(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に金属層を形成する方法であって、
ａ）前記基板上に全範囲の種層を堆積し、前記全範囲の種層は、前記基板のデバイス面、前記基板の周縁部及び前記基板の後面の周縁部分の上に延びており、
ｂ）縁部排除領域を除く前記基板のデバイス面上の前記全範囲の種層上に金属層を電気化学的に堆積し、
ｃ）前記基板の環状の縁部から露出した種層を除去し、前記環状の縁部は、前記縁部排除領域、前記基板の前記周縁部及び前記基板の前記後面の前記周縁部分を含み、
前記露出した種層の除去は、
ｉ）めっき除去セルに前記基板を配置し、
ii）前記基板の近傍にめっき除去カソード接点部材を配置し、
iii）前記めっき除去カソード接点部材に順方向めっきバイアスをかける、
ことを含み、
前記めっき除去カソード接点部材は、前記基板の環状の周縁部分近傍に配置された環状の接触表面を備え、
前記種層上に金属層を電気化学的に堆積するステップは、
ｉ）前記基板の端部から３ｍｍ以下の前記基板の周縁部分で、カソード接点部材を前記種層と電気的に接触させ、
ii）電気めっきセルの電気めっき溶液に前記基板を配置することを含む
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記全範囲の種層は、物理気相成長チャンバーを利用して堆積される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記めっき除去カソード接点部材は、前記基板の縁部から放射状内側６ｍｍ以下に配置されている請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記めっき除去カソード接点部材は、前記基板の表面から２ｍｍ以下に配置されている請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記種層上に金属層を電気化学的に堆積するステップは、
iii）前記基板の後面の周縁部分に堆積された膨張可能な嚢を有する基板ホルダ
に前記基板を固定し、
iv）前記基板の後面の前記周縁部分に対して前記嚢を膨張させる、
ことをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記露出した種層の除去は、
ｉ）前記膨張可能な嚢を収縮させ、
ii）前記基板から０ｍｍと２ｍｍの間に前記カソード接点部材を配置し、
iii）前記カソード接点部材に順方向めっきバイアスをかける、
ことを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記露出した種層を除去するステップは、
ｉ）ウェットエッチングセルに前記基板を配置し、
ii）前記露出した種層をエッチング溶液と接触させる、
ことを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
基板に金属層を形成するための装置であって、
ａ）カソード接点部材を有し、前記基板の縁部から３ｍｍ以下の基板の周縁部分に接触するようになっている電気化学的堆積セルであって、基板支持表面の回りに配置され、基板の後面の周縁部分に固定されるように構成された環状の嚢を更に含んでいる前記電気化学的堆積セルと、
ｂ）前記基板の周縁部分の露出した種層を除去するようになっている処理セルであって、めっき除去セルに前記基板を配置し、前記基板の近傍にめっき除去カソード接点部材を配置し、前記めっき除去カソード接点部材に順方向めっきバイアスをかけるようになっており、前記めっき除去カソード接点部材は、前記基板の環状の周縁部分近傍に配置された環状の接触表面を備えた処理セルと、
ｃ）前記電気化学的堆積セルと前記処理セルの間に基板を搬送し、露出した種層を除去するようになっているロボットを有する搬送チャンバーと、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項９】
前記電気化学的堆積セルは、
ｉ）真空チャックを有する基板ホルダ及び前記真空チャックの回りに配置されたシールと、
ii）開口部を有し、前記基板を受け入れるようになっている電解質容器と、
iii）前記電解質容器に配置されたアノードと、
を備えている請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記カソード接点部材は、環状のコンプライアント部材を含み、前記基板の環状の周縁部分に密閉して固定されるようになっている請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記処理セルは、
ｉ）前記基板を保持すると共に前記基板の周縁部分を露出させるようになっている基板支持部材と、
ii）開口部を有し、前記基板を受け入れるようになっている溶液の容器と、
を備えている請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記処理セルは、
iii）前記化学溶液の容器に配置されたアノードと、
iv）前記基板の周縁部分近傍に配置されためっき除去接点部材と、
