとも１つのコンタクトと
を備え、
電位差をアノードとコンタクトとの間へ印加中に、コンタクトおよび表面の少なくとも一方が他方に対して移動するときに、前記堆積が、前記選択領域上では断続的に、表面の残り部分上では連続的に進行することを特徴とする装置。
【請求項３０】
前記選択領域上への前記材料の堆積と、表面の残り部分上への前記材料の堆積との間の不均一性を緩和する装置をさらに備えることを特徴とする請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
前記装置は、電界分布を変えるために、アノードと表面との間に配置されるシールドを備えることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
シールドは、内部に規定される開口部を備えることを特徴とする請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記装置は、開口度が異なる複数のアスペリティ領域を有する、アノードと表面との間に設けられた孔の開いた要素を備えることを特徴とする請求項３０に記載の装置。
【請求項３４】
前記要素はプレートであることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記アセンブリは、前記堆積中に電解液が流れるキャビティを規定するカップを備えることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３６】
前記アノードは前記キャビティ内に収容されることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記コンタクトは前記キャビティの外側に配置されることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３８】
前記アセンブリは、電解液を前記キャビティへ供給するための入口をさらに備えることを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３９】
前記基板を前記堆積中に保持するキャリアをさらに備えることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４０】
前記キャリアは、表面をコンタクトに対して移動させるように回転可能であることを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
前記アノードと前記表面との間に配置され、前記堆積中に前記表面の近傍に配置される成形要素をさらに備えることを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項４２】
前記成形要素は多孔性であり、前記電解液の貫通流れを可能にすることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記要素は成形プレートであることを特徴とする請求項４１に記載の装置。
【請求項４４】
導電材料を電解液から半導体基板の表面上へ堆積させることが可能な方法であって、
電解液を基板表面へ供給して、アノードを電解液と接触させ、
少なくとも１つのコンタクトを、表面と、表面の選択領域で電気的にインターコネクトさせ、
電位差をアノードとコンタクトとの間へ印加しながら、コンタクトおよび表面の少なくとも一方を他方に対して移動させて、前記材料を、前記選択領域上では断続的に、表面の残り部分上では連続的に堆積させることを特徴とする方法。
【請求項４５】
前記選択領域上への前記材料の堆積と、表面の残り部分上への前記材料の堆積との間の不均一性を緩和することをさらに含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
導電材料を、半導体基板の表面から除去することが可能な装置であって、
材料の除去中に、電解エッチング溶液を基板表面へ供給するアセンブリと、
前記除去中に、溶液によって接触される電極と、
前記除去中に、表面と、表面の選択領域で電気的にインターコネクトされる少なくとも１つのコンタクトと
を備え、
電位差を電極とコンタクトとの間へ印加中に、コンタクトおよび表面の少なくとも一方が他方に対して移動するときに、前記除去が、前記選択領域上では断続的に、表面の残り部分上では連続的に進行することを特徴とする装置。
【請求項４７】
導電材料を、半導体基板の表面から除去することが可能な方法であって、
材料の除去中に、電解エッチングを基板表面へ供給して、電極を溶液と接触させ、
少なくとも１つのコンタクトを、表面と、表面の選択領域で電気的にインターコネクトさせ、
電位差を電極とコンタクトとの間へ印加しながら、コンタクトおよび表面の少なくとも一方を他方に対して移動させて、前記材料を、前記選択領域からは断続的に、表面の残り部分からは連続的に除去することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、電着プロセス技術、およびより詳細には、均一で平坦な堆積物を形成する電着プロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体デバイスは一般に、半導体基板（通常、シリコン基板）と、順次形成された複数の誘電体中間層（二酸化珪素など）と、導電材料から作られた導電性経路またはインターコネクトとを備える。インターコネクトは通常、導電材料を、誘電体中間層内部にエッチングされたトレンチに充填して、形成される。集積回路においては、複数のレベルのインターコネクトネットワークが、基板表面に対して横方向に延びている。異なる層内に形成されたインターコネクトは、ビアまたはコンタクトを用いて電気的に接続することができる。このようなフィーチャー（ｆｅａｔｕｒｅｓ）、すなわちビア開口部、トレンチ、パッドまたはコンタクトへの導電材料充填プロセスは、導電材料を、このようなフィーチャーを含む基板上へ堆積させることによって行なうことができる。次に、基板上の過剰な導電材料を、平坦化または研磨技術たとえば化学的機械研磨（ＣＭＰ）を用いて、除去することができる。
【０００３】
最近、銅（Ｃｕ）および銅合金が、インターコネクト材料として著しい注目を受けている。その理由は、エレクロトマイグレーションが優れており、低抵抗率の特性であるからである。Ｃｕ堆積の好ましい方法は、電着である。製造の際、銅を、予めバリアまたはシード層がコートされた基板上に、電気メッキまたは電着する。典型的なバリア材料には一般に、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、これらの合金およびこれらの窒化物が含まれる。銅用の典型的なシード材料は通常、銅の薄層であり、この層を前述のバリア層上にＣＶＤまたはＰＶＤによって堆積する。
