TWI591761B - 在氣隙形成期間金屬內連線之選擇性加蓋 - Google Patents
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Description
本發明係關於在內連線層中形成氣隙的方法和系統。
鑲嵌處理係用於在積體電路上形成金屬線路的方法。該處理包含在介電層之內所形成的溝槽和介層窗之中形成金屬內連線。鑲嵌處理一般使用與其他方法相比較少的處理步驟,且提供較高的良率。該處理亦特別非常適合於金屬,例如銅,其不易藉由電漿蝕刻而加以圖案化。
在典型的鑲嵌製程流程中,將金屬沉積至圖案化介電質之上,以填充在此介電質之內所形成的介層窗和溝槽。所產生的金屬化層可直接在含有主動元件的一層上形成,或在較低的金屬化層之上形成。例如矽碳化物或矽氮化物之介電擴散障壁材料的一薄層,係沉積於相鄰金屬化層之間及/或金屬內連線和介電質之間,以防止金屬擴散進介電質。在一典型的積體電路中,可將數個金屬化層沉積於彼此的上方而形成一堆疊。一個金屬化層的傳導路徑,可藉由一系列鑲嵌內連線而連接至相鄰層的傳導路徑。
製造這些內連線造成許多挑戰,這隨著積體電路特徵部的尺寸持續縮小而變得越來越嚴重。在90nm技術節點和更先進的節點中,維持相鄰金屬內連線之間的介電特性成為一個難題。
提供相鄰傳導線路之間在內連線層中形成氣隙的方法和系統。保護層可選擇性形成於傳導線路的暴露表面上,而在該等線路間的結
構可維持未保護。在若干實施例中,保護層係形成於整個基板之上,包含傳導線路的暴露表面和線路之間結構的表面二者。這些結構可由一犧牲材料構成,該犧牲材料之後被移除以形成孔洞(有時稱作「氣隙」)。在某些實施例中,使用容許蝕刻劑和蝕刻產物在移除期間通過的可滲透非保護層覆蓋該等結構。在將具一選擇性形成保護層的工件暴露於氣體或液體蝕刻劑之時,這些蝕刻劑移除該犧牲材料而無蝕刻或其他方式地影響金屬線路。這些線路之間形成的孔洞可接著以介電材料部分地填充以將孔洞密封及/或保護金屬線路的側部。可在含有氣隙之經處理的層之上形成額外的內連線。
此揭露內容的若干實施態樣係關於在內連線層產生氣隙的方法。一個此種方法的特徵可在於以下操作:(a)接收一工件,該工件具有一內連線層,該內連線層具有暴露的金屬內連線、及圍繞該等金屬內連線的一部分的一犧牲材料;(b)選擇性地形成一保護層於該等金屬內連線的暴露表面之上;及(c)暴露該工件於一蝕刻劑,以自該內連線層選擇性移除該犧牲材料,而該保護層保護該等金屬內連線的表面免受實質蝕刻。暴露至蝕刻劑界定至少一部分之氣隙。該保護層係由在一反應腔室中的一個以上先質氣體加以形成。
在某些實施例中,該犧牲材料含有矽氧化物。在若干實施例中,該金屬線路含有銅。
在選擇性地形成該保護層之前,可預清潔該工件,以至少自該等金屬內連線的暴露表面移除汙染物及/或氧化物。在一個實例中,該預清潔步驟係利用一電漿處理加以執行。
暴露該工件至蝕刻劑,可在至少部分地暴露該等金屬內連線的側壁的條件下加以執行。在若干實施例中,該蝕刻劑包含氟化銨或氫氟酸。在某些實施例中,該蝕刻劑包含氯、二氯二氟甲烷、三氟甲烷、四氟甲烷、六氟化硫、及三氟化氮。
在某些實施例中,該方法包含形成一半滲透層於該內連線層之上的額外操作。在此實例中,暴露該工件於該蝕刻劑的步驟將該半滲透層下方的犧牲材料移除且藉此形成氣隙。通常,該半滲透層在該保護層之上延伸。在某些實施例中,該半滲透層包含聚合物。
該方法可包含形成一介電層於該等金屬內連線的該等暴露表面之上的額外操作。此額外的操作可在該內連線層之中形成一封閉的氣隙。形成該介電層於該等金屬內連線的表面之上可包含執行非保形化學氣相沉積(CVD)。在若干實施例中,該等氣隙佔有至少約25%的該內連線層。
在某些實施例中,用於選擇性地形成該保護層的先質氣體,係矽烷、鍺烷、二硼烷、三甲基鋁、四(二甲胺基)鈦、或四(二乙胺基)鈦。形成該保護層的步驟,可執行於以下條件:以自大約0.001sccm至大約10,000sccm的流率流動該一個以上先質氣體;維持自約20℃至約500℃之範圍的該工件的溫度;及維持約10毫托至約100托的壓力範圍。在若干實施例中,該保護層具有至少約100Å的厚度。
在各種實施例中,將該方法執行於一多站或多腔室設備。在若干實作中,將至少二個操作執行於該設備的二個不同的站或腔室。
此揭露內容的另一實施態樣係關於用於在內連線層之中產生氣隙的處理系統。在某些實施例中,該處理系統包含以下特徵:(a)一反應腔室,用於接收一工件,該工件具有一內連線層,該內連線層包含:具有暴露表面的金屬內連線;及一犧牲材料,圍繞不包含該等金屬內連線的該等暴露表面之該等金屬內連線的一部分;及(b)一系統控制器,用於執行一組指令,其用於實施此處所示之一個以上方法中所描述的一些或全部操作。在一個例子中,該等指令用於執行以下操作:(i)在該反應腔室中導入一個以上先質氣體,以在該等金屬內連線的該等暴露表面之上選擇性形成一保護層;及(ii)暴露該工件於一蝕刻劑,以自該內連線層選擇性移除該犧牲材料。如同上述方法,該保護層保護該等金屬內連線的表面免受實質蝕刻,而該蝕刻劑界定該氣隙的至少一部分。在若干實例中,該反應腔室係一多站腔室。
以下參照圖示描述這些和其他特徵以及實施例。
100‧‧‧工件(結構)
103‧‧‧層
104‧‧‧保護層
105‧‧‧擴散障壁
106‧‧‧滲透層
107‧‧‧金屬內連線及/或介層窗(金屬線路)
108‧‧‧氣隙
109‧‧‧擴散障壁
111‧‧‧介電層
113‧‧‧蝕刻終止膜
115‧‧‧介電層
117‧‧‧CMP終止膜
119‧‧‧介層窗
121‧‧‧溝槽
123‧‧‧擴散障壁
124‧‧‧線路
125‧‧‧線路
200‧‧‧製程
201-215‧‧‧操作
500‧‧‧反應器
502‧‧‧高頻RF產生器
504‧‧‧低頻RF產生器
506‧‧‧匹配網路
508‧‧‧歧管
510‧‧‧來源氣體線路
512‧‧‧入口
514‧‧‧噴淋頭
516‧‧‧工件
518‧‧‧支座
520‧‧‧加熱器塊
522‧‧‧出口
524‧‧‧製程腔室
526‧‧‧真空泵
601‧‧‧腔室
603-609‧‧‧站
611‧‧‧分度平面
613‧‧‧系統控制器
701‧‧‧多站設備
717、719、及721‧‧‧處理腔室
703、705、707、709、711、及713‧‧‧站
715‧‧‧腔室
723‧‧‧系統控制器
圖1A-1G描述根據某些實施例在雙重鑲嵌製造過程的各種階段在一工件上所產生的元件結構的剖面圖。
圖2係一製程流程圖,對應根據某些實施例在內連線中產生
氣隙的方法。
圖3和4描述在氫氟酸溶液中的濕式蝕刻操作之後二個試樣的SEM影像。
圖5提供一簡明方塊圖,描繪根據某些實施例配置用於執行在內連線層中產生氣隙的各種操作之各種反應器元件。
圖6係根據某些實施例在相同的腔室環境中能夠同時執行不同製程的多站設備的示意圖。
圖7係根據某些實施例在不同的腔室環境中能夠同時執行不同製程的多腔室設備的示意圖。
在以下說明中,描述許多特定的細節,以提供所描述概念的完整理解。所述概念可在沒有一些或全部這些特定細節的狀況下加以實施。另一方面,眾所周知的製程操作不再詳細描述,以免不必要地混淆所述概念。雖然若干概念係結合特定實施例而加以描述,要理解到這些實施例係非限定性的。
將低介電常數(低k)材料加入銅雙重鑲嵌結構可能係困難的,特別是對於非常小的線路尺寸。在金屬內連線之間加入氣隙,藉由降低有效k值而改善線路間電容特性。先前已進行多種嘗試,以藉由將細孔加入金屬線路之間的標準介電基材以降低金屬化層的線路間區域的有效介電常數。氣隙可視為多孔介電技術的邏輯延伸。藉由將犧牲材料自金屬內連線之間的區域部分地或完全地移除,可將氣隙在積體電路層的製造期間加入該積體電路層。移除通常涉及利用侵蝕性蝕刻劑或可侵蝕金屬線路(若這些線路係在未受保護的狀態下)的其他類似技術之蝕刻。舉例來說,這些線路的暴露表面可受侵蝕,造成電阻的增加(例如由於散射效應)、在整體結構中對其他層的不良黏著、不良的電子遷移、及其他問題。
所提供的方法和系統在移除犧牲材料期間以及間或在其他操作期間能夠建立氣隙且保護金屬內連線。在若干實施例中,在傳導線路的暴露表面上將保護層選擇性地加以形成,而線路之間的結構可能維持未
受保護。當具有選擇性形成的保護層的工件暴露於氣體、電漿、及/或液體蝕刻劑之時,這些蝕刻劑將犧牲材料移除而未實質蝕刻或以其他方式影響金屬線路。該犧牲材料可為有機聚合物或氧化物。
在各種實施例中,將犧牲材料簡單移除以在金屬線路周圍留下凹陷區域。在若干實施例中,執行犧牲材料的移除係透過一可滲透非保護層。此層可在金屬內連線之上所形成的保護層之外的犧牲材料結構之上選擇性地加以形成。存在不同的方式以透過可滲透非保護層移除犧牲材料。舉例來說,可使用熱降解聚合物作為犧牲材料。此聚合物可藉由熱(有時係結合紫外線曝光)加以分解。該氣態分解產物可透過該滲透層而流出。在另一例子中,可藉由選擇性濕式或乾式蝕刻移除該犧牲材料,其中蝕刻劑和產物二者穿過該滲透層。舉例來說,可使用二氧化矽作為犧牲材料,結合一有機聚合物作為一滲透層。滲透層的其他例子包含多孔矽碳化物(SiC)、多孔氮化碳化矽(SiCN)、及其組合。在完全完成該堆疊之後,氣隙可形成於此堆疊之中,且犧牲性二氧化矽可透過滲透層在氫氟酸溶液中加以選擇性蝕刻。
