器件和用于制造器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 各種實施例通常涉及器件和用于制造器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)摩爾定律，半導(dǎo)體工業(yè)不斷地想要縮小芯片尺寸以便增加其性能。為了這么 做，半導(dǎo)體的功率金屬需要提供高電和熱傳導(dǎo)性。因此，銅照慣例用作功率金屬。然而，銅 屬于貴金屬的類別，且因此缺乏阻礙氧進(jìn)一步擴散到塊銅中的相關(guān)天然氧化物層。這導(dǎo)致 幾個問題，例如銅氧化、層離以及電或熱傳導(dǎo)性中的至少一個的損失。因此，不允許氧擴散 到銅膜中以及因而氧化的氧化物層，它在銅膜上是需要的。在目前的階段，沒有最佳解決方 案可用來解決那些問題。在常規(guī)方法中，使用原子層沉積（ALD)工藝將具有幾納米的厚度的 氧化鋁的薄層沉積在銅膜上。通過ALD形成的氧化鋁膜厚到足以使銅絕緣以防它的氧化， 且同時對于后接合工藝足夠薄。這種方法的缺點是，ALD工藝是表面敏感的，且也對銅晶粒 的取向敏感。同時，ALD沉積的氧化鋁膜的粘附在銅膜上通常不足夠強。這導(dǎo)致在后處理 期間，例如在封裝期間氧化鋁膜的層離。此外，ALD需要資本投資。此外，重復(fù)的脈沖ALD工 藝使氧化鋁層的形成變得時間無效，并可導(dǎo)致高生成成本。
[0003] 而且，銅在熱和電預(yù)算(熱/電移入)的邊際下與半導(dǎo)體襯底強烈地起反應(yīng)。因此， 需要屏障，其物理地分離襯底與銅，而沒有或最低程度地影響器件的電性能。已知金屬氧化 物A1203和MnO 2起銅屏障的作用。那個金屬與銅的合金通常被濺射地沉積在襯底上，且在 熱預(yù)算的情況下合金化金屬擴散出以在界面處形成它的氧化物（自我形成屏障)。然而，這 種技術(shù)并不適合于以相對高的深寬比在半導(dǎo)體器件的接觸孔中形成屏障層。此外，用于屏 障層的氧化物形成的所需的氧從Si02或從半導(dǎo)體的硅襯底的天然氧化物獲取。因此，這種 方法通常在頻繁使用的器件中不適合，其中銅合金直接沉積在硅襯底的表面上而沒有天然 氧化硅層。常規(guī)銅屏障材料的另外的問題是在屏障層上的銅的粘附、屏障對電性能的影響、 處理的成本效益和容易，例如屏障層的沉積和結(jié)構(gòu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 在各種實施例中，提供了形成器件的方法。該方法包括形成在襯底之上的金屬層 以及形成至少一個屏障層。屏障層的形成包括在襯底之上沉積包括包含中心金屬原子或離 子和至少一個有機配體的金屬絡(luò)合物的溶液以及至少部分地分解金屬絡(luò)合物的至少一個 有機配體。
【附圖說明】
[0005] 在附圖中，相似的參考符號遍及不同的視圖通常指相同的部件。附圖不一定按比 例，相反通常將重點放在說明本發(fā)明的原理上。在下面的描述中，參考附圖描述了本發(fā)明的 各種實施例，其中： 圖1示出根據(jù)各種實施例的器件的示意圖； 圖2A示出圖1的器件的各種實施例的示意圖； 圖2B示出圖2A的各種實施例和比較示例； 圖3A示出圖1的器件的各種實施例的示意圖； 圖3B示出圖3A的各種實施例和比較示例的圖像； 圖4A示出形成圖2A和圖2B的器件的方法的方框圖； 圖4B示出形成圖3A和圖3B的器件的方法的方框圖； 圖4C示出形成圖4A和圖4B的實施例的屏障層的示意性化學(xué)方程式； 圖5示出圖3的器件的各種實施例的示意圖；以及 圖6示出圖2的器件的各種實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0006] 下面的詳細(xì)描述指的是附圖，其作為例證示出特定的細(xì)節(jié)和本發(fā)明可被實踐的實 施例。
[0007] 詞"示例性"在本文用于意指"用作示例、實例或例證"。在本文被描述為"示例性" 的任何實施例或設(shè)計不一定應(yīng)被解釋為相對于其它實施例或設(shè)計是優(yōu)選的或有利的。
[0008] 關(guān)于在側(cè)面或表面"之上"形成的沉積材料使用的詞"在…之上"在本文可用于意 指可"直接在"暗指的側(cè)面或表面上，例如與暗指的側(cè)面或表面直接接觸形成的沉積材料。 關(guān)于在側(cè)面或表面"之上"形成的沉積材料使用的詞"在…之上"在本文可用于意指可"間 接在"暗指的側(cè)面或表面上形成的沉積材料，一個或多個附加的層被布置在暗指的側(cè)面或 表面和沉積材料之間。
[0009] 各種實施例提供具有關(guān)于氧衍生物或金屬層的材料中的至少一個穿過屏障層擴 散的氣密地密封的屏障層的器件?？墒褂霉?jié)約成本的溶液方法和中等溫度，例如低于大約 250°C的溫度來形成氣密地密封的屏障層。
[0010] 在各種實施例中，器件1〇〇包括襯底102、至少一個屏障層104、108和在襯底102 之上的金屬層106。
