CN101286495A - 半导体元件及用于半导体元件的内连接 - Google Patents
半导体元件及用于半导体元件的内连接 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101286495A CN101286495A CNA2007101657415A CN200710165741A CN101286495A CN 101286495 A CN101286495 A CN 101286495A CN A2007101657415 A CNA2007101657415 A CN A2007101657415A CN 200710165741 A CN200710165741 A CN 200710165741A CN 101286495 A CN101286495 A CN 101286495A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- semiconductor element
- layer
- interior connection
- organic layer
- groove
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 118
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 40
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 40
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 37
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 11
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN SJECZPVISLOESU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N n'-(3-trimethoxysilylpropyl)ethane-1,2-diamine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNCCN PHQOGHDTIVQXHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 21
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 19
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 abstract description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000002305 electric material Substances 0.000 description 3
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003701 mechanical milling Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- TUGGFUSCPLPUFY-UHFFFAOYSA-N 3-triethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN.CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN TUGGFUSCPLPUFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PFYBXKBLFFEPRJ-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCN.CO[Si](OC)(OC)CCCN PFYBXKBLFFEPRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- PDDBPPDHEVWBRW-UHFFFAOYSA-N n'-(3-trimethoxysilylpropyl)ethane-1,2-diamine Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCNCCN.CO[Si](OC)(OC)CCCNCCN PDDBPPDHEVWBRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001282 organosilanes Chemical class 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
- H01L21/76843—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
- H01L21/76844—Bottomless liners
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/288—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
