CN105453290B - 用于金属导电性强化的磁场导引式晶体方向系统 - Google Patents

Abstract

一种磁场导引式晶体方向系统以及一种操作磁场导引式晶体方向系统的方法包括：工作平台；加热元件，所述加热元件在所述工作平台之上，所述加热元件用于选择性地加热在晶片基板上的基底层，所述基底层具有晶粒，其中所述晶片基板是所述工作平台上的晶片的一部分；以及磁组件，所述磁组件相对于所述加热元件而固定，所述磁组件用于使用10特斯拉或更大的磁场来对准所述基底层的晶粒，以形成互连，所述互连具有所述互连中的晶粒的晶体方向匹配于所述基底层的晶粒的晶体方向。

Description

用于金属导电性强化的磁场导引式晶体方向系统

相关申请的交互引用

本申请案主张美国先行专利申请序号第61/867,557号的利益，申请于2013年8月19日，且所述专利申请的技术内容在此以引用的方式并入。

技术领域

本发明大体上涉及一种晶体方向系统，且更具体地，涉及一种用于控制金属晶体的方向的系统。

背景技术

半导体芯片变得越来越复杂，主要受驱动于较小的芯片尺寸需要增加的处理电力，来用于精小或可携式电子装置，例如手机、智能型手机、个人媒体系统、超可携式计算机。

随着半导体芯片的每个部件的尺寸减小，由于熟知的RC延迟(RC Delay)现象，电信号的速度会实际上开始减慢。R代表电阻值，且C代表电容值。随着尺寸减小，RC Delay开始很快速地变大，因为增加的电阻值(来自金属膜)与增加的电容值(来自较小的尺寸)。驱使金属电阻值增加的一个主要因素是较小的金属晶粒尺寸，金属晶粒尺寸受为了减小尺寸所需的较窄沟槽所限制住。较小的晶粒具有较大的晶界相对大小，这导致信号传送期间电子的散射。RC Delay是由晶界散射所导致。金属凝固成晶体或晶粒，且每一晶粒之间的就是晶界。随着芯片内的互连变更小，需要相交的晶界的数量也增加，增加了RC Delay。

已知若给定晶种，可促使金属晶粒生长在特定方向中。另外，甚至部分对准的金属晶粒减少晶界散射。但是，在纳米等级的晶片上有数百万个晶体管在数百万个晶体管上，将晶种向下触碰于需要生长金属互连的每一表面是不可行的。

因此，仍需要一种方法来减少晶界散射引起的RC Delay。有鉴于朝向越来越小的技术节点的趋势，更关键的是找出这些问题的解决方案。有鉴于不断增加的商业竞争压力，以及消费者增加的期待与市场中重要产品区分的减小机会，关键的是找出这些问题的解决方案。另外，减少成本、改良效率与性能以及满足竞争压力的需求对于找出这些问题的解决方案的关键需要则添加甚至更高的紧迫性。

长久以来一直在找寻这些问题的解决方案，但是先前的研发并未教示或建议任何解决方案，且因此，这些问题的解决方案长久以来对于本领域中的技术人员来说一直是个谜团。

发明内容

本发明提供一种操作磁场导引式晶体方向系统的方法，所述方法包含：提供晶片，所述晶片包括晶片基板；在所述晶片基板上沉积基底层，所述基底层具有晶粒；使用10特斯拉(Tesla)或更大的磁场来对准所述基底层的晶粒的晶体方向；以及在所述基底层上形成互连，所述互连中的晶粒的晶体方向匹配于所述基底层的晶粒的晶体方向。

本发明提供一种磁场导引式晶体方向系统，所述磁场导引式晶体方向系统包括：工作平台；加热元件，所述加热元件在所述工作平台之上，所述加热元件用于选择性地加热在晶片基板上的基底层，所述基底层具有晶粒，其中所述晶片基板是所述工作平台上的晶片的一部分；以及磁组件，所述磁组件相对于所述加热元件而固定，所述磁组件用于使用10特斯拉或更大的磁场来对准所述基底层的晶粒，以形成互连，所述互连具有所述互连中的晶粒的晶体方向匹配于所述基底层的晶粒的晶体方向。

除了上述的那些步骤或元件之外或取代上述的那些步骤或元件，本发明的某些实施例具有其它步骤或元件。在阅读了下面的详细说明同时参考附图之后，所述步骤或元件对于本领域中的技术人员来说将变得显而易见的。

