專利名稱：使用羰基原料的金屬膜的成膜方法、多層配線構(gòu)造的形成方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般的半導(dǎo)體裝置的制造，特別涉及在多層配線構(gòu)造的形成中使用的金屬膜的成膜方法和成膜裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)今的超微細(xì)化半導(dǎo)體集成電路裝置中，為了使形成在基板上的數(shù)量巨大的半導(dǎo)體元件相互連接，使用以低電阻金屬作為配線圖案
的多層配線構(gòu)造。特別是在以Cu作為配線圖案的多層配線構(gòu)造中，一般使用金屬鑲嵌法(damascene)或雙層金屬鑲嵌法(dual damascene),即，在由硅氧化膜或相對(duì)介電常數(shù)更低的所謂低介電常數(shù)(low-K)材料構(gòu)成的層間絕緣膜中預(yù)先形成配線槽或通孔(viahole)，以Cu層填充它們，通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)除去剩余的Cu層部分。
在金屬鑲嵌法或雙層金屬鑲嵌法中，典型的是以由Ta、 TaN等高熔點(diǎn)金屬或其氮化物構(gòu)成的隔阻金屬(barrier metal)膜覆蓋形成在層間絕緣膜中的配線槽或通孔的表面，在其上通過(guò)PVD法或CVD法形成薄的Cu種層，將該Cu種層作為電極進(jìn)行電解鍍，從而由Cu層填充上述配線槽或通孔。
專利文獻(xiàn)h日本特開(kāi)2004 — 346401號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本專利2990551號(hào)
專利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2004—156104號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)今的半導(dǎo)體集成電路裝置中，隨著微細(xì)化，形成在層間絕緣膜中的Cu通孔塞(via plug)的直徑從65nm縮小至45nm，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，預(yù)測(cè)通孔塞直徑能夠進(jìn)一步縮小至32nm或22nm。
隨著這樣的半導(dǎo)體集成電路裝置的微細(xì)化，在該微細(xì)的通孔或配線槽中，隔阻金屬膜或Cu種層的成膜，在現(xiàn)有的PVD法中，從階梯覆蓋(step coverage)的觀點(diǎn)出發(fā)變得困難，于是開(kāi)始研究利用在不對(duì)由low-K材料構(gòu)成的層間絕緣膜造成損傷的低溫下能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的階梯覆蓋的MOCVD法或ALD法的成膜技術(shù)。
但是，MOCVD法、ALD法一般使用金屬原子與有機(jī)基結(jié)合而成的有機(jī)金屬原料，因此容易在形成的膜中殘留雜質(zhì)，因此即使是看似以良好的階梯覆蓋形成的膜，膜質(zhì)也不穩(wěn)定，例如在Ta隔阻金屬膜上通過(guò)MOCVD法形成有Cu種層的情況下，形成的Cu種層容易產(chǎn)生凝集，難以形成穩(wěn)定地以一樣的膜厚覆蓋Ta隔阻膜的Cu種層的膜。如果以這樣產(chǎn)生了凝集的種層作為電極進(jìn)行Cu層的電解鍍，則在填充配線槽或通孔的Cu層中包含潛在的缺陷，不僅引起電阻的增大，而且引起電遷移耐性、應(yīng)力遷移耐性的劣化等的問(wèn)題。
另一方面，在本發(fā)明的關(guān)聯(lián)技術(shù)中，提出了如下的技術(shù)方案，艮P，在Ta隔阻膜上通過(guò)CVD法形成Ru膜，在其上通過(guò)MOCVD法形成Cu種層，從而回避Cu種層的凝集的問(wèn)題，形成均勻的Cu種層。在該本發(fā)明的關(guān)聯(lián)技術(shù)中，將Ru的羰基(carbonyl)原料和高濃度的CO氣氛一同供給至被處理基板表面，抑制輸送過(guò)程中的Ru羰基原料的分解。
