TWI461561B - Film forming method and film forming device - Google Patents

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Description

成膜方法及成膜裝置
本發明是關於一般半導體裝置的製造，尤其是關於利用分解氣相原料之成膜方法及成膜裝置。
現今的半導體積體電路裝置，隨著微細化的趨勢，層間絕緣膜中所形成之銅(Cu)介層窗插塞(via plug)的直徑從65 nm縮小到45 nm，預測不久的未來介層窗插塞(via plug)會更加縮小到32 nm或22 nm。
隨著這樣半導體積體電路裝置的微細化，基於階梯覆蓋率(step coverage)的觀點，依照習知的PVD(physical vapor deposition)法，於微細的通孔(via hole)或配線溝槽形成金屬阻障膜或者Cu晶種層(Cu seed layer)會有困難，在不會對由低介電率材料(low-K材料)所形成之層間絕緣膜造成損壞的低溫下，利用可以實現優異的階梯覆蓋率(step coverage)之MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)法或ALD(atomic layer deposition)法進行成膜的技術正在研究中。
不過，MOCVD法或ALD法，由於一般是使用金屬原子與有機基結合的有機金屬原料，因而容易在所被形成的膜中殘留雜質，故乍看下即使有良好的階梯覆蓋率(step coverage)形成的膜，膜質仍不穩定，且例如以MOCVD法，將Cu晶種層形成在鉭Ta金屬阻障膜上時，所被形成的Cu晶種層容易發生凝結，要形成既穩定又以一樣的膜厚覆蓋Ta阻障膜之Cu晶種層會有困難。將發生凝結的晶種層作為電極進行Cu層電解電鍍的話，會在充填配線溝槽或者通孔(viahole)之Cu層中含有潛在性的缺陷，不僅會引發電阻的增加，還會引發劣化電子遷移(electron migration)耐性或應力遷移(stress migration)耐性等的問題。
於是，近年所提案的方法為以使用金屬羰基化合物原料的金屬膜之MOCVD技術，直接將金屬阻障膜或者Cu晶種層形成在層間絕緣膜上。金屬羰基化合物原料以較低的溫度容易熱分解即可以形成金屬膜，同時金屬羰基化合物原料的配位子(ligand)也就是CO不會殘留在被形成的膜中，直接排往成膜反應體系外，可以形成雜質極少之良質的金屬阻障膜或Cu晶種層。利用這種方法，可以例如使用W(CO)6 形成W膜來作為金屬阻障膜，或例如使用Ru3 (CO)12 形成釕(Ru)膜來作為Cu晶種層。
一方面，金屬羰基化合物原料具有在比較低的溫度下極容易分解的性質，故提案輸送原料的路徑(原料供應體系)為供應具有抑制分解作用的一氧化碳(CO)來作為載體氣體以抑制原料的分解之技術。
例如，形成Ru膜來作為Cu晶種層之技術係將Ru3 (CO)12 等的Ru之羰基化合物原料，以CO氣體作為載體氣體，供應到原料供應體系，以抑制輸送過程中Ru羰基化合物原料的分解。
第1圖為表示以前述關聯技術所形成的成膜裝置10之構成。
參考第1圖，成膜裝置10係利用排氣體系11進行排氣，具有裝備有將被處理基板W予以保持的基板保持台13之處理容器12，前述處理容器12中進而形成有被處理基板W進行進出之閘閥12G。
前述基板保持台13係內部設有加熱器(未圖示)，經由驅動管線13A，驅動所設置的加熱器，將前述被處理基板W保持在所期望的處理溫度。
前述排氣體系11係具有渦輪分子幫浦11A與乾式幫浦11B串聯連接之構成，經由開關閥11b，對渦輪分子幫浦11A供應氮氣。渦輪分子幫浦11A與前述處理容器12之間設有可變氣導式閥11a，將前述處理容器12內的全壓維持一定。進而，第1圖中的成膜裝置10中，為了要用乾式幫浦11B來真空粗抽前述處理容器12，設有將渦輪分子幫浦11A予以旁通之排氣路徑11C，在排氣路徑11C設有開關閥11c，在渦輪分子幫浦11A的下游側設有另外的開關閥11d。
從包括擴散器14A的原料供應體系14，以氣體的形式，經由氣體導入管線14B，對前述處理容器12供應成膜原料。
圖示的例子中，在前述擴散器14A中保持Ru的羰基化合物也就是Ru3 (CO)12 ，從包括MFC(mass flow controller)14b之擴散氣體管線14a，供應作為載體氣體的CO(一氧化碳)，氣化的Ru3 (CO)12 原料氣體則經由前述氣體導入管線14B和噴淋頭14S，與來自包括管線MFC 14c的管線14d之CO載體氣體一起作為由前述原料氣體及CO載體氣體所組成之處理氣體，供應至前述處理容器12。
