專利名稱：成膜方法和成膜裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一般的成膜技術，特別涉及由CVD法(化學氣相淀積 法)進行的導體膜的成膜方法和成膜裝置。
背景技術：
在半導體裝置的制造中，成膜技術是基本并且重要的技術。 在半導體裝置的制造中，廣泛進行通過CVD法(化學氣相淀積法)
形成半導體膜、絕緣膜的方法，但形成配線層的導體膜一般是由濺射
等工藝形成的。
另一方面，在當前的超微細化半導體集成電路裝置中，為了使在基 板上形成的極大量的半導體元件相互連接，使用了將低電阻金屬制成 配線圖案的多層配線結構。特別是在以Cu制成配線圖案的多層配線結 構中， 一般使用在氧化硅膜或者由比介電常數(shù)比較低的所謂低介電常 數(shù)(low-K)材料構成的層間絕緣膜中預先形成配線槽或通孔，用Cu 層將其填充，再通過化學機械研磨(CMP)除去剩余的Cu膜部分的嵌 刻法或雙嵌刻法。
在嵌刻法或雙嵌刻法中，典型是用由Ta等高熔點金屬構成的阻擋 金屬膜覆蓋在層間絕緣膜中形成的配線槽或通孔的表面，在其上通過 PVD法或CVD法形成薄的Cu種膜，以此Cu種膜作為電極進行電鍍， 由此，利用Cu層填充上述配線槽或通孔。
在當前的半導體集成電路裝置中，伴隨著微細化，在層間絕緣膜中 形成的Cu通孔插塞的直徑已縮小到65nm 45nm，據(jù)預測在不久的將 來，通孔插塞的直徑將縮小到32nm到22nm。
伴隨著半導體集成電路裝置的微型化，在如此細微的通孔或配線槽 中，從階梯覆蓋的觀點出發(fā)，用現(xiàn)有的PVD法形成阻擋金屬膜或Cu 種膜有困難，因此研究了能夠在不會對由low-K材料構成的層間絕緣 膜造成損害的低溫下，實現(xiàn)優(yōu)異的階梯覆蓋率的利用MOCVD法或ALD法的成膜技術。
然而，在上述嵌刻法或雙嵌刻法中，在阻擋金屬膜和Cu種膜的堆 積之后，通過電鍍法在整個基板上堆積Cu膜。此后在CMP工序中留 下由電鍍填充在上述配線槽或通孔中的Cu層，除去堆積在基板上的其 它部分的Cu膜和Cu種膜，但在CMP法中，不能除去在基板端側面 (斜面)上堆積的上述Cu膜、Cu種膜。如此殘留在基板斜面部上的 金屬膜，在對基板進行處置時容易通過接觸或沖擊而剝離，成為顆粒 的主要來源。
因此，在通過PVD法或電鍍法形成Cu種層或Cu膜時，使用夾具 機構覆蓋基板端，以抑制在基板端和里面的Cu膜的堆積。

發(fā)明內容
因此，當如上所述使用MOCVD法或ALD法形成Cu種膜時，與 PVD法相比，為了進一步提高階梯覆蓋，使用上述的夾具機構，即使 這樣也難以抑制在上述基板端側面的Cu種膜的堆積。
本發(fā)明提供一種使用氣相原料的金屬膜的成膜技術，是一種可靠地 抑制在半導體基板外周部的金屬膜的堆積的技術。
根據(jù)一個特征，本發(fā)明提供一種成膜方法，是向被處理基板表面供 給羰基金屬原料的氣相分子，通過在上述被處理基板表面附近使其分 解，在上述被處理基板表面上堆積金屬膜的成膜方法，其特征在于， 該方法包括在上述處理基板表面堆積金屬層時，在與上述被處理基板 外周部鄰接的區(qū)域，使上述羰基金屬原料優(yōu)先分解的工序，在上述被 處理基板外周部附近，局部增大氣氛中的CO濃度，抑制金屬膜在上 述外周部的堆積。
根據(jù)另一個特征，本發(fā)明提供一種成膜裝置，該裝置包括具有保 持被處理基板的基板保持臺的處理容器；對上述處理容器進行排氣的 排氣系統(tǒng)；向上述處理容器供給羰基金屬原料氣體的第一氣體供給系 統(tǒng)；和向上述處理容器供給抑制上述羰基金屬原料分解的氣體的第二 氣體供給系統(tǒng)，其特征在于，上述基板保持臺具有支撐部和溫度控制 部，上述支撐部具有與上述被處理基板的外徑相對應的尺寸，支撐上 述被處理基板，上述溫度控制部與上述支撐部相接并包圍上述支撐部，
