DD292938A5 - Verfahren zur streufaehigkeitskontrolle bei der strukturierten galvanischen metallabscheidung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Streufaehigkeitskontrolle bei der strukturierten galvanischen Metallabscheidung und eignet sich zur Kontrolle der Streufaehigkeit galvanischer Elektrolyte bei der Abscheidung von Metallstrukturen in den OEffnungen einer Haftmaske. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz ausgehend vom waehrend der Abscheidung erfolgenden Herauswachsen der Strukturelemente aus der Maske die Veraenderung definierter Abstaende zwischen benachbarten Strukturelementen erfaszt und ausgewertet wird. Die Erfindung gibt ein Verfahren zur Kontrolle der Streufaehigkeit galvanischer Elektrolyte bei der Abscheidung von Metallstrukturen an, das den Besonderheiten der strukturierten Abscheidung angepaszt ist. Die Erfindung hat die Aufgabe, eine mesztechnisch gut erfaszbare Groesze zu finden, die die Streufaehigkeit unter diesen Bedingungen kennzeichnet.{Streufaehigkeit; galvanische Abscheidung; Elektrolyt; Metallstrukturen; Messen; Haftmaske; OEffnungen; Abstaende}

Description

Anwendungsgebiet dor Erfindung

Die Erfindung eignet sich zur Kontrolle der Streufähigkeit galvanischer Elektrolyt«? bei der Abscheidung von Metallstrukturen in den Öffnungen einer Maske, die zur Erzeugung von Lothügeln und/oder leitenden Verbindungen auf Halbleiterkörpern oder anderen Substratmaterialien aufgebracht wurde.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Messung der Streufähigkeit von Elektrolyten zur galvanischen Metallabscheidung erfolgt üblicherweise durch Testabscheidungen in Zellen mit bestimmten geometrischen Formen, wie der Haring-Blum-Zelle, der Mull-Zelle oder der Dreieckzelle/1,2,4,5/. Die Metallverteilung auf zwei Katoden mit unterschiedlichem Abstand zur Anode bzw. auf einer Katode mit bestimmter geometrischer Form oder mit bestimmter Neigung zur Anode wird als Meßgröße ermittelt. Die so erhaltenen Werte haben nur für Vergleichszwecke Bedeutung und beziehen sich ausschließlich auf ganzflächige Abscheidungen. Auf ähnlichen Grundgedanken beruht die Glasrohrmethode, bei der zusätzlich Stromdichte-Potential-Kurven zur Messung herangezogen werden. Eine direk e Messung der Streufähigkeit über die Schichtdicke des abgeschiedenen Metalls wird in der Leiterplattentechnik benutzt, um die Metallisierung von Bohrlöchern zu kontrollieren. Obwohl diese Methode im Hinblick auf die Größe der Objekte schon der strukturierten Abscheidung auf Substraten mit ebener Oberfläche nahekommt, ist sie wegen des hohen Zeitaufwandes zur Herstellung der Quenohliffe als ungünstig anzusehen.

Vorgeschlagen wurde auch ein Verfahren, bei dem parallel zur Katodenoberfläche, aber isoliert zu ihr, eine Hilfskatode angebracht wird, deren Potential Rückschlüsse auf die Stromdichteverteilung, die Ausdruck der Streufähifjkeit ist, zuläßt/3/. Über praktische Erfahrungen mit dieser Methode wurden keine Angaben bekannt. Außerdam sind durch die abschirmende Wirkung einer solchen Hilfselektrode Störungen der Abscheidung zu erwarten. Ungewiß ist auch, bis zu welchen Abmessungen herunter dieses Verfahren anwendbar ist. Das gilt auch für die beschriebene Messung der örtlichen Stromdichteverteilung mit einem Halbleitersensor/6/. Eine direkte Aussage zur Streufähigkeit liefert die Messung von örtlichen Schichtdicken/7/. Bei strukturierten Abscheidungen ist die Erfassung von Hügelhöhen verwendbar, wie sie bei der Behügelung von integrierten Schaltkreisen auf unzerteilten Siliciumscheiben beschrieben wurde/8/. Die Messung setzt jedoch spezielle Dickenmeßeinrichtungen voraus, die für die betrachteten Industriezweige unüblich sind und einen hohen Kostenaufwand verursachen. Bei weichen Hügelmaterialien sind Verfälschungen infolge Deformationen nicht ausgeschlossen, wenn berührende Verfahren angewandt werden. Die Messung der Hügelhöhen durch Anfertigen von Querschliffen führt zur Zerstörung der Proben und erfordert hohen Aufwand.

Literaturangaben:

1 Dettner.W.; J.EIze

„Handbuch der Galvanotechnik", Carl Hanser Verlag, München.

