JP2023516856A - ドープされたａｌｄ窒化タンタルにおける不純物の除去 - Google Patents

ドープされたａｌｄ窒化タンタルにおける不純物の除去 Download PDF

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Abstract

銅の相互接続を形成する方法が記載される。基板上の銅層に形成されたドープされた窒化タンタル層が、第１のドーパント量を有する。ドープされた窒化タンタル層が、ヘリウムまたはネオンのうちの１つまたは複数を含むプラズマに露出されて、減少された量のドーパントを有する処理済みのドープされた窒化タンタル層を形成する。方法を実行する装置も記載される。【選択図】図４

Description

本開示の実施形態は、一般に、バリア層を形成する方法に関する。詳細には、本開示の実施形態は、窒化タンタルバリア層を形成する方法に関する。
半導体回路素子の小型化は、２０ｎｍ以下の特徴サイズが商業規模で製造されるところまできた。限界寸法のサイズが引き続き減少するにつれて、回路素子間の間隙の充填のようなプロセスステップに関して新しい難題が生じている。素子間の幅が引き続き縮小するにつれて、素子間の間隙はより高くかつより狭くなることが多く、間隙を充填するのがより困難になり、コンタクトを頑強にするのもより困難になる。
より小さいノードの適用分野向けの銅バリア材料として、ルテニウムでドープされた窒化タンタルが研究されている。しかし、ルテニウムでドープされた窒化タンタルを小さい特徴に一体化する結果、たとえばルテニウムのすぐ近くでの銅のエレクトロマイグレーションにより銅／ルテニウムの腐食が生じ、接続が切れる可能性がある。
ルテニウム（Ｒｕ）でドープされた窒化タンタル（ＴａＮ）は、高濃度の炭素（Ｃ）を含有することが多く、原子層堆積（ＡＬＤ）窒化タンタル形成中にその場のＨ2／Ａｒプラズマによって効率的または容易に除去されない。物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバにおけるＡＬＤ ＴａＮの高密度化の研究によれば、Ａｒプラズマ処理において窒素（Ｎ）を選択的に除去することによって、ＡＬＤ ＴａＮ膜を高密度化できることが示されている。
それに応じて、コンタクト形成のためのバリア層を形成する方法が必要とされている。
本開示の１つまたは複数の実施形態は、相互接続を形成する方法を対象とする。ドープされた窒化タンタル層が、基板上に形成される。ドープされた窒化タンタル層は、ルテニウム、タングステン、またはコバルトのうちの１つまたは複数を含む第１のドーパント量を有する。ドープされた窒化タンタル層は、ヘリウムまたはネオンのうちの１つまたは複数を含むプラズマに露出されて、第１のドーパント量より小さい第２のドーパント量を有する処理済みのドープされた窒化タンタル層を形成する。
本開示の追加の実施形態は、中央移送ステーションの周りに１つまたは複数のプロセスチャンバを備えるクラスタツールを対象とする。１つまたは複数のプロセスチャンバは、ドープされた窒化タンタル膜を堆積させ、ドープされた窒化タンタル膜をアニーリングし、アニーリング済みのドープされた窒化タンタル膜を、ヘリウムまたはネオンのうちの１つまたは複数を含むプラズマに露出させるように構成される。少なくとも１つのコントローラが、１つまたは複数のプロセスチャンバおよび中央移送ステーションに接続される。少なくとも１つのコントローラは、窒化タンタル膜を堆積させるための構成、ドーパント含有膜を堆積させるための構成、基板をアニーリングするための構成、１つまたは複数のプロセスチャンバと中央移送ステーションとの間で基板を動かすための構成、および基板をネオンプラズマに露出させるための構成から選択された１つまたは複数の構成を有する。
本開示のさらなる実施形態は、命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を対象とし、これらの命令は、処理チャンバのコントローラによって実行されたとき、窒化タンタル膜を基板上に堆積させる動作と、ドーパント含有膜を基板上に堆積させる動作と、基板をアニーリングする動作と、基板をネオンプラズマに露出させる動作とを、処理チャンバに実行させる。
本開示の上述した特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を得ることができ、実施形態のいくつかを添付の図面に示す。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態を許容しうるため、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態を示すだけであり、したがって本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
本開示の１つまたは複数の実施形態による基板構造の概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による方法の流れ図である。 図２の方法の実行中の電子デバイスの概略図である。 図２の方法の実行中の電子デバイスの概略図である。 図２の方法の実行中の電子デバイスの概略図である。 図２の方法の実行中の電子デバイスの概略図である。 図２の方法の実行中の電子デバイスの概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による電子デバイスの概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による図３Ｂの領域５の拡大図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による図３Ｂの領域５の拡大図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による処理ツールの概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による処理ツールの概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるクラスタツールの概略図である。
本開示のいくつかの例示的な実施形態について説明する前に、本開示は、以下の説明に記載の構造またはプロセスステップの詳細に限定されるものでは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、様々な方法で実行または実施することが可能である。
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、「基板」という用語は、プロセスが作用する表面または表面の一部分を指す。文脈上別途明白に指示しない限り、基板への参照は、基板の一部分のみを指す可能性もあることが、当業者には理解されよう。加えて、基板上に堆積させることへの参照は、裸の基板および１つまたは複数の膜または特徴が堆積または形成された基板の両方を意味することができる。
本明細書で使用される「基板」とは、製造プロセス中に膜処理が実行される任意の基板または基板上に形成された材料表面を指す。たとえば、処理を実行することができる基板面には、その適用分野に応じて、シリコン、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素でドープされた酸化ケイ素、非晶質シリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、砒化ガリウム、ガラス、サファイア、ならびに任意の他の材料、たとえば金属、金属窒化物、金属合金、および他の導電性材料などの材料が含まれる。基板には、非限定的であるが、半導体ウエハが含まれる。基板は、基板面の研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニーリング、ＵＶ硬化、電子ビーム硬化、および／または焼成のために、前処理プロセスに露出させることができる。基板自体の表面に対する直接の膜処理に加えて、本開示では、以下により詳細に開示するように、基板上に形成される下層に対して、開示する膜処理ステップのいずれかを実行することもでき、「基板面」という用語は、文脈が指示するそのような下層を含むことが意図される。したがってたとえば、膜／層または部分的な膜／層が基板面上へ堆積される場合、新しく堆積された膜／層の露出面が基板面になる。
