JP2015221940A - 塩化タングステン前駆体を使用してタングステンおよび窒化タングステン薄膜を準備する方法 - Google Patents

塩化タングステン前駆体を使用してタングステンおよび窒化タングステン薄膜を準備する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】塩化タングステンなどのフッ素を含有しないタングステン前駆体を使用して、良好なステップカバレッジおよびプラグ充填を示す、タングステン被膜を形成するための方法の提供。
【解決手段】ジボラン（Ｂ2Ｈ6）などの還元剤に基板を曝露させ、塩化タングステンに基板を曝露させることによってタングステン核生成層を堆積し、その後、塩化タングステンおよび還元剤に基板を曝露させることによってバルクタングステンを堆積する。また、還元剤を希釈するステップと、フッ素を含有しない前駆体に基板を短時間曝露させてタングステン核生成層を堆積するステップとを含む方法。
【選択図】図１

Description

化学気相成長（ＣＶＤ）技法を使用するタングステン被膜堆積は、半導体製造プロセスの欠かせない一部である。例えば、タングステン被膜は、水平相互接続の形態での低抵抗電気接続として、隣接する金属層間のバイアとして、および第１の金属層とシリコン基板上のデバイスとの間のコンタクトとして使用されることがある。タングステン堆積プロセスの一例としては、誘電体基板上に障壁層を堆積し、次いでタングステン被膜の薄い核となる生成層（核生成層）を堆積する。その後、この核となる生成層の上に、タングステン被膜の残りをバルク層として堆積する。従来、タングステンバルク層は、化学気相成長プロセスで、水素（Ｈ2）による六フッ化タングステン（ＷＦ6）の還元によって形成される。
本明細書では、タングステンを堆積する方法が提供される。１つの方法は、還元剤および水素に基板を曝露させるステップと、塩化タングステンに基板を曝露させてタングステンを堆積させるステップとを含み、水素の流量と還元剤の流量との比が、約１０：１〜約１００：１の間である。塩化タングステンは、ＷＣｌ2、ＷＣｌ4、ＷＣｌ5、ＷＣｌ6、およびそれらの混合物からなる群から選択することができる。幾つかの実施形態では、タングステンは、約４５０℃〜約６５０℃の間の温度で堆積される。
還元剤は、ボラン類、シラン類、およびゲルマン類からなる群から選択することができる。様々な実施形態において、還元剤の流量は、約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの間である。基板は、約０．２５〜約１０秒の間の期間にわたって還元剤に曝露させることができる。
別の態様は、バルクタングステン層を堆積する前に、フィーチャを形成する基板を、希釈還元剤と五塩化タングステンとに交互に短時間（パルス的に）曝露させることによって核となるタングステン生成層を形成するステップを含む方法に関する。
前記短時間の交互の曝露サイクル当たりに堆積されるタングステンの量は、少なくとも約１００Åとすることができる。還元剤は、ボラン類、シラン類、およびゲルマン類からなる群から選択することができる。幾つかの実施形態では、還元剤は、水素を流すことによって希釈され、水素の流量と還元剤の流量との比は、約１０：１〜約１００：１の間である。
また、この方法は、タングステン含有前駆体を使用して化学気相成長によって核となるタングステン生成層上にバルクタングステン層を堆積するステップを含むこともある。タングステン含有前駆体は、ＷＦ6、ＷＣｌ2、ＷＣｌ4、ＷＣｌ5、ＷＣｌ6、およびそれらの混合物からなる群から選択することができる。
別の方法は、五塩化タングステンと還元剤とを短時間交互に曝露させ、還元剤の分解を緩和することによって、核となるタングステン生成層を堆積するステップと、五塩化タングステンを使用して化学気相成長によってタングステンバルク層を堆積するステップとを含む。
様々な実施形態において、還元剤は、シラン類、ボラン類、およびゲルマン類からなる群から選択される。還元剤の分解は、還元剤の流れを希釈することによって緩和することができる。
幾つかの実施形態では、還元剤の分解は、還元剤の流量の少なくとも約１０倍の流量で水素ガスを導入することによって緩和される。幾つかの実施形態では、還元剤の分解は、五塩化タングステンを短時間曝露させるときの温度よりも低い温度で還元剤を短時間曝露させることによって緩和される。
別の態様は、（ａ）第１の温度で、還元剤に基板を曝露させるステップと、（ｂ）第２の温度で、フッ素を含有しないタングステン前駆体に基板を曝露させるステップとを含む方法であって、第１の温度が第２の温度よりも低い方法に関する。
別の態様は、基板を処理するための装置であって、（ａ）基板を保持するように構成されたペデスタルを含む少なくとも１つのプロセスチャンバと、（ｂ）真空に結合するための少なくとも１つの出口と、（ｃ）１つまたは複数のプロセスガス源に結合された１つまたは複数のプロセスガス入口と、（ｄ）装置での操作を制御するための制御装置とを含む装置であって、制御装置が、機械可読命令を備え、機械可読命令が、（ｉ）還元剤および水素をプロセスチャンバに導入し、（ｉｉ）フッ素を含有しないタングステン前駆体をプロセスチャンバに導入し、（ｉｉｉ）第１のステージで操作（ｉ）〜（ｉｉ）を繰り返して核となるタングステン生成層を堆積するための命令であり、操作（ｉ）中、水素の流量と還元剤の流量との比が、約１０：１〜約１００：１の間である装置に関する。フッ素を含有しないタングステン前駆体は、ＷＣｌ2、ＷＣｌ4、ＷＣｌ5、ＷＣｌ6、およびそれらの混合物からなる群から選択することができる。
これらおよび他の態様を、図面を参照して以下にさらに説明する。
開示される実施形態に従って行なわれる操作に関する工程図である。
開示される実施形態を行なうのに適した装置またはツールの概略図である。
開示される実施形態を行なうためのプロセスチャンバの概略図である。
堆積速度の実験データのプロットを示す図である。
開示される実施形態を行なうことによって実施された実験による、タングステンで充填されたバイアの概略図である。
以下の説明では、提示される実施形態を完全に理解できるように、幾つかの具体的な詳細を述べる。開示される実施形態は、これらの特定の詳細の幾つかまたは全てを伴わずに実施することもできる。なお、よく知られているプロセス操作は、開示される実施形態を不要に曖昧にしないように、簡潔に説明する。開示される実施形態は、具体的な実施形態に関連付けて述べるが、開示される実施形態を限定することは意図されていないことを理解されたい。
多くの場合、半導体デバイス製造は、相互接続を形成するために特にトレンチまたはバイア内にタングステン被膜を堆積することを含む。タングステン被膜を堆積する従来の方法では、まず、核となるタングステン生成層（核生成層）がバイアまたはコンタクト内に堆積される。一般に、核生成層は、後でバルク材料を上に形成しやすくする薄いコンフォーマル層である。タングステン核生成層は、フィーチャの側壁および底面をコンフォーマルにコーティングするように堆積することができる。下にあるフィーチャ底面および側壁に対するコンフォーマル性が、高品質の堆積をサポートするのに重要となり得る。多くの場合、核生成層は、原子層堆積（ＡＬＤ）またはパルス核生成層（ＰＮＬ）法を使用して堆積される。
ＰＮＬ法では、反応物が短時間順次に注入され、典型的には反応物の合間のパージガスの短時間投入によって反応チャンバからパージされる。第１の反応物は、基板上に吸着することができ、次の反応物との反応に利用可能である。プロセスは、望みの厚さが実現されるまで循環的に繰り返される。ＰＮＬは、ＡＬＤ技法と同様である。ＰＮＬは、一般に、より高い動作圧力範囲（１Ｔｏｒｒを超える）、およびより高いサイクル当たりの成長速度（サイクル当たりの被膜成長が１モノレイヤよりも大きい）によってＡＬＤと区別される。ＰＮＬ堆積中のチャンバ圧力は、約１Ｔｏｒｒ〜約４００Ｔｏｒｒの範囲内でよい。本明細書で提示する説明の文脈では、ＰＮＬは、広範に、半導体基板に対する反応のための反応物を順次に追加する任意の循環プロセスを具現化する。したがって、この概念は、従来ＡＬＤと呼ばれている技法を具現化する。開示される実施形態の文脈で、ＣＶＤは、気相反応用のリアクタに反応物がまとめて導入されるプロセスを具現化する。ＰＮＬおよびＡＬＤプロセスは、ＣＶＤプロセスとは異なり、逆も成り立つ。
タングステン核生成層が堆積された後、典型的には、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスにより、水素（Ｈ2）などの還元剤を使用して六フッ化タングステン（ＷＦ6）を還元することによってバルクタングステンが堆積される。
タングステンの従来の堆積は、フッ素含有前駆体ＷＦ6の使用を含んでいる。しかし、ＷＦ6の使用により、堆積されるタングステン被膜にフッ素が幾らか添加される。フッ素の存在は、隣接する成分へのエレクトロマイグレーションおよび／またはフッ素拡散を生じることがあり、コンタクトを損傷し、それによりデバイスの性能を低下させる。デバイスが縮小するにつれて、フィーチャがより一層小さくなり、エレクトロマイグレーションおよびイオン拡散の悪影響もより顕著になり、それによりデバイス故障を引き起こす。したがって、微量のフッ素を含有するタングステン被膜は、統合性および信頼性の問題を生じることがあり、また、バイアやゲートなど下にある被膜またはデバイス構造に関連するデバイス性能の問題を生じることもある。
