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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】2022-12-14
(54)【発明の名称】間隙充填堆積プロセス
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3205 20060101AFI20221207BHJP
H01L 21/768 20060101ALI20221207BHJP
C23C 16/455 20060101ALI20221207BHJP
C23C 16/14 20060101ALI20221207BHJP
H01L 21/28 20060101ALI20221207BHJP
【ＦＩ】
H01L21/88 R
H01L21/90 C
C23C16/455
C23C16/14
H01L21/28 B
H01L21/28 301R
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022521661
(86)(22)【出願日】2020-08-14
(85)【翻訳文提出日】2022-06-07
(86)【国際出願番号】 US2020046396
(87)【国際公開番号】W WO2021076212
(87)【国際公開日】2021-04-22
(31)【優先権主張番号】16/653,601
(32)【優先日】2019-10-15
(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
【住所又は居所原語表記】Ｍ／Ｓ １２６９，３０５０ 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】ジャン， ハオ
(72)【発明者】
【氏名】ベキアリス， ニコラオス
(72)【発明者】
【氏名】チェン， エリカ
(72)【発明者】
【氏名】ナイク， メフル ビー．
【テーマコード（参考）】
4K030
4M104
5F033
【Ｆターム（参考）】
4K030AA11
4K030AA12
4K030AA13
4K030AA16
4K030AA17
4K030AA18
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4K030BA17
4K030BA18
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4K030BA38
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4K030DA09
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4K030KA49
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4M104AA03
4M104AA04
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4M104AA08
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4M104DD33
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4M104DD44
4M104DD45
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4M104DD79
4M104FF16
4M104HH13
5F033JJ07
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5F033JJ33
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5F033WW01
5F033WW02
5F033WW04
5F033WW05
5F033XX04
(57)【要約】
クラスタ処理システムにおいて基板に相互接続構造を形成する方法、及び上記相互接続構造を熱処理する方法が提供される。一実施形態では、半導体デバイスのデバイス構造のための方法は、基板に配置された材料層に形成された開口部にバリア層を形成することと、バリア層に界面層を形成することと、界面層に間隙充填層を形成することと、基板に５バールより高い圧力範囲で実行されるアニールプロセスを実行することとを含む。
【選択図】図８
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体デバイスのデバイス構造を形成する方法であって、基板に配置された材料層に形成された開口部にバリア層を形成することと、
前記バリア層に約０．３ｎｍから約３ｎｍの厚さの界面層を形成することと、
前記界面層に間隙充填層を形成することと、
前記基板に５バールより高い圧力範囲で実行されるアニールプロセスを実行することと
を含む方法。
【請求項2】
前記界面層は金属含有層である、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記界面層は、タングステン含有材料、ニッケル含有材料、アルミニウム含有材料、ルテニウム含有材料、又はマンガン含有材料のうちの少なくとも１つである、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記間隙充填層はＣｏ層又はＣｏ合金である、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記間隙充填層を形成することは、（ａ）前記間隙充填層の一部を形成するための堆積プロセスを実行することと、
（ｂ）前記間隙充填層の一部にプラズマ処理プロセスを実行することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
（ａ）及び（ｂ）を繰り返すことを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記プラズマ処理プロセスは、水素含有ガスを含む処理混合ガスを供給すること
を更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項8】
前記堆積プロセスはＣＶＤプロセスである、請求項５に記載の方法。
【請求項9】
前記アニールプロセスを実行することは、基板温度を２５０℃より高く維持すること
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記アニールプロセスを実行することは、前記アニールプロセス中に、水素含有ガスを含むアニール混合ガスを供給すること
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記バリア層はＴａ含有層又はＴｉ含有層である、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記バリア層、前記界面層及び前記間隙充填層は、真空を損なわずにクラスタシステムで形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
前記バリア層を形成する前に、前洗浄プロセスを実行することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項14】
前記前洗浄プロセスを実行することは、基板温度を２５０℃より高く維持すること
を更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記アニールプロセスを実行することは、前記間隙充填層の粒径を大きくすること
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項16】
相互接続構造であって、基板に配置された材料層に画定された開口部に形成されたバリア層と、
前記バリア層に配置された、約０．３ｎｍから約３ｎｍの厚さの界面層と、
前記界面層に配置された、１０ｎｍより大きい平均粒径を有する間隙充填層と
を備える、相互接続構造。
【請求項17】
前記間隙充填層はＣｏ層又はＣｏ合金である、請求項１６に記載の相互接続構造。
【請求項18】
前記界面層はＲｕ含有層であり、前記バリア層はＴａ含有層又はＴｉ含有層である、請求項１６に記載の相互接続構造。
【請求項19】
前記開口部は２０ｎｍ未満の寸法を有する、請求項１６に記載の相互接続構造。
【請求項20】
相互接続構造を形成する方法であって、所定の厚さの間隙充填層が得られるまで、堆積プロセスとプラズマ処理プロセスとを繰り返し実行することによって、間隙充填層形成プロセスを実行することと、
前記間隙充填層形成プロセスが完了した後に、水素又は水素同位体含有ガスを供給しながら、５バールより高い圧力で前記間隙充填層にアニールプロセスを実行することと
を含む方法。
【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、金属含有材料の形成方法に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、概して、半導体デバイスのデバイス構造における小寸法の開口部に金属含有材料を形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
［０００２］サブハーフミクロン以下の特徴を確実に製造することは、次世代半導体デバイスの超大規模集積（ＶＬＳＩ）及び極超大規模集積（ＵＬＳＩ）における重要な技術課題の１つである。しかし、回路技術の限界が高められる一方で、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの相互接続技術の寸法微細化により、処理能力に対する要求が更に高まっている。基板上のゲート構造を確実に形成することは、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの成功にとって、また個々の基板及びダイの回路密度と品質を高める努力を続ける上で重要である。
【0003】
