[發明專利]電化學電鍍方法

有效

• 申請號: 201910263027.2
• 申請日: 2015-03-16
• 公開（公告）號: CN110233099B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 約翰·W·萊姆;伊斯梅爾·埃邁什;羅伊·沙維夫
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/288
• 分類號: H01L21/288;H01L21/324;H01L21/768;H01L23/532;C23C18/16;C25D3/12;C25D5/10;C25D5/14;C25D5/50;C25D7/00;C25D7/12
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;趙靜

用于將導電膜施加至具有種晶層的基板上的電化學工藝包含把基板放入以與含鈷或鎳的電化學電鍍浴接觸，且電鍍浴的pH為4.0至9.0。引導電流通過浴而至基板。浴中的鈷或鎳離子沉積至種晶層上。電鍍浴可含氯化鈷和甘氨酸。電流可為1?50毫安/平方厘米的范圍。完成電化學工藝后，可以將基板移出電鍍浴、清洗并干燥，接著以200℃至400℃的溫度退火，以改善材料性質及減少接縫線缺陷。可通過多次循環來執行電鍍及退火工藝。

本申請是申請日為2015年3月16日、申請號為201580013199.4、名稱為“電化學電鍍方法”的發明專利申請的分案申請。

本發明的領域為用于電化學處理微型工件、晶片或基板的方法。

背景技術

諸如微型的電子裝置、機電裝置或光學裝置之類微電子裝置通常是在工件或基板上和/或工件或基板內制造，例如硅晶片。在典型制造工藝中，例如在半導體材料晶片上，首先利用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、無電電鍍(electro?less?plating)工藝或其它合適的方法將導電種晶層施加至基板的表面上。形成種晶層后，在存在含金屬離子的電處理溶液的情況下，通過于種晶層與一或多個電極間施加合適的電勢，將金屬覆蓋(blanket)層或經圖案化的金屬層電鍍至基板上。接著在后續工序中清潔、蝕刻和/或退火處理基板，以形成裝置、觸點或導線。一些基板可具有阻擋層，種晶層形成于阻擋層上。

目前，微電子裝置大多制作在鍍銅基板上。盡管銅具有高的導電率，但銅通常需要阻擋層，例如氮化鉭(TaN)，以防止銅擴散到基板或基板上的介電材料內。此類阻擋層具有相對低的導電率。利用已知技術，以使用酸銅化學品或電鍍溶液電鍍的銅，對基板上的特征結構進行填充。這些化學品經常使用添加劑以促進超共形(super?conformal)填充工藝(特征結構填充主要是從下往上，而不是從側邊往內)及形成無空隙(void-free)填充。隨著特征結構尺寸縮小，以傳統銅電鍍工藝實現無空隙填充變得更加困難。又隨著特征結構變得更小，由于必須維持最小的阻擋層厚度以防止銅擴散，所以無論特征結構尺寸如何，銅所需的阻擋層仍占很大體積。

例如，若防止銅擴散所需的最小阻擋層厚度為3nm，則對于臨界尺寸(criticaldimension)60nm且深寬比(aspect?ratio)4：1的特征結構而言，阻擋層大致占橫斷面積的11％。然而，對于臨界尺寸20nm且深寬比2：1的特征結構來說，阻擋層厚度必須保持為3nm，但如此便占橫斷面積的33％。在此情況下，(具有低導電率的)阻擋層的體積按比例更大，因此互連、通孔(via)或其它特征結構的電阻按比例也更高。隨著特征結構日益縮小，銅與阻擋層的比例增加到電阻變得無法接受的程度。

用于克服此技術挑戰而提出的一種方法是用不需要阻擋層的金屬取代銅，例如鈷。盡管鈷的電阻比銅高(鈷為6微歐姆-厘米；銅為2微歐姆-厘米)，但鈷不需要阻擋層，因為鈷不會擴散到硅或電介質內。利用化學氣相沉積(CVD)將鈷施加至基板上，此方法通?？沙晒τ糜诟√卣鹘Y構，例如7-10nm的特征結構。但是CVD不太適于填充大于約10nm的特征結構。因此，仍需改良技術。

附圖簡單說明

圖1A是具有TaN阻擋層和Cu種晶層的基板上的未填充或未電鍍結構的掃描式電子顯微鏡(SEM)圖像。在一些應用中，阻擋層可以是其它材料，例如TiN，或者可以沒有阻擋層。種晶層也可以是CVD鈷。

圖1B示出圖1A現已填充由堿性電鍍浴電化學沉積的鈷的結構。

圖2A是于TaN/Co種晶層上的電鍍有鈷的類似結構的SEM圖像，采用pH?6.5的鈷-甘氨酸電鍍浴電鍍，且示出了接縫線缺陷。

圖2B示出圖2A退火處理后的結構，且示出了最小化或者消除的接縫線。

圖3是于CVD?Co種晶層上的電鍍有鈷的另一種結構的SEM圖像，采用pH?8.5的鈷-EDA電鍍浴電鍍。