本開示の１つまたは複数の実施形態は、ドープされた窒化タンタル（ＴａＮ）膜内のルテニウム（Ｒｕ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、および／または炭素（Ｃ）を還元させる方法を提供することが有利である。いくつかの実施形態は、銅（Ｃｕ）の相互接続のための膜のバリア特性を強化することが有利である。
いくつかの実施形態では、ヘリウム（Ｈｅ）またはネオン（Ｎｅ）のプラズマを使用して、ＴａＮ膜のエッチング速度を減少させる。いくつかの実施形態では、タンタルに対する窒素のエッチング選択性が増大される。いくつかの実施形態は、エッチング速度を下げてエッチングプロセスの選択性を増大させることによって、さらなるプロセス制御を提供する。いくつかの実施形態では、ネオンプラズマ処理により、ＴａＮ膜からルテニウムを除去し、コンタクトにおける銅腐食の可能性を低減させる。いくつかの実施形態は、炭素不純物を除去して膜抵抗を改善する。いくつかの実施形態では、タンタル対窒素比を増大させて、バリア密度を改善する。
図１は、１つまたは複数の実施形態によって使用される構造を示す。図１に示す基板１０は材料１５（たとえば、誘電体）を含み、その表面１８に構造２０が形成されている。構造２０は、頂部２２、底部２６、および側面２４、２５を有する。示されている実施形態では、構造２０は、底部２６および側面２４、２５で材料１５と境界をなす。いくつかの実施形態では、構造２０の底部２６は、側面２４、２５とは異なる材料（図示せず）と境界をなす。たとえば、いくつかの実施形態では、構造の底部２６は導電性材料を含み、側面２４、２５は誘電体を含む。いくつかの実施形態では、構造２０の底部２６は誘電体を含み、側面２４、２５は導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、底部および側面は異なる材料であり、底部および側面はどちらも、誘電体または導電性材料である。
構造２０の幅Ｗは、側面２４、２５間の距離として画定される。示されている構造は例示であり、典型的な構造は方形の隅部を有していないこともあることが、当業者には理解されよう。そのような構造の幅は、構造の表面に対して平行に測定される側壁間の平均距離として測定される。構造の深さＤは、構造２０の頂部２２から底部２６までの距離として画定される。構造２０のアスペクト比は、構造の深さＤ：幅Ｗとして画定される。いくつかの実施形態では、アスペクト比は、５：１、１０：１、１５：１、２０：１、または２５：１以上である。
いくつかの実施形態では、材料１５は誘電体を含む。好適な誘電体には、それだけに限定されるものではないが、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ）、または高誘電率誘電体材料が含まれる。いくつかの実施形態では、材料は、ハードマスク材料（たとえば、炭素（Ｃ））を含む。本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるとき、添え字によって別途指定されない限り、化学式は元素の識別情報を表し、何らかの特定の化学量論比を示唆することを意図したものではない。たとえば、窒化チタン（ＴｉＮ）膜は、チタン原子および窒素原子の任意の好適な組合せを有することができ、唯一の関係に限定されるものではない。
方法のいくつかの実施形態は、原子層堆積または化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスによって、窒化タンタル、ドープされた窒化タンタル、および窒化タンタル膜を堆積させることを含む。方法の１つまたは複数の実施形態は、原子層堆積または化学気相堆積プロセスによって、ルテニウムでドープされた窒化タンタル、窒化タンタル、ルテニウムでドープされた窒化タンタル膜を順次堆積させることを含む。いくつかの実施形態では、その場のプラズマを印加して、膜不純物を低減させ、ドーピング層をＴａＮ層に組み込んで、バリアおよび／または接着特性を改善する。
いくつかの実施形態では、高密度プラズマおよびバイアス可能ペデスタルによる物理的気相堆積（ＰＶＤ）処理により、低誘電率誘電体を損傷することなく、バリア性能、炭素、および／またはルテニウム含量のうちの１つまたは複数をさらに改善する。
いくつかの実施形態では、ネオンまたはヘリウムのプラズマ露出により、タンタルと窒素との間のエッチング選択性（原子選択性）が増大される。いくつかの実施形態は、斜面の損傷を制御する方法を提供する（形状寸法選択性）。１つまたは複数の実施形態は、堆積速度を約３０％以上減少させて、さらなるプロセス制御性を可能にする。いくつかの実施形態では、ＤＣ／ＲＦコイルプロセスチャンバとの一体化されたハードウェアソリューションが提供される。
図２は、本開示の１つまたは複数の実施形態による銅の相互接続を形成する方法１００の一実施形態を示す。図３Ａ～図３Ｅは、図２の方法１００を使用して処理されている電子デバイス１２０を示す。示されている実施形態は単に例示的な実施形態であり、本開示は示されているプロセスに限定されるものではないことが、当業者には理解されよう。
図３Ａは、構造１３５を形成する第１の材料１３０および第２の材料１３２を有する基板１２５を示す。示されている構造１３５は、側壁１３７で第１の材料１３０の表面１３１と境界をなし、底部１３６で第２の材料１３２の頂面１３３と境界をなす。
基板１２５、およびそこに形成されるあらゆる層は、プロセス１０２で、１つまたは複数の好適な堆積条件に露出されて、図３Ｂに示すように、（ルテニウムで）ドープされた窒化タンタル層１４０を形成する。本開示は、これらの図について説明し、ルテニウムでドープされた膜を参照する。しかし、ドープされた窒化タンタル層１４０を、ルテニウム、タングステン、および／またはコバルトでドープすることができる。本開示は、ルテニウムでドープされた膜に限定されるものではなく、ルテニウムをタングステンおよび／もしくはコバルトに置き換えることができ、またはタングステンおよび／もしくはコバルトをさらに含むこともできる。図５Ａおよび図５Ｂは、本開示の１つまたは複数の実施形態による図３Ｂの領域５の拡大図を示す。本明細書全体にわたって、「ルテニウム」への参照を、「コバルト」および／または「タングステン」に置き換えることができる。
第１の材料１３０は、任意の好適な材料または材料の組合せとすることができる。いくつかの実施形態では、第１の材料１３０は誘電体を含む。好適な誘電体には、それだけに限定されるものではないが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、低誘電率誘電体（たとえば、約５未満の誘電率値を有する多孔性ＳｉＯxまたは炭素でドープされたＳｉＯx）が含まれる。いくつかの実施形態では、低誘電率誘電体は、フッ素でドープされた酸化ケイ素、有機ケイ酸塩ガラス、または多孔性二酸化ケイ素のうちの１つまたは複数を含む。他の実施形態では、誘電体層は多層構造である。たとえば、１つまたは複数の実施形態では、誘電体層は、酸化物層および窒化物層の積層体を含む。
いくつかの実施形態のドープされた窒化タンタル層１４０は、複数の層の積層を含む。図２、図３Ｂ、および図５Ａに示す実施形態では、ドープされた窒化タンタル層１４０を形成することは、プロセス１０４で形成される第１の窒化タンタル層１４２、プロセス１０６によって形成されるドーパント含有層１４４、およびプロセス１０８によって形成される第２の窒化タンタル層１４６の積層から構成される。ドーパント含有層１４４のドーパントは、ルテニウム、コバルト、またはタングステンのうちの１つまたは複数を含む。本説明全体にわたって、「ルテニウム」への参照を、「タングステン」および／または「コバルト」に置き換えることが可能である。本明細書では、ドーパントとは、ルテニウム、コバルト、および／またはタングステンを指す。いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル層を形成することは、原子層堆積によって窒化タンタルおよびドーパント含有層の積層を形成することを含む。
