专利名称：用于形成钝化金属层的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在半导体处理过程中钝化经沉积的铼金属层，更具体地涉及在经沉积的铼金属层上形成钝化层，从而抑制铼金属表面上含铼结粒(nodule)的氧致生长(oxygen-induced growth)。
背景技术：
为了满足对于速度更快、功率更低的微处理器和数字电路的需求，微电子器件的最小特征尺寸正在接近深亚微米级。将铜(Cu)金属引入用于制造集成电路的多层金属化方案中可能需要使用扩散阻挡层/衬里，以促进Cu层的粘附和生长，并防止Cu扩散进入电介质材料。沉积到电介质材料上的阻挡层/衬里可以包括难熔材料，例如，钨(W)、铼(Re)、钌(Ru)、钼(Mo)和钽(Ta)，上述难熔材料与Cu不起反应且不能混溶，并可以提供低的电阻率。当前集成Cu金属化和电介质材料的集成方案可能需要在低衬底温度下进行阻挡层/衬里沉积工艺。难熔材料在新兴的微电子器件中的其它应用包括与高介电常数电介质材料(也称为“高k”材料)一起用于金属栅电极。金属栅极可望给栅极叠层的尺寸缩放(scaling)提供一系列优点，例如消除多晶硅耗尽效应。作为金属栅极的金属层与金属阻挡层/衬里在半导体器件中的成功集成要求沉积速率足够高(在低或中等衬底温度下)、电阻率低、经沉积的金属层应力小、金属层与下方和上方材料粘附性好、厚度均匀性好、污染水平低以及层形貌良好(包括表面粗糙度低)。
Re金属层可以通过低温热化学气相沉积由Re-羰基前驱体沉积。但是，Re-羰基前驱体易于分解不完全，导致反应副产物可被吸附到Re金属层中或Re金属层表面上。当Re金属层随后暴露于环境气氛中时，Re氧化物结粒形成在Re金属层表面上，而结粒的形成是由金属层表面中存在的副产物与空气中的氧促进的。这些结粒可能不利地影响Re金属层的性质和形貌。
因此，需要避免Re金属层暴露于氧之后在其表面形成结粒。
发明内容
本发明提供了一种形成钝化金属层的方法，所述钝化金属层可以在随后暴露于含氧环境时保持Re金属层的性质和形貌。所述方法包括在处理室中提供衬底；将所述衬底暴露于包含Re-羰基前驱体的处理气体，以在化学气相沉积工艺中将Re金属层沉积在所述衬底上；在所述Re金属层上形成钝化层，以抑制所述金属表面上含铼结粒的氧致生长。
本发明进一步提供了一种包含程序指令的计算机可读介质，所述程序指令在处理器上执行，从而实施以下方法在化学气相沉积工艺中由Re-羰基前驱体在衬底上沉积Re金属层，并在所述Re金属层表面形成钝化层，从而抑制所述金属表面上含铼结粒的氧致生长。
图1为根据本发明的一种实施方式形成钝化金属层的处理系统的简化框图；图2示出了据本发明的一种实施方式形成钝化金属层的处理设备的简化框图；图3A-3B示出了形成在衬底上的金属层的示意性剖面图；图4A-4C示出了根据本发明的一种实施方式形成包含钝化金属层的栅极叠层的工艺工序的示意性剖面图；图5示出了根据本发明的一种实施方式的包含钝化金属层的图案化栅电极的示意性剖面图；图6示出了可以用于执行本发明的实施方式的通用计算机。
具体实施例方式
图1为根据本发明的一种实施方式形成钝化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的内部提供用于水平支持待处理衬底(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。在衬底托架2的边缘提供用于将衬底50定位在衬底托架2上的导环4。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可以包括电阻加热器。或者，加热器5可以是灯加热器或任何其它类型的加热器。
受热衬底50可以热分解金属-羰基气体，以在衬底50上沉积金属层。衬底托架2被加热到适于将期望金属层沉积在衬底50上的预定温度。加热器(未示出)嵌在处理室1的壁中，以将室壁加热到预定温度。加热器5可以将处理室1的壁温保持在约40℃-约200℃。
喷淋头10设置在处理室1的上室部分1a中。喷淋头10底部的喷淋头板10a包括多个气体输送孔10b，用于将包含金属-羰基前驱体气体的处理气体输送到位于衬底50上方的处理区60内。
在上室部分1b中提供开口10c，用于将处理气体从气体管线12引入气体分配室10d。提供同心的冷却剂流道10e，用于控制喷淋头10的温度，从而防止金属-羰基前驱体气体在喷淋头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，用于将喷淋头10的温度控制在约20℃-约200℃。
