MXPA00003455A - Metalizacion con cobre de discos de silicio usando anodos insolubles - Google Patents

Abstract

Se proporciona un sistema de chapeado y un método para electrochapear con cobre discos de silicio usando unánodo insoluble, en donde el electrolito se agita o de preferencia se hace circular a través de un tanque de electrochapeado del sistema y una parte del electrolito se retira del sistema, cuando se alcanza un parámetro predeterminado de operación. Se agrega al sistema de chapeado con cobre, ya sea simultáneamente con el retiro del electrolito o después del retiro del mismo, una solución que contiene cobre que tienen una concentración de cobre mayor que la concentración de cobre de la parte removida, en una cantidad substancialmente igual al electrolito retirado en la corriente removida. En un método que sirve como reserva para hacer circular el electrolito. La adición de la solución que contiene cobre y el retiro del electrolito operativo se hace de preferencia desde el tanque contenedor. El aparato preferido, de preferencia es cilíndrico y estáconfigurado especialmente de manera que el electrolito circulante ingrese cerca delánodo y salga cerca del cátodo, y la salida del aparato del aparato tiene una abertura substancialmente continúa alrededor de la periferia del tanque de electrochapeado, de manera que el electrolito que sale del tanque tiene un flujo substancialmente uniforme a lo largo de la superficie del cátodo. Elánodo es de preferencia circular y tiene una abertura central que lo atraviesa, por la que pasa el electrolito que ingresa.

Description

METALIZACIÓN CON COBRE DE DISCOS DE SILICIO USANDO ÁNODOS INSOLUBLES DESCRIPCIÓN Campo de la Invención 5 • Esta invención se relaciona con un método y un sistema para chapear substratos con cobre y, en particular, se refiere a la metalización con cobre electrolítico de discos de silicio usando ánodos insolubles. Antecedentes de la Invención 10 La demanda para la fabricación de dispositivos de • circuitos integrados (Cl) semiconductores, tales como chips de computadoras con circuitos de alta velocidad, con un empaque de alta densidad y una baja disipación de energía, requiere una escala inferior de tamaño para las características relacionadas con estructuras que tienen una escala excesivamente grande de integración (EEEG) o estructuras que tienen una escala muy grande de integración (EEMG) . La tendencia para disminuir los tamaños de los chips • e incrementar la densidad del _ circuito requiere la miniaturización de las características de interconexión, que castiga severamente todo el rendimiento de la estructura, debido al aumento de la resistencia de interconexión y los problemas de funcionamiento, tal como en la fabricación de interconexiones y en la electroemigración. 25 En la presente, tales estructuras usan aluminio y aleaciones de aluminio como la metalización de discos de silicio con bióxido de silicio (Si02) que es el material dieléctrico. En general, se forman aberturas en la capa dieléctrica de Si02 con configuraciones de vías y canales que son metalizados formando las interconexiones, aumentando la miniaturización, al reducir las aberturas a sub icras (por ejemplo, 0.5 mieras y valores inferiores). Sin embargo, para lograr una miniaturización adicional, se propone usar cobre en lugar de aluminio, como el metal para formar las líneas de conexión en el chip. El cobre tiene una resistividad inferior que el aluminio y el espesor de la línea de cobre para la misma resistencia puede ser más delgada que la de línea de aluminio. Por lo tanto, las interconexiones basadas en cobre representan la tendencia futura para la fabricación de tales dispositivos. El cobre puede ser depositado en substratos mediante chapeado (tal como un chapeado electrolítico y un chapeado sin electrodeposición) , deposición electrónica, deposición de plasma mediante vapor (DEV) y deposición de productos químicos mediante vapor (DPQV) . Generalmente se reconoce que una deposición a base de chapeado es el mejor método para aplicar cobre al dispositivo, puesto que puede proporcionar una deposición a altas velocidades y con bajos costos para las herramientas. Sin embargo, los métodos de chapeado deben satisfacer los estrictos requisitos de la industria de semiconductores. Por ejemplo, los depósitos de cobre deberán ser uniformes y capaces de rellenar las vías y canales extremadamente pequeños del dispositivo. El proceso de chapeado también deberá ser capaz de ser controlado de manera que se reduzcan los problemas de chapeado o se eviten y también deberá ser compatible con las operaciones de los cuartos de depuración. En la industria de elementos electrónicos se reconoce que la deposición del cobre a partir dé baños de cobre ácido es el candidato sobresaliente para chapear con cobre los dispositivos de circuitos integrados. En general, el electrochapeado con cobre comprende la deposición de una capa de cobre sobre una superficie por medio de electrólisis, empleando un electrodo de cobre consumible o un ánodo insoluble. En el proceso de chapeado electrolítico consumible, el electrodo de cobre se consume durante la operación de chapeado y debe ser reemplazado periódicamente durante la operación de chapeado. Cuando el proceso de chapeado emplea ánodos insolubles, estos ánodos no se consumen en el proceso de chapeado y no tienen que ser reemplazados. La siguiente descripción será dirigida al chapeado electrolítico de cobre empleando ánodos