專利名稱：制程設(shè)備組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種制程設(shè)備，特別是有關(guān)于一種半導(dǎo)體晶圓的制程設(shè)備組。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品的進(jìn)步，半導(dǎo)體技術(shù)已廣泛應(yīng)用在例如存儲器、中央處理器、液晶顯示器、發(fā)光二極管、激光二極管、其他元件或晶片組的制造。為達(dá)到高集成度及速度的要求，半導(dǎo)體集成電路的尺寸已被縮減且使用例如銅及具有超低介電常數(shù)的各種材料，以克服制造上材料及需求相關(guān)的問題。
圖1為傳統(tǒng)介層窗結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。一銅金屬層110形成于一基板100上。一低介電常數(shù)介電層120形成于銅金屬層110上。一銅介層窗130形成于低介電常數(shù)介電層120中。若銅介層窗130暴露于空氣中，則銅介層窗130的上表面會與空氣中的氧氣產(chǎn)生氧化反應(yīng)，形成銅氧化層140。銅氧化層140會嚴(yán)重影響銅介層窗130上表面與形成其上的導(dǎo)電層(未圖示)間的電性連接。因此，必須避免半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在進(jìn)行重要步驟時(shí)暴露于空氣中，例如制作介層窗開口、形成銅晶種層、形成銅金屬層、銅化學(xué)機(jī)械研磨及形成超低介電常數(shù)介電層的步驟。
傳統(tǒng)上，于重要步驟后，基板100會從該完成重要步驟的制程腔室移至晶舟(cassette)或晶圓傳送盒(front opening unifiedpod，F(xiàn)OUP)暫時(shí)存放，待下一個(gè)制程步驟開始。當(dāng)晶舟或晶圓傳送盒的閘門打開置入基板時(shí)，環(huán)境中包含氧氣的空氣會趁隙進(jìn)入晶舟或晶圓傳送盒內(nèi)。待閘門關(guān)閉后，空氣即與基板一起封閉在晶舟或晶圓傳送盒的空間內(nèi)。此時(shí)，氧氣就會與形成在基板100上的銅金屬層110產(chǎn)生氧化反應(yīng)，形成銅氧化層140。而濕氣則會被低介電常數(shù)介電層120所吸收。
為解決上述問題，在半導(dǎo)體制程重要步驟后設(shè)計(jì)有Q時(shí)間是必要的。下一個(gè)基板制程必須在一設(shè)定的預(yù)定時(shí)間周期或Q時(shí)間內(nèi)實(shí)施，例如2小時(shí)至4小時(shí)。若下一個(gè)步驟，例如形成阻障層的步驟，沒有在該時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生，則須實(shí)施一清洗步驟，以移除任何形成在銅金屬層110上的銅氧化層140。
由于基板100上具有高集成度的半導(dǎo)體裝置，為保護(hù)基板，半導(dǎo)體制程通常在每個(gè)重要步驟均有結(jié)合Q時(shí)間的設(shè)計(jì)，然而卻復(fù)雜化了制程步驟。此外，若疏漏Q時(shí)間，則須增加額外例如清洗的步驟，亦增加制程時(shí)間及復(fù)雜性。
Nogami于美國專利US2002/0074664中揭露一種半導(dǎo)體制造方法。其形成一鈷鎢磷化物膜(cobalt tungsten phosphide film)于一銅金屬層上，以避免暴露的銅金屬層被氧化。然而，在形成銅金屬層后及鈷鎢磷化物膜形成之前，此包含銅金屬的基板會從制程腔室移出而暴露在環(huán)境中，使鈷鎢磷化物膜未形成之前，已先在銅金屬層上形成一銅氧化層。因此可知，Nogami揭露的方法并不能完全保護(hù)銅金屬層免于被氧化。
因此，開發(fā)進(jìn)步的制程設(shè)備及方法對半導(dǎo)體制程來說是必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制程設(shè)備組，包括一密閉腔體，包含一氣體及至少一閘門，該閘門是用來關(guān)閉一形成于該密閉腔體內(nèi)的開口，該氣體包含至少一還原氣體、非反應(yīng)氣體或惰性氣體；至少一制程腔室，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)；一傳輸裝置，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)，以于該閘門與該制程腔室之間傳輸一基板；以及至少一閥門，耦接至該密閉腔體。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，其中該制程腔室包括至少一金屬制程腔室與一覆蓋層(cap layer)形成腔室其中之一。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，其中該金屬制程腔室包括至少一濕式清洗臺(wet clean bench)、一金屬還原濕式工作臺(metalreduction wet bench)、一金屬還原干式腔室(metal reductiondry chamber)、一金屬電鍍槽(metal plating bath)、一干式蝕刻腔室(dry etch chamber)、一金屬研磨設(shè)備(metal polishapparatus)以及一低介電常數(shù)介電層沉積腔室(low-k dielectricdeposition chamber)其中之一。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，其中該覆蓋層形成腔室是用來形成鈷硅化層(cobalt silicide)、鎢硅化層(tungsten silicide)、鈦硅化層(titanium silicide)、氮化鈦層、鈦/氮化鈦層、鉭層或氮化鉭層。