[发明专利]用于填充互连结构的方法及设备

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案主张以下申请案的优先权：2011年5月16日提出申请的第13/108,894号美国专利申请案、2011年5月16日提出申请的第13/108,881号美国专利申请案及2011年4月15日提出申请的第61/476,091号美国临时专利申请案；所有三个申请案均以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及半导体处理技术，特定来说，涉及一种用于填充互连结构的方法及设备。

背景技术

可使用镶嵌处理(半导体处理技术)在集成电路上形成互连。镶嵌处理涉及在形成于电介质层中的沟槽与导通孔中形成嵌入金属线。在典型的镶嵌工艺中，在半导体晶片衬底的电介质层中蚀刻沟槽与导通孔的图案。接着，通过(举例来说)物理气相沉积(PVD)工艺将例如钽(Ta)、氮化钽(TaN)或TaN/Ta双层的势垒层沉积到晶片表面上。接着，通常使用电镀工艺用铜填充所述沟槽与导通孔。由于电镀通常需要在导电层上发生，因此可首先借助化学气相沉积(CVD)或PVD工艺在势垒层上沉积铜籽晶层。接着，可将铜电镀到所述铜籽晶层上。

发明内容

本发明提供用于镀敷铜及其它金属的方法、设备及系统。根据各种实施方案，所述方法涉及将铜层镀敷到晶片衬底上。可将所述铜层退火，此可使铜从晶片衬底的若干区域重新分布到晶片衬底中的若干特征。在一些情况下，镀敷及后续退火充当多循环沉积工艺的一个循环。因此，所述沉积工艺可涉及连续执行的两个或两个以上镀敷/退火循环。

在一些实施方案中，一种方法包含将晶片衬底提供到设备。所述晶片衬底包含具有若干场区域及一特征的表面。将铜层镀敷到所述晶片衬底的所述表面上。接着将所述铜层退火，其中所述退火使铜从所述晶片衬底的若干区域重新分布到所述特征。

在一些实施方案中，所述晶片的所述表面进一步包含所述场区域及所述特征上方的衬里层。在一些实施方案中，可在镀敷所述铜层之前在还原气氛中将所述衬里层退火。可从由钌(Ru)、钴(Co)、钨(W)、锇(Os)、铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)及铑(Rh)组成的群组中选择所述衬里层。

在一些实施方案中，一种方法包含将晶片衬底提供到设备。所述晶片衬底包含覆盖有衬里层的表面，所述表面包含若干场区域及一特征。借助电镀工艺将铜层镀敷到所述晶片衬底的所述表面上。接着将所述铜层退火，其中所述退火使铜从所述晶片衬底的若干区域重新分布到所述特征。可在还原气氛中于约150℃到400℃的温度下执行所述退火达约30秒到180秒的持续时间。

在一些实施方案中，一种设备包含镀敷室、晶片衬底保持器、元件及控制器。所述镀敷室经配置以保持电解液。所述晶片衬底保持器经配置以将晶片衬底保持于所述镀敷室中。所述晶片衬底包含具有若干边缘区域、若干场区域及一特征的表面。

所述元件包含离子电阻主体，所述主体中具有若干穿孔使得所述穿孔不在所述主体内形成连通通道。所述穿孔允许经由所述元件输送所述电解液。所述元件经定位以具有面向所述晶片衬底的所述表面的表面，其中当所述晶片衬底由所述晶片衬底保持器保持时，所述元件的所述表面位于距所述晶片衬底的所述表面约10毫米内。所述离子电阻主体中的大致所有所述穿孔在所述元件的面向所述晶片衬底的所述表面的所述表面上的开口具有不大于约5毫米的主尺寸。所述元件的孔隙率为约1％到3％。

所述控制器包含用于进行一工艺的指令。所述工艺包含：使用所述镀敷室将铜层镀敷到所述晶片衬底的所述表面上；及将所述铜层退火。将所述铜层退火使铜从所述晶片衬底的若干区域重新分布到所述特征。

在一些实施方案中，一种非暂时计算机机器可读媒体包含用于控制设备的程序指令。所述程序指令包含用于包含以下各项的操作的代码：将晶片衬底输送到与所述设备相关联的模块；将铜层镀敷到所述晶片衬底的所述表面上；及将所述铜层退火。所述晶片衬底包含具有若干场区域及一特征的表面。将所述铜层退火使铜从所述晶片衬底的若干区域重新分布到所述特征。

在附图及下文描述中阐述本说明书中所描述的标的物的实施方案的这些及其它方面。

附图说明

图1展示图解说明用于镀敷铜的工艺的流程图的实例。

图2A及2B展示镀敷铜的方法中的阶段的横截面示意性图解说明的实例。

图3展示图解说明用于镀敷铜的工艺的流程图的实例。

图4A到4G展示电填充系统的示意图的实例。

图5展示电镀设备的横截面示意图的实例。