特表 2024-517836 モリブデンコンタクトの形成方法

(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】2024-04-23

(54)【発明の名称】モリブデンコンタクトの形成方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/14 20060101AFI20240416BHJP

【ＦＩ】

C23C16/14

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023568055

(86)(22)【出願日】2022-05-06

(85)【翻訳文提出日】2023-12-26

(86)【国際出願番号】 US2022027991

(87)【国際公開番号】W WO2022235996

(87)【国際公開日】2022-11-10

(31)【優先権主張番号】17/314,515

(32)【優先日】2021-05-07

(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】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】ギャングリ， セシャドリ

(72)【発明者】

【氏名】レンチ， ジャックリーン エス．

(72)【発明者】

【氏名】ヤン， イーシオン

(72)【発明者】

【氏名】ヤン， ヨン

(72)【発明者】

【氏名】ガンディコッタ， シュリーニヴァース

【テーマコード（参考）】

4K030

【Ｆターム（参考）】

4K030AA02

4K030AA06

4K030AA13

4K030AA17

4K030BA12

4K030CA01

4K030CA02

4K030CA03

4K030CA04

4K030CA05

4K030DA01

4K030DA02

4K030DA03

4K030JA01

4K030JA05

4K030JA09

4K030JA10

4K030JA11

(57)【要約】

半導体構造を形成する方法が記載されている。本方法は、実質的に酸化物のない基板表面を形成するために基板を洗浄することと、基板表面上に第１のモリブデン膜を選択的に堆積させるために、基板表面を第１のモリブデン前駆体に曝露し、基板表面を反応剤に曝露することとを含む。本方法は、処理チャンバにおいて真空を破壊せずに実行することができる。本方法はまた、キャップ層及びライナのうちの１又は複数を形成することと、基板をアニールすることとを含み得る。本方法は、基板表面上に第２のモリブデン膜を堆積させることも含み得る。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体構造を形成する方法であって、
実質的に酸化物のない第１の基板表面を形成するために基板を洗浄することであって、前記基板は、前記第１の基板表面と第２の基板表面とを含み、前記第１の基板表面は第１の材料を含み、前記第２の基板表面は前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、実質的に酸化物のない第１の基板表面を形成するために基板を洗浄することと、
前記基板を第１のモリブデン前駆体に曝露することと、
前記第１の基板表面上に第１のモリブデン膜を選択的に堆積させ、前記第２の基板表面上には実質的に堆積させないように、前記基板を反応剤に曝露することと
を含み、処理チャンバにおいて真空を破壊せずに実行される方法。

【請求項2】

前記第１の材料は、金属、窒化物、合金、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第２の材料は、酸化物、誘電体、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記基板を、前記モリブデン前駆体及び前記反応剤に順次に又は同時に曝露する、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記反応剤は、酸化剤及び還元剤のうちの１又は複数を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記反応剤は、水素（Ｈ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）、シラン、ポリシラン、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記第１のモリブデン前駆体は、モリブデン及びハロゲン化物を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記基板を前記反応剤に曝露することにより、第１のモリブデン前駆体による第１の基板表面のエッチングを低減する、請求項４に記載の方法。

【請求項9】

前記第１のモリブデン膜は、１５Åから５０Åの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記第１のモリブデン膜上にキャップ層を形成すること、又は前記キャップ層を形成するために前記第１のモリブデン膜を処理することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記キャップ層は、金属窒化物、ＰＶＤ金属、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記基板をアニールすることを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

アニールにより平滑な第１の基板表面が形成され、平滑な表面は、４％から３０％未満の範囲の二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗さを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記基板は、３：１から１５：１の範囲のアスペクト比を有する少なくとも１つの特徴を含み、前記少なくとも１つの特徴は、前記第１の基板表面を含む底面、前記第２の基板表面を含む上面、及び第３の基板表面を含む少なくとも１つの側壁を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

前記少なくとも１つの特徴を第２のモリブデン前駆体及び第２の反応剤に曝露することにより、前記少なくとも１つの特徴を第２のモリブデン膜で充填することを更に含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記少なくとも１つの特徴を前記第２のモリブデン膜で充填する前に、前記少なくとも１つの特徴にライナを堆積させることを更に含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記ライナは、金属窒化物又はＰＶＤ金属を含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

少なくとも１つの特徴を第２のモリブデン前駆体に曝露することにより、前記少なくとも１つの特徴において前記ライナにより形成されるオーバーハングを減少させる、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

真空を破壊せずに半導体構造を形成する方法であって、
実質的に酸化物のない第１の基板表面を形成するために基板を洗浄することであって、前記第１の基板表面は、前記第１の基板表面を含む底面、第２の基板表面を含む上面、及び第３の基板表面を含む少なくとも１つの側壁を有する少なくとも１つの特徴を含み、前記第１の基板表面は第１の材料を含み、前記第２の基板表面は前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、実質的に酸化物のない第１の基板表面を形成するために基板を洗浄することと、
前記基板に第１の工程を実行することであって、前記第１の工程は、前記第１の基板表面上に第１のモリブデン膜を選択的に堆積させ、前記第２の基板表面上には実質的に堆積させないように、前記基板を第１のモリブデン前駆体に曝露し、前記基板を反応剤に暴露することとを含む、前記基板に第１の工程を実行することと、
前記第１のモリブデン膜上にキャップ及びライナのうちの１又は複数を形成する又は堆積させるために前記基板を処理することと、
前記基板をアニールすることと
を含む方法。

【請求項20】

半導体構造を形成する方法であって、
請求項１９に記載の方法を実行することと、
基板表面に第２の堆積工程を実行することであって、第２の堆積プロセスは、第１のモリブデン膜上に第２のモリブデン膜を堆積させるために、基板を第２のモリブデン前駆体に曝露し、前記基板を第２の反応剤に曝露することとを含む、基板表面に第２の堆積工程を実行することと
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、半導体デバイス及び半導体デバイス製造の分野に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、モリブデン接点を選択的に形成する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］半導体処理産業は、より大きい表面積を有する基板上に堆積される層の均一性を高めながら、より高い生産歩留りを目指して努力を続けている。これらの同じ要因が、新たな材料と組み合わされることにより、基板の単位面積当たりの回路の高集積化も実現される。回路の集積度が高まるにつれて、層厚に関するより高い均一性とプロセス制御の必要性が高まる。その結果、層の特性の制御を維持しながら、コスト効率の高い方法で基板上に層を堆積させるためのさまざまな技術が開発されてきた。

【0003】

［０００３］化学気相堆積（ＣＶＤ）及び原子層堆積（ＡＬＤ）は、基板上に層を堆積させるために用いられる一般的な堆積プロセスである。ＣＶＤは、均一な厚さの所望の層を生成するために、基板温度及び処理チャンバ内に導入される前駆体の正確な制御を必要とするフラックス依存性堆積技法である。優れたステップカバレッジを示すＣＶＤの変種は、周期的堆積又は原子層堆積（ＡＬＤ）である。周期的堆積は原子層エピタキシ（ＡＬＥ）に基づくもので、化学吸着技法を用い、基板表面に前駆体分子を順次サイクルで送達する。サイクルは、基板表面を第１の前駆体、パージガス、第２の前駆体、そしてパージガスに暴露する。第１の前駆体と第２の前駆体は反応して、生成化合物を基板表面上に膜として形成する。

【0004】

［０００４］高度に複雑化する先進的なマイクロエレクトロニクスデバイスは、現在使用されている堆積技法に厳しい要求を課している。モリブデン及びモリブデンベースの膜は、魅力的な材料特性及び導電特性を有する。これらの膜は、半導体及びマイクロエレクトロニクスデバイスのフロントエンド部品からバックエンド部品までの用途に提案され、試験されてきた。

