特許 7396998 炭素膜の原子層堆積

(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】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】炭素膜の原子層堆積

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20231205BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20231205BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20231205BHJP

   C23C 16/26 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/302 105A

C23C16/455

C23C16/26

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2020551853

(86)(22)【出願日】2019-03-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-08-10

(86)【国際出願番号】 US2019022568

(87)【国際公開番号】W WO2019190783

(87)【国際公開日】2019-10-03

【審査請求日】2022-03-15

(31)【優先権主張番号】62/647,993

(32)【優先日】2018-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】592010081

【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ラボア・エイドリアン

【審査官】山口 祐一郎

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００２７６１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０４－１４３９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５１３８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１６３８１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１６－５０７００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５２０６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４３４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４１０３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｃ２３Ｃ １６／４５５

Ｃ２３Ｃ １６／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理チャンバ内の半導体基板の表面に炭素層を形成する方法であって、
（ａ）少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物を前記処理チャンバに導入することと、
（ｂ）少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有し、かつ、前記アルミニウム含有反応物とは異なる炭素含有反応物を前記処理チャンバに導入することと、
（ｃ）前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物のいずれかまたは両方が吸着制限層を前記半導体基板の前記表面に形成する条件下で、前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物の少なくとも１つを前記半導体基板の前記表面に吸着させることと、
（ｄ）前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物の少なくとも１つが吸着制限層を前記半導体基板の前記表面に形成した後、前記アルミニウム含有反応物を前記炭素含有反応物と反応させ、炭素の層を前記半導体基板の前記表面に形成することと
を含む、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有する前記アルミニウム含有反応物は、トリアルキルアルミニウムである、方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法であって、
少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有する前記アルミニウム含有反応物は、トリメチルアルミニウムである、方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法であって、
少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有する前記炭素含有反応物は、四ハロゲン化炭素である、方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合は、炭素－フッ素結合である、方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法であって、
前記アルミニウム含有反応物はトリアルキルアルミニウムであり、前記炭素含有反応物はＣＸ₄、ＣＨＸ₃、ＣＨ₂Ｘ₂、およびＣＨ₃Ｘからなる群から選択され、Ｘはハロゲンである、方法。

【請求項7】

請求項６に記載の方法であって、
Ｘは、フッ素である、方法。

【請求項8】

請求項６に記載の方法であって、
Ｘは、塩素および／または臭素である、方法。

【請求項9】

請求項１に記載の方法であって、
前記アルミニウム含有反応物を前記炭素含有反応物と反応させることは、アルミニウム含有副産物を形成することを含み、前記方法は、（ｄ）の後に前記アルミニウム含有副産物を除去することをさらに含む、方法。

【請求項10】

請求項９に記載の方法であって、
前記アルミニウム含有副産物は、アルミニウム－ハロゲン結合を含む、方法。

【請求項11】

請求項１に記載の方法であって、
前記炭素層が形成される前記半導体基板の前記表面は、パターニングされた三次元フィーチャを有する、方法。

【請求項12】

請求項１に記載の方法であって、
前記アルミニウム含有反応物は、前記炭素含有反応物を導入する前に吸着制限層を形成する、方法。

【請求項13】

請求項１に記載の方法であって、
前記炭素含有反応物は、前記アルミニウム含有反応物を導入する前に吸着制限層を形成する、方法。

【請求項14】

請求項１に記載の方法であって、
ステップ（ａ）と（ｂ）との間に前記処理チャンバをパージおよび／または排気し、前記処理チャンバから前記アルミニウム含有反応物または前記炭素含有反応物を除去することをさらに含む、方法。

【請求項15】

請求項１に記載の方法であって、
前記炭素層をあらかじめ定められた厚さに堆積するために動作（ａ）～（ｄ）を繰り返すことをさらに含む、方法。

【請求項16】

請求項１に記載の方法であって、
前記炭素層は、ギャップフィル動作において堆積される、方法。

【請求項17】

請求項１に記載の方法であって、
前記炭素層は、部分的に製作された３Ｄ ＮＡＮＤ構造でのギャップフィル動作において堆積される、方法。

【請求項18】

処理チャンバ内の半導体基板の表面に炭素層を形成する方法であって、
（ａ）少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物を前記処理チャンバに導入し、前記アルミニウム含有反応物の層を前記半導体基板の前記表面に形成することと、
（ｂ）（ａ）の後に前記処理チャンバから前記アルミニウム含有反応物を除去することと、
（ｃ）少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有し、かつ、前記アルミニウム含有反応物とは異なる炭素含有反応物を前記処理チャンバに導入し、前記炭素含有反応物の層を前記半導体基板の前記表面に形成することと、
（ｄ）（ｃ）の後に前記処理チャンバから前記炭素含有反応物を除去することと、
（ｅ）前記炭素含有反応物の前記層および前記アルミニウム含有反応物の前記層を有する前記半導体基板をプラズマと接触させて前記アルミニウム含有反応物と前記炭素含有反応物との間の反応を活性化し、それによって炭素の層を前記半導体基板の表面に形成することと
を含む、方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の方法であって、
前記アルミニウム含有反応物はトリアルキルアルミニウムであり、前記炭素含有反応物はＣＦ₄であり、前記トリアルキルアルミニウムとＣＦ₄との間の反応は、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ₂）および窒素（Ｎ₂）からなる群から選択されるガスを含むプロセスガスで形成されたプラズマと前記半導体基板を接触させることによって活性化される、方法。

【請求項20】

半導体基板を処理するためのシステムであって、
（ａ）処理チャンバであって、基板ホルダ、および反応物を前記処理チャンバに導入するための１つまたは複数の入口を有する処理チャンバと、
（ｂ）システムコントローラであって、
（ｉ）少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物を前記処理チャンバに導入させ、
（ｉｉ）少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有し、かつ、前記アルミニウム含有反応物とは異なる炭素含有反応物を前記処理チャンバに導入させ、
（ｉｉｉ）前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物のいずれかまたは両方が吸着制限層を前記半導体基板の表面に形成する条件下で、前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物の少なくとも１つを前記半導体基板の前記表面に吸着させ、かつ
（ｉｖ）前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物の少なくとも１つが吸着制限層を前記半導体基板の前記表面に形成した後、前記アルミニウム含有反応物と前記炭素含有反応物を反応させ、炭素の層を前記半導体基板の前記表面に形成する
ためのプログラム命令を含むシステムコントローラと
を備える、システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

参照による援用
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書に明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、半導体デバイス製造の方法に関する。具体的には、本発明の実施形態は、半導体処理において炭素膜を堆積する方法に関する。

【背景技術】

【0003】

集積回路（ＩＣ）製作において、堆積技術およびエッチング技術は、誘電体層に埋め込まれた金属線の形成など、材料のパターン形成に使用される。いくつかのパターニング法では、材料の共形堆積が必要であり、堆積された層は、基板表面の突起および／または凹状フィーチャの輪郭に沿う必要がある。原子層堆積（ＡＬＤ）は、共形膜を基板上に形成する好ましい方法であることが多い。これは、ＡＬＤが、基板表面への１つまたは複数の反応物の吸着、およびこれに続く、所望の材料への吸着層の化学変換に依存しているためである。ＡＬＤが利用する反応は、基板表面で発生し、通常、吸着された反応物の量によって制限されるため、優れたステップカバレッジを有する薄い共形層を提供することができる。

【0004】

ここで提供される背景の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。この背景技術のセクションで説明されている範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、ならびに出願の時点で先行技術として別途みなされ得ない説明の態様は、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。

【発明の概要】

【0005】

ＡＬＤによって炭素層を堆積するための方法は、これまでに開発されていない。したがって、堆積厚が高度に制御され、かつ、ステップカバレッジが良好な炭素層の堆積は、困難な問題を提示する。本明細書では、表面制御によって炭素層を堆積するための方法および装置を提供する。ステップカバレッジに優れた共形炭素膜は、提供される方法によって堆積させることができ、ギャップフィル（例えば、３Ｄ ＮＡＮＤ構造内のギャップフィル）において、および自己整合ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）でのスペーサ形成中など、様々な用途で使用することができる。

【0006】

一態様では、処理チャンバ内の半導体基板の表面に炭素層を形成する方法を提供する。この方法は、（ａ）少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物（例えば、トリアルキルアルミニウムなどのアルキル置換アルミニウム）を処理チャンバに導入することと、（ｂ）少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有し、かつ、アルミニウム含有反応物とは異なる炭素含有反応物（例えば、四ハロゲン化炭素）を処理チャンバに導入することと、（ｃ）アルミニウム含有反応物および炭素含有反応物のいずれかまたは両方が吸着制限層を半導体基板の表面に形成する条件下で、アルミニウム含有反応物および炭素含有反応物の少なくとも１つを半導体基板の表面に吸着させることと、（ｄ）アルミニウム含有反応物および炭素含有反応物の少なくとも１つが吸着制限層を半導体基板の表面に形成した後、アルミニウム含有反応物を炭素含有反応物と反応させ、炭素の層を半導体基板の表面に形成することとを含む。所定の厚さを有する炭素層を堆積するため、動作（ａ）～（ｄ）は必要な回数だけ繰り返すことができる。

【0007】

適切なアルミニウム含有反応物は、トリアルキルアルミニウムを含む。一例では、アルミニウム含有反応物は、トリメチルアルミニウムである。炭素－ハロゲン化物結合を有する適切な炭素含有反応物の例としては、ＣＸ₄、ＣＨＸ₃、ＣＨ₂Ｘ₂、およびＣＨ₃Ｘが挙げられ、Ｘはハロゲンである。いくつかの実施形態において、炭素含有反応物は四ハロゲン化炭素である。いくつかの実施形態において、炭素含有反応物は炭素－フッ素結合を含む。

【0008】

一実施形態では、アルミニウム含有反応物はトリアルキルアルミニウムであり、炭素含有反応物はＣＸ₄、ＣＨＸ₃、ＣＨ₂Ｘ₂、およびＣＨ₃Ｘの１つまたは複数であり、Ｘはハロゲンである。いくつかの実施形態において、ハロゲンはフッ素である。他の実施形態において、ハロゲンは塩素および／または臭素である。具体的な例では、アルミニウム含有反応物は、トリアルキルアルミニウム（例えば、トリメチルアルミニウムまたはトリエチルアルミニウム）であり、炭素含有反応物はＣＦ₄、ＣＣｌ₄、またはＣＢｒ₄である。

