(57)【要約】【課題】  金属−カルボニルプリカーサからのルテニウムおよびレニウム金属層の低圧堆積を提供することである。【解決手段】  パターニングされた基板上への高堆積速度、低微粒子汚染、および、良好なステップカバレッジを有する基板上のＲｕおよびＲｅ金属層を堆積させる方法は、示される。方法は、処理チャンバに基板を提供することと、キャリヤガスと、ルテニウム−カルボニルプリカーサおよびレニウム−カルボニルプリカーサからなる群から選択される金属プリカーサとを含むプロセスガスを処理チャンバに導入することを具備する。方法は、約２０ｍＴｏｒｒ未満の処理チャンバ圧力で熱化学気相成長プロセスによって基板上にＲｕまたはＲｅ金属層を堆積させることを更に含む。【選択図】
2008514821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に金属層を堆積させる方法であって、
処理チャンバに基板を提供することと；
処理チャンバに、キャリヤガスと、ルテニウム−カルボニルプリカーサおよびレニウム−カルボニルプリカーサからなる群から選択される金属−カルボニルプリカーサとを含むプロセスガスを導入することと；
熱化学気相成長プロセスによって、基板上にＲｕまたはＲｅ金属層を堆積させることとを具備し、
処理チャンバ圧力は、約２０ｍＴｏｒｒ未満である方法。
【請求項２】
前記処理チャンバ圧力は、約１０ｍＴｏｒｒ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ルテニウム−カルボニルプリカーサは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記レニウム−カルボニルプリカーサは、Ｒｅ２（ＣＯ）１０を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記キャリヤガスフローは、約５０ｓｃｃｍと、約４００ｓｃｃｍとの間にのある請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記キャリヤガスフローは、約１００ｓｃｃｍと、約３００ｓｃｃｍとの間にある請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記キャリヤガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記プロセスガスは、希釈ガスを更に含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記希釈ガスのフローは、約５ｓｃｃｍと、約１００ｓｃｃｍとの間にのある請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記希釈ガスのフローは、約１０ｓｃｃｍと、約５０ｓｃｃｍとの間にある請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記希釈ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板の温度は、約３００℃と、約６００℃との間にある請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板の温度は、約４００℃と、約５００℃との間にある請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板は、半導体基板、ＬＣＤ基板、もしくはガラス製基板、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属層の厚さは、約３００Ａ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記金属層の厚さは、約２００Ａ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記金属層の厚さは、約１００Ａ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属層は、約５Ａ／ｍｉｎより速い速度で堆積される請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属層は、約１０Ａ／ｍｉｎより速い速度で堆積される請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
パターニングされた基板上に金属層を堆積させる方法であって、
処理チャンバに、１つ以上のビア、トレンチ、またはそれらの組合せを含むパターニングされた基板を提供することと；
前記処理チャンバに、ルテニウム−カルボニルプリカーサおよびレニウム−カルボニルプリカーサからなる群から選択された金属プリカーサを含むプロセスガスを導入することと；
