JP2007507892A - 間欠的なプリカーサガスフロープロセスを使用して金属層を形成する方法。 - Google Patents
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Abstract
【課題】 間欠的なプリカーサガスフロープロセスを使用して金属層を形成する方法を提供することである。
【解決手段】 間欠的なプリカーサガスフロープロセスを使用して基板上に金属層を形成する方法は、提供される。方法は、金属−カルボニルプリカーサガスのパルスに基板を曝すと共に、還元ガスに基板を曝すことを含む。所望の厚さを有する金属層が基板上に形成されるまで、プロセスは実行される。金属層は、基板上に形成されることができ、または、交互に、金属層は、金属核生成層上に形成されることができる。
【選択図】
【解決手段】 間欠的なプリカーサガスフロープロセスを使用して基板上に金属層を形成する方法は、提供される。方法は、金属−カルボニルプリカーサガスのパルスに基板を曝すと共に、還元ガスに基板を曝すことを含む。所望の厚さを有する金属層が基板上に形成されるまで、プロセスは実行される。金属層は、基板上に形成されることができ、または、交互に、金属層は、金属核生成層上に形成されることができる。
【選択図】
Description
このＰＣＴ出願は、２００３年９月３０日に出願の米国非仮特許出願番号第１０／６７３，６４６号に基づき、その優先権に依るものであり、その全体の内容は、参照によって本願明細書に組み込まれたものとする。
本発明は、半導体処理に関し、より詳しくは、間欠的なプリカーサガスフロープロセスにて、金属−カルボニルプリカーサの熱分解より金属層を形成する方法に関する。
集積回路を製造するための多層配線方式（ｓｃｈｅｍｅｓ）への銅（Ｃｕ）金属の導入は、Ｃｕ層の接着および成長を促進し、かつ誘電体材料へのＣｕ拡散を防止するように誘電体材料から化学的にアイソレートする拡散バリア／ライナ（ｌｉｎｅｒｓ）を使用することを要求され得る。
誘電体材料上に堆積されるバリア／ライナは、Ｃｕと非反応性および非混合性（ｉｍｍｉｓｃｉｂｌｅ）で、かつ低い電気的抵抗率（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）を提供することができるタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、およびタンタル（Ｔａ）のような高融点材料（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を含むことができる。抵抗率、耐熱性、および、拡散バリア特性のようなＷの基本的な物質特性は、先進のＣｕベースの相互接続アプリケーションに対し、Ｗ層を最適なものとする。Ｃｕメタリゼーションと誘電体材料とを集積化する現在のインテグレーション方式は、約４００℃と約５００℃との間の、またはそれを下回る基板温度でのＷバリア／ライナ堆積プロセスを必要とすることができる。
水素、またはシランのような還元ガスの存在下で、Ｗ層は、タングステン−ハロゲン化物プリカーサ、例えば六フッ化タングステン（ＷＦ６）を熱的に分解することによる熱化学気相成長（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＣＶＤ）プロセスで基板上に形成されることができる。タングステン−ハロゲン化物プリカーサを使用することに対する欠点は、Ｗ層の材料特性を劣化させ得るＷ層内へのハロゲン化物副生成物の取込みにある。タングステンカルボニルプリカーサのような非ハロゲン含有タングステンプリカーサは、タングステン−ハロゲン化物プリカーサに対する上述の欠点を軽減するために使用されることができる。しかしながら、タングステン−カルボニルプリカーサ（例えば、Ｗ（ＣＯ）６）の熱分解によって形成されたＷ層の材料特性は、Ｗ層の電気的抵抗率の上昇と、悪い一様性（ｐｏｏｒ ｃｏｍｆｏｒｍａｌｉｔｙ）を有するＷ層の形成とをもたらす熱的に堆積されたＷ層内へのＣＯ反応副生成物の取込みに、起因して悪化し得る。
処理チャンバ内に基板を準備することと、還元ガスに基板を曝すことと、金属−カルボニルプリカーサガスのパルスに基板を曝すことと、このことにより、金属層を基板上に形成することと、所望の厚さを有する金属層が形成されるまで、曝すプロセスを繰り返すこととによって、金属層を基板上に形成する方法は、提供される。
別の実施形態において、複数の微細構造物を有する基板上に金属層を形成する方法は、処理チャンバ内に基板を準備することと、還元ガスに基板を曝すことと、金属−カルボニルプリカーサガスのパルスに基板を曝すことと、このことにより金属層を基板上に形成することと、所望の厚さを有する金属層が形成されるまで、曝すプロセスを繰り返すこととによって、提供される。方法は、第１の厚さを有する金属層を少なくとも１つの微細構造物の底部上に形成することと、第２の厚さを有する金属層を少なくとも１つの微細構造物の側壁上に形成することと、オーバーハングを有する金属層を少なくとも１つの微細構造物の最上部に形成することとを具備する。
