專利名稱：形成具有減低的電與應(yīng)力遷移及/或電阻率的互連結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上關(guān)于如先進(jìn)集成電路的微結(jié)構(gòu)的形成，且尤其是關(guān) 于如集成電路的金屬化層中金屬線的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的形成。
背景技術(shù)：
10 制造如集成電路之現(xiàn)代微器件時(shí)，有持續(xù)驅(qū)動(dòng)力以穩(wěn)定地縮小微
器件組件之特征尺寸，從而增強(qiáng)這些結(jié)構(gòu)的功能。例如，在現(xiàn)今集成 電路，最小特征尺寸(如場(chǎng)效應(yīng)晶體管之信道長(zhǎng)度)已達(dá)到深次微米 (deep sub-micron)范圍，藉此在速度及/或耗能方面增加這些電路的效 能。由于個(gè)別電路組件的尺寸系隨著每一新電路世代而縮小，以藉此
15 增進(jìn)例如晶體管組件的切換速度，因此用于連接個(gè)別電路組件之互聯(lián) 機(jī)之可使用容積(available floor space)亦隨之降低。因此，必須降低這 些互聯(lián)機(jī)的尺寸以抵銷可使用容積的降低及每單位芯片區(qū)域增加的電 路組件數(shù)。互聯(lián)機(jī)所減少的截面積，可能會(huì)合并有極度縮小的晶體管 組件之靜電消耗的增加，可能需要多個(gè)堆棧金屬化層以符合在金屬線
20 中可接受電流密度之觀點(diǎn)之需求。
然而，先進(jìn)集成電路，包括具有關(guān)鍵尺寸(critical dimension)為0.13 微米或甚至更小之晶體管組件，可能需要在個(gè)別互聯(lián)機(jī)中顯著增加的 電流密度，盡管因?yàn)槊繂挝幻娣e顯著數(shù)目的晶體管組件而提供相對(duì)大 量的金屬化層數(shù)目。然而，在提高的電流密度操作互聯(lián)機(jī)，可能承擔(dān)
25 多種和應(yīng)力引發(fā)(stress-induced)線劣化相關(guān)之問題，其可最終導(dǎo)致集成 電路提早故障(premature failure)。在此方面之一顯著現(xiàn)象為電流引發(fā)在 金屬線中之材料移動(dòng)，亦稱為"電遷移(electromigration)"，其可導(dǎo)致孔 隙(voids)在其中形成及小丘(hillocks)在金屬線旁形成，因此造成器件效 能和可靠度降低或完全故障。例如，嵌入二氧化硅及/或氮化硅之鋁
30線經(jīng)常做為金屬化層的金屬，其中如上所解釋，先進(jìn)集成電路具有0.13
微米或更小的關(guān)鍵尺寸，可能需要顯著降低的金屬線截面積以及因此 提高電流密度，其可能造成因?yàn)轱@著電遷移效應(yīng)使得鋁較不傾向于形 成金屬化層。
因此，鋁逐漸由銅所取代，銅相對(duì)于鋁，呈現(xiàn)顯著較低電阻值及 5 在高電流密度時(shí)對(duì)電遷移呈現(xiàn)較強(qiáng)抗性。因?yàn)殂~在二氧化硅及多種低k 介電材料中容易擴(kuò)散的特性，引入銅至微結(jié)構(gòu)及集成電路制造系造成 多種嚴(yán)重問題。為了提供必要附著度及避免銅原子之非期望的擴(kuò)散至 敏感器件區(qū)域，因此通常需要提供阻擋層在銅和銅線所嵌入之介電材 料之間。雖然氮化硅為可有效避免銅原子擴(kuò)散的介電材料，選擇氮化 10 硅為層間介電材料為較不想要的選擇，因?yàn)榈璩尸F(xiàn)略高的介電常
數(shù)(permittivity)，因此增加鄰近銅線的寄生電容(parasitic capacitances)。
因此，亦可提供銅所需之機(jī)械穩(wěn)定性之薄導(dǎo)電阻擋層系形成以分開主 體(bulk)銅及圍繞之介電材料，且薄氮化硅或碳化硅或碳氮化硅通常僅 以覆蓋層(cappinglayer)形式用于銅基金屬化層中。目前，鉭、鈦、轉(zhuǎn)
15及其與氮及硅之化合物等為用于導(dǎo)電阻擋層之較佳候選者，其中阻擋 層可包括二層或更多層不同材料之子層，以達(dá)到擴(kuò)散抑制(diffusion suppressing)及黏著度性質(zhì)方面的要求。
銅與鋁可顯著分別的另一特性為銅無法立即以化學(xué)及物理氣相沉 積技術(shù)大量沉積。此外，銅無法以各向異性干蝕亥!」(anisotropic dry etch)
20 工藝有效率地圖案化，因此需要通常稱為金屬鑲嵌(damascene)或鑲嵌 (inlaid)技術(shù)的工藝方式。在金屬鑲嵌工藝，首先形成介電層接著圖案 化為包括接著將填滿銅之溝槽(trenches)與通孔(vias)，其中，如前所述， 在填滿銅之前，導(dǎo)電阻擋層形成在溝槽與通孔之側(cè)壁。沉積主體銅材 料至溝槽和通孔通常以濕式化學(xué)沉積工藝達(dá)到，例如電鍍或無電電鍍，
25藉此需要確實(shí)填滿深寬比(aspect ratio)等于及大于5且直徑約0.1微米 或更小之通孔與具有約0.1微米或更小至幾微米之寬度范圍之溝槽。雖 然銅之電化學(xué)沉積工藝在電子電路板制造領(lǐng)域己完整建立，大致上不 含孔斷void-free)的高深寬比通孔填充為非常復(fù)雜及具挑戰(zhàn)性的任務(wù)， 其中最終獲得之銅金屬線之特性顯著地和工藝參數(shù)、材料及所需結(jié)構(gòu)
30 幾何形狀相關(guān)。由于互連結(jié)構(gòu)的幾何形狀由設(shè)計(jì)需求決定，對(duì)于給定 的微結(jié)構(gòu)而言，不能作重大的改變，其在于估計(jì)及控制關(guān)于制造金屬
化層及制造銅微結(jié)構(gòu)材料(如導(dǎo)電及非導(dǎo)電的阻擋層)之制造工藝及其 交互作用、對(duì)互連結(jié)構(gòu)的特性影響，以確保高產(chǎn)率及所需產(chǎn)品可靠度 同時(shí)達(dá)到是非常重要的。
因此，隨著先進(jìn)器件中持續(xù)的特征尺寸縮小造成電及應(yīng)力遷移及 5 銅線導(dǎo)電特性方面的限制越來越嚴(yán)格，為了找尋形成銅基金屬線之新
材料及工藝策略，已花費(fèi)大量努力調(diào)查銅線劣化作用(degradation)，特
別是著眼于極度縮小型器件中之電及應(yīng)力遷移及過度降低的導(dǎo)電性。 雖然在銅線中電及應(yīng)力遷移的確切機(jī)制尚未完全了解，但結(jié)果顯示顯 示位于側(cè)壁及接口之中和之上的孔隙、位于通孔底部之大型孔隙及殘
io余物可顯著影響電及應(yīng)力遷移行為。研究經(jīng)驗(yàn)結(jié)果顯示電及應(yīng)力遷移 程度可通常和金屬之材料組成、金屬之結(jié)晶結(jié)構(gòu)、與鄰近材料(如導(dǎo)電 與介電阻擋層)之任何界面條件等有關(guān)。
