特表 2024-517165 ボイドフリーおよびシームフリーのタングステン特徴部を形成するための処理システムおよび方法

(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】2024-04-19

(54)【発明の名称】ボイドフリーおよびシームフリーのタングステン特徴部を形成するための処理システムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/455 20060101AFI20240412BHJP

   C23C 16/14 20060101ALI20240412BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20240412BHJP

   H01L 21/285 20060101ALI20240412BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20240412BHJP

【ＦＩ】

C23C16/455

C23C16/14

C23C16/44 J

H01L21/285 C

H01L21/88 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023566002

(86)(22)【出願日】2021-05-06

(85)【翻訳文提出日】2023-12-25

(86)【国際出願番号】 CN2021091919

(87)【国際公開番号】W WO2022232995

(87)【国際公開日】2022-11-10

(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】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】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】

【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】ツェン シー

(72)【発明者】

【氏名】チャン ウェイ ミン

(72)【発明者】

【氏名】ウー カイ

(72)【発明者】

【氏名】ワン ペイチー

(72)【発明者】

【氏名】ツァオ ミンルイ

(72)【発明者】

【氏名】カットニー マイケル シー

(72)【発明者】

【氏名】大東 和也

(72)【発明者】

【氏名】シン ハープリート

【テーマコード（参考）】

4K030

4M104

5F033

【Ｆターム（参考）】

4K030AA03

4K030AA04

4K030AA06

4K030AA07

4K030AA09

4K030AA11

4K030AA13

4K030AA14

4K030AA16

4K030AA17

4K030AA18

4K030BA20

4K030BA38

4K030CA04

4K030CA12

4K030DA06

4K030EA03

4K030FA01

4K030FA10

4K030GA02

4K030HA01

4K030JA01

4K030JA09

4K030JA10

4K030KA18

4K030KA41

4K030KA46

4K030LA15

4M104BB18

4M104DD43

4M104DD44

4M104DD45

4M104DD46

4M104GG16

4M104HH13

5F033HH19

5F033HH33

5F033MM12

5F033MM13

5F033PP04

5F033PP06

5F033PP08

5F033QQ48

5F033VV16

5F033WW03

5F033WW05

5F033XX02

5F033XX04

5F033XX19

(57)【要約】

本明細書の実施形態は、一般に、電子デバイス製造に関し、より詳細には、半導体デバイス製造方式において実質的にボイドフリーおよびシームフリーのタングステン特徴部を形成するためのシステムおよび方法に関する。１つの実施形態では、基板処理システムは、処理チャンバと、処理チャンバに流体的に結合されたガス供給システムとを特徴とする。ガス供給システムは、差異的抑制処理プロセスで使用するための第１のラジカル発生器と、チャンバ洗浄プロセスで使用するための第２のラジカル発生器とを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板処理システムであって、
処理容積部を集合的に画定する、チャンバリッドアセンブリ、１つまたは複数のチャンバ側壁、およびチャンバベースを含む処理チャンバと、
前記処理チャンバに流体的に結合されたガス供給システムであり、第１のラジカル発生器および第２のラジカル発生器を含む、ガス供給システムと、
プロセッサによって実行されたときに複数の基板を処理する方法を実行するための命令が格納された非一時的コンピュータ可読媒体であり、前記方法が、
（ａ）基板を前記処理容積部に受け入れることと、
（ｂ）前記基板を活性化処理ガスに曝露することであり、前記活性化処理ガスが、前記第１のラジカル発生器において形成された処理プラズマの放出物を含む、曝露することと、
（ｃ）第１のタングステン含有前駆体および第１の還元剤に前記基板を曝露して、タングステン間隙充填材料を堆積させることと、
（ｄ）前記基板を前記処理容積部から外に移送することと、
（ｅ）連続して処理された基板の数が閾値以下である場合に（ａ）～（ｄ）を繰り返すことと
を含む、非一時的コンピュータ可読媒体と
を含む、処理システム。

【請求項2】

前記方法が、
（ｆ）前記連続して処理された基板の数が前記閾値以上である場合、前記処理容積部のチャンバ表面を活性化洗浄ガスに曝露することであり、前記活性化洗浄ガスが、前記第２のラジカル発生器において形成された洗浄プラズマの放出物を含む、曝露することと、
（ｇ）（ａ）～（ｆ）を繰り返すことと
をさらに含む、請求項１に記載の処理システム。

【請求項3】

前記方法が、
（ａ）の後に、および（ｂ）の前に、前記第１のタングステン含有前駆体または第２のタングステン含有前駆体および前記第１の還元剤または第２の還元剤に前記基板を曝露してタングステン核形成層を堆積させることを含むタングステン核形成層を堆積させること
をさらに含む、請求項１に記載の処理システム。

【請求項4】

前記基板が、そこに複数の開口部が形成された材料層を含み、
前記基板を前記活性化処理ガスに曝露することが、前記複数の開口部内の表面と比較して、前記基板のフィールド表面へのタングステン堆積を差異的に抑制する、請求項３に記載の処理システム。

【請求項5】

前記タングステン核形成層を前記堆積させることが、前記第２のタングステン含有前駆体と前記第２の還元剤に前記基板を交互に曝露するサイクルを繰り返すことを含む、請求項３に記載の処理システム。

【請求項6】

前記タングステン間隙充填材料を堆積させることが、前記第１のタングステン含有前駆体と前記第１の還元剤に前記基板を交互に曝露するサイクルを繰り返すことを含む、請求項５に記載の処理システム。

【請求項7】

前記タングステン間隙充填材料を堆積させることが、前記基板を約２５０℃以上の温度に加熱することと、前記第１のタングステン含有前駆体および前記第１の還元剤を前記処理容積部に同時に流すこととを含む、請求項５に記載の処理システム。

【請求項8】

前記ガス供給システムが、
前記第１のラジカル発生器と前記処理チャンバとの間に流体的に結合された第１のバルブと、
前記第２のラジカル発生器と前記処理チャンバとの間に流体的に結合された第２のバルブと
をさらに含み、
前記チャンバ表面を前記活性化洗浄ガスに曝露することが、前記第１のバルブを使用することによって、前記第１のラジカル発生器を前記洗浄プラズマの前記放出物から流体的に分離することを含む、請求項２に記載の処理システム。

【請求項9】

前記基板を前記活性化処理ガスに曝露することが、前記第２のバルブを使用することによって、前記第２のラジカル発生器を前記処理プラズマの前記放出物から流体的に分離することを含む、請求項８に記載の処理システム。

【請求項10】

前記リッドアセンブリが、リッドプレートと、前記リッドプレートに結合されたシャワーヘッドとを含み、前記第１および第２のラジカル発生器が、前記リッドプレートを通して形成されたガス入口を通して前記処理容積部と流体連結して配置される、請求項８に記載の処理システム。

【請求項11】

前記処理プラズマの前記放出物が、前記第１のラジカル発生器から前記処理容積部までの第１の距離を移動し、前記洗浄プラズマの前記放出物が、前記第２のラジカル発生器から前記処理容積部までの第２の距離を移動し、前記第１の距離が前記第２の距離よりも小さい、請求項１０に記載の処理システム。

【請求項12】

基板を処理する方法であって、
（ａ）基板を処理システムの処理容積部に受け入れることであり、前記処理システムが、
前記処理容積部を集合的に画定する、チャンバリッドアセンブリ、１つまたは複数のチャンバ側壁、およびチャンバベースを含む処理チャンバと、
前記処理チャンバに流体的に結合されたガス供給システムであり、第１のラジカル発生器および第２のラジカル発生器を含む、ガス供給システムと
を含む、受け入れることと、
（ｂ）前記基板を活性化処理ガスに曝露することであり、前記活性化処理ガスが、前記第１のラジカル発生器において形成された処理プラズマの放出物を含む、曝露することと、
（ｃ）第１のタングステン含有前駆体および第１の還元剤に前記基板を曝露することと、
（ｄ）前記基板を前記処理容積部から外に移送することと、
（ｅ）連続して処理された基板の数が閾値以下である場合に（ａ）～（ｄ）を繰り返すことと
を含む、方法。

【請求項13】

（ｆ）前記連続して処理された基板の数が前記閾値以上である場合、前記処理容積部のチャンバ表面を活性化洗浄ガスに曝露することであり、前記活性化洗浄ガスが、前記第２のラジカル発生器において形成された洗浄プラズマの放出物を含む、曝露することと、
（ｇ）（ａ）～（ｆ）を繰り返すことと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記基板を前記処理プラズマの前記放出物に曝露することが、前記処理容積部を約５０Ｔｏｒｒ以下の圧力に維持することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

（ａ）の後に、および（ｂ）の前に、前記第１のタングステン含有前駆体または第２のタングステン含有前駆体および前記第１の還元剤または第２の還元剤に前記基板を曝露してタングステン核形成層を堆積させることを含むタングステン核形成層を堆積させること
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記基板が、そこに複数の開口部が形成された材料層を含み、
前記基板を前記活性化処理ガスに曝露することが、前記複数の開口部内の表面と比較して、前記基板のフィールド表面へのタングステン堆積を差異的に抑制する、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記ガス供給システムが、
前記第１のラジカル発生器と前記処理チャンバとの間に流体的に結合された第１のバルブと、
前記第２のラジカル発生器と前記処理チャンバとの間に流体的に結合された第２のバルブと
をさらに含み、
前記チャンバ表面を前記活性化洗浄ガスに曝露することが、前記第１のバルブを使用することによって、前記第１のラジカル発生器を前記洗浄プラズマ放出物から流体的に分離することを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

前記基板を前記活性化処理ガスに曝露することが、前記第２のバルブを使用することによって、前記第２のラジカル発生器を前記処理プラズマ放出物から流体的に分離することを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記リッドアセンブリが、リッドプレートと、前記リッドプレートに結合されたシャワーヘッドとを含み、前記第１および第２のラジカル発生器が、前記リッドプレートを通して形成されたガス入口を通して前記処理容積部と流体連結して配置される、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記処理プラズマの前記放出物が、前記第１のラジカル発生器から前記処理容積部までの第１の距離を移動し、前記洗浄プラズマの前記放出物が、前記第２のラジカル発生器から前記処理容積部までの第２の距離を移動し、前記第１の距離が前記第２の距離よりも小さい、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書の実施形態は、電子デバイス製造において使用されるシステムおよび方法に関し、より詳細には、半導体デバイスにおいてタングステン特徴部を形成するために使用されるシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

タングステン（Ｗ）は、比較的低い電気抵抗およびエレクトロマイグレーションへの相対的に高い耐性が要求される導電性特徴部を形成するために集積回路（ＩＣ）デバイス製造において広く使用されている。例えば、タングステンは、ソースコンタクト、ドレインコンタクト、メタルゲート充填、ゲートコンタクト、相互接続部（例えば、誘電体材料層の表面に形成された水平特徴部）、およびビア（例えば、誘電体材料層の上および下に配置された他の相互接続特徴部を接続するために誘電体材料層を通して形成された垂直特徴部）を形成するための金属充填材料として使用することができる。相対的に低い抵抗率のために、タングステンはまた、一般に、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）デバイスのメモリセルアレイ内の個々のメモリセルをアドレス指定するために使用されるビットラインおよびワードラインを形成するのに使用される。

【0003】

回路密度が増加し、次世代の半導体デバイスの要求を満たすためにデバイス特徴部が縮小し続けるにつれて、タングステン特徴部を確実に作り出すことがますます困難になっている。従来のタングステン堆積プロセス中に形成されるボイドおよびシームなどの問題は、特徴部サイズの減少とともに拡大され、デバイスの性能および信頼性に悪影響を及ぼし、またはさらにデバイスを作動不能にすることがある。

【0004】

したがって、当技術分野において必要とされるものは、上述の問題を解決する処理システムおよび方法である。

【発明の概要】

【0005】

本明細書の実施形態は、一般に、電子デバイス製造に関し、より詳細には、半導体デバイス製造方式において実質的にボイドフリーおよびシームフリーのタングステン特徴部を形成するためのシステムおよび方法に関する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のシステムおよび方法は、基板処理変動を低減し、基板処理スループットを向上させた単一チャンバ処理解決策を提供して、シームフリーのタングステン間隙充填の大量製造ラインへの確実な統合を促進する。

【0006】

１つの実施形態では、基板処理システムは、処理容積部を集合的に画定する、チャンバリッドアセンブリ、１つまたは複数のチャンバ側壁、およびチャンバベースを含む処理チャンバを含む。処理システムは、処理チャンバに流体的に結合されたガス供給システムであり、第１のラジカル発生器および第２のラジカル発生器を含む、ガス供給システムと、プロセッサによって実行されたときに複数の基板を処理する方法を実行するための命令が格納された非一時的コンピュータ可読媒体とをさらに含む。この方法は、（ａ）基板を処理容積部に受け入れることと、（ｂ）基板を活性化処理ガスに曝露することであり、活性化処理ガスが、第１のラジカル発生器において形成された処理プラズマの放出物を含む、曝露することと、（ｃ）第１のタングステン含有前駆体および第１の還元剤に基板を曝露して、タングステン間隙充填材料を堆積させることと、（ｄ）基板を処理容積部から外に移送することと、（ｅ）連続して処理された基板の数が閾値以下である場合に（ａ）～（ｄ）を繰り返すこととを含む。

