TWI745427B - 成膜方法、成膜系統及其記憶媒體 - Google Patents

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TWI745427B
TWI745427B TW106130567A TW106130567A TWI745427B TW I745427 B TWI745427 B TW I745427B TW 106130567 A TW106130567 A TW 106130567A TW 106130567 A TW106130567 A TW 106130567A TW I745427 B TWI745427 B TW I745427B
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山內晉
林軍
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

提供一種在藉由鈷膜來填埋貫孔等的凹部時，難以產生接縫的技術。
一種成膜方法，係在具有形成凹部之表面的被處理基板上成膜出鈷膜，而藉由鈷膜來填埋凹部之成膜方法，具有：第1工序，係藉由使用有機金屬化合物之CVD法或ALD法來在被處理基板上成膜出鈷膜，而部分性地填埋進凹部內；第2工序，係將包含β-雙酮氣體與一氧化氮氣體的蝕刻氣體供給至被處理基板，來將以第1工序所成膜出之鈷膜部分性地蝕刻；以及第3工序，係再次藉由使用有機金屬化合物之CVD法或ALD法來在被處理基板上成膜出鈷膜，而進一步地填埋進貫孔內。

Description

成膜方法、成膜系統及其記憶媒體
本發明係關於一種成膜出鈷膜之成膜方法及成膜系統。
在半導體元件的製造過程中，會探討鈷膜來作為Cu配線之晶種或是與MOS型半導體中之Si的接觸部。鈷膜的成膜方法已知有使用有機金屬化合物氣體之化學蒸鍍法(CVD法)(例如專利文獻1)。
另一方面，近年來，作為鈷之用途則是在成為替代填埋貫孔之鎢的用途上受到矚目。
【先前技術文獻】
【專利文獻】
專利文獻1：日本特開2011-63848號公報
然而，如專利文獻1、2般，在藉由使用有機金屬的CVD來成膜出鈷膜，而填埋貫孔的情況，由於孔開口部附近的成膜速度會較孔底的成膜速度要大，故容易在鈷膜中產生未成膜空間之接縫。
從而，本發明之課題便在於提供一種在藉由鈷膜來填埋貫孔等的凹部時，難以產生接縫的技術。
為了解決上述課題，本發明第1觀點便提供一種成膜方法，係在具有形成凹部之表面的被處理基板上成膜出鈷膜，而藉由該鈷膜來填埋該凹部之成膜方法，具有：第1工序，係藉由使用有機金屬化合物之CVD法或ALD法來在被處理基板上成膜出鈷膜，而部分性地填埋進該凹部內；第2工序，係 將包含β-雙酮氣體與一氧化氮氣體的蝕刻氣體供給至該被處理基板，來將該鈷膜部分性地蝕刻；以及第3工序，係再次藉由使用有機金屬化合物之CVD法或ALD法來在該被處理基板上成膜出鈷膜，而進一步地填埋進該貫孔內。
上述第1觀點相關之成膜方法係可重複2次以上該第2工序與該第3工序。
該第1工序及該第3工序係可使用鈷脒鹽來作為該有機金屬化合物，並進一步地使用還原氣體來進行鈷膜之成膜。在此情況，較佳地，該第1工序及該第3工序係持續將被處理基板加熱至300℃以下來加以進行。
較佳地，該第2工序係使用於分子中之羰基鍵結有包含鹵素原子之烷基者來作為β-雙酮。在此情況，較佳地，該β-雙酮係包含六氟乙醯丙酮。又，以NO氣體流量/β-雙酮氣體流量來表示之NO氣體與β-雙酮氣體的流量比較佳地係在0.02~0.5的範圍，更佳地係在0.12~0.5的範圍。較佳地，該第2工序係持續將被處理基板加熱至200~250℃的範圍來加以進行，更佳地係加熱至220~240℃的範圍來加以進行。
可在第1腔室進行該第1工序及第3工序；在與該第1腔室不同之第2腔室進行該第2工序；會在真空中進行該第1工序至該第3工序，並在真空中進行該第1腔室及該第2腔室之間的被處理基板之搬送。又，可在相同腔室進行該第1工序至該第3工序。
本發明第2觀點係一種成膜系統，係進行如上述第1觀點的成膜方法之成膜系統，具有：成膜裝置，係實施該第1工序與該第3工序；蝕刻裝置，係實施該第2工序；以及真空搬送室，係連接有該成膜裝置與該蝕刻裝置，並具有在該成膜裝置與該蝕刻裝置之間進行被處理基板之搬送的搬送機構。
本發明第3觀點係提供一種成膜系統，係進行如上述第1觀點的成膜方法之成膜系統，具有成膜‧蝕刻裝置；該成膜‧蝕刻裝置係具有：1個腔室；成膜氣體供給機構，係將進行第1工序與第3工序之成膜處理的成膜用氣體供給至該腔室內；以及蝕刻氣體供給機構，係將進行第2工序之蝕刻處理的蝕刻用氣體供給至該腔室內。
