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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】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-06-03
(54)【発明の名称】金属間隙充填を形成するための方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/28 20060101AFI20220527BHJP
H01L 21/304 20060101ALI20220527BHJP
H01L 21/285 20060101ALI20220527BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20220527BHJP
【ＦＩ】
H01L21/28 Z
H01L21/304 645C
H01L21/285 S
H01L21/285 C
H01L21/90 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021556653
(86)(22)【出願日】2020-03-02
(85)【翻訳文提出日】2021-11-15
(86)【国際出願番号】 US2020020696
(87)【国際公開番号】W WO2020190494
(87)【国際公開日】2020-09-24
(31)【優先権主張番号】62/819,697
(32)【優先日】2019-03-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/803,842
(32)【優先日】2020-02-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(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】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【識別番号】100109335
【弁理士】
【氏名又は名称】上杉 浩
(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】チェン シー
(72)【発明者】
【氏名】マ フェイユエ
(72)【発明者】
【氏名】ウー カイ
(72)【発明者】
【氏名】レイ ユー
(72)【発明者】
【氏名】大東 和也
(72)【発明者】
【氏名】シュー イ
(72)【発明者】
【氏名】バンシア ヴィカシュ
(72)【発明者】
【氏名】チャン メイ
(72)【発明者】
【氏名】レン フ
(72)【発明者】
【氏名】フン レイモンド ホイマン
(72)【発明者】
【氏名】ヤオ ヤクアン
(72)【発明者】
【氏名】ジェラトス アヴゲリノス ヴイ
(72)【発明者】
【氏名】オア デイヴィッド ティー
(72)【発明者】
【氏名】ジョウ ジン
(72)【発明者】
【氏名】ジアン グォチャン
(72)【発明者】
【氏名】リン チ－チョウ
(72)【発明者】
【氏名】ライ イミン
(72)【発明者】
【氏名】イェ ジア
(72)【発明者】
【氏名】ワン ジェン－ユエ
【テーマコード（参考）】
4M104
5F033
5F157
【Ｆターム（参考）】
4M104BB04
4M104BB18
4M104DD22
4M104DD23
4M104DD37
4M104DD43
5F033JJ07
5F033JJ19
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5F033PP15
5F033QQ48
5F033RR01
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5F033RR05
5F033RR06
5F033XX28
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5F157BG39
5F157BH18
5F157CE62
5F157CE63
(57)【要約】
本開示は、一般に、基板の処理のための方法に関し、より詳細には、金属間隙充填を形成するための方法に関する。１つの実施態様では、この方法は、マルチステッププロセスを使用して、開口に金属間隙充填を形成することを含む。マルチステッププロセスは、金属間隙充填の第１の部分を形成することと、１つまたは複数の側壁に１つまたは複数の層を形成するためにスパッタプロセスを実行することと、開口を金属間隙充填で満たすために金属間隙充填の第２の部分を成長させることとを含む。マルチステッププロセスによって形成された金属間隙充填はシームレスであり、１つまたは複数の側壁に形成された１つまたは複数の層は、金属間隙充填と側壁との間の間隙または欠陥をシールする。その結果として、後続のプロセスで利用される液体は、金属間隙充填を通って拡散しない。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属間隙充填を形成するための方法であって、前記方法が、第２の層に形成された開口における第１の層の表面にわたって前記金属間隙充填の第１の部分を形成することと、
