[发明专利]钴或铜合金的电沉积及其在微电子学中的用途

说明书

钴或铜合金的电沉积以及在微电子学中的用途。本发明涉及制造钴或铜互连的方法，以及能够实施所述方法的电解液。pH小于4.0的电解液包含钴离子或铜离子、氯离子、锰离子或锌离子以及至多两种低分子量的有机添加剂。这些添加剂中的一种可以是α‑羟基羧酸。

技术领域

本发明涉及电解液及其用于在导电表面上电沉积第一金属和第二金属的合金的用途，所述第一金属选自钴、铜以及它们的混合物，所述第二金属选自锰、锌以及它们的混合物。本发明还涉及使用此种电解液的制造方法，该制造方法可用于在集成电路中制造电学上的钴互连或铜互连。本发明最后涉及包含与第二金属层接触的第一金属层的器件。

背景技术

用钴填充互连(interconnect)的传统方法采用含有钴盐和多种有机添加剂的电解液，以获得所谓的自下而上填充(bottom-up filling)，所述有机添加剂包括具有互补功能的抑制剂(suppressor)和促进剂(accelerator)。通常需要这些添加剂的组合，以获得品质良好的钴团块(mass)，尤其是没有材料空隙的钴团块。抑制剂通过吸附到钴表面或通过与钴离子络合，在空腔开口处和围绕空腔的衬底的平坦表面上控制钴的沉积。因此，化合物可以是高分子量的分子，例如不能在空腔内扩散的聚合物或钴离子络合剂。促进剂本身会扩散到空腔的底部，在非常深的空腔中，它的存在就更为必要。它能够在空腔底部和其壁上增加钴的沉积速度。采用自下而上机制填充的方法与称为“保形(conformal)”或“连续”的填充方法形成对照，后者中钴沉积物在镂空图案的底部和壁上以相同的速度生长。

这些电沉积浴和它们的应用有几个缺点，这些缺点最终限制了所制造的电子器件的良好运行，并使它们的制造成本过高。原因在于，它们会产生受到有机添加剂污染的钴互连，而在钴中，有机添加剂是限制填充孔的形成所必需的。此外，用这些化学方法得到的填充速度太慢，与工业规模生产不相匹配。

专利申请US 2015/0179579描述了使用锰来增强互连中钴的粘附性，更具体地，在混合钴/介电衬底上，出于制造MOSFET晶体管光栅的目的来进行。然而，在所述方法中，锰和钴是在两个连续的、独立的材料沉积步骤中沉积的：在气相中化学沉积锰的步骤，接着是电沉积钴的步骤。

因此，仍然需要提供电解浴，该电解浴产生具有改进性能的钴沉积物，即其具有极低的杂质含量，其形成速率足够高，以使得有利地制造电子器件和/或允许减小厚度，或者甚至避免在基于二氧化硅的绝缘衬底和例如钴之间沉积钴扩散阻挡材料(例如氮化钽)层。

本发明人已经发现，pH在1.8和4.0之间的、含有钴II离子和选自锰II离子和锌II离子的金属离子的溶液使得能够实现该目标。

在保形电沉积方法中，从未提出过特定使用α-羟基羧酸在pH低于4时沉积钴合金的可能，这使得本发明的结果更加令人惊讶。除此之外，还从未提出过在沉积钴之前形成基于锰或锌的薄层而不需要化学或物理沉积步骤的可能。

本发明人已经发现，用铜II离子代替钴II离子获得了相同的结果，使得本发明能够生产具有增强性能的铜沉积物，即，其具有极低的杂质含量，其形成速率足够高，以使得有利地制造电子器件和/或允许减小厚度，或者甚至避免在基于二氧化硅的绝缘衬底和例如铜之间沉积钴扩散阻挡材料(例如氮化钽)层。

发明内容

因此，本发明涉及用于电沉积第一金属和第二金属的合金的电解液，所述第一金属选自钴、铜以及它们的混合物，所述第二金属选自锰、锌以及它们的混合物，其特征在于，所述电解液为包含如下的水性溶液：

-质量浓度为1g/L至5g/L的钴II离子或铜II离子，

-质量浓度为1g/L至10g/L的氯离子，

-选自锰II离子和锌II离子的金属离子，所述金属离子的质量浓度使得钴II离子或铜II离子的质量浓度与所述金属离子的质量浓度之比为1/10至25/1，