[发明专利]用于高深宽比填充的半导体反流处理

说明书

技术领域

本公开内容涉及用于在微电子工件上的具有高深宽比(aspect ratio)的部件中（例如，在穿透硅过孔（Through Silicon Via）（TSV）部件中）电化学沉积导电材料（例如金属，例如，铜（Cu）、钴（Co）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、锰（Mn）、锡（Sn）、铝（Al）及以上各物的合金）的方法。

背景技术

TSV沉积通常针对产生穿过工件的垂直互连体，用于与其他工件上的互连体的上下连接。在TSV集成(TSV integration)的一个非限制实例中，沉积金属以填充TSV过孔，然后研磨晶片的背部直到暴露过孔的底部为止，从而产生用于过孔的第二连接点。然而，应理解，其他类型的TSV集成也在本公开内容的范围内。

典型TSV部件具有直径可在约1微米到约15微米的范围内和深度可在约20微米到约120微米的深度范围内的尺寸。部件开口通常较大以使电镀能够达到显著深度。即使考虑到较大开口，TSV部件通常仍具有非常高的深宽比。

TSV工艺可包括过孔蚀刻、绝缘体及阻挡层沉积、种晶层沉积、金属填充及化学机械抛光（CMP）。TSV部件中的沉积物可包括介电层、阻挡层、种晶层及填充层。在一个实例中，TSV沉积物可包括种晶层中的铜、填充层中的铜或以上两者中的铜。

因为铜易于扩散到介电材料中，所以阻挡层可用于使铜沉积物与介电材料分隔开。然而，应理解，除了对于铜来说可以不需要阻挡层之外，对于其他金属沉积物来说，也可以不需要阻挡层。阻挡层通常由耐火金属或耐火化合物构成，例如，钛（Ti）、钽（Ta）、氮化钛（TiN），氮化钽（TaN）等。其他合适的阻挡层材料可包括锰（Mn）及氮化锰（MnN）。

通常使用称为物理气相沉积（PVD）的沉积技术形成阻挡层，但也可通过使用其他沉积技术（例如，化学气相沉积（CVD）或原子层沉积（ALD））形成阻挡层。在TSV应用中，阻挡层厚度通常可为约到约（约50nm到约400nm）。

种晶层可沉积在阻挡层上。然而，还应理解，直接在阻挡层上(direct on barrier)（DOB）沉积也在本公开内容的范围内，所述直接在阻挡层上（DOB）沉积例如是在由合金或共沉积（co-deposited）金属构成的阻挡层以及在所属领域的技术人员所熟知和/或所使用的其他阻挡层上的沉积，互连金属可沉积在由合金或共沉积金属构成的所述阻挡层上而不需要单独的种晶层，所述互连金属例如是钛钌（TiRu）、钽钌（TaRu）、钨钌（WRu）。

在一个非限制实例中，种晶层可为铜种晶层。作为另一非限制实例，种晶层可为铜合金种晶层，例如，铜锰合金、铜钴合金或铜镍合金。在将铜沉积于部件中的情况下，对于种晶层有数个示例性选择。第一，种晶层可为PVD铜种晶层。参见例如用于说明包括PVD铜种晶沉积的工艺的图3。种晶层还可通过使用其他沉积技术（例如CVD或ALD）形成。

第二，种晶层可为堆叠膜，例如，衬垫层及PVD种晶层。衬垫层是用在阻挡层与PVD种晶之间缓解不连续种晶问题并改善PVD种晶粘附力的材料。衬垫通常是贵金属，例如钌（Ru）、铂（Pt）、钯（Pd）和锇（Os），但该系列还可包括钴（Co）和镍（Ni）。当前，CVD Ru及CVD Co是常见的衬垫；然而，衬垫层也可通过使用其他沉积技术（例如，ALD或PVD）形成。

第三，种晶层可为二次种晶层。二次种晶层类似于衬垫层，是因为二次种晶层通常由贵金属（例如Ru、Pt、Pd和Os）形成，但该系列还可包括Co及Ni和最常见的CVD Ru及CVD Co。（像种晶层及衬垫层一样，二次种晶层还可通过使用其他沉积技术（例如ALD或PVD）形成）。不同之处在于：二次种晶层用作种晶层，而衬垫层是介于阻挡层与PVD种晶之间的中间层。参见例如用于说明包括二次种晶沉积的工艺的图5及图6，所述二次种晶沉积之后分别是图5中的ECD种晶沉积，如下文所描述的那样，和图6中的快闪物沉积（flash deposition）。（“快闪物”沉积主要是在部件的区域（field）上及底部处，没有显著沉积在部件侧壁上）。

在TSV应用中，种晶层厚度通常可为约到约（约200nm到约800nm）。由于过孔的高深宽比，在过孔的侧面及底部可靠地沉积种晶层（尤其是使用PVD技术）可能很具挑战性。就这一方面，种晶层中的不连续经常产生，这能够导致典型缺陷（例如，过孔中夹断（pinch-off）和底侧壁空隙（void））。