TW201630036A - 用以描繪金屬氧化物還原的方法及設備 - Google Patents

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Abstract

使用金屬氧化物膜描繪金屬氧化物還原的方法及設備係加以揭示，該金屬氧化物膜係藉由曝露於在退火腔室或電漿源中的氧所形成。在一些實施方式中，包含金屬晶種層的基板係曝露於氧電漿以形成金屬晶種層的金屬氧化物，其中曝露可發生在低溫及低壓下。在一些實施方式中，包含金屬晶種層的基板係在退火腔室中於升高的溫度曝露於氧。以這些方式形成之氧化的基板提供可重覆、均勻、及穩定的金屬氧化物。氧化的基板可加以儲存以供稍後使用或曝露於還原處理以將金屬氧化物還原為金屬。在一些實施方式中，曝露於還原處理包含曝露於還原氣體物種的電漿。

Description

用以描繪金屬氧化物還原的方法及設備
本揭示內容大致關於在基板上形成用於描繪金屬氧化物還原的金屬氧化物。本揭示內容的某些實施態樣關於藉由將具有金屬晶種層的基板曝露於氧電漿而形成用於描繪金屬氧化物還原的金屬氧化物。本揭示內容的某些實施態樣關於在一退火腔室中藉由將具有金屬晶種層的基板曝露於氧及升高的溫度而形成用於描繪金屬氧化物還原的金屬氧化物。
在積體電路（IC）中之金屬配線互連線的形成係可使用金屬鑲嵌或雙重金屬鑲嵌處理加以達成。通常，溝槽或孔洞係被蝕刻進入位在基板上的介電材料（諸如二氧化矽）。該等孔洞或溝槽可以一或多個黏附及/或擴散阻障層加以襯裡。金屬的薄層可在孔洞或溝槽中加以沉積，其可作為用於電鍍金屬之晶種層。之後，該等孔洞或溝槽可以電鍍的金屬加以填充。晶種金屬一般可為鈷或銅。然而，其他金屬（諸如釕、鈀、銥、銠、鋨、鎳、金、銀、及鋁、或這些金屬的合金）亦可加以使用。
為了實現更高性能的IC，IC的許多特徵部係以較小的特徵部尺寸及較高的元件密度加以製造。舉例來說，在一些金屬鑲嵌處理中，在2X-nm節點特徵部上的銅晶種層可薄如50 Å或更薄。在一些實施方式中，在1X-nm節點特徵部上的金屬晶種層可加以應用，其可或可不包含銅。技術挑戰隨著較小的特徵部尺寸產生，該挑戰在於製造實質上無空隙或缺陷的金屬晶種層及金屬互連線。
金屬晶種層中的金屬可從曝露於含氧的環境反應形成金屬氧化物。在使用金屬電鍍金屬晶種層中，例如，金屬晶種層可被曝露於含氧環境的一或多個實例。包含金屬晶種層的基板可在電鍍之前經歷一些可造成氧化的過程，諸如當基板係轉移至電鍍設備或當清潔（例如潤洗及乾燥）基板時。金屬氧化物的形成可呈現一些技術問題，尤其是在金屬晶種層上之金屬的後續電鍍。例如：在氧化的晶種層上電鍍金屬可導致空隙形成、點蝕、非均勻電鍍、及黏附/脫層的問題。
金屬氧化物還原為金屬可使用乾式或濕式還原處理加以實現。在一些實施方式中，金屬氧化物可使用電漿製程處理而還原為金屬。各種系統及設備可能能夠將金屬氧化物還原為金屬，雖然此類系統及設備的有效性可能無法確定。在此類系統及設備中判定及描繪金屬氧化物還原在監控、校準、測試、及鑑定金屬氧化物還原的性能上可為關鍵的。
本揭示內容關於一種描繪金屬氧化物還原的方法，其中，該方法包含：（a）在一處理腔室中設置一基板，該基板具有一金屬晶種層形成於其上；（b）產生一氧電漿；（c）在該處理腔室中將該基板曝露於該氧電漿以形成該金屬晶種層的一金屬氧化物，其中，該基板的溫度係低於該金屬晶種層的凝聚溫度；及（d）在將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下，將該基板曝露於一還原處理。
在一些實施方式中，在曝露於該氧電漿期間之該基板的溫度係低於約100o C。在一些實施方式中，將該基板曝露於該還原處理的步驟包含：產生一還原氣體物種的電漿，其中，該還原氣體物種的電漿包含來自該還原氣體物種的自由基、離子、及紫外線（UV）輻射之其中一者以上；及在該處理腔室中將該基板曝露於該還原氣體物種的電漿。在一些實施方式中，該氧電漿及該還原氣體物種的電漿係在一遠程電漿源中加以產生。在一些實施方式中，在曝露於該氧電漿期間之該處理腔室的壓力係在約0.5托及約10托之間。在一些實施方式中，該金屬晶種層的厚度係等於或小於約50 Å。在一些實施方式中，將該基板曝露於用於形成該金屬氧化物的該氧電漿的步驟包含將該金屬晶種層之大於90%的金屬轉變為金屬氧化物。在一些實施方式中，該方法進一步包含在將該基板曝露於該還原處理之前測量該基板的一第一薄膜電阻；及在將該基板曝露於該還原處理之後測量該基板的一第二薄膜電阻。在一些實施方式中，該金屬晶種層包含銅及鈷的其中至少一者。
本揭示內容亦關於一種描繪金屬氧化物還原的設備，其中，該設備包含：一處理腔室；一基板支座，用於在該處理腔室中支撐一基板，其中該基板包含一金屬晶種層；及在該基板支座上方的一遠程電漿源。該設備進一步包含一控制器，配置以用於執行下列操作的指令：（a）在該遠程電漿源中產生一氧電漿；（b）在該處理腔室中將該基板曝露於該氧電漿以形成該金屬晶種層的一金屬氧化物；（c）在該遠程電漿源中產生一還原氣體物種的電漿，其中，該還原氣體物種的電漿包含來自該還原氣體物種的自由基、離子、及UV輻射之其中一者以上；及（d）將該基板曝露於該還原氣體物種的電漿以將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬。
在一些實施方式中，該控制器進一步包含用於執行下列操作的指令：在該基板曝露於該氧電漿期間維持該基板支座的溫度低於該金屬晶種層的凝聚溫度。在一些實施方式中，該控制器進一步包含用於執行下列操作的指令：在該基板曝露於該氧電漿期間維持該處理腔室的壓力在約0.5托及約10托之間。在一些實施方式中，該金屬晶種層的厚度係等於或小於約50 Å。
本揭示內容亦關於一種描繪金屬氧化物還原的方法，其中該方法包含：（a）供應氧進入一退火腔室；（b）在該退火腔室中設置一基板，該基板具有一金屬晶種層形成於其上；（c）在該退火腔室中將該基板曝露於形成該金屬晶種層之一金屬氧化物的條件；（d）在一處理腔室中設置該基板；及（e）在將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下，將該基板曝露於一還原處理。
在一些實施方式中，供應氧進入該退火腔室的步驟包含將該退火腔室曝露於大氣條件。在一些實施方式中，供應氧進入該退火腔室的步驟包含將該退火腔室對大氣條件封閉及將氧流進該退火腔室。在一些實施方式中，將該基板曝露於用於形成該金屬氧化物的條件之步驟包含將該金屬晶種層之大於90%的金屬轉變為金屬氧化物。在一些實施方式中，該方法進一步包含在該退火腔室中加熱一基板支座，其中該基板係設置在該加熱的基板支座上。在一些實施方式中，該方法進一步包含在將該基板曝露於該還原處理之前測量該基板的一第一薄膜電阻，在將該基板曝露於該還原處理之後測量該基板的一第二薄膜電阻，及在將該基板曝露於形成該金屬氧化物的條件之前測量該基板的一第三薄膜電阻。
本揭示內容亦關於一種描繪金屬氧化物還原的設備，其中，該設備包含：一退火腔室；一基板支座，用於在該退火腔室中支撐一基板，其中該基板包含一金屬晶種層；一處理腔室，與該退火腔室分開；及一控制器，配置以用於執行下列操作的指令：（a）供應氧進入該退火腔室；（b）在該退火腔室中加熱該基板支座；（c）在該退火腔室中將該基板曝露於該加熱的基板支座及曝露於氧以形成該金屬晶種層的一金屬氧化物；（d）將該基板轉移至該處理腔室；及（e）在將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下，將該基板曝露於一還原處理。
在一些實施方式中，供應氧進入該退火腔室的步驟包含將該退火腔室曝露於大氣條件。在一些實施方式中，該設備進一步包含一門，配置以開啟及關閉該退火腔室；及一氣體入口，用於將氧遞送進入該退火腔室，其中供應氧進入該退火腔室的步驟包含當該退火腔室係關閉時將氧流進該退火腔室。在一些實施方式中，在將該基板曝露於該加熱的基板支座及曝露於氧之後，該金屬晶種層之大於約90%的金屬係轉變為金屬氧化物。在一些實施方式中，該控制器係進一步配置以用於執行下列操作的指令：在將該基板曝露於該還原處理之前測量該基板的一第一薄膜電阻，及在將該基板曝露於該還原處理之後測量該基板的一第二薄膜電阻。在一些實施方式中，該設備進一步包含耦接至該處理腔室的一遠程電漿源，其中將該基板曝露於該還原處理包含：在該遠程電漿源中形成一還原氣體物種的一遠程電漿，其中該遠程電漿包含來自該還原氣體物種的自由基、離子、及紫外線輻射之其中一者以上；及將該基板曝露於該遠程電漿。
本揭示內容亦關於一種描繪金屬氧化物還原的方法，其中，該方法包含：（a）在一處理腔室中設置一基板，該基板具有一金屬晶種層形成於其上；（b）將該基板曝露於一氧化環境以形成該金屬晶種層的一金屬氧化物；及（c）在將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下，將該基板曝露於一還原處理。
在一些實施方式中，將該基板曝露於一氧化環境的步驟包含在一退火腔室中將該基板曝露於氧，其中在該退火腔室中曝露於氧的期間，該基板係在一加熱的基板支座上被加熱。在一些實施方式中，將該基板曝露於一氧化環境的步驟包含將該基板曝露於來自直接或遠程電漿源的氧電漿。該基板的溫度係可低於該金屬晶種層的凝聚溫度。
為了透徹理解本發明提出的概念，在以下的說明中說明眾多具體細節。本發明提出的概念可以不具有某些或全部這些具體細節加以實施。另一方面，未詳細說明眾所周知的製程操作以便不要不必要地模糊所描述的概念。雖然一些概念將結合具體的實施例加以描述，但可理解這些實施例係非意圖為限制的。   前言
在此申請案中，術語「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」、及「部分製造的積體電路」係互換地加以使用。在此技術領域具有通常知識者將理解術語「部分製造的積體電路」可意指在積體電路製造的許多階段之任一者期間的矽晶圓。在半導體元件工業中使用的晶圓或基板一般具有200 mm、或300 mm、或450 mm的直徑。下列仔細的敘述假定本發明係在晶圓上加以實現。然而，本發明係非如此限制性的。工件可為任何形狀、大小、及材料。除了半導體晶圓之外，利用本發明的其他工件包含各種物件，諸如印刷電路板、磁記錄媒體、磁記錄感測器、鏡子、光學元件、微機械元件等。
藉由電化學反應而將金屬沉積或鍍附在導電表面之上的處理一般可稱為電鍍或電填充。此可包含無電式電鍍技術。主體電填充（bulk electrofilling）意指電鍍相對大量的銅以填充溝渠及介層窗。
雖然本揭示內容可在許多應用中加以使用，但一非常有用的應用係在半導體元件的製造中普遍使用的金屬鑲嵌（damascene）或雙重金屬鑲嵌處理。金屬鑲嵌或雙重金屬鑲嵌處理可包含金屬互連線，諸如銅互連線。雙重金屬鑲嵌技術的通用版本可參照圖1A-1C加以描述，其描述雙重金屬鑲嵌處理的某些階段。
圖1A顯示在金屬鑲嵌處理中於介層窗蝕刻之前之一個以上介電層橫剖面示意圖的例子。在雙重金屬鑲嵌處理中，第一及第二介電層通常係連續地加以沉積，可能藉由一蝕刻停止層（諸如氮化矽層）的沉積而加以分開。這些層在圖1A中係被描述為第一介電層103、第二介電層105、及蝕刻停止層107。這些係在基板109的一相鄰部分上加以形成，此一部分可為底金屬化層或閘電極層（在元件層次）。
在第二介電層105的沉積之後，該處理形成介層窗遮罩111，該介層窗遮罩111具有開口，於該處後續蝕刻介層窗。圖1B顯示在金屬鑲嵌處理中執行蝕刻之後，圖1A中的一個以上介電層之橫剖面示意圖的例子。接著，介層窗係部分地向下蝕刻穿過蝕刻停止層107的水平。然後介層窗遮罩111係加以剝離且如圖1B所示以線遮罩113加以取代。第二蝕刻操作係加以執行以移除足夠量的介電質以在第二介電層105中定義線路徑115。該蝕刻操作亦將介層孔117延伸穿過第一介電層103，往下接觸底下的基板109，如圖1B所示。
之後，該處理在介電層103及105的曝露表面（包含側壁）上形成相對導電的阻障層材料119的薄層。圖1C顯示在蝕刻區域已使用導電阻障層材料塗覆及使用金屬鑲嵌處理中的金屬填充之後，圖1A及1B中的介電層之橫剖面示意圖的例子。導電阻障層材料119可例如由氮化鉭（TaN）或氮化鈦（TiN）形成。通常使用化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）、或物理氣相沉積（PVD）操作以沉積導電阻障層材料119。
在導電阻障層材料119的頂部上，該處理接著在介層孔117及線路徑115中沉積導電的金屬121（雖然不一定，但通常為銅）。習知上，此沉積係以兩個步驟加以執行：金屬晶種層的初始沉積，接著藉由電鍍之金屬的主體沉積。金屬晶種層可藉由PVD、CVD、無電式電鍍、或本技術領域中任何已知的其他合適沉積技術加以沉積。注意銅的主體沉積不僅填充線路徑115，亦確保完全地填充、覆蓋第二介電層105之頂部上的所有曝露的區域。金屬121可作為IC元件的銅互連線。在一些實施例中，銅以外的金屬係於晶種層中加以使用。此類其他金屬的例子包含鈷、鎢、及釕。