【0007】

１つの実施形態では、基板を処理する方法は、（ａ）基板を処理システムの処理容積部に受け入れることであり、処理システムが、処理容積部を集合的に画定する、チャンバリッドアセンブリ、１つまたは複数のチャンバ側壁、およびチャンバベースを含む処理チャンバと、処理チャンバに流体的に結合されたガス供給システムであり、第１のラジカル発生器および第２のラジカル発生器を含む、ガス供給システムとを含む、受け入れることと、（ｂ）基板を活性化処理ガスに曝露することであり、活性化処理ガスが、第１のラジカル発生器において形成された処理プラズマの放出物を含む、曝露することと、（ｃ）第１のタングステン含有前駆体および第１の還元剤に基板を曝露することと、（ｄ）基板を処理容積部から外に移送することと、（ｅ）連続して処理された基板の数が閾値以下である場合に（ａ）～（ｄ）を繰り返すこととを含む。

【0008】

本開示の上述で列挙した特徴を詳細に理解することができるように、上述で簡単に要約した開示のより詳細な説明を、実施形態を参照して行うことができ、その一部を添付の図面に示す。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態のみを示し、それゆえに、その範囲を限定するものとみなされるべきではなく、他の等しく効果的な実施形態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1A-1B】従来のように形成されたタングステン特徴部における望ましくないボイド形成またはシーム形成を示す基板の一部の概略断面図である。

【図2A】１つの実施形態による、本明細書に記載の方法を実施するために使用することができる処理システムの概略側面図である。

【図2B】１つの実施形態による、図２Ａに示された処理システムの一部のクローズアップ断面図である。

【図3】図２Ａ～図２Ｂの処理システムを使用して実行することができる、１つの実施形態による、基板処理方法を示す図である。

【図4A-4D】図３に記載の方法の様々な態様を示す基板の一部の概略断面図である。

【図5】図２Ａ～図２Ｂの処理システムを使用して実行することができる、別の実施形態による、基板処理方法を示す図である。

【図6A-6D】図５に記載の方法の様々な態様を示す基板の一部の概略断面図である。

【図7A-7B】本明細書に記載の方法を使用して形成された膜層の基板内および基板間処理結果を示すグラフである。

【図8】１つの実施形態による、本明細書に記載の方法を実行するために使用することができる例示的なマルチチャンバ処理システムの概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指定するのに、可能であれば、同一の参照番号が使用されている。ある実施形態の要素および特徴は、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ことが意図されている。

【0011】

本明細書の実施形態は、一般に、電子デバイス製造に関し、より詳細には、半導体デバイス製造方式において実質的にボイドフリーおよびシームフリーのタングステン特徴部を形成するためのシステムおよび方法に関する。

【0012】

一般に、ＩＣデバイスにおけるタングステン特徴部は、ダマシン（金属インレイ）製造プロセスフローを使用して形成される。ダマシンプロセスフローは、基板の表面に誘電材料の層を堆積させ、誘電体層をパターン化して複数の開口部を形成し、誘電体層の表面上にタングステン材料の層を堆積させて開口部を充填することから始まる。多くの場合、窒化チタン（ＴｉＮ）などのバリアまたは接着材料の層が、タングステン層の堆積の前に開口部をライニングするために堆積される。バリア層およびタングステン層の堆積は、基板のフィールド上にバリアおよびタングステン材料のオーバーバーデンを創り出し、次いで、オーバーバーデンは、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを使用して除去される。

【0013】

ＣＭＰプロセスは、フィールドからのタングステンオーバーバーデンを平坦化するために、研磨流体によって少なくとも部分的に提供される化学的活性と機械的活性の組合せを使用する。典型的なタングステンＣＭＰ研磨流体は、研磨スラリを形成するために、１つまたは複数の化学的活性成分と、懸濁研磨成分、例えばナノ粒子とを含む水溶液を含む。化学的活性成分は、例えば、表面を酸化させて酸化タングステンの薄い層を形成することによって、タングステン表面を軟化させ、研磨成分は、酸化タングステンを研磨（除去）して、その下のタングステンを露出させる。酸化と研摩のサイクルは、タングステンオーバーバーデンが、埋め込まれたタングステン特徴部を残して、誘電体層のフィールドから取り除かれるまで、ＣＭＰプロセスの全体を通して続く。

【0014】

一般に、従来の方法を使用して堆積されたタングステンは、下にあるパターン化表面に対して高度に共形である。残念なことに、デバイス特徴部が小さくなり、アスペクト比が大きくなるにつれて、共形タングステン堆積方法を使用して形成されたタングステン特徴部における望ましくないボイドおよびシームの形成がほとんど避けられない。結果として生じる望ましくないボイドおよびシーム、例えば、図１Ａ～図１Ｂに示されたものなどは、デバイス性能および信頼性の問題またはさらにデバイス故障を引き起こす可能性がある。

【0015】

図１Ａは、従来のタングステン堆積プロセス中に形成された望ましくないボイド２０を示す基板１０Ａの概略断面図である。ここで、基板１０Ａは、そこに形成された高アスペクト比開口部を有する誘電体層１２（タングステン層１５の一部で充填されて示されている）と、開口部をライニングするために誘電体層１２上に堆積されたバリア材料層１４と、バリア材料層１４上に堆積されたタングステン層１５とを含むパターン化表面１１を含む。タングステン層１５は、従来の堆積プロセス、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスまたは原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを使用して形成され、タングステンは、開口部を充填するためにパターン化表面１１に共形に堆積（成長）される。タングステン層１５は、開口部内のタングステン特徴部１５Ａと、パターン化表面１１のフィールド上の材料のオーバーバーデン（タングステンオーバーバーデン層１５Ｂ）とを形成する。

【0016】

図１Ａにおいて、開口部は、基板１０Ａの表面でより狭く、開口部が表面から誘電体層１２内に内向きに延びるにつれて広くなる（外側に弓状に曲がる）不均一なプロファイルを有する。図示のように、共形タングステン層１５のオーバーハング部分は、開口部が完全に充填される前に、一緒に、開口部への入口を遮るかまたは「ピンチオフする」ように成長し、それにより、タングステン特徴部１５Ａ内に望ましくないボイド２０、すなわち、タングステン材料の欠如を引き起こす。ボイド２０が後続のＣＭＰプロセス中に開けられる（露出される）場合、研磨液がタングステン特徴部１５Ａに侵入することがあり、研磨液の化学的活性成分が、タングステン特徴部１５Ａ内のタングステン材料のさらなる損失、例えば、タングステン材料の腐食および／または静的エッチングによる望ましくない特徴部コアリング（ｃｏｒｉｎｇ）（キーホーリング（ｋｅｙ－ｈｏｌｉｎｇ））を引き起こすことがある。この望ましくないタングステン損失は、デバイス性能および信頼性の問題、または最終的にデバイスの完全な故障をもたらすことがある。ボイド形成がなくても、図１Ｂに示されるものなどのタングステン特徴部の望ましくないシーム形成が、従来のタングステン堆積プロセスを使用しては、ほとんど避けられない。

【0017】

図１Ｂは、従来のタングステン堆積プロセス中に形成された望ましくないシーム２４を示す基板１０Ｂの概略断面図である。ここで、パターン化表面１１は、開口部が基板１０Ｂの表面から誘電体層１２内に延びるときに実質的に均一のプロファイルを有する開口部（タングステン層１５の一部で充填されている）を含む。開口部はタングステンで充填され、ボイドは形成されていない。それにもかかわらず、開口部の壁から外側へのタングステン層１５の共形の成長は、開口部に形成されたタングステン特徴部１５Ａの中心を通って延びる望ましくないシーム２４をもたらしている。図１Ａに示されたボイド２０のように、シーム２４は、タングステン研磨液の化学的活性成分からの腐食を受けやすく、それにより、シーム２４がＣＭＰプロセス中に露出された場合、特徴部１５Ａからのタングステン材料の望ましくない損失が引き起こされることがある

【0018】

幸いにも、選択的タングステン堆積を可能にし、それにより、ボトムアップタングステン間隙充填を可能にする初期の技術が、次世代のデバイスにとって望ましい実質的にボイドフリーおよびシームフリーの特徴部の形成の見込みを示した。一般に、ボトムアップタングステン間隙充填プロセス方式は、基板処理条件のわずかな変化にさえ非常に敏感である基板処理およびタングステン堆積プロセスを使用する。このプロセス感受性は、基板の表面にわたるタングステン堆積の選択性に不均一に影響を与え、および／または同じシステム内で経時的に処理される多数の基板間、または異なるシステムで処理される基板間で望ましくない処理変動を引き起こす。さらに、プロセス条件の任意の変化に対する高いプロセス感受性に（少なくとも部分的に）起因して、選択的タングステン間隙充填プロセスの異なる部分は、多くの場合、異なる専門および専用処理チャンバで行われ、処理されるべき基板は、それらの間で１回または複数回移送される。

【0019】

残念なことに、選択的タングステン間隙充填のための専門処理システムおよび基板ハンドリング要件は、従来のタングステン堆積プロセスと比較して、タングステン特徴部を形成する時間およびコストを望ましくなく増加させる。したがって、本明細書の実施形態は、基板を処理チャンバ間で移送することなく、この方法の個々の態様の組合せを実行するように構成された処理システムを提供し、それにより、本明細書に記載のタングステン間隙充填処理方式の全体的な基板処理スループットおよび能力が改善される。

【0020】

一般に、間隙充填処理方式は、基板の表面に形成された特徴部の開口部に差異的タングステン堆積抑制プロファイルを形成することと、抑制プロファイルに従って開口部をタングステン材料で充填することと、基板のフィールド表面にタングステンのオーバーバーデンを堆積させることとを含む。タングステン堆積抑制プロファイルを形成することは、一般に、タングステン核形成層を形成することと、活性化窒素核種、例えば処理ラジカルを使用してタングステン核形成層を処理することとを含む。窒素処理ラジカルは、例えば、窒素核種の吸着によって、および／または核形成層の金属タングステンとの反応によって核形成層の一部に組み込まれて、窒化タングステン（ＷＮ）が形成される。タングステン核形成層の吸着窒素および／または窒化表面は、望ましくは、タングステン核形成を遅延させ（抑止し）、それにより、その上への後続のタングステン堆積を遅延させる（抑止する）。

【0021】

いくつかの実施形態では、処理ラジカルは、基板処理チャンバに流体的に結合された遠隔プラズマ源を使用することによって、基板処理チャンバから遠隔で形成される。パターン化表面のフィールド上の所望の抑制効果およびパターン化表面に形成された開口部の所望の抑制プロファイルは、処理チャンバ内の処理条件、例えば、温度および圧力などを制御すること、および基板表面における処理ラジカルの濃度、フラックス、およびエネルギーを制御することによって達成される。一般に、処理ラジカルは、Ｎ₂、ＮＨ₃、ＮＨ₄、またはそれらの組合せなどの非ハロゲン窒素含有ガスから形成される。

【0022】

間隙充填処理方式のタングステン核形成および堆積プロセスは、一般に、タングステン含有前駆体および還元剤を処理チャンバに流すことと、それに基板表面を曝露することとを含む。タングステン含有前駆体および還元剤は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、パルスＣＶＤプロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、またはそれらの組合せのうちの１つにおいて、基板の表面で反応して、その上にタングステン材料を堆積させる。

【0023】

必然的に、タングステンおよびタングステン関連核種（望ましくないタングステン残留物）が、基板表面以外の処理チャンバの表面にも堆積する。除去されない場合、タングステン残留物は、基板表面に移送された場合デバイス故障を引き起こすことがある欠陥（粒子）の原因になる。したがって、本明細書に記載の処理システムは、洗浄化学を使用して望ましくないタングステン残留物が処理チャンバの内部表面から除去されるチャンバ洗浄工程を定期的に実行するように構成される。ここで、洗浄化学は、処理チャンバから遠隔で形成される活性化ハロゲン核種、例えば、フッ素または塩素（洗浄）ラジカルを含む。

【0024】

チャンバ洗浄工程は、一般に、ハロゲン洗浄ラジカルを処理チャンバに流すことと、洗浄ラジカルをタングステン残留物と反応させて、揮発性タングステン核種を形成することと、揮発性タングステン核種を処理チャンバから排気部を通して排気することとを含む。チャンバ洗浄工程は、一般に、基板処理間に、すなわち、処理済み基板が処理チャンバから取り出された後に、およびそれに続く処理されるべき処理済み基板が処理チャンバに受け入れられる前に実行される。

