專利名稱：半導(dǎo)體器件制造設(shè)備和半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的設(shè)備和方法，具體地說(shuō)，其涉及一種半導(dǎo)體器件制造設(shè)備及用于利用熱CVD(化學(xué)氣相淀積)方法在一個(gè)基片上淀積一層諸如銅或鋁的金屬層來(lái)形成一層諸如鈦氧化鍶層的高介電系數(shù)層，及一層諸如BST或TZT之類鐵電膜的方法。
通常，在通過(guò)在一個(gè)布線圖案的溝槽中埋設(shè)銅金屬來(lái)加工布線(一種所謂的金屬鑲嵌銅布線)的過(guò)程中，要利用一種熱CVD設(shè)備將銅淀積在基片上。圖6所示為現(xiàn)有技術(shù)中的熱CVD設(shè)備的全視圖。
如圖6所示，現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)熱CVD設(shè)備具有一個(gè)中空真空腔60，一個(gè)用于將中空真空腔60中的內(nèi)部抽成真空狀態(tài)的諸如渦輪分子泵的真空泵61，一個(gè)提供于中空真空腔60中用于固定基片W的基片托架62，一個(gè)用于將所要淀積在基片W上的銅霧化為原料氣的霧化器63，及一個(gè)用于將原料氣從霧化器63供給到中空真空腔60中的進(jìn)料口64。
基片托架62具有一個(gè)能夠?qū)⒒琖的溫度控制在100℃到400℃范圍內(nèi)的基片加熱機(jī)構(gòu)，而在淀積銅的過(guò)程中，該溫度被控制為大約200℃。
接下來(lái)，將對(duì)用于利用現(xiàn)有技術(shù)中的熱CVD設(shè)備來(lái)形成銅布線的方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，在半導(dǎo)體基片W的氧化硅層中要形成布線的區(qū)域中形成一個(gè)溝槽。
接著，將上述基片W放在該熱CVD設(shè)備的基片托架62的頂部。中空真空腔60的內(nèi)部事先由真空泵61抽成真空狀態(tài)。
接著，啟動(dòng)基片托架62的基片加熱機(jī)構(gòu)，以將該基片加熱到一個(gè)預(yù)定的溫度。與此同時(shí)，將被汽化器63汽化的Cu(hfac)(tmvs)原料氣與氫載氣一起供給到進(jìn)料口64，從而在基片W的上淀積一層預(yù)定厚度的銅膜。
隨后，利用一種CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)方法，將所淀積的銅膜拋光，從而使銅僅存留在溝槽中，由此形成銅布線。
在日本已審查專利出版物(KOKOKU)No.1-19467及日本未審查專利出版物(KOKAI)No.2-119125及日本未審查專利出版物(KOKAI)Nos.3-97871和3-257099中，公開(kāi)了一種用于在等離子體CVD設(shè)備中向固定基片的基片托架加載電壓的技術(shù)。
上述銅淀積反應(yīng)的主反應(yīng)主要是歧化反應(yīng)此反應(yīng)的速率是由淀積表面上的2Cu+1(hfac)分子吸收和電荷運(yùn)動(dòng)及反應(yīng)產(chǎn)物的分離來(lái)決定的。
決定反應(yīng)速率的驅(qū)動(dòng)力是諸如相應(yīng)于基片表面溫度的熱能和原料氣數(shù)量等多種因素，很難僅利用這些因素來(lái)提高反應(yīng)的速率。
就原理而論，上述歧化反應(yīng)是一種可逆反應(yīng)，利用各向同性加熱在控制反應(yīng)方向方面存在極限。
在利用現(xiàn)有技術(shù)的熱CVD設(shè)備形成銅布線的過(guò)程中，為了提高覆蓋范圍，其需要降低基片的溫度，這樣會(huì)使銅淀積的速率變低(例如，20nm/分)。其結(jié)果是，制造半導(dǎo)體器件所需的時(shí)間將變得很長(zhǎng)，從而導(dǎo)致了生產(chǎn)率的降低。
在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，因?yàn)槠洳荒芸刂扑纬傻谋∧ぶ械木w方向，所以很難淀積出具有良好極性對(duì)準(zhǔn)質(zhì)量的薄膜。
此外，為了提高銅布線的可靠性，需要控制銅膜中的晶粒生長(zhǎng)。然而，利用現(xiàn)有技術(shù)的方法，很難對(duì)晶粒生長(zhǎng)進(jìn)行控制。
在上述日本專利出版物中所公開(kāi)的等離子體CVD設(shè)備技術(shù)中，在基片上加載了一個(gè)偏置電壓，并讓諸如氬的離子與基片表面進(jìn)行碰撞，其目的是為了使薄膜表面的純度變不純并逐步生成覆蓋區(qū)域，以及提高薄膜表面的平面度，這與使用靜電作用或電流作用的本發(fā)明技術(shù)有著本質(zhì)上的不同，因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是為了解決上述問(wèn)題，并提供一種能夠加速薄膜的淀積并能夠控制薄膜淀積的速率、晶體方向和晶粒生長(zhǎng)的用于制造半導(dǎo)體器件的設(shè)備和方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具有如下所述的工藝結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)注意，本發(fā)明的一個(gè)方面是一種用于制造半導(dǎo)體器件的設(shè)備，其基本技術(shù)原理是一種利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，該設(shè)備具有一個(gè)用于向基片或淀積于其上的薄膜提供電流的電源裝置。
