专利名称：利用连续流沉积来沉积金属层的方法
技术领域：
本发明涉及半导体处理，更具体地涉及由金属-羰基前驱体的热分解沉积金属层的方法。
背景技术：
将铜(Cu)金属引入用于生产集成电路的多层金属化方案中必需使用扩散阻挡层/衬里，以促进Cu层的粘附和生长，并防止Cu扩散进介电材料内。沉积到介电材料上的阻挡层/衬里可以包括折射材料，例如钨(W)、钼(Mo)和钽(Ta)，它们与Cu不反应且不混溶，并且可以提供低的电阻率。当前集成Cu金属和介电材料的集成方案可能需要在约400℃-约500℃或更低的衬底温度下进行阻挡层/衬里沉积工艺。
W层可以在热化学气相沉积(TCVD)工艺中通过在例如氢、硅烷、二氯硅烷等还原气体的存在下热分解例如六氟化钨(WF6)的钨卤化物前驱体而形成。使用钨卤化物前驱体的缺陷是卤化物副产物结合到W层中，这可能会降低W层的材料性质。
不含卤素的钨前驱体，例如钨-羰基前驱体，可以用来减少以上提到的与钨卤化物前驱体有关的缺陷。但是，通过热分解钨-羰基前驱体(例如W(CO)6)所沉积的W层的材料性质可能会由于CO反应副产物结合到该热沉积W层中而恶化。结合CO反应副产物可能会增加W层的(电)阻率，并导致由于W节瘤(颗粒)在W层表面上和/或W层中的不规则生长而造成差的表面形态。当在W层上溅射沉积金属层(例如，铜)例如通过产生阴影效应来生产集成电路时，W节瘤的形成可以会影响W层的蚀刻行为，并会影响W层的集成。
发明内容
本发明提供了一种利用连续流沉积(SFD)在衬底上沉积金属层的方法。该方法包括使衬底暴露于金属-羰基前驱气中；从而由该金属-羰基前驱气的热分解在衬底上形成金属层；随后使该金属层暴露于还原气中；和重复这些暴露步骤直至形成期望厚度的金属层。在本发明的一种实施方案中，金属-羰基前驱体可以选自W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6和Ru3(CO)12的其中至少之一，沉积金属层可以选自W、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Cr和Ru的其中至少之一。
在本发明的另一实施方案中，本发明提供了一种方法，该方法通过使衬底暴露于W(CO)6前驱气中；由该W(CO)6前驱气的热分解在衬底上形成W层；随后使该W层暴露于还原气中；和重复这些暴露步骤直至形成期望厚度的W层而在衬底上沉积W层。
在附图中图1是根据本发明实施方案用于沉积金属层的处理系统的简化框图；图2是根据本发明实施方案沉积金属层的流程图；图3示意性地示出了根据本发明实施方案在连续流沉积金属层期间的气流；以及图4示出了根据本发明实施方案作为W层厚度的函数W层中的节瘤的数目。
图5示出了根据本发明实施方案作为W层厚度的函数W层中的节瘤的数目。
图6A示出了通过CVD沉积的W层的截面SEM显微照片和由显微照片得出的示意性结构。
图6B示出了根据本发明实施方案沉积的W层的截面SEM显微照片和由显微照片得出的示意性结构。
具体实施例方式
图1是根据本发明实施方案用于沉积金属层的处理系统的简化框图。该处理系统100包括具有上室部分1a、下室部分1b的处理室1和排出室23。环状开口22形成在下室部分1b的中间，其中下室部分1b与排出室23相连接。
在处理室1的内部提供有用于水平固定待处理衬底(晶圆)50的衬底托架2。衬底托架2由圆柱状支撑件3支撑，该支撑件从排出室23的下部中心向上延伸。用于将衬底50定位在衬底托架2上的导环4设置在衬底托架2的边缘上。而且，衬底托架2包括由电源6控制的用于加热衬底50的加热器5。加热器5可以是电阻加热器。或者，加热器5可以是灯加热器。
在处理期间，经加热的衬底50使W(CO)6前驱体热分解，并能够在衬底50上沉积W层。衬底托架2被加热到适于使所期望的W层沉积到衬底50上的预定温度。在处理室1的壁中嵌有加热器(未示出)，以将处理室加热到预定温度。加热器可以将处理室1的壁温保持在约40℃-约80℃。
喷头10位于处理室1的上室部分1a中。喷头10底部的喷头板10a包括多个气体输送孔10b，用于将包含W(CO)6前驱气的处理气输送到位于衬底50上方的处理区60内。处理区60是由衬底直径和衬底50与喷头10之间的间隙所限定出的空间。
开口10c设置在上室部分1b中，用于将处理气从气体管道12引入到气体分配室10d内。提供同心的冷却剂流道10e用于控制喷头10的温度，从而防止W(CO)6前驱体在喷头10内分解。例如水的冷却液可以从冷却液源10f供应到冷却剂流道10e，用于将喷头10的温度控制在约20℃-约100℃。