另一方面，半導(dǎo)體集成電路裝置的微細(xì)化進(jìn)一步進(jìn)行，例如在形成在層間絕緣膜中的通孔徑為22nm或其以下的情況下，這樣的CVD法在階梯覆蓋上出現(xiàn)極限，認(rèn)為會(huì)出現(xiàn)難以進(jìn)行期望的成膜的控制的狀況。
作為覆蓋這樣的具有非常微細(xì)的通孔或非常大的縱橫(aspect)比的構(gòu)造的成膜技術(shù)，先前所述的ALD法是有希望的。
但是，在ALD法中，(1)將原料吸附到被處理基板表面、(2)過(guò)剩的原料的吹掃、(3)由還原氣體或氧化氣體引起的吸附在被處理基板表面的原料的分解、以及(4)反應(yīng)生成物和殘留反應(yīng)氣體的吹掃這四個(gè)工序構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，需要重復(fù)執(zhí)行它們，存在只能夠得到低成膜生產(chǎn)能力的問(wèn)題。此外，在使用有機(jī)金屬原料的ALD法中，在上述工序(1)中金屬原子以在原料氣體分子中通過(guò)有機(jī)基被配位的狀態(tài)輸送至被處理基板表面，在上述工序(3)中由于上述有機(jī)基的脫離而產(chǎn)生上述金屬原子的沉積，因此，在上述被處理基板表面中的上述有機(jī)基所占有的部分不會(huì)產(chǎn)生金屬原子的沉積，因此，當(dāng)希望形成一原子層的量的金屬膜時(shí)，需要重復(fù)多次上述循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種金屬膜的成膜方法，其特征在于，包括第一工序，將金屬元素的羰基原料以氣相分子的形態(tài)與抑制上述氣相分子的分解的氣相成分一起供給至被處理基板表面，其中，將上述氣相成分的分壓設(shè)定為抑制上述羰基氣相原料分子的分解的第一分壓；和第二工序，使上述氣相成分的分壓在上述被處理基板表面變化為產(chǎn)生上述羰基原料的分解的第二分壓，使上述金屬元素沉積在上述被處理基板表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種多層配線構(gòu)造的形成方法，其包括以與上述凹部匹配的形狀利用隔阻金屬膜覆蓋上述絕緣膜和上述凹部的工序；在上述隔阻金屬膜上以與上述凹部匹配的形狀形成RU膜的工序；在上述Ru膜上以與上述凹部匹配的形狀形成Cu種層的工序；通過(guò)進(jìn)行以上述Cu種層作為電極的電解鍍，利用Cu層填充上述凹部的工序；和通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨除去上述絕緣膜表面上的Cu層的工序，該多層配線構(gòu)造的形成方法的特征在于形成上述RU膜的工序包括第一工序，將RU3 (CO) ^原料以氣相分子的形態(tài)與CO氣體一起
供給至包含上述凹部的上述絕緣膜表面，其中，將上述co氣體分壓
設(shè)定為抑制Ru3 (CO) 12原料的分解的第一分壓；和第二工序，使上述CO氣體的分壓變化為產(chǎn)生上述Ru3(CO)12原料的分解的第二分壓，使Ru沉積在上述絕緣膜表面。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種具有多層配線構(gòu)造的
半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括在構(gòu)成上述多層配線構(gòu)
造的層間絕緣膜中形成凹部的工序；以與上述凹部匹配的形狀利用隔阻金屬膜覆蓋上述層間絕緣膜和上述凹部的工序；在上述隔阻金屬膜上以與上述凹部匹配的形狀形成Ru膜的工序；在上述Ru膜上以與上述凹部匹配的形狀形成Cu種層的工序；通過(guò)進(jìn)行以上述Cu種層為電極的電解鍍，利用Cu層填充上述凹部的工序；和通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨除去上述層間絕緣膜表面上的Ql層的工序，形成上述RU膜的工序包括