本發明第4觀點係提供一種記憶媒體，係在電腦上作動且記憶有用以控制成膜系統之程式的記憶媒體，該程式係在實行時，會以進行如上述第1觀點的成膜方法之方式來讓電腦控制該成膜系統。
根據本發明，係在具有形成凹部之表面的被處理基板上成膜出鈷膜，而藉由該鈷膜來填埋該凹部時，於藉由使用有機金屬化合物之CVD法或ALD法來在被處理基板上成膜出鈷膜而部分性地填埋進凹部內後，藉由包含β-雙酮氣體氣體與一氧化氮氣體的蝕刻氣體來加以蝕刻，之後，由於會同樣地成膜出鈷膜，故會難以產生突出(overhang)，而難以在填埋後之鈷膜中產生接縫。
1‧‧‧層間絕緣膜
2‧‧‧貫孔
4a、4b、4c‧‧‧Co膜
100、300‧‧‧成膜系統
101、301‧‧‧真空搬送室
104‧‧‧成膜裝置
121、221‧‧‧腔室
122、222‧‧‧載置台
140‧‧‧氣體供給機構(成膜氣體供給機構)
240‧‧‧氣體供給機構(蝕刻氣體供給機構)
302‧‧‧成膜‧蝕刻裝置
W‧‧‧半導體晶圓
圖1係顯示本發明一實施形態相關之成膜方法的流程圖。
圖2係顯示本發明一實施形態相關之成膜方法的工序剖面圖。
圖3係顯示藉由以往的成膜方法而以鈷膜來填埋貫孔時之填埋狀態的剖面圖。
圖4係顯示在使用Hfac與NO來作為蝕刻氣體的情況，NO氣體相對於500sccm的Hfac氣體之流量與蝕刻量的關係之圖式。
圖5係顯示可實施本發明之成膜方法的成膜系統第1範例之概略圖。
圖6係顯示圖5之成膜系統所搭載的成膜裝置之剖面圖。
圖7係顯示圖5之成膜系統所搭載的蝕刻裝置之剖面圖。
圖8係顯示可實施本發明之成膜方法的成膜系統第2範例之概略圖。
圖9係顯示圖8之成膜系統所搭載的成膜‧蝕刻裝置之剖面圖。
圖10係顯示針對φ 160mm的貫孔重複2次Co膜之成膜的樣品1(a)，以及進行Co膜之成膜→蝕刻→成膜後的樣品2(b)之表面及剖面的SEM照片。
以下，便參照圖式就本發明實施形態來加以說明。
<成膜方法之實施形態>
首先，便參照圖1的流程圖及圖2的工序剖面圖，就成膜方法之一實施形態來加以說明。
本實施形態中，首先，如圖2(a)所示，係藉由使用有機金屬化合物氣體之CVD法或原子層層積法(ALD法)來對在層間絕緣膜1形成有貫孔2之被處理基板的半導體晶圓W(以下僅稱為晶圓)進行鈷(Co)膜4a之成膜，而將貫孔2內部分性地填埋為無法產生接縫的程度(步驟1)。
接著，如圖2(b)所示，將包含β-雙酮與一氧化氮(NO)的蝕刻氣體供給至晶圓W，而如圖2(b)所示，將一開始所成膜出之Co膜4a蝕刻為剖面V字狀(步驟2)。
接著，如圖2(c)所示，再度藉由使用有機金屬化合物氣體的CVD法或ALD法來成膜出Co膜4b，而進一步地填埋進貫孔2內(步驟3)。
之後，藉由既定次數重複步驟2與步驟3，來使得貫孔2成為幾乎被完全地填埋的狀態，而結束貫孔2之填埋。圖2中，係顯示在步驟3後，如圖2(d)所示，再度進行步驟2之蝕刻，進一步地如圖2(e)所示，再度進行步驟3來填埋Co膜4c，而結束貫孔2之填埋的範例，亦即，重複2次步驟2及步驟3的範例。
雖以往係藉由1次Co膜之成膜來填埋進貫孔內，但由於在此情況，會如圖3所示，貫孔2之開口部附近的成膜速度會較貫孔2底的成膜速度要大，故會在開口部附近產生突出，而在貫孔2內所填埋之Co膜5內部產生接縫。
相對於此，本實施形態中，係在步驟1的Co膜4a之成膜後，藉由以步驟2來使用β-雙酮及NO而蝕刻，便可將貫孔2內之Co膜控制性良好地蝕刻為剖面V字狀，而難以在步驟3之Co膜4b的成膜時產生突出，並可幾乎不形成有接縫來進行貫孔2之填埋。
雖步驟2及步驟3若是可以1次來完成填埋的話，便只要1次即可，但如本實施形態般，較佳地係重複2次以上。藉由重複2次以上，便可階段性地填埋貫孔，而可更確實地防止接縫產生。
步驟1及步驟3的Co膜之成膜係使用有機金屬化合物氣體並藉由CVD法或ALD法來加以進行。此時，可供給有機金屬化合物氣體與還原氣體，而藉由將有機金屬化合物氣體還原來成膜出Co膜，亦可將有機金屬化合物氣 體熱裂解而成膜Co氣體。又，在ALD法的情況，會藉由交互地供給有機金屬化合物氣體與還原氣體，來成膜出Co膜。在有機金屬化合物氣體的供給後，及還原氣體的供給後，便以腔室內之沖淨等來進行來自晶圓表面所殘存的氣體之去除。
有機金屬化合物係可使用以往CVD法之Co膜的成膜所使用者，例如可適當地使用上述專利文獻1所揭露的鈷脒鹽。鈷脒鹽係可舉例有例如二(N-叔丁基-N’-乙基-丙脒)鈷(II)(Co(tBu-Et-Et-amd)2)。又，使用鈷脒鹽之情況的還原氣體係可適當地使用包含羧酸之氣體，例如甲酸或醋酸。又，還原氣體亦可使用胺(NH3)或氫(H2)。又，還原氣體亦可使用該等2種以上。
