用于界面设计的受控环境系统的制作方法

专利名称：用于界面设计的受控环境系统的制作方法
用于界面设计的受控环境系统
背景技术：
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 块和干燥处理才莫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， <旦在扭^于下一个#: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4寺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4妄触的系统、结构和方法。

发明内容
一般而言，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才莫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 解本发明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。下面对本发明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才莫块耦合的实验 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 多个衬底湿式处理才莫块以管理第一周围环境。此外，还4是供了一种 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 理才莫块以管理第二周围环境。而且，还包4舌一种受控环境传输才莫块， 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冲丸4亍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4舌配置实 -验室环境传丰IH莫块以连4妾 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才莫块连4妻一个或多个 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 个等离子体处理才莫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才灸。
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4^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4i;在组合工具的第 二腔室内沉积-没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4妄沉积在阻挡层上的填隙材4斗填充所述特4正。由下面的结合附图、作为本发明原理示例的详细描述将4吏本发
明的其它方面和^L点显而易见。


通过下面的结合附图的详细描述，本发明将容易理解，并且类 似的参考标记指出类似的结构元件。
图1示出了才艮据本发明的 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说明了根据本发明的一个实施例的示例性硬件，该例 石更件可实现受控环境处理工艺。
图3-4说明了根据本发明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 4艮据本发明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是才艮据本发明的一个实施例的il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1 (H兌明在4丸4亍完平整化处理之后在沟冲曹内扭^亍铜填充处理 以制备4同线。
图1 l是说明根据本发明的一个实施例，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 个或多个传输才莫块间进行传输 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4空制完全不同的《且合系统中以及它们之间的环境4犬态的集成组 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^于底与非受控环境 (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)冲妄 触。应理解本发明能够以多种方式得以实现，包4舌工艺、方法、装 置或系统。下面对本发明的几种创造性实施例进行描述。对于本领 域的4支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发明。
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，其高度依赖于一于底表面特性和构成。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4奪性沉积铜(Cu)线之前的籽晶层形成。
主要问题(现已被本发明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无电镀沉积 工艺。在铜线上的选择性覆盖工艺以及其它应用也存在相似情况。 示例层/材料是可包含CoWP (磷化钴鴒)、CoWB (硼化钴鴒)或CoWPB (钴鴒硼磷化物)的钴合金覆盖层。覆盖层用于提高绝缘阻 挡层和铜线的粘附，乂人而才是高那些铜线的电子迁移性能。
因此，适当管理设计界面(例如先于沉积工艺的表面处理工序) 是关键。该设计界面可以是层、特征或材料。因此，通过在本发明 内定义的环境受控体系结构使得制备原子级纯表面和维持纯界面 容易，所述环境受控体系结构以受控环境方式提供适当的表面准备
次序。例如，在CoWBP覆盖工艺中，制定电解化学以提供在邻近介
质上方的外露铜上的选择性沉积。
在一些范例中，在无电镀层之前通过上游工艺(一般为CMP和 后-CMP清洁工序)确定晶片表面和各种不同界面。在这两种十青况 下，通过用BTA《屯化Cu表面并形成Cu-BTA复合体而控制贾凡尼效 应(galvanic effect)和腐蚀。在镀层之前必须去除该金属有一几混合 物，否则将抑制镀层。此外，介质表面必须不含铜及其氧化物，而 且铜表面必须是没有铜氧化物的。在一个实施例中，环境受控组合 模块(clustered modules )满足这些条件，这些模块防止不必要的环 境接触以免可能对所需制造操作造成反效果。