在若干實施例中,在金屬線路之間形成的孔洞係利用介電材料加以部份地填充。可以非保形方式執行此材料的沉積,以將該等孔洞密封且在金屬內連線之間保持若干氣隙。舉例來說,可使用非保形PECVD沉積,而隨後進行另一平坦化操作。
產生氣隙實質上降低有效k值。已經顯示利用此方式可達成低至1.8的k值。在若干實施例中,可藉由將非保形介電材料受控制地沉積進入該等孔洞而調整這些值。該堆疊可利用特定的介電材料(特別是,緻密介電材料)且仍符合封裝(例如在低密度區域或墊片之中)之熱和機械需求。相反地,多孔金屬間填料,其係有時作為氣隙方式的替代,通常具有不良的機械特性。應注意到,可使用多孔介電材料作為犧牲材料結構及/或作為在所處理工件中將所產生孔洞部分地填充的回填介電質。
在內連線層之中保護層和氣隙的形成,現在將在銅雙重鑲嵌處理的內容中加以描述。將理解的是,此處所揭露的方法可使用於其他結構化和處理方法之中,包含單一鑲嵌處理。此外,將理解的是,這些方式可適用於銅以外的各種金屬。舉例來說,這些方法可適用於含金及/或銀的
內連線。
在圖1A-1G所顯示者係根據若干實施例在雙重鑲嵌製造過程的不同階段中在一工件之上所產生的元件結構剖面圖。在圖1G中顯示完成的結構的剖面圖,該完成的結構具有在堆疊的不同階層上的氣隙。在此申請案中所使用的「半導體基板」或「工件」係不限定於積體電路元件的半導體部分,而是廣義地定義為含半導體基板。參照圖1A,描述用於雙重鑲嵌製造的部份製造的積體電路結構或工件100的例子。
在圖1A中所描述的層103係一犧牲材料層,該材料在後續操作期間被至少部分地移除。用於氣隙應用的各種犧牲材料係為此技術領域所熟知。犧牲材料的若干例子包含二氧化矽、非晶形碳、及聚合物和其他有機材料。在若干實施例中,可將二氧化矽摻雜以氟、氮、或碳。亦可使用各種多孔結構。
將層103蝕刻線路路徑(溝槽和介層窗),其中將部分傳導金屬擴散障壁105沉積,接著將金屬內連線及/或介層窗107嵌入。為了方便起見,金屬線路和介層窗此處將共同稱為「線路」。因為銅或其他移動式傳導材料提供工件的傳導路徑,鄰近金屬線路的下層矽元件和介電層必須對金屬離子(例如Cu離子)加以防護,否則該等金屬離子可能擴散或漂移進入矽或層間介電質而造成劣化其特性。數種類型的金屬擴散障壁可加以使用,以保護IC元件的介電層。這些類型可分成例如障壁105的部分傳導含金屬層以及以下將進一步描述的介電障壁層。用於部分傳導擴散障壁105的適合材料,包含例如鉭、鉭氮化物、鈦、鈦氮化物等等之材料。這些材料通常藉由PVD、CVD、或ALD方法沉積至具有介層窗和溝槽的介電層之上。擴散障壁105亦在自層103移除犧牲材料期間對於金屬內連線107的側壁提供保護。若干擴散障壁層材料可能易於氧化。為了保護這些材料,如以下進一步描述的,在完成處理之後,可將壁和孔洞密封而免受環境影響。
金屬內連線107可包含銅及/或其他導電材料。這些線路可藉由數種技術加以形成,包含PVD、電鍍、無電鍍沉積、CVD等等。在若干實施型態中,銅填充包含藉由PVD沉積一薄的銅晶種層且隨後藉由電鍍沉積主體銅填充物。由於通常沉積銅會伴隨在該場所區域(field region)的
過度覆蓋,需要一化學機械拋光(CMP)操作以移除該過度覆蓋而取得一平坦化的結構100。
接下來,參照圖1B,在已完成工件100之後,選用性地將工件100的表面加以預清潔以移除汙染物和金屬氧化物。舉例來說,可使用冰醋酸達成此目的。在若干實施例中,移除汙染物和金屬氧化物容許更有效地及選擇性地形成保護層104且將保護層104較佳地黏著至金屬線路107,特別是當使用防蝕劑以形成保護層104之時。舉例來說,在完成CMP之後銅線路即易於快速地形成銅氧化物。可使用冰醋酸處理此工件的表面,以在導入用以形成保護層104的防蝕劑或其他先質之前移除銅氧化物。
在預清潔之後,在金屬線路107的頂部暴露表面之上選擇性地形成一層以上的保護層104。保護層104可些微地延伸超過金屬線路107的頂部表面以保護金屬線路107的角隅,亦即是保護層104與設置在金屬線路107的側邊的擴散障壁105之間的介面。根據所述技術所形成的保護層104的此延伸部應對照於鈷覆蓋技術,其中在銅線路的頂部表面上選擇性地形成鈷覆蓋部以保護這些線路不受蝕刻劑影響。這些鈷覆蓋部,其可藉由無電鍍或選擇性化學氣相沉積法加以形成,由於選擇性沉積製程的本質,有時會有在金屬障壁(例如鉭氮化物/鉭)與銅表面之間的介面處的表面濕潤問題。這二個冶金之間的分界係該覆蓋層的弱點,且可能為開始腐蝕的位置。
保護層104可為膜的形式,其可具有一個可接受的厚度範圍。在若干實施例中,該膜係實質上厚於在保護性自對準緩衝層(PSAB,protective self-aligned buffer)方式中通常所使用的單層膜,其中PSAB方式係針對電磁及/或黏著問題。在某些實施例中,該保護層具有至少約100Å的厚度,或更具體而言,至少約500Å的厚度。以下將更詳細地描述保護層的例子。在這些例子的內容中,應理解的是保護層的電特性可藉由電漿後處理(特別是氧化後處理)而加以調整至所欲的程度。
在某些實施例中,藉由使金屬線路107與一個以上先質反應而形成保護層104,其中該一個以上先質係以氣體或液體提供至該工件的表面之上。在金屬線路107之間的犧牲材料亦可與這些先質反應。然而,由於此犧牲材料不包含金屬,反應產物係不同於保護層104的成分。這些反
應產物在若干實施例中可形成可滲透非保護層。在其他實施例中,該犧牲材料係不與提供於該工件表面上的一個以上先質反應來形成保護層104。如此,在金屬線路107之上選擇性地形成保護層。
在其他實施例中,藉由在金屬線路107的暴露表面上吸附一種以上材料,形成保護層104。在這些實施例中,可能沒有在金屬線路中任何金屬的化學轉變。舉例來說,保護層104可藉由例如在一液體中的抗蝕劑加以形成。此等抗蝕劑的一些例子,包含2-胺基嘧啶(AP)、2-胺基-5-巰基-1,3,4-噻二唑(AMT)、苯並三唑(BTA)、5,6-二甲基苯並咪唑(DB)、2-巰基苯並咪唑(MBI)、2-巰基苯並噁唑(MBO)、2-巰基嘧啶(MP)、及2-巰基苯並噻唑(MBT)等等。在此範例中,可在蝕刻犧牲材料之前或在蝕刻期間,將保護層104加以形成。舉例來說,抗蝕劑可直接提供餘蝕刻溶液之中。之後在於金屬線路之上形成其他層之前,將這些抗蝕劑自銅表面移除。抗蝕劑可藉由電漿處理或在沉積非保形沉積物以密封孔洞期間加以移除。
在吸附實施例中,金屬線107之上形成保護層的一種以上化學品可能沒有吸附於犧牲材料之上。有時其他化學品可吸附於犧牲材料之上且可形成一可滲透非保護層。
通常,滲透層106係在保護層104之前或之後形成,並且可重疊且形成具有這些層的一堆疊,如以下進一步說明的。通常,滲透層106和保護層104係不同材料。在某些實施例中,在蝕刻之前沒有層形成於犧牲材料之上,或者在這些區域所形成的一層藉由在蝕刻期間的蝕刻劑或蝕刻前的其他製程加以移除。這類型的層可稱為一可移除層。滲透層106可留存作為最終積體電路的一部分,且可例如支撐堆疊的另外的層。或者是,滲透層106可在蝕刻操作期間或之後加以移除。
在某些替代實施例中,如上所述,形成保護層104係與在犧牲材料之上形成滲透層106同時發生(例如,藉由形成不同的反應產物及/或藉由在犧牲材料的表面之上吸附不同材料)。滲透層106容許蝕刻劑穿透且到達犧牲材料,且容許反應產物流出。可用於滲透層和保護層之雙重功能的這些類型的材料,可選自通用類的PECVD Si-C-N-H介電障壁類型材料,其具有例如有機端基所造成的高孔隙度(低密度)。這些材料已經有意
地製作成非密封的。在結構完整性、孔隙度、和疏水性之間要維持一平衡。
一旦將保護層104選擇性地形成在金屬線路107的頂部表面之上,可繼續該製程而至少部分地移除該犧牲材料。以下進一步描述的蝕刻和其他技術可用於此目的。在某些實施例中,若干金屬間介電質留存於例如圖1C-a之中所顯示的金屬線路107之間。在其他實施例中,自層103移除實質上所有的金屬間介電質。
在某些實施例中,可將介電材料沉積至在移除犧牲材料期間所建立的金屬線路107之上以密封孔洞且形成氣隙。由於該沉積係非保形的,可部分地填充在金屬線路107之間的孔洞。此新沉積的介電材料可與犧牲材料具有相同的成分(例如皆為二氧化矽),或可具有不同的成分。在一個例子中,摻雜氟或碳的二氧化矽可用以密封該等孔洞。亦可使用各種多孔結構。一般而言,為了將金屬間介電堆疊的介電常數最小化,使用具有低於約3.5的k值的材料作為層間介電質,其中該材料的k值一般小於約3.0且經常低至約2.8。然而,由於氣隙之後形成於金屬間介電質之中,亦可使用具有高k值的材料。