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，其中該閥門包括一第一閥門與一第二閥門，當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的壓力低于一第一預(yù)定壓力值時(shí)，該第一閥門可被操作導(dǎo)入該氣體至該密閉腔體內(nèi)，當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的該壓力高于一第二預(yù)定壓力值時(shí)，該第二閥門可被操作使該氣體自該密閉腔體內(nèi)排出。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，其中該第一預(yù)定壓力值大體為1大氣壓，該第二預(yù)定壓力值大體為2.5大氣壓。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，其中當(dāng)該氣體的分子量小于該密閉腔體內(nèi)該氣體的分子量時(shí)，該第一閥門的位置是相鄰于該密閉腔體的頂部區(qū)域，當(dāng)該氣體的分子量大于該密閉腔體內(nèi)該氣體的分子量時(shí)，該第一閥門的位置則相鄰于該密閉腔體的底部區(qū)域。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，其中該還原氣體包括至少一氫氣與一氨氣其中之一。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，其中該密閉腔體內(nèi)的該氣體更包括至少一惰性氣體與一氮?dú)馄渲兄弧?br> 本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，其中該密閉腔體內(nèi)的壓力是高于該密閉腔體周圍環(huán)境的壓力。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，更包括一遮蔽結(jié)構(gòu)，包含一通道，以該傳輸裝置橫跨該閘門與該制程腔室之間，其中該閥門是設(shè)置于該遮蔽結(jié)構(gòu)的壁上，該氣體是置于該遮蔽結(jié)構(gòu)包圍的一區(qū)域內(nèi)。
本發(fā)明還提供一種制程設(shè)備組，包括一密閉腔體，包含一氣體及至少一閘門，該閘門是用來關(guān)閉一形成于該密閉腔體內(nèi)的開口，該氣體包含至少一氮?dú)夂?、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣、氫氣與氨氣其中之一，該密閉腔體內(nèi)該氣體的壓力是高于該密閉腔體周圍環(huán)境的壓力；至少一金屬制程腔室與至少一覆蓋層形成腔室，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)；一傳輸裝置，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)，以于該閘門與所述金屬制程腔室與覆蓋層形成腔室之間及/或于所述金屬制程腔室與覆蓋層形成腔室之間傳輸一基板；一第一閥與一第二閥，設(shè)置該密閉腔體內(nèi)，其中當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的壓力低于大體1大氣壓時(shí)，該第一閥可被操作導(dǎo)入該氣體至該密閉腔體內(nèi)，當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的該壓力高于一預(yù)定氣壓時(shí)，該第二閥可被操作使該氣體自該密閉腔體內(nèi)排出；以及至少一壓力表，耦接至該第一閥與該第二閥。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，其中當(dāng)該氣體的分子量小于該密閉腔體內(nèi)氣體的分子量時(shí)，該第一閥的位置是相鄰于該密閉腔體的頂部位置區(qū)域，當(dāng)該氣體的分子量大于該密閉腔體內(nèi)氣體的分子量時(shí)，該第一閥的位置則相鄰于該密閉腔體的底部區(qū)域。
本發(fā)明所述的制程設(shè)備組，更包括一遮蔽結(jié)構(gòu)，包含一充滿該氣體的通道，以該傳輸裝置橫跨所述腔室之間，其中所述第一閥與第二閥是設(shè)置于該遮蔽結(jié)構(gòu)的壁上。
本發(fā)明又提供一種制程設(shè)備組，包括一密閉腔體，包含一氣體及至少一閘門，該閘門是用來關(guān)閉一形成于該密閉腔體內(nèi)的開口，該氣體包含一大體4％v/v或更低的氫氣及一惰性氣體或一氮?dú)?，該密閉腔體內(nèi)的壓力是高于該密閉腔體周圍環(huán)境的壓力；至少一銅化學(xué)還原設(shè)備與至少一覆蓋層形成設(shè)備，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)；一傳輸裝置，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)，以于該閘門與該銅化學(xué)還原設(shè)備之間或于該覆蓋層形成設(shè)備與該銅化學(xué)還原設(shè)備之間傳輸一基板；一第一閥與一第二閥，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)，其中當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的壓力低于大體1大氣壓時(shí)，該第一閥可被操作導(dǎo)入該氣體至該密閉腔體內(nèi)，當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的該壓力高于大體2.5大氣壓時(shí)，該第二閥可被操作使該氣體自該密閉腔體內(nèi)排出；以及一壓力表，耦接至該第一閥與該第二閥。
