(57)【要約】集積回路メタライゼーションまたはパッケージングビアの比較的大きな開口あるいはフィーチャ（１０２）が、順に２つのめっきあるいは電着処理によって埋め込まれる。第１の電着処理は、大きな、高アスペクト比のフィーチャ（１０２）を第１の層（１０４）でコンフォーマルに覆い、内部キャビティ（１１６）を画定する。第２の層（１１８）を形成する第２の電着処理は、異なる溶液を使用して、第１の電着処理によって残された内部キャビティ（１１６）をボトムアップ式で埋め込む。コンフォーマル性が第１の電着処理においてレベラーの使用によって典型的に引き起こされるのに対して、促進剤及び抑制剤が第２の電着処理においてボトムアップ埋め込みを促進するために使用されうる。但し、いずれの処理も３つの添加剤のうちの何かを使用することができる。【選択図】図４
2008541433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースの表面に形成されたフィーチャに導電物質を電気化学的に埋め込む方法であって、
シード膜によって覆われる、少なくとも２ミクロンの幅及び該幅の少なくとも２倍の深さを有する前記フィーチャを有する前記ワークピースを提供するステップと、
前記フィーチャを部分的に埋め込み、前記ワークピースの前記表面上に伸びる実質的にコンフォーマルな導電層を前記シード膜上に形成するように前記導電物質の第１の電着処理を行うステップと、
ボトムアップ方式で前記フィーチャの残りの部分を前記導電物質で完全に埋め込むように第２の電着処理を行うステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記第１の電着処理を行う前記ステップが、第１の溶液を用いる電気化学析出処理を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の溶液が、コンフォーマル性促進スピーシーズを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記コンフォーマル性促進スピーシーズが、レベラーを含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の溶液が、濃度が２〜２０ｍｌ／ｌのレベラーを含む請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の電着処理を行う前記ステップが、前記第１の溶液と異なる第２の溶液を用いる電気化学析出処理を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の溶液が、ボトムアップ埋め込み促進スピーシーズを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ボトムアップ埋め込み促進スピーシーズが、促進剤を含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の溶液が、濃度が２〜１０ｍｌ／ｌの促進剤を含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の電着処理を行う前記ステップに先立って、前記コンフォーマルな導電層の表面を処置溶液で処置するステップをさらに含み、
前記処置溶液が、ボトムアップ埋め込み促進スピーシーズを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
処置後の前記コンフォーマルな導電層の表面部分をスイープするステップをさらに含み、
前記表面部分が、前記ワークピースの表面上にある請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
処置後の前記コンフォーマルな導電層を乾燥するステップをさらに含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ボトムアップ埋め込み促進スピーシーズが、促進剤を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記処置溶液が、濃度が２〜２０ｍｌ／ｌの促進剤を含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の電着処理を行う前記ステップが、電気化学機械成膜を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記フィーチャ内に前記実質にコンフォーマルな導電層を形成する前記第１の電着処理を行う前記ステップが、幅を有する内部キャビティを生成する請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記幅が、１ミクロン未満である請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記幅が、０．６ミクロン未満である請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記フィーチャが、５０μｍ以上の深さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
