使用连续淀积技术淀积难熔金属层的方法与装置制造方法及图纸

形成难熔金属层的方法和系统，其特征在于：通过连续淀积技术对衬底成核，在该连续淀积技术中，衬底依次暴露于第一和第二反应气体中，随之形成层，通过气相淀积，对成核层进行化合物的大块淀积，该化合物包含于第一和第二反应气体中。所有的处理步骤可以在相同或者不同的处理室内进行。例如，成核可以在不同于进行大块淀积的处理室的处理室内进行。还公开了用于控制所得到的层中的氟原子的存在的技术，该氟原子的存在在成核的过程中为所用载体气体的函数。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对于半导体衬底的处理。具体的说，本专利技术涉及在半导体衬底上淀积难熔金属层的改进方法。半导体制造业不断要求在增加淀积于具有较大表面面积衬底上的各层的均匀性的同时可以获得较高的生产率。这些与材料相结合的相同因素也可以提供在单位面积衬底上的电路的较高集成度。随着电路集成度的增加，对较高均匀性及有关层厚的过程控制的要求就会增加。结果，已发展了多种具有成本效益的在衬底上淀积层的技术，该技术同时保持对层的特性的控制。化学气相淀积(CVD)是最普通的用于在衬底上淀积层的淀积方法之一。CVD是依赖流量的淀积技术，为产生所要得到的均匀厚度层，该技术需要精确控制衬底温度以及引入处理室的前体。由于会使处理室的设计以及为保持足够均匀性的气体流动技术变得更复杂，这种需要在衬底尺寸增加时变得更苛刻。与CVD相比，可以进行较多步骤涂敷的CVD的派生技术为原子层淀积(ALD)。ALD基于最初用于制造电致发光显示器的原子层外延(ALE)。ALD用化学吸收作用以在衬底表面形成反应前体分子的饱和单层。它通过向淀积室里交替脉冲输入适当的反应前体而实现。每次反应前体的输入被不活泼气体冲洗隔开，以提供附加于先前淀积层的新原子层，从而在衬底上形成均匀层。重复该循环以形成所需厚度的层。ALD技术的缺点是淀积速度较低，小于典型CVD技术至少一个数量级。以高淀积速度形成膜层和提供足够分步涂敷是相互冲突的特性，经常需要为获得一方而牺牲另一方。在形成将由介电层隔开的邻近金属层连接起来的接点的过程中，当难熔金属层淀积以涂敷间隙或者通路时这种冲突就尤其明显。在历史上，为了廉价快速形成接点，使用CVD技术以淀积诸如难熔金属的导电材料。由于半导体电路集成度的增加，在较多步骤涂敷中使用钨。结果，由于该方法大的产量，使用CVD技术淀积钨在半导体加工中获得广泛应用。但是，用传统CVD方法淀积钨存在几个缺点。例如，在半导体衬底上钨层的涂敷层淀积在400℃是十分耗时的。钨的淀积速度可以通过增加淀积温度而提高，该淀积温度可以增加到诸如500～550℃。但是，在该较高范围下的温度会损害结构和正在形成的集成电路的下层部分的完整性。由于导致产生反射率低于硅基片20％的相对粗糙表面，使用钨还会妨碍在制作过程的光刻步骤。最后，已表明钨难于均匀淀积。已表明对于钨会带来大于1％的膜厚的变化，由此会妨碍对层的电阻系数的控制。已有几种针对克服上述缺点而进行的尝试。例如，在受让于本专利技术受让人的Chang等人的美国专利号为5028565的专利及其它专利中，公开了通过改变淀积化学而提高钨的均匀性的方法。该方法包含在相关部分中在通过大块淀积进行淀积钨前在中间阻挡层上形成成核层。成核层从六氟化钨、氢、硅烷和氩气的气体混合物中形成。成核层被描述为提供促进均匀钨层在其上淀积的生长点的层。成核层的优点被描述为取决于所用阻挡层。例如阻碍层由氮化钛形成时，钨层厚度均匀性提高差不多15％。当阻挡层由溅射钨或者溅射钛钨形成时，成核层的优点不太明显。因此，需要提供提高淀积于半导体衬底上的难熔金属层的特性的技术。形成难熔金属层的方法和系统，其特征在于通过连续淀积技术对衬底成核，在该连续淀积技术中，衬底依次暴露于第一和第二反应气体中，随之形成层，通过气相淀积，对成核层进行化合物的大块淀积，该化合物包含于第一和第二反应气体中之一。所有的处理步骤可以在相同或者不同的处理室内进行。例如，成核可以在不同于进行大块淀积的处理室的处理室内进行。还公开了用于控制所得到的层中的氟原子的存在的技术，该氟原子的存在为在成核的过程中所用载体气体的函数。