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▶ アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドの特許一覧
(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】2023-02-06
(45)【発行日】2023-02-14
(54)【発明の名称】基板及びチャンバ部品上への金属ケイ素化合物層の堆積
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20230207BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20230207BHJP
C23C 16/42 20060101ALI20230207BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 301
C23C16/455
C23C16/42
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2019562370
(86)(22)【出願日】2018-05-11
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-07-02
(86)【国際出願番号】 US2018032267
(87)【国際公開番号】W WO2018209200
(87)【国際公開日】2018-11-15
【審査請求日】2021-05-10
(31)【優先権主張番号】62/505,672
(32)【優先日】2017-05-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】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
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】クルシュレシャータ， パラシャント クマール
(72)【発明者】
【氏名】ワン， チアルイ
(72)【発明者】
【氏名】リー， クァンドゥック ダグラス
(72)【発明者】
【氏名】ガドレ， ミリンド
(72)【発明者】
【氏名】ミン， シアオチュアン
(72)【発明者】
【氏名】コナーズ， ポール
【審査官】桑原 清
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－１８１６８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０２４２５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１０－５３６１７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０６００８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
Ｃ２３Ｃ １６／４５５
Ｃ２３Ｃ １６／４２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上にハードマスクを形成する方法であって、ターゲット層を有する基板を処理チャンバ内に位置づけすることと、
金属ケイ素化合物を含むシード層であって、シリコンの濃度が金属の濃度よりも高いシード層を前記ターゲット層上に形成することと、
タングステン系バルク層を前記シード層上に堆積させることと
を含み、
前記金属ケイ素化合物を含む前記シード層と前記タングステン系バルク層とにより前記ハードマスクが形成される、方法。
【請求項2】
前記金属ケイ素化合物を含むシード層を前記ターゲット層上に形成することは、（Ａ）第１の時間間隔の間に、金属六フッ化物をガスアプリケータから前記処理チャンバの中へ流入させることと、
（Ｂ）第２の時間間隔の間に、前記金属六フッ化物を前記処理チャンバから除去することと、
（Ｃ）第３の時間間隔の間に、シランを前記ガスアプリケータから前記処理チャンバの中へ流入させることと、
（Ｄ）第４の時間間隔の間に、前記シランを前記処理チャンバから除去することと、
（Ｅ）（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）を繰り返すことと
を含み、前記第１、第２、第３及び第４の時間間隔が１つの時間サイクルを構成している、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記シード層を形成する前に、前記ターゲット層をシランに暴露することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記ハードマスクにパターンを形成することと、パターン形成された前記ハードマスクを通して前記ターゲット層をエッチングすることと、
前記ハードマスクを除去することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記ターゲット層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アモルファスシリコン及びポリシリコンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記タングステン系バルク層は、タングステン、炭化タングステン、窒化タングステン、炭窒化タングステン、タングステンホウ素炭化物及びタングステンホウ素窒化物のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記シード層の厚さが、１ｎｍと１００ｎｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記タングステン系バルク層の厚さが、１０ｎｍと５０００ｎｍの間である、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
