本发明涉及操作pvd(物理气相沉积)设备的方法，特定来说涉及在清洁模式下操作pvd设备以从在半导体衬底上形成的导电特征移除材料的方法。本发明还涉及能够在清洁模式下操作的相关联的pvd设备。
背景技术：
1、先进的封装技术是半导体制造工艺的重要组成部分，且在推动装置的小型化方面发挥关键作用。随着装置的大小继续缩小且接触密度增加，由于期望装置的大小继续缩小且接触密度增加，后端线(beol)处理正受到越来越多的关注。beol处理的改进表示提高装置效率的潜在途径。
2、beol处理的一个关键方面是在凸块形成之前，在铝垫与凸块下钛金属化(ubm)层之间的界面处在晶片的封装侧上创建低电阻接触。
3、在沉积ti-cu接触层之前，需要对晶片进行图案化。此工艺导致铝垫暴露于大气，且因此被氧化。必须在沉积ti层之前移除此电阻氧化物层以形成良好的电接触。氧化物层的移除是通过在预清洁(溅射蚀刻)模块中溅射蚀刻al垫来实现的，之后在真空下将晶片转移到物理气相沉积(pvd)腔室，在其中执行ti的沉积。
4、图1是展示用于执行ubm金属化工艺的类型的常规现有技术pvd集群工具的示意图。晶片被装载到盒或前开口统一盒(foup)中，并被放置在真空盒升降机(vce)或装备前端模块(efem)1中以用于处理。晶片通过槽阀或装载锁被转移以进入在真空下操作的输送模块2。在典型的金属接触应用中，晶片在预热站3中脱气，其中从晶片移除挥发性材料，且晶片将接近所需的温度。然后将晶片移动到溅射蚀刻(预清洁)模块4，其中使用等离子体来使用例如ar及/或he的惰性气体溅射清洁晶片。在此步骤中，alox被从开口铝接合垫移除。一旦溅射清洁步骤完成，腔室返回到基本压力，且晶片5被转移到pvd沉积模块7。晶片在输送模块内的移动是通过使用真空机器人6来实现的。如所属领域中所众所周知的，在晶片上的pvd沉积通常通过在低压(通常约1到100mtorr)下在例如ar的惰性气体存在下向靶施加负dc电压来实现，以将靶材料溅射到晶片表面上。然而，所属领域的读者将了解，可使用基本pvd方法的其它众所周知的变体来实现溅射。商业生产工具可具有若干预热、溅射蚀刻(预清洁)及pvd沉积模块。由于预清洁的铝表面反应性很强，因此暴露于任何含氧气体将迅速导致al接合垫上的alox层的再生。在标准的现有技术工艺序列中，脱气步骤之后接着预清洁溅射蚀刻步骤。然后，钛粘附/势垒层的pvd沉积之后接着铜籽晶层的pvd沉积。已发现，在预清洁溅射蚀刻步骤的结束与钛pvd沉积步骤的开始之间通常需要30秒。
5、铝接合垫的图案化通常使用有机聚合物掩模(例如聚酰亚胺掩模)来实现。不幸的是，这引发一个重大问题。更明确来说，蚀刻预清洁模块中的晶片的行动不仅从al垫清除薄氧化物层，而且还导致图案化的有机聚合物掩模层中的击穿，这将氧化物种(例如co)释放到预清洁(蚀刻)模块中。此工艺在图2中描绘，其展示钝化层22上的铝接合垫20。铝接合垫由例如聚酰亚胺(pi)、聚苯并恶唑(pbo)或苯并环丁烯(bcb)掩模的有机聚合物掩模24掩蔽。通过氩离子26的溅射产生氧化物质，例如co 28。即使在最有利的情况下，在预清洁(蚀刻)模块与沉积腔室之间转移晶片所花费的时间(如上文所提及，其通常约为30秒)对于在预清洁期间通过掩模的溅射蚀刻释放的氧化物种与al表面反应来说也绰绰有余。这导致暴露的al垫上的薄氧化物层在几秒内再生。最小化这种再生氧化物层的厚度是最小化接触电阻的关键。
6、在用于ubm的传统pvd系统中，通过在蚀刻之前对晶片进行延长的高温脱气以移除气体杂质，通过在刻蚀工艺期间仔细控制晶片温度以最小化聚合物击穿，及通过减小刻蚀与沉积腔室之间的转移时间，此问题已被控制。然而，这些方法本质上只能改善晶片上的再生氧化物层的问题。这些方法都无法移除在预清洁模块中在处理后再生的氧化物层。
技术实现思路
1、因此，需要一种改进的处理方法，其可在不降低系统生产率的情况下进一步降低接触电阻。在本发明实施例中的至少一些中，本发明解决上文所描述的问题、期望及要求。特定来说，在本发明实施例中的至少一些中，本发明提供一种部分或完全移除上文所描述的类型的再生氧化物层的方法。尽管本发明在铝的金属化方面提供特定的优点，但本发明不限于这些应用，而是在通过pvd金属化之前从金属特征移除电阻层方面发现更一般的应用。
2、根据本发明的第一方面，提供一种操作pvd设备以在半导体衬底上形成的导电特征上执行清洁步骤及沉积步骤的方法，所述方法包括以下步骤：
3、提供pvd设备，其包括腔室，所述腔室具有衬底支撑件、靶、用于将rf偏压施加到所述衬底支撑件的rf偏压信号供应器及用于将电信号供应到所述靶的电信号供应器；
4、将其上具有导电特征的所述半导体衬底定位在所述衬底支撑件上；