１つの実施形態において、金属層は、基板上に形成されることができ、または、交互に、金属層は、金属核生成層（ｍｅｔａｌ ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）の上に形成されることができる。
図１は、本発明の実施形態に係る金属層を形成する処理システムの簡略化された構成図である。処理システム１００は、上部チャンバセクション１ａと、下部チャンバーセクション１ｂと、排気チャンバ２３とを含む処理チャンバ１を備えている。円形開口部２２は、下部チャンバーセクション１ｂの中央部に形成され、底のセクション１ｂが排気チャンバ２３に接続する。
処理チャンバ１の内部に、水平に被処理基板（ウェハ）５０を保持する基板ホルダ２が提供される。基板ホルダ２は、排気チャンバ２３の下部の中心から上方へ延びる円筒状サポート部材３によって支えられる。基板ホルダ２上に基板５０を位置決めするためのガイドリング４は、基板ホルダ２の端部上に提供される。さらにまた、基板ホルダ２は、電源６によって制御され、基板５０を加熱するために使用されるヒータ５を含む。ヒータ５は、抵抗ヒータでありことができ、代わりとして、ヒータ５は、ランプヒータであることができる。
プロセスの間、加熱された基板５０は、熱的にＷ（ＣＯ）６プリカーサを分解し、そして、基板５０上にＷ層の形成を可能にすることができる。基板ホルダ２は、基板５０上へ所望のＷ層を堆積させるために適している所定の温度まで加熱される。ヒータ（図示せず）は、所定の温度にチャンバ壁を加熱するように、処理チャンバ１の壁に埋め込まれる。ヒータは、約４０℃から約８０℃まで処理チャンバ１の壁の温度を維持することができる。
シャワーヘッド１０は、処理チャンバ１の上部チャンバセクション１ａに位置づけられる。シャワーヘッド１０の底のシャワーヘッドプレート１０ａは、基板５０上方に位置づけた処理ゾーン６０内へＷ（ＣＯ）６プリカーサガスを含むプロセスガスを供給するための多数のガス送出孔１０ｂを有する。処理ゾーン６０は、基板直径によって、および基板５０とシャワーヘッド１０との間のギャップによって、規定される体積である。
開口１０ｃは、ガス分配コンパートメント１０ｄ内へガスライン１２からプロセスガスを導入するため、上部チャンバセクション１ｂに提供される。同心のクーラントフローチャネル１０ｅは、シャワーヘッド１０の温度を制御するために、そして、このことによりシャワーヘッド１０内部でのＷ（ＣＯ）６プリカーサの分解を防ぐために提供される。水のような冷却剤（クーラント）流体は、約２０℃から約１００℃まで、シャワーヘッド１０の温度を制御するために冷却剤流体ソース１０ｆから、クーラントフローチャネル１０ｅへ供給されることができる。
ガスライン１２は、ガス送出システム３００を処理チャンバ１に接続する。プリカーサ容器１３は、固体のＷ（ＣＯ）６のプリカーサ５５を含み、プリカーサヒータ１３ａは、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサ５５をＷ（ＣＯ）６プリカーサの所望の蒸気圧を生ずる温度に維持するようにプリカーサ容器１３を加熱するために提供される。Ｗ（ＣＯ）６プリカーサ５５は、６５℃で比較的高い蒸気圧Ｐｖａｐ〜１Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１３３．３２２Ｐａ）を有することができる。従って、プリカーサソース１３およびプリカーサガス供給ライン（例えばガスライン１２）の適度な加熱だけは、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガスを処理チャンバ１に供給するために必要である。さらにまた、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサは、約２００℃以下の温度では熱的に分解しない。これは、加熱されたチャンバ壁および気相反応とのインタラクションによるＷ（ＣＯ）６プリカーサの分解を非常に減少させることができる。