【0005】

［０００５］金属表面と誘電体表面の両方を有する基板を洗浄する現在の方法は、汚染物質を除去し、他方の反応によって引き起こされた全ての損傷を元通りにするために、酸化反応と還元反応を交互にすることに依存している。ほとんどの洗浄プロセスは、基板表面を十分に洗浄するために、少なくとも３つの酸化又は還元反応プロセスを必要とする。しかし、酸化反応と還元反応は通常、異なる温度で実行される。そのため、プロセスの間に基板を加熱又は冷却しなければならないことが多い。更に、酸化反応と還元反応に使用されるプロセスガスは、しばしば適合しない。したがって、異なるプロセスのために、基板をある処理チャンバから別の処理チャンバに移送しなければならないことが多い。

【0006】

［０００６］したがって、当技術分野では、汚染物質を除去し、基板上に金属膜を堆積させる方法を開発する必要がある。

【発明の概要】

【0007】

［０００７］本開示の１又は複数の実施形態は、半導体構造を形成する方法を対象とする。１又は複数の実施形態では、本方法は、実質的に酸化物のない基板表面を形成するために基板を洗浄することと、基板表面上に第１のモリブデン膜を選択的に堆積させるために、基板表面を第１のモリブデン前駆体に曝露し、基板表面を反応剤に曝露することとを含む。１又は複数の実施形態では、本方法は、処理チャンバにおいて真空を破壊せずに実行される。

【0008】

［０００８］本開示の別の実施形態は、真空を破壊せずに半導体構造を形成する方法を対象とする。１又は複数の実施形態では、本方法は、実質的に酸化物のない基板表面を形成するために基板を洗浄することであって、基板表面は少なくとも１つの特徴を含む、実質的に酸化物のない基板表面を形成するために基板を洗浄することと、基板表面に第１の工程を実行することであって、第１の工程は、基板表面上に第１のモリブデン膜を選択的に堆積させるために、基板表面を第１のモリブデン前駆体に曝露し、基板表面を反応剤に曝露することとを含む、基板表面に第１の工程を実行することと、キャップ及びライナのうちの１又は複数を形成するために基板表面を処理することと、基板をアニールすることとを含む。

【0009】

［０００９］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示すものに過ぎず、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】

【0010】

【図1A】本開示の１又は複数の実施形態に係る方法を示すプロセスフロー図である。

【図1B】本開示の１又は複数の実施形態に係る方法を示すプロセスフロー図である。

【図1C】本開示の１又は複数の実施形態に係る方法を示すプロセスフロー図である。

【図2A-B】本開示の１又は複数の実施形態に係る半導体デバイスを示す断面概略図である。

【図2C-D】本開示の１又は複数の実施形態に係る半導体デバイスを示す断面概略図である。

【図2E-F】本開示の１又は複数の実施形態に係る半導体デバイスを示す断面概略図である。

【図2G-H】本開示の１又は複数の実施形態に係る半導体デバイスを示す断面概略図である。

【図2I-J】本開示の１又は複数の実施形態に係る半導体デバイスを示す断面概略図である。

【図2K-L】本開示の１又は複数の実施形態に係る半導体デバイスを示す断面概略図である。

【図2M】本開示の１又は複数の実施形態に係る半導体デバイスを示す断面概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［００１４］添付の図では、同様の構成要素及び／又は特徴には、同じ参照ラベルが付いている場合がある。更に、同じ種類の様々な構成要素は、参照ラベルの後に類似の構成要素を区別するダッシュ及び第２のラベルを付けることで区別され得る。本明細書で第１の参照ラベルのみを使用した場合、その説明は、第２の参照ラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素のいずれか１つに適用可能である。

【0012】

［００１５］本発明の幾つかの例示的な実施形態を説明する前に、本発明は、以下の説明で示す構造又はプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施する又は行うことが可能である。

【0013】

［００１６］本明細書で使用する用語「基板」は、プロセスが作用する表面、又は表面の一部を指す。また、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、当業者には、基板への言及は基板の一部分のみを指しうることが理解されよう。更に、基板への堆積への言及は、ベア基板と、その上に１又は複数の膜又は特徴が堆積又は形成された基板の両方を意味し得る。

【0014】

［００１７］更に、本明細書で使用する用語「基板」は、製造プロセス中に膜処理が実行される基板上に形成された任意の基板又は材料表面を指す。例えば、処理が実行され得る基板表面には、用途に応じて、シリコン、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、アモルファスシリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイア等の材料、及び金属、金属窒化物、金属合金、誘電体材料、他の導電性材料、又はそれらの組み合わせ等の他の任意の材料が含まれる。幾つかの実施形態では、基板は、シリコン（Ｓｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、リン化ケイ素（ＳｉＰ）、チタンシリコン（ＴｉＳｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンゲルマニウムボロン（ＳｉＧｅＢ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、又はそれらの組み合わせを含む。基板には、限定しないが、半導体ウエハが含まれる。基板は、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、水酸化、アニール及び／又は焼成するための前処理プロセスに暴露され得る。基板自体の表面で直接膜処理を行うことに加えて、本開示では、開示される膜処理ステップのいずれもが、以下により詳細に開示するように、基板上に形成された下層で実行することができ、「基板表面」という用語は、文脈が示すように、そのような下層を含むことが意図される。

【0015】

［００１８］１又は複数の実施形態によれば、膜又は膜の層に関する「上に」という用語は、膜又は層が表面、例えば基板表面上に直接存在すること、ならびに膜又は層と表面、例えば基板表面との間に１又は複数の下層が存在することを含む。したがって、１又は複数の実施形態では、「基板表面上」という表現は、１又は複数の下層を含むことを意図している。他の実施形態では、「直接上に」という表現は、層が介在せず、表面、例えば基板表面と接触している層又は膜を指す。したがって、「基板表面上に直接存在する層」という表現は、基板表面と直接接触し、間に層が存在しない層を指す。

【0016】

［００１９］本明細書で使用する「基板表面」という用語は、その上に層が形成され得る任意の基板表面を指す。基板表面は、その中に形成された１又は複数の特徴、その上に形成された１又は複数の層、及びそれらの組み合わせを有していてよい。特徴の形状は、ピーク、トレンチ、及び円筒形ビアを含むがこれらに限定されない任意の適切な形状であってよい。この点に関して使用する「特徴」という用語は、任意の意図的な表面の凹凸を指す。特徴の好適な例としては、頂部、２つの側壁及び底部を有するトレンチ、頂部及び表面から上向きに延在する２つの側壁を有するピーク、及び底部が開放された表面から下向きに延在する側壁を有するビアが挙げられるが、これらに限定されない。特徴は、任意の適切なアスペクト比（特徴の幅に対する特徴の深さの比）を有していてよい。幾つかの実施形態では、特徴は、３：１から１５：１、６：１から１５：１、９：１から１５：１、１２：１から１５：１、３：１から１２：１、６：１から１２：１、９：１から１２：１、３：１から９：１、６：１から９：１、又は３：１から６：１の範囲のアスペクト比を有する。

【0017】

［００２０］本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用する「反応性化合物」、「反応性ガス」、「反応種」、「前駆体」、「プロセスガス」等の用語は交換可能であり、表面反応（例えば、化学吸着、酸化、還元）において基板表面又は基板表面上の材料と反応することができる任意の気体種を指す。１又は複数の実施形態では、反応性化合物は揮発性で熱的に安定しており、したがって気相堆積に適している。

【0018】

［００２１］本明細書で使用する「処理チャンバ」という用語は、処理チャンバの完全な内部領域を包含しない、基板表面に隣接する処理チャンバの部分を含む。例えば、空間的に分離された処理チャンバのセクタにおいて、基板表面に隣接する処理チャンバの部分は、ガスカーテンを通して基板を反応性化合物を含まない又は実質的に含まない処理チャンバの部分又はセクタに移動させることを含むがこれらに限定されない任意の適切な技法によって、１又は複数の反応性化合物からパージされる。