いくつかの実施形態では、第１の窒化タンタル層１４２は、任意の好適な堆積技法によって第１の層厚さＴ1（図５Ａに示すように）に形成される。例示的な実施形態では、窒化タンタル層１４２は、５Å～１０Åの範囲内の第１の層厚さへの原子層堆積によって形成される。いくつかの実施形態では、第１の層厚さは約７Åである。いくつかの実施形態では、第１の層厚さは、５Å、１０Å、１５Å、または２０Å以上であり、かつ４０Å、３５Å、３０Å、または２５Å以下である。
いくつかの実施形態では、ＴａＮの原子層堆積は、タンタル前駆体および窒素反応物質の順次露出を含む。タンタル前駆体は、それだけに限定されるものではないが、ペンタキス（ジメチルアミノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ）を含む、任意の好適なタンタル種とすることができ、窒素反応物質はアンモニアを含む。ＰＤＭＡＴおよびＮＨ3との反応は、１つの可能なＡＬＤ反応を表すだけであり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことが、当業者には理解されよう。
窒化タンタル層１４２の形成中の温度は、たとえば使用されている反応種に応じて、任意の好適な温度とすることができる。いくつかの実施形態では、基板は、２００℃～３５０℃の範囲内、または２２５℃～３００℃の範囲内、または２５０℃～２７５℃の範囲内の温度で維持される。
プロセス１０６によって形成されるドーパント含有層１４４は、任意の好適な材料とすることができる。いくつかの実施形態では、ドーパント含有層１４４は、金属ルテニウム、金属タングステン、または金属コバルトのうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、ルテニウム含有層１４４は本質的に、金属ルテニウム、金属タングステン、または金属コバルトのうちの１つまたは複数からなる。このようにして使用されるとき、「本質的に～からなる」という用語は、指定の層が、原子ベースで記載の種の９５％、９８％、９９％、または９９．５％以上から構成されることを意味する。
いくつかの実施形態では、ドーパント含有層１４４は、ルテニウム、タングステン、またはコバルトのうちの１つまたは複数でドープされた窒化タンタルを含む。いくつかの実施形態では、ルテニウム、タングステン、またはコバルトのうちの１つまたは複数でドープされた窒化タンタルは、フラッシュＣＶＤによって形成される。いくつかの実施形態では、ドーパント含有層１４４は、ＣＶＤによって堆積された薄い共形の膜である。
いくつかの実施形態では、ドーパント含有層１４４は、０．５Å～５Åの範囲内または約１Å～約２Åの範囲内の処理前の厚さＴR（図５Ａ参照）を有する。いくつかの実施形態では、ドーパント含有層１４４は非晶質である。いくつかの実施形態では、ドーパント含有層１４４は実質的に非晶質である。このようにして使用されるとき、「実質的に非晶質」という用語は、ドーパント含有層１４４の体積の９０％、９５％、または９８％より大きい部分が非晶質であることを意味する。いくつかの実施形態では、ドーパント含有層１４４は、ナノ微結晶構造を有する。
いくつかの実施形態では、ドーパント含有層は、基板が第１の窒化タンタル層１４２の形成中と同じプロセス温度で維持されている間に形成される。
いくつかの実施形態のプロセス１０８によって堆積される第２の窒化タンタル層１４６は、第１の窒化タンタル層１４２と同じプロセスによって形成される。いくつかの実施形態では、第２の窒化タンタル層１４６は、第１の窒化タンタル層１４２のプロセスとは異なるプロセスによって形成される。いくつかの実施形態では、第２の窒化タンタル層１４６は、ＰＤＭＡＴおよびアンモニアを使用して、ＡＬＤによって形成される。いくつかの実施形態では、第２の窒化タンタル層１４６は、基板が２００℃～３５０℃の範囲内、または２２５℃～３００℃の範囲内、または２５０℃～２７５℃の範囲内の温度で維持された状態で形成される。
第２の窒化タンタル層１４６の厚さＴ2（図５Ａ参照）は、任意の好適な厚さとすることができる。いくつかの実施形態では、第２の窒化タンタル層１４６の第２の厚さは、第１の窒化タンタル層１４２の第１の厚さより小さく、第１の窒化タンタル層１４２の第１の厚さと同じであり、または第１の窒化タンタル層１４２の第１の厚さより大きい。いくつかの実施形態では、第２の窒化タンタル層１４６の第２の厚さは、１Å～５Åの範囲内、または２Å～４Åの範囲内、または約３Åである。いくつかの実施形態では、第２の厚さは、１Å、２Å、３Å、４Å、または５Å以上であり、かつ１０Å、９Å、８Å、７Å、または６Å以下である。
いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル層１４０の総厚さＴF（図５Ａ参照）は、５Å、７．５Å、１０Å、１５Å、または２０Åより大きい。例示的な実施形態では、（Ｒｕ、Ｗ、および／またはＣｏで）ドープされたＴａＮ層１４０の厚さは、約１０Å～１５Åの範囲内または１１Å～１２Åの範囲内である。
いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル層１４０は、少なくとも１つの窒化タンタル層および少なくとも１つのドーパント含有層を含む。いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル層１４０は、単一の層として堆積される。たとえば、いくつかの実施形態では、窒化タンタル層１４０は、ＡＬＤまたはＣＶＤによって形成され、ドーパント前駆体が投与されて反応する。
いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル層１４０の積層の形成後、基板はプロセス１１０でアニーリングされる。第１の窒化タンタル層１４２、ドーパント含有層１４４、および第２の窒化タンタル層１４６の積層をアニーリングすることで、図３Ｃに示すように、アニーリング済みのドープされた窒化タンタル層１５０を形成する。説明の目的で、これらの図では、ドーパント原子１５２が点で印を付けられている。
積層のアニーリングを、当業者には知られている任意の好適な技法で実行することができる。いくつかの実施形態では、アニーリングは、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、または１０００℃以上の温度で行われる。いくつかの実施形態では、アニーリングは、不活性ガス（たとえば、分子窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ））、還元ガス（たとえば、分子水素（Ｈ2）またはアンモニア（ＮＨ3））、または酸化体（たとえば、分子酸素（Ｏ2）、オゾン（Ｏ3）、または過酸化物）のうちの１つまたは複数を含む雰囲気で行われる。アニーリングを、任意の好適な長さの時間にわたって実行することができる。いくつかの実施形態では、膜は、約１５秒～約９０分の範囲内または約１分～約６０分の範囲内の所定の時間にわたってアニーリングされる。いくつかの実施形態では、堆積されたままの膜をアニーリングすることで、膜の密度が増大し、抵抗が減少し、かつ／または純度が増大する。
いくつかの実施形態では、図３Ａに示すように、第１の材料１３０内の構造１３５は、底部１３６および少なくとも１つの側壁１３７を有する。いくつかの実施形態では、構造１３５は円形ビアであり、１つの円筒形の側壁１３７を有する。いくつかの実施形態では、構造１３５はトレンチであり、２つ以上の側壁１３７を有する。示されている例示的な実施形態では、ドープされた窒化タンタル膜１５０は、構造の側壁および底部に形成された共形の膜である。このようにして使用されるとき、「共形の膜」は、平均厚さに対して０．５％、１％、５％、１０％、または１５％より大きく変動しない厚さを有する。いくつかの実施形態では、アニーリング前の積層の層の各々は共形の膜である。いくつかの実施形態では、第１の窒化タンタル層１４２および第２の窒化タンタル層１４６は共形の膜である。