附图说明图1为根据本专利技术的半导体处理系统的透视图；图2为上述图1中处理室的详细说明图；图3为在连续淀积过程中第一分子在衬底上淀积的示意图；图4为在连续淀积以形成难熔金属层的过程中第二分子在衬底上淀积的示意图；图5为根据本专利技术，引入如上面图2中所示的处理室中的气体浓度，与存在于处理室中的气体的时间的图解图；图6为根据本专利技术，ALD循环次数与层厚的关系的图解图，该层使用连续淀积技术形成于衬底上；图7为根据本专利技术，连续淀积循环次数与层的电阻系数的关系的图解图，该层使用连续淀积技术形成于衬底上；图8为根据本专利技术，层的淀积速度与衬底温度的关系的图解图，该层使用连续淀积技术形成于衬底上；图9为根据本专利技术，层的电阻系数与衬底温度的关系的图解图，该层使用连续淀积技术形成于衬底上；图10为根据本专利技术的布线衬底的剖面图，该布线衬底具有通过连续淀积技术形成于其上的成核层；图11为根据本专利技术的如图10所示的衬底的局部剖面图，通过CVD在成核层上形成有难熔金属层；图12为根据本专利技术的第一实施例，在图3中所示的气体的成分的图解图；图13为根据本专利技术的第二实施例，在图5中所示的气体的成分的图解图；图14为在Ar或N2为载体气体时氟的含量与难熔金属层的深度的关系的图解图，该难熔金属层使用ALD形成于衬底上；图15为在H2为载体气体时氟的含量与难熔金属层的深度的关系的图解图，该难熔金属层使用ALD形成于衬底上。如图1所示，例举性基片处理系统包含一个或者多个处理室12和14，该处理室置于由壁18围成的共同工作区域16中。处理室12和14与控制器22保持基线联系，该控制器与图中标为24和26的一个或者多个监视器相连。监视器一般显示与处理室12和14相关联的过程的信息。监视器之一26置于壁18上，而监视器24仍置于工作区域16中。处理室12和14的操作控制可以通过使用光笔而实现，以使之与控制器22相连，该光笔与监视器24和26之一相连。例如，光笔28与监视器24相连并通过监视器24促进与控制器22的联系。光笔39通过监视器26促进与控制器22的联系。参照图1和2，每个处理室12和14包含具有基壁32的外壳30，置于基壁32对面的盖子34，延伸于两者之间的侧壁36。外壳30界定了室37，基架38置于处理室37内，以支撑诸如半导体基片的衬底42。可以通过位移装置(未示出)将基架38上升至盖子34和基壁32之间，但是其位置为典型安装位置。处理气体供给装置39a、39b和39c通过喷嘴40与处理室37保持流体联通。出自供给装置39a、39b和39c中的气体的流动调节通过流动阀完成。根据特定的处理，衬底42可以在层淀积前通过嵌入基架38的加热器被加热至所需的温度。例如，可以通过交流电源43供给加热元件44电流而对基架38进行电阻式加热。衬底42反过来被基架38加热，并可保持在诸如约20～750℃的所需处理温度范围内。诸如热电偶的温度传感器46也被嵌入基片支撑部件基架38中，以通过传统方式监控基架38的温度。例如，将所测温度用于反馈回路中，以控制由电源43施加于加热器44的电流，这样衬底温度就可保持或者控制在适于特定处理的所需温度。另外，也可以采用辐射加热装置(未示出)加热基架38。使用真空泵48抽空处理室37，以有助于保持适当的气体流动和处理室37中的压力。参照图1和3，上述处理室12和14的其中之一或两者都可以通过连续淀积技术在衬底上淀积难熔金属层。根据本专利技术的连续淀积技术的一个例子包含原子层淀积(ALD)。根据处理的特定阶段，难熔金属层可以在制成衬底42的材料上淀积，该材料诸如SiO2。难熔金属层也可以在预先形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在置于处理室内的衬底上形成层的方法，该方法包含：通过依次将所述衬底暴露于第一和第二反应气体中以形成成核层；通过气相淀积对所述成核层进行化合物的大块淀积，在所述成核层上形成大块淀积物层，该化合物包含于所述第一和第二反应气体其中之一 。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：席明，A辛哈，M克里，AW马克，潘容苏，雷春来，钟华，卢新良，赖康，KA立陶，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]