熱化学気相成長プロセスにおけるルテニウム金属層の堆積
【課題】 熱化学気相成長プロセスにおけるルテニウム金属層の堆積を提供することである。
【解決手段】 基板にＲｕ金属層を堆積させる方法は、示される。方法は、処理チャンバに基板を提供することと、キャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素を含むプロセスガスを処理チャンバに導入することとを含む。方法は、熱化学気相成長プロセスによって基板にＲｕ金属層を堆積させることを更に含む。本発明の１つの実施形態では、ルテニウム-カルボニルプリカーサは、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含むことができる。および、Ｒｕ金属層は、主にＲｕ（００２）結晶方位を有しているＲｕ金属層をもたらす基板温度で堆積されることができる。
【解決手段】 基板にＲｕ金属層を堆積させる方法は、示される。方法は、処理チャンバに基板を提供することと、キャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素を含むプロセスガスを処理チャンバに導入することとを含む。方法は、熱化学気相成長プロセスによって基板にＲｕ金属層を堆積させることを更に含む。本発明の１つの実施形態では、ルテニウム-カルボニルプリカーサは、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含むことができる。および、Ｒｕ金属層は、主にＲｕ（００２）結晶方位を有しているＲｕ金属層をもたらす基板温度で堆積されることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年９月２７日に出願の米国特許出願第１０／９４９,８０３号に基づき、および、その利点を有するものである。そして、その全体の内容は、参照によってこの本願明細書に引用したものとする。
【０００２】
本発明は、半導体プロセスに関し、より詳しくは、熱化学気相成長プロセスにおけるルテニウム金属層を堆積させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路（ＩＣ）の製造に対して多層配線方式への銅（Ｃｕ）金属の導入は、Ｃｕ層の密着性と成長を促進するために、および、誘電体材料へのＣｕの拡散を防止するために、拡散バリア／ライナの使用を必要とし得る。誘電体材料上へ堆積されるバリア／ライナは、Ｃｕに対し非反応性で、非混合性で、および低抵抗率を提供することができるルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、および、タンタル（Ｔａ）のような高融点材料を含むことができる。Ｃｕメタライゼーションおよび誘電体材料を集積化する現在のインテグレーション方式は、約400℃と、約500℃との間の基板温度またはそれを下回る温度で、バリア／ライナ堆積プロセスを必要とし得る。
【０００４】
熱化学気相成長（Thermal chemical vapor deposition：ＴＣＶＤ）は、半導体業界において、基板上に薄膜層を形成するための特に魅力的な方法であり、なぜなら、この方法が、薄膜層の組成の制御を容易にし、基板のコンタミネーションまたはダメージ無しで薄膜層を形成する能力を有するからである。ＴＣＶＤは、また、穴、トレンチ、および、他のステップが付けられた構造に所望の薄膜層を堆積させるために使用されることができる。どこでも均等な（conformal）薄膜層堆積が必要である状況において、蒸着およびスパッタリング技術は、均等な薄膜層を形成するのに使用することができないという理由から、ＴＣＶＤは、堆積の好適な方法であることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＴＣＶＤプロセスは、デバイス製造のために十分に高堆積速度で層を堆積させるためにＴＣＶＤ処理チャンバに、それらの蒸気の急速な移送を可能にするために十分に揮発性である適切なプリカーサを必要とする。プリカーサは、所望の基板温度で高純度層を堆積させるために、相対的に安定しているべきで、および、処理チャンバの基板にきれいに（ｃｌｅａｎｌｙ）分解するべきである。金属層の場合、金属層の応力、モホロジ、および抵抗率が結晶方位の機能（function）であることができるという理由から、堆積される金属層の結晶方位の制御は必要であることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
広くここで記載されているように、本発明の実施形態は、熱化学気相成長プロセスにおいて基板上への薄いＲｕ金属層を堆積させる方法を提供する。
【０００７】
本発明の１つの実施形態では、方法は、処理チャンバに基板を提供すること、キャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素ガスを含むプロセスガスを処理チャンバに導入することとを具備する。方法は、さらに、熱化学気相成長プロセスによって基板にＲｕ金属層を堆積させることを具備する。本発明の１つの実施形態では、ルテニウム-カルボニルプリカーサは、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含むことができる。
【０００８】
本発明の１つの実施形態では、堆積は、主に（predominantly）Ｒｕ（００２）結晶方位を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で起こる。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、方法は、パターニングされた基板上へＲｕ金属層を堆積させるために提供される。方法は、処理チャンバに、１つ以上のビア、トレンチ、またはそれらの組合せを含むパターニングされた基板を提供することと、処理チャンバに、キャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素ガスを含むプロセスガスを導入することと、熱化学気相成長プロセスによってパターニングされた基板上にＲｕ金属層を堆積させることとを含む。
【００１０】
本発明の一実施形態に係るパターニングされた基板は、Ｗバリア層を含むことができ、および、Ｒｕ金属層は、Ｗバリア層上に堆積されることができる。
【００１１】
他の本発明の態様は、その記載に従って明細書から、および明細書に添付された図面から、明瞭とされる。
【００１２】
本発明の実施形態は、実施例の方法によって、添付の図面を参照することによって、記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の各種実施形態について説明する。適切な所で、類似の参照番号は、似た形態を参照するのに使用される。当業者によって理解されるように、ここで示される実施形態は、単に本発明の範囲内で意図される多種多様な実施形態の典型的なものだけを対象とする。したがって、本発明は、単に示される実施形態だけに、限定されるものではない、しかし、また、本願発明は、何らかのまたは全ての変更形態を包含し、それは、当業者によって理解される。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る基板にＲｕ金属層を堆積させるための処理システムの簡略化された構成図である。処理システム１００は、上部チャンバセクション１ａと、下部チャンバセクション１ｂと、排気チャンバ２３とを含む処理チャンバ１を具備する。円形開口２２は、下部チャンバセクション１ｂの中央に形成され、ここで、下部セクション１ｂは、排気チャンバ２３に接続する。
【００１５】
処理チャンバ１の内部に、処理される基板（ウェハ）５０を水平に保持するための基板ホルダ２が提供された。基板ホルダ２は、排気チャンバ２３の下部の中心から上方へ延びる円筒状サポート部材３で支えられる。基板ホルダ２上の基板５０の位置決めのためのガイドリング４は、基板ホルダ２の端上に提供される。さらにまた、基板ホルダ２は、電源６によって制御されるヒータ５を含み、基板５０を加熱するために使用される。ヒータ５は、抵抗ヒータ、または、このような目的に適している何らかのヒータ、例えばランプヒータを含むことができる。
【００１６】
プロセスの間、加熱された基板５０は、熱的にルテニウム-カルボニルプリカーサ５５を分解することができ、基板５０上にＲｕ金属層の堆積を可能にすることができる。本発明の１つの実施形態に係るルテニウム-カルボニルプリカーサ５５は、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含むことができる。当業者ならば周知のように、他のルテニウム-カルボニルプリカーサは、本発明の範囲内において、使用されることができる。
【００１７】
基板ホルダ２は、基板５０上へ所望のＲｕ金属層を堆積させることに適している所定の温度まで加熱される。ヒータ（図示せず）は、チャンバ壁を所定の温度に加熱するために処理チャンバ１の壁に埋め込まれる。ヒータ５は、処理チャンバ１の壁の温度を、約40℃から約80℃までに維持することができる。
【００１８】
図１に示すように、処理チャンバ１の上部チャンバセクション１ａがシャワーヘッド１０を含み、このシャワーヘッド１０は、底部に配置されたシャワーヘッドプレート１０ａを有する。シャワーヘッドプレート10ａは、基板５０より上に位置づけられるプロセスゾーン６０にルテニウム-カルボニルプリカーサ５５を含むプロセスガスを供給するための複数のガス送出穴10ｂを含む。
【００１９】
