利用无电膜沉积形成平坦化Cu互连层的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用无电膜沉积形成平坦化Ｃｕ互连层的方法。在包括窄和宽构造的衬底上形成平坦化导电材料。导电材料通过一系列沉积过程形成。第一沉积过程形成导电材料的第一层，其填充窄构造并且至少部分填充宽构造。第二沉积过程在第一层的空腔内形成导电材料的第二层。柔性材料可以减少衬底上第一层的厚度，同时将溶液递送到空腔中以在其中形成第二层。柔性材料可以是与充满所述溶液的可加压容器相连的多孔膜。柔性材料也可以是使用所述溶液润湿的多孔性材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及半导体制造领域，更具体涉及在限定于衬底中的构造(feature) 内形成具有平坦化表面的导电材料的方法，所述构造具有相差很大的不同尺寸。
技术介绍
图1提供部分制造的半导体器件100的横截面，包括衬底102和导电层104。衬 底102通常是介电材料，并且可以包括各种尺寸的沟槽，如宽沟槽106和窄沟槽108。 除了沟槽，衬底102可以包括各种尺寸的其他类似构造，如通孔(未示出)。衬底102 中的这种构造通常通过众所周知的光刻法制造。导电层104通常是高导电金属如铜 (Cu)。进一步加工后，向下移除导电层104直到衬底102顶面的高度，使得在成品 半导体器件中，保留在沟槽106、108中的导电材料和其他相似构造被衬底102电隔离。导电层104通常通过使用包含待镀金属的电镀溶液进行电镀而形成。需要电镀是 因为它是在表面上沉积金属的快速方法。然而，电镀的一个缺陷是在较窄的构造如沟 槽108中常常形成空隙，并且这些空隙会导致成品半导体器件失效。某些添加剂在加 入到电镀溶液中时，可以促进快速填充窄构造并防止空隙形成，然而，这些添加剂倾 向于阻滞在一般平坦区域上的沉积速率，所述平坦区域例如沟槽106、 108之间以及沿 宽沟槽106底部的表面。因此，直到导电层104完全填充较大构造如宽沟槽106时，基本厚度或覆盖层 (overburden) 110覆盖衬底102的其余部分。此外，由于电镀溶液中的添加剂促进快 速填充窄构造，同时阻滞其在一般平坦区域中的填充，因此还会在窄构造上的覆盖层 110顶部水平面上方形成过填充(superfill)部分112，如图1所示。应该理解，要向下移除导电层104直至衬底102的顶面高度，需要移除三种不同厚度的材料。不幸的 是，本领域中已知的平坦化技术不太适合于这项任务，并且通常导致在较大构造上方 的表面凹陷(dishing) 200，如图2中大沟槽106上方所示。一个解决方案是在图1所示基础上进一步电镀，使得整个衬底102上方的覆盖层 110的厚度更大。如果进行得足够充分，覆盖层110的厚度倾向于在整个衬底102上 平坦。然后可以对覆盖层110向下进行均匀平坦化，直到衬底102的顶面高度。然而， 该方案浪费材料并且费时。因此，需要形成具有覆盖层110的导电层104的方法，其中所述覆盖层110具有 基本上平坦的表面。
技术实现思路
本专利技术提供一种制造平坦化表面的方法，包括提供衬底、形成第一和第二层、以 及平坦化第一和第二层。该衬底具有限定于其中的窄构造和宽构造，并在衬底上形成 第一层以使其填充窄构造、至少部分填充宽构造、并且具有限定于其中的沿宽构造排 列的空腔。平坦化第一层的同时在所述空腔中形成第二层。然后将第一和第二层一起 平坦化。在某些实施方案中，在平坦化第一层的同时形成第二层包括使柔性材料与第一层 接触，并在柔性材料和第一层之间引入相对横向运动。在这些实施方案中的某些实施 方案中，相对横向运动包括旋转成分、振动成分和/或轨道成分。在那些第一层完全填 充宽构造的实施方案中，平坦化第一和第二层可包括完全移除第二层。在其他实施方 案中，平坦化第一和第二层并不完全移除第二层。在一些实施方案中，平坦化第一和 第二层包括无应力平坦化或化学机械平坦化。在一些实施方案中，平坦化第一和第二 层包括暴露出窄和宽构造之间的衬底。本专利技术还提供一种用于制造平坦化表面的方法，包括提供衬底、形成第一层、使 柔性材料与至少一部分第一层接触、形成第二层、以及平坦化第一和第二层。该衬底具有限定于其中的窄构造和宽构造，并且第一层形成在衬底上以使其填充窄构造、至 少部分填充宽构造、并且具有限定于其中的沿宽构造排列的空腔。根据该方法，柔性材料用来将溶液递送到空腔，并且第二层由该溶液形成。在一些实施方案中，该溶液 包括无电镀覆溶液，在这些实施方案的某些实施方案中，形成第二导电层包括无电沉 积导电材料如铜。