TWI813172B - 用於鈷電沉積之電解液及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種用於製造鈷互連件的方法及一種使其能夠實施的電解液。pH小於4.0之該電解液包含鈷離子、氯離子及有機添加劑，該等有機添加劑包括α-羥基羧酸及胺，諸如聚乙烯亞胺或苯并三唑。
Description
本發明係關於在導電表面上鈷之電沉積。更準確而言，其係關於一種電解液及一種可用於製造積體電路中之電互連件之鈷電沉積方法。
半導體器件包含不同整合層級及兩類導電金屬互連件：槽，數十奈米寬，其在器件之表面上延伸(run)且連接電子組件；及通孔，其連接不同層級且其直徑為約數百奈米。
互連件製造包含在基板上蝕刻空穴，接著將金屬晶種層沉積於空穴之表面上以允許用導電金屬以電化學方式填充空穴的後續步驟。
用鈷填充互連件之習知方法使用含有鈷鹽及多種有機添加劑的電解液。此等添加劑之組合一般為獲得良好品質之鈷體，更尤其無材料空隙且具良好傳導性所必需的。
空穴填充可遵循兩種機制，此視所使用之電解液的組成而定：由下而上填充或保形填充。由下而上機制的填充方法與其中鈷沉積物以相同速率在中空圖案之底部及壁上生長的填充方法相反。
為了獲得由下而上之填充，先前技術之電解液包含數種添加劑，包括抑制劑及加速劑。此類系統使得有可能避免在鈷沉積物中形成空隙且在填充期間空穴開口過早閉合。抑制劑限制鈷沉積於空穴之上層、其壁上以及空穴開口之基板上之平坦表面上，同時加速劑在空穴之底部擴散以促進鈷沉積。加速劑之存在對於具有較窄寬度及較大深度之空穴甚至為更必要的，此係由於其使得有可能提高在空穴之底部處的鈷沉積速率。
針對由下而上之填充所設計的電沉積浴具有若干缺點，最終限制所製造電子器件之順利操作且使其製造成本過於昂貴。其實際上產生受有機添加劑污染之鈷互連件，該等有機添加劑為在填充期間限制鈷中形成孔所必需的。此外，用此等化學品獲得之填充速度太慢而不能與工業規模之生產相容。
在申請案US 2016/0273117中，例如，電解液含有多種添加劑，包括具有互補功能之抑制劑及加速劑以確保由下而上填充。本發明人發現，藉由此電解液所沉積之鈷的電阻率極高，且填充期間鈷中形成孔。此係為什麼有必要使沉積物退火以移除該等孔。
因此，需要提供產生尤其相對於傳導性，效能經改良的鈷互連件的電解浴。為實現此目的，期望產生即使在不存在退火步驟之情況下亦具有極低數量之雜質且不含材料空隙的鈷沉積物。亦期望提出電解液，其在避免在鈷中形成孔的同時，使得有可能達成足夠高的沉積速度以使器件製造有利可圖。
本發明人發現α-羥基羧酸及氮化合物，諸如聚乙烯亞胺或苯并三唑之組合符合此等需求。
α-羥基羧酸當然已用於鈷沉積之電化學方法中，諸如申請案WO 2019/179897中，但此等方法係遵循保形填充機制，在其結束時，在無沉積物退火的情況下，孔仍存留於金屬中。
因此，本發明係關於一種方法，其用於藉由使用pH包含於1.8與4.0之間之電解液之空穴的由下而上填充來產生鈷互連件，該電解液包含鈷II、氯離子、α-羥基羧酸及選自聚乙烯亞胺及苯并三唑之添加劑。
更準確而言，本發明係關於一種用於鈷之電沉積之呈水性溶液形式的電解液，其包含1至5 g/L之鈷II離子、1至10 g/L之氯離子、含量足以獲得包含於1.8與4.0之間之pH的強酸，及包括至少一種選自α-羥基羧酸及其混合物之第一添加劑及至少一種選自聚乙烯亞胺及苯并三唑之第二添加劑的有機添加劑。
本發明之電解液允許獲得高純度之連續鈷沉積物，其生產持續時間可小於先前技術之製造持續時間。