基板上に層を形成する方法であって、ターゲット層を有する基板を処理チャンバ内に位置づけすることと、
アルゴン又はヘリウムを含む不活性ガスをガスアプリケータから前記処理チャンバの中へ流入させることと、
プラズマを前記処理チャンバ内で活性化させることと、
前記プラズマの存在下で金属ケイ素化合物を含むシード層であって、シリコンの濃度が金属の濃度よりも高いシード層を前記ターゲット層上に形成することと
を含む方法。
【請求項10】
前記シード層を形成することが、（Ａ）第１の時間間隔の間に、アルゴンを混合した金属六フッ化物をガスアプリケータから前記処理チャンバの中へ流入させることと、
（Ｂ）第２の時間間隔の間に、前記アルゴンを混合した金属六フッ化物を前記処理チャンバから除去することと、
（Ｃ）第３の時間間隔の間に、ヘリウムを混合したシランを前記ガスアプリケータから前記処理チャンバの中へ流入させることと、
（Ｄ）第４の時間間隔の間に、前記ヘリウムを混合したシランを前記処理チャンバから除去することと、
（Ｅ）（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）を繰り返すことと
を含み、前記第１、第２、第３及び第４の時間間隔が１つの時間サイクルを構成している、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記シード層は、ケイ化タングステン、ケイ化チタン、又はケイ化モリブデンを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
前記シード層を形成することが更に、シリコンリッチシード層を形成すること
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項13】
前記第１、第２、第３、及び第４の時間間隔がそれぞれ、０．１秒と１００秒の間である、請求項２に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の時間間隔及び前記第３の時間間隔が、繰り返しごとに増加する、請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本開示の実施形態は概して、集積回路の製造に関するものである。より具体的には、本書に記載の実施形態は、基板及びチャンバ部品上に金属ケイ素化合物層を堆積させるための技法を提供するものである。
【背景技術】
【0002】
［０００３］ハードマスクは、フォトリソグラフィにおいてパターンを転写するのに使用される。基板上にハードマスクを形成する方法は、当技術分野において周知のものである。高いデバイス密度と低いコストを達成するために次世代デバイスに垂直積層スキームを用いることを可能にする、高アスペクト比の非崩壊性選択エッチング構造を提供しうるハードマスクが引き続き必要とされる。タングステン系ハードマスクは、高い弾性係数、高い密度、優れたエッチング選択性、及び剥離のしやすさのために、この必要を満たすことが見込まれる。例えば、アモルファスタングステンのハードマスクは、従来のアモルファス炭素系膜と比べて２倍を上回る高さのエッチング選択性と機械的安定性を示す。しかしながら、厚いタングステン系層からのフッ素がしばしば基板及びバルク膜の界面中に急速に熱拡散し、従来の厚い層の堆積は実行不可能となる。更に、タングステン系膜は、一般に基板上に堆積される酸化ケイ素、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、及びポリシリコンでできた膜に対する接着性が弱い。このため、タングステン系膜の堆積は、現在、高アスペクト比の用途における間隙充填として通常使用される薄い層に限られている。
【0003】
［０００４］更に、堆積後にフッ素系洗浄剤のプラズマを使用して部品上にタングステン膜が堆積しているチャンバを洗浄すると、フッ素イオンがチャンバのアルミニウム、例えばヒータの製造に使用される窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と反応する。この反応により、フッ化アルミニウム（ＡｌＦｘ）が形成され、プロセスドリフト、及び基板上の粒子生成の原因となる。基板上のＡｌＦｘにより、欠陥のある基板となり、シャワーヘッド又はチャンバの壁への昇華に起因して基板の洗浄効果が低減する。このため、ＡｌＦｘ汚染及びフレーキングは概して望ましくないものである。
【0004】
［０００５］したがって、厚いタングステン系ハードマスクを基板上に形成し、ＡｌＦｘによるチャンバ部品の汚染を防止するための、改善された方法及び装置が必要である。
【発明の概要】
【0005】
［０００６］本開示の実施形態は概して、金属ケイ素化合物層（例えば、ケイ化タングステン）を基板及びチャンバ部品上に堆積させるための方法及び装置に関するものである。一実施形態では、金属ケイ素化合物層を基板上に堆積させることによってハードマスクを形成する方法が開示される。本方法は、ターゲット層を有する基板を処理チャンバ内に位置づけすることと、金属ケイ素化合物のシード層をターゲット層上に形成することと、タングステン系バルク層をシード層上に堆積させることとを含み、金属ケイ素化合物層とタングステン系バルク層とによりハードマスクが形成される。
【0006】
［０００７］別の実施形態では、金属ケイ素化合物層をチャンバ部品上に堆積させることによってプラズマ処理チャンバ部品を調整する方法が開示される。本方法は、不活性ガスをガスアプリケータからプラズマ処理チャンバの中へ流入させることと、プラズマ処理チャンバ内で基板支持体をプラズマに暴露することと、金属ケイ素化合物のシーズニング層（ｓｅａｓｏｎｉｎｇ ｌａｙｅｒ）を基板支持体のアルミニウム系表面上に形成することとを含む。不活性ガスは、アルゴン又はヘリウムを含む。