在某些實施例中,透過滲透層106沉積新的介電材料,且該材料本身可能未密封孔洞。在圖1C-a之中顯示所產生的結構。在其他實施例中(例如當滲透層未存在之時),將新的介電材料以非保形方式沉積以密封孔洞。該新的介電材料產生一氣隙且提供一表面用於在堆疊之中沉積額外的層。在圖1C-b之中顯示所產生的結構(雖然為方便起見未描繪非保形結構)。在任一實例中,相鄰金屬線路之間的空隙包含氣隙108。在各種實施例中,非保形材料係PECVD SiO2,或為例如有機矽酸鹽低k材料之不同類的PECVD材料、或甚至為一旋塗材料。
在某些實施例中,在進一步處理之前在層104和106之上沉積一蝕刻層。可在保護層104及/或非保護層106之上沉積蝕刻層及/或其他成分。在某些實施例中,在進一步處理之前移除保護層104。
其他層可沉積於鑲嵌層之間的介面,例如擴散障壁層和蝕刻終止層。矽氮化物及/或氮摻雜矽碳化物(NDC)可用於這些應用。其他材料包含:富含碳的矽碳化物材料,例如在申請於西元2004年6月15日由Yu等人發明之共同受讓的美國專利申請案第10/869,474號所述者;硼摻雜
矽碳化物材料,描述於申請於西元2004年8月9日由Yu等人發明之美國專利申請案第10/915,117號、申請於西元2006年3月8日由Yu等人發明之美國專利申請案第11/373,847號;及氧摻雜矽碳化物材料,例如描述於授證於西元2005年2月15日由Tang等人所發明之美國專利第6,855,645號。此外,對於擴散障壁109可使用雙層和三層構造。適合的雙層和三層障壁膜的例子描述於例如先前引述的美國專利申請案第10/869,474號、第10/915,117號、以及申請於西元2007年2月22日由Yu等人所發明之美國專利申請案第11/710,652號。在此段落所提及的所有專利申請案在此藉由參照全部納入作為本案揭示內容以描述這些層。
參照圖1D,在層103之上沉積雙重鑲嵌介電結構的另一介電層111。在這個沉積之後,可在該第一介電層111之上藉由PECVD方法沉積一蝕刻終止膜113。介電層111通常由低k材料組成,例如被列出用於層103者(例如用以部分地填充孔洞的在蝕刻之後加入的新的介電材料及/或犧牲材料)。要注意到,在層111和103之中的材料不需要具有相同的成分。類似地,蝕刻終止層113可具有或不具有與層109相同的成分。
該製程繼續進行,如圖1E所描繪,其中以類似於第一介電層111的方式將雙重鑲嵌介電結構的第二介電層115沉積至蝕刻終止膜113之上。接著沉積抗反射層(未顯示)和CMP終止膜117。第二介電層115可含有低k介電材料,例如針對層103和111以上所描述者。一CMP終止膜117用以在隨後的CMP操作期間保護金屬間介電(IMD)層115的脆弱的介電材料。該CMP終止層可受到如擴散障壁和蝕刻終止膜109及113之類似的整合需求,且可類似地由針對層109所描述之材料所組成。
該雙重鑲嵌製程持續進行,如圖1F-1G所描繪,在第一和第二介電層之中蝕刻介層窗119和溝槽121。使用標準微影技術以蝕刻此等溝槽和介層窗圖案。可使用溝槽優先及/或介層窗優先方法。這些新形成的介層窗和溝槽係如上所述覆蓋以金屬擴散障壁123,其可含有障壁材料,例如鉭、鉭氮化物、或有效阻擋銅原子擴散進入介電層的其他材料。在某些實施例中,擴散障壁層113和123係用以蝕刻層111和115之蝕刻劑可滲透的或可移除的。
在已沉積擴散障壁123之後,舉例來說,可沉積銅晶種層(例
如藉由PVD製程)而能夠隨後將特徵部電鍍填充(electrofilling)銅鑲嵌物。接著金屬(例如銅)可藉由電鍍填充而填充,且在區域中所沉積之過量的金屬在一CMP操作之中加以移除,該CMP係執行成CMP終止於CMP終止膜117。
在金屬線路125之上沉積保護層的製程可重複。同樣地,氣隙可在相鄰的金屬線路之間形成,如圖1G所顯示。在若干方式中,在頂層(111和115)之中的氣隙係與在底層(103)之中的氣隙合併,且形成延伸通過多層的連續氣隙。圖1G顯示具有在層間介電質之中的氣隙的完成的雙重鑲嵌製程,其中將導電路線124及125鑲嵌(未描繪晶種層)進介層窗和溝槽表面。具體而言,此圖描述三條鑲嵌內連線,其中金屬層107係與上覆金屬化層的金屬層124連接。
除了在蝕刻期間保護金屬線路之外,保護層具有額外的功能,例如作為一障壁層。首先,保護層保護金屬層107免於不慎氧化。在沒有保護層的情況下,在元件製造的過程中或元件終端使用期間暴露於氧或濕氣之時,金屬表面(例如銅)可氧化成銅氧化物。形成金屬氧化物通常係非常不理想的,這是因為會增加內連線的電阻,且更常會導致在內連線結構中形成孔洞。在金屬線路中形成孔洞對於整合元件係有害的,且應儘可能避免。
其次,在若干實施例中,當將保護層保留作為積體電路的一部分之時,保護層將在金屬線路和介電擴散障壁之間的介面處的電子遷移縮減。吾人已發現此介面係在線路電流應力期間最可能的故障點。鑒於銅的電子遷移電阻係高到足以在一般設計的金屬線路中承受耗損,缺陷引起的電子遷移故障已發現係在銅和介電障壁層之間的介面處。舉例來說,其中銅氧化物或氫氧化物已不理想地形成於此等介面,孔洞將形成於銅層之中,這增加在內連線之中電子遷移的風險。可理解的是,在這些區域的電流密度在實際使用期間係相當高的,從而造成此等內連線之缺陷引起的電子遷移故障。留存的保護層保護金屬層免於形成缺陷,且從而改善內連線的電子遷移特性。
此外,保護層可改善金屬層和擴散障壁層之間的黏著性。金屬對障壁層的黏著性係銅內連線的重要特性。不良的黏著性可導致不足的
擴散障壁層之密封性,且可造成擴散障壁層自下層金屬化層剝離。最後,此剝離可導致內連線的故障。一般而言,隨著擴散障壁材料的介電常數縮小,該材料對於下層金屬層的黏著性變得較弱。對於具有高含量有機殘基的擴散障壁材料尤其如此,該有機殘基係例如烷基、碳-碳鍵等等,其通常阻礙對金屬層的黏附。此外,關於障壁膜應力特性,具有低介電常數的許多障壁材料形成沒有充足壓縮而達到對金屬層良好黏著的膜。考慮到這些挑戰,吾人經常期望使用保護層以加強金屬層和具有低介電常數之擴散障壁層之間的黏著性。
一保護層可具有多層結構。具體而言,一保護層可具有二層以上的子層,其可具有相異的或逐漸改變的成分。舉例來說,一保護層可具有主要由CuxSiy組成的底部子層,以及主要由SixNy組成的頂部子層。在若干實施例中,在保護層之內CuxSiy和SixNy的濃度係漸變的。此等子層可藉由轉換首先形成的保護層的頂部部分而加以形成。舉例來說,一保護層的頂部部分可藉由轉換而加以改質,該轉換係藉由化學處理、電漿處理、熱處理、及這些處理的各種組合而加以實現。
在若干實施例中,將首先形成的保護層(含有例如CuxSiy)全部轉換為一改質的保護層而不形成材料的子層。此改質的特定化學品和數量係對於保護層的特定應用而定制,例如,對於在氣隙形成期間所使用的特定蝕刻劑。在若干實施例中,首先形成的保護層的化學改質可能係必須的,以控制保護層的厚度。此外,在若干實施例中,將首先形成之保護層或其頂部轉換成提供與介電擴散障壁最佳黏著性的一材料,可能係有利的。此等材料其中若干包含矽氮化物、矽碳化物、氫摻雜碳、及其各種摻雜改質物。
在某些實施例中,一保護層具有漸變成分。此類型的保護層可視為例如銅金屬與保護材料的合金、或在與介電擴散障壁層的介面處摻入保護材料的銅層。所產生的材料對於改善金屬和介電層之間的黏著性係特別有利的,這是因為在材料特性中的逐漸改變造成二層之間的良好黏合。雖然在若干實施例中保護層係漸變的,在其他實施例中保護層可為分開而非混入下層金屬層,且可具有與金屬層之陡變的邊界。
在某些實施例中,保護層含有具相對低傳導性之材料,且因
此其在IC電路中的存在可能增加內連線的電阻。當然,在某些實施例中,在完成氣隙形成之後可自銅線路的表面移除保護層。然而,在某些實施例中,基於上述說明的原因將保護層加以留存。在這些實施例中,電阻的增加可能係不理想的,且可能需要小心地控制保護層的厚度以避免不可接受之電阻增加。不慎地形成不必要厚的保護層可能將內連線電阻增加到工業上可能無法接受的程度。製備薄保護層之挑戰,隨著IC元件中特徵部的尺寸持續縮小,變得愈發明顯。舉例來說,控制保護層厚度係困難的,且對於在僅約1000Å深的金屬線路中之內連線電阻亦如此。此處提供形成控制數量之保護材料的方法。這些方法可應用於具有大範圍特徵部尺寸的各種積體電路,但可發現對於90nm技術節點和更先進節點之IC元件製造的特殊用途。舉例來說,這些方法對於其中單一金屬化層的厚度不超過1000Å的元件製造係特別有用。
參照圖2,如過程塊201所顯示,製程起始於接收具有內連線層的一工件,該內連線層包含內連金屬線路和圍繞該金屬內連線的一部分之犧牲材料。工件係提供於已將介層窗和溝槽填充以金屬且已藉由CMP移除過量的金屬之後。此等工件的例子係描述於圖1A之中,將在犧牲材料103之中所形成的介層窗和溝槽內襯以擴散障壁105,且將該介層窗和溝槽填充以金屬填充物107。在形成保護層之前將工件藉由CMP平坦化。金屬內連線具有暴露表面。
