專利名稱：新型芯片互連件以及封裝沉積方法與結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造高性能芯片互連件及封裝件的方法。本發(fā)明尤其是涉及一種方法，它用來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)選擇性地從基片上去除種晶層(seedlayer)的一部分，同時(shí)，防止從種晶層所形成的孔穴中去除該種晶層。另外，本發(fā)明還公開了用于在基片的孔穴中沉積導(dǎo)電材料的方法。


圖1A至1C顯示一種常規(guī)方法。它用于把導(dǎo)電材料沉積在基片(例如工件)的孔穴中。圖1A顯示基片的剖視圖，該基片上安置了不同的幾個(gè)層。該圖紙顯示了二氧化硅(SiO2)層2(絕緣體層)，該層上沉積了屏障層或粘著層4以及種晶層6。
在屏障層4和種晶層6沉積到絕緣體層2上之前，該層上一般都蝕刻了孔穴。絕緣體層2上的孔穴，一般是用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)方法蝕刻的。屏障層4可以是鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、鈦鎢合金(TiW)、氮化鈦(TiN)、鈮、銅鎢磷合金(CuWP)、鈷鎢磷合金(CoWP)，或其他材料，或者該領(lǐng)域中通常所用的它們的化合物。屏障層4一般是用各種各樣的噴濺法中的任何一種、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、電解沉積法/化學(xué)鍍，沉積在絕緣體層2上的。隨后，種晶層6就被沉積在屏障層4上。種晶層6也可以用各種各樣的噴濺法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)，或化學(xué)鍍沉積法，或者它們的合成法，沉積在屏障層4上。沉積在基片表面上的種晶層6的厚度，可以為20至4000A°。
當(dāng)種晶層6沉積之后，一般就用導(dǎo)電材料(例如銅)來(lái)填充絕緣體層2的孔穴，如圖1B所示。導(dǎo)電材料8可以是用化學(xué)氣相沉積法、噴濺法、化學(xué)鍍法、電解沉積法，或者它們的合成法，形成于種晶層6上。導(dǎo)電材料8和種晶層6一般是用同樣的材料?？籽ㄍǔＨ鐖D示那樣用導(dǎo)電材料8填充得溢出。
一旦導(dǎo)電材料8在基片的孔穴中形成，基片通常就如圖1C所示那樣，被輸送給另一個(gè)設(shè)備，以便拋光/磨平基片的頂部表面。通常而言，基片被用常規(guī)的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)裝置磨平?；敳勘砻嫔系哪遣糠址N晶層6及屏障層4，也被拋光，以便與各種各樣的結(jié)構(gòu)電絕緣?？籽ㄖ杏嗔舻姆N晶層6，則如圖1C所示，被包含在導(dǎo)電材料8中。
返回參看圖1A至1B，絕緣體層2中的孔穴的深度9c，范圍可從用于互連件的0.2至5um，大到用于包裝件的50um或更大。當(dāng)把導(dǎo)電材料8沉積在基片上時(shí)，合乎要求的是要把孔穴填充得溢出，例如溢出深度9c的50％至200％，以便使布線結(jié)構(gòu)中的缺陷最少。例如，就圖1A中的結(jié)構(gòu)而言，設(shè)想深度9a約為0.5um，而寬度9b約為10.0um。因此，較大的孔穴包括10.0um的寬度9b，且總深度約為1.0um(從孔穴的底部量到基片的頂部)。為了完全填充較大的孔穴，最小深度至少為1.0的導(dǎo)電材料8，必須沉積在其中。另外，額外數(shù)量的導(dǎo)電材料8在較大的孔穴中填充得溢出，確保孔穴被填滿，且使布線缺陷最少。因此，較大孔穴上的額外數(shù)量(即50％)的導(dǎo)電材料8，應(yīng)當(dāng)是在深度9c處為至少0.5um。在此種情況下，當(dāng)深度9e約為0.5um時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域上形成的導(dǎo)電材料8，在深度9d處約是1.5um。換句話說(shuō)，至少1.5um的導(dǎo)電材料8的覆蓋層，會(huì)沉積在基片的大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域上，而至少為0.5um的較小覆蓋層則會(huì)沉積在較大的孔穴上。因此，0.5至1.5um的覆蓋層，會(huì)沉積在基片的各種各樣的部件上。
橫跨基片的不等的導(dǎo)電材料8的覆蓋層，導(dǎo)致使用化學(xué)機(jī)械方法處理時(shí)花費(fèi)較長(zhǎng)的拋光時(shí)間與較高的成本。因此，就需要使沉積處理讓橫跨基片的導(dǎo)電材料8覆蓋層的數(shù)量最小，也要使基片表面上的不等的覆蓋層深度最小。
圖2A至2F顯示了另一種把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中的常規(guī)方法。圖2A顯示絕緣體(SiO2)層2，該層是以孔穴蝕刻的，并有屏障層4和種晶層6沉積在它上面，相似于圖1A所示的結(jié)構(gòu)。而且，絕緣體層2中的孔穴，通常是用反應(yīng)離子蝕刻方法蝕刻的。
圖2B顯示涂覆在種晶層6頂部上的光致抗蝕材料12。使用正光致抗蝕處理法，使用一個(gè)掩模(未顯示)，使紫外線僅僅施于形成于基片孔穴中的光致抗蝕材料12上。當(dāng)紫外線破壞光致抗蝕劑的分子結(jié)構(gòu)時(shí)，暴露于紫外線的光致抗蝕劑(孔穴中的光致抗蝕劑)被裂解。然后，用適當(dāng)?shù)娜芤夯蚍磻?yīng)離子蝕刻法，把裂解了的光致抗蝕劑從基片的孔穴中去除，使結(jié)構(gòu)如圖2C所示那樣。雖然這里說(shuō)明的是正光敏處理法，但也可采用負(fù)光致抗蝕處理法來(lái)形成圖2C所示結(jié)構(gòu)。
對(duì)于具有大的孔穴例如寬度大于2um的基片來(lái)說(shuō)，從孔穴中去除光致抗蝕劑，可能要求額外的步驟。例如，孔穴中的光致抗蝕材料12，可能與種晶層6互相作用，從而，使用溶液去除光致抗蝕材料12可能是不精確的。在此種情況下，在施用溶液使光致抗蝕劑溶解之后，基片就暴露在氧等離子體下了，以便從基片的孔穴中的種晶層6中灰化掉/剝離掉余留的光致抗蝕材料12。
當(dāng)把銅的種晶層暴露在氧等離子體下時(shí)，銅的氧化物、銅的硫化物，或者銅的氧化物-硫化物就可以在銅的種晶上形成，尤其是當(dāng)光致抗蝕材料中包含了載硫成分時(shí)更是如此。這些在銅的種晶層上形成的化合物，一般是抵抗導(dǎo)電材料的，且應(yīng)當(dāng)在任何導(dǎo)電材料在種晶層上沉積之前，把它們?nèi)コＲ虼?，可能就要求用第二種剝離方法來(lái)去除氧化物、硫化物或者氧化硫。
