專(zhuān)利名稱(chēng)：在電子裝置集成電路上的金屬互連結(jié)構(gòu)元件蓋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造，尤其是涉及電鍍互連結(jié)構(gòu)元件的金屬蓋。
背景技術(shù)：
通過(guò)在互連結(jié)構(gòu)元件(interconnect features)處，例如基質(zhì)上形成的溝槽處填充金屬，在嵌入工藝中電鍍被用來(lái)形成集成電路基質(zhì)的電連接。如果沉積在例如銅基質(zhì)上，其能快速地?cái)U(kuò)散進(jìn)硅基質(zhì)和電介質(zhì)膜，例如，SiO2或低鉀的電介質(zhì)。銅也能擴(kuò)散進(jìn)建立在多層電子裝置的基質(zhì)上的裝置層中。這種擴(kuò)散對(duì)電子裝置來(lái)說(shuō)是破壞性的，因?yàn)槠淠軐?dǎo)致基質(zhì)的電泄漏，或是在兩互連結(jié)構(gòu)元件之間形成一種非期望的電連接，從而導(dǎo)致短路。相應(yīng)的擴(kuò)散到互連結(jié)構(gòu)元件以外的則能破壞其中的電流。
當(dāng)電流流經(jīng)處于服務(wù)狀態(tài)的互連結(jié)構(gòu)元件時(shí)，沉積在基質(zhì)上的金屬有一種向互連結(jié)構(gòu)元件以外遷移的傾向。金屬的電子轟擊使得金屬向互連結(jié)構(gòu)元件以外遷移。這種遷移，能破毀鄰近的連接線路，導(dǎo)致交叉泄漏，形成非期望的電連接，破壞電互連結(jié)構(gòu)元件電遷移時(shí)的電流。
因此，電路板制造商所面對(duì)的挑戰(zhàn)就是要減小擴(kuò)散和金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件的金屬電遷移。隨著電子裝置的小型化，互連結(jié)構(gòu)元件的小型化和高密度化，這種挑戰(zhàn)變得越發(fā)嚴(yán)峻。
在金屬互連結(jié)構(gòu)元件的另一挑戰(zhàn)是保護(hù)它們免受腐蝕。某些連接金屬，尤其是銅，更容易被腐蝕。
銅是一種相當(dāng)活躍的金屬，其在周?chē)h(huán)境下易于被氧化。這種活性能破壞其在電介質(zhì)和薄膜層上的附著性，導(dǎo)致形成空隙和分層。因而另一個(gè)挑戰(zhàn)是抗氧化和提高蓋和銅以及結(jié)構(gòu)層之間的附著性。
為了處理這些挑戰(zhàn)，工業(yè)上已經(jīng)使用了多種擴(kuò)散屏障膜作為在銅和其他金屬互連結(jié)構(gòu)元件上的蓋子。難熔金屬和它們的合金通過(guò)物理氣相沉積法(PVD)沉積在薄膜上?；谶@種目的SiN和SiC已經(jīng)而通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)被沉積。SiN和SiC的一個(gè)局限是，他們具有一相對(duì)較高的介電常數(shù)(K值)，這傾向于增加互連結(jié)構(gòu)元件的電容。由于電阻/電容的耦合(RC延遲)，增加電容能增加功率消耗，因而限制了其使用。
通常，通過(guò)覆蓋氣相沉積形成屏障層或蓋層是費(fèi)錢(qián)費(fèi)時(shí)的，因?yàn)槠湫枰鄠€(gè)處理步驟。沉積膜需要被圖案化和蝕刻，隨之去除抗蝕涂層。某些情況下還需要進(jìn)行平版圖案化。
無(wú)電鍍的Co和Ni作為電子連接線路中的一種保護(hù)層，已經(jīng)被討論過(guò)，如專(zhuān)利公報(bào)號(hào)為US2003/0207560。
化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)通過(guò)例如去除在用波紋花紋沉積處理中沉積的過(guò)量的不希望的Cu，在基質(zhì)上封頂加蓋之前作用在其上，然后整平該表面。這種CMP能導(dǎo)致微量的銅被嵌入或涂在電介質(zhì)材料上。這些微量的銅如果不除去將污染電介質(zhì)。微量的銅在Co蓋處理的選擇性上是有害的，導(dǎo)致無(wú)電鍍的Co沉積在電介質(zhì)的微量銅之間，從而導(dǎo)致交叉泄漏。因此，采用一種蝕刻劑作為預(yù)處理成分，以除去這些微量的銅，或者切除掉它們依附的電介質(zhì)，或者兩者皆有。
根據(jù)通常的濕處理工藝，隨后使用分離清洗溶液來(lái)清洗電介質(zhì)和金屬。電介質(zhì)清洗劑輕微地腐蝕所述電介質(zhì)的表面以切除在CMP過(guò)程中嵌入在電介質(zhì)上的微量金屬。金屬清洗劑清洗掉在Cu的氧化表面和在電介質(zhì)清洗步驟中沒(méi)有清洗掉的嵌入在電介質(zhì)上的任何Cu殘余物。清洗劑是必要的以清洗掉Cu抑制劑殘余物，如在CMP處理過(guò)程中使用的苯并三唑(BTA)化合物，這樣這類(lèi)殘余物不會(huì)妨礙活化作用的效力，和活化作用開(kāi)始的均一性，連接蓋沉積的光滑性、附著性和熱穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明涉及一種在一個(gè)與一個(gè)多層的集成電路裝置成一體的集成電路基質(zhì)上的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上形成多層金屬連接蓋的方法。所述方法包括在第一沉積步驟中沉積第一層金屬蓋層在金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上，所述第一步驟為在含有金屬離子源和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈械臒o(wú)電鍍金屬沉積；和在不同于第一沉積步驟的第二沉積步驟中在第一層金屬蓋層上沉積第二層金屬蓋層，從而形成多層金屬蓋，并成為與所述金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件不同的永久性元件。
本發(fā)明還涉及通過(guò)上述方法在一集成電路的基質(zhì)上的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上形成的一個(gè)多層蓋，以及含有通過(guò)上述方法形成的多層蓋的集成電路的基質(zhì)。


圖1是一集成電路裝置的部分截面示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明，多層的金屬蓋是沉積在電子裝置的基質(zhì)的互連結(jié)構(gòu)元件上。所述基質(zhì)選自任何在如SiO2和低K值的電介質(zhì)上具有金屬(典型為銅，有些情況下是Ag)的互連結(jié)構(gòu)元件的基質(zhì)。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述蓋具有不同作用的多層，或是具有多個(gè)不同的層，而各層的作用相同。如下面將要進(jìn)一步解釋的，所述蓋的兩或更多層具有不同的化學(xué)成分，和/或是在不同條件下通過(guò)不同方法沉積，具有不同厚度從而使得兩個(gè)或多個(gè)層具有不同的結(jié)構(gòu)。
依賴(lài)于不同的裝置和工作條件，具有這樣的兩或更多不同層，蓋的性能可以被調(diào)整從而用于不同的用途，例如，對(duì)電子互連結(jié)構(gòu)元件在沒(méi)有連接時(shí)電遷移具有更多抗擾性，對(duì)腐蝕具有更大的抵抗力，和/或?qū)Τ练e之后的蝕刻具有更大的抵抗力。業(yè)已發(fā)現(xiàn)由于各自不同的兩或更多層在化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)、形態(tài)學(xué)和/或其它屬性上的不同，它們的聯(lián)合屬性相對(duì)于它們單一的層連續(xù)地組成相同的厚度的層的性能提高了。
