專利名稱：利用連續(xù)流沉積來沉積金屬層的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體處理，更具體地涉及由金屬-羰基前驅(qū)體的熱分解沉積金屬層的方法。
背景技術(shù)：
將銅(Cu)金屬引入用于生產(chǎn)集成電路的多層金屬化方案中必需使用擴散阻擋層/襯里，以促進Cu層的粘附和生長，并防止Cu擴散進介電材料內(nèi)。沉積到介電材料上的阻擋層/襯里可以包括折射材料，例如鎢(W)、鉬(Mo)和鉭(Ta)，它們與Cu不反應且不混溶，并且可以提供低的電阻率。當前集成Cu金屬和介電材料的集成方案可能需要在約400℃-約500℃或更低的襯底溫度下進行阻擋層/襯里沉積工藝。
W層可以在熱化學氣相沉積(TCVD)工藝中通過在例如氫、硅烷、二氯硅烷等還原氣體的存在下熱分解例如六氟化鎢(WF6)的鎢鹵化物前驅(qū)體而形成。使用鎢鹵化物前驅(qū)體的缺陷是鹵化物副產(chǎn)物結(jié)合到W層中，這可能會降低W層的材料性質(zhì)。
不含鹵素的鎢前驅(qū)體，例如鎢-羰基前驅(qū)體，可以用來減少以上提到的與鎢鹵化物前驅(qū)體有關(guān)的缺陷。但是，通過熱分解鎢-羰基前驅(qū)體(例如W(CO)6)所沉積的W層的材料性質(zhì)可能會由于CO反應副產(chǎn)物結(jié)合到該熱沉積W層中而惡化。結(jié)合CO反應副產(chǎn)物可能會增加W層的(電)阻率，并導致由于W節(jié)瘤(顆粒)在W層表面上和/或W層中的不規(guī)則生長而造成差的表面形態(tài)。當在W層上濺射沉積金屬層(例如，銅)例如通過產(chǎn)生陰影效應來生產(chǎn)集成電路時，W節(jié)瘤的形成可以會影響W層的蝕刻行為，并會影響W層的集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用連續(xù)流沉積(SFD)在襯底上沉積金屬層的方法。該方法包括使襯底暴露于金屬-羰基前驅(qū)氣中；從而由該金屬-羰基前驅(qū)氣的熱分解在襯底上形成金屬層；隨后使該金屬層暴露于還原氣中；和重復這些暴露步驟直至形成期望厚度的金屬層。在本發(fā)明的一種實施方案中，金屬-羰基前驅(qū)體可以選自W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6和Ru3(CO)12的其中至少之一，沉積金屬層可以選自W、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Cr和Ru的其中至少之一。
在本發(fā)明的另一實施方案中，本發(fā)明提供了一種方法，該方法通過使襯底暴露于W(CO)6前驅(qū)氣中；由該W(CO)6前驅(qū)氣的熱分解在襯底上形成W層；隨后使該W層暴露于還原氣中；和重復這些暴露步驟直至形成期望厚度的W層而在襯底上沉積W層。


在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方案用于沉積金屬層的處理系統(tǒng)的簡化框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方案沉積金屬層的流程圖；圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案在連續(xù)流沉積金屬層期間的氣流；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案作為W層厚度的函數(shù)W層中的節(jié)瘤的數(shù)目。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案作為W層厚度的函數(shù)W層中的節(jié)瘤的數(shù)目。
圖6A示出了通過CVD沉積的W層的截面SEM顯微照片和由顯微照片得出的示意性結(jié)構(gòu)。
圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案沉積的W層的截面SEM顯微照片和由顯微照片得出的示意性結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方案用于沉積金屬層的處理系統(tǒng)的簡化框圖。該處理系統(tǒng)100包括具有上室部分1a、下室部分1b的處理室1和排出室23。環(huán)狀開口22形成在下室部分1b的中間，其中下室部分1b與排出室23相連接。
在處理室1的內(nèi)部提供有用于水平固定待處理襯底(晶圓)50的襯底托架2。襯底托架2由圓柱狀支撐件3支撐，該支撐件從排出室23的下部中心向上延伸。用于將襯底50定位在襯底托架2上的導環(huán)4設置在襯底托架2的邊緣上。而且，襯底托架2包括由電源6控制的用于加熱襯底50的加熱器5。加熱器5可以是電阻加熱器?；蛘?，加熱器5可以是燈加熱器。