［０００３］集積回路部品の寸法が（例えば、ディープサブミクロン寸法まで）小さくなると、満足できるレベルの電気性能を得るために、上記部品の製造に使用される材料は慎重に選択されなければならない。次世代デバイス及び構造の製造を実現するため、半導体チップを３次元（３Ｄ）に積層して、トランジスタの性能を向上させることがよく行われている。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で、集積回路（ＩＣ）で複数のトランジスタを互いに密接に配置することができる。半導体チップを３次元（３Ｄ）に積層することで、配線の長さが短くなり、配線の遅延が低く抑えられる。トレンチの幅が縮小するにつれ、半導体チップを積層する際のアスペクト比（深さを幅で割った値）が増大し続ける。高アスペクト比のトレンチの製造に関する１つの課題は、トレンチでの所望の材料の堆積中のボイドの形成を避けることである。
【0004】
［０００４］トレンチを充填するために、誘電体材料又は金属層等の材料層の層が堆積される。材料層は通常、フィールドだけでなく、トレンチの壁及び底部も覆う。もし、トレンチが広く浅ければ、トレンチを完全に充填することは比較的簡単である。しかし、トレンチのアスペクト比が大きくなると、トレンチの開口部が「ピンチオフ」して、トレンチ内にボイド（例えば、欠陥）が形成される可能性がより高くなる。
【0005】
［０００５］トレンチ内にボイドが形成される、又はトレンチ内にシームが形成される可能性を低減するために、欠陥を最小限に抑えて所望の材料層でトレンチを充填するための多くの異なるプロセス技法が開発されてきた。堆積プロセス中のプロセス制御が悪いと、不規則な構造プロファイルになる、又はトレンチが早期に閉じてしまい、トレンチを誘電体材料で充填している間にトレンチにボイド、シーム又は空隙ができる。
【0006】
［０００６］したがって、最小限の欠陥で所望のプロファイルを有するトレンチ内の材料層を形成するための堆積プロセスの改善の必要性が存在する。
【発明の概要】
【0007】
［０００７］クラスタ処理システムにおいて基板に相互接続構造を形成する方法、及び上記相互接続構造を熱処理する方法が提供される。一実施形態では、半導体デバイスのデバイス構造を形成する方法は、基板に配置された材料層に形成された開口部にバリア層を形成することと、バリア層に界面層を形成することと、界面層に間隙充填層を形成することと、基板に５バールより高い圧力範囲で実行されるアニールプロセスを実行することとを含む。
【0008】
［０００８］別の実施形態では、相互接続構造は、基板に配置された材料層に画定された開口部に形成されたバリア層と、バリア層に配置された界面層と、界面層に配置された１０ｎｍより大きい平均粒径を有する間隙充填層とを含む。
【0009】
［０００９］更に別の実施形態では、相互接続構造を形成する方法は、所定の厚さの間隙充填層が得られるまで、堆積プロセスとプラズマ処理プロセスとを繰り返し実行することによって、間隙充填層形成プロセスを実行することと、間隙充填層形成プロセスが完了した後に、水素又は水素同位体含有ガスを供給しながら、５バールより高い圧力で間隙充填層にアニールプロセスを実行することとを含む。
【0010】
［００１０］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を単に示すものであり、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】
【0011】
【図1】基板に前洗浄プロセスを実行するために用いられ得る前洗浄処理チャンバを示す図である。
【図2】本開示の一実施形態に係る原子層堆積（ＡＬＤ）処理プロセスを実行するために用いられ得る装置を示す図である。
【図3】本開示の一実施形態に係る化学気相堆積（ＣＶＤ）処理プロセスを実行するために用いられ得る装置を示す図である。
【図4】本開示の一実施形態に係る高圧熱アニール処理プロセスを実行するために用いられ得る装置を示す図である。
【図6】基板に金属含有材料を形成する方法の一例を示すフロー図である。
【図8】本開示の一実施形態を実施するための図の方法によって製造された相互接続構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
［００１９］理解を容易にするために、可能な限り、図面に共通の同一要素を示すのに同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる詳述なしに他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられる。
【0013】
［００２０］ただし、添付の図面は本開示の例示的な実施形態を単に示すものであり、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。
【0014】
［００２１］半導体デバイスにおいて良好な間隙充填性能を有する金属含有相互接続構造を基板に形成する方法が提供される。一実施例では、前洗浄プロセス、バリア層堆積プロセス、界面層堆積プロセス、間隙充填層堆積プロセス及び高圧アニールプロセスを実行して、基板に配置された材料層の開口部を良好な間隙充填性能で充填させる。更に、前洗浄プロセス、バリア層堆積プロセス、界面層堆積プロセス及び間隙充填層堆積プロセスは、真空を損なわずに（例えば、クラスタ処理システム内にある基板を大気に曝露せずに）クラスタ処理システム内で形成することができるため、大気又は環境からの汚濁や汚染の可能性が実質的に排除され得る。バリア層、界面層及び間隙充填層が形成された後に実行される高圧アニールプロセスは、間隙充填層の結晶粒構造の強化を支援し、したがって、間隙充填層の膜質及び純度を向上させることができる。
【0015】
［００２２］図１は、以下に更に説明する基板前洗浄プロセスを実行するのに適した例示的な処理チャンバ１００の断面図である。処理チャンバ１００は、自然酸化物、又は表面汚染を基板表面から除去するように構成され得る。処理チャンバ１００は、遠隔プラズマ表面洗浄プロセスを実行するのに特に有用である。処理チャンバ１００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入手可能なＦｒｏｎｔｉｅｒ（商標）、ＰＣｘＴ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｐｒｅｃｌｅａｎ（商標）（ＲＰＣ）、ＡＫＴＩＶ Ｐｒｅ－Ｃｌｅａｎ（商標）、Ｓｉｃｏｎｉ（商標）又はＣａｐａ（商標）チャンバであってよい。他の製造業者から入手可能な他の真空処理チャンバもまた、本開示を実施するために適合され得ることに留意されたい。
【0016】
［００２３］処理チャンバ１００は、チャンバ本体１１２と、リッドアセンブリ１２３と、支持アセンブリ１８０とを含む。リッドアセンブリ１２３は、チャンバ本体１１２の上端に配置され、支持アセンブリ１８０は、少なくとも部分的にチャンバ本体１１２内に配置される。
【0017】
［００２４］チャンバ本体１１２は、処理チャンバ１００の内部へのアクセスを提供するために、その側壁に形成されたスリットバルブ開口部１１４を含む。スリットバルブ開口部１１４は、ウエハハンドリングロボット（図示せず）によってチャンバ本体１１２の内部へのアクセスを可能にするために、選択的に開閉される。
【0018】
［００２５］１又は複数の実装態様では、チャンバ本体１１２は、熱伝達流体をそれを通して流すためにその中に形成されたチャネル１１５を含む。チャンバ本体１１２は、支持アセンブリ１８０を取り囲むライナ１２０を更に含み得る。ライナ１２０は、整備及び洗浄のために取り外し可能である。１又は複数の実施形態では、ライナ１２０は、１又は複数の開孔１２５と、真空システムと流体連結している、その中に形成されたポンピングチャネル１２９とを含む。開孔１２５は、処理チャンバ１００内のガスの出口を提供するポンピングチャネル１２９へのガスのための流路を提供する。
【0019】
［００２６］真空システムは、処理チャンバ１００を通るガスの流れを調節するための真空ポンプ１３０及びスロットルバルブ１３２を含み得る。真空ポンプ１３０は、チャンバ本体１１２に配置された真空ポート１３１に結合され、したがって、ライナ１２０内に形成されたポンピングチャネル１２９と流体連結している。
【0020】
［００２７］遠隔プラズマシステム１１０は、ハロゲン含有前駆体、例えばフッ素含有前駆体を処理することができ、これは次にガス入口アセンブリ１１１を通って移動する。ガス入口アセンブリ１１１内に、２つの別個のガス供給チャネル（第１のチャネル１０９及び第２のチャネル１１３）が見える。第１のチャネル１０９は、遠隔プラズマシステム１１０（ＲＰＳ）を通過するガスを運び、第２のチャネル１１３は、遠隔プラズマシステム１１０を迂回する。どちらのチャネル１０９、１１３も、ハロゲン含有前駆体に使用可能である。一方、第１のチャネル１０９をプロセスガスに使用し、第２のチャネル１１３を処理ガスに使用することができる。リッドアセンブリ（又は導電性上部）１２３と有孔仕切り１５３（又はシャワーヘッド）が、間に絶縁リング１２４を挟んで図示されており、これにより、有孔仕切り１５３に対してリッドアセンブリ１２３にＡＣ電位を印加することができる。ＡＣ電位は、チャンバプラズマ領域１２１のプラズマに衝突する。プロセスガスは、第１のチャネル１０９を通ってチャンバプラズマ領域１２１に移動することができ、チャンバプラズマ領域１２１のプラズマのみによって又は遠隔プラズマシステム１１０との組み合わせで励起され得る。プロセスガスが第２のチャネル１１３を通って流れる場合、チャンバプラズマ領域１２１のみが励起のために使用される。チャンバプラズマ領域１２１及び／又は遠隔プラズマシステム１１０の組み合わせは、本明細書において遠隔プラズマシステムと称され得る。有孔仕切り（シャワーヘッドとも呼ばれる）１５３は、チャンバプラズマ領域１２１を有孔仕切り１５３の下にある基板処理領域１４１から分離する。有孔仕切り１５３により、チャンバプラズマ領域１２１に存在するプラズマが基板処理領域１４１のガスを直接励起することが回避されつつ、励起種がチャンバプラズマ領域１２１から基板処理領域１４１へと移動することが可能になる。
【0021】
［００２８］有孔仕切り１５３は、チャンバプラズマ領域１２１と基板処理領域１４１との間に位置づけされ、遠隔プラズマシステム１１０及び／又はチャンバプラズマ領域１２１内で生じたプラズマ放出物（前駆体の励起誘導体又は他のガス）が複数の貫通孔１５６を通過することを可能にしている。有孔仕切り１５３はまた、蒸気又はガスの形態の前駆体で充填され、貫通孔１５６を通って基板処理領域１４１に入るが、直接チャンバプラズマ領域１２１には入らない１又は複数の中空容積１５１を有する。チャンバプラズマ領域１２１から基板処理領域１４１に浸透する励起種の著しい濃度を維持するために、貫通孔１５６の長さ１２６は、必要に応じて制限され、異なる構成に構成され得る。