【０００４】
Ｃｕメッキシステムには、多くの様々なデザインがある。例えば、米国特許第５，５１６，４１２号（１９９６年５月１４日にＡｎｄｒｉｃａｃｏｓらに付与）には、薄膜を平坦な物品上に電着するように構成された垂直パドルメッキ槽が開示されている。米国特許第５，９８５，１２３号（Ｋｏｏｎに１９９９年１１月１６日に付与）には、さらに他の垂直型電着装置（基板サイズの変化に関連する不均一堆積の問題を打開すると称する）が開示されている。
【０００５】
Ｃｕ電着プロセスの際、特別に配合されたメッキ溶液または電解液が用いられる。これらの溶液または電解液には、堆積された材料のテクスチャー、モホロジー、およびメッキ挙動を制御するために、Ｃｕのイオン種と添加剤とが含まれている。添加剤は、堆積層を平坦にし幾らか光沢を出すために必要である。
【０００６】
Ｃｕメッキ溶液の組成物には多くのタイプがあり、一部は市販されている。このような組成物の一つには、銅源としての硫酸Ｃｕ（ＣｕＳＯ４）（Ｊａｍｅｓ Ｋｅｌｌｙら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｖｏｌ．１４６、ページ２５４０−２５４５、（１９９９）を参照）が含まれ、また水、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、および小量の塩化物イオンが含まれる。
【０００７】
良く知られているように、所望の特性の堆積材料を得るために、その他の化学薬品（添加剤と呼ばれることが多い）をＣｕメッキ溶液に加えることができる（例えば、Ｒｏｂｅｒｔ ＭｉｋｋｏｌａおよびＬｉｎｌｉｎ Ｃｈｅｎ、「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、ページ１１７−１１９、６月５−７、２０００を参照）。
【０００８】
図１Ａ〜２Ｂに、従来の電着方法および装置を例示する。図１Ａには、基板１０と、その上に形成された絶縁層１２とが示されている。従来のエッチング技術を用いて、小さいビア１４の列および幅広いトレンチ１６などのフィーチャーが、絶縁層１２上、および基板１０の露出領域上に形成される。この例では、ビア１４が狭く深い。言い換えれば、ビア１４はアスペクト比が高い（すなわち、その深さと幅との比が大きい）。典型的に、ビア１４の幅はサブミクロンである。一方、この例に示されるトレンチ１６は、幅が広く、アスペクト比が小さい。トレンチ１６の幅は、その深さよりも５〜５０倍またはそれ以上大きい場合がある。
【０００９】
図１Ｂ〜１Ｃに、フィーチャーに銅材料を充填するための従来の方法を示す。図１Ｂには、バリア／グルーまたは付着層１８とシード層２０とが、基板１０および絶縁物１２上に、連続して堆積されているのが示されている。バリア層１８は、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、これらの合金、これらの窒化物、またはこれらの組み合わせであり得る。バリア層１８は一般に、種々のスパッタリング方法の何れかを用いて、化学気相成長（ＣＶＤ）によって、または無電解メッキ法によって堆積させる。その後、シード層２０を、バリア層１８上に堆積させる。シード層２０は、メッキすべき導体が銅である場合に、典型的に銅である。またシード層２０は、バリア層１８上に、種々のスパッタリング方法、ＣＶＤ、もしくは無電解メッキまたはこれらの組み合わせを用いて、堆積させることができる。
【００１０】
図１Ｃにおいて、シード層２０を堆積させた後に、導電材料層２２（たとえば銅層）を、シード層２０上に、好適なメッキ浴または浴組成物から部分的に電着させる。この工程の際、電気コンタクト部材を銅シード層２０および／またはバリア層１８に形成することで、アノード（図示せず）に対するカソード（負）電圧を、その層に印加することができる。その後、前述したように、銅材料層２２を基板表面上にメッキ溶液を用いて電着する。添加剤（塩化物イオンなど）、抑制剤（ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）／抑止剤（ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）、および促進剤の量を調整することによって、小さいフィーチャー内においてボトムアップ銅薄膜成長を得ることができる。
【００１１】
図１Ｃに示すように、銅材料２２はビア１４には完全に充填されるとともに、通常大きなトレンチ１６内ではコンフォーマル（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）である。これは使用した添加剤が大きなフィーチャー内では効力がないからである。例えば、ビア１４内へのボトムアップ堆積が起こるのは、抑制剤／抑止剤の分子がそれ自身をビア１４の頂部に付着させて、その付近の材料成長を抑制するからだと考えられている。これらの分子は、狭い開口部を通ってビア１４の底面へ効果的に拡散することはできない。ビア１４の底面へ促進剤を優先的に吸着させることによって、その領域での成長を速めることができる。その結果、ボトムアップ成長および図１Ｃに示すようなＣｕ堆積プロファイルが得られる。ここで、トレンチ１６の底面でのＣｕ厚みｔ１は、絶縁層１２上のＣｕ厚みｔ２とほぼ同じである。
【００１２】
予想され得るように、トレンチ１６をＣｕ材料で完全に充填するためには、さらにメッキすることが必要である。図１Ｄに、追加のＣｕメッキ後に結果として得られる構造を示す。この場合、絶縁層１２上のＣｕ厚みｔ３は比較的大きく、絶縁層１２上のＣｕ層の頂部からトレンチ１６内の銅層２２の頂部までの段差Ｓ１が存在する。集積回路（ＩＣ）用途の場合には、Ｃｕ層２２に、ＣＭＰまたは他の何らかの材料除去プロセスを施して、絶縁層１２上のＣｕ層２２とともにバリア層１８を除去することによって、銅層をフィーチャー１４および１６内にのみ残す必要がある。これらの除去プロセスは、非常にコストがかかることが知られている。
【００１３】
図１Ｅに示したような概ね平坦なＣｕ堆積物を得るための方法および装置は、プロセス効率およびコストの点で非常に有益である。この例における絶縁層１２上のＣｕ厚みｔ５は、図１Ｄに示したような従来の場合よりも小さく、段差Ｓ２の高さも非常に小さい。図１Ｅのより薄いＣｕ層をＣＭＰまたは他の方法で除去することはより簡単であり、顕著なコスト削減が得られる。
【００１４】
同時継続中の米国特許出願第０９／２０１，９２９号、発明の名称「ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」（１９９８年１２月１日出願）（本発明の譲受人にも共通に所有されている）には、基板表面上のキャビティ内への導電材料の堆積を実現しながら、フィールド領域上への堆積を最小限にする技術が開示されている。これは、導電材料を堆積させるときに、フィールド領域をパッドを用いて研磨することによって行なう。その結果、平坦な銅堆積物がもたらされる。
