專利名稱：金屬化方法、混合物以及電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如集成電路等電子器件的制造；更具體地，本發(fā)明涉及用于在制造電子器件中采用的基底的金屬化和電互連。
背景技術(shù)：
濕化學(xué)法已廣泛應(yīng)用于采用銅金屬化的電子器件的加工處理。諸如無電沉積(ELD)和電化學(xué)鍍(ECP)等濕化學(xué)法應(yīng)用于二維集成電路的槽和過孔的鑲嵌和雙鑲嵌銅填充。濕化學(xué)法還應(yīng)用于集成電路制造的其它作業(yè)。已存在有多種成熟工藝，并應(yīng)用于制造所述器件。這些工藝中的大部分提供了滿意的效果，且?guī)缀鯖]有(如果有的話，僅有少數(shù))針對這些成熟工藝的大多數(shù)進(jìn)行較大的改進(jìn)。本發(fā)明人獲得一個或多個的發(fā)明，其與諸如用于電子器件的金屬化互連技術(shù)之類·的金屬化互連技術(shù)相關(guān)。所述一個或多個發(fā)明可提供一種或多種方法、材料和/或電子器件，其能作為一種或多種現(xiàn)有技術(shù)的替代選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及電子器件的制造。本發(fā)明的一方面是處理基底的方法。在一實(shí)施方式中，所述方法包括通過以下步驟在所述基底上或內(nèi)部形成導(dǎo)電體提供包含金屬顆粒和無電沉積溶液的混合物，和無電沉積金屬基體，以及共沉積所述金屬顆粒，使得所述金屬顆粒被包埋于所述金屬基體內(nèi)。在另一實(shí)施方式中，所述方法包括通過以下步驟在所述基底上或內(nèi)部形成導(dǎo)電體提供包含金屬顆粒和電化學(xué)鍍?nèi)芤旱幕旌衔?，和電化學(xué)鍍金屬基體，以及共沉積所述金屬顆粒，使得所述金屬顆粒被包埋于所述金屬基體內(nèi)。本發(fā)明的另一方面是用于在基底上或內(nèi)部形成導(dǎo)電體的混合物。本發(fā)明的另一方面是電子器件。應(yīng)理解的是，本發(fā)明并不局限應(yīng)用于在下文中描述的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和組件的裝配。本發(fā)明可以是其它實(shí)施方式，以及可以多種方式實(shí)踐和實(shí)施。此外，應(yīng)理解的是，在本文中采用的用語和術(shù)語用于描述的目的，且不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。
附圖簡要說明圖I是本發(fā)明的一實(shí)施方式的工藝流程圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的一部分基底的橫截面?zhèn)纫晥D。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的是，為簡單清楚起見，附圖中的部件用于舉例說明，且不一定是按比例繪制。例如，附圖中的一些部件的大小尺寸可以是相對于其它部件而被放大的，有助于增進(jìn)對本發(fā)明實(shí)施方式的理解。
具體實(shí)施例方式對于以下定義的術(shù)語，除非在權(quán)利要求書或本說明書的其它部分給出了不同的定義，否則將采用以下定義解釋。無論是否明確指出，本文中所有數(shù)值被定義為由術(shù)語“約”修飾。術(shù)語“約”通常是指數(shù)值范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認(rèn)為該數(shù)值范圍內(nèi)的值等同于所描述的值，能獲得基本上相同的性質(zhì)、功能、結(jié)果等。由下限值和上限值指明的數(shù)值范圍定義為包括歸入所述數(shù)值范圍內(nèi)的所有數(shù)值以及歸入所述數(shù)值范圍內(nèi)的所有子范圍。例如，數(shù)值范圍10至15包括，但不限于，10，10. I, 10. 47, 11，11. 75 至 12. 2，12. 5，13 至 13. 8，14，14. 025，和 15。本文中采用的術(shù)語“金屬”是指元素周期表中的金屬元素和/或包含一種或多種與至少一種其它元素混合的金屬元素的金屬合金；所述金屬和所述金屬合金具有元素周期表的金屬兀素的一般性質(zhì)，例如高導(dǎo)電性。本文中采用的術(shù)語“基體”是指包埋或用于包埋諸如細(xì)粒和諸如粉末之類顆粒的材料。本發(fā)明涉及諸如集成電路等電子器件的制造；更具體地，本發(fā)明涉及在電子器件制造中采用的基底的金屬化和電互連。