一种半导体元件及用于半导体元件的内连接。在一实施例中，一介电层形成于一基底上，其中介电层中形成有一凹槽。一有机层形成于凹槽的侧壁上。一催化金属层形成于有机层上。一阻障金属层形成于催化金属层上。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体结构和集成电路元件的制造方法，且特别涉及一种用于连接一个或多个半导体元件有源区，或其它结构的电性内连接，和可特别用于小尺寸半导体元件的内连接的制造方法。
背景技术
现今半导体元件的运用范围相当广，其运用范围包括例如手机、个人计算机或多媒体系统。上述装置的运作核心一般为一个或多个芯片，而一个芯片封装有成千上万小尺寸电子元件。元件间经由内连接形成储存和处理电子讯号的集成电路，如此装置可经由操作表现其功能。另外，芯片的集成电路包括外部连接，以使其电性连接能量源、使用者接口或其它半导体芯片。
半导体(例如硅)为一种材料，可使用离子注入或其它掺杂工艺于其中掺入例如硼或磷的掺杂物，所形成的材料一般在特定的情况(例如小电荷的运用)下可导电。为运用上述特性，现已于称做晶片的薄半导体上制作各种结构。此结构不仅形成于半导体材料本身上，亦可使用各种方法形成于晶片基底上的其它绝缘、导电和半导体材料上。上述形成于半导体上的材料和部分半导体晶片本身可经由选择性工艺移除。据此，上述元件许多可运作于集成电路。
一般的半导体晶片尺寸约为6寸到12寸之间(亦可能为更大或更小的尺寸)。可由单一晶片制作出许多芯片，每个芯片仅使用晶片的小部分，且其一般称为管芯(die)。管芯的尺寸可为1/4时或更小，如此一个晶片可产出许多管芯。晶片上的所有芯片约于同一时间进行例如沉积或蚀刻的步骤，以增加产出。管芯的用途可以相同或不同。在完成管芯的工艺后，会进行切割工艺分割各管芯，且在制作供外部连接的导线后，将管芯封装于一封胶材料中。
晶片上的电子元件(例如晶体管或电容器)相当小，其中一个管芯中可包括百万或是更多的电子元件，而制造使元件工艺或设备是相当复杂的。半导体制造技术的尺寸显著的缩小，使半导体元件可运用于更小的装置。举例来说，手机已足够小至可放置在衬衫口袋，更甚者，市场需要制造出更小的元件，例如，芯片运用于手表或小尺寸辨识卡，因此带给制造者更多的挑战。
例如，一称为内连接的电子元件常用于连接两个或多个半导体元件或电路，其中导体一般采用例如铜的金属。虽然内连接不是复杂的电子元件，由于其必须在不干扰其它邻近元件下操作，传送电流相对远的距离，内连接必须制作的非常精准。
图1a和图1b显示一示范性的内连接，图1a显示一内连接10侧面的剖面图，图1b显示内连接10沿中心垂直轴a-a旋转90°的剖面图。在此范例中，内连接10用于电性连接两个形成于基底15上的有源区12、14。请注意有源区12、14精确的功能对本发明并非重要，其可以是例如上述之电路或元件。
在任何情形下，内连接10的目的应该要清楚，位于相同基底水平的有源区间的电性连接，可不仅由基底15表面16上或其中的连接线达成，其间可设置其它的有源区或导电单元。请注意图1a和图1b的结构相当简略，在半导体应用中，一般包括相当多的有源区和内连接。请注意，有源区和内连接可形成于复数个水平上，不同水平的内连接是由一或是多层介电材料层分隔。
内连接10包括一个沟槽部分20和四个插塞部分，其中图1a和图1b显示三个插塞部分(标号21-23)。于介电材料层上进行选择性蚀刻，以制作内连接10的沟槽部分和插塞部分。在形成沟槽部分和插塞部分后，其填入例如铜的导电物。很明显的，此结构是用来电性耦接一个或多个有源区，其亦可以用来连接有源区和另一内连接或另两个内连接。
在一些应用中，为避免导电材料扩散至邻近的介电材料，内连接在形成铜或其它导电材料前，会先形成一阻障层，阻障层可以为例如Ta、TaN、Ti或TiN。若内连接包括阻障层，可于阻障层上形成一导电种晶层，以确保铜导电材料可完全填入沟槽和插塞，例如当使用化学电镀(ECP)法于内连接中沉积铜导电材料，可先形成种晶层。在一些情形下，阻障层亦可以用作沉积导电材料主体的种晶层。
如上所述，半导体元件的特征尺寸(包括内连接)在新的世代持续缩小。然而，内连接插塞的尺寸非常小，例如，其关键尺寸约为40nm或更小，而要如图2所示，成功于插塞中填入导电材料是相当困难的。图2显示一插塞30的剖面图，插塞30为一形成于介电层37中的凹槽。介电层37位于基底39之接触区38上。基底39可以是基础晶片或制造过程中形成之更高的层。接触区38为需要电性接触的部分半导体，例如有源区。在此范例中，插塞30是柱状，且一路延伸至暴露接触区38。插塞30包括一开口31，且插塞30可并入一沟槽(如图1a和图1b所示)或其它结构(如图2所示)。
在图2的范例中，一阻障层35形成于插塞30的侧壁32上，其中阻障层35一般可采用习知的方法形成，例如物理气相沉积法(physical vapor deposition，以下可简称PVD)。如图2所示，此工艺所形成的阻障层35一般会产生突出36，使开口31紧缩，而无法适当的形成种晶层，并且会影响后续于开口中形成导电材料的主体部分。此外，阻障层35包括覆盖接触区38的尾端部分34，其中尾端部分34防止主体导电材料(未示出)与其下的基底39和其中的接触区38直接接触。阻障层会使接触电阻(Rc)增加。
发明内容
根据上述问题，本发明提供一种半导体元件结构和形成内连接的方法，可于非常小尺寸的内连接插塞中，适当的填入导电材料，并具有低的接触电阻。
本发明提供一种用于半导体元件的内连接的制作方法。首先，形成一介电层于一基底上，于介电层中形成一凹槽，暴露基底欲进行电接触的区域。其后，形成一有机层于凹槽的侧壁上，形成一催化金属层形成于有机层上。然后，形成一阻障金属层于催化金属层上，于凹槽剩余的部分填满导电材料。在一优选实施例中，有机层为采用选择性自组装工艺(selective self-assembling，SAM)形成的单分子层，其优选经由化学吸附于凹槽的侧壁上。
本发明提供一种用于半导体元件的内连接。一有机层形成于一凹槽的侧壁上。一催化金属层形成于有机层上。一阻障金属层形成于催化金属层上。