前記第１の部分にスパッタリングプロセスを実行することと、
前記開口を前記金属間隙充填で満たすために前記金属間隙充填の第２の部分を形成することと
を含む、方法。
【請求項2】
前記金属間隙充填の前記第１の部分および前記金属間隙充填の前記第２の部分が、コバルト、タングステン、またはルテニウムから製造される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１の層が金属を含み、前記第２の層が誘電体層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記金属間隙充填の前記第１の部分を形成する前に前記第１の層の前記表面に前洗浄プロセスを実行することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記第１の層の前記表面に金属シード層を形成することをさらに含み、前記金属間隙充填の前記第１の部分が前記金属シード層上に形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記スパッタリングプロセスがアルゴンプラズマを利用する、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
金属間隙充填を形成するための方法であって、前記方法が、第２の層に形成された開口における第１の層の表面にわたって前記金属間隙充填の第１の部分を形成することと、
前記第２の層の１つまたは複数の側壁に１つまたは複数の層を形成することと、
前記開口を前記金属間隙充填で満たすために前記金属間隙充填の第２の部分を形成することと
を含む、方法。
【請求項8】
前記金属間隙充填の前記第１の部分、前記１つまたは複数の層、および前記金属間隙充填の前記第２の部分が、コバルト、タングステン、またはルテニウムから製造される、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記第１の層が金属を含み、前記第２の層が誘電体層を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項10】
前記金属間隙充填の前記第１の部分を形成する前に前記第１の層の前記表面に前洗浄プロセスを実行することと、前記第１の層の前記表面に金属シード層を形成することであり、前記金属間隙充填の前記第１の部分が前記金属シード層上に形成される、形成することと
をさらに含む、
請求項７に記載の方法。
【請求項11】
前記１つまたは複数の層が、アルゴンプラズマを利用するスパッタリングプロセスによって形成される、請求項７に記載の方法。
【請求項12】
処理システムであって、移送チャンバと、
前記移送チャンバに結合された複数のプロセスチャンバと、
前記処理システムでプロセスを実行させるように構成されたコントローラであり、前記プロセスが、
第２の層に形成された開口における第１の層の表面にわたって金属間隙充填の第１の部分を形成することと、
前記第１の部分にスパッタリングプロセスを実行することと、
前記開口を前記金属間隙充填で満たすために前記金属間隙充填の第２の部分を形成することと
を含む、コントローラと、
を含む、処理システム。
【請求項13】
前記金属間隙充填の前記第１の部分および前記金属間隙充填の前記第２の部分が、コバルト、タングステン、またはルテニウムから製造される、請求項１２に記載の処理システム。
【請求項14】
前記第１の層が金属を含み、前記第２の層が誘電体層を含む、請求項１２に記載の処理システム。
【請求項15】
前記金属間隙充填の前記第１の部分を形成する前に前記第１の層の前記表面に前洗浄プロセスを実行することと、前記第１の層の前記表面に金属シード層を形成することであり、前記金属間隙充填の前記第１の部分が前記金属シード層上に形成される、形成することと