フッ素を含有しないタングステン（ＦＦＷ）前駆体は、そのような信頼性および統合性の問題またはデバイス性能の問題を防止するのに有用である。現在のＦＦＷ前駆体は、金属有機前駆体を含むが、金属有機前駆体からの望ましくない微量の元素、例えば炭素、水素、窒素、および酸素がタングステン被膜に添加されることもあり得る。幾つかのフッ素を含有しない金属有機前駆体も存在するが、タングステン堆積プロセスに実装または統合することは容易ではない。
本明細書では、塩化タングステン（ＷＣｌx）、例えば五塩化タングステン（ＷＣｌ5）または六塩化タングステン（ＷＣｌ6）を前駆体として使用して、フッ素を含有しないタングステン被膜を堆積する方法が提供される。本明細書における例では、ＷＣｌ5およびＷＣｌ6に言及するが、ＷＣｌ2、ＷＣｌ4、およびそれらの混合物を含めた他の塩化タングステンが、開示される実施形態で使用できることを理解されたい。ＷＦ6化合物のより大きな反応性、および塩化タングステンが有し得るエッチング特性により、ＷＣｌ5およびＷＣｌ6による堆積は、ＷＦ6では起こらない問題を生じる。蒸発されたＷＣｌ6は、タングステン堆積チャンバ内にＷＣｌ6を搬送するのに十分に高い蒸気圧を有する。しかし、ＷＣｌ6は、ＷＣｌ5よりも基板のエッチングを生じやすいことがある。ＷＣｌ5は、基板をエッチングしにくいが、ＷＣｌ6よりも高い蒸気圧を有する。より低い蒸気圧は、低い抵抗を有するタングステン被膜を堆積するのに有用であるが、段差部分の被膜状態（ステップカバレッジ）が不十分な堆積となることもある。塩化タングステンは反応性がより低く、そのため、ＷＦ6を使用する堆積よりも高い温度で堆積が行なわれる。しかし、タングステン核生成層堆積中などに塩化タングステンを還元するために使用される幾つかの還元剤は、より高い温度では分解することがある。開示される実施形態は、これらの還元剤の分解を緩和し、抵抗が低く、接着性に優れ、小さなフィーチャでのステップカバレッジおよびギャップ充填が良好である、コンフォーマルで滑らかな無孔の被膜を堆積する。幾つかの例示的な方法は、２サイクルのみのＢ2Ｈ6とＷＣｌ5との交互のサイクル、およびＷＣｌ5を使用するＣＶＤによるバルクタングステンの堆積を含む。また、タングステン被膜への塩素添加レベルも低く、幾つかの場合には塩素はタングステン被膜に全く添加されない。
図１は、説明する実施形態に従って行なわれる操作を示すプロセスフロー図である。図１に関して説明する方法は、任意のチャンバ圧力で行なうことができる。幾つかの実施形態では、チャンバ圧力は、約５Ｔｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒの間、または約４０Ｔｏｒｒであるが、より高い圧力（例えば最大で大気圧）を使用することもできる。
工程１０１で、基板が提供される。一例として、基板は、タングステンを充填すべき１つまたは複数のフィーチャを有する基板でよい。様々な実施形態によれば、基板フィーチャは、約１０：１以上、約１５：１以上、約２０：１以上、約２５：１以上、または約３０：１以上のアスペクト比を有する。また、様々な実施形態によれば、フィーチャサイズは、アスペクト比に加えて、またはその代わりに、フィーチャ開口サイズによって特徴付けられる。開口は、幅が約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約５０ｎｍ、または約２０ｎｍでよい。例えば、特定の実施形態では、方法は、有利には、アスペクト比に関係なく、狭い開口を有するフィーチャに使用することができる。特定の実施形態では、凹形フィーチャが基板上の誘電体層内部に形成され、フィーチャの底面が、下にある金属層へのコンタクトを提供する。また、特定の実施形態では、フィーチャは、その側壁および／または底面にライナ／障壁層を含む。ライナ層の例としては、チタン／窒化チタン（Ｔｉ／ＴｉＮ）、ＴｉＮ、および窒化タングステン（ＷＮ）が挙げられる。幾つかの実施形態では、基板は、物理気相成長（ＰＶＤ）または別の適切な技法を使用して堆積されたＴｉＮの堆積層を含むことがあり、ＴｉＮ被膜の厚さは、約１００Å〜約３００Åの間である。幾つかの実施形態では、基板は、ＡＬＤを使用して約３０Å〜約３５Åの間の厚さに堆積されたＴｉＮの堆積層を含むことがある。幾つかの実施形態では、ＴｉＮ層は、裸のシリコン基板上の２０００Åの酸化物層の上に堆積される。拡散障壁層に加えて、またはその代わりに、フィーチャは、接着層、核生成層、それらの組合せ、またはフィーチャの側壁および底面をライニングする任意の他の適用可能な材料などの層を含むこともある。
工程１０３で、分解を緩和しながら還元剤に基板が曝露される。これは、還元剤への浸漬として特徴付けることができる。様々な実施形態において、還元剤は、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）である。工程１０３で使用することができるＢ2Ｈ6以外の還元剤の他の例としては、他のボラン類、シラン類、例えばシラン（ＳｉＨ4）、およびゲルマン類、例えばゲルマン（ＧｅＨ4）が挙げられる。本明細書での説明の目的では例としてＢ2Ｈ6を使用するが、開示される実施形態によれば、上記のような他の還元剤を使用することもできることを理解されたい。塩化タングステンへの基板の曝露前に基板を還元剤に浸漬させないことは非常に望ましくなく、タングステンの堆積をほとんどまたは全く生じないことがあることに留意されたい。幾つかの実施形態では、水素以外の還元剤の使用が、後続の操作でのタングステンの成長をさらに促すことがある。いかなる特定の理論にも束縛されることなく、工程１０３での還元剤への浸漬は、後続の操作での望ましい温度範囲で、均一で無孔のタングステンの成長を促進する助けになると考えられる。一例として、ＷＣｌ5またはＷＣｌ6を使用するタングステン核生成中に使用されるジボランへの浸漬は、約５００℃未満の温度でタングステン堆積を促進すると共に良好なステップカバレッジを得る助けとなり得る。幾つかの実施形態では、曝露する還元ガスは、キャリアガス、例えば窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、水素（Ｈ2）、または他の不活性ガスを含む。一例として、２５０ｓｃｃｍのＡｒ中で３５ｓｃｃｍの還元剤を流すことができる。
還元剤に基板が曝露されると共に、約２５０℃〜約４５０℃の間などの低温で工程１０３を行なうことによって、または還元剤を希釈することによって、この操作中に還元剤の分解が緩和される。工程１０３は低温で行なうことができ、工程１０５は、以下に述べるようにより高温（例えば、約４５０℃〜約６５０℃の間）で行なわれるが、幾つかの装置またはプロセスでは、これら２つの操作間の温度の調節は実現可能でないこともある。例えば、本明細書で述べる温度はペデスタル温度でよいが、これは、単一のステーションまたはチャンバツールで行なわれる幾つかの方法に関して新たな設定温度に調節するのに時間がかかる。また、幾つかの開示される実施形態は、マルチステーションツールで行なうこともできるが、タングステン核生成層堆積中のステーション間の移行がスループットを減少させることがある。
以上のようにして、例えば約４５０℃を超える高温で工程１０３を行ないながら、還元剤を希釈することによって分解を緩和することができる。還元剤の流れは、還元剤の流量の減少、工程１１３の期間での流れの減少、および高流量での水素の導入、などを含む幾つかの方法で希釈することができる。様々な実施形態において、還元剤の流量は、約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの間、例えば約３００ｓｃｃｍでよい。様々な実施形態において、還元剤への曝露は、約１５秒未満でよく、例えば約０．２５秒〜約１０秒の間でよい。
また、水素を高流量で流すこともできる。水素と還元剤の流量の比は、約５：１〜約３００：１の間、例えば約１００：１でよい。例えば、還元剤の流量の少なくとも約１００倍である。例えば、還元剤が約３００ｓｃｃｍの流量で流される場合、約３０ｓｌｍの流量で水素が共にチャンバに流されることがある。
いかなる特定の理論にも束縛されることなく、工程１０３中、幾つかの実施形態では、還元剤の熱分解によって、元素ホウ素、ケイ素、またはゲルマニウムの薄層が基板の表面上に吸着されることがあると考えられる。以下の例では例としてＢ2Ｈ6を使用するが、開示される実施形態によれば、上記のような他の還元剤を使用することもできることを理解されたい。例えば、Ｂ2Ｈ6分解のための反応は、以下のようなものであり得る。
Ｂ2Ｈ6(g)→２Ｂ(s)＋３Ｈ2(g)
この例では、多量の水素がＢ2Ｈ6と共に流されることがあり、上式の左向きの反応を生じさせ、それにより、この操作中にＢ2Ｈ6が分解して元素ホウ素を生成するのを妨げる。例えば、ホウ素へのＢ2Ｈ6の分解を緩和するために、水素は、Ｂ2Ｈ6の流量の少なくとも約１００倍を超える流量で基板を収納するチャンバに流されることがある。
