TWI326311B - A method and system for forming a passivated metal layer - Google Patents

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TWI326311B TW094133929A TW94133929A TWI326311B TW I326311 B TWI326311 B TW I326311B TW 094133929 A TW094133929 A TW 094133929A TW 94133929 A TW94133929 A TW 94133929A TW I326311 B TWI326311 B TW I326311B
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Kazuhito Nakamura
Yumiko Kawano
Gerrit Leusink
Fenton Mcfeely
Paul Jamison
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Tokyo Electron Ltd
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Description

1326311 > i 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發__在半導體製程_之鈍化沈積銖⑽金屬層， ^確切地來說，係關於在沈積銖金屬層上形成純化層以抑制 團粒（nodule)在銖金屬表面上之氧誘導成長。 【先前技術】 於料小特徵部尺寸正接近深次微米制，以滿足對 更快速及更低功率之要求。將銅(⑻金屬 夕：ΐΓΓί以製造積體電路’需要使用到擴散阻障層/隔 ϊ 層之附著及成長，並防止⑸擴散進人介電材料 電材料上之轉層/隔離層可包含敎材料，諸如鶴 、，Ru)、罐q)及組(Ta)等與cu呈非反應性且實 人ΐ可提佩電阻率之材料。目祕Cu金屬化及介電材 之整合結構，需要可於低基板溫度下施行之阻障層/ 新興微電子元件中，另—对火材料之應用包 丨電 材料(於此也稱為「high-k」材料）之金屬 ^。—般認為金屬閘極在_疊層尺寸縮小時提供了一系 二=作曰曰矽空乏效應，半導體裝置中，成功整合 if t作為金制極及金屬轉層/隔離層，需要在低或適當的 基板度下能能高的沈積鱗、低纽率、所沈積之金屬詹具 屬層和位於上下層材料間具有好的附著性、^的 程ί及良好的層形態性f包括低表面粗糙度。
Re金ii = ϊίΐί氣相沈積而自羰基銖前驅物來沈積 解枝全，如關產生被吸 r公或在Re金屬層表面上之反應副產物。而於後續 間’如'氧化物團粒即形成餘金屬 ^粒之形成表面之副產物及空氣中之氣會促進 團粒之从，__可能會對Re^屬層之雜及雜造成不良 丄i 影響。 金屬m將金屬層曝露於氧中時，需要避免團粒形成於Re 【發明内容】 金法，财法於隨後此 方法包含：金屬層之特性及形態。該 基銖前驅疑處理冑；暴_絲於包錢 積於基板上，·及在Re金#目沈前針將Re金屬層沈 於h金屬表面上之氧誘心成—純化層，以抑制含Re團粒 行之镜，其包括職在處理器上執 基板上施行Re 自絲翁驅物以於 上以抑制細發之含Re結軸胁金屬層 【實施方式】 系統塊圖，該處理 處理室又包含了上咖: 系統100包含一處理室1，而該 ；22%7：r^t η,'，Z^V： 23 ° 室23。 D ?間，其中該下部腔室lb係連接至排氣 基板2πη胖地鱗待處理之 而該支持構件3自排St二二陳二支，件3所支托， =設有-;環4，用W板心基卜之 ΐ熱…以疋一電阻式加熱器、燈式加熱器或任何形ΐ= (t 9 1326311 經過加熱之基板50可使羰基金屬氣體熱分解，以沈積金 於基板50上。基板支架2係經加熱至-默溫度，該溫度適^ 期望之金屬層沈積至基板50上。一加熱器（未顯示）嵌於處理a : 壁中，以將室壁加熱至一預定溫度，並可使處理室1辟㈤ ^ 自約40 °C至約200 °C。 n胃於 一喷淋頭10位於處理室1之上部腔室la中。在噴淋頭 底部之喷淋頭板10a包括多個氣體輸送孔i〇b’用以將包含羰美 屬前驅物氣體之處理氣體運送進入位於基板5〇上方之處理區 上部腔室la具有一開口 l〇c，用以將處理氣體自氣體管線. 通入一氣體分配室10d。