【0019】

［００２２］本明細書で使用する「原子層堆積」又は「周期的堆積」という用語は、基板表面上に材料の層を堆積させるために２種類以上の反応性化合物に順次暴露することを指す。基板又は基板表面の一部は、処理チャンバの反応ゾーン内に導入される２種類以上の反応性化合物に順次暴露される。反応性ガスに順次曝露することにより、反応性ガス間の気相反応が防止又は最小限に抑えられる。時間領域ＡＬＤプロセスでは、各反応性化合物への曝露は、各化合物が基板表面上に付着及び／又は反応することができるように時間遅延によって分離される。空間ＡＬＤプロセスでは、基板表面の異なる部分、又は基板表面上の材料が、２種類以上の反応性化合物に同時に曝露され、基板上の任意の点が実質的に同時に１を超える反応性化合物に曝露されないようにする。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用する場合、この点で使用される「実質的に」という用語は、当業者には理解されるように、拡散により基板の小さい部分が複数の反応性ガスに同時に曝露される場合がある可能性があり、同時曝露が意図されないことを意味する。

【0020】

［００２３］時間領域ＡＬＤプロセスの１つの態様では、第１の反応性ガス（すなわち、第１の前駆体又は化合物Ａ）が、第１の時間遅延に続いて反応ゾーン内にパルスされる。次に、第２の前駆体又は化合物Ｂが反応ゾーン内にパルスされ、第２の遅延が続く。各時間遅延中に、アルゴン等のパージガスが処理チャンバ内に導入され、反応ゾーンをパージする、又は反応ゾーンから残留反応性化合物又は副生成物を除去する。あるいはパージガスは、反応性化合物のパルス間の時間遅延中のみパージガスが流れるように、堆積プロセスを通して連続的に流され得る。反応性化合物はあるいは、所望の膜又は膜厚が基板表面上に形成されるまでパルスされる。いずれのシナリオにおいても、化合物Ａ、パージガス、化合物Ｂ、パージガスをパルスするＡＬＤプロセスが１サイクルとなる。サイクルは、化合物Ａ又は化合物Ｂのいずれかで開始することができ、所望の厚さの膜に達するまで、サイクルのそれぞれの順序を継続する。１又は複数の実施形態では、時間領域ＡＬＤプロセスは、１を超える反応性化合物を所定の順序で用いて実行され得る。

【0021】

［００２４］空間ＡＬＤプロセスの一態様では、第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスは、反応ゾーンに同時に送達されるが、不活性ガスカーテン及び／又は真空カーテンによって分離される。基板は、基板上の任意の点が第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスに暴露されるように、ガス送達装置に対して相対的に移動される。１又は複数の実施形態では、空間ＡＬＤプロセスは、１を超える反応性化合物を所定の順序で用いて実行され得る。

【0022】

［００２５］幾つかの実施形態では、基板表面は、第１の反応性化合物及び第２の反応性化合物に実質的に順次に曝露される。本明細書全体で使用する「実質的に順次」とは、第１の反応性化合物曝露の持続期間の大部分が第２の反応性化合物曝露と重複しないことを意味するが、多少の重複はあり得る。

【0023】

［００２６］本明細書で使用する「化学気相堆積」という用語は、少なくとも１つの反応性化合物に暴露して基板表面上に材料の層を堆積させることを指す。幾つかの実施形態では、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスは、反応性化合物の気相反応及び堆積を可能にするために、処理チャンバで２種類以上の反応性化合物を混合することを含む。幾つかの実施形態では、ＣＶＤプロセスは、基板表面を２種類以上の反応性化合物に同時に曝露することを含む。幾つかの実施形態では、ＣＶＤプロセスは、基板表面を第１の反応性化合物に連続的に曝露し、第２の反応性化合物に断続的に曝露することを含む。幾つかの実施形態では、基板表面にＣＶＤ反応を加えて、所定の厚さを有する膜を堆積させる。ＣＶＤプロセスにおいて、膜は、混合反応性化合物への１回の曝露で堆積させることができる、又は間にパージを挟んだ混合反応性化合物への複数回の曝露であってよい。幾つかの実施形態では、基板表面は、第１の反応性化合物と第２の反応性化合物に実質的に同時に曝露される。

【0024】

［００２７］本明細書全体で使用する「実質的に同時に」とは、第１の反応性化合物曝露の持続時間の大部分が第２の反応性化合物曝露と重なることを意味する。

【0025】

［００２８］本明細書で使用する用語「パージ」は、未反応の前駆体、反応生成物及び副生成物を処理領域から除去する任意の適切なパージプロセスを含む。好適なパージプロセスは、ガスカーテンを通して、反応剤を含まない又は実質的に含まない処理領域の一部又はセクタに基板を移動させることを含む。１又は複数の実施形態では、処理チャンバをパージすることは、真空を適用することを含む。幾つかの実施形態では、処理領域をパージすることは、基板上にパージガスを流すことを含む。幾つかの実施形態では、パージプロセスは、不活性ガスを流すことを含む。１又は複数の実施形態では、パージガスは、窒素（Ｎ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、及びアルゴン（Ａｒ）のうちの１又は複数から選択される。幾つかの実施形態では、基板を第２の反応性化合物に暴露する前に、第１の反応性化合物は、０．２秒から３０秒、０．２秒から１０秒、０．２秒から５秒、０．５秒から３０秒、０．５秒から１０秒、０．５秒から５秒、１秒から３０秒、１秒から１０秒、１秒から５秒、５秒から３０秒、５秒から１０秒、又は１０秒から３０秒の範囲の持続時間にわたって反応チャンバからパージされる。

【0026】

［００２９］本明細書で使用する「ライナ」という用語は、層の堆積前の開口部のかなりの部分が層の堆積後に未充填のまま残るように、開口部の側壁及び／又は下面の少なくとも一部に沿って共形形成された層を指す。ライナは、開口部の側壁及び下面の全体に沿って形成され得る。ライナは、当業者に公知の任意のプロセスによって形成することができる。幾つかの実施形態では、ライナは金属窒化物、ＰＶＤ金属又はそれらの組み合わせを含む。

【0027】

［００３０］本開示の実施形態は、半導体構造を形成する方法を提供する。幾つかの実施形態では、本方法は、基板上に金属膜を選択的に堆積させることを含む。最小のコンタクト抵抗を達成するために、基板上の特徴の体積は非常に小さい。１又は複数の実施形態では、基板はシリコン又はその誘導体を含む。１又は複数の実施形態では、低抵抗率金属で特徴を充填し、特徴の底部におけるケイ素化合物を最小限にまで減少させる方法が有利に提供される。

【0028】

［００３１］幾つかの実施形態では、金属前駆体を使用して金属膜を形成する。１又は複数の実施形態では、基板が金属前駆体に曝露されると、下地基板のエッチングが起こる。幾つかの実施形態では、金属膜は酸素を含まない環境で基板表面上に堆積し、これにより下地基板のエッチングが有利に低減する又は除去される。したがって、幾つかの実施形態では、下地基板のエッチングの程度は、反応剤の存在、反応剤濃度、反応剤パルス長、圧力、又は温度を含むがこれらに限定されない堆積パラメータの１又は複数を調整することによって変更することができる。

【0029】

［００３２］図１Ａ～図１Ｃは、本開示の１又は複数の実施形態に係る半導体構造の形成を対象とする方法１００を示すプロセスフロー図である。図２Ａ～図２Ｍは、本開示の１又は複数の実施形態に係る半導体デバイス２００を示す断面概略図である。図２Ａを参照すると、半導体デバイス２００は、基板２０１を備える。基板２０１は、第１の表面２０５を有する第１の材料２０４と、第２の表面２０７及び第３の表面２０９を有する第２の材料２０６とを有する。

【0030】

［００３３］幾つかの実施形態では、第１の材料２０４は、金属、合金、窒化物、又はそれらの組み合わせを含む。幾つかの実施形態では、合金は、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む。

