(57)【要約】高アスペクト比ビア内に連続シード層を形成する方法とそれに関連付けられる構造体を記載する。この方法は、基板内に凹部（１０４）を形成する段階と、凹部内に非連続金属層を形成する段階と、凹部内の非連続金属層（１１２）と、少なくとも１つの非堆積領域（１０９）を活性化させる段階と、凹部内の非連続金属層及び少なくとも１つの非堆積領域上にシード層（１１６）を無電解メッキする段階と、実質的にボイドがなく、金属が充填された凹部を形成するようシード層上に金属充填層を形成する段階を含む。
2007523464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シード層を形成する方法であって、
基板における凹部内に非連続金属層を形成する段階と、
前記凹部内の前記非連続金属層と、少なくとも１つの非堆積領域を活性化させる段階と、
前記凹部内の前記非連続金属層及び前記少なくとも１つの非堆積領域上にシード層を無電解メッキする段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記凹部の形成は、約３：１より大きいアスペクト比を有する高アスペクト凹部を形成する段階を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記非連続金属層を形成する段階は、タンタル、窒化タンタル、窒化シリコンタンタル、タングステン、チタン、チタンタングステン、窒化チタン、窒化シリコンチタン、及びこれらの組合せのうちの少なくとも１つの非連続層を形成する段階を含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記凹部内の前記非連続金属層と前記少なくとも１つの非堆積領域を活性化させる段階は、前記凹部内の前記非連続金属層と前記少なくとも１つの非堆積領域上に、活性化層を形成する段階を含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記凹部内の前記非連続金属層と前記少なくとも１つの非堆積領域を活性化させる段階は、
前記凹部内の前記非連続金属層と前記少なくとも１つの非堆積領域上に、パラジウム又はプラチナ層のうちの少なくとも１つを形成する段階を含む請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記シード層上に金属充填層を形成する段階を更に含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
化学機械研磨処理を使用して前記金属充填層を研磨する段階を更に含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記金属充填層を形成する段階は、実質的にボイドのない金属充填層を形成する段階を含む請求項６記載の方法。
【請求項９】
マイクロエレクトロニクス構造体を形成する方法であって、
基板内に凹部を形成する段階と、
前記凹部内に非連続金属層を形成する段階と、
前記凹部内の前記非連続金属層と、少なくとも１つの非堆積領域を活性化させる段階と、
前記凹部内の前記非連続金属層及び前記少なくとも１つの非堆積領域上にシード層を無電解メッキする段階と、
前記シード層上に金属充填層を形成する段階と、
を含む方法。
【請求項１０】
前記凹部を形成する段階は、約３：１より大きいアスペクト比を有する高アスペクト凹部を形成する段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記非連続金属層を形成する段階は、タンタル、窒化タンタル、窒化シリコンタンタル、タングステン、チタン、チタンタングステン、窒化チタン、窒化シリコンチタン、及びこれらの組合せのうちの少なくとも１つの非連続層を形成する段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記シード層を無電解メッキする段階は、約１ミクロン以上の直径を有する粒子サイズを含む銅層を無電解メッキする段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記金属充填層を形成する段階は、金属充填層を電気メッキする段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１４】
前記金属充填層を形成する段階は、実質的にボイドのない金属充填層を形成する段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記金属充填層を形成する段階は、銅層を電気メッキする段階を含む請求項９記載の方法。
【請求項１６】
基板における凹部と、
前記凹部内に配置された非連続金属層と、
前記凹部内の前記非連続金属層と、少なくとも１つの非堆積領域上に配置されたシード層と、
前記シード層上に配置された金属充填層と、
を含むマイクロエレクトロニクス構造体。
【請求項１７】
前記シード層は、約１ミクロン以上の直径を有する粒子サイズを含む請求項１６記載の構造体。
【請求項１８】