設置同心冷卻劑流管道1〇e，以控制噴 頭10之溫度，因而避免羰基金屬前驅物氣體於喷淋頭1〇内分 可自> 一冷卻劑流體源l〇f將冷卻劑流體（例如水）供應至^卻南 流管道10e’以便將喷淋頭10之溫度控制於自約2〇 〇c至約2〇〇 氣體管線12將刖驅物輸送系統120連接於處理室1。一前驅 物容器13包含羰基金屬前驅物55,並設置一前驅物加熱器 以加熱前驅物容器13’而使羰基金屬前驅物55維持在一可產生 望之金屬一前驅物蒸氣壓之溫度下。 ^ 、在本發明之一實施例中，可使用一載氣(如氬氣紅或氦氣He) 以促進羰基金屬前驅物輸送至處理室1 ;或者，也可不使用載氣而 將％基金屬刖驅物輸送至處理室1 〇氣體管線14可自氣體诉 13，f Π 可用以控制載氣流里。當使用載氣時，可將其通入前驅物容器13 ^下部以便使其流經羰基金屬前驅物55 ;或者，可將載氣通入前 驅物容器13，並使其遍佈羰基金屬前驅物55之頂部。 ^設置一感測器45，用以量測來自前驅物容器13之總氣體流 =。該感測器45可包含例如流量控制器，且可利用此感測器45 。質量流量控制器16來決定並控制輸送至處理室丨的羰基金屬前 物氣體量。或者，感測器45可包含-吸光感測器，以量測流入 义理室1之氣流中的羰基金屬前驅物濃度。在本發明之另一實施 1326311 例中，可使用一液體輸送系統來輸送羰基金屬前驅物氣體至處理 室1 〇 一旁通管線41位於自感測器45下游，並連接氣體管線12 與排氣線24。旁通管線41可用於排空氣體管線12 /並穩定地 羰基金屬前驅物氣體供應至處理室1。另外，位於氣體管12八 支下游之閥42係設置於旁通管線41上。 、' ’η 氣體管線12、14及41各具有其獨立的加熱器（未圖示），其 中氣體管線之溫度可加以控制，以避免羰基金屬前驅物凝結於^ 體管線中。氣體管線之溫度可控制於自約2〇它至約2〇〇 〇Γ，忐： 約25 °C至約150 °C。 ” 双目 可使用氣體管線18將稀釋氣體(例如Ar或He)自氣體源19 ，應至氣體魏12 ’該轉氣體可祕轉處理氣體或調整處理 氣體分壓。氣體管線18包含質量流量控㈣2G和閥21。質量产 里控制器16、20及間17、2卜42係由控制器4〇來控制，控制器 4〇控制了載氣、幾基金屬前驅物氣體及稀釋氣體之供廡、中止1 f動。感測器45亦連接至控制器40，且根據感測$ 45之輸出， j器jG可藉由質量流量控制II 16來控制載氣流量，以獲得流 至處理室1之期望羰基金屬前驅物氣體流量。 此外…還原氣體(如氫H〇可自氣體源61供應至氣體管線 髀、盾用處以在沈積金屬層上形成鈍化層的反應物氣體，可自氣 f ίH氣體管線64。質量流量控制器63、67和閥66、62 患40來控制’控制器4〇控制了來自氣體源61、65之 軋體之供應、中止及流動。 25传將排氣室23連接至真空抽吸系統130。真空泵浦 室/銘理室1至期望的真空程度，並於處理期間自處理 57可盘種。一自動塵力控制器⑽)59*收集11 (㈣） 或:浦25串聯使用。真空粟浦25可包含渦輪分子系浦 並葬1於處理期間，可將處理氣體通人至處理室1中， 藉者APC 59來調整室屋。Apc 59可包含蝶型間或間閥。收集器 11 1326311 57可自處理室1收集未反應之前驅物材料及副產物。 在處理室1中設置了三個基板升降銷26(僅圖示兩個），用以 支持、舉起和降下基板50。基板升降銷26係固定於托板27，並 可下降至基板支架2的上表面下方。一利用如氣缸之驅動 提供了用以升降托板27之裝置。藉著自動傳送系統(未圖 某 板50可經由閘閥30及室饋通通道29而被傳送進出處理室1，^ 為基板升降銷所接收。一旦自傳送系統接收了基板5〇 基板升降銷26，基板可降低至基板支架2的上表面。 一處理系統控制器140包含：一微處理器；一記憶體；及一 數位輸入/輸出埠，其能夠產生足以聯繫及活化處理系統1〇〇之 輸入並監控來自處理系統100之輸出的控制電壓。此 統控制器140連接至處理室i、前驅物輸送系统12〇、真 系、 ”、電源6及冷卻劑流體源10f，並可和上述者交換 ^ =驅物輸送系統120包含了控制器4〇及前驅物加熱器&。於 ί Τίΐίΐ: Γ處理系統控制器140連接至用於控制處理 iif的自動壓力㈣1159，並與其交师訊。—儲存於記憶 1〇0中根據所儲存的製程處方來控制前述處理系統
a «1 (Dell Corporation, Austin, Texas) ^ DELL PRECTSTnw WORKSTATION 610™ 〇 肌徵CISION 理機本發明一實施例之處理機台簡化方塊圖。處 itfLi處系統220、230、用以傳送處理機台簡内之
