JP2021522411A - バリア層なしのタングステン堆積物 - Google Patents

バリア層なしのタングステン堆積物 Download PDF

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Abstract

バリア層を使用せずに金属膜を堆積させる方法が開示されている。いくつかの実施形態は、シリコン又はホウ素の１又は複数を含むアモルファス核形成層を形成することと、核形成層上に金属層を形成することとを含む。
【選択図】図９Ｂ

Description

［０００１］本開示は概して、薄膜を堆積させる方法に関する。具体的には、本開示は、タングステン又はタングステン含有膜を堆積させる方法に関する。
［０００２］半導体処理業界は、より大きい表面積を持つ基板上に堆積される層の均一性を高めながら、より高い生産収率を目指して努力を続けている。これらの同じ要因を新しい材料と組み合わせることで、基板の単位面積当たりの回路の高集積化が得られる。回路の集積化が進むにつれて、層の厚さに関するより高い均一性とプロセス制御の必要性が高まる。その結果、層の特性の制御を維持しながら、費用効果の高い方法で基板上に層を堆積させるための様々な技術が開発されている。
［０００３］化学気相堆積（ＣＶＤ）は、基板上に層を堆積させるために用いられる最も一般的な堆積プロセスの１つである。ＣＶＤは、均一な厚さの所望の層を生成するために、基板温度と処理チャンバに導入される前駆体の正確な制御を必要とする、フラックス依存の堆積技法である。これらの要件は、基板サイズが大きくなるにつれてより重要となり、適切な均一性を維持するためにチャンバ設計とガスフロー技法をより複雑にする必要が生じる。
［０００４］優れたステップカバレッジを示すＣＶＤの変形は、周期的堆積又は原子層堆積（ＡＬＤ）である。周期的堆積は、原子層エピタキシ（ＡＬＥ）に基づいており、化学吸着技法を用いて前駆体分子を連続サイクルで基板表面に送達する。このサイクルは、基板表面を第１の前駆体、パージガス、第２の前駆体、及びパージガスに曝露する。第１及び第２の前駆体が反応して、生成化合物が基板表面上の膜として形成される。このサイクルを繰り返すことにより、層が所望の厚さに形成される。
［０００５］アモルファスシリコンは、半導体デバイス、フラットパネルディスプレイ、太陽電池に広く使用されている。高いアスペクト比の特徴における共形性（つまり、良好なステップカバレッジ）又は間隙充填性能を備えたアモルファスシリコン堆積プロセスの開発には、重要な技術的課題が残されている。従来のＬＰＣＶＤプロセスは、高温（＞５５０℃）と低圧に制限されているため、ステップカバレッジや間隙充填性能が不十分である。ＰＥＣＶＤプロセスもまた、良好なステップカバレッジ及び／又は間隙充填性能を提供するものではない。
［０００６］半導体回路の集積化が進んでいるため、優れたステップカバレッジに基づいてタングステンが使用されている。その結果、ＣＶＤ技法を用いたタングステンの堆積はプロセスのスループットが高いため、半導体処理で幅広い用途がある。しかしながら、従来のＣＶＤ法によるタングステンの堆積には、いくつかの欠点が伴う。
［０００７］例えば、ＡＬＤプロセスでは、高アスペクト比（例：２０）のビアにタングステン膜が堆積されるが、従来のＣＶＤプロセスでは、通常、同様のビアの「ピンチオフ」が起こってしまい、完全には充填されない。さらに、タングステンは一部の表面（誘電体スペーサや酸化物など）には容易に付着しない。タングステンの誘電体スペーサへの接着性を高めるために、従来のプロセスにはＴｉＮ層が含まれる。シード層としてのＴｉＮ膜の堆積には時間がかかり、プロセス全体がさらに複雑になり得る。
［０００８］タングステン薄膜の原子層堆積（ＡＬＤ）は核形成性能が低いため、シリコン、二酸化ケイ素、窒化チタン上の作用において非常に長いインキュベーション遅延を示す。通常、この問題を軽減するために核生成層が使用される。従来、ＡＬＤ ＷＳｉｘ又はＷＢｘは、それぞれＷＦ６／Ｓｉ２Ｈ６及びＷＦ６／Ｂ２Ｈ６によって堆積される。しかしながら、ＷＦ６が基板表面（Ｓｉ、ＳｉＯ２など）に直接曝露され、基板に損傷を与える。
［０００９］さらに、ＡＬＤタングステン膜は、シリコン又は酸化シリコン基板の表面に直接だとあまり粘着しない。接着性を向上させるために、窒化チタン接着剤層が使用される。ただし、窒化チタン接着剤層とＷＳｉｘ／ＷＢｘ核形成層はどちらも十分に伝導しないため、スタック（Ｗ／ＷＳｉｘ／ＴｉＮ）の抵抗は非常に高くなる。
［００１０］したがって、当技術分野では、抵抗が低く、バリア／接着剤層なしでタングステン層を堆積させるための改善された技法が必要とされる。
［００１１］本開示の１又は複数の実施形態は、処理方法を対象とする。本方法は、アモルファスホウ素層を形成するために、基板表面をホウ素前駆体に曝露することを含む。基板表面は実質的にバリア層を含まない。アモルファスホウ素層を第１の金属層に変換するために、アモルファスホウ素層が第１の金属前駆体に曝露される。第１の金属層を第２の金属前駆体に曝露することにより、第１の金属層上に第２の金属層が形成される。
［００１２］本開示の追加の実施形態は、処理方法を対象とする。本方法は、アモルファスシリコン層を形成するために、基板表面をシリコン前駆体に曝露することを含む。基板表面は実質的にバリア層を含まない。アモルファスシリコン層を第１の金属層に変換するために、アモルファスシリコン層が第１の金属前駆体に曝露される。第１の金属層を第２の金属前駆体に曝露することにより、第１の金属層上に第２の金属層が形成される。
［００１３］本開示のさらなる実施形態は、処理方法を対象とする。本方法は、シリコン及びホウ素を含むアモルファス層を形成するために、基板表面をシリコン前駆体及びホウ素前駆体に曝露することを含む。基板表面は実質的にバリア層を含まない。アモルファス層を第１の金属層に変換するために、アモルファス層が第１の金属前駆体に曝露される。第１の金属層を第２の金属前駆体に曝露することにより、第１の金属層上に第２の金属層が形成される。
［００１４］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は本開示の典型的な実施形態のみを示すものであり、したがって、実施形態の範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることに留意されたい。
本開示の１又は複数の実施形態に係る膜スタックを示す概略図である。 本開示の１又は複数の実施形態に係るプロセススキームを示す図である。 図２Ａのプロセススキームによる膜スタックを示す概略図である。 本開示の１又は複数の実施形態に係るプロセススキームを示す図である。 本開示の１又は複数の実施形態に係るプロセススキームを示す図である。 図４Ａのプロセススキームによる膜スタックを示す概略図である。 本開示の１又は複数の実施形態に係る膜スタックを示す概略図である。 本開示の１又は複数の実施形態に係るプロセススキームを示す図である。 図６Ａのプロセススキームによる膜スタックを示す概略図である。 本開示の１又は複数の実施形態に係るプロセススキームを示す図である。 本開示の１又は複数の実施形態に係るプロセススキームを示す図である。 図８Ａのプロセススキームによる膜スタックを示す概略図である。 本開示の１又は複数の実施形態に係るプロセススキームを示す図である。 図９Ａのプロセススキームによる膜スタックを示す概略図である。
［００２９］本開示のいくつかの例示的な実施形態を説明する前に、本開示は、以下の説明に記載される構築又はプロセスステップの詳細に限定されないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実行又は実施することが可能である。
［００３０］本書で使用する「基板表面」は、膜処理が実施される基板の任意の部分又は基板上に形成された材料表面の一部を指す。例えば、処理を実施することができる基板表面は、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイアなどの材料、及び金属、金属窒化物、金属合金などの他のいずれかの材料、及び用途に応じてその他の導電性材料を含む。基板表面上のバリア層、金属又は金属窒化物は、チタン、窒化チタン、窒化タングステン、タンタル及び窒化タンタルを含む。基板表面はまた、二酸化ケイ素及び炭素ドープ酸化ケイ素などの誘電体材料を含み得る。基板は、直径２００ｍｍ又は３００ｍｍのウエハ、及び長方形又は正方形の枠など、様々な寸法を有し得る。いくつかの実施形態では、基板は、剛性の個別の材料を含む。
