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【発明の名称】 基板上に金属を堆積させるための装置及び方法
【発明者】 【氏名】ダン メイダン

【氏名】アショーク シンハ
【要約】 【課題】ドープされた金属フィルムを導電性基板上に形成する方法及び装置を提供する。

【解決手段】本発明の一面における堆積プロセスは、先ず導電性基板上に燐ドープシード層を堆積させ、次にこの燐ドープシード層上に導電性金属層を堆積させて導電性フィルムを形成する。別の面における基体を処理する方法は、基体上に誘電体層を堆積させ、誘電体層内にフィーチャをエッチングし、フィーチャ内に導電性バリヤー層を堆積させ、導電性バリヤー層上に燐ドープシード層を堆積させ、燐ドープシード層上に導電性金属層を堆積させる。本発明の別の面における装置は、電気化学堆積プロセスにおいてシード層のような燐ドープ金属フィルムを堆積させるために、電解液がそれを通って流れるようになっている陽極外囲内に燐ドープ材料を容れて可溶性電極として使用する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電気化学的堆積プロセスによって金属層を堆積させるための装置であって、上記装置は陽極を有し、上記陽極は、i) 電解液がその中を通って流れるようにする外囲と、ii) 上記外囲内に配置されている燐ドープ金属と、iii) 上記外囲を通して配置され、上記燐ドープ金属と電気的に接続されている電極と、を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】 上記燐ドープ金属は消耗陽極板を構成しており、上記消耗陽極板はその中に縦方向に配置されている複数の通路を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】 上記燐ドープ金属は、燐ドープ銅からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】 上記燐ドープ金属は、約0.01乃至約15重量％の燐を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】 導電性基板めっき表面を有する基板上に金属を電気化学的に堆積させるための装置であって、ａ）上記導電性基板めっき表面が電解液コンテナ内の電解液に曝されるように上記基板を所定位置に保持する基板ホールダと、ｂ）上記導電性基板めっき表面と電気的に接触している陰極と、ｃ）電解液入口、電解液出口、及び上記導電性基板めっき表面を受入れる開口を有する電解液コンテナと、ｄ）上記電解液に電気的に接続されている燐ドープ陽極と、を備えていることを特徴とする装置。
【請求項６】 上記燐ドープ陽極は、i) 電解液がその中を通って流れるようにする外囲と、ii) 上記外囲内に配置されている燐ドープ金属と、iii) 上記外囲を通して配置され、上記燐ドープ金属と電気的に接続されている電極と、を備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】 上記燐ドープ金属は消耗陽極板を構成しており、上記消耗陽極板はその中に縦方向に配置されている複数の通路を有していることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】 上記燐ドープ金属は、燐ドープ銅からなることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】 上記燐は、上記陽極の約0.01乃至約15重量％を構成していることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】 導電性基板上に導電性フィルムを堆積させるための方法であって、ａ．上記導電性基板上に燐含有層を堆積させるステップと、ｂ．上記燐含有層上に導電性金属層を堆積させて上記導電性フィルムを形成させるステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】 上記燐含有層は、燐ドープ銅からなる燐ドープシード層であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】 上記燐ドープシード層は、燐ドープ銅からなることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】 上記燐ドープシード層は、約0.01乃至約15重量％の燐を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】 上記導電性金属層は、銅からなることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】 上記燐ドープシード層は、電気化学的に堆積されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】 上記導電性金属層は、電気化学的に堆積されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】 基板を処理する方法であって、ａ．上記基板上に誘電体層を堆積させるステップと、ｂ．上記誘電体層内にフィーチャをエッチングするステップと、ｃ．上記フィーチャ内に導電性層を堆積させるステップと、ｄ．上記導電性層上に燐含有層を堆積させるステップと、ｅ．上記燐ドープシード層上に導電性金属層を堆積させるステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】 上記導電性層は、Ｔi、ＴiＮ、Ｔa、ＴaＮx、Ｗ、ＷＮx及びそれらの組合わせからなるグループから選択された導電性材料からなるバリヤーまたはライナー層であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】 上記燐含有層は、燐ドープシード層であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】 上記燐ドープシード層は、燐ドープ銅からなることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】 上記燐ドープシード層は、約0.01乃至約15重量％の燐を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】 上記燐ドープシード層は、電気化学的に堆積されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】 上記導電性金属層は、銅からなることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】 上記導電性金属層は、電気化学的に堆積されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、基板上に金属層を堆積させるための装置及びプロセスに関する。特定的には、本発明は、ドープされた金属層を電気めっきプロセスによって導電性基板上に形成するためのプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】サブハーフミクロンまたはそれ以下のフィーチャを信頼できるように形成させることが、次世代超大規模集積（ＶＬＳＩ）及び極超大規模集積（ＵＬＳＩ）集積回路のための主要技術の１つである。しかしながら、回路技術の周辺が圧縮されるにつれて、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ技術における相互接続の寸法の収縮が処理能力に付加的な要望を賦課するようになってきた。この技術の中心となる多重レベル相互接続は、バイア及び他の相互接続のような高アスペクト比のフィーチャの注意深い処理を必要とする。ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩを成功させることにとって、及び回路密度を増加させ、個々の基板及びダイスの品質を向上させる不断の努力にとって、これらの相互接続を信頼できるように形成することが極めて重要である。