上部チャンバセクション１ａは、ガス分配コンパートメント１０ｄにガスライン１２からのプロセスガスを導入するための開口10ｃを含む。シャワーヘッド１０内部でルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の分解を防止するために、同一中心のクーラントフローチャネル10ｅは、シャワーヘッド１０の温度を制御するために提供される。冷却剤流体、例えば水は、シャワーヘッド１０の温度を約20℃から約100℃までに制御するために、クーラント流体ソース10ｆからクーラントフローチャネル10ｅに供給されることができる。
【００２０】
プリカーサ送出システム３００は、ガスライン１２を介して処理チャンバ１に結合される。プリカーサ送出システム３００は、とりわけ、プリカーサ容器１３と、プリカーサヒータ13ａと、ガス供給源１５と、マスフローコントローラ（ＭＦＣｓ）１６、２０と、ガスフローセンサと、ガスコントローラ４０とを含む。プリカーサ容器１３は、固体のルテニウム-カルボニルプリカーサ５５を含み、プリカーサヒータ13ａは、ルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の所望の蒸気圧を発生する温度でルテニウム-カルボニルプリカーサ５５を維持するためにプリカーサ容器１３を加熱するために提供される。
【００２１】
ルテニウム-カルボニルプリカーサ５５は、処理チャンバ１にプリカーサの送出を高めるためにキャリヤガスを使用して処理チャンバ１に供給されることができる。ガスライン１４は、ガス供給源１５からプリカーサ容器１３までキャリヤガスを提供することができ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１６は、キャリアガスフローを制御するように使用されることができる。キャリヤガスは、固体のルテニウム-カルボニルプリカーサ５５を通って、浸透するために、プリカーサ容器１３の下部に導入されることができる。代わりとして、キャリヤガスは、プリカーサソース１３内に導入されることができ、固体の金属-カルボニルプリカーサ５５の上部全体に渡って分配されることができる。
【００２２】
センサ４５は、プリカーサ容器１３からのトータルガスフローを測定するために提供される。センサ４５は、たとえば、ＭＦＣを含むことができ、処理チャンバ１に供給されるルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の量は、センサ４５およびマスフローコントローラ１６を使用して決定されることができる。代わりとして、センサ４５は、処理チャンバ１へのガスフロー内のルテニウム-カルボニルプリカーサの濃度を測定するために、光吸収センサを含むことができる。
【００２３】
バイパスライン４１は、センサ４５から下流に位置づけられ、ガスライン１２を排気ライン２４に接続する。バイパスライン４１は、ガスライン１２を排気するために、および処理チャンバ１へのルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の供給を安定させるために提供される。加えて、バルブ４２は、ガスライン１２の分岐から下流に位置づけられ、バイパスライン４１に提供される。
【００２４】
ヒータ（図示せず）は、独立してガスライン１２、１４、および４１に提供される。このように、ガスラインの温度は、ガスライン１２、１４、４１のルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の凝縮を回避するために制御されることができる。ガスライン１２、１４、４１の温度は、約20°Ｃから約100°Ｃまで、いくつかの場合があるが、制御されることができ、25℃から約60℃までの温度に制御することは、十分であり得る。
【００２５】
希釈ガスは、ガス供給源１９からガスライン１８を使用してガスライン１２へ供給されることができる。希釈ガスは、プロセスガスを希釈するかまたはプロセスガス分圧（又は複数の分圧）を調整するために使用されることができる。ガスライン１８は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ２０）およびバルブ２１を含む。ＭＦＣｓ１６および２１と、バルブ１６、１７、および４２とは、コントローラ４０によって制御され、このコントローラ４０は、キャリヤガス、金属-カルボニルプリカーサガス、および希釈ガスの供給、シャットオフ、およびフローを制御する。センサ４５は、また、コントローラ４０に接続され、センサ４５のアウトプットに基づいて、コントローラ４０は、処理チャンバ１に所望のルテニウム-カルボニルプリカーサ流量を得るためにマスフローコントローラ１６を介してキャリヤガスフローを制御することができる。
【００２６】
還元ガスは、ガス供給源６１から処理チャンバ１まで、ガスライン６４、ＭＦＣ６３、およびバルブ６２を使用して供給されることができる。本発明の一実施態様において、還元ガスは、水素（Ｈ2）であることができる。パージガスは、ガス供給源６５から処理チャンバ１まで、ガスライン６４、ＭＦＣ６７、およびバルブ６６を使用して供給されることができる。コントローラ４０は、還元ガス、およびパージガスの供給、シャットオフ、およびフローを制御することができる。
【００２７】
排気ライン２４は、排気チャンバ２３を真空排気システム４００に接続する。真空排気システム４００は、自動圧力コントローラ（ＡＰＣ）５９、トラップ５７、および真空ポンプ２５を含む。真空ポンプは、所望の真空度に処理チャンバ１を排気し、プロセスの間、処理チャンバ１からガス種を除去するために使用される。ＡＰＣ５９、およびトラップ５７は、真空ポンプ２５と直列に使用されることができる。真空ポンプ２５は、１秒あたり５０００リットル（および、より高い）までの排気速度が可能なターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を含むことができる。代わりとして、真空ポンプ２５は、ドライポンプを含むことができる。
【００２８】
プロセスの間、プロセスガスは、処理チャンバ１に導入されることができ、チャンバ圧力は、ＡＰＣ５９によって調整されることができる。ＡＰＣ５９は、バタフライ形式バルブまたは何らかの適切なバルブ、例えばゲートバルブを含むことができる。トラップ５７は、処理チャンバ１から反応していないプリカーサ材料、および、副生成物を収集することができる。
【００２９】
処理チャンバ１に注目すると、３つの基板リフトピン２６（単に２つだけが、示されている）は、基板５０を保持し、持ち上げ、および降下させるために提供される。基板リフトピン２６は、プレート２７に固定され、基板ホルダ２の上面の下方位置まで降ろされることができる。たとえば、エアーシリンダを利用している駆動機構２８は、プレート２７を上下させるために構成されることができる。基板５０は、ロボット移送システム（図示せず）を介してゲートバルブ３０、および、チャンバフィードスルー通路２９を介して処理チャンバ１との間で移送されることができ、基板リフトピン２６によって受けられることができる。一旦基板５０が移送システムから受けられると、それは、基板リフトピン２６を降下させることによって基板ホルダ２の上面まで降ろされることができる。
【００３０】
処理システム１００は、処理システムコントローラ５００によって制御されることができる。特に、プロセスシステムコントローラ５００は、マイクロプロセッサ、メモリ、および処理システム１００と通信し、処理システム１００からのモニター出力と同様に処理システム１００の入力をアクティブにするために十分な制御電圧を生成することが可能なデジタルＩ／Ｏポートを含む。さらに、プロセスシステムコントローラ５００は、処理チャンバ１、コントローラ４０およびプリカーサヒータ13ａを含むプリカーサ送出システム３００、真空排気システム４００、電源６、およびクーラント流体ソース１０ｆと接続され、情報を交換することができる。
【００３１】
真空排気システム４００において、システムコントローラ５００は、処理チャンバ１の圧力を制御するための自動圧力コントローラ（ＡＰＣ）５９に接続され、情報を交換する。メモリに格納されたプログラムは、保存されたプロセスレシピによって、処理システム１００の前記コンポーネントを制御するために利用される。処理システムコントローラ５００の１つの実施例は、テキサス州、ダラス、デル社から入手可能なデルプレシジョンワークステーション６１０（登録商標）である。
【００３２】
Ｒｕ金属層の形成のための処理システムは、図１に概略的に示され、記載されているように、枚葉ウェハ処理チャンバ１を含むことができる。代わりとして、処理システムは、同時に、複数の基板（ウェハ）５０が処理可能なバッチ型処理チャンバを含むことができる。半導体基板５０（例えばＳｉウェハ）に加えて、基板は、たとえば、ＬＣＤ基板、ガラス製基板、または化合物半導体基板を含むことができる。処理チャンバ１は、たとえば、何らかのサイズの基板、例えば２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、またはより大きい基板でさえ処理することができる。当業者にとって、図１の記載に対して選ばれた処理システム１００に、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくされる変更態様は明確である。
【００３３】
ルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の熱分解および次の基板５０上へのＲｕ金属堆積は、基板５０からのＣＯ除去のよって、およびＣＯ副生成物の脱離によって主に進行すると考えられる。Ｒｕ金属層へのＣＯ副生成物の取込みは、ルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の不完全な分解、Ｒｕ金属層からＣＯ副生成物の不完全な除去、およびＲｕ金属層の上のプロセスゾーン６０からのＣＯ副生成物の再吸着から生じることができる。処理チャンバ圧力の低下は、基板５０より上のプロセスゾーン６０内のガス種（例えばルテニウム-カルボニルプリカーサ、反応副生成物、キャリヤガス、および希釈ガス）のより短い滞留をもたらし、それは、次に、基板５０に堆積されたＲｕ金属層の低いＣＯ不純物レベルをもたらすことができる。
