(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】2024-07-05
(54)【発明の名称】金属膜を堆積させる方法
(51)【国際特許分類】
C23C 16/18 20060101AFI20240628BHJP
H01L 21/285 20060101ALI20240628BHJP
【FI】
C23C16/18
H01L21/285 C
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023579820
(86)(22)【出願日】2022-06-30
(85)【翻訳文提出日】2024-02-20
(86)【国際出願番号】 US2022035756
(87)【国際公開番号】W WO2023278720
(87)【国際公開日】2023-01-05
(32)【優先日】2021-07-01
(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】リウ, フェン キュー.
(72)【発明者】
【氏名】サリー, マーク
(72)【発明者】
【氏名】トンプソン, デーヴィッド
【テーマコード(参考)】
4K030
4M104
【Fターム(参考)】
4K030AA02
4K030AA11
4K030BA01
4K030BA12
4K030BA14
4K030BA20
4K030EA03
4M104AA01
4M104AA03
4M104AA04
4M104BB04
4M104BB05
4M104BB16
4M104BB18
4M104DD43
4M104DD45
4M104HH20
(57)【要約】
高純度の金属膜を堆積させる方法について開示される。いくつかの実施形態は、基板表面を、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)及びルテニウム(Ru)からなる群から選択される金属を含む有機金属前駆体と、式RI
x[式中、Rは1つ又は複数のC
0~C
10アルキル、シクロアルキル、アルケニル、若しくはアルキニル基であり、xは、1~4の範囲である]を有する種を含むヨウ素含有反応物とに曝して、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を形成することと、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を還元剤に曝して金属膜を形成することとを含む方法を利用する。いくつかの実施形態は、原子ベースで90%以上の金属種を含む金属膜を堆積させる。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
膜を堆積させる方法であって、
基板表面を、有機金属前駆体及びヨウ素含有反応物に曝して、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を形成することを含む、方法。
【請求項2】
前記有機金属前駆体が、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)及びルテニウム(Ru)からなる群から選択される金属を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記有機金属前駆体がモリブデン(Mo)を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項4】
前記有機金属前駆体が金属-炭素結合を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項5】
前記ヨウ素含有反応物が、式RI
x[式中、Rは、1つ又は複数のC
0~C
10アルキル、シクロアルキル、アルケニル、又はアルキニル基であり、xは、1~4の範囲である]を有する種を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記ヨウ素含有反応物がジヨードメタン(CH
2I
2)を含む、請求項5に記載の方法。
【請求項7】
前記基板表面が、前記有機金属前駆体及び前記ヨウ素含有反応物に順次的に曝される、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
前記有機金属前駆体への曝露の前に、前記基板表面が前記ヨウ素含有反応物に曝される、請求項7に記載の方法。
【請求項9】
前記炭素を含まないヨウ素含有金属膜を還元剤に曝して、金属膜を形成することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
前記還元剤がH
2又は水素プラズマを含む、請求項9に記載の方法。
【請求項11】
前記金属膜が、20原子パーセント以下の炭素含有量を有する、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記金属膜が、10原子パーセント以下の酸素含有量を有する、請求項10に記載の方法。
【請求項13】
前記金属膜が100μΩ・cm以下の抵抗率を有する、請求項10に記載の方法。
【請求項14】
前記基板表面が150℃~500℃の範囲の温度に維持される、請求項10に記載の方法。
【請求項15】
前記基板表面が、第1の温度で前記有機金属前駆体及び前記ヨウ素含有反応物に曝され、前記第1の温度とは異なる第2の温度で前記還元剤に曝される、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記第1の温度が150℃~500℃の範囲内であり、前記第2の温度が300℃~500℃の範囲内である、請求項15に記載の方法。
【請求項17】
前記還元剤へ曝されることにより、前記炭素を含まないヨウ素含有金属膜の抵抗率が50%以上減少する、請求項9に記載の方法。
【請求項18】
前記金属膜が、原子ベースで90%以上の金属種を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項19】
膜を堆積させる方法であって、
基板表面を、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)及びルテニウム(Ru)からなる群から選択される金属を含む有機金属前駆体と、式RI