【０００３】回路密度が増加するにつれて、バイア、コンタクト、及び他のフィーチャ、並びにそれらの間の誘電体材料の幅がサブミクロン寸法まで減少しているのに対して、誘電体層の厚みは実質的に一定に留まっているので、フィーチャのアスペクト比、即ちそれらの高さを幅で除した値は増加してきている。多くの伝統的な堆積プロセスは、アスペクト比が２：１を越えると、特にそれが４：１を越えるとサブミクロン構造を充填することは困難であった。従って、高アスペクト比の、実質的にボイドの無いサブミクロンフィーチャの形成に多大の努力が払われつつある。
【０００４】元素アルミニウム（Ａl）及びその合金が半導体処理におけるライン、コンタクト、相互接続、及びプラグのような基板フィーチャの形成に使用される伝統的な金属であった。それは、アルミニウムは電気的固有抵抗が低いことが知られており、アルミニウムが二酸化シリコン（ＳiＯ2）への付着性に優れ、アルミニウムはパターン化することが容易であり、そしてアルミニウムは高度に純粋な形状で入手できるからである。しかしながら、アルミニウムは銅のような他のより導電性の金属よりは電気的固有抵抗が高く、またアルミニウムは電気移動を受け易いために導体内にボイドを形成し易い。
【０００５】銅及びその合金は、アルミニウムよりも固有抵抗が低く（アルミニウムが3.1μΩ・ｃｍであるのに対して1.7μΩ・ｃｍ）、電流輸送能力が高く、そしてアルミニウムに比して電気移動に対する耐性がかなり高い。これらの特性は、高レベルの集積及びデバイスの高速化において当面する高い電流密度を支援するために重要である。銅は良好な熱伝導率をも有しており、高度に純粋な状態で入手可能でもある。従って、銅は、半導体基板上のサブクォーターミクロンの、高アスペクト比相互接続フィーチャを充填するための好ましい金属になりつつある。
【０００６】半導体デバイスの製造にとって銅を使用することが望ましいにも拘わらず、10：１のアスペクト比、0.25μｍ幅のバイアのような高アスペクト比を有するフィーチャ内へ堆積させるための方法として銅を選択することは制約されている。従来は、基板上に形成されているコンタクト、バイア、ライン、その他のフィーチャ内へ導電性金属を堆積させるための好ましいプロセスは、化学蒸着（ＣＶＤ）及び物理蒸着（ＰＶＤ）であった。しかしながら、銅の応用の場合には、ＣＶＤ銅プロセスは銅含有前駆体を必要とし、望ましい堆積結果が得られず、ＰＶＤ銅プロセスは極めて小さいフィーチャ内にフィルムを堆積させるには多くの困難を抱えている。このようにＰＶＤ及びＣＶＤが障害に直面しているために、従来は回路基板の製造だけに制限されていた電気めっきが、基板の高アスペクト比フィーチャを充填するために使用されるようになってきた。
【０００７】しかしながら、電気めっきをＩＣ製造プロセスに使用するそのこと自体が挑戦である。若干の電気めっき堆積プロセスは、導電性基板上に銅層のような薄い導電性シード層を順応的に堆積させることを含んでいる。導電性基板上に薄いシード層を堆積させる場合、銅のような若干の導電性材料のための電気めっき堆積プロセスは、典型的には基板表面全体に均一なシード層をめっきしない。このようになる１つの理由として、銅の高い表面拡散性が、不均一に堆積される銅材料を集塊状にする（アグロメレーション）ことが考えられる。銅材料の不均一な堆積及び集塊は、回路の均一性、導電度、及び信頼性にとって有害である。更に、層が均一でなく、集塊することは、基板への銅材料の効果的な付着をも低下させ、それ以後の層を銅材料へ十分に結合させる能力をも低下させる。フィルムの集塊が基板のフィーチャ開口を“橋絡”して不適切に充填するようになり、ボイドの形成その他の不連続を基板フィーチャ内にもたらす。基板フィーチャ内にボイドが形成されることは、半導体デバイスの性能に不利に影響し、デバイスを故障にさえ導きかねない。更に、もし電気めっきされたシード層が基板上に不均一に堆積されれば、電流はシード層の表面全体に一様に分布せず、それ以後に基板上へ電気化学堆積される層を不均一に堆積させることになる。
【０００８】更に、電気めっきに使用される若干の材料が、堆積プロセス中に、及びその後に、望ましくない副反応を受け易いことを発見した。例えば、シード層材料に屡々使用される銅は、高度に酸化を受け易い。金属層の酸化は、金属層の隣接層への付着を妨げ、金属フィーチャの導電度に不利に影響し、そして総合回路の信頼度を低下させる恐れがある。更に、若干の電気めっきプロセスでは、電気めっきセルは、堆積されるフィルムと同一の材料の消耗陽極を含む（即ち、銅フィルムの場合に銅陽極）ことができ、陽極も酸化を受けて陽極の表面上に酸化物フィルムを形成する可能性がある。この酸化物フィルムは、望ましい電気めっきセル性能を低下させ、銅の場合には、銅が過剰に溶解して汚染物または粒状物質を発生し、それが基板上に堆積することがあり得る。更に、堆積を増加させたり、堆積される基板に所望の特性を与えたりする添加物のような、電気めっき溶液への添加物も酸化し、それによって添加物の有効性が最低になり、潜在的に電気めっき溶液内に汚染物を発生させる恐れもある。
【０００９】更に、若干のプロセスにおいては、電気化学的堆積プロセスの副産物として酸素が発生し、従ってプロセス外の物質によってそれを容易に抑えることはできない。このように、たとえ環境を注意深く制御しても酸素が含まれるようになり、銅、及び他のアルミニウムのような導電性材料を酸化させ、回路及び電気めっきセルに害を与えるようになる。更に、基板フィーチャ形成プロセスにおいて、基板が処理システム間を転送される際に汚染物に曝され、それ以後の電気めっき堆積に対して基板上の銅層を酸化させかねない。
【００１０】従って、基板を電気めっきする際の問題の１つまたはそれ以上を解消するような、改良された堆積プロセス及び装置に対する要望が存在している。上述したように、本発明の好ましい実施の形態は、フィルムの集塊を減少させ、電気めっきプロセスによって発生するフィーチャ内のボイドの形成を減少させ、及び／または基板のフィーチャ上に金属フィルムを堆積中の、及び／又はそれ以後の金属フィルムの不要の酸化を減少させる。好ましくは、本発明のプロセス及び装置は基板表面上への堆積をより均一にし、堆積される金属層の層間付着を改善する。好ましくは、装置は、電気めっきプロセスに使用される金属陽極の不要な酸化及び過大な溶解を更に減少させる。
【００１１】
【発明の概要】本発明は、一般的には、ドープされた金属フィルムを導電性基板上に形成させる方法及び装置を提供する。本発明の一実施の形態では、堆積プロセスは、導電性基板上に先ず燐含有層を堆積させ、次いで燐含有層上に導電性金属層を堆積させて導電性フィルムを形成させる。燐含有層は、好ましくは燐をドープした（以下、「燐ドープ」という）シード層であって、好ましくは、例えば元素燐のような燐化合物と、好ましくは銅である導電性金属を含み、シード層内の燐濃度は好ましくは約0.01乃至約15重量％であり、導電性金属層は好ましくは銅からなる。燐ドープシード層及び導電性金属層は、好ましくは電気めっきのような電気化学堆積プロセスによって堆積させる。