气体管线12将前驱体输送系统120连接至处理室1。前驱体容器13包括金属-羰基前驱体55，并提供用于加热前驱体容器13的前驱体加热器13a，以使金属-羰基前驱体55保持在产生期望的金属-羰基前驱体蒸汽压的温度下。
在本发明的一种实施方式中，可以使用载气(例如氩(Ar)或氦(He))，以加强金属-羰基前驱体到处理室1中的输送。或者，可将金属-羰基前驱体输送至处理室1，而不使用载气。气体管线14可以将来自气源15的载气提供给前驱体容器13，质量流量控制器(MFC)16和阀17可以用来控制载气流率。当使用载气时，可将其引入前驱体容器13的下部，以使其流过金属-羰基前驱体55。或者，可以将载气引入前驱体容器13，并分布在金属-羰基前驱体55的顶部。
提供传感器45用于测量来自前驱体容器13的总气体流率。传感器45例如可以包括MFC，并且利用传感器45和MFC16可以测定和控制输送到处理室1的金属-羰基前驱体的量。或者，传感器45可以包括光吸收传感器，以测量金属-羰基前驱体在到处理室1的气流中的浓度。在本发明的另一种实施方式中，可使用液体输送系统来将金属-羰基前驱体气体输送至处理室1。
旁路管线41位于传感器45的下游，并将气体管线12连接到排出管线24。提供旁路管线41用于抽空气体管线12并稳定金属-羰基前驱体至处理室1的供应。此外，在旁路管线41上提供位于气体管线12分支下游的阀42。
提供加热器(未示出)来独立地加热气体管线12、14和41，这样可以控制这些气体管线的温度，以避免金属-羰基前驱体在这些气体管线中冷凝。这些气体管线的温度可以控制在约20℃-约200℃，或者约25℃-约150℃。
利用气体管线18，稀释气体(例如Ar或He)可以从气源19供应到气体管线12。稀释气体可以用来稀释处理气体，或调节处理气体的分压。气体管线18包括MFC 20和阀21。MFC 16和20以及阀17、21和42受控制器40的控制，该控制器40控制着电源、开关以及载气、金属-羰基前驱体气体和稀释气体的流量。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可以通过质量流量控制器16控制载气流率，以获得期望的到处理室1的金属-羰基前驱体流率。
此外，还原气体(例如，氢(H2))可从气源61供应到气体管线64，用于在经沉积的金属层上形成钝化层的反应气体可从气源65供应到气体管线64。MFC 63和67以及阀66和62受控制器40的控制，该控制器40控制着电源、开关以及来自气源61和65的气体的流量。
排出管道24将排出室23连接到真空抽气系统130。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1中移除气态物质。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可以包括涡轮分子泵。或者，真空泵25可以包括干泵。在处理期间，可以将处理气体引入处理室1，并且通过APC 59调节室压力。APC59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)，用于支持、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上表面以下的位置。提供采用例如气缸的驱动机构28，以抬高和降低板27。衬底50可以经自动转移系统(未示出)通过闸式阀30和室进入-穿出通道29转移入和转移出处理室1，并由衬底顶杆26接收。一旦从转移系统接收了衬底50，通过降低衬底顶杆26可以将衬底降低到衬底托架2的上表面。
处理系统控制器140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通信并启动处理系统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140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120、真空抽气系统130、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130中，处理系统控制器140与用于控制处理室1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140的例子是可从得克萨斯州达拉斯的Dell Corporation得到的DELL PRECISION WORKSTATION610TM。