第一工序，將Ru3 (CO) ,2原料以氣相分子的形態(tài)與CO氣體一起供給至包含上述凹部的上述絕緣膜表面，其中，將上述CO氣體分壓設(shè)定為抑制RU3 (CO) 12原料的分解的第一分壓；和第二工序，使上述CO
7氣體的分壓變化為產(chǎn)生上述Ru3 (CO) 12原料的分解的第二分壓，使Ru沉積在上述絕緣膜表面。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種基板處理裝置，其包括具有保持被處理基板的基板保持臺(tái)的處理容器；對(duì)上述處理容器進(jìn)行排氣的排氣系統(tǒng)；向上述處理容器供給金屬羰基原料的氣體的第一氣體供給系統(tǒng)；向上述處理容器供給抑制上述金屬羰基原料的分解的氣體的第二氣體供給系統(tǒng)；向上述處理容器供給惰性氣體的第三氣體供給系統(tǒng)；以及控制上述第一、第二和第三氣體供給系統(tǒng)的控制部，該基板處理裝置的特征在于上述控制部控制上述第三氣體供給系統(tǒng)中的上述惰性氣體的流量，使上述處理容器中上述被處理基板表面的抑制上述金屬羰基原料的分解的氣體的分壓在第一分壓和第二分壓之間變化，其中，在第一分壓下，在上述被處理基板表面抑制上述金屬羰基原料的分解，在第二分壓下，在上述被處理基板表面產(chǎn)生上述金屬羰基原料的分解。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)添加抑制金屬羰基的分解的氣體，能夠?qū)⒔饘僭匾贼驶系男螒B(tài)穩(wěn)定地輸送至被處理基板表面，并使其吸附。此外，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使抑制上述金屬羰基的分解的氣體的分壓變化，能夠使吸附在上述被處理基板表面的金屬羰基原料在上述被處理基板表面分解，在上述被處理基板表面形成期望的金屬層。在本發(fā)明中，通過(guò)重復(fù)這樣的2循環(huán)工序，與由在中間包括長(zhǎng)時(shí)間的吹掃工序的通常的4循環(huán)工序構(gòu)成的ALD工藝相比，能夠大幅提高成膜效率，并且能夠形成雜質(zhì)較少的膜。
本發(fā)明特別對(duì)于形成圖案寬度為22nm以下的超微細(xì)化多層配線構(gòu)造是有用的。


圖1是表示在本發(fā)明中使用的成膜裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是說(shuō)明本發(fā)明的原理的圖。
圖3A是說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的成膜方法的圖(之一)。圖3B是說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的成膜方法的圖(之二)。圖3C是說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的成膜方法的圖(之三)。圖3D是說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式的成膜方法的圖(之四)。圖4是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的成膜方法的流程圖。圖5A是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多層配線構(gòu)造的形成方法的圖(之一)。
圖5B是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多層配線構(gòu)造的形成方法的圖(之二)。
圖5C是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多層配線構(gòu)造的形成方法的圖(之三)。
圖5D是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多層配線構(gòu)造的形成方法的圖(之四)。