發明之一實施例中’處理機台2⑻可包含單IS ί雨ΐ ΐ i示之示範處理系統100;或者，處理機台可包 ΙΐΓ ϊ糸統。在圖2中，處理系統220和挪可例如 程：於化學氣相沈積製程中，自幾基二 鈍化層。該齡層可軸_如熱化學動目_製程^ 12 1326311 ，製程、電聚加強型的化學氣相沈積製程，或物理氣相沈積製程 。如圖1之控制器14〇般，控制器24〇可以是DELL pRECISi⑽ ΐΤ^Ιί)Ν 61G™°此外，圖1或圖2中之任一者可以通用電腦 糸統來貫施，如以下關於圖6所描述者。 ，了解.圖1巾之處理系統及圖2巾之處理機台僅為示範性 丄熟悉此技藝者應知，尚有為數眾多之特殊硬體及軟體可用以 施行於其中可實施本發明之方法的系統。
L Λ 一般而言’各式各樣之金屬層可由其相對應之麟金屬前驅 物來沈積，包括可分別由 W(C0)6、RU3(c〇)12、Ni(C0)4、M〇(CO)6、 C〇2(CO)8、Rh/CO；^、Re2(CO)1Q、〇33(〇))12及 cr(c〇)6 前驅物來沈積 W、Ru、Νι、Mo、Co、Rh、Re、Os及Cr金屬層。於低溫下自幾基 金屬前驅物來沈積低電阻金屬層，可容許將金屬層整合至需要低 基板溫度之後段製程(BE0L)處理方法中。 :般認為’藉由C0排除以及使C0副產物脫附離開基板，可 強化Ik基金屬剛驅物之熱分解以及後續金屬沈積之進行。金屬層 内包含C0副產物係因羰基金屬前驅物之不完全分解、c〇副產物自 金屬層的不完全移除、來自處理區之C〇副產物再度吸附於金屬層 上、及來自背景氣體之幾基金屬前驅物吸附於所沈積之金屬層上 專因素所致。降低製程壓力會造成氣態物種(如羰基金屬前驅物、 反應副產物、載氣及稀釋氣體）在基板上方之處理區中之滯留時 間縮短，接著可造成沈積於基板上之金屬層中的⑺雜質水平降 低；此外，降低處理區中之羰基金屬前驅物分壓會導致金屬層之 沈積速率降低。較低之沈積速率會減少反應副產物的量，其中藉 由使副產物有更多時間脫附離開金屬層，副產物即可混合（陷入） 於金屬層中。但於Re的情況下，未反應之前驅物會陷入Re金屬 層之表面’且隨後未反應之前驅物及Re金屬層兩者會和空氣中的 氧反應’而在表面上形成Re氧化物團粒。結合了 Re金屬容易被 氧化的特性，一般相信：若在Re金屬表面上存在未反應前驅物， 可促進Re氧化物團粒形成於表面上。 13 (S) 1326311 圖3A顯示了基板上之金屬層之横剖面概圖。此金屬層304 係由羰基銖前驅物來沈積，在一例中，Re金屬層304藉著在CVD 製程中熱分解Re2(CO)i。前驅物而沈積在處理系統(概示於圖1)中 之基板302上。沈積條件包含：基板溫度5〇〇 °c、處理室壓力50 inTorr(毫托）、前驅物容器溫度50 °C、Ar載氣流量200 scon(每 分鐘標準立方公分），以及Ar稀釋氣體流量20 sccm。所沈積的 Re金屬層厚度約為150埃(A)，沈積速率約為22 A/min。此一條 件下所沈積之Re金屬層顯示具有低表面粗糖度及電阻係數約μ 微歐姆-公分之良好形態。
在另一例中，Re金屬層304沈積於溫度為420。(：之基板上， 處理室壓力為50 mTorr、前驅物容器溫度為6〇 QC、Ar載氣流量 為200 seem且Ar稀釋氣體流量為20 seem，所沈積之Re金屬層 表現出具有低表面粗糖度之良好形態；該Re金屬層厚度約a， 沈積速率約為53 A/min。 、 吾人觀察到.在圖3A之Re金屬層304暴露於環境空氣中之 氧氣期間’ Re金屬層304之形態會惡化。目3B顯示了基板3〇2 之概略横剖面圖，該基板302包含一 Re金屬層304及在Re金屬 層304上之含Re團粒3〇6。於Re層304更暴露在周圍空氣中之後， 可藉由掃描式電子顯微鏡(SEM)來觀察團粒3〇6。 3包度為數十n元素分析顯示團粒 之3 J Re及0 ’根據兀素分析的結果’一般相信；團粒之形 又到在周圍空氣巾含氧之Re金屬層表面上部 曰 前驅物的反應所促進。 Re2(C0)l2 人明的實施例提供了—種鈍化金屬層的形成方法，以抑制 ^屬團粒於沈積Re金制上之成長。該方法包含：理 ，供-基板；使基板暴露於含絲金屬前驅物之處理氣至二 ί 相沈積製程中將Re金屬層沈積於基板上；在該g層上 it精f抑制以金屬層表面上之含金屬團粒之氧^發 原位（in-situ’不暴露於空氣中）形成鈍化層確保了後續金 (S) 14 1326311 f層暴露於含氧環境將不致於危害到下方此金 “基=物藝=二= 傷。