蓋的作用是提供不同的層來(lái)保護(hù)互連。相應(yīng)地，被選作蓋的金屬(在本發(fā)明中其含義包括金屬合金)選自可以有效擴(kuò)散且為電遷移屏障(electromigration barrier)的金屬。這類(lèi)金屬在制造和工作條件下具有低擴(kuò)散率和低移動(dòng)性。所述蓋的金屬尤其選自能避免擴(kuò)散進(jìn)互連結(jié)構(gòu)元件中的，因?yàn)槠淠康木褪窃诨ミB結(jié)構(gòu)元件上部形成一種完全不同的蓋，而不是在互連結(jié)構(gòu)元件和蓋金屬間形成一種間歇的反應(yīng)層。首先特定的金屬，蓋最底層臨近互連結(jié)構(gòu)元件的金屬選自那些與Cu互連結(jié)構(gòu)元件基本上不能融合的金屬?；旧喜荒苋诤弦馕吨行┛珊雎粤康娜诤鲜强梢匀萑痰?，但是由于在所期望的工作條件下的融合，所述金屬至少充分地不能融合，也就是沒(méi)有明顯的性能降低。在本發(fā)明中，合適的不能融合可以由不同的使用條件下的不同標(biāo)準(zhǔn)所界定，在一方面，金屬選自可以使得Cu在溫度為900-1100℃時(shí)具有大約小于104*exp((-0.75ev/KT)at.％的溶解度，和在溫度為550-700℃時(shí)具有大約小于103*exp((-0.52ev/KT)at.％的溶解度的金屬。在大量的Co中，在溫度為900-1100℃時(shí)Cu的溶解度是約4.5*103*exp((-0.75ev/KT)at.％，到在溫度為550-700℃時(shí)具有約6*102*exp((-0.52ev/KT)at.％的溶解度。由于與Cu具有融合性，所述金屬蓋的第一層避免是Ni，Au和Ag。
蓋的金屬在所有層都選自能避免擴(kuò)散進(jìn)臨近的Si或其它基質(zhì)材料的金屬。在本發(fā)明中，合適的擴(kuò)散度能通過(guò)不同使用中的不同標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定。由于在Si中的擴(kuò)散性和移動(dòng)性，避免在蓋的第二層和其下層的金屬是Au和Ag。
通常，由于其前述的與Cu的可融合性，也由于Ni傾向于與Cu形成Ni-Cu化合物而改變Cu的導(dǎo)電性，避免用Ni作在Cu互連結(jié)構(gòu)元件上的第一層。相反，鈷基合金并不顯著地改變Cu的導(dǎo)電性。優(yōu)選的適合這些標(biāo)準(zhǔn)的將在下文描述的結(jié)合涉及一種鈷基第一層，因?yàn)镃o對(duì)Cu提供了很好的隔離和電遷移保護(hù)。
蓋的材料選擇那些具有導(dǎo)電性而不是絕緣性的材料。它們能通過(guò)非覆蓋的方式沉積，也就是，能對(duì)Cu互連結(jié)構(gòu)元件或是多層蓋先前的沉積層具有化學(xué)選擇性的方法。
本發(fā)明中，上述材料選擇標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)方面是蓋具有兩或多層連續(xù)的層，其中至少一層采用無(wú)電鍍沉積，其余一層或多層通過(guò)無(wú)電鍍沉積或是浸潤(rùn)工藝。另一個(gè)方面是蓋的其中一層是通過(guò)無(wú)電鍍工藝形成的非連續(xù)層，其余一層或多層是連續(xù)的，通過(guò)無(wú)電鍍沉積或是浸潤(rùn)工藝。在處理過(guò)程中，所述多層金屬蓋并沒(méi)有隨后被移除，也沒(méi)有被退火以與所述互連結(jié)構(gòu)元件慢慢融合。在這方面，其成為一個(gè)區(qū)別于金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件的永久性元件。
如圖1所示的非比例剖面示意圖中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，有一個(gè)多層集成電路裝置的元件10，其包括一種絕緣材料12，在半導(dǎo)體基質(zhì)14上形成一種電介質(zhì)夾層(ILD)。一種典型的電介質(zhì)材料是BD(由使用材料公司(Applied Materials)供應(yīng))，或是由加利福尼亞州圣何塞的諾發(fā)系統(tǒng)公司(Novellus Systems，Inc)提供的商品名為Coral的低K電介質(zhì)。一種典型的半導(dǎo)體基質(zhì)是單晶硅?；ミB結(jié)構(gòu)元件的表面填充有電鍍化Cu16。本發(fā)明的多層蓋包括第一金屬蓋層18和第二金屬蓋層20。電鍍化的Cu和電介質(zhì)材料12的相互連接之間具有例如TaN的屏障層。為了示意圖的清楚，圖1中并沒(méi)有示出這種屏障層。
通過(guò)查看本申請(qǐng)多個(gè)實(shí)施例中的至少5個(gè)具體的非排他性的實(shí)施例，將對(duì)本發(fā)明有更深地理解。在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中，多層蓋具有第一層，其包括例如，Co-B，Co-B-P，Co-W-B-P或Co-B-W，通過(guò)硼烷化學(xué)無(wú)電鍍沉積工藝，使用硼烷基胺化合物，如二甲胺硼烷(DMAB)，二乙基胺硼烷(DEAB)，或嗎啉硼烷作為還原劑。這些硼烷基還原劑使得Cu催化Co的沉積。所述工藝因此在Cu互連結(jié)構(gòu)元件上能自激發(fā)開(kāi)始反應(yīng)，而Co，Pd，或其它引發(fā)反應(yīng)發(fā)生的種晶操作就可以忽略。這與非硼烷基化合物，例如次磷酸鹽或其它非硼烷基，的還原劑的無(wú)電鍍工藝相反，它們并不能使得Cu催化Co的沉積。如果采用非硼烷處理工藝在Cu互連結(jié)構(gòu)元件上直接形成一層，需要Co晶種材料或其它激發(fā)機(jī)制。在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中，這種硼烷基化合物的無(wú)電鍍沉積制工藝僅在Co基層上使用，以形成數(shù)量級(jí)為約5-50埃(例如，約5-20埃)的規(guī)格。在這個(gè)實(shí)施例的另一種情形中，第一層基本上完全接合以提供基本連續(xù)的覆蓋層。在這個(gè)實(shí)施例的其他情形中，第一層未完全接合從而其覆蓋層不連續(xù)的。第二Co基層比約100埃厚，其通過(guò)另一方式沉積，如使用次磷酸鹽還原劑或混合還原劑的無(wú)電鍍沉積工藝。非硼烷工藝，例如使用次磷酸鹽還原劑的無(wú)電鍍沉積工藝是合適的，因?yàn)榇瘟姿猁}使得Co基第一層對(duì)Co基第二層的沉積具有催化作用。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，多層蓋具有一個(gè)沉積的Co基的第一層，其厚度規(guī)格為100埃或更厚，如約100-300埃，包括如Co-B，Co-B-P，Co-W-B-P，或Co-B-W的成分，使用硼烷基胺化合物，如DMAB，DEAB，或嗎啉硼烷作為還原劑，進(jìn)行沉積處理。通過(guò)一替代的方式沉積的，如使用次磷酸鹽還原劑或是混合還原劑的無(wú)電鍍沉積工藝，具有相似的大于約100埃的厚度的第二Co基層也被沉積成。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，多層蓋具有自激發(fā)無(wú)電鍍沉積工藝所得的第一層，其具有規(guī)格為100?；蚋竦暮穸?，如約100-300埃，包括成分如Co-B，Co-B-P，Co-W-B-P，或Co-B-W，使用硼烷基胺化合物，如二甲胺硼烷(DMAB)，二乙基胺硼烷(DEAB)或嗎啉硼烷作為還原劑。第二Ni基層(如Ni-Co)或其它非Co基層也具有約100?；蚣s大于100埃的厚度，是通過(guò)一個(gè)替代的方式沉積的，如使用常規(guī)的無(wú)電鍍沉積工藝。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，多層蓋具有第一層，其是一個(gè)Co晶種層。作為一個(gè)晶種層，其是明顯的非連續(xù)和非接合的。在被覆蓋的區(qū)域，其相當(dāng)薄(如，10?；蚋?。這個(gè)晶種層通過(guò)傳統(tǒng)的種晶工藝，如催化金屬的PVD或CVD方法，或Co、Ni或通過(guò)自激發(fā)的使用硼烷基胺化合物，如DMAB，DEAB或嗎啉硼烷作為還原劑，進(jìn)行自激發(fā)的無(wú)電鍍沉積處理。第二層規(guī)格為約100?；蚣s大于100埃的厚度，如約100-300埃，包括Co基成分，如Co-W-P或Co-W-B，其通過(guò)無(wú)電鍍沉積處理。第三層是Co基、Ni基或其它非Co基層，其也具有約大于100埃的厚度，其是通過(guò)相同的或另一替代的方式沉積。