附图简单说明

图1为本发明的第一实施例中的磁场导引式晶体方向系统的立方视图。

图2为本发明的第二实施例中的磁场导引式晶体方向系统的立方视图。

图3为本发明的第三实施例中的磁场导引式晶体方向系统的立方视图。

图4为本发明的第四实施例中的磁场导引式晶体方向系统的横剖面视图。

图5为在基底层沉积阶段的操作中的晶片的详细横剖面视图。

图6为在基底层对准阶段的操作中的图5的结构。

图7为在第二沉积阶段的操作中的图6的结构。

图8为互连的部分的对准晶粒的实例。

图9为互连的部分的对准晶粒的另一实例。

图10为本发明的第五实施例中的磁场导引式晶体方向系统。

图11为本发明的进一步实施例中的磁场导引式晶体方向系统的操作的方法的流程图。

具体描述

下面的实施例叙述得足够详细，以促成本领域中的技术人员制造与使用本发明。可理解到，根据本公开内容，会设想到其它实施例，且可做出系统、处理、或机械方面的改变而不偏离本发明的范围。

在下文中，给出多个特定细节来提供本发明的彻底理解。但是，将是明显的，本发明不需这些特定细节也可实施。为了避免模糊本发明，某些熟知的电路、系统配置、与处理步骤并未详细公开。

示出系统实施例的图是半概略式的并且未依尺寸，且具体地，某些尺寸为了清楚呈现并且在示出的图中夸大显示。相似的，虽然图中的视角为了容易说明大体上示出为相似的方向，图中的此描绘大多数是随意的。大体上，本发明可操作于任何方向中。

其中多个实施例公开与叙述为具有共同的某些特征，为了清楚与容易例示、叙述与理解，彼此相似与相像的特征通常将用相似的元件符号来叙述。所述实施例标号为第一实施例、第二实施例等，这是为了叙述的便利性，并且不打算有任何其它涵义或提供本发明的限制。

为了说明的目的，用语“水平的”在此使用时界定为平行于晶片的表面或平面的平面，不论晶片的方向。用语“垂直的”指的是垂直于刚才界定的水平的方向。用语例如“之上”、“之下”、“底部”、“顶部”、“侧部”(如同“侧壁”)、“较高”、“较低”、“上”、“之上”、与“之下”相对于水平平面而界定，如同图所示。用语“在……上”指的是元件之间有直接接触。用语“直接在……上”指的是一个元件与另一个元件之间有直接接触而没有插入的元件。

用语“较佳的金属方向”在此使用时界定为金属互连图案的主要方向。在具有多个互连层(level)的装置中，每一互连层具有用于金属晶粒的较佳方向或对准，所述方向或对准匹配于互连图案的主要方向。

用语“有源侧”指的是裸片(die)、模块、封装、或电子结构具有有源电路制造于上面的一侧，或者具有元件来连接至裸片、模块、封装、或电子结构内的有源电路的一侧。

用语“处理”在此使用时包括沉积材料或光刻胶、图案化、曝光、显影、蚀刻、清洁、及/或移除材料或光刻胶，如同用于形成所述结构所需做的。

现在参见图1，其中示出本发明的第一实施例中的磁场导引式晶体方向系统100的立方视图。此视图示出磁组件102、晶片104、工作平台106和加热元件108，这些部件都在容纳腔室(未图示)内。容纳腔室是气密的并且可充填有任何需要的气体组合，例如氮、氢、氧、氩、氦、其它贵重气体、或上述气体的组合，或者容纳腔室可处于真空或接近真空之下。为了清楚起见，仅示出一部分的磁组件102。晶片104的直径可为至少200mm，且晶片104定位于磁组件102内的中心，磁组件102在此实例中为围绕晶片的“桶状”磁铁。桶状磁铁是圆形磁铁，具有孔在中心中，且桶状磁铁以剖视图来示出，使得其它元件可以轻易看见。晶片104与磁组件102相对于彼此而固定在工作平台106上，这有时也称为鹰架结构。

加热元件108能产生波束或加热特定的目标区域，所述特定的区域可具有任何横剖面形状，例如圆形、椭圆形、矩形或方形形状或多边形。加热元件108可操作于各种方式。例如，加热元件108可为激光发射器、用于物理气相沉积的氩气束发射器、电子束、或气体团簇离子束(GCIB,gas cluster ion beam)。也例如，加热元件108可为微波发射器、感应加热器、闪光/电弧灯、长波长闪光灯、或传导式耦接。虽然其它种波束或加热技术也可能(取决于使用什么加热元件108)，激光束是较佳的，因为激光束不受磁场影响。在此实例中，激光束由从加热元件108延伸至晶片104的实线来表示。可理解到，所述实线也可表示其它电磁发射(离子束、电子束、微波等)的路径。

激光束可以以各种波长自加热元件108产生。激光束可为脉冲式连续波或半连续波。工作平台106可相对于加热元件108移动，以允许完全覆盖晶片104，且工作平台106能移动于任何需要的方向中(例如，向上与向下)以及任何类型的横向移动，以相对于激光束来定位晶片104，用于准确对准晶片的特定部分。磁组件102能产生10T(Tesla)或更大强度的磁场。磁组件102可以产生所述磁场作为静态磁场或作为脉冲式磁场，脉冲式磁场同步于来自加热元件108的激光束。磁组件102(作为桶状磁铁)可施加磁场同时横越晶片104全部。作为实例，取代单一桶状磁铁，也可使用两个相对的超环面磁铁。相对的超环面磁铁可沿着相对的超环面磁铁的共同轴压缩磁场强度，同时留下开放空间给激光或其它波束通过。