【００３４】
本発明の実施形態は、パターニングされていない基板上への、および、ビア（穴）、トレンチ、および他の構造を含んでパターニングされた基板上への薄いＲｕ金属層を堆積させるために、好適である。均等な薄いＲｕ金属層堆積が高アスペクト比構造に渡って必要である状況において、本発明の実施形態に記載されているＴＣＶＤプロセスは、堆積の好適な方法であることができる。
【００３５】
本発明の実施形態に係る、図２Aは、概略的に、その上に堆積された薄いＲｕ金属層２０２を含んでいる基板２００を記載する。１つの実施形態に係る金属層２０２の厚さは、約３００オングストローム(Ａ)未満であることができる。代わりとして、他の実施形態は、約２００Ａ未満の厚さを意図し、またはさらに約１００Ａ未満を意図する。
【００３６】
図2Ｂは、概略的には、本発明の実施形態に係る、その上に堆積された薄いＲｕ金属層２１４を含んでいるパターニングされた基板２１０である。パターニングされた基板２１０も、たとえば、ビア、トレンチ、または別の構造であり得る開口２１６を含む。薄いＲｕ金属層２１４は、たとえば、パターニングされた基板２１０、第１の金属層２１２、および、開口２１６内に堆積された第２の金属層の間のバリア層であることができる。他の例では、薄いＲｕ金属層２１４は、プレーティング工程（plating process）によって開口２１６内にＣｕの次の堆積のためのシード層であることができる。さらに別の例では、概略的に、図２Cに示されて、薄いＲｕ金属層２２０（シード層）は、別の材料（例えばＷ）を含むバリア層２１８上に堆積され、その後、開口２１６内に堆積されたＣｕである。
【００３７】
本願の発明者は、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、キャリヤガス、および、水素ガスを含むプロセスガスを利用して、ＴＣＶＤプロセスにて、基板上に滑らかなＲｕ金属層を堆積させるのに使用されることができることを実現した。加えて、水素ガスは、堆積されたＲｕ金属層のＲｕ（００２）結晶方位の量を、Ｒｕ（１０１）結晶方位に対して増加させる。
【００３８】
本発明の実施形態に係る図３は、Ｒｕ層を堆積させるプロセスのためのフローチャートを記載する。作業２５０において、プロセスは、始まられる。ステップ２５２において、基板は、処理チャンバ内に提供される。
【００３９】
作業２５４において、プロセスガスは、処理チャンバにおいて導入され、ここで、プロセスガスは、キャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素ガスを含む。本発明の一実施形態に係るルテニウムを含有するプリカーサは、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含むことができる。
【００４０】
作業２５６において、Ｒｕ金属層は、熱化学気相成長プロセスによって基板に堆積される。本発明の一実施形態に係る堆積させることは、主にＲｕ（００２）結晶方位を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される。
【００４１】
図３で示したように、Ｒｕ金属層の堆積の後、プロセスは、作業２５８にて終了する。ＴＣＶＤプロセスのためのプロセスパラメータ空間は、約２０ｍＴｏｒｒと、約５００ｍＴｏｒｒとの間の処理チャンバ圧力を利用する。代わりとして、処理チャンバ圧力は、約１００ｍＴｏｒｒと、約３００ｍＴｏｒｒとの間のあることができ、および、約１７０ｍＴｏｒｒであることができる。キャリヤガス流量は、毎分標準状態で約１００立方センチメートル（ｓｃｃｍ）と、約５，０００ｓｃｃｍとの間にあることができる。代わりとして、キャリヤガス流量は、約５００ｓｃｃｍと、約２，０００ｓｃｃｍとの間にあることができる。水素ガス流量は、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間にあることができる。代わりとして、水素ガス流量は、約１００ｓｃｃｍと、約５００ｓｃｃｍとの間にあることができる。キャリヤガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、および、Ｎ２、またはそれらの２つ以上の何らかの組合せから選ばれる不活性ガスを含むことができる。基板温度は、約300℃と、６００℃との間にあることができ、代わりとして基板温度は約350℃と、約450℃との間にあることができる。
【００４２】
実施例
実施例として、Ｒｕ金属層は、Ｒｕ3（ＣＯ）１２プリカーサ、Ａｒキャリヤガス、およびＨ2ガスを使用して、ＴＣＶＤプロセスで、３００℃および４００℃の基板温度でＳｉ基板上へ堆積された。比較のためのＲｕ金属層は、Ｈ2ガスを用いずに堆積された。
【００４３】
堆積されたＲｕ金属膜の結晶方位は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）を使用して測定され、プロセス条件に対して検討され、全ての回折線はＲｕ金属および下層のＳｉ基板にアサインされ得た。特に、Ｒｕ（００２）結晶方位に対応する４２．３度でのＸＲＤ強度方位、およびＲｕ（１０１）結晶方位に対応する４４．１度でのＸＲＤ強度は、測定された。Ｒｕ金属のような六角形の密集した（hexagonal close-packed：ｈｃｐ）構造のために、最も熱力学的に安定した面は、（００２）である。
【００４４】
第１の実施例において、Ｒｕ金属層は、１７０ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力、１，０００ｓｃｃｍのＡｒキャリヤガス流量、および、２００ｓｃｃｍのＨ2ガス流量で堆積された。プリカーサ容器の温度は、40℃であった。約４２０Ａの厚さを有するＲｕ金属層は、400°Ｃの温度基板で堆積され、１３．９μｏｈｍ−ｃｍの抵抗率、および、Ｒｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率は、８０．３３であった。７．１μｏｈｍ−ｃｍのバルク抵抗率と比較してとき、この抵抗率値は、半導体デバイスへのＲｕ金属層のインテグレーションにとって適当である。比較するために、約４７０Ａの厚さを有するＲｕ金属は、300℃の基板温度で堆積され、１８２μｏｈｍ−ｃｍの抵抗率を有した。測定されたＲｕ（００２）／、Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率は、２．５９であった。
【００４５】
第２の実施例において、Ｒｕ金属層は、１４０ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力、１，０００ｓｃｃｍのＡｒキャリヤガス流量で堆積された。Ｈ2ガスは、使用されなかった。400°Ｃで堆積された４５１Ａの厚さのＲｕ金属層は、１４．２μｏｈｍ−ｃｍの抵抗率を有し、Ｒｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率は、２１．２１であった。比較するために、基板温度300℃で堆積された４４５Ａの厚さのＲｕ金属層は、１７３μｏｈｍ−ｃｍの抵抗率を有した。測定されたＲｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率は、２．７８であった。
【００４６】
結果として、約300℃より上の基板温度に対して、Ｒｕ3（ＣＯ）１２プリカーサおよびＡｒキャリヤガス含むプロセスガスへのＨ2ガスの追加は、Ｒｕ（１０１）方位に対して、Ｒｕ（００２）結晶方位の重要な増加をもたらした。それ故、プロセスガスへのＨ2ガスの追加は、主にＲｕ（００２）結晶方位を有する薄いＲｕ金属層の堆積を許容する。特に、本発明の一実施形態に係るＲｕ金属層は、Ｒｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率が約３を超えるＲｕ金属層をもたらす基板温度で堆積された。
【００４７】
本発明のさらにもう一つの実施形態に係るＲｕ金属層は、Ｒｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率約２０を超えるＲｕ金属層をもたらす基板温度で堆積された。さらにまた、Ｈ2ガスのプロセスガスへの追加は、改良された表面モホロジを有する薄いＲｕ金属膜、特に低表面粗さを有する滑らかなＲｕ金属膜の堆積をもたらした。
【００４８】
他の例では、Ｒｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造は、形成された。図２Cにて図示するように、Ｒｕ／Ｗ層は、Ｃｕメタライゼーション方式のためのシード／バリア層として使用されることができる。最初に、薄いＷ核生成層は、Ｓｉ基板上へ堆積された。Ｗ核生成層は、500ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力、400℃の基板温度、およびＡｒキャリヤガスおよびＷ(ＣＯ)６プリカーサを含むプロセスガスを使用して、６０秒の曝す時間で、Ｓｉ基板に堆積された。
【００４９】
次に、Ｗバリア層は、６０ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力で、Ａｒキャリヤガス、Ｗ(ＣＯ)６プリカーサ、およびＨ2ガスを含むプロセスガスを使用して、Ｗ核生成層上へ堆積された。Ａｒキャリヤガス流量は、５０ｓｃｃｍであり、Ｈ2ガス流量は、１００ｓｃｃｍであった。Ｗ(ＣＯ)６プリカーサ容器の温度は、35℃であった。
【００５０】
