(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】2024-09-30
(54)【発明の名称】選択的グラフェン堆積
(51)【国際特許分類】
C23C 16/26 20060101AFI20240920BHJP
C23C 16/56 20060101ALI20240920BHJP
H01L 21/285 20060101ALI20240920BHJP
H01L 21/3205 20060101ALN20240920BHJP
【FI】
C23C16/26
C23C16/56
H01L21/285 C
H01L21/88 B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024518459
(86)(22)【出願日】2022-09-14
(85)【翻訳文提出日】2024-05-21
(86)【国際出願番号】 US2022043530
(87)【国際公開番号】W WO2023049006
(87)【国際公開日】2023-03-30
(32)【優先日】2021-09-23
(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】ゴーシュ, スプリヤ
(72)【発明者】
【氏名】ロイ, サスミット シンハー
(72)【発明者】
【氏名】マリック, アブヒジット バス
【テーマコード(参考)】
4K030
4M104
5F033
【Fターム(参考)】
4K030AA09
4K030AA17
4K030BA27
4K030CA04
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4K030JA05
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4K030JA16
4K030LA15
4M104BB36
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5F033GG00
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5F033XX08
5F033XX28
5F033XX31
(57)【要約】
例示的な半導体処理方法が、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を提供することを含み得る。基板が、半導体処理チャンバの処理領域内に配置され得る。基板は、1以上のフィーチャを画定する低誘電率材料、低誘電率材料にわたり1以上のフィーチャ内に延在するライナー、及びライナー上に堆積され1以上のフィーチャ内で延在する金属含有層を含み得る。該方法は、ライナー及び金属含有層の少なくとも一部分の上に材料の層を形成することを含み得る。材料の層は、グラフェンを含んでよい。該方法は、ライナー上の材料の層の一部分の実質的に全てを除去することを含み得る。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を提供することであって、基板が、前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に配置され、前記基板は、
1以上のフィーチャを画定する低誘電率材料、
前記低誘電率材料にわたり前記1以上のフィーチャ内に延在するライナー、及び
前記ライナー上に堆積され前記1以上のフィーチャ内で延在する金属含有層を含む、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を提供すること、
前記ライナー及び前記金属含有層の少なくとも一部分の上に材料の層を形成することであって、前記材料の層はグラフェンを含む、前記ライナー及び前記金属含有層の少なくとも一部分の上に材料の層を形成すること、並びに
前記ライナー上の前記材料の層の一部分の実質的に全てを除去することを含む、半導体処理方法。
【請求項2】
前記炭素含有前駆体は、炭素-炭素二重結合又は炭素-炭素三重結合を含む、請求項1に記載の半導体処理方法。
【請求項3】
前記半導体処理チャンバの前記処理領域への前記炭素含有前駆体の流量は、約1,500sccm以下である、請求項1に記載の半導体処理方法。
【請求項4】
前記半導体処理チャンバ内の温度は、前記材料の層を形成している間、約540℃以下に維持される、請求項1に記載の半導体処理方法。
【請求項5】
前記半導体処理チャンバ内の圧力は、前記材料の層を形成している間、約50Torr以下に維持される、請求項1に記載の半導体処理方法。
【請求項6】
前記材料の層を形成している間、前記半導体処理チャンバ内の温度は約450℃以下に維持され、
前記基板上に前記材料の層を形成している間、前記半導体処理チャンバ内の圧力は約25Torr以下に維持される、請求項1に記載の半導体処理方法。
【請求項7】
前記材料の層は、約80原子%以上の炭素濃度によって特徴付けられる、請求項1に記載の半導体処理方法。
【請求項8】
前記金属含有層上に形成される前記材料の層は、約15nm以下の厚さによって特徴付けられる、請求項1に記載の半導体処理方法。
【請求項9】
前記ライナー上の前記材料の前記一部分の実質的に全てを除去する前に、前記半導体処理チャンバの前記処理領域に水素含有前駆体を提供することを更に含む、請求項1に記載の半導体処理方法。
【請求項10】
前記水素含有前駆体のプラズマを生成することを更に含み、前記プラズマは約100W以下のプラズマ出力で生成される、請求項9に記載の半導体処理方法。
【請求項11】
半導体処理チャンバの処理領域に前駆体を提供することであって、前記前駆体はアセチレンを含み、基板が、前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に配置され、前記基板は、
1以上のフィーチャを画定する低誘電率材料、及び
前記低誘電率材料上に堆積され前記1以上のフィーチャ内で延在する金属含有層を含む、半導体処理チャンバの処理領域に前駆体を提供すること、
前記低誘電率材料及び前記金属含有層の少なくとも一部分の上に材料の層を形成することであって、前記材料の層はグラフェンを含む、前記低誘電率材料及び前記金属含有層の少なくとも一部分の上に材料の層を形成すること、
前記半導体処理チャンバの前記処理領域に水素含有前駆体を提供すること、
前記水素含有前駆体のプラズマを生成すること、並びに