図２の方法１００を再び参照すると、アニーリング済みのドープされた窒化タンタル層１５０は、プロセス１１２でプラズマに露出されて、処理済みのドープされた窒化タンタル層１５４を形成する。いくつかの実施形態では、アニーリング済みのドープされた窒化タンタル層１５０は、アニーリング済みのルテニウムでドープされた窒化タンタル層、アニーリング済みのタングステンでドープされた窒化タンタル層、および／またはアニーリング済みのコバルトでドープされた窒化タンタル層である。いくつかの実施形態では、プラズマは、ヘリウムまたはネオンのうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、プラズマはネオンを含む。いくつかの実施形態では、プラズマはヘリウムを含む。
プラズマ露出プロセス１１２の結果、処理済みのドープされた窒化タンタル層１５４は、ドープされた窒化タンタル層１５０より減少された量のドーパント原子１５２を有する。いくつかの実施形態では、プラズマ露出プロセス１１２の結果、処理済みのルテニウムでドープされた窒化タンタル層は、ルテニウムでドープされた窒化タンタル層より減少された量のルテニウム原子を有する。いくつかの実施形態では、プラズマ露出プロセス１１２の結果、処理済みのタングステンでドープされた窒化タンタル層は、タングステンでドープされた窒化タンタル層より減少された量のタングステン原子を有する。いくつかの実施形態では、プラズマ露出プロセス１１２の結果、処理済みのコバルトでドープされた窒化タンタル層は、コバルトでドープされた窒化タンタル層より減少された量のコバルト原子を有する。
プラズマ露出プロセス１１２は、プラズマ露出前の第１のドーパント量からプラズマ露出後の第１のドーパント量より小さい第２のドーパント量へのドーピングレベルの減少を引き起こす。いくつかの実施形態では、プラズマ露出プロセス１１２は、プラズマ露出前の第１のルテニウム量からプラズマ露出後の第１のルテニウム量より小さい第２のルテニウム量へのルテニウムドーピングレベルの減少を引き起こす。いくつかの実施形態では、プラズマ露出プロセス１１２は、プラズマ露出前の第１のタングステン量からプラズマ露出後の第１のタングステン量より小さい第２のタングステン量へのタングステンドーピングレベルの減少を引き起こす。いくつかの実施形態では、プラズマ露出プロセス１１２は、プラズマ露出前の第１のコバルト量からプラズマ露出後の第１のコバルト量より小さい第２のコバルト量へのコバルトドーピングレベルの減少を引き起こす。
いくつかの実施形態では、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、ドープされた窒化タンタル層１４０はアニーリングされず、または異なる層を有する積層の構造的外観を維持する。個々の層の隣接エッジは、積層の構造的外観を維持しながら、互いに輪郭を曖昧にすることができる。示されている実施形態では、ドープされた窒化タンタル層１４０を、ヘリウムまたはネオンのうちの１つまたは複数を含むプラズマに露出させることで、縞のある層構造を有する処理済みのドープされた窒化タンタル層１５４ａを形成する。
いくつかの実施形態のドープされた窒化タンタル層１４０の厚さＴFは、図５Ｂに示すように、処理済み厚さＴFTに変化する。処理済み厚さＴFTへの厚さＴFの減少は、それだけに限定されるものではないが、プラズマ露出の長さ、プラズマ露出の電力、個々の層を堆積させる方法、および個々の層の組成を含む様々な要因に依存する。いくつかの実施形態では、処理済み厚さＴFTは、プラズマ露出前の厚さＴFの９０％、８０％、７０％、または６０％より小さい。
個々の層の厚さは、プラズマ露出によって異なる程度の影響を受けることがある。いくつかの実施形態では、プラズマ露出は、ドーパント含有層１４４の厚さを変化させるが、他の層の厚さは実質的に変化させない。このようにして使用されるとき、厚さがプラズマ前の厚さの±５％未満だけ変化する場合、膜厚さは実質的に変化しない。いくつかの実施形態では、第１の窒化タンタル層１４２の厚さＴ1は、処理済み厚さＴ1Tまで減少し、第２の窒化タンタル層１４６の厚さＴ2は、処理済み厚さＴ2Tまで減少し、ドーパント含有層１４４の厚さＴRは、処理済み厚さＴRTまで減少する。いくつかの実施形態では、第１の窒化タンタル層１４２の厚さＴ1が処理済み厚さＴ1Tまで減少すること、第２の窒化タンタル層１４６の厚さＴ2が処理済み厚さＴ2Tまで減少すること、またはドーパント含有層１４４の厚さＴRが処理済み厚さＴRTまで減少することのうちの１つまたは複数が生じる。いくつかの実施形態では、ドーパント含有層１４４の厚さＴRは、２Å、３Å、または４Å以上であり、１Å、２Å、３Å、または４Åより小さい処理済み厚さＴRTまで減少される。いくつかの実施形態では、ドーパント含有層１４４の厚さＴRは、２Å、３Å、または４Åより大きく、１Å、２Å、３Å、または４Åより小さい処理済み厚さＴRTまで減少される。
図５Ａおよび図５Ｂに示す実施形態では、プラズマ露出プロセス１１２の結果、処理済みのドープされた窒化タンタル層１５４ａは、ドープされた窒化タンタル層１５０より減少された量のドーパント原子を有する。プラズマ露出プロセス１１２は、プラズマ露出前の第１のドーパント量からプラズマ露出後の第１のドーパント量より小さい第２のドーパント量へのドーピングレベルの減少を引き起こす。
いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル層１４０におけるドーパントの濃度は、ドープされた窒化タンタル層１４０の総質量の０．５～５０質量％の範囲内、または１～４５質量％の範囲内、または２～４０質量％の範囲内、または３～３５質量％の範囲内、または４～３０質量％の範囲内、または５～２５質量％の範囲内である。いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル層１４０におけるドーパントの質量パーセントは、０．５％、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、または１０％以上、かつ５０％、４５％、４０％、３５％、３０％、２５％、２０％、または１５％以下の量まで減少される。
１つまたは複数の実施形態では、プラズマ露出後、処理済みのドープされた窒化タンタル層１５４、１５４ａにおけるドーパントの濃度は、処理済みのドープされた窒化タンタル層１５４、１５４ａの総質量の０．０５～２０質量％の範囲内、または０．１～１５質量％の範囲内、または０．２～１０質量％の範囲内、または０．３～８質量％の範囲内、または０．４～６質量％の範囲内、または０．５～５質量％の範囲内の量まで減少される。いくつかの実施形態では、処理済みのドープされた窒化タンタル層１５４、１５４ａにおけるドーパントの質量パーセントは、０．０５％、０．１％、０．２％、０．３％、０．４％、０．５％、０．６％、０．７％、０．８％、０．９％、１．０％、１．５％、２．０％、２．５％、３．０％、３．５％、４．０％、４．５％、または５．０％以上、かつ２０％、１７．５％、１５％、１２．５％、１０％、９％、８％、７％、６％、または５％以下の量まで減少される。
ドープされた窒化タンタル層１５４の抵抗は、ヘリウムまたはネオンのプラズマ露出なしの熱ＡＬＤ ＴａＮ（ドーパントなし）およびドープされた熱ＡＬＤ ＴａＮの両方の抵抗より小さい。いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル層１５０の抵抗は、１０００μΩ・ｃｍ、１１００μΩ・ｃｍ、１２００μΩ・ｃｍ、１３００μΩ・ｃｍ、１４００μΩ・ｃｍ、１５００μΩ・ｃｍ、または１６００μΩ・ｃｍ以上である。いくつかの実施形態では、処理済みのドープされた窒化タンタル層１５４の抵抗は、１０００μΩ・ｃｍ、９００μΩ・ｃｍ、８００μΩ・ｃｍ、７００μΩ・ｃｍ、６００μΩ・ｃｍ、または５００μΩ・ｃｍ以下である。いくつかの実施形態では、ヘリウムおよび／またはネオンのプラズマ露出により、ドープされた窒化タンタル層１５０の抵抗が、プラズマ前（処理前）の量の６０％、５０％、４０％、または３０％未満まで減少される。たとえば、例示的なプロセスでは、ドープされた窒化タンタル膜１５０の抵抗は、ネオンプラズマへの露出によって、約１７００μΩ・ｃｍから約５００μΩ・ｃｍに減少される。