^&=含4():314半%、介面層404及高介電常數層 基板心si基板、含㈣ %或瞧域'(=基 P型。舉例來說，介面層可為厚度介於約i〇 η S古匕^如、氮化層⑽0或氮氧化層（如s_)’’’。舉例 Ta2〇5、：電Λ數層二〇6可為金屬氧化物層或金屬矽酸Μ，如 i rSrSia、Laa、LaSia、γα 及腿。舉例來說二 400 與精神 408之 包數層棚上之金屬閘極電極層 極電極i 1可，電極層4〇8可包含Re，該金屬閘 到。θ 子乱相沈積製程中自羰基銖前驅物沈積而得 程參閘極電極層之製 氣流量可小於約500 sccm，^10·1謂與200麵間，載 載氣和稀職體可包含佩可秘約測Sccm。 =====可以在約獻與約峨之 1326311 圖4C顯示根據本發明一實施例之閘極疊層4〇2，其包含在金 =極，極層408上之鈍化層414，即鈍化金屬閘極層；該鈍化層 度可介於數A至數十A之間。在本發明之—實施例中，鈍 ^ 4 可以為包括 W、Ru、Ti、Ta、Ni、Mo、Co、Rh、Re 或 Cr， iif!1或ί種以上組合之金屬鈍化層，其係藉著電漿加強型化 二η積製程、原子層沈積製程或物理氣相沈積餘來沈積。 實，中’舉例來說，鈍化層414可為在熱化學氣相沈積 匕、猎由暴露金屬閘極電極層彻至—相縣的絲金屬前 ，氣體（如W(C0)6)而沈積於金屬閘極電極層娜上之含w金 1鈍化層。如上所述’縣銖縣熱化學氣相沈積製程而自Re: ，驅物氣體形成之Re金屬層’在環境氣體存在時很容易形成團 边反之’其他由相對應之幾基金屬前驅物所形成的金屬層卻未 。絲金屬層之—例’其可藉由熱化學氣相沈積製程而 自其叛基金屬前驅物來沈積，且不會形成團粒。因此應明 ^由熱化學氣相沈積製程所沈積之過渡金屬亦可作祕化層，其 中其縣金屬前驅物在熱處理期間係實f上或完全地分以避 免隨後的團粒產生。 遥ρϋ發明之另一實施例中’鈍化金屬層414可以是形成於金 凰Ρ^ϊ極層之上的切層或含碳層。含⑦層可藉由暴露金 =極電極層備至含魏體來形成，而該含魏體包括了 SiH4、 S^Hg、SiClzIL·、或Si£L·，或其兩種或兩種以上之組合。含碳層可 $暴露金刺極電極層概至含碳氣體來形成，職含碳氣體 T CH4 ^ C2Hs > C2H4 ^ C2H2 > CaHe ^ C2H5〇H > CHaCH2CH2〇H ^ CHaCOCHa =」8〇 ,或其雜或兩種以上之組合。熟悉本技藝者應明瞭：在 二延^本發明之齡與精神下，亦可採用其他含魏體與含碳氣 ，。更應明瞭「含⑦層」-财僅僅指純销，更包括含有來自 程之雜質或自下方金屬層擴散或遷移至石夕層之金屬的石夕。同樣 更應明瞭.「含礙層」-詞不僅僅指純碳層，也包括了含有來自製 程之雜質或自下方金屬層擴散或遷移至碳層之金屬的碳。 1326311 在本發明之另一實施例中’鈍化層414可為一含金屬層，沈 積於金屬閘極電極層408上’該含金屬層包括了金屬矽化物層、 金屬碳化物層、金屬氮化物層、金屬氧化物層或金屬硼化物層， 或其兩種或兩種以上之組合；含金屬層可以為W、Ru、Ti、Ta、Ni、 Mo、Co、Rh、Re、Os或Cr，或其兩種或兩種以上之組合所形成之 矽化物、碳化物、氮化物、氧化物或硼化物。純化物層414可藉 由暴露金屬閘極電極層408至與含矽氣體、含碳氣體、含硼氣體、 3氣氣體或含氧氣體’或其兩種或兩種以上之組合混合之含金屬 氣體(如羰基金屬前驅物）來形成。其中含矽氣體包括SiH4、Si2H6、 SiChH2、Si£le，或其兩種或兩種以上之組合；含碳氣體包括qj4、 C2H6、GH4、C2H2、GHe、C2H5〇H、CH£H2CH2〇H、CH3C0CH3 或 C4H8〇(四氫 呋喃），或其兩種或兩種以上之組合；含氮氣體包括N2、NH3、N〇、 或N2〇，或其兩種或兩種以上之組合；含氧氣體包括〇2 ;含硼 氣體包括BH4或BZH6或兩者。熟悉本技藝者應明瞭：在不違反本發 =之範噃與精神下，亦可採用其他含魏體、含碳氣體、含 體、含氧氣體、含硼氣體。 〃 雷搞化層414可藉由下列方法來形成：首先在金屬間極 體、含碳氣體、含_體、含氮氣體或含氧氣體1 其，巧_上之組合，在第二金屬薄層暴露於氣體之後，^ 程(如退火)以形成鈍化層414,其係藉由使梦、碳、氮、 =ϋίί進^;彡ίΤ金制極電極層彻上之第二金屬胃 層可以為金純化1414。