例如，在鋁線中，晶粒邊界(grainboundaries)提供應(yīng)力及電流引發(fā) 材料傳輸事件之較佳擴(kuò)散路徑。結(jié)果，由于線尺寸降低系傾向于產(chǎn)生
15較小晶粒，可產(chǎn)生非比例地增加的誘發(fā)電及應(yīng)力遷移。雖然晶粒邊界 可能非必然在銅基金屬線中形成較佳擴(kuò)散路徑，增加的晶粒邊界數(shù)目 仍然可能顯著地增加銅基線之整體電阻率，因?yàn)樵诰Я＿吔缭黾又?子散射。因此，需要控制金屬化層之高復(fù)雜度制造工藝(包括金屬沉積 及后續(xù)其回火等)以增加在電及應(yīng)力遷移及/或?qū)щ娦苑矫嬷饘倩ミB
20 結(jié)構(gòu)之性能。
因此，需要有一種提升技術(shù)的存在，該技術(shù)甚至在極度縮小的微 結(jié)構(gòu)中能夠形成呈現(xiàn)降低的應(yīng)力及電引發(fā)材料擴(kuò)散及/或增加導(dǎo)電性 之金屬互連結(jié)構(gòu)。
25

發(fā)明內(nèi)容
接著提出本發(fā)明之簡(jiǎn)化概要，以提供本發(fā)明的一些方面的基礎(chǔ)了 解。此概要并不是本發(fā)明的完整概觀。其不意欲用于界定本發(fā)明的重 要或關(guān)鍵組件或描述本發(fā)明的范圍輪廓。其目的僅為以簡(jiǎn)化形式提出 一些概念，做為后續(xù)更詳細(xì)說明的前言。
30 大體而言，本發(fā)明是關(guān)于在半導(dǎo)體器件的金屬化層中形成金屬線
的技術(shù)，其中該金屬線關(guān)于電及應(yīng)力遷移及/或?qū)щ娦缘奶匦缘母纳?br> 可通過在形成該金屬線期間及/或之后施以熱處理以使得該金屬線的 電性效能提升。根據(jù)一些敘述性實(shí)施例，該熱處理可至少包括在次大
氣(sub-atmospheric)及/或真空及/或減壓及/或鈍性環(huán)境(ambient)中
進(jìn)行的加熱工藝，以促進(jìn)在前續(xù)制造工藝期間已引入至該金屬中的污 5染物的釋氣(out-gassing)。在其它實(shí)施例中，該熱處理包括至少一加熱 工藝，其設(shè)計(jì)為沿著預(yù)先定義方向改變?cè)摻饘倬€中所產(chǎn)生的溫度，以 局部產(chǎn)生沿著該預(yù)先定義方向移動(dòng)的加熱區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的另一敘述性實(shí)施例， 一種方法包括在半導(dǎo)體器件的 金屬化層的介電層中形成金屬線，其中該金屬線沿著長(zhǎng)度方向延伸。 io再者，該方法包括執(zhí)行熱處理以時(shí)間序列方式(timely sequential manner) 沿著該長(zhǎng)度方向改變溫度。
根據(jù)本發(fā)明的又另一敘述性實(shí)施例， 一種方法包括在介電層中形 成金屬線，該介電層在包括半導(dǎo)體器件的襯底上形成，以及執(zhí)行熱處 理以修改該金屬線的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。此外，該方法包括暴露金屬線于真空 15 環(huán)境中以促進(jìn)該金屬線中的污染物的釋氣。
在本發(fā)明的一敘述性實(shí)施例中，該金屬線在暴露于真空環(huán)境之后 暴露于減壓環(huán)境。在此方面，真空環(huán)境是理解為具有數(shù)Torr大小的等 級(jí)及顯著地更低(beyond)的減壓的氣體環(huán)境(atmosphere)，而次大氣環(huán) 境(sub-atmospheric ambient)可包括壓力條件其范圍為從值低于但靠近 20 制造設(shè)備的環(huán)境壓力至真空壓力條件。


本發(fā)明可通過參考下列描述與所附圖式而了解，其中類似組件符 號(hào)代表類似組件，其中 25 圖la示意地顯示包括含有多條金屬線之金屬化層之半導(dǎo)體器件，
根據(jù)本發(fā)明之一敘述性實(shí)施例，該等金屬線之關(guān)于電及應(yīng)力遷移及/
或?qū)щ娦缘奶匦砸惶嵘?br> 圖lb示意地顯示包括多個(gè)芯片區(qū)域之襯底的平面圖，該等芯片區(qū) 域依次包括圖la所示之半導(dǎo)體器件；
30 圖1C及l(fā)d示意地顯示熱處理，其中根據(jù)本發(fā)明之?dāng)⑹鲂詫?shí)施例，
金屬線溫度以時(shí)間序列方式沿著長(zhǎng)度方向改變；
圖le示意地顯示沿著長(zhǎng)度方向溫度隨時(shí)間改變之加熱工藝，根據(jù) 本發(fā)明之?dāng)⑹鲂詫?shí)施例，其可在襯底之基礎(chǔ)上進(jìn)行；
圖lf示意地顯示圖le之熱處理，其中熱傳導(dǎo)媒介可根據(jù)本發(fā)明之 進(jìn)一步實(shí)施例被使用； 5 圖2a示意地顯示包括根據(jù)在中間制造階段期間之金屬鑲嵌工藝而
形成之金屬化層之半導(dǎo)體器件，其中該半導(dǎo)體器件接受根據(jù)本發(fā)明之 敘述性實(shí)施例之熱處理；以及
圖2b、 2c及2d示意地顯示根據(jù)本發(fā)明之多種敘述性實(shí)施例，在 進(jìn)一步先進(jìn)制造階段中之半導(dǎo)體器件。 10 雖本發(fā)明容許多種改良及不同形式，其特定實(shí)施例已經(jīng)由例示圖
式及詳細(xì)說明方式顯示。然而，可了解的是在此之?dāng)⑹黾疤囟▽?shí)施例 并非用于限制本發(fā)明為所揭露之特定形式，相反地，本發(fā)明意欲含有 所有落在所附權(quán)利要求書所定義之本發(fā)明精神與范圍之改良、均等物 及選擇物。
1具體實(shí)施例方式
本發(fā)明之例示實(shí)施例描述如下。為了清晰目的，在說明書中并無 敘述所有實(shí)際應(yīng)用的特征。當(dāng)然須了解任何此等實(shí)際實(shí)施例中，必須 進(jìn)行多種實(shí)施特定決定以達(dá)到發(fā)展者的特定目標(biāo)，例如符合系統(tǒng)相關(guān) 20 和商業(yè)相關(guān)限制，其可隨不同應(yīng)用而不同。再者，須了解該種研發(fā)努 力可為復(fù)雜和耗時(shí)的，但仍然可了解為熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者例行從本揭露 中獲得益處。
本發(fā)明現(xiàn)在參考所附圖式敘述。繪示于圖中之多種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)與 器件僅作為解釋之用，使本發(fā)明不受該些熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者已熟知的細(xì)