现有技术的系统和本发明的系统之间的一个范例差异为之前 的才莫块组合结构并不始终控制在处理腔室和传输腔室内的环境，因 此界面在一个工艺序列到下一个工艺序列间保持受控和稳定。在没 有受控环境的情况下，即使在最短的等待时间，所准备好的界面也 会几乎瞬间降解或改变。
考虑到上述的描述，现参照能够在受控周围环境下处理4于底的 示例性结构配置。图l说明了一种才艮据本发明的一个实施例的环境 受控组合系统(cluster system) 100。该环境受控组合系统100包括 若干环境受控处理工位102a、 102b和102c。每个环境受控处理工4立 都是通过4呆持每个处理工4立内的环境以及在不同处理工4立之间受控环境转换的方式互相连4妄的。这些环境受控处理工位中的每一个都可一皮一见为第一、第二或第三周围环境。当周围环境间的转换通过传输模块和处理模块的行进所具体选择的制法和设计次序决定时，不限制第一、第二和第三周围环境的次序。
在一个实施例中，设置环境受控组合系统100以能够精确处理例如半导体晶片的半导体衬底的层或特征。待在特殊晶片上制造的
层或特4i将耳又决于处理工位。例如，该处理工艺可以是前l殳制程(FEOL)，后,殳制禾呈(BEOL)或两个制禾呈之间的4壬4可处理次序或步骤。现在提供一个范例，其中环境受控组合系统100用于在受控
周围环境下制备层或特征。
在^喿作步骤110中，确定待制备层，/人而通过该环境受控组合系统100的不同处理工位102可制备该层。 一旦操作步骤IOO已确定层或特征，那么执行操作步骤112以设置在每个环境受控处理工位内的不同模块间的连接，以能够进行所需处理。每个环境受控处理工位102都将包含一个将与局部连接的处理模块相面接的主传输模块。例如，环境受控处理工位102c可包含实-验室环境(lab-ambient)受控处理才莫块104c，环境受控处理工位102b可包含真空传输才莫块104b，环境受控处理工位102a可包含受控环境传输才莫块104a。
因此，每个传输模块104将与受控转换(例如装载锁)互连，并且设置为在处理工艺中的特定处理工位4艮据处理层或特4正所必需的结构而接收不同处理才莫块用以与之互连。在才喿作步-腺114内，定义了 一种用于来回移动不同环境的连通^t块的制法，并且将其输入用户界面116。
用户界面116可以是具有显示器和4建盘的计算4几，用于与环境受控组合系统100通信。该用户界面116可以是与其它系统计算机连接的连网计算机，用于与环境受控组合系统100远程交互。该用户界面116还将能够使用户输入在操作步骤114内定义的特定制法，用
于在不同传输模块104和与每个传输模块104连接的处理模块之间移动衬底。在具体实施例中，环境受控组合系统100将存在于随后将与设备连接的洁净室环境内。众所周知，洁净室的设备将对每个环境受控处理工位102^是供所必需的流体、气体、压力、冷却、加
热、化学制剂等等。
在该范例中，在运行在用户界面116上的代码方向设置装载模块106以将衬底105^是供进环境受控处理工位102c，该环境受控处理工位102c控制衬底到环境受控组合系统100的转移。卸载模块108可冲妄收经在环境受控处理工位102内处理的衬底105。虽然附图显示装载模块106和卸载模块108是两个分立的模块，但是应当理解装载模块和卸载模块可以是相同类型的模块，或者衬底由相同装载端口模块发送和接收。
在一个实施例中，设置实验室环境受控传输模块104以接收衬底105。 一旦衬底105被传输到实验室环境受控传输模块104c，该实-验室环境受控传输"漠块104c可在稍纟效高于可能存在于洁净室内的非受控环境压强的压强下运^f亍。
如此，当实验室环境受控传输模块104c内的压强稍高时，衬底105进出实验室环境受控传输才莫块104c的交4妻将引起少量空气流出实验室环境受控传输模块104c。当开启一个或多个门以将衬底105转移进/出实验室环境受控传输模块104c时，少量空气流出实-验室环境受控传输模块104c将确保可能存在于洁净室内的微粒或其它环境空气无法渗入实-验室环境受控传输模块104c。
在一个实施例中，实-验室环境受控传输"漢块104c可选地在惰性受控环境内运行。惰性受控环境可排出氧气并用惰性气体替换氧气。例如，可泵入以替换氧气的气体示例可以是氩气、氮气或其它不与处理工艺产生不良反应的气体。当可选4奪性地将惰性受控环境才是供给实验室环境受控传输模块104c时，也可使该惰性受控环境与连^妻于实马全室环境受控传输;溪块104c的处理;漠块相连通。例如，在与实验室环境受控传输模块104c连接的模块内执行的任何湿式清
洁也将在惰性受控环境内受控制。
因此，环境受控传输才莫块104c将与被移入移出在环境受控处理工位102c内的各种湿式处理系统的衬底105对接，并且能够将在环境受控处理工位102c内处理的衬底转移到真空传输模块104b内。至真空传输模块104b的转换将通过一个或多个装载锁在受控模式下进行。 一旦衬底进驻真空传输模块104b内，衬底将被允许移入移出各种等离子处理模块以能够进行所需处理。还显示真空传输模块104b与受控环境传输才莫块104a相耦合。
此外，通过一个或多个装载锁可促进衬底105在104b和104a之间的转移以确保保持真空传输模块104b的压力整体性，同时能够将衬底105转入受控环境内以避免刚在104内处理过的层或特征被不适当地暴露于可能破坏或不良地改变该层或特征的环境。在一个范例中，当已经在环境受控处理工位102b内处理过的衬底105^皮移入环境受控处理工位102a时，暴露于可能石皮坏或化学改变刚刚处理过的特征或层的非受控环境不会危及已经等离子体处理过的特征或层。
例如，受控环境传输纟莫块104a将在惰性环境下，喿作。如上所述，惰性环境充满惰性气体的环境，其应当排除或减小环境受控处理工位102a内的最高氧含量。例如，可接受的并且还被视为是基本无氧的氧水平是3ppm ( IOO万分之)，或以下。在表面处理之后，在后续处理之前或期间中， 一些处理工艺可能要求小于lppm的氧控制。通过在环境受控处理工位102a内i殳置惰性环境，能够避免可能刚在环境受控处理工位102b或102c内制备的特征或层的氧化或羟基化。在受控环境传输模块104a内，各种处理模块将允许在无任何层或特征的中间氧化的情况下在衬底105上受控地沉积、涂层、镀层或处理层或特征。如此，在受控环境处理模块处理工位内形成的层是受控的，并且在一个实施例中称为'S殳计的"，以避免形成可能降<氐#皮处理层或^皮处理特征的性能的不必要的氧化物。
此时，可将衬底105移回真空传输才莫块104b用以利用等离子体处理才莫块进行进一步处理，或者移回实-睑室环境受控传输才莫块104c用以在与其连接的才莫块内进行额外的处理。在环境受控处理工位102a、 102b和102c中任何工位间移动衬底105的具体过程将取决于在才喿作步漆聚114内确i人的已定义方法，该定义方法由在与用户界面116连4妾的计算才几上^Vf于的程序所控制。