insolubles. Sin considerar el método usado para la deposición del cobre sobre el substrato, se pueden depositar conjuntamente con el cobre las impurezas superficiales. En la fabricación de circuitos integrados, es importante que las partículas de las impurezas no estén presentes en el electrolito, pero tales impurezas pueden resultar de lodos formados durante la operación de chapeado, de productos químicos impuros y lo similar. Como en todos los procesos usados para fabricar los dispositivos de circuitos integrados (Cl) , es necesario que tales impurezas sean minimizadas y la mayoría de las operaciones se llevan a cabo en un cuarto de depuración. Un cuarto de depuración básicamente es un cuarto en el cual se llevan a cabo los diferentes pasos del proceso y se mantienen las partículas de polvo y otras partículas de impurezas abajo de ciertos niveles mediante el uso de filtros y otros dispositivos de depuración o limpieza. Es importante que cualquier proceso de chapeado para la fabricación de dispositivos de circuitos integrados pueda adaptarse para ser usado en un cuarto de depuración y que el proceso por si mismo minimice los problemas de las impurezas inherentes con el proceso de chapeado. Viendo los problemas y deficiencias de la técnica anterior, en consecuencia, es un objeto de la presente invención proporcionar un método y un aparato (sistema) mejorados para electrochapear un substrato. Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un método y un aparato electrolíticos mejorados para chapear con cobre un disco de silicio durante la fabricación de circuitos integrados empleando un ánodo insoluble. Es otro objeto de la presente invención proporcionar un método y un r aparato electrolíticos para chapear con cobre un substrato, con inclusión de los substratos de un disco de silicio que emplea un ánodo insoluble, el chapeado puede efectuarse en un cuarto de depuración. Es un objeto adicional de la invención proporcionar un proceso de chapeado con cobre electrolítico que tiene un electrolito en una condición substancialmente estable, en donde las propiedades de chapeado del depósito permanecen constantes . Otro objeto de la invención es proporcionar semiconductores y otros dispositivos de electrochapeado con cobre. Otros objetos y ventajas de la invención, en parte, serán rápidamente evidentes a partir de la siguiente descripción. Divulgación de la Invención Los solicitantes han descubierto un método electrolítico para chapear con cobre un substrato, de preferencia un substrato semiconductor de un disco de silicio que comprende : proporcionar un sistema de chapeado que comprende un aparato para chapear con cobre que comprende un tanque que tiene de preferencia un entrada y una salida y contiene un electrolito de cobre y un substrato que va a ser chapeado como un cátodo y un ánodo insoluble separado; agitar el electrolito de cobre en el tanque, de preferencia al hacer circular el electrolito en la entrada del tanque y al retirar simultáneamente el electrolito de cobre de la salida del tanque, mientras que se aplica una corriente y el cátodo es electrochapeado; medir por lo menos uno de los parámetros de 10 operación del sistema de chapeado; • retirar una parte del electrolito del sistema cuando se alcanza un parámetro predeterminado de operación; agregar al sistema, ya sea simultáneamente con el retiro del electrolito o después del retiro del electrolito, 15 una solución que contiene cobre que tiene una concentración de cobre mayor que la concentración de cobre del electrolito retirado y en una cantidad suficiente para incrementar la concentración de cobre del electrolito en el sistema a un • valor predeterminado y para mantener el volumen del 20 electrolito en el sistema en un volumen substancialmente constante. En otro aspecto de la invención, se proporciona un método para chapear con cobre electrolítico un substrato, de preferencia un substrato semiconductor de un disco de 25 silicio, que comprende: proporcionar un sistema de chapeado que comprende: un tanque de chapeado de cobre y un tanque contenedor de electrolito, el tanque de chapeado de cobre de preferencia es cilindrico y tiene una entrada de preferencia • 5 . en el extremo inferior del tanque y una salida en el extremo superior del tanque y que contiene un electrolito de cobre y un substrato como un cátodo y un ánodo insoluble separado, tanto el cátodo como el ánodo de preferencia son horizontales, la entrada y salida de preferencia se colocan 10 de manera que la corriente de electrolito entre al tanque de • chapeado cerca del ánodo y salga cerca del cátodo; agitar el electrolito, de preferencia al hacer circular el electrolito de cobre hacia la entrada del aparato desde el tanque contenedor y retirar simultáneamente el 15 electrolito de cobre de la salida del aparato y dirigir el electrolito de cobre de la salida hacia el tanque contenedor, mientras que se aplica una corriente y el cátodo es electrochapeado; • medir por lo menos uno c de los parámetros de 20 operación del sistema de chapeado; retirar una parte del electrolito del sistema cuando se alcanza un parámetro predeterminado de operación; agregar al sistema, ya sea simultáneamente con el retiro del electrolito o después del retiro del electrolito, una solución que contiene cobre que tiene una concentración de cobre mayor que la concentración de cobre del electrolito retirado y en una cantidad suficiente para incrementar la concentración de cobre del