(57)【要約】  基板上に複合金属層を形成する方法は、第一金属の複数のナノ結晶粒子を提供する工程と、複数のナノ結晶粒子を、第二金属の複数のイオンを持つ一のめっき槽に加えて一のコロイド状懸濁を形成する工程と、一の基板をめっき槽に浸漬する工程と、第二金属と第一金属の複数のナノ結晶粒子とを基板上に共析出させて、一の複合金属層を形成する工程と、を含む。共析出させる工程は、一の負のバイアスを基板に与えることと、一の電流をめっき槽に加えて、一の電気めっきプロセスを生じさせることとを含み、第二金属の複数のイオンは基板により還元され、基板上で第一金属の複数のナノ結晶粒子とともに共析出されて、複合金属層を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一金属の複数のナノ結晶粒子を提供する工程と、
前記複数のナノ結晶粒子を、第二金属の複数のイオンを持つ一のめっき槽に加えて一のコロイド状懸濁を形成する工程と、
一の基板を前記めっき槽に浸漬する工程と、
前記第二金属と前記第一金属の前記複数のナノ結晶粒子とを前記基板上に共析出させて、一の複合金属層を形成する工程と、を含む方法。
【請求項２】
前記共析出させる工程は、
一の負のバイアスを前記基板に与えることと、
一の電流を前記めっき槽に加えて、一の電気めっきプロセスを生じさせることとを含み、
前記第二金属の前記複数のイオンは前記基板により還元され、前記基板上で前記第一金属の前記複数のナノ結晶粒子とともに共析出されて、前記複合金属層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加えられる電流は０  ＡＳＤ〜１０  ＡＳＤの間の一の電流密度を持つ、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のナノ結晶粒子を提供する工程は、一の金属をミルして前記複数のナノ結晶粒子を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ミルには、低温ミル、室温ミル、およびナノドリルのうちの一以上が含まれる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のナノ結晶粒子を加える工程は、前記めっき槽に０％〜２５％の間の一のナノ結晶粒子濃度を形成するのに十分な量の前記複数のナノ結晶粒子を加えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のナノ結晶粒子を加える工程は、前記めっき槽に１％〜５％の間の一のナノ結晶粒子濃度を形成するのに十分な量の前記複数のナノ結晶粒子を加えることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記加えられる電流を増やすことで、前記複合金属層中の前記第二金属の前記第一金属に対する割合を増やす工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記加えられる電流を減らすことで、前記複合金属層中の前記第二金属の前記第一金属に対する割合を減らす工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板は一の半導体ウェハを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記半導体ウェハは一の高アスペクトビアを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第一金属は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｉｒ、あるいはＴｉを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第二金属は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｉｒ、あるいはＴｉを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第二金属は前記第一金属と同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第二金属は前記第一金属と異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
一の有機添加物を前記めっき槽に加えて、前記コロイド状懸濁を形成するのを助ける工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記めっき槽をかき混ぜて前記基板上に一の流体の流れを形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記めっき槽を摂氏１５度〜摂氏５０度の間に維持する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記めっき槽をｐＨ０〜ｐＨ２の範囲の一のペーハーレベルに維持する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