実施形態において、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサ蒸気は、キャリヤガスを用いずに処理チャンバ１に供給されることができ、または、代わりとして、キャリヤガスは、処理チャンバ１にプリカーサの送出を高めるために使用されることができる。ガスライン１４は、ガス供給源１５からプリカーサ容器１３までキャリヤガスを提供することができ、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）１６は、キャリヤガス流量を制御するように使用されることができる。キャリヤガスが使用されるときに、それは、固体のＷ（ＣＯ）６プリカーサ５５に浸透される（ｐｅｒｃｏｌａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ Ｗ（ＣＯ）６ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）ように、プリカーサ容器１３の下部の中へ導入され得る。代わりとして、キャリヤガスは、プリカーサソース１３の中へ導入されることがあり得て、そして固体のＷ（ＣＯ）６プリカーサ５５の上部全体に渡って分散されることがあり得る。センサ４５は、プリカーサ容器１３からの総ガス流れを測定するために提供される。センサ４５は、例えば、ＭＦＣを有し、処理チャンバ１に供給されるＷ（ＣＯ）６プリカーサの量は、センサ４５と、マスフローコントローラ１６とを使用して決定されることができる。代わりとして、センサ４５は、処理チャンバ１へのガス流れ中のＷ（ＣＯ）６プリカーサの濃度を測定する光吸収センサを有することができる。
バイパスライン４１は、センサ４５から下流に位置づけられ、ガスライン１２を排気ライン２４に接続する。バイパスライン４１は、ガスライン１２を排気するために、および、処理チャンバ１へのＷ（ＣＯ）６プリカーサの供給を安定させるために提供される。加えて、ガスライン１２の分岐から下流に位置づけられるバルブ４２は、バイパスライン４１に提供される。
ヒータ（図示せず）は、独立してガスライン１２、１４、および４１を加熱するように提供され、そこにおいて、ガスラインの温度は、ガスライン内のＷ（ＣＯ）６プリカーサの凝縮を回避するために制御されることができる。ガスラインの温度は、約２０℃から約１００℃まで、または約２５℃から約６０℃まで制御されることができる。
希釈ガスは、ガス供給源１９からガスライン１８を使用してガスライン１２へ供給されることができる。希釈ガスは、プロセスガスを希釈するように、またはプロセスガス分圧を調整するように使用されることができる。ガスライン１８は、ＭＦＣ２０およびバルブ２１を含む。ＭＦＣ１６およびＭＦＣ２０、並びにバルブ１７，バルブ２１およびバルブ４２は、キャリヤガス、Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガス、および希釈ガスの供給、シャットオフ、および流量を制御するコントローラ４０によって制御される。センサ４５は、また、コントローラ４０に接続され、そしてセンサ４５の出力に基づいて、コントローラ４０は、処理チャンバ１に所望のＷ（ＣＯ）６プリカーサ流量を得るようにマスフローコントローラ１６を介してキャリヤガス流量を制御することができる。還元ガスは、ガス供給源６１から処理チャンバ１まで、ガスライン６４、ＭＦＣ６３、およびバルブ６２を使用して供給されることができる。パージガスは、ガス供給源６５から処理チャンバ１まで、ガスライン６４、ＭＦＣ６７、およびバルブ６６を使用して供給されることができる。コントローラ４０は、還元ガスおよびパージガスの供給と、シャットオフと、流量とを制御することができる。
排気ライン２４は、排気チャンバ２３を真空排気システム４００に接続する。真空ポンプ２５は、所望の真空度まで処理チャンバ１を排気し、プロセス中、処理チャンバ１からガス種を取り除くように使用される。自動圧力コントローラ（ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ：ＡＰＣ）５９およびトラップ５７は、真空ポンプ２５と直列に使用されることができる。真空ポンプ２５は、１秒あたり約５０００リットル（および、より高排気）までの排気速度が可能なターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）を含むことができる。代わりとして、真空排気システム４００は、ドライポンプを含むことができる。プロセスの間、プロセスガスは、処理チャンバ１内に導入されることができ、そしてチャンバ圧力は、ＡＰＣ５９によって調整される。ＡＰＣ５９は、バタフライ形式バルブまたはゲートバルブを備えることができる。トラップ５７は、処理チャンバ１から未反応のプリカーサ材料および副生成物を収集することができる。
処理チャンバ１において、３本の基板リフトピン２６（２本だけが、示されている）は、基板５０を保持し、上昇させ、および降下させるために提供される。基板リフトピン２６は、プレート２７に固定され、および基板ホルダ２の上部表面方向へ、下方まで降ろされることができる。例えば、エアーシリンダを利用している駆動機構２８は、プレート２７を上下させる手段を提供する。基板５０は、ロボット移送システム（図示せず）を介してゲートバルブ３０およびチャンバフィードスルー通路２９を通して処理チャンバ１の内外に移送されることができ、そして基板リフトピンによって受けられることができる。一旦、基板５０が移送システムから受けられると、それは、基板リフトピン２６を降下させることによって基板ホルダ２の上部表面へ降ろされることができる。
