[發(fā)明專利]鈷基合金化學鍍液以及使用該化學鍍液的化學鍍法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680051913.X
• 申請日: 2006-12-28
• 公開（公告）號: CN101336309A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 李商哲;金珉均;高敏鎮(zhèn)
• 申請（專利權）人: LG化學株式會社
• 主分類號: C23C18/54
• 分類號: C23C18/54
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司
• 代理人: 朱梅;黃麗娟

技術領域

本發(fā)明涉及一種鈷基合金化學鍍液以及使用該化學鍍液的化學鍍法，且更明確地，涉及一種足以穩(wěn)定地重復使用多次且可避免由于生成沉淀導致金屬薄膜質量劣化的鈷基合金化學鍍液；以及一種其特征在于浸入到或噴涂該化學鍍液的化學鍍法。

背景技術

隨著近來半導體器件存儲密度的增加，常規(guī)的鋁布線材料必須被銅替換以降低信號延遲并提高電遷移電阻。然而，當銅被用作布線材料時，銅擴散到限定布線的層間絕緣膜(例如，氧化硅層)中。為了解決這個問題，在銅線之間形成擴散阻擋層(形成在銅布線的側壁和底部)和覆蓋層(capping?layer)(形成在銅布線的上部)，以及應用層間絕緣膜來避免直接接觸。

迄今，氮化硅層已被用作銅布線的覆蓋層。然而，除了對銅較差的附著力之外，所述氮化硅層對于形成在覆蓋層(例如氧化硅層)上部的層間絕緣膜具有不同的熱膨脹系數(shù)，因此機械應力被集中到覆蓋層和層間絕緣膜之間，從而導致覆蓋層(氮化硅膜)從銅布線的上部分離。當所述覆蓋層從銅布線分離時，將不能抑制銅擴散到層間絕緣膜中。由于氮化硅膜介電常數(shù)的巨大差異，寄生電容的體積增大，這將通過RC延遲引起半導體器件驅動速度的延遲。

由此，鈷基合金被提出作為替代品，其看起來具有對銅布線優(yōu)異的附著力和低介電常數(shù)，并且阻止銅擴散到層間絕緣膜中。所述鈷基合金包含作為主要成分的鈷，且另外包含如鎢、硼、磷等金屬。為了有選擇地在銅布線的上部形成鈷基合金薄膜，提出了化學鍍。

化學鍍是一種形成金屬薄膜的方法，該方法無需任何外部提供的電子，通過使用在催化劑載體表面上由還原劑的氧化作用生成的電子還原金屬離子來形成金屬薄膜。這種方法具有尤其在整個基片的被催化劑活化的目標區(qū)上形成金屬薄膜的優(yōu)點。然而，根據(jù)施鍍條件，通過包含還原劑，所述鍍液變得不穩(wěn)定，并由此發(fā)生自溶。自溶表明：金屬離子不但在催化劑載體的表面上，而且在鍍液中被還原，由此生成沉淀。這些自溶引起金屬粒子損失，導致溶液耐久性降低(縮短了溶液的壽命)并且由于溶液中生成沉淀，金屬薄膜的質量下降。

為了通過化學鍍將鈷基合金施加在銅布線的上部，考慮到銅的低催化活性，在銅的表面上容易被氧化的二甲胺硼烷(DMAB)須被用作還原劑，且該過程中也須高的溫度。但是，這種情況下所述化學鍍液變得化學不穩(wěn)定，因此容易發(fā)生自溶。

發(fā)明內容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種鈷基合金化學鍍液，其足以穩(wěn)定而抑制自溶且可重復使用多次，并能防止由于溶液中生成沉淀導致金屬薄膜質量劣化。

本發(fā)明也提供一種特征在于浸入到或噴涂所述鈷基合金化學鍍液的化學鍍法以及一種使用該法制備的薄膜。

本發(fā)明的一個實施方案提供一種鈷基合金化學鍍液，其包含：鈷前驅體、鎢前驅體、磷前驅體、還原劑、絡合劑、pH調節(jié)劑和穩(wěn)定劑，其中所述還原劑為二甲胺硼烷(DMAB)或氫硼化物，并且所述穩(wěn)定劑為選自由咪唑、噻唑、三唑、二硫化物以及它們的衍生物組成的組中的一種或多種化合物。

本發(fā)明的另一實施方案提供一種特征在于浸入到或噴涂所述鈷基合金化學鍍液的化學鍍法以及一種使用該法制備的薄膜。

在下文中，將詳細描述本發(fā)明。

因為常規(guī)還原劑在銅的表面上不容易被氧化、施鍍困難，所以包括次磷酸鹽的常規(guī)還原劑不適合通過鈷基合金化學鍍在銅布線的上部形成覆蓋層。因此，在銅的表面上很容易被氧化的二甲胺硼烷(DMAB)或氫硼化物需要作為還原劑形成覆蓋層。然而，由于使用還原劑施鍍必須在高溫下進行，而這會降低化學穩(wěn)定性，因而使用DMAB或氫硼化物作為還原劑增加了自溶的可能性。因此，本發(fā)明通過向鈷基合金化學鍍液中加入穩(wěn)定劑設法抑制自溶。

本發(fā)明所述鈷基合金化學鍍液包含：鈷前驅體、鎢前驅體、磷前驅體、還原劑、絡合劑、pH調節(jié)劑和穩(wěn)定劑，其中所述還原劑為二甲胺硼烷(DMAB)或氫硼化物，并且所述穩(wěn)定劑為選自由咪唑、噻唑、三唑、二硫化物以及它們的衍生物組成的組中的一種或多種化合物。

所述鈷前驅體是選自由硫酸鈷、氯化鈷和硫酸鈷銨(cobaltammonium?sulphate)組成的組中的一種或多種化合物。這些化合物中，優(yōu)選七水硫酸鈷。考慮反應速度和施鍍時間，所述鈷前驅體的優(yōu)選含量為0.5～5.0g/L。

所述鎢前驅體是選自由鎢酸銨、鎢酸鈉和四甲基鎢酸銨(tetramethyl?ammonium?tungstate)組成的組中的一種或多種化合物，且這些化合物中優(yōu)選鎢酸銨。所述鎢前驅體的含量可被控制以調節(jié)覆蓋層的組分，且所述鎢前驅體的優(yōu)選含量為0.1～1.0g/L。