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(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】
(24)【登録日】2022-12-13
(45)【発行日】2022-12-21
(54)【発明の名称】完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着の方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/316 20060101AFI20221214BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20221214BHJP
H01L 21/3205 20060101ALI20221214BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20221214BHJP
H01L 23/532 20060101ALI20221214BHJP
C23C 16/04 20060101ALI20221214BHJP
C23C 16/42 20060101ALI20221214BHJP
【ＦＩ】
H01L21/316 X
H01L21/31 B
H01L21/88 B
H01L21/90 K
C23C16/04
C23C16/42
【請求項の数】
20
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2018217623
(22)【出願日】2018-11-20
(65)【公開番号】P2019096881
(43)【公開日】2019-06-20
【審査請求日】2021-10-26
(31)【優先権主張番号】62/588,855
(32)【優先日】2017-11-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/685,847
(32)【優先日】2018-06-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】000219967
【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100091214
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 進介
(72)【発明者】
【氏名】カンダバラ エヌ．タピリー
【審査官】高柳 匡克
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－０４１０３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０１０６８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－２１１１２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５３６４５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５１６４２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００８／００３２０６４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１６
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５
Ｈ０１Ｌ ２１／７６８
Ｃ２３Ｃ １６／０４
Ｃ２３Ｃ １６／４２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板処理方法であって、（ａ） 処理チャンバ内の複数の基板支持体上に基板を配置するステップであって、該処理チャンバは、該処理チャンバ内で回転軸の周りに画定された処理空間を含み、各基板は第１の表面と第２の表面とを含む、ステップと、
（ｂ） 前記回転軸の周りに前記複数の基板支持体を回転させるステップと、
（ｃ） 金属含有触媒を含む反応ガスに前記基板を暴露するステップと、
（ｄ） 酸化層を該酸化層上の前記金属含有触媒と共に前記第２の表面から除去する洗浄ガスに前記基板を暴露するステップと、
（ｅ） ある期間にわたって、前記第１の表面上の前記金属含有触媒上に初期ＳｉＯ２膜を選択的に付着させるシラノールガスを含有する付着ガスに前記基板を暴露するステップであって、該初期ＳｉＯ２膜は前記第２の表面に隣接する隆起フィーチャを形成する、ステップと、
（ｆ） 前記金属含有触媒を用いて、前記反応ガスに前記基板を暴露して、前記第２の表面ではなく前記初期ＳｉＯ２膜の隆起フィーチャを選択的に被覆するステップと、
（ｇ） ある期間にわたって、前記初期ＳｉＯ２膜の隆起フィーチャ上の前記金属含有触媒上に追加ＳｉＯ２膜を選択的に付着させる前記シラノールガスを含有する付着ガスに前記基板を暴露するステップと、
を含む方法。
【請求項2】
前記第１の表面が誘電体材料を含み、前記第２の表面が金属層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