をさらに含む、請求項１２に記載の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施態様は、一般に、基板の処理に関し、より詳細には、金属間隙充填を形成するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体処理では、デバイスは、特徴部の寸法が絶えず減少して生産されている。デバイス寸法が縮小し続け、ムーアの法則の２次元制限が克服できなくなるにつれて、製造業者は、将来の成長を推進するために３次元構造に考えを向けつつある。フィン電界効果トランジスタ（ＦｉｎＦＥＴ）などのデバイス、およびダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）デバイスなどの３次元メモリデバイスは、一般に、スタック内の異なる材料の層を特徴として備えている。多数のデバイスまたはセルを上下に積み重ねることができ、いくつかのデバイスが、一般に、１つの基板に形成される。層は、多くの場合、異なる材料であり、そのため、１つの構造は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ａ－Ｓｉ、およびポリＳｉなどの絶縁層、半導体層、および金属層の交互層を含むことができる。一般に、スタックは、３２層、または６４層、またはさらに１２８層のこれらの交互層で構成される。
【0003】
タングステンなどの特定の金属が、約２０年間、論理用途のコンタクトレベルで使用されている。最近の高度な相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）デバイスでは、金属ゲートおよびＦｉｎＦＥＴなどの新しい技術が現れており、それにより、ｐ型金属酸化膜半導体（ＰＭＯＳ）とｎ型金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ）デバイスの両方の金属ゲート充填としてこれらの金属の新しい用途がもたらされている。３Ｄ ＮＡＮＤデバイスでは、そのような金属はまた、金属ゲート充填に使用される。例えばタングステンを使用する間隙充填への要件は、いくつかの理由でますます困難になっている。例えば、コンタクトでは、コンタクトの寸法が小さくなり、タングステン共形充填は一般にシームを残すので、オーバハングがより困難になっている。さらに、シームは、化学機械研磨（ＣＭＰ）中にスラリにさらされることになり、それは一体化問題を引き起こす。加えて、高度のＣＭＯＳと３Ｄ ＮＡＮＤの両方の金属ゲートトレンチでは、従来のタングステン共形成長は、必然的に、中央にシームを残す。
【0004】
それゆえに、金属間隙充填を形成する改善された方法が、高度の論理およびメモリデバイスのコンタクトと金属ゲート充填の両方のために必要とされる。
【発明の概要】
【0005】
本開示の実施態様は、一般に、基板の処理のための方法に関し、より詳細には、金属間隙充填を形成するための方法に関する。１つの実施態様では、金属間隙充填を形成する方法は、第２の層に形成された開口における第１の層の表面にわたって金属間隙充填の第１の部分を形成することと、第１の部分にスパッタリングプロセスを実行することと、開口を金属間隙充填で満たすために金属間隙充填の第２の部分を形成することとを含む。
【0006】
別の実施態様では、金属間隙充填を形成するための方法は、第２の層に形成された開口における第１の層の表面にわたって金属間隙充填の第１の部分を形成することと、第２の層の１つまたは複数の側壁に１つまたは複数の層を形成することと、開口を金属間隙充填で満たすために金属間隙充填の第２の部分を形成することとを含む。
【0007】
別の実施態様では、処理システムは、移送チャンバと、移送チャンバに結合された複数のプロセスチャンバと、処理システムでプロセスを実行させるように構成されたコントローラであり、このプロセスが、第２の層に形成された開口における第１の層の表面にわたって金属間隙充填の第１の部分を形成することと、第１の部分にスパッタリングプロセスを実行することと、開口を金属間隙充填で満たすために金属間隙充填の第２の部分を形成することとを含む、コントローラとを含む。
【0008】
本開示の上述で列挙した特徴を詳細に理解できるように、上述で簡単に要約した本開示のより詳細な説明を、実施態様を参照することによって行うことができ、実施態様のいくつかが添付の図面に示される。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施態様のみを示しており、それゆえに、実施態様の範囲を限定すると考えるべきではなく、他の等しく効果的な実施態様を認めることができることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】１つの実施態様による、金属間隙充填を形成するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに同一の参照番号が使用されている。ある実施態様の要素および機能は、さらなる詳述なしに、他の実施態様に有利に組み込むことができることが意図されている。
【0011】