【0007】
［０００８］更に別の実施形態では、処理チャンバが開示される。処理チャンバは、内部に画定されたチャンバ領域を有するチャンバ本体と、チャンバ領域内に配置された基板支持体と、チャンバ本体に連結されたリッドと、リッドを通してチャンバ領域に流体接続されたガスアプリケータとを含む。ガスアプリケータは、管状本体と、管状本体を通して形成され、チャンバ領域に流体連結された通路と、第１の交差孔と、管状本体を通して形成された第２の交差孔とを含む。第１の交差孔は、通路の中へ第１のガスを送るように構成されている。第２の交差孔は、管状本体の中心線に対して第１の交差孔の下に軸方向に間隔を置いて配置され、通路の中へ第２のガスを送るように構成されている。
【0008】
［０００９］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本書に記載の実施形態を実施するのに使用されうる、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）チャンバを示す簡易化した正面断面図である。
【図4A】本開示の一実施形態に係る、ハードマスクを使用して基板上にターゲット層をパターン形成する段階を示す図である。
【図4B】本開示の一実施形態に係る、ハードマスクを使用して基板上にターゲット層をパターン形成する段階を示す図である。
【図4C】本開示の一実施形態に係る、ハードマスクを使用して基板上にターゲット層をパターン形成する段階を示す図である。
【図4D】本開示の一実施形態に係る、ハードマスクを使用して基板上にターゲット層をパターン形成する段階を示す図である。
【図4E】本開示の一実施形態に係る、ハードマスクを使用して基板上にターゲット層をパターン形成する段階を示す図である。
【図4F】本開示の一実施形態に係る、ハードマスクを使用して基板上にターゲット層をパターン形成する段階を示す図である。
【図4G】本開示の一実施形態に係る、ハードマスクを使用して基板上にターゲット層をパターン形成する段階を示す図である。
【図5】本開示の一実施形態に係るプラズマ処理チャンバ部品を調整するための方法のブロック図である。
【図6】Ａ～Ｂは、本開示の一実施形態に係るプラズマ処理チャンバ部品を調整する２つの段階を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
［００１６］理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると考えられる。
【0011】
［００１７］本開示の実施形態は概して、基板及びチャンバ部品上に金属ケイ素化合物（金属シリサイド）層を堆積させるための方法及び装置に関するものである。
【0012】
［００１８］本書に記載の実施形態を、任意の好適な薄膜堆積システムを使用して実行することができるＰＥＣＶＤ処理を参照しながら、以下に説明する。好適なシステムの例には、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市販されているＤＸＺ（登録商標）処理チャンバを使用しうるＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＧＴシステム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＸＰ ＰｒｅｃｉｓｉｏｎＴＭシステム及びＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＳＥＴＭシステムが含まれる。ＰＥＣＶＤ処理を実行可能な他のツールも、本書に記載の実施実態から利点を得るように適合させることができる。本書に記載の装置は例示的なものであり、本書に記載の実施形態の範囲を限定するものとして理解又は解釈するべきではない。
【0013】
［００１９］原子層堆積（ＡＬＤ）を通して堆積させたシード層（例：ＴｉＮ、ＷＳｉ、ＷＢ、ＷＮ膜）は、酸化ケイ素及び窒化ケイ素に対して良好な接着性を示したが、厚いタングステン系膜を基板に接着させるのには十分ではない。本書に記載の実施形態により、基板に良く接着される厚いタングステン系膜の形成が可能になる。本書に記載の方法及び装置は、従来のＡＬＤ膜に比べて、単位厚さ当りにより多くのフッ化物トラップをもたらし、基板へのタングステン系膜の接着性を高める薄いシード層の堆積を可能にする。本方法は、膜の粒径及び粗さを減らし、膜の接着性を高めるために、交互のガス流パルスを使用する。一又は複数のガスのガス流（例：Ｈ２、Ｈｅ、Ｂ２Ｈ６、炭化水素、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、ＮＨ３、ＮＦ３、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ６、Ｃ４Ｈ８、Ｃ５Ｈ１０、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、Ａｒ、ＷＦ６、ＷＣｌ６、Ｗ（ＣＯ）６、及びタングステンの有機金属化合物）を交互にすることができる。各ガス流パルスの時間間隔は、例えば、０．１～１００秒等の範囲で同じであってよい又は異なっていてよい。各ガス流パルスの期間は、幾つかのパルスサイクルにわたって徐々に短くすることができる、または幾つかのパルスサイクルにわたって徐々に長くすることができる。堆積処理中の種々のガスの交互のガス流パルスにより結晶化が中断され、フッ素を閉じ込める欠陥が発生し、等方性成長が可能になる。粒径の縮小、並びにインターフェースでの及び堆積した膜内のより良好な化学結合によって、堆積した膜の形態及び接着性が改善される。
【0014】