而本發(fā)明的第二個(gè)方面是一種用于利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的半導(dǎo)體器件裝置方法，其中該薄膜被淀積在一個(gè)基片上，而同時(shí)在該基片或淀積于其上的薄膜中加載有電流。
具體地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一種用于制造半導(dǎo)體器件的設(shè)備是一種利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜并具有一個(gè)向基片或向該基片上所淀積的薄膜加載電流或電勢(shì)的電源的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的一種用于制造半導(dǎo)體器件的設(shè)備是一種利用熱CVD反應(yīng)來(lái)在基片上淀積一層薄膜的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，此設(shè)備具有一個(gè)用于承載電極端子單元的承載裝置，其包括，例如，一個(gè)具有與該基片或淀積于其上的薄膜相接觸的電極端子的矩形或類似環(huán)形的框架以及一個(gè)其中具有矩形或類似環(huán)形孔隙的平板，一個(gè)向該圓環(huán)的電極端子加載電流或電勢(shì)的電源，及用于移動(dòng)該圓環(huán)以使其與該基片或淀積于其上的薄膜相接觸或分開(kāi)的裝置。
上述諸如圓環(huán)的電極單元承載裝置，可以具有彼此面對(duì)面放置的一個(gè)加載有正電壓的正電極端子及加載有負(fù)電壓的負(fù)電極端子。
上述一組電極端子單元可以被面對(duì)面地放置在一個(gè)與承載裝置相連的圓狀物，如該圓環(huán)上，該電源向每個(gè)電極端子單元獨(dú)立地加載一個(gè)電壓，在一個(gè)電極端子單元上加載有正電壓而在另一個(gè)與之相對(duì)的電極端子單元?jiǎng)t加載有一個(gè)負(fù)電壓，其另外還能夠順序地切換加載到相鄰電極端子單元上的正電壓和負(fù)電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件制造設(shè)備還可以具有用于監(jiān)控該基片或淀積于其上的薄膜的電勢(shì)，及用于根據(jù)其電勢(shì)對(duì)基片的電流或電壓或溫度進(jìn)行控制的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件制造設(shè)備優(yōu)選地使其能夠設(shè)置基片或淀積于該基片上的薄膜的電勢(shì)，如一個(gè)任意的地電勢(shì)或諸如此類。
根據(jù)本發(fā)明的另一種半導(dǎo)體器件制造設(shè)備是一種利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，此設(shè)備具有用于在該基片或淀積于其上的薄膜中產(chǎn)生一個(gè)電流或電勢(shì)而不與該基片或淀積于其上的薄膜相接觸的裝置。
上述發(fā)生裝置是，例如一種向該基片或淀積于其上的薄膜加載磁通的磁性發(fā)生裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法是一種通過(guò)其利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的半導(dǎo)體器件制造方法，通過(guò)其在該基片或淀積于其上的薄膜上加載有電流或電勢(shì)的同時(shí)來(lái)淀積該薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法是另外一種其中利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的半導(dǎo)體器件制造方法，通過(guò)其在將該基片或淀積于其上的薄膜的電勢(shì)設(shè)置為一個(gè)任意地電勢(shì)的情況下來(lái)淀積該薄膜。
根據(jù)本發(fā)明的再一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法是一種其中利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜，通過(guò)其在不與基片或淀積于其上的薄膜接觸的情況下，例如加載磁通來(lái)向該基片或淀積于其上的薄膜加載電流或電勢(shì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法具有(1)利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的步驟，及(2)在向所淀積的薄膜加載電流的情況下利用熱CVD反應(yīng)淀積一層薄膜的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法具有(1)在一個(gè)半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)溝槽的步驟，(2)為了防止溝槽內(nèi)的薄膜擴(kuò)散而淀積一層阻擋層的步驟，(3)利用熱CVD反應(yīng)在該阻擋層上淀積一層薄膜的步驟，(4)在向所淀積的薄膜加載電流或電勢(shì)的同時(shí)利用熱CVD反應(yīng)淀積一層薄膜的步驟，及(5)拋光該薄膜及阻擋層，從而留下該溝槽內(nèi)的薄膜和阻擋層以形成布線的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)向一個(gè)基片或淀積于其上的薄膜加載一個(gè)電流或電勢(shì)，在歧化反應(yīng)之外還將發(fā)生一種還原反應(yīng)，從而加快了薄膜淀積的速度，由此其能夠?qū)Ρ∧さ牡矸e速率、晶體方向和晶粒生長(zhǎng)進(jìn)行控制。