処理システムコントローラ５００は、マイクロプロセッサと、メモリと、通信し、処理システム１００への入力をアクティブにし、同じく処理システム１００からの出力をモニタするのに十分な制御電圧を生成することが可能なデジタルＩ／Ｏポートとを含む。さらに、処理システムコントローラ５００は、処理チャンバ１と、コントローラ４０およびプリカーサヒータ１３ａを含むガス送出システム３００と、真空排気システム４００と、電源６と、冷却剤流体ソース１０ｆとに組み合わせられ、それらと情報を交換する。真空排気システム４００において、処理システムコントローラ５００は、処理チャンバ１内の圧力を制御するための自動圧力コントローラ５９に組み合わせられ、そしてそれと情報を交換する。メモリに格納されたプログラムは、保存されたプロセスレシピに従って処理システム１００の前述のコンポーネントを制御するのに利用される。処理システムコントローラ５００の一実施例は、テキサス州ダラスのデル社から入手可能であるＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ ６１０（登録商標）である。
Ｗ層を形成する処理システムは、概略的に図１に示され、記載されるような単一ウエハ処理チャンバを備えることができる。代わりとして、処理システムは、同時に複数の基板（ウェハ）を処理することが可能なバッチ型処理チャンバを備えることができる。Ｓｉウェハのような半導体基板に加えて、基板は、例えば、ＬＣＤ基板、ガラス製基板、または化合物半導体基板であり得る。例えば、処理チャンバは、例えば、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板のようなどのようなサイズの基板を、またはより大きい基板でさえ、処理することができる。
一般に、さまざまな金属バリア／ライナーは、対応する金属−カルボニルプリカーサから、堆積されることができる。これは、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６，Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、およびＲｕ３（ＣＯ）１２のプリカーサから、それぞれ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｃｒ、およびＲｕ金属層が堆積されることを含む。
金属層は、還元ガスを用いずに金属含有プリカーサより熱的に堆積されることができる。代わりとして、還元剤、例えばＨ２ガスは、金属層の堆積の補助に使用されることができる。金属−カルボニルプリカーサの熱分解と、金属層の形成とは、基板からのＣＯ除去と、ＣＯ副生成物の脱離とによって主に進行すると考えられる。金属層へのＣＯ副産物の取込みは、金属−カルボニルプリカーサの不完全な分解、吸着されたＣＯ副生成物の金属層からの不完全な除去、および金属層上への処理チャンバ内のＣＯ副生成物の再吸着から生じることがあり得る。金属層へのＣＯ反応副生成物の取込みは、金属層の表面上、および／または金属層中の小瘤（金属パーティクル）の異常成長により、金属層の抵抗率を増加させることになり得て、劣った表面モホロジに至ることになり得る。
本発明の１つの実施形態では、金属層は、一連の金属−カルボニルプリカーサガスのパルス中に、形成される。各パルスは、約５オングストローム（Ａ）厚さと、約６０Ａ厚さとの間にある金属層を形成する。本発明の別の実施形態では、各金属−カルボニルプリカーサガスのパルス中に形成される金属層は、約５Ａ厚さと、約１０Ａ厚さとの間であり得る。本発明の１つの実施形態では、複数の金属プリカーサガスパルスの後、トータルの金属層厚さは、約５００Ａ未満である。周期的なプロセスは、通常の非周期的なプロセス、すなわち、堆積プロセス中の一時期、プリカーサガスが基板に曝される従来の化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスとは、異なる。
図２は、本発明の実施形態に係る間欠的なプリカーサガスフロープロセスを使用して金属層を形成するためのフローチャートである。２００で、プロセスは、始められる。２０２で、基板は、処理チャンバ内に準備され、２０４で、基板は、還元ガスに曝される。２０６で、基板は、金属−カルボニルプリカーサガスのパルスに曝され、そして、このことにより、基板上に金属−カルボニルプリカーサガスの熱分解から金属層を形成する。２０８で、プロセスを終了するかどうかの決定がなされる。２１０で、所望の厚さが達成されたときに、プロセスは終了され、所望の厚さが達成されていないときには、プロセスは２０６に戻る。