本发明提供一种半导体元件。一介电层形成于一接触区上，介电层包括具有侧壁的凹槽，凹槽暴露至少部分接触区。一顺应层大体上覆盖所有凹槽的侧壁，其中顺应层包括一有机层。
本发明提供一种半导体元件内连接。一主导电单元填入一介电层凹槽，且接触一邻近介电层的接触区，其中一顺应层设置介电层和主导电单元间，顺应层包括一有机层和一催化金属层。
附图说明
图1a显示一示范内连接的剖面图。
图1b显示示范内连接沿中心垂直轴旋转90°的剖面图。
图2显示一示范插塞的剖面图。
图3为一流程图，显示本发明一实施例半导体元件的制造方法。
图4a-图4e揭示本发明一实施例形成内连接元件工艺步骤中各阶段的剖面图。
图5显示本发明另一实施例半导体元件的剖面图。
图6a-图6c显示本发明一实施例形成阻障层的简化图解。
【主要元件符号说明】
10～内连接；12～有源区；
14～有源区；15～基底；
16～表面；20～沟槽部分；
30～插塞；31～开口；
32～侧壁；34～尾端部分；
35～阻障层；36～突出；
37～介电层；38～接触区；
39～基底；100～半导体元件的制造方法；
200～内连接元件；205～基底；
206～表面；210～接触区；
215～介电层；220～光阻；
225～插塞/插塞凹陷；230～阻障层；
235～铜导电材料；300～半导体元件；
301～内连接；350～内连接元件；
355～钴覆盖层；360～蚀刻停止层；
365～低介电材料层；370～插塞部分；
375～沟槽；380～阻障层；
385～导电材料；600～低介电材料层。
具体实施方式
以下详细讨论本发明优选实施例的制造和使用，然而，根据本发明的概念，其可包括或运用于更广泛的技术范围。须注意的是，实施例仅用以揭示本发明制造和使用的特定方法，并不用以限定本发明。
在以下本发明优选实施例中，讨论单一半导体内连接插塞填入铜导电物，然而，本发明可应用于其它的结构或使用其它适合的材料。如上所述，当插塞尺寸较小，或使用其它相对小尺寸的类似结构时，形成内连接的工艺具有一些缺点，且当半导体元件微缩时，会越来越需要用到小尺寸内连接插塞，而本发明特别适用于上述工艺，以下将详细描述的。
图3为一流程图，显示本发明一实施例半导体元件的制造方法100。首先，提供一半导体基底，其中形成有一接触区，请再次注意，接触区仅为一般说法，其可代表基底需要电性连接的位置，例如有源区、接触垫或其它内连接。基底可以为最初使用的硅晶片，或工艺中此阶段所暴露的层。
在此实施例中先形成一介电层(步骤105)。介电层在制造时，通常会覆盖整个晶片(此并非本发明的必要条件)。介电层优选为低介电常数材料或极低介电常数材料。之后，于介电层中形成一插塞或凹槽(步骤110)，其从介电层表面延伸。本发明可同时形成多个插塞，为简洁并易于了解，本发明的描述仅叙述单一插塞。例如，插塞可采用以下方法形成：图形化一介电层表面的光阻层。接着，蚀刻掉未被保护的部分介电层，形成一凹槽，凹槽从介电层表面延伸至接触区。的后移除光阻(未示出此步骤)，若有需要，再进行一清洗工艺(此步骤也未示出)。
之后，在图3的实施例中形成一有机层(步骤115)于插塞的侧壁上(同样的，实施例仅描述一个插塞，实际上可能有多个插塞)。优选有机层包括有机硅烷(organosilane)，例如2-(三甲氧基硅烷基)-乙基吡啶[2-(trimethoxysily)-ethypyridine]，N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷[N-(2-aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxy silane]，3-氨丙基三甲氧基硅烷[3-aminopropyltrimethoxy silane]，或3-氨丙基三乙氧基硅烷[3-aminopropyltriethoxy silane]，然而，本发明不限于此，本发明可采用其它的硅烷材料。在本发明一优选实施例中，有机层为采用选择性自组装工艺(selective self-assembling，SAM)形成的单分子层，其优选经由化学吸附于低介电材料上。
接着，于步骤120形成一催化(catalyst)金属层于有机层上。在一优选实施例中，催化金属层由一个或多个Co、Pd和Ni所组成，其中催化金属的浓度约大于95％原子百分比。在一优选实施例中，催化金属层由浸出吸附(immersion adsorption)形成，其中优选浸出吸附在包括Pd或Co离子(或两者)的溶液中进行。
在形成催化金属层之后，于步骤125中形成一阻障金属层。在一实施例中，阻障金属层是钴合金，在此范例中，钴的优选浓度约小于96％原子百分比。钴合金可例如包括磷、钨、铼、钼或上述组合。在另一实施例中，阻障金属层是镍合金，其优选浓度约小于95％原子百分比。在一优选实施例中，阻障金属层由浸出吸附形成。
在形成阻障金属层后(步骤125)，可于步骤130中加入主导电材料。举例来说，可使用铜作为主导电材料，其形成方法可采用物理气相沉积法(PVD)或电化学沉积法(ECP)，有需要可于步骤135进行化学机械研磨法(CMP)将表面平坦化，并移除导电材料不需要的部分。
图4a-图4e揭示本发明一实施例形成内连接元件200艺步骤中各阶段的剖面图。请参照图4a，一基底205上形成有一接触区210，同样的，接触区不限定于特定的类别。之后，请参照图4b，于基底205和接触区210上方形成一介电层215。
根据本发明一实施例，为形成一插塞，于介电层215上方形成一光阻220的层并图形化的。图形化的步骤包括对光阻进行曝光，改变其物理特性，如此可使用适当的溶剂移除特定的部分。图4c揭示一元件包括图形化的光阻层。之后，蚀刻移除介电层215未被保护的部分，后续移除剩余的光阻层，形成一插塞225(或凹槽)，其中插塞向下延伸至接触区210，如图4d所示。