此外，因?yàn)楸景l(fā)明可以被用來(lái)將基片或淀積于其上的薄膜的電勢(shì)設(shè)置為例如，地電勢(shì)，其能夠因靜電卡盤(pán)而在其表面上產(chǎn)生一種均勻電勢(shì)分布。


圖1為以簡(jiǎn)化形式顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的一種半導(dǎo)體器件制造設(shè)備的示意圖，其中(A)所示為其中圓環(huán)的電極端子與基片表面分離時(shí)的情況，而(B)所示為圓環(huán)的電極端子與該基片表面相接觸時(shí)的情況。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法用于淀積一層銅膜及形成一條銅布線的工序步驟的剖面圖。
圖3為以簡(jiǎn)化形式顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備的平面圖。
圖4為以簡(jiǎn)化形式顯示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備的平面圖。
圖5(A)和(B)為以簡(jiǎn)化形式顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備的示意圖。
圖6所示為一種典型的常規(guī)熱CVD設(shè)備的示意圖。
接下來(lái)將參照與其相關(guān)的附圖對(duì)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化視圖，其中設(shè)備100具有一個(gè)向基片W或淀積于其上的表面F加載電流的電源裝置40。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備中，電源裝置40直接或間接地向基片W或淀積于其上的薄膜F提供電流。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備100中，具有電源裝置40，其包括一個(gè)供電電源9及一個(gè)與該供電電源9及基片W或淀積于其上的薄膜F相連的電極端子單元6。
在本發(fā)明中，電源裝置40另外包括一個(gè)用于對(duì)加載到基片W或淀積于其上的薄膜F上的電流進(jìn)行控制的電流控制裝置10。
在本發(fā)明中，電流控制裝置10可以連續(xù)地或間歇地對(duì)提供給基片W或淀積于其上的薄膜F的電流進(jìn)行控制。
在本發(fā)明中，電極端子單元6可以被配置在基片W的周邊區(qū)域中或基片W上用于淀積薄膜F的區(qū)域中。
另外在本發(fā)明中，電極端子單元6包括一組雙電極端子單元6對(duì)，而其中每一對(duì)均包括兩個(gè)電極端子單元6，一個(gè)第一電極端子單元6及一個(gè)與之面對(duì)面排列的第二電極端子單元6’，在其之間插入有基片W上用于淀積薄膜F的一個(gè)區(qū)域。
在本發(fā)明中，電流控制裝置10向電極端子對(duì)中的每一個(gè)提供一個(gè)電壓，以向各個(gè)電極端子對(duì)的第一電極端子單元提供具有第一極性的一個(gè)電壓，而向該電極端子對(duì)中與該第一電極端子單元面對(duì)面排列的第二電極端子單元提供具有第二極性的電壓。
另外在本發(fā)明中，電流控制裝置10對(duì)加載到各個(gè)電極端子對(duì)的每一個(gè)電極端子單元6上的電壓的極性進(jìn)行控制以隨時(shí)間連續(xù)地或間歇地改變其極性。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備100中，電流控制裝置10可以隨時(shí)間連續(xù)地或間歇地控制加載到各個(gè)電極端子對(duì)的每一個(gè)電極端子單元6上的電壓的極性，以使加載到各對(duì)中的一個(gè)電極端子單元的電壓的極性與加載到與其相鄰的電極端子對(duì)的電壓極性不同。
電流控制裝置10可以對(duì)加載到這些電極端子單元6中的至少一個(gè)上的電壓進(jìn)行控制以連續(xù)地或間歇地改變?cè)撾妷褐怠?br> 另一方面，電流控制裝置10還可以對(duì)加載到這些電極端子單元6每一個(gè)上的電壓的極性進(jìn)行控制以改變流過(guò)基片W的電流的方向。
電流控制裝置10另外還可以包括一個(gè)用于檢測(cè)加載到基片W或淀積于其上的薄膜F上的電壓或電流的檢測(cè)裝置43，由此電流控制裝置10可以根據(jù)檢測(cè)裝置43的結(jié)果控制電流或電壓。
而本發(fā)明的設(shè)備100另外還包括配備有一個(gè)用于控制電極端子單元6的溫度的溫度控制裝置42，其中電流控制裝置10還可以包括一個(gè)用于檢測(cè)加載到基片W或淀積于其上的薄膜F上的電流或電壓的檢測(cè)裝置43，通過(guò)溫度控制裝置42可以控制基片W和/或淀積于其上的薄膜F的溫度以根據(jù)檢測(cè)裝置的結(jié)果改變?cè)摶虻矸e于其上的薄膜的溫度。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備100中，電源裝置40另外配備有一個(gè)承載一組電極端子單元6并用于改變電極端子單元6相對(duì)于基片W或淀積于其上的薄膜F的主表面的位置的電極端子移動(dòng)裝置7。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備100中，電極端子移動(dòng)裝置7，即一個(gè)用于承載電極端子單元的承載裝置，可以控制將電極端子單元6移動(dòng)到電極端子單元與基片或淀積于其上的薄膜相接觸的一個(gè)第一位置上或該電極端子單元不與其相接觸的一個(gè)第二位置上。
