半导体器件金属化系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及半导体器件金属化系统和方 法。
【背景技术】
[0002] 半导体器件用于各种电子应用中，作为实例，诸如个人计算机、手机、数码相机以 及其他电子设备。通常通过以下步骤来制造半导体器件：在半导体衬底上方顺序地沉积绝 缘或介电层、导电层以及半导体材料层，并且使用光刻图案化各个材料层以在其上形成电 路组件和元件。
[0003] 通常在单个半导体晶圆上制造几十或几百个集成电路。通过沿着划线切割集成电 路而分离为单个的管芯。然后，例如，以其他类型的封装，或者直接用于最终应用的方式将 单个的管芯分别封装在多芯片模块中。
[0004] 在半导体器件中使用诸如金属或半导体的导电材料，以用于制造集成电路的电连 接。多年来，铝被用作电连接件的导电材料的金属，并且二氧化硅被用作绝缘体。然而，随 着器件尺寸减小，改变用于导体和绝缘体的材料，以改进器件性能。在一些应用中，铜现在 通常被用作互连件的导电材料。介电常数小于二氧化硅的介电常数的低介电常数（K)材料 已经开始在一些设计中被实现为互连件之间的绝缘材料。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种用于半导 体器件的金属化系统，包括：主机机架；以及多个模块，接近所述主机机架设置，其中，所述 多个模块之一包括物理汽相沉积（PVD)模块，并且所述多个模块之一包括紫外光（UV)固化 模块。
[0006] 在该金属化系统中，所述UV固化模块包括UV光源，所述UV光源包括选自基本由 Η、H+、D、V以及它们的组合所组成的组的灯泡类型。
[0007] 该金属化系统进一步包括：接近所述主机机架的运输区域和接近所述运输区域的 加载端口，其中，所述加载端口包括用于晶圆载体的支撑件，并且所述运输区域包括适合于 将包括半导体器件的晶圆从所述晶圆载体移动到所述主机机架中的机器人设备。
[0008] 在该金属化系统中，所述PVD模块包括适合于执行PVD工艺的装置，并且所述PVD 模块也包括适合于执行选自基本由以下工艺所组成的组的工艺的装置：脱气工艺、原子层 沉积（ALD )工艺、化学汽相沉积（CVD )工艺、紫外光（UV )曝光工艺、预清洁工艺、以及它们的 组合。
[0009] 根据本发明的另一方面，提供了一种处理半导体器件的方法，所述方法包括：将工 件放置在金属化系统中，所述金属化系统包括主机机架和接近所述主机机架设置的多个模 块，其中，所述多个模块之一包括物理汽相沉积（PVD)模块，并且所述多个模块之一包括紫 外光（UV)固化模块；以及使用所述金属化系统影响所述工件。
[0010] 在该方法中，影响所述工件包括：将所述工件放置在所述UV固化模块中；以及在 约200°C至约400°C的温度下、在具有He、Ar或N 2的周围环境气体中以及在约0. 1托至约 10托的压力下，在所述UV固化模块中对所述工件执行UV完全固化工艺或UV局部固化工 艺。
[0011] 在该方法中，所述工件包括设置在所述工件上的低介电常数（K)材料，所述低K材 料具有小于约3. 9的K值，执行所述UV完全固化工艺或所述UV局部固化工艺改变所述低K 材料的K值，并且影响所述工件包括：在约150°C至约400°C的温度下、在具有He、Ar、N2或含 碳硅烷的周围环境气体中以及在约1托至约100托的压力下，在所述UV固化模块中对所述 工件执行K值恢复工艺；所述含碳硅烷包括选自基本由C xHySi、CxHyOzSi、C xHyNvSi、CxHyO zNvSi 以及它们的组合所组成的组的化学物质。
[0012] 在该方法中，所述工件包括设置在所述工件上的低介电常数（K)材料，所述低K材 料具有小于约3. 9的K值，并且影响所述工件包括：将所述工件放置在所述UV固化模块中； 以及在约100°〇至约6001：的温度下、在具有41'、他、队、!1 2、順3、03、〇)2、或02的周围环境气 体中以及在约〇. 1托至约10托的压力下，在所述UV固化模块中对所述工件执行UV脱气工 艺或UV预清洁工艺。