6上述溫度控制部，在通過上述羰基金屬原料的分解而在上述被處理基 板上形成金屬膜時，保持在高于上述支撐部的溫度。根據(jù)本發(fā)明，在使用羰基金屬原料在被處理基板表面上堆積金屬膜 時，通過促進羰基金屬原料在上述被處理基板外周部附近區(qū)域的分解， 可局部增大在該外周部附近區(qū)域的氣氛中CO的濃度，由此就能夠可 靠而有效地抑制在上述被處理基板外周部堆積上述金屬膜。


圖1是表示在本發(fā)明中使用的成膜裝置的概要的圖。圖2是說明本發(fā)明原理的圖。圖3是說明本發(fā)明原理的另一個圖。圖4是表示在本發(fā)明第一實施方式的成膜裝置中使用的基板保持 臺的概要的圖。圖5是表示本發(fā)明第二實施方式的成膜裝置中使用的基板保持臺 的概要的圖。圖6是表示在上述圖6的成膜裝置中形成有金屬膜的晶片的概要的圖。圖7是表示本發(fā)明第三實施方式的成膜裝置中使用的基板保持臺 的概要的圖。圖8是表示本發(fā)明第四實施方式的成膜裝置中使用的基板保持臺 的概要的圖。
具體實施方式
圖1表示在本發(fā)明中使用的成膜裝置10的結構。參照圖1，成膜裝置IO具有由排氣系統(tǒng)11排氣、包括保持被處理 基板W的基板保持臺13的處理容器12，在上述處理容器12中，形成 使被處理基板W出入的閘閥12G。上述基板處理臺13內部裝有未圖示的加熱器，通過驅動管線13A 驅動加熱器，將上述被處理基板W保持在所需的處理溫度。上述排氣系統(tǒng)11具有渦輪分子泵IIA和干式泵11B串聯(lián)連接的結 構，經由閥llb向上述渦輪分子泵llA供給氮氣。7在上述處理容器12和渦輪分子泵11A之間設有流導可變閥lla， 將上述處理容器12內的總壓維持在一定壓力。并且，在圖1的成膜裝 置10中，為了通過干式泵IIB對上述處理容器12進行粗排真空，設 置有繞過上述渦輪分子泵11A的排氣通路IIC，在排氣通路11C上設 置有閥llc，在渦輪分子泵11A的下游側設有另一個閥lld。從包括鼓泡器14A的原料供給系統(tǒng)14，經由氣體導入管線14B， 以氣體的形式向上述處理容器12供給成膜原料。在如圖所示的例子中，在上述鼓泡器14A中保持有Ru的羰基化合 物Rii3(CO)u，從包括MFC (質量流量控制裝置)14b的鼓泡氣體管線 14a供給CO氣體作為鼓泡氣體，使氣化的Ru3(CO)^經由上述氣體導 入管線14B，從具有管線MFC14c的管線14d，與CO載氣一起供給至 上述處理容器12。在圖l的結構中，在上述原料供給系統(tǒng)14中設有包括閥14g、 14h 和MFC 14e的供給Ar等不活潑氣體的管線14f，經由上述管線14B， 在供給至上述處理容器12中的Ru3(CO)i2原料氣體中添加不活潑氣體。上述成膜裝置10設置有對上述處理容器12、排氣系統(tǒng)11和原料 供給系統(tǒng)14進行控制的控制裝置10A。圖2是詳細顯示在上述基板保持臺13上保持的晶片W上堆積Ru 膜的狀況，特別顯示上述晶片W的端部附近的情況的圖。參照圖2，上述晶片W以上述晶片W的帶有圓形的端部與凹部的 側壁面僅離開很少的距離、例如0.5 lmm的距離相對的狀態(tài)被保持在 上述圖1所示的基板保持臺13的表面上形成的凹部上。