TW202123314A - 用於清潔金屬接觸的方法及設備 - Google Patents

Abstract

用於清潔基板上被污染的金屬表面的方法與設備，包含：使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板；及使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。

Description

用於清潔金屬接觸的方法及設備

本揭示案之實施例大致上關於處理基板之方法。

由於低電阻率及正形的整體填充(bulk fill)特性，金屬（如鎢）已用於邏輯接觸、中段製程(middle-of-line)及金屬閘極填充半導體應用中。接觸及局部互連在電晶體與半導體電路之其餘部分之間形成電通路。低電阻率對於強健及可靠的元件效能至關重要。然而，隨著縮放的進展，互連尺寸已減小至接觸電阻成為電晶體效能的障礙的地步。

儘管傳統的金屬接觸形成可包含下方的金屬層、金屬襯墊層及化學氣相沉積（CVD）金屬層，但互連尺寸已減小至不希望使用襯墊的地步。發明人已觀察到，藉由將金屬層選擇性地直接沉積在下方的金屬層頂上可避免使用襯墊。然而，發明人已進一步觀察到，在下方的金屬層由於在下方的金屬層頂上形成特徵而包含如金屬氧化物、金屬碳化物及金屬氮化物的污染物的情況下，選擇性沉積為有問題的。污染物有問題地形成具有高電阻率的下方的金屬層之緻密頂部分，而具有低電阻率的下方的金屬層之實質上純淨或純淨的部分仍然不與選擇性沉積的金屬層直接接觸。

此外，發明人已觀察到隨後在被污染的下方的金屬層之頂表面上選擇性地沉積金屬層時培養(incubation)延遲的問題。CVD金屬層之培養延遲將根據下方的金屬層之表面膜性質而變化。含有氧化物、碳化物或氮化物的膜比純金屬膜引起更多的延遲。

再者，培養延遲在基板之場區域之間以及特徵（例如，貫孔或溝槽）內可變化，從而在CVD金屬間隙填充製程期間造成空隙或大接縫。這樣的空隙或大接縫之存在將有問題地造成較高的接觸電阻及可靠性差。

隨著積體電路之特徵尺寸持續縮小，特別是對於10 nm等級的接觸結構（例如，溝槽或貫孔），被污染的下方的金屬材料對接觸電阻的貢獻將顯著增加並且導致高接觸電阻，這將限制元件驅動電流並且劣化元件效能。此外，培養延遲變化可能導致嚴重的間隙填充問題，如空隙，從而造成可靠性差以及高電阻。

因此，發明人提供了用於金屬接觸形成的改進方法。

本文提供用於處理半導體基板及清潔被污染的金屬表面的方法及設備。在一些實施例中，用於清潔基板上被污染的金屬表面的方法包含：使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板；及使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。

在一些實施例中，本揭示案包含經配置用於清潔基板上被污染的金屬表面的製程腔室。在實施例中，製程腔室經配置用於使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板；並且經配置用於使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。

在一些實施例中，本揭示案關於一種非暫態電腦可讀取媒體，其上儲存有指令，當執行指令時致使反應腔室執行清潔基板上被污染的金屬表面之方法，包含以下步驟：使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板；及使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。

在一些實施例中，用於清潔基板上被污染的金屬表面的方法包含：使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物、金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含與惰性氣體、氮氣或氦氣中之至少一者混合的氯氣的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。

在一些實施例中，本揭示案關於一種非暫態電腦可讀取媒體，其上儲存有指令，當執行指令時致使反應腔室執行清潔基板上被污染的金屬表面之方法，包含以下步驟：使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物、金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含與惰性氣體、氮氣或氦氣中之至少一者混合的氯氣的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。

以下描述本揭示案之其他及進一步實施例。

本文提供用於形成具有已清除了污染物的一或更多個金屬表面的金屬接觸的方法，污染物如金屬氧化物、金屬氮化物及/或金屬碳化物。在實施例中，本揭示案提供一種用於清潔基板上被污染的金屬表面的方法，包含以下步驟：使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板；以及使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。藉由從金屬底層移除污染物以避免高接觸電阻及差的間隙填充兩者，本文所述的發明方法可有利地用於促進改進的金屬接觸、貫孔及閘極之形成。藉由移除金屬底層表面之污染物，如金屬碳化物、金屬氮化物及/或金屬氧化物，可增加金屬底層之純度，從而減少接觸電阻並且增加後續金屬間隙填充的空間，從而減少空隙或大接縫之風險，同時改進元件可靠性。

第1圖為根據本揭示案的適合於執行清潔製程的電漿處理腔室100之一個實例之剖面圖。可適於與本文揭示的教示內容一起使用的適合的處理腔室包含例如可從加利福尼亞州聖塔克拉拉之應用材料公司獲得的SYM3®處理腔室。其他處理腔室可適於受益於本揭示案之一或更多種方法。