成膜溫度較佳地係300℃以下，更佳地係120~250℃。又，成膜時之壓力較佳地係1.33~1333Pa(10mTorr~10Torr)。有機金屬化合物氣體的流量較佳地係在50~500sccm的範圍，還原氣體的流量係在50~500sccm範圍。
有機金屬化合物亦可另外使用雙環戊二烯鈷(二茂鈷)(Journal of Crystal Growth 114 1991年，pp364-372)等。
步驟2之Co膜的蝕刻如上述，係使用包含β-雙酮與一氧化氮氣體的處理氣體。β-雙酮較佳地係使用在分子中之羰基鍵結有包含鹵素原子之烷基者，例如六氟乙醯丙酮(Hfac)為佳。這是因為藉由鹵素原子的誘導效應，會使得羰基的氧原子的電子密度變小，而讓鍵結於氧原子的氫原子容易解離為氫離子。然而，僅有β-雙酮是不會使得為金屬之Co被蝕刻，而是藉由於其添加NO才能開始適當地蝕刻Co。如此般，藉由在β-雙酮，特別是如Hfac般之分子中的羰基鍵結有包含鹵素原子之烷基的β-雙酮與NO的組合，不僅可蝕刻貫孔附近之Co膜，亦可藉由調整NO流量來確保該等會到達至貫孔底部的時間，而蝕刻貫孔底部附近之Co膜，便可控制性良好地蝕刻Co膜，並能提高抑制接縫之效果。
β-雙酮氣體(Hfac氣體)的流量較佳地係在5~1000sccm的範圍。又，NO氣體的流量係相對於500sccm的β-雙酮氣體而較佳地為10~250sccm，更佳地為60~250sccm。在以流量比來表示時，較佳地係NO氣體流量/β-雙酮氣體流量=0.02~0.5的範圍，更佳地係在0.12~0.5的範圍。在使用Hfac來作為β-雙酮的情況，如圖4所示，在相對於500sccm的Hfac氣體而NO氣體為到 30sccm的低NO區域中，雖蝕刻量會急遽地增加，但低NO區域係有蝕刻會集中於貫孔開口部之傾向。相對於此，在NO氣體流量為60sccm以上時，便會有將氣體輸送至貫孔底部附近之時間上的餘裕，而可蝕刻貫孔底部附近之Co膜。又，雖在NO氣體為30sccm的低NO區域中，會有使得Co膜之蝕刻面的表面狀態惡化的傾向，但在NO氣體流量為60sccm以上時，則會使得Co膜之蝕刻面的表面狀態成為良好。
蝕刻時之溫度較佳地係200~250℃。在低於200℃時，便會使得蝕刻速率下降而使得生產性變差，在250℃以上時雖蝕刻速度會變高但卻會因裂解而變得容易吸入碳。更佳地係220~240℃。若在此範圍的話，蝕刻速率便會穩定而可有效地防止碳之吸入。
又，蝕刻時之壓力較佳地係133.33~13333Pa(1~100Torr)。
步驟1與步驟3之Co膜的成膜及步驟2之蝕刻係可分別以不同的裝置(腔室)來加以實施。在此情況，較佳地係將成膜裝置與蝕刻裝置連接於真空搬送室，而藉由真空搬送室所設置之搬送裝置來在成膜裝置及蝕刻裝置之間於真空氛圍中搬送晶圓般之真空系統來進行處理。
又，由於在Co膜成膜時的較佳溫度與蝕刻時的較佳溫度會重疊，而可以相同溫度或接近的溫度來進行Co膜成膜與蝕刻，故可在1個腔室內進行步驟1~3之處理。藉此，便可以高產率來進行步驟1~3的處理。
<成膜系統>
接著，便就可實施本發明之成膜方法的成膜系統之範例來加以說明。
(成膜系統之第1例)
圖5係顯示可實施本發明之成膜方法的成膜系統之第1例的概略圖。
如圖5所示，本範例之成膜系統100係具有剖面矩形之真空搬送室101，並在真空搬送室101長邊的一邊側透過閘閥G來連接有冷卻裝置102、成膜裝置103以及蝕刻裝置104。又，真空搬送室101長邊的另邊側亦同樣地透過閘閥G來連接有冷卻裝置102、成膜裝置103以及蝕刻裝置104。真空搬送室101內會藉由真空泵來加以排氣以保持在既定真空度。成膜裝置103會進行Co膜之成膜。又，蝕刻裝置104會在Co膜成膜後蝕刻Co膜。冷卻裝置102會在蝕刻裝置104之蝕刻結束後，而在再度藉由成膜裝置103來成膜出Co膜時， 用以冷卻晶圓W。
又，真空搬送室101短邊之一邊側係透過閘閥G1來連接有2個裝載室105。大氣搬送室106會夾置裝載室105而設置於真空搬送室101相反側。裝載室105會透過閘閥G2來連接於搬出入室106。裝載室105會在大氣搬送室106與真空搬送室101之間搬送晶圓W時，於大氣壓與真空之間進行壓力控制。
大氣搬送室106之裝載室105安裝壁部的相反側壁部係具有安裝有FOUP等收納晶圓W之載具C的3個載具安裝埠107。又，大氣搬送室106側壁係設置有進行矽晶圓W之對位的對位腔室108。大氣搬送室106內係形成有清淨空氣之下降氣流。
真空搬送室101內係設置有2個晶圓搬送機構110。一邊的晶圓搬送機構110可相對於真空搬送室101長邊的一邊側所連接之冷卻裝置102、Co膜成膜裝置103及蝕刻裝置104以及一邊之裝載室105來進行晶圓W之搬出入，另邊之晶圓搬送機構110可相對於真空搬送室101長邊的另邊側所連接之冷卻裝置102、Co膜成膜裝置103及蝕刻裝置104以及另邊之裝載室105來進行晶圓W之搬出入。