在某些實施例中,在圖2中所顯示的整個製程係在一個真空環境中執行,而沒有在圖2所顯示的操作期間或之間破壞該真空或將經部分製造的元件暴露至環境氛圍。在若干實施例中,在圖2中所描述的整個製程係在例如多站真空製程腔室之一個設備之中執行。此外,在若干實施例中,在圖2中所描述的整個製程可在一多站設備的一站、二站、三站或更多站加以執行。在某些實施例中,用以在犧牲材料之中形成氣隙的蝕刻操作及/或以下進一步描述的電漿後處理操作,可在與用以沉積保護層者不同的一個以上的站執行。在若干實例中,多站腔室的個別站的溫度係獨立可控制,以容許不同操作之不同溫度。一般而言,保護層形成可執行於自約20℃至500℃的溫度以及自約10毫托至約100托的壓力。在製程中反
應物的流率可在約0.001sccm至約10000sccm的範圍(每製程腔室容納四片300mm晶圓),且反應物接觸時間可在約0.5至約50000秒的範圍,例如自約0.5至約5000秒。這些製程參數可適用於保護層的氣相形成。以下描述液基沉積參數。
保護層可形成於提供試劑流量之機構和一製程腔室的任何設備之中,該製程腔室可將所製造的元件有效地隔離於周遭環境的溼氣和氧。一般而言,該設備能夠提供真空環境和執行保護形成反應所需的溫度。舉例來說,各種類型的CVD工具可用於保護層形成。在若干實施例中,保護形成製程可包含需要電漿處理、或電漿輔助反應的操作。因此,在若干實施例中,可使用PECVD工具,例如由Novellus Systems,Inc.(San Jose,CA)所市售的SEQUELTM及VECTORTM PECVD工具。此外,在若干實施例中,具有高頻(HF)和低頻(LF)射頻(RF)電漿源的雙頻PECVD設備可加以使用。低頻RF功率係關於具有100kHz和2MHz之間頻率的RF功率。LF電漿源的典型頻率範圍係約100kHz至500kHz之間,例如可使用400kHz頻率。高頻功率係關於具有大於2MHz頻率的RF功率。通常,HF RF頻率係在約2MHz-30MHz之間的範圍。一般使用的HFRF數值包含13.56MHz和27MHz。在若干實施例中,約0W/cm2至1.0W/cm2之LF功率,以及0.1-1.5W/cm2之HF功率可用於電漿輔助操作,例如在預清潔、釘扎、及H2後處理期間。在某些實施例中,在電漿輔助操作中使用單一頻率製程。
再度參照圖2,在操作201期間所接收的工件係提供至一製程腔室且可選用性地加以預清潔,如過程塊203所顯示。預清潔操作自工件表面移除汙染物。特別是,預清潔可自金屬表面移除金屬氧化物,從而暴露金屬原子以進行隨後的反應。期望在CMP操作之後或任何對於濕氣和氧的暴露之後執行預清潔,這是因為CMP可在工件表面之上留下大量的汙染物。預清潔操作可藉由例如將工件表面暴露於含還原氣體(例如NH3或H2)的電漿而達成。實驗已顯示使用H2電漿的預清潔提供元件特別改善的特性。在預清潔期間的製程氣體亦可包含載體氣,例如N2、He、Ar等等。在一個例子中,在一個PECVD腔室中,於大約200-400℃的溫度、約1.5-4托的壓力、及大約4000-10000sccm的H2流率,執行預清潔。將可能含有HF和LF成分的電漿點燃,且維持於每一300mm晶圓總功率200-1000W。
在若干實施例中,在預清潔操作期間可使用於0.1-1.5W/cm2的HF功率以及於0-0.8W/cm2的LF功率。在另一例子中,使用NH3替代H2作為還原氣體,且以大約6000至8000sccm的流率流入製程腔室。將N2載體氣以大約2000-4000sccm的流率流入該腔室。該預清潔處理可持續數秒,例如大約6-20秒之間。
在選用性的預清潔操作203之後,在選用性鈍化操作205期間將工件接觸鈍化試劑。在若干實施例中,該鈍化試劑係一含氮試劑,其能夠在金屬層的表面處形成金屬氮化物,例如CuxNy。在一特定的實施例中,該含氮試劑係NH3。一般而言,可使用各種含氮成分。這包含聯氨(N2H2)以及胺(例如甲胺、乙胺、二乙胺等等)。在若干實施例中,鹵素或含鹵素成分可使用作為鈍化劑,其部分地將金屬表面轉換為金屬鹵化物。舉例來說,可使用I2。在其他實施例中,可使用某些碳氫化合物作為鈍化劑,將金屬表面部分地轉換成金屬碳化物。鈍化試劑通常選擇成使得其可將金屬表面改質而不使用電漿。在一個實施例中,以受控制的方式將鈍化試劑導入,使得金屬表面不會全部地轉換成鈍化的材料而仍含有未鈍化的金屬原子,其可在後續保護形成操作期間轉換成保護材料。可藉由鈍化製程參數,例如鈍化試劑的本質、溫度、鈍化試劑的流率、及試劑與金屬層的接觸時間,控制金屬表面的鈍化程度。
在一個實施例中,藉由將NH3於大約6000-8000sccm的流率、大約1.5-4托的壓力、及大約200℃-400℃的溫度流入一製程腔室,將銅表面部分地轉換成CuxNy。在此實施例中,在鈍化製程期間不點燃電漿。在其他實施例中,鈍化可為電漿輔助的。在若干實施例中,NH3係在鈍化操作期間流入腔室的唯一氣體。在其他實施例中,NH3或其他鈍化試劑可藉由例如N2、H2、He、Ar等等之載體氣加以稀釋。將金屬層接觸鈍化試劑一段受控制的時間,而於金屬表面提供所欲量的鈍化材料。舉例來說,可利用NH3處理工件大約2-4秒,而將所欲部分的銅表面轉換成銅氮化物。
在一個實施例中,鈍化操作選擇性地轉變金屬表面而不影響工件的其他暴露表面。舉例來說,在此實施例中鈍化操作205不轉變犧牲材料層,且不沉積任何材料於犧牲材料層之上。
再度參照圖2,製程持續進行而在操作207期間於金屬內連
線的表面上及/或頂部之內形成一保護層。工件可接觸一個以上先質以形成保護層。該一個以上先質係與金屬線路的可得金屬原子反應,但不影響工件之上其他處的材料。舉例來說,圍繞金屬線路的犧牲材料可對於在此操作期間所使用的先質實質上惰性。此外,若在選用性操作205期間形成鈍化的材料,該等先質可不與該經鈍化的材料反應。所以,保護層的深度可相關於所形成鈍化材料的量,使得在金屬表面處增加之鈍化材料的量造成減少的保護層的厚度。如此,保護層的厚度和內連線的電阻係藉由在操作205之中所形成鈍化材料的量加以控制,或者更確切地說,藉由留存而可用於轉變之未鈍化金屬原子的量而加以控制。舉例來說,若在金屬表面處所有的金屬原子轉換成鈍化材料,例如CuxNy,保護層不會形成,而若在保護形成操作207之前沒有鈍化操作,首先形成的保護層可能過厚,從而不必要地增加內連線電阻。
在關於氣相形成保護層的若干實施例中,在操作207期間所使用的一個以上先質可包含一氣體或一蒸氣,其選自由SiH4、GeH4、PH3、B2H6、AsH3、烷烴、H2S、H2Se、及H2Te所組成的群組。此外,可使用各種金屬氫化物及烷基化元素氫化物。例子包含SnH3、SbH3、及RGeH3、R2GeH2、R3GeH,其中R係烷基取代基,其可進一步取代以雜原子,例如N、P、及S。在若干實施例中,使用金屬鹵化物(氟化物、氯化物、溴化物、或碘化物)來形成保護層。舉例來說,在若干實施例中,使用鉬鹵化物。在這些實例中,金屬間成分和合金(例如CuxMoy)係形成為保護層。一般而言,可使用可以氣體形式傳輸進入CVD腔室之各種金屬氫化物及/或鹵化物、或烷基取代氫化物及/或鹵化物作為保護形成反應物。此外,在若干實施例中,可使用可以氣體形式傳輸進入CVD腔室的各種含金屬化合物(包含有機金屬化合物)作為保護形成反應物。例子包含烷基、羰基、及環戊二烯基取代有機金屬化合物,例如四(二甲胺基)鈦、環戊二烯基鉬、四羰基鎳、及五羰基鐵。通常,此等化合物將注入具有薄金屬層(例如Ti、Mo、Ni、Fe等等)的銅線路的頂部,以形成具有銅的合金。其他例子包含三甲基鋁、四(二甲胺基)鈦(IV)(TDMAT)、四(二乙胺基)鈦(IV)(TDEAT)、及其組合。以下進一步描述濕溶液形成保護層之先質。
應注意到的是,所產生保護層的成分和結構,在用以移除犧
牲層的隨後蝕刻操作(例如具有於濕化學蝕刻劑非常低的蝕刻速率)期間,應具有足夠的抗性。舉例來說,若使用氫氟酸來移除犧牲材料,可使用含有矽氮化物、鍺氮化物、硼氮化物、鋁氮化物、及/或鈦氮化物的保護層。同時,對於若干其他蝕刻劑係有用之鋁氧化物及矽氧化物通常不適合於以氫氟酸為基礎的蝕刻劑。
在金屬頂部轉換成保護層的條件下,該等先質(即保護形成反應物)接觸半導體工件。此保護層可包含以下材料其中一者以上:MxSiy、MxGey、MxPy、MxBy、MxAsy、MxCy、MxSy、MxSey、及MxTey,其中M係金屬。這些金屬係在使用SiH4、GeH4、PH3、B2H6、AsH3、烷烴、H2S、H2Se、及H2Te反應物之時加以形成。舉例來說,當金屬內連線包含銅之時,可形成包含CuxSiy、CuxGey、CuxPy、CuxBy、CuxAsy、CuxCy、CuxSy、CuxSey、或CuxTey的一層。在若干實施例中,保護層的形成係電漿輔助的,例如電漿輔助化學氣相沉積法(PECVD)。在其他實施例中,包含其中SiH4接觸Cu以形成CuxSiy的一實施例,在形成保護層期間可不點燃電漿。當不使用電漿之時,矽烷選擇性地與金屬表面反應,而不沉積任何材料於晶圓的其他暴露表面之上。對於許多保護形成試劑,在保護層形成製程期間不應該點燃電漿,以達成在金屬內連線的暴露表面之內選擇性形成保護層,而非全面地沉積該材料於整個工件表面之上。應注意到的是,在犧牲材料之上形成保護膜通常應加以避免。