熱化学気相成長プロセスによってパターニングされた基板上のＲｕまたはＲｅ金属層を堆積させることとを具備し、
前記処理チャンバ圧力は、約２０ｍＴｏｒｒ未満である方法。
【請求項２１】
前記処理チャンバ圧力は、約１０ｍＴｏｒｒ未満である請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記ルテニウム−カルボニルプリカーサは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を含んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記レニウム−カルボニルプリカーサは、Ｒｅ２（ＣＯ）１０を含んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記プロセスガス流量は、約５０ｓｃｃｍと、約４００ｓｃｃｍとの間にある請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記プロセスガス流量は、約１００ｓｃｃｍと、約３００ｓｃｃｍとの間にある請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記プロセスガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ。もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含むキャリヤガスを更に含んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記プロセスガスは、希釈ガスを更に含んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
前記希釈ガスフローは、約５ｓｃｃｍと、約１００ｓｃｃｍとの間にある請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記希釈ガスフローは、約１０ｓｃｃｍと、約５０ｓｃｃｍとの間にある請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記希釈ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含むんでいる請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板の温度は、約３００℃と、約６００℃との間にある請求項２０に記載の方法。
【請求項３２】
前記基板の温度は、約４００℃と、約５００℃との間にある請求項２０に記載の方法。
【請求項３３】
前記基板は、半導体基板、ＬＣＤ基板、もしくはガラス製基板、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項３４】
前記金属層の厚さは、約３００Ａ未満である請求項２０に記載の方法。
【請求項３５】
前記金属層の厚さは、約２００Ａ未満である請求項２０に記載の方法。
【請求項３６】
前記金属層の厚さは、約１００Ａ未満である請求項２０に記載の方法。
【請求項３７】
前記金属層は、約５Ａ／ｍｉｎより速い速度で堆積される請求項２０に記載の方法。
【請求項３８】
前記金属層は、約１０Ａ／ｍｉｎより速い速度で堆積される請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
このＰＣＴ出願は、２００４年９月３０日に提出された米国仮特許出願番号１０／９５３，４６６号に基づくものであり、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引用したものとする。
【０００２】
本発明は、半導体プロセスに関し、より詳しくは、低圧の熱化学気相成長プロセスにおける薄いルテニウムおよびレニウム金属層を堆積させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路（ＩＣ）の製造に対して多層配線方式への銅（Ｃｕ）金属の導入は、Ｃｕ層の密着性と成長を促進するために、および、誘電体材料へのＣｕの拡散を防止するために、拡散バリア／ライナ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に対し非反応性で、非混合性で、および低抵抗率を提供することができるルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、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を含むことができる。Ｃｕメタライゼーションおよび誘電体材料を集積化する現在のインテグレーション方式は、約４００℃と、約５００℃との間の基板温度またはそれを下回る温度で、バリア／ライナ堆積プロセスを必要とし得る。
【０００４】