electrolito en el sistema a un valor predeterminado y para mantener el volumen del f 5 electrolito en el sistema en un volumen substancialmente constante. En otro aspecto de la invención, un aparato para chapear con cobre electrolítico un substrato, de preferencia un disco de silicio, que comprende: 10 un tanque de electrochapeado que contiene un electrolito de cobre, un substrato como un cátodo y un ánodo insoluble separado, el tanque de preferencia tiene un elemento de entrada y un elemento de salida; agitar el electrolito de cobre en el tanque, de preferencia al hacer circular el electrolito de cobre a través del tanque de electrochapeado desde la entrada hacia la salida, mientras que se aplica una corriente y el cátodo es electrochapeado; un elemento de medición para medir por lo menos uno 20 de los parámetros de operación del proceso de chapeado; un elemento de remoción para retirar el electrolito del tanque de electrochapeado cuando se alcanza un parámetro predeterminado de operación; y un elemento de adición para agregar al tanque de 25 electrochapeado una solución que contiene cobre que tiene una concentración de cobre mayor que la concentración de cobre del electrolito retirado en una cantidad suficiente para incrementar la concentración de cobre del electrolito en el sistema a un valor predeterminado y para mantener el volumen del electrolito en el sistema en un volumen substancialmente constante. En una modalidad preferida, el aparato además comprende un elemento de filtración para filtrar el electrolito y/o un elemento de enfriamiento/calentamiento para ajustar la temperatura del electrolito. Se prefiere filtrar el electrolito cuando entra al tanque de electrochapeado . En otro aspecto de la invención, el aparato además comprende un tanque contenedor de electrolito desde el cual el electrolito es bombeado a la entrada del tanque de electrochapeado y dentro del cual es bombeado el electrolito a la salida del tanque de electrochapeado. El elemento de adición agrega la solución que contiene cobre, de preferencia agrega la solución al tanque contenedor. El electrolito retirado del sistema también de preferencia es retirado del tanque contenedor. En otro aspecto de la invención, la solución aditiva que contiene cobre se envasa en un recipiente que contiene una cantidad predeterminada de la solución que va a ser agregada al sistema y se agrega mediante elementos adecuados para las operaciones del cuarto de depuración, por ejemplo, inyectar la solución al tanque contenedor desde el recipiente, y el recipiente ya sea que sea desechado o este disponible para rellenarse y reusarse. Asimismo, el 5 electrolito que se retira del sistema es retirado preferiblemente en un recipiente de desecho bajo condiciones adecuadas para las operaciones del cuarto de depuración y dicho recipiente puede ser retirado del sistema y pueden ser tratados los contenidos fuera del cuarto de depuración. 10 Breve Descripción de los Dibujos • Diversos aspectos de la presente invención puede ser entendidos con referencia a los dibujos que se acompañan en los que: La Figura 1 es una ilustración esquemática de un aparato de electrochapeado de cobre de la invención que emplea un tanque contenedor para reciclar el electrolito de cobre. La Figura 2 es una ilustración esquemática de otro • aparato de electrochapeado de cobre de la invención. 20 Modo(s) para Llevar a Cabo la Invención Al describir la modalidad preferida de la presente invención, se hará referencia a las Figuras 1-2 de los dibujos en los que números similares se refieren a características similares de la invención. Las características de la invención no necesariamente se muestran en escala en los dibujos. Con referencia a la Figura, 1, se muestra un sistema de chapeado de la invención,^ generalmente como 10 y se usa para electrochapear con cobre un substrato 12. El sistema de chapeado 10 y el método se describen con referencia al chapeado de un disco de silicio que emplea un ánodo insoluble, pero aquellos con experiencia en la técnica apreciarán que pueden ser chapeados otros substratos. El sistema de chapeado preferido 10 comprende un tanque de electrochapeado 11 que contiene el electrolito de cobre 27 y que se elabora de un material adecuado, tal como un plástico u otro material inerte dentro de la solución de chapeado electrolítico. El tanque de preferencia es especialmente cilindrico para el chapeado del disco. Un cátodo 12 esta dispuesto horizontalmente en la parte superior del tanque 11 y puede ser cualquier tipo de substrato, tal como un disco de silicio que tiene aberturas tales como canales o vías. El substrato de disco 12a, típicamente, se reviste con una capa iniciadora de cobre o de otro metal para iniciar el chapeado sobre la misma. Se puede aplicar la capa iniciadora de cobre mediante CVP, PVD y lo similar. Asimismo, el ánodo 13 de preferencia es circular para el chapeado del disco y esta dispuesto horizontalmente en la parte inferior del tanque 11 que forma un espacio entre el ánodo 13 y el cátodo 12. El ánodo 13 es un ánodo insoluble que no se consume en el proceso. Los ánodos insolubles adecuados incluyen al platino y los metales de platino, con inclusión del titanio platinado y el niobio platinado y los óxidos metálicos, por ejemplo, óxido de iridio, óxido de rutenio, etc. revestido en el substrato tal como titanio. El substrato del cátodo 12 y el ánodo 13 se conectan eléctricamente, mediante los alambres 14 y 15 respectivamente, con