をさらに備えている請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記処理セルは、ウェットエッチングセルを備えている請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、基板に金属層を形成するための装置及び方法に関する。より詳細には、本発明は、全範囲の種層及び電気化学的堆積を利用して基板に金属層を堆積する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  銅及びその合金はアルミニウムより低い抵抗を有し、アルミニウムと比較して著しく高い電子移動抵抗を有しているので、次世代の超大規模集積（ＵＬＳＩ）のため回路密度が増加するにつれて、銅は基板にミクロン以下で高アスペクト比の相互連結の外形を充填するために選択される金属になってきている。これらの特性は、高水準の集積及び増加するデバイス速度で体験される高電流密度を支持するために重要である。【０００３】  半導体デバイスの製造のために銅を使用する要望にも拘らず、通常の化学気相成長処理及び物理気相成長処理は、高スループット、低い欠陥率、及び首尾一貫した均一性のような、商業上の製造要求のために不完全な結果を供給するので、非常に高アスペクト比の外形に銅を堆積するための製造方法の選択は限定される。その上さらに、これらの処理は高価である。その結果として、電気めっき又は電気化学的堆積は、半導体デバイスの相互接続の外形の銅被覆のための許容される方法となっている。【０００４】  一般に、基板に相互接続の外形を形成するための銅被覆計画は、外形表面上に障壁層を物理気相成長させ、伝導金属種層、好ましくは、銅を障壁層上に物理気相成長させ、その後、電導金属、好ましくは、銅を種層上に電気めっきし、相互接続の外形を充填することを含んでいる。堆積層及び誘電層はその後、化学機械研磨（ＣＭＰ）又はエッチング等により平坦化され、伝導の相互接続の外形を規定する。【０００５】  一般に、金属電気めっきは周知技術であり、各種技術により達成可能である。基板に金属を電気めっきするための現在のセル設計は、通常、ファウンテンプラター（fountain plater）の外形に基づいている。図１は、通常のファウンテンプラター１００の断面図である、ファウンテンプラターの外形において、基板１０は円筒状の電解質容器１０２上に配置された基板ホルダ２６に固定され、めっき表面は円筒状の電解質容器の開口部に面している。電解質（すなわち、めっき溶液）は電解質入口３０を通ってセルに汲み上げられ、上方へ流れ、基板めっき表面と接触する。電源３１はカソード接点部材２２及びシステムのアノード３２に接続されている。めっきシステムのカソード接点部材２２は、基板１０に形成された種層を通って電流（すなわち、順方向めっき電流）を送り、電解質の金属イオンを誘導し、基板の露出伝導表面に堆積する。アノード３２は、通常、電解質に堆積され、電気的にバイアスされ、電解質の金属イオンの負に荷電された片方を引き寄せる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかし、多くの障害が、高スループット及び低い縁部排除のような商業上の標準を満たす半導体デバイス上の相互接続の外形の商業的に許容可能な銅被覆を傷つける。電気化学的堆積を使用する現在行われている銅被覆により遭遇する１つの問題は、堆積処理の縁部排除が約３ｍｍ以下の商業的に許容可能な標準より非常に大きいことである。通常、縁部排除、すなわち、処理システムの制限のために無用となる基板の周縁部分は、約６ｍｍより大きくなり、基板に形成可能なデバイス数は、大きい縁部排除のために減少される。電気化学的堆積を使用する現在行われている銅被覆の計画において、基板の縁部及後面への堆積は基板を剥離させたり、剥がしたりし、化学機械研磨（ＣＭＰ）処理のような次の処理の間、汚染粒子を形成し、潜在的にデバイスに欠陥を形成させるので、種層はＰＶＤチャンバーに堆積され、基板の周縁部分を堆積から保護するシャドー又はカバーリングを有している。基板のはす縁及び後面から望ましくない堆積を除去するために現在商業的に許容可能な方法はないので、基板の縁部及び後面への堆積を防ぐためにはシャドーリングが使用されなければならない。
【０００７】  図２Ａは、種層を堆積するために使用される通常のＰＶＤシステムにおいて基板上に配置された基板１０の縁部分及びシャドーリング２０の断面図である。通常、シャドーリング２０は基板の縁部から約３ｍｍの基板の環状周縁部分１２への堆積を防ぐ。シャドーリング２０はまた基板の縁部１４及び後面１６への望ましくない堆積を防ぐ。図２Ａに示されているように、距離ｄ1により示された周縁部分は種層の堆積を受け入れることをシャドーリングにより遮られる。その結果として生じた種層１８は、距離ｄ1により示されているように、通常、基板の縁部から約３ｍｍの縁部排除を有している。
【０００８】  図２Ｂは、基板ホルダ２６に配置された基板の縁部及び電気めっきシステムのカソード接点部材２２の断面図である。種層１８は約３ｍｍの縁部排除を有しているので、電気めっきシステムのカソード接点部材２２は種層の縁部の放射状内側に配置されなければならず、それに良好な電気接触を供給する。その結果として、カソード接点部材２２は、通常、基板の縁部から約３〜６ｍｍの間で基板に接触し、それにより、距離ｄ2により示されているように、基板の縁部と基板の縁部から放射状内側に約６ｍｍの間の基板の周縁部分に金属層２４が電気機械的に堆積するのを防ぐ。この大きい縁部排除は、基板に形成されるデバイス数を著しく減少させ、それにより、基板に形成されたデバイス当りのコストを増加させる。
【０００９】  その上さらに、シャドーリングはＰＶＤチャンバーのハードウェア設計を面倒にし、シャドーリングに関して高精度の同心性を有しチャンバーの基板支持部材へに基板の搬送を要求することにより種層を堆積する。基板の積層は基板堆積表面で実質的に同心に堆積されなければならず、電気めっき処理の間、電気めっきシステムの接触リングと種層の間で適切な接触を促進する。シャドー又はシャドーリングへの堆積ビルドアップが許容可能な限界を超えている時にシャドーリングは除去されるので、シャドーリングの仕様はまたチャンバーの処理キットの寿命を短くする。その上さらに、シャドーリングへの種層材料のビルドアップは剥離させ、基板へ汚染及び欠陥を形成させることがある。シャドーリングにより現れたこれらの問題は製造コストを増加させ、装置の使用可能時間を減少させると共に生産性を減少させる。
