特許 6913752 核形成のない間隙充填ＡＬＤプロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6913752

(24)【登録日】2021年7月14日

(45)【発行日】2021年8月4日

(54)【発明の名称】核形成のない間隙充填ＡＬＤプロセス

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20210727BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20210727BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20210727BHJP

   C23C 16/14 20060101ALI20210727BHJP

   C23C 16/16 20060101ALI20210727BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/88 R

   C23C16/14

   C23C16/16

【請求項の数】15

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2019-531962(P2019-531962)

(86)(22)【出願日】2017年11月29日

(65)【公表番号】特表2020-506533(P2020-506533A)

(43)【公表日】2020年2月27日

(86)【国際出願番号】US2017063611

(87)【国際公開番号】WO2018111547

(87)【国際公開日】20180621

【審査請求日】2019年8月14日

(31)【優先権主張番号】62/434,788

(32)【優先日】2016年12月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】チェン， イーホン

(72)【発明者】

【氏名】チャン， ケルヴィン

(72)【発明者】

【氏名】ル， シンリャン

(72)【発明者】

【氏名】ガンディコッタ， シュリーニヴァース

(72)【発明者】

【氏名】ウー， ヨン

(72)【発明者】

【氏名】ロイ， サスミット シンハー

(72)【発明者】

【氏名】チン， チア チョン

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０１９９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２３２１７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１０７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００３０８８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｃ２３Ｃ １６／１４

Ｃ２３Ｃ １６／１６

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タングステン又はモリブデンを含有する間隙充填層を形成することを含む、処理法であって、表面に少なくとも１つのフィーチャを有する基板表面を、金属前駆体に、そして水素を含む還元剤に順次暴露することを含む原子層堆積処理によって、前記フィーチャに前記間隙充填層が形成され、前記基板表面と前記間隙充填層との間には、核形成層が存在しない、処理法。

【請求項2】

前記金属前駆体が、ＷＦ_６、ＷＣｌ_ｘ、Ｗ（ＣＯ）_５、ＭｏＦ_６、ＭｏＣｌ_ｘ［式中、ｘは５又は６である］のうち１つ又は複数であり、前記還元剤がＨ_２である、請求項１記載の処理法。

【請求項3】

前記間隙充填層が形成される前に、前記基板表面が空気に暴露されていない、請求項１記載の処理法。

【請求項4】

前記間隙充填層が形成される前に前記基板表面が、酸化物を除去するための化学処理に暴露されており、該化学処理は、前記基板表面を以下のもののうち１つ又は複数：
Ｓｉ_ｘＨ_２ｘ＋２［式中、ｘ≧１］
Ｓｉ_ｘＨ_ｙＦ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ＝２ｘ＋２］
Ｓｉ_ｘＨ_ｙＣｌ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ＝２ｘ＋２］
Ｂ_ｘＨ_ｙ［式中、ｘ≧２、かつｙ≦２ｘ＋２］
Ｂ_ｘＨ_ｙＣｌ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ≦２ｘ＋２］
Ｂ_ｘＨ_ｙＦ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ≦２ｘ＋２］、及び
Ｂ_ｘＨ_ｙＲ_ｚ［式中、ｘ≧２、ｙ＋ｚ≦２ｘ＋２、かつＲは、１〜６個の炭素を有するアルキル基を含む］
に暴露することを含む、請求項１に記載の処理法。

【請求項5】

前記化学処理が、前記金属前駆体を排除する、請求項４に記載の処理法。

【請求項6】

表面に少なくとも１つのフィーチャを有する基板表面を、処理チャンバ内に配置すること、
前記基板表面を、第１の金属前駆体に、そして反応体に順次暴露して、下部層を形成することであって、前記第１の金属前駆体が、チタン前駆体、アルミニウム前駆体、及びケイ素前駆体のうち１つ又は複数を含み、前記反応体が、窒素前駆体、酸素前駆体、又はこれらの組み合わせを含む、形成すること、
前記下部層を、タングステン前駆体又はモリブデン前駆体を含有する第２の金属前駆体に、そして水素（Ｈ_２）を含む還元剤に順次暴露して、原子層堆積によって前記下部層に間隙充填層を形成すること、
を含む処理法。

【請求項7】

前記下部層が、ＴｉＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、又はＴｉＡｌＯＮを含む、請求項６記載の処理法。

【請求項8】

前記第２の金属前駆体が、ＷＦ_６、ＷＣｌ_ｘ、Ｗ（ＣＯ）_５、ＭｏＦ_６、ＭｏＣｌ_ｘ［式中、ｘは５又は６である］のうち１つ又は複数である、請求項６記載の処理法。

【請求項9】

前記下部層を前記第２の金属前駆体に、そして水素に順次暴露することは、前記基板表面が空気に暴露されることなく行われる、請求項６記載の処理法。

【請求項10】

前記下部層を前記第２の金属前駆体に、そして水素に順次暴露する前に、前記基板表面を空気に暴露すること、及び表面酸化物を除去するために前記下部層を化学処理することをさらに含み、前記化学処理は、前記基板表面を以下のもののうち１つ又は複数：
Ｓｉ_ｘＨ_２ｘ＋２［式中、ｘ≧１］
Ｓｉ_ｘＨ_ｙＦ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ＝２ｘ＋２］
Ｓｉ_ｘＨ_ｙＣｌ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ＝２ｘ＋２］
Ｂ_ｘＨ_ｙ［式中、ｘ≧２、かつｙ≦２ｘ＋２］
Ｂ_ｘＨ_ｙＣｌ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ≦２ｘ＋２］
Ｂ_ｘＨ_ｙＦ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ≦２ｘ＋２］、及び
Ｂ_ｘＨ_ｙＲ_ｚ［式中、ｘ≧２、ｙ＋ｚ≦２ｘ＋２、かつＲは、１〜６個の炭素を有するアルキル基を含む］
に暴露することを含む、請求項６記載の処理法。

【請求項11】

前記下部層と前記間隙充填層との間に核形成層が存在しない、請求項６記載の処理法。

【請求項12】

基板表面を有する基板を、複数の区域を備える処理チャンバ内に配置することであって、各区域は、ガスカーテンによって隣接区域から分離されており、前記基板表面は、少なくとも１つのフィーチャを有し、該フィーチャは、上部、底部及び側面を備え、かつ１０：１以上のアスペクト比を有する、配置すること、
前記基板表面の少なくとも一部を、前記処理チャンバの第１区域における第１のプロセス条件に暴露することであって、該第１のプロセス条件は、チタン、アルミニウム、ケイ素、又はこれらの組み合わせの前駆体を含む、暴露すること、
前記基板表面を、ガスカーテンを通して、前記処理チャンバの第２区域へと横方向に動かすこと、
前記基板表面を、前記処理チャンバの第２区域における第２のプロセス条件に暴露することであって、該第２のプロセス条件は、チタン、アルミニウム、ケイ素、又はこれらの組み合わせの前駆体とともに膜を形成するための反応体を含み、該膜は、ＴｉＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、又はＴｉＡｌＯＮを含む、暴露すること、
任意選択的に、前記第１及び第２の区域への暴露を繰り返すことであって、下部層を形成するために、前記基板表面を横方向に動かすことを含む、繰り返すこと、
前記基板表面を、ガスカーテンを通して、前記処理チャンバの第３区域へと横方向に動かすこと、
前記処理チャンバの前記第３区域において、前記基板表面を、タングステン前駆体又はモリブデン前駆体を含む第３のプロセス条件に曝露すること、
前記基板表面を、ガスカーテンを通して、前記処理チャンバの第４区域へと横方向に動かすこと、
前記処理チャンバの第４区域において、前記基板表面を第４のプロセス条件に曝露することであって、前記第４のプロセス条件が、前記タングステン又は前記モリブデン前駆体とともに膜を形成するための還元剤として水素を含む、曝露すること、及び
任意選択的に、前記第３及び第４の区域への暴露を繰り返すことであって、前記フィーチャを充填するために、前記基板表面を横方向に動かすことを含む、繰り返すこと、
を含む処理法。