在本發(fā)明的第五實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)臨近的層使用以下方法沉積a)在不同條件下相同的無(wú)電鍍?cè)。騜)在不同條件下不同的無(wú)電鍍?cè)?，或c)在相同條件下不同的無(wú)電鍍?cè)　Ｒ虼?，每一層的成分由一個(gè)或多個(gè)沉積參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。例如，每一個(gè)相鄰的兩層采用相同的無(wú)電鍍?cè)『皖?lèi)似的條件進(jìn)行沉積，除了在沉積第二層時(shí)的pH和/或溫度與在沉積第一層時(shí)的pH和/或溫度不同。其它的用于影響成分的調(diào)整條件包括與工具相關(guān)的因素，如浴的攪動(dòng)，基質(zhì)的旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)速度，溶液的流動(dòng)速度等?；蛘呤牵瑢?duì)每一層來(lái)說(shuō)，pH值、溫度和所有其它參數(shù)都是相同的，但是成分是不同的，區(qū)別在于第一層包括Co-B，第二層包括Co-B-W。
因此，這五個(gè)具體的非排他性的實(shí)施例可以被總結(jié)成如下實(shí)施例I第1層采用硼烷基胺化合物還原劑無(wú)電鍍沉積形成的Co基層第2層與第一層不同的無(wú)電鍍沉積工藝形成的大于100埃的Co基層實(shí)施例2第1層采用硼烷基胺化合物還原劑無(wú)電鍍沉積形成的大于100埃的Co基層第2層與第一層不同的無(wú)電鍍沉積工藝形成的大于100埃的Co基層實(shí)施例3第1層采用硼烷基胺化合物還原劑無(wú)電鍍沉積形成的大于100埃的Co基層第2層大于100埃的Ni基層實(shí)施例4第1層Co基晶種層第2層無(wú)電鍍沉積形成的大于100埃的Co基層第3層大于100埃的Co基或Ni基無(wú)電鍍層實(shí)施例5第1層無(wú)電鍍沉積形成的大于100埃的Co基層第2層無(wú)電鍍沉積形成的大于100埃的Co基層在上述實(shí)施例中可選的是，使用兩個(gè)、三個(gè)或多個(gè)不同的沉積操作，如“多”層蓋所指的是兩層、三層或多層。從嚴(yán)格的成本和處理工程的角度來(lái)看，很典型的是采用兩層，因?yàn)檫@涉及到少一些的操作。但是，有些情況下，三層四層或更多層是優(yōu)選的。例如，在有些使用中當(dāng)蓋用作不同的功能時(shí)，三層或四層將是優(yōu)選的。其它可替代的是，用中等厚度的層，如60-100埃的層，來(lái)取代其中之一的相對(duì)厚些的層(＞100埃)。
如上所述，本發(fā)明的蓋的一個(gè)功能是用作Cu電遷移的屏障層。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，三重的Co基合金的這個(gè)功能是相當(dāng)好的。本發(fā)明的眾多優(yōu)選的實(shí)施例中，其中至少一層采用下述合金Co-W-PCo-W-BCo-W-B-PCo-B-PCo-BCo-Mo-B
Co-W-Mo-BCo-W-Mo-B-PCo-Mo-P本發(fā)明所用的三重或更復(fù)雜合金的成分包括一種屏障元素Co，由于其與Cu不融合所以其成為主要成分，因此在裝配或使用過(guò)程中隨時(shí)間推移其不與Cu合金化。第二種元素是難熔的元素如W，Mo或Re，其作用是增加熱穩(wěn)定性，耐腐蝕性和抗擴(kuò)散性。第三種元素是P或B，其作為還原劑分解的結(jié)果。這些元素的作用是減少粒度，其能使得微觀結(jié)構(gòu)能更不受Cu的電遷移的影響。具有高W含量的CoWB具有一接近于完全無(wú)定形的相態(tài)。并不與某一特定的理論相關(guān)，據(jù)信難熔金屬與B和P的共同存在，填充了蓋膜的晶體結(jié)構(gòu)的粒子邊界，從而提高了蓋的膜的屏障特性。
蓋的一個(gè)或多個(gè)層可以包含第四種合金。
如上所述，本發(fā)明中蓋的另一個(gè)功能是提供一個(gè)蝕刻阻止層以抑制在隨后的蝕刻操作中互連結(jié)構(gòu)元件的損害。
蓋的另一個(gè)功能是抵抗化學(xué)腐蝕。
在沉積如已經(jīng)描述的本發(fā)明的蓋的操作過(guò)程中，處理步驟包括準(zhǔn)備基質(zhì)，自激發(fā)無(wú)電鍍沉積，表面活化，絡(luò)合沖洗，和無(wú)電鍍沉積，下文將詳細(xì)描述。
在準(zhǔn)備蓋的基質(zhì)時(shí)，使用一種或多種酸以適度地蝕刻電介質(zhì)夾層(ILD)，并使用一種或多種酸用來(lái)溶解Cu氧化物?？商鎿Q的是，蝕刻某些基質(zhì)時(shí)優(yōu)選采用堿性溶液。
第一預(yù)先處理操作包括，把基質(zhì)暴露在選自HF，NH4F，H2SO4的酸中，以適度地蝕刻電介質(zhì)層，從而去掉由CMP法嵌入在電介質(zhì)中的Cu。例如，已知的用于此目的的蝕刻劑的HF酸是500∶1的緩沖的氫氟酸(BHF)。
在第一預(yù)處理完成之后，基質(zhì)進(jìn)行沖洗，例如使用去離子水。
第二預(yù)處理采用有機(jī)或無(wú)機(jī)酸或堿性清潔劑去掉金屬互連結(jié)構(gòu)元件上的氧化物，。這種清潔劑優(yōu)選地去掉所有的氧化物，如銅氧化物，而不去掉大量的互連結(jié)構(gòu)元件上的鍍金屬。如果不去除，所述氧化物能影響蓋的附著性，并能減損其導(dǎo)電性。這種類(lèi)型的清潔劑是已知的，并典型地包括一種蝕刻劑，如一種酸的稀溶液，所述酸為強(qiáng)礦物質(zhì)酸如HF，HNO3或H2SO4，其為重量百分比小于10％的水溶液，或稀的有機(jī)或羧酸，如檸檬酸或丙二酸。這類(lèi)清潔劑也包括一種表面活性劑，如Rhodafac RE620(芳香磷酸酯)(羅納普朗克公司出品(Rhone-Poulenc))，以便于濕潤(rùn)表面。一種可替換的酸清潔劑包括pH值為6.5的檸檬酸和硼酸。
典型的堿性清潔劑包括四甲基氫氧化銨(TMAH)并添加有羥基胺、單乙醇胺(MEA)、三乙醇胺(TEA)、乙二胺(EDA)或過(guò)氧化二乙胺(DTA)，其pH值范圍在9-12。
如上所述，作為電鍍上的第一層，本發(fā)明的某些實(shí)施例包括采用硼烷化合物無(wú)電鍍沉積出一個(gè)第一Co基層。這包括蘸、浸沒(méi)、噴涂或其它方式使得基質(zhì)接觸沉積浴，其目的是所述接觸方式能完全地達(dá)到沉積Co基蓋到所要求厚度和均一度。
對(duì)于自激發(fā)的無(wú)電鍍沉積，本發(fā)明采用了硼烷基還原劑，如烷基胺硼烷還原劑，如DMAB，DEAB，嗎啉硼烷，或其混合物，或其與次磷酸鹽的混合物。氧化/還原反應(yīng)涉及硼烷基還原劑和由Cu催化的Co離子。尤其是，在某些涂覆金屬條件下，例如，pH值和溫度，還原劑在Cu存在下被氧化，因此將還原離子Co成Co金屬，沉積在Cu上。目前優(yōu)選的還原劑系統(tǒng)采用1g/L DMAB還原劑與約10g/L次磷酸鹽還原劑的混合物。所述工藝基本上是自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)的，Co主要僅沉積在Cu互連結(jié)構(gòu)元件上，這樣所述工藝是無(wú)掩模的，因?yàn)槠洳恍枰谀^(qū)域除了互連結(jié)構(gòu)元件。而且，其不需要從電介質(zhì)上去掉大量的分散的Co沉積。
自激發(fā)無(wú)電鍍Co沉積浴包括一個(gè)Co離子源，被引入到溶液中的是可以一種無(wú)機(jī)Co鹽，如氯化物和/或硫酸鹽或其它適合的無(wú)機(jī)鹽，或一種無(wú)機(jī)絡(luò)合物，如焦磷酸鹽，或Co的有機(jī)羥酸絡(luò)合物，如鈷的醋酸鹽，檸檬酸鹽，乳酸鹽，琥珀酸鹽，丙酸鹽，羥基乙酸鹽，EDTA或其它，Co2+的量為1-20g/L，。
所述浴沉積還包括一種無(wú)堿的難熔金屬離子源。在所述沉積浴溶液中的難熔金屬離子源的水平為0-50g/L的難熔金屬鹽溶液。在一個(gè)實(shí)施例中，難熔材料選自W，Re，Mo及其混合物。
所述浴進(jìn)一步包括一種或多種絡(luò)合劑和緩沖劑。所述絡(luò)合劑選自檸檬酸、蘋(píng)果酸、氨基乙酸、丙酸、琥珀酸、乳酸、DEA、TEA、和氨鹽，例如氯化氨、硫酸氨、氫氧化氨、焦硫酸氨和其混合物。所述緩沖劑選自銨、硼酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽和其混合物。為調(diào)整pH值，銨、TMAH或其混合物典型地被用于堿性pH值調(diào)整；硫酸、鹽酸、和檸檬酸被典型地用于酸性pH值調(diào)整，其中酸的選擇與Co的陽(yáng)離子源相關(guān)。