いくつかの実施形態のドープされた窒化タンタル膜は、プラズマ前の炭素含量およびプラズマ後の炭素含量を有する。いくつかの実施形態では、ヘリウムまたはネオンのプラズマへの露出により、プラズマ前の炭素含量がプラズマ後の炭素含量へ低減される。いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル膜１５０のプラズマ前の炭素含量は、原子ベースで０．８％より大きい。いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル膜１５４のプラズマ後の炭素含量は、原子ベースで０．６％、０．５％、または０．４％より小さい。いくつかの実施形態では、ヘリウムまたはネオンのプラズマへの露出により、ドープされた窒化タンタル膜における炭素含量が２５％、３０％、３５％、４０％、４５％、または５０％以上低減される。
プラズマは、任意の好適なプラズマとすることができる。いくつかの実施形態では、ヘリウムまたはネオンのプラズマは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）であり、ＩＣＰコイルによって生成される。ＩＣＰコイルは、より低い圧力においてより高いプラズマ密度で動作することができる。いくつかの実施形態では、誘導結合プラズマのプラズマ密度は、約１０11ｃｍ-3、１０12ｃｍ-3、もしくは１０13ｃｍ-3以上であり、または記載の桁以上である。いくつかの実施形態では、ＩＣＰコイルによって生成されるプラズマは、２ＭＨｚの周波数を有する。いくつかの実施形態では、約４００ｋＨｚ～約６０ＭＨｚの周波数で、約５００ワット～約２５ｋＷのＲＦソース電力を供給することができる。１３．５６ＭＨｚまたは２ＭＨｚの周波数で、最大約３０００ワットのＲＦバイアス電力を基板支持体に印加することができる。いくつかの実施形態では、約４００ｋＨｚ～約６０ＭＨｚの周波数で、約１００ワット～約３０００ワットのＲＦソース電力を混合ガスに供給することができる。特定の場合、２重周波数または３重周波数を使用して、イオンエネルギーを変調させることもできる。約１ｋＷ～約１０ｋＷのＤＣバイアス電力をパルスモードでコリメータに印加することができる。別法として、ＤＣバイアス電力を連続モードでコリメータに印加することができる。いくつかの実施形態では、プラズマ圧力は、０．１ミリトル～１００ミリトルの範囲内である。いくつかの実施形態では、基板は、－２０℃～４００℃の範囲内の温度で維持される。
図２の方法１００を再び参照すると、いくつかの実施形態では、プロセス１１４で、図３Ｅに示すように、処理済みの窒化タンタル層１５４上に金属膜１５６を堆積させて、構造を充填する。いくつかの実施形態では、金属膜１５６は金属コンタクトである。いくつかの実施形態では、金属膜１５６は、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、またはマンガン（Ｍｎ）、タングステン（Ｗ）、もしくはアルミニウム（Ａｌ）のうちの１つもしくは複数でドープされた銅のうちの１つまたは複数を含み、あるいは本質的にこれらのうちの１つまたは複数からなる。
金属膜１５６を、当業者には知られている任意の好適な技法によって堆積させることができる。いくつかの実施形態では、金属膜１５６は、原子層堆積、化学気相堆積、または物理的気相堆積によって堆積される。
図４は、本開示の１つまたは複数の実施形態による別の電子デバイス１２０を示す。図４の構造１３５は、側面で第１の材料１３０と境界をなし、底部で第２の材料１３２と境界をなす。いくつかの実施形態では、第１の材料１３０は誘電体を含み、第２の材料１３２は導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、導電性材料は銅層を含む。いくつかの実施形態では、第１の材料１３０は低誘電率誘電体材料を含む。
いくつかの実施形態では、ドープされた窒化タンタル膜１５０は、第１のドーパント量を有する共形の膜として堆積される。示されている実施形態では、基板１２５は、プラズマ露出プロセス１１２中に指向性プラズマを形成するようにバイアスがかけられる。基板１２５にバイアスをかけることで、ネオンプラズマ内のイオンが基板面の方へ動く結果、ドーパント原子１５２に対して、基板にバイアスが印加されない場合に観察されるはずのものとは異なる除去パターンが得られる。
いくつかの実施形態では、図４に示すように、指向性プラズマは、構造１３５の底部１５７の窒化タンタルからドーパント１５２を除去し、側壁１５８上の窒化タンタルでは実質的にすべてのドーパントを残す。このようにして使用されるとき、「実質的にすべて」という用語は、第１の材料１３０の頂面の下で、窒化タンタル膜の側壁内の元のドーパント原子の約８５％、９０％、９５％、またはそれ以上が残ることを意味する。示されている実施形態では、ドーパントは、共形の膜の窒化タンタル頂部１５５からも除去される。
様々なハードウェア配置を使用して、方法１００を実装することができる。いくつかの実施形態では、窒化タンタル膜の堆積、プラズマ露出、およびアニーリングは、同じプロセスチャンバ内で行われる。いくつかの実施形態では、堆積、アニーリング、およびプラズマ露出は、別個のプロセスチャンバ内で行われる。
図６は、本開示のいくつかの実施形態による例示的な処理チャンバ２００（たとえば、ＰＶＤチャンバ）の概略断面図を示す。好適なＰＶＤチャンバの例には、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販のＥＮＣＯＲＥ（登録商標）ＩＩおよびＥＮＣＯＲＥ（登録商標）ＩＩＩ、ならびに他のＰＶＤ処理チャンバが含まれる。しかし、開示する方法は、他の製造者から入手可能な処理チャンバでも使用することができる。一実施形態では、プロセスチャンバ２００は、たとえば金属、金属窒化物、金属フッ化物、金属炭化物などを基板２１８上に堆積させることが可能である。
プロセスチャンバ２００はチャンバ本体２０５を有し、チャンバ本体２０５は、側壁２０２、底部２０３、およびリッドアセンブリ２０４を含み、これらはすべて内部体積２０６を取り囲む。ターゲット２１４とは反対側のプロセスチャンバ２００の内部体積２０６の下部に、基板支持体２０８が配置される。内部体積２０６の内外へ基板を移送するための基板移送ポート２０９が、側壁２０２内に形成される。
プロセスチャンバ２００にガス源２１０が結合されて、内部体積２０６内へプロセスガスを供給する。一実施形態では、プロセスガスは、不活性ガス、非反応性ガス、および反応性ガスなどを含むことができる。ガス源２１０によって提供することができるプロセスガスの例には、それだけに限定されるものではないが、とりわけアルゴンガス（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオンガス（Ｎｅ）、窒素ガス（Ｎ2）、酸素ガス（Ｏ2）、水素ガス（Ｈ2）、およびＨ2Ｏが含まれる。
内部体積２０６と連通して内部体積２０６の圧力を制御するためのポンプ２１２が、プロセスチャンバ２００に結合される。一実施形態では、プロセスチャンバ２００の圧力は、０より大きい圧力から約１０ミリトル以下で維持することができる。別の実施形態では、プロセスチャンバ２００内の圧力は、約３ミリトルで維持することができる。