図１の工程１０５では、塩化タングステンＷＣｌxなどのＦＦＷ前駆体に基板が曝露され、それによりタングステン核生成層を堆積する。塩化タングステンは、ＷＣｌ2、ＷＣｌ4、ＷＣｌ5、ＷＣｌ6、またはそれらの組合せでよい。幾つかの実施形態では、工程１０５は、約４５０℃〜約６５０℃の間の温度で行なうことができる。幾つかの実施形態では、工程１０５中の温度は、工程１０３中の温度よりも高いことがある。工程１０３で還元剤が希釈されない場合、工程１０３は、還元剤の分解を減少させるために工程１０５よりも低温で行なわれることがある。様々な実施形態によれば、Ｈ2は、工程１０５中に流されることも流されないこともある。幾つかの実施形態では、工程１０５の添加時間は、工程１０３よりも長いことがある。例えば、幾つかの実施形態では、添加時間は、工程１０３での添加時間の約２〜５倍でよい。幾つかの実施形態では、工程１０５の添加時間は、約１秒〜約２０秒の間でよい。
上述したように、幾つかの実施形態では、工程１０５中、基板は、塩化タングステンおよびＨ2に曝露される。幾つかの実施形態では、追加のキャリアガスも流される。例示的なキャリアガスは、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、または他の不活性ガスを含む。
工程１０７において、少なくとも１回のさらなるサイクルで、工程１０３と１０５が繰り返されることがある。「サイクル」は、図１で工程１０３を行ない、次いで工程１０５を行なうことと定義することができる。多くの実施形態において、核生成層を堆積するために計２回のサイクルが行なわれることがある。本明細書で述べる実施形態を使用すると、サイクル当たりのタングステンの成長速度は、サイクル当たり約１Å〜約５Åの間にすることができる。
上述したように、開示される実施形態では、還元剤の熱分解が緩和または減少される。幾つかの実施形態では、工程１０３と１０５は異なる温度で行なわれ、したがって、核生成プロセス中、サイクルの第１のステップがある温度で行なわれ、サイクルの第２のステップは、第１の温度よりも高い別の温度で行なわれる。より低温での工程１０３の実施は、還元剤の熱分解を減少し、一方、より高温での工程１０５の実施は、ＦＦＷ前駆体が、タングステン層を形成するのに十分な反応性を有するようにする。すなわち、工程１０３に関して上述した第１の温度は、工程１０５に関して上述した第２の温度よりも高くてよい。例えば、工程１０３は、約３００℃の温度で行なわれることがあり、工程１０５は、約４５０℃の温度で行なわれることがある。幾つかの実施形態では、工程１０３と１０５のサイクルの実施、または工程１０７による第２のサイクルの実施は、還元剤とＦＦＷ前駆体への曝露のために単一のステーションで温度を切り換えることを含む。幾つかの実施形態では、サイクルの実施は、還元剤への曝露に適した温度での１つのステーションから、ＦＦＷ前駆体への曝露に適した温度での第２のステーションに基板を移送することを含む。
幾つかの実施形態では、工程１０３と１０５は同じ温度で行なわれる。例えば、工程１０３と１０５はどちらも約４５０℃で行なわれることがある。様々な実施形態において、工程１０３中にキャリアガスとして水素が流されるとき、工程１０３と１０５は同じ温度で行なわれる。多くの実施形態において、サーマルバジェットが観察され、したがって、できるだけ低い温度で操作を行なうべきである。
幾つかの実施形態では、工程１０３と１０５は同じ温度で行なうことができる。これらの実施形態では、工程１０３でのホウ素またはホウ素含有層の余分な形成を防止するために、Ｂ2Ｈ6をＨ2で希釈することが有利となり得る。
一例では、約２５０ｓｃｃｍの流量でのアルゴンをキャリアガスとして使用して、Ｂ2Ｈ6の流れが約３５ｓｃｃｍの流量で導入される。ＷＣｌ5またはＷＣｌ6をＢ2Ｈ6と反応させることによって核生成層を堆積するために続いてＷＣｌ5またはＷＣｌ6を流す操作は、約５０ｓｃｃｍで流れるアルゴンなどのキャリアガスを使用してＷＣｌ5またはＷＣｌ6を流すと共に、約２０００ｓｃｃｍで水素を流すことを含むことがある。Ｂ2Ｈ6、次いでＷＣｌ5またはＷＣｌ6への基板の曝露は、２サイクルにわたって行なわれることがある。
いかなる特定の理論にも束縛されることなく、工程１０３中、幾つかの実施形態では、上述したように、熱分解によって元素ホウ素の薄層が基板の表面上に吸着されることがあると考えられる。このとき、続いてＷＣｌ5またはＷＣｌ6を導入すると、基板の表面上に存在するホウ素と反応してタングステンを生成することができる。いかなる特定の理論にも束縛されることなく、ＷＣｌ5を使用したタングステンの堆積に関する１つの考え得るメカニズムは、以下のようなものであり得る。
３ＷＣｌ5(g)＋５Ｂ(s)→３Ｗ(s)＋５ＢＣｌ3(g)
いかなる特定の理論にも束縛されることなく、ＷＣｌ6を使用したタングステンの堆積に関する１つの考え得るメカニズムは、以下のようなものであり得る。
ＷＣｌ6(g)＋２Ｂ(s)→Ｗ(s)＋２ＢＣｌ3(g)
工程１０３中の曝露時間が余剰であると、ＷＣｌ5またはＷＣｌ6への後続の曝露後でさえ、基板上に残った元素ホウ素の余剰層を残すことがあることが観察されている。工程１０３と１０５の条件は、ＷＣｌ5またはＷＣｌ6によるホウ素の完全な消費を実現するように変えることができる。本明細書で開示されるＢ2Ｈ6およびＷＣｌ5またはＷＣｌ6のＰＮＬ法を使用してタングステンの堆積速度を高めることにより、わずか２回の核生成サイクルを使用して、ＣＶＤによるバルクタングステンの堆積前に十分なタングステン核生成層を堆積することができる。
図１に戻ると、工程１０９で、ＣＶＤを使用して、ＦＦＷ前駆体および還元剤に基板を曝露させることによってタングステンバルク充填物が堆積される。ＣＶＤ反応中、例示的な基板温度は４５０℃と低いが、６５０℃と高くてもよい。特定の実施形態では、ＦＦＷ前駆体は、ＷＣｌ5やＷＣｌ6などハロゲン含有化合物である。特定の実施形態では、還元剤は水素ガスであるが、シラン類、ボラン類、およびゲルマン類を含めた他の還元ガスが使用されてもよい。幾つかの実施形態では、ＣＶＤは、低温ステージや高温ステージなど様々なステージで実装することができる。特定の実施形態では、ＣＶＤ操作は複数のステージで行なうことができ、複数の期間に亘って反応物を連続して同時に流す場合もあれば、それらの期間の合間に、１つまたは複数の反応物の流れが途切れる場合もある。
不活性キャリアガスを使用して反応物の流れの１つまたは複数を送給することができ、これらの反応物の流れは、予め混合されることもされないこともある。様々な実施形態において、前駆体は、キャリアガスとしてアルゴンを使用して導入される。他のキャリアガスも適宜使用することができる。アルゴンなどの不活性ガス、または窒素などの別のガス、またはそれらの組合せを、還元ガスまたはＷＣｌ5もしくはＷＣｌ6ガスと同時にバックグラウンドガスとして提供してもよい。幾つかの実施形態では、バックグラウンドガスの流れは連続的であり、すなわち、工程１０３〜１０９を通じてオンオフを切り替えられない。
ＰＮＬまたはＡＬＤプロセスとは異なり、工程１０９は、一般に、望みの量が堆積されるまで連続的に反応物を導入することを含むことがある。特定の実施形態では、ＣＶＤ操作は複数のステージで行なうことができ、複数の期間に亘って反応物を連続して同時に流す場合もあれば、それらの期間の合間に、１つまたは複数の反応物の流れが途切れる場合もある。また、流れは、約１秒〜約２秒の間のパルス時間でパルスされることもある。幾つかの実施形態では、反応物は、約４００秒〜約６００秒の間の時間にわたって連続的に流される。ＣＶＤ堆積中のチャンバ圧力の例示的な範囲は、約１０Ｔｏｒｒ〜約５００Ｔｏｒｒの範囲内、または約４０Ｔｏｒｒでよい。
特定の実施形態では、工程１０３から工程１０５への移行は、マルチステーションチャンバ内で１つの堆積ステーションから別の堆積ステーションに基板を移動させることを含む。さらに、工程１０３、工程１０５、および工程１０９がそれぞれ、同じマルチステーションチャンバの異なるステーションで行なわれることもある。
工程１０３と１０５を行なうために単一のステーションが使用される代替実施形態では、工程１０３から工程１０５への移行は、還元剤および水素ガスの流れを調節することを含むことがあり、または基板温度を上昇させながら還元剤の流れを遮断する（任意選択で水素または他のキャリアガスを流す）ことを含むことがある。基板温度が安定化されると、ＦＦＷ前駆体および必要であれば他のガスが、タングステン堆積のために反応チャンバ内に流される。
幾つかの実施形態では、前駆体としてＷＣｌ5またはＷＣｌ6を使用して、窒化タングステン（ＷＮ）層などの障壁層を酸化物表面上に堆積することができる。例えば、窒化タングステン層は、アンモニア（ＮＨ3）を流し、次いでＷＣｌ5またはＷＣｌ6を流し、それによりＷＮ層を形成することによって堆積することができる。幾つかの実施形態では、ＷＣｌ5またはＷＣｌ6を流すことによって堆積されたタングステンの層がアンモニア（ＮＨ3）に曝露されて、窒化タングステン（ＷＮ）の障壁層を形成する。
＜装置＞