【0009】

アルミニウム含有反応物と炭素含有反応物との間の反応により、アルミニウム含有副産物が形成されるが、これは反応完了後に除去することができる。副産物は、典型的には、アルミニウム－ハロゲン結合を含む。例えば、炭素含有反応物が炭素－フッ素結合を含む場合、副産物はフッ化アルミニウムを含むことになる。

【0010】

処理チャンバへの反応物の導入は連続的であり、処理チャンバは、第１の反応物の導入後、かつ第２の反応物の導入前にパージおよび／または排気される。反応物は、任意の順序で導入することができる。一実施形態では、アルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物を最初に処理チャンバに導入し、吸着制限層を基板の表面に形成させる。次に未吸着のアルミニウム含有反応物を処理チャンバから（例えば、パージおよび／または排気によって）除去し、続いて炭素含有反応物を処理チャンバに導入し、アルミニウム含有反応物の吸着層と反応させて炭素層を形成する。次に、アルミニウム含有副産物を除去することができる。所定の厚さの炭素層を堆積するため、このプロセスは、必要な回数だけ繰り返すことができる。

【0011】

別の実施形態では、最初に炭素含有反応物を処理チャンバに導入し、炭素含有反応物の吸着制限層を基板に形成することによって、プロセスを開始する。未吸着の炭素含有反応物は、パージおよび／または排気によって処理チャンバから除去する。次に、アルミニウム含有反応物を処理チャンバに導入し、炭素含有反応物の吸着層と反応させて基板の表面に炭素層を形成する。

【0012】

いくつかの実施形態では、アルミニウム含有反応物と炭素含有反応物との間の反応は、活性化させなくても熱的に発生する。他の実施形態では、例えば、アルミニウム含有反応物の層およびその上に形成された炭素含有反応物の層を有する基板のプラズマ処理によって、反応を活性化する。一実施態様では、炭素堆積法は、アルミニウム含有反応物と炭素含有反応物の両方を基板表面に吸着させ、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ₂）および窒素（Ｎ₂）からなる群から選択されるガスを含むプロセスガスで形成されたプラズマに基板を曝露することによって、吸着反応物間の基板上での反応を活性化することとを含む。

【0013】

１つの例示的な実施態様では、プラズマ活性化により処理チャンバ内の半導体基板の表面に炭素層を形成する方法は、（ａ）少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物を処理チャンバに導入し、アルミニウム含有反応物の層を半導体基板の表面に形成することと、（ｂ）（ａ）の後に処理チャンバからアルミニウム含有反応物を除去することと、（ｃ）少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有し、かつ、アルミニウム含有反応物とは異なる炭素含有反応物を処理チャンバに導入し、炭素含有反応物の層を半導体基板の表面に形成することと、（ｄ）（ｃ）の後に処理チャンバから炭素含有反応物を除去することと、（ｅ）炭素含有反応物の層およびアルミニウム含有反応物の層を有する半導体基板をプラズマと接触させてアルミニウム含有反応物と炭素含有反応物との間の反応を活性化し、それによって炭素の層を半導体基板の表面に形成することとを含む。所望の厚さの炭素層を堆積するため、動作（ａ）～（ｅ）は必要な回数だけ繰り返すことができる。一例では、アルミニウム含有反応物はトリアルキルアルミニウムであり、炭素含有反応物はＣＦ₄であり、トリアルキルアルミニウムとＣＦ₄との間の反応は、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ₂）および窒素（Ｎ₂）からなる群から選択されるガスを含むプロセスガスで形成されたプラズマと半導体基板を接触させることによって活性化される。

【0014】

いくつかの実施形態において、炭素層が形成される半導体基板の表面は、パターニングされた三次元フィーチャを有する。いくつかの実施態様において、炭素層は、ギャップフィル動作において堆積される。

【0015】

例えば、炭素層は、部分的に製作された３Ｄ ＮＡＮＤ構造でのギャップフィル動作において堆積させることができる。

【0016】

いくつかの実施態様において、炭素層は、複数の凸状フィーチャを有する半導体基板の上に共形的に堆積される。一実施形態では、方法は、凸状フィーチャの側壁に存在する炭素層を完全に除去することなく、凸状フィーチャの水平面から炭素層を完全に除去することと、次に凸状フィーチャの側壁に存在する炭素層を完全に除去することなく凸状フィーチャを除去し、それによって炭素スペーサを半導体基板上に形成することとをさらに含む。

【0017】

いくつかの実施形態では、提供される方法は、フォトレジストを基板に塗布することと、フォトレジストを露光することと、フォトレジストをパターニングしてパターンを基板に転写することと、基板からフォトレジストを選択的に除去することとをさらに含む。

【0018】

別の態様では、部分的に製作された半導体基板を提供する。この半導体基板は、複数の炭素スペーサを含む。

【0019】

別の態様では、半導体基板を処理するためのシステムを提供する。このシステムは、処理チャンバであって、基板ホルダ、および反応物を処理チャンバに導入するための１つまたは複数の入口を有する処理チャンバと、本明細書で説明される方法のいずれかを実施するためのプログラム命令を含むシステムコントローラとを含む。一実施態様では、プログラム命令は、（ｉ）少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物を処理チャンバに導入させ、（ｉｉ）少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有し、かつ、アルミニウム含有反応物とは異なる炭素含有反応物を処理チャンバに導入させ、（ｉｉｉ）アルミニウム含有反応物および炭素含有反応物のいずれかまたは両方が吸着制限層を半導体基板の表面に形成する条件下で、アルミニウム含有反応物および炭素含有反応物の少なくとも１つを半導体基板の表面に吸着させ、かつ（ｉｖ）アルミニウム含有反応物および炭素含有反応物の少なくとも１つが吸着制限層を半導体基板の表面に形成した後、アルミニウム含有反応物と炭素含有反応物を反応させ、炭素の層を半導体基板の表面に形成するための命令を含む。

【0020】

本明細書で説明される主題の実施態様に関する上記態様および他の態様を、添付の図面および以下の説明に記載する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本明細書で提供される一実施形態による炭素堆積法のプロセスフロー図である。

【0022】

【図2A】図２Ａは、本明細書で提供される一実施形態による炭素堆積法のプロセスフロー図である。

【0023】

【図2B】図２Ｂは、本明細書で提供される別の実施形態による炭素堆積法のプロセスフロー図である。

【0024】

【図3A】図３Ａは、本明細書で提供される一実施形態による処理を受けている半導体基板の概略断面図である。

【図3B】図３Ｂは、本明細書で提供される一実施形態による処理を受けている半導体基板の概略断面図である。

【図3C】図３Ｃは、本明細書で提供される一実施形態による処理を受けている半導体基板の概略断面図である。

【図3D】図３Ｄは、本明細書で提供される一実施形態による処理を受けている半導体基板の概略断面図である。

【図3E】図３Ｅは、本明細書で提供される一実施形態による処理を受けている半導体基板の概略断面図である。

【図3F】図３Ｆは、本明細書で提供される一実施形態による処理を受けている半導体基板の概略断面図である。

【0025】

【図4】図４は、本明細書で提供される一実施形態による炭素スペーサを形成する方法のプロセスフロー図である。

【0026】

【図5】図５は、本明細書で提供される一実施形態による処理を受けている半導体基板の概略断面図である。

【図6】図６は、本明細書で提供される一実施形態による処理を受けている半導体基板の概略断面図である。

【0027】

【図7】図７は、本明細書で提供される一実施形態による炭素膜の堆積に適した装置の概略図である。

【0028】

【図8】図８は、本明細書で提供される一実施形態によるマルチステーション処理システムの概略図である。

【0029】

【図9】図９は、本明細書で提供される一実施形態によるマルチステーション処理システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

ＡＬＤを使用して炭素膜を堆積する方法を提供する。これらの方法は、例えば、表面に三次元構造を有する半導体基板上（１つまたは複数の凹状フィーチャまたは１つまたは複数の突起を有する基板上など）に共形炭素膜を堆積するために使用することができる。いくつかの実施形態では、これらの方法は、Ａｌ－Ｃ結合を有するアルミニウム含有反応物（例えば、トリアルキルアルミニウム）と炭素－ハロゲン結合を有する炭素含有反応物（例えば、ＣＦ₄）との間の反応を含む。

【0031】

本明細書で使用される「ＡＬＤ」という用語は、一般に、基板表面に吸着された反応物（吸着制限反応物層）の量によって制限される反応に依存する堆積法を指す。反応物の吸着制限層は、アルミニウム含有反応物の吸着制限層、炭素含有反応物の吸着制限層、または両方の反応物の吸着制限層を含み得る。いくつかの実施形態では、ＡＬＤ法は、反応物が処理チャンバの大部分で混合されることがないように、反応物を処理チャンバに連続的に導入することを含む。

【0032】

いくつかの実施形態では、炭素膜は、ギャップフィル用途で堆積される。例えば、一実施態様では、炭素膜は、３Ｄ ＮＡＮＤ製作中のギャップフィルにおいて堆積させることができる。いくつかの実施態様では、炭素膜は、自己整合ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）におけるスペーサとして使用される。しかし、提供される方法は、凹状フィーチャを有する表面への炭素膜の堆積に限定されず、平坦な表面へのブランケット炭素膜の堆積にも使用することができる。この方法は、表面制御された反応に依存しており、膜厚を高度に制御して膜を堆積するために使用することができる。膜の堆積は、反応物をプロセスチャンバに連続的に導入可能な多種多様な装置において行うことができる。例えば、炭素膜の堆積は、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳｔｒｉｋｅｒ（登録商標）堆積システムにおいて行うことができる。

【0033】

本明細書で使用される炭素は、本質的に炭素（Ｃ）からなり、任意で水素（Ｈ）を含む材料を指す。いくつかの実施形態において、本明細書で使用される炭素膜は、Ｃ－Ｈ結合を含んでいてもよい。炭化水素を含む材料は、炭素膜の範囲内である。炭素膜には、ドーパントとして他の元素が少量存在していてもよく、その量はドーパントの総量に対して約１０原子％未満である（この計算に水素は含まれない）。

