CN106211605B - 用于特征镀敷的选择性晶种层处理 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于特征镀敷的选择性晶种层处理。常规金属化工艺在高密度或小特征大小的图案处会出现故障。举例来说，在图案化期间，干膜可能会塌陷或剥离，从而导致所述金属化图案中出现短路或断路。一种用于集成电路的金属化的示范性方法包括：在电介质层(504)中形成例如沟槽、衬垫和平面等特征(520)；以及在所述电介质层的期望特征中沉积和选择性处理晶种层(506)。所述晶种层(508)的经处理区域可以用作晶种，用于将例如铜等导电材料(510)无电沉积到所述特征中。在所述晶种层是催化油墨时，可以通过用激光固化所述催化油墨来处理所述晶种层。

Description

用于特征镀敷的选择性晶种层处理

分案申请的相关信息

本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2011年12月2日、申请号为201180055457.7、发明名称为“用于特征镀敷的选择性晶种层处理”的发明专利申请案。

技术领域

本发明大体上涉及集成电路(IC)。更确切地说，本发明涉及集成电路的金属化。

背景技术

集成电路中的金属化图案耦合集成电路的不同组件。随着集成电路的复杂度和密度不断增加，金属化图案的密度也提高，以便使集成电路的组件互连。举例来说，金属化图案的特征大小缩小到十微米以下的大小。随着特征大小继续缩小，常规金属化工艺可能会出现故障，从而在集成电路中产生断路和短路。

图1是图解说明用于集成电路衬底中的金属化的常规方法的流程图。将连同图2A-2D呈现图1的流程图，图2A-2D是图解说明常规集成电路的截面图。参看图2A，在框102处，对芯衬底202上的涂布有底涂剂的铜箔(未示出)进行蚀刻以移除所述铜箔。在框104处，在经蚀刻的涂布有底涂剂的铜箔中剩下的底涂层204上无电镀敷铜晶种层206。在框106处，在晶种层206上沉积干膜208。

参看图2B，在框108处，对干膜208进行图案化以形成开口210。在框110处，将导电膜212电解沉积到晶种层206上的开口210中。参看图2C，在框112处，移除干膜208。参看图2D，在框114处，在导电膜特征212之间蚀刻晶种层206，以对所述特征进行电隔离。

随着金属化线的密度增加，导电膜特征212的大小缩小。另外，导电膜特征212之间在对干膜进行图案化之后保留的干膜特征的大小(如图2B中所示)缩小。随着保留干膜特征的宽高比增加，干膜图案的稳定性减小。举例来说，所述干膜图案可能会出现故障，从而导致金属化图案出现断路或短路。

图3A是图解说明导致断路的常规金属化故障的截面图。当干膜的支柱308的宽高比过大时，支柱308可能会塌陷。支柱308的塌陷阻碍了导电材料电解沉积到塌陷支柱308的至少一侧上的开口中。因而，可能会因塌陷的支柱308导致金属化图案中的断路。

图3B是图解说明导致短路的常规金属化故障的截面图。当保留干膜特征的宽度减小时，不良粘合、底切或其它工艺故障可能会导致保留的干膜特征发生剥离。举例来说，所述支柱310可以在干膜208的图案化期间剥离。剥离的支柱310阻碍了剥离的支柱310的周围侧上的金属化线的隔离。因而，可能会因剥离的支柱310产生金属化图案中的短路。

一个替代的解决方案是使用图案沟道积累过程。在积累过程期间，在电介质层中对开口进行图案化，晶种层沉积到所述电介质层中。所述晶种层用于导电膜的电解沉积和包覆镀敷。通过平坦化工艺移除包覆镀敷的导电材料。但是，平坦化会减少金属化工艺的产量，并且可能增加基础结构费用。另外，平坦化可能会损坏电介质层的表面。

因而，需要一种集成电路中的支持较小特征大小的金属化方法。

发明内容

一个实施例揭示一种包含在电介质材料中形成的多个特征的方法。将晶种层沉积在电介质材料上和特征内。在所述特征内选择性处理所述晶种层的若干部分，并且移除未处理晶种层部分。镀敷所述经处理晶种层部分以选择性填充所述特征。

另一实施例揭示一种具有一个具有多个开口的电介质层的设备。晶种层在所述开口的底面上，并且导电材料基本上填满所述开口。

任选地，替代实施例揭示一种具有以下步骤的方法：在电介质材料中形成多个特征；以及在所述电介质材料上和所述特征内沉积晶种层。随后，选择性处理所述特征内的所述晶种层的若干部分。然后，移除未处理晶种层部分。镀敷所述经处理晶种层部分以选择性填充所述特征。