前記非連続金属層は、タンタル、窒化タンタル、窒化シリコンタンタル、タングステン、チタン、チタンタングステン、窒化チタン、窒化シリコンチタン、及びこれらの組合せのうちの少なくとも１つを含む請求項１６記載の構造体。
【請求項１９】
前記シード層は、銅を含む請求項１６記載の構造体。
【請求項２０】
前記凹部は、高いアスペクト比を有する凹部を含み、
前記高いアスペクト比は、約３：１より大きいアスペクト比を有する請求項１６記載の構造体。
【請求項２１】
前記金属充填層は、実質的にボイドのない金属充填層を含む請求項１６記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、マイクロエレクトロニクス処理の分野に係り、より具体的には、深いビア内に連続金属膜を形成する方法及びその方法により形成される構造体に係る。
【０００２】
［発明の背景］
マイクロエレクトロニクスデバイスの製造において、基板内の複数レベルの導電（一般的には金属）層を接続するために凹部即ちビアを作製することは今では慣例である。デバイス寸法が１ミクロン設計規則よりはるかに下に縮小するに従ってより高い密度に適応するよう複数のメタライゼーション層が使用される。ビアメタライゼーションの為の材料として広く使用される１つのタイプの金属膜は、銅である。一般的に、銅シード層１２（図２参照）が、ビア開口１４内にスパッタリングされ、次にビア開口１４は、電気メッキによって、銅充填層（図示せず）で充填される。しかし、銅シード層１２をビア開口１４内にスパッタリングすることの１つの深刻な不利点は、ビア開口１４の上部角部１６付近の堆積の度合いは、ビア開口１４の側壁１８及び底部２０付近より大きくなることである。これは、ビア開口１４の上部に張り出し部２２を形成し、ビア開口１４の側壁１８及び底部２０における銅堆積を遮断（即ち、阻害）してしまう。この遮断影響は、ビア開口１４内にボイド２４、即ち、金属不連続の領域を形成してしまう。何故なら、追加のスパッタリング堆積は、ビア開口１４内への更なるスパッタリング堆積を妨害する傾向のあるビア開口１４の上部における張り出し部２２によって、ビア開口１４の底部２０及び側壁１８に適切に到達することができないからである。
【０００３】
マイクロエレクトロニクスデバイスにおける高いアスペクト比（即ち、３：１より大きい）を有するビアについては、スパッタリング堆積処理の間の遮断影響によってビアの側壁及び底面上に連続的なシード層をスパッタリング堆積することが非常に困難である又は不可能である。即ち、スパッタリングされたシード層は、ビア内において連続的ではない。これは、ビアを充填するために銅膜が後で電気メッキされるときに、ビアは、デバイスの信頼性及び性能に悪影響を及ぼすことの可能なビア充填メタライゼーションにおけるボイドを示してしまうことを意味する。従って、高アスペクト比を有するビアにおけるボイドの形成を阻止するために、その上に金属充填層がメッキされる連続的なシード層を形成することが望ましい。本発明はそのようは方法及びその関連付けられる構造体を提供する。
【０００４】
［本発明の詳細な説明］
明細書は、本発明として特に指摘し且つはっきりと主張する請求項に終結するが、本発明の利点は、以下の本発明の説明を添付図面と共に読んだときにより容易に確認することができるであろう。
【０００５】
以下の詳細な説明において、本発明を実施しうる特定の実施例を例示的に示す添付図面を参照する。これらの実施例は、当業者が本発明を実施することが可能であるよう十分に詳細に記載される。本発明の様々な実施例は、異なるが互いに排他的である必要はないことを理解するものとする。例えば、１つの実施例に関連して本願において説明する特定の特性、構造、又は特徴は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の実施例においても実施しうる。更に、各開示される実施例における個々の素子の位置及び配置は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変更されうることを理解するものとする。従って、以下の詳細な説明は、限定的な意味合いで取られるべきではなく、本発明の範囲は、適切に解釈され、請求項が権利を有する等価物の全範囲を有して請求項によってのみ定義される。図面中、同様の番号は、幾つかの図面において同じ又は同様の機能性を示す。
【０００６】
高アスペクト比を有する凹部内に銅膜を形成する方法とその関連付けられる構造体を説明する。この方法は、凹部を形成する段階と、凹部内に非連続的金属層を形成する段階と、凹部における非連続金属層と複数の非堆積領域を活性化させる段階と、凹部内にシード層を無電解メッキする段階と、実質的にボイドがなく金属が充填された凹部を形成するようシード層上に金属充填層を電気メッキする段階とを含む。非連続金属層のスパッタリングと、後続の非連続金属層上のシード層の無電解メッキの組合せは、凹部の底部及び内側の側壁全体に実質的にボイドのない、実質的に１００％の金属被覆率を可能にする。
【０００７】