【0022】
［００２９］有孔仕切り１５３は、図１に示すように、イオンサプレッサとして働くように構成され得る。あるいは、基板処理領域１４１に移動するイオン濃度を抑制する別個の処理チャンバ要素を含み得る（図示せず）。リッドアセンブリ１２３及び有孔仕切り１５３は、リッドアセンブリ１２３及び有孔仕切り１５３が異なる電圧を受けるように、それぞれ第１の電極及び第２の電極として機能し得る。これらの構成では、電力（例えば、ＲＦ電力）が、リッドアセンブリ１２３、有孔仕切り１５３、又はその両方に印加され得る。例えば、（イオンサプレッサとして機能する）有孔仕切り１５３が接地されている間に、リッドアセンブリ１２３に電力が印加され得る。基板処理チャンバ１００は、必要に応じて、リッドアセンブリ１２３及び／又は有孔仕切り１５３に電力を供給するＲＦジェネレータを含み得る。リッドアセンブリ１２３に印加される電圧は、チャンバプラズマ領域１２１内のプラズマの均一な分布を促進し得る（すなわち、局所的なプラズマを低減する）。チャンバプラズマ領域１２１におけるプラズマの形成を可能にするために、絶縁リング１２４により、リッドアセンブリ１２３を有孔仕切り１５３から電気的に絶縁することができる。絶縁リング１２４は、セラミックからできていてよく、スパークを回避するために高耐圧を有し得る。先程説明した基板処理チャンバ１００の容量結合プラズマ成分に近い部分は、循環する冷却剤（例えば、水）でプラズマに曝露される表面を冷却するための１又は複数の冷却流体チャンネルを含む冷却ユニット（図示せず）を更に含み得る。
【0023】
［００３０］図示した実施形態では、有孔仕切り１５３は、チャンバプラズマ領域１２１におけるプラズマによる励起時に、水素、フッ素を含むプロセスガス及び／又は上記プロセスガスのプラズマ放出物を（貫通孔１５６を介して）分配し得る。実施形態では、遠隔プラズマシステム１１０及び／又はチャンバプラズマ領域１２１に導入されるプロセスガスは、フッ素（Ｆ２又はＨＦ等）を含み得る。プロセスガスはまた、ヘリウム、アルゴン、水素（Ｈ２）等のキャリアガスを含み得る。プラズマ放出物は、プロセスガスのイオン化又は中性誘導体を含む場合があり、本明細書では、導入されるプロセスガスの原子成分を参照してラジカル－フッ素とも称され得る。
【0024】
［００３１］貫通孔１５６は、イオン帯電種のチャンバプラズマ領域１２１からの流出を抑制する一方で、非帯電中性又はラジカル種が有孔仕切り１５３を通過して基板処理領域１４１に入ることを可能にするように構成される。これらの非帯電種は、貫通孔１５６によって低反応性キャリアガスと共に輸送される高反応性種を含み得る。上述したように、貫通孔１５６によるイオン種の流出が低減し、場合によっては完全に抑制され得る。有孔仕切り１５３を通過するイオン種の量を制御することで、下にあるウエハ基板と接触する混合ガスの制御が強まり、その結果、混合ガスの堆積及び／又はエッチング特性の制御が強まる。例えば、混合ガスのイオン濃度の調整により、エッチング選択性（例えば、窒化ケイ素／酸化ケイ素：ケイ素のエッチング比）を著しく変化させることができる。
【0025】
［００３２］実施形態では、貫通孔１５６の数は、約６０から約２０００であってよい。貫通孔１５６は様々な形状を有し得るが、最も容易に円形にすることができる。また、貫通孔の断面形状の選択には自由範囲があり、円錐形、円筒形、又は２つの形状の組み合わせにすることができる。貫通孔１５６は、有孔仕切り１５３を通るプラズマ活性化ガス（すなわち、イオン種、ラジカル種、及び／又は中性種）の通過を制御するように構成され得る。例えば、孔のアスペクト比（すなわち、長さに対する孔の直径）及び／又は孔の形状寸法は、有孔仕切り１５３を通過する活性化ガス中のイオン帯電種の流れが減少するように制御され得る。有孔仕切り１５３の貫通孔１５６は、チャンバプラズマ領域１２１に面するテーパ部分と、基板処理領域１４１に面する円筒部分とを含み得る。円筒部分は、基板処理領域１４１の中へ通過するイオン種の流れを制御するような割合及び寸法にすることができる。有孔仕切り１５３を通るイオン種の流れを制御するための追加の手段として、調整可能な電気バイアスを有孔仕切り１５３に印加することもできる。
【0026】
［００３３］あるいは、貫通孔１５６は、有孔仕切り１５３の上面に向かってより小さい内径（ＩＤ）を有し、底面に向かってより大きいＩＤを有し得る。更に、貫通孔１５６の底部エッジは、プラズマ放出物がシャワーヘッドを出るときに基板処理領域１４１にプラズマ放出物を均一に分配するのを助け、プラズマ放出物及び前駆体ガスの均一な分配を促進するように面取りされ得る。より小さいＩＤは、貫通孔１５６に沿った様々な場所に配置されていてよく、それでも有孔仕切り１５３が基板処理領域１４１内のイオン密度を低下させることを可能にする。イオン密度の低下は、基板処理領域１４１に入る前に壁と衝突する回数が増加することに起因する。各衝突は、壁からの電子の獲得又は喪失によってイオンが中和される確率を増加させる。一般に、貫通孔１５６のより小さいＩＤは、約０．２ｍｍから約２０ｍｍであってよい。他の実施形態では、より小さいＩＤは、約１ｍｍから６ｍｍ、又は約０．２ｍｍから約５ｍｍであってよい。更に、貫通孔１５６のアスペクト比（すなわち、孔の長さに対するより小さいＩＤ）は、約１から２０であってよい。貫通孔１５６のより小さいＩＤは、貫通孔の長さに沿って見られる最小のＩＤであり得る。貫通孔１５６の断面形状は、概ね円筒形、円錐形、又はそれらの任意の組み合わせであってよい。
【0027】
［００３４］支持アセンブリ１８０は、チャンバ本体１１２内で処理するための基板（図１には図示せず）を支持するための支持部材１８５を含み得る。支持部材１８５は、チャンバ本体１１２の底面に形成された中心に位置する開口部１１６を通って延びるシャフト１８７を介してリフト機構１８３に結合され得る。リフト機構１８３は、シャフト１８７の周囲からの真空漏れを防止するベローズ１８８によって、チャンバ本体１１２に柔軟に密閉され得る。
【0028】
［００３５］支持部材１８５は、図１にそのうちの１つが示されるリフトピン１９３を収容するために、支持部材１８５を貫通して形成されたボア１９２を含み得る。各リフトピン１９３は、セラミック又はセラミック含有材料で作製され、基板ハンドリング及び輸送のために使用される。リフトピン１９３は、チャンバ本体１１２内に配置された環状リフトリング１９５と係合するとき、そのそれぞれのボア１９２内で移動可能である。支持アセンブリ１８０は、支持部材１８５の周りに配置されたエッジリング１９６を更に含み得る。
【0029】
［００３６］支持アセンブリ１８０の温度は、支持部材１８５の本体に埋め込まれた流体チャネル１９８を通して循環する流体によって制御され得る。１又は複数の実装態様では、流体チャネル１９８は、支持アセンブリ１８０のシャフト１８７を貫通して配置された熱伝達導管１９９と流体連結している。流体チャネル１９８は、支持部材１８５の基板受入面に均一な熱伝達を提供するように、支持部材１８５に対して位置づけされる。流体チャネル１９８及び熱伝達導管１９９は、支持部材１８５の加熱又は冷却のいずれかのために熱伝達流体を流し得る。水、窒素、エチレングリコール、又はそれらの混合物等、任意の適切な熱伝達流体が使用可能である。支持アセンブリ１８０は、支持部材１８５の支持面の温度を監視するための埋め込み熱電対（図示せず）を更に含み得る。例えば、熱電対からの信号は、流体チャネル１９８を通って循環する流体の温度又は流量を制御するためのフィードバックループにおいて使用され得る。
【0030】
［００３７］支持部材１８５は、支持部材１８５とリッドアセンブリ１４０との間の距離を制御できるように、チャンバ本体１１２内で垂直に移動し得る。センサ（図示せず）は、処理チャンバ１００内の支持部材１８５の位置に関する情報を提供し得る。
【0031】
［００３８］システムコントローラ（図示せず）を使用して、処理チャンバ１００の動作を調節することができる。システムコントローラは、コントローラのメモリ又は他のメモリソースに記憶されたコンピュータプログラムの制御下で動作し得る。コンピュータプログラムは、後述する前洗浄プロセスを処理チャンバ１００で実行できるようにする命令を含み得る。例えば、コンピュータプログラムは、プロセスのシーケンス及びタイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、ＲＦ電力レベル、サセプタの位置づけ、スリットバルブの開閉、ウエハの冷却、及び特定のプロセスの他のパラメータを指示することが可能である。
【0032】
［００３９］図２は、原子層堆積（ＡＬＤ）処理チャンバ２００の一実施形態の概略断面図である。ＡＬＤ処理チャンバ２００は、ＡＬＤ又は化学気相堆積（ＣＶＤ）等の周期的堆積に適合されたガス供給装置２３０を含む。本明細書で使用する用語ＡＬＤ及びＣＶＤは、基板構造上に薄層を堆積させるための反応物の連続導入を指す。反応物の連続導入は、複数の薄層を堆積させて所望の厚さに共形層を形成するために繰り返され得る。また、チャンバ２００を、リソグラフィプロセスと共に他の堆積技法に適合させることも可能である。
【0033】
［００４０］チャンバ２００は、底部２３４を有するチャンバ本体２２９を含む。チャンバ本体２２９を貫通して形成されたスリットバルブトンネル２３３は、ロボット（図示せず）が２００ｍｍ、３００ｍｍ又は４５０ｍｍの半導体基板又はガラス基板等の基板２０１をチャンバ２００から受け渡し及び回収するためのアクセスを提供する。
【0034】
［００４１］基板支持体２９２は、チャンバ２００に配置され、処理中に基板２０１を支持する。基板支持体２９２は、基板支持体２９２及びその上に配置された基板２０１を昇降させるためにリフト２１４に取り付けられる。リフトプレート２１６は、リフトプレート２１６の上昇を制御するリフトプレートアクチュエータ２１８に接続される。リフトプレート２１６は、基板支持体２９２を貫通して移動可能に配置されたピン２２０を昇降させるように昇降し得る。ピン２２０は、基板２０１を基板支持体２９２の表面上で昇降させるために利用される。基板支持体２９２は、処理中に基板２０１を基板支持体２９２の表面に固定するための真空チャック、静電チャック、又はクランプリングを含み得る。
【0035】
［００４２］基板支持体２９２は、その上に配置された基板２０１を加熱するために加熱され得る。例えば、基板支持体２９２は、抵抗ヒータ等の埋め込み加熱要素を用いて加熱され得る、又は基板支持体２９２の上方に配置された加熱ランプ等の輻射熱を用いて加熱され得る。基板２０１の周辺部にパージガスを供給してその上への堆積を防止するパージチャネル２２４を画定するために、パージリング２２２が基板支持体２９２に配置され得る。