在許多具有亞微型部件的布線結(jié)構(gòu)中，孔穴中的銅種晶層可以沉積得厚度為15至1000A°。在其他情況下，尤其是當(dāng)部件的尺寸低于0.5um且縱橫比大于1.5時(shí)，孔穴中的銅種晶層可能很薄，甚至不連續(xù)。在這種情況下，在孔穴中的不連續(xù)種晶層上施加光致抗蝕材料可能導(dǎo)致部分的種晶層被光致抗蝕材料所消耗，從而導(dǎo)致基片有大量的缺陷。在圖2D中，以適當(dāng)?shù)碾婂兓蚧瘜W(xué)鍍?nèi)芤喊褜?dǎo)電材料8(即銅)沉積在孔穴中，同時(shí)，余下的光致抗蝕劑12防止導(dǎo)電材料8在基片的頂部表面上形成。當(dāng)導(dǎo)電材料8在孔穴中沉積之后，就用合適的溶液或反應(yīng)離子蝕刻法去除整個(gè)光致抗蝕劑，于是形成圖2E所示結(jié)構(gòu)。隨后，基片頂部表面上的那部分種晶層6及屏障層4，就被用常規(guī)的方法(例如化學(xué)機(jī)械拋光法、反應(yīng)離子蝕刻法，或者它們的合成法)來(lái)蝕刻或拋光，于是形成圖2F所示結(jié)構(gòu)。
使用可替換的常規(guī)方法，如圖2B所示基片頂部表面上的光致抗蝕材料12及種晶層6，就可以用化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備和磨粉漿去除掉。使用這種方法，有些磨料顆粒會(huì)陷在孔穴中，使磨粉漿機(jī)械附著在孔穴的側(cè)壁上。當(dāng)磨粉漿機(jī)械地附著在孔穴側(cè)壁上時(shí)，它們常常難以去除，從而導(dǎo)致當(dāng)導(dǎo)電材料沉積在孔穴中時(shí)基片會(huì)有各種各樣的缺陷。
上述用于制造芯片互連件及包裝件的各種常規(guī)方法，都要求有多個(gè)步驟和/或設(shè)備。在制造過(guò)程的這種階段所需的時(shí)間與努力，能被改進(jìn)與簡(jiǎn)化。相應(yīng)地，就需要有些方法，能以更為有效率且更為有效果的方式，把導(dǎo)電材料沉積在基片的孔穴中。本發(fā)明就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)所用各種方法的這些及其他缺點(diǎn)的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種方法，它用于在有選擇地從基片頂部表面去除種晶層之后，把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種方法，它用于使用襯墊型材料去除基片頂部表面上的種晶層，同時(shí)又防止從基片孔穴中去除種晶層。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種方法，它用于從基片頂部表面上去除種晶層，同時(shí)又把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種方法，它用于使橫跨基片上的導(dǎo)電材料覆蓋層減少或最小化，同時(shí)又把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種方法，它用于使橫跨基片上的不等的導(dǎo)電材料覆蓋層最小化，同時(shí)又把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種方法，它用于形成多層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有覆蓋著導(dǎo)電材料的孔穴。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種方法，它用于在基片頂部表面上形成一個(gè)氧化層之后，把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。
本發(fā)明公開的各種方法，以更為有效率且更節(jié)省時(shí)間的方式，把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。一種符合本發(fā)明的方法包括從基片頂部表面上選擇性地去除種晶層的一些部分，然后把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中，而該種晶層的一些部分余留在孔穴中。接在陽(yáng)極上的襯墊型材料，被用來(lái)從基片頂部表面上拋光種晶層。另一種方法包括在基片頂部表面上形成一個(gè)氧化層，從而使導(dǎo)電材料能夠沉積在孔穴中，而又不使該材料形成于基片頂部表面上。本發(fā)明還公開了用此處所述方法所形成的結(jié)構(gòu)。
圖7A至7C的橫截剖視圖，顯示符合本發(fā)明推薦實(shí)施例的又一種方法，它用于在基片孔穴中形成絕緣材料；圖8A至8F的橫截剖視圖，顯示符合本發(fā)明推薦實(shí)施例的又一種方法，它用于把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。
圖3A至3D的橫截剖視圖，顯示符合本發(fā)明的各種方法，它們用于制造芯片互連件及包裝件。換言之，圖3A至3D公開的各種方法，用于把一種材料，最好是導(dǎo)電材料/溶液，例如銅，沉積在基片孔穴中。在另一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電材料可沉積在孔穴中，同時(shí)，又選擇性地從基片頂部表面上去除種晶層。
圖3A至3D所示的各種方法，包括使用一種器械，把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中的步驟，該器械具有襯墊型材料附著在陽(yáng)極上。此種設(shè)備，在1999年8月13日登記的、名為“Method and Apparatus forDepositing and Controlling the Texture of A Thin Film”(《用于沉積與控制薄膜質(zhì)地的方法與器械》)的待定的美國(guó)專利系列第09/373681號(hào)中，有詳細(xì)說(shuō)明，該專利為本發(fā)明的代理人共同擁有，其內(nèi)容在此也特地一并作為參考。
圖3A顯示了絕緣體或SiO2層2，該層上沉積了屏障層或粘著層4以及種晶層6，情況相似于前面參照?qǐng)D1A與2A所說(shuō)明的。而且，在屏障層4及種晶層6沉積在其上面之前，SiO2層2的頂部表面就被型制/蝕刻了孔穴。雖然此處所呈現(xiàn)的SiO2用作了絕緣體層2，但要明白，通常用作絕緣體層的其他材料，也可以按照本發(fā)明來(lái)使用。
在圖3Bi中，帶有或不帶有磨料顆粒(未顯示)的多孔襯墊型材料20，被用于有選擇地從基片頂部表面(現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域)拋光種晶層6。附著在陽(yáng)極22上的襯墊型材料20，可以按圓形運(yùn)動(dòng)而被轉(zhuǎn)動(dòng)，并被振動(dòng)、從一側(cè)到一側(cè)地被移動(dòng)，或被豎直移動(dòng)，以及動(dòng)得與種晶層6相接觸。襯墊型材料20和陽(yáng)極22還包括出口通道21，該通道把導(dǎo)電材料/溶液引向基片。在推薦實(shí)施例中，在選擇性地去除種晶層6期間，陽(yáng)極22、襯墊型材料20以及基片，可以轉(zhuǎn)動(dòng)50至2000rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)，但最好是轉(zhuǎn)動(dòng)100至1200rpm。當(dāng)此種操作發(fā)生了2至60秒時(shí)，但最好是發(fā)生了5至25秒時(shí)，基片頂部表面上的種晶層6，就被拋光。