【0031】

［００３４］幾つかの実施形態では、第２の材料２０６は、酸化物、誘電体、又はそれらの組み合わせを含む。幾つかの実施形態では、第２の材料２０６は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、低誘電率材料、又はそれらの組み合わせのうちの１又は複数を含む。

【0032】

［００３５］図２Ａを参照すると、半導体デバイス２００は、その中に形成された少なくとも１つの特徴２１２を有する。当業者であれば、図２に示す単一の特徴２１２は例示目的のものであり、１を超える特徴が存在し得ることを理解するであろう。特徴２１２の形状は、ピーク、トレンチ、及び円筒形ビアを含むがこれらに限定されない任意の適切な形状であってよい。図示の実施形態では、特徴２１２はトレンチである。トレンチは、第１の表面２０５によって形成された底部と、第３の表面２０９によって形成された側壁２０９とを有する。他の具体的な実施形態では、特徴２１２はビアである。幾つかの実施形態では、特徴２１２は、３：１から１５：１、６：１から１５：１、９：１から１５：１、１２：１から１５：１、３：１から１２：１、６：１から１２：１、９：１から１２：１、３：１から９：１、６：１から９：１、又は３：１から６：１の範囲のアスペクト比を有する。

【0033】

［００３６］図１Ａ及び図２Ａを参照すると、工程１１０において、方法１００は、基板２０１（又は基板表面）を洗浄することを含む。幾つかの実施形態では、基板２０１（又は基板表面）の洗浄により、基板表面から酸化物が除去される。幾つかの実施形態では、酸化物は自然酸化物である。幾つかの実施形態では、工程１１０における基板表面の洗浄により、実質的に酸化物のない基板表面が形成される。この態様で使用する用語「実質的に酸化物がない」とは、基板表面上に５％、２％、１％又は０．５％以下の酸素原子しか存在しないことを意味する。１又は複数の実施形態では、異方性エッチングを使用して基板表面から酸化物を除去する。１又は複数の実施形態では、異方性エッチングは、第２の材料２０６よりも第１の表面２０５から酸化物をより多く除去する。１又は複数の実施形態では、工程１１０において基板表面を洗浄することにより、実質的に酸化物のない第１の表面２０５が形成される。

【0034】

［００３７］図１Ａ及び図２Ｂを参照すると、工程１２０において、第１の基板表面２０５上に第１の金属膜２２０が選択的に形成される。幾つかの実施形態では、工程１３０は、基板２０１（又は基板表面）を第１の金属前駆体に曝露し、基板２０１（又は基板表面）を第１の反応剤に曝露することを含む。第１の金属膜２２０は、ＡＬＤ堆積プロセス、ＣＶＤ堆積プロセス、又はそれらの組み合わせによって堆積させることができる。

【0035】

［００３８］１又は複数の実施形態では、第１の金属膜２２０は、第１の金属膜を含む。幾つかの実施形態では、第１の金属膜は第１のモリブデン膜を含む。

【0036】

［００３９］１又は複数の実施形態では、第１の金属膜２２０の形成は、選択堆積プロセスである。第１の金属膜２２０は、例えば洗浄によって酸化物が除去された金属表面上、特定の窒化物材料上、及びシリコン含有基板上にのみ形成される。１又は複数の具体的な実施形態では、第１の材料２０４は、シリコン又はシリコンゲルマニウムを含み、第２の材料２０６は、洗浄されていないシリコン基板、又は窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等の誘電体材料を含む。１又は複数の実施形態では、第１の金属膜２２０は、第１の材料２０４の第１の表面２０５上に選択的に形成され、第２の材料２０６の表面上には形成されない。

【0037】

［００４０］１又は複数の実施形態では、第１の金属前駆体は、第１のモリブデン前駆体を含む。幾つかの実施形態では、第１のモリブデン前駆体は、ハロゲン化モリブデンを含む。幾つかの実施形態では、ハロゲン化モリブデンは、フッ化モリブデン、塩化モリブデン、又はそれらの組み合わせを含む。具体的な実施形態では、第１のモリブデン前駆体はフッ化モリブデンを含む。他の具体的な実施形態では、第１のモリブデン前駆体は、塩化モリブデンを含む。１又は複数の実施形態では、第１の前駆体は、キャリアガスを用いて基板表面上に流される。幾つかの実施形態では、キャリアガスは、第１の前駆体を含むアンプルを通して流される。幾つかの実施形態では、キャリアガスは不活性ガスである。幾つかの実施形態では、不活性ガスは、Ｎ_２、Ａｒ、及びＨｅのうちの１又は複数を含む。

【0038】

［００４１］１又は複数の実施形態では、第１の反応剤は、酸化剤、還元剤、又はそれらの組合せを含む。幾つかの実施形態では、第１の反応剤は、水素（Ｈ_２）、アンモニア（ＮＨ_３）、シラン、ポリシラン、又はそれらの組み合わせを含む。幾つかの実施形態では、シランは、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、高次シラン、及び置換シランのうちの１又は複数から選択される。具体的な実施形態では、第１の反応剤は水素（Ｈ_２）を含む。他の具体的な実施形態では、反応剤はアンモニア（ＮＨ_３）を含む。１又は複数の実施形態では、第１の反応剤は、キャリアガスを用いて基板上に流される。幾つかの実施形態では、キャリアガスは不活性ガスである。幾つかの実施形態では、不活性ガスは、Ｎ_２、Ａｒ、及びＨｅのうちの１又は複数を含む。他の実施形態では、反応剤ガスは連続的に流すことができ、チャンバへのモリブデン前駆体の流れはオン及びオフに切り替えられる。

【0039】

［００４２］１又は複数の実施形態では、基板表面は、１００ｓｌｍから１０００ｓｌｍ、１００ｓｌｍから７００ｓｌｍ、１００ｓｌｍから４００ｓｌｍ、４００ｓｌｍから１０００ｓｌｍ、４００ｓｌｍから７００ｓｌｍ又は７００ｓｌｍから１０００ｓｌｍの範囲の流量で、キャリアガス、例えばＡｒを含む第１の前駆体、例えばハロゲン化モリブデンに曝露される。

【0040】

［００４３］１又は複数の実施形態では、基板表面は、０．３秒から５秒、０．３秒から３秒、０．３秒から１秒、１秒から５秒、１秒から３秒、又は３秒から５秒の範囲の持続時間にわたって第１の前駆体、例えばハロゲン化モリブデンに曝露される。

【0041】

［００４４］１又は複数の実施形態では、基板表面は、第１の前駆体、例えばハロゲン化モリブデンの連続流又は複数のパルスに曝露される。幾つかの実施形態では、第１の前駆体の複数のパルスは、０．３秒から３０秒、０．３秒から１０秒、０．３秒から５秒、０．３秒から１秒、０．５秒から５秒、１秒から３０秒、１秒から１０秒、１秒から５秒、５秒から３０秒、５秒から１０秒又は１０秒から３０秒の範囲の待機時間を有する。

【0042】

［００４５］幾つかの実施形態では、第１の前駆体の複数のパルスの各々は、０．３秒から５秒、０．３秒から３秒、０．３秒から１秒、１秒から５秒、１秒から３秒、又は３秒から５秒の範囲の持続時間にわたって適用される。幾つかの実施形態では、第１の前駆体の複数のパルスのうちの少なくとも１つは、０．３秒から５秒、０．３秒から３秒、０．３秒から１秒、１秒から５秒、１秒から３秒、又は３秒から５秒の範囲の持続時間にわたって適用される。

【0043】

［００４６］１又は複数の実施形態では、基板表面は、０．５ｓｌｍから１５ｓｌｍ、０．５ｓｌｍから１０ｓｌｍ、０．５ｓｌｍから５ｓｌｍ、５ｓｌｍから１５ｓｌｍ、５ｓｌｍから１０ｓｌｍ又は１０ｓｌｍから１５ｓｌｍの範囲の流量で、第１の反応剤、例えば水素（Ｈ_２）又はアンモニア（ＮＨ_３）に曝露される。