ウェーハの表面に形成されたフィーチャに導電物質を電気化学的に埋め込む方法であって、
内部キャビティが形成されるように前記フィーチャの内部をコーティングするコンフォーマル導体で、２より大きなアスペクト比を有する前記フィーチャを部分的に埋め込むように、第１の溶液からの前記導電物質を前記表面上に電着するステップと、
前記内部キャビティをボトムアップ方式で完全に埋め込むように、前記第１の溶液と異なる第２の溶液からの前記導電物質を前記コンフォーマル導体上に電着するステップと、を含む方法。
【請求項２１】
前記内部キャビティの幅が、１ミクロン未満である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記内部キャビティの幅が、０．６ミクロン未満である請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の溶液が、コンフォーマル性促進スピーシーズを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記コンフォーマル性促進スピーシーズが、レベラーを含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の溶液が、濃度が２〜２０ｍｌ／ｌのレベラーを含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の溶液が、ボトムアップ埋め込み促進スピーシーズを含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記ボトムアップ埋め込み促進スピーシーズが、促進剤を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の溶液が、濃度が２〜１０ｍｌ／ｌの促進剤を含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
ワークピースの表面に形成されたフィーチャに導電物質を電気化学的に埋め込む方法であって、
深さが少なくとも幅の２倍を有する前記フィーチャを部分的に埋め込み、前記フィーチャ内に１ミクロン未満の幅を有する内部キャビティを画定する実質的にコンフォーマルな導電層を形成するように、第１の電着処理を行うステップと、
前記内部キャビティを導電物質で完全に埋め込むように、前記第１の電着処理と異なる第２の電着処理を行うステップと、を含む方法。
【請求項３０】
前記実質的にコンフォーマルな導電層が、１〜１０ミクロンの厚さを有する請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の電着処理を行う前記ステップが、レベラーを含む第１の溶液を使用する電気化学析出処理を含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２の電着処理を行う前記ステップが、前記第１の溶液と異なる第２の溶液を使用する請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２の溶液が、促進剤を含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の電着処理を行う前記ステップの前に、前記フィーチャが、抑制剤及び促進剤が前記フィーチャの内部表面及び前記ワークピースの上面を区別できないほど広い開口を有する請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１の電着処理を行う前記ステップの前に、前記フィーチャが、２ミクロンよりも大きい幅を有する請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の電着処理を行う前記ステップの前に、前記フィーチャが、５ミクロンよりも大きい幅を有する請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記導電物質及び前記コンフォーマルな導電層が、共に銅を含む請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願への参照
本出願は、アメリカ合衆国特許法第１１９条の（ｅ）に基づき、２００５年５月６日出願された番号６０／６７８，３０３のアメリカ合衆国仮出願の優先権を要求する。
【０００２】
本発明は、基本的に半導体集積回路技術に、特に、電気めっき方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の半導体素子あるいは集積回路（ＩＣ）は基本的に、半導体基板、通常はシリコン基板、並びに複数の、順に形成された誘電体層及び伝導性のパス又は導電物質からなる相互接続を含む。ＩＣ相互接続は、誘電体層の中に形成されたフィーチャまたはキャビティに銅のような導電物質を埋め込むことにより通常形成される。そのようなフィーチャは、ライン、パッド及びコンタクトを画定するために埋め込まれるビア及びトレンチを含むが、それらに限定はされない。集積回路において、複数層の相互接続ネットワークが基板表面に関して横に延伸する。異なる層の中に形成された相互接続は、コンタクトで埋め込まれたビアを使用して電気的に接続されることができる。