該金屬純化 氮氣體、含氧氣體或含職體，或其兩種或 含 來 17 ⑧ 1326311 使碎、叙、乳、乳或棚，或其兩種或兩種以上之組合包含於金屬 閘極電極層408中，例如包含於其表面部份；或者，藉由將金屬 閘極電極層408暴露至含矽氣體或含碳氣體，以使一矽或碳層沈 積至金屬閘極電極層408上。接著，可進行高溫製程（如退火）， 以使Si或c原子包含於金屬閘極電極層4〇8中，因而形成金屬矽 化物或金屬碳化物純化層414。 根據本發明之一實施例，沈積之金屬閘極電極層4〇8及鈍化 f 414兩者可於同一處理系統中形成，如此可增加處理機台之產 置。在本發明之另一實施例中，金屬閘極電極層及鈍化層兩者可 於處理機台之不同的處理系統中形成。因此，今參照圖2，在一例 中口人可於處理糸統220中沈積金屬層，且可於處理系統mo 中形成純化層。 於本發明之一例中，Re金屬層係利用在第一處理系統中之 =2(CO)1D前驅物氣體而於熱化學氣相沈積製程中沈積在基板上。 ^ ’將基板雜（in-situ，不暴露至_^氣)傳遞至第二處理 系統，该處理系統係用以經由W(；c〇)6前驅物氣體而將w鈍化声 ，於Re金屬層上。沈積W鈍化層係於基板溫度5〇〇 〇c、處理士壓
f本發明之另-實施例中，Re金屬層係利用在曰第一處理 。前驅物氣體’而在熱化學氣相沈積製程中沈積於基 $。接著’將基板傳遞進人第二處理系統中， 利用SiH4氣體來使-含雜化層沈積於 二。= 金屬層上的含魏化層，可在後疊S 露於外界空氣時，防止團粒形成於Re金屬層上。 ，本發明之又—實施例中，Re金屬層日係自—處理系 驅物氣體而沈積於基板上。接著，藉由I :屬:暴 硌於Re2(CO)i〇前驅物氣體及顺3氣之混合物，而在Re金屬層上形 成二氮化銖鈍化層。之後’藉由使氮化銖鈍化層暴露於&队及出 之氣體混*合物，而在氮化銖鈍化層上沈積一含矽鈍化層。所有氣 體暴露均在基板未暴露至外界空氣下施行。在此觀察到：包含形 成於氮化銖鈍化層上之含矽層之鈍化層，於後續閘極疊層暴露於 外界空氣時，可防止團粒形成於Re金屬層上。
圖5顯示根據本發明一實施例之包含鈍化金屬層之圖案化閘 極電極結構的概略横剖面圖。閘極電極結構500包含：基板510、 源極區520和汲極區530、介電側壁間隔件540和570、介面層 550、高介電常數層560、金屬閘極層58〇及鈍化層59〇。鈍化層 590可於沈積金屬閘極層58〇後形成，藉此在後續製造包含閘極電 極結構500之半導體裝置所施行的處理步驟期間保護金屬閘極層
圖6顯示一種可利用來施行本發明實施例之電腦系統ι2〇1。 該電腦系統1201可作為圖1及圖2之控制器14〇及240，以施行 上述任何或全部之功能。該電腦1201包含匯流排1202或其他用 以溝通訊息之通訊機構，以及一連接於匯流排12〇2以處理訊息之 處理器1203。該電腦系統1201尚包含一主記憶體1204，如隨機 存取记憶體(RAM)，或其他動態儲存裝置（如：動態隨機存取記憶 體DRAM，靜態隨機存取記憶體SRAM)及同步動態隨機存取記憶g 7DRAM)，連接於匯流排1202以儲存訊息及待處理器丨2〇3執^之 才曰令。另外，主記憶體1204可用以儲存臨時變數，或處理器12〇3 執行指令_之其他中間資訊。電齡統更包^唯^3 體(ROM)1205或其他連接於匯流排1202之靜態儲存裝置（如：可程 式化唯項記憶體PROM，可抹除可程式化唯讀記憶體EpR〇M及電可 抹除可程式化唯敎鋪EEP_)，㈣儲存靜騎紐儲存給處 理器1203之指令。 電腦系統1201亦包括連接於匯流排12〇2之磁碟控制器 1206，以控制一個或多個儲存資訊及指令的儲存裝置，如磁式^ 4 碟1207，及卸除式媒體機1208(如：軟式磁碟機，唯讀式光碟機， 可5買寫光碟機，磁帶機及卸除式磁光機）。可使用一適當裝置介面 (如：小型電腦系統介面SCSI、整合式電子裝置（IDE)、加強型整 合式電子裝置（E-IDE)、直接記憶體存取（DMA)或超直接記憶體 - 存取（ultra-DMA))來將儲存裝置增添至電腦系統1201。 電腦系統1201亦可包含特殊用途邏輯裝置（如：特殊用途積 體電路ASIC)，或可配置（configurable)邏輯裝置（如：可程式 化邏輯裝置SPLD)，複雜可程式化邏輯裝置CPLD及場域可程式化 閘陣列FPGA(未圖示）。