25 節(jié)所阻礙。然而，所附圖式系包括于敘述與解釋本發(fā)明之?dāng)⑹鲂詫?shí)施 例。本文所使用字與詞組應(yīng)以熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者所了解之字與詞組相符 來解釋與了解。沒有意圖使用特別的術(shù)語或詞組定義，即不同于熟習(xí) 該項(xiàng)技術(shù)者所了解之原始及習(xí)慣意義，于本文中中之術(shù)語與詞組。若 欲將術(shù)語或詞組的意義延伸至具有特別意義，亦即不同于熟習(xí)之用語
30 者，該等特別意義將會(huì)在說明書中以定義方式直接且明確的提供術(shù)語 或詞組的特別定義來解釋。
本發(fā)明系關(guān)于能在極度縮小之半導(dǎo)體器件之金屬化層中形成金屬 線的技術(shù)，其中金屬之結(jié)晶結(jié)構(gòu)及/或金屬的純度通過熱處理方式改
變以在對(duì)熱及應(yīng)力遷移耐性及/或其固有導(dǎo)電度(inherent conductivity)
方面增進(jìn)金屬線的特性。不意欲限制于本發(fā)明下列解釋，據(jù)信降低金 5 屬線中晶粒邊界數(shù)目可顯著影響金屬線的電性效能，原因在于降低電 及應(yīng)力遷移及/增加固有之導(dǎo)電度。如所熟知者，微結(jié)構(gòu)之金屬線中 金屬的結(jié)晶依所使用材料類型、所使用沉積技術(shù)、整個(gè)沉積工藝中所 維持工藝參數(shù)、以及金屬真正沉積之前與之后的任何工藝而決定。 例如，銅基金屬化層現(xiàn)在以如電鍍之電化學(xué)沉積技術(shù)形成，其中
io 晶粒大小及結(jié)晶結(jié)構(gòu)顯著地和沉積參數(shù)和需以銅基金屬填充之溝槽與 通孔之尺寸有關(guān)，因?yàn)榻档蜏喜叟c通孔之尺寸可造成金屬晶粒以縮小 之尺寸形成。因此，銅基金屬之固有導(dǎo)電度可能降低，因?yàn)樵谠黾訑?shù) 目之晶粒邊界的電荷載子散射亦增加。
再者，如熟知者，以大致上不具有孔隙方式電化學(xué)沉積至極度縮
15小溝槽及通孔需要復(fù)雜的電鍍技術(shù)，其涉及高度復(fù)雜的電解質(zhì)溶液。 因此，多種添加物，例如沉積抑制劑、加速劑、錯(cuò)合劑等，為含于典 型電解質(zhì)溶液中，其可在沉積之金屬中維持一定程度的量，藉此亦損 及金屬線所得之固有導(dǎo)電度。再者，污染物出現(xiàn)在金屬及/或存在多 數(shù)晶粒邊界亦可對(duì)電及應(yīng)力遷移行為產(chǎn)生影響，因?yàn)榫Я＿吔缂?或
20 污染物可影響金屬與相鄰材料之任何界面特性，相鄰材料例如為銅之
任何擴(kuò)散阻擋層。再者，晶粒邊界可直接影響應(yīng)力引發(fā)材料傳送，例
如鋁之情況。結(jié)果，通過改變金屬之結(jié)晶度(crystallinity)及/或降低污
染物含量，可改進(jìn)金屬線整體特性。
應(yīng)了解本發(fā)明特別有利于銅基金屬化層之使用，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)通 25常以使用電化學(xué)沉積技術(shù)之金屬鑲嵌工藝制造，因此產(chǎn)生大量小晶粒
及含有電解質(zhì)的污染物。然而，本發(fā)明亦可用于由任何其它適當(dāng)材料
形成之金屬線，例如鋁，因此本發(fā)明不應(yīng)視為受限于銅基金屬化層，
除非該限制為所附申請(qǐng)專利范圍所明白提出者。
參考圖la至lf及圖2a至2d，現(xiàn)在更詳細(xì)說明本發(fā)明之進(jìn)一步敘 30述性實(shí)施例。圖la圖標(biāo)包括襯底101之半導(dǎo)體器件100，其可形成任
何微結(jié)構(gòu)特征于其中，例如集成電路之電路組件。襯底101可代表用
于形成如半導(dǎo)體器件之微結(jié)構(gòu)之任何適當(dāng)材料。例如，襯底101可代
表以主體硅(bulk silicon)襯底或以絕緣層上覆硅(silicon-on-insulatoe, SOI)襯底形式之硅基(silicon-based)襯底，如在大量主要復(fù)雜集成電路， 如微處理器、儲(chǔ)存芯片、ASIC等，現(xiàn)今都以硅為主襯底制造。然而， 5應(yīng)了解的是可使用任何其它適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料，例如包括不同組成份 (例如硅鍺、碳化硅等)的半導(dǎo)體區(qū)域、不同結(jié)晶方向、不同內(nèi)部應(yīng)變 (inherent strain)的硅襯底料、或包括任何化合物半導(dǎo)體材料(如、II-IV
半導(dǎo)體、in-v半導(dǎo)體等)的襯底。
半導(dǎo)體器件100可于襯底101上形成一層或多層金屬化層，其中，
io在所示之例示實(shí)施例中，兩層金屬化層110和120以層堆棧形成。金 屬化層110可包括介電層111及形成于介電層111中之金屬線112。類 似地，金屬化層120可包括成于介電層121中之多條金屬線122，其中 一條或多條金屬線122可經(jīng)由通孔123連接至下層金屬化層110。金屬 線122和112可包括任何適當(dāng)金屬且在一特定實(shí)施例中包括銅，其中
15其它成分可至少局部地提供至金屬線122及/或112中以形成金屬合 金。例如，已發(fā)現(xiàn)銅合金的存在可在電及應(yīng)力遷移耐性觀點(diǎn)強(qiáng)化個(gè)別 金屬線之特性。再者，當(dāng)層120及110代表銅基金屬化層時(shí)，可提供 適當(dāng)阻擋層以避免銅不適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)散至鄰近的介電材料層111及121。為 了方便起見，在圖la并不顯示任何此等阻擋層，且可在后續(xù)參考圖2a
20 的敘述中詳細(xì)說明。
層120中之金屬線122可定義寬度方向124，其可描繪金屬線122 的橫向尺寸(lateraldimension)。類似地，長(zhǎng)度方向125可通過金屬線122 定義，其實(shí)質(zhì)地垂直于寬度方向124且垂直于圖la的圖式平面。應(yīng)了 解的是，在如高度復(fù)雜微處理器之先進(jìn)集成電路中，多層金屬化層，
25例如層110及120，互相向上堆棧，其中在每一金屬化層中，個(gè)別金屬 線大致上以平行方式延伸，而在相鄰金屬化層中之個(gè)別金屬線亦為平 行延伸，但大致上和后續(xù)金屬化層之長(zhǎng)度方向垂直。以此方式，相鄰 金屬化層之金屬線間之任何寄生電容為最小化。根據(jù)此等配置，金屬 化層110可具有金屬線112以大致上沿著"寬度"方向124的平行方式
