用于测量固态前驱体传输系统中的流率的方法和系统

摘要

本发明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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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，发明人已经观察到，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。

发明内容

在本发明的一个实施例中，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。

在本发明的另一实施例中，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。

在本发明的又一实施例中，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示出了根据本发明实施例的沉积系统的示意图；

图2示出了根据本发明另一实施例的沉积系统的示意图；

图3图示了根据本发明实施例的在衬底上沉积金属膜的方法；以及

图4图示了根据本发明实施例的测量金属前驱体蒸汽的流率的方法。

具体实施方式

在下面的描述中，为了帮助对本发明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发明。

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起蒸发(或升华)，载气可以被传送经过金属前驱体上方，经过金属前驱体的旁边，或者穿过金属前驱体，或者其任意组合。载气可以例如包括诸如稀有气体(即，Hc、Ne、Ar、Kr、Xe)之类的惰性气体或诸如CO之类的一氧化物，以与羰基金属一起使用，或包括其混合物。例如，载气供应系统60耦合到金属前驱体蒸发系统50，并且其例如被配置为经由馈送管线61在金属前驱体52下方提供载气，或经由馈送管线62在金属前驱体52上方提供载气。在另一示例中，载气供应系统60耦合到蒸汽前驱体传输系统40，并且被配置为在金属前驱体52的蒸汽进入蒸汽前驱体传输系统40时或进入之后经由馈送管线63向金属前驱体52的蒸汽提供载气。尽管未示出，但是载气供应系统60可包括气体源、一个或多个控制阀、一个或多个过滤器以及质量流量控制器。例如，载气的流率范围可以从约5sccm(每分钟标准立方厘米)到约1000sccm。例如，载气的流率范围可以从约10sccm到约200sccm。作为又一示例，载气的流率范围可以从约20sccm到约100sccm。

在金属前驱体蒸发系统50下游，金属前驱体蒸汽随着载气流经蒸汽前驱体传输系统40，直到其进入耦合到处理室10的蒸发分配系统30。蒸汽前驱体传输系统40可以耦合到蒸汽管线温度控制系统42，以控制蒸汽管线温度并防止金属前驱体的分解以及金属前驱体蒸汽的冷凝。例如，蒸汽管线温度可被设为约等于或大于蒸发温度的值。另外，例如，蒸汽前驱体传输系统40可以具有超过约50公升/秒的高传导率。

再次参考图1，耦合到处理室10的蒸汽分配系统30包括蒸汽分配空间32，蒸汽在经过蒸汽分配板34并进入衬底25上方的处理区33之前在蒸汽分配空间32内分散。另外，蒸汽分配板34可以耦合到被配置为控制蒸汽分配板34的温度的分配板温度控制系统35。例如，蒸汽分配板的温度可被设为约等于蒸汽管线温度的值。然而，其可以更小或者更大。

一旦金属前驱体蒸汽进入了处理区33，金属前驱体蒸汽就会在吸附在衬底表面时由于衬底25升高的温度而发生热分解，并且在衬底25上形成金属膜。衬底夹持器20被配置为利用耦合到衬底夹持器20的衬底温度控制系统22升高衬底25的温度。例如，衬底温度控制系统22可被配置为将衬底25的温度升至高达约500℃。在一个实施例中，衬底温度范围可以从约100℃到约500℃。在另一实施例中，衬底温度范围可以从约300℃到约400℃。另外，处理室10可以耦合到被配置为控制室壁的温度的室温控制系统12。

例如，如上所述，传统系统已经考虑到对于羰基钌，将金属前驱体蒸发系统50以及蒸汽前驱体传输系统40运行在约为40-45℃的温度范围内，以限制金属蒸汽前驱体分解和金属蒸汽前驱体冷凝。例如，羰基钌前驱体可以在较高温度下分解以形成副产物，例如下式中所示的那些：

Ru₃(CO)₁₂*(ad)Ru₃(CO)_x*(ad)+(12-x)CO(g)        (1)或

Ru₃(CO)_x*(ad)3Ru(s)+xCO(g)       (2)