圖5E是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多層配線構(gòu)造的形成方法的圖(之五)。
圖5F是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多層配線構(gòu)造的形成方法的圖(之六)。
圖5G是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多層配線構(gòu)造的形成方法的圖(之六)。
圖5H是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多層配線構(gòu)造的形成方法的圖(之八)。
圖51是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多層配線構(gòu)造的形成方法的圖(之九)。
具體實(shí)施例方式
圖1表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的成膜裝置10的結(jié)構(gòu)。
參照?qǐng)D1，成膜裝置IO通過(guò)排氣系統(tǒng)11被排氣，具有設(shè)置有保持被處理基板W的基板保持臺(tái)13的處理容器12，在上述處理容器12還形成有用于放入取出被處理基板W的閘閥12G。
上述基板處理臺(tái)13內(nèi)置有未圖示的加熱器，通過(guò)經(jīng)驅(qū)動(dòng)線13A驅(qū)動(dòng)該加熱器，將上述被處理基板W保持為期望的處理溫度。
上述排氣系統(tǒng)11具有串聯(lián)連接有渦輪分子泵IIA和干式泵11B的結(jié)構(gòu)，氮?dú)馔ㄟ^(guò)閥Ub被供給至上述渦輪分子泵IIA。在上述處理容
9器12與渦輪分子泵IIA之間，設(shè)置有可變流導(dǎo)(conductance)閥lla，將上述處理容器12內(nèi)的全壓維持為一定。進(jìn)而，在圖1的成膜裝置10中，為了通過(guò)干式泵11B對(duì)上述處理容器12進(jìn)行粗抽吸，設(shè)置有對(duì)上述渦輪分子泵IIA旁通的排氣通路IIC，在排氣通路IIC設(shè)置有閥llc，在渦輪分子泵11A的下游側(cè)設(shè)置有另外的閥lld。
成膜原料從包括起泡器(bubbler) 14A的原料供給系統(tǒng)14以氣體的形態(tài)經(jīng)氣體導(dǎo)入線路14B被供給至上述處理容器12。
在圖示的例子中，在上述起泡器14A中保持有作為Ru的羰基化合物的Ru3 (CO) 12，并從包括MFC (質(zhì)量流量控制裝置)14b的起泡氣體線路14a將CO氣體作為起泡氣體進(jìn)行供給，由此，氣化的Rus(CO) 12經(jīng)上述氣體導(dǎo)入線路14B，與來(lái)自包括線路MFC14c的線路14d的CO載氣一起被供給至上述處理容器12。
進(jìn)而，在圖l的結(jié)構(gòu)中，在上述原料供給系統(tǒng)14中設(shè)置有包括閥14g、 14h和MFC14e的供給Ar等惰性氣體的線路14f，在通過(guò)上述線路14B被供給至上述處理容器12的Ru3 (CO) 12原料氣體中添加惰性氣體。
進(jìn)而，上述成膜裝置10設(shè)置有控制上述處理容器12、排氣系統(tǒng)11、原料供給系統(tǒng)14的控制裝置10A。
接著，參照?qǐng)D2和圖3A 圖3D,對(duì)使用上述圖1的成膜裝置10實(shí)施的本發(fā)明的第一實(shí)施方式的成膜工序進(jìn)行說(shuō)明。
保持在上述起泡器14A中的RU3 (CO) 12化合物，通過(guò)反應(yīng)
Ru3 (CO) 12—3Ru+12CO
能夠容易地分解，產(chǎn)生金屬Ru的析出。如果作為反應(yīng)生成物的CO的分壓較低，則該反應(yīng)向右側(cè)進(jìn)行，因此，在本發(fā)明的關(guān)聯(lián)技術(shù)中，在通過(guò)CVD法在被處理基板上形成Ru膜時(shí)，在輸送上述RU3 (CO)u的氣氛中添加CO，控制其分壓，從而抑制氣體供給線路中的分解反應(yīng)。