30延伸，以便降低線122和112之間的電容耦合(capacitive coupling)。應(yīng) 了解的是該等配置可在整體效能方面具有優(yōu)點(diǎn)，且在下述中在對(duì)于用
以改變結(jié)晶結(jié)構(gòu)之熱處理方面，針對(duì)每一金屬化層110、 120系個(gè)別定 義特定長(zhǎng)度方向。在其它實(shí)施例中， 一些或所有金屬線112及122可 定義其特定寬度方向124及長(zhǎng)度方向125，使得對(duì)應(yīng)"方向性"熱處理可 以個(gè)別方式進(jìn)行。
5 圖lb顯示包括多個(gè)芯片區(qū)域130之襯底101的平面圖，各芯片區(qū)
域可包括半導(dǎo)體器件，如圖la之半導(dǎo)體器件100。再者，芯片區(qū)域130 系顯示為暴露金屬化層120，其中金屬線122之長(zhǎng)度方向125現(xiàn)在為水 平指向。然而，圖中金屬線122的指向僅為描述性，且因此系以長(zhǎng)度 方向125定義該掃瞄方向。應(yīng)更進(jìn)一步了解，芯片區(qū)域130之尺寸相
io對(duì)于襯底尺寸，以及尤其是金屬線122的尺寸是顯著放大者。
半導(dǎo)體器件100可根據(jù)完整建立之工藝形成，其可參考圖2a及后 續(xù)之金屬鑲嵌技術(shù)之實(shí)施例而描述。在其它實(shí)施例中，當(dāng)金屬化層110 及120為鋁基金屬化層時(shí)，金屬線112和122可在廣為認(rèn)可的沉積技 術(shù)之基礎(chǔ)上沉積鋁而形成，例如化學(xué)氣相沉積、濺鍍沉積等。之后，
15金屬化層可由光刻及完整建立之蝕刻技術(shù)加以圖案化，因而形成金屬 線112和122以及通孔123。之后，可執(zhí)行熱處理以改變金屬線112 和122之結(jié)晶結(jié)構(gòu)，如下列所述，或根據(jù)其它實(shí)施例，個(gè)別金屬線112 和122可通過沉積適當(dāng)介電材料及平坦化所形成之起伏(topography)而 嵌入介電層1U、 121。
20 無關(guān)形成金屬線112、 122工藝順序，改變金屬線112之結(jié)晶結(jié)構(gòu)
及/或其污染物之?dāng)?shù)量之?dāng)⑹鲂詫?shí)施例將在下方詳細(xì)描述。
圖lc繪示設(shè)為在金屬線122上實(shí)施熱處理之系統(tǒng)150，以在熱處 理期間以時(shí)間序列方式沿著長(zhǎng)度方向125改變溫度。為了此目的，系 統(tǒng)150可包括熱源151，該熱源151系設(shè)定以加熱區(qū)域在襯底101之上
25或之中建立局部局限加熱區(qū)i或(locally restricted heating zone)。在一敘述 性實(shí)施例中，熱源151可包括用于建立輻射束或粒子束之來源以產(chǎn)生 局部局限光束點(diǎn)153在襯底101之上或之中，其中光束點(diǎn)153可代表 局部局限加熱區(qū)域之例子。在一特定實(shí)施例中，光束152可代表具有 如波長(zhǎng)、強(qiáng)度等之特定特性之激光束，以在局部局限加熱區(qū)域153中
30產(chǎn)生所需的熱。熱源151可包含形成該光束152以呈現(xiàn)所期待之特性 所需之任何設(shè)備(未圖標(biāo))。例如，相關(guān)光束光學(xué)組件(optics)，如鏡子、
透鏡等，可提供光束152聚焦及導(dǎo)引至襯底101之局部局限區(qū)域上。 再者，系統(tǒng)150設(shè)為以在襯底101與熱源151之間建立相對(duì)移動(dòng)(relative motion),而使局部局限區(qū)域153之掃描移動(dòng)至少沿著長(zhǎng)度方向125。 例如，系統(tǒng)150可包括可移動(dòng)襯底支架154，其可至少沿著長(zhǎng)度方向 5125移動(dòng)。在其它情況中，襯底支架154亦可在其它方向移動(dòng)，例如在 垂直于長(zhǎng)度方向125之橫向，且亦可垂直移動(dòng)，即沿著光束152之方 向。
在系統(tǒng)150操作期間，襯底101可適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥谝r底支架154上 以允許大致上沿著至少一金屬線122之長(zhǎng)度方向125相對(duì)移動(dòng)。如果 io金屬線122以實(shí)質(zhì)并行線提供，所有金屬線122可定義有共同的長(zhǎng)度 方向125。
圖ld繪示具有暴露于熱源151的多條金屬線122之金屬化層120 的局部放大圖。在所示的例示實(shí)施例中，光束152產(chǎn)生局部局限光束 點(diǎn)或加熱區(qū)域153覆蓋一條或多條金屬線122的一部分。在此狀況中，
15 光束點(diǎn)153定義由熱源151產(chǎn)生之局部局限加熱區(qū)域。須注意加熱區(qū) 域153內(nèi)之強(qiáng)度分布(intensityprofile)可不需為均勻者。因此，加熱區(qū) 域強(qiáng)度及因此強(qiáng)度造成之線122中的溫度分布，可于加熱區(qū)域153內(nèi) 局部地改變，其系根據(jù)掃描速度、光束點(diǎn)大小及光束之整體強(qiáng)度、吸 收特性等。熱源151可依比例調(diào)整(dimensioned)使得在光束點(diǎn)153之溫
20度，以及因此在局部局限區(qū)域之溫度超過特定目標(biāo)溫度，該特定目標(biāo) 溫度使得金屬線122受到光束點(diǎn)153所影響的部分內(nèi)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)重組 (reconfiguration)。應(yīng)了解通常熱源151釋放至局部局限加熱區(qū)域153 內(nèi)的能量通?？梢辣壤{(diào)整，使得區(qū)域153在時(shí)間間隔內(nèi)達(dá)到目標(biāo)溫 度，且其不允許金屬線122中顯著熱傳導(dǎo)。結(jié)果，鄰近加熱區(qū)域金屬
25線122之加熱區(qū)域153之部分顯著地較冷且可大致上維持其現(xiàn)有結(jié)晶 結(jié)構(gòu)。因此，通過建立襯底101及熱源151之相對(duì)移動(dòng)，加熱區(qū)域153 可沿著長(zhǎng)度方向125掃描并因而依序加熱線122之部分，藉此使目前 加熱部分的結(jié)晶結(jié)構(gòu)具有類似于之前經(jīng)過加熱而現(xiàn)在冷卻至低于目標(biāo) 溫度使剛獲得的結(jié)晶結(jié)構(gòu)"冷凍"之部分之結(jié)晶結(jié)構(gòu)。以此方式，金屬
30 線122中之晶粒大小可在長(zhǎng)度方向125增加，藉此顯著降低每單位長(zhǎng) 度之晶粒邊界數(shù)。例如，在銅基金屬線中，在長(zhǎng)度方向125的晶粒大
