專利名稱：選擇性金屬敷鍍形成的布線圖案的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總地來說涉及導電側壁布線，其以下述方法形成，在該方 法中金屬離子被附著于側壁，然后被還原以形成種子材料。然后對該
結構進行修整并且種子材料被敷鍍(plate)以在側壁上形成布線。
背景技術：
因為集成電路尺寸減小，連接有源和無源器件的布線也必須減小 尺寸。這使得現(xiàn)有的布線更為昂貴并且電阻更大。形成較小尺寸的布 線的一種方法涉及沿絕緣心軸(insulating mandrel)的側壁形成導電 材料。該結構有時被稱為導電側壁間隔物(conductive sidewall spacer)。如果該心軸被形成為可達到的最小光刻尺寸，則沿著該結 構形成的側壁布線實際上比以光刻方式形成的側壁布線小。側壁間隔 物的詳細討論可以參見美國專利5331116、 5593920和6127257，這些 專利在此處被引用參考。

發(fā)明內(nèi)容
此處的一個實施例包括一種形成導電側壁布線的方法.該方法形 成結構(心軸)的圖案并且激活這些結構的側壁。接著，金屬離子被 附著于該結構的側壁上并且該金屬離子被還原以形成種子材料。接著 對該結構進行修整并且種子材料被敷鍍以在該結構的側壁上形成布 線。
激活這些結構的側壁的過程包括將NH3等離子體、02等離子體 等，或者TEOS或者胺蒸氣/溶液施加到該結構的側壁上。附著金屬離 子的過程包括將金屬化合物的水溶液施加于該結構的側壁上，該金屬 化合物例如金屬硝酸鹽等。還原金屬離子的過程包括將H2蒸氣或者肼
溶液施加到金屬離子上。在形成種子材料之前，也可以在結構上形成
蓋(cap)。另外，修整過程修整在心軸的側壁周圍形成的種子材料環(huán)。 這樣生成布線結構，該布線結構在結構的側壁上具有種子材料， 并且在結構的種子材料和側壁上具有敷鍍金屬的布線。因此，該敷鍍 金屬的布線包括多個金屬層，這些金屬層沿垂直側表面非對稱。該側 壁在被NH3等離子體、02等離子體，或者TEOS或者胺蒸氣/溶液激 活之后，具有氨基和羧酸的官能度之一。心軸結構可以包括有機聚合 物，例如光致抗蝕劑等。
當與具體實施方式
和附圖結合考慮的時候，本發(fā)明的這些和其他 方面和目的可以更好地加以理解。然而可以理解，盡管下述具體實施 方式表明本發(fā)明的實施例以及其中許多具體的細節(jié)，但是其是以示例 的方式給出，而不是以限制的方式給出。在不脫離本發(fā)明的精神的前 提下，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以做出許多改變和變化，并且本發(fā)明包括 所有該變化。


參考附圖，本發(fā)明可以在下述具體實施方式
部分得到更好的理 解，其中
附圖l是部分完成的布線結構的示例性截面附圖2是部分完成的布線結構的示例性截面附圖3是部分完成的布線結構的示例性截面附圖4是部分完成的布線結構的示例性頂視附圖5是部分完成的布線結構的示例性頂視附圖6A和6B是部分完成的布線結構的示例性頂視附圖7是部分完成的布線結構的示例性頂視附圖8是部分完成的布線結構的示例性截面附圖9是根據(jù)一個實施例的部分完成的布線結構的示例性截面
附圖10是根據(jù)一個實施例的部分完成的布線結構的示例性截面
附圖ii是根據(jù)另一個實施例的部分完成的布線結構的示例性截
面附圖12是根據(jù)另一個實施例的部分完成的布線結構的示例性截
面附圖13是根據(jù)另一個實施例的部分完成的布線結構的示例性截
面附圖14是;f艮據(jù)另一個實施例的部分完成的布線結構的示例性截
面附圖15是根據(jù)另外一個實施例的部分完成的布線結構的示例性 截面附圖16是^f艮據(jù)另外一個實施例的部分完成的布線結構的示例性 截面附圖17是根據(jù)另外一個實施例的部分完成的布線結構的示例性 截面附圖18是根據(jù)另外一個實施例的部分完成的布線結構的示例性 截面附圖19是根據(jù)另外一個實施例的部分完成的布線結構的示例性 截面附圖20是才艮據(jù)另外一個實施例的部分完成的布線結構的示例性 截面附圖21是根據(jù)另外一個實施例的部分完成的布線結構的示例性 截面附圖22是根據(jù)另外一個具體實施例的部分完成的布線結構的示 例性截面圖。
