專利名稱：界面表面的遠程等離子處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
各種半導(dǎo)體裝置制造工藝涉及在第二組合物的層上方沉積第一組合物的層。在一些情況下，下伏膜的表面可包括可影響所述兩個層的粘附以及半導(dǎo)體裝置的其它機械及/或電性質(zhì)的雜質(zhì)。舉例來說，在實例性鑲嵌工藝流程中，將金屬沉積到經(jīng)圖案化的電介質(zhì)層上以填充形成于所述電介質(zhì)層中的導(dǎo)通孔及溝槽。然后，經(jīng)由化學(xué)機械拋光(CMP)移除多余金屬，借此形成平面表面，所述平面表面包括將例如碳化硅蝕刻停止層等其它層沉積到其上的所曝露的銅及低k電介質(zhì)的區(qū)?？稍诤罄m(xù)層形成之前使所曝露的銅區(qū)經(jīng)受氧化。類似地，烴殘留物可在CMP工藝之后保留于晶片表面上。氧化銅的存在可對蝕刻停止膜在晶片的所曝露的銅部分上的粘附造成問題。因此，可使用各種清潔工藝來移除此類氧化銅。在一個特定實例中，可在將化學(xué)氣體引入到等離子增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)處理室之前將此晶片曝露于所述處理室中的直接等離子達一時間周期。還原等離子(例如，氨或氫等離子)的使用可還原所述表面上的氧化銅及碳化氫，借此清潔所述表面。然而，端視處理條件，此直接等離子還可影響環(huán)繞銅的低k電介質(zhì)。此外，在PECVD室中使用原位等離子清潔工藝步驟可減少總的PECVD系統(tǒng)吞吐量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本文中揭示涉及經(jīng)由遠程等離子處理清潔半導(dǎo)體晶片中的界面表面的各種實施例。舉例來說，在一個所揭示的實施例中，一種半導(dǎo)體處理設(shè)備包括處理室；裝載鎖，其經(jīng)由傳送端口耦合到所述處理室；晶片基座，其安置于所述裝載鎖中且經(jīng)配置以支撐所述裝載鎖中的晶片；及遠程等離子源，其經(jīng)配置以將遠程等離子提供給所述裝載鎖。在另一所揭示的實施例中，一種在不同材料組合物的兩個層之間形成界面的方法包括在一襯底上形成第一材料組合物的層；將所述襯底定位于遠程等離子處理設(shè)備中；產(chǎn)生遠程等離子；使所述遠程等離子在所述第一材料組合物的所述層的表面上方流動；及在所述第一材料組合物的所述層的所述表面上形成第二材料組合物的層以借此在不同材料組合物的所述兩個層之間形成所述界面。提供本發(fā)明內(nèi)容以按簡要形式引入下文在實施方式中所描述的概念選擇。本發(fā)明內(nèi)容并不打算識別所主張標(biāo)的物的關(guān)鍵特征或重要特征，也不打算用以限制所主張標(biāo)的物的范圍。此外，所主張標(biāo)的物并不限于解決本發(fā)明任一部分中所陳述的任何或所有缺點的實施方案。


圖I展示半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的實施例的示意圖。圖2展示耦合到包括遠程等離子源的裝載鎖的實施例的半導(dǎo)體處理室的實施例的視圖。圖3展示圖2的裝載鎖及遠程等離子源的實施例的剖視圖。圖4展示依據(jù)離子過濾器的實施例中的通孔縱橫比的離子通量傳輸?shù)膱D表性描
O圖5展示根據(jù)本發(fā)明描繪處理半導(dǎo)體晶片的方法的實施例的流程圖。圖6展示描繪比較經(jīng)由直接氨等離子從Cu層移除CuO與經(jīng)由遠程氫等離子從Cu層移除CuO的實驗結(jié)果的圖表。圖7展示描繪比較通過直接氨等離子處理對低k電介質(zhì)膜所造成的損壞與通過不同時間間隔的遠程氫等離子處理對低k電介質(zhì)膜所造成的損壞的實驗結(jié)果的圖表。圖8展示描繪比較在各種氨直接等離子及氫遠程等離子處理之后的碳化硅蝕刻停止膜與銅膜的粘附的實驗結(jié)果的圖表。圖9展示根據(jù)本發(fā)明描繪處理襯底的方法的另一實施例的流程圖。圖10展示半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的另一實施例的示意圖。
具體實施例方式本文中揭示涉及借助遠程等離子清潔及/或以其它方式處理半導(dǎo)體裝置中的界面表面的各種實施例。如下文更詳細地描述，在一些實施例中，遠程等離子的使用可允許以高效且有效方式清潔表面的金屬氧化物、碳化合物及可能其它污染物，而對曝露于所述等離子的其它材料(例如，低k電介質(zhì)材料)具有較少效應(yīng)。此外，此遠程等離子還可用于其它設(shè)定中，例如，用以在沉積低k材料之后從所述低k材料移除氫、用以在沉積例如硬掩模層等層之前清潔鎢表面、用以在鍍敷工藝之前清潔晶種層或勢壘層、用以在原子層(或其它)沉積工藝之前借助所要化學(xué)反應(yīng)性形成表面，以用于超低k電介質(zhì)的孔隙密封、待沉積有高k電介質(zhì)的表面的預(yù)處理、結(jié)合紫外線(UV)輻射固化的處理等。在討論界面表面的遠程等離子處理之前，參考圖I到圖3描述包括具有遠程等離子源的裝載鎖的實例性半導(dǎo)體處理設(shè)備的實施例。首先，圖I展示具有入站裝載鎖102及出站裝載鎖104的多站處理工具100的實施例的示意圖，入站裝載鎖102及出站裝載鎖104中的任一者或兩者可包括遠程等離子源。