本開示は、一般に、基板の処理のための方法に関し、より詳細には、金属間隙充填を形成するための方法に関する。本明細書に記載される１つまたは複数の実施態様を含むかまたはそれと組み合わせることができる１つの実施態様では、この方法は、マルチステッププロセスを使用して開口に金属間隙充填を形成することを含む。マルチステッププロセスは、選択的堆積プロセスによって金属間隙充填の第１の部分を成長させることと、１つまたは複数の側壁に１つまたは複数の層を形成するためにスパッタプロセスを実行することと、開口を金属間隙充填で満たすために選択的堆積プロセスによって金属間隙充填の第２の部分を成長させることとを含む。選択的堆積プロセスによって形成された金属間隙充填はシームレスであり、１つまたは複数の側壁に形成された１つまたは複数の層は、金属間隙充填と側壁との間の間隙または欠陥をシールする。その結果として、後続のプロセスで利用される液体は、金属間隙充填を通って拡散して金属間隙充填の下に配置された層と相互作用することはない。
【0012】
図１は、金属間隙充填を形成するための方法１００の流れ図である。図２Ａ～図２Ｆは、図１の方法１００の異なる段階中の基板２００の様々な図を示す。方法１００は、本明細書に提示されていない他の半導体構造を形成するために利用されてもよいことに留意されたい。当業者は、半導体デバイスおよび関連する構造を形成するための完全なプロセスが、図面に示されているわけではなく、または本明細書に記載されているわけではないことを認識すべきである。様々な動作が図面に示され、本明細書に記載されているが、そのようなステップの順序またはステップの有無に関する限定は暗示されていない。シーケンスとして図示または記載される動作は、明確に指示がない限り、単に説明のために行われ、それぞれのステップが、実際には、完全ではないにしても少なくとも部分的に、同時にまたは重複して実行される可能性を排除しない。
【0013】
方法１００は、動作１０２において、プロセスチャンバ内で基板２００に前洗浄プロセスを実行することによって開始する。１つの例では、プロセスチャンバはエッチングチャンバである。図２Ａに示すように、基板２００は、第１の層２０２と、第１の層２０２に形成された少なくとも１つの開口２０４と、開口２０４に配置された第２の層２０６とを含む。第１の層２０２は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＣＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、または他の適切な誘電体材料から製造された誘電体層とすることができる。代替として、第１の層２０２は、ハードマスク用途ではカーボン層とすることができる。開口２０４は、バイアまたはトレンチとすることができ、開口２０４は、第２の層２０６の表面２１０と、第１の層２０２の１つまたは複数の側壁２１２とによって画定される。開口２０４は高さＨ1を有する。第２の層２０６は、金属、半導体、導電性セラミック、または他の適切な導電性材料などの導電性材料から製造することができる。１つの例では、第２の層２０６は、コバルト、窒化チタン、またはシリコンから製造される。
【0014】
前洗浄プロセスが、第２の層２０６の表面２１０に実行される。前洗浄プロセスを実行して、第２の層２０６の表面２１０上の汚染物質、例えば、金属酸化物、フッ化物、カーボン、ポリマー、または他のエッチングプロセス後の残留物などを除去する。前洗浄プロセスは、化学洗浄またはプラズマ洗浄などの任意の適切な洗浄方法とすることができる。化学洗浄は、水素ラジカルなどの洗浄剤、またはＨ2、ＣＯ、Ｃ2Ｈ5ＯＨ、ＷＦ6、ＷＣｌ5などの反応性ガス、もしくは他の適切な反応性ガスを利用する。水素ラジカル、Ｈ2、またはＣＯなどのいくつかの洗浄剤は、金属酸化物汚染物質を還元して金属に戻す。ＷＦ6またはＷＣｌ5などのいくつかの洗浄剤は、汚染物質をガスに揮発させることによって汚染物質をエッチングする。１つの例では、前洗浄プロセスは、水素ラジカルを利用して、ＣｏＯx、ＣｕＯx、および／またはＷＯ3などの金属酸化物を還元する。水素ラジカルは、遠隔プラズマ源で形成され、次いで、水素ガスまたはアルゴンガスとともに基板２００に流されてもよい。基板２００は、摂氏約２００度～摂氏約４００度の範囲の温度に維持することができる。別の例では、前洗浄プロセスは、Ｈ2熱ソークを利用して、ＣｏＯx、ＣｕＯx、および／またはＷＯ3などの金属酸化物を還元する。熱ソークプロセスは、水素ガスおよびアルゴンガスをプロセスチャンバ内に流すことを含み、チャンバ圧力は、約３０Ｔｏｒｒ～約３００Ｔｏｒｒの範囲であり、基板２００は、摂氏約３００度～摂氏約６００度の範囲の温度に維持される。別の例では、前洗浄プロセスは、エタノールソークを利用して金属酸化物を還元し、基板２００は、摂氏約２００度～摂氏約４００度の範囲の温度に維持される。別の例では、前洗浄プロセスは、ＷＦ6またはＷＣｌ5ソークを利用して、高温低圧で金属酸化物と反応させ、金属酸化物を気相／液相金属化合物（例えば、ＷＯＦ4、ＣｕＣｌ2、ＣｏＣｌ2）に変え、基板２００は、摂氏約２００度～摂氏約５００度の範囲の温度に維持される。
【0015】