ウェハと、
第一金属の複数のイオンと、
一の酸と、
第二金属の複数のナノ結晶粒子と、を含む、めっき槽。
【請求項２１】
前記第一金属の前記複数のイオンは、前記第一金属の一の塩を前記めっき槽に加えることで提供される、請求項２０に記載のめっき槽。
【請求項２２】
前記第一金属は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｉｒ、あるいはＴｉを含む、請求項２０に記載のめっき槽。
【請求項２３】
前記第二金属は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｉｒ、あるいはＴｉを含む、請求項２０に記載のめっき槽。
【請求項２４】
前記第一金属は前記第二金属と同じである、請求項２０に記載のめっき槽。
【請求項２５】
前記第一金属は前記第二金属と異なる、請求項２０に記載のめっき槽。
【請求項２６】
前記複数のナノ結晶粒子は、いずれの結晶欠陥も略なく、粒径分布が比較的狭い、請求項２０に記載のめっき槽。
【請求項２７】
前記複数のナノ結晶粒子は、径が０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲にある、請求項２６に記載のめっき槽。
【請求項２８】
前記複数のナノ結晶粒子は、径が２０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にある、請求項２６に記載のめっき槽。
【請求項２９】
一の界面活性剤と、
一の還元剤と、
一の有機成分と、をさらに含む、請求項２０に記載のめっき槽。
【請求項３０】
前記酸は硫酸と塩酸とを含み、前記第一金属の前記複数のイオンは硫酸銅により提供される、請求項２０に記載のめっき槽。
【請求項３１】
少なくとも一つの有機成分をさらに含む、請求項３０に記載のめっき槽。
【請求項３２】
前記有機成分はポリエチレングリコールを含む、請求項３１に記載のめっき槽。
【請求項３３】
一の基板内に形成された一のビアと、
前記ビアを充てんする一の複合金属層と、を含む装置。
【請求項３４】
前記ビアは一の高アスペクトビアを含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記複合金属層は、第二金属内に埋め込まれた、第一金属の複数のナノ結晶粒子を含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記第一金属の前記複数のナノ結晶粒子は、いずれの結晶欠陥も略なく、粒径分布が比較的狭い、請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記第一金属の前記複数のナノ結晶粒子は、径が０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲にある、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記第一金属は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｉｒ、あるいはＴｉを含む、請求項３５に記載の装置。
【請求項３９】
前記第二金属は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｉｒ、あるいはＴｉを含む、請求項３５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体ウェハの製造中、電気めっきプロセスを利用して金属層析出をしてよい。金属層はその後エッチングあるいは研磨されてデバイスを形成する、および／または、半導体ウェハ上に形成されつつある複数の集積回路用に相互接続される。例えば、従前のマスキングおよびリソグラフィ技法を利用してトレンチおよびビアをエッチングすることで誘電体層を形成し、これらトレンチおよびビアに電気めっきプロセスにより金属を充てんすることで、相互接続を形成することができる。銅金属は一般にトレンチおよびビアにおいて、集積回路内に相互接続を形成するのに利用される。
【０００２】
電気めっきプロセス中に、電気めっき槽内で半導体ウェハの表面にわたり均一な電流分布を維持するのは難しい。これは高アスペクトのトレンチおよびビア内において特に当てはまる。加えて、銅金属は、電気めっきプロセスを通じてビアに析出された後に自己焼きなましプロセスを経る傾向にある。これら要素は、極端な粒成長を引き起こすことがあり、これによりランダムな結晶径分布を持つ銅金属が充てんされたビアが生まれる。ランダムな結晶径分布は、めっき特徴の特性に変更を生じさせる。図１は従前のめっきプロセスにより銅金属を充てんした誘電体層１０２内のビア１００を図示する。自己焼きなましプロセスを経て様々な径の銅結晶１０４が形成された後の銅金属が図示されている。
【０００３】