本發(fā)明所提供的制程設(shè)備組，將傳統(tǒng)制程的預(yù)洗、除氣步驟及/或Q時(shí)間移除后，形成集成電路的制程時(shí)間可被縮減，且使制程更有彈性。


圖1是為傳統(tǒng)介層窗結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
圖2是為本發(fā)明制程設(shè)備組的剖面示意圖。
圖3A至圖3C是為移除銅氧化層及于銅介層窗上形成覆蓋層(cap layer)步驟的剖面示意圖。
圖4A是為本發(fā)明的一實(shí)施例，制程設(shè)備組的俯視圖。
圖4B是為圖4A沿4B-4B剖面線所得的剖面示意圖。
圖5A至圖5E是為形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)制程步驟的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
為讓本發(fā)明的上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。
圖2是為本發(fā)明一實(shí)施例制程設(shè)備組的剖面示意圖。制程設(shè)備組包括一密閉腔體200、至少一制程腔室210(較佳為多個(gè))、至少一傳輸裝置220以及一或多個(gè)閥，例如閥230與240。一平臺201、桌面或其他支撐裝置，設(shè)置于密閉腔體200內(nèi)，以支撐承載一基板270的傳輸裝置220與制程腔室210。在一實(shí)施例中，傳輸裝置220沿著設(shè)置在平臺201上的一軌道或引導(dǎo)路徑225移動(dòng)。
密閉腔體200包括一充滿氣體的封閉空間。在實(shí)施例中，上述封閉空間以密閉腔體200的壁205及平臺201的上表面201a包圍之。密閉腔體200亦包括至少一閘門203，用來關(guān)閉密閉腔體200的開口。在實(shí)施例中，閘門203設(shè)置于密閉腔體200的至少一面壁205上。由于閘門203的設(shè)置，使基板270可傳輸于制程腔室210與一界面280之間。傳輸裝置220沿著引導(dǎo)路徑225移動(dòng)，從鄰近閘門203的位置移動(dòng)至鄰近制程腔室210的位置或在鄰近制程腔室210的位置之間移動(dòng)。傳輸裝置220在制程腔室210之間傳輸基板270或穿過閘門203在制程腔室210與界面280之間傳輸基板270。在實(shí)施例中，密閉腔體200內(nèi)提供多個(gè)傳輸裝置220，以增加制程腔室210間或制程腔室210與界面280間的傳輸速度。
密閉腔體200內(nèi)提供至少一閥門。在實(shí)施例中，制程設(shè)備組包括一氣體注入閥230與一釋放閥/壓力排出閥/氣體排出閥240，以分別提供氣體至密閉腔體200內(nèi)及自密閉腔體200排出氣體。一壓力表250，可耦接至閥門230與240，以控制之。在實(shí)施例中，閥門230及/或240耦接至至少一質(zhì)流控制器(mass flow controller，MFC)，以控制排氣速度、流量及/或惰性氣體或混合氣體的導(dǎo)入速度。在實(shí)施例中，閥門240控制密閉腔體200內(nèi)的壓力。
基板270，例如為一晶片基板或例如作為液晶顯示器、等離子顯示器、陰極射線管顯示器、電激發(fā)光顯示器或發(fā)光二極管的顯示器基板。
密閉腔體200包括一氣體，此氣體包含至少一還原氣體及一與基板270不反應(yīng)的氣體其中之一。當(dāng)基板270在制程腔室210間或制程腔室210與界面280間傳輸時(shí)，還原氣體可還原或避免基板270表面因暴露于空氣中而產(chǎn)生的氧化物。在實(shí)施例中，基板270包括一暴露的銅金屬層(未揭露于圖2，請參閱圖1)，還原氣體包括氫氣、氨氣或其他還原氣體或上述氣體的混合氣體。不反應(yīng)氣體可包括例如氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或氡氣的惰性氣體或例如氮?dú)獾钠渌麣怏w，其與基板270表面均不起反應(yīng)，不會產(chǎn)生氧化物。在實(shí)施例中，氣體為氮?dú)馀c氫氣的混合氣體，其中氫氣約占4％v/v～10％v/v。
若選擇的還原氣體具易爆性，則還原氣體的量必須加以控制，以避免發(fā)生爆炸或其他活潑性的反應(yīng)。例如，若氫氣為密閉腔體200內(nèi)的還原化學(xué)物質(zhì)，則氫氣的量必須控制在等于或低于4％v/v，較佳量大約為10ppm～4％v/v。在實(shí)施例中，若氨氣為密閉腔體200內(nèi)的還原化學(xué)物質(zhì)，則氨氣的量必須控制在等于或低于15.5％v/v，較佳量大約為10ppm～15.5％v/v。
在一實(shí)施例中，密閉腔體200內(nèi)的壓力維持高于密閉腔體200周圍環(huán)境的壓力，以避免或降低氣體從外部環(huán)境流入密閉腔體200內(nèi)。例如，若外部環(huán)境壓力為1大氣壓，則密閉腔體200內(nèi)的壓力須維持高于1大氣壓，因此，密閉腔體200內(nèi)的壓力可隨外部環(huán)境壓力變化而改變。在實(shí)施例中，密閉腔體200內(nèi)的壓力大約介于1大氣壓～2.5大氣壓。
在實(shí)施例中，密閉腔體200內(nèi)的氣體會漏出或流出至周圍環(huán)境，若此氣體對人體有害，例如氨氣，則必須控制氣體漏出量，使其不會對人體造成傷害。例如，環(huán)境中氨氣的量必須控制在低于25ppm以下。同時(shí)，可調(diào)節(jié)密閉腔體200內(nèi)氣體例如氨氣的量，以降低這一方面的顧慮。
在實(shí)施例中，密閉腔體200與界面280連接，以允許基板270傳輸至一與界面280耦接的載體(未圖示)，例如一晶舟(cassette)或晶圓傳送盒(front opening unified pod，F(xiàn)OUP)，如已知美國專利(No.60/747,445)所述。界面280的壓力與氣體狀態(tài)可相似或不同于密閉腔體200內(nèi)的狀態(tài)。