當(dāng)進(jìn)行此種接觸時(shí)，襯墊型材料21拋光余留在基片頂部表面上的種晶層6，而又不去除孔穴中的種晶層6。在這種去除步驟期間，襯墊型材料20在范圍可為0.05至5psi(磅/平方英寸)的壓力下，與種晶層6相接觸。另外，包含了例如銅的導(dǎo)電溶液，可以從襯墊型材料20的出口通道21中發(fā)散出來(lái)，且可以0.01至5gpm(加侖/分鐘)的量，但最好為0.05至3gpm的量，被施加于基片上。當(dāng)電動(dòng)勢(shì)施加于陽(yáng)極22與導(dǎo)電基片之間時(shí)，少量的導(dǎo)電薄膜14可以沉積在基片孔穴之內(nèi)，同時(shí)，襯墊型材料20就選擇性地從基片頂部表面上去除種晶層6以及導(dǎo)電溶液。在陽(yáng)極22與導(dǎo)電基片之間施加電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流的目的，是為了在拋光基片頂部表面期間，避免孔穴中的種晶層6溶解。在執(zhí)行此步驟期間，能以圓形運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，并從一側(cè)向另一側(cè)移動(dòng)或豎直移動(dòng)的基片支架(未顯示)，指導(dǎo)基片正確定位/移動(dòng)。
在一個(gè)可替換實(shí)施例中，導(dǎo)電(保護(hù)性的或犧牲性的)薄膜14可以在電解溶液中再溶解，以便在從現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域中去除導(dǎo)電薄膜的同時(shí)且在導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中之前，即刻保護(hù)原本的種晶層6。當(dāng)從現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域中去除種晶層6之后，可以使電極短時(shí)期(即2至10秒)去能，以便電解溶液溶解保護(hù)性的或犧牲性的薄膜14。另外，可以使基片即刻為陽(yáng)極的，以促進(jìn)從現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域去除種晶層的過(guò)程。
在選擇性地從基片頂部表面上去除種晶層6的過(guò)程中，0.05至15mA/cm2(毫安/平方厘米)的、但最好為0.1至10mA/cm2的電流密度，被施加于基片。此種電流密度范圍用以防止種晶層6在孔穴中溶解，并可使少量的導(dǎo)電薄膜14沉積在該種晶層上，如上文所述那樣。請(qǐng)注意，重要的是，在此過(guò)程中，基片頂部表面上的種晶層6被去除，而孔穴中的種晶層6卻余留著。余留在基片孔穴中的種晶層6，可以使導(dǎo)電材料更為有效率且更有效果地沉積，因?yàn)樵摲N晶層比起屏障層4來(lái)，對(duì)導(dǎo)電材料具有更低的阻抗。
當(dāng)從基片頂部表面上去除種晶層6之后，沉積電流密度可以被增大得用導(dǎo)電材料8填充孔穴，于是形成如圖3Ci所示結(jié)構(gòu)。由于余留在孔穴中的種晶層6所具有的阻抗小于基片頂部表面上的屏障層4，導(dǎo)電材料8就能沉積在基片孔穴中。結(jié)果，導(dǎo)電材料8沉積在孔穴中的種晶層6上，比沉積在基片頂部上的屏障層4上，更為有效率。換言之，導(dǎo)電材料8往往在基片孔穴中而非基片表面上的屏障層4上形成。導(dǎo)電薄膜14及余留在孔穴中的種晶層6，被包含在導(dǎo)電材料8中。
導(dǎo)電材料8能被使用陽(yáng)極22和襯墊型材料20經(jīng)由出口通道21而沉積在孔穴中。當(dāng)從基片頂部表面上拋光種晶層6之后，襯墊型材料20就能被定位得與基片頂部表面的間隔在1微米至2毫米之間。電流密度能被增大得使陽(yáng)極22和基片在5至250mA/cm2之間，但最好是在7至150mA/cm2之間，以便把導(dǎo)電材料8沉積在孔穴中。增大電流密度可使導(dǎo)電材料8以適時(shí)的方式填充基片孔穴。導(dǎo)電屏障層4被用于引導(dǎo)沉積電流。可替換的是，導(dǎo)電材料8能被沉積在孔穴中，同時(shí)，襯墊型材料20正與基片頂部表面相接觸。
在一個(gè)備選實(shí)施例中，當(dāng)選擇性地去除而非電解沉積種晶層6之后，如上所述，孔穴被用化學(xué)鍍或選擇性的金屬化學(xué)氣相沉積法而填充。在此種情況下，基片被傳送給化學(xué)鍍電鍍槽，且導(dǎo)電材料相應(yīng)地被沉積。
返回參看圖3Ci，當(dāng)導(dǎo)電材料8沉積在孔穴中之后，就可用常規(guī)的拋光法或反應(yīng)離子蝕刻法來(lái)去除屏障層4。當(dāng)選擇性地去除屏障層4并磨平/拋光基片頂部表面后，就形成圖3D所示結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)備選實(shí)施例中，并非如圖3Ci那樣沉積導(dǎo)電材料8，而是可以增加用于沉積導(dǎo)電材料的沉積時(shí)間，于是就形成如圖3Ciia所示結(jié)構(gòu)。圖3Ciia顯示的包裝結(jié)構(gòu)，具有導(dǎo)電材料16沉積在孔穴中。在包裝用途中，可采用電解沉積法、蒸餾法，或者其他已知的方法，把鉛鋅焊接合金或其他可焊接合金16沉積在孔穴中。在沉積步驟之后，就用反應(yīng)離子蝕刻法去除部分的屏障層4，以導(dǎo)電材料16作為掩模，形成圖3Ciib所示那樣的結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，在形成圖3A所示那樣的結(jié)構(gòu)之后，不同的導(dǎo)電材料層就能被沉積在基片孔穴中。
例如，圖3Biia至3Biid顯示了一種方法，它用于把一種或多種導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。在圖3Biia中，使用陽(yáng)極22和襯墊型材料20(見(jiàn)圖3Bi)，就使第一導(dǎo)電材料24在5至35mA/cm2的電流密度下，以高流平的電鍍?nèi)芤海练e在基片上達(dá)一段時(shí)間例如15至60秒，以便部分地填充在孔穴中。可替換的是，也可用化學(xué)鍍法或化學(xué)氣相沉積法部分地填充孔穴。
第一導(dǎo)電材料24一般被填充得達(dá)到基片上最寬孔穴的深度的10％至60％。種晶層6被包含在第一導(dǎo)電材料24中。當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電材料24沉積在基片上之后，基片頂部表面可以被磨平/拋光，產(chǎn)生如圖3Biib所示結(jié)構(gòu)。基片頂部表面可以用襯墊型材料20磨平。
