TW200529285A - Pre-clean chamber with wafer heating apparatus and method of use - Google Patents

Description

200529285 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本毛月係有關於讀理室以及使用該前處理室在以物理氣相沈積法沈 積至屬之月的表面清潔的方法，特別係關於一種勒新的前處理室，其具 有一晶圓加熱裝置，已在使用反應性的綠作前處理時，將—晶圓加熱到 理想的製程溫度。 【先前技術】 -在半導體積體電路的製造方面，金屬導線以連接-半導體晶圓上 各=件電路巾的各倾件。—般在轉體晶圓上沈積金料線_的製程 包5·在上述晶圓上沈積一導電層；以標準的微影技術，形成一光阻層或 罩幕層例如_氧化鈇或二氧化梦，其具有所需的金屬導線圖形；對上述晶 2施以-乾侧製程，將未被上鮮幕層覆蓋的導電層移除，留下來的導 體層即具杜述罩幕層所定義轉_形。通f，依序將導電材料與絕緣 椒斗相互交錯的複數層材料沈積於上述晶圓上；且各金屬層雜由在上述 〜、味層钱亥j出‘通孔或開口，並以链、鐫或其他金屬填入上述導通孔，而 得以相互電性連接。 」前有許多種的技術，可以將導電層沈積於晶圓上。例如氧化、低壓 :本氣相’尤積法(l〇w_pressure chemicai vap〇r 卸〇郝〇11 ; lpcvd)、常塵化 :¾相沈積法(atmospheric调眶echemicalvap〇rd印〇siti〇n ;处 chemical vapor deposition ； 所CVD)。通常’化學氣相沈積係包含使含有所需沈積物組成的氣相化學物 質相互=、，以在上述晶圓上沈積—非揮發性的薄膜。在晶圓上形成積體 電路的衣辁中，將薄膜沈積於晶圓上時，化學氣相沈積是最廣泛使用的方 法。 ’、 物理氣相沈積(physical vap〇r dep〇siti〇n ; ρν〇)是另一種在基底上沈積

°503-A30494TWF 5 200529285 層彳寸別疋金屬層的技術。常見的物理氣相沈積有：蒸鍍、電子束蒸鍍、 電浆喷鑛(plasma spray deposition)、與濺鍍。蒸鍍與電子束蒸鍍曾廣泛地使 用於早期中、大型積體電路的製造，但已被濺鑛取代，亦即是在石夕晶圓的 表面沈積或「濺鍍」一金屬層。 物理氣相沈積的设倩通常具有一氣閘式(air 1〇次)入料室，置有一晶舟 (cassette) ’内含複數個待製程的晶圓，而藉由一輸送帶。由此氣間式入料室 將晶圓达至第二真空室(或稱傳送室）。接下來，將晶圓放置在電漿沈積室内 的-旋轉台或旋轉架上。沈積餘後，已完成製程的晶_由上述傳送室 达回士述入料室而回到上述晶舟内，在進行後續的製程或傳送細胞幻。 >常見的料體製程技術，並使用pVD _沈積法的是雙鑲嵌製程。在 雙鑲後製程的流程中’開始為沈積—底介電層覆於—晶酸先行形成於上 述晶圓上的-金屬内連線上；沈積一钱刻停止層，通常為_，於上述底介 電層上；以及沈積-頂介電層於上述钱刻停止層上。接下來，钱穿上述金 屬:連線上的上述頂介電層、上述侧停止層、與上述底介電層，而形成 -貫穿孔㈣關π。驗，侧上述頂介電輕上述 止

貫穿孔開口上形成一溝槽開口。 隹上I 立接者，以離子化的物理氣相沈積法，於上述溝槽與貫穿孔的側壁與底 。卜/尤積-阻障層例如Ta或TaN。然後以化學氣相沈積法，於上述阻障層 ^沈積-均勻的銅晶種層。將銅填人上述溝槽與貫穿孔而形成金屬導線: 述溝槽外多餘的鋼去除，並以化學機械研磨法將上述金屬導線的 孔^㈣H個步驟中’ _出上述貫穿 =彳:社祕雜讀制蚊紅述溝朗底部；亦可以在形成 上述貝牙孔之後，才圖形化並蝕刻出上述溝槽。 在以氣相沈積法將上述阻障層沈積於上述 之前，上述晶圓係在-前處理室中婉由一前的側壁與底部 在大崎所可能產生的化學殘留物或氧化 … 欠#隹日日0上的化學殘留物

