專利名稱:清洗介電薄膜的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于清洗基材表面的設(shè)備及方法,特別是提供一種清 洗介電薄膜表面的設(shè)備及方法。
背景技術(shù):
通常通過(guò)形成一系列的介電層及導(dǎo)電層來(lái)制造集成電路及半導(dǎo)體元件 的內(nèi)連線結(jié)構(gòu),以產(chǎn)生由介電材料區(qū)隔的導(dǎo)電層的立體網(wǎng)絡(luò)。內(nèi)連線結(jié)構(gòu)
例如利用鑲嵌結(jié)構(gòu)(damascene structure )來(lái)制造的,而鑲嵌結(jié)構(gòu)是包括 形成于一或多個(gè)導(dǎo)電柱(plug)或次層(sub-layer)上的介電層(例如 低介電常數(shù)的介電層)。為了要與導(dǎo)電次層形成電連接,介電層經(jīng)過(guò)圖樣 化并被蝕刻以定義出穿透該層的穿孔,而在介電層所形成的穿孔暴露出一 部份的導(dǎo)電線路。因此,該些內(nèi)連線特征結(jié)構(gòu)的確實(shí)形成是為確保形成在 各個(gè)基材上及各個(gè)晶粒(die)內(nèi)的元件的品質(zhì)、效能及可靠度。
集成電路及半導(dǎo)體元件市場(chǎng)對(duì)于快速的電路系統(tǒng)及更高的電路密度出 現(xiàn)持續(xù)的需求,例如在單一晶片上包括有數(shù)百萬(wàn)計(jì)的元件。因此,集成 電路元件的尺寸縮小,而用于制造該些元件的材料變得更加重要。舉例來(lái) 說(shuō),針對(duì)現(xiàn)今用于提供集成電路上元件之間導(dǎo)電通路的低電阻金屬內(nèi)連線
(例如銅與鋁)來(lái)說(shuō),在金屬內(nèi)連線之間需要低介電常數(shù)層(例如介電 常數(shù)< 4)以提供絕緣內(nèi)金屬層來(lái)降低相鄰金屬線路之間的電容耦合,而 可在相同線路寬度下具有可靠的效能表現(xiàn)。
習(xí)知用作為介電層的低介電常數(shù)(k)材料包括未摻雜的硅玻璃
(USG)、摻雜氟的硅玻璃(FSG)、摻雜碳的二氧化硅及聚四氟乙烯, 并以薄膜形式沉積在基材上。在以蝕刻定義的介電層上形成導(dǎo)電層之前, 較佳是清洗介電薄膜的表面以移除殘留的污染物,例如蝕刻及/或灰化制程 產(chǎn)生的原生氧化物及/或有機(jī)材料。移除污染物可降低接觸電阻及/或預(yù)防待 沉積的導(dǎo)電層介面的吸附損耗(adhesion loss)。在導(dǎo)電層沉積之前,是采用預(yù)清洗步驟以自介電薄膜表面移除污染物。
然而,習(xí)知用于進(jìn)行介電層的預(yù)清洗的原位(in-situ)等離子可能會(huì)在接 續(xù)的導(dǎo)電層沉積之前,傷害或重新濺鍍介電薄膜表面,或是在制程室中產(chǎn) 生不預(yù)期的帶電粒子。就其本身而論,利用原位等離子技術(shù)清洗低k介電 薄膜可能會(huì)造成薄膜降解或是缺陷。另外,摻雜碳的低k材料會(huì)傾向呈現(xiàn) 碳鍵耗盡(carbon depletion )或是介電材料損失(k loss),而低k材料 在暴露于清洗步驟所使用的等離子之后,其介電常數(shù)會(huì)增加。因此,在清 洗步驟之后,不期望產(chǎn)生的串線干擾(cross-talk)及阻容遲滯(RC delay) 成為嚴(yán)重的問(wèn)題。
綜上所述,在該技術(shù)領(lǐng)域中需要一種改良的低k介電清洗步驟。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供用以清洗介電薄膜的設(shè)備及方法。于一實(shí)施例中,該設(shè) 備包括 一腔室主體,是適以將一基材支撐于其內(nèi); 一遠(yuǎn)端等離子源,是 適以提供多個(gè)反應(yīng)性自由基至腔室主體; 一通道,將遠(yuǎn)端等離子源耦接至 腔室主體;及至少一磁鐵,設(shè)置于鄰近通道處。
于另一實(shí)施例中,清洗一介電薄膜的方法包括提供一基材,而基材 設(shè)置于制程室內(nèi),并具有至少部分暴露的介電層;于一遠(yuǎn)端等離子源內(nèi)產(chǎn) 生多個(gè)反應(yīng)性自由基;將反應(yīng)性自由基由遠(yuǎn)端等離子源經(jīng)過(guò)一通道流入制 程室,且通道具有至少一^f茲鐵設(shè)置于鄰近該通道處;以及利用/f茲性過(guò)濾通 過(guò)通道的反應(yīng)性自由基。