具體實施例方式
如上所述，導電側壁間隔物可以被應用為極其密集的布線和電容 結構的導電板。然而，制造導電側壁間隔物的現(xiàn)有方法具有形成具有
高寬高比的結構的困難。另外，有時難以控制側壁間隔物實際形成的 位置，其會導致斷路或者短路。因此，開發(fā)出下述方法，以產(chǎn)生具有 非常高的寬高比并且易于界定導電側壁形成的位置的結構。
更為具體地，如附圖l的截面圖所示，該方法開始于在任何形式
的村底10上形成心軸材料12，該心軸材料例如包括氧化物、玻璃、 聚合物、有機物等的任何常見的絕緣體，該襯底IO例如硅晶片或者非 硅晶片等等。接著，如附圖2的截面圖所示，本發(fā)明在心軸材料12 上形成可選的蓋22的圖案，例如氮化硅或者類似材料。更為具體地， 蓋材料22可以沉積在整個心軸材料12上，并且接著可以在蓋材料22 上形成單獨的光致抗蝕劑掩模24的圖案。從公知技術中可以得知，光 致抗蝕劑掩?？梢越又槐┕?，顯影等等。接著，使用光致抗蝕劑掩 模24，通過反應性離子刻蝕(RIE)形成蓋材料22的圖案。接著，可 利用定向RIE將心軸材料12圖案化為絕緣心軸20。
接著，如附圖2的箭頭26所示，本發(fā)明通過將NH3等離子體、 02等離子體或者TEOS (原珪酸四乙酯，Si(OC2H5)4)或者胺蒸氣/溶 液施加到該結構的側壁上，來激活該結構的側壁。激活側壁的過程調(diào) 節(jié)心軸材料20,以向其提供有機氨基、羧酸、羥基等等的官能度。因 此，除了激活上述等離子體、蒸氣或者溶液，向側壁提供有機氨基、 羧酸等官能度的任何處理都可以用于本發(fā)明。
舉例而言，通過等離子CVD方法對順丁烯二酸酐聚合物(maleic anhydride polymer)進行沉積之后，用枝狀胺(dendritic amine)進 行激活。如果期望，胺激活可以在修整步驟之后執(zhí)行，以避免修整掩 模和胺材料之間的相互作用。等離子聚合順丁烯二酸酐是非選擇性的， 并且將沉積在襯底的所有表面上。其可以由氧RIE刻蝕，以將材料從 水平表面移除，在心軸的側壁上留有聚合物材料的薄間隔物。胺枝狀 物可以被用作曱醇溶液(聚酰胺胺，10%w/v曱醇溶液)然后進行甲 醇清洗?？商鎿Q地，可溶順丁烯二酸酐聚合物或者共聚物可以被旋涂 并且被輕烘焙(soft-bake)，并且被直接用作心軸材料，在蝕刻和顯 影之后由胺溶液激活?？商鎿Q地，包含反應成分的抗蝕劑可以按圖形
被暴光并且顯影，其后由胺激活，該反應成分例如是順丁烯二酸酐聚
合物或者共聚物。可以采用氧氣或者氬氣RIE將胺材料從抗蝕劑圖形 的水平表面移除，使得抗蝕劑的側壁胺官能化.
在另一種方法中，氨等離子體可以被用于胺化心軸表面。氧氣或 者氬氣RIE可以被用于在金屬沉積之前清洗水平表面。如果期望的話， 氫倍半硅氧烷材料可以被用于形成心軸，并且可以在半導體裝置中留 下作為電介質材料的一部分。有機心軸也可以用于該方法。
在另一種方法中，等離子體聚合化乙醛、乙酸或者二胺基乙烷， 或者類似材料可以沉積于心軸表面上。氬氣或者氧氣RIE可以用于從 水平表面移除該材料，在心軸的側壁上留下薄的聚合物間隔物。保留 在心軸側壁上的醛、羧酸或者胺官能度可以被用于將金屬離子種子層 材料固定在心軸的側面。
在另一種方法中，心軸自身包括一種材料，該材料包含活性胺或 者羧酸脂類作為該材料的一部分，或者作為聚合物基體的添加物或者 作為聚合物本身的組分。