接下來(lái)，將參照?qǐng)D1(A)和1(B)對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
圖1(A)和圖1(B)所示為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備的第一實(shí)施例的簡(jiǎn)化視圖，其中(A)所示為圓環(huán)的電極端子與基片的表面分開(kāi)時(shí)的情況，而圖(B)所示為圓環(huán)的電極端子與該基片表面相接觸時(shí)的情況。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的熱CVD設(shè)備具有一個(gè)中空真空腔1，一個(gè)諸如渦輪分子泵的用于在中空真空腔1內(nèi)部建立一種真空環(huán)境的真空泵2，一個(gè)配置在空真空腔1中的用于承載基片W的基片托架3，一個(gè)把所要淀積在基片上的銅汽化為原料氣的汽化器4，一個(gè)用于從汽化器4向中空真空腔1內(nèi)提供原料氣的進(jìn)料口5，一個(gè)具有一個(gè)與基片W的表面相接觸的電極端子單元6的圓環(huán)7，一個(gè)上下移動(dòng)該圓環(huán)的活塞缸裝置8，及一個(gè)與電極端子單元6相連用于通過(guò)該電極端子單元6來(lái)改變基片W的電勢(shì)或向其提供電流的供電電源9。
基片托架3具有一個(gè)能夠?qū)⒒琖的溫度控制在100℃與400℃內(nèi)的基片加熱機(jī)構(gòu)。在淀積銅時(shí)，該溫度被控制為大約200℃。
圓環(huán)7由一種諸如氧化鋁的絕緣材料制成。
活塞缸裝置8的連桿8a的末端被固定在圓環(huán)7的底面上，從而使連桿8a的伸展和回縮能夠引起圓環(huán)7的上升和下降，此運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是圓環(huán)7的電極端子單元6保持和中斷其與基片W表面的接觸。
從供電電源9提供的電勢(shì)和電流是可變的并可以通過(guò)改變其來(lái)對(duì)薄膜的淀積進(jìn)行控制。
其還可以配備一個(gè)控制器10，用于通過(guò)圓環(huán)7的電極端子單元6對(duì)基片W表面的電勢(shì)進(jìn)行監(jiān)控并對(duì)基片W的電流量，電勢(shì)大小和溫度進(jìn)行監(jiān)控。
在其中基片托架3利用一個(gè)靜電卡盤(pán)來(lái)固定基片W的情況中，利用其上的靜電感應(yīng)在基片W上產(chǎn)生了電荷，其將導(dǎo)致基片電勢(shì)的變化，從而有可能會(huì)對(duì)CVD反應(yīng)產(chǎn)生影響。
在這種情況中，優(yōu)選地使用控制器10將基片的電勢(shì)控制為例如地電勢(shì)，由此實(shí)現(xiàn)均勻的電勢(shì)分布。
通過(guò)這樣做，其能夠提高該薄膜的均勻性及可重復(fù)性。
其還可以將基片W的薄膜接地或利用電源任意地設(shè)置基片電勢(shì)。
汽化器4將Cu(hfac)(tmvs)和六氟乙?；姿徙~三甲基乙烯基硅烷汽化以用作處理的原料氣。
通過(guò)進(jìn)料口5將汽化的原料氣提供到基片W的表面上。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法用于淀積一層銅膜及形成銅布線的處理工序的剖面圖。
首先，如圖2(A)所示，在半導(dǎo)體基片W的硅氧化物膜11上要形成一條布線的位置上形成一個(gè)溝槽12。
溝槽12的形成是利用例如反應(yīng)離子蝕刻來(lái)完成的。
溝槽12的寬度可以有許多種，從0.3μm到100μm，而在此情況中其為0.5μm。
溝槽12的深度取決于各自的設(shè)計(jì)，這里其取為0.5μm。
在溝槽12中形成有一個(gè)阻擋層13以防止銅擴(kuò)散。用于形成該阻擋層13的材料可以是，例如，Ta，TaN，TiN，WN或WSiN，而其厚度大約為10nm。
接下來(lái)，其上形成有阻擋層13的基片W如圖1所示被放置在中空真空腔1中。事先利用真空泵2在中空真空腔1中形成一個(gè)真空。
接著，啟動(dòng)基片托架3的基片加熱機(jī)構(gòu)，從而將基片W加熱到預(yù)定的溫度(大約180℃)。
與此同時(shí)，與氫載氣一起提供作為原料氣的Cu(hfac)(tmvs)，如圖2(B)所示，淀積形成一層銅膜14，其厚度為100nm。
原料氣的壓強(qiáng)大約為13Torr。在進(jìn)行此項(xiàng)操作時(shí)，因?yàn)榛钊籽b置8的連桿8a伸展了，所以圓環(huán)7的電極端子單元6從基片W的表面上移開(kāi)(參照?qǐng)D1(A))。
在上述操作完成時(shí)的銅淀積反應(yīng)主要是歧化反應(yīng)薄膜生長(zhǎng)的速率大約為100nm/分。
接著，活塞缸裝置8的連桿8a開(kāi)始回縮，從而使圓環(huán)7的電極端子單元6與淀積在基片上的銅膜14的薄膜相接觸(參照?qǐng)D1(B))。
通過(guò)電極端子單元6將來(lái)自供電電源9的一個(gè)-20V電勢(shì)加載到基片W的薄膜上。利用此電勢(shì)，吸引了氣相Cu(hfac)。
對(duì)于Cu(hfac)，由于其組成電子的電子親和力的差異，所以將會(huì)出現(xiàn)電子集中和極化的現(xiàn)象。
由于靜電引力的作用分子被吸引到表面上。在基片W的表面上，出現(xiàn)了電子供給源，于是除了歧化反應(yīng)之外，還將發(fā)生還原反應(yīng)，和從而提高了銅淀積的速度。
這些反應(yīng)中的氫是作為Cu(hfac)(tmvs)的載氣被提供到中空真空腔1中的。