气体管道12将前驱体输送系统300连接到处理室1。前驱体容器13包含固体W(CO)6前驱体55，并且提供前驱体加热器13a用于加热前驱体容器13，以使W(CO)6前驱体55保持在产生期望的W(CO)6前驱体气压的温度下。W(CO)6前驱体55可以有利地具有相对高的气压，在65℃下Pvap～1Torr。因此，仅需要对前驱体源13和前驱气输送管道(例如气体管道12)进行中度加热而将W(CO)6前驱气输送到处理室1。而且，W(CO)6前驱体在约200℃以下的温度不会热分解。这可以明显减少W(CO)6前驱体由于与经加热的室壁的相互作用和气相反应而发生分解。
在一种实施方案中，W(CO)6前驱气可以在不使用载气下输送到处理室1中，或者可以用载气来加强前驱气到处理室1中的输送。气体管道14可以将来自气源15的载气提供给前驱体容器13，并且质量流量控制器(MFC)16可以用来控制载气流量。当使用载气时，可以将它引入到前驱体容器13的下部，以渗过固体W(CO)6前驱体55。或者，可以将载气引入到前驱体源13内，并分布在固体W(CO)6前驱体55的顶部。提供传感器45用于测量来自前驱体容器13的总气体流量。传感器45例如可以包括MFC，利用传感器45和质量流量控制器17可以测定输送到处理室1的W(CO)6前驱体的量。或者，传感器45可以包括光吸收传感器，以测量W(CO)6前驱体在到处理室1的气流中的浓度。
旁通管道41位于传感器45的下游，并将气体管道12连接到排出管道24。提供旁通管道41用于抽空气体管道12并稳定W(CO)6前驱体对处理室1的供应。此外，位于气体管道12支路下游的阀42设置在旁通管道41上。
提供加热器(未示出)来独立地加热气体管道12、14和41，这样可以控制气体管道的温度以避免W(CO)6前驱体在气体管道中冷凝。气体管道的温度可以控制在约20℃-约100℃，或约25℃-约60℃。
利用气体管道18，稀释气体可以从气源19供应到气体管道12。稀释气体可以用来稀释处理气或调节处理气的分压。气体管道18包括MFC 20和阀21。MFC 16和20、阀17、21和42受控制器40的控制，该控制器40控制着载气、W(CO)6前驱气和稀释气体的供应、关闭和流量。传感器45也连接到控制器40，并且基于传感器45的输出，控制器40通过质量流量控制器16控制载气流量，以获得期望的W(CO)6前驱气到处理室1中的流量。利用气体管道64、MFC 63和阀62，还原气可以从气源61供应到处理室1。利用气体管道68、MFC 67和阀66，清洗气可以从气源65供应到处理室1。控制器40控制还原气和清洗气的供应、关闭和流量。
排出管道24将排出室23连接到真空抽气系统400。真空泵25用来将处理室1抽空到期望的真空度，并在处理期间从处理室中移出气相物(gaseous species)。自动压力控制器(APC)59和捕集器57可以与真空泵25串联使用。真空泵25可以包括抽气速率能够高达约5000升/秒(和更高)的涡轮分子泵(TMP)。或者，真空抽气系统400可以包括干泵。在处理期间，可以将处理气引入到处理室1内，并且通过APC 59调节室压。APC 59可以包括蝶型阀或闸式阀。捕集器57可以从处理室1收集未反应的前驱体原料和副产物。
在处理室1中，提供3个衬底顶杆(substrate lift pin)26(仅示出了2个)用于固定、抬高和降低衬底50。衬底顶杆26固定在板27上，并可以降低到衬底托架2上表面以下。例如利用气缸的驱动机构28提供抬高和降低板27的手段。衬底50可以经机械转移系统(未示出)通过闸式阀30和室进入-穿出通道29转移入/出处理室1，并由衬底顶杆接收。一旦从转移系统接收了衬底50，通过降低衬底顶杆26将衬底降低到衬底托架2的上表面。
处理系统控制器500包括微处理器、存储器和数字I/O端口，该控制器能够产生足以传送并启动处理系统100的输入以及监测处理系统100的输出的控制电压。而且，处理系统控制器500与处理室1、包括控制器40和前驱体加热器13a的气体输送系统300、真空抽气系统400、电源6和冷却液源10f相耦合，并与它们交换信息。在真空抽气系统400中，处理系统控制器500与用于控制处理室1中压力的自动压力控制器59相耦合，并与其交换信息。存储在存储器中的程序用来根据所存储的制程配方控制处理系统100的前述组件。一个处理系统控制器500的例子是可从得克萨斯州达拉斯Dell Corporation得到的DELL PRECISION WORKSTATION610TM。