バッキング板２１３が、内部体積２０６の上部でターゲット２１４を支持することができる。バッキング板２１３は、絶縁体２１５によって側壁２０２から電気的に絶縁することができる。ターゲット２１４は、概して、基板２１８上に堆積される材料源を提供する。ターゲット２１４は、チタン（Ｔｉ）金属、タンタル金属（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）金属、タングステン（Ｗ）金属、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、これらの合金、これらの組合せなどを含有する材料から製造することができる。本明細書に示す例示的な実施形態では、コバルト金属（Ｃｏ）によってターゲット２１４を製造することができる。
ターゲット２１４を、ターゲット２１４のための電力供給２１７を備えたソースアセンブリ２１６に結合することができる。いくつかの実施形態では、電力供給２１７は、ＲＦジェネレータとすることができる。いくつかの実施形態では、電力供給２１７は、別法として、ＤＣソース電力供給とすることができる。いくつかの実施形態では、電力供給２１７は、ＤＣ電源およびＲＦ電源の両方を含むことができる。
プロセスチャンバ２００には、ターゲット２１４と基板支持体２０８との間にバイアス電力を提供するために、基板支持体２０８を介して追加のＲＦ電源２８０を結合することもできる。一実施形態では、ＲＦ電源２８０は、約１ＭＨｚ～約１００ＭＨｚ、たとえば約１３．５６ＭＨｚの周波数で基板２１８にバイアスをかけるように、基板支持体２０８に電力を提供することができる。
基板支持体２０８は、矢印２８２によって示すように、上昇位置と下降位置との間で可動とすることができる。下降位置では、基板２１８のプロセスチャンバ２００への投入およびプロセスチャンバ２００からの取出しを容易にするために、基板支持体２０８の支持面２１１を基板移送ポート２０９またはそのすぐ下に位置合わせすることができる。支持面２１１は、基板支持体２０８をプラズマおよび堆積材料から保護しながら基板２１８を受け取るようにサイズ設定されたエッジ堆積リング２３６を有することができる。基板２１８をプロセスチャンバ２００内で処理するために、基板支持体２０８をターゲット２１４により近い上昇位置へ動かすことができる。基板支持体２０８が上昇位置にくると、カバーリング２２６がエッジ堆積リング２３６に係合することができる。カバーリング２２６は、堆積材料が基板２１８と基板支持体２０８との間を架橋することを防止することができる。基板支持体２０８が下降位置にあるとき、カバーリング２２６は、基板の移送を可能にするために、基板支持体２０８およびその上に位置決めされた基板２１８より上に浮かんだ状態になっている。
プロセスチャンバ２００との基板の移送中、基板２１８を有するロボットブレード（図示せず）が、基板移送ポート２０９を通って延ばされる。リフトピン（図示せず）が、基板支持体２０８の支持面２１１を通って延びており、基板２１８を基板支持体２０８の支持面２１１から持ち上げ、したがってロボットブレードが基板２１８と基板支持体２０８との間を通るための空間を与える。次いで、ロボットは、基板移送ポート２０９を通って、基板２１８をプロセスチャンバ２００の中または外へ運搬することができる。基板支持体２０８および／またはリフトピンの上昇および下降を、コントローラ２９８によって制御することができる。
スパッタリング堆積中は、基板支持体２０８内に配置された熱コントローラ２３８を利用することによって、基板２１８の温度を制御することができる。基板２１８は、任意選択で、処理のために所望の温度まで加熱することができる。いくつかの実施形態では、任意選択の加熱を使用して、基板および／または膜の温度を摂氏約２００～約４００度の温度にすることができる。他の実施形態では、基板を室温（摂氏約１５度～摂氏約３０度）で処理することができる。他の実施形態では、温度は摂氏約１５度～約４００度の範囲内である。処理後、基板支持体２０８内に配置された熱コントローラ２３８を利用して、基板２１８を急速に冷却することができる。熱コントローラ２３８は基板２１８の温度を制御し、熱コントローラ２３８を利用して、基板２１８の温度を第１の温度から第２の温度へ数秒から約１分で変化させることができる。
内部体積２０６内のターゲット２１４と基板支持体２０８との間に内側シールド２２０を位置決めすることができる。内側シールド２２０は、とりわけアルミニウムまたはステンレス鋼から形成することができる。一実施形態では、内側シールド２２０は、ステンレス鋼から形成される。内側シールド２２０と側壁２０２との間には、外側シールド２２２を形成することができる。外側シールド２２２は、とりわけアルミニウムまたはステンレス鋼から形成することができる。外側シールド２２２は、内側シールド２２０を越えて延びることができ、基板支持体２０８が下降位置にあるときにカバーリング２２６を支持するように構成される。
一実施形態では、内側シールド２２０は、内側シールド２２０の外径より大きい内径を含む半径方向フランジ２２３を含む。半径方向フランジ２２３は、内側シールド２２０の内径面に対して約９０度（９０°）より大きい角度で内側シールド２２０から延びる。半径方向フランジ２２３は、内側シールド２２０の表面から延びる円形リッジとすることができ、概して基板支持体２０８上に配置されたカバーリング２２６内に形成された凹みに嵌合するように適合される。凹みは、カバーリング２２６内に形成された円形の溝とすることができ、基板支持体２０８の長手方向軸に対してカバーリング２２６を中心に位置合わせする。
いくつかの実施形態では、プロセスチャンバ２００は、誘導コイル２４２を含むことができる。プロセスチャンバ２００の誘導コイル２４２は、１巻きまたは２巻き以上を有することができる。誘導コイル２４２は、内側シールド２２０のすぐ内側に位置することができ、基板支持体２０８より上に位置決めすることができる。誘導コイル２４２は、ターゲット２１４より基板支持体２０８の近くに位置決めすることができる。誘導コイル２４２を、２次スパッタリングターゲットとして作用するように、ターゲット２１４に類似しているまたは等しい組成の材料、たとえばコバルトなどから形成することができる。誘導コイル２４２は、複数のコイルスペーサ２４０によって内側シールド２２０から支持される。コイルスペーサ２４０は、短絡または望ましくないプラズマ励起源の生成を回避するために、誘導コイル２４２を内側シールド２２０および他のチャンバ部品から電気的に絶縁して、スパッタリングから保護することができる。
誘導コイル２４２は、電源２５０に結合することができる。電源２５０は、プロセスチャンバ２００の側壁２０２、外側シールド２２２、内側シールド２２０、およびコイルスペーサ２４０を貫通する電気リードを有することができる。電気リードは、誘導コイル２４２上の電気ハブ２４４に接続して、誘導コイル２４２へ電力を提供する。電気ハブ２４４は、誘導コイル２４２に電力を提供するために、複数の絶縁された電気的接続を有することができる。加えて、電気ハブ２４４を、コイルスペーサ２４０と連係して誘導コイル２４２を支持するように構成することができる。一実施形態では、電源２５０は、誘導コイル２４２に電流を印加して、プロセスチャンバ２００内にＲＦ場を誘起し、プラズマに電力を結合して、プラズマ密度、すなわち反応性イオンの濃度を増大させる。いくつかの実施形態では、誘導コイル２４２は、ＲＦ電源２８０のＲＦ電力周波数より小さいＲＦ電力周波数で動作する。一実施形態では、誘導コイル２４２に供給されるＲＦ電力周波数は約２ＭＨｚである。他の実施形態では、ＲＦ電力周波数は、約１．８ＭＨｚ～約２．２ＭＨｚの範囲内で動作することができる。他の実施形態では、ＲＦ電力周波数は、約０．１ＭＨｚ～９９ＭＨｚの範囲とすることができる。いくつかの実施形態では、誘導コイル２４２は、基板上へスパッタリングすることができる金属材料などの材料から作られる。次いで、電源２５０はまた、ＲＦ電力をプラズマに結合しながら、ＤＣ電力を誘導コイル２４２に印加して、誘導コイル２４２のスパッタリングを可能にすることができる。
