(57)【要約】【課題】  金属−カルボニルプリカーサから金属層を堆積させる方法を提供することである。【解決手段】  熱化学気相成長（ＴＣＶＤ）プロセスによって半導体基板上に金属層を堆積させる方法を提供する。ＴＣＶＤプロセスは、金属層を堆積させるように金属−カルボニルプリカーサを含む希釈したプロセスガスの大流量を利用する。本発明の１つの実施形態では、金属−カルボニルプリカーサは、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、およびＲｕ３（ＣＯ）１２の少なくとも１つから選ばれることができる。本発明の別の実施形態では、約４１０℃の基板温度および約２００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力で、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサを含むプロセスガスよりＷ層を堆積させる方法は、提供される。【選択図】
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に金属層を堆積させる方法であって、
処理チャンバ内に基板を準備することと、
前記処理チャンバ内に、金属−カルボニルプリカーサガスと、希釈ガスおよびキャリヤガスの少なくとも一方とを含むプロセスガスを導入することとを具備し、
前記金属−カルボニルプリカーサガスの流量と、前記プロセスガスの流量との比率が、約０．１５未満であり、
熱化学気相成長プロセスによって前記基板上に金属層を堆積させることを更に具備する方法。
【請求項２】
前記金属−カルボニルプリカーサガスの流量と、前記プロセスガスの流量との前記比率は、約０．１０未満である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属−カルボニルプリカーサガスの流量と、前記プロセスガス流量との前記比率は、約０．０６２５である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プロセスガスは、不活性ガスを含む前記キャリヤガスを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＮ２の少なくとも１つのを含んでいる請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記プロセスガスは、還元ガスを含む前記キャリヤガスを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記還元ガスは、Ｈ２を含んでいる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記プロセスガスは、不活性ガスを含む前記希釈ガスを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＮ２の少なくとも１つを含んでいる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記プロセスガスは、還元ガスを含む前記希釈ガスを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記還元ガスは、Ｈ２を含んでいる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属−カルボニルガスの流量は、約０．１ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍまでの間である請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記キャリヤガスの流量は、約１０００ｓｃｃｍ未満である請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
前記プロセスガスは、約２０００ｓｃｃｍ未満の流量の前記希釈ガスを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記プロセスガスの流量は、約４００ｓｃｃｍを超える請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記チャンバの圧力は、約２００ｍＴｏｒｒ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記チャンバの圧力は、約１００ｍＴｏｒｒ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板の温度は、約５００℃未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板の温度は、約４００℃未満である請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属−カルボニルプリカーサは、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６，Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、およびＲｕ３（ＣＯ）１２の少なくとも１つを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｃｒ、およびＲｕの少なくとも１つである請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
Ｗ層を堆積させる方法であって、