在圖1的成膜裝置10中，在上述鼓泡器14A中被來自管線14a的 CO氣體鼓泡的Ru3(CO)12氣相原料與管線14d的高濃度CO載氣一起， 被供給至上述處理容器12中，上述Ru3(CO)^原料在上述被處理基板 W的表面上，按照如下的反應式，分解釋放出CO，在上述晶片W上 生成金屬Ru膜21的堆積。其中，可知，上述金屬Ru膜21的通過上 述反應式的堆積，是在上述基板保持臺13的表面上發(fā)生的。Ru3(CO)12 —3Ru + 12CO (1 )如果氣氛中CO分壓低，式(l)的反應向右進行，促進Ru的析出， 如果氣氛中的CO分壓高，就會妨礙向右進行。同樣的反應也在使用W、 Ni、 Mo、 Co、 Rh、 Re、 Cr等羰基金屬原料進行的金屬膜的成膜 時發(fā)生。艮口，在使用這樣的羰基金屬原料堆積金屬膜時，通過控制氣氛中 CO的分壓，就能夠控制金屬膜的堆積反應。因此，在圖l的成膜裝置 10中，在載氣使用CO氣體，增大羰基金屬原料的輸送中的CO分壓， 抑制在輸送通路中羰基金屬原料的分解和金屬膜的堆積。通過上述式(1)的反應進行的上述Ru3(CO)^原料的堆積和分解， 是在上述處理容器12中，在例如圖2中所示的包含上述晶片W的周 邊部的上述基板保持臺13上發(fā)生的，但本發(fā)明人在以本發(fā)明為基礎的 研究當中發(fā)現(xiàn)，如在上述圖2中所示，在上述基板保持臺13的表面上 形成的凹部中，沿著上述晶片周邊部的區(qū)域，與上述晶片的周邊部和 上述凹部內壁之間的距離適當?shù)那闆r下，通過上述Ru3(CO)12分解釋放 出的CO氣體會聚集，使局部的CO濃度增大，由此會在特別是箭頭A 所指的被處理基板外周部向下傾斜的斜面處，抑制Ru膜的成膜。在此見解的基礎上，本發(fā)明提供了在通過羰基金屬原料的分解而在 晶片上形成金屬膜時，能夠可靠地抑制在上述晶片的周邊部的金屬膜 的堆積的成膜裝置和成膜方法。圖3表示本發(fā)明的發(fā)明人，在以本發(fā)明為基礎的研究中，對在160 °C、 180°C、 20(TC和25(TC的基板溫度下，由此通過Ru3(CO)12原料分 解產生的Ru膜的堆積速度與氣氛中CO分壓的關系研究的結果。參照圖3可以看出，無論在任何的基板溫度下，當降低CO分壓時 就開始Ru的堆積，CO分壓降低得越多，Ru膜的堆積速度就增大。可以看出，例如在基板溫度為180。C的情況下，氣氛中的CO分壓 在130Pa以上，不會出現(xiàn)Ru膜的堆積(堆積速度為0)，與此相反， 當CO分壓達到上述130Pa時，就以有限的堆積速度開始Ru膜的堆積。另外，通過上述圖3的關系可以看出，在例如CO分壓為50mTorr 的情況下，在200'C的溫度下，以大約3.9nm/分鐘的第一堆積速度DRl 堆積Ru膜，而在通過此反應釋放出的CO氣體自由逃散受到妨礙的情 況下，如粗箭頭所示，CO分壓在產生上述Ru膜的成膜的部分附近局 部增大。在例如上述CO分壓局部增大到大約130mTorr的情況下，通 過上述反應式(1)進行的金屬Ru膜的堆積速度，同樣在20(TC的溫9度下，降低到大約2.4nm/分鐘的第二堆積速度DR2。另外，在該局部的CO濃度增大到大約130mTorr的氣氛中，在更 低的例如18(TC的溫度下保持晶片的情況下，如在圖3中所看到的，通 過上述反應式(1)進行的金屬Ru膜的堆積速度R3為0，可以抑制金 屬Ru膜在上述晶片上的堆積。因此，本發(fā)明在被處理基板，即晶片的外周部形成了抑制在按照上 述反應式(1)堆積Ru金屬膜的情況下作為反應生成物釋放出的CO 氣體自由逃散的結構，特別是通過將該結構的溫度設定得高于上述晶 片的溫度，抑制了在上述晶片的外周部的金屬膜的堆積。