開示される実施形態を実装するために、任意の適切なチャンバを使用することができる。例示的な堆積装置は、様々なシステム、例えばＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．（米国カリフォルニア州フレモント）から市販されているＡＬＴＵＳ（登録商標）およびＡＬＴＵＳ（登録商標）Ｍａｘ、または様々な他の市販の処理システムの任意のものを含む。プロセスは、複数の堆積ステーションで並列処理で行なうことができる。
幾つかの実施形態では、タングステン核生成プロセスは、１つの堆積チャンバ内部に位置決めされた２つ、５つ、またはそれよりも多くの堆積ステーションのうちの１つである第１のステーションで行なわれる。幾つかの実施形態では、核生成プロセスのための２つのステップが、堆積チャンバの２つの異なるステーションで行なわれる。例えば、第１のステーションで、局所化された雰囲気を基板表面に生成する個別のガス供給システムを使用してジボラン（Ｂ2Ｈ6）に基板を曝露させることができ、次いで基板を第２のステーションに移送して、窒化タングステン、例えば五塩化タングステン（ＷＣｌ5）または六塩化タングステン（ＷＣｌ6）などのフッ素を含有しないタングステン（ＦＦＷ）前駆体に曝露させて、核生成層を堆積することができる。幾つかの実施形態では、次いで、基板は、還元剤への第２の曝露のために第１のステーションに移送して戻されることがある。次いで、基板は、ＷＣｌ5またはＷＣｌ6への曝露のために第２のステーションに移送されることがあり、タングステン核生成を完了し、同じまたは異なるステーションでバルクタングステン堆積を進める。幾つかの実施形態では、核生成プロセスは、堆積チャンバの１つのステーションで行なわれる。例えば、あるステーション内で、高い流量の水素と共に還元剤が流されることがあり、その後、同じステーションにＦＦＷ前駆体が導入されることがあり、任意選択のパージ後に還元剤と反応する。次いで、１つまたは複数のステーションを使用して、上述した化学気相成長（ＣＶＤ）を行なうことができる。２つ以上のステーションを使用して、並列処理でＣＶＤを行なうことができる。代替として、２つ以上のステーションにわたってＣＶＤ操作が順次に行なわれるようにウェハをインデックスすることができる。
図２は、開示される実施形態によるタングステン薄膜堆積プロセスを行なうのに適した処理システムのブロック図である。システム２００は、移送モジュール２０３を含む。移送モジュール２０３は、清浄な加圧環境を提供して、処理される基板が様々なリアクタモジュール間で移動されるときに汚染される危険を最小限にする。移送モジュール２０３には、開示される実施形態によるＰＮＬ堆積およびＣＶＤを行なうことが可能なマルチステーションリアクタ２０９が取り付けられる。チャンバ２０９は、これらの操作を順次に行なうことができる複数のステーション２１１、２１３、２１５、および２１７を含むことがある。例えば、チャンバ２０９は、ステーション２１１および２１３がＰＮＬ堆積を行ない、ステーション２１５および２１７がＣＶＤを行なうように構成することができる。各堆積ステーションは、加熱式ウェハペデスタルおよびシャワーヘッド、分散プレート、または他のガス入口を含む。幾つかの実施形態では、ステーション２１１は、還元剤パルス中に高流量で水素を流しながら還元剤とＦＦＷ前駆体との交互短時間曝露によりタングステン核生成層を堆積するために使用することができ、一方、ステーション２１３は、水素およびＦＦＷ前駆体を使用してＣＶＤを行なうために使用される。堆積ステーション３００の一例が図３に示されており、ウェハ支持体３０２およびシャワーヘッド３０３を含む。ペデスタル部分３０１に加熱器が提供されることもある。
また、移送モジュール２０３には、プラズマまたは化学（非プラズマ）予備洗浄を行なうことが可能な１つまたは複数のシングルステーションまたはマルチステーションモジュール２０７が取り付けられることもある。また、このモジュールは、様々な他の処理、例えば還元剤への浸漬のために使用されることもある。また、システム２００は、１つまたは複数の（この場合には２つの）ウェハ供給モジュール２０１を含み、ウェハは、処理前および処理後にウェハ供給モジュール２０１に格納される。雰囲気移送チャンバ２１９内の雰囲気ロボット（図示せず）が、まず、供給モジュール２０１からロードロック２２１にウェハを取り出す。移送モジュール２０３にあるウェハ移送デバイス（一般にはロボットアームユニット）が、ロードロック２２１から、移送モジュール２０３に取り付けられた各モジュールに、およびモジュール間でウェハを移動させる。
特定の実施形態では、堆積中のプロセス条件を制御するためにシステム制御装置２２９が使用される。制御装置２２９は、典型的には、１つまたは複数のメモリデバイスと、１つまたは複数の処理装置とを含む。処理装置は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入出力接続、ステッパモータ制御装置ボードなどを含むことがある。
制御装置２２９は、堆積装置の全活動を制御することができる。システム制御装置２２９は、タイミング、ガスの混合、ガスの流量、チャンバ圧力、チャンバ温度、ウェハ温度、（使用される場合には）高周波（ＲＦ）出力レベル、ウェハチャック、またはペデスタル位置、および特定のプロセスの他のパラメータを制御するための命令のセットを含むシステム制御ソフトウェアを実行する。幾つかの実施形態では、制御装置に関連付けられたメモリデバイスに記憶されている他のコンピュータプログラムが採用されることもある。
典型的には、制御装置２２９に関連付けられたユーザインターフェースが存在する。ユーザインターフェースは、ディスプレイ画面、装置および／またはプロセス条件のグラフィカルソフトウェアディスプレイ、およびユーザ入力デバイス、例えばポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどを含むことがある。
システム制御論理は、任意の適切な様式で構成することができる。一般に、論理回路は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアとして設計または構成することができる。駆動回路を制御するための命令は、ハードコードされることも、ソフトウェアとして提供されることもある。命令は、「プログラミング」によって提供されることがある。そのようなプログラミングは、デジタル信号処理装置にハードコードされた論理を含めた任意の形式の論理、特定用途向け集積回路、およびハードウェアとして実装された特定のアルゴリズムを有する他のデバイスを含むものと理解される。また、プログラミングは、汎用処理装置上で実行することができるソフトウェアまたはファームウェア命令を含むものとも理解される。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ可読プログラミング言語でコード化することができる。代替として、制御論理は、制御装置２２９にハードコードされてもよい。特定用途向け集積回路、プログラマブル論理デバイス（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ、またはＦＰＧＡ）などをこれらの目的で使用することができる。以下の論述では、「ソフトウェア」または「コード」が使用されるときは常に、機能的に同等のハードコードされた論理をその代わりに使用することもできる。
プロセスシーケンス中の堆積および他のプロセスを制御するためのコンピュータプログラムコードは、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｐａｓｃａｌ、Ｆｏｒｔｒａｎなど、任意の従来のコンピュータ可読プログラミング言語で書くことができる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトが処理装置によって実行されて、プログラムで識別されたタスクを行なう。
制御装置パラメータは、例えば、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件、例えばＲＦ出力レベルや低周波ＲＦ周波数、冷却ガス圧力、およびチャンバ壁温度などのプロセス条件に関する。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供され、ユーザインターフェースを利用して入力することができる。
プロセスを監視するための信号が、システム制御装置２２９のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって提供されることがある。プロセスを制御するための信号は、堆積装置のアナログおよびデジタル出力接続で出力される。