［００２０］本書に開示の方法及び装置において、チャンバ部品上のシーズニング層、及び基板上にタングステン系バルク層を堆積させるためのシード層の例としてケイ化タングステン層の形成を説明した。しかしながら、本書に開示の方法及び装置を、例えば非限定的にケイ化モリブデン、ケイ化チタン等の他の金属ケイ素化合物層の形成にも等しく適用可能であることに留意されたい。
【0015】
［００２１］図１は、本開示の技術が実施されうる、ＰＥＣＶＤチャンバ１００の簡易化された正面断面図の一例を示すものである。チャンバ１００は概して、チャンバリッド１０４を支持するチャンバ本体１０２を含む。チャンバリッド１０４は、ヒンジ（図示せず）によってチャンバ本体１０２に取り付けられる。チャンバ本体１０２は、側壁１１２と、底壁１１６とを含み、側壁１１２と底壁１１６はチャンバリッド１０４とともに内部チャンバ領域１２０を限定する。チャンバリッド１０４は、ガス供給システム１０８と連動して、チャンバ領域１２０の中へ反応物質及び／又は洗浄ガスを送る。円周ポンプチャネル１２５が側壁１１２に形成され、ポンピングシステム１６４に連結される。ポンピングシステム１６４は、チャンバ領域１２０からガスを排気し、チャンバ領域１２０内の圧力を制御するように構成される。基板支持体１２８は、処理チャンバ１２０に配置される。基板支持体１２８は、底壁１１６を貫通するように形成された通路１２２を通るステム１２６を有する。ロッド１３０は、底壁１１６を貫通するように形成された別の通路１２４を通る基板リフトピン１６１を作動させるように構成される。ロッド１３０は、アクチュエータ１０７に連結される。
【0016】
［００２２］基板支持体１２８はチャンバ領域１２０に配置され、処理中に基板１２１を支持し、保持するように構成される。駆動システム１０３は、基板支持体１２８に連結され、チャンバ領域１２０内で基板支持体１２８を降ろす又は引き上げる。駆動システム１０３は、基板支持体１２８に連結され、チャンバ領域１２０内で基板支持体１２８を降ろす又は引き上げる。
【0017】
［００２３］ある実施形態では、基板支持体１２８は静電チャックである。基板支持体１２８は、電圧が印加され、その上にある基板１２１を静電気で固定する、少なくとも１つのチャック電極１２３を含む。電極１２３は、低域フィルタ１７７を介して電極１２３に接続された直流（ＤＣ）電源１７６によって電力供給される。基板支持体１２８の電極１２３は、モノポーラ、バイポーラ、三極、相互嵌合型、帯状等であってよい。別の実施形態においては、基板支持体１２８は、静電チャックを含まない。
【0018】
［００２４］ある実施形態では、基板支持体１２８は、その上に位置づけされた基板１２１を所望の処理温度に加熱する、抵抗要素等の一又は複数の加熱要素６０５（図６Ａ～６Ｂに示す）を含む。代替的には、基板支持体１２８が、ランプアセンブリなどの外部の加熱要素によって加熱される。加熱要素６０５は、基板支持体１２８が静電チャックとして構成されている実施形態においても使用可能である。
【0019】
［００２５］遠隔プラズマ源１６２は、ガス供給システム１０８のガスアプリケータ１４０を通してチャンバ領域１２０に流体接続され、処理中にイオン化されたラジカルを発生させるように操作される。イオン化されたラジカルは遠隔プラズマ源１６２からガス入口通路１６７を通ってガス供給システム１０８の中へ流入する。遠隔プラズマ源１６２は、洗浄ガス等のガスを遠隔プラズマ源１６２の中へ供給するガス源１６９に接続される。
【0020】
［００２６］少なくとも２つの別々のガス源１６３、１６８が、ガス供給システム１０８に連結される。ガス源１６３、１６８は、ガスアプリケータ１４０を通してチャンバ領域１２０の中へ送られうる種々のガスを提供する。
【0021】
［００２７］ＲＦ電源１６５は、インピーダンス整合回路１７３を通してリッド１０４の下でシャワーヘッドアセンブリ１４２に連結される。シャワーヘッドアセンブリ１４２は、面板１４６との中間に配置された遮蔽板１４４を有する環状のベースプレート１４８を含む。シャワーヘッドアセンブリ１４２の面板１４６、及びコンデンサ１７８等の高域フィルタを介して接地されている電極１２３により容量性プラズマ発生器が形成される。ＲＦ電源１６５は、シャワーヘッドアセンブリ１４２の面板１４６と基板支持体１２８との間で容量性プラズマの発生を促すために、シャワーヘッドアセンブリ１４２に高周波エネルギーを供給する。したがって、電極１２３が、ＲＦ電源１６５の接地経路とＤＣ電源１７６からの電気バイアスの両方を提供することで、基板１２１を基板支持体１２８に静電クランプ留めすることが可能になる。
【0022】
［００２８］ＲＦ電源１６５は、高周波（ＨＦＲＦ）電源、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波発振器、及び／又は低周波（ＬＦＲＦ）電源、例えば３００ｋＨｚの高周波発振器を含む。ＬＦＲＦ電源は、低周波の発振及び固定整合要素の両方を提供する。ＨＦＲＦ電源は、固定整合とともに使用され、負荷に送られた電力を調整し、進行電力及び反射電力についての懸念を取り除くように設計される。
【0023】
［００２９］腐食性の処理環境から側壁１１２を保護するために、チャンバ領域１２０にセラミック又は他の好適な材料でできたチャンバライナ１２７が配置される。チャンバライナ１２７は、側壁１１２に形成されたリッジ１２９によって支持される。複数の排気口１３１が、チャンバライナ１２７に形成される。排気口１３１は、チャンバ領域１２０をポンプチャネル１２５に流体接続させるように構成される。
【0024】
［００３０］図２は、反応物質と洗浄ガスをチャンバ領域１２０の中へ送るためにチャンバリッド１０４を貫通するように配置されたガス供給システム１０８を示す部分断面図である。ガス供給システム１０８は、リッド２１０と、出力マニホルド２２０と、アイソレータ２３０と、ガスアプリケータ１４０とを含む。
【0025】