熱化学気相成長（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＣＶＤ）は、半導体業界において、基板上に薄膜層を形成するための特に魅力的な方法であり、なぜなら、この方法が、薄膜層の組成の制御を容易にし、基板のコンタミネーションまたはダメージ無しで薄膜層を形成する能力を有するからである。ＴＣＶＤは、また、穴、トレンチ、および、他のステップが付けられた構造に所望の薄膜層を堆積させるために使用されることができる。どこでも均等な（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）薄膜層堆積が必要である状況において、蒸着およびスパッタリング技術は、均等な薄膜層を形成するのに使用することができないという理由から、ＴＣＶＤは、堆積の好適な方法であることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＴＣＶＤプロセスは、デバイス製造のために十分に高堆積速度で層を堆積させるためにＴＣＶＤ処理チャンバに、それらの蒸気の急速な移送を可能にするために十分に揮発性である適切なプリカーサを必要とする。プリカーサは、所望の基板温度で高純度層を堆積させるために、相対的に安定しているべきで、および、処理チャンバの基板にきれいに（ｃｌｅａｎｌｙ）分解するべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
広くここで記載されているように、本発明の実施形態は、熱化学気相成長プロセスにおいて基板上への薄いＲｕおよびＲｅ金属層を堆積させる方法を提供する。方法は、Ｒｕの、および、パターニングされた基板上の基板、低微粒子汚染、および、良好なステップカバレッジ上の金属層に関する高堆積速度を提供することができるルテニウム−カルボニル、および、レニウム−カルボニルプリカーサを利用する。ルテニウム−カルボニルおよびレニウム−カルボニルプリカーサを利用する方法は、基板上のＲｕおよびＲｅ金属層の高堆積速度、低微粒子汚染、およびパターニングされた基板上の良好なステップカバレッジを提供することができる。
【０００７】
本発明の１つの実施形態では、方法は、処理チャンバに基板を提供することと、処理チャンバに、キャリヤガスと、ルテニウム−カルボニルプリカーサおよびレニウム−カルボニルプリカーサからなる群から選択される金属−カルボニルプリカーサとを含むプロセスガスを導入する。方法は、また、約２０ｍＴｏｒｒ未満の処理チャンバ圧力で熱化学気相成長プロセスによって基板上にＲｕまたはＲｅ金属層を堆積させることを備えている。代わりとして、処理チャンバ圧力は、約１０ｍＴｏｒｒ未満であることができる。本発明の１つの実施形態では、ルテニウム−カルボニルプリカーサは、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を含むことができ、レニウム−カルボニルプリカーサは、Ｒｅ２（ＣＯ）１０を含むことができる。
【０００８】
本発明の別の実施形態では、方法は、１つ以上のビア、トレンチ、またはそれらの組合せを含むパターニングされた基板を処理チャンバに提供することと、処理チャンバに、キャリヤガスと、ルテニウム−カルボニルプリカーサおよびレニウム−カルボニルプリカーサからなる群から選択される金属−カルボニルプリカーサとを含んでいるプロセスガスを導入することと、熱化学気相成長プロセスによってパターニングされた基板上にＲｕまたはＲｅ金属層を堆積させることとを具備し、そこにおいて、処理チャンバのプロセスガス圧力は、約２０ｍＴｏｒｒ未満である。代わりとして、処理チャンバ圧力は、約１０ｍＴｏｒｒ未満であることができる。
【０００９】
他の本発明の態様は、次からの説明から、および、本願明細書に添付された図面から明瞭に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の各種実施形態について説明する。適切なときに、類似の参照番号は、似た形態を参照するのに使用される。当業者によって理解されるように、ここで示される実施形態は、単に本発明の範囲内で意図される多種多様な実施形態の典型的なものだけを対象とする。したがって、本発明は、単に示される実施形態だけに、限定されるものではない、しかし、また、本願発明は、何らかのまたは全ての変更形態を包含し、それは、当業者によって理解される。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る基板にＲｕおよびＲｅ金属層を堆積させるための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を具備する。円形開口２２は、下部チャンバセクション１ｂの中央に形成され、ここで、下部セクション１ｂは、排気チャンバ２３に接続する。
【００１２】