閥230與240設(shè)置在密閉腔體200其中一面壁205上，當(dāng)密閉腔體200內(nèi)的壓力低于一預(yù)定壓力時(shí)，例如1大氣壓，閥230可被操作導(dǎo)入一從一或多個(gè)氣體源(未圖示)釋出例如包含還原氣體的氣體至密閉腔體200內(nèi)，以調(diào)節(jié)內(nèi)部的氣體量及/或壓力。在實(shí)施例中，借閥230導(dǎo)入的氣體包括一氮?dú)馀c氫氣的混合氣體，其中氫氣約占4％v/v～10％v/v。當(dāng)密閉腔體200內(nèi)的壓力高于另一預(yù)定壓力時(shí)，例如2.5大氣壓，閥240可被操作使氣體從密閉腔體200內(nèi)排出，以調(diào)節(jié)壓力。在實(shí)施例中，可同時(shí)或不同時(shí)使用閥230與240，或僅使用其中之一。在實(shí)施例中，當(dāng)密閉腔體200內(nèi)的壓力低于一預(yù)定壓力時(shí)，閥230或240可導(dǎo)入氣體至密閉腔體200內(nèi)，而當(dāng)密閉腔體200內(nèi)的壓力高于一預(yù)定壓力時(shí)，閥230或240可使氣體從密閉腔體200內(nèi)排出。
在實(shí)施例中，壓力表250耦接至閥230或240或兩者。壓力表250送出一信號，以驅(qū)動(dòng)閥230導(dǎo)入氣體至密閉腔體200內(nèi)及驅(qū)動(dòng)閥240使氣體從密閉腔體200內(nèi)排出。在實(shí)施例中，閥230與240分別設(shè)定導(dǎo)入與排出氣體的時(shí)間，或通過本身的壓力感測或儀表進(jìn)行動(dòng)作。
在實(shí)施例中，壓力表250或其他儀表感測密閉腔體200內(nèi)、外的壓力。若密閉腔體200內(nèi)的壓力高于外部壓力至一預(yù)定值時(shí)，壓力表250會送出一信號，以驅(qū)動(dòng)閥240釋放密閉腔體200內(nèi)的混合氣體，待獲得理想壓差為止。
閥門230可用來導(dǎo)入還原氣體或包含還原氣體的混合氣體，當(dāng)然，可提供一或多個(gè)閥門230，以供從相同或多個(gè)氣體源釋出的氣體導(dǎo)入密閉腔體200內(nèi)，過程中只要使密閉腔體200內(nèi)混合氣體的壓力及/或體積百分率維持在上述揭露的狀態(tài)即可。
在實(shí)施例中，當(dāng)還原氣體的分子量大于密閉腔體200內(nèi)氣體的分子量時(shí)，為了使還原氣體完全進(jìn)入密閉腔體200內(nèi)，閥230設(shè)置在鄰近密閉腔體200的底部位置而排氣閥240則設(shè)置在鄰近密閉腔體200的頂部位置。舉例來說，由閥230導(dǎo)入的還原氣體為氨氣，密閉腔體200內(nèi)的氣體為氨氣與氦氣的混合氣體。氨氣的分子量為17，氦氣的分子量為4。若混合氣體包含10％的氨氣與90％的氦氣，其分子量為5.3，小于17。則閥230設(shè)置在鄰近密閉腔體200的底部位置而排氣閥240則設(shè)置在鄰近密閉腔體200的頂部位置，當(dāng)閥230啟動(dòng)，氨氣即會有效率地?cái)U(kuò)散至密閉腔體200內(nèi)。相反地，當(dāng)還原氣體的分子量小于密閉腔體200內(nèi)氣體的分子量時(shí)，閥230則設(shè)置在鄰近密閉腔體200的頂部位置而排氣閥240則設(shè)置在鄰近密閉腔體200的底部位置。舉例來說，還原氣體為氫氣，密閉腔體200內(nèi)的氣體為氫氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w。氫氣的分子量為2，氮?dú)獾姆肿恿繛?8。若混合氣體包含1％的氫氣與99％的氮?dú)?，其分子量?7.74，大于2。則閥230設(shè)置在鄰近密閉腔體200的頂部位置而排氣閥240則設(shè)置在鄰近密閉腔體200的底部位置，當(dāng)閥230啟動(dòng)，氫氣即會有效率地?cái)U(kuò)散至密閉腔體200內(nèi)。此處的頂部區(qū)域并不限定為圖2的頂部墻面，亦可為密閉腔體200側(cè)壁的上部分，同樣的，底部區(qū)域可為密閉腔體200側(cè)壁的下部分。在實(shí)施例中，閥230設(shè)置在平臺201內(nèi)，還原氣體通過平臺201上表面的開口(未圖示)進(jìn)入密閉腔體200內(nèi)。
閥230與240設(shè)置的位置并不限定于上面的描述或圖式中，只要?dú)怏w可以有效避免與基板270產(chǎn)生氧化反應(yīng)或其他化學(xué)反應(yīng)的方式進(jìn)入密閉腔體200內(nèi)，閥230及240可設(shè)置在任何理想的位置。
在實(shí)施例中，密閉腔體200為初始狀態(tài)，例如壓力1大氣壓，且包含空氣、水氣。此初始狀態(tài)并非一理想態(tài)，必須使密閉腔體200內(nèi)達(dá)到上面描述的理想狀態(tài)。在實(shí)施例中，至少需進(jìn)行一凈化步驟及抽氣步驟，以獲得一理想狀態(tài)。凈化步驟導(dǎo)入如上述的還原氣體或混合氣體至密閉腔體200內(nèi)。抽氣步驟則從密閉腔體200內(nèi)排出空氣或氣體。在實(shí)施例中，抽氣步驟例如通過閥240的動(dòng)作而完成，從密閉腔體200內(nèi)排出空氣，使密閉腔體200內(nèi)的壓力下降至一預(yù)定壓力，例如0.7大氣壓。待抽氣步驟停止后，例如通過閥230的動(dòng)作實(shí)施凈化步驟，以導(dǎo)入還原氣體或混合氣體至密閉腔體200內(nèi)。在實(shí)施例中，凈化步驟及抽氣步驟重復(fù)多次，以使密閉腔體200內(nèi)達(dá)到理想狀態(tài)，此時(shí)含氧計(jì)及濕度計(jì)的讀數(shù)皆已控制在要求條件之下。