前記材料の層をプラズマ放出物と接触させ、前記低誘電率材料上の前記材料の層の実質的に全てを除去することを含む、半導体処理方法。
【請求項12】
前記半導体処理チャンバの前記処理領域への前記前駆体の流量は、約1,250sccm以下である、請求項11に記載の半導体処理方法。
【請求項13】
前記材料の層を形成している間、前記半導体処理チャンバ内の温度は約500℃以下に維持され、
前記基板上に前記材料の層を形成している間、前記半導体処理チャンバ内の圧力は約30Torr以下に維持される、請求項11に記載の半導体処理方法。
【請求項14】
前記材料の層は、約900秒以下で形成される、請求項11に記載の半導体処理方法。
【請求項15】
前記プラズマは、約50W以下のプラズマ出力で生成される、請求項14に記載の半導体処理方法。
【請求項16】
半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を提供することであって、基板が、前記半導体処理チャンバの前記処理領域内に配置される、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を提供すること、
前記基板の少なくとも一部分の上に材料の層を形成することであって、前記材料の層はグラフェンを含む、前記基板の少なくとも一部分の上に材料の層を形成すること、及び
非晶質である前記材料の層の実質的に全てを除去することを含む、半導体処理方法。
【請求項17】
前記基板は、1以上のフィーチャを画定するライナー、及び前記ライナー上に堆積され前記1以上のフィーチャ内で延在する金属含有層を含み、
前記ライナー上の前記材料の層の実質的に全てが非晶質である、請求項16に記載の半導体処理方法。
【請求項18】
前記炭素含有前駆体は、アセチレンを含む、請求項16に記載の半導体処理方法。
【請求項19】
前記材料の層は、約600秒以下で形成される、請求項16に記載の半導体処理方法。
【請求項20】
非晶質である前記材料の層の実質的に全てを除去することは、前記材料の層を水素含有プラズマの放出物と接触させることを含む、請求項16に記載の半導体処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、2021年9月23日に出願された米国特許出願第17/483,273号の利益を主張し、該米国特許出願の全開示は、あらゆる目的のために参照により本明細書に援用される。
【0002】
[0002] 本技術は、半導体プロセス及び材料に関する。特に、本技術は、金属上にグラフェンを選択的に堆積させることに関する。
【背景技術】
【0003】
[0003] 集積回路は、基板表面上に複雑にパターニングされた材料層を生成するプロセスによって可能となる。基板上にパターニングされた材料を生成することは、材料を形成し除去するための制御された方法を必要とする。材料の特性は、デバイスがどのように動作するかに影響を与え、また、膜が互いに対してどのように除去されるかにも影響を与え得る。プラズマ強化堆積は、特定の特性を有する膜を生成し得る。膜における所望の特性は、それらの用途に応じて異なり得る。
【0004】
[0004] したがって、高品質デバイス及び構造の製造に使用することができる、改善されたシステム及び方法が必要とされている。これらの必要性及びその他の必要性は、本技術によって対処される。
【発明の概要】
【0005】
[0005] 半導体構造を形成する例示的な方法は、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を提供することを含み得る。基板が、半導体処理チャンバの処理領域内に配置され得る。基板は、1以上のフィーチャを画定する低誘電率材料(low dielectric constant material)、低誘電率材料にわたり1以上のフィーチャ内に延在するライナー、及びライナー上に堆積され1以上のフィーチャ内で延在する金属含有層を含み得る。該方法は、ライナー及び金属含有層の少なくとも一部分の上に材料の層を形成することを含み得る。材料の層は、グラフェンであってよく又はグラフェンを含んでよい。該方法は、ライナー上の材料の層の一部分の実質的に全てを除去することを含み得る。
【0006】
[0006] 幾つかの実施形態では、炭素含有前駆体が、炭素-炭素二重結合又は炭素-炭素三重結合を含み得る。半導体処理チャンバの処理領域への炭素含有前駆体の流量は、約1,500sccm以下であり得る。半導体処理チャンバ内の温度は、材料の層を形成している間、約540℃以下に維持され得る。半導体処理チャンバ内の圧力は、材料の層を形成している間、約50Torr以下に維持され得る。幾つかの実施形態では、材料の層を形成している間、半導体処理チャンバ内の温度が約450℃以下に維持され、基板上に材料の層を形成している間、半導体処理チャンバ内の圧力が約25Torr以下に維持され得る。材料の層は、約80原子%以上の炭素濃度によって特徴付けられ得る。金属含有層上に形成される材料の層は、約15nm以下の厚さによって特徴付けられ得る。該方法は、ライナー上の材料の一部分の実質的に全てを除去する前に、半導体処理チャンバの処理領域に水素含有前駆体を提供することを含み得る。該方法は、水素含有前駆体のプラズマを生成することを含み得る。プラズマは、約100W以下のプラズマ出力で生成され得る。
【0007】
[0007] 本技術の幾つかの実施形態は、半導体処理方法を包含し得る。該方法は、半導体処理チャンバの処理領域に前駆体を提供することを含み得る。前駆体は、アセチレンであってよく又はアセチレンを含んでよい。基板が、半導体処理チャンバの処理領域内に配置され得る。基板は、1以上のフィーチャを画定する低誘電率材料、及び低誘電率材料上に堆積され1以上のフィーチャ内で延在する金属含有層を含み得る。該方法は、低誘電率材料及び金属含有層の少なくとも一部分の上に材料の層を形成することを含み得る。材料の層は、グラフェンであってよく又はグラフェンを含んでよい。該方法は、半導体処理チャンバの処理領域に水素含有前駆体を提供すること、水素含有前駆体のプラズマを生成すること、及び、材料の層をプラズマ放出物と接触させ、低誘電率材料上の材料の層の実質的に全てを除去することを含み得る。
【0008】