x[式中、Rは1つ又は複数のC
0~C
10アルキル、シクロアルキル、アルケニル、若しくはアルキニル基であり、xは、1~4の範囲である]を有する種を含むヨウ素含有反応物とに曝して、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を形成することと、
前記炭素を含まないヨウ素含有金属膜を還元剤に曝して金属膜を形成することと
を含む、方法。
【請求項20】
膜を堆積させる方法であって、
基板表面を、モリブデン(Mo)を含む有機金属前駆体と、ジヨードメタン(CH
2I
2)を含むヨウ素含有反応物とに曝して、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を形成することと、
前記炭素を含まないヨウ素含有金属膜を水素(H
2)を含む還元剤に曝して金属膜を形成することと
を含み、
前記金属膜は原子ベースで90%以上の金属種を含み、
前記金属膜は100μΩ・cm以下の抵抗率を有する、
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、金属膜を堆積させる方法に関する。より詳細には、本開示の実施形態は、低酸素含有量及び低炭素含有量を有する高純度金属膜を堆積する方法を対象とする。
【背景技術】
【0002】
[0002]半導体処理産業は、より大きな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、より大きな生産歩留まりを目指して努力し続けている。これらの同じ要素と新しい材料の組み合わせにより、基板の単位面積あたりのより高い回路の集積度がもたらされる。回路の集積度が高まるにつれて、層の厚さに関する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するための様々な技術が開発されている。
【0003】
[0003]化学気相堆積(CVD)は、基板上に層を堆積するために使用される最も一般的な堆積プロセスの1つである。CVDはフラックスに依存する堆積技術であり、均一な厚さの所望の層を生成するために、基板温度と処理チャンバに導入される前駆体の正確な制御が必要である。これらの要件は基板サイズが大きくなるにつれてより重要になり、適切な均一性を維持するためにチャンバ設計とガス流技術をより複雑にする必要性が生ずる。
【0004】
[0004]優れたステップカバレッジを示すCVDの一種は、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ー(ALE)に基づいており、化学吸着技術を使用して、連続サイクルで基板表面上に前駆体分子を供給する。このサイクルは、基板表面を、前駆体、パージガス、反応物、及びパージガスに曝す。前駆体と反応物は反応して、基板表面上に膜として生成化合物を形成する。そのサイクルを、所望の厚さに層を形成するよう繰り返す。いくつかのサイクルでは、基板表面を前駆体、パージガス、反応物、及びパージガスに曝し、生成物化合物を有する膜を還元剤に曝して、堆積膜(例えば、金属膜)を形成する。
【0005】
[0005]先進的なマイクロ電子デバイスの複雑化により、現在使用されている堆積技術には厳しい要求が課されている。残念ながら、膜成長の発生に適した堅牢な熱安定性、高い反応性、蒸気圧という必須特性を備えた、利用可能な実行可能な化学前駆体の数は限られている。さらに、有機金属前駆体など、これらの要件を満たすことが多い前駆体は、還元が困難な金属-炭素結合を生成する堆積反応をもたらす。現在のプロセスは、金属-炭素結合を酸化させて金属-酸素結合を形成し、金属膜を堆積させることを含む。また、金属-酸素結合を還元して金属膜を形成することも困難である。例えば、ハロゲン含有反応物は、金属-炭素結合を金属-ハロゲン結合に変換する。金属-ハロゲン結合は、金属-炭素結合及び金属-酸素結合よりも還元されやすく、金属膜が堆積されると考えられる。
【0006】
[0006]したがって、当技術分野では、高純度金属膜の選択的堆積を可能にする還元剤が必要とされている。
【発明の概要】
【0007】
[0007]本開示の1つ又は複数の実施形態は、基板表面を有機金属前駆体及びヨウ素含有反応物に曝して、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を形成することを含む、膜を堆積させる方法に関する。
【0008】
本開示の追加的な実施形態は、基板表面を、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)及びルテニウム(Ru)からなる群から選択される金属を含む有機金属前駆体と、式RIx[式中、Rは1つ又は複数のC0~C10アルキル、シクロアルキル、アルケニル、若しくはアルキニル基であり、xは、1~4の範囲である]を有する種を含むヨウ素含有反応物とに曝して、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を形成することと、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を水素(H2)を含む還元剤に曝して金属膜を形成することとを含む、膜を堆積する方法に関する。
【0009】
[0009]本開示のさらなる実施形態は、モリブデン(Mo)を含む有機金属前駆体及びヨードメタン(CH2I2)を含むヨウ素含有反応物に基板表面を曝して、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を形成することと、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を水素(H2)を含む還元剤に曝して金属膜を形成することとを含み、金属膜が原子ベースで90%以上の金属種を含み、金属膜が100μΩ・cm以下の抵抗率を有する、膜を堆積させる方法に関する。
【0010】
[0010]上記の本開示の特徴が詳細に理解できるように、上記で簡単に要約された開示のより特定の説明は、実施形態を参照して、その一部は追加の図面に示されている。しかしながら、添付の図面は、この開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、その範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】[0011]本開示の1つ又は複数の実施形態による方法のプロセスフロー図を示す。