金屬晶種層的初始沉積可使用電鍍處理加以達成。例如：電鍍處理可在導電的表面之上沉積保形及連續的銅晶種層。電鍍銅晶種層可包含電鍍半貴重金屬層。半貴重金屬層可為擴散阻障的一部分或作為擴散阻障。一般擴散阻障層（諸如鉭及氮化鉭）具有相對高的電阻（約220μΩ-cm），且除此之外形成高穩定的氧化物，於其上附著密集之成核膜的電沉積係困難或不可能的。具有約9μΩ-cm之電阻的釕、鈷、及其他半貴重金屬可在TaN層上加以沉積以提供相對低電阻的擴散阻障/襯墊。
金屬晶種層可輕易地與空氣中的氧或水蒸汽反應，並自純金屬氧化為金屬氧化物與嵌入的純金屬之混合的膜。雖然在周圍條件下的氧化可能限於一些金屬的薄表面層，但此類薄層可表現在當前技術節點中所使用之很大一部分或可能全部之薄晶種層的厚度。技術節點（諸如4x nm節點、3x nm節點、2x nm節點、及1x nm節點、及小於10 nm）可使相對薄的層成為必要的。在使相對薄的金屬層成為必要的技術節點中，介層窗及溝渠的高度對寬度之深寬比可為約5：1或更大。因此，在此技術節點中，金屬晶種層的厚度平均可小於約100 Å。在一些實施方式中，金屬晶種層的厚度平均可小於約50 Å。
透過下面方程式1及方程式2中顯示之概略的化學反應，用於晶種層及半貴重金屬層的金屬係轉變為金屬氧化物（MOx），但在金屬表面（M）與周圍的氧或水蒸汽之間的確切反應機制可根據特性及氧化狀態而變化。 方程式 1:   2M(s) + O2(g) à 2MOx(s) 方程式2:    2M(s) + H2 O(g) à M2 Ox + H2(g)
例如：吾人已知在基板上沉積的銅晶種一旦曝露於空氣會迅速形成氧化銅。氧化銅膜在底下銅金屬的頂部上可形成大約20 Å且最高達50 Å厚的層。此外，吾人已知在基板上沉積的鈷層會迅速形成氧化鈷。隨著金屬晶種層變得越來越薄，在周圍條件下氧化之金屬氧化物的形成可造成重大的技術挑戰。
純金屬晶種轉變為金屬氧化物可導致一些問題。這不僅適用於目前的銅金屬鑲嵌處理，亦適用於使用不同導電金屬（諸如釕、鈷、銀、鋁、及這些金屬的合金）之電鍍處理。首先，在氧化的表面上加以電鍍係困難的。由於電鍍槽液添加劑可對金屬氧化物及純金屬具有不同的交互作用，因此可能導致不均勻的電鍍。由於在金屬氧化物及純金屬之間的導電性差異，可能進一步導致不均勻的電鍍。第二，空隙可在金屬晶種中加以形成，該空隙可能使金屬晶種的部分無法支持電鍍。空隙可因為在曝露於腐蝕性的電鍍溶液期間之金屬氧化物的溶解而加以形成。空隙亦可由於不均勻的電鍍而在表面上加以形成。此外，在氧化表面的頂部上電鍍主體金屬可導致黏附或脫層的問題，此可進一步導致在後續處理步驟（諸如化學機械平坦化（CMP））之後的空隙。由於蝕刻、不均勻的電鍍、脫層、或其他方式而導致的空隙可使金屬晶種層變得不連續，且無法支持電鍍。事實上，由於現代金屬鑲嵌金屬晶種層係相對地薄（諸如約50 Å或更薄），因此即使一點氧化即可能消耗整層的厚度。第三，金屬氧化物的形成可阻礙電沉積後的步驟（諸如頂蓋步驟），其中金屬氧化物可限制頂蓋層的黏附。
上述問題亦可在半貴重金屬層上電鍍金屬晶種層時發生。具有半貴重金屬層（諸如鈷層）的基板可能有很大部分的半貴重金屬層轉變為氧化物。在半貴重金屬層上電鍍金屬晶種層（諸如銅晶種層）可導致空隙形成、點蝕（pitting）、不均勻的電鍍、及黏附/脫層的問題。
圖2A-2D顯示在導電阻障層上沉積的金屬層之橫剖面示意圖的例子。然而，在此技術領域具有通常知識者將理解該金屬層可為導電阻障層的一部分。
圖2A顯示在導電阻障層219上沉積之氧化金屬層220的橫剖面示意圖之例子。在一些實施方式中，金屬層220一旦曝露於在周圍條件中的氧或水蒸汽可被氧化，此可在金屬層220的一部分中將金屬轉變為金屬氧化物225。金屬氧化物225可為原生氧化物（native oxide）。在本揭示內容中，金屬層220可在退火腔室中氧化以描繪金屬氧化物還原之性能，其中金屬氧化物225可為熱氧化物（thermal oxide）。
圖2B顯示具有由於金屬氧化物之移除的空隙之金屬層220橫剖面示意圖之例子。在一些實施方式中，一些溶液處理金屬氧化物225而將金屬氧化物225移除，因此導致空隙226。例如：金屬氧化物225可藉由酸或其他化學品的氧化物蝕刻或氧化物溶解而加以移除。由於空隙226的厚度相對於金屬層220的厚度可為相當地大，因此空隙226對後續電鍍的影響可為顯著的。
圖2C顯示具有還原的金屬氧化物之金屬層220的橫剖面示意圖的例子，該還原的金屬氧化物形成不與金屬層整合的反應產物。在一些實施方式中，一些處理在將金屬與金屬層220凝聚的條件下還原金屬氧化物225。在一些實施方式中，還原技術產生金屬粒子227（諸如銅粉末），其可與金屬層220凝聚。金屬粒子227不形成與金屬層220整合的膜。反之，金屬粒子227係不為連續的、保形的、及/或黏附於金屬層220。
圖2D顯示具有還原的金屬氧化物之金屬層220之橫剖面示意圖的例子，該還原的金屬氧化物形成與金屬層220整合的膜228。在一些實施例中，還原氣體物種的自由基、還原氣體物種的離子、自還原氣體物種的激發而產生的UV輻射、或還原氣體物種本身可還原金屬氧化物225。當還原氣體氛圍的處理條件係適當地加以調整時，圖2A中的金屬氧化物225可轉變為與金屬層220整合的膜228。膜228係非粉末。相較於圖2C中的例子，膜228可具有使其與金屬層220整合的一些性質。例如：膜228在金屬層220的輪廓上可為實質上連續且保形的。此外，膜228實質上可黏附於金屬層220，使得膜228不容易自金屬層220脫層。   藉由熱氧化物的生長形成用於描繪金屬氧化物還原的金屬氧化物
此處所揭示係一種在基板上產生穩定、可重複、及均勻的金屬氧化物之方法，該方法可用以描繪金屬氧化物還原處理的性能。各個基板可提供金屬氧化物，該金屬氧化物可用以鑑定及測試用於將金屬氧化物還原為金屬的設備。金屬氧化物可在退火腔室中加以形成，且可表現得相似於金屬的原生氧化物。在一些實施方式中，該設備可為具有遠程電漿源的電漿處理還原設備。
在金屬晶種層上形成金屬氧化物於半導體處理中一般係不期望的，特別是由於先前討論之一些電鍍上的問題。因此，系統及設備一般係設計以消除或限制金屬氧化物的形成。然而，此等系統及設備將金屬氧化物還原為金屬執行成效如何可能為不確定的。為了監控及測試這些用於將金屬氧化物還原為金屬之系統及設備的有效性，提供一種製程，其用於在基板上一致地產生穩定及均勻的金屬氧化物。
對於旨在形成金屬氧化物（諸如氧化銅）的應用，目前的技術可使用PECVD腔室。在使用PECVD腔室的情況下，氧化銅及碳膜可在一或多個基板上加以生長。該一或多個基板係被放入PECVD腔室且射頻（RF）電漿係用以形成氧化銅或沉積碳膜。然而，在一或多個基板上生長的氧化銅對於各個基板係非均勻的，且在各個基板上的氧化銅生長係在基板與基板之間非一致的。此外，氧化銅本身並非與原生的銅氧化物共享相同的特徵。不受任何理論限制，使用PECVD製程生長的氧化銅可共享不同的特徵，這是部分由於表面粗糙度上的差異及部分由於在銅氧化物的電漿形成期間之氣體的摻入。此外，PECVD製程在使用期間可為專用工具，且可能需要更多的設備設置、需要較長的處理時間、及抑制同時執行其他製程的能力。PECVD製程亦可能與銅以外的金屬不相容。
本揭示內容可使用熱氧化物生長而非使用電漿的氣相沉積。時間、溫度、及金屬膜厚度的調整可加以進行以調整特定應用的結果。形成穩定、可重複、及均勻的金屬氧化物膜可在適當的條件下使用熱氧化物生長而加以發生。熱氧化物生長可具有下列優點。首先，設置時間與PECVD的設置時間相比可為縮減的。其次，處理量可更高，因為PECVD可能比退火腔室運轉更慢。第三，與退火腔室整合的工具即使在熱氧化物生長期間可用於其他處理，而PECVD工具係傳統上僅用於電漿處理。第四，與PECVD製程相比，自熱氧化物生長之所得的氧化物係更均勻且該製程係更可重複的。第五，熱氧化物具有比PECVD氧化物更類似於原生氧化物的性質。第六，使用熱氧化物生長，基板可成批處理及儲存以供稍後使用。最後，其他金屬可針對相似的目的加以處理，而PECVD可能被限制於銅。
圖3顯示流程圖，說明描繪金屬氧化物還原之示例方法。製程300的操作可以不同的順序加以執行，及/或以不同、更少、或額外的操作加以執行。
製程300可始於方塊305，其中氧係被供給進入退火腔室。退火腔室一般維持包含很少至沒有氧的氛圍。在一些實施方式中，退火腔室可包含質流控制器（MFC），其建構成流動載體或惰性氣體，諸如氫、氮、及氦。然而，在方塊305的退火腔室可接收氧以產生富含氧的氛圍。在一些實施方式中，富含氧的氛圍可包含在約5%及約100%之間的氧、或在約15%及約100%之間的氧。在方塊305之退火腔室中之富含氧的氛圍可包含除了氧之外的一或多種氣體。在一些實施方式中，富含氧的氛圍亦可包含氫、氮、氦、氖、氪、氙、氡、及氬的其中至少一者。這些氣體的濃度可由MFC加以控制。
在方塊305供應氧進入退火腔室可以不同的方式加以發生。在一些實施方式中，供應氧進入退火腔室包含將退火腔室曝露於大氣條件。大氣條件可包含至少600托的壓力及至少15%的氧含量。曝露於大氣條件允許空氣流進退火腔室，且退火腔室可曝露一段時間以與大氣條件平衡。在一些實施方式中，供應氧進入退火腔室包含將退火腔室封閉於大氣條件及將氧流進退火腔室。在使用流體耦接至退火腔室之MFC或其他元件的情況下，受控制量之氧可流進退火腔室。退火腔室可密封於外部環境以提供控制的氛圍，其中包含氧的氣體可遞送進入退火腔室以控制該氛圍中之氣體的濃度。在一些實施方式中，一扇以上的門可加以關閉以將退火腔室密封於外部環境。該一扇以上的門可在退火腔室中促進增加的氣體純度及增進的氣體流分佈及熱控制。
在製程300的方塊310，在退火腔室設置具有金屬晶種層形成於其上的基板。一般而言，金屬晶種層可使用任何適當的沉積技術加以沉積，諸如物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）、電鍍、及無電式電鍍。在一些實施方式中，可使用PVD將金屬晶種層在基板上加以沉積。在一些實施方式中，金屬晶種層可在毯覆基板上加以沉積，其中該毯覆基板可提供一載具以反覆地產生膜，該膜可在氧化前、氧化後、及還原後加以測量。在一些實施方式中，金屬晶種層可在圖案化的基板上加以沉積，其中該基板可包含具有側壁及底部之一或多個特徵部。該等特徵部可包含在金屬鑲嵌處理中用於銅互連線的溝槽、凹部、及介層窗。在一些實施方式中，特徵部具有大於約5：1之高度對寬度的深寬比，諸如大於約10：1。具有各種金屬類型之圖案化的基板可加以使用及加以氧化以進一步理解及評估在氧化物還原上的幾何影響。
金屬晶種層可在基板上加以沉積，其中該金屬晶種層可在毯覆基板的表面上或在圖案化的基板之特徵部上加以形成。金屬晶種層上之金屬的例子可包含但不限於銅、釕、鈀、銥、銠、鋨、鈷、鎳、金、銀、及鋁、或這些金屬的合金。在一些實施方式中，金屬晶種層可為銅晶種層。金屬晶種層可為相對厚而非薄的金屬晶種層。在一些實施方式中，金屬晶種層可具有在約50 Å及約400 Å之間（諸如在約100 Å及約250 Å之間）的平均厚度。較厚的金屬晶種層可對隨著時間之化學品的變異較不敏感。在一些實施方式中，金屬晶種層可在半貴重金屬層上加以沉積，其中該半貴重金屬層可作為相對低電阻之擴散阻障/襯墊。在一些實施方式中，半貴重金屬層可包含鈷。金屬晶種層及半貴重金屬層可在毯覆基板上加以形成。然而，在一些實施方式中，金屬晶種層及半貴重金屬層的其中一者或兩者可在圖案化的基板之特徵部上為連續的且保形地加以沉積。
在一些實施方式中，退火腔室可為電鍍設備的一部分。以此方式，在退火腔室中的氧化可發生在與電鍍處理相同的設備中而不必轉移至獨立的工具。在一些實施方式中，氧化處理、還原處理、及電鍍處理可在相同的工具中加以整合，從而減少設備設置的量。此外，即使當氧化係在退火腔室中加以執行時，相同的工具可用於其他處理，而獨立的工具（例如PECVD工具）可僅專用於單一處理步驟。處理率不僅可藉由同時執行氧化及其他處理步驟加以增加，而且對於在退火腔室中之氧化的處理率可高於在PECVD工具中之氧化的處理率。
在一些實施方式中，退火腔室可包含用於支撐基板的基板支座（例如基座）。在一些實施方式中，基板支座可為溫度受控制的。基板支座可藉由傳導、對流、輻射、或其組合將熱傳遞至基板。在一些實施方式中，基板支座可被加熱以加熱基板至在約50o C及約500o C之間（諸如在約100o C及約400o C之間）的溫度。加熱的基板支座可增加或以其他方式控制基板之氧化的速率。
製程300可進一步包含在退火腔室中加熱基板支座。在一些實施方式中，基板可在加熱的基板支座上加以設置。加熱的基板支座之溫度可在約50o C及約500o C之間、在約100o C及約400o C之間、或在約150o C及約250o C之間。
供給基板進入退火腔室（方塊310）可在供應氧進入退火腔室（方塊305）之前、之後、或同時發生。因此，方塊305及方塊310的順序可彼此互換。如此一來，在退火腔室產生富含氧的氛圍時基板可能已被設置或係同時地被供給進入退火腔室。
在製程300的方塊315，基板係曝露於用於在退火腔室中形成金屬晶種層之金屬氧化物的條件下。在退火腔室中設置的基板可曝露於退火腔室之富含氧的氛圍。氧可與金屬反應以形成方程式1顯示之化學反應中的金屬氧化物。基板可曝露於富含氧的氛圍一段時間以將所有或實質上所有的金屬晶種層轉變為金屬氧化物。在一些實施方式中，將基板曝露於用於形成金屬氧化物的條件包含將金屬晶種層之大於約90%的金屬轉變為金屬氧化物。
