(57)【要約】      （修正有）【課題】高堆積レートで膜の均一性の良好な堆積システムを提供する。【解決手段】供給ガスとして金属カルボニル先駆体（５２）及びＣＯを利用する堆積プロセスの初期化方法及びシステムについて説明する。プロセスチャンバ（１０）内での堆積プロセス前、気化系（５０）を介して先駆体を排気系へ輸送する、ＣＯを有する供給ガスの流れが確立される一方でプロセスチャンバ（１０）を通過する。ＣＯガス及び蒸気先駆体が排気系へ流れる間、たとえば不活性ガス、ＣＯ又はこれらを混合させたガスのようなパージガスが、プロセスチャンバ（１０）に導入されて良い。一旦安定したＣＯガス及び先駆体蒸気の流れが確立されると、ＣＯガス及び先駆体蒸気は、プロセスチャンバ（１０）に導入され、安定した基板上への金属層の堆積が実現する。【選択図】図１
2007270355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に金属層を堆積する方法であって：
堆積システム内に基板を供する提供工程；
前記堆積システム内の前記基板を、堆積温度にまで加熱する基板加熱工程；
金属カルボニル先駆体蒸気及びＣＯガスを含むプロセスガス流の排気システムへの流れを確立する工程であって、一定期間前記プロセスガス流を前記堆積システムに導入しない、確立工程；
前記一定期間後、前記プロセスガス流を前記堆積システムに導入する導入工程；及び
前記堆積温度である前記基板を、前記プロセスガスに曝露することで、気相成長法によって前記基板上に金属層が堆積される、曝露工程；
を有する方法。
【請求項２】
前記基板を前記堆積温度に加熱する前記加熱工程が、前記基板を約５０℃から約５００℃の範囲の温度に加熱する工程を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板を前記堆積温度に加熱する前記加熱工程が、前記基板を約１５０℃から約３５０℃の範囲の温度に加熱する工程を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プロセスガス流を確立する前記確立工程が：
金属カルボニル先駆体を加熱することで、前記金属カルボニル先駆体蒸気を生成する先駆体加熱工程；及び
前記ＣＯガスと、前記金属カルボニル先駆体下流からの前記金属カルボニル先駆体蒸気とを混合する混合工程；
を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記プロセスガス流を確立する前記確立工程が、金属カルボニル先駆体を加熱することで、前記金属カルボニル先駆体蒸気を生成する一方で、前記ＣＯガスを前記金属カルボニル先駆体にわたって流す先駆体加熱工程、を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記プロセスガスが不活性キャリアガスをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記不活性キャリアガスが希ガスを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記曝露中、前記プロセスチャンバを、約０．１ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの間の圧力に維持する維持工程をさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記堆積システムにパージガス流を導入するパージガス導入工程；及び
前記堆積システムにパージガス流を導入する前記パージガス導入工程の前又はそれと同時に、前記パージガス流を停止する停止工程；
をさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記パージガスを導入する前記パージガス導入工程が、希ガス若しくはＣＯガス、又はこれらの混合ガスを、前記堆積システムに導入する希ガス導入工程を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記パージガスを導入する前記パージガス導入工程が：
前記基板を加熱する前記加熱中にパージガスを導入する導入工程；及び
前記基板の加熱速度を増大させるため、前記堆積システム内の圧力を約０．１Ｔｏｒｒより高い圧力に維持する維持工程；
を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記パージガスを導入する前記パージガス導入工程が：
前記基板を加熱する前記加熱中にパージガスを導入する導入工程；及び
前記基板の加熱速度を増大させるため、前記堆積システム内の圧力を約１Ｔｏｒｒより高い圧力に維持する圧力維持工程；
を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属カルボニル先駆体蒸気が、タングステンカルボニル、モリブデンカルボニル、コバルトカルボニル、ロジウムカルボニル、レニウムカルボニル、クロムカルボニル、ルテニウムカルボニル、若しくはオスミウムカルボニル、又はこれらの２種類以上を混合させた物質を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属カルボニル先駆体蒸気が、Ｗ（ＣＯ）６、Ｍｏ（ＣＯ）６、Ｃｏ２（ＣＯ）６、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、Ｒｕ３（ＣＯ）１２、若しくはＯｓ３（ＣＯ）１２、又はこれらの２種類以上を混合させた物質を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記一定期間が、前記プロセスガスの流速が安定するのに十分な長さである、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記一定期間が、約１秒から約２０秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記一定期間が、約２秒から約１０秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
基板上にルテニウム層を堆積する方法であって：
堆積システム内に基板を供する提供工程；
前記堆積システムにパージガスを導入するパージガス導入工程；
前記堆積システム内の前記基板を、堆積温度にまで加熱する基板加熱工程；
気化システム内のルテニウムカルボニル先駆体を加熱することで、ルテニウムカルボニル先駆体を生成する先駆体加熱工程；
前記ＣＯガスと、前記金属カルボニル先駆体蒸気とを混合してプロセスガスを生成する混合工程；
金属カルボニル先駆体蒸気及びＣＯガスを含むプロセスガス流の排気システムへの流れを確立する工程であって、前記プロセスガスの流速が安定するのに十分な一定期間中に、前記プロセスガス流を前記堆積システムに導入することなく確立する確立工程；
前記堆積システムへの前記パージガスの導入を停止する停止工程；
前記一定期間後でかつ、前記停止工程と同時又はその後、前記安定した流速の前記プロセスガス流を前記堆積システムに導入するプロセスガス導入工程；及び
前記堆積温度である前記基板を、前記プロセスガスに曝露することで、気相成長法によって前記基板上にルテニウム層が堆積される曝露工程；
を有する方法。
【請求項１９】
堆積システムに処理を行わせるためのプログラム命令を有するコンピュータ読み取り可能媒体であって、前記堆積システムによって実行されるとき、前記堆積システムは：
堆積システム内に基板を供する提供工程；
前記堆積システムにパージガスを導入するパージガス導入工程；
前記堆積システム内の前記基板を、堆積温度にまで加熱する基板加熱工程；
気化システム内のルテニウムカルボニル先駆体を加熱することで、ルテニウムカルボニル先駆体を生成する先駆体加熱工程；
金属カルボニル先駆体蒸気及びＣＯガスを含むプロセスガスの排気システムへの流れを、前記プロセスガス流を前記堆積システムに導入することなく確立する確立工程；
前記堆積システムへの前記パージガスの導入を停止する停止工程；
前記一定期間後でかつ、前記停止工程と同時又はその後、前記安定した流速の前記プロセスガス流を前記堆積システムに導入するプロセスガス導入工程；及び
