用于钴镀覆的增强镀覆浴及添加剂化学品制造技术

本公开内容的实施方式可包括电镀特征的数种方法，这些特征形成于半导体器件上，诸如沟槽或通孔，该沟槽或介层窗是通过使用钴镀覆浴以单镶嵌或双镶嵌工艺形成。该钴电镀浴可含有“添加剂包”或“添加剂系统”，该“添加剂包”或“添加剂系统”包括某些比例的多种添加剂的组合，而助于高深宽比亚微米特征的金属填充。本公开内容的实施方式提供新的钴镀覆浴方法及化学品，这些方法与化学品包括烷基修饰咪唑、咪唑啉、及咪唑啉啶抑制剂化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于钴镀覆的增强镀覆浴及添加剂化学品背景
本公开内容的实施方式一般地涉及集成电路的制造与钴金属镀(cobaltmetallization)，例如，使用单镶嵌或双镶嵌工艺的集成电路的制造与钴金属镀。
技术介绍
诸如微型的电子装置、机电装置、或光学装置之类的微电子装置一般是在工件或基板上和/或基板中制造，例如硅晶片。在典型制造工艺中，例如在半导体材料晶片上，首先使用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、无电镀覆(electrolessplating)工艺、或其他适合的方法将导电种晶层施加至基板表面上。形成种晶层后，在含金属离子的电处理溶液的存在情况下，通过于种晶层与一或多个电极之间施加适当的电势使金属层镀覆至基板上。之后，于后续程序中清洁和/或退火基板，以形成装置、接触件、或导电线。一些基板可具有阻挡层，种晶层形成于该阻挡层上。目前，多数微电子装置制作在以铜(Cu)镀覆的基板上。尽管铜具有高导电率，但铜一般需要诸如氮化钽(TiN)之类的阻挡层，以防止铜扩散进入基板或基板上的介电材料内。这些类型的阻挡层具有相对低的导电率。通过使用已知技术，利用酸性铜电镀溶液使基板上特征填有电镀的铜。这些电镀溶液经常使用添加剂以增进超保形(super-conformal)的填充工艺(特征的填充主要是从底部往上，而不是从侧面往内)，以产生无空隙的填充。随着特征尺寸缩小时，用传统铜镀覆工艺达成无空隙的填充变得更为困难。此外，随着特征变得更小，由于必须有最小阻挡层厚度用以防止铜扩散，所以无论特征尺寸为何，用于铜的阻挡层占据较小特征的相对更大的体积。例如，若必须要有3纳米的最小阻挡层厚度以防止铜扩散，则对具有60纳米的临界尺寸且深宽比4:1的特征而言，阻挡层占据大体上11％的截面面积。然而，对具有20纳米的临界尺寸且深宽比2:1的特征而言，阻挡层维持3纳米厚，但现在该阻挡层占据33％的截面面积。在此情况中，阻挡层(具低导电率)的体积按比例更高，所以互连件、通孔(via)、或其他特征的电阻按比例更高。随着特征渐渐变小，铜对阻挡层的比例增加增加到电阻变得无法接受的程度。一种用于克服此技术挑战而提出的方法是用不需要阻挡层的金属取代铜，例如钴(Co)。尽管钴具有比铜高的电阻(6μOhm-cm对2μOhm-cm)，但钴可不需要防止进入硅或介电质的扩散的阻挡层。化学气相沉积(CVD)是通过施加钴而填充大型及小型特征的有用技术，但仍有一些限制。尽管此方法对于小特征(例如，7至10纳米，诸如互连件层级的特征或接触件层级的特征)有效，但CVD无法良好地适合用于填充大于约10纳米的特征。因此，需要用钴超保形及无缺陷地填充窄特征的新技术，诸如含有新的且改良的镀覆浴添加剂的改良钴电镀浴。
技术实现思路
本公开内容的实施方式一般地涉及使用例如单镶嵌及双镶嵌工艺的集成电路的制造及钴金属镀。本公开内容的实施方式包括用于在基板上电镀钴层的添加剂系统，该添加剂系统含有至少一种抑制剂化合物。该抑制剂化合物包含咪唑基、咪唑啉基、或咪唑啉啶基。该咪唑基、咪唑啉基、或咪唑啉啶基具有烷基。该烷基结合至芳香环或脂肪环，和/或其中该烷基结合至在环原子外部(external)或环原子的环外(exo)的原子。本公开内容的添加剂系统可具有选自以下基团的烷基：芳香烷基、脂肪烷基、氧化的碳基、醚基、乙氧基、丙氧基、乙二醇基、二乙二醇基、丙二醇基、二丙二醇基、一级、二级、或三级胺基、硫醚基、及巯基。前述的烷基可以是寡聚式(oligomeric)或聚合式(polymeric)，且可具有至少两个重复单元。前述烷基可以是线型、环状、支链型、树枝状、或前述的组合。该烷基可以是聚乙二醇基，其中该聚乙二醇基的分子量在约100克/摩尔至约30000克/摩尔之间，或该烷基可以是聚丙二醇。此外，该烷基可具有选自N、P、O、和/或S的异质原子中的至少一种。该添加剂系统具有至少4的pH值，诸如介于4至9之间的pH值，诸如约7的pH值。本公开内容的实施方式可使用与钴金属离子配合(complexed)的抑制剂，或者是与钴金属表面配合的抑制剂。该钴金属离子配合物是抑制剂分子与钴离子的反应产物，且该钴金属配合物是抑制剂分子与钴表面的反应产物。本公开内容中也描述一种形成钴电镀浴的方法。