[0008] 幾つかの実施形態では、半導体処理チャンバの処理領域への炭素含有前駆体の流量が、約1,250sccm以下であり得る。半導体処理チャンバ内の温度は、材料の層を形成している間、約500℃以下に維持され得る。半導体処理チャンバ内の圧力は、基板上に材料の層を形成している間、約30Torr以下に維持され得る。材料の層は、約900秒以下で形成され得る。プラズマは、約50W以下のプラズマ出力で生成され得る。
【0009】
[0009] 本技術の幾つかの実施形態は、半導体処理方法を包含し得る。該方法は、半導体処理チャンバの処理領域に炭素含有前駆体を提供することを含み得る。基板が、半導体処理チャンバの処理領域内に配置され得る。該方法は、基板の少なくとも一部分の上に材料の層を形成することを含み得る。材料の層は、グラフェンを含んでよい。該方法は、非晶質(アモルファス:amorphous)である材料の層の実質的に全てを除去することを含み得る。
【0010】
[0010] 基板は、1以上のフィーチャを画定するライナー、及びライナー上に堆積され1以上のフィーチャ内で延在する金属含有層を含み得る。ライナー上の材料の層の実質的に全てが、非晶質であり得る。炭素含有前駆体は、アセチレンであってよく又はアセチレンを含んでよい。材料の層は、約600秒以下で形成され得る。非晶質である材料の層の実質的に全てを除去することは、材料の層を水素含有プラズマの放出物と接触させることを含み得る。
【0011】
[0011] このような技術は、従来のシステム及び技法を超えた多数の利点をもたらす可能性がある。例えば、プロセスや構造は、導電層とバリア層の両方の役割を果たす材料の層を選択的に堆積させることができる。更に、本技術の複数の実施形態の工程により、導電層とバリア層が1つの材料の層に組み合わされるため、全体的な構造の厚さを減らすことができる。これらの実施形態及びその他の実施形態は、その多くの利点や特徴と共に、後述の記載及び添付の図面により詳細に説明されている。
【0012】
[0012] 開示される技術の性質及び利点は、本明細書の残りの部分と図面を参照することによって更に理解を深めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】[0013] 本技術の幾つかの実施形態による例示的な半導体処理チャンバの概略断面図を示す。
【
図2】[0014] 本技術の幾つか実施形態による形成方法における選択された工程を示す。
【
図3】[0015]
図3A~
図3Cは、本技術の幾つかの実施形態に従って生成された材料層が含まれる例示的な概略断面構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
[0016] 図面のうちの幾つかは、概略図として含まれている。図面は例示を目的としており、縮尺通りであると明記されていない限り、縮尺通りであるとみなしてはならないと理解するべきである。加えて、図は、概略図として、理解を助けるために提供されており、実際の描写と比較すると、全ての態様又は情報を含むわけではないことがあり、且つ、例示のために余分な又は強調された素材を含み得る。
【0015】
[0017] 添付の図面では、類似の構成要素及び/又は特徴が、同じ参照符号を有し得る。更に、同じ種類の様々な構成要素は、類似の構成要素間を区別する文字により、参照符号に従って区別することができる。本明細書において第1の参照符号のみが使用される場合、その記載は、文字に関わりなく、同じ第1の参照符号を有する類似の構成要素のうちの何れにも適用可能である。
【0016】
[0018] 半導体処理におけるメタライゼーション形成中に、導電性ラインを画定する構造の周りに拡散バリアが含まれることがある。他の金属又は導電性材料の中でとりわけ、銅とコバルトは、デバイスやフィーチャの構造が微細化しても、相互接続として効率的に動作し得る。これらの材料は、より低い電気抵抗率と改善されたエレクトロマイグレーション耐性とによって特徴付けられ得る。しかし、これらの材料は原子拡散の影響を受け易く、金属種が誘電材料を通って拡散し、分離されたライン間の短絡を引き起こし、デバイスの故障につながる可能性がある。したがって、拡散を制限するために、金属材料の周りに拡散バリアが含まれ得る。拡散バリア材料には、窒化チタンや窒化タンタルなどの金属窒化物を含む多くの材料が含まれ得る。これらの材料は、誘電材料内で画定されたフィーチャの側壁や基部の周りに堆積され、フィーチャ内に堆積された金属を完全に閉じ込め、拡散を制限又は防止し得る。更に、これらの材料のうちの1つ、又は金属キャッピング層が、フィーチャが充填された後で金属の上に形成され得る。例えば、金属キャッピング層を利用することによって、原子拡散が防止され、また、より小さなフィーチャサイズでは、抵抗率の増加を抑えるために更なる導電性材料が提供される。
【0017】
[0019] しかし、これらの材料は幾つかの問題を引き起こす可能性があり、それらの問題はフィーチャサイズの縮小によって悪化する可能性がある。例えば、金属キャッピング層は、フィーチャ分離を確実にする上で問題を引き起こす可能性があり、フィーチャ間で完全に除去されない場合、導電性ライン間の短絡を引き起こす可能性がある。更に、チタンや窒化タンタルのような材料は、厚さが縮小すると不連続になり、原子移動や拡散が起こる可能性がある。これらの問題やその他の問題があるため、従来の技法では、フィーチャサイズを更に小さくしたり、拡散や不完全な材料除去によるフィーチャ間の短絡を防止したりする能力に限界があった。
【0018】
[0020] 本技術は、金属材料上に選択的に堆積されるグラフェンを利用することによって、これらの問題を克服する。グラフェンの二次元構造は、拡散バリアとして依然として効果的に機能する厚さが低減された層を可能にし得る。グラフェンはまた、導電性材料でもあるため、相互接続の微細化に伴う抵抗率の上昇を抑えるのに役立ち得る。更に、本技術の幾つかの実施形態による工程を実行することによって、グラフェンは、金属ライン上に選択的に堆積され得、介在するバリア材料又は誘電材料上に堆積されなくてよく、又はそのような堆積を制限することができる。これは、導電性材料が隣接したフィーチャ間で延在すること(これは、短絡につながり得る)を制限又は防止し得る。最後に、本技術に従ってフィーチャ間で形成され得る任意の残留グラフェンは、グラフェンバリア材料に対する最小限の損傷を伴って(或いは全く損傷なしに)容易に除去され得る。
【0019】