プロセスチャンバ２００にコントローラ（図示せず）が結合される。コントローラは、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、および支持回路を含む。コントローラは、プロセスシーケンスを制御して、ガス源２１０からプロセスチャンバ２００に入るガス流を調節し、ターゲット２１４および誘導コイル２４２のイオン衝撃を制御するために利用される。一実施形態では、コントローラは、ターゲットおよび／または誘導コイルをスパッタリングし、プロセスチャンバ２００の内部体積２０６に入るエッチングガスの流れを調節しながら、第１の電力供給（たとえば、ＲＦ電源２８０）の第１のＲＦ電力レベル、第２の電力供給（たとえば、電源２５０）の第２のＲＦ電力レベル、第２の電力供給（たとえば、電源２５０）の第１のＤＣ電力レベル、および第３の電力供給（たとえば、電力供給２１７）の第２のＤＣ電力レベルを調整する。コントローラの追加の態様は後述する。
図７は、１つまたは複数の実施形態による処理ツール３００を示す。１つまたは複数の実施形態では、処理ツール３００は処理チャンバ３０１を備える。処理チャンバは、リッド３０２および少なくとも１つの側壁３０４を備える。１つまたは複数の実施形態では、リッド３０２および少なくとも１つの側壁３０４は、処理チャンバ３０１の内部体積３０５を画定する。１つまたは複数の実施形態では、処理ツール３００は、処理チャンバ３０１の内部体積３０５内に遠隔プラズマユニット３０６を備える。１つまたは複数の実施形態では、直接プラズマユニット３０８が、処理チャンバ３０１の内部体積３０５内に位置する。１つまたは複数の実施形態では、遠隔プラズマユニット３０６が遠隔プラズマを生成すること、および直接プラズマユニット３０８が直接プラズマを生成することのうちの１つが生じる。１つまたは複数の実施形態では、遠隔プラズマの生成および直接プラズマの生成が順次行われる。いくつかの実施形態では、遠隔プラズマの生成がまず行われ、その後直接プラズマの生成が行われる。他の実施形態では、直接プラズマの生成がまず行われ、その後遠隔プラズマの生成が行われる。１つまたは複数の実施形態では、遠隔プラズマの生成および直接プラズマの生成は同時に行われる。
１つまたは複数の実施形態では、イオンフィルタ３１２が、遠隔プラズマユニット３０６および直接プラズマユニット３０８を分離する。１つまたは複数の実施形態では、イオンフィルタ３１２は、遠隔プラズマユニット３０６から基板処理領域３１５への通過中に、プラズマ放出物からイオンを濾過するために使用される。１つまたは複数の実施形態では、イオンフィルタ３１２は、遠隔プラズマユニット３０６から基板３３０へ進むイオン的に帯電した種を低減または除去するように機能する。１つまたは複数の実施形態では、帯電していない中性種およびラジカル種は、イオンフィルタ３１２内の少なくとも１つの開孔３１８を通過して、基板３３０で反応することができる。基板３３０を取り囲む反応領域３１５におけるイオン的に帯電した種の完全な除去は、常に所望される目標であるというわけではないことに留意されたい。１つまたは複数の実施形態では、エッチングおよび／または堆積プロセスを実行するために、イオン種が基板３３０に到達することが必要とされる。これらの例では、イオンフィルタ３１２は、反応領域３１５におけるイオン種の濃度を処理／洗浄および／または堆積プロセスに役立つレベルで制御するのに役立つ。１つまたは複数の実施形態では、イオンフィルタ３１２はシャワーヘッドを備える。
１つまたは複数の実施形態では、処理ツールは、処理チャンバ内に少なくとも１つの電極を備える。１つまたは複数の実施形態では、少なくとも１つの電極は、処理チャンバ３０１の内部体積３０５内に配置される。図６に示す実施形態では、少なくとも１つの電極３１６が、ペデスタル３１４と電気的に通信するように位置決めされる。
１つまたは複数の実施形態では、処理チャンバ３０１はペデスタル３１４を備える。１つまたは複数の実施形態では、ペデスタル３１４は、処理領域３１５内で半導体基板３３０を支持するように構成される。１つまたは複数の実施形態では、ペデスタル３１４は、熱交換チャネル（図示せず）を有することができ、熱交換流体が熱交換チャネルを流れて、基板３３０の温度を制御する。１つまたは複数の実施形態では、基板３３０の温度を、約－２０℃～約４００℃または約０℃～約４００℃などの比較的低い温度を維持するように冷却または加熱することができる。１つまたは複数の実施形態では、熱交換流体は、エチレングリコールまたは水のうちの１つまたは複数を含む。他の実施形態では、ペデスタル３１４は、埋め込まれた抵抗加熱要素（図示せず）の使用によって、約１００℃～約１１００℃または約２００℃～約７５０℃などの比較的高い温度を実現するように抵抗加熱される。１つまたは複数の実施形態では、ペデスタル３１４は回転するように構成される。１つまたは複数の実施形態では、ペデスタル３１４は、ペデスタル３１４の内部に電極３１６を備えており、ペデスタル３１４は、ＲＦジェネレータ３５０によって電力供給され、ＲＦ整合器３４０によって整合される。１つまたは複数の実施形態では、ペデスタル３１４は金属材料から構成されており、ペデスタル３１４自体が電極である。電極３１６を、基板または基板支持体にバイアスをかけて指向性プラズマを形成するように分極することができる。
１つまたは複数の実施形態では、少なくとも１つの電源、たとえばＲＦジェネレータ３５０は、ＲＦ整合器３４０を介して処理チャンバ３０１に電気的に接続される。
１つまたは複数の実施形態では、２つのＲＦジェネレータが処理チャンバ３０１に電気的に接続される。そのような実施形態では、第１のＲＦジェネレータ３５０がペデスタル電極３１６に電気的に接続され、第２のＲＦジェネレータ３５５が誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）コイル３７０に電気的に接続される。
１つまたは複数の実施形態では、高周波（ＲＦ）電力の遠隔プラズマユニット３０６および直接プラズマユニット３０８を使用してプラズマが生成される。１つまたは複数の実施形態では、ＲＦ増幅器に電流を提供するように、交流（ＡＣ）電力が整流およびスイッチングされる。ＲＦ増幅器は、基準周波数（たとえば、１３．５６ＭＨｚ）で動作し、出力整合ネットワークを通り、次いで電力測定回路を通って電力供給の出力へ進む電流を駆動する。出力整合は通常、当業界で一般に使用される同軸ケーブルと同じ特性インピーダンスを有するために、たとえば５０Ωなどの特定のインピーダンスを駆動するように最適化されたジェネレータに接続されるように設計される。整合ケーブル区間を通る電力流は、整合コントローラによって測定され、負荷整合器によって変換される。通常、負荷整合器は電動の自動チューナであり、したがって負荷整合動作は、システムが適切に構成されるまでに所定の時間遅延を招く。負荷整合器を通過した後、次いで電力は、排気処理チャンバ内の２つの電極を駆動するプラズマ励起回路に入る。排気処理チャンバに処理ガスが導入され、この回路によって駆動されると、プラズマが生成される。整合ネットワークまたは負荷整合器は電動式であるため、整合ネットワークからの応答時間は、典型的に約１秒以上である。
いくつかの実施形態では、プラズマ出力は、約１０Ｗ～約１０００Ｗの範囲内であり、約２００Ｗ～約６００Ｗを含む。いくつかの実施形態では、プラズマ出力は、約１０００Ｗ以下または約６５００Ｗ以下である。
プラズマ周波数は、任意の好適な周波数とすることができる。いくつかの実施形態では、プラズマは、約２００ｋＨｚ～３０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。いくつかの実施形態では、プラズマ周波数は、約２０ＭＨｚ以下、約１０ＭＨｚ以下、約５ＭＨｚ以下、約１０００ｋＨｚ以下、または約５００ｋＨｚ以下である。いくつかの実施形態では、プラズマ周波数は、約２１０ｋＨｚ以上、約２５０ｋＨｚ以上、約６００ｋＨｚ以上、約７５０ＭＨｚ以上、約１２００ｋＨｚ以上、約２ＭＨｚ以上、約４ＭＨｚ以上、約７ＭＨｚ以上、約１２ＭＨｚ以上、約１５ＭＨｚ以上、または約２５ＭＨｚ以上である。１つまたは複数の実施形態では、プラズマは、約１３．５６ＭＨｚ、または約３５０ｋＨｚ、または約４００ｋＨｚ、または約２７ＭＨｚ、または約４０ＭＨｚ、または約６０ＭＨｚの周波数を有する。
