JP2017053024A - タングステン堆積充填の強化のためのタングステンの原子層エッチング - Google Patents

タングステン堆積充填の強化のためのタングステンの原子層エッチング Download PDF

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Abstract

【課題】基板の特徴（加工・構造）内へタングステンを完全に充填する方法の提供。【解決手段】タングステンで特徴を充填する堆積・原子層エッチング（ＡＬＥ）プロセスにおいて、反応層を形成するために改質動作５１５Ａ，Ｂと、その後に続く、この改質された層のみを除去又はエッチングするための除去動作５３５Ａ，Ｂとを含むＡＬＥサイクル５２０Ａ，Ｂ，５０５Ａ，Ｂにより特徴内へタングステンを充填する方法。エッチング時に表面改質のためのパルスと除去のためのパルスとを交互させることと統合させることで高アスペクト比の特徴内へタングステンが堆積する方法。尚、場合により、前記タングステンの代りにチタン、タンタル、ニッケル、コバル又はモリブデンの内の一つであっても良い、方法。【選択図】図５

Description

半導体製造プロセスは、多くの場合、コンタクトまたは相互接続を形成するために、ビアまたはトレンチなどの特徴内へタングステンなどの金属を堆積させることを伴う。しかしながら、デバイスの縮小にともなって、高度な論理回路やメモリの用途では特に、特徴の小型化が進み、充填の困難さが増している。
本明細書で提供されるのは、基板上の特徴（加工、構造）を充填する方法である。一態様は、基板上の特徴を、（ａ）第１の量の金属を特徴内に堆積させること、（ｂ）（ｉ）堆積された金属の表面を、その金属をハロゲン含有ガスに曝すことによって改質し、（ii）金属を選択的にエッチングするために、改質された表面を活性化ガスに曝すことによって、特徴の開口におけるまたは特徴の開口の近くにおける金属を特徴の内部領域に対して指向的にエッチングすること、によって充填する方法である。この方法は、更に、（ａ）および（ｂ）を繰り返すことを含んでいてよい。
様々な実施形態において、金属は、チタン、タンタル、ニッケル、コバルト、またはモリブデンのうちの１つを含有する。一部の実施形態では、金属は、タングステンを含有する。
一部の実施形態では、塩素、臭素、ヨウ素、六フッ化硫黄、四フッ化ケイ素、三塩化ホウ素、またはこれらを組み合わせたものである。一部の実施形態では、活性化ガスは、ネオン、クリプトン、アルゴン、またはこれらを組み合わせたものなどの、不活性ガスである。
方法は、更に、少なくとも（ｉ）および（ii）のいずれかの間にバイアスを印加することを含んでいてよい。バイアス電力は、閾値バイアス電力未満であってよい。バイアス電力は、約８０Ｖｂ未満であってよい。
様々な実施形態において、（ｂ）は、自己制限反応を含む。一部の実施形態では、基板は、様々なサイズの開口を有する特徴を含む。特徴は、少なくとも３：１のアスペクト比であってよい。一部の実施形態では、開口は、幅が２０ｎｍ未満である。
一部の実施形態では、（ａ）および（ｂ）は、真空を破壊することなく実施される。一部の実施形態では、（ａ）および（ｂ）は、同じチャンバ内で実施される。一部の実施形態では、（ａ）および（ｂ）は、同じツール内の異なるチャンバ内で実施される。
方法は、更に、少なくとも（ｉ）および（ii）のいずれかの間にプラズマを発生（点火）させることを含んでいてよい。プラズマ電力は、約０Ｗから約１０００Ｗの間であってよい。
別の態様は、（ａ）特徴をタングステンで部分的に充填することと、（ｂ）基板をハロゲン含有ガスおよび活性化ガスの交互パルスに曝すことによって、特徴の開口におけるまたは特徴の開口の近くにおけるタングステンを指向的にエッチングすることと、（ｃ）特徴をタングステンで充填することと、を含む方法を伴っていてよい。
一部の実施形態では、バイアスが、（ｂ）の間に印加される。一部の実施形態では、バイアスは、（ｂ）の間に閾値バイアス電力で印加される。
様々な実施形態において、（ａ）および（ｂ）は、真空を破壊することなく実施される。一部の実施形態では、（ａ）および（ｂ）は、同じチャンバ内で実施される。方法は、更に、（ａ）および（ｂ）を繰り返すことを含んでいてよい。特徴を充填することは、（ａ）および（ｂ）を繰り返すことを含んでいてよい。
タングステンは、ＣＶＤによって堆積されてよい。一部の実施形態では、タングステンは、ＡＬＤによって堆積される。タングステンは、基板をタングステン含有前駆体および還元剤の交互パルスに曝すことによって堆積されてよい。タングステンは、塩素含有タングステン前駆体を使用して堆積されてよい。一部の実施形態では、タングステンは、フッ素を含まないタングステンである。
別の態様は、半導体基板を処理するための装置を伴っており、この装置は、シャワーヘッドおよび基板サポートを含むプロセスチャンバと、プラズマ生成器と、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラとを含み、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリは、通信可能に互いに接続され、少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも操作可能に流量制御ハードウェアに接続され、メモリは、基板上にタングステンを堆積させるために、タングステン含有前駆体および還元剤をチャンバに導入するための機械読み取り可能命令と、タングステンの表面を改質するために、ハロゲン含有ガスを導入するための機械読み取り可能命令と、改質されたタングステン表面の少なくとも一部をエッチングするために、活性化ガスを導入するおよびプラズマを発生させるための機械読み取り可能命令とを格納している。
基板サポートは、バイアスを含んでいてよく、メモリは、更に、（iii）の間にバイアス電力を約８０Ｖｂ未満に設定するための機械読み取り可能命令を格納していてよい。一部の実施形態では、メモリは、更に、（ii）の間にプラズマを発生させるための機械読み取り可能命令を格納している。
一部の実施形態では、メモリは、更に、（ii）および（iii）を周期的に繰り返すための機械読み取り可能命令を格納している。一部の実施形態では、メモリは、更に、（ii）および（iii）を実施した後に（ｉ）を繰り返すための機械読み取り可能命令を格納している。
これらのおよびその他の態様が、図面を参照にして以下で更に説明される。
基板上の膜の原子層エッチングの一例を示す概略図である。
開示された特定の実施形態の動作を経ている特徴を示す概略図である。
開示された特定の実施形態にしたがって実施される動作を示すプロセスフローチャートである。
アルゴンイオンを使用したタングステンの垂直入射スパッタリング歩留まりの計算値を示すグラフである。
開示された特定の実施形態にしたがって実施される動作の一例を示すタイミング概略図である。
開示された特定の実施形態を実施するためのプロセスチャンバの一例を示す概略図である。
開示された特定の実施形態を実施するためのプロセス装置の一例を示す概略図である。
タングステンのエッチング速度について収集された実験データを塩素化バイアス電力に対して示すグラフである。
タングステンを伴う特徴の画像である。
開示された特定の実施形態にしたがってタングステンを堆積された特徴の画像である。
以下の説明では、提示された実施形態の完全な理解を可能にするために、数々の具体的詳細が特定されている。開示された実施形態は、これらの具体的詳細の一部または全部を伴わずとも実施されえる。また、開示された実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス動作の詳細な説明は省略される。開示された実施形態は、具体的な実施形態との関連のもとで説明されるが、これは、開示された実施形態を制限することを意図していないことが理解される。
半導体製造プロセスは、多くの場合、コンタクトまたは相互接続を形成するために、ビアまたはトレンチなどの特徴内へ金属を堆積させることを伴う。タングステンは、多くの場合、化学気相成長（ＣＶＤ）を使用してこのような特徴内へ堆積され、この場合は、充填対象とされる特徴内へタングステンを堆積させるために、そのような特徴を含む基板がタングステン含有前駆体および還元剤に曝される。しかしながら、デバイスの縮小にともなって、高度な論理回路やメモリの用途では特に、特徴の小型化が進み、ＣＶＤによる充填の困難さが増している。例えば、特徴は、少なくとも約３：１などの高いアスペクト比を有することがある。一部の特徴は、約２０ｎｍ未満の小さい開口を有することがある。一部の特徴は、凹角な（リエントラントな）特徴プロフィールを含むこともあり、これについては、図２に関連して後述される。先進技術ノードの特徴の場合は、特徴の開口におけるまたは特徴の開口の近くにおける堆積速度が特徴の底部における堆積よりも速いことがあり、これは、特徴全体が充填される前に特徴を閉じさせて、特徴内に空隙または隙間を残らせる。このような隙間の存在は、半導体デバイスの性能および信頼性に害を及ぼすかもしれず、最終的には半導体製品にも悪影響を及ぼす恐れがある。
また、基板によっては、様々なサイズの特徴を含んでいることがある。したがって、小さい特徴は、大きい特徴よりも、特徴または特徴の開口が速く充填され、大きい特徴は、完全に充填されないことがある。また、開口の小ささおよび特徴のアスペクト比の高さは、特徴内にタングステンの非共形的な（非コンフォーマルな）堆積をもたらす。また、従来の堆積技術、および特徴を覆う非共形的な被覆が原因で生じる可能性がある下位の障壁層または接着層の張り出しによって形成される、凹角な特徴プロフィールでは、特徴は、全体的に凹角な側壁プロフィールを有することがあり、これは、特徴を完全に充填することを困難にする。
小さい開口を有する特徴内へタングステンを堆積させる一方法は、部分的に充填された特徴の開口における事前に堆積されたタングステンを除去し、それによって特徴を開かせて、特徴内へのタングステンの更なる堆積を可能にするために、上記部分的に充填された特徴を、遠隔プラズマ生成器内で生成されて質量移動制限プロセス体制で動作しているフッ素含有種などの反応種に曝し、それによって完全な無空隙充填を促すことを含む。しかしながら、このような方法は、小さい特徴内へ無空隙のタングステンを堆積させるには効果的かもしれないが、大きめの特徴を充填する場合は、使用される堆積量およびエッチングプロセスが変わる恐れがある。また、フッ素含有反応種は、非常に反応性が高く、したがって、タングステンを速くエッチングするので、タングステンがエッチングされすぎないように、エッチング条件が調整される。堆積されたタングステンが全て除去されると、その後に、特徴を充填するために露出表面を再びタングステンで核形成することが難しくなる。例えば、タングステンの堆積に先立って、特徴は、窒化チタン障壁層などの障壁層で覆われることが多く、特徴は、原子層堆積（ＡＬＤ）などの方法によってタングステン核形成層を堆積させるために、前駆体に曝されてよい。しかしながら、フッ素含有反応種が、その反応性の高さおよびエッチング速度の速さゆえに、核形成層を全て除去してしまうと、窒化チタン障壁層が露出され、その表面上で二度目のタングステン核形成がなされ、これは、スループットの低下を招く。実施形態によっては、フッ素含有反応種が、障壁層の少なくとも一部または全部をエッチングすることがあり、これは、基板上のタングステン核形成層の一部が喪失するだろうゆえに、二度目のタングステン堆積を不完全にする恐れがある。