【0036】
［００４３］ガス供給装置２３０は、チャンバ本体２２９の上部に配置され、プロセスガス及び／又はパージガス等のガスをチャンバ２００に供給する。ポンピングシステム２７８は、ポンピングチャネル２７９と連通し、チャンバ２００から任意の所望のガスを排出し、チャンバ２００のポンピングゾーン２６６内部の所望の圧力又は所望の圧力範囲を維持するのを助ける。
【0037】
［００４４］一実施形態では、ガス供給装置２３０は、チャンバリッド２３２を含む。チャンバリッド２３２は、チャンバリッド２３２の中心部から延びる拡張チャネル２３７と、拡張チャネル２３７からチャンバリッド２３２の周辺部へ延びる底面２６０とを含む。底面２６０は、基板支持体２９２に配置された基板２０１を実質的に覆うようなサイズ及び形状である。チャンバリッド２３２は、基板２０１周囲に隣接するチャンバリッド２３２の周辺部にチョーク２６２を有し得る。キャップ部２７２は、拡張チャネル２３７の一部と、ガス入口２３６Ａ、２３６Ｂとを含む。拡張チャネル２３７は、２つの同様のバルブ２４２Ａ、２４２Ｂからのガス流を提供するためのガス入口２３６Ａ、２３６Ｂを有する。バルブ２４２Ａ、２４２Ｂからのガス流は、一緒に及び／又は別々に提供され得る。
【0038】
［００４５］ある構成では、バルブ２４２Ａ及びバルブ２４２Ｂは、別々の反応ガス源に結合されるが、同じパージガス源に結合される。例えば、バルブ２４２Ａは反応ガス源２３８に結合され、バルブ２４２Ｂは反応ガス源２３９に結合され、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは両方ともパージガス源２４０に結合される。各バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、バルブシートアセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂを有する供給ライン２４３Ａ、２４３Ｂを含み、バルブシートアセンブリ２４６Ａ、２４６Ｂを有するパージライン２４５Ａ、２４５Ｂを含む。供給ライン２４３Ａ、２４３Ｂは、反応ガス源２３８、２３９と連通し、拡張チャネル２９０のガス入口２３７Ａ、２３７Ｂと連通している。供給ライン２４３Ａ、２４３Ｂのバルブシートアセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂは、反応ガス源２３８、２３９から拡張チャネル２９０への反応ガスの流れを制御する。パージライン２４５Ａ、２４５Ｂは、パージガス源２４０と連通し、供給ライン２４３Ａ、２４３Ｂのバルブシートアセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂの下流で供給ライン２４３Ａ、２４３Ｂと交差する。パージライン２４５Ａ、２４５Ｂのバルブシートアセンブリ２４６Ａ、２４６Ｂは、パージガス源２４０から供給ライン２４３Ａ、２４３Ｂへのパージガスの流れを制御する。反応ガス源２３８、２３９から反応ガスを供給するためにキャリアガスが使用される場合、同じガスがキャリアガス及びパージガスとして使用され得る（すなわち、アルゴンガスがキャリアガス及びパージガスの両方として使用され得る）。
【0039】
［００４６］各バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、バルブのバルブシートアセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂが閉じているときに、供給ライン２４３Ａ、２４３Ｂからの反応ガスのフラッシングを可能にするゼロデッドボリュームバルブであってよい。例えば、パージライン２４５Ａ、２４５Ｂは、供給ライン２４３Ａ、２４３Ｂのバルブシートアセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂに隣接して位置づけされ得る。バルブシートアセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂが閉じているとき、パージライン２４５Ａ、２４５Ｂは、供給ライン２４３Ａ、２４３Ｂをフラッシュするためにパージガスを供給し得る。図示の実施形態では、パージライン２４５Ａ、２４５Ｂは、開放時にパージガスがバルブシートアセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂに直接送られないように、供給ライン２４３Ａ、２４３Ｂのバルブシートアセンブリ２４４Ａ、２４４Ｂからわずかに間隔を置いて配置される。本明細書で使用するゼロデッドボリュームバルブは、ごくわずかなデッドボリュームを有する（すなわち、必ずしもゼロデッドボリュームではない）バルブとして定義される。各バルブ２４２Ａ、２４２Ｂは、源２３８、２３９からの反応ガスと源２４０からのパージガスとの複合ガス流及び／又は分離ガス流を提供するように適合され得る。パージガスのパルスは、パージライン２４５Ａのバルブシートアセンブリ２４６Ａのダイヤフラムを開閉することによって提供され得る。反応ガス源２３８からの反応ガスのパルスは、供給ライン２４３Ａのバルブシートアセンブリ２４４Ａを開閉することによって提供され得る。
【0040】
［００４７］制御ユニット２８０は、処理条件を制御するためにチャンバ２００に結合され得る。制御ユニット２８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）２８２、支援回路２８４、及び関連する制御ソフトウェア２８３を含むメモリ２８６を備える。制御ユニット２８０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するために産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つであってよい。ＣＰＵ２８２は、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、フロッピーディスクドライブ、コンパクトディスクドライブ、ハードディスク、又は任意の他の形態のローカルもしくはリモートのデジタルストレージ等、任意の適切なメモリ１８６を使用し得る。チャンバ２００を支援するために、様々な支援回路がＣＰＵ２８２に結合され得る。制御ユニット２８０は、バルブ２４２Ａ、２４２Ｂのプログラマブルロジックコントローラ２４８Ａ、２４８Ｂ等、個々のチャンバ構成要素に隣接して位置する別のコントローラに結合され得る。制御ユニット２８０とチャンバ２００の様々な他の構成要素との間の双方向通信は、信号バス２８８と総称される多数の信号ケーブルを通じて処理され、その幾つかは図２に図示されている。ガス源２３８、２３９、２４０から、及びバルブ２４２Ａ、２４２Ｂのプログラマブルロジックコントローラ２４８Ａ、２４８Ｂからのプロセスガス及びパージガスの制御に加えて、制御ユニット２８０は、基板輸送、温度制御、チャンバ排出等の基板処理で用いられる他の活動の自動制御を担うよう構成されていてよく、それらの幾つかは本書の他の箇所に記載されている。
【0041】
［００４８］図３は、半導体デバイス製造のための半導体相互接続構造として利用され得るプラズマ堆積プロセス（例えば、プラズマＣＶＤ又は金属有機ＣＶＤ）を実行するのに適した処理チャンバ３００の断面図である。処理チャンバ３００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入手可能な、適切に適合されたＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）、ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＳＥ又はＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＧＴ又はＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＸＰ処理システムであってよい。他の製造業者によって製造されたものを含む他の処理システムが、本明細書に記載の実施形態から利益を得ることができると考えられる。
【0042】
［００４９］処理チャンバ３００は、チャンバ本体３５１を含む。チャンバ本体３５１は、内部容積３２６を画定するリッド３２５、側壁３０３及び底壁３２２を含む。
【0043】
［００５０］チャンバ本体３５１の内部容積３２６には、基板支持ペデスタル３５０が設けられている。ペデスタル３５０は、アルミニウム、セラミック、窒化アルミニウム、及び他の適切な材料から作製され得る。一実施形態では、ペデスタル３５０は、ペデスタル３５０に熱損傷を与えることなく、プラズマプロセス環境等の高温環境での使用に適した材料である窒化アルミニウム等のセラミック材料により作製される。なお、ペデスタル３５０は、リフト機構（図示せず）を用いて、チャンバ本体３５１の内部で垂直方向に移動させることができる。
【0044】
［００５１］ペデスタル３５０は、ペデスタル３５０上に支持された基板３０１の温度を制御するのに適した埋め込みヒータ要素３７０を含み得る。一実施形態では、ペデスタル３５０は、電源３０６からヒータ要素３７０に電流を印加することによって抵抗加熱され得る。一実施形態では、ヒータ要素３７０は、ニッケル－鉄－クロム合金（例えば、ＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標））シース管に封入されたニッケル－クロムワイヤでできていてよい。電源３０６から供給される電流がコントローラ３１０によって調節され、ヒータ要素３７０によって発生する熱を制御し、これにより、基板３０１及びペデスタル３５０が膜堆積中に任意の適切な温度範囲における実質的に一定の温度に維持される。別の実施形態では、ペデスタルは、必要に応じて室温に維持され得る。更に別の実施形態では、ペデスタル３５０は、必要に応じて室温よりも低い範囲でペデスタル３５０を冷却するために、必要に応じてチラー（図示せず）も含み得る。供給される電流は、ペデスタル３５０の温度を約２０℃から約７００℃で選択的に制御するように調整され得る。
【0045】
［００５２］熱電対等の温度センサ３７２を基板支持ペデスタル３５０に埋め込んで、従来の方法でペデスタル３５０の温度を監視することができる。測定された温度は、コントローラ３１０によって、基板を所望の温度に維持するためにヒータ要素３７０に供給される電力を制御するのに使用される。