【０００４】
最近、集積回路システム用の高密度低容量の垂直の相互接続技術を開発する研究が行われている。これらのウェーハレベルの集積及びパッケージング技術は、重量と体積を削減した上での速度及び低減された電力消費の観点からＩＣシステムパフォーマンスを向上させることを目指している。垂直の相互接続は、多層ＩＣの３次元（３Ｄ）均一集積、及び異なる材料で製作された様々なデバイスを有する多層ＩＣの３Ｄ不均一集積を可能にする。したがって、３Ｄ集積化は、チップあるいはウェーハレベルの多数のＩＣを集積することを含む。得られる多層ストラクチャーは、高いインダクタンス、低速、低い配線密度及び高いクロストークを示した従来のワイヤボンディング技術に比べて、最適の短い相互接続パス及び大きな層間信号帯域幅を提供する。
【０００５】
３Ｄ垂直相互接続ストラクチャーは、標準ＩＣ相互接続ストラクチャーと比較して、深さ及び幅の観点からより大きなフィーチャを含む。標準ＩＣ相互接続ストラクチャーは、下層の金属層ではサブミクロン幅のビア及びトレンチを含み、また、特に最上層の金属層では、５０〜１００ミクロン（μｍ）の太線及びボンドパッドをさらに有する場合がある。フィーチャの深さは下層の金属層では０．１５〜０．６μｍ、また、典型的なＩＣ相互接続のより上層の金属層では１〜３μｍの範囲内にありうる。言いかえれば、ＩＣ相互接続中の小さなあるいは狭いフィーチャのアスペクト比（深さ対幅の比率）は１より大であり得る。しかし、より大きなフィーチャ（例えば、上記の例において約３μｍよりも広い）のアスペクト比は１より小さい。それに比べて、３Ｄ集積化ストラクチャーはより深い。それらは、典型的には３〜１００μｍの、あるいはさらに広い直径または幅、及び約１０までのアスペクト比（深さ対幅の比率）を有するビアを含む。したがって、ＩＣ相互接続の狭いフィーチャを金属で埋め込むことに適用可能な方法は、３Ｄ相互接続のより広くより深い、つまり、より大きなフィーチャを埋め込むことに必ずしも適用可能とは限らない。
【０００６】
ＩＣ相互接続ストラクチャーに導体を埋め込む最もポピュラな処理方法は、電気化学析出、あるいは電気めっきである。電気めっき技術は比較的低コストであり、また、下に説明されるように、空洞、また、他の欠陥がフィーチャの中に形成されないようにボトムアップ方式で狭いフィーチャを埋め込む能力を有する。電気めっき処理において、銅のような導電物質がそのようなフィーチャを埋め込むために成膜される。その後、化学機械研磨のような物質除去技術が採用されて、ウェーハの上面から過剰の金属または被りを除去し、表面を平面にして、フィーチャの中にのみ導電物質を残す。
【０００７】
標準の電気めっき技術は、ウェーハ表面上の狭いフィーチャのボトムアップ式埋め込みを促進する有機・無機の添加剤を含む特別の電解質を利用する。これらの電解質は典型的には硫酸銅、硫酸、塩化物、抑制剤、促進剤及びオプション的なレベラーを含む。抑制剤は、成長している銅の表面に付着し、分極を高める（したがって、電圧が一定に維持されている場合、成膜電流密度を減少させる）。促進剤は、抑制剤にさらされた銅の表面の分極を減少させる。ボトムアップ式埋め込み、又はスーパー埋め込みでは、図１に示されるように、銅のようなめっき物質の成膜が、フィーチャのボトムからフィーチャのトップへ高速に生じる。図１は、ＩＣ相互接続ストラクチャーの、１より大きなアスペクト比を有する典型的な狭いフィーチャ２を示している。図１の狭いフィーチャ２は、例えば、幅が０．０４〜０．２μｍであり、また、深さがその幅の少なくとも２倍でありうる。狭いフィーチャ２は、ボトム領域３及びネック領域４を含み、バリヤ層５及び、導電物質の成膜がその上に開始されることができる典型的にはシードまたは接着剤の層（図示せず）で覆われている。上に言及された添加剤を有する特別の電解質を使用して、銅を狭いフィーチャ２に電気めっきする場合、成膜は、破線プロフィール６によって示されるようにボトムアップ方式で発生する。この破線プロフィール６は、２〜１０ｍＡ／ｃｍ２の成膜電流密度で３〜１５秒のような短い成膜期間の後の、銅の表面プロフィールを例示している。プロフィール６から分かるように、ネック領域４での銅の成長は、ボトム領域３での銅の成長に比べ、減少している、つまり、フィーチャのボトムでの銅の成長率は、フィーチャ壁の上部端よりはるかに高い。成膜が継続するにつれ、銅は、空洞またはシーム（Seam）のような欠陥を残さずにフィーチャ全体を埋め込む（破線プロフィール７）。
【０００８】
ＩＣ相互接続ストラクチャーの狭いフィーチャの良好なボトムアップ式埋め込みを達成するために、銅めっき電解質はＣｌ−イオン、抑制剤及び促進剤のスピーシーズを含むべきであることは既に証明されている。促進剤は、狭いフィーチャへのボトムアップ式の銅埋め込みを達成するのを支援する。抑制剤は、フィーチャの開口部が時期尚早に閉じて内部に空洞を残すことがないように、ネック領域での銅の成長を抑制する。塩素分子は、電気めっき電解質中の抑制剤の有効性を向上させると考えられる。いくつかの電解質は、狭いフィーチャが銅によって完全に埋め込まれた後にフィーチャの上に銅のバンプ（Bump）が形成されるのを回避するためにレベラーをも含む。上述された特性を有する銅めっき電解質及び添加剤は、Ｒｏｈｍ、Ｈａａｓ、及びＥｎｔｈｏｎｅのような会社から入手可能である。