【0044】

［００４７］１又は複数の実施形態では、基板表面は、０．５秒から１０秒、０．５秒から５秒、０．５秒から１秒、１秒から１０秒、１秒から５秒、又は５秒から１０秒の範囲の持続時間にわたって第１の反応剤、例えば水素（Ｈ_２）又はアンモニア（ＮＨ_３）に曝露される。

【0045】

［００４８］１又は複数の実施形態では、基板表面は、第１の反応剤、例えば水素（Ｈ_２）又はアンモニア（ＮＨ_３）の連続流又は複数のパルスに曝露される。幾つかの実施形態では、第１の反応剤の複数のパルスは、０．３秒から３０秒、０．３秒から１０秒、０．３秒から５秒、０．３秒から１秒、０．５秒から５秒、１秒から３０秒、１秒から１０秒、１秒から５秒、５秒から３０秒、５秒から１０秒又は１０秒から３０秒の範囲の待機時間を有する。

【0046】

［００４９］幾つかの実施形態では、第１の反応剤の複数のパルスの各々は、０．５秒から１０秒、０．５秒から５秒、０．５秒から１秒、１秒から１０秒、１秒から５秒又は５秒から１０秒の範囲の持続時間にわたって適用される。幾つかの実施形態では、第１の反応剤の複数のパルスのうちの少なくとも１つは、０．５秒から１０秒、０．５秒から５秒、０．５秒から１秒、１秒から１０秒、１秒から５秒又は５秒から１０秒の範囲の持続時間にわたって適用される。

【0047】

［００５０］１又は複数の実施形態では、工程１２０は、所定のサイクル数だけ繰り返される。幾つかの実施形態では、工程１２０は、第１の膜２２０が所定の厚さを有するようになるまで繰り返される。所定の厚さは、１０Åから５０Å、１０Åから４０Å、１０Åから３０Å、１０Åから２０Å、１５Åから５０Å、１５Åから４０Å、１５Åから３０Å、１５Åから２０Å、２０Åから５０Å、２０Åから４０Å、２０Åから３０Å、３０Åから５０Å、３０Åから４０Å、又は４０Åから５０Åの範囲であってよい。幾つかの実施形態では、工程１２０は所定の持続時間にわたって継続される。

【0048】

［００５１］１又は複数の実施形態では、工程１２０は、基板２０１（又は基板表面）を第１の反応剤に曝露する前に、基板表面又は処理チャンバを第１の金属前駆体からパージすることを含む。幾つかの実施形態では、基板表面又は処理チャンバは、第１の反応剤からパージされる。パージは、０．２秒から３０秒、０．２秒から１０秒、０．２秒から５秒、０．５秒から３０秒、０．５秒から１０秒、０．５秒から５秒、１秒から３０秒、１秒から１０秒、１秒から５秒、５秒から３０秒、５秒から１０秒、又は１０秒から３０秒の範囲の持続時間にわたって実施され得る。

【0049】

［００５２］１又は複数の実施形態では、工程１１０及び工程１２０は、真空を破壊せずに実行される。幾つかの実施形態では、工程１１０及び工程１２０は、真空を破壊せずに処理チャンバで実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄と金属膜の形成との間で真空を破壊せずに、基板表面を洗浄し、その後、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜を形成する。洗浄及び金属膜形成プロセスを真空下に保つことで、方法１００の間に基板表面上に酸化物が導入／形成されないようにする。工程１１０で基板又は基板表面を洗浄することにより、基板表面から酸化物、例えば自然酸化物が除去される。第１の反応剤は還元剤を含み、還元剤は工程１２０中、無酸素状態を維持する。

【0050】

［００５３］１又は複数の実施形態では、方法１００は、２Ｔｏｒｒから６０Ｔｏｒｒ、２Ｔｏｒｒから４０Ｔｏｒｒ、２Ｔｏｒｒから２０Ｔｏｒｒ、２０Ｔｏｒｒから６０Ｔｏｒｒ、２０Ｔｏｒｒから４０Ｔｏｒｒ、又は４０Ｔｏｒｒから６０Ｔｏｒｒの範囲の圧力で実行される。

【0051】

［００５４］１又は複数の実施形態では、処理チャンバは、基板が載置されるペデスタルを備える。幾つかの実施形態では、工程１２０は、処理チャンバ内の基板２０１（又は基板表面）上及びペデスタル上で実行される。幾つかの実施形態では、ペデスタルは、３５０℃から５５０℃、３５０℃から５００℃、３５０℃から４５０℃、３５０℃から４００℃、４００℃から５５０℃、４００℃から５００℃、４００℃から４５０℃、４５０℃から５５０℃、４５０℃から５００℃、又は５００℃から５５０℃の範囲の温度に維持される。１又は複数の実施形態では、方法１００は、４００℃から４２５℃の範囲の温度で実行される。

【0052】

［００５５］図１Ａ、図１Ｂ、及び図２Ｃを参照すると、幾つかの実施形態では、オプションとして工程１３０において、第１の金属膜２２０がキャップ層２４０によって酸化物形成から保護される。キャップ層２４０は、当業者に公知の任意のプロセスによって形成することができる。幾つかの実施形態では、キャップ層２４０は第１の金属膜２２０上に形成される。幾つかの実施形態では、第１の金属膜２２０が処理されて、キャップ層２４０が形成される。幾つかの実施形態では、キャップ層２４０は、第１の金属膜２２０を窒化させることによって形成される。幾つかの実施形態では、キャップ層２４０は、アンモニア（ＮＨ_３）を用いて第１の金属膜２２０を窒化させることによって形成される。幾つかの実施形態では、キャップ層２４０は、第１の金属膜２２０をプラズマで処理して第１の金属膜２２０を窒化させることによって形成される。幾つかの実施形態では、プラズマ処理は、窒素（Ｎ_２）プラズマ処理を含む。幾つかの実施形態では、キャップ層２４０は、金属窒化物、ＰＶＤ金属、又はそれらの組み合わせを含む。１又は複数の実施形態では、工程１１０、工程１２０、及び工程１３０は、真空を破壊せずに実行される。幾つかの実施形態では、工程１１０、工程１２０、及び工程１３０は、真空を破壊せずに処理チャンバで実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、及びキャップ層の形成の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、金属膜上にキャップ層が形成される。洗浄、金属膜形成プロセス、及びキャップ層形成プロセスを真空下に保つことで、方法１００の間に基板表面上に酸化物が導入／形成されないようにする。

【0053】

［００５６］図１Ａ及び図２Ｄを参照すると、幾つかの実施形態では、オプションとして工程１４０において、第１の金属膜２２０がライナ２５０によって酸化物形成から保護される。ライナ２５０は、当業者に公知の任意のプロセスによって形成することができる。幾つかの実施形態では、ライナ２５０は、金属窒化物、ＰＶＤ金属、又はそれらの組み合わせを含む。

【0054】

［００５７］図１Ａ及び図２Ｅを参照すると、幾つかの実施形態では、ライナ２５０は、キャップ層なしで第１の金属膜２２０上に形成され得る。図１Ａ、図１Ｂ、及び図２Ｄを参照すると、幾つかの実施形態では、ライナ２５０はキャップ層２４０上に形成されていてよく、キャップ層２４０は第１の金属膜２２０上に形成されていてよい。

【0055】

［００５８］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０及び工程１４０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、及びライナの形成の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、金属膜上にライナが形成される。幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１３０、及び工程１４０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、キャップ層の形成、及びライナの形成の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、金属膜上にキャップ層が形成され、キャップ層上にライナが形成される。