又另一實(shí)施例中,清洗一介電薄膜的方法包括提供一基材,而基材 設(shè)置于第一制程室內(nèi),并具有至少部分暴露的介電層;于一遠(yuǎn)端等離子源 內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)反應(yīng)性自由基;將反應(yīng)性自由基由遠(yuǎn)端等離子源經(jīng)過(guò)一通道流 入制程室,且通道具有至少一磁鐵設(shè)置于鄰近該通道處;由通過(guò)通道的反 應(yīng)性自由基中,以磁性過(guò)濾出多個(gè)帶電粒子;將來(lái)自遠(yuǎn)端等離子源的帶電 粒子移除;利用已過(guò)濾的反應(yīng)性自由基來(lái)清洗部分的介電層;在不破壞真 空的情形下,將已清洗的基材傳輸至一第二制程室;以及于第二制程室中 將一襯墊層沉積于已清洗的基材上。
本發(fā)明通過(guò)上方說(shuō)明并伴隨下方圖式而可清楚了解,該些圖式包括
圖1,繪示根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)性預(yù)清洗室的一實(shí)施例的剖面概要視圖; 圖2A,繪示根據(jù)本發(fā)明的二相對(duì)設(shè)置磁鐵的一實(shí)施例的剖面概要視
圖2B,繪示圖2A的二相對(duì)設(shè)置磁鐵之間存在的磁場(chǎng)的上視圖; 圖3,繪示根據(jù)本發(fā)明而受磁鐵磁化的帶電粒子的移動(dòng)路徑的一實(shí)施 例的上視圖4,繪示反應(yīng)性預(yù)清洗室的另一實(shí)施例,其可用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí) 施例;及
圖5,繪示多腔室制程系統(tǒng)的一實(shí)例的上視圖,其可適用于執(zhí)行本發(fā) 明的步驟。
為了便于了解,說(shuō)明書中是采用相同的元件符號(hào)來(lái)代表各圖式中相同 的元件。并且可預(yù)期一實(shí)施例的元件及特征可受益地并入其他實(shí)施例而不 需進(jìn)一步說(shuō)明。
主要元件符號(hào)說(shuō)明
8基材/晶片10腔室主體
14加熱器16腔室承接器
18接合器24石英環(huán)
26氣體分配4反30制程區(qū)域
38集中環(huán)40上蓋
42入口44石英4十墊
48充氣部50遠(yuǎn)端等離子源
52,54磁鐵56導(dǎo)管
60表面100制程室
200系統(tǒng)/過(guò)濾器202,212磁場(chǎng)
204,214間隔材料210系統(tǒng)302水平方向M茲力線304移動(dòng)路徑
402預(yù)處理室/腔室411腔室主體
412基底部件414側(cè)壁
415開口416泵
417圓頂418凸緣
419氣體分配系統(tǒng)420基座
421遮蓋件422基座
425天線427上蓋
428排氣出口429氣體入口
430電源供應(yīng)器432電源供應(yīng)器
500(制程)系統(tǒng)502,504加載鎖定室
510,530機(jī)械手臂512,514制程室/預(yù)清洗室
516,518腔室522,524傳輸室
532,534,536,538 制程室
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例是提供一種利用遠(yuǎn)端等離子源來(lái)清洗介電層的設(shè)備。 本發(fā)明的設(shè)備在清洗介電層的過(guò)程中,通過(guò)降低來(lái)自遠(yuǎn)端等離子源的帶電 粒子數(shù)目,而維持介電薄膜的品質(zhì)。
本發(fā)明更提供一種用于清洗介電層的方法。清洗蝕刻后(post-etched ) 的介電層可移除污染物,并增進(jìn)接續(xù)導(dǎo)電層沉積的吸附情形,最終改善所 形成的元件的完整性及可靠度。
于一實(shí)施例中,介電層可為一低介電常數(shù)(k)材料。低k介電層包括 具有介電常數(shù)小于約4.0的介電材料,例如介于約2.0~約4.0、約2.0~ 3,0或是小于約2.7。 一適合的低k介電層為加州圣克拉拉的應(yīng)用材料公司 (Applied Materials, Inc.)所制造的低k碳氧化硅,商品名為Black DiamondTM。在另一實(shí)施例中,適合的低k介電層包括與氧、碳及氬至少 其中的一結(jié)合的硅。在蝕刻介電層之后,基材表面可能具有受到傷害的硅薄膜或是金屬殘 留物。光阻剝除或灰化步驟亦可能使基材表面殘留有光阻。介電層的蝕刻 亦可能出現(xiàn)聚合物的殘留現(xiàn)象。為了緩和及/或減少上述的傷害,在導(dǎo)電層 沉積之前,是進(jìn)行一遠(yuǎn)端等離子預(yù)清洗步驟。