[第一實施方式]圖4是表示在上述圖1的成膜裝置10中使用的，本發(fā)明的第一實 施方式的基板保持臺23的大致結構的圖。參照圖4，上述基板保持臺23，包括支撐部23A，其被埋設的第一 電阻加熱器(未圖示)加熱到溫度T1，具有與所述晶片W的外徑大致 相等的尺寸，支撐上述晶片W，在上述支撐部23A的外側設有環(huán)狀的 溫度控制部23B，其與上述支撐部23A相接設置，被第二電阻加熱器 (未圖示)加熱到高于上述溫度T1的溫度T3 (TKT3)。在上述溫度控制部23B的外側，形成構成上述基板保持臺23的外 周部的外周部件23C,在上述外周部件23C的外側設有覆蓋上述外周 部件23C的側壁面和上面，還覆蓋上述溫度控制部23B上面的大部分 的蓋體23D。上述蓋體23D，在其內側前端部，具有與被支撐于上述支撐部23A 上的晶片W的側壁面相對的內壁面23d，其從上述晶片W的外周面僅 離開0.5mm的距離D，為例如lmm的高度。結果，在上述晶片W的 外周面和上述蓋體23D之間，與上述晶片W上面的處理空間相連通地 形成縱橫比大約為2的小空間23S。上述蓋體23D通過部件23e卡合在上述外周部件23C的上面，在 上述外周部23C的上面和上述蓋體23D的下面之間形成尺寸大約為 0.05 0.5mm的間隙d。在如上所述的結構中，為了向上述處理空間散熱，在溫度為T1的 支撐部23A上保持的上述晶片W，保持在低于上述溫度Tl的溫度T2，10前面所說明的，保持在高于上述溫度T1的溫度T3，結果在上述溫度T1、 T2禾卩T3之間，不等式T3>T1>T2成立。在上述外周部件23C中埋設有第三電阻加熱器(未圖示)，上述第 三電阻加熱器維持上述外周部件23C的溫度為低于上述溫度T1的溫度 T4 (T4^T2)，上述第二加熱器協(xié)助維持上述溫度控制部23B的溫度 T3為所需的高溫。例如，上述支撐部23A的溫度T1設定為225'C，在此情況下，上 述晶片W的溫度T2維持在198°C 。因此，當參照前面說明的圖3的關系時，將上述溫度控制部23B 的溫度設定得高于上述溫度T1，例如為250°C，由此促進上述Ru3(CO;h2 原料在沿著上述晶片W外周部的上述空間23S中分解，由于此分解的 結果妨礙作為反應生成物生成的CO的逃散，所以局部增大了在上述 空間23S中CO分壓，抑制了金屬Ru膜在維持在更低溫度Tl的晶片 W的側壁面上的堆積。[第二實施方式]圖5是表示按照本發(fā)明第二實施方式的基板保持臺33大致結構的 圖。對在此圖中與前面說明過的部分相對應的部分賦予同樣的參照符 號，省略說明。參照圖5，在上述基板保持臺33中，在上述支撐部23A和外周部 件23C之間的溫度控制部23B被省略，上述外周部件23C鄰接覆蓋上 述支撐部23A的外側。另一方面，在圖5的結構中，在上述蓋體23D中埋設有未圖示的 電阻加熱器，由此將上述蓋體23D的溫度升高到高于上述支撐部23A 的溫度Tl的溫度T3。上述蓋體23D，其前端部在外周部呈環(huán)狀覆蓋在上述晶片W的上 面，其與上述晶片W的上面之間，形成寬度d的空間，與露出上述晶 片W的處理空間相連通。因此，在這樣的結構中，在上述蓋體23D覆蓋的上述晶片周邊部 分Wa中，通過將與晶片表面相對的蓋體23D表面的溫度升高到高于 上述晶片主要部分的溫度Tl的溫度，促進了在蓋體23D表面上的上述 Rii3(CO)u原料的分解，可局部增大上述空間中CO的濃度。由此，如在圖6中所示，在上述被處理基板W中，可使Ru膜在上述外周部Wa 的堆積受到抑制。 [第三實施方式]圖7表示本發(fā)明第三實施方式的基板保持臺43的結構。