【００１０】  そのため、３ｍｍ以下の縁部排除を達成する基板への金属層の電気化学的堆積のための装置及び方法の必要性がある。種層の形成のためシャドーリングの必要性を排除するのが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明は、一般に、基板の金属層の電気化学的堆積のための装置及び方法を供給し、高スループット及び最小の縁部排除を達成する。本発明の１つの特徴は、基板に金属層を形成する方法を供給し、その方法は、基板上に全範囲の種層を堆積し、種層上に金属層を電気化学的に堆積し、基板の環状縁部から露出した種層を除去することを含んでいる。
【００１２】  １つの特徴では、積層上に金属層を電気化学的に堆積するステップは、基板の縁部から約３ｍｍ以下の基板の周縁部分でカソード接点部材を種層と電気的に接触させ、電気めっきのセルの電気めっき溶液に基板を配置することを含んでいる。露出した種層を除去するステップは、めっき除去セルに基板を配置し、基板の近傍にめっき除去カソード接点部材を配置し、カソード接点部材に順方向めっきバイアスをかけることを含んでいる。
【００１３】  本発明の別の特徴は、ウェットエッチングセル及び基板の周縁部分から露出した種層を除去する方法を供給する。露出した種層を除去する方法は、ウェットエッチングセルに基板を配置し、露出した種層をエッチング溶液に接触させる。
【００１４】  本発明の別の特徴は、全範囲の種層上に金属層を電気化学的に堆積し、金属層が電気化学的に堆積された後に露出した種層を除去する方法を供給する。金属層を電気化学的に堆積するステップは、基板の縁部から約３ｍｍ以下の基板の周縁部分で、カソード接点部材を全範囲の種層と電気的に接触させ、電気めっきセルの電気めっき溶液に基板を配置し、基板の後面の周縁部分に配置された膨張式の嚢を有する基板ホルダに基板を固定し、基板の後面乃周縁部分に対して嚢を膨張させることを含んでいる。露出した種層を除去するステップは、膨張式嚢を収縮させ、基板から約０ｍｍと約２ｍｍの間にカソード接点部材を配置し、カソード接点部材に順方向のめっきバイアスをかけることを含んでいる。
【００１５】  本発明の別の特徴は、基板に金属層を形成するための装置を供給し、その装置は、基板の縁部から約３ｍｍ以下の基板の周縁部分に接触するようになっているカソード接点部材を有する電気化学的堆積セルと、基板の周縁部分の露出した種層を除去するようになっている処理セルと、露出した種層を除去するために電気化学的堆積セルと処理セルの間に基板を搬送するようになっているロボットを有する搬送チャンバーとを備えている。装置はさらに、基板に全範囲の種層を堆積するようになっている物理気相成長チャンバーを備えている。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  本発明の上述した特徴、利点及び目的が達成され、詳細に理解できるように、上記に概説した本発明のより詳細は説明は、添付図面に示されたその実施例を参照することによりなされる。
【００１７】  しかし、添付図面はこの発明の典型的な実施例のみを示しており、そのため、その範囲を制限するものと考えるべきでなく、本発明にとって、他の同等の有効な実施例を可能にする。図面に示された構成の相対的な寸法は特定の構成の詳細を示すために誇張されていることに注目すべきである。
【００１８】  本発明は、一般に、基板への電気化学的堆積を使用して金属層を形成する装置及び方法を供給し、そこに形成された誘電層及び誘電層に形成されたバイア、接点及びラインのような複数の相互接続の外形を有している。本発明は、システムの高スループット及び基板の最小縁部排除のような多くの商業上の目標を達成する。図３は、本発明の１つの特徴により金属層を形成するための方法を示す流れ図である。例えば、誘電層及び誘電層に形成された充填されていない／エッチングされた相互接続の外形構造（例えば、バイア、接点及び２つのダマスク構造）を有する基板は物理気相成長チャンバーに導入され、基板に全範囲の種層を堆積するようになっている。全範囲の種層は基板に堆積され、基板の周縁部分及びそこに相互接続の外形の表面を含んでいる（ステップ２５４）。種層の堆積の前に、全範囲の障壁層は基板に堆積され、基板の誘電層に次に堆積される種層材料の拡散に対して保護する（ステップ２５２）全範囲の種層が形成された後、それから、基板は電気化学的堆積セルに搬送され、約３ｍｍ以下の縁部排除を有する金属層の電気化学堆積を供給するようになっており、金属層は基板に電気化学的に堆積され、バイア、接点及びラインのような相互接続の外形を充填するようになっている（ステップ２５６）。その後、基板は処理セルに搬送され、基板のはす縁及び後面を含めて、基板の周縁部分の残りの露出した種層を除去するようになっている（ステップ２５８）。種層を除去するための処理セルは、好ましくは、めっき除去セル、又は、代わりにエッチングセルを含んでいる。代わりに、電気化学的堆積セルはめっき除去処理を実行するようになっていてもよい。種層が基板の周縁部分から除去された後、基板は平坦化及びさらなる処理のような他の処理のために準備し、デバイスの形成を完了する。
【００１９】全範囲のＰＶＤチャンバー
図４Ａは、本発明により全範囲の層を形成するために有用な高／中密度プラズマの物理気相成長チャンバーの断面図である。図示されたＰＶＤチャンバーは、イオン化金属プラズマ物理気相成長チャンバー又はＩＭＰ−ＰＶＤチャンバーとして公知である。商業的に入手可能なＰＶＤチャンバーの例は、カリフォルニア州のサンタクララ市のApplied Materials社から入手可能なＩＭＰ（登録商標）のＰＶＤチャンバーである。本発明はＩＭＰ−ＰＶＤチャンバーに関して説明されているが、障壁層及び種層は他のＰＶＤチャンバーを使用して堆積可能であることが分かるだろう。