［００３１］本書で使用する「原子層堆積」又は「周期的堆積」は、基板表面上に材料の層を堆積させるための２つ以上の反応性化合物の連続曝露を指す。本書及び添付の特許請求の範囲で使用する場合、「反応性化合物」、「反応性ガス」、「反応性種」、「前駆体」、「プロセスガス」などの用語は、交換可能に使用されて、表面反応（例えば、化学吸着、酸化、還元）において基板表面又は基板表面上の材料と反応することができる種を有する物質を意味する。基板又は基板の一部は、処理チャンバの反応ゾーンに導入される２つ以上の反応性化合物に順次曝露される。時間領域ＡＬＤプロセスでは、各反応性化合物への曝露は時間遅延によって分離され、各化合物が基板表面に付着及び／又は反応できるようにする。空間ＡＬＤプロセスでは、基板表面、又は基板表面上の材料の様々な部分が２つ以上の反応性化合物に同時に曝露されるため、基板上の任意の所与の点が１を上回る反応性化合物に実質的に同時に曝露されるわけではない。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用する場合、この点で使用される用語「実質的に」は、当業者によって理解されるように、基板のごく一部が拡散により複数の反応性ガスに同時に曝露される可能性があり、同時曝露が意図されていないことを意味する。
［００３２］時間領域ＡＬＤプロセスの一態様では、第１の反応性ガス（すなわち、第１の前駆体又は化合物Ａ）が反応ゾーンにパルスされ、その後、第１の時間遅延が続く。次に、第２の前駆体又は化合物Ｂが反応ゾーンにパルスされ、その後第２の遅延が続く。各時間遅延の間に、アルゴンなどのパージガスが処理チャンバに導入されて、反応ゾーンがパージされる、さもなければ、反応ゾーンから残留反応性化合物又は副生成物が全て除去される。あるいは、パージガスは、反応性化合物のパルス間の時間遅延中にパージガスのみが流れるように、堆積プロセス全体にわたって連続的に流され得る。基板表面に所望の膜又は膜厚が形成されるまで、反応性化合物が交互にパルスされる。どちらのシナリオにおいても、化合物Ａ、パージガス、化合物Ｂ、及びパージガスをパルス化するＡＬＤプロセスはサイクルである。サイクルは、化合物Ａ又は化合物Ｂのいずれかで開始し、所望の厚さの膜が得られるまで、サイクルのそれぞれの順序が継続され得る。
［００３３］空間ＡＬＤプロセスの一態様では、第１の反応性ガス及び第２の反応性ガス（例えば、水素ラジカル）は、反応ゾーンに同時に送達されるが、不活性ガスカーテン及び／又は真空カーテンによって分離される。基板がガス供給装置に対して移動されることにより、基板上の任意の所与の点が、第１の反応性ガス及び第２の反応性ガスに曝露される。
［００３４］本開示の１又は複数の実施形態は、金属ＡＬＤのための接着剤層、フッ素拡散バリア、及び／又は核形成層のうちの１又は複数として共形性アモルファスシリコン薄膜を堆積させる方法（例えば、タングステン堆積）を対象とする。タングステン堆積は多くの実施形態で言及されているが、当業者は、他の金属（例えば、Ｍｏ）が開示されたプロセスによって堆積され得ることを理解するであろう。本開示は、ＡＬＤタングステン堆積に限定されない。
［００３５］本開示の特定の実施形態は、金属ＡＬＤプロセスのためのプロセス統合スキームを含む。例えば、シリコン基板上に原子層堆積によって堆積されたタングステン。図１を参照すると、スタック１０は、接着剤層１４（例えば、ＴｉＮ）、核形成層１６（例えば、ＷＳｉｘ及びＷＢｘ）及び金属１８（例えば、Ｗ）を備えた基板１２（例えば、ＳｉＯ２）を含み得る。プロセススキームの１又は複数の実施形態では、核形成層がアモルファスシリコン層に置き換えられている。いくつかの実施形態では、核形成層はアモルファスシリコン層に置き換えられ、ＴｉＮ接着剤層はより薄くされる。１又は複数の実施形態では、核形成層及び接着剤層の両方がアモルファスシリコン層に置き換えられている。
［００３６］図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、本開示の１又は複数の実施形態は、処理方法３００及び膜スタック２００を対象とする。ステップ３１０において、基板表面２２２を有する基板２２０が提供される。ステップ３２０において、基板表面２２２上にアモルファスシリコン層２４０を形成するために、基板２２０がシリコン前駆体に曝露される。
［００３７］いくつかの実施形態では、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の形成は、ウエハ温度を最小化しながら、シリコン前駆体の分圧を最大化することによって達成され得る。適切なシリコン前駆体には、ポリシラン（ＳｉｘＨｙ）が含まれるが、これらに限定されない。例えば、ポリシランには、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、イソテトラシラン、ネオペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１２）、シクロペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１０）、ヘキサシラン（Ｃ６Ｈ１４）、シクロヘキサシラン（Ｓｉ６Ｈ１２）、又は一般に、ｘ＝２以上のＳｉｘＨｙ、およびそれらの組み合わせが含まれる。例えば、適度な処理温度と高い蒸気圧を有するジシランは、シリコン前駆体として単独で、又は他の種と組み合わせて使用され得る。
［００３８］いくつかの実施形態では、シリコン前駆体は、実質的にジシランのみを含む。本書及び添付の特許請求の範囲で使用する場合、「実質的にジシランのみ」という表現は、活性種の少なくとも９５％がジシランであることを意味する。キャリアガスや不活性ガスなどの他のガスは、任意の量で含まれ得る。
［００３９］アモルファスシリコン層２４０の厚さは、例えば、基板表面及びその後の膜及びプロセスに応じて変化させることができる。いくつかの実施形態では、アモルファスシリコン層２４０は、約１Åから約１００Åの範囲の厚さを有する。１又は複数の実施形態では、アモルファスシリコン層２４０は、約１Åから約５０Åの範囲、又は約１０Åから約４０Åの範囲、又は約３０Åから約４０Åの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、アモルファスシリコン層２４０の厚さは、０Åより大きく、約５０Å、４５Å、又は４０Å以下である。
［００４０］ステップ３３０において、アモルファスシリコン層２４０上に金属層２８０が形成される。金属層２８０は、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ原子層堆積（ＰＥ−ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相堆積（ＰＥ−ＣＶＤ）及び物理的気相堆積（ＰＶＤ）を含むがこれらに限定されない任意の適切な技法によって形成され得る。
［００４１］金属層２８０は、任意の適切な金属を含み得る。いくつかの実施形態では、金属層２８０は、タングステン又はモリブデンの１又は複数を含む。いくつかの実施形態では、金属層２８０は本質的にタングステンからなる。いくつかの実施形態では、金属層２８０は本質的にモリブデンからなる。この点に関して使用する場合、「本質的になる」とは、金属層２８０が、指定された成分の約８０、８５、９０、又は９５原子％以上であることを意味する。例えば、本質的にタングステンからなる金属層２８０は、例えば、約９０原子％以上のタングステン組成を有する。
［００４２］いくつかの実施形態では、金属層２８０は、ＣＶＤによって堆積される。金属前駆体及び反応物質を処理チャンバに並流させて、基板上に層を堆積させることができる。前駆体と反応物質は気相で反応し得る。
［００４３］いくつかの実施形態では、金属層２８０は、ＡＬＤによって堆積される。いくつかの実施形態では、金属層２８０は、アモルファスシリコン層２４０を金属前駆体及び反応物質に順次曝露することによって堆積される。