その後、Ｒｕ金属層（シード層）は、Ａｒキャリヤ、Ｒｕ3（ＣＯ）１２、およびＨ2ガスを含むプロセスガスを使用して、１７０ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力、400℃の基板温度でＷバリア層上へ堆積された。Ｒｕ金属層の厚さは約２５０Ａであり、Ｗ(ＣＯ)６プリカーサ容器の温度は、40℃であった。
【００５１】
Ｒｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造のＲｕ金属層の抵抗率は、Ｗ／Ｓｉ膜構造の測定された抵抗率をＲｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造から減算することによる約５０μｏｈｍ−ｃｍであることは、算出された。比較するために、別のＲｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造は、Ｒｕ金属層の堆積において、Ｈ2ガスを使用せずに準備された。Ｒｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造のＲｕ金属層の抵抗率は、約１３２μｏｈｍ−ｃｍであることが算出された。
【００５２】
結果として、Ｒｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造におけるＲｕ金属層の堆積のＨ2ガスの使用は、Ｒｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造の重要な減少した抵抗率を示した。
【００５３】
本発明のさまざまな修正変更が本発明を実施する際に使用されることができると理解されるべきである。従って、添付の請求の範囲内で、ここで特に記載されているより別の方法で本発明は、実施されることができると理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る基板へＲｕ金属層を堆積させるための処理システムの簡略化された構成図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る堆積された薄いＲｕ金属層を含んでいる基板を概略的に示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る堆積された薄いＲｕ金属層を含んでいる基板を概略的に示す図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態に係る堆積された薄いＲｕ金属層を含んでいる基板を概略的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る金属層を堆積させるためのフローチャートを示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００４年９月２７日に出願の米国特許出願第１０／９４９,８０３号に基づき、および、その利点を有するものである。そして、その全体の内容は、参照によってこの本願明細書に引用したものとする。
【０００２】
本発明は、半導体プロセスに関し、より詳しくは、熱化学気相成長プロセスにおけるルテニウム金属層を堆積させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路（ＩＣ）の製造に対して多層配線方式への銅（Ｃｕ）金属の導入は、Ｃｕ層の密着性と成長を促進するために、および、誘電体材料へのＣｕの拡散を防止するために、拡散バリア／ライナの使用を必要とし得る。誘電体材料上へ堆積されるバリア／ライナは、Ｃｕに対し非反応性で、非混合性で、および低抵抗率を提供することができるルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、および、タンタル（Ｔａ）のような高融点材料を含むことができる。Ｃｕメタライゼーションおよび誘電体材料を集積化する現在のインテグレーション方式は、約400℃と、約500℃との間の基板温度またはそれを下回る温度で、バリア／ライナ堆積プロセスを必要とし得る。
【０００４】
熱化学気相成長（Thermal chemical vapor deposition：ＴＣＶＤ）は、半導体業界において、基板上に薄膜層を形成するための特に魅力的な方法であり、なぜなら、この方法が、薄膜層の組成の制御を容易にし、基板のコンタミネーションまたはダメージ無しで薄膜層を形成する能力を有するからである。ＴＣＶＤは、また、穴、トレンチ、および、他のステップが付けられた構造に所望の薄膜層を堆積させるために使用されることができる。どこでも均等な（conformal）薄膜層堆積が必要である状況において、蒸着およびスパッタリング技術は、均等な薄膜層を形成するのに使用することができないという理由から、ＴＣＶＤは、堆積の好適な方法であることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＴＣＶＤプロセスは、デバイス製造のために十分に高堆積速度で層を堆積させるためにＴＣＶＤ処理チャンバに、それらの蒸気の急速な移送を可能にするために十分に揮発性である適切なプリカーサを必要とする。プリカーサは、所望の基板温度で高純度層を堆積させるために、相対的に安定しているべきで、および、処理チャンバの基板にきれいに（ｃｌｅａｎｌｙ）分解するべきである。金属層の場合、金属層の応力、モホロジ、および抵抗率が結晶方位の機能（function）であることができるという理由から、堆積される金属層の結晶方位の制御は必要であることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
広くここで記載されているように、本発明の実施形態は、熱化学気相成長プロセスにおいて基板上への薄いＲｕ金属層を堆積させる方法を提供する。
【０００７】
本発明の１つの実施形態では、方法は、処理チャンバに基板を提供すること、キャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素ガスを含むプロセスガスを処理チャンバに導入することとを具備する。方法は、さらに、熱化学気相成長プロセスによって基板にＲｕ金属層を堆積させることを具備する。本発明の１つの実施形態では、ルテニウム-カルボニルプリカーサは、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含むことができる。
【０００８】
本発明の１つの実施形態では、堆積は、主に（predominantly）Ｒｕ（００２）結晶方位を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で起こる。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、方法は、パターニングされた基板上へＲｕ金属層を堆積させるために提供される。方法は、処理チャンバに、１つ以上のビア、トレンチ、またはそれらの組合せを含むパターニングされた基板を提供することと、処理チャンバに、キャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素ガスを含むプロセスガスを導入することと、熱化学気相成長プロセスによってパターニングされた基板上にＲｕ金属層を堆積させることとを含む。
【００１０】
本発明の一実施形態に係るパターニングされた基板は、Ｗバリア層を含むことができ、および、Ｒｕ金属層は、Ｗバリア層上に堆積されることができる。
【００１１】
他の本発明の態様は、その記載に従って明細書から、および明細書に添付された図面から、明瞭とされる。
【００１２】
本発明の実施形態は、実施例の方法によって、添付の図面を参照することによって、記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の各種実施形態について説明する。適切な所で、類似の参照番号は、似た形態を参照するのに使用される。当業者によって理解されるように、ここで示される実施形態は、単に本発明の範囲内で意図される多種多様な実施形態の典型的なものだけを対象とする。したがって、本発明は、単に示される実施形態だけに、限定されるものではない、しかし、また、本願発明は、何らかのまたは全ての変更形態を包含し、それは、当業者によって理解される。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る基板にＲｕ金属層を堆積させるための処理システムの簡略化された構成図である。処理システム１００は、上部チャンバセクション１ａと、下部チャンバセクション１ｂと、排気チャンバ２３とを含む処理チャンバ１を具備する。円形開口２２は、下部チャンバセクション１ｂの中央に形成され、ここで、下部セクション１ｂは、排気チャンバ２３に接続する。
【００１５】
処理チャンバ１の内部に、処理される基板（ウェハ）５０を水平に保持するための基板ホルダ２が提供された。基板ホルダ２は、排気チャンバ２３の下部の中心から上方へ延びる円筒状サポート部材３で支えられる。基板ホルダ２上の基板５０の位置決めのためのガイドリング４は、基板ホルダ２の端上に提供される。さらにまた、基板ホルダ２は、電源６によって制御されるヒータ５を含み、基板５０を加熱するために使用される。ヒータ５は、抵抗ヒータ、または、このような目的に適している何らかのヒータ、例えばランプヒータを含むことができる。
【００１６】
プロセスの間、加熱された基板５０は、熱的にルテニウム-カルボニルプリカーサ５５を分解することができ、基板５０上にＲｕ金属層の堆積を可能にすることができる。本発明の１つの実施形態に係るルテニウム-カルボニルプリカーサ５５は、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含むことができる。当業者ならば周知のように、他のルテニウム-カルボニルプリカーサは、本発明の範囲内において、使用されることができる。
【００１７】