【００１２】別の実施の形態では、本発明は基板を処理する方法を提供し、本方法は、基板上に誘電体層を堆積させるステップと、誘電体層内にフィーチャをエッチングするステップと、フィーチャ内へ導電層を堆積させるステップと、導電層上へ好ましくは燐ドープシード層である燐含有層を堆積させるステップと、燐含有シード層上へ導電性金属層を堆積させるステップとを含む。導電性層は、好ましくはバリヤーまたはライナー層であって、チタン（Ｔi）、窒化チタン（ＴiＮ）、タンタル（Ｔa）、窒化タンタル（ＴiＮx）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮx）及びそれらの組合わせのグループから選択された導電性金属を含む。燐ドープシード層は好ましくは銅を含み、フィルム内の燐濃度は約0.01乃至約15重量％であり、導電性金属層は好ましくは銅からなる。
【００１３】本発明の別の実施の形態では、電気化学堆積プロセスにおいて、シード層のような燐ドープ金属フィルムを堆積させるための、好ましくは燐ドープ陽極であるドープされた陽極を含む装置が提供される。燐ドープ陽極は、好ましくは、電解液がそれを通って流れるようにする外囲、外囲内に配置されている燐ドープ金属、及び外囲を通して配置され、燐ドープ金属と電気的に接続されている電極を含む。燐ドープ金属は、好ましくは縦方向に配置されている複数の通路を有する消耗可能な燐ドープ陽極板の形状であり、好ましくは燐ドープ銅を含み、燐ドープ金属中の燐濃度は好ましくは約0.01乃至約15重量％である。
【００１４】本発明の別の実施の形態は、基板上に燐ドープ金属を電気化学的に堆積させるための装置を提供し、本装置は、基板のめっき表面を電解液に曝すように基板を所定位置に保持する基板ホールダと、基板のめっき表面に電気的に接触している陰極と、電解液入口、電解液出口、及び基板のめっき表面を受入れる開口を有する電解液コンテナと、電解液に電気的に接続されている燐ドープ陽極とを含んでいる。燐ドープ陽極は、好ましくは、電解液がそれを通って流れるようにする外囲、外囲内に配置されている燐ドープ金属、及び外囲を通して配置され、燐ドープ金属と電気的に接続されている電極を含んでいる。燐ドープ陽極は、燐ドープ銅を含み、燐ドープ金属中の燐の濃度は約0.01乃至約15重量％である。
【００１５】以下に、添付図面に基づいて本発明の若干の実施の形態を詳述する。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施の形態を示しているに過ぎず、本発明は他の同じように有効な実施の形態で実施可能であるので、本発明は図示実施の形態に限定されるものではないことを理解されたい。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明は、一般的に、導電性基板上にドープされた導電性層を堆積させるための装置及び方法に関する。本発明の好ましい実施の形態では、フィルムの非均一性及びフィルムの集塊のような層にすることの欠陥を実質的に伴わない導電性金属フィルムを形成するための堆積プロセスが提供される。好ましい堆積プロセスは、燐ドープシード層を、好ましくは電気めっき技術によって堆積させるステップと、次いで燐ドープシード層の上に導電性金属層を堆積させるステップとを含む。燐ドープシード層は、燐と、銅であることが好ましい導電性金属とを含み、シード層中の燐濃度は好ましくは約0.01乃至約15重量％である。導電性金属層は、好ましくは燐ドープシード層（例えば、燐ドープ銅シード層）と同一の導電性金属を含む。燐ドープシード層及び導電性金属層は共に、好ましくはほぼ室温において電気めっきによって堆積させる。本明細書において使用する“燐”とは何等かの燐含有化合物のことであり、好ましくは元素燐である。更に、本明細書において使用する“導電性”または“導電”とは、電気めっきのような電気化学堆積プロセスに使用する十分な電流を輸送する材料の能力のことである。シード層を燐でドープすることは、増加した電流の分布からフィルムの均一性が向上し、フィルムの集塊が減少し、電気移動特性が改善され、シード層及びその後に堆積されるフィルムのグレン成長制御がより良好になり、堆積された導電性金属フィルムの酸化が最小になり、そして実質的にボイドの無い高アスペクト比充填が得られることを企図するものである。
【００１７】本発明は、燐ドープ陽極と、燐ドープフィルムを電気化学堆積プロセスによって堆積させるための装置とを更に提供する。燐ドープ陽極は、好ましくは、電解液がそれを通って流れるようにする外囲内に配置されている燐ドープ金属と、外囲を通して配置され、燐ドープ金属と電気的に接触している電極とを含み、ドープされた金属は好ましくは有孔板の形状である。燐ドープ陽極は、好ましくは燐ドープ陽極の約0.01乃至約15重量％の燐がドープされている銅を含む。陽極は電気めっきセルのような電気化学堆積装置内にも使用することができ、この装置は、基板を保持して位置決めする基板ホールダ、基板と接触している陰極、基板及び燐ドープ陽極を受入れて電解液と接触させることができる電解液コンテナを含む。陽極を燐でドープすることは、陽極分極及び酸素の共進化を含む酸化の副反応、またはバブル形成を減少させ、並びに燐ドープ陽極材料の過大な溶解を最小にすることを企図するものである。
【００１８】本発明の以下の説明は、陽極内に燐を使用するものとしているが、燐に代わる、または燐に加えて他のドーパントも使用できることを意図している。これらの他のドーパントは、脱酸素剤であることもできる。他の好ましいドーパントの例は、ホウ素、インジウム、錫、ベリリウム、及びそれらの組合わせである。これらの他のドーパントが燐と同じような機能を与えることを企図しており、従って本発明の範囲内にあることをも企図している。
【００１９】従って別の面において、本発明の一実施の形態は、ドープされた金属フィルムを導電性基板上に形成することを意図している。ドープされた金属フィルムは、導電性基板上にドーパント含有層を堆積させ、次いでドーパント含有層上に導電性金属層を堆積させてドープされた金属フィルムを形成させることによって形成される。好ましいドーパントは、ホウ素、インジウム、錫、ベリリウム、及びそれらの組合わせを含み、これらは基板表面上のドープされ層の堆積の均一性を改善し、導電性材料の酸化を減少させることができる。ドーパント含有層は好ましくは１つまたはそれ以上のドーパントを含むシード層、及び好ましくは銅である導電性金属であって、シード層中のドーパント濃度は約0.01乃至約15重量％であり、導電性金属層は好ましくは銅からなる。ドーパント含有金属フィルムは、基板上に誘電体層を堆積させ、誘電体層内にフィーチャをエッチングし、フィーチャ内に導電性層を堆積させ、導電性層上に燐含有層（好ましくは、燐ドープシード層）を堆積させ、そして燐含有シード層上に導電性金属層を堆積させることによって、基板を処理するために使用することもできる。
【００２０】更に別の面において、本発明の一実施の形態は、ドープされた金属フィルムをドープされた陽極によって堆積させるための装置をも意図している。本装置は、電気化学堆積装置内にも使用することができる。陽極に使用するための好ましいドーパントは、ホウ素、インジウム、錫、ベリリウム、及びそれらの組合わせを含む。ドープされた陽極は、好ましくは、電解液がその中を流れるようにする外囲内に配置されているドープされた金属、及び外囲を通して配置され、ドープされた金属と電気的に接続されている電極を含み、ドープされた金属は、好ましくは有孔板の形状である。ドープされた陽極は好ましくは銅であり、ドーパント濃度は約0.01乃至約15重量％である。