図３は、本発明の実施形態に係る金属層を形成するための間欠的なプリカーサガスフロープロセス中のガスフローを概略的に示す。図３において示される実施形態において、還元ガス、例えばＨ２と、パージガス、例えばＡｒとを含んでいるガスフローは、処理チャンバ内で定められている。引き続き、金属−カルボニルプリカーサガスのパルスは、時間２５０の間、処理チャンバ内へ流される。時間２５０の長さは、例えば、金属−カルボニルプリカーサの反応性、キャリヤガスおよび希釈ガスによる金属−カルボニルプリカーサの希釈、および処理システムのフロー特性（流れ特性）に依存することができる。時間２５０の終わりに、処理チャンバは、パージガスおよび還元ガスによって時間２６０の間パージされる。概略的に図３に示されるように、パージガスおよび還元ガスの流量は、プロセスの間、一定であり得る。別の形態として、パージガスおよび還元ガスの流量は、プロセスの間、変化し得る。
金属−カルボニルプリカーサガスは、金属−カルボニルプリカーサと、オプションとしてキャリヤガスおよび希釈ガスと、を含むことができる。金属−カルボニル流量は、例えば、約０．１ｓｃｃｍと、約２００ｓｃｃｍとの間であり得る。キャリヤガス、希釈ガス、およびパージガスは、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＮ２のような不活性ガスを含むことができる。本発明の１つの実施形態では、キャリヤガス流量は、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間であり得て、パージガス流量は、約５０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間であり得て、および、希釈ガス流量は、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間であり得る。
一般に、還元ガスは、金属層から反応副生成物の除去を補助することが可能であるガスを含むことができる。本発明の１つの実施形態では、還元ガスは、水素含有ガス、例えばＨ２ガスを含むことができる。本発明の別の実施形態では、還元ガスは、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、および二塩化シラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２）のようなシリコン含有ガスを含むことができる。本発明のさらにもう一つの実施形態において、還元ガスは、硼素含有ガス、例えば一般の式でＢｘＨ３ｘを有する硼素含有ガスを含むことができる。これは、例えば、ボラン（ＢＨ３）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、トリボラン（Ｂ３Ｈ９）、およびその他を含む。本発明のさらに別の実施形態において、還元ガスは、窒素含有ガス、例えばアンモニア（ＮＨ３）を含むことができる。本発明の１つの実施形態では、還元ガスの流量は、約１０ｓｃｃｍと、約５００ｓｃｃｍとの間であり得る。
図３に概略的に示される実施形態において、堆積サイクル２７０は、時間２５０と、時間２６０とから成る。時間２５０の間、薄い金属層は、金属−カルボニルプリカーサの熱分解より、基板上へ形成される。時間２６０の間、処理チャンバは、パージガスと、還元ガスとによってパージされる。所望の厚さを有する金属層が基板上に形成されるまで、堆積サイクル２７０は、繰り返されることができる。
所望の厚さを有する金属層の形成を可能にする適切なプロセス条件は、直接的な実験および／または実験計画法（ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ：ＤＯＥ）によって決定されることができる。調節可能なプロセスパラメータは、例えば、時間２５０および時間２６０の長さ、温度（例えば基板温度）、処理圧力、プロセスガス、および相対的なガス流量であり得る。各時間２５０および時間２６０の長さは、金属層の厚さおよび一様性を最適化するように、独立して変化されることができる。時間２５０および時間２６０の長さは、各堆積サイクルにおいて一定であることができ、または、あるいは、時間２５０および時間２６０の長さは、堆積サイクル２７０内で、独立して変化されることができる。一般に、時間２５０の長さは、約１秒と、約５００秒との間、例えば約２５秒であり得て、時間２６０の長さは、約１２０秒未満、例えば約３０秒であり得る。
本発明の１つの実施形態では、処理チャンバ圧力は、例えば、約０．０１Ｔｏｒｒと、約５Ｔｏｒｒとの間であり得る。本発明の別の実施形態では、処理チャンバ圧力は、約０．２Ｔｏｒｒ未満であり得て、約０．０４Ｔｏｒｒであり得る。基板温度は、約２５０℃と、約６００℃との間、または約４００℃と、約５００℃との間であり得る。プリカーサ容器内の金属−カルボニルプリカーサは、例えば、約３５℃と、約４５℃との間の温度に保たれることができる。
