铜表面的表面还原、钝化、防止腐蚀及活化用的系统与方法技术方案

一种钝化裸露的导电材料的系统与方法，其包含放置基材至处理室及注入含氢物种至处理室。含氢物种等离子体在处理室内形成。表面层物种从基板的上表面开始还原。从处理室清除已还原的表面层物种。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般是关于镶嵌半导体的制造过程，尤有关于在半导体制造过程中，用以使各特征部及各层平坦化的方法与系统。
技术介绍
通常，集成电路元件(成半导体基板及晶片的形式)的制造包括等离子体蚀刻室的使用。等离子体蚀刻室可依掩模或图案所定义蚀刻基板上的选择层。等离子体蚀刻室配置为在施加射频能量至等离子体蚀刻室的一个或数个电极的同时，接收处理气体(亦即蚀刻化学品)。等离子体蚀刻室内的压力也依特定制造过程加以控制。一旦施加所要的射频能量至电极，室内的处理气体会被活化以致产生等离子体。此等离子体用来对半导体晶片的选择层进行所要的蚀刻。在一些现有技术的等离子体蚀刻制造过程中会产生低挥发性副产物。举例而言，在使用含氯气体(例如氯气、氯化氢等)的铜的蚀刻过程中，其副产物为CuClx。CuClx在室温下不会挥发。通常，低挥发性副产物会凝聚于室壁上。在每一等离子体蚀刻循环期间，副产物会积累于室壁。最后，副产物积累至一定的厚度。然后，积累的副产物开始自室壁成片状剥落，且因此成为显著的颗粒来源。颗粒会污染正在室内蚀刻的基板。铜蚀刻剂化学品通常对剩余铜的表面具有腐蚀性。这种腐蚀作用会造成不均匀的点蚀，且留下在进行后续处理前必须移除的残留层。通常，将基板自等离子体蚀刻室移出并清洗和/或漂洗。图1为一典型清洗过的基板100。在裸露的铜元件104之上，基板100有一相当厚的氧化层102(例如铜氧化物)。氧化层102会干扰后续处理(例如底层铜元件内连线的形成)，因此在尝试后续处理之前必须移除该氧化层。基板100也可有阻障层106。化学机械抛光(CMP，Chemical mechanical Polishing)用的化学品也会造成类似上述蚀刻化学品的问题。在化学机械抛光操作之后，典型地会清洗及漂洗基板。化学机械抛光方法本身和/或清洗和/或漂洗操作也会造成氧化层的形成。鉴于上述情况，就需要一种残留物层的移除系统与方法，其同时基本上能消除氧化层或任何其他不要的终止层的形成。
技术实现思路
广泛而言，借由提供钝化裸露的导电材料的改善方法，本专利技术可满足这些需求。应了解的是本专利技术可以多种方式实施，包括制造过程、装置、系统、电脑可读介质或元件。本专利技术的数个专利技术性实施例说明如下。一种钝化裸露的导电材料的方法，包含放置基板至处理室中及注入含氢物种至处理室。在处理室中形成含氢物种等离子体。表面层物种从基板的上表面开始还原。从处理室清除已还原的表面层物种。导电材料可包括下组中的至少一种含铜材料、元素铜、合金例如铁镍及铁钴、元素镍、钴、钌、AlO、钽、氮化钽、铂及铱。前述钝化处理可原地实施。钝化处理也可移地实施。钝化处理可在蚀刻制造过程中原地实施。钝化处理可在无应力平坦化制造过程中原地实施。钝化处理也可在化学机械抛光操作后移地实施。处理室的温度介于约30至约400℃。处理室可以是一小容积的等离子体室。等离子体室可以是电容式耦合系统、电感式耦合系统、ECR或微波能量系统。处理室的压力可以介于约1至约1000毫托。表面层物种可以是氧化物、卤化物(例如含氯化物、溴化物、氟化物或碘化物的物种)及氮化物或其组合。含氢物种可包括下组中的至少一种氢气、氯化氢、溴化氢、甲烷及氨气。注入含氢物种也可包括载体气体的注入，例如氩气、氮气、氦气、氖气及氙气。使用含氢物种形成等离子体，可包括使至少在基板及处理室内壁之一上的残留物挥发。清除处理室的还原表面层物种，也可包含挥发的残留物的清除。基板上表面的表面层物种的还原，也可包括基板上表面的活化及基板上表面的粗糙化。以预定时间来钝化裸露的导电材料。该预定时间足够从基板的上表面还原所需量的表面层物种。该预定时间可大于约15秒。另一实施例提供了钝化裸露的铜内连线的方法。此方法包含放置基板至处理室，及注入含氢物种至处理室。此方法也包括在处理室形成含氢物种等离子体，及从裸露的铜内连线的上还原表面铜氧化物。从处理室清除已还原的铜氧化物。处理室的几个内表面的每一个，其温度可等于或大于约250℃。处理室的每一内表面都面对基板。另一实施例提供了在基板上实施非接触平坦化的方法。本方法包括在蚀刻处理室中放置基板及蚀刻该基板。本方法也包括注入含氢物种至蚀刻处理室，及在蚀刻处理室内形成含氢物种等离子体。表面层物种是从基板的上表面开始还原，且已还原的表面层物种被从处理室清除。从下面的详细说明，配合附图，经由范例说明本专利技术的原理，本专利技术的其他方面与优点将更为明显。附图说明通过如下的详细描述并结合附图，本专利技术将更加容易理解，并且类似的参考数字表示类似的结构元件。