[发明专利]用于形成互连部的方法和溶液

说明书

本发明涉及一种用于形成互连部的方法和溶液，具体涉及一种用于铂族金属无电沉积的无氧或贫氧溶液，其包含：a.具有第一氧化电势的钌(II)胺络合物，以及b.铂族金属化合物，其还原电势大于钌(II)胺络合物的氧化电势相反数。

技术领域

本公开涉及铂族金属互连部形成领域以及用于形成其的溶液。

背景技术

集成电路(IC)包括器件以及这些器件之间的互连部。

为了集成电路的最佳操作，互连部水平面(level)处的泄漏和电阻必须尽可能小。

最初，将铝用于形成互连部，因为铝比电阻小的铜更易于加工。自1997年起，所谓的镶嵌工艺能够使用铜，并且形成多层器件。由于该技术，业界已经大幅增加了集成电路的复杂性，并且大幅减小了特征尺寸。新的生产技术(如，EUV光刻)能够产生测量为仅数纳米的特征。然而，由于当前的材料和光刻技术都已达到其极限，摩尔定律变得相当难以维持。

铜发生的问题是由材料的化学和机械性质所引起的，而某些问题是由互连部层的连续缩小引起的。与其它过渡金属相比，铜在硅中的扩散性非常高，因为其相对小，并且与硅晶格相互作用很弱，而与硅本身的相互作用很强。通常，铜离子通过扩散进行迁移，该扩散由电场的存在得以增强。已经引入屏障层(例如，氮化钽或氮化钛)以防止铜迁移。然而，该屏障层不能随互联部快速缩小，导致每个沟槽的较大部分被高电阻率屏障所占据，使整个互连部的有效电阻率增加。这对信号传播的速度限制有负面影响。

解决该问题的一种方案是用不像铜那样的需要阻挡层的材料代替筒，从而增加了各互连部中的金属空间。在这些材料中，因为铂族金属的良好体积电阻率、高熔点、高化学稳定性、催化筒匣和抗氧化性的组合，显示出铂族金属是良好的候选。此外，在相同厚度范围内，超薄铂族金属显示出比铜更弱的电阻率厚度依赖性。而且，这些金属的回收利用率高达95％，因此对环境的负面影响相对较小。然而，这些材料的主要问题是其高初始成本。尽管自1960年以来已随时间流逝通过采矿提高了一个数量级，但对这些金属进行提取、浓缩和精炼仍需要复杂且耗能的过程，因此与其它金属相比，它们非常昂贵。因此，如果要在纳米电子学中利用这些材料的所需性质，则必须在没有太多浪费的情况下形成金属互连部。用于铜的现有镶嵌工艺由于其产生的大量浪费，并不适用于铂族金属。要了解铜的问题在哪里，就必须看看当前的工艺。

在当前的微/纳米电子器件生产过程中，通常使用镶嵌工艺，该工艺包括以下步骤。在第一步骤中，在电介质基材中形成腔室。在第二步骤中，腔室内衬有屏障层。在第三步骤中，将铜晶种层设置在腔室中。在第四步骤中，通过电镀覆(电化学沉积)用铜完全填充腔室。

然而，使用该方法不仅填充了沟槽，而且还在基材顶部栅形成了层。该层必须被蚀刻或抛光掉，直至电介质暴露。大多数情况下，为此使用化学机械抛光(CMP)，其使用机械输入研磨颗粒(例如，硅或铝)来去除多余的金属，而过氧化氢则在化学侵袭中使金属层氧化。镶嵌工艺的主要优点在于：与PVD或CVD等替代性沉积技术相比，其能够使用较高的沉积速率即使在腔体底部也可以实现无空隙填充，而所述替代性沉积技术无法实现该质量的填充。然而，在最后的CMP步骤中，镶嵌工艺中浪费的材料量使得在使用比铜更昂贵的材料时使用成本太高。

一个候选是无电沉积(ELD)。无电沉积需要使用还原剂。之前就已经在ELD中使用了多种还原剂。其实例为硼氢化物和次磷酸盐。然而，这些还原剂具有分别将B和P结合在沉积金属中的趋势，这是不期望的，因为这会影响金属电阻率。在ELD中已经使用的其它还原剂是甲醛、乙醛酸和甲酸。然而，这种含有羰基的还原剂具有在待ELD涂覆的基材表面形成羰基的风险。这就不会留有空间使待还原金属在该表面上发生反应。对于甲酸，已经证实了该现象。肼是通常使用的另一还原剂。但是，众所周知，它有毒。还已使用金属基还原剂。例如，具有CN或CO配体的金属络合物。然而，CN和CO配体在酸性条件下使用是危险的，而为了避免所沉积金属的氧化，酸性条件通常是优选的。