电镀硅穿孔的工艺和化学作用制造技术

技术编号:18822891 阅读:67 留言:0更新日期:2018-09-01 12:48
提供了用于处理硅基板的方法和装置。在某些实现方式中,所述方法可包含下列步骤:提供具有孔的硅基板,所述孔的底部处含有暴露的硅接触表面;在暴露的硅接触表面上沉积金属种晶层;以及通过使电流流经硅基板的背侧,将硅基板暴露于电镀工艺,以在金属种晶层上形成金属层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电镀硅穿孔的工艺和化学作用
此公开内容的实现方式一般而言涉及在基板上沉积材料的方法,且更具体地涉及填充具有高深宽比(aspectratio)的特征的方法。
技术介绍
多层的45nm节点金属化是用于下一代超大型集成电路(verylargescaleintegration;VLSI)的关键技术之一。此技术核心所在的多层互连(multilevelinterconnect)具有高深宽比特征,包括触点(contact)、通孔(via)、线(line)及其他孔(aperture)。可靠形成这些特征对于VLSI的成功和为了增加单个基板上的品质及电路密度的持续努力而言至关重要。因此,正在作出诸多努力以形成具有20:1(高度:宽度)或更大的高深宽比的无空隙特征(void-freefeature)。铜及钨是用于填充VLSI特征的选择金属,这些特征诸如基板上的次微米高深宽比触点(highaspectratiocontacts;HARC)。可通过将诸如铜或钨等导电互连材料沉积至在两个间隔开的导电层之间所安置的绝缘材料的表面上的孔(例如,通孔)内,来形成触点。此开口的高深宽比可抑制用于填充孔的导电互连材料的沉积。尽管铜及钨为常用互连材料,但沉积这些材料的沉积工艺可能遭受在接触插塞(contactplug)内形成空隙或接缝的问题。因此,需要一种用导电接触材料填充特征的方法,使得沉积接触材料而无空隙、接缝及其他缺陷。
技术实现思路
此公开内容的实现方式一般地涉及一种在基板上沉积材料的方法,且更具体地涉及填充具有高深宽比的特征的方法。在一个实现方式中,提供了一种用以在基板上沉积材料的方法。所述方法包含下列步骤:在形成于硅基板中的特征的至少一个侧壁和底表面上方沉积共形氧化物层。基板包含场区域(fieldregion)及背侧,场区域围绕该特征,其中该特征从场区域朝向背侧延伸。所述方法还包含下列步骤:从该特征的底表面选择性地移除共形氧化物层的一部分,以暴露硅基板的一部分。所述方法还包含下列步骤:在该特征的底部处将金属种晶层沉积在硅基板的暴露的部分上。所述方法还包含下列步骤:通过使电流流经硅基板的背侧,而将硅基板暴露于电镀工艺,以在金属种晶层上形成金属层。在一个实现方式中,所述方法包含下列步骤:在该特征的底部处将金属种晶层沉积在暴露的硅基板上之后,在氧化物层上形成共形阻挡层。在一个实现方式中,通过使电流流经硅基板的背侧而将基板暴露于电镀工艺以在金属种晶层上形成金属层包含下列步骤:将基板的背侧暴露于湿式接触溶液(wetcontactsolution),该湿式接触溶液包含氢氟酸溶液,并将种晶层暴露于含铜溶液。在一个实现方式中,湿式接触溶液进一步包含氟化钾。在一个实现方式中,阻挡层包含氮化钛(TiN)、氮化钨(WN)或氮化硅钨(tungsten-siliconnitride)(WSiN)。在一个实现方式中,共形氧化物层为二氧化硅层。在一个实现方式中,金属种晶层的金属选自钴和镍。在一个实现方式中,金属种晶层的金属是由无电工艺(electrolessprocess)所沉积的镍。在一个实现方式中,金属种晶层的金属是由无电工艺或化学气相沉积工艺所沉积的钴。在一个实现方式中,金属层包含铜。在一个实现方式中,特征是孔(aperture),该孔选自触点(contact)、通孔(via)及线(line)。在一个实现方式中,通过使电流流经基板的背侧而将基板暴露于电镀工艺,以在金属种晶层上形成金属层包含下列步骤:将基板的背侧暴露于氢氧化钾溶液,并将种晶层暴露于含铜溶液。在另一个实现方式中,提供了一种用以在基板上沉积材料的方法。所述方法包含下列步骤:将氧化物层沉积在特征的至少一个侧壁和底表面上方,该特征形成于硅基板中。基板包含:场区域及背侧,场区域围绕特征,且具有氧化物层设置于场区域上,其中该特征从场区域朝向背侧延伸。所述方法进一步包含下列步骤:从该特征的底表面选择性地移除氧化物层的一部分,以暴露硅基板的部分。氧化物层的至少一部分留在所述至少一个侧壁上。所述方法进一步包含下列步骤:在特征的底部处将金属种晶层沉积在硅基板的暴露的部分上。所述方法进一步包含下列步骤:于留在至少一个侧壁上的氧化物层的部分上形成阻挡层。所述方法进一步包含下列步骤:通过使电流流经硅基板的背侧,将硅基板暴露于电镀工艺,以在金属种晶层上形成金属层。在又一个实现方式中,提供了一种用以在基板上沉积材料的方法。所述方法包含下列步骤:将氧化物层沉积在特征的至少一个侧壁和底表面上,该特征形成于硅基板中。基板包含场区域和背侧,场区域围绕该特征,并具有氧化物层设置于场区域上,其中该特征从场区域朝向背侧延伸。