【００２０】  図４Ａ及び４Ｂを参照すると、ＩＭＰ−ＰＶＤ堆積チャンバー６００は、通常、チャンバー室６０２、基板支持部材６０４、ターゲット６０６、シールド６０８及びコイル６１０を含んでいる。ターゲット６０６はスパッタ可能な材料を含み、基板支持部材６０４の反対に配置される。ターゲット６０６はＤＣ電源に電気的に接続され、ＤＣ電源６１２に加えて又はそれの代わりにＲＦ電源（図示せず）によりバイアスされることができる。シールド６０８は、一般に、ターゲット６０６と基板支持部材６０４の間の領域を取囲み、通常は接地されている。シールド６０８は、基板支持部材６０４が基板処理位置まで移動しない時にシールドリング６２４を支持する上に向いた内壁６０９を備えている。コイル６１０はシールド６０８の内部に配置され、ＲＦ電源６１４に接続されている。室６０２を通って配置されたガス入口６１６は処理の間にチャンバーに１以上の処理ガスを導入する。真空システム６２８は、１以上の真空ポンプ、ターボ分子ポンプ、ラフィングポンプ又はクライオポンプを備えている。好ましくは、電源６３２は基板支持部材６０４に電気的に接続され、処理の間、基板に電気バイアスを供給する。電源６３２は、ＤＣ電源、ＲＦ電源、又はＤＣ及びＲＦ電源の組合せとすることができる。
【００２１】  基板支持部材は、好ましくは、静電チャック又は真空チャックを含み、室６０２の底部を通って配置される移動可能なシャフト６１８に取付けられる。移動可能なシャフト６１８はアクチュエータ６２０に接続され、基板処理位置及び基板搬送位置を含むチャンバー内の各種位置への基板支持部材６０４の動作を容易にする。室６０２の側壁に配置されたスリットバルブ６２６はチャンバー内外への基板の搬送を容易にし、それは通常、ロボット及びロボットブレード（図示せず）を使用して行われる。基板昇降装置６２２は基板支持部材６０４上への及びそこからの基板の配置を容易にし、基板搬送の間にロボットブレードと協働する。基板搬送の間、基板支持部材６０４は、ほぼスリットバルブ６２６のレベルの基板搬送位置までアクチュエータ６２０により降下される。チャンバーから基板を搬送するため、基板昇降装置６２２は基板を基板支持部材６０４上方に上昇させ、ロボットブレードは開放したスリットバルブ６２６を通って基板下方に位置まで伸ばされる。その後、基板昇降装置６２２は基板をロボットブレード上に降下させ、ロボットブレードはその基板と共にチャンバーから引っ込められる。基板をチャンバーに搬送するため、ロボットブレードはチャンバーに伸び、基板支持部材６０４上方に基板を配置し、基板昇降装置６２２はロボットブレードから基板を持上げ、ブレードが引っ込められるようになっている。ロボットブレードがチャンバーから引っ込められた後、基板昇降装置６２２は基板支持部材６０４上に基板を降下させる。
【００２２】  図４Ａ及び４Ｂに示されているように、基板支持部材６０４は上昇され、基板処理位置に基板を配置する。この位置では、処理領域は、ターゲット６０６、シールド６０８及び基板支持部材６０４上の基板４０の露出表面により規定される。基板支持部材６０４は基板支持部材６０４の周縁部に配置された堆積リング６４２を含んでいる。処理の間、アクチュエータ６２０は基板支持部材６０４を基板処理位置まで上昇させ、堆積リング６４２はシールドリング６２４の底部に固定され、シールドの上に向いた内壁からシールドリング６２４を持上げる。シールドリング６２４の内側部分は堆積リング６４２の外側部分上に延びている。シールドリング６２４は基板の周縁部４２上に延びず、基板４０上の全範囲の堆積を可能にする。従って、基板は全体の基板堆積表面及び基板縁部上で全堆積範囲を受け入れる。図４Ａ及び４Ｂに示された構成において、基板はまた基板支持から外側に延びる後面４４の周縁部分への部分堆積を受け入れる。全範囲の堆積処理は、実質上すべての基板表面上に延びる整合種層４６を供給し、電気めっきシステムのカソード接点部材の接点は接続されることができる。基板の縁部の外側に接点を移動させることにより、３ｍｍ以下の縁部排除は後述のように達成可能である。
【００２３】  通常、基板は、そこに形成された誘電層を有する半導体ウェーハを備え、ライン、バイア、接点等の複数の相互接続の外形はエッチング処理により誘電層に形成可能である。誘電層の堆積及び誘電層の相互接続の外形のエッチングは、一般に当分野では公知であり、各種処理を使用して実行可能である。好ましくは、種層の堆積の前に、全範囲の障壁層が基板上に堆積され、基板の誘電層へ次に堆積される材料の拡散に対して保護し、又は、外形はシリコンと接触し、シリコン及び導体の内部拡散を防止する。銅の種層及び銅被覆のため、障壁層材料は、好ましくは、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮｘ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＴｘ）、チタン（Ｎｉ）、窒化チタン（ＴｉＮｘ）及びそれらの組合せから選択された１以上の材料を含んでいる。好ましくは、障壁層及び種層はここに説明するように全範囲のＰＶＤチャンバーを使用して堆積される。
【００２４】  ＩＭＰ−ＰＶＤ処理の幾つかのパラメータは、所望の障壁層および種層堆積の外形を達成するために調整可能であり、高アスペクト比の相互接続の外形に許容可能な側壁および底部範囲を有している。処理圧力、コイルへのＲＦバイアス、ターゲットへのＤＣ又はＲＦバイアス、及び基板へのＤＣ又はＲＦバイアスのようなＩＭＰ−ＰＶＤ処理パラメータは、外形の側壁部分から外形の基礎部分へ再スパッタ堆積するために調整される。特に、堆積中の基板バイアスは増加され、外形の側壁部分に堆積された材料からの増加した再スパッタ率及び外形の底部で増加した堆積率を実現する。通常、ＩＭＰ−ＰＶＤ処理のパラメータは、約２：３までの堆積率に対する側壁の再スパッタ率の割合を達成するために調整される。好ましくは、外形の表面に結果として生じた堆積の外形は、約１：１と１：３の間の基礎堆積厚に対する側壁堆積厚の割合を有している。チャンバー処理圧力は、好ましくは、約１０ミリトルと約１００ミリトルの間に維持され、ＩＭＰ−ＰＶＤコイルへのＲＦ電源電力は約１０００Ｗと約５０００Ｗの間、ターゲットＤＣバイアスは約５００Ｗと約３０００Ｗの間、そして、基板のＤＣバイアスは約１００Ｗと約５００Ｗの間に維持されている。