前記堆積温度である前記基板を、前記プロセスガスに曝露することで、気相成長法によって前記基板上に金属層が堆積される曝露工程；
を実行する、コンピュータ読み取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の堆積方法及びシステムに関し、特に、金属カルボニル先駆体を用いて薄膜を堆積するプロセスを初期化する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路を製造するための多層メタライゼーションに金属である銅（Ｃｕ）を導入するには、Ｃｕ層の接合及び成長を促進するため、並びにＣｕが誘電材料に拡散するのを防止するために拡散バリヤ／下地層を使用することが必要となると思われる。誘電材料上に堆積されるバリヤ／下地層は、たとえばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタンタル（Ｔａ）のような反射材料を含んで良い。そのような材料は非反応的で、Ｃｕとは混和せず、低い電気抵抗を与えることができる。Ｃｕメタライゼーション及び誘電材料を集積する現在の集積方法は、約４００℃から約５００℃又はそれ以下の温度において、バリヤ／下地層の堆積プロセスを必要とすると考えられる。
【０００３】
たとえば、１３０ｎｍ以下のテクノロジーノードについてのＣｕ集積方法は、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）層間誘電体、それに続いて物理的気相成長（ＰＶＤ）によるＴａ層又はＴａＮ／Ｔａ層、それに続いてＰＶＤによるＣｕシード層、及び電気化学堆積法（ＥＣＤ）によるＣｕ充填物を利用して良い。一般的にＴａ層は、その接合特性（つまりｌｏｗ−ｋ膜に接合する能力）で選択され、かつＴａ／ＴａＮ層は一般的に、そのバリヤ特性（つまりｌｏｗ−ｋ膜へのＣｕの拡散を防止する能力）で選択される。
【０００４】
上述のように、Ｃｕ拡散バリヤとしての薄い遷移金属層の研究及び実現に多大な努力が払われてきた。これらの研究には、クロム、タンタル、モリブデン及びタングステンに関する研究が含まれる。これらの材料の各々は、Ｃｕとの混和性が低いことを示す。最近になってたとえばルテニウム（Ｒｕ）及びロジウム（Ｒｈ）が、有力なバリヤ層と見なされるようになってきた。その理由は、他の材料が従来の反射材料と同様に反射性金属として振る舞うことが期待されているからである。しかし、Ｒｕ又はＲｈを用いる場合、Ｔａ／ＴａＮのように２層用いるのとは反対に、１層のみでバリヤ層として利用することが可能である。この知見は、これらの材料の接合特性及びバリヤ特性に起因する。たとえば１層のＲｕ層は、Ｔａ／ＴａＮバリヤ層に取って代わることができる。しかも、現時点での研究によると、１層のＲｕ層はさらに、Ｃｕシード層をも置き換えることが可能で、かつバルクのＣｕ充填物は、Ｒｕ堆積後に直接行うことが可能であることが分かっている。この知見は、Ｃｕ層とＲｕ層との間の良好な接合に起因する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来Ｒｕ層は、熱化学気相成長（ＴＣＶＤ）プロセス中において、たとえばルテニウムカルボニル先駆体のようなルテニウム含有先駆体を熱的に分解することにより形成可能であった。ルテニウムカルボニル先駆体（たとえばＲｕ３（ＣＯ）１２）の熱分解によって堆積されるＲｕ層の材料特性は、基板温度が約４００℃未満のときに劣化する恐れがある。その結果、反応副生成物が熱的に堆積されたＲｕ層に取り込まれる量が増大することに起因して、低堆積温度でのＲｕ層の（電気）抵抗が増大し、かつ表面モフォロジーが低下する。上記２つの効果は、約４００℃未満の基板温度では、ルテニウムカルボニル先駆体の熱分解からの一酸化炭素（ＣＯ）の脱離速度が減少ことに起因すると説明できる。
【０００６】
それに加えて、たとえばルテニウムカルボニル又はレニウムカルボニルのような金属カルボニルを用いることで、その低蒸気圧及びそれに関連するそれらの物質の輸送問題に起因した堆積レートの低下が引き起こされる恐れがある。全体として、発明者らは、現時点での堆積システムがそのような低レートに悩まされている結果、そのような金属膜の堆積が実用的でなくなっていることに気づいた。さらに発明者らは、現時点での堆積システムが膜の均一性の低さに悩まされていることにも気づいた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
薄膜堆積システムプロセスの初期化方法及び装置が供される。
【０００８】
さらに、金属カルボニル先駆体を用いた金属膜の堆積プロセスの初期化方法及び装置が供される。
【０００９】
一の実施例に従うと、基板上に金属層を堆積する方法について説明する。当該方法は、堆積システム内部に基板を供する工程；前記堆積システム内に存在する前記基板を堆積温度に加熱する工程；排出システムへの金属カルボニル先駆体及びＣＯガスを含むプロセスガス流を確立する工程であって、一定期間前記堆積システムへ前記プロセスガス流を導入することなく行われる確立工程；前記一定期間後、前記プロセスガス流を前記堆積システムに導入する工程；及び、前記基板を前記堆積温度で前記プロセスガスに曝露することで、気相成長法による前記基板上への金属層の堆積を行う、曝露工程；を有する。別な実施例では、当該方法は、前記堆積システムにパージガス流を導入する工程、及び続いて前記プロセスガスを前記堆積システムに導入する前又は導入している間に前記パージガス流を停止する工程；をさらに有して良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以降の説明では、本発明の完全な理解を助けるため、かつ限定ではなく例示目的で、たとえば堆積システムの特定の幾何学形状及び様々な部品の説明のような具体的な詳細について説明する。しかし本発明は、これらの具体的な詳細から逸脱した他の実施例でも実施可能であることに留意すべきである。
【００１１】
ここで図を参照すると、図１は、金属カルボニル先駆体から、基板上に金属層を堆積する、本発明に従った熱化学気相成長システム１を概略的に図示している。すべての図を通して、同様の参照番号は、同一又は対応する部分を示している。使用可能な金属カルボニル先駆体は複数種類あるが、以降、本発明の実施例は、ルテニウムカルボニル先駆体Ｒｕ３（ＣＯ）１２を具体的に参照しながら説明して良いことにする。ただし、Ｒｕ３（ＣＯ）１２で本発明の実施例を説明するとしても、それで本発明が限定されないことに留意しなければならない。堆積システム１は、金属層が上に成膜される基板２５を支持するために備えられた基板ホルダ２０を有するプロセスチャンバ１０を有する。プロセスチャンバ１０は、金属先駆体気化システム５０と、気相先駆体供給システム４０を介して結合する。
【００１２】
プロセスチャンバ１０はさらに、ダクト３６を介して真空排気システム３８と結合する。排気システム３８は、プロセスチャンバ１０、気相先駆体供給システム４０及び金属先駆体気化システム５０を、基板２５上での金属層の成膜、及び金属先駆体気化システム５０中の金属カルボニル先駆体５２の気化（又は昇華）に適する圧力にまで排気するように備えられている。
【００１３】
さらに図１を参照すると、金属先駆体気化システム５０は、金属カルボニル先駆体５２を貯蔵し、その金属カルボニル先駆体５２を、その先駆体５２が気化するのに十分な温度になるまで加熱し、かつ金属カルボニル先駆体蒸気を気相先駆体供給システム４０へ導入するように備えられている。金属カルボニル先駆体５２は、選択された加熱条件下では、金属先駆体気化システム５０内において固体でも良い。あるいはその代わりに、金属カルボニル先駆体５２は液体でも良い。“気化”、“昇華”及び“蒸発”という語は、本明細書では、固相又は液相から気相（ガス）が生成されることを一般的に指すものとして、同義的に用いられている。その際、気相への変換はたとえば、固相から液相を経て気相、固相から気相、又は液相から気相のいずれであるかにはよらない。以降では、固相金属カルボニル先駆体５２の使用について説明する。しかし当業者は、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、選択された加熱条件下で液体である金属カルボニル先駆体を用いても良いことが分かる。たとえば、金属カルボニル先駆体は、Ｍｘ（ＣＯ）ｙで表される一般式を有して良く、タングステンカルボニルＷ（ＣＯ）６、ニッケルカルボニルＮｉ（ＣＯ）４、モリブデンカルボニルＭｏ（ＣＯ）６、コバルトカルボニルＣｏ２（ＣＯ）６、ロジウムカルボニルＲｈ４（ＣＯ）１２、レニウムカルボニルＲｅ２（ＣＯ）１０、クロムカルボニルＣｒ（ＣＯ）６、ルテニウムカルボニルＲｕ３（ＣＯ）１２、若しくはオスミウムカルボニルＯｓ３（ＣＯ）１２、又はこれらの２種類以上を混合させた物質を有するが、これらに限定されるわけではない、