實際上，習知方法之填充動力學必須更慢以防止形成孔，且當形成孔時該方法必須包含退火步驟。此外，該方法可包含鈷電沉積之兩個各別步驟：以相當緩慢之速度進行空穴填充的一個步驟，及使用包含鈷離子之第二電解液進行電沉積，以在整個基板表面上沉積所謂的「覆蓋層(overburden layer)」的第二步驟。
本發明之方法有利地使得有可能在單一電沉積步驟中進行空穴填充及覆蓋層沉積。其亦使得有可能在進行組合對覆蓋層之化學及機械侵蝕的拋光步驟之前避免鈷沉積物退火。
另外，在本發明之上下文中產生之鈷沉積物具有形成具有極低雜質量，較佳小於1000原子ppm之互連件的優勢。
「電解液」意謂用於電沉積方法中之含有金屬塗層之前驅物的液體。
「連續填充」意謂不含空隙之鈷體。在先前技術中，材料孔或空隙可在鈷沉積物中觀測到，如在空穴壁與鈷沉積物之間(側壁空隙)，及呈縫隙形式之與空穴壁相距一定距離的孔。可藉由製作結構之截面藉由透射或掃描電子顯微法來觀測及定量此等空隙。本發明之連續沉積物較佳具有小於10體積%、較佳小於或等於5體積%之平均空隙百分比。待填充之結構內的空隙百分比可藉由掃描電子顯微法以在50,000與350,000之間的放大率量測。
空穴之「平均直徑」或「平均寬度」意謂在待填充之空穴的開口處量測的尺寸。空穴例如呈圓柱體或展開(flared)通道之形式。
根據第一實施例，本發明係關於一種用於鈷之電沉積的電解液，其特徵在於電解液係水性溶液，其包含1至5 g/L之鈷II離子、1至10 g/L之氯離子、含量足以獲得包含於1.8與4.0之間之pH的強酸，及包括至少一種選自α-羥基羧酸及其混合物之第一添加劑及至少一種選自聚乙烯亞胺及苯并三唑之第二添加劑的有機添加劑。
鈷II離子之質量濃度可在1 g/L至5 g/L，例如2 g/L至3 g/L範圍內。氯離子之質量濃度可在1 g/L至10 g/L範圍內。
可藉由溶解於水中之氯化鈷或其水合物鹽中之一者，諸如氯化鈷六水合物來引入氯離子。
電解液較佳包含至多兩種有機添加劑，此等添加劑為第一添加劑及第二添加劑。
電解液中所包含的所有有機添加劑較佳不含硫。例如，α-羥基羧酸較佳不含硫。
電解液較佳不含有任何硫化合物。另外，較佳地不藉由溶解諸如硫酸鈷之鈷鹽或其水合物中之一者來獲得組合物，此係因為其產生鈷沉積物之硫污染，其為吾人希望避免的。
電解液中有機添加劑之總濃度較佳包含於5 ppm與50 ppm之間。
第一添加劑之濃度較佳包含於5與200 ppm之間，且第二添加劑之濃度較佳包含於1與10 ppm之間。
第一添加劑係選自例如檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、杏仁酸及甘油酸。
在本發明之特定實施例中，α-羥基羧酸為酒石酸。
根據本發明之一個實施方式，第二胺添加劑為線性或支化聚(伸乙基亞胺)均聚物或共聚物。聚(伸乙基亞胺)係呈酸形式，其部分或全部之胺官能基經質子化。
將選擇線性聚(伸乙基亞胺)，例如，其具有包含於500 g/mol與25,000 g/mol之間的數目平均分子量Mn。
亦可選擇支化聚(伸乙基亞胺)，其具有包含於500 g/mol與70,000 g/L之間的數目平均分子量Mn，其包含一級胺、二級胺及三級胺官能基。
因此，聚(伸乙基亞胺)可為CAS編號25987-06-8之聚(伸乙基亞胺)，其具有例如包含於500 g/mol與700 g/mol之間的數目平均分子量Mn，及較佳包含於700 g/mol與900 g/mol之間的重量平均分子量Mw。此類聚(伸乙基亞胺)存在於由Sigma-Aldrich公司出售之參考號408719下。