[0021] 残りの開示では、開示された技術を利用する特定の堆積プロセスを日常的に特定し、1つの種類の半導体処理チャンバを説明することとなるが、説明されるプロセスは、他の堆積チャンバ、ならびに任意の数の半導体処理チャンバで実行され得るプロセスに等しく適用可能であることが容易に理解されるであろう。したがって、本技術は、これらの特定の堆積プロセス又はチャンバ単独での使用に限定されるものと見なされるべきではない。本開示は、本技術による半導体処理の方法が説明される前に、本技術の複数の実施形態に従ってプロセスを実行するために使用され得る1つの可能なチャンバを説明することになる。
【0020】
[0022]
図1は、本技術の幾つかの実施形態による、例示的な半導体処理チャンバシステム100の断面図を示す。半導体処理チャンバ100を利用して、本技術の幾つかの実施形態に従って膜層を形成することができるが、該方法は、膜形成が行われ得る任意のチャンバ内で同様に実行されてよいことを理解されたい。半導体処理チャンバ100は、チャンバ本体102、チャンバ本体102の内部に配置された基板支持体104、及び、チャンバ本体102に結合され、基板支持体104を処理空間120内に囲い込むリッドアセンブリ106を含み得る。基板103は、開口部126を通して処理空間120に提供されてよく、この開口部は、スリットバルブ又はドアを用いて処理のために従来通りに封止されてよい。基板103は、処理中に基板支持体の表面105上に載置されてよい。基板支持体104は、矢印145で示されているように、基板支持体104のシャフト144が配置される軸147に沿って回転可能であり得る。代替的に、基板支持体104は、堆積プロセス中に必要に応じて持ち上げて回転させることができる。
【0021】
[0023] プラズマプロファイル変調器111が、基板支持体104上に配置された基板103にわたるプラズマの分布を制御するために、半導体処理チャンバ100内に配置され得る。プラズマプロファイル変調器111は、第1の電極108を含み得る。第1の電極108は、チャンバ本体102に隣接して配置されてよく、チャンバ本体102をリッドアセンブリ106の他の構成要素から分離し得る。第1の電極108は、リッドアセンブリ106の一部であってよく、又は別個の側壁電極であってもよい。第1の電極108は、環状又はリング状の部材であってよく、リング電極であってよい。第1の電極108は、処理空間120を囲む半導体処理チャンバ100の外周の連続的なループであってよく、所望の場合、選択された位置において不連続であってもよい。第1の電極108はまた、例えば穿孔リング又はメッシュ電極などの穿孔電極であってもよく、又は例えば二次ガス分配器などの平板電極であってもよい。
【0022】
[0024] 例えば酸化アルミニウム及び/又は窒化アルミニウムといったセラミック又は金属酸化物などの誘電材料であってよい1以上の絶縁体110a、110bが、第1の電極108に接触してよく、第1の電極108をガス分配器112から及びチャンバ本体102から電気的且つ熱的に分離してよい。ガス分配器112は、プロセス前駆体を処理空間120の中に分配するための開孔118を画定してよい。ガス分配器112は、処理チャンバに結合されてよいRF生成器、RF電源、DC電源、パルス状DC電源、パルス状RF電源、又は任意の他の電源などの、第1の電力源142に結合され得る。幾つかの実施形態では、第1の電力源142がRF電源であってよい。
【0023】
[0025] ガス分配器112は、導電性ガス分配器又は非導電性ガス分配器であってよい。ガス分配器112はまた、導電性及び非導電性の構成要素で形成されてもよい。例えば、ガス分配器112の本体が導電性であってよい一方で、ガス分配器112の面板は非導電性であってよい。ガス分配器112は、
図1で示されているような第1の電力源142などによって電力供給されてよく、又は、幾つかの実施形態では、ガス分配器112は、接地に結合されてもよい。
【0024】
[0026] 第1の電極108は、半導体処理チャンバ100の接地経路を制御してよい第1の同調回路128に結合され得る。第1の同調回路128は、第1の電子センサ130、及び第1の電子コントローラ134を含んでよい。第1の電子コントローラ134は、可変キャパシタ又は他の回路素子であってよく、又はそれを含んでよい。第1の同調回路128は、1以上のインダクタ132であってよく、又はそれを含んでよい。第1の同調回路128は、処理中に処理空間120内に存在するプラズマ条件下で可変又は制御可能なインピーダンスを可能にする任意の回路であってよい。図示されているような幾つかの実施形態では、第1の同調回路128が、接地と第1の電子センサ130との間で平行に結合された第1の回路脚及び第2の回路脚を含んでよい。第1の回路脚は、第1のインダクタ132Aを含んでよい。第2の回路脚は、第1の電子コントローラ134と直列に結合された第2のインダクタ132Bを含んでよい。第2のインダクタ132Bは、第1の電子コントローラ134と、第1及び第2の回路脚の両方を第1の電子センサ130に結合するノードとの間に配置されてよい。第1の電子センサ130は、電圧又は電流センサであってよく、第1の電子コントローラ134に結合されてよい。第1の電子コントローラ134は、処理空間120の内側のプラズマ状態のある程度の閉ループ制御を許容し得る。
【0025】
[0027] 第2の電極122が、基板支持体104に結合されてよい。第2の電極122は、基板支持体104内に埋め込まれてよく、又は基板支持体104の表面に結合されてよい。第2の電極122は、板、穿孔板、メッシュ、ワイヤスクリーン、又は導電性要素の任意の他の分散配置(distributed arrangement)であってよい。第2の電極122は、同調電極であってよく、例えば、基板支持体104のシャフト144内に配置された、50オームなどの選択された抵抗率を有するケーブルなどの導管146によって、第2の同調回路136に結合され得る。第2の同調回路136は、第2の電子センサ138及び第2の電子コントローラ140を有してよい。第2の電子コントローラ140は、第2の可変キャパシタであってよい。第2の電子センサ138は、電圧又は電流センサであってよく、処理空間120内のプラズマ状態を更に制御するために、第2の電子コントローラ140に結合されてよい。
【0026】