在大氣壓下，自動機106經(jīng)配置以經(jīng)由大氣端口110將晶片從通過莢形倉(pod) 108裝載的卡匣移動到入站裝載鎖102中。由自動機106將晶片放置于入站裝載鎖102中的基座112上，關(guān)閉大氣端口 110且泵壓所述裝載鎖。當(dāng)入站裝載鎖102包括遠程等離子源時，晶片可在引入到處理室114中之前曝露于裝載鎖中的遠程等離子處理。此外，晶片還可在入站裝載鎖102中加熱(舉例來說)以移除濕氣及所吸收的氣體。接下來，打開處理室114的室輸送端口 116，且另一自動機(未展示)將晶片放置到反應(yīng)器中在所述反應(yīng)器中所展示的第一站的基座上以供處理。所描繪的處理室114包括四個站(在圖I中從I到4進行編號)。每一站具有經(jīng)加熱的基座(對于站I展示為118)及氣體線路入口。在實施例中，當(dāng)處理室114是PECVD處理室時，每一站還包括直接等離子源。如上文所描述，在形成介接晶片的表面的另一層之前清潔所述表面的一個可能方法可涉及在引入用于PECVD沉積工藝的源氣體之前將晶片表面曝露于直接等離子一段時間。舉例來說，此等離子清潔工藝可用以還原銅表面上的氧化銅殘留物以改進蝕刻停止層(例如，SiC)與Cu的粘附。然而，形成于直接等離子中的高能離子的碰撞可致使低k電介質(zhì)材料的介電常數(shù)增加。此可增加RC延遲，從而影響裝置性能。盡管所描繪的處理室114包括四個站，但應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明的處理室可具有任何適合數(shù)目個站。舉例來說，在一些實施例中，處理室可具有五個或五個以上站，而在其它實施例中，處理室可具有三個或三個以下站。因此，在蝕刻停止沉積之前使用遠程等離子來清潔Cu表面可允許還原氧化銅而不使晶片表面經(jīng)受直接等離子中所存在的高能離子碰撞。遠程等離子處理主要是化學(xué)處理，且有助于減少與離子轟擊相關(guān)聯(lián)的效應(yīng)。此外，在入站裝載鎖102中而非在處理室114中執(zhí)行遠程等離子清潔可提供較高吞吐量，這是因為裝載鎖中的遠程等離子清潔工藝可與站I處得晶片處理并行執(zhí)行。任一適合還原等離子均可用于此清潔工藝。實例包含但不限于N2、NH3、H2及其混合物。同樣，CMP工藝可故意或無意沉積各種烴化合物。因此，一定數(shù)量的碳可在CMP工藝之后保留于晶片表面上是可能的。在此情況下，遠程等離子清潔工藝可用以清潔此類碳殘留物的表面。任一適合等離子均可用于此碳移除工藝。實例包含但不限于上文所提及的還原等離子以及氧化等離子(例如，CO2)及其混合物。在一些實施例中，除入站裝載鎖102處的遠程等離子源以外或替代所述遠程等離子源，出站裝載鎖104可包括經(jīng)配置以借助遠程等離子處理晶片表面的遠程等離子源。遠程等離子源可用于出站裝載鎖104中，舉例來說，用于低k電介質(zhì)沉積工具中以在沉積之后從低k膜移除氫。遠程等離子清潔工藝的又其它應(yīng)用包含但不限于在沉積硬掩模(例如，可灰化硬掩模)之前清潔鎢表面，及在鍍敷工藝(經(jīng)由電鍍或無電電鍍)之前清潔物理氣相沉積(PVD)銅膜。應(yīng)理解，這些特定實施例存在(舉例來說)而并不打算以任一方式加以限制?？山?jīng)由遠程等離子工藝清潔的其它金屬表面包含但不限于鎳及鎳合金、鈷及鈷合金、鉭及氮化鉭、及金屬硅化物。此外，應(yīng)了解，在一些實施例中，處理工具100的站I可配置為遠程等離子清潔站。在此情況下，額外晶片處理(例如，PECVD)可在站2到站4處執(zhí)行而遠程等離子清潔在站I處發(fā)生。然而，如上文所描述，在裝載鎖中執(zhí)行遠程等離子清潔并且在裝載鎖中執(zhí)行晶片加熱可允許處理工具100的站I到站4用于與遠程等離子清潔并行的其它工藝。實質(zhì)上，遠程等離子源與裝載鎖的使用將額外處理站提供給多站處理工具100。圖2展示耦合到處理室201且包括遠程等離子源202的裝載鎖200的一個實例性實施例。遠程等離子源202包括RF產(chǎn)生器(包含阻抗匹配電路)及圖3 (下文所討論)中更詳細展示的電感耦合等離子源。在其它實施例中，可使用電容耦合等離子、微波等離子或任一其它適合等離子源。與電容耦合等離子相比，電感耦合等離子的使用可有助于減少對等離子源的濺射誘致?lián)p壞。舉例來說，裝載鎖還可在結(jié)構(gòu)202內(nèi)或在任一其它適合位置中包含UV光源，其經(jīng)配置以用UV光照射裝載鎖內(nèi)的晶片。裝載鎖200進一步包括可選離子過濾器204，其經(jīng)配置以從遠程等離子流移除離子以幫助防止由離子轟擊所造成的低k降級。對于(舉例來說)其中離子轟擊并非不可接受地有害于工藝的質(zhì)量的某些工藝來說，可省略離子過濾器204。在所描繪的實施例中，離子過濾器204采取安置于遠程等離子源202的出口處的多孔板的形式。所述板包括多個通孔，其經(jīng)配置以沿垂直于晶片表面的方向?qū)⑦h程等離子流引導(dǎo)到定位于裝載鎖室206中的基座上的晶片上。下文參考圖3更詳細地討論離子過濾器204。應(yīng)理解，屬于“垂直于晶片表面”是指離子過濾器中通孔的遠程等離子流過的方向，且涵蓋在偏離法線的可接受公差范圍內(nèi)的方向，此取決于裝載鎖的特定配置。此外，在一些實施例中，遠程等離子源可經(jīng)配置以沿法線以外的任一其它適合方向引導(dǎo)遠程等離子的流動。此外，應(yīng)理解，替代所描繪的離子過濾器或除所述離子過濾器以外，可使用任一其它適合離子過濾器。其它適合離子過濾器的實例包含但不限于帶電網(wǎng)、帶電壁(例如，其中將電荷施加到等離子源的壁)、電子
