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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】2024-09-09
(45)【発行日】2024-09-18
(54)【発明の名称】低温での選択的タングステン堆積
(51)【国際特許分類】
H01L 21/285 20060101AFI20240910BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20240910BHJP
【ＦＩ】
H01L21/285 C
H01L21/90 A
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022542965
(86)(22)【出願日】2021-06-30
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-21
(86)【国際出願番号】 US2021039816
(87)【国際公開番号】W WO2022006225
(87)【国際公開日】2022-01-06
【審査請求日】2022-09-09
(31)【優先権主張番号】16/917,049
(32)【優先日】2020-06-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(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】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100119013
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 一夫
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(74)【代理人】
【識別番号】100141553
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 信彦
(72)【発明者】
【氏名】シュ イ
(72)【発明者】
【氏名】フ ユーフェイ
(72)【発明者】
【氏名】レイ ユ
(72)【発明者】
【氏名】大東 和也
(72)【発明者】
【氏名】ヘ ダ
(72)【発明者】
【氏名】ツェン ジャジエ
【審査官】宇多川 勉
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－０６９３１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０２９５５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－０６５０７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０８９００９９９（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開平０６－１９６３９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－００８４１２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２８５
Ｈ０１Ｌ ２１／７６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
タングステンを選択的に堆積させる方法であって、前記方法が、金属を含む第１の材料面および低ｋ誘電体を含む第２の材料面を含む基板を水素ガスの連続流にさらすこと、ならびに
前記基板を水素ガスの前記連続流にさらしている間に前記基板をタングステン前駆体のパルス流にさらして、前記基板上にタングステン層を堆積させることであって、前記第１の材料面に第１の厚さのタングステンを堆積させ、前記第２の材料面に第２の厚さのタングステンを堆積させること
を含み、前記第１の厚さと前記第２の厚さの比が約２００：１以上であり、
前記タングステン前駆体が、反応性タングステン種およびキャリアガス、または、反応性タングステン錯体およびキャリアガスを含む、
方法。
【請求項2】
前記基板が約３５０℃以下の温度に維持される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
水素ガスの前記流れと前記タングステン前駆体の前記流れの比が約５００：１以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記タングステン層が、約１ｎｍ以下の２乗平均平方根粗さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記タングステン層の応力が約１０００ＭＰａ以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記タングステン前駆体がＷＦ
6
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記タングステン層が、約１０
19
原子／ｃｍ
3