【００２５】  種層は、好ましくは、基板の範囲上で約１５００Åと約２５００Åの間、外形の基礎表面上で約１５０Åと約３００Åの間で約１００Å以下、さらに好ましくは、約５０Å以下の厚さを有し、外形の側壁部分に堆積されている。全範囲の種層が基板上に堆積された後、基板は電気化学的堆積セルに搬送され、金属層を形成すると共に相互接続の外形を充填する。
【００２６】電気めっきセル及びカソード接点部材
図５Ａは、本発明により３ｍｍ以下の縁部排除を達成するようになっている電気化学的堆積セルの断面図である。図５Ｂは、本発明により基板ホルダ及びカソード接点部材に配置された基板の縁部の断面詳細図である。本発明は電気化学的堆積セルの１つの設計を使用して説明されているが、本発明は本発明により適用される他の電気化学的堆積セルの設計を使用して考えられ、約３ｍｍ以下の縁部排除を達成する。電気化学的堆積セルの例はカリフォルニア州のサンタクララ市のApplied Materials社から入手可能なElectra（登録商標）ＥＣＰシステムを含み、1999年４月８日に出願された「電気化学的堆積システム（Electrochemical Deposition System）」という表題で、共同譲渡され、係属中の米国特許出願No.09/289,074に説明された電気化学的堆積システムであり、それはここに完全にインコーポレイテッドバイリファレンスされている。全範囲の種層が、相互接続の外形の表面を含み、基板表面上に堆積された後、基板は電気化学的堆積セルに搬送され、銅のような金属層を電気めっきし、相互接続の外形を充填又は被覆する。
【００２７】  図５Ａ及び５Ｂを参照すると、電気化学的堆積セル２００は、通常、電解質容器２０２、アノード２０４、基板ホルダ２０６、及びカソード接点部材２０８を備えている。電解質容器２０２は頂部開口を有し、基板ホルダ及びカソード接点部材に配置された基板を受け入れるようになっている。電解質容器２０２は電解質容器２０２に配置され、電源２１６に電気的に接続されている。基板ホルダ２０６は、好ましくは、真空チャック２１８と真空チャック２１８を取囲む環状の嚢２２０を備えている。真空チャック２１８は基板ホルダ２０６の基板支持表面２２４を横切って配置された複数の真空孔又はチャネルを備え、基板を支持するために真空が供給される。環状の嚢２２０は基板支持表面回りに配置され、基板の後面の周縁部分に固定されるようになっている。好ましくは、環状の嚢２２０は膨張式嚢を備え、基板の後面縁部の回りにシールを供給し、基板に圧力を働かせ、基板とカソード接点部材の間の接触を増加させる。嚢及びカソード接点部材の代わりの実施例は、共同譲渡され、1998年１１月３０日に出願された「膨張式コンプライアント嚢体（Inflatable Compliant Bladder Assembly）」という表題で、係属中の米国特許出願No.09/201,796、及び1998年１１月３０日に出願された「電気化学的堆積のためのカソード接点リング（Cathode Contact Ring For Electrochemical Deposition）」という表題の米国特許出願No.09/201,486に説明され、それはここに完全にインコーポレイテッドバイリファレンスされている。
【００２８】  図６は、本発明によるカソード接点部材２０８の外皮切断斜視図である。図５Ａ，５Ｂ及び６を参照すると、カソード接点部材２０８は、好ましくは、環状体２２６を備え、処理される基板の直径より僅かに小さい内径（すなわち、約３ｍｍ以下）を有している。コンプライアント（compliant）電気接触リング２２８は、好ましくは、プラチナのような電解質で溶解しない材料を含み、環状体２２６の内側周縁部分の上面から延出している。コンプライアント電気接触リング２２８は内側コンプライアント密閉リング２３２と外側コンプライアント密閉リング２３４の間に配置された複数の短いワイヤ２３０を備えている。短いワイヤ２３０は基板とのコンプライアント接触を促進するように接触させる基板への角度で配置されている。コンプライアント電気接触リングに対する代わりとして、カソード接点部材は、個々の湾曲した又は半球形状の接点のような他の電気接点の設計を含んでいてもよい。
【００２９】  カソード接点部材２０８は電源２１６に電気的に接続され、コンプライアント電気接触リング２２８は基板堆積表面の周縁部分に固定され、基板堆積表面のカソード接点部材２０８と種層４６の間に電気接触を供給する。コンプライアント電気接触リング２０８はまた基板とのシールを供給し、電解質が基板堆積表面の周縁部、基板のはす縁及び基板の後面に達するのを防止する。好ましくは、コンプライアント電気接触リング２２８は、ｄ4により示されているように、基板の縁部４２から内側放射状に約３ｍｍ以下、さらにもっと好ましくは、基板の縁部４２から内側放射状にたった約２ｍｍの基板堆積表面で種層４６に物理的に接触する。縁部排除の寸法は、主に、基板の縁部から内側放射状に延びるコンプライアント電気接触リングの範囲により決められる。例えば、基板の縁部から内側放射状に約２ｍｍで基板堆積表面と物理的に接触するコンプライアント電気接触リング２２８は、電気化学的堆積から約２ｍｍの縁部排除を達成する。
【００３０】  電気めっき処理の間、基板４０の種層はカソード接点部材２０８との物理的接触で配置され、環状の嚢２２０は基板の後面に対して圧力を供給するために固定され、カソード接点部材２０８のコンプライアント電気接触リング２２８に対して種層４６の表面を押し付ける。電源２１６はカソード接点部材２０８に負の電圧及び基板めっき面の種層４６を横切る順方向のめっき電流密度を与え、基板めっき面に電解質の金属イオンの電気化学的堆積を実現させる。電源２１６はまたアノード２０４に正の電圧を与え、溶解可能なアノード２０４からの金属イオンの開放を実現させる。基板めっき面に与えられた電力（すなわち、電圧及び電流）は使用される電気めっき溶液及び所望の堆積率及び特性により調整される。例えば、溶解可能な銅のアノード及び銅硫酸塩を含む電気めっき溶液を使用して２００ｍｍ基板に銅層を堆積するため、カソード接点部材は、好ましくは、約１０ｍＡ／ｃｍ2と約８０ｍＡ／ｃｍ2の間で基板めっき面を横切る順方向のめっき電流密度を供給するためにバイアスされる。銅電気めっき溶液（すなわち、電解質）は、抑制剤及び光沢剤／促進剤等の銅電解質及び混合剤を含む多くの成分を備えている。電気めっきの化学作用の詳細な説明、特に、電解質及び混合剤の成分は、共同譲渡され、1999年２月５日に出願された「開口の改善した充填のための電気堆積の化学作用（Electrodeposition Chemistry for Improved Filling