【0025】

いくつかの実施形態では、洗浄ラジカルは、処理チャンバに流体的に結合された遠隔プラズマ源を使用して、ＮＦ₃などのハロゲン系洗浄ガスから形成される。洗浄ラジカルを処理チャンバから遠隔で形成することにより、望ましくは、チャンバ部品へのイオンベース損傷、例えば、洗浄ラジカルがインシトゥプラズマを使用することにより処理チャンバ内で形成される場合に普通なら発生することになる処理チャンバ内の表面の腐食などを回避する。したがって、イオンベース損傷を望ましくは遠隔プラズマ源内のプラズマ対向表面に封じ込め、それは、下にある材料をハロゲン系プラズマの腐食作用から保護するためのハロゲン系プラズマへの耐性のライナまたはコーティングを特徴とすることができる。

【0026】

いくつかの実施形態では、抑制プロセスで使用される処理ラジカルを形成するために使用される遠隔プラズマ源は、チャンバ洗浄プロセスで使用される洗浄ラジカルを形成するためにも使用される。残念なことに、同じ遠隔プラズマ源が抑制処理プロセスとチャンバ洗浄プロセスの両方にラジカルを供給するために使用される場合、結果として生じる抑制プロファイルにおける望ましくないプロセス変動が観察されている。望ましくない処理変動は、基板間の抑制プロファイルの変動、および／または基板の表面にわたる不均一な処理結果を含む。

【0027】

理論に束縛されるものではないが、望ましくない処理変動の少なくとも一部は、ハロゲン系洗浄プラズマによって引き起こされる遠隔プラズマ源内の表面への損傷の結果であると考えられる。少なくとも一部の処理変動は、窒素系処理プラズマへの曝露によって引き起こされる遠隔プラズマ源内の表面の窒素吸着および／または窒化によって引き起こされることがさらに考えられる。例えば、遠隔プラズマ源のプラズマ対向表面におけるハロゲンイオンベース損傷および／またはハロゲンベース汚染物質の蓄積は、遠隔プラズマ源内でその後形成される窒素処理ラジカルの解離および再結合速度に悪く影響を及ぼすことが考えられる。遠隔洗浄プラズマ源を使用して形成される処理ラジカルの解離および再結合速度の変動は、基板表面における活性化窒素核種の濃度、フラックス、およびエネルギーの変動を引き起こし、不安定な処理結果をもたらすことがある。したがって、本明細書で提供される処理システムは、少なくとも２つの遠隔プラズマ源により構成され、第１の遠隔プラズマ源は、処理ラジカルの生成に割り当てられ、および／または専用であり、第２の遠隔プラズマ源は、チャンバ洗浄工程中の洗浄ラジカルの生成に割り当てられ、および／または専用である。

【0028】

以下で論じられるように、それぞれの抑制プロセスおよびチャンバ洗浄プロセスのために割り当てられたプラズマ源を使用することにより、両方に共通のプラズマ源を使用する処理システムと比較して、抑制処理の処理安定性が改善される。したがって、本明細書の実施形態は、図２Ａ～図２Ｂに示される処理システムなどの、シーム抑制タングステン間隙充填のための相対的に低コストおよび高スループットの単一チャンバ解決策を有益に提供する。

【0029】

図２Ａ～図２Ｂは、本明細書に記載のボトムアップタングステン間隙充填基板処理方法を実行するために使用することができる処理システム２００を概略的に示す。ここで、処理システムは、単一処理チャンバ２０２内で、すなわち、複数の処理チャンバ間で基板を移送することなく、核生成プロセス、抑制処理プロセス、選択的間隙充填プロセス、およびオーバーバーデン堆積プロセスの各々にとって望ましい異なる処理条件を提供するように構成される。

【0030】

図２Ａに示されるように、処理システム２００は、処理チャンバ２０２と、処理チャンバ２０２に流体的に結合されたガス供給システム２０４と、システムコントローラ２０８とを含む。処理チャンバ２０２（図２Ａには断面で示されている）は、チャンバリッドアセンブリ２１０と、１つまたは複数の側壁２１２と、チャンバベース２１４とを含み、それらは、集合的に処理容積部２１５を画定する。処理容積部２１５は、処理容積部２１５を準大気圧条件に維持し、そこから処理ガスおよび処理副産物を排出するために使用される１つまたは複数の真空ポンプなどの排気部２１７に流体的に結合される。

【0031】

チャンバリッドアセンブリ２１０は、リッドプレート２１６と、リッドプレート２１６に結合されたシャワーヘッド２１８とを含み、それらにより、ガス分配容積部２１９が画定される。ここで、リッドプレート２１６は、それに熱的に結合された１つまたは複数のヒータ２２９を使用して所望の温度に維持される。シャワーヘッド２１８は、処理容積部２１５に配置された基板支持アセンブリ２２０に面する。以下で論じるように、基板支持アセンブリ２２０は、基板支持体２２２、したがって基板支持体２２２に配置された基板２３０を、上昇した基板処理位置（図示のような）と下降した基板移送位置（図示せず）との間で、移動させるように構成される。基板支持アセンブリ２２０が上昇した基板処理位置にあるとき、シャワーヘッド２１８および基板支持体２２２は、処理領域２２１を画定する。

【0032】

ここで、ガス供給システム２０４は、リッドプレート２１６を通して配置されたガス入口２２３（図２Ｂ）を介して処理チャンバ２０２に流体的に結合される。ガス供給システム２０４を使用することによって供給される処理ガスまたは洗浄ガスは、ガス入口２２３を通ってガス分配容積部２１９内に流れ、シャワーヘッド２１８の複数の開口部２３２（図２Ｂ）を通して処理領域２２１に分配される。いくつかの実施形態では、チャンバリッドアセンブリ２１０は、ガス入口２２３とシャワーヘッド２１８との間に配置された有孔ブロッカプレート２２５をさらに含む。これらの実施形態では、ガス分配容積部２１９に流入するガスは、最初に、ブロッカプレート２２５によって拡散されて、シャワーヘッド２１８が加わって、より均一なまたは所望の分布のガス流が処理領域２２１内に供給される。

【0033】

ここで、処理ガスおよび処理副生成物は、処理領域２２１を取り巻く環状チャネル２２６を通して処理領域２２１から半径方向外側に排出される。環状チャネル２２６は、１つまたは複数の側壁２１２の半径方向内側に配置された第１の環状ライナ２２７に形成されてもよく（図示のように）、または１つまたは複数の側壁２１２に形成されてもよい。いくつかの実施形態では、処理チャンバ２０２は、１つまたは複数の第２のライナ２２８を含み、それは、１つまたは複数の側壁２１２またはチャンバベース２１４の内部表面を腐食性ガスおよび／または望ましくない材料堆積から保護するために使用される。

【0034】

いくつかの実施形態では、処理容積部２１５に流体連結するパージガス源２３７が、アルゴン（Ａｒ）などの化学的に不活性なパージガスを、基板支持体２２２の真下に配置された領域に、例えば、支持シャフト２６２を取り囲むチャンバベース２１４の開口部を通して流すために使用される。パージガスは、基板処理中に基板支持体２２２の下に正圧（処理領域２２１の圧力と比較して）の領域を作り出すために使用することができる。一般に、パージガスは、チャンバベース２１４を通して、そこから上の方に、基板支持体２２２のエッジの周囲に流れ、環状チャネル２２６を通して処理容積部２１５から排出される。パージガスは、基板支持体２２２の真下の表面への望ましくない材料堆積を、そこへの材料前駆体ガスの流れを減少させ、および／または防止することによって低減する。

【0035】

ここで、基板支持アセンブリ２２０は、チャンバベース２１４の下の領域でベローズ２６５によって囲まれるものなどの、チャンバベース２１４を通って密閉して延びる可動支持シャフト２６２と、可動支持シャフト２６２上に配置された基板支持体２２２とを含む。基板支持体２２２へのおよびそこからの基板の移送を容易にするために、基板支持アセンブリ２２０は、リフトピンフープ２６８に結合された、または係合して配置された複数のリフトピン２６７を含むリフトピンアセンブリ２６６を含む。複数のリフトピン２６７が、基板支持体２２２を通して形成された開口部に移動可能に配置される。基板支持体２２２が、降下した基板移送位置（図示せず）に配置されると、複数のリフトピン２６７が、基板支持体２２２の基板受け面の上方に延びて、そこから基板２３０を持ち上げ、基板ハンドラ（図示せず）によって基板２３０の裏側の（非活性の）表面にアクセスできるようにする。基板支持体２２２が、上昇または処理位置（図示のように）にあるとき、複数のリフトピン２６７は、基板支持体２２２の基板受け面の真下に後退して、その上に基板２３０が載るのを可能にする。

【0036】

ここで、基板２３０は、１つまたは複数の側壁２１２のうちの１つに配置されたドア２７１、例えばスリットバルブを通して、基板支持体２２２におよびそこから移送される。ここで、ドア２７１を囲む領域内の１つまたは複数の開口部、例えば、ドアハウジングの開口部は、パージガス源２３７、例えばＡｒガス源に流体的に結合される。パージガスは、処理ガスおよび洗浄ガスが、ドアを囲むシールに接触するのを、および／またはドアを囲むシールを劣化させるのを防止し、それにより、ドアの使用寿命を延ばすために使用される。

【0037】

ここで、基板支持体２２２は、基板２３０と基板受け面との間の界面に真空を適用することによって基板２３０が基板支持体２２２に固定される真空チャック用に構成される。真空は、基板支持体２２２の基板受け面に形成された１つまたは複数のチャネルまたはポートに流体的に結合された真空源２７２を使用して適用される。他の実施形態では、例えば、処理チャンバ２０２が直接プラズマ処理用に構成される場合、基板支持体２２２は、静電チャック用に構成されてもよい。いくつかの実施形態では、基板支持体２２２は、それにバイアス電圧を供給する連続波（ＣＷ）ＲＦ電源またはパルスＲＦ電源などのバイアス電圧電源（図示せず）に結合された１つまたは複数の電極（図示せず）を含む。

【0038】

図示のように、基板支持アセンブリ２２０は、基板支持体２２２の異なる領域内で独立した温度制御を行うためのデュアルゾーン温度制御システムを特徴とする。基板支持体２２２の異なる温度制御領域は、その上に配置された基板２３０の異なる領域に対応する。ここで、温度制御システムは、第１のヒータ２６３および第２のヒータ２６４を含む。第１のヒータ２６３は、基板支持体２２２の中央領域に配置され、第２のヒータ２６４は、第１のヒータ２６３を囲むように中央領域から半径方向外側に配置される。他の実施形態では、基板支持体２２２は、単一のヒータまたは３つ以上のヒータを有することがある。

【0039】

いくつかの実施形態では、基板支持アセンブリ２２０は、基板２３０の円周方向ベベルエッジ上への望ましくない材料堆積を防止するために使用される環状シャドウリング２３５をさらに含む。基板支持体２２２へのおよび基板支持体２２２からの基板移送の間、すなわち、基板支持アセンブリ２２０が下降位置に配置されている（図示せず）とき、シャドウリング２３５は、処理容積部２１５内の環状レッジ上に載る。基板支持アセンブリ２２０が上昇または処理位置に配置されるとき、基板支持体２２２の半径方向外側の表面は、シャドウリング２３５が基板支持体２２２上に配置された基板２３０を囲むように環状シャドウリング２３５に係合する。ここで、シャドウリング２３５は、基板支持アセンブリ２２０が上昇基板処理位置にあるときに、シャドウリング２３５の半径方向内側に面する部分が基板２３０のベベルエッジの上に配置されるように形作られる。

【0040】

いくつかの実施形態では、基板支持アセンブリ２２０は、基板２３０を囲むように基板支持体２２２に配置された環状パージリング２３６をさらに含む。それらの実施形態では、シャドウリング２３５は、基板支持アセンブリ２２０が上昇基板処理位置にあるとき、パージリング２３６上に配置され得る。一般に、パージリング２３６は、パージガス源２３７と流体連結した複数の半径方向内側に面する開口部を特徴とする。基板処理中に、パージガスは、シャドウリング２３５、パージリング２３６、基板支持体２２２、および基板２３０のベベルエッジによって画定される環状領域に流れ込み、処理ガスが環状領域に入り、基板２３０のベベルエッジへの望ましくない材料堆積を引き起こすのを防止する。

【0041】

いくつかの実施形態では、処理チャンバ２０２は直接プラズマ処理用に構成される。それらの実施形態では、シャワーヘッド２１８は、ＲＦ電源などの第１の電源２３１に電気的に結合され、第１の電源２３１は、処理領域２２１に流入する処理ガスのプラズマを点火および維持するための電力を、処理ガスとの容量結合を介して供給する。いくつかの実施形態では、処理チャンバ２０２は、誘導プラズマ発生器（図示せず）を含み、プラズマは、ＲＦ電力を処理ガスに誘導的に結合させることを介して形成される。