在其他實(shí)施例中，是同步實(shí)施凈化步驟及抽氣步驟，以使密閉腔體200內(nèi)的空氣更有效率地被排出。在實(shí)施例中，若閥230導(dǎo)入一例如氫氣的還原氣體至密閉腔體200內(nèi)，由于氫氣(分子量2)較空氣(分子量大約29)輕，遂閥230可設(shè)置于密閉腔體200頂部，閥240設(shè)置在密閉腔體200底部，使得空氣可通過設(shè)置在密閉腔體200底部的閥240有效率地排出。若閥230導(dǎo)入一例如氫氣與氪氣(分子量36)的混合氣體至密閉腔體200內(nèi)，閥230可設(shè)置于密閉腔體200底部，閥240設(shè)置在密閉腔體200頂部，以有效地排出密閉腔體200內(nèi)的空氣。在實(shí)施例中，凈化步驟及抽氣步驟可通過供應(yīng)至閥230及240的開關(guān)氣體來完成。例如，如上所述，閥230設(shè)置在密閉腔體200底部，以導(dǎo)入一包含氫氣的混合氣體。閥240設(shè)置在密閉腔體200頂部，以維持密閉腔體200內(nèi)的理想狀態(tài)。為了移除密閉腔體200內(nèi)的初始狀態(tài)，凈化步驟通過閥230將氫氣導(dǎo)入密閉腔體200內(nèi)，而抽氣步驟則通過閥240加以完成。
制程腔室210包括隔間閘門215。在實(shí)施例中，制程腔室210包括金屬制程設(shè)備及/或覆蓋層形成設(shè)備。腔室可為濕式或干式制程腔室。在實(shí)施例中，制程腔室210包括如圖1所示形成介層窗的設(shè)備。在實(shí)施例中，金屬制程腔室至少包括下列設(shè)備其中之一。一例如洗滌器(scrubber)的濕式清洗臺(wet clean bench)、一例如銅還原濕式工作臺的金屬還原濕式工作臺(metal reduction wetbench)、一例如銅還原干式腔室的金屬還原干式腔室(metalreduction dry chamber)、一例如銅電鍍槽或銅無電鍍槽(electroless plating bath)的金屬電鍍槽(metal plating bath)、一干式蝕刻腔室(dry etch chamber)、一例如化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備的金屬研磨設(shè)備(metal polish apparatus)、一例如化學(xué)氣相沉積設(shè)備、旋轉(zhuǎn)涂布設(shè)備或低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備的低介電常數(shù)介電層沉積腔室(low-k dielectric deposition chamber)、一例如回火腔室(anneal chamber)的熱處理設(shè)備(thermal treatmentapparatus)以及其他可在基板上形成若暴露在環(huán)境中會引起反應(yīng)的物質(zhì)的腔室。在實(shí)施例中，覆蓋層形成腔室可用來形成例如鈷硅化層(cobalt silicide)、鎢硅化層(tungsten silicide)、鈦硅化層(titanium silicide)、氮化鈦層、鈦/氮化鈦層、鉭層、氮化鉭層或其他形成在金屬連續(xù)層上可保護(hù)金屬層避免氧化的材料層。
圖3A至圖3C是為于一銅介層窗上移除銅氧化層及形成覆蓋層的剖面示意圖。請參閱圖3A，形成一低介電常數(shù)介電層273于一基板270上。在一銅電鍍設(shè)備中，形成一銅介層窗275于低介電常數(shù)介電層273中。此電鍍設(shè)備并沒有設(shè)置在密閉腔體200內(nèi)。之后，將基板270從銅電鍍設(shè)備移至一載體(未圖示)存放，如圖1所述。由于基板270在載體中沒有氣體保護(hù)，遂在銅介層窗275暴露于環(huán)境后，即形成一銅氧化層271于銅介層窗275上。此銅氧化層271將嚴(yán)重影響銅介層窗275與上層金屬層(未圖示)間的電性連接。為了移除銅氧化層271，將載體連接至界面280，以使基板270得以通過傳輸裝置220從界面280穿過閘門203傳輸至密閉腔體200內(nèi)，如圖2所示。接著，通過傳輸裝置220將基板270傳輸至密閉腔體200內(nèi)的制程腔室210之一，例如銅還原腔室。在銅還原腔室中，對形成在基板270上的銅氧化層271進(jìn)行銅還原步驟，以移除銅氧化層271，如圖3B所示。之后，通過傳輸裝置220將基板270從還原腔室移至密閉腔體200內(nèi)的另一制程腔室210，例如覆蓋層形成腔室。在兩制程腔室210之間傳輸?shù)倪^程，基板270如上所述暴露在密閉腔體200內(nèi)的氣體中。暴露的銅介層窗275在兩制程腔室210間傳輸?shù)倪^程，受到密閉腔體200內(nèi)的氣體保護(hù)而免于被氧化。接著，在一覆蓋層形成腔室中，形成一例如鈷硅化層的覆蓋層277于銅介層窗275上，如圖3C所示。當(dāng)基板270從密閉腔體200送出，經(jīng)界面280傳輸至載體時(shí)，覆蓋層277可保護(hù)銅介層窗275上表面免于暴露在環(huán)境中。形成覆蓋層277后，通過傳輸裝置220將基板270從覆蓋層形成腔室中移出。之后，將基板270傳輸至界面280并存放在與界面280連接的載體中。
除了金屬還原腔室，在其他實(shí)施例中，亦可通過設(shè)置在密閉腔體200內(nèi)的化學(xué)機(jī)械研磨設(shè)備移除銅氧化層271。移除銅氧化層271后，通過傳輸裝置220將基板270傳輸至一覆蓋層形成腔室，以如上所述形成覆蓋層277。由于基板270在密閉腔體200內(nèi)傳輸，遂銅介層窗275可受保護(hù)，免于被氧化。接著，形成覆蓋層277于銅介層窗275上，以保護(hù)銅介層窗275不暴露于環(huán)境中。
在其他實(shí)施例中，設(shè)置在密閉腔體200內(nèi)的制程腔室210之一可為一金屬電鍍腔室，例如銅電鍍或無電鍍腔室。銅介層窗275通過銅電鍍腔室形成，沒有暴露在環(huán)境中。之后，通過傳輸裝置220將基板270從銅電鍍腔室移至覆蓋層形成腔室。由于基板270在密閉腔體200內(nèi)傳輸，遂銅介層窗275可受保護(hù)，免于被氧化。如上所述，接著，形成覆蓋層277于銅介層窗275上，以使銅介層窗275從密閉腔體200移出時(shí)受保護(hù)，不暴露在環(huán)境中。