un rectificador 16 (el suministro de energía) . El substrato del cátodo 12 con la corriente directa tiene una carga negativa, de manera que los iones de cobre en la solución se reducen en el substrato del cátodo formando el metal de cobre chapeado en la superficie del cátodo 12a. En el ánodo 13 se lleva a cabo una reacción de oxidación que forma oxígeno que emigra desde la superficie del ánodo en la forma de burbujas que se elevan al tanque 11. El cátodo 12 y el ánodo 13 se muestran dispuestos horizontalmente, pero también pueden estar dispuestos verticalmente en el tanque 11. Un tanque contenedor de electrolito 19 contiene el electrolito de cobre 27 que es reciclado desde el tanque contenedor 19 a través de la tubería 17a, el filtro 26 y la tubería 17b hacia la entrada lia del tanque de electrochapeado 11. El electrolito 27 cuando entra al tanque se mueve a través de una abertura 13a en el ánodo 13 y se mueve hacia arriba, como se muestra por las flechas A, en dirección de las salidas 11b y 11b' del tanque de electrochapeado 11. El ánodo 13 es colocado en la placa 31. Las Flechas B muestran el electrolito que es retirado del tanque contenedor 11 a través de las salidas 11b y 11b' que - están próximas al borde de la superficie 12a del cátodo 12 y es de mayor preferencia que la salida sea una abertura continúa alrededor de la periferia del tanque de electrochapeado, de manera que el flujo del electrolito interfiera en la superficie del cátodo que es uniforme a través de la superficie del cátodo y el electrolito se desborde de la abertura y sea dirigido hacia el tanque contenedor 19 para que sea reciclado. El electrolito fluye a través de la abertura 13a y fluye hacia arriba a través del tanque 11 e interfiere con el cátodo 12 cuando sale del tanque 11. Un reborde o placa 30 sujeta al cátodo 12 en su posición. Como se muestra en la Figura, el electrolito esta en contacto únicamente con el lado superior del ánodo 13 y únicamente con el lado inferior 12a del cátodo 12. El electrolito de salida es reciclado en el tanque contenedor 19 y el tanque de electrochapeado 11. Esto forma en el sistema una composición electrolítica substancialmente uniforme y contribuye a toda la efectividad del chapeado del substrato. El baño de electrochapeado con cobre puede variar ampliamente dependiendo del substrato que va a ser chapeado y el tipo de depósito de cobre deseado. Se prefiere un baño ácido y es ejemplar un baño de chapeado con cobre debido a la efectividad demostrada que tiene el ion de cobre a una concentración aproximada de 15 a 19 g/1 y la efectividad demostrada del sulfato de cobre como pentahidrato a una concentración de 59 a 75 g/1. El ácido sulfúrico esta presente en una cantidad aproximada de 150 a 225 g/1. También se puede usar un ion de cloruro en el baño a un nivel hasta de 90 mg/1. El baño también contiene de preferencia un sistema aditivo para las propiedades de abrillantamiento, ductilidad y otras propiedades del proceso de chapeado con cobre. Durante la operación del sistema de electrochapeado 10, el metal de cobre es chapeado en la superficie 12a del substrato del cátodo 12 cuando el rectificador 16 es activado. Se puede emplear corriente pulsativa, corriente directa, corriente periódica inversa u otra corriente adecuada. El proceso de electrochapeado origina una reducción en la concentración de cobre del electrolito de cobre 27. La temperatura del electrolito puede ser mantenida empleando un calentador/enfriador 22, mediante el cual, el electrolito 27 es retirado del tanque contenedor 19 y se hace fluir a través de la tubería 23 y el calentador/enfriador 22 y es reciclado en el tanque contenedor 19 a través de la tubería 24. Es una característica importante de la invención que sea controlen el sistema de chapeado y el método de la invención, al retirar una parte del electrolito del sistema, cuando se alcanza un parámetro (condición) de operación predeterminado y se agrega al sistema un nuevo electrolito substancialmente en la misma cantidad, ya sea simultáneamente con el retiro del electrolito o después del retiro del electrolito. El nuevo electrolito, de preferencia es un líquido simple que contiene todos los materiales necesarios para mantener el baño de electrochapeado y el sistema de electrochapeado. El sistema de adición/remoción de la invención mantiene el sistema de chapeado constante en una condición estable que tiene efectos de chapeado mejorados, tal como en las propiedades de chapeado constantes. Se ha encontrado que empleando el sistema y método de la invención que el baño de chapeado logra una condición estable, cuando los componente del baño son substancialmente no acumulativos, por ejemplo, lograr un valor para una condición estable, tal como la concentración de sulfato. El electrolito se agrega como una solución que contiene cobre que tiene una concentración de cobre mayor que la concentración de cobre del electrolito retirado del sistema y aumenta la concentración de cobre en el electrolito en el sistema a un valor predeterminado, típicamente al valor del cobre inicial y/o al valor del cobre que va a ser mantenido. Esta remoción y adición se logra mediante la remoción del electrolito 27 que es esencialmente homogénea del tanque 19 a través de la tubería 29 hacia el recipiente o tanque 21. Se agrega una solución que contiene cobre al tanque contenedor 19 a través de la tubería 18 desde el recipiente o tanque 20. En un modo de operación, se retira