【0042】

ここで、処理システム２００は、有利には、処理チャンバ２０２から基板２３０を取り出すことなく、ボイドフリーおよびシームフリータングステン間隙充填プロセス方式のタングステン核形成、抑制処理、およびバルクタングステン堆積プロセスの各々を実行するように構成される。間隙充填プロセス方式の個々のプロセスを実行するために、および処理チャンバの内部表面から残留物を洗浄するために使用されるガスは、処理チャンバ２０２に、それと流体的に結合されたガス供給システム２０４を使用して供給される。

【0043】

一般に、ガス供給システム２０４は、１つまたは複数の遠隔プラズマ源、ここでは、第１および第２のラジカル発生器２０６Ａ～２０６Ｂと、堆積ガス源２４０と、ラジカル発生器２０６Ａ～２０６Ｂおよび堆積ガス源２４０をリッドアセンブリ２１０に流体的に結合する導管システム２９４（例えば、複数の導管２９４Ａ～２９４Ｆ）とを含む。ガス供給システム２０４は、ラジカル発生器２０６Ａ～２０６Ｂとリッドプレート２１６との間にそれぞれ配置された複数の分離バルブ、ここでは、第１および第２のバルブ２９０Ａ～２９０Ｂをさらに含み、これらは、ラジカル発生器２０６Ａ～２０６Ｂの各々を処理チャンバ２０２からおよび互いに流体的に分離させるために使用することができる。

【0044】

ここで、ラジカル発生器２０６Ａ～２６Ｂの各々は、それぞれの第１および第２のプラズマチャンバ容積部２８１Ａ～２８１Ｂ（図２Ｂ）を画定するチャンバ本体２８０を特徴とする。ラジカル発生器２０６Ａ～２０６Ｂの各々は、それぞれの電源２９３Ａ～２９３Ｂに結合される。電源２９３Ａ～２９３Ｂは、プラズマチャンバ容積部２８１Ａ～２８１Ｂに流体的に結合された対応する第１のガス源２８７Ａまたは第２のガス源２８７Ｂからプラズマチャンバ容積部２８１Ａ～２８１Ｂに供給されるガスのプラズマ２８２Ａ～２８２Ｂを点火および維持するために使用される。いくつかの実施形態では、第１のラジカル発生器２０６Ａは、アクティビティ３０３（図３）の差異的抑制プロセスで使用されるラジカルを生成する。例えば、第１のラジカル発生器２０６Ａは、第１のガス源２８７Ａから第１のプラズマチャンバ容積部２８１Ａに供給される非ハロゲン含有混合ガスから処理プラズマ２８２Ａを点火および維持するために使用することができる。第２のラジカル発生器２０６Ｂは、第２のガス源２８７Ｂから第２のプラズマチャンバ容積部２８１Ｂに供給されるハロゲン含有混合ガスから洗浄プラズマ２８２Ｂを点火および維持することによってチャンバ洗浄プロセス、例えばアクティビティ３０８（図３）で使用される洗浄ラジカルを生成するために使用することができる。

【0045】

一般に、窒素処理ラジカルは、相対的に短い寿命（ハロゲン洗浄ラジカルと比較して）を有し、ガス供給システム２０４内の表面および／または処理プラズマ放出物の他の核種との衝突からの再結合に比較的高い感度を示し得る。したがって、本明細書の実施形態では、第１のラジカル発生器２０６Ａは、一般に、例えば、第１のプラズマチャンバ容積部２８１Ａから処理領域２２１までの比較的短い移動距離を用意するために、第２のラジカル発生器２０６Ｂよりもガス入口２２３の近くに位置づけられる。

【0046】

いくつかの実施形態では、第１のラジカル発生器２０６Ａはまた、第２のガス源２８７Ｂに流体的に結合され、第２のガス源２８７Ｂは、方法３００のアクティビティ３０９に記載されるものなどのプラズマ源条件プロセスで使用されるように第１のプラズマチャンバ容積部２８１Ａにハロゲン含有調整ガスを供給する。それらの実施形態では、ガス供給システム２０４は、ハロゲン含有混合ガスを第２のガス源２８７Ｂから第１のプラズマチャンバ容積部２８１Ａに導くように動作可能な複数のディバータバルブ２９１をさらに含むことができる。

【0047】

ラジカル発生器２０６Ａ～２０６Ｂの一方または両方で使用することができる適切な遠隔プラズマ源は、高周波（ＲＦ）もしくは超高周波（ＶＨＲＦ）容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、マイクロ波誘導（ＭＷ）プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）チャンバ、または高密度プラズマ（ＨＤＰ）チャンバを含む。

【0048】

図示のように、第１のラジカル発生器２０６Ａは、ガス入口２２３から上方に延びて第１のプラズマチャンバ容積部２８１Ａの出口に接続する第１および第２の導管２９４Ａ～２９４Ｂを使用することによって処理チャンバ２０２に流体的に結合される。第１の導管２９４Ａと第２の導管２９４Ｂと間に配置された第１のバルブ２９０Ａは、第１のラジカル発生器２０６Ａを処理チャンバ２０２とガス供給システム２０４の他の部分とから選択的に流体的に分離するために使用される。一般に、第１のバルブ２９０Ａはチャンバ洗浄プロセス（アクティビティ３０８）の間閉じられて、活性化洗浄ガス、例えば、ハロゲンラジカルが、第１のプラズマチャンバ容積部２８１Ａに流れ込んでその表面を損傷することを防止する。

【0049】

ここで、第１のラジカル発生器２０６Ａと、第１および第２の導管２９４Ａ～２９４Ｂと、第１のバルブ２９０Ａとは、例えば導管２９４Ａ～２９４Ｂの一方または両方に屈曲部を有することによって、処理プラズマ２８２Ａがガス入口２２３と直接の見通し線に配置されないように配列および／または構成される。他の実施形態では、第１のプラズマチャンバ容積部２８１Ａは、処理プラズマ２８２Ａからガス入口２２３を通って処理チャンバ２０２内への直接の見通し線を備えるように、ガス入口２２３と一直線に配置され得る。直接の見通し線は、処理ラジカルの望ましくない再結合を、処理ラジカル間の気相衝突を低減することによって有益に低減することができる。

【0050】

第２のラジカル発生器２０６Ｂは、第３および第４の導管２９４Ｃ～２９４Ｄを使用することによって、第２の導管２９４Ｂに、したがって、処理チャンバ２０２に流体的に結合される。ここで、第２のラジカル発生器２０６Ｂは、第３の導管２９４Ｃと第４の導管２９４Ｄとの間に配置された第２のバルブ２９０Ｂを使用することによって、処理チャンバ２０２と、ガス供給システム２０４の他の部分とから選択的に分離される。図示のように、第２のラジカル発生器２０６Ｂと、第３および第４の導管２９４Ｃ～２９４Ｄと、第２のバルブ２９０Ｂとは、洗浄プラズマ２８２Ｂが第２のバルブ２９０Ｂまたは処理チャンバ２０２と直接の見通し線に配置されないように配列される。洗浄プラズマ２８２Ｂと、第２のバルブ２９０Ｂと、洗浄プラズマ２８２Ｂと、処理チャンバ２０２との間の直接の見通し線を遮ることにより、第２のバルブ２９０Ｂおよび処理チャンバ２０２の構成要素へのハロゲンイオン誘起損傷が防止され、それにより、望ましくは、その使用寿命が延ばされる。

【0051】

いくつかの実施形態では、プラズマチャンバ容積部２８１Ａ～２８１Ｂの一方または両方のプラズマ対向表面２８３は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、溶融石英、石英、サファイア、またはそれらの組合せなどのハロゲン系プラズマ耐性材料で形成される。いくつかの実施形態では、プラズマチャンバ容積部２８１Ａ～２８１Ｂのプラズマ対向表面２８３は、ハロゲンプラズマ耐性材料で形成されたチューブまたはライナを含む。他の実施形態では、プラズマ対向表面２８３は、チャンバ本体２８０の内部部分上に形成されたハロゲン系プラズマ耐性材料のコーティングまたは層、例えば、アルミニウムチャンバ本体の内部部分上に形成された陽極酸化アルミニウム層などを特徴とする。いくつかの実施形態では、導管２９４Ａ～２９４Ｆのうちの１つまたは複数は、溶融石英、石英、またはサファイアなどの低い再結合誘電体材料２９２でライニングされ、それにより、望ましくは、遠隔プラズマ放出物内の活性化核種が処理チャンバ２０２に供給されるときに、その活性化核種の再結合が低減される。

【0052】

ここで、堆積ガス、例えばタングステン含有前駆体および還元剤は、第５の導管を２９４Ｅ使用して、堆積ガス源２４０から処理チャンバ２０２に供給される。図示のように、第５の導管２９４Ｅは、ガス入口２２３に隣接する場所で第２の導管２９４Ｂに結合され、その結果、第１および第２のバルブ２９０Ａ～２９０Ｂは、それぞれ、処理チャンバ２０２に導入される堆積ガスから第１および第２ラジカル発生器２０６Ａ～２０６Ｂを分離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、ガス供給システム２０４は、第２のバルブ２９０Ｂに隣接する場所で第４の導管２９４Ｄに結合された第６の導管２９４Ｆをさらに含む。第６の導管２９４Ｆは、バイパスガス源２３８、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガス源に流体的に結合され、それは、望ましくない残留物洗浄、抑制、および／または堆積ガスに関するガス供給システム２０４の一部を定期的にパージするために使用することができる。

【0053】

処理システム２００の動作は、システムコントローラ２０８によって促進される。システムコントローラ２０８は、メモリ２９６（例えば、不揮発性メモリ）およびサポート回路２９７により動作可能であるプログラマブル中央処理装置、ここではＣＰＵ２９５を含む。ＣＰＵ２９５は、様々なチャンバ部品およびサブプロセッサを制御するためにプラグラム可能な論理制御装置（ＰＬＣ）などの産業環境で使用される任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つである。ＣＰＵ２９５に結合されたメモリ２９６は、処理チャンバの動作を促進する。サポート回路２９７は、従来、ＣＰＵ２９５に結合され、基板処理動作の制御を容易にするために、処理システム２００（または図８のマルチチャンバ処理システム８００）の様々な構成要素に結合されたキャッシュ、クロック回路、入力／出力サブシステム、電源など、およびそれらの組合せを含む。

【0054】

ここで、メモリ２９６内の命令は、本開示の方法を実施するプログラムなどのプログラム製品の形態のものである。１つの例では、本開示は、コンピュータシステムで使用するためのコンピュータ可読ストレージ媒体に格納されたプログラム製品として実施され得る。プログラム製品のプログラムは、実施形態の機能（本明細書に記載の方法を含む）を定義する。したがって、コンピュータ可読ストレージ媒体は、本明細書に記載の方法の機能を指示するコンピュータ可読命令を保持する場合、本開示の実施形態である。

【0055】

有利には、上述の処理システム２００は、図３に記載の方法３００の核形成、抑制、間隙充填堆積、およびオーバーバーデン堆積プロセスの各々を実行するために使用し、それにより、単一チャンバシームフリーのタングステン間隙充填の解決策を提供することができる。

【0056】

図３は、処理システム２００を使用して実行することができる、一実施形態による、基板を処理する方法３００を示す図である。図４Ａ～図４Ｄは、ボイドフリーおよびシームフリータングステン間隙充填プロセス方式の異なる段階での方法３００の態様を示す基板４００の一部の概略断面図である。

【0057】

アクティビティ３０１において、方法３００は、基板を処理チャンバ２０２の処理容積部２１５に受け入れることを含む。アクティビティ３０２において、方法３００は、核生成プロセスを使用して、基板上に核形成層４０４を形成することを含む。核形成層４０４が上に形成された例示的な基板４００の一部が、図４Ａに概略的に示される。

【0058】

ここで、基板４００は、そこに形成された複数の開口部４０５（１つが示されている）を有する誘電体材料層４０２を含むパターン化表面４０１を特徴とする。いくつかの実施形態では、複数の開口部４０５は、約１μｍ以下、例えば、約８００ｎｍ以下または約５００ｎｍ以下などの幅と、約２μｍ以上、例えば、約３μｍ以上または約４μｍ以上などの深さとを有する高アスペクト比のビアまたはトレンチ開口部のうちの１つまたは組合せを含む。いくつかの実施形態では、開口部４０５の個々のものは、約５：１以上、例えば、約１０：１以上、約１５：１以上など、または約１０：１と約４０：１との間、例えば、約１５：１と約４０：１との間などのアスペクト比（深さ対幅の比）を有することができる。図示のように、パターン化表面４０１は、開口部４０５を共形にライニングし、タングステン核形成層４０４の後続の堆積を容易にするために誘電体材料層４０２上に堆積されたバリアまたは接着層４０３（例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）層）を含む。いくつかの実施形態では、接着層４０３は、約２オングストローム（Å）と約１００Åとの間の厚さに堆積される。