可替換的是，基片能被傳送給化學(xué)機(jī)械拋光元件，以便拋光基片頂部表面。具有固定的磨料顆粒的化學(xué)機(jī)械拋光襯墊，以及施于它的拋光溶液，被用來(lái)拋光/摩擦基片3至60秒的時(shí)間，但最好是5至30秒。請(qǐng)注意，重要的是，在此過(guò)程中，屏障層4保留在基片上，且不被拋光。
當(dāng)拋光第一導(dǎo)電材料24的覆蓋層之后，第二導(dǎo)電材料26被沉積在第一導(dǎo)電材料24之上的孔穴中，如圖3Biic所示。第二導(dǎo)電材料26的沉積，可以用陽(yáng)極22和襯墊型材料20來(lái)執(zhí)行，或可替換為在另一個(gè)沉積池中，用化學(xué)鍍方法或化學(xué)氣相沉積法來(lái)執(zhí)行。例如，第一導(dǎo)電材料24可以用電解沉積法來(lái)沉積在基片上，而第二導(dǎo)電材料26則可以用化學(xué)鍍法或化學(xué)氣相沉積法來(lái)沉積。當(dāng)?shù)诙?dǎo)電材料26沉積在第一導(dǎo)電材料24上之后，就可用化學(xué)機(jī)械拋光法或反應(yīng)離子蝕刻法來(lái)磨平/拋光第二導(dǎo)電材料26，以形成如圖3Biid所示結(jié)構(gòu)。
以上參照?qǐng)D3Biia至3Biid所說(shuō)明的過(guò)程，顯示了一些步驟的結(jié)合用法，該用法可被執(zhí)行得以各種各樣的導(dǎo)電材料填充孔穴。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以執(zhí)行下述按先后順序的各個(gè)步驟(1)部分地把第一導(dǎo)電材料沉積在孔穴和現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域中；(2)從現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域拋光第一導(dǎo)電材料；(3)使基片退火；(4)選擇性地把第二導(dǎo)電材料沉積在孔穴中；以及(5)拋光/磨平基片?？商鎿Q的是，可以采用下列順序的各個(gè)步驟來(lái)沉積導(dǎo)電材料(1)部分地把第一導(dǎo)電材料沉積在孔穴和現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域中；(2)使基片退火；(3)從現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域拋光第一導(dǎo)電材料；(4)選擇性地把第二導(dǎo)電材料沉積在孔穴中；以及(5)拋光/磨平基片。以上各個(gè)步驟的結(jié)合用法，在本發(fā)明中也可實(shí)行。
更詳細(xì)地說(shuō)，第一與第二導(dǎo)電材料24、26，可以是同樣的或不同的材料。例如，第一導(dǎo)電材料可以是銅，而第二導(dǎo)電材料可以是銅錫合金、銅銦合金，或者其他適當(dāng)?shù)你~合金。最好第二導(dǎo)電材料26應(yīng)當(dāng)是強(qiáng)化抗腐蝕性并強(qiáng)化電磁性的，同時(shí)，它又具備優(yōu)良的粘著性，便于粘著在第一導(dǎo)電材料24上，且粘著在其他隨后沉積了的材料上，而該材料可以在它上面形成。另外，第二導(dǎo)電材料26可以具有類似于第一導(dǎo)電材料24的電阻抗，最好為第一導(dǎo)電材料24電阻抗的90％至200％。
當(dāng)?shù)谝慌c第二導(dǎo)電材料24、26是同一種材料時(shí)，它們之間明顯的邊界就不存在了。另一方面，當(dāng)?shù)谝慌c第二導(dǎo)電材料24、26不相同時(shí)，在執(zhí)行隨后的任何熱處理之前，它們之間有明顯的邊界。明顯的邊界層可以用得使第一與第二導(dǎo)電材料24、26之間的混雜受阻礙。例如，薄的粘著層或屏障層(例如α鉭、鉻層、銅、銅磷合金、鎢銅磷合金)，就可沉積在第一與第二導(dǎo)電材料24、26之間，以便不希望這兩種材料混雜時(shí)，防止這樣的混雜。在另外的實(shí)施例中，可以用此處所說(shuō)明的過(guò)程，在基片孔穴中形成兩種以上導(dǎo)電材料。
返回參看圖3A至3D所示各個(gè)方法，發(fā)明者們現(xiàn)在要公開一種新型的導(dǎo)電溶液(即導(dǎo)電材料8、16、24、26)，它適合用于電解沉積孔穴中的銅材料，同時(shí)從基片頂部表面上拋光該銅材料。使用這種溶液，導(dǎo)電材料例如銅就能沉積在基片孔穴中，同時(shí)，同樣的材料被從基片的現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域中拋光。該導(dǎo)電溶液，它可以是酸或堿，包括至少下列元素/化合物/來(lái)源(1)金屬離子的來(lái)源；(2)載流子源；(3)氯離子源；(4)高流平的電解液添加劑的來(lái)源；(5)金屬氧化劑；(6)鈍化劑；以及(7)表面活化劑。
首先，本發(fā)明的導(dǎo)電溶液，包括例如從硫酸鹽、硝酸鹽、焦磷酸鹽的來(lái)源濃縮的金屬離子(例如銅)。該金屬離子的濃度范圍是1/2至40g/L(克/升)，但最好是2至25g/L。
其次，導(dǎo)電溶液包括除了銅離子之外的載流子的來(lái)源，該來(lái)源可以包括有機(jī)/無(wú)機(jī)酸，以及例如硫酸、磷酸、醋酸、己酸、丙酸、丁酸、硫酸銨、氫氧化鉀、四甲基、氫氧化銨以及類似物。酸濃度的范圍，按體積計(jì)量為0.05％至18％，但最好按體積計(jì)量為0.2％至15％。
對(duì)于酸性電解液來(lái)說(shuō)，出于氯離子的第三種來(lái)源，無(wú)論是有機(jī)的或無(wú)機(jī)的，皆包括在本發(fā)明的導(dǎo)電溶液中。氯離子的濃度應(yīng)當(dāng)為2至180ppm，但最好為10至170ppm。對(duì)于鹼性電解液來(lái)說(shuō)，可以采用銨，約為0.5至3ml/L(毫升/升)。
導(dǎo)電材料中的第四種元素，是來(lái)源于高流平的電解液添加劑，以及它們的化合物。這些添加劑包括售賣的添加劑，例如Cubath MD、Cubath ML，以及Ethone-OML所產(chǎn)的Cubath SC補(bǔ)充物，和/或Ultra的填充添加劑A2001以及Shipley所產(chǎn)的S2001。其他可用的添加劑還有，例如Technic，Inc.所產(chǎn)的銅晶片添加劑200B和200C，各種各樣的巰基化合物如2巰基乙烷磺酸或鹽、2-巰基苯并噻唑、2-巰基-5-苯并咪唑磺酸或鹽，2-巰基苯并咪唑，巰基苯并三唑、酒石酸或酒石酸鹽。添加劑濃度應(yīng)當(dāng)為按體積計(jì)量的0.01％至4％，但最好為0.05％至3％。對(duì)于鹼性電解液來(lái)說(shuō)，可以用Alchem公司(AlchemCorporation)制造的Kupralume501和502添加劑。