在另一实施例中，一种设备包括在衬底上的电介质层。所述设备具有多个开口和一个用于对导电材料进行电镀的装置。所述电镀装置安置于所述开口的底面上。在所述电镀装置上的导电材料基本上填满所述开口。

这已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点，使得可以更好地理解下文的具体实施方式。下文将描述本发明的额外特征和优点。所属领域的技术人员应了解，可以容易利用本发明作为基础来修改或设计其它结构用于实现本发明的相同目的。所属领域的技术人员还应认识到，此类等效构造不会脱离如在所附权利要求书中所阐述的本发明的教示。当结合附图进行考虑时，将从以下描述更好地理解据信为本发明的特性的新颖特征(关于其组织和操作方法两个方面)连同另外的目标和优点。然而，应明确地理解，仅出于说明和描述的目的而提供各图中的每一者，且其不希望作为对本发明的限制的界定。

附图说明

为了更完整地理解本发明，现在结合附图参考以下描述。

图1是图解说明用于集成电路中的金属化的常规方法的流程图。

图2A-D是图解说明用于集成电路中的金属化的常规方法的截面图。

图3A-B是图解说明常规集成电路中的金属化故障的截面图。

图4是图解说明根据一个实施例的用于集成电路中的金属化的示范性方法的流程图。

图5A-E是图解说明根据一个实施例的集成电路中的示范性金属化的截面图。

图6是展示可有利地使用本发明的一实施例的示范性无线通信系统的框图。

图7是图解说明根据一个实施例的用于半导体组件的电路、布局和逻辑设计的设计工作站的框图。

具体实施方式

用于形成集成电路的金属化图案的工艺可以通过移除干膜图案化和剥离(即，移除)工艺来达到更高的密度和更小的大小，所述干膜图案化和剥离工艺可能会导致金属化图案中的短路或断路。根据一个实施例，晶种层经沉积和选择性处理以保留在介电质中的开口的底面上，用于进行金属化。经处理的晶种层可以用作用于将导电材料电解沉积到开口中以用于进行金属化的晶种层。当导电材料被电解沉积到电介质层中时，不使用剥离工艺，这会减少导致短路和断路的宽高比问题。另外，当导电材料被无电沉积时，导电材料基本上与电介质层在一个平面，并且不会产生包覆镀敷。

图4是图解说明根据一个实施例的用于集成电路中的金属化的示范性方法的流程图。在框402处，在衬底上的电介质层中形成特征。图5A是图解说明根据一个实施例的在开口的图案化之后的示范性金属化的截面图。衬底502上的电介质层504包括特征520。特征520可以像特征520A、520B中一样是沟槽，和/或像特征520C中一样是平面或衬垫。衬底502可以是一种类型的合适的衬底材料，举例来说，硅、锗、砷化镓、氧化硅、氧化镁、氧化铝或有机叠层类材料。

在框404处，在电介质层上沉积晶种层。图5B是图解说明根据一个实施例的晶种层的沉积之后的示范性金属化的截面图。晶种层506沉积在电介质层504上和特征520中。举例来说，晶种层506可以是催化油墨，例如可从科罗拉多州丹佛市的麦德美(MacDermid)公司获得的MicroCat。

在框406处，对晶种层进行选择性处理。图5C是图解说明根据一个实施例的在晶种层的选择性处理之后的示范性金属化的截面图。在区域508中对晶种层506进行选择性处理。对区域508的处理允许从区域508中单独移除晶种层506的剩余部分。举例来说，可以通过在区域508中对激光进行选择性光栅化以更改区域508的化学特性而使晶种层506固化。根据一个实施例，晶种层506是催化油墨，并且在处理之后，区域508不会在某些化学蚀刻剂中溶解。

在框408处，移除晶种层的未处理区域。图5D是图解说明根据一个实施例的在移除未处理晶种层之后的示范性金属化的截面图。从电介质层504移除晶种层506。根据一个实施例，晶种层506的剩余的经处理区域508位于电介质层504中的特征520的底面上。

在框410处，沉积导电材料以基本上填满所述特征。图5E是图解说明根据一个实施例的在沉积导电材料之后的示范性金属化的截面图。使用经处理区域508作为晶种层在特征520中沉积导电材料510。根据一个实施例，对导电材料510进行无电沉积。举例来说，导电材料510可以是铜或镍。将经处理区域508放置在电介质层504中的特征520的底面上允许导电材料510沉积到特征520中，而不会在电介质层504上包覆镀敷。因为电介质层504上不发生包覆镀敷，所以导电材料510的表面可以基本上与介电质层504的表面平行，而无需对导电材料510进行平坦化。

