專利名稱：對(duì)基板表面做預(yù)先處理以進(jìn)行金屬沉積的工藝和集成系統(tǒng)的制作方法
對(duì)基板表面做預(yù)先處理以進(jìn)行金屬沉積的工藝和集成系統(tǒng)
本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00780032409.X、申請(qǐng)日為2007年8月17日、發(fā)明名稱為“對(duì)基板表面做預(yù)先處理以進(jìn)行金屬沉積的工藝和集成系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體基板上，集成電路使用導(dǎo)電布線來連接獨(dú)立的裝置，或與外部的集成電路進(jìn)行通信。通孔和導(dǎo)電溝槽使用的布線金屬可能包括鋁合金和銅。電遷移(EM)是金屬布線過程中常見的一種可靠性問題，是由電子推動(dòng)金屬原子在電流方向移動(dòng)引起的，移動(dòng)速度取決于電流的密度。電遷移可能最終導(dǎo)致金屬線變薄，從而使得電阻變高甚至金屬線斷裂。幸運(yùn)的是，跟電源線或地線不同，集成電路上的所有的導(dǎo)電金屬線的電流并不總是朝同一方向移動(dòng)。然而，隨著金屬線越來越窄(在國際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(ITRS)中，每次科技進(jìn)步線寬都要降低大概70%)，電遷移的問題越來越嚴(yán)重了。在招線中，電遷移是一種體量現(xiàn)象(bulk phenomenon),可以通過摻入微量的摻質(zhì)齊IK例如銅)來很好的控制。然而，銅線中的電遷移是一種表層現(xiàn)象(surface phenomenon)。只要銅能夠移動(dòng)，這種現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生，特別是在銅和其他金屬的界面上，因?yàn)槟抢镎持员容^差。在今天的雙嵌入工藝(dual-damascene process)中，這種情況最常發(fā)生在銅線的上方，那里通常與SiC擴(kuò)散阻障層接觸，但是也可能發(fā)生在銅/阻障界面上。在每一次向下個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)步的過程中，隨著電流密度的增大，問題變的更加嚴(yán)重了。電遷移問題的解決方案，跟另一個(gè)常見的可靠性問題相關(guān)應(yīng)力空穴(relatedstress voids) 一樣,變成了工藝集成的問題:優(yōu)化沉積(例如，減少阻障層和種晶層的厚度)，沉積前和沉積后的晶圓清潔，表面溝槽等。所有的措施，目標(biāo)在于在層與層之間提供一種均勻的界面和良好的粘著性以減少原子遷移和空穴擴(kuò)散。在雙嵌入工藝中，溝槽和孔(用作觸點(diǎn)和通孔)被刻入電介質(zhì)中，然后用鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)或兩種膜的組合形成的阻障材料進(jìn)行填充，然后進(jìn)行銅種晶層的沉積、電鍍銅、用CMP使銅平坦化，然后沉積電介質(zhì)堆棧，例如SiC/低-k/SiC。因?yàn)楫?dāng)銅暴露于空氣中時(shí)，表面會(huì)形成氧化物，所以在用SiC覆蓋銅之前，需要進(jìn)行CMP后的清洗和銅氧化物的去除，以保證銅和SiC間良好的粘著性。在沉積SiC前進(jìn)行銅的氧化物的去除對(duì)于良好的電遷移性能和降低金屬電阻是必須的。近來，在SiC電介質(zhì)層之前用CoWP，CoffB, CoffBP等鈷合金覆蓋層來覆蓋銅，與用SiC覆蓋銅相比，顯示了良好的電遷移性。如圖1所示，鈷合金覆蓋層20，30被沉積到銅層23，33上，并分別在電介質(zhì)覆蓋SiC層25，35下。鉭或氮化鉭層是圖中的層24，34。鈷合金層20，30增強(qiáng)了銅層23，33和SiC覆蓋層25，35間的粘著性。鈷合金層20，30還表現(xiàn)出一定的銅擴(kuò)散阻障特性。利用非電性沉積，鈷合金覆蓋層可以選擇性地沉積于銅上。然而，暴露于空氣中的銅生成的薄薄的銅氧化物層可能抑制非電性沉積。而且，銅和電介質(zhì)表面的污染物也可能引起與模式相關(guān)的鍍層效應(yīng)，包括與模式相關(guān)的鈷合金的厚度，開始鍍鈷的“孵化”時(shí)間內(nèi)的刻蝕引起的與模式相關(guān)的銅線的厚度部分損失。因此，控制工藝環(huán)境以限制(或控制)原生銅的氧化物的生長，并在沉積金屬覆蓋層例如鈷合金之前，去除銅的氧化物和銅表面的有機(jī)污染物以及電介質(zhì)上的有機(jī)和金屬污染物非常重要。而且，為了減少模式相關(guān)的沉積差異，必須控制電介質(zhì)表面以使其對(duì)不同模式密度結(jié)構(gòu)的影響標(biāo)準(zhǔn)化。為了保證良好的界面粘著性和良好的電遷移特性，改變銅層23，33間，銅和阻障層33，34，23和24間的界面，和粘著性提升層(或金屬覆蓋層)例如鈷合金覆蓋層20，30間的界面變的非常關(guān)鍵。而且，隨著金屬布線變得越來越窄，物理氣相沉積(PVD)阻障和種晶薄膜構(gòu)成的金屬布線的比重越來越大，這增加了有效阻抗，因而增加了電流密度。利用原子層沉積(ALD)層(TaN, Ru或其混合物)提供的保形步進(jìn)覆蓋和可接受的阻障特性，以及銅的非電性沉積工藝提供的保形種晶層，薄且保形的阻障和種晶層能減輕這種趨勢(shì)。然而至今仍然沒有生產(chǎn)出粘著于ALD TaN阻障膜的非電性沉積的銅的種晶層。綜上，有必要提供一種生產(chǎn)金屬和金屬間界面的系統(tǒng)和工藝，以提升電遷移性能，降低晶片電阻，并提升銅布線的界面間粘著性。

發(fā)明內(nèi)容
大體上說，本發(fā)明通過提供一種更好的工藝和系統(tǒng)滿足了上述需求，本發(fā)明的工藝和系統(tǒng)通過生產(chǎn)更好的金屬與金屬間界面或硅與金屬間界面來增強(qiáng)電遷移性能，從而提供更低的金屬阻抗，并提升銅布線的金屬與金屬間或硅與金屬間的界面粘著性。顯然，本發(fā)明可以通過幾種不同實(shí)施方式完成，包括方案、方法、工藝、裝置或系統(tǒng)等。本發(fā)明的幾種實(shí)現(xiàn)方式描述如下。在一種實(shí)施方式中，提供一種在集成系統(tǒng)中對(duì)基板表面做預(yù)先處理以在基板的銅布線的銅的表面選擇性地沉積鈷合金材料薄層的方法，該方法可提升銅布線的電遷移性能。該方法包括，在集成系統(tǒng)中，去除基板表面的污染物和金屬氧化物，然后使用還原環(huán)境修復(fù)基板表面。該方法還包括，修復(fù)基板表面后，在集成系統(tǒng)的銅布線的銅的表面有選擇性地沉積該鈷合金材料薄層。在另一種實(shí)施方式中，提供一種在可控環(huán)境中傳送和處理基板的集成系統(tǒng)，以在銅布線的銅表面選擇性地沉積鈷合金材料薄層以提升銅布線的電遷移性能。該集成系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室，可將基板從與其耦合的基板盒中傳送入該集成系統(tǒng)；以及與該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室耦合的基板清潔反應(yīng)器，可對(duì)基板表面進(jìn)行清潔以去除基板表面的金屬-有機(jī)復(fù)合污染物。該系統(tǒng)還包括真空傳送室，工作于氣壓小于I托的真空環(huán)境下，并與至少一真空處理模塊耦合；以及一真空處理模塊，該真空處理模塊為至少一個(gè)與該真空傳送室耦合的真空處理模塊中的一個(gè)，也工作于氣壓小于I托的真空環(huán)境下。該系統(tǒng)還包括可控環(huán)境傳送室，內(nèi)部充滿從一組惰性氣體中選出的惰性氣體；以及與該可控環(huán)境傳送室耦合的至少一可控環(huán)境處理模塊。而且，該系統(tǒng)還包括鈷合金材料非電性沉積工藝模塊，在基板表面去除了金屬污染物和有機(jī)污染物之后，在銅布線的銅表面沉積該鈷合金材料薄層，該鈷合金材料非電性沉積工藝模塊為至少一個(gè)與該可控環(huán)境處理模塊耦合的可控環(huán)境處理模塊之一，且其內(nèi)部充滿從一組惰性氣體中選出的惰性氣體，且其具有流體傳送系統(tǒng)，其中的處理液經(jīng)過脫氣處理。在另一種實(shí)施方式中，提供一種在集成系統(tǒng)中對(duì)基板表面做預(yù)先處理以沉積金屬阻障層來填充基板上的銅布線結(jié)構(gòu)并在該金屬阻障層的表面沉積銅種晶薄層的方法，以提升銅布線的電遷移性能。該方法包括在集成系統(tǒng)中，清潔底層金屬的暴露表面以去除表面的金屬氧化物。該底層金屬是電性連接于該銅布線的底層布線的一部分。該方法還包括，在集成系統(tǒng)中，沉積該金屬阻障層以填充銅布線結(jié)構(gòu)。沉積該金屬阻障層之后，在可控環(huán)境下傳送并處理該基板以防止該金屬阻障氧化物的形成。該方法還包括，在集成系統(tǒng)中，沉積該銅種晶薄層并在其上沉積銅填充層。在另一種實(shí)施方式中，提供一種在集成系統(tǒng)中對(duì)基板的金屬阻障表面進(jìn)行預(yù)先處理以在銅布線結(jié)構(gòu)的金屬阻障層表面沉積銅種晶薄層的方法，以提升該銅布線結(jié)構(gòu)的電遷移性能。該方法包括，在集成系統(tǒng)中，還原該金屬阻障層表面以將表面的氧化物轉(zhuǎn)化以使得該金屬阻障層的表面金屬富集。該方法還包括，在集成系統(tǒng)中，沉積該銅種晶薄層并在其上沉積銅填充層。在另一種實(shí)施方式中，提供一種在受控環(huán)境中處理基板，以在銅布線的金屬阻障層表面沉積銅種晶薄層的集成系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室，可將基板從與其耦合的基板盒中傳送入該集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括真空傳送室，工作于氣壓小于I托的真空環(huán)境下，并與至少一個(gè)真空處理模塊耦合。該集成系統(tǒng)還包括真空處理模塊，以清潔系統(tǒng)底層金屬的暴露表面的金屬氧化物。該底層金屬是與銅布線電性連接的底層布線的一部分。該用于清潔的真空處理模塊是至少一個(gè)與該真空傳送室耦合的真空處理模塊的其中之一，工作于氣壓小于I托的真空環(huán)境下。而且，該集成系統(tǒng)包括真空處理模塊以沉積金屬阻障層。該用于沉積金屬阻障層的真空處理模塊是至少一個(gè)與該真空傳送模塊耦合的真空處理模塊的其中之一，工作于氣壓小于I托的真空環(huán)境下。而且，該集成系統(tǒng)還包括可控環(huán)境傳送室，內(nèi)部充滿從一組惰性氣體中選出的惰性氣體。該可控環(huán)境傳送室與至少一個(gè)可控環(huán)境處理模塊耦合。該集成系統(tǒng)還包括銅非電性沉積處理模塊以在該金屬阻障層表面沉積該銅種晶薄層。該銅非電性沉積處理模塊為至少一個(gè)與該可控環(huán)境傳送室耦合的可控環(huán)境處理模塊中的一個(gè)。在另一種實(shí)施方式中，提供一種在受控環(huán)境中處理基板，以在銅布線的金屬阻障層表面沉積銅種晶薄層的集成系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室，可將基板從與其耦合的基板盒中傳送入該集成系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)還包括真空傳送室，工作于氣壓小于I托的真空環(huán)境下。該真空傳送室與至少一個(gè)真空處理模塊耦合。該集成系統(tǒng)還包括真空處理模塊，以還原該金屬阻障層。該真空處理模塊為至少一個(gè)與該真空傳送模塊耦合的真空處理模塊中的一個(gè)，工作于氣壓小于I托的真空環(huán)境下。而且，該集成系統(tǒng)還包括可控環(huán)境傳送室，其內(nèi)部充滿從一組惰性氣體中選出的惰性氣體。該可控環(huán)境傳送室與至少一個(gè)可控環(huán)境處理模塊耦合。而且，該集成系統(tǒng)還包括銅非電性沉積工藝模塊以在該金屬阻障層的表面沉積該金屬種晶薄層。該銅非電性沉積工藝模塊為至少一個(gè)與該可控環(huán)境傳送室耦合的可控環(huán)境處理模塊中的一個(gè)。在另一種實(shí)施方式中，提供一種在集成系統(tǒng)中對(duì)基板表面做預(yù)先處理以在基板的硅或多晶硅表面選擇性地沉積金屬層以形成金屬硅化物的方法。該方法包括，在集成系統(tǒng)中，去除基板表面的有機(jī)污染物，然后還原該硅或多晶硅表面，以將該硅或多晶硅表面的硅的氧化物轉(zhuǎn)化為硅。然后，在可控環(huán)境下傳送和處理該基板以阻止硅的氧化物的形成，還原該硅或多晶硅的表面以提升硅表面金屬的可選擇性。該方法還包括在集成系統(tǒng)中，還原該娃或多晶娃表面后，在基板的娃或多晶娃表面選擇性地沉積金屬層。在另一種實(shí)施方式中，提供一種在可控環(huán)境下處理基板，以選擇性的在基板的硅表面沉積金屬層以形成金屬硅化物的集成系統(tǒng)。該集成系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室，可將基板從與其耦合的基板盒中傳送入該集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)還包括真空傳送室，工作于氣壓小于I托的真空環(huán)境下，并與至少一個(gè)真空處理模塊耦合。該集成系統(tǒng)還包括去除基板表面的有機(jī)污染物的真空處理模塊，該模塊是至少一個(gè)與該真空傳送室耦合的真空處理模塊中的一個(gè)，其工作于氣壓小于I托的真空環(huán)境下。而且，該集成系統(tǒng)包括真空處理模塊，以還原該硅表面。該真空處理模塊是至少一個(gè)與該真空傳送室耦合的真空處理模塊中的一個(gè)，其工作于氣壓小于I托的真空環(huán)境下。而且，該集成系統(tǒng)還包括可控環(huán)境傳送室，其內(nèi)部充滿從一組惰性氣體中選出的惰性氣體，并與至少一個(gè)可控環(huán)境處理模塊耦合。該集成系統(tǒng)還包括金屬非電性沉積工藝模塊，在還原娃表面后，在娃表面選擇性地沉積該金屬薄層。該金屬非電性沉積工藝模塊為至少一個(gè)與該可控環(huán)境傳送室耦合的可控環(huán)境處理模塊中的一個(gè)。從下面的具體實(shí)施方式
，結(jié)合說明本發(fā)明的原理的附圖，可以對(duì)本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)作出清晰的了解。


以下結(jié)合具體實(shí)施方式