下文中將主要在處理用于制造集成電路的諸如硅片 等半導(dǎo)體晶片的背景中討論本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式。金屬化層可包括在鑲嵌和/或雙鑲嵌介電結(jié)構(gòu)中形成的金屬線。一個或多個實(shí)施方式還涉及貫穿基底的金屬化互連，例如那些用于三維集成電路的金屬化互連。然而，應(yīng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式還可用于其它半導(dǎo)體器件、除了銅以外的金屬、以及除了半導(dǎo)體晶片以外的晶片，或者還可與其它半導(dǎo)體器件、除了銅以外的金屬、以及除了半導(dǎo)體晶片以外的晶片一起使用。參見

圖1，其中圖示了根據(jù)本發(fā)明一個或多個實(shí)施方式的示例性工藝圖20。示例性工藝圖20包括非窮舉的一系列步驟，其中還可加入額外的步驟(未圖示)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認(rèn)識到多種變化、修改和替代方案。圖I示出示例性工藝圖20，其包括提供基底
25。可選地，所述基底可以是諸如半導(dǎo)體晶片之類的基底，例如硅片，或是適于制造電子器件的另一種材料的基底。工藝流程圖20還涉及在所述基底上或所述基底內(nèi)形成導(dǎo)電體。更具體地，可在所述基底的表面上形成所述導(dǎo)電體，例如在所述基底的整個表面或至少部分表面上形成導(dǎo)電體層；和/或在所述基底中制造的特征之上或內(nèi)部形成導(dǎo)電體，這些特征諸如槽、諸如盲孔、諸如貫穿孔；和/或在用于諸如鑲嵌金屬化、諸如雙鑲嵌金屬化以及諸如貫穿基底過孔金屬化等技術(shù)的其它基底特征之上或內(nèi)部形成導(dǎo)電體?？蛇x擇地，所述導(dǎo)電體可以層的形式形成，和/或所述導(dǎo)電體可以諸如槽填充物和/或諸如過孔填充物之類的間隙填充物的形式形成。對于本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，工藝流程圖20包括提供無電沉積(ELD)溶液和金屬顆粒50。可選地，可在實(shí)施所述工藝之前，將所述無電沉積溶液和所述金屬顆粒預(yù)混合?；蛘?，可分別提供所述無電沉積溶液和所述金屬顆粒，使得可剛好在實(shí)施所述工藝之前充分混合前述材料?；蛘?，所述工藝可用例如在基本上連續(xù)流工藝中連續(xù)混合的所述金屬顆粒和所述無電沉積溶液實(shí)施。然后是無電沉積金屬基體，和共沉積所述金屬顆粒60。換言之，使用所述無電沉積溶液通過用溶于所述溶液的離子無電沉積金屬，以形成金屬基體。所述金屬顆粒共沉積，使得所述金屬顆粒被包埋入所述金屬基體。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，通過采用無電沉積溶液實(shí)現(xiàn)所述無電沉積，所述無電沉積溶液為例如包含一種或多種金屬鹽和一種或多種還原劑的水溶液。任選地，所述無電沉積溶液可進(jìn)一步包括一種或多種絡(luò)合劑、一種或多種PH調(diào)節(jié)劑、一種或多種緩沖劑、一種或多種表面活性劑、以及一種或多種添加劑。選擇所述無電沉積溶液的組分，以便制備具有一種或多種所需性質(zhì)的金屬基體和/或提供額外的工藝控制和穩(wěn)定性。本發(fā)明一個或多個實(shí)施方式采用的無電沉積工藝涉及無需采用外部電流的由化學(xué)驅(qū)動的氧化-還原反應(yīng)。對于本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，無電沉積的采用是一個選擇方案。對于本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，工藝流程圖20包括提供電化學(xué)鍍(ECP)溶液和金屬顆粒70。可選地，可在實(shí)施所述工藝之前預(yù)先混合所述電化學(xué)鍍?nèi)芤汉退鼋饘兕w粒?；蛘?，可分別提供所述電化學(xué)鍍?nèi)芤汉退鼋饘兕w粒，使得剛好在實(shí)施所述工藝之前可充分混合前述材料。或者，所述工藝可用例如在基本上連續(xù)流工藝中連續(xù)混合的所述金屬顆粒和所述電化學(xué)鍍?nèi)芤簩?shí)施。然后是電化學(xué)鍍金屬基體，和共沉 積所述金屬顆粒80。換言之，所述電化學(xué)鍍?nèi)芤河糜趶膩碜运鲭娀瘜W(xué)鍍?nèi)芤旱碾x子電化學(xué)鍍金屬，以形成金屬基體。所述金屬顆粒共沉積，使得所述金屬顆粒被包埋入所述金屬基體。