進而，第1圖的構成係在前述原料供應體系14，設置包括起開關閥14g、14h和MFC 14e之供應Ar等的惰性氣體之管線14f，在經由前述管線14B供應至前述處理容器12之Ru3 (CO)12 原料氣體中添加惰性氣體。
進而，前述成膜裝置10中設有前述處理容器12、控制排氣體系11和原料供應體系14之控制裝置10A。
另外，被處理基板W的Ru膜係經由前述Ru3 (CO)12 原料進行以下的分解反應所形成。
Ru3 (CO)12 → 3Ru+12CO該反應由於成膜反應體系(處理容器)中存在之CO氣體的分壓很低則會向右側產生分解反應，故CO氣體朝處理容器12外排氣並且反應立即進行，結果是所被形成之膜的階梯覆蓋率(step coverage)惡化。因而，將前述處理容器12的內部設定為高濃度的CO氣體氛圍，抑制前述分解反應過度進行(日本專利文獻2)。
然則，本發明的發明者發現：如同第1圖使用習知的噴淋頭14S之成膜裝置10中，會有如第2圖所示被處理基板W上之Ru膜的沉積速度在基板面內並不均等，更具體上，發生基板中央部沉積速度很快但周邊部沉積速度很慢之面內沉積速度分布外觀的情況。隨著此發現還發現：會有被處理基板W的表面所形成之Ru膜也是如第3圖所示具有被處理基板W的中央部很厚但周邊部很薄之面內膜厚分布外觀，這時候的面內膜厚偏差達到15%的情況。
惟，前述第2、3圖的結果為使用內徑505 mm之大致圓筒形的處理容器，作為前述處理容器12，將直徑300 mm的矽晶圓作為被處理基板W，保持在前述基板保持台13上，前述噴淋頭14S與被處理基板W的間隔設定為18 mm，以1~2 sccm的流量，與流量100 sccm的CO載體氣體一起供應作為原料氣體的Ru3 (CO)12 氣體，在190℃的基板溫度下，進行Ru膜的成膜的情況。
於是，研發：這種面內沉積速度分布外觀或者面內膜厚分布外觀可以受到抑制之技術。
專利文獻1：日本專利特開2002-60944號公報
專利文獻2：日本專利特開2004-346401號公報
依據本發明的一個層面，提供一種成膜方法，其特徵為：將氣體中包括含有金屬羰基化合物的原料氣體及含有一氧化碳的載體氣體之處理氣體流，避開前述被處理基板表面，流至直徑方向上比被處理基板的外周還要更外側之區域，從前述處理氣體流中，令前述金屬羰基化合物朝向前述被處理基板表面擴散，對前述被處理基板表面進行金屬膜的成膜。
依據本發明的另一個層面，提供一種成膜裝置，其特徵為，具備有：保持被處理基板之基板保持台、及與前述基板保持台一起區隔成處理空間之處理容器、及直徑方向上在前述基板保持台的外側，將前述處理空間予以排氣之排氣口、及與前述基板保持台相對向設置在前述處理容器，將包括原料氣體和載體氣體之處理氣體供應至前述處理空間之處理氣體供應部；前述處理氣體供應部係當從垂直方向觀看前述基板保持台時，直徑方向上在比前述基板保持台上的前述被處理基板還要更外側的部分，形成有以前述處理氣體避開前述被處理基板流往前述排氣口的方式供應前述處理空間中之處理氣體導入部。
依據本發明的再一個層面，提供一種電腦可讀記錄媒體，是執行時，將令泛用電腦控制成膜裝置之軟體予以記錄之電腦可讀記錄媒體，其特徵為，前述成膜裝置具備有：保持被處理基板之基板保持台、及與前述基板保持台一起區隔成處理空間之處理容器、及直徑方向上在前述基板保持台的外側，將前述處理空間予以排氣之排氣口、及與前述基板保持台相對向設置在前述處理容器，將包括原料氣體和載體氣體之處理氣體供應至前述處理空間之處理氣體供應部；前述處理氣體供應部係當從垂直方向觀看前述基板保持台時，直徑方向上在比前述基板保持台上的前述被處理基板還要更外側的部分，形成有以前述處理氣體避開前述被處理基板流往前述排氣口的方式供應前述處理空間中之處理氣體導入部，前述處理氣體供應部為供應作為前述處理氣體的金屬羰基化合物原料，還供應作為載體氣體的一氧化碳；前述泛用電腦則是將前述基板保持台的溫度，控制在一氧化碳可以抑制前述金屬羰基化合物分解的溫度以下。
依據本發明，能夠將氣體中包括處理氣體及載體氣體之處理氣體流，避開前述被處理基板表面，流至直徑方向上比被處理基板的外周還要更外側之區域，來自前處理氣體流之前述處理氣體的化學種朝向前述被處理基板表面擴散，對前述被處理基板表面進行成膜，使前述被處理基板表面之面內沉積速度的變動受到抑制，且抑制所被形成膜之面內膜厚分布的變動。
有關本發明的研究基礎，本發明的發明者則是利用流速模擬，針對使用第1圖所示的噴淋頭之成膜裝置10中會對於前述第2圖或者第3圖的沉積速度和膜厚造成面內不均等的原因進行探討，獲得以下的結論。