用于形成W层的处理系统可以包括如图1中示出和描述的单个晶圆处理室。或者，处理系统可以包括能够同时处理多个衬底(晶圆)的分批式处理室。除了半导体衬底(例如Si晶圆)之外，衬底可以包括例如LCD衬底、玻璃衬底或化合物半导体衬底。处理室例如可以处理任何尺寸的衬底，例如200mm衬底、300mm衬底或甚至更大的衬底。金属层例如可以沉积在覆盖在衬底上的SiO2、Ta、TaN、Ti、TiN或高-k层的层上。
一般而言，可以由各种相应的金属-羰基前驱体沉积不同金属层。这包括分别由W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6和Ru3(CO)12前驱体沉积W、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Cr和Ru金属层。
图2是根据本发明实施方案沉积金属层的流程图。在200，开始该工艺。在202，将衬底提供到处理室中，并将衬底加热到衬底托架所预定的温度。在204，使衬底暴露于金属-羰基前驱气中，并由金属-羰基前驱体的热分解在衬底上形成金属层。在206，使金属层暴露于还原气中。在208，确定要么重复该工艺并沉积更厚的金属层，要么如果形成了期望厚度的金属层，在210结束该工艺。
原则上，不需要还原气用于由金属-羰基前驱体沉积金属层，因为金属-羰基前驱体的金属原子已经是零价的。金属-羰基前驱体的热分解和随后在衬底上的金属沉积主要通过消除CO和从衬底上解吸CO副产物而进行。CO副产物结合到金属层内可能由于金属-羰基前驱体分解不完全、所吸附的CO副产物没有完全从金属层移除以及处理室中的CO副产物再吸附到金属层上而引起的。CO反应副产物结合到金属层内可能会增大金属层的电阻率，并导致由于节瘤(金属颗粒)在金属层表面上和/或金属层中的不规则生长而造成差的表面形态。
厚为约5-约60薄金属层通过使衬底暴露于包括金属-羰基前驱体和可选载气和稀释气体的金属-羰基前驱气中在衬底上沉积。此后，使该沉积的金属层暴露于还原气和可选稀释气体中，以助于从沉积的金属层中除去CO副产物和不纯物。在使金属层暴露于还原气后，如果希望更厚的金属层，那么可以重复该金属层的沉积，或如果形成了期望的金属层厚度，那么可以结束该沉积工艺。应该注意到，术语化学气相沉积(CVD)用于非循环沉积工艺，即，在金属沉积工艺期间使衬底仅暴露于金属-羰基前驱气一次。
图3示意性地示出了根据本发明实施方案在连续流沉积金属层期间的气流。在图3中所示的实施方案中，将例如Ar的清洗气引入处理室中，并在沉积工艺期间连续流动。在连续流沉积工艺期间，清洗气的流量可以恒定，或在连续流沉积工艺期间，该流量可以变化。可以选择从处理室中有效除去反应物(例如，金属-羰基前驱体和还原气)和反应副产物的清洗气。清洗气例如可以包括惰性气体，例如Ar、He、Kr、Xe和N2。在沉积工艺期间，金属-羰基前驱气和还原气交替流入处理室，以使衬底暴露于其中。金属-羰基前驱气还可以包括载气和稀释气体。另外，还原气还可以包括稀释气体。载气和稀释气体例如可以包括惰性气体，例如Ar、He、Kr、Xe和N2。在沉积工艺期间，利用真空抽气系统，从处理室中连续抽除气体。
继续图3，在处理室中产生清洗气流后，金属-羰基前驱气在预定时段Tw内流入处理室。选择时段Tw的长度来沉积期望层厚的金属层。时段Tw的长度例如可以取决于金属-羰基前驱体的反应性、金属-羰基前驱体被载气和稀释气体的稀释和处理系统的流动特性。在时段Tw结束时，中断金属-羰基前驱气流，并在时段Ti内，通过清洗气和可选稀释气体清洗处理系统。
在时段Ti结束时，还原气在预定适当Ts内流入处理室。选择时段Ts足够长以暴露足够量的还原气来与副产物发生反应，并以助于从金属层表面将副产物除去。一般而言，还原气可以包括一种能够有助于从金属层上移除反应副产物的气体。还原气例如可以包括含硅的气体，例如硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6)和二氯甲硅烷(SiCl2H2)。或者，还原气可以包括含硼的气体，例如通式为BXH3X的含硼气体。这包括例如甲硼烷(BH3)、乙硼烷(B2H6)、三硼烷(B3H9)和其它。或者还原气可以包括含氮的气体，例如氨气(NH3)。另外，还原气可以包括一种以上前面所提到的气体。