該電腦系統尚可包含一個或多個數位訊號 處理器DSP(未圖示），如德州儀器（Texas Instruments)之TMS320 •系列晶片’如摩托羅拉（Motorola)DSP56000、DSP56100、 DSP56300、DSP56600、DSP96000 系列晶片，朗訊技術公司（Lucent Technologies)之 DSP1600、DSP3200 系列，或 Analog Devices 公 司之ADSP2100、ADSP21000系列。亦可使用其他特別設計來處理 已被轉換為數位領域之類比訊號之處理器。 電腦系統1201亦可包含一連接於匯流排丨202之顯示控制器 1209，以控制用於顯示資訊給使用者之顯示器121〇。該電腦系統 包含輸入裝置，如鍵盤1211及指向裝置1212，用以和使用者互動 及提供處理器1203資訊。舉例來說，該指向裝置1212可以為滑 φ 鼠、軌跡球或指向棒’用以溝通方向資訊、對處理器1203作指令 選擇，及控制顯示器上之游標移動。另外，一印表機（未圖示）可 提供由電腦系統1201所儲存/或產生之資料之列印清單。 該電腦糸統執行了一部份或全部本發明之處理步驟，以對執 行包含於記憶體（如主記憶體）中之一或多個指令之一或多個序 列之處理器1203作回應，且此類指令可自另一雷腦可堉姐體广 硬碟1207或卸除式媒體驅動器機1208)讀入主記憶體内。'亦可利 用在多處理配置中之一或多個處理器來執行包含於主記憶體12〇4 中之指令序列。在另一實施例中，硬線電路可取代軟體指令或與 軟體4曰令結合使用。因此，實施例並不限於任何特定的硬體或軟 1326311 . 體組合。 如上所述’電腦系統1201包含至少一電腦可讀媒體或記憶 ，，用以容納根據本發明之教示所撰寫的程式齡，及用以^ 為料結構、表格、記錄或其他於此所描述之資料。電腦 ，例如光碟、硬碟、軟碟、磁帶、磁光碟、PR0MS (EPR0M M、 弁;閃Ε·Μ )、麵、蠢、麵M或购其他 任何其他光學媒體、打孔料、紙帶，或= 式樣之實魏體、做（如下述）或任何其他電腦可讀取之^體。 或電腦可讀碰組合上，本發明包含__電 ，系統、用以驅動一或多個施行本發明之裝置、用 糸統1201能夠和人類使用者(例如處理祕人員）互動之軟體。此 =軟體可包含但不祕裝置㈣器、健系統、發展 電腦可讀媒體更包含本發明之電腦程式產品 分時械行本㈣稍騎之铸或部份(若為 ，發明之程式碼裝置可為任何可編戰可執行程式韻構， 。3但?限於劇本(seripts)、可編譯程式〇齡阶_6 連絲絲(DLLS)、級綱Uava及 執^式^此外，可將部份本發明之製程分散，以獲得較 佳效能、可靠度及/或成本。 騎奴 此處所使用之「電腦可讀媒體」一詞意指參盥 =,3執行之任何媒體。電腦可讀取媒體，可以處 媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。舉例來說’ ϊ 、銅線及光纖，並包括構成匯流排_之= 資料通訊J核或線Μ，如於無_波及紅外線 各種形式的電腦可讀媒體，皆可參與實行提供給處理器1203 21 1326311 帶於一遠端電腦之磁碟上開始指令可被攜 電話線來發送指令。-= j巧叔並使用數據機透過 - 來將f料轉換成紅外線訊號。 之資料，並i該資料收攜t於紅外線訊號上 帶至主記_ 12G4，將㈣ —杜八丄^ 可自該主記憶體1204檢索並執 仃曰々。由主圮憶體12〇4所接收之指令可在處理器12 或後任意地儲存於儲存裝置12〇7或12〇8中。。 月' 1213電時也包含連接於匯流排⑽2上之通信介面 > 3忒通彳5 ;丨面1213提供連接於網路鏈接1214之雙向資 信，而該網路鏈接1214連結至例如區域網路(LAN)1215，或連结 至另-通信網路1216如網際網路。舉例來說，通信介面1213 ^ 以，網路介面卡，以連接至任何封包交換區域網路^於另一例， 通信介面1213可以為非對稱數位用戶線⑽SL)卡、整合服務數位 網路（ISDN)卡或數據機，以提供連接至相對應類型通信線之資料 通信；亦可施行無線鏈接。在任何諸如此類之施行中，通俨介面 1213發送和減電子、電磁或光學城’而這些訊賴帶了° 各種類型資訊的數位資料流。 網路鏈接1214典型地透過一或多個網路提供資料通訊給其 他^料裝置。舉例來說，網路鏈接1214可藉由區域網路(如LA^'， 或措由服務k供者所插作的設備，而提供連接至另一電腦，甘中 該服務提供者係透過通信網路1216來提供通信服務。區域網路 1215及通彳§網路1216使用例如電子、電磁或光學等攜帶了數位資 料流的訊號，以及相關聯的物理薄膜（如：CAT 5電镜、同軸電纔、 光纖等）。