金属カルボニル先駆体５２を気化させるのに望ましい温度を実現するため（たとえば固相金属カルボニル先駆体５２を昇華させるため）、金属先駆体気化システム５０は、気化温度を制御するように備えられている気化温度制御システム５４と結合する。たとえば従来のシステムでは一般的に、ルテニウムカルボニルを昇華させるため、金属カルボニル先駆体５２の温度を約４０℃から４５℃へ上昇させる。この温度では、Ｒｕ３（ＣＯ）１２の蒸気圧はたとえば、約１ｍＴｏｒｒから約３ｍＴｏｒｒの範囲である。金属カルボニル先駆体５２が加熱されることで蒸発（又は昇華）するので、キャリアガスは、金属カルボニル先駆体５２を通り抜けることができる。キャリアガスはたとえば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅのような希ガス又はそれら２種類以上の混合気体を有して良い。あるいはその代わりに、不活性キャリアガスが不要な他の実施例も可能性として検討される。
【００１４】
本発明の実施例に従うと、ＣＯガスが、不活性キャリアガスに加えられて良い。あるいはその代わりに、不活性キャリアガスをＣＯガスに置き換える他の実施例も可能性として検討される。たとえば、ガス供給システム６０は、金属先駆体気化システム５０と結合し、たとえばキャリアガス、及び／又はＣＯガスを、金属カルボニル先駆体近くに設けられた、供給ライン６１を介して、又は供給線６２を介して金属カルボニル先駆体５２にわたって供給するように備えられている。たとえ図示されていなくても、ガス供給システム６０は、キャリアガス供給源であるＣＯガス源、１つ以上の制御バルブ、１つ以上のフィルタ、及びマスフローコントローラを有して良い。たとえば、不活性キャリアガスの流速は、約０．１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの間であって良い。あるいはその代わりに、不活性キャリアガスの流速は、約１０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間であって良い。さらにその代わりに、不活性キャリアガスの流速は、約５０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの間であって良い。本発明の実施例に従うと、ＣＯガスの流速は、約０．１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの範囲であって良い。あるいはその代わりに、ＣＯガスの流速は、約１ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの範囲であって良い。
【００１５】
膜の先駆体を気化するシステム５０から下流では、金属先駆体蒸気が、プロセスチャンバ１０と結合した蒸気分配システム３０に入るまで、又はプロセスチャンバ１０内部に設けられている蒸気分配システム３０に入るまで、金属先駆体蒸気は、ＣＯガス及び任意の不活性キャリアガスと共に蒸気供給システム４０を介して流れる。蒸気ライン温度を制御するため、並びに膜の先駆体蒸気の凝集及び膜の先駆体蒸気の分解を防ぐため、蒸気供給システム４０は、蒸気ライン温度制御システム４２と結合して良い。たとえば、蒸気ライン温度は、大体気化温度以上の温度に設定されて良い。それに加えてたとえば、蒸気供給システム４０は、約５０リットル／秒を超える高いコンダクタンスを特徴として良い。
【００１６】
再度図１を参照すると、プロセスチャンバ１０と結合する蒸気分配システム３０は、プレナム３２を有する。プレナム３２内部では、蒸気分配板３４を通過し、基板２５上の領域３３に入り込む前に蒸気が拡がる。それに加えて、蒸気分配板３４は、その温度を制御するように備えられた分配板温度制御システム３５と結合して良い。たとえば、蒸気分配板の温度は、蒸気ライン温度とほぼ等しい温度に設定されて良い。しかし、それより低くても良いし、また高くても良い。
【００１７】
本発明の実施例に従うと、希釈ガス源３７は、プロセスチャンバ１０及び／又は蒸気分配システム３０と結合し、かつ希釈ガスを加えることで、金属カルボニル先駆体蒸気及びＣＯガスを含むプロセスガスを希釈するように備えられている。図１に図示されているように、希釈ガス源３７は供給ライン３７ａを介して蒸気分配システム３０と結合し、かつプロセスガスが蒸気分配システム板３４を介してプロセス領域に入り込む前に、蒸気分配プレナム３２中のプロセスガスに希釈ガスを加えるように備えられていて良い。あるいはその代わりに、希釈ガス源３７は供給ライン３７ｂを介して蒸気分配システム３０と結合し、かつプロセスガスが蒸気分配システム板３４を通過する後に、基板２５上のプロセス領域中のプロセスガスに希釈ガスを加えるように備えられていても良い。さらにその代わりに、希釈ガス源３７は供給ライン３７ｃを介して蒸気分配システム３０と結合し、かつ蒸気分配板３４中のプロセスガスに希釈ガスを加えるように備えられていても良い。当業者にとっては明らかなように、希釈ガスは、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、蒸気分配システム３０及びプロセスチャンバ１０における他の場所に存在するプロセスガスに加えられても良い。
【００１８】
さらに別な実施例では、希釈ガスは、基板２５上の一領域における希釈ガスの濃度が、基板２５上の他の領域における希釈ガスの濃度と異なるように、希釈ガス源３７から供給ライン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ又は他の供給ライン（図示されていない）のうちの１つのラインを介して、プロセスガスに導入される。たとえば、基板２５の中心領域への希釈ガス流は、基板２５の周辺領域への希釈ガス流と異なって良い。
【００１９】
一旦膜の先駆体蒸気がプロセス領域３３に入り込むと、基板２５の温度上昇による基板表面での脱離中に膜の先駆体は熱的に分解し、基板２５上に薄膜が形成される。基板ホルダ２０は、基板温度制御システム２２と結合することによって、基板２５の温度を上昇させるように備えられている。たとえば、基板温度制御システム２２は、最大約５００℃まで基板２５の温度を上昇させるように備えられている。一の実施例では、基板温度は、約１００℃から約５００℃の範囲であって良い。別な実施例では、基板温度は、約１５０℃から約３５０℃の範囲であって良い。それに加えてプロセスチャンバは、チャンバ壁の温度を制御するように備えられているチャンバ温度制御システム１２と結合して良い。
【００２０】
上述のように、たとえば従来システムは、金属先駆体の分解及び金属蒸気先駆体凝集を制限するため、蒸気供給システム４０同様に、膜の先駆体を気化するシステム５０を、先駆体がルテニウムカルボニル場合について、約４０−４５℃の温度範囲内での動作を可能性として検討してきた。たとえば、ルテニウムカルボニル先駆体は、高温で分解され、以下に示すような副生成物を生成することができる。
【００２１】
Ｒｕ３（ＣＯ）１２＊（ａｄ）⇔Ｒｕ３（ＣＯ）ｘ＊（ａｄ）＋（１２−ｘ）ＣＯ（ｇ）  （１）
又は、
Ｒｕ３（ＣＯ）ｘ＊（ａｄ）⇔３Ｒｕ（ｓ）＋ｘＣＯ（ｇ）  （２）
ここで、これらの副生成物は、堆積システム１の内側表面上に吸着（ａｄ）、つまり凝集する恐れがある。これらの表面上に材料が蓄積することにより、プロセスの再現性のような、一の基板からその隣の基板にかけて問題が生じる恐れがある。あるいはその代わりに、たとえばルテニウムカルボニル先駆体が、温度が上昇しない場所で凝集することで、再結晶化を起こす恐れがある。つまり、以下の式で表される事態である。
【００２２】
Ｒｕ３（ＣＯ）１２＊（ｇ）⇔Ｒｕ３（ＣＯ）１２＊（ａｄ）  （３）