【0034】

本明細書で使用される「半導体基板」という用語は、その構造内の任意の場所に半導体材料を含む、半導体デバイス製作のあらゆる段階における基板を指す。なお、半導体基板中の半導体材料を露出させる必要はない。半導体材料を覆う他の材料（例えば、誘電体）の複数の層を有する半導体ウエハは、半導体基板の例である。以下の詳細な説明は、開示される実施態様がウエハ上で実施されることを想定している。しかし、開示される実施態様は、そのように限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズ、および材料であり得る。半導体ウエハのほかにも、開示される実施態様を利用することができる他のワークピースとしては、プリント回路基板のような様々な製品が挙げられる。

【0035】

炭素膜を堆積するためのプロセスを、図１に示すプロセスフロー図によって例示する。動作１０１において、アルミニウム含有反応物が、半導体基板を収容する処理チャンバに導入される。アルミニウム含有反応物は、少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を含む。いくつかの実施形態では、アルミニウム－炭素結合の炭素は、メチル、エチル、プロピル（例えば、ｎ－プロピルまたはｉｓｏ－プロピル）、ブチル、ペンチルなどのようなアルキル置換基の一部である。いくつかの実施形態では、アルミニウム含有反応物は、トリアルキルアルミニウムである。適切な反応物の例には、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウムなどが挙げられる。いくつかの実施形態では、アルミニウム含有反応物は揮発性であり、気相で処理チャンバに導入される。反応物は、キャリアガスとの混合物として導入することができ、キャリアガスは、典型的には、Ｎ₂、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、またはＫｒなどの不活性ガスである。アルミニウム含有反応物が揮発性ではないとき、アルミニウム含有反応物は、Ｋｅｍｓｔｒｅａｍから入手可能なＶａｐｂｏｘ ＤＬＩ気化器などの直接液体注入（ＤＬＩ）気化器を使用して気化することができる。

【0036】

動作１０３において、炭素含有反応物が、基板を収容する処理チャンバに導入される。炭素含有反応物は、炭素－ハロゲン結合（炭素－フッ素結合、炭素－塩素結合、および炭素－臭素結合の少なくとも１つなど）を有する。適切な反応物の例として、ＣＸ₄、ＣＨＸ₃、ＣＨ₂Ｘ₂、およびＣＨ₃Ｘが挙げられ、Ｘはハロゲンである。例えば、いくつかの実施形態では、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂、またはＣＨ₃Ｆなどのフッ素含有反応物が使用される。他の実施形態では、ＣＣｌ₄、ＣＨＣｌ₃、ＣＨ₂Ｃｌ₂、またはＣＨ₃Ｃｌなどの塩素含有反応物が用いられてもよい。

【0037】

アルミニウム含有反応物および炭素含有反応物は、典型的には、処理チャンバに連続的に導入され、処理チャンバの大部分で混ざり合わない。導入の順序は、実施形態によって変わることがある。いくつかの実施形態では、アルミニウム含有反応物が最初に導入され、続いて炭素含有反応物が導入される。他の実施形態では、炭素含有反応物が最初に導入され、続いてアルミニウム含有反応物が導入される。反応物の少なくとも１つ（例えば、アルミニウム含有反応物、炭素含有反応物、またはその両方）は、吸着制限層を基板上に形成する。いくつかの実施形態では、最初に導入された反応物が吸着制限層を基板上に形成し、２番目に導入された反応物は、第１の反応物の吸着制限層と接触した後、その吸着制限層と反応する。他の実施形態では、最初に導入された反応物が吸着制限層を形成し、２番目に導入された反応物も吸着制限層を形成し、その後（例えば、熱活性化またはプラズマ活性化の後）、両方の反応物が基板表面で反応する。いくつかの実施形態において、反応は、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ₂）および窒素（Ｎ₂）、またはそれらの任意の混合物などのガスで形成されたプラズマと基板を接触させることによって活性化される。プラズマによる反応の活性化は、比較的低温での炭素の形成を可能にするために使用され得る。いくつかの実施形態では、炭素膜は、３００℃未満、例えば２００℃未満の温度でのプラズマ活性化反応を使用して形成される。

【0038】

導入の順序に関係なく、いくつかの実施形態では、最初に導入されて未吸着の反応物を処理チャンバから除去するために、第１の反応物の導入後、かつ第２の反応物の導入前に処理チャンバをパージおよび／または排気する。

【0039】

動作１０５において、アルミニウム含有反応物は、炭素含有反応物と反応して炭素の層を基板表面に形成する。この場合、形成された炭素の量は、反応物の（例えば、アルミニウム含有反応物および／または炭素含有反応物の）吸着制限層によって制限される。この反応において、アルミニウム含有反応物のアルミニウム－炭素結合および炭素含有反応物の炭素－ハロゲン結合が切断されて炭素（Ｃ－Ｈ結合を含み得る）を形成し、さらにアルミニウム－ハロゲン結合を含む副産物を形成する。例えば、炭素含有反応物中のハロゲンがフッ素であるとき、アルミニウム－フッ素結合を含む副産物が形成される。いくつかの実施形態では、反応物を接触させた後に反応が自発的に発生する。他の実施形態では、反応物を接触させた後に（例えば、熱的に）反応を活性化させる。

【0040】

いくつかの実施形態では、ハロゲン化アルミニウムの副産物を、炭素の形成と同時に基板表面から除去する。他の実施形態では、動作１０７によって示すように、別のステップでアルミニウム含有副産物を基板から除去する。例えば、基板を加熱して、副産物である揮発性ハロゲン化アルミニウム（例えば、フッ化アルミニウム）を除去することができる。

【0041】

動作１０１～１０５を含む堆積サイクルは、いくつかの実施形態では、１サイクルで平均０．５～３Ａの炭素膜を堆積する。このサイクルは、所望の厚さの炭素膜を堆積するため必要な回数だけ繰り返すことができる。例えば、いくつかの実施形態では、厚さ５～１，０００Ａの炭素膜が堆積される。

【0042】

炭素堆積法の一実施形態を、図２Ａに示すプロセスフロー図によって例示する。このプロセスは、アルミニウム含有反応物を半導体基板上に吸着させる２０１で開始する。トリアルキルアルミニウムなどのアルミニウム含有前駆体は、キャリアガスと共にプロセスチャンバに流して、基板表面に吸着させることができる。このステップのプロセス条件は、アルミニウム含有反応物の吸着制限層が形成されるように選択される。次に、動作２０３において、処理チャンバをパージおよび／または排気することによって、未吸着のアルミニウム含有反応物を処理チャンバから除去する。例えば、Ｎ₂、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅなどのような不活性ガスで処理チャンバをパージすることができる。このステップの後、処理チャンバの大部分にはアルミニウム含有前駆体が存在せず、その後の全ての反応は、基板上の吸着されたアルミニウム含有反応物の量によって制限される。次に、動作２０５において、炭素含有反応物を処理チャンバに導入し、吸着されたアルミニウム含有反応物と反応させて、炭素の層を半導体基板の表面に形成する。いくつかの実施形態では、この反応は、炭素含有反応物が導入された後に自発的に発生する。

【0043】

次に、動作２０７において、アルミニウム含有副産物を処理チャンバから除去する。いくつかの実施形態では副産物が炭素形成と同時に除去されるため、このステップは任意である。副産物が炭素形成反応と同時に除去されない場合、副産物は別のステップで（例えば、加熱によって）除去することができる。

【0044】

次に、所定の厚さの炭素層を形成するため、動作２０９において、炭素の堆積（ステップ２０１～２０７）を必要な回数だけ繰り返す。例えば、いくつかの実施形態では、動作２０１～２０５の実施を含むサイクルを少なくとも５回または少なくとも１０回繰り返す。処理中の温度および圧力は、一方または両方の反応物の吸着制限層を基板に形成可能となるように制御される。いくつかの実施形態では、一連の堆積動作全体において、温度は約４００℃未満に維持され、圧力は大気圧未満のレベルに維持される。説明された反応物を使用する炭素膜の堆積は、プラズマの非存在下で実施することができる。いくつかの実施形態では、例えば、堆積された炭素層の品質を堆積後に改善するために、および／または基板表面の１つまたは複数の反応物を活性化するためにプラズマ処理を利用してもよい。

【0045】

図２Ｂは、プラズマ活性化反応を使用して炭素層を形成する方法のプロセスフロー図を示す。図２Ｂを参照すると、プロセスは、アルミニウム含有反応物の層を基板上に形成する２１１で開始する。例えば、アルミニウム含有反応物の吸着制限層を基板上に形成することができる。次に、動作２１３において、処理チャンバをパージおよび／または排気して、アルミニウム含有反応物を処理チャンバから除去する。例えば、不活性ガスをパージガスとして使用して、未吸着のアルミニウム含有反応物を除去することができる。次に、動作２１５において、炭素含有材料の層を基板上に形成する。例えば、炭素含有材料を処理チャンバに導入して、吸着制限層を基板上に形成させることができる。動作２１７において、処理チャンバをパージおよび／または排気して、炭素含有材料を処理チャンバから除去する。この動作の後、基板表面にはアルミニウム含有材料の層および炭素含有材料の層が存在する。次に、動作２１９において、基板をプラズマで処理して基板上のアルミニウム含有反応物と炭素含有反応物との間の反応を活性化し、炭素層を形成する。いくつかの実施形態では、プラズマは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ₂）、窒素（Ｎ₂）、またはこれらのガスの任意の混合物で形成される。反応副産物は、プラズマ処理と同時に、またはその後のステップで除去することができる。プラズマ処理後、処理チャンバをパージおよび／または排気することができ、ステップ２１１～２１９の一連の処理は、所定の厚さを有する炭素層が堆積されるまで、動作２２１において必要な回数だけ繰り返すことができる。１つの例示的な実施形態において、アルミニウム含有反応物はトリアルキルアルミニウム（例えば、トリメチルアルミニウムまたはトリエチルアルミニウム）であり、炭素含有反応物はＣＦ₄である。