在形成蓋材料22的圖案之后，光致抗蝕劑24在所有點被移除， 如附圖3的截面圖所示。接著，如附困3所示，將金屬離子附著于結 構20的側壁上，并且所述金屬離子被還原以形成金屬種子材料40， 所述金屬離子例如把、鉑、Ni、 Rh、 Ru、 Co、 Ag、 Cu、 Pt離子(可 以被用于將銅的二價離子還原為銅金屬等等)。附著金屬離子的過程 包括將金屬化合物的水溶液施加于該結構的側壁上，所述金屬化合物 例如是金屬硝酸鹽、氯化物、溴化物、氟化物、硫酸鹽、磺酸鹽、磷 酸鹽、四氟硼酸鹽、六氟硫酸鹽(hexafluorosulfate)、乙酰丙酮酸鹽 或者類似材料等等。有機金屬試劑也可以以氣態(tài)或者在溶液中使用， 例如(甲基環(huán)戊二烯基)三甲基鉑或者羰基化合物，該羰基化合物例 如是羰基鎳(Ni(CO)4)，羰基鎳在周圍環(huán)境中處于氣態(tài)。
還原金屬離子的過程包括根據(jù)所要還原的金屬，在環(huán)境溫度到 400C的溫度下，施加氫氣或者混有氬氣或者其他惰性氣體的氬氣，所 述其他惰性氣體例如He、 Ne、 N2。肼或者烷基肼也可以用作溶液中
對金屬離子的還原劑。附圖4從頂視方向示出了與附圖3相同的結構。
如附圖5-6B的頂視圖所示，接著對心軸20接著進行修整。更 為具體地，形成掩模50 (例如光致抗蝕劑或者硬掩模)，如附圖5所 示。接著，如附圖6A所示，使用掩模50，使用任何公知的材料移除 過程，對心軸20的端部(以及種子材料40)進行修整，該材料移除 過程例如是濕刻蝕或者干刻蝕、化學清洗等。可替換地，如附圖6B 所示，可以通過選擇性的刻蝕或化學清洗過程使得心軸20留下而通過 而移除種子材料40的非受保護區(qū)域。該過程選擇性地將在心軸20的 側壁周圍形成的種子材料40的環(huán)修整為單獨長度的種子材料，其將在 下面的敷鍍過程中加以使用以形成單獨的直的導電側壁敷鍍結構。
更為具體地，如附圖7的頂視圖和附圖8的截面圖所示，種子材 料被敷鍍導電材料70 (例如銅、鈀、鉑等)以在該結構的側壁上形成 布線。該敷鍍過程可以包括任何公知的基于電或者與非基于電的敷鍍 過程，并且能夠與易于敷鍍到種子材料40上的任何類型的金屬一起使 用。本領域技術人員在公開內(nèi)容的基礎上可以得知，種子材料40被選 擇為與被敷鍍到種子材料40上的材料70相容，并且易于敷鍍到一起 的任何類型的導電材料可以用于本發(fā)明。因此，本發(fā)明并不限于上而 所討論的材料，上述材料僅僅用于示例。布線包括種子材料40和敷鍍 材料70的剩余物，二者都是導電性的(鍍層導體)。
接著，如附圖9所示，選擇性材料移除過程例如刻蝕或者化學清 洗等被用于移除蓋22和心軸20，使得敷鍍的布線70和種子材料40 保持獨立，接著，如附圖IO所示，整個結構由絕緣體100覆蓋，該絕 緣體例如二氧化硅、氟化二氧化硅或者其他公知的低K電介質薄膜， 以及TaN、 TiN、 Ta、 WN，其可以如附圖10所示被平面化。其生成 最終的布線結構，該布線結構具有由絕緣體100分開的種子材料40 和種子材料40上的敷鍍的布線70。該敷鍍的布線因此包括多個金屬 層(40， 70)，該金屬層在垂直方向上不對稱。
另一個實施例在附圖11-14中示出，開始于附圖8所示的結構 但是在此之后使用不同的處理步驟。更為具體地，如附圖ll所示，例
如任何上述絕緣體的絕緣體110被沉積在該結構之上。該結構如附圖 12所示被平面化，其中移除了蓋22。接著，如附圖13所示，使用任 何公知的選擇性移除過程，移除種子材料40和敷鍍的布線70，以留 下絕緣材料20、 IIO之間的開口 130。接著，如附圖14所示，開口 130 由電介質襯墊140襯墊并且接著被填充任何形式的導體142并進行鑲 嵌處理。
另一個實施例在附圖15-21中示出。該附圖也始于附圖8所示 的結構，并且給該結構涂上額外的蓋材料150，舉例而言，該蓋材料 可以是使用等離子處理而沉積的二氧化硅。接著，如附圖16所示，例 如黑金剛石電介質的電介質160被沉積在結構上并且該結構被平面化 以移除蓋22。接著，如附圖17所示，另一種電介質170(與上述電介 質類似)被沉積在該結構上并且另一層蓋材料172的圖案以與上述方 式類似的方式形成在結構上。接著，利用材料移除處理來形成通過絕 緣體170和一部分心軸20的開口 174。