在一特定的範例中,藉由將SiH4以大約100-1000sccm的流率流入製程腔室,將保護層形成。可選用性地將大約4000-10000sccm之流率的NH3或大約4000-10000sccm之流率的H2,與矽烷同時流入該製程腔室。此SiH4處理在大約200-400℃的溫度和大約1.5-4托的壓力下持續約1-6秒。在若干實施例中,可將溫度維持於300℃以下,以限制非傳導物種擴散進入金屬內連線。在其他實施例中,使用高於300℃的溫度,而非傳導物種的擴散和介層窗電阻係利用其他方法(例如此文件中其他處所數的鈍化和釘扎)加以控制。在此實施例中沒有應用電漿,且SiH4僅選擇性地與金屬表面反應以形成含銅矽化物的保護層。
在某些實施例中,藉由利用選擇性吸附於金屬內連線的暴露表面上的表面活性試劑處理工件,形成保護層。此實施例係詳細描述於美
國專利申請案第10/980,076號,其藉由參照全部納入作為本案揭示內容的一部分,以描述吸附表面活性試劑於金屬內連線的暴露表面上。
現在將更詳細地說明CuxSiy保護層的形成。要理解的是,類似的考量亦可適用於具有其他成分的保護層。當銅表面於某個溫度(例如介於大約200℃-400℃之間)接觸矽烷之時,矽烷起催化作用地分解於銅表面而形成元素矽,其擴散進入銅層且緩慢地與銅原子反應而形成CuxSiy。最初作為矽烷分解之觸媒的銅原子,最終受到轉換而成銅矽化物,其為保護層的主要成分。在此情況下,大量的元素矽最初在操作207之中形成。在操作205之中的銅層鈍化降低於暴露表面處零氧化狀態的觸媒銅原子分額,且從而降低最初所形成元素矽的量。在某些實施例中,鈍化亦可對於限制元素矽擴散進入銅線路發揮作用。因此,鈍化降低保護層的厚度且提供控制含保護層內連線的電阻之方式。
以下專利文獻藉由參照全部併入作為本案揭示內容的一部分:US 7,704,873,發明名稱“PROTECTIVE SELF-ALIGNED BUFFER LAYERS FOR DAMASCENE INTERCONNECTS”,授證於4/27/2010,代理人申請案編號NOVLP258US/NVLS-2934C3;US 7,648,899,“INTERFACIAL LAYERS FOR ELECTROMIGRATION RESISTANCE IMPROVEMENT IN DAMASCENE INTERCONNECTS”,授證於1/19/2010,代理人申請案編號NOVLP259US/NVLS-3381C1;US 7,858,510,發明名稱“INTERFACIAL LAYERS FOR ELECTROMIGRATION RESISTANCE IMPROVEMENT IN DAMASCENE INTERCONNECTS”,授證於12/28/2010,代理人申請案編號NOVLP259X1US/NVLS-3381CP1;US 7,727,881,發明名稱“PROTECTIVE SELF-ALIGNED BUFFER LAYERS FOR DAMASCENE INTERCONNECTS”,授證於6/1/2010,代理人申請案編號NOVLP219US/NVLS-2934C1;US 7,576,006,發明名稱“PROTECTIVE SELF-ALIGNED BUFFER LAYERS FOR DAMASCENE INTERCONNECTS”,授證於8/18/2009,代理人申請案編號NOVLP219AX1US/NOVLP219AX1US;US 7,727,880,發明名稱“PROTECTIVE SELF-ALIGNED BUFFER LAYERS FOR DAMASCENE INTERCONNECTS”,授證於6/1/2010,代理人申請案編號NOVLP219AUS
/NVLS-2934C2;US 2010/0308463,發明名稱“INTERFACIAL CAPPING LAYERS FOR INTERCONNECTS”,公開於12/9/2010,代理人申請案編號NOVLP321US/NVLS-3536。
選擇性形成保護層的另一方式,係藉由將金屬內連線的表面暴露於液體溶液。該溶液含有一個以上化合物,以形成在後續處理期間可抑制金屬內連線腐蝕的犧牲自組合層。該一個以上化合物可溶解於極性或非極性溶劑之中。該一個以上化合物可具有各種含氮及/或硫官能基的結構,包含但不僅限於唑、胺基、胺基酸、硫醇基等等。若干特定例子包含苯並三唑、1-苯基-1H-四唑-5-硫醇、1,3,4-噻二唑-2,5-二硫醇、3-巰基-1-丙磺酸、聚二硫二丙烷磺酸鈉、及其組合。
在某些實施例中,可將工件浸入含有這些化合物其中一者以上的溶液,以在以下進一步描述之將工件浸入濕化學蝕刻劑之前形成抗蝕層。在其他實施例中,上述化合物可直接在濕化學蝕刻溶液中溶解。在金屬內連線之上形成保護層係與蝕刻犧牲材料同時執行。在任一情況下,可在形成保護層之前將工件暴露於光學、電漿、熱、或化學預處理,以移除銅氧化物且允許抗蝕劑更強的黏著。各種預處理係參照操作203和205描述於前。
可與對應的保護層同時或在一獨立的操作中,將非保護滲透層加以形成。在某些實施例中,在對應的保護層之後,將一非保護層形成,且可覆蓋該保護層。換言之,內連線金屬線路的一暴露表面可首先覆蓋以一保護層,且接著在該保護層之上覆蓋一非保護層。此疊層結構可對金屬內連線提供額外的保護。在其他實施例中,將保護層的嵌塊(patch)相鄰於非保護層的嵌塊而配置(且在金屬內連線的暴露表面之上方)。在某些實施例中,在保護層的嵌塊和非保護層的嵌塊之間實質上無重疊。
一非保護滲透層可藉由在工件表面上沉積一個以上含碳材料而加以形成。舉例來說,一聚合物塗層可用於此目的。接著碳氫鍵可藉由將此塗層暴露於氫電漿(原位或遠端)而打斷以將此聚合物改變為非晶形碳。亦可使用聚合物的熱碳化。其他方法沉積非晶形碳作為一滲透非保護層。
在若干實施例中,將元素矽(或其他非傳導材料)進一步擴
散進入金屬內連線係需要加以控制。擴散大量的非傳導材料進入金屬線路導致金屬線路電阻不必要的增加。可使用一選用性的「釘扎(pinning)」操作209以控制元素矽的此擴散。「釘扎」操作在保護層之上或之內形成一犧牲材料蓋部,且用以藉由將非傳導反應中間物或副產物轉換成不易擴散進入金屬的材料而限制該非傳導反應中間物或副產物擴散進入金屬內連線的深處。此外,「釘扎」操作可將不穩定相的銅矽化物或銅氮化物轉換成更穩定的材料。更進一步地,「釘扎」操作形成與犧牲材料擴散障壁材料具有良好黏著性的犧牲材料蓋部。「釘扎」操作在美國專利申請案第10/980,076號中稱作「犧牲材料蓋部」形成,本案主張該申請案的優先權。此外,在某些實施例中,「釘扎」操作可降低所形成內連線的應力遷移參數。在若干方法中,使用多循環之先質暴露和後續的釘扎操作,以將保護層成長至所欲的厚度。雖然預期在多循環製程中的每個循環包含先質沉積和釘扎二者,在若干實作中,該等循環其中一者以上係在無釘扎的情況下加以執行。選擇循環數量以提供保護層所欲厚度。在一典型的實施例中,使用1至約20個循環的沉積。
經釘扎的保護層可藉由將元件工件與一反應物接觸而形成。一般而言,可藉由熱處理、電漿處理、化學處理、或該三者的若干組合而達成釘扎。在一個實施例中,藉由使含保護層工件接觸一釘扎試劑而執行釘扎,該釘扎試劑係選自由N2、NH3、碳氫化合物、來自甲基取代的胺族類之氣體、及其混合物所組成的群組。在若干實施例中,可使用含矽釘扎試劑,例如來自甲基取代矽烷或HMDS之族類的氣體。一般而言,使用釘扎試劑之保護層的改質係利用電漿處理執行。在一個實施例中,在電漿中以NH3處理含CuxSiy的保護層。在實行於此實施例中的條件下,在金屬線路表面之內及/或之上的過量的元素矽係轉換成矽氮化物,其不易擴散進入金屬層主體。此外,在此釘扎操作的條件下,將CuxSiy部分地或完全地轉換成摻入矽氮化物的銅金屬(於零氧化狀態),從而在金屬填充物和犧牲材料擴散障壁的介面處形成優異的黏著層。
在一特定的實例中,具有CuxSiy保護層的工件,在利用HF和LF功率源所產生的電漿之中,以NH3和N2加以處理。NH3係以大約6000-8000sccm的流率導入一製程腔室。N2係以大約2000-4000sccm的流
率流入該腔室。將該工件於大約200-400℃的溫度、及大約1.5-4托的壓力處理大約3至20秒的一段時間。對於300mm晶圓利用總功率位準約200-1000W的HF和LF功率源將電漿點燃。結果,形成含SixNy之經釘扎的保護層。