已经发现，使用桶状磁铁作为磁组件102简化磁场导引式晶体方向系统100的使用，改良可靠度与产量。因为磁组件102能同时覆盖晶片104全部，磁组件102可直接固定在工作平台上，而不需要分开安装在磁场导引式晶体方向系统100内。磁组件102横向地围绕晶片104的固定定位也防止磁组件102挡住来自激光发射器的激光束，允许激光发射器相对于晶片104定位在任何需要的角度处。在使用桶状磁铁的实例中，电弧灯或闪光灯可同时处理整个晶片，且桶状磁铁可定位成具有相同方向产量的磁场通过晶片，这也可增加效率与产量。

现在参见图2，其中示出本发明的第二实施例中的磁场导引式晶体方向系统200的立方视图。此视图示出磁组件202、晶片204、工作平台206与加热元件208，这些部件都在容纳腔室(未图示)内。容纳腔室是气密的并且可充填有任何需要的气体组合，例如氮、氢、氧、氩、氦、其它贵重气体、或上述气体的组合。为了清楚起见，仅示出一部分的磁组件202。晶片204的直径可为至少200mm，且晶片204定位于磁组件202之上，磁组件202为安装在晶片204之下的磁铁。晶片204固定至工作平台206，而磁组件202固定至分离的磁铁底座。

加热元件208相对于磁组件202安装在固定位置中，且加热元件208能产生可具有任何横剖面形状的波束，所述横剖面形状例如圆形、椭圆形、矩形或方形形状、或多边形。加热元件208可操作于各种方式。例如，加热元件208可为激光发射器、用于物理气相沉积的氩气束发射器、电子束、或气体团簇离子束(GCIB,gas cluster ion beam)。也例如，加热元件208可为微波发射器、感应加热器、闪光/电弧灯、长波长闪光灯或传导式耦接。虽然其它种波束或加热技术也可能(取决于使用什么加热元件208)，激光束是较佳的，因为激光束不受磁场影响。在此实例中，激光束由从加热元件208延伸至晶片204的实线来表示。可理解到，所述实线也可表示其它电磁发射(离子束、电子束、微波等)的路径。

激光束可以以各种波长自加热元件208产生。激光束可为脉冲式连续波或半连续波。工作平台206可相对于加热元件208与磁组件202移动，以允许完全覆盖晶片204，且工作平台206能移动于任何需要的方向中(例如，向上与向下)以及任何类型的横向移动，以相对于激光束来定位晶片204，用于准确对准晶片204的特定部分。加热元件208相对于磁组件202而固定，以使激光束照射于晶片204上磁组件202以磁场覆盖的相同点。

磁组件202能产生10T(Tesla)或更大强度的磁场。磁组件202可以产生所述磁场作为静态磁场或作为脉冲式磁场，脉冲式磁场同步于来自加热元件208的激光束。磁组件202可施加磁场均匀地横越晶片204的局部部分。在此实例中，磁组件202可相对于工作平台206而固定。磁组件202标示有正负号，这仅是为了易于辨识，且正负号的方向不代表限制。

已经发现，使用加热元件208产生的激光束来照射于磁组件202产生的磁场所覆盖的晶片204的部分允许同时熔化以及在重新凝固特定种类的顺磁性或反磁性金属(例如，铜)时诱导较佳的晶体方向，而不用使用晶种。本领域中的技术人员可理解到，顺磁性与反磁性金属的对准也视为非磁性的。但是，在10T或更大的磁场之下，更弱反磁性的材料在凝固时也将晶体轮廓分明地定向于特定方向中。也已经发现，当重新凝固冷却发生时，有利的是执行阶梯式温度降低。例如，可传送激光脉冲(或电弧灯闪光)，使得第一脉冲(或脉冲组)熔化金属，且之后传送一系列降低强度的脉冲，以设计特定的冷却分布。

现在参见图3，其中示出本发明的第三实施例中的磁场导引式晶体方向系统300的立方视图。此视图示出磁组件302、晶片304、工作平台306与加热元件308，这些部件都在容纳腔室(未图示)内。容纳腔室是气密的并且可充填有任何需要的气体组合，例如氮、氢、氧、氩、氦、其它贵重气体、或上述气体的组合。晶片304示出有从晶片304切割之前的集成电路裸片310，但是可理解到，晶片304具有横越晶片304的表面的许多集成电路裸片310。集成电路裸片310的尺寸与位置仅为了例示的目的而示出，且可理解到，集成电路裸片310可为不同的尺寸或在不同的方向中。

为了清楚起见，仅示出一部分的磁组件302。晶片304的直径可为至少200mm，且晶片304定位于磁组件302之上，磁组件302为安装在晶片304之下的磁铁。晶片304固定至工作平台306，而磁组件302固定至分离的磁铁底座。