图1为一典型清洗干净的基板。图2A显示依本专利技术一实施例的铜基材。图2B显示依本专利技术一实施例的钝化的铜基材。图3A为依本专利技术一实施例的化学机械抛光制造过程的操作方法流程图。图3B为依本专利技术一实施例的蚀刻制造过程的操作方法流程图。图4为依本专利技术一实施例的钝化处理的操作方法流程图。实施方式数个钝化及还原蚀刻表面的举例性实施例说明如下。本领域技术人员清楚，在欠缺此处披露的部份或全部的具体细节情况下，显然仍可实施本专利技术。裸露的铜对于腐蚀是相当脆弱的。当内连线施加曝露于各种处理化学品(例如湿或干化学品)时，这对于处理过的铜尤其是如此。有些这些条件也可以使用腐蚀性化学品。举例来说，由于在低温下不具挥发性，铜的干式蚀刻典型地是很缓慢且是非选择性的。在高温(例如大于约200℃)，在含有卤素的化学品(例如氯、氟、溴及碘化学品)的情况下，挥发性化合物的形成是可能的。由于铜表面残留卤素化合物与水汽的作用，或处理室内残留的卤素与未钝化铜表面位置的反应，腐蚀是一重要的课题。在铜的化学机械抛光或电解抛光之后，后者可包含无应力阻障层的移除。另一实施例为镶嵌用途的铜处理，其使用利用腐蚀性的碱性研磨液的化学机械抛光。尽管是典型的湿式处理，腐蚀仍旧持续。再者，典型的湿式处理会引进额外的处理模组、额外的化学需求，因此增加制造成本及制造时间。对于电性需求及下一层沉积的需求而言，稳定与活化的表面在双镶嵌制造过程中是重要的。典型地，新裸露的铜表面的表面特征有别于须进一步处理的铜表面性质。为了达成这些需求，须要额外的制造过程步骤与处理模组，来调整新裸露的铜表面。新裸露铜表面的调节，包括表面铜氧化物层还原成元素铜，及在真空的条件下(例如小于约100毫托)铜表面的活化。其它的调整可包括化学机械抛光残留物的移除，其残留物含有化学机械抛光处理化学品的多种成份(例如亮光剂、抑制剂及加速剂等)；因此，在化学机械抛光过程后，可避免任何的湿式清洗过程。一实施例提供钝化新蚀刻表面以防止腐蚀的系统与方法。所揭示的系统与方法，可将蚀刻剂化学品残留物从蚀刻基板移除。所揭示的系统与方法，也可将蚀刻剂化学品残留物从蚀刻室内壁移除。再者，所揭示的系统与方法，也可基本上消除铜层在裸露出之后形成的以及进一步于湿式清洗制造过程中所形成的氧化层。所揭示的系统与方法，可在等离子体蚀刻室中原地实施。在此实施例中，原地钝化操作可结合且在某些例子中可导入在等离子体蚀刻室中执行的其它制造过程。以这种方式，在等离子体蚀刻室中的全部制造过程时间并未显著改变。举例来说，在一实施例中，钝化操作需要约30秒，同时去夹头操作则须要约60秒，因此，并未导致等离子体室的制造过程时间的增加。可选择的实施例包含移地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种裸露的导电材料的钝化方法，包含：　　　　将基板放置于处理室中；　　　　注入含氢物种至处理室；　　　　于处理室中形成含氢物种等离子体；　　　　由基板的上表面还原表面层物种；以及　　　　由处理室清除已还原的表面层物种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-1-30 10/769,4081.一种裸露的导电材料的钝化方法，包含将基板放置于处理室中；注入含氢物种至处理室；于处理室中形成含氢物种等离子体；由基板的上表面还原表面层物种；以及由处理室清除已还原的表面层物种。2.如权利要求第1项的方法，其中该导电材料包括由含铜材料、元素铜、铁镍、铁钴、元素镍、钴、钌、AlO、钽、氮化钽、铂及铱所组成的组中的至少一种。3.如权利要求第1项的方法，其中该钝化处理是原地实施的。4.如权利要求第1项的方法，其中该钝化处理是移地实施的。5.如权利要求第1项的方法，其中该钝化处理是在蚀刻制造过程中原地实施的。6.如权利要求第5项的方法，其中该钝化处理是在无应力平坦化制造过程中原地实施的。7.如权利要求第1项的方法，其中该钝化处理是在化学机械抛光操作之后移地实施的。8.如权利要求第1项的方法，其中该处理室的温度介于约30至约400℃之间。9.如权利要求第1项的方法，其中该处理室是小容积的等离子体室。10.如权利要求第1项的方法，其中该处理室包括电感式耦合系统、ECR及微波能量系统中的至少一种。11.如权利要求第1项的方法，其中该处理室的压力介于约1至约500毫托之间。12.如权利要求第1项的方法，其中该处理室为电容式耦合系统。13.如权利要求第1项的方法，其中该含氢物种包括由氢气、氯化氢、溴化氢、甲烷及氨气所组成的组中的至少一种。14....

【专利技术属性】
技术研发人员：AD贝利三世，SP娄荷凯，
申请(专利权)人：兰姆研究有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]