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，通過采用電化學(xué)鍍?nèi)芤簩?shí)現(xiàn)所述電化學(xué)鍍，所述電化學(xué)鍍?nèi)芤簽槔绨娊赓|(zhì)和任選的一種或多種金屬鹽的水溶液。任選地，所述電化學(xué)鍍?nèi)芤嚎蛇M(jìn)一步包括一種或多種絡(luò)合劑、一種或多種PH調(diào)節(jié)劑、一種或多種緩沖齊U、一種或多種表面活性劑、以及一種或多種添加劑。選擇所述電化學(xué)鍍?nèi)芤旱慕M分，以便制備具有一種或多種所需性質(zhì)的金屬基體，和/或提供額外的工藝控制和穩(wěn)定性。本發(fā)明一個或多個實(shí)施方式采用的電化學(xué)鍍工藝涉及由采用的外部電流驅(qū)動的氧化-還原反應(yīng)且所述基底用作為陰極。在應(yīng)用中，所述基底未充分導(dǎo)電，不足以起陰極的作用，在所述電化學(xué)鍍之前在所述基底上沉積導(dǎo)電籽晶層。根據(jù)工藝流程圖20的本發(fā)明實(shí)施方式可包括多種變型。多種可能的變型可應(yīng)用于本發(fā)明的采用無電沉積的實(shí)施方式，以制造金屬基體，以及應(yīng)用于本發(fā)明的采用電化學(xué)鍍的實(shí)施方式，以制造所述金屬基體。以下是工藝流程圖20中的示例性變型，適于與無電沉積一起應(yīng)用和/或適于與電化學(xué)鍍所述金屬基體一起應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，所述提供無電沉積溶液和金屬顆粒50以及所述提供電化學(xué)鍍?nèi)芤汉徒饘兕w粒70可包括提供具有與金屬基體基本上相同組分的金屬顆粒。換言之，對于本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，可選擇所述金屬基體的組分與所述金屬顆粒的組分相同，使得由所述金屬基體和被包埋的金屬顆粒產(chǎn)生的導(dǎo)電層在組分上基本一致。通常，所述金屬基體可以是適于電子器件金屬化的任意純的周期表金屬元素或其合金。同樣地，所述金屬顆粒可以是適于電子器件金屬化的任意純的周期表金屬元素或其合金。針對這樣的實(shí)施方式的具體實(shí)施例可以是基本上沉積純銅作為金屬基體以及包埋基本上純銅顆粒的實(shí)施方式。另一具體實(shí)施例可以是其中銅合金是金屬基體以及包埋顆粒是具有與所述金屬基體相同組分的銅合金的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，所述提供無電沉積溶液和金屬顆粒50以及所述提供電化學(xué)鍍?nèi)芤汉徒饘兕w粒70可包括提供具有與金屬基體的組分不同的組分的金屬顆粒。換言之，對于本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，可選擇所述金屬基體的組分與所述金屬顆粒的組分不同，使得由所述金屬基體和被包埋的金屬顆粒產(chǎn)生的導(dǎo)電層在組分上不一致。針對這樣的實(shí)施方式的具體實(shí)施例可以是基本上沉積純銅作為金屬基體以及包埋銅合金顆粒的實(shí)施方式。或反之亦然，金屬基體可以是銅合金而包埋顆?？梢允腔旧霞兊你~。另一具體實(shí)施例可以是其中銅合金是金屬基體以及包埋顆粒是具有與所述金屬基體的組分不同的組分的另一銅合金的實(shí)施例。本發(fā)明的其它實(shí)施方式可包括金屬基體的組分和金屬顆粒的組分的其它組合。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，所述提供無電沉積溶液和金屬顆粒50以及所述提供電化學(xué)鍍?nèi)芤汉徒饘兕w粒70可包括提供無電沉積溶液或電化學(xué)鍍?nèi)芤海灾苽浣饘倩w組合物；所述金屬基體組合物為例如但不限于，鈷，鈷合金，鈷鎢合金，鈷鎢磷合金，鎳，鎳合金，可在適于制造電子器件的條件下無電沉積或電化學(xué)鍍的基本上任意的金屬，和包含至少一種以下元素的基本上任意的金屬鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、鈀、鉬、錸、銠、釕、銀、錫、鎢和鋅。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，所述提供無電沉積溶液和金屬顆粒50以及所述提供電化學(xué)鍍?nèi)芤汉徒饘兕w粒70可包括可提供包含至少一種以下元素的金屬顆粒鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、鈕、鉬、錸、錯、釕、銀、錫、鶴和鋅。通常，所述金屬顆?？梢允窃谶m于制造電子器件的條件下基本上不溶于無電沉積溶液和/或電化學(xué)鍍?nèi)芤旱幕旧先我獾慕饘佟?