導(dǎo)電材料的第五種元素/化合物，包括金屬氧化劑，例如有機(jī)的及無(wú)機(jī)的氧化劑。這些制劑可以包括無(wú)機(jī)的和有機(jī)的過(guò)氧化物、過(guò)硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫代硫酸鹽、硝基苯磺酸鹽，以及類似物體。從這個(gè)例子來(lái)看，重要的是氧化劑的任何成分，都不要有害地影響沉積了的材料。還可以使用有機(jī)過(guò)氧化物，例如butopronoxyl、叔丁基氫過(guò)氧化物、叔丁基過(guò)氧化物、亞硝酸異丁酯，等等。過(guò)氧化物(例如雙氧水)可以用少量的苯磺酸鹽(phenol sulfornate)或伯醇(即1，4-丁二醇)來(lái)使其穩(wěn)定。氧化劑的濃度可以為0.1至60g/L，但最好為0.2至40g/L。其他合適的氧化劑也可用于氧化還原作用。
導(dǎo)電材料的第六種元素/化合物，是一種制劑，它使銅或其他金屬材料鈍化或增強(qiáng)它們的鈍化。這些制劑可以包括苯并三唑，或苯并三唑與有機(jī)三唑的合成物，例如苯并三唑-1-乙腈、苯并三唑-5-羧酸、O-苯并三唑-1-基-N、N′、N′-雙(四亞甲基)脲鎓六氟磷酸鹽，以及它們的合成物。鈍化劑的濃度應(yīng)當(dāng)為0.0005M至0.1M，但最好為0.001M至0.2M。另外，上述高流平的添加劑及對(duì)應(yīng)的抑制劑，可以被用作鈍化劑。從這個(gè)例子來(lái)看，重要之處在于，對(duì)于化學(xué)機(jī)械拋光方法來(lái)說(shuō)，鈍化劑的濃度是足夠的，且低于使導(dǎo)電材料沉積所用的臨閾級(jí)。高于此臨閾級(jí)，就是氫而不是導(dǎo)電材料，能在陰極上沉積了。
除了鈍化劑之外，表面活性劑例如Duponol(Dupont Chem.)也可以使用，其中，表面活性劑的濃度為20至800ppm，但最好為40至600ppm。另外，一些戊糖例如木糖、樹膠醛醣等等，也可按0.05至10克/升的濃度作為去氧劑(oxygen scavenging)添加到被沉積的導(dǎo)電材料中。水也可以用來(lái)平衡此處所說(shuō)明的導(dǎo)電材料。
以上公開的此種導(dǎo)電溶液，可以使得在把所有或大多數(shù)沉積在基片現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域上的襯墊型材料去除的同時(shí)，把金屬沉積在基片孔穴之內(nèi)。此種用于磨平及拋光器械中的配方，使圖1B所示大量的金屬覆蓋層被消除或變得最小了。
在其他用途中，導(dǎo)電材料的均勻覆蓋層，通過(guò)控制圖3A所示結(jié)構(gòu)的沉積和拋光比率，就可變得合乎要求。例如，用襯墊型材料(即圖3Bi中的襯墊20)以及用磨平和拋光的電解液配方，就可使導(dǎo)電材料8的沉積和去除比率為10mA/cm2。因此，導(dǎo)電材料8就開始填充基片孔穴，同時(shí)，同樣的材料被從現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域上拋光。當(dāng)孔穴被填充了導(dǎo)電材料8時(shí)，沉積比率就微微增大得高于拋光比率，從而就能使導(dǎo)電材料的均勻覆蓋層沉積在基片上。沉積和拋光比率，能通過(guò)改變電流密度、轉(zhuǎn)動(dòng)比率、轉(zhuǎn)動(dòng)周期等等，來(lái)加以調(diào)節(jié)。例如，對(duì)于沉積均勻的導(dǎo)電材料覆蓋層來(lái)說(shuō)，電流密度的范圍在10至90秒的時(shí)間中，為5至30mA/cm2。
在略微高于10mA/cm2(例如10.5mA/cm2)的電流密度下進(jìn)行沉積，在整個(gè)基片頂部表面上就會(huì)形成薄薄的連續(xù)的均勻覆蓋層。覆蓋層的深度，可以為0.1至10000mA/cm2，甚至更高，這要依據(jù)所要求的結(jié)構(gòu)而定。因此，通過(guò)變動(dòng)沉積比率和/或拋光比率，就可獲得如圖3Biii所示的任何均勻的導(dǎo)電材料8的覆蓋層了。
可以理解，此處公開的各種方法，減少了處理步驟的數(shù)量，并簡(jiǎn)化了制造芯片互連件及包裝件的過(guò)程。種晶層的一些部分，被選擇性地從基片頂部表面上去除，同時(shí)，種晶層的另一些部分則余留在孔穴中。于是，就能把一種或幾種導(dǎo)電材料沉積在余留了種晶層的孔穴中。
如上所述，符合本發(fā)明的推薦方法，是選擇性地在一個(gè)空腔/單元中去除種晶層并把導(dǎo)電材料沉積在孔穴中。然而，另一種方法是用化學(xué)機(jī)械拋光器械及單元，來(lái)首先去除種晶層，然后把基片輸送給另一個(gè)不同的單元以便進(jìn)行沉積。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以用化學(xué)鍍把種晶層選擇性地從基片頂部表面上去除?；瘜W(xué)鍍?nèi)芤嚎梢栽谝r墊型材料中的通道之內(nèi)發(fā)散，該材料緊挨著一個(gè)陽(yáng)極和基片頂部表面。各個(gè)孔穴被選擇性地用導(dǎo)電材料填充，同時(shí)，種晶層被具有磨料顆粒的襯墊型材料從基片頂部表面上去除。
在這些過(guò)程中的主要條件之一，是種晶層的去除比率約比孔穴中導(dǎo)電材料的沉積比率快約2至100倍。因此，在化學(xué)鍍和電解沉積的情況下，當(dāng)種晶層被從基片頂部表面上去除之后，基片就可被移動(dòng)得離開襯墊型材料，在那兒執(zhí)行沉積過(guò)程，或可替代的是，在使基片頂部表面與襯墊型材料保持實(shí)際接觸的同時(shí)，進(jìn)行沉積。
在其他實(shí)施例中，種晶層從基片頂部表面上的去除比率，可以與導(dǎo)電材料在基片孔穴中的沉積比率相同。在這種情況下，在把頂部表面上的種晶層去除的同時(shí)，就可把導(dǎo)電材料沉積在孔穴中。
在又一個(gè)實(shí)施例中，在選擇性地從基片頂部表面上去除種晶層的同時(shí)，可以把初始的合金層沉積在基片孔穴中。例如，在選擇性地從基片頂部表面上去除種晶層的初始階段(見(jiàn)圖3B)，可以把電解溶液例如合金材料沉積在孔穴中的種晶層上，以形成初始的薄的合金層。在導(dǎo)電材料為銅的情況下，就可采用含有銦、鎘、錫的薄合金膜，以及類似物。
當(dāng)選擇性地去除種晶層，并把薄的合金層(圖3B中標(biāo)號(hào)14所示)沉積在孔穴中之后，基片和/或陽(yáng)極被去能，從而基片就可以被噴洗漂清。當(dāng)漂清基片之后，基片中的孔穴，就可選擇性地用適當(dāng)?shù)膩?lái)源例如化學(xué)鍍或電鍍槽的銅來(lái)填充。
對(duì)于最適宜的互連件的性能來(lái)說(shuō)，最好是通過(guò)使沉積了的銅退火來(lái)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。退火可以在室溫下進(jìn)行一天或更長(zhǎng)的時(shí)間，或者在合適的爐子或管式爐中更快地退火15秒至2小時(shí)。退火溫度可在60°至450℃的溫度下在惰性環(huán)境中進(jìn)行，例如在氮包圍的即還原環(huán)境(reducing ambient)中進(jìn)行，甚至在真空室中進(jìn)行。