幾つかの実装形態では、制御装置２２９はあるシステムの一部であり、システムは、上述した例の一部でよい。そのようなシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用のプラットフォーム、および／または専用処理構成要素（ウェハペデスタル、ガスフローシステムなど）を含めた半導体処理機器を備えることがある。これらのシステムは、半導体ウェハまたは基板の処理前、処理中、および処理後にそれらの動作を制御するための電子回路と一体化されることがある。電子回路は、「制御装置」と呼ばれることもあり、システムの様々な構成要素または一部を制御することができる。制御装置２２９は、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書で開示されるプロセスの任意のものを制御するようにプログラムすることができ、そのようなプロセスは、処理ガスの搬送、温度設定（例えば加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、出力設定、高周波（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体搬送設定、位置および動作の設定、ならびに、特定のシステムに接続またはインターフェースされたツールおよび他の移送ツールおよび／またはロードロックの内外へのウェハ移送を含む。
広範には、制御装置２２９は、様々な集積回路、論理回路、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子回路として定義することができ、例えば、命令の受信、命令の送信、動作の制御、洗浄操作の有効化、およびエンドポイント測定の有効化を行なう。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態でのチップ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、もしくはプログラム命令（例えばソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含むことがある。プログラム命令は、様々な個別の設定（またはプログラムファイル）の形態で制御装置２２９に通信される命令でよく、半導体ウェハ上での、もしくは半導体ウェハに対する、またはシステムへの特定のプロセスを実施するための動作パラメータを定義する。幾つかの実装形態では、動作パラメータは、ウェハの１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはダイの製造中に１つまたは複数の処理ステップを達成するためにプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部でよい。
幾つかの実装形態では、制御装置２２９は、コンピュータの一部でよく、またはコンピュータに結合されていてよく、コンピュータは、システムと一体化されるか、システムに結合されるか、システムにネットワーク化されるか、またはそれらの組合せの形態である。例えば、制御装置２２９は、「クラウド」、または工場ホストコンピュータシステムの全てもしくは一部でよく、ウェハ処理の遠隔アクセスを可能にすることができる。コンピュータは、システムへの遠隔アクセスを可能にすることができ、製造操作の現在の進行状況の監視、過去の製造操作の履歴の検査、および複数の製造操作からの傾向または性能指標の検査を行なって、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続くように処理ステップを設定し、または新たなプロセスを開始する。幾つかの例では、遠隔コンピュータ（例えばサーバ）が、ローカルネットワークまたはインターネットを含むことがあるネットワークを介してシステムにプロセスレシピを提供することができる。遠隔コンピュータはユーザインターフェースを含むことがあり、ユーザインターフェースは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にし、次いでパラメータおよび／または設定が遠隔コンピュータからシステムに通信される。幾つかの例では、制御装置２２９は、１つまたは複数の操作中に行なうべき各処理ステップに関するパラメータを指定するデータの形態で命令を受信する。パラメータが、実施すべきプロセスのタイプ、および制御装置２２９がインターフェースまたは制御するように構成されたツールのタイプに特有のものであり得ることを理解されたい。したがって、上述したように、制御装置２２９は、例えば１つまたは複数のディスクリート制御装置を含むことによって分散されることがあり、それらの制御装置はネットワーク化され、本明細書で述べるプロセスや制御など共通の目的に向けて働く。そのような目的のための分散制御装置の一例は、（例えばプラットフォームレベルで、または遠隔コンピュータの一部として）遠隔に位置された１つまたは複数の集積回路と通信するチャンバにある１つまたは複数の集積回路であり、これらは組み合わさってチャンバでのプロセスを制御する。
限定はせずに、例示的なシステムとしては、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、クリーンチャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、および、半導体ウェハの作製および／または製造に関連付けられるまたは使用されることがある任意の他の半導体処理システムを挙げることができる。
上述したように、ツールによって行なうべきプロセスステップに応じて、制御装置２２９は、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近隣のツール、全工場内に位置されたツール、メインコンピュータ、別の制御装置、または、ウェハのコンテナを半導体製造工場内のツール位置および／または装填ポートに受け渡しする材料輸送で使用されるツールの１つまたは複数と通信することができる。
システムソフトウェアは、多くの異なる様式で設計または構成することができる。例えば、本発明の堆積プロセスを実施するのに必要なチャンバ構成要素の動作を制御するために、様々なチャンバ構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトを書くことができる。この目的でのプログラムまたはプログラムの一部の例としては、基板位置決めコード、プロセスガス制御コード、圧力制御コード、加熱器制御コード、およびプラズマ制御コードが挙げられる。
基板位置決めプログラムは、ペデスタルまたはチャック上に基板を装填し、基板とガス入口および／またはターゲットなどチャンバの他の部分との間隔を制御するために使用されるチャンバ構成要素を制御するためのプログラムコードを含むことがある。プロセスガス制御プログラムは、ガス組成および流量を制御するため、および任意選択でチャンバ内の圧力を安定させるために堆積前にチャンバ内にガスを流すためのコードを含むことがある。圧力制御プログラムは、例えばチャンバの排気システムにあるスロットルバルブを調整することによってチャンバ内の圧力を制御するためのコードを含むことがある。加熱器制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含むことがある。代替として、加熱器制御プログラムは、ウェハチャックへのヘリウムなど伝熱ガスの搬送を制御することができる。
堆積中に監視することができるチャンバセンサの幾つかの例としては、ペデスタルまたはチャックに位置されたマスフローコントローラ、圧力計などの圧力センサ、および熱電対が挙げられる。これらのセンサからのデータと共に、適切にプログラムされたフィードバックおよび制御アルゴリズムを使用して、望みのプロセス条件を維持することができる。以上の説明は、開示される実施形態をシングルチャンバまたはマルチチャンバ半導体処理ツールに実装するものとして行なった。
以上説明は、開示される実施形態をシングルチャンバまたはマルチチャンバ半導体処理ツールに実装するものとして行なった。本明細書で述べた装置およびプロセスは、例えば半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光発電パネルなどの作製または製造のために、リソグラフィパターン形成ツールまたはプロセスと共に使用することができる。必須ではないが、典型的には、そのようなツール／プロセスは、共通の製造施設で一緒に使用または実施される。被膜のリソグラフィパターン形成は、典型的には、以下のステップの幾つかまたは全てを含み、各ステップが、幾つかの使用可能なツールによって提供される：（１）スピンオンまたはスプレーオンツールを使用して、被加工物、すなわち基板にフォトレジストを塗布するステップ；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを使用してフォトレジストを硬化するステップ；（３）ウェハステッパなどのツールを用いて可視光またはＵＶ光またはＸ線光でフォトレジストを露光するステップ；（４）ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像し、レジストを選択的に除去し、それによりレジストをパターン形成するステップ；（５）ドライエッチングまたはプラズマエッチングツールを使用することによって、下にある被膜または被加工物にレジストパターンを転写するステップ；および（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用してレジストを除去するステップ。
実験
＜実験１＞
