钴钨膜的电沉积制造技术

含钨金属膜可通过电沉积而沉积于半导体衬底的凹入特征中。含钨金属膜在一定条件下电沉积，使得含钨金属膜不含或基本上不含氧化物。在电沉积期间，除其他参数外尤其对pH、钨浓度及电流密度进行条件优化。含钨金属膜可包括钴钨合金、钴镍钨合金或镍钨合金，其中含钨金属膜中的钨含量介于约1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钴钨膜的电沉积
通过引用并入
[0001]PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。

技术介绍

[0002]电镀已长期用于半导体产业中以在衬底上沉积金属。一般通过电镀沉积的金属为铜，且已开发出特定电解液及镀覆方法以使衬底上的铜沉积优化。在镶嵌处理中，电镀经常用于以金属填充凹入特征，以制造互连及其他结构。尽管铜在传统上用于镶嵌处理中以填充凹入特征，但可使用其他金属(例如钴)代替铜来填充凹入特征。然而，用于电镀铜的电解液及电镀方法可能对于电镀其他金属并非是最适宜的。
[0003]这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的专利技术人的工作在其在此
技术介绍
部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

技术实现思路

[0004]本文提供了一种在半导体衬底上电镀含钨金属膜的方法。所述方法包括：提供半导体衬底至电镀装置中，其中所述半导体衬底具有至少一个凹入特征，且至少在所述至少一个凹入特征的侧壁上包括暴露的导电晶种层。所述方法还包括：使所述半导体衬底接触所述电镀装置中的电镀溶液；以及在所述电镀装置中对所述半导体衬底进行阴极偏置，以电镀含钨金属膜，并且用所述含钨金属膜电化学填充所述至少一个凹入特征。所述含钨金属膜包括选自由钴、镍及其组合所组成的群组的金属，其中所述含钨金属膜中的钨含量介于约1
‑
20原子％之间。
[0005]在一些实施方案中，所述含钨金属膜为钴钨(CoW)膜。在一些实施方案中，所述导电晶种层为钴晶种层。在一些实施方案中，所述方法还包括：对电镀的所述含钨金属膜进行退火。在一些实施方案中，所述电镀溶液具有介于约2
‑
4之间的pH。在一些实施方案中，所述电镀溶液具有等于或小于约4g/L的钨含量，且对所述半导体衬底进行阴极偏置以电镀含钨金属膜包括以等于或小于约12mA/cm2的电流密度进行电镀。在一些实施方案中，所述电镀溶液具有等于或小于约2g/L的钨含量，且其中对所述半导体衬底进行阴极偏置以电镀含钨金属膜包括以等于或小于约8mA/cm2的电流密度进行电镀。在一些实施方案中，所述含钨金属膜基本上不含氧化物。
[0006]另一方面涉及一种用于电镀含钨金属膜的电镀水溶液。所述电镀水溶液包括：钨源，其中所述钨源包括钨
‑
氧键，且其中所述电镀水溶液中的钨浓度等于或小于约4g/L。所述电镀水溶液还包括：除了所述钨源以外的金属源，其中所述金属选自由钴、镍及其组合所组成的群组；以及酸，其中所述电镀水溶液具有小于约6的pH。
[0007]在一些实施方案中，所述金属为钴。在一些实施方案中，所述电镀水溶液中的钨浓
度等于或小于约2g/L。在一些实施方案中，所述电镀水溶液进一步包括抑制剂。
[0008]另一方面涉及一种用于在半导体衬底上电镀含钨金属膜的装置。所述装置包括：电镀室，其被配置成容纳电镀溶液；衬底保持器，其被配置成将所述半导体衬底保持在所述电镀溶液中；电源；以及控制器，其被配置有用于执行以下操作的程序指令：使半导体衬底接触电镀溶液，其中所述半导体衬底具有多个凹入特征，且其中所述电镀溶液包括钨源以及选自由钴、镍及其组合所组成的群组的金属源；以及对所述半导体衬底进行阴极偏置以电镀所述含钨金属膜，并且用所述含钨金属膜电化学填充所述多个凹入特征，其中所述含钨金属膜中的钨含量介于约1
‑
20原子％之间。
[0009]在一些实施方案中，用于对所述半导体衬底进行阴极偏置以电镀所述含钨金属膜的程序指令包括用于提供介于约0.25
‑
12mA/cm2之间的电流密度的程序指令。在一些实施方案中，其中所述含钨金属膜为钴钨(CoW)膜。
附图说明
[0010]图1A示出了示例性的自下而上填充机制的示意图。
[0011]图1B示出了示例性的保形填充机制的示意图。
[0012]图2示出了根据一些实施方案在半导体衬底的凹入特征中电镀含钨金属膜的的示例性工艺的流程图。
[0013]图3A
‑
3C示出了根据一些实施方案在半导体衬底的凹入特征中电镀含钨金属膜的示例性工艺的多个阶段的示意性说明。
[0014]图4示出了根据一些实施方案电镀含钨金属膜的示例性工艺的流程图，其包括预镀及后镀操作。
[0015]图5示出了电解液中使用不同钨量及不同电流密度以将钴钨膜沉积于上的半导体衬底的图像。
[0016]图6示出了测量具有钴钨的半导体衬底的薄层电阻与钨浓度的函数关系曲线图，其中示出具有和没有热退火下的不同图。