聚(伸乙基亞胺)亦可為CAS編號9002-98-6之聚(伸乙基亞胺)，其具有例如包含於500與700 g/mol之間的數目平均分子量Mn。此類聚(伸乙基亞胺)存在於由Polysciences公司出售之參考號02371下。
數目平均分子量及重量平均分子量可彼此獨立地藉由熟習此項技術者已知之習知方法，諸如凝膠滲透層析(GPC)或光散射(LS)量測。
根據本發明之一個實施方式，胺為苯并三唑。
電解液之pH較佳包含於1.8與4.0之間。在特定實施例中，pH包含於1.8與2.6之間。
組合物之pH可視情況用熟習此項技術者已知之鹼或酸調節。所使用之酸可為氫氯酸。電解液可不含有緩衝化合物，諸如硼酸。較佳地，電解液不含有硼酸。
儘管原則上不存在關於溶劑之性質的限制(其限制條件為其充分溶解溶液之活性物種且不干擾電沉積)，但其較佳將為水。根據一個實施例，溶劑主要包含按體積計之水。
電解液之傳導率較佳包含於2 mS/cm與10 mS/cm之間。
本發明亦關於一種用於在基板上沉積的電化學方法，該基板具備包含平坦部分及空穴之導電表面，該方法係藉由由下而上填充該等空穴，該方法包含：
-使導電表面與根據前述描述之電解液接觸的步驟，
-使導電表面極化一段充足的持續時間以進行表面上之鈷沉積的電步驟。
在一個有利實施例中，持續時間足以藉由厚度在50 nm至400 nm範圍內之鈷沉積物來進行導電表面空穴之填充及平坦部分之塗佈。
在一個有利變化形式中，不必進行使在極化步驟結束時獲得之鈷沉積物退火的步驟，以使得可緊接極化步驟之後進行拋光步驟，其組合對在極化步驟結束時獲得之鈷沉積物之化學及機械侵蝕(亦稱為機械化學)。根據一個實施例，本發明之沉積方法因此包含：
-使導電表面與根據前述描述之電解液接觸的步驟，
-使導電表面及電解液極化一段充分的持續時間以形成填充空穴且視情況塗佈導電表面之平坦部分之鈷沉積物的步驟，
-不在50℃至500℃範圍內之溫度下對沉積物進行先前退火處理的情況下，組合對鈷沉積物之化學及機械侵蝕的拋光步驟。
在本發明之電解液存在下的極化步驟可持續足以填充空穴而不覆蓋平坦表面所需的時間。在此情況下，沉積方法可包含第二極化步驟，在此期間使用除本發明之電解液以外的電解液形成第二鈷沉積物。
替代地，在本發明之電解液存在下的極化步驟可持續足以填充空穴且塗佈平坦表面所需的時間，其中平坦表面上方之鈷沉積物的厚度至少為20 nm。
鈷沉積物塗佈平坦表面之部分(亦稱為覆蓋層)可具有包含於50 nm與400 nm之間的厚度。有利地，其在整個基板表面上具有恆定厚度。層亦為均勻、光亮及緊密的。
在某些條件下，本發明之方法為相對於先前技術之「保形」方法的所謂的「由下而上」方法。在此狀況下，在空穴之底部處之鈷沉積速度比壁上高。
在極化步驟結束時獲得的鈷沉積物有利地具有小於1000原子ppm之雜質含量。主要的雜質為氧，接著為碳及氮。碳及氮之總含量較佳小於300 ppm。
在電沉積步驟結束時獲得的鈷沉積物有利地為連續的，意為其在不在50℃至500℃範圍內、較佳包含於150℃與500℃之間的溫度下進行熱處理的情況下，包含小於10體積%或10面積%、較佳小於或等於5體積%或5面積%的空隙百分比。
鈷沉積物中之空隙百分比可藉由熟習此項技術者已知之電子顯微鏡觀測來量測，熟習此項技術者將選擇似乎為最適當的方法。此等方法中之一者可為掃描電子顯微法(SEM)或透射電子顯微法(TEM)，其藉由使用包含於50,000與350,000之間的放大率。空隙體積可藉由量測包含經填充空穴之基板之一或多個截面中所觀測到的空隙面積來評估。當在若干截面中量測到若干面積時，將計算此等面積之平均值以評估空隙體積。