图2A说明了包括若干传输模块和与这些传输才莫块连接的处理模块的组合体系结构200 。该组合体系结构200是一 个可与在环境受控处理工位102a、 102b和102c内的各种传输才莫块连接的具体处理才莫
块范例。
从左至右说明该组合体系结构200 ，其中可在装载模块106和卸载模块108内装载或卸载衬底。如上所述，装载模块106和卸载模块108—^:可被称作装卸台，其可被设置用以4妄收容纳一个或多个晶片的晶片盒205。该晶片盒205可^皮包含在用于在洁净室周围传送晶片的前段开口片盒(FOUP )内。容纳晶片盒205的FOUP可自动操作或通过才喿作员进行人工才喿作。因此，在传递到组合体系结构200或从组合体系结构200接收时，衬底105将被包含在晶片盒205内。如在此所定义的，清洁室是非受控环境，其内安置或安装组合体系结构200。
实-验室环境受控传输才莫块104c是由包括一个或多个末端才;M亍器201b的拉伸传输(stretch transfer)模块201所定义的。当沿轨道201a移动时，例举的末端执行器201b能够来回移动拉伸传输才莫块201。在一个实施例中，拉伸传输模块201被保持在标准的清洁室压力下。或者，可控制该压力稍微高于或稍微低于洁净室的环境压力。
如果保持拉伸传输模块201内的压力稍孩l高于洁净室，那么晶片迁入迁出该拉伸传输模块将引起该传输模块有少量气体排放入洁净室。因此，该构造可防止洁净室内的獨bf立或空气流入拉伸传输模块201。
在另 一实施例中，拉伸传输才莫块201和洁净室之间的迁移将由定义空气和/或环境的屏障或界面的适当过滤器和空气处理装置所控制，从而防止洁净室和拉伸传输模块201之间的环境空气的相互作用。通过引用的方式将在2002年4月2日公开的授权于本发明的受让人的美国专利No. 6,364,762(主题为"具有受控微环境的晶片大气传输模块")内限定的用于控制界面的系统范例并入此处。
如图所示，^立伸传f命才莫块201与湿式处理系统202a和湿式处理系统202b对接。每个湿式处理系统202可包括若干子模块，在这些子才莫^:内可处理^H"底105。在一个范例中，在湿式处理系统202a内允许托架207沿轨道203移动。当在湿式处理系统202的每个子才莫块内进行处理时，该托架207配置为承载衬底105。在一个范例中，该湿式处理系统202a将包括邻近操作台204,接着是邻近操作台206，再接下去是擦刷操作台208,之后是最终邻近操作台210。
在湿式处理系统202a内的子才莫块的凄t量耳又决于具体应用和需要在特定衬底105上执行的湿式处理步骤的数目。尽管在湿式处理系统202a中限定了四个子才莫块，还才是供了在湿式处理系统202b内有两个子才莫块的范例。邻近才喿作台204由邻近头部系统所组成。当使得衬底105沿轨道203移动时，该邻近头部系统利用弯液面以在4于底105表面施力口流体、移除流体，乂人而可在^f底105的整个表面应用弯液面。
在具体实施例中，可设置邻近操作台以应用只是清洁的DI水(去离子水)、HF (氢氟酸)、氨基清洁液、标准清洁液l (SC1)以及其它蚀刻和清洁化学试剂和/或液体的混合物。在具体实施例
另一范例中，邻近头可能4又处理上表面，而不处理下表面，或者下表面由擦刷操作台的辊子处理。因此，在湿式处理系统102a内^M亍的处理纟喿作组合将才艮据衬底在其制备方法中所需的处理工艺而变化。
应当理解的是，设置拉伸传输模块201以允许衬底105进出在湿式处理系统202内的4壬一特定子才莫块，或者移入湿式处理系乡充102a的单个处理子才莫块，之后在湿式处理系统201的末端移走。为了增加生产量，将湿式处理系统201设置成一个与拉伸传输模块201的两
侧都连4妻的系统。当然，才艮据所需生产量、可用的实-验室面积或i殳备和/或所需处理，由拉伸传输才莫块201所定义的实-验室环境受控传输才莫块可包括更少或更多湿式处理系统。
如图所示，该拉伸传输模块201与装载锁218和219耦合。设置装载锁218和219以允许在拉伸传输模块201和真空传输模块222之间以受控方式从一个压力状态转换至另 一压力状态。真空传输模块222将包括终端执行器222a。设置该终端执行器222a以在槽阀220a和220b^是供开口时伸进伸出装载锁218和219。槽阀将置放一个或多个开启和闭合真空传输模块222的门，从而真空传输模块内的压力不间断。因此，槽阀220a和220b的门能够在装载锁218和219之间转换，它们用来控制在可能处于不同压力状态的拉伸传输才莫块201和真空传输才莫块222之间的传输。如附图所示，真空传输模块222还通过槽阀220c和220d与等离 子体模块270相对接。等离子体模块270可以是任何类型的模块，但 是具体范例可以是TCP蚀刻模块和下游微波蚀刻模块。还可结合其 它类型的等离子体模块。有些等离子体模块可包括多种类型的沉积 模块，例如等离子体气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等。 因此，任4可去除4于底表面上的材冲牛或在衬底表面上沉积材并牛的干法 处理才莫块都可并入并连4妄至真空传输模块222。
或者，可额外使用热处理才莫块，或者代替等离子体处理才莫块。 在这种情况下，在较高的压力下操作真空传输模块222是有利的， 例如高达400torr,以4足进与热处理才莫块的对4妻。
当在这些等离子体^^莫块270之一内执行处理工艺时，真空传输 模块可合并冷却操作台224。该冷却操作台224在衬底迁入一个邻近 的受控环境站之前将衬底冷却到某一点时特别有用。 一旦衬底一皮冷 却，如果需要，为了之后将衬底迁入受控环境传输纟莫块232，可将 衬底通过终端执行器222a移入装载锁228内。受控环境传输才莫块232 通过槽阀230a与装载锁228互连。
如图所示，受控环境传输模块232通过相关联的槽阀230b 、 230c、 230d和230e与若干处理模块240a、 240b、 240c和240d互连。
在一个实施例中，处理模块240是受控环境湿式处理才莫块。_没置该 受控环境湿式处理才莫块240以在受控惰性周围环境内处理晶片表 面。如上所述，将受控惰性周围环境设置为如此在受控环境传输 模块232内抽入惰性气体，并且从受控环境传输模块232排出氧气。
通过从受控环境传输一莫块232移除所有或大部分氧气并用惰性 气体替换氧气，受控环境传输模块232将提供一个在一个处理模块 240内所处理的表面或特征上沉积、镀层或形成层之前不暴露刚处 理过(例如在等离子体才莫块270内)的衬底的转换环境。在具体实施例中，处理才莫块240可以是电镀模块、无电镀才莫块、干进干出 (dry-in/dry-out)湿式处理才莫块，或者其它类型的能够在刚在之前 等离子体才莫块中处理过的表面或特征上方应用、形成或沉积层的才莫块。
此外，可设置真空传输模块和受控环境传输模块颠倒组合以便 于其它工艺工序。