処理チャンバ１の内部に、処理される基板（ウェハ）５０を水平に保持するための基板ホルダ２が提供された。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で支えられる。基板ホルダ２上の基板５０の位置決めのためのガイドリング４は、基板ホルダ２の端上に提供される。さらにまた、基板ホルダ２は、電源６によって制御されるヒータ５を含み、基板５０を加熱するために使用される。ヒータ５は、抵抗ヒータ、または、このような目的に適している何らかのヒータ、例えばランプヒータを含むことができる。
【００１３】
プロセスの間、加熱された基板５０は、熱的に金属−カルボニルプリカーサ５５を分解することができ、基板５０上に金属層の堆積を可能にすることができる。本発明の１つの実施形態に係る金属−カルボニルプリカーサ５５は、ルテニウム−カルボニルプリカーサ、例えば、Ｒｕ３（ＣＯ）１２を含むことができる。別の形態として、本発明の別の実施形態に係る金属−カルボニルプリカーサ５５は、レニウム−カルボニルプリカーサ、例えば、Ｒｅ２（ＣＯ）１０を含むことができる。いわば、それは、他のルテニウム−カルボニルプリカーサおよびレニウム−カルボニルプリカーサは、本発明の範囲内において、使用されることができることは、当業者によって理解される。
【００１４】
基板ホルダ２は、基板５０上へ所望のＲｕまたはＲｅ金属層を堆積させること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、チャンバ壁を所定の温度に加熱するために処理チャンバ１の壁に埋め込まれる。ヒータは、処理チャンバ１の壁の温度を、約４０℃から約８０℃までに維持することができる。圧力計（図示せず）は、処理チャンバ圧力を測定するために使用される。
【００１５】
図１に示すように、処理チャンバ１の上部チャンバセクション１ａがシャワーヘッド１０を含み、このシャワーヘッド１０は、底部に配置されたシャワーヘッドプレート１０ａを有する。シャワーヘッドプレート１０ａは、基板５０より上に位置づけられるプロセスゾーン６０に金属−カルボニルプリカーサ５５を含むプロセスガスを供給するための複数のガス送出穴１０ｂを含む。
【００１６】
上部チャンバセクション１ａは、ガス分配コンパートメント１０ｄにガスライン１２からのプロセスガスを導入するための開口１０ｃを含む。シャワーヘッド１０内部で金属−カルボニルプリカーサ５５の分解を防止するために、同一中心のクーラントフローチャネル１０ｅは、シャワーヘッド１０の温度を制御するように提供される。冷却剤流体、例えば水は、シャワーヘッド１０の温度を約２０℃から約１００℃までに制御するために、クーラント流体ソース１０ｆからクーラントフローチャネル１０ｅに供給されることができる。
【００１７】
プリカーサ送出システム３００は、ガスライン１２を介して処理チャンバ１に結合される。プリカーサ送出システム３００は、とりわけ、プリカーサ容器１３と、プリカーサヒータ１３ａと、ガス供給源１５と、マスフローコントローラ（ＭＦＣｓ）１６および２０と、ガスフローセンサ４５と、ガスコントローラ４０とを含む。プリカーサ容器１３は、固体の金属−カルボニルプリカーサ５５を含み、プリカーサヒータ１３ａは、金属−カルボニルプリカーサ５５の所望の蒸気圧を発生する温度で金属−カルボニルプリカーサ５５を維持するためにプリカーサ容器１３を加熱するために提供される。
【００１８】
金属−カルボニルプリカーサ５５は、処理チャンバ１にプリカーサ５５の送出を高めるためにキャリヤガスを使用して処理チャンバ１に供給される。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は、キャリアガスフローを制御するように使用されることができる。キャリヤガスは、固体の金属−カルボニルプリカーサ５５を通って、浸透するために、プリカーサ容器１３の下部に導入されることができる。代わりとして、キャリヤガスは、プリカーサソース１３内に導入されることができ、固体の金属−カルボニルプリカーサ５５の上部全体に渡って分配されることができる。
【００１９】
センサ４５は、プリカーサ容器１３からのトータルガスフローを測定するように構成される。センサ４５は、たとえば、ＭＦＣを含むことができ、処理チャンバ１に供給される金属−カルボニルプリカーサ５５の量は、センサ４５およびマスフローコントローラ１６を使用して決定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へのガスフロー内の金属−カルボニルプリカーサ５５の濃度を測定するために、光吸収センサを含むことができる。
【００２０】
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への金属−カルボニルプリカーサ５５の供給を安定させるために提供される。加えて、バルブ４２は、ガスライン１２の分岐から下流に位置づけられ、バイパスライン４１に提供される。
【００２１】