前洗浄プロセスは、プラズマ洗浄プロセスとすることができる。プラズマ洗浄プロセスは、Ａｒ／ＨｅプラズマまたはＨ2プラズマを利用する。あるプラズマ洗浄プロセスは、汚染物質を物理的にスパッタ除去し、一方、他のプラズマ洗浄プロセスは、表面２１０を洗浄するための反応を増強する。１つの例では、前洗浄プロセスは、アルゴンプラズマを利用し、アルゴンイオンは、第２の層２０６の表面２１０上の汚染物質を物理的にスパッタする。アルゴンプラズマは、容量結合、誘導結合、またはそれらの組合せとすることができる。プラズマ周波数は、約３５０ｋＨｚ～約４０ＭＨｚの範囲であり、プラズマ出力は、約０Ｗ～約１０００Ｗの範囲であり、チャンバ圧力は、約１０ｍＴｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒの範囲である。別の例では、前洗浄プロセスは、水素プラズマを利用し、水素イオンは、第２の層２０６の表面２１０上の汚染物質と反応して金属および水を形成する。水素プラズマ洗浄プロセスは、水素熱ソークと同様の化学的性質を有するが、水素プラズマ洗浄プロセスで利用される熱エネルギーは少ない。
【0016】
１つの例では、前洗浄プロセスは、遠隔プラズマ源を使用して、プロセスチャンバ内で実行される。前洗浄プロセスを実行するのに適する１つの例示のプロセスチャンバは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．、サンタクララ、カリフォルニア州から入手可能であるＡＫＴＩＶ Ｐｒｅ－Ｃｌｅａｎ（商標）チャンバまたはＳＩＣＯＮＩ（登録商標）洗浄チャンバである。代替として、前洗浄プロセスは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源を使用するエッチングチャンバなどのエッチングチャンバ内で実行される。１つの例示のエッチングチャンバは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．、サンタクララ、カリフォルニア州から入手可能である改造分離プラズマ窒化（ＤＰＮ）チャンバとすることができる。しかしながら、他の製造業者からの他の適切に構成されたチャンバも前洗浄プロセスを実行するために実装されてもよいことが意図される。
【0017】
動作１０４において、核生成処理が、第２の層２０６の洗浄済み表面２１０に実行される。核生成処理は、表面２１０および開口２０４に形成されるべき金属間隙充填のインキュベーション期間を除去し、それはまた、異なる金属の金属成長インキュベーションが非常に異なるゆえの格子不整合を除去する。核生成処理は、図２Ｂに示すように、金属シード層２１４を第２の層２０６の表面２１０に形成することを含むことができる、金属シード層２１４は、タングステン、コバルト、ルテニウム、または他の適切な金属から製造することができる。金属シード層２１４は、選択的プロセスによって形成され、そのため、金属シード層２１４は、１つまたは複数の側壁２１２に形成されない。１つの例では、金属シード層２１４は、Ｂ2Ｈ6、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＷＦ6、ＷＣｌ5、ＴｉＣｌ4、または他の適切なガスなどの１つまたは複数のガスを利用する化学ソークプロセスによって形成される。別の例では、金属シード層２１４は、選択的金属原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスによって形成される。選択的金属ＡＬＤプロセスで利用される１つまたは複数の前駆体は、Ｂ2Ｈ6、ＷＦ6、Ｈ2、ＳｉＨ4、ＷＣｌ5、Ｗ（ＣＯ）6、または他の適切な前駆体を含む。いくつかの実施態様では、タングステン以外の金属を含む１つまたは複数のガスが利用される。例えば、コバルトまたはルテニウム含有ガスを利用して、金属シード層２１４を形成することができる。いくつかの実施態様では、核生成処理は省略され、金属シード層２１４は存在しない。
【0018】
次に、動作１０６において、図２Ｃに示すように、金属間隙充填の第１の部分２１６が、金属シード層２１４上に形成される。実施態様によっては、金属間隙充填の第１の部分２１６は、第２の層２０６の表面２１０に形成される。金属間隙充填の第１の部分２１６は、タングステン、コバルト、ルテニウム、または他の適切な金属などの金属から製造される。第１の部分２１６は、選択的プロセスによって形成され、下から上に成長する。言い換えれば、第１の部分２１６は、金属シード層２１４または第２の層２０６の表面２１０に選択的に形成されるかまたはそこから成長し、１つまたは複数の側壁２１２に形成されない。第１の部分２１６は、図２Ｃに示すように、１つまたは複数の側壁２１２の一部分と接触するが、第１の部分２１６は、１つまたは複数の側壁２１２から成長しない。第１の部分２１６は、高さＨ2を有し、高さＨ2は、開口２０４の高さＨ1の約１０パーセント～約５０パーセントである。
【0019】