以上をまとめると、複数の金属カルボニル先駆体（たとえばＲｕ３（ＣＯ）１２）の蒸気圧が低いこと、及びプロセスの最適条件範囲が狭い結果、基板２５上への金属層の堆積速度は非常に低くなってしまう。
【００２３】
ＣＯガスを金属先駆体蒸気に加えることで、基板への金属カルボニル先駆体の供給を制限する、上述の問題を緩和させることができる。よって本発明の実施例に従うと、ＣＯガスが金属カルボニル先駆体蒸気に加えられることで、ガスライン中の金属カルボニル先駆体蒸気の解離を緩和する。それにより、式（１）の平衡状態を左辺に移動させ、金属カルボニル先駆体がプロセスチャンバ１０に供給される前に、蒸気先駆体供給システム４０内で金属カルボニル先駆体が早期に分解するのを緩和する。金属カルボニル先駆体にＣＯガスを加えることで、気化温度は、約４０℃から、約１５０℃以上にも上昇することが可能となる。高温になることで、金属カルボニル先駆体の蒸気圧が上昇し、その結果、プロセスチャンバへの金属カルボニル先駆体の供給が増大し、よって基板２５への金属の堆積速度が増大する。さらに、Ａｒ及びＣＯガスのような不活性ガスの混合ガスを、金属カルボニル先駆体に流すことで、金属カルボニル先駆体が早期に分解するのを緩和するのが、視覚的に確認された。
【００２４】
本発明の実施例に従うと、Ｒｕ３（ＣＯ）１２にＣＯガスを加えることで、Ｒｕ３（ＣＯ）１２先駆体の気化温度を、約４０℃から約１５０℃の範囲に保持して良い。あるいはその代わりに気化温度は、約６０℃から約９０℃の範囲に保持されても良い。
【００２５】
金属カルボニル先駆体の熱分解及びそれに続く基板２５上への金属の堆積は、基板２５からのＣＯ除去及びＣＯ副生成物の脱離によって、支配的に進行すると考えられている。堆積中におけるＣＯ副生成物の金属層への入り込みは、金属カルボニル先駆体の不完全な分解、金属層からのＣＯ副生成物の不完全な除去、及びＣＯ副生成物の再吸着に起因する。
【００２６】
堆積中にＣＯ副生成物が金属層へ入り込むことで、金属層中に小隗が生成されて表面が粗くなり、小隗の成長は、ＣＯ副生成物の金属層への入り込みが増大することで促進されると考えられている。小隗の数は、金属層の厚さが増大することで増加することが予想される。さらに、金属層へのＣＯ副生成物の入り込みは、金属層の抵抗を増大させる。
【００２７】
金属層へのＣＯ副生成物の入り込みは、（１）プロセス圧力の減圧、及び（２）基板温度の昇温、によって減少させることが可能である。本発明に従うと、上述の問題はまた、プロセスチャンバ中の副生成物及びＣＯガスの分圧を制御及び減圧させるために、プロセスチャンバ１０中の希釈ガスを、金属カルボニル先駆体蒸気及びＣＯガスを含むプロセスガスに加えることで減少させることも可能であることが分かっている。よって本発明の実施例に従うと、金属層上のＣＯ副生成物の分圧及びプロセスチャンバ１０中のＣＯの分圧を制御及び減圧させるために、希釈ガス源３７からの希釈ガスがプロセスガスに加えられることで、滑らかな金属層が形成される。希釈ガスはたとえば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅのような希ガス又はそれら２種類以上の混合気体を有して良い。希釈ガスは、たとえば電気抵抗のような、金属層の材料特性を改善させる還元ガスをさらに有して良い。還元ガスはたとえば、Ｈ２、シリコン含有ガス（たとえば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６又はＳｉＣｌ２Ｈ２）、ボロンシリケートガス（たとえば、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、又はＢ３Ｈ９）、又は窒素含有ガス（たとえばＮＨ３）を含んで良い。本発明の実施例に従うと、プロセスチャンバの圧力は、約０．１ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの間であって良い。あるいはその代わりに、プロセスチャンバの圧力は、約１ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒの間であって良い。あるいはその代わりに、プロセスチャンバの圧力は、約２ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒの間であって良い。
【００２８】
ＣＯガスを金属カルボニル先駆体蒸気に加えることで、金属カルボニル先駆体蒸気の熱的安定性が増加するため、プロセスガス中での、ＣＯガスに対する金属カルボニル先駆体蒸気の相対濃度は、ある基板温度での基板２５上での金属カルボニル先駆体の分解速度の制御に利用されて良い。さらに、基板温度は、基板２５上の金属の分解速度（及びそれによる堆積速度）を制御するのに利用されて良い。当業者にとって明らかなように、ＣＯガスの量及び基板温度は容易に変化させることが可能であり、それにより、金属カルボニル先駆体の気化温度を所望の値にすること、及び基板２５上の金属カルボニル先駆体の堆積速度を所望の値にすることが可能となる。
【００２９】
さらに、プロセスガス中のＣＯガスの量は、金属カルボニル先駆体からの基板２５上への金属の堆積が、反応律速の温度領域で生じるように選択されて良い。たとえばプロセスガス中のＣＯガスの量は、金属堆積プロセスが、反応律速温度領域で起こっていることが観測されるまで増加させて良い。反応律速温度領域とは、化学気相成長プロセスにおける堆積速度が、基板表面での化学反応速度によって制限される堆積条件を意味する。反応律速温度領域では一般的に、温度に対して堆積速度が強く依存することを特徴とする。反応律速温度領域とは対照的に、拡散律速領域は、基板温度が高いときに通常は観測され、堆積速度が、基板表面への反応物のフラックスによって制限される堆積条件の範囲を含む。拡散律速領域では、堆積速度が金属カルボニル先駆体の流速に強く依存し、堆積温度に対して独立していることを特徴とする。反応律速領域で金属を堆積する結果、良好なステップ被覆（ｓｔｅｐ  ｃｏｖｅｒａｇｅ）、及びパターニング基板上での金属層の良好な均一性（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｉｔｙ）が得られる。均一性は一般的に、パターニング基板上の部位の側壁上における金属層の最も薄い部分と、最も厚い部分との比で定義される。ステップ被覆とは一般的に、側壁の被覆率（側壁上の金属層の厚さと、部位から離れた場所での金属層の厚さとの比）と、底面の被覆率（部位の底面上での金属層の厚さと、部位から離れた場所での金属層の厚さとの比）との比で定義される。
【００３０】
それに加えて本発明に従うと、膜の堆積における安定性、及び堆積された膜が結果として有する特性は、堆積システムへのＣＯガス流及び先駆体蒸気流の変化によって変化しうることが観測されている。たとえば堆積システムへＣＯガス及び先駆体蒸気が導入される初期段階では、流速が、金属先駆体気化システム、蒸気供給システム、及び蒸気分配システムを介して安定化するまでは、流れの変化が生じうる。後述するように、一の実施例に従うと、ＣＯガス及び先駆体蒸気を含むプロセスガス流は、基板を内部に保持する堆積システムに前記プロセスガスが導入される前に確立される。一旦プロセスガスの流速がある期間にわたって安定化すると、プロセスガスは堆積システムに導入される。
【００３１】
さらに図１を参照すると、任意で、堆積システム１は、たとえば図１に図示されているように蒸気供給システム４０と結合するその場洗浄システム７０を用いて周期的に洗浄されて良い。堆積システム１の内側表面上に蓄積した残余物を除去するため、オペレータによって決められた周波数毎に、その場洗浄システム７０は、堆積システム１の定期的な洗浄を実行して良い。その場洗浄システム７０はたとえば、化学ラジカルを導入するように備えられているラジカル発生装置を有して良い。導入されるラジカルは、化学的に反応し、かつそのような残余物を除去する能力を有する。それに加えてたとえば、その場洗浄システム７０は、オゾンの分圧を導入するように備えられたオゾン発生装置を有して良い。たとえば、ラジカル発生装置は、酸素（Ｏ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、Ｏ３、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、又はＣ３Ｆ８（又はより一般的にＣｘＦｙ）から酸素ラジカル又はフッ素ラジカルを生成するように備えられる上流プラズマ源を有して良い。ラジカル発生装置は、ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）反応ガス発生装置を有して良い。ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）反応ガス発生装置は、ＡＳＴｅＸ（登録商標）シリーズ製品の１つで、ＭＫＳインスツルメンツ社（ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  Ｉｎｃ．）から販売されている。