以下のフッ素濃度を有する、請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態は一般に、相互接続を形成する改良された方法に関する。本開示の追加の実施形態は、低温でタングステンを形成する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
１００ｎｍよりも小さな特徴を高い信頼性で形成することは、半導体デバイスの次世代超大規模集積（ＶＬＳＩ）および極超大規模集積（ＵＬＳＩ）のための鍵となる技術的課題の１つである。しかしながら、回路技術の限界が押し広げられるにつれて、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ技術の寸法縮小は、処理能力に追加の要求を課した。基板上にゲート構造体を高い信頼性で形成することは、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩの成功にとって、ならびに回路密度ならびに個々の基板およびダイの品質を高めるための不断の努力にとって重要である。
【0003】
次世代デバイスの回路密度が高まるにつれて、ビア、トレンチ、コンタクト、ゲート構造体および他の特徴などの相互接続の幅ならびにそれらの間の誘電体材料の幅は４５ｎｍおよび３２ｎｍ寸法以下に低下するが、誘電体層の厚さは実質的に一定のままであり、その結果、特徴のアスペクト比は増大する。次世代デバイスおよび構造体の製造を可能にするため、トランジスタの性能を向上させる目的で、半導体チップの３次元（３Ｄ）スタッキングがしばしば利用される。トランジスタを従来の２次元の代わりに３次元に配置することにより、集積回路（ＩＣ）内に多数のトランジスタを、互いに非常に接近させて配置することができる。半導体チップの３Ｄスタッキングは配線長を短くし、配線遅延を低く保つ。半導体チップの３Ｄスタッキングの製造では、多数の相互接続構造体をその上に配して、高密度の縦型トランジスタデバイスを形成することを可能にするために、階段状構造がしばしば利用される。
【0004】
したがって、集積回路の製造コスト、メモリセルサイズおよび電力消費を低減させるため、相互接続を形成する改良された方法が引き続き求められている。
【0005】
化学気相堆積（ＣＶＤ）によって堆積させたタングステン膜は、比較的に大きな応力値および粗さを有することが知られている。さらに、六フッ化タングステンを使用して堆積させたタングステン膜は、比較的に高いレベルのフッ素不純物を有することが知られている。この比較的に高いレベルの応力、粗さおよびフッ素不純物はしばしば、限定はされないが、ウエハのそり、構造変形、間隙充填内のボイドおよびシーム、ならびに界面におけるフッ素攻撃損傷を含む、問題を引き起こす。
【0006】
これらの問題を解決するために開発された方法の一部は、原子層堆積（ＡＬＤ）に依拠している。しかしながら、ＡＬＤ法は通常、普通は４００℃以上の比較的に高い温度で実行される）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
したがって、タングステンを堆積させる方法であって、小さな粗さ、小さな応力および少ない不純物をもたらし、加えてより低い温度で実行される方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の１つまたは複数の実施形態は、タングステンを堆積させる方法を対象としている。この方法は、基板を水素ガスの流れにさらすこと、および基板を水素ガスの流れにさらしている間に基板をタングステン前駆体の流れにさらして、基板上にタングステン層を堆積させることを含む。基板は約３５０℃以下の温度に維持される。
【0009】
本開示の追加の実施形態は、タングステンを堆積させる方法を対象としている。この方法は、基板を水素ガスの流れにさらすこと、および基板を水素ガスの流れにさらしている間に基板をタングステン前駆体の流れにさらすことを含む。水素ガスの流れとタングステン前駆体の流れの比は約５００：１以上である。
【0010】
本開示の追加の実施形態は、タングステンを選択的に堆積させる方法を対象としている。この方法は、第１の材料面および第２の材料面を含む基板を水素ガスの流れにさらすこと、ならびに基板を水素ガスの流れにさらしている間に基板をタングステン前駆体の流れにさらして、第１の材料面に第１の厚さのタングステンを堆積させ、第２の材料面に第２の厚さのタングステンを堆積させることを含む。第１の厚さと第２の厚さの比は約２００：１以上である。
【0011】
上に挙げた本開示の特徴を詳細に理解することができるように、そのうちのいくつかが添付図面に示されている実施形態を参照することによって、上に概要を簡単に示した開示がより具体的に説明されていることがある。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施形態だけを示しており、したがって、添付図面を、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではないことに留意すべきである。これは、本開示が、等しく有効な他の実施形態を受け入れる可能性があるためである。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】１つまたは複数の実施形態による、相互接続を形成する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すために、同一の参照符号を使用した。特段の言及がなくとも、１つの実施形態の要素および特徴を、別の実施形態に有益に組み込むことが企図される。
