專利名稱：用于銅互連的阻擋層的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體制造，特別涉及用于銅互連的阻擋/籽晶層淀積工藝。
在集成電路(IC)工業(yè)中，目前正開發(fā)用銅作為互連中鋁的替代材料。由于銅的制造較便宜，所以銅互連一般優(yōu)于鋁互連。此外，銅互連的電阻比鋁互連小，因此產(chǎn)生較少的熱。另外，銅電阻的減小提高了IC以較高工作頻率工作的能力，因而提高了性能，此外，與鋁相比，銅還具有提高了的抗電遷移性。
然而，不管這些優(yōu)點(diǎn)如何，如果要變成可靠的替代品，銅還有數(shù)個(gè)必須克服的缺點(diǎn)。銅的一個(gè)缺點(diǎn)是可能會(huì)作為移動(dòng)離子沾污的源。銅離子容易通過用于制造半導(dǎo)體的常規(guī)介質(zhì)材料擴(kuò)散。如果含量不合適，銅會(huì)擴(kuò)散到器件的有源區(qū)，因而影響了器件的可靠性。此外，銅容易被腐蝕。因此，需要互連形成為更復(fù)雜且需要利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝的鑲嵌結(jié)構(gòu)。另外，銅處理需要利用新材料和新工藝，如果不適當(dāng)?shù)丶尤脒@些制造工藝，會(huì)存在種種問題和復(fù)雜性。
例如，在利用銅互連時(shí)，一般需要阻擋層。阻擋層在銅周圍形成，以包含之，從而防止其沾污相鄰層和有源區(qū)。對(duì)鋁來說一般不需要的這些阻擋層正產(chǎn)生必須解決的新的制造和集成問題。用于形成這些阻擋層的材料和工藝目前還未弄得很清楚。因此，形成它們的這些材料和工藝的進(jìn)一步改善可能會(huì)顯著提高晶片的成品率、器件的可靠性和設(shè)備正常運(yùn)行能力。
在銅處理中用作阻擋層的許多材料(例如，難熔金屬)也會(huì)對(duì)器件的可靠性產(chǎn)生不良影響。這些可靠性問題部分是由與相鄰膜有關(guān)的阻擋層應(yīng)力造成的。因此，阻擋層應(yīng)力控制也可能提高整個(gè)IC成品率和可靠性。
另外，目前用于淀積互連中銅的工藝和處理室從厚度和均勻性控制方面來說并不是最佳的?？刂迫狈Τ蔀閱栴}。如果所淀積銅膜的均勻性充分改變，則成品率會(huì)受相反的影響，和/或隨后的工藝會(huì)因需要進(jìn)行調(diào)節(jié)以補(bǔ)償不均勻淀積膜而進(jìn)一步復(fù)雜化。
此外，在淀積及晶片傳輸期間，銅和銅阻擋材料與處理室部件間的粘附性不足也會(huì)造成問題。這些材料是潛在的顆粒源。優(yōu)化淀積工藝從而改善這些材料的粘附性將有利于提高成品率，減少處理室中的顆粒污染。
許多銅工藝都具有臺(tái)階覆蓋問題，其中與平坦表面相比，通孔和溝槽側(cè)壁被銅膜覆蓋的程度較差。此外，如果在開口上部淀積的膜以太高的速率淀積，則還會(huì)發(fā)生銅空洞問題。這會(huì)引起在完全填充開口前在上部發(fā)生膜夾斷，并會(huì)導(dǎo)致在開口內(nèi)形成空洞。改善臺(tái)階覆蓋和使空洞最小的工藝具有提高采用銅互連的器件的成品率和可靠性的潛力。
另外，由于前述的移動(dòng)離子，對(duì)鋁來說不成問題的預(yù)金屬淀積期間材料的背濺射對(duì)銅來說成為問題。如果鋁背濺射到露出的晶片表面上，已有化學(xué)試劑和工藝去除之。此外，這種鋁不容易通過不同層擴(kuò)散。相反，背濺射的銅不容易用化學(xué)或其它方法去除。除非其包含在阻擋層，否則容易通過相鄰膜擴(kuò)散，影響成品率和可靠性。因此，暴露底下的銅層的任何互連工藝都應(yīng)設(shè)計(jì)成確保從露出區(qū)去除最少量銅。
因此，該行業(yè)中需要改進(jìn)的金屬化處理，從而可以大規(guī)模低成本制造銅互連，并能提高成品率和可靠性。
從以下結(jié)合附圖的具體介紹中，可以更清楚地理解本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，附圖中，類似的數(shù)字表示類似和相應(yīng)的部分，其中

圖1是頂透視圖，展示了根據(jù)本說明書的多室集成電路淀積系統(tǒng)。
圖2是剖面示圖，展示了根據(jù)本說明書的圖1所示射頻(RF)預(yù)清洗室。
圖3是剖面示圖，展示了根據(jù)本說明書的圖1所示阻擋層淀積室。
圖4是剖面示圖，展示了根據(jù)本說明書的圖1所示銅籽晶層淀積室。
圖5是剖面示圖，展示了本說明書的圖4的放大夾具部分，更詳細(xì)地展示了圖4的該特定夾具。
圖6是頂透視圖，展示了根據(jù)本說明書的圖5的夾具。
圖7是剖面示圖，展示了利用具有不合適幾何形狀的夾具的不良影響。
圖8-11是剖面示圖，展示了根據(jù)本說明書的利用圖1-6所示系統(tǒng)形成銅互連的方法。
圖12是流程圖，展示了根據(jù)本說明書的形成用于銅互連的阻擋層和籽晶層的方法。
圖13以表格的形式比較了現(xiàn)有技術(shù)的鋁預(yù)清洗方法與用于本說明書的新的銅預(yù)清洗技術(shù)。
圖14以XY曲線展示了阻擋層淀積室中的線圈、靶、和晶片的加電順序，以便可以根據(jù)本說明書形成阻擋層。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，圖中的各部分是為了簡(jiǎn)單和清晰而畫，沒有必要按比例畫出。例如，圖中的某些部分的尺寸可以相對(duì)其它部分放大，以便有助于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解。
一般說，這里的圖1-14教導(dǎo)了一種形成銅鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的方法。一般情況下，該方法教導(dǎo)了鑲嵌或雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的改進(jìn)的預(yù)金屬淀積處理，鑲嵌結(jié)構(gòu)中銅阻擋層的改進(jìn)淀積處理，阻擋層上的籽晶層的改進(jìn)淀積處理。