使用经选择性处理的晶种层用于沉积导电材料的金属化工艺允许在没有干膜图案化和剥离工艺的情况下进行金属化。因而，金属化工艺可以缩放到更小的大小和更高密度的互连件。使用无电沉积的选择性镀敷特征(例如沟槽、衬垫和平面)减少了导电材料的包覆镀敷，并且因而简化了制造工艺。更简单的制造工艺减少了对特征周围的电介质层的损害。举例来说，填充特征的导电材料基本上与电介质层在一个平面，而无需额外的平坦化工艺。

图6为展示可有利地使用本发明的一实施例的示范性无线通信系统600的框图。为了说明的目的，图6展示三个远程单元620、630和650，以及两个基站640。将认识到，无线通信系统可以具有更多得多的远程单元和基站。远程单元620、630和650包括IC装置625A、625C和625B，这些IC装置包括所揭示的金属化图案。将认识到，任何包含IC的装置还可包括此处所揭示的金属化图案，包括基站、交换装置和网络设备。图6展示从基站640到远程单元620、630和650的前向链路信号680，和从远程单元620、630和650到基站640的反向链路信号690。

在图6中，将远程单元620展示为移动电话，将远程单元830展示为便携式计算机，且将远程单元650展示为在无线本地环路系统中的固定位置远程单元。举例来说，所述远程单元可以是移动电话、手持式个人通信系统(PCS)单元、例如个人数据助理的便携式数据单元、具GPS功能的装置、导航装置、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、例如仪表读取设备的固定位置数据单元，或任何其它存储或检索数据或计算机指令的装置，或其任何组合。虽然图6图解说明根据本发明的教示的远程单元，但本发明不限于这些示范性所图解说明的单元。可以在任何包括金属化图案的装置中合适地采用本发明的实施例。

图7是图解说明用于包括以上所揭示的金属化图案的半导体组件的电路、布局和逻辑设计的设计工作站的框图。设计工作站700包括硬盘701，硬盘701包含操作系统软件、支持文件和例如Cadence或OrCAD的设计软件。设计工作站700还包括显示器以便于设计电路710或半导体组件712，例如具有金属化图案的封装集成电路。提供存储媒体704用于有形地存储电路设计710或半导体组件712。电路设计710或半导体组件712可以用例如GDSII或GERBER等文件格式存储在存储媒体704上。存储媒体704可为CD-ROM、DVD、硬盘、快闪存储器或其它适当装置。此外，设计工作站700包括驱动设备703，其用于接受来自存储媒体704的输入或将输出写入到存储媒体704。

记录在存储媒体704上的数据可指定逻辑电路配置、用于光刻掩模的图案数据，或用于串行写入工具(例如，电子束光刻)的掩模图案数据。所述数据可进一步包括例如与逻辑仿真相关联的时序图或网状电路的逻辑验证数据。将数据提供于存储媒体704上通过减少用于设计半导体晶片的过程的数目来促进电路设计710或半导体组件712的设计。

对于固件和/或软件实施方案，可用执行本文所描述的功能的模块(例如，程序、函数等)来实施所述方法。在实施本文所述的方法时，可以使用任何有形地体现指令的机器可读媒体。举例来说，软件代码可以存储在存储器中，并且由处理器单元来执行。存储器可以实施在处理器单元内或在处理器单元外部。在本文中使用时，术语“存储器”是指任何类型的长期、短期、易失性、非易失性或其它存储器，并且不应限于任何特定类型的存储器或任何特定数目的存储器或存储存储器的媒体的类型。

如果在固件和/或软件中实施，那么可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码存储在计算机可读媒体上。实例包括编码有数据结构的计算机可读媒体和编码有计算机程序的计算机可读媒体。计算机可读媒体包括物理计算机存储媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。借助于实例而非限制，此类计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置，磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或任何其它可用于存储指令或数据结构的形式的期望程序代码并且可通过计算机存取的媒体；在本文中使用时，磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)，软性磁盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。上文的组合也应包括在计算机可读媒体的范围内。

除了存储在计算机可读媒体上之外，还可将指令和/或数据提供为通信设备中包括的发射媒体上的信号。举例来说，通信设备可包括具有指示指令和数据的信号的收发器。所述指令和数据经配置以致使一个或一个以上处理器实施权利要求书中概述的功能。

