TWI267922B - Method of annealing metal layers - Google Patents

Description

1267922 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 材上的金屬層的處 一基材上之銅層的 本發明的實施例大體上係關於一基 理。更特定地，本發明的實施例係關於 回火方法。 【先前技術】 次四分之一微米，多層全 層兔屬疋下—世代超大型積體電 路（ULSI)的主要關鍵技術之一。 此技術的核心所在之多層内 連線需要將被形成在—深實 莧比孔洞内之内連線特徵結構 (feature)，包括接點，介声 目孔（vla)，接線，插塞及其它特徵結 構，加以平坦化。可靠的形上

的开/成廷些内連線特徵結構對於ULSI 的成功及對於提高在每一其 基材及卵粒上的電路密度與品質 是非常重要的。 又、Μ 、當電路密度提高時，介層孔，接點，插塞，接線及其 1構〃*介於它們之間的介電物質的寬度會降低 至]:四刀《一微米 '然而，介電層的厚度通常仍維持大 文固2 /、、'°果為孩等特徵結構的高寬比，即高度除以寬 度曰提冋。由於銅在如此小的特徵結構尺寸下仍有良好 的電氣性能，所以名同ρ # & #、上# ， ’同已成為填无在基材上的次四分之一微 米，高深寬比内連線特徵結構的優選金屬。然而，許多傳 統的"L積處理’如物理氣相沉積(pvD)及化學氣相沉積 (CVD)在用鋼物質來填充深寬比超過1，特別是大於1〇 ·· 1的、…構時會有困難。由於這些處理有其限制，所以從前 1267922 被用來形&電路板上w電路線之電化學電鏡（Ecp)現已被用 來填充在半導體裝置上的界層孔及接點。 一典型的銅電鍍沉積方法大體上包私

工匕括利用PVD或CVD 來沉積一阻障層於其上形成有不同的特徵結構之一基材的 表面上’沉積一金屬（最好是銅）晶種層於該阻障層上，然後 電鍍一金屬層（最妤是鋼）於該晶種層上用以话士、、 .、 w丄用以填充該結構/特 徵結構。最後，該等被沉積的層利用像是化取祕仏 ^ 令心化學機械研磨（CMP) 的方法來加以平坦化用以界定一導電的肉、击从 W Θ連線特徵結構。 在基材的製程中鋼的ECP存在荖幾、艰&

于隹耆4項挑戰。例如，ECP 銅並不一定會均句地電鍍在整個基材表 两上，而是會留下 氣隙及不連續處於特徵結構中。此不均4 4 1勺性對於電路的一 致性、導電性及可靠性是有害的。又，p tCp銅層在大氣環 境中會有逐漸氧化的疑慮。此一逐漸氧 乳化會造成鋼層的電 陴值升高。此外，因為氧化通常是一緩捧 ^ 、 k，漸進的變化過 程，所以在不同的時間被電錢之來自於不同的來源的銅層 可能會經歷不同的氧化程度。這在銅層的後續處理上會造 成嚴重的變動性。 為了要克服與氣隙形成相關的問題 ， 〜从及在鋼層氧化上 的變化，通常會在一膜層的沉積之後會會 、 耳施熱處理。熱處 理該膜層的一有效的技術為回火。回火$ 八『破用來讓一電鍍 的金屬層流動來填滿氣隙，淨化膜層，捻 移碓或促使膜層的 擴散，並管理結晶的生長與方向。更詳+、 、 〇 <，在回火期間 導入的熱可讓金屬層流動並填入在高深寬比特徵結構内的 氣隙中。回火亦提供金屬層一熱動態驅動力藉以形成一可 5 1267922 預知的微型結構。例如，一金屬層可在一特殊的氛 回火用以提供一組特定的且可預知的電子特性（如，1 因為與其它在半導體製造中常被用到的金屬比 銅具有一相對低的熔化溫度，所以對於回火而言銅 當看好的一候選者。聚焦在銅的沉積上，特別是利 技術者，之半導體製造的新發展上對於研發改良的 處理產生了新的興趣。此外，以ECP沉積的銅會遇 回火的物理現象。在自我回火中，銅在電鍍之會於 經歷微型結構的改變。高溫回火可改變此自我回火 以提供一致的微型結構，以及一致之銅的電子特性。 目前業界的實際作業為，在銅層接受高流率的氮氣 的同時來對銅層進行回火。此高流率是必需的，用 防止存在於室中之氧於回火期間將銅氧化並藉此提 體裝置所需之低電阻。在一傳統的回火爐中，基材 至约250°C至4 00°C達約30分鐘之久，然後被冷卻至 很不幸地，傳統爐子之高氣體流率會造成每單位被 銅層會消耗掉很大程度的處理氣體。其結果為，需 的處理氣體來進行處理，因而處理成本居高不下且 許多的時間來更換處理氣體儲槽。因此，對於發展 周圍氣體的不利影響的控制上很有效，且在回火處 消耗的處理氣體數量亦可減少的回火處理存在著需求 【内容】 本發明的實施例大體上提供一種將一位在一室 圍中被 I阻）。 較起來 是一相 用 ECP 鋼回火 到自我 室溫下 過程用 及氫氣 以能夠 供半導 被加熱 室溫。 處理的 要大量 花費掉 一種在 理期間 内的基 1267922 材上的金屬層回火的方法。在一實施例中’該方法包含將 一其上具有一金屬層的基材置於一室内’將大氣體體從該 室内去除，提供處理氣體至該室中’及在一大於80 °C的溫 度下將該金屬層回火。