ステップ（ｆ）を実行する前に、ステップ（ｃ）からステップ（ｅ）までを少なくとも１回繰り返して、前記初期ＳｉＯ２膜の厚さを増加させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
ステップ（ｆ）及びステップ（ｇ）を少なくとも１回繰り返して、前記初期ＳｉＯ２膜上の前記追加ＳｉＯ２膜の厚さを増加させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
ステップ（ｆ）及びステップ（ｇ）は、前記洗浄ガスに前記基板を暴露するステップを介在させることなく実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記反応ガスは、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記反応ガスはトリメチルアルミニウム（ＡｌＭｅ３）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記シラノールガスを含む付着ガスに前記基板を暴露するステップは、いかなる酸化剤及び加水分解剤なしで、１５０℃以下の基板温度で実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記暴露するステップ中、前記基板の温度は１００℃以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記付着ガスは前記シラノールガスと不活性ガスとからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記シラノールガスは、トリス（ｔｅｒｔ－ペントキシ）シラノール、トリス（ｔｅｒｔ－ブトキシ）シラノール、及びビス（ｔｅｒｔ－ブトキシ）（イソプロポキシ）シラノールからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記初期ＳｉＯ２膜及び前記追加ＳｉＯ２膜は、自己制限的処理で前記金属含有触媒上に付着される、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
前記初期ＳｉＯ２膜の厚さは１５ｎｍ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項14】
前記初期ＳｉＯ２膜は、ステップ（ｃ）からステップ（ｅ）までを順次１回だけ実行することによって付着される、請求項１に記載の方法。
【請求項15】
前記追加ＳｉＯ２膜の厚さは５０ｎｍと１００ｎｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項16】
前記洗浄ガスがアルコールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項17】
前記アルコールは、イソプロピルアルコール、メタノール又はエタノールを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
ステップ（ｃ）からステップ（ｅ）までが、前記回転軸の周りに第１の狭角によって画定された第１の処理空間に前記反応ガスを注入するステップと、
各全回転中に、各基板の第１の表面及び第２の表面を前記第１の処理空間内の反応ガスに暴露するステップと、
前記回転軸の周りに第２の挟角によって画定され、前記第１の処理空間から分離されている第２の処理空間に前記洗浄ガスを注入するステップと、
各全回転中に、各基板の第１の表面及び第２の表面を前記洗浄ガスに暴露するステップと、
前記回転軸の周りに第３の狭角によって画定され、前記第１の処理空間及び前記第２の処理空間から分離されている第３の処理空間に、前記シラノールガスを含む前記付着ガスを注入するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項19】
各基板上に前記初期ＳｉＯ２膜を増加的に付着させるために、前記第１の処理空間、前記第２の処理空間及び前記第３の処理空間を通して前記基板を繰り返し回転させることによって、各基板の第１の表面及び第２の表面を前記反応ガス、前記洗浄ガス、及び前記付着ガスに再暴露するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
ステップ（ｆ）からステップ（ｇ）までが、前記回転軸の周りに第１の狭角によって画定された第１の処理空間に前記反応ガスを注入するステップと、
各全回転中に、各基板の第１の表面を前記第１の処理空間内の反応ガスに暴露するステップと、
前記回転軸の周りに第２の狭角によって画定され、前記第１の処理空間から分離されている第２の処理空間に前記シラノールガスを含む前記付着ガスを注入するステップと、
各基板上に前記追加ＳｉＯ２膜を増加的に付着させるために、前記第１の処理空間及び前記第２の処理空間を通して前記基板を繰り返し回転させることによって、各基板の第１の表面及び第２の表面を前記反応ガス及び前記付着ガスに再暴露するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願は、２０１７年１１月２０日付で出願された米国仮特許出願第６２／５８８，８５５号に関連し、それに対する優先権を主張し、そのすべての内容は参照により本明細書に援用される。この出願は、２０１８年６月１５日付で出願された米国仮特許出願第６２／６８５，８４７号に関連し、それに対する優先権を主張し、そのすべての内容は参照により本明細書に援用される。