在上述指導(dǎo)原則下，用于自激發(fā)的無(wú)電鍍?cè)〕练e包括下述成分，按重量計(jì)CoCl26H2O 25g/L檸檬酸 50g/L鎢酸 4g/LDMAB 1g/LTMAH Ca.30g/L的25％TMAH溶液中用作pH值調(diào)整水 余量pH 9.5如上所述，作為鍍金屬的一種可替換的第一層，本發(fā)明的某些特定實(shí)施例采用一種無(wú)電鍍Co基沉積工藝，其不使用可以使得Cu對(duì)Co的沉積有催化作用的還原劑。對(duì)于這些工藝，使用表面活化操作以便于后續(xù)的無(wú)電鍍沉積。目前優(yōu)選的表面活化工藝使用Pd浸入反應(yīng)。其它已知的對(duì)有機(jī)合成有用的加氫/脫氫催化劑包括Rh、Ru、Pt、Ir和Os?？商鎿Q的是，用于無(wú)電鍍沉積的所述表面由例如由PVD，CVD或其它現(xiàn)有技術(shù)得到的Co晶種沉積這樣的種晶技術(shù)來(lái)準(zhǔn)備。
在優(yōu)選的表面活化工藝中，氯化鈀(PdCl2)是一種現(xiàn)成的Pd源。本發(fā)明傾向于把pH值調(diào)溫和些，如加入磷酸鹽或其它已知的緩沖劑來(lái)緩沖使得pH值為2或更高。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)緩沖pH值，在基質(zhì)上的Cu互連結(jié)構(gòu)元件的過(guò)度蝕刻被最小化。在緩沖中，一種優(yōu)選的硼酸鹽源是硼酸，其在工作溶液中和成為四乙基硼酸銨。
在表面活化的溶液中，需要配位體以將Pd離子保留在溶液中。為保留Pd離子在溶液中，一個(gè)挑戰(zhàn)是不能形成太多的Pd絡(luò)合物，因?yàn)樽罱K的目的是使得Pd釋放，并使其在合適的時(shí)間內(nèi)，如大約30秒或更少時(shí)間內(nèi)，沉積在Cu上。本發(fā)明活化工藝中溴化物是一種優(yōu)選的配位體?？梢杂蒆Br提供所述溴化物。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，大約50ppm到幾g/L的溴化物中可以使用低濃度的PdCl2(如10ppm)，這是因?yàn)殇寤Z絡(luò)合物既不是很強(qiáng)也不是很弱。溴化鈀絡(luò)合物既不是強(qiáng)到不能很容易被釋放而沉積在基質(zhì)上，也不是很弱，以至于他們失去選擇性很容易就釋放。因此，溴化鈀絡(luò)合物使得選擇性增強(qiáng)，其附加的好處是使得溶液中的Pd含量比使用其它絡(luò)合物時(shí)低。這類(lèi)溴化物水平達(dá)到可接受的小于30秒的鈀初始沉積速度。尤其是，10ppmPd，120ppm溴，pH值為4時(shí)，可得到可接受的初始沉積速率而不會(huì)有明顯的Cu蝕刻。
Pd2+離子源除了PdCl2，還有PdSO4，PdBr2，Pd(NO3)2，醋酸鈀，丙酸鈀能提供Pd2+。用于穩(wěn)定Pd2+的絡(luò)合配位體是檸檬酸、醋酸或甲基磺酸(MSA)。與Pd化合物陽(yáng)離子相關(guān)的酸或酸混合物，如無(wú)機(jī)酸，鹽酸，溴化酸，硫酸、和磷酸被用來(lái)調(diào)整pH值。在很多實(shí)例中，用于減緩在電介質(zhì)的Cu和在電介質(zhì)的Ta或其它屏障物之間的界面上的微侵蝕，低侵蝕性的酸是優(yōu)選的。可選的這種酸是有機(jī)酸，如有機(jī)脂肪族單和雙羥酸(甘醇酸、、琥珀酸、草酸、乳酸、三氟乙酸(鹵素是可取代的))，芳香族單和雙羥酸(苯甲酸，鄰苯二亞甲基酸)，芳香族磺酸或次磺酸(苯磺酸，甲苯磺酸、異丙基苯磺酸、二甲苯磺酸、苯酚磺酸、甲酚磺酸、萘磺酸和類(lèi)似的磺酸)，芳香族磷酸或次磷酸，或帶有還原性質(zhì)的無(wú)機(jī)酸(次磷酸或硫酸)。典型地但并不是必需地，鈀源選自具有與這些酸相關(guān)的陰離子。
在形成活化化合物中的第二挑戰(zhàn)是在電介質(zhì)上的金屬的沉積選擇性，以避免在電介質(zhì)表面形成活化區(qū)。通過(guò)結(jié)合預(yù)清洗，Pd活化化合物，和活化后清潔/絡(luò)合清洗可以解決這個(gè)問(wèn)題。
所述工藝基本上是自矯正的，活化劑主要沉積在Cu互連結(jié)構(gòu)元件上，這樣所述工藝是無(wú)掩模的，因?yàn)槌嘶ミB結(jié)構(gòu)元件，這里不需要掩模區(qū)域。
表面活化劑如Calsoft LAS99能被用于提高浸濕作用。
活化之后，基質(zhì)被絡(luò)合沖洗，以去掉殘余的活化劑離子，并最小化隨后的非預(yù)期的沉積。
本發(fā)明其它方面還涉及采用不是前述的硼基還原劑的無(wú)電鍍沉積。尤其是，這種沉積用于a)第一層，Cu基質(zhì)或者被活化，或被種晶，如上文所述；b)在Co基的第一層之上的第二層；c))在第二層或隨后的層之上的第三層或隨后層。其中，對(duì)于a)，本發(fā)明采用無(wú)電鍍的金屬沉積層，其在一種還原劑的輔助下進(jìn)行，所述還原劑i)使得金屬晶種在Cu上催化沉積；或ii)在輔助催化的Pd沉積在活化的Cu基質(zhì)上。對(duì)于b)，本發(fā)明采用一種無(wú)電鍍的Co和/或Ni和/或其它金屬沉積層，在一種還原劑的輔助下沉積，所述還原劑使得先前的Co基層對(duì)下一層的沉積具有催化作用。為了達(dá)到這個(gè)目的，例如，采用一種無(wú)電鍍?cè)。浒–o離子和還原劑。所述Co離子以無(wú)機(jī)鈷鹽(如氯化鹽和/或硫酸鹽或Co與有機(jī)羧酸，如Co的醋酸、檸檬酸、乳酸、琥珀酸、丙酸，或羥基乙酸，的絡(luò)合物)被導(dǎo)入溶液中，其中Co的濃度在大約2-50g/L。
使用一種或多種還原劑如次磷酸鹽還原劑(例如次磷酸銨)，其濃度范圍在約2-30g/L。所述還原劑是無(wú)堿的，尤其是無(wú)Na的。其它的還原劑以及多種為Ni和Co進(jìn)行非電解鍍的無(wú)電鍍?cè)〕煞趾头磻?yīng)化合物，已經(jīng)被Mallory和Hajdu(Eds.)(電鍍基礎(chǔ)和應(yīng)用，美國(guó)的電鍍和表面拋光協(xié)會(huì)(1990))描述。在一個(gè)實(shí)施例中，次磷酸鹽或其它還原劑中補(bǔ)充有硼基還原劑。
所述浴還進(jìn)一步包括無(wú)堿的難熔的金屬離子。在沉積浴中的難熔金屬的濃度是約0-50g/L的難熔金屬鹽。在一個(gè)實(shí)施例中，所述難熔金屬選自W，Re，Mo和其混合物。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，W離子由無(wú)堿的、鎢基離子源提供的。優(yōu)選的是四甲基銨鎢酸鹽，磷鎢酸鹽，硅鎢酸鹽，和其混合物。例如，一種優(yōu)選的沉積浴包括約2-10g/L的由TMAH中和過(guò)的鎢酸。其它的難熔金屬包括鉬酸銨。
在一個(gè)無(wú)電鍍鈷的沉積浴的優(yōu)選實(shí)施例中，其中加入一種Co的穩(wěn)定劑。雖然在溶液中缺乏還原劑存在的條件下Co的絡(luò)合物是穩(wěn)定的，使用穩(wěn)定劑有助于阻止浴中成分的自動(dòng)分解。示范性的穩(wěn)定劑包括，如Pb、Bi、Sn、Sb、IO3、MoO3、AsO3、氮雜茂(如咪唑和其衍生物)。穩(wěn)定劑的濃度在約0.1-100ppm。例如，5-20ppm的Pb2+被證明是有效的，對(duì)MoO4-2，約10-100ppm則是有效的。一種優(yōu)選的穩(wěn)定劑是馬來(lái)酸，其是Mallory and Hajdu(Eds.)中討論過(guò)的四類(lèi)穩(wěn)定劑之一，見(jiàn)電鍍基礎(chǔ)和應(yīng)用，美國(guó)的電鍍和表面拋光協(xié)會(huì)(1990)(34-44頁(yè))。
在浴中沉積的Co可采用一個(gè)晶粒細(xì)化劑進(jìn)行細(xì)化。這種晶粒細(xì)化劑也可以具有穩(wěn)定劑的特征，但是其與上述的穩(wěn)定劑的區(qū)別是，這些穩(wěn)定劑并不主要用作顆粒細(xì)化的功能。例示的顆粒細(xì)化劑包括，例如，Cd，Cu，Al，糖精，2-丁炔-1，4-二醇和其烷氧基化3-己炔-2，5-二醇，炔丙醇和其烷氧基磺酸鹽，烷基磺酸鹽，三甲銨乙內(nèi)酯和其硫化三甲銨乙內(nèi)酯衍生物。
所述浴典型地包括一種pH值緩沖劑以將所述pH值穩(wěn)定在所期望的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，所期望的pH值范圍是8.0-10.0。如果pH值是不穩(wěn)定的，沉積速率和沉積化合物會(huì)發(fā)生非有意的、非期望和非預(yù)料的變化。例示的緩沖劑包括，如，硼酸鹽，四元和五元硼酸鹽，磷酸鹽，醋酸鹽，乙醇酸鹽，乳酸鹽，氨和焦磷酸鹽。所述pH值緩沖劑的含量在數(shù)量級(jí)為大約10-50g/L。