虽然已阐述特定电路，但所属领域的技术人员应了解，并不需要所揭示的电路中的全部来实践本发明。此外，未描述某些众所周知的电路以保持集中于本发明。

虽然已详细描述本发明和其优点，但应理解，在不脱离如所附权利要求书所界定的本发明的技术的情况下，可在本文中作出各种改变、替代和变更。举例来说，相对于衬底或电子装置使用例如“上方”和“下方”等关系术语。当然，如果所述衬底或电子装置颠倒，则上方变成下方，且反之亦然。另外，如果侧过来定向，则上方和下方可以指代衬底或电子装置的侧面。此外，本申请案的范围既定不限于说明书中所描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。如所属领域的技术人员将容易从本发明了解的，可根据本发明利用目前现有或稍后将开发的执行与本文中所描述的对应实施例大体上相同的功能或实现与其大体上相同的结果的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求书既定在其范围内包括此些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。

Claims (15)

1.一种用于形成集成电路衬底的方法，其包含：

在集成电路衬底表面上的电介质材料中形成多个特征；

在所述电介质材料上和所述多个特征内沉积晶种层；

选择性地仅处理沉积于所述多个特征中的每一者的水平表面上的所述晶种层的若干部分；

移除未处理晶种层部分；以及

镀敷所述经处理晶种层部分以使用导电材料选择性填充所述多个特征,

其中选择性处理所述晶种层包含选择性固化所述晶种层,其中选择性固化所述晶种层包含跨越所述晶种层的所选部分使激光光栅化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个特征包含沟槽、平面和衬垫中的至少一者。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述晶种层包含催化油墨。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述镀敷包含将导电材料无电镀敷到所述多个特征中。

5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含将所述多个特征集成到以下各项中的至少一者中：移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航装置、计算机、手持式个人通信系统PCS单元、便携式数据单元和固定位置数据单元。

6.一种集成电路衬底设备，其根据权利要求1的方法而形成，其包含：

集成电路衬底表面上的电介质层，所述电介质层具有多个开口；

仅沉积在所述多个开口中的每一者的水平表面上的晶种层，其中所述晶种层包含固化催化油墨；以及

基本上填满所述多个开口的导电材料。

7.根据权利要求6所述的集成电路衬底设备，其中所述导电材料包含电沉积铜和电沉积镍中的至少一者。

8.根据权利要求6所述的集成电路衬底设备，其中所述电介质层在包含以下各项中的至少一者的集成电路衬底上：硅、锗、砷化镓、氧化镁、二氧化铝、二氧化硅和基于有机叠层的材料。

9.根据权利要求6所述的集成电路衬底设备，其中所述多个开口包含沟槽、平面和衬垫中的至少一者。

10.根据权利要求6所述的集成电路衬底设备，其集成到以下各项中的至少一者中：移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航装置、计算机、手持式个人通信系统PCS单元、便携式数据单元和固定位置数据单元。

11.一种用于形成集成电路衬底的方法，其包含以下步骤：

在集成电路衬底表面上的电介质材料中形成多个特征；

在所述电介质材料上和所述多个特征内沉积晶种层；

选择性地仅处理沉积于所述多个特征中的每一者的水平表面上的所述晶种层的若干部分；

移除未处理晶种层部分；以及

镀敷所述经处理晶种层部分以使用导电材料选择性填充所述多个特征，其中选择性处理所述晶种层的所述步骤包含选择性固化所述晶种层的所述步骤，其中选择性固化所述晶种层的所述步骤包含跨越所述晶种层的所选部分使激光光栅化的所述步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述晶种层包含催化油墨。

13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含将所述多个特征集成到以下各项中的至少一者中的步骤：移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航装置、计算机、手持式个人通信系统PCS单元、便携式数据单元和固定位置数据单元。

14.一种集成电路衬底设备，其根据权利要求11的方法而形成，其包含：

在集成电路衬底表面上的电介质层，所述电介质层具有多个开口；

用于对导电材料进行电镀的装置，用于进行电镀的装置仅安置在所述多个开口中的每一者的水平表面上，其中用于进行电镀的装置包含固化催化油墨；以及

在所述电镀装置上的导电材料，所述导电材料基本上填满所述多个开口。

15.根据权利要求14所述的集成电路衬底设备，其中所述集成电路衬底集成到以下各项中的至少一者中：移动电话、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航装置、计算机、手持式个人通信系统PCS单元、便携式数据单元和固定位置数据单元。