本明細書で提供されるのは、統合された堆積・原子層エッチング（ＡＬＥ）プロセスを使用してタングステンで特徴を充填する方法である。ＡＬＥは、順次的な自己制限反応を使用して薄い材料層を除去する技術である。総じて、ＡＬＥは、任意の適切な技術を使用して実施されてよい。原子層エッチング技術の例が、２０１４年１１月１１日付けで発行された米国特許第８，８８３，０２８号および２０１４年８月１９日付けで発行された米国特許第８，８０８，５６１号に記載されており、これらの特許は、原子層エッチング技術の例を説明する目的で、参照によって本明細書に組み込まれる。様々な実施形態において、ＡＬＥは、プラズマによって実施されてよい、または熱的に実施されてよい。「ＡＬＥサイクル」という概念は、本明細書における様々な実施形態の議論に関わっている。総じて、ＡＬＥサイクルは、単原子層をエッチングするなどの一度のエッチングプロセスを実施するために使用される最小の動作集合である。一サイクルの結果、基板表面上の膜層の少なくとも一部がエッチングされる。通常、ＡＬＥサイクルは、反応層を形成するために改質動作と、その後に続く、この改質された層のみを除去またはエッチングするための除去動作とを含む。サイクルは、反応物または副生成物のいずれかを一掃するなどの何らかの補助的動作を含んでいてよい。総じて、一サイクルは、固有な一連の動作一式を含む。一例として、ＡＬＥサイクルは、（ｉ）反応物ガスを供給する動作であって、この反応物ガスは、プラズマ中に含まれていてよい、動作と、（ii）反応物ガスをチャンバからパージする動作と、（iii）除去ガスをおよび随意としてプラズマを供給する動作と、（iv）チャンバをパージする動作とを含んでいてよい。一部の実施形態では、エッチングは、トポグラフィおよび／または特徴を伴う基板などの基板上で、非共形的に実施されてよい。
図１は、ＡＬＥサイクルの２つの例を概略的に示している。図１７１ａ〜１７１ｅは、一般的なＡＬＥサイクルを示している。１７１ａでは、基板が提供される。１７１ｂでは、基板の表面が改質される。１７１ｃでは、基板を改質するために使用された化学剤がパージされる。１７１ｄでは、改質された層がエッチングされている。１７１ｅでは、改質された層が除去されている。同様に、図１７２ａ〜１７２ｅは、タングステン膜をエッチングするためのＡＬＥサイクルの一例を示している。１７２ａでは、タングステン基板が提供され、これは、多数のタングステン原子を含む。１７２ｂでは、反応物ガスである塩素が基板に導入され、このガスが基板の表面を改質する。一部の実施形態では、塩素反応物は、プラズマ中に含まれる原子塩素として供給されてもよく、これは、タングステン基板の直接的なエッチングを引き起こさないだろう。１７２ｂの概略図は、一部の塩素が基板の表面上に吸着される様子を一例として示している。図１では塩素（Ｃｌ2）が示されているが、任意の塩素含有化合物またはその他の適切な反応物が使用されてよい。１７２ｃでは、反応物ガスである塩素がチャンバからパージされる。１７２ｄでは、改質された基板表面を除去するために、Ａｒ+プラズマ種と矢印とで記されるように、除去ガスであるアルゴンが指向性のプラズマとともに導入される。この活性化されたエッチングは、吸着種（例えば、Ｃｌ種）にエネルギを付与して基板を一度に単分子層１枚ずつエッチングして除去するために、スパッタリング閾値未満のエネルギで動作している不活性イオン（例えば、Ａｒ+）を使用することを伴う。この動作時には、イオンを基板に引き付けるために、バイアスが基板に印加される。１７２ｅでは、チャンバはパージされ、副生成物は除去される。
ＡＬＥプロセスにおけるエッチング速度は、フッ素をベースにした遠隔プラズマエッチングにおけるエッチング速度よりも低く、ただし、ＡＬＥは、その表面反応の自己制限性ゆえに、より均一にエッチングを行う。したがって、ＡＬＥプロセスは、より大きい特徴では特に、エッチング動作に対する制御力が強く、したがって、各サイクルで除去される材料の量が制限され、速くエッチングされすぎず、特徴の表面から材料が完全にエッチングされる事態が阻止される。本明細書で説明される堆積プロセスは、チャンバの切り替え圧力および基板の温度によって制御されてよく、これらは、ともに、ＡＬＥ時における改質化学剤の吸着に影響を及ぼす。プロセスは、ＡＬＥで実施される１つ以上の動作時における基板のバイアスを調整すること、並びに改質化学剤の流量および化学的性質を調整することによって制御されてもよい。堆積プロセスは、特徴内へ堆積される金属の化学的性質によって決まってもよい。
開示された実施形態は、ＡＬＤ、ＣＶＤ、プラズマ支援ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、プラズマ支援ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、または物理蒸着（ＰＶＤ）などの任意の適切な方法によって、タングステンなどの金属を特徴内へ堆積させることと、堆積された金属の表面を改質するために、ハロゲン含有ガスを吸着させ、随意としてプラズマに曝すことと、改質された表面を除去するために、活性化ガスに曝すことと、特徴を満たすために、金属を更に堆積させることとを伴っていてよい。図２は、開示された実施形態にしたがった様々な動作を経ている特徴の一例の概略を提供している。２０１では、特徴２１２を伴う基板２１０が示されており、特徴２１２内にＴｉＮ障壁層２１４が共形的に堆積され、そのＴｉＮ障壁層２１４上にＡＬＤによってタングステン２１６が共形的に堆積されている。２０３では、特徴２１２は、堆積されたタングステン２１６の表面を改質するために、ハロゲン含有ガスに曝された後、アルゴンイオン、またはネオン、またはクリプトンを含むガスなどの活性化ガスに曝され、これは、特徴２１２の開口２１８ａにおけるまたは特徴２１２の開口２１８ａの近くにおけるタングステン２１６を、低バイアスを使用するなどによって指向的にエッチングするだろう。２０５では、特徴２１２は、開かれており、特徴開口２１８ｂが残されている。２０７では、特徴２１２は、無空隙タングステン充填特徴を得るために、引き続きＣＶＤによってタングステンで充填される。
図３は、開示された実施形態にしたがった方法の動作を示すプロセスフローチャートを提供している。以下の説明は、タングステンで特徴を充填することに焦点を当てているが、本開示の態様は、その他の材料で特徴を充填する際に実施されてもよい。例えば、本明細書で説明される１つ以上の技術を使用した特徴充填は、その他のタングステン含有材料（例えば、窒化タングステン（ＷＮ）および炭化タングステン（ＷＣ））、チタン含有材料（例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ケイ化チタン（ＴｉＳｉ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、およびチタンアルミナイド（ＴｉＡｌ））、タンタル含有材料（例えば、タンタル（Ｔａ）および窒化タンタル（ＴａＮ））、モリブデン含有材料、コバルト含有材料、並びにニッケル含有材料（例えば、ニッケル（Ｎｉ）およびケイ化ニッケル（ＮｉＳｉ））などの、その他の材料で特徴を充填するために使用されてよい。様々な実施形態において、特徴は、タングステンの代わりに、またはタングステンと組み合わせて、別の金属で充填されてよい。例えば、コバルトまたはモリブデンが、特徴を充填するために使用されてよい。
図３の動作３０１では、チャンバに基板が提供される。基板は、例えば、その上に誘電体材料、導体材料、または半導体材料などの材料の層を１枚以上堆積されて有するウエハを含む、例えば２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、または４５０ｍｍウエハなどのシリコンウエハであってよい。パターン形成された基板は、ビアまたはコンタクトホールなどの「特徴」を有していてよく、これらは、１つ以上の狭いおよび／または凹角な開口、特徴内の狭窄部、並びに高いアスペクト比によって特徴付けられるだろう。特徴は、上述された層の１枚以上の中に形成されてよい。特徴の一例は、半導体基板内のまたは半導体基板上の層内の、ホールまたはビアである。別の一例は、基板内または基板上の層内の、トレンチである。様々な実施形態において、特徴は、障壁層または接着層などの下位層を有していてよい。下位層の非限定的な例として、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、および金属の層などの、誘電体層並びに導電層が挙げられる。
用途の例として、論理回路およびメモリのコンタクトの充填、ＤＲＡＭに埋め込まれたワード線の充填、垂直に統合されたメモリゲート／ワード線の充填、並びにシリコン貫通ビア（ＴＳＶ）との３Ｄ統合が挙げられる。本明細書で説明される方法は、タングステンビア内などで垂直特徴を充填するために、および垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）ワード線などの水平特徴を充填するために使用することができる。
様々な実施形態において、開示された実施形態を実施することで製作される基板のタイプは、開示された実施形態を実施する前における、基板上の特徴のアスペクト比によって決まってよい。一部の実施形態では、動作３０１で提供される基板上の特徴は、少なくとも約２：１の、少なくとも約３：１の、少なくとも約４：１の、少なくとも約６：１の、少なくとも約１０：１の、またはそれよりも高いアスペクト比を有していてよい。特徴は、また、開口の近くに、例えば約２５ｎｍから約３００ｎｍの間のように約５ｎｍから５００ｎｍの間の、例えば開口直径または線幅などの寸法も有していてよい。開示された方法は、約２０ｎｍ未満の開口を有する特徴を伴う基板に対して実施されてよい。「小さい」特徴は、「大きい」特徴と比べて小さい開口直径または線幅を有するものとして相対的に定義されてよい。大きい特徴は、小さい特徴の臨界寸法の少なくとも１．５倍の、または少なくとも２倍の、または少なくとも５倍の、または少なくとも１０倍の、または１０倍を超える、開口直径または臨界寸法を有していてよい。「小さい」特徴の例として、約１ｎｍから約２ｎｍの間の開口直径を有する特徴が挙げられる。「大きい」特徴の例として、数百ナノメートルから約１ミクロンの規模の開口直径を有する特徴が挙げられる。
ビア、トレンチ、またはその他の陥凹特徴が、未充填特徴または特徴として言及されてよい。様々な実施形態にしたがうと、特徴プロフィールは、徐々に狭まってよい、および／または特徴開口に張り出しを含んでいてよい。凹角なプロフィールは、閉じられた底端または特徴の内部から特徴の開口に向かって狭まるプロフィールである。凹角なプロフィールは、パターン形成時における非対称的なエッチング動力学によって、および／または拡散障壁の堆積などの先行する膜堆積における非共形的な膜の回り込みに起因する張り出しによって形成されるだろう。様々な例において、特徴は、特徴の頂部における開口の幅が、特徴の中ほどおよび／または特徴の底の幅よりも狭いだろう。
動作３０３では、基板上の特徴を部分的に充填するために、タングステン含有前駆体および還元剤に基板を曝すなどによって、基板の上にタングステンが堆積される。タングステン含有前駆体の例には、タングステン含有ハロゲン化物前駆体があり、ＷＦ6などのフッ化タングステン、並びにＷＣｌ6、Ｗ（ＣＯ）6、およびＷＣｌ5などの塩化タングステンが挙げられる。一部の実施形態では、有機金属タングステン含有前駆体が使用されてよい。還元剤の例には、水素、ボラン（Ｂ2Ｈ6など）、シラン（ＳｉＨ4など）、およびゲルマン（ＧｅＨ4など）がある。
一部の実施形態では、タングステンは、共形的に堆積される。一部の実現形態では、動作３０３は、タングステン核形成層の堆積と、その後に続くバルク堆積とを伴う。