具體說，在現(xiàn)有技術(shù)的阻擋層淀積室內(nèi)，電偏置部件一般靠近其它導(dǎo)電部件設(shè)置。在某些情況下，它們無意中會(huì)短路，引起所加偏置變化，導(dǎo)致不一致的處理。為防止這種問題在電偏置的晶片基座(支撐部件)與其它導(dǎo)電室部分間發(fā)生，在基座和其它導(dǎo)電室部件間要設(shè)置介質(zhì)或陶瓷隔離環(huán)。除保護(hù)晶片不受電弧和短路影響外，隔離環(huán)還有助于保證所加偏置直接加于晶片上，而不是加到靠近晶片的處理室的其它導(dǎo)電部件上。從而進(jìn)一步保證晶片正確有效的處理，并保持一致的結(jié)果。
在用鉭(Ta)形成阻擋層時(shí)，發(fā)現(xiàn)它不能很好地粘附于陶瓷隔離環(huán)上。這造成了鉭顆粒飛濺到陶瓷隔離環(huán)外飛到晶片上。這些顆粒會(huì)嚴(yán)重影響集成電路的成品率。為減少顆粒水平，引入了一種設(shè)計(jì)，在陶瓷隔離環(huán)上火焰噴涂或電弧噴涂鋁涂層。發(fā)現(xiàn)該鋁涂層可以提高鉭與隔離環(huán)的粘附性，可以顯著減少顆粒數(shù)。
此外，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中用于在銅籽晶層淀積期間固定晶片的常規(guī)夾具是不合適的。夾具的升高的陰影區(qū)設(shè)計(jì)成在晶片表面之上太高，因而在陰影區(qū)下，銅會(huì)以不好的質(zhì)量淀積在晶片上。這會(huì)產(chǎn)生銅結(jié)節(jié)和/或還會(huì)在晶片上形成隨著其向晶片的外圍延伸銅厚度逐漸減小的區(qū)域(漸變銅區(qū))。由于這些銅結(jié)節(jié)和銅漸變區(qū)易于從晶片表面脫離，所以發(fā)現(xiàn)在隨后的鍍敷和/或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)操作中，這些銅結(jié)節(jié)和漸變銅區(qū)會(huì)作為顆粒源，降低管芯成品率。此外，如果允許夾具在用銅濺射的區(qū)域中接觸晶片，則濺射的銅會(huì)粘附于夾具表面和晶片表面上，在夾具和晶片彼此分離時(shí)，這種濺射的銅會(huì)破裂或剝落。為避免這些問題，已開發(fā)出一種改進(jìn)的夾具，這里將介紹之，通過防止上述不良現(xiàn)象，顯著提高成品率。
此外，發(fā)現(xiàn)，處理室維護(hù)后，在阻擋層淀積室的部件上加氮化鉭(TaN)涂層，會(huì)極大地減少由于顆粒的緣故造成的處理室停機(jī)時(shí)間。在處理室不涂TaN時(shí)，濺射于室的內(nèi)部部件上的殘留鉭容易飛濺在處理室內(nèi)和晶片上產(chǎn)生顆粒。因此需要增加處理室清洗的頻率，相應(yīng)地增加了設(shè)備停機(jī)時(shí)間。發(fā)現(xiàn)，周期性的TaN處理室涂敷/改善鉭與室內(nèi)部部件的粘附性，并減少顆粒，可以減少處理室的停機(jī)時(shí)間，提高半導(dǎo)體器件管芯成品率。
按現(xiàn)有技術(shù)處理，一般不用優(yōu)化通孔腐蝕和預(yù)金屬淀積工藝來保證減少露出的底層鋁的去除量。由于再淀積的鋁不容易通過相鄰層擴(kuò)散，并且鋁容易用隨后的化學(xué)處理去除，所以一般減少鋁去除量關(guān)系不大。然而，銅膜則不同。在使用它們時(shí)，由于銅可能產(chǎn)生移動(dòng)離子沾污，有利的是開發(fā)不會(huì)去除大量露出的銅，同時(shí)能完成預(yù)定任務(wù)的腐蝕和預(yù)金屬淀積工藝。因此，這里教導(dǎo)了一種新的通孔處理技術(shù)，預(yù)計(jì)能減少與由于背面濺射和從露出的互連區(qū)去除銅造成的與銅有關(guān)的沾污問題，因而可以提高成品率和可靠性。此外，盡管預(yù)金屬淀積處理期間去除的銅的量顯著減少，但仍進(jìn)行開口角部的充分預(yù)清洗和倒角或磨圓，從而改善接觸電阻，改善臺(tái)階覆蓋，減少在隨后的金屬淀積期間形成空洞。
此外，用于形成銅阻擋層的許多難熔金屬的膜應(yīng)力特性會(huì)相對(duì)于上層和底層導(dǎo)電層和介質(zhì)層而顯著改變。這種應(yīng)力差異會(huì)引起可靠性和成品率問題。這里介紹一種方法，教導(dǎo)了復(fù)合鉭阻擋層的淀積，其中一部分層受更大的張力，另一部分受較小的張力，因而可以減小與應(yīng)力有關(guān)的復(fù)雜性。通過相對(duì)于加于阻擋層處理室的靶上的功率，改變加于阻擋層處理室的線圈上的功率循環(huán)周期，可以形成這種控制張力的復(fù)合層。此外，也可以線圈與作為濺射到晶片上的材料的源的靶結(jié)合使用，來形成復(fù)合膜(例如一種材料來自線圈，另一種材料來自靶)和/或提高整個(gè)晶片上淀積層的均勻性。
因此，上述改進(jìn)整體上顯著改善了用于銅互連的阻擋層和籽晶層工藝。具體結(jié)合圖1-14可了進(jìn)一步理解上述整體改進(jìn)。
圖1展示了多室集成電路淀積系統(tǒng)1。系統(tǒng)1包括設(shè)計(jì)成把晶片從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)的兩個(gè)自動(dòng)傳遞室。第一自動(dòng)室是緩沖室3，第二自動(dòng)室是傳遞室2。
通過置于一個(gè)裝載鎖7上，晶片進(jìn)入系統(tǒng)1，如圖1所示。裝載鎖7在合適的溫度、壓力等條件下穩(wěn)定后，緩沖室3將晶片從裝載鎖7移到除氣對(duì)準(zhǔn)室5。除氣對(duì)準(zhǔn)室5使用形成于半導(dǎo)體晶片內(nèi)的平面或凹口，旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)1內(nèi)將處理的晶片。此外，在將晶片置于一個(gè)處理室中之前，除氣對(duì)準(zhǔn)室5給晶片加熱或加能量，去除晶片上的沾污、水或其它不希望的材料。進(jìn)行這種去除目的是減少這些材料沾污系統(tǒng)1內(nèi)的任何處理室的可能性。
在室5中處理過后，晶片通過緩沖室3移到一個(gè)射頻(RF)預(yù)清洗室10，如圖1所示(也可以見圖2)。RF預(yù)清洗室10用于將鑲嵌通孔和/或溝槽開口的角部倒圓。此外，預(yù)清洗室清洗半導(dǎo)體晶片的露出導(dǎo)電表面，以備隨后的銅阻擋層和銅籽晶層形成之用。