【請求項13】

前記還元剤が、実質的に水素からなる、請求項１２に記載の処理法。

【請求項14】

前記第１のプロセス条件が、チタン前駆体を含み、該前駆体がＴｉＣｌ_４、ＴｉＩ_４、又はＴｉ［ＮＭｅ_２］_４であり、前記第２のプロセス条件が、ＴｉＮを含有する前記下部層を形成するためにＮＨ_３を含む、請求項１２に記載の処理法。

【請求項15】

前記基板表面を前記第２のプロセス条件に暴露する前に、前記基板を、前記処理チャンバの化学処理区域における化学処理プロセス条件に暴露し、該化学処理プロセス条件は、以下のもののうち１つ又は複数：
Ｓｉ_ｘＨ_２ｘ＋２［式中、ｘ≧１］
Ｓｉ_ｘＨ_ｙＦ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ＝２ｘ＋２］
Ｓｉ_ｘＨ_ｙＣｌ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ＝２ｘ＋２］
Ｂ_ｘＨ_ｙ［式中、ｘ≧２、かつｙ≦２ｘ＋２］
Ｂ_ｘＨ_ｙＣｌ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ≦２ｘ＋２］
Ｂ_ｘＨ_ｙＦ_ｚ［式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ≦２ｘ＋２］、及び
Ｂ_ｘＨ_ｙＲ_ｚ［式中、ｘ≧２、ｙ＋ｚ≦２ｘ＋２、かつＲは、１〜６個の炭素を有するアルキル基を含む］
を含む、請求項１２に記載の処理法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は一般的に、薄膜を堆積させる方法に関する。本開示は具体的には、例えばタングステン又はモリブデンを含有する、間隙充填膜を堆積させるためのプロセスに関する。

【背景技術】

【0002】

３Ｄ−ＮＡＮＤデバイス、並びに論理及びＤＲＡＭなどの用途のデバイスの製造は、ワード線、ビア、間隙などを、金属で充填可能なプロセスを含む。ワード線に金属が存在することにより、ＮＡＮＤトランジスタのコントロールゲートに対する電気的な接続が可能になる。このような金属充填に際して問題になることの１つは例えば、３Ｄ−ＮＡＮＤ構造が、ミクロンレベルの深さであることである。もう一つの問題は、絶縁体（一般的には酸化ケイ素）のスタック間にある横方向の空間も、充填しなければならないということである。

【0003】

間隙充填薄膜（例えばタングステン又はモリブデンを含有する薄膜）を、アスペクト比が非常に高いフィーチャに堆積させることは、困難である。３Ｄ半導体デバイスでは、水平で内曲したトレンチ内へと、シームレスに充填することが必要となる。不完全なトレンチ充填は、高い抵抗、汚染、充填材料損失、ひいてはデバイス性能の低下につながり得る。

【0004】

従来、タングステン含有材料の原子層堆積（ＡＬＤ）は、二成分反応：ＷＦ_６＋３Ｈ_２→Ｗ＋６ＨＦに基づいている。端的に言うと、ＷＦ_６及びＨ_２は、基板表面に交互に（順次）暴露される。ＷＦ_６は、基板表面において自己制御反応で部分的に分解して、フッ素化されたＷ表面（Ｗ−Ｆ、暴露済み）を形成すると考えられる。Ｈ_２パルスが、フッ素化されたＷ−Ｆ表面をＷへと還元する。しかしながら、ＷＦ_６と、基板（通常はＴｉＮ）との反応は非常に遅く、インキュベーション遅延が著しい。基板表面におけるＷＦ_６の核形成問題により、ランダムな表面成長が生じ、共形堆積性が悪い。ＷＦ_６−Ｈ_２のＡＬＤサイクル前に、ＴｉＮに中間層を堆積させることは、核形成促進剤として作用し得る。モリブデン含有材料のＡＬＤは、同様の化学的性質を示し、タングステン含有材料と同様、困難である。

【0005】

金属ケイ化物（ＷＳｉｘ及びＭｏＳｉｘ）を用いた核形成層は、様々な表面（Ｓｉ、ＳｉＯ_２、ＴｉＮなどを含む）におけるインキュベーション遅延問題を克服する手段として用いられてきた。金属ケイ化物は、ＡＬＤにより、金属前駆体及び共反応体としてのシラン（ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６など）を用いて堆積されてきた。しかしながら、シラン系金属ケイ化物の核形成層は、抵抗が高かったり、界面のフッ素レベルが高かったりすることがある。

【0006】

この分野では、デバイス素子（例えば、論理及びＤＲＡＭ並びにその他の用途のための、３Ｄ−ＮＡＮＤワード線、ビア及び間隙）を充填するために、貫通性で共形の膜を堆積させる方法が必要とされている。この分野ではさらに、例えばタングステン又はモリブデンを含有する間隙充填膜を、共形で効率的に堆積させるための方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0007】

本開示の１つ又は複数の実施形態は、タングステン又はモリブデンを含有する間隙充填層を形成することを含む処理法を対象としており、ここでは、表面に少なくとも１つのフィーチャを有する基板表面を、金属前駆体に、そして水素を含む還元剤に順次暴露することによって、間隙充填層がフィーチャ内に形成される。基板表面と、間隙充填層との間には、核形成層が存在しない。

【0008】

本開示のさらなる実施形態は、基板表面を処理チャンバ内に配置することを含む、処理法を対象とする。基板表面は、その上に少なくとも１つのフィーチャを有する。基板表面を、第１の金属前駆体に、そして反応体に順次暴露して下部層が形成され、第１の金属前駆体は、チタン前駆体、アルミニウム前駆体、及びケイ素前駆体のうち１つ又は複数を含み、反応体は、窒素前駆体、酸素前駆体、又はこれらの組み合わせを含む。下部層を、タングステン前駆体又はモリブデン前駆体を含有する第２の金属前駆体に、そして水素（Ｈ_２）を含む還元剤に順次暴露して、下部層に間隙充填層を形成する。