【0002】
本発明は、半導体処理及び半導体デバイスに関連し、より詳細には、完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法に関連する。
【背景技術】
【0003】
デバイスのサイズが小さくなるにつれて、半導体デバイス製造における複雑さが増している。半導体デバイスを製造するためのコストも増しており、費用対効果の高い解決及び革新が必要とされている。より小さいトランジスタが製造されるにつれて、パターニングされたフィーチャの限界寸法（ＣＤ）又は解像度は、製造するのがより困難になってきている。薄膜の選択的付着が、高度にスケーリングされた技術ノードにおいてはパターニングにおける重要なステップである。異なる材料表面上に選択的膜付着（deposition）を提供する新たな付着方法が必要とされている。
【発明の概要】
【0004】
一実施形態により、基板処理方法を提供する。本方法は、（ａ） 処理チャンバ内の複数の基板支持体上に複数の基板を配置するステップであって、該処理チャンバは、該処理チャンバ内で回転軸の周りに画定された処理空間を含み、各基板は第１の表面と第２の表面とを含む、ステップと、（ｂ） 前記回転軸の周りに前記複数の基板支持体を回転させるステップと、（ｃ） 金属含有触媒を含む反応ガスに前記基板を暴露するステップと、（ｄ） 酸化層を該酸化層上の金属含有触媒と共に前記第２の表面から除去する洗浄ガスに前記基板を暴露するステップと、（ｅ） ある期間にわたって、前記第１の表面上の前記金属含有触媒層上に初期ＳｉＯ２膜を選択的に付着させるシラノールガスを含有する付着ガスに前記基板を暴露するステップであって、該初期ＳｉＯ２膜は前記第２の表面に隣接する隆起フィーチャを形成する、ステップと、（ｆ） 前記金属含有触媒層を用いて、前記反応ガスに前記基板を暴露して、前記第２の表面ではなく前記初期ＳｉＯ２膜の隆起フィーチャを選択的に被覆するステップと、（ｇ） ある期間にわたって、前記初期ＳｉＯ２膜の隆起フィーチャ上の前記金属含有触媒上に追加ＳｉＯ２膜を選択的に付着させる前記シラノールガスを含有する付着ガスに前記基板を暴露するステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0005】
本発明の実施形態及びそれに付随する多くの利点のより完全な理解は、特に添付の図面と併せて考慮されるときに、以下の詳細な説明を参照することにより容易に明らかになるであろう。
【0006】
【図1A】本発明の一実施形態による、完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法を概略断面図で示す。
【図1B】本発明の一実施形態による、完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法を概略断面図で示す。
【図1C】本発明の一実施形態による、完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法を概略断面図で示す。
【図1D】本発明の一実施形態による、完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法を概略断面図で示す。
【図1E】本発明の一実施形態による、完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法を概略断面図で示す。
【図1F】本発明の一実施形態による、完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法を概略断面図で示す。
【図1G】本発明の一実施形態による、完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法を概略断面図で示す。
【図2】本発明の一実施形態による、基板を処理するためのバッチ処理システムを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【0007】
本発明のいくつかの実施形態は、完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法を提供する。本方法は、複数の基板を同時に処理することが可能なバッチ処理システムにおいて実行されてよい。バッチ処理システムの一例を図２に概略的に示す。
【0008】