通過室10處理后，晶片通過傳遞室9傳遞到傳遞室2。傳遞室2然后將晶片置于阻擋層淀積室40(也可以見圖3)。晶片通過傳遞室2在處理室間的傳遞在受控的環(huán)境中，在受控的條件下進(jìn)行，以便減少晶片傳輸期間晶片上的沾污。阻擋層淀積室40在晶片上淀積銅前，在半導(dǎo)體晶片上淀積銅阻擋層。阻擋層較好是鉭，或某種其它難熔金屬或難熔金屬氮化物?；蛘?，可利用用于形成阻擋層的其它類型的單一或復(fù)合材料形成。
形成阻擋層后，晶片傳輸?shù)阶丫У矸e室70(見圖4)。在室70中，形成銅籽晶層，該層上可以用蒸發(fā)、無電鍍敷、淀積、濺射和/或類似方法形成銅。形成銅籽晶層后，晶片通過室9傳遞到任意的冷卻室(未示出)，在移到緩沖室3之前冷卻晶片。緩沖室3然后把晶片從室9傳遞回裝載鎖7，從而從系統(tǒng)1中取出晶片。取出后，處理過的半導(dǎo)體晶片上具有形成于其暴露表面上的導(dǎo)電阻擋層和銅籽晶層，準(zhǔn)備用于體銅的淀積和CMP。
圖3-7中更詳細(xì)地討論了多室淀積系統(tǒng)1內(nèi)的特定室和它們的子室。系統(tǒng)1對(duì)按上述順序傳遞的半導(dǎo)體晶片的作用將在圖8-11中進(jìn)一步展示。此外，利用圖1的系統(tǒng)1對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行的步驟還將結(jié)合圖12-14展示和討論。因此，通過圖2-14的討論可以更好地理解上述討論的工藝。
圖2更詳細(xì)地展示了圖1所示的RF預(yù)清洗室10。室10包括用于容納RF預(yù)清洗室內(nèi)的RF預(yù)清洗氣氛的鐘罩12。一般情況下，鐘罩12由玻珠吹制的石英構(gòu)成，以促進(jìn)顆粒的粘附。此外，石英是一種允許外部電場(chǎng)(例如以下討論的線圈16產(chǎn)生的電場(chǎng))影響預(yù)清洗處理氣氛和影響晶片的處理的介質(zhì)材料。因此，盡管石英是優(yōu)選材料，也可以使用不禁止外部電場(chǎng)穿過的其它材料。
擋板14沿側(cè)邊和上部封閉鐘罩12，基板18沿下部封閉鐘罩12。部件14和18一般由能夠屏蔽射頻(RF)的鋁或類似的金屬材料構(gòu)成。線圈16位于擋板14和鐘罩12之間。線圈16為圓柱形，圍繞石英鐘罩12。通過線圈電源26給線圈16提供低頻RF功率。
如圖2所示，半導(dǎo)體晶片22置于晶片基座20上(晶片吸盤)，隨后被處理。通過基座電源24給晶片基座20提供高頻RF功率。晶片22可以利用真空、機(jī)械夾具、靜電力等固定于基座20上。或者，在某些系統(tǒng)中，晶片可以不固定。圖2示出了給石英鐘罩12所包含的室內(nèi)部氣氛提供氣體的供氣管道28。給室內(nèi)氣氛供應(yīng)的氣體一般是惰性濺射氣體，一般包括氬、氮或氙。此外，圖2示出了去除室10內(nèi)的反應(yīng)和未反應(yīng)的副產(chǎn)物且保持晶片處理期間的壓力的排氣口30。一般來說，室10預(yù)處理和預(yù)清洗晶片22，在淀積阻擋層和籽晶層之前，倒圓鑲嵌開口的角，清洗開口內(nèi)的露出導(dǎo)電表面。下面將結(jié)合圖9和12詳細(xì)介紹預(yù)清洗處理。
圖3更具體地示出了圖1所示的阻擋層淀積室40。圖3的阻擋層淀積室40包括由鋁或電弧噴涂了不銹鋼的鋁構(gòu)成的擋板42。在擋板42的上部上是頂板44。頂板44含有或支撐旋轉(zhuǎn)磁組件46。旋轉(zhuǎn)磁組件46使原子指向?yàn)R射靶48，同時(shí)從靶48把阻擋層材料濺射到晶片22上。濺射靶48固定于頂板44的底部，較好由鉭(Ta)構(gòu)成?；蛘?，阻擋層靶可由例如氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鎢化鈦(TiW)等其它材料構(gòu)成。靶48一般由靶電源50提供直流電(DC)，如圖3所示。
外殼42內(nèi)緣支撐線圈52。線圈52連接到線圈電源54，從而可以在晶片處理期間偏置，晶片22置于室40內(nèi)晶片基座56(晶片夾具)上。晶片可以利用真空、機(jī)械夾具、靜電力等固定到晶片基座56上。然而，在這里所述的實(shí)施例中，晶片不固定于晶片基座56上?；?6由基座電源58加偏置。下面將結(jié)合圖14介紹特定的偏置條件。
基板60內(nèi)有開口，輸入氣體源62通過該開口提供到處理室內(nèi)，如圖3所示。輸入氣體源入口62允許各種氣體例如氮、氬、和/或氙等進(jìn)入處理室40，以便更有效地進(jìn)行濺射操作。此外，圖3示出了排氣口64，排氣口64用于在晶片22的濺射處理期間去除濺射操作的殘留副產(chǎn)物，及調(diào)節(jié)處理室內(nèi)的壓力。
為了保證晶片22被基座電源58有效地偏置，使用圖3所示的介質(zhì)隔離環(huán)53，以防止晶片基座與其它導(dǎo)電室部件接觸。介質(zhì)隔離環(huán)53較好由陶瓷材料構(gòu)成。然而，已發(fā)現(xiàn)，從鉭靶48自然濺射到陶瓷隔離環(huán)53上的鉭(Ta)不會(huì)很好地粘附，因而，鉭會(huì)頻繁地從陶瓷隔離環(huán)53上剝落下來，增加晶片22上的顆粒沾污。這種顆粒沾污顯著降低了管芯成品率。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，陶瓷或介質(zhì)隔離環(huán)53的上暴露表面上涂敷一層電弧噴涂的鋁或火焰噴涂的鋁。在陶瓷隔離環(huán)53上附加該表面增強(qiáng)了鉭淀積期間鉭與隔離環(huán)53的粘附性，因而與現(xiàn)有技術(shù)的隔離環(huán)相比，顯著改善了處理室內(nèi)顆粒的控制。
此外，已發(fā)現(xiàn)，從靶48濺射的鉭(Ta)還容易淀積在室40內(nèi)的其它部件上。例如，鉭會(huì)淀積在室40內(nèi)的擋板42、夾具55或其它部件上。一般說，一段時(shí)間后鉭不適當(dāng)?shù)刂苯诱掣降竭@些部件上。如果濺射的鉭不能很好地粘附到這些部件上，則會(huì)產(chǎn)生引起顆粒量增加的剝落，對(duì)成品率產(chǎn)生不良影響，增加系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間。