图2示出了据本发明的一种实施方式的处理设备的简化框图。处理设备200包括处理系统220和230、被设置用于在处理设备200内转移衬底的(自动)转移系统210以及被设置以控制处理设备200的组件的控制器240。在本发明的一种实施方式中，处理设备200可包括单个处理系统，例如示于图1的示例性处理系统100；或者，处理设备200可包括多于两个的处理系统。在图2中，处理系统220和230可以例如进行至少一种下列过程在化学气相沉积工艺中，在衬底上由金属-羰基前驱体气体沉积金属层；在所述金属层上形成钝化层。钝化层可以例如在热化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺、等离子体增强化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺中进行。如同图1中的控制器140，控制器240可以为DELLPRECISION WORKSTATION 610TM。此外，图1或2中的控制器可为通用计算机系统，例如图6中描述的通用计算机系统。
应当理解，图1中的处理系统和图2中的处理设备仅用于示例性目的，因此可以使用具体硬件和软件的许多变种来执行实现本发明方法的系统，而且这些变种对于本领域的普通技术人员是显而易见的。
通常，可由相应的金属-羰基前驱体沉积各种金属层。这包括分别由W(CO)6、Ru3(CO)12、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Os3(CO)12和Cr(CO)6前驱体沉积W、Ru、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Os和Cr金属层。由金属-羰基前驱体低温沉积低电阻率金属层，这使得将金属层集成到需要低衬底温度的后段(BEOL)处理方案中成为可能。
金属-羰基前驱体的热分解和随后的金属沉积被认为主要通过从衬底上消除CO和解吸CO副产物而进行。CO副产物结合到金属层内可能是由金属-羰基前驱体分解不完全、CO副产物没有完全从金属层移除以及处理区中的CO副产物再吸附到金属层上而引起的。降低处理室压力使气态物质(例如，金属-羰基前驱体、反应副产物、载体和稀释气体)在衬底上方的处理区中的停留缩短，从而，这可以使在衬底上沉积的金属层中的CO杂质水平降低。此外，降低处理区中金属-羰基前驱体的分压可导致金属层沉积速率降低。较低的沉积速率可减少金属层中结合(捕集)的反应副产物的量，因为副产物有更长的时间从金属层上解吸。但是，如果是Re，未反应的前驱体被捕集在Re金属层的表面，并且未反应的前驱体和Re金属层随后可与空气中的氧反应，从而在所述表面上形成Re氧化物结粒。而且Re金属易于被氧化，因此可以认为Re金属层表面中未反应前驱体的存在促进了所述表面上Re氧化物结粒的形成。
图3A示出了形成在衬底上的金属层的示意性剖面图。由Re-羰基前驱体沉积Re金属层304。在一个实施例中，通过在CVD工艺中热分解Re2(CO)10前驱体，将Re金属层304沉积在图1示意性示出的处理系统中的衬底302上。沉积条件包括衬底温度为500℃，处理室压力为50mTorr，前驱体容器温度为50℃，Ar载气流量为200标准立方厘米/分钟(sccm)，Ar稀释气体流量为20sccm。经沉积的Re金属层厚度约为150埃()，Re沉积速率约为22/min。经沉积的Re金属层呈现出具有低表面粗糙度的良好形貌以及约61μΩ-cm的电阻率。
在另一实施例中，在以下条件下沉积Re金属层304衬底温度为420℃，处理室压力为50mTorr，前驱体容器温度为60℃，Ar载气流量为200sccm，Ar稀释气体流量为20sccm。经沉积的Re金属层304呈现出具有低表面粗糙度的良好形貌。Re金属层厚度约为150埃()，Re沉积速率约为53/min。
观测到图3A中的Re金属层的形貌在将所述层304在环境空气中暴露于氧的过程中劣化。图3B示出了衬底302的示意性剖面图，所述衬底302包含Re金属层304以及在Re金属层304表面上的含Re结粒306。在进一步将层304暴露于环境空气之后，通过扫描电子显微镜(SEM)观测结粒306。在一个实施例中，结粒306的直径为数百纳米，厚度为数十纳米。元素分析表明，结粒包含Re和O。基于元素分析结果，可以认为结粒的形成是由部分分解的Re2(CO)12与环境空气中的氧在Re金属表面上反应所促进的。
本发明的实施方式提供了一种形成钝化金属层的方法，以抑制经沉积的Re金属层上含金属结粒的生长。所述方法包括在处理室中提供衬底；将所述衬底暴露于包含金属-羰基前驱体的处理气体，以在化学气相沉积工艺中将Re金属层沉积在所述衬底上；在所述金属层上形成钝化层，以抑制所述Re金属表面上含金属结粒的氧致生长。钝化层的原位(不暴露于空气)形成可以确保随后将金属层暴露于含氧环境不会不利地影响下方Re金属层的性质和形貌。本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，可以以各种组合使用各种Re-羰基前驱体来沉积Re金属层。
