铜配线之整合的表面处理与沈积用之装置及方法

摘要

本发明之实施例提供一种铜配线之整合的基板表面处理和膜沈积用之装置及方法，以具有改良的金属迁移特性及减少空洞增大。在例示实施例中具有一腔室，用以进行表面处理及薄膜沈积。该腔室包括：第一基板表面处理用近接头，用以分送用来处理在第一基板表面处理用近接头下方之基板表面的一部分的第一处理气体。该处理室也包括：第一ALD(atomic layer deposition,原子层沈积)用近接头，用以依序分送第一反应气体及第一清除气体以在第一ALD近接头之下方沈积第一ALD薄膜。

主权项

一种基板表面的处理装置，包括：一基板支座，用以支持该基板；一近接头，用以透过注射孔分送一处理气体以处理该近接头下方之一基板表面的一活性处理区域，其中该近接头覆盖该基板表面的该活性处理区域；且该近接头包括至少一真空通道，以从该近接头与该基板之间的一反应空间抽出过多处理气体；该近接头具有由该近接头内的一反应体积所定义之一激发室，该反应体积系沿着该注射孔的路径设置，该激发室用以在该处理气体被分送到该基板表面的该活性处理区域部分上之前激化该处理气体。如申请专利范围第1项之基板表面的处理装置，其中具有二个真空通道，在用以分送该处理气体之至少一气体通道的每一侧各设置一个真空通道。如申请专利范围第1项之基板表面的处理装置，其中具有一个真空通道，围绕用以分送该处理气体之至少一气体通道。如申请专利范围第1项之基板表面的处理装置，其中该处理气体系选自于由H2、NH3、NF3、NH4F、O2、及N2所构成之群组。如申请专利范围第4项之基板表面的处理装置，其中该处理气体由一惰性气体所稀释。如申请专利范围第1项之基板表面的处理装置，其中该处理气体系藉由热灯丝、雷射、紫外光(UV)或电浆所激发。一种基板表面的处理方法，包括：移动用以处理表面之一近接头到一基板上，其中该近接头具有至少一气体通道，用以分送一处理气体到该基板表面的一区域上；该近接头具有至少一真空通道，该真空通道用以从该近接头下方的一反应空间抽出过多的处理气体，且该近接头覆盖该基板表面的该区域；在分送该处理气体到该基板表面的该区域上之前，在该近接头的一激发室内激发该处理气体，该激发室提供在该近接头内的一反应体积，该反应体积系沿着该至少一气体通道配置；及沿着该至少一气体通道分送该激发处理气体到该基板表面的区域之上以处理该基板表面。如申请专利范围第7项之基板表面的处理方法，其中该表面处理系用以在该基板上沈积一薄膜之前移除表面杂质。如申请专利范围第7项之基板表面的处理方法，其中该表面处理系用以增加一铜之屏障层之ALD的初始沈积点。如申请专利范围第7项之基板表面的处理方法，其中该表面处理系在一铜种晶层的沈积作用之前于沈积的一背衬层之上进行，以增强所欲沈积的一无电铜种晶层的成核作用，或移除该沈积背衬层上的污染物。一种用以进行表面处理及薄膜沈积之腔室，包括：第一基板表面处理用近接头，用以分送第一处理气体以处理在该第一基板表面处理用近接头下方之一基板表面的一部分；以及第一ALD(atomic layer deposition，原子层沈积)用近接头，用以依序分送第一反应气体及第一清除气体以在该第一ALD用近接头之下方沈积第一ALD薄膜。如申请专利范围第11项之用以进行表面处理及薄膜沈积之腔室，更包括：第二基板表面处理用近接头，用以分送第二处理气体以处理在该第二基板表面处理用近接头下方之该基板该表面的一部分；以及第二ALD用近接头，用以依序分送第二反应气体及第二清除气体以在该第二ALD用近接头之下方沈积第二ALD薄膜。