本發明的實施例亦提供一種形成一特徵結構於一基材 上的方法。在一實施例中’該方法包含沉積一介電層於該 基材上，在介電層上形成至少一開口，沉積一金屬層於該 開口内，將該基材置於一回火室内，將大氣氣體從該回火 室中去除，提供處理氣體至該回火室，及在一大於80 °C的 溫度下將該金屬層回火。 【實施方式】 第1圖為結合了一適合實施本發明的實施例之回火室 21 1的ECP系統平台200的示意圖。適合的系統大體上需 提供電鍍沉積室，典型地為銅電鍍沉積室，及回火室於一

整合的處理中。在本文中實施例係以鋼的沉積及回火來作 為例子來說明。 該E C P系統平台2 0 0大體l白& 文版上包拮一裝載站210，熬 火室211，一主機架214，及一電解汤、、 鮮液補充系統（未示出 該主機架214大體上包括一主機架絡… 铖木輸返站216，一旋轉沖 乾燥（SRD)站212，多個處理站218,另 久一種晶層修補站2 1 最好是，孩ECP系統平台2〇〇 ^ ^ ^ . 待別是主機架214， 被包圍在一乾淨的環境中。主機校 ^ ^ ^ ^ , 微仅214包括一基座217 具有多個切面形成於其上，該等 @疋被作成能夠容納 7 1267922 成該ECPI沉積處理所需的不同站。基座217最好是用銘， 不銹鋼或可支撐不同的站之剛性材質作成。一化學保護塗 層，如Halai^，乙烯三氟氯乙烯（ECTFE)，或其它保護性塗 層，被沉積於該基座217之可能受到化學腐蝕的表面上。 最好是，該保護塗層可提供該金屬基座217 —良好的保形 覆蓋，可穩穩地黏附在金屬基座217上，可提供良好的延 展性，且在該系統的正常操作條件下不會有裂痕。 每一處理站218都包含一或多個處理槽2 4〇。一電解液 補充系統大體上是位在與主機架214相鄰處且各別地連接 至處理槽240用以將ECP處理用過的的電解液回收。Ecp 系統平台2 0 0亦包括電源供應站2 2 1用以提供電源至靜系 統及一控制系統222其包括一具有一電腦可讀取的媒介，' 如軟體，之可程式的微處理器。 主機架輸送站2 1 6包括一被設置在中心的主機架輸' 機器人242用以提供基材輸送於該主機架上的各站之間、 取好是，該主機架輸送機器人242包含多個各別的機械臂 2402其對於在處理站218，SRD站212，晶種層修補站2b， 及在該主機架上或與該主機架相連接之其它處理站内之 材提供獨立的存取。 基 如第1圖所示，該主機架輸送機器人242包 仿两個機 械身2402，其對應於每一處理站2〇8的處理槽24〇的數目。 母機械臂2402都包括一終端作用件2404用來力田 … ♦社尚圓輪 运期間搬運一晶圓。最好是，每一機械臂24〇2都可獨立壬 操作以便於獨立地輸送晶圓於該系統中。或者，機械臂以= 1267922 相連結的万式操作使得當一機械臂伸展時，另—機械 /即收回。該主機架輸送機器人242包括多個㉚械臂24。2(兩 :被面機器人其被用作為每_機械臂2彻的 、，、端作用β。翻面機器人在此技藝中為習知且可被用作為 晶圓搬運機器人的終端作用件，如由設在美國加州細麵市 的IW Automation公司所生產的型號RR7〇1即是。該具有翻 面機器人作為終端作用件之主傳送機器人242能夠將基材