el electrolito y 5 se agrega la solución que contiene cobre con base en el parámetro de operación relacionado con la cantidad de cobre chapeado en el sistema, en virtud del último procedimiento de adición/remoción. Esto se puede determinar en una gran cantidad de caminos, tales como amperios-horas, peso del cobre, etc. En cualquier caso, cuando una cierta cantidad de • cobre es chapeada, se prefiere que una cierta cantidad de electrolito sea retirada del sistema y sea agregada al sistema una cantidad igual de la solución que contiene cobre. Se prefiere que la cantidad de cobre agregada en la solución que contiene cobre sea igual a la cantidad chapeada sobre el substrato más la cantidad retirada en la corriente removida. Esto mantendrá a la concentración de cobre dentro de un intervalo que puede ser controlado dentro de ciertos límites, • dependiendo de las características de chapeado deseadas. Se prefiere que la concentración de cobre en el electrolito sea mantenida aproximadamente en 3 g/1, preferiblemente en 2 g/1 y de mayor preferencia en 1 g/1 o en una concentración menor del cobre para el proceso de chapeado de un disco. El cobre usado para elaborar el electrolito y la solución que contiene cobre de preferencia es sulfato de cobre. Se ha encontrado que cuando se usa el sistema y método de la invención con sulfato de cobre y un aditivo que contiene un sulfato en el que^ es mantenida la concentración de sulfato del baño a un nivel de operación efectivo a través 5 de toda la operación de chapeado y no necesita medirse o controlarse por separado la concentración de sulfato. La solución que contiene cobre también contiene un sistema aditivo que es el mismo sistema aditivo usado en el electrolito. La cantidad de aditivo que se usa durante la operación de chapeado puede ser determinada empíricamente y • el valor disminuye durante el tiempo de chapeado. También se ha encontrado que usar el sistema y método de la invención, cuando la cantidad del aditivo agregado en la solución que contiene cobre es substancialmente igual a la cantidad del aditivo que se calcula se va a usar durante el proceso de chapeado más la cantidad retirada del sistema en la corriente de remoción, el nivel de aditivo se mantiene a la concentración o intervalo deseado de electrolito sin la • necesidad de una medición separada u otro proceso de control.

Por lo consiguiente, no es necesario medir la cantidad del aditivo en el electrolito ni realizar otras mediciones analíticas en el aditivo cuando se usa el método y sistema de chapeado de la invención. Con referencia ahora a la Figura 2, que muestra otro sistema de chapeado 10 de la invención, el sistema de chapeado 10 es similar al sistema de chapeado de la Figura 1, excepto que no se utiliza un tanque contenedor 19. De manera que el tanque de electrochapeado 11 tiene en el mismo un cátodo 12 y un ánodo 13 dispuestos horizontalmente, separados por un espacio. El electrolito 27 en el tanque se hace circular a través del tanque y se retira a través de las tuberías de salida 18a y 18b. La salida desde el tanque es reciclada hacia la entrada del tanque a través de la tubería 17a, el filtro 26 y la tubería 17b dentro del tanque 11 a la entrada lia. Las flechas A muestran el flujo de electrolito 27 dentro del tanque y las flechas B muestran el flujo del electrolito hacia las salidas 11b y 11b' pasando por el cátodo 12. El ánodo 13 tiene una abertura central 13a. Cuando se alcanza un parámetro predeterminado de operación, el electrolito 27 se retira del aparato a través de la tubería 29 dentro del tanque o recipiente 21 y la solución que contiene cobre en el tanque 20 es alimentada a la tubería de salida 18a a través de la tubería 28. Se muestra el calentador o enfriador 22 empleado en la tubería 18a. Los ánodos insolubles preferidos incluyen superficies de platino y de metales de platino y óxidos de iridio sobre un substrato tal como titanio. Generalmente, estos ánodos se elaboran al revestir estos compuestos en una substrato de conducción, tal como un substrato de titanio.

También se pueden emplear otros ánodos al practicar la invención, y comprenden generalmente un metal del Grupo VIII. Los metales del Grupo VIII incluyen cobalto, níquel, rutenio, rodio, paladio, iridio y platino. • 5 La invención puede ser practicada empleando una amplia variedad de baños de cobre. Los baños electrolíticos incluyen baños ácidos y baños alcalinos. Se describen una variedad de baños de electrochapeado en el libro titulado Modern Electroplating, editado por F.A. Lowenheim, John Reily & Sons, Inc., 1974, páginas 183-203. De manera ejemplar, los baños incluyen fluoborato de cobre, pirofosfato de cobre, cianuro de cobre, fosfonato de cobre y otros quelatos metálicos de cobre, tal como ácido metano-sulfónico y el baño de electrochapeado de cobre que comprende un sulfato de cobre en una solución acida. La concentración de cobre y el ácido pueden variar en una amplitud de limites. Para el cobre o los iones de cobre, las composiciones generalmente varían hasta el 25 g/1 o un valor mayor, de preferencia de 15 a 20 g/1. La • solución acida típicamente es ácido sulfúrico en una cantidad aproximada de 300 g/1 o de mayor preferencia entre 150 a 200 g/1. Se pueden usar iones de cloruro en el baño a niveles aproximados de 90 mg/1. Típicamente se usan una gran variedad de aditivos en el baño para proporcionar el acabado superficial deseado para el metal chapeado con cobre. Usualmente más de un