［００４４］金属前駆体は、金属膜を堆積させるために使用可能な任意の適切な前駆体であり得る。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、タングステン、モリブデン、及びそれらの組み合わせから選択される金属を含む。１又は複数の実施形態では、金属前駆体は、ＷＦ６及びＭｏＦ６の１又は複数を含む。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、フッ素含有前駆体である。フッ素がシリコン表面をエッチングする可能性があることは既知である。本開示のいくつかの実施形態は、アモルファスシリコン層２４０を、前駆体によりａ−Ｓｉ膜がすべて除去されないような十分な厚さに形成し得るので、フッ素前駆体の使用が有利に可能になる。
［００４５］反応物質は、表面上に形成された種と反応し得る任意の適切な反応物質であり得る。例えば、ＷＦ６を前駆体として使用すると、表面上に−ＷＦｘ種が存在するようになる。反応物質が−ＷＦｘ種と反応して、Ｗ膜が生成され得る。
［００４６］図３に、アモルファスシリコン層２４０の形成後にガス抜きプロセス３２５を含む、本開示の別の実施形態のプロセスフローを示す。いくつかの実施形態では、金属層２８０が形成される前に、アモルファスシリコン層２４０がガス抜き環境に曝露されて、ガス放出された種が除去される。
［００４７］堆積されたアモルファスシリコン層２４０は、種、例えば水素を放出し得る又はガス放出し得る。ガス抜き環境は、ガス種が放出される機会を提供し、最終的な膜の泡立ちを最小限に抑える。ガス抜き環境は、膜のガス抜きを可能にする又は促進する任意の条件を含み得る。例えば、ガス抜き環境は本質的に不活性ガスからなり得る。これに関して使用する場合、「本質的になる」とは、堆積された膜のガス放出を妨げるガス種がないことを意味する。他の反応種は、本質的に不活性ガスからなるものでありながらも、膜のガス抜きを阻害することなく存在し得る。
［００４８］適切な不活性ガスには、アルゴン、ヘリウム、窒素、及び／又はそれらの混合物のうちの１又は複数が含まれるが、これらに限定されない。
［００４９］１又は複数の実施形態では、ガス放出された種は、水素、ＳｉＨ２、ＳｉＨ３、ＳｉＨ４、及び／又は他の低次シランを含む。
［００５０］前駆体の曝露及びガス抜き環境において、処理チャンバ又は処理チャンバの領域の圧力を独立して制御することが可能である。いくつかの実施形態では、シリコン前駆体及びガス抜き環境への各曝露は、約１０ｍＴｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒの範囲の圧力で行われる。いくつかの実施形態では、シリコン前駆体は、約５００ｍＴｏｒｒ以上、又は約１Ｔｏｒｒ以上、又は約５Ｔｏｒｒ以上、又は約１０Ｔｏｒｒ以上、又は約２０Ｔｏｒｒ以上、又は約３０Ｔｏｒｒ以上の圧力で基板に曝露される。
［００５１］基板表面が前駆体又はガス抜き環境に曝露される温度は、例えば、形成されるデバイスの熱収支及び前駆体に応じて変化させることができる。いくつかの実施形態では、前駆体及びガス抜き環境への各曝露は、約１００℃から約７００℃の範囲の温度で行われる。１又は複数の実施形態では、ハロゲン化シリコン前駆体は、約２５０℃から約６００℃の範囲、又は約４００℃から約５５０℃の範囲の温度で基板に曝露される。
［００５２］ガス抜き環境に曝露される前にシリコン前駆体で形成されるａ−Ｓｉ膜の厚さを変化させることができる。いくつかの実施形態では、シリコン前駆体及びガス抜き環境への各曝露により、約５Åから約２０Åの範囲の厚さを有する膜が成長する。
［００５３］所定の厚さの膜を形成するために、前駆体及びガス抜き環境が基板表面に繰り返し連続的に曝露され得る。いくつかの実施形態では、アモルファスシリコン膜は、約１００Åから約１μｍの範囲の総厚を有する。
［００５４］いくつかの実施形態では、約４５０℃未満のウエハ温度でジシランによってａ−Ｓｉが堆積され、ジシラン分圧は約２０Ｔｏｒｒ以上である。例示的な実施形態では、基板は、約４００℃から約５５０℃の範囲の温度で、約２０Ｔｏｒｒ以上の圧力でシリコン前駆体に曝露される。
［００５５］図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、本開示のいくつかの実施形態は、アモルファスシリコン層２４０を形成する前に接着剤層２６０が基板上に堆積されるステップ３６０をさらに含む。接着剤層２６０は、アモルファスシリコン層を基板２２０上に直接堆積させた場合よりも剥離する可能性が少ない状態でアモルファスシリコンを粘着させ得る層である。いくつかの実施形態では、接着剤層はＴｉＮを含む。１又は複数の実施形態では、基板２２０は酸化ケイ素表面を有し、接着剤層はＴｉＮを含む。
［００５６］接着剤層２６０の厚さは、基板及び堆積されるアモルファスシリコンの厚さに応じて変化させることができる。いくつかの実施形態では、接着剤層２６０は、約１Åから約３０Åの範囲、又は約５Åから約３０Åの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、接着剤層２６０は、約２０Å以下、又は約１５Å以下、又は約１０Å以下、又は約５Å以下の厚さを有する。
［００５７］図４Ｂを参照すると、本開示の１又は複数の実施形態は、酸化物表面２２２を有する基板２２０を含むスタック２００を対象とする。接着剤層２６０は、酸化物表面２２２上にある。いくつかの実施形態の接着剤層は、約５Åから約３０Åの範囲の厚さを有するＴｉＮを含む。アモルファスシリコン層２４０は、接着剤層２６０上にあり、約５Åから約５０Åの範囲の厚さを有する。金属層２８０は、アモルファスシリコン層２４０上にあり、タングステン及びモリブデンの１又は複数を含む。
［００５８］本開示の１又は複数の実施形態は、金属堆積（例えば、ＡＬＤタングステン堆積）のための接着剤層、フッ素拡散バリア及び／又は核形成層の１又は複数として共形性のドープされたアモルファスシリコン薄膜を堆積させる方法を対象とする。タングステン堆積は多くの実施形態で言及されているが、当業者は、他の金属（例えば、Ｍｏ）を開示されたプロセスによって堆積させ得ることを理解するであろう。本開示は、ＡＬＤタングステン堆積、ＡＬＤ堆積又はタングステン堆積に限定されない。
［００５９］本開示の実施形態は、金属ＡＬＤプロセスのためのプロセス統合スキームを含む。例えば、シリコン基板上に原子層堆積によって堆積されたタングステン。図５を参照すると、スタック１０は、接着剤層１４（例えば、ＴｉＮ）、核形成層１６（例えば、ＷＳｉｘ及びＷＢｘ）及び金属１８（例えば、Ｗ）を備えた基板１２（例えば、ＳｉＯ２）を含み得る。プロセススキームの１又は複数の実施形態では、核形成層は、ドープされたアモルファスシリコン層に置き換えられる。いくつかの実施形態では、核形成層は、ドープされたアモルファスシリコン層に置き換えられ、ＴｉＮ接着剤層はより薄くされる。１又は複数の実施形態では、核形成層及び接着剤層の両方が、ドープされたアモルファスシリコン層に置き換えられる。
［００６０］図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、本開示の１又は複数の実施形態は、処理方法５００及び膜スタック４００を対象とする。ステップ５１０において、基板表面４２２を有する基板４２０が提供される。ステップ５２０において、基板表面４２２上にドープされたアモルファスシリコン層４４０を形成するために、基板４２０がシリコン前駆体及びドーパントに曝露される。
［００６１］本開示のいくつかの実施形態は、ドーパントを組み込むことによって核形成層の堆積温度を下げる方法を有利に提供する。いくつかの実施形態では、核形成層の形態は、共形性アモルファスシリコン層の堆積中にドーパントを添加することによって変更される。いくつかの実施形態では、アモルファスシリコンの堆積温度は、約４００℃以上から約１００℃以下に下げられ得る。いくつかの実施形態では、タングステン膜特性は、ドープされていないアモルファスシリコン膜と比較して、ドープされたシリコン膜の異なる膜特性／形態のためにドーパント濃度を変えることによって有利に変更され得る。
［００６２］いくつかの実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン（ドープされたａ−Ｓｉ）の形成は、ウエハ温度を最小化しながら、シリコン前駆体の分圧を最大化することによって達成され得る。いくつかの実施形態では、ドープされたアモルファスシリコンは、シリコン前駆体及びドーパントが同時に基板に曝露されるＣＶＤ堆積プロセスを使用して堆積される。