図１Ａから図１Ｇは、本発明の一実施形態による、完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法を概略断面図で示す。図１Ａでは、基板１はパターニング及び平坦化されており、誘電体材料１００と、誘電体材料１００にはめ込まれた金属層１０４と、金属層１０４を誘電体材料１００から分離する光学拡散バリア層１０２と、を含む。誘電体材料１００は第１の表面１０１を有し、金属層１０４は第２の表面１０３を有する。誘電体材料１００は、例えば、ｌｏｗ－ｋ誘電体材料、ＳｉＯ２、ＳｉＣＯＨ又は金属含有誘電体材料を含むことができる。いくつかの例では、誘電体材料１００はＳｉＣＮ又はＳｉＯＣを含んでよい。一例では、金属含有誘電体材料は、金属酸化物、金属窒化物、又は金属酸窒化物を含有することができる。いくつかの例では、光学拡散バリア層１０２は、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＴａＳｉＮ、又はＴｉＳｉＮを含有することができる。金属層１０４は、例えば、Ｃｕ金属、Ｗ金属、Ｒｕ金属、又はＣｏ金属を含有することができる。金属層１０４の上部は、酸化金属層１０７の形で酸化されてよい。酸化金属層１０７は、処理システムにおけるプロセスガス又はバックグラウンドガスからのＯ２及びＨ２Ｏの暴露を含む、基板処理中の金属層１０４の酸素含有ガスへの暴露によって形成してよい。一例では、酸化金属層１０７は、ＣＭＰ処理中又はその後に形成してよい。一例では、酸化金属層１０７は、金属層１０４を露出させる開口領域と不完全である（incomplete with）ことがある。
【0009】
一実施形態は、処理チャンバ内の複数の基板支持体上に複数の基板を配置するステップを含み、処理チャンバは、処理チャンバ内で回転軸の周りに画定された処理空間を含む。本方法はさらに、回転軸の周りに複数の基板支持体を回転させるステップと、処理チャンバ内の１つの処理空間内で金属含有触媒を含む反応ガスに基板を暴露するステップと、を含む。反応ガスへの暴露は、基板１上の全ての吸着部位を飽和してよい。金属含有触媒層１０５（図１Ｂの「Ｘ」）、又は部分的に分解された金属含有触媒は、図１Ａに示すように基板１の第１の表面１０１及び第２の表面に１０３に吸着される。図１Ｂに概略的に示すように、第２の表面１０３上の金属含有触媒層１０５の面密度は、第１の表面１０１よりも低くてよい。酸化金属層１０７の存在は、付着選択性を低下させることによってその後の選択的ＳｉＯ２膜付着に影響を与える可能性がある。本発明のいくつかの実施形態によれば、金属含有触媒層１０５は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又はそれらの組み合わせを含有してよい。一実施形態によれば、金属含有触媒層１０５は、Ａｌ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、Ａｌ含有前駆体、Ａｌ含有合金、ＣｕＡｌ、ＴｉＡｌＮ、ＴａＡｌＮ、Ｔｉ、ＴｉＡｌＣ、ＴｉＯ２、ＴｉＯＮ、ＴｉＮ、Ｔｉ含有前駆体、Ｔｉ含有合金、及びそれらの組み合わせからなる群から選択してよい。金属含有触媒層１０５は、基板１を金属含有前駆体蒸気、任意で酸素含有ガス、及び／又は窒素含有ガスに暴露することによって形成してよい。一実施形態によれば、暴露は、約１単分子層（monolayer）の厚さである金属含有触媒層１０５を吸着する金属を含有するガスパルスに基板１を暴露することによって進行してよい。一例では、金属含有触媒層１０５は、吸着金属含有前駆体、例えば、ＡｌＭｅ３の層を含んでよい。
【0010】
本発明の実施形態は、多種多様なＡｌ含有前駆体を利用してよい。例えば、多くのアルミニウム前駆体は次式を有する：
ＡｌＬ１Ｌ２Ｌ３Ｄｘ
ここで、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は個々のアニオン性配位子であり、Ｄは、ｘを０、１、又は２とすることができる中性ドナー配位子である。各Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３配位子は、アルコキシド、ハライド、アリールオキシド、アミド、シクロペンタジエニル、アルキル、シリル、アミジネート、β－ジケトネート、ケトイミネート、シラノエート、及びカルボキシレートの群から個別に選択してよい。Ｄ配位子は、エーテル、フラン、ピリジン、ピロール、ピロリジン、アミン、クラウンエーテル、グライム、及びニトリルの群から選択してよい。
ＡｌＬ１Ｌ２Ｌ３Ｄｘ
ここで、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は個々のアニオン性配位子であり、Ｄは、ｘを０、１、又は２とすることができる中性ドナー配位子である。各Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３配位子は、アルコキシド、ハライド、アリールオキシド、アミド、シクロペンタジエニル、アルキル、シリル、アミジネート、β－ジケトネート、ケトイミネート、シラノエート、及びカルボキシレートの群から個別に選択してよい。Ｄ配位子は、エーテル、フラン、ピリジン、ピロール、ピロリジン、アミン、クラウンエーテル、グライム、及びニトリルの群から選択してよい。
【0011】
アルミニウム前駆体の他の例としては、ＡｌＭｅ３、ＡｌＥｔ３、ＡｌＭｅ２Ｈ、［Ａｌ（ＯｓＢｕ）３］４、Ａｌ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）３、ＡｌＣｌ３、ＡｌＢｒ３、ＡｌＩ３、Ａｌ（ＯｉＰｒ）３、［Ａｌ（ＮＭｅ２）３］２、Ａｌ（ｉＢｕ）２Ｃｌ、Ａｌ（ｉＢｕ）３、Ａｌ（ｉＢｕ）２Ｈ、ＡｌＥｔ２Ｃｌ、Ｅｔ３Ａｌ２（ＯｓＢｕ）３、及びＡｌ（ＴＨＤ）３を含む。
