在衬底上进行填隙的方法技术

本发明专利技术公开在衬底上进行填隙的方法。公开了一种用于在受控环境下填充衬底特征的方法，包括如下方法操作：在组合工具的第一腔室内在所述衬底上蚀刻一特征；在所述组合工具的第二腔室内沉积阻挡层，设置所述阻挡层以防止铜扩散入所述特征的暴露面；并且用直接沉积在所述阻挡层上方的填隙材料填充所述特征。还公开一种无需在衬底上应用籽晶层而执行填隙工艺的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在衬底上进行特征填隙的方法。
技术介绍
一般，半导体加工是以高度受控的方式进行，严格控制环境和工具运转。例如，安置这些工具的洁净室必须满足限制可能在操作过程中产生的颗粒的数量的严格要求和其它受控参数。在工艺过程中，可能要求在许多系统间多次移动衬底，并且根据需要处理以形成集成电路器件的所需设备、所需层和所需结构多次重复在系统间的移动。尽管半导体设备必须满足严格规定以使半导体晶片的产品合格，这些规定通常大多数是与个体工具联系在一起。在操作中，如果需要在湿式工具内处理衬底，那么在湿工具完成此处理之后衬底将必须被转移到另一个工具，该工具可能是干燥的。在制备过程中，可以使用洁净室自动化系统在工具间移动这些衬底。通常，衬底是在密封的容器内进行传输或移动，之后与其它工具连接。因此，当需要进行等离子体处理操作时，可将衬底移至由一个或多个传输模块和干燥处理模块所形成的组合工具。一般，等离子体处理模块是与组合工具连在一起的，但是该组合工具局限于具有相同的环境的等离子体处理或工艺类型。更确切地说，当该处理是干法处理(例如等离子体处理)时，将在该组合工具内处理衬底直至工艺需要移动衬底到另一种系统内进行处理。尽管非常小心地操作模块和组合间的衬底传输，然而衬底还是接触氧气。该氧气可能是存在于洁净室(或密封容器)内的氧气。虽然控制并且净化了该洁净室的环境，但在执行下一个操作前，衬底在移动过程中接触氧气会造成衬底特征或层的氧化。大多数时候，已知由于在洁净室内传输过程中衬底暴露于氧气而造成制造程序包括额外的氧化物去除步骤， 需要更多成本和循环。然而，即使执行了氧化物去除步骤，在进入下一步骤前的等待时间仍然可能导致一些氧化的产生。鉴于上述情况，需要用于在制造工艺过程中操作衬底同时避免对于非受控环境的不必要接触的系统、结构和方法。
技术实现思路
—般而言，实施例通过提供用于处理衬底的组合体系结构和用于能够在该组合体系结构的各模块中进行转移的方法而满足上述需要。在每个处理工位以及在一个或多个传输模块间的传输过程中，衬底的处理工艺是在受控的周围环境下进行的，这还将能够直接在阻挡层上进行镀层，并且不需要用于填隙工艺的籽晶层。应理解本专利技术能够以多种方式得以实现，包括如方案、方法、工艺、装置或系统。下面对本专利技术的几种创造性实施例进行描述。在一个实施例中，揭示了一种用于处理衬底的组合体系结构。该组合体系结构包括与一个或多个衬底湿式处理模块耦合的实验室环境受控传输模块。设置该实验室环境受控传输模块和该一个或多个衬底湿式处理模块以管理第一周围环境。此外，还提供了一种真空传输模块，其与实验室环境受控传输模块和一个或多个等离子体处理模块相耦合。设置该真空传输模块和一个或多个等离子体处理模块以管理第二周围环境。而且，还包括一种受控环境传输模块，其与真空传输模块和一个或多个环境处理模块相耦合。设置受控环境传输模块和一个或多个环境处理模块以管理第三周围环境。因此，该组合体系结构能够在第一、第二或第三周围环境的任一个中受控地处理衬底。在一个例子中，第一、第二和第三周围环境由槽阀和装载锁隔离。当衬底穿过装载锁转移时，槽阀限定各周围环境间的隔离，其中在不将衬底暴露于组合体系结构的外部氧环境的情况下，在组合体系结构内可以执行干法等离子体处理和湿式处理。在另一实施例中，揭示了在组合体系结构内处理衬底的方法。该方法包括配置实验室环境传输模块以连接一个或多个湿式处理模块，其中每一个所述传输模块和所述一个或多个湿式处理模块在第一周围环境下运行。该方法还设置真空传输模块连接一个或多个等离子体处理模块，其中每一个所述真空传输模块和所述一个或多个等离子体处理模块在第二周围环境下运行。此外，该方法还包括设置受控环境传输模块以连接一个或多个镀层模块，其中每一个所述受控环境传输模块和所述一个或多个镀层模块在第三周围环境下操作。