處理腔室100包含腔室主體102及蓋104，蓋104包圍內部空間106。腔室主體102通常由鋁、不鏽鋼或其他適合的材料製成。腔室主體102通常包含側壁108及底部110。基板支撐底座出入口（未圖示）通常界定在側壁108中，並且由狹縫閥選擇性地密封，以促進基板103從處理腔室100進出。排氣口126界定在腔室主體102中並且將內部空間106耦合至真空泵系統128。真空泵系統128通常包含一或更多個泵及節流閥，用於排空及調節處理腔室100之內部空間106之壓力。在實施例中，根據製程需求，真空泵系統128將內部空間106內的壓力維持在通常在約1毫托至約500毫托之間、在約5毫托至約100毫托之間或在約5毫托至50毫托之間的操作壓力下。

在實施例中，蓋104被密封地支撐在腔室主體102之側壁108上。可打開蓋104以允許進入處理腔室100之內部空間106。蓋104包含促進光學製程監控的窗口142。在一個實施例中，窗口142由石英或其他適合的材料構成，該材料可透射由安裝在處理腔室100外側的光學監控系統140所利用的訊號。

光學監控系統140定位成經由窗口142察看腔室主體102之內部空間106及/或位於基板支撐基座組件148上的基板103中之至少一者。在一個實施例中，光學監控系統140耦接至蓋104，並且促進整合的沉積製程，其使用光學計量以提供資訊，該資訊致使製程調整以補償進入的基板圖案特徵不一致性（如厚度等），根據需要提供製程狀態監控（如電漿監控、溫度監控等）。可適於受益於本發明的一種光學監控系統為可從加利福尼亞州聖塔克拉拉之應用材料公司獲得的EyeD®全光譜干涉計量模組。

在實施例中，氣體面板158耦接至處理腔室100，以提供製程氣體及/或清潔氣體至內部空間106。在第1圖中描繪的實例中，在蓋104中提供入口132’、132’’以允許氣體從氣體面板158傳遞至處理腔室100之內部空間106。在實施例中，氣體面板158適於提供氧氣及惰性氣體（如氬氣）或氧氣及氦氣製程氣體或氣體混合物穿過入口132’、132’’並且進入處理腔室100之內部空間106中。在一個實施例中，從氣體面板158提供的製程氣體至少包含包括氧化劑（如氧氣）的製程氣體。在實施例中，包含氧化劑的製程氣體可進一步包括惰性氣體，如氬氣或氦氣。在一些實施例中，製程氣體包含還原劑（如氫氣），並且可與惰性氣體（如氬氣）或其他氣體（如氮氣或氦氣）混合。在一些實施例中，氯氣可單獨提供，或可與氮氣、氦氣及惰性氣體（如氬氣）中之至少一者結合來提供。含氧氣體之非限制性實例包含O₂ 、CO₂ 、N₂ O、NO₂ 、O₃ 、H₂ O等中之一或更多種。含氮氣體之非限制性實例包含N₂ 、NH₃ 等。含氯氣體之非限制性實例包含HCl、Cl₂ 、CCl₄ 等。在實施例中，噴頭組件130耦接至蓋104之內表面114。噴頭組件130包含複數個孔，這些孔允許氣體從入口132’、132’’流過噴頭組件130進入處理腔室100之內部空間106而具有跨在處理腔室100中被處理的基板103之表面的預定的分佈。

在一些實施例中，處理腔室100可將電容耦合的RF能量利用於電漿處理，或在一些實施例中，處理腔室100可將電感耦合的RF能量利用於電漿處理。在一些實施例中，遠端電漿源177可任選地耦接至氣體面板158，以促進在進入內部空間106之前從遠端電漿解離氣體混合物以用於處理。RF源功率143經由匹配網路141耦接至噴頭組件130。RF源功率143通常能夠產生高達約5000 W，例如在約200 W至約5000 W之間，或在1000 W至3000 W之間，或約1500 W，並且任選地在從約50 kHz至約200 MHz的範圍中的可調頻率下。

噴頭組件130另外包含可透射光學計量訊號的區域。光透射區域或通道138適合於允許光學監控系統140察看內部空間106及/或位於基板支撐基座組件148上的基板103。通道138可為在噴頭組件130中形成或設置的材料、一孔或複數個孔，該材料、一孔或複數個孔實質上透射由光學監控系統140產生並且反射回來的能量之波長。在一個實施例中，通道138包含窗口142以防止氣體經由通道138洩漏。窗口142可為藍寶石板、石英板或其他適合的材料。窗口142可替代地設置在蓋104中。