在此圖中， 對前面說明過的部分賦予相同的參照符號，省略說明。參照圖7，在本實施方式中，上述晶片W的上面由能夠上下移動 的壓緊環(huán)23E保持，上述壓緊環(huán)23E在圖中所示的下降位置上與上述 晶片W卡合，而在省略了圖示的上升位置釋放上述晶片W。上述壓緊環(huán)23E在圖中所示的下降位置，與在上述支撐部23A的 外側形成為環(huán)狀、并被電阻加熱器RA保持在溫度T5的熱源23F接觸， 由此加熱至上述溫度T3 (T3<T5)。在圖7的結構中，上述支撐部23A被加熱器RA加熱到上述溫度 Tl (T2<T1<T3)。根據(jù)這樣的結構，能夠固定住上述熱源23F，使上述壓緊環(huán)23E的 結構簡單化。在圖7中所示的結構中，通過使上述壓緊環(huán)23E構成為在其下降 位置離開上述晶片W表面，由此也可以制成與圖5實質上同樣的結構。 [第四實施方式]圖8表示本發(fā)明第四實施方式的基板保持臺53的結構。 參照圖8，基板保持臺53，其結構實際上與前面圖2中說明的結構 相同，上述晶片W被保持在上述基板保持臺13上形成的凹部中，與 形成該凹部的內壁面的距離D為0.5mm，結果在上述晶片W的外周部 分，形成與上述晶片W的處理空間相連通的環(huán)狀空間13D，其寬度與 深度之比為大約2。在圖8的結構中，特別是在基板保持臺13上不設置高溫部，而是 形成這樣的環(huán)狀空間13D，通過抑制在該部分的羰基金屬原料分解產 生的CO逃散，就能夠抑制在上述晶片W外周部上的金屬Ru膜的堆 積。此外，在上述各個實施方式中，舉例說明了由Ru3(CO)^原料進行 的金屬Ru膜的成膜，但本發(fā)明并不限于這些特定的例子，從其他的羰 基金屬原料，比如W(CO)6、 Ni(CO)4、 Mo(CO)6、 Co2(CO)8、 Rh4(CO)12、Re2(CO)H)禾口Cr(CO)6女、另lJ形成W月莫、Ni膜、Mo膜、Co月莫、Rh月莫、 Re膜、Cr膜也是適用的。
以上說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明并不限于這些特定的 實施方式，在權利要求的范圍所述的主旨思想內，可進行各式各樣的 改變或變更。
本發(fā)明主張平成19年3月28日申請的特愿2007-085022的優(yōu)先權， 包括其全部內容。
權利要求
1.一種成膜方法，其向被處理基板的表面供給羰基金屬原料的氣相分子，通過在所述被處理基板表面附近使其分解，在所述被處理基板的表面堆積金屬膜，其特征在于，包括在所述處理基板表面堆積金屬層時，在與所述被處理基板的外周部鄰接的區(qū)域，使所述羰基金屬原料優(yōu)先分解的工序，在所述被處理基板外周部附近，使得在氣氛中CO濃度局部增大，抑制金屬膜在所述外周部的堆積。
2. 如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于，使堆積在與所述被 處理基板外周部鄰接的區(qū)域的所述羰基金屬原料優(yōu)先分解的工序包 括將與所述被處理基板外周部鄰接的區(qū)域的溫度升高到高于所述被 處理基板表面的溫度的工序。
3. 如權利要求1所述的成膜方法，其特征在于，使堆積在與所述被 處理基板外周部鄰接的區(qū)域的所述羰基金屬原料優(yōu)先分解的工序包 括在所述外周部附近，形成與面對所述被處理基板的主要部分的第 一氣氛空間相連通、并且體積小于所述第一氣氛空間的第二氣氛空間 的工序。
4. 如權利要求3所述的成膜方法，其特征在于，所述形成第二氣氛 空間的工序包括在形成有對應于所述被處理基板的凹部的基板保持 臺上，以所述被處理基板的外周面與所述凹部的內周面相對的方式配 置所述被處理基板的工序。
