[发明专利]成膜装置及阻挡膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于半导体制造工艺的成膜装置及用于半导体的阻挡膜的制造方法。

背景技术

在用于半导体装置的Cu布线的制造工艺中，成膜温度被限制在300℃以下。这是因为在300℃以上时，Cu布线上容易发生应力迁移(SM)现象，使Cu布线的可靠性显著降低。

在现有技术中，由于受该温度的制约，通常采用下述方法：使用容易热分解的MO类材料作为金属材料气体，使之与等离子化的反应性气体反应，在300℃以下得到隔离金属。

但是，该方法得到的隔离金属含有大量C、O等杂质，只能得到比电阻高的膜(几百～几千μΩcm)。而且，由于杂质多，存在阻挡膜与其上层的Cu膜的密合性低的问题。Cu工艺中，若密合性低，则在CMP工艺中会产生膜开裂，是致命的缺陷。

其原因在于MO类金属材料气体(PDMAT、TDMAT等)中含有C、O，所以如果使用无机系金属材料气体(TiCl₄、WF₆)，可以得到不含杂质的阻挡膜，但使用无机系金属材料气体时，分解温度高达400℃以上，这也是个问题。

此外，将反应性气体等离子化并使之与金属材料气体反应时，由于等离子很难进入高纵宽比的孔内，所以即使在基板表面形成低电阻的膜，但由于反应性气体的等离子体很难进入高纵宽比的微孔内，所以在高纵宽比的微孔的底面处金属材料气体与反应性气体等离子体的反应无法进行，只能得到底部膜厚很薄的阻挡膜。这种阻挡膜的覆盖性差。

另外，根据ALD法，无需使用等离子体也能使之反应，例如，使用ALD法通过下述反应可得到氮化钨或氮化钛。

(1)WF₅+2NH₃→WN+6HF+N₂

(2)TiCl₄+8/6NH₃→TiN+4HCl+1/6N₂

但上述反应在400℃以上发生，300℃以下反应基本不进行，用无机系材料只能得到极高电阻(几千～几万μΩcm)的膜。

如果生成反应性气体的自由基以代替等离子体，由于自由基可进入微孔内，所以可形成覆盖性好的阻挡膜，但在催化剂材料表面析出反应产物，存在必须频繁地清扫催化剂材料的问题。

专利文献1：特开2005-158761号公报

专利文献2：特开2006-28572号公报

发明内容

本发明预解决的技术问题

本发明的课题在于提供低温下(300℃以下)形成不含杂质、电阻低、且覆盖性能优良的阻挡膜的技术。

解决技术问题的方法

为了解决上述课题，本发明为一种成膜装置，其包括：真空槽；配置在上述真空槽内的配置有成膜对象物的支架；与上述支架分隔配置的催化剂材料；使上述催化剂材料升温的催化剂加热装置；将化学结构中含金属元素的金属材料气体导入上述真空槽内的金属材料气体供给系统；将与上述金属材料气体反应生成金属化合物的反应性气体导入上述真空槽内的反应性气体供给系统；将不阻碍上述金属化合物反应的防逆流气体导入上述真空槽内的防逆流气体供给系统；从配置于上述支架附近的排气口将上述真空槽内真空排气的真空排气系统，向上述真空槽导入上述反应性气体的导入口和导入上述防逆流气体的导入口配置在比上述催化剂材料离上述支架更远的位置上，导入上述金属材料气体的导入口配置在上述催化剂材料和上述支架之间。

此外，本发明为一种成膜装置，其还包含将与上述金属材料气体反应生成中间产物的辅助气体导入上述真空槽内的辅助气体供给系统，上述金属化合物由上述反应性气体和上述中间产物的反应而生成。

此外，本发明为一种成膜装置，其在上述催化剂材料和上述支架之间配置有形成了多个贯通孔的喷淋板，在上述真空槽内形成有：配置了上述催化剂材料和上述反应性气体导入口的自由基生成室、配置了上述支架和上述金属材料气体导入口的反应室。

此外，本发明为一种成膜装置，其包括将与上述金属材料气体反应生成中间产物的辅助气体导入上述真空槽内的辅助气体供给系统，上述辅助气体供给系统的导入口配置于上述自由基生成室，上述金属化合物由上述反应性气体与上述中间产物的反应而生成。