ＡＬＤ、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＥＡＬＤ、またはＰＶＤなどの、タングステンの堆積に適した任意の方法が使用されてよい。本明細書で提供される例の場合、タングステンは、ＡＬＤによって特徴内に共形的に堆積されてよい。例えば、一部の実施形態では、ＡＬＤプロセスまたはパルス核形成層（ＰＮＬ）プロセスによってタングステン核形成層を形成するために、タングステン含有前駆体および１つ以上の還元剤のパルスを順次浴びせることによって、タングステン核形成層が堆積される。一部の実現形態では、動作３０３は、例えば、タングステン堆積を支える下位層を特徴が含む場合、核形成層堆積を伴わずにバルク堆積のみを伴ってよい。バルク堆積は、化学気相成長によって堆積されてよく、以下で更に説明される。
狭窄部を含む特徴、またはそうでなくてもくびれを生じやすい特徴では、動作３０３は、少なくとも特徴がくびれるまで実施することができる。サイズが異なる特徴は、くびれを生じる時間も異なるだろう。共形的な堆積では、堆積は、各表面から開始し、表面に概ね直交する成長を伴って進行する。特徴内におけるタングステンの成長は、各側壁から開始し、成長によって特徴がくびれるまで進行する。一部の実現形態では、動作３０３で堆積されるタングステンの量は、最も狭い特徴の寸法に基づいて決定することができる。
様々な実施形態において、動作３０３は、特徴の開口が閉じられるように実施されてよい。一部の実施形態では、特徴の開口にまたは特徴の開口の近くに継ぎ目が形成されてよい。この説明を目的として、「開口の近く」は、特徴内で（即ち、特徴の側壁に沿って）、フィールド領域から測定して特徴深さの約０〜１０％に相当するおおよその位置または領域として定義される。特定の実施形態では、開口の近くの領域が、開口における領域に相当する。更に、「特徴の内側」または「特徴の内部」は、特徴内で、特徴頂部のフィールド領域から測定して特徴深さの約２０〜６０％に相当するおおよその位置または領域として定義される。通常、何らかのパラメータ（例えば、厚さ）が「開口の近く」または「開口の内側」であると指定されるとき、これらの値は、これらの位置／領域内で測定された１つの測定値、または複数の測定値の平均を表す。
動作３０５では、基板は、原子層エッチングによって指向的にまたは優先的にエッチングされる。本明細書で使用される「指向的」または「優先的」という用語は、特徴の頂部におけるまたは特徴の頂部の近くにおける材料を、特徴の内側または内部などのその他の部分よりも多くエッチングすることとして定義されてよい。原子層エッチングは、表面改質または活性化の動作を伴う。一部の実施形態では、動作３０５の間に、Ｎ2、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、またはこれらの組み合わせなどが挙げられるキャリアガスが継続的に流される。一部の実施形態では、キャリアガスは、動作３０５における除去プロセス時にのみ使用される。キャリアガスは、後述のように、一部の動作では、改質された層を除去するために使用される。一部の実施形態では、改質された層を除去するために、動作３０５の間に、酸素などの別の反応物ガスが使用される。一部の実施形態では、キャリアガスは、除去中には流されない。
動作３１５では、基板は、基板の表面を改質するために、改質化学剤に曝される。改質化学剤は、ガス、またはプラズマ、または反応種であってよい。改質動作は、改質されていない材料よりも厚さが容易に除去可能である薄い反応性表面層を形成する。改質動作は、自然発生的な基板のエッチングが阻止されるように実施されてよい。
改質動作では、ハロゲン含有化学剤を使用して基板が改質されてよい。例えば、基板は、チャンバに塩素を導入することによって塩素化されてよい。開示された実施形態では、改質化学剤の一例として塩素が使用されるが、実施形態によっては異なる改質化学剤がチャンバに導入されることが、理解される。例として、臭素、ヨウ素、六フッ化硫黄、四フッ化ケイ素、および三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）が挙げられる。ＡＬＥによる金属エッチングの更なる例が、参照によって本明細書に全体を組み込まれた、２０１５年８月１９日に出願された名称を「ＡＴＯＭＩＣ ＬＡＹＥＲ ＥＴＣＨＩＮＧ ＯＦ ＴＵＮＧＳＴＥＮ ＡＮＤ ＯＴＨＥＲ ＭＥＴＡＬＳ（タングステンおよびその他の金属の原子層エッチング）」とする米国特許出願第６２／２０７，２５０（代理人整理番号第ＬＡＭＲＰ２０９Ｐ／３７０６−１ＵＳ）において更に説明されている。
様々な実施形態では、単分子層ずつのエッチングを行えないような化学エッチングを防ぐために、フッ素化学剤は使用されない。例えば、三フッ化窒素（ＮＦ3）は、プラズマ中での反応性が高く、基板を層内へ共形的にエッチングするのではなく自然発生的にエッチングする恐れがある。しかしながら、一部の実施形態では、自然発生的なエッチングを受けにくい材料などのその他の材料をエッチングするために、ＣｌＦ3などの高反応性のハロゲン含有化学剤が使用されてよい。
改質化学剤は、エッチング対象とされる基板のタイプおよび化学的性質に応じて選択されてよい。一部の実施形態では、塩素が、基板と反応してよいまたは基板の表面上へ吸着されてよい。様々な実施形態において、塩素は、ガスの形態でチャンバ内へ導入され、随意としてキャリアガスを伴ってよく、このキャリアガスは、上述されたうちの任意であってよい。
一部の実施形態では、この動作中に、塩素をベースにしたプラズマが生成されてよい。塩素をベースにしたプラズマから生成される種は、基板を収容しているプロセスチャンバ内でプラズマを形成することによってｉｎ−ｓｉｔｕで生成することができる、または基板を収容していない遠隔プラズマ生成器などのプロセスチャンバ内で遠隔生成されて、基板を収容しているプロセスチャンバ内へ供給することができる。様々な実施形態において、プラズマは、誘導結合プラズマ、または容量結合プラズマ、またはマイクロ波プラズマであってよい。誘導結合プラズマのための電力は、約９００Ｗなど約５０Ｗから約２０００Ｗの間に設定されてよい。電力は、基板の直接的なプラズマエッチングを生じないように、十分に低いレベルに設定されてよい。
一部の実施形態では、プラズマは使用されず、塩素は熱的にチャンバ内に導入されてよい。Ｃｌ2をＣｌに解離させるエネルギは、２．５１ｅＶである。一部の実施形態では、このエネルギは、この動作中に熱エネルギ源またはその他の放射エネルギ源を使用して適用されてよい。一部の実施形態では、塩素は、基板の表面上に吸着可能な塩素原子に塩素を分解するために、十分に高い温度に加熱されてよい。
様々な実施形態において、動作３１５では、バイアスが印加される。堆積された金属の表面上に改質化学剤が吸着し、特徴の開口にまたは特徴の開口の近くに形成されるだろう継ぎ目に進入することを許容しつつ、改質化学剤によって、基板の表面に対して自然発生的なエッチングが生じるのを防ぐために、低バイアス電力が使用されてよい。例えば、約０Ｖから約２００Ｖの間のバイアスが印加されてよい。本明細書で言う「バイアス電力」および「バイアス電圧」は、台座にバイアスが印加されるときに台座が設定される電圧を説明するために区別なく使用される。閾値バイアス電力または閾値バイアス電圧は、台座上の基板の表面上の材料がスパッタリングされる前に台座に印加されるバイアスの最大電圧を言う。閾値バイアス電力は、したがって、一部には、エッチング対象とされる材料、プラズマを生成するために使用されるガス、プラズマを生成するためのプラズマ電力、およびプラズマ周波数によって決まる。本明細書で説明されるバイアス電力またはバイアス電圧は、ボルトを単位として測定され、「Ｖ」または「Ｖｂ」で示され、ｂは、バイアスを意味する。電子ボルト（ｅＶ）は、１つの電子が１ボルトの電位差を経て加速することによって獲得するエネルギの量である。図４に関連して説明される電子ボルトは、１つの電子が１ボルトの電位差を経て加速することによって獲得するエネルギの量を言う。スパッタリング歩留まり（例えば、タングステンに向かって１つのアルゴンイオンが加速されるごとに、スパッタリングによって幾つのタングステン原子が表面から弾き出されるか）を決定するための計算は、図４の場合、電子ボルトを単位としたアルゴンイオンエネルギによって決まる。
バイアスは、特徴の深さ全体にわたって改質化学剤の勾配を確立するために使用されてよい。バイアスはもちろん、圧力などの他のパラメータも適切に制御することによって、特徴の深さ全体にわたって改質の（およびＡＬＥの）程度を制御することができる。一例では、特徴の頂部に若しくは特徴の頂部の近くに、または特徴の開口に若しくは特徴の開口の近くに、底部および側壁よりも多くの塩素が吸着されるだろう。バイアスは、基板の物理的スパッタリングを引き起こさないようなやり方で印加される。一部の実施形態では、バイアスは使用されなくてよい。一部の実施形態では、バイアスは、特徴の開口が十分に大きい場合は使用されなくてよい。動作３１５における圧力範囲の一例は、約３０ミリトールから約８０ミリトールの間であってよい。
一部の実施形態では、改質動作後にパージが実施されてよい。パージ動作では、表面に結合されていない活性塩素種がプロセスチャンバから除去されてよい。これは、吸着されていない改質化学剤を、吸着層を除去することなく除去するために、プロセスチャンバをパージするおよび／または排気することによって行うことができる。塩素をベースにしたプラズマ内で生成される種は、プラズマを停止して残りの種を崩壊させること、並びに随意としてチャンバのパージおよび／または排気を組み合わせることによって、除去することができる。パージは、Ｎ2、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、およびこれらの組み合わせなどの任意の不活性ガスを使用して行うことができる。
動作３３５では、改質された層は、活性化ガス、イオン衝撃ガス、または化学反応性ガスなどの、活性化された除去ガスを使用して基板から除去される。活性化された除去ガスは、不活性ガスであってよい。例えば、アルゴンが使用されてよい。一部の実施形態では、ネオンまたはクリプトンが使用されてよい。除去動作では、基板は、指向的なイオン衝撃によって基板をエッチングするために、アルゴンまたはヘリウムなどのエネルギ源（例えば、除去を誘発する活性化ガスまたはイオン衝撃ガスまたは化学反応種）に曝されてよい。一部の実施形態では、除去動作は、低エネルギイオン衝撃によって実施されてよい。一部の実施形態では、除去は、等方的であってよい。
除去ガスの量は、目標とされる量の材料のみをエッチングするように制御されてよい。様々な実施形態において、チャンバの圧力は、改質動作と除去動作との間で変動してよい。除去ガスの圧力は、チャンバのサイズ、除去ガスの流量、リアクタの温度、基板のタイプ、任意のキャリアガスの流量、およびエッチングされるタングステンの量によって決まってよい。動作３３５における圧力範囲の一例として、約１ミリトールから約１５ミリトールの間が挙げられる。
除去中は、指向的なイオン衝撃を促すために、バイアスが随意に印加されてよい。バイアス電力は、スパッタリングは阻止するが、除去ガスが特徴に進入して特徴の開口におけるまたは特徴の開口の近くにおけるタングステンをエッチングしそれによって開口を開くことを可能にするように、選択される。バイアス電力は、基板上に堆積された金属に対する活性化された除去ガスのスパッタリング歩留まり閾値に応じて選択されてよい。本明細書で言うスパッタリングは、基板の表面の少なくとも一部を物理的に除去することを意味していてよい。イオン衝撃は、基板の表面上への種の物理的衝撃を意味していてよい。
