[发明专利]无空隙间隙填充的电化学沉积方法

说明书

提供一种在具有至少一个次30纳米特征结构的工件上电镀的方法。此方法包括：施加第一电解质化学品至此工件，第一电解质化学品包括金属阳离子溶质物质及抑制剂，金属阳离子溶质物质具有在约50mM至约250mM的范围内的浓度，抑制剂造成大于0.75伏(V)的极化且在大于0.25伏/秒(V/s)的速度时达到0.75V的极化；以及施加电气波形，其中此电气波形包括电流缓升的期间(period of ramping up of current)及电流部分缓降的期间(period of partial ramping down of current)，其中电流部分缓降的期间在电流缓升的期间之后。

背景技术

集成电路是形成在半导体材料内和覆盖半导体材料表面的介电材料内的装置的互连整体。可形成在半导体内的装置包括MOS晶体管、双极型晶体管、二极管和扩散电阻器。可形成在介电材料内的装置包括薄膜电阻器和电容器。这些装置通过形成在介电材料内的导体路径互连。通常，具有由介电层分隔的连续阶层的两个或更多个阶层的导体路径用作互连结构。在现行应用中，铜和氧化硅通常分别用于导体和介电材料。

铜互连体中的沉积物(deposit)通常包括介电层、阻挡层、种晶层、铜填充和铜覆盖(cap)。一般的铜填充及覆盖的电化学沉积(ECD)是在特征结构(features)中使用酸性电镀化学品进行。铜的电化学沉积是已知沉积铜金属化层的最经济的方式。除了在经济上可行外，ECD沉积技术提供实质上由下而上(例如，非共形)的铜填充，而所述铜填充在机械上和电气上适用于互连结构。

一般的ECD铜酸性电镀化学品可包括例如硫酸铜、硫酸、盐酸和有机添加剂(例如，促进剂(accelerator)、抑制剂(suppressor)及调平剂(leveler))。这些添加剂经由添加剂的吸附和去吸附特性以及经由竞争反应而在特征结构中驱动无空隙、由下而上的填充，前述竞争反应例如是在加强特征结构的底部的电镀的同时，抑制在特征结构的上部和侧壁上的电镀。

互连特征结构的尺寸持续减小带来了新的挑战，这是由于特征尺寸(例如特征宽度和长宽比)妨碍并改变了普遍使用的添加剂的反应特性。在此方面，用于铜互连体的次30纳米特征结构具有足够小的体积且需要较少的铜原子，因而在一般的ECD铜酸性电镀化学品中，此些特征结构在电镀一开始的几秒内便被填充。这样的时间周期小于驱使传统的由下而上填充的镀液添加剂的吸附和去吸附动力学所需的时间周期。

因此，在小的特征结构(例如次30纳米特征结构)中，一般的ECD填充可能因为存在空隙而形成具有低质量的互连体。使用一般ECD沉积形成的一种空隙的例子中，特征结构的开口可能会发生夹断(pinch-off)。许多其他类型的空隙亦可因为在小特征结构中采用一般的ECD铜填充工艺而产生。此种空隙和其他采用一般的ECD铜填充工艺而产生的沉积物的固有的性质可增加互连体的电阻，从而使装置的速度减慢，且使得铜互连体的可靠性退化。

因此，需要提供一种由下而上填充次30纳米特征结构、并留下较少数量的空隙的电化学沉积方法。本公开内容的实施方式涉及满足此些和其他的需求。

发明内容

本发明内容以简化方式提供一系列选取的概念，更进一步的描述请参照以下的实施方式的内容。本发明内容并非用以界定所要求保护的的关键特征，也并非用以确定所要求保护的保护范围。

根据本揭露公开内容的一个实施例实施方式，提供一种在具有至少一个次30纳米特征结构的工件上电镀的方法。此方法包括：(a)施加第一电解质化学品至此工件，第一电解质化学品包括金属阳离子溶质物质及抑制剂，金属阳离子溶质物质具有约在50mM至约250mM的范围内的浓度，抑制剂造成大于0.75伏(V)的极化且在大于0.25伏/秒(V/s)的速度时达到0.75V的极化；以及(b)施加电气波形，其中此电气波形包括电流缓升的期间(periodof ramping up of current)及电流部分缓降的期间(period of partial ramping downof current)，其中电流部分缓降的期间在电流缓升的期间之后。