【
図2】[0012]本開示の1つ又は複数の実施形態による方法のプロセスフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0012】
[0013]本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本開示は、以下の説明に記載される構成又はプロセスルーチンの詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施又は実行することができる。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施又は実施することができる。
【0013】
[0014]この明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、「基板」という用語は、プロセスが作用する表面又は表面の一部を指す。また、文脈上明らかに別段の指示がない限り、基板への言及は基板の一部のみを指し得ることも当業者には理解されよう。さらに、基板上への堆積に対する言及は、剥き出しの基板と、その上に堆積又は形成された1つ又は複数の膜若しくはフィーチャを有する基板の両方を意味することができる。
【0014】
[0015]本明細書で使用される「基板」、「基板表面」などは、処理が実行される任意の基板又は基板上に形成された材料表面を指す。例えば、その上で処理が実行可能である基板表面は、用途に応じて、ケイ素、酸化ケイ素、歪みシリコン、シリコン・オン・インシュレータ(silicon on insulator:SOI)、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電性材料といった他の任意の材料を含むが、これらに限定されない。基板は、限定されないが、半導体ウエハを含む。基板は、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、水酸化(又は化学的機能性を付与するために標的化学部分を生成又はグラフト)、アニーリング及び/又はベーキングするために、前処理プロセスに曝すことができる。基板自体の表面上で直接処理することに加えて、本開示では、開示される膜処理ステップのいずれも、以下により詳細に開示されるように、基板上に形成された下層上で実行され得、また、「基板表面」という用語は、文脈が示すような下層を含むことを意図している。したがって、例えば、膜/層又は、部分的な膜/層が基板表面上に堆積されている場合、新たに堆積された膜/層の露出表面が基板表面となる。所定の基板表面が何を構成するかは、どのような材料が堆積されるか、又使用される特定の化学薬品に依存することになる。
【0015】
[0016]本明細書で使用されるように、「基板表面」とは、層が形成される可能性のある基板表面を指す。基板表面は、その中に形成された1つ又は複数のフィーチャ、その上に形成された1つ又は複数の層、及びそれらの組み合わせを有し得る。基板(又は基板表面)は、遷移金属含有層の堆積前に、例えば、研磨、エッチング、還元、酸化、ハロゲン化、水酸化、アニーリング、ベーキングなどによって前処理されてもよい。
【0016】
[0017]基板は、その上に材料を堆積させることができる任意の基板、例えば、 シリコン基板、III-V族化合物基板、シリコンゲルマニウム(SiGe)基板、エピ基板、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)基板、ディスプレイ基板、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネッセンス(EL)ランプディスプレイ、ソーラーアレイ、ソーラーパネル、発光ダイオード(LED)基板、半導体ウエハなどであることができる。いくつかの実施形態では、遷移金属含有層がその上に少なくとも部分的に形成され得るように、1つ又は複数の追加の層が基板上に配置され得る。例えば、いくつかの実施形態では、金属、窒化物、酸化物など、又はそれらの組み合わせを含む層が基板上に配置されてもよく、遷移金属含有層がそのような層上に形成されていてもよい。
【0017】
[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」という用語は、表面、例えば、基板表面上に直接存在する膜又は層を含み、並びに、膜又は層と表面との間、例えば、基板表面との間には1つ又は複数の下層が存在する。したがって、1つ又は複数の実施形態において、「基板表面上に」という表現は、1つ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、介在層なしで表面、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、「基板表面上の層」という表現は、間に層が存在せずに基板表面と直接接触している層を指す。
【0018】
[0019]1つ又は複数の実施形態によれば、この方法は原子層堆積(ALD)プロセスを使用する。このような実施形態では、基板表面は、順次又は実質的に順次的に前駆体(又は反応性ガス)に曝される。本明細書全体にわたって使用される「実質的に順次的に」とは、多少の重複はあり得るが、前駆体曝露期間の大部分が共試薬への曝露と重複しないことを意味する。
【0019】
[0020]本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される「前駆体」、「反応物」、「反応性ガス」などの用語は、基板表面と反応できる任意のガス種を指すために互換的に使用される。
【0020】