及附圖，對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)作出更詳細(xì)的說明，各元件如數(shù)字標(biāo)號(hào)所示。圖1顯示了一種示例性布線的橫截面。圖2A-圖2D顯示了在互連布線工藝各步驟的布線結(jié)構(gòu)的橫截面。圖3顯示了金屬化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)后基板表面上幾種形式的污染物。圖4A顯示了對(duì)銅表面進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行鈷合金非電性沉積的示例流程。圖4B顯示了一種利用圖4A所示的工藝流程對(duì)基板進(jìn)行處理的示例系統(tǒng)。圖5A-圖5C顯示了在互連布線工藝各步驟的布線結(jié)構(gòu)的橫截面。圖6A顯示了對(duì)銅表面進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行鈷合金非電性沉積的示例流程。圖6B顯示了一種利用圖6A所示的工藝流程對(duì)基板進(jìn)行處理的示例系統(tǒng)。圖7A-圖7C顯示了在互連布線工藝各步驟的布線結(jié)構(gòu)的橫截面。圖8A顯示了對(duì)銅表面進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行鈷合金非電性沉積的示例流程。圖SB顯示了一種利用圖8A所示的工藝流程對(duì)基板進(jìn)行處理的示例系統(tǒng)。圖9A-圖9E顯示了在互連布線工藝各步驟的金屬線的橫截面。圖1OA顯示了一種對(duì)阻障層表面進(jìn)行預(yù)先處理以進(jìn)行銅層非電性沉積的示例流程。圖1OB顯示了一種利用圖1OA所示的工藝流程對(duì)基板進(jìn)行處理的示例系統(tǒng)。圖1OC顯示了一種對(duì)阻障層表面進(jìn)行預(yù)先處理以進(jìn)行銅層非電性沉積的示例流程。圖1OD顯示了一種利用圖1OC所示的工藝流程對(duì)基板進(jìn)行處理的示例系統(tǒng)。圖1lA顯示了一種對(duì)阻障層表面進(jìn)行預(yù)先處理以進(jìn)行銅層非電性沉積，并對(duì)銅表面進(jìn)行預(yù)先處理以進(jìn)行鈷合金非電性沉積的示例流程。圖1lB顯示了一種利用圖1lA所示的工藝流程對(duì)基板進(jìn)行處理的示例系統(tǒng)。圖12A-圖12D顯示了在互連布線工藝各步驟的布線結(jié)構(gòu)的橫截面
圖13A顯示了一種對(duì)阻障表面進(jìn)行預(yù)先處理以進(jìn)行銅層非電性沉積，并對(duì)銅層進(jìn)行預(yù)先處理以進(jìn)行鈷合金非電性沉積的示例流程。圖13B顯示了一種利用圖13A所示的工藝流程對(duì)基板進(jìn)行處理的示例系統(tǒng)。圖14A-圖14D顯示了形成金屬硅化物各個(gè)階段的門結(jié)構(gòu)的橫截面。圖15A顯不了一種對(duì)暴露的娃表面進(jìn)行預(yù)先處理以形成金屬娃化物的不例圖。圖15B顯示了一種利用圖15A所示的工藝流程對(duì)基板進(jìn)行處理的示例系統(tǒng)。圖16顯示了在可控環(huán)境下的集成系統(tǒng)中的系統(tǒng)集成的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面提供幾種改進(jìn)的金屬集成技術(shù)的具體實(shí)施例，該技術(shù)通過利用還原反應(yīng)去除表面的金屬氧化物以修飾金屬界面，從而改進(jìn)電遷移金屬阻抗和界面粘著性。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明可以通過幾種方式完成，包括工藝，方法，裝置，或系統(tǒng)。下面描述了本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)施例。顯然，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，即使不提供其中一些或所有的技術(shù)細(xì)節(jié)，本發(fā)明仍然可以實(shí)現(xiàn)。圖2A顯示了使用雙嵌入工藝序列布圖(pattern)之后布線結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。該布線結(jié)構(gòu)位于基板50上,有一電介質(zhì)層100,該電介質(zhì)層100被提前制作好以在其中形成一金屬線101。該金屬線一般是通過在電介質(zhì)100里刻一個(gè)溝槽然后在溝槽內(nèi)填入導(dǎo)電金屬(例如銅)制成的。在溝槽中，有一阻障層120，用以阻止銅材料122擴(kuò)散入該電介質(zhì)100。該阻障層120可以是通過物理氣相沉積(PVD) TaN,物理氣相沉積Ta，原子層沉積(ALD) Ta或這幾種膜的組合制成的。也可以使用其他阻障層材料。在該平坦化了的銅材料122上沉積阻障層102，以防止在刻蝕穿過上層的電介質(zhì)材料104，106至該阻障層102的通孔114時(shí)，銅材料122過早氧化。該阻障層102也可作為選擇性刻蝕終止層和銅擴(kuò)散阻擋層。典型的阻障層102材料包括氮化硅(SiN)或碳化硅(SiC)。在該阻障層102上沉積通孔電介質(zhì)層104。該通孔電介質(zhì)層104可以是由有機(jī)硅酸鹽玻璃(0SG，碳摻雜的硅的氧化物)或其他形式的電介質(zhì)材料，較佳地，該電介質(zhì)材料有較低的介電常數(shù)。典型的硅的氧化物包括，等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的非摻質(zhì)的TEOS硅的氧化物，等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的氟化硅玻璃(FSG)，HDPFSG, 0SG,多孔OSG或類似物質(zhì)。也可以使用商業(yè)上可得到的電介質(zhì)材料包括加利福尼亞州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司生產(chǎn)的Black Diamond(I)和Black Diamond(II),以及圣何塞的諾發(fā)系統(tǒng)有限公司(Novellus Systems)生產(chǎn)的Coral,亞利桑那州菲尼克斯的ASM美國有限公司生產(chǎn)的Aurora。在該通孔電介質(zhì)層104上是一溝槽電介質(zhì)層106。該溝槽電介質(zhì)層106可以是低K電介質(zhì)材料，例如碳摻雜的氧化物(碳的氧化物)。該低K電介質(zhì)材料的介電常數(shù)可以是大約3.0或更低。在一個(gè)實(shí)施例中，該通孔和溝槽電介質(zhì)層材料是用同種材料制作的，并且在同樣的時(shí)間沉積以形成一連續(xù)膜。沉積完該溝槽電介質(zhì)層106之后，擁有該結(jié)構(gòu)的該基板60按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行布圖和刻蝕工藝以形成通孔114和溝槽116。圖2B顯示了形成通孔114和溝槽116之后，沉積該阻障層130和一銅層132以內(nèi)襯和填充該通孔114和溝槽116。該阻障層130可以是由TaN，Ta，Ru或這幾種膜的混合物形成的。雖然這些都是通常采用的材料，但是也可以采用其他的阻障層材料。然后沉積銅膜132以填充該通孔114和溝槽116。如圖2C所示，該銅膜132填充該通孔114和溝槽116之后，利用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)使該基板平坦化以去除該電介質(zhì)106表面的該銅材料(或多余的銅)和該阻障層(或多余的阻障)。如圖2D所示，下一步是用銅/SiC界面粘著促進(jìn)層135，例如鈷合金，覆蓋該銅表面140。典型的鈷合金包括:CoWP，CoWB或CoWBP，均可以通過非電性沉積過程選擇性地沉積到銅上。該粘著促進(jìn)層的厚度可以薄至單分子層，即只有幾埃，例如只有5埃，也可以有200至300埃的厚度，這時(shí)還可以當(dāng)作Cu擴(kuò)散阻障，此時(shí)不再需要電介質(zhì)覆蓋。銅的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)經(jīng)常使用苯并三唑類(BTA)作為銅的腐蝕抑制劑。銅和BTA合成Cu-BTA復(fù)合物。基板通過銅CMP和CMP后的清潔工藝之后，在Cu線和相鄰電介質(zhì)上可能含有Cu-BTA復(fù)合物形式的銅殘留，如圖3中的空心圓所示。需要去除電介質(zhì)上的Cu-BTA復(fù)合物以防止漏電或金屬短路的增加。而且，Ta或其他阻障材料的殘留，如圖3中的空心三角形所示，可能以微量存在，也可能有各種有機(jī)污染物，如圖3中的實(shí)心圓所示。除了這些污染物，還可能有其他幾種該些金屬的氧化物存在，主要是CuO和CuO2，如圖3中的實(shí)心三角所示。Cu-BTA復(fù)合物，金屬氧化物，和有機(jī)污染物是三種主要的表面污染物，必須從基板表面去除。預(yù)先處理電介質(zhì)表面和金屬表面，使其沒有有機(jī)物和金屬復(fù)合污染物是比較困難的，需要包含濕工藝步驟和干工藝步驟的多個(gè)表面處理步驟。下面是幾種典型的工藝流程和系統(tǒng)，對(duì)底層金屬的表面進(jìn)行預(yù)處理以使得上面的金屬層可以以兩層金屬間的良好的粘著性沉積其上。通過下面幾種典型工藝流程和系統(tǒng)沉積的金屬層表現(xiàn)出良好的電遷移性能，并因此擁有較低的金屬電阻率。
1.處理銅表面以進(jìn)行鈷合金沉積 實(shí)施例1:金屬CMP停止在電介質(zhì)層上圖4A顯示了對(duì)表面進(jìn)行預(yù)先處理以在圖2C中顯示的雙嵌入通孔-溝槽結(jié)構(gòu)的CMP后的銅表面140上非電性沉積鈷合金的工藝流程的具體實(shí)施例。圖4A中顯示的流程400中使用的該基板剛剛完成金屬CMP工藝以去除多余的銅和阻障層，例如Ta和/或TaN。正如上面與圖3相關(guān)的段落中描述的那樣，該基板表面有幾種金屬和有機(jī)的污染物。該工藝開始于步驟401，去除基板表面的金屬-有機(jī)復(fù)合污染物(或金屬-有機(jī)復(fù)合污染物)，例如Cu-BTA復(fù)合物，以及金屬氧化物。盡管也將從銅和電介質(zhì)表面去除金屬污染物，這一步的目的是通過去除后來可能作為后面鈷合金沉積成核點(diǎn)的潛在金屬源，以增強(qiáng)選擇性并提升Co膜形態(tài)。在這一步中，將銅-BTA復(fù)合物，銅的氧化物(CuOx)和其他的金屬氧化物，例如鉭的氧化物(TaOy)從基板表面去除。要去除的銅的氧化物的量取決于污染水平和表面的金屬氧化物的深度。金屬復(fù)合物和金屬氧化物可以用02/Ar濺射工藝，或一步或兩步的化學(xué)性濕法處理工藝序列的化學(xué)性濕法刻蝕工藝去除。在一個(gè)較好的實(shí)施例中，使用濕法工藝去除復(fù)合的金屬和金屬的氧化物。該化學(xué)性濕法處理工藝使用有機(jī)酸(例如日本的Kanto化學(xué)有限公司生產(chǎn)的DeerClean)、半溶性溶劑(例如特拉華州威爾明頓的DuPont生產(chǎn)的ESC5800)、有機(jī)堿(例如TMAH)，復(fù)合胺(例如乙二胺、二乙烯三胺)或?qū)ｉT的化學(xué)品(例如康乃狄克州西黑文的Enthone有限公司生產(chǎn)的ELD清潔劑和Cap Clean61)。去除電介質(zhì)表面的Cu-BTA保證了 Cu-BTA復(fù)合物中的銅不會(huì)氧化為銅的氧化物并在其他的表面處理步驟中還原為銅，降低選擇性并在電介質(zhì)表面提供鈷合金的成核點(diǎn)，造成短路并使得漏電量增多。因此，Cu-BTA去除工藝也可能帶來由短路或漏電造成的產(chǎn)率損失。
Cu-BTA復(fù)合物和其他的金屬氧化污染物是這一步要去除的兩種主要的金屬污染物，這一步可在可控或不可控環(huán)境中進(jìn)行。例如，可以通過濕法清潔過程去除Cu-BTA，該濕法清潔過程利用清潔溶液完成，該清潔溶液包括由TMAH，復(fù)合胺例如乙二胺，二乙烯三胺或?qū)ｉT的清洗用化學(xué)品(例如康乃狄克州西黑文的Enthone有限公司生產(chǎn)的ELD清潔劑和CapClean61)。可以利用弱有機(jī)酸(如檸檬酸)或其他的有機(jī)酸或無機(jī)酸來去除金屬氧化物，特別是銅的氧化物。而且，也可以使用濃度非常低(例如小于0.1%)的含過氧化物的酸，例如過氧化硫混合物。該濕法清潔過程還可以去除其他的金屬或金屬氧化物殘留。不同布圖或特性類型(例如小密集、小隔離或?qū)掋~線)銅線上BTA的存在是布線鈍化的結(jié)果，BTA的量與跟這些特性有關(guān)的電擊效應(yīng)的程度部分相關(guān)。這可能導(dǎo)致與圖案相關(guān)的鈍化層的形成。這種相關(guān)性可能進(jìn)一步影響鈷合金沉積特性，導(dǎo)致與圖案相關(guān)的沉積特性，這有時(shí)被稱為孵化效應(yīng)或起始效應(yīng)。去除Cu布線上的BTA有助于消除鈷合金(后續(xù)步驟中沉積的)的這種與圖案相關(guān)的沉積效應(yīng)并使得鈷合金在密集和隔離特征內(nèi)均勻沉積。如步驟403所示，可以通過氧化等離子例如含氧等離子工藝去除該有機(jī)污染物。優(yōu)選地，該氧等離子工藝發(fā)生在低于120° C的相對(duì)較低的溫度上。高溫氧等離子工藝趨向于將銅氧化為一個(gè)較厚的層，以后更加難以還原。因此，最好使用低溫氧氣等離子工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，該氧氣等離子工藝可為順流等離子工藝?；蛘?，也可以使用02/Ar濺射工藝以物理性地去除有機(jī)殘留(或污染物)。氧等離子工藝和02/Ar濺射工藝一般都工作在I托以下。一旦該基板表面不存在諸如Cu-BTA，金屬氧化物和其他有機(jī)污染物等污染物，則該基板應(yīng)當(dāng)盡量少的暴露于氧氣中，以避免銅表面被氧化。銅的氧化不是一個(gè)自我限制的過程。氧氣的量和銅表面暴露于氧氣的時(shí)間長短都應(yīng)當(dāng)被限制(或控制)到最小以盡量減少銅的氧化物的形成。盡管銅的氧化物可以在后續(xù)步驟中被還原，但是如果銅的氧化物層比較厚的話，就可能無法完全還原。因此，除了去除有機(jī)污染物時(shí)的需要外，盡量減少銅暴露于氧氣中是非常重要的。為了達(dá)到控制和限制暴露于氧氣的目的，該基板應(yīng)當(dāng)在一種可控環(huán)境中進(jìn)行傳送和處理，例如在真空環(huán)境中或者在充滿惰性氣體的環(huán)境中。在步驟405中，為了確保銅的表面沒有銅的氧化物，在還原環(huán)境中對(duì)該基板表面進(jìn)行修復(fù)以將殘留的銅的氧化物轉(zhuǎn)化為銅。前述的清洗前步驟應(yīng)當(dāng)已經(jīng)去除了電介質(zhì)層上的任何金屬，因此還原反應(yīng)僅僅發(fā)生在銅布線上。