图4A-4C示出了根据本发明的一种实施方式形成包含钝化金属层的栅极叠层的工艺工序的示意性剖面图。在图4A中，栅极叠层400包括衬底403、界面层404和高k层406。衬底403例如可以是诸如Si衬底、含Ge的Si衬底、Ge衬底和复合半导体衬底之类的半导体衬底，并且可以包括多个有源器件和/或绝缘区(未示出)。取决于所形成器件的类型，衬底403可以是n型或p型。界面层404可以例如是氧化物层(例如SiOx)、氮化物层(SiNx)或氧氮化物层(例如SiOxNy)，其厚度为约10-约30。高k层406可以例如是金属氧化物层或金属硅酸盐层，例如Ta2O5、TiO2、ZrO2、Al2O3、Y2O3、HfSiOx、HfO2、ZrSiOx、TaSiOx、SrOx、SrSiOx、LaOx、LaSiOx、YOx和YSiOx。高k层的厚度可例如为约30。形成图4中的栅极叠层400的方法是半导体处理领域的技术人员已知的。本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，可以以各种组合使用其它材料。
图4B示出了包含高k层406上的金属栅电极层408的栅极叠层401。金属栅电极层408可包含Re。层408可在化学气相沉积工艺中由Re-羰基前驱体沉积。
在热化学气相沉积工艺中沉积金属层408的工艺参数空间可以例如采用小于约300mTorr的室压力。或者，该压力可以小于约100mTorr。Re-羰基前驱体流率可为约0.1sccm-约200sccm，载气流率可为小于约500sccm，稀释气体流率可为小于约2000sccm。载气和稀释气体可包含至少一种惰性气体或H2气体。惰性气体可包含Ar、He、Ne、Kr、Xe或N2，或其中两种或多种的组合。金属层可以例如在约300℃-约600℃或更低的衬底温度下沉积。
图4C示出了根据本发明的一种实施方式的包含金属栅电极层408上的钝化层414(即，钝化的金属栅电极层)的栅极叠层402。钝化层414的厚度可为数埃至数十埃。在本发明的一种实施方式中，钝化层414可以是金属钝化层，所述金属钝化层包含通过等离子体增强化学气相沉积工艺、原子层沉积工艺或物理气相沉积工艺沉积的W、Ru、Ti、Ta、Ni、Mo、Co、Rh、Re或Cr或其中两种或多种的组合。在另一种实施方式中，钝化层414可以例如包含沉积在金属层408上的含W的金属钝化层，所述金属钝化层是在热化学气相沉积工艺中通过将金属层408暴露于相应的金属-羰基前驱体气体(例如W(CO)6)而沉积的。如上所述，通过热化学气相沉积由Re-羰基前驱体形成的Re金属层会在周围环境中形成结粒，而由其它金属-羰基前驱体形成的相应金属层不会形成结粒。钨即是一个可以通过热化学气相沉积由其金属-羰基前驱体沉积而不形成结粒的金属层的例子。因此可以理解，还可以使用由热化学气相沉积沉积的其它过渡金属作为钝化层，这些金属的金属-羰基前驱体在热工艺过程中基本或完全分解，从而避免随后形成结粒。
在本发明的另一种实施方式中，钝化层414可以是形成在金属层408上的含硅层或含碳层。通过将金属层408暴露于包含SiH4、Si2H6、SiCl2H2或Si2Cl6或其中两种或多种的组合的含硅气体中，可以形成所述含硅层。通过将金属层408暴露于包含CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H6、C2H5OH、CH3CH2CH2OH、CH3COCH3或C4H8O或其中两种或多种的组合的含碳气体中，可以形成所述含碳层。本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的前提下，可以使用其它含硅气体和含碳气体。还应当理解，术语“含硅层”包括纯硅层，以及掺杂有工艺杂质或金属的硅，其中金属是从下方金属层扩散或迁移到硅中的。类似地，还应当理解，术语“含碳层”包括纯碳层，以及掺杂有工艺杂质或金属的碳，其中金属是从下方金属层扩散或迁移到碳中的。