【００２１】装置図１は、電気めっきシステムプラットフォーム２００の例の上面図であって、本発明の方法を遂行するために使用できる装置の一実施の形態を示している。図２は、図１に示されている電気メッキシステムプラットフォーム２００の斜視図である。例示した電気メッキシステムプラットフォーム２００及び代替実施の形態が、1999年４月８日付のコペンディング米国特許出願第09/289,074号“Electro-Chemical Depositon System”に開示されているので参照されたい。本発明の実施の形態である方法を遂行するために使用できる別の電気メッキシステムの例が、1999年７月９日付のペンディング米国特許出願第09/350,877号に開示されているので参照されたい。上述したように、本発明の装置の一実施の形態または例が、図１及び２に示されている。しかしながら、本発明はこの装置に限定されるものではないことを理解されたい。
【００２２】図１及び２を参照する。電気めっきシステムプラットフォーム２００は、一般的に、ローディングステーション２１０、熱焼なましチャンバ２１１、メインフレーム２１４、及び電解液補充システム２２０を含んでいる。メインフレーム２１４は、一般的に、メインフレーム転送ステーション２１６、スピン・リンス・乾燥（ＳＲＤ）ステーション２１２、複数の処理ステーション２１８、及びシード層強化ステーション２１５を含む。好ましくは、メインフレーム２１４を含む電気めっきシステムプラットフォーム２００は、プレクシグラスのようなパネルを使用してきれいな環境内に閉じ込める。メインフレーム２１４は、本発明の電気化学堆積プロセスを完了させるために使用される種々のステーションを支持するための切欠きを有するベース２１７を含む。ベース２１７は、その上に配置される種々のステーションを支持できるような、好ましくはアルミニウム、ステンレス鋼、その他の堅固な材料で製造する。潜在的な化学的腐食に曝されるベース２１７の表面上に、HalarTM、エチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）その他の保護被膜のような化学的保護被膜を堆積させることが好ましい。各処理ステーション２１８は、１つまたはそれ以上の処理セル２４０を含む。電解液補充システム２２０はメインフレーム２１４に近接して位置決めされ、電気めっきプロセスに使用される電解液を循環させるために処理セル２４０に個々に接続されている。電気めっきシステムプラットフォーム２００は、システムに電力を供給するための電源ステーション２２１、及び典型的にはプログラム可能なマイクロプロセッサを含む制御システム２２２を更に含んでいる。
【００２３】ローディングステーション２１０は、好ましくは、１つまたはそれ以上の基板カセット受入れ領域２２４、１つまたはそれ以上のローディングステーション転送ロボット２２８、及び少なくとも１つの基板配向器２３０を含む。ローディングステーション２１０内に含まれる基板カセット受入れ領域、ローディングステーション転送ロボット２２８、及び基板配向器は、システムの所望のスループットに従って構成することができる。図１及び２に示すように、ローディングステーション２１０は、２つの基板カセット受入れ領域２２４、２つのローディングステーション転送ロボット２２８、及び１つの基板配向器２３０を含んでいる。基板２３４を容れる基板カセット２３２は基板カセット受入れ領域２２４上にロードされ、基板２３４は電気めっきシステムプラットフォーム内へ導入される。ローディングステーション転送ロボット２２８は、基板カセット２３２と基板配向器２３０との間で基板２３４を転送する。ローディングステーション転送ロボット２２８は、典型的に、当分野においては公知の転送ロボットを含んでいる。基板配向器２３０は、基板が適切に処理されるように各基板２３４を所望の向きに位置決めする。ローディングステーション転送ロボット２２８は、また、基板２３４をローディングステーション２１０とＳＲＤステーション２１２との間に、及びローディングステーション２１０と熱焼なましチャンバ２１１との間に転送する。ローディングステーション２１０は、好ましくは、システムを通して基板の効率的な転送を容易ならしめるために、必要に応じて基板を一時的に貯蔵するための基板カセット２３１を更に含む。
【００２４】図２は、フリッパーロボット２４０４が組み込まれているメインフレーム転送ロボット２４２をも示している。メインフレーム転送ロボット２４２は、メインフレームステーションに取付けられている処理ステーション及びＳＲＤステーションを含む異なるステーションの間で基板を転送するのに役立つ。メインフレーム転送ロボット２４２は、複数のロボットアーム２４０２（２つを示してある）を含み、フリッパーロボット２４０４は、各ロボットアーム２４０２毎のエンドエフェクタとして取付けられている。フリッパーロボットは当分野においては公知であり、カリフォルニア州ミルピタスのRorze Automation, Inc.から入手可能なモデルRR701のような基板取扱いロボットのエンドエフェクタとして取付けることができる。エンドエフェクタとしてフリッパーロボットを有するメインフレーム転送ロボット２４２は、メインフレームに取付けられている異なるステーションの間で基板を転送し、転送される基板を所望の表面配向に裏返すことができる。例えば、フリッパーロボットは、処理セル２４０における電気めっきプロセスのためには基板処理表面が下になるように裏返し、スピン・リンス・乾燥プロセスのような他のプロセスのためには基板処理表面が上になるように裏返す。好ましくは、メインフレーム転送ロボット２４２は、ロボットアーム２４０２によってロボット運動をＸ-Ｙ-Ｚ軸に沿って独立的に行わせ、フリッパーロボットエンドエフェクタ２４０４によって基板の裏返し回転を独立的に行わせる。
【００２５】好ましくは、急速熱焼なまし（ＲＴＡ）チャンバ２１１をローディングステーション２１０に接続し、ローディングステーション転送ロボット２２８によってＲＴＡチャンバ２１１内へ、及び該チャンバから基板を転送させる。電気めっきシステムは、好ましくは、ローディングステーション２１０の対称的設計に対応して、ローディングステーション２１０の反対側に配置されている２つのＲＴＡチャンバ２１１を含む。熱焼なましチャンバは当分野では公知であり、急速熱焼なましチャンバは、堆積される材料の特性を強化するために基板処理システム内において典型的に使用されている。ホットプレート設計及び熱ランプ設計を含むいろいろな熱焼なましチャンバ設計を使用して堆積された銅フィルムのようなフィルムを再結晶させることによって、電気めっき結果を強化することができる（堆積された材料を流させてフィーチャ内に形成されるボイドを充填させ、酸素のような汚染物の層を純化し、堆積された材料内への燐のようなドーパントの拡散を促進し、そして結晶の成長及び配向を管理してフィルム特性を制御することができる）。本発明に有用な１つの特定の熱焼なましチャンバは、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials, Inc.から入手可能なＷ×ＺTMである。