【0012】
本発明の実施形態は、多種多様なＴｉ含有前駆体を利用してよい。例としては、Ｔｉ（ＮＥｔ２）４（ＴＤＥＡＴ）、Ｔｉ（ＮＭｅＥｔ）４（ＴＥＭＡＴ）、Ｔｉ（ＮＭｅ２）４（ＴＤＭＡＴ）を含む「Ｔｉ－Ｎ」分子内結合を有するＴｉ含有前駆体を含む。他の例としては、Ｔｉ（ＣＯＣＨ３）（η５－Ｃ５Ｈ５）２Ｃｌ、Ｔｉ（η５－Ｃ５Ｈ５）Ｃｌ２、Ｔｉ（η５－Ｃ５Ｈ５）Ｃｌ３、Ｔｉ（η５－Ｃ５Ｈ５）２Ｃｌ２、Ｔｉ（η５－Ｃ５（ＣＨ３）５）Ｃｌ３、Ｔｉ（ＣＨ３）（η５－Ｃ５Ｈ５）２Ｃｌ、Ｔｉ（η５－Ｃ９Ｈ７）２Ｃｌ２、Ｔｉ（（η５－Ｃ５（ＣＨ３）５）２Ｃｌ、Ｔｉ（（η５－Ｃ５（ＣＨ３）５）２Ｃｌ２、Ｔｉ（η５－Ｃ５Ｈ５）２（μ－Ｃｌ）２、Ｔｉ（η５－Ｃ５Ｈ５）２（ＣＯ）２、Ｔｉ（ＣＨ３）３（η５－Ｃ５Ｈ５）、Ｔｉ（ＣＨ３）２（η５－Ｃ５Ｈ５）２、Ｔｉ（ＣＨ３）４、Ｔｉ（η５－Ｃ５Ｈ５）（η７－Ｃ７Ｈ７）、Ｔｉ（η５－Ｃ５Ｈ５）（η８－Ｃ８Ｈ８）、Ｔｉ（Ｃ５Ｈ５）２（η５－Ｃ５Ｈ５）２、Ｔｉ（（Ｃ５Ｈ５）２）２（η－Ｈ）２、Ｔｉ（η５－Ｃ５（ＣＨ３）５）２、Ｔｉ（η５－Ｃ５（ＣＨ３）５）２（Ｈ）２、及びＴｉ（ＣＨ３）２（η５－Ｃ５（ＣＨ３）５）２を含む「Ｔｉ－Ｃ」分子内結合を含むＴｉ含有前駆体を含む。ＴｉＣｌ４は、「Ｔｉ－ハロゲン」結合を含むハロゲン化チタン前駆体の一例である。
【0013】
本方法は、第２の表面１０３から酸化金属層１０７及び酸化金属層１０７上の金属含有触媒層１０５を除去する洗浄ガスに基板を暴露するステップをさらに含む。これを図１Ｃに概略的に示し、金属含有触媒層１０５は第１の表面１０１上に残る。洗浄ガスは、金属層１０４を再酸化することなく酸化金属層１０７を効果的にリフトオフし、さらに、そのリフトオフ処理において金属含有触媒層１０５を除去する。これは、金属含有触媒層１０５が、除去される酸化金属層１０７と結合されているためである。洗浄ガスは、化学式Ｒ－ＯＨを有する一種以上のアルコールを含有してよい。一つのクラスのアルコールは第一級アルコールであり、そのうちメタノール及びエタノールが最も単純なメンバである。他のクラスのアルコールは第二級アルコール、例えば、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）である。
【0014】
この方法はさらに、ある期間にわたって、第２の表面１０３ではなく、第１の表面１０１上の金属含有触媒層１０５上に自己制限的に初期ＳｉＯ２膜１０６を選択的に付着させるシラノールガスを含有する付着ガスに基板を暴露するステップを含み、初期ＳｉＯ２膜１０６は第２の表面１０３に隣接する隆起フィーチャを形成する。これを図１Ｄに概略的に示す。
【0015】
金属含有触媒層１０５は、シラノールガスからの初期ＳｉＯ２膜１０６の選択的付着を触媒し、この触媒効果は、処理条件に応じて、付着したＳｉＯ２膜１０６が約１５ｎｍ以下の厚さになるまで観察され、次いで、ＳｉＯ２付着は自動的に停止する。付着ガスへの暴露は、金属層１０４の第２の表面１０３上に実質的なＳｉＯ２付着をもたらさない期間にわたって実行されてよい。本発明の実施形態によれば、基板１は、いかなる酸化剤及び加水分解剤なしでシラノールガスを含有する付着ガスに暴露される。一例では、シラノールガスは、トリス（ｔｅｒｔ－ペントキシ）シラノール（ＴＰＳＯＬ）、トリス（ｔｅｒｔ－ブトキシ）シラノール、及びビス（ｔｅｒｔ－ブトキシ）（イソプロポキシ）シラノールからなる群から選択してよい。一例では、付着ガスはシラノールガスとアルゴンのような不活性ガスとからなる。さらに、一実施形態によれば、暴露ステップ中、基板温度は約１５０℃以下としてよい。別の実施形態では、基板温度は約１２０℃以下としてよい。さらに別の実施形態では、基板温度は約１００℃以下としてよい。
【0016】
一実施形態によれば、金属含有触媒を含有する反応ガスに基板を暴露するステップ、洗浄ガスに基板を暴露するステップ、及びシラノールガスを含む付着ガスに基板を暴露するステップの順次ステップは、少なくとも１回繰り返して、基板１上の初期ＳｉＯ２膜１０６の厚さを増加させてよい。処理条件は、付着ガスへの１回の（single）暴露中、約１５ｎｍまでの初期ＳｉＯ２膜１０６が付着され得るように選択されてよく、次いでＳｉＯ２付着は自動的に停止する。いくつかの例では、約１５ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、又は約５ｎｍ未満の初期ＳｉＯ２膜１０６が、シラノールガスを含有する付着ガスへの１回の暴露中に付着されてよい。一例では、基板支持体は、金属含有触媒を含む反応ガスに基板を暴露するステップ、洗浄ガスに基板を暴露するステップ、及びシラノールガスを含有する付着ガスに基板を暴露するステップの順次ステップ中、処理チャンバ内で回転軸の周りに約１００ｒｐｍ以下で回転させてよい。
【0017】