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，工藝流程圖20包括變型，以在金屬基體和金屬顆粒之間產(chǎn)生不同于組分上的差別的差別和/或除了產(chǎn)生組分上的差別以外還產(chǎn)生其他的差別。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，所述提供無電沉積溶液和金屬顆粒50以及所述提供電化學(xué)鍍?nèi)芤汉徒饘兕w粒70可包括提供具有與金屬基體基本上相同的晶體結(jié)構(gòu)和/或晶體微結(jié)構(gòu)的金屬顆粒。換言之，對于本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，可選擇所述金屬基體的諸如晶體結(jié)構(gòu)和/或諸如晶粒尺寸等晶體性質(zhì)與金屬顆粒采用的晶體性質(zhì)相同，使得由所述金屬基體和包埋顆粒產(chǎn)生的導(dǎo)電層在晶體結(jié)構(gòu)上基本一致。針對這樣的實(shí)施方式的具體實(shí)施例可以是沉積基本上純的銅作為金屬基體和具有與基本上純的銅包埋顆粒相同的晶體結(jié)構(gòu)和晶體尺寸的實(shí)施方式。或者，對于本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，可選擇所述金屬基體的諸如晶體結(jié)構(gòu)和/或諸如晶體尺寸等晶體性質(zhì)與所述金屬顆粒的晶體性質(zhì)不同。另一具體實(shí)施例可以是這樣的實(shí)施例，其中銅金屬基體具有的晶體尺寸范圍或其它晶體性質(zhì)不同于包埋的銅金屬顆粒的晶體尺寸范圍或其它晶體性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式的方法，對于包埋入所述金屬基體的金屬顆粒，可采用各種尺寸。任選地，所述金屬顆?？删哂幸恢碌某叽绾?或窄的尺寸范圍?；蛘?，多種顆粒尺寸的范圍可以是有目的地應(yīng)用于所述金屬顆粒。在本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式中，所述方法包括提供具有的最大的直徑為小于30微米的金屬顆粒。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述方法包括提供具有的最大尺寸范圍是O. I微米至10微米的金屬顆粒。根據(jù)本發(fā)明的更具體的實(shí)施方式，所述方法包括提供包含至少一種以下元素的金屬顆粒鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、鈀、鉬、錸、銠、釕、銀、錫、鎢和鋅，且所述金屬顆粒具有的最大尺寸為小于30微米。如上面所指出的，本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式可用于在基底上或內(nèi)部形成導(dǎo)電體，所述基底為例如包括一種或多種過孔的基底，所述過孔例如可用于形成用于三維集成電路的貫穿基底導(dǎo)電體。本發(fā)明的一實(shí)施方式包括提供具有一種或多種過孔的基底，和在所述基底上或所述基底內(nèi)形成導(dǎo)電體，所述在所述基底上或所述基底內(nèi)形成導(dǎo)電體通過以下步驟實(shí)施用包含金屬顆粒和無電沉積溶液的混合物填充所述一種或多種過孔，以及在所述一種或多種過孔中無電沉積金屬基體和共沉積所述金屬顆粒；或用包含金屬顆粒和電化學(xué)鍍?nèi)芤旱幕旌衔锾畛渌鲆环N或多種過孔，以及在所述一種或多種過孔中電化學(xué)鍍金屬基體和共沉積所述金屬顆粒。任選地，采用本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式處理的過孔可以是過孔底部封閉的盲孔，過孔底部開口的貫穿基底過孔(通孔)，或根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式填充且然后采用其它工藝步驟在底部開口的 盲孔?；蛘撸鶕?jù)本發(fā)明實(shí)施方式的一種或多種方法包括形成覆蓋在過孔表面和/或側(cè)壁上的阻擋層。阻擋層金屬顆粒與無電沉積阻擋層金屬基體或電化學(xué)鍍阻擋層金屬基體一起共沉積。通過采用阻擋層金屬顆粒和用于無電沉積阻擋層金屬基體的無電沉積溶液的混合物，或采用阻擋層金屬顆粒和用于電化學(xué)鍍阻擋層金屬基體的電化學(xué)鍍?nèi)芤旱幕旌衔铮瑢?shí)現(xiàn)所述方法。本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式是金屬顆粒和無電沉積溶液的混合物，所述無電沉積溶液為例如包含一種或多種金屬鹽和一種或多種還原劑的水溶液。任選地，所述無電沉積溶液可進(jìn)一步包括一種或多種絡(luò)合劑、一種或多種PH調(diào)節(jié)劑、一種或多種緩沖劑、一種或多種表面活性劑、以及一種或多種添加劑。所述一種或多種金屬鹽提供溶解的金屬離子。選擇所述無電沉積溶液的組分，以便制備從所述金屬離子沉積的金屬基體。所述金屬鹽可包含離子，以沉積金屬基體組合物；所述金屬基體組合物為例如但不限于，鈷，鈷合金，鈷鎢合金，鈷鎢磷合金，鎳，鎳合金，可在適于制造電子器件的條件下無電沉積的基本上任意的金屬，和包含至少一種以下元素的基本上任意的金屬鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、鈀、鉬、錸、銠、釕、銀、錫、鎢和鋅。根據(jù)一更具體實(shí)施方式