処理チャンバ内に基板を準備することと、
前記処理チャンバ内に、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガスと、希釈ガスおよびキャリヤガスの少なくとも一方とを含むプロセスガスを流すこととを具備し、
前記Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガスの流量と、前記プロセスガスの流量との比率が、約０．１５未満であり、
熱化学気相成長プロセスによって前記基板上にＷ層を堆積させることを更に具備する方法。
【請求項２３】
前記Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガスの流量と、前記プロセスガスの流量との前記比率は、約０．１０未満である請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガスの流量と、前記プロセスガスの流量との前記比率は、約０．０６２５である請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記プロセスガスは、不活性ガスを含む前記キャリヤガスを含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ，Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＮ２の少なくとも１つを含んでいる請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記プロセスガスは、還元ガスを含む前記キャリヤガスを含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記還元ガスは、Ｈ２を含んでいる請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記プロセスガスは、不活性ガスを含む前記希釈ガスを含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項３０】
前記不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＮ２の少なくとも１つを含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記プロセスガスは、還元ガスを含む前記希釈ガスを含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
前記還元ガスは、Ｈ２を含んでいる請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記Ｗ（ＣＯ）６のガス流量は、約０．１ｓｃｃｍと、約２００ｓｃｃｍとの間である請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
前記プロセスガスは、約１０００ｓｃｃｍ未満の流量の前記キャリヤガスを含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項３５】
前記プロセスガスは、約２０００ｓｃｃｍ未満の流量の前記希釈ガスを含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項３６】
前記チャンバの圧力は、約２００ｍＴｏｒｒ未満である請求項２２に記載の方法。
【請求項３７】
前記チャンバの圧力は、約１００ｍＴｏｒｒ未満である請求項２２に記載の方法。
【請求項３８】
前記基板の温度は、約５００℃未満である請求項２２に記載の方法。
【請求項３９】
前記基板の温度は、約４５０℃未満である請求項２２に記載の方法。
【請求項４０】
前記基板の温度は、約４１０℃である請求項２２に記載の方法。
【請求項４１】
半導体基板上に金属層を堆積させる処理システムであって、
処理チャンバと、
基板を受ける基板ホルダと、
前記基板を加熱するヒータと、
前記処理チャンバ内に、金属−カルボニルプリカーサガスと、希釈ガスおよびキャリヤガスの少なくとも一方とを含むプロセスガスを流すプリカーサ送出システムとを具備し、
前記金属−カルボニルプリカーサガスの流量と、前記プロセスガスの流量との前記比率が、約０．１５未満であり、
前記処理システムを制御するコントローラを更に具備するシステム。
【請求項４２】
前記金属−カルボニルガスの流量と、前記プロセスガスの流量との前記比率は、約０．１０未満である請求項４１に記載の処理システム。
【請求項４３】
前記金属−カルボニルプリカーサガスの流量と、前記プロセスガスの流量との前記比率は、約０．０６２５である請求項４１に記載の処理システム。
【請求項４４】
前記プロセスガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＮ２の少なくとも１つを含む不活性ガスを含有する前記キャリヤガスを含んでいる請求項４１に記載の処理システム。
【請求項４５】
前記プロセスガスは、Ｈ２ガスを含む前記キャリヤガスを含んでいる請求項４１に記載の処理システム。
【請求項４６】
前記プロセスガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＮ２の少なくとも１つを含む不活性ガスを含有する前記希釈ガスを含んでいる請求項４１に記載の処理システム。
【請求項４７】
前記プロセスガスは、Ｈ２ガスを含む前記希釈ガスを含んでいる請求項４１に記載の処理システム。
【請求項４８】