[0028] バイアス電極及び/又は静電チャック電極であってよい第3の電極124が、基板支持体104に結合され得る。第3の電極は、フィルタ148を通して第2の電力源150に結合されてよい。フィルタ148は、インピーダンス整合回路であってよい。第2の電力源150は、DC電源、パルス状DC電源、RFバイアス電源、パルス状RF源若しくはバイアス電源、又はこれらの組み合わせ若しくは他の電源であってよい。幾つかの実施形態では、第2の電力源150が、RFバイアス電源であってよい。
【0027】
[0029]
図1のリッドアセンブリ106及び基板支持体104は、プラズマ又は熱処理用の任意の処理チャンバと共に使用されてよい。工程中、半導体処理チャンバ100が、処理空間120内のプラズマ状態のリアルタイム制御を許容し得る。基板103は、基板支持体104上に配置されてよく、プロセスガスが、任意の所望のフロープラン(flow plan)に従って入口114を使用してリッドアセンブリ106を通して流されてよい。ガスは、出口152を通って半導体処理チャンバ100を出ることができる。電源が、処理空間120内にプラズマを確立するために、ガス分配器112に結合されてよい。幾つかの実施形態では、基板が、第3の電極124を使用して電気バイアスをかけられてよい。
【0028】
[0030] 処理空間120内のプラズマを励起すると、プラズマと第1の電極108との間に電位差が確立され得る。また、プラズマと第2の電極122との間に電位差が確立され得る。次いで、電子コントローラ134、140が、2つの同調回路128、136によって表される接地経路の流れ特性を調整するために使用されてよい。堆積速度の独立した制御と、中心から縁部までのプラズマ密度の均一性の独立した制御とを行うために、第1の同調回路128と第2の同調回路136とに設定点がもたらされ得る。電子コントローラが両方とも可変キャパシタであり得る複数の実施形態では、電子センサが、独立して、堆積速度を最大化し、厚さの不均一性を最小化するように可変キャパシタを調整し得る。
【0029】
[0031] 同調回路128、136の各々は、それぞれの電子コントローラ134、140を使用して調整されてよい可変インピーダンスを有し得る。電子コントローラ134、140が可変キャパシタである場合、可変キャパシタの各々の容量範囲、並びに第1のインダクタ132A及び第2のインダクタ132Bのインダクタンスは、インピーダンスの範囲を提供するように選択され得る。この範囲は、プラズマの周波数特性や電圧特性に依存し、各可変キャパシタの静電容量範囲に最小値が存在し得る。それゆえ、第1の電子コントローラ134の静電容量が最小又は最大であるときに、第1の同調回路128のインピーダンスは高くなり、基板支持体の上の空中又は横方向の被覆率(coverage)が最小であるプラズマ形状がもたらされ得る。第1の電子コントローラ134の静電容量が第1の同調回路128のインピーダンスを最小化する値に近づくと、プラズマの空中被覆率は最大まで成長し、基板支持体104の全作業領域を効果的に覆うことになり得る。第1の電子コントローラ134の容量が最小インピーダンス設定から外れると、プラズマ形状がチャンバ壁から収縮し、基板支持体の空中被覆率が低下することがある。第2の電子コントローラ140は、同様の効果を有し、第2の電子コントローラ140の静電容量が変更可能なので、基板支持体上のプラズマの空中被覆率を増減させることができる。
【0030】
[0032] 電子センサ130、138は、閉ループでそれぞれの回路128、136を調整するために使用され得る。使用されるセンサの種類に応じて、電流又は電圧の設定点が各センサに設けられ、各それぞれの電子コントローラ134、140への調整を決定する制御ソフトウェアであって、設定点からの偏差を最小化する制御ソフトウェアがセンサに提供され得る。その結果、処理中に、プラズマ形状が選択され、動的に制御され得る。前述の説明は、可変キャパシタであり得る電子コントローラ134、140に基づいているが、調整可能なインピーダンスを有する同調回路128、136を提供するために、調整可能な特性を有する任意の電子部品が使用され得ることが理解されよう。
【0031】
[0033] プラズマ処理チャンバは、本技術に従って膜処理の1以上の態様に使用されてよいが、幾つかの実施形態では、炭素膜を形成することが、プラズマ強化プロセスを利用しなくてもよい。プラズマを利用することにより、前駆体から炭素が更に放出されることによって、生成される膜の共形性が制限される可能性があり、これは、炭素が他のラジカル種と再結合し、チャンバから流出することを可能にすることによって、生成される膜内の炭素取り込みを制限し得る。本技術は、幾つかの実施形態では、少なくとも、プラズマを生成することなしに膜を形成し得る。
図2は、本技術の幾つかの実施形態による、半導体処理の例示的な方法200の工程を示す。該方法は、上述された半導体処理チャンバ100、ならびにプラズマ堆積が実行され得る任意の他のチャンバを含む、様々な処理チャンバ内で実行されてよい。方法200は、本技術による方法の幾つかの実施形態に特に関連付けられてよく又は関連付けられなくてもよい、幾つかの任意選択的な工程を含んでよい。
図3A~
図3Cで示されているように、方法200は、例示的な構造300又は基板305を含む、任意の数の半導体構造又は基板に対して実行されてよいことを理解されたい。それらの半導体構造又は基板上に材料の層が形成されてよい。
図3A~
図3Cは、部分的な概略図のみを示し、基板は、図で示されるような複数の態様を有する任意の数の構造セクション、ならびに本技術の工程から依然として利益を得ることができる代替的な複数の構造の側面を含むことができることを理解されたい。
【0032】
[0034] 方法200は、本技術による方法の幾つかの実施形態に特に関連付けられてよく又は関連付けられなくてもよい、図示されている幾つかの任意選択的な工程を含んでよい。例えば、工程の多くは、より広い範囲の構造形成を提供するために説明されているが、本技術にとって重要なものではないか、又は以下で更に説明されるように代替的な方法論によって実行されてよい。前述されたように、方法200は、
図3A~
図3Cで概略的に示される工程を説明してよく、それらの図は、方法200の工程と併せて説明されることになる。
【0033】
[0035] 方法200の第1の工程の前に、基板305は、方法200が実行され得る半導体処理チャンバ100の処理領域内に配置されることに先立って、1以上のやり方で処理されてよい。これらの工程の一部又は全部は、上述されたように、複数のチャンバ又はシステムツール内で実行されてよく、又は同じシステムツール上の種々のチャンバ(方法200の工程が実行され得る半導体処理チャンバを含み得る)において実行されてよい。