【００２６】再度図１及び２を参照する。電気めっきシステムプラットフォーム２００は、プラットフォームの各成分の機能を制御する制御システム２２２を含んでいる。好ましくは、制御システム２２２はメインフレーム２１４上に取付けられ、プログラム可能なマイクロプロセッサを含む。プログラム可能なマイクロプロセッサは、典型的には電気めっきシステムプラットフォーム２００の全ての成分を制御するように特に設計されているソフトウェアを使用してプログラムされる。制御システム２２２はシステムの成分に電力をも供給し、オペレータが電気めっきシステムプラットフォーム２００を監視し、動作できるようにする制御パネル２２３を含んでいる。制御パネル２２３は、ケーブルによって制御システム２２２に接続されているスタンドアロンモジュールであり、オペレータが容易にアクセスできるようになっている。概述すれば、制御システム２２２はローディングステーション２１０、ＲＴＡチャンバ２１１、ＳＲＤステーション２１２、メインフレーム２１４、及び処理ステーション２１８の動作を調整する。更に、制御システム２２２は、電解液補充システム２２０のコントローラと共に電気めっきプロセスのための電解液の供給を調整する。
【００２７】図３は、本発明のプロセスと共に使用するのに適する電気めっきセルの一実施の形態の断面図である。本発明は、本発明のプロセスを遂行するのに適している図３以外の他の電気めっきセルの使用も意図している。図３は、燐ドープフィルムを堆積させるのに使用される燐ドープ陽極の一実施の形態を有する電気めっき処理セル４００を示している。処理セル４００は、一般的に、ヘッドアセンブリ４１０、処理キット４２０、及び電解液コレクタ４４０を含んでいる。ヘッドアセンブリ４１０は、一般的に、基板ホールダアセンブリ４５０及び基板アセンブリアクチュエータ４５８を含み、基板ホールダアセンブリ４５０は処理キット４２０の上に位置決めされている。処理キット４２０は、一般的に、ボウル４３０、コンテナボディ４７２、燐ドープ陽極アセンブリ４７４、及びフィルタ４７６を含む。図３に示す実施の形態では、陽極アセンブリは、詳細を後述する陽極４９６を含んでいる。
【００２８】上述したように、本発明の一実施の形態は、金属層を堆積するために燐ドープ金属の陽極を有する装置に関する。燐ドープ金属を陽極に使用した場合に、予期しなかった、そして驚くべき結果が得られることを発見した。例えば、他の型の陽極を組み込んだめっきセルを動作させた場合には、電気めっきプロセス中に陽極上に酸素、及び酸素バブルが発生し、その上に酸化物を形成させ得る。陽極上に酸化物が形成されると、陽極は所望の導電特性を呈さなくなり、それによって電気めっき堆積プロセスに不利に影響するようになる。更に、基板めっき表面に達する自由酸素から形成されるバブルがめっき欠陥をもたらし、十分な電解液がめっき表面と接触するのを妨害する恐れがある。本発明の実施の形態の若干の面は、燐ドープ陽極、例えば燐ドープ陽極アセンブリ４７４の燐ドープ陽極４９６を使用することによって、陽極に及ぼす酸素の不利な効果を制限することを意図している。燐ドープ陽極内の燐は、陽極に形成される自由酸素と強く反応し、それによって堆積に干渉する酸素バブルの形成を最小にする。更に、燐を攻撃的な脱酸素剤として働かせ、陽極と反応する自由酸素を減少させて陽極上にバブル及び金属酸化物フィルムが形成するのを防ぎ、それによって陽極酸化の可能性を減少乃至は排除することができる。好ましくは、燐その他のオキシダントの量は、本発明の利益を受けるのに効果的且つ十分な量とする。
【００２９】図３を参照する。燐ドープ陽極アセンブリ４７４は好ましくはコンテナボディ４７２の下に配置してコンテナボディ４７２の下側部部分に取付け、フィルタ４７６は燐ドープ陽極アセンブリ４７４とコンテナボディ４７２との間に配置する。好ましくは、フィルタ４７６はコンテナボディ４７２の下側開口に取付けてそれを完全にカバーし、燐ドープ陽極アセンブリ４７４はフィルタ４７６の下に配置する。フィルタ４７６と燐ドープ陽極アセンブリ４７４との間にスペーサ４９２を配置することができる。好ましくは、フィルタ４７６、スペーサ４９２、及び燐ドープ陽極アセンブリ４７４は、ねじ及び／またはボルトのような取外し可能な締付け具を使用してコンテナボディ４７２の下側表面に固定する。代替としてフィルタ４７６、スペーサ４９２、及び燐ドープ陽極アセンブリ４７４は、ボウル４３０に取外しできるように固定される。フィルタ４７６は、好ましくは、基板めっき表面に向かう電解液流れパターンを制御するのにも役立つセラミックディフューザを含む。燐ドープ陽極アセンブリ４７４は、好ましくは、電解液内の金属源として役立つ消耗可能な燐ドープ陽極４９６を含む。
【００３０】図３に示すように、燐ドープ陽極アセンブリ４７４は、好ましくは多孔質の消耗可能な燐ドープ陽極４９６を収容するように、好ましくは銅のような電気めっきされる金属と同一の金属で作られているた陽極外囲４９４を有する自己包囲モジュールである。燐ドープ銅層の堆積に使用される消耗陽極４９６は、好ましくは、陽極の約0.01重量％乃至約15重量％の燐ドーパント量を有する銅を含む。外囲自体の物理的構造または設計は普通のものであって、これらの外囲は当分野では公知である。消耗陽極４９６は、金属粒子または金属ワイヤーを含むことができるが、好ましくは陽極外囲４９４内に入れた有孔または中実の高度に純粋な銅のような金属シートを含む。代替として陽極外囲４９４を、セラミックまたはポリマー膜のような多孔質材料で作る。陽極外囲４９４は、溶解した金属材料によって生成される粒子を陽極外囲４９４内に維持するフィルタとしても働く。
【００３１】消耗（即ち、可溶性）陽極４９６は、実質的にガスを生成しない電解液を溶液内に供給する（これに対して、不溶性の陽極を使用する電気めっきプロセスは、電気めっきプロセスに不利に影響を及ぼすガス生成及びバブル生成が特に問題になる）。消耗陽極は陽極の分解によって銅を電解液内へ導入するので、銅電解液を定常的に補充する必要性をも最小にする。好ましい実施の形態では、陽極外囲４９４内に入れた、またはその中に閉じ込められた有孔金属板は、複数の縦方向に配置された通路をその中に有する金属板を含み、その形状は電解液溶液内の陽極４９６の分解に大きい表面積と、それを通って流れる電解液溶液のための通路を与えるようになっている。有孔金属板の大きい表面積は、陽極の分極及び酸素共進化を含む酸化副反応を最小にし、周期的な逆めっきサイクルの基板陽極分解ステージ中の銅めっきの電流密度を中庸化する。もし過大な添加物が陽極上に分解するのを避けるために、電解液に曝される表面積をより小さくすることを望むのであれば、有孔板の下向き側（流れに対面する側）を絶縁材料で覆うことが望ましいかも知れない。
【００３２】好ましくは、陽極外囲４９４を通して陽極電極コンタクト４９８を挿入し、電源から消耗陽極４９６への電気的接続を与える。好ましくは、陽極電極コンタクト４９８は、チタン、白金、及び白金被膜されたステンレス鋼のような電解液に不溶性の導電性材料で作る。陽極電極コンタクト４９８は、好ましくは、ボウル４３０を通して伸ばして電源に接続する。好ましくは陽極電極コンタクト４９８は、陽極電極コンタクト４９８をボウル４３０に固定する締付けナット４９９をねじ込むためのねじ付き部分４９７を含み、締付けナット４９９とボウル４３０との間にエラストマーワッシャのようなシール４９５を配置して処理キット４２０からの漏洩を防ぐ。
【００３３】処理キット４２０のコンテナボディ４７２は、好ましくはセラミック、プラスチック、プレクシグラス（アクリル）、レクサン、ＰＶＣ、ＣＰＶＣ、及びＰＶＤＦのような電気絶縁材料からなる円筒形ボディである。代替としてコンテナボディ４７２は、テフロン（登録商標）、ＰＶＤＦ、プラスチック、ゴム、その他電解液内で分解せず、且つ電極（即ち、電気めっきシステムの燐ドープ陽極、及び陰極）から電気的に絶縁することができる材料の組合わせのような絶縁層で被膜されたステンレス鋼、ニッケル、及びチタンのような金属で作ることができる。コンテナボディ４７２は、好ましくはシステムによって処理中の基板めっき表面及び基板の形状（典型的には、円形もしくは矩形の形状である）に順応するサイズであり、それに順応するようになっている。コンテナボディ４７２の１つの好ましい実施の形態は、内径が基板の直径とほぼ同一か、またはやや大きい円筒形セラミック管を含む。