傳送於附在該主機架上的不同站之間，以及將被傳送的基 材翻轉至所需的表面方位。

裝載站210最好是包括一或多個基材匣盒容納區224, 一或多個裝載站輸送機器人228及至少一基材定向器23〇。 包括在該裝載站210内之基材匣盒容納區224，裝載站輸送 機器人228及基材定向器23〇的數目可依據所想要的系統 產出量來設計。如第1圖所示的，該裝載站210包括兩個 基材匣盒容納區224，兩個裝載站輸送機器人228及一個基 材定向器230。一内裝了基材234的基材匣盒232被載入該 基材匣盒容納區224用以將基彩導入該電鍍系統平台内。 該裝載站輸送機器人228將基材傳送於該基材匣盒232與 基材定向器230之間。該裝載站輸送機器人228包含一此 技藝中習知的的典型機器人。該基材定向器230將每一片 基材放置在所想要的方位上以確保基材被適當地處理。該 裝載站機器人22 8亦將基材234傳送於該裝載站210與SRD 站212之間及傳送於該裝載站210與熱回火室211之間。 該裝載站210最好是亦包括一基材匣盒231用以在需要的 9 1267922 時候暫時存放基材以方便基材在該系統内之有效，玄^ t 人年的輸 送。 第2圖顯示使用在本發明的實施例中之一快诘為 〜％熟回火 室211的剖面圖。該快速熱回火（RTA)室211最好县4仏 <運結至 該裝載站210且基材是由裝載站機器人228送入該Rta ^ 211内。該電鍍系統平台200最好是包括兩個設置在，裝載 站2 1 〇相反的兩侧上的RT A室2 1 1以對應該裝载站2丨〇之 對稱設計。然而，該RTA室21 1亦可被連結至該主機架

上’或該系統的其它位置或作為一獨立的回火系統。 熱回火處理室在此技藝中為習知且快速熱回火ai 、至通常 會被使用在基材處理系統中來強化被沉積物質的特性。t 發明可利用不同的熱回火室設計來實施，包括熱板式咬1 及加熱燈式設計，並強化電鍍結果。對於本發明而言，— 種特別有用的熱回火室為第2圖所示的設計。雖然在本文 中本發明是以熱板式快速熱回火室來說明，但本發明亦可 用其它的熱回火室來實施。