前記金属−カルボニルガスの流量は、約０．１ｓｃｃｍと、約２００ｓｃｃｍとの間であり、
前記希釈ガスの流量は、約２０００ｓｃｃｍ未満であり、
および、前記キャリヤガスの流量は、約１０００ｓｃｃｍ未満である請求項４１に記載の処理システム。
【請求項４９】
前記チャンバの圧力は、約２００ｍＴｏｒｒ未満である請求項４１に記載の処理システム。
【請求項５０】
前記チャンバの圧力は、約１００ｍＴｏｒｒ未満である請求項４１に記載の処理システム。
【請求項５１】
前記基板の温度は、約５００℃未満である請求項４１に記載の処理システム。
【請求項５２】
前記基板の温度は、約４５０℃未満である請求項４１に記載の処理システム。
【請求項５３】
前記金属−カルボニルプリカーサは、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６，Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、およびＲｕ３（ＣＯ）１２の少なくとも１つを含んでいる請求項４１に記載の処理システム。
【請求項５４】
前記金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｃｒ、およびＲｕの少なくとも１つである請求項４１に記載の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
このＰＣＴ出願は、２００３年９月３０日に出願の米国非仮特許出願番号第１０／６７３，６４８号に基づき、その優先権に依るものであり、その全体の内容は、参照によって本願明細書に組み込まれたものとする。
【０００２】
本発明は、半導体処理に関し、特に、熱ＣＶＤプロセスによる金属層を堆積させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路を製造するための多層配線方式（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｓｃｈｅｍｅｓ）へのＣｕ金属の導入は、Ｃｕ層の接着および成長を促進し、かつ誘電体材料へのＣｕ拡散を防止する拡散バリア／ライナ（ｌｉｎｅｒｓ）の使用を必要とし得る。誘電体材料上へ堆積されるバリア／ライナは、Ｃｕと非反応性および非混合性（ｉｍｍｉｓｃｉｂｌｅ）で、かつ低い電気的抵抗率（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）を提供することができるタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、およびタンタル（Ｔａ）のような高融点材料（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を含むことができる。Ｃｕメタリゼーションと誘電体材料とを集積化する現在のインテグレーション方式は、約５００℃を下回る基板温度でのバリア／ライナ堆積プロセスを必要とすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｗ層は、熱化学気相成長（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＣＶＤ）プロセスにおいて、タングステンを含有するプリカーサ、例えばタングステンハロゲン化物またはタングステン金属−カルボニルを、熱的に分解することによって形成されることができる。基板堆積温度が５００℃より下に下げられるとき、金属−カルボニルプリカーサ（例えば、Ｗ（ＣＯ）６）の熱分解によって堆積されるＷ層の材料特性は、悪化し得る。低い堆積温度での、Ｗ層の（電気的な）抵抗率の増加と、劣った（ｐｏｏｒ）表面モホロジ（例えば小瘤（ｎｏｄｕｌｅｓ）の形成）とは、熱的に堆積されたＷ層内へのＣＯ反応副生成物の増加された取込みに原因があると考えられる。両方の影響は、５００℃を下回る基板温度での、有機金属プリカーサの熱分解からの低下されたＣＯ脱離速度によって説明されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
半導体基板上へ金属層を堆積させる方法は、提供される。処理チャンバ内に導入され、基板に曝される金属−カルボニルプリカーサを含むプロセスガスから、ＴＣＶＤプロセスによって、金属層は、堆積される。大流量の、希釈したプロセスガスの流れは、金属層の形成を可能にする。
【０００６】
本発明の１つの実施形態では、金属−カルボニルプリカーサを含むプロセスガスは、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６，Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、およびＲｕ３（ＣＯ）１２の少なくとも１つから選ばれ、金属層は、それぞれ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｃｒ、およびＲｕの少なくとも１つであり得る。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、半導体基板上へＷ層を堆積させる方法は、提供される。Ｗ層は、約４１０℃の基板温度でＷ（ＣＯ）６プリカーサを含むプロセスガスから堆積される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の実施形態に係る金属層を堆積させる処理システムの簡略化された構成図である。処理システム１００は、上部チャンバセクション１ａと、下部チャンバーセクション１ｂと、排気チャンバ２３とを含む処理チャンバ１を備えている。円形開口部２２は、下部チャンバーセクション１ｂの中央部に形成され、底のセクション１ｂが排気チャンバ２３に接続する。