低含量之雜質組合極低之空隙百分比使得有可能獲得電阻率降低的鈷沉積物。此外，在不在50℃至500℃範圍內之溫度下進行熱處理的情況下，在極化步驟結束時獲得之鈷沉積物的電阻率可小於30 µΩ.cm。
鈷沉積速率可在0.1 nm/s與3.0 nm/s之間，較佳在1.0 nm/s與3.0 nm/s之間，且更佳在1 nm/s與2.5 nm/s之間。
待填充之空穴可根據熟習此項技術者已知之鑲嵌(Damascene)或雙鑲嵌(Dual Damascene)方法來塑造，該等方法包含一連串步驟，其包含：-在矽晶圓之上部部分上蝕刻槽；-在經蝕刻表面上沉積大體上由氧化矽組成之絕緣介電層；-沉積用以防止鈷遷移至矽中之障壁材料的薄層；-視情況沉積稱為晶種層之薄金屬層。
障壁層及晶種層一般彼此獨立地具有包含於1 nm與10 nm之間的厚度。
與電解液接觸之導電表面為金屬層之表面，該表面包含例如在由鈷、銅、鎢、鈦、鉭、釕、鎳、氮化鈦以及氮化鉭構成之群中選擇的至少一種化合物。
基板之導電表面可為包含厚度包含於1 nm與6 nm之間之氮化鉭層的總成的表面，其自身經包含於1 nm與10 nm之間、較佳2 nm與5 nm之間的金屬鈷層覆蓋且與其接觸，在電步驟期間鈷將沉積於其上。
因此，可藉由SiO
2、氮化鉭及鈷之連續沉積物獲得基板。鈷可藉由化學氣相沉積(CVD)或藉由原子層沉積(ALD)沉積於氮化鉭上。
包含金屬層及鈷沉積物之總成的電阻率可在7至10歐姆/公分範圍內。其較佳包含於7.5與8.5歐姆/公分之間。
經設計以根據本發明之方法填充鈷的空穴較佳在其開口處(亦即，在基板之表面處)具有小於100 nm、較佳包含於10與50 nm之間的寬度。深度可在50至250 nm範圍內。根據一個實施例，其寬度包含於30 nm與50 nm之間，較佳35 nm與45 nm之間，且深度包含於125 nm與175 nm之間。
用於電步驟中之極化強度較佳在2 mA/cm
2至20 mA/cm
2範圍內。當極化電流之強度在8.5 mA/cm
2至18.5 mA/cm
2範圍內時，鈷沉積速率包含於0.1 nm/s與3.0 nm/s之間，與先前技術之方法在此電流範圍中觀測到的低得多的速率相比，此係極有利的。
本發明之方法的電極化步驟可包含單一或若干個不同的極化模式步驟。
導電表面可在極化之前或在極化之後與電解液接觸。較佳地，與空穴接觸在供能之前完成，以便限制電解液對表面之腐蝕。
電步驟可藉由使用選自由勻變模式、恆電流模式及電流脈衝模式構成之群的至少一個極化模式來進行。
例如，電步驟包含電流在0 mA/cm
2至10 mA/cm
2範圍內之勻變模式下的一或多個陰極極化步驟，持續時間較佳包含於10秒與100秒之間。
電步驟亦可包含電流在5 mA/cm
2至20 mA/cm
2範圍內之恆電流模式下的一或多個極化步驟。
根據一個實例，電步驟包含電流較佳在0 mA/cm
2至10 mA/cm
2範圍內之勻變模式下的至少一個陰極極化步驟，繼之為在恆電流模式下藉由施加5 mA/cm
2至20 mA/cm
2之電流的步驟。
本發明之方法可包含使在先前所描述之填充結束時獲得之鈷沉積物退火的步驟，但其有利地不具有此步驟。一般在包含於350℃與550℃之間，例如約450℃的溫度下，較佳在諸如含4% H
2之N
2的還原氣體下進行退火熱處理。