【００１５】
図２Ａに、従来技術の電着システム３０の概略図を示す。このシステムでは、ウェハー３２を、ウェハー３２の周縁エッジを覆うリングクランプ３６を用いて、ウェハーホルダー３４によって保持する。電気コンタクト３８もリング状に作られ、陰極メッキ用電源の（−）端子に接続されている。ウェハーホルダー３４は、メッキ浴４０（メッキ電解液４２で満たされている）中に降ろされる。アノード４４（電解液４２とコンタクトを形成する）が、ウェハー表面の真向かいに配置され、電源の（＋）端子と接続されている。アノード４４は、堆積すべき材料（すなわち銅）で形成しても良いし、または適切な不活性アノード材料（プラチナ、プラチナコートされたチタンまたはグラファイトなど）で形成しても良い。メッキプロセスは、パワーが印加されるとすぐに開始する。このメッキシステムでは、電気コンタクト３８は電解液からシールされて、メッキ電流をウェハー３２の周縁を通して流す。しかしウェハー３０の周縁にコンタクト３８およびクランプ３６が存在することが、このシステムの重大な欠点であり、これらの存在によって図２Ａの「ＥＥ」で示されるエッジ除外が増加する。エッジ除外の結果、ウェハー３２の表面上の非常に有益な主要領域３２が失われる。
【００１６】
図１Ａ〜１Ｅに、ウェハー表面上のフィーチャーが銅によって充填される模様を示す。この充填プロセスは効果的でウェハーの至る所で均一であるため、均一な厚みの銅がウェハー表面全体に渡って堆積することが重要である。厚み均一性は非常に良好である必要がある。その理由は、不均一な銅厚みでは、ＣＭＰプロセスの間に問題を引き起こすからである。図２Ｂに示したように、堆積層の均一性を改善するために、従来技術の電着システム（図２Ａに示したシステムなど）では、シールド４６を備える場合がある。このようなシステムでは、ウェハー３２またはシールド４６の何れかが回転し得る。このようなシールドは、例えば、米国特許第６，０２７，６３１号（Ｂｒｏａｄｂｅｎｔ）、米国特許第６，０７４，５４４号（Ｒｅｉｄら）、および米国特許第６，１０３，０８５号（Ｗｏｏら）に記載されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前述したことを考慮すると、エッジ除外問題を最小限にして均一な導電薄膜を堆積させる代替的な電着プロセスおよびシステムが必要とされる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明には、導電材料を半導体ウェハーの全表面へ、電着プロセスによって堆積させることが含まれる。具体的には、本発明によって、実質的に平坦な導電材料層を半導体ウェハーの全表面へ、電気コンタクト用表面上のスペースを何ら失うことなく、すなわちウェハーエッジ除外なしで、形成する方法およびシステムが提供される。
【００１９】
本発明の一態様においては、材料を、最大横方向寸法を有するウェハー表面へ、表面上の電気コンタクト用領域を何ら除外することなく堆積させるプロセスが提供される。本プロセスは、アノードを用意する工程と、成形プレートを、アノードとウェハー表面との間で支持する工程と、電解液を、成形プレートを通して、アノードとウェハー表面との間に流す工程と、ウェハー表面のコンタクト領域をコンタクト部材と接触させる工程と、電位差をアノードとコンタクト部材との間に印加する工程とを含む。
【００２０】
成形プレートは、アノードと基板表面との間に成形プレート上面がウェハー表面に面するように支持することができる。成形プレートは複数の開口部を備え、各開口部はウェハー表面をアノードと流体連絡させる。成形プレートは、ウェハーの最大横方向寸法よりも大きい横方向寸法を有する。コンタクト部材は、成形プレートの「後退（ｒｅｃｅｓｓｅｄ）」エッジの外側のウェハー表面上のコンタクト領域と接触することによって、ウェハー表面との電気コンタクトを形成する。電位差をアノードとコンタクト部材との間に印加すると、ウェハーが第１位置にあるときに、成形プレートを通したウェハー表面の堆積領域への材料堆積が起こる。コンタクト領域をコンタクト部材と接触させながら、ウェハーを第２位置に移動させることによって、コンタクト領域と堆積領域との両方への材料堆積が起こる。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、材料を、最大横方向寸法を有するウェハー表面へ堆積させる装置が提供される。本装置は、アノードと、後退エッジを規定する成形プレートと、アノードと基板表面との間に収容される電解液と、成形プレートの後退エッジの外側の基板表面のコンタクト領域と接触する電気コンタクト部材とを備える。
【００２２】
成形プレートは、アノードとウェハー表面との間に成形プレート上面がウェハー表面に面するように支持することができる。成形プレートは複数の開口部を備える。成形プレート上面は、ウェハーの最大横方向寸法よりも大きい横方向寸法を有する。電解液は、ウェハー表面の第１領域と常に接触するように、成形プレートの開口部を通ってウェハー表面に接して流れる。電気コンタクト部材は、成形プレートの後退エッジの外側のウェハー表面の第２領域と、電気コンタクトを形成する。第２領域は、ウェハーが成形プレート上方で回転するときに電解液と断続的に接触する。
【００２３】
本発明のさらに他の態様によれば、導電材料を電解液から半導体基板の表面上へ堆積させることが可能な装置であって、材料の堆積中に、電解液を基板表面へ供給するアセンブリと、この堆積中に、電解液によって接触されるアノードとを備える装置が提供される。堆積中に、少なくとも１つのコンタクトが、表面と、表面の選択領域で電気的にインターコネクトされる。電位差をアノードとコンタクトとの間へ印加中に、コンタクトおよび表面の少なくとも一方が他方に対して移動するときに、材料の堆積が、選択領域上では断続的に、表面の残り部分上では連続的に進行する。
【００２４】
選択領域上への材料の堆積と、表面の残り部分上への材料の堆積との間の不均一性を緩和する装置を設けることができる。装置は、電界分布を変えるために、アノードと表面との間に配置されるシールド（内部に規定される開口部を有する）備えることができる。その代わりに、装置は、開口度（ａ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｏｐｅｎ ａｒｅａ）が異なる複数のアスペリティ領域を有する、アノードと表面との間に設けられた孔の開いたプレートを備えることができる。
【００２５】