在本发明的另一种实施方式中，如果在金属层408上沉积钝化层414，则钝化层414可以是含金属层，包括金属硅化物层、金属碳化物层、金属氮化物层、金属氧化物层或金属硼化物层，或其中两种或多种的组合。含金属的层可以是W、Ru、Ti、Ta、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Os或Cr或其中两种或多种的组合的硅化物、碳化物、氮化物、氧化物或硼化物。通过将金属层408暴露于含硅气体、含碳气体、含硼气体、含氮气体或含氧气体或其中两种或多种的组合与含金属气体(例如金属-羰基前驱体)的混合气体，可以形成钝化层414。含硅气体可以包含SiH4、Si2H6、SiCl2H2或Si2Cl6或其中两种或多种的组合。含碳气体可以包含CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H6、C2H5OH、CH3CH2CH2OH、CH3COCH3或C4H8O(四氢呋喃)或其中两种或多种的组合。含氮气体可以包含N2、NH3、NO、NO2或N2O或其中两种或多种的组合。含氧气体可包含O2，含硼气体可包含BH4或B2H6或两者的组合。本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的范围的前提下，可以使用其它含硅气体、含碳气体、含氮气体、含氧气体和含硼气体。
或者，可以通过以下方法形成钝化层414首先在金属层408上沉积第二金属薄层，然后将所述第二金属薄层暴露于含硅气体、含碳气体、含硼气体、含氮气体或含氧气体或其中两种或多种的组合。暴露于气体之后可进行高温处理(例如退火)，通过使硅、碳、氮、氧或硼原子扩散进入形成在金属层408上的所述第二金属薄层，以将所述第二金属薄层转化为含金属的钝化层414(包括金属硅化物、金属碳化物、金属硼化物、金属氮化物和/或金属氧化物)，由此形成钝化层414。在一种示例性实施方式中，对所述第二金属薄层进行退火以将其转化，而不首先将其暴露于环境。
在本发明的一种实施方式中，钝化层414可通过如下方法形成通过将金属层408暴露于含硅气体、含碳气体、含氮气体、含氧气体或含硼气体或其中两种或多种的组合，将硅、碳、氮、氧或硼或其中两种或多种的组合结合到金属层408中，例如结合到金属层408的表面部分中。或者，通过将金属层408暴露于含硅气体或含碳气体，可将Si层或C层沉积在金属层408上。在这之后，可进行高温处理(例如退火)，以将Si或C原子结合到金属层408中，从而形成金属硅化物或金属碳化物钝化层414。
根据本发明的一种实施方式，经沉积的金属层408和钝化层414均可以在相同的处理系统中形成。这可以提高处理设备的处理量。在本发明的另一种实施方式中，金属层和钝化层可在处理设备的不同处理系统中形成。因此，参见图2，在一个实施例中，金属层可在处理系统220中沉积，而钝化层可在处理系统230中沉积。
在本发明的一个实施例中，在热化学气相沉积工艺中，使用Re2(CO)10前驱体气体，在第一处理系统中将Re金属层沉积在衬底上。然后，将所述衬底原位(不暴露于环境空气)转移到第二处理系统中，所述第二处理系统被设置用于在Re金属层上由W(CO)6前驱体气体沉积W钝化层。W钝化层的沉积在如下条件下进行衬底(晶圆)温度为500℃，处理室压力为150mTorr，W(CO)6前驱体容器温度为35℃，Ar载气流量为200sccm，Ar稀释气体流量为700sccm。观测到，形成在Re金属层上的W钝化层本身并未形成结粒，并且在随后将栅极叠层暴露于环境空气时防止了在Re金属层上形成结粒。
在本发明的另一个实施例中，在热化学气相沉积工艺中，使用Re2(CO)10前驱体气体，在第一处理系统中将Re金属层沉积在衬底上。然后，将所述衬底转移到第二处理系统中，所述第二处理系统被设置用于在Re金属层上用SiH4气体沉积含硅钝化层。观测到，在将栅极叠层暴露于环境空气时，形成在Re金属层上的含硅钝化层防止了在Re金属层上形成结粒。
在本发明的另一个实施例中，在处理系统中，由Re2(CO)10前驱体气体在衬底上形成Re金属层。然后，通过将Re金属层暴露于Re2(CO)10前驱体气体与NH3气体的混合物中，在Re金属层上形成Re氮化物钝化层。然后，通过将Re氮化物钝化层暴露于SiH4气体与H2气体的混合物中，在Re氮化物钝化层上沉积含硅钝化层。所有的暴露于气体的操作均在不将衬底暴露于环境空气的条件下进行。观测到，在将栅极叠层暴露于环境空气时，形成在Re氮化物层上的包含含硅层的钝化层防止了在Re金属层上形成结粒。
图5示出了根据本发明的一种实施方式的包含钝化金属层的图案化栅电极的示意性剖面图。栅电极结构500包括衬底510、源区520和漏区530、介电隔离物540和570、界面层550、高k层560、金属栅极层580和钝化层590。钝化层590可以在沉积金属栅极层580之后形成，从而在制造包含栅电极结构500的半导体器件而进行的后续处理步骤中保护金属栅极层580。