其中这些副产物可以吸附(ad)，即冷凝在沉积系统1的内表面上。材料在这些表面上的累积可以引起衬底与衬底之间的诸如工艺可重复性之类的问题。或者，例如，羰基钌前驱体可以在较低温度下冷凝以引起再结晶，即

Ru₃(CO)₁₂(g)Ru₃(CO)₁₂*(ad)          (3)

然而，在这种具有小工艺窗口的系统内，部分由于羰基钌的低蒸汽压，导致沉积速率变得极低。例如，沉积速率可以低至约每分钟1埃。因此，根据一个实施例，蒸发温度被升高到大于或等于约40℃。或者，蒸发温度被升高到大于或等于约50℃。在本发明的示例性实施例中，蒸发温度被升高到大于或等于约60℃。在又一示例性实施例中，蒸发温度被升高到约60-100℃的范围，例如在约60-90℃内。由于较高的蒸汽压，升高的温度增大了蒸发速率(例如，变大了接近一个数量级)，因而，发明人预期增大沉积速率。然而，现在可能理想的是，在一个或多个衬底之后周期性地清洗沉积系统1。例如，额外细节可以从与本申请同日提交的题为“Method and System for Performing In-situ Cleaning of a DepositionSystem”的未决美国专利申请No.10/998,394中获得，该申请的全部内容通过引用结合于此。

如上所述，沉积速率正比于被蒸发并在分解或冷凝或分解冷凝之前输运到衬底的金属前驱体的量。因此，为了获得期望的沉积速率并对于不同衬底维持恒定的处理性能(即，沉积速率、膜厚、膜均匀性、膜形态)，提供监视、调节或控制金属前驱体蒸汽的流率的能力是很重要的。在传统系统中，操作者可以利用蒸发温度以及蒸发温度和流率之间的预定关系确定金属前驱体蒸汽的流率。然而，处理和其性能随时间漂移，因而迫切需要更加精确地测量流率。

仍然参考图1，图示了根据一个实施例用于测量金属前驱体蒸汽的流率的流率测量系统90。提供来自气体源92(例如惰性气体源)的参考气体流的参考气体管线91经由压差测量系统96耦合到蒸汽传输系统40。参考气体管线91还可包括被配置为测量和控制经过参考气体管线91的参考气体的流率的参考气体质量流量控制器94以及限流器95，限流器95被配置为提供足够的流量限制以允许合理低的、但是可测量的参考气体流率，同时仍然能获得适于执行参考气体管线和蒸汽传输系统40之间的压差测量的参考压强。

例如，气体源92可包括被配置为流入诸如稀有气体(即氩)或氮之类的惰性气体或任何其他气体的独立气体源。或者，气体源92可包括如上所述并且如图1所示的载气供应系统60。此外，排气设备93可包括诸如真空泵系统之类的泵系统，其被配置为将参考气体释放到大气中。或者，排气设备93可以将参考气体管线91的输出耦合到图1中所示的导管36。

如图1所示，压差测量系统96被配置为测量参考气体管线91中的参考压强与蒸汽传输系统40中的局部压强之间的压强差。例如，压差测量系统96可包括压差电容压力计。此外，如图1所示，流率测量系统90可包括被配置为测量蒸汽传输系统40中的(绝对)局部压强的绝对压强测量系统98。例如，压差测量系统96可包括压差电容压力计，例如可以从MKS Instruments，Inc.购得的698A型压差压力计(具有0.1mmHg的压强范围)或616A型压差压力计(具有1mmHg的压强范围)。

根据一个实施例，金属前驱体蒸汽的流率可以利用以下过程来测量。用于将金属前驱体蒸汽从金属前驱体蒸发系统50经过蒸汽传输系统40输运到处理室10的载气可被设为用在即将到来的沉积工艺中的流率的期望流率特性。其后，可以启动参考气体流，并且可以调节参考气体的流率以确定匹配流率，其中压差测量系统96达到目标压差，例如值0。一旦确定了匹配流率，在维持该匹配流率的同时，就可以开始金属前驱体蒸汽的引入，以使得经过蒸汽传输系统40的气体流现在既包括处于期望流率的载气流，又包括未知流率的金属前驱体蒸汽。此时，可以利用压差测量系统96测量压差，并且可以利用绝对压强测量系统98测量(绝对)局部压强。