【0046】
［００５３］ペデスタル３５０は、一般に、ペデスタル３５０から基板３０１を持ち上げて、従来の方法でロボット（図示せず）を用いた基板３０１の交換を容易にするように構成される、その中を貫通して配置された複数のリフトピン（図示せず）を含む。
【0047】
［００５４］ペデスタル３５０は、ペデスタル３５０上に基板３０１を保持するための少なくとも１つの電極３９２を含む。電極３９２は、従来から周知のように、基板３０１をペデスタル表面に保持する静電力を発生させるために、チャッキング電源３０８によって駆動される。あるいは、基板３０１は、クランプ、真空、又は重力によってペデスタル３５０に保持され得る。
【0048】
［００５５］一実施形態では、ペデスタル３５０は、図３に２つのＲＦバイアス電源３８４、３８６として示す少なくとも１つのＲＦバイアス電源に結合された、それに埋め込まれた電極３９２を有するカソードとして構成される。図３に示す例では、２つのＲＦバイアス電源３８４、３８６を示したが、ＲＦバイアス電源の数は、必要に応じて任意の数であってよいことに留意されたい。ＲＦバイアス電源３８４、３８６は、ペデスタル３５０に配置された電極３９２と、処理チャンバ３００のガス分配プレート３４２又はリッド３２５等の別の電極との間に結合される。ＲＦバイアス電源３８４、３８６は、処理チャンバ３００の処理領域に配置されたガスから形成されるプラズマ放電を励起し、持続させる。
【0049】
［００５６］図３に示す実施形態では、デュアルＲＦバイアス電源３８４、３８６は、整合回路３０４を通じてペデスタル３５０に配置された電極３９２に結合される。ＲＦバイアス電源３８４、３８６によって生成された信号は、処理チャンバ３００に提供された混合ガスをイオン化するために、整合回路３０４を通してペデスタル３５０に単一供給で送られ、それによって、堆積又は他のプラズマプロセスを実行するために必要なイオンエネルギーが提供される。ＲＦバイアス電源３８４、３８６は、一般に、約５０ｋＨｚから約２００ＭＨｚの周波数と、約０ワットから約５０００ワットの電力とを有するＲＦ信号を生成することができる。
【0050】
［００５７］本明細書に示す一実施例では、プラズマは、必要に応じて処理チャンバ３００で洗浄プロセスが実行されるときにのみオンにされることに留意されたい。
【0051】
［００５８］真空ポンプ３０２は、チャンバ本体３５１の底部３２２に形成されたポートに結合される。真空ポンプ３０２は、チャンバ本体３５１の所望のガス圧を維持するために使用される。また、真空ポンプ３０２は、チャンバ本体３５１から処理後のガス及びプロセスの副生成物を排出する。
【0052】
［００５９］処理チャンバ３００は、処理チャンバ３００のリッド３２５を通して結合された１又は複数のガス供給通路３４４を含む。ガス供給通路３４４及び真空ポンプ３０２は、微粒子汚染を最小化するために内部容積３２６内の層流を誘導するように処理チャンバ３００の反対側の端部に位置づけされる。
【0053】
［００６０］ガス供給通路３４４は、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）３４８を通してガスパネル３９３に結合され、内部容積３２６に混合ガスを供給する。一実施形態では、ガス供給通路３４４を通って供給される混合ガスは、ガス供給通路３４４の下に配置されたガス分配プレート３４２を通って更に供給され得る。一実施例では、複数の開孔３４３を有するガス分配プレート３４２は、ペデスタル３５０の上方のチャンバ本体３５１のリッド３２５に結合される。ガス分配プレート３４２の開孔３４３は、ガスパネル３９３からのプロセスガスをチャンバ本体３５１に導入するために利用される。開孔３４３は、異なるプロセス要件のための様々なプロセスガスの流れを促進するために、異なるサイズ、数、分布、形状、設計、及び直径を有していてよい。ガス分配プレート３４２を出るプロセス混合ガスからプラズマが形成され、基板３０１の表面３９１への材料の堆積をもたらすプロセスガスの熱分解が促進される。
【0054】
［００６１］ガス分配プレート３４２及び基板支持ペデスタル３５０は、内部容積３２６に間隔を置いて配置された一対の電極を形成し得る。１又は複数のＲＦ源３４７は、整合ネットワーク３４５を通してバイアス電位をガス分配プレート３４２に供給し、ガス分配プレート３４２とペデスタル３５０との間のプラズマの生成を促進する。あるいは、ＲＦ源３４７及び整合ネットワーク３４５は、ガス分配プレート３４２、基板支持ペデスタル３５０に結合され得る、又はガス分配プレート３４２及び基板支持ペデスタル３５０の両方に結合され得る、又はチャンバ本体３５１の外部に配置されるアンテナ（図示せず）に結合され得る。一実施形態では、ＲＦ源３４７は、約３０ｋＨｚから約１３．６ＭＨｚの周波数で約１０ワットから約３０００ワットを供給し得る。あるいは、ＲＦ源３４７は、内部容積３２６におけるプラズマの生成を補助するガス分配プレート３４２にマイクロ波電力を供給するマイクロ波ジェネレータであってよい。
【0055】
［００６２］一実施形態では、ガスパネル３９３から内部容積３２６内へ供給されるガスからのプラズマの形成を補助するために、遠隔プラズマ源（ＲＰＳ）３４８が代わりにガス供給通路３４４に結合され得る。遠隔プラズマ源３４８は、ガスパネル３９３によって供給される混合ガスから形成されたプラズマを処理チャンバ３００に供給する。
【0056】
［００６３］コントローラ３１０は、プロセスシーケンスを制御し、ガスパネル３９３からのガス流を調節するために用いられる中央処理装置（ＣＰＵ）３１２、メモリ３１６、及び支援回路３１４を含む。ＣＰＵ３１２は、産業環境で使用され得る任意の形態の汎用コンピュータプロセッサであってよい。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、フロッピー、又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等のメモリ３１６に記憶され得る。支援回路３１４は、従来、ＣＰＵ３１２に結合され、キャッシュ、クロック回路、入出力システム、電源等を含み得る。コントローラ３１０と処理チャンバ３００の様々な構成要素との間の双方向通信は、信号バス３１８と総称される多数の信号ケーブルを通じて処理され、その幾つかは図３に図示されている。
【0057】
［００６４］図４は、単一基板４０１の高圧アニールプロセス用の単一基板処理チャンバ４００の簡略化された正面断面図である。単一基板処理チャンバ４００は、内部容積４２５を囲む外面４１２及び内面４１３を有する本体４１０を有する。図４のような幾つかの実施形態では、本体４１０は環状の断面を有するが、他の実施形態では、本体４１０の断面は長方形又は任意の閉じた形状であってよい。本体４１０の外面４１２は、ステンレス鋼等の耐食鋼（ＣＲＳ）からできていてよいが、これに限定されない。本体４１０の内面４１３には、単一基板処理チャンバ４００から外部環境への熱損失を防止する１又は複数の熱シールド４１５が配置される。本体４１０の内面４１３及び熱シールド４１５は、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）、ＩＣＯＮＥＬ（登録商標）、及びＭＯＮＥＬ（登録商標）等、高い耐食性を示すニッケルベースの鋼合金からできていてよいが、これらに限定されない。
【0058】
［００６５］基板支持体４３０は、内部容積４２５内に配置される。基板支持体４３０は、ステム４３４と、ステム４３４によって保持される基板支持部材４３２とを有する。ステム４３４は、チャンバ本体４１０を貫通して形成された通路４２２を通過する。アクチュエータ４３８に接続されたロッド４３９は、チャンバ本体４１０を貫通して形成された第２の通路４２３を通過する。ロッド４３９は、基板支持体４３０のステム４３４を収容する開孔４３６を有するプレート４３５に結合される。リフトピン４３７は、基板支持部材４３２に接続される。アクチュエータ４３８は、プレート４３５を上下に移動させてリフトピン４３７と接続及び接続解除するようにロッド４３９を作動させる。リフトピン４３７が昇降すると、基板支持部材４３２が、チャンバ４００の内部容積４２５内で昇降する。基板支持部材４３２は、中心内部に埋め込まれた抵抗加熱素子４３１を有する。電源４３３は、抵抗加熱素子４３１に電力供給するように構成される。電源４３３だけでなく、アクチュエータ４３８の動作も、コントローラ４８０によって制御される。
【0059】
［００６６］単一基板処理チャンバ４００は、本体４１０に開口部４１１を有し、それを通して、内部容積４２５に配置された基板支持体４３０に対して１又は複数の基板４０１をロード及びアンロードすることができる。開口部４１１は、本体４１０にトンネル４２１を形成する。スリットバルブ４１８は、スリットバルブ４１８が開いているときにのみ開口部４１１及び内部容積４２５にアクセスできるように、トンネル４２１を密閉可能に閉じるように構成される。高圧シール４２７は、処理のために内部容積４２５を密閉するために、スリットバルブ４１８を本体４１０に密閉するのに用いられる。高圧シール４２７は、ポリマー、例えば、パーフルオロエラストマー及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素ポリマーからできていてよいが、これらに限定されない。高圧シール４２７は、シール性能を向上させるためにシールをバイアスするためのバネ部材を更に含み得る。処理中に高圧シール４２７を高圧シール４２７の最大安全動作温度未満に維持するために、高圧シール４２７に隣接してトンネル４２１に冷却チャネル４２４が配置される。不活性、誘電性、及び高性能の熱伝達流体等の冷却流体源４２６からの冷却剤が、冷却チャネル４２４内で循環し得る。冷却流体源４２６からの冷却剤の流れは、温度センサ４１６又は流量センサ（図示せず）から受け取ったフィードバックを通してコントローラ４８０によって制御される。トンネル４２１の周囲には、環状のサーマルチョーク４１９が形成され、スリットバルブ４１８が開いているときの、開口部４１１を通じた内部容積４２５からの熱の流れを防止する。
【0060】