【0059】

いくつかの実施形態では、方法３００は、基板を処理チャンバ２０２に受け入れる前に、図８に示されるものなどのマルチチャンバ処理システム８００の第２の処理チャンバを使用して接着層４０３を堆積させることを含む。いくつかの実施形態では、方法３００は、同じ処理チャンバ２０２内で接着層４０３および核形成層４０４を順次堆積させることを含む。いくつかの実施形態では、接着層４０３は、その上への後続のバルクタングステン堆積を可能にする核形成層として機能する。接着層４０３が核形成層として機能する実施形態では、方法３００は、アクティビティ３０２を含まなくてもよい。

【0060】

いくつかの実施形態では、核形成層４０４は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを使用して堆積される。一般に、ＡＬＤプロセスは、交互に、基板４００をタングステン含有前駆体に曝露することおよび基板４００を還元剤に曝露することと、交互の曝露間に処理領域２２１をパージすることとのサイクルを繰り返すことを含む。適切なタングステン含有前駆体の例は、タングステンヘキサフルオリド（ＷＦ₆）、タングステンヘキサクロライド（ＷＣｌ₆）、またはそれらの組合せなどのタングステンハライドを含む。適切な還元剤の例は、水素ガス（Ｈ₂）、ボラン、例えばＢ₂Ｈ₆、およびシラン、例えばＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、またはそれら組合せを含む。いくつかの実施形態では、タングステン含有前駆体はＷＦ₆を含み、還元剤は、Ｂ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₄、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施形態では、タングステン含有前駆体は、有機金属前駆体、および／またはフッ素フリー前駆体、例えば、ＭＤＮＯＷ（メチルシクロペンタジエニル－ジカルボニルニトロシル－タングステン）、ＥＤＮＯＷ（エチルシクロペンタジエニル－ジカルボニルニトロシル－タングステン）、タングステンヘキサカルボニル（Ｗ（ＣＯ）₆）、またはそれらの組合せを含む。

【0061】

核生成プロセスの間、処理容積部２１５は、一般に、約１２０Ｔｏｒｒ未満の圧力、例えば、約９００ｍＴｏｒｒと約１２０Ｔｏｒｒとの間、約１Ｔｏｒｒと約１００Ｔｏｒｒとの間、または例えば約１Ｔｏｒｒと約５０Ｔｏｒｒとの間などの圧力に維持される。基板４００をタングステン含有前駆体に曝露することは、堆積ガス源２４０から処理領域２２１にタングステン含有前駆体を、約１０ｓｃｃｍ超、例えば、約１０ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間、例えば約１０ｓｃｃｍと約７５０ｓｃｃｍとの間、または約１０ｓｃｃｍと約５００ｓｃｃｍとの間など、などの流量で流すことを含む。基板４００を還元剤に曝露することは、堆積ガス源２４０から処理領域２２１に還元剤を、約１０ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間、例えば約１０ｓｃｃｍと約７５０ｓｃｃｍとの間などの流量で流すことを含む。本明細書に記載の様々な堆積および処理プロセスの流量は、３００ｍｍ直径の基板を処理するように構成された処理システム２００向けであることに留意されたい。適切なスケーリングが、異なるサイズの基板を処理するように構成された処理システムに使用されてもよい。

【0062】

ここで、タングステン含有前駆体および還元剤は、各々、処理領域２２１に、約０．１秒と約１０秒との間、例えば、約０．５秒と約５秒との間などの期間流される。処理領域２２１は、処理領域２２１内にアルゴン（Ａｒ）などの不活性パージガスを、約０．１秒と約１０秒との間、例えば、約０．５秒と約５秒との間などの期間流すことによって、交互の曝露の間にパージすることができる。パージガスは、堆積ガス源２４０またはバイパスガス源２３８から供給することができる。一般に、核生成プロセスのサイクルの繰り返しは、核形成層４０４が、約１０Åと約２００Åとの間、例えば、約１０Åと約１５０Åとの間、または約２０Åと約１５０Åとの間などの厚さを有するまで続く。

【0063】

アクティビティ３０３において、方法３００は、基板４００のフィールド表面へのタングステン堆積を抑制するために、および差異的抑制プロセスを使用することによって複数の開口部４０５内に差異的抑制プロファイルを形成するために、核形成層４０４を処理することを含む。一般に、差異的抑制プロファイルを形成することは、処理ガスの活性化核種、例えば、図４Ｂに示される処理ラジカル４０６に核形成層４０４を曝露することを含む。抑制プロセスに使用することができる適切な処理ガスは、Ｎ₂、Ｈ₂、ＮＨ₃、ＮＨ₄、Ｏ₂、ＣＨ₄、またはそれらの組合せを含む。いくつかの実施形態では、処理ガスは、Ｎ₂などの窒素、Ｈ₂、ＮＨ₃、ＮＨ₄、またはそれらの組合せなどを含み、活性化核種は、窒素ラジカル、例えば、原子窒素を含む。いくつかの実施形態では、処理ガスは、処理混合ガスを形成するために、Ａｒ、Ｈｅ、またはそれらの組合せなどの不活性キャリアガスと組み合わされる。

【0064】

理論に束縛されるものではないが、活性化窒素核種（処理ラジカル４０６）は、活性化窒素核種の吸着によって、および／または核形成層４０４の金属タングステンとの反応によって、核形成層４０４の一部に組み込まれて、窒化タングステン（ＷＮ）表面が形成されると考えられる。タングステン核形成層４０４の吸着窒素および／または窒化表面は、望ましくは、さらなるタングステン核形成、それゆえに、その上への後続のタングステン堆積を遅らせる（抑制する）。

【0065】

一般に、複数の開口部４０５への処理ラジカル４０６の拡散は、特徴部の開口部４０５内に所望の抑制勾配をもたらすように制御される。ここで、処理ラジカル４０６の拡散は、パターン化表面４０１のフィールドからの距離の増加とともに開口部４０５の壁におけるタングステン成長抑制効果が減少するように制御される（図４Ｂ～図４Ｃ）。その結果として、タングステン核形成は、特徴部の底部またはその近くの場所でより容易に確立され、確立された後、開口部４０５内のタングステン成長（間隙充填材料４０８の堆積）が、核形成の点から（例えば、開口部４０５の底部の抑制のないまたは抑制の低い領域から）から加速して、ボトムアップシームレスタングステン間隙充填が可能になる。抑制の高い領域から抑制のないまたは抑制の低い領域への抑制勾配の方向が、矢印４１７によって示される（図４Ｃ）。開口部４０５への処理ラジカル４０６の拡散は、一般に、開口部４０５のサイズおよびアスペクト比に少なくとも部分的に依存し、とりわけ、パターン化表面４０１における処理ラジカル４０６のエネルギー、フラックス、および実施形態によっては方向性を制御することによって調節することができる。

【0066】

いくつかの実施形態では、核形成層４０４を処理ラジカル４０６に曝露することは、第１のラジカル発生器２０６Ａを使用して実質的にハロゲンフリー処理混合ガスの処理プラズマ２８２Ａを形成することと、処理プラズマ２８２Ａの放出物を処理領域２２１に流すこととを含む。いくつかの実施形態では、第１のラジカル発生器２０６Ａへの処理混合ガスの流量、したがって、処理領域２２１への処理プラズマ放出物の流量は、約１ｓｃｃｍと約３０００ｓｃｃｍとの間、例えば、約１ｓｃｃｍと約２５００ｓｃｃｍとの間、約１ｓｃｃｍと約２０００ｓｃｃｍとの間、約１ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間、約１ｓｃｃｍと約５００ｓｃｃｍとの間、約１ｓｃｃｍと約２５０ｓｃｃｍとの間、約１ｓｃｃｍと約１００ｓｃｃｍとの間、または約１ｓｃｃｍと約７５ｓｃｃｍとの間など、例えば、約１ｓｃｃｍと約５０ｓｃｃｍとの間である。

【0067】

いくつかの実施形態では、第１のラジカル発生器２０６Ａへの処理混合ガスの流量は、約５０ｓｃｃｍと約３０００ｓｃｃｍとの間、例えば、約５０ｓｃｃｍと約２５００ｓｃｃｍとの間、約５０ｓｃｃｍと約２０００ｓｃｃｍとの間、約５０ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間、約５０ｓｃｃｍと約５００ｓｃｃｍとの間、または約５０ｓｃｃｍと約２５０ｓｃｃｍとの間などである。いくつかの実施形態では、実質的にハロゲンフリーの処理ガス、例えばＮ₂の流量は、約１ｓｃｃｍと約２００ｓｃｃｍとの間、例えば、約１ｓｃｃｍと約１００ｓｃｃｍとの間などであり、不活性キャリアガスの流量は、約５０ｓｃｃｍと約３０００ｓｃｃｍとの間、例えば、約５０ｓｃｃｍと約２０００ｓｃｃｍとの間、または約１００ｓｃｃｍと約２０００ｓｃｃｍとの間などである。

【0068】

いくつかの実施形態では、抑制処理プロセスは、基板４００を処理ラジカル４０６に約５秒以上、例えば、約６秒以上、約７秒以上、約８秒以上、約９秒以上、約１０秒以上など、または約５秒と約１２０秒との間、例えば、または約５秒と約９０秒との間、または約５秒と約６０秒との間、または約５秒と約３０秒との間など、例えば、約５秒と約２０秒との間の期間曝露することを含む。

【0069】

いくつかの実施形態では、処理混合ガス中の実質的にハロゲンフリーの処理ガスの濃度は、約０．５体積％と約５０体積％との間、例えば、約０．５体積％と約４０体積％との間、約０．５体積％と約３０体積％との間、約０．５体積％と約２０体積％との間など、または例えば約０．５体積％と約１０体積％との間、例えば、約０．５体積％と約５体積％との間などである。

【0070】

いくつかの実施形態では、例えば、実質的にハロゲンフリー処理ガスがＮ₂、ＮＨ₃、および／またはＮＨ₄を含む場合、第１のラジカル発生器２０６Ａは、３００ｍｍ直径の基板の抑制処理プロセスの間、約０．０２ｍｇと約１５０ｍｇとの間、例えば、約０．０２ｍｇと約１５０ｍｇとの間、または約０．０２ｍｇと約１００ｍｇとの間、または約０．１ｍｇと約１００ｍｇとの間、または約０．１ｍｇと約１００ｍｇとの間、または約１ｍｇと約１００ｍｇとの間などの原子窒素を活性化させ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、第１のラジカル発生器２０６Ａは、３００ｍｍ直径の基板の抑制処理プロセスの間、約０．０２ｍｇ以上、例えば、約０．２ｍｇ以上、約０．４ｍｇ以上、約０．６ｍｇ以上、約０．８ｍｇ以上、約１ｍｇ以上、約１．２ｍｇ以上、約１．４ｍｇ以上、約１．６ｍｇ以上、約１．８ｍｇ以上、約２ｍｇ以上、約２．２ｍｇ以上、約２．４ｍｇ以上、約２．６ｍｇ以上、約２．８ｍｇ、または約３ｍｇ以上などの原子窒素を活性化させるために使用することができる。適切なスケーリングが、異なるサイズの基板を処理するように構成された処理システムに使用されてもよい。

【0071】

他の実施形態では、処理ラジカル４０６は、シャワーヘッド２１８によって処理領域２２１から分離された処理容積部２１５の一部、例えば、シャワーヘッド２１８とリッドプレート２１６の間などにおいて点火および維持される遠隔プラズマ（図示せず）を使用して形成することができる。それらの実施形態では、活性化処理ガスは、それから実質的にすべてのイオンを取り除くために、処理ラジカル４０６が処理領域２２１および基板４００の表面に達する前にイオンフィルタを通して流すことができる。いくつかの実施形態では、シャワーヘッド２１８は、イオンフィルタとして使用されてもよい。他の実施形態では、処理ラジカルを形成するために使用されるプラズマは、シャワーヘッド２１８と基板４００との間の処理領域２２１に形成されたインシトゥプラズマである。いくつかの実施形態では、例えば、インシトゥ処理プラズマを使用する場合、基板４００にバイアスをかけて、処理ガスから形成されたイオン、例えば帯電した処理ラジカルを、基板表面に向けて、方向性を制御し、および／またはそれを加速することができる。