電解液を供給するアセンブリは、導電材料の堆積中に電解液が流れるキャビティを規定するカップを備えていても良い。アノードはキャビティ内に収容することができ、コンタクトは前記キャビティの外側に配置することができる。アセンブリは、電解液をキャビティへ供給するための入口をさらに備える。
【００２６】
導電材料の堆積中に、回転可能で好ましくは移動可能なキャリアによって、基板を保持して、基板表面をコンタクトに対して移動させる。
【００２７】
導電材料の堆積中に、成形プレートを、アノードと表面との間に配置することができる。成形プレートは多孔性であり、電解液の貫通流れを可能にする。
【００２８】
システムの極性を反対にすると、材料を堆積させる代わりに、材料をウェハーまたは基板表面から、電解エッチング（ｅｌｅｃｔｒｏｅｔｃｈｉｎｇ）によって、均一に除去するために、システム１００を用いることができる。この場合、メッキ電解液の代わりに、一般的に知られる電解エッチングまたは電解研磨溶液を用いても良い。またこの場合、アノードの代わりに、不活性材料から形成される不活性電極を用いても良い。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の図面、説明、および特許請求の範囲を参照して、より良く理解される。
【００３０】
本発明には、導電材料を、半導体基板またはウェハーの全表面または全面に、電着プロセスによって堆積させることが含まれる。後述するように、本発明によって、実質的に平坦な導電材料層を半導体基板の全表面に、電気コンタクト用表面上のスペースを何ら失うことなく、すなわちウェハーエッジ除外なしで、形成する方法およびシステムが提供される。本発明の全面堆積プロセスは、有利なことに、半導体ウェハーの全表面上の複数のキャビティ（トレンチ、ビア、コンタクトホールなど）への導電材料の堆積を実現する。一実施形態においては、本発明は、成形カップ（ｓｈａｐｉｎｇ ｃｕｐ）またはアノードカップを用いて、電解液をウェハー表面上へ直接送ることで、導電材料をウェハー表面上へ堆積させる。他の実施形態においては、孔の開いたプレートを通して、導電材料を堆積させる。この実施形態では、孔の開いたプレートによって、導電材料の均一な堆積が促進される。さらに他の実施形態では、本発明は、孔の開いたプレートを通して、ウェハー表面のフィーチャー内への導電材料の堆積を実現する一方で、本発明の孔の開いたプレートに対して、ウェハー表面を接触させ、掃引し、研磨することによって、フィーチャー間の最上表面領域への堆積を最小限にする。
【００３１】
本発明のプロセスによって向上された堆積特性が示され、以前は達成不可能な平坦さを有する層、従来技術のプロセスおよび装置を用いて作製された従来技術の層よりも材料特性が勝る導電層が得られる。
【００３２】
図面を参照するが、全体を通して、同様の部材は同様の数字によって参照する。図３に示すように、一実施形態においては、本発明の電着システム５０は好ましくは、上部５１と下部５２とを備えていても良い。好ましい実施形態においては、システム５０を、導電材料（銅など）を半導体ウェハー（シリコンウェハーなど）上に堆積させるために用いても良い。しかし例として銅を用いるが、本発明は、他の一般的な導電体（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕおよびそれらの合金など）を堆積させるために用いても良いことに注意されたい。電着システム５０の上部５１を、ウェハーキャリア５３を有するキャリアアセンブリから構成しても良い（図３に示す）。ウェハーキャリア５３は、典型的なウェハー５４を保持し、キャリアアーム５５に取り付けられる。
【００３３】
システム５０の下部５２は、アノード５６を備えるアノードアセンブリから構成しても良い。アノード５６は好ましくは、エンクロージャー（アノードカップ５７または成形カップなど）の中に配置される。アノードカップ５７は、内部キャビティ５８またはハウジング（底部壁６０上に立つ周囲の側壁５９によって規定される）を備えていても良い。周囲側壁５９の上部リムフレーム（ｒｉｍ ｆｒａｍｅ）６１によって、アノードカップ５７の上端が形成される。この実施形態においては、上部リムフレーム６１は好ましくは矩形状であり、リムフレームの面は、ウェハーキャリア５３をリムフレーム６１に向かって下げたときに、ウェハー５４と実質的に平行になるように適合されている。図５に示すように、リムフレームは最大横方向寸法Ｄを有する。銅メッキ電解液６２を、ポンプによって、アノードカップ５７内へ底部壁６０に形成された液体入口６３を通して、矢印２６４の方向に入れても良い。こうしてアノードカップおよび入口によって、電解液６２を半導体ウェハーまたは基板の前面へ供給することができるアセンブリの少なくとも一部が構成される。電着プロセスの間、アノードカップ５７は、電解液６２によってリムフレーム６１まで完全に充填されている。アノード５６は、電圧源（図示せず）の正端子に、アノードコネクター６４を通して電気的に接続されている。電着プロセスの間、ウェハー５４は、リムフレーム６１と実質的に平行であるとともにこれに近接するように保たれ、そして回転する。電解液６２の流量を制御することによって、電解液は、近接するウェハーの前面６５とコンタクトを形成する。過剰な電解液は、周囲側壁５９を越えて流れ落ちた後、回収されて再循環される。
【００３４】
この実施形態においては、電気コンタクト部材６６がウェハー５４と、前面６５のコンタクト領域６７上で接触するか、そうでなければ電気的にインターコネクトすることが理解される。コンタクト領域６７の位置は、ウェハー５４がアノードカップ５７の上方で回転するときに、リムフレーム６１に対して環状に変化する。コンタクト部材６６は、負電圧源（図示せず）に、コネクター６８を用いて接続される。
【００３５】
図４に示すように、ウェハーキャリア５３はウェハー５４を、ウェハー５４の背面６９から、ウェハーキャリア５３のチャック面に接触させて保持する。ウェハー５４を、真空吸引もしくは保持リング７０（図４に示す）または両方を用いて保持することで、ウェハー５４の前面６５およびコンタクト領域６７を完全にさらす。本発明の原理によれば、ウェハー５４によって最大横方向寸法ｄが規定される。この寸法は、この場合、ウェハーの直径である。代替的に、保持リング７０は、ウェハーキャリア５３の一体部分であっても良い。プロセスの間、ウェハーキャリア５３、したがってウェハー５４を、キャリアアーム５５を回転軸７１またはウェハーキャリア５３の垂直軸の周りに回転方向７２に回転させることによって、回転させても良い。後でより十分に説明するように、回転運動によって、コンタクト領域６７が電解液６２上で移動することで、コンタクト領域６７が電解液にさらされる。ウェハー５４の前面６５が完全にさらされていること、およびコンタクト領域６７をアノードカップ５７上で移動させることによって、コンタクト領域６７を電解液６２へさらすことができることの両方の効果が組み合わさる結果、ウェハー５４上のエッジ除外がゼロになる。