【００３４】コンテナボディ４７２の上側部分は、半径方向外向きに伸びて環状の堰４７８を形成している。堰４７８は電解液コレクタ４４０の内壁４４６上に伸び、電解液が電解液コレクタ４４０内へ流入できるようにしている。堰４７８の内側の上側表面は、環状の平らな部分４８０、中央の傾斜した部分４８２、及び外側の下り坂部分４８４を含んでいる。基板を処理位置に位置決めした時、基板めっき表面はコンテナボディ４７２の円筒形開口の上に位置決めされ、陰極接触リング４６６の下側表面と堰４７８の上側表面との間に電解液を流すための間隙が形成される。陰極接触リング４６６の下側表面は、堰４７８の内側の平らな部分４８０及び中央の傾斜した部分の上に配置される。外側の下り坂部分４８４は下方に傾斜していて電解液が電解液コレクタ４４０内へ流れ易いようにしてある。
【００３５】コンテナボディ４７２の下側部分は、半径方向外向きに伸びてコンテナボディ４７２をボウル４３０に固定するための下側環状フランジ４８６を形成している。環状フランジ４８６の外側寸法（即ち、円周）は、電解液コレクタ４４０の開口４４４の寸法及び内側円周より小さく、処理キット４２０を電気めっき処理セル４００から取外したり、交換できるようにしてある。好ましくは、複数のボルト４８８を環状フランジ４８６上に固定的に配置し、ボウル４３０の整合したボルト孔を通って下方に伸ばしておく。複数の取外し可能な締付けナット４９０が、処理キット４２０をボウル４３０上に固定する。エラストマーＯリングのようなシール４８７が、コンテナボディ４７２とボウル４３０との間のボルト４８８から半径方向内側に配置されていて、処理キット４２０からの漏洩を防いでいる。ナット／ボルトの組合わせは、保守に際して処理キット４２０の成分の取外し、及び交換を迅速且つ容易にする。
【００３６】ボウル４３０は、一般に、円筒形部分５０２及び底部分５０４を含んでいる。上側環状フランジ５０６は、円筒形部分５０２のトップから放射状に外向きに伸びている。上側環状フランジ５０６は、コンテナボディ４７２の下側環状フランジ４８６からのボルト４８８と同数の複数の孔５０８を含んでいる。ボウル４３０の上側環状フランジ５０６及びコンテナボディ４７２の下側環状フランジ４８６とを固定するために、孔５０８を通してボルト４８８を挿入し、締付けナット４９０をボルト４８８上に締付ける。好ましくは、上側環状フランジ５０６の外径（即ち、円周）を下側環状フランジ４８６の外径（即ち、円周）とほぼ同じにする。好ましくは、処理キット４２０をメインフレーム２１４上に位置決めした時、ボウル４３０の上側環状フランジ５０６がメインフレーム２１４の支持フランジ上に載るようにする。
【００３７】円筒形部分５０２の内側円周は、燐ドープ陽極アセンブリ４７４及びフィルタ４７６を受入れる。好ましくは、フィルタ４７６及び燐ドープ陽極アセンブリ４７４の外径を円筒形部分５０２の内径よりも僅かに小さくし、電解液の実質的な部分がフィルタ４７６を通って流れる前に、先ず燐ドープ陽極アセンブリ４７４を通って流れるようにする。ボウル４３０の底部分５０４は、電解液補充システム２２０からの電解液供給ラインに接続されている電解液入口５１０を含んでいる。好ましくは、燐ドープ陽極アセンブリ４７４をボウル４３０の円筒形部分５０２の中央部分に配置し、燐ドープ陽極アセンブリ４７４と底部分５０４の電解液入口５１０との間に電解液を流すための間隙を作る。
【００３８】電解液入口５１０及び電解液供給ラインは処理キット４２０の取外し及び交換を容易にするために、好ましくは取外し可能なコネクタによって接続する。処理キット４２０の保守が必要な場合、処理キット４２０から電解液を排出させ、電解液供給ライン内の電解液の流れを止め、排出させる。電解液供給ラインのためのコネクタを電解液入口５１０から解放し、燐ドープ陽極アセンブリ４７４への電気接続も切離す。ヘッドアセンブリ４１０を上昇させて回転させ、処理キット４２０を取外すための隙間を作る。次いで処理キット４２０をメインフレーム２１４から取外し、新しい、または再調整した処理キットをメインフレーム２１４内へ再配置する。
【００３９】代替として、ボウル４３０をメインフレーム２１４の支持フランジ上に固定することができ、保守の場合には、コンテナボディ４７２を、燐ドープ陽極４９６及びフィルタと共に取外すことができる。この場合、燐ドープ陽極アセンブリ４７４及びコンテナボディ４７２をボウル４３０に固定しているナットを取外せば、燐ドープ陽極アセンブリ４７４及びコンテナボディ４７２は容易に取外すことができる。次いで、新しい、または再調整した燐ドープ陽極アセンブリ４７４及びコンテナボディ４７２をメインフレーム２１４内へ再配置し、ボウル４３０に固定する。
【００４０】再度図３を参照する。好ましくは、電解液コレクタ４４０は、図１及び２に示すメインフレーム２１４のボディ４４２の開口４４３（処理キット４２０を配置するための位置を限定する）の上に固定する。電解液コレクタ４４０は、内壁４４６、外壁４４８、及びこれらの壁を接続している底４４７を含む。電解液コレクタ４４０の底４４７を通して電解液出口４４９が配置され、管、ホース、パイプ、その他の流体転送コネクタを通して電解液補充システム２２０（図１及び２に示す）に接続されている。
【００４１】ヘッドアセンブリ４１０は、ヘッドアセンブリフレーム４５２上に取付けられている。ヘッドアセンブリフレーム４５２は、取付けポスト４５４及びカンチレバーアーム４５６を含んでいる。取付けポスト４５４はメインフレーム２１４のボディ４４２上に取付けられており、カンチレバーアーム４５６は取付けポスト４５４の上側部分から横方向に伸びている。好ましくは、取付けポスト４５４は取付けポストに沿う垂直軸に対して回転運動し、ヘッドアセンブリ４１０を回転させることができるようになっている。ヘッドアセンブリ４１０は、カンチレバーアーム４５６の先端に配置されている取付け板４６０に取付けられている。カンチレバーアーム４５６の下端は、取付けポスト４５４に取付けられている空気圧シリンダのようなカンチレバーアームアクチュエータ４５７に接続されている。カンチレバーアームアクチュエータ４５７は、カンチレバーアーム４５６を、カンチレバーアーム４５６と取付けポスト４５４との間のジョイントに対してピボット運動させる。カンチレバーアームアクチュエータ４５７が収縮した場合には、カンチレバーアーム４５６はヘッドアセンブリ４１０を処理キット４２０から遠去けて処理キットを電気めっき処理セル４００から取除く、及び／または交換するのに必要な間隔を与える。カンチレバーアームアクチュエータ４５７が伸張した場合には、カンチレバーアーム４５６はヘッドアセンブリ４１０を処理キット４２０に向かわせてヘッドアセンブリ４１０内の基板を処理位置に位置決めするように運動させる。
【００４２】ヘッドアセンブリ４１０は、一般的に基板ホールダアセンブリ４５０及び基板アセンブリアクチュエータ４５８を含んでいる。基板アセンブリアクチュエータ４５８は取付け板４６０に取付けられ、取付け板４６０を通して下方に伸びているヘッドアセンブリシャフト４６２を含む。ヘッドアセンブリシャフト４６２の下端は基板ホールダアセンブリ４５０に接続されていて、基板ホールダアセンブリ４５０を処理位置に、及び基板ローディング位置に位置決めする。