图6示出了可以用于执行本发明的实施方式的计算机系统1201。计算机系统1201可用作图1和2的控制器140和240，以实现上述的任意或全部功能。计算机系统1201包括总线1202或其它用于交换信息的交换机构，以及与总线1202耦合的用于处理信息的处理器1203。计算机系统1201还包括与总线1202耦合的用于存储处理器1203执行的信息和指令的主存储器1204，例如随机存储器(RAM)和其它动态存储设备(例如动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)和同步DRAM(SDRAM))。此外，在处理器1203执行指令过程中，主存储器1204可用于存储临时变量或其它中间信息。计算机系统1201还包括与总线1202耦合的用于为处理器1203存储静态信息和指令的只读存储器(ROM)1205或其它静态存储设备(例如可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)和可电擦除PROM(EEPROM))。
计算机系统1201还包括与总线1202耦合以控制一个或多个存储信息和指令的存储设备的磁盘控制器1206，例如硬磁盘1207和可移动介质驱动器1208(例如软盘驱动器、只读光盘驱动器、读/写光盘驱动器、磁带驱动器和可移动磁光驱动器)。存储设备可使用合适的设备接口(例如，小型计算机系统接口(SCSI)、集成电子设备(IDE)、增强的IDE(E-IDE)、直接存储器存取(DMA)或超DMA)添加到计算机系统1201。
计算机系统1201还可包括特定用途的逻辑器件(例如专用集成电路(ASIC))或可配置逻辑器件(例如简单可编程逻辑器件(SPLD)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA) (未示出))。计算机系统还可包括一个或多个数字信号处理器(DSP)(未示出)，例如Texas Instruments的TMS320系列芯片、Motorola的DSP56000、DSP56100、DSP56300、DSP56600和DSP96000系列芯片、Lucent Technologies的DSP1600和DSP3200系列或者Analog Devices的ADSP2100和ADSP21000系列。也可以使用其它特别为处理模拟信号设计但已经转而用于数字领域的处理器。
计算机系统还可包括与总线1202耦合以控制用于向计算机用户显示信息的显示器1210的显示控制器1209。计算机系统包括输入设备，例如键盘1211和定位设备1212，用于与计算机用户互动并向处理器1203提供信息。定位设备1212例如可以是鼠标、轨迹球或定位杆，用于将方向信息和命令选择传达至处理器1203并控制显示器1210上的光标运动。此外，打印机(未示出)可以提供存储在计算机系统1201中和/或由计算机系统1201生成的数据列表。
响应于处理器1203执行包含在存储器(例如主存储器1204)中的一个或多个指令的一个或多个序列，计算机系统1201运行本发明的部分或全部处理步骤。这样的指令可以从另外的计算机可读介质(例如硬盘1207或可移动介质驱动器1208)读入主存储器1204。还可以使用以多处理布置的一个或多个处理器来执行包含在主存储器1204中的指令序列。在其它实施方式中，可用硬连线电路取代软件指令或与其组合使用。因此，本发明的实施方式并不限于硬件电路和软件的具体组合。
如上所述，计算机系统1201包括至少一种计算机可读介质，用于保存根据本发明的教导编程的指令以及容纳本文所述的数据结构、表格、记录或其它数据。计算机可读介质的例子是高密度磁盘、硬盘、软盘、磁带、磁光盘、PROM(EPROM、EEPROM、快速EPROM)、DRAM、SRAM、SDRAM、或任何其它磁性介质、光盘(例如CD-ROM)、或任何其它光学介质、穿孔卡、纸质磁带、或其它具有图案化孔的物理介质、载波(下面描述)、或任何其它计算机可以读取的介质。
本发明包括存储在任意一种计算机可读介质上或计算机可读介质的组合上的软件，用于控制计算机系统1201、驱动实施本发明的设备并使计算机系统1201能够与用户(例如处理系统人员)互动。这样的软件包括但不限于，设备驱动、操作系统、开发工具和应用软件。这样的计算机可读介质还包括本发明的计算机程序产品，用于运行实施本发明时进行的处理的全部或部分(如果处理为分布式)。
本发明的计算机编码设备可以是任何可编译或可执行的编码机制，包括但不限于，脚本、可编译程序、动态链接库(DLL)、Java类和完全可执行程序。而且，可以分布式进行本发明的处理，以获得更好的性能、可靠性和/或成本。
