專利名稱：無電鍍金屬襯層形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到微電子部件的制造，如由集成電路互連而成的高密度系統(tǒng)，更確切地說是涉及到集成電路中金屬零件的襯層、籽晶層及勢壘層的形成。
當(dāng)器件尺寸和冶金術(shù)改變并縮小時，在給定層的線路與通道的側(cè)壁及底部處的襯層/籽晶層的臺階覆蓋變得很復(fù)雜。由于流行傾向于更高的縱橫比和更小的整體尺寸，故采用目前的淀積方法和材料，在所有必需的側(cè)壁表面上能夠產(chǎn)生覆蓋不完全的襯層及籽晶層。在覆蓋不完全的地方填充線路及通道的金屬會滲入線路/通道周圍的介質(zhì)材料中，實(shí)際上“毒害”鄰近不連續(xù)性的介質(zhì)材料，并能夠危及電學(xué)連接。
物理汽相淀積(PVD)與化學(xué)汽相淀積(CVD)是當(dāng)前流行的襯層淀積方法。所謂襯層指的是在腐蝕當(dāng)前層的線路與通道要占用的窗口之后淀積在半導(dǎo)體材料上的圖形化的介電材料上的層。所謂零件指的是填充窗口的金屬。用戶規(guī)定的設(shè)計(jì)將控制線路與通道的位置，出于諸多的理由，這些襯層與籽晶層常常是必不可少的。由于襯層覆蓋不完全，故最后填充被刻蝕的窗口的金屬，可能擴(kuò)散進(jìn)入介質(zhì)材料中。最終可能使器件性能惡化。同時，金屬層可能不粘附于介質(zhì)材料。在某些情況下，該襯層可以包含一種以上的材料或者單一材料的一個以上的相，籽晶層可能是必不可少的，以保證完全的金屬填充。對籽晶層的需求依賴于淀積方法。所謂襯層/籽晶層指的是用于雙重目的的單一淀積層。襯層/籽晶層是防止金屬擴(kuò)散進(jìn)入周圍的介質(zhì)材料中的具有良好的電學(xué)導(dǎo)電性與良好的金屬粘附性質(zhì)的層。
用于銅、鋁、及AlCu的普通襯層材料，包括鉭、鎢、鈦、及含有鈦、鎢、及鉭的化合物如氮化鉭和氮化鈦。用于銅、鋁、及AlCu的其它襯層材料，包括隨便用哪種金屬組成的籽晶層淀積物，當(dāng)?shù)矸e方法產(chǎn)生不均勻的結(jié)果且沒有連續(xù)的覆蓋時，就出現(xiàn)了困難。當(dāng)器件尺寸縮小時，將所有層的甚至襯層及襯層/籽晶層的厚度減薄至最小，將是有利的。將淀積工藝盡可能地加以簡化，也將是有利的。如果單一層淀積能夠取代2-3步的襯層及籽晶層工藝，則會導(dǎo)致節(jié)省成本且提高效率。因此，對既能起襯層及襯層/籽晶層的作用，又可以在窗口周圍的金屬與介質(zhì)材料之間提供連續(xù)的界面的材料，一直有所需求。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種改進(jìn)型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)提供了一種單一層，該單一層具有襯層完整性，以及當(dāng)前層與其他金屬層之間的電學(xué)連續(xù)性。
本發(fā)明的目的還在于提供一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有在高縱橫比和微小尺寸情況下提供連續(xù)性表面覆蓋的新穎的襯層材料。
按照上面所述及別的目的，本發(fā)明公開并要求專利保護(hù)一種微電子方法，它包括形成半導(dǎo)體零件的方法，它包含用第一材料鍍涂介質(zhì)材料中的窗口，該材料包含CoXY，其中X選自鎢和硅，Y選自磷和硼。
按照上面所述及別的目的，本發(fā)明還公開并要求專利保護(hù)一種微電子結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含帶有窗口的半導(dǎo)體介質(zhì)材料；第一材料對窗口加襯層，第一材料包含MXY，其中M選自鈷和鎳，X選自鎢和硅，Y選自磷和硼；以及第二材料填充被加了襯層的介質(zhì)材料。
從參照附圖對用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選模式進(jìn)行的下列描述中，本發(fā)明的這些及其他的目的、特征、及優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。


圖1，未按比例尺或真實(shí)比率描繪，該圖是本發(fā)明方法的中間步驟的局部剖面圖。
圖2，未按比例尺或真實(shí)比率描繪，該圖是本發(fā)明一個實(shí)施例的局部剖面圖。
圖3，未按比例尺或真實(shí)比率描繪，該圖是本發(fā)明另一實(shí)施例的局部剖面圖。
本發(fā)明可應(yīng)用于諸如具有銅冶金的高密度集成電路的微電子元件的制造，參見圖1，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的方法，用來提供銅襯層和帶有新穎襯層的銅結(jié)構(gòu)。圖1所示的結(jié)構(gòu)示出了半導(dǎo)體介質(zhì)材料1，其當(dāng)前金屬層襯層/通道零件10已經(jīng)用本技術(shù)已知的任何方法刻蝕好。用無電鍍涂的Co-W-P層15，對此零件作襯層。