【００４３】基板ホールダアセンブリ４５０は、一般に、基板ホールダ４６４及び陰極コンタクトリング４６６を含んでいる。基板と接触する接触パッドの表面を除いて、陰極コンタクトリングの露出された表面は、好ましくは親水性表面になるように処理するか、または親水性特性を呈する材料で被膜する（親水性表面処理材は、マサチューセッツ州ベッドフォードのMillipore Corporationから入手可能である）。表面を親水性にすると、陰極コンタクトリングの表面上の電解液のビージング（beading）が大幅に減少する。本発明によれば、1998年11月30日付米国特許出願第09/201,486号“Cathode Contact Ring For Electrochemical Deposition”に開示されているコンタクトリング設計のような他のコンタクトリング設計も電気めっき処理セルに有用である。好ましくは基板ホールダ４６４を陰極コンタクトリング４６６の上に位置決めし、基板ホールダ４６４は基板の裏側に圧力を加えて基板めっき表面と陰極接触リング４６６との間の電気的接触を確実にする嚢アセンブリ４７０を含んでいる。
【００４４】燐ドープフィルム堆積プロセス一実施の形態では、本発明は燐ドープ導電性金属フィルムを使用する基板フィーチャの形成に関する。燐ドープ導電性金属フィルムを形成させるために、好ましくはシード層である燐含有層または燐ドープ層を先ず導電性基板上に堆積させる。層中の燐ドーピングの量は、約0.01重量％乃至約15重量％、好ましくは約0.01重量％乃至約３重量％、最も好ましくは0.01重量％乃至約0.05重量％である。次いで、ドープされた層と同一の材料（例えば、燐ドープ銅層の場合には、銅）であることが好ましい導電性金属層を、燐ドープ層上に堆積させる。燐ドープ層及び導電性金属層は、好ましくは、電気めっき堆積プロセスによって堆積させる。
【００４５】本明細書においては、“シード層”とは、堆積されるフィルムの層間付着を強化するために、その後に基板表面上に堆積されるフィルムの成長を促進するのに使用される、連続的に、または不連続に堆積される材料であると広義に定義している。本明細書においてはドーピング材料として燐を使用することについて詳細に説明しているが、ホウ素、インジウム、錫、ベリリウム、及びそれらの組合わせのような、それらもまた脱酸素剤である他のドーピング材料も本発明に含まれる。更に、以下の説明では、好ましい導電性材料として銅を使用するものとしているが、タングステン、アルミニウム及びニッケルのような、好ましくは電気化学堆積によって堆積させることができる他の導電性材料も本発明に含まれる。
【００４６】用語“電気めっき”とは、銅またはアルミニウムのような金属の層を、陽極と陰極との間に電流を流すことによって基板上に堆積させることである。好ましくは、本発明においては、電気めっきは、電解液溶液を通して燐ドープ陽極と陰極との間に電流を流し、金属フィルムを沈殿させることを含む。通常は、陰極は基板フィールドのような基板上に堆積される材料、または基板表面上に堆積される金属層であり、導電性の材料を含んでいる。燐ドープ消耗電極の場合には、燐ドープ陽極は、一般に、燐ドープ陽極において電気めっき溶液内に溶解し、陰極に沈殿する銅のような堆積材料からなっている。例えば、燐ドープ銅シード層は、電気めっき溶液内に陽極を溶解させ、陰極として働く導電性基板上に沈殿させるようにして、燐ドープ陽極によって堆積させることができる。次いで燐ドープ銅シード層は、その後の電気めっきプロセス（燐ドープ銅シード層の上に銅層を堆積させるのような）のための陰極として機能させる。
【００４７】好ましくは、燐ドープシード層を堆積させる電気めっきプロセスの場合には、燐ドーパントは燐ドープ可溶性（消耗）陽極によって導入する。燐ドープ陽極は、約0.01重量％乃至約15重量％、好ましくは約0.01重量％乃至約３重量％、最も好ましくは0.01重量％乃至約0.05重量％の燐をドープする。フィルムの特性を改善する他に、ドープされた陽極内の燐は、例えば銅のような陽極材料が酸性環境内に過大に溶解するのを保護するフィルムを陽極上に形成することによって、粒状物質が電気めっき溶液内に解放されるのを抑止する。
【００４８】本発明の別の面においては、基板を処理するために燐ドープフィルムを有利に使用することができる。基板フィーチャは、好ましくは、誘電体層を堆積させ、誘電体層内にフィーチャをエッチングし、次いでフィーチャ内に好ましくはバリヤーまたはライナー層としての導電層を堆積させることによって銅金属化スタックを形成させ、導電層上に燐ドープシード層を堆積させ、次いで燐ドープシード層上に導電性金属層を堆積させることによって形成させる。用語“フィーチャ”とは、半導体産業においては慣例的にその使用に従って広義に定義されているが、本明細書においてはより特定的に、基板材料または基板上に堆積された材料内に形成されている基板構造と定義し、限定するものではないが、バイア、コンタクト、相互接続、及びデュアルダマシーンのような基板構造を含む。
【００４９】図４は、本発明の金属化フィルムスタック６１０の概要断面図であって、導電性材料から形成されたライナーまたはバリヤー層６１８、燐ドープシード層６１９、及び基板６１２上に形成されたフィーチャ６１６内に堆積された導電性金属層６２０を有している。本明細書においては、用語“基板”は、シリコンウェーハ、別の誘電体層、または金属層のような堆積プロセスにおいて下側に位置する材料として広義に定義されており、一連の種々の材料の下側に位置する層を含むことができる。好ましい下側に位置する材料は、バリヤー材料、導電性材料、及びドープされたシリコンを含む。導電性ライナーまたはバリヤー層６１８をスキーム内に統合しないような金属化スキームの場合には、導電性基板または導電性基板表面が使用される。前処理プロセスによってめっきされる表面上にフラッシュ層のようなシード層６１９を堆積させ、それ以後の金属層を堆積させるために電気めっき技術によって使用される印加電流のための導電性表面を与えることができる。
【００５０】図４を参照する。フィーチャ６１６は、導電性基板６１２上に誘電体層６１４を堆積させ、パターンエッチングしてバイア、コンタクト、トレンチ、またはラインのようなフィーチャ６１６の所望アスペクトを形成させることによって形成される。導電性基板６１２は、ドープされたシリコン基板の形状をとることも、または基板上に形成された最初の、またはそれ以後の導電性層であることもできる。誘電体層６１４は、シリコンウェーハ上に堆積されたプレメタル誘電体層、またはレベル間誘電体層であることができ、当分野においては公知の手順に従って、下側に位置する導電性基板６１２上に形成される。誘電体層６１４を堆積させた後に、プラズマエッチングを含む当分野においては公知の何等かの誘電体エッチングまたはパターニングプロセスを使用して誘電体層６１４をエッチングすることができる。現在知られている、または未だ発見されていない何等かの誘電体材料を使用することができ、これらは本発明の範囲内にあることを理解されたい。
【００５１】好ましくは、燐ドープシード層６１９及び導電性金属層６２０の前にライナーまたはバリヤー層６１８を堆積させ、下側に位置する基板６１２へ金属層６１９及び６２０から拡散することを防ぐ。銅材料層またはドープされた銅金属層の場合、好ましいライナーまたはバリヤー層は、耐熱金属及び耐熱金属の窒化物（例えば、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮx）、ニオブ（Ｎb）、ケイ酸アルミニウム、等）、タンタル（Ｔa）、窒化タンタル（ＴaＮ）、窒化チタン（ＴiＮ）、詰込まれたＰＶＤ Ｔi／Ｎ2、ドープされたシリコン、アルミニウム、酸化アルミニウム、三元化合物（窒化チタンシリコンＴiＳiＮ、窒化タングステンシリコンＷＳiＮ、等）、またはこれらの層の組合わせを含む。銅金属化スキームにとって最も好ましいライナーまたはバリヤー層は、タンタル（Ｔa）及び窒化タンタル（ＴaＮ）であり、これらは個々に、または順次に堆積させることができる。