方法可包含用還原電漿處理以便還原存在於基板之導電表面上之原生金屬氧化物的預先步驟。電漿亦作用於槽之表面，其允許改良晶種層與電沉積之鈷之間的介面品質。較佳地，緊接在電漿處理之後進行電沉積步驟以使原生氧化物之再形成減到最少。
當產生導電金屬互連件，諸如在表面上延伸之槽及連接不同層級之整合的通孔時，本發明之方法尤其適用於半導體器件製造。
藉由以下實例進一步說明本發明。
實例 1 ： 用包含 α - 羥基羧酸及聚乙烯亞胺之溶液在 pH=2.2 下對 40 nm 寬且 150 nm 深的結構進行電沉積槽藉由鈷晶種層上之鈷的電沉積來填充。在pH 2.2下使用含有二氯化鈷、α-羥基羧酸及聚乙烯亞胺(PEI)之組合物進行沉積。
A. 材料及設備 基板此實例中所使用之基板由3.3 x 3.3 cm之經槽蝕刻的矽試片構成，該試片已依次塗佈有氧化矽層、2 nm厚之TaN層及3 nm厚之金屬鈷層。基板之電阻率為約600歐姆/平方。待填充之空穴的寬度在其開口處等於40 nm且其深度等於150 nm。
電沉積溶液 ：在此溶液中，由CoCl
2(H
2O)
6獲得之Co
2+濃度等於2.3 g/L。酒石酸之濃度等於15 ppm。PEI之濃度等於5 ppm。藉由添加氫氯酸將溶液之pH調節至2.2。
設備 ：在此實例中，所用電解沉積設備係由兩個部分構成：經設計以容納電沉積溶液之單元，其配備有流體再循環系統，以便控制系統之液體動力特性；及旋轉電極，其配備有適於所使用之試片大小(3.3 cm x 3.3 cm)的樣品夾。電解沉積單元具有兩個電極：
- 鈷陽極
- 塗佈有上文所描述之層的結構化矽試片，其構成陰極。
- 參考物連接至陽極。
接頭允許藉由電線連接至提供至多20 V或2 A之穩壓器之電極的電接觸。
B. 實驗方案 ： 電方法 ：藉由應用不同電方法進行三種測試，稱作測試1、測試2及測試3。三個方法包含兩個、三個或五個出自以下步驟之步驟：
a)「冷輸入(cold input)」：將電沉積溶液倒入電解沉積單元中。將不同電極置於適當位置且在無極化之情況下於電沉積溶液中接觸。隨後施加極化。
b)在第二步驟中，在電流範圍為0 mA至30 mA (或3.8 mA/cm
2)之動電流(galvanodynamic)勻變模式下極化陰極。此步驟在65 rpm之旋轉下進行3秒。
c)在第三步驟中，在電流範圍為30 mA (或3.8 mA/cm
2)至60 mA (或7.6 mA/cm
2)之動電流勻變模式下極化陰極。此步驟在65 rpm之旋轉下進行55秒。
d)在第四步驟中，在電流範圍為60 mA (或7.6 mA/cm
2)至130 mA (16.5 mA/cm
2)，例如電流範圍為60 mA (或3.8 mA/cm
2)至90 mA (11.4 mA/cm
2)之動電流勻變模式下極化陰極。此步驟在65 rpm之旋轉下進行7秒。
e)在最後步驟中，在電流範圍為90 mA (11.4 mA/cm
2)至130 mA (16.5 mA/cm
2)，例如90 mA (11.4 mA/cm
2)之恆電流模式下極化陰極。此步驟在65 rpm或100 rpm之旋轉下進行且持續40至150秒。
第一電方案(測試1)包含三個步驟：步驟a)、b)及c)。
第二電方案(測試2)包含五個步驟：步驟a)至e)。在步驟e)期間，在恆電流模式下以90 mA (11.4 mA/cm
2)藉由100 rpm之旋轉極化陰極40秒。
第三電方案(測試3)包含兩個步驟：步驟a)及e)。在步驟e)期間，在恆電流模式下以90 mA (11.4 mA/cm