在一些实施方案中，第一和第二层由相同的导电材料形成。在一些 实施方案中，柔性材料与至少部分第一层的接触抑制第二层在第一层的覆盖层上的沉 积。在该方法的一些实施方案中，衬底可包括介电常数小于Si02介电常数的介电材料，如有机硅酸盐玻璃。在一些实施方案中，窄构造可具有约100nm或更小的横向尺寸， 在一些实施方案中，宽构造可具有大于约100nm或为约500pm的横向尺寸。在一些 实施方案中，形成第一层包括形成第一导电层，在一些实施方案中，形成第一导电层 包括电化学沉积导电材料，如铜。在一些实施方案中，平坦化第一和第二层包括应用 无应力抛光技术。在该方法的一些实施方案中，柔性材料包括多孔膜，如聚氨酯。在这些实施方案 的某些实施方案中，该方法还包括给包含溶液的容器加压，并在与第一层接触侧的对 侧邻接膜。而且，在这些实施方案中的一些实施方案中，该方法还包括在多孔膜和衬 底之间引入相对横向运动。在包括引入相对横向运动的一些实施方案中，多孔膜例如 有效抛光部分第一层，因为多孔膜包含研磨剂。在该方法的一些实施方案中，柔性材料包括多孔性材料。在这些实施方案的一些 实施方案中，该多孔性材料包括具有暴露在其表面处的开口孔的闭孔(closed-cell)结 构。在这些实施方案的一些实施方案中，该方法还包括用溶液润湿多孔性材料。在这 些实施方案的一些实施方案中，将溶液递送到空腔中还可包括在多孔性材料和第一层 之间形成压力。在这些实施方案的一些实施方案中，将溶液递送到空腔中还可包括在 衬底和多孔性材料之间引入相对橫向运动。在该方法的一些实施方案中，形成第一层包括完全填充宽构造，在这些实施方案 的一些实施方案中，第一层在宽构造上形成过量填充，其超出衬底顶面水平面约10% 约20%的宽构造深度。在这些实施方案的一些实施方案中，平坦化第一和第二层还包 括移除第二层。在该方法的其他实施方案中，形成第一层包括不完全填充整个宽构造， 并且在这些实施方案的一些实施方案中，宽构造深度的约10% 约30%被第一层填充。在这些实施方案的一些实施方案中，平坦化第一和第二层还包括不完全移除整个第二 层。本专利技术还提供用于制造平坦化表面的设备。该设备包括用于固定具有一定面积的 晶片的晶片支撑体，例如真空吸盘、工件、能够使工件与晶片相互接触的接合机构、 和用于在工件和晶片之间引入相对横向运动的装置。所述工件包括包含无电镀覆溶液 并具有跨一侧的柔性和多孔膜的容器。在一些实施方案中，该容器是可加压的。在一些实施方案中，多孔膜包含研磨剂。在该设备的一些实施方案中，多孔膜面积小于晶片面积。在这些实施方案的一些 实施方案中，用于引入相对橫向运动的装置包括线性平移工件的装置，并且在这些实 施方案的一些实施方案中，用于引入相对横向运动的装置还包括用于使工件绕轴旋转 的装置。在一些实施方案中，用于引入相对横向运动的装置还可以包括用于使晶片支 撑体绕轴旋转和/或使工件振动的装置。在该设备的一些实施方案中，多孔膜面积等于或大于晶片面积。在这些实施方案 的一些实施方案中，用于引入相对横向运动的装置包括使工件和/或晶片支撑体绕轴旋 转的装置。在该设备的一些实施方案中，多孔膜可以是聚氨酯、氟碳材料、烧结聚合物材料 或陶瓷。在一些实施方案中，多孔膜可具有约0.1mm 约3.0mm的厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造平坦化表面的方法，包括：提供包括窄构造和宽构造的衬底；在所述衬底上形成第一层，所述第一层填充所述窄构造，至少部分填充所述宽构造，和包括沿所述宽构造排列的空腔；使柔性材料与所述第一层 的至少一部分接触；使用所述柔性材料将无电镀覆溶液递送到所述空腔中；在所述空腔内由所述溶液形成第二层，而在所述柔性材料与所述第一层接触处几乎不形成所述第二层；和平坦化所述第一和第二层。

【技术特征摘要】
US 2003-3-27 10/402,6001. 一种用于制造平坦化表面的方法，包括提供包括窄构造和宽构造的衬底；在所述衬底上形成第一层，所述第一层填充所述窄构造，至少部分填充所述宽构造，和包括沿所述宽构造排列的空腔；使柔性材料与所述第一层的至少一部分接触；使用所述柔性材料将无电镀覆溶液递送到所述空腔中；在所述空腔内由所述溶液形成第二层，而在所述柔性材料与所述第一层接...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德C雷德克，约翰博伊德，
申请(专利权)人：兰姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]