在一個實施例中，噴頭組件130配置有複數個區域，以允許分別控制流入處理腔室100之內部空間106的氣體。在第1圖中繪示的實例中，噴頭組件130作為內部區域134及外部區域136，這些區域經由單獨的入口132’、132’’分別耦接至氣體面板158。

基板支撐基座組件148設置在處理腔室100之內部空間106中位於噴頭組件130的下方。基板支撐基座組件148在處理期間保持基板103。基板支撐基座組件148通常包含穿過其中設置的複數個升舉銷（未圖示），升舉銷經配置以從基板支撐基座組件148舉升基板103，並且以習知方式促進與機器人（未圖示）交換基板103。內襯墊可緊密地包圍基板支撐基座組件148之周圍。在一些實施例中，可使內襯墊或其部分冷卻，例如藉由在其中形成有用於使由流體源124提供的傳熱流體流過的通道。

在一個實施例中，基板支撐基座組件148包含裝配板162、基底164及靜電卡盤166。裝配板162耦接至腔室主體102之底部110，裝配板162包含用於將公用設施（除了其他之外如流體、電力線及感測器引線）佈線至基底164及靜電卡盤166的通道。靜電卡盤166包括至少一個夾持電極180，用於將基板103保持在噴頭組件130下方。靜電卡盤166由吸附功率源182驅動，以如習知地發展將基板103保持在吸附表面上的靜電力。替代地，可藉由夾持、真空或重力將基板103保持在基板支撐基座組件148上。

基底164或靜電卡盤166中之至少一者可包含至少一個任選的嵌入式加熱器176、至少一個任選的嵌入式隔離器174及複數個導管168、170，以控制基板支撐基座組件148之橫向溫度輪廓。導管168、170流體地耦接至流體源172，流體源172使溫度調節流體循環穿過導管168、170。加熱器176由功率源178調節。利用導管168、170及加熱器176來控制基底164之溫度，從而加熱及/或冷卻靜電卡盤166，並且最終加熱及/或冷卻設置在其上的基板103之溫度輪廓。可使用複數個溫度感測器190、192來監控靜電卡盤166及基底164之溫度。靜電卡盤166可進一步包括複數個氣體通道（未圖示），如凹槽，其形成在靜電卡盤166之基板支撐基座支撐表面中並且流體地耦合至傳熱（或背側）氣體（如He）源。在操作中，於受控的壓力下提供背側氣體至氣體通道中，以增強靜電卡盤166與基板103之間的傳熱。在實施例中，基板之溫度可維持在攝氏20度至攝氏450度，如攝氏100度至300度，或攝氏150度至250度。

在一些實施例中，基板支撐基座組件148經配置為陰極並且包含電極180，電極180耦接至複數個RF偏壓功率源184、186。RF偏壓功率源184、186耦接在設置在基板支撐基座組件148中的電極180與另一個電極之間，另一個電極如噴頭組件130或腔室主體102之頂板（蓋104）。RF偏壓功率（例如，電漿偏壓功率）激發並且維持從設置在腔室主體102之處理區域中的氣體形成的電漿放電。

仍參照第1圖，在一些實施例中，雙RF偏壓功率源184、186經由匹配電路188耦接至設置在基板支撐基座組件148中的電極180。由RF偏壓功率源184、186產生的訊號經由單次饋送穿過匹配電路188傳遞至基板支撐基座組件148，以使在電漿處理腔室100中提供的氣體混合物游離，從而提供用於執行蝕刻沉積或其他電漿增強製程所需的離子能量。RF偏壓功率源184、186通常能夠產生具有從約50 kHz至約200 MHz的頻率以及約0瓦（W）與約500 W、1 W至約100 W或約1 W至約30 W之間的功率的RF訊號。另外的偏壓功率189可耦接至電極180以控制電漿之特性。

在操作期間，基板103設置在電漿處理腔室100中的基板支撐基座組件148上。製程氣體及/或氣體混合物從氣體面板158經由噴頭組件130引入腔室主體102中。真空泵系統128維持腔室主體102內部的壓力同時移除沉積副產物。

控制器150耦接至處理腔室100以控制處理腔室100之操作，如用以執行本文揭示的方法或其一部分中之任一者。控制器150包含中央處理單元（CPU）152、記憶體154及支持電路156，用於控制製程順序並且調節來自氣體面板158的氣流。CPU 152可為可在產業環境中使用的任何形式的通用電腦處理器。軟體常式可儲存在記憶體154中，如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟或硬碟機，或其他形式的數位儲存。支持電路156習知地耦接至CPU 152，並且可包含快取、時脈電路、輸入/輸出系統、功率源等。控制器150與處理腔室100之各種部件之間的雙向通訊經由大量訊號電纜來處理