小可達(dá)到10微米或甚至更大。
在一些實(shí)施例中，局部局限加熱區(qū)域153在長(zhǎng)度方向125的延伸 可選擇為幾個(gè)微米或更少以讓有效重組變?yōu)榭赡?，因?yàn)閰^(qū)域尺寸小于 所需晶粒尺寸。掃描移動(dòng)可以大致上連續(xù)方式進(jìn)行，例如根據(jù)特定速 5 度持續(xù)移動(dòng)襯底支架154，或在其它實(shí)施例中，可建立大致上步進(jìn)式 (stepwise)移動(dòng)，其中可調(diào)整每一步之后之停駐時(shí)間(dwell time)及歩進(jìn) 尺寸以獲得"移動(dòng)"加熱區(qū)域153間的所期望之重疊程度。根據(jù)局部局 限加熱區(qū)域153的水平延伸，亦即圖ld中垂直方向， 一或多條金屬線 122在以上述方式熱處理后，可執(zhí)行橫向之相對(duì)應(yīng)移動(dòng)。在一些實(shí)施例
io中，將圍繞金屬線122之介電材料之溫度"應(yīng)力"維持在低位準(zhǔn)為有利 的。在此狀況中，沿著長(zhǎng)度方向125的掃描操作可重復(fù)一次或數(shù)次且 在加熱區(qū)域153內(nèi)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臏囟?。例如，加熱區(qū)域之典型有效溫度 可選擇為大約100至400°C 。
在一敘述性實(shí)施例中，具有由如光束點(diǎn)153代表之掃描局部局限
15加熱區(qū)域之熱處理可至少部分在次大氣環(huán)境或真空環(huán)境進(jìn)行，以同步 促進(jìn)金屬線122中所含任何污染物之釋氣。為了此目的，至少部分襯 底支架154可置于個(gè)別工藝腔體160，其使得建立適當(dāng)環(huán)境及其特別允 許次大氣環(huán)境的建立，以及在其它實(shí)例中，真空環(huán)境的建立。在這些 實(shí)施例中，熱源151可附加至工藝腔體160，或可以光束152可導(dǎo)引且
20無非所需耗損之方式耦合至工藝腔體160。在其它狀況中，熱源151 可(至少部分地)置于個(gè)別工藝腔體中。在一些實(shí)施例中，襯底101可在 次大氣或真空環(huán)境中預(yù)熱以便進(jìn)一步在金屬線122之整個(gè)方向性加熱 過程中促進(jìn)釋氣及/或維持金屬線122在升高溫度，藉此減輕熱源151 將暴露于移動(dòng)加熱區(qū)域153之金屬線122升高至目標(biāo)溫度以上之限制。
25 在又一實(shí)施例中，熱處理可包括進(jìn)一步步驟，其中金屬線122暴
露于減壓氣體環(huán)境以藉此提供金屬線122之大致上不氧化之金屬表面。 為了此目的，混合氣體(forminggas)或氫與鈍氣之其它混和物，鈍氣如 氬、氙、氪等，可引入工藝腔體160，其中壓力范圍可自次大氣條件至 大氣或升高壓力條件。在減壓環(huán)境基礎(chǔ)之熱處理可與方向性區(qū)域加熱
30 同時(shí)執(zhí)行，或可在區(qū)域加熱工藝步驟后執(zhí)行。例如，在一敘述性實(shí)施 例中，當(dāng)金屬線122接受方向性區(qū)域加熱時(shí)，第一熱處理步驟可在真
空環(huán)境中執(zhí)行，而在另一實(shí)施例中，在區(qū)域加熱前可實(shí)施非方向性加 熱步驟且真空環(huán)境可在后續(xù)區(qū)域加熱期間維持。之后，第二熱處理， 其可包括非方向性及/或方向性加熱歩驟，可在減壓環(huán)境中實(shí)施以強(qiáng) 化該線122之金屬純度。
5 圖le繪示基板101之平面圖，其中熱源151或至少其部分設(shè)為讓
在基板101之延伸"垂直"部分能夠進(jìn)行時(shí)間序列或方向式熱處理，或 使非掃描方向跨過整個(gè)襯底101加熱之局部局限加熱區(qū)域153能夠產(chǎn) 生，該非掃描方向性亦即，圖le中，箭頭161所指示垂直方向。至此， 熱源151可包括適當(dāng)光束光學(xué)組件(未圖標(biāo))以在垂直方向塑造光束152
io為縱向(longitudinal)形狀。例如，熱源151可包括多條光纖(未圖標(biāo))， 該多條光纖垂直排列以在襯底101上提供多條緊密間隔開之激光束。 再者，提供多條光纖亦允許使用兩種或更多種雷射光源，如果掃描如 200毫米或300毫米襯底之大直徑襯底所需能量可能不由單一雷射提 供。再者，適當(dāng)聚焦組件，如透鏡，可在光纖末端提供以產(chǎn)生所期望
15 之高聚焦激光束。另一方面，個(gè)別光學(xué)耦合器可用于有效率耦合激光 束及將其分離至多條光纖。
圖lf為根據(jù)進(jìn)一歩敘述性實(shí)施例繪示圖le熱源151之截面圖。在 此實(shí)施例中，熱源151亦可顯著地延伸于橫向，即圖le之垂直方向或 垂直于圖lf之圖式平面之方向，其中熱經(jīng)過熱傳導(dǎo)媒介(heattransfer
20 medium)155傳導(dǎo)至多條金屬線122。熱傳導(dǎo)媒介155可以熱氣體形式 提供，例如熱氮?dú)饣蚱渌魏芜m當(dāng)實(shí)質(zhì)之鈍氣。在另一實(shí)施例中，熱 傳導(dǎo)媒介155可以適當(dāng)流體之蒸氣形式提供，該流體具有之冷凝溫度 為等于或高于用以局部加熱該金屬線122之目標(biāo)溫度。因此，在此實(shí) 施例中，當(dāng)提供至該金屬線122上時(shí)，熱傳導(dǎo)媒介155可接觸或冷凝
25于金屬線122上，藉此以高效率方式局部傳導(dǎo)熱，因?yàn)橹苯咏佑|金屬 線122及額外產(chǎn)生之潛在熱(latentheat)。為提供熱傳導(dǎo)媒介155至金屬 線122上，熱源151可包括多個(gè)單獨(dú)的噴嘴156，或可包括一個(gè)或多個(gè) 伸長(zhǎng)噴嘴信道(elongated nozzle channels),該噴嘴信道相對(duì)于長(zhǎng)度方向 125橫向地延伸以便形成噴嘴條(nozzle bar)或噴嘴"間隙(gap)"在非掃
30 描方向(圖le中，垂直方向)。例如，可以提供單一橫向間隔作為伸長(zhǎng) 的噴嘴，藉此讓多條金屬線122可依據(jù)伸長(zhǎng)噴嘴的橫向延伸同步處理。
一個(gè)或多個(gè)噴嘴156可設(shè)為以沿著長(zhǎng)度方向125高度局部化方式供給 熱傳導(dǎo)媒介155，其中噴嘴開口尺寸可大約為1微米且與金屬線的距離 保持大約數(shù)微米以內(nèi)。在其它實(shí)施例中，熱傳導(dǎo)媒介155可以液態(tài)形 式提供，其可在冷卻之后固化。例如，熔融聚合物材料可以方向性方 5式"沉積"以提供局部局限加熱區(qū)域153。在熱處理之后，聚合物材料可 以完整建立之蝕刻工藝去除。
