[發明專利]用于測量固態前驅體傳輸系統中的流率的方法和系統

無效

• 申請號: 200580040913.5
• 申請日: 2005-10-03
• 公開（公告）號: CN101065514A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發明（設計）人: 米克·沃克維克
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: C23C16/16
• 分類號: C23C16/16;C23C16/52;C23C16/448
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 李劍

技術領域

本發明涉及用于薄膜沉積的方法和系統，更具體而言，涉及用于測量從具有低蒸汽壓的固態金屬前驅體得到的金屬前驅體蒸汽的流率的方法和系統。

背景技術

將銅(Cu)金屬引入到用于制造集成電路的多層金屬化方案中可能必須使用擴散阻擋層/襯墊，以促進Cu層的粘附和生長并防止Cu擴散到介電材料中。沉積到介電材料上的擴散阻擋層/襯墊可包括折射材料，例如鎢(W)、鉬(Mo)和鉭(Ta)，其是非反應性的并且與Cu不相溶，并且可以提供低電阻率。集成Cu金屬化和介電材料的當前的集成方案可能要求在約400℃和約500℃之間(或更低)的襯底溫度下進行阻擋層/襯墊沉積處理。

例如，用于小于或等于130nm的技術節點的Cu集成方案當前采用低介電常數(低k)層間電介質，接著是物理氣相沉積(PVD)TaN層和Ta阻擋層，接著是PVD?Cu晶種層和電化學沉積(ECD)Cu填充。一般來說，選擇Ta層是由于其粘附屬性(即，能夠粘附在低k膜上的能力)，選擇Ta/TaN層一般是由于其阻擋屬性(即，能夠防止Cu擴散到低k膜中的能力)。

如上所述，已經進行了顯著的努力來研究并實現薄過渡金屬層作為Cu擴散阻擋層，這些研究包括諸如鉻、鉭、鉬和鎢之類的材料。這些材料中的每一種都表現出與Cu的低混溶性。最近，其他材料，例如釕(Ru)和銠(Rh)已被識別為潛在的阻擋層，因為人們預期其性能類似于傳統的難熔金屬。然而，Ru或Rh的使用可以允許只使用一層阻擋層，而不是兩層(例如Ta/TaN)。這一結果是由于這些材料的粘附和阻擋屬性。例如，一個Ru層可以替代Ta/TaN阻擋層。而且，當前的研究表明一個Ru層還可以替代Cu晶種層，并且塊Cu填充物可以在Ru沉積之后直接進行。這一結果是由于Cu和Ru層之間良好的粘附。

傳統上，Ru層可以通過在熱化學氣相沉積(TCVD)工藝中熱分解諸如羰基釕前驅體之類的含釕前驅體來形成。當襯底溫度降低到低于約400℃時，通過羰基金屬前驅體(例如Ru₃(CO)₁₂)的熱分解沉積的Ru層的材料屬性可能惡化。結果，低沉積溫度下Ru層的電阻率的增加和差的表面形態(例如，結核的形成)已被認為是增加了在熱沉積的Ru層中CO反應副產物的結合的結果。這兩種效應都可以由在低于約400℃的襯底溫度下從羰基釕前驅體的熱分解解吸附CO速率的減小來解釋。

另外，諸如羰基釕之類的羰基金屬的使用可能導致低沉積速率，這是由于其低蒸汽壓以及與之相關聯的輸運問題。總而言之，發明人已經觀察到，當前的沉積系統速率很低，從而使得這種金屬膜的沉積不太實用。

此外，固態金屬前驅體(例如以上提及的某些羰基金屬(即，羰基釕和羰基錸))的使用，導致不太容易直接測量由于固態金屬前驅體的升華得到的金屬前驅體蒸汽的質量流率，從而導致各個襯底之間的處理性能不一致。而且，流率的測量由于在用于蒸發的溫度下這些材料的極低蒸汽壓(例如，小于10mTorr)而變得更加復雜。

發明內容

在本發明的一個實施例中，提供了一種用于測量與金屬前驅體蒸汽的流率有關的流參數的方法和系統。

在本發明的另一實施例中，提供了一種用于在固態金屬前驅體的升華之后測量與金屬前驅體蒸汽的流率有關的流參數的方法和系統。

在本發明的又一實施例中，提供了一種用于利用壓差測量系統測量與金屬前驅體蒸汽的流率有關的流參數的方法和系統，其中壓差測量系統測量蒸汽傳輸系統中的壓強和參考系統中的壓強之間的差，蒸汽傳輸系統被配置為將金屬前驅體蒸汽從蒸發系統輸運到處理室。

根據又一實施例，提供了一種用于在襯底上形成難熔金屬膜的沉積系統，其包括處理室、金屬前驅體蒸發系統、蒸汽傳輸系統和流測量系統，所述處理室具有被配置為支撐襯底并加熱襯底的襯底夾持器、被配置為將金屬前驅體蒸汽引入到襯底上方的蒸汽分配系統、以及被配置為抽空處理室的泵系統；所述金屬前驅體蒸發系統被配置為使金屬前驅體蒸發并在載氣中輸運金屬前驅體蒸汽，其中載氣的第一流被從耦合到金屬前驅體蒸發系統載氣供應系統提供給金屬前驅體蒸發系統；所述蒸汽傳輸系統具有耦合到金屬前驅體蒸發系統的出口的第一端和耦合到處理室的蒸汽分配系統的入口的第二端；所述流測量系統耦合到蒸汽傳輸系統并且被配置為測量與在載氣中輸運的金屬前驅體蒸汽的量有關的流參數，其中流測量系統被配置為通過測量經過蒸汽傳輸系統的載氣的第一流和經過參考氣體管線的參考氣體的第二流之間的壓強差，并測量蒸汽傳輸系統和參考管線中的至少一個中的絕對壓強，來確定流參數。