后续，在本发明的一实施例中，形成一选择性的顺性层，以构成内连接。如上所述，形成内连接先选择性自组装(SAM)一有机单分子层(优选采用有机吸附法)，其中包含氢氧根的有机硅烷分子键存在于插塞凹陷225的低介电部分。图6a显示本发明一实施例化学吸收工艺的图解。请注意在图6a～图6c中，低介电材料层标示为600，然而，优选有机硅烷不和插塞225底部的基底205的材料键结，以防止于该处形成阻障层。简言之，接触区210的表面在后续的工艺步骤中，大体上不形成阻障层，而主导电材料直接接触接触区210的表面206。此结构减少内连接的插塞接触电阻。请注意，在一些实施例中，阻障层可在邻近侧壁的边角接触接触层的暴露表面，若存在此种接触，其表面206大体上仍为暴露的。
后续形成一催化金属层，其中形成优选催化金属层的方法，是将有机层材料浸泡于一包括催化金属离子(优选为Pd、Co或两者)的溶液中。图6b图解本发明一实施例浸泡工艺。在此实施例中，Pd2++离子和存在的有机层键结。最后，于催化层上形成阻障金属层(优选通过无电镀沉积)。图6c图解本发明一实施例无电镀工艺。在实施例的工艺中，阻障金属层为一钴层。所完成的结构为一内连接元件200，如图4e所示。为简洁，图4e仅显示内连接元件200的插塞225部分，其中插塞225可填入铜导电材料235，其和介电层215通过一阻障层230分隔(并非与基底205或接触区210分隔)。
图5显示较复杂的内连接结构，其为本发明另一实施例半导体元件300的剖面图。在此实施例中，内连接元件300包括一具有沟槽375部分和插塞部分370的内连接301，其中内连接301从沟槽375一路向下延伸至另一内连接元件350的铜导电材料。在图5的实施例中，一钴覆盖层355形成于内连接350上，且一蚀刻停止层360形成于钴覆盖层355上。一低介电材料层365形成于蚀刻停止层360上方。
在一实施例中，低介电材料层可以为位于Santa Clara California的Applied Material所提供的Black Diamond。低介电材料层365形成包括插塞370和沟槽375的凹槽。内连接301(包括沟槽375和插塞370)填入例如铜的导电材料385，其中导电材料和介电层365通过一阻障层380分隔。在一优选实施例中，阻障层380包括一有机层、一催化层和一阻障金属层(没有分别示出)。在许多案例中，使用化学机械研磨法(CMP)或类似的工艺使介电层365、阻障层380和铜导电层385的顶部表面共面。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但是其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与改进。举例来说，内连接可有不同的结构，或根据本发明可制作出其它的半导体元件。另外，本发明可采用上述不同的材料。因此，本发明的保护范围，当视后附的权利要求书所界定为准。
Claims (20)
1.一种用于半导体元件的内连接，包括：
一有机层，形成于一凹槽的侧壁上；
一催化金属层，形成于该有机层上；和
一阻障金属层，形成于该催化金属层上。
2.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该凹槽形成于一介电层中。
3.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该有机层包括有机硅烷。
4.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该有机层包括3-氨丙基三甲氧基硅烷。
5.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该有机层包括3-氨丙基三乙氧基硅烷。
6.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该有机层包括N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷。
7.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该有机层包括2-(三甲氧基硅烷基)-乙基吡啶。
8.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该催化金属层包括钯。
9.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该催化金属层包括钴。
10.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该催化金属层包括镍。
11.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该催化金属层的催化金属的浓度大于95％。
12.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中该阻障金属层包括镍合金。
13.如权利要求12所述的用于半导体元件的内连接，其中该镍合金包括磷。
14.如权利要求1所述的用于半导体元件的内连接，其中形成该凹槽用以暴露一接触区的表面，且其中该有机层、该催化金属层和该阻障金属层的形成，仍保持该接触区的表面大体上暴露。
15.一种半导体元件，包括：
一接触区；
一介电层，形成于该接触区上，该介电层包括具有侧壁的凹槽，该凹槽暴露至少部分该接触区；及
一顺应层，大体上覆盖所有该凹槽的侧壁，该顺应层包括一有机层。
16.如权利要求15所述的半导体元件，更包括一催化金属层，形成于该有机层上。