假定到处理室的气体流中占主导的种类(非载气)是(未分解的)金属前驱体蒸汽，即Ru₃(CO)₁₂(g)或Re₂(CO)₁₀(g)，所测得的压差和绝对压强的比是金属前驱体蒸汽的分压。给定分压，直接确定摩尔分数，即：

$>>>\Delta P>P>>=>>>p>a>>p>>=>>>n>a>>>>n>a>>+>>n>b>>>>=>>>>n>·>>a>>>>>n>·>>a>>+>>>n>·>>b>>>>->->->>(>4>)>>>s>$

其中ΔP代表压差，P代表绝对压强，p_a是种类“a”的分压(例如金属前驱体蒸汽的分压)，n_a是种类“a”的摩尔数，n_b是种类“b”(即载气)的摩尔数，是种类“a”的摩尔流率，是种类“b”的摩尔流率。从压差和绝对压强的测量结果以及已知的载气流率(即， $>>>>m>·>>b>>=>M>>W>b>>>>n>·>>b>>,>>s>其中MW$_b是种类“b”的分子量)，可以确定金属前驱体蒸汽的摩尔流率，因而可以确定质量流率(即， $>>>>m>·>>a>>=>>MW>a>>>>n>·>>a>>,>>s>其中MW$_a是种类“a”的分子量)。

仍然参考图1，沉积系统1还可包括被配置为运行和控制沉积系统1的运行的控制系统80。控制系统80耦合到处理室10、衬底夹持器20、衬底温度控制系统22、室温控制系统12、蒸汽分配系统30、蒸汽前驱体传输系统40、金属前驱体蒸发系统50和载气供应系统60。

在另一示例中，图2图示了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100。沉积系统100包括具有衬底夹持器120的处理室，衬底夹持器120被配置为支撑在其上形成金属膜的衬底125。处理室110耦合到前驱体传输系统105，系统105具有被配置为存储金属前驱体152并使其蒸发的金属前驱体蒸发系统150和被配置为输运金属前驱体152的蒸汽前驱体传输系统140。

处理室110包括上室部分111、下室部分112和排气室113。开口114形成在下室部分112内，而底部112在此与排气室113相耦合。

仍然参考图2，衬底夹持器120提供支撑待处理的衬底(或晶片)125的水平表面。衬底夹持器120可由圆柱形支撑构件122支撑，支撑构件122从排气室113的下部向上延伸。用于在衬底夹持器120上定位衬底125的可选引导环124提供在衬底夹持器120的边缘处。此外，衬底夹持器120包括耦合到衬底夹持器温度控制系统128的加热器126。加热器126可以例如包括一个或多个电阻加热元件。或者，加热器126可以例如包括辐射加热系统，例如钨-卤素灯。衬底夹持器温度控制系统128可包括用于向一个或多个加热元件提供功率的功率源、用于测量衬底温度或衬底夹持器温度或这两者的一个或多个温度传感器、以及被配置为执行监视、调节或控制衬底或衬底夹持器的温度中的至少一种操作的控制器。

在处理期间，被加热的衬底125可以热分解羰基金属前驱体152的蒸汽，从而在衬底125上沉积金属层。根据一个实施例中，金属前驱体包括固态金属前驱体。根据另一实施例，金属前驱体包括羰基金属前驱体。根据又一实施例，金属前驱体152可以是羰基钌前驱体，例如Ru₃(CO)₁₂。根据本发明的又一实施例，金属前驱体152可以是羰基铼前驱体，例如Re₂(CO)₁₀。热化学气相沉积领域的技术人员将意识到，也可使用其他羰基钌前驱体和羰基铼前驱体，而不脱离本发明的范围。在又一实施例中，金属前驱体152可以是W(CO)₆、Mo(CO)₆、Co₂(CO)₈、Rh₄(CO)₁₂、Cr(CO)₆或Os₃(CO)₁₂等等。衬底夹持器120被加热到某一预先确定的温度，该温度适于将期望的Ru、Re或其他金属层沉积到衬底125上。另外，耦合到室温控制系统121的加热器(未示出)可以嵌入在处理室110的壁内以将室壁加热到预定温度。加热器可以将处理室110的壁温维持在从约40℃到约100℃的范围，例如从约40℃到约80℃的范围。压力计(未示出)被用于测量处理室压强。

