TW477014B - Electroless metal liner formation methods - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 477014 A7 __ B7 五、發明說明（1 ) 發明領域 本發明一般係關於微電子組件製造，如互連積體電路之 高密度系統，以及更特別關於積體電路之金屬態樣之襯墊 、種子層以及障蔽層之建立。 發明背景 如裝置大小以及金屬化改變及縮小時，在既定位準線及 介質側壁及底部上之襯墊/種子層之階躍式覆蓋率因而變成 充滿複雜化。因爲現行趨勢朝向較高縱橫比以及較小整體 尺寸，所以現行沈積方法及材料可以製造具有小於所有必 要側壁表面上之冗整覆蓋率之槪整及種子層。覆蓋率不完 整時，充填該線及介質之金屬可能滲出至圍繞襯墊/介質之 介電質材料中，有效地”破壞”鄰近非連續性之介電質材料 以及電氣連接可能受連累。 物理汽相沈積（PVD)及化學汽相沈積（CVD)爲襯墊層沈積 之現行受歡迎方法。由於襯墊層意義爲該些層在蝕刻現行 位準線及介質將佔用之開口之後沈積在半導體材料上之圖 案化介電質材料上。由於該態樣意義爲一金屬充填開口。 使用者定義之設計將控制線及介質之定位。襯墊及種子層 通常因爲許多理由而需要。因爲未完整襯墊覆蓋率，所以 最終將充填蚀刻開口之金屬可能擴散至介電質材料中。此 情形最終可能衰減該裝置效能。亦且，該金屬可能不附著 至該介電質材料。在某些案例中，該襯墊可能包括多於一 種材料或是多於單一材料之一後相位。襯墊層可能需要以 確定完整金屬充填。種子層之需要與沈積方法有關。由於 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝--------訂-------—線 C請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} 477014 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社机製 五、發明說明（2 襯墊/種子層意義爲單一沈積層適合於雙重目的。襯墊/種 子層爲防止金屬擴散至周圍介電質材料中，具有良好電導 率以及具有良好金屬附著性質之一層。 銅、铭及銅化鋁（AlCu)之共通襯墊材料包含妲、鎢、鈦 以及包含鈥鎢及妲之化合物如氮化鈒及氮化鈦。銅、鋁及 AlCu之其他襯墊材料包含使用之任何金屬之種子層沈積。 當沈積方法製造非均句結果以及沒有連續覆蓋率時則產生 困難。亦且，如尺寸縮小時，將所有層，甚至是襯墊及襯 墊/種子層之厚度最小化是有益的。盡可能簡化沈積處理越 多將亦有益。假使單一層沈積能夠取代2 _ 3階襯墊及種子層 處理時，將導致成本節省以及增加效率。因此，繼續存在 可以作用爲襯墊及襯墊/種子層之材料以及提供介於該金屬 及開口周圍介電質材料之間之連續介面之需要。 發明總結 所以本發明之一目的爲提供改良結構，該結構提供具有 介於該現行位準與其他金屬位準之間之襯墊完整性及電氣 連續性之單一層。 本發明之另一目的亦爲提供一結構，該結構具有以高縱 橫比及小尺寸提供連續性表面涵蓋範園之新穎襯墊材料。 ：{[上列表及其他目的，本發明揭示以及宣稱微電子方 法，包括形成半導體態樣之方法，該方法包括： 以第一材料電鍍介電質材料之一開口，該材料包括c〇xy ’其中X係選自鎢及矽組成之群組以及¥係選自磷及硼組成 之群組。 -----------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) -5 477014