透過各種網路之訊號以及於網路鏈接1214上及經過通 信介面1213之訊號可以基頻訊號或載波訊號來實施，其中該^號 係將數位資料攜入及攜出電腦系統1201。基頻訊號係以表述^位° 22 ⑧ ^ψόΙΙ 可調變電脈波來傳遞數位資料，其中「位元」一詞 ί數f ί^ϊ為符號，每—符號傳遞至少―或多個f訊位元； 二以用來調變載波，例如於傳導媒體上傳遞之 媒ΐ時=2頻率位移鍵減號，或於電磁波行經-傳導性 ϋ數位資料可透過「有線」通信頻道而以未調 傳遞，及/或藉由調變載波而在不同於基頻 ，預疋頻页内來發送。電腦系統1201可透過網路1215及1216、 =鏈接1214及通信介面1213來傳輸並接收資料，包括程 二夺’7網，鏈接1214可透過區域網路m5而提供連接至行動裝 罝以17 ’κ，如個人數位助理（PDA)、筆記型電腦或手機。 電腦系統聰可用以施行本發明之方法，以在處理機台中形 ^化金屬層，·電腦系統更可藉由將基板暴露在含有絲金 j =驅物的處理氣體巾*在熱化學氣減積餘帽金屬沈積於 暴扳上，並在金屬層上形成一鈍化層。 雖然只對本發明之數個實施例進行詳細說明，但熟知此技藝 者應明瞭：在實質上不背離本發明之新穎教示及優點之下，可實 施某些改變或修改。因此，所有諸如此類之修改皆應包含於本發 明之範疇内。 【圖式簡單說明】 圖1為根據本發明一實施例之處理系統之簡化方塊圖，該處 理系統係用以形成純化金屬層。 圖2為根據本發明一實施例之處理機台之簡化方塊圖，該處 理機台係用以形成鈍化金屬層處理系統。 圖3A-3B顯示形成於基板上之金屬層之概略横剖面圖。 圖4A至4C係根據本發明一實施例之用以形成閘極疊層之處 理順序的概略横剖面圖，該閘極疊層包含鈍化金屬層。 圖5係根據本發明一實施例之包含鈍化金屬層之圖案化閘極 電極疊層的概略橫剖面圖。 23 1326311 圖6顯示可用於施行本發明實施例之通用電腦。 【主要元件符號說明】 1 :處理室 la:上部腔室 lb :下部腔室 '· 2 :基板支架 3:支持構件 ' 4 :導環 5 :加熱器 鲁 6 :電源 10 :喷淋頭 10a :喷淋頭板 10b :氣體輸送孔 10c :開口 10d :氣體分配室 10e :冷卻劑流管道 10f :冷卻劑流體源 12 :氣體管線 鲁 13 :前驅物容器 13a :前驅物加熱器 14 氣體管線 15 氣體源 16 流量控制器 17 閥 18 氣體管線 19 氣體源 20 流量控制器 21 閥 24 ⑧ 1326311
22 ： 環形孔 23 : 排氣室 24 : 排氣線 25 : 真空豕浦 26 : 基板升降鎖 27 : 托板 28 : 驅動機構 29 : 室饋通通道 30 : 閘閥 40 ： 控制器 41 : 旁通管 42 ： 閥 45 : 感測器 50 : 基板（晶圓） 55 : 羰基金屬前驅物 57 ： 收集器 59 : 自動壓力控制器 60 ： 製程區 61 : 氣體源 62 : 閥 63 : 流量控制器 64 : 氣體管線 65 : 氣體源 66 : 閥 67 : 流量控制器 100 ••處理系統 120 :前驅物輸送系統 130 :真空抽吸系統 140 :處理系統控制器 ⑧ 1326311 200 :處理機台 210 :自動傳送系統 220 :處理系統 230 :處理系統 240:控制器 302 :基板 * 304: Re金屬層 3 0 6 .團粒 400 :閘極疊層 403 :基板 鲁 404 :介面層 406 :高介電常數層 408 :金屬閘極電極層 414 :鈍化層 500 :閘極結構 510 :基板 520 :源極 530 :汲極 540 :介電側壁間隔件 癱 550 :介面層 9 關：高介電常數層 570 :介電側壁間隔件 580 :金屬閘極層 590 :純化層 1201 :電腦系統 1202 :匯流排 1203 :處理器 1204 :主記憶體 1205 :唯讀記憶體 26 ⑧ 1326311 1206 :磁碟控制器 1207 :磁式硬碟 1208 :可移除式媒體驅動器 1209 :顯示控制器 1210 :顯示器 ' 1211 :鍵盤 : 1212:指向裝置 1213 :通信介面 1214 :網路鏈接 1215 :區域網路 • 1216 :通信網路 1217 :行動式裝置

Claims (1)