ヒータ（図示せず）は、独立してガスライン１２、１４、および４１に提供される。このように、ガスライン１２、１４、および４１の温度は、ガスライン１２、１４、および４１の金属−カルボニルプリカーサ５５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１２、１４、および４１の温度は、約２０°Ｃから約１００°Ｃまで、いくつかの場合があるが、制御されることができ、２５℃から約６０℃までの温度に制御することは、十分であり得る。
【００２２】
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かまたはプロセスガス分圧（又は複数の分圧）を調整するために使用されることができる。ガスライン１８は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）２０およびバルブ２１を含む。ＭＦＣｓ１６および２１と、バルブ１６、１７、および４２とは、コントローラ４０によって制御され、このコントローラ４０は、キャリヤガス、金属−カルボニルプリカーサガス、および希釈ガスの供給、シャットオフ、およびフローを制御する。センサ４５は、また、コントローラ４０に接続され、センサ４５のアウトプットに基づいて、コントローラ４０は、処理チャンバ１への所望の金属−カルボニルプリカーサ流量を得るためにマスフローコントローラ１６を介してキャリヤガスフローを制御することができる。
【００２３】
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。真空排気システム４００は、自動圧力コントローラ（ＡＰＣ）５９、トラップ５７、および真空ポンプ２５を含む。真空ポンプは、所望の真空度に処理チャンバ１を排気し、プロセスの間、処理チャンバ１からガス種を除去するために使用される。ＡＰＣ５９、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５０００リットル（および、より高い）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。
【００２４】
プロセスの間、プロセスガスは、処理チャンバ１に導入されることができ、チャンバ圧力は、ＡＰＣ５９によって調整されることができる。ＡＰＣ５９は、バタフライ形式バルブまたは何らかの適切なバルブ、例えばゲートバルブを含むことができる。トラップ５７は、処理チャンバ１から反応していないプリカーサ材料、および、副生成物を収集することができる。
【００２５】
処理チャンバ１に注目すると、３つの基板リフトピン２６（単に２つだけが、示されている）は、基板５０を保持し、持ち上げ、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、基板ホルダ２の上面の下方位置まで降ろされることができる。たとえば、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を上下させるために構成されることができる。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を介して処理チャンバ１との間で移送されることができ、基板リフトピン２６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の上面まで降ろされることができる。
【００２６】
処理システム１００は、処理システムコントローラ５００によって制御されることができる。特に、プロセスシステムコントローラ５００は、マイクロプロセッサ、メモリ、および処理システム１００と通信し、処理システム１００からのモニター出力と同様に処理システム１００の入力をアクティブにするため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ポートを含む。さらに、プロセスシステムコントローラ５００は、処理チャンバ１、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、真空排気システム４００、電源６、およびクーラント流体ソース１０ｆと接続され、情報を交換することができる。
【００２７】
真空排気システム４００において、システムコントローラ５００は、処理チャンバ１の圧力を制御するための自動圧力コントローラ（ＡＰＣ）５９に接続され、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よって、処理システム１００の前記コンポーネントを制御するために利用される。処理システムコントローラ５００の１つの実施例は、テキサス州、ダラス、デル社から入手可能なデルプレシジョンワークステーション６１０（登録商標）である。
【００２８】