【0046】

本明細書で提供される方法によって堆積された炭素膜は、半導体デバイス製作における様々な用途で使用することができる。この炭素膜は、三次元フィーチャ（例えば、凸状フィーチャまたは凹状フィーチャ）を有する基板上への膜の共形堆積が望まれるときに特に有用である。いくつかの実施形態では、パターニング用途におけるスペーサとして炭素膜が使用される。炭素スペーサ形成の一例を図３Ａ～図３Ｆに示す。これらは、様々な処理段階での半導体基板の概略断面図である。図４は、カーボンマンドレルの形成を伴う半導体処理方法の例示的なプロセスフロー図を示す。

【0047】

図４を参照すると、図示のプロセスは、マンドレルとも呼ばれる複数の凸状フィーチャを有する基板を提供する４０１で開始する。例示的な基板を示す図３Ａは、エッチング停止層（ＥＳＬ）３０３上に存在する２つのマンドレル３０１を示している。隣接するマンドレル間の距離ｄ１は、いくつかの実施形態では、約１０～１００ｎｍである。いくつかの実施形態では、約４０～１００ｎｍの比較的大きな距離が使用される。他の用途では、最も近いマンドレル間の距離は、約１０～３０ｎｍである。最も近いマンドレルの中心間の距離ｄ２は、ピッチとも呼ばれ、いくつかの実施形態では約３０～１３０ｎｍである。いくつかの実施形態では、ピッチは、約８０～１３０ｎｍである。他の実施形態では、ピッチは約３０～４０ｎｍである。マンドレルの高さｄ３は、一般的には約２０～２００ｎｍ、例えば約５０～１００ｎｍである。

【0048】

マンドレルおよびＥＳＬの材料は、その後、露出した炭素の存在下でマンドレル材料を選択的にエッチングできるように、および露出した炭素の存在下でＥＳＬ材料を選択的にエッチングできるように選択される。したがって、炭素のエッチング速度に対するＥＳＬ材料のエッチング速度の比は、１よりも大きく、より好ましくは約１．５よりも大きく、例えば第１の化学エッチングでは約２よりも大きい。いくつかの実施形態において、ＥＳＬ材料は、ケイ素含有材料（例えば、窒化シリコンなどのケイ素含有化合物）であり、第１の化学エッチングは、フッ素ベースのプラズマエッチング（例えば、フルオロカーボンを含むガスで形成されたプラズマ）である。いくつかの実施形態において、ＥＳＬ材料は、金属酸化物または金属窒化物であり、第１の化学エッチングは、ハロゲンベースのプラズマエッチング（例えば、ハロゲンを含むプロセスガスで形成されたプラズマ）である。同様に、炭素のエッチング速度に対するマンドレル材料のエッチング速度の比は、１よりも大きく、より好ましくは約１．５よりも大きく、例えば第２の化学エッチングでは約２よりも大きい。いくつかの実施形態において、マンドレル材料は、ケイ素含有材料（例えば、ケイ素含有化合物）であり、第１の化学エッチングは、フッ素ベースのプラズマエッチング（例えば、フルオロカーボンを含むガスで形成されたプラズマ）である。いくつかの実施形態において、マンドレル材料は、金属酸化物または金属窒化物であり、第１の化学エッチングは、ハロゲンベースのプラズマエッチング（例えば、ハロゲンを含むプロセスガスで形成されたプラズマ）である。

【0049】

いくつかの実施形態では、ＥＳＬ材料は、ケイ素含有化合物（例えば、ＳｉＯ₂）、または金属酸化物（例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タングステン）である。マンドレル材料は、ケイ素含有化合物（例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、またはＳｉＣ）、アモルファスシリコン（ドープまたは非ドープ）または金属酸化物（ＴａＯ、ＴｉＯ、ＷＯ、ＺｒＯ、ＨｆＯ）を含み得る。いくつかの実施形態では、マンドレルの外側材料は、マンドレルコアとは異なる場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、マンドレルは、酸化シリコンで覆われた（例えば、自発的に形成された熱酸化物層を有する）アモルファスシリコンで作製される。ＥＳＬ層およびマンドレルは、物理気相堆積（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、ＡＬＤ（プラズマなし、またはＰＥＡＬＤによる）、またはプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）の１つまたは複数によって形成することができ、マンドレルのパターンは、フォトリソグラフィ技術を使用して定義することができる。適切なＥＳＬ／マンドレルの組み合わせの例には、（ｉ）酸化シリコンＥＳＬと、酸化シリコンで覆われたシリコンマンドレル、（ｉｉ）酸化シリコンＥＳＬと、金属酸化物マンドレル、および（ｉｉｉ）金属酸化物ＥＳＬと、酸化シリコンで覆われたシリコンマンドレルが挙げられる。

【0050】

再び図３Ａに示す基板を参照すると、ＥＳＬ層３０３は、ターゲット層３０５の上に存在し、ターゲット層３０５と接触している。ターゲット層３０５は、パターニングが必要な層である。ターゲット層３０５は、半導体層、誘電体層または他の層であってよく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）で作製することができる。いくつかの実施形態では、ターゲット層は、ハードマスク層と呼ばれ、窒化チタンなどの金属窒化物を含む。ターゲット層３０５は、ＡＬＤ（プラズマなし、またはＰＥＡＬＤによる）、ＣＶＤ、または他の適切な堆積技術によって堆積され得る。

【0051】

ターゲット層３０５は、誘電体材料の層に複数の金属線が埋め込まれている層３０７の上に存在し、層３０７と接触している。いくつかの実施形態において、層３０７はＢＥＯＬ層である。

【0052】

図４を参照すると、基板の処理は、炭素層を凸状フィーチャの水平面と側壁の両方に堆積する４０３に続く。炭素層は、好ましくは、本明細書で提供されるＡＬＤ法を使用して共形的に堆積される。図３Ｂに示す構造を参照すると、炭素層３０９は、ＥＳＬ３０３の上およびマンドレル３０１（側壁を含む）の上に堆積される。図示の実施形態において、炭素層は、本明細書で開発されるＡＬＤ法によって堆積される。いくつかの実施形態において、炭素層は、約５～３０ｎｍ、例えば約１０～２０ｎｍの厚さに共形的に堆積される。

【0053】

炭素層が共形的に堆積された後、プロセスは、凸状フィーチャの側壁から炭素層を完全に除去することなく、水平面から炭素層を完全に除去する４０５に続く。このエッチングは、酸素ベースのプラズマエッチングを使用して（例えば、酸素を含むガスで形成されたプラズマを使用して）実施することができる。他の実施形態では、水素ベースのエッチングを使用してもよい（例えば、水素を含むプロセスガスで形成されたプラズマを使用する）。マンドレルが外層にケイ素含有化合物または金属酸化物を有する場合、水素ベースのエッチングまたは酸素ベースのエッチングを使用することができる。このステップで利用される化学エッチングは、好ましくは、ＥＳＬ材料とマンドレルの外層材料の両方に対して選択的であるべきである（すなわち、この化学エッチングのための炭素のエッチング速度は、外側のマンドレル材料のエッチング速度よりも大きく、かつ、ＥＳＬ材料のエッチング速度よりも大きくなければならない）。水平面からの炭素層の除去は、図３Ｃに例示されている。炭素層３０９は、マンドレル３０１の側壁に付着する位置から完全にエッチングされることなく、ＥＳＬ３０３上およびマンドレル３０１上の水平面からエッチングされる。このエッチングにより、層３０３は、マンドレル３０１の側壁に近い場所を除くあらゆる場所で露出する。さらに、このエッチングにより、マンドレルの上部が露出する。得られた構造を図３Ｃに示す。このエッチングの後、側壁の炭素層は、初期高さの少なくとも５０％（例えば、少なくとも８０％または少なくとも９０％）が残っていることが好ましい。一例として、酸化シリコンで覆われたマンドレルから炭素を選択的にエッチングする場合、炭素は、水素ベースのエッチング（例えば、Ｈ₂プラズマエッチング）によって、マンドレルの外側材料（ＳｉＯ₂）が露出するように選択的にエッチングされる。水素ベースのエッチングは、ＳｉＯ₂に対して選択的である。別の例として、金属酸化物（例えば、チタン酸化物）のマンドレルから炭素を選択的にエッチングする場合、炭素は、水素ベースのエッチング（例えば、Ｈ₂プラズマエッチング）または酸素ベースのエッチング（例えば、Ｏ₂プラズマエッチング）によって、マンドレル材料（金属酸化物）が露出するように選択的にエッチングされる。これらの化学エッチングは、揮発性水素化物を形成しない金属の酸化物（酸化チタンなど）に対して選択的である。

【0054】

次のステップ４０７は、凸状フィーチャの側壁に存在する炭素層を完全に除去することなく凸状フィーチャを完全に除去し、それによって炭素スペーサを形成することを含む。図３Ｄに示すように、マンドレル３０１が基板から除去され、露出された炭素スペーサ３０９および露出された層のＥＳＬ３０３が残される。マンドレルの除去は、マンドレル材料を選択的にエッチングする化学エッチングに基板を晒すことによって実施される。したがって、このステップにおける炭素のエッチング速度に対するマンドレル材料のエッチング速度の比は、１よりも大きく、より好ましくは１．５よりも大きい。さらに、このステップで使用される化学エッチングは、いくつかの実施形態では、ＥＳＬ材料と比較してマンドレル材料を選択的にエッチングする必要がある。様々なエッチング方法を使用することができ、化学反応の具体的な選択は、マンドレルの材料およびＥＳＬ層の材料によって異なる。酸化シリコンで覆われたアモルファスシリコンでマンドレルが作製されているとき、フッ素ベースの化学反応（例えば、ＮＦ₃）を使用して、シリコンマンドレル３０１を覆うＳｉＯ₂層とシリコンマンドレル３０１を一緒に除去することができる。この化学反応は、炭素に対して選択的である。

【0055】

マンドレルが金属酸化物（例えば、酸化チタン、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル）であるとき、基板の処理には、炭素と比較してマンドレルを選択的に除去するために、塩素ベースの化学エッチング（例えば、プラズマ中のＢＣｌ₃／Ｃｌ₂）を用いることができる。この化学反応は、ケイ素含有化合物（例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＣ）を含むＥＳＬの存在下で使用することができる。