孔穴中的薄的合金層，被用于增強(qiáng)芯片互連件的機(jī)械、腐蝕以及電移性能。該合金層與孔穴中沉積了的導(dǎo)電材料相混雜，從而，一旦使基片退火，合金材料就會(huì)增強(qiáng)芯片互連件的結(jié)構(gòu)性能。
圖4A至4E的橫截剖視圖顯示一種方法，該方法用于形成符合本發(fā)明推薦實(shí)施例的一種多層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有覆蓋了的導(dǎo)電材料。如圖3Ci所示被填充了的孔穴，可以用合適的屏障材料而選擇性地蓋住。例如，覆蓋層32例如銅磷合金、鎳磷合金、鎢銅磷合金(CoP、NiP、WCoP)，或者它們的組合，能使用已知方法而在銅材料8上形成，于是形成如圖4A所示結(jié)構(gòu)。覆蓋層32防止導(dǎo)電材料氧化，起到屏障層的作用，并增強(qiáng)粘著性。
當(dāng)覆蓋層32在導(dǎo)電材料8的頂部上形成之后，形成于基片頂部表面上的屏障層4，就可如圖4B所示，被用反應(yīng)離子蝕刻法去除。當(dāng)把屏障層4從基片頂部表面上去除后，第一絕緣體材料2的一些部分，也可用反應(yīng)離子蝕刻法去除，于是形成圖4C所示結(jié)構(gòu)。例如，在第一絕緣體材料為二氧化硅(SiO2)的情況下，孔穴的深度可以為0.3至2.5um。所去除的第一絕緣體材料2的量，可以為孔穴深度的10％至20％，但最好在30％至95％之間。有足夠的絕緣體材料2余留下來(lái)，以便支承幾乎是不附屬的孔穴。
接著，就可以用化學(xué)氣相沉積法或旋轉(zhuǎn)法(spin-on process)，把第二絕緣體材料30沉積在圖4C所示基片上，以形成圖4D所示結(jié)構(gòu)。第二絕緣體材料30于是被磨平/蝕刻，以便暴露出覆蓋層32，如圖4Ei所示那樣。第二絕緣體材料30可以是低的或高的絕緣體材料。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如圖4D所示的第二絕緣體材料30，可以用平版印刷法成型。于是就能用反應(yīng)離子蝕刻法把絕緣體材料30蝕刻成另外的一些孔穴。當(dāng)屏障層和種晶層沉積在第二絕緣體材料30上之后，種晶層又被從第二絕緣體材料30的頂部表面上去除，且第二導(dǎo)電材料28被沉積在第二絕緣體材料30的孔穴中，于是形成如圖4Eii所示結(jié)構(gòu)。
圖5A至5F的橫截剖視圖，顯示了另一種方法，它用于形成符合本發(fā)明推薦實(shí)施例的多層結(jié)構(gòu)。以化學(xué)氣相沉積法、化學(xué)鍍法或電解沉積法進(jìn)行的透過(guò)掩模(through-mask)沉積法，可用來(lái)把第二導(dǎo)電材料沉積在第一導(dǎo)電材料上面。圖5A顯示了圖3D所示結(jié)構(gòu)。
圖5B顯示了光阻材料50，它被涂覆在了基片上，其中，光阻材料50的一些部分被去除得使第二導(dǎo)電材料可以被沉積在第一導(dǎo)電材料上面。第二導(dǎo)電材料58就沉積在如圖5C所示的去除了那部分光阻材料50之處。第一與第二導(dǎo)電層，可以是同樣的或不同的材料的。光阻材料50以及那部分屏障層4，被用常規(guī)方法去除，于是形成如圖5D所示結(jié)構(gòu)。第二導(dǎo)電材料58保持為不附屬的。
接著，在把那部分屏障層4及第一絕緣體層2去除之前，用化學(xué)鍍沉積法選擇性地覆蓋第二導(dǎo)電材料58。在此情況下，那部分屏障層4可以如上文所述那樣，連同那部分絕緣體層2一起去除，以便形成如圖5E所示結(jié)構(gòu)。覆蓋層60以低的或高的絕緣體材料涂覆如圖5E所示那個(gè)新結(jié)構(gòu)。然后，第二絕緣體層70就可以形成并被磨平，以形成圖5F所示結(jié)構(gòu)。
圖6A至6C顯示了另一種方法，它用于把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中，但不把同樣的材料沉積在基片頂部表面上。這僅僅使基片頂部表面隔離就辦到了。例如，圖6A所示結(jié)構(gòu)，顯示了沉積在屏障層4上面的二氧化硅層2。屏障層4可以是眾所周知的材料，例如鉭、鎢，或者上文所述的氮化鉭(TaN)。這些材料是用以形成均勻的表面氧化層的已知材料，它們可用陽(yáng)極化電鍍法電解形成。
使用陽(yáng)極化電鍍技術(shù)，把添加的材料蘸于電解溶液中，并對(duì)該材料施以與陰極有關(guān)的正電壓，該陰極也與電解溶液相接觸。表面氧化層在陽(yáng)極化了的材料上形成，且表面氧化層的厚度依電解溶液以及所施電壓的性質(zhì)而定。一般來(lái)說(shuō)，較高的陽(yáng)極化電壓會(huì)導(dǎo)致較厚的表面氧化層薄膜。在圖6B中，陽(yáng)極化之后，薄薄的氧化層66僅在基片頂部表面上的屏障層4上面形成。一旦薄薄的氧化層66形成了，就可以用導(dǎo)電材料例如銅來(lái)電鍍而填充在孔穴中，而不讓導(dǎo)電材料在氧化層66上形成，從而形成如圖6C所示結(jié)構(gòu)。由于氧化層66對(duì)導(dǎo)電材料有很高的阻抗，就形成了圖6C所示結(jié)構(gòu)，且因此導(dǎo)電材料就在基片孔穴中形成。
返回參看圖6B，陽(yáng)極化應(yīng)當(dāng)執(zhí)行得使某種可評(píng)估的屏障層4直接余留在氧化層66下面。這是重要的一點(diǎn)，因?yàn)槿绻许敳勘砻嫔系钠琳蠈?都被氧化了，那么，把導(dǎo)電材料68電鍍進(jìn)孔穴中就不能進(jìn)行，因?yàn)闆](méi)有電流穿過(guò)完全氧化了的表面上的各層。
在另一個(gè)實(shí)施例中，薄薄的種晶層(未顯示)可以在圖6A所示結(jié)構(gòu)中的屏障層4的上方形成。在此情況下，基片頂部表面上的種晶層在陽(yáng)極化期間會(huì)被溶解，且屏障層4會(huì)氧化，從而形成氧化層66。種晶層的一些部分則余留在屏障層上方的孔穴中。
為了制造圖6C所示結(jié)構(gòu)，圖6A所示孔穴就需要在陽(yáng)極化期間電絕緣。否則陽(yáng)極化就會(huì)影響整個(gè)基片，包括孔穴和頂部表面?？梢愿鞣N方式來(lái)達(dá)到絕緣。例如，假如孔穴又窄又深，就可以使基片降低而進(jìn)入陽(yáng)極化的電解溶液中而使孔穴面朝下方。被吸陷在孔穴中的氣體/空氣能避免電解溶液進(jìn)入孔穴中，并因此能起到絕緣器的作用。