［００６３］適切なシリコン前駆体には、ポリシラン（ＳｉｚＨａ）及びハロシラン（ＳｉｚＨａＸｂ）が含まれるが、これらに限定されない。例えば、ポリシランには、シラン、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）、テトラシラン（Ｓｉ４Ｈ１０）、イソテトラシラン、ネオペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１２）、シクロペンタシラン（Ｓｉ５Ｈ１０）、ヘキサシラン（Ｃ６Ｈ１４）、シクロヘキサシラン（Ｓｉ６Ｈ１２）、又は一般に、ｚ＝１以上であるＳｉｚＨａ、及びそれらの組み合わせが含まれる。例えば、適度な処理温度と高い蒸気圧を有するジシランは、シリコン前駆体として単独で、又は他の種と組み合わせて使用され得る。
［００６４］例えば、ハロシランには、ジハロシラン（ＳｉＨ２Ｘ２）、トリハロシラン（ＳｉＨＸ３）、テトラハロシラン（ＳｉＸ４）、又はヘキサハロジシラン（Ｓｉ２Ｘ６）、又は一般に、ｚ＝１以上、Ｘはハロゲン、ｂ＝１以上であるＳｉｚＨａＸｂ、及びそれらの組み合わせが含まれる。いくつかの実施形態では、ハロシラン中に存在するハロゲンは、フッ素、塩素、臭素、又はヨウ素から独立して選択される。いくつかの実施形態では、ハロゲンは本質的に塩素からなる。
［００６５］いくつかの実施形態では、シリコン前駆体は、実質的にジシランのみを含む。いくつかの実施形態では、シリコン前駆体は、実質的にジクロロシランのみを含む。本書及び添付の特許請求の範囲で使用する場合、「実質的にのみ」という表現は、活性種の少なくとも９５％が記載された種であることを意味する。キャリアガスや不活性ガスなどの他のガスを任意の量で含み得る。
［００６６］ドーパントは、堆積されたアモルファスシリコン層をドープするのに適した任意の材料であり得る。いくつかの実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層は、ホウ素、リン、ヒ素、又はゲルマニウムのうちの１又は複数を含む。いくつかの実施形態において、ドーパントは、ボラン、ジボラン、ホスフィン、ジホスフィン、アルシン、ジアルシン、ゲルマン又はジゲルマンのうちの１又は複数を含む。いくつかの実施形態では、ドーパントは、実質的にジボランのみを含む。いくつかの実施形態では、ドーパントは、実質的にジホスフィンのみを含む。いくつかの実施形態では、ドーパントは、実質的にジアルシンのみを含む。いくつかの実施形態では、ドーパントは、実質的にジゲルマンのみを含む。
［００６７］ドープされたアモルファスシリコン層４４０の厚さは、例えば、基板表面ならびにその後の膜及びプロセスに応じて変化させることができる。いくつかの実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層４４０は、約２０Å以上の厚さを有する。１又は複数の実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層４４０は、約１Åから約２００Åの範囲、又は約１０Åから約１５０Åの範囲、又は約２０Åから１００Åの範囲、又は約４０Åから約１００Åの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層４４０は、約１０Åから約５０Åの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層４４０の厚さは、０Åより大きく、約１００Å、７５Å、５０Å、４５Å、又は４０Å以下である。いくつかの実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層４４０は、連続層を形成するのに十分な最小の厚さを有する。本書で使用する場合、「連続的」という用語は、堆積された層の下にある材料を露わにする間隙又はベアスポットなしに、露出した表面全体を覆う層を指す。連続層は、膜の総表面積の約１％未満の表面積を有する間隙又はベアスポットを有し得る。
［００６８］いくつかの実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層４４０は、基板４２０上に共形的に形成される。本書で使用する場合、「共形性」又は「共形的」という用語は、膜の平均厚さに対して１％未満の変動を有する厚さで露出表面に付着し、均一に覆う層を指す。例えば、１００Åの厚さの膜の厚さ変動は１Å未満となる。この厚さと変動には、凹部のエッジ、角、側面、及び底部が含まれる。例えば、本開示の様々な実施形態で堆積された共形層は、複雑な表面上に本質的に均一な厚さに堆積された領域にわたる被覆を提供するであろう。
［００６９］ステップ５３０において、ドープされたアモルファスシリコン層４４０上に金属層４８０が形成される。金属層４８０は、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ原子層堆積（ＰＥ−ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相堆積（ＰＥ−ＣＶＤ）及び物理的気相堆積（ＰＶＤ）を含むがこれらに限定されない任意の適切な技法によって形成され得る。
［００７０］金属層４８０は、任意の適切な金属を含み得る。いくつかの実施形態では、金属層４８０は、タングステン又はモリブデンの１又は複数を含む。いくつかの実施形態では、金属層４８０は本質的にタングステンからなる。いくつかの実施形態では、金属層４８０は本質的にモリブデンからなる。これに関して使用する場合、「本質的になる」とは、金属層４８０の約８０、８５、９０、又は９５原子％以上が、特定の成分であることを意味する。例えば、本質的にタングステンからなる金属層４８０は、例えば、約９０原子％以上のタングステン組成を有する。
［００７１］いくつかの実施形態では、金属層４８０は、ＣＶＤによって堆積される。金属前駆体及び反応物質を処理チャンバに並流させて、基板上に層を堆積させることができる。前駆体と反応物質は気相で反応し得る。
［００７２］いくつかの実施形態では、金属層４８０は、ＡＬＤによって堆積される。いくつかの実施形態では、金属層４８０は、ドープされたアモルファスシリコン層４４０を金属前駆体及び反応物質に順次曝露することによって堆積される。
［００７３］金属前駆体は、金属膜を堆積させるために使用可能な任意の適切な前駆体であり得る。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、タングステン、モリブデン、及びそれらの組み合わせから選択される金属を含む。１又は複数の実施形態では、金属前駆体は、ＷＦ６及びＭｏＦ６の１又は複数を含む。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、フッ素含有前駆体である。フッ素により、シリコン表面がエッチングされ得ることは周知である。本開示のいくつかの実施形態は、ドープされたアモルファスシリコン層２４０を、前駆体によりドープされたアモルファスシリコン膜がすべて除去されないような十分な厚さに形成し得るので、フッ素前駆体の使用が有利に可能になる。
［００７４］反応物質は、表面上に形成された種と反応し得る任意の適切な反応物質であり得る。例えば、ＡＬＤプロセスでは、ＷＦ６を前駆体として使用すると、表面に−ＷＦｘ種が存在するようになる。反応物質は、−ＷＦｘ種と反応してＷ膜を生成し得る。
［００７５］図７に、ドープされたアモルファスシリコン層４４０の形成後にガス抜きプロセス１２５を含む、本開示の別の実施形態のプロセスフローを示す。いくつかの実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層４４０は、金属層４８０を形成する前にガス放出された種を除去するために、ガス抜き環境に曝露される。
［００７６］堆積されたドープされたアモルファスシリコン層４４０は、種、例えば水素を放出し得る又はガス放出し得る。ガス抜き環境は、ガス種が放出される機会を提供し、最終的な膜の泡立ちを最小限に抑える。ガス抜き環境は、膜のガス抜きを可能にする又は促進する任意の条件を含み得る。例えば、ガス抜き環境は本質的に不活性ガスからなり得る。これに関して使用する場合、「本質的になる」とは、堆積された膜のガス放出を妨げるガス種がないことを意味する。他の反応種は、本質的に不活性ガスからなるものでありながらも、膜のガス抜きを阻害することなく存在し得る。
［００７７］適切な不活性ガスには、アルゴン、ヘリウム、窒素、及び／又はそれらの混合物のうちの１又は複数が含まれるが、これらに限定されない。
［００７８］１又は複数の実施形態では、ガス放出された種は、水素、ＳｉＨ２、ＳｉＨ３、ＳｉＨ４、及び／又は他の低次シランを含む。