RTA室211大體上包括一外殼302，一熱板304，一加 熱器307,及多根基材支撐銷306。外殼302包括一基底3〇8， 側壁3 1 〇及一頂部3 1 2。最好是，一冷板3 1 3被設置在該 外殼的頂部3 1 2底下。或者，該冷板3 1 3被一體地形成為 頂邵3 1 2的一部分。一反射絕緣盤3 1 4可被設置在外殼302 内的基底3 0 8上。該反射絕緣盤3 1 4典型地是由一像是石 英’礬土，或可承受高溫（如高於约500t )的其它物質所製 成的且作為加熱器307與外殼302之間的熱絕緣。盤314 10 1267922 亦可被鍍上一反射物質，像是金，來將熱導回到該熱板304 上。 與在該系統中被處理的基材比較起來，熱板3 〇4大體 上鼻有一大的質量且是由像是矽碳化物，石英或是不會與 在該RT A室211内的周圍氣體起反應或與基材物質起反應 的其它物質所製成的。加熱器307典型地包括一電阻式加 熱件或一傳導/幅射熱源且是被設置在熱板304與一升降板 328之間。該加熱器307被電子地耦合至一電源3 16其供應 加熱該加熱器307所需的能量。一熱電耦32〇可被放置在 一設置穿過該基底308與該盤314之導管322内且延伸至 該熱板304内用來監視回火溫度。該熱電耦32〇可被連接 至一控制器392並提供溫度測量值至該控制器。控制器392 即可依據溫度測量及所需要的回火溫度來增加或減少由加 熱器3 0 7所提供的熱。 該外殼302大體上包括一冷卻件318其設置在該外殼 3 02的外面且與側壁3 1 〇有熱接觸用以冷卻該外殼3 〇2。或 者’一或多個冷卻管路（未示出）可被形成在侧壁3丨〇内用以 控制外殼3 02的溫度。被設置在頂部的内側表面上的冷板3 i 3 將與該冷板3 1 3緊接的基材冷卻。 該RTS室21 1大體上包括一設置在該外殼3〇2的側壁 3 1 0上細縫閥322以便於基材傳送進/出該rta室2 11。細 縫閥322選擇性地將該側壁3丨〇上的一與該裝載站2丨〇相 通的開口 324密封起來。該裝載站輸送機器人228(見第1 圖）經由遠開口 324將基材傳送進出該rta室。 11 1267922 该等基材支撐銷3 Ο 6大致上包括遠端有斜度的構件其 是由石英，氧化鋁，碳化矽或其它耐高溫物質所製成。每 一基材支撐銷3〇6都被設置在一管形導管326内，該導管 典型地是由耐熱、抗氧化的物質所製成並延伸穿過該熱板 304。基材支撐銷306被連接至該升降板328用以用一致的 方式來移動基材支撐銷306。升降板328經由一移動升降板 328的升降軸332而被固定至一作動器33〇上，如一步進馬 達’以便於將基材放置在該RT Α室21内的不同垂直位置上。 升降軸332延伸穿過外殼302的基底308且被設置在該軸 周圍的密封凸緣334所密封。 為了要將基材送入RTA室2 1 1中，該細缝閥3 22被打 開’且裝載站機器人228將其上放有一基材之機械載盤伸 出穿過該開口 324進入RTA室211中。該裝載站機器人228 的機械載盤將基材放在該RTA室内的熱板304上方，且基 材支撐銷3 06被向上伸出用以將基材舉離該機械載盤。該 機械载盤然後被撤出該RTA室211，且該細縫閥322將該 開口關閉。該等基材支撐銷306然後將該基材降低至離該 熱板304 —適當距離的高度。 一搞合至一具有多個孔390之蓮蓬頭380的氣體入口 336被設置穿過外殼302的侧壁3 1 0用以在回火處理期間允 許經過選擇的氣體流入RTA,室211内。該氣體入口 336經 由一用來控制流入RTA室21 1内的氣體流量之閥34〇被連 接至一氣體源338。一氣體出口 342被設置在側壁31〇的下 部用以排出RT A室211内的氣體，且可被連接至一釋壓/止 12 1267922 回閥344用以防止室211外的大氣的回流。該氣體出口 342 被連接至一真空幫浦（未示出）用以在回火處理期間將RT A 室排空至一所想要的真空程度。 再次參照第1圖，該控制系統222控制該平台的每一 構件。控制系統222可被安裝在主機架214上方並包括一 可程式的微處理式控制器。該控制系統可進一步包括其它 的構件，如記憶體及支援電路。該處理器可包括用來計算 特殊性質，神經網路，或決定一或多種化學成份的一適當 的流率之其它邏輯技術之機構。該記憶體大體上耦合至該 微處理器式的控制器且可以是一電腦可讀取的媒體，如雖 機存取記憶體（RAM)，唯讀記憶體（ROM)，軟碟機，硬碟機， 或任何其它形式的數位貯存，遠端的或現地的。該支援電 路被耦合至該微處理器式的控制器用以用傳統的方式來支 援該處理器。這些電路包括快取，電源供應，時脈電路， 輸入/輸出電路，次系統，及類此者。 該可程式化的控制器222典型地係使用一經過特別設 计來控制所有的電鍍系統平台200的構件之軟體來程式化 的。該控制系統222亦提供電力至該系統的所有的構件並 包括一控制面板（未示出）其可讓一操作者監視或操作該電鍍 系統平台200。該控制面板為一獨立的模組其經由一電纜線 連接至該控制系統222並提供操作者一方便的途徑。通常， 該控制系統222將裝載站210，RTA室211 , SRD站212， 主機架214及處理站218的操作加以協調。此外，該控制 系統222與該電解液補充系統相配合用以提供電鍍處理所 13 1267922 需的電解液。該控制系統2 2 2亦與控制器3 9 2相配人。 回火處理 依據本發明的一實施例，一其上具有—金屬層的基材 於RTA室211中加以回火。該金屬層可以是在一 ECp槽， 如處理槽240，内用ECP處理來形成的。 第3圖為一流程@’其顯示對一其上形成有一金屬層 之基材的回火處理。如步驟400所示的，—也μ ^ 4 士 長上艰成有一 金屬層的基材被放在一室，如RTA室211，中。然後，如 步驟402所示的，使用一真空絮浦將大氣氣體從該室中移 走。大氣氣體為為火處理被實施時存在於周圍大氣中之$ 體。大氣氣體典型地包含氧及氮。在—實施例中，室 被抽吸至一小於5托爾（torr)的壓力。在另一實施例中，室 211的壓力被降至小於1托爾（torr)。為了要提供回火處理 的快速產出，大氣體體最好是以一合理的高速重室211中 被排出。在一實施例中，室2U的壓力是在3至5秒鐘的 時間内被降低至小於5托爾（torr)。然後，處理氣體經由蓮 蓬頭380被供應至室211中。最好是，處理氣體包括一選 自於由氮，氬，氦，及它們的組合所構成的組群中的鈍氣。 處理氣體可進一步包含氫氣。在處理氣體中之氫氣的濃度 可介於2.5%至4.5%之間。在RTA室2U中之處理氣體流 率被保持在約每分鐘2標準公升（slm)至約6slm的範圍内。 在一實施例中，對於一具有1 0公升的RT A室2 11而士，處 理氣體流率在整個回火處步驟（將於下文中敘述）間都被保持 在約每分鐘4 slm至約6 slm的範圍内。通常，每一室 14 1267922 的a升而$最好的處理氣體流率為〇 4slm至約〇 。室 的壓力會隨著處理氣體流入室211而升高。 如在步驟406所示，該金屬層在一大於約8〇χ：的溫度 下接受一回火步驟。該金屬層最好是在約8〇它至約4〇(rc 的溫度範圍内被回火約15秒至約18〇秒的時間長度。在一 較佳的實施例中，該基材在25〇〇c的溫對下被回火約3〇秒 叙。更佳的是，室壓力被升高至能夠在後續的冷卻步驟中 快速冷卻基材的壓力。室壓力在回火步騾完成時最好是在 約1 00托爾至約1 5〇托爾的壓力範圍内。 快速回火處理典型地至少每秒50^的溫度上升率。為 了要在回火處理期間提供基材此所需的溫度上升率，該熱 板304最好是被保持在介於約8〇t至約400^之間，且該 基材在回火處理期間最好是被放置成與該熱板3〇4相接觸。 控制系統222控制著RTA室21 1的操作，包括保持在該RTa 室内之所想要的周圍環境及該熱板的溫度。 在回火步騾完成之後，該金屬層接受一冷卻步驟，如 步驟408所示。在冷卻步驟的開始時，室壓力最好是在能 夠進行快速冷卻的範圍内。如果當冷卻開始時室壓力過高 的話，熱傳遞很可能會因為介於處理氣體的分子間的平均 自由路徑便小而受阻。如果壓力過低的話，熱傳遞亦會較 差。當該冷卻步驟開始時且在整個冷卻步驟的持續期間， 該壓力最好是介於約100至150托爾的範圍之間。最初， 該基材被放在與该冷板3 1 3極接近處以促進基材及基材上 的金屬層的冷卻。升降軸332移動升降板328藉由將基材 1267922