【0056】

［００５９］本開示の別の態様では、半導体構造２００を形成する方法は、半導体構造２００のコンタクト抵抗を低減させることを含む。幾つかの実施形態では、第１の金属膜２２０、例えばモリブデン膜をアニールして、金属ケイ化物膜、例えばケイ化モリブデンを形成する。幾つかの実施形態では、第１の金属膜２２０をアニールして金属ケイ化物膜を形成することにより、コンタクト抵抗が低減する。１又は複数の実施形態では、アニールによって金属ケイ化物が形成され、金属ケイ化物の抵抗率は金属膜２２０の抵抗率よりも高い。１又は複数の実施形態では、金属ケイ化物はコンタクト抵抗を低減させるために形成される。シリコンから金属膜２２０に電流が流れると、抵抗が高くなる。１又は複数の実施形態では、金属ケイ化物を形成することによって、シリコン、金属ケイ化物、金属膜を通って流れる電流の抵抗が低くなる。

【0057】

［００６０］図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、１又は複数の実施形態では、工程１５０において、基板２０１がアニールされる。１又は複数の実施形態では、基板２０１をアニールすることにより、平滑な表面が得られる。したがって、幾つかの実施形態では、半導体構造２００を形成する方法は、アニールによって第１の金属膜１２０の表面を平滑化することを含む。幾つかの実施形態では、アニール工程１５０の後、基板表面は粗くない。したがって、幾つかの実施形態では、アニール工程１５０は、平滑な表面を生成するように構成される。

【0058】

［００６１］基板２０１（又は基板表面）は、当業者に公知の任意のプロセスによってアニールされ得る。幾つかの実施形態では、基板２０１（又は基板表面）は、急速熱プロセス（ＲＴＰ）によってアニールされる。

【0059】

［００６２］図１Ａ及び図２Ｆ～図２Ｉを参照すると、第１の金属膜２２０は、工程１５０においてアニールされ、アニールされた第１の金属膜２３０を形成する。幾つかの実施形態では、アニールされた第１の金属膜２３０は、金属ケイ化物を含む。図２Ｆに示すように、１又は複数の実施形態では、キャップ層又はライナは存在せず、アニールすると、第１の金属膜２２０は、アニールされた第１の金属膜２３０を形成する。図２Ｇに示すように、１又は複数の実施形態では、デバイスは、第１の金属膜２２０上にキャップ層２４０を含んでいてよく、アニールすると、第１の金属膜２２０は、アニールされた第１の金属膜２３０を形成する。図２Ｈに示すように、１又は複数の実施形態では、デバイスは、第１の金属膜２２０上のキャップ層２４０上にライナ２５０を含んでいてよく、アニールすると、第１の金属膜２２０は、アニールされた第１の金属膜２３０を形成する。図２Ｉに示すように、幾つかの実施形態では、デバイスは、第１の金属膜２２０上に形成されたライナ２５０を含み、アニールすると、第１の金属膜２２０は、アニールされた第１の金属膜２３０を形成する。

【0060】

［００６３］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、及び工程１５０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、及びアニールの間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、デバイスがアニールされる。

【0061】

［００６４］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１３０、及び工程１５０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、キャップ層の形成、及びアニールの間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、金属膜上にキャップ層が形成され、デバイスがアニールされる。

【0062】

［００６５］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１４０、及び工程１５０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、ライナの形成、及びアニールの間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、第１の金属膜上にライナが形成され、デバイスがアニールされる。

【0063】

［００６６］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１３０、工程１４０、及び工程１５０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、キャップ層の形成、ライナの形成、及びアニールの間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、金属膜上にキャップ層が形成され、キャップ層上にライナが形成され、デバイスがアニールされる。

【0064】

［００６７］幾つかの実施形態では、工程１５０においてデバイスをアニールすることによって、アニールされた第１の金属膜２３０が形成される。幾つかの実施形態では、アニールされた第１の金属膜２３０は、第１の金属膜２２０の厚さの１．５倍から３倍、又は第１の金属膜２２０の厚さの１．５倍から２倍、又は第１の金属膜２２０の厚さの２倍から３倍の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態では、アニールされた第１の金属膜２３０は、２０Åから１５０Å、２０Åから１００Å、２０Åから５０Å、５０Åから１５０Å、５０Åから１００Å、又は１００Åから１５０Åの範囲の厚さを有する。

【0065】

［００６８］幾つかの実施形態では、アニールされた第１の金属膜２３０は、４％から３０％未満、４％から２０％未満、４％から１０％未満、１０％から３０％未満、１０％から２０％未満、又は２０％から３０％未満の範囲の二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗さを有する。

【0066】

［００６９］幾つかの実施形態では、アニール（工程１５０）後に、アニールされた第１の金属膜２３０上にキャップ層２４０が形成され得る。図１Ｃ及び図２Ｇを参照すると、１又は複数の実施形態では、工程１６０において、アニールされた第１の金属膜２３０がキャップ層２４０で保護される。キャップ層２４０は、工程１３０において開示したいずれかの方法に従って形成することができる。キャップ層２４０は、１又は複数の実施形態の材料を含む、当業者に公知の任意の適切な材料を含み得る。幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１５０、及び工程１６０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、アニール、及びキャップ層の形成の間で真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、デバイスがアニールされ、アニールされた金属膜上にキャップ層が形成される。

【0067】

［００７０］幾つかの実施形態では、アニールされた第１の金属膜２３０上にライナ２５０が形成され得る。図１Ｃ及び図２Ｇを参照すると、１又は複数の実施形態では、工程１７０において、ライナ２４０がアニールされた第１の金属膜２３０上に形成される。図１Ｂ及び図２Ｈを参照すると、１又は複数の実施形態では、工程１７０において、キャップ層２４０上にライナ２５０が形成され得る。ライナ２５０は、工程１４０において開示されたいずれかの方法に従って形成され得る。ライナ２５０は、上述した１又は複数の実施形態に記載のいずれかの材料を含む、当業者に公知の任意の適切な材料を含み得る。

【0068】

［００７１］図１Ｂを参照すると、幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１５０、及び工程１７０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、アニール、及びキャップ層の形成の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、デバイスがアニールされ、アニールされた金属膜上にキャップ層が形成される。

【0069】

［００７２］図１Ｂを参照すると、幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１３０、工程１５０、及び工程１７０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、キャップ層の形成、アニール、及びライナの形成の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、金属膜上にキャップ層が形成され、デバイスがアニールされ、キャップ層上にライナが形成される場合、ライナが形成される。

【0070】

［００７３］図１Ｃを参照すると、幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１５０、工程１６０、及び工程１７０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、アニール、キャップ層の形成、及びライナの形成の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、デバイスがアニールされ、アニールされた金属膜上にキャップ層が形成され、キャップ層上にライナが形成される。

【0071】

［００７４］図１Ａ～図１Ｃ及び図２Ｊ～図２Ｍに関して、半導体構造２００を形成する方法は、工程１８０において、基板２０１（又は基板表面）の少なくとも１つの特徴２１２を充填することを含む。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの特徴を充填することは、第１の金属膜２２０上、アニールされた第１の金属膜２３０上、キャップ層２４０上、又はライナ２５０上に第２の金属膜２６０を堆積させることを含む。１又は複数の実施形態では、第２の金属膜２６０は、当業者に公知の任意の適切な間隙充填プロセスによって堆積され得る。幾つかの実施形態では、工程１８０における間隙充填プロセスは、上記の１又は複数の実施形態で説明したように、金属前駆体、例えばハロゲン化モリブデン、及び反応剤、例えば水素（Ｈ_２）に曝露することを含む。幾つかの実施形態では、第２の金属膜２６０は、第２のモリブデン膜を含む。幾つかの実施形態では、第１のモリブデン膜と第２のモリブデン膜は同じである。幾つかの実施形態では、第１のモリブデン膜と第２のモリブデン膜とは異なる。