Co的絡(luò)合劑包括在浴中有助于將Co保持在溶液中的物質(zhì)。所述浴典型地在pH值大約為8-10之間操作，其中Co的含量是具有形成氫氧化物從溶液中沉淀出來(lái)的傾向。例示的絡(luò)合劑包括檸檬酸鹽，甘醇酸，乳酸，蘋(píng)果酸，琥珀酸，焦磷酸，銨，DEA，TEA，和EDTA.。通常，所述絡(luò)合劑濃縮物中絡(luò)合劑和Co的摩爾比例在約2∶1到4∶1之間。根據(jù)所述絡(luò)合劑的分子重量，所述絡(luò)合劑的含量在約20g/L到約120g/L之間。
一種或多種表面活性劑可選地用在浴中以便于弄濕基質(zhì)表面。所述表面活性劑也可用作一種溫和的沉積抑制劑，其能抑制其三維增長(zhǎng)到一定程度，因此提高了膜的形態(tài)和形貌。其也能有助于細(xì)化顆粒的尺寸，從而產(chǎn)生一種更均一的涂層，所述涂層的粒子邊界具有很少的Cu電遷移導(dǎo)致的孔。例示的陰離子表面活性劑包括烷基磷酸鹽，烷基乙醚磷酸鹽，烷基硫酸鹽，烷基乙醚硫酸鹽，烷基磺酸鹽，烷基乙醚磺酸鹽，羧酸乙醚，羧酸酯，烷基芳香磺酸鹽和磺基琥珀酸。例示的非離子表面活性劑包括烷氧基醇，乙氧基/丙氧基(EO/PO)塊共聚物，烷氧基脂酸，乙二醇和丙三醇酯，其中，聚乙烯乙二醇和聚丙烯乙二醇/聚乙烯乙二醇目前是優(yōu)選的。表面活性劑的含量在大約0.01-5g/L之間。
在上述指導(dǎo)方針下，在Shacham-Diamand，電化學(xué)協(xié)會(huì)期刊，“無(wú)電鍍沉積的薄膜Co-W-P層(2001)”中揭示的一個(gè)無(wú)電鍍?cè)“ㄈ缦陆M成23g/L CoS04-H2021g/L NaH2PO2130g/L 檸檬酸鈉10g/L Na2WO4-H2O0.05g/L Rhodafac RE-610(芳香磷酸酯)
余量為水pH值大約為9.0所揭示的另一合適的浴包括如下成分23g/L CoS04-H2021g/L NaH2PO2130g/L 檸檬酸鈉10g/L H3P(W3O10)40.05g/L Rhodafac RE-610余量為水pH值大約為9.0在專(zhuān)利號(hào)為5695810中所揭示的另一合適的浴如下10g/L (NH4)2WO430g/L CoCl2-6H2O80g/L Na3C6H4O7-2H2O20g/L NaH2PO20.05g/L Rhodafac RE610如上文描述的工藝一樣，這種無(wú)電鍍工藝采用硼烷基還原劑，其基本上是自矯正的，無(wú)電鍍金屬僅僅主要沉積在金屬互連結(jié)構(gòu)元件上，或在多層沉積的情況下的又一層或隨后層的沉積中沉積在預(yù)先沉積的金屬蓋層上。因此所述工藝并不要求平版印刷和其多步驟地制模、拆模等。而且也不需要隨后的從電介質(zhì)上移除大量的非預(yù)期的蓋金屬沉積物。
前述描述的無(wú)電鍍沉積工藝中優(yōu)選的實(shí)施例的重點(diǎn)是，多層蓋的一層或多層也可替換地采用現(xiàn)有技術(shù)中的金屬浸潤(rùn)工藝。浸鍍，也稱(chēng)作置換電鍍，其是表面的一種金屬由浸潤(rùn)反應(yīng)中的一種離子置換。驅(qū)動(dòng)力是溶液中金屬離子的低氧化電勢(shì)。Hirsch等人在“浸鍍”，金屬拋光指南(″Immersion Plating，″Metal Finishing Guidebook)，1989，第402-406頁(yè)中揭示了浸鍍的參數(shù)。在浸鍍中，表面的基質(zhì)金屬用作還原劑。因此，浸鍍與無(wú)電鍍的區(qū)別在于其是否需要還原劑。理論上，另一個(gè)區(qū)別是，在浸鍍中，一定表面覆蓋有沉積的金屬，電鍍即停止。在這方面其是自我限制的。相反，無(wú)電鍍沉積是自催化的。而且，理論上，只要溶液中有充足的還原劑，電鍍就會(huì)持續(xù)進(jìn)行。因此，互連結(jié)構(gòu)元件/蓋結(jié)合體的尺寸比加蓋前大得多。
在實(shí)施本發(fā)明以制造一個(gè)本發(fā)明的多層蓋和集成電路基質(zhì)，所述的基質(zhì)是一個(gè)電介質(zhì)材料，在其中形成有一個(gè)或多個(gè)(典型為多個(gè))互連結(jié)構(gòu)元件。在金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上沉積多層蓋的時(shí)候，蓋是建立在互連結(jié)構(gòu)元件的上部并且在空間上在互連結(jié)構(gòu)元件上形成一個(gè)延伸，其包括層18和20(圖1)。相應(yīng)地，互連結(jié)構(gòu)元件/蓋組合物的尺寸是大于加蓋前的互連結(jié)構(gòu)元件。
互連結(jié)構(gòu)元件的暴露表面在加蓋之前通常是與電介質(zhì)材料的平頂面共面。這種共面是由CMP工藝以從電介質(zhì)表面去掉金屬(金屬通常通過(guò)前述的電沉積操作應(yīng)用在整個(gè)電介質(zhì)上并進(jìn)入互連結(jié)構(gòu)元件中)。CMP操作之后留在基質(zhì)上的唯一金屬是在互連結(jié)構(gòu)元件上暴露的金屬，或許加上一些由CMP嵌入進(jìn)電介質(zhì)的微量金屬，雖然這些微量金屬典型地由前述清洗操作去掉?；ミB結(jié)構(gòu)元件在加蓋之前是與電介質(zhì)材料的頂面共面的，通過(guò)本發(fā)明施加的多層蓋延伸在由電介質(zhì)材料限定的平頂面限定的平面上，其與互連結(jié)構(gòu)元件的暴露表面是共面的。因此，在這些實(shí)施例中沉積所述蓋包括在金屬互連結(jié)構(gòu)元件上堆疊蓋材料這樣所述蓋在電介質(zhì)平面上延伸。
在配線上方延伸從而構(gòu)成的金屬蓋是永久性的，其不會(huì)在隨后的處理中被去掉。例如，在形成多層的裝置中，一種蝕刻阻止層典型地被施加在電介質(zhì)的整個(gè)上表面以及互連結(jié)構(gòu)元件上的任何蓋的延伸件上。在本發(fā)明中，不經(jīng)過(guò)任何間歇的化學(xué)的、機(jī)械的，或其它操作來(lái)去掉蓋延伸件。更典型的是，蝕刻阻止層直接被施加在電介質(zhì)的整個(gè)上表面，直接被施加在覆蓋互連結(jié)構(gòu)元件的任何蓋的延伸件上。這也不經(jīng)過(guò)任何間歇的退火操作來(lái)完成，因?yàn)殁捇w用作保護(hù)蓋功能并不需要退火處理。
接著，電介質(zhì)和電路的多層由傳統(tǒng)的裝置堆疊。最終的多層集成電路裝置通過(guò)外部的電連接器，如一電線連接結(jié)構(gòu)，整合進(jìn)一個(gè)電子儀器組件。所述裝置包括一系列在金屬互連結(jié)構(gòu)元件與其蓋之間的電介質(zhì)層。本發(fā)明的多層蓋是嵌入進(jìn)電介質(zhì)的銅互連結(jié)構(gòu)元件上的屏障層。
綜上，可以看到本發(fā)明的幾個(gè)目的和優(yōu)點(diǎn)都已被達(dá)到。
當(dāng)介紹本發(fā)明的元件和優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，冠詞″一″，″一個(gè)″，″這個(gè)″和″所述的″意味著具有一個(gè)或多個(gè)元件。例如，在前述說(shuō)明書(shū)和下面的權(quán)利要求書(shū)中提到的“一個(gè)”互連結(jié)構(gòu)元件意味著具有一個(gè)或多個(gè)這樣的互連結(jié)構(gòu)元件。術(shù)語(yǔ)“由...組成”、“包括”和“含有”意味著包括的，即還可能有除了例示的元件外附加的元件。
在不偏離本發(fā)明精神的宗旨下各種變形和變化是可以的，在上述說(shuō)明書(shū)和所附的附圖中所包含的信息將被認(rèn)為是解釋性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種在與一個(gè)多層的集成電路裝置成一體的電介質(zhì)層上的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上形成多層金屬蓋的方法，所述方法包括在第一沉積步驟中在金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上沉積第一層金屬蓋層，所述第一沉積步驟為在含有金屬離子源和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈羞B續(xù)無(wú)電鍍金屬沉積；和在第二沉積步驟中在第一層金屬蓋層上沉積第二層金屬蓋層，所述第二步驟與第一沉積步驟不同，從而形成多層金屬蓋，并成為與所述金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件不同的永久性元件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第二沉積步驟是一個(gè)無(wú)電鍍沉積步驟；和所述第一沉積步驟是與第二沉積步驟不同的，其中第一沉積步驟采用一個(gè)第一無(wú)電鍍?nèi)芤海龅谝粺o(wú)電鍍?nèi)芤菏且慌c第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并且為單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸粋€(gè)在第二沉積步驟中采用的第二溶液成分。