該銅表面的還原反應(yīng)可以通過含氫的等離子工藝來完成，以將銅的氧化物轉(zhuǎn)化為銅(基本純凈的銅)?？捎糜诋a(chǎn)生含氫的等離子體的典型的反應(yīng)氣體包括氫氣，氨氣，和一氧化碳。例如，該基板表面被由氫氣，氨氣或兩種氣體的混合氣體生成的含氫的等離子體還原，該基板的溫度升高至20° C和300° C間。在一個(gè)實(shí)施例中，該含氫的等離子工藝為下游等離子工藝。在該基板完成該氫還原過程后，就可以用于鈷合金沉積了。應(yīng)當(dāng)小心保護(hù)銅的表面以避免銅的氧化物的形成。如上所述，銅的氧化物的存在可能抑制鈷合金的非電性沉積。因此，控制傳送和處理基板的環(huán)境以盡量減少銅對(duì)氧氣的暴露是非常重要的。在下面的工藝步驟407中，該鈷合金，例如CoWP，CoffB或CoWBP，被非電性沉積于該銅表面上。該鈷合金的非電性沉積過程是一種濕法工藝，且僅僅沉積于催化劑表面，比如銅表面。該鈷合金僅僅選擇性地沉積于銅表面。完成鈷合金的非電性沉積之后，流程可以進(jìn)入一個(gè)可選的工藝步驟409:沉積后的清潔。沉積后的清潔可以通過利用化學(xué)溶液用刷子擦凈，該化學(xué)溶液包括由賓夕法尼亞州阿倫敦的空氣產(chǎn)品和化學(xué)品有限公司生產(chǎn)的CP72B溶液。也可以使用其他的基板表面清潔工藝，例如朗姆的C3 or P3 清潔工藝。其他的后清潔用化學(xué)品包括羥胺基化學(xué)制劑，以去除化學(xué)鍍層后可能殘留在電介質(zhì)表面的任何的金屬基污染物。如上所述，對(duì)處理和晶圓傳送環(huán)境進(jìn)行控制對(duì)于對(duì)基板進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行鈷合金沉積是非常重要的，特別是在完成氫等離子體對(duì)銅表面的還原之后。圖4B顯示了一個(gè)典型集成系統(tǒng)450的示意圖，該集成系統(tǒng)在對(duì)表面進(jìn)行處理之后在關(guān)鍵步驟盡量減少基板表面對(duì)氧氣的暴露。而且，因?yàn)檫@是一個(gè)集成系統(tǒng)，該基板被從一個(gè)處理地點(diǎn)迅速轉(zhuǎn)移至另一個(gè)處理地點(diǎn)，這限制了預(yù)處理完畢的銅表面暴露于氧氣的時(shí)間。該集成系統(tǒng)450可以用于在圖4A所示的整個(gè)工藝流程序列中處理基板。如上所述，表面處理，鈷合金的非電性沉積和可選的鈷合金沉積后的處理包括一系列的干法和濕法工藝。該濕法工藝一般工作在大氣環(huán)境下，然而干法的氧氣等離子工藝、氫等離子工藝和02/Ar濺射工藝都工作在低于I托氣壓下。因此，該集成系統(tǒng)既需要處理干法工藝，又需要處理濕法工藝。該集成系統(tǒng)450有三個(gè)基板傳送模塊(或基板傳送室)460，470，和480。該傳送室460，470，和480均裝設(shè)有可以將基板455從一塊處理區(qū)域轉(zhuǎn)移至另一塊處理區(qū)域的機(jī)械手臂。該處理區(qū)域可以是基板盒、反應(yīng)器、或加載鎖定室(loadlock)。基板傳送模塊460工作于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，即工作于室溫、大氣壓和暴露于空氣的實(shí)驗(yàn)室(或工廠)環(huán)境，空氣一般經(jīng)過HEPA-或ULPA-過濾以控制粉塵缺陷。模塊460與基板裝載機(jī)(或基板盒)461接合，以將該基板455送入該集成系統(tǒng)或?qū)⒒逅突鼗搴?61以在系統(tǒng)450外繼續(xù)進(jìn)行其他處理。如上所述，在工藝流程400中，在利用金屬的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)對(duì)基板進(jìn)行平坦化以去除基板表面過量的金屬且僅僅在溝槽中保留該金屬(如圖2C所示)后，該基板455被送入集成系統(tǒng)450以沉積鈷合金，例如CoWB，CoffP或CoWBP。如在工藝流程400的步驟401中描述的那樣，需要去除該基板表面的表面污染物，例如Cu-BTA復(fù)合物和其他的金屬氧化物殘留。Cu-BTA和金屬氧化物可以通過濕法清潔工藝去除，該工藝使用的是清潔溶液，例如包含TMAH或胺合物(complexing amines)(例如但不限于:乙二胺、二乙烯三胺)的溶液。去除BTA-金屬復(fù)合物之后，殘留在銅和電介質(zhì)表面的金屬氧化物可以通過濕法清潔工藝去除，該工藝使用的清潔溶液例如包含檸檬酸或其他可以或多或少相對(duì)于銅將銅的氧化物選擇性去除的有機(jī)酸。金屬氧化物，特別是銅的氧化物，可以利用檸檬酸等弱酸去除，也可以使用其他的有機(jī)酸或無機(jī)酸。而且，也可以使用濃度非常低(例如，小于0.1%)的含過氧化物的酸，例如過氧化硫混合物。該濕法清潔過程還可以去除其他的金屬或金屬氧化物殘
&3甶O該濕法清潔反應(yīng)器463可以與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊460集成，該模塊工作于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下。該濕法清潔反應(yīng)器463可以用于進(jìn)行上面圖4A中步驟401中描述的一步或兩步的清潔工藝。或者，可以將另外一個(gè)濕法清潔反應(yīng)器463’與該實(shí)驗(yàn)室傳送模塊460集成，以在反應(yīng)器463中進(jìn)行該兩步清潔工藝的第一步，在反應(yīng)器463’中進(jìn)行第二步。例如，包含TMAH等化學(xué)品的清潔溶液在反應(yīng)器463中以清潔Cu-BTA，包含檸檬酸等弱酸的清潔溶液在反應(yīng)器463’中以清潔金屬氧化物。該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境是在大氣壓下且暴露于空氣中的。在工藝流程400中，盡管該濕法清潔反應(yīng)器463可以與該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊460集成，該工藝步驟也可以在基板被送入集成系統(tǒng)進(jìn)行鈷合金沉積之前，在進(jìn)行完金屬CMP之后馬上完成?；蛘?，該濕法清潔過程也可以在可控的實(shí)驗(yàn)室工藝環(huán)境中完成，在濕法清潔步驟進(jìn)行的過程中和完成后維持該可控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。前述濕法清潔工藝不能去除的有機(jī)殘留(或污染物)可以通過干法氧化等離子工藝去除，例如含氧的等離子工藝，02/Ar濺射工藝或在去除完Cu-BTA和金屬氧化物之后進(jìn)行Ar濺射工藝。如上所述，大部分的等離子或?yàn)R射工藝都工作于小于I托氣壓下；因此，需要將這些系統(tǒng)(或裝置、室或模塊)耦合至一工作于真空環(huán)境(例如氣壓小于I托)的傳送模塊。如果與該等離子工藝集成的該傳送模塊工作于真空環(huán)境的話，基板的傳送會(huì)更有時(shí)間效率(更快)且該處理模塊維持于真空環(huán)境，因?yàn)椴恍枰嘤嗟臅r(shí)間來對(duì)該傳送模塊進(jìn)行抽真空處理。而且，因?yàn)閭魉湍K在真空環(huán)境下，所以用等離子工藝清潔后的基板僅僅被暴露在非常低的氧氣水平下。如果選用該氧氣等離子工藝來清除有機(jī)物殘留的話，該氧氣等離子處理反應(yīng)器471耦合于一真空傳送模塊470。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊460工作于大氣壓下而真空傳送模塊470工作于真空下(小于I托)，這兩個(gè)模塊間要放置一個(gè)加載鎖定室(loadlock) 465以使得基板455可以在工作于不同氣壓下的兩個(gè)模塊460和470間傳送。加載鎖定室465被配置為可工作在氣壓小于I托的真空環(huán)境下，或?qū)嶒?yàn)室環(huán)境下，或內(nèi)部充滿從一組惰性氣體中選擇的惰性氣體。例如，基板455完成使用氧氣進(jìn)行的氧等離子工藝過程之后，被送入含氫還原等離子還原室(或模塊)473。含氫等離子還原一般在低壓(小于I托)環(huán)境進(jìn)行；因此，該還原室與該真空傳送模塊470相連。該基板455進(jìn)行完含氫等離子還原之后，銅表面就變得清潔，不再含有銅的氧化物了。在一優(yōu)選實(shí)施例中，基板完成氧氣等離子工藝之后，不把晶圓從室內(nèi)移走，而在原位置進(jìn)行氫氣或氫氣/氨氣等離子還原步驟。無論在哪種情況下，基板完成還原工藝之后即可以進(jìn)行鈷合金沉積了。如上所述，在利用含氫等離子還原工藝完成基板修復(fù)之后，控制處理和傳送的環(huán)境以減少銅表面暴露于氧氣中是非常重要的。該基板455應(yīng)當(dāng)在可控環(huán)境下進(jìn)行處理，該可控環(huán)境可以是真空環(huán)境或充滿一種或多種惰性氣體的環(huán)境，以限制該基板455暴露于氧氣中。圖4B中的虛線490描繪了集成系統(tǒng)的一部分的邊界輪廓，顯示了環(huán)境可控的處理系統(tǒng)和傳送模塊。在可控環(huán)境490下傳送和處理基板可以減少基板對(duì)氧氣的暴露。鈷合金非電性沉積是一種濕法工藝，包含將溶液中的鈷利用還原劑進(jìn)行還原，該還原劑可以是磷基物(例如次磷酸鹽)或硼基物(例如二甲胺硼)，或磷基物和硼基物的混合物。該溶液可利用磷基還原劑來沉積CoWP，也可以利用硼基物作為還原劑來沉積CoWB，也可以利用磷基物和硼基物的混合物作為還原劑來沉積CoWBP。在一個(gè)實(shí)施例中，該鈷合金非電性沉積溶液是堿性物?；蛘?，該鈷合金非電性沉積溶液也可以是酸。因?yàn)樵摑穹üに囘^程一般是在大氣壓下完成的，與該非電性沉積反應(yīng)器耦合的傳送模塊480應(yīng)當(dāng)工作在近似大氣壓下。為了確保該環(huán)境沒有氧氣，一般用惰性氣體來填充該可控環(huán)境傳送模塊480。而且，該工藝中使用的所有流體都是經(jīng)過脫氣處理的，例如利用商業(yè)上可以得到的脫氣系統(tǒng)將流體中溶解的氧氣除去。典型的惰性氣體包括氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣。在一個(gè)實(shí)施例中，該濕法鈷合金非電沉積反應(yīng)器(或裝置、系統(tǒng)或模塊)與漂洗和干燥系統(tǒng)(或裝置、模塊)耦合，以使得該基板在傳送進(jìn)入和送出該非電性沉積系統(tǒng)481時(shí)都處于干燥的狀態(tài)(干進(jìn)/干出)。該干進(jìn)/干出的要求使得該非電性沉積系統(tǒng)481可以與該可控環(huán)境傳送模塊480集成在一起，避免了使用濕法機(jī)械手傳送到分離的漂洗-干燥模塊的需求。也需要控制該濕法沉積系統(tǒng)481的環(huán)境以提供比較低的(有限的)氧氣和濕氣(水蒸汽)水平。也可以用惰性氣體填充該系統(tǒng)以保證處理環(huán)境中較低的氧氣水平。或者，鈷合金非電性沉積也可以干進(jìn)/干出的方式進(jìn)行，類似于最近揭示的非電性銅沉積工藝。干進(jìn)/干出的非電性銅沉積工藝是用來進(jìn)行銅的非電性沉積的。該工藝使用臨近處理頭(proximity process head)來將非電性處理藥液與基板表面的接觸限制在一個(gè)有限的范圍內(nèi)。不再臨近處理頭下面的基板表面是干燥的。這種工藝和系統(tǒng)可在申請(qǐng)?zhí)枮?10/607，611,名稱為“Apparatus And Method For Depositing And Planarizing ThinFilms On Semiconductor Wafers”，申請(qǐng)日為 2003 年6 月 23 日，以及申請(qǐng)?zhí)枮?10/879，263，名稱為 “Method and Apparatus For Plating Semiconductor Wafers，，，申請(qǐng)日為 2004 年6月28日的美國專利申請(qǐng)中找到，這兩份申請(qǐng)都可以完整的合并到這里?？梢岳孟嗨频呐R近處理頭來對(duì)鈷合金進(jìn)行無電電鍍以便可以進(jìn)行干進(jìn)/干出處理。在系統(tǒng)481中鈷合金沉積完畢后，該基板455被傳送通過一個(gè)可選的沉積后清潔反應(yīng)器。這可以通過使用機(jī)械輔助工具，例如使用例如CP72B或羥胺基清潔化學(xué)品進(jìn)行毛刷擦凈，或使用其他方法，例如浸沒清潔、旋轉(zhuǎn)漂洗清潔，或C3 臨近技術(shù)。漂洗和干燥系統(tǒng)必須要與該毛刷擦凈系統(tǒng)集成到一起以使得基板455可以在該濕法清洗系統(tǒng)483中干進(jìn)/干出?？梢栽谙到y(tǒng)483中充滿惰性氣體以限制(或降低)系統(tǒng)中的氧氣量。如圖4A所示，該系統(tǒng)483用點(diǎn)畫線表示以說明該系統(tǒng)是可選的，因?yàn)樵摮练e后清潔系統(tǒng)是可選的。因?yàn)樵摮练e后清洗步驟是在集成系統(tǒng)450中進(jìn)行的最后一個(gè)步驟，所以該基板455處理完畢后要被送回基板盒461。因此，該清潔系統(tǒng)483也可以與該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊460耦合，如圖4B所示。如果該清潔系統(tǒng)483與該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊460耦合，則該清潔系統(tǒng)483不需要工作在受控環(huán)境下，也不需要用惰性氣體充滿該系統(tǒng)。如上所述，Cu-BTA和金屬氧化物去除工藝步驟也可以在基板被送入集成系統(tǒng)進(jìn)行鈷合金沉積之前，在金屬CMP后馬上進(jìn)行。