在一些實施方式中，將基板曝露於用於形成金屬氧化物的條件包含同時將基板曝露於退火腔室中的氧及曝露於加熱的基板支座。因此，基板可加熱至一升高的溫度且同時曝露於退火腔室之氛圍中的氧。金屬晶種層的熱氧化物可在基板上加以形成，其表現得類似於金屬晶種層的原生氧化物。在一些實施方式中，用於形成熱氧化物的條件包含至少一富含氧的氛圍及一升高的溫度，其中該富含氧的氛圍可包含在約5%氧及約100%氧之間，或在約15%氧及約100%氧之間，及基板的溫度可被加熱至在約100o C及約400o C之間。退火腔室中的壓力係可在約1×10-3 托及約1520托之間。在一些實施方式中，基板可曝露於此類條件一段足夠的時間以將所有或實質上所有的金屬晶種層轉變為金屬氧化物，其中該一段時間可在約1分鐘及約10分鐘之間。然而，於曝露期間的時間及溫度可依據金屬晶種層的厚度或金屬的類型加以改變。於曝露期間的時間及溫度可被配置以達成在氧化之前及之後基板之可重覆的電阻率變化。於曝露期間的時間及溫度亦可被配置以達成在氧化之前及還原之後基板之可重覆的電阻率變化。在一些實施方式中，於曝露期間的時間及溫度可加以選擇以將至少90%或更多的金屬氧化為金屬氧化物。當氧化係完成時或當期望之氧化的量已發生時，基板可加以冷卻。在一些實施方式中，基板可被轉移至冷卻的基座以停止反應。
在曝露於退火腔室中的條件之後所形成的金屬氧化物可為穩定、可重複、及均勻的。該金屬氧化物隨時間推移仍保持化學性穩定使得基板即使在長時間之後係相同或實質上相同。因此，基板可加以儲存以供稍後使用，且在儲存時沒有受到物理性或化學性的改變。該金屬氧化物係可重複的，其中金屬氧化物的特徵在退火腔室中的特定條件下可一致地再製。例如：當基板係曝露於特定的時間及溫度時，在氧化之前及之後基板之一致的電阻率變化可在基板與基板之間複製。此外，金屬氧化物係均勻的，其中金屬晶種層的氧化在整個基板係均勻的，或至少比PECVD氧化處理更均勻。例如：金屬晶種層之氧化的量從基板的中心到邊緣並未顯著地改變。
退火腔室內之氣體的濃度可用以改變金屬氧化物的特徵。不同的反應氣體可被引進退火腔室以改變在金屬晶種層上生長的膜之組成。此外，藉由控制退火腔室中氣體的流量（包含氧的流量），氧化的速率、氧化的量、及與金屬晶種層之化學反應的本質可加以改變。為了更精確的組成控制，氣體的流量可藉由MFC加以控制。氣體可流經擴散器系統以提供在整個基板上較佳的分佈均勻性。此外，退火腔室中之氣體的溫度可用以改變金屬氧化物的特徵，其中一種以上氣體可在退火腔室中加熱或冷卻。在一些實施方式中，真空泵可改變退火腔室內之氛圍的壓力，其可進一步改變金屬氧化物的特徵。真空泵在氣體注入之前及期間可進一步控制退火腔室內的氛圍。
在製程300的方塊320，基板係在處理腔室中加以設置。處理腔室可配置以將金屬氧化物還原為金屬。在一些實施方式中，基板可自退火腔室轉移至處理腔室。在一些實施方式中，基板可自儲存部轉移至處理腔室。處理腔室可配置以使用乾還原處理或濕還原處理將金屬氧化物還原為金屬。對於乾還原處理，處理腔室可為具有遠程電漿源的電漿處理腔室。在一些實施方式中，處理腔室可為電鍍設備的一部分。因此，用於氧化的退火腔室、用於將金屬氧化物還原為金屬的處理腔室、及用於在金屬晶種層上電鍍主體金屬的電鍍工作站可在單一工具中加以整合。
在製程300的方塊325，在將金屬氧化物還原為呈與金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下，基板係曝露於還原處理。在一些實施方式中，還原處理係包含形成還原氣體物種之遠程電漿的乾處理。還原氣體物種的例子可包含但不限於氫及氨。遠程電漿可包含還原氣體物種的自由基、還原氣體物種的離子、及自還原氣體物種的激發而產生的UV輻射。金屬晶種層的金屬氧化物可曝露於遠程電漿，以將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬。與該金屬晶種層整合之膜的特徵係就圖2A-2D更詳細地加以討論。
遠程電漿可包含還原氣體物種的自由基，諸如H* 、NH2 * 、或N2 H3 * 。還原氣體物種的自由基與金屬氧化物表面反應以產生純金屬表面。如下所示，方程式3顯示還原氣體物種（諸如氫氣）分解成氫自由基的例子。方程式4顯示氫自由基與金屬氧化物表面反應以將金屬氧化物轉變為金屬。對於未分解的氫氣分子或再結合而形成氫氣分子的氫自由基，氫氣分子仍可作為用於將金屬氧化物還原為金屬的還原劑，如方程式5所示。還原氣體物種的自由基、還原氣體物種的離子、來自還原氣體物種的UV輻射、或還原氣體物種本身在將金屬氧化物轉變為呈與金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下與金屬氧化物加以反應。 方程式3:    H2 à 2H* 方程式4:    (x)2H* + MOx à M + (x)H2 O 方程式5:    (x)H2 + MOx à M + (x)H2 O
在一些其他的實施方式中，還原處理係濕還原處理。濕還原處理可包含使用含還原劑之溶液接觸金屬晶種層的金屬氧化物。還原劑可包含以下其中至少一者：含硼化合物（諸如硼烷或硼氫化物）、含氮化合物（諸如聯胺）、及含磷化合物（諸如次磷酸鹽）。溶液可包含像加速劑的添加劑、或提高銅晶種層之表面的浸潤勢（wetting potential）或提高還原劑之穩定性的添加劑。用於將金屬氧化物還原為呈與金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的濕還原處理可在於2013年1月14日申請的美國專利申請案號第13/741,141號中加以描述。
該金屬氧化物係形成於其上的基板可用以監控、校準、測試、鑑定、或描繪一後續金屬氧化物還原處理。在一些實施方式中，基板的電阻率（例如薄膜電阻）可在還原之前加以測量，及基板的電阻率可在還原之後加以測量。其他形式的分析可用以描繪金屬晶種層的氧化，其他形式的分析包含但不限於分析基板的視覺外觀。在一些實施方式中，製程300進一步包含在將基板曝露於還原處理之前測量基板的第一薄膜電阻，及在將基板曝露於還原處理之後測量基板的第二薄膜電阻。該等測量結果可用以描繪還原處理以判定還原處理是否係有效地及一致地加以執行。在一些實施方式中，製程300可進一步包含在將基板曝露於用於形成金屬氧化物的條件之前測量基板的第三薄膜電阻。無論在將基板曝露於還原處理之前之基板的第一薄膜電阻為何，在將基板曝露於還原處理之後之基板的第二薄膜電阻在基板與基板之間可為一致的。在一些實施方式中，基板可視覺地或使用參數（諸如電阻率）加以描繪特，其可提供還原處理之有效性的視覺及數值指標。此等特徵在測量、監控、鑑定、及測試電漿處理腔室或任何其他還原設備的有效性上係有用的。
基板可由在下列階段之氧化物形成的特徵加以描繪：（1）在形成氧化物之前，（2）在形成氧化物之後，及（3）在還原氧化物之後。例如：氧化物形成的量可藉由在形成氧化物之前及形成氧化物之後的電阻率變化加以標示。在另一例子中，氧化物之還原的量可藉由將還原氧化物之後的電阻率與形成氧化物之前的電阻率相比較而加以標示。一般而言，還原氧化物之後的電阻率係某種程度高於形成氧化物之前的電阻率。若還原氧化物之後的電阻率係合理地接近形成氧化物之前的電阻率，則此可為金屬氧化物還原處理性能之好的指標。若從還原氧化物之前至還原氧化物之後之電阻率的變化係相對地大，則此亦可為金屬氧化物還原處理性能之好的指標。在使用電阻率比較及電阻率變化之此類測量的情況下，還原處理的品質可重覆地加以測量。
在一些實施方式中，製程300進一步包含在處理腔室中設置基板之前（方塊320），針對複數個額外基板重複方塊305、方塊310、及方塊315的操作。該等額外基板的每一者可為相同或實質上相同。上述操作係加以重複以再現性地形成金屬氧化物。因此，該等額外基板的每一者可加以氧化以形成基板的供給品，該等基板可用以監控、校準、測試、鑑定、或描繪用於將金屬氧化物還原為金屬之處理腔室的性能。額外基板的供給品可加以儲存以供稍後使用。
在一些實施方式中，製程300進一步包含在將基板曝露於還原處理之後（方塊315），針對複數額外基板的每一者重複方塊320及方塊325的操作。該等額外基板的每一者可經歷用於將金屬氧化物還原的還原處理。在針對該等額外基板之任何一者分析金屬氧化物的還原之後，電漿處理腔室或還原設備的有效性可加以判定。
製程300可監控及驗證用於還原金屬氧化物之還原處理的穩定性。在一些實施方式中，製程300允許監控在電鍍（例如金屬鑲嵌銅電鍍）之前用以將金屬氧化物（例如氧化銅）還原為金屬之電漿處理的穩定性及特徵。其他還原處理亦可被監控及從製程300中提供的金屬氧化物描繪特徵。
圖4顯示說明一示例製程流程的流程圖，該示例製程流程用於在基板上形成用於描繪金屬氧化物還原的金屬氧化物。製程400中的操作可以不同順序及/或以不同、較少、或額外的操作加以執行。
製程400始於方塊405，其中在退火腔室內處理氣體係加以關閉且退火腔室係曝露於大氣。MFC可控制各種氣體（諸如氫、氦、及氮）的流量進入退火腔室，且MFC可加以關閉以中止此等氣體的流量進入退火腔室。退火腔室可加以開啟以允許來自周圍條件的空氣進入退火腔室，其中該空氣可提供氧源。在退火腔室中的壓力可為約0.5托。退火腔室可為電鍍設備的一部分，其中該電鍍設備包含退火腔室、電漿處理腔室、及電鍍工作站。曝露的退火腔室可在基板上提供大氣退火。
在製程400的方塊410，基座係在退火腔室中加熱到至少200o C。基座可在退火腔室係曝露於大氣的同時加以加熱。退火腔室可曝露於大氣一段穩定期，其中該穩定期可持續至少15分鐘使得退火腔室可與大氣平衡。基座亦可在該穩定期期間加熱至200oC 。加熱的基座可在退火腔室中提供熱板型退火。
在製程400的方塊415，基板係由外部機械手臂移至退火腔室內的冷板之上。基板可包含一金屬晶種層，諸如銅或鉭晶種層。該金屬晶種層可具有在約100 Å及約250 Å之間的厚度。在退火腔室中的穩定期結束之後，基板可由外部機械手臂轉移至退火腔室內的冷板。
在製程400的方塊420，基板係由內部機械手臂移至加熱的基座。在此期間，基板係曝露於退火腔室之富含氧的環境且曝露於加熱的基座。基板可在此等條件下曝露一段氧化期間，其中該氧化期間可為至少2分鐘。基板可在此等條件下生長金屬晶種層的熱氧化物膜。
在製程400的方塊425，基板係由內部機械手臂移至冷卻基座。在氧化期間結束之後，基板係藉由冷卻基座冷卻一段冷卻期間。該冷卻期間可為至少25秒。基板可隨後由外部機械手臂自冷卻基座轉移至電鍍設備的另一部分。
在基板係加以冷卻之後，製程400可繼續至方塊430a或方塊430b。在方塊430a，基板係加以儲存以供稍後使用。基板包含在需要前可使用之穩定、可重複、及均勻的氧化物膜。在方塊430b，基板係加以轉移以用於金屬氧化物還原測試。為了執行金屬氧化物還原測試，基板係加以預測量、透過電漿處理腔室加以處理、及加以後測量。
在方塊435，基板的薄膜電阻係加以預測量。在一些實施方式中，基板的薄膜電阻可使用四點探針設備加以預測量，該四點探針設備諸如RS-100TM 四點探針，其係由KLA-Tencor of Milpitas, California所市售。
在方塊440，基板係藉由氧化物還原加以處理。在一些實施方式中，氧化物還原可在包含遠程電漿源的電漿處理腔室中發生。熱氧化物膜可曝露於遠程電漿以將熱氧化物膜還原為金屬晶種層的金屬。
在方塊445，基板的薄膜電阻係加以後測量。在一些實施方式中，基板的薄膜電阻可使用四點探針設備（諸如RS-100™四點探針）加以後測量。後測量的薄膜電阻可與預測量的薄膜層電阻相比較，以判定氧化還原處理的效果及判定還原處理是否如預期加以執行。
圖5顯示在電鍍設備中之退火腔室的三維透視圖。該三維透視圖係退火腔室500的剖視圖，該退火腔室500可為電鍍設備（未顯示）的一部分。事實上，退火腔室500可為許多退火腔室的其中一者，該許多退火腔室在彼此的頂部加以堆疊或在電鍍設備中以另一種配置加以堆疊。在一些實施方式中，氣體可通過一氣體入口（未顯示）流進退火腔室500及通過一排氣口（未顯示）流出退火腔室500。在一些實施方式中，氧可藉由曝露於大氣條件流進退火腔室500。基板可通過退火腔室500內的開口（諸如腔室狹縫510）裝載進退火腔室500。退火腔室500可包含一冷板520及一熱板540。熱板540可加熱至在約50o C及約500o C之間（諸如在約100o C及約400o C之間）的溫度。冷板520可保持在室溫或低於室溫的溫度，其中室溫係在約18o C及約30o C之間。當基板係被裝載進退火腔室500時，基板可放置在冷板520上。內部機械手臂530可自冷板520轉移基板至熱板540。熱板540可加熱基板至用於增加或控制基板氧化速率的一期望溫度。基板可放置在熱板540上一期望的時間以生長熱氧化物膜。之後，基板可由內部機械手臂530自熱板540轉移至冷板520。基板可在冷板520上加以冷卻以限制或以其他方式停止氧化，且接著轉移出退火腔室500以進行後續處理。
用於熱氧化物生長的退火腔室500可包含用於支撐基板的基座，諸如熱板540。在一些實施方式中，退火腔室500及基座係可建構成提供整個基板之相對均勻的溫度。在一些實施方式中，基板可置放在藍寶石球、插銷、或其他最小接觸支座上，使得基板的表面並未完全置放在基座上。氣體可在基板的表面下方流動以輔助透過輻射熱的均勻熱轉移。基板的溫度均勻性可於此製程期間透過一種以上條件加以控制，諸如基板的配置、氣體流量等。