源(例如，經(jīng)配置以提供電子以減少陽離子的熱絲)等。在一些實施例中，裝載鎖還可包含紫外線光源，其經(jīng)配置以將紫外線光引導(dǎo)到襯底表面上。圖3展示裝載鎖200及遠程等離子源202的剖視圖。出于清晰起見省略遠程等離子源202的RF產(chǎn)生器。遠程等離子源200包括具有多個孔302的氣體入口 300，所述多個孔經(jīng)配置以按所要模式將所要氣體分配到遠程等離子源200的內(nèi)部體積中。應(yīng)理解，氣體入口 300可耦合到多通道氣體箱(未展示)以允許將所要氣體或氣體混合物遞送到氣體入Π 300。遠程等離子源202進一步包括由電感線圈306環(huán)繞的壁304。在所描繪的實施例中，壁304采取鐘形容器的形式，但應(yīng)理解，壁304可具有任一其它適合配置。同樣，壁304可由任一適合材料制成。適合材料的實例包含但不限于石英。壁304包括形成遠程等離子源202的出口 308的大體圓形開口。相對于既定供用于裝載鎖中的晶片，出口 308可具有任一適合大小。舉例來說，在一些實施例中，出口 308具有等于或大于裝載鎖200既定使用的晶片的直徑的直徑。此可有助于確保整個晶片表面遇到遠程等離子的大致均勻入射通量。在其它實施例中，出口 308可具有適當(dāng)小于所述晶片的直徑的直徑，以使得由晶片表面上的不等遠程等離子通量所造成的任何不均勻處理不會導(dǎo)致超出可接受公差范圍的表面。以圖3繼續(xù)，可看到離子過濾器204包括跨越遠程等離子源的出口安置的板。所述板包括多個通孔310，其經(jīng)配置以將遠程等離子的流動傳遞到裝載鎖室312中朝向位于裝載鎖室312內(nèi)的晶片基座314。在一些實施例中，除遠程等離子處理以外，基座314可經(jīng)加熱以允許在裝載鎖200中執(zhí)行預(yù)先PECVD “浸泡”或“溫度浸泡”。此可有助于移除低k電介質(zhì)上的殘留濕氣及所吸收的氣體。裝載鎖202還包括氣體出口 316以允許泵壓裝載鎖且使其在浸泡及遠程等離子處理期間維持在一所要真空下，(并且)從遠程等離子處理工藝移除副產(chǎn)物。如上文所提及，所描繪實施例的通孔310經(jīng)定向以具有垂直于晶片基座314的晶片支撐表面且因此垂直于定位于基座表面上的晶片的流動方向。然而，通孔310可具有除所展示配置以外的任一適合配置。此外，相對于離子過濾器板的厚度，通孔310可具有任何適合尺寸。通孔的相對大小及長度可影響穿過過濾器的離子通量傳輸。圖4展示圖表400，其依據(jù)具有不同孔圖案的兩個不同離子過濾器的通孔310的幾何因數(shù)描繪穿過離子過濾器204的經(jīng)正規(guī)化的離子通量傳輸，其中所述幾何因數(shù)是由與通孔直徑相比的板厚度界定的縱橫比。如可看到，每一過濾器的離子通量傳輸遵循類似曲線。通常，穿過每一過濾器的離子通量在幾何因數(shù)大約為2之前相對高且在幾何因數(shù)大約為3時下降到基本上為零。因此，為將離子通量減少到基本上為零的值，離子過濾器204可經(jīng)配置以具有各自具有為3或3以上的長度(即，板厚度)/直徑比的若干通孔。離子過濾器204可由任一適合材料制成。適合材料可包含但不限于熱絕緣材料(例如，石英)以及熱傳導(dǎo)材料(例如，鋁及其它金屬)。將熱傳導(dǎo)材料用于離子過濾器204可允許通過將熱量傳導(dǎo)到裝載鎖200及/或遠程等離子源202的熱傳導(dǎo)外壁來冷卻離子過濾器。應(yīng)理解，可將離子過濾器與位于裝載鎖中的晶片的表面隔開任一適合距離，且在一些實施例中所述離子過濾器可以是可調(diào)整的(例如，可移動基座可允許升高或降低晶片)。同樣，可以任何適合功率操作等離子源以形成具有各類自由基的所要組合物的等離子。適合功率的實例包含但不限于300W與5000W之間的功率。同樣，RF電源供應(yīng)器可提供任一適合頻率的RF功率。電感耦合等離子的適合頻率的一個實例是13. 56MHz。氣體入口 300、壁304及離子過濾器204的所描繪配置可有助于促進在晶片傳送之后的裝載鎖泵壓。舉例來說，通過將惰性氣體畏送穿過氣體入口 300，可在背側(cè)(S卩，與基座相對)上形成背壓，此可有助于防止在基座上的晶片上方凝結(jié)或在晶片上方形成真空。然而，應(yīng)理解，這些部件可具有任一其它適合配置。裝載鎖202可用于任一適合工藝中。一個具體實例包括在CMP后的鑲嵌結(jié)構(gòu)上方沉積蝕刻停止層。圖5展示描繪借助遠程等離子處理晶片且然后在所述晶片上沉積蝕刻停止層的方法500的實施例的流程圖。方法500包括在502處將晶片插入到PECVD室的入站裝載鎖中及然后在504處加熱所述裝載鎖中的晶片。如上文所提及，加熱晶片可有助于從襯底表面移除濕氣及所吸收的氣體。接下來，在506處，方法500包括在晶片位于裝載鎖中的同時使遠程等離子在晶片上方流動。此可涉及各種子工藝。舉例來說，此可涉及在508處經(jīng)由電感、電容、微波或其它適合機構(gòu)形成遠程等離子(且可能執(zhí)行其它工藝，例如，將襯底曝露于紫外線光)。在一些實施例中，如在510中，可過濾來自遠程等離子的離子。在一些實施例中，可沿垂直于晶片表面的方向?qū)⑦h程等離子引導(dǎo)到晶片表面上，而在其它實施例中，可沿任一或任何其它適合方向?qū)⑦h程等離子引導(dǎo)到晶片表面上。使遠程等離子在晶片上方流動的工藝可具有各種化學(xué)效應(yīng)。