為了避免這些問題，已發(fā)現(xiàn)，清洗室40后，在將晶片再引入室40之前，對(duì)室40進(jìn)行調(diào)節(jié)步驟。該調(diào)節(jié)步驟涉及通過氣體輸入管道62向室40內(nèi)引入氮?dú)?，同時(shí)在氮?dú)夥障聫陌?8活性濺射Ta。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，通過電源50、54和/或58給靶48加大約1300-1700瓦(W)的功率，給線圈52加約1300-1700W的功率，和/或給基座56加電，在活性濺射淀積系統(tǒng)中完成該步驟，從而在室40的內(nèi)表面及其部件的各部分上形成氮化鉭膜淀積物。氮化鉭膜淀積的厚度約為0.25-0.75m微米。調(diào)節(jié)步驟期間，金屬盤置于基座上，防止濺射材料淀積于加熱器上。該調(diào)節(jié)步驟用TaN涂敷了室內(nèi)部關(guān)鍵的部件，因而在晶片處理期間隨后淀積到室上的鉭的粘附性提高。用室40處理了一定數(shù)量的晶片后，再進(jìn)行另一次室維護(hù)清洗程序和另一次在室內(nèi)部部件上淀積氮化鉭(TaN)的調(diào)節(jié)操作。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以采用復(fù)合TaN靶在室內(nèi)部部件上淀積氮化鉭層，代替在氮?dú)夥罩袨RTa靶形成TaN層。
圖4更具體地示出了圖1所示的阻擋層淀積室70。與圖3類似，室70包括與以上討論部件類似的部件，包括擋板72、頂板74、旋轉(zhuǎn)磁控組件76、銅靶78、靶電源80、線圈82、線圈電源84、晶片基座86、基座電源88、底板90、輸入氣體源92、和排氣口94。然而，圖4的晶片支撐和夾緊結(jié)構(gòu)與圖3所示的室40中的結(jié)構(gòu)不同。圖3中的晶片自由立于室40內(nèi)，而圖4的晶片利用改進(jìn)的夾具85夾緊于圖4的晶片基座86上。
操作期間，電源80、84、和88給系統(tǒng)加電，同時(shí)氬等惰性氣體通過輸入管92提供到室70內(nèi)。于是從靶78濺射銅，并濺射到晶片22上。這里對(duì)工藝的改進(jìn)并不太大，具體的改進(jìn)是圖4所用的夾具85。因此，下面結(jié)合圖5-7具體討論夾具85。
重新設(shè)計(jì)了圖4所示的夾具85，以便減少晶片外圍區(qū)銅的剝離，從而減少IC制造期間影響成品率的顆粒問題。圖5是圖4所示夾具的內(nèi)緣部分的放大剖面圖，進(jìn)一步展示了其相對(duì)于晶片22的位置和作用。夾具85的接觸部分100用于把晶片固定到底下的晶片基座或支撐部件(未示出)上。位于夾具內(nèi)徑的抬高區(qū)如遮蔽部分所示。它位于區(qū)102上在晶片22的外圍部分。圖5示出了夾具85的遮蔽部分位于晶片22的表面之上的距離104處。圖5所示夾具設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)是作為夾具85接觸或靠近晶片22的點(diǎn)105。一般說，如果不能相對(duì)于夾具的其它尺寸合適地設(shè)計(jì)點(diǎn)105，則會(huì)發(fā)生不希望的濺射銅淀積。這在不夾緊晶片時(shí)也可能成為問題。在不夾緊晶片時(shí)，靠近點(diǎn)105，連續(xù)形成于晶片和夾具上的銅易于從這些表面上剝離，這會(huì)產(chǎn)生顆粒，還會(huì)成為以后的處理期間銅膜從晶片上剝離的源頭。
結(jié)合圖7所示的現(xiàn)有技術(shù)的夾具99討論可以更好地理解圖5設(shè)計(jì)中的改進(jìn)。在夾具99固定晶片22時(shí)，銅或銅籽晶層108從上面的靶上濺射。如果遮蔽部分的高度114太高，則銅會(huì)沿例如路徑116等路徑濺射，形成于遮蔽部分下的晶片區(qū)上。形成于這些區(qū)上的銅有漸變的厚度(從厚到薄)，并會(huì)突然終止，在遮蔽部分115下的最外部區(qū)域形成銅結(jié)節(jié)。該遮蔽部分的位置朝向晶片22的外圍部分。銅結(jié)節(jié)110和漸變的銅部分112的問題在于，它們?cè)陔S后的銅鍍敷操作期間不均勻鍍敷。此外，對(duì)銅結(jié)節(jié)110和漸變的銅部分112進(jìn)行銅鍍敷和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)操作存在著在規(guī)定的時(shí)間之后嚴(yán)重且不利地從晶片上剝離的可能性。因此，需要盡可能減少銅結(jié)節(jié)110和漸變銅區(qū)112的形成。
此外，如圖7所示，現(xiàn)有技術(shù)的夾具有時(shí)產(chǎn)生不夠?qū)挼年幱皡^(qū)115。如果該區(qū)115太窄和/或高度114太大，夾具99一般與晶片22接觸的點(diǎn)117還存在使銅淀積于其上和其周圍的可能性。最后，大量的銅形成于點(diǎn)117上，導(dǎo)致了在夾具與晶片分離時(shí)，點(diǎn)117處銅層剝離或剝裂。這可能在晶片22的邊緣產(chǎn)生顆粒，因而會(huì)影響成品率。因此，為了開發(fā)出改進(jìn)的功能夾具，以用于形成銅或銅籽晶層，必須嚴(yán)格設(shè)計(jì)目前存在的尺寸之外的尺寸115和114。
圖5示出了這種改進(jìn)的夾具85，尺寸104小于圖7所示的高度尺寸114。具體說，現(xiàn)有技術(shù)中沒有給出有尺寸114小于8密耳的遮蔽部分的夾具。這種遠(yuǎn)離晶片22的“高”遮蔽部分至少部分與以上討論的夾具99的問題有關(guān)。圖5中，夾具85的尺寸104設(shè)計(jì)成小于8密耳。在優(yōu)選實(shí)施例中，尺寸104小于5密耳，在某些情況下，小于3密耳。一般說，多數(shù)情況下，圖5的尺寸104可以是約2-5密耳范圍內(nèi)的某些值。減小尺寸104會(huì)減小形成于遮蔽部分下形成的銅，相應(yīng)會(huì)減少與遮蔽部分下的漸變銅和銅結(jié)節(jié)有關(guān)的問題。重要的是不使晶片與圖5夾具的內(nèi)緣107接觸。這是重要的，除非這時(shí)這種銅累積和剝離發(fā)生在象圖5所指出的點(diǎn)105一樣的點(diǎn)107，否則將會(huì)發(fā)生前面結(jié)合圖7的點(diǎn)117討論的剝離問題。因此，有很好的理由不將高度尺寸104降低到小于某個(gè)閾值的點(diǎn)，這種閾值隨晶片形貌、所淀積阻擋層、籽晶層和/或銅層的厚度改變。