aditivo se usa con cada aditivo formando la función deseada. Los aditivos generalmente usados para mejorar la apariencia chapeada del metal (brillantez) , la ductilidad, la estructura y las propiedades físicas, tal como la conductividad • 5 eléctrica. Se usan aditivos particulares (usualmente aditivos orgánicos) para la refinación granulosa, la supresión del crecimiento dendrítico y mejorar la cobertura y la energía de conmutación. Los típicos aditivos usados en el proceso de electrochapeado se discuten en un número de referencias con inclusión de Modern Electroplating, mencionado anteriormente. Un sistema aditivo particularmente deseable usa una mezcla de aminas cuaternarias aromáticas o alifáticas, compuestos de polisulfuro, poliaminas y poliéteres. Otros aditivos incluyen metaloides, tales como selenio, telurio y compuestos de azufre. Las condiciones de electrólisis tales como la concentración de corriente eléctrica, aplicada al voltaje, la densidad de la corriente eléctrica, y la temperatura del • electrolito pueden ser esencialmente los .mismos a los de los métodos convencionales para el chapeado con cobre electrolítico. Por ejemplo, la temperatura del baño es aproximadamente la temperatura del cuarto, aproximadamente de 20 a 27°C, pero la temperatra del baño pueden ser temperaturas elevadas aproximadamente de 40°C o una temperatura mayor. La densidad de la corriente típicamente tiene un valor aproximado de 100 amperios por pie cuadrado (ASF) , típicamente tiene un valor aproximado entre 15 a 40 ASF. Se prefiere usar una relación entre el ánodo y el cátodo aproximada de 2:1, pero esto también puede variar ampliamente • 5 a una relación aproximada de 1:1 hasta 4:1. El método de la invención también usa el mezclado en el tanque de electrochapeado, el cual puede ser proporcionado mediante agitación o de preferencia haciendo circular el flujo de electrolito reciclado a través del tanque. En el aparato preferido de la invención como se muestra en las Figuras, el • flujo a través del tanque de electrochapeado proporciona un tiempo de residencia del electrolito en el tanque menor de aproximadamente 1 minuto, típicamente menor de 30 segundos, por ejemplo, entre 10 a 20 segundos. 15 La solución que contiene cobre que se agrega al sistema para proporcionar el cobre chapeado sobre el substrato y retirarlo del sistema en la corriente de remoción puede ser cualquier concentración adecuada. Se prefiere que • la solución sea una solución de sulfato de cobre cerca del nivel de saturación del pentahidrato de sulfato de cobre, por ejemplo, aproximadamente entre 275 a 325 g/1, que es aproximadamente entre 80 a 80 g/1 de cobre. Como se discutió anteriormente, la cantidad que se va utilizar de la solución que contiene cobre también contiene una cantidad del aditivo usado durante el proceso de chapeado más la cantidad retirada de la corriente de remoción. Es un aspecto importante preferido de la invención, sin considerar la concentración del cobre en la solución que contiene cobre, que una cantidad substancialmente igual del electrolito circulante sea • 5 retirado del sistema cuando se agrega al sistema y es de mayor preferencia que la cantidad agregada sea minimizada mediante el uso, por ejemplo, una solución que contiene cobre concentrado. Usando este procedimiento de adición/remoción mantiene al electrolito en una condición adecuada para electrochapear el substrato y proporciona un baño que tiene • una larga vida y mejora la operación y los efectos de chapeado. Ahora se ilustrarán diversas modalidades de la presente invención con referencia a los siguientes ejemplos específicos. Sin embargo, se entiende, que tales ejemplos se presentan únicamente para propósitos de ilustración y la presente invención en ningún sentido se considera que esta limitada por las mismas . Ejemplo 1 20 Se preparó un baño operativo de electrochapeado con cobre con aproximadamente 1 galón que contiene 67 g/1 de pentahidrato de sulfato de cobre (17 g/1 Cu+2) , 190 g/1 de H2S04 y 8 ml/1 del sistema aditivo. Se suspendió verticalmente en el baño un substrato del cátodo de latón pulido de 5.08 cm (2 pulgadas) x 7.62 cm (3 pulgadas). También se suspendieron verticalmente en el baño un par de ánodos de titanio platinado, cada uno con un tamaño de 5.08 cm (2 pulgadas) x 15.24 cm (6 pulgadas) (cuando se sumergieron en el baño), en cada lado del cátodo con un espacio aproximado de 7.62 cm (3 pulgadas) entre el cátodo y cada ánodo. El baño fue agitado empleando un agitador magnético. La temperatura del baño se mantuvo aproximadamente entre 21 a 27 °C, se empleo una corriente eléctrica de CD A a 25 amperios por pie cuadrado (ASF) . Se preparó una solución que contiene cobre que contiene 75 g/1 Cu+2 (agregada como pentahidrato de sulfato de cobre) y 235 ml/1 del mismo sistema aditivo. Después fue chapeado 6 gramos de cobre del baño de 1 galón, se retiraron 100 ml del electrolito operativo y se agregaron 100 ml de la solución que contiene cobre. Se siguió este procedimiento durante 1 turno de producción del metal (el tiempo requerido para chapear el cobre inicial en el electrolito que es aproximadamente de 6 g. de cobre) . Se mantuvo el baño de cobre en un balance material como sigue. Por cada 6 g. de chapeado de cobre, se retiraron 100 ml del electrolito removiendo un 1.5 g. adicional de cobre del baño operativo por un total de 7.5 g. de cobre retirado del sistema. 