0503-A30494TWF 6 200529285 或氧化物臟為；ί包質障壁，成為物理氣相沈積的_軸在表面時的 阻礙。上述的前處理室係使_劑量、非選擇性、且非反應性的電聚，對 上述晶圓侧而去除殘留於上述晶圓上的上述化學殘留物，例如⑽、

Cu〇卿)2、cuco3、與CuFx;亦可以移除上述關暴露於大氣時所產 生的薄氧化層，並在金屬化的步驟前暴露—乾淨的金屬表面。 第1圖係緣示-習知的前處理室1〇〇。_理室1〇〇係包含一本體 (base)102與-處理室壁(chamber wa聊4，處理室壁满並具有一晶圓出入 口(未繪示），以將-晶圓W送人前處理室⑽中。晶圓輝'送至晶圓承載 器(Wafer以_6上，其令晶圓承载器1〇6具有一晶圓基座⑽、一絕緣材 'si材基底118、—轴架（shaft)12Q、伸縮囊總成(純_ assembly)112。晶圓基座108係連接射頻偏麗的一碟狀平台，其材質例如為 链、鈦、或其他非反應性的金屬，係由絕緣材m所承載，並藉此與外界 絕緣。絕緣材11G通常是-體成形的絕緣材料例如喊或石英，勾吏得: 圓基座刚的侧壁與底部與外界絕緣，並將射頻電源經由晶圓w對準至^ 圓基座108的上表面。絕緣材基底118係承載絕緣材11〇。軸架⑽係承載 晶圓基座108、絕緣材110與絕緣材基底118，並使晶圓w在一入/出料位 置與-製餘置之靜直_，其中在上述人娜位置時，係自傳送處理 室接收晶圓W、或將晶圓W送至上述傳送處理室；而在上述製程位置時， 係在侧製程巾承載晶圓W。伸縮囊總成112係圍繞軸架12G，並在前處 理室100處於真空狀態時，隔絕軸架120。在晶圓製程時，一處理室蓋= 係覆蓋並密封前處理室100。 在晶圓W的前處理製程中，係將氬氣或其他氣體導入前處理室⑽。 然後將射頻電祕加至前處理室KK)，產生高電壓與高電流，而在前處理室 100内產生氬氣電椠。當射頻電源供應至前處理室1〇〇時，處理室蓋出的 底面係作為陽極，而晶圓基座108則作為陰極。帶正電的氯離 名 電的晶圓基座1〇8的吸引，使其轟擊至位於晶圓基座1〇8上的晶圓^^並 0503-A30494TWF 7 200529285 以垂直的方向蝕刻晶圓表面。 在上述的雙鑲嵌製程中，先行形成於晶 述貫穿孔開口的底部。結果/屬内連線係暴露於上 往造成再物财，將編導致的高溫往 上。如^物献上口的 隨著先進的半導體製程中，元件尺相件祕造成不良影響。 處理製程，砰是對貫穿孔㈣做2使賤氣電漿的前 使用氫氣_對上述表錢行反，上=，處_可行方案。而 熱到-相對較高的溫度(高於2〇〇。 果貝U要將曰曰η加 Βίί\ή^Μ C)而口為傳統的前處理室沒有直接加熱 θ30；^ 在見订的虱氣電漿的前處理製程中，晶 ff述溝槽與貫穿孔表面的水蒸氣、氧氣、及其他氣體。;上=氣室: :==至後_氫氣電焚的_理製程所需的製程溫度。接下來，將 :除氣室移入上述前處理室。然而，此步驟伴隨著有數個明顯的 、.=2低sa®產出亚累及前處理的效果。另外，在將晶®自除氣室 ^里至的過&中’晶圓會冷卻。因此，需要有—全新的前處理室， 可將:圓加熱至所需的製程溫度，得以在使贼氣電細祕理製程，對 雙鑲肷結構或其他半導聽贿前處辦，得_想的前處理效果。 【發明内容】 有;此本鲞明的主要目的係提供一種全新的前處理室，其具有一 晶圓加熱裝置’以在—前處理製程中加熱晶圓。 本鲞明的另一目的係提供—種全新的前處理室，其具有除氣的功能， 並能結合前處理的功能。