【0009】

本開示のさらなる実施形態は、基板表面を有する基板を、複数の区域を備える処理チャンバ内に配置することを含む、処理法を対象とする。各区域は、ガスカーテンによって隣接区域から分離されている。基板表面は、少なくとも１つのフィーチャを有し、このフィーチャは、上部、底部、及び側面を備えるとともに、１０：１以上のアスペクト比を有する。基板表面の少なくとも一部が、処理チャンバの第１区域において第１のプロセス条件に曝露される。第１のプロセス条件は、チタン、アルミニウム、ケイ素又はこれらの組み合わせの前駆体を含む。基板表面は、ガスカーテンを通して、処理チャンバの第２区域へと横方向に動かされる。基板表面は、処理チャンバの第２区域において第２のプロセス条件に曝露される。第２のプロセス条件は、チタン、アルミニウム、ケイ素、又はこれらの組み合わせの前駆体とともに膜を形成するための反応体を含み、該膜は、ＴｉＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、又はＴｉＡｌＯＮを含む。第１及び第２の区域への暴露（基板表面を横方向に動かすことを含む）は、下部層を形成するために、任意選択的に繰り返される。基板表面は、ガスカーテンを通して、処理チャンバの第３区域へと、横方向に動かされる。基板表面は、処理チャンバの第３区域において第３のプロセス条件に曝露される。第３のプロセス条件は、タングステン前駆体又はモリブデン前駆体を含む。基板表面は、ガスカーテンを通して、処理チャンバの第４区域へと、横方向に動かされる。基板表面は、処理チャンバの第４区域において第４のプロセス条件に曝露される。第４のプロセス条件は、タングステン又はモリブデン前駆体とともに膜を形成するために、還元剤として水素を含む。第３及び第４の区域への暴露（基板表面を横方向に動かすことを含む）は、フィーチャを充填するために、任意選択的に繰り返される。

【0010】

本開示の上述の特徴を詳細に理解できるよう、本開示のより詳細な説明（先に簡単に要約した）は、実施形態を参照することによって得られ、その実施形態のうち幾つかが、添付図面に示されている。しかしながら本開示は、同等な効果を奏する他の実施形態も許容するため、添付図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示しているに過ぎず、本開示の範囲を限定するものと見なされるべきではないことに、留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの断面図を示す。

【図2】本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの部分斜視図を示す。

【図3】本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの概略図を示す。

【図4】本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバにおいて使用するための、くさび形ガス分配アセンブリの一部の概略図を示す。

【図5】本開示の１つ又は複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの概略図を示す。

【図6】本開示の一又は複数の実施形態による間隙充填プロセスのフロー図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の幾つかの例示的な実施形態について説明する前に、本発明は以下の説明で規定される構造又はプロセス工程の詳細に限定されないことを、理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施又は実行できる。

【0013】

本明細書において「基板（substrate）」とは、製造プロセスにおいて表面に膜処理が実施される任意の基板、又はこのような基板上に形成された任意の材料表面をいう。例えば、処理を実施可能な基板表面は、用途に応じて、シリコン、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、アモルファスシリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電材料などの、他の任意の材料を含む。基板は、半導体ウエハを含むが、これに限られない。基板表面を研磨し、エッチングし、還元し、酸化させ、ヒドロキシル化し、アニールし、かつ／又はベイクするために、基板を前処理プロセスに曝露することができる。本発明では、基板自体の表面に直接、膜処理を行うことに加えて、開示されている膜処理工程のうちの任意のものが、以下でより詳細に開示するように、基板に形成された下部層に実施されることもある。「基板表面（substrate surface）」という用語は、文脈から分かるように、このような下部層を含むことを意図している。よって例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面上に堆積されていれば、新たに堆積される膜／層の露出面が、基板表面となる。

【0014】

１つ又は複数の実施形態によると、本方法は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを用いる。このような実施形態において基板表面は、前駆体（又は反応性ガス）に、順次、又は実質的に順次、曝露される。本明細書全体を通じて、「実質的に順次（substantially sequentially）」とは、前駆体曝露の期間のほとんどが、共試薬への曝露と（一部は重複し得るものの）重複しないことを意味する。本明細書及び添付特許請求の範囲において、「前駆体（precursor）」、「反応体（reactant）」、「反応性ガス（reactive gas）」などの語は、基板表面と反応し得る任意のガス状種を表わすために、互換可能に使用される。

【0015】

原子層堆積（ＡＬＤ）は、膜を堆積させるために、基板を前駆体に、そして反応体に順次暴露させるプロセスである。ＡＬＤは、堆積プロセスの単層制御を可能にする自己限定プロセスである。３Ｄ−ＮＡＮＤ構造の表面積が膨大であるため、各ＡＬＤサイクルにおいて多くの前駆体ドーズ量が使用される。不充分なドーズ量によって、非共形堆積につながり得る。ドーズ量は通常、前駆体の分圧と、暴露時間との積として表現される（１ラングミュア、すなわち１Ｌ＝１Ｅ−６トル秒）。特定のドーズ量を得るためには、長時間にわたり低分圧で、又は短時間、高分圧で基板を暴露することができる。両方の場合において時間と圧力との積は、等しい。表面積が大きく、深いトレンチ状構造における表面飽和のためには、前駆体のドーズ量が多く使用され得る。本開示の実施形態は、３Ｄ−ＮＡＮＤ構造を参照しながら提示されるものの、当業者であれば本開示が、３Ｄ−ＮＡＮＤデバイスに限られないことを理解するだろう。本開示の実施形態は、他の用途、例えば論理及びＤＲＡＭでも使用できる。

【0016】

高いドーズ量は、時間に基づくＡＬＤ（時間的ＡＬＤ又はタイムドメインＡＬＤとも呼ぶ）にとっては、困難である。時間的ＡＬＤにとって、処理時間及び分圧は、相互に無関係ではない。暴露時間は、高いウエハスループットを達成するために、最小化することができる。短い暴露で高いドーズ量を達成するためには、前駆体の高分圧を使用することができる。時間的ＡＬＤについての処理時間と分圧との相互依存性は、前駆体の気相混合を保証又はするために、２つの前駆体暴露（又は前駆体と反応体）の間にパージ工程があるという事実の結果である。

【0017】

暴露工程の間に、分圧をゼロ（パージ中はゼロ）から特定の高い値へと上げていくのには、時間が掛かる。また、パージ工程の間に、分圧をある高い値からゼロへと下げていくことにも、時間が掛かる。よって、前駆体について高いドーズ量が必要とされる場合、合計処理時間は、一般的に短くはない。低圧を用いることは、分圧をさらに迅速に上げていく／下げていくことを意味するが、高いドーズ量については、より長い暴露時間が使用される。高圧を用いることは、高いドーズ量を達成するためには、短い暴露で充分であるものの、分圧をよりゆっくりと上げていく／下げていくことを意味する。

【0018】

空間的ＡＬＤは、処理時間と分圧との間での基本的な相互依存関係を有さない。空間的ＡＬＤについては、前駆体サイクルが空間的に分離される。空間的に分離された各ゾーン（プロセス領域）は、何ら上げ下げすることなく、圧力を維持することができる。空間的ＡＬＤに対する高圧での短時間暴露は、可能であり得る。前駆体暴露の長さは、基板をどれくらい迅速に、空間的に分離された各ゾーン内へと動かして、そこから出せるかにかかっている。よって空間的ＡＬＤは、高いドーズ量の前駆体プロセスを使用する場合、時間的ＡＬＤよりもずっと多いウエハスループットを達成できると考えられる。