可替換的是，在把基片頂部表面暴露在陽(yáng)極化的電解溶液下之前，可以把絕緣材料填充在孔穴中。例如，圖7A顯示了一個(gè)其中裝有電解溶液70的液體室74。在圖7B中，絕緣溶液72，其重量比陽(yáng)極化電解溶液70輕，且它未與電解溶液70混合，被放置在液體室74中的陽(yáng)極化電解溶液70的頂上。在圖7C中，液體室74被升高了，使得基片頂部表面(有孔穴開口末端的那一側(cè))首先與絕緣溶液72相接觸。用這種技術(shù)，當(dāng)液體室74升高時(shí)，孔穴首先就被絕緣溶液72所填充。當(dāng)液體室74進(jìn)一步升高時(shí)，基片的其余頂部表面(在孔穴外面的那一部分)就由于基片頂部表面與電解溶液70相接觸而被陽(yáng)極化了。所以，當(dāng)在基片頂部表面上進(jìn)行陽(yáng)極化時(shí)，孔穴外面那部分屏障層4就會(huì)形成氧化層?？籽ㄖ械慕^緣溶液72則防止氧化層在孔穴中形成。
應(yīng)當(dāng)注意，圖7A至7C所述的方法，也能用來(lái)從基片頂部表面上去除種晶層。在此情況下，在原本的基片上就會(huì)有屏障層和種晶層。陽(yáng)極化電解溶液70，可以用蝕刻電解溶液來(lái)替代，后一種溶液會(huì)與基片頂部表面上的種晶層相接觸，并會(huì)化學(xué)蝕刻種晶層。然而，孔穴內(nèi)的種晶層會(huì)受到絕緣溶液72的保護(hù)。一旦頂部表面上的種晶層被蝕刻掉，就可從液體室中取走基片了?？蓮目籽ㄖ腥コ^緣溶液72，以便接著使導(dǎo)電材料能被沉積在基片孔穴中。
圖8A至8F顯示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，它用于把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。圖8A顯示沉積在屏障層4和種晶層6上面的絕緣層2，這相似于圖3A所示結(jié)構(gòu)。
在圖8B中，犧牲層或保護(hù)層84，例如它為鉻(Cr)的，被以25至1000A°的厚度沉積在種晶層6上面。隨后，由二氧化硅制成的硬的平滑層86，它與用紫外輻射處理過(guò)的環(huán)氧樹脂交聯(lián)，被涂覆在鉻層84上，于是形成圖8C所示結(jié)構(gòu)。
在圖8D中，基片頂部表面接著被用例如磨粉漿襯墊或溶液磨平，從而去除硬的平滑層86、鉻層84以及處在現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域的種晶層6?；籽ㄖ械挠驳钠交瑢?6被用例如稀釋的氟化氫去除，于是形成圖8E所示結(jié)構(gòu)?？籽▋?nèi)余留著的鉻層，可用專業(yè)界所知的適當(dāng)溶液剝離掉。隨后，就通過(guò)電鍍、化學(xué)鍍，以及類似方法，把導(dǎo)電材料88沉積在基片孔穴中。
除了用銅及其合金作為導(dǎo)電材料之外，其他導(dǎo)電材料例如鋁、鐵、鎳、鉻、銦、鉛、錫、鉛錫合金、無(wú)鉛可焊接合金、銀、鋅、鎘、鈦、鎢、鉬、釕、金、鈀(paladium)、鈷、銠(rhondium)、鉑，它們相應(yīng)的合金，以及上述材料與氧、氮、氫及硫的化合物，在本發(fā)明中均可采用。
在以上說(shuō)明中，對(duì)許多特定細(xì)節(jié)做了說(shuō)明，例如特定的材料、結(jié)構(gòu)、化學(xué)物品、過(guò)程等等，以便于徹底理解本發(fā)明。然而，普通的專業(yè)人員都明白，不憑借特地說(shuō)明的細(xì)節(jié)，本發(fā)明也能實(shí)行。
雖然在上文中詳細(xì)說(shuō)明了各個(gè)推薦實(shí)施例，但專業(yè)人員都會(huì)明白，只要不在實(shí)質(zhì)上背離本發(fā)明的新穎原理和優(yōu)點(diǎn)，就可以對(duì)示范實(shí)施例，做許多改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種用于把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中的方法，該基片上形成了屏障層和種晶層，該方法包括下列步驟用襯墊材料從基片頂部表面上去除種晶層的某些部分，同時(shí)防止從基片孔穴中去除其他一些部分的種晶層；在去除種晶層的某些部分之后，暴露基片頂部表面上的某些部分的屏障層；以及把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中的種晶層上面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于從基片頂部表面上去除種晶層的某些部分的步驟包括用具有磨料顆粒的襯墊材料拋光某些部分的種晶層的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于拋光步驟包括順著環(huán)形方向以每分鐘50至2000轉(zhuǎn)的速率轉(zhuǎn)動(dòng)襯墊材料或基片2至60秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于拋光步驟包括順著環(huán)形方向以每分鐘100至1200轉(zhuǎn)的速率轉(zhuǎn)動(dòng)襯墊材料或基片5至25秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于拋光步驟包括以每分鐘0.05至5磅的壓力用襯墊材料與基片頂部表面上某些部分的種晶層相接觸這個(gè)步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于基片包括絕緣層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于絕緣層包括二氧化硅層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于導(dǎo)電材料包括鋁、鐵、鎳、鉻、銦、鉛、錫、鉛錫合金、無(wú)鉛可焊接合金、銀、鋅、鎘、鈦、鎢、鉬、釕中的一種，及它們的組合。
9.一種用于把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中的方法，該基片上形成了屏障層和種晶層，該方法包括下列步驟(1)用襯墊材料選擇性地從基片頂部表面上去除種晶層的一些部分，同時(shí)，把第一導(dǎo)電材料施加在基片孔穴中的種晶層上；(2)在選擇性地去除種晶層的一些部分之后，暴露基片頂部表面上屏障層的一些部分；以及(3)把第二導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟(1)還包括下列步驟用連接在襯墊材料上的陽(yáng)極，拋光種晶層的一些部分；以及在陽(yáng)極與基片之間應(yīng)用第一電流密度，以便使第一導(dǎo)電材料從襯墊材料流向基片孔穴。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于步驟(3)還包括這樣的步驟，即在陽(yáng)極與基片之間應(yīng)用第二電流密度，以便使第二導(dǎo)電材料從襯墊材料流向基片孔穴。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于第一電流密度包括0.05至10mA/cm2。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于第一導(dǎo)電材料以每分鐘0.1至5加侖的流率流動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于第二電流密度包括5至250mA/cm2。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于第一導(dǎo)電材料與第二導(dǎo)電材料由同樣材料組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于第一導(dǎo)電材料由鉻組成，第二導(dǎo)電材料由銅組成。