本文所用术语“计算机可读介质”是指参与向处理器1203提供用于执行的指令的任何介质。计算机可读介质可以具有多种形式，包括但不限于，非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘、磁盘和磁光盘，例如硬盘1207或可移动介质驱动器1208。易失性介质包括动态存储器，例如主存储器1204。传输介质包括同轴电缆、铜导线和光纤，包括构成总线1202的导线。传输介质还可以具有声波或光波的形式，例如在射电波和红外数据通信过程中产生的那些。
可使用各种形式的计算机可读介质来运行一个或多个到处理器1203的用于执行的指令的一个或多个序列。例如，指令可以最初在远程计算机的磁盘上运行。远程计算机可以将用于实施全部或部分本发明的指令装入动态存储器，并利用调制解调器在电话线上传送该指令。计算机系统1201本地的调制解调器可以接收电话线上的数据，并用红外传输器将该数据转化为红外信号。与总线1202耦合的红外检测器可以接收红外信号中传送的数据，并将该数据置于总线1202上。总线1202将该数据传送至主存储器1204，处理器1203从主存储器1204取得并执行指令。在处理器1203执行之前或之后，主存储器1204接收的指令可以可选地存储在存储设备1207或1208上。
计算机系统1201还包括与总线1202耦合的通信接口1213。通信接口1213提供了耦合至网络链路1214的双向数据通信，所述网络连接1214例如与局域网(LAN)1215相连或与另外的通信网络1216(例如互联网)相连。例如，通信接口1213可以是与任何包交换LAN连接的网络接口卡。作为另一个例子，通信接口1213可以是非对称数字用户线路(ADSL)卡、集成服务数字网络(ISDN)卡或调制解调器，以向相应类型的通信线路提供数据通信连接。也可以使用无线链路。在任何这样的实施方式中，通信接口1213发送和接收传送代表各种信息的数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。
网络链路1214通常通过一个或多个网络向其它数据设备提供数据通信。例如，网络链路1214可以通过局部网络1215(例如LAN)或通过由服务提供者(其通过通信网络1216提供通信服务)操作的装置与其它计算机连接。局部网络1214和通信网络1216使用例如传送数字数据流的电信号、电磁信号或光信号以及相关的物理膜(例如CAT 5电缆、同轴电缆、光纤等)。通过各种网络的信号以及在网络链路1214上且通过通信接口1213的信号可以是基带信号或基于载波的信号，这些信号将数字数据传入或传出计算机系统1201。基带信号作为描述数字数据比特流的未调制电信号传送，其中术语“比特”应被广泛地理解为是指符号，其中每个符号传送至少一个或多个信息比特。数字数据还可用于调制载波，例如用在导电介质上传播或作为电磁波通过传播介质传输的幅移、相移和/或频移键控信号。因此，数字数据可作为未调制的基带数据通过“有线”通信通道发送，和/或通过调制载波在不同于基带的预定频带内发送。计算机系统1201可通过网络1215和1216、网络链路1214和通信接口1213传输和接收数据(包括程序代码)。而且，网络链路1214可通过LAN 1215与移动设备1217(例如个人数字助理(PDA)便携式计算机或蜂窝电话)相连。
可以设置计算机系统1201以进行本发明的方法，从而在处理设备中形成钝化金属层。可进一步设置计算机系统1201，以在热化学气相沉积工艺中，通过将衬底暴露于包含金属-羰基前驱体的处理气体，在所述衬底上形成金属层，然后在所述金属层上形成钝化层。
尽管上面详细描述了本发明的特定实施方式，但是本领域的技术人员应当容易理解，在不实质性地脱离本发明的新颖教导和优点的前提下，在示例性实施方式中可以存在很多改进。因此，所有这样的改进均包含在本发明的范围内。
权利要求
1.一种形成钝化金属层的方法，所述方法包括在处理系统的处理室中提供衬底；将所述衬底暴露于包含铼-羰基前驱体的处理气体，以在热化学气相沉积工艺中将铼金属层沉积在所述衬底上；在所述铼金属层上形成钝化层，其中所述钝化层能够有效地抑制所述铼金属层表面上含Re结粒的氧致生长。
2.如权利要求1的方法，其中所述铼-羰基前驱体包括Re2(CO)10。
3.如权利要求1的方法，其中所述钝化层包括通过等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积或物理气相沉积形成的钝化金属层，所述钝化金属层包含W、Ru、Ti、Ta、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Os或Cr，或其中两种或多种的组合。
