JP2011192680A - 低抵抗率およびロバストな微接着特性を有するタングステン薄膜の成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】低温下でパルス核生成層プロセスを用いてタングステン核生成層を形成する。その後、バルクタングステン充てん物を堆積させる前に、成膜された核生成層を処理する。本処理により、堆積されるタングステン成膜の抵抗率が低減される。ある実施形態では、核生成層の成膜は、水素を利用せずに、ホウ素ベースの化学作用により行われる。またある実施形態では、処理は、核生成層を、還元剤およびタングステン含有前駆体の交互のサイクルに曝す工程を含む。
【選択図】図2
Description
Rtotal = Rbulk + Rnucleation = ρbulk (Lbulk/A) + ρnucleation(Lnucleation/A)
以下の表に示すように、摂氏300度でタングステン核生成堆積シーケンスにより、W核生成層を、ARが8.5:1で、上面開口が0.14μmのフィーチャ内に形成した。約42オングストロームの核生成層がプロセスAで、25オングストロームがプロセスCで、35オングストロームがプロセスBで成膜された。その後、以下に示すシーケンスにより摂氏395度未満の温度で処理を行った。(プロセスAの「処理」では、パルス投入期間がより長いB2H6/WF6サイクルが行われ、この工程中にタングステン膜が成膜されたことを留意されたい。)このプロセスは図4aの実施形態同様に行われた。次いで、バルクタングステン層を各核生成層上に堆積させた。600オングストロームでの抵抗率と、3mmのエッジを除いた抵抗不均一性を計測した。膜は、さらに、微細な剥がれについても試験された。プロセス条件および結果を以下の表1に示す。
以下の表に示すように、摂氏300度でタングステン核生成層堆積シーケンスにより、W核生成層を半導体基板(平面)上に形成した。約35オングストロームの厚みの核生成層がプロセスDで生成され、プロセスEおよびFでは約25オングストロームが成膜された。プロセスDは、B2H6/WF6サイクルを1回行い、その後、H2を伴うSiH4/WF6サイクルを3回行う。プロセスEおよびFは、水素を伴わない低抵抗率タングステン堆積プロセスを用いる。その後、摂氏395度未満の温度で、以下に示すシーケンスを5サイクル行ってシーケンスによりを行った。プロセスDは、B2H6のパルスを利用し(介入パルスを伴わず)、プロセスEおよびFは両方とも、B2H6およびWF6の交互パルスを利用した。プロセスEおよびFは、図4aの実施形態同様に行われた。次いで、バルクタングステン層を各核生成層上に堆積させた。600オングストロームでの抵抗率と、4mmのエッジを除いた抵抗不均一性を計測した。各プロセスで、微細な剥がれおよび欠陥を最小限に抑えるべく条件を最適化した。各プロセスで欠陥の大きさは同じであった。プロセス条件および結果を以下の表2に示す。
同様に低抵抗率について調整した図4aに示すプロセスによれば、同様の抵抗率で、粒子数および微細な剥がれが低減された。
図4aが示す実施形態による様々なプロセスを利用して、タングステン核生成層を堆積および処理した。特に、核生成層を、プロセスC、E、およびFの表1および2に示すシーケンスにより堆積した。タングステン含有前駆体およびホウ素含有還元剤の流速およびパルス投与時間を、以下の範囲で変化させた。タングステン含有前駆体(WF6)流速: 75-150 sccm; タングステン含有前駆体(WF6)パルス投与時間 0.5-1.5秒 ホウ素含有還元剤(B2H6)流速: 200-300 sccm; ホウ素含有還元剤(B2H6)パルス投与時間: 0.5-1秒
以下のようにプロセス比較を行った。
<プロセスI> 核生成層を、B2H6/Arパージ/WF6/Arパージ (1サイクル)を行った後で、SiH4/Arパージ/WF6/Arパージ (5サイクル) を、摂氏300度で、40Torrで、H2雰囲気中で行って生成した。バルクは、摂氏395度においてH2還元CVD法を用いてWF6で充てんされた。
<プロセスJ> 核生成層を、B2H6/Arパージ/WF6/Arパージ(H2を伴わない)(5サイクル)で生成した。摂氏395度の H2雰囲気中でB2H6/Arパージ(6サイクル)により、低抵抗率処理を行った。バルクは、摂氏395度においてH2還元CVD法を用いてWF6で充てんされた。
タングステン粒径の差異が電気性能に対して持つ効果を検証するべく、線路抵抗計測を90nmの線路(AR2:1)に対して行った。75オングストロームのTiと、120オングストロームのCVD TiNを、ライナとバリアとしてそれぞれ利用した。この調査では以下の表4に示すように4つのプロセスが利用された。
