电镀方法技术

提供了适于电镀铜的组合物，该组合物包含一种或多种铜离子源；一种或多种选自链烷醇胺，聚胺和它们的混合物的含胺化合物；和水。这些组合物在沉积或修补用于电子器件制造的籽晶层中有效。同时提供了使用这些组合物的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及电镀领域。具体地，本专利技术涉及在基底上电沉积铜的领域。
技术介绍
对更小的微电子器件，例如那些具有亚微米几何尺寸的器件的趋势，已产生了具有多个涂覆金属层的器件以便运用更高的密度。用来在半导体晶片上形成金属线，也称为布线的一种通用金属是铝。铝具有相对廉价，低电阻率，和相对易于腐蚀的优点。也使用铝来形成过孔(via)中的互连以连接不同金属层。然而，由于过孔/接触孔缩小到亚微米范围，当使用铝在不同金属层之间形成互连时出现了台阶覆盖的问题，这又会引起可靠性的问题。这种不良的台阶覆盖导致高电流密度并增加了电迁移。当使用铝作为金属层时，一种在过孔中提供改良互连通道的方法是通过使用例如钨的金属形成完全填充的接头(plug)。然而，钨的加工是昂贵且复杂的，钨具有高电阻率，而且钨接头易于产生孔隙以及与布线层形成不良连接。已提出在集成电路的制造中使用铜作为互连涂覆金属的替代材料。铜具有相比钨改良的电性能和更好的电迁移性能以及比铝更低的电阻率。铜的缺点是相比铝和钨较难腐蚀而且它具有向介电层例如二氧化硅迁移的趋势。这种铜的迁移可导致器件的失效。为阻止这种迁移，在沉积铜镀层之前典型地在介电层上沉积一个阻挡层。使用典型的气相沉积技术来镀覆一个金属籽晶层，例如物理气相沉积(“PVD”)和化学气相沉积(“CVD”)。典型地，相比其它金属层相比，籽晶层较薄，例如厚50至1500埃。这种金属籽晶层，特别是铜籽晶层，可能受到若干问题的影响，例如籽晶层表面上以及该层主体中的金属氧化物和层中的间断。这种间断通常是由所使用的气相沉积技术的缺点引起的。间断或孔隙(void)是籽晶层中的区域，其中金属例如铜的覆盖不完整或缺少。这种间断可能由金属层的不充分覆盖沉积引起，例如以视线(line of sight)方式沉积金属。为了在这样的籽晶层上电化学沉积完整的金属层，在最后的金属层的沉积之前或期间必须填充这些间断，否则最终的金属层中可能存在孔隙。美国专利6,197,181(Chen)公开了一种提供籽晶层的方法，通过首先气相沉积一个超薄籽晶层然后使用碱性铜电镀液电化学增强该超薄籽晶层以形成最终的籽晶层。根据这个专利申请，这个两步过程提供了具有减少的间断的籽晶层，该间断也就是籽晶层中籽晶层覆盖不完整或缺少的区域。这个专利中公开的碱性铜电镀液包含一种配位剂，该配位剂仅选自乙二胺四乙酸，乙二胺或多元羧酸，优选多元羧酸。这些铜电镀液并不总是产生光滑和均匀的铜沉积物，特别是当用于在阻挡层上沉积铜的时候。不光滑和不均匀的籽晶层可有害地影响随后沉积的金属层。典型地，使用这个专利中公开的电镀液，需要若干时间(分)在阻挡层上沉积或修补铜籽晶层。电化学沉积是沉积籽晶层的理想替代方法。希望这种电沉积的籽晶层不包含或包含相比气相沉积的籽晶层数量减少的间断。然而，传统的铜电镀液不能沉积或修补传统阻挡层上的铜镀层，该阻挡层通常只是半导电性的。存在对能够直接在阻挡层上沉积籽晶层的铜电镀液的需求。同样存在对铜籽晶层修补镀液的需求，该修补镀液能提供比传统的籽晶层修补镀液更光滑和更均匀的沉积物。
技术实现思路
本专利技术提供一种适合于沉积铜籽晶层的组合物，该组合物包括一种或多种铜离子源；一种或多种选自链烷醇胺，聚胺和它们的混合物的含胺化合物；和水，其中该组合物具有pH＞7。这种组合物典型地不含铜的还原剂。本专利技术还提供一种沉积铜籽晶层的方法，该方法包括下列步骤使包含阻挡层的基底与电镀液接触，该电镀液包含一种或多种铜离子源，一种或多种选自链烷醇胺，聚胺和它们的混合物的含胺化合物，和水；然后施加足够的电流密度并持续一段时间以沉积希望的铜镀层。典型的，该基底包含一个阻挡层以减小铜的电迁移。还可以通过如下步骤修补间断的籽晶层，该步骤包括使基底与电镀液接触，该电镀液包含一种或多种铜离子源，一种或多种选自链烷醇胺，聚胺和它们的混合物的含胺化合物，和水；然后施加足够的电流密度并持续一段时间以沉积修补间断。此外，提供了一种制造电子器件的方法，该方法包含沉积铜籽晶层的步骤且包含如下列步骤使包含阻挡层的基底与电镀液接触，该电镀液包含一种或多种铜离子源，一种或多种选自链烷醇胺，聚胺和它们的混合物的含胺化合物，和水；然后施加足够的电流密度并持续一段时间以沉积希望的铜镀层。