基板ホルダ２は、基板５０上へ所望のＲｕ金属層を堆積させることに適している所定の温度まで加熱される。ヒータ（図示せず）は、チャンバ壁を所定の温度に加熱するために処理チャンバ１の壁に埋め込まれる。ヒータ５は、処理チャンバ１の壁の温度を、約40℃から約80℃までに維持することができる。
【００１８】
図１に示すように、処理チャンバ１の上部チャンバセクション１ａがシャワーヘッド１０を含み、このシャワーヘッド１０は、底部に配置されたシャワーヘッドプレート１０ａを有する。シャワーヘッドプレート10ａは、基板５０より上に位置づけられるプロセスゾーン６０にルテニウム-カルボニルプリカーサ５５を含むプロセスガスを供給するための複数のガス送出穴10ｂを含む。
【００１９】
上部チャンバセクション１ａは、ガス分配コンパートメント１０ｄにガスライン１２からのプロセスガスを導入するための開口10ｃを含む。シャワーヘッド１０内部でルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の分解を防止するために、同一中心のクーラントフローチャネル10ｅは、シャワーヘッド１０の温度を制御するために提供される。冷却剤流体、例えば水は、シャワーヘッド１０の温度を約20℃から約100℃までに制御するために、クーラント流体ソース10ｆからクーラントフローチャネル10ｅに供給されることができる。
【００２０】
プリカーサ送出システム３００は、ガスライン１２を介して処理チャンバ１に結合される。プリカーサ送出システム３００は、とりわけ、プリカーサ容器１３と、プリカーサヒータ13ａと、ガス供給源１５と、マスフローコントローラ（ＭＦＣｓ）１６、２０と、ガスフローセンサと、ガスコントローラ４０とを含む。プリカーサ容器１３は、固体のルテニウム-カルボニルプリカーサ５５を含み、プリカーサヒータ13ａは、ルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の所望の蒸気圧を発生する温度でルテニウム-カルボニルプリカーサ５５を維持するためにプリカーサ容器１３を加熱するために提供される。
【００２１】
ルテニウム-カルボニルプリカーサ５５は、処理チャンバ１にプリカーサの送出を高めるためにキャリヤガスを使用して処理チャンバ１に供給されることができる。ガスライン１４は、ガス供給源１５からプリカーサ容器１３までキャリヤガスを提供することができ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１６は、キャリアガスフローを制御するように使用されることができる。キャリヤガスは、固体のルテニウム-カルボニルプリカーサ５５を通って、浸透するために、プリカーサ容器１３の下部に導入されることができる。代わりとして、キャリヤガスは、プリカーサソース１３内に導入されることができ、固体の金属-カルボニルプリカーサ５５の上部全体に渡って分配されることができる。
【００２２】
センサ４５は、プリカーサ容器１３からのトータルガスフローを測定するために提供される。センサ４５は、たとえば、ＭＦＣを含むことができ、処理チャンバ１に供給されるルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の量は、センサ４５およびマスフローコントローラ１６を使用して決定されることができる。代わりとして、センサ４５は、処理チャンバ１へのガスフロー内のルテニウム-カルボニルプリカーサの濃度を測定するために、光吸収センサを含むことができる。
【００２３】
バイパスライン４１は、センサ４５から下流に位置づけられ、ガスライン１２を排気ライン２４に接続する。バイパスライン４１は、ガスライン１２を排気するために、および処理チャンバ１へのルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の供給を安定させるために提供される。加えて、バルブ４２は、ガスライン１２の分岐から下流に位置づけられ、バイパスライン４１に提供される。
【００２４】
ヒータ（図示せず）は、独立してガスライン１２、１４、および４１に提供される。このように、ガスラインの温度は、ガスライン１２、１４、４１のルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の凝縮を回避するために制御されることができる。ガスライン１２、１４、４１の温度は、約20°Ｃから約100°Ｃまで、いくつかの場合があるが、制御されることができ、25℃から約60℃までの温度に制御することは、十分であり得る。
【００２５】
希釈ガスは、ガス供給源１９からガスライン１８を使用してガスライン１２へ供給されることができる。希釈ガスは、プロセスガスを希釈するかまたはプロセスガス分圧（又は複数の分圧）を調整するために使用されることができる。ガスライン１８は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ２０）およびバルブ２１を含む。ＭＦＣｓ１６および２１と、バルブ１６、１７、および４２とは、コントローラ４０によって制御され、このコントローラ４０は、キャリヤガス、金属-カルボニルプリカーサガス、および希釈ガスの供給、シャットオフ、およびフローを制御する。センサ４５は、また、コントローラ４０に接続され、センサ４５のアウトプットに基づいて、コントローラ４０は、処理チャンバ１に所望のルテニウム-カルボニルプリカーサ流量を得るためにマスフローコントローラ１６を介してキャリヤガスフローを制御することができる。
【００２６】
還元ガスは、ガス供給源６１から処理チャンバ１まで、ガスライン６４、ＭＦＣ６３、およびバルブ６２を使用して供給されることができる。本発明の一実施態様において、還元ガスは、水素（Ｈ2）であることができる。パージガスは、ガス供給源６５から処理チャンバ１まで、ガスライン６４、ＭＦＣ６７、およびバルブ６６を使用して供給されることができる。コントローラ４０は、還元ガス、およびパージガスの供給、シャットオフ、およびフローを制御することができる。
【００２７】
排気ライン２４は、排気チャンバ２３を真空排気システム４００に接続する。真空排気システム４００は、自動圧力コントローラ（ＡＰＣ）５９、トラップ５７、および真空ポンプ２５を含む。真空ポンプは、所望の真空度に処理チャンバ１を排気し、プロセスの間、処理チャンバ１からガス種を除去するために使用される。ＡＰＣ５９、およびトラップ５７は、真空ポンプ２５と直列に使用されることができる。真空ポンプ２５は、１秒あたり５０００リットル（および、より高い）までの排気速度が可能なターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を含むことができる。代わりとして、真空ポンプ２５は、ドライポンプを含むことができる。
【００２８】
プロセスの間、プロセスガスは、処理チャンバ１に導入されることができ、チャンバ圧力は、ＡＰＣ５９によって調整されることができる。ＡＰＣ５９は、バタフライ形式バルブまたは何らかの適切なバルブ、例えばゲートバルブを含むことができる。トラップ５７は、処理チャンバ１から反応していないプリカーサ材料、および、副生成物を収集することができる。
【００２９】
処理チャンバ１に注目すると、３つの基板リフトピン２６（単に２つだけが、示されている）は、基板５０を保持し、持ち上げ、および降下させるために提供される。基板リフトピン２６は、プレート２７に固定され、基板ホルダ２の上面の下方位置まで降ろされることができる。たとえば、エアーシリンダを利用している駆動機構２８は、プレート２７を上下させるために構成されることができる。基板５０は、ロボット移送システム（図示せず）を介してゲートバルブ３０、および、チャンバフィードスルー通路２９を介して処理チャンバ１との間で移送されることができ、基板リフトピン２６によって受けられることができる。一旦基板５０が移送システムから受けられると、それは、基板リフトピン２６を降下させることによって基板ホルダ２の上面まで降ろされることができる。
【００３０】
処理システム１００は、処理システムコントローラ５００によって制御されることができる。特に、プロセスシステムコントローラ５００は、マイクロプロセッサ、メモリ、および処理システム１００と通信し、処理システム１００からのモニター出力と同様に処理システム１００の入力をアクティブにするために十分な制御電圧を生成することが可能なデジタルＩ／Ｏポートを含む。さらに、プロセスシステムコントローラ５００は、処理チャンバ１、コントローラ４０およびプリカーサヒータ13ａを含むプリカーサ送出システム３００、真空排気システム４００、電源６、およびクーラント流体ソース１０ｆと接続され、情報を交換することができる。
【００３１】
真空排気システム４００において、システムコントローラ５００は、処理チャンバ１の圧力を制御するための自動圧力コントローラ（ＡＰＣ）５９に接続され、情報を交換する。メモリに格納されたプログラムは、保存されたプロセスレシピによって、処理システム１００の前記コンポーネントを制御するために利用される。処理システムコントローラ５００の１つの実施例は、テキサス州、ダラス、デル社から入手可能なデルプレシジョンワークステーション６１０（登録商標）である。
【００３２】
Ｒｕ金属層の形成のための処理システムは、図１に概略的に示され、記載されているように、枚葉ウェハ処理チャンバ１を含むことができる。代わりとして、処理システムは、同時に、複数の基板（ウェハ）５０が処理可能なバッチ型処理チャンバを含むことができる。半導体基板５０（例えばＳｉウェハ）に加えて、基板は、たとえば、ＬＣＤ基板、ガラス製基板、または化合物半導体基板を含むことができる。処理チャンバ１は、たとえば、何らかのサイズの基板、例えば２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、またはより大きい基板でさえ処理することができる。当業者にとって、図１の記載に対して選ばれた処理システム１００に、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくされる変更態様は明確である。