第4圖為表示在第1圖的成膜裝置10中，使用一樣在與被處理基板W相對向的面形成有氣體噴出孔之通常的噴淋頭，作為噴淋頭14S，一面從基板保持台13的外周面所設置之排氣口排氣，一面由前述噴淋頭，將先前說明過的處理氣體供應給被處理基板W的表面並沉積Ru膜的情況下，模擬前述噴淋頭14S與被處理基板W之間的處理空間所形成之處理氣體流的流速分布之結果。此外，第4圖中的模擬結果中，明亮部分代表氣體濃度較高的部分，即代表壓力較高的部分。第4圖中以微小的箭頭表示圖中各點的氣體流，不過第4圖的描繪因像解析困難，所以在第5圖中以圖形的形式來表示被處理基板W的表面之處理氣體的壓力及流速的分布。
參考第4圖，得知：從前述噴淋頭14S對前述載置台13上，由前述噴淋頭14S當中，一樣被形成在面向前述基板保持台13上所保持的被處理基板W之側的氣體噴出口14s噴出氣體的情況，所被噴出的氣體沿著前述被處理基板W的表面高速流往外周部的排氣口。這時，圖中以虛線包圍表示，在由前述管線14B供應氣體之噴淋頭中心部的近旁，如第5圖所示氣體壓力稍大，又在被處理基板中心部的近旁，原料氣體往外周方向的流速很小，因而，被認為：如第6圖所示在被處理基板W的中心部近旁，原料的濃度很高，與此相對應，在被處理基板W的中央部，膜厚增加，導致前述第2圖說明過的膜厚分布。
一方面，由第4、5圖會明白，得知：在前述被處理基板W的表面形成直徑方向上流往外周的氣體流，該流速則是朝向被處理基板W的外周增加。此外，第4~6圖的模擬係針對使用300 mm直徑的晶圓來作為被處理基板W，使用直徑為370 mm且有直徑為6.5 mm的噴出孔14s隔著13.8 mm間隔一樣形成的噴淋頭來作為噴淋頭14S，進而將前述噴淋頭14S與被處理基板W的間隔設定為18 mm，以100 sccm的流量，將氣體供應給前述噴淋頭的情況進行。
基於這樣的結論，本發明的發明者構思：如第7圖所示，取代前述噴淋頭14S，改成使用在比被處理基板W的外側還要更外側的位置具有作為氣體導入部的氣體噴出開口部24s之處理氣體供應構件24S，作為氣體供應手段，將氣體供應到比前述被處理基板W的外側還要更外側，還使用由設置在比前述被處理基板W的外側還要更外側之排氣口(未圖示)進行排氣之構成，利用從前述外周部擴散到被處理基板W的表面之處理氣體的化學種，對前述被處理基板W上進行Ru膜的成膜。
第7圖的構成中，氣體對被處理基板W的表面直接進行供應係利用比前述處理氣體供應構件24S的開口部24s還要更內側之阻流部24B進行阻擋，使從被處理基板W外周部流通的氣體擴散之化學種到達前述被處理基板W的表面。
其結果被認為：如第8圖中的概略所述，在被處理基板W的表面形成一樣濃度的原料分布，且會在前述被處理基板W的表面進行一樣膜厚之Ru膜的成膜。
第9、10圖為使用與前述第2、3圖的實驗相同的成膜裝置，在相同條件下，將噴淋頭14S中位於比前述被處理基板W的外側還要更外側之最外周3列的氣體噴出孔予以拆除，阻塞氣體噴出孔進行Ru膜的成膜的情況，分別與前述第2、3圖的結果一倂顯示基板面內膜厚分布和基板面內沉積速度。
參考第9圖，得知：如此對比被處理基板W的外周部還要更外側一面供應處理氣體一面進行成膜，被處理基板W上所形成之Ru膜的膜厚之偏差的標準偏差量σ為從使用一樣形成有氣體噴出孔之噴淋頭時的15%減少到3%，又面內最大膜厚差△也從12.8減少到2.8。同樣，由第10圖會明白，沉積速度的面內分布也比使用噴淋頭14S的情況還要更大幅改善。
[第1實施形態]
第11A圖為表示本發明的第1實施形態的成膜裝置40之圖。
參考第11A圖，成膜裝置40中包括利用排氣裝置(未圖示)進行排氣之外側容器41、及被形成在前述外側容器41的內側，外周部形成有排氣口42A，經由前述外側容器41進行排氣之內側處理容器42；在前述內側處理容器42的底部設有保持被處理基板W的基板保持台43。前述基板保持台43為支撐基板保持台43及該外周部所卡合的環罩(cover ring)43A，前述環罩43A為與內側處理容器42之外壁的下端部相卡合，前述內側處理容器42為區隔成封閉的處理空間42S。
由處理氣體供應管線42D，對前述處理空間42S供應處理氣體，不過在前述處理氣體供應管線42D之前述內側處理容器42的開口部42d及前述基板保持台43上的被處理基板W之間，設有第11B、11C所示的阻流板42B，所被供應的處理氣體，經過被形成在前述阻流板42B的外周部之開口部42C，流往前述排氣口42A。惟，第11B圖為表示前述阻流板42B之平面圖。第11C為表示沿著第11B圖中的B-B’線之剖面圖。
參考第11B、11C圖，得知：前述阻流板42B是由成為前述內側處理容器42的一部分之凸緣部42Ba，及利用架橋部42Bc被支撐在前述凸緣部42Ba之阻流部42Bb所組成，前述阻流部42Bb則是前述凸緣部42Ba保持在內側處理容器42，在前述凸緣部42Ba形成有用來對前述內側處理容器42進行固定之螺栓孔42Bd。