此外，圖5中的尺寸102一般設(shè)定在20密耳或更大，以保證對(duì)角淀積路徑116(如圖7所示)不在點(diǎn)105產(chǎn)生不良的銅材料累積。尺寸102與尺寸的相對(duì)長(zhǎng)度還應(yīng)保證避免或基本減少籽晶層外圍的剝離?？傊倪M(jìn)的夾具85減少了圖7所示的銅漸變112和銅結(jié)節(jié)110，因而基本上減少了外圍銅剝離和顆粒。此外，新設(shè)計(jì)的夾具85保證了不發(fā)生夾具85與晶片接觸表面附近的銅累積，因而銅不會(huì)在銅籽晶層形成期間從晶片22的表面上不良剝離。
實(shí)際上，圖7所示的問題是由于尺寸115和114限定的矩形兩維形狀造成的。通過距離102和104改變圖5中限定的矩形區(qū)形狀，可以改善銅籽晶層的形成。因此，代替通過前述的特定尺寸102和104描述夾具的改進(jìn)，可以說，尺寸102或側(cè)凸緣應(yīng)至少是晶片表面上遮蔽部分尺寸104或高度的2.5倍。相應(yīng)的，距離102應(yīng)至少是距離104的4.0倍。這種幾何形狀關(guān)系將保證減少或避免圖7所示的漸變112和結(jié)節(jié)110的發(fā)生，同時(shí)保證在圖5的接觸點(diǎn)105或外圍點(diǎn)107，銅籽晶層不從晶片上剝離。
圖6示出了用于圖4的室70中的夾具85，該圖是透視圖。多數(shù)半導(dǎo)體晶片22含有一般含晶片表面激光刻劃的符號(hào)的字母數(shù)字識(shí)別區(qū)106。在圖3的室40中，這些字母數(shù)字符號(hào)被加工并被Ta阻擋層覆蓋。阻擋層很薄，而字母數(shù)字符號(hào)形成得很深，比較發(fā)現(xiàn)，字母數(shù)字符號(hào)會(huì)因在字母數(shù)字符號(hào)形貌內(nèi)淀積的阻擋層變形、被填充或被有效擦除。然而，隨后形成厚可能大于0.4微米的銅籽晶層會(huì)完全模糊或?qū)嵸|(zhì)上使字母數(shù)字符號(hào)區(qū)106變形。因此，按圖6中環(huán)形形狀機(jī)械加工圖4和5所示的夾具85，以便夾具定位于晶片上時(shí)，夾具有覆蓋字母數(shù)字符號(hào)識(shí)別區(qū)106的部分。通過這樣做，可以在除字母數(shù)字識(shí)別區(qū)外的區(qū)域內(nèi)形成銅籽晶層，因而甚至在進(jìn)行了銅鍍敷后，這些識(shí)別符號(hào)也是明顯的。
因此，圖5-6集中展示了用于圖4的籽晶層淀積室70的改進(jìn)夾具結(jié)構(gòu)，以改善銅互連處理。
圖8-11是剖面圖，展示了利用先前圖1-6所示的系統(tǒng)形成雙鑲嵌銅互連結(jié)構(gòu)的方法。
圖8示出了形成于襯底上的介質(zhì)區(qū)200。按優(yōu)選的形式，襯底是硅晶片。然而，根據(jù)這里的教導(dǎo)，也可以采用其它襯底，例如碳化硅、鍺硅、鍺、砷化鎵、其它III-V族化合物、絕緣體上的硅(SOI)襯底等半導(dǎo)體材料。在這種襯底上形成各種導(dǎo)電層和介質(zhì)層，這些層包括例如金屬、難熔金屬、硅化物、多晶硅、氮化物、氧化物和/或類似材料等材料。襯底上的這些層形成各種有源器件、無源器件和襯底表面上電器件間的互連區(qū)。
一種這樣的互連區(qū)如圖8中的互連202。按優(yōu)選形式，互連202由銅材料構(gòu)成，優(yōu)選為具有合適阻擋層(圖8中未具體示出)的雙鑲嵌或單鑲嵌結(jié)構(gòu)。互連202的上部形成例如氮化硅、富硅氮化硅、氮氧化硅、等離子體增強(qiáng)氮化物和/或類似材料或復(fù)合物等腐蝕停止層204。腐蝕停止層204上形成一個(gè)或多個(gè)介質(zhì)層206。介質(zhì)層206包括一種或多種原硅酸四乙酯(TEOS)、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、氟摻雜TEOS、低K介質(zhì)、氮氧化物和/或類似介質(zhì)或它們的復(fù)合物。層206上形成第二腐蝕停止層和抗反射涂敷(ARC)層208。用于形成層208的材料與用于形成204的材料類似。層208上部形成另一介質(zhì)層210，該層用與先前討論的介質(zhì)層206類似的材料和處理形成。
形成層204-210后，用光刻工藝與腐蝕工藝通過層204-210形成單鑲嵌或雙鑲嵌開口，如圖8所示。圖8中，示出了雙鑲嵌開口，具有溝槽部分212a和通孔部分212b?？梢园础巴自谇?溝槽在后”、“溝槽在前/通孔在后”，或以任何可以產(chǎn)生圖8所示所得整體結(jié)構(gòu)的其它方式形成開口212。
形成圖8所示結(jié)構(gòu)后，晶片22置于圖1所示的系統(tǒng)1的裝載鎖7內(nèi)。如這里所教導(dǎo)的那樣，晶片傳遞到RF預(yù)清洗室10內(nèi)。在RF預(yù)清洗室10內(nèi)，通過在存在使被電離粒子214朝向晶片表面的電場(chǎng)的情況下，電離例如氬或氙等惰性氣體，腐蝕晶片20。如圖9所示。電離粒子214撞擊層210、206和202的表面，如圖9所示。然而，電離粒子214被加電，以便在不充分濺射或不從暴露表面202a去除暴露的銅層202的部分的條件下，形成倒圓的角210a和206a。通過利用線圈電源26給線圈16加電到高水平的RF功率，并利用基座電源24給基座加電到較低水平的RF功率(見圖13)，進(jìn)行這種基于深度的選擇性去除。這種功率差異可以保證因離子轟擊而沿相對(duì)于下暴露表面部分的上暴露表面部分產(chǎn)生較高的腐蝕率(例如由于表面210以比表面206更高的速率被腐蝕，所以角210a比角206a更圓)。另外，暴露表面202，底部開口經(jīng)受了最少量的離子轟擊，因此該部分是被去除或被濺射最少量材料的開口部分。另外，從角部210a和206a腐蝕去除的材料量大于從表面202a去除的材料量。角部的倒圓會(huì)改善隨后淀積的阻擋層和導(dǎo)電膜的臺(tái)階覆蓋，并通過使這些膜更均勻地淀積于開口內(nèi)，有助于減少開口底部中的空洞。