【0014】
しかしながら、添付図面は、本発明の例示的な実施形態だけを示しており、したがって、添付図面を、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではないことに留意すべきである。これは、本発明が、等しく有効な他の実施形態を受け入れる可能性があるためである。
【0015】
本開示の例示的ないくつかの実施形態の説明に進む前に、本開示は、以下の説明に記載された構造またはプロセスステップの詳細だけに限定されないことを理解すべきである。本開示は、他の実施形態を含むことができ、さまざまなやり方で実施または実行することができる。
【0016】
本明細書および添付の特許請求項で使用されているとき、用語「基板」は、その上でプロセスが実行される表面または表面の部分を指す。さらに、文脈からそうでないことが明らかである場合を除き、基板への論及が基板の一部分だけへの論及でもありうることを当業者は理解するであろう。さらに、基板上への堆積への論及は、裸の基板と、１つまたは複数の膜または特徴がその上に堆積したまたは形成された基板の両方を意味しうる。
【0017】
本明細書で使用されているとき、「基板」は、製造プロセス中にその上で膜処理が実行される任意の基板または基板上に形成された任意の材料面を指す。例えば、その上で処理を実行することができる基板表面は、用途に応じて、ケイ素、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、ドープされたケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイヤなどの材料、ならびに金属、金属窒化物、金属合金および他の導電性材料などの他の任意の材料を含む。限定はされないが基板は半導体ウエハを含む。基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニール、ＵＶ硬化、ｅビーム硬化および／またはベークするために、基板を前処理プロセスにかけることができる。基板自体の表面でじかに膜処理を実行することに加えて、本開示では、後により詳細に開示するように、基板上に形成された下層上で、開示されたいずれかの膜処理ステップを実行することもでき、用語「基板表面」は、文脈が指示するそのような下層を含むことが意図されている。したがって、例えば、基板表面に膜／層または部分膜／層を堆積させた場合には、新たに堆積させたその膜／層の露出した表面が基板表面となる。
【0018】
【0019】
図２Ａは、方法１００を始める前の相互接続２００の断面図を示している。一般に、相互接続２００は、デュアルダマシン構造体などの相互接続構造体を形成する目的に利用することができる多数の膜層を含む。基板２０２上に膜スタック２０１が形成されている。スタック２０１は誘電体層２０４を含む。誘電体層２０４は、図２Ａに示されているように、基板２０２上に配されており、誘電体層２０４内に形成された、誘電体層２０４と境界を接する導電層２０６を有する。一例では、誘電体層２０４を、酸化ケイ素などの１種または数種の絶縁材料から形成されたものとすることができる。一例では、導電層２０６を、銅などの導電層から形成されたものとすることができる。
【0020】
ブロック１０２で、図２Ｂに示されているように、基板２０２上に誘電体バリア層２０８を堆積させる。例えば、示されているように、誘電体層２０４と導電層２０６の両層の上に誘電体バリア層２０８を堆積させる。したがって、誘電体バリア層２０８は、誘電体層２０４および導電層２０６の上に、中断のない均一な層を形成することができる。誘電体バリア層２０８は低ｋ材料から形成することができる。例えば、誘電体バリア層２０８は、炭素を含むケイ素層（ＳｉＣ）、窒素がドープされた炭素を含むケイ素層（ＳｉＣＮ）、窒化ケイ素層、金属窒化物または金属酸化物（例えばＡｌＮ、ＡｌＯx、ＡｌＯＮ）などから形成することができる。
【0021】
ブロック１０４で、図２Ｃに示されているように、基板２０２上に誘電体層２１０を堆積させる。例えば、示されているように、誘電体バリア層２０８の上に誘電体層２１０を堆積させる。誘電体層２１０は、誘電体層２０４と実質的に同様とすることができる。一実施形態では、誘電体層２０４と同じ材料から誘電体層２１０を形成することができる。別の実施形態では、誘電体層２０４とは異なるが同じ低ｋ属性を維持している材料から、誘電体層２１０を形成することができる。
【0022】
ブロック１０６で、図２Ｄに示されているように、相互接続２００に１つまたは複数のビア２１２を形成して導電層２０６を露出させる。例えば、誘電体層２１０と誘電体バリア層２０８の両方を貫いてビア２１２を形成して、その下の導電層２０６を露出させることができる。ビア２１２は一般に幅Ｗ１を有する。いくつかの実施形態では、それぞれのビア２１２の幅が、そのビア２１２の全長にわたって均一である。他の実施形態では、それぞれのビア２１２の幅を、ビア２１２の頂部からビア２１２の底部へ徐々に変化させることができる。