朝向該冷板3 1 3升高，減小介於基材與冷板3 1 3之間的間 隙來將基材放置在靠近冷板313處。在一實施例中，基材 及形成於其上之金屬層的冷卻快速的發生。基材及形成於 其上之金屬層的溫度在小於30秒的時間内從約80°C至400 °C的範圍降低至約50°C至約l〇〇°C的範圍。在一實施例中， 基材及形成於其上之金屬層的溫度在小於3 〇秒的時間内從 約80°C至400°C的範圍降低至約60°C至約80°C的範圍。在 冷卻期間，處理氣體可持續地被供應至室2 1 1。處理氣體的 流率最好是在4slm至約6slm的範圍内。 然後，基材支撐銷306將基材升高至一位置用以從該 RTA室211中被移出。該細缝閥322打開且該裝載站機械 載盤228被伸入到該RTA室内且放在基材的底下。基材支 撐銷3 0 6收回用以將基材降低至機械載盤上，然後該载盤 撤出該RTA室。該裝載站機械載盤228然後將該經過處理 的基材放入匣盒2 3 2内以從該電鍍處理系統内移出。

本文中所述之回火處理大大地降低了處理氣體的消耗 量。因為在開始導入處理氣體之前，大氣氣體及從該室内 被移除’所以所需之處理氣體流率可被大幅地降低。又， 當接受具有上述的室壓力，時間，及溫度範圍的回火處理 時，該金屬層可獲得一微型結構其在電阻特性上每一批次 之間都非常地一致。 積體電路製程 第4圖顯示一層疊結構1〇的剖面圖，其為形成在一基 基材12係指其上被 材層12上的一介電層14。一般而言 16 1267922 實施膜層處理的任何工件。根據處理所處的特定階段，基 材12可以是一矽晶圓，或是已被形成在基材上之其它物質 層。第4a圖顯不依據此技藝中習知的程序被形成在基材層 12上的介電層14用以形成整個積體電路的一部分。介電層 14可包含一氧化物，如二氧化矽。在該介電層14被沉積之 後，該介電層14被蝕刻用以在該介電層14上形成至少一 開口 16。該開口 16具有一底部2〇其露出底下的基材層12 的一部分及介電側壁2 2。 介電層14的蝕刻可用任何的介電質蝕刻處理來完成， 包括電漿蝕刻在内。用來蝕刻介電質，如二氧化矽或有機 介電物質，之特殊的化學蝕刻劑包括經過緩衝的氫氟酸或 丙酮。然而，形成圖案及蝕刻可使用此技藝中任何習知的 技術來冗成。基材12可以是一層，接線或包含金屬，經過 摻雜的矽或其它的導電物質的裝置。 如第4b圖所示的，一阻障層17被保形地形成在層14 上。阻P早層1 7被沉積用以防止或限制接下來被沉積的金屬 層’與基材12 ’及介電層14之間的的擴散。對於一包含銅 的金屬層而言，一較佳的阻障層17可包含像是耐火材料（如 鎢，氮化鎢，鈮，鋁矽化物等等），鈕，氮化妞，氮化鈦， PVD Ti/N2-stuffed，經過摻雜的矽，鋁，及氧化鋁，一三個 一組的化合物（如TiSiN，WsiN，等等）或這些層的組合。最 佳的阻障層物質為艇及氮化姮，其典型地係利用物理氣相 沉積（PVD)來沉積的。 如第4c圖所示的’一金屬層1 8被形成在該阻障層i 7 17 1267922 上。在一較佳的實施例中，金屬層18完全填充該開口 16。 為了要填充該開口 16，通常需要將該結構的整個區域21用 該金屬加以覆蓋。在一實施例中，該金屬層18是由銅形成 的。該金屬層1 8可用此技藝中的任何習知技術來沉積，如 物理氣相沉積（PVD)，化學氣相沉積（CVD)，或ECp。或者， 一薄的晶種層（未示出）可在沉積該金屬層18之前被沉積， 用以幫助ECP銅層18的沉積。該晶種層可以是以物理氣相 · 沉積（PVD)或化學氣相沉積（CVD)的銅；然而，用此技藝中 所習知的技術沉積的任何適當的銅晶種層都可被使用。 · 該回火處理然後如上文所述的藉由將基材12放入一回 火罜，如RT A室211而被實施。其上具有該金屬層18的基 材12被放入一室中，如RTA室211中。然後，大氣體體從 咸至中被移除。然後，處理氣體被提供至該室2丨丨。金屬層 18在同於80C的溫度下接受一回火步驟。金屬層18最好 是在約80 C至約400°C的範圍内被回火一段約15秒至約18〇 和的時間。在回火步驟完成之後，金屬層接受一冷卻步驟， 在巧步驟中基材與該冷板3 1 3近接用以促進基材及金屬層 的冷卻。冷卻步驟被保持一段約3。秒鐘的時間長度。 Φ 孩特徵結構可利用化學機械研磨（CMp)來對金屬層18 的頂"卩平坦化而被進一步處理，如第4d圖所示。在平坦化 處理期間’銅I 1 8 # —部分從基材的頂部上被去除掉留下 · 一完全平的表面且一導電特徵結構24被形成在介層孔 内。 · 將銅層回火會造成銅流動並填補任何形成在該開口 1 6 18 1267922 内的氣隙（未示出）並進一步管理銅層1 8的晶粒生長及結晶 问。回火的方法因為其可顯著地減少處理氣體的消耗量 所以特別有利。因為大氣氣體在處理氣體被導入室中之前 即從室内被移除’所以所需之處理氣體的流率可被大幅地 降低。再者，當在這些特定的條件下實施時，回火及冷卻 * 步風提供一具有高度一致性及可預期性的微形結構以及一 · 致的電阻之金屬層。該方法進一步提供一對於回火之後的 平坦化及其它處理步騾而言具有更為一致的行為之金屬 層。 