【０００９】
処理チャンバ１の内部に、水平に被処理基板（ウェハ）５０を保持する基板ホルダ２が提供される。基板ホルダ２は、排気チャンバ２３の下部の中心から上方へ延びる円筒状サポート部材３によって支えられる。基板ホルダ２上に基板５０を位置決めするためのガイドリング４は、基板ホルダ２の端部上に提供される。さらにまた、基板ホルダ２は、電源６によって制御され、基板５０を加熱するために使用されるヒータ５を含む。ヒータ５は、抵抗ヒータでありことができ、代わりとして、ヒータ５は、ランプヒータまたは他のいかなるタイプのヒータでもあり得る。
【００１０】
プロセスの間、加熱された基板５０は、熱的にＷ（ＣＯ）６プリカーサを分解することができ、そして、基板５０上にＷ層の堆積を可能にすることができる。基板ホルダ２は、基板５０上へ所望のＷ層を堆積させるために適している所定の温度まで加熱される。ヒータ（図示せず）は、所定の温度にチャンバ壁を加熱するように、処理チャンバ１の壁に埋め込まれる。ヒータは、約４０℃から約８０℃まで処理チャンバ１の壁の温度を維持することができる。
【００１１】
シャワーヘッド１０は、処理チャンバ１の上部チャンバセクション１ａに位置づけられる。シャワーヘッド１０の底のシャワーヘッドプレート１０ａは、基板５０上方に位置づけた処理ゾーン６０内へＷ（ＣＯ）６プリカーサを含むプロセスガスを供給するための多数のガス送出孔１０ｂを有する。処理ゾーン６０は、基板直径によって、および基板５０とシャワーヘッド１０との間のギャップによって、規定される体積である。
【００１２】
開口１０ｃは、ガス分配コンパートメント１０ｄ内へガスライン１２からプロセスガスを導入するため、上部チャンバセクション１ｂに提供される。同心のクーラントフローチャネル１０ｅは、シャワーヘッド１０の温度を制御するために、そして、このことによりシャワーヘッド１０内部でのＷ（ＣＯ）６プリカーサガスの分解を防ぐために提供される。水のような冷却剤（クーラント）流体は、約２０℃から約１００℃まで、シャワーヘッド１０の温度を制御するために冷却剤流体ソース１０ｆから、クーラントフローチャネル１０ｅへ供給されることができる。
【００１３】
ガスライン１２は、プリカーサ送出システム３００を処理チャンバ１に接続する。プリカーサ容器１３は、固体のＷ（ＣＯ）６のプリカーサ５５を含み、プリカーサヒータ１３ａは、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサ５５をＷ（ＣＯ）６プリカーサの所望の蒸気圧を生ずる温度に維持するようにプリカーサ容器１３を加熱するために提供される。Ｗ（ＣＯ）６プリカーサ５５は、６５℃で比較的高い蒸気圧Ｐｖａｐ〜１Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１３３．３２２Ｐａ）を備えることができる。従って、プリカーサソース１３およびプリカーサガス供給ライン（例えばガスライン１２）の適度な加熱だけは、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサを処理チャンバ１に供給するために必要である。さらにまた、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサは、約２００℃以下の温度では熱的に分解しない。これは、加熱されたチャンバ壁および気相反応とのインタラクションによるＷ（ＣＯ）６プリカーサの分解を非常に減少させることができる。
【００１４】
実施形態において、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサ蒸気は、キャリヤガスを用いずに処理チャンバ１に供給されることができ、または、代わりとして、キャリヤガスは、処理チャンバ１にプリカーサ蒸気の送出を高めるために使用されることができる。ガスライン１４は、ガス供給源１５からプリカーサ容器１３までキャリヤガスを提供することができ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１６およびバルブ１７は、キャリヤガス流量を制御するように使用されることができる。キャリヤガスが使用されるときに、それは、固体のＷ（ＣＯ）６プリカーサ５５に浸透される（ｐｅｒｃｏｌａｔｅｄ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｔｈｅ  ｓｏｌｉｄ  Ｗ（ＣＯ）６  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）ように、プリカーサ容器１３の下部の中へ導入され得る。代わりとして、キャリヤガスは、プリカーサソース１３の中へ導入されることがあり得て、そして固体のＷ（ＣＯ）６プリカーサ５５の上部全体に渡って分散されることがあり得る。センサ４５は、プリカーサ容器１３からの総ガス流れを測定するために提供される。センサ４５は、例えば、ＭＦＣを有し、処理チャンバ１に供給されるＷ（ＣＯ）６プリカーサの量は、センサ４５と、バルブ１７とを使用して決定され、制御されることができる。代わりとして、センサ４５は、処理チャンバ１へのガス流れ中のＷ（ＣＯ）６プリカーサの濃度を測定する光吸収センサを有することができる。
【００１５】