，所述混合物包含銅顆粒和用于無電沉積銅或銅合金的包含銅離子的無電沉積溶液。通過將一種或多種銅鹽溶解于水溶液中可以制得所述銅離子。本發(fā)明的一個或多個其它實(shí)施方式是金屬顆粒和電化學(xué)鍍?nèi)芤旱幕旌衔?，所述電化學(xué)鍍?nèi)芤簽槔绨娊赓|(zhì)和任選的一種或多種金屬鹽的水溶液。所述金屬鹽可包含離子，以沉積金屬基體組合物；所述金屬基體組合物為例如但不限于，鈷，鈷合金，鈷鎢合金，鈷鎢磷合金，鎳，鎳合金，可在適于制造電子器件的條件下電化學(xué)鍍的基本上任意的金屬，和包含至少一種以下元素的基本上任意的金屬鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、鈕、鉬、錸、錯、釕、銀、錫、鎢和鋅。任選地，所述電化學(xué)鍍?nèi)芤嚎蛇M(jìn)一步包括一種或多種絡(luò)合劑、一種或多種PH調(diào)節(jié)劑、一種或多種緩沖劑、一種或多種表面活性劑、以及一種或多種添加劑。根據(jù)一更具體實(shí)施方式
，所述混合物包含銅顆粒和用于電化學(xué)鍍銅或銅合金的包含銅離子的電化學(xué)鍍?nèi)芤?。任選地，所述銅離子源可以是溶解的銅鹽或所述銅離子可以是來自于用于電化學(xué)鍍工藝的陽極。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式的混合物可包括各種尺寸的金屬顆粒。任選地，所述金屬顆粒可具有一致的尺寸或窄的尺寸范圍?；蛘?，多種顆粒尺寸的混合可以是有目的地應(yīng)用于所述金屬顆粒。在本發(fā)明的一個實(shí)施方式中，所述金屬顆粒具有的最大尺寸為小于30微米。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，所述金屬顆粒具有的最大尺寸范圍是O. I微米至10微米。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式的混合物包括具有化學(xué)組分的無電沉積溶液，以制備具有與所述金屬顆粒的化學(xué)組分不同的化學(xué)組分的無電沉積金屬基體。換言之，所述無電沉積溶液組合物產(chǎn)生具有與所述金屬顆粒的組分不同的組分的金屬基體。根據(jù)一更具體實(shí)施方式
，所述無電沉積溶液具有組分以產(chǎn)生包含銅的基體，所述基體具有與所述金屬顆粒的化學(xué)組分不同的化學(xué)組分。還在另一實(shí)施方式中，所述混合物包括具有組分的無電沉積溶液，以沉積包含銅的基體，以及所述混合物包括銅顆粒；所述包含銅的基體的組分和所述銅顆粒的組分不同。或者，根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式的混合物包括具有化學(xué)組分的無電沉積溶液，以制備具有的化學(xué)組分與包含于所述混合物中的金屬顆粒的化學(xué)組分基本上相同的無電沉積金屬基體。還在另一實(shí)施方式中，所述混合物包含具有組分的無電沉積溶液，以沉積包含銅的基體，以及所述混合物包含銅或銅合金顆粒；所述包含銅的基體的組分與所述銅或銅合金顆粒的組分基本上相同。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式的混合物，其包括電化學(xué)鍍?nèi)芤汉徒饘兕w粒，其中所述金屬顆粒的組分與從所述電化學(xué)鍍?nèi)芤哄兏驳玫降慕饘倩w的組分基本上相同。根據(jù)一更具體的實(shí)施方式，所述電化學(xué)鍍?nèi)芤嚎删哂杏糜诔练e包含銅的基體的組分，以及所述金屬顆?？砂ㄣ~且具有的組分與所述金屬基體的組分基本上相同?！じ鶕?jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式的混合物，其包括電化學(xué)鍍?nèi)芤汉徒饘兕w粒，其中所述金屬顆粒的組分與從所述電化學(xué)鍍?nèi)芤哄兏驳玫降慕饘倩w的組分不同。根據(jù)一更具體的實(shí)施方式，所述電化學(xué)鍍?nèi)芤嚎删哂杏糜诔练e包含銅的基體的組分，以及所述金屬顆粒可包括銅且具有的組分與包含銅的所述基體的組分不同。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式的混合物，其包括金屬顆粒和用于沉積金屬基體的無電沉積溶液。任選地，所述金屬顆?？砂ɡ绲幌抻阢~、銀和金之類的元素?；蛘?，所述無電沉積溶液可具有組分，以無電沉積包含銅的金屬基體?；蛘撸龌旌衔锇~顆粒和無電沉積溶液，所述無電沉積溶液具有用于無電沉積銅金屬基體的組分。大體而言，所述金屬顆?？砂ㄖ辽僖环N以下元素鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、鈀、鉬、錸、銠、釕、銀、錫、鎢和鋅。所述金屬顆?？梢允窃谶m于制造電子器件的條件下基本上不溶于無電沉積溶液和/或電化學(xué)鍍?nèi)芤旱幕旧先我獾慕饘?。