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一沉積步驟采用第一無(wú)電鍍?nèi)芤海浒ㄢ掚x子源和硼烷基還原劑。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一沉積步驟是自矯正的，第一金屬蓋層選擇性地沉積在金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上；所述第二沉積步驟是自矯正的，第二金屬蓋層選擇性地沉積在第一金屬蓋層上。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是一個(gè)銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件，所述第一金屬蓋層包括基本上一個(gè)與銅不能互融的金屬或金屬合金。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一沉積步驟采用第一無(wú)電鍍?nèi)芤海浒ㄢ掚x子源和硼烷基還原劑；所述第二沉積步驟是無(wú)電鍍的，其采用第二無(wú)電鍍?nèi)芤海浒ㄢ掚x子源和硼烷基還原劑，但是所述第二無(wú)電鍍?nèi)芤翰煌诘谝粺o(wú)電鍍?nèi)芤翰⑶沂菃为?dú)準(zhǔn)備的。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一沉積步驟采用第一無(wú)電鍍?nèi)芤海浒ㄢ掚x子源和硼烷基還原劑；所述第二沉積步驟是無(wú)電鍍的，其采用第二無(wú)電鍍?nèi)芤?，其包括鎳離子源和還原劑。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一沉積步驟采用第一無(wú)電鍍?nèi)芤?，其包括鈷離子源和硼烷基還原劑；所述第二沉積步驟是無(wú)電鍍的，其采用第二無(wú)電鍍?nèi)芤?，其包括鎳離子源和還原劑。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第二沉積步驟是無(wú)電鍍的，其參數(shù)pH值、沉積溫度、液體流動(dòng)速率、浴的攪動(dòng)、基質(zhì)的旋轉(zhuǎn)、和所有這些參數(shù)的組合與第一沉積步驟不同。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一金屬蓋層基本上是連續(xù)的，且其厚度大約為5-50埃。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一金屬蓋層基本上是連續(xù)的，且其厚度大約為5-50埃；第二金屬蓋層的厚度大于100埃。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一金屬蓋層是不連續(xù)的，并且基本上是不接合的。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中包括在所述第一沉積步驟和所述第二沉積步驟之間的不連續(xù)沉積。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一金屬蓋層和所述第二金屬蓋層包括鈷基合金。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的第一金屬蓋層包括鈷基合金，所述第二金屬蓋層包括鎳基合金。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中還包括在不同于所述第二沉積步驟的第三沉積步驟中在所述第二金屬蓋層上沉積第三金屬蓋層。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在沉積第一金屬蓋層之前在所述金屬互連結(jié)構(gòu)元件上沉積一不連續(xù)的、基本上不接合的鈷晶種。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是一個(gè)銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是一個(gè)無(wú)電鍍沉積步驟；所述第一沉積步驟與第二沉積步驟的不同之處在于，第一沉積步驟采用一個(gè)第一無(wú)電鍍?nèi)芤?，所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤菏且粋€(gè)與第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸粋€(gè)在第二沉積步驟中采用的第二溶液成分。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積，其是自矯正的，第二金屬蓋層選擇性地沉積在第一金屬蓋層上；所述第一沉積步驟是自矯正的，第一金屬蓋層選擇性地沉積在第一金屬蓋層上；所述第一沉積步驟與第二沉積步驟的不同之處在于，第一沉積步驟采用一第一無(wú)電鍍?nèi)芤?，所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤菏且慌c第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸辉诘诙练e步驟中采用的第二溶液成分。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積；所述第一沉積步驟與第二沉積步驟的不同之處在于，第一沉積步驟采用一個(gè)第一無(wú)電鍍?nèi)芤?，所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤菏且慌c第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸辉诘诙练e步驟中采用的第二溶液成分；第二金屬蓋層的厚度大于100埃；第一金屬蓋層包括一個(gè)鈷基合金，其厚度大于100埃。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積；所述第一沉積步驟與第二沉積步驟的不同之處在于，第一沉積步驟采用一第一無(wú)電鍍?nèi)芤?，所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤菏且慌c第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸辉诘诙练e步驟中采用的第二溶液成分；第二金屬蓋層的厚度大于100埃；第一金屬蓋層包括一個(gè)鈷基合金，其是不連續(xù)的，并且基本上是不接合的，其厚度大約為5-50埃。
22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積；所述第一沉積步驟與第二沉積步驟的不同之處在于，第一沉積步驟采用一第一無(wú)電鍍?nèi)芤海龅谝粺o(wú)電鍍?nèi)芤菏且慌c第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸辉诘诙练e步驟中采用的第二溶液成分；第二金屬蓋層包括一個(gè)鎳基合金，其厚度大于大約100埃；第一金屬蓋層包括一個(gè)鈷基合金，其厚度大于大約100埃。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積；所述第一沉積步驟與第二沉積步驟的不同之處在于，第一沉積步驟采用一第一無(wú)電鍍?nèi)芤?，所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤菏且慌c第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸辉诘诙练e步驟中采用的第二溶液成分；第二金屬蓋層包括一個(gè)鎳基合金，其厚度大于大約100埃；第一金屬蓋層包括一個(gè)鈷基合金，其是不連續(xù)的，并且基本上是不接合的，其厚度大約為5-50埃。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積；所述第一沉積步驟與第二沉積步驟的不同之處在于，第一沉積步驟采用一第一無(wú)電鍍?nèi)芤?