前述基板保持台43係支撐與前述阻流板42B不同之阻流板43B，從前述開口部42C經過排氣口42A進行排氣之處理氣體，經過前述阻流部43B中的開口部43b，流往與第1圖的排氣體系11同樣的排氣體系。
於是，前述被處理基板W的表面，經由從通過前述開口部42C之處理氣體流擴散之Ru3 (CO)12 分子進行先前說明過的反應所形成的分解，以進行所期望Ru膜的成膜。
然則，先前的成膜裝置10中使用第7圖中的處理氣體供應構件24S來取代噴淋頭14S的情況，如第9、10圖所示，所被形成之Ru膜的膜厚和沉積速度之基板面內分布提高，且由第10圖會明白，沉積速度大幅減下降。
於是，使用第11A~11C圖的成膜裝置40，並不會犧牲所被形成之Ru膜的膜厚分布和沉積速度的面內分布，以提高沉積速度為目標，令前述阻流板42B的直徑D、阻流板42B與被處理基板W的距離G、開口部42A的高度C、以及形成在阻流板43B之開口部43b的寬度A進行各種改變，進行Ru膜的成膜實驗。前述開口部42A和開口部43b是作為插入前述成膜裝置40的排氣體系作為節流的作用。前述實驗係由前述處理氣體供應管線42D，與流量100 sccm的CO載體氣體一起供應1~2 sccm流量的Ru3 (CO)12 原料，在190℃的基板溫度下，進行Ru膜的成膜。
第12A圖為表示前述實驗結果的結論。第12A圖中，縱軸表示沉積速度，橫軸表示被處理基板W的面內位置。惟，基板上的面內位置為表示如第12B圖所示作為被處理基板W使用之直徑300 mm的矽晶圓的A-A’線上的位置。
參考第12A圖，「Ref」代表前述第10圖的實驗，「I」代表使用直徑D為200 mm的碟狀構件來作為前述阻流板42B，將前述距離G設定為67 mm，將前述排氣口42A的寬度C設定為19.5 mm，並將前述開口部43b的寬度A設定為77 mm的情況，「II」代表使用直徑D為300 mm的碟狀構件來作為前述阻流板42B，將前述距離G設定為67 mm，將前述排氣口42A的寬度C設定為19.5 mm，並將前述開口部43b的寬度A設定為77 mm的情況，「III」代表使用直徑D為300 mm的碟狀構件來作為前述阻流板42B，將前述距離G設定為25 mm，將前述排氣口42A的寬度C設定為19.5 mm，並將前述開口部43b的寬度A設定為77 mm的情況，「IV」代表使用直徑D為300 mm的碟狀構件來作為前述阻流板42B，將前述距離G設定為67 mm，將前述排氣口42A的寬度C設定為2 mm，並將前述開口部43b的寬度A設定為77 mm的情況，「VI」代表使用直徑D為300 mm的碟狀構件來作為前述阻流板42B，將前述距離G設定為67 mm，將前述排氣口42A的寬度C設定為19.5 mm，並將前述開口部43b的寬度A設定為2 mm的情況。
前述「Ref」的實驗中，平均沉積速度為3.6/分，該面內偏差的標準偏差量σ為2.8%，相對於此，前述「I」的實驗中，平均沉積速度為11.1/分，該面內變動的標準偏差量σ為11.6%，前述「II」的實驗中，平均沉積速度為12.4/分，該面內偏差的標準偏差量σ為5.0%，前述「III」的實驗中，平均沉積速度為8.9/分，該面內偏差的標準偏差量σ為17.7%，前述「IV」的實驗中，平均沉積速度為15.0/分，該面內偏差的標準偏差量σ為5.5%，前述「V」的實驗中，平均沉積速度為14.9/分，該面內偏差的標準偏差量σ為5.7%，前述「VI」的實驗中，平均沉積速度為15.5/分，該面內偏差的標準偏差量σ為5.4%。
由第12A圖得知：如第11A圖所示將來自處理容器42之排氣路徑的傳導在於排氣口42A和開口部43b予以節流，以提高成膜速度。另外，還得知：此時，與被處理基板W的直徑相同使用300 mm的直徑D比使用200 mm的直徑D來作為阻流板42B還要更提高成膜速度的面內分布。
因確認如此與被處理基板W相對向裝設之阻流板42B的直徑D會對被處理基板W上之成膜的面內均等性造成很大的影響，所以本提案的發明者在前述第11A~11C的成膜裝置40中使阻流板42B的直徑更加增加，設定為340 mm的情況，針對獲得之Ru膜的膜厚，檢測面內的均等性。其結果顯示在第13圖中。即使第13圖中也是與第12A圖相同，表示沿著第12B圖的A~A’線之面內位置，相對於此，縱軸表示對於被處理基板W的中央部(基板面內位置=0 mm)之膜厚予以規格化之Ru膜的膜厚。