要注意到在若干實施例中,在鈍化操作205和釘扎操作209期間可使用相同的試劑。舉例來說,在若干實施例中,不使用電漿而使用NH3作為鈍化試劑,且作為在電漿輔助製程中的釘扎試劑。此外,在若干實施例中,亦將NH3使用於預清潔步驟且在形成保護層期間使用作為輔助氣體。
在若干實施例中(包含使用碳氫化合物和含矽釘扎試劑的實施例),通常選擇釘扎條件,使得僅保護層被轉換而無實質沉積發生於工件上的其他處,例如在一犧牲材料場所。通常,在這些實施例中,不超過10Å的材料沉積於工件的犧牲材料場所區域的其他處。
取決於使用於釘扎操作的試劑,經釘扎的保護層可含有SixNy、SixCy、氫摻雜碳、或這些材料的組合。舉例來說,利用碳氫化合物的處理將造成含SixCy或C:H之經釘扎的保護層,而利用NH3和N2的處理將造成含SixNy的經釘扎的保護層。在某些實施例中,釘扎可將整個保護層轉換成具有不同成分之經釘扎的層。在其他實施例中,釘扎可造成高於圍繞犧牲材料之層的一層。舉例來說,若形成於金屬層表面之上之大量的元素矽轉換成矽氮化物,該經釘扎的保護層(或犧牲材料蓋部)可高於圍繞犧牲材料之高度。在若干實施例中,將整個保護層轉換成經釘扎的保護層。舉例來說,該保護層的所有銅矽化物可轉換成矽氮化物。在其他實施例中,在釘扎期間若干量之保護層材料可能未轉換。舉例來說,若干特別穩定相的銅矽化物可留存於經釘扎的保護層之中。然而,在其他實施例中,藉由釘扎僅轉換保護層的頂部(部分地或完全地),從而形成一雙層結構。舉例來說,該經釘扎保護層可具有含銅矽化物的底層、及含矽氮化物的頂層。通常,成分的濃度在保護層之內逐漸地改變,藉此提供金屬和犧牲材料之間良好的黏著。
在若干實例中,發現使用碳氫化合物的釘扎係關聯於內連線應力遷移參數的改善。在此處所使用的碳氫化合物係定義為具CxHy成分的
化合物,其可選用性地替代以雜原子,例如S、N、P等等。當使用於此處,碳氫化合物包含無環和環烷烴、烯烴、炔烴,以及胺、硫醇、硫醚、及膦。不包含雜原子且可用以作為釘扎反應物的碳氫化合物的例子,係甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙炔、環丙烷、環丁烷、丁烷、丁烯、丁炔、及苯。
在若干實施例中,在電漿中單獨使用碳氫化合物而不使用NH3、N2、和其他釘扎試劑,執行釘扎操作。在其他實施例中,在電漿輔助釘扎操作期間可使用釘扎試劑(例如NH3、N2)與碳氫化合物的混合物。在製程氣體中碳氫化合物的含量可在約0.0001%(微量)至100%之體積範圍,一般係1%至100%之體積範圍。碳氫化合物釘扎操作的壓力、溫度、及電漿條件可類似於前面對於NH3釘扎操作所描述者。在一個實施例中,利用電漿,每一個300mm晶圓,以於大約500sccm至5000sccm之間流率範圍流入製程腔室的NH3(或N2)與於2.5sccm至5000sccm流率範圍的環丙烷之混合物,處理該保護層。當在CuxSiy之上執行此處理之時,通常形成含SixCyNz材料的保護層。
在另一實施例中,在不混合其他釘扎試劑的情況下,將碳氫化合物流入製程腔室。舉例來說,環丙烷可在每一300mm晶圓大約2.5至5000sccm的流率範圍下流入該腔室。接著在類似的條件下或些微改變的條件下將電漿點燃,如NH3釘扎操作所述,且保護層係藉由碳氫化合物釘扎操作而加以改質。當在CuxSiy之上執行此處理之時,通常形成含SixCy材料的保護層。
吾人亦發現到,在釘扎操作期間或之後利用H2電漿處理保護層,改善內連線的應力遷移特性。H2電漿將保護層的表面化學性改質,且造成具有較低應力遷移的結構,其大概係藉由減緩在介層窗之內的空位的遷移。在若干實施例中,將H2納入在釘扎期間所使用的製程氣體。可使用之釘扎試劑與H2之混合物的例子包含:NH3和H2;N2和H2;NH3、N2、和H2;碳氫化合物、NH3、和H2;碳氫化合物、N2、和H2。在一個實施例中,使用H2電漿處理替代釘扎操作(未加入其他釘扎試劑)。可使用釘扎試劑(例如三元混合物)與氫的其他組合,如熟習此技藝者所理解的。可以每四個300mm晶圓40至20000sccm範圍之流率或每一300mm晶圓10
至5000sccm之流率,將H2供應進入製程腔室。在若干實施例中,H2包含在釘扎期間總氣體流量的至少0.01%,一般係在1%和50%之間。包含H2之釘扎操作的電漿、溫度、及壓力條件,可類似於對於NH3釘扎操作所列出者。
在若干實施例中,在釘扎操作完成之後執行H2電漿處理,如過程塊211所顯示。在H2電漿後處理期間,H2電漿,可單獨地或與惰性載體氣同時地,以每四個300mm晶圓大約40至20000sccm範圍之流率或每一300m晶圓10至5000sccm範圍之流率,供應進入製程腔室。H2後處理之電漿、溫度、及壓力條件可類似於上述對於NH3釘扎操作所列出者。
一旦根據上述各種實施例將保護層形成並選用性地加以釘扎或其他方式之處理,在操作213期間將犧牲材料自內連線層選擇性地移除。此操作可包含灰化或蝕刻,例如將工件暴露於與犧牲材料反應之蝕刻劑且移除此材料的至少一部分。在其他實施例中,使用濕式蝕刻以移除犧牲材料。舉例來說,一濕式蝕刻方法包含使用HF溶液或蒸氣HF。對於較小尺寸線路,可使用藉由蒸氣式蝕刻劑或電漿蝕刻之移除,以確保在氣隙內側無殘留物。在這些操作期間,保護層保護金屬內連線的表面免受實質的蝕刻,其中暴露工件於蝕刻劑界定氣隙的至少一部分。
現在將更詳細地描述一些例子。在某些實施例中,使用濕式蝕刻,以藉由使工件接觸蝕刻劑而自該工件移除犧牲材料。該接觸可包含將工件浸入一蝕刻劑槽液、在該工件上噴塗蝕刻劑、將蝕刻劑凝結於工件表面上等等。該槽液可具有一特定的成分,可維持於特定的溫度,且可加以攪動以達到良好的製程控制。舉例來說,當犧牲材料包含二氧化矽之時,可使用緩衝氫氟酸溶液進行蝕刻。此溶液可包含緩衝劑混合物,例如氟化銨(NH4F)及氫氟酸(HF)。氟化銨係用以改善製程控制,這是因為濃縮的氫氟酸通常過快地蝕刻二氧化矽。為了處理氫氟酸蝕刻所產生的不溶性產物,亦可將氫氯酸加入該溶液。在某些實施例中,一溶液包含具有介於大約30%和50%之間(例如大約40%)之氟化銨含量的水基氟化銨溶液。該溶液亦包含具有介於大約40%和60%之間(例如大約50%)之氫氟酸含量的水基氫氟酸溶液。氟化銨溶液對氫氟酸溶液的體積比例可介於大約
10:1和3:1之間,例如6:1。此溶液可在室溫下以介於每秒大約0.5奈米和每秒大約10奈米之間的速率蝕刻矽氧化物犧牲材料。可增加溫度以提高蝕刻速率。在蝕刻製程期間持續攪拌該溶液有助於取得均勻的溶液,其可藉由自表面移除蝕刻之材料而均勻地蝕刻。
犧牲材料移除的另一範例係電漿蝕刻。藉由調整電漿和其他製程條件的參數,可將電漿蝕刻器操作於數個模式。在某些實施例中,將用於執行電漿蝕刻的腔室維持於介於大約0.1和5托之間的壓力。在若干實作中,電漿產生電中性的能量自由基,其於工件的表面處反應。由於中性粒子從所有角度打擊工件的表面,此製程通常係各向同性的。電漿蝕刻可為各向同性的,亦即是在一圖案化表面上呈現與向下蝕刻速率大致相同的側向底切速率,或者電漿蝕刻可為各向異性的,亦即是呈現與向下蝕刻速率相較較小的側向底切速率。此各向異性係在反應性離子蝕刻中被最大化。在若干實施例中,電漿的來源氣體含有富含氯或氟的小分子。舉例來說,氯(Cl2)、二氯二氟甲烷(CCl2F2)、三氟甲烷(CHF3)、四氟甲烷(CF4)、六氟化硫(SF6)、及三氟化氮(NF3),可用於利用此技術蝕刻二氧化矽。當使用聚合物作為犧牲材料之時,這些聚合物可藉由灰化加以移除,亦即是利用含氧蝕刻劑。對於氮基犧牲材料,可使用磷酸。
又另一範例包含濺射蝕刻,其可執行於較電漿蝕刻更低的壓力位準。濺射蝕刻包含利用稀有氣體的高能離子(經常為Ar+)轟擊工件,該等離子藉由轉移的動量自工件敲出原子。因為該蝕刻方式係藉由離子執行,該等離子係大致自一個方向趨近工件的表面,該製程係通常高度各向異性的。另一方面,該製程傾向呈現差的選擇性且需要堅固的保護層。反應離子蝕刻操作仍係適合的蝕刻技術的另一例子。
在某些實施例中,將所有犧牲材料至少從IC堆疊的頂層加以移除。在其他實施例中,控制移除操作,以提供僅部分地移除犧牲材料。犧牲材料的其餘部分係加以留存,且成為最終IC的一部分。在這些之後的實施例中,在移除操作之後所形成的氣隙可僅延伸至部份的層厚度(其對應介層窗和溝槽的深度)。此方式藉由控制移除操作與維持在金屬內連線之間受控制量的犧牲材料而微調可靠性。各種蝕刻化學品和條件可加以使用,以部分地移除犧牲介電質。在若干實例中,將習知的濕式蝕刻製程使
用於氧化物介電質的移除。在若干實例中,使用乾式蝕刻以完全地或部分地移除犧牲介電質。
應注意到,在金屬內連線的暴露表面之上所使用的保護層應足以抵抗上述之蝕刻劑和蝕刻條件,且防止蝕刻劑和內連線金屬之間的任何或實質的交互作用。同時,在處理期間非保護滲透層,若使用的話,應容許蝕刻劑和蝕刻產物滲透。