【0023】
ブロック１０８で、図２Ｅに示されているように、相互接続２００に１つまたは複数のトレンチ２１４を形成する。１つまたは複数のトレンチ２１４は誘電体層２１０に形成することができる。トレンチ２１４は、ビア２１２の少なくとも一部分を広げるように構成されている。いくつかの実施形態では、ブロック１０６の前にブロック１０８を実行することができる。すなわち、ビア２１２の前にトレンチ２１４を形成することができる。説明している実施形態などの他の実施形態では、ビア２１２の形成に続いてトレンチ２１４が形成される。
【0024】
伝統的な製造スキームでは、ビア２１２およびトレンチ２１４に金属材料を充填して相互接続２００を形成する「充填プロセス」が実行される。例えば、銅などの金属を使用して、ビア２１２とトレンチ２１４の両方に充填することができる。ビア２１２とトレンチ２１４の両方に同じ材料を充填すると、相互接続抵抗が大きくなり、このことが、半導体チップのＲＣ遅延およびＩＲ降下につながる可能性があることが分かっている。
【0025】
チップ上の相互接続抵抗は、ＲＣ遅延およびＩＲ降下による電力管理の結果としてチップ速度に影響を与える。デザインルールは縮小し続けているため、相互接続抵抗の低減はますます重要な優先事項となっている。特に、ビア（例えばビア２１２）抵抗は、短い相互接続線、４０ｎｍ未満のより小さいビア寸法、およびビアスタックとの多数の層ルーティングによって、抵抗全体のかなりの部分を占める。すなわち、ビアの抵抗は相互接続線の抵抗よりも大きい。したがって、チップ性能を達成するために、ビア抵抗を低減させることがますます重要になっている。
【0026】
従来のビア形成は、プロセスインテグレーションにおいて使用される材料のため、大きな抵抗につながる。ブロック１０８の後、従来の方法では、金属バリア、ライナおよびバルク充填金属によってビア充填が完了となる。金属バリアおよびライナは、信頼性および間隙充填のロバストネスのために使用される。しかしながら、バリアおよびライナ層に使用される材料は、それらの高い抵抗率の結果として、ビアの底部に堆積させたときに、大きなビア抵抗につながる可能性がある。一例として、従来のデュアルダマシン銅充填は、（物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスによって堆積させたＴａＮバリア層と、バリア層上に堆積させたＴａ金属ライナ層（例えばＰＶＤまたは化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス）と、金属ライナ層上に堆積させたＣｕシード／めっき層とからなることがある。バリアおよびライナの重みは、ビア寸法に応じて、ビア抵抗全体の約５０％～９０％超を占める。したがって、金属バリアおよびライナ層を除去することがビア抵抗を低減させる助けとなることがある。しかしながら、同時に、バリアおよびライナ層を排除することの結果として潜在的なリスクが生じることがある。例えば、相互接続は依然として、誘電破壊および金属エレクトロマイグレーションの回避を含む信頼性関連事項を満たす必要があるであろう。さらに、ビア抵抗と線抵抗の両方を改良するために、デュアルダマシン構造体内の適当な金属充填プロセスインテグレーションが必要であることがある。
【0027】
そのため、以下の議論では、より小さなビア抵抗を示し、同時にインテグレーション要件および信頼性要件を満たす選択的充填手法（例えばＷ充填手法）を提案する。その下の金属層（例えばＣｕ、Ｗ、Ｃｏなど）および周囲の誘電体（例えば低ｋ誘電体、酸化物など）に損傷を与えることなくビアの底部から金属材料（例えばＷ）を選択的に成長させるための界面処理（少なくともブロック１１０に関連して後に論じる）および充填プロセス（少なくともブロック１１８に関連して後に論じる）が展開される。その結果として、以下の議論は、ビア抵抗を小さくするための１つまたは複数の技法を提供する。ビア充填に続いてダマシン充填を実行する。このダマシン充填は、等価線抵抗を形成するのを助ける。
【0028】
改良された方法１００は、選択的金属ビア充填を使用して、抵抗を低減させ、信頼性要件（側壁誘電体２０４および露出した導電層２０６との相互作用）および線抵抗要件を満たすことを含む。ブロック１１０で、相互接続２００に対して１つまたは複数の前処理プロセスを実行して、選択的金属ビア２１２充填を受けることに備えた相互接続２００の準備をする。例えば、ブロック１１０はサブブロック１１２～１１６を含むことができる。
【0029】
サブブロック１１２で、相互接続２００を、ビア２１２の中の導電層２０６の露出部分に対する第１の処理プロセスにかける。例えば、第１の前処理プロセスを使用して、ビア２１２に第１の金属を堆積させるときのボトムアップ成長に備えた導電層２０６の露出部分の準備をする。遠隔プラズマ洗浄プロセスを使用して相互接続を前処理することができる。相互接続２００を前処理チャンバに移すことができ、そこで相互接続２００を洗浄プロセスにかける。例えば、相互接続を、Ｈ2／Ａｒ混合物を使用した、約２５０～３５０℃の間の温度および約１～１０トルの温度の洗浄プロセスにかけることができる。他の実施形態では、金属スパッタリングのない酸化物ノックオフ（ｋｎｏｃｋ－ｏｆｆ）を容易にするため、わずかなバイアスエネルギーを適用することができる。例えば、前処理チャンバに０～２００Ｗのエネルギーを適用することができる。