【００３６】
図４および５に示すように、この実施形態においては、成形カップまたはアノードカップ５７の周囲側壁５９は通常、矩形の側壁（第１の側壁７３、第２の側壁７４、第３の側壁７５、および第４の側壁７６を備えていても良い）として形作っても良い。この実施形態では、第１および第２の側壁７３、７４は、その長さが第３および第４の側壁７５、７６の長さより長くても良く、周囲側壁５９の「後退」エッジ７７（すなわちウェハー５４の周縁の外部エッジと比べて後退しているエッジ）を形成していても良い。第３および第４の側壁７５、７６は、アノードカップ５７の周囲側壁の側面エッジ７８を形成する。この実施形態においては、アノードカップ５７の幅、または後退エッジ７７間の距離は、ウェハー５４の直径（ウェハーの最大横方向距離ｄ）よりも小さくなるように適合されている。一方で、アノードカップの長さ、または側面エッジ間の距離（リムフレーム６１の最大横方向距離Ｄ）は、ウェハー直径よりも長くなるように適合されている。
【００３７】
最大横方向距離ｄと上部リムフレームの幅とが違うために、この構成によって、ウェハー５４上のコンタクト領域６７が露出し、電気コンタクト部材６６をコンタクト領域６７上へ配置することができる。この実施形態では後退エッジ７７は直線であるが、本発明の範囲としては、電気コンタクトをウェハーの前面６５上へ配置できるならば、後退エッジ７７は、窪んでいても、Ｖ形状であっても、または他の可能などんな構成で形成されていても良いことが含まれる。いつであっても、ウェハー５４上のコンタクト領域６７が銅メッキされ得るのは、コンタクト領域６７が電解液６２上方で回転しているときのみであることに注意されたい。この点について言えば、ウェハー５４が回転するときに、第１の領域７９（図５において点線の円で示される）は、常にアノードカップ上に留まるため、連続してメッキされる。しかし選択された第２の表面領域８０（第１の領域７９の外側にあり、コンタクト領域によって範囲が規定される）においては、堆積プロセスが不連続に進行する。したがって第１の領域７９での堆積速度と、第２の領域８０での堆積速度とは異なっており、その結果、第２の領域８０はより薄い堆積層を有する可能性がある。
【００３８】
図６に、堆積層のこの不均一性が、シールド８２を用いることによって緩和される様子を示す。シールド８２を、図６に示したように、電解液中に浸漬させて、第１の領域７９の付近に配置する。しかしアノードからカソード（ウェハー）までの距離が短いならば、その代わりに、シールド８２をアノード５６上に配置しても良い。シールド８２は、孔９９または開口部を有していても良い。シールドによって、アノードとウェハー５４上の第１の領域７９（図５を参照）またはコンタクト領域６７との間の電解分布が変化して、第１の領域７９での堆積速度が変化する。そのため、電着された銅のウェハー前面６５上での厚みプロファイルが修正される。この実施形態では、シールド８２は、非導電材料（ポリマー材料など）で形成されていても良い。
【００３９】
図４および６に戻って、使用中は、電解液をポンプによって、アノードカップ５７内に矢印２６４の方向に入れる。いったん電解液によってアノードカップ５７が満たされれば、印加される圧力によって、電解液はウェハー５４の前面６５に、矢印８１の方向に到達する。前述したように、ウェハー５４の前面６５は、電解液に近接して保持されている。ウェハー５４の前面６５と電解液表面との間のギャップは、キャリアアセンブリ５３を軸７１に沿って垂直に動かすことによって調整できる。前面６５と電解液との間の距離を調整した後に、アノード５６とコンタクト部材６６との間に電位差を印加することによって、電着プロセスを開始する。その結果、この段階では、電位差は、コンタクト部材がアノードよりも陰極性（−）になるように選択されている。またコンタクト部材はウェハー５４の前面６５に接触しているため、前面６５も陰極性となる。堆積プロセスが進行するにつれて、銅が均一に前面６５上に堆積する。前述したように、ウェハー５４上のコンタクト領域が銅メッキされ得るのは、コンタクト領域６７が電解液６２上を回転しているときのみ、したがって電解液にさらされているときのみである。あふれ出る電解液（矢印８２で示す）は、回収して再循環しても良い。
【００４０】
図７に示すように、他の実施形態においては、本発明の電着システム１００は好ましくは、上部１０２と下部１０４とを備えていても良い。好ましい実施形態においては、システム１００を、導電材料（銅など）を半導体ウェハー（シリコンウェハーなど）上に堆積させるために用いても良い。前述した実施形態と同様に、例として銅を用いるが、本発明は、他の一般的な導電体（Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕおよびそれらの合金など）を堆積させるために用いても良い。電着システム１００の上部１０２を、ウェハーキャリア１０６を有するキャリアアセンブリから構成しても良い（図７に示す）。ウェハーキャリア１０６は、典型的なウェハー１０８を保持し、キャリアアーム１１０に取り付けられる。キャリアアームは、回転するか、またはウェハー１０８を横方向もしくは縦方向に動かしても良い。
【００４１】
システム１００の下部１０４は、アノードアセンブリ（アノード１１２、好ましくは消耗品である銅アノード、および成形プレート１１４を備える）から構成しても良い。アノードを好ましくは、エンクロージャー（アノードカップ１１６など）内に配置して、アノードプレート１１８で囲んでも良い。アノードプレート１１８上には、成形プレート１１４を配置しても良い。成形プレート１１４とアノードプレート１１８とは両方とも、好ましくは孔の開いたプレートである。成形プレート１１４は、複数の開口部１２０またはアスペリティ（ａｓｐｅｒｉｔｉｅｓ）を備えていても良い。開口部１２０は、アノードプレート１１８の開口部（図１０Ａおよび１０Ｂを参照）と概ね一致するように適合されている。そのため両者を一緒に取り付けたときに、対応する開口部は、電着プロセスの間に電解液をプレート１１４および１１８を通して流して、ウェハー１０８の前面を濡らすことができる経路を形成する。電着プロセスの間、ウェハー１０８を成形プレート１１４の上面１１９と実質的に平行に保持して、回転させても良い。またウェハーは、横方向に移動しても良い。銅メッキ電解液を、ポンプによって、アノードカップ１１６内へ液体入口１２１を通して、矢印１２２の方向に入れても良い。この場合もやはり、したがってアノードカップと入口とによって、電解液を半導体ウェハーまたは基板の前面へ供給することができるアセンブリの少なくとも一部が構成される。アノード１１２は、電圧源（図示せず）の正端子に、アノードコネクター１２４を通して電気的に接続されている。成形プレート１１４が堅い材料からなるときには、アノードプレート１１８は必要でない場合がある。