【0072】

［００７５］他の実施形態では、工程１８０の間隙充填プロセスは、基板２０１（又は基板表面）を第２の金属前駆体に曝露することと、基板２０１（又は基板表面）を第２の反応剤に曝露することとを含む。第１の金属前駆体と第２の金属前駆体は同じであっても異なっていてもよい。第１の反応剤と第２の反応剤は同じであっても異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、第２の金属前駆体は、第２のモリブデン前駆体を含む。幾つかの実施形態では、第１のモリブデン前駆体と第２のモリブデン前駆体は同じである。幾つかの実施形態では、第１のモリブデン前駆体と第２のモリブデン前駆体とは異なる。

【0073】

［００７６］幾つかの実施形態では、工程１８０の間隙充填プロセスは、ボトムアップ式の間隙充填プロセスである。１又は複数の実施形態では、第２の金属膜２６０は、第１の金属膜２２０上、又はアニールされた第１の金属膜２３０上、又はキャップ層２４０上に堆積される。

【0074】

［００７７］他の実施形態では、工程１８０の間隙充填プロセスは、共形間隙充填プロセスを含む。幾つかの実施形態では、共形間隙充填プロセスは、その上にライナ２５０を有する基板２０１（又は基板表面）上で実行される。

【0075】

［００７８］１又は複数の実施形態では、ライナ２５０が少なくとも１つの特徴をオーバーハングする。共形間隙充填プロセスの間に、ライナ２５０を第２の金属前駆体に暴露することにより、オーバーハングがエッチングされて減少する。１又は複数の実施形態では、オーバーハングは、反応剤なしでモリブデン前駆体に曝露されることによって減少するため、オーバーハングがより多くエッチングされ、モリブデン間隙充填はほとんど堆積しない。１又は複数の実施形態では、オーバーハングは、実質的に低い濃度の反応剤でモリブデン前駆体に曝露されることによって減少し、オーバーハングがより多くエッチングされ、モリブデン間隙充填はほとんど堆積しない。この態様で使用する用語「実質的に低い濃度の反応剤」とは、工程１２０における反応剤濃度が８０％、６０％、４０％、２０％、１０％、５％、２％、１％、又は０％以下であることを意味する。オーバーハングが十分にエッチングされたら、反応剤を導入して、少なくとも１つの特徴を間隙充填材料、例えばモリブデンで充填することができる。幾つかの実施形態では、エッチングの程度は、１又は複数のパラメータを調整することによって変更することができる。オーバーハングをエッチングするための１又は複数のパラメータは、下地基板のエッチングの程度と同じであっても異なっていてもよい。

【0076】

［００７９］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１５０、及び工程１８０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、アニール、及び間隙充填の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、デバイスがアニールされ、間隙充填が実行される。

【0077】

［００８０］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１３０、工程１５０、及び工程１８０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、キャップ層の形成、アニール、及び間隙充填の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、金属膜上にキャップ層が形成され、デバイスがアニールされ、間隙充填が実行される。

【0078】

［００８１］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１４０、工程１５０、及び工程１８０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、ライナの形成、アニール、及び間隙充填の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、金属膜上にライナが形成され、デバイスがアニールされ、間隙充填が実行される。

【0079】

［００８２］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１３０、工程１４０、工程１５０、及び工程１８０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、キャップ層の形成、ライナの形成、アニール、及び間隙充填の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、金属膜上にキャップ層が形成され、キャップ層上にライナが形成され、デバイスがアニールされ、間隙充填が実行される。

【0080】

［００８３］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１５０、工程１７０、及び工程１８０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、アニール、ライナの形成、及び間隙充填の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、デバイスがアニールされ、アニールされた金属膜上にライナが形成され、間隙充填が実行される。

【0081】

［００８４］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１３０、工程１５０、工程１７０、及び工程１８０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、アニール、ライナの形成、及び間隙充填の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、金属膜上にキャップ層が形成され、デバイスがアニールされ、ライナが形成され、間隙充填が行われる。

【0082】

［００８５］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１５０、工程１６０、及び工程１８０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、アニール、キャップ層の形成、及び間隙充填の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、デバイスがアニールされ、アニールされた金属膜上にキャップ層が形成され、間隙充填が実行される。

【0083】

［００８６］幾つかの実施形態では、少なくとも工程１１０、工程１２０、工程１５０、工程１６０、工程１７０、及び工程１８０は、真空を破壊せずに実行される。したがって、１又は複数の実施形態では、洗浄、金属膜の形成、アニール、キャップ層の形成、ライナの形成、及び間隙充填の間に真空を破壊せずに、基板表面が洗浄され、基板表面上に金属膜、例えばモリブデン膜が形成され、デバイスがアニールされ、キャップ層が形成され、ライナが形成され、間隙充填が実行される。

【0084】

［００８７］本開示の別の態様では、半導体構造２００を形成する方法は、真空を破壊する及び／又は間隙充填プロセス（工程１８０）を別の処理チャンバで実行することを含む。真空を破壊する上記実施形態では、基板２０１（又は基板表面）は、キャップ層２４０及び／又はライナ２５０を含み得る。

【0085】

［００８８］図１Ａ～図１Ｃを参照すると、１又は複数の実施形態では、方法１００は、オプションの後処理工程１９０を含む。１又は複数の実施形態では、例えば、後処理工程１９０は、膜特性を修正するためのプロセス（例えば、アニール）、又は追加の膜を成長させるための更なる膜堆積プロセス（例えば、追加のＡＬＤ又はＣＶＤプロセス）を含み得る。１又は複数の実施形態では、オプションの後処理工程１９０は、堆積された膜の特性を修正するプロセスであり得る。幾つかの実施形態では、オプションの後処理工程１９０は、堆積したままの膜をアニールすることを含む。幾つかの実施形態では、アニールは、工程１２０の温度よりも高い温度で実行される。幾つかの実施形態では、アニールは、１００℃から５５０℃、１００℃から４５０℃、１００℃から３５０℃、１００℃から２５０℃、２００℃から５５０℃、２００℃から４５０℃、２００℃から３５０℃、３００℃から５５０℃、３００℃から４５０℃、又は４００℃から５５０℃の範囲の温度で実行される。幾つかの実施形態では、アニールは、１００℃から５５０℃未満、１００℃から４５０℃未満、１００℃から３５０℃未満、１００℃から２５０℃未満、２００℃から５５０℃未満、２００℃から４５０℃未満、２００℃から３５０℃未満、３００℃から５５０℃未満、３００℃から４５０℃未満、又は４００℃から５５０℃未満の範囲の温度で実行される。幾つかの実施形態のアニール環境は、不活性ガス（例えば、窒素分子（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ））又は還元ガス（例えば、水素分子（Ｈ_２）又はアンモニア（ＮＨ_３））のうちの１又は複数を含む。アニールは、任意の適切な長さの時間実行することができる。幾つかの実施形態では、膜は、１時間から２４時間、１時間から２０時間、１時間から１５時間、１時間から１０時間、１時間から５時間、５時間から２４時間、５時間から２０時間、５時間から１５時間、５時間から１０時間、１０時間から２４時間、１０時間から２０時間、１０時間から１５時間、１５時間から２４時間、１５時間から２０時間又は２０時間から２４時間の範囲の所定の時間アニールされる。幾つかの実施形態では、堆積したままの膜をアニールすることにより、膜の密度が増加する、抵抗率が低下する、及び／又は純度が高まる。幾つかの実施形態では、アニールはＲＴＰチャンバで実行される。幾つかの実施形態では、ＲＴＰチャンバでのアニールは、スパイクアニール（マイクロ秒）から１０分間未満実行される。幾つかの実施形態では、ＲＴＰチャンバでのアニールは約１分間実行される。幾つかの実施形態では、スパイクアニールは９００℃以下の温度で実行される。