圖2表示，本發(fā)明的發(fā)明者在作為本發(fā)明的基礎(chǔ)的研究中，對(duì)于160°C、 180°C、 20(TC和250。C的基板溫度，調(diào)査由于這樣的Ru3 (CO)12原料的分解而產(chǎn)生的Ru膜的沉積速度與氣氛中的CO分壓的關(guān)系而得的結(jié)果。參照?qǐng)D2可知，在任一基板溫度下，當(dāng)CO分壓較低時(shí)，均開(kāi)始Ru的沉積，CO分壓越低，Ru膜的沉積速度越大。
例如在基板溫度為18(TC的情況下，如果氣氛中的CO分壓為130mTorr以上則不會(huì)產(chǎn)生Ru膜的沉積(沉積速度為零)，相對(duì)于此，當(dāng)CO分壓小于上述130mTorr時(shí)，Ru膜的沉積以有限的沉積速度開(kāi)始。
本發(fā)明的發(fā)明者，根據(jù)圖2的關(guān)系想到，例如在圖1這樣的基板處理裝置中，如果以某種方法改變處理容器內(nèi)的CO分壓，則能夠自由地在被處理基板W上進(jìn)行Ru膜的所謂ALD成膜。
圖3A 圖3D是表示基于上述想法的本發(fā)明的第一實(shí)施方式的Ru膜的成膜方法的圖。
參照?qǐng)D3A， Ru3 (CO) u原料與抑制其分解的高濃度CO氣氛一同被供給至與上述圖1的被處理基板W對(duì)應(yīng)的被處理基板41上，在圖3B的工序中，吸附在上述被處理基板21的表面。
于是，在圖3C的中，當(dāng)向上述氣氛中供給Ar氣體等惰性氣體，使氣氛中的CO濃度下降時(shí)，上述Ru3(CO),2化合物立即分解，結(jié)果，如圖3D所示，Ru的原子層殘留在上述被處理基板21上。原料分子的分解的結(jié)果是，也產(chǎn)生來(lái)源于CO配位基的CO，但不會(huì)發(fā)生CO鍵被切斷、C混入Ru原子層的狀況。即，在圖3D的工序中，能夠得到非常高純度的Ru層。此外，在圖3C、 3D的工序中，來(lái)源于配位基的CO的比例極小，即使它們被釋放在氣氛中，CO分壓上升，也不會(huì)產(chǎn)生妨礙原料化合物的分解的問(wèn)題。即，在圖3A 圖3D的工藝中，不需要進(jìn)行直至從系統(tǒng)中除去反應(yīng)生物的長(zhǎng)時(shí)間吹掃工序。
于是，通過(guò)重復(fù)上述工序，在被處理基板表面能夠進(jìn)行任意的膜厚的Ru膜的成膜。此時(shí)，在本實(shí)施方式的ALD工序中，不需要在通常的ALD工序中必須的原料氣體的吸附工序后的經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的吹掃工序、以及反應(yīng)工序后的經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的吹掃工序，只需要重復(fù)圖4的步驟1所示的原料導(dǎo)入和吸附工序以及步驟2所示的CO分壓減少和分解工序即可，因此，能夠大幅增大成膜生產(chǎn)能力。其中，圖4是與上述圖3A 圖3D的工序?qū)?yīng)的流程圖，上述控制裝置10A根據(jù)圖4的流程圖控制圖1的成膜裝置10。
作為一個(gè)例子，在上述圖3A、 3B的工序中，Ru3 (CO) 12以lsccm左右的流量，與70 100sccm的流量的CO氣體一同被供給，不供給 Ar氣體。
另一方面，在圖3C、 3D的工序中，不改變上述RU3 (CO) 12氣體 和CO氣體的流量，以例如15sccm的流量添加Ar氣體。此時(shí)，例如 利用設(shè)置在處理容器12的壓力計(jì)12P測(cè)定上述處理容器12的內(nèi)壓， 基于其測(cè)定結(jié)果使用上述控制裝置10A控制上述流導(dǎo)閥lla，使得處 理容器12內(nèi)部的全壓不變化。
此外，在上述圖3A 3D的處理中，也可以使處理容器12的全壓 改變，使成膜裝置10的狀態(tài)從圖3B的狀態(tài)轉(zhuǎn)變到圖3C。