［００７９］処理チャンバの圧力、又は処理チャンバの領域は、前駆体の曝露及びガス抜き環境において独立して制御され得る。いくつかの実施形態では、シリコン前駆体、ドーパント、及びガス抜き環境への各曝露は、約１００ｍＴｏｒｒから約６００Ｔｏｒｒの範囲の圧力で行われる。いくつかの実施形態では、シリコン前駆体及び／又はドーパントは、約５００ｍＴｏｒｒ以上、又は約１Ｔｏｒｒ以上、又は約５Ｔｏｒｒ以上、又は約１０Ｔｏｒｒ以上、又は約２０Ｔｏｒｒ以上、又は約３０Ｔｏｒｒ以上の圧力で基板に曝露される。
［００８０］基板表面がシリコン前駆体、ドーパント及び／又はガス抜き環境に曝露される温度は、例えば、形成されるデバイスの熱収支及びシリコン前駆体及び／又はドーパントに応じて変化させることができる。いくつかの実施形態では、シリコン前駆体、ドーパント及び／又はガス抜き環境への各曝露は、約２５℃から約７００℃の範囲の温度で行われる。１又は複数の実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層４４０は、約２５℃から約７００℃の範囲、又は約５０℃から約６００℃の範囲、又は約１００℃から約５５０℃の範囲の温度で形成される。いくつかの実施形態では、ドープされたアモルファスシリコン層４４０は、約２５℃以上及び約５５０℃以下、約４００℃以下、約２５０℃以下、約２００℃以下、又は約１００℃以下の温度で形成される。
［００８１］ガス抜き環境に曝露される前にシリコン前駆体及びドーパントで形成されるドープされたアモルファスシリコン層４４０の厚さを変更することができる。いくつかの実施形態では、シリコン前駆体、ドーパント、及びガス抜き環境への各曝露により、約５Åから約２０Å、又は約２０Åから約１００Å、又は約４０Åから約１００Åの範囲の厚さの膜が成長する。
［００８２］所定の厚さの膜を形成するために、前駆体、ドーパント、及びガス抜き環境が基板表面に繰り返し連続的に曝露され得る。いくつかの実施形態では、アモルファスシリコン膜は、約２０Åから約１μｍの範囲の総厚を有する。
［００８３］図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、本開示のいくつかの実施形態は、ドープされたアモルファスシリコン層４４０が形成される前に接着剤層４６０が基板上に堆積されるステップ５６０をさらに含む。接着剤層４６０は、ドープされたアモルファスシリコン層を基板４２０上に直接堆積させた場合よりも剥離の可能性が少ない状態でドープされたアモルファスシリコンを粘着させ得る層である。いくつかの実施形態では、接着剤層はＴｉＮを含む。１又は複数の実施形態では、基板４２０は酸化ケイ素表面を有し、接着剤層はＴｉＮを含む。
［００８４］接着剤層４６０の厚さは、基板及び堆積されるドープされたアモルファスシリコンの厚さに応じて変化させることができる。いくつかの実施形態では、接着剤層４６０は、約１Åから約３０Åの範囲、又は約５Åから約３０Åの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、接着剤層４６０は、約２０Å以下、又は約１５Å以下、又は約１０Å以下、又は約５Å以下の厚さを有する。
［００８５］図８Ｂを参照すると、本開示の１又は複数の実施形態は、酸化物表面４２２を有する基板４２０を含むスタック４００を対象とする。接着剤層４６０は、酸化物表面４２２上にある。いくつかの実施形態の接着剤層は、約５Åから約３０Åの範囲の厚さを有するＴｉＮを含む。ドープされたアモルファスシリコン層４４０は、接着剤層４６０上にあり、約５Åから約５０Åの範囲の厚さを有する。金属層４８０は、ドープされたアモルファスシリコン層４４０上にあり、タングステン及びモリブデンの１又は複数を含む。
［００８６］本開示の１又は複数の実施形態は、バリア層を使用せずに、接着剤層、フッ素拡散バリア及び／又は核形成層の１又は複数としてホウ素又はシリコンの１又は複数を含む薄膜上に金属層を堆積させる方法を対象とする。タングステン金属の堆積は多くの実施形態で言及されているが、当業者は、他の金属（例えば、Ｍｏ）が開示されたプロセスによって堆積され得ることを理解するであろう。さらに、本開示は、ＡＬＤ堆積又はタングステンの堆積による金属堆積に限定されない。
［００８７］本開示のいくつかの実施形態は、バリア層を実質的に含まない基板表面上に金属層を堆積させる方法を有利に提供する。バリア層が比較的存在しないことにより、バリア層を含有する同様の構造よりも比較的低い抵抗を有する金属線又は構造の形成が可能になる。理論に拘束されることなく、バリア層がないことにより、同じ体積でより多くの金属堆積が可能になり、それによって金属バルクのより低い抵抗が可能になると考えられている。いくつかの実施形態では、金属層は、金属スタックの一部として堆積される。いくつかの実施形態では、核形成層は、バリア層なしで基板表面上に直接形成される。いくつかの実施形態では、核形成層は、シリコン又はホウ素の１又は複数を含む。
［００８８］熟練した職人は、フッ素含有化合物により特定の表面（例えば、シリコン表面）がエッチングされ得ることを認識するであろう。本開示のいくつかの実施形態は、バリア層を含まないフッ素含有金属前駆体の使用を有利に可能にする。理論に拘束されることなく、核形成層８３０を、金属前駆体により核形成層全体が除去されず、基板表面がエッチングされない、さもなければ損傷を受けないような十分な厚さに形成できると考えられる。
［００８９］いくつかの実施形態では、核形成層に曝露された金属前駆体は、実質的にフッ素を含まない。理論に拘束されることなく、フッ素を含まない金属前駆体を使用することにより、基板表面へのフッ素攻撃の影響を最小限に抑える、又は排除することができると考えられる。
［００９０］図９Ａ及び９Ｂを参照すると、本開示の１又は複数の実施形態は、膜スタック８００を形成するための処理方法７００を対象とする。７１０において、核形成層８３０を形成するために、基板表面８２２を有する基板８２０が核形成前駆体に曝露される。いくつかの実施形態では、核形成層８３０は、核形成前駆体の熱分解によって形成される。
［００９１］いくつかの実施形態では、基板８２０は誘電体を含む。いくつかの実施形態では、基板８２０は、二酸化ケイ素又は酸化アルミニウムの１又は複数を含む。いくつかの実施形態では、基板８２０は、本質的に酸化ケイ素又は酸化アルミニウムからなる。これに関して使用する場合、「本質的になる」とは、基板が原子ベースで記載された材料を９５％、９８％、９９％、又は９９．５％を超えて含むことを意味する。熟練した職人は、「酸化ケイ素」及び「酸化アルミニウム」という用語が特定の原子比を伝達するものではないことを認識するであろう。これらの材料は、化学量論的又は非化学量論的のいずれかであり得る。
［００９２］いくつかの実施形態では、基板表面８２２は、実質的にバリア層を含まない。これに関して使用される場合、「実質的にバリア層を含まない」とは、基板表面の５％、２％、１％又は０．５％未満がバリア層を含むことを意味する。いくつかの実施形態では、基板表面８２２は、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＳｉＮ、ＴｉＳｉＮ又はＳｉＣＮの１又は複数を含むバリア層を実質的に含まない。
［００９３］いくつかの実施形態では、核形成前駆体はホウ素前駆体を含み、核形成層はホウ素層である。いくつかの実施形態では、核形成前駆体は、本質的にホウ素前駆体からなる。いくつかの実施形態では、ホウ素層はアモルファスホウ素層である。
［００９４］適切なホウ素前駆体には、ボラン、アルキルボラン、及びハロボランが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、ホウ素前駆体は、ＢｃＨｄＸｅＲｆの一般式を有する１又は複数の種を含み、上記式において、各ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩから独立して選択されるハロゲンであり、各Ｒは独立して選択されるＣ１〜Ｃ４アルキル基であり、ｃは２以上の任意の整数であり、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれｃ＋２以下であり、ｄ＋ｅ＋ｆはｃ＋２に等しい。
［００９５］いくつかの実施形態では、核形成前駆体はシリコン前駆体を含み、核形成層はシリコン層である。いくつかの実施形態では、核形成前駆体は、本質的にシリコン前駆体からなる。いくつかの実施形態では、シリコン層はアモルファスシリコン層である。