【０００９】
現在の電気めっき技術および電解質の適用がＩＣ相互接続ストラクチャーの規格寸法のビアおよびトレンチを埋め込むのには満足な結果をもたらしている。しかし、そのような技術が、典型的には３〜１００μｍの幅および１０〜２００μｍの深さを有する大きなフィーチャを備えている３Ｄ集積化ストラクチャーのフィーチャを埋め込むのに直接適用される場合には、状況は変わる。これは、高いアスペクト比のフィーチャを埋め込む困難さ（例えば、開口部がふさがれて空洞を形成する傾向）がこれらの大きなフィーチャにとって依然として残っていると同時に、下に説明されるように、従来の添加剤は開口部が広い場合に、上面及びビアの内部表面を区別できないためである。
【００１０】
図２Ａは、埋め込まれる予定の３Ｄ集積化ストラクチャーフィーチャ１２を有する典型的な基板１０を示す。シード膜１４のような導電層は、フィーチャ１２の内部及び基板１０の表面をカバーし、電気めっきが開始されることができるベースを形成する。シード膜１４下には１つ以上の接着剤層、バリヤ層及び核生成層のような追加の層（図２Ａには図示せず）が存在しうる。図２Ａに示されるフィーチャ１２のような深く貫通するキャビティが関係する場合、シード膜１４上の均一な電流密度分布は可能ではない。電位が図２Ａのシード膜１４に印加される場合、基板１０の表面、及びフィーチャ１２の入口のまわりの電流密度は、フィーチャ１２の内部及び、特にフィーチャ１２のより低い端部とは異なることができる。図２Ａでは、高い電流受取りエリアは「Ａ」で、低い電流受取りエリアは「Ｂ」で示されている。幾何学的要因による一次電流分布の観点によれば、標準ＩＣ相互接続の狭いフィーチャの場合も状況が類似している、つまり、図１に示される狭いフィーチャ２のネック領域４の電流密度がフィーチャ２のより深い部分の電流密度より高いことが注意されるべきである。しかしながら、以前に議論され、また図１に示されたように、抑制剤と促進剤の分子の存在がこの状況を変える。図１に示されるフィーチャ２が狭いので、添加スピーシーズはその中に、及びその外へ自由に拡散することができない。フィーチャ２のボトム３での促進剤の表面濃度は、抑制剤の表面濃度がより高いネック領域４と比較して増強されている。それによって、ボトムアップ式成長が達成される。
【００１１】
しかしながら、抑制剤と促進剤を含んでいる同じ電解質が図２Ａのフィーチャ１２を埋め込むために使用される場合、同じボトムアップ式埋め込みメカニズムは発生しない。図２Ａに示されるフィーチャ１２では、幾何学的因子は、領域Ａの電流が領域Ｂに比べてより高い一次電流分布を決定する。フィーチャ１２が広いので、添加剤は自由に、フィーチャに、およびそのフィーチャから拡散し、一様にというよりも、フィーチャ１２のキャビティの内側表面上に成膜された銅の上に吸着されることができる。言いかえれば、領域ＡおよびＢのまわりの抑制剤と促進剤の表面濃度は、実質的に同じである。ボトムアップ成長は、フィーチャのボトムでより高い促進剤表面濃度及び、フィーチャのトップの開口部あるいはネック領域でより高い抑制剤表面濃度を要求する。図２Ａに示されるもののような広く深いフィーチャ１２の場合には、これらの条件は、これらの条件が満たされる図１に示される狭いフィーチャ２の場合と異なって達成されない。
【００１２】
結果的に、図２Ｂに例証されるように、領域Ａ及びＢ間の電流密度の差異は、シード膜１４上に導体層１６を形成する後続の成膜プロセスにおける成膜速度の差異を引き起こす。導体層１６中の点線によって描かれているように、高い電流受取りエリアＡ上の物質の成長率は、低い電流受取りエリアＢより高い。めっきプロセスが進行するにつれ、フィーチャ１２の入口のまわりのより速く成長する物質層は、フィーチャ１２を完全に埋め込む前に入口を閉じ、よって、フィーチャ内の導体層１６の内部に埋め込まれていない部分１８を残してしまう。埋め込まれていない部分１８は、動作中に３Ｄ集積化ストラクチャーの電気抵抗を増大させ、信頼度を低減する空洞欠陥である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
先の説明から分かるように、３Ｄ集積化ストラクチャーを欠陥が生じずに埋め込むためには新しいめっき方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一側面によれば、ワークピースの表面に形成されたフィーチャに導電物質を電気化学的に埋め込む方法が提供される。この方法は、少なくとも２ミクロンの幅及び該幅の少なくとも２倍の深さを有する前記フィーチャを有する前記ワークピースを提供するステップを含む。前記フィーチャ及び前記ワークピースの前記表面がシード膜によって覆われる。前記導電物質の第１の電着処理が実質的にコンフォーマルな導電層を前記シード膜上に形成する。前記コンフォーマルな導電層が前記フィーチャを部分的に埋め込み、前記ワークピースの前記表面上に伸びる。第２の電着処理がボトムアップ方式で前記フィーチャの残りの部分を前記導電物質で完全に埋め込む。