本方法はさらに、金属含有触媒層１０５を用いて、反応ガスに基板を暴露して、第２の表面１０３ではなく、初期ＳｉＯ２膜１０６の隆起フィーチャを金属含有触媒層１０５で選択的に被覆するステップを含む。これを図１Ｅに概略的に示す。処理チャンバ内の複数の基板支持体の回転速度及び露光パラメータは、金属含有触媒を含む反応ガスが、第２の表面１０３ではなく、初期ＳｉＯ２膜１０６の上面に優先的に暴露されるように選択してよい。選択的被覆は、少なくとも部分的には、第２の表面１０３の上方に隆起フィーチャを形成する初期ＳｉＯ２膜１０６及び隆起フィーチャ間の空間に拡散せず第２の表面１０３を被覆しない反応ガスに起因する。さらに、金属層１０４が酸化されないため、第２の表面１０３への金属含有触媒の吸着が低減又は防止される。
【0018】
その後、本方法はさらに、ある期間にわたって、初期ＳｉＯ２膜１０６の隆起フィーチャ上の金属含有触媒層１０５上に追加ＳｉＯ２膜１０８を選択的に付着させるシラノールガスを含む付着ガスに基板を暴露するステップを含む。これを図１Ｆに概略的に示す。第２の表面１０３上の金属含有触媒の吸着が低減又は防止されるため、初期ＳｉＯ２膜１０６上に追加のＳｉＯ２膜１０８を付着させるときに、基板を洗浄ガスに暴露するステップを一連のステップから省略することができる。
【0019】
一実施形態によれば、金属含有触媒を含有する反応ガスに基板を暴露するステップ、及びシラノールガスを含む付着ガスに基板を暴露して、追加ＳｉＯ２膜１０８を選択的に付着させるステップの順次ステップは、少なくとも１回繰り返してよく、初期ＳｉＯ２膜１０６上の追加ＳｉＯ２膜１０８の厚さを増加させる。これを図１Ｇに概略的に示す。一例では、追加ＳｉＯ２膜１０８の厚さは、約５０ｎｍと約１００ｎｍの間とすることができる。一例では、金属含有触媒を含む反応ガスに基板を暴露するステップと、シラノールガスを含む付着ガスに基板を暴露するステップとの順次ステップ中、基板支持体を回転軸の周りに１００ｒｐｍ超で回転させてよい。処理条件は、最大約１５ｎｍまでの追加のＳｉＯ２膜１０８が付着ガスへの１回の暴露中に付着されるように選択されてよく、次いで、ＳｉＯ２付着が自動的に停止する。いくつかの例では、約１５ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、又は約５ｎｍ未満の追加ＳｉＯ２膜１０８が、シラノールガスを含有する付着ガスへの１回の暴露中に付着されてよい。
【0020】
図１Ｇに示すように、初期ＳｉＯ２膜１０６及び追加ＳｉＯ２膜１０８は、金属層１０４の上方に完全自己整合性ビア１１０を形成する。完全自己整合性ビア１１０は、ホール又はトレンチとも呼ばれることがある。本方法は、高度にスケールされた技術ノードにおいて完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着を提供する。ビアは、例えば、約５０ｎｍ未満、約２０ｎｍ未満、約１０ｎｍ未満、又は約５ｎｍ未満の幅を有することができる。これらのビアは、従来のリソグラフィ方法を使用して製造するのが困難である。
【0021】
図２は、本発明の一実施形態による、基板を処理するためのバッチ処理システムを概略的に示す。バッチ処理システム１０は、複数の基板２００を処理するように構成されており、入力／出力ステーション１２と、ロード／ロックステーション１４と、処理チャンバ１６と、ロード／ロックステーション１４と処理チャンバ１６との間に介在する搬送チャンバ１８と、を含む。簡略化して示されているバッチ処理システム１０は、当業者によって理解されるように、ロード／ロックステーション１４を搬送チャンバ１８に結合し、処理チャンバ１６を搬送チャンバ１８に結合する追加の真空遮断壁などの追加の構造を含んでよい。入力／出力ステーション１２は、大気圧又はそれに近い圧力（例えば、７６０Ｔｏｒｒ）であり、フロントオープンユニファイドポッド（ＦＯＵＰ）などのウェハカセット２０を受けるようになっている。ウェハカセット２０は、例えば、２００又は３００ミリメートルの直径を有する半導体ウェハのような複数の基板２００を保持するような大きさ及び形状になっている。
【0022】
ロード／ロックステーション１４は、大気圧から真空圧力まで排気され、真空圧力から大気圧までベントされるようになっているが、処理チャンバ１６及び搬送チャンバ１８は連続的に真空圧力下で隔離、維持されている。ロード／ロックステーション１４は、入力／出力ステーション１２の大気圧環境から導入された複数のウェハカセット２０を保持する。ロード／ロックステーション１４は、各々が複数のウェハカセット２０のうちの１つを支持し、処理チャンバ１６とのウェハ搬送を促進するために垂直方向にインデックス付けされ得るプラットフォーム２１、２３を含む。
【0023】
ウェハ搬送機構２２は、ロード／ロックステーション１４内のウェハカセット２０のうちの１つから搬送チャンバ１８を通って処理チャンバ１６内に基板２００を真空下で搬送する。別のウェハ搬送機構２４は、処理チャンバ１６から搬送チャンバ１８を通ってウェハカセット２０に、処理チャンバ１６内で処理された基板２００を真空下で搬送する。バッチ処理システム１０のスループットを向上させるために互いに独立して動作するウェハ搬送機構２２、２４は、ピックアンドプレース作業に一般的に使用されている、ＳＣＡＲＡ（Selective compliant articulated/assembly robot arm）ロボットとしてよい。ウェハ搬送機構２２、２４は、搬送中に基板２００を固定するように構成されているエンドエフェクタを含む。処理チャンバ１６は、処理チャンバ１６内の処理空間にアクセスするために、ウェハ搬送機構２２、２４によってそれぞれ使用される別個の第１及び第２の密封可能ポート（図示せず）を含んでよい。アクセスポートは、基板処理が処理チャンバ１６内で起こるときに密封される。ウェハ搬送機構２２は、未処理の基板２００をロード／ロックステーション１４のプラットフォーム２１上のウェハカセット２０から処理チャンバ１６へ搬送するものとして図２に示されている。ウェハ搬送機構２４は、処理チャンバ１６からロード／ロックステーション１４のプラットフォーム２３上のウェハカセット２０に処理済みの基板２００を搬送するものとして図２に示されている。