概括來說，此改進(jìn)方法試圖用Co-W-P(鈷-鎢-磷)合金對金屬零件進(jìn)行無電鍍涂，在溫度范圍優(yōu)選為大約70至大約80℃，且pH值范圍為大約8至大約9的含水鍍涂池中，以大約每分鐘40至大約每分鐘150的速率，形成大約50-500厚度范圍的層。含水鍍涂池包含低濃度的鈷和鎢離子、次磷酸鹽、緩沖劑、絡(luò)合劑、及表面活化劑。表面活化劑的范圍為大約每升0.01克至大約每升0.2克，次磷酸鹽范圍為大約每升5克至大約每升15克，緩沖劑范圍為大約每升10克至大約每升30克，絡(luò)合劑范圍為大約每升15克至大約每升50克，鈷鹽范圍為大約每升5克至大約每升15克，鎢鹽范圍為大約每升1克至大約每升10克。適合的還原劑包括次磷酸鹽和二甲胺基硼烷(dimethyl aminoborane)。適合的緩沖劑包括硼酸，適合的絡(luò)合劑包括檸檬酸鈉，而適合的表面活化劑包括全氟烷基磺酸鉀(potassium perfluoroalkyl sulfonate)。適合的鎢鹽包括鎢酸銨。適合的鈷鹽包括硫酸鈷。
當(dāng)應(yīng)用本改進(jìn)方法時，可以淀積出共形的襯層和/或籽晶層。本發(fā)明的方法提供了有效的勢壘層和連續(xù)的導(dǎo)電層，用以完成孔的填充特性。
在實(shí)行本發(fā)明的優(yōu)選模式所使用的含水鍍涂池中，鈷鹽是硫酸鈷，劑量為每升8克，而鎢鹽是鎢酸銨，劑量為大約每升3克。次磷酸鹽是次磷酸鈉，其劑量為大約每升10克，起還原劑作用，將隱藏的鈷還原成它的元素形式。緩沖劑是硼酸，其劑量為大約每升15克。絡(luò)合劑是檸檬酸鈉，其劑量為大約每升30克。重要的是使用不留下有害副產(chǎn)品的緩沖劑及絡(luò)合劑。可以從明尼蘇達(dá)波爾大街的明尼蘇達(dá)礦業(yè)制造公司工業(yè)化學(xué)產(chǎn)品部(Minnesota Mining and ManufacturingCompany,Industrial Chemical Products Division,St.PaulMinnesota)購到的劑量為大約每升0.1克的表面活化劑FluoradTMFC-98(全氟烷基磺酸鉀)適合于用作表面活化劑。其他的表面活化劑也可以使用。含水鍍涂池的溫度約為72℃，而pH值約為8.1。
當(dāng)半導(dǎo)體介質(zhì)材料中存在的刻蝕好的線路/通道在前文所述的含水鍍涂池中經(jīng)歷無電鍍涂時，Co-W-P合金層15被淀積在介質(zhì)材料1上，從而以大約每分鐘50的速率達(dá)到大約50至大約500范圍的厚度。在合金層15達(dá)到這一厚度之后，再將被腐蝕零件10上的帶有鍍涂的襯層15的介質(zhì)材料1，從含水鍍涂池中移出來，并進(jìn)行沖洗。
圖2表示按上述例子得到的最后填充好金屬的結(jié)構(gòu)。金屬零件20制作在先期淀積的層5上，該淀積層5可以含有也可以不含有與正在進(jìn)行處理的當(dāng)前層電接觸的金屬零件。該零件20被排列在非金屬材料或半導(dǎo)體材料1上。襯層15被淀積于金屬層20的金屬與介質(zhì)材料之間。在本實(shí)施例中，無電鍍涂的Co-W-P層起金屬零件的襯層的作用。在本實(shí)施例中，金屬是銅，Co-W-P層也起籽晶層的作用。在優(yōu)選實(shí)施方案中，Co-W-P層的厚度應(yīng)為大約150-300。
圖3表示利用本發(fā)明的一種變通結(jié)構(gòu)。在圖3中，在無電鍍涂Co-W-P層15之前淀積襯層25。該襯層25可以由任何與襯底和接觸于襯層的金屬相容的合成物組成。例如，在下方層5是金屬，而當(dāng)前層上的金屬20是銅的地方，可以淀積由Ta和TaN的組合組成的襯層。然后如前面所述進(jìn)行的Co-W-P無電鍍涂。當(dāng)零件尺寸縮小時，Co-W-P是有用的。采用目前的技術(shù)和材料，越來越難以完全覆蓋線路/通道的所有側(cè)壁，而無電鍍涂的Co-W-P提供了一種形成連續(xù)籽晶層和襯層的變通方法。
可以將相同的材料使用于圖2及圖3所示的任一種結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的襯層/籽晶材料不局限于Co-W-P。可以用作襯層/籽晶層的優(yōu)選材料的例子包括由諸如鈷、鎳、鎢、硅、錫、磷、和硼之類的元素組成的薄膜合金，以及通常形成Co-X-Y形式的合金的材料，其中X為次要組分，例如W、Sn、或Si，而Y為磷或硼，例如CoWB、CoSiP、CoSnP、CoSnB、及CoSiB。具有類似結(jié)果的其他合金包括NiWP、NiSiP、NiSiB、NiWB、NiSnP、及NiSnB。
雖然此處根據(jù)某些優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)闡述了本發(fā)明，但本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員可以實(shí)現(xiàn)其中的許多修正和改變。因此，所附權(quán)利要求被用來覆蓋本發(fā)明實(shí)際構(gòu)思與范圍內(nèi)的所有這種修正和改變。