在處理期間，經(jīng)加熱的襯底50使W(CO)6前驅(qū)體熱分解，并能夠在襯底50上沉積W層。襯底托架2被加熱到適于使所期望的W層沉積到襯底50上的預定溫度。在處理室1的壁中嵌有加熱器(未示出)，以將處理室加熱到預定溫度。加熱器可以將處理室1的壁溫保持在約40℃-約80℃。
噴頭10位于處理室1的上室部分1a中。噴頭10底部的噴頭板10a包括多個氣體輸送孔10b，用于將包含W(CO)6前驅(qū)氣的處理氣輸送到位于襯底50上方的處理區(qū)60內(nèi)。處理區(qū)60是由襯底直徑和襯底50與噴頭10之間的間隙所限定出的空間。
開口10c設置在上室部分1b中，用于將處理氣從氣體管道12引入到氣體分配室10d內(nèi)。提供同心的冷卻劑流道10e用于控制噴頭10的溫度，從而防止W(CO)6前驅(qū)體在噴頭10內(nèi)分解。例如水的冷卻液可以從冷卻液源10f供應到冷卻劑流道10e，用于將噴頭10的溫度控制在約20℃-約100℃。
氣體管道12將前驅(qū)體輸送系統(tǒng)300連接到處理室1。前驅(qū)體容器13包含固體W(CO)6前驅(qū)體55，并且提供前驅(qū)體加熱器13a用于加熱前驅(qū)體容器13，以使W(CO)6前驅(qū)體55保持在產(chǎn)生期望的W(CO)6前驅(qū)體氣壓的溫度下。W(CO)6前驅(qū)體55可以有利地具有相對高的氣壓，在65℃下Pvap～1Torr。因此，僅需要對前驅(qū)體源13和前驅(qū)氣輸送管道(例如氣體管道12)進行中度加熱而將W(CO)6前驅(qū)氣輸送到處理室1。而且，W(CO)6前驅(qū)體在約200℃以下的溫度不會熱分解。這可以明顯減少W(CO)6前驅(qū)體由于與經(jīng)加熱的室壁的相互作用和氣相反應而發(fā)生分解。
在一種實施方案中，W(CO)6前驅(qū)氣可以在不使用載氣下輸送到處理室1中，或者可以用載氣來加強前驅(qū)氣到處理室1中的輸送。氣體管道14可以將來自氣源15的載氣提供給前驅(qū)體容器13，并且質(zhì)量流量控制器(MFC)16可以用來控制載氣流量。當使用載氣時，可以將它引入到前驅(qū)體容器13的下部，以滲過固體W(CO)6前驅(qū)體55?；蛘?，可以將載氣引入到前驅(qū)體源13內(nèi)，并分布在固體W(CO)6前驅(qū)體55的頂部。提供傳感器45用于測量來自前驅(qū)體容器13的總氣體流量。傳感器45例如可以包括MFC，利用傳感器45和質(zhì)量流量控制器17可以測定輸送到處理室1的W(CO)6前驅(qū)體的量。或者，傳感器45可以包括光吸收傳感器，以測量W(CO)6前驅(qū)體在到處理室1的氣流中的濃度。
旁通管道41位于傳感器45的下游，并將氣體管道12連接到排出管道24。提供旁通管道41用于抽空氣體管道12并穩(wěn)定W(CO)6前驅(qū)體對處理室1的供應。此外，位于氣體管道12支路下游的閥42設置在旁通管道41上。
提供加熱器(未示出)來獨立地加熱氣體管道12、14和41，這樣可以控制氣體管道的溫度以避免W(CO)6前驅(qū)體在氣體管道中冷凝。氣體管道的溫度可以控制在約20℃-約100℃，或約25℃-約60℃。
利用氣體管道18，稀釋氣體可以從氣源19供應到氣體管道12。稀釋氣體可以用來稀釋處理氣或調(diào)節(jié)處理氣的分壓。氣體管道18包括MFC 20和閥21。MFC 16和20、閥17、21和42受控制器40的控制，該控制器40控制著載氣、W(CO)6前驅(qū)氣和稀釋氣體的供應、關(guān)閉和流量。傳感器45也連接到控制器40，并且基于傳感器45的輸出，控制器40通過質(zhì)量流量控制器16控制載氣流量，以獲得期望的W(CO)6前驅(qū)氣到處理室1中的流量。利用氣體管道64、MFC 63和閥62，還原氣可以從氣源61供應到處理室1。利用氣體管道68、MFC 67和閥66，清洗氣可以從氣源65供應到處理室1?？刂破?0控制還原氣和清洗氣的供應、關(guān)閉和流量。
排出管道24將排出室23連接到真空抽氣系統(tǒng)400。真空泵25用來將處理室1抽空到期望的真空度，并在處理期間從處理室中移出氣相物(gaseous species)。自動壓力控制器(APC)59和捕集器57可以與真空泵25串聯(lián)使用。真空泵25可以包括抽氣速率能夠高達約5000升/秒(和更高)的渦輪分子泵(TMP)?；蛘?，真空抽氣系統(tǒng)400可以包括干泵。在處理期間，可以將處理氣引入到處理室1內(nèi)，并且通過APC 59調(diào)節(jié)室壓。APC 59可以包括蝶型閥或閘式閥。捕集器57可以從處理室1收集未反應的前驅(qū)體原料和副產(chǎn)物。