第2圖描繪根據本揭示案之一些實施例的用於清潔基板300上的被污染的金屬表面的方法200之流程圖。儘管以下關於如第3A圖~第3C圖中描繪的填充高深寬比(aspect ratio)特徵206之階段來描述方法200，但本文提供的揭示內容可用於將金屬材料作為片狀或毯覆沉積在基板上或頂上，例如，在沒有如高深寬比特徵的特徵的情況下。另外，本文提供的揭示內容亦可用於填充具有除高深寬比之外的其他深寬比的特徵。在一些實施例中，金屬材料可形成作為在基板上的片狀或毯覆，並且承受另外的製程流程，如選擇性地填充、蝕刻及/或封蓋(capping)。方法200可在任何適合的製程腔室中執行，如上文所述並且在第1圖中描繪的處理腔室100。

在實施例中，第2圖之方法200於202開始，其藉由使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板。參照第3A圖，可提供基板300至處理腔室100。在實施例中，基板300包含高深寬比開口，如形成在基板300之第一表面304中並且朝向基板300之相對的第二表面307延伸至基板300中的開口302。基板300可為任何適合的基板，包含但不限於在其上形成有高深寬比開口的基板。例如，基板300可包括矽（Si）、二氧化矽（SiO₂ ）、氮化矽（SiN）或其他介電材料中之一或更多種。

在實施例中，基板300可包括另外的介電材料層，如直接在基板300頂上的第二介電層301或其他，如直接在第二介電層301頂上的第三介電層303。此外，基板300可任選地包含另外的材料層，或可具有在其中或其上形成的一或更多個完成或部分完成的結構。在實施例中，第二介電層301可包括矽（Si）、二氧化矽（SiO₂ ）、氮化矽（SiN）或其他介電材料中之一或更多種。在實施例中，第二介電層301可包括氮化矽（SiN）。在實施例中，第三介電層303可包括矽（Si）、二氧化矽（SiO₂ ）、氮化矽（SiN）或其他介電材料中之一或更多種。

在一些實施例中，開口302可為具有高深寬比的任何開口，如用於形成貫孔、溝槽、雙鑲嵌結構等。在一些實施例中，開口302可具有至少約5:1的高對寬深寬比（例如，高深寬比）。例如，在一些實施例中，深寬比可為約10:1或更大，如約15:1或更大。可藉由使用任何適合的蝕刻製程來蝕刻基板來形成開口302。如圖所示，開口302包含底表面308及介電側壁310。在實施例中，元件306（如邏輯元件等），或需要電連接的元件306之一部分（如閘極、接觸墊、導電貫孔等）可設置在底表面308中並且與開口302對準。

在實施例中，底表面308為金屬表面309，其包含金屬如鎢、鈷、釕、鉬或其組合。發明人已發現，藉由形成開口302，污染物及/或反應副產物被嵌入金屬表面309中。由於金屬氧化物、金屬氮化物及金屬碳化物的污染造成的金屬表面309可能形成不適合於選擇性金屬沉積的緻密金屬層。污染物之非限制性實例包含金屬氧化物、金屬氮化物及金屬碳化物。發明人已觀察到，使污染物反應成金屬氧化物，然後藉由還原成純金屬，改善開口302之選擇性金屬填充。

於202，本揭示案之實施例包含使包含介電表面310與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於攝氏20度至攝氏450度的溫度下在製程腔室中執行的包含氧化劑的製程氣體。在一些實施例中，使包含介電表面310與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於包含氧化劑的製程氣體的步驟可在攝氏100度至攝氏300度或攝氏150度至攝氏250度的溫度下在製程腔室中執行。

於202，本揭示案之實施例包含使包含介電表面310與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於在約1毫托至500毫托之間、約5毫托至100毫托之間或約5毫托至50毫托之間的壓力下在製程腔室中執行的包含氧化劑的製程氣體。

於202，本揭示案之實施例包含使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於在包含在1 W至5000 W下的電漿源功率的製程腔室中執行的包含氧化劑的製程氣體。例如，在實施例中，使包含介電表面310與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於包含氧化劑的製程氣體的步驟可在提供500 W至5000 W、1000 W至3000 W或約1500 W的電漿源功率的製程腔室中執行。

於202，本揭示案之實施例包含使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於在包含在1 W至500 W下的電漿偏壓功率（例如，使用RF偏壓功率源184、186）的製程腔室中的包含氧化劑的製程氣體。例如，在實施例中，包含使包含介電表面310與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於包含氧化劑的製程氣體的步驟可在提供0 W至500 W、1 W至500 W、0 W至100 W或1至100 W（如約75 W）的電漿偏壓功率的製程腔室中執行。