バイパスライン４１は、センサ４５から下流に位置づけられ、ガスライン１２を排気ライン２４に接続する。バイパスライン４１は、ガスライン１２を排気するために、および、処理チャンバ１へのＷ（ＣＯ）６プリカーサの供給を安定させるために提供される。加えて、ガスライン１２の分岐から下流に位置づけられるバルブ４２は、バイパスライン４１に提供される。
【００１６】
ヒータ（図示せず）は、独立してガスライン１２、１４、および４１を加熱するように提供され、そこにおいて、ガスラインの温度は、ガスライン内のＷ（ＣＯ）６プリカーサの凝縮を回避するために制御されることができる。ガスラインの温度は、約２０℃から約１００℃まで、または約２５℃から約６０℃まで制御されることができる。
【００１７】
希釈ガスは、ガス供給源１９からガスライン１８を使用してガスライン１２へ供給されることができる。希釈ガスは、プロセスガスを希釈するように、またはプロセスガス分圧を調整するように使用されることができる。ガスライン１８は、ＭＦＣ２０およびバルブ２１を含む。ＭＦＣ１６およびＭＦＣ２０、並びにバルブ１７，バルブ２１およびバルブ４２は、キャリヤガス、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガス、および希釈ガスの供給、シャットオフ、および流量を制御するコントローラ４０によって制御される。センサ４５は、また、コントローラ４０に接続され、そしてセンサ４５の出力に基づいて、コントローラ４０は、処理チャンバ１に所望のＷ（ＣＯ）６プリカーサ流量を得るようにマスフローコントローラ１６を介してキャリヤガス流量を制御できる。
【００１８】
排気ライン２４は、排気チャンバ２３を真空排気システム４００に接続する。真空ポンプ２５は、所望の真空度まで処理チャンバ１を排気し、プロセス中、処理チャンバ１からガス種を取り除くように使用される。自動圧力コントローラ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＡＰＣ）５９およびトラップ５７は、真空ポンプ２５と直列に使用されることができる。真空ポンプ２５は、１秒あたり８００リットル（および、より高排気）までの排気速度が可能なターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を含むことができる。代わりとして、真空ポンプ２５は、ドライポンプを含むことができる。プロセスの間、プロセスガスは、処理チャンバ１内に導入されることができ、そしてチャンバ圧力は、ＡＰＣ５９によって調整される。ＡＰＣ５９は、バタフライ形式バルブまたはゲートバルブを備えることができる。トラップ５７は、処理チャンバ１から未反応のプリカーサ材料および副生成物を収集することができる。
【００１９】
処理チャンバ１において、３本の基板リフトピン２６（２本だけが、示されている）は、基板５０を保持し、上昇させ、および降下させるために提供される。基板リフトピン２６は、プレート２７に固定され、および基板ホルダ２の上部表面方向へ、下方まで降ろされることができる。例えば、エアーシリンダを利用している駆動機構２８は、プレート２７を上下させる手段を提供する。基板５０は、ロボット移送システム（図示せず）を介してゲートバルブ３０およびチャンバフィードスルー通路２９を通して処理チャンバ１の内外に移送されることができ、そして基板リフトピンによって受けられることができる。一旦、基板５０が移送システムから受けられると、それは、基板リフトピン２６を降下させることによって基板ホルダ２の上部表面へ降ろすことができる。
【００２０】
処理システムコントローラ５００は、マイクロプロセッサと、メモリと、通信し、処理システム１００への入力をアクティブにし、同じく処理システム１００からの出力をモニタするのに十分な制御電圧を生成することが可能なデジタルＩ／Ｏポートとを含む。さらに、処理システムコントローラ５００は、処理チャンバ１と、コントローラ４０およびプリカーサヒータ１３ａを含むプリカーサ送出システム３００と、真空排気システム４００と、電源６と、クーラント流体ソース１０ｆとに組み合わせられ、それらと情報を交換する。真空排気システム４００において、処理システムコントローラ５００は、処理チャンバ１内の圧力を制御するための自動圧力コントローラ５９に組み合わせられ、そしてそれと情報を交換する。メモリに格納されたプログラムは、保存されたプロセスレシピに従って処理システム１００の前述のコンポーネントを制御するのに利用される。処理システムコントローラ５００の一実施例は、テキサス州ダラスのデル社から入手可能であるＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ  ６１０（登録商標）である。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態に係る金属層を堆積させるためのフローチャートを示す。２００で、プロセスは、開始される。２０２で、基板は、処理チャンバ内に準備される。２０４で、金属−カルボニルプリカーサを含む希釈したプロセスガスの大流量は、処理チャンバ内に導入される。プロセスガスは、金属−カルボニルプリカーサガスと、希釈ガスおよびキャリヤガスの少なくとも一方とを含んでおり、そこにおいて、金属−カルボニルプリカーサガス流量と、プロセスガス流量との比率は、約０．１５未満である。別の形態として、比率は、約０．１０または約０．０６２５未満であり得る。２０６で、金属層は、低圧のＴＣＶＤ堆積プロセスによって基板上に堆積され、そこにおいて、希釈したプロセスガスの大流量は、改善されたモホロジを有する低抵抗率金属層の形成を可能にする。２０８で、プロセスは、終了する。