在處理室1中，提供3個襯底頂桿(substrate lift pin)26(僅示出了2個)用于固定、抬高和降低襯底50。襯底頂桿26固定在板27上，并可以降低到襯底托架2上表面以下。例如利用氣缸的驅(qū)動機構(gòu)28提供抬高和降低板27的手段。襯底50可以經(jīng)機械轉(zhuǎn)移系統(tǒng)(未示出)通過閘式閥30和室進入-穿出通道29轉(zhuǎn)移入/出處理室1，并由襯底頂桿接收。一旦從轉(zhuǎn)移系統(tǒng)接收了襯底50，通過降低襯底頂桿26將襯底降低到襯底托架2的上表面。
處理系統(tǒng)控制器500包括微處理器、存儲器和數(shù)字I/O端口，該控制器能夠產(chǎn)生足以傳送并啟動處理系統(tǒng)100的輸入以及監(jiān)測處理系統(tǒng)100的輸出的控制電壓。而且，處理系統(tǒng)控制器500與處理室1、包括控制器40和前驅(qū)體加熱器13a的氣體輸送系統(tǒng)300、真空抽氣系統(tǒng)400、電源6和冷卻液源10f相耦合，并與它們交換信息。在真空抽氣系統(tǒng)400中，處理系統(tǒng)控制器500與用于控制處理室1中壓力的自動壓力控制器59相耦合，并與其交換信息。存儲在存儲器中的程序用來根據(jù)所存儲的制程配方控制處理系統(tǒng)100的前述組件。一個處理系統(tǒng)控制器500的例子是可從得克薩斯州達拉斯Dell Corporation得到的DELL PRECISION WORKSTATION610TM。
用于形成W層的處理系統(tǒng)可以包括如圖1中示出和描述的單個晶圓處理室。或者，處理系統(tǒng)可以包括能夠同時處理多個襯底(晶圓)的分批式處理室。除了半導體襯底(例如Si晶圓)之外，襯底可以包括例如LCD襯底、玻璃襯底或化合物半導體襯底。處理室例如可以處理任何尺寸的襯底，例如200mm襯底、300mm襯底或甚至更大的襯底。金屬層例如可以沉積在覆蓋在襯底上的SiO2、Ta、TaN、Ti、TiN或高-k層的層上。
一般而言，可以由各種相應的金屬-羰基前驅(qū)體沉積不同金屬層。這包括分別由W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6和Ru3(CO)12前驅(qū)體沉積W、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Cr和Ru金屬層。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方案沉積金屬層的流程圖。在200，開始該工藝。在202，將襯底提供到處理室中，并將襯底加熱到襯底托架所預定的溫度。在204，使襯底暴露于金屬-羰基前驅(qū)氣中，并由金屬-羰基前驅(qū)體的熱分解在襯底上形成金屬層。在206，使金屬層暴露于還原氣中。在208，確定要么重復該工藝并沉積更厚的金屬層，要么如果形成了期望厚度的金屬層，在210結(jié)束該工藝。
原則上，不需要還原氣用于由金屬-羰基前驅(qū)體沉積金屬層，因為金屬-羰基前驅(qū)體的金屬原子已經(jīng)是零價的。金屬-羰基前驅(qū)體的熱分解和隨后在襯底上的金屬沉積主要通過消除CO和從襯底上解吸CO副產(chǎn)物而進行。CO副產(chǎn)物結(jié)合到金屬層內(nèi)可能由于金屬-羰基前驅(qū)體分解不完全、所吸附的CO副產(chǎn)物沒有完全從金屬層移除以及處理室中的CO副產(chǎn)物再吸附到金屬層上而引起的。CO反應副產(chǎn)物結(jié)合到金屬層內(nèi)可能會增大金屬層的電阻率，并導致由于節(jié)瘤(金屬顆粒)在金屬層表面上和/或金屬層中的不規(guī)則生長而造成差的表面形態(tài)。
厚為約5-約60薄金屬層通過使襯底暴露于包括金屬-羰基前驅(qū)體和可選載氣和稀釋氣體的金屬-羰基前驅(qū)氣中在襯底上沉積。此后，使該沉積的金屬層暴露于還原氣和可選稀釋氣體中，以助于從沉積的金屬層中除去CO副產(chǎn)物和不純物。在使金屬層暴露于還原氣后，如果希望更厚的金屬層，那么可以重復該金屬層的沉積，或如果形成了期望的金屬層厚度，那么可以結(jié)束該沉積工藝。應該注意到，術(shù)語化學氣相沉積(CVD)用于非循環(huán)沉積工藝，即，在金屬沉積工藝期間使襯底僅暴露于金屬-羰基前驅(qū)氣一次。
圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案在連續(xù)流沉積金屬層期間的氣流。在圖3中所示的實施方案中，將例如Ar的清洗氣引入處理室中，并在沉積工藝期間連續(xù)流動。在連續(xù)流沉積工藝期間，清洗氣的流量可以恒定，或在連續(xù)流沉積工藝期間，該流量可以變化。可以選擇從處理室中有效除去反應物(例如，金屬-羰基前驅(qū)體和還原氣)和反應副產(chǎn)物的清洗氣。清洗氣例如可以包括惰性氣體，例如Ar、He、Kr、Xe和N2。在沉積工藝期間，金屬-羰基前驅(qū)氣和還原氣交替流入處理室，以使襯底暴露于其中。金屬-羰基前驅(qū)氣還可以包括載氣和稀釋氣體。另外，還原氣還可以包括稀釋氣體。載氣和稀釋氣體例如可以包括惰性氣體，例如Ar、He、Kr、Xe和N2。在沉積工藝期間，利用真空抽氣系統(tǒng)，從處理室中連續(xù)抽除氣體。
繼續(xù)圖3，在處理室中產(chǎn)生清洗氣流后，金屬-羰基前驅(qū)氣在預定時段Tw內(nèi)流入處理室。選擇時段Tw的長度來沉積期望層厚的金屬層。時段Tw的長度例如可以取決于金屬-羰基前驅(qū)體的反應性、金屬-羰基前驅(qū)體被載氣和稀釋氣體的稀釋和處理系統(tǒng)的流動特性。在時段Tw結(jié)束時，中斷金屬-羰基前驅(qū)氣流，并在時段Ti內(nèi)，通過清洗氣和可選稀釋氣體清洗處理系統(tǒng)。
在時段Ti結(jié)束時，還原氣在預定適當Ts內(nèi)流入處理室。選擇時段Ts足夠長以暴露足夠量的還原氣來與副產(chǎn)物發(fā)生反應，并以助于從金屬層表面將副產(chǎn)物除去。一般而言，還原氣可以包括一種能夠有助于從金屬層上移除反應副產(chǎn)物的氣體。還原氣例如可以包括含硅的氣體，例如硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)和二氯甲硅烷(SiCl2H2)?；蛘撸€原氣可以包括含硼的氣體，例如通式為BXH3X的含硼氣體。這包括例如甲硼烷(BH3)、乙硼烷(B2H6)、三硼烷(B3H9)和其它。或者還原氣可以包括含氮的氣體，例如氨氣(NH3)。另外，還原氣可以包括一種以上前面所提到的氣體。
在時段Ts結(jié)束時，中斷還原氣流，并在時段Tf內(nèi)，通過清洗氣和可選稀釋氣體清洗處理系統(tǒng)。時段Ti和Tf的長度可以相同，或它們的長度可以改變。
在圖3示意性地示出的連續(xù)流沉積工藝中，沉積循環(huán)Tc由時段Tw、Ti、Ts和Tf組成。在時段Tw期間，薄金屬層由金屬-羰基前驅(qū)體的熱分解在襯底上沉積；在時段Tl期間，清洗處理室中的金屬-羰基前驅(qū)體和反應副產(chǎn)物，例如，CO；在時段Ts期間，使在時段Tw期間沉積的金屬層暴露于還原氣以助于從金屬層上除去反應副產(chǎn)物；和在時段Tf期間，清洗處理室中的還原氣和任何副產(chǎn)物。如以上所描述，可以重復連續(xù)流沉積工藝來形成期望厚度的金屬層。
能夠沉積期望厚度的金屬層的合適工藝條件可以通過直接實驗和/或?qū)嶒炘O計(DOE)來確定?？烧{(diào)節(jié)的工藝參數(shù)例如可以包括時段Tw、Tl、Ts和Tf的長度、溫度(例如襯底溫度)、處理壓力、處理氣和處理氣的相對流量。每個時段Tw、Ti、Ts和Tf的長度可以獨立變化，以使金屬層性質(zhì)達到最佳。每個時段Tw、Tl、Ts和Tf的長度可以在每個沉積循環(huán)中保持相同，或者每個時段的長度可以在不同的沉積循環(huán)中變化。一般而言，時段Tw可以為約1s-約500s，例如約10s；時段Ts可以為約1s-約120s，例如約5s；和時段Ti和Tf可以小于約120s，例如約30s。
在本發(fā)明的另一實施方案中，當金屬-羰基前驅(qū)氣和還原氣的其中之一在例如時段Ti和Tf期間不流動時，清洗氣可以連續(xù)流入處理室。在本發(fā)明的另一實施方案中，清洗氣可以從沉積工藝中忽略。
在一個例子中，W層可以利用W(CO)6前驅(qū)氣、SiH4還原氣、Ar載氣、Ar稀釋氣體和Ar清洗氣通過圖2所示的連續(xù)流沉積形成。W(CO)6氣的流量例如可以小于約4sccm；SiH4還原氣的流量例如可以小于500sccm；和Ar載氣的流量例如可以為約50sccm-約500sccm，或約50sccm-約200sccm。在W(CO)6氣流期間，Ar稀釋氣體的流量例如可以為約50sccm-約1000sccm，或約50sccm-約500sccm。在SiH4氣流期間，Ar稀釋氣體的流量例如可以為約50sccm-約2000sccm，或約100sccm-約1000sccm。Ar清洗氣的流量例如可以為100sccm和約1000sccm之間。在處理室中的處理壓力例如可以小于約5Torr，或約0.2Torr，和襯底溫度可以為約200℃-約600℃，例如約410℃。時段Tw、Ti、Ts和Tf例如可以分別為約6s、約30s、約10s和約30s。