經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 亦如上述列表及其他目的，本發明揭示以及宣稱微電子 結構，該結構包括具有一開口之半導體介電材料； 第一材料襯墊該開口，第一材料包括Μχ γ，其中M係選 自鈷及鎳組成之群組，X係選自鎢及矽組成之群組以及¥係 選自嶙及硼組成之群組；以及 第二材料充填該襯塾之介電質材料。 本發明這些以及其他目的、態樣以及優點由參考附圖以 供完成此發明最佳模式之下列説明爲明顯。 圖式之簡單説明 圖1，不依據比例或是眞實比率繪圖，爲迫切發明方法之 中間步驟之碎屑狀橫截面圖式。 圖2 ’不依據比例或是眞實比率繪圖，爲迫切發明之一具 體實施例之碎屑狀橫截面圖式。 圖3不依據比例或是眞實比率纟會圖，爲迫切發明之另一具 體實施例之碎屑狀橫截面圖式。 圖式之詳細説明 有利於微電子組件，如具有銅金屬化之高密度積體電路 之製造以及參考圖1，此發明提供用於提供用於提供銅襯墊 及具有新穎襯墊之銅結構之改良方法。圖示之結構顯示 半導體介電質材料1，具有現行金屬位準線/介質態樣， 已經藉由先前技藝已知任何裝置加以蝕刻。該態樣以無電 %艘C 〇 - W _ P層1 5加以槪塾。 大體上，該改良方法預期具有〇 _ w _ p (鈷-鎢-磷）合金金 屬化態樣之無電電鍍形成具有在溫度較佳地在大約7 〇至大 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格⑽x 297公爱） -----------11^裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 A7 B7 五、發明說明（4 約80°C範園内以及？11値在大約8至大約9範圍内之水電鍍 槽中以每分鐘大约40 A至每分鐘大約150 A範圍内之速率 沈積之厚度在大約50一5〇〇 A(埃）範圍内之一層。該水電鍍 槽包括低濃度鈷及鎢離子、次磷酸鹽、緩衝及複合劑以及 表面活性劑。該表面活性劑在每公升大約〇〇1克至每公升 大約〇·2克之範圍内，次磷酸鹽在每公升大約5克至每公升 大約1 5克範圍内，緩衝劑在每公升大約i 〇克至每公升大約 3〇克範圍内，複合劑在每公升大約15克至每公升大約5〇克 範圍内，鈷鹽在每公升大約5克至每公升大約丨5克範圍内 以及鎢鹽在每公升大約1克至每公升大約1 0克範園内呈現 。適當縮減劑包含次磷酸鹽及二甲氨基硼烷。適當緩衝劑 包含调酸。適當複合劑包含橫化全氟貌基钾。適當鎢鹽包 含鵪酸銨。適當錄鹽包含硫酸姑。 冨使用★亥改良方法時’等角襯蟄層及/或種子層可以沈積 。本發明之方法提供完整孔充填效能之有效率障壁層及連 續導電層。 在完成此發明之較佳模式中使用之水電鍍槽中，鈷鹽爲 每公升8克量之硫酸鈷以及鎢鹽爲每公升大約3克量之鎢酸 銨。作用爲轉換鈷爲其元素形式之縮減劑，次磷酸鹽爲每 公升大約10克量之次磷酸鈉。緩衝劑爲每公升大约丨5克量 之硼酸。複合劑爲每公升大約3 〇克量之檸檬酸鈉。重要的 是使用不會留下有毒害之副產品。如表面活性劑， FluoradTM FC-98(橫化全氟燒基处），爲每公升大約克量 是適當的’該活性劑商業上可由S t · Paul明尼蘇達市之明尼

-----------管-------- 丨訂---------線一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 ) 蘇達礦業及製造公司工業化學產品部門取得。其 化劑可父替使用。該水電鍍槽具有大約7 2。 w 約値。 < 恤度以及大 ，當半導體介電質材料中呈現之㈣線/介質受到前述章節 説明之水電鍍槽之無電電鍍時，該c〇_W-p合金層15以每分 鐘大約50 A之速率沈積在介電質材料i上以達^大約5^ 至大約500 A(埃）範圍内之厚度。在該層15達到此厚度之 後，具有蝕刻態樣10上電鍍襯墊15之該介電質材料^ ^水 電鍍槽移開以及沖洗。 圖2顯示藉由上述顯示例子獲得之最終金屬充填結構。金 屬化悲樣2 0形成在前述沈積層5上，該層可或不可包本與 正處理之現行位準電氣接觸之金屬化態樣。該些態樣2〇沈 積在非金屬化或是半導電材料1上。襯墊層！ 5沈積在介於 該金屬層20與介電質材料之間之金屬。在此具體實施例中 ，該無電電鍍C 〇 - W - P層作用爲該金屬化態樣之襯墊層。 在此具體實施例中，該金屬爲銅，該C 〇 - W - P層亦作用爲 種子層。在較佳具體實施例中，該Co-W-P層將爲大約 150-300 A厚。 圖3顯示使用迫切發明之另一結構。在圖3中，在該c〇_ W-P 15，無電電鍍之前，襯墊層25沈積。該襯墊層25可 以爲與該襯墊接觸之底材及金屬匹配之任何合成物。例如 ，下層5爲金屬以及現行位準20上之金屬二者爲銅，Ta及 TaN組合之襯墊層可以沈積。