【００２２】
一般に、本発明は、対応する金属−カルボニルプリカーサからの金属バリア／ライナの堆積に適用されることができる。これは、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４，Ｍｏ（ＣＯ）６，Ｃｏ２（ＣＯ）８，Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、およびＲｕ３（ＣＯ）１２プリカーサから、それぞれ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｃｒ、およびＲｕ金属層を堆積することを包含する。本発明に係る低抵抗率金属層の低温堆積は、約４００℃と、約５００℃との間、または更に低い基板温度を必要とする配線工程（ｂａｃｋ―ｅｎｄ―ｏｆ―ｌｉｎｅ：ＢＥＯＬ）処理方式（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｓｃｈｅｍｅｓ）への金属層のインテグレーションを可能にする。当然、プロセスは、より高い基板温度でも使用されることができる。
【００２３】
原則として、還元剤は、金属−カルボニルプリカーサから熱的に金属層を堆積させるために、必要なものではなく、なぜなら金属−カルボニルプリカーサ中の金属原子は、すでにゼロ価（ｚｅｒｏ−ｖａｌｅｎｔ）であるためである。別の形態として、還元剤、例えばＨ２ガスは、金属層の堆積の補助をするように使用されることができる。金属−カルボニルプリカーサの熱分解と、それに続く金属堆積とは、基板からのＣＯ除去と、ＣＯ副生成物の脱離とによって、主に進行すると考えられる。堆積中の金属層中へのＣＯ副生成物の取込みは、金属−カルボニルプリカーサの不完全な分解、金属層からのＣＯ副生成物の不完全な除去、および処理チャンバから金属層上へのＣＯ副生成物の再吸着から生じ得る。
【００２４】
堆積中の金属層へのＣＯ取込みが、金属層中の小瘤の形で表面粗さにつながると思われており、そこにおいて、小瘤の成長は、金属層中へのＣＯ副生成物の増加した取込みによって増強される。金属層の厚さが増加するにつれて、小瘤の数は、増加すると予想される。さらにまた、金属層へのＣＯ副生成物の取込みは、金属層の抵抗率を増加させる。
【００２５】
金属層中へのＣＯ副生成物の取込みは、（１）処理圧力を下げることと、（２）基板温度を増加させることと、（３）希釈したプロセスガスの大流量を使用することとによって低下することができる。本発明の１つの実施形態では、希釈したプロセスガスの大流量は、金属層上のＣＯ副生成物の分圧と、処理チャンバのＣＯの分圧とを制御することに効果的であり、そして、このことにより金属層の小瘤の数を低下させる。
【００２６】
表１は、本発明の実施形態に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層に対するプロセス条件と、結果とを示す。Ｗ層は、約４１０℃の基板温度と、２００ｍＴｏｒｒの処理圧力とで、熱的に成長されたＳｉＯ２層上に堆積された。ラン１の堆積時間は、６００秒であって、ラン２においては、１２００秒であった。平均抵抗率は、５０ｎｍのＷ層厚さに対して、正規化された。
【表１】
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【００２７】
図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、表１に記載されたラン１およびラン２に対するプロセス条件に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真（３０度傾けた）を示す。図３Ａおよび図３ＢのＷ層の比較は、図３Ｂのより厚いＷ層の表面がより粗く、図３Ａのより薄いＷ層の表面よりかなりの小瘤の数を有していることを示す。
【００２８】
表２は、本発明の実施形態に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層のプロセス条件と、結果とを示す。明記されている以外、ラン１およびラン２に関して説明されたのとプロセス条件は同じであった。ラン４の堆積時間は、６００秒であって、ラン３においては、１２００秒であった。
【表２】
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【００２９】
図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれ、表２に記載されたラン３およびラン４のプロセス条件に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真（３０度傾けた）を示す。図４Ａおよび図４ＢのＷ層の比較は、図４Ｂのより厚いＷ層の表面がより粗くて、図４Ａのより薄いＷ層の表面よりかなりの小瘤の数を有することを示す。
【００３０】