大氣搬送室106內係設置有晶圓搬送機構111。搬送機構111會相對於載具C、裝載室105、對位腔室108來搬送矽晶圓W。
成膜系統100係具有整體控制部112。整體控制部112係具有：主控制部；輸入裝置(鍵盤、滑鼠等)；輸出裝置(印表機等)；顯示裝置(顯示器等)；以及記憶裝置(記憶媒體)，該主控制部係具有控制冷卻裝置102、成膜裝置103、蝕刻裝置104的各構成部、真空搬送室101之排氣機構及晶圓搬送機構110、裝載室105的排氣機構及氣體供給機構、大氣搬送室106的晶圓搬送機構111、閘閥G,G1,G2的驅動系統等的CPU(電腦)。整體控制部112的主控制部係基於例如記憶於記憶裝置所內建之記憶媒體或記憶裝置所設定之記憶媒體的處理配方，來讓成膜系統100實行既定動作。
接著，便就成膜裝置103來加以說明。
圖6係顯示成膜裝置103的剖面圖。成膜裝置103如圖6所示，係具有：密閉構造之腔室121；設置於腔室121內部，且以成為略水平的狀態來載置 晶圓W的載置台122；對向於載置台122而設置之噴淋頭130；將成膜用氣體供給至噴淋頭120的氣體供給機構140；以及排氣機構150。
載置台122會成為俯視略圓形，且會被固定於腔室121底部。載置台122內部係埋入有加熱器123。然後，會藉由控制被施加至加熱器123的電壓，來將晶圓W加熱至既定成膜溫度。另外，雖未圖示，但載置台122係設置有以相對於其晶圓載置面而出沒的方式來升降晶圓W的複數，例如3根的升降銷。
腔室121之頂壁121a係形成有圓形孔121b，且會以從其朝腔室121內突出之方式來嵌入有噴淋頭130。噴淋頭130係用以將下述氣體供給機構140所供給之成膜用氣體噴出至腔室121內者，且其上部係具有第1導入路徑131、第2導入路徑132。噴淋頭130係具有基底構件133、噴淋板134、基底構件133與噴淋板134之間所設置之圓筒狀側壁135，且於內部形成有氣體擴散空間136。噴淋板134係形成有複數氣體噴出孔137。噴淋頭130會藉由加熱器(未圖示)而被加以加熱。
氣體供給機構140係具有儲存鈷脒鹽(Co-AMD)，例如二(N-叔丁基-N’-乙基-丙脒)鈷(II)(Co(tBu-Et-Et-amd)2)的成膜原料槽141。成膜原料槽141周圍係設置有加熱器(未圖示)，並可將成膜原料槽141內的成膜原料加熱至適當溫度。
成膜原料槽141係從上方來插入有供給例如由Ar氣體或N2氣體等的非活性氣體所構成的載體氣體用之載體氣體配管142。載體氣體配管142係連接有載體氣體供給源143，又，會介設有作為流量控制器的質流控制器144及其前後的開閉閥145。又，成膜原料槽141內係從上方來插入有原料氣體送出配管146，此原料氣體送出配管146另端會連接於噴淋頭130的第1導入路徑131。原料氣體送出配管146的噴淋頭130附近係介設有開閉閥147。
載體氣體配管142與原料氣體送出配管146之間會藉由分歧配管148來加以連接，此配管148係介設有閥149。另一方面，載體氣體配管142及原料氣體送出配管146中的配管148連接部分之下游側係分別介設有閥145a、147a。從而，便可藉由關閉閥145a、147a而開啟閥149，來將來自載體氣體供給源143的載體氣體作為沖淨氣體等，並經由載體氣體配管142、分歧配 管148、原料氣體送出配管146而供給至腔室121內
又，氣體供給機構140係具有供給由包含羧酸之氣體、NH3氣體、H2氣體等所構成之還原氣體的還原氣體供給源161。還原氣體供給源161係連接有還原氣體配管161一端，還原氣體配管162另端會連接於噴淋頭130之第2導入路徑132。還原氣體配管162的噴淋頭130附近係介設有開閉閥163。又，還原氣體配管162的還原氣體供給源161附近係介設有作為流量控制器的質流控制器164及其前後的開閉閥165。氣體供給機構140係進一步地具有供給例如由Ar氣體及N2氣體等的非活性氣體所構成的沖淨氣體用之沖淨氣體供給源171。沖淨氣體供給源171係連接有沖淨氣體配管172一端，沖淨氣體配管172另端會匯流於還原氣體配管162。沖淨氣體配管172係介設有作為流量控制器之質流控制器173及其前後的開閉閥174。
排氣機構150係具有連繫於腔室121底部所形成之排氣口151的排氣配管152、介設於排氣配管152並用於控制腔室131內之壓力的自動壓力控制閥(APC)153以及透過排氣配管152來將腔室131內排氣用的真空泵154。另外，雖未圖示，但會在原料氣體送出配管146與排氣配管152之間，以及還原氣體配管162與排氣配管152之間介設有預流管路，該等預流管路可藉由閥來加以開閉。藉此，便可不透過腔室121來進行將Co-AMD氣體及還原氣體流進至排氣配管152的預流。