【００４２】
後でより十分に説明するように、この実施形態においては、電気コンタクト部材１２６をウェハー１０８と、コンタクト領域１２８上で接触させるか、そうでなければ電気的にインターコネクトさせる。コンタクト領域１２８の位置は、ウェハー１０８が成形プレート１１４の上方で回転または移動するときに、成形プレート１１４に対して環状に変化する。コンタクト部材は、電圧源（図示せず）の負端子に、コネクター１２９を用いて接続される。
【００４３】
図８に示すように、ウェハーキャリア１０６はウェハー１０８を、ウェハー１０８の背面１３０から保持する。ウェハー１０８は、図８で示すように、ウェハーキャリア１０６の下面１３１またはチャック面上に保持しても良い。この実施形態においては、ウェハーを、真空吸引もしくは保持リング１３３（図８に示す）または両方を用いて保持することで、ウェハー１０８の前面１３２を電解液に完全にさらす。その代わりに、保持リング１３３はウェハーキャリア１０６の一体部品であっても良い。プロセスの間、ウェハーキャリア１０６、したがってウェハー１０８を、キャリアアーム１１０を回転軸１３４またはウェハーキャリア１０６の垂直軸の周りに回転方向１３５に回転させることによって、回転させても良い。後でより十分に説明するように、回転運動によって、有利なことに、コンタクト領域１２８が成形プレート１１４上で移動することで、コンタクト領域１２８が、成形プレートを通って流れる電解液にさらされる（図７を参照）。ウェハー１０８の前面１３２が完全にさらされていること、およびコンタクト領域１２８を成形プレート１１４上で移動させることによって、コンタクト領域１２８を電解液へ連続してさらすことができることの両方の効果が組み合わさる結果、ウェハー１０８上のエッジ除外がゼロになる。
【００４４】
図９Ａおよび９Ａに示すように、この実施形態においては、本発明の成形プレート１１４は通常、矩形状（第１の側壁１３６、第２の側壁１３８、第３の側壁１４０、および第４の側壁１４２によって規定される）に形作っても良い。この実施形態では、第１および第２の側壁１３６、１３８は、その長さが第３および第４の側壁１４０、１４２の長さより長くても良く、成形プレート１１４の「後退」エッジ１４４（すなわちウェハー１０８の周縁の外部エッジと比べて後退しているエッジ）を形成していても良い。第３および第４の側壁１４０および１４２は、成形プレート１１４の側面エッジ１４６を形成する。成形プレート１１４の幅、または後退エッジ間の距離は、ウェハー１０８の直径よりも小さくなるように構成されている。前述した実施形態と同様に、側面エッジ１４６間の距離は、成形プレート１１４の最大横方向寸法Ｄである。またウェハーの直径は、ウェハー１０８の最大横方向寸法ｄである。好ましい実施形態においては成形プレート１１４を矩形状に形作っているが、成形プレートにはどんな幾何学的形状を与えても良い。
【００４５】
図９Ａに示すように、横方向距離ｄと成形プレートの幅とが違うために、ウェハー１０８上のコンタクト領域１２８が露出し、また電気コンタクト部材１２６をコンタクト領域１２８上へ配置することができる（図７を参照）。この実施形態では後退エッジは直線状であるが、本発明の範囲としては、電気コンタクトをウェハーの前面上へ配置できるならば、後退エッジは、窪んでいても、Ｖ形状であっても、または他の可能などんな構成で形成されていても良いことが含まれる。前述したように、成形プレート１１４の幅および長さを選択することによって、ウェハー１０８を成形プレート１１４上方で第１の方向１４７へ移動させるときに、コンタクト領域１２８を電気コンタクト部材１２６と接触させるか、そうでなければ電気的にインターコネクトさせることができる。図９Ａにおいて、コンタクト部材を、コンタクト領域１２８と接触する直線状のストリップとして示す。しかし、いつであっても、ウェハー上のコンタクト領域１２８が銅メッキされ得るのは、コンタクト領域が成形プレート１１４のアスペリティの上方で回転しているときのみであることに注意されたい。この点について言えば、ウェハーが回転するときに、第１の領域１４８（図９Ａにおいて点線の円で示される）は、常に成形プレート１１４上方に留まるため、連続してメッキされる。しかし第２の選択された領域１４９（第１の領域１４８の外側にあり、コンタクト領域によって範囲が規定される）においては、堆積プロセスが不連続に進行する。したがって第１の領域１４８での堆積速度と、第２の領域１４９での堆積速度とは異なっており、その結果、第２の領域１４９はわずかに薄い堆積層を有することが予想される。後述するように、この厚みの差は、代替的なアスペリティデザインを用いることによって無くすことができる。さらに、前述したシールド８２（図６に示す）を、この実施形態とともに用いることで、ウェハー１０８の前面１３２上に均一な堆積層を得ることができる。
【００４６】
図９Ｂを参照して、アスペリティ１２０は内部側壁１５０によって規定される。内部側壁１５０は、上部開口部１５２（成形プレート１１４の上面１１９内）と下部開口部１５４（成形プレート１１４の底面１５６内）との間を延びる。前述したように、電着プロセスの間、電解溶液はウェハー前面にアスペリティ１２０を通して到達する。成形プレート１１４の機能性（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）に依存して、成形プレート１１４は絶縁材料または導電材料から形成されていても良い。電着のみを行なうのであれば、成形プレートは導電材料から形成されていても良い。しかし電着および研磨を共に行なうのであれば、絶縁材料（ポリマーまたはセラミック材料など）が好ましい。この実施形態ではアスペリティ１２０は長方形状であるが、種々の幾何学形状（楕円、四角形、円、またはその他など）で形成しても良い。アスペリティ１２０の形状、容積スペース、密度によって、堆積薄膜の均一性が規定される。アスペリティ１２０の内部側壁１５０は、上部および底部表面１１９および１５６に対して垂直である必要はない。すなわち内部側壁１５０は、傾斜しているか、湾曲しているか、またはその他の形態もしくは形状であり得る。
【００４７】