2 Autorenkollektiv

„Galvanotechnisches Fachwissen", VEB Deutscher Verlag für die Grundstoffindustrie, Leipzig.

3 06 05 3317132,025021/12,11.5.83

„Verfahf3n zur Messung der elektrischen Stromdichteverteilung".

4 Matlosz, M.;C.Creton,C.CIerc, D.Landolf

„Secondary current distribution in a Hull cell", J. Electroch. Soc. 134 (1987) 12,3015.

5 Winkelmann, R.

„Die Hullzellentechnik für galvanische Bäder" Metalloberfläche 42 (1988) 3,119.

6 Gemmler,A. u.a.

„Halbleitersensorzur Messung von örtlichen Stromdichten" Metalloberfläche 42 (1988) 1,23 Metalloberfläche 42 (1988) 3,121.

7 Weller,G.;K.Zerweck

»Beeinflussung der Streufähigkeit In sauren Cu-Elektrolyten" Metalloberfläche 2S (1975) 111.

8 Kawanobe,T.; K.Miyamoto, Y.lnaba

.Solder bump fabrication by electrochemical methods for Flip-Chip lnteconnection" Proc. £001981,109. .

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kontrolle der Streufähigkeit galvanischer Elektrolyse bei der Abscheidung von Metallstrukturen anzugeben, das den Besonderheiten der strukturierten Abscheidung besser angepaßt ist als herkömmliche, die vorwiegend für ganzflächigo Abscheidungen entwickelt wurden. Dadurch soll ein Mittel geschaffen werden, um die Prozeßsicherheit zu erhöhen. Das neue Verfahren soll weiterhin eine einfache Auswertung ermöglichen, die mit Geräten oder Einrichtungen auskommt, die in entsprechenden Betrieben auch für andere Kontrollaufgaben verwendet werden. Dadurch vereinfacht sich die Ausbildung des Personals. Fernet soll das Verfahren mit geringem Zeitaufwand auskommen, also ohne Wagungen, Anfertigung von Schliffen oder sonstige Präparationen und sich an unzerteilten Substraten durchführen lassen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine meßtechnisch gut erfaßbare Größe zu finden, die die Streufähigkeit von Elektrolyten bei der galvanischen Abscheidung von Metallschichten in den Öffnungen von Haftmasken kennzeichnet. Sie muß die Besonderheiten des Streuverhaltens bei der Abscheidung kleiner isolierter Strukturen, wie etwa von Lothügeln oder Leiterzügen, widerspiegeln und sich durch eine einfache Auswertung von Testfeldern auf der strukturierten Fläche erfassen lassen. Der Meßvorgang soll mit üblichen Prüfausrüstungen und mit geringem Zeitaufwand durchführbar sein. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die verwendete Haftmaske im Bereich des Testfeldes mit Öffnungen versehen wird, die in der Regel einheitliche Gestalt haben, aber Unterschiede in ihrem gegenseitigen Abstand aufweisen können. Die galvanische Abscheidung wird solange fortgesetzt, bis die erzeugten Metallstrukturen aus den Öffnungen der Haftmaske herauswachsen und ihre Ränder sich einander nähern bzw. berühren.

Es wurde gefunden, daß der Übergang zwischen freistehenden und zusammengewachsenen Strukturelementen an einem von der Streufähigkeit des Elektrolyten abhängigen Ort erfolgt, der durch einfaches Auszählen mit genügender Sicherheit erfaßt werden kann, wobei als Hilfsmittel übliche Mikroskope geeignet sind. Es wurde außerdem gefunden, daß die Erfassung des Übergangs zwischen freistehenden und zusammengewachsenen Strukturelernente durch Messen des elektrischen Kontaktes möglich ist, wenn die zur Stromzuführung bei der galvanischen Abscheidung erforderliche Metallisierungsschicht unter der Maske im Bereich der Teststrukturen durch elektrisch nicht leitende Gebiete unterteilt ist.

Weiterhin wurde gefunden, daß die Aussage wesentlich unabhängiger von der genauen Einhaltung der Abscheidebedingungen ist, wenn mehrere Testfelder an unterschiedlichen Positionen des Substrats, insbesondere in unterschiedlichem Abstand vom Rand des Substrats angeordnet werden und die Ergebnisse mathematisch verknüpft werden.