该方法包括：将第一量的钴离子源配发至第一容器中；将第一量的至少一种抑制剂化合物配发至该第一容器中；其中该抑制剂化合物包含咪唑基、咪唑啉基、或咪唑啉啶基，且该咪唑基、咪唑啉基、或咪唑啉啶基包含烷基醚(alkylether)基。该方法进一步包括：将该电镀浴的pH值调整至约4至约9之间。本文也描述一种方法，其中pH值至少为5。也描述于基板上形成钴层的另一方法。该方法包括：将具有导电层的基板浸泡于钴镀覆浴中，该导电层设置在该基板上，其中该钴镀覆浴含有第一量的钴离子及第一量的至少一种抑制剂化合物。该抑制剂化合物包含咪唑基、咪唑啉基、或咪唑啉啶基，且该咪唑基、咪唑啉基、或咪唑啉啶基包含烷基醚基。该方法进一步包括：相对于阳极偏压该导电层，而在该导电层的表面上形成钴层，该阳极电连通(electricalcommunication)该钴镀覆浴与该导电层。该方法也包括，该钴镀覆浴的pH值至少为4，例如介于4至9之间。附图说明以上简要概述的本公开内容的上述详述特征能够被具体理解的方式、以及实施方式的更特定描述，可以通过参照实施方式获得，一些实施方式绘示于附图中。然而，应当注意，附图所说明的仅绘示本公开内容的典型实施方式，因此不应被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施方式。图1A至图1C是根据本公开内容的一个实施方式的钴镀覆体系的截面图。图2A至图2C是现有技术的钴镀覆方案的截面图。图3以图表说明根据本公开内容的实施方式的pH值对钴镀覆浴中钴离子的还原电势的影响。为了便于理解，尽可能地使用了相同的附图标号标示图式中共通的相同元件。考虑到，一个实施方式中公开的元件在没有进一步地描述下可有利地运用于其他实施方式。除非有另外注明，不应将本文有关的图式理解成按比例绘制。此外，为了清晰地显示及说明，经常将这些图式简化和省略某些细节或部件。这些图式及讨论用作解释下文所讨论的原则，其中类似的标记指定类似的元件。具体实施方式本公开内容的实施方式涉及半导体器件中的特征的钴电镀与金属镀的方法，这些特征例如单镶嵌或双镶嵌工艺形成的沟槽或通孔。镶嵌工艺电镀浴含有“添加剂包(additivepackage)”或“添加剂系统”，其中一定比例的添加剂的组合助于高深宽比亚微米特征的金属填充，优选为上述金属填充有低缺陷密度及较佳晶粒结构。添加剂包中的添加剂的某些混合物可促进以已知为超填充的现象进行的高深宽比互连件结构(诸如沟槽及通孔)的从底部向上的填充。超填充期间，金属沉积的速率在特征底部加速，而在特征侧壁处及顶部入口处的镀覆速率受到抑制或降低。以此方式，沟槽可被金属填满而不会预先被开口顶部处的镀覆金属封锁(sealedoff)或夹断(pinchedoff)，而可避免空隙缺陷。大体而言，有各种类型的添加剂，这些添加剂包括但不限于：抑制剂、平整剂、与加速剂(或增亮剂)。有各式各样的抑制剂与平整剂，诸如：聚醚，诸如非离子性界面活性剂的聚丙二醇(PEG)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基板上形成钴层的方法，包括下述步骤：将基板浸泡在钴镀覆浴中，所述基板具有导电层，所述导电层设置在所述基板上，其中所述钴镀覆浴包括：第一量的钴离子；和第一量的至少一种抑制剂化合物，所述抑制剂化合物包含咪唑基、咪唑啉基、或咪唑啉啶基，且其中所述咪唑基、咪唑啉基、或咪唑啉啶基包含烷基；和相对阳极偏压所述导电层，而在所述导电层的表面上形成钴层，所述阳极电连通所述钴镀覆浴与所述导电层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.26 US 62/300,1591.一种在基板上形成钴层的方法，包括下述步骤：将基板浸泡在钴镀覆浴中，所述基板具有导电层，所述导电层设置在所述基板上，其中所述钴镀覆浴包括：第一量的钴离子；和第一量的至少一种抑制剂化合物，所述抑制剂化合物包含咪唑基、咪唑啉基、或咪唑啉啶基，且其中所述咪唑基、咪唑啉基、或咪唑啉啶基包含烷基；和相对阳极偏压所述导电层，而在所述导电层的表面上形成钴层，所述阳极电连通所述钴镀覆浴与所述导电层。2.如权利要求1所述的方法，其中所述烷基是芳香族烷基、脂肪族烷基、氧化的碳基、醚基、乙氧基、丙氧基、乙二醇基、二乙二醇基、丙二醇基、二丙二醇基、一级胺基、二级胺基、三级胺基、硫醚基、巯基，或上述基团的组合。3.如权利要求2所述的方法，其中所述烷基是寡聚式(oligomeric)或聚合式(polymeric)的烷基。4.如权利要求3所述的方法，其中所述烷基是聚乙二醇基。5.如权利要求4所述的方法，其中所述聚乙二醇基的分子量在约100克/摩尔至约30000克/摩尔之间。6.如权利要求3所述的方法，其中所述烷基是聚丙二醇。7.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊斯梅尔·艾密许，罗伊·夏维，克里斯·帕贝里可，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US