，所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤菏且慌c第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸辉诘诙练e步驟中采用的第二溶液成分；所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞职ㄒ粋€(gè)硼烷基化合物作為主還原劑；第一二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞职ㄒ粋€(gè)非硼烷基化合物作為主還原劑；第二金屬蓋層的厚度大于大約100埃；第一金屬蓋層包括一個(gè)鈷基合金，其厚度大于100埃。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積；所述第一沉積步驟與第二沉積步驟的不同之處在于，第一沉積步驟采用一第一無(wú)電鍍?nèi)芤?，所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤菏且慌c第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸辉诘诙练e步驟中采用的第二溶液成分；所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞职ㄒ粋€(gè)硼烷基化合物作為主還原劑；第一二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞职ㄒ粋€(gè)非硼烷基化合物作為主還原劑；第二金屬蓋層的厚度大于100埃；第一金屬蓋層包括一個(gè)鈷基合金，其厚度大約5-50埃。
26.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積；所述第一沉積步驟與第二沉積步驟的不同之處在于，第一沉積步驟采用一個(gè)第一無(wú)電鍍?nèi)芤?，所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤菏且粋€(gè)與第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸粋€(gè)在第二沉積步驟中采用的第二溶液成分；所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞职ㄒ粋€(gè)硼烷基化合物作為主還原劑；第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞职ㄒ粋€(gè)次磷酸鹽化合物作為主還原劑；第二金屬蓋層的厚度大于100埃；第一金屬蓋層包括一個(gè)鈷基合金，其厚度大于100埃。
27.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積；所述第一沉積步驟與第二沉積步驟的不同之處在于，第一沉積步驟采用一個(gè)第一無(wú)電鍍?nèi)芤海龅谝粺o(wú)電鍍?nèi)芤菏且粋€(gè)與第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第一溶液；第二無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸粋€(gè)在第二沉積步驟中采用的第二溶液成分；所述第一無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞职ㄒ粋€(gè)硼烷基化合物作為主還原劑；第二無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞职ㄒ粋€(gè)次磷酸鹽化合物作為主還原劑；第二金屬蓋層的厚度大于100埃；第一金屬蓋層包括一個(gè)鈷基合金，其厚度大約為5-50埃。
28.一種形成多層金屬蓋的方法，其中所述的蓋在一個(gè)電介質(zhì)層的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上，所述電介質(zhì)層與一個(gè)多層的集成電路裝置成一體，所述方法包括在第一沉積步驟中在金屬填充互連結(jié)構(gòu)元件上沉積第一層金屬蓋層，所述第一步驟為貴金屬在溶液中的沉浸沉積，所述溶液中包括貴金屬離子；和在第二沉積步驟中在第一層金屬蓋層上沉積第二層金屬蓋層，所述第二步驟與第一沉積步驟不同；和在第三沉積步驟中在第二層金屬蓋層上沉積第三層金屬蓋層，所述第三步驟與第二沉積步驟不同。
29.如權(quán)利要求28的方法，其中在第二沉積步驟中，從一個(gè)包括金屬離子和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈羞B續(xù)無(wú)電鍍金屬沉積，在第一層金屬蓋層上沉積第二層金屬蓋層。
30.如權(quán)利要求28的方法，其中在第二沉積步驟中，從一個(gè)包括金屬離子和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈羞B續(xù)無(wú)電鍍金屬沉積，在第一層金屬蓋層上沉積第二層金屬蓋層；在第三沉積步驟中，，從一個(gè)包括金屬離子和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈羞B續(xù)無(wú)電鍍金屬沉積，在第二層金屬蓋層上沉積第三層金屬蓋層。
31.如權(quán)利要求28的方法，其中沉積的第一金屬蓋層包括沉積一鈀層，其是非連續(xù)的，并且基本上是不接合的，其用作第二沉積步驟中的晶種層。
32.如權(quán)利要求28的方法，其中沉積的第一金屬蓋層包括沉積一個(gè)鈀層，其是非連續(xù)的，并且基本上是不接合的，其用作第二沉積步驟中的晶種層；在第二沉積步驟中，從一個(gè)包括金屬離子和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈羞B續(xù)無(wú)電鍍金屬沉積，在第一層金屬蓋層上沉積第二層金屬蓋層。
33.如權(quán)利要求28的方法，其中沉積的第一金屬蓋層包括沉積一個(gè)鈀層，其是非連續(xù)的，并且基本上是不接合的，其用作第二沉積步驟中的晶種層；在第二沉積步驟中，從一個(gè)包括金屬離子和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈羞B續(xù)無(wú)電鍍金屬沉積，在第一層金屬蓋層上沉積第二層金屬蓋層；在第三沉積步驟中，從一個(gè)包括金屬離子和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈羞B續(xù)無(wú)電鍍金屬沉積，在第二層金屬蓋層上沉積第三層金屬蓋層。
34.如權(quán)利要求28的方法，其中沉積的第一金屬蓋層包括沉積一個(gè)鈀層，其基本上是連續(xù)的，其厚度大約為5-50埃。
35.如權(quán)利要求28的方法，其中沉積的第一金屬蓋層包括沉積一個(gè)鈀層，其基本上是連續(xù)的，其厚度大約為5-50埃；在第二沉積步驟中，從一個(gè)包括金屬離子和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈羞B續(xù)無(wú)電鍍金屬沉積，在第一層金屬蓋層上沉積第二層金屬蓋層。
36.如權(quán)利要求28的方法，其中沉積的第一金屬蓋層包括沉積一個(gè)鈀層，其基本上是連續(xù)的，其厚度大約為5-50埃；在第二沉積步驟中，從一個(gè)包括金屬離子和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈羞B續(xù)無(wú)電鍍金屬沉積，在第一層金屬蓋層上沉積第二層金屬蓋層；在第三沉積步驟中，從一個(gè)包括金屬離子和還原劑的無(wú)電鍍?cè)≈羞B續(xù)無(wú)電鍍金屬沉積，在第二層金屬蓋層上沉積第三層金屬蓋層。
37.如權(quán)利要求28的方法，其中所述的第三沉積步驟為一無(wú)電鍍沉積處理；和所述第二沉積步驟與第三沉積步驟的不同之處在于，第二沉積步驟采用一個(gè)第二無(wú)電鍍?nèi)芤?，所述第二無(wú)電鍍?nèi)芤菏且粋€(gè)與第三無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第二溶液；第三無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸粋€(gè)在第三沉積步驟中采用的第三溶液成分。