接著，如附圖18所示，開口 174被注入任何形式的導體180并 且該結構被平面化。接著，如附圖19所示，使用與上述類似的處理， 在蓋層172中形成開口 190的圖案。如附圖20所示，材料移除處理通 過開口 190執(zhí)行以移除絕緣體170和心軸20。這將留下空氣作為由種 子材料40和敷鍍材料70形成的導體之間的絕緣體。
如附圖21所示，通過重復上述處理，另一個實施例可以堆疊如 附圖20所示的結構。請注意在該實施例中，蓋材料150和絕緣體160 將每個導體180與覆蓋層的導電的種子材料和敷鍍材料40、 70絕緣。 通過對于各層不同排列可以實現(xiàn)上述內(nèi)容。如附圖22所示，另一個實 施例可以類似地排列各層，以使得導體180和每個層由導電的種子材 料和敷鍍材料40、 70電連接。
上面，參考非限制性的實施例對本發(fā)明和各種特征和具有有益效 果的細節(jié)進行了更為全面的解釋，該實施例在附圖中示出并且在上述具體實施方式
中詳細描述。應當注意，附圖中所示的特征并不一定是 按照比例繪制的。公知的組件和處理技術的描述被省略以避免不必要
地模糊本發(fā)明。此處使用的示例僅僅旨在促進對于本發(fā)明實現(xiàn)方式的 理解，并且旨在使得本領域技術人員能夠實現(xiàn)本發(fā)明。因此，示例不 能被理解為對于發(fā)明范圍的限制。
本發(fā)明所形成的布線圖案非常狹窄并且具有非常高的寬高比，并 且在芯片、晶片或者批量晶片上具有小的圖形寬度公差值。通過選擇 性沉積形成圖案，其中使用表面受限并且因此高度共形的處理。該圖
案的寬度由沉積時間和沉積條件決定，而不是由下述內(nèi)容決定晶片 上或者芯片上掩模的一致性、光學一致性、步進器的聚焦控制、膝光 劑量一致性、或者刻蝕的一致性。布線特征的高的寬高比有助于降低 電容，因為較厚的電介質層可以被用于分離臨近的布線掩模層。降低 電容提高了芯片速度或者性能。盡管本發(fā)明以實施例的方式進行了描 述，但是本領域技術人員能夠意識到，在不脫離所附權利要求的精神 和范圍的前提下，在實施本發(fā)明時可以進行修改。
權利要求
1.一種布線結構，包括具有側壁的結構；位于所述結構的所述側壁上的種子材料；和位于所述結構的所述種子材料和側壁上的敷鍍的布線。
2. 如權利要求l所述的布線結構，其中所述側壁具有氨基、羧 酸、羥基官能度之一。
3. 如權利要求l所述的布線結構，其中所述種子材料和所述敷 鍍的布線在所述結構的所述側壁上形成非對稱的垂直結構。
4. 如權利要求1所述的布線結構，其中所述種子材料包括金屬。
5. 如權利要求l所述的布線結構，其中所述敷鍍的布線包括修 整的導線。
6. 如權利要求l所述的布線結構，其中所述結構包括有機聚合
7. 如權利要求l所述的布線結構，其中所述具有側壁的結構包 括Si02、 FSi02、 TaN、 TiN、 Ta、 WN之一。
8. —種布線結構，包括 具有側壁的結構；位于所述結構的所述側壁上的種子材料；和 位于所述種子材料和所迷結構的側壁上的敷鍍的布線，其中所述 敷鍍的布線包括多個金屬層。
9. 如權利要求8所述的布線結構，其中所述側壁具有氨基、羧 酸、羥基官能度之一。
10. 如權利要求8所述的布線結構，其中所述種子材料和所述 敷鍍的布線在所述結構的所述側壁上形成非對稱的垂直結構。
11. 如權利要求8所述的布線結構，其中所述種子材料包括金屬。
12. 如權利要求8所述的布線結構，其中所述敷鍍的布線包括 修整的導線。
13. 如權利要求8所述的布線結構，其中所述結構包括有機聚合物。
14. 如權利要求8所述的布線結構，其中所述具有側壁的結構 包括SiO!、 FSi02、 TaN、 TiN、 Ta、 WN之一。
15. —種形成布線的方法，所述方法包括 形成結構的圖案；在所述結構的側壁上形成種子材料； 修整所述結構；和將金屬敷鍍在所述種子材料上以在所述結構的所述側壁上形成 所述布線。