【0034】
[0036] 該方法は、工程205において、半導体処理チャンバ100の処理領域に炭素含有前駆体を提供することを含み得る。基板305が、半導体処理チャンバ100の処理領域内に配置され得る。基板305は、複数の実施形態では、実質的に平坦な又は凹凸のある表面を有し得る。基板は、結晶シリコン、酸化ケイ素、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた若しくはドープされていないポリシリコン、ドープされた若しくはドープされていないシリコンウエハ、パターニングされた若しくはパターニングされていないウエハ、シリコンオンインシュレータ、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、又はサファイアなどの材料であってよい。基板305は、200mm又は300mmの直径のウエハ、ならびに矩形又は正方形パネルなどの、様々な寸法形状を有してよい。
【0035】
[0037] 基板の上に低誘電率材料310が形成され得る。低誘電率材料310は、1以上のフィーチャを画定し得る。1以上のフィーチャは、相互接続又はメタライゼーションラインの位置を画定し得る。低誘電率材料310は、非限定的に、酸化ケイ素、若しくはフッ素や炭素でドープされた酸化物などの、酸化物材料、又は処理に使用され得る他の低誘電率(low-k)材料を含んでよい。ライナー315が、低誘電率材料310にわたり1以上のフィーチャ内に延在し得る。ライナー315は、非限定的に、窒化タンタル又は窒化チタンを含み得るが、任意の他のバリア材料が、本技術の複数の実施形態において使用されてよい。金属含有材料320が、ライナー315上に堆積されてよく、1以上のフィーチャ内で延在してよい。1以上のフィーチャは、基板の層にわたり相互接続又はメタライゼーションラインを生成し得る。金属含有材料320は、銅、コバルト、タングステン、又は他の金属材料などの、任意の数の金属であってよい。
【0036】
[0038] 前述されたように、工程205において、方法200は、半導体処理チャンバ100の処理領域に炭素含有前駆体を提供することを含み得る。堆積において使用されてよい炭素含有前駆体は、任意の数の炭素含有前駆体であってよく又はそれらを含んでよい。例えば、炭素含有前駆体は、任意の炭化水素ガス、又は炭素と水素を含むか若しくは炭素と水素から構成される任意の材料であってよく又はそれらを含んでよい。幾つかの実施形態では、炭素含有前駆体が、1以上の炭素-炭素二重結合及び/又は1以上の炭素-炭素三重結合によって特徴付けられてよい。したがって、幾つかの実施形態では、炭素含有前駆体が、アセチレン、エチレン、プロペンなどのアルカン、アルケン、若しくはアルキン、又は任意の他の炭素含有材料であってよく又はそれらを含んでよい。前駆体には、炭素と水素を含む前駆体が含まれてよく、これらは、任意の他の元素の結合と共に、任意の量の炭素及び水素結合を含んでよい。エチレンやエタンなど様々な炭素含有前駆体が考えられるが、アセチレンは改善された堆積特性を示し得る。その上に堆積が求められ得るところの金属は、エチレンやエタンよりも低い温度でアセチレンに触媒作用を及ぼす可能性がある。当業者によって理解されるように、より低い温度は、処理中の熱収支のために好適であり得る。
【0037】
[0039] 前述されたように、形成工程の一部又は全部は、基板処理領域がプラズマフリーに維持されている間に実行され得る。熱化学気相堆積を実行することによって、より共形な材料形成が可能になり、ならびに材料は増加した炭素含有量によって特徴付けられる。半導体処理チャンバ100の処理領域への炭素含有前駆体の流量は、約1,500sccm以下であってよく、約1,400sccm以下、約1,300sccm以下、約1,250sccm以下、約1,200sccm以下、約1,100sccm以下、約1,000sccm以下、約900sccm以下、約800sccm以下、約700sccm以下、約600sccm以下、約500sccm以下、又はそれより下であってよい。工程205中、炭素含有前駆体の一部分は、金属含有層320と反応し得る。例えば、炭素含有前駆体の一部分は、コバルトや銅などの、金属含有層320内の金属と反応し得る。金属は、炭素を消費して金属と炭素の合金を形成することとなる。それは、ライン金属の効率を有害に低減させ得る。約1,500sccm以下などのより低い流量では、金属含有層320によって消費される炭素の量を低減しつつ、金属含有層320上の材料のグラフェン層の形成を依然として維持することができる。
【0038】
[0040] 炭素含有前駆体に加えて、水素含有前駆体も、半導体処理チャンバ100の処理領域に提供されてよい。半導体処理チャンバ100の処理領域への水素含有前駆体の流量は、約700sccm以上であってよく、約800sccm以上、約900sccm以上、約1,000sccm以上であってよい。複数の実施形態では、水素含有前駆体が、二原子水素であってよく又は二原子水素を含んでよい。
【0039】
[0041] 工程210では、方法200が、金属含有層320上の材料の層の一部分325を含む材料の層を形成することを含む選択的堆積工程を含み得る。その一方で、ライナー材料315上などの構造の介在部分の上の形成を制限又は防止する。複数の実施形態では、金属含有層320上の材料の層の一部分325が、グラフェニックカーボン(graphenic carbon)を含んでよい。一方で、ライナー上の材料の層の一部分330は、アモルファスカーボンを含み得る。金属含有層320内の金属は、本技術の複数の実施形態において利用される、より低い処理温度で炭素含有材料の分解に触媒作用を及ぼし得る。これによって、金属材料の上での成長が可能になり得る一方で、誘電材料やバリア材料の上での成長が制限又は防止され得る。更に、金属は、グラフェン形成に触媒作用を及ぼし、これは、金属の上に高品質のグラフェン層を形成し得る。ある量の炭素材料が、金属フィーチャの間のバリア材料上に形成され得るが、この材料は、アモルファスカーボンに限られ得る。これは、以下で更に説明されるように、容易に除去することができる。
【0040】