本発明の１つの実施形態では、金属核生成層は、上で記載されている間欠的な金属−カルボニルプリカーサガスフロープロセスを使用して金属層を形成する前に、基板上に形成されることができる。金属核生成層は、ＣＶＤ、プラズマ増強ＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ：ＰＥＣＶＤ）、およびＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）を含む（しかしそれに制限されるものではない）さまざまな周知の堆積方法を使用して堆積されることができる。例えば、初期の金属核生成の厚さは、約１０Ａと、約１０００Ａとの間であり得る。一つの実施例において、金属核生成層を堆積させるＣＶＤプロセスは、金属−カルボニルプリカーサガス、約０．５Ｔｏｒｒの処理圧力、および約６０秒の曝す時間を利用することができる。
図４は、本発明の実施形態に係るＳｉ微細構造物上に形成されたＷ層の断面図を概略的に示す。図４において、Ｗ層３１０の厚さは、基板３７０の上に形成された微細構造物３００の地形にわたって変化する。微細構造物３００は、約３：１のアスペクト比（ホール（ｈｏｌｅｓ）またはトレンチの深さ：ホールまたはトレンチの幅）を有した。ホールおよびトレンチの深さ３９０は、約１．１ミクロン（１１，０００Ａ）であって、ホールおよびトレンチの平均幅３８０は、約０．３６ミクロン（３，６００Ａ）であった。
表１は、本発明の実施形態に係る、図４に概略的に示されたＳｉ微細構造物上に形成されたＷ層の厚さおよび一様性を示す。異なるプロセス条件に対するＷ層３１０の一様性を評価するために、微細構造物３００上のさまざまな場所のＷ層３１０の厚さは、微細構造物３００に近接したＷ層３１０の厚さ３２０と比較された。これは、微細構造物３００の上部のＷ層のオーバーハングの厚さ３６０と、微細構造物３００の開口上部のＷ層３１０の厚さ３５０と、微細構造物３００の底のＷ層３１０の厚さ３３０と、微細構造物３００の垂直側壁上のＷ層の最小厚さ３４０とを含んでいる。
表１のＷ層は、次のプロセス条件を使用して形成された：ａ）約５００℃の基板温度でのＷのＣＶＤプロセスと、ｂ）約５００℃の基板温度での間欠的なプリカーサガスフロープロセスと、ｃ）約４００℃の基板温度での間欠的なプリカーサガスフロープロセスとである。ａ）−ｃ）によってＷ層を堆積させる前に、薄いＷ核生成層は、Ｗ（ＣＯ）６と、Ａｒキャリヤガスと、Ａｒパージガスとを含んでいるＷ（ＣＯ）６プリカーサガス使用して基板上に堆積された。Ｗ核生成層は、約０．５Ｔｏｒｒの処理チャンバ圧力で、６０秒間堆積された。
基板上への薄いＷ核生成層の形成に続いて、ａ）のＣＶＤプロセスは、約５００℃の基板温度で、Ｗ（ＣＯ）６ガスと、Ａｒキャリヤガスと、Ａｒパージガスと、Ｈ２還元ガスとを基板に曝すことによって、実行された。（ｂ）および（ｃ）における間欠的なプリカーサガスフロープロセスは、それぞれ、約５００℃および約４００℃の基板温度で実行され、そして、１２０回の堆積サイクルと、約０．０４Ｔｏｒｒの処理圧力と、Ａｒパージガスと、Ｈ２還元ガスと、Ａｒキャリヤガスを含んでいるＷ（ＣＯ）６プリカーサガスとを使用した。
表１の結果は、プロセス条件ａ）−ｃ）によって形成されたＷ層が全て同様の３６０／３２０値を示し、Ｗ層に対するオーバーハングの度合いが同様であることを示した。ｂ）およびｃ）の間欠的なプリカーサガスフロープロセスは、ＣＶＤプロセスよりも、ホールおよびトレンチに対する３３０／３２０の値がより十分な収量を有していた（ｙｉｅｌｄｅｄ）。換言すれば、微細構造物の底部上のＷ層３１０の相対的な厚さは、ＣＶＤプロセスと比較して間欠的なプリカーサガスフロープロセスを使用することによって大幅に改善されていた。加えて、ｂ）およびｃ）に対する３４０／３２０の値は、トレンチに対して改善され、それは、間欠的なプリカーサガスフロープロセスを使用して、Ｗ層３１０のより良い相対的な側壁カバレッジを示している。
プロセス条件ａ）−ｃ）に対するＷ層３１０のＷグレインサイズは、ＳＥＭ顕微鏡写真より視覚的に観測された。ＣＶＤプロセスによって形成されたＷは、約１００Ａから約３５０Ａまでのサイズ範囲のＷグレインを示し、一方、ｂ）およびｃ）の間欠的なプリカーサガスフロープロセスは、約５００℃の基板温度に対しては、約１００Ａから約１５０Ａまでのサイズ範囲のＷグレインを示し、約４００℃の基板温度に対しては、約３００Ａから約３５０Ａまでのサイズ範囲のＷグラインを示した。従って、間欠的なプリカーサガスフロープロセスによって形成されるＷグレインは、ＣＶＤプロセスより狭いサイズ分布を有する。
基板は、複数の微細構造物を有することができる。１つの実施形態において、微細構造物の幅は、約０．４ミクロン未満であり得る。別の実施形態において、それは、約０．１５ミクロン未満であり得る。さらに別の実施形態では、それは、約０．１ミクロン未満であり得る。さらに他の実施例では、微細構造物の深さは、約１ミクロンより深くあり得る。