另外，上述說(shuō)明的是以Ru3 (CO) 12為原料的情況，但本發(fā)明并 不限定于特定的原料，例如在以W (CO) 6、 Ni (CO) 4、 Mo (CO) 6、 Co2 (CO) 8、 Rh4 (CO) 12、 Re2 (CO) 1()、 Cr (CO) 6等金屬羰基 化合物為原料，形成各自的金屬膜的情況下也是有效的。
此外，在圖3A 圖3D的工序中，作為基底層的基板41可以是硅 基板，也可以是硅氧化膜、其它的電介質(zhì)膜，或者也可以是金屬膜。 [第二實(shí)施方式]
圖5A 圖51表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的多層配線構(gòu)造的制造 工序。
參照?qǐng)D5A，在以200nm的厚度形成在硅基板21上的SiOj莫22 中，通過(guò)金屬鑲嵌法，以露出在上述Si02膜22的表面的方式形成寬度 0.1 um、厚度100nm的Cu圖案22A，在圖5B的工序中，在圖5A的 構(gòu)造基礎(chǔ)上，通過(guò)等離子體CVD法依次形成兼用作SiN隔阻的蝕刻阻 止膜23、 SiCOH層間絕緣膜24、 SiN蝕刻阻止膜25、 SiCOH層間絕 緣膜26、和SiN蝕刻阻止膜27。
作為上述SiOCH膜24、 26，能夠使用市售的等離子體CVD法膜， 例如在利用未圖示的平行平板型高頻等離子體CVD裝置進(jìn)行該 SiOCH膜24、 26的形成的情況下，能夠在約399Pa (3Torr)的壓力下， 以25'C的基板溫度，以50SCCM的流量供給Ar氣體、以500SCCM的 流量供給氫氣體，以1000W的功率供給頻率為13.50MHz的高頻，從 而進(jìn)行成膜。這樣形成的SiOCH膜24、26具有約3.0的相對(duì)介電常數(shù)。 此外，這樣的SiOCH膜的多孔質(zhì)膜具有約2.2的相對(duì)介電常數(shù)。
12接著，在圖5C的工序中，通過(guò)未圖示的光刻工序?qū)⑸鲜鯯iN膜 27圖案形成(patterning)為期望的配線圖案，進(jìn)而以上述SiN膜27 作為硬掩模，將上述層間絕緣膜26干蝕刻至露出上述SiN膜25，在上 述層間絕緣膜26中形成與期望的配線圖案對(duì)應(yīng)的槽部26A。進(jìn)而，在 圖5C的工序中，將露出于上述槽部26A中的上述SiN膜25圖案形成 為期望的通孔接觸部，以上述SiN膜25和SiN膜27為硬掩模，將上 述層間絕緣膜24干蝕刻至露出上述SiN膜23，在上述層間絕緣膜24 中，與上述通孔接觸部相對(duì)應(yīng)地形成例如直徑為16nm或這之下的開(kāi)口 部24A。另外，在圖5C的工序中，形成上述槽部26A的工序和形成開(kāi) 口部24A的工序的順序能夠逆轉(zhuǎn)。
接著，在圖5D的工序中，通過(guò)蝕刻除去露出在上述開(kāi)口部24A 的底部的SiN膜23，使上述Cu配線圖案露出在上述開(kāi)口部24A的底 部。此外，通過(guò)該SiN膜的蝕刻工序，除去上述層間絕緣膜26上的SiN 膜27，進(jìn)而除去上述配線槽26A的底部的SiN膜25。
接著，在圖5E的工序中，在圖5D的構(gòu)造上，通過(guò)所謂的ALD 法，即在中間夾著吹掃工序地重復(fù)供給成膜氣體和還原氣體進(jìn)行成膜， 形成膜厚為2 3nm的疊層有TaN膜和Ta膜的隔阻金屬膜28。
接著，在圖5F的工序中，圖5E的構(gòu)造被導(dǎo)入之前所述的圖1的 基板處理裝置10的處理容器12中，通過(guò)進(jìn)行上述圖3 (A) (D) 或圖4的工序，在上述Ta膜28上以2 3nm的均勻的膜厚形成Ru膜 28R。
進(jìn)而，在圖5G的工序中，在上述圖5F的構(gòu)造上，通過(guò)MOCVD 法或ALD法形成Cu種層29，在圖5H的工序中，上述圖5G的構(gòu)造 被移送至電解鍍處理裝置，通過(guò)電解鍍法或無(wú)電解鍍法在上述Cu種層 29上形成Cu層30。