【0056】

次に、露出したＥＳＬ膜３０３をエッチングし、その下のターゲット層３０５を、炭素スペーサ３０９によって保護されていない全ての位置で露出させる。得られた構造を図３Ｅに示す。このステップで使用される化学エッチングは、炭素の存在下でＥＳＬ材料を選択的にエッチングする。言い換えれば、炭素のエッチング速度に対するＥＳＬ材料のエッチング速度の比は、１よりも大きく、より好ましくは１．５よりも大きい。このステップで使用される化学反応の具体的なタイプは、ＥＳＬ材料のタイプによって異なる。ケイ素含有化合物（例えば、酸化シリコンおよび酸化シリコンベースの材料）が使用されるとき、フルオロカーボンを含むプロセスガスで形成されたプラズマに基板を曝露することによって選択的エッチングを達成することができる。例えば、ＥＳＬ膜は、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、およびＣ₃Ｆ₈の１つまたは複数を含むプロセスガスで形成されたプラズマによってエッチングすることができる。ＥＳＬが金属酸化物層（例えば、酸化チタン、酸化タングステン、または酸化ジルコニウム）であるとき、塩素ベースの化学エッチング（例えば、プラズマ中のＢＣｌ₃／Ｃｌ₂）を使用して、炭素の存在下でＥＳＬを選択的にエッチングすることができる。

【0057】

次のステップでは、ターゲット層３０５を、ＥＳＬ膜３０３によって保護されていない全ての位置でエッチングして、その下の層３０７を露出させる。このエッチングステップでは、炭素スペーサ３０９も除去され、図３Ｆに示すパターンが形成された構造を提供する。いくつかの実施形態では、このステップで使用される化学エッチングは、ターゲット材料と炭素スペーサ材料の両方を除去するように選択される。他の実施形態では、ターゲット層３０５のパターニングと、炭素スペーサ３０９の除去に、それぞれ異なる化学反応を利用した２つの異なるエッチングステップを用いることができる。ターゲット層の化学的性質に応じて、いくつかの化学エッチングを使用することができる。一実施形態において、ターゲット層３０５は金属窒化物層（例えば、ＴｉＮ層）である。この実施形態では、Ｃｌ₂および炭化水素（例えば、ＣＨ₄）を含むプロセスガスで形成されたプラズマに基板を曝露することによって金属窒化物層をエッチングすることができ、その後、酸素ベースのプラズマ化学エッチングまたは水素ベースのプラズマ化学エッチングを使用して炭素スペーサを除去する。

【0058】

いくつかの実施形態において、提供される炭素堆積法は、ギャップフィル用途で使用される。ギャップフィルでは、１つまたは複数の凹状フィーチャを含む基板を処理チャンバに供給し、提供される方法により炭素を堆積して凹状フィーチャの底部と側壁の両方を覆う。堆積サイクルは、凹状フィーチャを炭素で充填するために必要な回数だけ実施される。この堆積は非常に共形的な性質であるため、いくつかの実施形態では、シームレスなギャップフィルを達成することができる。提供される方法は、高アスペクト比のフィーチャへの炭素の堆積に特に有用である。いくつかの実施形態では、凹状フィーチャのアスペクト比は少なくとも５：１（例えば、少なくとも１０：１）である。

【0059】

一例では、炭素は、３Ｄ ＮＡＮＤ製作プロセスにおいてギャップフィルに使用される。一実施態様では、少なくとも１つの凹状フィーチャを有する部分的に製作された３Ｄ ＮＡＮＤ構造をプロセスチャンバに供給し、本明細書で提供される方法を使用して、その少なくとも１つの凹状フィーチャに炭素を堆積させて凹状フィーチャを充填する。この用途を図５および図６に示す。図５および図６は、部分的に製作された３Ｄ ＮＡＮＤ構造の概略断面図を例示する図である。

【0060】

図５は、例示的な基板１１００を示す図であり、複数の層１１１１および１１４０が交互に基板１１００の上に階段パターンで堆積されている。いくつかの実施形態では、層１１１１は誘電体層（例えば、酸化シリコン）であり、層１１４０は導電層（例えば、タングステン層）である。あるいは、層１１１１および１１４０は、酸化シリコン層１１１１および窒化シリコン層１１４０のように異なる種類の誘電体であってもよい。最上層１１４０の上にはハードマスク層１１１０が存在し、封止層１１３９が交互の層１１１１および１１４０の階段パターンを横方向に封止する。複数のビア１１３７が誘電体１１２２（例えば、酸化シリコン）にエッチングされ、例えば、層１１４０の材料は、ビア１１３７の底部１１３９で露出される。図５に示すように材料１１４０により、ビア１１３７は異なる深さを有する。次のステップでは、本明細書で提供される堆積法を使用して、ギャップフィル動作において炭素をビア１１３７に堆積する。得られた構造を図６に示す。この図において、炭素層１１７３は全てのビア（チャネル）を充填しており、充填されたビアの底部で炭素が材料１１４０と接触している。炭素は、チャネル内の犠牲材料として使用することができる。そして、その後の製作過程において、炭素を、例えば、酸素ベースのプラズマエッチングまたは水素ベースのプラズマエッチングによってチャネルから除去することができ、ビアを導電性材料で充填することができる。

【0061】

（装置）
本明細書で説明される炭素堆積法は、様々な装置で実施することができる。好適な装置は処理チャンバを含み、この処理チャンバは、反応物を導入するための１つまたは複数の入口と、プロセスチャンバ内に設けられ、堆積中に基板を所定の位置に保持するように構成された基板ホルダとを有し、任意で、プロセスガスでプラズマを生成するように構成されたプラズマ生成機構を有する。装置は、本明細書で説明される方法ステップのいずれかを引き起こすためのプログラム命令を有するコントローラを含み得る。適切な装置の例は、Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳｔｒｉｋｅｒ（登録商標）堆積装置である。

【0062】

例えば、いくつかの実施形態において、装置は以下の（ｉ）～（ｉｖ）のための命令を含むプログラム命令を有するコントローラを含む：（ｉ）少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物を処理チャンバに導入させる、（ｉｉ）少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有し、かつ、アルミニウム含有反応物とは異なる炭素含有反応物を処理チャンバに導入させる、（ｉｉｉ）アルミニウム含有反応物および炭素含有反応物のいずれかまたは両方が吸着制限層を半導体基板の表面に形成する条件下で、アルミニウム含有反応物および炭素含有反応物の少なくとも１つを半導体基板の表面に吸着させる、および（ｉｖ）アルミニウム含有反応物および炭素含有反応物の少なくとも１つが半導体基板の表面に吸着制限層を形成した後、アルミニウム含有反応物と炭素含有反応物を反応させ、炭素の層を半導体基板の表面に形成する。

【0063】

提供される方法による炭素の堆積に適した堆積装置の例を図７に示す。図７は、原子層堆積（ＡＬＤ）および／または化学気相堆積（ＣＶＤ）を使用して材料を堆積するために使用され得るプロセスステーション７００の一実施形態を概略的に示しており、ＡＬＤまたはＣＶＤのいずれかはプラズマを使用したものであってもよい。簡略化のため、プロセスステーション７００は、低圧環境を維持するためのプロセスチャンバ本体７０２を有する独立型プロセスステーションとして図示されている。しかし、複数のプロセスステーション７００が共通のプロセスツール環境に含まれていてもよいことが認識されるであろう。さらに、いくつかの実施形態では、プロセスステーション７００の１つまたは複数のハードウェアパラメータ（以下で詳細に説明されるものを含む）を、１つまたは複数のコンピュータコントローラによってプログラム的に調整できることが認識されるであろう。

【0064】

プロセスステーション７００は、プロセスガスを分配シャワーヘッド７０６に供給するための反応剤供給システム７０１と流体的に連通している。反応剤供給システム７０１は、シャワーヘッド７０６に供給するプロセスガスをブレンドおよび／または調整するための混合容器７０４を含む。１つまたは複数の混合容器入口弁７２０は、混合容器７０４へのプロセスガスの導入を制御することができる。同様に、シャワーヘッド入口弁７０５は、シャワーヘッド７０６へのプロセスガスの導入を制御することができる。

【0065】

トリメチルアルミニウムなどのいくつかの反応剤は、プロセスステーションで気化されてプロセスステーションに供給される前は、液体の形で保存することができる。例えば、図７の実施形態は、混合容器７０４に供給される液体反応剤を気化させるための気化ポイント７０３を含む。いくつかの実施形態では、気化ポイント７０３は、加熱気化器であってもよい。そのような気化器から生成された反応剤蒸気は、下流の供給配管内で凝縮する可能性がある。凝縮した反応剤に不適合ガスが曝露されると、小粒子が形成されることがある。これらの小粒子は、配管を詰まらせ、弁の動作を妨げ、基板を汚染するなどの恐れがある。これらの問題に対処するためのいくつかのアプローチは、残留反応剤を除去するために供給配管を掃引および／または排気することを伴う。しかし、供給配管を掃引すると、プロセスステーションのサイクル時間が増加し、プロセスステーションのスループットが低下する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、気化ポイント７０３の下流の供給配管をヒートトレースしてもよい。いくつかの例では、混合容器７０４もヒートトレースしてよい。１つの非限定的な例では、気化ポイント７０３の下流の配管は、混合容器７０４でおよそ１００℃～およそ１５０℃に及ぶ昇温プロファイルを有する。

【0066】

いくつかの実施形態では、液体反応剤は、液体注入器で気化されてもよい。例えば、液体注入器は、液体反応剤のパルスを混合容器の上流のキャリアガス流に注入することができる。１つのシナリオでは、液体注入器は、液体を高圧から低圧にフラッシュすることによって反応剤を気化させることができる。別のシナリオでは、液体注入器は、液体を分散微小液滴に霧化し、続いて加熱された供給パイプ内でその微小液滴を気化させてもよい。小さな液滴は大きな液滴よりも速く気化することができ、液体注入と完全気化との間の遅延を減少させることが認識されるであろう。気化が速いほど、気化ポイント７０３から下流の配管の長さを短くすることができる。１つのシナリオでは、液体注入器は、混合容器７０４に直接取り付けられてもよい。別のシナリオでは、液体注入器は、シャワーヘッド７０６に直接取り付けられてもよい。