ＲｕおよびＲｅ金属層の形成のための処理システムは、図１に概略的に示され、記載されているように、枚葉ウェハ処理チャンバ１を含むことができる。代わりとして、処理システムは、同時に、複数の基板（ウェハ）５０が処理可能なバッチ型処理チャンバを含むことができる。半導体基板５０（例えばＳｉウェハ）に加えて、基板は、たとえば、ＬＣＤ基板、ガラス製基板、または化合物半導体基板を含むことができる。処理チャンバ１は、たとえば、何らかのサイズの基板、例えば２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、またはより大きい基板でさえ処理することができる。当業者にとって、図１の記載に対して選ばれた処理システム１００に、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくされる変更態様は明確である。
【００２９】
金属−カルボニルプリカーサ５５の熱分解および次の基板５０上へのＲｕ金属堆積は、基板５０からのＣＯ除去のよって、およびＣＯ副生成物の脱離によって主に進行すると考えられる。Ｒｕ金属層へのＣＯ副生成物の取込みは、金属−カルボニルプリカーサ５５の不完全な分解、Ｒｕ金属層からＣＯ副生成物の不完全な除去、およびＲｕ金属層の上のプロセスゾーン６０からのＣＯ副生成物の再吸着から生じることができる。処理チャンバ圧力の低下は、基板５０より上のプロセスゾーン６０内のガス種（例えば金属−カルボニルプリカーサ、反応副生成物、キャリヤガス、および希釈ガス）のより短い滞留をもたらし、それは、次に、基板５０に堆積された金属層の低いＣＯ不純物レベルをもたらすことができる。
【００３０】
本発明の実施形態は、パターニングされていない基板上への、および、ビア（穴）、トレンチ、および他の構造を含んでパターニングされた基板上への薄いＲｕ金属層を堆積させるために、好適である。均等な薄いＲｕ金属層堆積が高アスペクト比構造に渡って必要である状況において、本発明の実施形態に記載されているＴＣＶＤプロセスは、堆積の好適な方法であることができる。
【００３１】
本発明の実施形態に係る、図２Ａは、概略的に、その上に堆積された薄いＲｕまたはＲｅ金属層２０２を含んでいる基板２００を記載する。１つの実施形態に係る金属層２０２の厚さは、約３００オングストローム（Ａ）未満であることができる。代わりとして、約２００Ａ未満の厚さをでき、またはさらに約１００Ａ未満にできる。
【００３２】
図２Ｂは、概略的には、本発明の実施形態に係る、その上に堆積された薄いＲｕまたはＲｅ金属層２１４を含んでいるパターニングされた基板２１０である。パターニングされた基板２１０も、たとえば、ビア、トレンチ、または別の構造であり得る開口２１６を含む。薄いＲｕまたはＲｅ金属層２１４は、たとえば、パターニングされた基板２１０、第１の金属層２１２、および、開口２１６内に堆積された第２の金属層の間のバリア層であることができる。他の例では、薄いＲｕまたはＲｅ金属層２１４は、プレーティング工程（ｐｌａｔｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって開口２１６内にＣｕの次の堆積のためのシード層であることができる。さらに別の例では、概略的に、図２Ｃに示されて、薄いＲｕまたはＲｅ金属層２２０（シード層）は、別の材料（例えばＷ）を含むバリア層２１８上に堆積され、その後、開口２１６内に堆積されたＣｕである。
【００３３】
低蒸気圧を有する金属含有プリカーサを使用するときに、デバイス製造のために十分に速い堆積速度を達成することは、困難となり得る。低蒸気圧は、プロセスゾーン６０に金属含有プリカーサで供給を限定し、そして基板５０上の金属含有層の低堆積速度をもたらすこととなり得る。Ｒｕ３（ＣＯ）１２およびＲｅ２（ＣＯ）１０プリカーサは、相対的に低蒸気圧を有する金属−カルボニルプリカーサの例示である。たとえば、Ｒｕ３（ＣＯ）１２の蒸気圧は、５０℃で約０．００５５Ｔｏｒｒであることが見積ももられ、８０℃で０．０５７Ｔｏｒｒ、および、Ｒｅ２（ＣＯ）１０の蒸気圧については、５０℃で約０．００３４Ｔｏｒｒ、および、８０℃で約０．０３５Ｔｏｒｒであると推定される。比較するために、周知のＷ（ＣＯ）６プリカーサの蒸気圧は、５０℃で約０．３３Ｔｏｒｒ、および、８０℃で約３．５Ｔｏｒｒである。
【００３４】
Ｒｕ３（ＣＯ）１２、および、Ｒｅ２（ＣＯ）１０プリカーサの相対的に低い蒸気圧に加えて、蒸気圧を増加させ、プロセスゾーン６０にプリカーサ５５の供給をするために、プリカーサ容器１３の温度を上げさせら得るが、どの程度の温度が適度な温度かは、プリカーサの分解が深刻な限定となり得る。
【００３５】