進(jìn)而，在熱處理之后，在圖5I的工序中，上述層間絕緣膜26上的 Cu層30和其下的隔阻金屬膜28通過(guò)CMP (化學(xué)機(jī)械研磨)法被研磨 除去，得到利用Cu圖案30A填充了上述配線槽26A和通孔24A的配 線構(gòu)造。
進(jìn)而，通過(guò)重復(fù)進(jìn)行上述圖5A 圖51的工序，能夠形成重復(fù)具有 圖51的構(gòu)造的多層配線構(gòu)造。在本實(shí)施方式中，在上述Ta膜18上，通過(guò)前述的圖3(A) (D) 或圖4的ALD工序以均勻的膜厚形成有Ru膜28R，因此，在其上形 成的Cu種層29不會(huì)發(fā)生凝集，能夠形成均勻的種層29。因此，使用 該種層29、利用電鍍法形成的Cu層30的膜不會(huì)形成缺陷、空隙，能 夠均勻地進(jìn)行其成膜，能夠得到電遷移耐性、或應(yīng)力耐性優(yōu)異的Cu配 線圖案。
本發(fā)明以2007年3月28日申請(qǐng)的日本國(guó)專利申請(qǐng)2007 —085021
號(hào)為優(yōu)先權(quán)主張的基礎(chǔ)，包括其全部?jī)?nèi)容。
以上，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于 該特定的實(shí)施方式，在記載于權(quán)利要求的范圍的宗旨內(nèi)能夠進(jìn)行各種 變形、變更。
權(quán)利要求
1.一種金屬膜的成膜方法，其特征在于，包括第一工序，將金屬元素的羰基原料以氣相分子的形態(tài)與抑制所述氣相分子的分解的氣相成分一起供給至被處理基板表面，其中，將所述氣相成分的分壓設(shè)定為抑制所述氣相分子的分解的第一分壓；和第二工序，使所述氣相成分的分壓在所述被處理基板表面變化為產(chǎn)生所述羰基原料的分解的第二分壓，使所述金屬元素沉積在所述被處理基板表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的金屬膜的成膜方法，其特征在于 進(jìn)一步交替重復(fù)所述第一和第二工序。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的金屬膜的成膜方法，其特征在于 所述羰基原料的氣相分子與所述氣相成分和惰性氣體成分一起被供給至所述被處理基板表面，所述氣相成分的分壓通過(guò)控制所述惰性 氣體成分的供給而被控制。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的金屬膜的成膜方法，其特征在于 所述羰基原料的氣相分子與所述氣相成分和惰性氣體成分一起被供給至所述被處理基板表面，所述氣相成分的分壓通過(guò)斷續(xù)進(jìn)行所述 惰性氣體成分的供給而被控制。
5. 如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的金屬膜的成膜方法，其特征在于所述金屬元素由Ru、 W、 Ni、 Mo、 Co、 Rh、 Re和Cr中的任一 種構(gòu)成。
6. 如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的金屬膜的成膜方法，其特征在于所述羰基原料是Ru3 (CO) 12、 W (CO) 6、 Ni (CO) 4、 Mo (CO) 6、 Co2 (CO) 8、 Rh4 (CO) 12、 Re2 (CO) 10禾卩0 (CO) 6中的任一種。
7. 如權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的金屬膜的成膜方法，其特征在于抑制所述氣相分離的分解的氣相成分是co。