様々な有機添加物を電気めっき槽に加えることにより銅結晶の粒径を制御する研究が幾らかなされてきた。また、めっき力あるいはめっき速度の制御により、銅結晶粒径あるいは配向を制御しようとする試みがなされてきた。これらの努力は不成功に終わっており、ランダムな結晶径分布を持つ銅結晶の存在は依然としてめっきビアの特性に影響する問題である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
ここに記載するのは、金属めっきを半導体ウェハなどの基板に施すシステムおよび方法であり、特に基板にある高アスペクトのトレンチあるいはビアに金属めっきを施すことが記載されている。以下の記載において、当業者が他の当業者に自身の研究の本質を伝えるのに共通して利用される用語を利用して例示的実施例の様々な局面を記載する。しかし、当業者にとっては本発明が記載された局面の幾つかだけで実施できることが明らかであろう。説明の目的上、特定の番号、材料、材料および構成を述べて、例示実施例が完全に理解されるにしている。しかし、当業者には明らかな通り、本発明は特定の詳細無しに実施することができる。その他の場合においては、公知の特徴は省くあるいは簡略化するなどして例示実施例を曖昧にしないようにしている。
【０００５】
様々な操作を、今度は本発明の理解に最も助けになる方法で、多数の別個の操作として記載するが、記載順序はこれら操作が必ずしも順序に依存することを示唆するものとして捉えられるべきではない。特に、これら操作は提示された順序で実行される必要はない。
【０００６】
前述のように、銅金属の公知の電気めっきプロセスおよび自己焼きなまし傾向により、高アスペクトビアの電気・物理特性によくない影響を与えるランダムな径の金属結晶が生まれる。従って、本発明の一実施例においては、基板上に、および／または高アスペクトトレンチあるいはビア内に金属を電気めっきするのに利用されるめっき槽に、金属ナノ結晶粒子を加えることができる。代替実施例においては、基板上に、および／または高アスペクトトレンチあるいはビア内に金属を析出するのに利用される無電解めっきプロセス用のめっき槽に、金属ナノ結晶粒子を加えることができる。
【０００７】
金属ナノ結晶粒子がめっき槽に存在することで、析出金属がトレンチあるいはビア内にランダムな径の結晶を形成しにくくなる、および／または、形成することが妨げられる。これにより、より均一な金属めっきが生じ、トレンチあるいはビアの電気・物理特性両方が向上する。本発明の複数の実施例に利用される金属ナノ結晶粒子は略欠陥がなく、略均一である（つまり、粒子は粒径分布が狭い）。
【０００８】
図２は誘電体層２０２内のビア２０２を図示しており、ここで本発明の一実施例による電気めっきプロセスを利用してビア２００に複合電気めっき金属２０４が充てんされている。複合電気めっき金属２０４は、複数の金属ナノ結晶粒子が埋め込まれためっき槽内で金属イオンから形成されためっき金属からなる。示されているように、金属ナノ結晶粒子が複合電気めっき金属２０４全体に存在することで、複合金属２０４の微細構造が非常に粒状になる。この粒状性は複合電気めっき金属２０４内のナノ結晶粒子の量と分布に依存している。ナノ結晶粒子の共析出により、ビア２００内に複合電気めっき金属２０４の粒径が維持され、極端な粒子成長が起こるのを妨げる、というのも銅結晶成長はナノ結晶粒子により制限されるからである。図２に示すように、これにより、図１に示す従前のプロセスに比して金属析出がより均一になる。
【０００９】
当技術分野で知られているように、金属ナノ結晶粒子は、多くの異なるソースあるいはプロセスを利用して提供することができる。例えば、図３は金属ナノ結晶粒子を製造する既知の一方法３００である。機械的摩耗（mechanical attrition）あるいはボールミル（ball milling）としても知られている機械ミル（mechanical milling）は、粒径が１００ｎｍ未満のナノ構造の粒子を合成するのに広く利用されてきた。機械ミルプロセスは一般的に室温で行われるか、場合によっては液体窒素温度において行われる（これは低温機械ミル（cryogenic mechanical milling）あるいは低温ミル（cryomilling）として知られている）。いずれの場合においても、プロセスは冷間変形と考えられている。
【００１０】
ナノ結晶銅粒子は冷温ミルと室温ミル（room temperature milling）（ＲＴミル）の組み合わせを利用して生成することができる。既知の一方法においては、銅粉末が出発材料として準備される（３０２）。冷温ミルプロセスは、銅粉末が平らにならされお互い結合して薄く丸いフレークを形成するまで、銅粉末に対して行われる（３０４）。これら銅フレークは直径１ｍｍほどの大きさであってよい。銅フレークは、冷温ミル・ＲＴミルプロセスの第一の組み合わせにかけられ、銅ボールが生成される（３０６）。この第一のミルの組み合わせは、銅フレークが５ｍｍ〜８ｍｍの径の範囲の銅ボールへインサイチュー結合することを生じさせてもよい。
【００１１】