舉例來說，如514處所指示，遠程等離子可還原襯底表面上的金屬氧化物，例如，形成于晶片表面的所曝露銅部分上的氧化銅。同樣，如516處所指示，當(dāng)遠程等離子工藝遵循CMP工藝時，遠程等離子可通過氧化或其它適合工藝移除晶片表面上的碳殘留物。應(yīng)理解，任一適合氣體或氣體組合可用以形成遠程等離子，包含但不限于上文所給出的實例。以圖5繼續(xù)，方法500接下來包括在518處將晶片從裝載鎖傳送到PECVD室中，及然后在520處在晶片表面上形成蝕刻停止層。氧化銅及殘留碳的移除可有助于改進蝕刻停止層與下伏銅的粘附，且還可有助于避免對銅特征位于其中的低k電介質(zhì)層造成損壞。盡管在裝載鎖中執(zhí)行遠程等離子處理可有助于維持或甚至增加系統(tǒng)吞吐量，但應(yīng)理解，還可原位(即，在PECVD或其它沉積室中)執(zhí)行用以還原氧化銅及/或移除碳殘留物的遠程等離子處理。舉例來說，圖I中所展示的處理工具100的站I可適于執(zhí)行此遠程等離子處理。圖6展示圖表600，其描繪通過各種等離子處理進行的比較性CuO移除的實驗結(jié)果。為獲取圖6中所描繪的數(shù)據(jù)，經(jīng)由PVD沉積Cu層，且然后在氧化等離子中生長大約120埃CuOx層。然后，針對所測試的不同等離子處理測量CuOx還原速率。圖6中最左側(cè)的兩個數(shù)據(jù)條描繪經(jīng)由在PECVD室中原位執(zhí)行的直接氨等離子對CuOx的移除。如可看到，在六秒的處理之后移除CuOx的約50%，且通過十二秒的處理基本上將CuOx完全移除。接下來，圖6中最右側(cè)的兩個數(shù)據(jù)條描繪經(jīng)由借助遠程等離子源(類似于圖3中所展示的遠程等離子源)執(zhí)行的遠程氫等離子對CuOx的移除。如可看到，在五秒的處理之后基本上移除CuOx的全部。因此，遠程等離子可提供比直接等離子更高的氧化銅還原速率。圖7展示圖表700，其依據(jù)等離子處理條件及時間描繪比較低k材料性能改變所進行的實驗結(jié)果。首先，圖表中最左側(cè)條展示由在足以還原大致所有氧化銅的時間內(nèi)所執(zhí)行的原位直接氨等離子處理所造成的百分比損壞，如圖6的圖表中所展示。接下來，原位等
離子條右側(cè)的四個條分別展示由5秒、15秒、30秒及60秒的時間間隔的遠程氫等離子處理所造成百分比損壞。對于每一實驗，低k材料的開始厚度是大約2000埃。從此圖表中所展示的結(jié)果，可看到，遠程氫等離子處理在15秒或更少的工藝時間內(nèi)基本上不對低k層造成損壞。此外，如圖6中所展示，5秒的工藝時間足以從晶片表面移除基本上所有氧化銅。因此，從圖6及圖7的結(jié)果，可看到，遠程氫等離子處理可允許在維持低k材料的所要低介電常數(shù)的同時從晶片表面移除氧化銅。圖8展示圖表800，其描繪用以確定在執(zhí)行用以還原銅表面上的氧化銅的各種等離子處理之后沉積于銅表面上的碳化硅膜的界面斷裂能(Ge)的實驗結(jié)果。最左側(cè)條描繪在原位氨直接等離子處理之后的銅表面上的碳化硅膜的粘附，且右側(cè)的條分別描繪在15秒、30秒及60秒的遠程氫處理之后的碳化硅膜與銅表面的粘附。所述結(jié)果的圖基-克拉默(Tukey-Cramer)統(tǒng)計呈現(xiàn)為圖表中最右側(cè)列，且暗示分布是匹配的。從圖表800,可看至IJ，十五秒或更少的遠程氫等離子處理可足以使得碳化硅能夠借助與利用原位氨等離子處理的銅表面類似的界面斷裂能粘附于銅上。如上文所提及，除蝕刻停止沉積之前的銅/低k表面處理以外，遠程等離子源還可用以處理晶片表面。圖9展示在形成界面層之前利用遠程等離子源來處理晶片上的表面的一般方法900。方法900包括在902處在襯底上形成第一材料組合物的層。應(yīng)理解，術(shù)語“晶片”及“襯底”在本文中可交換使用且可以是指除硅晶片以外的襯底。第一材料組合物可包括(舉例來說)金屬904(例如，在鍍敷工藝之前的銅的PVD)、經(jīng)拋光金屬/電介質(zhì)層(例如，CMP后的銅或鎢表面)、低k電介質(zhì)層或任一其它適合層。接下來，在910處，將襯底定位于遠程等離子處理設(shè)備中。舉例來說，在一些實施例中，如912處所指示，所述處理設(shè)備可包括具有遠程等離子源的裝載鎖，例如本文中所描述的實施例。在蝕刻停止沉積系統(tǒng)或用于將銅或其它金屬鍍敷到PVD沉積的晶種層上的鍍敷系統(tǒng)的情況下，裝載鎖可以是傳入裝載鎖914。同樣，在低k電介質(zhì)膜沉積系統(tǒng)的情況下，裝載鎖可以是傳出裝載鎖916。此外，在又其它實施例中，用于處理室的傳入及傳出裝載鎖兩者可各自包括遠程等離子源。在其它實施例中，如918處所指示，遠程等離子處理設(shè)備包括專用處理室、多站處理工具室中的專用站或類似物。
方法900接下來包括在920處產(chǎn)生遠程等離子。在一些實施例中，可從所述遠程等離子過濾923離子。在一些實施例中，可從還原氣體或氣體混合物922產(chǎn)生遠程等離子。而在其它實施例中，可從氧化氣體或氣體混合物924產(chǎn)生遠程等離子。此外，在又其它實施例中，可從氧化氣體及還原氣體兩者產(chǎn)生遠程等離子。裝載鎖中的壓力可具有用于形成所要等離子(例如，電感耦合等離子、高密度等離子等)的任一適合值。對于電感耦合等離子，裝載鎖壓力可在I托與760托之間，舉例來說，且在更特定實例中，在I托與20托之間。對于高密度等離子狀況，裝載鎖壓力可在I毫托與I托之間，舉例來說。應(yīng)理解，這些范圍是出于舉例目的呈現(xiàn)且并不打算以任一方式加以限制。接下來，如926處所指示，方法900包括使在920處產(chǎn)生的遠程等離子在第一材料組合物的層上方流動。在一些實施例中，可沿大體垂直于襯底的表面的方向?qū)⑦h程等離子弓I導(dǎo)到第一材料組合物的層上。在此類實施例中，如上文所描述，遠程等離子源可經(jīng)配置以具有出口，所述出口具有等于或大于正處理的晶片的直徑的直徑。在一個特定實例中，具有12"直徑出口的遠程等離子源可用以處理300mm晶片。在其它實施例中，可沿任一或任何