在又一實(shí)施例中，熱源可經(jīng)由輻射傳遞熱。在此狀況中，熱源151 可包括在非掃描方向延伸的加熱組件，但限制在掃描或長(zhǎng)度方向125 的尺寸。例如加熱組件可包括導(dǎo)體，如連接至對(duì)應(yīng)電源之導(dǎo)線，該電
io 源通過使電流流過導(dǎo)線來加熱導(dǎo)線。再者，導(dǎo)線可結(jié)合至適當(dāng)聚焦系 統(tǒng)，該聚焦系統(tǒng)可導(dǎo)引熱輻射至金屬線122上，藉此形成沿著非掃描 方向延伸之聚焦線。
在操作如圖le與lf之熱源151時(shí)，以連續(xù)或步進(jìn)移動(dòng)之掃描操作 可執(zhí)行一次、兩次或數(shù)次，依據(jù)工藝及器件需求而定。藉此，可改變
15 熱源151與金屬線122的距離以便調(diào)整移動(dòng)之加熱區(qū)域153的有效溫 度。再者，有效溫度可由控制有效掃描"速度"來改變或額外調(diào)整，無 論是使用連續(xù)或歩進(jìn)式移動(dòng)。
參考圖2a至2d，現(xiàn)在更詳細(xì)敘述本發(fā)明之進(jìn)一步敘述性實(shí)施例。 圖2a以截面圖繪示，半導(dǎo)體器件200包括襯底201，該襯底201具有
20 —層或多層金屬化層210、 220形成于其上。根據(jù)襯底201之特性，采 用先前解釋且參考襯底101之相同標(biāo)準(zhǔn)。金屬化層210、 220之至少一 者可代表極度縮小之半導(dǎo)體器件之銅基金屬化層。因此，金屬化層210 可包括介電層211，介電層211可以例如低k介電材料等之任何適當(dāng)材 料形成，且金屬化層210可包括含有銅及/或其任何合金之金屬線212，
25其中金屬線212可由適當(dāng)阻擋層217而與介電層211及下層襯底201 分開。類似地，金屬化層220可包括由如低k介電材料等任何適當(dāng)材 料組成之介電層221。介電層221包括多個(gè)溝槽226，溝槽226具有在 寬度方向224之橫向尺寸(lateral dimension),于精細(xì)之器件中，該橫向 尺寸可為數(shù)個(gè)微米至100奈米及甚至更小之等級(jí)。再者，溝槽226定
30 義長(zhǎng)度方向225，長(zhǎng)度方向225大致上垂直橫向方向224。介電層221 與溝槽226之暴露表面系以阻擋層227覆蓋，阻擋層227上形成有晶
種層(seed layer)228。晶種層228可由銅或促進(jìn)后續(xù)電化學(xué)沉積工藝中 于溝槽226內(nèi)沉積金屬之任何其它適當(dāng)材料組成。在一敘述性實(shí)施例 中，晶種層228由大致上與后續(xù)電化學(xué)沉積將沉積之材料相同之材料 組成。
5 如圖2a所示之器件200可由下列工藝形成。在襯底201中或其上
形成任何電路組件之后，金屬化層210可根據(jù)工藝策略形成，如將以 層220之形成解釋之。亦即，例如以完整建立之化學(xué)氣相沉積(CVD) 技術(shù)及/或旋轉(zhuǎn)涂布技術(shù)來沉積適當(dāng)介電材料，接著以先進(jìn)光刻及蝕 刻技術(shù)在介電層221中形成溝槽226。如前所解釋，在需要極高操作速
io度的先進(jìn)集成電路中，形成于金屬化層220中之溝槽226大致上沿著 長(zhǎng)度方向225互相平行，而例如金屬線212亦可互相平行但走向?yàn)檠?著方向224。在圖案化介電層220之后，阻擋層227可通過完整建立之 濺鍍沉積技術(shù)、原子層沉積CAIXO、 CVD等形成。之后，晶種層228 可由例如濺鍍沉積或無電電鍍等形成。在一特定實(shí)施例中，銅襯底料
15 可沉積作為晶種層228。
之后，器件200可接受以230標(biāo)示之熱處理，其中熱處理230以 類似于參考圖la至lf敘述之方法執(zhí)行。換言之，沿著長(zhǎng)度方向225 掃描時(shí)，可以局部局限方式執(zhí)行熱處理230來加熱至少該晶種層228， 亦即，通過產(chǎn)生如圖lc至lf所述之加熱區(qū)域。因此，通過熱處理230
20 之方法，可改變晶種層228之結(jié)晶結(jié)構(gòu)以通過提供加強(qiáng)之結(jié)晶結(jié)構(gòu)于 后續(xù)主體金屬之電化學(xué)沉積而降低晶粒邊界之?dāng)?shù)目。熱處理230可在 大致上鈍性環(huán)境或減壓環(huán)境中執(zhí)行，以便有效抑制晶種層228的腐蝕 及變色(discoloration)。
圖2b繪示在進(jìn)一步制造階段之半導(dǎo)體器件220。器件200包括填
25充于溝槽226中之金屬229，其中過量的金屬在金屬化層220上形成大 致上封閉的層。金屬229可由銅及/或銅合金組成，銅合金包括金、 鎳、鈀等元素。金屬229可通過電鍍形成，其中根據(jù)錯(cuò)合物電解質(zhì)而 定，可獲得大致上不含孔隙填充之溝槽226。在沉積工藝中，加速劑、 抑制劑、錯(cuò)合劑等形式之污染物可并入金屬229中且在操作器件200
30時(shí)會(huì)損害金屬229之性能。因此，在一敘述性實(shí)施例中，如圖2b所示 之器件200在鈍性或次大氣或真空環(huán)境235中接受熱處理以促進(jìn)含于
金屬層229之污染物的釋氣。再者，在一些實(shí)施例中，在環(huán)境235之 熱處理可設(shè)計(jì)為同時(shí)預(yù)熱襯底200至特定溫度以加強(qiáng)后續(xù)用以改變金 屬229結(jié)晶結(jié)構(gòu)之熱處理的效率，亦即，襯底201可加熱至低于用于 改變結(jié)晶結(jié)構(gòu)熱處理之目標(biāo)溫度的溫度。在一實(shí)施例中，在額外或另 5 外的預(yù)熱工藝之外及在提供額外或另外的次大氣或真空環(huán)境235之外， 器件200可接受熱處理以沿著長(zhǎng)度方向225產(chǎn)生局部局限加熱區(qū)域， 如圖lc至lf所描述。在一些實(shí)施例中，方向性熱處理可在一些金屬填 充于線122后進(jìn)行。在此狀況中，填充工藝可中斷以由上述之任何適 當(dāng)方式進(jìn)行方向性熱處理。之后，可恢復(fù)填充工藝。因此，部分填充
io于金屬線122之金屬之結(jié)晶度可在填充工藝期間改良且亦可增進(jìn)污染 物的釋氣。在一些實(shí)施例中，該中介(intermediate)方向性熱處理可實(shí)行 多于一次以促進(jìn)整體效率。因此，方向性熱處理可或可不在完成晶種 層228之后立刻執(zhí)行。
結(jié)果，金屬層229之結(jié)晶結(jié)構(gòu)可有效改進(jìn)以降低晶粒邊界數(shù)目，