c〇=W-P之無電沈積之後將如 上述般進行。C 〇 · W - P可使用爲態樣縮小尺寸。以現行技 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝·-----—訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 477014 A7 B7_ 五、發明說明（6 ) 術完全涵蓋一線/介質所有側壁爲逐漸增加更多困難，所以 無電電鍍Co-W-P提供形成連續種子層及襯墊之替代方案。 相同材料可使用於圖2及圖3顯示之任一結構。迫切發明 之襯墊/種子材料不限於Co-W-P。可使用爲襯墊/種子層 之較佳材料例子包含元素如鈷、鎳、鎢、矽、錫、磷及硼 之薄膜合金以及形成形式Co-X-Y合金之一般材料中X爲次 要成分如W、S η或是S i以及Y爲磷或硼，例如CoWB、 CoSiP、CoSnP、CoSnB以及CoSiB。具有類似結果之其他合 金包含NiWP、NiSiP、NiSiB、NiWB、NiSnP 以及NiSnB。 雖然本發明已經由此依據特定較佳具體實施例加以詳細 説明，但是許多修正及變化可以由那些熟知相關技藝之人 士實現。因此，意圖藉由附屬申請專利範圍涵蓋所有此種 修正及變化以落入本發明眞實精神及範疇内。 -----------·裝--------訂---------線Φ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 、申請專利範圍 一種形成半導體態樣之方法，包括： 以弟^一材料電艘介雷哲g ί ϊ 反J %貝材料之開口，該材料包括 CoX Y，其中X係選自鎢、 自磷及硼組成之群组 切组成之群组以及γ係選 2 二請專利範圍㈣之方法，其中該電鍍爲 電質材料。 、〈万去’其中第一材料爲鄰近介 尚包括在電鍍步驟之前 其中第二材料包括選自 如申請專利範圍第1項之方法 沈積第二材料之步驟。 如申請專利範圍第4項之方法 6. 鈕、鈇、鹤、氮化鎢、氮化赵及氮化鈇組成群組之成員。 如申請專利範圍第1項之方法，其中第-材料之ΐ:爲 大約50 Α至大約500 Α。 後m 如申請專利範園第6項之方法， 大約15〇A至大約300 Αβ其中弟m爲 8. 一種形成半導體態樣之方法，包括： 以第-材料電鍍介電質材料之開p，該材料包括 ΝιΧγ，其中x係選自鶴、錫及矽组成之群组以及Y係選 自磷及硼組成之群組。 9.如申請專利範圍第8項之方法，其中該電艘爲無電電鍵。 利範圍第8項之方法’其中第一材料爲鄭近介 η.如申請專利範圍第8項之方法―，尚包括在電鏡步驟之前 沈積第二材料之步驟。

   經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 "υΐ4 u如中請專利範園第叫之方法，其中第二材科包 η σ、鈇、鎢 '氮化鶴、氮化备及氮化聽成群蚊成員 3·如申請專利範園第8項之方法， _成貝。 大約5。Α至大約500 Α。 其中弟-材科之厚度肩 “·如申請專利範圍第13項之方法 材 大约15〇 Α至大約3〇〇 Α 十弟材科<厚度爲 1 5 . 一種半導體結構，包括·· 一半導體介電質材料，具有一開口； 襯塾該開口之第一材料，該第一材料包括Μχγ，复 ^係選自鉛及鎳組成之群组，㈣選自轉錫及# 成之群組以及Υ係選自磷及硼組成之群組；以及 、 一第二材料，充填該襯墊之介電質材料。 ^如申請專利範圍第15項之結構，其中第二材料爲金屬。 7·如申請專利範圍第16項之結構，其中第二材料 以·^申請專利範圍第15項之結構，其中第—材料爲鄰近介 電質材料以及第二材料爲爲鄰近第一材料。 19.如申請專利範園第15項之結構，尚包括第三材料，該第 二材料爲配置於介於介電質材料與第一材料之間。 2〇·如申請專利範圍第19項之結構’其中第三材料；鄰近介 電質材料，第-材料爲鄰近第三材料以及第二材料爲爲 鄰近第一材料。 21·如申請專利範圍第19項之結構，其中第三材料包括選自 妲、鈦、鎢、氮化鎢、氮化鈀亙氮化鈦組成群組之成員。

   本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)At規格（210 X 297公釐）