雖然以上所述係關於本發明的實施例，但本發明之其 匕及進一步的實施例亦可在不偏離本發明的基本範圍下被 疋成，本發明的範圍是由以下的申請專利範圍來界定的。 【圖式簡單說明】 本發明之一更為特定的描述可藉由參照顯示於附圖中 之實施例而被作成，使得本發明之上述特徵，優點及目地 可被詳地地瞭解。然而，應注意的是，附圖中所示者為本 發明 < 典型的實施例，因此不應被認為是本發明範圍的限 制，因為本發明可以有其它等效的實施例。 2 1圖顯示本發明的一舉例性電鍍系統平台。 :2圖為本發明的-舉例性快速熱回火室的示意剖面圖。 弟3為本發明之全^居& ^ 4屬層回火方法的一舉例性流程圖。 第4a 4d圖為依據本發明的一實施例之形成一特徵結構於一 基材上的方法的剖面圖。 19 1267922 【元件代表符號簡單說明】 200 ECP系統平台 210 裝載站 211 熱回火室 212 SRD站 214 主機架 215 晶種層修補站 216 主機架輸送站 218 處理站 217 基座 240 處理槽 222 控制系統 221 電源供應站 242 主機架輸送機器人 2402 機械臂 2404 終端作用件 224 基材S盒容納區 228 裝載站輸送機器人 230 基材定向器 232 基材匣盒 234 基材 231 基材匣盒 302 外殼 304 熱板 307 加熱器 306 基材支撐銷 308 基底 310 側壁 312 頂部 313 冷板 314 反射絕緣盤 328 升降板 322 導管 320 熱電搞 392 控制器 318 冷卻構件 322 細縫閥 324 開口 3 30 作動器 332 升降銷 334 密封凸緣 336 氣體入口 380 蓮蓬頭 390 孔 340 閥 1267922 342 氣體出口 10 層疊結構 14 介電層 20 底部 18 金屬（銅）層 24 特徵結構 3 44 釋壓/止回閥 12 基材層 16 開口 22 介電側壁 17 阻障層

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Claims (1)

1267922 拾、申請專利範圍 1. 一種將一位在一室内的基材上的金屬層回火的方法，該 方法至少包含下列步驟： (a) 將一其上具有一金屬層的基材置於一室内； (b) 將大氣體體從該室内去除； (c) 提供處理氣體至該室中；及 (d) 在一大於80°C的溫度下將該金屬層回火。

2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中對該金屬層回 火的步驟是在一介於80°C至400°C的溫度範圍下實施 的。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中移除氣體的步 驟包含將該室抽泵至一小於5托爾（t〇rr)的壓力。 4·如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該抽泵步驟的 持續時間在3秒鐘至5秒鐘的範圍之内。 5.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中提供處理氣體 的步騾包含提供一或多種選自於由氮、氫、氬、氦及其 之組合所構成的組群中的氣體° 6·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中處理氣體中之 氫氣的濃度可介於2.5 %至4 · 5 %之間。 22 1267922 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中處理氣體是以 每公升室體積介於0.2 slm至0.6slm的流率被提供至該 室。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中步驟（d)的時 間長度介於1 5秒至1 80秒間。 9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該處理氣體是 在該回火步驟的至少一部分期間内提供至該室的。 1 0.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬層包含 銅。 11.如申請專利範圍第1項所述之方法，其更包含在3 0秒 鐘内將該金屬層冷卻至50°C至l〇〇°C範圍内的溫度。 1 2.如申請專利範圍第1 1項所述之方法，其中在回火步騾 期間該室内之處理氣體的壓力是在1 〇〇托爾至1 50托爾 之間。 1 3.如申請專利範圍第1 1項所述之方法，其中該冷卻步驟 包含讓該基材與一冷板非常接近。 23 1267922 1 4·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬層是以 電鍍來加以沉積的。 1 5. —種將一位在一室内的銅層回火的方法，該方法至少包 含下列步驟： (a) 將一基材置於該室内，該基材上有一銅層； (b) 將該室的壓力抽泵至低於5托爾；