本考X月的又另一目的係提供一種全新的反應性的前處理室，其具有一 0503-A30494TWF 200529285 晶圓加熱裝置，以直接加熱晶圓。 本發明的又另一目的係提供一種全新的反應性的前處理室，其具有一 间 /皿靜電夾頭(high-temperature electrostatic chuck ; HTESC)，以直接加熱曰 圓。 …、曰曰 本發明的又另一目的係提供一種全新的前處理方法。 本發明的又另一目的係提供一種全新的晶圓製程，其包含在同一處理 室内進行一除氣製程與一反應性的前處理製程。 為達成本發明之上述目的，本發明係提供一種全新的前處理室，其包 含一晶圓加熱裝置例如-高溫靜電夾頭，以綠處理製程中，直接加熱置 =其上的-晶圓。上述的晶圓加熱裝置，可將晶圓加熱至_反應性的電聚 則處理製程所㈣最佳溫度。另外，可在同—前處理室巾。進行除氣 處理製程。 〃 本發明係又提供一中晶圓的除氣與前處理的方法，包含：提供一晶圓； 提供-前處理室，其具有-晶圓加熱裝置；將上述晶圓置於上述前處理室 内的上述晶圓加熱裝置上；加熱上述晶其前處理製程所需的最佳溫 度；對該晶圓除氣並施以-反應性的電漿處理製程；以及將上述晶圓^ 上述前處理室移出。 本發明更提供-齡減前處_方法，對晶目上的介電層所敍刻出 的溝槽與貫穿孔_壁進行除氣與前處理。上述方法包含··提供一晶圓， 其具有介電層沈積於其上；提供-前處理室，其具有—晶圓加熱裝置；將 j述晶於上述前處理錢壯述晶目加歸置上；加熱上述晶圓至其 歧理製&所㈣最佳溫度；對該晶(U除氣並施以—反應性的電漿前處理 製程，將上述晶8]自上述前處理室移f於上述的溝槽與貫穿孔上沈積一 阻障層’於上述阻障層上沈積—晶種層；以及以例如電化學沈積法 (eleCtrochemicalplating;ECP)將一金屬例如銅填入上述溝槽開口或貫穿孔開 π 〇 0503-A30494TWF 9 200529285 【實施方式】 為=發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更刪懂，下文 斗寸舉一較佐貫施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下· 擔^露1新的前處理室，其具有_晶圓加熱裝置，可在前處理 衣耘日寸，直接將熱$傳至承載於其上的晶 冋 ,^ ^ ^卜 U上迷日日圓加熱裝置可將晶圓 ^至使用减或氨氣職的反應性前處理製程所需的適當溫度。在一輕 =施例二上述加熱裝置為—高溫靜電_。—介電層除氣步驟可 已g於上述前處理室内的前處理製程。 本發明更揭露-種晶圓的除氣與前處理的方法，包含：提供一晶圓， ::第一及第二介電層沈積於其上’上述介電層並受到蝕刻而具有二及 貝牙孔開口，構成-未完成的雙鑲嵌結構；將上述晶圓置於上述前處理室 内的晶圓加熱裝置’ ·將晶圓加熱至晶圓的前處理所需的適當温度；然後對 上逑晶圓施以-使用氫氣賴氣電漿的反應性前處理製程。同時，對上述 晶^施以-_步驟，而在晶圓或上述溝槽及貫穿孔的側壁上形成阻障^ 之前，將水蒸氣、氧氣、及其他氣體自上述晶圓或晶圓上的介電層的表^ 驅除。 在-雙鑲礙結構的製程中，-金屬内連線係沈積於_晶圓上，而於各 個貫穿孔開π與藉開口之下。在反應性的祕理製財，晶陳好是加 熱至高於35Gt的躲溫度。上述的餘溫度健供上猶處理製程最=可 能的製程範圍(process window)。然而，高於350t：的製程溫度有可能在雙鑲 甘欠結構中的金屬内連線的銅表面形成一氫化物層，而導致其電阻大於純 銅。因此，約150t的製程溫度以足以適用於對晶圓表面或雙 由沾 溝槽與貫穿孔的側壁進行前處理。 請參考第2圖，係緣示本發明之前處理室}，其具有一晶圓加熱裝置卜 前處理室1係包含一本體2與一處理室壁(chamberwall)4,其中處理室辟4 0503-A30494TWF 10 200529285 係具有-晶IB出人π(未给示），以將—晶圓w送人前處理室丨中。本體2 係為-可移動的處理室蓋㈣所封閉’而定義出一處理室内部5。在處理室 内部5的-Μ承健6具有—絕緣材基底18、—絕緣材⑺於絕緣材基底 18上、與-晶圓加熱裝置8於絕緣材1G上，晶圓加熱裝置8制以承載一 晶圓W。絕緣材K)可為-體成形的絕緣材料例如為喊或石英，係用以承