[0042] 金属含有層320上の材料の層の一部分325は、約80原子%以上の炭素濃度によって特徴付けられてよく、約82原子%以上、約84原子%以上、約86原子%以上、約88原子%以上、約90原子%以上、又はそれより上の炭素濃度によって特徴付けられてよい。約80原子%以上の炭素濃度は、導電性を向上させてよく、材料の層の一部分325が、導電層とバリア層の両方としての役割を果たすのに寄与してよい。より高い炭素濃度は、材料の層の一部分325がより完全なグラフェン格子によって特徴付けられることをもたらしてよく、これは、バリア層としての役割を果たし、材料の層の一部分325にわたる原子拡散を防止するのに寄与してよい。金属含有層320上に形成された材料の層の一部分325は、約15nm以下の厚さによって特徴付けられてよく、約14nm以下、約13nm以下、約12nm以下、約11nm以下、約10nm以下、約9nm以下、約8nm以下、約7nm以下、約6nm以下、約5nm以下、約4nm以下、約3nm以下、又はそれより下の厚さによって特徴付けられてよい。グラフェンを原子拡散バリアとして利用することによって、低減された厚さが可能になってよく、これは、依然として金属拡散からの完全な保護を確実にする。更に、グラフェンは、有利なことに、構造内のライン抵抗率を減少させる可能性がある。前述されたように、デバイスのサイズが縮小するにつれて、デバイス内の層の厚さは同様に縮小し、グラフェンは、抵抗率の増加を制御しながらこの縮小を可能とし得る。
【0041】
[0043] 工程210において、材料の層の一部分325は、約900秒以下で形成されてよい。例えば、材料の層の一部分325は、約800秒以下、約700秒以下、約600秒以下、約500秒以下、約400秒以下、約300秒以下、又はそれより下で形成されてよい。炭素含有前駆体の流量に関連付けられる効果と同様に、より長い期間にわたる材料の層の一部分325の形成は、炭素含有前駆体と金属含有層320内の金属との望ましくない相互作用を増加させる可能性があり、介在する材料に沿った形成も増加させる可能性がある。900秒を超える時間では、半導体処理チャンバ内の炭素含有前駆体の飽和により、金属と炭素含有前駆体が反応して合金を形成することをもたらし得る。
【0042】
[0044] 前述されたように、材料の層は、金属含有前駆体320上に形成された材料の層の一部分325と、ライナー315上に形成された材料の層の一部分330とによって特徴付けられ得る。下層との相互作用により、炭素含有前駆体は、金属含有層320とライナー315の各々の上に異なるように堆積し得る。例えば、金属含有層320上に形成された材料の層の一部分325は、結晶性であってよく、又は結晶性に形成され得る。逆に、ライナー315上に形成された材料の層の一部分330は、非晶質又は非結晶性であってよく、これは以下で更に説明されるように除去を容易にし得る。
【0043】
[0045] 半導体処理チャンバ100内の温度は、材料の層を形成している間、約540℃以下に維持されてよい。540℃を超える温度では、金属が炭素を取り込んで合金を形成するので、金属含有層320内での金属の消費が増加し得る。したがって、半導体処理チャンバ100内の温度は、材料の層を形成している間、約530℃以下、例えば、約520℃以下、約510℃以下、約500℃以下、約490℃以下、約480℃以下、約470℃以下、約460℃以下、約450℃以下、約440℃以下、約430℃以下、約420℃以下、約410℃以下、約400℃以下、又はそれより下に維持されてよい。材料の層の形成は、熱に基づく反応であり得るため、約300℃以下の温度では、材料の層の一部分325の層形成が困難になる可能性があり、したがって、温度は、約300℃以上、約350℃以上、約400℃以上、又はそれより上に維持されてよい。
【0044】
[0046] 半導体処理チャンバ100内の圧力は、材料の層を形成している間、約50Torr以下に維持されてよい。50Torrよりも高い圧力では、炭素含有前駆体と接触したときに、金属の消費が増加する可能性がある。更に、より高い圧力は、材料の層の堆積速度を低下させる可能性がある。したがって、半導体処理チャンバ100内の圧力は、材料の層が形成されている間、約45Torr以下、例えば、約40Torr以下、約35Torr以下、約30Torr以下、約25Torr以下、約20Torr以下、約15Torr以下、又はそれより下に維持されてよい。
【0045】
[0047] 材料の層の一部分325が、金属含有層320上で十分な厚さまで形成された後で、工程225は、ライナー315上に堆積した可能性がある任意の残留炭素含有材料を除去することを含んでよい。本技術の幾つかの実施形態では、酸素含有除去が使用されてよいが、酸素プラズマプロセスでは、残留することが意図されている金属領域上のグラフェン材料に孔が開いたり、そのようなグラフェン材料が除去されたりする可能性がある。したがって、本技術の幾つかの実施形態では、方法200が、ライナー315上の炭素含有材料のより制御された除去を実行するために、工程215において、処理領域に水素含有前駆体を提供することを含んでよい。それにより、グラフェン材料が、実質的に、本質的に、又は完全に、金属材料上に残ることが可能になり得る。方法200はまた、工程220において、水素含有前駆体の水素含有プラズマを生成することも含んでよい。プラズマは、約100W以下のプラズマ出力で生成されてよい。プラズマは、約90W以下、約80W以下、約70W以下、約60W、約50W以下、約45W以下、約40W以下、約35W以下、約30W以下、約25W以下、約20W以下、又はそれより下のプラズマ出力で生成されてよい。約50W以下のプラズマ出力を使用することによって、プラズマは、ライナー315上の材料の層の一部分330のみを除去してよい。前述されたように、ライナー315上の材料の層の一部分330は、非晶質の可能性があるが、一方で、金属含有層320上の材料の層の一部分325は、結晶性である可能性がある。水素含有前駆体のプラズマは、約100W以下、約50W以下、またはそれより下のプラズマ出力で生成され、アモルファスカーボン(さもなければ、ライナー315上の材料の層の一部分330と呼ばれるもの)のみを除去できる可能性がある。残りの材料の層の一部分325であるグラフェニックカーボンは、特に本技術の複数の実施形態による、殊に低いプラズマ出力で、水素含有前駆体のプラズマによって実質的に変化しない程度に、十分に形成及び組織化される可能性がある。つまり、ライナー315上の炭素などの質の悪い炭素は、約100W以下のプラズマ出力で生成されるプラズマによって除去されるが、金属含有層320上のグラフェンなどの高品質の炭素は、プラズマによる処理に耐え、構造300上に残り得る。金属含有層320上の材料の層の一部分325の一部のエッチング又は除去が生じ得るが、この除去は微量であり、ライナー315上の材料の層の一部分330よりもはるかに遅い速度であることを理解されたい。