參考第13圖，得知：阻流板42B的直徑D為300 mm比200 mm的情況(膜厚面內偏差的標準偏差量σ為11.6%)還要更具有優異的面內均等性(膜厚面內偏差的標準偏差量σ為5.9%)，再則前述阻流板42B的直徑D為340 mm又比300 mm的情況還要更具有優異的面內均等性(膜厚面內偏差的標準偏差量σ為2.9%)。尤其，結論是在直徑D由200 mm改變成300 mm的情況下，如此改變成膜厚之面內偏差的標準偏差值從11.6%變成5.9%，面內均等性的提高程度非常大，使用被處理基板W的直徑以上的直徑來作為前述阻流板42B，對於前述被處理基板W上之Ru膜的成膜提高面內均等性具有效果。
然則，如同先前所說明過，本發明的提案係在使用Ru等的金屬羰基化合物原料之金屬膜以CVD法進行成膜時，使用CO來作為載體氣體，即會抑制原料在輸送中的分解。另外，如同本實施形態，經由將金屬羰基化合物從被處理基板W的周邊部擴散到中心部，一面使用一氧化碳氛圍來抑制該擴散途中的分解，一面使用進行輸送的機構之基板處理裝置，其重點為維持擴散間CO進行金屬羰基化合物的分解之抑制效果，以進行階梯覆蓋率等的特性優異的成膜。
第14圖為表示Ru3 (CO)12 原料中添加CO氣體之基板溫度相對於抑制分解作用的效果之圖。第14圖中，縱軸表示Ru膜的成膜速度，橫軸表示基板溫度。另外，圖中，圖線I為表示以添加了CO的情況之前述Ru3 (CO)12 原料進行Ru膜的成膜，圖線II為表示CO氛圍中以前述Ru3 (CO)12 原料進行Ru膜的成膜。
參考第14圖，得知：基板溫度為200℃以下，CO氛圍中Ru3 (CO)12 膜的成膜速度非常小，實質上的分解受到抑制，不過基板溫度超過200℃，抑制效果則會逐漸減小，超過230℃則幾乎會喪失有效性。伴隨這點，第11A~11C圖的成膜裝置40中將被處理基板W的基板溫度設定在235℃以上的情況，如第15圖所示成膜為基板周邊部優先進行，會損及所期望成膜的面內均等性。
基於這樣的情況，第11圖的成膜裝置40中使用金屬羰基化合物原料來形成金屬膜的情況，例如使用Ru3 (CO)12 原料來形成Ru膜的情況，被處理基板W的基板溫度最好是在利用CO抑制羰基化合物分解的效果會有效地發生作用之例如230℃以下的溫度下進行成膜。另外，基板溫度為200℃以下，為了要使CO的分解抑制效果充分發生作用，基板溫度為200℃以下則更加理想。在CO存在下，由於100℃以上才會開始進行Ru3 (CO)12 原料的分解，故前述基板溫度最好是100℃以上。
此外，Ru膜往被處理基板W上的成膜速度也可以依據使一部分構成在第1圖所示的原料供應體系14之原料瓶的溫度上升而予以增加。
第16圖為表示一種第1圖的成膜裝置10中使用處理氣體供應部24S來取代噴淋頭14S之第7圖的構成之成膜裝置，當使原料容器14A的溫度改變時，改變沉積速度的面內均等性之圖。
第16圖中，資料「I」為在原料容器的溫度設定在75℃的情況，對應於先前第10圖的結果。相對於此，第16圖中，資料「II」為第7圖的構成中，將與第11圖的阻流板43B同樣的阻流板形成在基板保持台13的周圍的情況，其他的條件與資料「I」相同，不過得知：排氣路徑的傳導受到節流的結果，提升平均沉積速度直到6/分為止。資料「II」則是針對所被形成的Ru膜，沉積速度的面內偏差為標準偏差值被抑制在2%，確保優異的基板面內均等性。
進而，第16圖中，資料「III」為表示以第1圖的構成為基礎，在第7圖的構成追加了上述阻流板之成膜裝置中，將原料容器14A的保持溫度設定在85℃時沉積速度的面內分布。由第16圖會明白，得知：使前述原料容器14A的保持溫度從75℃增加到85℃，其他的條件維持相同，平均沉積速度從6/分增加到10/分為止，增加60%。即使是資料「III」，沉積速度的面內偏差仍為標準偏差值被抑制在2.6%，確保優異的基板面內均等性。
進而，第7圖或者第11圖的構成中，即使藉由將處理容器內的CO氣體分壓維持一定並使CO載體氣體的流量增加，仍可以使Ru膜的成膜速度增加。
第17圖為表示前述第11A~11C圖的成膜裝置40中，只使CO載體氣體的流量從100 sccm增加到200 sccm，其他的條件相同時Ru膜之沉積速度的面內均等性之圖。
參考第17圖，得知：CO載體氣體流量為100 sccm時14.9/分的平均沉積速度，經由使CO載體氣體流量增加到200 sccm，成為19.4/分，增加大約30%。另外，觀察沉積速度的面內偏差的話，即使是任何的情況均為標準偏差值被抑制在5.5~5.7%的範圍，確保優異的基板面內均等性。
第18、19圖為表示前述第11B圖所示之阻流板42B的一種變形例中之阻流板52B的構成。
參考第18、19圖，阻流板52B係以從垂直方向面對基板保持台43觀看時位於被處理基板W的外側的方式，沿著前述被處理基板W的外周，三列的開口部52b或者二列的開口部52c對應於前述第11A~11C圖的開口部11C而形成。例如，將前述開口部52b或者52c的直徑設定為6.5 mm，將間隔設定為13.8 mm，即與前述第11A圖的成膜裝置40同樣，能夠將處理氣體供應到前述被處理基板W之外周的外側。