腔室121側壁係形成有用以進行晶圓W之搬出入的搬出入口181，此搬出入口181會透過閘閥G來與真空搬送室101連接。
接著，便就蝕刻裝置104來加以說明。
圖7係顯示蝕刻裝置104的剖面圖。
成膜裝置104如圖7所示，係具有密閉構造之腔室221、設置於腔室221內部，並以成為略水平的狀態來載置晶圓W的載置台222、對向於載置台222而設置之噴淋頭230、將成膜用氣體供給至噴淋頭230的氣體供給機構240以及排氣機構250。
載置台222會成為俯視略圓形，並會被固定於腔室221底部。載置台222內部係埋入有加熱器223。然後，藉由控制被施加至加熱器223的電壓，來將晶圓W加熱至既定成膜溫度。另外，雖未圖示，但載置台222係以會相對 於該晶圓載置面而出沒的方式來設置有升降晶圓W的複數，例如3根的升降銷。
腔室221之頂壁221a係形成有圓形孔221b，並會以從此處朝腔室221內突出的方式來嵌埋有噴淋頭230。噴淋頭230係用以將下述氣體供給機構240所供給之蝕刻用氣體噴出至腔室221內，其上部係具有第1導入路徑231與第2導入路徑232。噴淋頭230係具有基底構件233、噴淋板234、在基底構件233與噴淋板234之間所設置之圓筒狀側壁235，且會於內部形成有氣體擴散空間236。噴淋板234係形成有複數氣體噴出孔237。噴淋頭230會藉由加熱器(未圖示)而被加以加熱。
氣體供給機構240係具有儲存為蝕刻氣體其中之一成分的β-雙酮，例如於分子中之羰基鍵結有包含鹵素原子之烷基者(例如六氟乙醯丙酮(Hfac))的槽241。槽241周圍係設置有加熱器(未圖示)，且可將槽241內之β-雙酮加熱至適當溫度。
槽241係從上方來插入有用以供給由例如Ar氣體及N2氣體等的非活性氣體所構成之載體氣體的載體氣體配管242。載體氣體配管242係連接有載體氣體供給源243，又，會介設有作為流量控制器之質流控制器244及其前後的開閉閥245。又，槽241內係從上方來插入有氣體送出配管246，此氣體送出配管246的另端會連接於噴淋頭230的第1導入路徑231。氣體送出配管246之噴淋頭230附近係介設有開閉閥247。
在載體氣體配管242與氣體送出配管246之間會藉由分歧配管248來加以連接，此配管248係介設有閥249。另一方面，載體氣體配管242及氣體送出配管246中的配管248連接部分之下游側係分別介設有閥245a、247a。從而，便可藉由關閉閥245a、247a而開啟閥249，來將來自載體氣體供給源243的載體氣體經由載體氣體配管242、分歧配管248、原料氣體送出配管246，來供給至腔室221內，以作為沖淨氣體等。
又，氣體供給機構240係具有供給為蝕刻氣體的另一成分的NO氣體的NO氣體供給源261。NO氣體供給源261係連接有NO氣體配管262一端，NO氣體配管262另端會連接於噴淋頭230之第2導入路徑232。NO氣體配管262之噴淋頭230附近係介設有開閉閥263。又，NO氣體配管262之NO氣體源261 附近係介設有作為流量控制器的質流控制器264及其前後的開閉閥265。氣體供給機構240係進一步地具有用以供給例如由Ar氣體及N2氣體等的非活性氣體所構成的沖淨氣體的沖淨氣體供給源271。沖淨氣體供給源271係連接有沖淨氣體配管272一端，沖淨氣體配管272另端會匯流於NO氣體配管262。沖淨氣體配管272係介設有作為流量控制器之質流控制器273及其前後之開閉閥274。
排氣機構250係具有連繫於腔室221底部所形成之排氣口251的排氣配管252、介設於排氣配管252且用以控制腔室221內之壓力的自動壓力閥(APC)253以及透過排氣配管252來將腔室221內排氣用的真空泵254。另外，雖未圖示，但在氣體送出配管246與排氣配管252之間，以及NO氣體配管262與排氣配管252之間介設有預流管路，該等預流管路可藉由閥來加以開閉。藉此，便可進行透過腔室221而將β-雙酮氣體及NO氣體流至排氣配管252的預流。
腔室221側壁係形成有用以進行晶圓W之搬出入的搬出入口281，此搬出入口281會透過閘閥來與真空搬送室101連接。
另外，蝕刻裝置104中，除了氣體供給機構240以外的腔室221、載置台222、噴淋頭230、排氣機構240都會構成為與成膜裝置103之腔室121、載置台122、噴淋頭130、排氣裝置140相同。
冷卻裝置102會設置有在腔室內具有溫控機構之載置台，並具有在蝕刻裝置104的蝕刻溫度較成膜裝置103之成膜溫度要高的情況，會於再度將以蝕刻裝置104所蝕刻的晶圓W搬送至成膜裝置103前，將晶圓W冷卻至成膜溫度附近的機能。