5、通过将至少一种惰性气体引入所述腔室、将rf偏压施加到所述衬底支撑件及将具有相关联的电功率的电信号供应到所述靶来执行清洁步骤，其中所述rf偏压及电功率足以主要通过在同时溅射所述靶的同时使用所述惰性气体的离子蚀刻来从所述导电特征移除材料；及
6、通过在所述清洁步骤期间不向所述衬底支撑件施加rf偏压或施加小于施加到所述衬底支撑件的所述rf偏压的rf偏压及将具有相关联的电功率的电信号供应到所述靶来执行沉积步骤，其中所述rf偏压(如果存在)及电功率足以通过pvd将导电沉积材料沉积到所述导电特征上。
7、所述衬底支撑件可在所述清洁步骤期间处于第一位置处，且在所述沉积步骤期间处于第二位置处，其中所述第二位置比所述第一位置更靠近所述靶。所述衬底支撑件的所述第一位置可对应于大于100mm的靶到半导体衬底分离。
8、所述衬底支撑件的所述第二位置可对应于小于75mm的靶到半导体衬底分离，任选地对应于25到70mm的范围内的靶到半导体衬底分离。
9、在所述沉积步骤期间使用的到所述靶的所述电功率可大于在所述清洁步骤期间使用的所述电功率。
10、供应到所述靶的所述电信号可为dc电信号。替代地，供应到所述靶的所述电信号可为rf或脉冲dc电信号。针对例如钛沉积的应用，dc或脉冲dc是优选的，因为这些技术与优异的沉积速率相关联。原则上，供应到所述靶的所述电信号的类型可在所述清洁步骤与沉积步骤之间变化，但在实践中，在两个步骤中使用单个类型的电信号(例如，仅dc)通常更方便。
11、在所述清洁步骤期间使用的到所述靶的所述电功率可小于500w，且任选地小于200w。
12、在所述沉积步骤期间使用的到所述靶的所述电功率可大于1000w，任选地在2000到8000w的范围内，且任选地在3000到5000w的范围内。
13、在所述清洁步骤期间施加到所述衬底支撑件的所述rf偏压可导致施加到所述半导体衬底的dc偏压。所述dc偏压可大于70v，任选地大于250v，且任选地在250到500v的范围内。dc偏压可使用所属领域的读者所众所周知的技术容易地测量，且其可给出大体上相同的结果。例如，针对使用金属衬底支撑件的设备，可使用电压表及所述衬底支撑件的上表面与地面(例如，所述腔室的壁)之间的测量电路进行测量。大多数pvd设备是这种类型的。针对例如静电卡盘(esc)的衬底支撑件，可使用金属探针。
14、在所述沉积步骤期间施加到所述衬底支撑件的所述rf偏压或其缺失可导致施加到所述半导体衬底的dc偏压，其中所述dc偏压小于25v，且任选地在10到20v的范围内。
15、在所述清洁步骤期间施加到所述衬底支撑件的所述rf偏压可为在400到700w范围内的功率。如果在所述沉积步骤期间将rf偏压施加到所述衬底支撑件，那么其是低功率的，通常是小于50w的功率。在所述沉积步骤期间施加到所述衬底支撑件的所述rf偏压可为小于50w的功率。在所述沉积步骤期间没有rf偏压施加到所述衬底支撑件是可能的。
16、在所述清洁步骤期间使用的所述惰性气体可为氩气。替代地，所述惰性气体可为氦、氖或氙。通常，在所述沉积步骤期间，将至少一种惰性气体引入所述腔室中。为了方便起见，在所述清洁及沉积步骤期间使用相同的惰性气体。然而，原则上，可替代地使用不同的惰性气体用于所述清洁及沉积步骤。在所述清洁及沉积步骤中的一或两者期间，所述惰性气体可以50到200sccm范围内的流速引入所述腔室中。
17、从所述导电特征移除的所述材料可为电阻层，否则其会降低对所述导电特征的接触电阻。
18、从所述导电特征移除的所述材料可为形成所述导电特征的材料的氧化物。所述导电特征可由铝形成。从所述导电特征移除的所述材料可为氧化铝。所述铝导电特征可为用于所述半导体衬底的接合垫。
19、所述导电特征可由铝合金形成，任选地al/si、al/cu或al/si/cu。从所述导电特征移除的所述材料可为氧化物。
20、所述导电特征可由铜形成。所述铜导电特征可为大马士革互连件的组成部分。从所述铜导电特征移除的所述材料可为钛、钽、钛的氮化物或钽的氮化物中的一或多者。
21、沉积在所述导电特征上的所述导电沉积材料可为钛。替代地，通过pvd沉积在所述导电特征上的所述导电沉积材料可为铬、tiw、铜、钽、镍或钯。
22、将所述导电沉积材料沉积在所述导电特征上可为凸块下金属化(ubm)工艺的部分。
23、所述半导体衬底可为硅衬底，例如硅晶片。
24、所述半导体衬底可呈一或多个集成电路的形式。
25、根据本发明的第二方面，提供一种用于根据本发明的第一方面在半导体衬底上形成的导电特征上执行清洁步骤及沉积步骤的pvd设备，所述pvd设备包括：
26、腔室，其具有衬底支撑件；
27、靶；
28、rf偏压信号供应器，其用于将rf偏压施加到所述衬底支撑件；
29、电信号供应器，用于将电信号供应到所述靶；及
30、控制器，其中所述控制器经配置以根据本发明的第一方面控制所述pvd设备的操作。