附图说明图1是使用本专利技术的电镀液在钨阻挡层上沉积的铜层的AFM。图2是使用传统的电镀液在钨阻挡层上沉积的铜层的AFM。图3是使用本专利技术的电镀液在氮化钨阻挡层上沉积的铜层的AFM。图4是使用传统的电镀液在氮化钨阻挡层上沉积的铜层的AFM。具体实施例方式作为在本说明书全文中所使用，下列缩写将具有如下含义，除非上下文另外明确指出A＝安培；mA/cm2＝毫安每平方厘米；℃＝摄氏度；g＝克；＝埃；L＝升；ppm＝每百万分之；M＝摩尔；AFM＝原子力显微图；μm＝微米；cm＝厘米；DI＝去离子；cps＝厘泊；sec.＝秒；和mL＝毫升。除非另外指出，所有的数量均为重量百分比而所有的比值均为重量比。所有的数值范围均包含端值并以任何顺序结合，除非明确限制该数值范围最高总计100％。作为在本说明书全文中所使用的，“部件”指基底上的几何图形，例如但不限于沟道和过孔。“开孔”(aperture)指凹陷的部件，例如过孔和沟道。术语“小部件”指一微米或更小尺寸的部件。“极小部件”指二分之一微米或更小尺寸的部件。同样地，“小开孔”指一微米或更小(≤1μm)尺寸的开孔而“极小开孔”指二分之一微米或更小(≤0.5μm)尺寸的开孔。作为在本说明书全文中所使用的，除非上下文另外明确指出，术语“电镀”指金属电镀。在本说明书全文中可互换地使用“沉积”和“电镀”。“卤化物”指氟化物，氯化物，溴化物和碘化物。同样地，“卤”指氟，氯，溴和碘。术语“烷基”包括直链，支链和环烷基。“光亮剂”指提高电镀液电镀速率的有机添加剂。“匀平剂”指能够提供基本平坦的金属层的有机化合物。在本说明书全文中可互换地使用术语“匀平剂”和“匀平试剂”。“(甲基)丙烯酸酯”指甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯两者。同样地，“(甲基)丙烯酰胺”指甲基丙烯酰胺和丙烯酰胺两者。本专利技术提供一种组合物，该组合物包含一种或多种铜离子源，一种或多种选自链烷醇胺，聚胺和它们的混合物的含胺化合物，和水。这种组合物适于在基底上电镀铜，且特别适于在基底上电镀或修补铜籽晶层。任何可以在其上电镀金属特别是电镀铜的基底在本专利技术中均可以使用。这样的基底包括但不限于，印制线路板，集成电路，半导体封装，引线框，互联件等。特别有用的基底是用于制造电子器件的任何基底，例如集成电路，且更特别地是用于双重镶嵌制造工艺的晶片。这种基底典型地包含许多具有各种尺寸的部件，特别是开孔。例如，集成电路基底可以包含100μm到小至50nm或25nm或更小的范围的开孔。在一个实施方案中，该基底包含小开孔，且更优选极小开孔。这种小开孔可以与例如100微米的较大开孔一同存在于基底中。例如，一个集成电路基底可以包含一个或多个0.2μm及一个或多个2μm，或甚至更大的开孔。本领域的技术人员将能够理解，其它待电镀的基底如引线框和印制线路板可以具有更大的部件或更小的部件或根本没有部件。典型地，该基底包含一个或多个介电层，隔离层，覆盖层(cap layer)或任何这些层的组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
适于沉积铜籽晶层的组合物，该组合物包含一种或多种铜离子源；一种或多种选自链烷醇胺，聚胺和它们的混合物的含胺化合物；和水，其中该组合物具有大于７的ｐＨ。

【技术特征摘要】
US 2003-5-23 60/472,840;US 2003-7-7 60/485,3181.适于沉积铜籽晶层的组合物，该组合物包含一种或多种铜离子源；一种或多种选自链烷醇胺，聚胺和它们的混合物的含胺化合物；和水，其中该组合物具有大于7的pH。2.权利要求1的组合物，其中至少一种聚胺具有大于或等于400道尔顿的重均分子量。3.权利要求1的组合物，其中该组合物包含铜作为唯一待沉积的金属。4.在包含阻挡层的基底上沉积铜籽晶层的方法，该方法包括如下步骤使该基底与电镀液接触，该电镀液包含一种或多种铜离子源，一种或多种选自链烷醇胺，聚胺和它们的混合物的含胺化合物，和水；然后施加足够的电流密度并持续一段时间以便沉积期望的铜籽晶层。5.权利要求4的方法，其中至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：D王，RD米克拉，
申请(专利权)人：罗姆和哈斯电子材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]