另外如图2所示，蒸汽分配系统130耦合到处理室110的上室部分111。蒸汽分配系统130包括蒸汽分配板131，蒸汽分配板131被配置为将前驱体蒸汽从蒸汽分配空间132经过一个或多个孔134引入到衬底125上方的处理区133。

此外，在上室部分111中提供有开口135，用于将来自蒸汽前驱体传输系统140的蒸汽前驱体引入到蒸汽分配空间132中。而且，提供了温度控制元件136，例如被配置为使被冷却或加热流体流动的同心流体通道，其用于控制蒸汽分配系统130的温度，从而防止蒸汽分配系统130内金属前驱体的分解。例如，诸如水之类的流体可被从蒸汽分配温度控制系统138提供给流体通道。蒸汽分配温度控制系统138可包括流体源、热交换器、用于测量流体温度或蒸汽分配板温度或这两者的一个或多个温度传感器、以及被配置为将蒸汽分配板131的温度控制在从约20℃到约100℃的控制器。

如图2所示，金属前驱体蒸发系统150被配置为保存金属前驱体152并通过升高金属前驱体的温度而使金属前驱体152蒸发(或升华)。前驱体加热器154被提供用于加热金属前驱体152以将金属前驱体152维持在产生期望的金属前驱体152的蒸汽压的温度下。前驱体加热器154耦合到被配置为控制金属前驱体152的温度的蒸发温度控制系统156。例如，前驱体加热器154可被配置为调节金属前驱体152的温度(或蒸发温度)使之大于或等于约40℃。或者，蒸发温度被升高到大于或等于约50℃。例如，蒸发温度被升高到大于或等于约60℃。在一个实施例中，蒸发温度被升高到约60-100℃的范围内，在另一实施例中，升高到约60-90℃的范围内。

随着金属前驱体152被加热到引起蒸发(或升华)，载气可以被传送经过金属前驱体上方，经过金属前驱体旁边，或者穿过金属前驱体，或其任意组合。载气可以例如包括诸如稀有气体(即，He、Ne、Ar、Kr、Xe)之类的惰性气体或诸如CO之类的一氧化物，以与羰基金属一起使用，或包括其混合物。例如，载气供应系统160耦合到金属前驱体蒸发系统150，并且其例如被配置为在金属前驱体下方或上方提供载气。尽管未在图2中示出，但是载气供应系统160还可以，或或者，耦合到蒸汽前驱体传输系统140以在金属前驱体152的蒸汽进入蒸汽前驱体传输系统140时或进入之后向金属前驱体152的蒸汽提供载气。载气供应系统160可包括气体源161、一个或多个控制阀162、一个或多个过滤器164以及质量流量控制器165。例如，载气的流率范围可以从约5sccm(每分钟标准立方厘米)到约1000sccm。在一个实施例中，载气的流率范围可以从约10sccm到约200sccm。在另一实施例中，载气的流率范围可以从约20sccm到约100sccm。

另外，传感器166被提供用于测量来自金属前驱体蒸发系统150的总气体流。传感器166可以例如包括质量流量控制器，并且传输到处理室110的金属前驱体的量可以利用传感器166和质量流量控制器165确定。例如，传感器166可包括如上参考图1所述的流测量系统，其包括具有参考气体源的参考气体管线、排气设备、一个或多个流控制器的参考气体管线以及限流器，其中参考气体管线经由压差测量系统耦合到蒸汽传输系统140。另外，流测量系统可包括耦合到蒸汽传输系统140的绝对压强测量系统。如上所述，与和载气一起流动的金属前驱体蒸汽的量有关的流参数可以利用流测量系统确定。

旁路管线167可以定位在传感器166下游，并且其可以将蒸汽传输系统140连接到排气管线116。旁路管线167被提供用于抽空蒸汽前驱体传输系统140，并稳定到处理室110的金属前驱体的供应。另外，在旁路管线167上提供有位于蒸汽前驱体传输系统140的分支的下游的旁路阀168。