加热元件308相对于磁组件302安装在固定位置中，且加热元件308能产生可具有任何横剖面形状的波束，所述横剖面形状例如圆形、椭圆形、矩形或方形形状、或多边形。加热元件308可操作于各种方式。例如，加热元件308可为激光发射器、用于物理气相沉积的氩气束发射器、电子束、或气体团簇离子束(GCIB,gas cluster ion beam)。也例如，加热元件308可为微波发射器、感应加热器、闪光/电弧灯、长波长闪光灯、或传导式耦接。虽然其它种波束或加热技术也可能(取决于使用什么加热元件308)，激光束是较佳的，因为激光束不受磁场影响。在此实例中，激光束由从加热元件308延伸至晶片304的实线来表示。可理解到，所述实线也可表示其它电磁发射(离子束、电子束、微波等)的路径。

激光束可以以各种波长自加热元件308产生。激光束可为脉冲式连续波或半连续波。在此实例中，激光束可产生有矩形或方形横剖面，以当每次加热元件308脉冲时“快速照射”每个集成电路裸片310。工作平台306可相对于加热元件308与磁组件302移动，以允许完全覆盖晶片304，且工作平台306能移动于任何需要的方向中(例如，向上与向下)以及任何类型的横向移动，以相对于激光束来定位晶片304，用于准确对准晶片304的特定部分。加热元件308相对于磁组件302而固定，以使激光束照射于晶片304上磁组件302以磁场覆盖的相同点。

磁组件302能产生10T(Tesla)或更大强度的磁场。磁组件302可以产生所述磁场作为静态磁场或作为脉冲式磁场，脉冲式磁场同步于来自加热元件308的激光束。磁组件302可施加磁场均匀地横越晶片304的局部部分。在此实例中，磁组件302可相对于工作平台306而固定。磁组件302标示有正负号，这仅是为了易于辨识，且正负号的方向不代表限制。

已经发现，使用加热元件308产生的激光束来照射于磁组件302产生的磁场所覆盖的晶片304的部分允许同时熔化以及在重新凝固特定种类的顺磁性或反磁性金属(例如，铜)时诱导较佳的晶体方向，而不用使用晶种。在10T或更大的磁场之下，许多更弱反磁性的材料在凝固时将定向于特定方向中。

现在参见图4，其中示出本发明的第四实施例中的磁场导引式晶体方向系统400的横剖面视图。此视图示出磁组件402、晶片404、工作平台406与加热元件408，这些部件都在容纳腔室(未图示)内。容纳腔室是气密的并且可充填有任何需要的气体组合，例如氮、氢、氧、氩、氦、其它贵重气体、或上述气体的组合。为了清楚起见，仅示出一部分的磁组件402。晶片404的直径可为至少200mm，且晶片404定位于磁组件402的磁极之间，磁组件402在此实例中有安装在晶片404之上与之下的磁铁。晶片404固定至工作平台406，而磁组件402固定至分离的磁铁底座。磁组件402也可为单一较大的磁铁，其中磁极是转弯或弯曲朝向相反的磁极，所述磁极之间有空间。

加热元件408相对于磁组件402安装在固定位置中，且加热元件408能产生波束或加热特定的目标区域，所述特定的目标区域可具有任何横剖面形状，例如圆形、椭圆形、矩形或方形形状、或多边形。例如，加热元件408可定位成以窄的角度产生波束，以允许发射的波束有到晶片404的自由路径，而不被晶片404之上的磁组件402的部分所阻挡住。加热元件408可操作于各种方式。例如，加热元件408可为激光发射器、用于物理气相沉积的氩气束发射器、电子束、或气体团簇离子束(GCIB,gas cluster ion beam)。也例如，加热元件408可为微波发射器、感应加热器、闪光/电弧灯、长波长闪光灯、或传导式耦接。虽然其它种波束或加热技术也可能(取决于使用什么加热元件408)，激光束是较佳的，因为激光束不受磁场影响。在此实例中，激光束由从加热元件408延伸至晶片404的实线来表示。可理解到，所述实线也可表示其它电磁发射(离子束、电子束、微波等)的路径。

激光束可以以各种波长自加热元件408产生。激光束可为脉冲式连续波或半连续波。工作平台406可相对于加热元件408与磁组件402移动，以允许完全覆盖晶片404，且工作平台406能移动于任何需要的方向中(例如，向上与向下)以及任何类型的横向移动，以相对于激光束来定位晶片404，用于准确对准晶片404的特定部分。加热元件408相对于磁组件402而固定，以使激光束照射于晶片404上磁组件402以磁场覆盖的相同点。虽然其它种波束是可能的(取决于使用什么加热元件408)，激光束是较佳的，因为激光束不受磁场影响。例如，使用的加热元件408可为应用材料公司(Applied Materials)的“ASTRA^TM”系统，“ASTRA^TM”系统产生矩形或条纹型的扫描激光束，或者加热元件408可为“Beethoven”系统，“Beethoven”系统产生矩形的激光束，所述激光束的尺寸匹配于集成电路裸片的尺寸，以用于逐裸片处理。

