[发明专利]在铜籽晶层上电沉积金以形成金金属化结构的方法

说明书

本申请涉及在铜籽晶层上电沉积金以形成金金属化结构的方法。在半导体衬底上形成导电的阻挡层，使得阻挡层覆盖器件的第一端子。籽晶层形成在阻挡层上。籽晶层包括不同于金的贵金属。衬底被掩蔽，使得第一掩模开口与第一端子横向对准。籽晶层的未被掩蔽的部分使用金电解质溶液来电镀，使得形成在第一掩模开口中的第一金金属化结构。掩模、籽晶层的被掩蔽的部分以及阻挡层被去除。来自籽晶层的未被掩蔽的部分的贵金属被扩散到第一金金属化结构中。该第一金金属化结构经由阻挡层被电连接到第一端子。

技术领域

本发明一般涉及半导体器件，并且更特别地涉及用于形成可以连接到一个或多个半导体器件的金金属化层的技术。

背景技术

金属化层普遍使用在半导体应用中以电连接一个或多个例如MOSFET、IGBT、二极管等的半导体器件。例如，金属化层可以用在集成电路中以将供电电位或接地电位电连接至各个晶体管器件。此外，金属化层可以被用在集成电路中作为用于晶体管的输入和输出端子的互连。多种处理技术可用于形成半导体金属化层，例如电镀、化学或物理气相沉积等。光刻技术一般被利用以提供具有精确控制的宽度和间距的金属化线。

在许多情况下，铜为用于半导体金属化层的优选材料。铜提供低电阻并因此有助于半导体器件的高频率切换操作。此外，铜在大功率应用中是有利的，因为其提供低阻损耗以及高热导率。然而，铜金属化线可能易受到可靠性问题的影响。特别是在高温以及高湿度的条件下，铜很容易腐蚀、氧化和/或电迁移。除非采取合适的缓解措施，否则由于铜枝晶(copper dendrites)以及/或者阴极-阳极丝(cathodic-anodic filamentation，CAF)引起的在铜金属化线(例如在源极和漏极线之间)中的电短路的高风险可能是不可接受的。

已知用于缓解在铜金属化线中的电短路的风险的技术包括形成密封铜并且防止铜的电迁移和/或扩散的保护性层。例如，由例如镍(Ni)、钯(Pd)和金(Au)的材料形成的保护性层可以被用于保护并密封铜金属化线。然而，这些技术带来对于工艺来说不期望的昂贵成本以及复杂性。

发明内容

依据一个实施例，公开一种形成用于电连接一个或多个半导体器件的金属化层的方法。依据该方法，在半导体衬底上形成导电的阻挡层，使得所述阻挡层覆盖形成在所述衬底中的器件的第一端子。在所述阻挡层上形成籽晶层。所述籽晶层延伸在所述第一端子上方并且包括不同于金的贵金属。以具有与所述第一端子横向对准的第一开口的掩模对所述衬底进行掩蔽，使得所述籽晶层的未被掩蔽的部分由所述第一开口暴露出来并且使得所述籽晶层被掩蔽的部分被所述掩模覆盖。使用金电解质溶液对所述籽晶层的未被掩蔽的部分进行电镀，使得形成布置在所述第一掩模开口中的第一金金属化结构。去除所述掩模并且去除所述籽晶层和所述阻挡层的所述被掩蔽的部分。将来自所述籽晶层的未被掩蔽的部分的贵金属扩散到第一金金属化结构。所述第一金金属化结构经由所述阻挡层被电连接至所述第一端子。

根据一个实施例，公开一种通过使用铜籽晶层的电沉积来形成金金属化结构的方法。根据该方法，形成覆盖半导体衬底的表面的导电的阻挡层。所述衬底包括半导体器件的源极和漏极端子。所述阻挡层的连续部分接触所述源极和漏极端子。形成铜籽晶层，使得连续的籽晶层部分覆盖所述阻挡层的所述连续部分。以具有第一开口和第二开口的掩模对所述籽晶层进行掩蔽，所述第一开口和第二开口与所述源极和漏极端子横向对准。使用金电解质溶液对所述籽晶层的未被掩蔽的部分进行电镀，以形成布置在所述第一掩膜开口和第二掩膜开口中的第一金金属化结构和第二金金属化结构。去除所述掩模。去除所述籽晶层和所述阻挡层的所述被掩蔽的部分，以电绝缘所述第一金金属化结构和第二金金属化结构。将来自所述籽晶层的铜原子扩散到所述第一和第二金金属化结构，使得在所述阻挡层与所述第一金金属化结构和第二金金属化结构之间的相应界面基本上没有金属态的铜。所述第一金金属化结构和第二金金属化结构分别被电连接至所述第一端子和第二端子。