4.如权利要求3的方法，其中所述钝化层还包括形成在所述钝化金属层上的Si层。
5.如权利要求3的方法，其中所述钝化层是通过热化学气相沉积由钨-羰基前驱体形成的钨金属层。
6.如权利要求1的方法，其中所述钝化层包括含金属层，所述含金属层包含金属硅化物、金属碳化物、金属氮化物、金属氧化物或金属硼化物，或其中两种或多种的组合。
7.如权利要求6的方法，其中所述含金属层的金属是W、Ru、Ti、Ta、Ni、Mo、Co、Rh、Re、Os或Cr，或其中两种或多种的组合。
8.如权利要求1的方法，其中形成所述钝化层包括将所述金属层暴露于含硅、碳、氮、氧或硼或其中两种或多种的组合的气体，然后将所述衬底退火，以使相应的硅、碳、氮、氧或硼扩散进入所述金属层。
9.如权利要求8的方法，其中所述气体包括SiH4、Si2H6、SiCl2H2、Si2Cl6、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H6、C2H5OH、CH3CH2CH2OH、CH3COCH3或C4H8O、N2、NH3、NO、NO2、N2O、O2、BH4或B2H6，或其中两种或多种的组合。
10.如权利要求1的方法，其中形成所述钝化层包括将所述衬底暴露于金属-羰基前驱体气体以及含硅气体、含碳气体、含氮气体、含氧气体或含硼气体或其中两种或多种的组合，以形成金属硅化物层、金属碳化物层、金属氮化物层、金属氧化物层或金属硼化物层中的至少一种或其组合。
11.如权利要求10的方法，其中所述金属-羰基前驱体包括W(CO)6、Ru3(CO)12、Ni(CO)4、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(CO)10、Os3(CO)12或Cr(CO)6或其中两种或多种的组合，所述含硅气体包括SiH4、Si2H6、SiCl2H2或Si2Cl6或其中两种或多种的组合，所述含碳气体包括CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H6、C2H5OH、CH3CH2CH2OH、CH3COCH3或C4H8O或其中两种或多种的组合，所述含氮气体包括N2、NH3、NO、NO2或N2O或其中两种或多种的组合，所述含氧气体包括O2，所述含硼气体包括BH4或B2H6或两者的组合。
12.如权利要求1的方法，其中所述钝化层包括形成在所述金属层上的含硅层或含碳层。
13.如权利要求1的方法，其中所述金属层和所述钝化层在同一处理系统中形成。
14.如权利要求1的方法，其中所述金属层利所述钝化层在不同的处理系统中形成。
15.一种形成钝化Re层的方法，所述方法包括在处理系统的处理室中提供衬底；将所述衬底暴露于包含Re2(CO)10前驱体的处理气体，以在化学气相沉积工艺中将Re层沉积在所述衬底上；在所述Re层上形成钝化层，其中所述钝化层能够有效地抑制所述Re层表面上含Re结粒的氧致生长。
16.如权利要求15的方法，其中所述钝化层包括在化学气相沉积工艺中通过将所述Re层暴露于W(CO)6而形成的W层。
17.如权利要求15的方法，其中所述钝化层包括在化学气相沉积工艺中通过将所述Re层暴露于SiH4、Si2H6、SiCl2H2或Si2Cl6或其中两种或多种的组合而形成的含硅层。
18.如权利要求15的方法，其中所述Re层和所述钝化层在同一处理系统中形成。
19.如权利要求15的方法，其中所述Re层和所述钝化层在不同的处理系统中形成。
20.一种计算机可读介质，其包含用于在处理器上执行的程序指令，当所述处理器执行所述程序指令时，可使处理设备进行权利要求1的步骤。
全文摘要
本发明提供了一种形成钝化金属层的方法，所述钝化金属层可以在随后暴露于含氧环境时保持下方金属层的性质和形貌。所述方法包括在处理室(1)中提供衬底(50、302、403、510)；将所述衬底(50、302、403、510)暴露于包含铼－羰基前驱体的处理气体，以在化学气相沉积工艺中将铼金属层(304、408、508)沉积在所述衬底(50、302、403、510)上；在所述铼金属层(304、408、508)上形成钝化层(414、590)，从而抑制所述铼金属表面上含铼结粒(306)的氧致生长。
文档编号H01L21/768GK101032000SQ200580033351
公开日2007年9月5日 申请日期2005年9月21日 优先权日2004年9月30日
发明者山崎英亮, 中村和仁, 河野有美子, 格特·J·莱乌辛克, 芬顿·R·麦克非, 保罗·詹姆森 申请人:东京毅力科创株式会社, 国际商业机器公司