所述方法进一步包含下列步骤:从特征的底表面选择性地移除氧化物层的一部分,以暴露硅基板的一部分,其中选择性地移除共形氧化物层的一部分包含下列步骤:将共形氧化物层暴露于氩系溅射蚀刻工艺(argon-basedsputteretchingprocess)接着湿式蚀刻工艺。氧化物层的至少一部分留在至少一个侧壁上。所述方法进一步包含下列步骤:在特征的底部处将金属种晶层沉积在硅基板的暴露的部分上。所述方法进一步包含下列步骤:于留在至少一个侧壁上的氧化物层的部分上形成阻挡层。所述方法进一步包含下列步骤:通过使电流流经硅基板的背侧,将硅基板暴露于电镀工艺,以在金属种晶层上形成金属层。附图说明以上简要概述的本公开内容的上述详述特征可以被详细理解的方式,以及本公开内容的更特定描述可以通过参照实现方式来获得,一些实现方式绘示于随附图式中。然而,应注意,随附图式仅绘示出本公开内容的典型实现方式,且因此图式不应视为对本公开内容的范围的限制,因为本公开内容可允许其他等同有效的实现方式。图1A至1H图示根据本文所述的实现方式的硅穿孔(throughsiliconvia;TSV)制造工艺的横截面示意图;图2图解根据本文所述的实现方式描绘了沉积工艺的流程图;图3图示可用于执行本文所述的沉积工艺的电镀单元的横截面示意图;及图4图示可用于执行本文所述的沉积工艺的电镀单元的另一横截面示意图。为了促进理解,尽可能地使用相同附图标号标示附图中共通的相同元件。考虑到,一个实现方式中的元件和/或工艺操作在没有附加的描述下可有利地并入其它实现方式中。具体实施方式此公开内容的实现方式一般地涉及在基板上沉积材料的方法,且更具体地涉及填充具有高深宽比的特征的方法。本文所述的实现方式特别有利于硅穿孔(throughsiliconvia;TSV)应用。本文所述的方法的实现方式也适合用于在标准基板上的电镀应用。TSV应用包括完全穿过硅基板的电气连接,诸如在3D封装及3D集成电路中。TSV应用通常包括安置于彼此上的多个集成电路。举例而言,3D集成电路可包括彼此垂直堆叠的多个硅基板。本文所述的某些实现方式涉及TSV的铜电镀。常规电镀工艺不足以用于在高深宽比(如,AR~20-50)TSV中电镀铜,这是因为初沉积的铜材料缺乏共形性。为了部分改善铜电镀共形性并激发自下而上的电镀(bottom-upplating),通常将各种添加剂添加到铜电镀化学品中。然而,此类添加剂的添加急剧减小了电镀速率。因此,希望用具有最少添加剂的简单含铜化学品来电镀,从而最大化铜电镀速率。在本文所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用以在基板上沉积材料的方法,包含下列步骤:将共形氧化物层沉积在特征的至少一个侧壁和底表面上方,所述特征形成于硅基板中,其中所述基板包含:场区域(field region),所述场区域围绕所述特征;和背侧,其中所述特征从所述场区域朝向所述背侧延伸;从所述特征的所述底表面选择性地移除所述共形氧化物层的一部分,以暴露所述硅基板的一部分;在所述特征的底部处将金属种晶层沉积在所述硅基板的暴露的部分上;和通过使电流流经所述硅基板的所述背侧,将所述硅基板暴露于电镀工艺,以在所述金属种晶层上形成金属层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.21 US 62/281,4701.一种用以在基板上沉积材料的方法,包含下列步骤:将共形氧化物层沉积在特征的至少一个侧壁和底表面上方,所述特征形成于硅基板中,其中所述基板包含:场区域(fieldregion),所述场区域围绕所述特征;和背侧,其中所述特征从所述场区域朝向所述背侧延伸;从所述特征的所述底表面选择性地移除所述共形氧化物层的一部分,以暴露所述硅基板的一部分;在所述特征的底部处将金属种晶层沉积在所述硅基板的暴露的部分上;和通过使电流流经所述硅基板的所述背侧,将所述硅基板暴露于电镀工艺,以在所述金属种晶层上形成金属层。2.如权利要求1所述的方法,进一步包含下列步骤:在所述特征的底部处将所述金属种晶层沉积在所述暴露的硅基板上之后,在所述氧化物层上形成共形阻挡层。3.如权利要求1所述的方法,其中通过使电流流经所述硅基板的所述背侧而将所述硅基板暴露于电镀工艺以在所述金属种晶层上形成金属层包含下列步骤:将所述硅基板的所述背侧暴露于湿式接触溶液,所述湿式接触溶液包含氢氟酸溶液,并将所述种晶层暴露于含铜溶液。4.如权利要求3所述的方法,其中所述湿式接触溶液进一步包含氟化钾。5.如权利要求1所述的方法,其中所述阻挡层包含氮化钛(TiN)、氮化钨(WN)或氮化硅钨(tungsten-siliconnitride)(WSiN)。6.如权利要求5所述的方法,其中所述共形氧化物层是二氧化硅层。7.如权利要求1所述的方法,其中所述金属种晶层的金属选自钴及镍。8.如权利要求7所述的方法,其中所述金属种晶层的金属是由无电工艺(electrolessprocess)所沉积的镍。9.如权利要求7所述的方法,其中所述金属种...

【专利技术属性】
技术研发人员:罗曼·古科史蒂文·韦尔韦贝克
申请(专利权)人:应用材料公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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