次に銅ボールは、低温ミル・ＲＴミルプロセスの第二の組み合わせにかけられて、銅ナノ結晶粒子が形成される（３０８）。例えば、集束イオンビームを銅ボールに対して利用するナノドリルプロセスを利用して銅ナノ結晶粒子を生成してもよい。生じる銅ナノ結晶粒子は一般的に、平均粒径が２５ｎｍで、比較的粒径分布が狭い。一般的に、粒径は５０ｎｍを超えない。さらにこの方法で生成された銅ナノ結晶粒子は略結晶欠陥がない。本発明の複数の実施例においては、めっき槽で利用されるべく選ばれる金属ナノ結晶粒子は、０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲にあってよいが、一般的には０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にある。幾らかの実施例においては、めっき槽で利用されるべく選ばれる金属ナノ結晶粒子は２０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲であってよい。
【００１２】
金属ナノ結晶粒子の別の生成プロセスは半導体プロセス浪費再生（semiconductor processing waste recovery）である。例えば、従前の化学機械研磨プロセスでは、出て行く浪費ストリームで破棄される金属ナノ結晶粒子を生成する傾向にある。この浪費ストリームがプロセスされる、あるいはフィルタにかけられて金属ナノ結晶粒子を再生するプロセスが存在する。これら再生された金属ナノ結晶粒子を本発明の複数の実施例で利用することができる。例えば、英国のＢＯＣ  Ｅｄｗａｒｄｓは一つあるいは二つの交換樹脂ベッドを利用して銅ＣＭＰ研磨リンスから銅を取り除くプロセスを市販している。当技術分野でも知られているように、この抽出された銅は、熱水プロセス、化学的還元プロセス、熱分解、および銅ナノ結晶粒子を生成するその他のプロセスを利用してプロセスすることができる。
【００１３】
図４は本発明の一実施例により実行される電気めっきプロセス４００である。電気めっきプロセス４００を実行して、複合金属層を基板（半導体ウェハなどの）にめっきすることができる。基板あるいは半導体ウェハは、それに限られないが高アスペクトトレンチおよび高アスペクトビアを含む一以上の特徴を含むことができる。基板は半導体ウェハ以外の何かであってもよく、ここで記載する本発明の方法は半導体製造プロセスに限定されないことに留意されたい。一実施例においては、複合金属層は複数の金属ナノ結晶粒子が埋め込まれためっき槽から電気めっきされた金属からなる。
【００１４】
金属ナノ結晶粒子が電気めっきプロセス用に提供される（４０２）。幾らかの実施例においては、ナノ結晶粒子はミルプロセスで粒子を生成することで提供されてよく、ミルプロセスには任意のあるいは全ての低温ミル、ＲＴミル、ナノドリルが含まれてよい。幾らかの実施例においては、ナノ結晶粒子は半導体プロセス浪費ストリームから粒子を再生することで提供されてよい。さらなる実施例においては、ナノ結晶粒子は、例えば、ナノ結晶粒子をベンダから購入することで入手されてもよい。ここでは開示しないが、金属ナノ結晶粒子を入手するのに当技術分野で知られている他の方法を利用してもよい。
【００１５】
提供される金属ナノ結晶粒子を電気めっきプロセス用のめっき槽に加えてもよい（４０４）。加えられると、金属ナノ結晶粒子は、めっき槽内にコロイド状の懸濁として懸濁する傾向にある。その比較的小さい径により、金属ナノ結晶粒子がめっき槽外に定着するのが防がれる。加えて、ナノ結晶粒子とめっき槽の部材との間のイントラ分子力（intra-molecular forces）により、ナノ結晶粒子が液体外に定着するのがさらに防がれる。故に、金属ナノ結晶粒子はめっき槽中に懸濁して残り、コロイド状の懸濁を形成する傾向にある（当産業においては、「ナノ流体（nanofluid）」としても知られている）。幾らかの実施形態においては、有機物などの添加物をめっき槽に導入して、さらに金属ナノ結晶粒子がめっき槽外に定着するのを防ぐこともできる。幾らかの実施例においては、ポリエチレングリコールなどの有機物を利用することができる。
【００１６】
上述のように、めっき槽で利用される金属ナノ結晶粒子は、０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の径であってよいが、比較的粒径分布が狭くナノ結晶粒子をコロイド状に保つことのできる任意の範囲を利用することができる。あまりに大きい金属ナノ結晶粒子（例えば、１００ｎｍを超える）は、めっき槽内に懸濁として残ることができないようであれば利用できない。
【００１７】
複数の実施例においては、めっき槽に加えられる金属ナノ結晶粒子の量は、基板にめっきされる複合金属層の０％〜２５％の濃度を生成するのに十分であるべきである。幾らかの実施例においては、金属ナノ結晶粒子の濃度は１％〜１０％であってよく、幾らかの実施例において、濃度は２％〜３％であってよい。もしも金属ナノ結晶粒子の濃度が高すぎる場合（例えば２５％を超える場合など）、金属ナノ結晶粒子はめっき槽内でコロイド状懸濁できない場合がある。さらに、最終めっき金属層の金属ナノ結晶粒子の濃度が２５％を過ぎるまで増えると、ナノ結晶粒子が、降伏強度（yield strength）および延性に対して持つよい効果が減ることもある。