製程200可繼續,而在操作215期間部分地填充孔洞。這個操作可用以將孔洞密封,且提供用於形成該積體電路的另一階層的表面。若干氣隙在這個操作之後係保留於金屬內連線之間。這個部分填充操作可藉由非保形沉積一個以上介電材料而加以達成。在某些實施例中,這些介電材料可與已被移除以形成孔洞之犧牲材料相同。在其他實施例中,該等材料係不同的。舉例來說,最初的犧牲材料可加以選擇以能夠輕易地移除。用以部分填充孔洞的材料可具有低介電常數且容許特定沉積輪廓(非保形或保形)。這些之後沉積的材料的若干例子,包含矽碳化物和硼氮化物。在某些實施例中,該之後所沉積的材料可具有一疊層結構,其具有較高氮濃度的內層和較高氧濃度的外層。此材料亦作為擴散障壁層。應注意到,在具有氣隙的積體電路中於金屬內連線的側邊設置的金屬障壁層,與在金屬線路之間的所有空間的電路中相較係可能較薄,這是因為在前者方式中電子遷移的問題實質上較少。薄化擴散障壁層提供更多的空間給傳導線路,且可用以改善積體電路的導電性。
藉由控制各種製程參數,例如先質流率、溫度、RF功率等等,可達成非保形塗層。在某些實施例中,定制製程條件,使得新材料的沉積係以傳質方式(mass transport regime)執行,其中在孔洞開口附近的先質分子濃度係高於孔洞的內部。沉積非保形層的技術之若干例子包含介電材料的PECVD沉積,例如SiO2、SiN、SiCN、SiCOH膜。
圖3和4描述在於氫氟酸溶液中的濕式蝕刻操作之後的二個試樣的SEM影像。圖3對應在銅內連線之上沒有沉積任何保護層的情況下所蝕刻之試樣,而圖4對應在銅內連線之上選擇性沉積保護層的情況下所
蝕刻的試樣。在所描繪的例子中,銅內連線具有60/30nm之線寬/間距。線路之間的介電質係矽氧化物。使用標準BOE濕式蝕刻製程以移除該氧化物且容許觀察在濕式蝕刻製程期間銅線路之上保護層的影響。圖3顯示在銅線路的側邊的各種瑕疵(以圓圈和箭頭標示)。此等缺陷通常在圖4所述之結構係沒有的。在此範例中,缺陷發生於銅線路的側表面之上。在實際實作中,通常將保護層用以保護金屬線路的頂部表面而非側壁,這是因為側壁係由金屬線路之間的介電質所覆蓋。若在化學機械式拋光期間存在介電質凹陷(dishing),則將暴露於銅加蓋製程的側壁的頂部,亦將覆蓋以保護層。
上述技術可實施在許多不同型態的設備或更一般性處理系統中,例如化學氣相沉積(CVD)反應器和旋塗系統。一般而言,此設備將包含一個以上腔室或「反應器」(有時包含多站),其容納一個以上工件且適合於處理。各腔室可容納一個以上工件以進行處理。該一個以上腔室將工件維持於規定的一個以上位置(在那個位置可移動或不移動,例如轉動、振動、或其他攪動)。在其他實施例中,受到保護層及/或非保護層沉積的工件,在製程期間於處理系統之內自一站轉移至另一站。在製程之中,將各工件以支座、夾頭、及/或其他工件固持裝置固持於適當的位置。對於其中將工件加熱的某些操作,該設備可包含一加熱器,例如加熱板。舉例來說,可使用一PECVD系統。在若干實施例中,該PECVD系統包含LFRF功率源。
圖5提供一簡單方塊圖,描述根據某些實施例的各種反應器元件,其配置用於執行在內連線層中產生氣隙的各種操作。如所顯示的,一反應器500包含一製程腔室524,其包圍該反應器的其他元件且用以容納以電容式系統所產生的電漿,該電容式系統包含與一接地加熱器塊520結合運作的一噴淋頭514。將一高頻RF產生器502和一低頻RF產生器504連接至匹配網路506,其接著連接至噴淋頭514。
在反應器之內,一支座518支承一工件516。該支座通常包含一夾頭、一叉件、或升降銷,以在沉積反應期間和之間固持和傳輸該工件。該夾頭可為靜電夾頭、機械式夾頭、或可用於工業界和/或研究的各種
其他形式的夾頭。
製程氣體係經由入口512導入。將多個來源氣體線路510連接至歧管508。該等氣體可或可不預先混合。使用適當的閥調和質量流量控制機構,以確保在製程的預清潔、鈍化、保護形成、和釘扎階段期間傳輸正確的氣體。在以液體形式傳輸化學先質的實例中,使用液體流量控制機構。接著將該液體汽化,且在抵達沉積腔室之前在於加熱至該液體汽化點之上的歧管中傳輸期間與其他製程氣體混合。
製程氣體經由出口522離開腔室500。一真空泵526(例如一或二階段機械式乾式泵及/或渦輪分子泵)通常將製程氣體抽出,且藉由一封閉迴路受控流量限制裝置(例如節流閥或鐘擺閥)在反應器之內維持適合的低壓。
在其中之一的實施例中,一多站設備可用於形成一保護層和一非保護障壁或用以形成一保護層且用以移除犧牲材料。該多站反應器冗許在一個腔室環境中同時進行不同的製程,藉此增加工件處理的效率。此設備的一個例子係描繪於圖6。一俯視示意圖被顯示。一設備腔室601包含四個站603-609。一般而言,在多站設備的單一腔室之內任何數量的站皆係可能的。站603係用於將工件裝載和卸載。一分度平面611係用以在站與站間分度(index)工件。一系統控制器613可包含用於此處所述製程的指令。站603-609可具有相同或不同功能。舉例來說,若干站可專用於保護形成操作,而其他站可用於沉積介電非保護膜及/或執行蝕刻操作以移除犧牲材料。
在其中之一的實施例中,個別的站可操作於不同的製程條件且可實質上彼此隔離。舉例來說,一個站可操作於一個溫度狀況,而另一站可操作於一不同的溫度狀況。在一個實施例中,預清潔操作、保護層形成製程及/或蝕刻係執行於一較佳溫度狀況,且係執行於該多站設備的一站之中。若干操作可能需要不同的溫度狀況(例如一較高的溫度),且可在不同的一個以上的站之中加以執行。在其他實施例中,蝕刻係執行於與保護層形成相同的溫度狀況,且係執行在與執行保護形成相同的站。在若干實施例中,將保護層形成於一站,且接著將工件分度至利用不同處理條件執行蝕刻的不同的站。在若干實施例中,加蓋保護層係形成於一站,而包覆
保護層係在一不同的溫度狀況下形成於一不同的站。
在若干實施例中,包含預處理、鈍化、保護層形成、釘扎、及H2電漿後處理之整個保護形成製程,係執行於單一站或多站設備的一站之中。在若干實施例中,沉積介電擴散障壁層亦可執行於與保護層形成相同的站。
在一個實施例中,站605可專用於預清潔以及形成保護層。站605可操作於大約200-300℃的溫度範圍。接著將工件分度至站607,其中將蝕刻操作執行於不同的溫度狀況,例如大約200-400℃的溫度範圍。
製程條件和製程流程本身可藉由一系統控制器613加以控制,該系統控制器613包含用於監控、維持、及/或調整若干製程變數的程式指令,該等製程變數係例如HF和LF功率、氣體流率和時間、溫度、壓力等等。舉例來說,可包含指定保護層沉積用之矽烷及/或鍺烷流率的指令。該等指令可根據上述方法指定若干或所有用以執行操作的參數。舉例來說,指令可包含預清潔、鈍化、保護層形成、非保護層、釘扎操作、其他後沉積處理、蝕刻、部分填充等等之參數。該控制器可包含用於不同設備站的不同或相同指令,藉此允許該等設備站獨立地或同步地運作。
該系統控制器通常包含一個以上記憶體裝置及一個以上處理器。該處理器可包含一中央處理單元(CPU)或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接部、步進馬達控制器板、及其他類似的元件。用於實施適當的控制操作的指令係執行於處理器之上。這些指令可儲存於與控制器相關聯的記憶體裝置,或者它們可透過網路加以提供。
在若干實施例中,該系統控制器控制此處所述半導體處理系統的所有或大部分的活動。舉例來說,該系統控制器可控制與沉積保護層和移除犧牲材料相關聯的所有或大部份半導體處理系統的活動。該系統控制器執行系統控制軟體,其包含用於控制處理步驟的時序、壓力位準、氣體流率、及以下進一步描述之特定操作的其他參數之指令組。儲存於與該控制器相關聯的記憶體裝置的其他電腦程式、腳本、子程式,可運用於若干其他實施例之中。
通常,存在與該系統控制器相關聯的使用者介面。該使用者介面可包含一顯示螢幕、用以顯示製程條件的圖形化軟體、及使用者輸入
裝置,例如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風、及其他相似元件。
用於控制上述操作的電腦程式碼可以任何習知的電腦可讀程式語言加以撰寫,例如組合語言、C、C++、Pascal、Fortran、及其他者。經編譯的目標碼或腳本係藉由處理器加以執行,以執行在程式中所確定的工作。
用於監控製程的訊號,可藉由系統控制器的類比及/或數位輸入連接部加以提供。用於控制製程的訊號係輸出於處理系統的類比及數位輸出連接部。