如上述所構成之成膜系統100中，首先係藉由晶圓搬送機構111來將晶圓W從大氣搬送室106所連接之載具C取出，而開啟任一裝載室105的閘閥G2來將晶圓W搬入至該裝載室105。在關閉閘閥G2後，將裝載室105內真空排氣。
在該裝載室105成為既定真空度的時間點開啟閘閥G1，而藉由晶圓搬送機構110來從裝載室105取出晶圓W。然後，開啟成膜裝置103之閘閥G，而將被保持於晶圓搬送機構110的晶圓W搬入至成膜裝置103。
藉由晶圓搬送裝置110來將晶圓W搬入至成膜裝置103之腔室121內，而載置於載置台122上後，便移回晶圓搬送裝置110，而關閉閘閥G。然後，藉由加熱器123來將晶圓W加熱至既定溫度，並將腔室121內排氣，而供給沖淨氣體及載體氣體來進行腔室121內的壓力調整，而進行Co-AMD氣體(例如Co(tBu-Et-Et-amd)2)氣體及還原氣體的預流。之後，便從預流管路來切換為原料氣體送出配管146及還原氣體配管162，並透過噴淋頭130來將Co-AMD氣體及還原氣體供給至腔室121內，來進行Co膜之成膜。此時，可同時供給Co-AMD氣體及還原氣體，並藉由CVD法來成膜出Co膜，亦可夾置腔室121的沖淨，而以交互地供給該等之ALD法來供給Co膜。
在成膜出Co膜，而在貫孔內進行既定Co膜的填埋後，便停止Co-AMD氣體及還原氣體，並在將腔室121內沖淨後，開啟成膜裝置103之閘閥G，而藉由晶圓搬送機構110來將成膜後之晶圓W從腔室121取出。然後，開啟蝕刻裝置104之閘閥G，而將被保持於晶圓搬送機構110的晶圓W搬入至蝕刻裝置104。
在藉由晶圓搬送機構110來將晶圓W搬入至蝕刻裝置104之腔室221內，而載置於載置台222上後，便移回晶圓搬送機構110，而關閉閘閥G。然後，藉由加熱器223來將晶圓W加熱至既定溫度，並將腔室221內排氣，而供給沖淨氣體及載體氣體來進行腔室221內的壓力調整，而進行為蝕刻氣體之β-雙酮氣體(例如Hfac氣體)及NO氣體的預流。之後，便從預流管路來切換為氣體送出配管246及NO氣體配管262，並透過噴淋頭230來將為蝕刻氣體之β-雙酮氣體及NO氣體供給至腔室221內來進行Co膜之蝕刻。
在將Co膜蝕刻為所欲形狀後，便停止β-雙酮氣體及NO氣體，而在將腔室221內沖淨後，開啟蝕刻裝置104之閘閥G，而藉由晶圓搬送機構110來將成膜後之晶圓W從腔室221取出。
之後，在依需要而藉由冷卻裝置102來將晶圓W冷卻至既定溫度後，便藉由搬送機構110來將晶圓再度搬入至成膜裝置103，並同樣地進行Co膜之成膜，來填埋貫孔內之Co膜的蝕刻部分。
之後，便依需要來重複既定次數蝕刻裝置104之蝕刻及成膜裝置103的成膜。
如此一來，在既定成膜機制結束後，便藉由搬送機構110來將晶圓W取出，而開啟閘閥G1，並從晶圓搬送機構110將晶圓W搬送至裝載室105，而關閉閘閥G1，來讓裝載室105內回到大氣壓。之後，開啟閘閥G2，並以晶圓搬送機構111來讓裝載室105內之晶圓W回到載具C。
可就複數晶圓W來同時並進地進行上述般的處理，而完成既定片數晶圓W之成膜處理。
本範例中，即便在成膜溫度與蝕刻溫度有所不同的情況，仍可在真空氛圍下連續地進行成膜與蝕刻，而可不產生接縫，且以高產率來進行貫孔內之Co膜的填埋。
(成膜系統之第2例)
圖8係顯示可實施本發明之成膜方法的成膜系統之第2例的概略圖。
如圖8所示，本範例之成膜系統300係具有平面形狀為七角形的真空搬送室301，且於真空搬送室301的4個壁部分別透過閘閥G連接有會總括地進行Co膜之成膜處理與蝕刻處理之成膜‧蝕刻裝置302。真空搬送室301內會藉由真空泵來排氣而被保持在既定真空度。
又，真空搬送室301的其他3個壁部係透過閘閥G1來連接有3個裝載室303。大氣搬送室304會夾置裝載室302而設置於真空搬送室301相反側。3個裝載室303會透過閘閥G2來連接於搬出入室304。裝載室303係在大氣搬送室304與真空搬送室301之間搬送晶圓W時，於大氣壓與真空之間進行壓力控制。
大氣搬送室304之裝載室303安裝壁部的相反側壁部係具有安裝將晶圓W收納之載具(FOUP等)C的3個載具安裝埠305。又，大氣搬送室304側壁係設置有進行矽晶圓W之對位的對位腔室306。大氣搬送室304內係形成有清淨空氣的下降氣流。
真空搬送室301內係設置有晶圓搬送機構307。晶圓搬送機構307係相對於成膜‧蝕刻裝置302及裝載室303來搬送晶圓W。晶圓搬送機構307係具有可獨立移動的2個搬送臂307a、307b。
大氣搬送室304內係設置有晶圓搬送機構308。晶圓搬送機構308會相對於載具C、裝載室303、對位腔室306來搬送矽晶圓W。