2)藉由65 rpm之旋轉極化陰極133秒。
C. 所得結果 ：如圖1中可見，測試1中獲得之金屬化基板之透射電子顯微法(TEM)分析揭露自底部開始之槽的部分填充，反映由下而上沉積機制。此外，結構中不存在孔(縫隙空隙)。
在測試2中，掃描電子顯微法(SEM)分析揭露在未退火之情況下，填充在槽壁上無孔缺陷(側壁空隙)，反映鈷之良好長晶，且結構中無孔(縫隙空隙)，反映最佳由下而上填充。
圖2展示由測試3之掃描電子顯微法(SEM)分析產生之載片，其揭露在未退火之情況下，填充在槽壁上無孔缺陷(側壁空隙)，反映鈷之良好長晶，且結構中無孔(縫隙空隙)，反映最佳由下而上填充。
實例 2 ： 用包含 α - 羥基羧酸及苯并三唑之溶液在 pH=2.2 下對 40 nm 寬且 150 nm 深的結構進行電沉積在pH 2.2下使用含有二氯化鈷、α-羥基羧酸及苯并三唑之組合物來填充與實例1之彼等槽一致的槽。
A. 材料及設備 基板所使用的基板嚴格地與實例1的基板一致。
電沉積溶液 ：在此溶液中，由CoCl
2(H
2O)
6獲得之Co
2+濃度等於2.3 g/L。酒石酸之濃度等於15 ppm。苯并三唑之濃度等於10 ppm。藉由添加氫氯酸將溶液之pH調節至2.2。
設備 ：設備與實例1之設備一致。
B. 實驗方案 ： 電方法 ：電方法與實例1之測試2的方法一致且包含五個步驟，步驟a)至e)。
C. 所得結果 ：掃描電子顯微法(SEM)分析揭露在未退火之情況下，填充在槽壁上無孔缺陷(側壁空隙)，反映鈷之良好長晶，且結構中無孔(縫隙空隙)，反映最佳由下而上填充。
比較實例 3 ： 用單一有機添加劑 α - 羥基羧酸在 pH=2.2 下對 40 nm 寬且 150 nm 深的結構進行電沉積在pH 2.2下使用含有二氯化鈷及α-羥基羧酸之組合物來填充與實例1之彼等槽一致的槽。
A. 材料及設備 基板所使用的基板嚴格地與實例1的基板一致。
電沉積溶液 ：在此溶液中，由CoCl
2(H
2O)
6獲得之Co
2+濃度等於2.3 g/L。酒石酸之濃度等於15 ppm。藉由添加氫氯酸將溶液之pH調節至2.2。
設備 ：設備與實例1之設備一致。
B. 實驗方案：電方法與實例1之測試2的方法一致且包含五個步驟，步驟a)至e)。
C. 所得結果 ：掃描電子顯微法(SEM)分析揭露填充在結構中包含孔(縫隙空隙)，其需要額外退火步驟來能夠將其移除，反映類似於拉鏈使結構自底部至頂部閉合的生長。
比較實例 4 ： 藉由先前技術之電解液對 40 nm 寬且 150 nm 深的結構進行電沉積在pH 4下使用根據申請案US 2016/0273117 A1之教示含有硫酸鈷、硼酸、硫脲及聚乙烯亞胺(PEI)之先前技術之組合物來在與實例1之彼等槽一致的槽中進行鈷之電沉積。
A. 材料及設備 基板所使用的基板嚴格地與實例1的基板一致。
電沉積溶液 ：在此溶液中，由CoSO
4獲得之Co
2+濃度等於2 g/L。硼酸之濃度等於20 g/L。硫脲之濃度等於150 ppm。PEI之濃度等於10 ppm。藉由添加硫酸將溶液之pH調節至4。
設備 ：設備與實例1之設備一致。
B. 實驗方案：方法與實例1之測試3的方法一致且包含兩個步驟，步驟a)及e)。
C. 所得結果 ：如在圖3中可見，掃描電子顯微法(SEM)分析揭露在不退火的情況下，填充在結構中有缺陷(縫隙空隙)，反映非最佳之由下而上填充。
同時，對實例1之測試3中所獲得之膜及此實例中所獲得之膜的分析允許比較其電阻率。結果報導於下表1中。