開示される実施形態に従って堆積されるタングステン被膜の堆積速度を測定する実験を行なった。厚さ１５〜２０Åの核生成層を含む基板を、４５０℃および６０ＴｏｒｒでＷＣｌ5およびＨ2に曝露して、化学気相成長（ＣＶＤ）によってタングステンを堆積した。厚さ１５〜２０Åの核生成層を含む別の基板を、４５０℃および６０ＴｏｒｒでＷＣｌ6およびＢ2Ｈ6に曝露した。堆積速度の平均を取り、図４にプロットした。
図４での実線は、ＷＣｌ5を用いて堆積したタングステンに関する平均堆積速度を表す。図４での点線は、ＷＣｌ6を用いて堆積したタングステンに関する平均堆積速度を表す。堆積速度は、前駆体濃度に対してプロットした。ＷＣｌ6に関して、前駆体の濃度の増加につれて、結局のところ約０．３〜０．４％の濃度でＣＶＤ堆積速度が減少したことに留意されたい。これは、これらの濃度で、ＷＣｌ6が、基板上の被膜の堆積よりも多くエッチングを行なっていたことを示唆する。ＷＣｌ6のこのしきい値特性は、高い堆積速度でタングステンを堆積するためのＷＣｌ6の適用を制限することがある。対照的に、ＷＣｌ5は、前駆体濃度が単調増加しているものとして示されており、約０．８％の濃度において７．００Å／秒のより高い堆積速度である。ＷＣｌ5堆積速度は、ＷＣｌ5が被膜を堆積せずに基板をエッチングし始める最大しきい値に達すると予想されるが、上記の結果は、ＷＣｌ5が、タングステン被膜の堆積のためにＷＣｌ6よりも有効な選択肢であり得ることを示唆する。
＜実験２＞
前駆体として六塩化タングステン（ＷＣｌ6）を使用して堆積されたタングステンフィーチャ充填物のステップカバレッジを評価するためのプロセスを行なった。限界寸法が２５ｎｍのフィーチャを有する基板を提供した。開示される実施形態に従って、タングステン核生成および化学気相成長（ＣＶＤ）を使用してタングステンを堆積した。以下のプロセス条件を使用した。
Figure 2015221940
各核生成サイクルは、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）への曝露と、それに続く、Ｂ2Ｈ6への曝露の温度とは異なる温度でのＷＣｌ6への曝露とを含むものとした。タングステン核生成プロセスは、２回のサイクル（Ｂ2Ｈ6／ＷＣｌ6／Ｂ2Ｈ6／ＷＣｌ6）を使用して行なった。その後、前駆体としてＷＣｌ6を使用して、ＣＶＤによってタングステンバルク充填物を堆積した。上の例では、第２のサイクルのＷＦ6／Ｈ2の部分が、ＷＦ6と吸着されたホウ素またはホウ素含有化合物との表面ベースの反応によって核生成を行なうことと、それに続いて、ＣＶＤ法でＨ2によってＷＦ6を還元してバルク層を形成することとの両方を含むと考えられる。得られた堆積されたタングステンは、図５でのバイアの概略図で示されるように、優れたステップカバレッジおよび完全なプラグ充填を示した。図示されるように、図５は、タングステン核生成または場合によってはホウ化タングステン層（図示せず）の上に、タングステンバルク層５０１を示す。タングステンの下に、おそらくジボランへの最初の曝露からの元素ホウ素の薄い３０Åの層５０３がある。ホウ素層の下には、２５ÅのＴｉＮ障壁層５０５がある。幾つかの条件では、ホウ素層が形成されないこともあることに留意されたい。これらの結果から、ホウ素の薄層が存在するものの、Ｂ2Ｈ6への浸漬を使用するタングステン堆積のための前駆体としてＷＣｌ6を効果的に使用できることが示される。
＜結論＞
上述した実施形態は、理解しやすくするために幾分詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲の範囲内で特定の変更および修正を施すことができることが明らかであろう。本発明の実施形態のプロセス、システム、および装置を実装する多くの代替法があることに留意されたい。したがって、本発明の実施形態は、例示であり限定ではないものとみなすべきであり、これらの実施形態は、本明細書で提示した詳細に限定されないものとする。

Claims (20)

  1. 基板上にタングステンを堆積する方法であって、
    還元剤および水素に前記基板を曝露させるステップと、
    塩化タングステンに前記基板を曝露させて前記タングステンを堆積するステップと
    を含み、
    水素の流量と還元剤の流量との比が、約１０：１〜約１００：１の間である
    方法。
  2. 前記塩化タングステンが、ＷＣｌ2、ＷＣｌ4、ＷＣｌ5、ＷＣｌ6、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
  3. 前記還元剤が、ボラン類、シラン類、およびゲルマン類からなる群から選択される請求項１に記載の方法。
  4. 前記タングステンが、約４５０℃〜約６５０℃の間の温度で堆積される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記還元剤の前記流量が、約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの間である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記基板が、約０．２５〜約１０秒の間の期間にわたって前記還元剤に曝露される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
  7. 基板上のフィーチャ内にタングステンを堆積する方法であって、
    バルクタングステン層を堆積する前に、希釈された還元剤と五塩化タングステンとに、前記フィーチャを交互に短時間ずつ曝露させることによってタングステン核生成層を形成するステップ
    を含む方法。
  8. 前記短時間に交互に曝露するサイクル当たりに堆積されるタングステンの量が、少なくとも約１００Åである請求項７に記載の方法。
  9. 前記還元剤が、ボラン類、シラン類、およびゲルマン類からなる群から選択される請求項７に記載の方法。
  10. 前記還元剤が、水素を流すことによって希釈され、水素の流量と還元剤の流量との比が、約１０：１〜約１００：１の間である請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
  11. さらに、タングステン含有前駆体を使用して、化学気相成長によって前記タングステン核生成層上にバルクタングステン層を堆積するステップを含む請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
  12. 前記タングステン含有前駆体が、ＷＦ6、ＷＣｌ2、ＷＣｌ4、ＷＣｌ5、ＷＣｌ6、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項１１に記載の方法。
  13. 半導体基板上にタングステンを堆積する方法であって、
    五塩化タングステンと還元剤とを短時間曝露させ、前記還元剤の分解を緩和することによって、タングステン核生成層を堆積するステップと、
    五塩化タングステンを使用して、化学気相成長によってタングステンバルク層を堆積するステップと
    を含む方法。
  14. 前記還元剤の分解が、前記還元剤の流れを希釈することによって緩和される請求項１３に記載の方法。
  15. 前記還元剤の分解が、前記還元剤の流量の少なくとも約１０倍の流量で水素ガスを導入することによって緩和される請求項１３に記載の方法。
  16. 前記還元剤の分解が、前記五塩化タングステンを短時間曝露させるときの温度よりも低い温度で前記還元剤を短時間曝露させることによって緩和される請求項１３に記載の方法。
  17. 前記還元剤が、シラン類、ボラン類、およびゲルマン類からなる群から選択される請求項１３から請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 基板上にタングステンを堆積する方法であって、
    （ａ）第１の温度で、還元剤および水素に前記基板を曝露させるステップと、
    （ｂ）第２の温度で、フッ素を含有しないタングステン前駆体に前記基板を曝露させるステップとを含み、
    前記第１の温度が、前記第２の温度よりも低い
    方法。
  19. 基板を処理するための装置であって、
    （ａ）基板を保持するように構成されたペデスタルを備える少なくとも１つのプロセスチャンバと、
    （ｂ）真空に結合するための少なくとも１つの出口と、
    （ｃ）１つまたは複数のプロセスガス源に結合された１つまたは複数のプロセスガス入口と、
    （ｄ）前記装置での操作を制御するための制御装置と
    を備える装置であって、前記制御装置が、機械可読命令を備え、前記機械可読命令が、
    （ｉ）還元剤および水素を前記プロセスチャンバに導入し、
    （ｉｉ）フッ素を含有しないタングステン前駆体を前記プロセスチャンバに導入し、
    （ｉｉｉ）第１のステージで操作（ｉ）〜（ｉｉ）を繰り返してタングステン核生成層を堆積する
    ための命令であり、
    操作（ｉ）中、水素の流量と還元剤の流量との比が、約１０：１〜約１００：１の間である
    装置。