of Apertures）」という表題で、係属中の米国特許出願No.09/245,780で説明され、それはここに完全にインコーポレイテッドバイリファレンスされている。
【００３１】  金属層５０が基板に形成された後、好ましくは、基板はめっき除去セルに搬送され、基板堆積表面の周縁部分、基板のはす縁、及び基板の後面の周縁部分を含み、基板の周縁部分の金属を除去する。好ましくは、めっき除去セルは電解質又はエッチング溶液を使用し、種層材料（例えば、銅）を選択的に溶解するが、障壁材料又は基板を著しく溶解又は作用しない。
【００３２】
めっき除去セル及びめっき除去接点部材
図７Ａ及び７Ｂは、本発明の１つの特徴によるめっき除去基板ホルダ３０６及びめっき除去カソード接点部材３０８を有するめっき除去セル３００を示す断面図である。めっき除去セル３００はめっきセルから分離し、汚染を減少させ、めっき除去処理はめっき除去カソード接点部材３０８を使用して行われる。また、分離しためっき除去セル３００は、変更したり、或いは、電気めっき処理のために使用されるカソード接点部材の接点表面の品質を落とすことなく、めっき除去カソード接点部材３０８に集中された金属の除去を容易にする。代わりに、図５Ａ及び５Ｂに示されているセルのような電気めっきセルは、めっき除去処理での使用に適用することもできる。
【００３３】
通常、めっき除去セル３００は、電解質容器３０２、電解質容器に配置されたアノード３０４、めっき除去基板ホルダ３０６及びめっき除去カソード接点部材３０８を備えている。電解質容器３０２は頂部開口を有し、めっき除去基板ホルダ３０６及びめっき除去カソード接点部材３０８に配置された基板４０を受け入れるようになっている。電解質容器３０２は電解質入口３１２及び電解質出口３１４に接続されている。アノード３０４は、好ましくは、消耗しないアノードを備え、電解質容器３０２に配置され、電源３１６に電気的に接続されている。めっき除去処理のための電解質は、抑制剤及び光沢剤／促進剤のような銅電解質及び混合剤を含む多くの成分を含んでいる。めっき処理に使用される電解質の組成はめっき処理に使用される電解質と同じであってもよい。
【００３４】
１つの特徴では、めっき除去基板ホルダ３０６は、真空チャック３１８と、真空チャックを取囲む環状のシール３２０とを備えている。好ましくは、環状のシール３２０は、めっき除去基板ホルダ３０６の基板支持表面の環状溝に配置されたコンプライアントＯリングを備えている。真空チャック３１８は、めっき除去基板ホルダ３０６の基板支持表面３２４を横切って配置された複数の真空孔又はチャネルを含み、その中に真空が供給され、基板を保持する。環状のシール３２０は基板支持表面３２４の周囲に配置され、基板４０の後面の環状部分に固定されるようになっている。めっき除去基板ホルダ３０６は、好ましくは、基板の直径より小さい直径を有し、堆積された種層を有する基板の後面の周縁部分を露出させ、環状のシール３２０は基板の後面の周縁部分の内側放射状の位置で基板４０に固定され、めっき除去溶液に種層をさらす。
【００３５】
図８は、めっき除去カソード接点部材３０８の外皮破断斜視図である。図７Ａ，７Ｂ及び８を参照すると、めっき除去カソード接点部材３０８は、好ましくは、環状体３２６を備え、該環状体は、通常環状のめっき除去接点３３０に接続される複数のスポーク又は放射状の伸張部分３２８を有している。近接の放射状伸張部分３２８の間の開口部３２９は電解質の流れを容易にし、基板４０の後面の露出部分と同様に基板の周縁部分に接触する。めっき除去カソード接触部材３０８は、プラチナ又はステンレス鋼のような金属を含み、めっき除去処理で使用される電解質により溶解されるのに抵抗する。めっき除去接点３３０は基板４０の縁部４２から内側放射状の位置で図７Ｂに示されているように縁部排除領域４８近傍に配置された環状部材を備えている。代わりに、図７Ｂの破線に示されているように、内部の環状のめっき除去接点３３０は基板の縁部排除領域４８から内側放射状の位置に配置されている。例えば、３ｍｍの縁部排除領域で電気めっきされた金属層５０を有する基板４０のため、めっき除去接点３３０は、好ましくは、基板４０の縁部４２から、距離ｄ5で示されているように、約０ｍｍと約６ｍｍの間の距離の基板４０近傍に配置されている。めっき除去接点３３０はまた、図８に示されている連続的な環状のレッジよりむしろ基板の縁部排除領域近傍の環状領域の回りに実質的に均等な間隔を空けた複数の特有の接点をも備えていてもよい。
【００３６】
以下は、縁部排除領域４８からの金属種層及び基板４０の後面４４及び縁部４２の種層のめっき除去をするための処理を説明している。基板４０はめっき除去セルに導入され、めっき除去接点３３０に配置されている。その後、めっき除去基板ホルダ３０６は基板の後面に固定される位置に移動され、真空チャック３１８は基板支持表面３２４の基板を確実に保持するように作用する。めっき除去基板ホルダ３０６は移動し、距離ｄ3の基板表面に配置され、その距離はめっき除去接点３３０の表面から２ｍｍ以下である。基板表面は、基板表面とめっき除去接点３３０の表面の間に十分な接触抵抗がある限り、めっき除去接点３３０の表面との物理的接触することさえ可能である。通常、めっき除去接点３３０に対して基板表面を固定する力が作用しない時、基板表面とめっき除去接点３３０表面の間に十分な接触抵抗が存在し、ここに説明するように、めっき除去処理を促進する。