其它適合方向?qū)⑦h程等離子引導(dǎo)到所述層上。此外，在一些實施例中，如927處所指示，襯底可在遠程等離子處理期間、之前及/或之后曝露于UV光同時定位于遠程等離子處理設(shè)備中。如上文所描述，遠程等離子處理可化學(xué)地修改表面上的物質(zhì)，例如，氧化物、碳及/或烴。此外，在其它實施例中，遠程等離子處理可修改第一材料組合物的層的塊體性質(zhì)。舉例來說，當(dāng)?shù)谝徊牧系膶影ǖ蚹電介質(zhì)層時，遠程等離子處理可移除低k材料基質(zhì)中的Si-H、Si-CHx&/或Si-OH鍵。作為其它實例，遠程等離子處理可用以影響表面及/或(一個或一個以上)下伏層中的一者或一者以上的物理、電或化學(xué)、機械、粘附或熱性質(zhì)。在于第一材料組合物的層上方執(zhí)行遠程等離子之后，方法900接下來包括在928處在第一材料組合物的層上形成第二材料組合物的層。舉例來說，當(dāng)?shù)谝徊牧辖M合物的層包括具有銅及低k電介質(zhì)區(qū)得表面時，第二材料組合物的層可包括碳化硅(或其它)蝕刻停止層，如930處所指示。在另一特定實例中，當(dāng)?shù)谝徊牧系膶影ㄦu時，第二材料的層可包括(舉例來說)硬掩模層932。應(yīng)理解，這些特定實施例是出于舉例目的描述且并不打算以任一方式加以限制。因此，遠程等離子可用于以與原位氨等離子相當(dāng)?shù)男Я木砻嬉瞥饘傺趸锛疤汲练e物以及可能其它殘留物，而較低級地或甚至不會造成曝露于遠程等離子的低k層的降級。此外，所揭示的遠程等離子處理設(shè)備及工藝還可用以后處理低k膜以從所述膜移除氫及/或碳?？纱嬖诔衔乃懻摰哪切┣闆r以外的其它情況，其中在沉積后續(xù)層之前使用遠程等離子處理來處理表面以移除金屬氧化物、碳及/或其它污染物可以是有益的。一個實例是通過將電介質(zhì)夾在兩個平行傳導(dǎo)板之間來形成電容器。在一些電容器中，所述平行板可以是使用鑲嵌工藝用銅形成。在此類工藝的一些實例中，沉積鈷作為銅與電介質(zhì)之間的中間層以充當(dāng)銅與電介質(zhì)之間的擴散勢壘且改進與電介質(zhì)的粘附。在鈷沉積之后，鈷表面可經(jīng)污染而具有痕量雜質(zhì)，例如硼、錳、鎢或氧化物。因此，在沉積電介質(zhì)之前使用遠程等離子處理來處理鈷表面可移除鈷-電介質(zhì)界面處的可使電容器的質(zhì)量降級的雜質(zhì)及氧化物，且還可幫助改進電介質(zhì)與電容器的粘附。
遠程等離子處理還可用于與鎢有關(guān)的工藝中。舉例來說，在典型的CMOS裝置中，W用以連接到晶體管的源極、漏極及柵極。源極及漏極觸點金屬可以是W。在源極及漏極區(qū)處形成硅化物，例如NiSi、摻雜Pt的NiSi、NiSiGe或硅化鈷?？稍赪的CVD沉積之前使用用以清潔自然氧化物的觸點的Ti襯里及用以促進粘附且保護不受化學(xué)侵蝕(例如，不受WF6前驅(qū)物的F侵蝕)的TiN襯里。因此，Ti/TiN襯里將沉積到硅化物及金屬前電介質(zhì)(PMD)兩者上。PMD可以是間隙填充氧化物、低k氧化物或旋涂電介質(zhì)或其它電介質(zhì)。交替策略將是用基于W的襯里(例如，使用無氟前驅(qū)物沉積的WN或基于W的襯里)替換Ti/TiN襯里?？稍诨赪的襯里及W觸點的沉積之前使用遠程等離子處理。遠程等離子預(yù)處理可修改金屬前電介質(zhì)及/或硅化物觸點的表面(或膜本身)以促進后續(xù)基于W的襯里沉積。作為另一實例，遠程等離子處理可用以處理具有所曝露金屬柵極的晶片，其需要后續(xù)鎢沉積工藝。高k柵極金屬堆疊可包括高k柵極氧化物、功函數(shù)金屬、基于鋁的金屬及柵極壓蓋層，例如基于Al、TiN, TiO2, AlTiOx或Ta的金屬。鎢沉積工藝可使用無氟鎢前驅(qū)物或含氟前驅(qū)物(例如，WF6)發(fā)生在CVD或ALD室中。在任一情況下，執(zhí)行遠程等離子處理可修改PMD的表面或塊體性質(zhì)及/或接觸晶體管的柵極、源極及漏極的表面?；赟iO2的柵極電介質(zhì)的金