［００３１］出力マニホルド２２０とアイソレータ２３０は積層され、それを貫通する通路２３９を有する。ガスアプリケータ１４０は、通路２３９内でガスアプリケータ１４０の縦軸が通路２３９の縦軸と同一線上になるように配置される。通路２３９の上端は、ガス入口通路１６７に接続される。通路２３９の下端は、図１に示すように、チャンバ領域１２０に接続され、シャワーヘッドアセンブリ１４２に面している。出力マニホルド２２０は、上面２２１及び底面２２９を有する。上面２２１は、リッド２１０に連結される。底面２２９は、アイソレータ２３０の上面２３１に連結される。出力マニホルド２２０は、ガス源１６３、１６８が分離されるように連結された第１の導管２２２と第２の導管２２６とを有する。リッド２１０は、上端において出力マニホルド２２０とガスアプリケータ１４０とを覆っている。リッド２１０が通路２３９の一部を覆うことにより、ガスアプリケータ１４０が通路２３９内に保持されうる。
【0026】
［００３２］アイソレータ２３０は、上面２３１と底面２３７を有する。上面２３１は、出力マニホルド２２０の底面２２９に連結される。底面２３７は、ベースプレート１４８に連結される。アイソレータ２３０は、通路２３９の一部を画定している内壁２３５を有する。内壁２３５は、ガスアプリケータ１４０を通路２３９内に収容するように構成される。アイソレータ２３０は、ガスアプリケータ１４０に熱及び電気分離を提供するように構成される。
【0027】
［００３３］ガスアプリケータ１４０は、通路２３９に配置される。ガスアプリケータ１４０は、チャンバ領域１２０の中へガスを送るように構成された中央通路２５５を有する。一実施形態では、ガスアプリケータ１４０は円筒形であるが、他の実施形態では、ガスアプリケータ１４０は、他の異なる断面形状を有しうる。ガスアプリケータ１４０がベースプレート１４８を貫通していることで、中央通路２５５をチャンバ領域１２０に流体接続させることが可能になる。ガスアプリケータ１４０は、外壁２４０と内壁２５０とを有する。内壁２５０と外壁２４０は、ガスアプリケータ１４０の上面２４１で交わる。内壁２５０と外壁２４０はまた、ガスアプリケータ１４０の底面２４９でも交わる。内壁２５０は、ガスアプリケータ１４０を貫通する中央通路２５５を限定している。内壁２５０は、中心部分２４６、第１のテーパ部分２４７、及び第２のテーパ部分２４８を有する。内壁２５０は、第１のテーパ部分２４７を通して中央通路２５５の上端においてガス入口マニホルド１６７に接続する。内壁２５０は、第２のテーパ部分２４８を通して中央通路２５５の下端においてベースプレート１４８に接続する。
【0028】
［００３４］外壁２４０は、出力マニホルド２２０を貫通している通路２３９の一部を画定し、出力マニホルド２２０の下にアイソレータ２３０が配置される。外壁２４０は、第１の部分２４２、第２の部分２４３、第３の部分２４５、及び第４の部分２４４を有する。第１の部分２４２は、アイソレータ２３０の内壁２３５を含む。第２の部分２４３は、出力マニホルド２２０に形成され、第１の部分２４２に接続される。第３の部分２４５は、第２の部分２４３に接続される。第４の部分２４４は、第３の部分２４５に接続される。第３の部分２４５は外側に延び、第１の部分２４２の直径よりも大きい直径を有する。第２の部分２４３と第４の部分２４４は、第１の部分２４２よりも小さい直径を有する。第２の部分２４３と第４の部分２４４は、出力マニホルド２２０の段付き孔とインターフェースで接続する。段付き孔は、段２２５によって第２の内壁２２７に接続された第１の内壁２２３を含む。段２２５には、第３の部分２４５によって輪郭形成されたフランジ２９０が着座している。シール２８０、例えば非限定的にＯリングが、フランジ２９０周囲のガス漏れを防止するために、ガスアプリケータ１４０と出力マニホルド２２０との間を密閉する。したがって、下部プレナム２２８は、フランジ２９０の下の、第２の部分２４３と出力マニホルド２２０の内壁２２７との間に形成される。同様に、上部プレナム２２４は、フランジ２９０の上の、第４の部分２４４と出力マニホルド２２０の内壁２２３との間に形成される。上部プレナム２２４は、導管２２２によってガス源１６３に流体接続される。下部プレナム２２８は、導管２２６によってガス源１６８に流体接続される。
【0029】
［００３５］ガスアプリケータ１４０は、上部プレナム２２４を中央通路２５５に流体接続させるように構成された第１の交差孔２６０を有する。ガスアプリケータ１４０はオプションとして、任意の好適な数の第１の交差孔２６０を有しうる。第１の交差孔２６０は、第１の交差孔２６０により中央通路２５５の中へ流体が効率的に送られうるように、円形、四角形又は他の好適な形状寸法の断面形状を有しうる。更に、第１の交差孔２６０は、径方向に内側及び下側の角度で（底面２４９の方へ）形成されうる。第１の交差孔２６０の内側及び下側の角度により、第１の交差孔２６０を出て、チャンバ領域１２０へ向かう方向にＲＰＳ１６２から中央通路２５５の中へ流れる流体に勢いが加わる。したがって、第１の交差孔２６０の角度により、遠隔プラズマ源１６２に接続されたガス入口通路１６７の中へのガスの逆流が防止され、望ましくない堆積及び汚染の可能性が低減する。ガスアプリケータ１４０は、第１の交差孔２６０の下で下部プレナム２２８を中央通路２５５に流体接続させるように構成された第２の交差孔２７０を有する。ガスアプリケータ１４０は、オプションとして、任意の好適な数の第２の交差孔２７０を有しうる。第２の交差孔２７０は、第２の交差孔２７０により中央通路２５５の中へ流体が送られうるように、円形、四角形又は他の形状寸法の断面形状を有しうる。
【0030】
［００３６］図１を再び参照すると、動作中にベースプレート１４８を冷却するために、ガス供給システム１０８のベースプレート１４８に冷却チャネル１４７が連結される。冷却入口１４５は、水等の冷却剤流体を冷却チャネル１４７の中へ送る。冷却剤流体は、冷却剤出口１４９を通って冷却チャネル１４７を出ていく。