【0046】
[0048] 工程225において、ライナー315上の材料の層の一部分330は、約300秒以下で除去されてよい。例えば、材料の層の一部分330は、約250秒以下、約200秒以下、約175秒以下、約150秒以下、約125秒以下、約100秒以下、又はそれより下で除去されてよい。300秒を超える除去時間では、ライナー315上の材料の層の一部分330が完全に除去されてよいが、より長い処理時間は、金属含有層320上の材料の層のエッチング又は除去につながり得る。したがって、エッチング時間は、処理中にグラフェンが金属材料の上に維持されることを確実にするように制限される場合がある。
【0047】
[0049] 工程210及び225は、同じ又は同様なプロセス条件で行われてよい。例えば、温度及び/又は圧力は、材料の層の形成と材料の層の一部分330の除去との両方で維持されてよい。逆に、材料の層の形成と材料の層の一部分330の除去との間で、温度及び/又は圧力が修正され又は調整されてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、除去又はエッチング工程中に圧力が下げられてよい。処理領域内の圧力を下げることによって、プラズマ粒子の平均自由行程が増加し、アモルファスカーボン材料の除去を促進される可能性がある。したがって、堆積は、約10Torr以上、約20Torr以上、又はそれより上で生じてよいが、除去プロセスは、約10Torr以下で生じてよく、約8Torr以下、約6Torr以下、約5Torr以下、約4Torr以下、約3Torr以下、又はそれより下で生じてよい。
【0048】
[0050] 方法200は、任意選択的な工程230での、更なる処理を含んでよい。例えば、工程230は、説明された工程の後に、バックエンド処理、堆積、エッチング、研磨、洗浄、又は任意の他の工程を含んでよい。一実施形態では、工程230が、ライナー315、金属含有層320、及び金属含有層320上に残っている材料の層の一部分325上に、低誘電材料を堆積させることを含んでよい。工程230は、ライナー315、金属含有層320、及び金属含有層320上に残っている材料の層の一部分325上の低誘電材料を貫通してエッチングすることを含んでよい。低誘電材料を貫通するエッチングは、ビアを形成してよい。このビアは、金属含有層320のプラグのうちの1以上と接続するための金属充填工程を可能にし得る。
【0049】
[0051] 説明されたプロセスのうちの1以上を利用することによって、導電性材料の制御された個別の形成が可能となり、材料の層が改善されることになり、したがって、構造300が得られてよい。その場合、本明細書で説明されるグラフェンを含む材料の層の一部分325などの1つの層は、従来技術よりも低減された厚さを利用しながら、金属材料上に個別に形成される導電層とバリア層の両方の特性を提供し、短絡を引き起こし得る介在する材料が存在しない状態を維持するか、又は容易に除去可能な材料を有する状態を維持する。その結果、本技術によって改善された構造が可能になり、従来技術よりも改善された全体的な抵抗率を有する低減された厚さの構造を生成することができる。
【0050】
[0052] 前述の記載では、説明を目的として、本技術の様々な実施形態の理解を促すために、数々の詳細が提示されている。しかし、当業者には、これらの詳細のうちの一部がなくても、或いは、追加の詳細があれば、特定の複数の実施形態を実施することができることは明らかであろう。
【0051】
[0053] 幾つかの実施形態を開示したが、当業者は、実施形態の精神から逸脱することなく、様々な修正例、代替構造物、及び均等物を使用できることを認識されよう。更に、幾つかの周知の処理及び要素は、本技術を不必要に不明瞭にすることを避けるために説明されていない。したがって、上記の説明は、本技術の範囲を限定するものと解釈すべきでない。更に、方法又は処理は、順次又は段階的に説明され得るが、工程は、同時に行われてもよく、又は、記載よりも異なる順序で行われてもよいことを理解するべきである。
【0052】
[0054] 値の範囲が提供されている場合、文脈上そうでないと明示されていない限り、当然ながら、その範囲の上限値と下限値との間の各介在値は、下限値の最も小さい単位まで具体的に開示されている。記載された範囲の任意の記載値又は記載されていない介在値の間の任意の小さい範囲、そしてその記載範囲のその他の任意の記載された値又は介在する値も含まれる。これら小さい範囲の上限及び下限は、その範囲に個々に含まれ、又はその範囲から除外される場合があり、小さい範囲に限界値の何れかが含まれる、どちらも含まれない、又は両方が含まれる各範囲もまた、記載された範囲における明確に除外される任意の限界値を条件として、この技術範囲に包含される。記載された範囲が、限界値の片方又は両方を含む場合、これらの含められた限界値のいずれか又は両方を除外する範囲も含まれる。
【0053】
[0055] 本明細書及び特許請求の範囲で使用される単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈が他のことを明らかに示していない限り、複数の参照対象を含む。したがって、例えば、「炭素含有前駆体」への言及は、複数のこのような前駆体を含み、「材料の層」への言及は、当業者に知られている1以上の層及びその均等物への言及を含む、などである。
【0054】
[0056] また、「備える(comprise(s))」、「備えている(comprising)」、「含有する(contain(s))」、「含有している(containing)」、「含む(include(s))」、及び「含んでいる(including)」という用語は、本明細書及び特許請求の範囲で使用された場合、記載された特徴、整数、構成要素、又はステップの存在を特定することを意図しているが、1以上のその他の特徴、整数、構成要素、工程、動作、又は群の存在若しくは追加を除外するものではない。
【国際調査報告】