實(shí)施例1 1:金屬CMP停止在阻障層上圖5A-5C顯示了在工藝的各個(gè)階段布線結(jié)構(gòu)的橫截面。圖5A中基板上該銅層已經(jīng)利用CMP技術(shù)平坦化了。該阻障層130還沒有被去除，還保留在基板表面上。圖6A顯示了對(duì)該表面進(jìn)行預(yù)先處理，以在雙嵌入的金屬溝槽的銅上進(jìn)行鈷合金的非電性沉積的工藝流程的具體實(shí)施例。圖6A中的工藝流程600用到的基板剛剛完成了銅的CMP工藝，以去除銅。阻障層仍然保留在基板表面上，如圖5A所示。實(shí)施例1I和實(shí)施例1的區(qū)別在于，實(shí)施例II中，電介質(zhì)106表面沒有暴露于Cu-BTA復(fù)合物或其它的銅合金殘留。實(shí)施例1I中的電介質(zhì)層的質(zhì)量比實(shí)施例1中的更高(或有更少的金屬污染物)。因此，那些目標(biāo)在于除去電介質(zhì)層表面的銅的氧化物(這些氧化物是用氧氣等離子體去除有機(jī)污染物后形成的)的工藝步驟就可以取消了。工藝開始于步驟601，從基板表面去除金屬污染物，例如Cu-BTA或金屬氧化物。如上所述，Cu-BTA復(fù)合物和金屬氧化物是要去除的兩種關(guān)鍵的金屬污染物。從基板表面去除金屬污染物(例如Cu-BTA和金屬氧化物)的工藝上面已經(jīng)描述過了。例如，Cu-BTA和金屬氧化物，包括銅的氧化物，可以通過濕法清洗工藝來去除；該濕法清洗工藝使用清潔溶液，包括例如，TMAH或乙二胺、二乙烯三胺等復(fù)合胺。去除Cu-BTA以消除與圖案有關(guān)的鈷合金沉積(會(huì)在后面的步驟中沉積)效應(yīng)，并使得在密集和隔離特征處的鈷合金沉積保持一致。金屬氧化物，特別是銅的氧化物，可以用檸檬酸等弱酸來去除，也可以使用其他的有機(jī)酸或無機(jī)酸。而且，也可以使用濃度非常低(小于0.1%)的含過氧化物的酸，例如過氧化硫混合物。該濕法清潔過程也可以除去其他的金屬及金屬氧化物殘留。有機(jī)污染物，包括Cu和阻障層表面的殘留的BTA，可以在步驟602中去除。有機(jī)污染物可以用干法氧氣等離子工藝或其他的氧化等離子工藝(例如使用水，臭氧或雙氧水蒸汽的等離子工藝)去除。如上所述，含氧的等離子工藝優(yōu)選在一個(gè)相對(duì)低的溫度下進(jìn)行，低于50° C且優(yōu)選低于120° C。該含氧的等離子工藝可以是順流等離子工藝。或者，有機(jī)殘留(或污染物)也可以通過02/Ar濺射工藝去除，即使用物理方法去除有機(jī)污染物。如上所述，氧氣等離子工藝和02/Ar濺射工藝一般都在低于I托的氣壓下進(jìn)行。去除基板表面的Cu-BTA，金屬氧化物和有機(jī)污染物等污染物后，基板應(yīng)該盡量少的與氧氣接觸以避免銅表面被進(jìn)一步氧化。去除表面污染物后，在步驟603中，去除基板表面的阻障層，例如Ta，TaN, Ru或這些材料的復(fù)合物，如圖5B所示。阻障層可以用例如CF4等離子工藝，02/Ar濺射工藝，CMP工藝或者化學(xué)濕刻工藝去除。CF4等離子工藝和02/Ar濺射工藝都在低于I托氣壓下進(jìn)行。圖5A中銅表面140上存在的和等離子氧化步驟中產(chǎn)生的銅的氧化物，可能在阻障金屬去除步驟603中被完全去除。因此，利用含氫的等離子還原銅表面的工藝步驟是可選的。然而，為了確保銅表面沒有銅的氧化物，可以(可選地)在步驟605中將基板表面任何殘留的銅的氧化物還原為銅。對(duì)銅表面的修復(fù)可以利用含氫的等離子體工藝完成，把銅的氧化物還原為銅。進(jìn)行含氫的等離子工藝所需的氣體和工藝條件已經(jīng)在上面的實(shí)施例1中描述過了?；逋瓿蓺溥€原過程以后，就可以進(jìn)行鈷合金沉積了。要仔細(xì)保護(hù)銅的表面，避免與氧氣接觸以確保不會(huì)形成銅的氧化物。如上所述，銅的氧化物的存在可能抑制鈷合金的非電性沉積。因此，控制處理和搬運(yùn)環(huán)境以減少或消除銅表面與氧氣的接觸是非常重要的。在下一個(gè)工藝步驟607中，鈷合金，例如CoWP，CoffB或CoWBP，被選擇性地沉積到銅表面上。鈷合金如圖5C中的層135所示。該鈷合金的非電性沉積是選擇性沉積過程，也是一種濕法工藝。鈷合金僅僅沉積在銅表面上。如上面實(shí)施例1中所述，在進(jìn)行完鈷合金的非電性沉積之后，工藝流程可以進(jìn)入一個(gè)可選的工藝步驟609，即沉積后的清潔。沉積后的清潔可以用帶有化學(xué)溶液的毛刷擦洗，該化學(xué)溶液例如是包含由賓夕法尼亞州阿倫敦的空氣產(chǎn)品和化學(xué)品有限公司生產(chǎn)的CP72B溶液，或羥胺基化學(xué)品，以去除電介質(zhì)表面上由該非電性沉積工藝帶來的任何的金屬污染物。也可以使用其他的基板清洗工藝。如上所述，控制環(huán)境對(duì)于鈷合金的沉積是非常重要的，特別是在對(duì)銅表面進(jìn)行含氫等離子還原之后。圖6B顯示了典型集成系統(tǒng)650的示意圖，該系統(tǒng)650使基板表面處理過之后在關(guān)鍵的步驟盡量少的與氧氣接觸。該集成系統(tǒng)650可以用于圖6A中整個(gè)工藝序列600的基板處理。與集成系統(tǒng)450相似，集成系統(tǒng)650有三個(gè)基板傳送模塊660，670和680。傳送模塊660，670和680都裝備有機(jī)械手，可以將基板655從一個(gè)工藝區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)工藝區(qū)域?；鍌魉湍K660工作在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下。模塊660與基板裝載機(jī)(或基板盒)661連接，以把基板655送入該集成系統(tǒng)或者送回基板盒661以繼續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)650外的處理。如上處理流程600所述，在基板經(jīng)過銅CMP工藝平整以從基板上去除多余的銅，并將阻障層留在電介質(zhì)表面，將銅留在溝槽中之后，如圖5A所示，將基板655送入集成系統(tǒng)650中以沉積鈷合金，例如CoWB，CoffP或CoWBP。如工藝流程600的步驟601所述，需要去除該基板表面的表面污染物，例如Cu-BTA，金屬氧化物和有機(jī)殘留。Cu-BTA和金屬氧化物可以使用利用清潔溶液的，比如包含TMAH的溶液，濕法清洗工藝去除。工藝流程600中，濕法清潔反應(yīng)器663可與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊660耦合。在工藝流程600中，盡管濕法清潔反應(yīng)器663可以與該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊660耦合，該工藝步驟也可以在將基板送入集成系統(tǒng)進(jìn)行鈷合金沉積之前，在金屬CMP工藝之后馬上進(jìn)行。或者，該濕法清潔工藝可以在可控實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行，該可控環(huán)境在整個(gè)濕法清潔過程進(jìn)行中和完成后應(yīng)當(dāng)保持。反應(yīng)器683中進(jìn)行的濕法清潔工藝601沒有去除的有機(jī)物殘留(或污染物)，在步驟602中，通過干法等離子工藝去除，例如氧氣等離子工藝或02/Ar濺射工藝。如上所述，大多數(shù)的等離子或?yàn)R射工藝都是在低于I氣壓的環(huán)境下進(jìn)行的；因此需要將這些系統(tǒng)與工作在氣壓小于I托的真空環(huán)境下的傳送模塊耦合。假如選擇氧氣等離子工藝來清潔該有機(jī)物殘留，該氧氣等離子工藝反應(yīng)器671與該真空傳送模塊670耦合。該氧氣等離子工藝可以是順流等離子工藝。在工藝流程600中，盡管氧氣等離子反應(yīng)器671可以與該真空傳送模塊670集成，此工藝步驟也可以在基板被送入集成系統(tǒng)以進(jìn)行鈷合金沉積之前，在金屬CMP之后馬上進(jìn)行。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊660工作于大氣壓下而真空傳送模塊670工作于真空環(huán)境下(小于I托)，所以在這兩個(gè)傳送模塊間放置一加載鎖定室665,以在這兩個(gè)模塊660,670間傳送基板655.
基板655完成氧氣等離子工藝之后，被送入一個(gè)處理系統(tǒng)進(jìn)行阻障層刻蝕，如步驟603所示。如果選擇干法阻障等離子刻蝕的話，阻障層刻蝕室(或模塊)673可以與該真空傳送模塊670耦合。干法阻障等離子工藝可以是CF4等離子工藝或02/Ar濺射工藝。阻障層刻蝕完成后是可選的含氫等離子還原工藝，以保證銅表面沒有銅的氧化物存在。含氫等離子還原反應(yīng)可以在等離子室(或模塊)674中進(jìn)行，該等離子室與真空傳送模塊670耦合?；蛘?，含氫等離子還原也可以隨后在用于除去有機(jī)殘留的氧氣等離子反應(yīng)器671中在排凈室內(nèi)殘留的氧氣之后進(jìn)行。如上所述，鈷合金非電性沉積是一種濕法工藝。因?yàn)闈窨坦に囈话阍诖髿猸h(huán)境下進(jìn)行，耦合于該非電性沉積反應(yīng)器的該傳送模塊680應(yīng)當(dāng)工作于近似大氣壓下。為了確保控制該環(huán)境中沒有氧氣，利用惰性氣體充滿該可控環(huán)境傳送模塊680。而且，工藝中用到的所有流體均經(jīng)過脫氣處理，例如用商業(yè)上可得到的脫氣系統(tǒng)脫去溶解的氧氣。鈷合金的濕法非電性沉積反應(yīng)器需要與漂洗和干燥系統(tǒng)耦合，以使得傳送進(jìn)入和送出該非電性沉積系統(tǒng)681中的基板處于干燥狀態(tài)(干進(jìn)/干出)。如上所述，干進(jìn)/干出的要求使得該非電性沉積系統(tǒng)681可與該可控環(huán)境傳送模塊680集成。用惰性氣體填充系統(tǒng)681來確保系統(tǒng)內(nèi)維持較低的(或有限的或可控的)氧氣水平。鈷合金在系統(tǒng)681內(nèi)沉積完之后，基板被送至一個(gè)沉積后清潔反應(yīng)器683。還需要漂洗及干燥系統(tǒng)與毛刷擦凈系統(tǒng)集成以使得基板655在清潔系統(tǒng)683內(nèi)干進(jìn)/干出。用惰性氣體填充該系統(tǒng)683以確保沒有氧氣存在。如圖6A所示，系統(tǒng)683是用點(diǎn)畫線表示的，以說明該系統(tǒng)為可選的，因?yàn)樵摮练e后清潔系統(tǒng)是可選的。因?yàn)槌练e后清潔步驟是集成系統(tǒng)650中進(jìn)行的最后一個(gè)步驟，所以基板655在處理完畢后要送回基板盒661。該清潔系統(tǒng)683也可以與該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊660 f禹合。
實(shí)施例1I1:金屬CMP停止在銅薄層上圖7A-7C顯示了布線工藝各個(gè)階段的布線結(jié)構(gòu)的橫截面。圖7A中的基板剛剛完成銅的平坦化，但是還沒有完全清除基板表面的銅。一銅薄層132還留在基板表面上。圖8A顯示了對(duì)表面進(jìn)行預(yù)處理以在雙嵌入的金屬溝槽的銅上非電性沉積鈷合金的工藝流程的具體實(shí)施例。圖8A的工藝流程800中用的基板剛剛完成銅CMP工藝以去除電介質(zhì)層上的阻障層上的大部分的銅。如圖7A所示，一個(gè)約100埃至約1000埃厚的銅薄層留在基板表面上。實(shí)施例1II和實(shí)施例1和II的區(qū)別在于，在實(shí)施例1II中，有一個(gè)銅薄層覆蓋在整個(gè)基板表面，因此不用擔(dān)心因?yàn)殂~CMP溶液中與之接觸的不同材料引起的銅的電流腐蝕問題。因?yàn)樵撱~薄層和其他的表面污染物會(huì)在無氧環(huán)境中被去除，因此不用擔(dān)心銅的氧化問題。因此，不需要進(jìn)行氫氣等離子還原。實(shí)施例1I和III都沒有阻障CMP;因此可以省去CMP工藝的開銷。用這種工藝對(duì)銅表面進(jìn)行預(yù)處理帶來了鈷合金在銅層上相對(duì)于在電介質(zhì)層上的良好的選擇性。工藝開始于步驟801，即去除基板表面的污染物，包括有機(jī)殘留和無機(jī)金屬氧化物。有機(jī)污染物可以用含氧等離子去除，例如干法氧氣等離子工藝，水等離子工藝，雙氧水等離子工藝或臭氧蒸汽的等離子工藝。如上所述，優(yōu)選地，氧氣等離子工藝在低于120° C的相對(duì)低溫下進(jìn)行。氧氣等離子工藝可為順流等離子工藝?；蛘?，有機(jī)殘留(或污染物)也可以通過02/Ar濺射工藝物理性去除。如上所述，氧氣等離子工藝和02/Ar濺射工藝一般工作在小于I托氣壓下?；灞砻嫒コ宋廴疚镏?，應(yīng)當(dāng)盡量減少基板與氧氣的接觸以防止銅表面被氧化。去除表面的污染物之后，在步驟803，阻障層上和電介質(zhì)層上的銅薄層被去除?？梢酝ㄟ^02/Ar濺射，通過02/HFAC等離子刻蝕，通過使用硫酸或雙氧水等化學(xué)品進(jìn)行化學(xué)蝕刻，或通過使用復(fù)合化學(xué)藥劑將銅薄層去除。02/Ar濺射和02/HFAC等離子工藝均工作在低于I托的低氣壓下。然后，在步驟805中，將基板表面的阻障層，例如Ta，TaN或兩種膜的組合去除。圖7B顯示了去除銅薄層和阻障層之后布線結(jié)構(gòu)的橫截面。阻障層可以用CF4等離子工藝、02/Ar濺射、CMP或化學(xué)蝕刻去除。CF4等離子刻蝕和02/Ar濺射工藝均工作于低于I托氣壓下。因?yàn)檫x擇性地沉積鈷合金的銅的表面是通過在可控環(huán)境下刻蝕電介質(zhì)上的銅薄層和阻障層形成的，用含氫等離子體還原銅表面的步驟通常不需要了。然而，為了確保銅的表面沒有銅的氧化物，可選地，可以在步驟807中還原基板表面以將任何殘留的銅的氧化物還原為銅。銅表面還原工藝上面已經(jīng)描述過了?；逋ㄟ^該含氫還原工藝之后，就可以進(jìn)行鈷合金沉積了。需要仔細(xì)保護(hù)銅表面，防止生成銅的氧化物。在下個(gè)工藝步驟809中，在銅表面上面非電性沉積鈷合金，例如CoWP，CoWB或CoWBP。圖7C的層135是鈷合金。鈷合金的非電性沉積是選擇性的，是一種濕法工藝。鈷合金僅僅沉積在銅表面上。如上面實(shí)施例1和II所述，進(jìn)行完鈷合金的非電性沉積工藝之后，工藝流程可以進(jìn)入一個(gè)可選的沉積后清潔工藝步驟811。沉積后清潔在上面的實(shí)施例1和II中描述過了。如上所述，控制環(huán)境對(duì)于預(yù)處理基板以進(jìn)行鈷合金沉積是非常重要的，特別是在銅表面進(jìn)行含氫等離子還原之后。圖8B顯示了一個(gè)典型集成系統(tǒng)850的示意圖，該集成系統(tǒng)在表面處理之后通過嚴(yán)格的步驟盡量減少基板表面與氧氣的接觸。該集成系統(tǒng)850可以被用于圖8A所示的工藝流程800的整個(gè)工藝序列的基板處理。該集成系統(tǒng)850有三個(gè)基板傳送模塊860，870和880?；鍌魉湍K860，870和880裝設(shè)有機(jī)械手，可以將基板855從一個(gè)工藝區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)工藝區(qū)域?；鍌魉湍K860是工作在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的。模塊860與基板裝載機(jī)(或基板盒)861相連，以將基板855送入集成系統(tǒng)或送回基板盒861以繼續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)850外的處理。