在一些實施方式中，基座加熱器可使用梯度設計及具有多個加熱區以提供較佳的均勻性。在一些實施方式中，基座加熱器可包含複數個電環。在一些實施方式中，基座加熱器可包含UV燈或LED燈以調整轉移至基板之熱的強度。在一些實施方式中，基座加熱器的尺寸可加以改變以允許甚至更多邊緣加熱。
圖6顯示具有處理腔室之遠程電漿設備的橫剖面示意圖之例子。遠程電漿設備600包含處理腔室650，該處理腔室650包含用於支撐基板610的基板支座605（諸如基座）。遠程電漿設備600可包含可移動構件615（諸如升降銷），其係能夠移動基板610遠離或朝向基板支座605。此外，遠程電漿設備600可包含一個以上氣體入口622以流動冷卻氣體660通過處理腔室650。遠程電漿設備600亦包含在基板610上方的遠程電漿源640，及在基板610與遠程電漿源640之間的噴淋頭630。還原氣體物種620可自遠程電漿源640通過噴淋頭630流向基板610。噴淋頭630可建構成允許噴淋頭630的溫度控制。遠程電漿可在遠程電漿源640內加以產生以製造還原氣體物種620的自由基。該等自由基可以氣態加以攜帶通過噴淋頭630朝向基板610。遠程電漿亦可包含還原氣體物種的離子及其他帶電物種。遠程電漿可進一步包含來自還原氣體物種620的光子，諸如UV輻射。遠程電漿可在基板610上將金屬氧化物還原為金屬。線圈644可圍繞遠程電漿源640的壁及在遠程電漿源640中產生遠程電漿。控制器635可包含用於控制遠程電漿設備600之操作參數的指令。控制器635一般包含一個以上記憶體裝置及一個以上處理器。該處理器可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接、步進馬達控制器板等。控制器635的實施態樣可關於圖7A及7B中的控制器進一步加以描述。遠程電漿設備600的實施方式可在Spurlin et al.於西元2013年3月6日申請之美國專利申請案第13/787,499號標題為“METHODS FOR REDUCING METAL OXIDE SURFACES TO MODIFIED METAL SURFACES USING A GASEOUS REDUCING ENVIRONMENT”、在Spurlin et al.於西元2013年9月6日申請之美國專利申請案第14/020,339號標題為“METHOD AND APPARATUS FOR REMOTE PLASMA TREATMENT FOR REDUCING METAL OXIDES ON A METAL SEED LAYER”、及在Spurlin et al.於西元2013年11月21日申請之美國專利申請案第14/086,770號標題為“METHOD AND APPARATUS FOR REMOTE PLASMA TREATMENT FOR REDUCING METAL OXIDES ON A METAL SEED LAYER”中加以說明，其中的每一者全部內容於此藉由參照及為了所有目的納入本案揭示內容。
遠程電漿設備可連接至一電填充設備（諸如電鍍設備）。遠程電漿設備可為一腔室，該腔室建構成還原在基板上的金屬氧化物（包含原生氧化物、熱氧化物等）。在一些實施方式中，金屬氧化物可包含氧化銅及金屬晶種層可包含銅晶種層。在電填充設備中，當曝露於當前的銅電鍍溶液時，氧化銅容易溶解而銅金屬較慢溶解。將氧化銅還原至銅可提升基板的表面濕潤行為及降低銅的溶解，從而在電鍍期間減少基板的特徵部中成孔的機會。除了遠程電漿設備之外，電填充設備可連接至一個以上熱退火腔室。該一個以上熱退火腔室可建構成在金屬晶種層上產生穩定、可重複、及均勻的氧化物膜，其中該金屬氧化物膜可用以測試、監控及描繪遠程電漿設備。編程指令可在系統控制器上加以進行，該系統控制器連通一個以上熱退火腔室。
圖7A顯示電鍍設備之頂視示意圖的例子。電鍍設備700可包含三個分開的電鍍模組702、704、及706。電鍍設備700亦可包含針對不同製程操作所配置之三個分開的模組712、714、及716。例如，在一些實施方式中，模組712及716可為旋轉潤洗乾燥（SRD）模組，而模組714可為退火工作站。然而，在曝露於來自遠程電漿處理的還原氣體物種之後，SRD模組的使用可能變得不需要。在一些實施方式中，模組712、714、及716的其中至少一者可為電填充後模組（PEM），各個模組712、714、及716係建構成在基板由電鍍模組702、704、及706的其中一者加以處理之後執行以下功能：諸如基板之邊緣斜角移除、背側蝕刻、酸清潔、旋轉、及乾燥。
電鍍設備700可包含中央電鍍腔室724。中央電鍍腔室724係一腔室，其容納在電鍍模組702、704、及706中用作電鍍溶液的化學溶液。電鍍設備700亦包含給劑系統726，該給劑系統726可儲存及遞送電鍍溶液的添加劑。化學稀釋模組722可儲存及混合可用作蝕刻劑的化學品。過濾及泵送單元728可過濾供中央電鍍腔室724用的電鍍溶液並將其泵送至電鍍模組702、704、及706。
在一些實施方式中，電鍍設備700包含退火工作站732，其中該退火工作站732可用以將基板退火作為預處理，或將基板氧化用於鑑定及測試金屬氧化物還原處理。如上所討論，退火工作站732可用以在基板的金屬晶種層上形成金屬氧化物，以用在描繪後續金屬氧化物還原處理。例如：退火工作站732可用以執行大氣退火以生長金屬氧化物膜，諸如氧化銅或氧化鉭。退火工作站732可包含基座，該基座能夠被加熱至一升高溫度。退火工作站732可能能夠曝露於大氣條件以在退火工作站732內部產生富含氧的環境。在一些實施方式中，退火工作站732亦可包含一個以上MFC，用於將氣體流進退火工作站732。退火工作站732可包含幾個堆疊的退火裝置，例如五個堆疊的退火裝置。該退火裝置可在退火工作站732以一個疊一個、多個獨立的堆疊、或以其他多裝置配置的方式加以排列。退火裝置的一個例子可在圖5中加以描述。
系統控制器730提供操作電鍍設備700需要的電子及介面控制。系統控制器730（其可包含一個以上實體或邏輯控制器）控制電鍍設備700的一些或所有性質。系統控制器730一般包含一個以上記憶體裝置及一個以上處理器。該處理器可包含中央處理單元（CPU）或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接、步進馬達控制器板、及其它類似的元件。用於執行如此處描述之適當控制操作的指令可在處理器上加以執行。這些指令可在與系統控制器730相關聯的記憶體裝置上加以儲存，或其可透過網路加以提供。在某些實施方式中，系統控制器730執行系統控制軟體。
在電鍍設備700中的系統控制軟體可包含用於控制退火工作站732中的條件之指令。此可包含用於控制下述的指令：基座溫度、氣體流量、腔室溫度、基板位置、基板旋轉、時序、及由電鍍設備700執行的其他參數。系統控制軟體可以任何適合的方式加以配置。例如：各種處理工具元件的副程式（sub-routine）或控制物件可被撰寫以控制執行各種處理工具製程必須的處理工具元件之操作。系統控制軟體可以任何適合的電腦可讀程式語言加以編碼。
在一些實施方式中，系統控制軟體包含用於控制上述不同參數的輸入/輸出控制（IOC）定序指令（sequencing instructions）。例如：電鍍處理的各階段可包含用於藉系統控制器730執行的一或多個指令，由退火工作站732進行之氧化處理的各階段可包含用於藉系統控制器730執行的一或多個指令，及預處理或還原處理的各階段可包含用於藉系統控制器730執行的一或多個指令。在電鍍中，用於設定浸漬處理階段的製程條件之指令可包含在相對應的浸漬配方階段中。在預處理或還原中，用於設定將基板曝露於遠程電漿的製程條件之指令可包含在相對應的還原配方階段中。在一些實施方式中，電鍍及還原處理的階段可依序加以排列，使得用於處理階段的所有指令係與該處理階段同時執行。
其他電腦軟體及/或程式可在一些實施方式中加以使用。用於此目的之程式或程式區段的例子包含基板定位程式、電解質成分控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、電位/電流電源控制程式。用於此目的之程式或程式區段的其他例子包含時序控制程式、可移動構件定位程式、基板支座定位程式、遠程電漿設備控制程式、壓力控制程式、基板支座溫度控制程式、噴淋頭溫度控制程式、冷卻氣體控制程式、及氣體氛圍控制程式。
在一些實施方式中，可能有關於系統控制器730的使用者介面。該使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或製程條件的圖形軟體顯示、及使用者輸入裝置（諸如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等）。
用於監控製程的訊號可由系統控制器730的類比及/或數位輸入連接自不同處理工具感測器加以提供。控制製程的訊號可在處理工具的類比及數位輸出連接上加以輸出。可加以監控之處理工具感測器之非限制性的例子包含質流控制器、壓力感測器（諸如壓力計）、熱電偶等。適當編程的回饋及控制演算法可與來自這些感測器的數據一起使用以維持製程條件，諸如基板的溫度。
這些系統可與電子設備整合，該等電子設備用於在半導體晶圓或基板的處理之前、期間、及之後控制這些系統的操作。通常，電子設備係稱作為系統控制器730，其可控制該一個以上系統之各種不同的元件或子部分。依據系統的處理需求及/或類型，系統控制器730可加以編程以控制此處揭示的任何製程，包含：處理氣體的遞送、溫度設定（例如：加熱及/或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體遞送設定、位置及操作設定、出入一工具和其他移轉工具及/或與特定系統連接或介接的裝載鎖定部之晶圓轉移。
廣義地說，系統控制器730可定義為電子設備，其具有各種不同的積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體，其接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點量測等。積體電路可包含儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器（DSP）、定義為特殊應用積體電路（ASIC）的晶片、及/或執行程式指令（例如軟體）的一或多個微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定（或程式檔案）的形式與系統控制器730通訊的指令，該等設定定義對於半導體晶圓或系統執行特定製程的操作參數。在一些實施例中，該等操作參數可為由製程工程師定義之配方的部分，以在一或多個層、材料（例如碳化矽）、表面、電路、及/或晶圓的晶粒製造期間完成一或多個處理步驟。
在一些實施方式中，系統控制器730可為電腦的一部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他方式網路連至系統、或其組合。例如：系統控制器730可為在「雲端」或晶圓廠主機電腦系統的整體或部分，可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可允許針對系統的遠端存取以監控製造操作的當前進度，檢查過往製造操作的歷史，檢查來自複數個製造操作的趨勢或性能度量，以改變目前處理的參數，以設定目前操作之後的處理步驟，或啟動新的製程。在一些例子中，遠程電腦（例如：伺服器）可經由網路提供製程配方給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。遠程電腦可包含使用者介面，其允許參數及/或設定的輸入或編程，這些參數及/或設定係接著從遠程電腦被傳遞至系統。在一些例子中，系統控制器730接收數據形式的指令，該數據明確指定於一或多個操作期間將被執行之各個處理步驟的參數。應理解參數可專門用於將執行之製程的類型與配置系統控制器730以介接或控制之工具的類型。因此，如上所述，系統控制器730可為分散式的，諸如藉由包含一或多個分散的控制器，其由網路連在一起且朝共同的目的（諸如此處描述的製程及控制）作業。一個用於此類目的之分散式控制器的例子將為腔室上的一或多個積體電路，連通位於遠端（諸如在平台級或作為遠程電腦的一部分）的一或多個積體電路，其結合以控制腔室中的製程。
移轉工具740可從基板卡匣（諸如卡匣742或卡匣744）選擇一基板。卡匣742或744可為前開式晶圓傳送盒（FOUP, front opening unified pod）。FOUP係一殼體，其設計成將基板牢固且安全地固持在受控制的環境中且允許藉由配備適當的裝載埠及機器人搬運系統的工具將基板移出以供處理或量測。移轉工具740可使用真空附接或一些其他附接機構固持基板。
移轉工具740可與退火工作站732、卡匣742或744、轉移工作站750、或對準器748介接。從轉移工作站750，移轉工具746可取用基板。轉移工作站750可為槽孔或位置，移轉工具740及746可在不經過對準器748的情況下轉移基板來往該槽孔或位置。然而，在一些實施方式中，為了確保基板在移轉工具746上係適當地對準以精確遞送至電鍍模組，移轉工具746可使用對準器748將基板對準。對準器748可包含定位銷，移轉工具740將基板推抵該定位銷。當基板係針對定位銷正確地對準時，移轉工具740相對於定位銷移至預設的位置。移轉工具746亦可遞送基板至電鍍模組702、704、或706的其中一者，或針對各種製程操作所配置的三個分開的模組712、714、及716的其中一者。