【００３７】
めっき除去処理を開始するため、そこに基板４０を有するめっき除去基板ホルダ３０６及びめっき除去カソード接点部材３０８は電解質容器３０２に配置され、電解質と接触している。発明者は、基板４０とめっき除去カソード接点部材３０８の間に接触抵抗が存在する時、めっき除去カソード接点部材３０８の接点表面近傍の位置の基板４０に堆積された金属は順方向めっきバイアスでバイアスされためっき除去カソード接点部材３０８でめっき除去されることを発見した。めっき除去接点３３０が順方向めっきバイアスでバイアスされる時、電源は負の電圧でめっき除去カソード接点部材３０８をバイアスし、あたかもめっき処理が行われているかのように順方向めっき電流を送る。このめっき除去処理の間、めっき除去接点３３０の表面近傍の基板４０の周縁領域の金属はアノードとして役立ち、金属イオンを供給し、めっき除去接点３３０にめっきされる。めっき除去割合は、主に、めっき除去接点３３０と基板表面の間の距離及び有効抵抗により、基板表面を横切って変わる。例えば、基板の縁部から内側の環状領域近傍に配置された環状のめっき除去接点のため、めっき除去割合はめっき除去接点の表面近傍の環状領域から基板の中心方向に劇的に減少する。従って、基板の中央部分に堆積された金属は実質的にめっき除去処理により影響を受けない状態のままである。通常、電源は、めっき除去処理中、約１秒と約２０秒の間、めっき除去接点３３０の表面を横切る約１０ｍＡ／ｃｍ2と約８０ｍＡ／ｃｍ2の間の順方向めっき電流密度を送る。より高い電流密度はより早いめっき除去割合を供給し、金属層を除去するために多くの時間を要しない。めっき除去処理は、種層が基板の周縁部分から完全に除去された後、停止される。基板は電解質から除去され、スピンドライ処理は基板に実行可能であり、基板から残りの電解質を除去する。真空チャックは離脱し、めっき除去接点３３０から基板を解放し、ロボットはめっき除去セルから基板を搬送する。
【００３８】  代わりに、めっき除去処理は電気めっきセルと同じセルを使用して行われる。発明者は、嚢システムが収縮し、カソード接点表面と金属層の間に接触抵抗を発生させる時、カソード接点部材近傍の基板の金属がカソード接点部材において除去されることを発見した。好ましくは、カソード接点の表面は金属層の表面から約２ｍｍ以下の距離に配置されている。嚢システムが停止され、基板の後面への圧力が作用しない時、基板の金属層は近接表面の間の接触抵抗のためカソード接点部材の表面で除去され、カソード接点は金属層の表面と物理接触して配置される。
【００３９】ウェットエッチングセル
本発明の別の特徴は、めっき除去セルの代案としてウェットエッチングセルを供給し、基板堆積表面の周縁部分、基板はす縁、及び基板後面の周縁部分を含む基板の周縁部分の金属種層を除去する。
【００４０】  図９Ａは、本発明の別の実施例によるウェットエッチングセルの断面図である。図９Ｂは図９Ａのウェットエッチングセルに配置された基板の縁部の断面図である。通常、ウェットエッチングセル４００は容器及び基板支持４０４を備えている。容器４０２はエッチング溶液を保持し、頂部開口を含み、基板支持４０４に配置された基板を受取るようになっている。基板ホルダ４０４は、好ましくは、真空チャック４０８と、真空チャック４０８の回りに配置される、Ｏリングのようなシール４１０とを備えている。代わりに、基板ホルダ４０４は真空グリッパのようなグリッパを備えている。基板支持４０４は基板の後面で基板を保持し、基板堆積表面５０、基板縁部４２、及び基板の後面４４の周縁部分を容器４０２のエッチング溶液に晒すようになっている。
【００４１】  ウェットエッチング処理の間、基板ホルダ４０４はそこに保持された基板をエッチング溶液の容器４０２内のエッチング溶液に浸す。通常、エッチング溶液は露出金属を溶液に溶解する腐食液を含んでいる。例えば、エッチング溶液は、クエン酸、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）又は他の希釈剤で希釈したクエン酸、又はクエン酸と硫酸（Ｈ2ＳＯ4）の化合物を含み、露出した銅層を溶解してもよい。好ましくは、エッチング溶液は種層材料の選択エッチングを供給するように設計されているが、基板の障壁層を残す。代わりに、エッチング溶液は、窒化タンタル（ＴａＮ）及び窒化チタニウム（ＴｉＮ）のような金属障壁層を含むいろいろな金属成分を溶解させるように選択される。エッチング溶液はエッチング溶液の容器に熱で取付けられたヒータにより加熱され、エッチング処理、エッチング結果又はエッチング割合を向上させてもよい。好ましくは、基板４０は計算された期間、エッチング溶液に浸され、基板堆積表面の周縁部分４８、基板縁部４２、及び基板の後面の周縁部分の金属種層を除去する。エッチングの計算された期間は使用されるエッチング溶液で変化するが、エッチングされる層の厚さ（Å）をエッチング割合（Å／ｓ）で割ったものにほぼ等しい。例えば、約１０℃と約７０℃の間の温度でクエン酸を含むエッチング溶液を使用する時、約１００Åと約２５００Åの間の厚みの銅種層を有する基板は、約０．２秒と約５秒の間、エッチング溶液に浸され、基板堆積表面の周縁部分、基板はす縁、及び基板後面の周縁部分から銅の種層を完全に除去する。
【００４２】  好ましくは、電気めっきされた層５０はエッチングレジストでマスクされ、電気めっきされた金属をエッチング溶液により除去する。代わりに、電気めっきされた金属層はウェットエッチング処理の間、マスクされず、電気化学的堆積は拡大され、より厚く電気めっきされた金属層を供給し、ウェットエッチング処理の間に除去された厚さを補償する。基板に電気化学的に堆積された層の厚さは、基板がめっきを除去され、又はエッチングされ、基板の周縁部分の種層を除去する時に基板からめっきを除去され、又はエッチングされる金属の量を補償するために増加されることができる。通常、種層は電気めっきされた金属層の全体の厚さの１０％以下であるので、電気めっきされた金属層の厚みの１０％増加又は種層の厚みに対応する増加は、めっき除去効果を補償するのに十分である。例えば、１０００Åの厚さの種層のため、電気化学的堆積処理は拡大され、所望の厚さの上にさらに１０００Å堆積され、ウェットエッチング処理の間、種層が完全に除去され、電気めっき層のための所望の厚さが基板に残る。