17.如权利要求16所述的半导体元件，还包括一阻障金属层，形成于该催化金属层上。
18.如权利要求15所述的半导体元件，还包括一主导电单元，填入该凹槽，其中该主导电单元直接接触该接触区。
19.如权利要求15所述的半导体元件，其中该介电层由低介电材料所组成。
20.一种用于半导体元件的内连接，包括：
一主导电单元，填入一介电层凹槽，且接触一邻近该介电层的接触区，其中一顺应层设置在该介电层和该主导电单元之间，该顺应层包括一有机层和一催化金属层。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US11/786,527 US20080251919A1 (en) | 2007-04-12 | 2007-04-12 | Ultra-low resistance interconnect |
| US11/786,527 | 2007-04-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101286495A true CN101286495A (zh) | 2008-10-15 |
Family
ID=39852961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2007101657415A Pending CN101286495A (zh) | 2007-04-12 | 2007-11-06 | 半导体元件及用于半导体元件的内连接 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20080251919A1 (zh) |
| CN (1) | CN101286495A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102222647A (zh) * | 2010-04-16 | 2011-10-19 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 半导体裸片及形成导电元件的方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101078738B1 (ko) * | 2009-09-08 | 2011-11-02 | 한양대학교 산학협력단 | 반도체 소자의 구리배선 및 그 형성방법 |
| EP3029724B1 (en) | 2014-12-01 | 2017-06-07 | IMEC vzw | Metallization method for semiconductor structures |
| US10453740B2 (en) * | 2017-06-29 | 2019-10-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Interconnect structure without barrier layer on bottom surface of via |
| US20210057273A1 (en) * | 2019-08-22 | 2021-02-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Barrier-Less Structures |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6130157A (en) * | 1999-07-16 | 2000-10-10 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Method to form an encapsulation layer over copper interconnects |
| US6734110B1 (en) * | 1999-10-14 | 2004-05-11 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Damascene method employing composite etch stop layer |
| US6350667B1 (en) * | 1999-11-01 | 2002-02-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Method of improving pad metal adhesion |
| US6737727B2 (en) * | 2001-01-12 | 2004-05-18 | International Business Machines Corporation | Electronic structures with reduced capacitance |
| US6716753B1 (en) * | 2002-07-29 | 2004-04-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Method for forming a self-passivated copper interconnect structure |
| ATE393186T1 (de) * | 2002-09-13 | 2008-05-15 | Starck H C Gmbh | Organische verbindungen mit kern-schale-struktur |
| JP4401912B2 (ja) * | 2003-10-17 | 2010-01-20 | 学校法人早稲田大学 | 半導体多層配線板の形成方法 |