作為一個例子，金屬晶種層可在基板之上藉由PVD加以沉積。在一些實施方式中，移轉工具740可從FOUP 742、744的其中一者轉移基板至退火工作站732。系統控制器730可包含用於供應氧進入退火工作站732的指令。在一些實施方式中，退火工作站732可曝露於大氣條件俾使空氣可進入。在一些其他的實施方式中，氧可流進退火工作站732且同時退火工作站732係從大氣條件下關閉。退火工作站732可加以修改以允許大氣退火，或退火工作站732可加以配備以將氧流進退火工作站732。系統控制器730可進一步包含指令，用於在退火工作站732中加熱基板支座，及用於在退火工作站732中將基板曝露於加熱的基板支座及氧的指令。在退火工作站732中曝露於加熱的基板支座及氧可形成金屬晶種層的金屬氧化物。基板可由移轉工具740被轉移至在圖7B中顯示的遠程電漿設備760，其將金屬氧化物還原為呈與金屬晶種層整合之膜的形式之金屬。系統控制器730可包含用於轉移基板進出退火工作站732的指令。系統控制器730亦可包含用於在各種階段測量氧化物形成的指令，該各種階段包含：（1）在氧化物於退火工作站732中形成之前，（2）在氧化物於退火工作站732中形成之後，及（3）在氧化物於遠程電漿設備760中還原之後。此等量測結果在判定遠程電漿設備760的性能可為有用的。
單一的工具可能能夠執行氧化及還原的序列。該工具可包含一個以上電漿處理還原腔室（例如遠程電漿設備760）及一個以上退火腔室（例如退火工作站732）。在一些實施方式中，該工具可包含一個以上電鍍工作站（例如電鍍模組702、704、及706）。
在一些實施方式中，遠程電漿設備可為電鍍設備700的一部分或與電鍍設備700整合，及退火工作站732可為電鍍設備700的一部分或與電鍍設備700整合。圖7B顯示具有電鍍設備700之遠程電漿設備760的放大頂視示意圖之例子。然而，在此技術領域具有通常知識者理解遠程電漿設備可替代地附接於任何適合的金屬沉積設備。圖7C顯示附接於電鍍設備700之遠程電漿設備760的三維透視圖之例子。遠程電漿設備760可附接於電鍍設備700的側邊。遠程電漿設備760可附接於電鍍設備700，以俾使促進有效率的轉移基板來往遠程電漿設備760及電鍍設備700。移轉工具740可從卡匣742或744取用基板。移轉工具740可將基板轉移至遠程電漿設備760，用於將基板曝露於遠程電漿處理及冷卻操作。移轉工具740可從遠程電漿設備760將基板轉移至轉移工作站750。在一些實施方式中，對準器748可在基板轉移至電鍍模組702、704、及706的其中一者或轉移至三個分開的模組712、714、及716的其中一者之前將基板對準。
在電鍍設備700中執行的操作可引進廢氣，其可流經前端排出部762或後端排出部764。電鍍設備700亦可包含用於中央電鍍腔室724的槽過濾組件766，及用於電鍍模組702、704、及706的槽及室泵送單元768。
在一些實施方式中，系統控制器730可控制遠程電漿設備760中製程條件的參數。此類參數之非限制性的例子包含基板支座溫度、噴淋頭溫度、基板支座位置、可移動構件位置、冷卻氣體流量、冷卻氣體溫度、處理氣體流量、處理氣體壓力、排放氣體流量、排放氣體、還原氣體、電漿功率、及曝露時間、轉移時間等。這些參數可以配方的形式加以提供，該等參數可利用如本文前面所描述的使用者介面加以輸入。
遠程電漿設備760中的操作可由電腦系統加以控制，該遠程電漿設備760係電鍍設備700的一部分。在一些實施方式中，電腦系統係系統控制器730的一部分，如圖7A所示。在一些實施方式中，電腦系統可包含含有程式指令的獨立系統控制器（未顯示）。該等程式指令可包含在半貴重金屬層或金屬晶種層上執行將金屬氧化物還原為金屬所需之所有操作的指令。該等程式指令亦可包含執行將基板冷卻、將基板定位、及裝載/卸載基板所需之所有操作的指令。
以上描述的設備/製程可用來結合微影圖案化的工具或製程（例如：半導體裝置、顯示器、LED、太陽光電板等的製造或生產）加以使用。通常，雖然不一定，此等工具/製程將於共同的製造設施內一起使用或執行。膜的微影圖案化一般包含一些或全部下列操作，各個操作以幾個可能的工具達成：（1）工件（亦即基板）上光阻的塗佈，使用旋轉式或噴塗式的工具；（2）光阻的固化，使用熱板或加熱爐或UV固化工具；（3）以諸如晶圓步進機的工具將光阻曝露於可見光或UV或x射線光；（4）顯影光阻以便選擇性地移除光阻且從而使其圖案化，使用諸如溼檯的工具；（5）藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具轉移光阻圖案進入底膜或工件；及（6）使用諸如RF或微波電漿光阻剝除器的工具移除光阻。
應理解此處描述的配置及/或方法本質上係例示性的，且這些具體的實施例或示例係不應以限制性的意義上加以考慮，因為許多變化係可能的。此處描述的特定例程或方法可代表任何數目的處理策略之其中一或多者。因此，所說明的各種動作可以說明的順序、其他順序、平行、或在某些情況下省略而加以執行。同樣地，上述製程的順序可加以改變。   示例及數據─退火方法
圖8顯示對於藉由單一退火腔室氧化的10個基板及對於藉由不同的退火腔室氧化的15個基板，其氧化前、氧化後及還原後之薄膜電阻的測量結果。各個基板包含具有200 Å厚度的銅晶種層。各個基板係在五個退火腔室的其中一者中加以放置，其中前10個基板係放置在退火腔室＃1中，而其餘的15個基板係均分在退火腔室＃1-＃5之間。在各個退火腔室中測量的氧位準係合理地一致，其中退火腔室＃1具有20.6%的氧，退火腔室＃2具有20.6%的氧，退火腔室＃3具有20.7%的氧，退火腔室＃4具有21.2%的氧，及退火腔室＃5具有21.2%的氧。各個退火腔室經歷15分鐘的穩定期。在該穩定期之後，各個基板係曝露於退火腔室中的氧120秒及曝露於加熱至200o C的基座。氧化銅在退火腔室中於銅晶種層上加以形成。接著，基板係曝露於遠程電漿設備中的還原處理120秒。薄膜電阻值係針對（1）氧化前、（2）氧化後、及（3）還原後加以測量。對25個基板及在不同的退火腔室中加以測量以證明可重複性。還原後之薄膜電阻的改變顯示從氧化後的值至還原後的值的大幅下降。儘管在氧化後之測量結果中的差異，但還原後的測量結果顯示非常一致的薄膜電阻值，其中還原後的薄膜電阻值係僅些微高於氧化前的薄膜電阻值。
圖9針對25個基板關於平均值及關於第一、第二、及第三標準差值顯示還原後的薄膜電阻值。還原後薄膜電阻值的平均值係在約2.6歐姆/平方及約2.8歐姆/平方之間。不論退火腔室及不論氧化後薄膜電阻值的變異，該25個基板一般係在還原後薄膜電阻值之平均值的兩個標準差之內。該數據顯示還原後的薄膜電阻值是係一致的且氧化銅的還原處理係有效的。
圖10顯示200 Å銅晶種層的SEM及TEM影像，該銅晶種層在200o C的溫度下經歷大氣退火2分鐘。圖10中的SEM影像顯示具有金屬氧化物膜之基板的形貌，及TEM影像顯示在基板中的厚金屬氧化物層。
圖11顯示200 Å銅晶種層的SEM影像，該銅晶種層在200o C的溫度下經歷各種時間的大氣退火。隨著時間的推移，基板的形貌顯示正在形成的氧化銅。
圖12顯示200 Å銅晶種層的TEM影像，該銅晶種層在200o C的溫度下經歷各種時間的大氣退火。氧化銅膜的厚度隨著增加的氧化時間而增加。在120秒之後，實質上所有的銅晶種層係轉變為氧化銅。
圖13顯示針對銅晶種的不同厚度，晶圓氧化前、氧化後、及還原後的影像。晶圓的氧化及晶圓的還原之跡象可在視覺上加以顯示證明。銅晶種可藉由PVD在基板之上沉積100 Å、200 Å、及400 Å的厚度。基板的外觀可為淺色、有光澤、及反射性的。在藉由退火腔室氧化之後，基板的外觀可改變成深色、不透明、及無反射性的以顯示金屬氧化物係加以形成。在將基板曝露於還原處理（諸如遠程電漿還原處理）之後，基板的外觀可變回淺色、有光澤、及反射性的以顯示金屬氧化物的移除。
表1顯示針對氧化前、氧化後、及還原後之晶圓的薄膜電阻值。晶圓在晶種層厚度方面加以變化。晶圓在氧化期間的退火溫度方面加以變化。百分比改變表示還原後及氧化前的薄膜電阻值除以氧化前數值中的改變。較薄的晶種層厚度顯著地顯示在氧化後較高的薄膜電阻值。此外，較低的退火溫度（例如175o C）顯示氧化前及還原後之薄膜電阻值的最小的變化。然而，對於較低的退火溫度氧化後的薄膜電阻值係非顯著地高。對於較高退火溫度的訊號係更強。因此，在200o C退火的200 Å銅晶種層可針對金屬氧化物的形成提供極佳的參考點以描繪金屬氧化物還原處理。在200o C退火的200 Å銅晶種層具有一相對高的氧化後薄膜電阻值（39.87 歐姆/平方）以提供金屬氧化物形成之強的跡象，及在氧化前及還原後的薄膜電阻值之間具有合理小的變化（31.2%）而顯示在將基板帶回其初始狀態下的還原處理之有效性。此外，在200o C退火的200 Å銅晶種層提供如圖13所示之氧化及還原之強的視覺指標。 表I 藉由氧電漿形成用於描繪金屬氧化物還原的金屬氧化物
此處所揭示係一種在基板上產生穩定、可重複、及均勻的金屬氧化物之方法，該方法可用以描繪金屬氧化物還原處理的性能。各個基板可提供金屬氧化物，該金屬氧化物可用以鑑定及測試用於將金屬氧化物還原為金屬的設備。金屬氧化物可在電漿處理系統（諸如直接電漿處理系統或遠程電漿處理系統）中加以形成。該金屬氧化物可表現得類似於金屬的原生氧化物。在一些實施方式中，金屬氧化物可故意地藉由將金屬晶種層曝露於氧電漿加以形成。在一些實施方式中，具有藉由氧電漿故意地形成之金屬氧化物的基板可用於計量在相同的工具中執行的還原處理。為了監控及測試將金屬氧化物還原為金屬之設備的有效性，提供一種製程，其用於在使用氧電漿的基板上一致地產生穩定及均勻的金屬氧化物。
如藉由熱氧化物的生長形成金屬氧化物的製程，藉由氧電漿形成金屬氧化物的製程具有優於使用PECVD腔室沉積金屬氧化物之製程的優點。在PECVD的應用中，在一或多個基板上生長的金屬氧化物對於各個基板係不均勻的，且在各個基板上生長的金屬氧化物在基板與基板之間係非一致的。此外，金屬氧化物本身與原生氧化物並非共有相同的特徵。不受任何理論限制，使用PECVD製程生長的金屬氧化物可共享不同的特徵，這是部分由於在表面粗糙度上的差異及部分由於在金屬氧化物的電漿形成期間之氣體的摻入。因此，PECVD製程在沉積的金屬氧化物中可導致雜質。此外，PECVD製程在使用期間可為專用工具，且可能需要更多的設備設置及需要較長的處理時間。PECVD製程亦可能與銅以外的金屬不相容。
本揭示內容使用氧電漿將金屬轉變為金屬氧化物，而非使用電漿之金屬氧化物的氣相沉積。穩定、可重複、及均勻金屬氧化物膜的形成可在適當的條件下使用氧電漿加以發生。使用氧電漿之金屬氧化物的形成可具有優於PECVD的幾個優點。如使用退火腔室的熱氧化物生長，設置時間可加以減少，處理率可更高，所得的氧化物係更均勻，製程係更可重複，所得的氧化物展示類似於原生氧化物的性質，所得到的氧化物包含較少雜質，基板可成批處理及儲存以供稍後使用，及其他金屬可對於相似的目的加以處理而非僅限銅。
此外，使用氧電漿之金屬氧化物的形成與使用退火腔室之金屬氧化物的形成相比，可具有幾個優點。首先，可使用降低的操作溫度以形成金屬氧化物，其中該操作溫度係可小於金屬晶種層的凝聚溫度（諸如，對於銅，從約20o C至約100o C）。第二，藉由氧電漿形成之所得的氧化物可展示提升的膜均勻性以及形貌。第三，在金屬晶種層中有較少的晶種凝聚，這是部分由於降低的操作溫度。第四，較薄的晶種層可加以使用，這是部分由於晶種凝聚的減少。例如：晶種層的厚度可為約50 Å以下。此類晶種層可在晶圓生產中加以使用，且不必限於實驗及測試的目的。第五，與曝露於大氣條件的退火腔室相比，較可控制的環境可在電漿處理系統中加以提供。
圖14顯示流程圖，說明描繪金屬氧化物還原之示例方法。製程1400中的操作可以不同順序及/或以不同、較少、或額外的操作加以執行。
製程1400可始於方塊1405，其中，在處理腔室中設置具有金屬晶種層形成於其上的基板。一般而言，金屬晶種層可使用任何適當的沉積技術加以沉積，諸如PVD、CVD、ALD、電鍍、及無電式電鍍。在一些實施方式中，金屬晶種層可使用PVD在基板上加以沉積。在一些實施方式中，金屬晶種層可在毯覆基板上加以沉積，其中該毯覆基板可提供一載具以反覆地產生膜，該膜可在氧化前、氧化後、及還原後加以測量。在一些實施方式中，金屬晶種層可在圖案化的基板上加以沉積，其中該基板可包含具有側壁及底部之一或多個特徵部。該等特徵部可包含在金屬鑲嵌處理中用於銅互連線的溝槽、凹部、及介層窗。在一些實施方式中，特徵部具有大於約5：1之高度對寬度的深寬比，諸如大於約10：1。具有各種金屬類型之圖案化的基板可加以使用及加以氧化以進一步理解及評估在氧化物還原上的幾何影響。