本發(fā)明的清洗步驟是于一具有過(guò)濾式的遠(yuǎn)端等離子源的制程室中進(jìn) 行。可采用并受益于本發(fā)明的具有遠(yuǎn)端等離子源的制程室是購(gòu)自應(yīng)用材料 公司。
r圖1 J是繪示遠(yuǎn)端等離子源(RPS)制程室100的一實(shí)施例的剖面 示意圖,其具有一過(guò)濾式遠(yuǎn)端等離子源50及一腔室主體10。制程室100 的腔室主體10包括有一腔室承接器16、 一接合器18及一上蓋40。腔室 承接器16及上蓋40可由鋁、不銹鋼或其他適合材料制成。上蓋40是可 移除地連接至腔室承接器16,以于其中定義一制程區(qū)域30。
加熱器14是設(shè)置于腔室主體10的制程區(qū)域30中,且用以提供基材8 溫度,而在制程當(dāng)中加熱或冷卻基材8。加熱器14于制程(例如下方所述 的清洗基材表面)當(dāng)中將基材8支撐于其上。加熱器14耦接至腔室承接器 16的底部,并支撐設(shè)置在其外圍的集中環(huán)(focus ring) 38,而集中環(huán)38 于制程當(dāng)中界定出晶片8的周圍界線。于一實(shí)施例中,集中環(huán)38是由石英 制成。
接合器18是設(shè)置于上蓋40與腔室承接器16之間,并將氣體分配板 26支撐于其上方。氣體分配板26與上蓋40之間定義出一充氣部48。氣 體分配板26包括多個(gè)孔洞,使得通過(guò)上蓋40的入口 42并流入充氣部48 的氣體分配至置放于制程區(qū)域30中的基材8上。
遠(yuǎn)端等離子源50通過(guò)導(dǎo)管56連接至入口 42。適合的遠(yuǎn)端等離子源的 實(shí)例是購(gòu)自應(yīng)用材料公司。導(dǎo)管56提供一通道,則遠(yuǎn)端等離子源50所產(chǎn) 生的反應(yīng)性自由基在進(jìn)入制程區(qū)域30之前于導(dǎo)管56中先被過(guò)濾。遠(yuǎn)端等 離子源50所產(chǎn)生的反應(yīng)性自由基包括離子、帶電物質(zhì)及其他反應(yīng)性物質(zhì)。 于一 實(shí)施例中,流經(jīng)導(dǎo)管56的氣體是通過(guò)一磁場(chǎng)過(guò)濾的,而該磁場(chǎng)是由位 于鄰近導(dǎo)管56處的至少一磁鐵所產(chǎn)生。
于r圖1」所示的實(shí)施例中,第一磁鐵52及第二磁鐵54是位于鄰近導(dǎo)管56處。磁鐵52、 54可附著或固定至鄰近導(dǎo)管56的預(yù)定位置。于r圖 1J所示的實(shí)施例中,磁鐵52、 54是以一緊固件而固定或附著至導(dǎo)管56, 亦可采用粘著層或是其他適合的方法來(lái)固定磁鐵52、 54。磁鐵52、 54亦 可固定至腔室上蓋40或是腔室主體10的其他部位。磁鐵與導(dǎo)管56中所 形成的通道之間的相對(duì)距離會(huì)影響通過(guò)導(dǎo)管56的磁場(chǎng)強(qiáng)度,而進(jìn)一步影響 過(guò)濾效率。因此,于一實(shí)施例中,磁鐵是以一可變換位置的方式固定,使 得磁場(chǎng)強(qiáng)度可經(jīng)選擇而提供預(yù)定的過(guò)濾效果。
「第2A~ 2B圖」是繪示設(shè)置于導(dǎo)管56相對(duì)側(cè)的磁鐵52、 54的一實(shí) 施例。由離子或帶電物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不欲其存在的帶電粒子,并且亦可能由傳 統(tǒng)的遠(yuǎn)端等離子源漏出而對(duì)基材造成影響,使得在清洗步驟之后造成薄膜 特性降低。于本發(fā)明的實(shí)施例中,二相對(duì)設(shè)置的磁鐵52、 54是用于產(chǎn)生 磁場(chǎng),以過(guò)濾由遠(yuǎn)端等離子源50流出的夾帶有反應(yīng)性自由基的帶電粒子。 相對(duì)設(shè)置的磁鐵52、 54在連結(jié)導(dǎo)管56中產(chǎn)生磁場(chǎng)202、 212,以提供過(guò) 濾作用而捕捉導(dǎo)管56中的帶電粒子,如系統(tǒng)200、 210所示。