[发明专利]旋涂金属化

说明书

本发明描述了在包含形貌的表面上导电金属膜的沉积。所述沉积使用包含中性(不带电)金属化合物的金属前体，其中金属原子处于零价状态和通过作为不带电的挥发性物质稳定的配体而稳定化。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月6日提交的美国临时申请62/653,753和2019年3月26日提交的美国申请16/365,109的优先权，其全部内容通过引用纳入本申请。

背景技术

本发明涉及半导体器件和相关器件的制造加工技术。具体而言，本发明涉及使用作为液体或作为在合适溶剂中的溶液的含金属元素的化合物进行膜沉积的技术。

在半导体器件中布置导线或通孔有多种常规方法。一种方法是进行物理气相沉积，其涉及物理过程，例如通过施加热量、离子束或其他能量源将金属或合金从金属靶蒸发或溅射到半导体晶片表面上。化学气相沉积，其中气相的金属或金属卤化物前体在表面上选择性分解或化学还原。化学气相沉积的一个子集是原子层沉积，其中金属前体和还原剂顺序暴露于表面以逐层方式生长金属膜。通常采用的其他技术包括电镀，其中晶片涂覆电解质，并连接到直流电路，其中衬底作为阴极。当电流通过时，溶解在电解质中的金属离子在阴极表面发生化学还原。本领域已知的其他技术包括无电沉积(自催化沉积)，其中溶解在溶剂中的金属离子和化学还原剂的混合物与衬底接触。表面催化的化学反应导致还原剂与金属离子反应形成还原的金属涂层。

现有技术的互连金属化的实例：US6048445、US5151168、US5674787。

现有技术存在许多挑战。具体而言，这些技术中的许多技术，尤其是物理气相沉积技术，在完全填充高纵横比特征(即与开口处的宽度相比深得多的特征)方面具有重大挑战。气相工艺通常也无法完全填充凹入特征(即，具有窄的开口但在表面下方横向扩张的特征)。不完全的填充可能导致高电阻的斑点，且导致电流波动以及导致局部发热或加剧的电迁移。

原则上，原子层沉积(ALD)可以填充复杂的高纵横比特征，但在实践中，通常会留下接缝(seam)(其中从每个侧壁向内生长的沉积物合并)。这种接缝同样会导致互连电路的电气性能出现不希望的缺陷。

电镀要求沉积晶种层，并且特征尺寸随着技术的进步而变得更小，这变得越来越困难。

现有技术的另一个挑战是实现互连电路的可接受的电导率。

US8232647描述了一种处理传统金属化中所谓的锁眼缺陷形成或接缝的方法。

东京电子(Tokyo Electron)的JP2012012647A2(WO201163235)公开了在惰性气氛下使用自旋轨道，其中在表面上沉积了溶剂携带的金属复合物。该专利专注于含铝前体，但也公开了银、金或铜。没有描述对于本申请优选或合适的复合物，也没有描述零价金属复合物的使用、其预凝聚、优先使用液体或低熔点复合物。提及的铝化合物是铝(III)氢化物及其胺加合物。该类化合物通过还原消除而分解，即配体本身作为还原剂。

Applied Materials的US6852626B1，在上文中也有提及，公开了金属复合物，特别是铜(I)hfac(tmvs)在表面上的分解，以沉积金属铜膜。铜金属通过歧化成Cu(II)和Cu(0)而形成。

JSR的US9653306B2详述了使用零价钴前体以及硅前体(硅烷或卤代硅烷)形成自对准硅化钴薄膜。

Maria Careri等人在Journal of Chromatography,634(1993)143-148中研究了三核乙炔基羰基(acetylido-carbonyl)钌化合物的高效液相色谱。

因此，前体的开发是必要的，并且对于具有受控的颗粒边界的高纯度膜也是需要的，其中该膜最大限度地填充电路路径。

发明内容