屬柵極也可以是鎢。因此，在形成此柵極之前的遠程等離子預(yù)處理也可以是有益的。鎢也可用作集成電路中的不同傳導(dǎo)層之間的觸點。因此，在此類實施方案中，可期望降低傳導(dǎo)路徑的電阻。陷獲于鎢觸點與金屬柵極、銅互連件或鎢與其接觸的硅化物互連件之間的雜質(zhì)(例如，氧化物)可增加觸點的串聯(lián)電阻。因此，舉例來說，在鎢沉積之前借助遠程等離子處理從傳導(dǎo)金屬移除氧化物可減小觸點的電阻。鎢或基于鎢的傳導(dǎo)材料可用作背端敷金屬方案的部分。如此，將W沉積到包括銅及電介質(zhì)的表面上可以是可能的。遠程等離子處理可用于此實例中。遠程等離子處理還可用以在沉積應(yīng)力氮化物膜之前清潔表面。PMOS裝置可得益于壓縮應(yīng)力氮化物且NMOS裝置可得益于抗拉應(yīng)力氮化物膜?？蓪?yīng)力氮化物沉積于晶體管上方以誘致柵極下方通道上的應(yīng)變，此可改進通道中的電子或空穴的遷移率且借此增加晶體管的速度。然而，柵極上氧化物的存在可干涉柵極/氮化物界面，借此造成晶體管通道上的較小應(yīng)變。遠程等離子處理可用以在沉積氮化物之前從表面移除氧化物。通過移除氧化物，晶體管可具有經(jīng)增加的遷移率及晶體管之間的經(jīng)增加的均勻性。遠程等離子處理還可用作PECVD自對準(zhǔn)勢壘(PSAB)工藝之前的表面處理。PSAB描述于美國專利第7，396，759號中，其揭示內(nèi)容出于所有目的借此以全文引用方式并入本文中。PSAB工藝可用以在銅互連件的頂部上形成保護緩沖層及/或壓蓋層。實例性PSAB工藝包含在CMP之后清潔晶片、將晶片表面曝露于第一反應(yīng)物以在銅互連件上方形成緩沖層、及曝露包括激發(fā)氣體的第二反應(yīng)物以在所述緩沖層上方形成壓蓋層?？稍趩蝹€室中或在不具有真空破壞的多個室中執(zhí)行P SAB步驟中的每一者。P SAB工藝的性質(zhì)可限制可在PSAB處理室中將晶片加熱到的溫度。因此，對于預(yù)處理清潔，在裝載鎖中執(zhí)行遠程等離子預(yù)處理工藝可比在PSAB沉積室中執(zhí)行此清潔更有效。另外，可降低在預(yù)處理步驟期間對鄰近低k、ULK或ELK材料的損壞而不顯著危及污染物移除?？墒褂盟鲞h程等離子預(yù)處理工藝替換PSAB工藝中的預(yù)處理步驟，或除可發(fā)生在用于PSAB的CVD室的站I上的預(yù)處理步驟以夕卜，可使用所述遠程等離子預(yù)處理工藝，裝載鎖基座溫度可不用于處理室中的站I的溫度。因此，PSAB工藝的可能全部在一個處理條件下在站I處執(zhí)行的不同組分可在不同溫度(及其它處理條件)下完成，從而提供較高等級的靈活性。在一些實施例中，原位計量學(xué)可用以測量等離子預(yù)處理的進展且提供實時端點檢測。舉例來說，當(dāng)遠程等離子預(yù)處理的所要效應(yīng)是化學(xué)地還原氧化銅以清潔銅時，可使用反射測量法、橢圓光度法或光譜測定法來測量所述氧化物還原。舉例來說，銅上的CuO及CU2O的薄膜的反射率與純凈Cu的反射率有相當(dāng)大的不同，因此反射測量法可用以確定氧化物還原工藝的端點。此外，如果遠程等離子預(yù)處理的所要效應(yīng)是釋放濕氣，那么可使用原位濕氣檢測器。計量學(xué)還可用以檢查實現(xiàn)(舉例來說)確定殘留光致抗蝕劑是否存在于裝載鎖中的晶片上的能力的前側(cè)或背側(cè)表面條件。如上文所討論，在一些實施例中，具有遠程等離子源的裝載鎖還可包含UV輻射源。舉例來說，UV處理可用以移除在CMP之后保留于所曝露的銅及電介質(zhì)上的不穩(wěn)定碳及其它雜質(zhì)。從電介質(zhì)中移除雜質(zhì)可有助于鈍化缺陷且移除原本將增加穿過電介質(zhì)的泄漏的所陷獲電荷。因此，裝載鎖中的組合UV/遠程等離子處理可用以移除此不穩(wěn)定碳以及氧化
銅。舉例來說，在一個實施例中，在將晶片傳送到處理室中以用于膜沉積工藝之前，在裝載鎖中，可首先將晶片曝露于UV輻射以移除不穩(wěn)定碳且然后將其曝露于遠程等離子以移除氧化銅。UV及遠程等離子處理還可用于具有固化步驟的工藝中。舉例來說，可通過在低k電介質(zhì)膜中引入多孔性形成超低k電介質(zhì)。舉例來說，可通過借助孔隙產(chǎn)生器(舉例來說，有機材料)共沉積主電介質(zhì)材料(舉例來說，有機硅酸鹽玻璃或0SG)來實現(xiàn)在電介質(zhì)膜中包含多孔性。然而，誘致此種類的多孔性可造成膜的機械性質(zhì)降級，且可降低其在無機械損壞的情況下持續(xù)后續(xù)集成步驟的能力。因此，在沉積之后，可從電介質(zhì)膜移除孔隙產(chǎn)生器(致孔劑)，且電介質(zhì)材料經(jīng)致密及加強以供進一步處理。應(yīng)理解，還可使用耦合到遠程等離子裝載鎖的UV固化工具或經(jīng)由若干工具及/或裝載鎖的任一其它適合布置執(zhí)行此經(jīng)組合UV/遠程等離子預(yù)處理。UV輻射可用以實現(xiàn)主電介質(zhì)材料的致孔劑移除及加強兩者。此外，適合遠程等離子(例如，氦、氬或氙等離子)可用以從超低k膜的表面層移除碳以進一步加強所述膜。舉例來說，UV輻射可用以從電介質(zhì)膜驅(qū)除致孔劑且重新布置殘留OSG材料中的鍵結(jié)構(gòu)，而遠程等離子可用以物理地替換來自超低k膜的碳，借此致密所述膜的外層。超低k電介質(zhì)膜的經(jīng)致密蓋可有助于保護塊狀超低k膜免受后續(xù)處理步驟，這是因為其在機械上比所述蓋下方的塊狀材料強壯。在替代實施例中，可利用經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)壓蓋電介質(zhì)的等離子。UV及遠程等離子處理的組合可在單個處理室或多個室中執(zhí)行。在一個實施例中，UV及遠程等離子處理可兩者均在耦合到處理室的入站或出站裝載鎖中執(zhí)行。在替代實施例中，紫外線熱處理(UVTP)系統(tǒng)可用于UV處理，且遠程等離子處理可在耦合到UVTP系統(tǒng)的傳出裝載鎖中執(zhí)行。其中UV輻射可用于具有固化步驟的工藝中的另一實例是用于固化聚合物。眾所周知，將聚合物曝露于UV輻射促進膜中的聚合物的交聯(lián)，這是一種與增加的硬度、改進的熱穩(wěn)定性、改進的膜粘合及減少的膜后續(xù)除氣相關(guān)聯(lián)的工藝。