權(quán)利要求
1．一種制作半導(dǎo)體零件的方法，包含采用第一材料鍍涂介質(zhì)材料中的窗口，該材料包括CoXY，其中X選自鎢、錫、及硅，而Y選自磷和硼。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是其中的鍍涂是無電鍍涂。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是其中第一材料鄰接于介質(zhì)材料。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是進(jìn)一步包括在鍍涂步驟之前淀積第二材料的步驟。
5．根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征是其中第二材料包括選自鉭、鈦、鎢、氮化鎢、氮化鉭、氮化鈦中的一個。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征是其中第一材料的厚度約為50至大約500。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征是其中第一材料的厚度約為150至大約300。
8．一種制作半導(dǎo)體零件的方法，包含用第一材料鍍涂介質(zhì)材料中的窗口，該材料包括NiXY，其中X選自鎢、錫、及硅，而Y選自磷及硼。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征是其中的鍍涂是無電鍍涂。
10．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征是其中第一材料鄰接于介質(zhì)材料。
11．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征是進(jìn)一步包括在鍍涂步驟之前淀積第二材料的步驟。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征是其中第二材料包括選自鉭、鈦、鎢、氮化鎢、氮化鉭、及氮化鈦中的一個。
13．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征是其中第一材料的厚度約為50至大約500。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征是其中第一材料的厚度約為150至大約300。
15．一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括具有窗口的半導(dǎo)體介質(zhì)材料；對窗口進(jìn)行襯里的第一材料，此第一材料包含MXY，其中M選自鈷和鎳，X選自鎢、錫和硅，而Y選自磷及硼；以及填充被襯里的介質(zhì)材料的第二材料。
16．根據(jù)權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其特征是其中第二材料是金屬。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的結(jié)構(gòu)，其特征是其中第二材料是銅。
18．根據(jù)權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其特征是其中第一材料鄰接于介質(zhì)材料，而第二材料鄰接于第一材料。
19．根據(jù)權(quán)利要求15的結(jié)構(gòu)，其特征是進(jìn)一步包含第三材料，該第三材料排列在介質(zhì)材料與第一材料之間。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的結(jié)構(gòu)，其特征是其中第三材料鄰接于介質(zhì)材料，第一材料鄰接于第三材料，而第二材料鄰接于第一材料。
21．根據(jù)權(quán)利要求19的結(jié)構(gòu)，其特征是其中第三材料包含選自鉭、鈦、鎢、氮化鎢、氮化鉭、及氮化鈦中的一個。
全文摘要
一種具有帶窗口的半導(dǎo)體介質(zhì)材料的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。第一材料對窗口進(jìn)行襯里,第一材料包含MXY,其中M選自鈷及鎳,X選自鎢及硅,而Y選自磷及硼,并且第二材料填充被襯里的介質(zhì)材料。
文檔編號H01L23/52GK1320953SQ01116590
公開日2001年11月7日 申請日期2001年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月14日
發(fā)明者C·J·薩姆布策蒂, S·H·博特徹, P·S·洛克, J·M·魯濱洛, 徐順天 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司