於202，本揭示案之實施例包含使包含介電表面310與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於包含氧化劑的製程氣體的步驟可在製程腔室中執行，其中製程氣體包含氧氣與惰性氣體（如氬氣）之一或更多種混合物，或氧氣與氦氣之混合物。用於暴露包含介電表面310與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面309的基板300的適合的製程氣體之非限制性實例包含第一製程氣體340，第一製程氣體340包含包括氧化劑的製程氣體，該氧化劑包含氧氣與氬氣之混合物，或氧氣與氦氣之混合物。

在實施例中，暴露包含介電表面310與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面309的基板300的步驟將金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物轉化成仍然可用於還原的金屬氧化物。在實施例中，在製程順序202之前在金屬表面309中包含的金屬氧化物污染物亦仍然可用於如本文所述的還原。

現參照第2圖，方法200包含在製程順序202之後的製程順序204，製程順序204包含使包含介電表面310與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於第二製程氣體342，如包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面310與實質上純淨的或純金屬表面360（如第3B圖所示）的基板300。

於204，本揭示案之實施例包含使包含介電表面310與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於第二製程氣體342（如包含還原劑的製程氣體）的步驟可在攝氏20度至攝氏450度、攝氏100度至攝氏300度或攝氏150度至攝氏250度的溫度下的製程腔室中執行。

於204，本揭示案之實施例包含使包含介電表面310與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於第二製程氣體342（如包含還原劑的製程氣體）的步驟可在1毫托至500毫托、約5毫托至100毫托或約5毫托至50毫托的壓力下的製程腔室中執行。

於204，本揭示案之實施例包含使包含介電表面310與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於第二製程氣體342（如包含還原劑的製程氣體）的步驟可在提供500 W至5000 W、500 W至2000 W、500 W至1000 W或約900 W的電漿源功率的製程腔室中執行。

於204，本揭示案之實施例包含使包含介電表面310與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於第二製程氣體342（如包含還原劑的製程氣體）的步驟可在提供0 W至500 W、1 W至500 W、0 W至100 W或1 W至100 W（如75 W）的電漿偏壓功率的製程腔室中執行。

於204，本揭示案之實施例包含使包含介電表面310與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面309的基板300暴露於第二製程氣體342（如包含還原劑的製程氣體）的步驟可在包含包括還原劑的製程氣體的製程腔室中執行，其中製程氣體包含一或更多種氫氣與惰性氣體（如氬氣）之混合物、或氫氣與氦氣之混合物、或氫氣與含氮氣體之混合物。用於暴露包含介電表面310與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面309的基板300的適合的製程氣體之非限制性實例包含包括還原劑的製程氣體，其中還原劑包含氫氣與氬氣之混合物、氫氣與氦氣之混合物或氫氣與氮氣之混合物。

在將金屬氧化物污染物還原成實質上純的或純金屬之後，實質上純淨的或純金屬表面360適合於另外的處理，如隨後的直接在其上的選擇性金屬沉積。如第3C圖所示，根據本揭示案清潔的基板之進一步處理包含上述的在實質上純淨的或純金屬表面360頂上選擇性地沉積金屬370。例如，其中實質上純淨的或純金屬表面360包括鎢，另外的鎢可選擇性地直接沉積在實質上純淨的或純金屬表面360的頂上，從而填充如第3C圖中所示的特徵。在實施例中，基板300可在沒有真空破壞的情況下移動至適合於選擇性金屬沉積的另外的腔室。適合於選擇性金屬沉積的腔室之一個非限制性實例包含可從加利福尼亞州聖塔克拉拉之應用材料公司獲得的VOLTA®品牌處理腔室。在實施例中，鎢、鈷、釕及鉬為適合於在實質上純淨的或純金屬表面360頂上沉積的金屬。

現參照第4圖，可在獨立的製程腔室中執行本文所述的方法，製程腔室可以獨立配置或作為一或更多個群集工具之一部分來提供，例如，以下關於第4圖所述的整合工具400（亦即，群集工具）。在實施例中，群集工具經配置用於執行如本文所述的用於處理基板的方法，包含：使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板；及使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。在實施例中，群集工具可經配置為將包含實質上純淨或純金屬表面360的基板移動至適合在實質上純淨或純金屬表面360的頂部上執行另外的金屬之選擇性沉積的另一個製程腔室。用於選擇性金屬沉積的另外的腔室之非限制性實例包含可從加利福尼亞州聖塔克拉拉之應用材料公司獲得的VOLTA®品牌處理腔室。集成工具400之實例包含可從加利福尼亞州聖塔克拉拉之應用材料公司獲得的CENTURA®及ENDURA®整合工具。然而，本文所述的方法可使用具有耦接至其的適合的製程腔室的其他群集工具或在其他適合的製程腔室中實踐。例如，在一些實施例中，以上論述的發明方法可有利地在整合工具中執行，使得在處理時存在有限的真空破壞或沒有真空破壞。

