[發明專利]成膜裝置

有效

• 申請號: 201180007205.7
• 申請日: 2011-03-08
• 公開（公告）號: CN102725438A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 原正道;山本薰;五味淳;多賀敏
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創株式會社
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;H01L21/285
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及使用原料氣體在半導體晶片等被處理體上形成薄膜的成膜裝置。

背景技術

近年來，在半導體集成電路裝置中，伴隨著微細化，層間絕緣膜中形成的Cu孔塞的直徑從65nm縮小到45nm，可以預測在不遠的將來孔塞直徑還會進一步縮小到32nm或22nm。

伴隨著這樣的半導體集成電路裝置的微細化，在微細的通孔或配線槽中，通過現有的PVD法進行阻擋金屬膜或Cu種層的成膜，從階梯覆蓋的觀點出發很困難。因此，利用能夠實現優異的階梯覆蓋的MOCVD法或ALD法進行的成膜技術備受矚目。此外，近來經常使用的由低介電常數材料構成的層間絕緣膜（Low-k膜）會由于熱而受到損害，因此，研究在不對Low-k膜造成損害的低溫下進行利用MOCVD法或ALD法的成膜。

但是，MOCVD法或ALD法，通常使用金屬原子與有機基團接合的有機金屬化合物作為原料，因而形成的膜中容易殘留雜質，因此，即使是以看起來良好的階梯覆蓋形成的膜，其膜質也不穩定。例如，在通過MOCVD法在Ta阻擋金屬膜上形成Cu鍍層的種層的情況下，形成的種層容易發生凝結，使Ta阻擋膜穩定、進行以一樣的膜厚覆蓋的種層的成膜困難。將這種發生凝結的種層作為電極進行Cu層的電鍍時，填充配線槽或者通孔的Cu層中包括潛在的缺陷，不僅電阻增加，還會引起電子遷移耐性和應力遷移耐性的劣化等的問題。

因此，最近提出了使用羰基金屬原料、通過MOCVD法在層間絕緣膜上直接形成阻擋金屬膜或種層的方法（例如，專利文獻1、2）。羰基金屬原料在比較低的溫度下容易熱分解能夠形成金屬膜，并且，作為羰基金屬原料的配體的CO不會殘留在形成的膜中而會直接排出到成膜反應體系之外，能夠形成雜質極少、優質的阻擋金屬膜或種層。通過該方法，可以使用例如W(CO)₆作為阻抗金屬膜形成W膜，或者使用例如Ru₃(CO)₁₂作為Cu鍍層的種層形成Ru膜。

在這種情況下，由于羰基金屬原料具有在比較低的溫度下極易分解的性質，使用具有抑制分解的作用的CO氣體作為載氣。并且，由羰基金屬原料構成的原料氣體，從設置在處理容器的天井部的噴淋頭供給，例如通過CVD在載置臺上載置的被加熱的半導體晶片上成膜。

但是，使用噴淋頭供給羰基金屬原料氣體進行成膜時，具有如下特征：作為被處理體的半導體晶片的中心部的膜厚增大，隨著向晶片的周邊部前進，膜厚變小。

在此，作為能夠避免這種問題的成膜裝置，提案有：在處理容器的天井部設置擋板以代替噴淋頭，并且以包圍處理容器內的處理空間的方式設置環狀的內部劃分壁，從擋板的周邊部設置的氣體放出口向著載置臺上載置的半導體晶片的外周端更外側的區域供給原料氣體（專利文獻3）。在該成膜裝置中，從擋板的周邊部設置的氣體放出口向著下方供給到處理空間的原料氣體，大部分向著下方流動，其一部分向著處理空間的中心方向擴散流動，由此，在作為被處理體的半導體晶片的表面形成薄膜。另一方面，處理空間內的氣體，從內部劃分壁的下端與載置臺之間形成的環狀的氣體出口向著下方排氣。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2002-60944號公報

專利文獻2：日本特開2004-346401號公報

專利文獻3：日本特開2009-239104號公報

發明內容

通過設置這樣的擋板，能夠抑制向作為被處理體的半導體晶片的中心部的原料氣體的供給，因此，能夠避免中心部的膜厚增大，能夠維持充分高的膜厚的面內均勻性，但是從擋板的周邊部的氣體放出口放出的氣體的大部分從氣體出口排出，有助于成膜的原料氣體的量減少，因此，不能充分提高成膜速度。

此外，Ru₃(CO)₁₂等有機金屬化合物是昂貴的原料，因此希望回收再利用，但是如專利文獻3所述的現有的裝置，載置臺設定為高溫，因此原料氣體在載置臺周邊部分解，堆積不需要的膜，原料的回收很困難。

因此，本發明的目的在于提供一種能夠同時獲得良好的膜厚的面內均勻性和高的成膜速度的成膜裝置。

此外，本發明的目的還在于提供一種除此之外還能夠有效回收原料的成膜裝置。