5. 如權利要求3所述的成膜方法，其特征在于，所述形成第二氣氛空間的工序包括配置覆蓋所述被處理基板的外周部的蓋部件的工序。
6. 如權利要求2所述的成膜方法，其特征在于，使與所述被處理基 板的外周部鄰接的區(qū)域的溫度高于所述被處理基板表面的溫度的工序包括配置覆蓋所述被處理基板的外周部的蓋部件，使所述蓋部件的溫度高于所述被處理基板表面的溫度的工序。
7. —種成膜裝置，包括具備保持被處理基板的基板保持臺的處理容器； 對所述處理容器進行排氣的排氣系統(tǒng)；向所述處理容器供給羰基金屬原料氣體的第一氣體供給系統(tǒng)；和向所述處理容器供給抑制所述羰基金屬原料的分解的氣體的第二 氣體供給系統(tǒng)，其特征在于，所述基板保持臺，包括支撐部和溫度控制部，所述支撐部具有與所 述被處理基板的外徑相對應的尺寸，支撐所述被處理基板，所述溫度 控制部與所述支撐部相接并包圍所述支撐部，所述溫度控制部，在通過所述羰基金屬原料分解而在所述被處理基 板上形成金屬膜時，被保持在高于所述支撐部的溫度。
8. 如權利要求7所述的成膜裝置，其特征在于，所述溫度控制部與所述支撐部形成在同一個面上，在與所述支撐部不同的加熱區(qū)域。
9. 如權利要求7所述的成膜裝置，其特征在于，所述溫度控制部還 包括與所述支撐部上的所述被處理基板的外周面相對的相對面，所述 相對面與所述外周面之間形成有與所述處理容器內的處理空間連通、 比所述處理空間容積小的空間。
10. 如權利要求9所述的成膜裝置，其特征在于，所述相對面與所 述外周面僅離開0.5 lmm的距離而形成。
11. 如權利要求7所述的成膜裝置，其特征在于，所述溫度控制部 包括離開所述被處理基板的外周面并覆蓋所述外周面的蓋部件，在形 成所述金屬膜時，所述蓋部件保持在高于所述支撐部的溫度。
12. 如權利要求11所述的成膜裝置，其特征在于，在形成所述金屬 膜時，所述蓋部件與所述外周面僅離開0.5 lmm的距離而配設。
13. 如權利要求7所述的成膜裝置，其特征在于，所述溫度控制部 由與所述被處理基板的外周面相接并覆蓋所述外周面的壓緊環(huán)構成， 在形成所述金屬膜時，所述壓緊環(huán)保持在高于所述支撐部的溫度。
14. 如權利要求13所述的成膜裝置，其特征在于，所述壓緊環(huán)能夠 在與所述被處理基板的外周面相接的第一位置和離開所述外周面的第 二位置之間上下移動，在所述第一位置與熱源接觸，被加熱到高于所 述支撐部的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種成膜方法，其通過向被處理基板的表面上供給羰基金屬原料的氣相分子，在所述被處理基板表面附近使其分解，而在所述被處理基板的表面上堆積金屬膜，設置有在所述被處理基板表面堆積金屬層時，使與所述被處理基板外周部分鄰接的區(qū)域中的所述羰基金屬原料優(yōu)先分解的工序，使得在所述被處理基板外周部附近的氣氛中CO濃度局部增大，抑制金屬膜在所述外周部的堆積。
文檔編號C23C16/16GK101542016SQ200880000148
公開日2009年9月23日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權日2007年3月28日
發(fā)明者五味淳, 原正道, 多賀敏, 橫山敦, 水澤寧, 波多野達夫 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社