所產(chǎn)生的磁 場(chǎng)于二相對(duì)設(shè)置的^f茲鐵之間具有一橫跨導(dǎo)管56的實(shí)質(zhì)水平方向302,而限 制帶電粒子的移動(dòng)路徑304。如「圖3」所示,帶電粒子是被磁力線302 所過(guò)濾并限制,而傾向沿著磁力線302旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)。帶電粒子的移動(dòng)路徑 304是如r圖3」所示。當(dāng)帶電粒子流經(jīng)導(dǎo)管,其會(huì)減速及/或轉(zhuǎn)向,而通 過(guò)的帶電粒子被吸引并與導(dǎo)管壁接觸,進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娭行约胺请x子性的物 質(zhì)。藉此,實(shí)質(zhì)上僅有經(jīng)過(guò)過(guò)濾且為電中性的自由基輸送至基材表面,并 與基材上的污染物反應(yīng)而清洗之。因此,不欲其存在的帶電粒子是有效地 將其自進(jìn)入制程區(qū)域30的氣體流中過(guò)濾出。
如上所述,可基于不同制程需求而調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度。在不同的制程條件 下,由遠(yuǎn)端等離子源所導(dǎo)入的不同離子及反應(yīng)性自由基會(huì)產(chǎn)生具有不同能 量的電子??刹捎幂^強(qiáng)的磁場(chǎng)而捕捉由電子使其帶有較高能量電荷的離子。 相對(duì)的,可采用較弱的磁場(chǎng)來(lái)捕捉由電子使其帶有較低能量電荷的離子。 于一實(shí)施例中,可利用不同的磁鐵調(diào)整磁場(chǎng),意即是,以具有不同強(qiáng)度的 磁鐵來(lái)替換。于另一實(shí)施例中,亦可通過(guò)改變相對(duì)設(shè)置的磁鐵52、 54的 距離來(lái)調(diào)整磁場(chǎng)??舍娪镁哂休^小直徑的導(dǎo)管來(lái)縮短磁鐵52、 54之間的距離。另外,可使磁鐵與導(dǎo)管之間具有一空氣間隙(air gap)來(lái)增長(zhǎng)磁鐵 52、 54之間的距離,或是將間隔材料204、 214置于導(dǎo)管與磁鐵之間,如 r第2圖」所示,而適合的材料包括玻璃板、鋁塊或是其他無(wú)磁性材料。 隨著相對(duì)設(shè)置的磁鐵間的距離增加,所產(chǎn)生的磁場(chǎng)是呈反比地降低。于一 實(shí)施例中,相對(duì)設(shè)置的磁鐵52、 54的距離為約0~約20公分,則所產(chǎn)生 的磁場(chǎng)為約1000-約100高斯(gauss)。于另一實(shí)施例中,相對(duì)設(shè)置的 f茲鐵52、 54的距離為約0~約8公分,則所產(chǎn)生的磁場(chǎng)為約800~約100 高斯。又另一實(shí)施例中,相對(duì)設(shè)置的磁鐵52、 54的距離為約1 ~約5公分, 則所產(chǎn)生的磁場(chǎng)為約600 ~約400高斯。
請(qǐng)往回參照「圖1」,可通過(guò)于制程氣體(即反應(yīng)性自由基)流入 腔室主體10的流動(dòng)通道中提供一石英表面而可進(jìn)一步過(guò)濾反應(yīng)性自由基。 舉例來(lái)說(shuō),定義出將遠(yuǎn)端等離子源50連接至入口 42的通道的導(dǎo)管56的 內(nèi)表面60可至少部分具有石英襯墊或是由石英制成。另外,定義出充氣部 48及/或氣體分配板26的表面亦可至少部分涂覆有石英或是由石英制成。 舉例來(lái)說(shuō),于「圖1」所示的實(shí)施例中,石英環(huán)24是圍繞在充氣部48的 外邊界。另外, 一石英襯墊44是設(shè)置在定義出充氣部48的上邊界的上蓋 40底表面。石英表面60可作為離子過(guò)濾器,并通過(guò)提供一表面而降低自 由基的再結(jié)合,而此表面是為一含氫自由基可氫鍵結(jié)合并吸附至其上的石 英表面。沖撞至石英表面60的含氫自由基使得一已吸附的含氫自由基釋出 至激發(fā)氣體中,而再產(chǎn)生氫自由基。氫離子不會(huì)通過(guò)石英表面而再產(chǎn)生, 因此這些離子會(huì)再結(jié)合而形成電中性且非離子性的物質(zhì)。因此,將已激發(fā) 的清洗氣體通過(guò)石英表面,則可將反應(yīng)性自由基有效地自激發(fā)的清洗氣體 過(guò)濾出,而保存反應(yīng)性自由基。來(lái)自重新結(jié)合活化自由基的帶電粒子是有 效地減少。