磁组件402能产生10T(Tesla)或更大强度的磁场。磁组件402可以产生所述磁场作为静态磁场或作为脉冲式磁场，脉冲式磁场同步于来自加热元件408的激光束。磁组件402可施加磁场均匀地横越晶片404的局部部分。所述磁场可相对于晶片404对准于任何方向，例如平行于表面、垂直于表面、或相对于表面的任何给定角度。作为替代的实例，为了避免有角度的激光束的问题，磁组件402可使用中空磁铁，具有开孔从磁铁的中心轴向下，以供激光束通过。在此实例中，磁组件402可相对于工作平台406而固定。磁组件402的多个部分标示有正负号，这仅是为了易于辨识，且正负号的方向不代表限制。

已经发现，使用加热元件408产生的激光束来照射于磁组件402产生的磁场所覆盖的晶片404的部分允许同时熔化以及在重新凝固特定种类的顺磁性或反磁性金属(例如，铜)时诱导较佳的晶体方向，而不用使用晶种。在10T或更大的磁场之下，更弱反磁性的材料在重新凝固时也将晶体轮廓分明地定向于特定方向中。

现在参见图5，其中示出在基底层沉积阶段的操作中的晶片204的详细横剖面视图。使用来自图2的元件的处理仅为实例，且可理解到，所述处理可应用至任何实施例。横剖面视图取自晶片的侧部，且未依尺寸。图的侧部处的波浪线表示仅示出部分的横剖面视图。仅为了视觉上的清楚，将尺寸夸大。

沟槽512(也称为氧化物沟槽)示出在晶片基板514中，晶片基板514是出自晶片204所形成的材料的部分，例如硅。沟槽512为形成于晶片204上与晶片基板514中的互连的部分的前驱物。所述互连将稍后变成图3的集成电路裸片310的部分，作为实例来说。使用例如光刻术、湿式或干式蚀刻、或其它图案化处理的技术，可图案化晶片基板514中的沟槽512。在基底层516之前可沉积其它层(未图示)，例如由氮化钽组成的阻挡层。

通过例如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、或甚至电性化学电镀(ECP,electro-chemical plating，也熟知为电性铜电镀)的处理，沟槽512与晶片基板的其它选定表面上可均匀地沉积有基底层516作为非定向、多晶金属。较佳的技术为PVD、ALD、或CVD，以用于厚度的细微控制。基底层516可由金属形成，例如铜、钨、金、铂、银、锰或钴，以仅数纳米的厚度，例如大约2nm。基底层516也可由石墨烯或其它超导材料形成。

所述沉积处理选择性地执行于容纳腔室(未图示)内，且在周围温度(ambienttemperature)。所述沉积处理可在惰性或还原环境中实行，以避免基底层516的氧化。例如，所述环境可为氩、氢、氦、其它贵重气体、或上述气体的组合。也例如，所述沉积处理可执行于混合气体(forming gas)中，例如氩中1％-10％分压的氢。

现在参见图6，其中示出在基底层对准阶段的操作中的图5的结构。在电性电镀或无电电镀之前放上基底层516，因为基底层516上所放的金属的晶体结构的生长将遵循原始的晶体方向(由于热力学的缘故)。可理解到，在正常的沉积状况之下，基底层516将形成为在基底层516内没有任何特定的晶粒或晶体方向。没有将晶粒定向于较佳的金属方向时，另外沉积的金属的任何生长也将缺少任何特定的晶粒或晶体方向，这会导致RC延迟(由于晶界散射的缘故)。

施加适当波长(取决于基底层516的材料)的激光束(由波浪状箭头表示)将导致基底层516熔化并且之后在数纳秒或毫秒内将产生的热传送进晶片基板514中，使得仅有基底层516熔化，且没有发生对其他部件的损伤。基底层516与晶片基板514的厚度的大差异确保激光束的适当施加将熔化基底层516的材料，而不会损伤其它部件。

针对某些示例性处理配置，激光束的波长应该匹配于基底层516的材料，以用于最大的吸收率。例如，若使用铜来用于基底层，已经发现，若产生的激光束为大约550nm至580nm的波长，则2nm层的铜的熔点应该在摄氏400度(400℃)以下且可能低到大约200-250℃。已经发现，在550nm至580nm，表面等离子(plasmon)共振会增加铜的吸收率，导致铜的更有效率加热以及铜纳米层后续更有效率的熔化。

也例如，一旦开始进行时是在大约400nm以下，较短波长的激光束在熔化铜方面会更有效。波长的选择应该由下述来驱动：实际的考虑(例如，产生给定波长的强波束的难易度)以及给定目标温度附近的材料对所述波长的吸收率。作为另外的实例，通过加热下方的基板而非直接加热基底层516，基底层516的某些结构可更有效地熔化。基板的此种加热会传导性地熔化基底层516，且允许更长的有效再结晶时间。