[第2實施形態]
第20圖為在表示閒置狀態下本發明的第2實施形態之成膜裝置60的構成。
參考第20圖，前述成膜裝置60為在基台61上固定著外側容器62，在前述外側容器62的上部，裝著形成有處理氣體導入口63A之內側處理容器63的凸緣部63F。前述外側容器62則是對應於前述第11A圖的外側容器41，在該側壁面形成有被處理基板的搬進/搬出口62A。
一方面，前述內側處理容器63係對應於前述第11A圖的內側處理容器42，具有大致圓筒狀，第1圖的處理氣體供應管線14B所連接的處理氣體導入口63A，與中心軸大致一致設置在該上部。另外，在前述內側處理容器63形成有用來控制溫度的冷熱媒體通路63BN。
前述內側處理容器63的底部為張開，在前述底部，對應於前述第11A圖的基板保持台43之基板保持台64，以堵塞前述底部的方式形成在支持部64A的前端。其結果，前述內側處理容器63與基板保持台64一起區隔成處理空間63S。
前述基板保持台64的支撐部64A係經由電磁式或者油壓式的致動器(actuator)61A和搬送臂61a，保持在前述基部61，驅動前述致動器61A能夠如同圖中的箭頭所示進行上下運動。另外，前述支撐部64A及前述外側處理容器62的卡合部則是利用包括伸縮囊62c的密封部62C予以密封著。
在前述外側容器62的下部設有排氣口(未圖示)，經連接第1圖的排氣體系11，前述處理空間63S則會經由前述基板保持台64及其支撐部64A與外側容器62之間所形成的排氣路徑進行排氣。
由第20圖會明白，前述基板保持台64係在該周圍設有凸緣狀的阻流部64F，並在前述阻流部64F與前述內側處理容器63的下端之間形成有連續的排氣口63C。該排氣口63C係連續形成在比前述內側處理容器63上所保持之被處理基板W的外周還要更外側。前述排氣口63C的寬度即是傳導會因前述基板保持台64上下運動而改變。
進而，在前述基板保持台64埋設有加熱器64H，利用來自電極64h的驅動電流驅動。另外，在包括桿驅動部之該下端部641固定在前述外側容器62的一部分的狀態下，在前述基板保持台64形成有升降桿64L。於是，利用前述致動器61A使前述基板保持台64下降，前述升降桿64L則會由前述基板保持台64向上方突出，升起前述基板保持台64上所保持的被處理基板。另外，前述基板保持台64的內部，在前述加熱器64H的下方形成有用來通過冷熱媒體的冷熱媒體通路64B。
進而，前述基板保持台64中，具有被保持之被處理基板的外周所卡合之環罩64R，前述環罩64R則是貫穿前述基板保持台64向下方延伸出，具有卡合於前述外側容器62的一部之驅動部64r，當前述基板保持台64下降時，解除與前述被處理基板的卡合。
進而，第20圖的成膜裝置60係在前述內側處理容器63的內側，以比前述被處理基板的直徑還要更大的直徑，設置與前述基板保持台64上的被處理基板相對向而對應於前述第11aA圖的阻流板42B之阻流板65，前述阻流板65的周圍，對應於第11A圖的開口部42C之開口部65A形成在比前述基板保持台64上之被處理基板的外周還要更外側。前述阻流板65係在前述開口部65A的外側具有凸緣部65F，藉由利用螺絲65d來將前述凸緣部65F拴鎖在前述內側處理容器63的上半體63U予以固定。前述凸緣部65F的下部，仍是利用螺絲65e來拴鎖前述內側處理容器63的下半體63L。前述上半體63U和下半體63L與前述凸緣部65F構成前述內側處理容器63。
進而，第20圖的成膜裝置60中，為了要控制包括前述致動器61A的動作之全部動作，設有由安裝了程式的汎用電腦所組成之控制器66。
其次，參考第21~28圖來說明使用第20圖的成膜裝置之對矽基板上進行Ru膜的成膜處理之例子。
參考第21圖，經由前述控制器66，驅動使前述致動器61A往下方，藉由此方式，使前述基板保持台64下降而從前述內側處理容器63離間。其結果，對應於前述外側容器62的基板搬進/搬出口62A來加大排氣口63C的開口。在第21圖的狀態下，前述排氣口63C在上下方向上具有32.3 mm的寬度。在第21圖的狀態下，隨著前述基板保持台64的下降，升降桿64L突出前述基板保持台64的面，前述環罩64R也跟著往比前述基板保持台64的面還要更上方所離間的位置關係改變。
其次，如第22圖所示，已從前述板搬進/搬出口62A保持了被處理基板W之基板搬送機構的搬送臂71，經由前述加大開口的排氣口63C，插入前述升降桿64L與環罩64R之間的位置，如第23圖所示驅動前述升降桿64L的驅動部641使升降桿64L上升，以使被處理基板W離開前述搬送臂71。
進而，如第24圖所示，前述搬送臂71退出前述板搬進/搬出口62A，關閉閘閥(未圖示)。