以下の表に示すように、摂氏300度でタングステン核生成堆積シーケンスにより、W核生成層を、ARが8.5:1で、上面開口が0.14μmのフィーチャ内に形成した。約40オングストロームの核生成層がプロセスA*で、約40オングストロームがプロセスB*で、約40オングストロームがプロセスKで成膜された。(プロセスA*およびB*は、異なる実験の例1に関して表1で示したプロセスAおよびBと同じである。)その後、摂氏395度未満の温度で、以下に示すシーケンスにより処理を行った。(プロセスA*の「処理」は、パルス投入期間がより長いB2H6/WF6サイクルが行われ、この工程中にタングステン膜が成膜されることを留意されたい。)次いで、バルクタングステン層を各核生成層上に堆積させた。600オングストロームでの抵抗率と、4mmのエッジを除いた抵抗不均一性を計測した。膜は、さらに、微細な剥がれについても試験された。プロセス条件および結果を以下の表5に示す。
本発明の方法は、様々な販売業者から入手可能な様々な種類の堆積装置で実行可能である。適切な装置の例には、Novellus Concept-1 Altus、Concept 2 Altus、 oncept-2 ALTUS-S、 Concept 3 Altus堆積システム、または様々な他の市販のCVD機器がいずれも含まれる。場合によっては、プロセスは多数の堆積ステーションで順次行うこともできる。例えば、米国特許第6,143,082号明細書にその記載があり、ここにその全体を全ての目的から参照として組み込む。幾らかの実施形態では、パルスによる核生成プロセスは、1つの堆積チャンバ内に載置された2つ、5つ、またはそれ以上の数の堆積ステーションのうち1つである第1のステーションで実行される。故に、還元ガスおよびタングステン含有ガスは、ローカライズされた雰囲気を基板表面上に生成する個別のガス供給システムを利用して、第1のステーションの半導体基板の表面に対して交互に導入される。
本発明は、薄い、抵抗率の低いタングステン層を堆積させる際、幅広い用途に利用可能である。ある好適な応用例は、メモリチップまたはマイクロプロセッサ等の集積回路内の相互接続への適用である。相互接続は、単一のメタライゼーション層で用いられる電線であり、一般的には長くて薄い平坦な構造をしている。これらは、(上述のプロセスにより)タングステン層のブランケット堆積を行い、その後に、通電タングステン線の位置を画定するパターニング処理および、タングステン線外の領域からのタングステンの除去処理を行うことで形成することができる。
本発明を幾らかの実施形態に基づいて記載してきたが、本発明の範囲内で変更例、変形例、置き換え等が可能である。さらに、本発明の方法および装置を実装するには幾らもの代替的な方法が存在することに留意されたい。故に、以下の添付請求項は、このような全ての変更例、変形例、置き換え、代替均等物等を、本発明の真の精神および範囲内であるとして含むとして解釈されることが意図されている。
Claims (23)
- 反応チャンバ内の基板の上にタングステン膜を形成する方法であって、
前記基板を、タングステン含有前駆体および還元剤のパルスに交互に曝して、前記基板の上にタングステン核生成層を堆積させる工程と、
前記タングステン核生成層の上には実質的にタングステンが堆積されず、ボランおよびタングステン六フッ化物のパルスに交互に曝すことを含む処理を堆積された前記タングステン核生成層に行う工程と、
処理された前記タングステン核生成層の上にタングステンバルク層を堆積させて、前記タングステン膜を形成する工程と
を備える方法。 - 堆積された前記タングステン核生成層の処理により、堆積されるタングステン膜の抵抗率が低減する請求項1に記載の方法。
- 堆積された前記タングステン核生成層の処理により、前記核生成膜の抵抗率が低減する請求項1に記載の方法。
- 前記処理は、約摂氏350度から摂氏415度の間の基板温度で行われる請求項1に記載の方法。
- 前記処理は、約摂氏395度の基板温度で行われる請求項1に記載の方法。
- 前記タングステン核生成層を堆積させる工程は、約摂氏250度から摂氏310度の間の基板温度で行われ、前記処理は、約摂氏350度から摂氏415度の間の温度で行われる請求項1に記載の方法。
- 前記処理は、ボランおよびタングステン含有前駆体の2個から8個の間の交互のパルスを含む請求項1に記載の方法。
- 前記タングステン核生成層を堆積させる工程は、約摂氏250度から摂氏350度の間の基板温度で行われる請求項1に記載の方法。
- 前記タングステン核生成層を堆積させる工程は、約摂氏300度の基板温度で行われる請求項1に記載の方法。