［００９６］適切なシリコン前駆体には、ポリシラン及びハロシランが含まれるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、シリコン前駆体は、ＳｉｇＨｈＸｉの一般式を有する１又は複数の種を含み、上記式において、各ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩから独立して選択されるハロゲンであり、ｇは１以上の任意の整数であり、ｈ及びｉはそれぞれ２ｇ＋２以下であり、ｈ＋ｉは２ｇ＋２に等しい。
［００９７］いくつかの実施形態では、核形成前駆体はシリコン前駆体及びホウ素前駆体を含み、核形成層はシリコン及びホウ素を含む。いくつかの実施形態では、核形成層はアモルファスである。いくつかの実施形態では、アモルファス層は５原子パーセント以下のシリコンを含む。いくつかの実施形態では、アモルファス層は５原子パーセント以下のホウ素を含む。
［００９８］核形成層８３０の厚さは、例えば、基板表面８２２及びその後の膜及びプロセスに応じて変化させることができる。いくつかの実施形態では、核形成層８３０は、約２０Å以上の厚さを有する。１又は複数の実施形態では、核形成層８３０は、約１Åから約２００Åの範囲、又は約１０Åから約１５０Åの範囲、又は約２０Åから約１００Åの範囲、又は約４０Åから約１００Åの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、核形成層８３０は、約１０Åから約５０Åの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、核形成層８３０の厚さは、０Åより大きく、約１００Å、７５Å、５０Å、４５Å、又は４０Å以下である。
［０１００］いくつかの実施形態では、核形成層８３０は、連続層を形成するのに十分な最小の厚さを有する。本書で使用する場合、「連続的」という用語は、堆積された層の下にある材料を露わにする間隙又はベアスポットなしに、露出した表面全体を覆う層を指す。連続層は、膜の総表面積の約１％未満の表面積を有する間隙又はベアスポットを有し得る。
［０１０１］いくつかの実施形態では、核形成層８３０は、基板表面８２２上に共形的に形成される。本書で使用する場合、「共形性」又は「共形的」という用語は、膜の平均厚さに対して１％未満の変動を有する厚さで露出表面に付着し、均一に覆う層を指す。例えば、１００Åの厚さの膜の厚さ変動は１Å未満となる。この厚さと変動には、凹部のエッジ、角、側面、及び底部が含まれる。例えば、本開示の様々な実施形態で堆積された共形層は、複雑な表面上に本質的に均一な厚さの堆積された領域にわたる被覆を提供するであろう。
［０１０２］７２０において、第１の金属層８４０を形成するために、核形成層８３０が第１の金属前駆体に曝露される。第１の金属前駆体は、第１の金属を含む。いくつかの実施形態では、第１の金属層の形成は、核形成層を第１の金属層に変換することによって実施される。いくつかの実施形態では、変換プロセスは、核形成層の原子を第１の金属原子に置換することを含む。いくつかの実施形態では、Ｈ２は、第１の金属前駆体と共に反応物質として添加される。
［０１０３］第１の金属は、任意の適切な金属であり得る。いくつかの実施形態では、第１の金属は、タングステン又はモリブデンを含む。いくつかの実施形態では、第１の金属前駆体は、ハロゲン化物、カルボニル又はシクロペンタジエンから選択される１又は複数の配位子を含む。いくつかの実施形態では、第１の金属前駆体は、ＷＦ６、ＷＣｌ６、ＷＣｌ５、Ｗ（ＣＯ）５、ＭｏＦ６、ＭｏＣｌ５、又はＭｏ（ＣＯ）６のうちの１又は複数を含む、又は本質的にそれらからなる。いくつかの実施形態では、第１の金属前駆体は、本質的にＷ（ＣＯ）５からなる。これに関して使用する場合、「本質的になる」とは、第１の金属前駆体が記載された種を９５％、９８％、９９％、又は９９．５％を超えて含むことを意味する。
［０１０４］いくつかの実施形態では、第１の金属前駆体は、実質的にフッ素を含まない。この点に関して使用する場合、「実質的にフッ素を含まない」とは、第１の金属前駆体が原子ベースで２％、１％、０．５％又は０．１％未満のフッ素原子を含むことを意味する。
［０１０５］７３０において、基板８２０を第２の金属前駆体に曝露することによって、第１の金属層８４０上に第２の金属層８５０が形成される。第２の金属前駆体は、第２の金属を含む。第２の金属は、任意の適切な金属であり得る。いくつかの実施形態では、第２の金属は、タングステン又はモリブデンを含む。いくつかの実施形態では、第２の金属層８５０は、本質的にタングステンからなる。いくつかの実施形態では、第２の金属層８５０は、本質的にモリブデンからなる。これに関して使用する場合、「本質的になる」とは、第２の金属層８５０が原子ベースで特定の元素を９５％、９８％、９９％、又は９９．５％を超えて含むことを意味する。いくつかの実施形態では、第１の金属前駆体及び第２の金属前駆体は同じ金属を含む。いくつかの実施形態では、第１の金属前駆体及び第２の金属前駆体は異なる金属を含む。
［０１０６］いくつかの実施形態では、第２の金属前駆体は、ハロゲン化物、カルボニル又はシクロペンタジエンから選択される１又は複数の配位子を含む。いくつかの実施形態では、第２の金属前駆体は、ＷＦ６、ＷＣｌ６、ＷＣｌ５、Ｗ（ＣＯ）５、ＭｏＦ６、ＭｏＣｌ５、又はＭｏ（ＣＯ）６のうちの１又は複数を含む、又は本質的にそれらからなる。いくつかの実施形態では、第２の金属前駆体は、本質的にＷ（ＣＯ）５からなる。この点に関して使用する場合、「本質的になる」とは、第１の金属前駆体が記載された種を９５％、９８％、９９％、又は９９．５％を超えて含むことを意味する。
［０１０７］第２の金属層８５０は、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ原子層堆積（ＰＥ−ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相堆積（ＰＥ−ＣＶＤ）及び物理的気相堆積（ＰＶＤ）を含むがこれらに限定されない任意の適切な技法によって形成され得る。
［０１０８］いくつかの実施形態では、第２の金属層８５０はＣＶＤによって形成される。第２の金属前駆体及び反応物質を処理チャンバに並流させて、基板８２０上に第２の金属層８５０を堆積させることができる。第２の金属前駆体及び反応物質は、気相で反応し得る。
［０１０９］いくつかの実施形態では、第２の金属層８５０は、ＡＬＤによって堆積される。いくつかの実施形態では、第２の金属層は、基板表面を第２のタングステン前駆体及び反応物質に別々に曝露することによって形成される。
［０１１０］反応物質は、表面に形成された種と反応することができる任意の適切な反応物質であり得る。例えば、ＡＬＤプロセスでは、ＷＦ６を前駆体として使用すると、表面上に−ＷＦｘ種が存在するようになる。反応物質は、−ＷＦｘ種と反応してＷ膜を生成し得る。いくつかの実施形態では、反応物質は、水素ガス（Ｈ２）又は窒素ガス（Ｎ２）を含む。
［０１１１］いくつかの実施形態では、処理中に不活性ガスを処理チャンバに加えることができる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、第１の金属膜８４０の形成中に加えられる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、第２の金属膜８５０の形成中に加えられる。不活性ガスは、第１又は第２の金属前駆体と共に処理チャンバに流入させることができる、又は別々に流入させることができる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、Ａｌ、Ｈｅ、又は窒素ガス（Ｎ２）の１又は複数を含む。
［０１１２］基板表面が核形成前駆体、第１の金属前駆体、及び／又は第２の金属前駆体に曝露される温度は、例えば、形成されるデバイスの熱収支及び選択される前駆体に応じて変化させることができる。いくつかの実施形態では、各前駆体への曝露は、約２５℃から約７００℃の範囲の温度で行われる。１又は複数の実施形態では、基板は、約２５℃から約７００℃の範囲、又は約５０℃から約６００℃の範囲、又は約１００℃から約５５０℃の範囲の温度で曝露される。いくつかの実施形態では、基板は、約２５℃以上及び約５５０℃以下、約４００℃以下、約２５０℃以下、約２００℃以下、又は約１００℃以下の温度で曝露される。いくつかの実施形態では、核形成層８３０及び第１の金属膜８４０は、約３００℃から約５５０℃の範囲の温度で形成され、第２の金属膜は、約２００℃から約５５０℃の範囲の温度で形成される。