结果在刚处理过的表面上直4妾形成i殳计层(engineered layer ), 并且该表面不包含一般在镀层之前即使极端暴露于氧气也会形成 的氧化物。在一个具体实施例中，可在等离子体才莫块270内蚀刻介 质层以定义通孔和/或沟槽，并且就在介质层内定义通孔或沟槽之 后，传输立即在真空传输模块222中通过装载锁228进行并且进入受 控环境传输纟莫块232 。该传输在无氧接触或几乎无氧接触的情况下 进4亍。在一些处理工艺中，可直接在设计界面的表面上制备阻挡层。 例如，该阻挡层可包括Ta, TaN， Ru或这些材料等的组合物。该阻 挡层可用于铜无电镀层作为籽晶层，或着直接镀于图形化的衬底 上。
图2B图解说明了可连接于在组合体系结构200'内的各种传输 模块的可能处理模块的方框图。在该范例中，提供装载和卸载操作 台106/108以将衬在组合体系结构200'和洁净室之间引入或4妄收衬
底。将衬底引入可^丸行^t"底湿式处理的实-险室环境受控才莫块104c。 设置在受控环境下进行衬底湿式处理和在实验室环境受控传输才莫 块内的衬底传输，从而确保可在不将衬底暴露给洁净室的非受控环 境的受控模式下4丸行村底湿式处理。
设置实验室环境受控传输模块以将处于干燥状态下的衬底引 入每个衬底湿式处理^莫块并且接收经衬底湿式处理之后的处于干
燥状态下的衬底。在该实施例中，湿式衬底处理配置为采用弯液面邻近头系统，其能够直4妻在衬底表面上形成流体，并且在处理过4于
底表面之后留下干燥表面。设置装载锁280以确保在实验室环境受 控传输模块104c和真空传输模块104b之间的传输时的环境控制。
设置真空传输模块104b与不同类型的等离子体腔室270对接。 在等离子体腔室内进行的处理可能取决于具体处理工艺，然而可以 立即在等离子体腔室的处理之后在任意一个相邻的受控环境处理 工位102内进行所需处理。在一个实施例中，可从真空传输模块104b 穿过装载锁280将晶片移入受控环境传输模块104a。从而，受控环 境传输才莫块将保持不同镀层或沉积系统240和/或#丸行干进干出湿式 清洁(或蚀刻)的系统之间的有效传输。
可与受控环境传输模块104a连接的又一示例模块是超临界二 氧化碳(co2)腔室。在其他实施例中，根据工艺要求可将热式
(thermal-type)腔室并入任一传输模块。例如， 一个腔室可以是超 临界腔室。腔室还可以是可沉积钴覆盖层、铜籽晶层、金属层、阻 挡层、整块金属填充层和其它导电特征、表面、连接线、轨迹等的 无电镀层腔室。在本发明的一个实施例中，无电镀层腔室无需电极
(例如阳极/阴极)，而是使用表面活性的反应性化学制剂。在又一 实施中，真空传输模块可仅与热受控腔室连接。在某些情况下，当 在约200-400torr的压强范围内操作真空传输模块时，可连接压力较 高的腔室。
还图解说明了 i殳置为与传输才莫块相耦合的惰性环境控制系统 273。在一个实施例中，该惰性环境控制系统273包括计量并控制从 传输模块抽出的氧气的泵、计量器、控制器和阀。洁净室设备(未 示出)还可与惰性环境控制系统273耦合，从而可将惰性气体抽入 传输腔室内以替换先前被氧气所占据的空间。监视移除氧气和输入 传输腔室内的惰性气体的泵，从而在操作过程中可保持适当环境设 置。在某些示例中，泵还必须运4亍以A人处理才莫块中移除氧气，乂人而可在传输模块和处理模块内都保持惰性环境。另一方面，计量器、
人工控制和/或计算机控制可监控和调节例如N2、 Ar、 He、 Ne、 Kr、
Xe等的惰性气体流的抽气过程。
对于也是惰性气体受控的受控环境模块而言，传输模块和处理 才莫块的温度将根据正在执行的处理工艺的类型而变化。然而，为了 示范，实验室环境受控传输模块104c和湿式衬底处理工位202可在 约15摄氏度和约30摄氏度之间的温度内运行。此外，还可控制受控 传输模块104c和衬底湿式处理工位202内的湿度，并且可将该湿度 控制在约0%和20%之间。
真空传输模块104b可在约10力和约10"torr之间的压强下操作， 并且操作温度在约15摄氏度和30摄氏度之间。等离子体处理模块所 运行的温度范围、功率范围和所使用的工艺气体与具体的工艺相适 应，这样任何与真空传输才莫块104的真空状态兼容的处理条件将起 作用。例如，其它参凄t可包4舌真空、温度和功率。在一个实施例中， 真空约为lmT至10T。在一个实施例中，温度约为10摄氏度至400摄 氏度。在一个实施例中，功率约为10W至3000W。
受控环境传输模块104a (例如图2A所示的传输模块232)可以 在约5OOT和约800T之间的压强下运行，并且温度可以在约15:慑氏度 和约30摄氏度之间。但是，可以控制该温度从而提供与镀层工艺、 干进干出的湿式处理工艺、超临界C02操作等的兼容性，这可以是 处理模块240。在一个实施例中，传输模块的温度被设定为实验室 环境温度，并且处理才莫块4是供局部温度控制。在另一实施例中，可 控制传输模块的温度以当晶片在处理模块和传输模块之间转换时 保持环境一致。
图2B的系统图解说明了组合方式，此外还图解说明了在各种受 控环境之间衬底的界面的控制。而且，应当理解每个传输4莫块以及其接收的用于处理的不同子模块的组合方式有许多种，为了易于说 明，仅提供了与不同环境受控处理模块相对接的示例性处理模块。
图2C图解说明了如参考图2A讨论的邻近操作台204的示例性 结构。邻近操作台204包括在衬底105的上侧和下侧上的邻近头 260a。衬底105将由可沿專九道203移动的才乇架207所承载，如图2A所 定义。在邻近头260a的表面和衬底105的表面(和托架207的表面) 之间允i午形成弯液面242 。
弯液面204是在邻近头260a的表面和衬底表面之间形成的受控 液体弯液面，并且液体的表面张力将弯液面242保持在适当位置并 4吏其处于受控形式。此外，通过液体的受控传递和移除确〗呆控制弯 液面242，这侵:;彈在由流体形成该弯液面时能够受控地形成弯液面 242。弯液面242可用于清洁、处理、蚀刻或处理衬底105的表面。 因此，在衬底105上所进行处理可以由弯液面240移除《效粒或不良材 料。
如上所述，通过给邻近头260a供应液体并以受控方法通过真空 移除流体而控制弯液面240。可选地，可将气体表面张力梯度缩减 器(reducer)提供给邻近头260a，从而减小弯液面242和衬底105之 间的表面张力。用于邻近头260a的张力梯度缩减器允许弯液面242 以增加的速度(因此增加吞吐量)在衬底105的表面上移动。气体 张力缩减器的示例可以是混有氮的异丙醇(IPA/N2)。气体张力还原 剂的另一示例可以是二氧化碳(co2)。还可使用其他类型的气体， 只要该气体不干扰衬底105的特定表面所需处理。