[0011] 在例如圖1和圖3所示的各種實施例中，器件100、300包括在襯底102之上，例如 在襯底102上形成的第一屏障層104。金屬層106在第一屏障層104之上形成。第一屏障 層104可被形成為金屬屏障，使得第一屏障層104防止金屬層106的材料穿過第一屏障層 104,例如從金屬層106擴散到襯底中。附加地或替換地，第一屏障層104可被形成為金屬 層106的粘附促進(jìn)層。金屬層106在具有第一屏障層104的襯底102上比沒有第一屏障層 的器件可具有更高的粘附。因此，具有在金屬層106和襯底102之間的第一屏障層104的 器件100比沒有屏障層104的普通器件可具有更高的穩(wěn)定性。
[0012] 在例如圖1和圖2所示的另一實施例中，器件100、200包括在襯底102之上例如 在襯底102上形成的在金屬層106上的第二屏障層108。金屬層106在襯底102之上形成。 第二屏障層106可被形成為氧屏障。第二屏障層108可由關(guān)于例如氧、水的水蒸汽或氧衍 生物中的至少一個的例如酸、堿、溶劑、氧化劑或還原劑中的至少一個的化學(xué)活化劑在化學(xué) 上惰性的材料形成。第二屏障層108可使用方法形成并具有在一個范圍內(nèi)的厚度，使得第 二屏障層108氣密地密封金屬層106。因此，第二屏障層108可防止至少一個氧衍生物穿過 屏障層擴散到例如金屬層106中。
[0013] 在例如圖1所述的又另一實施例中，器件100包括在襯底102之上的第一屏障層 104和第二屏障層108。金屬層106在襯底102之上的第一屏障層104和第二屏障層108 之間形成。因此，金屬層106可以關(guān)于沒有屏障層104、108的器件，例如關(guān)于具有金屬層的 被暴露表面或界面的器件被氣密地隔離。
[0014] 在各種實施例中，提供了形成器件100的方法400,如圖4A到圖4C所示的。方法 400可包括提供402襯底102 ;在襯底102之上形成404金屬層106 ;以及形成406至少一 個屏障層104、108。至少一個屏障層104、108的形成406可包括在襯底102之上沉積包括 金屬絡(luò)合物的溶液。此外，至少一個屏障層104、108的形成406可包括至少部分地分解金 屬絡(luò)合物，使得金屬絡(luò)合物的配體被移除。
[0015] 在各種實施例中，器件100、200、300可被形成為半導(dǎo)體器件。襯底102可包括以 下或基本上由以下組成：例如，氮化鋁、氮化鎵、氮化銦、碳化硅、硫化鋅、硒化鎂、碲化鎂、硒 化鋅、磷化鎵、砷化鋁、硫化鎘、碲化鋅、硒化鎘、銻化鋁、碲化鎘、砷化鎵、磷化銦、硅、鍺、砷 化銦、銻化鎵、銻化銦、氮化硅。襯底102可以是有或沒有天然氧化物層的硅晶片。襯底102 可具有表面和從襯底102的表面延伸到襯底102的主體中的接觸孔500。接觸孔可具有如 圖5所示的至少一個側(cè)壁。第一屏障層104可在襯底102的表面之上形成。金屬層106可 在第一屏障層104之上形成。第一屏障層104可在接觸孔500的至少一個側(cè)壁之上形成， 其中接觸孔500部分地或完全填充有金屬層106。接觸孔500可具有在大約1到15 (寬度 與深度或高度）或更大的范圍內(nèi)、例如在大約1到大約12的范圍內(nèi)、例如在大約5到大約 10的范圍內(nèi)的深寬比。接觸孔500可被形成為例如具有大約1到大約20或更大的深寬比 的VIA (垂直互連通路)，例如穿通硅VIA (TSV)。
[0016] 附加地或替換地，器件可包括具有表面的襯底102,其中表面沒有氧衍生物。屏障 層104、108可在表面上形成。金屬層104、108可在屏障層104、108上形成。可形成屏障層 104、108,使得屏障層104、108防止金屬層106的材料穿過屏障層104擴散。附加地或作為 替換，屏障層104、108可關(guān)于沒有屏障層104的襯底102增加在襯底102上的金屬層104 的粘附。
[0017] 在各種實施例中，器件200包括具有模塊的襯底102,該模塊具有至少一個半導(dǎo)體 器件600,例如多個或很多半導(dǎo)體器件600(在圖6中圖示三個半導(dǎo)體器件)。屏障層108可 在襯底102之上的半導(dǎo)體器件600之上形成。屏障層108,例如陶瓷屏障層108可在半導(dǎo)體 器件/多個半導(dǎo)體器件上形成，使得半導(dǎo)體器件/多個半導(dǎo)體器件關(guān)于氧衍生物穿過屏障 層108的擴散被氣密地密封。
[0018] 金屬層106可包括以下中的至少一個或可由以下中的至少一個形成：貴金屬，例 如Cu、Ag等；功率金屬，例如Al、Cu等；可氧化金屬，例如Cu、Ag、A1等或其合金。換句話 說，金屬層106可包括下列元素中的至少一個或可由下列元素中的至少一個形成：Cu、Ni、 Pt、Ti、Au、Ag、A1和/或它們的合金?？墒褂闷胀夹g(shù)，例如派射技術(shù)來形成金屬層106。 例如對于TSV可形成具有在大約1 nm到大約20 Mm或甚至更高的范圍內(nèi)的厚度的金屬層 106。可形成具有在大約10 nm到大約500 nm的范圍內(nèi)、在大約25 nm到大約250 nm的范 圍內(nèi)、例如在大