如上面工藝流程800所述，在基板利用銅CMP進(jìn)行平坦化以去除基板表面多余的銅，并在電介質(zhì)表面的阻障層上留下一銅薄層后，如圖7A所示，該基板855被送入集成系統(tǒng)850以沉積鈷合金，例如CoWB，CoffP或CoWBP。如工藝流程800的步驟801所述，需要去除基板表面的污染物例如有機(jī)殘留和非銅的金屬氧化物。因?yàn)椴恍枰M(jìn)行濕法Cu-BTA清潔，所以與實(shí)施例1和II不同，該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊860或許可以省略以使得基板承載機(jī)861可以直接與加載鎖定室865耦合?？梢酝ㄟ^氧化等離子體工藝?yán)缪鯕獾入x子體或02/Ar濺射來去除表面污染物，包括有機(jī)殘留和金屬氧化物。如上所述，大部分的等離子或?yàn)R射工藝工作于I托氣壓下，因此，需要將這些系統(tǒng)與工作于低于I托的真空環(huán)境下的傳送模塊耦合。如果選用氧氣等離子工藝清潔有機(jī)物殘留，則氧氣等離子工藝反應(yīng)器871與一真空傳送模塊870耦合。氧氣等離子工藝可以是順流等離子工藝。在工藝流程800中，盡管氧氣等離子反應(yīng)器871可以與真空傳送模塊870耦合，但是該工藝步驟也可以在基板被送入集成系統(tǒng)進(jìn)行鈷合金沉積之前，在金屬CMP后馬上進(jìn)行。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊860工作于大氣壓下而真空傳送模塊870工作于小于I托的真空環(huán)境下，所以在這兩個(gè)模塊間放置加載鎖定室865以在這兩個(gè)模塊860和870間傳送基板855?；?55完成氧氣等離子工藝之后，傳送基板855至處理系統(tǒng)進(jìn)行銅刻蝕，如步驟803所示。如果選用干法銅等離子刻蝕的話，銅刻蝕室(或模塊)873與該真空傳送模塊870耦合。如果選用濕法工藝的話，該濕法刻蝕反應(yīng)器與漂洗/干燥系統(tǒng)集成成為濕法銅刻蝕系統(tǒng)873’，該系統(tǒng)873’可與可控環(huán)境的傳送模塊880耦合。為使得該濕法銅刻蝕系統(tǒng)873’可以與該可控環(huán)境傳送模塊880耦合，需要干進(jìn)/干出該系統(tǒng)873 ’。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將一個(gè)漂洗和干燥系統(tǒng)與該濕法銅刻蝕系統(tǒng)873’集成以滿足干進(jìn)/干出要求。系統(tǒng)873’也需要控制為不含有氧氣?？梢杂枚栊詺怏w充滿該系統(tǒng)以保證工藝環(huán)境中不含有氧氣。銅刻蝕之后進(jìn)行阻障層刻蝕，如步驟805所示。如果用干法阻障等離子刻蝕工藝，阻障層刻蝕室874可與真空傳送模塊870耦合。如果選用濕法阻障層刻蝕工藝，濕法阻障層刻蝕反應(yīng)器可與漂洗/干燥系統(tǒng)集成以成為濕法阻障層刻蝕系統(tǒng)874’，系統(tǒng)874’可與可控環(huán)境傳送模塊880耦合。為了使得濕法阻障刻蝕系統(tǒng)874’可與可控環(huán)境傳送模塊880耦合，該基板需要干進(jìn)/干出系統(tǒng)874’。需要控制系統(tǒng)874’的環(huán)境以提供較低的(或有限的或可控的)氧氣水平?？梢杂枚栊詺怏w填充該系統(tǒng)以保證工藝環(huán)境中有較低的氧氣水平。上面已經(jīng)討論過，阻障層刻蝕之后的工藝是可選的含氫等離子還原。氫氣等離子還原可以在等離子室877內(nèi)進(jìn)行，等離子室877與真空傳送模塊870耦合。如上所述，鈷合金非電性沉積是一個(gè)濕法工藝。因?yàn)闈穹üに囈话闶窃诖髿鈮合逻M(jìn)行的，所以與該非電性沉積反應(yīng)器耦合的傳送模塊880也應(yīng)該工作于近大氣壓下。為了確保控制環(huán)境中氧氣的含量為一個(gè)較低的水平，可以在可控環(huán)境傳送模塊880內(nèi)充滿惰性氣體。而且，工藝中用到的所有的流體都經(jīng)過脫氣處理，例如，利用商業(yè)上可得到的脫氣系統(tǒng)把溶解的氧氣去除。典型的惰性氣體包括氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣和氙氣。鈷合金濕法非電性沉積反應(yīng)器需要與漂洗和干燥系統(tǒng)耦合以使得基板以干燥的狀態(tài)送入和送出該系統(tǒng)881 (干進(jìn)/干出)。干進(jìn)/干出的要求使得非電性沉積系統(tǒng)881可以與可控環(huán)境傳送模塊880集成。用惰性氣體充滿系統(tǒng)881以保證系統(tǒng)內(nèi)氧氣水平較低。在系統(tǒng)881內(nèi)進(jìn)行完鈷合金沉積后，基板855被傳送通過沉積后清潔反應(yīng)器。漂洗和干燥系統(tǒng)也需要與毛刷擦凈系統(tǒng)集成以使得基板855可以干進(jìn)/干出該濕法清潔系統(tǒng)883。用惰性氣體充滿系統(tǒng)883以保證沒有氧氣存在。如上面的圖8A所示，系統(tǒng)883用點(diǎn)畫線表示以說明該系統(tǒng)是可選的，因?yàn)槌练e后清潔工藝是可選的。因?yàn)槌练e后清潔步驟是需要在集成系統(tǒng)850內(nèi)進(jìn)行的最后一個(gè)工藝，所以基板855可以在處理完畢之后送回基板盒861。該清潔系統(tǒng)883也可以與該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊860相連。
2.處理阻障表面以進(jìn)行銅的非電性沉積上面描述的系統(tǒng)構(gòu)想可以用來對(duì)阻障表面進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行銅的平坦化。阻障層，例如Ta, TaN,或Ru,如果暴露在氧氣中超過一定時(shí)間的話,會(huì)形成TaxOy (Ta的氧化物),TaOxNy (Ta的氮氧化物)，或RuO2 (Ru的氧化物)。在基板表面上沉積金屬層的非電性沉積高度依賴于基板的表面特性和組成。Ta，TaN或Ru表面的非電銅鍍對(duì)于電鍍前的種晶層形成和光刻限定圖案內(nèi)銅布線的選擇性沉積都有益處。一個(gè)要關(guān)注的方面是由于氧氣的存在自動(dòng)生成的薄原子原生金屬氧化物薄層對(duì)于非電性沉積工藝的抑制。而且，銅膜并不粘附于阻障氧化層，例如Ta的氧化物，Ta的氮氧化物或Ru的氧化物，卻粘附于純阻障金屬或富阻障層膜，例如Ta，Ru或富Ta的TaN膜。Ta和/或TaN阻障層僅僅是用作例子。這種描述和構(gòu)想也適用于其他的阻障金屬，例如有Ru薄層覆蓋的Ta或TaN。如上所述，粘著性不足可能對(duì)電遷移性能產(chǎn)生負(fù)面影響。而且，阻障層表面上Ta氧化物或Ta氮氧化物的形成可能增加阻障層的電阻率。因?yàn)檫@些問題，所以需要使用集成系統(tǒng)對(duì)阻障/銅的界面做預(yù)先處理，以保證阻障層和銅界面之間良好的粘著性，降低阻障層的電阻率。
實(shí)施例1:生成金屬線圖9A顯示了一種通過電介質(zhì)刻蝕和除去光刻膠形成圖案之后的金屬布線結(jié)果的橫截面示意圖。金屬線結(jié)構(gòu)在基板900上并有一硅層110 ;該硅層110是前面生成的，具有門氧化物121、墊片107和觸點(diǎn)125的門結(jié)構(gòu)105。該觸點(diǎn)125 —般是通過在氧化物103上刻蝕一接觸孔然后在其中填入鎢等導(dǎo)電金屬做成的。替代材料可以是銅、鋁或其他導(dǎo)電材料。該阻障層102也被配置為具有選擇性溝槽刻蝕終止的功能。阻障層102可以是用如氮化硅(SiN)或碳化硅(SiC)等材料制成的。金屬線電介質(zhì)層106被沉積在該阻障層102上?？梢杂脕沓练e的電介質(zhì)材料上面已經(jīng)描述過了。沉積完該電介質(zhì)層106之后，基板已經(jīng)圖形化和刻蝕以生成金屬溝槽106。圖9B顯示了形成金屬溝槽116之后，沉積金屬阻障層130以進(jìn)行金屬溝槽116布線。圖9C顯示了沉積完阻障層130之后，在阻障層130上沉積銅層132。阻障層132可以是由TaN、Ta、Ru或這幾種膜的組合制成的。然后沉積銅膜132以填充金屬溝槽116。在一個(gè)實(shí)施例中，銅膜132下面包含銅種晶薄層131。在利用等離子表面預(yù)處理工藝以準(zhǔn)備該催化劑表面以沉積保形的非電性銅種晶薄層131，并用銅膜132填充溝槽116之后，基板900被利用化學(xué)和機(jī)械方法平坦化(CMP)或被蝕刻以去除電介質(zhì)106表面的銅材料(或冗余的銅)和阻障層(或冗余的阻障)，如圖9D所示。在一個(gè)實(shí)施例中，銅種晶薄層的厚度在約5埃到約300埃之間。下一步是用銅/SiC界面粘著性促進(jìn)層135，例如鈷合金，如圖9E所示，覆蓋銅表面140。典型的鈷合金包括:CoWP, CoffB或CoWBP，這些可以利用非電性工藝選擇性的沉積到銅上。粘著促進(jìn)層的厚度可以像單分子層那么薄，也就是幾埃，例如5埃，也可以比較厚，例如200埃。圖1OA顯示了對(duì)阻障(或襯線(liner))層表面進(jìn)行預(yù)先處理，以便于在形成溝槽之后進(jìn)行銅的非電性沉積的工藝流程1000。然而，應(yīng)當(dāng)注意，阻障(或襯線)層也可以在非集成的沉積系統(tǒng)例如ALD或PVD沉積反應(yīng)器中單獨(dú)處理。在這種情況下，為沉積銅種晶薄層而對(duì)表面進(jìn)行的預(yù)處理可以不包括金屬栓預(yù)清洗和阻障沉積步驟。在步驟1001中，清潔接觸栓(contact plug)的上表面124a以去除原生金屬氧化物。金屬氧化物可以通過Ar派射工藝，利用含氟氣體，如NF3，CF4或兩者的結(jié)合進(jìn)行的等離子工藝，濕法化學(xué)蝕刻工藝或還原工藝(例如使用含氫等離子工藝)去除。在步驟1003中，沉積阻障層。因?yàn)闃O窄的金屬布線和嚴(yán)格的通孔尺寸要求，該阻障層可以用原子層沉積技術(shù)(ALD)進(jìn)行，這個(gè)根據(jù)工藝水平?jīng)Q定。阻障層130的厚度在約20埃到約200埃之間。如上所述，阻止阻障層與氧氣的接觸對(duì)于確保銅的非電性沉積在銅和阻障層界面上有良好的粘著性非常關(guān)鍵。沉積完阻障層之后，基板應(yīng)當(dāng)在可控環(huán)境下進(jìn)行傳送和處理以限制與氧氣的接觸。在可選步驟1005中，阻障層利用氫等離子工藝進(jìn)行處理以在Ta、TaN或Ru層上生成金屬富集表面以為后續(xù)的銅種晶層沉積步驟提供催化表面。該步驟是否需要取決于該表面的金屬富集程度。然后，在步驟1007中，在阻障表面沉積保形銅種晶層，然后在步驟1008中，進(jìn)行厚銅填充(或體量填充)工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，利用非電性沉積工藝沉積該保形銅種晶層。厚銅體量填充工藝可以是非電性沉積(ELD)工藝或電化學(xué)電鍍(ECP)工藝。非電性沉積工藝和電化學(xué)電鍍工藝都是熟知的濕法工藝。為了將濕法工藝進(jìn)程與上述的可控的傳送與處理環(huán)境的系統(tǒng)集成，反應(yīng)器應(yīng)該與漂洗/干燥裝置集成以使其能夠干進(jìn)/干出。而且，該系統(tǒng)內(nèi)需要充滿惰性氣體以盡量減少基板與氧氣的接觸。最近出現(xiàn)了干進(jìn)/干出的非電性銅工藝。而且，工藝使用的所有流體必須經(jīng)過脫氣處理，例如，通過商業(yè)上可得到的脫氣系統(tǒng)將溶解的氧氣去除。非電性沉積工藝可以通過好幾種方式進(jìn)行，例如攪煉鍍，將流體分配到基板上并使之在靜止?fàn)顟B(tài)下反應(yīng)，然后把反應(yīng)物去除并拋棄，或回收利用。在另一個(gè)實(shí)施例中，該工藝使用臨近處理頭以限制非電性處理液僅僅與基板表面的限定區(qū)域接觸。不在臨近處理頭下的基板表面是干燥的。這種工藝和系統(tǒng)可在申請(qǐng)?zhí)枮?0/607，611，名稱為“ApparatusAnd Method For Depositing And Planarizing Thin Films On Semiconductor Wafers”，申請(qǐng)日為2003年6月23日，以及申請(qǐng)?zhí)枮?0/879,263，名稱為“Method and ApparatusFor Plating Semiconductor Wafers”，申請(qǐng)日為2004年6月28日的美國專利申請(qǐng)中找到，這兩份申請(qǐng)都可以完整的合并到這里?？梢岳孟嗨频呐R近處理頭來對(duì)鈷合金進(jìn)行無電電鍍以便可以進(jìn)行干進(jìn)/干出處理。進(jìn)行完步驟1007和1008的銅沉積工藝之后，基板可以進(jìn)行一個(gè)可選的基板清潔步驟1009。銅沉積后清潔可以通過使用化學(xué)溶液的毛刷擦凈，該化學(xué)溶液例如是包括由賓夕法尼亞州阿倫敦的空氣產(chǎn)品和化學(xué)品有限公司生產(chǎn)的CP72B溶液。也可以使用其他的基板表面清潔工藝，例如朗姆的C3 or P3 清潔工藝。圖1OB顯示了在阻障表面預(yù)處理完畢后，在關(guān)鍵步驟盡量減少基板表面與氧氣接觸的集成系統(tǒng)1050的示意圖。而且，因?yàn)槭羌上到y(tǒng)，基板從一個(gè)處理地點(diǎn)被迅速傳送到下一個(gè)處理地點(diǎn)，可以限制基板表面與氧氣的接觸到一個(gè)較低的水平。集成系統(tǒng)1050可以用來在圖1OA所示的整個(gè)工藝流程序列1000中處理基板。如上所述，對(duì)基板表面進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行銅的非電性沉積和可選的鈷合金沉積后工藝既包括干法工藝又包括濕法工藝。濕法工藝一般是在近大氣壓下進(jìn)行的，而干法等離子工藝是在小于I托氣壓下進(jìn)行的。因此，該集成系統(tǒng)必須要既能進(jìn)行干法工藝又能進(jìn)行濕法工藝。該集成系統(tǒng)1050有三個(gè)基板傳送模塊(或基板傳送室)1060，1070，和1080。該傳送模塊1060，1070，和1080均裝設(shè)有可以將基板1055從一塊處理區(qū)域轉(zhuǎn)移至另一塊處理區(qū)域的機(jī)械手臂。該處理區(qū)域可以是基板盒、反應(yīng)器、或加載鎖定室。基板傳送模塊1060工作于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下。模塊1060與基板裝載機(jī)(或基板盒)1061接合，以將該基板1055送入該集成系統(tǒng)或?qū)⒒逅突鼗搴?061。如上面工藝流程1000所述，將基板1055送入集成系統(tǒng)1050以沉積阻障層和銅層。