[0017]图7示出了对于电解液中不同钨量的钴和钨的X射线光电子能谱(XPS)曲线。
[0018]图8示出了测量具有钴钨的半导体衬底的薄层电阻与钨浓度的函数关系曲线图。
[0019]图9示出了不同钨原子百分比的具有和没有退火下的电镀钴钨膜的晶粒结构SEM图像。
[0020]图10示出了用钴和用钴钨合金填充的凹入特征的SEM图像。
[0021]图11示出了根据一些实施方案的具有电镀槽的示例性电镀装置的简化示意图。
[0022]图12示出了根据一些实施方案的示例性电镀装置的俯视示意图。
[0023]图13示出了根据一些实施方案的另一示例性电镀装置的俯视示意图。
具体实施方式
[0024]在本公开内容中，术语“半导体芯片”、“芯片”、“衬底”、“芯片衬底”、“半导体衬底”以及“部分加工的集成电路”可互换地使用。本领域技术人员应理解：术语“部分加工的集成电路”可指在其上的集成电路制造的许多阶段中的任一阶段期间的硅芯片。用于半导体设备产业中的芯片或衬底通常具有200mm、或300mm或450mm的直径。以下的详细说明假设在芯
片上实现本公开内容。然而，实现方案并非如此受限。工件可为各种外形、尺寸以及材料。除了半导体芯片之外，可利用本公开内容的其他工件包含各种对象，例如印刷电路板等。介绍
[0025]已对各种金属进行金属膜的电沉积，其包括但不限于铜、钴、银、锡、锌、金、镍、钯和铂。电镀已长期用于半导体产业中以在衬底上沉积金属。一般通过电镀沉积的一种金属为铜，且已开发出特定电解液及镀覆方法以使衬底上的铜沉积优化。在镶嵌处理中，电镀经常用于以金属填充凹入特征，以制造互连及其他结构。尽管铜在传统上用于镶嵌处理中以填充凹入特征，但可使用其他金属(例如钴)代替铜来填充凹入特征。然而，用于电镀铜的电解液及电镀方法可能对于电镀其他金属并非是最适宜的。
[0026]已开发出电解液和镀覆方法以电镀钴。用于电镀钴的镀浴可包括无机材料，例如硫酸钴、氯化钴、盐酸、硫酸和硼酸。此外，镀浴可进一步包含有机添加剂，例如加速剂、抑制剂、整平剂、增亮剂、润湿剂、表面活性剂或其组合。用于电镀钴的示例性电解液和电镀方法描述于Dou本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在半导体衬底上电镀含钨金属膜的方法，所述方法包括：提供半导体衬底至电镀装置中，其中所述半导体衬底具有至少一个凹入特征，且至少在所述至少一个凹入特征的侧壁上包括暴露的导电晶种层；使所述半导体衬底接触所述电镀装置中的电镀溶液；以及在所述电镀装置中对所述半导体衬底进行阴极偏置，以电镀含钨金属膜，并且用所述含钨金属膜电化学填充所述至少一个凹入特征，其中所述含钨金属膜包括选自由钴、镍及其组合所组成的群组的金属，其中所述含钨金属膜中的钨含量介于约1
‑
20原子％之间。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含钨金属膜为钴钨(CoW)膜。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述暴露的导电晶种层为钴晶种层。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个凹入特征具有等于或小于约40nm的宽度。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述含钨金属膜具有等于或小于约100微欧姆/厘米的薄层电阻。6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：对电镀的所述含钨金属膜进行退火。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述电镀溶液具有等于或小于约6的pH。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其中所述电镀溶液具有介于约2
‑
4之间的pH。9.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其中所述电镀溶液具有等于或小于约4g/L的钨含量，且其中对所述半导体衬底进行阴极偏置以电镀含钨金属膜包括以等于或小于约12mA/cm2的电流密度进行电镀。10.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其中所述电镀溶液具有等于或小于约2g/L的钨含量，且其中对所述半导体衬底进行阴极偏置以电镀含钨金属膜包括以等于或小于约8mA/cm2的电流密度进行电镀。11.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的方法，其中所述电镀溶液包含抑制剂。12.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：泰伊，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：