15如之前所述。當(dāng)前述執(zhí)行之熱處理230(圖2a)與沿著長(zhǎng)度方向225掃描 之額外熱處理結(jié)合時(shí)，整體效率可顯著地增進(jìn)，因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)過方向性 熱處理之晶種層228之電化學(xué)沉積之金屬229可能己經(jīng)提供強(qiáng)化的結(jié) 晶結(jié)構(gòu)，其可接著甚至更有效地改良。
根據(jù)其它敘述性實(shí)施例，可省略熱處理230及/或在環(huán)境235之
20處理及/或以金屬層229為基礎(chǔ)沿著長(zhǎng)度方向225之熱處理，及如圖 2b所示之襯底200可接受用于去除層229之任何過量金屬之工藝。為 此目的，可執(zhí)行電化學(xué)去除工藝及/或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝以去除 在層220水平表面之過量金屬及阻擋層227。之后，可建立環(huán)境235， 且污染物可由相對(duì)應(yīng)金屬線驅(qū)逐出。再者，在此制造階段，在一實(shí)施
25例中，熱處理可以沿著長(zhǎng)度方向225之金屬線之序列加熱局限部分執(zhí) 行，如前述及參考圖lc至lf。因此，熱處理可在環(huán)境235執(zhí)行以同歩 促進(jìn)污染物釋氣，其中亦可執(zhí)行預(yù)熱以使襯底201在整個(gè)方向性熱處 理過程中維持特定升高溫度。
在又一實(shí)施例中，在填充金屬至線222期間或在形成金屬線222
30之后，可執(zhí)行熱處理，其中器件200系暴露于真空環(huán)境235達(dá)特定時(shí) 間期間，且接著暴露于具有如上所述之適當(dāng)氣體混合物之減壓環(huán)境，
以進(jìn)一步增進(jìn)金屬線222之純度。在一些實(shí)施例中，包括在真空環(huán)境 235中之至少一步驟及在減壓環(huán)境中之進(jìn)一步步驟的熱處理可結(jié)合如 前圖la至lf及圖2a所述之方向性區(qū)域加熱，而在其它實(shí)施例中，當(dāng) 因?yàn)樵鲞M(jìn)金屬線純度之導(dǎo)電性改良被認(rèn)為足夠時(shí)，可忽略區(qū)域加熱。 5 在其它實(shí)施例中，介電層221可包括低k材料，如SiCOH、 MSQ、
HSQ、 SiLK等，其形成后可本身呈現(xiàn)與習(xí)知介電質(zhì)相比降低的機(jī)械穩(wěn) 定性，該些習(xí)知介電質(zhì)包括二氧化硅、氟摻雜之二氧化硅、氮化硅等。 通過熱處理金屬線222，至少在金屬線222的鄰近區(qū)域之介電層221 亦可被處理。在此方式中，可改良例如硬度之機(jī)械特性，因?yàn)橐恍┑蚹
io材料的硬度可因如雷射光之處理顯著增加。在一些實(shí)施例中，介電層 221的處理可大致上在大致上介電層221之所有暴露表面部分執(zhí)行，藉 此提供改進(jìn)包括低k介電材料之金屬化層堆棧的整體穩(wěn)定度的可能性。 如之前所解釋，參考圖lc至le，用于產(chǎn)生沿著長(zhǎng)度方向225掃描 之局部加熱區(qū)域之熱源(如源151)可提供輻射光束，其吸收度與因此之
15熱傳導(dǎo)效率可根據(jù)如波長(zhǎng)、粒子能量等光束特性。例如，雷射源之波 長(zhǎng)可造成金屬上之適當(dāng)高度反射率，因此降低從光束至金屬之能量傳 導(dǎo)。因此，在一些實(shí)施例中，在方向性熱處理前可形成熱傳導(dǎo)層(heat transfer layer),其中選擇該熱傳導(dǎo)層的特性以允許適當(dāng)高能量累積于該 層內(nèi)，藉此替下層金屬提供加強(qiáng)的熱傳導(dǎo)。
20 圖2c繪示在上述去除層229之過量金屬歩驟之后及形成熱傳導(dǎo)層
236形成之后的器件200。熱傳導(dǎo)層236可包括如聚合物材料等之任何 適當(dāng)介電材料，該介電材料具有特性以便吸收光束237的顯著部分， 光束237系設(shè)計(jì)用來建立加熱區(qū)域238，加熱區(qū)域238系局部局限在長(zhǎng) 度方向225，亦即垂直于圖2c之繪圖平面之方向，而在水平方向224，
25加熱區(qū)域238可延伸橫越多條金屬線222。當(dāng)光束237包括特定波長(zhǎng)之 激光束時(shí)，可設(shè)計(jì)熱傳導(dǎo)層236之厚度及消光系數(shù)(extinction coefficient) 以便吸收高比例的輻射強(qiáng)度。熱傳導(dǎo)層236可根據(jù)完整建立的沉積技 術(shù)來形成，如PECVD、旋轉(zhuǎn)涂布等。形成之后，可進(jìn)行基于光束237 之熱處理以改變金屬線222之結(jié)晶結(jié)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，當(dāng)經(jīng)由熱
30傳導(dǎo)媒介傳遞熱時(shí)，如參考圖lf所述者，提供熱傳導(dǎo)層236亦可有利 地避免熱傳導(dǎo)媒介與金屬線222的直接接觸。結(jié)果，可使用多種熱傳
導(dǎo)媒介，如超熱水蒸氣(super-heatedwatervapor)，而不會(huì)負(fù)面影響金屬 線222。
圖2d繪示在去除熱傳導(dǎo)層236后之器件200，其可通過任何適當(dāng) 且完整建立技術(shù)來完成，如等方向性蝕刻、電漿蝕刻等。去除熱傳導(dǎo) 5 層236期間及之后，可建立代表次大氣環(huán)境或真空環(huán)境之環(huán)境235以 促進(jìn)任何污染物釋氣，該污染物可能已在電化學(xué)沉積期間及/或形成 及去除熱傳導(dǎo)層236期間并入者。之后，在一些實(shí)施例中，可改變環(huán) 境235以包括減壓氣體環(huán)境以用于進(jìn)一步強(qiáng)化金屬線222之純度。 結(jié)果，本發(fā)明提供能夠用于形成增加電性效能特性之金屬線之技
io 術(shù)，其中提供金屬具有提升的純度及/或改良金屬之結(jié)晶度。結(jié)晶度 的改良可根據(jù)熱處理執(zhí)行，該熱處理包括局部局限區(qū)域的加熱，其中 該局部局限加熱區(qū)域系沿著金屬線的長(zhǎng)度方向掃描以降低在此方向之 晶粒邊界數(shù)目。再者，以局部局限加熱區(qū)域沿著長(zhǎng)度方向掃描之熱處 理可有效地與次大氣環(huán)境、真空環(huán)境及減壓環(huán)境之熱處理結(jié)合，以促
15 進(jìn)在金屬線中之任何污染物之釋氣。在一特定實(shí)施例中，可在熱處理 的第一階段期間建立真空環(huán)境及在熱處理的第二最終階段期間建立減 壓環(huán)境，其中包括至少此兩種環(huán)境的熱處理可以不采用方向性區(qū)域加 熱或可結(jié)合方向性區(qū)域加熱執(zhí)行。藉此，區(qū)域加熱可在至少部分地建 立有真空環(huán)境及/或至少部分地建立有減壓環(huán)境下執(zhí)行。結(jié)果，可改