【００１８】
本発明の幾らかの実施例においては、ナノ結晶粒子に利用される金属はめっき槽で析出される金属に整合していてよい。例えば、銅ナノ結晶粒子を、銅イオンを含むめっき槽に加えることができる。本発明の他の実施例においては、ナノ結晶粒子に利用される金属はめっき槽により析出される金属とは異なっていてもよい。例えば、錫ナノ結晶粒子を、銅イオンを含むめっき槽に加えてもよい。ナノ結晶粒子を形成するのに利用できる金属には、それらに限られないが、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、銀（Ａｇ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタニウム（Ｔｉ）、および任意のあるいは全てのこれら金属の合金が含まれる。同様に、めっき槽で利用できる金属イオンには、それらに限られないが、Ｃｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ａｇ、Ｉｒ、あるいはＴｉのイオンが含まれてよい。
【００１９】
本発明の様々な実施例においては、上述の金属ナノ結晶粒子の任意のものを上述の電気めっき槽の任意のもので利用してよい。例えば、金あるいは錫のナノ結晶粒子が、銅イオンを含む電気めっき槽で利用されてよい。金あるいは錫のナノ結晶粒子はその後、銅金属とともに析出される。同様に、銅、金、あるいは錫のナノ結晶粒子を、金イオンあるいは錫イオンを含む電子めっき槽で利用してもよい。
【００２０】
本発明の複数の実施例においては、電気めっき槽はさらに、酸、水、および界面活性剤、還元剤、および有機成分などの一以上の添加物を含んでよい。例えば、酸性銅電気めっき溶液（acid copper electroplating solution）は、水、硫酸、硫酸銅、および塩酸を含んでよい。酸性銅電気めっき溶液はさらに、めっきされた基板に銅供給の制御／配給を行う役目を果たす幾らもの有機成分を含むことができる。有機成分は典型的にサプレッサ（例えばポリエチレングリコールなどのポリマー）、促進剤（イオウを含む化合物）、およびレバラ（例えば二次サプレッサ）を含む。
【００２１】
めっき槽をかき混ぜて、めっきする基板上、あるいは高アスペクトトレンチ、ビア、基板上にあるその他の特徴内に流体の流れを作ってもよい（４０６）。この流体の流れにより、より多くの割合の金属イオンおよび懸濁金属ナノ結晶粒子が基板表面の大部分に接触することができるようになる。流体の流れは、めっき槽が高アスペクトトレンチおよびビア内に浸透する一助ともなる。幾らかの実施例においては、めっき槽を摂氏１５度〜摂氏５０度の範囲の温度、およびｐＨ０〜ｐＨ２の範囲のペーハーレベルに維持してもよい。
【００２２】
めっきされる基板に負のバイアスを与え、めっき槽に浸漬する（４０８）。基板は電気めっきプロセス４００内でカソードとして機能する。めっき槽に電流が加えられ、これにより溶液中の金属イオンおよび金属ナノ結晶粒子に正の電荷が与えられる（４１０）。幾らかの実施例において電流は、スクエアデシメータ当たりのアンペア（ＡＳＤ）で計測される、０  ＡＳＤ〜１０  ＡＳＤの電流密度を持ってよい。正のバイアスを持つ金属イオンおよび金属ナノ結晶粒子は負のバイアスを持つ基板に向けて駆動される。「カソード」基板は、正の電荷を持つ金属イオンを金属形式に還元すべく電子を提供し、これにより金属イオンが基板上にめっき金属として析出される（４１２）。金属ナノ結晶粒子はさらに、「カソード」基板で析出され、めっき金属内に埋め込まれる（４１４）。
【００２３】
金属ナノ結晶粒子は、めっき槽におけるその濃度に比例して共析出される傾向がある。本発明の複数の実施例においては、金属ナノ結晶粒子のめっき槽における濃度は、めっき槽をかき混ぜたり、有機物濃度を変化させたり、加えられる電流を変化させることで、調節できる。めっき槽における金属ナノ結晶粒子の濃度を上げることにより、めっき金属に埋め込まれる金属ナノ結晶粒子の濃度が直接上がる。これは最終結果として任意の期間中の総体的なめっき厚みを増加させるが、これは共析出される金属ナノ結晶粒子の体積に比例して増加することもある。
【００２４】
最終結果は、金属ナノ結晶粒子とともに共析出される銅金属のようなめっき金属である。これは、ここで複合金属層とも呼ばれる。上述のように、複合金属層は良好な延性とともに高い降伏強度を持つ。複合金属層にわたる金属ナノ結晶粒子の存在は、金属結晶の極端な粒子成長を抑制する、あるいは物理的に妨げる傾向があるので、これにより、従前の方法を利用して析出される銅などの金属に一般的に起きるランダム結晶径分布が減少する、あるいは無くされる。金属ナノ結晶粒子を含めることで、さらにより良好な空間制御（void control）をめっき特徴に施すことができよう。高アスペクトトレンチおよびビアは故に比較的より均一な複合金属層で充てんされる。
【００２５】