金屬晶種層可在基板上加以沉積，其中該金屬晶種層可在毯覆基板的表面上或在圖案化的基板之特徵部上加以形成。在金屬晶種層上之金屬的例子可包含但不限於銅、鈷、釕、鈀、銥、銠、鋨、鎳、金、銀、及鋁、或這些金屬的合金。在一些實施方式中，金屬晶種層可包含銅晶種層或鈷晶種層。金屬晶種層係可相對地薄，其中，該金屬晶種層可具有等於或小於約200 Å、等於或小於約100 Å、等於或小於約50 Å、或在約10 Å及約50 Å之間的平均厚度。在一些實施方式中，金屬晶種層可在半貴重金屬層上加以沉積，其中該半貴重金屬層可作為相對低電阻之擴散阻障/襯墊。在一些實施方式中，半貴重金屬層可包含鈷。金屬晶種層及半貴重金屬層可在毯覆基板上加以形成。然而，在一些實施方式中，金屬晶種層及半貴重金屬層的其中一者或兩者可在圖案化的基板之特徵部上為連續的且保形地加以沉積。
處理腔室可為直接電漿處理系統或遠程電漿處理系統的一部分。在遠程電漿處理系統中，一種以上氧化氣體物種係導入遠程電漿源，且該一種以上氧化氣體物種的電漿係在該遠程電漿源中加以產生。噴淋頭係在遠程電漿源與基板之間加以設置，其中該噴淋頭可將該一種以上氧化氣體物種的自由基分配朝向處理腔室中的基板。在一些實施方式中，一種以上氧化氣體物種的電漿係電感式耦合電漿。在直接電漿處理系統中，一種以上氧化氣體物種係由噴淋頭朝向基板加以分布。一種以上氧化氣體物種的電漿在處理腔室內係在基板上方及/或毗鄰基板的空間中加以產生。在一些實施方式中，一種以上氧化氣體物種的電漿係電感式耦合電漿或電容式耦合電漿。
在一些實施方式中，直接電漿處理系統或遠程電漿處理系統可為電鍍設備的一部分。以此方式，在處理腔室中的氧化可在與電鍍處理相同的設備中發生而不必轉移至獨立的工具。在一些實施方式中，氧化處理、還原處理、及電鍍處理可在相同的工具內加以整合，從而降低設備設置的量。在一些實施方式中，用於氧化處理的處理腔室可與用於還原處理的處理腔室相同。例如：遠程電漿處理系統可用以將金屬晶種層氧化為金屬氧化物，及之後遠程電漿處理系統可用以將金屬氧化物還原為金屬。此可最小化或以其他方式減少在製程之間發生之轉移的量，其可增加處理率及減少等候時間。
在一些實施方式中，退火腔室可包含基板支座（例如基座），其用於支撐基板。在一些實施方式中，基板支座可為溫度受控制的。基板支座可藉由傳導、對流、輻射、或其組合將熱轉移至基板。
在製程1400的方塊1410，氧電漿係加以產生。氧可流進遠程電漿處理系統的遠程電漿源或流進直接電漿處理系統的處理腔室。氧的流量可加以控制以改變氧電漿的密度。在一些實施方式中，氧的流量係可在每分鐘約1標準公升（SLM）及約50 SLM之間。氧之外的一種以上氣體可加以供應。在一些實施方式中，氧可與氮、氬、氦、氖、氪、氙、及氡的其中至少一者加以結合。除了氧的氣體之存在可影響氧電漿的密度。具體而言，其他氣體的存在可在電漿中離子、自由基、及分子之混合物中改變或以其他方式影響氧的自由基之濃度。施加至遠程電漿處理系統或直接電漿處理系統的功率亦可影響氧電漿的密度。在一些實施方式中，功率係可在約1 kW及約5 kW之間。在遠程電漿處理系統或直接電漿處理系統中的壓力可影響氧電漿的密度。在一些實施方式中，氧電漿可在降低的壓力下加以產生，諸如在約0.5托及約10托之間。
在一些實施方式中，氧電漿包含至少氧的離子及自由基之混合物。當供給電壓至遠程或直接電漿處理系統時，電場可加以產生。電場可形成離子化氣體，其中該離子化氣體可包含離子、電子、中子、反應性自由基、解離自由基、及其他帶電物種。如方程式6至8所示，電漿中的電子可與氧分子或帶電的氧物種反應以產生氧的離子及自由基。在一些實施方式中，電漿可包含氧的離子及自由基，以及由激發的氧產生的光子（諸如UV輻射）。電漿中氧的離子及自由基可用以與金屬反應以形成金屬氧化物。 方程式 6:     e- + O2 à e- + 2O* 方程式 7:     e- + O2 à 2e- + O2 + 方程式 8:     e- + O2 + à 2O*
在製程1400的方塊1415，基板係曝露於處理腔室中的氧電漿以形成金屬晶種層的金屬氧化物。於曝露期間，基板的溫度可低於金屬晶種層的凝聚溫度。根據金屬晶種層中金屬的類型，金屬可在一閾值溫度之上開始凝聚。凝聚的效果在相對薄的晶種層中更明顯，尤其在具有厚度小於約100 Å的晶種層中。凝聚包含連續或半連續的金屬晶種層之任何聚結或聯珠（beading）成珠、凸塊、島、或其他塊體，以形成不連續的金屬晶種層。此可造成金屬晶種層自該金屬晶種層配置其上的表面剝離，且於電鍍期間可導致增加的空隙。例如：在銅中，凝聚開始發生的溫度係高於約100o C。不同的凝聚溫度可適合不同的金屬。藉由維持在金屬的凝聚溫度之下的一溫度，凝聚的效果即使在相對薄的晶種層上可加以減輕。
在一些實施方式中，基板的溫度可維持在約20o C及約400o C之間、或在約20o C及約100o C之間。基板可被支撐在基板支座（諸如基座）上，及基座的溫度可加以控制以維持基板的溫度低於金屬晶種層的凝聚溫度。
將基板曝露於氧電漿可將金屬轉變為金屬氧化物。所得的氧化物可表現得類似於金屬晶種層的原生氧化物。基板可曝露於氧電漿一段時間以將所有或實質上所有的金屬晶種層轉變為金屬氧化物。然而，曝露的時間可依據金屬晶種層的厚度加以變化。在一些實施方式中，將基板曝露於用於形成金屬氧化物的氧電漿可將金屬晶種層之大於90%的金屬轉變為金屬氧化物。如方程式9所示，來自氧電漿之氧的自由基可將金屬氧化為金屬氧化物。在一些實施方式中，諸如在遠程電漿處理系統中，氧的離子可由噴淋頭過濾掉使得金屬晶種層在曝露期間主要與氧的自由基反應。在一些其他的實施方式中，諸如在直接電漿處理系統中，氧的離子、自由基、及分子可與金屬晶種層反應以形成金屬氧化物。 方程式 9:     M(s) + (x)O* à MOx(s)
在處理腔室中，基板可曝露於用於形成金屬氧化物的條件。與將基板曝露於大氣條件相比，此等條件在遠程電漿處理系統或直接電漿處理系統中可更容易地加以控制。例如：處理腔室可抽氣至等於或低於約10托的壓力，而非將基板曝露於大氣壓力。表II總結一些示例條件的範圍，該等條件用於在曝露於氧電漿期間產生氧電漿且形成金屬氧化物。然而，可理解下面提供的範圍係為了說明而非限制性的，因為金屬氧化物即使在下面提供的範圍之外仍可加以形成。例如：一些條件可依據金屬晶種層的厚度、曝露的持續時間、氧化劑（諸如氧）的密度、及基板支座的溫度加以變化。 表 II
曝露於氧電漿期間的條件可在氧化之前及之後達到基板之可重覆的電阻率改變。在一些實施方式中，當氧化係完成時或當期望之氧化的量已發生時基板可不加以冷卻，因為氧化係執行在相對低的溫度下。在一些實施方式中，當氧化係完成時或當期望之氧化的量已發生時，基板可以保持在原位置而非被轉移而用於後續還原處理。氧化的基板可用於計量或作為後續還原處理的度量晶圓。
在曝露於處理腔室中的條件之後所形成的金屬氧化物可為穩定、可重複、及均勻的。該金屬氧化物隨時間推移仍保持化學性穩定使得基板即使在長時間之後係相同或實質上相同。因此，基板可加以儲存以供稍後使用，且在儲存時沒有受到物理性或化學性的改變。該金屬氧化物係可重複的，其中金屬氧化物的特徵在處理腔室中的特定條件下可一致地再製。例如：當基板係曝露於特定的時間、溫度、壓力、RF功率、氧的流量、及其他氣體物種時，在氧化之前及之後基板之一致的電阻率變化可在基板與基板之間複製。此外，金屬氧化物係均勻的，其中金屬晶種層的氧化在整個基板係均勻的。例如：金屬晶種層之氧化的量從基板的中心到邊緣並未顯著地改變。此外，膜的非均勻性係可相對地低，諸如小於約10%。
在製程1400的方塊1420，在將金屬氧化物還原為呈與金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下，基板係曝露於還原處理。還原處理可包含乾還原處理或濕還原處理。在一些實施方式中，還原處理係包含形成還原氣體物種之遠程電漿的乾處理。還原氣體物種的例子可包含但不限於氫及氨。遠程電漿可包含還原氣體物種的自由基、還原氣體物種的離子、及自還原氣體物種的激發而產生的UV輻射。金屬晶種層的金屬氧化物可曝露於遠程電漿，以將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬。與該金屬晶種層整合之膜的特徵係就圖2A-2D更詳細地加以討論。
遠程電漿可包含還原氣體物種的自由基，諸如H* 、NH2 * 、或N2 H3 * 。還原氣體物種的自由基與金屬氧化物表面反應以產生純金屬表面。先前描述的方程式3至5顯示關於氫自由基如何可產生或氫分子或自由基如何可與金屬氧化物反應以形成金屬的示例化學式。還原氣體物種的自由基、還原氣體物種的離子、自激發的還原氣體物種的UV輻射、或還原氣體物種本身可在將金屬氧化物轉變為呈與金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下與金屬氧化物加以反應。
在一些其他的實施方式中，還原處理係濕還原處理。濕還原處理可包含使用含還原劑之溶液接觸金屬晶種層的金屬氧化物。還原劑可包含以下其中至少一者：含硼化合物（諸如硼烷或硼氫化物）、含氮化合物（諸如聯胺）、及含磷化合物（諸如次磷酸鹽）。溶液可包含像加速劑的添加劑、或提高金屬晶種層之表面的浸潤勢或提高還原劑之穩定性的添加劑。用於將金屬氧化物還原為呈與金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的濕還原處理可在於2013年1月14日申請的美國專利申請案號第13/741,141號中加以描述。
用於氧化處理及還原處理的腔室可為電鍍設備的一部分，使得各個製程可以在單一工具內加以整合。然而，用於氧化處理及還原處理的腔室可或可不在相同的腔室或工作站中加以執行。依據還原處理的類型及依據氧電漿的位置，基板可在用於還原處理的另一腔室中加以設置，該用於還原處理的另一腔室係與用於氧化處理的處理腔室不同，或基板可對於氧化處理及還原處理保持在相同腔室中。在一些實施方式中，基板可在直接電漿處理系統的腔室中加以氧化，並轉移至用於乾還原處理之遠程電漿處理系統的另一腔室。在一些實施方式中，基板可在遠程電漿處理系統的腔室中加以氧化，並轉移至用於執行濕還原處理的腔室。在一些實施方式中，基板可在直接電漿處理系統的腔室中加以氧化，並轉移至用於執行濕還原處理的腔室。在一些實施方式中，基板可在遠程電漿處理系統的腔室中加以氧化，並保持在相同腔室中進行乾還原處理。在氧化及還原處理係在相同腔室之內加以執行的情況下，基板可保持在相同腔室中以將傳輸次數最小化，但在處理腔室之內的條件可加以改變。在一些其他的實施方式中，基板可自儲存部轉移至用於執行還原處理的處理腔室。
金屬氧化物係形成於其上的基板可用以監控、校準、測試、鑑定、或描繪一後續金屬氧化物還原處理。在一些實施方式中，基板的電阻率（例如薄膜電阻）可在還原之前加以測量，及基板的電阻率可在還原之後加以測量。其他形式的分析可用以描繪金屬晶種層的氧化，其他形式的分析包含但不限於分析基板的視覺外觀。在一些實施方式中，製程1400進一步包含在將基板曝露於還原處理之前測量基板的第一薄膜電阻，及在將基板曝露於還原處理之後測量基板的第二薄膜電阻。該等測量結果可用以描繪還原處理以判定還原處理是否係有效地及一致地加以執行。在一些實施方式中，製程1400可進一步包含在將基板曝露於用於形成金屬氧化物的條件之前測量基板的第三薄膜電阻。無論在將基板曝露於還原處理之前之基板的第一薄膜電阻為何，在將基板曝露於還原處理之後之基板的第二薄膜電阻在基板與基板之間可為一致的。在一些實施方式中，基板可視覺地或使用參數（諸如電阻率）加以描繪特徵，其可提供還原處理之有效性的視覺及數值指標。此特徵在測量、監控、鑑定、及測試電漿處理腔室或任何其他還原系統的有效性上係有用的。
基板可由在下列階段之氧化物形成的特徵加以描繪：（1）在形成氧化物之前，（2）在形成氧化物之後，及（3）在還原氧化物之後。例如：氧化物形成的量可藉由在形成氧化物之前及形成氧化物之後的電阻率變化加以標示。在另一例子中，氧化物之還原的量可藉由將還原氧化物之後的電阻率與形成氧化物之前的電阻率相比較而加以標示。一般而言，還原氧化物之後的電阻率係某種程度高於形成氧化物之前的電阻率。若還原氧化物之後的電阻率係合理地接近形成氧化物之前的電阻率，則此可為金屬氧化物還原處理性能之好的指標。若從還原氧化物之前至還原氧化物之後之電阻率的變化係相對地大，則此亦可為金屬氧化物還原處理性能之好的指標。在使用電阻率比較及電阻率變化之此類測量的情況下，還原處理的品質可重覆地加以測量。
在一些實施方式中，製程1400進一步包含在將基板曝露於還原處理之前（方塊1420），針對複數個額外基板重複方塊1405、方塊1410、及方塊1415的操作。該等額外基板的每一者可為相同或實質上相同。上述操作係加以重複以重覆形成金屬氧化物。因此，該等額外基板的每一者可加以氧化以形成基板的供給品，該等基板可用以監控、校準、測試、鑑定、或描繪用於將金屬氧化物還原為金屬之處理腔室的性能。額外基板的供給品可加以儲存以供稍後使用。
在一些實施方式中，製程1400進一步包含將基板曝露於還原處理之後（方塊1420），針對複數額外基板的每一者重複方塊1420的操作。該等額外基板的每一者可經歷用於將金屬氧化物還原的還原處理。在針對該等額外基板之任何一者分析金屬氧化物的還原之後，電漿處理系統或還原設備的有效性可加以判定。在一些實施方式中，經歷氧化及還原處理的額外基板可作為生產晶圓，特別是在額外基板具有相對薄的金屬晶種層之情況下。
製程1400可監控及驗證用於還原金屬氧化物之還原處理的穩定性。在一些實施方式中，製程1400允許監控在電鍍（例如金屬鑲嵌銅電鍍）之前用以將金屬氧化物（例如氧化銅或氧化鈷）還原為金屬之電漿處理的穩定性及特徵。其他還原處理亦可從製程1400中提供的金屬氧化物加以監控及描繪特徵。