所述聚合物可在CVD室中沉積且然后通過曝露于UV輻射在傳出裝載鎖中固化。另一選擇為，UV固化可發(fā)生在后續(xù)室上的傳入裝載鎖中。作為替代實施例，可通過添加額外裝載閥而在裝載鎖中引入分子及/或聚合物，所述額外裝載閥進入耦合到裝載鎖的氣體入口的多通道氣體箱中。通過裝載閥引入的分子及/或聚合物可起反應(yīng)或沉積于晶片的表面上且接著借助UV輻射固化。遠程等離子處理還可用以化學(xué)地制備表面以用于依賴于具有所要化學(xué)反應(yīng)性的晶片表面的后續(xù)處理。舉例來說，可經(jīng)由曝露于氫遠程等離子為ALD工藝制備表面，借此用氫原子終止所述表面。舉例來說，可以類似方式制備其它適合表面終止物(例如，氟及硫)以在所述表面上實現(xiàn)所要成核性質(zhì)。同樣，可以類似方式從晶片的表面構(gòu)成或移除所要材料單層。如上文在各種特定實例中所討論，可在裝載鎖中執(zhí)行包含遠程等離子處理的多個工藝以在膜沉積工藝之前或之后處理表面。舉例來說，當(dāng)裝載鎖包括經(jīng)加熱基座、遠程等離子系統(tǒng)及UV光系統(tǒng)室時，晶片可達到所要溫度、借助遠程等離子處理且預(yù)先在裝載鎖中借助UV光處理。當(dāng)裝載鎖是入站裝載鎖時，此類處理組合可用以(舉例來說)在CMP工藝之后從表面移除不穩(wěn)定碳及氧化銅。同樣，當(dāng)裝載鎖是出站裝載鎖時，此類處理組合可用以(舉例來說)清潔且致密低k電介質(zhì)的表面層。應(yīng)了解，這些步驟可順序或同時組合以按任一適合方式處理晶片。在一些情況下，遠程等離子處理可用于其中晶片破壞在晶片表面的遠程等離子清潔與表面上的后續(xù)膜沉積之間的真空的情況中。當(dāng)晶片表面與大氣氣體不起反應(yīng)時，可使用真空破壞而不具有有害負面效應(yīng)。舉例來說，可在后續(xù)步驟正移除不穩(wěn)定碳時使用真空破壞，這是因為大氣曝露將不會致使碳返回到晶片表面。作為另一實例，由于所曝露鋁氧化緩慢，因此鋁表面的遠程等離子處理之后的真空破壞并非有害。在其它情況下，如上文針對銅表面處理所描述，可在遠程等離子處理與后續(xù)沉積工藝之間維持真空，這是因為經(jīng)清潔表面在從真空環(huán)境移除的情況下可易受再污染。包括遠程等離子處理(且在一些實施例中，是UV處理)的裝載鎖可借助任一適合處理室用于入站及/或出站晶片處理。非限制性實例包含但不限于PECVD、CVD、ALD、PEALD、UVTP及電子束室。在一些實施例中，所揭示實施例可用于叢聚工具中，以使得單個裝載鎖控制在真空環(huán)境下對多個處理室的存取。圖10展示叢聚工具1000的實例，叢聚工具包括處理室1010及1020、傳送模塊1030、裝載鎖1040及前端1090。端口 1012及1022將傳送模塊1030分別耦合到處理室1010及1020。自動機1032用于在處理室1010、處理室1020與裝載鎖1040之間移動晶片。真空端口 1042及1044將裝載鎖1040耦合到傳送模塊1030。處理室1010及1020以及傳送模塊1030是在真空下，而前端1090是在大氣壓下。前端1090包括自動機1050且經(jīng)配置以與晶片卡匣1060、1070及1080介接。自動機1050經(jīng)配置以在卡匣1060、1070,1080與裝載鎖1040之間移動晶片。通過大氣端口 1046及1048由自動機1050將晶片放置于裝載鎖1040中。在一些實施例中，裝載鎖1040可配備有遠程等離子源及/或UV輻射源，以使得裝載鎖1040可用于遠程等離子及UV處理，并且充當(dāng)大氣壓與真空之間的橋接器。在其它實施例中，一個或一個以上處理室或者處理室中的若干站可經(jīng)配置以執(zhí)行遠程等離子處理。如所描繪，處理室1010及1020各自包括四個處理站。所述四個站可經(jīng)配置以執(zhí)行單個功能，或所述站可不同地配置。因此，所述站中的一者或一者以上可配備有遠程等離子源及/或UV輻射源以使得所述站能夠原位執(zhí)行遠程等離子及/或UV處理。應(yīng)理解，用于本文中所描述的半導(dǎo)體裝置制作工藝中的界面表面遠程等離子處理的配置及/或途徑在性質(zhì)上是例示性的，且這些具體實施例或?qū)嵗粦?yīng)被視為具有任何限制意義，這是因為可存在眾多變化形式。舉例來說，除遠程等離子源以外，上文所描述的裝載鎖中的任一者還可包括紫外線光源。此可允許在同一處理區(qū)域中執(zhí)行固化步驟、加熱步驟及類似步驟作為遠程等離子處理。本發(fā)明的標(biāo)的物包含本文中所揭示的各種工藝、系統(tǒng)及配置的所有新穎及不明顯