【００１５】
また、本発明の別の側面によれば、ウェーハの表面に形成されたフィーチャに導電物質を電気化学的に埋め込む方法が提供される。この方法は、内部キャビティが形成されるように前記フィーチャの内部をコーティングするコンフォーマルな導体で、２より大きなアスペクト比を有する前記フィーチャを部分的に埋め込むように、第１の溶液からの前記導電物質を前記表面上に電着するステップを含む。前記導電物質は、前記第１の溶液と異なる第２の溶液から前記コンフォーマルな導体膜上に電着されて、前記内部キャビティをボトムアップ方式で完全に埋め込む。
【００１６】
また、本発明の別の側面によれば、ワークピースの表面に形成されたフィーチャに導電物質を電気化学的に埋め込む方法が提供される。この方法は、前記フィーチャを部分的に埋め込む実質的にコンフォーマルな導電層を形成するように第１の電着処理を行うステップを含む。前記フィーチャが少なくとも幅の２倍の深さを有する。前記第１の電着処理の後、前記実質的にコンフォーマルな導電層が１ミクロン未満の幅を有する内部キャビティを前記フィーチャ内に画定する。前記第１の電着処理と異なる第２の電着処理は、前記内部キャビティを導電物質で完全に埋め込む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
好ましい実施の形態は、例えば３Ｄ集積化及びパッケージングストラクチャーのような、大きな幅及び深さを有するキャビティの埋め込みにおける欠陥を少なくする電気化学析出方法を提供する。好ましくは、本方法は少なくとも２のアスペクト比を有するそのようなフィーチャに導電物質を電気化学的に埋め込む。本方法は少なくとも２つのステップで実施されることができる。それらのステップが、導体でキャビティを部分的に埋め込み、且つ、キャビティの幅及び深さを縮小するコンフォーマルな層を形成する第１の電着ステップと、好ましくはボトムアップ方式で、コンフォーマルな層によって画定されたスペースを導体で完全に埋め込む第２の電着ステップとを含む。
【００１８】
上記第１のステップはケミカルを有する第１の処理溶液を使用して行われることができる。このケミカルは、フィーチャのネック領域または開口部での成長を緩和し、且つ、フィーチャ内の導電物質のコンフォーマルな成長を促進し、また、フィーチャを完全に埋め込まずにフィーチャ中にコンフォーマルな層を形成する。対照的に、上記第２のステップは第２のケミカルを有する処理溶液を使用して行われることができる。この第２のケミカルは、上記第１のステップのコンフォーマルな成膜によって残されたより狭いスペースのボトムアップ式埋め込みを促進する。この例において、両方の処理ステップで成膜した導体は銅または銅合金であり得る。しかしながら、第１あるいは第２の処理ステップで別の物質を使用することは可能で、それにより、銅及び別の物質から成る不均質ストラクチャーを生成する。第１あるいは第２の処理ステップで使用されることができる典型的な低い固有抵抗の物質は、３Ｄ相互接続ストラクチャーの信頼度を改善できる銀（Ａｇ）、銀の合金、あるいは他の導電物質である。
【００１９】
図３は、典型的な開口またはフィーチャ１０２を有する基板１００を示す。フィーチャ１０２は、一実施の形態による第１の処理ステップにおいて、実質的にコンフォーマルな層である第１の層１０４で部分的に埋め込まれている。フィーチャ１０２は当初は、図２Ａに示される、埋め込まれていないフィーチャ１２に類似していた。しかしながら、図３においては、明瞭さを期するために異なる参照符号が使用されている。好ましくは、フィーチャは、３Ｄ集積化の場合には約１〜１００μｍの範囲内の、あるいはもっと広い幅を有し、上部層のＩＣメタライゼーションの場合には典型的に１〜５０μｍ、より好ましくは２〜１０μｍの範囲内の幅を有する。いずれの場合にも、幅が典型的に２μｍより広く、また、より好ましくは、幅が５μｍより広い。ビアの深さは、上部層のＩＣメタライゼーションの場合には典型的に３〜１０μｍの範囲内にあり、また、３Ｄ集積化の場合には２０〜２００μｍの範囲内にあり、典型的には２５μｍよりも大きく、しばしば５０μｍよりも大きい。このように、アスペクト比は好ましくは２より大きく、より好ましくは３より大きい。広すぎ深すぎるために従来のボトムアップ式埋め込みあるいはコンフォーマルな埋め込みを単独では有効に使用することができないそのようなビアまたはフィーチャ１０２は、３Ｄ集積化ストラクチャーにおいては典型的ものであり、また、いくつかのメタライゼーション処理、特にパッケージングメタライゼーションにも存在する。
【００２０】