現(xiàn)有技術(shù)中，線圈功率和晶片基座功率(晶片功率)一般設(shè)定為相同水平，例如200W(例如見圖13)。由于鋁互連中的暴露鋁的去除或?yàn)R射不會(huì)負(fù)面影響集成電路的成品率和可靠性，所以采用這種相同的功率水平。然而，圖9中，不象現(xiàn)有技術(shù)的鋁，從表面202a背面濺射和去除然后又淀積在介質(zhì)層210上的銅會(huì)負(fù)面影響成品率。層210和206上任何淀積的銅都容易通過層210和206擴(kuò)散，可能引起器件沾污和成品率下降。此外，不容易象鋁的情況那樣通過化學(xué)處理或腐蝕去掉銅沾污。因此，有利于器件可靠性的是圖9的工藝減小從互連202的表面202a去掉銅的比率。
總之，在圖2的室10中進(jìn)行的圖9的工藝形成了倒圓的角210a和206a，改善了臺(tái)階覆蓋，減少了銅互連中隨后空洞的形成，同時(shí)通過降低從表面202a濺射銅的比率，減少了銅沾污，減少了成品率降低的可能性。
進(jìn)行了圖9所示的預(yù)清洗工藝后，將晶片22從圖1的室10中移到圖1的阻擋層淀積室40。注意，圖1中的室40還更詳細(xì)地示于圖3。圖10示出了利用圖1和3的室40，淀積阻擋層220，如先前圖9所示覆蓋晶片的表面。一般說，層220的厚度形成為約200埃到750埃之間，較好是鉭(Ta)層。按優(yōu)選形式，層210的部分遞增地淀積為較低張力層，同時(shí)，層210的其它部分淀積成較高張力層，從而調(diào)節(jié)復(fù)合層220的應(yīng)力。換言之，在圖10中，至少為層220形成一個(gè)較高張力部分和一個(gè)較低力部分，從而形成完成的Ta阻擋層。這樣形成的阻擋層220減少了IC制造中關(guān)系到可靠性的應(yīng)力，一般可以提高IC成品率。下面結(jié)合圖12和14更具體地介紹可用于形成復(fù)合較高張力和較低張力層220的特定方式。
在圖1的室40中形成了阻擋層220后，晶片220從室40移到室70。注意，圖4中更詳細(xì)地示出了室70。圖4中，采用以上討論的圖5和6所示的改進(jìn)夾具，在圖10所示的阻擋層220上形成改善的銅籽晶層222。一般說，層222形成為銅層，一般其厚形成為100埃-2000埃。有時(shí)，尤其靠近垂直通孔壁時(shí)，平坦表面的籽晶層的厚度大于側(cè)壁表面。然而，圖9所示的倒圓的角210a和206a可以改善這種臺(tái)階覆蓋。此外，按圖10所示工藝，采用圖5和6的改進(jìn)夾具，尤其是在晶片的外圍，與現(xiàn)有技術(shù)所用硬件和工藝相比，可極大地提高成品率。
另外，發(fā)現(xiàn)，從室線圈和室靶濺射籽晶層和/或阻擋層，極大地提高了均勻性。此外，發(fā)現(xiàn)，具有小于50微米粒徑的銅籽晶層線圈提高了銅籽晶的質(zhì)量，還有益于電遷移和可靠性。一般情況下，現(xiàn)有技術(shù)中，相信該線圈的粒徑對(duì)銅籽晶層的質(zhì)量稍有影響。
此外，通過有意地從線圈和靶濺射材料，進(jìn)一步控制和提高了銅籽晶層的均勻?qū)印＿@不同于無意中發(fā)生從線圈濺射殘余物的情況。從工藝上說，由于這種濺射沒有優(yōu)點(diǎn)，只會(huì)限制線圈的壽命，所以不希望材料從線圈濺射。然而，在任何濺射系統(tǒng)中，總是有些微不足道和無關(guān)緊要的來自室部件的材料濺射。這里所教導(dǎo)的工藝教導(dǎo)了來自線圈的較大規(guī)模和較慎重的濺射比率，因而所淀積層的基本部分是從線圈去掉的材料。例如，本發(fā)明的各實(shí)施例提供了至少銅籽晶層的整個(gè)材料的最少5％源于線圈，而一般情況下，現(xiàn)有技術(shù)中，銅籽晶層中有不大于1-2％的材料源于線圈。此外，線圈和靶都可以由銅、銅合金、或不一樣的材料構(gòu)成，從而在晶片上形成復(fù)合層?？傊?，有意地給線圈加電或從線圈濺射，提供了附加控制所淀積層的均勻性，這是未曾預(yù)料到的好處。
圖11還示出了淀積銅填充材料和形成雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)后圖10的雙鑲嵌開口。圖11中，用無電鍍敷、電鍍或CVD工藝，在籽晶222和雙鑲嵌開口中淀積銅膜224。因此，基本上填充開口并已減少或沒有空洞形成的銅224形成于籽晶層222上。一般情況下，銅層224的厚度在5000埃到1.2微米之間。形成層224后，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，從而去除未含于雙鑲嵌開口內(nèi)的那部分銅層224、籽晶層222和阻擋層220。該拋光工藝產(chǎn)生了雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)，如圖10所示。
圖12按流程示出了從晶片置于圖1的系統(tǒng)1內(nèi)到從圖1的系統(tǒng)1中取出晶片的整個(gè)工藝。第一步400，晶片22置于圖1的裝載鎖7內(nèi)。步驟402，晶片通過緩沖室3從裝載鎖7傳遞到除氣室5。在室5中，晶片被加熱，以去除晶片表面上的有機(jī)物和濕汽，為隨后在其它室中的處理做準(zhǔn)備。此外，室5在空間上將晶片與晶片凹口或晶片平面對(duì)準(zhǔn)。
在步驟406，晶片通過緩沖室3從室5傳遞到室10。室10用于RF清洗晶片22。步驟408的特定預(yù)清洗條件與現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)清洗條件的對(duì)比示于圖13。該工藝和其效果將在圖9的剖面示圖中進(jìn)行展示。圖13中，現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)清洗工藝給線圈和晶片加電到大致相同的功率水平。這些功率的設(shè)定考慮到產(chǎn)率的關(guān)系。在線圈和晶片的功率設(shè)定為高功率(例如200W)時(shí)，預(yù)清洗工藝高速從晶片所有表面上去除材料。因此，從產(chǎn)率方面考慮，希望高功率工藝，因而開口內(nèi)大量底層暴露鋁還會(huì)反過來濺射到晶片表面上。然而，由于濺射的鋁可以去掉，并且鋁不會(huì)有沾污問題，所以現(xiàn)有技術(shù)工藝的鋁濺射不會(huì)成為沾污問題。