提供图2D-1至2D-6以表达可结合在图2A的湿式处理系统202或 图2A的受控环境湿式处理模块240任一个中的不同构造。尽管提供 了这些具体的实力，但是应当理解其他的构造也可包含在该系统中。图2D-1图解说明了 一个当刷子2卯处理衬底105的下表面时邻 近头260a处理衬底105的上表面的范例。可在湿式处理系统202内执 4亍该处理工艺，并且可"i殳置该处理工艺以清洁或蚀刻4十底105的表面。
图2D-2提供了 一范例，其中底刷290和顶刷290被设置以处理衬 底105的两个表面。所使用的刷子可以是在旋转同时可将液体供给 衬底105的表面的聚乙烯醇(PVA)刷子。由刷子2卯所提供的液体 可以通过刷子(TTB)芯部被供应，并且#>据本申请该液体可用于 清洁和/或蚀刻，和/或i殳置衬底表面为疏水性的或亲水性的。
图2D-3图解说明了 一个范例，其中可与图2A所示的受控环境传 输模块232相连接的处理模块240是镀层系统。该镀层系统可被设置 为需要与晶片接触的无电镀层系统或电镀系统。镀层机械头260b的 结构可具有许多形式，并且根据所执行的镀层应用的种类，镀层机 械头的具体形式将改变。应用镀层处理的结果是在衬底105表面上 留下被镀表面292。该被镀表面可产生在制造特定阶段需要镀在衬 底表面上的铜;兄积层或其它金属层。
图2D-4图解说明了镀层系统的另 一 范例，其中两个镀层机械头 用于镀衬底105的表面。在该范例中， 一个镀层机械头260b被用作 实际镀层机械头同时另 一个镀层机械头260b被用作辅助机械头。辅 助机械头将提供定义阳极-阴极连接所需电连接，用以在衬底表面镀 上金属材料。
图2D-5图解说明了可用于湿式处理系统202的机械头260c的另 一范例。湿式处理系统202可包括在衬底105的表面上形成一个或多 个牛顿流体。 一 个非牛顿流体范例是处于固体和'液体两端中间状态 的软凝聚态物质。凝聚态物质在外部压力下容易形变软，并且软凝 聚态物质的范例包括乳剂、凝胶剂、胶体、泡沫等。应理解的是，乳剂是不可混溶液体的混合物，例如牙膏、酱汁、水包油等。胶体 是聚合物在水中的分散体，明胶是胶体的一个示例。泡沫由在液体 基质内形成的气泡所组成，剃须膏是一种类型泡沫的示例。在该范
例中，非牛顿流体294i兌明为由才几械头260c施力口 。
环境受控才莫块的一个湿式腔室内的另一材料是三态体。三态体 包括一部分气体、 一部分固体和一部分液体。
此外，机械头260c还可结合用于提供连同非牛顿流体的组合牛
顿流体的#r出口和fir入口 。
图2D-6图解说明了由辊子296所夹持的衬底105。辊子296使得 衬底以转动的方式移动，而机械头260c用于将非牛顿流体(例如类 泡沫材料)以受控方式应用于衬底表面。可以受控方式向机械头提 供非牛顿流体，以及由机械头移除非牛顿流体，从而使得衬底表面 洁净。在另一实施例中，非牛顿流体可通过枳4戒头260c施加并4吏得 其在衬底表面上保持一段时间，其中喷嘴可用于喷涂衬底表面同时 使用辊子旋转衬底。未提供图释的又一范例可包括SRD(离心(spin) 清洁并干燥)模块和其它常用湿式或干式处理系统。当所有这些模 块与传输模块相连接时被保持在受控环境下，并且将干晶片载入该 模块，并在完成处理之后从才莫块移出。
才艮据本发明的 一个实施例，图3图解说明了从A至D的 一个示例 性流程。图3的流程300将结合在外露铜材料的所选4奪的表面上的 CoWBP (钴鴒硼磷化物)覆盖操作的示例性制备进行描述。在图4 中，处理工艺图解i兌明了两个可执行的潜在工艺流程 一个具有优 选结果， 一个具有非优选结果。
当执行CoW ( BP )覆盖工艺时，制定电解化学制剂以提供在邻 近电介质上方的外露铜上进行选择性沉积。在无电镀之前，通过上游工艺确定先于无电镀层的晶片表面和各种界面。上游工艺通常是
化学机械抛光(CMP)和后-CMP清洁工序。在这两种情况下，通 过钝化Cu表面(通常利用BTA)并形成Cu-BTA组合物而控制电化 效应(galvanic effects )和腐烛。
在图4中，附图左上部分图解说明了包括铜特征和CMP和/或产 生Cu-BTA复合物302的清洁操作的结果的电介质材料。在镀层前必 须去除该金属有机混合物，否则将抑制镀层工艺。此外，电介质表 面必须是无铜及其氧化物，并且铜表面必须无铜氧化物。在一个才喿 作步骤中，通过湿式预清洁操作处理具有Cu-BTA复合物302的衬底 以去除电介质表面上的Cu-BTA复合物。
图3和图4中的操作A中图解说明了该操作。在一个具体范例中， 可以是氯化四甲基铵(TAMH)的清洁化合物用于基本去除所有 Cu-BTA复合物302。 TAMH^^f又作为一个范例描述，并且应当理解 的是，4艮据待在预清洁步骤中去除的层还可^吏用其它化合物。在一 个实施例中，通过实-验室环境受控传^P漠块104c的一部分的清洁才莫 块而执行操作A。如果使用在操作A中的预清洁操作没能从表面去 除Cu-BTA复合物302，该方法将穿过在图4上部示出的路径B、 C和 D。
穿过在图4上部内的操作B、 C、 D将使得在衬底的整个表面上 覆盖铜鴒涂层，衬底包括一部分并非选择性镀层(沉积)的目标的 电介质部分。如此，本发明的一个实施例将说明使用受控环境系统 来处理如图4下排所示的才喿作A、 B、 C和D的益处。
在才喿作B中，在氧环境下^U亍下游TCP才乘作/人而氧化并且去除 4壬4可残留有才几污染物；在此步骤中还^夺氧^/f壬^T外露铜。在铜表面 上的氧化铜残留物304将残留，如操作B所示。然而，如果未曾执行湿式预清洁，那么氧化铜残留物将不但J又残留在铜线顶部上方，其 还残留在介质材冲+的上表面上，如该例流程所期望的那样。
操作B优选在与真空传输模块104b连接的 一个等离子体模块内 执行，并且下一个操作在与真空传输模块104b连接的另一等离子体 模块内执行。在该范例中，执行接下来的下游TCPH2操作，从而引 起铜的还原操作，如由层306所示。图4的下半部分图解说明了优选 流程，其中仅还原在铜线上方的氧化铜残留物。图4的上排图解说 明了还原绝纟彖层上铜残留物。可选地，可4吏用高温氧热处理然后是 高温(150至400度)氢而^af才喿作B和C。
一旦"^W亍才喿作B和C,在才喿作C和D之间可产生转换，如图3所示。 该转换使得能够从真空传输模块穿过装载锁将衬底转入惰性环境 受控环境。惰性空气受控环境被设计为是基本无氧的，这将防止在 连接于图3所示的惰性气体受控环境的模块内进行处理之前的衬底 的过度氧化。
在操作D中，现在可在铜特征上方进行选择性CoW覆盖镀层并 且不会在不需要的区域上方形成CoW镀层，如图4的上半部分所示 (操作D)。由于铜的自动催化表面特性能够仅在铜区域上而非清洁 介质层上选4奪性镀层CoW,在铜上选择性镀层CoW得以简易化。该 范例已i兌明了在外露铜特征上沉积CoW镀层的方式，^f旦是在能够在 受控环境下进行传输或处理的组合体系结构内可能进4亍更多的制 备操作。