［００６７］単一基板処理チャンバ４００は、本体４１０を貫通するポート４１７を有し、このポート４１７は、ガスパネル４５０、凝縮器４６０及びポート４１７を接続する流体回路４９０に流体接続されている。流体回路４９０は、ガス導管４９２、供給源導管４５７、入口分離バルブ４５５、排気導管４６３、及び出口分離バルブ４６５を有する。多数のヒータ４９６、４５８、４５２、４５４、４６４、４６６が流体回路４９０の異なる部分と接合している。多数の温度センサ４５１、４５３、４５９、４６７、４６９も、温度測定を行い、その情報をコントローラ４８０に送信するために、流体回路４９０の異なる部分に配置されている。コントローラ４８０は、温度測定情報を使用して、流体回路４９０の温度が、流体回路４９０及び内部容積４２５に配置された処理流体の凝縮点を超える温度に維持されるように、ヒータ４５２、４５４、４５８、４９６、４６４、及び４６６の動作を制御する。
【0061】
［００６８］ガスパネル４５０は、内部容積４２５に加圧下の処理流体を供給するように構成される。内部容積４２５に導入される処理流体の圧力は、本体４１０に結合された圧力センサ４１４によって監視される。凝縮器４６０は、冷却流体源（図示せず）に流体結合され、ガス導管４９２を通って内部容積４２５を出る気相の処理流体を凝縮するように構成される。凝縮された処理流体は、次に、ポンプ４７６によって除去される。１又は複数のヒータ４４０は、本体４１０に配置され、単一基板処理チャンバ４００内の内部容積４２５を加熱するように構成される。ヒータ４４０、４５２、４５４、４５８、４９６、４６４、及び４６６は、凝縮器４６０への出口分離バルブ４６５が流体回路内の凝縮を防ぐために開いている間、流体回路４９０内の処理流体を気相に維持する。
【0062】
［００６９］コントローラ４８０は、単一基板処理チャンバ４００の動作を制御する。コントローラ４８０は、ガスパネル４５０、凝縮器４６０、ポンプ４７０、入口分離バルブ４５５、出口分離バルブ４６５、及び、電源４３３、４４５の動作を制御する。また、コントローラ４８０は、温度センサ４１６、圧力センサ４１４、アクチュエータ４３８、冷却流体源４２６、及び温度読み取り装置４５６、４６２に通信可能に接続されている。
【0063】
［００７０］処理流体は、酸素含有ガス及び／又は窒素含有ガス、及び／又はカルコゲンもしくはテルル（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等）のガス又は蒸気、例えば酸素、乾燥蒸気、水、過酸化水素、水素、重水素、トリチウム、アンモニア、Ｓ蒸気、Ｓｅ蒸気、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｓｅ等を含み得る。処理流体は、基板上の金属材料と反応して、金属を精製し得る、又は金属酸窒化物、金属酸化物、金属オキシカルコゲナイド、金属カルコゲナイドを形成し得る。
【0064】
［００７１］基板４０１の処理中、内部容積４２５の環境は、高圧領域内の処理流体を気相に維持する温度及び圧力に維持される。かかる圧力及び温度は、処理流体の組成に基づいて選択される。蒸気の場合、温度及び圧力は、蒸気を乾燥蒸気状態に維持する条件に保持される。一実施例では、内部容積４２５は、大気圧より高い圧力、例えば約５バールより高い圧力に加圧される。別の実施例では、内部容積４２５は、約１０バールから約１００バール、例えば約２０バールから約８０バールの圧力に加圧される。別の実施例では、内部容積４２５は、最大約１００バールの圧力に加圧される。処理中、内部容積４２５はまた、高温、例えば、約３００℃から約５００℃等の約４２５℃を超える温度（基板支持部材４３２に配置された基板４０１のサーマルバジェットによって制限される）に維持される。
【0065】
［００７２］図５は、そこに組み込まれ統合される処理チャンバ１００、２００、３００、４００の１又は複数を含む、例示的なクラスタ処理システム５００の概略上面図である。一実施形態では、クラスタ処理システム５００は、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライドマテリアルズ社から市販されているＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）又はＥＮＤＵＲＡ（登録商標）統合処理システムであってよい。他の処理システム（他の製造業者からのものを含む）が、本開示から利益を得るように適合可能であると考えられる。
【0066】
［００７３］クラスタ処理システム５００は、真空気密処理プラットフォーム５０４、ファクトリインターフェース５０２、及びシステムコントローラ５４４を含む。プラットフォーム５０４は、複数の処理チャンバ１００、２００、３００、４００と、真空基板移送チャンバ５３６に結合される少なくとも１つのロードロックチャンバ５２２とを含む。図５には、２つのロードロックチャンバ５２２が示されている。ファクトリインターフェース５０２は、ロードロックチャンバ５２２によって移送チャンバ５３６に結合される。
【0067】
［００７４］一実施形態では、ファクトリインターフェース５０２は、基板の移送を容易にする、少なくとも１つのドッキングステーション５０８と、少なくとも１つのファクトリインターフェースロボット５１４とを含む。ドッキングステーション５０８は、１又は複数の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）を受け入れるように構成される。図５の実施形態では、２つのＦＯＵＰ５０６Ａ～Ｂが図示されている。ロボット５１４の一端に配置されたブレード５１６を有するファクトリインターフェースロボット５１４は、処理のために、ロードロックチャンバ５２２を通してファクトリインターフェース５０２から処理プラットフォーム５０４に基板を移送するように構成される。オプションとして、ＦＯＵＰＳ５０６Ａ～Ｂからの基板の計測を容易にするために、１又は複数の計測ステーション５１８がファクトリインターフェース５０２の端子５２６に接続され得る。
【0068】
［００７５］各ロードロックチャンバ５２２は、ファクトリインターフェース５０２に結合された第１のポートと、移送チャンバ５３６に結合された第２のポートとを有する。ロードロックチャンバ５２２は、移送チャンバ５３６の真空環境とファクトリインターフェース５０２の実質的な周囲（例えば、大気）環境との間で基板の通過が容易になるように、ロードロックチャンバ５２２をポンプダウン及び通気する圧力制御システム（図示せず）に結合される。
【0069】
［００７６］移送チャンバ５３６は、その中に配置された真空ロボット５３０を有する。真空ロボット５３０は、ロードロックチャンバ５２２、計測システム５１０、及び処理チャンバ１００、２００、３００、４００の間で基板５２４を移送することができるブレード５３４を有する。
【0070】
［００７７］クラスタ処理システム５００の一実施形態では、クラスタ処理システム５００は、堆積チャンバ（例えば、物理的気相堆積チャンバ、化学気相堆積、原子層堆積又は他の堆積チャンバ）、アニールチャンバ（例えば、高圧アニールチャンバ、ＲＴＰチャンバ、レーザアニールチャンバ）、エッチングチャンバ、洗浄チャンバ、前洗浄チャンバ、硬化チャンバ、リソグラフィ露光チャンバ、又は他の同様の種類の半導体処理チャンバであってよい、１又は複数の処理チャンバ１００、２００、３００、４００を含み得る。クラスタ処理システム５００の幾つかの実施形態では、処理チャンバ１００、２００、３００、４００のうちの１又は複数、移送チャンバ５３６、ファクトリインターフェース５０２及び／又はロードロックチャンバ５２２の少なくとも１つがある。
【0071】
［００７８］システムコントローラ５４４は、クラスタ処理システム５００に結合される。計算装置５０１を含み得る、又は計算装置５０１内に含まれ得るシステムコントローラ５４４は、クラスタ処理システム５００の処理チャンバ１００、２００、３００、４００の直接制御を使用して、クラスタ処理システム５００の動作を制御する。あるいは、システムコントローラ５４４は、処理チャンバ１００、２００、３００、４００及びクラスタ処理システム５００に関連するコンピュータ（又はコントローラ）を制御し得る。工程において、システムコントローラ５４４は、クラスタ処理システム５００の性能を最適化するために、それぞれのチャンバからのデータ収集及びフィードバックも可能にする。
【0072】
［００７９］システムコントローラ５４４は、上述した計算装置５０１と同様に、概して、中央処理装置（ＣＰＵ）５３８、メモリ５４０、及び支援回路５４２を含む。ＣＰＵ５３８は、産業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つであってよい。支援回路５４２は、従来、ＣＰＵ５３８に結合され、キャッシュ、クロック回路、入出力サブシステム、電源等を含み得る。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ５３８を特定目的のコンピュータ（コントローラ）５４４に変換する。また、ソフトウェアルーチンは、クラスタ処理システム５００から遠隔に位置する第２のコントローラ（図示せず）により記憶及び／又は実行され得る。
【0073】
［００８０］図６は、半導体構造用材料層に形成された開口部に形成されたバリア層（又はライナ層）、界面層及び間隙充填材料等の相互接続構造を形成する一実施例のフロー図である。本明細書で言及するバリア層は、必要に応じてライナ層に交換可能であることに留意されたい。構造は、半導体基板に形成される任意の適切な構造、例えば、導電性領域及び非導電性領域を有するデバイス又はチャネル構造、フィン構造、ゲート構造、コンタクト構造、フロントエンド構造、バックエンド構造又は半導体デバイス等を製造するために利用される他の任意の適切な構造であってよい。図７Ａ～図７Ｄは、プロセス６００の様々な段階に対応する基板７０２の一部の概略断面図である。プロセス６００は、２０ｎｍ未満の小さい寸法（例えば、特徴の幅）を有する開口部に形成された間隙充填層を必要とするコンタクト又はバックエンド相互接続構造を形成するために用いられ得る。
【0074】
［００８１］プロセス６００は、図７Ａに示す基板７０２等の基板を処理のために提供することによって、工程６０２で開始する。一実施形態では、基板７０２は、基板７０２に形成される相互接続構造７５０を有し得る。基板７０２は、ほぼ平面、凹凸面、又はその上に形成された構造を有するほぼ平面を有し得る。図７Ａ～図７Ｄに示す実施形態は、図８に更に示すように、材料層８０２に形成された開口部８５０によって露出した、基板７０２の底面８２２等の表面の一部であってよい。プロセス６００は、２０ｎｍ未満等の小さい寸法を有する開口部８５０に複数の層（例えば、２つ以上の層）を形成することを支援し得る。したがって、複数の層は、最小のボイド、シーム、又は間隙等の最小の欠陥で開口部８５０を充填するのに利用され得る高い間隙充填能力を提供する。
【0075】