図４は、“Energy Dependence of the Yields of Ion-Induced Sputtering of Monatomic Solids” by N. Matsunami, Y. Yamamura, Y. Itikawa, N. Itoh, Y. Kazumata, S. Miyagawa, K. Morita, R. Shimizu, and H. Tawara, IPPJ-AM-32 (Institute of Plasma Physics, Nagoya University, Japan, 1983)に基づいて計算されたスパッタリング歩留まりの一例を示している。
この図は、アルゴン原子によるタングステンの垂直入射スパッタリング歩留まりの計算値を、アルゴンイオンエネルギ（または閾値バイアス電力）に対して示している。この計算は、スパッタリング閾値として、３２ｅＶという値を使用した。閾値を僅かに上回るところ、即ち４０ｅＶアルゴンイオンエネルギでは、スパッタリング歩留まりは、約０．００１原子／イオンであるように見える。しかしながら、８０ｅＶでは、スパッタリング歩留まりは、３０倍に増加した。この曲線の例は、基板上におけるアルゴンのスパッタリングを阻止しつつも金属をエッチングするのに十分である最大アルゴンイオンエネルギを示している。図４は、スパッタリング閾値曲線の定性的表現を提供しているが、スパッタリング閾値は、特定のシステムおよび最大許容スパッタリング歩留まりについて実験的に決定されてよい。或るシステムでは、タングステンのスパッタリングは、アルゴンイオンの場合に８０Ｖｂで観察された。ここでは、「Ｖｂ」または「Ｖb」または「Ｖbias」は、単位がボルトであること、および「ｂ」または「ｂｉａｓ」は、電力がバイアス電力であることを特徴付けるために使用されることが、理解される。このように、アルゴンイオンを使用したタングステンの除去時におけるバイアス電力は、約８０Ｖｂ未満、または約５０Ｖｂ未満、または約５０Ｖｂと８０Ｖｂとの間に設定されてよい。一部の実施形態では、動作３３５は、幾らかの少量のスパッタリングが許容される場合、閾値バイアス電力よりも上で実施されてよい。また、特定のプロセスによっては、それよりも下では除去が起きない除去閾値電圧もあってよい。留意すべきは、スパッタリング閾値が、エッチング対象とされる金属、金属化合物、または他の材料にしたがって変わることである。
一部の実施形態では、チャンバは、除去動作後にパージされてよい。パージプロセスは、動作３１５後のパージに使用されるパージプロセスのうちの任意であってよい。
図３に戻り、動作３１５および動作３３５は、特徴を充填するための必要に応じて随意に繰り返されてよい。動作３０７では、特徴が十分に充填されたかどうかが判定される。十分でない場合、動作３０３および動作３０５が繰り返されてよい。一部の実施形態では、動作３０３が繰り返されて、特徴が十分に充填されることがあり、したがって、動作３０５は再び実施されなくてよい。一部の実施形態では、特徴が十分に充填されるまで、動作３０３および動作３０５が実施される。一部の実施形態では、特徴は、動作の繰り返しのいずれかで動作３０３を実施した後に十分に充填されることがあり、したがって、特徴が充填された後に、動作３０５は実施されない。一部の実施形態では、動作３０３および動作３０５は、同じチャンバ内で実施される。一部の実施形態では、動作３０３および動作３０５は、同じツール内で実施される。一部の実施形態では、動作３０３および動作３０５は、真空を破壊することなく実施される。一部の実施形態では、繰り返されるサイクルの動作３０３は、前のサイクルの動作３０３とは異なる堆積方法および前駆体を伴っていてよい。例えば、或るプロセスでは、ＡＬＤによってタングステンが特徴内に堆積されてよく、堆積されたタングステンをエッチングして特徴を開くために、ＡＬＥが実施されてよく、特徴を完全に充填するために、今度はタングステン含有前駆体および還元剤を使用してタングステンのＣＶＤを実施することによって、タングステンの堆積が繰り返されてよい。別の例では、ＷＦ6およびＢＨ4の交互パルスによって、タングステンが堆積され、プラズマの存在下でＣｌ2およびＡｒの交互パルスによっておよびバイアスを印加することによって、特徴の開口におけるまたは特徴の開口の近くにおけるタングステンがエッチングされてよく、同時に、ＷＣｌ5およびＨ2に曝すことによって、タングステンが堆積されてよい。
図５は、開示された実施形態にしたがって実施されえるタイミング方式の図の一例を提供している。プロセス５００は、堆積サイクル５２０Ａと、エッチングサイクル５０５Ａと、繰り返し堆積サイクル５２０Ｂおよびエッチングサイクル５０５Ｂとを含む。堆積サイクル５２０Ａは、Ｗ ＣＶＤ段階Ａを含み、これは、図３の動作５０３に相当していてよい。図５では、ＣＶＤ堆積が提供されているが、一部の実施形態では、この動作は、ＡＬＤによるなどの金属の周期的堆積を伴っていてよい。Ｗ ＣＶＤ段階５０３Ａでは、キャリアガスが流されてよく、その間、改質化学剤の流れはオフにされ、除去ガスはオフにされる。タングステンを堆積させるために、ＣＶＤ前駆体が継続的に流されてよく、バイアスはオフにされる。エッチングサイクル５０５Ａは、図３の動作３１５および動作３３５に相当していてよい。エッチングサイクル５０５Ａは、表面改質５１５Ａを含み、これは、図３の動作３１５に相当していてよい。表面改質５１５Ａ中は、改質化学剤がキャリアガスとともに流され、その間、除去ガスおよびＣＶＤ前駆体の流れはオフにされる。図５に示されるように、バイアスはオンであってよい。表面改質５１５Ａに続くのは、パージ段階５２５Ａであり、これは、上述のように、随意の動作である。パージ段階５２５Ａ中は、基板上に吸着されなかったあらゆる改質化学剤を除去するために、キャリアガスが継続的に流される。したがって、改質化学剤、除去ガス、およびＣＶＤ前駆体の流れはオフにされ、バイアスもオフにされる。除去段階５３５Ａでは、除去ガスが流される一方でキャリアガスも継続的に流され、その間、改質化学剤およびＣＶＤ前駆体の流れはオフにされる。除去段階５３５Ａ中は、バイアスもオンにされてよい。除去段階５３５Ａは、図３の動作３３５に相当していてよい。様々な実施形態において、プラズマは、この段階中に発生する。パージ段階５４５Ａは、改質化学剤、除去ガス、およびＣＶＤ前駆体の流れがオフにされ、バイアスもオフにされている間に、キャリアガスを流すことを伴ってよい。
図３の動作３０７にしたがうと、これらの動作は、図５に示されるように繰り返されてよい。堆積サイクル５２０Ｂは、Ｗ ＣＶＤ段階５０３Ｂを伴い、これは、この例では、Ｗ ＣＶＤ段階５０３Ａと同じ流れを含む。ここでは、タングステンを堆積させるために、キャリアガスがＣＶＤ前駆体とともに流され、その間、除去ガスおよび改質化学剤の流れはオフにされ、バイアスもオフにされる。一部の実施形態では、これは、特徴を更に部分的に充填させるだろう。Ｗ ＣＶＤ段階５０３Ｂでは、Ｗ ＣＶＤ段階５０３Ａと同じ前駆体が使用されてよいが、実施形態によっては、上述のように、繰り返される図３の動作３０３が、異なる堆積技術または前駆体を伴っていてよい。エッチングサイクル５０５Ｂは、繰り返しサイクルにおける図３の動作３０５に相当していてよい。エッチングサイクル５０５Ｂは、表面改質５１５Ｂを伴っており、ここでは、除去ガスおよびＣＶＤ前駆体の流れがオフにされている間に、キャリアガスおよび改質化学剤が流され、バイアスはオンにされる。パージ段階５２５Ｂは、キャリアガスが、その他の全ての流れがオフにされた状態で流され、バイアスもオフにされる。除去段階５３５Ｂは、キャリアガスを除去ガスとともに流すことを伴い、その間、改質化学剤およびＣＶＤ前駆体の流れはオフにされる。様々な実施形態において、プラズマは、この段階中に発生する。バイアスは、基板を指向的にエッチングするためにオンにされる。パージ段階５４５Ｂは、改質化学剤、除去ガス、またはＣＶＤ前駆体を流すことなくキャリアガスを流すことを伴い、その間、バイアスはオフにされている。
本明細書で説明された実施形態は、その他のプロセスと統合されてよい。例えば、ＡＬＥエッチングは、ＭＳＳＤ（マルチステーション順次堆積）チャンバ構造に統合することができる。ここでは、同様な化学剤を使用する統合された堆積／エッチング／堆積を可能にし、より優れた充填およびより速いスループット能力を実現するために、堆積ステーションの１つをＡＬＥステーションに置き換えることができる。開示された実施形態は、実施形態によっては、真空を破壊することなく実施されてよい。例えば、一部の実施形態では、開示された実施形態は、同じチャンバ内でまたは同じツール内で実施されてよい。開示された実施形態の実施に適した装置の更なる例が、以下で更に説明される。
装置
次に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）リアクタが説明される。このようなリアクタは、特定の実施形態では、原子層エッチング（ＡＬＥ）動作および原子層堆積（ＡＬＤ）動作に適しているだろう。このようなＩＣＰリアクタは、２０１３年１０月１２日に出願された名称を「ＩＭＡＧＥ ＲＥＶＥＲＳＡＬ ＷＩＴＨ ＡＨＭ ＧＡＰ ＦＩＬＬ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＰＡＴＴＥＲＮＩＮＧ（複数パターン形成のためのＡＨＭギャップ充填を伴う画像反転）」とする米国特許出願公開第２０１４／０１７０８５３号でも説明されており、この出願公開は、あらゆる目的のために、参照によって全体を本明細書に組み込まれる。本明細書ではＩＣＰリアクタが説明されているが、実施形態によっては容量結合プラズマリアクタが使用されてもよいことが、理解されるべきである。
図６は、本明細書における特定の実施形態を実行するのに適した誘導結合プラズマ統合型エッチング・堆積装置６００の断面を概略的に示している。このような装置の一例が、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．によって製作されたＫｉｙｏ（登録商標）リアクタである。誘導結合プラズマ装置６００は、チャンバ壁６０１と窓６１１とによって構造的に画定された全体プロセスチャンバ６２４を含む。チャンバ壁６０１は、ステンレス鋼またはアルミニウムで作成されてよい。窓６１１は、石英またはその他の誘電体材料で作成されてよい。随意の内部プラズマ格子６５０が、全体プロセスチャンバ６２４を上方サブチャンバ６０２と下方サブチャンバ６０３とに分ける。大半の実施形態では、プラズマ格子６５０が取り外され、それによってサブチャンバ６０２と６０３とで形成されたチャンバ空間が利用されてよい。下方サブチャンバ６０３内の底部の内表面の近くには、チャック６１７が配置される。チャック６１７は、エッチングプロセスおよび堆積プロセスを実施される半導体基板またはウエハ６１９を受けて保持するように構成される。チャック６１７は、ウエハ６１９が存在するときにそのウエハを支えるための静電チャックであってよい。一部の実施形態では、エッジリング（不図示）がチャック６１７を取り囲み、ウエハ６１９がチャック６１７の上に存在するときにそのウエハの上面とおおよそ同一面上にくる上面を有する。チャック６１７は、また、ウエハ６１９を把持するおよび解放するための静電電極も含む。この目的のために、フィルタおよびＤＣクランプ電源（不図示）が提供されてよい。ウエハ６１９をチャック６１７から持ち上げるためのその他の制御システムが提供されてもよい。チャック６１７は、ＲＦ電源６２３を使用して電気的に充填することができる。ＲＦ電源６２３は、接続６２７を通じて整合回路網６２１に接続される。整合回路網６２１は、接続６２５を通じてチャック６１７に接続される。このようにして、ＲＦ電源６２３は、チャック６１７に接続される。