其次，如第25圖所示，驅動前述致動61A，經由支撐部64A使前述基板保持台64上升，前述升降桿64L上所保持的被處理基板W利用基板保持台64予以保持。在此狀態下，前述排氣口63C在上下方向上具有10 mm的寬度。
其次，如第26圖所示，僅微量驅動前述致動器61A，使前述基板保持台64僅微量上升，前述排氣口63C在上下方向上的寬度設定在8 mm。另外，在此狀態下，前述環罩64R卡合保持在前述被處理基板W的側面。
進而，在第27圖的步驟，經由驅動前述致動器61A使前述基板保持台27再稍微上升，前述阻流板65與被處理基板W之間的距離設定在67 mm，又前述排氣口63C在上下方向上的寬度設定在2 mm，由前述處理氣體導入口63A導入由Ru3 (CO)12 氣體及CO載體氣體所組成的處理氣體，此導入的處理氣體，如第27圖中的箭頭所示，從前述阻流板65外周的開口部65A往排氣口63C排氣，經由分解從前述處理氣體流所擴散的Ru3 (CO)12 分子，Ru膜以一樣的面內沉積速度沉積，在前述被處理基板W的表面形成具有優異面內膜厚均等性的Ru膜。此外，經過前述排氣口63C所排出的處理氣體，通過前述外側容器62與基板保持台64或者該支撐部64A之間所形成的排氣路徑62B，由排氣口(未圖示)排氣。
第26圖的步驟中，將前述被處理基板W的溫度控制在200℃以上且230℃以下，使前述被處理基板W的周邊部之優先RU膜的沉積，利用所添加的CO氣體有效受到抑制，如同先前用第15圖進行說明過，可以避免對被處理基板W的周邊部之Ru膜的選擇性沉積之問題。
第27圖的步驟之後，前述被處理基板W利用基板搬送機構的搬送臂71予以取出(其說明省略)，成膜裝置60的狀態則如第28圖所示回到第20圖的狀態，沖洗前述內側處理容器62的內部。
本實施形態中，前述阻流板65不僅能夠使用先前第11B、11C圖說明過阻流板，還能夠使用第18、19圖已說明過的阻流板。
另外，本實施形態係經由將冷熱媒體流通在前述冷熱媒體通路63B或者64B，將前述外側容器62和內側處理容器63，例如將該溫度維持在80℃，即可以抑制往被處理基板W以外的部分進行Ru膜的成膜。
由以上的說明會明白，本發明提案並不侷限於以Ru3 (CO)12 氣體作為原料而與CO氣體一起進行供應之Ru膜的成膜方法，對於與CO氣體一起供應各別的羰基化合物，以形成W、Co、Os、Ir、Mn、Re、Mo等其他的金屬膜的情況也具有效果。
以上，已針對本實施形態說明了本發明，本發明並不侷限於該特定的實施形態，在申請專利範圍所述的要旨內，能夠作各種的變形變更。
本發明係依據2008年3月27日提案的日本專利特願2008-084551作為優先權主張的基礎，沿用該全部內容。
10．．．成膜裝置
11．．．排氣體系
12．．．處理容器
13．．．基板保持台
14．．．原料供應體系
40．．．成膜裝置
41．．．外側容器
42．．．內側處理容器
43．．．基板保持台
60．．．成膜裝置
61．．．基台
62．．．外側容器
63．．．內側處理容器
64．．．基板保持台
65．．．阻流板
71．．．搬送臂
W．．．被處理基板
第1圖為表示習知的Ru膜成膜所使用的具有噴淋頭之CVD裝置的構成之圖。
第2圖為說明本發明的課題之圖。
第3圖為說明本發明的課題之圖。
第4圖為表示使用噴淋頭之習知形成Ru膜成膜的概要之圖。
第5圖為表示第4圖中進行成膜所導致處理氣體的壓力面內分部及流速面內分布之圖。
第6圖為表示第4圖中進行成膜的面內原料分布及面內膜厚分布之圖。
第7圖為表示本發明中Ru膜進行成膜的概要之圖。
第8圖為表示本發明中Ru膜進行成膜的概要之圖。
第9圖為表示本發明中Ru膜進行成膜的概要之圖。
第10圖為表示本發明中Ru膜進行成膜的概要之圖。
第11A圖為表示本發明的第1實施形態的成膜裝置之圖。
第11B圖為表示本發明的第1實施形態的成膜裝置之圖。
第11C圖為表示本發明的第1實施形態的成膜裝置之圖。
第12A圖為表示利用第1實施形態形成Ru膜時沉積速度的面內均等性之圖。
第12B圖為說明第12圖進行測定之圖。
第13圖為說明第11A~11C圖中的成膜裝置之阻流板的尺寸效應之圖。
第14圖為說明一氧化碳氛圍中之Ru羰基化合物原料的抑制分解效應的溫度依存性之圖。
第15圖為表示在各種的基板溫度下沉積在被處理基板上之Ru膜的膜厚之面內不均等性與基板溫度的關係圖。
第16圖為表示原料容器的溫度變化導致RU膜之成膜速度的變化之圖。
第17圖為CO載體氣體的流量變化導致RU膜之成膜速度的變化之圖。
第18圖為表示第1實施形態的一種變形例之圖。
第19圖為表示第1實施形態的另一種變形例之圖。
第20圖為表示第2實施形態之成膜裝置的構成之圖。