［０１１３］基板表面が核形成前駆体、第１の金属前駆体、及び／又は第２の金属前駆体に曝露される圧力は、例えば、選択された前駆体及び他のプロセス条件に応じて変化させることができる。いくつかの実施形態では、各前駆体への曝露は、約０．０１Ｔｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒの範囲の圧力で行われる。１又は複数の実施形態では、基板は、約０．０１Ｔｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒの範囲、又は約０．１Ｔｏｒｒから約８０Ｔｏｒｒの範囲、又は約１Ｔｏｒｒから約６０Ｔｏｒｒ範囲の圧力で曝露される。いくつかの実施形態では、基板は、約１Ｔｏｒｒ以上及び約１００Ｔｏｒｒ以下、約８０Ｔｏｒｒ以下、約６０Ｔｏｒｒ以下、約４０Ｔｏｒｒ以下、又は約２５Ｔｏｒｒ以下の圧力で曝露される。いくつかの実施形態では、基板は、約４Ｔｏｒｒから約１００Ｔｏｒｒの範囲の圧力で曝露される。
［０１１４］本開示の１又は複数の実施形態は、より低い水素含有量を有する高品質のａ−Ｓｉ層を堆積させる方法を対象とする。いくつかの実施形態では、ａ−Ｓｉ層は、比較的高い圧力及び比較的高い温度で堆積される。いくつかの実施形態では、堆積は、約２００Ｔｏｒｒ以上、約２２５Ｔｏｒｒ以上、約２５０Ｔｏｒｒ以上、約２７５Ｔｏｒｒ以上、約３００Ｔｏｒｒ以上、約３２５Ｔｏｒｒ以上、又は約３５０Ｔｏｒｒ以上の圧力で行われる。いくつかの実施形態では、基板表面は、約４５０℃以上、約４７５℃以上、約５００℃以上、約５２５℃以上、又は約５５０℃以上の温度に維持される。
［０１１５］アモルファスシリコン膜の品質は、ラザフォード後方散乱分光分析（ＲＢＳ）で測定された膜の水素含有量に基づいて決定される。いくつかの実施形態では、ａ−Ｓｉ層の水素含有量は、６原子パーセント以下、５原子パーセント以下、４原子パーセント以下、３原子パーセント以下、２原子パーセント以下、１原子パーセント以下、又は０．５原子パーセント以下である。
［０１１６］いくつかの実施形態によれば、核形成層（すなわち、高品質のアモルファスシリコン膜）は、フッ素浸透（すなわち、フッ素含有量）が少ない膜を提供して、膜剥離を低減し、膜の抵抗を下げるために、低温で金属（例えば、タングステン）膜に変換される。いくつかの実施形態では、核形成層は、約４５０℃以下、約４２５℃以下、約４００℃以下、約３７５℃以下、又は約３５０℃以下の温度で第１の金属前駆体に曝露される。いくつかの実施形態では、核形成層は、約２５０℃以上、約２７５℃以上、約３００℃以上、約３２５℃以上、又は約３５０℃以上の温度で第１の金属前駆体に曝露される。いくつかの実施形態では、核形成層は、約２５０℃から約４５０℃の範囲、又は約２７５℃から約４２５℃の範囲、又は約３００℃から約４００℃の範囲の温度で、第１の金属前駆体に曝露される。
［０１１７］理論に拘束されることなく、いくつかの実施形態の比較的低いフッ素浸透により、より良い膜付着（例えば、より少ない膜剥離）及び結果的な第１の金属膜のより低い抵抗が得られると考えられる。いくつかの実施形態では、結果的な第１の金属膜のフッ素濃度は、約１×１０２１原子／ｃｍ３以下、約７．５×１０２０原子／ｃｍ３以下、又は約５×１０２０原子／ｃｍ３以下、又は約２．５ｘ１０２０原子／ｃｍ３以下、又は約１ｘ１０２０原子／ｃｍ３以下である。いくつかの実施形態では、約２０ｎｍの厚さを有する結果的な第１の金属膜の抵抗は、約２０μΩ・ｃｍ以下、約１９μΩ・ｃｍ以下、約１８μΩ・ｃｍ以下、約１７μΩ・ｃｍ以下、約１６μΩ・ｃｍ以下、又は約１５μΩ・ｃｍ以下である。
［０１１８］本開示の１又は複数の実施形態は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって測定された比較的大きなタングステン粒径を有する原子層堆積によって低フッ素タングステンバルク膜を堆積させる方法を対象とする。いくつかの実施形態では、低フッ素バルクタングステンの堆積は、基板を約４５０℃以上、約４７５℃以上、又は約５００℃以上、又は約５２５℃以上の温度に維持しながら、原子層堆積によって実施される。
［０１１９］本発明者らは、低フッ素バルクタングステン膜の粒径が、膜が堆積される温度に正比例することを見出した。例えば、より高い堆積温度により、より大きな粒径の膜が形成されるようになる。理論に拘束されることなく、より小さなタングステン粒子は電子散乱を引き起こすと考えられている。いくつかの実施形態では、低フッ素バルクタングステンの平均粒径は、約１１０Å以上、約１１５Å以上、約１２０Å以上、約１２２Å以上、約１２４Å以上、約１２６Å以上、又は約１２８Å以上、又は約１３０Å以上である。低温（すなわち、３００−４００℃）で形成された低フッ素バルクタングステン膜の粒径は１１０Å未満である。
［０１２０］本発明者らは、低フッ素バルクタングステン膜の抵抗が、低フッ素バルクタングステンの堆積が実施される５００℃未満の１０℃ごとに約０．５μΩ・ｃｍ以上、約０．７５μΩ・ｃｍ以上、又は約１．０μΩ・ｃｍ以上増加することを見出した。例えば、５００℃で堆積された低フッ素バルクタングステン膜が１５μΩ・ｃｍの抵抗を有する場合。４８０℃で堆積された同様の膜は１７μΩ・ｃｍ以上の抵抗を有し得る。
［０１２１］１又は複数の実施形態によれば、基板は、本開示による処理の前及び／又は後に処理を受ける。この処理は、同じチャンバ又は１又は複数の別々の処理チャンバで実施され得る。いくつかの実施形態では、基板は、さらなる処理のために、第１のチャンバから別個の第２のチャンバに移動される。基板は、第１のチャンバから別個の処理チャンバに直接移動され得る、又は第１のチャンバから１又は複数の移送チャンバに移動されてから、別個の処理チャンバに移動され得る。したがって、処理装置は、移送ステーションと通信する複数のチャンバを備え得る。この種の装置は、「クラスタツール」又は「クラスタ化システム」などと称され得る。
［０１２２］一般に、クラスタツールは、基板の中心の検出と配向、ガス抜き、アニーリング、堆積、及び／又はエッチングを含む様々な機能を実施する複数のチャンバを備えるモジュールシステムである。１又は複数の実施形態によれば、クラスタツールは、少なくとも第１のチャンバ及び中央移送チャンバを含む。中央移送チャンバは、処理チャンバとロードロックチャンバの間及びその内で基板を往復させることができるロボットを収容し得る。移送チャンバは、通常、真空状態に維持され、基板をあるチャンバから別のチャンバに、及び／又はクラスタツールの前端に配置されたロードロックチャンバに往復させるための中間段階を提供する。本開示に適合させることができる２つの周知のクラスタツールは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社からいずれも入手可能なＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）及びＥｎｄｕｒａ（登録商標）である。ただし、本書に記載のプロセスの特定のステップを実施する目的で、チャンバの正確な配置及び組み合わせが変更され得る。使用できる他の処理チャンバには、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、前洗浄、化学洗浄、ＲＴＰ、プラズマ窒化、ガス抜き、配向、ヒドロキシル化、その他の基板プロセスなどの熱処理が含まれるが、これらに限定されない。クラスタツールのチャンバでプロセスを実行することにより、次の膜を堆積させる前に酸化させることなく、大気中の不純物による基板の表面汚染が回避され得る。
［０１２３］１又は複数の実施形態によれば、基板は、連続的に真空又は「ロードロック」条件下にあり、あるチャンバから次のチャンバに移動されるときに周囲空気に曝露されない。したがって、移送チャンバは真空下にあり、真空圧下で「ポンプダウン」される。処理チャンバ又は移送チャンバに不活性ガスが存在し得る。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、反応物質の一部又はすべてを除去するためのパージガスとして使用される。１又は複数の実施形態によれば、パージガスが堆積チャンバの出口に注入されて、反応物質が堆積チャンバから移送チャンバ及び／又は追加の処理チャンバに移動するのを防ぐ。したがって、不活性ガスの流れは、チャンバの出口でカーテンを形成する。