如上面工藝流程1000的步驟1001所述，對(duì)觸點(diǎn)125的鎢質(zhì)上表面124a進(jìn)行刻蝕以去除原生的鎢的氧化物。去除鎢的氧化物之后，需要保護(hù)圖9A中的鎢的暴露表面，以避免與氧氣接觸。如果該去除工藝是Ar濺射工藝，那么反應(yīng)器1071與該真空傳送模塊1070耦合。如果選用化學(xué)刻蝕工藝，反應(yīng)器應(yīng)當(dāng)與可控環(huán)境傳送模塊1080耦合，而不是與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊1060稱合，以限制鶴表面與氧氣的接觸。然后，在基板上沉積金屬阻障層，例如Ta，TaN, Ru或這些膜的組合，如圖1OA中的步驟1003所述。圖9B中的阻障層130可以通過ALD工藝或PVD工藝沉積。在一個(gè)實(shí)施例中，ALD工藝工作于低于I托氣壓下。ALD反應(yīng)器1073與真空傳送模塊1070耦合。在另一個(gè)實(shí)施例中，沉積工藝是利用超臨界二氧化碳和有機(jī)金屬前體形成金屬阻障的高壓工藝。在另一個(gè)實(shí)施例中，該沉積工藝是工作于低于I托氣壓下的物理氣相沉積(PVD)工藝。使用超臨界二氧化碳的高壓工藝的典型反應(yīng)器的細(xì)節(jié)在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)10/357,664中描述，名稱為 “Method and Apparatus for Semiconductor Wafer Cleaning UsingHigh-Frequency Acoustic Energy with Supercritical Fluid”，申請(qǐng)日為 2003 年 2 月 3日，在此處引入以供參考?；蹇梢赃M(jìn)行一個(gè)可選的還原工藝，例如使用含氫的等離子體，如圖10A的步驟1005所述。氫氣還原反應(yīng)器1074與真空傳送模塊1070耦合。在這個(gè)階段，基板可以進(jìn)行銅的非電性沉積了。銅的非電性電鍍可以在銅的非電性電鍍反應(yīng)器1081內(nèi)完成以沉積保形的種晶層。沉積種晶層之后，銅的體量填充可以在沉積該保形的種晶層的同一個(gè)非電性沉積反應(yīng)器1081中進(jìn)行，但是利用不同的化學(xué)品來完成體量填充?；蛘?，銅的體量填充可以在一個(gè)獨(dú)立的ECP反應(yīng)器1081’中進(jìn)行?；咫x開集成系統(tǒng)1050前，可選地，基板可以進(jìn)入一個(gè)表面清潔過程，去除前面銅沉積工藝的殘留。例如，該基板清洗工藝可以是毛刷清潔工藝?；迩鍧嵎磻?yīng)器1083可與可控環(huán)境傳送模塊1080集成?；蛘?，基板清潔反應(yīng)器1083可與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊1060集成?；蛘?，在將基板900送入系統(tǒng)進(jìn)行表面處理和銅沉積之前，在工藝室中進(jìn)行圖9B中阻障層130的沉積。圖1OC顯示了對(duì)阻障(或襯線)層表面進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行銅的非電性沉積的工藝流程1090的實(shí)施例。對(duì)阻障表面進(jìn)行氫等離子處理以在Ta，TaN或Ru層產(chǎn)生金屬富集表面，在可選步驟1095中，以為后面銅種晶沉積步驟提供催化表面。這一步是否需要取決于表面金屬的含量。然后，在步驟1097中，在阻障表面沉積保形銅種晶層，然后在步驟1098中，進(jìn)行厚銅填充(或體量填充)工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，利用非電性工藝沉積該保形銅種晶層。厚銅體量填充工藝可以是非電性沉積(ELD)工藝或電化學(xué)電鍍(ECP)工藝。進(jìn)行完步驟1097和1098的銅沉積工藝之后，基板可以進(jìn)行一個(gè)可選的基板清潔步驟1099。銅沉積后清潔可以通過使用化學(xué)溶液的毛刷擦凈，該化學(xué)溶液例如是包括由賓夕法尼亞州阿倫敦的空氣產(chǎn)品和化學(xué)品有限公司生產(chǎn)的CP72B溶液。也可以使用其他的基板表面清潔工藝，例如朗姆的C3 or P3 清潔工藝。圖1OD顯示了在阻障表面預(yù)處理完畢后，在關(guān)鍵步驟盡量減少基板表面與氧氣接觸的集成系統(tǒng)1092的示意圖。而且，因?yàn)槭羌上到y(tǒng)，基板從一個(gè)處理地點(diǎn)被迅速傳送到下一個(gè)處理地點(diǎn)，可以限制基板表面與氧氣的接觸到一個(gè)較低的水平。集成系統(tǒng)1092可以用來在圖1OC所示的整個(gè)工藝流程序列1090中處理基板。如上所述，對(duì)基板表面進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行銅的非電性沉積和可選的鈷合金沉積后工藝既包括干法工藝又包括濕法工藝。濕法工藝一般是在近大氣壓下進(jìn)行的，而干法等離子工藝是在小于I托氣壓下進(jìn)行的。因此，該集成系統(tǒng)必須要既能進(jìn)行干法工藝又能進(jìn)行濕法工藝。該集成系統(tǒng)1092有三個(gè)基板傳送模塊(或基板傳送室)1060，1070，和1080。該傳送模塊1060，1070，和1080均裝設(shè)有可以將基板1055從一塊處理區(qū)域轉(zhuǎn)移至另一塊處理區(qū)域的機(jī)械手臂。該處理區(qū)域可以是基板盒、反應(yīng)器、或加載鎖定室。基板傳送模塊1060工作于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下。模塊1060與基板裝載機(jī)(或基板盒)1061接合，以將該基板1055送入該集成系統(tǒng)或?qū)⒒逅突鼗搴?061。如上面工藝流程1090所述，在基板沉積完阻障層以對(duì)阻障表面進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行非電性銅沉積之后，將基板1055送入集成系統(tǒng)1092?；迨紫冗M(jìn)行一個(gè)還原工藝，例如使用含氫的等離子體，如圖1OC的步驟1095所述。氫氣還原反應(yīng)器1074與真空傳送模塊1070耦合。在這個(gè)階段，基板可以進(jìn)行銅的非電性沉積了。銅的非電性電鍍可以在一銅的非電性電鍍反應(yīng)器1081內(nèi)完成以沉積一保形的種晶層。沉積完種晶層之后，銅的體量填充可以在沉積該保形的種晶層的同一個(gè)非電性沉積反應(yīng)器1081中進(jìn)行，但是利用不同的化學(xué)品來完成體量填充。或者，銅的體量填充可以在一個(gè)獨(dú)立的ECP反應(yīng)器1081’中進(jìn)行?；咫x開集成系統(tǒng)1092前，可選地，基板可以進(jìn)入一個(gè)表面清潔過程，去除前面銅沉積工藝的殘留。例如，該基板清洗工藝可以是毛刷清潔工藝?；迩鍧嵎磻?yīng)器1083可與可控環(huán)境傳送模塊1080集成?；蛘撸迩鍧嵎磻?yīng)器1083可與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊1060集成。圖1lA顯示了對(duì)阻障(或襯線(liner))層表面進(jìn)行預(yù)先處理以便于進(jìn)行銅的非電性沉積，以及對(duì)CMP后的銅表面進(jìn)行預(yù)先處理以便于進(jìn)行鈷合金的非電性沉積的工藝流程的實(shí)施例。在步驟1101中，清潔接觸栓(contact plug)的上表面124a以去除原生金屬氧化物。金屬氧化物可以通過Ar濺射工藝，等離子還原工藝，反應(yīng)離子刻蝕，化學(xué)濕刻工藝等去除。在步驟1103中，沉積阻障層。在可選步驟1105中，阻障層利用氫等離子工藝進(jìn)行處理以在Ta、TaN或Ru層上生成金屬富集表面以為后續(xù)的銅種晶層沉積步驟提供催化表面。是否需要這一步取決于表面金屬的含量。然而，應(yīng)當(dāng)注意，阻障(或襯線)也可以在非集成的沉積系統(tǒng)例如ALD或PVD沉積反應(yīng)器中單獨(dú)處理。在這種情況下，為沉積銅種晶薄層而對(duì)表面進(jìn)行的預(yù)處理可以不包括金屬栓預(yù)清洗和阻障沉積步驟，這些步驟在圖1OA的步驟1001和1003以及圖1lA的步驟1101和1103中描述過。在這些情況下，上述工藝應(yīng)當(dāng)從步驟1005或1105開始。然后，在步驟1107中，在阻障表面沉積一保形銅種晶層，然后在步驟1108中，進(jìn)行厚銅填充(或體量填充)工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，利用非電性工藝沉積該保形銅種晶層。厚銅體量填充工藝可以是非電性沉積(ELD)工藝或電化學(xué)電鍍(ECP)工藝。非電性沉積工藝和電化學(xué)電鍍工藝都是熟知的濕法工藝。為了將濕法工藝進(jìn)程與上述的可控的傳送與處理環(huán)境的系統(tǒng)集成，反應(yīng)器應(yīng)該與漂洗/干燥裝置集成以使其能夠干進(jìn)/干出。而且，該系統(tǒng)內(nèi)需要充滿惰性氣體以盡量減少基板與氧氣的接觸。最近出現(xiàn)了干進(jìn)/干出的非電性銅工藝。而且，工藝使用的所有流體必須經(jīng)過脫氣處理，例如，通過商業(yè)上可得到的脫氣系統(tǒng)將溶解的氧氣去除。在基板上完成沉積保形的銅種晶(步驟1107)以及通過非電性或電性電鍍工藝完成厚銅填充(或體量填充)(步驟1108)之后，在步驟1109中，將電介質(zhì)106上的阻障層130上的基板表面的銅層132去除，如圖9D所示。然后去除阻障層。這兩個(gè)去除工藝都在圖1lA的步驟1109中進(jìn)行。去除阻障層上的表面上的銅可以通過CMP工藝完成，這是一種濕法工藝?？梢杂梅磻?yīng)離子刻蝕來去除阻障層，例如CF4等離子工藝、02/Ar濺射工藝、CMP工藝或濕法化學(xué)刻蝕工藝。這些阻障層刻蝕工藝前面都已經(jīng)描述過了。去除阻障層之后，利用清潔工藝去除Cu-BTA復(fù)合物和金屬氧化物(步驟1110)和有機(jī)污染物(1111)以去除基板表面的污染物。金屬CMP之后用這兩步對(duì)基板表面進(jìn)行清潔工藝的細(xì)節(jié)上面描述過了。在步驟1112中，去除基板表面的污染物之后，利用還原等離子體(含氫的)來將所有殘留的金屬氧化物還原為金屬。完成氫還原之后，銅表面變的清潔而且有催化性，可以進(jìn)行鈷合金的非電性沉積了。在步驟1113中，對(duì)基板進(jìn)行漂洗和干燥以在基板上進(jìn)行鈷合金的非電性沉積。最后的工藝步驟1115是一可選的基板清洗步驟，以去除前面的鈷合金沉積工藝中的任何殘留的污染物。圖1lB顯示了在阻障表面預(yù)處理完畢后，在關(guān)鍵步驟盡量減少基板表面與氧氣接觸的集成系統(tǒng)1150的示意圖。而且，因?yàn)槭羌上到y(tǒng)，基板從一個(gè)處理地點(diǎn)被迅速傳送到下一個(gè)處理地點(diǎn)，可以限制基板表面與氧氣的接觸到一個(gè)較低的水平。集成系統(tǒng)1150可以用來在圖1lA所示的整個(gè)工藝流程序列1100中處理基板。該集成系統(tǒng)1150有三個(gè)基板傳送模塊(或基板傳送室)1160，1170，和1180。該傳送模塊1160，1170，和1180均裝設(shè)有可以將基板1155從一塊處理區(qū)域轉(zhuǎn)移至另一塊處理區(qū)域的機(jī)械手臂。該處理區(qū)域可以是基板盒、反應(yīng)器、或加載鎖定室(loadlock)?；鍌魉湍K1160工作于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下。模塊1160與基板裝載機(jī)(或基板盒)1161接合，以將該基板1155送入該集成系統(tǒng)或?qū)⒒逅突鼗搴?161。如上面圖1lA中的工藝流程1100所述，將基板1155送入集成系統(tǒng)1150以沉積阻障層，對(duì)阻障表面進(jìn)行預(yù)處理以沉積銅層，對(duì)CMP后銅表面行預(yù)處理以進(jìn)行鈷合金的非電性沉積。如上面工藝流程1100的步驟1101所述,清潔接觸栓(contact plug) 125的上表面124a以去除原生金屬氧化物?；蛘?，金屬栓表面的氧化物也可以使用還原等離子工藝去除，例如含氫的等離子工藝。去除金屬栓表面的氧化物之后，應(yīng)當(dāng)防止圖9A中的暴露的金屬上表面124a與氧氣接觸。如果該去除工藝是Ar濺射工藝，那么反應(yīng)器1171與該真空傳送模塊1170耦合。如果選用濕法化學(xué)刻蝕工藝，反應(yīng)器應(yīng)當(dāng)與可控環(huán)境傳送模塊1180耦合，而不是與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊1160耦合，以限制清潔的金屬栓表面與氧氣的接觸。然后，在基板上沉積金屬阻障層，例如Ta，TaN, Ru或這些膜的組合，如圖1lA中的步驟1103所述。圖9B中的阻障層130可以通過ALD工藝或PVD工藝沉積。在一個(gè)實(shí)施例中，ALD工藝工作于低于I托氣壓下。ALD反應(yīng)器1173與真空傳送模塊1170耦合。在另一個(gè)實(shí)施例中，沉積工藝是利用超臨界二氧化碳和有機(jī)金屬前體形成金屬阻障的高壓工藝。在另一個(gè)實(shí)施例中，該沉積工藝是工作于低于I托氣壓下的物理氣相沉積(PVD)工藝。基板可以進(jìn)行一個(gè)可選的還原工藝，例如使用含氫的等離子體，如圖1lA的步驟1105所述。氫氣還原反應(yīng)器1174與真空傳送模塊1170耦合。在這個(gè)階段，基板可以進(jìn)行銅的非電性沉積了。銅的非電性電鍍可以在一銅的非電性銅電鍍反應(yīng)器1181內(nèi)完成以沉積保形的種晶層。沉積種晶層之后，銅的體量填充可以在沉積該保形的種晶層的同一個(gè)非電性沉積反應(yīng)器1181中進(jìn)行，但是利用不同的化學(xué)品來完成體量填充?；蛘撸~的體量填充可以在一個(gè)獨(dú)立的ECP反應(yīng)器1181’中進(jìn)行。然后，去除基板上的銅冗余和阻障冗余，如圖1lA的步驟1109所述。去除銅冗余和阻障冗余可以在一個(gè)CMP系統(tǒng)1183中完成，也可以在兩個(gè)CMP系統(tǒng)中完成。在圖1lA所示的實(shí)施例中，僅僅使用了一個(gè)CMP系統(tǒng)1183。在完成銅冗余和阻障冗余的CMP去除之后，需要清潔基板表面以去除表面污染物。用濕法清潔系統(tǒng)1185去除銅BTA復(fù)合物和金屬氧化物。用氧氣等離子系統(tǒng)1177去除有機(jī)污染物。在一個(gè)實(shí)施例中，去除有機(jī)物的氧氣等離子工藝可以在氫還原室1174中進(jìn)行。去除污染物后，對(duì)基板進(jìn)行還原工藝，如圖1lA的步驟1112所述。氫還原工藝可以在與將阻障表面還原為富含Ta的同一個(gè)還原反應(yīng)器1174中進(jìn)行。氫還原處理完畢后，銅表面可以在反應(yīng)器1187內(nèi)進(jìn)行鈷合金的非電性沉積。在基板離開集成系統(tǒng)1150之前，基板可以進(jìn)行一個(gè)可選的表面清潔工藝，以清潔前面銅電鍍工藝中的殘留物?；迩鍧嵐に嚳梢允且粋€(gè)毛刷清潔工藝，其反應(yīng)器1163可以與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊1160集成。如圖15B所述的與可控環(huán)境傳送模塊1180耦合的濕法工藝系統(tǒng)，都需要滿足干進(jìn)/干出的要求以進(jìn)行系統(tǒng)集成。