在實施例中，整合工具400可包含兩個裝載鎖定(load lock)腔室406A、406B，用於將基板傳送進出整合工具400。通常，由於整合工具400處於真空，因此裝載鎖定腔室406A、406B可將引入至整合工具400中的基板「抽空(pump down)」。第一機器人410可在裝載鎖定腔室406A、406B以及耦接至第一中央傳送腔室450的第一組的一或更多個基板處理腔室412、414、416、418（圖示四個）之間傳送基板。每個基板處理腔室412、414、416、418可經配備以執行許多基板處理操作。在一些實施例中，第一組的一或更多個基板處理腔室412、414、416、418可包含PVD、ALD、CVD、蝕刻或脫氣腔室之任何組合。例如，在一些實施例中，處理腔室412及414包含如第1圖所示的製程腔室，該製程腔室經配置以使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板；以及進一步經配置用於使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。

在一些實施例中，第一機器人410亦可傳送基板至兩個中間傳送腔室422、424或從兩個中間傳送腔室422、424傳送基板。中間傳送腔室422、424可用於維持超高真空條件，同時允許在整合工具400內傳送基板。第二機器人430可在中間傳送腔室422、424以及耦接至第二中央傳送腔室455的第二組的一或更多個基板處理腔室432、434、435、436、438之間傳送基板。基板處理腔室432、434、435、436、438可經配備以執行各種基板處理操作，其包含除了物理氣相沉積(PVD)製程、化學氣相沉積(CVD)、選擇性金屬沉積、蝕刻、定向及其他基板製程之外還包含上述方法200。若對於由整合工具400執行的特定製程不是必需的，則可從整合工具400移除基板處理腔室412、414、416、418、432、434、435、436、438中之任一者。

在一些實施例中，整合工具400包含經配置用於清潔基板上被污染的金屬表面的製程腔室，其中方法包括：使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板；及使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。

在一些實施例中，基板處理系統包含：製程腔室，經配置用於使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板，其中製程腔室亦經配置用於使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。在一些實施例中，基板處理系統進一步包含：真空基板傳送腔室，其中製程腔室耦接至真空基板傳送腔室；及耦接至真空基板傳送腔室的選擇性金屬沉積腔室，其中基板處理系統經配置以在真空下將基板從製程腔室移動至選擇性金屬沉積腔室。

在一些實施例中，本揭示案關於一種非暫態電腦可讀取媒體，其上儲存有指令，當執行指令時致使反應腔室執行清潔基板上被污染的金屬表面之方法，包含以下步驟：使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含氧化劑的製程氣體，以形成包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板；及使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。

現參照第5圖，在一些實施例中，用於清潔基板上被污染的金屬表面的方法500至少包含製程順序502，使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物、金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含與惰性氣體、氮氣或氦氣中之至少一者混合的氯氣的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。在一些實施例中，在製程腔室中在攝氏20度至攝氏450度的溫度；1毫托至500毫托的壓力；200 W至5000 W的電漿源功率；以及0 W至500 W或大於0 W至高達約500 W的電漿偏壓功率下，執行基板的暴露。在實施例中，氯氣包含氮氣、氫氣或氦氣。

在一些實施例中，本揭示案關於一種非暫態電腦可讀取媒體，其上儲存有指令，當執行指令時致使反應腔室執行清潔基板上被污染的金屬表面之方法，包含以下步驟：使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物、金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的金屬表面的基板暴露於包含與惰性氣體、氮氣或氦氣中之至少一者混合的氯氣的製程氣體，以形成包含介電表面與實質上純淨的金屬表面的基板。

在一些實施例中，本揭示案關於用於清潔基板上被污染的金屬表面的方法，包含以下步驟：使包含介電表面與包括金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的鎢表面的基板暴露於包括氧化劑的製程氣體，以形成包括介電表面與包含金屬氧化物殘留物的鎢表面的基板；及使包含介電表面與包括金屬氧化物殘留物的鎢表面的基板暴露於包括還原劑的製程氣體，以形成包括介電表面與實質上純淨的鎢表面的基板。在一些實施例中，使包括介電表面與包含金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的鎢表面的基板暴露於包括氧化劑的製程氣體的步驟是在製程腔室中執行：在攝氏20度至攝氏400度的溫度下；在1毫托至500毫托的壓力下；包含1 W至5000 W的電漿源功率，以及包含1 W至500 W的電漿偏壓功率。在實施例中，製程氣體包含氧化劑，該氧化劑包含氧氣與氬氣之混合物，或氧氣與氦氣之混合物。在一些實施例中，使包括介電表面與包含金屬氧化物殘留物的鎢表面的基板暴露於包含還原劑的製程氣體的步驟是在攝氏20度至攝氏400度的溫度；1毫托至500毫托的壓力；1 W至5000 W的電漿源功率；以及在1 W至500 W的電漿偏壓功率下在製程腔室中執行。在實施例中，還原劑為氫氣與氬氣、氫氣與氮氣或氫氣與氦氣之混合物。