【0019】

本開示の１つ又は複数の実施形態は、核形成層のない間隙充填層を、例えばＷ ＡＬＤプロセス又はＭｏ ＡＬＤプロセスで堆積させる。本開示の幾つかの実施形態は、５：１、１０：１、１５：１、２０：１、２５：１、３０：１、３５：１、又は４０：１よりも大きいアスペクト比を有するフィーチャを、膜によって有利に充填する方法をもたらす。有利なことに、このようなＷ ＡＬＤ又はＭｏ ＡＬＤプロセスは、ＴｉＮ ＡＬＤと一体化することができる。

【0020】

ＴｉＮと、その他のＴｉ、Ａｌ、及びＳｉとを含む膜は一般的に、誘電基板上のＷ膜又はＭｏ膜の下にある。ＴｉＮは一般的に、誘電基板上のＷ膜に対するグルー層として使用される。用途には、３Ｄ−ＮＡＮＤワード線、１ｘ／ｙ／ｚ世代用のＤＲＡＭ埋め込みワード線、ソース／ドレインコンタクト、及び１０／７／５ｎｍ技術ノードのためのＣＭＯＳにおけるゲート金属が含まれる。本明細書において、詳細な化学的性質とプロセスは、Ｗについて提示されるが、その化学的性質は、Ｍｏに類似していることが理解される。低い抵抗を達成するためには、還元剤として、水素含有化合物（例えばＳｉＨ_４又はＢ_２Ｈ_６）よりもむしろ、水素を使用することが有利である。例えばＳｉＨ_４又はＢ_２Ｈ_６によって形成される膜の抵抗は、Ｈ_２で還元した膜よりもずっと高い。

【0021】

従来、ＴｉＮ層及びＷ層は、異なるチャンバで処理されており、ＴｉＮ層は、インラインでＷ ＡＬＤプロセスを待っている間、空気に暴露されていた。ＴｉＮ層の表面酸化に起因して、Ｗ ＡＬＤプロセスのインキュベーションが遅れ、劣化していたため、核形成層が必要であった。１つ又は複数の実施形態は、いわゆるグルー層の表面酸化を低減及び／又は排除する手段をもたらし、このグルー層には、ＴｉＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯＮ、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＳｉＯＮ、ＡｌＮ、ＴｉＡｌＮ、又はＴｉＡｌＯＮが含まれ得るが、これらに限られない。

【0022】

本開示の幾つかの実施形態は、バッチ処理チャンバ（空間的処理チャンバともいう）を用いる膜堆積プロセスを対象とする。図１は、ガス分配アセンブリ１２０（インジェクタ又はインジェクタアセンブリともいう）と、サセプタアセンブリ１４０とを備える、処理チャンバ１００の断面を示している。ガス分配アセンブリ１２０は、処理チャンバ内で使用される任意のタイプのガス供給デバイスである。ガス分配アセンブリ１２０は、サセプタアセンブリ１４０に対面する表側面１２１を含む。表側面１２１は、ガスの流れをサセプタアセンブリ１４０に向けて供給するための、任意の数の開口又は様々な開口を有し得る。ガス分配アセンブリ１２０は、外部エッジ１２４も含み、この外部エッジは、図示されている実施形態では実質的に円形である。

【0023】

使用されるガス分配アセンブリ１２０の具体的な種類は、使用されている特定のプロセスに応じて変化し得る。本開示の実施形態は、サセプタとガス分配アセンブリとの間の間隙が制御される、任意のタイプの処理システムと共に使用することができる。二成分反応では、複数のガスチャネルが、少なくとも１つの第１の反応性ガスＡのチャネル、少なくとも１つの第２の反応性ガスＢのチャネル、少なくとも１つのパージガスＰのチャネル、及び／又は少なくとも１つの真空Ｖのチャネルを有することができる。第１の反応性ガスＡの１つ又は複数のチャネル、第２の反応性ガスＢの１つ又は複数のチャネル、及びパージガスＰの１つ又は複数のチャネルから流れるガスは、ウエハの上面に向けて方向付けられる。ガス流のうち一部は、ウエハの表面をわたって水平に移動し、パージガスＰのチャネルを通じて処理領域の外へ移動する。

【0024】

幾つかの実施形態において、ガス分配アセンブリ１２０は、単一のインジェクタユニットで作られた剛性の静止体である。１つ又は複数の実施形態において、ガス分配アセンブリ１２０は、図２に示したように、複数の個別セクタ（例えば、複数のインジェクタユニット１２２）で構成されている。一体成形の本体、又はマルチセクターの本体のいずれも、説明した本開示の様々な実施形態で使用することができる。

【0025】

サセプタアセンブリ１４０は、ガス分配アセンブリ１２０の下に配置される。サセプタアセンブリ１４０は、上面１４１と、上面１４１にある少なくとも１つの凹部１４２とを含む。サセプタアセンブリ１４０は、底面１４３及び端面１４４も有する。凹部１４２は、処理される基板６０の形状及びサイズに応じて、任意の好適な形状及びサイズであり得る。図１に示す実施形態では、凹部１４２はウエハの底部を支持するための平らな底部を有しているが、凹部の底部は変化し得る。幾つかの実施形態では、凹部は、凹部の外周エッジに沿って、ウエハの外周エッジを支持するようサイズ決定される段差領域を有する。この段差によって支持される、ウエハの外周エッジの分量は例えば、ウエハの厚さや、ウエハの裏側に既にあるフィーチャの存在に応じて、変化し得る。

【0026】

幾つかの実施形態では、図１に示しているように、サセプタアセンブリ１４０の上面１４１における凹部１４２は、凹部１４２内で支持される基板６０が、サセプタ１４０の上面１４１と実質的に同一平面の上面６１を有するように、サイズ決定される。本明細書及び添付特許請求の範囲で使用されるように、「ほぼ同一平面」という用語は、ウエハの頂面とサセプタアセンブリの頂面が、±０．２ｍｍ以内で同一平面にあることを意味する。幾つかの実施形態では、頂面は±０．１５ｍｍ、±０．１０ｍｍ又は±０．０５ｍｍ以内で同一平面にある。

【0027】

図１のサセプタアセンブリ１４０は、サセプタアセンブリ１４０を上昇させ、下降させ、かつ回転させることが可能な、支持ポスト１６０を含む。サセプタアセンブリは、支持ポスト１６０の中央内部に、ヒータ又はガスライン又は電気的構成要素を含み得る。支持ポスト１６０は、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間の間隙を広げたり狭めたりして、サセプタアセンブリ１４０を適切な位置へと動かす、主たる手段であり得る。サセプタアセンブリ１４０は、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間に所定の間隙１７０を作り出すためにサセプタアセンブリ１４０に対してマイクロ調整を行い得る、微調整アクチュエータ１６２も含み得る。

【0028】

幾つかの実施形態では、間隙１７０の距離は、約０．１ｍｍ〜約５．０ｍｍの範囲内、若しくは約０．１ｍｍ〜約３．０ｍｍの範囲内、若しくは約０．１ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲内、若しくは約０．２ｍｍ〜約１．８ｍｍの範囲内、若しくは約０．３ｍｍ〜約１．７ｍｍの範囲内、若しくは約０．４ｍｍ〜約１．６ｍｍの範囲内、若しくは約０．５ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲内、若しくは約０．６ｍｍ〜約１．４ｍｍの範囲内、若しくは約０．７ｍｍ〜約１．３ｍｍの範囲内、若しくは約０．８ｍｍ〜約１．２ｍｍの範囲内、若しくは約０．９ｍｍ〜約１．１ｍｍの範囲内であるか、又は約１ｍｍである。