然而，圖12中的步驟408是在圖9所示的表面202上存在暴露銅的條件下預(yù)清洗。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，這種工藝的線圈功率增到300W或更大，同時(shí)晶片功率降到100W或更小，以產(chǎn)生功率梯度。這些功率是較保守的數(shù)字，簡(jiǎn)單說必須保持線圈功率與晶片功率大約為2∶1的比率。這種功率梯度可以保證從層210的暴露上表面濺射或去除的材料大于從層206的暴露表面去除或?yàn)R射的材料，進(jìn)而兩者都大于從圖9中開口底部的暴露銅表面202a濺射的材料量。因此，仍會(huì)發(fā)生圖9中角210a和206a倒圓的有利情況(角210a比角206a稍圓一些)，這種倒圓可以改善臺(tái)階覆蓋，減少空洞形成。除提供有利的圓形剖面外，功率梯度還使從圖9的表面202a去除的銅量最少，因而對(duì)于銅互連來說沾污最少，這種沾污對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的鋁處理從來不是什么問題。
再回到圖13-12，步驟408后是步驟410。步驟410把晶片22從圖1-2的預(yù)清洗室10傳遞到圖1和3的室40。步驟412，圖3的室40如圖10所示淀積阻擋層220。阻擋膜的淀積根據(jù)圖14所示和所記載的工藝順序進(jìn)行。
圖14中，晶片置于室40內(nèi)并且處理室穩(wěn)定后，給圖3的靶48加1000W的功率(靶偏置)。在圖10的阻擋層220的淀積期間連續(xù)加功率。盡管具體示出了靶功率為所加的1000W的功率，但可以根據(jù)所希望的處理結(jié)果和所用淀積設(shè)備類型，采用任何其它功率設(shè)置。在阻擋層淀積工藝期間的初始階段，加于靶偏置的功率是1000W，通過圖3的基座電源58加于晶片22(晶片偏置)的功率設(shè)定為小值或零W。初始階段后，晶片偏置從大約為零W變到450W，以便從互連開口的底部背濺射阻擋材料于開口的側(cè)壁上，改善開口內(nèi)阻擋膜的整個(gè)覆蓋。加于晶片偏置的波形可與圖14所示的不同。另外，可以線性變化到除450W外的其它功率水平，取決于所希望的工藝結(jié)果和所用設(shè)備類型。某些系統(tǒng)可在阻擋層淀積工藝期間根本不給晶片加偏置。
圖14展示了優(yōu)選的靶偏置功率波形和晶片偏置功率波形，可以用三個(gè)可能的線圈功率波形600、602和604中的一個(gè)。第一線圈功率波形600示出了圖3的線圈52在與靶48大致相同的時(shí)間加電。因此，波形600表示線圈在與靶48初始加電到約1000瓦大約相同的時(shí)間加電到約1500瓦。盡管波形600表示約1500W，但如果需要，也可以用其它功率水平，以適應(yīng)各種工藝和設(shè)備。規(guī)定的時(shí)間周期過去后，如圖14的波形600所示，在阻擋層淀積和工藝結(jié)束前，撤掉或減小線圈功率。換言之，在高線圈功率處理程序，淀積圖10的阻擋膜220的開始部分，在低或零線圈功率處理程序淀積膜220的另一部分。與在線圈上加較低量功率時(shí)形成的那些部分鉭阻擋層相比，在線圈被加電的開始階段形成的這些部分鉭阻擋層，具有不同的應(yīng)力特性。在給線圈加電期間，淀積較低張力鉭阻擋膜。而在撤掉或減小線圈功率時(shí)，淀積較大張力鉭阻擋膜。因此，通過選擇性控制阻擋層淀積期間給線圈加的功率，可以控制阻擋層的應(yīng)力，使之適應(yīng)上層和底層的各應(yīng)力，從而提高粘附性和整個(gè)IC成品率。
相信以上討論的不同阻擋層部分應(yīng)力特性不同是由于引入到淀積阻擋層部分的氬(或類似惰性氣體)的不同比率造成的，而這種不同比率是加于線圈上的功率增大的結(jié)果。具體說，在給線圈加電時(shí)，室中的氬較大程度地電離，會(huì)在阻擋膜內(nèi)大量淀積。在不給線圈加電時(shí)，室40中(見圖3)較少氬電離，所以較少氬引入阻擋膜。因此，在膜深度方向上氬的不同/梯度正比于線圈的循環(huán)周期曲線(圖14中曲線600、602、604中的一條)。相信，最終阻擋膜中的氬梯度有助于改善圖10的阻擋層220的應(yīng)力特性。
圖14示出了另一可能的線圈功率波形602，因而，圖3的線圈52開始時(shí)關(guān)閉，同時(shí)啟動(dòng)靶功率。不加線圈功率的初始阻擋層淀積周期后，啟動(dòng)線圈功率，如圖14的曲線602所示。因此，波形602基本上與波形600相反，從而波形602產(chǎn)生具有與通過曲線600形成的膜相反的應(yīng)力分布。在利用波形602處理程序時(shí)，在淀積工藝的第一階段開始淀積較大張力鉭膜，而在淀積工藝的第二階段，淀積較小張力鉭膜。
圖14還示出了第三種可能的波形604，該波形可用于形成圖10的阻擋層220。波形604示出了給線圈52加脈沖功率(或者是周期性或者是非周期性)，在利用圖14所示脈沖線圈功率波形時(shí)，可以在晶片22上遞增地淀積較小張力和較大張力鉭交替層或部分。因此，已確定，在淀積工藝期間，至少一次選擇性給線圈加和關(guān)電，可調(diào)節(jié)阻擋層的應(yīng)力，使之適應(yīng)多種不同的約束或條件。此外，盡管圖14示出了初始臺(tái)階覆蓋波形，但可用于線圈、靶、和/或晶片上的該波形在規(guī)定時(shí)間后不必是階梯功能曲線。例如，可用三角形(鋸齒形)波形、正弦波形、對(duì)數(shù)功率曲線、指數(shù)功率曲線、它們的組合、或模擬、連續(xù)或量化波等任何其它類型的波形，使圖10的鉭(難熔金屬基的)阻擋層220產(chǎn)生不同類型的應(yīng)力特性?；蛘?，這種處理方法可用于各種其它易于產(chǎn)生與應(yīng)力有關(guān)的問題的導(dǎo)電膜，例如金屬、難熔金屬、和難熔金屬氮化物。此外，盡管整個(gè)說明書中用較小張力和較大張力來描述材料的相關(guān)應(yīng)力，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，術(shù)語較小張力和較大壓力可以互換使用。