図９Ｃに、成形プレート１１４の代替的な実施形態を示す。この実施形態では、成形プレート１１４は、第１および第２のアスペリティ領域（１５７および１５８）をそれぞれ備える。このデザインの結果、第２のアスペリティ領域１５８は、開口度が第１のアスペリティ領域１５７よりも高く、ウェハー上の銅堆積が多い。ウェハーを、第１の領域１５７内の位置Ａの周りで振動させることによってメッキすると、ある程度の堆積層厚みプロファイルが得られ、堆積層の厚みがコンタクト領域１２８に沿ってわずかに薄い場合がある。コンタクト領域１２８に沿った厚みを増加させるために、ウェハーを位置Ｂに移動させて一部を第２の領域１５８上に動かし、コンタクト領域１２８をより高い銅堆積速度にさらす。この工程を電着プロセスの一部の間に行なって、均一な堆積プロファイルの銅層堆積を実現しても良い。またこのような高密度領域を成形プレート１１４上の１または複数の場所に形成して、層堆積の厚みプロファイルを任意に変更または制御できることも本発明の範囲内である。すなわち、ウェハー前面での厚みプロファイルを、凹形、凸形、または完全に平坦にすることができる。この実施形態では、エッジ除外をゼロにすることができる。すなわちウェハー前面の全体を、そのエッジまでずっと均一にメッキすることができる。
【００４８】
図１０Ａおよび１０Ｂに示すように、成形プレート１１４を、複数の孔１５９を有するアノードプレート１１８上に配置する。アノードプレート１１８の孔１５９と成形プレート１１４のアスペリティ１２０とは、連続的した電解液経路１６０を形成する。電解液経路１６０は、アノードカップ１１６の内部キャビティ１６２（プロセスの間、電解液によって満たされる）を、成形プレート１１４の上面１１９と接続する。電解液は、アノードカップに矢印１２２の方向に入り、経路１６０を矢印１６４の方向に通過して流れる。フィルター（図示せず）を内部キャビティ１６２内に配置して、電着の間にアノード１１２の溶解によって発生したパーティクルを捕えても良い。アノードプレート１１８は、絶縁材料または導電材料から形成されていても良い。消耗アノードを用いないシステムの場合、アノードプレート１１８をアノードとして用いても良いし、または別の不活性カソードをアノード１１２の代わりに用いることができる。このようなシステムでは、アノードプレートを金属（チタンなど）で形成することができ、好ましくは不活性金属（プラチナなど）でコートすることができる。その結果、正電圧は、消耗アノード（本発明の場合には銅アノードなど）ではなくアノードプレートに接続される。
【００４９】
また図１０Ａには、コンタクト領域１２８に接触するコンタクト部材１２６の位置が示されている。コンタクト部材は、種々の構成（ブラシ、ピン、ローラー、平坦面など）で製造しても良い。コンタクト部材は、アノードから完全に絶縁されていなければならず、好ましくは静止していてコンタクト領域がその上を滑る。コンタクト部材がウェハーとともに移動しても良い。コンタクト部材は好ましくは、柔軟で耐食性の導電材料（プラチナ、ルテニウム、ロジウム、および耐熱性材料の窒化物など）で形成されるか、またはこれらの材料でコートされている。前述したように（図１０Ａに示す）、従来のクランプを、ウェハー１０８の前面１３２との電気コンタクトを取るためには全く用いていないため、電着中のエッジ除外が有利なことに低減されて、ゼロになっている。コンタクト部材がコンタクト領域を引っ掻く可能性があるが、これは、コンタクト部材がコンタクト領域に加える力が最小であることを保証することで、回避または最小限にできる。
【００５０】
図１０Ａに戻って、好ましい実施形態のプロセスでは、電解液をポンプによって、電着システム１００のアノードカップ１１６の内部キャビティ１６２内へ、矢印１２２の方向に入れる。いったん電解液が内部キャビティ１６２を満たせば、電解液は、アノードプレート１１８の孔１５９、それから成形プレート１１４のアスペリティ１２０を通って流れることによって、ウェハー１０８の前面１３２に矢印１６４の方向に到達する。図１０Ａ〜１０Ｂを参照して、ウェハー１０８の前面１３２は、軸１３４に沿う第１の位置、好ましくは成形プレート１１４に近接する位置（たとえば０．２５〜５ｍｍの距離）に、保持しても良い。ウェハー１０８の前面１３２と成形プレート１１４との間のギャップは、キャリアアセンブリ１０２を軸１３４に沿って垂直に動かすことによって調整できる。前面１３２と成形プレート１１４の上面との間の距離を調整した後に、アノード１１２とコンタクト部材１２６との間に電位差を印加することによって、電着プロセスを開始する。その結果、この段階では、電位差は、コンタクト部材がアノードよりも陰極性（−）になるように選択されている。またコンタクト部材はウェハー１０８の前面１３２に接触しているため、前面１３２も陰極性となる。
【００５１】
ここで、本発明のシステム１００を用いる電着プロセスの詳細を、図１１Ａおよび１１Ｂを用いてさらに説明することができる。図１１Ａに、電着プロセス前のウェハー１０８の前面１３２（図８を参照）の表面部分１６６を例示する。表面部分１６６は、ビアフィーチャー１６８または狭いホールおよびトレンチ１７０またはより大きなホールを備えていても良い。ビアフィーチャー１６８およびトレンチフィーチャー１７０は、ウェハー１０８の一部であり得る基板１７４上に形成される絶縁層１７２内に形成されていても良いし、ウェハー１０８上に形成されていても良い。フィーチャー１６８および１７０は、基板１７４上の活性デバイス位置１７６を露出する。
【００５２】
図１０Ｂを参照して、電位差が印加されるとすぐに銅が前面１３２上にメッキされ、同時に図１０Ｂに示したように、ウェハー１０８を回転方向１３５に回転させて、成形プレート１１４上を第１の方向１４７に直線的に移動させる。第１の方向１４７は好ましくは、後退エッジ１４４に平行で、側面エッジ１４６に垂直である。第１の方向１４７への直線運動は好ましくは、ウェハーサイズに依存して約５ｍｍ〜１００ｍｍであっても良いが、それ以上に長い直線運動も本発明の範囲内であり、用いることができる。この点で、ウェハー１０８の回転は約１ｒｐｍ〜２５０ｒｐｍであっても良い。ウェハーを横方向に動かすことが好ましいが、ウェハーを回転させてアノードアセンブリを横方向に動かすことで、同様の動きをウェハーと成形プレートとの間に実現しても良いことを理解されたい。図１１Ｂに示すように、電着プロセスが進行するにつれて、堆積層１８０が銅シード層１７８上に均一に形成されて、ビアおよびトレンチフィーチャー１６８および１７０を充填する。前述したように、銅シード層１７８は、バリア層の上に形成しても良い。また前述したように、ウェハー１０８を回転させることで、堆積層の不均一性は最小限になる。ウェハー上のコンタクト領域１２８が銅メッキされ得るのは、コンタクト領域１２８が、成形プレート１１４のアスペリティ１２０の上方で回転しているとき、したがって電解液にさらされているときのみである。
【００５３】