本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式涉及制造諸如包含貫穿基底的導(dǎo)電體的三維集成電路等半導(dǎo)體器件的方法。所述半導(dǎo)體器件包括可以半導(dǎo)體晶片、半導(dǎo)體芯片、半導(dǎo)體層或其組合的形式存在的半導(dǎo)體材料。所述半導(dǎo)體材料可負(fù)載于另一材料的基底上，所述另一材料例如是玻璃、石英、藍(lán)寶石、氧化鋁、陶瓷或芯片載體材料。所述半導(dǎo)體器件可包括諸如電子器件、晶體管、光學(xué)器件和/或存儲器件之類的器件。所述半導(dǎo)體材料可以是IV族元素半導(dǎo)體、III-V族元素半導(dǎo)體、和/或其它半導(dǎo)體。三維集成電路可包括兩個以上具有集成電路的半導(dǎo)體芯片，或包括兩個以上具有集成電路的半導(dǎo)體晶片。所述半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體晶片被以三維形式堆疊在一起，連接，以及電互連，即，被集成到半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體晶片內(nèi)，和被集成在半導(dǎo)體芯片或半導(dǎo)體晶片之間。各芯片之間或各晶片之間的互連，通過從一個或多個芯片的或一個或多個半導(dǎo)體晶片的背面到正面的通孔得以實(shí)現(xiàn)。換言之，通過通孔實(shí)施在堆疊的芯片或堆疊的晶片之間的電互連。三維集成電路可具有大量的通孔，用于在各半導(dǎo)體芯片之間或各半導(dǎo)體晶片之間互連金屬化。根據(jù)一些設(shè)計(jì)，三維集成電路將采用貫穿基底的過孔，該過孔是大的高的深寬比特征，其具有比標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)雙鑲嵌金屬化互連的最小幾何特征大一個數(shù)量級或更大的尺寸。所述貫穿基底的過孔可需要的直徑為約5-30微米。一些接觸孔(contact holes)的長度可以是70至300微米。本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式可用于以比一些其它工藝更高的沉積速率形成導(dǎo)電體。本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式可獲得比采用其它技術(shù)獲得的沉積速率高10倍的沉積速率。并且，本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式可提供比采用標(biāo)準(zhǔn)器件制造技術(shù)獲得的導(dǎo)電體具有更高導(dǎo)電率的導(dǎo)電體。本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式可提供種類更多的材料，用于集成電路、二維集成電路和三維集成電路的制造和金屬化。參見圖2，其中圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式的電子器件100的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D。電子器件100包括基底105?；?05可以是諸如半導(dǎo)體晶片(例如硅晶片)之類的基底，或適于制造電子器件的另一種材料的基底。圖2圖示了電子器件100具有在基底105內(nèi)以孔的形式存在的過孔110。電子器件100進(jìn)一步包括內(nèi)襯于過孔110表面的阻擋層和/或籽晶層120。圖2進(jìn)一步圖示了用通過無電沉積形成的或通過電化學(xué)鍍 形成的金屬基體以及金屬顆粒140填充的過孔110。由于金屬顆粒140與無電沉積的金屬基體或電化學(xué)鍍的金屬基體共沉積，金屬顆粒140被包埋入金屬基體130中。本發(fā)明的實(shí)施方式可采用用于阻擋層和/或籽晶層120的各種材料。用于阻擋層的通常材料是基本上阻止金屬擴(kuò)散進(jìn)入基底105的材料。一些阻擋層的材料的實(shí)例包括，但不限于，鉭、鉭/氮化鉭、鎳、和鎳合金?；蛘哚槍Ρ景l(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，所述阻擋層包括被包埋入阻擋層金屬基體內(nèi)的阻擋層金屬顆粒。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式可選擇各種材料用作金屬基體130。可用作為金屬基體130的材料的實(shí)例包括,但不限于,銅,銅合金,鈷,鈷合金,鈷鶴合金,鈷鶴磷合金，鎳，鎳合金，可在適于制造電子器件的條件下無電沉積或電化學(xué)鍍的基本上任意的金屬，和包含至少一種以下元素的基本上任意的金屬鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、鈀、鉬、錸、錯、釕、銀、錫、鶴和鋅。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，可選擇各種材料用作為金屬顆粒140?？