【0031】
［００３７］図１に示すように、ＰＥＣＶＤシステム１００は更に、遠隔プラズマ源１６２の動作を制御するシステムコントローラ１７５と、ＲＦ電源１６５と、ＤＣ電源１７６とを含む。システムコントローラ１７５はまた、ポンピングシステム１６４、駆動システム１０３、アクチュエータ１０７、及びガス源１６３、１６８及び１６９の動作も制御する。システムコントローラ１７５は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、及び補助回路を含む。ＣＰＵは、産業用設定で使用されうる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサでありうる。ソフトウェアルーチンを、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピー、若しくはハードディスクドライブ、又は他の形態のデジタルストレージなどのメモリに記憶させることができる。補助回路は従来、ＣＰＵに接続され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力システム、電源などを含みうる。
【0032】
［００３８］ガスアプリケータ１４０を組み込んだチャンバ１００を有利に使用して、金属ケイ素化合物層がチャンバ１００のチャンバ領域１２０に形成される。一実施形態では、例えば非限定的に基板支持体１２８等のチャンバ１００の部品上にケイ化タングステンのシーズニング層が形成される。動作中に、ＤＣ電源１７６によって基板支持体１２８内の電極１２３の通電がオンになる。基板１２１の温度を制御するために、基板支持体１２８内の加熱要素６０５（図６Ａ～６Ｂに示す）がオンにされる。アルゴン等の不活性ガスは、ガスアプリケータ１４０の導管２２２と中央通路２５５を通してチャンバ領域１２０の中へ供給される。代替的に又は付加的に、ガスアプリケータ１４０の導管２２２と中央通路２５５を通して、ヘリウム等の不活性ガスがチャンバ領域１２０の中へ供給されうる。不活性ガスは、ポンピングシステム１６４によって継続的にチャンバ領域１２０に供給され、チャンバ領域１２０から除去される。ＲＦ電源１６５の通電をオンにすることによってチャンバ領域１２０内にプラズマ（図示せず）が生成される。基板支持体１２８を含むチャンバ１００の部品がプラズマに暴露される。
【0033】
［００３９］一例では、所定の時間間隔の間に、六フッ化タングステンがガスアプリケータ１４０を通してチャンバ領域１２０の中へ流入される。その後、不活性パージガスをチャンバ領域１２０の中へ導入して、又は導入せずに、六フッ化タングステンがポンピングシステム１６４によってチャンバ領域１２０から除去される。次に、所定の時間間隔の間に、シランがガスアプリケータ１４０を通してチャンバ領域１２０の中へ流入される。その後、不活性パージガスをチャンバ領域１２０の中へ導入して、又は導入せずに、シランがポンピングシステム１６４によってチャンバ領域１２０から除去される。基板支持体１２８とチャンバの他の部品の上に均一なケイ化タングステンの層が堆積されるまで、一連の六フッ化タングステンとシランの導入及び除去が一回又はそれ以上の回数繰り返される。
【0034】
［００４０］別の実施形態では、ケイ化タングステンのシード層は、基板支持体１２８上に配置された基板１２１上に形成される。基板１２１は、その上に配置されたターゲット層を有する。ターゲット層は、基板１２１２上に形成されている集積回路デバイスの一部を形成するために後にエッチングされる材料の層である。ある実施形態では、ターゲット層は、基板支持体１２８上に置かれる前にシランに暴露される。基板支持体１２８内の電極１２３は、ＤＣ電源１７６によって通電がオンになる。加熱要素６０５は、処理中に基板支持体１２８を加熱する。アルゴン等の不活性ガスが、ガスアプリケータ１４０の導管２２２と中央通路２５５を通してチャンバ領域１２０の中へ供給される。代替的に又は付加的に、ヘリウム等の不活性ガスが、ガスアプリケータ１４０の導管２２６と中央通路２５５を通してチャンバ領域１２０の中へ供給される。ポンピングシステム１６４によって、不活性ガスが継続的にチャンバ領域１２０の中へ供給され、チャンバ領域１２０から除去される。オプションとして、ＲＦ電源１６５の通電をオンにすることによってチャンバ領域１２０にプラズマ（図示せず）が生成される。その場合、ターゲット層を有する基板１２１がプラズマに暴露される。
【0035】
［００４１］一例では、所定の時間間隔の間に、六フッ化タングステンがガスアプリケータ１４０を通してチャンバ領域１２０の中へ流入される。プラズマが使われる場合、六フッ化タングステンにアルゴンが混合される。その後、不活性パージガスを導入して、又は導入せずに、六フッ化タングステンとアルゴン（アルゴンが使用される場合）がポンピングシステム１６４によってチャンバ領域１２０から除去される。次に、別の所定の時間間隔の間に、シランがガスアプリケータ１４０を通してチャンバ領域１２０の中へ流入される。プラズマが使用される場合、シランにヘリウムが混合される。その後、不活性パージガスを導入して、又は導入せずに、ポンピングシステム１６４によってシランとヘリウム（ヘリウムが使用される場合）がチャンバ領域１２０から除去される。均一なケイ化タングステンの層がターゲット層の上にシード層として堆積されるまで、一連の六フッ化タングステンとシランの導入及び除去が一回又はそれ以上の回数繰り返される。プラズマにより、ケイ化タングステン層の形成が促進される。シード層は、シランからの高い割合（５１～９９％）のシリコンと、六フッ化タングステンからの低い割合（１～４９％）のタングステンとを反応させることによって、シリコンの含有率が高くなる。次に、タングステン系バルク層をシード層上に堆積させて、ハードマスクが形成される。タングステン系バルク層は、オプションでホウ素、炭素、窒素及び／又はケイ素をドープすることができる。ハードマスクは、基板１２１上にパターンを現像するために使用される。