【0030】
サブブロック１１４で、相互接続２００を第２の前処理プロセスにかける。望ましくない側壁成長を最小化するため、この第２の処理プロセスを使用して、ビアの側壁２１６をパッシベートする。上述のとおり、誘電体層２０４は、低ｋ材料から形成されたものとすることができる。そのため、この第２の前処理プロセスは、誘電体層２０４の表面ポアをシールすること、およびソーク前駆体（ｓｏａｋｉｎｇ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）から誘電体層２０４を保護することを助ける。一実施形態では、この第２の前処理プロセスを、高温（例えば２００～４００℃）での熱前駆体ソーク（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｓｏａｋ）とすることができる。いくつかの例では、使用することができる前駆体が、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、ジメチルアミノトリメチルシラン（ＤＭＡＴＭＳ）などである。一実施形態では、サブブロック１１４での第２の前処理プロセスがさらに、相互接続２００を紫外線（ＵＶ）ベークプロセスにかけることにより、この前駆体ソークプロセスにＵＶエネルギーを追加することを含むことができる。
【0031】
いくつかの実施形態では、ブロック１１０がサブブロック１１６を含むことができる。ブロック１１６では、相互接続２００を、任意選択の後処理洗浄にかける。例えば、この任意選択の前処理洗浄は、ビア２１２の底部で酸化または残留物成長が起こる場合に使用することができる。この任意選択の前処理洗浄では、過酸化物（例えばＨ2Ｏ2）を含むアルカリｐＨ調整したケミストリを使用して、残留物をわずかに剥ぎ取る。
【0032】
前処理プロセス（ブロック１１０）に続いて、ブロック１１８で、図２Ｆに示されているように、ビア２１２に金属２２０を選択的に充填する。例えば、ビア２１２の中に金属２２０材料を、ビア２１２がトレンチ２１４と出合う点２２２まで堆積させる。使用する金属２２０は、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの適当な任意の金属材料とすることができる。金属２２０の主な要件は、金属２２０が、トレンチ２１４の中に堆積させる後続の金属とは異なる材料であることである。ビアの中に金属２２０を選択的に堆積させることは、ビア抵抗を低減させること、ならびに信頼性要件および線抵抗要件を満たすことを助ける。
【0033】
金属２２０は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを使用して堆積させることができる。このＣＶＤプロセスは、高温（例えば３５０～５００℃）でのＨ2前ソークを含むことができる。このＣＶＤプロセスは、約２００～５００℃の温度で、金属を含む前駆体（例えばＷＦ6）の小さな流量（例えば２～１００ｓｃｃｍ）を使用して、非常に幅広いＨ2周囲環境で実行することができる。この流量、圧力および温度の組合せは、堆積させたときに金属２２０のモルホロジーを低減させるのを助ける。最初の１～３ｎｍの核生成のため、金属２２０材料を堆積させる前に従来の核生成層を適用することができる。ビア２１２に均一に充填するために、全体の成長量が、プロセス時間、圧力および前駆体流量によって制御される。
【0034】
ブロック１２０で、図２Ｇに示されているように、それぞれのトレンチ２１４の中に第２の金属２２４を堆積させる。例えば、第２の金属２２４は、点２２２からトレンチ２１４の頂部まで堆積させる。使用する第２の金属２２４は、ルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの適当な任意の金属材料とすることができる。第２の金属２２４の主な要件は、第２の金属２２４が、ビア２１２の中に堆積させた第１の金属２２０材料とは異なる材料であることである。第２の金属２２４は、ＣＶＤプロセスを使用して堆積させることができる。単一の金属材料の従来の金属充填を、ビア２１２の中に第１の金属２２０を堆積させることおよびトレンチ２１４の中に第２の金属２２４を堆積させること含む２ステッププロセスに分けることは、ビア２１２の抵抗を低減させるのを助ける。
【0035】
いくつかの実施形態では、第２の金属２２４を堆積させる前に、第１の金属２２０の上にバリアシード層（図示せず）を堆積させることができる。例えば、第２の金属２２４が銅である場合には、このバリアシード層を銅のバリアシード層とすることができる。
【0036】
いくつかの実施形態では、方法１００が、第２の金属２２４を堆積させる前に実行する任意選択のブロック１１９を含むことができる。ブロック１１９では、第２の金属２２４の前に、相互接続２００を前処理プロセスにかけることができる。この前処理プロセスを使用して、第１の金属２２０の頂面に形成されていることがある酸化物を除去することができる。例えば、相互接続２００を、サブブロック１１２と同様のプロセスにかけることができる。