表２の、より希釈したプロセスガスのより高い流量は、Ｗ層中の小瘤の数を減少させ、Ｗ層の抵抗率を減少させる。表１において、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガス流量と、プロセスガス流量との比率は、０．１５である。対応する比率は、表２のプロセス条件に対し０．０６２５に低下されている。Ｗ層のより低い抵抗率と、改善されたモホロジとは、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガス流量と、プロセスガス流量との比率が、０．１５から０．０６２５へと変化するに従い、処理チャンバからＣＯ副生成物の促進された除去によって説明されることができる。より高いプロセスガス流量は、処理チャンバより、ＣＯと、他の副生成物との除去速度を向上し、そして、低い不純物含有量と、改善されたモホロジとを有する低抵抗率Ｗ層の堆積をもたらす。Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガス流量と、プロセスガス流量との比率は、更にＷ層の材料特性を改善するように、０．０６２５以下まで低下させることができる。ＴＣＶＤプロセスに対するプロセスパラメータスペースは、例えば、約３００ｍＴｏｒｒ未満のチャンバ圧力を利用することができる。別の形態として、チャンバ圧力は、約２００ｍＴｏｒｒ未満または約１００ｍＴｏｒｒ未満であり得る。キャリヤガス流量は、約１０００ｓｃｃｍ未満であり得る。希釈ガス流量は、約２０００ｓｃｃｍ未満であり得る。プリカーサガス流量は、約０．１ｓｃｃｍと、約２００ｓｃｃｍとの間であり得る。プロセスガス流量は、約４００ｓｃｃｍより高い値であり得る。キャリヤガスおよび希釈ガスは、不活性ガスおよびＨ２ガスの少なくとも一方を含むことができる。不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＮ２の少なくとも１つを含むことができる。Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガス流量と、プロセスガス流量との比率は、良好な材料特性を有するＷ層を堆積させるために、約０．１５より少ない値であり得る。基板温度は、約３００℃から約６００℃まで、変化することができる。図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、表１および表２に記載された処理条件を使用して低圧のＴＣＶＤプロセスによって微細構造物上に堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真を示す。図５Ａおよび図５ＢのＷ層の視覚の比較は、図５ＢのＷ層が図５ＡのＷ層と比較してモホロジを改善した（微細構造物の側壁上の小瘤の密度を低下させた）ことを示す。図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の実施形態に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真を示す。図６Ａおよび図６ＢのＷ層は、約３０℃のプリカーサ容器温度と、約１５０ｍＴｏｒｒの処理圧力とを使用して、堆積された。図６ＡのＷ層は、約６５ｓｃｃｍのキャリヤガス流量と、約３９０ｓｃｃｍの希釈ガス流れと、約５００秒の堆積時間とを使用して堆積され、一方、図６ＢのＷ層は、約２５ｓｃｃｍのキャリヤガス流量と、約２００ｓｃｃｍの希釈ガス流れと、約６００秒の堆積時間とを使用して堆積された。高いプロセスガス流量を使用して堆積された図６ＡのＷ層のステップカバレッジは、約９０％であり、一方、より低いプロセスガス流量を使用して堆積された図６ＢのＷ層のステップカバレッジは、約７０％である。
【００３１】
本発明のさまざまな修正および変更は、本発明を実施する際に使用されることになると理解されるべきである。添付の請求の範囲内であって、ここに特に記載されているより、他の方法で、本発明が実施され得ることになると理解されるものである。
【００３２】
明細書の中に取り入れられ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係るＷ層を堆積させる処理システムの簡略化された構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るＷ層を堆積させるためのフローチャートを示す図である。
【図３Ａ】表１のラン１に記載されたプロセス条件に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真（３０度傾けた）を示す図である。
【図３Ｂ】表１のラン２に記載されたプロセス条件に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真（３０度傾けた）を示す図である。
【図４Ａ】表２のラン３に記載されたプロセス条件に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真（３０度傾けた）を示す図である。
【図４Ｂ】表２のラン４に記載されたプロセス条件に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真（３０度傾けた）を示す図である。
【図５Ａ】表１に記載されたプロセス条件に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって微細構造物上に堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。
【図５Ｂ】表２に記載されたプロセス条件に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって微細構造物上に堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に係る低圧のＴＣＶＤプロセスによって堆積されたＷ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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