這些情況中的淀積速率為150nm/分。電勢(shì)的作用將使晶體方向與電場(chǎng)方向一致。
于是，如圖2(C)所示，淀積出一層厚度為700nm的銅膜15。
隨后，如圖2(D)所示，將利用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)將銅膜14和15及阻擋層13拋光，從而使銅膜14和15及阻擋層13僅存留在溝槽12中，由此形成銅布線16。
在本發(fā)明的此實(shí)施例中，在不加載電流的情況下淀積銅膜的第一步驟與在加載電流的情況下淀積銅膜的步驟相分離。在第一步驟中所淀積的銅被用作一個(gè)用于提供均勻電勢(shì)分布的晶種層。
其還能夠從一開(kāi)始便讓圓環(huán)7的電極端子單元6與阻擋層13相接觸以淀積形成一層銅膜，在此情況中，因?yàn)榛砻鎯?nèi)的電勢(shì)分布是由阻擋層13的電阻來(lái)決定的，所以為了實(shí)現(xiàn)均勻電勢(shì)分布，其有必要使用具有低阻值的阻擋層13(諸如象Ta或Nb的純金屬)。
此外，從供電電源9提供的電勢(shì)不必恒定，而可以是例如以固定的頻率改變方向的交變電流。在加載交變電流的情況中，氣相中具有一極性的Cu(hfac)分子將被吸引或排斥，或由于電場(chǎng)力而旋轉(zhuǎn)。
通過(guò)選擇合適的AC頻率，其能夠控制晶體方向和淀積的速率。
圖3(A)和3(B)為以簡(jiǎn)化形式顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備的平面圖。
如圖3(A)所示，在該第二實(shí)施例中，固定到圓環(huán)7上的電極端子由4個(gè)正電極端子20和4個(gè)負(fù)電極端子21構(gòu)成，以彼此間隔預(yù)定的距離的方式來(lái)放置這些電極端子。
可以向正電極端子20和負(fù)電極端子21加載來(lái)自供電電源9的電流。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，如圖2(B)所示，在正電極端子20和負(fù)電極端子21與基片W的表面相接觸及在基片W的表面中產(chǎn)生一個(gè)電流之后將在阻擋層13上淀積形成一層深度為100nm的銅膜14。
在此情況中，與氫氣一起提供Cu(hfac)(Tmvs)，并在基片溫度為180℃的情況下進(jìn)行CVD工藝。
通常，與松散材料相比，被吸引到表面上的表面原子和分子更易于被引發(fā)遷移。
這是因?yàn)橐环N可以被稱為表面淀積準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)，并因?yàn)榕c松散材料相反，其表面上的鍵并不完整的原因造成的。
因此，被淀積在表面上的銅原子和Cu(hfac)將由于基片W中所流動(dòng)的電流的作用而呈現(xiàn)出電遷移現(xiàn)象。
在常規(guī)的熱淀積中，熱振蕩實(shí)際上將引發(fā)隨機(jī)遷移。
然而在其中電流以固定方向流動(dòng)的情況中，靜電作用和通常所說(shuō)的電子風(fēng)力的量子力學(xué)作用將幫助該遷移現(xiàn)象，從而能夠按照電流方向以一個(gè)給定的順序進(jìn)行淀積。
根據(jù)此原理，其能夠利用電流的方向來(lái)控制薄膜生長(zhǎng)的方向。
從供電電源9提供的電勢(shì)不必恒定，其可以是，例如以固定頻率改變方向的交變電流。
正電極端子20和負(fù)電極端子21的排列是任意的，也可以交錯(cuò)地來(lái)排列正電極端子20和負(fù)電極端子21。
正電極端子20和負(fù)電極端子21的數(shù)目也是任意的。
此外，其還能夠提供一個(gè)如第一實(shí)施例中所提及的控制器的控制器10。
圖3(B)所示為此實(shí)施例的另一特性，其中電極端子單元承載裝置7為矩形結(jié)構(gòu)，而不是圖3(A)中所示的圓形結(jié)構(gòu)。
請(qǐng)注意，如圖3(B)中所示的此特性的一個(gè)控制機(jī)構(gòu)與圖3(A)中所示的大體相同。
圖4為以簡(jiǎn)化形式顯示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備的平面示意圖。
如圖4所示，在該第三實(shí)施例中，其具有以均勻間隔繞圓環(huán)7同心排列的8個(gè)電極端子單元30。
每一個(gè)電極端子單元30通過(guò)供電電源9的h獨(dú)立地與電源接線端a相連，并分別加載有一個(gè)電壓。
例如，如果正電壓是以a→b→c→d的順序加載的，而同時(shí)負(fù)電壓是以e→f→g→h的順序加載的，則電極端子單元30之間的電流方向?qū)⒁怨潭ǖ闹芷谛D(zhuǎn)。
通過(guò)這樣做，在基片的表面中將產(chǎn)生一個(gè)平均電流，從而促使表面原子和所吸引的分子在平行于該基片表面的此電流的作用下發(fā)生遷移，這將產(chǎn)生所賦予的方向性，從而在該電流的作用下淀積形成一層受控的薄膜。
具體地說(shuō)，該遷移將促使晶界上的原子發(fā)生擴(kuò)散從而促使晶粒的生長(zhǎng)。對(duì)于大晶粒，因?yàn)榫Ы绾苄?，所以其在形成布線時(shí)對(duì)電遷移的抗擾性將使其可以形成高可靠性的布線。
此外，通過(guò)具有平行于基片表面的電流所賦予方向的晶粒生長(zhǎng)中產(chǎn)生的薄膜在此電流應(yīng)力作用下處于一種穩(wěn)定的能量狀態(tài)。
形成了布線之后流動(dòng)的電流也是平行于該基片表面在與薄膜生長(zhǎng)期間的電流應(yīng)力所在的相同平面中流動(dòng)。
如上所述，該薄膜是以一種其處于電流應(yīng)力作用下的能量最穩(wěn)定狀態(tài)的方式淀積而成的，即使當(dāng)在布線中有電流流動(dòng)其仍處于一種能量穩(wěn)定狀態(tài)。因此將能夠?qū)崿F(xiàn)抗電流應(yīng)力的薄膜。