【００３２】
さらに図１を参照すると、堆積システム１は、該堆積システム１の動作を実行及び制御するように備えられている制御システム８０をさらに有して良い。制御システム８０は、プロセスチャンバ１０、基板ホルダ２０、基板温度制御システム２２、チャンバ温度制御システム１２、蒸気分配システム３０、蒸気供給システム４０、膜先駆体の気化システム５０、キャリアガス供給システム６０、希釈ガス源３７、及び任意でその場洗浄システム７０と接続する。
【実施例１】
【００３３】
別な実施例では、図２は、基板上に、たとえばルテニウム（Ｒｕ）膜のような金属膜を堆積する堆積システム１００を図示している。堆積システム１００は、金属層が上に成膜される基板１２５を支持するために備えられた基板ホルダ１２０を有するプロセスチャンバ１１０を有する。プロセスチャンバ１１０は、金属先駆体供給システム１０５、及び蒸気先駆体供給システム１４０と結合する。金属先駆体供給システム１０５は、金属カルボニル先駆体１５２を貯蔵し、かつそれを蒸発させるように備えられている。蒸気先駆体供給システム１４０は、プロセスチャンバ１１０へ金属カルボニル先駆体１５２を輸送する。
【００３４】
プロセスチャンバ１１０は、上側チャンバ部分１１１、下側チャンバ部分１１２、及び排気チャンバ１１３を有する。開口部１１４は、下側チャンバ部分１１２内部に形成される。下側部分１１２は、排気チャンバ１１３と結合する。
【００３５】
さらに図２を参照すると、基板ホルダ１２０が、被処理基板（つまりウエハ）１２５を支持する水平面を供する。基板ホルダ１２０は、円柱状支持部分１２２によって支持されて良い。その円柱状支持部分１２２は、排気チャンバ１１３の下側部分から上方へ延在する。基板ホルダ１２０上の基板１２５上でＣＯの毒性を減少させる遮蔽リングが、基板ホルダ１２０の端部に供される。さらに基板ホルダ１２０は、基板ホルダ温度制御システム１２８と結合するヒーター１２６を有する。ヒーター１２６はたとえば、１つ以上の抵抗加熱素子を有して良い。あるいはその代わりに、ヒーター１２６はたとえば、タングステン−ハロゲンランプのような放熱システムを有する。基板ホルダ温度制御システム１２８は、１つ以上の加熱素子に電力を供する電源、基板温度及び／又は基板ホルダ温度を測定する１つ以上の温度センサ、並びに、基板１２５又は基板ホルダ１２０の温度の監視、調節又は制御用コントローラを有して良い。
【００３６】
プロセス中、基板１２５が加熱されることで、金属カルボニル先駆体は熱的に分解され、基板１２５上への金属層の堆積が可能となる。一の実施例に従うと、金属カルボニル先駆体１５２は、たとえばＲｕ３（ＣＯ）１２のようなルテニウムカルボニル先駆体であって良い。当業者には明らかなように、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、他の金属カルボニル先駆体及び他のルテニウムカルボニル先駆体が用いられても良い。基板ホルダ１２０は、基板１２５上に、所望のＲｕ金属層又は他の金属層を堆積させるのに適した所定温度まで加熱される。それに加えて、チャンバ温度制御システム１２１に結合するヒーター（図示されていない）が、プロセスチャンバ１１０の壁中に埋め込まれ、チャンバ壁を所定の温度に加熱する。ヒーターは、プロセスチャンバ１１０の壁の温度を、約４０℃から約１５０℃、又は約４０℃から約８０℃に維持して良い。圧力計（図示されていない）が、プロセスチャンバの圧力の測定に用いられる。本発明の実施例に従うと、プロセスチャンバの圧力は、約０．１ｍＴｏｒｒから約２００ｍＴｏｒｒの間であって良い。あるいはその代わりにプロセスチャンバの圧力は、約１ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒの間であって良い。あるいはその代わりに、プロセスチャンバの圧力は、約２ｍＴｏｒｒから約５０ｍＴｏｒｒの間であって良い。
【００３７】
また図２に図示されているように、蒸気分配システム１３０は、プロセスチャンバ１１０の上側部分１１１と結合する。蒸気分配システム１３０は蒸気分配板１３１を有する。蒸気分配板１３１は、蒸気分配プレナム１３２から、１本以上のオリフィス１３４を介して基板１２５上のプロセス領域１３３へ、先駆体蒸気を導入するように備えられている。
【００３８】
本発明の実施例に従うと、希釈ガス源１３７が、プロセスチャンバ１１０と結合し、かつ供給ライン１３７ａ、供給ライン１３７ｂ、及び／又は供給ライン１３７ｃ、バルブ１９７、１つ以上のフィルタ（図示されていない）、及び質量流量コントローラ（図示されていない）を用いて、希釈ガスを加えることによって、金属カルボニル先駆体及びＣＯガスを含むプロセスガスを希釈するように備えられている。図２に図示されているように、希釈ガス源１３７は、プロセスチャンバ１１０の蒸気分配システム１３０と結合して良く、かつ、プロセスガスが蒸気分配板１３１を介して基板１２５上のプロセス領域１３３に入り込む前に、供給ライン１３７ａを介して、蒸気分配板１３２中のプロセスガスに希釈ガスを加えるように備えられている。又は、希釈ガス源１３７は、供給ライン１３７ｃを介して、蒸気分配板１３１中のプロセスガスに希釈ガスを加えるように備えられていても良い。あるいはその代わりに、希釈ガス源１３７はプロセスチャンバ１１０と結合し、かつプロセスガスが蒸気分配板１３１を通過する後に、供給ライン１３７ｂを介して、基板２５上のプロセス領域中のプロセスガスに希釈ガスを加えるように備えられていても良い。当業者にとっては明らかなように、希釈ガスは、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、プロセスチャンバ１０における他の場所に存在するプロセスガスに加えられても良い。
【００３９】
さらに別な実施例では、希釈ガスは、基板２５上の一領域における希釈ガスの濃度が、基板２５上の他の領域における希釈ガスの濃度と異なるように、希釈ガス源３７から供給ライン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ又は他の供給ライン（図示されていない）のうちの１つのラインを介して、プロセスガスに導入される。たとえば、基板２５の中心領域への希釈ガス流は、基板２５の周辺領域への希釈ガス流と異なって良い。
【００４０】
さらに、金属カルボニル先駆体蒸気を、蒸気先駆体供給システム１４０から、蒸気分配プレナム１３２へ導入するため、開口部１３５が上側チャンバ部分１１１中に供される。しかも、冷却又は加熱流体を流すように備えられた同心円状の流体チャネルのような温度制御素子１３６が供されることで、蒸気分配システム１３０の温度を制御する。それにより、蒸気分配システム１３０内部での金属カルボニル先駆体の分解又は凝集が防止される。たとえば水のような流体は、蒸気分配温度制御システム１３８から流体チャネルへ供給されて良い。蒸気分配温度制御システム１３８は、流体源、熱交換機、流体温度及び／又は蒸気分配板温度を測定する１つ以上の温度センサ、並びに蒸気分配板の温度を、約２０℃から約１５０℃の範囲で制御するように備えられているコントローラを有して良い。
【００４１】