載晶圓加餘置8並使其與外界絕緣，並將射頻電驗由晶圓料準至晶 圓加熱裝置8的上表面D 晶圓承載器6更可以包含一軸架 /、承載前處理室1内的絕緣材基 底18、絕緣材10、與晶圓加熱裝置8，並使晶圓w在一入/出料位置舆一 製程位置之_直鶴，其巾在上述人/_立置時，係自傳送處理室妒 示)接收晶圓W、或將晶圓W送至上述傳送處理室；而在上述製程位置時曰， 係在侧製程中承載晶圓W。伸縮囊總成12係圍繞轴架2〇，並在前處理 室1處於真空狀態時，隔絕做2G。在晶_辦，—處理室蓋16係覆蓋 並密封前處理室卜-射頻電源供應器30係連結在前處理室i上 ^ 理室1中產生射頻電源。 晶圓加熱裝置8較好為-高溫靜電夹頭(high_temperatoe咖。齡 chuck HTESC)。-射頻偏壓供應器26係與晶圓加熱裝置8連接，而 頻偏壓能量施加至晶圓W。一溫度控制器22，經由適當的線路Μ連接至 晶圓加熱裝置8，而將晶圓加熱裝置8升溫並維持在_既定的溫卢。 在曰:圓W的前處理製程中，如後所述，使用晶圓加熱裝置‘ 減至適餘额歧触的_岐溫度。财麵氫賊魏Μ經由進 ^aCgasmleOH 1 t 〇 3〇 ,

源施加於刚處理室丨，造成高賴與高電流，而在前處理室丨喊 I 氣氣電漿。當射娜織加於前處理室i時，處理室蓋Μ ^ 晶圓加繼峨输。帶貞冑帽加嶋8則帶正 而使上述離子轟擊錄於純加熱輕8上㈣圓w，而垂直_其表面。’

0503-A30494TWF 11 200529285 同時，可使用射頻偏壓供應器26對曰 速離子職w細《，驗，而加 的流程。本發明的前處理室丨係適用^鑲^^明之—aaH1的方法 溝槽與貫穿孔的側壁之前，對上述又中，在沈積一阻障層於 士士 做則處理的流程。鈇而，前虛锣会1 亦適用於不同的半導體製程中，對晶圓表面進行前處理。、 至 ;步=則中在先前形成於—晶圓上的介電層中，兹刻出溝 二牙孔開口。上述的步驟係藉由對形成於各介電層上的光阻声_化 而为別在各層形成溝槽與貫穿孔，其係習知 溝槽開口與貫穿孔開口後，則自各介電層將光阻剝除"電賴刻出 士在步驟302中’如第2圖所示，晶圓w係置於前處理室]内的加 =8上。在步驟303中’對晶圓W同實施以除氣與前處理。因二: 4制4 22個轉晶圓加熱輕8與晶圓 桿 f _於職繼侧_爾理崎，# Γ曰至對晶圓w上的介電層蝴而成的。晶圓加熱裝置8較好為 將B曰囫W加熱至至少150c，更好為加熱至至少烟。c。 將_ W加熱至目標的製程溫度之後，將氫氣或氨氣28經由進氣口 、f ^ f 1内’在前處理室1施从謂瓦的軸電源，以將上 祕斜化《祕雜Μ絲錄。_瓦的棚偏壓則藉 由射頻偏壓產生器26施加至晶圓w。因此，帶正電的電漿撞擊帶負電的晶 圓上的溝槽與貫穿⑽砸，而將化學殘留物與氧化物次上義壁鱗。 在約300C下對溝槽與貫穿孔的側壁進行除氣時，亦將例如樣氣與氧等氣 體驅出上述側壁。前處理與除氣步驟綱持續3〇〜2〇分鐘以確保在形成二 阻障層於溝槽與貫穿孔_壁之前，得騎上述表面最理想的除氣與前處 理效果。 在第3圖的步驟304中，將晶圓w自前處理室1移出。在步驟奶中，

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將一阻障層沈積於上述溝槽與貫穿孔的側壁之上。此步驟通常如習知，使 用一離子化的物理氣相沈積製程，在溝槽與貫穿孔的側壁沈積一 Ta或TaN 在步驟306中，在上述阻障層上沈積一晶種層例如為銅。此步驟通常 係以習知的化學氣相沈積的製程來完成。在步驟3〇7中，以習知的電化學 沈積技術，在上述溝槽與貫穿孔填人銅。最後，將雙鑲嵌結構外的n 學機械研磨(chemical mechanical planarization)移除，而完成上述的雙鑲嵌結 構。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任 何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範目内，#可作些敎更動與 潤飾’因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。”