8. —種多層配線構(gòu)造的形成方法，其包括 在絕緣膜中形成凹部的工序；以與所述凹部匹配的形狀利用隔阻金屬膜覆蓋所述絕緣膜和所述凹部的工序；在所述隔阻金屬膜上以與所述凹部匹配的形狀形成RU膜的工序； 在所述RU膜上以與所述凹部匹配的形狀形成Cu種層的工序；通過(guò)進(jìn)行以所述Cu種層為電極的電解鍍，利用Cu層填充所述凹 部的工序；和通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨除去所述絕緣膜表面上的Cu層的工序，該多層配線構(gòu)造的形成方法的特征在于-形成所述Ru膜的工序包括-第一工序，將Ru3 (CO) ,2原料以氣相分子的形態(tài)與CO氣體一起 供給至包含所述凹部的所述絕緣膜表面，其中，將所述CO氣體分壓 設(shè)定為抑制RU3 (CO) 12原料的分解的第一分壓；和第二工序，使所述CO氣體的分壓變化為產(chǎn)生所述Ru3 (CO) 12 原料的分解的第二分壓，使Ru沉積在所述絕緣膜表面。
9. 一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，該半導(dǎo)體裝置具有多層配線構(gòu)造， 該半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，包括在構(gòu)成所述多層配線構(gòu)造的層間絕緣膜中形成凹部的工序； 以與所述凹部匹配的形狀利用隔阻金屬膜覆蓋所述層間絕緣膜和所述凹部的工序；在所述隔阻金屬膜上以與所述凹部匹配的形狀形成Ru膜的工序； 在所述Ru膜上以與所述凹部匹配的形狀形成Cu種層的工序； 通過(guò)進(jìn)行以所述Cu種層為電極的電解鍍，利用Cu層填充所述凹部的工序；和通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨除去所述層間絕緣膜表面上的Cu層的工序， 形成所述RU膜的工序包括第一工序，將RU3 (CO) ,2原料以氣相分子的形態(tài)與C0氣體一起 供給至包含所述凹部的所述絕緣膜表面，其中，將所述CO氣體分壓 設(shè)定為抑制RU3 (CO) 12原料的分解的第一分壓；和第二工序，使所述CO氣體的分壓變化為產(chǎn)生所述Ru3 (CO) 12 原料的分解的第二分壓，使Ru沉積在所述絕緣膜表面。
10. —種成膜裝置，其包括具有保持被處理基板的基板保持臺(tái)的處理容器； 對(duì)所述處理容器進(jìn)行排氣的排氣系統(tǒng)；向所述處理容器供給金屬羰基原料的氣體的第一氣體供給系統(tǒng)； 向所述處理容器供給抑制所述金屬羰基原料的分解的氣體的第二 氣體供給系統(tǒng)；向所述處理容器供給惰性氣體的第三氣體供給系統(tǒng)；和 控制所述第一、第二和第三氣體供給系統(tǒng)的控制部， 該成膜裝置的特征在于所述控制部控制所述第三氣體供給系統(tǒng)中的所述惰性氣體的流 量，使所述處理容器中所述被處理基板表面的抑制所述金屬羰基原料 的分解的氣體的分壓在第一分壓和第二分壓之間變化，其中，在第一 分壓下，在所述被處理基板表面抑制所述金屬羰基原料的分解，在第 二分壓下，在所述被處理基板表面產(chǎn)生所述金屬羰基原料的分解。
11. 如權(quán)利要求10所述的成膜裝置，其特征在于所述控制部在使抑制所述金屬羰基原料的分解的氣體的分壓在所 述第一分壓與所述第二分壓間之間變化的期間，控制所述排氣系統(tǒng)， 將處理容器的壓力保持為實(shí)質(zhì)上一定。
全文摘要
本發(fā)明提供使用羰基原料的金屬膜的成膜方法、多層配線構(gòu)造的形成方法、半導(dǎo)體裝置的制造方法、成膜裝置，該成膜方法的特征在于，包括第一工序，將金屬元素的羰基原料以氣相分子的形態(tài)與抑制上述氣相分子的分解的氣相成分一起供給至被處理基板表面，其中，將上述氣相成分的分壓設(shè)定為抑制上述羰基氣相原料分子的分解的第一分壓；和第二工序，使上述氣相成分的分壓在上述被處理基板表面變化為產(chǎn)生上述羰基原料的分解的第二分壓，使上述金屬元素沉積在上述被處理基板表面。
文檔編號(hào)H01L21/285GK101652836SQ20088001034
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者原正道, 波多野達(dá)夫 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社