【0024】
ウェハ搬送機構２４はまた、処理チャンバ１６から取り出された処理済みの基板２００を検査のために計測ステーション２６又は基板２００の低圧冷却の後処理のために使用される冷却ステーション２８に搬送してよい。計測ステーション２６において実行される処理は、偏光解析法のような膜厚及び／又は膜組成を測定するために使用される従来の技術、及び汚染制御のための粒子測定技術を含むことができるが、これらに限定されない。
【0025】
バッチ処理システム１０は、バッチ処理システム１０の動作を制御し調整する（orchestrate）ようにプログラムされているシステムコントローラ３６を備えている。システムコントローラ３６は、代表的には、様々なシステム機能、チャンバプロセス及びサポートハードウェア（例えば、検出器、ロボット、モータ、ガス源ハードウェアなど）を制御し、システム及びチャンバプロセス（チャンバ温度、プロセスシーケンススループット、チャンバプロセス時間、入力／出力信号など）を監視するための中央処理装置（ＣＰＵ）を含む。ソフトウェア命令及びデータは、ＣＰＵに命令するためにコード化され、メモリ内に記憶され得る。システムコントローラ３６によって実行可能なソフトウェアプログラムは、処理シーケンスタスク及び様々なチャンバプロセスレシピステップの監視及び実行に関するタスクを含む、タスクのどれが基板２００に実行されるかを決定する。
【0026】
サセプタ４８は処理チャンバ１６の内部に配置されている。サセプタ４８は、サセプタ４８の上面に画定された複数の円形の基板支持体５２を含む。各基板支持体５２は、処理チャンバ１６の周囲側壁４０内の径方向位置で基板２００の少なくとも１つを保持するように構成されている。個々の基板支持体５２の数は、例えば、２から８の範囲としてよい。しかし、当業者であれば、サセプタ４８は基板２００の寸法及びサセプタ４８の寸法に応じて、任意の所望の数の基板支持体５２で構成され得ると理解するものである。本発明のこの実施形態は、円又は円形の幾何学形状の基板支持体５２を有するものとして示しているが、当業者であれば、基板支持体５２は適切に成形された基板を収容するために任意の所望の形状のものとしてよいと理解するものである。
【0027】
バッチ処理システム１０は、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、又はより大きなサイズの円形基板を処理するように構成されてよく、その寸法は基板支持体５２の寸法に反映されるものである。事実、バッチ処理システム１０は、当業者には理解されるように、それらのサイズに関係なく、基板、ウェハ、又は液晶ディスプレイを処理するように構成され得ると考えられる。したがって、本発明の態様は、半導体基板である基板２００の処理に関連して説明されるが、本発明はそのように限定されない。
【0028】
基板支持体５２は、回転軸５４を中心とする均一な半径の周りでサセプタ４８上に円周方向に分布している。基板支持体５２は、実質的に方位軸と同一線又同軸で回転軸５４の周りにほぼ等角の間隔を有するが、本発明はそのように限定されない。
【0029】
基板２００が処理チャンバ１６内で処理されるとき、サセプタ４８の回転は連続的であってよく、回転軸５４の周りに一定の角速度で発生してもよい。代替的には、角速度は、任意の基準点に対するサセプタ４８の角度方向に付随して変動してよい。
【0030】
仕切り６８、７０、７２、７４は、サセプタ４８及び基板支持体５２が回転軸５４の周りに自由に回転できるようにしながら、処理チャンバ１６を複数の処理空間７６、７８、８０、８２に区画する。仕切り６８、７０、７２、７４は、回転軸５４に対して周囲側壁４０に向かって半径方向に延びる。４つの仕切り６８、７０、７２、７４を代表的に示しているが、当業者であれば、処理チャンバ１６は、任意の適切な複数の仕切りで細分化されて、４つの処理空間とは異なる数の空間を形成してよいと理解するものである。別の実施形態によれば、仕切り６８、７０、７２、７４を省略してよく、パージガスを複数の処理空間７６、７８、８０、８２のうちの１つ以上の間で処理チャンバ１６内に流してよい。一実施形態によれば、複数の処理空間７６、７８、８０、８２のうちの１つ以上をガスパージのために使用してよい。
【0031】