儘管前述內容為針對本揭示案之實施例，但在不脫離本揭示案之基本範疇的情況下，可設計本揭示案之其他及進一步實施例。

100:處理腔室 102:腔室主體 103:基板 104:蓋 106:內部空間 108:側壁 110:底部 114:內表面 124:流體源 126:排氣口 128:真空泵系統 130:噴頭組件 132、132’、132’’:入口 134:內部區域 136:外部區域 138:通道 140:光學監控系統 141:匹配網路 142:窗口 143:RF源功率 148:基板支撐基座組件 150:控制器 152:中央處理單元（CPU） 154:記憶體 156:支持電路 158:氣體面板 162:裝配板 164:基底 166:靜電卡盤 168、170:導管 172:流體源 174:隔離器 176:加熱器 177:遠端電漿源 178:功率源 180:電極 182:吸附功率源 184、186:RF偏壓功率源 188:匹配電路 189:另外的偏壓功率 190、192:溫度感測器 200:方法 202、204:製程順序 300:基板 301:第二介電層 302:開口 303:第三介電層 304:第一表面 306:元件 307:第二表面 308:底表面 309:金屬表面 310:介電表面 340:第一製程氣體 342:第二製程氣體 360:純金屬表面 370:金屬 400:整合工具 406A、406B:裝載鎖定腔室 410:第一機器人 412、414、416、418:基板處理腔室 422、424:中間傳送腔室 430:第二機器人 432、434、435、436、438:基板處理腔室 450:第一中央傳送腔室 455:第二中央傳送腔室 500:方法 502:製程順序

藉由參照在附圖中描繪的本揭示案之說明性實施例，可理解以上簡要概述並且在以下更詳細論述的本揭示案之實施例。然而，附圖僅繪示本揭示案之典型實施例，因此不應視為對範疇的限制，因為本揭示案可允許其他等效實施例。

第1圖為根據本揭示案之實施例的適合於清潔金屬表面的製程腔室。

第2圖描繪根據本揭示案之一些實施例的用於清潔金屬表面的方法之流程圖。

第3A圖~第3C圖分別描繪根據本揭示案之一些實施例的在基板中形成的互連結構之側剖面圖。

第4圖描繪根據本揭示案之一些實施例的適於執行用於處理基板的方法的群集工具。

第5圖描繪根據本揭示案之一些實施例的用於清潔金屬表面的方法之流程圖。

為了促進理解，在可能的情況下使用了相同的元件符號來指稱圖式中共有的相同元件。附圖未按比例繪製，並且為了清楚起見可簡化。在沒有進一步敘述的情況下，一個實施例之元件及特徵可有益地併入其他實施例中。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:處理腔室

102:腔室主體

103:基板

104:蓋

106:內部空間

108:側壁

110:底部

114:內表面

124:流體源

126:排氣口

128:真空泵系統

130:噴頭組件

132、132’、132”:入口

134:內部區域

136:外部區域

138:通道

140:光學監控系統

141:匹配網路

142:窗口

143:RF源功率

148:基板支撐基座組件

150:控制器

152:中央處理單元(CPU)

154:記憶體

156:支持電路

158:氣體面板

162:裝配板

164:基底

166:靜電卡盤

168、170:導管

172:流體源

174:隔離器

176:加熱器

177:遠端電漿源

178:功率源

180:電極

182:吸附功率源

184、186:RF偏壓功率源

188:匹配電路

189:另外的偏壓功率

190、192:溫度感測器

Claims (18)