【0029】

図面に示す処理チャンバ１００は、内部でサセプタアセンブリ１４０が複数の基板６０を保持できる、カルーセル型のチャンバである。図２に示したように、ガス分配アセンブリ１２０は、複数の別個のインジェクタユニット１２２を含んでよく、各インジェクタユニット１２２は、ウエハがインジェクタユニットの下で動かされるにつれて、ウエハ上に膜を堆積させることができる。２つのパイ型インジェクタユニット１２２が示されており、これらはサセプタアセンブリ１４０の上方の、概ね対向している両側に配置されている。インジェクタユニット１２２のこの数は、例示のために示したに過ぎない。含まれる注入器ユニット１２２の数が、より多くても、又はより少なくてもよいことは、理解されるだろう。幾つかの実施形態では、サセプタアセンブリ１４０の形状に一致する形状を形成するのに十分な数のパイ型インジェクタユニット１２２が存在する。幾つかの実施形態では、個々のパイ型インジェクタユニット１２２は各々、他のインジェクタユニット１２２のいずれにも影響を与えることなく、個別に動かされ、取り外され、かつ／又は交換され得る。例えば、１つのセグメントを上昇させることにより、ロボットがサセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間の領域にアクセスして、基板６０をローディング／アンローディングすることを可能にできる。

【0030】

複数のウエハを同時に処理するため、複数のガス注入器を有する処理チャンバを使用することができ、これによって複数のウエハが、同じ処理の流れを受ける。例えば、図３に示したように、処理チャンバ１００は、４つのガスインジェクタアセンブリ及び４つの基板６０を有する。処理開始時に、基板６０は、インジェクタアセンブリ３０の間に配置され得る。サセプタアセンブリ１４０を４５°回転１７させることにより、ガス分配アセンブリ１２０間にある各基板６０が、膜堆積のために、ガス分配アセンブリ１２０の下方の点線円で示されているように、ガス分配アセンブリ１２０の方に移動させられる。さらに４５°回転させると、基板６０はインジェクタアセンブリ３０から離れるように移動する。基板６０とガス分配アセンブリ１２０とは、数が同じであっても、異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、処理されるウエハの数は、存在するガス分配アセンブリと同じ数になる。１つ又は複数の実施形態では、処理されるウエハの数は、ガス分配アセンブリの数の分数又は整数倍である。例えば、４つのガス分配アセンブリが存在する場合、処理されるウエハの数は４ｘとなり、ここでｘは、１以上の整数値である。例示的な一実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０は、ガスカーテンによって分離された８つの処理領域を含み、サセプタアセンブリ１４０は６つのウエハを保持し得る。

【0031】

図３に示した処理チャンバ１００は、１つの可能な構成を示しているに過ぎず、本開示の範囲を限定するものとみなされるべきではない。ここでは処理チャンバ１００が、複数のガス分配アセンブリ１２０を含む。図示した実施形態では、処理チャンバ１００の周りに均等に離間した４つのガス分配アセンブリ（インジェクタアセンブリ３０とも呼ぶ）が、存在する。図示した処理チャンバ１００は八角形であるが、当業者であれば、これは可能な一形状に過ぎず、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことを理解するだろう。図示されているガス分配アセンブリ１２０は台形であるが、単一の円形構成要素であってもよく、又は図２に示すもののように、複数のパイ型セグメントで構成されてもよい。

【0032】

図３に示す実施形態は、ロードロックチャンバ１８０、又はバッファステーションのような補助チャンバを含む。このチャンバ１８０は、例えば基板（基板６０とも呼ぶ）をチャンバ１００にローディング可能／チャンバ１００からアンローディング可能にするために、処理チャンバ１００の１つの面に接続される。サセプタ上に基板を動かすために、チャンバ１８０内にウエハロボットが配置され得る。

【0033】

カルーセル（例えばサセプタアセンブリ１４０）の回転は、連続的であっても、間欠的（非連続的）であってもよい。連続処理においてウエハは、各インジェクタに順に曝露されるように常に回転している。非連続処理においてウエハは、インジェクタ領域に動かされて停止し、それから、インジェクタ間の領域８４に動かされて停止し得る。例えば、カルーセルは、ウエハがインジェクタ間領域からインジェクタを越えて動き（又はインジェクタに隣接して停止し）、カルーセルが再度止まり得る次のインジェクタ間領域へと続いて動くように、回転し得る。インジェクタ間で止まることにより、各層の堆積と堆積との間に、追加の処理（例えば、プラズマへの曝露）を行うための時間が与えられ得る。

【0034】

図４は、ガス分配アセンブリ２２０のセクタ又は一部分（インジェクタユニット１２２とも呼ぶ）を示している。インジェクタユニット１２２は、個別に使用してもよく、又は他のインジェクタユニットと組み合わせて使用してもよい。例えば図５に示したように、図４の４つのインジェクタユニット１２２をひとまとめにして、１つのガス分配アセンブリ２２０が形成されている（分かりやすくするために、４つのインジェクタユニットを分ける線は図示していない）。図４のインジェクタユニット１２２は、パージガスポート１５５及び真空ポート１４５に加えて、第１反応性ガスポート１２５と第２ガスポート１３５の両方を有しているが、インジェクタユニット１２２に、これらの構成要素の全てが必要なわけではない。

【0035】

図４と図５の両方を参照すると、１つ又は複数の実施形態によるガス分配アセンブリ２２０は、複数のセクタ（又はインジェクタユニット１２２）を備えてよく、各セクタは同一であるか、又は異なっている。ガス分配アセンブリ２２０は、処理チャンバの中に配置され、かつ、ガス分配アセンブリ２２０の正面１２１に、複数の細長いガスポート１２５、１３５、１５５と、細長い真空ポート１４５とを備える。複数の細長いガスポート１２５、１３５、１５５、及び細長い真空ポート１４５は、内周エッジ１２３に隣接したエリアから、ガス分配アセンブリ２２０の外周エッジ１２４に隣接したエリアに向かって延在する。図示している複数のガスポートは、第１反応性ガスポート１２５、第２ガスポート１３５、第１反応性ガスポートと第２反応性ガスポートの各々を取り囲む真空ポート１４５、及びパージガス真空ポート１５５を含む。

【0036】

図４又は図５に示す実施形態を参照するに、ポートは少なくとも内周領域周辺から少なくとも外周領域周辺まで延在すると記載していても、ポートは、単に内側領域から外側領域まで径方向に延在するだけではないことがある。ポートは、真空ポート１４５が反応性ガスポート１２５及び反応性ガスポート１３５を取り囲んでいることから、接線方向に延在し得る。図４及び図５に示す実施形態では、くさび型の反応性ガスポート１２５、１３５は、内周領域及び外周領域に隣接するエッジを含むすべてのエッジが、真空ポート１４５に囲まれている。