31、所述控制器可经配置以在所述清洁步骤期间将所述衬底支撑件保持在第一位置处且在所述沉积步骤期间保持在第二位置处，其中所述第二位置比所述第一位置更靠近所述靶。
32、一般来说，磁控管组合件安置在所述靶的后面，这是所属领域的读者所众所周知的。
33、为避免疑问，每当本文提及“包括”或“包含”等术语时，本发明也应理解为包含更限制性的术语，例如“组成”及“本质上组成”。
1.一种操作pvd设备以在半导体衬底上形成的导电特征上执行清洁步骤及沉积步骤的方法，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底支撑件在所述清洁步骤期间处于第一位置处，且在所述沉积步骤期间处于第二位置处，其中所述第二位置比所述第一位置更靠近所述靶。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述衬底支撑件的所述第一位置对应于大于100mm的靶到半导体衬底分离。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中所述衬底支撑件的所述第二位置对应于小于75mm的靶到半导体衬底分离，任选地在25到70mm的范围内。
5.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中在所述沉积步骤期间使用的到所述靶的所述电功率大于在所述清洁步骤期间使用的所述电功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中供应到所述靶的所述电信号是dc电信号。
7.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中在所述清洁步骤期间使用的到所述靶的所述电功率小于500w，且任选地小于200w。
8.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中在所述沉积步骤期间使用的到所述靶的所述电功率大于1000w，任选地在2000到8000w的范围内，且任选地在3000到5000w的范围内。
9.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中在所述清洁步骤期间施加到所述衬底支撑件的所述rf偏压导致施加到所述半导体衬底的dc偏压，其中所述dc偏压大于70v，任选地大于250v，且任选地在250到500v的范围内。
10.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中在所述沉积步骤期间施加到所述衬底支撑件的所述rf偏压或其缺失导致施加到所述半导体衬底的dc偏压，其中所述dc偏压小于25v，且任选地在10到20v的范围内。
11.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中所述惰性气体是氩气。
12.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中从所述导电特征移除的所述材料是形成所述导电特征的材料的氧化物。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述导电特征由铝形成，且从所述导电特征移除的所述材料是氧化铝。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述铝导电特征是用于所述半导体衬底的接合垫。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述导电特征由铝合金形成，任选地al/si、al/cu或al/si/cu，且从所述导电特征移除的所述材料是氧化物。
16.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中所述导电特征由铜形成，且任选地从所述铜导电特征移除的所述材料是钛、钽、钛的氮化物或钽的氮化物中的一或多者。
17.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中沉积在所述导电特征上的所述导电沉积材料是钛。
18.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的方法，其中将所述导电沉积材料沉积在所述导电特征上是凸块下金属化ubm工艺的部分。
19.一种用于根据权利要求1所述的方法在半导体衬底上形成的导电特征上执行清洁步骤及沉积步骤的pvd设备，所述pvd设备包括：
20.根据权利要求19所述的pvd设备，其中所述控制器经配置以在所述清洁步骤期间将所述衬底支撑件保持在第一位置处且在所述沉积步骤期间保持在第二位置处，其中所述第二位置比所述第一位置更靠近所述靶。