図２に図示されているように、金属先駆体気化システム１５０は、金属カルボニル先駆体１５２を保持し、金属カルボニル先駆体の温度を上昇させることによって、金属カルボニル先駆体１５２を蒸発（又は昇華）させるように備えられている。金属カルボニル先駆体１５２を、その所望の蒸気圧を生成する温度に維持するように加熱するため、先駆体ヒーター１５４が供される。先駆体ヒーター１５４は、金属カルボニル先駆体１５２の温度を制御するように備えられた気化温度制御システム１５６と結合する。たとえば先駆体ヒーター１５４は、金属カルボニル先駆体１５２の温度を、約４０℃から約１５０℃、又は約６０℃から約９０℃の範囲で調節するように備えられていて良い。
【００４２】
金属カルボニル先駆体５２が加熱されることで蒸発（又は昇華）するので、キャリアガスは、金属カルボニル先駆体５２を通り抜けることができる。キャリアガスはたとえば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ若しくはＸｅのような希ガス又はそれら２種類以上の混合気体を有して良い。あるいはその代わりに、不活性キャリアガスが不要な他の実施例も可能性として検討される。本発明の実施例に従うと、ＣＯガスが、不活性キャリアガスに加えられて良い。あるいはその代わりに、不活性キャリアガスをＣＯガスに置き換える他の実施例も可能性として検討される。たとえば、ガス供給システム１６０は、金属先駆体気化システム１５０と結合し、たとえばキャリアガス及び／又はＣＯガスを、金属カルボニル先駆体５２にわたって流れるように備えられている。たとえ図２に図示されていなくても、ガス供給システム１６０はまた、あるいは代わりに、蒸気先駆体供給システム１４０と結合することで、ガスが蒸気先駆体供給システム１４０に入り込む際又は入り込んだ後に、ＣＯガス及び任意の不活性ガスを金属先駆体蒸気１５２に供給して良い。ガス供給システム１６０は、不活性キャリアガス、及び／又はＣＯガスを含むガス源１６１、１つ以上の制御バルブ１６２、１つ以上のフィルタ１６４、及び質量流量コントローラ１６５を有して良い。たとえば、ＣＯガスの又は不活性キャリアガスの流速は、約０．１ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの間であって良い。
【００４３】
質量流量コントローラ１６５、質量流量コントローラ１９５、バルブ１６２、バルブ１９２、バルブ１６８、バルブ１４１、及びバルブ１４２は、コントローラ１９６によって制御される。コントローラ１９６は、不活性キャリアガス、ＣＯガス及び金属カルボニル先駆体蒸気の供給、遮断、及び流れを制御する。センサ１６６はまた、コントローラ１９６と接続し、かつセンサ１６６に基づく。コントローラ１９６は、質量流量コントローラ１６５を介したキャリアガスの流れを制御することで、金属カルボニル先駆体を、プロセスチャンバ１１０へ所望の状態で流すことができる。
【００４４】
さらに、上述のように、そして図２に図示されているように、任意のその場洗浄システム１７０は、堆積システム１００の先駆体供給システム１０５と、洗浄バルブ１７２を介して結合する。たとえばその場洗浄システム１７０は、蒸気供給システム１４０と結合して良い。その場洗浄システム１７０はたとえば、化学ラジカルを導入するように備えられているラジカル発生装置を有して良い。導入されるラジカルは、化学的に反応し、かつそのような残余物を除去する能力を有する。それに加えてたとえば、その場洗浄システム１７０は、オゾンの分圧を導入するように備えられたオゾン発生装置を有して良い。たとえば、ラジカル発生装置は、酸素（Ｏ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、Ｏ３、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３、又はＣ３Ｆ８（又はより一般的にＣｘＦｙ）から酸素ラジカル又はフッ素ラジカルを生成するように備えられる上流プラズマ源を有して良い。ラジカル発生装置は、ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）反応ガス発生装置を有して良い。ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）反応ガス発生装置は、ＡＳＴｅＸ（登録商標）シリーズ製品の１つで、ＭＫＳインスツルメンツ社（ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  Ｉｎｃ．）から販売されている。
【００４５】
図２に図示されているように、排気ライン１１６は、排気チャンバ１１３を排気システム１１８と接続する。真空ポンプ１１９は、プロセスチャンバ１１０を所望の真空度まで排気し、かつプロセス中に、プロセスチャンバ１１０から気体物質を除去するのに用いられる。自動圧力コントローラ（ＡＰＣ）１１５及びトラップ１１７は、真空ポンプ１１９と繋いで用いられて良い。真空ポンプ１１９は、最大で毎秒５００リットル（以上）の排気速度を有するターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を有して良い。あるいはその代わりに、真空ポンプ１１９は、乾燥型粗引きポンプを有しても良い。プロセス中、プロセスガスがプロセスチャンバ１１０内に導入され、チャンバ圧力はＡＰＣ１１５によって調節されて良い。ＡＰＣ１１５は、蝶型バルブ又はゲートバルブを有して良い。トラップ１１７は、未反応金属カルボニル先駆体材料、及び副生成物を、プロセスチャンバ１１０から回収して良い。
【００４６】
図２に図示されているように、プロセスチャンバ１１０内の基板ホルダ１２０を再度参照すると、基板１２５を保持、上昇及び下降させる、３つの基板リフトピン１２７（図２では２本のみ図示されている）が供される。基板リフトピン１２７は、プレート１２３と結合し、基板ホルダ１２０の上側面より下に下降させて良い。たとえば空気シリンダを利用する駆動機構１２９は、プレート１２３を上昇及び下降させる手段を供する。基板１２５は、ロボット搬送システム（図示されていない）を介することで、ゲートバルブ２００及びチャンバ貫通接続経路２０２を通り抜けて、プロセスチャンバへ搬入及び搬出され、かつ基板リフトピン１２７によって受け取られる。一旦基板１２５が搬送システムから受け取られると、基板１２５は、基板リフトピン１２７を下降させることによって、基板ホルダ１２０の上側面にまで下降させて良い。
【００４７】
再度図２を参照すると、コントローラ１８０は、マイクロプロセッサ、メモリ、及びデジタルＩ／Ｏポートを有する。デジタルＩ／Ｏポートは、プロセスシステム１００からの出力を監視するのみならず、プロセスシステム１００の入力をやり取りし、かつ活性化させるのに十分な制御電圧を発生させる能力を有する。しかも、プロセスシステムコントローラ１８０は、プロセスチャンバ１１０、先駆体供給システム１０５、蒸気分配温度制御システム１３８、希釈ガス源１３７、真空排気システム１１８、及び基板ホルダ温度制御システム１２８と結合し、かつこれらと情報の交換を行う。先駆体供給システム１０５は、コントローラ１９６、蒸気ライン温度制御システム１４３、金属先駆体気化システム１５０、ガス供給システム１９０、ガス供給システム１６０、及び気化温度制御システム１５６を有する。真空排気システム１１８では、コントローラ１８０は、プロセスチャンバ１１０内の圧力を制御する自動圧力コントローラ１１５と結合し、かつそれと情報の交換を行う。メモリ内に記憶されるプログラムは、記憶されたプロセスレシピに従う堆積システム１００の上述の部品を制御するのに利用される。プロセスシステムコントローラ１８０の一例は、デル株式会社（Ｄｅｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から販売されている、デルプレシジョンワークステーション（ＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ）６１０（商標）である。コントローラ１８０はまた、汎用コンピュータ、デジタル信号処理装置等で実装されても良い。
【００４８】