【0037】
図３は、マルチチャンバ処理システム３００を示している。処理システム３００は、ロードロックチャンバ３０２、３０４、ロボット３０６、移送チャンバ３０８、処理チャンバ３１０、３１２、３１４、３１６、３１８、３２８、およびコントローラ３２０を含むことができる。ロードロックチャンバ３０２、３０４は、処理システム３００内および処理システム３００外に基板（図示せず）を移送することを可能にする。ロードロックチャンバ３０２、３０４は、処理システム３００に導入された基板をポンプダウンして真空シールを維持することができる。ロボット３０６は、ロードロックチャンバ３０２、３０４と処理チャンバ３１０、３１２、３１４、３１６、３１８および３２８との間で基板を移送することができる。ロボット３０６はさらに、ロードロックチャンバ３０２、３０４と移送チャンバ３０８の間で基板を移送することができる。
【0038】
それぞれの処理チャンバ３１０、３１２、３１４、３１６、３１８および３２８は、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、ＰＶＤ、エッチング、前洗浄、ガス抜き、加熱、配向または他の基板プロセスなどのいくつかの基板操作を実行するための装備を有することができる。さらに、それぞれの処理チャンバ３１０、３１２、３１４、３１６、３１８および３２８は、誘電体バリア層を堆積させ、誘電体層を堆積させ、このスタックに１つまたは複数のビアおよびトレンチを形成し、１つまたは複数の前洗浄プロセスを実行し、第１の金属材料層を堆積させ、第２の金属材料層を堆積させるための装備を有することができる。
【0039】
コントローラ３２０は、図１に開示された方法などの処理システム３００の全ての態様を操作するように構成されたものとすることができる。例えば、コントローラ３２０を、基板上に相互接続を形成する方法を制御するように構成されたものとすることができる。コントローラ３２０は、基板処理の制御を容易にするために処理システムのさまざまな構成要素に結合されたプログラム可能な中央処理ユニット（ＣＰＵ）３２２を含み、プログラム可能なＣＰＵ３２２は、電源、クロック、キャッシュ、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路およびライナなどの、メモリ３２４および大容量記憶装置、入力制御ユニットならびにディスプレイユニット（図示せず）とともに動作可能である。コントローラ３２０はさらに、前駆体、プロセスガスおよびパージガス流を監視するセンサを含む処理システム３００内のセンサによって基板処理を監視するためのハードウェアを含む。基板温度、チャンバ気圧などのシステムパラメータを測定する他のセンサがコントローラ３２０に情報を提供することもできる。
【0040】
上で説明した処理システム３００の制御を容易にするため、ＣＰＵ３２２を、プラグラム可能な論理制御装置（ＰＬＣ）など、工業セッティングで使用することができる、さまざまなチャンバおよびサブプロセッサを制御するための任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つとすることができる。メモリ３２４はＣＰＵ３２２に結合されており、メモリ３２４は非一過性であり、メモリ３２４を、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスクドライブ、ハードディスクまたは他の形態のディジタルストレージなどの容易に入手可能なローカルまたはリモートメモリのうちの１つまたは複数とすることができる。支援回路３２６は、プロセッサを従来のやり方で支援するためにＣＰＵ３２２に結合されている。メモリ３２４には一般に、荷電種生成、加熱および他のプロセスが、通常はソフトウェアルーチンとして記憶されている。このソフトウェアルーチンを、ＣＰＵ３２２が制御しているハードウェアから遠隔して置かれた第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶および／または実行することもできる。
【0041】
メモリ３２４は、ＣＰＵ３２２によって実行されたときに処理システム３００の操作を容易にする命令を含むコンピュータ可読ストレージ媒体の形態をとる。メモリ３２４の中の命令は、本開示の方法を実装したプログラムなどのプログラム製品の形態をとる。このプログラムコードは、異なる多数のプログラミング言語のうちのいずれか１つに従うものとすることができる。一例では、コンピュータシステムとともに使用するためのコンピュータ可読ストレージ媒体上に記憶されたプログラム製品として本開示を実施することができる。プログラム製品の（１つまたは複数の）プログラムは、（本明細書に記載された方法を含む）実施形態の機能を定義する。例示的なコンピュータ可読ストレージ媒体には、限定はされないが、（ｉ）その上に情報が恒久的に記憶された書き込み不能なストレージ媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭドライブによって読み出し可能なＣＤ－ＲＯＭディスク、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、または任意のタイプの固体不揮発性半導体メモリなどのコンピュータ内のリードオンリーメモリデバイス）、および（ｉｉ）変更可能な情報がその上に記憶された書き込み可能なストレージ媒体（例えば、ディスケットドライブ内のフロッピーディスクもしくはハードディスクドライブまたは任意のタイプの固体ランダムアクセス半導体メモリ）が含まれる。本明細書に記載された方法の機能を指示するコンピュータ可読命令を担持しているとき、このようなコンピュータ可読ストレージ媒体は本開示の実施形態である。