プラズマ生成のための構成要素には、窓６１１の上方に配置されたコイル６３３がある。一部の実施形態では、コイルは、開示された実施形態では使用されない。コイル６３３は、電導性材料で作成され、少なくとも１回の完全な巻きを含む。図６に示されたコイル６３３の例は、３回の巻きを含む。コイル６３３の断面は、記号で示され、「Ｘ」を有するコイルは、ページに進入する方向に巻いており、「●」を有するコイルは、ページから突き出る方向に巻いている。プラズマ生成のための構成要素は、また、コイル６３３にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ電源６４１も含む。総じて、ＲＦ電源６４１は、接続６４５を通じて整合回路網６３９に接続される。整合回路網６３９は、接続６４３を通じてコイル６３３に接続される。このようにして、ＲＦ電源６４１は、コイル６３３に接続される。コイル６３３と、窓６１１との間には、随意のファラデーシールド６４９が配置される。ファラデーシールド６４９は、コイル６３３に対して相隔てられた関係に維持される。ファラデーシールド６４９は、窓６１１の真上に設置される。コイル６３３、ファラデーシールド６４９、および窓６１１は、それぞれ、互いに平行であるように構成される。ファラデーシールド６４９は、プロセスチャンバ６２４の窓６１１に金属またはその他の種が堆積するのを防ぐだろう。
上方サブチャンバ６０２内に配置された１つ以上の主要ガス流入口６６０を通しておよび／または１つ以上の脇ガス流入口６７０を通して、プロセスガス（例えば、タングステン含有前駆体などの金属前駆体、還元剤、キャリアガス、ハロゲン含有ガス、塩素、アルゴン等）がプロセスチャンバに流し込まれてよい。同様に、図には明示されていないが、プロセスガスを容量結合プラズマ処理チャンバに供給するために、同様のガス流入口が使用されてよい。プロセスガスをプロセスチャンバ６２４から引き出すためにおよびプロセスチャンバ６２４内の圧力を維持するために、例えば１段階若しくは２段階の機械式ドライポンプ、および／またはターボ分子ポンプなどの、真空ポンプ６４０が使用されてよい。例えば、真空ポンプ６４０は、ＡＬＥのパージ動作中に下方サブチャンバ６０３を排気するために使用されてよい。真空ポンプをプロセスチャンバ６２４に流体的に接続し、真空ポンプによって提供される真空環境の適用を選択的に制御するために、弁制御式の導管が使用されてよい。これは、操作可能なプラズマ処理中に、絞り弁（不図示）または振り子弁（不図示）などの閉ループ制御式流量制限機器を用いてなされてよい。同様に、真空ポンプおよび弁によって制御される、容量結合プラズマ処理チャンバへの流体接続が用いられてもよい。
装置６００の動作中は、ガス流入口６６０および／または６７０を通じて１種以上のプロセスガスが供給されてよい。特定の実施形態では、プロセスガスは、主要ガス流入口６６０を通じてのみ、または脇ガス流入口６７０を通じてのみ供給されてよい。場合によっては、図に示されているガス流入口は、例えば、より複雑なガス流入口や１つ以上のシャワーヘッドなどで置き換えられてよい。ファラデーシールド６４９および／または随意の格子６５０は、プロセスチャンバ６２４へのプロセスガスの供給を可能にする内部の通路および穴を含んでいてよい。ファラデーシールド６４９および随意の格子６５０は、そのいずれかまたは両方が、プロセスガスの供給のためのシャワーヘッドとして機能してよい。一部の実施形態では、液状の反応剤または前駆体がひとたび気化されるとガス流入口６６０および／または６７０を通ってプロセスチャンバ６２４へ導入されるように、プロセスチャンバ６２４の上流に液体気化・供給システムが配されてよい。
ＲＦ電源６４１からコイル６３３には、ＲＦ電流をコイル６３３に流れさせるための高周波電力が供給される。コイル６３３を流れるＲＦ電流は、コイル６３３の周囲に電磁場を生成する。この電磁場は、上方サブチャンバ６０２内に誘導電流を生成する。生成された様々なイオンおよびラジカルとウエハ６１９との物理的および化学的相互作用は、ウエハ６１９の特徴をエッチングするとともに、ウエハ６１９上に層を堆積させる。
下方サブチャンバ６０３からポート６２２を通して、揮発性のエッチングおよび／または堆積副生成物が除去されてよい。本明細書で開示されるチャック６１７は、約１０℃から約２５０℃の範囲にわたる高温で動作してよい。温度は、プロセスの動作および具体的なレシピに依存する。
装置６００は、洗浄室内または製造施設内に設置されるときに、設備（不図示）に接続されてよい。設備は、処理ガス、真空、温度制御、および環境粒子制御を提供する配管系統を含む。これらの設備は、対象の製造施設内に設置されるときに、装置６００に接続される。また、装置６００は、代表的な自動化を使用して装置６００に対してロボットが半導体ウエハを出し入れすることを可能にする移送チャンバに接続されてよい。
一部の実施形態では、プロセスチャンバ６２４の動作の一部または全部を、システムコントローラ６３０（１つ以上の物理的または論理的コントローラを含んでいてよい）が制御する。システムコントローラ６３０は、１つ以上のメモリデバイスと、１つ以上のプロセッサとを含んでいてよい。例えば、メモリは、塩素を含有する改質化学剤などの改質化学剤と、アルゴンなどの除去ガスとの間で流れを切り替えるための命令、またはプラズマを発生させる若しくはバイアスを印加するための命令を含んでいてよい。例えば、メモリは、一部の動作中にバイアスを約０Ｖから約２００Ｖの電力に設定するための命令を含んでいてよい。一部の実施形態では、装置６００は、開示された実施形態が実施されるときに流量および持続時間を制御するための切り替えシステムを含む。一部の実施形態では、装置６００は、最長で約５００ｍｓの、または最長で約７５０ｍｓの切り替え時間を有していてよい。切り替え時間は、流れの化学的性質、選択されるレシピ、リアクタの構造、およびその他の要素によって決まってよい。
一部の実施形態では、開示された実施形態は、ＭＳＳＤ（マルチステーション順次堆積）チャンバ構造に統合することができる。ここでは、同様な化学剤を使用する統合された堆積／エッチング／堆積プロセスを可能にし、より優れた充填およびより速いスループット能力を実現するために、堆積ステーションの１つをＡＬＥステーションに置き換えることができる。
一部の実装形態では、コントローラ６３０は、システムの一部であり、このシステムは、上述された例の一部であってよい。このようなシステムは、１つ若しくは複数の処理ツール、１つ若しくは複数のチャンバ、処理のための１つ若しくは複数のプラットフォーム、および／または特定の処理コンポーネント（ウエハ台座やガス流システムなど）などの、半導体処理機器を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理の前、間、および後におけるそれらの動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。電子機器は、システムコントローラ６３０に一体化されてよく、１つまたは複数のシステムの様々なコンポーネントまたは副部品を制御してよい。システムコントローラ６３０は、処理パラメータおよび／またはシステムタイプに応じ、処理ガスの供給、温度の設定（例えば、加熱および／若しくは冷却）、圧力の設定、真空の設定、電力の設定、高周波（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数の設定、流量の設定、流体供給の設定、位置および動作の設定、特定のシステムに接続された若しくはインターフェース接続されたツールおよびその他の移送ツールおよび／若しくはロードロックに対してウエハを出入りさせるウエハ移送などの、本明細書で開示される任意のプロセスを制御するようにプログラムされてよい。
概して、システムコントローラ６３０は、命令を受信する、命令を発行する、動作を制御する、洗浄動作を可能にする、終点測定を可能にするなどを行う様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形態をとるチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特殊用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定められたチップ、および／またはプログラム命令（例えばソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサ若しくはマイクロコントローラを含んでいてよい。プログラム命令は、様々な個別設定（またはプログラムファイル）の形でコントローラに伝えられて、半導体ウエハに対して若しくは半導体ウエハのためにまたはシステムに対して特定のプロセスを実行に移すための動作パラメータを定義する、命令であってよい。動作パラメータは、一部の実施形態では、１枚以上の層、材料、金属、酸化物、ケイ素、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはウエハダイの製作における１つ以上の処理工程を実現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あってよい。
コントローラ６３０は、一部の実装形態では、システムと一体化された、システムにつながれた、それ以外の形でシステムにネットワーク接続された、若しくはこれらの組み合わせである、コンピュータの一部であってよい、またはそのようなコンピュータにつながれてよい。例えば、コントローラは、「クラウド」、即ちファブホストコンピュータシステムの全体若しくは一部の中にあってよく、これは、ウエ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、製造作業の現進行状況を監視するために、または過去の製造作業の履歴を調査するために、または複数の製造作業から傾向若しくは性能基準を調査するために、または現処理のパラメータを変更するために、または処理工程を設定して現処理を追跡するために、または新しいプロセスを開始させるために、システムへの遠隔アクセスを可能にしてよい。一部の例では、遠隔コンピュータ（例えば、サーバ）が、ネットワークを通じてシステムにプロセスレシピを提供することができ、このとき、ネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットなどであってよい。遠隔コンピュータは、パラメータおよび／若しくは設定の入力またはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでいてよく、これらのパラメータおよび／または設定は、次いで、遠隔コンピュータからシステムに伝えられる。一部の例では、システムコントローラ６３０は、１つ以上の動作中に実施される各処理工程のためのパラメータを指定するデータの形式で命令を受信する。なお、パラメータは、実施されるプロセスのタイプに、およびコントローラがインターフェース接続されるように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であってよいことが理解されるべきである。したがって、上述のように、システムコントローラ６３０は、ネットワークによって結ばれて本明細書で説明されるプロセスおよび制御などの共通の目的に向かって作業する１つ以上の個別のコントローラを含むなどによって分散されてよい。このような目的のための分散コントローラの一例として、（プラットフォームレベルにまたは遠隔コンピュータの一部として）遠隔設置されてチャンバにおけるプロセスを協同で制御する１つ以上の集積回路に通じるチャンバ上の１つ以上の集積回路が挙げられるだろう。