成膜系統300係具有整體控制部310。整體控制部301係具有：主控制部；輸入裝置(鍵盤、滑鼠等)；輸出裝置(印表機等)；顯示裝置(顯示器等)；以及記憶裝置(記憶媒體)，該主控制部係具有控制成膜‧蝕刻裝置302的各構成部、真空搬送室301之排氣機構及晶圓搬送機構307、裝載室303的排氣機構及氣體供給機構、大氣搬送室304的晶圓搬送機構308、閘閥G,G1,G2的驅動系統等的CPU(電腦)。整體控制部310的主控制部係基於例如記憶於記憶裝置所內建之記憶媒體或記憶裝置所設定之記憶媒體的處理配方，來讓成膜系統300實行既定動作。
接著，便就成膜‧蝕刻裝置302來加以說明。
圖9係顯示成膜‧蝕刻裝置302的剖面圖。成膜‧蝕刻裝置302係在與第1例之成膜裝置103同樣構成的腔室121安裝有與成膜裝置103相同來供給成膜氣體之氣體供給機構140、與蝕刻裝置104相同來供給蝕刻氣體之氣體供給機構240，而可在腔室121供給成膜氣體與蝕刻氣體兩者。
另外，關於腔室121內之各構件及氣體供給機構(成膜氣體供給機構)140及氣體供給機構(蝕刻氣體供給機構)240的各構件，係對與成膜裝置103或蝕刻裝置104相同的構件附加相同符號。噴淋頭130係除了用以導入成膜用氣體之第1氣體導入部131及第2氣體導入部132以外，還設置有用以導入蝕刻用氣體之第3氣體導入部231及第4氣體導入部232。
如上述所構成之成膜系統300中，首先係藉由晶圓搬送機構308來從大氣搬送室304所連接之載具C取出晶圓W，而開啟任一裝載室303的閘閥G2，來將晶圓W搬入至該裝載室303。在關閉閘閥G2後，便將裝載室303內真空排氣。
該裝載室303會在成為既定真空度的時間點，開啟閘閥G1，而藉由晶圓搬送機構307來將晶圓W從裝載室303取出。然後，開啟成膜‧蝕刻裝置302的閘閥G，而將晶圓搬送機構307所保持的晶圓W搬入至成膜‧蝕刻裝置302。
藉由晶圓搬送裝置307來將晶圓W搬入至成膜‧蝕刻裝置302之腔室121內，而載置於載置台122上後，便移回晶圓搬送裝置307，而關閉閘閥G。然後，藉由加熱器123來將晶圓W加熱至既定溫度，並將腔室121內排氣，而供給沖淨氣體及載體氣體來進行腔室121內的壓力調整，而進行Co-AMD氣 體(例如Co(tBu-Et-Et-amd)2)氣體及還原氣體的預流。之後，便從預流管路來切換為成膜氣體供給機構140之原料氣體送出配管146及還原氣體配管162，並透過噴淋頭130來將Co-AMD氣體及還原氣體供給至腔室121內，來進行Co膜之成膜。此時，可同時供給Co-AMD氣體及還原氣體，並藉由CVD法來成膜出Co膜，亦可夾置腔室121的沖淨，而以交互地供給該等之ALD法來供給Co膜。
在成膜出Co膜，而在貫孔內進行既定Co膜的填埋後，便停止Co-AMD氣體及還原氣體，並在將腔室121內沖淨後，依需要來調整加熱器123之控制溫度，而將晶圓W加熱至既定蝕刻溫度，並將腔室121內排氣，而供給沖淨氣體及載體氣體來進行腔室121內的壓力調整，而進行為蝕刻氣體之β-雙酮氣體(例如Hfac氣體)及NO氣體的預流。之後，便從預流管路來切換為蝕刻氣體供給機構240之氣體送出配管246及NO氣體配管262，並透過噴淋頭130來將為蝕刻氣體之β-雙酮氣體及NO氣體供給至腔室121內來進行Co膜之蝕刻。
在將Co膜蝕刻為所欲形狀後，便停止β-雙酮氣體及NO氣體，而將腔室121內沖淨。
之後，再度從成膜氣體供給機構140來在腔室121內與先前成膜時同樣地供給Co-AMD氣體及還原氣體，以填埋貫孔內之Co膜的蝕刻部分。
之後，在成膜‧蝕刻裝置302內依需要來重複既定次數的蝕刻及成膜。
如此一來，在結束既定成膜之機制後，便藉由晶圓搬送機構307來取出晶圓W，而開啟閘閥G1，來從晶圓搬送機構307將晶圓W搬送至裝載室303，而關閉閘閥G1來將裝載室303內回到大氣壓。之後，開啟閘閥G2，並以晶圓搬送機構308來讓裝載室303內之晶圓W回到載具C。
可就複數晶圓W來同時並進地進行上述般的處理，而完成既定片數晶圓W之成膜處理。
本範例中，係在以相同溫度或接近溫度來進行Co膜之成膜與蝕刻的情況，在一個腔室121內幾乎不會進行載置台122的溫度改變，且不伴隨晶圓之搬送便可重複進行成膜與蝕刻，可不產生接縫，且以極高產率來進行貫孔內之Co膜的填埋。
<實驗例>
接著，便就本發明之實驗例來加以說明。
確認到在以本發明之成膜→蝕刻→成膜的機制並藉由Co膜來填埋貫孔內時之效果。
在此，係比較對φ 160nm的貫孔，重複2次Co膜之成膜的樣品(樣品1)以及進行Co膜之成膜→蝕刻→成膜的樣品(樣品2)。Co膜之成膜係使用鈷脒鹽來作為前驅物，並以240℃來加以進行，蝕刻係使用Hfac與NO氣體，並以240℃來加以進行。成膜與蝕刻的其他條件係如下。
成膜壓力：5~20Torr，還原氣體：NH3(50~500sccm)