【0042】
上で論じた方法は、処理システム３００だけに結びつけられているわけではない。例えば、ブロック１２０またはサブブロック１１４などの１つまたは複数のブロックを、処理システム３００の外部の処理チャンバで実行することもできる。
【0043】
本開示の１つまたは複数の実施形態は、タングステンを堆積させる低温法を対象としている。本開示のいくつかの実施形態は、誘電体表面の上の金属表面にタングステンを選択的に堆積させる。
【0044】
本開示のいくつかの実施形態は、タングステンを堆積させる方法であって、より小さな粗さ、より小さな応力および／またはより少ない不純物を有する膜を提供する方法を有利に提供する。本開示のいくつかの実施形態は、タングステンを堆積させる方法であって、小さなサーマルバジェットを必要とする用途を容易にするためにより低い温度で実行される方法を提供する。
【0045】
本明細書には、タングステンを堆積させる方法が開示されている。いくつかの実施形態では、本明細書に開示された方法が、上で説明したブロック１１８に対応する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示された方法によって堆積させたタングステンが、上で説明した金属２２０に対応する。
【0046】
例示的な方法は、基板を水素ガス（Ｈ2）の流れにさらすこと、および基板を水素ガスの流れにさらしている間に基板をタングステン前駆体の流れにさらすことを含む。
【0047】
いくつかの実施形態では、水素ガスの流れとタングステン前駆体の流れがともに連続流である。この水素ガスとタングステン前駆体の両方の連続流は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスに対応することを当業者は理解すべきである。いくつかの実施形態では、タングステン前駆体の流れがパルス流であり、水素ガスの流れが連続流である。このタングステン前駆体のパルス流および水素ガスの連続流は、パルスＣＶＤプロセスに対応することを当業者は理解すべきである。
【0048】
上で説明したとおり、いくつかの実施形態では、この方法を、水素（Ｈ2）環境で基板を熱ソークすることから始めることができる。いくつかの実施形態では、この水素環境での熱ソークを、タングステンを堆積させた後に実行することができる。いくつかの実施形態では、この方法が、第１の量のタングステンを堆積させること、熱ソークを実行すること、および第２の量のタングステンを堆積させることを含む。いくつかの実施形態では、この熱ソークが、約２５０℃～約６００℃の範囲、約３００℃～約５００℃の範囲、約３００℃～約４００℃の範囲、または約４００℃～約５００℃の範囲の温度で実行される。
【0049】
いくつかの実施形態では、本明細書に開示された方法が、比較的に低い温度で実行される。上で説明したとおり、いくつかの実施形態では、基板が、約２００℃～約５００℃の範囲の温度に維持される。いくつかの実施形態では、いくつかの実施形態では、基板が、約２００℃～約４００℃の範囲、約２５０℃～約３７５℃の範囲、約３００℃～約３５０℃の範囲、または約２５０℃～約３５０℃の範囲の温度に維持される。いくつかの実施形態では、基板が、約４００℃以下、約３７５℃以下、約３５０℃以下、約３２５℃以下、または約３００℃以下の温度に維持される。
【0050】
いくつかの実施形態では、水素ガスおよび／またはタングステン前駆体の流量が制御される。いくつかの実施形態では、水素ガスの流量が、約２０００ｓｃｃｍ～約２００００ｓｃｃｍの範囲、約２０００ｓｃｃｍ～約１８０００ｓｃｃｍの範囲、約５０００ｓｃｃｍ～約２００００ｓｃｃｍの範囲、または約１００００ｓｃｃｍ～約２００００ｓｃｃｍの範囲にある。いくつかの実施形態では、タングステン前駆体の流量が、約５００ｓｃｃｍ以下、約２００ｓｃｃｍ以下、約１００ｓｃｃｍ以下、または約５０ｓｃｃｍ以下である。
【0051】
いくつかの実施形態では、水素ガスの流量とタングステン前駆体の流量の間の比が制御される。いくつかの実施形態では、水素ガスの流量とタングステン前駆体の流量の比が、約１００：１以上、約２００：１以上、約５００：１以上、または約１，０００：１以上、約５，０００：１以上、または約１０，０００：１以上である。理論によって拘束されるわけではないが、タングステン膜での有益な結果（小さな粗さ、小さな応力など）は、処理チャンバ内に過剰の水素が存在することによると考えられる。
【0052】