已经发现，550nm与580nm之间的波长的激光可以比较长或较短的波长更有效地熔化铜，直到波长在400nm以下。本领域中的技术人员可理解到，随着波长变更短，增加激光的功率会变得越来越难。使用具有550nm与580nm之间的波长的激光可以允许较便宜且较可靠的制造。

例如，图2的工作平台206可以移动，以确保激光束不会在晶片基板514的单一点上停驻太久。当激光束(不论是脉冲式或连续式发射)通过沟槽512之上时，激光束可快速且有效率地熔化基底层516。若激光束是脉冲式的，例如图2的磁组件202可同时脉冲式致动，以产生磁场通过激光束已经熔化基底层516的晶片基板514的部分。脉冲化磁场可以允许远远较强的磁场，高于静态磁场的10倍水平。磁组件202可产生静态磁场、脉冲式磁场、或上述磁场的组合。

足够高强度(大约10T或更高--脉冲式磁铁可达到100T且更高)的磁场将使基底层516现在为弹性的晶体结构对准，当激光束转移至另一位置时，基底层516现在为弹性的晶体结构将快速重新凝固，且热会通通传送到晶片基板514中。例如，基底层516的晶体结构可对准于<111>方向，其中，举例来说，<111>方向对应于磁组件202产生的磁场的磁力线。

已经发现，10T时，磁场可使铜的基底层的晶体结构对准于<111>方向，允许稍后的晶体生长会遵循此<111>方向，且协助晶粒排列整齐，减少晶界。磁场使基底层对准于<111>方向，但是可理解到，磁场通过基底层516的角度可调整至可以大大减少RC延迟的任何角度，例如使晶体对准于水平方向中的<100>。在所述实例中，磁场可与水平成角度于45°处。

激光束也可相对于晶片基板514的表面定位，以布鲁斯特角(Brewster angle)入射基底层516，这会增加来自激光束(例如，偏振的激光束)的能量的吸收率，允许更有效率且更均匀地加热基底层516。工作平台206可以移动，使得激光束也可在数纳秒/毫秒/微秒的范围中施加至晶片基板514的任何给定部分，以避免损伤其它部件且最大化产量。取决于基底层516是否在沟槽中，晶片基板514的厚度可为基底层516的大约700倍，举例来说。这允许晶片基板514作用为有效的散热器(因为大的体积差异)，使得基底层516可快速加热且也可快速冷却与重新凝固。

现在参见图7，其中示出在第二沉积阶段的操作中的图6的结构。在对准图5的基底层516中的晶体之后，可沉积相同于基底层516中已经使用的材料，以充填沟槽512且完成互连718的形成。例如，可沉积铜于沟槽512中与晶片基板514的表面的剩余选择部分之上，以通过例如电性电镀或无电电镀的处理来完成互连718。无电电镀是较佳的，因为晶体透过外延生长会有较佳的对准。

已经发现，产生激光束来熔化基底层516并且同时施加10T或更大的磁场至基底层允许减少通过互连718的RC延迟，互连718通过沉积于基底层516上而形成。在熔化至一个方向之后(例如，<111>方向)，在再结晶期间所述磁场将使基底层516的晶体对准，且第二沉积处理中晶体的生长将大体上遵循基底层516的晶体方向，减少形成互连718的材料的晶粒之间的晶界，这导致RC延迟的减少，加速通过互连718的信号的传送。

也已经发现，为了减少RC延迟，基底层516中晶体的对准不需要完美。在晶体的对准之前，基底层516可能具有大角度晶界，大角度晶界会增加缺陷与因此RC延迟。部分对准基底层516中的晶体(或晶粒)至较佳的金属方向可以产生一种情况是主要的晶界为小角度晶界，小角度晶界意味着减少的缺陷，导致通过减少的RC延迟的较佳的传输。晶粒可具有长度尺寸大于宽度尺寸，且沿着晶粒的长度对准晶粒于较佳的金属方向中可以减少缺陷。

已经另外发现，利用大约200-250℃的激光束来熔化基底层516(为铜)增加磁场导引式晶体方向系统200的产量，举例来说，且也增加产生的互连的可靠度。基底层516的纳米等级的厚度可以允许激光束在晶片基板514上的任何给定位置处停驻较短的时间，增加整个系统的产量。另外，因为铜基底层的熔化温度远低于附近材料的熔化温度，可以排除对晶片上其它部件的损伤，增加可靠度。这也允许激光束栅格化横越图2的晶片204的整个表面，而不用顾忌到会损伤已经存在的其它部件或结构。

替代地，可在第二沉积步骤之后，使用激光束与磁场。在完全形成的互连中铜厚度的增加将增加熔化温度，但是所述厚度应仍足够小来保持熔化温度在大约400℃，这样仍然允许互连718的铜对准，而不会损伤附近的材料或结构。