【0036】
［００４２］図３は、本開示の一実施形態に係る、基板上にハードマスクを形成する方法３００のブロック図である。方法３００は、ブロック３１０において、ターゲット層を有する基板を処理チャンバ内に位置付けすることによって開始される。ターゲット層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、ポリシリコン、又は後続のエッチング処理のターゲットとなる別の誘電体層であってよい。ある実施形態では、例えば非限定的に、チャンバ内に配置された静電チャック等の基板支持体上に基板が位置づけされる。他のある実施形態では、基板がプラズマ処理チャンバ内に位置づけされる。これらの実施形態では、アルゴン又はヘリウムを含む不活性ガスが、ガスアプリケータを通してプラズマ処理チャンバのチャンバ領域の中へ流入される。その後、処理チャンバ内でプラズマが励起される。図４Ａに示すように、ターゲット層４１０を有する基板４００が処理チャンバ、例えば上述した処理チャンバ１００の内部に置かれる。
【0037】
［００４３］ブロック３２０において、ターゲット層上にシード層が形成される。シード層は、例えば非限定的に、ケイ化タングステン、ケイ化チタン、又はケイ化モリブデン等の金属ケイ素化合物を含む。本開示において、ケイ化タングステンは一例として使用される。ある実施形態では、シード層が形成される前に、ターゲット層がシランに暴露される。更に、ある実施形態では、プラズマの存在下でケイ化タングステンを含むシード層がターゲット層上に形成される。ケイ化タングステン層の形成には、幾つかの工程が必要となる。第１の工程では、第１の時間間隔の間に、六フッ化タングステンがガスアプリケータから処理チャンバのチャンバ領域の中へ流入される。プラズマが使用される実施形態では、六フッ化タングステンにアルゴンが混合される。第２の工程では、第２の時間間隔の間に、不活性パージガスを導入して又は導入せずに、六フッ化タングステンとアルゴン（アルゴンが使用される場合）が処理チャンバから除去される。第３の工程では、第３の時間間隔の間に、シランがガスアプリケータから処理チャンバのチャンバ領域の中へ流入される。プラズマが使用される実施形態では、シランにヘリウムが混合される。第４の工程では、第４の時間間隔の間に、不活性パージガスを導入して又は導入せずに、次にシランとヘリウム（ヘリウムが使用される場合）が処理チャンバから除去される。
【0038】
［００４４］第１、第２、第３及び第４の時間間隔は、約０．１秒と約１００秒の間の期間を有しうる。第１、第２、第３及び第４の時間間隔を組み合わせたものが時間サイクルとして定義される。ある実施形態では、第１の時間間隔と第３の時間間隔は各時間サイクルで期間が同じである、異なる、又は変化する。基板のターゲット層上に所望の厚さのケイ化タングステンの層が堆積されるまで、第１、第２、第３、及び第４の工程を含む時間サイクルが複数回繰り返される。図４Ｂに、どのようにケイ化タングステンを含むシード層４２０がターゲット層４１０上に形成されるかを示す。ケイ化タングステンを含むシード層の厚さは、約１ｎｍと約１００ｎｍの間である。ある実施形態では、形成された金属ケイ素化合物のシード層のケイ素含有率は高く、シード層の濃度は、室温において約１．８ｇ／ｃｃ～約１５ｇ／ｃｃの範囲である。ケイ化タングステンのシード層の濃度は、室温において約４．５ｇ／ｃｃと約１０．０ｇ／ｃｃの間である（室温において約１９．２５ｇ／ｃｃのタングステンと約２．３ｇ／ｃｃのアモルファスシリコンとの比較）。ケイ化タングステンの濃度が、タングステンの濃度よりもシリコンの濃度の方へ傾いているということは、従来のやり方で堆積させたケイ化タングステンと比べて、ケイ化タングステンのシード層ではシリコンの方がタングステンよりも濃度が高いことを示している。
【0039】
［００４５］ブロック３３０において、タングステン系バルク層がシード層上に堆積される。ケイ化タングステンでできたシード層とタングステン系バルク層の両方でハードマスクが形成され、これは後にパターン形成され、ターゲット層をエッチングするのに使用されうる。図４Ｃに示すように、タングステン系バルク層４３０がシード層４２０上に堆積される。シード層４２０とタングステン系バルク層４３０の両方によりハードマスク４４０が形成される。タングステン系バルク層４３０は、タングステン、炭化タングステン、窒化タングステン、炭窒化タングステン、タングステンホウ素炭化物及びタングステンホウ素窒化物のうちの一又は複数から製造されうる。タングステン系バルク層４３０の厚さは、約１０ｎｍと約５ミクロン（５０００ｎｍ）の間である。
【0040】
［００４６］上述した方法によって形成されたハードマスクを使用して、基板上に配置されたターゲット層にパターンが転写され、これには図４Ｄ～４Ｇに示す幾つかの工程が必要となる。図４Ｄでは、フォトレジスト層４５０がバルク層４３０上に配置されたハードマスク４４０上に配置され、ハードマスク４４０の上でパターン形成される。図４Ｅでは、パターン形成されたフォトレジスト層４５０を貫通するように形成された開口部を通してエッチングし、パターンをターゲット層４１０に転写することによって、ハードマスク４４０の一部が除去される。ここで、ハードマスク４４０は、パターン形成されたシード層４２０´及びパターン形成されたバルク層４３０´を含む、パターン形成されたハードマスク４４０´として定義される。図４Ｆでは、パターン形成されたハードマスク４４０´を通してターゲット層４１０がエッチングされ、パターン形成されたターゲット層４１０´ができる。最終的に図４Ｇでは、例えばアッシングで、パターン形成されたターゲット層４１０´を完全に暴露することによって、パターン形成されたハードマスク４４０´が除去される。
【0041】
