非水溶液无电沉积制造技术

本发明专利技术提供非水无电铜电镀液，所述电镀液包括无水铜盐组分，无水钴盐组分，非水络合剂和非水溶剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水溶液无电沉积要求优先权本申请是于2006年12月15日提交的，美国专利申请号为11/611，316，专利技术名称为“为无电沉积施加电镀液的装置”的部分继续并要求其优先权，所述美国专利申请号为 11/611，316的申请为2006年5月11日递交的专利技术名称为“用于无电铜沉积的电镀液”的美国专利7，306，662和2006年6月观日递交的专利技术名称为“用于无电铜沉积的电镀液”的美国专利7，297, 190的部分继续。上述每个申请所披露的内容以引用的方式全部并入本 文中。
技术介绍
在例如集成电路，存储单元以及类似的半导体器件的制造中包含一系列在半导体晶圆(“wafers”)上定义特征的制造操作。所述晶圆包括定义在硅基板上多层结构形式的集成电路器件。在基板水平，生成具有扩散区域的晶体管器件。在随后的水平，图案化互联金属线并电气连接到晶体管器件以定义所需的集成电路器件。同时，图案化的导电层通过电介质材料与其它导电层绝缘。组建集成电路，首先在晶圆表面形成晶体管。然后通过一系列生产过程将线路和绝缘结构以多层薄膜的方式添加上去。典型的，第一层电介质(绝缘)材料沉积在已成形的晶体管上面。随后的金属层(例如铜，铝等)形成在此基层之上并被刻蚀以生成携带电流的导电线路，然后用电介质材料填充在所述线路之间形成所需绝缘体。这个用于生产铜线的过程被称作双金属镶嵌过程，其中在平面共形介电层中形成沟槽，在沟槽中形成通孔， 与先前生成的下层金属层开启接触，铜被沉积到各处。然后把铜平坦化(移除覆盖层)，仅留下沟槽和通孔中的铜。尽管铜线典型的由等离子气相沉积(PVD)的种层(S卩，PVD Cu)，及随后的电镀层 (即，ECP Cu)组成，但是，正在考虑用无电化学材料替代PVC Cu，甚至替代ECP Cu。由此， 无电铜沉积过程可用于生成铜导线。在无电铜沉积中，电子从还原剂被转移到铜离子，导致已还原的铜沉积在晶圆表面。优化的无电铜电镀液配方是能最大限度的提高涉及铜离子的电子转移过程。传统的配方需要将电镀液维持在高碱性pH(即，pH > 9)，以提高整体的沉积速率。 无电铜沉积使用高碱性铜电镀液的限制在于与晶圆表面上的正性光刻胶不相容、感应时间较长以及由于铜接触面羟化(其发生于中性至碱性环境中)产生的抑制引起的核密度下降等情况。如果将该溶液维持在酸性PH环境(即，pH < 7)，则可消除这些限制。使用酸性无电铜电镀液的显著限制在于特定的基底表面如氮化钽(TaN)在碱性环境中倾向于被轻易地氧化而产生还原铜的粘着问题，导致晶圆的TaN表面上的镀斑(blotchy plating)。另外，许多典型的无电沉积溶液采用含水的基液。然而，对某些金属层，水的添加可能引起该层的氧化，这是不可取的。这将在本文的实施方式中出现。
技术实现思路
一般的，本专利技术通过提供一种在无电沉积中的非水溶液配方来满足这些需求。应了解本专利技术可以通过多种方式来实施，包括作为方法和化学溶液。以下将描述本专利技术的多个创造性实施方式。在一个示例性的实施方式中，提供了非水无电铜电镀液。所述无电电镀液包括无水铜盐组分，无水钴盐组分，多胺络合剂，商化物源，和非水溶剂。本专利技术另一方面提供了非水无电铜电镀液，包括无水铜盐组分，无水钴盐组分，非水络合剂和非水溶剂。然而，本领域技术人员应当了解本专利技术的实施方式无需部分或全部该种特定的细节仍可实施。在其它的实例中，未对公知的处理操作进行详细描述以避免模糊本专利技术。附图说明通过以下结合了附图的详细说明，本专利技术将更易理解。相同的参考数字表示相同的结构元件。图1是根据本专利技术的一个实施方式，制备无电铜电镀液的方法流程图。图2是根据本专利技术的一个实施方式，无电铜电镀率与温度相关性的图解说明。