| 膜電阻(Ω/平方) | 厚度(nm) | 電阻率(µΩ.cm) | |
| 實例1測試3 | 0.52 | 381 | 19.8 |
| 比較實例4 | 23.6 | 372 | 878 |
在實例1之測試3中所沉積之膜的電阻率比比較實例4之電阻率更佳，其在工業水準下更合乎需要。較低電阻率等同於具有較少雜質之較佳膜品質。
[圖1]圖1為實例1之測試1的根據本發明方法填充之空穴的透射電子顯微鏡載片。
[圖2]圖2為實例1之測試3的根據本發明方法填充之空穴的掃描電子顯微鏡載片。
[圖3]圖3為根據先前技術之電沉積方法(比較實例4)填充之空穴的掃描電子顯微鏡載片。
Claims (15)
- 一種用於鈷之電沉積的電解液，其特徵在於該電解液係水性溶液，其包含1至5g/L之鈷II離子、1至10g/L之氯離子、含量足以獲得包含於1.8與4.0之間之pH的強酸、及包括至少一種選自α-羥基羧酸及其混合物之第一添加劑及至少一種選自聚乙烯亞胺及苯并三唑之第二添加劑的有機添加劑，其中該電解液中有機添加劑的總濃度在5ppm與50ppm之間；其中該電解液不含有任何含硫化合物；且其中該電解液不含有硼酸。
- 如請求項1之電解液，其中該第二添加劑之濃度包含於1ppm與10ppm之間。
- 如請求項1之電解液，其中其pH包含於1.8與2.6之間。
- 如請求項3之電解液，其中該第一添加劑係選自檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、杏仁酸及甘油酸。
- 如請求項1之電解液，其中其傳導率包含於2mS/cm與10mS/cm之間。
- 一種用於在基板上沉積的電化學方法，該基板具備包含平坦部分及 空穴之導電表面，該方法係藉由由下而上填充該等空穴，該方法包含：使該導電表面與如請求項1至5中任一項之電解液接觸的步驟，使該導電表面極化一段充足的持續時間以進行該表面上之鈷沉積的電步驟。
- 如請求項6之用於沉積鈷的電化學方法，其中該持續時間足以藉由厚度在50nm至400nm範圍內之鈷沉積物來進行該等空穴之填充及該平坦部分之塗佈。
- 如請求項6之用於沉積鈷的電化學方法，其中緊接該極化步驟之後的為拋光步驟，其組合對在該極化步驟結束時獲得之該鈷沉積物之化學及機械侵蝕。
- 如請求項6之方法，其中該等空穴具有在其開口處小於100nm的寬度及包含於50nm與250nm之間的深度。
- 如請求項6方法，其中在該極化步驟結束時獲得之該鈷沉積物的雜質含量小於1000原子ppm。
- 如請求項6之方法，其中在不在50℃至500℃範圍內之溫度下進行熱處理的情況下，在電沉積步驟結束時獲得之該鈷沉積物包含小於10體積%或10面積%的平均空隙百分比。
- 如請求項6之方法，其中當極化電流之強度在8.5mA/cm2至18.5mA/cm2範圍內時，鈷之沉積速率包含於0.1nm/s與3.0nm/s之間。
- 如請求項6之方法，其中在不在50℃至500℃範圍內之溫度下進行熱處理的情況下，在該極化步驟結束時獲得之該鈷沉積物的電阻率小於30μΩ.cm。
- 如請求項6之方法，其中該基板藉由SiO2、氮化鉭及鈷之連續沉積物獲得。
- 如請求項14之方法，其中該鈷係藉由化學氣相沉積(CVD)或藉由原子層沉積(ALD)沉積於氮化鉭上。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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