【００４３】例
基板に金属層を形成するための上述した方法は、カリフォルニア州のサンタクララ市のApplied Materials社から入手可能なElectra（登録商標）のEPCの銅システム及びEnduraのElectra（登録商標）の銅システムのような商業的に入手可能な集積処理プラットフォームで実行可能である。誘電層及び誘電層でエッチングされた相互接続の外形を有する基板は、全範囲のＰＶＤチャンバーに導入され、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮｘ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮｘ）、チタニウム（Ｔｉ）、窒化チタニウム（ＴｉＮｘ）及びその組合せから選択された１以上の材料を含む全範囲の障壁層は、基板上に堆積され、基板の誘電層に次に堆積される種層の拡散に対して保護する。全範囲の障壁層は、障壁材料（例えば、タンタル、チタニウム又はタングステン）及び表１に列挙された処理パラメータを有するＩＭＰ−ＰＶＤチャンバーを使用して、相互接続の外形内の表面上に約５０Åと約２５０Åの間の厚さに堆積される。窒素を組込んだ膜を形成するため反応性スパッタリングを容易にするため、窒素ガスはスパッタリング処理の間、約５００ｓｃｃｍと約２０００ｓｃｃｍの間でチャンバーに流されてもよい。
【００４４】表１：障壁層及び種層の堆積のためのチャンバー処理パラメータ
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【００４５】  種層は、銅ターゲットを有するＩＭＰ−ＰＶＤチャンバーを使用して障壁層上に堆積される。種層は、表１に列挙されたパラメータを使用して、実質的に基板の範囲上に約１５００Åと約２５００Åの間の厚さ及び相互接続の外形内の障壁層表面上に約５０Åと約２５０Åの間の厚さに堆積され、種層材料（例えば、銅）を有するターゲットを備えたＩＭＰ−ＰＶＤチャンバーを使用する。
【００４６】  その後、基板は電気めっきセルに搬送され、通常約１μｍと約２μｍの間の厚さの金属層が種層上に電気化学的に堆積され、バイア、接点及びラインのような相互接続の外形を充填する。上述したカソード接点部材を使用する電気化学堆積は、カソード接点部材によりマスクされた基板の環状部分（すなわち、約３ｍｍ縁部排除以下）以外の基板上に金属層を形成する。電気化学的堆積処理は、好ましくは、溶解可能な銅のアノードと硫酸銅を含む電気めっき溶液を使用して行われ、カソード接点部材は、好ましくは、約１０ｍＡ／ｃｍ2と約８０ｍＡ／ｃｍ2の間の基板メッキ表面を横切る順方向めっき電流密度を供給するようにバイアスされる。
【００４７】  電気めっき処理の後、基板は、その後、めっき除去セルに搬送され、基板の周縁部分の露出した種層を除去する。めっき除去ホルダは基板を電解質に浸し、電気めっき除去接点部材は基板の周縁部分近傍に配置される。めっき除去処理時間は種層の厚さ及びめっき除去割合により調整される。好ましくは、電源は、めっき除去処理の間、約１秒と約２０秒の間、めっき除去接点部材の表面を横切る約１０ｍＡ／ｃｍ2と約８０ｍＡ／ｃｍ2の間の順方向のめっき電流密度を送り、基板の周縁部分に約２５００Åまで種層を除去（すなわち、めっき除去）する。種層が基板の周縁部分から除去された後、基板は、通常、平坦化され、さらなる処理及びデバイスの完成のため表面を準備する。
【００４８】  上述したのは本発明の好適な実施例に導かれているが、本発明の他の及びさらなる実施例はその基本的範囲から逸脱することなく発明されてもよく、その範囲は特許請求の範囲により決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】典型的なファウンテンプラター１００の断面図である。
【図２Ａ】種層を堆積するために使用される典型的なＰＶＤシステムにおいて、基板１０の縁部及び基板上部に配置されたシャドーリング２０の断面図である。
【図２Ｂ】基板ホルダ２６０及び電気めっきシステムのカソード接点部材２２に配置された基板の縁部の断面図である。
【図３】本発明による金属層を形成するための方法を示す流れ図である。
【図４Ａ】基板に全範囲の種層を堆積するようになっている物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバーの断面図である。
【図４Ｂ】全範囲の堆積のために構成されたＰＶＤチャンバーに配置された基板の縁部の断面詳細図である。
【図５Ａ】本発明による３ｍｍ以下の縁部排除を達成するようになっている電気化学的堆積セルの断面図である。
【図５Ｂ】本発明による基板ホルダ及びカソード接点部材に配置された基板の縁部の断面詳細図である。
【図６】本発明によるカソード接点部材の外皮切断斜視図である。
【図７Ａ】本発明によるめっき除去基板ホルダ及びめっき除去接点部材を有するめっき除去セルの断面図である。
【図７Ｂ】本発明によるめっき除去基板ホルダとめっき除去接点部材に配置された基板の縁部の断面詳細図である。
【図８】本発明によるめっき除去接点部材の外皮斜視図である。
【図９Ａ】本発明によるウェットエッチングセルの断面図である。
【図９Ｂ】本発明によるウェットエッチングセルに配置された基板の縁部の断面詳細図である。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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