捎米鳛榻饘兕w粒140的材料的實(shí)例包括，但不限于，包含至少一種以下元素的金屬顆粒鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、鈕、鉬、錸、錯、釕、銀、錫、鶴和鋅。通常，金屬顆粒140可以是基本上不溶于用于制造金屬基體130的無電沉積溶液和/或電化學(xué)鍍?nèi)芤旱幕旧先我獾慕饘佟８鶕?jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，金屬基體130包括銅，且金屬顆粒140包括銅。在另一實(shí)施方式中，金屬顆粒140是銅顆粒，且金屬基體130是銅。任選地，金屬基體130的組分與金屬顆粒140的組分基本上相同。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，金屬基體130具有的晶體結(jié)構(gòu)和/或晶體形態(tài)與金屬顆粒140的晶體結(jié)構(gòu)和/或晶體形態(tài)不同。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施方式，選擇金屬顆粒140，以具有小于約30微米的最大尺寸。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，選擇金屬顆粒140，以具有范圍是約O. I微米至約10微米的最大尺寸。在前述說明中，已根據(jù)具體實(shí)施方式
描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能理解，在不背離如所附權(quán)利要求書中闡明的本發(fā)明的范圍的前提下，可進(jìn)行各種修改和變化。因此，應(yīng)在舉例說明的意義上，而非限制性意義上，理解本說明書，且所有這樣的修改旨在被涵蓋于本發(fā)明的范圍內(nèi)。已參照具體實(shí)施方式
在上面描述了有益效果、其它優(yōu)點(diǎn)和解決問題的方案。然而，所述有益效果、優(yōu)點(diǎn)、解決問題的方案和可導(dǎo)致任意有益效果、優(yōu)點(diǎn)或解決問題的方案出現(xiàn)或變得更為顯著的任意要素不應(yīng)被解釋為任意或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵的、需要的或必要的特征或要素。正如本文所采用的，術(shù)語“包含”，“包含有”，“包括”，“包括有”，“具有”，“含有”，
“至少一種”，或其任意其它變體，旨在涵蓋非排他性內(nèi)含物。例如，包含一系列要素的工藝、方法、制品或設(shè)備不一定僅局限于那些要素，而是可包括其它未明確列出的或所述工藝、方法、制品或設(shè)備所固有的要素。進(jìn)一步地，除非有明確相反的說明，“或”是指包容性的或，且不是指排他性的或。例如，以下的任意一種滿足條件A或B :A是真的(或存在的)且B是假的(或不存在的)，A是假的(或不存在的)且B是真的(或存在的)，以及A和B都是真的(或
存在的)。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 提供基底；和 通過以下步驟在所述基底上或所述基底內(nèi)形成導(dǎo)電體 提供包含金屬顆粒和無電沉積溶液的混合物，無電沉積金屬基體和共沉積所述金屬顆粒；或 提供包含金屬顆粒和電化學(xué)鍍?nèi)芤旱幕旌衔铮娀瘜W(xué)鍍金屬基體和共沉積所述金屬顆粒。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬顆粒和所述金屬基體具有基本上相同的組分。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬顆粒和所述金屬基體具有不同的組分。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬基體包含銅，和所述金屬顆粒包含銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬基體包含以下元素中的至少一種鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、!B、鉬、錸、錯、釕、銀、錫、鶴和鋅。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬顆粒是基本上純的周期表中的金屬元素的顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬顆粒包含至少一種選自由以下元素組成的組的元素鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、鈕、鉬、錸、錯、釕、銀、錫、鶴和鋅。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬顆粒具有的最大尺寸為小于30微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬顆粒具有的最大尺寸的范圍是O.I微米至10微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬顆粒包含至少一種選自由以下元素組成的組的元素鈷、銅、金、銥、鐵、鑰、鎳、鋨、鈕、鉬、錸、錯、釕、銀、錫、鶴和鋅，且所述金屬顆粒具有的最大尺寸為小于30微米。