专利技术详述本专利技术提供无电铜电镀液的改良配方，该无电铜电镀液可维持在酸性pH至弱碱性环境以用于无电铜沉积处理；还提供无电电镀液的非水配方。应了解，此处描述具体的电镀液，但是室(chamber)可被用于任何电镀液，并不受上述特定电镀液的限制。然而，明显的，对于本领域技术人员，本专利技术无需部分或全部该种特定的细节仍可实施。在其它的实例中，未对公知的处理操作进行详细描述以避免不必要地模糊本专利技术的焦点。应用于半导体制造应用中的无电金属沉积处理基于简单的电子转移概念。该处理涉及将已经制备的半导体晶圆放置到无电金属电镀液浴中，然后诱导金属离子接受来自还原剂的电子，导致经过还原的金属沉积到晶圆表面上。无电金属沉积处理的成功高度依赖于电镀液的各种物理(例如，温度等)以及化学参数(例如，PH、试剂等)。此处所用的还原剂为氧化还原反应中的元素或化合物，来还原另一种化合物或元素。在进行还原期间，还原剂变成氧化态。即，还原剂为电子供体，其将电子提供给被还原的化合物或元素。络合剂(S卩，螯合物或螯合剂)为可用于可逆地结合化合物及元素，以形成络合物的任何化学剂。盐为带正电的阳离子(例如，Cu2+等)和带负电的阴离子构成的任意离子化合物，因此该产物为中性且不具有净电荷。单盐为仅包含一种正离子(除了酸性盐类中的氢离子)的任何盐类物质。络合盐为包含络合离子的任何盐类物质，络合离子由附着至一个或多个电子供体分子的金属离子所构成。典型的络合离子由一种附着至一个或多个电子供体分子上的金属原子或离子(例如，铜(II)乙二胺2+等)构成。质子化的化合物为已接受氢离子(即，H+)以形成具有净正电荷的化合物。以下将描述在无电铜沉积应用中所用的铜电镀液。溶液的组分为铜(II)盐、 钴(II)盐、化学光亮剂组分以及基于多胺的络合剂。在一个实施方式中，采用去氧化 (de-oxygenated)的液体制备铜电镀液。去氧化液体的使用基本消除了晶圆表面的氧化，且抵消了液体在最终制备的铜电镀液的氧化还原电位上的任何作用。在一个实施方式中，该铜电镀液进一步包含卤化物组分。可用的卤化物的范例包括氟化物、氯化物、溴化物和碘化物。在一个实施方式中，该铜(II)盐为单盐。铜(II)单盐的范例包括硫酸铜(II)、 硝酸铜(II)、氯化铜(II)、四氟硼酸铜(II)、醋酸铜(II)及其混合物。应了解基本上在溶液中可使用任何铜(II)的单盐，只要该盐类可被有效地溶解至溶液中、可通过基于多胺的络合剂络合并在酸性环境中可被还原剂氧化，导致已还原的铜被沉积到晶圆表面上。在一个实施方式中，该铜(II)盐为具有附着至铜(II)离子的多胺电子供体分子的络合盐。络合铜(II)盐的范例包括乙二胺硫酸铜(II)、双(乙二胺)硫酸铜(II)、二乙烯三胺硝酸铜(II)、双(二乙烯三胺)硝酸铜(II)及其混合物。应了解基本上在溶液中可使用附着至多胺分子的铜(II)的任何络合盐，只要该盐类可被溶解至溶液中、可通过基于多胺的络合剂络合并在酸性环境中可被还原剂还原，导致已还原的铜被沉积到晶圆表面上。在一个实施方式中，铜电镀液中的铜(II)盐组分浓度维持在介于约0. 0001摩尔 (M)至上述各种铜(II)盐的溶解极限的浓度。在另一示范性实施方式中，铜电镀液中的铜 (II)盐组分的浓度维持在介于约0. OOlM至1. OM或溶解极限。应了解铜电镀液中铜(II) 盐组分的浓度基本上可被调整至最大为铜(II)盐溶解极限的任何值，只要所得到的铜电镀液在无电铜沉积处理期间可在晶圆表面上实施铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．非水无电铜电镀液，包括：无水铜盐组分；无水钴盐组分；非水络合剂；溴化钾；和非水溶剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃乌格纽斯·诺尔库斯，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US