［００８２］図８に示す基板７０２は、基板７０２に形成された構造又は材料層８０２を含む。材料層８０２には、開口部８５０が形成されている。一実施形態では、基板７０２は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコンウエハ及びパターニングされた又はパターニングされていないウエハ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、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイヤ等の材料であってよい。基板７０２は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、又は４５０ｍｍ直径のウエハ、並びに、長方形又は正方形のパネル等、様々な寸法を有し得る。特に断らない限り、本明細書に記載の実施形態及び実施例は、３００ｍｍ直径又は４５０ｍｍ直径の基板上で実施される。
【0076】
［００８３］一実施形態では、材料層８０２は、誘電体層であってよい。材料層８０２は、基板７０２の部分（例えば、底面）８２２を露出させる開口部８５０を有する。本明細書に記載の開口部８５０は、トレンチ、ビア、穴、開孔等を含み得る。一実施形態では、材料層８０２は、シリコン含有材料、炭素含有材料、又は他の適切な材料等の誘電体材料であってよい。適切なシリコン含有材料には、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、及びそれらの組み合わせが含まれる。適切な炭素含有材料には、炭化ケイ素、オキシ炭化ケイ素、アモルファスカーボン等が含まれる。本明細書に図示した例示的な実施形態では、材料層８０２は、ＳｉＯＣ層である。
【0077】
［００８４］工程６０４において、基板７０２は、次に、基板７０２に前洗浄プロセスを実行する、図５に示すクラスタ処理システム５００に組み込まれ得る図１に示す前洗浄チャンバ１００等の処理チャンバに移送される。工程６０４における前洗浄プロセスは、基板の表面条件に基づくオプションであることに留意されたい。幾つかの実施形態では、工程６０４で実行される前洗浄プロセスは、基板表面から表面汚染又は表面自然酸化物を除去することを支援するものであり得る。幾つかの実施形態では、前洗浄工程は必要でない場合がある。
【0078】
［００８５］一実施例では、前洗浄プロセスは、Ａｒ又はＨｅガス等の不活性ガスを有する又は有さない水素含有ガスを含む前洗浄混合ガスを供給することによって実行され得る。一実施例では、前洗浄混合ガス中に水素含有ガスが供給されてよく、不活性ガスも、前洗浄プロセス中にオプションで供給され得る。水素含有ガスの適切な例としては、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＮＨ３等が挙げられる。また、不活性ガスの適切な例は、必要に応じて前洗浄混合ガス中に供給され得る。混合ガス中に供給される不活性ガスの例としては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ等が挙げられる。ある特定の例では、前洗浄混合ガスはＨ２を含む。
【0079】
［００８６］前洗浄混合ガスを供給している間、基板支持体温度は、基板を３００℃より高い等の２５０℃より高い温度、例えば３００℃から約６００℃、例えば４００℃の温度に維持するように制御され得る。前洗浄工程中の比較的高い基板温度制御は、基板表面からの表面汚染及び／又は基板表面自然酸化物の除去を支援し得ると考えられている。表面汚染物質及び自然酸化物を除去するために、前洗浄混合ガスからチャンバプラズマ領域１２１に遠隔プラズマ源を形成するため、前洗浄混合ガスがチャンバプラズマ領域１２１を通して基板処理領域１４１に供給される。前洗浄混合ガスから処理チャンバ１００に導入されるガスの量は、例えば、自然酸化物の厚さ又は除去される表面汚染物質の量に対応して変化させ、調整することができる。
【0080】
［００８７］工程６０４で供給される前洗浄混合ガスからチャンバプラズマ領域１２１にプラズマを形成するために、電源から遠隔プラズマ電力が供給される。工程６０４における前洗浄プロセス中にチャンバプラズマ領域１２１で遠隔生成されたプラズマは、表面汚染物質及び自然酸化物をゆっくりと、穏やかに、徐々にエッチングする（例えば等方的エッチングプロセス）ように、エッチング液を解離させて比較的緩やかで穏やかなエッチング液を形成し得る。遠隔プラズマプロセスは、界面洗浄のための良好な制御を提供し、高いエッチング選択性を促進する。
【0081】
［００８８］工程６０６において、図７Ａに示すように、基板７０２にバリア層７０４（例えば、ライナ層）を形成するために、第１の堆積プロセスが実行される。堆積プロセスは、図２に示すＡＬＤ処理チャンバ２００で実行される原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、又は図３に示すＣＶＤ処理チャンバ３００、又はＰＶＤ Ｅｎｄｕｒａ（登録商標）システム等のクラスタ処理システム５００に組み込まれた他の適切な処理チャンバで実行される化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスであってよい。一実施形態では、バリア層７０４は、その上に後に形成される導電層から材料層８０２等の近傍の周囲の誘電体層への金属拡散を防止するために形成される。したがって、バリア層７０４は、その後の熱サイクル及びプロセス中にそれを通してイオン拡散を阻止するために良好なバリア特性を有するように選択される。別の実施形態では、バリア層７０４は、材料層８０２に続いて形成される金属元素の核形成を促進するように形成される。したがって、バリア層７０４は、ライナと考えることができる。一実施形態では、バリア層（及び／又はライナ層）７０４は、Ｔａ含有層、Ｔｉ含有層、Ｃｏ含有材料、Ｒｕ含有材料、Ｍｎ含有材料等の金属含有層により作製される。本明細書に図示した実施形態では、バリア層７０４は、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＴａＯＮ、ＴｉＯＮ、Ｔｉ合金、又はＴａ合金である。
【0082】
［００８９］一実施形態では、第１の堆積プロセスは、金属含有前駆体を含む堆積混合ガスを処理チャンバ２００内に供給することによって実行され得る。金属含有前駆体の適切な例としては、Ｔａ含有ガス又はＴｉ含有ガス等が挙げられる。また、一部の反応性ガスが堆積混合ガス中に供給され得る。反応性ガスの適切な例は、Ｎ２、ＮＨ３、Ｏ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２等を含む。また、必要に応じて、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＮＨ３等の他のパージガス、及び／又は希釈ガスも、堆積混合ガスと共に供給され得る。
【0083】
［００９０］一実施形態では、バリア層７０４は、ＴａＮ、ＴｉＮ、ＴａＯ、ＴｉＯ、ＴａＯＮ、又はＴｉＯＮ層である。
【0084】
［００９１］オプションの工程６０７において、バリア層７０４（又はライナ層）を処理するためにプラズマ処理プロセスが実行され得る。プラズマ処理プロセスは、不純物を低減し、バリア層７０４を高密度化することによって、堆積されたバリア層７０４の表面粗さを低減すると考えられている。工程６０７のプラズマ処理プロセスのための例示的なプラズマ形成ガスは、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、及びそれらの組み合わせを含む。プラズマ処理プロセスの間、幾つかのプロセスパラメータも調節される。一実装態様では、プロセス圧力は、約０．１トルから約１００トル（例えば、約０．１トルから約８０トル；約１トルから約２０トル又は約７トルから約３０トル）に制御される。一実装態様では、処理温度は、約１００℃から約９００℃（例えば、約１２５℃から約３５０℃、例えば、約２００℃から約３００℃、例えば、約２５０℃から約３４０℃）である。ＲＦ電力は、約１００ワットから約８００ワット、例えば、約４００ワットに制御され得る。Ｈ２ガス等のプラズマ形成ガスは、約３０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍ、例えば約４０００ｓｃｃｍで供給され得る。基板エッジ／基板底部から供給されるＨ２ガスは、約２００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍに制御され得る。また、アルゴンガスは、基板エッジ／基板底部から約２００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍで供給され得る。
【0085】
［００９２］工程６０８において、図７Ｂに示すように、バリア層７０４に界面層７０６を形成するために、第２の堆積プロセスが実行される。界面層７０６はまた、ＣＶＤプロセス、ＡＬＤプロセス、又はＰＶＤプロセスによって形成された金属含有層であってもよい。界面層７０６は、（図７Ｃに示すように）間隙充填層７０８をバリア層７０４に橋渡しする良好な界面密着性を提供し、これにより界面密着性が高まり促進され得る。
【0086】
［００９３］一実施形態では、界面層７０６は、タングステン含有材料、ニッケル含有材料、アルミニウム含有材料、ルテニウム含有材料、又はマンガン含有材料であってよい。一実施形態では、界面層７０６は、ルテニウム含有層である。
【0087】
［００９４］一実施例では、界面層７０６は、約０．３ｎｍから約３ｎｍの厚さを有し、図３に示すＣＶＤ処理チャンバ３００におけるような有機金属気相堆積（ＭＯＣＶＤ）プロセスによって堆積される。
【0088】
［００９５］工程６１０において、図７Ｃに示すように、間隙充填層７０８を形成するために、間隙充填堆積プロセスが実行される。図８に示す実施例で更に示すように、間隙充填層７０８は、最小限のシーム又はボイド等の最小限の欠陥で開口部８５０に画定された空間を充填して、開口部８５０に形成される。一実施例では、間隙充填層７０８は、Ｃｏ層又はＣｏ合金である。一実施例では、間隙充填層７０８は、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）等で形成される。本書に示す実施例では、間隙充填層７０８はＣＶＤプロセスによって形成される。
【0089】