図１ａ−ｆは、マイクロエレクトロニクスデバイスを製作する方法を示す。本発明の方法の１つの実施例では、図１ａは、以下に限定されないが、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン等を含む基板１０２を示す。当然ながら、基板１０２は、マイクロエレクトロニクスデバイス内のどこにでも存在することが可能である。基板は更に、デバイスの主面とは反対側の側面、即ち、当該技術において周知であるシリコンウェーハの「背面」も含みうる。基板１０２は、第１の面１０６を含む。
【０００８】
図１ｂに示すように、基板１０２は、当該技術において周知である方法によってパターン付けされ及びエッチングされ、凹部１０４（例えば、トレンチ又はビア）を形成する。凹部は、基板１０２の第１の面１０６から基板１０２内に延在する。凹部１０４は、内壁１０８及び底部１１０を含む。凹部１０４は、高いアスペクト比を有する凹部でありえ、この凹部では、凹部１０４の高さ１２２に対する凹部１０４の幅１２０の比は、３：１より大きい。即ち、凹部１０４は、３：１より大きいアスペクト比を有することが好適である。
【０００９】
凹部１０４は、高いアスペクト比を有する凹部であるので、上述した遮断影響によって凹部１０４内に非連続金属層１１２が形成されうる。非連続金属層１１２は、スパッタ堆積処理によって、又は、当該技術において周知であるように、例えば、原子層成長法（ＡＬＤ）、又は、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）といった化学堆積といった他の物理的スパッタリング堆積処理によって形成されうる。堆積の温度は、約摂氏１００乃至２００度でありうる。圧力は、約１乃至約１０ミリトールでありえ、電力は、５乃至約１０ＫＷでありうる。非連続金属層１１２を形成するために使用される材料は、以下に限定されないが、タンタル、窒化タンタル、窒化シリコンタンタル、タングステン、チタン、チタンタングステン、窒化チタン、窒化シリコンチタン、及びこれらの材料の組合せを有しうる。非連続金属層１２は、後に形成される銅又は銅合金層に対する拡散障壁を与えうる。非連続金属層１１２の厚さは、約３００乃至約５００オングストロームでありえ、また、５００オングストロームより小さいことが好適である。
【００１０】
凹部１０４は、高アスペクト比を有する凹部であることが好適であるので、非連続金属層１１２は、凹部１０４の内壁１１８及び底部１１０の上又は全体に亘っては実質的に形成されない。凹部１０４内の非堆積領域は、スパッタ遮断影響（前出。図２を参照されたい）の現象によって形成されうる。例えば、凹部１０４である高アスペクト比凹部の上部付近に、凹部の底面の付近より厚いスパッタ層が形成され、また、上部の上部付近のより厚い層は、高アスペクト比凹部における完全な金属被覆を阻害する。従って、図１ｃに、非堆積内壁領域１０９と非堆積底部領域１１１として示すように、非連続金属層１１２によって覆われない凹部１０４内の複数の非堆積領域がありうる。凹部１０４内のこれらの非堆積領域は、その上に堆積される非連続金属層１１２を有さない。
【００１１】
図１ｄに示すように、凹部１０４内の非連続金属層１１２、非堆積内壁領域１０９、及び非堆積底部領域１１１は、非連続金属層１１２、非堆積内壁領域１０９、及び非堆積底部領域１１１の上に活性化層１１４を形成することによって活性化されうる。活性化層１１４は、以下に限定されないが、パラジウム又はプラチナを含み、また、例えば、塩化パラジウム（ＰｄＣｌ２）又は塩化プラチナ（ＰｔＣｌ２）を含む溶液の中に含有されうる。
【００１２】
活性化層１１４は、接触変位法によって非連続金属層１１２上に形成されうる。この方法では、非連続金属層１１２は、Ｐｄ又はＰｔイオン、還元剤（例えば、以下に限定されないが、次亜リン酸塩、ジメチルアミン−ボラン、又はヒドラジン）、錯化剤（例えば、酢酸又はクエン酸）、及び酸（例えば、以下に限定されないが、フッ化水素酸、塩化水素酸、又は硝酸）、又は、塩基（例えば、以下に限定されないが、水酸化テトラメチルアンモニウム、又は水酸化カリウム）を含みうる溶液浴内に入れられる。活性化層１１４は、３００オングストローム未満であり、また、一般的に約１００オングストロームでありうる。活性化層１１４は、例えば、無電解メッキ反応といった自己触媒反応の為に非連続金属層１１２、非堆積内壁領域１０９、及び非堆積底部領域１１１を活性化させる、即ち、調える。
【００１３】
図１ｅに示すように、シード層１１６が、無電解メッキによって活性化層１１４上に形成されうる。シード層１１６は、以下に限定されないが、銅を含む金属材料を有しうる。シード層１１６は、活性化層１１４全体に実質的に１００％の連続金属膜被覆率をもたらす（従って、凹部１０４の内壁１０８及び底部１１０全体の実質的に１００％のステップ被覆率（step  coverage）を与える）。無電解メッキされたシード層１１６は、約１ミクロン以上の直径１１８を一般的に有する複数の粒子１１７を含む（図１ｆを参照）。当該技術において周知であるように、活性化層１１４は、シード層１１６の無電解メッキの間に実質的に組み込まれて（subsumed）（図１ｇ参照）も、図１ｅに示すように変わらなくてもよい。