Ausführungsbeispiele

1. Auf eine Siliciumscheibe, auf der mit üblichen Verfahren elektronisch aktive Strukturen erzeugt wurden, wird durch ein Vakuumverfahren eine 0,1 Mm dicke Cr-Schicht und auf diese eine 1 pm dicke Cu-Schicht aufgebracht. Die Si-Scheibe wird anschließend mit einer Fotoresistmaske von 2 pm Dicke versehen, die an den Stellen, an denen Metallhügel abgeschieden werden sollen, mit Öffnungen versehen wird. Auf der Si -Scheibe wird außerdem in der Nähe der Scheibenmitte und in der Nähe des Randes eine Teststruktur erzeugt, die aus quadratischen Öffnungen von 100 χ 100pm² besteht, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Die Abstände zwischen den Öffnungen sind in Stufen von 1 pm gestaffelt zwischen

5. ..20pm. Nach üblicher Vorbehandlung wird auf der Si-Scheibe mittels galvanischer Abscheidung Kupfer aus einem kommerziellen schwefelsauren Elektrolyten mit organischen Zusatzstoffen bei einer Stromdichte von 2 A/dm^ä abgeschieden. Nach 15 min wird die Probe entnommen und durch mikroskopische Betrachtung die Stelle bestimmt, an der die aus den Öffnungen der Maske herausgewachsenen Cu-Hügel der Teststruktur sich erstmalig berühren. Die Position dieser Stelle in der Reihe der Öffnungen ist in der Mitte der Si-Scheibe und der an ihrem Rand gelegenen Teststrukturen identisch, woraus auf eine sehr hohe Streufähigkeit geschlossen werden kann.

2. Das Ausführungsbeispiel entspricht dem Beispiel 1 ,jedoch wird zur Abscheidung ein schwefelsaurer Cu-Elektrolyt mit 200 g/l CuSC>4 χ 5H₂O und 50g/l H₂SO₄ cone, verwendet. Die Position der erstmaligen Berührung zwischen den Cu-Hügeln in der Reihe der Öffnungen ist in dem am Rand der Scheibe gelegenen Testfeld um vier Positionen höher, in Richtung größerer Abstände gezählt, als in der Mitto der Scheibe. Die Streufähigkeit ist geringer als im Beispiel 1 und kann durch die Differenz zwischen den ausgezählten Positionen charakterisiert werden.

3. Das Ausführungsbeispiel entspricht dem Beispiel 1, jedoch werden anstelle der beschriebenen Testfelder vier Reihen der genannten Öffnungen in der Maske erzeugt, die von der Mitte der Scheibe in Richtung des Randes angeordnet sind und in denen jeweils gleiche Abstände zwischen den Öffnungen innerhalb einer Reihe vorgegeben worden. Die Abstände steigen von Reihe zu Reihe um 2μπι an, beginnend mit 10pm. Nach der Metallabscheidung sind von einer Reihe an sämtliche Hügel zusammengewachsen, während in den benachbarten mit größerem Abstand der Öffnungen zwischen allen Hügeln Zwischenräume verbleiben. Damit wird eine sehr gute Streufähigkeit gekennzeichnet.

Das Ausführungsbeispiel entspricht dem Beispiel 3, jedoch wird anstelle des kommerziellen Cu-Elektrolyten der im Beispiel 2 beschriebene verwendet. In allen Reihen treten vom Rand zur Mitte hin abnehmende Abstände zwischen den Cu-Hüeln auf, wodurch eine niedrigere Streufähigkeit als im Beispiel 3 angezeigt wird.

Das Ausführungsbeispiel entspricht den Beispielen 1 und 2, jedoch wird die Cu/Cr-Schicht der Metallisierung vor dem Aufbringen der Haftmaske im Bereich der Testfelder durch abtragende Verfahren, beispielsweise durch Ätzen oder durch Laserbestrahlung, so strukturiert, daß zwischen den einzelnen Hügeln im Bereich der Reihe keine elektrisch leitende Verbindung verbleibt, aber dennoch durch seitliche Verbindungen die Stromzufuhr bei der galvanischen Beschichtung gewährleistet ist. Nach der Abscheidung wird durch einen erneuten metallabtragenden Schritt auch diese Verbindung durchtrennt. Durch Aufsetzen von Prüfspitzen wird die Stelle der Hügelberührung ermittelt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Streufähigkeitskontrolle bei der strukturierten galvanischen Metallabscheidung, gekennzeichnet dadurch, daß ausgehend von während der Abscheidung erfolgendem Herauswachsen der Strukturelemente aus der Maske die Veränderung definierter Abstände zwischen benachbarten Strukturelementen erfaßt und ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abstände zwischen benachbarten Öffnungen der Maske in vorgegebener Weise abgestuft werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Ort des Zusammenwachsens benachbarter Strukturelemente durch visuelle Betrachtung festgestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Ort des Zusammenwachsens durch elektrische Durchgangsprüfung festgestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3 oder 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Untersuchung an unterschiedlichen Orten des Substrats vorgenommen und die Ergebnisse miteinander verknüpft werden.