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案作為W層厚度函數(shù)的W層中的節(jié)瘤數(shù)。在圖4中，利用SEM顯微鏡，在250nm×250nm的區(qū)域上，視覺觀察W層上形成的節(jié)瘤數(shù)。曲線A示出了在利用W(CO)6氣、Ar載氣和Ar稀釋氣體，通過CVD沉積的W層上觀察到的節(jié)瘤數(shù)。沉積條件包括襯底溫度為約410℃，室壓為約0.3Torr、Ar載氣的流量為約90sccm和Ar稀釋氣體的流量為約250sccm。通過SEM觀察發(fā)現(xiàn)，直到W層的厚度超過約30才出現(xiàn)較少節(jié)瘤。當W層的厚度為約60和更厚時，在W層上觀察到大量節(jié)瘤。因此，當采用CVD時，W層厚度不應超過約30以沉積具有很少節(jié)瘤的W層。
在圖4中，曲線B示出了在通過連續(xù)流沉積的W層上觀察到的節(jié)瘤數(shù)。利用五個沉積循環(huán)(見圖2中的Tc)沉積W層，其中在每次沉積循環(huán)中，在襯底上沉積平均為約12、約21、約30、約40和約61的W層。Ar用作載氣、稀釋氣和清洗氣，還原氣是SiH4。當每次沉積循環(huán)的W層的厚度為約40或更薄時，在通過連續(xù)氣沉積工藝來沉積的W層上沒有觀察到節(jié)瘤。當每次沉積循環(huán)的W層厚度為約40時，觀察到很少的節(jié)瘤。圖4中的曲線A和曲線B的比較說明，使用連續(xù)流沉積可以通過抑制W層上節(jié)瘤的形成明顯改善較厚度超過30的W層的表面形態(tài)。例如，當在形成W層以后的后處理通過濺射或等離子體增強CVD，使原料沉積入通孔或接觸孔時，改善表面形態(tài)是理想的。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案作為W層厚度函數(shù)的W層上的節(jié)瘤數(shù)。在圖5中，利用SEM顯微鏡，在250nm×250nm的區(qū)域上，視覺觀察W層上形成的節(jié)瘤數(shù)。在圖5中，水平軸示出了沉積W層的總厚。例如，利用5次每次沉積約40W(wǎng)的沉積循環(huán)，沉積厚約200的W層，利用10次每次沉積約45W(wǎng)的沉積循環(huán)，沉積厚約450的W層。
而且，圖5還示出了在通過CVD沉積的W層上的觀察到的節(jié)瘤數(shù)。CVD條件包括襯底溫度為約410℃，室壓為約0.3Torr。在CVD1(■)中，Ar載氣的流量為約90sccm，稀釋氣體的流量為約250sccm；然而在CVD2(◇)中，Ar載氣的流量為約100sccm，Ar稀釋氣體的流量為約800sccm。在通過CVD和通過SFD(連續(xù)流沉積)沉積的W層上觀察到的節(jié)瘤數(shù)比較說明，使用SFD可以明顯改善較厚度超過30的W層的表面形態(tài)，SFD允許沉積出具有良好表面形態(tài)的較厚W層。
圖6A示出了通過CVD沉積的W層的截面SEM顯微照片和由顯微照片得出的示意性結(jié)構(gòu)。圖6A示出了由于在W層中觀察到的多個W節(jié)瘤4所造成的具有差表面形態(tài)的W層。圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案通過SFD沉積的W層的截面SE顯微照片和由顯微照片得出的示意性結(jié)構(gòu)。通過圖3中所描述的SFD方法沉積W層，其中，W(CO)6前驅(qū)氣和包括SiH4的還原氣交替流入處理室。圖6B示出了具有良好表面形態(tài)的W層，其中，在W層中很少或沒有觀察到節(jié)瘤。
除了將W沉積到平坦襯底上以外，通過連續(xù)流沉積工藝沉積到具有較大的高寬比的微結(jié)構(gòu)上的W層與通過CVD沉積的W層相比，具有改善的形態(tài)。在一個例子中，利用10次沉積循環(huán)的連續(xù)流沉積和約410℃的襯底溫度，在高寬比為約5∶1(微結(jié)構(gòu)的高除以微結(jié)構(gòu)的寬)的通孔微結(jié)構(gòu)上沉積W層。W(CO)6用作W前驅(qū)體，Ar氣用作載氣(例如，流量為約100sccm)且Ar氣用作稀釋氣體(例如，流量為約800sccm)。而且，SiH4用作還原氣，處理壓力保持在約0.3-0.4Torr。通過連續(xù)流沉積工藝沉積的W層的臺階覆蓋度(step coverage)為約0.4(W層在接近微結(jié)構(gòu)底部處的微結(jié)構(gòu)側(cè)壁上的厚度除以W層在遠離微結(jié)構(gòu)的襯底上的厚度)應該理解到，在實施本發(fā)明中可以對本發(fā)明進行各種修改和變化。因此，要理解到，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以不按這里具體所述的來實施。