在實(shí)施例中，密閉腔體200亦可包括一量測設(shè)備，以測量形成在基板270上各材料層的物理或電學(xué)特性。由于基板270在密閉腔體200內(nèi)傳輸，遂上述材料層可受保護(hù)，免于被氧化。因此，在密閉腔體200內(nèi)，可制作材料層并進(jìn)行物理或電學(xué)特性的測量，不須擔(dān)心材料層被氧化的問題。
圖4A是為本發(fā)明另一實(shí)施例制程設(shè)備組的俯視圖。圖4B為4A圖沿4B-4B剖面線所得的剖面示意圖。
請參閱圖4A及圖4B，將一區(qū)域227定義于兩排制程腔室210之間，并以一遮蔽或封閉結(jié)構(gòu)260封閉密閉腔體200。傳輸裝置220可在遮蔽結(jié)構(gòu)260封閉的區(qū)域227內(nèi)的引導(dǎo)路徑225上移動(dòng)。引導(dǎo)路徑225的形狀可為例如線形軌道、平行線軌道、U形軌道、O形軌道、8形軌道、彎曲形軌道或其他形狀的軌道，使傳輸裝置220正確地在制程腔室210之間傳輸基板270或在制程腔室210與界面280之間傳輸。在實(shí)施例中，傳輸裝置220可為例如一設(shè)置在密閉腔體200或遮蔽結(jié)構(gòu)260內(nèi)的的機(jī)械手臂。機(jī)械手臂可在無軌道的情況下，在制程腔室210之間或制程腔室210與界面280之間傳輸基板270。
請參閱圖4B，將閥230、釋放閥240及壓力表250設(shè)置于遮蔽結(jié)構(gòu)260內(nèi)。在實(shí)施例中，分別將輸送管或?qū)Ч?31及241連接至閥230與釋放閥240。輸送管231提供如圖2所述的混合氣體或還原氣體至閥230，而混合氣體或還原氣體通過輸送管241從釋放閥240排出。輸送管241耦接至壓力控制器(未圖示)，以控制遮蔽結(jié)構(gòu)260內(nèi)的壓力釋放。圖4B遮蔽結(jié)構(gòu)260內(nèi)閥230、釋放閥240及壓力表250的位置亦可與圖2所述的位置相同。
遮蔽結(jié)構(gòu)260可使維持如上所述理想壓力/氣體狀態(tài)下的空間縮小，降低制造及操作成本。遮蔽結(jié)構(gòu)260并不限定于圖4A、圖4B所示的位置。在實(shí)施例中，遮蔽結(jié)構(gòu)260除可關(guān)閉如圖4A、圖4B所示的區(qū)域227外，亦可關(guān)閉制程腔室210。區(qū)域227被遮蔽結(jié)構(gòu)260及平臺201的上表面201a所包圍。舉例來說，遮蔽結(jié)構(gòu)260所圍空間可大于區(qū)域227，但須小于密閉腔體200。遮蔽結(jié)構(gòu)260關(guān)閉區(qū)域227，使傳輸裝置220可正確地在制程腔室210之間傳輸基板270或在制程腔室210與界面280之間傳輸。
圖5A至圖5E是為形成雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
請參閱圖5A，形成一介電層510于一基板500上。形成一導(dǎo)電層520于介電層510中。形成一具有一開口540的介電層530于介電層510上，以露出導(dǎo)電層520部分上表面。開口540包括一介層窗與一溝槽。介電層510與基板500類似于上述低介電常數(shù)介電層273與基板270。導(dǎo)電層520可為例如銅金屬層、鋁銅金屬層、鋁金屬層或其他暴露在空氣中會被氧化的導(dǎo)電層。介電層530可為例如氧化層、氮化層、氮氧化層、低介電常數(shù)介電層，超低介電常數(shù)介電層或其他可隔離不同導(dǎo)電層的氧化層。
之后，順應(yīng)性地形成一阻障層550于介電層530與開口540上，如圖5B所示。阻障層550可為例如鉭層、氮化鉭層、鈦層、氮化鈦層或其他材料層。阻障層550可通過例如物理氣相沉積設(shè)備或化學(xué)氣相沉積設(shè)備形成。
接著，順應(yīng)性地形成一晶種層560于阻障層550上，如圖5C所示。形成晶種層560的目的是為后續(xù)化學(xué)電鍍制程于其上形成連續(xù)的金屬層作預(yù)備，例如銅金屬層。晶種層560可為例如通過物理氣相沉積設(shè)備形成的薄銅金屬層。
形成一例如銅金屬的材料層570于晶種層560上，如圖5D所示。材料層570可通過例如電化學(xué)電鍍設(shè)備或無電化學(xué)電鍍設(shè)備形成。
移除部分的阻障層550、晶種層560及材料層570，以形成包含阻障層550a、晶種層560a及材料層570a的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。移除部分阻障層550、晶種層560及材料層570的步驟可通過例如化學(xué)機(jī)械研磨法或蝕刻制程。
傳統(tǒng)上，在形成如圖5A的開口540后，即將基板500從蝕刻設(shè)備傳輸至物理氣相沉積設(shè)備，以沉積如圖5B的阻障層550。然而，從蝕刻設(shè)備傳輸至物理氣相沉積設(shè)備的過程中，由于導(dǎo)電層520上表面暴露于環(huán)境中，因此，其表面上會形成有氧化物。遂須實(shí)施一預(yù)洗(pre-clean)步驟，以移除形成在導(dǎo)電層520上表面的氧化物。此外，例如低介電常數(shù)的介電層530亦暴露于環(huán)境中，而相同吸收了環(huán)境中的水氣。因此，傳統(tǒng)制程上，必須對如圖5A的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一除氣(degas)步驟，以在沉積阻障層550之前，從介電層530中移除水氣。根據(jù)上述密閉腔體200的使用，載于圖5A、圖5B的制程步驟，可同時(shí)在密閉腔體200內(nèi)實(shí)施，如圖2、圖4A及圖4B所述。由于密閉腔體200內(nèi)含有還原氣體或由還原氣體與氮?dú)饣蚨栊詺怏w組成的混合氣體，因此，導(dǎo)電層520與介電層530的上表面，不會暴露在環(huán)境中，而省去了預(yù)洗及除氣步驟。