- 前記タングステン核生成層を堆積させる工程は、約摂氏250度から摂氏325度の間の基板温度で、前記パルスに曝す間中または前記パルス間に実質的に水素を投入しないで行われる請求項1に記載の方法。
- 前記処理は、水素を投入しながら、約摂氏350度から摂氏415度の間の温度で行われる請求項10に記載の方法。
- 前記タングステン核生成層を堆積させる工程から前記処理へ移るまでの間に、水素の投入開始が含まれる請求項1に記載の方法。
- 前記タングステン膜の抵抗率は、600オングストロームについて約11μΩ‐cm以下である請求項1に記載の方法。
- 前記タングステン核生成層を堆積させる工程は、約摂氏250度から摂氏325度の間の基板温度で、前記タングステン含有前駆体および前記還元剤の前記パルスに曝す間中または前記パルス間に水素を投入しながら行われる請求項1に記載の方法。
- 前記還元剤はシランである請求項1に記載の方法。
- 反応チャンバ内の基板の上にタングステン膜を形成する方法であって、
約摂氏250度から摂氏350度の間の基板温度で、ホウ素含有還元剤およびタングステン含有前駆体のパルスを交互に与えることで、前記基板の上にタングステン核生成層を形成する工程であって、前記パルスに曝す間中または前記パルス間に水素を投入しない工程と、
前記タングステン核生成層の上には実質的にタングステンが堆積されず、ボランおよびタングステン含有前駆体のパルスに交互に曝すことを含む処理を堆積された前記タングステン核生成層に行う工程と、
処理された前記タングステン核生成層の上にタングステンバルク層を堆積させて、前記タングステン膜を形成する工程と
を備える方法。 - 前記タングステン膜の抵抗率は、600オングストロームについて約11μΩ‐cm以下である請求項16に記載の方法。
- 幅の狭いフィーチャ内にタングステン層を形成する方法であって、
堆積チャンバ内の堆積ステーション内に、窪んだフィーチャを有する基板を載置する工程と、
約摂氏250度から摂氏350度の間の基板温度で、還元剤およびタングステン含有前駆体のパルスを交互に与えることで、少なくとも前記フィーチャ内に共形タングステン核生成層を形成する工程と、
前記タングステン核生成層の上には実質的にタングステンが堆積されず、少なくとも約摂氏350度の基板温度で、ホウ素含有還元剤の多数のパルスに曝すことを含む処理を堆積された前記タングステン核生成層に行う工程と、
少なくとも約摂氏350度の基板温度で前記基板をタングステン含有前駆体および水素に曝すことで、前記フィーチャにタングステンバルク層を実質的に充てんして、化学気相成長法により少なくとも前記フィーチャ内にタングステンを堆積させる工程と
を備える方法。 - 前記共形タングステン核生成層を形成する工程は、ホウ素含有還元剤およびタングステン含有前駆体のパルスを交互に与え、前記パルスに曝す間中または前記パルス間に水素を投入しないで行う工程を有する請求項18に記載の方法。
- 前記核生成層を処理する工程中に利用される前記ホウ素含有還元剤の前記多数のパルスは、水素を投入しながら与えられ、前記核生成層を堆積させる工程から前記核生成層を処理する工程へ移るまでの間に、水素の投入開始が含まれる請求項19に記載の方法。
- 前記基板をホウ素含有還元剤の多数のパルスに曝す工程は、前記基板を、ホウ素含有還元剤およびタングステン含有前駆体のパルスに交互に曝す工程を有する請求項19に記載の方法。
- 前記処理中の前記基板温度は、少なくとも約摂氏375である請求項19に記載の方法。
- 基板にタングステン膜を堆積させる装置であって、
a)マルチステーション基板堆積チャンバと、
b)前記マルチステーション基板堆積チャンバの動作を制御するコントローラとを備え、
前記マルチステーション基板堆積チャンバは、
i)1つの基板支持部と、前記基板をガスのパルスに曝すための1以上のガス入口とを含むタングステン核生成層堆積ステーションと、
ii)1つの基板支持部と、前記基板をガスのパルスに曝すための1以上のガス入口とを含む還元剤曝露ステーションである処理ステーションとを有し、
前記コントローラは、
i)約摂氏250度から摂氏350度の間の基板温度で、ホウ素含有還元剤およびタングステン含有前駆体の交互のパルスを投入し、前記パルスに曝す間中または前記パルス間に、前記タングステン堆積ステーション内に水素を投入させない命令と、
ii)前記処理ステーション内で、少なくとも約摂氏350度の基板温度でホウ素含有還元剤の多数のパルスを投入して、前記多数のパルスの投入中に前記処理ステーションに水素を投入する命令とを有する装置。
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