另外,本發(fā)明用于預(yù)清洗步驟的制程氣體是于遠(yuǎn)端等離子源50中激發(fā) 為等離子,而遠(yuǎn)端等離子源50是與上述的反應(yīng)性制程腔室主體10為流體 連通。反應(yīng)性自由基是由清洗氣體所產(chǎn)生,而清洗氣體是選自由氫氣、氦 氣及其混合物所組成的群組,并與基材表面上的污染物反應(yīng)。等離子點(diǎn)然 后,氫氣、氦氣或其混合物是導(dǎo)入遠(yuǎn)端等離子源50,而產(chǎn)生反應(yīng)性自由基。所產(chǎn)生的反應(yīng)性自由基接著通崎連接的導(dǎo)管56而輸送至制程區(qū)域30以清 洗污染物。以具有反應(yīng)性自由基的等離子的自由基進(jìn)行清洗之后,則可移 除殘留在基材表面上的原生氧化物及污染物。
于本發(fā)明中,基材上的介電層是以遠(yuǎn)端等離子源由氫氣、氦氣或其混 合物而產(chǎn)生的反應(yīng)性自由基進(jìn)行預(yù)清洗,且反應(yīng)性自由基是通過(guò)一磁性過(guò) 濾器而輸送至腔室中。過(guò)濾器是中和已激發(fā)的反應(yīng)性自由基,并降低可能 自等離子區(qū)域所漏出的帶電粒子,并將中和后的反應(yīng)性自由基輸送至基材 表面,以與表面上的污染物及殘留物反應(yīng)并清洗的。中和后的反應(yīng)性自由 基可移除光阻、烴、氟碳化合物、原生氧化物及聚合物,并提供不具有原 生氧化物及殘留物的介電層,而不會(huì)進(jìn)一步損害低k薄膜的性質(zhì)。
依據(jù)不同制程的需求,可使用不同的清洗壓力來(lái)調(diào)整清洗效率。于一 實(shí)施例中,預(yù)清洗步驟含有流速為1500 sccm的氫氣、施加1500瓦特的 RF功率、維持晶片溫度在30CTC,并將腔室維持在400毫托(mTorr)的 較高壓力下,其中傳統(tǒng)的光阻蝕刻速率為約每分鐘800 ~ 1000 A。于另一 實(shí)施例中,預(yù)清洗步驟含有流速為200 sccm的氫氣、施加1500瓦特的 RF功率、維持晶片溫度在300°C,并將腔室維持在30毫托的較低壓力下, 其中傳統(tǒng)的光阻蝕刻速率為約每分鐘900- 1100 A。又另一實(shí)施例中,預(yù) 清洗步驟含有比例為1: 1的氫氣及氦氣,且將腔室壓力維持在30毫托, 其中傳統(tǒng)的光阻蝕刻速率為約每分鐘700~900 A。再另一實(shí)施例中,預(yù)清 洗步驟含有比例為3: 7的氫氣及氦氣,且將腔室壓力維持在45毫托,其 中傳統(tǒng)的光阻蝕刻速率為約每分鐘600 ~ 800 A。
「圖5」是為示范性多腔室制程系統(tǒng)500的上視圖,其是適以進(jìn)行本 發(fā)明所揭露的制程。制程系統(tǒng)500的實(shí)例為購(gòu)自應(yīng)用材料公司的Endura、 Centura以及Producer制程系統(tǒng)。另一個(gè)適用且受益于本發(fā)明的相似的 多腔室制程系統(tǒng)是揭露于美國(guó)專利號(hào)第5,186,718號(hào),專利名稱為r Stage Vacuum Wafer Processing System and Method J ,公告曰為1993年2 月16日,并于此處將其并入而作為參考。
系統(tǒng)500 —般包括加載鎖定室502、 504,用以將基材傳輸進(jìn)出系統(tǒng) 500。 一般來(lái)說(shuō),由于系統(tǒng)500是處于真空之下,加載鎖定室502、 504會(huì)將導(dǎo)入系統(tǒng)500的基材進(jìn)行"抽氣降壓"。第一機(jī)械手臂510將基材傳輸 于加載鎖定室502、 504、制程室512、 514、傳輸室522、 524及其它腔 室516、 518之間。第二機(jī)械手臂530則將基材傳輸于制程室532、 534、 536、 538以及傳輸室522、 524之間。每一個(gè)制程室512、 514、 516、
518是用以執(zhí)行多種基材制程操作,例如循環(huán)式層沉積,包括原子層沉 積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預(yù) 清洗、脫氣、定位及其它基材制程。另外,至少其中的一腔室512、 514、 516、 518、 532、 534、 536、 538是作為如上所述的制程室100。第一機(jī) 械手臂510亦將基材傳輸至一或多個(gè)傳輸室522、 524或自其傳送出。