17.一種方法，它用于把多種導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中，該基片上形成了屏障層和種晶層，該方法包括下列步驟(3)把第一導(dǎo)電材料部分地沉積在基片的孔穴中及現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域上；(4)從基片的現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域中去除第一導(dǎo)電材料；以及(5)把第二導(dǎo)電材料沉積在孔穴中的第一導(dǎo)電材料上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于第一導(dǎo)電材料由銅組成，而第二導(dǎo)電材料由銅錫合金與銅銦合金中的一種合金組成。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于第一導(dǎo)電材料被用電解沉積法沉積，而第二導(dǎo)電材料則用化學(xué)鍍沉積法、電解沉積法以及化學(xué)氣相沉積法中的一種方法沉積。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括這樣的步驟，即把邊界層沉積在第一導(dǎo)電材料與第二導(dǎo)電材料之間，使得第一導(dǎo)電材料與第二導(dǎo)電材料不相混雜。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于邊界層由α鉭、鉻、銅磷合金、鎢銅磷合金中的一種組成。
22.一種方法，它用導(dǎo)電材料在基片上形成均勻的覆蓋導(dǎo)電層，該基片上形成了屏障層和種晶層，該方法包括下列步驟(1)把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中，同時(shí)，用連接在陽(yáng)極上的襯墊材料從現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域中拋光導(dǎo)電材料，其中的沉積比率與拋光比率基本上相同；(2)當(dāng)孔穴中完全填充了導(dǎo)電材料后，加大對(duì)應(yīng)于拋光比率的沉積比率；以及(3)在基片上形成均勻的覆蓋導(dǎo)電層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于步驟(1)包括以10mA/cm2至10.5mA/cm2的電流密度把導(dǎo)電材料沉積在陽(yáng)極與基片之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于均勻的覆蓋導(dǎo)電層范圍為0.1至10000A°。
25.一種方法，它用于把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中，該基片上形成了屏障層和種晶層，該方法包括下列步驟在位于基片頂部表面上的某些部分的屏障層上形成氧化層，同時(shí)防止氧化層形成于位于基片孔穴中的另一些部分的屏障層上；把導(dǎo)電材料沉積在整個(gè)基片上，該導(dǎo)電材料主要形成于基片孔穴中。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于在某些部分的屏障層上形成氧化層的步驟，包括使基片頂部表面上的屏障層陽(yáng)極化這樣的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于防止氧化層形成于位于基片孔穴中那部分屏障層上的步驟，包括在孔穴中的屏障層上形成絕緣層這樣的步驟。
28.一種用于把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中的方法，該基片上形成了屏障層和種晶層，該方法包括下列步驟把鉻層沉積在種晶層上方；把二氧化硅層沉積在鉻層上方；從現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域中去除二氧化硅層、鉻層以及種晶層，同時(shí)防止從基片孔穴中去除二氧化硅層和鉻層；用稀釋的氟化氫溶液從孔穴中去除二氧化硅層；以及把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。
29.一種電解溶液，它用于把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中，同時(shí)防止導(dǎo)電材料形成于基片的現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域上，該溶液包括金屬離子的來(lái)源、載流子源、氯離子源、流平添加劑源、金屬氧化劑、鈍化劑，以及表面活化劑。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于金屬離子的濃度為1/2至40g/L，酸的濃度按體積計(jì)量為0.05％至18％，氯離子的濃度為2至180ppm，流平添加劑的濃度為0.1至60g/L，鈍化劑的濃度為0.0005至0.1M，以及表面活化劑的濃度為20至800ppm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，它用于制造高性能的芯片互連件及包裝件，它通過(guò)提供下述方法，以更為有效率且節(jié)省時(shí)間的方式，把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中。它的實(shí)現(xiàn)，在于選擇性地從基片頂部表面上去除種晶層的一些部分，且接著把導(dǎo)電材料沉積在基片孔穴中，在該孔穴中余留著種晶層的一些部分。另一種方法則包括，在基片頂部表面上形成氧化層，使得導(dǎo)電材料不形成于基片頂部表面上地沉積在孔穴中。本發(fā)明還公開了形成多層級(jí)互連件以及對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的方法。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1433572SQ00818901
公開日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2000年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月17日
發(fā)明者西普利亞·E·烏鄒, 哈默云·塔里, 布倫特·巴紹爾 申請(qǐng)人:納托爾公司