  20. 前記フッ素を含有しないタングステン前駆体が、ＷＣｌ2、ＷＣｌ4、ＷＣｌ5、ＷＣｌ6、およびそれらの混合物からなる群から選択される請求項１９に記載の装置。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017186595A (ja) * 2016-04-04 2017-10-12 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の成膜方法
KR20190017941A (ko) 2016-12-05 2019-02-20 제이엑스금속주식회사 고순도 5염화텅스텐 및 그 제조 방법
KR20200037218A (ko) 2017-08-21 2020-04-08 가부시키가이샤 아데카 텅스텐 화합물, 박막 형성용 원료 및 박막의 제조 방법
JP2020530881A (ja) * 2017-08-14 2020-10-29 ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ３次元垂直ｎａｎｄワード線用の金属充填プロセス
US10900119B2 (en) 2017-06-15 2021-01-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Tungsten precursor and method of forming Tungsten containing layer using the same
US11972952B2 (en) 2018-12-14 2024-04-30 Lam Research Corporation Atomic layer deposition on 3D NAND structures
US12002679B2 (en) 2020-04-07 2024-06-04 Lam Research Corporation High step coverage tungsten deposition

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9953984B2 (en) 2015-02-11 2018-04-24 Lam Research Corporation Tungsten for wordline applications
JP6416679B2 (ja) * 2015-03-27 2018-10-31 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の成膜方法
US9978605B2 (en) 2015-05-27 2018-05-22 Lam Research Corporation Method of forming low resistivity fluorine free tungsten film without nucleation
US9595473B2 (en) 2015-06-01 2017-03-14 International Business Machines Corporation Critical dimension shrink through selective metal growth on metal hardmask sidewalls
CN106328500B (zh) * 2015-07-02 2019-11-05 无锡华润上华科技有限公司 钨膜的沉积方法
US9768177B2 (en) * 2015-08-04 2017-09-19 Micron Technology, Inc. Method of forming conductive material of a buried transistor gate line and method of forming a buried transistor gate line
US10214807B2 (en) * 2016-06-02 2019-02-26 Lam Research Corporation Atomic layer deposition of tungsten for enhanced fill and reduced substrate attack
JP6793243B2 (ja) * 2016-07-14 2020-12-02 インテグリス・インコーポレーテッド ＭｏＯＣｌ４を使用することによるＣＶＤ Ｍｏ堆積
US10573522B2 (en) 2016-08-16 2020-02-25 Lam Research Corporation Method for preventing line bending during metal fill process
US9991362B2 (en) * 2016-09-30 2018-06-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor device including tungsten gate and manufacturing method thereof
EP3573929A1 (de) * 2017-01-25 2019-12-04 Umicore AG & Co. KG Verfahren zur reduktion von metallhalogeniden
KR102572271B1 (ko) 2017-04-10 2023-08-28 램 리써치 코포레이션 몰리브덴을 함유하는 저 저항률 막들
US10460987B2 (en) * 2017-05-09 2019-10-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor package device with integrated antenna and manufacturing method thereof
US10199267B2 (en) * 2017-06-30 2019-02-05 Lam Research Corporation Tungsten nitride barrier layer deposition
WO2019099997A1 (en) * 2017-11-20 2019-05-23 Lam Research Corporation Self-limiting growth
JP7018748B2 (ja) * 2017-11-28 2022-02-14 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜条件の算出方法
JP7072399B2 (ja) 2018-02-21 2022-05-20 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の成膜方法、成膜システム及び記憶媒体
US10899630B2 (en) 2018-04-30 2021-01-26 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude Tungsten pentachloride conditioning and crystalline phase manipulation
US10710896B2 (en) 2018-04-30 2020-07-14 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Tungsten pentachloride conditioning and crystalline phase manipulation
US11549175B2 (en) 2018-05-03 2023-01-10 Lam Research Corporation Method of depositing tungsten and other metals in 3D NAND structures
CN113195783A (zh) * 2018-12-19 2021-07-30 恩特格里斯公司 在还原共反应剂存在下沉积钨或钼层的方法
CN113366144B (zh) * 2019-01-28 2023-07-07 朗姆研究公司 金属膜的沉积
JP7362258B2 (ja) * 2019-02-08 2023-10-17 東京エレクトロン株式会社 基板処理方法及び成膜システム
KR20210127262A (ko) 2019-03-11 2021-10-21 램 리써치 코포레이션 몰리브덴-함유 막들의 증착을 위한 전구체들
WO2020210260A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-15 Lam Research Corporation High step coverage tungsten deposition
KR20210158419A (ko) * 2019-05-22 2021-12-30 램 리써치 코포레이션 핵생성-프리 텅스텐 증착
KR20220047333A (ko) * 2019-08-12 2022-04-15 램 리써치 코포레이션 텅스텐 증착
US20210384035A1 (en) * 2020-06-04 2021-12-09 Applied Materials, Inc. Fluorine-Free Tungsten ALD And Tungsten Selective CVD For Dielectrics