[0021]本明細書で使用される「原子層堆積」又は「周期的堆積」は、基板表面上に材料の層を堆積させるために、2つ以上の反応性化合物の順次的な曝露を指す。この明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、「反応性化合物」、「反応性ガス」、「反応種」、「前駆体」、「プロセスガス」などの用語は、表面反応(例えば、化学吸着、酸化、還元)プロセスにおける基板表面又は基板表面上の材料と相互に反応できる種を有する物質を意味するために互換的に使用される。基板又は基板の一部は、処理チャンバの反応ゾーンに導入される2つ以上の反応性化合物に別々に曝される。タイムドメインALDプロセスでは、各反応性化合物への曝露は時間遅延によって分離され、各化合物が基板表面に付着及び/又は反応させ、その後、処理チャンバからパージされるようにする。これらの反応性化合物は、基板に順次的に曝されると言われている。空間的ALDプロセスでは、基板表面の異なる部分、又は基板表面の材料が、2つ以上の反応性化合物に同時に曝されるため、基板上の任意の点が同時に複数の反応性化合物に実質的に曝露されることはない。この明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、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、基板のごく一部が拡散により複数の反応性ガスに同時に曝される可能性があり、同時に曝されることは意図されていないということである。
【0021】
[0022]時間領域ALDプロセスの一態様では、第1の反応性ガス(すなわち、第1の前駆体又は化合物A)は反応ゾーン中にパルス状にされ、その後、第1の時間遅延が生じる。次に、第2の前駆体又は化合物Bが反応ゾーンにパルス状にされ、その後第2の遅延が続く。各遅延時間中に、アルゴンなどのパージガスが処理チャンバに導入されて、反応ゾーンをパージするか、あるいは残留反応性化合物又は反応副生成物を反応ゾーンから除去する。あるいはまた、パージガスは、反応性化合物のパルス間の時間遅延中にパージガスのみが流れるように、堆積プロセス全体を通じて連続的に流れてもよい。反応性化合物は、所望の膜又は膜厚が基板表面に形成されるまで交互にパルス状にされる。どちらのシナリオでも、化合物A、パージガス、化合物B、及びパージガスをパルス状にするALDプロセスが1サイクルである。サイクルは化合物A又は化合物Bのいずれかで開始し、所望の厚さの膜が得られるまでサイクルのそれぞれの順序を継続する。いくつかの実施形態では、交互にパルス状にされ及びパージされる2つの反応物A及びBが存在し得る。他の実施形態では、交互にパルス状にされ及びパージされる3つ以上の反応物、A、B、及びCが存在してもよい。
【0022】
[0023]空間ALDプロセスの一実施形態では、第1の反応性ガス及び第2の反応性ガス(例えば、金属前駆体ガス)は、反応ゾーンに同時に供給されるが、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。基板上のいずれかの所与の点が第1の反応性ガス及び第2の反応性ガスに曝されるように、基板はガス供給装置に対して移動される。
【0023】
[0024]
図1を参照すると、本開示の1つ又は複数の実施形態は、膜を堆積させる方法100に関する。
図1に示す方法は、反応性ガスの気相反応を防止又は最小限に抑える方法で、基板若しくは基板表面を反応性ガスに順次的に曝す原子層堆積(ALD)プロセスを表す。いくつかの実施形態では、本方法は、反応性ガスを処理チャンバ内で混合して反応性ガスの気相反応と薄膜の堆積を可能にする化学気相堆積(CVD)プロセスを含む。
【0024】
[0025]いくつかの実施形態では、方法100は、必要に応じて、前処理操作105を含む。前処理は、当業者に知られている任意の適切な前処理であってよい。適切な前処理には、予熱、洗浄、浸漬、自然酸化物の除去、又は接着層(例えば、窒化チタン(TiN))の堆積が含まれるが、これらに限定されない。1つ又は複数の実施形態では、窒化チタンなどの接着層が操作105で堆積される。他の実施形態では、接着層は堆積されない。
【0025】
[0026]1つ又は複数の実施形態では、操作105は、前処理水素アニーリングプロセスを含む。1つ又は複数の実施形態では、前処理水素アニーリングプロセスは、一連のプロセス条件下で行われる。1つ又は複数の実施形態では、一連のプロセス条件には、熱、圧力、及びキャリアガスが含まれる。1つ又は複数の実施形態では、前処理水素アニーリングプロセスは、70℃~約450℃の範囲の温度に加熱することを含む。1つ又は複数の実施形態では、前処理水素アニーリングプロセスは、0.5Torr~約20Torrの範囲の圧力を含む。1つ又は複数の実施形態では、前処理水素アニーリングプロセスは、100sccm~20000sccmの範囲の水素を流すことを含む。
【0026】
[0027]堆積110では、基板(又は基板表面)上に金属膜を堆積させるプロセスが実行される。堆積プロセスは、基板上に膜を形成するための1つ又は複数の操作を含み得る。1つ又は複数の実施形態では、このプロセスは150℃~500℃の範囲の温度で行われる。1つ又は複数の実施形態では、プロセスは、0.1Torr~10Torrの範囲の圧力、又は少なくとも0.8Torrの圧力で行われる。
【0027】
[0028]操作112では、基板(又は基板表面)を有機金属前駆体に曝露して、基板(又は基板表面)上に膜を堆積させる。有機金属前駆体は、基板表面と反応(すなわち、吸着又は化学吸着)して基板表面上に金属種を残すことができる任意の適切な有機金属化合物であり得る。
【0028】
1つ又は複数の実施形態では、有機金属前駆体は、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)及びルテニウム(Ru)からなる群から選択される金属を含む。
【0029】
[0030]1つ又は複数の実施形態では、有機金属前駆体はモリブデン(Mo)を含む。1つ又は複数の実施形態では、モリブデン(Mo)を含む有機金属前駆体は、ビス(エチルベンゼン)Mo、ビス(ベンゼン)Mo、ビス(メチルベンゼン)Mo、(ビシクロ[2.2.1]ヘプタ-2,5-ジエン)テトラカルボニルモリブデン(0)、シクロヘプタトリエンモリブデントリカルボニル、(エチルシクロペンタジエニル)Mo(NMe2)3、(メチルシクロペンタジエニル)Mo(NMe2)3tBuDADMo(CO)4、ビス(t-ブチルイミド)ビス(ジメチルアミノ)Mo、ビス(エチルシクロペンタジエニル)Mo二水素化物、Mo14、CpMo(CO)2(NO)、及びMeCpMo(CO)2(NO)からなる群から選択される前駆体を含む。