第１の部分２１６を形成するための選択的プロセスは、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスとすることができ、選択性は、チャンバ圧力と、前駆体ガスの比率とに基づく。１つの例では、選択的プロセスは、金属含有ガスおよび第２のガスをプロセスチャンバ内に流すことを含む。金属含有ガスは、ＷＦ6などの任意の適切な金属含有ガスとすることができる。第２のガスは、水素ガスとすることができる。第２のガス対金属含有ガスの比率は、約６対１から約８０００対１の範囲である。チャンバ圧力は、約１Ｔｏｒｒ～約３００Ｔｏｒｒの範囲であり、基板は、摂氏約２００度～摂氏約５００度の範囲の温度に維持される。チャンバ圧力と、ガスの比率とは、選択性に影響を与える可能性がある。１つの例では、摂氏約４００度よりも高いなどの比較的高い温度で、金属含有ガスに対する第２のガスの比率が高く、チャンバ圧力が低いとき、選択性は維持される。
【0020】
次に、動作１０８において、図２Ｄに示すように、スパッタリングプロセスを実行して、金属間隙充填の第１の部分２１６の一部を除去し、１つまたは複数の層２１８を１つまたは複数の側壁２１２に形成する。スパッタリングプロセスは、アルゴンプラズマを利用する前洗浄プロセスと同じ処理条件を有することができる。スパッタリングプロセスは、金属間隙充填の第１の部分２１６の一部を１つまたは複数の側壁２１２上にスパッタする。その結果として、層２１８が、各側壁２１２に形成される。層２１８は、金属間隙充填の第１の部分２１６と同じ材料から製造される。
【0021】
次に、動作１１０において、図２Ｅに示すように、金属間隙充填の第２の部分２２０が、金属間隙充填の第１の部分２１６上に形成される。第２の部分２２０は、金属間隙充填の第１の部分２１６と同じプロセスで形成することができる。第２の部分２２０は、第１の部分２１６と同じ材料から製造される。開口２０４に形成された金属間隙充填は、第１の部分２１６、１つまたは複数の層２１８、および第２の部分２２０を含む。金属間隙充填を形成するためのマルチステッププロセスはシームレスであり、金属間隙充填と側壁２１２との間に間隙または欠陥は存在しない。その結果として、後続のプロセスで利用される液体は、金属間隙充填を通って拡散して第２の層２０６と相互作用することはない。
【0022】
次に、動作１１２において、図２Ｆに示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを基板２００に実行して、平面２２２を形成する。ＣＭＰプロセスの間、スラリは、側壁２１２が層２１８でシールされているので、第１の部分２１６、層２１８、および第２の部分２２０を有する金属間隙充填を通って拡散しない。そのため、第２の層２０６は、ＣＭＰプロセスにおいてスラリから保護されている。
【0023】
図１に戻って参照すると、動作１０６、１０８、および１１０が、シームレスの金属間隙充填を形成するために実行され、金属間隙充填と側壁との間に間隙または欠陥は存在しない。いくつかの実施態様では、動作１０６、１０８、および１１０は、単一の動作に置き換えられ、それは、単相結晶金属間隙充填を下から上に形成するものである。単相結晶金属間隙充填にはそこに形成される粒界がなく、金属間隙充填の抵抗は開口２０４のサイズと無関係である。したがって、単相結晶金属間隙充填は、シームレスであり、電気抵抗が低下する。単相結晶金属間隙充填は、基板２００が摂氏４５０度以上の温度に維持されるＣＶＤプロセスで形成することができる。
【0024】
本明細書で提供される教示に従って適切に改変することができる処理システムの例には、サンタクララ、カリフォルニアにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から市販されているＥＮＤＵＲＡ（登録商標）、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）、もしくはＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）統合処理システム、または他の適切な処理システムが含まれる。他の処理システム（他の製造業者からのものを含む）が本明細書に記載された態様から利益を得るように構成できることが意図される。図３は、本開示の実施態様による、図１に示した方法１００を遂行するために使用することができる例示のマルチチャンバ処理システム３００の概略上面図を示す。図３に示すように、複数のプロセスチャンバ３０２が、第１の移送チャンバ３０４に結合される。第１の移送チャンバ３０４はまた、第１の対の通過チャンバ３０６に結合される。第１の移送チャンバ３０４は、通過チャンバ３０６とプロセスチャンバ３０２との間で基板を移送するために中央に配置された移送ロボット（図示せず）を有する。