蝕刻壓力：5~100Torr
於圖10顯示此時之表面及剖面的SEM照片。確認到相對於如圖10(a)所示，在不進行蝕刻而重複2次Co膜之成膜的樣品1中，貫孔開口部的突出會變大，而在φ 160nm的貫孔在最狹窄的部分會縮小至φ 31.0nm，如圖10(b)所示，依照本發明而進行成膜→蝕刻→成膜的樣品2中，最狹窄的部分為φ 53.2nm，而藉由附加Hfac與NO氣體的蝕刻，會使得貫孔開口部之突出減少了22.2nm。
<其他適用>
以上，雖已就本發明實施形態來加以說明，但本發明並不限制於上述實施形態，而可在不脫離其主旨的範圍內進行各種變形。
例如，上述實施形態的成膜系統不過是例示，而可藉由各種構成之系統來實施本發明之成膜方法。
又，雖已就使用半導體晶圓來作為被處理基板的情況來加以表示，但並不限於半導體晶圓，亦可為以LCD(液晶顯示器)用基板為代表的FPD(平面顯示器)基板或陶瓷基板等的其他基板。
進一步地，雖上述實施形態中，係顯示將本發明適用於貫孔之填埋的範例，但亦可適用於其他凹部之填埋。

Claims (15)

  1. 一種成膜方法，係在具有形成凹部之表面的被處理基板上成膜出鈷膜，而藉由該鈷膜來填埋該凹部之成膜方法，具有：第1工序，係藉由使用有機金屬化合物之CVD法或ALD法來在被處理基板上成膜出鈷膜，而部分性地填埋進該凹部內；第2工序，係將包含β-雙酮氣體與一氧化氮氣體的蝕刻氣體供給至該被處理基板，來將該鈷膜部分性地蝕刻；以及第3工序，係再次藉由使用有機金屬化合物之CVD法或ALD法來在該被處理基板上成膜出鈷膜，而進一步地填埋進該凹部內。
  2. 如申請專利範圍第1項之成膜方法，其係重複2次以上該第2工序與該第3工序。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中該第1工序及該第3工序係使用鈷脒鹽來作為該有機金屬化合物，並進一步地使用還原氣體來進行鈷膜之成膜。
  4. 如申請專利範圍第3項之成膜方法，其中該第1工序及該第3工序係持續將被處理基板加熱至300℃以下來加以進行。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中該第2工序係使用於分子中之羰基鍵結有包含鹵素原子之烷基者來作為β-雙酮。
  6. 如申請專利範圍第5項之成膜方法，其中該β-雙酮係包含六氟乙醯丙酮。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中以NO氣體流量/β-雙酮氣體流量來表示之NO氣體與β-雙酮氣體的流量比係在0.02~0.5的範圍。
  8. 如申請專利範圍第7項之成膜方法，其中以NO氣體流量/β-雙酮氣體流量來表示之NO氣體與β-雙酮氣體的流量比係在0.12~0.5的範圍。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其中該第2工序係持續將被處理基板加熱至200~250℃的範圍來加以進行。
  10. 如申請專利範圍第9項之成膜方法，其中該第2工序係持續將被處理基板加熱至220~240℃的範圍來加以進行。
  11. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其係在第1腔室進行該第1工 序及第3工序；在與該第1腔室不同之第2腔室進行該第2工序；會在真空中進行該第1工序至該第3工序，並在真空中進行該第1腔室及該第2腔室之間的被處理基板之搬送。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之成膜方法，其係在相同腔室進行該第1工序至該第3工序。
  13. 一種成膜系統，係進行如申請專利範圍第1至12項中任一項的成膜方法之成膜系統，具有：成膜裝置，係實施該第1工序與該第3工序；蝕刻裝置，係實施該第2工序；以及真空搬送室，係連接有該成膜裝置與該蝕刻裝置，並具有在該成膜裝置與該蝕刻裝置之間進行被處理基板之搬送的搬送機構。
  14. 一種成膜系統，係進行如申請專利範圍第1至12項中任一項的成膜方法之成膜系統，具有成膜‧蝕刻裝置；該成膜‧蝕刻裝置係具有：1個腔室；成膜氣體供給機構，係將進行第1工序與第3工序之成膜處理的成膜用氣體供給至該腔室內；以及蝕刻氣體供給機構，係將進行第2工序之蝕刻處理的蝕刻用氣體供給至該腔室內。
  15. 一種記憶媒體，係在電腦上作動且記憶有用以控制成膜系統之程式的記憶媒體，該程式係在實行時，會以進行如申請專利範圍第1至12項中任一項的成膜方法之方式來讓電腦控制該成膜系統。
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