【0037】

図４を参照するに、基板が経路１２７に沿って動くにつれて、基板表面の各部分は様々な反応性ガスに曝露される。経路１２７を辿ると、基板は、パージガスポート１５５、真空ポート１４５、第１反応性ガスポート１２５、真空ポート１４５、パージガスポート１５５、真空ポート１４５、第２ガスポート１３５、そして真空ポート１４５に曝露される、すなわちそれらに「遭遇する（see）」ことになる。よって、図４に示した経路１２７の終端において、基板は第１ガスポート１２５及び第２ガスポート１３５に暴露されており、層が形成される。図示されているインジェクタユニット１２２は四分円をなしているが、より大きい又はより小さいものである可能性もある。図５に示したガス分配アセンブリ２２０は、直列に接続された図４のインジェクタユニット１２２を４つ組み合わせたものと考えることもできる。

【0038】

図４のインジェクタユニット１２２は、反応性ガス同士を分離させるガスカーテン１５０を示している。「ガスカーテン」という用語は、反応性ガスを混合しないように分離させるガス流又は真空の任意の組み合わせを説明するために使用される。図４に示すガスカーテン１５０は、真空ポート１４５の第１反応性ガスポート１２５に隣り合った部分、中間のパージガスポート１５５、及び真空ポート１４５の第２ガスポート１３５に隣り合った部分を含む。ガス流と真空とのこの組み合わせは、第１反応性ガスと第２反応性ガスとの気相反応を防止又は最少化するために、使用され得る。

【0039】

図５を参照するに、ガス分配アセンブリ２２０からのガス流と真空との組み合わせが、複数の処理領域２５０を分離している。処理領域は、２５０の間のガスカーテン１５０を用いて、個々のガスポート１２５、１３５の周りに大まかに画定されている。図５に示す実施形態により、８つの別個のガスカーテン１５０を間に有する、８つの別個の処理領域２５０が構成されている。１つの処理チャンバは、少なくとも２つの処理領域を有し得る。幾つかの実施形態では、少なくとも３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、又は１２個の処理領域が存在する。

【0040】

処理中に基板は、どの時点においても１を上回る数の処理領域２５０に曝露され得る。しかしながら、異なる処理領域に曝露される部分は、その２箇所を分離するガスカーテンを有することになる。例えば、基板の先行エッジが第２ガスポート１３５を含む処理領域に入る場合、基板の中央部はガスカーテン１５０の下にあり、基板の後続エッジは、第１反応性ガスポート１２５を含む処理領域内にあることになる。

【0041】

例えばロードロックチャンバであってよいファクトリインターフェース２８０が、処理チャンバ１００に接続されて図示されている。基準のフレームを提示するために、基板６０は、ガス分配アセンブリ２２０の上に重ね合わされて図示されている。基板６０は多くの場合、ガス分配アセンブリ１２０の表側面１２１の近くに保持されるよう、サセプタアセンブリ上に置かれ得る。基板６０は、ファクトリインターフェース２８０を介して、処理チャンバ１００内の基板支持体又はサセプタアセンブリ上にローディングされる（図３参照）。処理領域の中に配置された基板６０が図示され得るが、それはこの基板が、第１反応性ガスポート１２５に隣接して、かつ２つのガスカーテン１５０ａ、１５０ｂの間に配置されているからである。基板６０を経路１２７に沿って回転させることにより、この基板は、処理チャンバ１００を回るように反時計回りに動くことになる。よって基板６０は、第１処理領域２５０ａから第８処理領域２５０ｈまでの処理領域（第１から第８までの領域の間にある全ての処理領域を含む）に曝露される。

【0042】

本開示の実施形態は、複数の処理領域２５０ａ〜２５０ｈを有し、各処理領域がガスカーテン１５０によって隣接領域から分離されている処理チャンバ１００を含む、処理法を対象としている。例えば、図５に処理チャンバが示されている。処理チャンバ内のガスカーテンと処理領域の数は、ガス流の構成に応じた任意の適切な数であってもよい。図５に示す実施形態は、８つのガスカーテン１５０と８つの処理領域２５０ａ〜２５０ｈとを有している。ガスカーテンの数は概して、処理領域の数と同じか、それを上回る。

【0043】

複数の基板６０は、例えば図１及び図２に示すサセプタアセンブリ１４０の基板支持体上に配置される。複数の基板６０は、処理のために、処理領域を回るように回転する。通常、ガスカーテン１５０は、チャンバ内に反応性ガスが流れ込まない期間を含め、処理の間ずっと稼働している（ガスが流れ、真空はオンになっている）。

【0044】

第１反応ガスＡが１つ又は複数の処理領域２５０に流し込まれる一方、第１反応ガスＡが流入しない全ての処理領域２５０内に、不活性ガスが流し込まれる。例えば、第１反応性ガスが処理領域２５０ｂから処理領域２５０ｈまでの処理領域に流れ込んでいる場合、不活性ガスは、処理領域２５０ａに流れ込む。不活性ガスは、第１反応性ガスポート１２５又は第２ガスポート１３５を通じて、流すことができる。

【0045】

処理領域内の不活性ガス流は、一定であるか、又は変化させることができる。幾つかの実施形態において、反応性ガスは、不活性ガスと共流させることができる。不活性ガスは、キャリア及び希釈剤として作用することになる。キャリアガスと比べて反応性ガスの量は少ないことから、共流によって、隣接する領域間の圧力差を低減することで、処理領域間のガス圧のバランスを取ることがより容易になり得る。

【0046】

図６は、本開示の１つ又は複数の実施形態による間隙充填プロセスのフロー図３００を示す。ＡＬＤによりＴｉ、Ａｌ、及びＳｉ（例えばＴｉＮ）を含む表面を有する基板は、３１０で処理システムの第１のチャンバに提供される。１つ又は複数の実施形態において、第１のチャンバは、ＴｉＮが形成されたところに、あってよい。

【0047】

エクスサイチュ（ex situ）の実施形態では、ＴｉＮ形成後に、例えば第２の（別個の）チャンバへと移送する間に、基板を空気３２０に暴露することができる。空気への暴露に起因して、酸化物を除去するために、表面を３４０で化学処理に暴露することができる。その後、同じ（第２の）チャンバにおいて、還元剤として水素を用いてＷ又はＭｏを付与するために、表面を間隙充填ＡＬＤ３５０に暴露することができる。

【0048】

インサイチュ（in situ）の実施形態では、ＴｉＮ形成後に、基板が空気３３０に暴露されない。これは、基板が第１のチャンバに留まる場合に起こり得る。この実施形態のために、表面を任意選択的に、３６０で化学処理に暴露させることができる。その後、同じ（第１の）チャンバにおいて、還元剤として水素を用いてＷ又はＭｏを付与するために、表面を間隙充填ＡＬＤ３７０に暴露することができる。

【0049】

幾つかの実施形態において、間隙充填は、連続的な膜である。本明細書で使用する「連続」という用語は、堆積層の下層の材料を露出させる間隙又はベアスポット（bare spot）がない状態で露出面全体を覆う層をいう。連続層は、膜の総表面積の約１％未満の表面積の間隙又はベアスポットを有し得る。