在时段Ts结束时，中断还原气流，并在时段Tf内，通过清洗气和可选稀释气体清洗处理系统。时段Ti和Tf的长度可以相同，或它们的长度可以改变。
在图3示意性地示出的连续流沉积工艺中，沉积循环Tc由时段Tw、Ti、Ts和Tf组成。在时段Tw期间，薄金属层由金属-羰基前驱体的热分解在衬底上沉积；在时段Tl期间，清洗处理室中的金属-羰基前驱体和反应副产物，例如，CO；在时段Ts期间，使在时段Tw期间沉积的金属层暴露于还原气以助于从金属层上除去反应副产物；和在时段Tf期间，清洗处理室中的还原气和任何副产物。如以上所描述，可以重复连续流沉积工艺来形成期望厚度的金属层。
能够沉积期望厚度的金属层的合适工艺条件可以通过直接实验和/或实验设计(DOE)来确定。可调节的工艺参数例如可以包括时段Tw、Tl、Ts和Tf的长度、温度(例如衬底温度)、处理压力、处理气和处理气的相对流量。每个时段Tw、Ti、Ts和Tf的长度可以独立变化，以使金属层性质达到最佳。每个时段Tw、Tl、Ts和Tf的长度可以在每个沉积循环中保持相同，或者每个时段的长度可以在不同的沉积循环中变化。一般而言，时段Tw可以为约1s-约500s，例如约10s；时段Ts可以为约1s-约120s，例如约5s；和时段Ti和Tf可以小于约120s，例如约30s。
在本发明的另一实施方案中，当金属-羰基前驱气和还原气的其中之一在例如时段Ti和Tf期间不流动时，清洗气可以连续流入处理室。在本发明的另一实施方案中，清洗气可以从沉积工艺中忽略。
在一个例子中，W层可以利用W(CO)6前驱气、SiH4还原气、Ar载气、Ar稀释气体和Ar清洗气通过图2所示的连续流沉积形成。W(CO)6气的流量例如可以小于约4sccm；SiH4还原气的流量例如可以小于500sccm；和Ar载气的流量例如可以为约50sccm-约500sccm，或约50sccm-约200sccm。在W(CO)6气流期间，Ar稀释气体的流量例如可以为约50sccm-约1000sccm，或约50sccm-约500sccm。在SiH4气流期间，Ar稀释气体的流量例如可以为约50sccm-约2000sccm，或约100sccm-约1000sccm。Ar清洗气的流量例如可以为100sccm和约1000sccm之间。在处理室中的处理压力例如可以小于约5Torr，或约0.2Torr，和衬底温度可以为约200℃-约600℃，例如约410℃。时段Tw、Ti、Ts和Tf例如可以分别为约6s、约30s、约10s和约30s。
图4示出了根据本发明实施方案作为W层厚度函数的W层中的节瘤数。在图4中，利用SEM显微镜，在250nm×250nm的区域上，视觉观察W层上形成的节瘤数。曲线A示出了在利用W(CO)6气、Ar载气和Ar稀释气体，通过CVD沉积的W层上观察到的节瘤数。沉积条件包括衬底温度为约410℃，室压为约0.3Torr、Ar载气的流量为约90sccm和Ar稀释气体的流量为约250sccm。通过SEM观察发现，直到W层的厚度超过约30才出现较少节瘤。当W层的厚度为约60和更厚时，在W层上观察到大量节瘤。因此，当采用CVD时，W层厚度不应超过约30以沉积具有很少节瘤的W层。
在图4中，曲线B示出了在通过连续流沉积的W层上观察到的节瘤数。利用五个沉积循环(见图2中的Tc)沉积W层，其中在每次沉积循环中，在衬底上沉积平均为约12、约21、约30、约40和约61的W层。Ar用作载气、稀释气和清洗气，还原气是SiH4。当每次沉积循环的W层的厚度为约40或更薄时，在通过连续气沉积工艺来沉积的W层上没有观察到节瘤。当每次沉积循环的W层厚度为约40时，观察到很少的节瘤。图4中的曲线A和曲线B的比较说明，使用连续流沉积可以通过抑制W层上节瘤的形成明显改善较厚度超过30的W层的表面形态。例如，当在形成W层以后的后处理通过溅射或等离子体增强CVD，使原料沉积入通孔或接触孔时，改善表面形态是理想的。
图5示出了根据本发明实施方案作为W层厚度函数的W层上的节瘤数。在图5中，利用SEM显微镜，在250nm×250nm的区域上，视觉观察W层上形成的节瘤数。在图5中，水平轴示出了沉积W层的总厚。例如，利用5次每次沉积约40W的沉积循环，沉积厚约200的W层，利用10次每次沉积约45W的沉积循环，沉积厚约450的W层。
而且，图5还示出了在通过CVD沉积的W层上的观察到的节瘤数。CVD条件包括衬底温度为约410℃，室压为约0.3Torr。在CVD1(■)中，Ar载气的流量为约90sccm，稀释气体的流量为约250sccm；然而在CVD2(◇)中，Ar载气的流量为约100sccm，Ar稀释气体的流量为约800sccm。在通过CVD和通过SFD(连续流沉积)沉积的W层上观察到的节瘤数比较说明，使用SFD可以明显改善较厚度超过30的W层的表面形态，SFD允许沉积出具有良好表面形态的较厚W层。