本発明の１つの実施形態に係る、キャリヤガスは、プロセスゾーン６０に金属−カルボニルプリカーサの送出を増強するために使用される。低処理チャンバ圧力を可能にする一方、相対的に低キャリヤガスフローの使用は、相対的に高プリカーサ濃度を有するプロセスガスをもたらす。対照的に、相対的に高キャリヤガスフローは、低蒸気圧により、相対的に低プリカーサ濃度を有するプロセスガスをもたらし、プリカーサ容器の固体のプリカーサの蒸発率を制限する。さらにまた、使用する相対的に高キャリヤガスの中でフローが処理チャンバ１からプロセスガスを排気するために構成される真空排気システム４００の有限な排気速度により、高い処理チャンバ圧力をもたらすこととなる。
【００３６】
基板上の粒子状物質コンタミネーションが、ロジックおよび記憶装置の歩留まりの低下を主要な原因である。集積回路形態のサイズが縮小するにしたがって、サブミクロンサイズパーティクルは、より高い影響を及ぼし得る。基板５０のプロセスの間、パーティクルは、後継のプロセスガスを有する処理チャンバ１に移動することができ、それらはまた、基板５０のプロセスの間、生じる化学反応から生成されることができる。一般に、より高堆積速度は、キャリヤガスフロー、および、処理チャンバ圧力を増加させることによって得られることができる。しかしながら、パーティクル生成が、より高圧力で増加させられることもわかった。本願の発明者は、その実現し使用する相対的に低いキャリヤガスのフローが、このことにより基板５０上の粒子汚染を減少し、プリカーサ容器１３およびガスライン１２から処理チャンバ１まで微粒子汚染の移送を減少することがわかった。
【００３７】
本発明の１つの実施形態に係る、相対的に低いキャリヤガスフローは、約２０ｍＴｏｒｒ未満の処理チャンバ圧力とともに、半導体基板上の相対的に高い金属堆積速度（８Ａ／ｍｉｎ、またはそれ以上）、低微粒子汚染、および良好なステップカバレッジを提供することができる。代わりとして、処理チャンバ圧力は、約１０ｍＴｏｒｒより低くすることができる。
【００３８】
当業者ならば周知のように、キャリヤガス流量、プロセスガス流量、および、処理チャンバ圧力の関係は、処理チャンバ１、および、真空排気システム４００の排気速度のボリューム、および、ジオメトリに依存する。さらにまた、プリカーサ容器１３のデザインおよび温度は、プリカーサ５５の蒸発率、および、プロセスゾーン６０に対するプリカーサ５５の供給に影響を与える。従って、キャリヤガス流量は、図１に示される典型的な処理システム１００と違って構成される処理システムに対して異なるものであり得る。加えて、プリカーサ容器１３からプロセスゾーン６０まで距離を最小にして、ガスライン１２のコンダクタンスを最大にすることは、プロセスゾーン６０にプリカーサ５５の供給を増加させることができる。
【００３９】
本発明の実施形態に係る、図３は、金属層を堆積させるプロセスのためのフローチャートを記載する。作業２５０において、プロセスは、始められる。作業２５２において、基板は、処理チャンバに提供される。
【００４０】
作業２５４において、プロセスガスは処理チャンバに導入される。ここで、プロセスガスは、ルテニウム−カルボニルプリカーサ、および、レニウム−カルボニルプリカーサからなる群から選択される金属−カルボニルプリカーサ、および、キャリヤガスを含む。本発明の１つの実施形態では、ルテニウムを含有するプリカーサはＲｕ３（ＣＯ）１２を含むことができ、および、レニウムを含有するプリカーサは、Ｒｅ２（ＣＯ）１０を含むことができる。
【００４１】
作業２５６において、ＲｕまたはＲｅ金属を含む金属層は、処理チャンバ圧力が約２０ｍＴｏｒｒ未満である熱化学蒸着プロセスによって、基板に堆積される。代わりとして、処理チャンバ圧力は、約１０ｍＴｏｒｒ未満であることができる。
【００４２】
本発明の１つの実施形態に係る、金属層厚さは、約３００Ａ未満であることができる。他の実施の形態において、金属層厚さは２００Ａ未満であることができ、および、場合によっては、金属層厚さは約１００Ａ未満であることができる。
【００４３】
さらに、本発明の一実施例に従って、金属層は、約５Ａ／ｍｉｎより大きい速度で堆積することができる。他の実施の形態において、金属層は約１０Ａ／ｍｉｎより速い速度で堆積することができ、および、場合によっては、堆積速度は約４０Ａ／ｍｉｎより速くなることができる。
【００４４】
図３で指示したように、ＲｕまたはＲｅを含んでいる金属層の堆積の後、プロセスは、作業２５８にて、終わる。
【００４５】
ＴＣＶＤプロセスのためのプロセスパラメータ空間は、約２０ｍＴｏｒｒ未満の処理チャンバ圧力を利用し、キャリヤガス流量は、毎分標準の約５０立方センチメートル（ｓｃｃｍ）と、約４００ｓｃｃｍとの間である。代わりとして、キャリヤガス流量は、約１００ｓｃｃｍと、約３００ｓｃｃｍとの間のあることができ、および、約１５０ｓｃｃｍであることができる。代わりとして、処理チャンバ圧力は、約１０ｍＴｏｒｒ未満であることができる。希釈ガス流量は、約５ｓｃｃｍと、約１００ｓｃｃｍとの間にあることができる。代わりとして、希釈ガス流量は、約１０ｓｃｃｍと、約５０ｓｃｃｍとの間にあることができる。キャリヤガス、および、希釈ガスは、不活性ガスを含むことができる。不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、ＸｅまたはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含むことができる。基板温度は、約３００℃と、約６００℃との間にあることができる。代わりとして、基板温度は約４００℃と約５００℃との間にあることができる。