【0030】
[0031]1つ又は複数の実施形態では、有機金属前駆体は金属-炭素結合を含む。1つ又は複数の実施形態において、有機金属前駆体は、Mo-C結合、W-C結合、Os-C結合、Re-C結合、Ir-C結合、Ni-C結合、又はRu-C結合を含む。
【0031】
[0032]操作114において、処理チャンバは、未反応の有機金属前駆体、反応生成物及び副生成物を除去するために任意選択的にパージされる。このように使用される場合、「処理チャンバ」という用語は、処理チャンバの完全な内部容積を包含することなく、基板表面に隣接する処理チャンバの部分も含む。例えば、空間的に分離された処理チャンバのセクターでは、基板表面に隣接する処理チャンバの部分は、基板をガスカーテンを通して、有機金属前駆体を全く含まないか、又は実質的に含まない処理チャンバの部分若しくはセクターに移動させることを含むが、これらに限定されない、任意の適切な技術によって前駆体がパージされる。1つ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。いくつかの実施形態では、処理チャンバ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。いくつかの実施形態では、処理チャンバの一部は、処理チャンバ内の微小容積又は小容積の処理ステーションを指す。基板表面に言及する「隣接する」という用語は、表面反応(例えば、前駆体吸着)が起こるのに十分な空間を提供できる、基板表面に隣接する物理的空間を意味する。1つ又は複数の実施形態では、パージガスは、窒素(N2)、ヘリウム(He)、及びアルゴン(Ar)のうちの1つ又は複数から選択される。1つ又は複数の実施形態では、操作114は、少なくとも200sccmのパージガスを流すことを含む。1つ又は複数の実施形態では、基板を反応物に曝す前に、基板表面から有機金属前駆体がパージされる。
【0032】
[0033]操作116では、基板(又は基板表面)をヨウ素含有反応物に曝して、基板上に炭素を含まないヨウ素含有金属膜を形成する。ヨウ素含有反応物は、基板表面上の有機金属種と反応して、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を形成することができる。
【0033】
[0034]1つ又は複数の実施形態では、ヨウ素含有反応物は、式RIx[式中、Rは、1つ又は複数のC0~C10アルキル、シクロアルキル、アルケニル、又はアルキニル基であり、xは、1~4の範囲である]を有する種を含む。1つ又は複数の実施形態では、Rは、1つ又は複数の、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、s-ペンチル、t-ペンチル、ヘキシル、又はシクロヘキシル基を含む。1つ又は複数の実施形態において、Iはモノヨード(I)若しくはジヨード(I2)である。1つ又は複数の実施形態では、ヨウ素含有反応物はジヨードメタン(CH2I2)を含む。
【0034】
[0035]1つ又は複数の実施形態では、操作116で、基板(又は基板表面)をヨウ素含有反応物に曝すことは、基板上に炭素を含まないヨウ素含有金属膜を形成する。1つ又複数の実施形態では、基板(又は基板表面)をヨウ素含有反応物に曝すことは、金属-炭素結合を金属-ヨウ素結合に変換する。1つ又は複数の実施形態では、基板(又は基板表面)をヨウ素含有反応物に曝すことは、Mo-I結合、W-I結合、Os-I結合、Re-I結合、Ir-I結合、Ni-I結合、又はRu-Iの結合を形成する。
【0035】
[0036]操作118において、処理チャンバは、ヨウ素含有反応物への曝露後に任意選択的にパージされる。操作118における処理チャンバのパージは、操作114におけるパージと同じプロセスであってもよいし、異なるプロセスであってもよい。処理チャンバ、処理チャンバの一部、基板表面に隣接する領域などをパージすることは、基板表面に隣接する領域から未反応の反応物、反応生成物、副生成物を除去する。
【0036】
[0037]所定の厚さの堆積膜(例えば、金属膜)を形成するために、堆積110における各操作の期間を変えることができる。1つ又は複数の実施形態では、操作112において、方法100は、基板(又は基板表面)を有機金属前駆体に1秒間曝露することを含む。1つ又は複数の実施形態では、操作114において、方法100は、基板を2秒間パージすることを任意選択的に含む。1つ又は複数の実施形態では、操作116において、方法100は、基板をヨウ素含有反応物に0.1秒~5秒の範囲の時間曝露することを含む。1つ又は複数の実施形態では、操作118において、方法100は、任意選択的に、0.1~10秒の範囲の時間基板をパージすることを含む。
【0037】
[0038]
図2は、操作112で有機金属前駆体に曝露する前に、操作116で基板をヨウ素含有反応物に曝露する方法200の代替実施形態を示す。図示された実施形態は、操作112、114の前に行われる操作116、118を示す。
図2の実施形態では、特定の動作理論に束縛されることなく、操作210において、有機金属前駆体に曝露する前に基板をヨウ素含有反応物に曝露することは、下にある膜からの炭素汚染を防ぐのに役立つと考えられる。いくつかの実施形態では、操作210は、決定点130に移る前に、基板を再びヨウ素含有反応物に曝露することをさらに含む。
【0038】
[0039]1つ又は複数の実施形態では、操作120で、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を還元剤に曝す。1つ又は複数の実施形態において、還元剤は、当業者に知られている任意の還元剤を含むことができる。
【0039】
[0040]特定の実施形態では、還元剤は熱水素(H2)を含む。他の実施形態では、反応物は水素(H2)プラズマを含む。1つ又は複数の実施形態において、反応物は、R-OH[Rは、アルキル基である]の一般式を有するアルコールを含む。いくつかの実施形態では、アルキル基Rは、1~20個の炭素原子、又は1~10個の炭素原子、又は1~8個の炭素原子を有する。1つ又は複数の実施形態において、一例として、R-OHの一般式は、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、及びオクタノールを含む。1つ又は複数の実施形態において、R-OHの一般式は、1つ又は複数の第一級、第二級、及び第三級アルコールを含む。1つ又は複数の実施形態では、反応物は熱アンモニア(NH3)を含む。1つ又は複数の実施形態では、反応物はアンモニア(NH3)プラズマを含む。