【００３３】
ルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の熱分解および次の基板５０上へのＲｕ金属堆積は、基板５０からのＣＯ除去のよって、およびＣＯ副生成物の脱離によって主に進行すると考えられる。Ｒｕ金属層へのＣＯ副生成物の取込みは、ルテニウム-カルボニルプリカーサ５５の不完全な分解、Ｒｕ金属層からＣＯ副生成物の不完全な除去、およびＲｕ金属層の上のプロセスゾーン６０からのＣＯ副生成物の再吸着から生じることができる。処理チャンバ圧力の低下は、基板５０より上のプロセスゾーン６０内のガス種（例えばルテニウム-カルボニルプリカーサ、反応副生成物、キャリヤガス、および希釈ガス）のより短い滞留をもたらし、それは、次に、基板５０に堆積されたＲｕ金属層の低いＣＯ不純物レベルをもたらすことができる。
【００３４】
本発明の実施形態は、パターニングされていない基板上への、および、ビア（穴）、トレンチ、および他の構造を含んでパターニングされた基板上への薄いＲｕ金属層を堆積させるために、好適である。均等な薄いＲｕ金属層堆積が高アスペクト比構造に渡って必要である状況において、本発明の実施形態に記載されているＴＣＶＤプロセスは、堆積の好適な方法であることができる。
【００３５】
本発明の実施形態に係る、図２Aは、概略的に、その上に堆積された薄いＲｕ金属層２０２を含んでいる基板２００を記載する。１つの実施形態に係る金属層２０２の厚さは、約３００オングストローム(Ａ)未満であることができる。代わりとして、他の実施形態は、約２００Ａ未満の厚さを意図し、またはさらに約１００Ａ未満を意図する。
【００３６】
図2Ｂは、概略的には、本発明の実施形態に係る、その上に堆積された薄いＲｕ金属層２１４を含んでいるパターニングされた基板２１０である。パターニングされた基板２１０も、たとえば、ビア、トレンチ、または別の構造であり得る開口２１６を含む。薄いＲｕ金属層２１４は、たとえば、パターニングされた基板２１０、第１の金属層２１２、および、開口２１６内に堆積された第２の金属層の間のバリア層であることができる。他の例では、薄いＲｕ金属層２１４は、プレーティング工程（plating process）によって開口２１６内にＣｕの次の堆積のためのシード層であることができる。さらに別の例では、概略的に、図２Cに示されて、薄いＲｕ金属層２２０（シード層）は、別の材料（例えばＷ）を含むバリア層２１８上に堆積され、その後、開口２１６内に堆積されたＣｕである。
【００３７】
本願の発明者は、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、キャリヤガス、および、水素ガスを含むプロセスガスを利用して、ＴＣＶＤプロセスにて、基板上に滑らかなＲｕ金属層を堆積させるのに使用されることができることを実現した。加えて、水素ガスは、堆積されたＲｕ金属層のＲｕ（００２）結晶方位の量を、Ｒｕ（１０１）結晶方位に対して増加させる。
【００３８】
本発明の実施形態に係る図３は、Ｒｕ層を堆積させるプロセスのためのフローチャートを記載する。作業２５０において、プロセスは、始まられる。ステップ２５２において、基板は、処理チャンバ内に提供される。
【００３９】
作業２５４において、プロセスガスは、処理チャンバにおいて導入され、ここで、プロセスガスは、キャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素ガスを含む。本発明の一実施形態に係るルテニウムを含有するプリカーサは、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含むことができる。
【００４０】
作業２５６において、Ｒｕ金属層は、熱化学気相成長プロセスによって基板に堆積される。本発明の一実施形態に係る堆積させることは、主にＲｕ（００２）結晶方位を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される。
【００４１】
図３で示したように、Ｒｕ金属層の堆積の後、プロセスは、作業２５８にて終了する。ＴＣＶＤプロセスのためのプロセスパラメータ空間は、約２０ｍＴｏｒｒと、約５００ｍＴｏｒｒとの間の処理チャンバ圧力を利用する。代わりとして、処理チャンバ圧力は、約１００ｍＴｏｒｒと、約３００ｍＴｏｒｒとの間のあることができ、および、約１７０ｍＴｏｒｒであることができる。キャリヤガス流量は、毎分標準状態で約１００立方センチメートル（ｓｃｃｍ）と、約５，０００ｓｃｃｍとの間にあることができる。代わりとして、キャリヤガス流量は、約５００ｓｃｃｍと、約２，０００ｓｃｃｍとの間にあることができる。水素ガス流量は、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間にあることができる。代わりとして、水素ガス流量は、約１００ｓｃｃｍと、約５００ｓｃｃｍとの間にあることができる。キャリヤガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、および、Ｎ２、またはそれらの２つ以上の何らかの組合せから選ばれる不活性ガスを含むことができる。基板温度は、約300℃と、６００℃との間にあることができ、代わりとして基板温度は約350℃と、約450℃との間にあることができる。
【００４２】
実施例
実施例として、Ｒｕ金属層は、Ｒｕ3（ＣＯ）１２プリカーサ、Ａｒキャリヤガス、およびＨ2ガスを使用して、ＴＣＶＤプロセスで、３００℃および４００℃の基板温度でＳｉ基板上へ堆積された。比較のためのＲｕ金属層は、Ｈ2ガスを用いずに堆積された。
【００４３】
堆積されたＲｕ金属膜の結晶方位は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）を使用して測定され、プロセス条件に対して検討され、全ての回折線はＲｕ金属および下層のＳｉ基板にアサインされ得た。特に、Ｒｕ（００２）結晶方位に対応する４２．３度でのＸＲＤ強度方位、およびＲｕ（１０１）結晶方位に対応する４４．１度でのＸＲＤ強度は、測定された。Ｒｕ金属のような六角形の密集した（hexagonal close-packed：ｈｃｐ）構造のために、最も熱力学的に安定した面は、（００２）である。
【００４４】
第１の実施例において、Ｒｕ金属層は、１７０ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力、１，０００ｓｃｃｍのＡｒキャリヤガス流量、および、２００ｓｃｃｍのＨ2ガス流量で堆積された。プリカーサ容器の温度は、40℃であった。約４２０Ａの厚さを有するＲｕ金属層は、400°Ｃの温度基板で堆積され、１３．９μｏｈｍ−ｃｍの抵抗率、および、Ｒｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率は、８０．３３であった。７．１μｏｈｍ−ｃｍのバルク抵抗率と比較してとき、この抵抗率値は、半導体デバイスへのＲｕ金属層のインテグレーションにとって適当である。比較するために、約４７０Ａの厚さを有するＲｕ金属は、300℃の基板温度で堆積され、１８２μｏｈｍ−ｃｍの抵抗率を有した。測定されたＲｕ（００２）／、Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率は、２．５９であった。
【００４５】
第２の実施例において、Ｒｕ金属層は、１４０ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力、１，０００ｓｃｃｍのＡｒキャリヤガス流量で堆積された。Ｈ2ガスは、使用されなかった。400°Ｃで堆積された４５１Ａの厚さのＲｕ金属層は、１４．２μｏｈｍ−ｃｍの抵抗率を有し、Ｒｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率は、２１．２１であった。比較するために、基板温度300℃で堆積された４４５Ａの厚さのＲｕ金属層は、１７３μｏｈｍ−ｃｍの抵抗率を有した。測定されたＲｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率は、２．７８であった。
【００４６】
結果として、約300℃より上の基板温度に対して、Ｒｕ3（ＣＯ）１２プリカーサおよびＡｒキャリヤガス含むプロセスガスへのＨ2ガスの追加は、Ｒｕ（１０１）方位に対して、Ｒｕ（００２）結晶方位の重要な増加をもたらした。それ故、プロセスガスへのＨ2ガスの追加は、主にＲｕ（００２）結晶方位を有する薄いＲｕ金属層の堆積を許容する。特に、本発明の一実施形態に係るＲｕ金属層は、Ｒｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率が約３を超えるＲｕ金属層をもたらす基板温度で堆積された。
【００４７】
本発明のさらにもう一つの実施形態に係るＲｕ金属層は、Ｒｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率約２０を超えるＲｕ金属層をもたらす基板温度で堆積された。さらにまた、Ｈ2ガスのプロセスガスへの追加は、改良された表面モホロジを有する薄いＲｕ金属膜、特に低表面粗さを有する滑らかなＲｕ金属膜の堆積をもたらした。
【００４８】
他の例では、Ｒｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造は、形成された。図２Cにて図示するように、Ｒｕ／Ｗ層は、Ｃｕメタライゼーション方式のためのシード／バリア層として使用されることができる。最初に、薄いＷ核生成層は、Ｓｉ基板上へ堆積された。Ｗ核生成層は、500ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力、400℃の基板温度、およびＡｒキャリヤガスおよびＷ(ＣＯ)６プリカーサを含むプロセスガスを使用して、６０秒の曝す時間で、Ｓｉ基板に堆積された。