圖15顯示說明另一示例製程流程的流程圖，該示例製程流程用於在基板上形成用於描繪金屬氧化物還原的金屬氧化物。製程1500中的操作可以不同順序及/或以不同、較少、或額外的操作加以執行。
製程1500始於方塊1505，其中氧係流進電漿處理系統。電漿處理系統可包含遠程電漿處理系統或直接電漿處理系統。在遠程電漿處理系統中，氧係自氣體分配器流入在噴淋頭及氣體分配器之間的空間。在直接電漿處理系統中，氧係自噴淋頭流入在基板及噴淋頭之間的空間。在一些實施方式中，氧的流率可由一個以上質量流量控制器（MFC）加以控制，其可在約1 SLM及約50 SLM之間。在一些實施方式中，其他氣體（諸如氮、氬、及氦）係流進電漿處理系統。電漿處理系統內的壓力可被抽氣至低於大氣壓力的一壓力。在一些實施方式中，電漿處理系統中的壓力係1.5托以下。
在製程1500的方塊1510，在電漿處理系統中設置具有金屬晶種層形成於其上的基板。在遠程電漿處理系統中，氧可流入遠程電漿源，且基板可在與遠程電漿源分開之處理腔室內的基座上加以設置。換句話說，基板可在噴淋頭下方的空間中加以設置，其中該基板係在遠程電漿源的外部。在直接電漿處理系統中，氧及基板可在相同的處理腔室中加以設置。
基板可包含形成於其上的金屬晶種層，其可包含銅晶種層或鈷晶種層。在一些實施方式中，晶種層的厚度可為50 Å以下、或在約10 Å及約50 Å之間。在一些實施方式中，基座可配置以控制基板的溫度。例如：對於銅晶種層，基板的溫度可在約20o C及約100o C之間。在另一例子中，對於鈷晶種層，基板的溫度可在約20o C及約400o C之間。
在製程1500的方塊1515，氧電漿係在電漿處理系統中加以產生。電壓可施加至電漿處理系統以在電漿處理系統中產生電場。該電場可將氧電離以形成氧的離子及自由基，其中產生的氧電漿包含氧的離子及自由基。在一些實施方式中，在約1 kW及約5 kW之間的RF功率可施加至電漿處理系統。在遠程電漿處理系統中，氧的離子及自由基可在遠程電漿源中加以產生。在直接電漿處理系統中，氧的離子及自由基可在與基板相同的處理腔室中加以產生，及可毗鄰基板加以產生。
在製程1500的方塊1520，在電漿處理系統內基板係曝露於氧電漿以形成金屬晶種層的金屬氧化物，其中該基板的溫度係低於金屬晶種層的凝聚溫度。例如：對於鈷，基板的溫度可低於約400o C；或對於銅，可低於約100o C。於曝露於氧電漿期間，基板的溫度可維持在相對低的溫度以便減少金屬晶種層之凝聚的效果。藉由不升高基板的溫度，金屬晶種層的形貌可加以保留及金屬晶種層的均勻性可加以提升。此外，藉由不升高基板的溫度，較薄的晶種層可加以氧化。例如：晶種層可為50 Å以下。
在遠程電漿處理系統中，曝露於氧電漿可包含朝向基板遞送及分布氧的離子及自由基。在一些實施方式中，在基板及遠程電漿源之間的噴淋頭可將氧的離子過濾掉使得基板係實質上曝露於氧的自由基。在直接電漿處理系統中，曝露於氧電漿可包含以基板曝露於氧的離子及自由基。在一些實施方式中，金屬晶種層之大於90%金屬的係轉變為金屬氧化物。在一些實施方式中，有多少金屬轉變為金屬氧化物可取決於在電漿處理系統內的條件，諸如壓力、溫度、氧電漿的密度、及曝露的持續時間。
在基板係曝露於氧電漿之後，製程1500可繼續至方塊1525a或1525b。在方塊1525a，基板係加以儲存以供稍後使用。基板包含在需要前可使用之穩定、可重複、及均勻的氧化物膜。在方塊1525b，基板係加以設置以用於金屬氧化物還原測試。在一些實施方式中，基板保持在與用於還原之電漿處理系統相同的腔室中，或基板係轉移至用於還原的另一腔室。為了執行金屬氧化物還原測試，基板係可預測量、透過還原處理加以處理、及後測量。
在製程1500的方塊1530，基板的第一薄膜電阻係加以測量。在一些實施方式中，基板的第一薄膜電阻可使用四點探針設備加以測量。
在製程1500的方塊1535，金屬氧化物還原係在將金屬氧化物還原為呈與金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下，藉由將基板曝露於還原處理而加以執行。在一些實施方式中，還原處理可在電漿處理系統中加以發生，該電漿處理系統係與用以氧化基板的電漿處理系統中相同。該金屬氧化物可曝露於遠程電漿以將金屬氧化物還原為金屬。將基板曝露於還原處理可包含產生還原氣體物種的電漿及將基板曝露於還原氣體物種的電漿，其中該還原氣體物種的電漿包含來自該還原氣體物種的自由基、離子、及UV輻射之其中一者以上。在一些實施方式中，還原氣體物種包含氫。在一些實施方式中，氧電漿及還原氣體物種的電漿兩者係在遠程電漿源中加以產生。
在製程1500的方塊1540，基板的第二薄膜電阻係加以測量。在一些實施方式中，基板的第二薄膜電阻可使用四點探針設備加以測量。第二薄膜電阻可與第一薄膜電阻相比較，以判定還原處理的有效性及判定還原處理是否如預期加以執行。
圖16A顯示設定成氧化金屬晶種層之電漿處理系統的橫剖面示意圖。圖16B顯示設定成將金屬氧化物還原為金屬之圖16A中的電漿處理系統之橫剖面示意圖。電漿處理系統1600可為遠程電漿設備，其具有遠程電漿源1605及在該遠程電漿源1605外部的處理腔室1650。基板1610係位在遠程電漿源1605外部的處理腔室1650中。電漿處理系統1600可進一步包含一基板支座（未顯示），用於在處理腔室1650中支撐基板1610。基板1610可包含金屬晶種層。遠程電漿源1605係位在基板支座上方及可包含外殼1640、在遠程電漿源1605出口端的噴淋頭1630、及在遠程電漿源1605入口端的氣體分配器1642。氣體分配器1642可建構成將氧或氫流進外殼1640。在一些實施方式中，外殼1640的一部分可為穹狀或圓錐狀。在一些實施方式中，氣體分配器1642可建構成優先地引導氧或氫沿著外殼1640的側壁及/或朝向外殼1640的側壁流動。線圈1644可位在外殼1640的外部及外殼1640的側壁周圍。在一些實施方式中，線圈1644可建構成在外殼1640內產生電場。
在圖16A中，電場可將氧電離以形成氧電漿。該氧電漿包含至少氧離子及氧自由基1660。在遠程電漿源1605之出口端的噴淋頭可包含複數的通孔，其用於將氧自由基1660自遠程電漿源1605分布出去。氧自由基1660可朝向基板1610分布進處理腔室1650。氧自由基1660可將金屬轉變為金屬氧化物以氧化基板1610。噴淋頭1630可建構成過濾掉氧離子使得基板1610可實質上曝露於氧自由基1660。
在圖16B中，電場可將氫電離以形成氫電漿。該氫電漿包含至少氫離子及氫自由基1670。噴淋頭1630的通孔可將氫自由基1670自遠程電漿源1605分布出去。氫自由基1670可朝向基板1610分布進處理腔室1650，其中該基板1610可為氧化的。氫自由基1670可將金屬氧化物轉變為金屬以還原基板1610。噴淋頭1630可建構成過濾掉氫離子使得氧化的基板1610可實質上曝露於氫自由基1670。
用於還原金屬氧化物之電漿處理系統1600的實施方式可在Spurlin et al.於西元2013年3月6日申請之美國專利申請案第13/787,499號標題為“METHODS FOR REDUCING METAL OXIDE SURFACES TO MODIFIED METAL SURFACES USING A GASEOUS REDUCING ENVIRONMENT”、在Spurlin et al.於西元2013年9月6日申請之美國專利申請案第14/020,339號標題為“METHOD AND APPARATUS FOR REMOTE PLASMA TREATMENT FOR REDUCING METAL OXIDES ON A METAL SEED LAYER”、及在Spurlin et al.於西元2013年11月21日申請之美國專利申請案第14/086,770號標題為“METHOD AND APPARATUS FOR REMOTE PLASMA TREATMENT FOR REDUCING METAL OXIDES ON A METAL SEED LAYER”中加以說明，其中的每一者其全部內容於此藉由參照及為了所有目的納入本案揭示內容。
圖16A及16B的電漿處理系統1600可為電填充設備的一部分，諸如電鍍設備。例如：電漿處理系統1600可為圖7A中所顯示的電鍍設備700之一部分。在一些實施方式中，電漿處理系統1600可為在電鍍設備700中的腔室或工作站，且建構成氧化基板上的金屬晶種層及亦建構成還原金屬晶種層上的金屬氧化物。電漿處理系統1600可建構成在金屬晶種層上產生穩定、可重複、及均勻的金屬氧化物膜，其中該金屬氧化物膜可用以測試、監控及描繪還原處理。在圖16A和16B中的電漿處理系統1600可作為在圖7B及7C中的遠程電漿設備760。編程指令可在系統控制器（諸如系統控制器730）上加以進行，該系統控制器與電漿處理系統1600連通。例如：系統控制器730中的系統控制軟體可包含用於控制電漿處理系統1600條件的指令。此可包含用於控制基座溫度、氣體流量、流速、腔室壓力、基板位置、基板旋轉、時序、RF功率、和其他參數的指令。因此，氧化處理及還原處理的各種階段可由系統控制器730加以執行。
電漿處理系統1600可包含控制器（未顯示），該控制器建構成執行一或多種操作。控制器可包含用於控制電漿處理系統1600之操作參數的指令。控制器一般包含一種以上記憶體裝置及一個以上處理器。該處理器可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接、步進馬達控制器板等。本文先前描述關於圖7A和7B之系統控制器730的實施態樣可應用於電漿處理系統1600。控制器可配置以執行下列操作之指令：（a）在遠程電漿源1605產生氧電漿；（b）在處理腔室1650中將基板1610曝露於氧電漿以形成金屬晶種層的金屬氧化物；（c）在遠程電漿源1605中產生還原氣體物種的電漿，其中該還原氣體物種的電漿包含來自該還原氣體物種的自由基、離子、UV輻射之其中一者以上；及（d）將基板曝露於還原氣體物種的電漿以將金屬氧化物還原為呈與金屬晶種層整合之膜的形式之金屬。控制器可建構成用於執行任何關於圖14中的製程1400及圖15中的製程1500之任何步驟的指令。在一些實施方式中，在基板曝露於氧電漿的期間，金屬晶種層之大於90%的金屬係轉變為金屬氧化物。控制器可進一步包含用於維持基板的溫度低於金屬晶種層之凝聚溫度的指令。控制器可進一步包含用於在基板曝露於氧電漿的期間，維持電漿處理系統的壓力在約0.5托及約10托之間的指令。控制器可進一步包含用於在將基板曝露於還原氣體物種的電漿之前測量基板的第一薄膜電阻及在將基板曝露於還原氣體物種的電漿之後測量基板的第二薄膜電阻之指令。   示例及數據─電漿方法
圖17顯示在藉由氧電漿氧化之前、藉由氧電漿氧化之後、及氫電漿還原之後不同等候時間情況下，一系列的薄膜電阻測量結果及膜的非均勻性測量結果。在圖17中，薄膜電阻值係在氧化前、氧化後、及還原後在含有銅晶種層的基板上加以測量。銅晶種層的厚度係50 Å。在氧化之前，薄膜電阻係16.73 歐姆/sq。接著基板係藉由氧電漿加以氧化。為了產生氧電漿及在曝露於氧電漿的期間，基座溫度係75o C，壓力係1.5托，RF功率係2 kW，氧流率係5 SLM，及氧係與氮一起流動。在氧化之後，薄膜電阻躍升至36.20 歐姆/sq。接著基板係藉由氫電漿加以還原。在還原之後測量薄膜電阻之前，基板係加以測試以判定其對等候時間的敏感度。在60秒的等候時間之後，還原之後的薄膜電阻係16.28 歐姆/sq。在2小時的等候時間之後，還原之後的薄膜電阻係16.80 歐姆/sq。在18小時、25小時、及48小時的等候時間之後，還原之後的薄膜電阻係分別為16.95 歐姆/sq、17.01 歐姆/sq、及17.07 歐姆/sq。藉由氫電漿還原之後的薄膜電阻值係非常接近在氧化之前的薄膜電阻值，且薄膜電阻值對於等候時間係大程度地不敏感的。
此外，金屬晶種層的膜非均勻性係在氧化前、氧化後、及還原後加以測量。膜非均勻性可藉由將膜的最厚部分與最薄部分之間的差除以膜厚度之平均值的兩倍加以計算：%非均勻性 =（最大 - 最小）/（2*平均值）。在圖17中，在氧化之前的膜非均勻性係6.56%，及接著在氧化之後輕微上升至6.99%。在還原之後，膜非均勻性降低。在60秒、2小時、18小時、25小時、及48小時的等候時間之後，膜非均勻性係分別為5.20%、5.42%、5.42%、5.40%、及5.38%。因此，即使在藉由氧電漿的氧化之後，膜非均勻性維持相對地低。事實上，膜非均勻性在氧化前、氧化後、及還原後係在5%及7%以內。此顯示在氧化之後及在還原之後在形成金屬晶種層的不連續體中晶種凝聚的效果係最小的。
雖然以上描述為了清楚及理解的目的已以一些細節加以描述，但顯然地，某些改變與修飾可在隨附申請專利範圍之範疇內加以實施。應注意有許多替代方式執行描述的製程、系統、及裝置。因此，所描述的實施例係被視為說明性而非限制性的。
103‧‧‧第一介電層
105‧‧‧第二介電層
107‧‧‧蝕刻停止層
109‧‧‧基板
111‧‧‧介層窗遮罩
113‧‧‧線遮罩
115‧‧‧線路徑
117‧‧‧介層孔
119‧‧‧阻障層材料
121‧‧‧金屬