【0040】
[0041]別途指示がない限り、本明細書で単独で、又は別の基の一部として使用される用語「低級アルキル(lower alkyl)」、「アルキル(alkyl)」、又は「アルク(alk)」は、線状及び分枝状の炭化水素の両方であり、直鎖に1~20個の炭素原子又は1~10個の炭素原子を含む、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、t-ブチル、イソブチル、ペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、ヘプチル、4,4-ジメチルペンチル、オクチル、2,2,4-トリメチルペンチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、それらの様々な分岐鎖の異性体等を含む。そのような基は、任意選択的に、1~4個までの置換基を含んでいてもよい。アルキルは置換されていても置換されていなくてもよい。いくつかの実施形態では、ヨウ素含有反応物は、1つ又は複数の上記のアルキル基を含む。いくつかの実施形態では、還元剤は、1つ又は複数の上記のアルキル基を含む。
【0041】
[0042]1つ又は複数の実施形態では、操作120において、還元剤への曝露は、より高純度金属膜を形成する。1つ又は複数の実施形態では、操作120において、還元剤への曝露により金属-ヨウ素結合からヨウ素が除去され、堆積された膜(例えば、金属膜)を形成する。1つ又は複数の実施形態では、操作120で、還元剤への曝露は、Mo-I結合、W-I結合、Os-I結合、Re-I結合、Ir-I結合、Ni-I結合、及びRu-I結合がモリブデン(Mo)、タングステン(W)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)、及びルテニウム(Ru)、それぞれを変換する。
【0042】
[0043]1つ又は複数の実施形態では、操作120において、還元剤への曝露は、炭素を含まないヨウ素含有金属膜の抵抗率を50%以上減少させる。
【0043】
[0044]1つ又は複数の実施形態では、操作120において、還元剤への曝露は、還元剤に曝露されなかった金属膜の密度と比較して、金属膜の密度を増加させる。1つ又は複数の実施形態では、還元剤に曝露された金属膜は、7mg/m3~10.2mg/m3の範囲の密度を有する。1つ又は複数の実施形態では、還元剤に曝露されていない金属膜は、還元剤に曝露された同等の膜の密度よりも低い密度を有する。
【0044】
[0045]所定の厚さの堆積膜(例えば、金属膜)を形成するために、堆積110における各操作の期間を変えることができる。1つ又は複数の実施形態では、操作112において、方法100は、基板(又は基板表面)を有機金属前駆体に1秒間曝露することを含む。1つ又は複数の実施形態では、操作114において、方法100は、基板を2秒間パージすることを任意選択的に含む。1つ又は複数の実施形態では、操作116において、方法100は、基板をヨウ素含有反応物に1秒間曝露することを含む。1つ又は複数の実施形態では、操作118において、方法100は、基板を10秒間パージすることを任意選択的に含む。1つ又は複数の実施形態では、方法100は、操作120において、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を1秒~120秒の範囲の時間、還元剤に曝露することをさらに含む。1つ又は複数において、方法100は、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を2Torr~50Torrの範囲の圧力で還元剤に曝露することを含む。1つ又は複数の実施形態では、方法100は、炭素を含まないヨウ素含有膜を還元剤(図示せず)に曝した後、基板を10秒間パージすることを任意選択的に含む。
【0045】
[0046]図示されていない実施形態では、方法100は、金属膜をプラズマ処理に曝すことをさらに含む。1つ又は複数の実施形態では、不活性ガス又は反応性ガスを用いたプラズマ処理が効果的であることが判明している。1つ又は複数の実施形態では、プラズマ処理は、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、アンモニア(NH3)、窒素(N2)、水素(H2)、又はそれらの混合物などの雰囲気を伴う遠隔プラズマ源(RPS)、容量結合プラズマ(CCP)、又は誘導結合プラズマ(ICP)によって生成される。
【0046】
[0047]決定130では、堆積膜の厚さ、又は有機金属前駆体、ヨウ素含有反応物、及び還元体のサイクル数が考慮される。堆積膜が所定の厚さに達するか、又は所定の数のプロセスサイクルが実行されると、方法100は、任意選択の後処理操作130に進む。堆積膜厚又はプロセスサイクル数が所定のいき値に達していない場合、方法100は操作110に戻り、操作112で再び基板表面を前駆体に曝し、処理を継続する。
【0047】
[0048]1つ又は複数の実施形態では、堆積膜(例えば、金属膜)は、10Å~500Å、又は20Å~450Å、又は30Å~400Åの範囲の厚さを有する。
【0048】
[0049]1つ又は複数の実施形態では、堆積された膜(金属膜など)の抵抗率は100μΩ・cm以下である。1つ又は複数の実施形態では、堆積された膜(例えば、金属膜)の抵抗率は、75μΩ・cm以下、50μΩ・cm以下、25μΩ・cm以下、20μΩ・cm以下、15μΩ・cm以下、10μΩ・cm以下、又は5μΩ・cm以下である。
【0049】