[0013] 在该方法中，所述多个模块之一包括势垒模块，并且影响所述工件包括：将所述工 件放置在所述势垒模块中；在所述势垒模块中，在所述工件上方形成势垒层；从所述势垒 模块去除所述工件；将所述工件放置在所述UV固化模块中；以及在约KKTC至约600°C的 温度下、在具有Ar、He、N 2、H2、NH3、SiH4或Ne的周围环境气体中以及在约0. 1托至约10托 的压力下，在所述UV固化模块中对所述工件执行后势垒层UV处理。
[0014] 在该方法中，影响所述工件包括：将所述工件放置在所述PVD模块中；以及在所述 PVD模块中，在所述工件上方形成材料层。
[0015] 根据本发明的又一方面，提供了一种处理半导体器件的方法，所述方法包括：在工 件上方形成低介电常数（K)材料，所述低K材料具有小于约3. 9的K值；蚀刻所述低K材料； 将所述工件放置在所述金属化系统中，所述金属化系统包括物理汽相沉积（PVD)模块和紫 外光（UV)固化模块；在所述UV固化模块中固化所述低K材料；以及预清洁所述低K材料。
[0016] 在该方法中，固化所述低K材料包括：完全或局部固化所述低K材料。
[0017] 该方法进一步包括：在沉积所述低K材料之后，局部固化所述低K材料。
[0018] 在该方法中，固化所述低K材料改变所述低K材料的K值，并且所述方法进一步包 括：在固化所述低K材料之后，在所述UV固化模块中执行K值恢复工艺，以恢复所述低K材 料的K值。
[0019] 在该方法中，预清洁所述低K材料包括：在所述UV固化模块中预清洁所述低K材 料。
[0020] 在该方法中，所述金属化系统进一步包括势垒模块，并且所述方法进一步包括：在 所述势垒模块中，在所述低K材料上方沉积势垒层。
[0021] 在该方法中，所述金属化系统进一步包括晶种模块，并且所述方法进一步包括：在 所述晶种模块中，在所述势垒层上方沉积晶种层。
[0022] 该方法进一步包括：在所述晶种层上方形成导电材料。
[0023] 该方法进一步包括：化学-机械抛光或蚀刻所述工件以去除所述低K材料的顶面 上方的所述导电材料、所述晶种层以及所述势垒层，并且形成设置在所述低K材料内的多 个导电部件。
[0024] 在该方法中，所述方法进一步包括：在所述金属化系统的单室中，对所述工件执行 烘焙工艺、脱气工艺以及预清洁工艺。
【附图说明】
[0025] 为了更完整地理解本发明及其优点，现在将结合附图进行的以下描述作为参考， 其中：
[0026] 图1是根据本发明的一些实施例处理半导体器件的方法的流程图；
[0027] 图2是根据一些实施例用于包括紫外光（UV)固化模块的半导体器件的金属化系 统的框图；
[0028] 图3是根据一些实施例包括多个半导体器件的半导体晶圆的俯视图；以及
[0029] 图4至图6是根据一些实施例处于各个制造阶段的图3所示的多个半导体器件之 一的一部分的截面图。
[0030] 除非另外指出，否则不同图中的相应数字和符号通常是指相应部件。绘制图以清 楚地示出实施例的相关方面，并且不必须按比例绘制。
【具体实施方式】
[0031] 以下详细地论述本发明的一些实施例的制造和使用。然而，应该想到，本发明提供 许多可以在各种具体环境中实现的可应用的发明概念。所论述的特定实施例仅说明制造和 使用本发明的特定方式，并且不限制本发明的范围。
[0032] 本发明的一些实施例涉及用于半导体器件的处理系统和方法。本文中将描述新的 金属化系统和方法，其中，UV固化模块包括在金属化系统中，并且改进在金属化系统中所执 行的各个工艺的结果。
[0033] 图1是根据本发明的一些实施例的处理半导体器件(参照图3至图6所示的半导 体器件162)的方法的流程图100。首先，提供包括工件(参照图4所示的工件170)的半导 体器件。半导体器件在分离之前为晶圆形式(参照图3所示的晶圆160)，本文中将对其进行 进一步描述。然后，执行图1所示的流程图100的步骤l〇2a或步骤102b。
[0034] 在步骤102a中，低K材料(参照图4所示的低K材料172)沉积在半导体器件上， 例如，沉积在工件上方。在一些实施例中，低K材料具有小于SiO 2的介电常数的介电常数 或K值，其中，SiO2的介电常数为约3.9。
[0035] 在步骤102b中，低K材料沉积在半导体器件上，并且执行UV局部固化。一些低K 材料是多孔的和/或有点软，并且例如，要求在沉积之后进行固化。例如，在一些应用中，固 化低K材料去除低K材料中的致孔剂（porogen)并且降低低K材料的整体