從供電電源9提供的電勢(shì)不必一直恒定，其也可以是一個(gè)以固定頻率改變方向的交變電流。
電極端子單元30的數(shù)目和排列也可以是任意的，而且如第一實(shí)施例所述，也可以提供一個(gè)電流控制器10。
圖5(A)和5(B)為以簡(jiǎn)化形式顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備平面示意圖。
鑒于在本發(fā)明的第一到第三實(shí)施例中，一個(gè)電極端子與基片W或淀積于其上的薄膜F相接觸，其便是用于加載電流或電勢(shì)的裝置，而在第四實(shí)施例中，則提供了一種不需要與基片W或淀積于其上的薄膜F相接觸便可加載電流或電勢(shì)的方法。
具體地說(shuō)，比如，如圖5(A)所示，提供了一個(gè)沿平行于基片托架3的方向纏繞的線圈50，由電源51在該線圈50中產(chǎn)生一個(gè)電流，由此沿垂直于基片W的方向加載了磁通52。
通過(guò)這樣做，將在基片W的表面中產(chǎn)生一個(gè)渦流，由此促進(jìn)了表面的淀積。
通過(guò)控制所加載的磁通，能夠控制表面淀積的速率、晶體方向、和晶粒生長(zhǎng)。
如圖5(B)所示，通過(guò)提供一個(gè)沿垂直于基片托架3的方向纏繞的線圈53，將由電源51在線圈53中產(chǎn)生一個(gè)電流，由此沿垂直于基片W的方向加載了磁通54。
根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例，因?yàn)槠洳恍枰糜谝苿?dòng)具有電極端子的圓環(huán)的機(jī)構(gòu)，所以可以簡(jiǎn)化其硬件并做得更小。
還有，因?yàn)闆](méi)有必要考慮諸如電極端子和基片W之間接觸與否的事情，所以其能夠可靠地加載電流或電勢(shì)。
如上所述，本發(fā)明的第五實(shí)施例的一個(gè)特征在于其電源裝置51包括一個(gè)供電電源56及一個(gè)與供電電源56相連并用于在不與該電流供給裝置直接相連的情況下向基片W或淀積于其上的薄膜F提供電流的非接觸電流供給裝置50。
更具體地說(shuō)，此實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備100的非接觸電流供給裝置50包括一個(gè)線圈裝置。
請(qǐng)注意，電源裝置51另外可以還包括一個(gè)用于對(duì)加載到線圈50或53上的電流或電勢(shì)的大小進(jìn)行控制，從而控制流過(guò)基片W或淀積于其上的薄膜F的電流的電流控制裝置57。
本發(fā)明并不僅局限于上述實(shí)施例，其還可以有屬于本發(fā)明的權(quán)利要求中所闡述的技術(shù)范圍內(nèi)的多種變型。
本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于銅膜，還可以應(yīng)用于諸如Al，Au，Ag，Ti和Ni等種類的金屬膜，以及諸如聚對(duì)苯二甲基等具有極性的絕緣膜。
本發(fā)明還可以被應(yīng)用于形成諸如鈦酸鍶，鈦鋇氧化物(titaniumoxide barium)，BST，鈦酸鉛等諸如此類具有極性的薄膜，其中淀積形成的薄膜的方向與電場(chǎng)方向一致，從而淀積出具有一致極性的薄膜。
下面將對(duì)本發(fā)明的第五實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明的第五實(shí)施例是一種利用熱CVD反應(yīng)來(lái)制造半導(dǎo)體器件的方法。
如上所述，本發(fā)明的用于利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的半導(dǎo)體器件制造方法的基本原理是，在向基片或淀積于其上的薄膜加載電流的情況下在基片上淀積一層薄膜。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法中，該薄膜是在任意設(shè)置基片或淀積于其上的薄膜的電勢(shì)的情況下淀積而成的。
另外在本發(fā)明中，薄膜是在向基片或淀積于其上的薄膜間歇地加載電流的情況下來(lái)淀積而成的。
另一方面，該薄膜還可以是在間歇地或連續(xù)地改變電流值或電壓值的情況下淀積而成的。
在本發(fā)明中，該薄膜也可以是在間歇地或連續(xù)地改變流過(guò)基片或淀積于其上的薄膜的電流方向的情況下淀積而成的。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，該薄膜可以是在間歇地或連續(xù)地改變?cè)摶虻矸e于其上的薄膜的溫度以及電壓值或電流值的情況下淀積而成的。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面，該薄膜可以是在將基片或淀積于其上的薄膜的電勢(shì)設(shè)置為地電勢(shì)的情況下淀積而成的。
在本發(fā)明的一個(gè)個(gè)別方面中，是在不與基片或淀積于其上的薄膜直接接觸的情況下來(lái)加載電流或電壓的，更具體地說(shuō)，可以通過(guò)向基片或淀積于其上的薄膜加載磁通來(lái)加載電流或電壓。
本發(fā)明的基本半導(dǎo)體器件制造方法包括，一個(gè)用于利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的步驟及一個(gè)用于在基片或所淀積的薄膜上加載有電流的情況下利用熱CVD反應(yīng)淀積一層薄膜的步驟。