CN117460859A (zh) * 2021-05-07 2024-01-26 恩特格里斯公司 钼或钨材料的沉积方法
US11842925B2 (en) 2022-01-19 2023-12-12 Nanya Technology Corporation Method for fabricating conductive feature and semiconductor device
TWI817445B (zh) * 2022-01-19 2023-10-01 南亞科技股份有限公司 導電特徵及半導體元件的製備方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61224313A (ja) * 1985-03-29 1986-10-06 Hitachi Ltd 気相薄膜成長方法
JPH04294530A (ja) * 1991-03-25 1992-10-19 Sharp Corp 半導体装置の製造方法
JP2009024252A (ja) * 2007-05-15 2009-02-05 Applied Materials Inc タングステン材料の原子層堆積法
JP2011035366A (ja) * 2009-08-04 2011-02-17 Novellus Systems Inc 高アスペクト比のフィーチャーへのタングステン堆積方法
US20140120723A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Xinyu Fu Methods for depositing fluorine/carbon-free conformal tungsten

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1115723C (zh) * 1996-11-15 2003-07-23 三星电子株式会社 氮化钨层制造方法及使用同样原理的金属连线制造方法
US6162715A (en) * 1997-06-30 2000-12-19 Applied Materials, Inc. Method of forming gate electrode connection structure by in situ chemical vapor deposition of tungsten and tungsten nitride
US7405158B2 (en) * 2000-06-28 2008-07-29 Applied Materials, Inc. Methods for depositing tungsten layers employing atomic layer deposition techniques
US20030190424A1 (en) 2000-10-20 2003-10-09 Ofer Sneh Process for tungsten silicide atomic layer deposition
US20020190379A1 (en) * 2001-03-28 2002-12-19 Applied Materials, Inc. W-CVD with fluorine-free tungsten nucleation
US9076843B2 (en) * 2001-05-22 2015-07-07 Novellus Systems, Inc. Method for producing ultra-thin tungsten layers with improved step coverage
US7211144B2 (en) * 2001-07-13 2007-05-01 Applied Materials, Inc. Pulsed nucleation deposition of tungsten layers
KR101559425B1 (ko) 2009-01-16 2015-10-13 삼성전자주식회사 반도체 소자의 제조 방법
US9034768B2 (en) * 2010-07-09 2015-05-19 Novellus Systems, Inc. Depositing tungsten into high aspect ratio features
US20120003833A1 (en) * 2010-07-01 2012-01-05 Applied Materials, Inc. Methods for forming tungsten-containing layers
KR101990051B1 (ko) * 2012-08-31 2019-10-01 에스케이하이닉스 주식회사 무불소텅스텐 배리어층을 구비한 반도체장치 및 그 제조 방법
US8853080B2 (en) * 2012-09-09 2014-10-07 Novellus Systems, Inc. Method for depositing tungsten film with low roughness and low resistivity
WO2014052642A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Advanced Technology Materials, Inc. Fluorine free tungsten ald/cvd process
US20150348840A1 (en) 2014-05-31 2015-12-03 Lam Research Corporation Methods of filling high aspect ratio features with fluorine free tungsten

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61224313A (ja) * 1985-03-29 1986-10-06 Hitachi Ltd 気相薄膜成長方法
JPH04294530A (ja) * 1991-03-25 1992-10-19 Sharp Corp 半導体装置の製造方法
JP2009024252A (ja) * 2007-05-15 2009-02-05 Applied Materials Inc タングステン材料の原子層堆積法
JP2011035366A (ja) * 2009-08-04 2011-02-17 Novellus Systems Inc 高アスペクト比のフィーチャーへのタングステン堆積方法
US20140120723A1 (en) * 2012-10-26 2014-05-01 Xinyu Fu Methods for depositing fluorine/carbon-free conformal tungsten

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017186595A (ja) * 2016-04-04 2017-10-12 東京エレクトロン株式会社 タングステン膜の成膜方法
TWI731052B (zh) * 2016-04-04 2021-06-21 日商東京威力科創股份有限公司 鎢膜之成膜方法
KR20190017941A (ko) 2016-12-05 2019-02-20 제이엑스금속주식회사 고순도 5염화텅스텐 및 그 제조 방법
US10900119B2 (en) 2017-06-15 2021-01-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Tungsten precursor and method of forming Tungsten containing layer using the same
JP2020530881A (ja) * 2017-08-14 2020-10-29 ラム リサーチ コーポレーションＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ３次元垂直ｎａｎｄワード線用の金属充填プロセス
KR20200037218A (ko) 2017-08-21 2020-04-08 가부시키가이샤 아데카 텅스텐 화합물, 박막 형성용 원료 및 박막의 제조 방법
US11807652B2 (en) 2017-08-21 2023-11-07 Adeka Corporation Tungsten compound, raw material for thin film formation and method for producing thin film
US11972952B2 (en) 2018-12-14 2024-04-30 Lam Research Corporation Atomic layer deposition on 3D NAND structures
US12002679B2 (en) 2020-04-07 2024-06-04 Lam Research Corporation High step coverage tungsten deposition

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