现在参见图8，其中示出互连718的部分的对准晶粒的实例。图2的磁场导引式晶体方向系统200的操作可产生对准的晶粒，减少晶界与晶界缺陷。在此实例中，互连718的材料的晶体方向大体上在垂直方向中。这对于互连718中电流将运行于垂直方向中的部分是最佳的，举例来说。晶粒的方向仅为了例示的目的，且可理解到，晶粒可对准于任何方向中，且部分对准也可以是结果。

也可理解到，部分对准来获得小角度晶界对于减少晶界缺陷也是有用的。所述实例示出对准的晶粒的详细视图。在此示例视图中，小角度晶界清楚可见。

现在参见图9，其中示出互连718的部分的对准晶粒的另一实例。图2的磁场导引式晶体方向系统200的操作可产生对准的晶粒，减少晶界与晶界缺陷。在此实例中，互连718的材料的晶体方向大体上在水平方向中。这对于互连718中电流将运行于水平方向中的部分是最佳的，举例来说。晶粒的方向仅为了例示的目的，且可理解到，晶粒可对准于任何方向中，且部分对准也可以是结果。

也可理解到，部分对准来获得小角度晶界对于减少晶界缺陷也是有用的。所述实例图标对准的晶粒的详细视图。在此示例性视图中，小角度晶界清楚可见。

现在参见图10，其中示出本发明的第五实施例中的磁场导引式晶体方向系统1000。示出的是磁场导引式晶体方向系统1000的示意视图，具有工作表面1020、磁组件1022、波束源1024、光学系统1026、与基板支撑件1028。

基板支撑件1028固持工作表面1020上的基板(例如，晶片)于磁组件1022的磁极1030与1032之间的适当位置。磁极1030与1032是相反极性。磁组件1022的磁极1032以虚线示出，以表示磁组件1022的部分如何部分位于基板支撑件1028内。

晶片由基板支撑件1028固持，以使磁组件1022的磁极1030与1032之间的磁场投射通过晶片的部分。磁铁含有芯与一或多个传导线圈1036。磁组件1022可为永久磁铁或电磁铁。磁组件1022能产生10T或更大的磁场。作为电磁铁的磁组件1022能产生50T或更大的脉冲式磁场。磁组件1022可安装远离基板支撑件1028并且通过基板支撑件1028的开孔1038，以到达基板或晶片的下侧。磁组件1022可具有延伸范围1034，以允许基板支撑件1028自由移动同时避免碰撞于磁组件1022。

当基板支撑件1028固持工作表面1020且基板或晶片移动于平台1040上时，晶片上的不同位置可暴露至来自波束源1024的波束。磁组件1022与波导1042相对于彼此固定，使得磁组件1022与波导1042同时覆盖基板或晶片的相同部分。

波束源1024产生电磁辐射，包括可见光，且光学系统1026修改形状、均匀性、整体强度、频谱分布。例如，光学系统1026可用以聚焦来自波束源1024的波束。波导1042导引来自波束源1024的波束至基板或晶片上，且波导1042可具有部件，例如反射镜、棱镜(retroreflector)、部分反射器、折射透镜、或光纤。可使用超过一个波导1042。波导1042由波导支撑件1044支撑，波导支撑件1044附接于固定的设备，例如容纳腔室的腔室壁部1046。

已经发现，使用波束源1024产生激光束来照射由磁组件1022产生的磁场所覆盖的晶片的部分允许同时熔化，以及当铁磁材料以外的特定种类的材料(例如，顺磁性或反磁性金属，例如铜)重新凝固时，诱导较佳的晶体方向，而不用使用晶种。在10T或更大的磁场之下，更弱反磁性的材料在凝固时也将晶体轮廓分明地定向于特定方向中。注意到，当重新凝固冷却发生时，也有利的是执行阶梯式温度降低，所以例如，可传送激光脉冲(或电弧灯闪光)，使得第一脉冲(或脉冲组)熔化金属，且之后传送一系列降低强度的脉冲，以设计特定的冷却分布。

现在参见图11，其中示出本发明的进一步实施例中的磁场导引式晶体方向系统的操作的方法1100的流程图。方法1100包括：在方块1102中，提供晶片，所述晶片包括晶片基板；在方块1104中，于晶片基板上沉积基底层，基底层具有晶粒；在方块1106中，使用10特斯拉(Tesla)或更大的磁场来对准基底层的晶粒的晶体方向；以及在方块1108中，于基底层上形成互连，所述互连中的晶粒的晶体方向匹配于基底层的晶粒的晶体方向。

产生的方法、处理、设备、装置、产品、及/或系统是直接的、成本有效的、不复杂的、高度通用的、准确的、敏感的、与有效的，且通过采用已知的部件就可实施，以用于可以使用的、有效率的、与经济的制造、应用、与使用。