【００４９】
次に、Ｗバリア層は、６０ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力で、Ａｒキャリヤガス、Ｗ(ＣＯ)６プリカーサ、およびＨ2ガスを含むプロセスガスを使用して、Ｗ核生成層上へ堆積された。Ａｒキャリヤガス流量は、５０ｓｃｃｍであり、Ｈ2ガス流量は、１００ｓｃｃｍであった。Ｗ(ＣＯ)６プリカーサ容器の温度は、35℃であった。
【００５０】
その後、Ｒｕ金属層（シード層）は、Ａｒキャリヤ、Ｒｕ3（ＣＯ）１２、およびＨ2ガスを含むプロセスガスを使用して、１７０ｍＴｏｒｒの処理チャンバ圧力、400℃の基板温度でＷバリア層上へ堆積された。Ｒｕ金属層の厚さは約２５０Ａであり、Ｗ(ＣＯ)６プリカーサ容器の温度は、40℃であった。
【００５１】
Ｒｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造のＲｕ金属層の抵抗率は、Ｗ／Ｓｉ膜構造の測定された抵抗率をＲｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造から減算することによる約５０μｏｈｍ−ｃｍであることは、算出された。比較するために、別のＲｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造は、Ｒｕ金属層の堆積において、Ｈ2ガスを使用せずに準備された。Ｒｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造のＲｕ金属層の抵抗率は、約１３２μｏｈｍ−ｃｍであることが算出された。
【００５２】
結果として、Ｒｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造におけるＲｕ金属層の堆積のＨ2ガスの使用は、Ｒｕ／Ｗ／Ｓｉ膜構造の重要な減少した抵抗率を示した。
【００５３】
本発明のさまざまな修正変更が本発明を実施する際に使用されることができると理解されるべきである。従って、添付の請求の範囲内で、ここで特に記載されているより別の方法で本発明は、実施されることができると理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る基板へＲｕ金属層を堆積させるための処理システムの簡略化された構成図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る堆積された薄いＲｕ金属層を含んでいる基板を概略的に示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る堆積された薄いＲｕ金属層を含んでいる基板を概略的に示す図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態に係る堆積された薄いＲｕ金属層を含んでいる基板を概略的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る金属層を堆積させるためのフローチャートを示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上のＲｕ金属層を堆積させる方法であって、
処理チャンバに基板を提供することと；
前記処理チャンバにキャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素ガスを含むプロセスガスを導入することと；
熱化学気相成長プロセスによって前記基板にＲｕ金属層を堆積させることとを具備する方法。
【請求項２】
前記堆積させることは、主にＲｕ（００２）結晶方位を有するＲｕ金属層をもたす基板温度で実行される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記堆積させることは、約３を超えるＲｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積させることは、約２０を超えるＲｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記基板の温度は、約300℃と、約600℃との間である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板の温度は、約350℃と、約500℃との間である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ルテニウム-カルボニルプリカーサは、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記キャリヤガスのフローは、約１００ｓｃｃｍと、約５，０００ｓｃｃｍとの間である請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記キャリヤガスのフローは、約５００ｓｃｃｍと、約２０００ｓｃｃｍとの間である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記キャリヤガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記水素ガスの流量は、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間である請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記水素ガスの流量は、約１００ｓｃｃｍと、約５００ｓｃｃｍとの間である請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記プロセスガスは、希釈ガスを更に含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記希釈ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板は、半導体基板、ＬＣＤ基板、ガラス製基板、またはそれらの２つ以上の組合せのうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約３００Ａ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約２００Ａ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約１００Ａ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
パターニングされた基板にＲｕ金属層を堆積させる方法であって、
処理チャンバに、１つ以上のビア、トレンチ、またはそれらの組合せを含むパターニングされた基板を提供することと；
前記処理チャンバに、キャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素ガスを含むプロセスガスを導入することと；
熱化学気相成長プロセスによって前記パターニングされた基板にＲｕ金属層を堆積させることとを具備する方法。
【請求項２０】
前記堆積させることは、主にＲｕ（００２）結晶方位を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記堆積させることは、約３を超えるＲｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記堆積させることは、約２０を超えるＲｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記基板の温度は、約300℃と、約600℃との間である請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板の温度は、約350℃と、約500℃との間である請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記ルテニウム-カルボニルプリカーサは、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記キャリヤガスのフローは、約１００ｓｃｃｍと、約５，０００ｓｃｃｍとの間である請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記キャリヤガスのフローは、約５００ｓｃｃｍと、約２０００ｓｃｃｍとの間である請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記キャリヤガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記水素ガスの流量は、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間である請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記水素ガスの流量は、約１００ｓｃｃｍと、約５００ｓｃｃｍとの間である請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記プロセスガスは、希釈ガスを更に含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記希釈ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記基板は、半導体基板、ＬＣＤ基板、ガラス製基板、またはそれらの２つ以上の組合せのうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項３４】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約３００Ａ未満である請求項１９に記載の方法。