图5图解说明了流程图500 ，该流程图定义了在组合体系结构内 的模块的配置和模块内的衬底的控制，从而不同模块间的转移在受 控周围环境内执行。如上所述，不同于现有技术模块，所定义的系 统能够始终控制处理腔室和传输模块内的环境，从而界面(即层、 特征等)从一个工艺次序到下一个工艺次序保持受控和稳定。如无受控环境，即^吏在最小的等4寺时间之内，所制备的界面也可能几乎 立即降解或改变，如3见有^支术系统的情况。
图5内的方法操作开始于确认在受控环境内待制备的层或特征
的操作502开始执行。在一个实施例中，可制备特定层，例如阻挡 层、衬层、籽晶层或铜的整块沉积。在另一实施例中，仅制备某些 特征，例如在一4^f吏用电镀和无电镀层系统实现的选择性镀层操作 中完成的特征。 一旦在操作502内确认了层或特征之后，该方法操 作移至纟喿作504，在该4喿作504中才莫块与所选环境处理工位连4妾。例 如，该模块是那些与图2B的不同传输模块相连接的模块。
在才喿作504中， 一旦适当才莫块与组合体系结构相连4妾之后，该 方法操作移至操作506，在该操作506中定义了一个用于来回移动衬 底以在每个环境处理工位处理的制法。该制法将耳又决于处理的所需 结果，然而来回转移衬底的一致特4正是在每个处理工位内具体地控 制环i竟以确4呆层、特4正或处理工艺的最伊C处理。4妄着，该方法移至 操作508，在该操作508内供给衬底用于处理经确认的层或特征。
衬底可以是可能也可能不具有在其上形成的或先前在其上制 备的特定层的半导体晶片。在该处理工位内，在操作508内提供的 衬底转入实验室环境受控转移模块510。可选择性控制该实验室环 境受控传输模块510从而提供惰性环境。例如，该惰性环境可提供 低氧或无氧环境。
此外，低氧环境将有助于在可能与实验室环境受控传输模块互 连的湿式处理模块中任 一 模块内进行处理时不将衬底或其表面暴 露给氧。因此，如此处所定义，"实验室环境"将被构造为包括两个 通过定义惰性环境类型控制环境，其中可抽真空该环境并随后用惰 性气体充满该环境。在实验室环境受控传输模块或与其连接的模块内进4亍处理过程中，对该环境进4亍4由空以去除氧或基本去除所有氧。
现在，该方法移至才乘作512，在该才乘作中在一个或多个与实-验 室环境受控传输模块连接的模块内执行湿式处理。可选地， 一些工 艺序列在抽真空处理前可能不需要湿式处理。如上所定义的各种湿 式处理操作可包括邻近头弯液面处理、SRD处理、擦刷处理和包括 使用液体(牛顿流体和非牛顿流体)的4壬<可其他类型处理。
现在，在才喿作514内，处理工艺移至判断点以确定是在干式处 理工艺中处理衬底还是移到在惰性环境进行的层形成步骤。在该范 例中，假设需要转到等离子体处理，那么允许在操作516进行转移。 在操作516内，转移可能在真空传输模块内进行。湿式处理至真空 传输模块的转移是干晶片在湿式处理中传输并传入真空传输模 块。
在这些转移中，装载锁和阀使晶片能够在模块间移动。在操作 518内，可在一个或多个与真空传输模块相连接的模块内执行等离 子体处理操作。如上所述，根据与传输模块连接的等离子体系统和 腔室的类型可执行不同类型的等离子体操作。在这点上，在操作520 中确定是否需要在实验室环境下进行层形成处理，或者是否应当将 晶片移回湿式清洁或湿式蚀刻才喿作。
当需要进行湿式清洁或湿式蚀刻操作时，该方法可转回其内执 行穿过传输模块并进入实验室环境受控转移模块的转移的操作 510。当需要执行惰性环境下的层形成时，该方法将转移到操作522。 在操作522内，使得转换在受控环境传输模块内进行。在受控环境 传输模块内，衬底可移入多种惰性环境层形成模块之一。惰性环境 层形成模块是与受控环境传输模块相连接的模块。在受控环境层形成冲莫块的范例可以是采用无电镀层工艺或电
镀工艺的4度层才莫块。除电镀层和无电镀层之外，还可将衬底移入允 许对衬底进行干进干出处理的模块。干进干出处理的范例可包括将 弯液面应用于晶片表面的邻近头处理。因此， 一旦在操作524中惰 性环境层形成模块内执行处理时，在步骤526内就可执行判断操作。
在步骤526内，确定是需要额外转入真空传输模块516内还是返 回进入在510内的实验室环境受控传输才莫块。 一旦在环境性质受控 的各种传输模块间产生若干传输，以及根据应用所需层或特征涂层 结束，那么该方法i冬止运4亍。当然，该方法的乡冬止可能^又^f又预示着 下一个制造工艺次序的开始。
虽然在工艺500的方法操作中提到制造特定层、特定界面或特 征，应当理解为了制造集成电路器件可能多次重复各种层、处理工 艺和制造步骤。之后，可封装集成电路器件并将其置于可能用于在 电子设备内进行处理、存储、传送、显示或递交数据的电子元件内。
图6-11提供在阻挡层上方直接镀铜的示例性实施例，该实施例 能够在图2所示的基本无氧的环境内进行。图6说明根据本发明的一 个实施例，用于处理的衬底各层的简化示意图。层600被设在衬底 602上方。应当理解层600是层间电介质(ILD)。
图7图解说明其内具有蚀刻特征的层600 。该特征可以是触点、 通孔、沟槽或其它在半导体材料内形成的空隙中的一种，因此随后 的金属喷镀提供与其它器件的互连。在例如双镶嵌蚀刻工艺的 一 些 工艺中，应用 一连串通孔烛刻和沟冲曹蚀刻以在金属喷镀之前在介质 层内定义一个特征。在一个实施例中，通过已知蚀刻工艺技术在层 600内蚀刻空隙604。例如，等离子蚀刻可用来在层600内形成孔隙 604 。等离子体蚀刻可在图2的组合模块内的等离子体腔室内执行，该等离子体腔室运行在真空条件下的受控环境内。值得注意的是术 语空隙和特征可交换/使用。
图8是图解说明被沉积在衬底的外露表面和空隙604的外露表 面上的共形阻挡层的简化示意图。根据本发明的一个实施例，通过 已知沉积」技术沉积共形阻挡层606。例如，该沉积可在图2所示的组 合体系结构的受控环境模块内进行。即，任何模块240a-240d可用于 通过已知沉积技术沉积阻挡层。应当理解阻挡层606可由氮化钽 (TaN )、《旦(Ta )、钌(Ru )或这些材泮+的杂合物(hybrid combination ) 所制成。尽管这些材料是通常考虑的材料，但是还可使用其它阻挡 层材料。阻挡层材料可以是其它难熔金属化合物，其包含但不限于， 尤其是钛(Ti )、钨(W )、 4告(Zr )、铪(Hf )、钼(Mo )、铌(Nb )、 4凡(V)、釕(Ru)、铱(Ir)、柏(Pt)和净各(Cr)其中之一。
图9是图解说明被沉积在阻挡层606上的第二共形层的简化示 意图。才艮据本发明的一个实施例，层608是钽层。应当理解氮化钽 (TaN)对于层间电介质层600具有可接受的粘着性。然而，氮化钽 不与随后用于填充空隙604的铜以及钽层粘附。作为图9即沉积两个 阻挡层的替代，可处理氮化钽层606以^吏邻近用于填充空隙604的铜 的表面具有丰富的钽。在一个实施例中，在阻挡层上方沉积功能层 或自组织的单层。
