用于测量固态前驱体传输系统中的流率的方法和系统技术方案

本发明专利技术改进了用于确定到沉积工具的前驱体蒸汽的流率的测量精度，尤其用于低蒸汽压前驱体，例如羰基钌（Ｒｕ↓［３］（ＣＯ）↓［１２］）或羰基铼（Ｒｅ↓［２］（ＣＯ）↓［１０］）。在一个实施例中，系统（１、１００）包括被提供用于测量流率的压差压力计。还提供了一种测量和校准的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于薄膜沉积的方法和系统，更具体而言，涉及用于测量从具有低蒸汽压的固态金属前驱体得到的金属前驱体蒸汽的流率的方法和系统。
技术介绍
将铜(Cu)金属引入到用于制造集成电路的多层金属化方案中可能必须使用扩散阻挡层/衬垫，以促进Cu层的粘附和生长并防止Cu扩散到介电材料中。沉积到介电材料上的扩散阻挡层/衬垫可包括折射材料，例如钨(W)、钼(Mo)和钽(Ta)，其是非反应性的并且与Cu不相溶，并且可以提供低电阻率。集成Cu金属化和介电材料的当前的集成方案可能要求在约400℃和约500℃之间(或更低)的衬底温度下进行阻挡层/衬垫沉积处理。例如，用于小于或等于130nm的技术节点的Cu集成方案当前采用低介电常数(低k)层间电介质，接着是物理气相沉积(PVD)TaN层和Ta阻挡层，接着是PVD Cu晶种层和电化学沉积(ECD)Cu填充。一般来说，选择Ta层是由于其粘附属性(即，能够粘附在低k膜上的能力)，选择Ta/TaN层一般是由于其阻挡属性(即，能够防止Cu扩散到低k膜中的能力)。如上所述，已经进行了显著的努力来研究并实现薄过渡金属层作为Cu扩散阻挡层，这些研究包括诸如铬、钽、钼和钨之类的材料。这些材料中的每一种都表现出与Cu的低混溶性。最近，其他材料，例如钌(Ru)和铑(Rh)已被识别为潜在的阻挡层，因为人们预期其性能类似于传统的难熔金属。然而，Ru或Rh的使用可以允许只使用一层阻挡层，而不是两层(例如Ta/TaN)。这一结果是由于这些材料的粘附和阻挡属性。例如，一个Ru层可以替代Ta/TaN阻挡层。而且，当前的研究表明一个Ru层还可以替代Cu晶种层，并且块Cu填充物可以在Ru沉积之后直接进行。这一结果是由于Cu和Ru层之间良好的粘附。传统上，Ru层可以通过在热化学气相沉积(TCVD)工艺中热分解诸如羰基钌前驱体之类的含钌前驱体来形成。当衬底温度降低到低于约400℃时，通过羰基金属前驱体(例如Ru3(CO)12)的热分解沉积的Ru层的材料属性可能恶化。结果，低沉积温度下Ru层的电阻率的增加和差的表面形态(例如，结核的形成)已被认为是增加了在热沉积的Ru层中CO反应副产物的结合的结果。这两种效应都可以由在低于约400℃的衬底温度下从羰基钌前驱体的热分解解吸附CO速率的减小来解释。另外，诸如羰基钌之类的羰基金属的使用可能导致低沉积速率，这是由于其低蒸汽压以及与之相关联的输运问题。总而言之，专利技术人已经观察到，当前的沉积系统速率很低，从而使得这种金属膜的沉积不太实用。此外，固态金属前驱体(例如以上提及的某些羰基金属(即，羰基钌和羰基铼))的使用，导致不太容易直接测量由于固态金属前驱体的升华得到的金属前驱体蒸汽的质量流率，从而导致各个衬底之间的处理性能不一致。而且，流率的测量由于在用于蒸发的温度下这些材料的极低蒸汽压(例如，小于10mTorr)而变得更加复杂。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施例中，提供了一种用于测量与金属前驱体蒸汽的流率有关的流参数的方法和系统。在本专利技术的另一实施例中，提供了一种用于在固态金属前驱体的升华之后测量与金属前驱体蒸汽的流率有关的流参数的方法和系统。在本专利技术的又一实施例中，提供了一种用于利用压差测量系统测量与金属前驱体蒸汽的流率有关的流参数的方法和系统，其中压差测量系统测量蒸汽传输系统中的压强和参考系统中的压强之间的差，蒸汽传输系统被配置为将金属前驱体蒸汽从蒸发系统输运到处理室。根据又一实施例，提供了一种用于在衬底上形成难熔金属膜的沉积系统，其包括处理室、金属前驱体蒸发系统、蒸汽传输系统和流测量系统，所述处理室具有被配置为支撑衬底并加热衬底的衬底夹持器、被配置为将金属前驱体蒸汽引入到衬底上方的蒸汽分配系统、以及被配置为抽空处理室的泵系统；所述金属前驱体蒸发系统被配置为使金属前驱体蒸发并在载气中输运金属前驱体蒸汽，其中载气的第一流被从耦合到金属前驱体蒸发系统载气供应系统提供给金属前驱体蒸发系统；所述蒸汽传输系统具有耦合到金属前驱体蒸发系统的出口的第一端和耦合到处理室的蒸汽分配系统的入口的第二端；所述流测量系统耦合到蒸汽传输系统并且被配置为测量与在载气中输运的金属前驱体蒸汽的量有关的流参数，其中流测量系统被配置为通过测量经过蒸汽传输系统的载气的第一流和经过参考气体管线的参考气体的第二流之间的压强差，并测量蒸汽传输系统和参考管线中的至少一个中的绝对压强，来确定流参数。