【0067】

いくつかの実施形態では、気化されてプロセスステーション７００に供給される液体の質量流量を制御するために、液体流コントローラを気化ポイント７０３の上流に設けることができる。例えば、液体流コントローラ（ＬＦＣ）は、ＬＦＣの下流に位置する熱質量流量計（ＭＦＭ）を含み得る。次に、ＬＦＣのプランジャ弁は、ＭＦＭと電気的に通信する比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラによって提供されるフィードバック制御信号に応答して調整され得る。しかし、フィードバック制御を使用して液体の流れを安定化するには１秒以上かかる場合がある。これは、液体反応剤の投与時間を延長する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、ＬＦＣは、フィードバック制御モードと直接制御モードとの間で動的に切り替えられてもよい。いくつかの実施形態では、ＬＦＣの感知管およびＰＩＤコントローラを無効にすることによって、ＬＦＣをフィードバック制御モードから直接制御モードに動的に切り替えることができる。

【0068】

シャワーヘッド７０６は、プロセスガスを基板７１２に向けて分配する。図７に示す実施形態では、基板７１２は、シャワーヘッド７０６の下に位置し、台座７０８上に載置された状態で示されている。シャワーヘッド７０６は、任意の適切な形状を有することができ、プロセスガスを基板７１２に分配するための任意の適切な数および配置のポートを有することができることが認識されるであろう。

【0069】

いくつかの実施形態では、微小体積７０７がシャワーヘッド７０６の下に位置する。プロセスステーションの体積全体ではなく、微小体積でＡＬＤおよび／またはＣＶＤプロセスを実施することにより、反応剤への曝露および掃引時間を短縮したり、プロセス条件（例えば、圧力、温度など）を変更する時間を短縮したり、プロセスステーションロボットのプロセスガスへの曝露を制限したりすることなどが可能である。例示的な微小体積サイズは、０．１リットル～２リットルの体積を含むが、これに限定されない。この微小体積も、生産性スループットに影響する。サイクルあたりの堆積速度が低下する一方で、サイクル時間も同時に減少する。ある特定の場合、後者の効果は、膜の所与の目標厚さに対するモジュールの全体的なスループットを改善するのに十分なほど目覚ましい。

【0070】

いくつかの実施形態では、台座７０８は、基板７１２を微小体積７０７に曝露するために、および／または微小体積７０７の体積を変化させるために、上昇または下降させることができる。例えば、基板搬送段階では、台座７０８を下降させ、基板７１２を台座７０８上に載置できるようにすることが可能である。堆積プロセス段階では、台座７０８を上昇させ、基板７１２を微小体積７０７内に位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、微小体積７０７は、基板７１２と台座７０８の一部とを完全に取り囲み、堆積プロセス中に高フローインピーダンスの領域を形成することができる。

【0071】

任意選択で、台座７０８は、堆積プロセスの一部の間に下降および／または上昇させ、微小体積７０７内のプロセス圧力、反応剤濃度などを調整することができる。堆積プロセス中にプロセスチャンバ本体７０２がベース圧力を維持する１つのシナリオでは、台座７０８を下降させることにより、微小体積７０７を排気することができる。微小体積とプロセスチャンバ体積の例示的な比率は、１：７００～１：１０の体積比を含むが、これに限定されない。いくつかの実施形態では、台座の高さは、適切なコンピュータコントローラによってプログラム的に調整することができることが認識されるであろう。

【0072】

本明細書で説明される例示的な微小体積の変更として、高さ調整可能な台座に言及しているが、いくつかの実施形態では、シャワーヘッド７０６の位置を台座７０８に対して調整し、微小体積７０７の体積を変化させられることが認識されるであろう。さらに、台座７０８および／またはシャワーヘッド７０６の垂直位置を、本開示の範囲内の任意の適切な機構によって変更してもよいことが認識されるであろう。いくつかの実施形態では、台座７０８は、基板７１２の向きを回転させるための回転軸を含み得る。いくつかの実施形態では、これらの例示的な調整の１つまたは複数が、１つまたは複数の適切なコンピュータコントローラによってプログラム的に実施され得ることが認識されるであろう。

【0073】

図７に示す実施形態に戻ると、シャワーヘッド７０６および台座７０８は、プラズマに電力を供給するためのＲＦ電源７１４および整合ネットワーク７１６と電気的に通信する。他の実施形態では、提供される方法を使用して炭素を堆積するために、プラズマ発生器のない装置が使用される。いくつかの実施形態では、プロセスステーション圧力、ガス濃度、ＲＦ源電力、ＲＦ源周波数、およびプラズマ電力パルスタイミングの１つまたは複数を制御することによって、プラズマエネルギーを制御してもよい。例えば、ＲＦ電源７１４および整合ネットワーク７１６は、ラジカル種の所望の組成を有するプラズマを形成するために任意の適切な電力で動作されてもよい。適切な電力の例は、上記に含まれている。同様に、ＲＦ電源７１４は、任意の適切な周波数のＲＦ電力を提供し得る。いくつかの実施形態では、ＲＦ電源７１４は、高周波ＲＦ電源および低周波ＲＦ電源を互いに独立制御するように構成され得る。例示的な低周波ＲＦ周波数は、５０ｋＨｚ～７００ｋＨｚの周波数を含むことができるが、これに限定されない。例示的な高周波ＲＦ周波数は、１．８ＭＨｚ～２．４５ＧＨｚの周波数を含むことができるが、これに限定されない。表面反応のためのプラズマエネルギーを提供するために、任意の適切なパラメータが離散的または連続的に調整されてもよいことが認識されるであろう。１つの非限定的な例では、連続的に電力が供給されるプラズマと比較して基板表面とのイオン衝突を低減するために、プラズマ電力を断続的にパルス化してもよい。

【0074】

いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプラズマモニタによって、プラズマをｉｎ ｓｉｔｕで監視してもよい。１つのシナリオでは、１つまたは複数の電圧、電流センサ（例えば、ＶＩプローブ）によって、プラズマ電力を監視してもよい。別のシナリオでは、１つまたは複数の発光分光センサ（ＯＥＳ）によって、プラズマ密度および／またはプロセスガス濃度を測定してもよい。いくつかの実施形態では、そのようなｉｎ ｓｉｔｕのプラズマモニタからの測定値に基づいて、１つまたは複数のプラズマパラメータをプログラム的に調整することができる。例えば、ＯＥＳセンサは、プラズマ電力のプログラム制御を提供するためのフィードバックループで使用されてもよい。いくつかの実施形態では、プラズマおよび他のプロセス特性を監視するために他のモニタが使用されてもよいことが認識されるであろう。このようなモニタは、赤外線（ＩＲ）モニタ、音響モニタ、および圧力トランスデューサを含んでもよいが、これらに限定されない。

【0075】

いくつかの実施形態では、プラズマは、入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を介して制御されてもよい。一例では、プラズマプロセス段階のプラズマ条件を設定するための命令を、堆積プロセスレシピの対応するプラズマ活性化レシピ段階に含めることができる。場合によっては、プロセスレシピ段階が順に配置されてもよく、それにより堆積プロセス段階の全ての命令がそのプロセス段階と同時に実行される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプラズマパラメータを設定するための命令は、プラズマプロセス段階に先行するレシピ段階に含まれ得る。例えば、第１のレシピ段階は、不活性ガスおよび／または反応剤ガスの流量を設定するための命令、プラズマ発生器を電力設定点に設定するための命令、ならびに第１のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。続く第２のレシピ段階は、プラズマ発生器を有効にするための命令、および第２のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。第３のレシピ段階は、プラズマ発生器を無効にするための命令、および第３のレシピ段階の時間遅延命令を含み得る。これらのレシピ段階は、本開示の範囲内で、任意の適切な方法でさらに細分化および／または反復されてもよいことが認識されるであろう。

【0076】

いくつかの実施形態では、台座７０８は、ヒータ７１０を介して温度制御されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、堆積プロセスステーション７００の圧力制御は、バタフライ弁７１８によって行われてもよい。図７の実施形態に示すように、バタフライ弁７１８は、下流の真空ポンプ（図示せず）によって提供される真空を絞る。しかし、いくつかの実施形態では、プロセスステーション７００の圧力制御は、プロセスステーション７００に導入される１つまたは複数のガスの流量を変化させることによって調整することもできる。

【0077】

図８は、インバウンドロードロック８０２およびアウトバウンドロードロック８０４を備え、これらのいずれかまたは両方がリモートプラズマ源を備え得るマルチステーション処理ツール８００の一実施形態の概略図を示す。そのようなツールは、本明細書で提供される方法を使用して基板を処理するために使用することができる。ロボット８０６は、大気圧において、ポッド８０８を通してロードされたカセットから、大気圧ポート８１０を介してインバウンドロードロック８０２にウエハを移動させるように構成される。ウエハは、ロボット８０６によって、インバウンドロードロック８０２の台座８１２上に載置され、大気圧ポート８１０が閉じられ、ロードロックがポンプダウンされる。インバウンドロードロック８０２がリモートプラズマ源を備える場合、ウエハは、処理チャンバ８１４に導入される前にロードロックにおいてリモートプラズマ処理を受けてもよい。さらに、ウエハはまた、例えば、水分および吸着したガスを除去するためにインバウンドロードロック８０２においても加熱されてよい。次に、処理チャンバ８１４へのチャンバ搬送ポート８１６が開かれ、別のロボット（図示せず）が、ウエハをリアクタ内に移動させ、リアクタ内に示す第１のステーションの台座上に処理のために載置する。なお、図８に図示される実施形態はロードロックを含んでいるが、いくつかの実施形態では、プロセスステーションにウエハを直接進入させてもよいことが認識されるであろう。