此外，傳統(tǒng)制程上，在形成如圖5C的晶種層560后，形成材料層(如圖5D的材料層)之前，須有一段Q時(shí)間。Q時(shí)間的長度從4小時(shí)到6小時(shí)不等，以避免過多不期望的氧化物形成在晶種層560上表面。而使用密閉腔體200，可省去Q時(shí)間，節(jié)省圖5A至圖5D制程步驟花費(fèi)的時(shí)間。
移除部分阻障層550、晶種層560及材料層570后，即將基板500從例如化學(xué)機(jī)械研磨腔室傳輸至化學(xué)氣相沉積腔室，以在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)上形成一介電層。傳統(tǒng)制程上，在傳輸基板500的過程中，材料層570a與介電層530同樣地會暴露在環(huán)境中，而必須實(shí)施另一預(yù)洗及除氣步驟，以分別移除形成在材料層570a上表面的氧化物及介電層530中的水氣。如上所述，化學(xué)機(jī)械研磨步驟與后續(xù)的化學(xué)氣相沉積制程可在密閉腔體200內(nèi)實(shí)施，使基板500可在密閉腔體200內(nèi)傳輸，不會暴露在環(huán)境中。因此，省去預(yù)洗及除氣步驟。
將傳統(tǒng)制程的預(yù)洗、除氣步驟及/或Q時(shí)間移除后，形成集成電路的制程時(shí)間可被縮減，且使制程更有彈性。此外，由于沒有預(yù)洗、除氣步驟及/或Q時(shí)間，相關(guān)預(yù)洗、除氣步驟使用的設(shè)備或腔室及/或?yàn)镼時(shí)間而供存放基板的裝置亦可因此節(jié)省下來。隨著設(shè)備數(shù)量的減少，工廠占用的空間可大大減少，例如三分之一以上。
在實(shí)施例中，密閉腔體200可與如美國專利(US60/747,445)所述的載體及簡單的界面作結(jié)合。而通過載體、簡單界面與密閉腔體200的結(jié)合，可達(dá)到上述的理想結(jié)果并使制程設(shè)備更有效率。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號的簡單說明如下100基板110銅金屬層120低介電常數(shù)介電層130銅介層窗140銅氧化層200密閉腔體201平臺201a平臺上表面203閘門205密閉腔體壁
210制程腔室215隔間閘門220傳輸裝置225引導(dǎo)路徑227制程設(shè)備組內(nèi)的一區(qū)域230、240閥231、241輸送管250壓力表260遮蔽結(jié)構(gòu)270、500基板271銅氧化層273低介電常數(shù)介電層275銅介層窗277覆蓋層280界面510、530介電層520導(dǎo)電層540開口550、550a阻障層560、560a晶種層570、570a材料層
權(quán)利要求
1.一種制程設(shè)備組，其特征在于，包括一密閉腔體，包含一氣體及至少一閘門，該閘門是用來關(guān)閉一形成于該密閉腔體內(nèi)的開口，該氣體包含至少一還原氣體、非反應(yīng)氣體或惰性氣體；至少一制程腔室，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)；一傳輸裝置，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)，以于該閘門與該制程腔室之間傳輸一基板；以及至少一閥門，耦接至該密閉腔體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制程設(shè)備組，其特征在于，該制程腔室包括至少一金屬制程腔室與一覆蓋層形成腔室其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制程設(shè)備組，其特征在于，該金屬制程腔室包括至少一濕式清洗臺、一金屬還原濕式工作臺、一金屬還原干式腔室、一金屬電鍍槽、一干式蝕刻腔室、一金屬研磨設(shè)備以及一低介電常數(shù)介電層沉積腔室其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制程設(shè)備組，其特征在于，該覆蓋層形成腔室是用來形成鈷硅化層、鎢硅化層、鈦硅化層、氮化鈦層、鈦/氮化鈦層、鉭層或氮化鉭層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制程設(shè)備組，其特征在于，該閥門包括一第一閥門與一第二閥門，當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的壓力低于一第一預(yù)定壓力值時(shí)，該第一閥門可被操作導(dǎo)入該氣體至該密閉腔體內(nèi)，當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的該壓力高于一第二預(yù)定壓力值時(shí)，該第二閥門可被操作使該氣體自該密閉腔體內(nèi)排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制程設(shè)備組，其特征在于，該第一預(yù)定壓力值為1大氣壓，該第二預(yù)定壓力值為2.5大氣壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制程設(shè)備組，其特征在于，當(dāng)該氣體的分子量小于該密閉腔體內(nèi)該氣體的分子量時(shí)，該第一閥門的位置是相鄰于該密閉腔體的頂部區(qū)域，當(dāng)該氣體的分子量大于該密閉腔體內(nèi)該氣體的分子量時(shí)，該第一閥門的位置則相鄰于該密閉腔體的底部區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制程設(shè)備組，其特征在于，該還原氣體包括至少一氫氣與一氨氣其中之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制程設(shè)備組，其特征在于，該密閉腔體內(nèi)的該氣體更包括至少一惰性氣體與一氮?dú)馄渲兄弧?