仍然参考图2，蒸汽前驱体传输系统140包括分别具有第一和第二阀141和142的高传导率蒸汽管线。另外，蒸汽前驱体传输系统140还可包括被配置为经由加热器(未示出)加热蒸汽前驱体传输系统140的蒸汽管线温度控制系统143。蒸汽管线的温度可被控制为避免蒸汽管线中金属前驱体的冷凝的温度。蒸汽管线的温度可以大于或等于40℃。另外，蒸汽管线的温度可被控制在从约40℃到约100℃的范围内，或者从约40℃到约90℃的范围内。例如，蒸汽管线温度可被设为约等于或大于蒸发温度的值。

而且，可以从稀释气体供应系统190提供稀释气体。稀释气体可以例如包括诸如稀有气体(即，He、Ne、Ar、Kr、Xe)之类的惰性气体或诸如CO之类的一氧化物，以与羰基金属一起使用，或包括其混合物。例如，稀释气体供应系统190耦合到蒸汽前驱体传输系统140，并且其例如被配置为向蒸汽金属前驱体提供稀释气体。稀释气体供应系统190可包括气体源191、一个或多个控制阀192、一个或多个过滤器194以及质量流量控制器195。例如，稀释气体的流率范围可以从约5sccm(每分钟标准立方厘米)到约1000sccm。

质量流量控制器165和195、以及阀162、192、168、141和142由控制器196控制，控制器196控制载气、金属前驱体蒸汽和稀释气体的供应、切断和流动。传感器166也连接到控制器196，并且基于传感器166的输出，控制器196可以控制经过质量流量控制器165的载气流，以获得到处理室110的期望金属前驱体流。

如图2所示，排气管线116将排气室113连接到泵系统118。真空泵119被用于将处理室110抽空到期望的真空度，并在处理期间从处理室110中去除气体物质。自动压强控制器(APC)115和阱117可以与真空泵119串联使用。真空泵119可包括泵速能高达5000公升每秒(以及更大)的涡轮分子泵(TMP)。或者，真空泵119可包括干燥粗抽泵。在处理期间，载气、稀释气体、或金属前驱体蒸汽或其任意组合可被引入到处理室110中，并且室压强可由APC 115调节。例如，室压强范围可以从约1mTorr到约500mTorr，在又一示例中，室压强范围可以从约5mTorr到约50mTorr。APC 115可包括蝶形阀或门阀。阱117可以收集来自处理室110的未反应的前驱体材料和副产物。

返回到处理室110中的衬底夹持器120，如图2所示，三个衬底抬升钉127(只示出了两个)被提供用于保持、提升和降低衬底125。衬底抬升钉127耦合到板123，并且可被降低到低于衬底夹持器120的上表面。例如采用气筒的驱动机构129提供了用于提升和降低板123的装置。衬底125可以经由机械转移系统(未示出)经过门阀200和室馈通通路202移入和移出处理室110，并被衬底抬升钉127接收。一旦从转移系统接收到衬底125，就可以通过降低衬底抬升钉127将其降低到衬底夹持器120的上表面。

再次参考图2，控制器180包括微处理器、存储器和数字I/O端口，数字I/O端口能够生成足以传输并激活到处理系统100的输入以及监视来自处理系统100的输出的控制电压。而且，处理系统控制器180耦合到处理室110；包括控制器196、蒸汽管线温度控制系统143和蒸发温度控制系统156的前驱体传输系统105；蒸汽分配温度控制系统138；真空泵系统118；以及衬底夹持器温度控制系统128，并与这些系统交换信息。在真空泵系统118中，控制器180耦合到用于控制处理室110中的压强的自动压强控制器115并与之交换信息。存储在存储器中的程序被用于根据存储的工艺方案控制沉积系统100的前述组件。处理系统控制器180的一个示例是可以从Texas，Dallas的Dell Corporation得到的DELL PRECISIONWORKSTATION 610^TM。控制器180还可以实现为通用计算机、数字信号处理器等等。