20 善在金屬線中對(duì)電及應(yīng)力遷移之耐性及其它應(yīng)力引發(fā)材料傳遞現(xiàn)象， 藉此亦可增加包括金屬化層之半導(dǎo)體的可靠度。
上面所揭露特定實(shí)施例僅為敘述性，對(duì)于熟習(xí)該項(xiàng)技術(shù)者而言以 不同但相等的方改良及實(shí)施本發(fā)明具有本文教示之優(yōu)點(diǎn)為明顯的。例 如，前面所提出工藝歩驟可以不同順序進(jìn)行。再者，并無意圖限制本
25 發(fā)明為在此所顯示的詳細(xì)構(gòu)造或設(shè)計(jì)，除非在下列權(quán)利要求書所界定 者。因此上述揭示特定實(shí)施例可改變或改良且所有此等變化為在本發(fā) 明之范圍與精神內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體器件100的金屬化層的介電層111中形成金屬線112，該金屬線沿著長(zhǎng)度方向125延伸；以及以時(shí)間序列方式執(zhí)行熱處理以沿著該長(zhǎng)度方向125改變溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成該金屬線112的步驟包括在該介電層中形成溝槽且以該金屬填充該溝槽。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，至少一部分的該金屬以電化 學(xué)沉積技術(shù)填充，使過量金屬形成在該金屬線上，且其中該熱處理在 去除該過量金屬前執(zhí)行。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，填充該金屬的步驟包括通過電化學(xué)沉積工藝沉積至少一部分的該金屬以及去除在該電化學(xué)沉積工 藝期間所沉積的過量金屬，且其中該熱處理在去除該過量金屬后執(zhí)行。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行該熱處理的步驟包括將 20 輻射及粒子的至少之一的局部局限光束導(dǎo)引至該金屬線的第一部分上，并且沿著該長(zhǎng)度方向在該局部局限光束與該金屬線間產(chǎn)生相對(duì)移 動(dòng)，以照射鄰近該第一部分的第二部分。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，該相對(duì)移動(dòng)是大致上連續(xù)的 移動(dòng)。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，該局部局限光束包括激光束。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，還包括在導(dǎo)引該局部局限光束至該 30金屬線上之前，在該金屬線112上形成熱傳導(dǎo)層236。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括在該熱處理之后去除該熱傳 導(dǎo)層236。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，在去除該熱傳導(dǎo)層236之 5前及之后，使該金屬線112暴露于次大氣環(huán)境及真空環(huán)境的其中之一以促進(jìn)該金屬線中的污染物的釋氣。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使該金屬線112暴露于次 大氣環(huán)境及真空環(huán)境的其中之一，以促進(jìn)該金屬線112中的污染物的 io 釋氣。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，當(dāng)該金屬線112暴露于 次大氣環(huán)境及真空環(huán)境的該其中之一時(shí)，執(zhí)行該熱處理。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括在暴露于次大氣環(huán)境及真空環(huán)境的其中之一后，暴露該金屬線112于減壓環(huán)境。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，通過將熱傳導(dǎo)媒介以局 部局限方式導(dǎo)引至該金屬線的部分上而執(zhí)行該熱處理。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，該熱傳導(dǎo)媒介包括具有 和該熱處理的目標(biāo)溫度一致的凝結(jié)溫度的蒸氣。
16. —種方法，包括下列步驟在介電層111中形成金屬線112，該介電層形成在包括半導(dǎo)體器件100的襯底上；執(zhí)行熱處理以改變?cè)摻饘倬€112的結(jié)晶結(jié)構(gòu)；以及暴露該金屬線112于真空環(huán)境以促進(jìn)該金屬線112中的污染物的釋氣。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，還包括在暴露于該真空環(huán)境之后，暴露該金屬線112于減壓環(huán)境。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，該熱處理包括設(shè)計(jì)成以 時(shí)間序列方式沿著該金屬線112的長(zhǎng)度方向改變溫度的加熱工藝。
19. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，當(dāng)該金屬線暴露于該真 空環(huán)境及該減壓環(huán)境的至少之一時(shí)，至少部分地執(zhí)行該熱處理。
全文摘要
通過改進(jìn)金屬線(112)的純度和/或結(jié)晶結(jié)構(gòu)，可增進(jìn)金屬線的整體效能，尤其是極度縮小的銅基半導(dǎo)體器件(100)。金屬線的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的改變可通過產(chǎn)生局部局限加熱區(qū)域，其為沿著金屬線(112)長(zhǎng)度方向掃描的熱處理，及/或包括在真空環(huán)境中的加熱步驟以及接著在減壓環(huán)境中的加熱步驟的熱處理而進(jìn)行。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101189715SQ200680017410
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者A·普羅伊塞, E·布赫霍爾茨, M·凱爾, P·黑策, W·布赫霍爾茨 申請(qǐng)人:先進(jìn)微裝置公司