100 ml de la solución que contiene cobre agrega al baño aproximadamente 7.5 g. de cobre. Asimismo, por cada 6 g. de cobre chapeado, se consumieron aproximadamente 22.5 ml del aditivo y aproximadamente 0.8 ml se retiraron en la parte de remoción del electrolito. 100 ml de la solución que contiene cobre contiene aproximadamente 23.5 ml del aditivo. El consumo del aditivo se determino empíricamente. Empleando el procedimiento anterior, esencialmente se logro el 100% de la eficiencia del chapeado (con base en el incremento en el peso del cobre, la densidad de la corriente de chapeado y el tiempo de chapeado) . Se mantuvo la concentración de cobre aproximadamente entre 15 a 17 g/1 durante un ciclo de chapeado de 1 turno de producción del metal. La concentración total del sulfato disminuyo aproximadamente 5%. Se obtuvieron resultados de electrochapeado con cobre claros, consistentes y constantes. Ejemplo 2 Se uso un aparato de electrochapeado con cobre (básicamente como se muestra en la Figura 1) para electrochapear cobre sobre un disco de silicio con un diámetro de 20.32 cm (8 pulgadas) que tiene canales y vías. El ánodo insoluble tiene aproximadamente un diámetro de 20.32 cm (8 pulgadas) que tiene una abertura central para el flujo del electrolito a través de la misma y se elaboro de titanio platinado. Se mantuvo la temperatura del baño aproximadamente entre 21 a 27°C y el electrolito se hizo circular a través del aparato aproximadamente entre 15 a 25 litros por minuto proporcionando un tiempo de residencia en el tanque de electrochapeado de aproximadamente 10 a 20 segundos. El tanque de electrochapeado contiene aproximadamente 4.5 litros y el aparato total (con inclusión del tanque contenedor) contiene aproximadamente 20 litros. Se empleo una densidad de la corriente de aproximadamente 25 ASF y se mantuvo el baño de cobre en un balance material al retirar el electrolito del aparato y agregar al aparato una solución que contiene cobre como en el Ejemplo 1. Mientras que se ha descrito particularmente la presente invención, en conjunción con una modalidad preferida específica, es evidente que muchas alternativas, modificaciones y variaciones serán claras para aquellos con experiencia en la técnica a la luz de la descripción anterior. Por lo tanto, se contempla que las reivindicaciones anexas abarcarán cualesquiera de tales alternativas, modificaciones y variaciones conforme caigan dentro del alcance y espíritu verdadero de la presente invención. Habiéndose descrito así la invención lo que se reclama es:

Claims (8)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la invención como antecede se considera de nuestra propiedad lo contenido en las siguientes : • 5 ' REIVINDICACIONES 1. Un método electrolítico para chapear con cobre un substrato semiconductor de un disco de silicio, en donde los componentes del baño electrolítico no son acumulativos y alcanzan un valor en un estado estable, dicho método 10 comprende los pasos de: proporcionar un sistema de chapeado que comprende un aparato de chapeado con cobre que comprende un tanque y que contiene un electrolito de cobre que comprende cobre y un sistema aditivo para mejorar las propiedades de chapeado del 15 cobre y un substrato que va a ser chapeado como un cátodo y un ánodo insoluble separado; agitar el electrolito de cobre en el tanque, mientras se aplica una corriente y el cátodo es • electrochapeado; 20 medir el peso del cobre chapeado; retirar una parte del electrolito del sistema cuando se alcanza el peso del cobre chapeado; agregar al sistema, ya sea simultáneamente con el retiro del electrolito o después del retiro del mismo, de 25 manera que el volumen del electrolito en el sistema sea substancialmente constante, una solución que contiene el sistema aditivo y el cobre de suministro, la solución tiene una concentración de cobre mayor que la concentración de cobre del electrolito retirado y una concentración del • 5 aditivo mayor que la concentración de aditivo en el electrolito retirado y en una cantidad suficiente para incrementar la concentración de cobre y la concentración de aditivo del electrolito en el sistema a un valor predeterminado al reemplazar el cobre y el aditivo usados en 10 el proceso de chapeado y que se retiran en la parte retirada; • Y mantener el volumen del electrolito en el sistema en un volumen substancialmente constante durante el electrochapeado . 15 2. El método de la reivindicación 1, en donde el sistema de chapeado comprende: un tanque de chapeado de cobre y un tanque contenedor de electrolito, el tanque de chapeado de cobre de preferencia es cilindrico y tiene una entrada en el extremo 20 inferior del tanque y una salida en el extremo superior del tanque y que contiene un electrolito de cobre y un substrato como un cátodo y un ánodo insoluble separado que tiene un abertura central que lo atraviesa, tanto el cátodo como el ánodo son horizontales, la entrada y salida se colocan de 25 manera que la corriente de electrolito entre al tanque de chapeado cerca del ánodo y fluya a través de la abertura central en dirección del cátodo y salga cerca del cátodo; y agitar el electrolito, al hacer circular el electrolito de cobre hacia la entrada del aparato desde el • 5 tanque contenedor y retirar simultáneamente el electrolito de cobre de la salida del aparato y dirigir el electrolito de cobre de la salida hacia el tanque contenedor, mientras que se aplica una corriente y el cátodo es electrochapeado; 3. El método de la reivindicación 2, en donde el 10 parámetro de operación medido es el peso del cobre chapeado. • 4. El método de la reivindicación 3, en donde el electrolito y la solución que contiene el cobre son sulfato de cobre y la solución que contiene cobre contiene una cantidad de cobre aproximadamente entre 70 a 80 g/1. 