控制器180可以位于沉积系统100本地，或者可以位于沉积系统100远处，经由因特网或内联网通信。从而，控制器180可以利用直接连接、内联网或因特网中的至少一种与沉积系统100交换数据。控制器180可以耦合到客户位置(即，器件制作者等)处的内联网，或者耦合到供应商位置(即，设备制造商)处的内联网。此外，另一计算机(即，控制器、服务器等)可以经由直接连接、内联网或因特网中的至少一种访问控制器180以交换数据。

例如，如上所述，传统系统已考虑到对于羰基钌将金属前驱体蒸发系统以及蒸汽前驱体传输系统运行在约为40-45℃的温度范围内，以限制金属蒸汽前驱体分解和金属蒸汽前驱体冷凝。然而，由于诸如羰基钌或羰基铼之类的羰基金属的低蒸汽压，在此温度下，例如钌或铼的沉积速率非常低。为了提高沉积速率，蒸发温度可以提升到高于约40℃，例如高于约50℃。在一个或多个衬底的金属前驱体的高温蒸发之后，沉积系统可被周期性地清洗以去除形成在沉积系统的内表面上的残留物。

现在参考图3，描述一种在衬底上沉积难熔金属膜的方法。流程图300被用于图示根据本发明的方法在沉积系统中沉积金属膜的步骤。金属膜沉积开始于310，在310将衬底置于沉积系统中以在衬底上形成金属膜。例如，沉积系统可包括上述图1和2中的沉积系统中的任何一种。沉积系统可包括用于促进沉积处理的处理室和耦合到处理室并被配置为支撑衬底的衬底夹持器。然后，在320中，金属前驱体被引入到沉积系统。例如，金属前驱体被经由前驱体蒸汽传输系统引入到耦合到处理室的金属前驱体蒸发系统。另外，例如，蒸汽传输系统可被加热。

在330中，金属前驱体被加热以形成金属前驱体蒸汽。金属前驱体蒸汽随后可经过前驱体蒸汽传输系统被输运到处理室。在340中，衬底被加热到足以使金属前驱体蒸汽分解的衬底温度，并且在350中，衬底被暴露于金属前驱体蒸汽。步骤310到350可以连续重复进行期望次数以在期望数目的衬底上沉积金属膜。

在一个或多个衬底上沉积难熔金属膜之后，沉积系统在360处可被周期性地清洗，这是通过从耦合到沉积系统的现场清洗系统(未示出)引入清洗组合物来实现的。清洗组合物可以例如包括含卤素基、氟基、氧基、臭氧或其组合。现场清洗系统可以例如包括游离基发生器或臭氧发生器。当执行清洗工艺时，“伪”衬底可被用于保护衬底夹持器。此外，金属前驱体蒸发系统、前驱体蒸汽传输系统、处理室、蒸汽分配系统、或衬底夹持器或其任意组合可被加热。

现在参考图4，描述一种测量金属前驱体蒸汽的流率的方法。测量金属前驱体蒸汽的流率的方法可以用在用于在衬底上沉积金属的沉积系统中，例如图1和2中所述的沉积系统中的一种。该方法由流程图400代表，流程图400开始于410，在410启动经过蒸汽传输系统的期望流率的载气。如上所述，载气可包括诸如稀有气体之类的惰性气体、或诸如一氧化碳之类的一氧化物或其组合。如图1和2所示，载气可以从载气供应系统引入。

在420中，启动经过参考气体管线的诸如惰性气体之类的参考气体流。其后，在430中，调节参考气体的流率以获得匹配流率，其中蒸汽传输系统和参考管线之间的压差达到目标值。例如，目标值可以是0值。

在440中，金属前驱体蒸汽被从金属前驱体蒸发系统引入到载气流中。然后，在450中，测量蒸汽传输系统和参考气体管线之间的压差。在460中，测量蒸汽传输系统中的绝对压强。或者，测量参考气体管线中的绝对压强。在470中，利用绝对压强和压差的测量结果确定金属前驱体蒸汽的流参数。例如，流参数可包括质量流率、摩尔流率、摩尔数、质量、质量分数、摩尔分数、分压、或浓度或其组合。

尽管上面只详细描述了本发明的某些示例性实施例，但是本领域技术人员将很容易意识到，在示例性实施例中可以作出许多修改，而实质上不脱离本发明的新颖教导和优点。因此，所有这些修改都应当包括在本发明的范围内。