權(quán)利要求
1.一種在襯底上沉積金屬層的方法，所述方法包括a)將襯底提供到處理室中；b)使所述襯底暴露于金屬-羰基前驅(qū)氣中；c)由所述金屬-羰基前驅(qū)氣的熱分解在所述襯底上形成金屬層；d)使所述金屬層暴露于還原氣中；和e)重復所述襯底的所述暴露步驟，所述金屬層的所述形成步驟和所述暴露步驟直至形成期望厚度的金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬-羰基前驅(qū)體包括W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6和Ru3(CO)12的其中至少之一。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬層包括W、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Cr和Ru的其中至少之一。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中金屬-羰基前驅(qū)體的流量小于約4sccm。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬-羰基前驅(qū)氣還包括稀釋氣體和載氣的其中至少之一。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述稀釋氣體和載氣的其中至少之一包括惰性氣體。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述惰性氣體包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述前驅(qū)氣包括流量為約50sccm-約500sccm的載氣。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述載氣的流量為約50sccm-約200sccm的稀釋氣體。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述前驅(qū)氣包括流量為約50sccm-約1000sccm的稀釋氣體。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述稀釋氣體的流量為約50sccm-約500sccm。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬-羰基前驅(qū)體流為約1s-約500s。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原氣包括含硅氣體、含硼氣體和含氮氣體的其中至少之一。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述還原氣包括SiH4、Si2H6和SiCl2H2的其中至少之一。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述還原氣包括BH3、B2H6、B3H9的其中至少之一。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述還原氣包括NH3。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原氣的流量小于約500sccm。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原氣的氣流為約1s-約120s。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述還原氣還包括稀釋氣體。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述稀釋氣體包括惰性氣體。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述惰性氣體包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述稀釋氣體的流量為約50sccm-約2000sccm。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述稀釋氣體的流量為約100sccm-約1000sccm。