图6A示出了通过CVD沉积的W层的截面SEM显微照片和由显微照片得出的示意性结构。图6A示出了由于在W层中观察到的多个W节瘤4所造成的具有差表面形态的W层。图6B示出了根据本发明实施方案通过SFD沉积的W层的截面SE显微照片和由显微照片得出的示意性结构。通过图3中所描述的SFD方法沉积W层，其中，W(CO)6前驱气和包括SiH4的还原气交替流入处理室。图6B示出了具有良好表面形态的W层，其中，在W层中很少或没有观察到节瘤。
除了将W沉积到平坦衬底上以外，通过连续流沉积工艺沉积到具有较大的高宽比的微结构上的W层与通过CVD沉积的W层相比，具有改善的形态。在一个例子中，利用10次沉积循环的连续流沉积和约410℃的衬底温度，在高宽比为约5∶1(微结构的高除以微结构的宽)的通孔微结构上沉积W层。W(CO)6用作W前驱体，Ar气用作载气(例如，流量为约100sccm)且Ar气用作稀释气体(例如，流量为约800sccm)。而且，SiH4用作还原气，处理压力保持在约0.3-0.4Torr。通过连续流沉积工艺沉积的W层的台阶覆盖度(step coverage)为约0.4(W层在接近微结构底部处的微结构侧壁上的厚度除以W层在远离微结构的衬底上的厚度)应该理解到，在实施本发明中可以对本发明进行各种修改和变化。因此，要理解到，在所附权利要求的范围内，本发明可以不按这里具体所述的来实施。
权利要求
1.一种在衬底上沉积金属层的方法，所述方法包括a)将衬底提供到处理室中；b)使所述衬底暴露于金属-羰基前驱气中；c)由所述金属-羰基前驱气的热分解在所述衬底上形成金属层；d)使所述金属层暴露于还原气中；和e)重复所述衬底的所述暴露步骤，所述金属层的所述形成步骤和所述暴露步骤直至形成期望厚度的金属层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述金属-羰基前驱体包括W(CO)6、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Cr(CO)6和Ru3(CO)12的其中至少之一。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述金属层包括W、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Cr和Ru的其中至少之一。
4.如权利要求1所述的方法，其中金属-羰基前驱体的流量小于约4sccm。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述金属-羰基前驱气还包括稀释气体和载气的其中至少之一。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述稀释气体和载气的其中至少之一包括惰性气体。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述惰性气体包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述前驱气包括流量为约50sccm-约500sccm的载气。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述载气的流量为约50sccm-约200sccm的稀释气体。
10.如权利要求5所述的方法，其中所述前驱气包括流量为约50sccm-约1000sccm的稀释气体。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述稀释气体的流量为约50sccm-约500sccm。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述金属-羰基前驱体流为约1s-约500s。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述还原气包括含硅气体、含硼气体和含氮气体的其中至少之一。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述还原气包括SiH4、Si2H6和SiCl2H2的其中至少之一。