【００１４】
様々な周知の無電解メッキ溶液のうちの１つを、シード層１１６を無電解メッキするために使用することが可能である。好適な実施例の無電解溶液は、銅２＋カチオンを供給するための硫酸銅、銅２＋カチオンのための錯化剤としてエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、水酸化物アニオンを供給するための水酸化第４級アンモニウム、還元剤としてのホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）又はグリオキシル酸、表面活性剤及び湿潤剤としてのＲＨＯＤＡＦＡＣ  ＲＥ６１０（商標）又はポリエチレングリコール、及び、安定剤及び柔軟性促進剤としてのアンモニウムシアン化合物又は２，２’’−ジピリジル（dipyridyl）を含みうる。シード槽１１６の無電解メッキの後、基板１０２は、脱イオン化水内ですすがれて、無電解メッキ溶液を除去する。シード層１１６の形成は、凹部１０４を実質的に埋めないよう時間が計られる。
【００１５】
図１ｈに示すように、シード層１１６上に金属充填層１２０が形成されうる。金属充填層１２０は、以下に限定されないが銅を含む金属材料を有しうる。金属充填層１２０は、当該技術において周知であるように電気メッキ処理によってシード層１１６上に形成されうる。金属充填層１２０は、ボイドがないよう凹部が金属充填層１２０によって実質的に埋められるよう凹部１０４内でシード層１１６上に形成される（ボイドは、非連続金属層１１２全体に堆積される無電解シード層１１６のない従来技術の凹部にはある）。
【００１６】
無電解メッキされたシード層１１６は、金属充填層１２０におけるボイドの形成を阻止する。何故なら、金属充填層１２０は、シード層１１６といった連続電気メッキされたシード層膜全体をメッキする又はその上に形成可能だからである。このような連続シード層は、（従来技術において使用されるような）非連続金属層１１２上に直接堆積されるスパッタリングされたシード層の使用では可能ではない。何故なら、スパッタリングされたシード層を使用することは、上述した遮断影響によって凹部内に連続的な膜をもたらさないからである。金属充填層１２０は次に、例えば、当該技術において周知であるように機械研磨技術を用いて研磨されうる（図１ｉ参照）。
【００１７】
上述したように、本発明は、実質的にボイドのない金属充填層を可能にし、従って、本発明の様々な実施例によって製作されたマイクロエレクトロニクスデバイスの信頼性及び性能を大幅に高める、高アスペクト凹部に連続シード層を形成する方法及び関連付けられる構造体を提供する。
【００１８】
上述の説明において、本発明の方法において使用されうる特定の段階及び材料を特定しているが、当業者は、多くの改良及び代用を行いうることを理解するであろう。従って、全てのそのような改良、変更、代用、及び追加は、請求項によって定義される本発明の精神及び範囲内に含まれると考えられる。更に、マイクロエレクトロニクスデバイスを製造するためにシリコン基板といった基板上に複数の金属層構造体を製造することは当該技術において周知であることは理解するものとする。従って、本願に与えた図面は本発明の実行に関連する例示的なマイクロエレクトロニクスデバイスの一部のみを示すことは理解するものとする。従って、本発明は、本願に記載した構造に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】本発明の方法の実施例の実行時に形成されうる構造体を示す断面図である。
【図１ｂ】本発明の方法の実施例の実行時に形成されうる構造体を示す断面図である。
【図１ｃ】本発明の方法の実施例の実行時に形成されうる構造体を示す断面図である。
【図１ｄ】本発明の方法の実施例の実行時に形成されうる構造体を示す断面図である。
【図１ｅ】本発明の方法の実施例の実行時に形成されうる構造体を示す断面図である。
【図１ｆ】本発明の方法の実施例の実行時に形成されうる構造体を示す断面図である。
【図１ｇ】本発明の方法の実施例の実行時に形成されうる構造体を示す断面図である。
【図１ｈ】本発明の方法の実施例の実行時に形成されうる構造体を示す断面図である。
【図１ｉ】本発明の方法の実施例の実行時に形成されうる構造体を示す断面図である。
【図２】従来技術の構造体を示す断面図である。
【図１ａ】
2007523464.tif 000003
【図１ｂ】
2007523464.tif 000004
【図１ｃ】
2007523464.tif 000005
【図１ｄ】
2007523464.tif 000006
【図１ｅ】
2007523464.tif 000007
【図１ｆ】
2007523464.tif 000008
【図１ｇ】
2007523464.tif 000009
【図１ｈ】
2007523464.tif 000010
【図１ｉ】
2007523464.tif 000011
【図２】
2007523464.tif 000012
【国際調査報告】
2007523464.tif 000013
2007523464.tif 000014
2007523464.tif 000015