第21圖為表示使用第20圖之成膜裝置的成膜步驟之圖(其一)。
第22圖為表示使用第20圖之成膜裝置的成膜步驟之圖(其二)。
第23圖為表示使用第20圖之成膜裝置的成膜步驟之圖(其三)。
第24圖為表示使用第20圖之成膜裝置的成膜步驟之圖(其四)。
第25圖為表示使用第20圖之成膜裝置的成膜步驟之圖(其五)。
第26圖為表示使用第20圖之成膜裝置的成膜步驟之圖(其六)。
第27圖為表示使用第20圖之成膜裝置的成膜步驟之圖(其七)。
第28圖為表示使用第20圖之成膜裝置的成膜步驟之圖(其八)。
24S．．．處理氣體供應構件
24s．．．氣體噴出開口部
13．．．基板保持台
W．．．被處理基板

Claims (13)

  1. 一種成膜方法，其特徵為：將氣體中包括含有金屬羰基化合物的原料氣體及含有一氧化碳的載體氣體之處理氣體流，避開前述被處理基板表面，流至直徑方向上比被處理基板的外周還要更外側之區域，從前述處理氣體流中，令前述金屬羰基化合物朝向前述被處理基板表面擴散，對前述被處理基板表面進行金屬膜的成膜；前述處理氣體流係由經由與前述被處理基板表面相對向配置且具有大於前述被處理基板的外周之外周之阻流板來流通前述處理氣體所形成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成膜方法，其中，前述直徑方向上在前述被處理基板的外側之區域設置構成節流之排氣口，藉由控制前述節流，以控制前述被處理基板表面進行成膜的成膜速度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之成膜方法，其中，前述成膜係在會產生以一氧化碳氣體抑制前述金屬羰基化合物的分解之效應的基板溫度下進行。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之成膜方法，其中，前述成膜係在230℃以下的基板溫度下進行。
  5. 一種成膜裝置，其特徵為：具備有：保持被處理基板之基板保持台；及與前述基板保持台一起區隔成處理空間之處理容器； 及直徑方向上在前述基板保持台的外側，將前述處理空間予以排氣之排氣口；及與前述基板保持台相對向設置在前述處理容器，將包括原料氣體和載體氣體之處理氣體供應至前述處理空間之處理氣體供應部，前述處理氣體供應部係當從垂直方向觀看前述基板保持台時，直徑方向上在比前述基板保持台上的前述被處理基板還要更外側的部分，形成有以前述處理氣體避開前述被處理基板流往前述排氣口的方式供應前述處理空間中之處理氣體導入部；前述處理氣體導入部中包括：前述基板保持台上所相對向配置之阻流板、及當從垂直方向觀看前述基板保持台時，沿著前述基板保持台上之被處理基板的外周，形成在前述阻流板之複數個開口部。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之成膜裝置，其中，前述複數個開口部係分別沿著前述外周延伸出。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之成膜裝置，其中，前述複數個開口部係形成沿著前述外周延伸出之開口部列。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之成膜裝置，其中，前述複數個開口部係形成沿著前述外周延伸出之複數列的開口部列。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之成膜裝置，其中，前述排出口係沿著前述基板保持台的外周，連續形成在前述 基板保持台的外周與前述處理容器之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之成膜裝置，其中，前述基板保持台係對於前述處理容器可接近/離間地保持著，藉由前述基板保持台相對於前述處理容器進行接近/離間，以使前述排氣口的傳導改變。
  11. 如申請專利範圍第5項所述之成膜裝置，其中，前述原料氣體包括金屬羰基化合物，前述載體氣體包括一氧化碳。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之成膜裝置，其中，前述基板保持台包括加熱器，前述加熱器利用控制裝置進行控制，前述控制裝置則是將前述基板保持台的溫度，控制在一氧化碳可以抑制前述金屬羰基化合物分解的溫度以下。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之成膜裝置，其中，前述控制裝置係將前述基板保持台的溫度控制在230℃以下。
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