(c) 以每公升室體積低於0.6 slm的流率將處理氣體提供 至該室； (d) 在高於80°C的溫度下將該銅層回火持續15至180秒 的時間；及 (e) 在30秒鐘内將該銅層的溫度冷卻至50°C至l〇〇t範 圍内。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中該處理氣體 係選自於由氮、氫、氬、氦及其之組合所構成的組群中。

17.如申請專利範圍第15項所述之方法，其中在步驟（c)中 的處理氣體是以每室公升體積0.4 slm至0.6 slm的流率 被提供至該室。 1 8.如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中步驟（d)的回 火步驟是在 80°C至400°C範圍内的溫度下被實施約15 秒至180秒的時間長度。 24 1267922 1 9 ·如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其 的銅層的溫度在3 0秒鐘的時間内被降低： 的溫度。 20· —種形成一特徵結構於一基材上的方法， 列步驟： (a) 沉積一介電層於該基材上； (b) 形成至少一特徵結構於該介電層上； (c) 沉積一金屬層於該至少一特徵結構内； (d) 將該基材置於一回火室内； (e) 將大氣氣體從該回火室内移除； (f) 提供處理氣體至該回火室；及 (g) 在高於80°C的溫度下將該金屬層回火 2 1 ·如申請專利範圍第2〇項所述之方法，其 一介於80°C至400°C的溫度範圍下實施的 22·如申請專利範圍第2〇項所述之方法，其 將該室抽泵至一小於5托爾（torr)的壓力。 23·如申請專利範圍第22項所述之方法，其 录其持續的時間在3秒鐘至5秒鐘的範圍 中在步驟（e)中 L 60°C 至 80°C 其至少包含下 中步驟（g)是在 〇 中步騾（e)包含 中步騾（e)的抽 之内。 1267922 24.如申請專利範圍第 20項所述之方法，其中步驟（f)的處 理氣體包含一或多種選自於由氮、氫、氬、氦及其之組 合所構成的組群中的氣體。 2 5.如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該處理氣體 中氫氣的濃度介於2.5%至4.5%之間。 26. 如申請專利範圍第 20項所述之方法，其中該處理氣體 是以2 slm至6 slm的流率被提供至該室。 27. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中步驟（d)持續 的時間在1 5秒至1 80秒之間。 28. 如申請專利範圍第 20項所述之方法，其中步驟（f)的處 理氣體是在步驟（g)的至少一部分期間内提供至該室的。 29. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該金屬層包 含銅。 3 0.如申請專利範圍第20項所述之方法，其更包含： (h)在30秒鐘内將該金屬層的溫度冷卻至50°C至l〇〇°C 範圍内。 3 1.如申請專利範圍第30項所述之方法，其中在步騾（h)期 26 1267922 間該室内之處理氣體的壓力是在100托爾至150托爾之 間0 3 2.如申請專利範圍第20項所述之方法，其中步驟（h)包含 讓該基材與一冷板非常接近。 33.如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該金屬層是 以電鍍來加以沉積的。

3 4.如申請專利範圍第20項所述之方法，其更包含以下的 步驟： (i)將金屬層平坦化。 3 5 · —種形成一特徵結構於一基材上的方法，其至少包含： (a) 沉積一介電層於該基材上； (b) 形成至少一特徵結構於該介電層上；