如申请专利范围第11项之用以进行表面处理及薄膜沈积之腔室，其中该第一基板表面处理用近接头系用以在以该第一ALD薄膜沈积于基板之前或之后进行一表面处理。如申请专利范围第11项之用以进行表面处理及薄膜沈积之腔室，其中该第一ALD薄膜为一铜之屏障层。如申请专利范围第12项之用以进行表面处理及薄膜沈积之腔室，其中该第二ALD薄膜为一铜之背衬层。如申请专利范围第12项之用以进行表面处理及薄膜沈积之腔室，其中该第二基板表面处理用近接头系用以在以该第二ALD薄膜沈积于该基板之后进行一表面处理。如申请专利范围第12项之用以进行表面处理及薄膜沈积之腔室，其中将该第一ALD用近接头配置邻接于该第一基板表面处理用近接头，将该第二ALD用近接头ALD配置邻接于该第一ALD用近接头，以及将该第二基板表面处理用近接头配置邻接于该第二ALD用近接头。如申请专利范围第17项之用以进行表面处理及薄膜沈积之腔室，其中该第一基板表面处理用近接头系用以在基板上的薄膜沈积之前进行前处理，该第一ALD用近接头系用以沈积一铜之屏障层，该第二ALD用近接头系用以沈积一铜之背衬层，且该第二基板表面处理用近接头系用以屏障层及背衬层已沈积之后进行一后处理。如申请专利范围第11项之用以进行表面处理及薄膜沈积之腔室，其中该第一反应气体为一含屏障金属之反应物，或与该含屏障金属之反应物形成一屏障层的一反应气体。如申请专利范围第12项之用以进行表面处理及薄膜沈积之腔室，其中该第二反应气体为一含背衬金属之反应物或与该含背衬金属之反应物形成一背衬层的一反应气体。一种表面处理及薄膜沈积方法，用以在一处理室内的一基板上进行表面处理及薄膜沈积，包括：将该基板放置于具有复数个表面处理及薄膜沈积用近接头的该处理室中，其中复数个近接头的每一个覆盖一基板表面的一部分；移动一前处理用近接头到该基板表面的一区域之上；以该前处理用近接头在该基板表面的该区域上进行表面前处理；移动一ALD1(原子层沈积1)近接头到该基板表面上之区域上方；以及利用该ALD1近接头在基板表面上之区域沈积一铜之屏障层。如申请专利范围第21项之表面处理及薄膜沈积方法，更包括：移动一ALD2(原子层沈积2)近接头到该基板表面上的该区域之上方；以该ALD2近接头在该基板表面上的该区域沈积一铜之背衬层；移动一后处理用近接头到该基板表面的一区域之上方；以及以该后处理用近接头在该基板表面上的该区域进行表面后处理。如申请专利范围第21项之表面处理及薄膜沈积方法，其中该表面前处理系用以在沈积屏障层之前移除表面杂质，或用以增加以ALD1近接头沈积的该屏障层之初始沈积点。如申请专利范围第22项之表面处理及薄膜沈积方法，其中该表面后处理系进行于该铜之背衬层之上，以加强欲沈积之无电铜种晶层的成核作用。如申请专利范围第21项之表面处理及薄膜沈积方法，其中该表面前处理及该屏障层沈积系在同一腔室中进行，以减少处理时间，并保护已进行前处理的该基板表面免于在沈积该屏障层之前被污染或变成非活性。一种薄膜沈积方法，用以在一整合系统中将薄膜沈积于铜配线之一基板上，包括：移动该基板进入具有复数个近接头的一处理室中，选定的近接头用以进行表面处理及原子层沈积(ALD)中之至少其一，该处理室为该整合系统之一部分，并且在该处理室内，使用复数个用来进行屏障层ALD的近接头之其一以在该基板表面进行屏障层沈积；且从该处理室移动该基板，经由该整合系统的一传送模组进入一铜种晶层沈积用之处理模组，该铜种晶层沈积用处理模组为整合系统之一部分，且在该铜种晶层沈积用之处理模组内，于该基板表面进行铜种晶层沈积，其中该整合系统实现在该整合系统内完成受控制环境下之移转，以限制基板曝露于该整合系统外的未受控制环境下的状况。