在本發(fā)明較具體的方法中，包括一個(gè)在半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)溝槽的步驟，一個(gè)為了防止溝槽內(nèi)的薄膜擴(kuò)散而形成一個(gè)阻擋層的步驟，一個(gè)用于利用熱CVD反應(yīng)在該阻擋層上淀積一層薄膜的步驟，一個(gè)用于在向基片和所淀積的薄膜中的任一個(gè)加載電流或電壓的情況下利用熱CVD反應(yīng)淀積一層薄膜的步驟，及一個(gè)用于將該薄膜和阻擋層拋光以僅留下溝槽內(nèi)的薄膜和阻擋層從而形成一條布線的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)向基片或薄膜加載電流或電勢(shì)，將除了歧化反應(yīng)而另外發(fā)生還原反應(yīng)，由此促進(jìn)薄膜的淀積。
其結(jié)果是，制造半導(dǎo)體器件所需的時(shí)間將縮短，從而使生產(chǎn)率得到提高。
因?yàn)楸景l(fā)明能夠控制所淀積薄膜中的晶體方向，所以其能夠淀積形成具有高質(zhì)量和一致極性的薄膜。
因?yàn)楸景l(fā)明能夠控制薄膜晶粒的生長(zhǎng)，所以能夠提高布線的可靠性。
另外，因?yàn)楸景l(fā)明將基片或淀積于其上的薄膜的電勢(shì)設(shè)置為地電勢(shì)，所以其能夠在基片的表面上實(shí)現(xiàn)通常受到比如靜電卡盤(pán)的干擾的均勻電勢(shì)分布，由此提高所淀積薄膜的均勻性和可重復(fù)性。
權(quán)利要求
1.一種利用熱CVD反應(yīng)在基片上淀積薄膜的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備具有一個(gè)向所述基片或淀積于其上的所述薄膜提供電流的電源裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電源裝置向所述基片或淀積于其上的薄膜直接或間接地提供所述電流。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電源裝置包括供電電源及與所述供電電源和所述基片或淀積于其上的薄膜相連的電極端子。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電源裝置還包括用于對(duì)提供給所述基片或淀積于其上的所述薄膜的電流進(jìn)行控制的電流控制裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電流控制裝置連續(xù)地或間歇地對(duì)提供給所述基片或淀積于其上的所述薄膜的所述電流進(jìn)行控制。
6.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電極端子被配置在所述基片的周邊區(qū)域上或所述基片上淀積所述薄膜的區(qū)域上。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電極端子包括一組雙電極端子單元對(duì)，所述各對(duì)電極端子單元的每一對(duì)均包括兩個(gè)電極端子單元，面對(duì)面排列的第一電極端子單元和第二電極端子單元，其之間插入有用于淀積所述薄膜的所述基片上區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電流控制裝置向所述電極端子對(duì)的每一個(gè)均提供一個(gè)電壓以向各個(gè)電極端子對(duì)的所述第一電極端子單元提供具有第一極性的電壓，而向與所述第一電極端子單元面對(duì)面排列的所述電極端子對(duì)的所述第二電極端子提供具有第二極性的電壓。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電流控制裝置對(duì)加載到所述各個(gè)電極端子對(duì)的所述電極端子單元的每一個(gè)上的所述電壓的極性進(jìn)行控制以使其隨時(shí)間連續(xù)地或間歇地改變。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電流控制裝置連續(xù)地或間歇地對(duì)加載到所述各個(gè)電極端子對(duì)的所述電極端子單元的每一個(gè)上的所述電壓的極性進(jìn)行控制以使加載到所述電極端子對(duì)某一個(gè)上的電壓極性不同于和其相鄰分離開(kāi)的電極端子對(duì)上的電壓的極性。
11.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電流控制裝置對(duì)加載到所述電極端子單元中的至少一個(gè)上的所述電壓進(jìn)行控制以隨時(shí)間連續(xù)地或間歇地改變所述電壓的大小。
12.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電流控制裝置對(duì)加載到所述電極端子單元上的所述電壓進(jìn)行控制以改變流過(guò)所述基片的所述電流的方向。
13.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電流控制裝置另外包括一個(gè)用于檢測(cè)加載到所述基片或淀積于其上的所述薄膜的電流或電壓的檢測(cè)裝置，通過(guò)其所述電流控制裝置根據(jù)所述檢測(cè)裝置的結(jié)果控制所述電流或所述電壓。
14.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備另外配備有用于控制所述電極端子單元的溫度的溫度控制裝置，而其中所述電流控制裝置另外包括用于檢測(cè)加載到所述基片或淀積于其上的所述薄膜的電流或電壓的檢測(cè)裝置，通過(guò)其所述電流控制裝置根據(jù)所述檢測(cè)裝置的結(jié)果控制所述溫度控制裝置以改變所述基片或淀積于其上的所述薄膜的溫度。