[0050]任意選択の後処理操作140は、例えば、膜特性を変更する処理(例えば、アニーリング)、又は追加の膜を成長させるためのさらなる膜堆積プロセス(例えば、追加のALD若しくはCVDプロセス)であってよい。いくつかの実施形態では、任意の後処理操作140は、堆積膜の特性を変更する処理であってもよい。いくつかの実施形態では、任意選択的な後処理操作140は、堆積したままの膜をアニーリングすることを含む。いくつかの実施形態では、アニーリングは300℃~500℃の範囲の温度で行われる。いくつかの実施形態のアニーリング環境は、不活性ガス(例えば、アルゴン(Ar))及び還元性ガス(例えば、分子状水素(H2))を含む。1つ又は複数の実施形態では、任意選択的な後処理操作140は、100sccm~5,000sccmの範囲の不活性ガスを流すこと、及び100sccm~10,000sccmの範囲の還元ガスを流すことを含む。アニーリングは、任意の適切な時間にわたって実行することができる。いくつかの実施形態では、膜は、約15秒~約45分の範囲、又は約1分~約30分の範囲の所定の時間アニーリングされる。いくつかの実施形態では、膜は25分間アニーリングされる。いくつかの実施形態では、堆積したままの膜をアニーリングすることにより、密度が増加し、抵抗率が減少し、及び/又は膜の純度が増加する。
【0050】
[0051]方法100は、例えば、有機金属前駆体、ヨウ素含有反応物、還元剤、又はデバイスの熱収支に応じて、任意の適切な温度で実施することができる。1つ又は複数の実施形態では、高温処理の使用は、論理デバイスなどの温度に敏感な基板にとっては望ましくない場合がある。いくつかの実施形態では、有機金属前駆体への曝露(操作112)及びヨウ素含有反応物への曝露(操作116)は、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を還元剤に曝露する(操作120)のと同じ温度で行われる。いくつかの実施形態では、基板は150℃~約500℃の範囲の温度に維持される。
【0051】
[0052]1つ又は複数の実施形態では、堆積操作110を繰り返して、所定の厚さを有する膜を形成することができる。
【0052】
いくつかの実施形態では、有機金属前駆体への曝露(操作112)及びヨウ素含有反応物への曝露(操作116)は、炭素を含まないヨウ素含有金属膜を還元剤に曝露する(操作120)のとは異なる温度で行われる。1つ又は複数の実施形態では、基板表面は、第1の温度で有機金属前駆体(操作112)及びヨウ素含有反応物(操作116)に曝され、第1の温度とは異なる第2の温度で還元剤(操作120)に曝される。1つ又は複数の実施形態では、第1の温度は、有機金属前駆体(操作112)及びヨウ素含有反応物(操作116)への曝露の場合、150℃~500℃の範囲内であり、第1の温度は、還元剤への曝露の場合、300℃~500℃の範囲である。
【0053】
[0054]
図1に示される実施形態では、堆積操作110において、基板(又は基板表面)は、有機金属前駆体、ヨウ素反応物、及びび還元剤に順次的に曝露される。別の図示されていない実施形態では、基板(又は基板表面)は、CVD反応において有機金属前駆体、ヨウ素含有反応物、及び還元剤に同時に曝露される。CVD反応では、基板(又は基板表面)を有機金属前駆体とヨウ素含有反応物のガス状混合物に曝露して、炭素を含まないヨウ素含有膜を堆積させることができる。炭素を含まないヨウ素含有膜を還元剤に曝露して、堆積された膜(例えば、金属膜)を形成する。CVD反応では、堆積膜(例えば、金属膜)は、混合反応性ガスへの1回の曝露で堆積させることも、パージを挟んで混合反応性ガスへの複数回の曝露で堆積させることもできる。
【0054】
[0055]本開示のいくつかの実施形態は、高純度金属膜を堆積させる方法を提供する。様々な実施形態の方法は、原子層堆積(ALD)を使用して、純粋な、又はほぼ純粋な金属膜を提供する。本開示の例示的な実施形態はモリブデンの堆積に言及しているが、本開示の原理により、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、ニッケル(Ni)及びルテニウム(Ru)からなる群から選択されるどの金属が堆積されるかに関係なく、高純度の金属膜の堆積が可能になると考えられる。
【0055】
[0056]本開示のいくつかの実施形態は、誘電体表面上の金属表面上に金属膜を選択的に堆積させる方法を提供する。本開示のいくつかの実施形態は、金属表面の上の誘電体表面上に金属膜を選択的に堆積させる方法を提供する。この明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、「一方の表面上に別の表面の上に膜を選択的に堆積させる」などの用語は、第1の量の膜が第1の表面上に堆積され、第2の量の膜が第2の表面上に堆積されることを意味し、膜の第2の量は膜の第1の量よりも少ないか、又は膜が第2の表面に堆積されない。
【0056】
[0057]この点で使用される「上(over)」という用語は、ある表面が別の表面の上に物理的に配置されることを意味するものではなく、一方の表面と他方の表面との化学反応の熱力学又は速度論的特性の関係を意味する。例えば、モリブデン膜を、誘電体表面の上の金属表面上に選択的に堆積させることは、モリブデン膜が金属表面上に堆積され、モリブデン膜が誘電体表面上にほとんど又はまったく堆積されないこと、あるいは金属表面上でのモリブデン膜の形成が、誘電体表面上でのモリブデン膜の形成と比較して、熱力学的又は速度論的に有利である。
【0057】
[0058]堆積プロセスの選択性は、一般に成長速度の倍数として表される。例えば、ある1つの表面膜が、別の表面よりも25倍厚く成長(又は堆積)された場合、そのプロセスは25:1の選択性を有すると説明される。この点において、比率が高いほど、プロセスがより選択的であることを示す。
【0058】
[0059]本開示のいくつかの実施形態は、高純度の金属膜を堆積するための方法を有利に提供する。したがって、これらの高純度膜は、関連するバルク金属材料と同様の特性を示す。例えば、本開示のいくつかの実施形態は、従来の酸素又は水素反応物プロセスによって堆積されたモリブデン膜よりも滑らかで、抵抗が低いモリブデン膜を提供する。本開示のいくつかの実施形態は、継ぎ目のない間隙を共形的に充填する金属膜を有利に提供する。
【0059】
[0060]空間ALDの実施形態では、各プロセスガスへの曝露は基板の異なる部分で同時に行われるため、基板の一部が第1の反応性ガスに曝露される一方で、基板の別の部分は第2の反応性ガスに曝露される(2つの反応性ガスのみが使用される場合)。基板上の各点が第1及び第2の反応性ガスの両方に順次的に曝露されるように、基板はガス供給システムに対して移動される。時間領域ALDプロセス又は空間ALDプロセスの任意の実施形態では、所定の層厚が基板表面上に形成されるまで該シーケンスを繰り返すことができる。