［００４７］図５は、上述した処理チャンバ１００又は他の好適な処理チャンバの基板支持体１２８等の、プラズマ処理チャンバ部品を調整する方法５００のブロック図である。方法５００は、ブロック５１０において、不活性ガスがガスアプリケータから、中に基板支持体１２８が配置されたプラズマ処理チャンバの中へ流入されることによって、開始される。不活性ガスは、ヘリウム又はアルゴンであってよい。図６Ａを更に参照すると、基板支持体１２８は本体６００を有する。本体６００は、上にある基板１２１を支持するための上面６０１を有する（図１に示す）。本体６００は、内部に埋め込まれた加熱要素６０５（図６Ａ～６Ｂに示す）を有する。
【0042】
［００４８］ブロック５２０において、プラズマ処理チャンバ内で処理チャンバ内に配置された基板支持体１２８がプラズマに暴露される。図６Ａに示すように、プラズマに暴露されるときは基板支持体１２８の上に基板は配置されない。
【0043】
［００４９］ブロック５３０において、図６Ｂに示すように、シーズニング層６１０が基板支持体１２８のアルミニウム系表面上に形成される。図６Ｂに示すように、シーズニング層は基板支持体１２８の側面及び下に堆積される。基板支持体１２８は、シーズニング層６１０によって調整されるチャンバ１００の部品を表すが、チャンバ１００の他の部品もシーズニング層６１０を使用して調整可能でありうる。チャンバ１００の上記部品は、中でも、チャンバリッド１０４、側壁１１２、底壁１１６、ロッド１３０、リフトピン１６１、及びシャワーヘッドアセンブリ１４２を含みうる。図６Ｂに示すように、シャワーヘッドアセンブリ１４２と側壁１１２にもシーズニング層が堆積される。シーズニング層は、例えば非限定的に、ケイ化タングステン、ケイ化チタン又はケイ化モリブデン等の金属ケイ素化合物を含む。本開示では、ケイ化タングステンを一例として使用する。
【0044】
［００５０］ある実施形態では、ケイ化タングステン層の形成には幾つかの工程が必要となる。第１の工程では、第１の時間間隔の間に、六フッ化タングステンがガスアプリケータからプラズマ処理チャンバのチャンバ領域の中へ流入される。ある実施形態では、六フッ化タングステンにアルゴンが混合される。第２の工程では、第２の時間間隔の間に、不活性パージガスを導入して又は導入せずに、六フッ化タングステンとアルゴンがプラズマ処理チャンバから除去される。第３の工程では、第３の時間間隔の間に、シランがガスアプリケータからプラズマ処理チャンバのチャンバ領域の中へ流入される。ある実施形態では、シランにヘリウムが混合される。第４の工程では、第４の時間間隔の間に、不活性パージガスを導入して又は導入せずに、次にシランとヘリウムがプラズマ処理チャンバから除去される。第１、第２、第３、及び第４の時間間隔は、約０．１秒と約１００秒の間の期間を有しうる。第１、第２、第３及び第４の時間間隔を組み合わせたものが時間サイクルとして定義される。ある実施形態では、第１の時間間隔と第３の時間間隔は各時間サイクルで期間が同じである、異なる、又は変化する。基板が配置されていない基板支持体及びチャンバの他の部品上に所望の厚さのケイ化タングステンの層が堆積されるまで、第１、第２、第３、及び第４の工程を含む時間サイクルが複数回繰り返される。ケイ化タングステンのシーズニング層の厚さは、約１０ｎｍと約１０ミクロン（１００００ｎｍ）の間である。
【0045】
［００５１］本開示は、厚いタングステン系ハードマスク層を基板上に形成することを可能にする、薄い金属ケイ素化合物層を基板上に堆積させるための方法及び装置を説明するものである。チャンバの中にもたらされたフッ化物ラジカルが原因で、タングステン系ハードマスクとシリコン系基板との間の接着性と応力の不一致に起因して、タングステン系ハードマスク層がシリコン系基板から剥がれてしまう。しかしながら、厚いタングステン系層の堆積前にシリコン系基板上に堆積された薄い金属ケイ素化合物のシード層がフッ化物ラジカルを閉じ込めるため、シード層の下の表面にフッ化物が到達するのが実質的に抑制される。薄い金属ケイ素化合物のシード層はまた、タングステン系ハードマスク層とシリコン系基板の同質性に起因して、十分な応力緩和も付与する。したがって、種々の量のホウ素、炭素、窒素及びケイ素がドープされた種々の厚いタングステン系層を、シリコン系基板上に堆積させることができる。この結果、薄い金属ケイ素化合物のシード層のおかげでタングステン系層がシリコン系基板に良く接着され、タングステン系層が剥がれることなく、後続のエッチング処理を実施することが可能になる。薄い金属ケイ素化合物のシード層はまた、後続のエッチング処理と相性が合わない元素も除去する。
【0046】
［００５２］本開示は更に、チャンバ部品上のＡｌＦｘの形成を防止するために、薄い金属ケイ素化合物のシーズニング層をチャンバ部品上に堆積させるための方法及び装置を説明するものである。ＡｌＦｘが原因で、プロセスドリフト及び基板上の粒子汚染が起こるため、基板の洗浄が効果的でなくなる。本書に記載のガスアプリケータを使用して堆積された薄い金属ケイ素化合物のシーズニング層により、粒子の形成が減り、基板の汚染が防止される。それと同時に、金属ケイ素化合物のシーズニング層がチャンバ部品のアルミニウム系表面に良く接着されるため、後にチャンバの中へもたらされるすべてのフッ化物イオンが金属ケイ素化合物のシーズニング層内に閉じ込められ、いかなるアルミニウム系表面とも反応せず、ＡｌＦｘが形成されない。
【0047】
［００５３］上述の内容は本開示の特定の実施形態を対象としているが、これらの実施形態は本開示の原理及び用途の例示にすぎないことを理解されたい。したがって、特許請求の範囲によって規定されるように、本開示の意図及び範囲を逸脱しない限り、図示した実施形態に多数の修正を行って他の実施形態に到達することができることを理解すべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図5】
【図6】