【請求項３５】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約２００Ａ未満である請求項１９に記載の方法。
【請求項３６】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約１００Ａ未満である請求項１９に記載の方法。
【請求項３７】
前記パターニングされた基板は、バリア層を更に備え、
前記堆積させることは、前記バリア層上に前記Ｒｕ金属層を堆積させることを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項３８】
前記バリア層は、Ｗを含んでいる請求項３７に記載の方法。
【請求項１】
基板上のＲｕ金属層を堆積させる方法であって、
処理チャンバに基板を提供することと；
前記処理チャンバにキャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素ガスを含むプロセスガスを導入することと；
熱化学気相成長プロセスによって前記基板にＲｕ金属層を堆積させることとを具備する方法。
【請求項２】
前記堆積させることは、主にＲｕ（００２）結晶方位を有するＲｕ金属層をもたす基板温度で実行される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記堆積させることは、約３を超えるＲｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積させることは、約２０を超えるＲｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記基板の温度は、約300℃と、約600℃との間である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板の温度は、約350℃と、約500℃との間である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ルテニウム-カルボニルプリカーサは、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記キャリヤガスのフローは、約１００ｓｃｃｍと、約５，０００ｓｃｃｍとの間である請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記キャリヤガスのフローは、約５００ｓｃｃｍと、約２０００ｓｃｃｍとの間である請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記キャリヤガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記水素ガスの流量は、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間である請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記水素ガスの流量は、約１００ｓｃｃｍと、約５００ｓｃｃｍとの間である請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記プロセスガスは、希釈ガスを更に含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記希釈ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板は、半導体基板、ＬＣＤ基板、ガラス製基板、またはそれらの２つ以上の組合せのうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約３００Ａ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約２００Ａ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約１００Ａ未満である請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
パターニングされた基板にＲｕ金属層を堆積させる方法であって、
処理チャンバに、１つ以上のビア、トレンチ、またはそれらの組合せを含むパターニングされた基板を提供することと；
前記処理チャンバに、キャリヤガス、ルテニウム-カルボニルプリカーサ、および水素ガスを含むプロセスガスを導入することと；
熱化学気相成長プロセスによって前記パターニングされた基板にＲｕ金属層を堆積させることとを具備する方法。
【請求項２０】
前記堆積させることは、主にＲｕ（００２）結晶方位を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記堆積させることは、約３を超えるＲｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記堆積させることは、約２０を超えるＲｕ（００２）／Ｒｕ（１０１）ＸＲＤ比率を有するＲｕ金属層をもたらす基板温度で実行される請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記基板の温度は、約300℃と、約600℃との間である請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板の温度は、約350℃と、約500℃との間である請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記ルテニウム-カルボニルプリカーサは、Ｒｕ3（ＣＯ）１２を含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記キャリヤガスのフローは、約１００ｓｃｃｍと、約５，０００ｓｃｃｍとの間である請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記キャリヤガスのフローは、約５００ｓｃｃｍと、約２０００ｓｃｃｍとの間である請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記キャリヤガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
前記水素ガスの流量は、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間である請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記水素ガスの流量は、約１００ｓｃｃｍと、約５００ｓｃｃｍとの間である請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記プロセスガスは、希釈ガスを更に含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記希釈ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、もしくはＮ２、またはそれらの２つ以上の組合せを含んでいる請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記基板は、半導体基板、ＬＣＤ基板、ガラス製基板、またはそれらの２つ以上の組合せのうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１９に記載の方法。
【請求項３４】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約３００Ａ未満である請求項１９に記載の方法。
【請求項３５】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約２００Ａ未満である請求項１９に記載の方法。
【請求項３６】
前記Ｒｕ金属層の厚さは、約１００Ａ未満である請求項１９に記載の方法。
【請求項３７】
前記パターニングされた基板は、バリア層を更に備え、
前記堆積させることは、前記バリア層上に前記Ｒｕ金属層を堆積させることを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項３８】
前記バリア層は、Ｗを含んでいる請求項３７に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【公表番号】特表２００８−５１４８１４（Ｐ２００８−５１４８１４Ａ）
【公表日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３３６９０（Ｐ２００７−５３３６９０）
【出願日】平成１７年９月２７日（２００５．９．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３４３４８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０３６８６５
【国際公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２７日（２００５．９．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３４３４８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０３６８６５
【国際公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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