基板１００は、半導体ウェーハまたはワークピース（図示せず）上に誘電体層１０６あるいは一部の層を含みうる。また、フィーチャ１０２がそのボトムの部分で接続され得る別の構造（図示せず）も存在しうる。図３に示されるように、この実施の形態の第１の処理ステップでは、コンフォーマルな層１０４は、好ましくはシード膜１０８上に形成され、フィーチャ１０２と誘電体層１０６の上面１１０をコーティングする。図３に示されるように、シード膜１０８はフィーチャ１０２の内部側面１１２及び底面１１４をコーティングする。シード膜１０８は、誘電体層、またはＴａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮなどのような耐性物質を含む層のようなバリヤ層（図示せず）上に典型的に形成される。シード膜１０８は、原子層成長法（ＡＬＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、金属有機ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法、あるいは物理気相成長法（ＰＶＤ）のような技術を使用して形成された銅の薄層でありえる。
【００２１】
第１の層１０４は好ましくは電気化学析出方法（ＥＣＤ）を使用して形成される。この実施の形態では、第１の層１０４は、シード膜１０８の上に、コンフォーマル（ボトムアップとは異なる）層形成エージェントあるいは分子を含んでいる第１の成膜溶液あるいは電解質からの銅を電着させることにより形成される。当業者が理解しているように、この「コンフォーマル」とは、フィーチャ１０２内に有する厚さと実質的に同じ厚さを誘電体層１０６の上面１１０上にも有することを意味する。電気化学析出は、電解質溶液でシード膜１０８及びアノードの両方を湿らせながら、シード膜１０８とアノードとの間に電位差を印加することにより実施されることができる。基板１００はホルダ（図示せず）によって保持され得、また、処理期間中に移動され得る。この実施の形態では、コンフォーマル層形成剤はレベラーであることができる。従って、典型的な第１の溶液の組成は、硫酸銅、水、硫酸、Ｃｌ−イオン、及び促進剤と抑制剤とがない状態でのレベラーを含みうる。典型的なレベラー濃度は、２〜２０ミリリッタ／リットル（ｍｌ／ｌ）のEnthone Viaform Leveler（登録商標）であり得る。或いは、代替的な第１の溶液の組成が、レベラーと共に促進剤と抑制剤を含むこともできる。この典型的な代替溶液は、強酸Enthone Viaform硫酸銅溶液に対して０〜４ｍｌ／ｌの促進剤濃度、０〜１２ｍｌ／ｌの抑制剤濃度及び２〜２０ｍｌ／ｌのレベラー濃度を有しうる。
【００２２】
溶液中のレベラー分子は、基板上の高い電流を受ける領域へ引き寄せられる性質を有する。その点に関して、従来の技術では、狭いフィーチャのボトムアップ式埋め込みが狭いフィーチャのボトムでの高い電流密度（したがって、より高い成長率）を引起すので、めっき電解質への過多のレベラーの追加は避けてきた。もしあまりにも多くのレベラーが電解質配合にあるならば、レベラーは高い電流密度領域へ引きつけられ、ボトムアップ式埋め込みのメカニズムを中断させてしまう。そのため、従来技術では、めっき溶液中のレベラー濃度が注意深くコントロールされていた。例えば、強酸Enthone Viaformケミカルでは、レベラー濃度は、２〜３ｍｌ／ｌの範囲内に典型的に維持され、また、レベラーは、一旦フィーチャが銅によって完全に埋め込まれれば、その狭いフィーチャ上に埋め込み過ぎ、あるいはバンプの形成を回避する目的で使用される。この従来技術のケミカルはさらに濃度が２〜４ｍｌ／ｌの促進剤及び濃度が８〜１２ｍｌ／ｌの抑制剤を含みうる。しかしながら、図３に示される実施の形態は、レベラーのコンフォーマルな成膜性質を促進し、且つその性質をその利益へ有利に使用する。フィーチャ１０２のトップ開口部が時期尚早に閉じるのを回避するために設定される高いレベラー濃度を有する第１の成膜電解質を、第１の処理ステップの期間中に使用することにより、以下で議論されるように、欠陥の無い埋め込みが好ましく達成される。
【００２３】
前述したように、第１の溶液中のレベラー分子は、高い電流の受取りエリア（図示された広く深いフィーチャに関しては、上面１１０上に、及び側面１１２の上部の周りに示されたエリアＡである）へ引きつけられる性質を有し、且つ、そのようなエリア上の速い物質の成長を抑制する。レベラーの使用は、第１の層１０４が実質的に均一の厚さをもって実質的にコンフォーマルな態様で成長することを可能にする。よって、図２Ｂに示された従来技術の問題、即ち、標準のめっき溶液の使用がフィーチャの入口の早期閉鎖を引起し、空洞１８を残してしまうことを回避する。第１の層１０４は、フィーチャ１０２の幅に依存して、好ましくは０．５〜２５μｍの範囲内、より好ましくは１〜１０μｍの範囲内の厚さを有する。成膜中の電流密度は、好ましくは２〜６０ｍＡ／ｃｍ２の範囲にあり、また、それは、フィーチャ１０２内の最もコンフォーマルな成膜をもたらす、或いはフィーチャ１０２のネック領域において銅の成膜を減少させる能力に基づいて選択される。好ましくは、第１の成膜処理ステップが、第１の層１０４がフィーチャ１０２を部分的に埋め込むまで継続する。この埋め込みは、幅「Ｗ」を有する内部キャビティ１１６を形成するように側面１１２及び底面１１４をコンフォーマルにコーティングすることにより行われる。内部キャビティ１１６の所定の幅Ｗは、好ましくは１μｍ未満、また、より好ましくは、０．６μｍ未満である。また、第１の電着の後に残された内部キャビティ１１６のアスペクト比は、好ましくは２：ｌより大きく、より好ましくは、４：１より大きい。所定の幅Ｗは好ましくは、第２のステップで行われるボトムアップ式埋め込みの条件を満たす。