应当理解可通过定义在图2的受控环境处理系统上的沉积才莫块 沉积层606和608两者。在图10内，在沟槽内执行铜填隙以在执行完 平整化工艺之后制备铜线610。图解{兌明铜线610在#:限定在层间电 介质600的阻挡层608和606内。应当理解，在图9内，执行铜填隙， 之后跟着平整化步骤以平整化上表面获得如图IO所示的连线。在一 个实施例中，平整化工艺在图2内定义的受控环境湿式处理才莫块内如图6-11所示，在无需PCVD籽晶层的情况下执行铜填隙工艺。 由于在图l内定义的受控周围环境，可消除PVD冲予晶层以能够直接 在阻挡层上扭J亍铜填隙工艺。因此，在一个实施例中，可直4妄在阻 挡层608上在氮化钽阻挡层上方沉积钽的地方才丸4于铜填隙。在另一 个实施例中，可直接在阻挡层606上执行铜填隙，其中阻挡层606已 ,皮富钽化，从而铜填隙将适当地粘附。
图1 l根据本发明的 一个实施例的流程图，该框解说明了直 接在阻挡层上沉积填隙材料而无需制备PVD籽晶层的方法。该方法 开始于操作步骤700,刻蚀空隙。该空隙可采用任意已知的刻蚀技 术。在一个实施例中，按照图1和2中所述的系统模型来刻蚀空隙， 使得衬底处于受控环境氛围中。
该方法于是进行操作步骤702在沟槽中沉积阻挡层。就图7至10 描述而言，该阻挡层可为氮化钽层或者为任意合适的可阻挡前面所 提到的电子迁移转换现象的材料层。应当理解，在图1和2所定义的 系统中，为了沉积镀层，衬底将会从受控环境真空区转移至受控环 境大气区域。在一个实施例中，阻挡层的沉积可以为先沉积一层氮 4匕4巨层然后再沉积一层钽层。在另一个实施例中，也可以先;冗积一 层氮化钽层，然后将该层像上面所述的富钽化。不管怎样，为填隙 工艺限定4旦富集层，以确保铜合适地粘附在阻挡层上。
然后，如才乘作步骤704所示，填隙材冲+在铜在沟槽内直4妄沉积 在阻挡层上的地方进行。如前所述，这些工艺在阻挡层中无需PVD 籽晶层。也即是，铜可以在没有籽晶层的情况下直接填充在阻挡层 上。于是如纟喿作步骤706所示，可平整化填隙材料的覆盖层来为层 间电介质层4是供平整的上表面。
管理该组合结构模块、自动机械等的控制系统和电子设备可由 计算机自动控制。于是，本发明的一些方面可用于其他系统配置，
34包括手提式设备、微处理器系统、微处理或可编程消费的电子产品、 微型计算机、大型计算机等。本发明也可用于分布式计算环境，其
中可由网络中远程处理i殳备来才丸行任务。
在前面所述的实施例中，应当理解，本发明可能会使用包括计 算机系统中数据存储等多种计算机实现操作。该操作需要物理量的 物理才喿作处理。通常，虽然没有必要，^f旦是能够将这些物理量以电 信号或磁信号的形式进行存储、传递、组合、比较及其他的操作。 并且，执行的这些操作一般认为是明确的，例如生产、识别、决定 或比较。
此处描述的任何操作，可作为本发明的一部分，对于机器操作 都是有用的。本发明也可涉及一种执行这些操作的设备或装置。该 装置可能是为某种必需的目的特意构造出来的，例如前面所描述的 承载网络。或者，该装置也可是一种通用的计算才几，可通过安装在 其内计算程序有选4爭地激活或配置。特别地，各种通用才几器可采用
根据指令写入的计算机程序来操作，或者，构造出一个更加特定的 装置来执行所需操作会更加便利。
媒体是任意数据存储设备，其可存储数据，该数据因此也可通过计 算系统读出。电脑可读々某体的实例包括硬盘驱动器、网络连接存储
器(NAS)、只读存4诸器、随才几存4诸器、CD-ROM、 CD-R、 CD-RW、 DVD、 Flash、磁带及其他光学和非光学数据存储设备。该电脑可读 媒体也可随着计算机系统通过网络来分配，因此电脑可读数据在分 布式形式中可以存^诸并才丸^亍。
尽管已通过几个实施例描述了本发明，本领域的技术人员也将 理解通过阅读上述说明书并分析附图可i人识到各种》务改、增补、替 换及其等同物。因此，意味着，本发明包括所有此类修改、增补、替换以及落入本发明的真正精神和范围内的等同物。在4又利要求 中，构件和、或步骤不暗示任何特定才乘作顺序，除非在片又利要求中 明确申明的。
权利要求
1.一种用于处理衬底的组合体系结构，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，设置所述实验室环境受控传输模块和所述一个或多个衬底湿式处理模块以管理第一周围环境；与所述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耦合的真空传输模块，设置所述真空传输模块和所述一个或多个等离子体处理模块以管理第二周围环境；和与所述真空传输模块和一个或多个环境处理模块耦合的受控环境传输模块，设置所述受控环境模块和所述一个或多个环境处理模块以管理第三周围环境；其中所述组合体系结构能够在所述第一、第二或第三周围环境下可控地处理所述衬底。
2. 如权利要求1所述的组合体系结构，其中所述第三周围环境是 基本无氧的惰性环境。
3. 如权利要求1所述的组合体系结构，其中所述第一周围环境是 基本无氧的惰性环境。
4. 如权利要求1所述的组合体系结构，其中所述第二周围环境可 以谬皮i殳定在真空内。
5. 如权利要求1所述的组合体系结构，其中所述第一、第二和第 三环境与所述组合体系结构的外部非受控洁净室环境隔离。
6. 如权利要求1所述的组合体系结构，其中所述一个或多个环境 处理冲莫块包括金属镀层系统。
7. 如;K利要求6所述的组合体系结构，其中所述金属镀层系统包 4舌电镀和无电镀系统。
8. 如权利要求1所述的组合体系结构，进一步包括可连接所述实验室环境受控传输^f莫块和所述真空传输才莫 块的第一装载锁；和可连接所述真空传输模块和所述受控环境传输模块的第 二装载锁。
9. 如^又利要求1所述的组合体系结构，其中与所述一个或多个衬 底湿式处理才莫块的4妻口由处理干进干出次序中衬底的终端寺丸 行机构激活。
10. 如^又利要求9所述的组合体系结构，其中邻近头系统为衬底湿 式处理一莫块。
11. 如权利要求9所述的组合体系结构，其中非牛顿流体用在所述 衬底湿式处理才莫块之一中。
12. 如权利要求1所述的组合体系结构，其中擦刷系统用于衬底湿 式处理一莫块。
13. 如权利要求1所述的组合体系结构，其中所述实验室环境受控 传输才莫块由具有用于将衬底移入和移出所述一个或多个衬底 湿式处理模块的轨道和终端执行机构的拉伸模块形成。
14. 如4又利要求1所述的组合体系结构，其中所述第一、第二和第 三周围环境由槽阀和装载锁所隔开，当通过所述装载锁提供所 述衬底转换时，所述槽阀限定所述周围环境间的隔离，其中在 不将所述衬底暴露于所述组合体系结构的外部氧环境的情况 下，在所述组合体系结构内部可以^M亍千法等离子体处理和湿 式处理。