代表的なシステムとしては、制限なく、プラズマエッチングチャンバ若しくはプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバ若しくは堆積モジュール、スピン・リンスチャンバ若しくはスピン・リンスモジュール、金属めっきチャンバ若しくは金属めっきモジュール、洗浄チャンバ若しくは洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバ若しくはベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバ若しくはＰＶＤモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバ若しくはＣＶＤモジュール、ＡＬＤチャンバ若しくはＡＬＤモジュール、ＡＬＥチャンバ若しくはＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバ若しくはイオン注入モジュール、追跡チャンバ若しくは追跡モジュール、並びに半導体ウエハの製作および／若しくは製造に関係付けられた若しくは使用されるその他の任意の半導体処理システムが挙げられる。
上記のように、ツールによって実施される１つ以上のプロセス工程に応じ、コントローラは、その他のツール回路若しくはツールモジュール、その他のツールコンポーネント、クラスタツール、その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、工場の随所にあるツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体製造工場におけるツール場所および／若しくは装填ポートに対してウエハが入った容器を出し入れする材料輸送に使用されるツールのうちの、１つ以上とやり取りするだろう。
図７は、真空移送モジュール７３８（ＶＴＭ）と境界を接する様々なモジュールを伴う半導体プロセスクラスタ構造を示している。複数の貯蔵設備と処理モジュールとの間でウエハを「移送する」ための様々なモジュールの配置構成は、「クラスタツール構造」システムと呼ばれてよい。ロードロックまたは移送モジュールとしても知られるエアロック７３０が、ＶＴＭ７３８と境界を接し、ＶＴＭ７３８は、様々な製造プロセスを実施するように個別に最適化されえる４つの処理モジュール７２０ａ〜７２０ｄと境界を接している。例えば、処理モジュール７２０ａ〜７２０ｄは、基板エッチング、堆積、イオン注入、ウエハ洗浄、スパッタリング、および／またはその他の半導体プロセスを実施するように実装されてよい。一部の実施形態では、ＡＬＤとＡＬＥは、同じモジュール内で実施される。一部の実施形態では、ＡＬＤとＡＬＥは、同じツールの異なるモジュール内で実施される。基板エッチング処理モジュールは、その１つ以上（７２０ａ〜７２０ｄの任意）が、本明細書で開示されるように実装されてよい、即ち、共形的な膜を堆積させるために、およびＡＬＤによって膜を選択的にエッチングするために、およびパターンをエッチングするために、および開示された実施形態にしたがったその他の適切な機能を実現するために実装されてよい。エアロック７３０、および処理モジュール７２０ａ〜７２０ｄは、「ステーション」と呼ばれてよい。各ステーションは、それをＶＴＭ７３８につなぎ合わせるファセット７３６を有する。各ファセットの内部では、ウエハ７２６がそれぞれのステーション間で移動されるときの通過を検出するために、センサ１〜１８が使用される。
ロボット７２２が、ステーション間でウエハ７２６を移送する。一実施形態では、ロボット７２２は、１本のアームを有し、別の一実施形態では、ロボット７２２は、２本のアームを有し、各アームは、搬送のためにウエハ７２６などのウエハを拾い上げるためのエンドエフェクタ７２４を有する。ウエハ７２６をカセット、即ちロードポートモジュール（ＬＰＭ）７４２内の前面開閉式一体化ポッド（ＦＯＵＰ）からエアロック７３０に移送するために、大気圧移送モジュール（ＡＴＭ）７４０内のフロントエンドロボット７３２が使用される。プロセスモジュール７２０ａ〜７２０ｄ内のモジュールセンタ７２８は、ウエハ７２６を置くための１つの場所である。ウエハを位置合わせするために、ＡＴＭ７４０内のアライナ７４４が使用される。
代表的な処理方法では、ＬＰＭ７４２内のＦＯＵＰ７３４の１つにウエハが入れられる。フロントエンドロボット７３２が、ウエハをＦＯＵＰ７３４からアライナ７４４に移送し、アライナ７４４は、ウエハ７２６がエッチング前または処理前に正しく中心合わせされることを可能にする。位置を揃えられた後、ウエハ７２６は、フロントエンドロボット７３２によってエアロック７３０内へ移動される。エアロック７３０は、ＡＴＭ７４０とＶＴＭ７３８との間で環境を一致させる機能を有するので、ウエハ７２６は、損傷されることなく２つの圧力環境間で移動することができる。エアロック７３０からは、ウエハ７２６は、ロボット７２２によってＶＴＭ７３８を経てプロセスモジュール７２０ａ〜７２０ｄの１つに移動される。このウエハ移動を実現するために、ロボット７２２は、その各アーム上のエンドエフェクタ７２４を使用する。ウエハ７２６は、ひとたび処理されると、ロボット７２２によってプロセスモジュール７２０ａ〜７２０ｄからエアロック７３０へ移動される。ここから、ウエハ７２６は、フロントエンドロボット７３２によってＦＯＵＰ７３４の１つまたはアライナ７４４へ移動されてよい。
なお、ウエハ移動を制御しているコンピュータは、クラスタ構造の内部にあること、またはクラスタ構造の外の製造現場内にあること、または遠隔地にあってネットワークを通じてクラスタ構造に接続されることが可能である。図６に関連して上述されたコントローラは、図７のツールに実装されてよい。
実験
実験１
塩素の吸着を伴うがアルゴンによるスパッタリングを伴わない場合と、アルゴンスによるパッタリングおよび塩素の吸着を伴う原子層エッチング（ＡＬＥ）の場合とについて、タングステンのエッチング速度が塩素化バイアス電力に対して記された。結果は、図８にグラフ化されている。破線は、塩素の吸着および９００Ｗでのプラズマの発生を伴うが、アルゴンスパッタリングを伴わないプロセスについて、タングステンのエッチング速度を塩素化バイアス（塩素の吸着時におけるバイアス電力）に対して示している。実線は、塩素の吸着および９００Ｗでのプラズマの発生と、その後に続く６０Ｖのバイアス電力によるアルゴン衝撃とを伴うプロセスについて、タングステンのエッチング速度を塩素化バイアスに対して示している。図８に示されている塩素化バイアス閾値電圧は、約６０Ｖである。なお、着目すべきは、塩素化バイアスが６０Ｖ未満であるところでは、アルゴンのイオン衝撃を使用しなければタングステンはエッチングされないことである。塩素化バイアスが６０Ｖを超えるところでは、アルゴンイオン衝撃を伴わない場合のタングステンのエッチング速度が、アルゴンイオン衝撃を伴うプロセスの場合よりも大幅に低くなる。これらの結果は、様々な実施形態において、ＡＬＥ方法によるタングステンのエッチングの速度を調整するために、アルゴンイオン衝撃が使用されてよいことを示唆している。このような調整では、１）塩素化の間は、エッチングを伴うことなくタングステン基板上に塩素が吸着され、２）アルゴンイオン衝撃の間は、バイアス電力をスパッタリング閾値よりも低く設定することによって物理的除去（即ちスパッタリング）を低減または阻止するために、バイアス電力が制御される。
実験２
タングステンを充填される特徴を伴う基板に対し、実験が行われた。特徴は、窒化チタン（ＴｉＮ）障壁層で覆われた。タングステンは、特徴の表面上で核形成され、原子層堆積（ＷＦ6およびＢ2Ｈ6の交互パルス）によって堆積された。図９Ａは、ＴｉＮ障壁層９１４と、共形的なタングステン層９０６とで覆われた基板９１０内の２０ｎｍの特徴９１２を示している。特徴の頂部には、開口９１８ａが示されている。
図９Ａにおける基板は、（１）ｉｎ−ｓｉｔｕ誘導結合プラズマ電力が９００Ｗであり、バイアスをかけられていない、６０℃のＣｌ2／ＢＣｌ3のパルスと、（２）プラズマが３００Ｗであり、６０Ｖｂのバイアスをかけられており、圧力が（１）よりも低い、６０℃のアルゴンガスのパルスとを交互させることを伴うＡＬＥに、１０サイクルにわたって曝された。結果として得られた基板が、図９Ｂに示されている。なお、着目すべきは、開口９１８ｂが開かれ、そうすることによって、特徴を完全に充填するために特徴内へ引き続きタングステンが堆積することが可能にされていることである。下の表１は、基板の様々な部分に堆積されたタングステンの厚さの測定値はもちろんのこと、トレンチの開きおよびＴｉＮ障壁の平均厚さの測定値も示している。測定値は、ナノメートル単位で示されている。
基板は、更に、（１）ｉｎ−ｓｉｔｕ誘導結合プラズマ電力が９００Ｗであり、バイアスをかけられていない、６０℃のＣｌ2／ＢＣｌ3のパルスと、（２）プラズマが３００Ｗであり、６０Ｖｂのバイアスをかけられており、圧力が（１）よりも低い、６０℃のアルゴンガスのパルスとを交互させることを伴うＡＬＥに、更に５サイクルにわたって曝された。結果として得られた測定値が、下の表２に示されている。
これらの結果は、開示された実施形態が、サイクル数、パラメータ、およびその他の要素に応じてタングステン膜のエッチング量を精密に制御することを可能にすることを示唆している。例えば、より多くのタングステンをエッチングするためには、より多くのサイクルが実施されてよい。表２の結果は、ＡＬＥプロセスが原因で、タングステンの一部が凹むが、その後に続くタングステン堆積のサイクルが、ＡＬＥでエッチングされたタングステンを回復させられることを示唆している。ＴｉＮ障壁は、基板上に残り、ＡＬＥのエッチングサイクルは、ＴｉＮ障壁層を露出させないように特徴の表面上にタングステンが十分に残ることを保証するように調整されてよい。
結論
以上の実施形態は、理解を明確にする目的で幾分詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲内で特定の変更および修正がなされてよいことが明らかである。本実施形態のプロセス、システム、および装置を実現するには多くの代替のやり方があることが、留意されるべきである。したがって、本実施形態は、例示的であって限定的ではないと見なされ、これらの実施形態は、本明細書で与えられた詳細に限定されない。
一部の実施形態では、ハロゲン含有ガスは、塩素、臭素、ヨウ素、六フッ化硫黄、四フッ化ケイ素、三塩化ホウ素、またはこれらを組み合わせからなる群から選択される。一部の実施形態では、活性化ガスは、ネオン、クリプトン、アルゴン、またはこれらを組み合わせたものなどの、不活性ガスである。
別の態様は、（ａ）特徴をタングステンで部分的に充填することと、（ｂ）特徴をハロゲン含有ガスおよび活性化ガスの交互パルスに曝すことによって、特徴の開口におけるまたは特徴の開口の近くにおけるタングステンを指向的にエッチングすることと、（ｃ）特徴をタングステンで充填することと、を含む方法を伴っていてよい。
タングステンは、ＣＶＤによって堆積されてよい。一部の実施形態では、タングステンは、ＡＬＤによって堆積される。タングステンは、特徴をタングステン含有前駆体および還元剤の交互パルスに曝すことによって堆積されてよい。タングステンは、塩素含有タングステン前駆体を使用して堆積されてよい。一部の実施形態では、タングステンは、フッ素を含まないタングステンである。
