[发明专利]多盘膜前驱体蒸发系统和结合了该系统的薄膜沉积系统有效

专利信息
申请号: 200580040914.X 申请日: 2005-11-29
公开(公告)号: CN101065516A 公开(公告)日: 2007-10-31
发明(设计)人: 铃木健二;以马利·P·盖德帝;格利特·J·莱乌辛克;原正道;黑岩大祐 申请(专利权)人: 东京毅力科创株式会社
主分类号: C23C16/448 分类号: C23C16/448
代理公司: 北京东方亿思知识产权代理有限责任公司 代理人: 李剑
地址: 日本*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 多盘膜 前驱 蒸发 系统 结合 薄膜 沉积
【说明书】:

技术领域

发明涉及用于薄膜沉积的系统,更具体而言涉及用于使膜前驱体蒸发并将蒸汽传输到沉积室的系统。 

背景技术

将铜(Cu)金属引入到用于制造集成电路的多层金属化方案中可能必须使用扩散阻挡层/衬垫,以促进Cu层的粘附和生长并防止Cu扩散到介电材料中。沉积到介电材料上的扩散阻挡层/衬垫可包括折射材料,例如钨(W)、钼(Mo)和钽(Ta),其是非反应性的并且与Cu不相溶,并且可以提供低电阻率。集成Cu金属化和介电材料的当前的集成方案可能要求在约400℃和约500℃之间(或更低)的衬底温度下进行阻挡层/衬垫沉积处理。 

例如,用于小于或等于130nm的技术节点的Cu集成方案当前采用低介电常数(低k)层间电介质,接着是物理气相沉积(PVD)TaN层和Ta阻挡层,接着是PVD Cu晶种层和电化学沉积(ECD)Cu填充。一般来说,选择Ta层是由于其粘附属性(即,能够粘附在低k膜上的能力),选择Ta/TaN层一般是由于其阻挡属性(即,能够防止Cu扩散到低k膜中的能力)。 

如上所述,已经进行了显著的努力来研究并实现薄过渡金属层作为Cu扩散阻挡层,这些研究包括诸如铬、钽、钼和钨之类的材料。这些材料中的每一种都表现出与Cu的低混溶性。最近,其他材料,例如钌(Ru)和铑(Rh)已被识别为潜在的阻挡层,因为人们预期其性能类似于传统的难熔金属。然而,Ru或Rh的使用可以允许只使用一层阻挡层,而不是两层(例如Ta/TaN)。这一结果是由于这些材料的粘附和阻挡属性。例如,一个Ru层可以替代Ta/TaN阻挡层。而且,当前的研究表明一个Ru层还 可以替代Cu晶种层,并且块Cu填充物可以在Ru沉积之后直接进行。这一结果是由于Cu和Ru层之间良好的粘附。 

传统上,Ru层可以通过在热化学气相沉积(TCVD)工艺中热分解诸如羰基钌前驱体之类的含钌前驱体来形成。当衬底温度降低到低于约400℃时,通过羰基金属前驱体(例如Ru3(CO)12)的热分解沉积的Ru层的材料属性可能恶化。结果,低沉积温度下Ru层的电阻率的增加和差的表面形态(例如,结核的形成)已被认为是增加了在热沉积的Ru层中CO反应副产物的结合的结果。这两种效应都可以由在低于约400℃的衬底温度下从羰基钌前驱体的热分解解吸附CO速率的减小来解释。 

另外,诸如羰基钌之类的羰基金属的使用可能导致低沉积速率,这是由于其低蒸汽压以及与之相关联的输运问题。总而言之,发明人已经观察到,当前的沉积系统速率很低,从而使得这种金属膜的沉积不太实用。 

发明内容

本发明提供了一种多盘膜前驱体蒸发系统以及一种用于利用从多盘膜前驱体蒸发系统传输来的膜前驱体蒸汽沉积薄膜的系统。膜前驱体可以是固态金属前驱体。本发明还提供了一种用于以高速率利用固态金属前驱体沉积金属膜的系统。为此,提供了一种被配置为耦合到薄膜沉积系统的膜前驱体蒸发系统,包括具有外壁和底部的容器,该容器被配置为被加热器加热到升高的温度。盖被配置为可密封地耦合到容器,并且该盖包括被配置为可密封地耦合到薄膜沉积系统的出口。盘堆栈位于容器中,并且包括基座盘和一个或多个上部盘。基座盘安放于容器的底部上,并且具有被配置为保持基座盘上的膜前驱体的基座外壁和基座支撑边缘。上部盘包括被支撑在基座支撑边缘上的第一上部盘和位于第一上部盘或前一额外盘上的可选的额外盘。每个上部盘具有外壁和较短的内壁以在其间保持膜前驱体。在基座盘和上部盘的基座外壁和上部外壁与容器的外壁之间形成有环形空间。基座和上部外壁中的开口耦合到环形空间,以使得载气从环形空间经过膜前驱体上方向由上部盘的内壁限定的中央流动通道流动,并经过盖中的出口与膜前驱体蒸汽一同排出。在一个实施例中,上部盘是可分离 的,并且可堆叠地放置在基座盘上,而在另一实施例中,基座和上部盘被形成为一体的单一整体件。 

本发明还提供了一种用于在衬底上形成薄膜的沉积系统。该沉积系统包括具有被配置为支撑衬底并加热衬底的衬底夹持器的处理室、被配置为在衬底上方引入膜前驱体蒸汽的蒸汽分配系统以及被配置为抽空处理室的泵系统。被配置为使膜前驱体蒸发的本发明的膜前驱体蒸发系统通过蒸汽传输系统耦合到蒸汽分配系统,蒸汽传输系统具有耦合到膜前驱体蒸发系统的出口的第一端和耦合到处理室的蒸汽分配系统的入口的第二端。在一个实施例中,载气供应系统耦合到容器中的环形空间以向盘堆栈提供载气,载气随后经过出口与膜前驱体蒸汽一同排出,并经由蒸汽传输系统传输到处理室。 

附图说明

在附图中: 

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