コントローラ１８０は、堆積システム１００の近くに設けられて良いし、又はインターネット若しくはイントラネットを介することで、堆積システム１００から離れた場所に設けられても良い。よって、コントローラ１８０は、直接接続、イントラネット又はインターネットのうちの少なくとも１つを用いることで、堆積システム１００とのデータ交換が可能となる。コントローラ１８０は、カスタマーサイト（つまりデバイスメーカーなど）でイントラネットと接続し、ベンダーサイト（つまり装置メーカーなど）でイントラネットと接続して良い。さらに、別なコンピュータ（つまりコントローラ、サーバなど）が、コントローラ１８０とアクセスすることで、直接接続、イントラネット又はインターネットのうちの少なくとも１つを介したデータ交換を行って良い。
【００４９】
上述のように、膜の堆積の安定性及び堆積された膜が結果として有する特性は、堆積システムへのＣＯガス及び先駆体蒸気の流れの変化による影響を受けると考えられる。たとえば最初にＣＯガス及び先駆体蒸気を堆積システムに導入する際には、金属先駆体気化システム、蒸気供給システム及び蒸気分配システムを介した流速が安定するまで、流れのばらつきが生じる恐れがある。一の実施例に従うと、基板を内部に保持する堆積システムに、プロセスガスを導入する前に、ＣＯ及び先駆体蒸気を含むプロセスガスの流れが確立される。一旦プロセスガスの流速がある期間で安定化すると、プロセスガスは堆積システムに導入される。
【実施例２】
【００５０】
ここで図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、一実施例に従った、堆積システム３１０への金属カルボニル先駆体蒸気の導入を初期化する蒸気供給システム３０５について説明する。図３Ａに図示されているように、ＣＯガス及び任意で不活性ガスを有する先駆体蒸気を含むプロセスガス（前処理用の）流れ３８０が確立される。それにより、ＣＯガス、任意でキャリアガスは、バルブ３７９を介してガス供給システム３６０から供給され、先駆体３５２を含む金属先駆体気化システム３５０から供給される先駆体蒸気を取り込み、かつバイパスライン３６７を介して排気システム３１８へ流れる。先駆体３５２は固体の先駆体を有して良く、かつ上述の先駆体のうちの１つのような、金属カルボニル先駆体を有しても良い。上述のように、ガス供給システム３６０は、キャリアガス源、パージガス源、１つ以上の制御バルブ、１つ以上のフィルタ、１つ以上の流量調整装置、及びプロセスガス流３８０を堆積システム３１０に導入する、１つ以上の質量流量コントローラを有して良い。
【００５１】
堆積システム３１０に、金属カルボニル先駆体を導入、つまり供給するとき、供給ガスは、ＣＯガス及び、任意で希ガスのような不活性キャリアガスを含む。ＣＯガス及び任意のキャリアガスは、バルブ３７６（開いているとき）、金属先駆体気化システム３５０、及びバルブ３７８を介して流れることで、先駆体３５２を通り抜けて良い。あるいはその代わりに、ＣＯガス及び任意のキャリアガスは、バルブ３７７（開いているとき）を通り抜けることで、金属先駆体気化システム３５０下流の先駆体蒸気を取り込んで良い。
【００５２】
プロセスガスを堆積システム３１０に導入する前、第１流量制御バルブ３４２を閉じたままにしながら第２流量制御バルブ３６８を開けることで、プロセスガス３８０は、バイパスライン３６７を介して排気システム３１８に流れることができる。排気システムは、堆積システムに結合する排気システムと独立していても良いし、又は同一であっても良い。
【００５３】
排気システム３１８へのプロセスガス３８０の流れが確立されるとき、さらなるパージガス３８５の流れが、パージライン３７０、バルブ３７４及び第３流量制御バルブ３７２を介して堆積システム３１０に導入されて良い。パージガスは、希ガスつまり不活性ガス、及び／又はＣＯガスを含んで良い。パージガス流３８５は、図３Ａの破線で示されているように任意である。
【００５４】
一定期間後でかつ、一旦プロセスガスの流速がバイパスライン３６７で安定化すると、図３Ｂに図示されているように、第２流量制御バルブ３６８が閉じられ、かつ第１流量制御バルブ３４２が開くことで、プロセスガス３８０は、蒸気供給ライン３４０を介して堆積システム３１０へ向かって流れることが可能となる。さらに、堆積システム３１０への、さらなるパージガス流３８５は、第３流量制御バルブ３７２を閉じることによって停止される。パージガス流３８５は、堆積システム３１０にプロセスガス流３８０を導入する前に停止されて良い。つまり、第１流量制御バルブ３４２が開く前に第３流量制御バルブ３７２が閉じられる。あるいはその代わりに、パージガス流３８５は、堆積システム３１０にプロセスガス流３８０を導入するのと同時に停止されて良い。つまり、第１流量制御バルブ３４２が開くのと同時に第３流量制御バルブ３７２が閉じられる。
【００５５】
上述のような時間経過は、排気システム３１８へのプロセスガスの流速を安定化させるのに十分長い期間を有して良い。そのような時間経過はたとえば、約１秒から約２０秒の範囲、望ましくは約２秒から約１０秒の範囲であって良い。たとえば、そのような時間経過は約５秒であって良い。
【実施例３】
【００５６】
ここで図４を参照すると、本発明の実施例に従った、基板上に金属層を堆積する方法が図示されている。本発明の方法５００は、工程５１０で、堆積システムのプロセスチャンバ内のプロセス空間内に基板を供する工程を有する。たとえば堆積システムは、上述の図１及び図２に図示された堆積システムを有して良い。基板はたとえばＳｉ基板であって良い。Ｓｉ基板は、作製される素子の種類によって、ｎ型又はｐ型であって良い。基板は如何なる大きさであって良く、たとえば２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、又はさらに大きな基板であって良い。本発明の実施例に従うと、基板は、１つ以上のビア、溝、又はこれらの組み合わせを有するパターニング基板であって良い。
【００５７】
工程５２０では、パージガス流がプロセスチャンバに導入される。上述したように、パージガスは、希ガスすなわち不活性ガス及び／又はＣＯガスを有して良い。工程５３０では、基板は、熱化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスに適した堆積温度まで昇温される。たとえば堆積温度は、最大約５００℃の範囲であって良い。一実施例では、堆積温度は、約１００℃から約５００℃の範囲であって良い。別な実施例では、堆積温度は、約１５０℃から約３５０℃の範囲であって良い。
【００５８】
パージガスは、基板の加熱前、加熱中又は加熱後に流れて良い。たとえば所望の基板温度に到達するのに必要な時間を短縮するため（所与の入力パワーについて）、パージガスの背圧を増加させて良い。背圧はたとえば、約０．１ｔｏｒｒ以上の値に設定して良く、望ましくはたとえば、約０．５ｔｏｒｒ以上の値に設定して良い。さらには、パージガスの背圧は、約１ｔｏｒｒ以上の値に設定して良い。基板が基板ホルダ上に（基板留め具なしで）存在する場合、背圧の増加により、基板と基板ホルダとの間の熱伝導が改善される。
【００５９】
工程５４０では、プロセスチャンバにプロセスガス流を導入することなく、金属カルボニル先駆体及びＣＯガスを含むプロセスガス流が確立される。上述したように、バイパスラインを介して排気システムまでの流れが確立されて良い。工程５４０でのプロセスガス流は、工程５３０での基板の加熱及び工程５２０での堆積システムのパージと同時に確立されて良い。
又は、基板が加熱され、かつチャンバがパージされた後に流れが確率されても良い。
【００６０】
プロセスガスはキャリアガスをさらに有して良い。上述したように、一実施例に従うと、金属カルボニル先駆体はたとえば、ルテニウムカルボニル先駆体Ｒｕ３（ＣＯ）１２であって良い。金属カルボニル先駆体蒸気により、金属カルボニル先駆体の気化温度を上昇させることが可能となる。温度が上昇することで金属カルボニル先駆体の蒸気圧が上昇する結果、プロセスチャンバへの金属カルボニル先駆体の供給量が増加する。従って、基板上の金属の成長速度が増大する。
【００６１】
プロセスガスは、金属カルボニル先駆体が蒸気になるまで加熱され、かつＣＯガスと金属カルボニル先駆体蒸気とを混合させることによって、生成されて良い。たとえばＣＯガスは、金属カルボニル先駆体下流からの金属カルボニル先駆体蒸気と混合されて良い。あるいはその代わりに、たとえばＣＯガスは、ＣＯガスを金属カルボニル先駆体にわたって流すことによって、金属カルボニル先駆体蒸気と混合させて良い。あるいはその代わりに、たとえば、さらにキャリアガスを固体金属カルボニル先駆体に流すことによって、プロセスガスは生成されて良い。