38.如權(quán)利要求28的方法，其中所述的第二沉積步驟采用一個(gè)無(wú)電鍍?nèi)芤?，其包括鈷離子源和還原劑。
39.如權(quán)利要求28的方法，其中所述第二沉積步驟是自矯正的，第二金屬蓋層選擇性地沉積在第一金屬蓋層上；所述第二沉積步驟是自矯正的，第三金屬蓋層選擇性地沉積在第二金屬蓋層上。
40.如權(quán)利要求28的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是一銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件，所述第二金屬蓋層包括基本上一個(gè)與銅不能互融的金屬或金屬合金。
41.如權(quán)利要求28的方法，其中所述的第二沉積步驟采用第二無(wú)電鍍?nèi)芤?，其包括鈷離子源和還原劑；所述第三沉積步驟是無(wú)電鍍的，其采用第三無(wú)電鍍?nèi)芤?，其包括鈷離子源和還原劑，但是所述第三無(wú)電鍍?nèi)芤翰煌诘诙o(wú)電鍍?nèi)芤翰⑹菃为?dú)準(zhǔn)備的。
42.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的第二沉積步驟采用第二無(wú)電鍍?nèi)芤?，其包括鈷離子源和還原劑；所述第三沉積步驟是無(wú)電鍍的，其采用第三無(wú)電鍍?nèi)芤?，其包括鎳離子源和還原劑。
43.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的第三沉積步驟是無(wú)電鍍處理，其參數(shù)pH值、沉積溫度與第二沉積步驟不同。
44.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的第一金屬蓋層基本上是連續(xù)的，其具有厚度大約為5-50埃；第二金屬蓋層的厚度大于100埃。
45.如權(quán)利要求28所述的方法，包括在所述第一沉積步驟和所述第二沉積步驟之間，及在所述第二沉積步驟和所述第三沉積步驟之間的不連續(xù)沉積。
46.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的第二金屬蓋層和所述第三金屬蓋層包括鈷基合金。
47.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的第二金屬蓋層包括鈷基合金，所述第三金屬蓋層包括鎳基合金。
48.如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步還包括在不同于所述第三沉積步驟的第四沉積步驟中沉積第四金屬蓋層在所述第三金屬蓋層上。
49.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是一個(gè)銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第三沉積步驟是無(wú)電鍍處理；所述第二沉積步驟與第三沉積步驟的不同之處在于，第二沉積步驟采用一個(gè)第二無(wú)電鍍?nèi)芤?，所述第二無(wú)電鍍?nèi)芤菏且粋€(gè)與第三無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第二溶液；第三無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸粋€(gè)在第三沉積步驟中采用的第三溶液成分。
50.如權(quán)利要求28的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積，其是自矯正的，第二金屬蓋層選擇性地沉積在第一金屬蓋層上；所述第三沉積步驟是自矯正的，第三金屬蓋層選擇性地沉積在第二金屬蓋層上；所述第二沉積步驟與第三沉積步驟的不同之處在于，第二沉積步驟采用一個(gè)第二無(wú)電鍍?nèi)芤海龅诙o(wú)電鍍?nèi)芤菏且粋€(gè)與第三無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第二溶液；第三無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸粋€(gè)在第三沉積步驟中采用的第三溶液成分。
51.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第三沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積；所述第二沉積步驟與第三沉積步驟的不同之處在于，第二沉積步驟采用一個(gè)第二無(wú)電鍍?nèi)芤海龅诙o(wú)電鍍?nèi)芤菏且粋€(gè)與第三無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第二溶液；第三無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸粋€(gè)在第三沉積步驟中采用的第三溶液成分；第三金屬蓋層的厚度大于大約100埃；第二金屬蓋層包括一個(gè)鈷基合金，其厚度大于100埃。
52.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件是銅填充的互連結(jié)構(gòu)元件；所述第二和第三沉積步驟是是無(wú)電鍍沉積；所述第二沉積步驟與第三沉積步驟的不同之處在于，第二沉積步驟采用一個(gè)第二無(wú)電鍍?nèi)芤海龅诙o(wú)電鍍?nèi)芤菏且粋€(gè)與第三無(wú)電鍍?nèi)芤撼煞植煌?，并單?dú)準(zhǔn)備的第二溶液；第三無(wú)電鍍?nèi)芤壕哂幸粋€(gè)在第三沉積步驟中采用的第三溶液成分；第三金屬蓋層包括一個(gè)鎳基合金，其厚度大于100埃；第二金屬蓋層包括一個(gè)鈷基合金，其厚度大于100埃。
53.一種形成多層金屬蓋的方法，所述蓋在一電介質(zhì)層的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上，所述電介質(zhì)層與一個(gè)多層的集成電路裝置成一體，所述方法包括在第一沉積步驟中沉積一個(gè)催化的第一層金屬蓋層在金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上；和在第二沉積步驟中沉積第二層金屬蓋層在第一層金屬蓋層上，所述第二步驟包括自催化沉積和由第一層金屬蓋層催化的自催化沉積。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其中所述第一沉積步驟為貴金屬在溶液中的沉浸沉積，所述溶液中包括貴金屬離子。
55.如權(quán)利要求28的方法，所述第一沉積步驟包括Pd在溶液中的沉浸沉積，所述溶液中包括鈀離子；所述第二沉積步驟包括無(wú)電鍍沉積一個(gè)鈷基，其采用一個(gè)次磷酸鹽基還原劑和一個(gè)硼烷基還原劑。
56.一種在一電介質(zhì)層的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上的多層蓋，所述電介質(zhì)層與一個(gè)多層的集成電路裝置成一體，包括在所述金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上的第一金屬蓋層；在所述第一金屬蓋層上的第二金屬蓋層；所述第一和第二金屬蓋層是所述多層金屬蓋上的永久性元件，但是與所述金屬填充互連結(jié)構(gòu)元件不同。
57.一種在一電介質(zhì)層的金屬填充互連結(jié)構(gòu)元件上的多層蓋，所述電介質(zhì)層與一個(gè)多層的集成電路裝置成一體，所述多層蓋由權(quán)利要求1-55之一的方法形成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了在與一個(gè)多層的集成電路裝置成一體的電介質(zhì)層上的金屬填充的互連結(jié)構(gòu)元件上的一個(gè)多層的金屬蓋(18、20)，以及形成所述蓋的方法。
文檔編號(hào)H01L21/288GK101032015SQ200580027603
公開(kāi)日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2005年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者埃瑞克·雅克布森, 理查德·赫?qǐng)D比斯, 克瑞斯蒂安·威特, 陳青云 申請(qǐng)人:恩索恩公司