通過チャンバ３０６は、第２の移送チャンバ３１０に結合され、第２の移送チャンバ３１０は、動作１０２などの前洗浄プロセスを実行するように構成されたプロセスチャンバ３１４と、動作１０６などの核生成処理動作を実行するように構成されたプロセスチャンバ３１６とに結合される。第２の移送チャンバ３１０は、１組のロードロックチャンバ３１２と、プロセスチャンバ３１４またはプロセスチャンバ３１６との間で基板を移送するために中央に配置された移送ロボット（図示せず）を有する。ファクトリインタフェース３２０は、ロードロックチャンバ３１２によって第２の移送チャンバ３１０に接続される。ファクトリインタフェース３２０は、ロードロックチャンバ３１２の反対側にある１つまたは複数のポッド３３０に結合される。ポッド３３０は、一般に、洗浄室からアクセス可能な前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）である。
【0025】
動作中、基板は、最初に、プロセスチャンバ３１４に移送され、動作１０２などの前洗浄プロセスが実行されて、金属酸化物汚染物質などの汚染物質が開口の底部から除去される。次いで、基板はプロセスチャンバ３１６に移送され、動作１０６が実行される。次いで、基板は１つまたは複数のプロセスチャンバ３０２に移送され、動作１０６、１０８、および１１０が実行される。動作１０２、１０４、１０６、１０８、１１０のすべてが、同じ処理システム３００内で実行されるので、基板が様々なチャンバに移送されるとき、真空が破られず、それにより、汚染の機会が減少し、金属間隙充填の品質が改善される。
【0026】
システムコントローラ３８０は、処理システム３００またはその構成要素を制御するために処理システム３００に結合される。例えば、システムコントローラ３８０は、処理システム３００のチャンバ３０２、３０４、３０６、３１０、３１２、３１４、３１６の直接制御を使用して、またはチャンバ３０２、３０４、３０６、３１０、３１２、３１４、３１６に関連するコントローラ３６０を制御することによって処理システム３００の動作を制御することができる。動作中、システムコントローラ３８０は、処理システム３００の性能を調整するために、それぞれのチャンバからのデータ収集およびフィードバックを可能にする。
【0027】
システムコントローラ３８０は、一般に、中央処理装置（ＣＰＵ）３８２、メモリ３８４、およびサポート回路３８６を含む。ＣＰＵ３８２は、産業環境で使用することができる任意の形態の汎用プロセッサのうちの１つとすることができる。メモリ３８４、非一時的コンピュータ可読媒体、または機械可読ストレージデバイスは、ＣＰＵ３８２によってアクセス可能であり、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、または任意の他の形態のデジタルストレージなどのローカルまたはリモートのメモリうちの１つまたは複数とすることができる。サポート回路３８６は、ＣＰＵ３８２に結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源などを含むことができる。システムコントローラ３８０は、メモリ３８４に格納された方法１００を実行するように構成される。本開示で開示される様々な実施態様は、一般に、ＣＰＵ３８２の制御下で、例えば、コンピュータプログラム製品またはソフトウェアルーチンとしてメモリ３８４に（または特定のプロセスチャンバのメモリに）格納されたコンピュータ命令コードを実行することによって実施することができる。すなわち、コンピュータプログラム製品は、メモリ３８４（または非一時的コンピュータ可読媒体もしくは機械可読ストレージデバイス）で有形に具現化される。コンピュータ命令コードがＣＰＵ３８２で実行されると、ＣＰＵ３８２は、様々な実施態様による動作を実行するようにチャンバを制御する。
【0028】
要約すれば、本開示の実施態様は、シームレス金属間隙充填の形成を可能にし、シームレス金属間隙充填は、そこを通って液体が拡散するのを防止する。シームレス金属間隙充填は、選択的堆積プロセスによって金属間隙充填の第１の一部分を成長させることと、１つまたは複数の側壁に１つまたは複数の層を形成するためにスパッタプロセスを実行することと、開口を金属間隙充填で満たすために選択的堆積プロセスによって金属間隙充填の第２の部分を成長させることとを含むマルチステッププロセスによって形成される。選択的堆積プロセスによって形成された金属間隙充填は、シームレスであり、１つまたは複数の側壁に形成された１つまたは複数の層は、金属間隙充填と側壁との間の間隙または欠陥をシールする。その結果として、後続のプロセスで利用される液体は、金属間隙充填を通って拡散しない。
【0029】
前述は、本開示の実施態様に関するが、本開示の他のおよびさらなる実施態様を、本開示の基本的範囲から逸脱することなく考案することができ、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図3】
【国際調査報告】