如申请专利范围第26项之薄膜沈积方法，更包括：从该铜种晶层沈积用之处理模组移动该基板，经由该整合系统的该传送模组，而进入一铜填隙层沈积用处理模组，该铜填隙层沈积用处理模组为该整合系统之一部分；而在该铜填隙层沈积用处理模组之内，于该基板的该铜种晶层上沈积铜填隙层沈积；以及从该铜填隙层沈积用之处理模组移动该基板，经由该整合系统的该传送模组而进入一基板清洁用之处理模组，该基板清洁用之处理模组为该整合系统之一部分；而在该基板清洁用处理模组之内，于进行铜填隙层沈积之后，进行基板清洁。如申请专利范围第26项之薄膜沈积方法，更包括：在屏障层沈积之前，藉由用以在处理室内进行表面前处理的复数个近接头中之其一在基板表面进行表面前处理。如申请专利范围第28项之薄膜沈积方法，其中该表面前处理系在该基板的该表面进行以移除污染物，或活化供该屏障层沈积之用的该基板的表面。如申请专利范围第28项之薄膜沈积方法，更包括：藉由用以在该处理室内进行背衬层ALD的复数个近接头之其一在该基板的该屏障层进行背衬层沈积，以及在背衬层沈积之后，藉由用以在该处理室内进行表面后处理的复数个近接头之其一在该基板的表面进行表面后处理。如申请专利范围第30项之薄膜沈积方法，其中该表面后处理系在该基板的表面进行以移除污染物或活化预备进行铜种晶层沈积的该基板的表面。如申请专利范围第26项之薄膜沈积方法，其中在限制曝露于该整合系统外未受控制环境之状况下，沈积于该整合系统内的铜配线之基板上的薄膜，改善铜配线之EM(Electro-migration，电迁移)特性。一种沈积薄膜用之整合系统，用以将薄膜沈积于铜配线之一基板上，包括：一处理室，具有复数个近接头，使用其中之选定的近接头以进行表面处理及ALD；一真空传送模组，连结于该处理室，该真空传送模组系用以在该整合系统中传送基板；一铜种晶层沈积用处理模组；一受控制环境的传送模组，连结于该铜种晶层沈积用处理模组；以及一真空预备室，连结于该真空传送模组以及受控制环境的该传送模组，该真空预备室系用以在该真空传送模组及该受控制环境的传送模组之间辅助传送该基板，其中该整合系统实现在该整合系统内进行受控制环境的移转，以限制基板曝露于该整合系统外的未受控制环境之状况。如申请专利范围第33项之沈积薄膜用之整合系统，更包括：一铜填隙层沈积用处理模组，连结于该受控制环境的传送模组；及一基板清洁用处理模组，连结于该受控制环境的传送模组。如申请专利范围第33项之沈积薄膜用之整合系统，更包括：一晶圆匣盒，用以在该整合系统中处理该基板之前或之后，容纳该基板；以及一真空预备室，连结于该晶圆匣盒以及该真空传送模组，该真空预备室系用以在该晶圆匣盒及该真空传送模组之间辅助该基板传送。如申请专利范围第33项之沈积薄膜用之整合系统，其中该近接头之其一系用以沈积一铜配线之ALD屏障层。如申请专利范围第33项之沈积薄膜用之整合系统，其中该近接头之其一系用以沈积一铜配线之ALD背衬层。如申请专利范围第33项之沈积薄膜用之整合系统，其中该近接头之其一系用以在ALD之前进行表面前处理，以及另一近接头系用以在ALD之后进行表面后处理。如申请专利范围第33项之沈积薄膜用之整合系统，其中该等选定的近接头包括：一表面前处理用近接头、一屏障层ALD用近接头、一背衬层ALD用近接头，以及一表面后处理用近接头。如申请专利范围第33项之沈积薄膜用之整合系统，其中该受控制环境的传送模组及该铜种晶层沈积用处理模组，系以一惰性气体充填以限制该基板曝露于氧气。