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述还原气包括BH3、B2H6、B3H9的其中至少之一。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述还原气包括NH3。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述还原气的流量小于约500sccm。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述还原气的气流为约1s-约120s。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述还原气还包括稀释气体。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述稀释气体包括惰性气体。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述惰性气体包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
22.如权利要求19所述的方法，其中所述稀释气体的流量为约50sccm-约2000sccm。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述稀释气体的流量为约100sccm-约1000sccm。
24.如权利要求1所述的方法，其中所述金属-羰基前驱气和所述还原气连续流入处理室。
25.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括使清洗气流入处理室。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述清洗气包括惰性气体。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述惰性气体包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
28.如权利要求25所述的方法，其中所述清洗气连续流入处理室。
29.如权利要求25所述的方法，其中在进行所述衬底的所述暴露步骤和所述金属层的所述暴露步骤的其中至少之一以前，所述清洗气流入所述处理室。
30.如权利要求29所述的方法，其中在进行所述衬底的所述暴露步骤和所述金属层的所述暴露步骤的其中至少之一以前，所述清洗气的流入小于120s。
31.如权利要求25所述的方法，其中所述清洗气的流量为约100sccm-1000sccm。
32.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底温度为约200℃-约600℃。
33.如权利要求1所述的方法，其中处理室压力小于约5Torr。
34.如权利要求1所述的方法，其中在一个沉积循环中沉积的金属层的厚度为约5-约60。
35.如权利要求34所述的方法，其中在一个沉积循环中沉积的金属层的厚度为约15-约30。
36.如权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括半导体衬底、LCD衬底和玻璃衬底的其中至少之一。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述半导体衬底包括Si、SiO2、Ta、TaN、Ti、TiN和高k的其中至少之一。
38.一种在衬底上沉积W层的方法，所述方法包括a)将衬底提供到处理室中；b)使所述衬底暴露于W(CO)6前驱气中；c)由所述W(CO)6前驱气的热分解在衬底上形成W层；d)使所述W层暴露于还原气中；和e)重复所述衬底的所述暴露步骤，所述W层的所述形成步骤和所述暴露步骤直至形成期望厚度的W层。
39.如权利要求38所述的方法，其中W(CO)6前驱体的流量小于约4sccm。
40.如权利要求38所述的方法，其中所述W(CO)6前驱气还包括稀释气体和载气的其中至少之一。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述稀释气体和载气的其中至少之一包括惰性气体。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述惰性气体包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
