[發明專利]阻擋層的無電沉積

無效

• 申請號: 200980102918.4
• 申請日: 2009-01-20
• 公開（公告）號: CN101925691A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: R·梅利斯
• 申請（專利權）人: 巴斯夫歐洲公司
• 主分類號: C23C18/50
• 分類號: C23C18/50
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 劉金輝;林柏楠

本發明涉及一種用于無電沉積阻擋層的溶液。本發明進一步涉及一種沉積阻擋層的方法。具體而言，本發明涉及一種可以沉積阻擋層而不先活化金屬表面的溶液和方法。

對微電子元件越來越高的布線密度和速度的要求引起互連線材料從常規鋁(合金)向銅(Cu)的轉變。銅的使用考慮到由這種布線密度引起的越來越高的互連線總電阻要求。

然而，由于其在基材(硅)或絕緣材料(例如SiO₂)中的高擴散活性，Cu作為布線材料的應用需要使用擴散阻擋層。這些擴散阻擋層在Cu布線下面使用以保護絕緣材料并用作絕緣層和布線層之間的粘合劑。

同時，在這些元件的工作過程中高的循環頻率需要增加電流密度，這可能導致布線中電導體材料的材料分離。這種現象稱作電遷移，其導致元件的高缺陷密度，這樣大大損害其性能。

制造銅線元件的標準方法是Damascene方法。在這里，該結構如互連線和通孔通過光刻工藝和隨后的干刻蝕工藝在絕緣層中制造并隨后用銅填充。化學機械拋光(CMP)用于將布線結構平面化。

將Co和Ni或Co和Ni合金的金屬層沉積在銅互連線上并用作銅向相鄰SiO₂層擴散的阻擋層。下述兩種方法用于在銅上的無電沉積：

a)在沉積工藝前，借助鈀核活化銅金屬化層(copper?metallization)。隨后通常在高于約50℃的溫度下進行無電鎳沉積工藝。次磷酸鹽用作還原劑。

b)在不先活化銅表面的情況下進行金屬的沉積。這通過使用氨基硼烷(DMAB)作為還原劑而實現。該方法中的溫度為約80-90℃，因此顯著高于使用Pd活化的沉積中的溫度。

后一方法得到質量更好的阻擋層，因為鈀對半導體元件的電子性能具有不利的影響，但是迄今為止還具有一些工藝工程缺點。

溫度波動對沉積工藝的沉積速率和起始行為具有直接的影響。只有當溫度保持精確恒定時，在整個晶片上才可以因此獲得均勻層厚。在工廠中的高溫下，這是困難的，且只有付出大量的費用才能夠實現。尤其在不得不打開工藝室來裝載晶片的油罐廠的情況下，如果在85-90℃的起始溫度下操作工藝，則在幾秒內溫度會下降約10℃。晶片越大，保證均勻的溫度越重要且越困難。

US?4,002,778描述了借助二甲基氨基硼烷(DMAB)沉積包含Ni和B的層。

US?2003/0113576A1描述了包含鎳或鈷的二元、三元或四元層如NiB、NiBP、NiCrB、NiCrBP、NiMoB、NiMoBP、NiWP、NiWBP、NiMNB、NiMnBP、NiTcB、NiTcBP、NiReB或NiReBP的無電沉積。用于無電沉積的溶液包含作為第一還原劑的DMAB，其中提及二乙基氨基硼烷和嗎啉-硼烷作為替代品，和第二還原劑如次磷酸鹽。

WO?2004/099466A2公開了在不先活化的情況下的三元層，尤其是CoWP的沉積。在這里，在該層沉積前在高溫下使用還原劑如次磷酸鹽或氨基硼烷，優選次磷酸鹽處理銅表面。

由上述現有技術開始，本發明的目的是提供一種用于沉積阻擋層的溶液和方法，可以在不用鈀活化的情況下在溫度降低下使用該溶液和方法。本發明的另一目的是在實際沉積前避免單獨還原步驟。

該目的通過用于在金屬表面上沉積阻擋層的溶液而實現，該溶液包含：

-元素鎳和鉬的化合物，

-至少一種選自仲和叔環氨基硼烷的第一還原劑，和

-至少一種絡合劑，

其中該溶液具有8.5-12的pH。

當使用本發明的溶液時，可以在相當低的溫度下進行阻擋層的無電沉積。這樣更易于控制，維持更經濟且對沉積池的使用壽命具有積極作用。

使用仲或叔環氨基硼烷作為第一還原劑，優選仲環氨基硼烷。環氨基硼烷可以是飽和的、不飽和的或芳族的環氨基硼烷，優選飽和的環氨基硼烷。環氨基硼烷可以是等節環的或雜環的，優選雜環氨基硼烷。就本發明而言，等節環是指在環中除了硼鍵合的氮之外不存在其它雜原子。就本發明而言，雜環是指在環中除了硼鍵合的氮之外存在至少一個其它雜原子。優選的雜原子例如為N、O或S，但是這些不構成限制。