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬基體的晶體結(jié)構(gòu)和/或晶粒尺寸與所述金屬顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和/或晶粒尺寸基本相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述金屬基體的晶體結(jié)構(gòu)和/或晶粒尺寸與所述金屬顆粒的晶體結(jié)構(gòu)和/或晶粒尺寸不相同。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述提供基底包括提供具有一種或多種過孔的基底；且所述在所述基底上或所述基底內(nèi)形成導(dǎo)電體的步驟包括 用包含金屬顆粒和無電沉積溶液的混合物填充所述一種或多種過孔，在所述一種或多種過孔中無電沉積金屬基體和共沉積所述金屬顆粒；或 用包含金屬顆粒和電化學(xué)鍍?nèi)芤旱幕旌衔锾畛渌鲆环N或多種過孔，在所述一種或多種過孔中電化學(xué)鍍金屬基體和共沉積所述金屬顆粒。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中通過采用具有的最大尺寸為小于30微米的顆粒完成所述填充所述過孔的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述填充所述過孔包括采用具有的最大尺寸的范圍是O. I微米至10微米的金屬顆粒。
16.一種用于在基底上或基底內(nèi)形成銅結(jié)構(gòu)的混合物，所述混合物包括 包含銅的顆粒，以及包含用于無電沉積包含銅的基體的銅離子的無電沉積溶液；或包含銅的顆粒，以及包含用于電化學(xué)鍍包含銅的基體的銅離子的電化學(xué)鍍?nèi)芤骸?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的混合物，其中所述顆粒具有的最大尺寸為小于30微米。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的混合物，其中所述顆粒具有的最大尺寸的范圍是O.I微米至 10微米。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的混合物，其中所述無電沉積溶液或所述電化學(xué)鍍?nèi)芤喊ㄒ环N或多種金屬鹽、一種或多種還原劑、一種或多種絡(luò)合劑、一種或多種PH調(diào)節(jié)劑、一種或多種緩沖劑、一種或多種表面活性劑、和/或一種或多種添加劑。
20.一種電子器件，其包括 具有一種或多種貫穿基底的過孔的基底； 在所述一種或多種基底過孔的壁上的阻擋層； 包含銅的基體；和 包埋于所述基體中的金屬顆粒； 其中所述金屬顆粒和包含銅的所述基體基本上填充所述一種或多種過孔。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電子器件，其中所述金屬顆粒包含銅。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電子器件，其中所述金屬顆粒是銅。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電子器件，其中包含銅的所述基體是銅。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電子器件，其中所述金屬顆粒是銅且包含銅的所述基體是銅。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電子器件，其中所述金屬顆粒包含銀或金。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電子器件，其中所述阻擋層包括包埋于阻擋金屬基體中的阻擋金屬顆粒。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電子器件，其中所述基底是硅片。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電子器件，其中所述金屬顆粒尺寸的范圍是O.I微米至10微米。
全文摘要
本發(fā)明的一方面提供處理基底的方法。在一實(shí)施方式中，所述方法包括通過以下方式在所述基底上或內(nèi)部形成導(dǎo)電體提供包含金屬顆粒和無電沉積溶液的混合物，和無電沉積金屬基體以及共沉積所述金屬顆粒。在另一實(shí)施方式中，所述方法包括通過以下方式在所述基底上或內(nèi)部形成導(dǎo)電體提供包含金屬顆粒和電化學(xué)鍍?nèi)芤旱幕旌衔?，和電化學(xué)鍍金屬基體以及共沉積所述金屬顆粒。本發(fā)明的另一方面提供用于在基底上或內(nèi)部形成導(dǎo)電體的混合物。本發(fā)明的另一方面提供一種電子器件。
文檔編號H01L21/288GK102959687SQ201180032031
公開日2013年3月6日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者阿爾圖爾·科利奇, 弗里茨·雷德克 申請人:朗姆研究公司