バッチ処理システム１０は、周囲側壁４０を貫通するガスインジェクタ３０、３４にガスラインによって結合されているパージガス供給システム８４をさらに含む。パージガス供給システム８４は、パージガスの流れを処理空間７６及び８０に導入するように構成されている。処理空間７６及び８０に導入されるパージガスは、希ガス（すなわち、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン）、窒素、水素などの不活性ガスを含むことができる。基板処理中、パージガスを処理空間７６、８０に連続的に導入して、処理空間７８、８２間での第１及び第２の処理材料の搬送を防止する、又は少なくとも実質的に制限するガスカーテン又はバリアを提供してよい。パージガスはまた、基板２００によって運ばれる任意の処理材料層が処理空間７６、８０を通ってサセプタ４８上を搬送するときに実質的に変化しないように、処理空間７６、８０内に不活性雰囲気を提供する。処理空間７６、８０が処理空間７８、８２を分離して第１及び第２の処理材料を相互に隔離するように、処理空間７８は処理空間７６、８０の間に並置され、処理空間８２は処理空間７６、８０の間に並置される。
【0032】
バッチ処理システム１０はさらに、周囲側壁４０を貫通するガスインジェクタ３２に結合されている第１の処理材料供給システム９０と、周囲側壁４０を貫通するガスインジェクタ３８に結合されている第２の処理材料供給システム９２と、を含む。第１の処理材料供給システム９０は処理空間７８に第１の処理材料を導入するように構成され、第２の処理材料供給システム９２は処理空間８２に第２の処理材料を導入するように構成されている。第１及び第２の処理材料供給システム９０、９２は各々、従来からこのような処理材料供給システムに見られたように、１つ以上の材料供給源、１つ以上のヒータ、１つ以上の圧力制御デバイス、１つ以上の流量制御デバイス、１つ以上のフィルタ、１つ以上のバルブ、又は１つ以上の流量センサを含んでよい。
【0033】
第１の処理材料は、例えば、金属含有触媒を含有する反応ガスを含むことができる。例えば、反応体ガスは、キャリアガスの補助有り又は無しのいずれかで、気相で処理空間７８に供給されてよい。第２の処理材料は、例えば、シラノールガスを含む付着ガスを含むことができる。例えば、付着ガスは、キャリアガスの補助有り又は無しのいずれかで、気相で処理空間８２に供給されてよい。
【0034】
一実施形態によれば、第１の処理材料供給システム９０、第２の処理材料供給システム９２、及びパージガス供給システム８４のうちの１つ以上は、洗浄ガスを処理空間７６、７８、８０、８２の１つ以上に洗浄ガスを注入するようにさらに構成されてよい。一実施形態によれば、洗浄ガスは１種以上のアルコールを含んでよい。
【0035】
サセプタ４８が回転軸５４の周りを回転するとき、サセプタ４８の円周（circumference）まわりの基板支持体５２の配置により、各基板２００が各処理空間７６、７８、８０、８２の内部の異なる環境に順次さらされることができる。一例として、２πラジアン（３６０°）の閉パスを通じたサセプタ４８の回転時に、基板２００の各々は、第１の処理空間７８内の環境において第１の処理材料に、次いで、第２の処理空間８０内の環境を含むパージガスに、次いで、第３の処理空間８２内の環境において第２の処理材料に、最後に、第４の処理空間７６内の環境を含むパージガスに順次さらされる。各基板２００は、各基板上に付着される膜の特性によって要求されるように、膜を形成するのに十分な、それぞれの処理空間７６、７８、８０、８２の各々において所望の滞留時間を有する。
【0036】
付着処理は、基板２００上への薄膜の各原子層、又はその一部の付着が、薄膜を増加的に形成又は構築するために自己制限的に反応する適切な気相前駆体の交互の逐次導入によって制御される堆積技術である。第１の処理空間７８内では、第１の処理材料の分子が、各基板２００の上面に（化学的に、吸収によって、吸着によって等）結合し、第１の処理材料の単分子層又は単分子層の一部を形成する。第３の処理空間８２内では、第２の処理材料が、連続する各基板２００上の第１の処理材料の分子と反応する。基板２００は第１の処理空間７８及び第３の処理空間８２を通って回転するため、これらのステップは第１の処理材料及び第２の処理材料への順次連続した暴露で繰り返される。第１の処理空間７８及び第３の処理空間８２内の第１の処理材料及び第２の処理材料の環境は、それぞれ、第２の処理空間８０及び第４の処理空間７６内の化学的に非反応性のパージガス環境によって互いに隔離される。基板２００は、付着処理を促進するために処理温度まで加熱してよい。
【0037】
完全自己整合性ビアを形成するための選択的膜付着のための方法が、様々な実施形態において開示されている。本発明の実施形態の前述の説明は、例示及び説明を目的として提示されている。網羅的であること、又は発明を開示された正確な形態に限定することを意図していない。この説明及び以下の特許請求の範囲は、説明目的のためだけに使用され、限定として解釈されるべきではない用語を含む。当業者は、上記の教示に照らして多くの修正及び変形が可能であると理解することができる。当業者であれば、図に示した様々な構成要素に対する様々な等価の組合せ及び置換を理解するものである。したがって、本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろこれに添付された特許請求の範囲によって限定されるべきことを意図している。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2】