【0078】

図示の処理チャンバ８１４は、図８に示す実施形態において１から４まで番号が付けられた４つのプロセスステーションを備える。各ステーションは、加熱台座（ステーション１に対して８１８で示す）と、ガスライン入口とを有する。いくつかの実施形態では、各プロセスステーションは、異なる目的または複数の目的を有し得ることが認識されるであろう。図示の処理チャンバ８１４は４つのステーションを備えるが、本開示による処理チャンバは、任意の適切な数のステーションを有してもよいことが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、処理チャンバは、５つ以上のステーションを有してもよく、他の実施形態では、処理チャンバは、３つ以下のステーションを有してもよい。

【0079】

図８はまた、処理チャンバ８１４内でウエハを搬送するためのウエハハンドリングシステム８９０の一実施形態を図示する。いくつかの実施形態では、ウエハハンドリングシステム８９０は、様々なプロセスステーション間および／またはプロセスステーションとロードロックとの間でウエハを搬送することができる。任意の適切なウエハハンドリングシステムが用いられてもよいことが認識されるであろう。非限定的な例として、ウエハカルーセルおよびウエハハンドリングロボットが挙げられる。図８はまた、プロセスツール８００のプロセス条件およびハードウェア状態を制御するために用いられるシステムコントローラ８５０の一実施形態を図示する。システムコントローラ８５０は、１つまたは複数のメモリデバイス８５６と、１つまたは複数の大容量記憶デバイス８５４と、１つまたは複数のプロセッサ８５２とを含むことができる。プロセッサ８５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッピングモータコントローラボードなどを含み得る。

【0080】

いくつかの実施形態では、システムコントローラ８５０は、プロセスツール８００の活動の全てを制御する。システムコントローラ８５０は、大容量記憶デバイス８５４に記憶され、メモリデバイス８５６にロードされ、プロセッサ８５２で実施されるシステム制御ソフトウェア８５８を実行する。システム制御ソフトウェア８５８は、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力および／またはステーション圧力、チャンバ温度および／またはステーション温度、パージ条件およびパージタイミング、ウエハ温度、ＲＦ電力レベル、ＲＦ周波数、基板、台座、チャック位置および／またはサセプタ位置、ならびにプロセスツール８００によって実施される特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令を含み得る。システム制御ソフトウェア８５８は、任意の適切な方法で構成され得る。例えば、様々なプロセスツール構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトは、開示される方法に従って様々なプロセスツールプロセスを実施するために必要なプロセスツール構成要素の動作を制御するために書かれてもよい。システム制御ソフトウェア８５８は、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化され得る。

【0081】

いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェア８５８は、上述の様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）シーケンス命令を含み得る。例えば、ＡＬＤプロセスの各段階は、システムコントローラ８５０によって実行するための１つまたは複数の命令を含み得る。ＡＬＤプロセス段階に対するプロセス条件を設定するための命令は、対応するＡＬＤレシピ段階に含まれてもよい。いくつかの実施形態では、ＡＬＤレシピ段階は、ＡＬＤプロセス段階に対する全ての命令がそのプロセス段階と同時に実行されるように、順に配置されてもよい。

【0082】

いくつかの実施形態では、システムコントローラ８５０に関連する大容量記憶デバイス８５４および／またはメモリデバイス８５６に記憶された他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムが用いられてもよい。この目的のためのプログラムの例またはプログラムのセクションの例は、基板位置決めプログラム、プロセスガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、およびプラズマ制御プログラムを含む。

【0083】

基板位置決めプログラムは、基板を台座８１８上にロードし、基板とプロセスツール８００の他の部分との間隔を制御するために使用されるプロセスツール構成要素のプログラムコードを含むことができる。

【0084】

プロセスガス制御プログラムは、プロセスステーションの圧力を安定化するために、ガス組成と流量を制御するためのコード、および任意で堆積前にガスを１つまたは複数のプロセスステーションに流すためのコードを含むことができる。プロセスガス制御プログラムは、開示されたいずれかの範囲内にガス組成および流量を制御するためのコードを含むことができる。圧力制御プログラムは、例えば、プロセスステーションの排気システムのスロットル弁、プロセスステーションへのガス流などを調節することによってプロセスステーションの圧力を制御するためのコードを含み得る。圧力制御プログラムは、開示されたいずれかの圧力範囲内にプロセスステーションの圧力を維持するためのコードを含むことができる。

【0085】

ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含むことができる。あるいは、ヒータ制御プログラムは、基板への熱伝達ガス（ヘリウムなど）の供給を制御することができる。ヒータ制御プログラムは、開示されたいずれかの範囲内に基板の温度を維持するための命令を含むことができる。

【0086】

プラズマ制御プログラムは、例えば本明細書に開示されるＲＦ電力レベルのいずれかを使用して、１つまたは複数のプロセスステーションのプロセス電極に供給されるＲＦ電力レベルおよび周波数を設定するためのコードを含むことができる。プラズマ制御プログラムは、各プラズマ曝露期間を制御するためのコードを含むこともできる。

【0087】

いくつかの実施形態では、システムコントローラ８５０に関連するユーザインターフェースが存在してもよい。ユーザインターフェースは、ディスプレイ画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、ならびにポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスを含むことができる。

【0088】

いくつかの実施形態では、システムコントローラ８５０によって調整されたパラメータは、プロセス条件に関係するものであってもよい。非限定的な例として、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦ電力レベル、周波数、および曝露時間など）等が挙げられる。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供されてもよく、ユーザインターフェースを利用して入力することができる。

【0089】

プロセスを監視するための信号は、様々なプロセスツールセンサからシステムコントローラ８５０のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてもよい。プロセスを制御するための信号は、プロセスツール８００のアナログおよびデジタル出力接続で出力することができる。監視することができるプロセスツールセンサの非限定的な例は、マスフローコントローラ、圧力センサ（圧力計など）、熱電対などを含む。適切にプログラムされたフィードバックおよび制御アルゴリズムをこれらのセンサからのデータと共に使用して、プロセス条件を維持することができる。

【0090】

開示される実施形態の実施には、任意の適切なチャンバを使用することができる。例示的な堆積装置は、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＳｔｒｉｋｅｒ（登録商標）製品ファミリーの装置、または様々な他の市販の処理システムのうち任意のものを含むが、これに限定されない。２つ以上のステーションが、同じ機能を実施してもよい。同様に、２つ以上のステーションが、異なる機能を実施してもよい。各ステーションは、所望に応じて特定の機能／方法を実施するように設計／構成することができる。

【0091】

図９は、特定の実施形態による薄膜堆積プロセスの実施に適した処理システムのブロック図である。システム９００は、移送モジュール９０３を含む。移送モジュール９０３は、処理中の基板が様々なリアクタモジュール間を移動するときの基板の汚染リスクを最小化するために、清潔な加圧環境を提供する。移送モジュール９０３には、２つのマルチステーションリアクタ９０９および９１０が取り付けられており、各々が特定の実施形態による原子層堆積（ＡＬＤ）および／または化学気相堆積（ＣＶＤ）を実施することが可能である。リアクタ９０９および９１０は、開示される実施形態による動作を連続的または非連続的に実施することができる複数のステーション９１１、９１３、９１５、および９１７を含むことができる。ステーションには、加熱された台座または基板支持体、１つまたは複数のガス入口またはシャワーヘッドまたは分散プレートを含めることができる。

【0092】

また、移送モジュール９０３には、プラズマによる前洗浄または化学的（非プラズマ）前洗浄、または開示される方法に関連して説明された任意の他のプロセスを実施することが可能な、１つまたは複数のシングルまたはマルチステーションモジュール９０７が取り付けられてもよい。モジュール９０７は、場合によって、例えば、堆積プロセスのための基板を準備するための様々な処理に使用することができる。モジュール９０７はまた、エッチングまたは研磨などの様々な他のプロセスを実施するように設計／構成することができる。システム９００はまた、処理前および処理後のウエハを格納する１つまたは複数のウエハソースモジュール９０１を含んでいる。大気移送チャンバ９１９内の大気ロボット（図示せず）は、最初にウエハをソースモジュール９０１から取り出してロードロック９２１へ移送することができる。移送モジュール９０３内のウエハ移送デバイス（一般的には、ロボットアームユニット）は、ウエハをロードロック９２１から移送モジュール９０３に取り付けられたモジュールに移動させたり、モジュール間で移動させたりする。

【0093】

様々な実施形態において、システムコントローラ９２９を用いて、堆積中のプロセス条件を制御する。コントローラ９２９は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数のプロセッサとを含む。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッピングモータコントローラボードなどを含むことができる。

【0094】

コントローラ９２９は、堆積装置の活動の全てを制御することができる。システムコントローラ９２９は、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウエハ温度、無線周波数（ＲＦ）電力レベル、ウエハチャック位置または台座位置、および特定のプロセスの他のパラメータを制御するための一連の命令を含むシステム制御ソフトウェアを実施する。いくつかの実施形態では、コントローラ９２９に関連するメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラムを用いることができる。

【0095】

典型的には、コントローラ９２９に関連するユーザインターフェースが存在する。ユーザインターフェースは、ディスプレイ画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、ならびにポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスを含むことができる。

【0096】

システム制御論理は任意の適切な方法で構成することができる。一般に、論理はハードウェアおよび／またはソフトウェアで設計または構成することができる。駆動回路を制御するための命令は、ハードコードされるか、またはソフトウェアとして提供され得る。命令は、「プログラミング」によって提供されてもよい。そのようなプログラミングは、デジタル信号プロセッサのハードコードされた論理、特定用途向け集積回路、およびハードウェアとして実装された特定のアルゴリズムを有する他のデバイスを含む、あらゆる形式の論理を含むと理解される。プログラミングはまた、汎用プロセッサで実施され得るソフトウェアまたはファームウェア命令も含むと理解される。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化され得る。

【0097】

ゲルマニウム含有還元剤パルス、水素流、およびタングステン含有前駆体パルス、ならびにプロセスシーケンスにおける他のプロセスを制御するためのコンピュータプログラムコードは、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語（例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランなど）で書かれ得る。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトは、プログラムに識別されたタスクを実施するためにプロセッサによって実行される。また、示されているように、プログラムコードは、ハードコードされてもよい。