図１０Ｂを参照して、平坦な薄膜を堆積させるために、成形プレート１１４とウェハー１０８前面との間のギャップをゼロまで減らして、前面１３２を成形プレート１１４の上面１１９と接触させても良い。これは、キャリアアセンブリ１０２とウェハー１０８とを、軸１３４に沿って垂直に動かして第２の位置へ持っていくことによって行なわれる。この場合、成形プレートは研磨パッドで形成されていても良い。代替的に、アノードアセンブリ１０４を軸１３４に沿って垂直に動かしても良い（ただし、アセンブリがこのような動きのために装備されている場合）。この第２の位置において、ウェハー１０８は回転して第１の方向１４７に沿って移動するため、堆積プロセスが続く間、ウェハー１０８は成形プレート１１４と接触して擦れる。図１１Ｃに示したように、この結果、平坦化された層１８２が形成される。これは、絶縁層１７２上の堆積層１８０の厚みを最小限にしながら、フィーチャー１６８および１７０内への材料の堆積を妨げないからである。
【００５４】
システムの極性を反対にすると、材料を均一に堆積させる代わりに、ウェハー表面から材料を均一に除去（電解エッチング）するために、システム１００を用いることができる。この場合、メッキ電解液の代わりに、一般的に知られる電解エッチングまたは電解研磨溶液を用いても良い。Ｃｕアノードの代わりに、不活性電極（不活性材料たとえばＰｔ、Ｔｉ、またはＰｔコートされたＴｉ材料から形成される）を用いても良い。
【００５５】
言うまでもないが、前述したことは本発明の好ましい実施形態に関しており、特許請求の範囲に記載される本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく変更を行なっても良いことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
基板上に形成されたアイソレーション構造を有する半導体基板の概略図であり、アイソレーション構造はエッチされてトレンチおよびビアフィーチャーが基板上に形成されている。
【図１Ｂ】
バリア層およびシード層が、フィーチャーおよびアイソレーションまたは絶縁層上に形成されている図１Ａに示した基板の部分断面図。
【図１Ｃ】
従来のコンフォーマル層が、シード層上に部分的に堆積されている図１Ｂに示した構造の概略図。
【図１Ｄ】
層が完全に堆積されている図１Ｃに示した構造の概略図。
【図１Ｅ】
より平坦な層が形成されている図１Ｄに示した構造の概略図。
【図２Ａ】
従来技術の電着システムの概略図。
【図２Ｂ】
シールドを用いた他の従来技術の電着システムの概略図。
【図３】
エッジ領域を何ら除外しないでウェハー全面へ導電材料を堆積するための本発明のシステムの一実施形態を示す概略図。
【図４】
本発明のアノードカップの周囲側壁の幅と比較した、ウェハー上の電気コンタクトおよびコンタクト領域の位置を示す図３に示したシステムの概略図。
【図５】
ウェハー上の断続的および連続的堆積領域を示す図３に示したシステムの部分平面図。
【図６】
システムのアノードおよびカソードの間に配置されたシールドを備える図３に示した本発明のシステムの概略図。
【図７】
エッジ領域を何ら除外しないでウェハー全面へ導電材料を堆積するための本発明のシステムの他の実施形態を示す概略図。
【図８】
本発明のウェハーキャリアアセンブリおよび成形プレートを示す図７のシステムの部分概略図。
【図９Ａ】
ウェハーは連続的および断続的堆積領域を有している、成形プレートとその上に配置されたウェハーとを示す平面図。
【図９Ｂ】
成形プレートを通る連続したアスペリティを示す成形プレートの概略断面図。
【図９Ｃ】
成形プレートは開口部密度が異なる２つの領域を有する本発明の成形プレートの他の実施形態を示す概略図。
【図１０Ａ】
本発明の成形プレートの幅と比較した、コンタクト領域上のウェハー電気コンタクトの位置を示す本発明の電着システムの概略側面図。
【図１０Ｂ】
本発明の成形プレートの長さに沿うウェハーの位置を示す本発明の電着システムの他の概略側面図。
【図１１Ａ】
本発明の堆積プロセス前の、シード層で覆われたビアおよびトレンチフィーチャーを有するウェハーを大きく拡大した断面図。
【図１１Ｂ】
本発明を用いて堆積層が電着されている図１１Ａに示した構造の概略図。
【図１１Ｃ】
堆積層が平坦に堆積されている図１１Ｂに示した構造の概略図。
【符号の説明】
１０…基板
１２…絶縁層
１４…ビア
１６…トレンチ
１８…バリア層
２０…シード層
２２…導電材料層
３０…電着システム
３２…ウェハー
３４…ウェハーホルダー
３６…リングクランプ
３８…電気コンタクト
４０…メッキ浴
４４…アノード
４６…シールド
５０…電着システム
５３…ウェハーキャリア
５４…ウェハー
５５…キャリアアーム
５６…アノード
５７…アノードカップ
５８…内部キャビティ
６１…リムフレーム
６２…電解液
６３…液体入口
６４…アノードコネクター
６５…ウェハー前面
６６…電気コンタクト部材
６７…コンタクト領域
６８…コネクター
７０…保持リング
７３、７４…第２の側壁
７５、７６…第４の側壁
８２…シールド
１００…電着システム
１０２…キャリアアセンブリ
１０４…アノードアセンブリ
１０６…ウェハーキャリア
１０８…ウェハー
１１０…キャリアアーム
１１２…アノード
１１４…成形プレート
１１６…アノードカップ
１１８…アノードプレート
１２０…開口部
１２１…液体入口
１２４…アノードコネクター
１２６…電気コンタクト部材
１２８…コンタクト領域
１２９…コネクター
１３３…保持リング
１３６、１３８…第２の側壁
１４０、１４２…第４の側壁
１４０…第４の側壁
１５７…第１のアスペリティ領域
１５８…第２のアスペリティ領域
１６０…電解液経路
１６２…内部キャビティ
１６８…ビアフィーチャー
１７０…トレンチフィーチャー
１７２…絶縁層
１７４…基板
１７６…活性デバイス位置
１７８…銅シード層
１８０…堆積層
Ｓ１…段差
Ｓ２…段差
Ｄ…最大横方向寸法
ｄ…最大横方向距離
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2005501963.tif 000005
【図１Ｄ】
2005501963.tif 000006
【図１Ｅ】
2005501963.tif 000007
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005501963.tif 000012
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2005501963.tif 000067
【国際調査報告】
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2005501963.tif 000069
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