實(shí)施例11:雙嵌入布線序列圖12A顯示了雙嵌入布線后的布線結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。該布線結(jié)構(gòu)在基板1200上并有一氧化層100 ;該氧化層100是前面生成的，以在里面制造金屬線101。該金屬線一般是通過在氧化物100上刻蝕一溝槽然后在其中填入銅等導(dǎo)電金屬做成的。
溝槽內(nèi)有一阻障層120，以防止銅材料122擴(kuò)散入氧化物100。阻障層120可以是由TaN、Ta、Ru或這幾種膜的組合制成的。也可以使用其他的阻障層材料。在銅材料122上沉積阻障層102以在通孔刻蝕工藝中提供刻蝕終止，并作為電介質(zhì)層和銅之間的擴(kuò)散阻障。該阻障層102可以用氮化硅(SiN)或(SiC)或其他適合集成入雙嵌入工藝流程的材料制成。在阻障層102上沉積通孔電介質(zhì)層104。通孔電介質(zhì)層104可以是由二氧化硅等無機(jī)電介質(zhì)材料，或優(yōu)選低K電介質(zhì)材料制成的。典型的電介質(zhì)包括非摻雜TEOS二氧化硅，氟化硅玻璃(FSG)，有機(jī)硅酸鹽玻璃(0SG)，多孔0SG，或商業(yè)上可得到的Black Diamond (I)和Black Diamond(II)，Coral, Aurora等。沉積完通孔電介質(zhì)層104之后,進(jìn)行布圖和刻蝕工藝以形成通孔洞114。用電介質(zhì)阻障層，例如SiC或Si3N4，來保護(hù)銅表面122a。圖12A顯示了形成通孔洞114和溝槽116之后的雙嵌入結(jié)構(gòu)。通孔洞114下的電介質(zhì)阻障層102已經(jīng)去除掉了。如圖12B所示，在形成通孔洞114和溝槽116之后，沉積第一阻障層1301，第二阻障層130II和銅層132以填充通孔洞114’和溝槽116。第一阻障層1301和第二阻障層130II都是由TaN、Ta或Ru制成的。也可以使用其他的阻障層材料。在一個(gè)實(shí)施例中，第一阻障層1301是用ALD工藝沉積的TaN薄層，第二阻障層130II是用快速PVD工藝沉積的極薄的Ta層或利用ALD或PVD工藝沉積的Ru層。在一個(gè)實(shí)施例中，第一阻障層1301的厚度是在約10埃到約150埃之間；第二阻障層130II的厚度是約10埃到約50埃之間。ALD的TaN薄層提供了通孔114’和溝槽116上的阻障層的保形覆蓋。PVD的Ta薄層或Ru薄層提供了與沉積到阻障層1301和130II上的銅層的良好的粘著性。通常，PVD沉積的阻障層沒有良好的臺(tái)階覆蓋(或者說該膜不是保形的)。因此，需要一個(gè)ALD阻障層以在通孔和溝槽內(nèi)提供良好的阻障覆蓋。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一阻障層1301和第二阻障層130II是結(jié)合到一個(gè)單一層上的，可以通過ALD工藝或PVD工藝沉積。該單一層的材料可以是Ta，TaN,Ru或這些膜的組合。進(jìn)行完第一阻障層1301和第二阻障層130II的沉積之后，基板進(jìn)行前述的表面修復(fù)步驟以確保阻障層表面是富含Ta的。然后沉積銅膜132，方法是用PVD沉積種晶131或非電性沉積種晶131，然后再用厚銅填充層填充通孔洞114和溝槽116。在用銅膜132填充通孔洞114和溝槽116之后，將基板1200平坦化以去除電介質(zhì)106表面的銅材料(或銅冗余)和阻障層(或阻障冗余)，如圖12C所示。然后對(duì)基板進(jìn)行前述的表面修復(fù)處理步驟以確?；灞砻媸乔鍧嵉亩毅~的表面沒有銅的氧化物。下一步是用鈷合金等銅/SiC界面粘著促進(jìn)層135覆蓋銅表面140，如圖16D所示。典型的鈷合金包括CoWP，CoWB和CoWBP，都可以用非電性工藝選擇性的沉積到銅上。粘著促進(jìn)層的厚度可以像單分子層那么薄，也就是幾埃，也可以比較厚，例如200埃。圖13A顯示了對(duì)阻障(或襯線)層表面進(jìn)行預(yù)處理以進(jìn)行銅層的非電性沉積，以及對(duì)CMP后銅表面行預(yù)處理以進(jìn)行鈷合金的非電性沉積的工藝流程的具體實(shí)施例。在步驟1301中，清潔金屬線101的上表面122a以去除原生的銅的氧化物。銅的氧化物可以通過Ar濺射或化學(xué)濕刻工藝去除。在步驟1302中，第一阻障層(圖12B中的1301)用ALD系統(tǒng)沉積，在步驟1303中，第二阻障層(圖12B中的130II)用PVD系統(tǒng)沉積。如上所述，防止阻障層與氧氣的接觸，對(duì)于確保銅層沉積到阻障層的時(shí)候，銅和阻障層之間有良好的粘著性是非常關(guān)鍵的。沉積完阻障層之后，應(yīng)當(dāng)在可控環(huán)境下進(jìn)行基板的傳送和處理以限制其與氧氣的接觸。在步驟1305中，用還原性等離子體(例如含氫的等離子體)處理阻障層以產(chǎn)生一富金屬層，該富金屬層可以為后續(xù)的銅種晶沉積步驟提供催化表面。該還原性等離子體處理是可選的，取決于表面的組成。然后，在步驟1307中，在阻障表面沉積保形的銅種晶，然后在步驟1308中，進(jìn)行厚銅填充(或體量填充)工藝。保形的銅種晶層可以通過非電性工藝進(jìn)行沉積。厚銅體量填充(或間隙填充)可以通過ECP工藝進(jìn)行沉積?；蛘?，厚銅填充層也可以在沉積該保形種晶層的同一個(gè)非電性系統(tǒng)中進(jìn)行沉積，但是使用的是不同的化學(xué)品。在步驟1307 (沉積保形的銅種晶層)和步驟1308 (通過非電性電鍍或電性電鍍進(jìn)行的厚銅體量填充工藝)完成之后，在步驟1309中，去除電介質(zhì)106上的阻障層130上的基板表面的銅層132，如圖1lC所示。然后去除阻障層。這兩個(gè)去除工藝都是在圖13A的步驟1309中完成的。去除阻障層上表面的銅可以用CMP工藝完成，這是一種濕法工藝。阻障層可以通過CF4等離子工藝、02/Ar濺射工藝、CMP工藝或化學(xué)濕刻工藝完成。這些阻障層刻蝕工藝前面已經(jīng)描述過了。去除阻障層之后，利用清潔工藝去除Cu-BTA復(fù)合物和金屬氧化物(步驟1310)和有機(jī)污染物(1311)以去除基板表面的污染物。金屬CMP之后用這兩步對(duì)基板表面進(jìn)行清潔工藝的細(xì)節(jié)上面描述過了。在步驟1312中，去除基板表面的污染物之后，利用還原等離子工藝，例如含氫等離子工藝，來將所有殘留的金屬氧化物還原為金屬。完成氫還原之后，銅表面變得清潔而且有催化性，可以進(jìn)行鈷合金的非電性沉積了。在步驟1313中，對(duì)基板進(jìn)行漂洗和干燥以在基板上進(jìn)行鈷合金的非電性沉積。最后的工藝步驟1315是一可選的基板清洗步驟，以去除前面的鈷合金沉積工藝中的任何殘留的污染物。圖13B顯示了在阻障和銅表面預(yù)處理完畢后，在關(guān)鍵的步驟盡量減少基板表面與氧氣接觸的集成系統(tǒng)1350的示意圖。。而且，因?yàn)槭羌上到y(tǒng)，基板從一個(gè)處理地點(diǎn)被迅速傳送到下一個(gè)處理地點(diǎn)，可以限制基板表面與氧氣的接觸到一個(gè)較低的水平。集成系統(tǒng)1350可以用來在圖13A所示的整個(gè)工藝流程序列1300中處理基板。該集成系統(tǒng)1350有三個(gè)基板傳送模塊(或基板傳送室)1360，1370，和1380。該傳送模塊1360，1370，和1380均裝設(shè)有可以將基板1355從一塊處理區(qū)域轉(zhuǎn)移至另一塊處理區(qū)域的機(jī)械手臂。該處理區(qū)域可以是基板盒、反應(yīng)器、或加載鎖定室(loadlock)。基板傳送模塊1360工作于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下。模塊1360與基板裝載機(jī)(或基板盒)1361接合，以將該基板1355送入該集成系統(tǒng)或?qū)⒒逅突鼗搴?361。如上面圖13A中的工藝流程1300所述，將基板1355送入集成系統(tǒng)1350以沉積阻障層，對(duì)阻障表面進(jìn)行預(yù)處理以沉積銅層，對(duì)CMP后銅表面行預(yù)處理以進(jìn)行鈷合金的非電性沉積。如上面工藝流程1300的步驟1301所述，對(duì)金屬線的銅質(zhì)上表面122a進(jìn)行刻蝕以去除原生的銅的氧化物。去除銅的氧化物之后，需要保護(hù)圖12A中的鎢的暴露表面122a，以避免與氧氣接觸。如果該去除工藝是Ar濺射工藝，那么反應(yīng)器1371與該真空傳送模塊1370耦合。如果選用化學(xué)刻蝕工藝，反應(yīng)器應(yīng)當(dāng)與可控環(huán)境傳送模塊1380耦合，而不是與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊1360稱合，以限制鶴表面與氧氣的接觸。然后，在基板上沉積該第一及第二阻障層。圖12B的該第一阻障層1301是用ALD工藝沉積的，該工藝是一干法工藝，工作于低于I托氣壓下。ALD反應(yīng)器1372與該真空傳送模塊1370耦合。圖12B的該第二阻障層130II是用PVD或ALD工藝沉積的，該工藝是干法工藝，工作于低于I托氣壓下。PVD反應(yīng)器1373和該真空傳送模塊1370耦合?；暹M(jìn)行一個(gè)可選的氫還原工藝以保證阻障層表面是富金屬的以進(jìn)行銅的非電性沉積。銅的非電性電鍍可在銅的非電性電鍍反應(yīng)器1381內(nèi)進(jìn)行，以沉積保形的銅種晶層，如圖13A的步驟1307所述。如上所述，在圖13A的步驟1308中沉積銅填充層可以在同一個(gè)非電性電鍍反應(yīng)器1381中進(jìn)行，但是利用不同的化學(xué)品，或在一個(gè)獨(dú)立的ECP反應(yīng)器1381'中進(jìn)行。然后，如圖13A的步驟1309所述，去除基板上的銅冗余和阻障冗余。去除銅冗余和阻障冗余可以在一個(gè)CMP系統(tǒng)1383中完成，也可以在兩個(gè)CMP系統(tǒng)中完成。在圖13A所示的實(shí)施例中，僅僅使用了一個(gè)CMP系統(tǒng)1383。在完成銅冗余和阻障冗余的CMP去除之后，需要清潔基板表面以去除表面污染物。用濕法清潔系統(tǒng)1385去除銅BTA復(fù)合物和金屬氧化物。用氧氣等離子系統(tǒng)1377去除有機(jī)污染物。在一個(gè)實(shí)施例中，去除有機(jī)物的氧氣等離子工藝可以在氫還原室1374中進(jìn)行。去除污染物后，對(duì)基板進(jìn)行還原工藝，如圖13A的步驟1312所述。氫還原工藝可以與將阻障表面還原為富含Ta在同一個(gè)還原室1374中進(jìn)行。氫還原處理完畢后，銅表面可以在反應(yīng)器1387內(nèi)進(jìn)行鈷合金的非電性沉積。在基板離開集成系統(tǒng)1350之前，基板可以進(jìn)行一個(gè)可選的表面清潔工藝，以清潔前面銅電鍍工藝中的殘留物?；迩鍧嵐に嚳梢允且粋€(gè)毛刷清潔工藝，其反應(yīng)器1163可以與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊1360集成。如圖13B所述的與可控環(huán)境傳送模塊1380耦合的濕法工藝系統(tǒng)，都需要滿足干進(jìn)/干出的要求以進(jìn)行系統(tǒng)集成。上述裝置和方法用于對(duì)金屬表面進(jìn)行預(yù)先處理以進(jìn)行后續(xù)的金屬沉積從而提升金屬-金屬間粘著性和電遷移性能。該發(fā)明思想也適用于對(duì)硅表面進(jìn)行預(yù)先處理以進(jìn)行后續(xù)的選擇性的金屬層沉積。
3.硅表面進(jìn)行預(yù)先處理以進(jìn)行后續(xù)的選擇性無電金屬沉積以形成金屬硅化物上面描述的工藝過程用來提高觸點(diǎn)、通孔和金屬布線等銅布線的電遷移性能，金屬電阻率，甚至產(chǎn)率。以前在集成電路生產(chǎn)過程中，把另一種金屬沉積在硅或多晶硅表面以在器件的源極/漏極/柵極，電阻，結(jié)構(gòu)的接地區(qū)域(例如電阻接地區(qū)域)，門區(qū)域，電容區(qū)域或電感區(qū)域形成硅金屬層，以降低接觸阻抗并提供良好的歐姆接觸。圖14A顯示了硅基板110上的柵極結(jié)構(gòu)127的橫截面，該柵極結(jié)構(gòu)127包括柵極薄氧化層121，多晶硅層105和氮化物墊片107。用淺溝絕緣層(STI)65來分隔活性裝置。在柵極結(jié)構(gòu)的兩面是源極區(qū)域61和漏極區(qū)域63。在源極區(qū)域61，有暴露的硅表面62。在漏極區(qū)域63，有暴露的硅表面64。在多晶娃層105上,有暴露的多晶娃109。形成金屬娃化物以降低薄層電阻。為了形成金屬硅化物，金屬111，例如鎳(Ni)，鈦(Ti)或鈷(Co)，首先被沉積到硅表面，如圖14B所示?，F(xiàn)在，金屬111是用PVD工藝沉積到基板表面上的，而不是選擇性地沉積到硅或電介質(zhì)區(qū)域的。然后讓金屬退火以在金屬與硅或多晶硅接觸的基板區(qū)域形成金屬硅合金(硅化物)。電介質(zhì)層上不形成硅化物。沒有反應(yīng)的金屬相對(duì)于硅化物被選擇性的去除，包括電介質(zhì)區(qū)域內(nèi)的金屬和硅化區(qū)域上殘留的未反應(yīng)的金屬。或者也可以用非電性金屬沉積來取代現(xiàn)在的Co或Ni沉積工藝。優(yōu)點(diǎn)是金屬硅化物層可以更厚而且提供更好的刻蝕阻擋特性并能允許金屬-金屬間觸點(diǎn)的形成。為了能夠進(jìn)行非電性金屬沉積，需要清潔娃表面，去除原生的娃的氧化物。將金屬111選擇性地沉積到娃表面62、64之后,對(duì)基板進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚缂s800° C到約900° C，以形成金屬硅化物113，如圖14C所示。形成的金屬硅化物113使得觸點(diǎn)125可以與漏極區(qū)域61電性連通，如圖14D所示。