根据该方法，能够在不接触外部非受控环境的情况下在所述组合体系结构内在所述第一、第二和第三周围环境间进行转换。在一个实施例中，提供了一种用于在受控环境下填充衬底沟槽的方法。该方法开始于在组合工具的第一腔室内在衬底上蚀刻沟槽。在组合工具的第二腔室内，在该沟槽的外露表面上方沉积被设置用于防止电子迁移的阻挡层，之后在组合工具内用直接沉积在阻挡层上的填隙材料填充该沟槽。在另一实施例中，提供了一种无需在衬底上应用籽晶层而执行填隙工艺的方法。 该方法包括在其内限定有沟槽的衬底表面上沉积第一阻挡层。在该第一阻挡层上沉积第二阻挡层，并用直接沉积在第二阻挡层的表面上的导电材料填充该沟槽的开口区域。一种由一工艺所制造的半导体器件，该工艺包括如下方法操作在组合工具的第一腔室内在衬底上蚀刻特征；在组合工具的第二腔室内沉积设置为防止铜扩散入所述特征的外露表面的阻挡层；并且用直接沉积在阻挡层上的填隙材料填充所述特征。由下面的结合附图、作为本专利技术原理示例的详细描述将使本专利技术的其它方面和优点显而易见。附图说明通过下面的结合附图的详细描述，本专利技术将容易理解，并且类似的参考标记指出类似的结构元件。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的示例性系统图和可管理用于特别设计的制造作业的系统的计算机控制。图2A-2D6说明了根据本专利技术的一个实施例的示例性硬件，该例硬件可实现受控环境处理工艺。图3-4说明了根据本专利技术的一个实施例的示例工艺流程，该例工艺流程可通过在受控环境中执行在传输模块和处理模块间转换而得更容易进行。图5说明了根据本专利技术的一个实施例的示例流程图，其可以在做出环境受控模块的处理区域之间的工艺转换的决定时执行。图6是根据本专利技术的一个实施例的说明用于处理的衬底各层的简化示意图。图7说明具有蚀刻在其中的沟槽的层。图8说明被沉积在衬底的外露表面和沟槽的外露表面上的共形阻挡层的简化示意图。图9是说明被沉积在阻挡层上的第二共形层的简化示意图。图10说明在执行完平整化处理之后在沟槽内执行铜填充处理以制备铜线。图11是说明根据本专利技术的一个实施例，说明用于直接在阻挡层上执行填隙工艺从而无需PVD籽晶层的方法操作的流程框图。具体实施例方式揭示了几个示例性实施例，其定义了用于处理衬底的示例的组合体系结构和用于能够在该组合体系结构的各模块内进行转换的方法。在处理工艺每个阶段以及在一个或多个传输模块间进行传输的过程中，衬底的处理工艺是在受控环境下运行的。通过提供限定并控制完全不同的组合系统中以及它们之间的环境状态的集成组合体系结构，能够在同一整体系统内中执行完其它处理工艺之后马上制造不同层、不同特征或不同结构，同时防止衬底与非受控环境(例如，比所希望的具有更多氧或其它不希望的元素和/或水分)接触。 应理解本专利技术能够以多种方式得以实现，包括工艺、方法、装置或系统。下面对本专利技术的几种创造性实施例进行描述。对于本领域的技术人员显而易见的是在没有这里阐述的一部分或全部具体细节的情况下也可实施本专利技术。一个可从所限定的实施例的受控环境获益的应用，是金属层的无电沉积，其高度依赖于衬底表面特性和构成。例如，在比如钽(Ta)或钌(Ru)的阻挡层金属表面上无电镀层铜吸引电镀和在光刻图案内选择性沉积铜(Cu)线之前的籽晶层形成。主要问题(现已被本专利技术所限定的实施例所克服)是在存在氧气(02)的情况下形成的原子级薄自然金属氧化层抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于在受控环境下填充衬底特征的方法，包括如下方法操作：在组合工具的第一腔室内在所述衬底上蚀刻一特征；在所述组合工具的第二腔室内沉积阻挡层，设置所述阻挡层以防止铜扩散入所述特征的暴露面；并且用直接沉积在所述阻挡层上方的填隙材料填充所述特征。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·博伊德，耶兹迪·多尔迪，蒂鲁吉拉伯利·阿鲁娜，班杰明·W·莫琳，约翰·帕克斯，威廉·蒂，弗里茨·C·雷德克，阿瑟·M·霍瓦尔德，艾伦·舍普，戴维·黑梅克，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US