傳輸室522、 524是允許基材于系統(tǒng)500中傳輸,并同時(shí)維持在超高 真空環(huán)境下。第二機(jī)械手臂530可將基材傳輸于傳輸室522、 524與第二 組制程室532、 534、 536、 538其中的一或多者之間。相似于制程室512、 514、 516、 518,制程室532、 534、 536、 538是用以執(zhí)行多種基材制程 操作,例如循環(huán)式層沉積,包括原子層沉積(ALD )、化學(xué)氣相沉積(CVD )、 物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預(yù)清洗、脫氣、定位。若系統(tǒng)500中不需 進(jìn)行一特定制程,則可將基材制程室512、 514、 516、 518、 532、 534、 536、 538任一者自系統(tǒng)500中移除。
制程系統(tǒng)包括 一或多個(gè)預(yù)清洗室(作為制程室100),用以預(yù)清洗 含有介電層的基材表面(如r圖1」所示); 一或多個(gè)設(shè)置以沉積阻障層 的原子層沉積(ALD)或PVD室;以及一或多個(gè)設(shè)置以沉積種層的PVD 室。為了增進(jìn)系統(tǒng)的效率及生產(chǎn)率,制程系統(tǒng)的一種配置型態(tài)包括二個(gè) 設(shè)置以預(yù)清洗基材表面的預(yù)清洗室;二 個(gè)設(shè)置以沉積阻障層的ALD或PVD 室;以及二個(gè)設(shè)置以沉積種層的PVD室,而該些腔室是設(shè)置而與后端的中 央傳輸室連接。于一實(shí)施例中,預(yù)清洗室可以為512、 514,制程室534、 536可以為氮化鉭(TaN) ALD或PVD室,制程室532、 538可以為銅或 鉭PVD室。
本發(fā)明的基材是傳輸至預(yù)清洗室512、 514以預(yù)清洗基材表面的污染 物。在預(yù)清洗步驟之后,基材是傳輸至制程室534、 536以于介電層的暴 露表面沉積一襯墊或阻障層,例如Ti、 Ti/TiN、 Ta、 Ta/TaN等,并接著將基材傳輸至其他的制程室532、 538來(lái)進(jìn)一步以AI、 Cu、 W或其他導(dǎo)電材 料填充暴露部分。
r圖4」是為另一反應(yīng)性預(yù)處理室402的剖面視圖,其可用以實(shí)施本 發(fā)明的實(shí)施例。適用且受益于本發(fā)明的腔室是為購(gòu)自加州圣克拉拉應(yīng)用材 料公司的Preclean II腔室。腔室402包括一真空腔室主體411,其是由一 具有側(cè)壁414的基底部件412構(gòu)成,并且由例如不銹鋼、鋁等金屬建構(gòu)物 制成。位于基底部件412的基部?jī)?nèi)的開口 415連接至渦輪泵416,而泵416 是用以控制腔室主體411內(nèi)部的壓力。石英圓頂417形成腔室主體411的 頂端,并在其圓周處設(shè)置有凸緣418,而凸緣418是緊配于基底部件412 的側(cè)壁414的上端圓周處。石英圓頂417與基底部件412的接合處設(shè)置有 氣體分配系統(tǒng)419。絕緣基座420是由石英、陶瓷等材料制成,并具有一 壓制住傳導(dǎo)基座422的石英遮蓋件421 ,傳導(dǎo)基座422是設(shè)置而用以將晶 片支托于腔室主體411內(nèi)。高頻電源供應(yīng)器432 (例如RF電源供應(yīng)器) 是電容耦合至基座422,并提供負(fù)偏壓電壓至基座422。
天線425 (例如RF感應(yīng)線圈)是纏繞于石英圓頂417的外側(cè),用以 控制腔室主體411內(nèi)的等離子密度,并由上蓋427支撐的,且天線425可 以由中空銅管所形成。腔室主體411的天線425線圈內(nèi)側(cè)形成一交流軸向 電磁場(chǎng)。 一般來(lái)說(shuō),是采用約400 kHz~13.56 MHz的RF頻率,而具有 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)(圖中未示)的RF電源供應(yīng)器430是于該頻率下操作,并通過(guò) 一匹配網(wǎng)絡(luò)(圖中未示)耦接至天線425,以于腔室主體411中產(chǎn)生等離 子。高頻電磁場(chǎng)于部分腔室主體411內(nèi),而于基座422上方產(chǎn)生一等離子。 腔室主體411內(nèi)形成真空,制程氣體則由一或多個(gè)氣體源(圖中未示)通 過(guò)氣體入口 429而注入腔室主體411中??刹捎门艢獬隹?428將氣體排出 腔室主體411外側(cè)。