15. —种用于在组合体系结构中处理衬底的方法，包括配置实验室环境传输才莫块以连4妾一 个或多个湿式处理冲莫 块，其中所述传输模块和所述一个或多个湿式处理模块的每个 在第一周围环境下运ff;配置真空传输模块以连接一个或多个等离子体处理模 块，其中所述真空传输模块和所述一个或多个等离子体处理模 块的每个在第二周围环境下运行；配置受控环境传输模块以连接一个或多个镀层模块，其 中所述受控环境传输模块和所述一个或多个镀层模块的每个 在第三周围环境下操作；并且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。
16. 如权利要求15所述的用于在组合体系结构内处理衬底的方 法，进一步包括设置一种用于控制所述第 一 、第二和第三周围环境间的 转换的制法，该制法定义何时在所述湿式处理模块、所述等离 子体处理纟莫块和所述4度层模块的具体一个纟丸行处理。
17. 如所述权利要求15所述的用于在组合体系结构内处理衬底的 方法，其中i殳置所述第 一周围环境以^使具有的压强高于在所述 组合体系结构外部的洁净室的压强。
18. 如所述权利要求15所述的用于在组合体系结构内处理衬底的 方法，其中所述第 一周围环境是充满惰性气体的无氧或基本无 氧的环境。
19. 如所述权利要求15所述的用于在组合体系结构内处理衬底的 方法，其中所述第二周围环境保持在等离子体工艺真空中。
20. 如所述权利要求19所述的用于在组合体系结构内处理衬底的 方法，其中所述第三周围环境是充满惰性气体的无氧或基本无 氧的环境。
21. 如所述权利要求20所述的用于在组合体系结构内处理衬底的 方法，其中在等离子体处理操作之后能够将衬底从所述真空传 输模块转移到所述受控环境传输模块用以无电镀层，而不将所述衬底在所述等离子体处理操作之后引入氧。
22. 如所述权利要求20所述的用于在组合体系结构内处理衬底的 方法，其中控制所述衬底在所述实验室环境传输模块、真空传 输模块、受控环境传输模块间的每次转换，而不将所述衬底暴 露给在所述组合体系结构的外部的洁净室的非受控环境。
23. 如所述权利要求15所述的用于在组合体系结构内处理衬底的 方法，其中至少 一 个所述湿式处理才莫块运4亍以在所述4于底表面 上方形成弯液面，i殳置所述弯'液面以在所述^H"底表面上方形成 并移动，从而使在进和出所述湿式处理才莫块能够干进和干出处理。
24. 如所述权利要求15所述的用于在组合体系结构内处理村底的 方法，其中至少一个所述湿式处理才莫块运4于以在所述^)"底表面 上方形成非牛顿;充体。
25. 如所述权利要求15所述的用于在组合体系结构内处理衬底的 方法，其中所述受控环境传输模块还运行所述衬底的千进干出 处理。
26. —种用于处理衬底组合体系结构，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，设置所述实验室环境受控模块和所述一个或多个衬 底湿式处理才莫块以管理第 一周围环境；与所述实验室环境受控传输模块和一个或多个等离子体 处理模块耦合的真空传输模块，设置所述真空传输模块和所述 一个或多个等离子体处理才莫块以管理第二周围环境；和与所述真空传输模块和一个或多个环境处理模块耦合的 受控环境传输模块，设置所述受控环境模块和所述一个或多个 环境处理模块以管理可被配置为基本无氧的惰性环境的第三 周围环境；其中所述组合体系结构能够在所述第一、第二或第三周 围环境内可控处理所述衬底，并且在才喿作过程中，i殳置所述第 一 、第二和第三环境以与所述组合体系结构的外部非受控洁净 室环境隔离。
27. 如4又利要求26所述的组合体系结构，其中所述第一周围环境 是基本无氧的惰性环境。
28. 如权利要求26所述的组合体系结构，其中所述一个或多个环 境处理才莫块包括金属镀层系统。
29. 如4又利要求28所述的组合体系结构，其中所述金属镀层系统 包4舌电後系纟克和无电镜系纟克。
30. 如权利要求26所述的组合体系结构，进一步包括可连接所述实验室环境受控传输模块和所述真空传输模 块的第一装载锁；和可连接所述真空传输模块和所述受控环境传输模块的第 二装载锁。
31. 如权利要求26所述的组合体系结构，进一步包括，用于控制所述衬底在所述第一、第二和第三周围环境间 的移动和移入、移出连接于各自的那个所述周围环境的处理才莫 块的计算才几。
32. —种用于在受控环境下填充衬底特征的方法，包括如下方法揭: 作在组合工具的第 一腔室内在所述衬底上蚀刻 一特4正；在所述组合工具的第二腔室内沉积阻挡层，i殳置所述阻 挡层以防止铜扩散入所述特;f正的暴露面；并且征。
33. 如权利要求32所述的方法，进一步包括平整化所述填隙材料并且富集所述阻挡层以增加对所述 填隙材料的粘附性质。
34. 如权利要求32所迷的方法，进一步包括在所述阻挡层上方沉积另一阻挡层，其中所述阻挡层是 钽，所述另一阻挡层是氮化钽。
35. 如权利要求32所述的方法，其中所述填隙材料是铜。
36. 如权利要求32所述的方法，其中每一方法操作都是在受控环境下执4亍的。
37. 如权利要求32所述的方法，进一步包括在不暴露给非受控环境的情况下，在所述第一腔室和所 述第二腔室间转换所述衬底。
38. —种无需在衬底上应用籽晶层而执行填隙工艺的方法，包括在其内定义有特4正的4于底表面上方;冗积第 一 阻挡层；在所述第一阻挡层上方沉积第二阻挡层；并且用直接沉积在所述第二阻挡层表面上方的导电材料填充 所述特征的开口区域，在不在所述第二阻挡层上方应用籽晶层 的情况下4丸行所述填充工艺，并且所述填充工艺的运行是在不 同于其它方法才喿作的腔室内；其中在不同腔室间的转换是在基本无氧的环境下进行的。
39. 如权利要求38所述的方法，其中所述第一阻挡层是氮化钽， 所述第二阻挡层是钽，并且所述导电材料是铜。
40. 如权利要求38所述的方法，进一步包括在填充完所述特征的开口区域之后，平整化所述衬底的表面。
全文摘要
一种组合体系结构，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。该实验室环境受控传输模块和一个或多个衬底湿式处理模块管理第一周围环境，具有连接到该实验室环境受控传输模块和一个或多个等离子处理模块的真空传输模块。该真空传输模块与该一个或多个等离子体处理模块管理第二周围环境。与真空传输模块和一个或多个环境处理模块相耦合的受控环境传输模块管理第三周围环境。因此，该组合体系结构能够在第一、第二或第三周围环境下以及在相关的转换过程中可控地处理衬底。此外，实施例提供用于填充衬底沟槽的有效方法。
文档编号H01L21/00GK101529556SQ200780040213
公开日2009年9月9日 申请日期2007年8月28日 优先权日2006年8月30日
发明者威廉·蒂, 弗里茨·C·雷德克, 戴维·默梅克, 班杰明·W·莫琳, 约翰·博伊德, 约翰·帕克斯, 耶兹迪·多尔迪, 艾伦·舍普, 蒂鲁吉拉伯利·阿鲁娜, 阿瑟·M·霍瓦尔德 申请人:朗姆研究公司