[發明專利]用于實現小特征中金屬填充的方法

無效

• 申請號: 201380064134.3
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN104838477A
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發明（設計）人: 凱麗·A·希弗;羅伯特·O·米勒
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 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

相關申請案的交叉引用

本申請案要求享有申請號為61/737044且申請日為2012年12月13日的美國專利臨時申請案的權益，通過引用將此美國專利臨時申請案的公開內容整體明確地并入本文中。

技術領域

背景技術

集成電路是形成于半導體材料中和介電材料中的器件的互連集合體，其中介電材料覆蓋于半導體材料的表面上。可形成于半導體中的器件包括MOS晶體管、雙極晶體管、二極管和擴散電阻器。可形成于電介質中的器件包括薄膜電阻器和電容器。這些器件通過形成于電介質中的導體路徑互連。通常，兩個或更多層(level)的導體路徑被用作為互連結構，其中由介電層將相繼層分隔開。在當前實踐中，通常使用銅和氧化硅來分別做為導體和電介質。

銅互連結構中的沉積物通常包括介電層、阻擋層、種晶層、銅填充物和銅帽。用于銅填充物和銅帽的常規電化學沉積(ECD)是在特征中使用酸性電鍍化學品(acid?plating?chemistry)來進行的。銅的電化學沉積已被發現是沉積銅金屬化層的最具有經濟效益的方式。除了在經濟上具有可行性，此沉積技術提供了實質上自底而上(例如非共形)的銅填充物，所述銅填充物在機械上和電學上適于互連結構。

常規ECD銅的酸性電鍍化學品可包括，例如，硫酸銅、硫酸、氫氯酸和有機添加劑(比如加速劑、抑制劑和均勻劑)。這些添加劑通過以下特性和方式來驅使特征中的無孔洞(void-free)、自底而上(bottom-up)的填充：通過添加劑的吸附特性和解吸附特性以及通過競爭反應，例如，通過抑制在特征的頂部和側壁上的電鍍，同時增強在特征的底部的電鍍。

持續的互連特征縮小帶來新的挑戰，這是由于特征尺寸(比如特征寬度和深寬比)妨礙和改變了通常所使用的添加劑的反應特性。在這方面，用于銅互連結構的次30納米(sub-30nm)特征具有足夠小的容積，且需要這樣少的銅原子以致在常規ECD銅酸性電鍍化學反應中，所述特征在電鍍的前幾秒內就被填充了。這樣的時間比驅使常規的自底而上填充的鍍浴(bath)添加劑的吸附和解吸附反應動力過程(kinetics)所需的時間要短。

因此，在小特征(例如次30納米特征)中，由于存在孔洞，因此常規ECD填充可能造成較低品質的互連結構。例如，作為使用常規ECD沉積所形成的一種類型的孔洞的一個實例，特征的開口可能夾閉(pinch?off)。許多其它類型的孔洞亦可由于在小特征中使用常規ECD銅填充而形成。這類孔洞以及使用常規ECD銅填充所形成的沉積物的其他內在特性會增加互連結構的電阻，因此減緩器件速度且惡化銅互連結構的可靠度。

因此，需要一種電化學沉積方法來自底而上填充次30納米特征，從而減少孔洞區域的數量。本公開內容的實施方式用于滿足此需要以及其它需要。

發明內容

本發明內容用于以簡化的形式介紹構思的選擇，而這些構思進一步描述于下文的詳細的說明書中。此發明內容并非意于指明所要求保護的主題的關鍵特征，也非意于用作確定所要求保護的主題的范圍的輔助。

依據本公開內容的一個實施方式，提供了在具有次30納米特征的工件上電鍍的方法。所述方法大體包括：施加化學品至工件，所述化學品包括在約55ppm到約250ppm范圍中的鹵素離子(halide?ion)濃度和金屬陽離子溶質物種；及施加電波形達少于約5秒，其中所述電波形包括電流斜波(ramping?of?current)時段和脈沖電鍍時段。

依據本公開內容的另一實施方式，提供了在具有次30納米特征的工件上電鍍的方法。所述方法大體包括：施加化學品至工件，所述化學品包括在約55ppm到約250ppm范圍中的鹵素離子濃度和金屬陽離子溶質物種；及施加電波形，其中所述電波形包括少于0.2秒的時段的電流斜波時段和少于約2秒的脈沖電鍍時段。

依據本公開內容的另一實施方式，提供了在具有次30納米特征的工件上電鍍的方法。所述方法大體包括：施加化學品至工件，所述化學品包括在約120ppm到約150ppm范圍中的鹵素離子濃度和金屬陽離子溶質物種；及施加電波形，其中所述電波形包括少于0.2秒的時段的電流斜波時段和少于約2秒的脈沖電鍍時段。

依據本公開內容的另一實施方式，在本文描述的任一方法中，所述金屬陽離子可為銅。

依據本公開內容的另一實施方式，在本文描述的任一方法中，所述鹵素離子濃度可在約120ppm到約150ppm的范圍中。

依據本公開內容的另一實施方式，在本文描述的任一方法中，所述鹵素離子可選自由氯離子、溴離子和碘離子及前述離子的組合所構成的群組。