【0072】

いくつかの実施形態では、抑制処理プロセスは、活性化処理ガスを処理容積部２１５に流す間、処理容積部２１５を約１００Ｔｏｒｒ未満の圧力に維持することを含む。例えば、抑制処理プロセスの間、処理容積部２１５は、約７５Ｔｏｒｒ未満、例えば、約５０Ｔｏｒｒ未満、約２５Ｔｏｒｒ未満、約１５Ｔｏｒｒ未満など、または約０．５Ｔｏｒｒと約１２０Ｔｏｒｒとの間、例えば、または約０．５Ｔｏｒｒと約１００Ｔｏｒｒとの間、または約０．５Ｔｏｒｒと約５０Ｔｏｒｒとの間、または例えば、約１Ｔｏｒｒと約１０Ｔｏｒｒとの間などの圧力に維持され得る。

【0073】

アクティビティ３０４において、方法３００は、アクティビティ３０３における抑制処理によって設けられた差異的抑制プロファイルに従って複数の開口部４０５内にタングステン間隙充填材料４０８を選択的に堆積させる（図４Ｃ～図４Ｄ）ことを含む。１つの実施形態では、タングステン間隙充填材料４０８は、タングステン含有前駆体ガスおよび還元剤を処理領域２２１に同時に流す（並行に流す）ことと、それに基板４００を曝露することとを含む低応力化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを使用して形成される。タングステン間隙充填ＣＶＤプロセスで使用されるタングステン含有前駆体および還元剤は、アクティビティ３０１において記載されたタングステン含有前駆体と還元剤の任意の組合せを含むことができる。いくつかの実施形態では、タングステン含有前駆体はＷＦ₆を含み、還元剤はＨ₂を含む。

【0074】

ここで、タングステン含有前駆体は、約５０ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間、または約５０ｓｃｃｍ超、または約１０００Ｔｏｒｒ未満、または約１００ｓｃｃｍと約９００ｓｃｃｍとの間のレートで処理領域２２１に流される。還元剤は、約５００ｓｃｃｍ超、例えば、約７５０ｓｃｃｍ超、約１０００ｓｃｃｍ超など、または約５００ｓｃｃｍと約１００００ｓｃｃｍとの間、例えば、約１０００ｓｃｃｍと約９０００ｓｃｃｍとの間、または約１０００ｓｃｃｍと約８０００ｓｃｃｍとの間などのレートで処理領域２２１に流される。

【0075】

いくつかの実施形態では、タングステン間隙充填ＣＶＤプロセス条件は、従来のタングステンＣＶＤプロセスと比較して、相対的に低い残留膜応力を有するタングステン特徴部を提供するように選択される。例えば、いくつかの実施形態では、タングステン間隙充填ＣＶＤプロセスは、基板を、約２５０℃以上、例えば、約３００℃以上など、または約２５０℃と約６００℃との間、または約３００℃と約５００℃との間の温度に加熱することを含む。ＣＶＤプロセスの間、処理容積部２１５は、一般に、約５００Ｔｏｒｒ未満、約６００Ｔｏｒｒ未満、約５００Ｔｏｒｒ未満、約４００Ｔｏｒｒ未満、または約１Ｔｏｒｒと約５００Ｔｏｒｒとの間、例えば、約１Ｔｏｒｒと約４５０Ｔｏｒｒとの間、または約１Ｔｏｒｒと約４００Ｔｏｒｒとの間など、または例えば、約１Ｔｏｒｒと約３００Ｔｏｒｒとの間の圧力に維持される。

【0076】

別の実施形態では、タングステン間隙充填材料４０８は、アクティビティ３０４において、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを使用して堆積される。タングステン間隙充填ＡＬＤプロセスは、基板４００をタングステン含有前駆体ガスと還元剤に交互に曝露することと、交互の曝露の間に処理領域２２１をパージすることとのサイクルを繰り返すことを含む。タングステン間隙充填ＡＬＤプロセスで使用されるタングステン含有前駆体および還元剤は、アクティビティ３０１において記載されたタングステン含有前駆体と還元剤の任意の組合せを含むことができる。いくつかの実施形態では、タングステン含有前駆体はＷＦ₆を含み、還元剤はＨ₂を含む。

【0077】

ここで、タングステン含有前駆体および還元剤は、各々、約０．１秒と約１０秒との間、例えば約０．５秒と約５秒との間などの期間処理領域２２１に流される。処理領域２２１は、一般に、交互の曝露の間に、約０．１秒と約１０秒との間、例えば約０．５秒と約５秒との間などの期間、アルゴン（Ａｒ）などの不活性パージガスを処理領域２２１に流すことによってパージされる。パージガスは、堆積ガス源２４０またはバイパスガス源２３８から供給することができる。

【0078】

基板４００をタングステン含有前駆体に曝露することは、堆積ガス源２４０から処理領域２２１にタングステン含有前駆体を、約１０ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間、例えば、約１００ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間、約２００ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間、約４００ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間、または約５００ｓｃｃｍと約９００ｓｃｃｍとの間などの流量で流すことを含むことができる。基板４００を還元剤に曝露することは、堆積ガス源２４０から処理領域２２１に還元剤を、約５００ｓｃｃｍと約１００００ｓｃｃｍの間、例えば、約５００ｓｃｃｍと約８０００ｓｃｃｍとの間、約５００ｓｃｃｍと約５０００ｓｃｃｍとの間、または約１０００ｓｃｃｍと約４０００ｓｃｃｍとの間などの流量で流すことを含むことができる。

【0079】

いくつかの実施形態では、タングステン間隙充填ＡＬＤプロセスは、基板を、約２５０℃以上、例えば、約３００℃以上など、または約２５０℃と約６００℃との間、または約３００℃と約５００℃との間の温度に加熱することを含む。いくつかの実施形態では、ＡＬＤプロセスは、処理容積部２１５を、約１５０Ｔｏｒｒ未満、約１００Ｔｏｒｒ未満、約５０Ｔｏｒｒ未満、例えば約３０Ｔｏｒｒ未満、または約０．５Ｔｏｒｒと約５０Ｔｏｒｒとの間、例えば約１Ｔｏｒｒと約２０Ｔｏｒｒとの間などの圧力に維持することを含む。

【0080】

他の実施形態では、タングステン間隙充填材料４０８は、処理領域２２１をパージすることなく、基板４００をタングステン含有前駆体ガスと還元剤に交互に曝露するサイクルを繰り返すことを含むパルスＣＶＤ法を使用して堆積される。タングステン間隙充填パルスＣＶＤ法の処理条件は、タングステン間隙充填ＡＬＤプロセスについて上述したものと同じ、実質的に同じ、または同じ範囲内とすることができる。

【0081】

有益には、上述のタングステン間隙充填プロセスは、それから形成されるタングステン材料の相対的に低い残留応力を可能にする。理論に束縛されるものではないが、比較的高い基板温度、例えば２５０℃以上で供給されるエネルギーの増加は、開口部吸着部位への吸着原子拡散率を増加させ、一方、相対的に低い処理圧力は、同時に、タングステン間隙充填堆積プロセスを遅くすると考えられる。吸着原子拡散率の増加および堆積速度の低下は、従来の共形ＣＶＤプロセスと比較して、堆積されたタングステン材料の改善された（より規則的な）原子配列を促進し、それにより、タングステン間隙充填材料のより低い残留膜応力が有益にもたらされる。例えば、いくつかの実施形態では、上述の処理条件を使用して約１２００のÅの厚さに堆積されたブランケットタングステン層は、約１６００ＭＰａ未満、約１５００ＭＰａ未満、約１４００ＭＰａ未満、約１３００ＭＰａ未満、約１２００ＭＰａ未満、約１１００ＭＰａ未満、約１０００ＭＰａ未満、約９００ＭＰａ未満、約８００ＭＰａ未満、約７００ＭＰａ未満、または、いくつかの実施形態では、約６００ＭＰａ未満の残留膜応力を有する。

【0082】

典型的な半導体製造方式では、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスは、タングステン間隙充填材料４０８を開口部４０５内に堆積させた後、基板のフィールド表面からタングステン材料のオーバーバーデン（およびその下に配置されたバリア層）を除去するために使用することができる。ＣＭＰプロセスは、一般に、オーバーバーデン層４１０の均一な除去を容易にするための化学的および機械的活性と、タングステンオーバーバーデンがフィールド表面から除去されたときを決定するための終点検出方法との組合せに依拠する。フィールド表面からのタングステンの不均一な除去または研磨終点の検出の失敗は、基板表面の少なくとも一部の領域の望ましくない過剰研摩または過少研磨をもたらすことがある。ＣＭＰプロセスにおける研磨液はしばしば腐食性であり、過剰研摩中に特徴部に損傷を引き起こすことあるので、タングステン過剰研摩は、タングステン特徴部からのタングステンの望ましくない除去、例えば特徴部コアリングを引き起こすことがある。タングステン過少研磨は、ＣＭＰ後にフィールド表面に残っている望ましくない残留タングステンをもたらすことがある。

【0083】

残念なことに、タングステンのボトムアップ成長を促進することによりシームフリーおよびボイドフリーのタングステン特徴部を提供するために使用される抑制処理は、フィールド表面上のタングステンの成長も抑制して、タングステンの均一なオーバーバーデンがバルクタングステンプロセス中に形成されるのを妨げる。したがって、本明細書の実施形態は、タングステン間隙充填材料４０８を堆積させるために使用されるプロセスとは異なるオーバーバーデン層を堆積させるためのプロセスを含み、後続のＣＭＰ処理で望まれる基板のフィールド表面上の均一な厚さのタングステンを提供することができる。

【0084】

アクティビティ３０５において、方法３００は、オプションとして、第２の核生成プロセスを使用して第２の核形成層４０９を形成する（図４Ｄ）ことを含む。アクティビティ３０６において、方法３００は、オーバーバーデンプロセスを使用してオーバーバーデン層４１０を形成することを含む。第２の核生成プロセスおよび／またはオーバーバーデンプロセスは、アクティビティ３０３における抑制処理プロセスによって与えられた基板のフィールド表面上のタングステン成長抑制を低減および／または排除するために使用される。抑制効果を低減および／または逆転することによって、フィールド表面は、タングステン材料のオーバーバーデンの成長および／または堆積を可能にするように準備される。オーバーバーデン層４１０は、後続の化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスにおける均一な処理を容易にするために使用することができる。

【0085】

いくつかの実施形態では、第２の核形成層４０９は、アクティビティ３０２において（第１の）核形成層４０４を形成するために使用されたＡＬＤプロセスと同じであるかまたは実質的に同様であるＡＬＤプロセス、またはアクティビティ３０２におけるＡＬＤプロセスで詳述した範囲内の処理条件を有するＡＬＤプロセスを使用して堆積される。使用時に、第２の核形成層４０９は、約５Åと１００Åの間、または約１０Åと８０Åとの間、または例えば約２０Åと６０Åとの間の厚さに堆積され得る。

【0086】

アクティビティ３０６においてオーバーバーデン層４１０を堆積させるために使用されるプロセスは、アクティビティ３０４において間隙充填タングステン材料を堆積させるために使用されたＣＶＤまたはＡＬＤプロセスと同じであるかまたは実質的に同様であるＣＶＤまたはＡＬＤプロセス、またはアクティビティ３０２におけるプロセスで詳述した範囲内の処理条件を有するＡＬＤプロセスとすることができる。他の実施形態では、オーバーバーデン層は、アクティビティ３０２におけるタングステン間隙充填プロセスで使用された処理圧力よりも大きい処理圧力を有するＣＶＤプロセスを使用して堆積される。例えば、いくつかの実施形態では、タングステン間隙充填材料４０８を堆積させるために使用される処理圧力に対するオーバーバーデン層４１０を堆積させるために使用される処理圧力の比は、約１．２５：１以上、例えば、約１．５：１以上、約１．７５：１以上、約２：１以上、約２．２５：１以上、約２．５：１以上、約２．７５：１以上、約３：１以上、約３．２５：１以上、または約３．５：１以上などである。オーバーバーデンプロセスの処理圧力の増加は、有利には、堆積速度の増加および基板処理時間の短縮をもたらす。ここで、オーバーバーデン層は、約５００Åと約６０００Åとの間、例えば、約１０００Åと約５０００Åとの間などの厚さに堆積される。

【0087】

アクティビティ３０７において、方法３００は、処理済み基板４００を処理チャンバ２０２から外に移送することを含み、アクティビティ３０１において、処理されるべき基板を処理チャンバ２０２内に受け入れることによって再開する。いくつかの実施形態では、方法３００は、アクティビティ３０８においてチャンバ洗浄プロセスを使用することによって、基板の処理の間に処理チャンバ２０２を定期的に洗浄することをさらに含む。洗浄プロセスは、望ましくないプロセス残留物、例えば蓄積されたタングステン残留物を処理容積部２１５の内部表面から除去するために使用される。いくつかの実施形態では、チャンバ洗浄プロセスは、処理チャンバ２０２において順次処理された基板の数が、閾値以上、例えば、２つ以上の基板、３つ以上の基板、５つ以上の基板、７つ以上の基板、９つ以上の基板、または１１個以上の基板になった後に実行される。