［００９６］工程６１０で実行されるＣＶＤプロセスは、複数の副工程（例えば、ＣＶＤプロセスに沿った異なるプロセス）を含む。例えば、工程６１０において間隙充填層７０８を形成するためのＣＶＤプロセスは、堆積プロセス及びプラズマ処理の少なくとも１つのサイクルを含み得る。サイクルの回数は、間隙充填層７０８の所望の厚さが達成されるまで、何度でも繰り返され得る。およそ、堆積プロセス及びプラズマ処理プロセスの各サイクルは、界面層７０６上に間隙充填層７０８の約２０Åから約２００Åの厚さ、例えば、部分を形成し得る。各サイクルにおいて、堆積プロセスが約６０秒から約６００秒実行され、その後、プラズマ処理プロセスが約１０秒から約１２０秒の期間実行され得る。
【0090】
［００９７］一実施例では、堆積プロセスは、コバルト前駆体を含む堆積前駆体混合ガスを供給することによって実行され得る。堆積前駆体混合ガスは、必要に応じて、反応性混合ガスと共に供給され得る。反応性混合ガスは、必要に応じて、水素ガス（Ｈ２）又はＮＨ３ガスであってよい。適切なコバルト前駆体は、コバルトカルボニル錯体、コバルトアミジナート化合物、コバルトセン化合物、コバルトジエニル錯体、コバルトニトロシル錯体、それらの誘導体、それらの錯体、それらのプラズマ、又はそれらの組み合わせを含み得るが、それらに限定されない。一実施形態では、本明細書で使用され得るコバルト前駆体の例として、ジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ、（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣｔＢｕ））、ジコバルトヘキサカルボニルメチルブチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣｔＢｕ））、ジコバルトヘキサカルボニルフェニルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣＰｈ））が挙げられる。ヘキサカルボニルメチルフェニルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣＰｈ））、ジコバルトヘキサカルボニルメチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣＭｅ））、ジコバルトヘキサカルボニルジメチルアセチレン（（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＭｅＣ≡ＣＭｅ））、それらの誘導体、それらの錯体、それらのプラズマ、又はそれらの組合せが含まれる。他の例示的なコバルトカルボニル錯体には、シクロペンタジエニルコバルトビス（カルボニル）（ＣｐＣｏ（ＣＯ）２）、トリカルボニルアリルコバルト（（ＣＯ）３Ｃｏ（ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２））、それらの誘導体、それらの錯体、それらのプラズマ、又はそれらの組合せが含まれる。本明細書で使用するコバルト前駆体の１つの特定の例は、ジコバルトヘキサカルボニルブチルアセチレン（ＣＣＴＢＡ、（ＣＯ）６Ｃｏ２（ＨＣ≡ＣｔＢｕ））である。
【0091】
［００９８］堆積プロセスの後に、同じチャンバでプラズマ処理プロセスが実行される。プラズマ処理プロセスは、間隙充填層７０８からボイド、空気、不純物等の欠陥を排除するように、基板７０２に形成された間隙充填層７０８の部分の高密度化を支援し得る。プラズマ処理プロセスは、図３に示すプラズマ処理チャンバ３００等の、間隙充填層の堆積が実行される処理チャンバと同じ処理チャンバで実行される。同様に、プラズマ処理プロセスは、プラズマ処理チャンバ３００も組み込まれた図５に示すクラスタ処理システム５００に組み込まれた他の適切なプラズマ処理チャンバにおいて実行され得る。あるいは、プラズマ処理プロセスは、プラズマ処理チャンバ３００が組み込まれたクラスタ処理システム５００に組み込まれていない他の独立した処理チャンバで実行され得る。一実施例では、プラズマ処理プロセスは、基板７０２全体に形成された間隙充填層７０８から緩い結合構造、ボイド又は空気を除去するために全体的かつ普遍的に実行される。
【0092】
［００９９］一実施形態では、プラズマ処理プロセスは、間隙充填層７０８が形成される処理チャンバ３００で実行される。プラズマ処理プロセスは、プラズマを生成するために、シャワーヘッドアセンブリ又は基板支持アセンブリのいずれか又は両方に印加されるＲＦ源又はバイアス電力を用いる。ＲＦ源電力、バイアス電力、又は遠隔プラズマ源が、処理混合ガスの存在下でプラズマを生成するために適用される。
【0093】
［０１００］一実施例では、処理混合ガスは、Ｈ２、ＮＨ３等の水素含有ガスを少なくとも含み得る。幾つかの実施例では、Ａｒ又はＨｅ等の不活性ガスも、処理混合ガス中に供給され得る。一実施形態では、水素含有ガスは、約１０００ｓｃｃｍから約６０００ｓｃｃｍの体積流量のＨ２である。一実施形態では、不活性ガス又はキャリアガスは、約３０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの体積流量のＡｒ又はＨｅである。
【0094】
［０１０１］プラズマ処理プロセス中、プラズマ処理プロセスを制御するために、幾つかのプロセスパラメータが調節され得る。ある例示的な実施形態では、処理チャンバ１００のプロセス圧力は、約１０ｍトルから約５０００ｍトル、例えば、約３００ｍトルから約３０００ｍトルに調節される。基板温度は、約８０℃から約４００℃、例えば、約１５０℃から約２５０℃の範囲に維持され得る。プラズマ処理プロセスは、約５秒から約６００秒、例えば約２０秒から約１２０秒の間実行され得る。
【0095】
［０１０２］プラズマ処理プロセスの後に、堆積プロセスとプラズマ処理プロセスの１サイクルが完了する。堆積プロセスとプラズマ処理プロセスの各サイクルは、約２０Åから約２００Åの厚さを有する間隙充填層７０８の一部を形成し得る。
【0096】
［０１０３］間隙充填層７０８を形成するために用いられるサイクル（例えば、堆積プロセスとプラズマ処理プロセスの交互の工程）の回数は、必要なだけの回数であってよい。図７Ｃに示す実施例では、約１０ｎｍから約４０ｎｍの範囲の間隙充填層７０８の総厚を得るために、堆積プロセスとプラズマ処理プロセスのサイクルを約２回から約１５回実行し得る。
【0097】
［０１０４］工程６１２において、ポストアニールプロセスが実行される。ポストアニールプロセスは、５バールより高い、例えば５バールより高いが７０バールより低い等の、高いプロセス圧力で実行されるアニールプロセスである。高圧アニールプロセスは、図７Ｄに示すように、空孔及び堆積副生成物及び／又は残留物を修復し、間隙充填層７０８の表面粗さを滑らかにし、アニールされた間隙充填層７１２を形成することを補助し得る。幾つかの実施例では、高いプロセス圧力は最大７０バールであり得る。高圧アニールプロセスは、図４に示す処理チャンバ４００等の処理チャンバ、又は基板を一度に１つずつ処理するものを含む他の適切な処理チャンバで実行され得る。
【0098】
［０１０５］工程６１２で実行される高圧アニールプロセスは、高圧領域での処理圧力を蒸気相で、例えば、実質的に液滴が存在しない乾燥蒸気相で維持する。例えば、過熱状態である。処理圧力と温度は、膜の欠陥を修復し、不純物を排除し、表面粗さを滑らかにするために、膜構造を高密度化するように制御される。一実施例では、内部容積４２５（図４に示す）は、大気より高い圧力、例えば約２バールより高い圧力に加圧される。別の実施例では、内部容積４２５は、約５から約７０バール、例えば約５から約５０バール、例えば約２５バールから約５５バールの圧力に加圧される。
【0099】
［０１０６］処理中、内部容積４２５は、ヒータ４４０によって比較的低い温度、例えば２５０℃を超える温度、例えば約３００℃から約５００℃の温度に維持される。
【0100】
［０１０７］高圧プロセスにより、不純物を排除し、間隙充填層７０８のダングリングボンドをつなぐ駆動力が得られるため、ボイド等の欠陥が形成される可能性が低下し、膜質が向上し、表面粗さが滑らかになり得ると考えられる。一実施例では、アニールプロセス中に、水素含有ガス、水素ガス、及び／又は水素同位体含有ガス、例えばＨ２、Ｄ２、Ｔ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＮＨ３、及び乾燥蒸気が供給され得る。また、ＨｅやＡｒ等の不活性ガスがアニールプロセス中に供給され得る。一実施例では、アニールプロセス中に、水素ガス（Ｈ２）が供給される。別の実施例では、アニールプロセス中に、水素ガス（Ｈ２）又は水素同位体含有ガスが供給される。
【0101】
［０１０８］ある例示的な実装態様では、プロセス圧力は、５バールより高い等の２バールより高い圧力、例えば２０バールから約５０バール等の５バールから７０バールの圧力に調節される。プロセス温度は、約２５０℃から約７００℃等の２５０℃より高い温度、例えば約３００℃から約５００℃に制御され得る。
【0102】
［０１０９］高圧でのアニールプロセスの後、間隙充填層７０８は、高純度、大きい粒構造、滑らかな表面粗さで粒界の少ない強化された膜構造を有し、高い膜密度と低い膜抵抗率が得られる比較的堅牢な膜構造を提供し得る。間隙充填層７０８がＣｏ含有材料である実施例では、高圧アニールプロセス後にＣｏ含有材料の膜抵抗率が約１０％から約５０％低下し得る。開口部８５０に形成された間隙充填層７０８は、間隙充填能力が高く、実質的にボイドフリーであり得る。間隙充填層７０８は、約８０Åから約４００Åの平均粒径を有する。
【0103】
［０１１０］従って、チャネル構造、相互接続構造又はコンタクト構造等のデバイス構造のための、金属含有材料等の間隙充填層を形成する方法及び装置が提供される。相互接続構造は、真空を損なうことなく１つのクラスタ処理システムにおけるバリア層、界面層及び間隙充填層を含むため、表面汚染の可能性が排除され、良好な界面制御を得ることができる。アニールプロセスは、相互接続構造を含むデバイス構造が所望の電気性能を達成し得るように、相互接続構造の膜質を改善し、アニールプロセスは、水素又は水素同位体含有環境において５バールより高い圧力範囲で実行される。
【0104】
［０１１１］前述の内容は本開示の実施形態を対象としているが、以下の特許請求の範囲によって決定されるその基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のさらなる実施形態を考案することが可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【国際調査報告】