【0098】

コントローラパラメータは、例えば、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、冷却ガス圧力、基板温度、ならびにチャンバ壁温度などのプロセス条件に関連している。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供され、ユーザインターフェースを利用して入力することができる。プロセスを監視するための信号は、システムコントローラ９２９のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されてもよい。プロセスを制御するための信号は、堆積装置９００のアナログおよびデジタル出力接続で出力される。

【0099】

システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成することができる。例えば、様々なチャンバ構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトは、開示される実施形態に従って堆積プロセス（および場合によっては他のプロセス）を実施するために必要なチャンバ構成要素の動作を制御するために書かれてもよい。この目的のためのプログラムまたはプログラムのセクションの例には、基板位置決めコード、プロセスガス制御コード、圧力制御コード、およびヒータ制御コードが挙げられる。

【0100】

いくつかの実施態様では、コントローラ９２９はシステムの一部であり、そのようなシステムは上述した例の一部であってもよい。そのようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、１つまたは複数の処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後のシステム動作を制御するための電子機器と一体化されてもよい。そのような電子機器は「コントローラ」と呼ばれることがあり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素または副部品を制御してもよい。コントローラ９２９は、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書に開示されるプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとしては、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、一部のシステムにおける無線周波数（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ツールに対するウエハの搬入と搬出、ならびに、特定のシステムに接続または連動する他の搬送ツールおよび／またはロードロックに対するウエハの搬入と搬出が含まれる。

【0101】

広義には、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてもよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されたチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、すなわちプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでもよい。プログラム命令は、様々な個々の設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに通信される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上で、または半導体ウエハ用に、またはシステムに対して実施するための動作パラメータを定義してもよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハダイの製作における１つまたは複数の処理ステップを実現するためプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってもよい。

【0102】

コントローラは、いくつかの実施態様では、システムと統合または結合されるか、他の方法でシステムにネットワーク接続されるコンピュータの一部であってもよく、またはそのようなコンピュータに結合されてもよく、またはそれらの組み合わせであってもよい。例えば、コントローラは、「クラウド」内にあってもよいし、ファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製作動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製作動作の履歴を検討し、複数の製作動作から傾向または性能基準を検討し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定するか、または新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供することができる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラは命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実施される各処理ステップのためのパラメータを特定するものである。パラメータは、実施されるプロセスのタイプ、およびコントローラが連動または制御するように構成されるツールのタイプに特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述したように、コントローラは、例えば、互いにネットワーク接続され共通の目的（本明細書で説明されるプロセスおよび制御など）に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを備えることによって分散されてもよい。このような目的のための分散型コントローラの例として、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路であって、（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）遠隔配置されておりチャンバにおけるプロセスを制御するよう組み合わせられる１つまたは複数の集積回路と通信するものが挙げられるであろう。

【0103】

例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製作および／または製造に関連するか使用されてもよい任意の他の半導体処理システムを含むことができるが、これらに限定されない。

【0104】

上述のように、ツールによって実施される１つまたは複数のプロセスステップに応じて、コントローラは、１つまたは複数の他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場内のツール場所および／もしくはロードポートに対してウエハの容器を搬入および搬出する材料搬送に使用されるツールと通信してもよい。

【0105】

（さらなる実施態様）
本明細書で説明される装置およびプロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光パネルなどの製作または製造のために、リソグラフィパターニングツールまたはプロセスと併せて使用されてもよい。一般的には、必須ではないが、そのような装置およびプロセスは、共通の製作施設で共に使用または実施される。膜のリソグラフィパターニングは、一般的には、以下のステップのいくつかまたは全てを含み、各ステップが使用可能な多くのツールを用いて可能にされる：（１）スピンオンツールまたはスプレーオンツールを使用して、ワークピース（すなわち、基板）にフォトレジストを塗布するステップ、（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを使用してフォトレジストを硬化するステップ、（３）ウエハステッパなどのツールを用いて可視光またはＵＶ光またはＸ線光でフォトレジストを露光するステップ、（４）ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像してレジストを選択的に除去し、それによってレジストをパターニングするステップ、（５）ドライエッチングツールまたはプラズマ支援エッチングツールを使用することによって、下層の膜またはワークピースにレジストパターンを転写するステップ、および（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用してレジストを除去するステップ。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例１：
処理チャンバ内の半導体基板の表面に炭素層を形成する方法であって、
（ａ）少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物を前記処理チャンバに導入することと、
（ｂ）少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有し、かつ、前記アルミニウム含有反応物とは異なる炭素含有反応物を前記処理チャンバに導入することと、
（ｃ）前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物のいずれかまたは両方が吸着制限層を前記半導体基板の前記表面に形成する条件下で、前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物の少なくとも１つを前記半導体基板の前記表面に吸着させることと、
（ｄ）前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物の少なくとも１つが吸着制限層を前記半導体基板の前記表面に形成した後、前記アルミニウム含有反応物を前記炭素含有反応物と反応させ、炭素の層を前記半導体基板の前記表面に形成することと
を含む、方法。
適用例２：
適用例１の方法であって、
少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有する前記アルミニウム含有反応物は、トリアルキルアルミニウムである、方法。
適用例３：
適用例１の方法であって、
少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有する前記アルミニウム含有反応物は、トリメチルアルミニウムである、方法。
適用例３：
適用例１の方法であって、
少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有する前記炭素含有反応物は、四ハロゲン化炭素である、方法。
適用例４：
適用例１の方法であって、
前記少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合は、炭素－フッ素結合である、方法。
適用例５：
適用例１の方法であって、
前記アルミニウム含有反応物はトリアルキルアルミニウムであり、前記炭素含有反応物はＣＸ ₄ 、ＣＨＸ ₃ 、ＣＨ ₂ Ｘ ₂ 、およびＣＨ ₃ Ｘからなる群から選択され、Ｘはハロゲンである、方法。
適用例６：
適用例５の方法であって、
Ｘは、フッ素である、方法。
適用例７：
適用例５の方法であって、
Ｘは、塩素および／または臭素である、方法。
適用例８：
適用例１の方法であって、
前記アルミニウム含有反応物を前記炭素含有反応物と反応させることは、アルミニウム含有副産物を形成することを含み、前記方法は、（ｄ）の後に前記アルミニウム含有副産物を除去することをさらに含む、方法。
適用例９：
適用例８の方法であって、
前記アルミニウム含有副産物は、アルミニウム－ハロゲン結合を含む、方法。
適用例１０：
適用例１の方法であって、
前記炭素層が形成される前記半導体基板の前記表面は、パターニングされた三次元フィーチャを有する、方法。
適用例１１：
適用例１の方法であって、
前記アルミニウム含有反応物は、前記炭素含有反応物を導入する前に吸着制限層を形成する、方法。
適用例１２：
適用例１の方法であって、
前記炭素含有反応物は、前記アルミニウム含有反応物を導入する前に吸着制限層を形成する、方法。
適用例１３：
適用例１の方法であって、
ステップ（ａ）と（ｂ）との間に前記処理チャンバをパージおよび／または排気し、前記処理チャンバから前記アルミニウム含有反応物または前記炭素含有反応物を除去することをさらに含む、方法。
適用例１４：
適用例１の方法であって、
前記炭素層を所定の厚さに堆積するために動作（ａ）～（ｄ）を繰り返すことをさらに含む、方法。
適用例１５：
適用例１の方法であって、
前記炭素層は、ギャップフィル動作において堆積される、方法。
適用例１６：
適用例１の方法であって、
前記炭素層は、部分的に製作された３Ｄ ＮＡＮＤ構造でのギャップフィル動作において堆積される、方法。
適用例１７：
処理チャンバ内の半導体基板の表面に炭素層を形成する方法であって、
（ａ）少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物を前記処理チャンバに導入し、前記アルミニウム含有反応物の層を前記半導体基板の前記表面に形成することと、
（ｂ）（ａ）の後に前記処理チャンバから前記アルミニウム含有反応物を除去することと、
（ｃ）少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有し、かつ、前記アルミニウム含有反応物とは異なる炭素含有反応物を前記処理チャンバに導入し、前記炭素含有反応物の層を前記半導体基板の前記表面に形成することと、
（ｄ）（ｃ）の後に前記処理チャンバから前記炭素含有反応物を除去することと、
（ｅ）前記炭素含有反応物の前記層および前記アルミニウム含有反応物の前記層を有する前記半導体基板をプラズマと接触させて前記アルミニウム含有反応物と前記炭素含有反応物との間の反応を活性化し、それによって炭素の層を前記半導体基板の表面に形成することと
を含む、方法。
適用例１８：
適用例１７の方法であって、
前記アルミニウム含有反応物はトリアルキルアルミニウムであり、前記炭素含有反応物はＣＦ ₄ であり、前記トリアルキルアルミニウムとＣＦ ₄ との間の反応は、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ ₂ ）および窒素（Ｎ ₂ ）からなる群から選択されるガスを含むプロセスガスで形成されたプラズマと前記半導体基板を接触させることによって活性化される、方法。
適用例１９：
複数の炭素スペーサを備える、部分的に製作された半導体基板。
適用例２０：
半導体基板を処理するためのシステムであって、
（ａ）処理チャンバであって、基板ホルダ、および反応物を前記処理チャンバに導入するための１つまたは複数の入口を有する処理チャンバと、
（ｂ）システムコントローラであって、
（ｉ）少なくとも１つのアルミニウム－炭素結合を有するアルミニウム含有反応物を前記処理チャンバに導入させ、
（ｉｉ）少なくとも１つの炭素－ハロゲン結合を有し、かつ、前記アルミニウム含有反応物とは異なる炭素含有反応物を前記処理チャンバに導入させ、
（ｉｉｉ）前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物のいずれかまたは両方が吸着制限層を前記半導体基板の表面に形成する条件下で、前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物の少なくとも１つを前記半導体基板の前記表面に吸着させ、かつ
（ｉｖ）前記アルミニウム含有反応物および前記炭素含有反応物の少なくとも１つが吸着制限層を前記半導体基板の前記表面に形成した後、前記アルミニウム含有反応物と前記炭素含有反応物を反応させ、炭素の層を前記半導体基板の前記表面に形成する
ためのプログラム命令を含むシステムコントローラと
を備える、システム。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】