如上所述，在進(jìn)行金屬的非電性沉積之前，對(duì)表面進(jìn)行預(yù)處理需要在可控環(huán)境下進(jìn)行以保證形成非電性沉積的表面不與氧氣接觸。圖15A顯示了生成金屬硅化物的工藝流程1500的一個(gè)具體實(shí)施例。在步驟1501中，從所有的電介質(zhì)表面去除金屬污染物；這可以通過已知的方法和化學(xué)品完成。步驟1501是一個(gè)可選的步驟，僅僅在需要關(guān)注表面的金屬污染物的時(shí)候需要。然后在步驟1502中，去除基板表面的有機(jī)污染物。如上所述，可以通過若干種濕法或干法工藝去除有機(jī)污染物。然后，在步驟1503中，還原硅表面以將原生的硅的氧化物還原為硅。原生的硅的氧化是一個(gè)自我限制的過程；因此，氧化層非常薄，在還原工藝前不需要去除氧化物的步驟。如上所述，該還原工藝可以是氫等離子工藝。表面還原之后，硅的表面就可以進(jìn)行金屬的非電性沉積了。在步驟1505中，將Ni，Ti或Co等金屬選擇性地沉積到暴露的硅(包括多晶硅)表面。該選擇性地金屬沉積可以通過非電性工藝完成。在完成金屬的非電性沉積之后，基板進(jìn)行一個(gè)可選的用已知的方法和化學(xué)品完成的基板清潔步驟1507。然后，在步驟1509中，基板進(jìn)行高溫處理(或退火)以形成金屬娃化物。圖15B顯示了集成系統(tǒng)1550的具體實(shí)施例。該集成系統(tǒng)1550包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊1560,真空傳送模塊1950和可控環(huán)境傳送模塊1580。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊1560和裝有基板1555的基板盒1561耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬污染物是用濕法清潔工藝去除的，例如上面描述過的去除金屬污染物的濕法清潔工藝的一種。濕法清潔工藝可在室1565中進(jìn)行，室1565與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊1560耦合。因?yàn)檫@一步是可選的，所以圖15B中的室1565用點(diǎn)畫線表示。去除金屬污染物后，去除有機(jī)污染物。在一個(gè)實(shí)施例中，有機(jī)污染物使用含氧的等離子工藝去除的，例如氧氣，水或臭氧等離子；該工藝是在反應(yīng)器1571中進(jìn)行的，反應(yīng)器1571與該真空傳送模塊1570耦合，因?yàn)檠鯕獾入x子工藝是一種低壓干法工藝，所以工作于低于I托氣壓下。然后，工藝流程1500的步驟1503的硅表面的還原可在反應(yīng)器1573中進(jìn)行。然后將基板傳送至下一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行金屬沉積以在非電性反應(yīng)器1581中形成金屬硅化物(或硅化金屬)?；鍙姆磻?yīng)器1573中經(jīng)過真空傳送模塊1570,加載鎖定室1575,和可控環(huán)境傳送模塊1580，最終進(jìn)入反應(yīng)器1581進(jìn)行處理。該非電性金屬沉積反應(yīng)器1581裝備有漂洗/干燥系統(tǒng)。金屬沉積完后，基板可在濕法清潔室內(nèi)進(jìn)行一個(gè)可選的基板清潔步驟，如圖15A中的工藝步驟1507所述。完成非電性沉積之后，將基板送入熱反應(yīng)器1576，例如快速熱處理(RTP)反應(yīng)器，以形成金屬硅化物。上述系統(tǒng)使得需要低壓干法工藝、高壓工藝、濕法工藝混合的基板處理過程可以集成到一起以在關(guān)鍵的工藝步驟限制與氧氣的接觸。圖16顯示了系統(tǒng)如何集成的示意圖。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊可與基板盒、濕法工藝和不需要限制與氧氣接觸的干法工藝(或非可控環(huán)境)集成。真空傳送模塊可與低壓干法工藝集成。真空傳送模塊工作于真空環(huán)境下，例如低于I托氣壓；因此，與氧氣的接觸是有限而且可控的。加載鎖定室I使得能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送模塊和真空傳送模塊間傳送基板?？煽丨h(huán)境傳送模塊可與濕法工藝，近大氣壓工藝和高壓工藝集成?！案邏骸边@個(gè)詞用來與低壓相區(qū)別。高壓工藝指的是比大氣壓高的工藝，例如前述的超臨界二氧化碳工藝。在一個(gè)實(shí)施例中，在高壓工藝室和可控環(huán)境傳送模塊之間有加載鎖定室(圖中沒有顯示)以在傳送模塊和工藝室之間有效率的傳送基板。加載鎖定室II負(fù)責(zé)在真空傳送模塊和可控環(huán)境傳送模塊間傳送基板?？煽丨h(huán)境的傳送模塊和與之相連的反應(yīng)器內(nèi)部充滿惰性氣體，以限制與氧氣的接觸。加載鎖定室II內(nèi)部也可以充滿惰性氣體以與可控環(huán)境傳送模塊交換基板。
盡管用上面幾個(gè)實(shí)施例來描述本發(fā)明，顯然對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，通過閱讀前面的說明和研究附圖，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變形、擴(kuò)展、置換和等同替換。因此，本發(fā)明包括所有落入本發(fā)明真實(shí)思想和范圍的各種變形、擴(kuò)展、置換和等同替換。在權(quán)利要求中，除非明確說明外，各元素和/或步驟并不代表其特定的操作順序。
權(quán)利要求
1.一種在集成系統(tǒng)中，對(duì)基板表面做預(yù)先處理，以沉積金屬阻障層來填充基板上的銅布線結(jié)構(gòu)，并在該金屬阻障層上沉積銅種晶薄層，從而提升該銅布線的電子遷移性的方法，其特征在于，該方法包含: 在該集成系統(tǒng)中，清潔底層金屬的暴露表面以去除表面金屬氧化物，其中該底層金屬是電性連接于該銅布線的底層布線的一部分； 在該集成系統(tǒng)中，沉積該金屬阻障層以填充該銅布線結(jié)構(gòu)，其中在沉積完該金屬阻障層之后，在可控環(huán)境中傳送和處理該基板以避免金屬阻障氧化物的形成； 在該集成系統(tǒng)中，沉積該銅種晶薄層 '及 在該集成系統(tǒng)中，在該銅種晶薄層上沉積銅填充層。
2.根據(jù) 權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包含: 在該集成系統(tǒng)中，還原該金屬阻障層的表面以將該金屬阻障層表面的金屬阻障氧化物轉(zhuǎn)化，從而使得該金屬阻障層表面金屬富集，其中還原該金屬阻障層表面是在清潔該底層金屬的暴露表面之后進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中該銅布線包括覆蓋通孔的金屬布線，且該底層布線包括金屬布線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中清潔該表面金屬氧化物的暴露表面是通過使用Ar濺射工藝或使用含氟氣體的等離子工藝之一完成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中沉積該金屬阻障層還包含: 沉積第一金屬阻障層；及 沉積第二金屬阻障層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中該基板是在可控環(huán)境中進(jìn)行傳送和處理的以防止金屬阻障氧化物的形成，并使得可以選擇性地沉積該銅種晶薄層以提升銅布線的電遷移性能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中該基板是在該集成系統(tǒng)中被傳送和處理的，以限制基板與氧氣接觸的時(shí)間。
8.—種在集成系統(tǒng)中，對(duì)基板的金屬阻障表面做預(yù)先處理，以在該銅布線結(jié)構(gòu)的金屬阻障層表面沉積銅種晶薄層，從而提升該銅布線結(jié)構(gòu)的電遷移性能的方法，其特征在于，該方法包含: 在該集成系統(tǒng)中，還原該金屬阻障層的表面以轉(zhuǎn)化該金屬阻障層表面的金屬阻障氧化物，以使得該金屬阻障層的表面金屬富集； 在該集成系統(tǒng)中，沉積該銅種晶薄層 '及 在該集成系統(tǒng)中，在該銅種晶薄層上沉積以銅填充層。
9.一種在可控環(huán)境下處理基板，從而使得可以在銅布線的金屬阻障層表面沉積銅種晶薄層的集成系統(tǒng)，其特征在于，該集成系統(tǒng)包含: 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室，能夠?qū)⒒鍙呐c該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室耦合的基板盒內(nèi)傳送入該集成系統(tǒng)； 真空傳送室，工作于低于I托氣壓的真空下，其中有至少一個(gè)真空處理模塊與該真空傳送室稱合； 真空處理模塊，在該集成系統(tǒng)中，用以清潔底層金屬的金屬氧化物的暴露表面，其中該底層金屬是底層布線的一部分，該銅布線與該底層布線電性連接，其中該用于清潔的真空處理模塊是該至少一個(gè)與該真空傳送室耦合的真空處理模塊中的一個(gè)，并工作于低于I托氣壓的真空下； 真空處理模塊，用以沉積該金屬阻障層，其中該用于沉積該金屬阻障層的真空處理模塊是該至少一個(gè)與該真空傳送室耦合的真空處理模塊中的一個(gè)，并工作于低于I托氣壓的真空下； 可控環(huán)境傳送室，充滿從一組惰性氣體中選出的惰性氣體，其中有至少一個(gè)可控環(huán)境處理模塊與該可控環(huán)境傳送室耦合；及 銅的非電性沉積工藝模塊，用以在金屬阻障層表面沉積該銅種晶薄層，其中該銅的非電性沉積工藝模塊是該至少一個(gè)與該可控環(huán)境傳送室耦合的可控環(huán)境處理模塊中的一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成系統(tǒng)，其特征在于，還包含: 含氫還原工藝模塊，用以還原該金屬阻障表面的金屬氧化物或金屬氮化物，其中該含氫還原工藝模塊與該真空傳送室耦合，該含氫還原工藝模塊工作于低于I托氣壓的真空下。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成系統(tǒng)，其特征在于，還包含: 第一加載鎖定室，與該真空傳送室和該可控環(huán)境傳送室耦合，其中該第一加載鎖定室協(xié)助基板在該真空傳送室與該可控環(huán)境傳送室間傳送，該第一加載鎖定室被配置為工作于低于I托氣壓的真空下，或充滿從一組惰性氣體中選出的惰性氣體；及 第二加載鎖定室，與該真空傳送室和該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室耦合，其中該第二加載鎖定室協(xié)助基板在該真空傳送室與該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室間傳送，該第二加載鎖定室被配置為工作于低于I托氣壓的真空下或?qū)嶒?yàn)環(huán)境下，或充滿從一組惰性氣體中選出的惰性氣體。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成系統(tǒng)，其特征在于，其中該真空傳送室與至少一個(gè)與該真空傳送室耦合的真空處理模塊工作于低于I托氣壓下，以控制基板與氧氣的接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成系統(tǒng)，其特征在于，其中該可控環(huán)境傳送室和該至少一個(gè)與該可控環(huán)境傳送室耦合的處理模塊均充滿一種或多種從一組惰性氣體中選出的惰性氣體以控制基板與氧氣的接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集成系統(tǒng)，其特征在于，其中該至少一個(gè)與該可控環(huán)境傳送室耦合的處理模塊使基板能進(jìn)行干進(jìn)/干出處理，其中該基板以干的狀態(tài)送入及送出該至少一個(gè)處理模塊。
15.一種在可控環(huán)境下處理基板，從而使得可以在銅布線的金屬阻障層表面沉積銅種晶薄層的集成系統(tǒng)，其特征在于，該集成系統(tǒng)包含: 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室，能夠?qū)⒒鍙呐c該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境傳送室耦合的基板盒內(nèi)傳送入該集成系統(tǒng)； 真空傳送室，工作于低于I托氣壓的真空下，其中有至少一個(gè) 真空處理模塊與該真空傳送室耦合； 真空處理模塊，用以還原該金屬阻障層，其中該用來還原該金屬阻障層的該真空處理模塊是該至少一個(gè)與該真空傳送室耦合的真空處理模塊中的一個(gè)，并工作于低于I托氣壓的真空下； 可控環(huán)境傳送室，內(nèi)部充滿從一組惰性氣體中選出的惰性氣體，其中有至少一個(gè)可控環(huán)境處理模塊與該可控環(huán)境傳送室耦合；及銅的非電性沉積 工藝模塊，用以在金屬阻障層表面沉積該銅種晶薄層，其中該銅的非電性沉積工藝模塊是該至少一個(gè)與該可控環(huán)境傳送室耦合的可控環(huán)境處理模塊中的一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明提供對(duì)基板表面做預(yù)先處理以進(jìn)行金屬沉積的工藝和集成系統(tǒng)，以提升銅布線的電遷移性能，提供較低的金屬電阻率，并提升金屬-金屬間或硅-金屬間的粘著性。提供一種在集成系統(tǒng)中，對(duì)基板表面進(jìn)行預(yù)先處理，以在銅表面選擇性地沉積鈷合金薄層從而提升銅布線的電子遷移性的方法。該方法包括在集成系統(tǒng)中去除基板表面的有機(jī)污染物和金屬氧化物，并在去除污染物和金屬氧化物之后，在集成系統(tǒng)中修復(fù)該基板表面。該方法還包括在修復(fù)基板表面之后，在集成系統(tǒng)中，在銅布線的銅表面選擇性地沉積鈷合金材料薄層。還提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L21/67GK103107120SQ20131001170
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月30日
發(fā)明者耶茲迪·多爾迪, 弗里茨·C·雷德克, 約翰·博伊德, 威廉·蒂, 蒂魯吉拉伯利·阿魯娜, 阿瑟·M·霍瓦爾德, 衡石·亞歷山大·尹, 約翰·韋爾托門 申請(qǐng)人:朗姆研究公司