16. 如權利要求15所述的方法，其中形成所述種子材料的所 述過程包括激活所述結構的所述側壁； 將金屬離子附著于所述結構的所述側壁上；和 還原所述金屬離子以形成所述種子材料。
17. 如權利要求16所述的方法，其中附著所述金屬離子的所 述過程包括將金屬硝酸鹽的水溶液施加于所述結構的所述側壁。
18. 如權利要求16所述的方法，進一步包括在形成所迷種子 材料之前在所述結構上形成蓋。
19. 如權利要求16所述的方法，其中所述結構包括心軸，并 且所述修整過程修整在所迷心軸的側壁周圍形成的所述種子材料的 環(huán)。
20. —種形成布線的方法，所述方法包括 形成結構的圖案；激活所述結構的所述側壁； 將金屬離子附著在所述結構的所述側壁上； 還原所述金屬離子以形成種子材料； 修整所述結構；和敷鍍所述種子材料以在所述結構的所述側壁上形成所述布線。
21. 如權利要求22所述的方法，其中附著所述金屬離子的所 述過程包括將金屬硝酸鹽的水溶液施加于所述結構的所述側壁。
22. 如權利要求22所述的方法，進一步包括在形成所述種子 材料之前在所述結構上形成蓋。
23. 如權利要求22所述的方法，其中所述結構包括心軸，并 且所述修整過程修整形成于所述心軸的側壁周圍的所述種子材料的 環(huán)。
24. —種形成布線的方法，所述方法包括 在襯底上形成心軸；用敷鍍導體敷鍍所述心軸的側壁；用絕緣體覆蓋所述心軸和所述敷鍍導體；移除所述導體，以留下所述心軸和所述絕緣體之間的開口；和 用鑲嵌導體填充所述開口。
25. 如權利要求24所述的方法，其中所述敷鍍過程包括 在所述心軸的側壁上形成種子材料；修整所述心軸；和敷鍍所述種子材料以在所述結構的所述側壁上形成所述敷鍍導體。
26. 如權利要求25所述的方法，其中形成所述種子材料的所 迷過程包括激活所述結構的所述側壁； 將金屬離子附著于所述結構的所述側壁；和 還原所述金屬離子以形成所述種子材料。
27. 如權利要求26所述的方法，其中附著所述金屬離子的所 述過程包括將金屬硝酸鹽的水溶液施加于所述結構的所述側壁上。
28. 如權利要求25所述的方法，其中所述修整過程修整形成 于所述心軸的側壁周圍的所述種子材料的環(huán)。
29. —種形成布線的方法，所述方法包括在襯底上形成心軸；用敷鍍導體敷鍍所述心軸的側壁；用第一蓋材料涂覆所述心軸和所述敷鍍導體；用絕緣體填充所述心軸之間的空間；對所述結構進行平面化以露出所述心軸；在所述心軸和所述絕緣體上形成犧牲材料；在所述犧牲材料上形成第二蓋材料的圖案；通過所述第二蓋材料中的開口形成所述犧牲材料的圖案；在所述犧牲材料中的開口中沉積導體；在所述第二蓋材料中形成額外的開口；和通過所述額外的開口移除所述犧牲材料和所述心軸。
30. 如權利要求29所述的方法，其中所述敷鍍處理包括 在所述心軸的側壁上形成種子材料；修整所述心軸；和在所述種子材料上敷鍍金屬以在所述結構的所述側壁上形成所 述敷鍍導體。
31. 如權利要求30所述的方法，其中形成所述種子材料的所 述過程包括激活所述結構的所述側壁； 將金屬離子附著于所述結構的所述側壁上；和 還原所述金屬離子以形成所述種子材料。
32. 如權利要求31所述的方法，其中附著所述金屬離子的所 述過程包括將金屬硝酸鹽的水溶液施加于所述結構的所述側壁上。
33. 如權利要求30所述的方法，其中所述修整過程修整形成 于所述心軸的側壁周圍的所述種子材料的環(huán)。
全文摘要
使用形成結構(心軸)的圖案并且激活該結構的側壁的方法形成導電側壁間隔物結構。金屬離子被附著于該結構的側壁上并且該金屬離子被還原以形成種子材料。該結構接著被修整并且種子材料被敷鍍以在該結構的側壁上形成布線。
文檔編號H01L23/48GK101103459SQ200680001918
公開日2008年1月9日 申請日期2006年1月10日 優(yōu)先權日2005年1月12日
發(fā)明者古川俊治, 史蒂文·J.·福爾摩斯, 大衛(wèi)·V.·霍拉克, 查爾斯·W.·考伯格三世, 馬克·C.·哈克 申請人:國際商業(yè)機器公司