15.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于電源裝置另外配備有電極端子單元移動(dòng)裝置，用于改變所述電極端子單元相對(duì)于所述基片或淀積于其上的所述薄膜的主表面的相應(yīng)位置。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電極端子單元移動(dòng)裝置進(jìn)行控制以將所述電極端子單元移動(dòng)到所述電極端子單元與所述基片或淀積于其上的所述薄膜相接觸的第一位置，或?qū)⑵湟苿?dòng)到所述電極端子單元不與其接觸的第二位置上。
17.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電極端子單元移動(dòng)裝置配備有一個(gè)用于在其上承載所述電極端子單元的承載裝置。
18.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電源裝置包括供電電源和非接觸電流供給裝置，該裝置與所述電源裝置相連并在不讓所述電流供給裝置直接與其相連的情況下向所述基片或淀積于其上的所述表面提供所述電流。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述非接觸電流供給裝置包括一個(gè)線圈裝置。
20.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備，其特征在于所述電源裝置另外包括一個(gè)用于對(duì)加載到所述非接觸電流供給裝置上的所述電流進(jìn)行控制的電流控制裝置。
21.一種用于通過(guò)熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述薄膜是在向所述基片或淀積于其上的薄膜上加載電流的情況下淀積而成的。
22.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述薄膜是在任意設(shè)置所述基片或淀積于其上的薄膜的電勢(shì)的情況下淀積而成的。
23.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述薄膜是在間歇地向所述基片或淀積于其上的薄膜提供電流的情況下淀積而成的。
24.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述薄膜是在間歇地或連續(xù)地改變電壓值和所述電流值之一的情況下淀積而成的。
25.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述薄膜是在間歇地或連續(xù)地改變流過(guò)所述基片或淀積于其上的所述薄膜的電流方向的情況下淀積而成的。
26.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述薄膜是在改變所述基片或淀積于其上的所述薄膜的溫度的情況下淀積而成的。
27.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于間歇地或連續(xù)地改變所述電壓值和所述電流值的任一個(gè)。
28.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于所述薄膜是在將所述基片或淀積于其上的所述薄膜的電勢(shì)設(shè)置為地電勢(shì)的情況下淀積而成的。
29.一種用于利用熱CVD反應(yīng)在基片上淀積薄膜的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于在不與所述基片或淀積于其上的所述薄膜相接觸的情況下向所述基片或淀積于其上的薄膜加載電流或電勢(shì)。
30.如權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于向所述基片或淀積于其上的所述薄膜加載磁通。
31.一種半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于包括用于利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的步驟，及用于在向所述基片和所淀積的所述薄膜之一上加載電流的情況下利用熱CVD反應(yīng)淀積薄膜的步驟。
32.一種半導(dǎo)體器件制造方法，其特征在于包括用于在半導(dǎo)體基片上形成溝槽的步驟，為了防止所述溝槽內(nèi)的薄膜擴(kuò)散而淀積阻擋層的步驟，利用熱CVD反應(yīng)在所述阻擋層上淀積薄膜的步驟，在向所述基片或所淀積的所述薄膜加載電流或電壓的情況下利用熱CVD反應(yīng)淀積薄膜的步驟，及用于將所述薄膜和所述阻擋層拋光以在所述溝槽內(nèi)留下所述薄膜和阻擋層，從而形成布線的步驟。
全文摘要
一種利用熱CVD反應(yīng)在一個(gè)基片上淀積一層薄膜的半導(dǎo)體器件制造設(shè)備,其包括一個(gè)具有一個(gè)與基片或沉積于其上的薄膜相接觸的電極端子的圓環(huán),一個(gè)向該圓環(huán)的此電極端子加載電流或電勢(shì)的電源,及一個(gè)用于上下移動(dòng)該圓環(huán)以使其電極端子與該基片或淀積于其上的薄膜保持或中斷接觸的活塞缸機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)C23C16/44GK1230015SQ9910317
公開(kāi)日1999年9月29日 申請(qǐng)日期1999年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月24日
發(fā)明者上野和良 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社