【0086】

［００８９］幾つかの実施形態では、半導体構造２００は、更なる処理のために、第１のチャンバから別の次のチャンバに移動される。半導体構造２００は、第１のチャンバから別の処理チャンバに直接移動させることができる、又は半導体構造２００は、第１のチャンバから１又は複数の移送チャンバに移動させ、次いで別の処理チャンバに移動させることができる。幾つかの実施形態では、第１の金属膜２２０及び第２の金属膜２６０の堆積は、単一のチャンバで行うことができる。幾つかの実施形態では、第１の金属膜２２０の堆積と第２の金属膜２６０の堆積は別々のチャンバで行われる。したがって、処理装置は、移送ステーションと通信している複数のチャンバを含み得る。この種の装置は、「クラスタツール」又は「クラスタシステム」等と称され得る。幾つかの実施形態では、基板が実質的に酸化物を含むことがないように、チャンバ間で真空が維持される。

【0087】

［００９０］一般に、クラスタツールは、基板の中心探し及び配向、ガス抜き、アニール、堆積及び／又はエッチングを含む様々な機能を実行する複数のチャンバを含むモジュラシステムである。１又は複数の実施形態によれば、クラスタツールは、少なくとも第１のチャンバと中央移送チャンバとを含む。中央移送チャンバは、処理チャンバとロードロックチャンバとの間、並びに処理チャンバ及びロードロックチャンバ内で基板を往復移動させることができるロボットを収納し得る。移送チャンバは通常、真空状態に維持され、１つのチャンバから別のチャンバへ、及び／又はクラスタツールの前端に位置決めされたロードロックチャンバへ基板を往復移動させるための中間ステージを提供する。本開示に適用可能な２つの周知のクラスタツールは、Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）及びＥｎｄｕｒａ（登録商標）であり、いずれも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である。しかしながら、チャンバの正確な配置及び組み合わせは、本明細書に記載のプロセスの特定のステップを実行する目的で変更することができる。使用可能な他の処理チャンバとしては、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、前洗浄、ケミカルクリーン、プラズマ窒化、ガス抜き、配向、水酸化、及び他の基板プロセスが挙げられるが、これらに限定されない。クラスタツール上のチャンバでプロセスを実施することにより、後続の膜を堆積させる前に酸化させることなく、大気中の不純物による基板２０１（又は基板表面）の表面汚染を回避することができる。

【0088】

［００９１］１又は複数の実施形態によれば、基板２０１（又は基板表面）は、継続的に真空又は「ロードロック」条件下にあり、１つのチャンバから次のチャンバに移動されるときに周囲空気に暴露されない。したがって、移送チャンバは真空下にあり、真空圧下において「ポンプダウン」される。不活性ガスが、処理チャンバ又は移送チャンバに存在していてよい。幾つかの実施形態では、不活性ガスは、反応物（例えば、反応剤）の一部又は全部を除去するためのパージガスとして使用される。１又は複数の実施形態によれば、パージガスは、反応物（例えば、反応剤）が堆積チャンバから移送チャンバ及び／又は追加の処理チャンバに移動するのを防止するように、堆積チャンバの出口において注入される。これにより、チャンバの出口で不活性ガスの流れがカーテンを形成する。

【0089】

［００９２］基板２０１は、単一の基板がロードされ、処理され、別の基板が処理される前にアンロードされる、単一の基板堆積チャンバで処理することができる。基板２０１はまた、複数の基板がチャンバの第１の部分内に個別にロードされ、チャンバ内を移動し、チャンバの第２の部分からアンロードされる、コンベアシステムに類似した連続的な方法で処理することもできる。チャンバ及び関連するコンベアシステムの形状は、直線経路又は曲線経路を形成していてよい。更に、処理チャンバは、複数の基板が中心軸を中心に移動し、カルーセル経路全体を通して堆積、エッチング、アニール、洗浄等のプロセスに暴露されるカルーセルであってもよい。

【0090】

［００９３］処理中に、基板２０１は加熱又は冷却され得る。このような加熱又は冷却は、基板支持体の温度を変化させること、及び加熱又は冷却されたガスを基板表面に流すことを含むが、これらに限定されない任意の適切な手段によって達成することができる。幾つかの実施形態では、基板支持体は、基板温度を導電変化させるように制御可能なヒータ／クーラを含む。１又は複数の実施形態では、採用されるガス（反応性ガス又は不活性ガスのいずれか）が、基板温度を局所的に変化させるために加熱又は冷却される。幾つかの実施形態では、ヒータ／クーラが基板表面に隣接するチャンバ内に位置決めされ、基板温度を対流によって変化させる。

【0091】

［００９４］基板２０１はまた、処理中に静止又は回転していてよい。回転基板は、（基板軸を中心に）連続的に、又は不連続のステップで回転し得る。例えば、基板２０１は、プロセス全体にわたって回転していてよい、又は基板２０１は、異なる反応性ガス又はパージガスへの曝露の間に少量だけ回転していてよい。処理中に（連続的又は段階的に）基板２０１を回転させることで、例えば、ガス流形状の局所的な変動の影響を最小限に抑えることによって、より均一な堆積又はエッチングを生じさせるのに役立つ可能性がある。

【0092】

［００９５］「下方（ｂｅｎｅａｔｈ）、（ｂｅｌｏｗ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」等の空間的相対用語は、図示したある要素又は特徴の、別の要素（複数可）又は特徴（複数可）との関係を示す説明を容易にするために本明細書で使用され得る。空間的相対用語は、図示した配向に加えて、使用中又は工程中のデバイスの異なる配向を包含するものであることが理解されよう。例えば、図のデバイスをひっくり返した場合、他の要素又は特徴の「下方（ｂｅｌｏｗ又はｂｅｎｅａｔｈ）」として記載される要素は、他の要素又は特徴の「上方」に配向されることになる。したがって、「下方（ｂｅｌｏｗ）」という例示的な用語は、上方及び下方の両方の配向を包含し得る。デバイスは、他の方法で配向され（９０度回転され又は他の配向にあり）得、本明細書で使用する空間的な相対記述子はそれに応じて解釈され得る。

【0093】

［００９６］本明細書に記載の材料及び方法を説明する文脈（特に以下の特許請求の範囲の文脈）での「ａ」及び「ａｎ」及び「ｔｈｅ」という用語及び同様の指示対象の使用は、本書に別段の記載がない限り、又は文脈によって明確に矛盾しない限り、単数形及び複数形の両方を網羅すると解釈されるべきである。本明細書の値の範囲の列挙は、本明細書に別段の記載がない限り、範囲内にある各個別の値を個別に参照する簡略化された方法として役立つことを単に意図するものであり、各個別の値は、本明細書に値が個別に列挙されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載の全ての方法は、本明細書に別段の記載がない限り、又は文脈によって明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行され得る。本明細書で提供するいずれかの及び全ての例、又は例示的な文言（例えば、「等」）の使用は、単に材料及び方法をよりよく明らかにすることを意図しており、別段の請求がない限り、範囲に制限を課すものではない。本明細書のいかなる文言も、特許請求の範囲にないいずれかの要素を、開示された材料及び方法の実施に不可欠なものとして示していると解釈されるべきではない。

【0094】

［００９７］本明細書全体で言及する、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１又は複数の実施形態」、又は「実施形態」は、その実施形態に関連して記載する特定の特徴、構造、材料、又は特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書中の様々な箇所における「１又は複数の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「１つの実施形態では」、又は「実施形態では」等の句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施形態を指すとは限らない。１又は複数の実施形態では、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、任意の適切な方法で組み合わせられる。

【0095】

［００９８］本明細書の開示を、特定の実施形態を参照しながら説明してきたが、これらの実施形態は、本開示の原理及び適用の単なる例示であることを理解されたい。本開示の主旨及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に様々な修正及び変更を加えることができることが、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内にある修正及び変更を含むことが意図される。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A-B】

【図2C-D】

【図2E-F】

【図2G-H】

【図2I-J】

【図2K-L】

【図2M】

【国際調査報告】