24.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬-羰基前驅(qū)氣和所述還原氣連續(xù)流入處理室。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括使清洗氣流入處理室。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述清洗氣包括惰性氣體。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述惰性氣體包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述清洗氣連續(xù)流入處理室。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其中在進行所述襯底的所述暴露步驟和所述金屬層的所述暴露步驟的其中至少之一以前，所述清洗氣流入所述處理室。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中在進行所述襯底的所述暴露步驟和所述金屬層的所述暴露步驟的其中至少之一以前，所述清洗氣的流入小于120s。
31.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述清洗氣的流量為約100sccm-1000sccm。
32.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底溫度為約200℃-約600℃。
33.如權(quán)利要求1所述的方法，其中處理室壓力小于約5Torr。
34.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在一個沉積循環(huán)中沉積的金屬層的厚度為約5-約60。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中在一個沉積循環(huán)中沉積的金屬層的厚度為約15-約30。
36.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底包括半導體襯底、LCD襯底和玻璃襯底的其中至少之一。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述半導體襯底包括Si、SiO2、Ta、TaN、Ti、TiN和高k的其中至少之一。
38.一種在襯底上沉積W層的方法，所述方法包括a)將襯底提供到處理室中；b)使所述襯底暴露于W(CO)6前驅(qū)氣中；c)由所述W(CO)6前驅(qū)氣的熱分解在襯底上形成W層；d)使所述W層暴露于還原氣中；和e)重復所述襯底的所述暴露步驟，所述W層的所述形成步驟和所述暴露步驟直至形成期望厚度的W層。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中W(CO)6前驅(qū)體的流量小于約4sccm。
40.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述W(CO)6前驅(qū)氣還包括稀釋氣體和載氣的其中至少之一。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述稀釋氣體和載氣的其中至少之一包括惰性氣體。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其中所述惰性氣體包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
43.如權(quán)利要求41所述的方法，其中所述前驅(qū)氣包括流量為約50sccm-約500sccm的載氣。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述載氣的流量為約50sccm-約200sccm的稀釋氣體。
45.如權(quán)利要求41所述的方法，其中所述前驅(qū)氣包括流量為約50sccm-約1000sccm的稀釋氣體。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述稀釋氣體的流量為約50sccm-約500sccm。
47.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述W(CO)6前驅(qū)體流為約1s-約500s。
48.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述還原氣包括含硅氣體、含硼氣體和含氮氣體的其中至少之一。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其中所述還原氣包括SiH4、Si2H6和SiCl2H2的其中至少之一。