現(xiàn)回到圖12，一旦如圖14所示和如上所述完成了步驟412，在步驟414，晶片22從室40移到室70。室70示于圖1，圖4對(duì)其有更詳細(xì)地展示。晶片22通過步驟414傳遞到室70后，用步驟416在晶片22上淀積銅籽晶層222。這種淀積工藝采用結(jié)合圖4-6討論的改進(jìn)夾具85。因此，淀積銅籽晶層，并由于減少了CMP和/或銅鍍敷操作期間隨后靠近晶片外圍的銅層的剝離，可以提高半導(dǎo)體器件的成品率。
在步驟418，淀積了銅籽晶層416后，晶片22通過室2從室70傳遞到室3，然后回到圖1中的裝載鎖7。此時(shí)，裝載鎖7穩(wěn)定到大氣壓條件，從系統(tǒng)1中取出晶片22。然后，將晶片傳遞到銅電鍍、無電鍍敷、或CVD室(這里未示出)，從而淀積銅互連金屬。這種金屬化處理完成后，用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝形成鑲嵌或雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)，如圖11所示。
盡管結(jié)合特定的實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出進(jìn)一步的改進(jìn)和提高。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明包括如所附權(quán)利要求書所限定的不背離本發(fā)明精神和不脫離本發(fā)明范圍的所有這些改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種在晶片(200)上形成阻擋層(220)的方法，該方法的特征在于將晶片(200)置于處理室(40)中；在第一時(shí)間周期內(nèi)給濺射靶(48)加電；在第二時(shí)間周期內(nèi)給線圈(52)加電，其中第二時(shí)間周期不同于第一時(shí)間周期；及在淀積阻擋層(220)期間控制加于濺射靶(48)和線圈(52)上的功率。
2.一種在晶片(200)上形成鉭阻擋層(220)的方法，該方法的特征在于形成具有第一張力的第一部分鉭阻擋層(220)；形成具有第二張力的第二部分鉭阻擋層(220)，其中第二張力不同于第一張力；及在鉭阻擋層(220)上形成導(dǎo)電材料(222)，其中導(dǎo)電材料(222)主要包括銅。
3.一種在至少一個(gè)晶片(200)上形成阻擋層(220)的方法，該方法的特征在于用難熔金屬氮化膜涂敷處理室(40)的表面；在至少一個(gè)晶片(200)上形成阻擋層(220)，其中阻擋層(220)由難熔金屬構(gòu)成；及一定時(shí)間周期后，用另一難熔金屬氮化膜再涂敷處理室(40)的表面。
4.一種在晶片(200)上形成層的方法，該方法的特征在于將晶片置于處理室(70)內(nèi)，該處理室具有靶(78)和線圈(82)；及從靶(78)上去除第一材料，從線圈(82)上去除第二材料，并在晶片(200)上淀積第一材料和第二材料。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中第二材料的晶粒尺寸小于約50微米。
6.一種在晶片(200)上形成層(220)的方法，該方法的特征在于在介質(zhì)層中形成開口(212)，其中開口露出底層互連(202)，其中開口(212)的角部形成在開口的側(cè)壁部分與基本垂直于所說側(cè)壁部分的介質(zhì)層表面相交的區(qū)域；及腐蝕開口(212)，其中加于線圈(26)的第一功率至少是加于晶片基座(24)的第二功率的兩倍，其中腐蝕開口將角部(206a，210a)倒圓。
7.如權(quán)利要求6的方法，其特征還在于腐蝕開口(212)后，在開口(212)中形成阻擋層(220)；及形成含銅層(222)，覆蓋阻擋層(220)。
8.一種在晶片(200)上形成層(222)的方法，該方法的特征在于將具有露出阻擋區(qū)(220)的晶片(200)置于處理室(70)中；及將晶片(200)固定于底下的支撐部件(86)上，其中固定晶片包括用夾具(85)，夾具(85)具有接觸晶片的接觸部分(100)和位于晶片(200)之上與接觸部分相鄰的遮蔽部分，遮蔽部分位于從晶片(200)的表面算起小于約8密耳的距離處。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中夾具(85)防止在晶片(200)的字母數(shù)字識(shí)別區(qū)(106)上形成層(222)。
10.一種在晶片(200)上形成層(220)的方法，該方法的特征在于以下步驟將晶片(200)置于處理室(40)內(nèi)的基座(56)上，其中處理室(40)包括位于基座(56)外圍周圍的隔離環(huán)(53)，其中基座(56)被偏置到第一偏置功率；及將處理室的第二區(qū)偏置到第二偏置功率，其中隔離環(huán)(53)分隔第二偏置功率和第一偏置功率，并且在晶片(200)上形成層(220)之前，用導(dǎo)電材料涂敷隔離環(huán)(53)的在形成層(220)期間暴露于處理室環(huán)境的部分。
全文摘要
形成銅鑲嵌互連(圖11)的方法,通過RF預(yù)清洗將鑲嵌結(jié)構(gòu)的角倒圓,減少了空洞形成,改善了臺(tái)階覆蓋,同時(shí)不會(huì)從暴露銅互連表面顯著去除銅原子。然后,淀積鉭阻擋層,該層的一部分有比另一部分大的張力。在阻擋層上部上形成銅籽晶層。在用改進(jìn)的夾具夾緊晶片的同時(shí)形成銅層,可以減少銅剝離和晶片邊緣的沾污。然后用銅電鍍和化學(xué)機(jī)械拋光工藝完成銅互連結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C23C14/50GK1266279SQ0010366
公開日2000年9月13日 申請(qǐng)日期2000年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月2日
發(fā)明者迪恩·J·丹寧, 薩姆·S·加西亞, 布拉德利·P·史密斯, 丹尼爾·J·路普, 格里高里·諾曼·漢米爾頓, Md·拉比歐·伊斯拉姆, 布萊恩·G·安托尼 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司