【００６２】
工程５５０では、プロセスチャンバへのパージガスの流れが停止される。上述したように、プロセスチャンバへのパージガス流は任意であるので、工程５２０及び工程５５０は任意である。
【００６３】
工程５６０では、一旦安定した速度でプロセスガス流が確立され、かつパージガス流が停止される際又はその後、プロセスガスが、加熱された基板を含むプロセスチャンバに導入される。たとえばプロセスガスは、蒸気分配プレナムに輸送される。蒸気分配プレナムから、プロセスガスは、基板に隣接するプロセス空間に分配及び導入される。工程５７０では、加熱された基板がプロセスガスに曝露されることで、熱化学気相成長法による基板上への金属層の堆積が実現する。
【００６４】
当業者には明らかなように、図４のフローチャート中の各工程又は段階は、１以上の別個の工程及び／又は操作を含んで良い。従って、７工程のみを列挙しているからといって、本発明が７工程又は段階に限定されるわけではないことに留意すべきである。しかも、各々の典型的な工程又は段階である、工程５１０、工程５２０、工程５３０、工程５４０、工程５５０、工程５６０及び工程５７０は、単一のプロセスに限定されないことにも留意すべきである。
【実施例４】
【００６５】
図５Ａから図５Ｃは、本発明の実施例に従った、パターニング基板上での金属層の形成を概略的に図示している。当業者には明らかなように、本発明の実施例は、１つ以上のビア若しくは溝又はこれらの組み合わせを含むパターニング基板にも利用可能である。図５Ａは、本発明の実施例に従った、パターニング基板８００上への金属層８４０の堆積を概略的に図示している。パターニング構造８００は、第１金属層８１０、及び開口部８３０を含むパターニング層８２０を有する。パターニング層８２０はたとえば誘電材料であって良い。開口部８３０はたとえばビア又は溝であって良く、金属層８４０はたとえばＲｕ金属を含んで良い。
【００６６】
図５Ｂは、本発明の実施例に従った、パターニング基板８０２上への金属層８６０の堆積を概略的に図示している。パターニング構造８０２は、第１金属層８１０、及び開口部８３０を含むパターニング層８２０を有する。バリヤ層８５０がパターニング構造８０２上に設けられ、金属層８６０がバリヤ層８５０上に設けられる。バリヤ層８５０はたとえば、タンタル含有材料（たとえばＴａ、ＴａＮ若しくはＴａＣＮ又はこれらのうちの２種類以上を組み合わせたもの）、又はタングステン材料（たとえばＷ、ＷＮ）を有して良い。パターニング層８２０はたとえば、誘電材料であって良い。開口部８３０はたとえばビア又は溝であって良く、金属層８６０はたとえば、Ｒｕ金属を含んで良い。図５Ｃは、図５Ｂの開口部８３０中へのＣｕの堆積を概略的に図示している。
【００６７】
上述したように、たとえばルテニウムカルボニルのような金属カルボニル先駆体及び一酸化炭素（ＣＯ）を有するプロセスガスを用いることによって、金属層８４０及び金属層８６０が設けられて良い。最初のプロセスガス流がある期間確立されることで、堆積チャンバに導入される前に安定した流速が実現される。プロセスガスの安定な流速は続いて、パターニング基板８００又はパターニング基板８０２上に金属層８４０又は金属層８６０を堆積するチャンバに導入される。
【００６８】
たとえ本発明に関するある特定の典型的実施例のみ詳細に説明されたとしても、本発明の新規事項及び効果から逸脱せずに、典型的実施例の中で多くの変化型が可能であることは当業者にとって明らかである。従って、そのような変化型は全て本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例に従った堆積システムの概略図を示す。
【図２】本発明の別な実施例に従った堆積システムの概略図を示す。
【図３Ａ】本発明の一実施例に従った堆積システムへの気相先駆体流を確立するプロセスのフローチャートを示す。
【図３Ｂ】本発明の一実施例に従った堆積システムへの気相先駆体流を確立するプロセスのフローチャートを示す。
【図４】本発明の実施例に従った、基板上に金属層を堆積する方法を図示している。
【図５Ａ】本発明の実施例に従った、パターニングされた基板上での金属層の形成の断面図を概略的に図示している。
【図５Ｂ】本発明の実施例に従った、パターニングされた基板上での金属層の形成の断面図を概略的に図示している。
【図５Ｃ】本発明の実施例に従った、パターニングされた基板上での金属層の形成の断面図を概略的に図示している。
【符号の説明】
【００７０】
１  熱化学気相成長システム
１０  プロセスチャンバ
１２  チャンバ温度制御システム
２０  基板ホルダ
２２  基板温度制御システム
２５  基板
３０  蒸気分配システム
３２  プレナム
３３  プロセス領域
３４  蒸気分配板
３５  蒸気分配板温度制御システム
３６  ダクト
３７  希釈ガス源
３７ａ  供給ライン
３７ｂ  供給ライン
３７ｃ  供給ライン
３８  排気システム
４０  気相先駆体供給システム
４２  蒸気ライン温度制御システム
５０  金属先駆体気化システム
５２  金属カルボニル先駆体
５４  気化温度制御システム
６０  ガス供給システム
６１  供給ライン
６１  供給ライン
６３  供給ライン
７０  その場洗浄システム
８０  制御システム
１００  堆積システム
１０５  先駆体供給システム
１１０  プロセスチャンバ
１１１  上側チャンバ部分
１１２  下側チャンバ部分
１１３  排気チャンバ
１１４  開口部
１１５  自動圧力コントローラ
１１６  排気ライン
１１７  トラップ
１１８  排気システム
１１９  真空ポンプ
１２０  基板ホルダ
１２１  チャンバ温度制御システム
１２２  円筒形状の支持部
１２３  プレート
１２４  遮蔽リング
１２５  基板
１２６  ヒーター
１２７  基板リフトピン
１２８  基板ホルダ温度制御システム
１３０  蒸気分配システム
１３１  蒸気分配板
１３２  蒸気分配プレナム
１３３  プロセス領域
１３４  オリフィス
１３５  開口部
１３６  温度制御素子
１３７  希釈ガス源
１３７ａ  供給ライン
１３７ｂ  供給ライン
１３７ｃ  供給ライン
１３８  温度制御素子
１４０  蒸気先駆体供給システム
１４２  バルブ
１４３  蒸気ライン温度制御システム
１５０  金属先駆体供給システム
１５２  金属カルボニル先駆体
１５４  先駆体ヒーター
１５６  気化温度制御システム
１６０  ガス供給システム
１６１  ガス源
１６２  バルブ
１６４  フィルタ
１６５  質量流量コントローラ
１６６  センサ
１６７  バイパスライン
１６８  バルブ
１７０  その場洗浄システム
１７２  洗浄バルブ
１８０  コントローラ
１９０  ガス供給システム
１９１  ＣＯガス源
１９２  制御バルブ
１９４  フィルタ
１９５  質量流量コントローラ
１９６  コントローラ
１９７  バルブ
２００  ゲートバルブ
２０２  チャンバ貫通路
３０５  蒸気供給システム
３１０  堆積システム
３１８  排気システム
３４０  蒸気供給ライン
３４２  流量制御バルブ
３５０  金属先駆体気化システム
３５２  先駆体
３６０  ガス供給システム
３６７  バイパスライン
３６８  流量制御バルブ
３７０  パージライン
３７２  流量制御バルブ
３７４  バルブ
３７６  バルブ
３７７  バルブ
３７８  バルブ
３７９  バルブ
３８０  プロセスガス流
３８５  パージガス流
５００  本発明に従った方法
５１０  工程
５２０  工程
５３０  工程
５４０  工程
５５０  工程
５６０  工程
５７０  工程
８００  パターニング構造
８０２  パターニング構造
８１０  第１金属層
８２０  パターニング層
８３０  開口部
８４０  金属層
８５０  バリヤ層
８６０  金属層
８７０  銅
【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４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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