本发明的另一重要方面是本发明有益地支持与保持了减少成本、简化系统、与增加性能的历史趋势。

本发明的这些与其它有益的方面因此将技术状态提升至至少下一层级。

虽然已经联结特定最佳模式来叙述本发明，应理解到，本领域中的技术人员受前述说明的启发将可轻易得知许多替代、修改、与变化。因此，打算的是，涵盖落在所包括的权利要求的范围内的所有此种替代、修改、与变化。本文之前提出与在附图中示出的所有事项解释为例示性而非限制性。

Claims (20)

1.一种操作磁场导引式晶体方向系统的方法，包括：

提供晶片，所述晶片包括晶片基板；

于所述晶片基板上沉积基底层，所述基底层具有晶粒；

使用10特斯拉或更大的磁场来对准所述基底层的晶粒的晶体方向；及

于所述基底层上形成互连，所述互连中的晶粒的晶体方向匹配于所述基底层的晶粒的晶体方向。

2.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：利用加热元件来熔化所述基底层。

3.如权利要求1所述的方法，其中对准所述基底层的晶粒的晶体方向包括：

使用所述磁场对准所述基底层的晶粒的晶体方向，同时所述基底层处于熔化状态，用于形成小角度的晶界；以及

在对准所述基底层的晶粒的晶体方向之后，允许所述基底层凝固。

4.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

利用磁组件产生所述磁场。

5.如权利要求1所述的方法，其中提供包括所述晶片基板的所述晶片包括：

提供具有沟槽的所述晶片基板。

6.一种操作磁场导引式晶体方向系统的方法，包括：

提供晶片，所述晶片包括晶片基板，所述晶片基板具有沟槽；

于所述沟槽中与所述晶片基板上沉积基底层，所述基底层具有晶粒；

利用加热元件来熔化所述基底层；

利用磁组件来产生10特斯拉或更大的磁场；

使用所述磁场来对准所述基底层的晶粒的晶体方向，同时所述基底层处于熔化状态中，用于形成小角度的晶界；

在对准所述基底层的晶粒的晶体方向之后，允许所述基底层凝固；及

于所述基底层上与所述沟槽中形成互连，所述互连中的晶粒的晶体方向匹配于所述基底层的晶粒的晶体方向。

7.如权利要求6所述的方法，其中沉积所述基底层包括：沉积反磁性或顺磁性的材料。

8.如权利要求6所述的方法，其中沉积所述基底层包括：沉积反磁性或顺磁性的材料，所述反磁性或顺磁性的材料选自铜、金、钨、铂或锰的组。

9.如权利要求6所述的方法，其中利用加热元件来熔化所述基底层包括：利用具有550nm与580nm之间的波长的激光来熔化所述基底层。

10.如权利要求6所述的方法，其中允许所述基底层凝固包括设计特定冷却分布，包括：

利用来自所述加热元件的第一脉冲或脉冲组来熔化所述基底层；及

降低来自所述加热元件的后来的脉冲的强度。

11.一种磁场导引式晶体方向系统，包括：

工作平台；

加热元件，所述加热元件在所述工作平台之上，所述加热元件用于选择性地加热在晶片基板上的基底层，所述基底层具有晶粒，其中所述晶片基板是所述工作平台上的晶片的一部分；及

磁组件，所述磁组件相对于所述加热元件而固定，所述磁组件用于使用10特斯拉或更大的磁场来对准所述基底层的晶粒，以形成互连，所述互连具有所述互连中的晶粒的晶体方向匹配于所述基底层的晶粒的晶体方向。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述加热元件用于：使用所述加热元件来熔化所述基底层。

13.如权利要求11所述的系统，其中：

所述磁组件用于：使用所述磁场来对准所述基底层的晶粒的晶体方向，同时所述基底层处于熔化状态中，用于形成小角度的晶界；及

所述加热元件具有可调整的输出强度，用于对准所述基底层的晶粒的晶体方向。

14.如权利要求11所述的系统，其中所述磁组件用于产生所述磁场。

15.如权利要求11所述的系统，其中所述晶片基板具有沟槽。

16.如权利要求11所述的系统，其中：

所述加热元件用于：

使用所述加热元件来熔化所述基底层；及

所述磁组件用于：

产生所述磁场，及

使用所述磁场来对准所述基底层的晶粒的晶体方向，同时所述基底层处于熔化状态中，用于形成小角度的晶界。

17.如权利要求16所述的系统，其中所述基底层包括反磁性或顺磁性的材料。

18.如权利要求16所述的系统，其中所述基底层包括反磁性或顺磁性的材料，所述反磁性或顺磁性的材料选自铜、金、钨、铂或锰的组。

19.如权利要求16所述的系统，其中所述加热元件是激光，用于利用具有550nm与580nm之间的波长的所述激光来熔化所述基底层。

20.如权利要求16所述的系统，其中所述加热元件用于设计特定冷却分布，包括：

利用来自所述加热元件的第一脉冲或脉冲组来熔化所述基底层；及

降低来自所述加热元件的后来的脉冲的强度。