50.如權(quán)利要求48所述的方法，其中所述還原氣包括BH3、B2H6、B3H9的其中至少之一。
51.如權(quán)利要求48所述的方法，其中所述還原氣包括NH3。
52.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述還原氣的流量小于約500sccm。
53.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述還原氣流為約1s-約120s。
54.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述還原氣還包括稀釋氣體。
55.如權(quán)利要求54所述的方法，其中所述稀釋氣體包括惰性氣體。
56.如權(quán)利要求55所述的方法，其中所述惰性氣體包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
57.如權(quán)利要求54所述的方法，其中所述稀釋氣體的流量為約50sccm-約2000sccm。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其中稀釋氣體的流量為約100sccm-約1000sccm。
59.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述W(CO)6前驅(qū)氣和所述還原氣連續(xù)流入處理室。
60.如權(quán)利要求38所述的方法，所述方法還包括使清洗氣流入處理室。
61.如權(quán)利要求60所述的方法，其中所述清洗氣包括惰性氣體。
62.如權(quán)利要求61所述的方法，其中所述惰性氣體包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
63.如權(quán)利要求60所述的方法，其中所述清洗氣連續(xù)流入處理室。
64.如權(quán)利要求60所述的方法，其中在進行所述襯底的所述暴露步驟和所述W層的所述暴露步驟的其中至少之一以前，所述清洗氣流入所述處理室。
65.如權(quán)利要求64所述的方法，其中在進行所述襯底的所述暴露步驟和所述W層的所述暴露步驟的其中至少之一以前，所述清洗氣流的流入小于120s。
66.如權(quán)利要求60所述的方法，其中所述清洗氣的流量為約100sccm-1000sccm。
67.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述襯底溫度為約200℃-約600℃。
68.如權(quán)利要求67所述的方法，其中所述襯底溫度為約410℃。
69.如權(quán)利要求38所述的方法，其中處理室壓力小于約5Torr。
70.如權(quán)利要求69所述的方法，其中處理室壓力為約0.2Torr
71.如權(quán)利要求38所述的方法，其中在一個沉積循環(huán)中沉積的W層的厚度為約5-約60。
72.如權(quán)利要求71所述的方法，其中在一個沉積循環(huán)中沉積的W層的厚度為約15-約30。
73.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述襯底包括半導體襯底、LCD襯底和玻璃襯底的其中至少之一。
74.如權(quán)利要求73所述的方法，其中所述半導體襯底包括Si、SiO2、Ta、TaN、Ti、TiN和高k的其中至少之一。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用連續(xù)流沉積工藝來沉積具有良好表面形貌的金屬層的方法，該方法包括使處理室中的襯底交替暴露于金屬－羰基前驅(qū)氣和還原氣中。在暴露于金屬－羰基前驅(qū)氣過程中，通過熱分解在襯底上沉積薄金屬層，隨后使該金屬層暴露于還原氣中以利于從該金屬層中除去反應副產(chǎn)物?？梢灾貜徒饘伲驶膀?qū)氣和還原氣暴露步驟直到形成期望厚度的金屬層。金屬羰基前驅(qū)體例如可以選自W(CO)
文檔編號H01L21/768GK1860588SQ200480028499
公開日2006年11月8日 申請日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者松田司, 池田太郎, 波多野達夫, 立花光博, 山崎英亮, 格特·J·萊烏辛克, 芬頓·R·麥克非, 桑德拉·G·馬爾霍特拉, 安德魯·H·西蒙, 約翰·J·尤爾坎斯 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社, 美國商業(yè)機器公司