| EP2639638A1 (en) * | 2005-11-30 | 2013-09-18 | Sumitomo Bakelite Co., Ltd. | Positive photosensitive resin composition, and semiconductor device and display therewith |
-
2007
- 2007-04-12 US US11/786,527 patent/US20080251919A1/en not_active Abandoned
- 2007-11-06 CN CNA2007101657415A patent/CN101286495A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102222647A (zh) * | 2010-04-16 | 2011-10-19 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 半导体裸片及形成导电元件的方法 |
| US8587119B2 (en) | 2010-04-16 | 2013-11-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Conductive feature for semiconductor substrate and method of manufacture |
| CN102222647B (zh) * | 2010-04-16 | 2017-05-10 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 半导体裸片及形成导电元件的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20080251919A1 (en) | 2008-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101345231B (zh) | 半导体芯片器件及其制造方法和包括其的堆叠封装 | |
| CN101847616B (zh) | 用于硅通孔的阻挡件 | |
| US9214374B2 (en) | Semiconductor devices including stress relief structures | |
| CN103109349B (zh) | 具有与第一通路或中间通路结构连接的后触点的微电子元件 | |
| CN100495705C (zh) | 半导体组件、封环结构及其形成方法 | |
| CN101256977B (zh) | 半导体结构及半导体结构的形成方法 | |
| US20130020719A1 (en) | Microelectronic devices including through silicon via structures having porous layers | |
| CN111987097B (zh) | 半导体存储器元件及其制备方法 | |
| CN104885210A (zh) | 石墨烯和金属互连 | |
| CN103681573A (zh) | 包括过孔结构的集成电路器件及其制造方法 | |
| US7312531B2 (en) | Semiconductor device and fabrication method thereof | |
| CN103311178A (zh) | 形成铜基导电结构在集成电路装置上的方法 | |
| CN101286495A (zh) | 半导体元件及用于半导体元件的内连接 | |
| CN104952831A (zh) | 具有穿通电极的半导体器件及其制造方法和半导体封装体 | |
| CN115064450B (zh) | 用于射频前端模组的封装方法、射频模组封装结构 | |
| CN104064550A (zh) | 半导体器件及其制造方法 | |
| US8338297B2 (en) | Selective metal deposition over dielectric layers | |
| CN101330041B (zh) | 金属前介质层内连接孔及其形成方法 | |
| US7741219B2 (en) | Method for manufacturing a semiconductor device using the self aligned contact (SAC) process flow for semiconductor devices with aluminum metal gates | |
| US8021980B2 (en) | Methods of manufacturing semiconductor devices including a copper-based conductive layer | |
| CN113795913A (zh) | 半导体器件、系统及其形成方法 | |
| US8709941B2 (en) | Method for forming contact in an integrated circuit | |
| CN220553299U (zh) | 存储单元结构及动态随机存取存储单元结构 | |
| US9059111B2 (en) | Reliable back-side-metal structure | |
| CN114188349A (zh) | 半导体器件及其制造方法以及存储器系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20081015 |