【0060】
[0061]本開示のいくつかの実施形態は、異なる化学物質又はプラズマガスの導入に使用できる複数のガスポートを備えた反応チャンバを使用するプロセスに関する。空間的には、これらのガスポート(チャネルとも呼ばれる)は、不活性パージガス及び/又は真空ポンピング穴によって分離され、異なるガスポートからのガスの混合を最小限に抑えるか排除するガスカーテンを作成して、不要な気相反応を回避する。これらの空間的に分離された異なるポートを通過するウエハは、異なる化学環境又はプラズマ環境に連続的かつ複数の表面に曝され、そのため、空間ALDモード又は表面エッチングプロセスでの層ごとの膜成長が発生する。いくつかの実施形態では、処理チャンバはガス分配部品のモジュール式アーキテクチャを有し、各モジュール式部品は、独立したパラメータ制御(RF又はガス流量など)を有し、ガス流量及び/又はRF曝露を柔軟に制御する。
【0061】
[0062]本明細書で使用される「パルス(pulse)」又は「ドーズ(dose)」は、処理チャンバ内に断続的又は非連続的に導入されるソースガスの量を指すことを意図している。各パルス内の特定の化合物の量は、パルスの持続時間に応じて時間の経過とともに変化する可能性がある。特定のプロセスガスは、単一の化合物、又は2つ以上の化合物の混合物/組み合わせ、例えば以下に説明するプロセスガスを含むことができる。
【0062】
[0063]各パルス/ドーズの持続時間は可変であり、例えば、処理チャンバの堆積容量及びそれに結合された真空システムの能力に適応するように調整することができる。追加的に、プロセスガスの注入時間はプロセスガスの流量、プロセスガスの温度、コントロールバルブの種類、使用される処理チャンバのタイプ、並びにプロセスガスの成分が基板表面上に吸着する能力に応じて変化する可能性がある。ドーズ時間はまた、形成される層の種類及び形成されるデバイスの幾何学的形状に基づいて変化し得る。ドーズ時間は、基板の実質的に全表面上に吸着/化学吸着し、その上にプロセスガス成分の層を形成するのに十分な量の化合物を提供するのに十分な長さでなければならない。
【0063】
[0064]本開示の1つ又は複数実施形態は、高アスペクト比のフィーチャ内に金属膜を堆積させる方法に関する。高アスペクト比のフィーチャは、高さ:幅の比が約10、20、又は50以上であるトレンチ、ビア、又はピラーである。いくつかの実施形態では、金属膜は、高アスペクト比フィーチャ上に共形性に堆積される。このように使われる際、共形性の膜は、フィーチャの頂部付近で、フィーチャの底部の厚さの約80~120%の範囲の厚さを有する。
【0064】
[0065]本開示のいくつかの実施形態は、誘電体表面の上の金属表面上に高純度の金属膜を選択的に堆積させることを有利に提供する。例えば、誘電体上の銅上にモリブデンを選択的に堆積させることにより、追加のエッチング又はリソグラフィステップを必要とせずに銅キャップ層が有利に提供される。
【0065】
[0066]本開示のいくつかの実施形態は、金属表面の上の誘電体表面上に高純度の金属膜を選択的に堆積させることを有利に提供する。例えば、誘電体の上に金属を選択的に堆積させることにより、バックエンド用途においてバリア又は他の誘電体上に金属層が有利に提供される。
【0066】
[0067]金属膜の純度は高い。いくつかの実施形態では、金属膜は、原子ベースで、15%以下、10%以下、9%以下、8%以下、7%以下、6%以下、5%以下、4%以下、3%以下、2%以下、1%以下、又は0.5%以下を含む、を含む20%以下の炭素含有量を有する。いくつかの実施形態では、金属膜の純度は、原子ベースで、90%以上、95%以上、97%以上、99%以上、99.5%以上、又は99.9%以上の金属原子の純度を有する。
【0067】
[0068]本開示のいくつかの実施形態は、高アスペクト比構造を含む基板上に共形の金属膜を堆積する方法を有利に提供する。この点で使用される「共形の」という用語は、金属膜の厚さが基板表面全体にわたって均一であることを意味する。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される「実質的に共形」という用語は、金属膜の厚さが、膜の平均的な厚さに対して約10%、5%、2%、1%、又は0.5%を超えて変化しないことを意味する。換言すれば、実質的に共形である膜は、約90%、95%、98%、99%又は99.5%を超える共形性を有する。
【0068】
[0069]本明細書全体を通じて、「一実施形態(one embodiment)」、「特定の実施形態(certain embodiments)」、「1つ又は複数の実施形態(one or more embodiments)」、又は「ある実施形態(an embodiment)」への言及は、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、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実施形態を意味する。したがって、この明細書全体の様々な場所での「1つ又は複数の実施形態において」、「特定の実施形態において」、「一実施形態において」又は「実施形態において」などの句の出現は、必ずしも本開示の同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、1つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【0069】
[0070]本明細書の開示を特定の実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は、本開示の原理及び応用を単に例示するものであることを理解されたい。本開示の趣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対して様々な修正及び変形を行うことができることは、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形を含むことが意図されている。
【国際調査報告】