【００２４】
図４に示すように、本方法の第２の電着ステップでは、銅はボトムアップ式で内部キャビティ１１６に形成され、完全に内部キャビティ１１６を埋め込む第２の層１１８を形成する。この第２のステップは好ましくは、第２の溶液または電解質を利用する電気化学析出方法を使用して行われる。第２の溶液または電解質は、第１の溶液とは異なり、促進剤及び抑制剤の分子のような、ボトムアップ埋め込みを促進する成膜剤を含む。代替的に、第２の電解質は促進剤、抑制剤及び少量のレベラーを含みうる。レベラーはフィーチャが完全に埋め込まれた後、フィーチャのトップ開口部上の銅の突出を回避するために使用される。商業的に入手可能な強酸硫酸銅めっき溶液(Enthone Viaform)のような典型的な第２の溶液は、濃度が２〜１０ｍｌ／ｌの促進剤、４〜２０ｍｌ／ｌの抑制剤及び０〜３ｍｌ／ｌのレベラーを含みうる。
【００２５】
以下の例では、代替の実施の形態が提供される。以下に説明される実施の形態中の成膜処理は、電気化学析出方法（ＥＣＤ）、あるいはＤＣ又はパルス電源を使用する電気化学機械成膜方法（ＥＣＭＤ）を使用して行われることができる。ワークピースへ印加される電圧また電流は電着処理中に変えることができる。ＥＣＭＤ処理では、電解質がパッドに供給され、且つ電位差が基板の表面１１０及びアノード間に印加されながら、基板の表面（図３および図４に示されている上面１１０）は、パッドによってスイープされる。パッドは、例えば３Ｍ社によって提供される固定の摩耗性パッド、あるいはＲｏｄｅｌ社によって提供されるＩＣ−１０００のような重合体のパッドである。一実施の形態では、パッドが、電界及び電解質の流れを通過させる開口部または孔隙を有する研磨パッドであり得る。典型的なＥＣＭＤ装置及び方法は以下の特許、即ち、「電気化学機械成膜の方法及び装置」を標題とする番号６，１７６，９９２のアメリカ合衆国特許、「多目的材料処理装置用のパッド設計及び構造」を標題とする番号６，４１３，３８８のアメリカ合衆国特許、及び、「外部影響力を使用してワークピースの上面及びキャビティの表面上に形成される添加剤間に差異を作り出すめっき方法及び装置」を標題とする番号６，５３４，１１６のアメリカ合衆国特許に記述されている。上述のすべての特許の開示全体は、ＥＣＭＤ平面めっき方法及び設備を説明する目的のために、参照により本明細書の一部として取り込まれている。
【００２６】
第２の実施の形態では、本方法の第１の（コンフォーマル）成膜ステップは、図３に関連して上に説明されたように行われ、第１の処理溶液を使用してコンフォーマルな第１の層１０４を形成し、内部キャビティ１１６を画定する。第１の成膜ステップの後、第１の層１０４の表面は、好ましくは第３の、或いは処置溶液で処置され、又は湿らせされる。第３の溶液の組成は、好ましくは促進剤のようなボトムアップ式埋め込みを促進する物質を含んでいる。典型的な第３の溶液は２〜２０ｍｌ／ｌの促進剤濃度を有する場合がある。第３の溶液は、水、或いはメルカプト化合物またはビス(ナトリウムスルホプロピル)ジスルフィド（bis (sodiumsulfopropyl) disulfide））などのような既知の促進剤スピーシーズを含む酸性溶液であることができる。好ましくは約２〜６０秒続く第１の層１０４の表面の処置後、基板１００は第２の成膜ステップの前に乾燥されることができる。第３の溶液を使用した処置は、促進剤が第１の層１０４の表面上に、特にフィーチャのキャビティ内の表面上に吸着されることを可能にすることにより、第２の成膜ステップのために第１の層１０４の表面を整える。吸着された促進剤は、内部キャビティ１１６のボトムアップ埋め込みをさらに促進し、空洞のような欠陥を残さない。この実施の形態の第２の成膜ステップでは、図４に示すように、前述した実施の形態と同様に、第２の層１１８は第２の溶液を使用して、内部キャビティ１１６に形成される。第１の層１０４が既に促進剤で処置されたので、この実施の形態では、第２の溶液は促進剤分子を含んでもよく、含まなくてもよい。言いかえれば、この実施の形態用の第２の溶液は、抑制剤分子のみを添加剤として含むことができ、また抑制剤と促進剤の両方の分子を含むこともできる。促進されたボトムアップ成長のために、処置のステップ及び第２の成膜ステップが１回以上繰り返されることができることに注意すべきである。既知の抑制剤スピーシーズが基本的に様々な分子量を有するポリエチレングリコール（ＰＥＧ）に関連するポリマーであることもさらに注目されるべきである。
【００２７】
第３の実施の形態によれば、第１の（コンフォーマル）成膜ステップが、図３に関連して既に説明されたように行われる。第１のステップの後、第２のステップで第２の層１１８は、好ましくは第２の溶液を伴うＥＣＭＤ処理を使用して形成される。この実施の形態の第２のステップでは、銅が形成される間に、パッドは、誘電体層１０６の上面１１０上にある、第１の層１０４の表面部分１０４Ａ（図４参照）を好ましくはスイープする。第１の層の部分１０４Ａに対するスイープ動作は、銅がボトムアップ方式で内部キャビティ１１６に形成される一方で、表面部分１０４Ａ上の銅の成長を緩和し、又は阻止する。図４に示すように、ＥＣＭＤは、表面部分１０４Ａ上の第１の層の上の厚さ「ｔ」を小さくする。これもまた、内部キャビティ１１６のボトムアップ式埋め込みを促進する。