  1. ^26311 第94133929 ^專利申請案中文申請專利範圍修正太(盔劃線) 十、申請專利範圍年2月9_τ 包含^ —種在積體電路之閘極疊層中形成鈍化金屬層支方法一，其 理，統之—處理室中提供—半導體基板，其 數】i成於氧化物、氮化物、或氮氧化物介面層上的高^常 氣相、Stiff銖前驅物之處理氣體’以於熱化學 於以屬錄層上;及 化層係有效地抑齡_粒^金錢其長中該純 化金屬層之;:利m上c體電路之，疊層切成鈍 石夕或碳擴散至該銖金屬層之化層或含碳鈍化層退火而使 轉變為石夕化銖或碳化銖鈍化層=又面晶令’俾將該表面部分 化金屬 統中 .如申請專利範圍第1項 i層之方法，其巾該鍊全^^路之_疊層切成越 課金屬層及該銳化層形成於同—處理系 4.如申請專利範圍第丨項 化金屬層之方法，其中該鍊路之’疊層t形成鈍 統中。 ” s及該鈍化層形成於不同處理系 種鈍化金屬層之形成方 在-處理系統之—處理室中^ j 3 : 將該基板暴露於包含羰美供基板， 氣相沈積製程中將-錁金處理氣體’以於熱化學 將該鍊金屬層暴露於—=積 該乳肢包含矽、碳、氧、或硼、 28 或其兩種或兩種以上之組合； 芦之=基，S 使矽、碳、氧或硼個別地擴散至該銖金屬 1之至厂衣面部份中，俾將該表面部分 蚀屬 石反化銖、氧化銖、或卿化銖鈍化芦 ς 、 鍊、 粒在鍊金顧表社之氧·縣:。該鈍化層姐地抑制含銖團 气圍第5項之鈍化金屬層之形成方法，其中該 、SlChH2、Si£h、CH4、⑽、娜、C晶、咖、 fiL' ' ™3'αΗδ0'02'ΒΗ4' ^^ 或兩種以上之組合。 人/、叩裡 7· —種鈍化金屬層之形成方法，其包含： 在一處理系統之一處理室中提供一基板； "將該基板暴露於包含騎驅物之處理氣體，以於熱化學 氣相巧積製程中將一銖金屬層沈積於該基板上；及 j由將該鍊金屬層暴露在裁基金屬前驅物氣體及含石夕氣體、 含碳氣體、含氧氣體或含硼氣體、或其兩種或兩種以上之組合， 在該鍊金屬層上形成一鈍化層藉此該鈍化層係以下至少其^之 一：金屬矽化物層、金屬碳化物層、金屬氧化物層、金屬硼化物 層、或其組合，且其中該鈍化層有效地抑制含銖團粒在鍊金屬層 表面上之氧誘發成長。 8.如申請專利範圍第7項之鈍化金屬層之形成方法，其中： 該羰基金屬前驅物包含 W(C0)6、Ru3(CO)12、Ni (C0)4、M〇(CO)6、 C〇2(CO)8、Rh4(CO)12、Re2(C0)1Q、0s3(C0)12、或 Cr(c〇)6、或其兩種 或兩種以上之組合； 該含矽氣體包含SiH4、ShHe、SiChfL·、Si£l6、或其兩種或兩 種以上之組合； 該含碳氣體包含 CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CsHe、C2H5OH、CH£H£MH、 29 CH3C0?:?^或其兩種或兩種以上之組合； 該含氧氣體包含〇2 ; 該含硼氣體包含BH4、B2H6或兩者。 9.-種鈍化Re層之形成方法，其包含： 在一處理系統之一處理室中提 ‘體，以於化學氣 露:處· 在該Re層上形成—鎢鈍化層，及 在該鎢鈍化層上形成一矽鈍化層， 之及魏化層係有效地嫌6團一表面上 鎢鈍^層如^^^第9項之鈍化Re層切成方法，其中該 而形成I a 予_沈補程巾將該Re層暴S於ΐ(〇))6 功/L如申請專利範圍第9項之鈍化Re層切#姐甘士 矽鈍化層储纟在 ςΑ料，其中該 咖、sl2H6、SlCl2H2、1鶴鈍化層暴露於 成。 Cle或其兩種或兩種以上之組合而形 12.如申請專利範圍第9項之鈍化此層之 Re層及該鎢及魏化層形成於同一處理系統中^成方去，其中該 13·如，•專利翻第9項之鈍化&層 Re層及該鶬及销化層形成於不同處理系統中 其中該 Μ如申請專利範圍第9項之鈍化以層之形成方法，其中該 30 1326311 羰基銖前驅物包含Re2(；C〇；)1()。 15.如申請專利範圍第9項之純化反 將該基板退火’以使該鶴及魏化 j成方法’更包含 純化層。 9之至y 部份轉變為石夕化鎢 16·-種純化金屬層之形成方法，其包含： 在一處理系統之一處理室中提供-基板； 將該基板暴露於包含縣騎 氣相沈積製程中將—鍊金屬層沈積於該基ί上^及以於熱化子 於形成—鈍化層，其係藉由下=驟： 貫先，在該銖金屬層上形成一金屬層， ’、後將4金屬層暴露於含石夕氣體、含碳氣體 含氧氣體/含錢體、或其兩種或兩種以上之組合，以'及' ' 將嗖金'及/或硼擴散至該金屬層中，以 tit ^ ^ 發成Ϊ中該鈍化騎效地抑制含銖陳在銖金屬層表面上之氣誘 十一、圖式
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