【００４６】
本発明の実施形態に係る、図４は、低圧の熱化学気相成長プロセスによって堆積されたＲｕ金属層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真を示す。Ｒｕ層６０２は、Ｒｕ３（ＣＯ）１２プリカーサを使用してＳｉ基板６００上に、約７．９ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力、４００℃の基板温度、および、６３℃のプリカーサ容器温度で堆積された。
【００４７】
Ａｒキャリヤガスフローは、１５０ｓｃｃｍであり、希釈ガスフローは、２０ｓｃｃｍであった。Ｒｕ堆積速度は、約８Ａ／ｍｉｎ、および、ほぼ２５０Ａ厚さのＲｕ層４０２の電気的抵抗率は、約１２．４μｏｈｍ―ｃｍであった。７．１μｏｈｍ−ｃｍのバルク抵抗率と比較して、この抵抗率値は、半導体デバイスへのＲｕ金属層のインテグレーションに対して合理的なものである。
【００４８】
２００ｍＴｏｒｒの実施例に対して、図３に示される２５０Ａの厚さＲｕ金属層３０２は、より高処理チャンバ圧力で堆積されたＲｕ金属層より大きいグレインを示した。しかしながら、約１０ｍＴｏｒｒ未満の処理チャンバ圧力で堆積したより薄いＲｕ金属層（約１００Ａ未満の厚さ）は、２００ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力で堆積されたＲｕ金属層より小さいグレインを示した。加えて、より高処理チャンバ圧力で堆積されたＲｕ金属層に観測されたより少しのパーティクルは、約１０ｍＴｏｒｒより少ない処理チャンバ圧力で堆積されたものよりＲｕ金属層にて観測された。
【００４９】
本発明の他の実施例において、Ｒｕ金属層は、パターニングされたＳｉ基板上へ堆積された。パターニングされたＳｉ基板は、約４．４（約０．２１の幅μｍ、および、約０．９２μｍの深さ）のアスペクト比を有するバイアホールを含んでいる。Ｒｕ金属層は、上記の通りに同じプロセス条件を使用したが、６５℃のプリカーサ容器温度を使用して堆積された。ＳＥＭ顕微鏡写真は、約４４パーセント（％）のステップカバレッジを示した。ステップカバレッジは、ビアから間隔をおいて配置されるＲｕ層厚さに対して、ビアの下部の近くで、ビア側壁上のＲｕ層厚さを指す。
【００５０】
比較するために、Ｒｕ金属層は、約２００ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力、８８０ｓｃｃｍのキャリヤガス流量、４００℃の基板温度、および、６５℃のプリカーサ容器温度を使用してパターニングされたＳｉ基板上へ堆積された。７．９ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力に対する約４４％のステップカバレッジと比較して、Ｒｕ金属層の結果として生じるステップカバレッジは、約７．５％だけであった。
【００５１】
本発明のさまざまな修正変更が本発明を実施する際に使用されることができると理解されるべきである。従って、添付の請求の範囲内で、ここで特に記載されているより別の方法で本発明は、実施されることができると理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る基板上のＲｕおよびＲｅ金属層を堆積させるための処理システムを示す簡略化された構成図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る、上に堆積された薄いＲｕまたはＲｅ金属層を含む基板を概略的に記載する図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る、上に堆積された薄いＲｕまたはＲｅ金属層を含む基板を概略的に記載する図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態に係る、上に堆積された薄いＲｕまたはＲｅ金属層を含む基板を概略的に記載する図である。
【図３】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図である。
【図４】本発明の実施形態に係る低圧の熱化学気相成長プロセスによって堆積されたＲｕ層の断面ＳＥＭ顕微鏡写真を示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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