この図は、アルゴンイオンによるタングステンの垂直入射スパッタリング歩留まりの計算値を、アルゴンイオンエネルギ（または閾値バイアス電力）に対して示している。この計算は、スパッタリング閾値として、３２ｅＶという値を使用した。閾値を僅かに上回るところ、即ち４０ｅＶアルゴンイオンエネルギでは、スパッタリング歩留まりは、約０．００１原子／イオンであるように見える。しかしながら、８０ｅＶでは、スパッタリング歩留まりは、３０倍に増加した。この曲線の例は、基板上におけるタングステンのスパッタリングを阻止しつつも金属をエッチングするのに十分である最大アルゴンイオンエネルギを示している。図４は、スパッタリング閾値曲線の定性的表現を提供しているが、スパッタリング閾値は、特定のシステムおよび最大許容スパッタリング歩留まりについて実験的に決定されてよい。或るシステムでは、タングステンのスパッタリングは、アルゴンイオンの場合に８０Ｖｂで観察された。ここでは、「Ｖｂ」または「Ｖb」または「Ｖbias」は、単位がボルトであること、および「ｂ」または「ｂｉａｓ」は、電力がバイアス電力であることを特徴付けるために使用されることが、理解される。このように、アルゴンイオンを使用したタングステンの除去時におけるバイアス電力は、約８０Ｖｂ未満、または約５０Ｖｂ未満、または約５０Ｖｂと８０Ｖｂとの間に設定されてよい。一部の実施形態では、動作３３５は、幾らかの少量のスパッタリングが許容される場合、閾値バイアス電力よりも上で実施されてよい。また、特定のプロセスによっては、それよりも下では除去が起きない除去閾値電圧もあってよい。留意すべきは、スパッタリング閾値が、エッチング対象とされる金属、金属化合物、または他の材料にしたがって変わることである。
図３に戻り、動作３１５および動作３３５は、特徴を充填するための必要に応じて随意に繰り返されてよい。動作３０７では、特徴が十分に充填されたかどうかが判定される。十分でない場合、動作３０３および動作３０５が繰り返されてよい。一部の実施形態では、動作３０３が繰り返されて、特徴が十分に充填されることがあり、したがって、動作３０５は再び実施されなくてよい。一部の実施形態では、特徴が十分に充填されるまで、動作３０３および動作３０５が実施される。一部の実施形態では、特徴は、動作の繰り返しのいずれかで動作３０３を実施した後に十分に充填されることがあり、したがって、特徴が充填された後に、動作３０５は実施されない。一部の実施形態では、動作３０３および動作３０５は、同じチャンバ内で実施される。一部の実施形態では、動作３０３および動作３０５は、同じツール内で実施される。一部の実施形態では、動作３０３および動作３０５は、真空を破壊することなく実施される。一部の実施形態では、繰り返されるサイクルの動作３０３は、前のサイクルの動作３０３とは異なる堆積方法および前駆体を伴っていてよい。例えば、或るプロセスでは、ＡＬＤによってタングステンが特徴内に堆積されてよく、堆積されたタングステンをエッチングして特徴を開くために、ＡＬＥが実施されてよく、特徴を完全に充填するために、今度はタングステン含有前駆体および還元剤を使用してタングステンのＣＶＤを実施することによって、タングステンの堆積が繰り返されてよい。別の例では、ＷＦ６およびＢ ２ Ｈ ６ の交互パルスによって、タングステンが堆積され、プラズマの存在下でＣｌ２およびＡｒの交互パルスによっておよびバイアスを印加することによって、特徴の開口におけるまたは特徴の開口の近くにおけるタングステンがエッチングされてよく、同時に、ＷＣｌ５およびＨ２に曝すことによって、タングステンが堆積されてよい。
図５は、開示された実施形態にしたがって実施されえるタイミング方式の図の一例を提供している。プロセス５００は、堆積サイクル５２０Ａと、エッチングサイクル５０５Ａと、繰り返し堆積サイクル５２０Ｂおよびエッチングサイクル５０５Ｂとを含む。堆積サイクル５２０Ａは、Ｗ ＣＶＤ段階Ａを含み、これは、図３の動作３０３に相当していてよい。図５では、ＣＶＤ堆積が提供されているが、一部の実施形態では、この動作は、ＡＬＤによるなどの金属の周期的堆積を伴っていてよい。Ｗ ＣＶＤ段階５０３Ａでは、キャリアガスが流されてよく、その間、改質化学剤の流れはオフにされ、除去ガスはオフにされる。タングステンを堆積させるために、ＣＶＤ前駆体が継続的に流されてよく、バイアスはオフにされる。エッチングサイクル５０５Ａは、図３の動作３１５および動作３３５に相当していてよい。エッチングサイクル５０５Ａは、表面改質５１５Ａを含み、これは、図３の動作３１５に相当していてよい。表面改質５１５Ａ中は、改質化学剤がキャリアガスとともに流され、その間、除去ガスおよびＣＶＤ前駆体の流れはオフにされる。図５に示されるように、バイアスはオンであってよい。表面改質５１５Ａに続くのは、パージ段階５２５Ａであり、これは、上述のように、随意の動作である。パージ段階５２５Ａ中は、基板上に吸着されなかったあらゆる改質化学剤を除去するために、キャリアガスが継続的に流される。したがって、改質化学剤、除去ガス、およびＣＶＤ前駆体の流れはオフにされ、バイアスもオフにされる。除去段階５３５Ａでは、除去ガスが流される一方でキャリアガスも継続的に流され、その間、改質化学剤およびＣＶＤ前駆体の流れはオフにされる。除去段階５３５Ａ中は、バイアスもオンにされてよい。除去段階５３５Ａは、図３の動作３３５に相当していてよい。様々な実施形態において、プラズマは、この段階中に発生する。パージ段階５４５Ａは、改質化学剤、除去ガス、およびＣＶＤ前駆体の流れがオフにされ、バイアスもオフにされている間に、キャリアガスを流すことを伴ってよい。
実験
実験１
塩素の吸着を伴うがアルゴンイオン衝撃を伴わない場合と、アルゴンスイオン衝撃および塩素の吸着を伴う原子層エッチング（ＡＬＥ）の場合とについて、タングステンのエッチング速度が塩素化バイアス電力に対して記された。結果は、図８にグラフ化されている。破線は、塩素の吸着および９００Ｗでのプラズマの発生を伴うが、アルゴンイオン衝撃を伴わないプロセスについて、タングステンのエッチング速度を塩素化バイアス（塩素の吸着時におけるバイアス電力）に対して示している。実線は、塩素の吸着および９００Ｗでのプラズマの発生と、その後に続く６０Ｖのバイアス電力によるアルゴン衝撃とを伴うプロセスについて、タングステンのエッチング速度を塩素化バイアスに対して示している。図８に示されている塩素化バイアス閾値電圧は、約６０Ｖである。なお、着目すべきは、塩素化バイアスが６０Ｖ未満であるところでは、アルゴンのイオン衝撃を使用しなければタングステンはエッチングされないことである。塩素化バイアスが６０Ｖを超えるところでは、アルゴンイオン衝撃を伴わない場合のタングステンのエッチング速度が、アルゴンイオン衝撃を伴うプロセスの場合よりも大幅に低くなる。これらの結果は、様々な実施形態において、ＡＬＥ方法によるタングステンのエッチングの速度を調整するために、アルゴンイオン衝撃が使用されてよいことを示唆している。このような調整では、１）塩素化の間は、エッチングを伴うことなくタングステン基板上に塩素が吸着され、２）アルゴンイオン衝撃の間は、バイアス電力をスパッタリング閾値よりも低く設定することによって物理的除去（即ちスパッタリング）を低減または阻止するために、バイアス電力が制御される。
結論
以上の実施形態は、理解を明確にする目的で幾分詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲内で特定の変更および修正がなされてよいことが明らかである。本実施形態のプロセス、システム、および装置を実現するには多くの代替のやり方があることが、留意されるべきである。したがって、本実施形態は、例示的であって限定的ではないと見なされ、これらの実施形態は、本明細書で与えられた詳細に限定されない。
適用例１：基板上の特徴を充填する方法であって、
（ａ）第１の量の金属を特徴内に堆積させ、
（ｂ）
（ｉ）前記堆積された金属の表面を、前記金属をハロゲン含有ガスに曝すことによって改質し、
（ii）前記金属を選択的にエッチングするために、前記改質された表面を活性化ガスに曝すこと、
によって、前記特徴の開口におけるまたは前記特徴の前記開口の近くにおける前記金属を前記特徴の内部領域に対して指向的にエッチングすることと、
を備える方法。
適用例２：適用例１に記載の方法であって、
前記金属は、チタン、タンタル、ニッケル、コバルト、またはモリブデンのうちの１つを含有する、方法。
適用例３：適用例１に記載の方法であって、
前記金属は、タングステンを含有する、方法。
適用例４：適用例１に記載の方法であって、更に、
（ｉ）および（ii）の少なくともいずれかの間にバイアスを印加することを備える方法。
適用例５：適用例４に記載の方法であって、
前記バイアス電力は、閾値バイアス電力未満である、方法。
適用例６：適用例１に記載の方法であって、
（ｂ）は、自己制限反応を含む、方法。
適用例７：適用例１に記載の方法であって、
前記基板は、様々なサイズの開口を有する特徴を含む、方法。
適用例８：適用例１に記載の方法であって、
（ａ）および（ｂ）は、真空を破壊することなく実施される、方法。
適用例９：適用例１に記載の方法であって、
（ａ）および（ｂ）は、同じチャンバ内で実施される、方法。
適用例１０：適用例８に記載の方法であって、
（ａ）および（ｂ）は、同じツールの異なるチャンバ内で実施される、方法。
適用例１１：適用例１に記載の方法であって、
前記活性化ガスは、ネオン、クリプトン、およびアルゴンからなる群より選択される、方法。
適用例１２：適用例１ないし１１のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
（ｉ）および（ii）の少なくともいずれかの間にプラズマを発生させることを備える方法。
適用例１３：適用例１ないし１１のいずれか一項に記載の方法であって、
前記特徴は、少なくとも３：１のアスペクト比を有する、方法。
適用例１４：適用例１ないし１１のいずれか一項に記載の方法であって、
前記開口は、幅が２０ｎｍ未満である、方法。
適用例１５：適用例１ないし１１のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
（ａ）および（ｂ）を繰り返すことを備える方法。
適用例１６：適用例１ないし１１のいずれか一項に記載の方法であって、
前記ハロゲン含有ガスは、塩素、臭素、ヨウ素、六フッ化硫黄、四フッ化ケイ素、三塩化ホウ素、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
適用例１７：適用例４に記載の方法であって、
前記バイアス電力は、約８０Ｖｂ未満である、方法。
適用例１８：適用例１２に記載の方法であって、
前記プラズマ電力は、約０Ｗから約１０００Ｗの間である、方法。
適用例１９：方法であって、
（ａ）特徴をタングステンで部分的に充填し、
（ｂ）前記基板をハロゲン含有ガスおよび活性化ガスの交互パルスに曝すことによって、前記特徴の開口におけるまたは前記特徴の前記開口の近くにおけるタングステンを指向的にエッチングし、
（ｃ）前記特徴をタングステンで充填すること、
を備える方法。
適用例２０：適用例１９に記載の方法であって、
（ｂ）の間にバイアスが印加される方法。
適用例２１：適用例１９に記載の方法であって、
（ｂ）の間に閾値バイアス電力でバイアスが印加される方法。
適用例２２：適用例１９に記載の方法であって、
（ａ）および（ｂ）は、真空を破壊することなく実施される、方法。
適用例２３：適用例１９に記載の方法であって、
（ａ）および（ｂ）は、同じチャンバ内で実施される、方法。
適用例２４：適用例１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