【0088】

方法３００のアクティビティ３０８において、チャンバ洗浄プロセスは、一般に、遠隔プラズマ源において洗浄ガスを活性化させることと、活性化された洗浄ガスを処理チャンバ２０２に流すこととを含む。一般に、洗浄混合ガスは、ハロゲン含有ガスと、アルゴンまたはヘリウムなどのキャリアガスとを含む。洗浄混合ガスに使用することができる適切なハロゲン含有ガスの例は、ＮＦ₃、Ｆ₂、ＳＦ₆、ＣＬ₂、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、ＣＨＦ₃、ＣＦ₆、ＣＣｌ₄、Ｃ₂Ｃｌ₆、およびそれらの組合せを含む。いくつかの実施形態では、洗浄ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、またはそれらの組合せなどの希釈ガスをさらに含む。例えば、１つの実施形態では、洗浄混合ガスは、ＮＦ₃と、ＡｒまたはＨｅとを含む。一般に、洗浄混合ガス、例えばハロゲンラジカルの活性核種は、処理チャンバ２０５の表面に蓄積されたタングステン残留物と反応して、揮発性タングステン核種を形成する。揮発性タングステン核種は、処理容積部２１５から排気部２１７を通して排出される。

【0089】

いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ源への洗浄混合ガスの流量、したがって、処理容積部２１５への活性化洗浄混合ガスの流量は、約５００ｓｃｃｍ以上、例えば、約１０００ｓｃｃｍ以上、１５００ｓｃｃｍ以上、約２０００ｓｃｃｍ以上、または約２５００ｓｃｃｍ以上などである。洗浄混合ガス中のハロゲン含有ガスの濃度は、一般に、約５体積％と約９５体積％との間、例えば、約５体積％と約７０体積％との間、約１０体積％と約９５体積％との間、または約１０体積％超などである。いくつかの実施形態では、活性化された洗浄混合ガスは、約５秒以上、約１０秒以上、約１５秒以上の期間処理容積部２１５に流される。チャンバ洗浄プロセスのいくつかの実施形態では、遠隔プラズマ源は、３００ｍｍ直径の基板を処理するように大きさを合わされた処理チャンバでは、約５ｍｇ以上、例えば、約１０ｍｇ以上、約１５ｍｇ以上、約２０ｍｇ以上、約２５ｍｇ以上、約３０ｍｇ以上、約３５ｍｇ以上、約４０ｍｇ以上、約４５ｍｇ以上など、または、例えば、約５０ｍｇ以上の原子ハロゲン、例えばフッ素または塩素を活性化させるために使用することができる。異なるサイズの基板を処理するように大きさを合わされた処理チャンバには、適切なスケーリングを使用することができる。

【0090】

ここで、チャンバ洗浄プロセスは、アクティビティ３０３において処理ラジカルを生成するために使用された遠隔プラズマ源（例えば、第１のラジカル発生器２０６Ａ）とは異なる遠隔プラズマ源（例えば、第２のラジカル発生器２０６Ｂ）を使用して実行される。例えば、ここで、チャンバ洗浄プロセスは、洗浄混合ガスを第２のラジカル発生器２０６Ｂに流すことと、洗浄混合ガスの洗浄プラズマ２８２Ｂを点火および維持することと、洗浄プラズマ２８２Ｂの放出物を処理容積部２１５に流すこととを含む。一般に、各基板が処理チャンバ２０２内で処理された後その都度チャンバ洗浄工程を実行することは、それに関連して基板処理能力を損なうために望ましくない。したがって、チャンバ洗浄工程は、一般に、複数の基板がチャンバ内で処理された後に実行され、そのため、チャンバ洗浄工程の間に処理される基板の平均数は、約２つ以上の基板、例えば、約５つ以上の基板、約１０個以上の基板、約１５個以上の基板、または約２０個以上の基板などである。

【0091】

アクティビティ３０３における抑制処理プロセスのために専用のプラズマ源（第１のラジカル発生器２０６Ａ）を使用することは、望ましくは、抑制処理プロセスとチャンバ洗浄プロセスの両方のために共通のプラズマ源を使用することと比べて、抑制処理の処理安定性の改善を可能にする。これは、多分、処理ガスから形成されたプラズマが、ハロゲン系洗浄ガスから形成されたプラズマよりも実質的に腐食性が少なく、それにより、第１のラジカル発生器２０６Ａ内の表面へのイオンベースの損傷が相対的に低いからである。それにもかかわらず、窒素処理ラジカルの形成に専用の処理プラズマ源を使用する場合、やがて、基板エッジにおける処理性能に少なくとも若干のドリフト、例えば、基板エッジにおける抑制性能の劣化が観察された。

【0092】

理論に束縛されるものではないが、活性化窒素核種は、遠隔プラズマ源のプラズマ対向表面、および遠隔プラズマ源と処理チャンバとの間の導管の表面に吸着され、および／またはそれの窒化を引き起こす可能性があると考えられる。吸着窒素および／または窒化表面４０７は、処理プラズマ効率を低下させ、例えば、処理ガスの解離速度を低下させ、および／またはそれに曝露された活性化窒素核種の再結合を促進し、それにより、基板表面におけるラジカル濃度およびフラックスの低下がもたらされる。したがって、いくつかの実施形態では、第１のラジカル発生器２０６Ａは、アクティビティ３０９において説明されるように、それらの表面から吸着窒素および／または窒化を除去するために、ハロゲン含有ガスの比較的低い流量および／または濃度からプラズマを点火および維持することによって定期的に調整される。プラズマ源調整プロセスは、後にそこに形成される処理ラジカルの寿命を延ばすために、第１のラジカル発生器２０６Ａの表面を活性化させるのに使用される。一般に、処理ラジカルの寿命を延ばすことにより、チャンバ洗浄プロセスの間に処理することができる基板の数を増加させることが可能になる。

【0093】

図３において、プラズマ源条件プロセスは、処理済み基板が処理チャンバ２０２から移送された後に、および次の処理されるべき基板が処理チャンバ２０２に受け入れられる前に実行されるように示されている。他の実施形態では、プラズマ源条件プロセスは、基板が基板支持体２２２に位置づけられている間に、例えば、アクティビティ３０３における差異的抑制プロセスの前に（破線によって示されるように）、アクティビティ３０３における差異的抑制プロセスの後に、またはアクティビティ３０２、３０４、３０５、および３０６におけるそれぞれの核生成、間隙充填、およびオーバーバーデンプロセスのうちのいずれかの前に、それの後に、それと同時に実行され得る

【0094】

アクティビティ３０９において、方法３００は、調整混合ガスを第１のラジカル発生器２０６Ａに流すことと、そのプラズマを点火および維持することによって調整混合ガスを活性化させることとを含む。ここで、調整混合ガスは、ハロゲン含有ガスと、Ａｒ、Ｈｅ、またはそれらの組合せなどの不活性キャリアガスとを含む。調整混合ガスで使用することができる適切なハロゲン含有ガスは、アクティビティ３０８において説明されている。いくつかの実施形態では、ハロゲン含有ガスはＮＦ₃を含む。

【0095】

いくつかの実施形態では、ハロゲン含有ガスは、調整混合ガスの約０．１体積％と約５０体積％との間、例えば、約０．１体積％と約４０体積％との間、約０．１体積％と約３０体積％との間、約０．１体積％と約２５体積％との間、または、例えば０．１体積％と約２５体積％との間などを含む。調整混合ガスは、約１００ｓｃｃｍと約２０００ｓｃｃｍとの間の流量で第１のラジカル発生器２０６Ａに流され、調整混合ガスのプラズマは、約１秒と約３０秒との間、または約１秒以上、または約３０秒以下の期間点火および維持される。いくつかの実施形態では、ハロゲン含有ガスは、約０．１ｓｃｃｍと約３０ｓｃｃｍとの間、例えば、約０．１ｓｃｃｍと約２０ｓｃｃｍとの間、約０．１ｓｃｃｍと約１０ｓｃｃｍとの間、または約０．１ｓｃｃｍと約５ｓｃｃｍとの間などの有効流量で第１のラジカル発生器２０６Ａに導入することができる。ここで、有効流量は、調整混合ガスの流量にハロゲン含有ガスの体積％を乗じたものに等しい。

【0096】

いくつかの実施形態では、第１のラジカル発生器２０６Ａは、プラズマ源条件プロセスの間、約０．００２ｍｇと約４０ｍｇとの間、例えば、または約０．００２ｍｇと約３５ｍｇとの間、または約０．０２ｍｇと約３０ｍｇとの間、または約０．０２ｍｇと約２５ｍｇとの間、または約０．０２ｍｇと約２０ｍｇとの間、または約０．０２ｍｇと約１５ｍｇとの間などのフッ素または塩素などの原子ハロゲンを活性化させ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、第１のラジカル発生器２０６Ａは、プラズマ源条件プロセスの間少なくとも約０．０２ｍｇおよびせいぜい約４０ｍｇ、例えば、せいぜい約３５ｍｇ、せいぜい約３０ｍｇ、せいぜい約２５ｍｇ、せいぜい約２０ｍｇ、せいぜい約１５ｍｇ、せいぜい約１０ｍｇなど、または少なくとも約０．０２ｍｇおよびせいぜい約８ｍｇの原子ハロゲンを活性化させるために使用することができる。

【0097】

いくつかの実施形態では、第１のラジカル発生器２０６Ａの内部表面がプラズマ抑制処理プロセスの間に曝露されるハロゲンラジカルの量を制限することが望ましいことがある。それらの実施形態では、例えば、プラズマ源条件プロセスの間に第１のラジカル発生器２０６Ａで生成される活性化ハロゲン核種の、後続の抑制処理プロセスで生成される活性化窒素ラジカルに対する重量比（フッ素（ｍｇ）／窒素（ｍｇ）または塩素（ｍｇ）／窒素（ｍｇ））は、せいぜい５：１、例えば、せいぜい４：１、せいぜい３：１、またはせいぜい２：１、例えば、せいぜい１：１など、などであり得る。

【0098】

上述で論じたように、プラズマ源条件プロセスは、有益には、基板間の処理均一性および基板内の処理均一性を改善する。理論に束縛されるものではないが、抑制処理プロセスで使用される活性化窒素核種は、供給源とチャンバとの間の導管の表面に吸着し、窒化表面は、続いてそこを流される活性化窒素核種の再結合速度を促進すると考えられる。プラズマ源条件プロセスは、有益には、基板間の表面から窒素核種を除去し、その結果、再結合速度の低下ならびに処理ラジカルの寿命の延長に役立つ。

【0099】

図５は、図２Ａ～図２Ｂに記載された処理システム２００を使用して実行することができる、別の実施形態による、基板を処理する方法５００を示す図である。方法５００に記載されるアクティビティおよび／または処理条件の任意のものは、方法３００に記載されたアクティビティおよび／または処理条件と組み合わされてもよく、またはそれの代わりに使用されてもよいことが意図される。図６Ａ～図６Ｄは、ボイドフリーおよびシームフリータングステン間隙充填プロセス方式の異なる段階での方法５００の様々な態様を示す基板４００の一部の概略断面図である。図６Ａは、方法５００のアクティビティ５０１～５０３を実行した後の基板６００を概略的に示す。

【0100】

アクティビティ５０１において、方法５００は、処理チャンバ２０２の処理容積部２１５に基板６００を受け入れることを含む。基板６００は、そこに形成された複数の開口部４０５（１つが示されている）を有する誘電体材料層４０２を含むパターン化表面４０１を特徴とし、共形接着層４０３などの図４Ａ～図４Ｄに記載された基板４００の特徴部および／または属性のうちの任意の１つを含むことができる。

【0101】

アクティビティ５０２において、方法５００は、第１の核形成層４０４を堆積させることを含む。第１の核形成層４０４は、方法３００のアクティビティ３０２において説明された核生成プロセスを使用して堆積させることができる。

【0102】

アクティビティ５０３において、方法５００は、第１の核形成層４０４上に共形タングステン層６０５を堆積させることを含む。共形タングステン層６０５は、アクティビティ３０４の選択的間隙充填プロセスにおいて説明された低応力ＣＶＤ、ＡＬＤ、またはパルスＣＶＤプロセスの任意の１つまたは組合せのプロセスおよび／または処理条件を使用して堆積され得る。ここで、タングステン層６０５は、抑制されていないタングステン核形成層４０４上に堆積され、それにより、基板６００のパターン化表面４０１と共形であり、例えば、そこに形成された開口部４０５に共形にライニングすることができる。いくつかの実施形態では、共形タングステン層６０５は、約５０オングストローム（Å）超、例えば、約５０Åと約１０００Åとの間、または約５０Åと約５００Åとの間などの厚さに堆積され得る。