［０１２４］基板は、別の基板が処理される前に単一の基板がロード、処理、及びアンロードされる単一基板堆積チャンバで処理され得る。基板はまた、複数の基板がチャンバの第１の部分に個別にロードされ、チャンバを通って移動し、チャンバの第２の部分からアンロードされるコンベヤシステムと同様に、連続的な方法で処理され得る。チャンバ及び関連するコンベヤシステムの形状は、直線経路又は曲線経路を形成し得る。さらに、処理チャンバは、複数の基板が中心軸の周りを移動し、カルーセル経路全体にわたって堆積、エッチング、アニーリング、洗浄などのプロセスに曝露されるカルーセルであり得る。
［０１２５］基板は、処理中に加熱又は冷却され得る。上記加熱又は冷却は、基板支持体の温度を変更し、加熱又は冷却されたガスを基板表面に流すことを含むがこれらに限定されない任意の適切な手段によって達成され得る。いくつかの実施形態では、基板支持体は、基板温度を導電的に変化させるように制御され得るヒータ／クーラを含む。１又は複数の実施形態では、基板温度を局所的に変化させるために、用いられるガス（反応性ガス又は不活性ガスのいずれか）が加熱又は冷却される。いくつかの実施形態では、ヒータ／クーラを基板表面に隣接するチャンバ内に配置して、基板温度を対流的に変化させる。
［０１２６］基板は、処理中に静止又は回転し得る。回転する基板は、連続的に、又は個別のステップで回転させることができる。例えば、基板は、プロセス全体を通して回転させることができ、又は基板は、異なる反応性ガス又はパージガスへの曝露の間に少量だけ回転させることができる。処理中に（連続的又は段階的に）基板を回転させると、例えばガス流の形状の局所的な変動の影響を最小限に抑えることで、より均一な堆積又はエッチングが生成されやすくなる。
［０１２７］本明細書全体での「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１又は複数の実施形態」又は「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、材料、又は特性が本開示の実施形態の少なくとも１つに含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な場所で「１又は複数の実施形態において」、「特定の実施形態において」、「一実施形態において」又は「実施形態において」などの表現があっても、必ずしも本開示の同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、１又は複数の実施形態では、特定の特徴、構造、材料、又は特性を任意の適切な方法で組み合わせることができる。
［０１２８］本明細書の開示を特定の実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は、本開示の原理及び適用の単なる例示であることを理解されたい。本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に様々な修正及び変形を行い得ることは当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びそれらの同等物の範囲内にある修正及び変形を含むことが意図される。

Claims (15)

  1. 処理方法であって、
    アモルファスホウ素層を形成するために、基板表面をホウ素前駆体に曝露することであって、前記基板表面は実質的にバリア層を含まない、基板表面をホウ素前駆体に曝露することと、
    前記アモルファスホウ素層を第１の金属層に変換するために、前記アモルファスホウ素層を第１の金属前駆体に曝露することと、
    前記第１の金属層を第２の金属前駆体に曝露することにより、前記第１の金属層上に第２の金属層を形成することと
    を含む方法。
  2. 前記ホウ素前駆体がＢｃＨｄＸｅＲｆの一般式を有する１又は複数の種を含み、各ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩから独立して選択されるハロゲンであり、各Ｒは独立して選択されるＣ１〜Ｃ４アルキル基であり、ｃは２以上の任意の整数であり、ｄ、ｅ、及びｆはそれぞれｃ＋２以下であり、ｄ＋ｅ＋ｆはｃ＋２に等しい、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の金属前駆体及び前記第２の金属前駆体が、独立して、ＷＦ６、ＷＣｌ６、ＷＣｌ５、Ｗ（ＣＯ）５、ＭｏＦ６、ＭｏＣｌ５、又はＭｏ（ＣＯ）６のうちの１又は複数を含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記第１の金属前駆体が実質的にフッ素を含まない、請求項１に記載の方法。
  5. 前記第２の金属層は、前記基板表面を第２の金属前駆体及び反応物質に別々に曝露することによって形成される、請求項１に記載の方法。
  6. 処理方法であって、
    アモルファスシリコン層を形成するために、実質的にバリア層を含まない基板表面をシリコン前駆体に曝露することと、
    前記アモルファスシリコン層を第１の金属層に変換するために、前記アモルファスシリコン層を第１の金属前駆体に曝露することと、
    前記第１の金属層を第２の金属前駆体に曝露することにより、前記第１の金属層上に第２の金属層を形成することと
    を含む方法。
  7. 前記シリコン前駆体がＳｉｇＨｈＸｉの一般式を有する１又は複数の種を含み、各ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩから独立して選択されるハロゲンであり、ｇは１以上の任意の整数であり、ｈとｉはそれぞれ２ｇ＋２以下であり、ｈ＋ｉは２ｇ＋２に等しい、請求項６に記載の方法。
  8. 前記第１の金属前駆体及び前記第２の金属前駆体が、独立して、ＷＦ６、ＷＣｌ６、ＷＣｌ５、Ｗ（ＣＯ）５、ＭｏＦ６、ＭｏＣｌ５、又はＭｏ（ＣＯ）６のうちの１又は複数を含む、請求項６に記載の方法。
  9. 前記第１の金属前駆体が実質的にフッ素を含まない、請求項６に記載の方法。
  10. 前記第２の金属層は、前記基板表面を第２の金属前駆体及び反応物質に別々に曝露することによって形成される、請求項６に記載の方法。
  11. 処理方法であって、
    シリコン及びホウ素を含むアモルファス層を形成するために、実質的にバリア層を含まない基板表面をシリコン前駆体及びホウ素前駆体に曝露することと、
    前記アモルファス層を第１の金属層に変換するために、前記アモルファス層を第１の金属前駆体に曝露することと、
    前記第１の金属層を第２の金属前駆体に曝露することにより、前記第１の金属層上に第２の金属層を形成することと
    を含む方法。
  12. 前記シリコン前駆体がＳｉｇＨｈＸｉの一般式を有する１又は複数の種を含み、各ＸがＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩから独立して選択されるハロゲンであり、ｇが１以上の任意の整数であり、ｈ及びｉはそれぞれ２ｇ＋２以下であり、ｈ＋ｉは２ｇ＋２に等しく、前記ホウ素前駆体がＢｃＨｄＸｅＲｆの一般式を有する１又は複数の種を含み、各ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩから独立して選択されたハロゲンであり、各Ｒは独立して選択されたＣ１−Ｃ４アルキル基であり、ｃは２以上の任意の整数であり、ｄ、ｅ及びｆはそれぞれｃ＋２以下であり、ｄ＋ｅ＋ｆはｃ＋２に等しい、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記アモルファス層が５原子パーセント以下のシリコンを含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記アモルファス層が５原子パーセント以下のホウ素を含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 前記第２の金属層は、前記基板表面を第２の金属前駆体及び反応物質に別々に曝露することによって形成される、請求項１１に記載の方法。
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