１つの実施形態において、微細構造物のアスペクト比は、約３：１より大きくなり得る。別の実施形態において、微細構造物の底部上のＷ層厚さは、約１０Ａより厚くあり得る。さらに他の実施例では、それは、約５０Ａより厚くあり得る。事実、それは、約１５０Ａより厚くあり得る。１つの実施形態において、微細構造物の側壁上のＷ層厚さは、約１０Ａより厚い。別の実施形態において、それは、約５０Ａより厚くあり得る。事実、それは、約１５０Ａより厚くあり得る。
１つの実施形態において、微細構造物の底部上の金属層厚さと、微細構造物に近接した金属層厚さとの比率は、約０．１より大きい。別の実施形態において、微細構造物の側壁上の金属層厚さと、微細構造物に近接した金属層厚さとの比率は、約０．１より大きい。さらに別の実施形態では、微細構造物の上部の金属オーバーハングの厚さと、微細構造物に近接した金属層の厚さとの比率は、約０．７未満であり得る。さらに他の実施例では、比率は、約０．５未満であり得る。
間欠的なプリカーサガスフロープロセスの別の実施例において、Ｗ層は、６０回の堆積サイクルを使用して４００℃の基板温度で、熱的に成長されたＳｉＯ２層上に形成された。Ｗ（ＣＯ）６プリカーサガスの各パルスの期間は、約２５秒であり、Ａｒキャリヤガス流量の約５０ｓｃｃｍであった。Ｈ２還元ガス流量は、約１００ｓｃｃｍであった。プロセスによって形成されたＷ層は、各堆積サイクルにおいて約６．５Ａの平均堆積速度を有し、約３８９Ａの厚さであった。Ｗ層の抵抗率は、約３４．９μΩ−ｃｍであった。
本発明のさまざまな修正および変更は、本発明を実施する際に使用されることになると理解されるべきである。添付の請求の範囲内であって、ここに特に記載されているより、他の方法で、本発明が実施され得ることになると理解されるものである。
Claims (54)
- 金属層を基板上に形成する方法であって、
処理チャンバ内に基板を準備することと、
前記基板を還元ガスに曝すことと、
前記基板を金属−カルボニルプリカーサのパルスに曝して、金属層を前記基板上に形成することと、
所望の厚さを有する金属層が形成されるまで、前記曝すプロセスを繰り返すこととを具備する方法。 - 前記金属−カルボニルプリカーサは、Ｗ（ＣＯ）６、Ｎｉ（ＣＯ）４、Ｍｏ（ＣＯ）６，Ｃｏ２（ＣＯ）８、Ｒｈ４（ＣＯ）１２、Ｒｅ２（ＣＯ）１０、Ｃｒ（ＣＯ）６、およびＲｕ３（ＣＯ）１２の少なくとも１つである請求項１に記載の方法。
- 前記金属層は、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｃｒ、およびＲｕの少なくとも１つである請求項１に記載の方法。
- 前記金属−カルボニルプリカーサのガスは、Ｗ（ＣＯ）６を含んでいる請求項１に記載の方法。
- 前記金属−カルボニルプリカーサの流量は、約０．１ｓｃｃｍと、約２００ｓｃｃｍとの間である請求項２に記載の方法。
- 前記金属−カルボニルプリカーサのガスは、キャリヤガスおよび希釈ガスの少なくとも一方を更に含んでいる請求項２に記載の方法。
- 前記キャリヤガスおよび前記希釈ガスの少なくとも一方は、不活性ガスを含んでいる請求項６に記載の方法。
- 前記不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＮ２の少なくとも１つを含んでいる請求項７に記載の方法。
- 前記プリカーサのガスは、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間の流量のキャリヤガスを含んでいる請求項６に記載の方法。
- 前記プリカーサのガスは、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間の流量の希釈ガスを含んでいる請求項６に記載の方法。
- 前記還元ガスは、水素含有ガス、シリコン含有ガス、硼素含有ガス、および窒素含有ガスの少なくとも１つを含んでいる請求項１に記載の方法。
- 前記還元ガスは、Ｈ２を含む水素含有ガスを含んでいる請求項１１に記載の方法。
- 前記還元ガスは、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、およびＳｉＣｌ２Ｈ２の少なくとも１つを含むシリコン含有ガスを含んでいる請求項１１に記載の方法。
- 前記還元ガスは、ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６、およびＢ３Ｈ９の少なくとも１つを含む硼素含有ガスを含んでいる請求項１１に記載の方法。
- 前記還元ガスは、ＮＨ３を含む窒素含有ガスを含んでいる請求項１１に記載の方法。
- 前記還元ガスの流量は、約１０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間である請求項１１に記載の方法。
- 前記基板にパージガスを曝すことを更に具備する請求項１に記載の方法。
- 前記パージガスは、不活性ガスを含んでいる請求項１７に記載の方法。