219‧‧‧導電阻障層
220‧‧‧金屬層
225‧‧‧金屬氧化物
226‧‧‧空隙
227‧‧‧金屬粒子
228‧‧‧膜
500‧‧‧退火腔室
510‧‧‧腔室狹縫
520‧‧‧冷板
530‧‧‧內部機械手臂
540‧‧‧熱板
600‧‧‧遠程電漿設備
605‧‧‧基板支座
610‧‧‧基板
615‧‧‧可移動構件
620‧‧‧還原氣體物種
622‧‧‧氣體入口
630‧‧‧噴淋頭
635‧‧‧控制器
640‧‧‧遠程電漿源
644‧‧‧線圈
650‧‧‧處理腔室
660‧‧‧冷卻氣體
700‧‧‧電鍍設備
702‧‧‧電鍍模組
704‧‧‧電鍍模組
706‧‧‧電鍍模組
712‧‧‧模組
714‧‧‧模組
716‧‧‧模組
722‧‧‧化學稀釋模組
724‧‧‧中央電鍍腔室
726‧‧‧給劑系統
728‧‧‧過濾及泵送單元
730‧‧‧系統控制器
732‧‧‧退火工作站
740‧‧‧移轉工具
742‧‧‧卡匣
744‧‧‧卡匣
746‧‧‧移轉工具
748‧‧‧對準器
750‧‧‧轉移工作站
760‧‧‧遠程電漿設備
762‧‧‧前端排出部
764‧‧‧後端排出部
766‧‧‧槽過濾組件
768‧‧‧泵送單元
1600‧‧‧電漿處理系統
1605‧‧‧遠程電漿源
1610‧‧‧基板
1630‧‧‧噴淋頭
1640‧‧‧外殼
1642‧‧‧氣體分配器
1644‧‧‧線圈
1650‧‧‧處理腔室
1660‧‧‧氧自由基
1670‧‧‧氫自由基
圖1A顯示在金屬鑲嵌處理中的介層窗蝕刻之前之介電層橫剖面示意圖的例子。
圖1B顯示在金屬鑲嵌處理中執行蝕刻之後，圖1A中的介電層之橫剖面示意圖的例子。
圖1C顯示在金屬鑲嵌處理中使用金屬填充蝕刻的區域之後，圖1A及1B中的介電層之橫剖面示意圖的例子。
圖2A顯示氧化的金屬層之橫剖面示意圖的例子。
圖2B顯示具有由於金屬氧化物之移除的空隙之金屬層橫剖面示意圖的例子。
圖2C顯示具有還原的金屬氧化物之金屬層橫剖面示意圖的例子，該還原的金屬氧化物形成不與金屬層整合的反應產物。
圖2D顯示具有還原的金屬氧化物之金屬層橫剖面示意圖的例子，該還原的金屬氧化物形成與金屬層整合的膜。
圖3顯示流程圖，說明描繪金屬氧化物還原之示例方法。
圖4顯示說明一示例製程流程的流程圖，該示例製程流程用於在基板上形成用於描繪金屬氧化物還原的金屬氧化物。
圖5顯示在電鍍設備中之退火腔室的三維透視圖。
圖6顯示具處理腔室之遠程電漿設備的橫剖面示意圖之例子。
圖7A顯示電鍍設備之頂視示意圖的例子。
圖7B顯示具有電鍍設備之遠程電漿設備的放大頂視示意圖之例子。
圖7C顯示附接於電鍍設備之遠程電漿設備的三維透視圖之例子。
圖8顯示對於藉由單一退火腔室氧化的10個基板及對於藉由不同的退火腔室氧化的15個基板，其氧化前、氧化後及還原後之薄膜電阻的測量結果。各個基板包含具有200 Å厚度的銅晶種層。
圖9針對25個基板關於平均值及關於第一、第二、及第三標準差值顯示還原後的薄膜電阻值。
圖10顯示200Å銅晶種層的掃描式電子顯微鏡（SEM）及穿透式電子顯微鏡（TEM）的影像，該銅晶種層在200o C的溫度下經歷大氣退火2分鐘。
圖11顯示200Å銅晶種層的SEM影像，該銅晶種層在200o C的溫度下經歷各種時間的大氣退火。
圖12顯示200Å銅晶種層的TEM影像，該銅晶種層在200o C的溫度下經歷各種時間的大氣退火。
圖13顯示針對銅晶種的不同厚度，晶圓氧化前、氧化後、及還原後的影像。
圖14顯示流程圖，說明描繪金屬氧化物還原之另一示例方法。
圖15顯示說明另一示例製程流程的流程圖，該示例製程流程用於在基板上形成用於描繪金屬氧化物還原的金屬氧化物。
圖16A顯示設定成氧化金屬晶種層之電漿處理系統的橫剖面示意圖。
圖16B顯示設定成將金屬氧化物還原為金屬之圖16A中的電漿處理系統之橫剖面示意圖。
圖17顯示在藉由氧電漿氧化之前、藉由氧電漿氧化之後、及氫電漿還原之後不同等候時間情況下，一系列的薄膜電阻測量結果及膜的非均勻性測量結果。
1600‧‧‧電漿處理系統
1605‧‧‧遠程電漿源
1610‧‧‧基板
1630‧‧‧噴淋頭
1640‧‧‧外殼
1642‧‧‧氣體分配器
1644‧‧‧線圈
1650‧‧‧處理腔室
1660‧‧‧氧自由基

Claims (30)

  1. 一種描繪金屬氧化物還原的方法，該方法包含： (a)       在一處理腔室中設置一基板，該基板具有一金屬晶種層形成於其上； (b)    產生一氧電漿； (c)       在該處理腔室中將該基板曝露於該氧電漿以形成該金屬晶種層的一金屬氧化物，其中，該基板的溫度係低於該金屬晶種層的凝聚溫度；以及 (d)       在將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下，將該基板曝露於一還原處理。
  2. 如申請專利範圍第1項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，在曝露於該氧電漿期間之該基板的溫度係低於約100o C。
  3. 如申請專利範圍第1項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，將該基板曝露於該還原處理的步驟包含： 產生一還原氣體物種的電漿，其中，該還原氣體物種的電漿包含來自該還原氣體物種的自由基、離子、及紫外線（UV）輻射之其中一者以上；以及 在該處理腔室中將該基板曝露於該還原氣體物種的電漿。
  4. 如申請專利範圍第3項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，該還原氣體物種包含氫。
  5. 如申請專利範圍第4項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，該氧電漿及該還原氣體物種的電漿係在一遠程電漿源中加以產生。
  6. 如申請專利範圍第1項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，該氧電漿係在一直接電漿源中加以產生。
  7. 如申請專利範圍第1項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，在曝露於該氧電漿期間之該處理腔室的壓力係在約0.5托及約10托之間。
  8. 如申請專利範圍第1項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，該金屬晶種層的厚度係等於或小於約50Å。
  9. 如申請專利範圍第1-8項其中任一者之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，將該基板曝露於用於形成該金屬氧化物的該氧電漿的步驟包含將該金屬晶種層之大於90%的金屬轉變為金屬氧化物。
  10. 如申請專利範圍第1-8項其中任一者之描繪金屬氧化物還原的方法，進一步包含： 在將該基板曝露於該還原處理之前測量該基板的一第一薄膜電阻；以及 在將該基板曝露於該還原處理之後測量該基板的一第二薄膜電阻。
  11. 如申請專利範圍第1-8項其中任一者之描繪金屬氧化物還原的方法，進一步包含： 在該處理腔室中設置該基板之前針對複數額外基板的每一者重覆操作(a)-(c)。
  12. 如申請專利範圍第11項之描繪金屬氧化物還原的方法，進一步包含： 在將該基板曝露於該還原處理之後針對該複數額外基板的每一者重覆操作(d)。
  13. 如申請專利範圍第1-8項其中任一者之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，該金屬晶種層包含銅及鈷的其中至少一者。
  14. 一種用於描繪金屬氧化物還原的設備，該設備包含： 一處理腔室； 一基板支座，用於在該處理腔室中支撐一基板，其中該基板包含一金屬晶種層； 一遠程電漿源，在該基板支座上方；以及 一控制器，配置以用於執行下列操作的指令： (a)     在該遠程電漿源中產生一氧電漿； (b)    在該處理腔室中將該基板曝露於該氧電漿以在該處理腔室中形成該金屬晶種層的一金屬氧化物； (c)     在該遠程電漿源中產生一還原氣體物種的電漿，其中，該還原氣體物種的電漿包含來自該還原氣體物種的自由基、離子、及紫外線（UV）輻射之其中一者以上；以及 (d)    將該基板曝露於該還原氣體物種的電漿以將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬。
  15. 如申請專利範圍第14項之用於描繪金屬氧化物還原的設備，其中，該控制器進一步包含用於執行下列操作的指令： 在該基板曝露於該氧電漿期間維持該基板支座的溫度低於該金屬晶種層的凝聚溫度。
  16. 一種描繪金屬氧化物還原的方法，該方法包含： (a)     供應氧進入一退火腔室； (b)       在該退火腔室中設置一基板，該基板具有一金屬晶種層形成於其上； (c)       在該退火腔室中將該基板曝露於形成該金屬晶種層之一金屬氧化物的條件； (d)    在一處理腔室中設置該基板；以及 (e)       在將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下，將該基板曝露於一還原處理。
  17. 如申請專利範圍第16項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，供應氧進入該退火腔室的步驟包含將該退火腔室曝露於大氣條件。
  18. 如申請專利範圍第16項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，供應氧進入該退火腔室的步驟包含： 將該退火腔室對大氣條件封閉；以及 將氧流進該退火腔室。
  19. 如申請專利範圍第16項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，將該基板曝露於用於形成該金屬氧化物的條件之步驟包含將該金屬晶種層之大於90%的金屬轉變為金屬氧化物。
  20. 如申請專利範圍第16項之描繪金屬氧化物還原的方法，進一步包含： 在該退火腔室中加熱一基板支座，其中該基板係設置在該加熱的基板支座上，其中將該基板曝露於用於形成該金屬氧化物的條件之步驟包含在該退火腔室中將該基板曝露於氧同時將該基板曝露於該加熱的基板支座。
  21. 如申請專利範圍第20項之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，該加熱的基板支座的溫度係在約100o C及約400o C之間。
  22. 如申請專利範圍第16-21項其中任一者之描繪金屬氧化物還原的方法，進一步包含： 在將該基板曝露於該還原處理之前測量該基板的一第一薄膜電阻；以及 在將該基板曝露於該還原處理之後測量該基板的一第二薄膜電阻。
  23. 如申請專利範圍第16-21項之其中任一者之描繪金屬氧化物還原的方法，進一步包含： 在該處理腔室中設置該基板之前針對複數額外基板的每一者重覆操作(a)-(c)。
  24. 如申請專利範圍第23項之描繪金屬氧化物還原的方法，進一步包含： 在將該基板曝露於該還原處理之後針對該複數額外基板的每一者重覆操作(d)-(e)。
  25. 如申請專利範圍第16-21項之其中任一者之描繪金屬氧化物還原的方法，其中，將該基板曝露於該還原處理的步驟包含： 在一遠程電漿源中形成一還原氣體物種的一遠程電漿，其中，該遠程電漿包含來自該還原氣體物種的自由基、離子、及紫外線（UV）輻射之其中一者以上；以及 將該基板曝露於該遠程電漿。
  26. 如申請專利範圍第16-21項之其中任一者之描繪金屬氧化物還原的方法，進一步包含： 在該處理腔室中設置該基板之前但在將該基板曝露於形成該金屬氧化物的條件之後冷卻該基板。
  27. 一種用於描繪金屬氧化物還原的設備，該設備包含： 一退火腔室； 一基板支座，用於在該退火腔室中支撐一基板，其中，該基板包含一金屬晶種層； 一處理腔室，與該退火腔室分開；以及 一控制器，配置以用於執行下列操作的指令： (a)     供應氧進入該退火腔室； (b)    在該退火腔室中加熱該基板支座； (c)     在該退火腔室中將該基板曝露於該加熱的基板支座及曝露於氧以形成該金屬晶種層的一金屬氧化物； (d)    將該基板轉移至該處理腔室；以及 (e)     在將該金屬氧化物還原為呈與該金屬晶種層整合之膜的形式之金屬的條件下，將該基板曝露於一還原處理。
  28. 如申請專利範圍第27項之用於描繪金屬氧化物還原的設備，其中，供應氧進入該退火腔室的步驟包含將該退火腔室曝露於大氣條件。
  29. 如申請專利範圍第27項之用於描繪金屬氧化物還原的設備，進一步包含： 一門，配置以開啟及關閉該退火腔室；以及 一氣體入口，用於將氧遞送進入該退火腔室，其中供應氧進入該退火腔室的步驟包含當該退火腔室係關閉時將氧流進該退火腔室。
  30. 如申請專利範圍第27-29項其中任一者之用於描繪金屬氧化物還原的設備，其中，在將該基板曝露於該加熱的基板支座及曝露於氧之後，該金屬晶種層之大於約90%的金屬係轉變為該金屬氧化物。
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