15 5. El método de la reivindicación 4, en donde la relación entre el ánodo y el cátodo es aproximadamente entre 1:1 a 4:1. 6. El método de la reivindicación 5, en donde el • tiempo de residencia del electrolito en el tanque de chapeado 20 de cobre es menor de 1 minuto. 7. El método de la reivindicación 1, en donde se agrega la solución que contiene cobre empleando un recipiente de un solo uso que contiene la misma cantidad de solución que la cantidad retirada de la parte retirada. 25 8. Un aparato para chapear con cobre electrolítico un substrato semiconductor de un disco de silicio, en donde los componentes del baño electrolítico no son acumulativos y alcanzan un valor en un estado estable, que comprende: un tanque de electrochapeado que contiene el mismo • 5 un electrolito de cobre que consiste de cobre y un sistema aditivo para mejorar las propiedades de chapeado con cobre, un substrato como un cátodo y un ánodo insoluble separado, el tanque tiene un elemento de entrada y un elemento de salida; agitar el electrolito de cobre en el tanque al 10 hacer circular el electrolito de cobre a través del tanque de • electrochapeado desde la entrada hacia la salida, mientras que se aplica una corriente y el cátodo es electrochapeado; un elemento de medición para medir el peso de cobre chapeado; 15 un elemento de remoción para retirar una parte de electrolito del tanque de electrochapeado cuando se alcanza el peso del cobre; y un elemento de adición para agregar al tanque de electrochapeado, ya sea simultáneamente con el retiro del 20 electrolito o después del retiro del mismo, de manera que el volumen de electrolito sea constante, una solución que contiene el sistema aditivo y el cobre de suministro, la solución tiene una concentración de cobre mayor que la concentración de cobre del electrolito retirado y la 25 concentración del aditivo es mayor que la concentración del aditivo en el electrolito retirado en una cantidad suficiente para incrementar la concentración de cobre y aditivo del electrolito en el sistema a un valor predeterminado al reemplazar el cobre y el aditivo usados en el proceso de • 5 chapeado y retirados en la parte retirada y para mantener el volumen del electrolito en el tanque a un volumen substancialmente constante durante el electrochapeado. 9. El aparato de la reivindicación 8, que además comprende un tanque contenedor de electrolito desde el cual 10 es bombeado el electrolito al tanque de electrochapeado y • dentro del cual el electrolito es bombeado a la salida del tanque de electrochapeado. 10. El aparato de la reivindicación 9, en donde el ánodo esta cerca de la entrada y tiene una abertura en el 15 mismo a través de la cual pasa el electrolito circulante. 11. El aparato de la reivindicación 10, en donde el. elemento de salida esta próximo al borde del cátodo. 12. El aparato de la reivindicación 11, en donde la salida es una abertura continua alrededor de la periferia del 20 tanque de electrochapeado. 13. El aparato de la reivindicación 12, en donde el parámetro de operación es el peso del cobre chapeado. 14. Un producto semiconductor elaborado por el método de la reivindicación 1. 25 15. Un productor semiconductor elaborado por el método de la reivindicación 5. 16. Un producto semiconductor elaborado por el método de la reivindicación 7. 17. El aparato de la reivindicación 8, en donde el ánodo tiene una abertura central que lo atraviesa, de manera que el electrolito que entra al aparato fluye a través de la abertura en dirección del cátodo. 18. El aparato de la reivindicación 8, en donde el elemento de adición comprende un recipiente de un solo uso que contiene una solución de cobre y de aditivo. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se proporciona un sistema de chapeado y un método para electrochapear con cobre discos de silicio usando un ánodo insoluble, en donde el electrolito se agita o de preferencia se hace circular a través de un tanque de electrochapeado del sistema y una parte del electrolito se retira del sistema, cuando se alcanza un parámetro predeterminado de operación. Se agrega al sistema de chapeado con cobre, ya sea simultáneamente con el retiro del electrolito o después del retiro del mismo, una solución que contiene cobre que tiene una concentración de cobre mayor que la concentración de cobre de la parte removida, en una cantidad substancialmente igual al electrolito retirado en la corriente removida. En un método que sirve como reserva para hacer circular el electrolito. La adición de la solución que contiene cobre y el retiro del electrolito operativo se hace de preferencia desde el tanque contenedor. El aparato preferido, de preferencia es cilindrico y está configurado especialmente de manera que el electrolito circulante ingrese cerca del ánodo y salga cerca del cátodo, y la salida del aparato del aparato tiene una abertura substancialmente continúa alrededor de la periferia del tanque de electrochapeado, de manera que el electrolito que sale del tanque tiene un flujo substancialmente uniforme a lo largo de la superficie del cátodo. El ánodo es de preferencia circular y tiene una abertura central que lo atraviesa, por la que pasa el electrolito que ingresa.