（ａ）および（ｂ）を繰り返すことを備える方法。
適用例２５：適用例１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記特徴を充填することは、（ａ）および（ｂ）を繰り返すことを含む、方法。
適用例２６：適用例１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記タングステンは、ＣＶＤによって堆積される、方法。
適用例２７：適用例１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記タングステンは、ＡＬＤによって堆積される、方法。
適用例２８：適用例１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記タングステンは、前記基板をタングステン含有前駆体および還元剤の交互パルスに曝すことによって堆積される、方法。
適用例２９：適用例１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記タングステンは、塩素含有タングステン含有前駆体を使用して堆積される、方法。
適用例３０：適用例１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記タングステンは、フッ素を含まないタングステンである、方法。
適用例３１：半導体基板を処理するための装置であって、
シャワーヘッドおよび基板サポートを含むプロセスチャンバと、
プラズマ生成器と、
少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラであって、
前記少なくとも１つのプロセッサおよび前記メモリは、通信可能に互いに接続され、
前記少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも操作可能にで流量制御ハードウェアに接続され、
前記メモリは、
（ｉ）基板上にタングステンを堆積させるために、タングステン含有前駆体および還元剤を前記チャンバに導入するための機械読み取り可能命令と、
（ii）前記タングステンの表面を改質するために、ハロゲン含有ガスを導入するための機械読み取り可能命令と、
（iii）前記改質されたタングステン表面の少なくとも一部をエッチングするために、活性化ガスを導入するおよびプラズマを発生させるための機械読み取り可能命令と、
を格納している、
コントローラと、
を備える装置。
適用例３２：適用例３１に記載の装置であって、
前記メモリは、更に、（ii）の間にプラズマを発生させるための機械読み取り可能命令を格納している、装置。
適用例３３：適用例３１に記載の装置であって、
前記基板サポートは、バイアスを含み、前記メモリは、更に、（iii）の間に前記バイアス電力を約８０Ｖｂ未満に設定するための機械読み取り可能命令を格納している、装置。
適用例３４：適用例３１ないし３３のいずれか一項に記載の装置であって、
前記メモリは、更に、（ii）および（iii）を周期的に繰り返すための機械読み取り可能命令を格納している、装置。
適用例３５：適用例３１ないし３３のいずれか一項に記載の装置であって、
前記メモリは、更に、（ii）および（iii）を実施した後に（ｉ）を繰り返すための機械読み取り可能命令を格納している、装置。

Claims (35)

  1. 基板上の特徴を充填する方法であって、
    （ａ）第１の量の金属を特徴内に堆積させ、
    （ｂ）
    （ｉ）前記堆積された金属の表面を、前記金属をハロゲン含有ガスに曝すことによって改質し、
    （ii）前記金属を選択的にエッチングするために、前記改質された表面を活性化ガスに曝すこと、
    によって、前記特徴の開口におけるまたは前記特徴の前記開口の近くにおける前記金属を前記特徴の内部領域に対して指向的にエッチングすることと、
    を備える方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    前記金属は、チタン、タンタル、ニッケル、コバルト、またはモリブデンのうちの１つを含有する、方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、
    前記金属は、タングステンを含有する、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、更に、
    （ｉ）および（ii）の少なくともいずれかの間にバイアスを印加することを備える方法。
  5. 請求項４に記載の方法であって、
    前記バイアス電力は、閾値バイアス電力未満である、方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、
    （ｂ）は、自己制限反応を含む、方法。
  7. 請求項１に記載の方法であって、
    前記基板は、様々なサイズの開口を有する特徴を含む、方法。
  8. 請求項１に記載の方法であって、
    （ａ）および（ｂ）は、真空を破壊することなく実施される、方法。
  9. 請求項１に記載の方法であって、
    （ａ）および（ｂ）は、同じチャンバ内で実施される、方法。
  10. 請求項８に記載の方法であって、
    （ａ）および（ｂ）は、同じツールの異なるチャンバ内で実施される、方法。
  11. 請求項１に記載の方法であって、
    前記活性化ガスは、ネオン、クリプトン、およびアルゴンからなる群より選択される、方法。
  12. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
    （ｉ）および（ii）の少なくともいずれかの間にプラズマを発生させることを備える方法。
  13. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記特徴は、少なくとも３：１のアスペクト比を有する、方法。
  14. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記開口は、幅が２０ｎｍ未満である、方法。
  15. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
    （ａ）および（ｂ）を繰り返すことを備える方法。
  16. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記ハロゲン含有ガスは、塩素、臭素、ヨウ素、六フッ化硫黄、四フッ化ケイ素、三塩化ホウ素、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、方法。
  17. 請求項４に記載の方法であって、
    前記バイアス電力は、約８０Ｖｂ未満である、方法。
  18. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記プラズマ電力は、約０Ｗから約１０００Ｗの間である、方法。
  19. 方法であって、
    （ａ）特徴をタングステンで部分的に充填し、
    （ｂ）前記基板をハロゲン含有ガスおよび活性化ガスの交互パルスに曝すことによって、前記特徴の開口におけるまたは前記特徴の前記開口の近くにおけるタングステンを指向的にエッチングし、
    （ｃ）前記特徴をタングステンで充填すること、
    を備える方法。
  20. 請求項１９に記載の方法であって、
    （ｂ）の間にバイアスが印加される方法。
  21. 請求項１９に記載の方法であって、
    （ｂ）の間に閾値バイアス電力でバイアスが印加される方法。
  22. 請求項１９に記載の方法であって、
    （ａ）および（ｂ）は、真空を破壊することなく実施される、方法。
  23. 請求項１９に記載の方法であって、
    （ａ）および（ｂ）は、同じチャンバ内で実施される、方法。
  24. 請求項１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、更に、
    （ａ）および（ｂ）を繰り返すことを備える方法。
  25. 請求項１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記特徴を充填することは、（ａ）および（ｂ）を繰り返すことを含む、方法。
  26. 請求項１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記タングステンは、ＣＶＤによって堆積される、方法。
  27. 請求項１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記タングステンは、ＡＬＤによって堆積される、方法。
  28. 請求項１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記タングステンは、前記基板をタングステン含有前駆体および還元剤の交互パルスに曝すことによって堆積される、方法。
  29. 請求項１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記タングステンは、塩素含有タングステン含有前駆体を使用して堆積される、方法。
  30. 請求項１９ないし２３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記タングステンは、フッ素を含まないタングステンである、方法。
  31. 半導体基板を処理するための装置であって、
    シャワーヘッドおよび基板サポートを含むプロセスチャンバと、
    プラズマ生成器と、
    少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラであって、
    前記少なくとも１つのプロセッサおよび前記メモリは、通信可能に互いに接続され、
    前記少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも操作可能にで流量制御ハードウェアに接続され、
    前記メモリは、
    （ｉ）基板上にタングステンを堆積させるために、タングステン含有前駆体および還元剤を前記チャンバに導入するための機械読み取り可能命令と、
    （ii）前記タングステンの表面を改質するために、ハロゲン含有ガスを導入するための機械読み取り可能命令と、
    （iii）前記改質されたタングステン表面の少なくとも一部をエッチングするために、活性化ガスを導入するおよびプラズマを発生させるための機械読み取り可能命令と、
    を格納している、
    コントローラと、
    を備える装置。
  32. 請求項３１に記載の装置であって、
    前記メモリは、更に、（ii）の間にプラズマを発生させるための機械読み取り可能命令を格納している、装置。
  33. 請求項３１に記載の装置であって、
    前記基板サポートは、バイアスを含み、前記メモリは、更に、（iii）の間に前記バイアス電力を約８０Ｖｂ未満に設定するための機械読み取り可能命令を格納している、装置。
  34. 請求項３１ないし３３のいずれか一項に記載の装置であって、
    前記メモリは、更に、（ii）および（iii）を周期的に繰り返すための機械読み取り可能命令を格納している、装置。
  35. 請求項３１ないし３３のいずれか一項に記載の装置であって、
    前記メモリは、更に、（ii）および（iii）を実施した後に（ｉ）を繰り返すための機械読み取り可能命令を格納している、装置。
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