多站設備的另一範例係描述於圖7。然而,多站設備701包含位於三個獨立處理腔室717、719、及721的六站703、705、707、709、711、及713而在各個腔室中具有二個站,且因此該設備可稱為多腔室設備。與腔室717、719、及721相鄰的含機器人腔室715,提供用於將工件對於該等站進行裝載和卸載的機構。一系統控制器723提供用於多站設備701之操作的指令。在一個腔室之內的個別站係可彼此隔離的,且可執行相同的或不同的操作。在一個實施例中,將二個工件同時地傳輸至位於一個腔室721之中的站703和705,且同時地接受包含預清潔、鈍化、保護層形成、及/或釘扎的相同操作。在完成這個製程之後,將該二個工件自腔室721移除,且同時地引入位於腔室709之中的站707和709。在這個腔室之中,可執行犧牲材料的蝕刻。接著將工件自腔室719移除,且引入位於腔室717之中的站711和713,在該處接著進行進一步的處理,例如孔洞的部分填充。在若干實施例中,保護和/或非保護層的形成可執行於多腔室設備之中,其中在不同腔室執行不同的子製程。在若干實施例中,在多腔室設備的不同腔室之中執行保護和/或非保護層形成製程的至少二個操作。舉例來說,可在一第一溫度狀況下在一個腔室之中形成保護層,而可在一不同的溫度狀況下在一不同的腔室之中形成非保護層。
存在有各種方式可在多站工具中實現保護層形成製程,例如在圖6和圖7中所顯示者。一般而言,所述保護製程係易於整合進鑲嵌流程,不需要可觀之耗費資源的工件處理,且可在與其他操作相同的設備中加以執行。
上述設備/製程可與微影圖案化工具或製程(例如,用於製造或生產半導體元件、顯示器、LED、光電板等等)結合而加以使用。通常,雖非必要,此等工具/製程將在共同的製造設施中一起使用或進行。膜的微影圖案化通常包含若干或所有以下步驟,其中各個步驟利用數個可能的工具達成:(1)塗佈光阻於工件(即基板,利用旋塗或噴塗工具);(2)利用一熱板或爐或UV固化工具將光阻固化;(3)利用例如晶圓步進器之工具,將光阻暴露於可見光、UV、或x射線;(4)利用例如濕式台(wet bench)之工具,將光阻顯影以選擇性移除光阻且藉此將其圖案化;(5)藉由利用一乾式或電漿輔助蝕刻工具將光阻圖案轉移進下層的膜或工件;及(6)利用例如RF或微波電漿光阻剝離器之工具,將光阻移除。
雖然以清楚理解為目的將前述觀念相當詳細地描述,明顯的是,在隨附申請專利範圍的範疇之內可實施若干變化和修改。應注意的是,存在有實現該等製程、系統、及設備的許多替代方式。因此,這些實施例應視為例示性的而非限定性的。
200‧‧‧製程
201-215‧‧‧操作
Claims (28)
- 一種在內連線層之中產生氣隙的方法,該方法包含:(a)接收一工件,該工件具有一內連線層,該內連線層包含:具有暴露表面的金屬內連線;及一犧牲材料,圍繞不包含該等金屬內連線的該等暴露表面之該等金屬內連線的一部分;(b)選擇性地形成一保護層於該等金屬內連線的該等暴露表面之上,其中該保護層係在一反應腔室之中使用該等金屬內連線之該等暴露表面與一個以上先質氣體的反應加以形成;及(c)暴露該工件於一蝕刻劑,以自該內連線層選擇性移除該犧牲材料,而該保護層保護該等金屬內連線的表面免受實質蝕刻,其中暴露該工件於該蝕刻劑的步驟界定該氣隙的至少一部分。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中暴露該工件於該蝕刻劑的步驟至少部分地暴露該等金屬內連線的側壁。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該蝕刻劑包含選自由氟化銨和氫氟酸所組成之群組的一個以上材料。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該蝕刻劑包含選自由氯、二氯二氟甲烷、三氟甲烷、四氟甲烷、六氟化硫、及三氟化氮所組成之群組的一個以上材料。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,更包含(d)形成一介電層於該等金屬內連線的該等暴露表面之上。
- 如申請專利範圍第5項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中形成該介電層於該等金屬內連線的表面之上的步驟包含執行非保形化學氣相沉積(CVD)。
- 如申請專利範圍第6項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中執行非 保形化學氣相沉積(CVD)的步驟於該等金屬內連線之間在該介電層之中產生封閉的孔洞。
- 如申請專利範圍第7項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該等封閉孔洞佔有該內連線層至少約25%的體積。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中用於選擇性地形成該保護層的該一個以上先質氣體,係選自由矽烷、鍺烷、二硼烷、三甲基鋁、四(二甲胺基)鈦、及四(二乙胺基)鈦所組成的群組。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,更包含形成一半滲透層於該內連線層之上,且其中暴露該工件於該蝕刻劑的步驟將該半滲透層下方的該犧牲材料移除且藉此形成該氣隙。
- 如申請專利範圍第10項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該半滲透層在該保護層之上延伸。
- 如申請專利範圍第10項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該半滲透層係由用以形成該保護層的在該反應腔室之中的該一個以上先質氣體所形成,且其中該半滲透層的嵌塊係形成於該保護層的嵌塊之間。
- 如申請專利範圍第10項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該半滲透層包含聚合物。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該犧牲材料包含矽氧化物。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,更包含在選擇性地形成該保護層之前,預清潔所接收的該工件,以至少自該等金屬內連線的該等暴露表面移除汙染物。
- 如申請專利範圍第15項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中預清潔所接收的該工件的步驟包含電漿處理。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中選擇性地形成的步驟包含將該保護層沉積至該等金屬內連線的該等暴露表面之上,而沒有將該保護層實質沉積於該犧牲材料之上。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該等金屬內連線包含在經部分製造的半導體元件的一鑲嵌區域之內的一金屬填充物。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該等金屬內連線包含銅。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該保護層具有至少約100Å的厚度。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中選擇性地形成該保護層的步驟包含:以自約0.001sccm至約10,000sccm的流率流動該一個以上先質氣體;維持該工件於約20℃至約500℃之間的溫度;及維持該反應腔室於約10毫托至約100托之間的壓力。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該方法係執行於一多站設備之中。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中該方法係執行於一多腔室設備之中。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中將至少 二個操作執行於一多站設備的二個不同的站之中。
- 如申請專利範圍第1項的在內連線層之中產生氣隙的方法,其中將至少二個操作執行於一多腔室設備的二個不同腔室之中。
- 一個處理系統,用於在內連線層產生氣隙,該處理系統包含:一反應腔室,用於接收一工件,該工件具有一內連線層,該內連線層包含:具有暴露表面的金屬內連線;及一犧牲材料,圍繞不包含該等金屬內連線的該等暴露表面之該等金屬內連線的一部分;及一系統控制器,包含一組指令,用於執行以下操作:在該反應腔室中導入一個以上先質氣體,使用該等金屬內連線之該等暴露表面與該一個以上先質氣體的反應,以在該等金屬內連線的該等暴露表面之上選擇性形成一保護層;及暴露該工件於一蝕刻劑,以自該內連線層選擇性移除該犧牲材料,而該保護層保護該等金屬內連線的表面免受實質蝕刻,其中暴露該工件於該蝕刻劑的步驟界定該氣隙的至少一部分。
- 如申請專利範圍第26項的處理系統,其中該反應腔室係一多站腔室。
- 如申請專利範圍第27項的處理系統,更包含一步進器。
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