【００２８】
第４の実施の形態では、第１の（コンフォーマル）成膜ステップが、図３に関連して上に説明されたように行われる。第１の成膜ステップの後、第１の層１０４の表面は好ましくは、第２の実施の形態に関して上に説明された第３の溶液で処置され、又は湿らされる。第３の溶液の組成は、好ましくは促進剤のようなボトムアップ式の埋め込みを促進する物質を含んでいる。第１の層１０４の表面の処置後に、基板１００は第２の成膜ステップの前に乾燥されることができる。第２の成膜ステップでは、第２の層１１８は第２の溶液を伴うＥＣＭＤ処理を好ましくは使用して形成される。この実施の形態の第２のステップの間に、パッドは、好ましくは第１の層１０４の表面部分１０４Ａ（図４参照）をスイープする。既に言及されたように、銅がボトムアップ方式で内部キャビティ１１６内に成長する一方で、第１の層の部分１０４Ａに対するスイープ動作は、表面部分１０４Ａ上の銅の成長を低減し、又は阻止する。図４に示すように、ＥＣＭＤは表面部分１０４Ａ上の第１の層の上の厚さ「ｔ」を小さくする。第１の層１０４が既に促進剤で処置されたので、この実施の形態では、第２の溶液は促進剤分子を含んでもよく、含まなくてもよい。言いかえれば、この実施の形態用の第２の溶液は、抑制剤分子のみを添加剤として含み得、また抑制剤と促進剤の両方の分子をも含み得る。促進されたボトムアップ成長のために、処置ステップ及び第２成膜ステップが１回以上繰り返されうることが注意されるべきである。
【００２９】
第５の実施の形態では、第１の（コンフォーマル）成膜ステップは、図３に関連して上で説明されたように実施される。この実施の形態の第１の成膜ステップの後、第１の層１０４の表面は好ましくは、第２の実施の形態に関して上で説明された第３の溶液で処置され、又は湿らされる。第３の溶液の組成が、好ましくは促進剤のようなボトムアップ埋め込みを促進する物質を含んでいる。処置の後に、パッドは、第１の層１０４の表面部分１０４Ａ（図４参照）を好ましくはスイープして、表面部分１０４Ａから促進剤を十分に除去する。このパッドスイープステップの間、第１の層１０４の表面は水で洗浄されてもよい。基板は第２の成膜ステップの前に乾燥されてもよい。図４に示すように、第２の成膜ステップで、第２の層１１８は、第２の電解質を用いるＥＣＤ又はＥＣＭＤのいずれかを使用して、ボトムアップ式で内部キャビティ１１６を埋め込むように形成される。上に言及されたように、第１の層の表面が促進剤を含んだ溶液で既に処置されているので、第２の電解質は抑制剤のみ、或いは抑制剤及び促進剤の両方を含んでもよい。もしこの処置ステップが実施されなければ、第２の電解質は好ましくは促進剤と抑制剤とを含む。この実施の形態では、第２の成膜ステップの前に第１の層１０４の表面に対するスイープは、スイープされる上面での促進剤表面濃度を低減する。内部キャビティ１１６内の促進剤濃度は、キャビティがパッドによってスイープされないため、影響されない。促進剤のこの表面濃度勾配（上面よりも内部キャビティ表面上に促進剤が多い）は、内部キャビティ１１６のボトムアップ埋め込みを促進し、且つ上面１０４Ａ上の銅の成長率を低減し、これにより、上位面の厚さ“ｔ”を減少させる。
【００３０】
以上、様々な好ましい実施の形態及び最良のモードを詳細に説明した。典型的な実施の形態の多くの変更が本発明の斬新な教示及び利点から実質的に逸脱せずに可能であることは当業者が容易に認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】特別な添加剤を使用するボトムアップ電気化学析出を示す、集積回路の下層のサブミクロンサイズのフィーチャ（例えばビア）の概略的な断面図である。
【図２Ａ】ストラクチャーの上面及び内部表面を区別できないめっき添加剤に起因するボトムアップ埋め込み動作の不足を示す、比較的広い開口及び高いアスペクト比を有する上層の集積回路メタライゼーションフィーチャ或いはパッケージングビアの概略的な断面図である。
【図２Ｂ】ストラクチャーの上面及び内部表面を区別できないめっき添加剤に起因するボトムアップ埋め込み動作の不足を示す、比較的広い開口及び高いアスペクト比を有する上層の集積回路メタライゼーションフィーチャ或いはパッケージングビアの概略的な断面図である。
【図３】本明細書で説明された好ましい実施の形態による優れた埋め込み能力を示す、上層の集積回路あるいはパッケージング相互接続の高いアスペクト比を有する広いフィーチャの断面図である。
【図４】本明細書で説明された好ましい実施の形態による優れた埋め込み能力を示す、上層の集積回路あるいはパッケージング相互接続の高いアスペクト比を有する広いフィーチャの図３に連続する断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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