(c) 沉積一金屬層於該至少一特徵結構内； (d) 將該基材置於一回火室内； (e) 將該回火室的壓力抽泵至低於5托爾； (f) 以低於0.6 slm的流率將處理氣體提供至該回火室； (g) 在高於80°C的溫度下將該金屬層回火持績15至180 秒的時間；及 (h) 在30秒鐘内將該金屬層的溫度冷卻至50°C至l〇〇°C 範圍内。 27 1267922 3 6 ·如申凊專利範圍第3 5項所述之方法’其中該處理氣體 係選自於由氮、氫、氬、氦及其之組合所構成的組群中。 3 7·如申請專利範圍第3 5項所述之方法，其中在步驟⑺中 的處理氣體是以每公升室體積〇·4 slm至0·6 slm的流率 下被提供至該室的。 3 8.如申請專利範圍第3 5項所述之方法，其中步驟（g)的回 火是在80。(：至400°C範圍内的溫度下被實施約15秒至 1 8 0秒的時間長度。 3 9 ·如申請專利範圍第3 5項所述之方法，其中在銅層的溫 度在30秒鐘的時間内被降低至60°C至80°C的溫度。 40· —種包含一軟體常式的電腦貯存媒體，該軟體常式在被 執行時可讓一 一般用途的電腦控制使用一層沉積方法的 沉積室，該電腦貯存媒體至少包含： (a) 將一其上具有一金屬層的基材置於一室内； (b) 將大氣體體從該室内去除； (c) 提供處理氣體至該室中；及 (d) 在一大於80°C的溫度下將該金屬層回火。 4 1 ·如申請專利範圍第40項所述之電腦貯存媒體，其中對 28 1267922 步驟（d)的回火是在一介於80乞至40(rc的溫度範圍下實 施的。 42 43. 44. 如令請專利範圍第4〇項所述之電腦貯存媒體，其中步 驟（b)包含將該室抽泵至一小於5托爾（t〇rr)的壓力。 ， 如申請專利範圍第42項所述之電腦貯存媒體，其中步 驟（b)的持續時間在3秒鐘至5秒鐘的範園之内。 如申請專利範圍第40項所述之電腦貯存媒體，其中步 驟⑷的處理氣體包含提供一或多種選自於由氮，氫，氬，氦，及它們的組合所構成的組群中的氣體。 45. 如申請專利範圍第40 理氣體中之氫氣濃度介 ’所述之電腦貯存媒體 於2.5%至4.5%之間。 其中處 46. 47. 48. 如申明專$ 圍第4G项所述之電腦貯存媒體，其中處 理氣體是以每公升室體積〇.2 _至〇6 —的流率被提 供至該室。 如申州專&範圍第4G项所述之電腦貯存媒體，其中步 騾（d)具有I5秒至180秒的時間長度。 如申請專40项所述之電腦貯存媒體，其中步 29 1267922 驟（c)的處理氣體是在步驟（d)的至少一部分期間内提供 至該室的。 49·如申請專利範圍第4〇項所述之電腦貯存媒體，其中該金 屬層包含銅。 50·如申請專利範圍第4〇項所述之電腦貯存媒體，其中該 層沉積步驟更包含： (e)在3〇秒鐘内將該金屬層冷卻至50°C至100°C範圍内 的溫度。 5 1 ·如申請專利範圍第5 0項所述之電腦貯存媒體，其中在 該室内之處理氣體的廢力是在100托爾至150托爾之 間。 52.如申請專利範圍第5〇項所述之電腦貯存媒體，其中步 驟（e)包含讓該基材與/冷板非常接近 53·如申請專利範圍第40項所述之電腦貯存媒體，其中該 金屬層是以電鍵來加以 >儿積的 54· —種包含一軟體常式的電腦貯存媒體，該軟體常式在被 執行時可讓一 一般用途的電腦控制使用一層沉積方法的 沉積室，該電腦貯存媒體至少包含 30 1267922 U)將一基材至於該室内，該基材上有一銅層； (b)將該室的壓力抽泵至低於5托爾； (Ο以低於〇.6 slm的流率將處理氣體提供至該室； (d) 在高於8(TC的溫度下將該銅層回火持續15至180秒 的時間；及 (e) 在30秒鐘内將該銅層的溫度冷卻至50°C至l〇〇°C範 圍内。 5 5.如申請專利範圍第54項所述之電腦貯存媒體，其中該 處理氣體係選自於由氮、氫、氬、氦及其之組合所構成 的組群中。 56·如申請專利範圍第54項所述之電腦貯存媒體，其中在 步驟（c)中的處理氣體是以介於〇·4 slm至〇·6 slm範圍 内的流率被提供至該室。 5 7 ·如申請專利範圍第5 4項所述之電腦貯存媒體，其中步 驟（d)的回火步驟是在80°C至400°C範圍内的溫度下被實 施約1 5秒至1 8 0秒的時間長度。 5 8·如申請專利範圍第54項所述之電腦貯存媒體，其中在 步驟（e)中的銅層的溫度在30秒鐘的時間内被降低至6〇 。〇至80°C的溫度。 31 1267922 5 9. —種將銅層回火方法，該銅層至少部分係利用電化學電 鍍處理沉積的，該方法至少包含下列步驟： 將大氣氣體從其内放置有一基材的回火室中移除， 該基材上沉積有該銅層； 將一非氧化處理氣體以一小於0.6 slm的流率流入該 回火室；及 在一大於80°C的溫度下將該基材回火大於15秒且小 於3分鐘的時間。 60.如申請專利範圍第59項所述之方法，其更包含在30秒 鐘内將該基材冷卻至60°C至80°C範圍内的溫度。 6 1 ·如申請專利範圍第59項所述之方法，其中該非氧化的 處理氣體被提供至該回火室並提供在1 00托爾至1 50托 爾之間的壓力。 62.如申請專利範圍第59項所述之方法，其中移除大氣氣 體的步驟包含將該回火室抽泵至5托爾的壓力。