【0050】

Ｔｉ、Ａｌ、及びＳｉを含む（例えばＴｉＮ）ＡＬＤプロセスは、時間的、又は空間的なものであり得る。典型的なウエハ温度は、５０℃〜７００℃の範囲、約２００℃〜約５００℃の範囲、又は約２５０℃〜約４５０℃の範囲である。プロセス圧力は、０．０１〜１００トルの範囲であり得る。共反応体は、酸素源又は窒素源を含むことができる。共反応体は、Ｏ_２、Ｏ_２プラズマ、ＮＯ、ＮＯプラズマ、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２Ｏプラズマ、Ｈ_２Ｏ、Ｈ_２Ｏプラズマ、Ｄ_２Ｏ、Ｏ_３、ＮＨ_３、ＮＨ_３プラズマ、Ｎ_２、Ｎ_２プラズマ、Ｈ_２、Ｈ_２プラズマ、及びこれらの組み合わせから成る群から選択することができる。不活性ガス（例えばＨｅ、Ａｒなど）が、希釈のために存在し得る。

【0051】

適切なチタン前駆体には、以下のものが含まれるが、これらに限られない：ＴｉＣｌ_４、ＴｉＩ_４、又はＴｉ［ＮＭｅ_２］_４。ＴｉＮを形成するための共反応体は、ＮＨ_３であり得る。適切なケイ素前駆体には、ポリシラン（Ｓｉ_ｘＨ_ｙ、及びオルガノシラン）が含まれるが、これらに限られない。ポリシランには例えば、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、トリシラン（Ｓｉ_３Ｈ_８）、テトラシラン（Ｓｉ_４Ｈ_１０）、イソテトラシラン、ネオペンタシラン（Ｓｉ_５Ｈ_１２）、シクロペンタシラン（Ｓｉ_５Ｈ_１０）、ヘキサシラン（Ｓｉ_６Ｈ_１４）、シクロヘキサシラン（Ｓｉ_６Ｈ_１２）、又は一般的にＳｉ_ｘＨ_ｙ（ここでｘ＝２以上、かつｙ＝２ｘ又は２ｘ＋２）及びこれらの組み合わせが含まれる。その他のケイ素前駆体は、ＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、ＨＭＤＳ（Ｃｌ_３Ｓｉ-ＳｉＣｌ_３）、ＴＳＡ（Ｎ（ＳｉＨ_３）_３）であり得る。適切なアルミニウム前駆体には、ＡｌＲ_３（Ｒは、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｈ、Ｓ又はハライドによりＡｌに結合している任意の配位子である）が含まれるが、これらに限られない。例えば、アルミニウム前駆体は、以下のもののうち１つ又は複数を含むことができる：アルキル含有アルミニウム化合物、アルミニウムアルコキシド系化合物、アルミニウムアミノ系化合物、ハロゲン化アルミニウム、又はこれらの組み合わせ。１つの実施形態において、アルミニウム前駆体は、トリメチルアンモニウム（ＴＭＡ）（ＡｌＭｅ_３）である。１つの実施形態において、アルミニウム前駆体は、三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）、又は三臭化アルミニウム（ＡｌＢｒ_３）である。

【0052】

間隙充填ＡＬＤチャンバでの化学的処理は、５０℃〜７００℃の範囲、約２００℃〜約５００℃の範囲、又は約２５０℃〜約４５０℃の範囲で行われる。プロセス圧力は、０．０１〜１００トルの範囲であり得る。酸化物を除去するための化学処理は、基板を以下のもののうち１つ又は複数に暴露することを含む：Ｓｉ_ｘＨ_２ｘ＋２（式中、ｘ≧１）；Ｓｉ_ｘＨ_ｙＦ_ｚ（ｘ≧２、かつｙ＋ｚ＝２ｘ＋２）；Ｓｉ_ｘＨ_ｙＣｌ_ｚ（式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ＝２ｘ＋２）；Ｂ_ｘＨ_ｙ（式中、ｘ≧２、かつｙ≦２ｘ＋２）；Ｂ_ｘＨ_ｙＣｌ_ｚ、（式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ≦２ｘ＋２）；Ｂ_ｘＨ_ｙＦ_ｚ（式中、ｘ≧２、かつｙ＋ｚ≦２ｘ＋２）；及びＢ_ｘＨ_ｙＲ_ｚ（式中、ｘ≧２、ｙ＋ｚ≦２ｘ＋２、かつＲは、１〜６個の炭素を有するアルキル基を含む）。

【0053】

金属ＡＬＤプロセス。タングステン又はモリブデンＡＤＬプロセスは、時間的又は空間的なものであり得る。典型的なウエハ温度は、５０℃〜７００℃の範囲、約２００℃〜約５００℃の範囲、又は約２５０℃〜約４５０℃の範囲である。プロセス圧力は、０．０１〜１００トルの範囲であり得る。前駆体は、ＷＦ_６、ＷＣｌ_６、ＷＣｌ_５、Ｗ（ＣＯ）_５、ＭｏＦ_６、ＭｏＣｌ_６、ＭｏＣｌ_５であり得る。共反応体は、Ｈ_２である。不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ_２含む）を、チャンバに添加することができる。

【0054】

従って、本開示の１つ又は複数の実施形態は、図５に示したようなバッチ処理チャンバを利用する、処理法を対象とする。基板６０は、複数の区域２５０を有する処理チャンバ内に置かれ、各区域は、ガスカーテン１５０によって隣接区域から分離される。基板表面の少なくとも一部分は、処理チャンバの第１区域２５０ａにおいて第１のプロセス条件に曝露される。幾つかの実施形態の第１のプロセス条件は、アルミニウム含有前駆体剤を含む。

【0055】

基板表面は、ガスカーテン１５０を通して、処理チャンバの第２区域２５０ｂへと横方向に動かされる。基板表面は、第２区域２５０ｂにおいて第２のプロセス条件に曝露される。幾つかの実施形態の第２のプロセス条件は、ＡｌＣ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ［式中、ｘ、ｙ、及びｚは独立して、０〜１の範囲にある］により示されるアルミニウム含有前駆体とともに膜を形成するための反応体を含む。

【0056】

基板表面は、ガスカーテン１５０を通して、処理チャンバの第３区域２５０ｃへと横方向に動かされる。それから基板表面は、第３区域２５０ｃにおいて第３プロセス条件に曝露され得る。幾つかの実施形態の第３プロセス条件は、ＡｌＣ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ膜と反応してＡｌＦ_３を形成するフッ素化剤を含む。

【0057】

基板表面は、ガスカーテン１５０を通して、処理チャンバの第４区域２５０ｄへと横方向に動かされる。それから基板表面は、第４区域２５０ｄにおいて第４プロセス条件に曝露され得る。幾つかの実施形態の第４プロセス条件は、ＡｌＦ_３と反応して除去のための揮発性種にするエッチング剤を含む。

【0058】

幾つかの実施形態では、所定の膜厚を有する膜を形成するために、基板が、さらなる第１及び第２のプロセス条件に曝露される。幾つかの実施形態では、基板表面を繰り返しエッチングするために、基板はさらなる第３及び第４のプロセス条件に曝露される。

【0059】

任意選択的に、基板表面は、ガスカーテン１５０を通して、処理チャンバの第５区域２５０ｅへと、横方向に動かされる。それから基板表面は、第５区域２５０ｅにおいて第５プロセス条件に曝露され得る。幾つかの実施形態の第５プロセス条件は、Ａｌ−Ｆ結合と反応してＡｌ−Ｏ結合を形成する酸化剤を含む。