【００５２】ライナーまたはバリヤー層６１８は、当分野において公知の何等かの適切なプロセスによって堆積させることはできるが、好ましくは、特に高アスペクト比のフィーチャの場合には、ＰＶＤ-ＩＭＰプロセスを使用して堆積させるか、また有機金属前駆体の分解によることを含む化学蒸着（ＣＶＤ）技術、または平行化またはロングスローＰＶＤスパッタリングのような他のＰＶＤ技術のような他の方法によって堆積させることもできる。ＣＶＤプロセスはフィルムをより順応的に堆積させるので、有機金属前駆体分解堆積も好ましい堆積技術である。平行化したＰＶＤスパッタリングは当分野においては公知であり、一般的にはターゲットと基板との間にコリメータ（スパッタされる材料だけを、コリメータを通してある方向（一般的には基板表面に垂直な方向）に走行可能にするフィルタとして働く）を配置することによって遂行される。これも当分野においては公知のロングスローＰＶＤスパッタリングは、一般的には、ターゲットと基板との間隔を増加させることによって遂行される。距離を伸ばすことによって、基板に到達するスパッタされた材料が基板表面に垂直に導かれる可能性が増加する。
【００５３】燐ドープシード層６１９は、電気化学プロセス、好ましくは燐ドープ陽極を使用する電気めっきプロセスを使用してＴaＮライナーまたはバリヤー層６１８上に堆積される。燐ドープシード層６１９は、銅のような導電性材料、及び燐ドーピング材料を含む。例えば、燐ドープ材料は、その後に堆積される導電性銅層６２０（フィーチャを充填することができる）のためのシード層としてライナーまたはバリヤー層の上に堆積させることができる。燐は、従来は存在した堆積プロセス中の銅の集塊を減少または排除し、より均一な層を発生させてシード特性を改善する。また燐は、導電性材料と電気めっき溶液との界面における金属フィルムの酸化をも最小にし、より均一なフィルムを発生させる。燐ドープ銅シード層６１９は、約0.01重量％乃至約15重量％の燐濃度を含むが、好ましくは約0.01重量％乃至約３重量％、最も好ましくは0.01重量％乃至約0.05重量％である。
【００５４】好ましくは銅である導電性金属６２０の層は燐ドープシード層６１９上に堆積され、堆積された銅６２０の層は相互接続６１６を完全に充填している。相互接続６１６を充填するためには、一般的に、構造のフィールド全体を銅でカバーする必要がある。銅層６２０は、ＰＶＤ、ＩＭＰ、ＣＶＤ、電気めっき、無電気堆積、蒸発、または当分野においては公知の他の何等かの方法によって堆積させることができるが、銅層６２０は好ましくは電気めっき技術によって堆積させる。可溶性陽極を含むシステムにおいて銅フィルムを堆積させるための電気めっき薬品の例が、1999年２月５日付のコペンディング米国特許出願第09/245,780号“Electrodeposition Chemistry For Improved Filling Of Apertures”に開示されているので参照されたい。
【００５５】フィーチャは、好ましくは化学機械研磨（ＣＭＰ）によって、金属化されたフィルムスタック６１０のトップ部分を平面化することにより更に処理することができる。平面化プロセス中に、銅層６１８及び誘電体層６１４の部分が構造のトップから除去され、バイア６１６内に形成されている導電性フィーチャと完全に平面をなす表面が残される。それ以後の他の処理は、もし望むならば焼なまし、ＩＣ製造では公知の付加的な層の堆積、エッチング、及び他のプロセスを含むことができる。若干の面では、本発明は、詳細を上述した燐ドープフィルムを使用する基板フィーチャの形成に関する。他の電気めっき方法によって堆積される銅フィルムは均一に形成されない傾向があり、集塊し得る。本発明によれば、フィルムに他の若干のドーピング材を付加することによって、均一な厚みのフィルムの堆積が促進され、フィルムの集塊による堆積欠陥の形成を減少させることができる。薄いシード層の場合には、燐がフィルムの集塊を減少させ、より均一なそして連続的なシード層を作る。詳述すれば、導電性材料が堆積される際の表面拡散性、または表面張力（１つの主因は、集塊）を燐が減少させることによって、導電性金属層の堆積を改善するのである。従って、ドープされた導電性層を用いると集塊の発生が少なくなり、導電性層はより順応的に堆積してボイドの発生を少なくする。燐ドーパント材料は銅のような導電性材料に対する脱酸素剤でもあるから、電気めっきプロセスにおける粒子問題を発生させ得る、そして基板の表面上に酸化物を形成させることによってフィルムの集塊にも寄与し得る酸化を大幅に減少させることができる。
【００５６】電気めっきのような若干の堆積プロセスは、下側に位置するシード層の完全性によって影響を受け得る。従って、より均一な層の厚みで、集塊が少なく、且つより順応的に堆積された下側に位置するドープされた層は、それ以後にその上に堆積される金属層をより均一にすることができる。それ以後の層が均一であると層間の付着が改善され、また電気めっきされたフィルム内のボイド及び不連続の形成が少なくなる。更に、シード層内のドーパントがフィルムの表面張力を減少させ、それによって導電性金属フィルムの表面移動度が低くなってフィルムを硬化させる。フィルムの硬さが増加すると、金属フィルムに印加される高電流密度に応答して原子がフィルムを通って運動することがより困難になるので、電気移動に対するフィルムの耐性が増加し、改善された電気移動特性を有するフィルムの形成が可能になる。
【００５７】本発明の燐ドーパントは、他の利点も有している。例えば、燐ドーパントは、堆積される電気めっきフィルム内のグレン成長を制御する。銅フィルム内の燐ドーパントは、堆積されるフィルム内の銅核形成サイトの結晶配向に干渉することによって、より小さいグレンサイズを助長する。グレンサイズが小さいと、フィルムはグレン内の原子の改善された移動度、及び対応する低い融解温度を有するようになり、堆積された電気めっきフィルムの特性を改善するために使用される焼なましその他のプロセスのような堆積後処理における銅フィルムの再結晶を早めることができる。また、グレンサイズが小さいと集塊も減少し、層の一様性が促進される。
【００５８】以上に、本発明の１つまたはそれ以上の実施の形態を説明したが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく本発明の他の、及びさらなる実施の形態を考案することができる。従って、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【出願人】 【識別番号】５０００２２０９６
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【出願日】 平成１３年２月１３日（２００１．２．１３）
【代理人】 【識別番号】１０００５９９５９
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 稔 （外９名）
【公開番号】 特開２００１−３１６８８６（Ｐ２００１−３１６８８６Ａ）
【公開日】 平成１３年１１月１６日（２００１．１１．１６）
【出願番号】 特願２００１−７９４１２（Ｐ２００１−７９４１２）