組合與子組合以及其它特征、功能、動作及/或性質(zhì)，以及其任何及所有等效物。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體處理設(shè)備，其包括 處理室； 裝載鎖，其經(jīng)由傳送端口耦合到所述處理室； 晶片基座，其安置于所述裝載鎖中且經(jīng)配置以支撐所述裝載鎖中的晶片；及 遠程等離子源，其經(jīng)配置以將遠程等離子提供給所述裝載鎖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述處理室為PECVD處理室，且其中所述裝載鎖為入站裝載鎖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述PECVD處理室經(jīng)配置以沉積蝕刻停止膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述PECVD處理室經(jīng)配置以沉積可灰化硬掩模膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述遠程等離子源包括經(jīng)配置以沿垂直于所述晶片基座的晶片支撐表面的方向引導(dǎo)遠程等離子的流動的出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述遠程等離子源出口具有等于或大于所述裝載鎖經(jīng)配置以供其使用的晶片的直徑的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述晶片基座是經(jīng)加熱的。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其進一步包括經(jīng)配置以從所述遠程等離子中過濾離子的離子過濾器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述離子過濾器包括以下各項中的一者或一者以上帶電網(wǎng)；帶電壁；跨越所述遠程等離子源的出口安置的板，所述板包括多個開口 ；及電子源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述離子過濾器包括跨越所述遠程等離子源的所述出口安置的所述板，所述板中的每一開口包括3或3以上的長度/直徑比。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述裝載鎖為出站裝載鎖。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述處理室為低k電介質(zhì)材料沉積室。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體處理設(shè)備，其中所述處理室為鍍敷室，且其中所述裝載鎖為入站裝載鎖。
14.一種用于半導(dǎo)體處理設(shè)備的裝載鎖，所述裝載鎖包括 大氣傳送端口及室傳送端口； 經(jīng)加熱的晶片基座，其安置于所述裝載鎖的內(nèi)部中且經(jīng)配置以支撐所述裝載鎖中的晶片; 遠程等離子源，其耦合到所述裝載鎖，所述遠程等離子源包括經(jīng)配置以沿垂直于所述晶片基座的晶片支撐表面的方向引導(dǎo)遠程等離子的流動的出口 ；及 離子過濾器，其經(jīng)配置以從遠程等離子中移除離子，所述遠程等離子從所述遠程等離子源朝向所述經(jīng)加熱的晶片基座流動。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝載鎖，其中所述遠程等離子源的所述出口包括等于或大于所述裝載鎖既定供其使用的晶片的直徑的直徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝載鎖，其中所述離子過濾器包括跨越所述遠程等離子源的出口安置的板，所述板包括各自具有3或更大的長度/直徑比的多個開口。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝載鎖，其中所述離子過濾器包括以下各項中的一者或一者以上帶電導(dǎo)電網(wǎng)、帶電壁及電子源。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝載鎖，其中所述遠程等離子源包括電感耦合式等離子源。
19.一種在半導(dǎo)體處理設(shè)備中在不同材料組合物的兩個層之間形成界面的方法，所述方法包括 在襯底上形成第一材料組合物的層； 將所述襯底定位于遠程等離子處理設(shè)備中； 產(chǎn)生遠程等離子且從所述遠程等離子過濾離子； 使所述遠程等離子在所述第一材料的所述層的表面上方流動；及在所述第一材料組合物的所述層的所述表面上形成第二材料組合物的層以借此在不同材料組合物的所述兩個層之間形成所述界面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一材料組合物的所述層包括金屬區(qū)及電介質(zhì)區(qū)，其中所述第二材料組合物的所述層包括蝕刻停止材料的層，且其中形成所述第二材料組合物的所述層包括通過等離子增強化學(xué)氣相沉積來形成所述第二材料組合物的所述層。
全文摘要
本文中揭示涉及在半導(dǎo)體晶片制作工藝中經(jīng)由遠程等離子處理來清潔界面表面的實施例。舉例來說，在一個所揭示的實施例中，一種半導(dǎo)體處理設(shè)備包括處理室；裝載鎖，其經(jīng)由傳送端口耦合到所述處理室；晶片基座，其安置于所述裝載鎖中且經(jīng)配置以支撐所述裝載鎖中的晶片；及遠程等離子源，其經(jīng)配置以將遠程等離子提供給所述裝載鎖。
文檔編號H01L21/205GK102804338SQ201080026155
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者喬治·安德魯·安東內(nèi)利, 珍妮弗·奧洛克林, 托尼·哈維爾, 曼蒂阿姆·斯里拉姆, 巴特·范施拉維迪克, 維什瓦納坦·蘭加拉揚, 塞莎賽義·瓦拉達拉揚, 布賴恩·L·巴卡柳 申請人:諾發(fā)系統(tǒng)有限公司