0503-A30494TWF 13 200529285 【圖式簡單說明】 第1圖為一示意圖，係顯示一習知用於半導體晶圓前處理的前處理室。 第2圖為一示意圖，係顯示本發明的前處理室，其具有一晶圓加熱裝 置。 第3圖為一流程圖，係顯示本發明之晶圓製程的一系列的製程步驟。 【主要元件符號說明】 1〜前處理室； 2〜本體， 4〜處理室壁； 5〜處理室内部； 6〜晶圓承載器； 8〜晶圓加熱裝置； 10〜絕緣材； 12〜伸縮囊總成； 14〜進氣口； 16〜處理室蓋； 18〜絕緣材基底； 20〜轴架； 22〜溫度控制器； 24〜線路； 26〜射頻偏壓供應器； 28〜氫氣或氨氣； 30〜射頻電源供應器； 100〜前處理室； 102〜本體； 104〜處理室壁； 106〜晶圓承載器； 108〜晶圓基座， 110〜絕緣材， 112〜伸縮囊總成； 116〜處理室蓋； 118〜絕緣材基底； 120〜轴架； 301〜步驟； 302〜步驟； 303〜步驟； 304〜步驟； 305〜步驟； 306〜步驟； 307〜步驟。 0503-A30494TWF 14

Claims (1)

1. 200529285 十、申請專利範圍： 1.-種前處理室’適用於金屬化前的表面清潔，包含： β腔室本體，具有一内部腔室空間； 一晶圓加熱器’於該内部腔室空間内，用以承載一晶圓；以及 -射頻電源赴H，钱麟腔室本體，提供賴龍腔室本體。 2·如申明專利fen第1項所述之前處理室，更包含安裝於該晶圓加哉哭 的一控制器，以控制該晶圓加熱器的溫度。 、时 3·如申明專利fc圍第1項所述之前處理室，更包含安裝於該晶圓加熱器 的-射頻偏壓供應$，α提供射頻偏壓於該晶圓加熱器。 4.如申明專利細第3項所述之前處理室，更包含安裝於該晶圓加熱器 的一控制器，以控制該晶圓加熱器的溫度。 5·—種前處理室，適用於金屬化前的表面清潔，包含： 一腔室本體，具有一内部腔室空間； -高溫靜電夾頭(ehuek)，於該内部腔室空間内，用以承載—晶圓；以 及 -射頻電誠生H，安餘該腔室本體，提健雜餅該腔室本體。 6·如申請專利範圍第5項所述之前處理室，更包含安裝於該高電夹 頭的一控制器，以控制該高溫靜電夾頭的溫度。 7·如申請專繼圍第5獅述之前處職，更包含安裝於該高溫靜電夹 頭的一射頻偏壓供應器，以提供射頻偏壓於該高溫靜電夾頭。 8·如申請專利範圍第7項所述之前處理室，更包含安裝於該高溫靜電夹 頭的一射頻偏壓供應器，以提供射頻偏壓於該高溫靜電夾頭。 9·一種清潔晶圓的方法，包含： 知:供一兩處理室’具有一晶圓加熱裝置； 將一晶圓置入該前處理室中； 將該晶圓加熱至一預設的製程溫度；以及 0503-A30494TWF 15 200529285 產生一電漿以清潔該晶圓。 10. 如申請祠侧第9項所述之清潔晶_方法，更包含提供一偏壓 至該晶圓。 11. 如申請專利翻第9項所述之清潔晶_方法，其巾該製程溫度至 少為150°c。 12·如申請專利範圍第11項所述之清潔晶圓的方法，更包含提供一偏壓 至該晶圓。 13. 如巾請侧棚第9撕述之清《_方法，更包含將該晶圓加 熱至約300°C，以在該前處理室内對該晶圓進行除氣咖牌也幻。 14. 如申請專利範圍第項所述之清潔晶圓的方法，更包含提供一偏壓 至該晶圓。 15·如申請專職圍第9項所述之清潔_的方法，其中該職係擇自 氫氣電漿或氨氣電漿所組成之族群。 16.如申請專利翻第15項所述之清潔晶_方法，更包含提供一偏壓 至該晶圓。 17·如申請專概圍第15項所述之清潔晶圓的方法，其中該製程溫度至 少為150°C。 18. 如申凊專利細第π項所述之清潔晶圓的方法，更包含提供一偏壓 至該晶圓。 19. 如申明專利圍第15項所述之清潔晶圓的方法，更包含將該晶圓加 熱至約300°C，以在該前處理室内對該晶圓進行除氣。 20. 如申明專利鞄圍第19項所述之清潔晶圓的方法，更包含提供一偏壓 至該晶圓。 0503-A30494TWF 16