【0060】

１つ又は複数の実施形態によれば、基板は、層形成前、及び／又は層形成後に、処理される。この処理は、同じチャンバ内、又は１つ若しくは複数の別個の処理チャンバ内で実施され得る。幾つかの実施形態において、基板は、更なる処理のために、第１のチャンバから、別個の第２のチャンバに移動される。基板は、第１のチャンバから別個の処理チャンバに直接移動され得るか、又は第１のチャンバから１つ若しくは複数の移送チャンバに移動され、次いで別個の処理チャンバへと移動され得る。したがって、処理装置は、移送ステーションと連通している複数のチャンバを備え得る。この種の装置を、「クラスタツール」又は「クラスタシステム」などと呼ぶことがある。

【0061】

通常、クラスタツールは、基板の中心決め及び配向決め、脱ガス、アニール処理、堆積、及び／又は、エッチングを含む様々な機能を実施する複数のチャンバを備える、モジュールシステムである。１つ又は複数の実施形態によれば、クラスタツールは、少なくとも第１のチャンバ及び中央移送チャンバを含む。中央移送チャンバは、複数の処理チャンバ及び複数のロードロックチャンバの間で基板を往復搬送することが可能なロボットを収納し得る。移送チャンバは、通常、真空条件に維持され、この移送チャンバは、基板を一方のチャンバからもう一方のチャンバ及び／又はクラスタツールの前端に位置付けされたロードロックチャンバへと往復搬送するための中間ステージをもたらす。本発明のために適合され得る二つのよく知られたクラスタツールは、Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）及びＥｎｄｕｒａ（登録商標）であり、両方とも、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能である。しかしながら、チャンバの実際の配置及び組合せは、本書に記載のプロセスの特定の工程を実施する目的で変更することが可能である。使用可能な他の処理チャンバには、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、予備洗浄、化学洗浄、ＲＴＰなどの熱処理、プラズマ窒化、ガス抜き、配向、ヒドロキシル化、及びその他の基板処理が含まれるが、これらに限定されない。クラスタツール上のチャンバ内でプロセスを実行することにより、その次の膜を堆積させる前に酸化することなく、空気中の不純物による基板の表面汚染を回避することができる。

【0062】

１つ又は複数の実施形態によれば基板は、連続的に真空又は「ロードロック（load lock）」の条件下にあり、一つのチャンバから次のチャンバに動かされる時に周囲空気に曝露されない。移送チャンバは、このように真空下にあり、真空圧力下に「ポンプダウン」されている。処理チャンバ又は移送チャンバの中には不活性ガスが存在し得る。幾つかの実施形態では、不活性ガスは、反応体の一部又は全部を除去するために、パージガスとして使用される。１つ又は複数の実施形態によると、反応体が堆積チャンバから移送チャンバ及び／又は追加の処理チャンバに移動することを防止するために、パージガスが堆積チャンバの出口において注入される。こうして、不活性ガスの流れがチャンバの出口にカーテンを形成する。

【0063】

基板は、単独の基板堆積チャンバ内で処理されてよく、この単独の基板堆積チャンバでは、別の基板が処理される前に、単一の基板が、ローディングされ、処理され、かつアンローディングされる。基板は、複数の基板が個々に、チャンバの第１部分の中へとローディングされ、チャンバを通って動き、かつチャンバの第２部分からアンローディングされる、コンベヤシステムに類似した連続的な様態で、処理されることも可能である。チャンバ及び関連するコンベヤシステムの形状は、直線経路又は曲線経路を形成し得る。加えて、処理チャンバはカルーセルであってよく、このカルーセルにおいて、複数の基板が、中心軸の周りで移動され、かつカルーセル経路全体を通じて堆積、エッチング、アニール処理、洗浄などのプロセスに曝露される。

【0064】

処理中に、基板は加熱又は冷却され得る。このような加熱又は冷却は、基板支持体の温度を変化させること、及び基板表面へ加熱又は冷却されたガスを流すことを含む、任意の適当な手段により達成できるが、これらに限定されない。幾つかの実施形態において、基板支持体は、伝導的に基板温度を変化させるように制御可能なヒータ／クーラを含む。１つ又は複数の実施形態では、基板温度を局所的に変化させるために、用いられるガス（反応性ガス若しくは不活性ガス）が加熱又は冷却される。幾つかの実施形態では、基板温度を対流によって変化させるため、ヒータ／クーラが、基板表面に隣接してチャンバ内に配置される。

【0065】

基板は、処理中に、静止していることも、回転することも可能である。回転する基板は、連続的に、又は非連続な工程で、回転し得る。例えば、処理全体を通じて基板を回転させてもよく、又は様々な反応性ガス若しくはパージガスへの曝露の合間に、基板を少しずつ回転させてもよい。処理中に基板を（連続的又は段階的に）回転させることは例えば、ガス流形状の局所的可変性の影響を最小限に抑えることによって、より均一な堆積又はエッチングの実現に役立ち得る。

【0066】

原子層堆積型チャンバ内において、基板は、空間的又は時間的に分離されたプロセスにおいて、第１と第２の前駆体に曝露され得る。時間的ＡＬＤは、第１前駆体がチャンバに流れ込んで表面と反応する、従来のプロセスである。第１の前駆体は、第２の前駆体を流入する前にチャンバからパージされる。空間的ＡＬＤでは、第１の前駆体及び第２の前駆体が、両方同時にチャンバへ流されるが、前駆体の混合を防止する領域が流れと流れの間に存在するように、空間的に分離されている。空間的ＡＬＤでは、基板がガス分配プレートに対して動かされるか、又はその逆である。

【0067】

１つのチャンバ内で方法の部分のうちの１つ又は複数が実行される実施形態おいて、プロセスは、空間的ＡＬＤプロセスであり得る。上記化学特性の１つ又は複数が両立しない（即ち、基板表面上以外で反応する結果となるか、及び／又はチャンバ上に堆積する結果となる）ものであってよいが、空間的な分離により、気相にある複数の試薬が互いに曝露されないことが保証される。例えば、時間的ＡＬＤは、堆積チャンバをパージすることを含む。しかしながら実際には、追加試薬を流し込む前に余剰試薬の全てをチャンバ外にパージすることが、不可能な時もある。従って、チャンバ内に残った試薬のうちのいずれかが、反応を起こしかねない。空間的に分離されていれば、余剰の試薬をパージする必要はなく、交差汚染が制限される。さらに、チャンバをパージするのに多くの時間を要することがあるため、パージ工程をなくすことによりスループットが増大し得る。

【0068】

この明細書全体を通じて、「一実施形態（one embodiment）」、「ある種の実施形態（certain embodiments）」、「１つ又は複数の実施形態（one or more embodiments）」、又は「実施形態（an embodiment）」に対する言及は、実施形態に関連して説明されている特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。よって、この明細書全体の様々な箇所での「１つ又は複数の実施形態で」、「ある種の実施形態で」、「一実施形態で」、又は「実施形態において」などの表現の表出は、必ずしも、本開示の同一の実施形態に言及するものではない。さらに、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な様態で組み合わせてもよい。

【0069】

本書の開示は具体的な実施形態を参照して説明されているが、これらの実施形態は、本開示の原理及び用途の単なる例示であると理解されたい。本開示の本質及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に対して様々な改変及び変形が可能なことは、当業者にとって明らかだろう。よって本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等論の範囲内である改変例及び変形例を含むことが意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】