金属ナノ結晶粒子が複合金属層に及ぼす効果の度合いは、一般的には複合金属層中の金属ナノ結晶粒子の濃度および径に比例する。ある程度までは、複合金属層中のナノ結晶粒子の量および／または径が増えると、複合金属層の降伏強度および延性が上がる。金属の自己焼きなまし特性は、より多くのナノ結晶粒子が複合金属層に加わるに伴って減少する。この効果は、しかしながら、ある時点から金属ナノ結晶粒子の濃度が高くなりすぎて複合金属層に悪い効果をもたらし始めるという理由で、制限される。幾らかの実施例においては、この濃度制限は約２５％である。このような高い濃度においては、ナノ結晶粒子はめっき槽の外に定着し始めることもあり、複合金属層の物理特性に悪い影響が出始めることもあり、金属ナノ結晶粒子が基板の領域に浸透し始め、損害あるいは短絡を起こすこともある。故に、本発明の複数の実施例においては、埋め込み金属ナノ結晶粒子の複合金属層における濃度は２５％か、それ以下に維持される。
【００２６】
本発明の一実施例においては、加えられる電流は、最終的な複合金属層における金属ナノ結晶粒子の濃度を変化させるように操作されてよい。加えられる電流の増加が、溶液中の金属イオンに対して、金属ナノ結晶粒子に対してよりも大きな効果をもたらす傾向にあることが示されている。加えられる電流を増やす目的から、金属イオンの析出速度は金属ナノ結晶粒子の析出速度より速くなっている。言い換えると、加えられる電流が増えると、複合金属層中のナノ結晶粒子に対する金属イオンの割合が増える。故に、複合金属層における埋め込みナノ結晶粒子の濃度は、加えられる電流が増えることで減ることがあり、同様に、複合金属層中の埋め込みナノ結晶粒子の濃度は加えられる電流を減らすことで増えることがある。故に、加えられる電流の操作を利用して、複合金属層中に埋め込み金属ナノ結晶粒子の勾配を形成することができる。幾らかの実施例においては、電流密度を１  ＡＳＤ〜１０  ＡＳＤの間に操作して、勾配を形成することができる。
【００２７】
本発明の別の実施例においては、金属合金を、高アスペクトトレンチおよびビア内を含む、基板上に析出してもよい。従前の電気めっきプロセスにおいては、加えられる電流が溶液中の金属の一つあるいは両方の金属イオンを略動かすので、合金をめっきすることができない。幾らかの状況においては、二つの異なる金属の金属イオンを持つめっき槽を生成することは難しい。しかし本発明の複数の実施例においては、合金とされる金属の一つのイオンでめっき槽を形成し、合金とされる金属の残りを金属ナノ結晶粒子として提供することができる。合金とされる全ての金属は電気めっきプロセス中に共析出される。共析出される金属は幾らかの実施例においては、さらに金属同士が結合するように、自己焼きなましされてもよい。この実施例の利用により錫−金の合金および錫−銀の合金を形成することができる。
【００２８】
本発明の一実施例においては、金属ナノ結晶粒子を無電解めっきプロセス用のめっき槽に加えてもよい。このようなめっき槽はさらに、金属を溶液に保つ目的上、ソース金属（通常は塩）、薄め液、錯化剤、および様々なバッファおよび槽の安定性を保ち槽の寿命を上げるために設計されるその他の化学物質を含んでよい。無電解めっきプロセスの化学機構により、金属ナノ結晶粒子用に選択される金属はめっき槽内の金属イオンと整合すべきである。このような訳で、銅めっき槽では銅ナノ結晶粒子を利用すべきであり、金めっき槽では金ナノ結晶粒子を利用すべきである、等である。
【００２９】
本発明の例示実施例の上述の記載は、要約に記載したことも含めて、開示した通りの形態に本発明を限定しようと意図するものではない。発明についての特定の実施例、例を例示目的で記載したが、本発明の範囲内において様々な均等変形例が可能であることは本技術分野の当業者が認識するところである。
【００３０】
これら変形例は上述の詳細な説明を踏まえて本発明に組み込みが可能である。以下の請求項で利用される用語は、本発明を明細書および請求項で開示する特定の実施例に限定するものとして理解されるべきものではない。そうではなくて、本発明の範囲は以下の請求項により全体として決定されるべきであり、請求項解釈について確立された原則に基づき解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術のめっきプロセスを利用して充てんされたビアを図示する。
【００３２】
【図２】本発明の一実施例による、電気めっきプロセスを利用して充てんされたビアを図示する。
【００３３】
【図３】金属ナノ結晶粒子の製造方法である。
【００３４】
【図４】本発明の一実施例による、ビア内に金属めっきする方法である。
【図１】
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【図２】
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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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