[发明专利]用于增大由羰基金属前驱体沉积金属层的速率的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明与与本发明同日提交的题为“METHOD AND DEPOSITIONSYSTEM FOR INCREASING DEPOSITION RATES OF METAL LAYERSFROM METAL-CARBONYL PRECURSORS”的美国专利申请No.10/996,144有关，该申请的全部内容通过引用结合于此。相关申请不是共同拥有的。

技术领域

本发明涉及半导体处理，更具体而言，涉及用于增大由羰基金属前驱体沉积金属层的速率的方法。

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)Ta层或TaN/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)。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，通过羰基钌前驱体(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，诸如羰基钌或羰基铼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

本发明提供了一种用于增大由羰基金属前驱体沉积金属层的速率的方法。本发明的实施例允许增大含金属前驱体的蒸发温度以增大羰基金属前驱体的蒸汽压，从而增强到处理室的羰基金属前驱体蒸汽的传输并增大衬底上金属的沉积速率。根据本发明的实施例，在将衬底暴露于羰基金属蒸汽之前将CO气体与羰基金属前驱体蒸汽混合以减少羰基金属前驱体蒸汽的过早分解。

从而，该方法包括在沉积系统的处理室中提供衬底，形成包含羰基金属前驱体蒸汽和CO气体的处理气体，以及将衬底暴露于处理气体以通过热化学气相沉积工艺在衬底上沉积金属层。

本发明的实施例包括具有通式M_x(CO)_y的各种羰基金属前驱体。羰基金属包括但不限于W(CO)₆、Ni(CO)₄、Mo(CO)₆、Co₂(CO)₈、Rh₄(CO)₁₂、Re₂(CO)₁₀、Cr(CO)₆、Ru₃(CO)₁₂、或Os₃(CO)₁₂。