[發明專利]用于高深寬比填充的半導體反流處理

有效

• 申請號: 201310150489.6
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN103426816B
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 伊斯梅爾·T·埃邁什;羅伯特·C·林克
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/48
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國,趙靜

技術領域

本公開內容涉及用于在微電子工件上的具有高深寬比(aspect ratio)的部件中（例如，在穿透硅過孔（Through Silicon Via）（TSV）部件中）電化學沉積導電材料（例如金屬，例如，銅（Cu）、鈷（Co）、鎳（Ni）、金（Au）、銀（Ag）、錳（Mn）、錫（Sn）、鋁（Al）及以上各物的合金）的方法。

背景技術

TSV沉積通常針對產生穿過工件的垂直互連體，用于與其他工件上的互連體的上下連接。在TSV集成(TSV integration)的一個非限制實例中，沉積金屬以填充TSV過孔，然后研磨晶片的背部直到暴露過孔的底部為止，從而產生用于過孔的第二連接點。然而，應理解，其他類型的TSV集成也在本公開內容的范圍內。

典型TSV部件具有直徑可在約1微米到約15微米的范圍內和深度可在約20微米到約120微米的深度范圍內的尺寸。部件開口通常較大以使電鍍能夠達到顯著深度。即使考慮到較大開口，TSV部件通常仍具有非常高的深寬比。

TSV工藝可包括過孔蝕刻、絕緣體及阻擋層沉積、種晶層沉積、金屬填充及化學機械拋光（CMP）。TSV部件中的沉積物可包括介電層、阻擋層、種晶層及填充層。在一個實例中，TSV沉積物可包括種晶層中的銅、填充層中的銅或以上兩者中的銅。

因為銅易于擴散到介電材料中，所以阻擋層可用于使銅沉積物與介電材料分隔開。然而，應理解，除了對于銅來說可以不需要阻擋層之外，對于其他金屬沉積物來說，也可以不需要阻擋層。阻擋層通常由耐火金屬或耐火化合物構成，例如，鈦（Ti）、鉭（Ta）、氮化鈦（TiN），氮化鉭（TaN）等。其他合適的阻擋層材料可包括錳（Mn）及氮化錳（MnN）。

通常使用稱為物理氣相沉積（PVD）的沉積技術形成阻擋層，但也可通過使用其他沉積技術（例如，化學氣相沉積（CVD）或原子層沉積（ALD））形成阻擋層。在TSV應用中，阻擋層厚度通常可為約到約（約50nm到約400nm）。

種晶層可沉積在阻擋層上。然而，還應理解，直接在阻擋層上(direct on barrier)（DOB）沉積也在本公開內容的范圍內，所述直接在阻擋層上（DOB）沉積例如是在由合金或共沉積（co-deposited）金屬構成的阻擋層以及在所屬領域的技術人員所熟知和/或所使用的其他阻擋層上的沉積，互連金屬可沉積在由合金或共沉積金屬構成的所述阻擋層上而不需要單獨的種晶層，所述互連金屬例如是鈦釕（TiRu）、鉭釕（TaRu）、鎢釕（WRu）。

在一個非限制實例中，種晶層可為銅種晶層。作為另一非限制實例，種晶層可為銅合金種晶層，例如，銅錳合金、銅鈷合金或銅鎳合金。在將銅沉積于部件中的情況下，對于種晶層有數個示例性選擇。第一，種晶層可為PVD銅種晶層。參見例如用于說明包括PVD銅種晶沉積的工藝的圖3。種晶層還可通過使用其他沉積技術（例如CVD或ALD）形成。

第二，種晶層可為堆疊膜，例如，襯墊層及PVD種晶層。襯墊層是用在阻擋層與PVD種晶之間緩解不連續種晶問題并改善PVD種晶粘附力的材料。襯墊通常是貴金屬，例如釕（Ru）、鉑（Pt）、鈀（Pd）和鋨（Os），但該系列還可包括鈷（Co）和鎳（Ni）。當前，CVD Ru及CVD Co是常見的襯墊；然而，襯墊層也可通過使用其他沉積技術（例如，ALD或PVD）形成。

第三，種晶層可為二次種晶層。二次種晶層類似于襯墊層，是因為二次種晶層通常由貴金屬（例如Ru、Pt、Pd和Os）形成，但該系列還可包括Co及Ni和最常見的CVD Ru及CVD Co。（像種晶層及襯墊層一樣，二次種晶層還可通過使用其他沉積技術（例如ALD或PVD）形成）。不同之處在于：二次種晶層用作種晶層，而襯墊層是介于阻擋層與PVD種晶之間的中間層。參見例如用于說明包括二次種晶沉積的工藝的圖5及圖6，所述二次種晶沉積之后分別是圖5中的ECD種晶沉積，如下文所描述的那樣，和圖6中的快閃物沉積（flash deposition）。（“快閃物”沉積主要是在部件的區域（field）上及底部處，沒有顯著沉積在部件側壁上）。

在TSV應用中，種晶層厚度通常可為約到約（約200nm到約800nm）。由于過孔的高深寬比，在過孔的側面及底部可靠地沉積種晶層（尤其是使用PVD技術）可能很具挑戰性。就這一方面，種晶層中的不連續經常產生，這能夠導致典型缺陷（例如，過孔中夾斷（pinch-off）和底側壁空隙（void））。