1. 一種用於清潔一基板上一被污染的金屬表面的方法，包括以下步驟： 使包括一介電表面與包含金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的一金屬表面的一基板暴露於包括一氧化劑的一製程氣體，以形成包括一介電表面與包含金屬氧化物殘留物的一金屬表面的一基板；及 使包括一介電表面與包含金屬氧化物殘留物的一金屬表面的該基板暴露於包括一還原劑的一製程氣體，以形成包括一介電表面與一實質上純淨的金屬表面的一基板。
2. 如請求項1所述之方法，其中使包括一介電表面與包含金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的一金屬表面的一基板暴露於包括一氧化劑的一製程氣體的步驟為以下至少一者： 在攝氏20度至攝氏400度的一溫度下在一製程腔室中執行；或 在1毫托至500毫托的一壓力下在一製程腔室中執行。
3. 如請求項1所述之方法，其中使包括一介電表面與包含金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的一金屬表面的一基板暴露於包括一氧化劑的一製程氣體的步驟為以下至少一者： 在包括1 W至5000 W的一電漿源功率的一製程腔室中執行；或 在包括1 W至500 W的一電漿偏壓功率的一製程腔室中執行。
4. 如請求項1所述之方法，其中使包括一介電表面與包含金屬氧化物殘留物的一金屬表面的一基板暴露於包括一還原劑的一製程氣體的步驟為以下至少一者： 在攝氏20度至攝氏400度的一溫度下在一製程腔室中執行；或 在1毫托至500毫托的一壓力下在一製程腔室中執行。
5. 如請求項1所述之方法，其中使包括一介電表面與包含金屬氧化物殘留物的一金屬表面的一基板暴露於包括一還原劑的一製程氣體的步驟為以下至少一者： 在包括1 W至5000 W的一電漿源功率的一製程腔室中執行；或 在包括1 W至500 W的一電漿偏壓功率的一製程腔室中執行。
6. 如請求項1至請求項5中任一項所述之方法，其中該金屬表面包括鎢、鈷、釕、鉬或其組合。
7. 如請求項1至請求項5中任一項所述之方法，其中該製程氣體包括一氧化劑，該氧化劑包括氧氣與氬氣之一混合物，或氧氣與氦氣之一混合物。
8. 如請求項1至請求項5中任一項所述之方法，其中該還原劑為氫氣與氬氣、氫氣與氮氣或氫氣與氦氣之一混合物。
9. 一種用於清潔一基板上一被污染的金屬表面的方法，包括以下步驟： 使包括一介電表面與包含金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的一金屬表面的一基板暴露於包括一氧化劑的一製程氣體，以形成包括一介電表面與包含金屬氧化物殘留物的一金屬表面的一基板，其中該製程氣體包括一氧化劑，該氧化劑包括氧氣與氬氣之一混合物，或氧氣與氦氣之一混合物；及 使包括一介電表面與包含金屬氧化物殘留物的一金屬表面的該基板暴露於包括一還原劑的一製程氣體，以形成包括一介電表面與一實質上純淨的金屬表面的一基板，其中該還原劑為氫氣與氬氣、氫氣與氮氣或氫氣與氦氣之一混合物。
10. 如請求項9所述之方法，其中該金屬表面包括鎢、鈷、釕、鉬或其組合。
11. 如請求項9所述之方法，其中使包括一介電表面與包含金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的一金屬表面的一基板暴露於包括一氧化劑的一製程氣體的步驟為以下至少一者： 在攝氏20度至攝氏400度的一溫度下在一製程腔室中執行；或 在1毫托至500毫托的一壓力下在一製程腔室中執行。
12. 如請求項9所述之方法，其中使包括一介電表面與包含金屬氮化物殘留物及金屬碳化物殘留物的一金屬表面的一基板暴露於包括一氧化劑的一製程氣體的步驟為以下至少一者： 在包括1 W至5000 W的一電漿源功率的一製程腔室中執行；或 在包括1 W至500 W的一電漿偏壓功率的一製程腔室中執行。
13. 如請求項9所述之方法，其中使包括一介電表面與包含金屬氧化物殘留物的一金屬表面的一基板暴露於包括一還原劑的一製程氣體的步驟為以下至少一者： 在攝氏20度至攝氏400度的一溫度下在一製程腔室中執行；或 在1毫托至500毫托的一壓力下在一製程腔室中執行。
14. 如請求項9所述之方法，其中使包括一介電表面與包含金屬氧化物殘留物的一金屬表面的一基板暴露於包括一還原劑的一製程氣體的步驟為以下至少一者： 在包括1 W至5000 W的一電漿源功率的一製程腔室中執行；或 在包括1 W至500 W的一電漿偏壓功率的一製程腔室中執行。
15. 一種非暫態電腦可讀取媒體，其上儲存有指令，當執行該等指令時致使一反應腔室執行如請求項1至請求項5中任一項所述之清潔一基板上一被污染的金屬表面之方法。
16. 如請求項15所述之非暫態電腦可讀取媒體，其中該方法進一步包括以下步驟： 提供包括一氧化劑的該製程氣體，其中該製程氣體包括氧氣與氬氣之一混合物，或氧氣與氦氣之一混合物。
17. 如請求項15所述之非暫態電腦可讀取媒體，其中該方法進一步包括以下步驟： 提供該還原劑，其中該還原劑為氫氣與氬氣、氫氣與氮氣或氫氣與氦氣之一混合物。
18. 如請求項15所述之非暫態電腦可讀取媒體，其中該方法進一步包括以下步驟： 提供包括一氧化劑的該製程氣體，其中該製程氣體包括氧氣與氬氣之一混合物，或氧氣與氦氣之一混合物；及 提供該還原劑，其中該還原劑為氫氣與氬氣、氫氣與氮氣或氫氣與氦氣之一混合物。

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