- 前記不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＮ２の少なくとも１つを含んでいる請求項１８に記載の方法。
- 前記パージガスの流量は、約５０ｓｃｃｍと、約１０００ｓｃｃｍとの間である請求項１７に記載の方法。
- 前記金属−カルボニルプリカーサのガスのパルスの長さは、約１秒と、約５００秒との間である請求項１に記載の方法。
- 前記金属−カルボニルプリカーサのガスのパルスの長さは、約２５秒である請求項１に記載の方法。
- 前記金属−カルボニルプリカーサのガスのパルス間の時間は、約１秒と、約１２０秒との間である請求項１に記載の方法。
- 前記金属−カルボニルプリカーサのガスのパルス間の時間は、約３０秒である請求項１に記載の方法。
- 前記基板の温度は、約２５０℃と、約６００℃との間である請求項１に係る方法。
- 前記基板の温度は、約４００℃と、約５００℃との間である請求項１に記載の方法。
- 前記処理チャンバの圧力は、約０．０１Ｔｏｒｒと、約５Ｔｏｒｒとの間である請求項１に記載の方法。
- 前記処理チャンバの圧力は、約０．２Ｔｏｒｒ未満である請求項１に記載の方法。
- 前記処理チャンバの圧力は、約０．０４Ｔｏｒｒである請求項１に記載の方法。
- 前記金属−カルボニルプリカーサのガスの各パルス中に、形成される前記金属層は、約５Ａと、約６０Ａとの間の厚さである請求項１に記載の方法。
- 前記金属−カルボニルプリカーサのガスの各パルス中に、形成される前記金属層は、約５Ａと、約１０Ａとの間の厚さである請求項１に記載の方法。
- 前記金属層の前記所望の厚さは、約５００Ａ未満である請求項１に記載の方法。
- 前記基板は、半導体基板、ＬＣＤ基板、およびガラス製基板のうちの少なくとも１つである請求項１に記載の方法。
- 前記基板上に金属核生成層を堆積させることを更に具備する請求項１に係る方法。
- 前記堆積させることは、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、およびＰＶＤの少なくとも１つのから選ばれるプロセスを利用することを備えている請求項３４に記載の方法。
- 前記堆積させることは、金属−カルボニルプリカーサガスに前記基板を曝すことを備えているＣＶＤプロセスを利用する請求項３４に記載の方法。
- 前記堆積させることは、約０．１Ｔｏｒｒと、約５Ｔｏｒｒとの間の処理チャンバの圧力を使用したＣＶＤプロセスを利用する請求項３４に記載の方法。
- 前記堆積させることは、約０．５Ｔｏｒｒの処理チャンバの圧力を使用したＣＶＤプロセスを利用する請求項３４に記載の方法。
- 前記基板は、複数の微細構造物を有し、
少なくとも１つの微細構造物の底部上に第１の厚さと、前記少なくとも１つの微細構造物の側壁上に第２の厚さと、前記少なくとも１つの微細構造物の上部にオーバーハングとを有する金属層を形成することを更に具備する請求項１に記載の方法。 - 前記少なくとも１つの微細構造物の幅は、約０．４ミクロン未満である請求項３９に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの微細構造物の幅は、約０．１５ミクロン未満である請求項３９に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの微細構造物の幅は、約０．１ミクロン未満である請求項３９に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの微細構造物の深さは、約１ミクロンより深い請求項３９に記載の方法。
- 前記少なくとも１つの微細構造物のアスペクト比は、約３：１より大きい請求項３９に記載の方法。
- 前記第１の厚さは、約１０Ａより厚い請求項３９に記載の方法。
- 前記第１の厚さは、約５０Ａより厚い請求項３９に記載の方法。
- 前記第１の厚さは、約１５０Ａより厚い請求項３９に記載の方法。
- 前記第２の厚さは、約１０Ａより厚い請求項３９に記載の方法。
- 前記第２の厚さは、約５０Ａより厚い請求項３９に記載の方法。
- 前記第２の厚さは、約１５０Ａより厚い請求項３９に記載の方法。
- 前記第１の厚さと、前記少なくとも１つの微細構造物に近接した金属層の厚さとの比率は、約０．１より大きい請求項３９に記載の方法。
- 前記第２の厚さと、前記少なくとも１つの微細構造物に近接した金属層の厚さとの比率は、約０．１より大きい請求項３９に記載の方法。
- 前記オーバーハングの厚さと、前記少なくとも１つの微細構造物に近接した金属層の厚さとの比率は、約０．７未満である請求項３９に記載の方法。
- 前記オーバーハングの厚さと、前記少なくとも１つの微細構造物に近接した金属層の厚さとの比率は、約０．５未満である請求項３９に記載の方法。
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