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制程設(shè)備組，其特征在于，該密閉腔體內(nèi)的壓力是高于該密閉腔體周圍環(huán)境的壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制程設(shè)備組，其特征在于，更包括一遮蔽結(jié)構(gòu)，包含一通道，以該傳輸裝置橫跨該閘門與該制程腔室之間，其中該閥門是設(shè)置于該遮蔽結(jié)構(gòu)的壁上，該氣體是置于該遮蔽結(jié)構(gòu)包圍的一區(qū)域內(nèi)。
12.一種制程設(shè)備組，其特征在于，包括一密閉腔體，包含一氣體及至少一閘門，該閘門是用來關(guān)閉一形成于該密閉腔體內(nèi)的開口，該氣體包含至少一氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣、氫氣與氨氣其中之一，該密閉腔體內(nèi)該氣體的壓力是高于該密閉腔體周圍環(huán)境的壓力；至少一金屬制程腔室與至少一覆蓋層形成腔室，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)；一傳輸裝置，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)，以于該閘門與所述金屬制程腔室與覆蓋層形成腔室之間及/或于所述金屬制程腔室與覆蓋層形成腔室之間傳輸一基板；一第一閥與一第二閥，設(shè)置該密閉腔體內(nèi)，其中當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的壓力低于1大氣壓時(shí)，該第一閥可被操作導(dǎo)入該氣體至該密閉腔體內(nèi)，當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的該壓力高于一預(yù)定氣壓時(shí)，該第二閥可被操作使該氣體自該密閉腔體內(nèi)排出；以及至少一壓力表，耦接至該第一閥與該第二閥。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制程設(shè)備組，其特征在于，當(dāng)該氣體的分子量小于該密閉腔體內(nèi)氣體的分子量時(shí)，該第一閥的位置是相鄰于該密閉腔體的頂部位置區(qū)域，當(dāng)該氣體的分子量大于該密閉腔體內(nèi)氣體的分子量時(shí)，該第一閥的位置則相鄰于該密閉腔體的底部區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制程設(shè)備組，其特征在于，更包括一遮蔽結(jié)構(gòu)，包含一充滿該氣體的通道，以該傳輸裝置橫跨所述腔室之間，其中所述第一閥與第二閥是設(shè)置于該遮蔽結(jié)構(gòu)的壁上。
15.一種制程設(shè)備組，其特征在于，包括一密閉腔體，包含一氣體及至少一閘門，該閘門是用來關(guān)閉一形成于該密閉腔體內(nèi)的開口，該氣體包含一4％v/v或更低的氫氣及一惰性氣體或一氮?dú)?，該密閉腔體內(nèi)的壓力是高于該密閉腔體周圍環(huán)境的壓力；至少一銅化學(xué)還原設(shè)備與至少一覆蓋層形成設(shè)備，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)；一傳輸裝置，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)，以于該閘門與該銅化學(xué)還原設(shè)備之間或于該覆蓋層形成設(shè)備與該銅化學(xué)還原設(shè)備之間傳輸一基板；一第一閥與一第二閥，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)，其中當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的壓力低于1大氣壓時(shí)，該第一閥可被操作導(dǎo)入該氣體至該密閉腔體內(nèi)，當(dāng)該密閉腔體內(nèi)的該壓力高于2.5大氣壓時(shí)，該第二閥可被操作使該氣體自該密閉腔體內(nèi)排出；以及一壓力表，耦接至該第一閥與該第二閥。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制程設(shè)備組，包括一密閉腔體，包含一氣體及至少一閘門，該閘門是用來關(guān)閉一形成于該密閉腔體內(nèi)的開口，該氣體包含至少一還原氣體、非反應(yīng)氣體或惰性氣體；至少一制程腔室，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)；一傳輸裝置，設(shè)置于該密閉腔體內(nèi)，以于該閘門與該制程腔室之間傳輸一基板；以及至少一閥門，耦接至該密閉腔體。本發(fā)明所提供的制程設(shè)備組，將傳統(tǒng)制程的預(yù)洗、除氣步驟及/或Q時(shí)間移除后，形成集成電路的制程時(shí)間可被縮減，且使制程更有彈性。
文檔編號H01L21/67GK101075551SQ20071000288
公開日2007年11月21日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月17日
發(fā)明者余振華, 蔡明興, 蕭義理 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司