根据又一实施例中，提供了一种用于监视被配置为在衬底上沉积难熔金属膜的沉积系统的方法，所述方法包括启动经过将金属前驱体蒸发系统耦合到处理室的蒸汽传输系统的期望流率的载气，其中载气用于通过蒸汽传输系统输运金属前驱体蒸汽；启动经过经由压差测量系统耦合到蒸汽传输系统的参考气体管线的参考气体的参考流；调节参考气体的参考流，直到利用压差测量系统测得的第一压差达到目标值为止；将金属前驱体蒸汽引入到期望流率的载气中；测量参考气体管线和蒸汽传输系统之间的第二压差；测量蒸汽传输系统或参考气体管线中的至少一个中的绝对压强；以及利用第一压差、第二压差、绝对压强以及载气的期望流率确定与金属前驱体蒸汽的流率有关的流参数。附图说明在附图中图1示出了根据本专利技术实施例的沉积系统的示意图；图2示出了根据本专利技术另一实施例的沉积系统的示意图；图3图示了根据本专利技术实施例的在衬底上沉积金属膜的方法；以及图4图示了根据本专利技术实施例的测量金属前驱体蒸汽的流率的方法。具体实施例方式在下面的描述中，为了帮助对本专利技术的全面理解并且出于说明而非限制的目的，给出了具体细节，例如沉积系统的特定几何形状以及各种组件的描述。然而，应当理解，在脱离这些具体细节的其他实施例中也可实施本专利技术。现在参考附图，附图中相似的标号在所有附图中指代相同或相应的部分，图1图示了根据一个实施例用于在衬底上沉积诸如钌(Ru)或铼(Re)膜之类的金属膜的沉积系统1。沉积系统1包括具有衬底夹持器20的处理室10，衬底夹持器20被配置为支撑在其上形成金属膜的衬底25。处理室10经由蒸汽前驱体传输系统40耦合到金属前驱体蒸发系统50。处理室10还通过导管36耦合到真空泵系统38，其中泵系统38被配置为将处理室10、蒸汽前驱体传输系统40和金属前驱体蒸发系统50抽空到适于在衬底25上形成金属膜并且适于金属前驱体蒸发系统50中金属前驱体52的蒸发的压强。仍然参考图1，金属前驱体蒸发系统50被配置为存储金属前驱体52，并且将金属前驱体52加热到足以使金属前驱体52蒸发的温度，同时将气相金属前驱体引入到蒸汽前驱体传输系统40。金属前驱体52可以例如包括固态金属前驱体。另外，例如，金属前驱体可包括羰基金属。例如，羰基金属可包括羰基钌(Ru3(CO)12)或羰基铼(Re2(CO)10)。另外，例如，羰基金属可包括W(CO)6、Mo(CO)6、Co2(CO)8、Rh4(CO)12、Cr(CO)6或Os3(CO)12。为了获得用于使金属前驱体52蒸发(或使固态金属前驱体升华)的期望温度，金属前驱体蒸发系统50耦合到被配置为控制蒸发温度的蒸发温度控制系统54。例如，在传统系统中金属前驱体52的温度一般被升高到约40-45℃，以使羰基钌升华。在此温度下，羰基钌的蒸汽压范围例如从约1到约3mTorr。随着金属前驱体被加热到引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在衬底上形成难熔金属膜的沉积系统，包括：处理室，所述处理室具有被配置为支撑所述衬底并加热所述衬底的衬底夹持器、被配置为将金属前驱体蒸汽引入到所述衬底上方的蒸汽分配系统、以及被配置为抽空所述处理室的泵系统；金属前驱体蒸发系统，所述金属前驱体蒸发系统被配置为使金属前驱体蒸发；蒸汽传输系统，所述蒸汽传输系统具有耦合到所述金属前驱体蒸发系统的出口的第一端和耦合到所述处理室的所述蒸汽分配系统的入口的第二端；　载气供应系统，所述载气供应系统耦合到所述金属前驱体蒸发系统或所述蒸汽传输系统中的至少一个或这两者，并且被配置为以第一流提供载气以将所述金属前驱体蒸汽在载气中输运到所述蒸汽分配系统的所述入口；以及流测量系统，所述流测量系统包括耦合到参考气体管线并且被配置为经过所述参考气体管线以第二流提供参考气体的参考气体源，所述流测量系统耦合到所述蒸汽传输系统，并且被配置为通过测量经过所述蒸汽传输系统的所述载气的所述第一流和经过所述参考气体管线的所述参考气体的所述第二流之间的压强差，并测量所述蒸汽传输系统和所述参考管线中的至少一个中的绝对压强，来测量与在所述载气中输运的所述金属前驱体蒸汽的量有关的流参数。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：米克沃克维克，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]