いくつかの実施形態では、処理チャンバの圧力が制御される。いくつかの実施形態では、チャンバの圧力が、約５トル～約５０トルの範囲、約１０トル～約５０トルの範囲、約２０トル～約５０トルの範囲、約５トル～約２０トルの範囲、または約５トル～約１０トルの範囲に維持される。いくつかの実施形態では、チャンバの圧力が約５０トル以下に維持される。
【0053】
タングステン前駆体は、タングステン膜を堆積させるのに適した任意の前駆体とすることができる。いくつかの実施形態では、タングステン前駆体が、反応性タングステン種およびキャリアガスを含む。いくつかの実施形態では、タングステン前駆体が、反応性タングステン錯体およびキャリアガスを含む。いくつかの実施形態では、タングステン前駆体が、ＷＦ6、ＷxＣｌ5x、ＷＣｌ6またはＷ（ＣＯ）6のうちの１つまたは複数を含む。
【0054】
いくつかの実施形態では、タングステン前駆体がＷＦ6を含み、または事実上ＷＦ6からなる。この点に関して使用されるとき、タングステン前駆体が事実上ＷＦ6からなるのは、キャリアガスを除いてモルベースで、反応性タングステン種の約９５％以上、約９８％以上、約９９％以上または約９９．５％以上がＷＦ6であるときである。
【0055】
いくつかの実施形態では、開示された方法によって堆積させたタングステンが、比較的に低いレベルの不純物を有する。タングステン前駆体がＷＦ6を含む実施形態では、堆積させたタングステンが、約１０20原子／ｃｍ3以下、約５×１０19原子／ｃｍ3以下、約１０19原子／ｃｍ3以下、約５×１０18原子／ｃｍ3以下、または約１０18原子／ｃｍ3以下のフッ素含有量を有する。
【0056】
いくつかの実施形態では、堆積させたタングステンの表面粗さが比較的に小さい。いくつかの実施形態では、堆積させたタングステンの２乗平均平方根粗さ（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅｄ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）が、約２ｎｍ以下、約１．５ｎｍ以下、約１ｎｍ以下、または約０．５ｎｍ以下である。
【0057】
いくつかの実施形態では、堆積させたタングステンの応力が比較的に小さい。いくつかの実施形態では、堆積させたタングステンの応力が、約２０００ＭＰａ以下、約１５００ＭＰａ以下、約１２００ＭＰａ以下、約１０００ＭＰａ以下、約８００ＭＰａ以下、約５００ＭＰａ以下、または約２００ＭＰａ以下である。
【0058】
いくつかの実施形態では、基板が、露出した多数の材料を含む。いくつかの実施形態では、基板が、第１の材料面および第２の材料面を含む。上で識別したとおり、第１の材料面は金属または金属合金を含むことができる。いくつかの実施形態では、この金属が、銅、タングステン、コバルトまたはルテニウムのうちの１つまたは複数から選択される。さらに、第２の材料面は、低ｋ誘電体、酸化物、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などのうちの１つまたは複数を含むことができる。
【0059】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載された方法が、第２の材料面よりも第１の材料面にタングステンを選択的に堆積させる。別の言い方をすると、いくつかの実施形態では、第１の材料面に第１の厚さのタングステンを堆積させ、第２の材料面に第２の厚さのタングステンを堆積させる。第１の厚さは第２の厚さよりも大きい。いくつかの実施形態では、第１の厚さと第２の厚さの比が、約１００：１以上、約２００：１以上、約２５０：１以上、約５００：１以上、約７００：１以上、または約１，０００：１以上である。
【0060】
以上の説明は、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的範囲を逸脱しない範囲で、本発明の他の実施形態および追加の実施形態が考案される可能性があり、本発明の範囲は、添付の特許請求項によって決定される。
【0061】
本明細書の全体を通じて、「一実施形態」、「ある種の実施形態」、「１つまたは複数の実施形態」または「実施形態」への言及は、その実施形態に関して記載された特定の特徴、構造、材料また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。したがって、本明細書全体のさまざまな箇所における「１つまたは複数の実施形態では」、「ある種の実施形態では」、「一実施形態では」または「実施形態では」などの句の出現は、必ずしも本開示のその同じ実施形態に関するわけではない。さらに、１つまたは複数の実施形態では、それらの特定の特徴、構造、材料または特性を適当な任意のやり方で組み合わせることができる。
【0062】
本明細書では特定の実施形態を参照して本開示を説明したが、記載された実施形態は単に本開示の原理および用途の例に過ぎないことを当業者は理解するであろう。本開示の趣旨および範囲を逸脱することなく本開示の方法および装置にさまざまな変更および変形を加えることができることは当業者には明白であろう。したがって、本開示は、添付の特許請求項およびそれらの等価物の範囲に含まれる変更および変形を含みうる。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図2G】
【図3】