遠(yuǎn)端等離子源50是通過(guò)一連接導(dǎo)管56而設(shè)置于腔室402頂端。遠(yuǎn)端 等離子源50產(chǎn)生等離子以形成多個(gè)反應(yīng)性自由基,并透過(guò)連接導(dǎo)管56而 將自由基輸送至腔室主體411。遠(yuǎn)端等離子源50與腔室主體411之間有 一距離,因此遠(yuǎn)端形成的反應(yīng)性自由基是移動(dòng)并橫跨一距離而至腔室主體 411,并通過(guò)過(guò)濾器200。過(guò)濾器200位于連接導(dǎo)管56內(nèi),以過(guò)濾并中和遠(yuǎn)端等離子源50所產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)反應(yīng)性自由基。
因此,本發(fā)明是提供一用于清洗介電薄膜的設(shè)備及方法,其可改善低 k薄膜品質(zhì),并降低在導(dǎo)電層沉積之前的預(yù)清洗步驟所造成的低k薄膜降解。
惟本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例說(shuō)明如上,然其并非用以限定本發(fā)明,任何 熟習(xí)此技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的更動(dòng)與潤(rùn)飾,仍 應(yīng)屬本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1. 一種用于清洗一介電薄膜的設(shè)備,包括一腔室主體,是適以將一基材支撐于該腔室主體內(nèi);一遠(yuǎn)端等離子源,是適以提供多個(gè)反應(yīng)性自由基至該腔室主體;一通道,是將該遠(yuǎn)端等離子源耦接至該腔室主體;以及至少一磁鐵,設(shè)置于鄰近該通道處。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其更包括 二或多個(gè)磁鐵,設(shè)置于鄰近該通道處。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備,其中該些磁鐵設(shè)置于該導(dǎo)管的一外圍的 相對(duì)側(cè)。
4. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備,其中設(shè)置于鄰近該通道的該些磁鐵提供 一橫跨該通道的磁場(chǎng)。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備,其中可通過(guò)改變?cè)撔┐盆F之間的距離而 調(diào)整該磁場(chǎng)。
6. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備,其中該些相對(duì)設(shè)置的磁鐵的間隔距離為 約0~約10公分。
7. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中該通道是至少部分具有一石英襯墊。
8. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其中至少一部份的該通道是由石英管界 定出。
9. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其更包括一氣體分配板,是設(shè)置于該腔室主體內(nèi),并位于一入口下方,該入口連接該腔室主體至該遠(yuǎn)端等離子源;以及一石英表面,暴露于該入口與該氣體分配板之間所界定出的 一 充氣部。
10. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備,其更包括一加熱器,設(shè)置于該腔室主體內(nèi),該加熱器是適以提供熱給該基材。