43.如权利要求41所述的方法，其中所述前驱气包括流量为约50sccm-约500sccm的载气。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述载气的流量为约50sccm-约200sccm的稀释气体。
45.如权利要求41所述的方法，其中所述前驱气包括流量为约50sccm-约1000sccm的稀释气体。
46.如权利要求45所述的方法，其中所述稀释气体的流量为约50sccm-约500sccm。
47.如权利要求38所述的方法，其中所述W(CO)6前驱体流为约1s-约500s。
48.如权利要求38所述的方法，其中所述还原气包括含硅气体、含硼气体和含氮气体的其中至少之一。
49.如权利要求48所述的方法，其中所述还原气包括SiH4、Si2H6和SiCl2H2的其中至少之一。
50.如权利要求48所述的方法，其中所述还原气包括BH3、B2H6、B3H9的其中至少之一。
51.如权利要求48所述的方法，其中所述还原气包括NH3。
52.如权利要求38所述的方法，其中所述还原气的流量小于约500sccm。
53.如权利要求38所述的方法，其中所述还原气流为约1s-约120s。
54.如权利要求38所述的方法，其中所述还原气还包括稀释气体。
55.如权利要求54所述的方法，其中所述稀释气体包括惰性气体。
56.如权利要求55所述的方法，其中所述惰性气体包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
57.如权利要求54所述的方法，其中所述稀释气体的流量为约50sccm-约2000sccm。
58.如权利要求57所述的方法，其中稀释气体的流量为约100sccm-约1000sccm。
59.如权利要求38所述的方法，其中所述W(CO)6前驱气和所述还原气连续流入处理室。
60.如权利要求38所述的方法，所述方法还包括使清洗气流入处理室。
61.如权利要求60所述的方法，其中所述清洗气包括惰性气体。
62.如权利要求61所述的方法，其中所述惰性气体包括Ar、He、Kr、Xe和N2的其中至少之一。
63.如权利要求60所述的方法，其中所述清洗气连续流入处理室。
64.如权利要求60所述的方法，其中在进行所述衬底的所述暴露步骤和所述W层的所述暴露步骤的其中至少之一以前，所述清洗气流入所述处理室。
65.如权利要求64所述的方法，其中在进行所述衬底的所述暴露步骤和所述W层的所述暴露步骤的其中至少之一以前，所述清洗气流的流入小于120s。
66.如权利要求60所述的方法，其中所述清洗气的流量为约100sccm-1000sccm。
67.如权利要求38所述的方法，其中所述衬底温度为约200℃-约600℃。
68.如权利要求67所述的方法，其中所述衬底温度为约410℃。
69.如权利要求38所述的方法，其中处理室压力小于约5Torr。
70.如权利要求69所述的方法，其中处理室压力为约0.2Torr
71.如权利要求38所述的方法，其中在一个沉积循环中沉积的W层的厚度为约5-约60。
72.如权利要求71所述的方法，其中在一个沉积循环中沉积的W层的厚度为约15-约30。
73.如权利要求38所述的方法，其中所述衬底包括半导体衬底、LCD衬底和玻璃衬底的其中至少之一。
74.如权利要求73所述的方法，其中所述半导体衬底包括Si、SiO2、Ta、TaN、Ti、TiN和高k的其中至少之一。
全文摘要
本发明提供了一种利用连续流沉积工艺来沉积具有良好表面形貌的金属层的方法，该方法包括使处理室中的衬底交替暴露于金属－羰基前驱气和还原气中。在暴露于金属－羰基前驱气过程中，通过热分解在衬底上沉积薄金属层，随后使该金属层暴露于还原气中以利于从该金属层中除去反应副产物。可以重复金属－羰基前驱气和还原气暴露步骤直到形成期望厚度的金属层。金属羰基前驱体例如可以选自W(CO)
文档编号H01L21/768GK1860588SQ200480028499
公开日2006年11月8日 申请日期2004年9月7日 优先权日2003年9月30日
发明者松田司, 池田太郎, 波多野达夫, 立花光博, 山崎英亮, 格特·J·莱乌辛克, 芬顿·R·麦克非, 桑德拉·G·马尔霍特拉, 安德鲁·H·西蒙, 约翰·J·尤尔坎斯 申请人:东京毅力科创株式会社, 美国商业机器公司