【0103】

アクティビティ５０４において、方法５００は、共形タングステン層６０５上に第２の核形成層６０７を堆積させる（図６Ｂ）ことを含む。いくつかの実施形態では、第２の核形成層６０７は、第１の核形成層４０４を形成するために使用されたものと同じプロセス、または処理条件の同じ範囲内の異なるプロセスを使用して形成される。

【0104】

アクティビティ５０５において、方法５００は、第２の核形成層６０７を処理して、基板６００のフィールド表面へのタングステン堆積を抑制すること、および差異的抑制プロセスを使用することによって複数の開口部４０５内に差異的抑制プロファイルを形成することを含む。アクティビティ５０５は、図６Ｂに示され、方法３００のアクティビティ３０３において説明されたプロセスまたは処理条件のうちの任意の１つを使用して実行することができる。

【0105】

いくつかの実施形態では、方法５００は、アクティビティ５０４において第２の核形成層６０７を形成した後に、およびアクティビティ５０５の抑制処理を実行する前に、プラズマ源調整プロセス（アクティビティ５０９）を実行することを含む。それらの実施形態では、第１の核形成層４０４、共形タングステン層６０５、および第２の核形成層６０７の積み重ねられた層は、プラズマ源調整プロセスの放出物（ハロゲンラジカル）への曝露によって引き起こされるエッチングおよび／または損傷から、下にある表面を保護することができる。

【0106】

アクティビティ５０６において、方法５００は、アクティビティ５０５における抑制処理によって設けられた差異的抑制プロファイルに従って複数の開口部４０５内にバルク間隙充填材料４０８を選択的に堆積させる（図６Ｃ～図６Ｄ）ことを含む。アクティビティ５０６は、方法３００のアクティビティ３０４において説明された選択的間隙充填プロセスで使用されたプロセスまたは処理条件の任意の１つまたは組合せを使用して実行することができる。

【0107】

アクティビティ５０７において、方法５００は、基板６００を処理チャンバ２０２から外に移送することと、いくつかの実施形態では、処理されるべき基板を処理チャンバ２０２に移送することと、方法５００を繰り返すこととを含む。

【0108】

いくつかの実施形態では、方法５００は、アクティビティ５０８においてチャンバ洗浄プロセスを実行すること、および／またはアクティビティ５０９においてプラズマ源条件プロセスを実行することをさらに含む。アクティビティ５０８および５０９は、方法３００のアクティビティ３０８および３０９においてそれぞれ説明された工程のプロセス、処理条件、および／または順序の任意の１つまたは組合せを使用して実行することができる。

【0109】

いくつかの実施形態では、方法５００は、基板６００のフィールド表面にタングステン材料のオーバーバーデン層６０９を形成させることをさらに含む。いくつかの実施形態では、オーバーバーデン層６０９を形成することは、フィールド表面の抑制効果が克服され、タングステン材料がその上に堆積され得るまで、アクティビティ５０６において間隙充填プロセスを継続することをさらに含む。他の実施形態では、オーバーバーデン層６０９は、方法３００のアクティビティ３０５および３０６において説明されたプロセスの１つまたは組合せを使用して形成することができる。

【0110】

上述で提供された方法およびシステムは、望ましくは、基板間のプロセス変動を低減し、基板内処理均一性を改善するとともに、同時に、基板処理スループットの向上および基板処理コストの低減を可能にするために使用することができる。上述のシステムおよび方法によって提供される処理安定性の向上および基板内処理均一性の改善が、図７Ａ～図７Ｂに示される実験結果によって実証された。

【0111】

図７Ａは、アクティビティ３０９および５０９において説明されたプラズマ源条件プロセスの使用なしに処理システムで処理された複数の基板の処理結果を示すグラフ７００Ａである。図７Ｂは、アクティビティ３０９および５０９において説明されたプラズマ源条件プロセスを使用して処理された複数の基板の処理結果を示すグラフ７００Ｂである。図７Ａ～図７Ｂの各々において、各々が上に形成されたタングステン核形成層を有する複数の３００ｍｍ直径の基板が、専用の遠隔プラズマ源、例えば第１のラジカルの発生器２０６Ａを使用して形成された窒素処理ラジカルに曝露され、その後、その上に、タングステンの層が、アクティビティ３０４において説明されたものなどのタングステン間隙充填プロセスを使用して続いて堆積された。

【0112】

図７Ａにおいて、第１のラジカルの発生器２０６Ａが抑制処理プロセス間にハロゲン含有洗浄ガスに曝露されないように、プラズマ源条件プロセスの使用なしに、複数の基板（３００個の基板）が順次処理された。図７Ｂにおいて、遠隔プラズマ源（第１のラジカルの発生器２０６Ａ）が抑制処理の各々の間にアクティビティ３０９のプラズマ源条件プロセスを使用して調整されたことを除いて、図７Ａの基板に使用されたものと同じ条件を使用して、複数の基板（６００個の基板）が順次処理された。結果として得られるタングステンの厚さの測定は、各基板の中心と、５０ｍｍ（ライン７０２Ａ～７０２Ｂ）、１００ｍｍ（ライン７０４Ａ～７０４Ｂ）、および１４７ｍｍ（ライン７０６Ａ～７０６Ｂ）の半径とで行われた。各基板の中心で得られたタングステン厚さの測定値は、視覚的な混乱を低減するために示されていないが、５０ｍｍ（ライン７０２Ａ～７０２Ｂ）および１００ｍｍ（ライン７０４Ａ～７０４Ｂ）の半径において厚さ測定値の約±２．５％以内であった。

【0113】

図７Ａで分かるように、基板７０６Ａのエッジにおける抑制効果（その上に堆積されたタングステン材料の厚さによって示されるような）は、最初の５０個の連続して処理された基板の経過にわたって減少し、一方、エッジから半径方向内側の領域における抑制効果は、基板間で相対的に安定したままである。対照的に、図７Ｂでは、基板７０６Ｂのエッジにおける抑制効果は、そこから半径方向内側の領域７０２Ｂおよび７０４Ｂと比較して、６００個を超える連続して処理された基板に対して、比較的安定なままである。

【0114】

ガス入口２２３がリッドプレート２１６を通して中心に配置される典型的な処理システム２００では、基板エッジを処理するために使用される活性化窒素核種は、基板エッジから半径方向内側に配置された表面領域を処理するために使用される活性核種よりも大きい距離を移動して基板表面に達する。理論に束縛されるものではないが、移動距離が大きいと、活性核種の励起の低減または基板エッジにおける活性核種の再結合の増加がもたらされる可能性があると考えられる。基板エッジにおける処理ラジカルの濃度およびフラックスの望ましくない低減は、それから受ける抑制効果における対応する低減を引き起こすと考えられる。したがって、図７Ａ～図７Ｂにおいて実証された基板内均一性の改善および基板間処理変動の低減は、ラジカル寿命の増加、および／またはプラズマ源条件プロセスによって可能にされる少なくとも準安定ラジカル核種の生成の結果であると考えられる。本明細書の実施形態では、準安定ラジカル核種は、約３秒以上の寿命を有するラジカル、例えば窒素処理ラジカルである。

【0115】

いくつかの実施形態では、上述の方法は、図８に示されるものなどのマルチチャンバ処理システム８００を使用して実行することができる。ここで、マルチチャンバ処理システム８００は、基板を受け入れるための複数のシステムローディングステーション、ここではロードロックステーション８０２を含む。ロードロックステーション８０２は、密閉することができ、一般に、１つまたは複数の真空ポンプなどの真空機械に結合され、真空機械は、そこからガスを排出し、ロードロックステーション８０２を準大気圧状態に維持するために使用することができる。移送チャンバ８１１内に配置された基板ハンドラ８３０は、ロードロックステーション８０２と１つまたは複数の処理チャンバ８１２、８１４、２０２との間で基板２３０を移動させるために使用される。各処理チャンバ８１２および８１４は、基板堆積プロセス、例えば、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、ガス抜き、前洗浄オリエンテーション、アニール、および他の基板プロセスなどのうちの少なくとも１つを実行するように構成することができる。処理システム２００は、図２Ａ～図２Ｂに記載されており、本明細書に記載のタングステン間隙充填処理方式を実行するように構成される。

【0116】

いくつかの実施形態では、処理チャンバ８１２、８１４のうちの１つまたは複数は、基板２３０に堆積プロセスまたは熱アニーリングプロセスを実行する前に前洗浄プロセスを実行するように構成される。いくつかの実施形態では、上述の接着層４０３、例えばＴｉＮ層は、処理チャンバ８１２、８１４のうちの１つにおいて堆積され、その後、基板２３０は、それに流体的に結合された処理システム２００に真空下で移送される（例えば、移送チャンバ８１１によって）。

【0117】

有利には、上述の処理システム２００、８００は、基板をそれから取り出すことなく、単一処理チャンバ２０２内での核形成、抑制、間隙充填堆積、およびオーバーバーデン堆積プロセスの各々にとって望ましい異なる処理条件に適合するように構成される。処理システム２００は、処理変動、例えば、基板内処理不均一性および基板間処理変動を低減し、それにより、ボイドフリー、シームフリー、および／または低応力タングステン特徴部を達成するための望ましくはより広い処理ウインドウを可能するようにさらに構成される。

【0118】

前述は本開示の実施形態を対象とするが、本開示の他のおよびさらなる実施形態が、本開示の基本範囲から逸脱することなく考案され得、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。

【符号の説明】

【0119】

１１ パターン化表面
１２ 誘電体層
１４ バリア材料層
１５ タングステン層
２０ ボイド
２４ シーム
２００ 処理システム
２０２ 処理チャンバ
２０４ ガス供給システム
２０８ システムコントローラ
２１０ リッドアセンブリ
２１２ 側壁
２１４ チャンバベース
２１５ 処理容積部
２１６ リッドプレート
２１７ 排気部
２１８ シャワーヘッド
２１９ ガス分配容積部
２２０ 基板支持アセンブリ
２２１ 処理領域
２２２ 基板支持体
２２３ ガス入口
２２５ ブロッカプレート
２２６ 環状チャネル
２２７ 第１の環状ライナ
２２８ 第２のライナ
２２９ ヒータ
２３０ 基板
２３１ 第１の電源
２３２ 開口部
２３５ シャドウリング
２３６ パージリング
２３７ パージガス源
２３８ ガス源
２４０ 堆積ガス源
２６２ 支持シャフト
２６３ 第１のヒータ
２６４ 第２のヒータ
２６５ ベローズ
２６６ ピンアセンブリ
２６７ ピン
２６８ ピンフープ
２７１ ドア
２７２ 真空源
２８０ チャンバ本体
２８３ プラズマ対向表面
２９１ ディバータバルブ
２９２ 誘電体材料
２９４ 導管システム
２９４ ＣＰＵ
２９６ メモリ
２９７ サポート回路
３００ 方法
３０１ アクティビティ
３０２ アクティビティ
３０３ アクティビティ
３０４ アクティビティ
３０５ アクティビティ
３０６ アクティビティ
３０７ アクティビティ
３０８ アクティビティ
３０９ アクティビティ
４００ 基板
４０１ パターン化表面
４０２ 誘電体材料層
４０３ 接着層
４０４ 第１の核形成層
４０５ 開口部
４０６ 処理ラジカル
４０７ 表面
４０８ 間隙充填材料
４０９ 第２の核形成層
４１０ 層
４１７ 矢印
５００ 方法
５０１ アクティビティ
５０２ アクティビティ
５０３ アクティビティ
５０４ アクティビティ
５０５ アクティビティ
５０６ アクティビティ
５０７ アクティビティ
５０８ アクティビティ
５０９ アクティビティ
６０５ タングステン層
６０７ 第２の核形成層
６０９ 層
８００ マルチチャンバ処理システム
８０２ ロードロックステーション
８１１ 移送チャンバ
８１２ 処理チャンバ
８１４ 処理チャンバ
８３０ 基板ハンドラ
１０Ａ 基板
１０Ｂ 基板
１５Ａ 特徴部
１５Ｂ 層
２０６Ａ 第１のラジカル発生器
２０６Ｂ 第２のラジカル発生器
２８１Ａ 第１のプラズマチャンバ容積部
２８１Ｂ 第２のプラズマチャンバ容積部
２８２Ａ 処理プラズマ
２８２Ｂ 洗浄プラズマ
２８７Ａ 第１のガス源
２８７Ｂ 第２のガス源
２９０Ａ 第１のバルブ
２９０Ｂ 第２のバルブ
２９３Ａ～２９３Ｂ 電源
２９４Ａ～２９４Ｆ 導管
７００Ａ グラフ
７００Ｂ グラフ
７０２Ａ ライン
７０２Ｂ ライン
７０４Ａ～７０４Ｂ ライン
７０６Ａ 基板
７０６Ｂ 基板

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【国際調査報告】