11. 一種清洗一介電層的方法,包括提供一基材,該基材設(shè)置于一制程室內(nèi),并具有一至少部分暴露的介 電層;于一遠(yuǎn)端等離子源內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)反應(yīng)性自由基;將該些反應(yīng)性自由基由該遠(yuǎn)端等離子源經(jīng)過(guò)一通道流入該制程室,該 通道具有至少一磁鐵設(shè)置于鄰近該通道處;以及 以/磁性過(guò)濾通過(guò)該通道的該些反應(yīng)性自由基。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法,其更包括通過(guò)設(shè)置于鄰近該通道的該磁鐵來(lái)調(diào)整 一磁場(chǎng)。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法,其更包括 中和位于該通道中的多個(gè)帶電粒子。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法,其更包括 吸引該些帶電粒子與該通道的多個(gè)壁面接觸。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法,其更包括將該些反應(yīng)性自由基暴露于位于該遠(yuǎn)端等離子源下游的一石英表面。
16. 如權(quán)利要求11所述的方法,其更包括利用已過(guò)濾的該些反應(yīng)性自由基來(lái)清洗該暴露的介電層。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法,其更包括 將一阻障層沉積于已清洗的該介電層的至少一部分。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法,其中該介電層為一低介電常數(shù)(k)材料。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法,其中該清洗步驟更包括 將該制程室的壓力維持在小于約400毫托(mTorr); 施加介于約1200- 1800瓦特(W)之間的一遠(yuǎn)端等離子源功率;以及將一氫氣流入該制程室內(nèi)。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法,其中維持該制程室的壓力的步驟更 包括將該制程室的壓力維持于約30毫托。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法,其更包括 將一氦氣流入該制程室內(nèi)。
22. 如權(quán)利要求11所述的方法,其更包括 將該基材加熱至溫度介于約250°C ~約35CTC之間。
23. —種清洗一介電層的方法,包括提供一基材,該基材設(shè)置于一第一制程室內(nèi),并具有一至少部分暴露 的介電層;于一遠(yuǎn)端等離子源內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)反應(yīng)性自由基;將該些反應(yīng)性自由基由該遠(yuǎn)端等離子源經(jīng)過(guò)一通道流入該制程室,該 通道具有至少一磁鐵設(shè)置于鄰近該通道處;由通過(guò)該通道的該些反應(yīng)性自由基中,以i茲性過(guò)濾出多個(gè)帶電粒子;將來(lái)自該遠(yuǎn)端等離子源的該些帶電粒子移除;利用已過(guò)濾的該些反應(yīng)性自由基來(lái)清洗該介電層的暴露部分;在不破壞真空的情形下,將已清洗的該基材傳輸至一第二制程室;以及于該第二制程室中,將一襯墊層沉積于已清洗的該基材上。
全文摘要
本發(fā)明是提供一清洗介電薄膜的設(shè)備及方法。于一實(shí)施例中,清洗介電薄膜的設(shè)備包括一腔室主體,是適以將一基材支撐于其內(nèi);一遠(yuǎn)端等離子源,是適以提供多個(gè)反應(yīng)性自由基至腔室主體;一通道,將遠(yuǎn)端等離子源耦接至腔室主體;及至少一磁鐵,設(shè)置于鄰近通道處。另一實(shí)施例中,清洗一介電薄膜的方法包括提供一基材,而基材設(shè)置于制程室內(nèi),并具有至少部分暴露的介電層;于一遠(yuǎn)端等離子源內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)反應(yīng)性自由基;將反應(yīng)性自由基由遠(yuǎn)端等離子源經(jīng)過(guò)一通道流入制程室,且通道具有至少一磁鐵設(shè)置于鄰近該通道處;以及利用磁性過(guò)濾通過(guò)通道的反應(yīng)性自由基。
文檔編號(hào)B08B6/00GK101511497SQ200680013354
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月22日
發(fā)明者J·弗斯特, W·W·王, X·付 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司