１つまたは複数の実施形態では、コントローラ３２０を設けることができ、その動作を制御するように、処理ツール３００の様々な構成要素に結合することができる。コントローラ３２０は、処理ツール３００全体を制御する単一のコントローラとすることができ、または処理ツール３００の個々の部分を制御する複数のコントローラとすることができる。たとえば、処理ツール３００は、処理チャンバ３０１、遠隔プラズマユニット３０６、直接プラズマユニット３０８、および電源（たとえば、ＲＦジェネレータ３５０）の各々に対して別個のコントローラを含むことができる。
いくつかの実施形態では、処理チャンバ３０１は、コントローラ３２０をさらに備える。１つまたは複数の実施形態では、コントローラ３２０は、処理チャンバ３０１内の遠隔プラズマユニット３０６および／または直接プラズマユニット３０８によるプラズマの着火を制御する。
いくつかの実施形態では、コントローラ３２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３２２、メモリ３２４、入出力（Ｉ／Ｏ）３２６、および支持回路３２８を含む。コントローラ３２０は、処理ツール３００を直接制御することができ、または特定のプロセスチャンバおよび／もしくは支持システム構成要素に関連付けられたコンピュータ（またはコントローラ）を介して制御することができる。
コントローラ３２０は、様々なチャンバおよびサブプロセッサを制御するために工業環境で使用することができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つとすることができる。コントローラ３２０のメモリ３２４またはコンピュータ可読媒体は、非一時的メモリ（たとえば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、光ストレージ媒体（たとえば、コンパクトディスクまたはデジタルビデオディスク）、フラッシュドライブ、または局所もしくは遠隔の任意の他の形態のデジタルストレージなど、容易に利用可能なメモリのうちの１つまたは複数とすることができる。メモリ３２４は、処理ツール３００のパラメータおよび構成要素を制御するようにプロセッサ（ＣＰＵ３２２）によって動作可能な命令セットを保持することができる。
支持回路３２８は、プロセッサを従来どおり支持するようにＣＰＵ３２２に結合される。これらの回路は、キャッシュ、電力供給、クロック回路、入出力回路、およびサブシステムなどを含む。１つまたは複数のプロセスをメモリ３２４内にソフトウェアルーチンとして記憶することができ、そのようなソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されまたは呼び出されたとき、処理ツール３００または個々の処理ユニット（たとえば、遠隔プラズマユニット３０６および直接プラズマユニット３０８）の動作を、本明細書に記載するようにプロセッサに制御させる。ソフトウェアルーチンはまた、ＣＰＵ３２２によって制御されているハードウェアから遠隔に位置する第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶および／または実行することができる。
本開示のプロセスおよび方法のいくつかまたはすべてはまた、ハードウェアで実行することができる。したがって、プロセスをソフトウェアで実装し、ハードウェア内のコンピュータシステムを使用して、たとえば特定用途向け集積回路もしくは他のタイプのハードウェア実装として、またはソフトウェアおよびハードウェアの組合せとして実行することができる。ソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されたとき、汎用コンピュータを、プロセスが実行されるようにチャンバ動作を制御する特定目的コンピュータ（コントローラ）に変換する。
いくつかの実施形態では、コントローラ３２０は、個々のプロセスまたはサブプロセスを実行して方法を実施するための１つまたは複数の構成を有する。コントローラ３２０は、中間構成要素に接続することができ、方法の機能を実施するように中間構成要素を動作させるように構成することができる。たとえば、コントローラ３２０は、遠隔プラズマユニット３０６、直接プラズマユニット３０８、ペデスタル３１４、少なくとも１つの電極３１６、ＩＣＰコイル３７０、または他の構成要素のうちの１つまたは複数に接続することができ、これらを制御するように構成することができる。
本開示の追加の実施形態は、１つまたは複数の処理チャンバを有する処理システムを対象とする。１つまたは複数の実施形態では、処理チャンバは、図５または図６の処理ツールを含む。
本開示の追加の実施形態は、図７に示すように、メモリデバイスの形成のための処理ツールおよび記載の方法を対象とする。クラスタツール９００は、複数のサイドを有する少なくとも１つの中央移送ステーション９２１、９３１を含む。中央移送ステーション９２１、９３１内にはロボット９２５、９３５が位置決めされ、ロボットブレードおよびウエハを複数のサイドの各々へ動かすように構成される。
クラスタツール９００は、中央移送ステーションに接続された、プロセスステーションとも呼ばれる複数の処理チャンバ９０２、９０４、９０６、９０８、９１０、９１２、９１４、９１６、および９１８を備える。様々な処理チャンバは、隣接するプロセスステーションから隔離された別個の処理領域を提供する。処理チャンバは、それだけに限定されるものではないが、前洗浄チャンバ、バッファチャンバ、移送空間、ウエハ配向／ガス抜きチャンバ、超低温冷却チャンバ、堆積チャンバ、アニーリングチャンバ、エッチングチャンバ、選択的エッチングチャンバなどを含む、任意の好適なチャンバとすることができる。プロセスチャンバおよび構成要素の特定の配置は、クラスタツールに応じて変更することができ、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。
図８に示す実施形態では、クラスタツール９００の前面に、工場インターフェース９５０が接続される。工場インターフェース９５０は、工場インターフェース９５０の前面９５１に、ローディングチャンバ９５４およびアンローディングチャンバ９５６を含む。ローディングチャンバ９５４が左に示されており、アンローディングチャンバ９５６が右に示されているが、これは１つの可能な構成を表すだけであることが、当業者には理解されよう。
ローディングチャンバ９５４およびアンローディングチャンバ９５６のサイズおよび形状は、たとえばクラスタツール９００内で処理される基板に応じて変更することができる。示されている実施形態では、ローディングチャンバ９５４およびアンローディングチャンバ９５６は、複数のウエハがカセット内に位置決めされた状態でウエハカセットを保持するようにサイズ設定される。
工場インターフェース９５０内にロボット９５２が位置し、ローディングチャンバ９５４とアンローディングチャンバ９５６との間を動くことができる。ロボット９５２は、ウエハをローディングチャンバ９５４内のカセットから工場インターフェース９５０を通ってロードロックチャンバ９６０へ移送することが可能である。ロボット９５２はまた、ウエハをロードロックチャンバ９６２から工場インターフェース９５０を通ってアンローディングチャンバ９５６内のカセットへ移送することが可能である。当業者には理解されるように、工場インターフェース９５０は、２つ以上のロボット９５２を有することができる。たとえば、工場インターフェース９５０は、ローディングチャンバ９５４とロードロックチャンバ９６０との間でウエハを移送する第１のロボットと、ロードロックチャンバ９６２とアンローディングチャンバ９５６との間でウエハを移送する第２のロボットとを有することができる。
示されているクラスタツール９００は、第１の区間９２０および第２の区間９３０を有する。第１の区間９２０は、ロードロックチャンバ９６０、９６２を介して工場インターフェース９５０に接続される。第１の区間９２０は第１の移送チャンバ９２１を含み、第１の移送チャンバ９２１に少なくとも１つのロボット９２５が位置決めされている。ロボット９２５は、ロボットウエハ輸送機構とも呼ばれる。第１の移送チャンバ９２１は、ロードロックチャンバ９６０、９６２、プロセスチャンバ９０２、９０４、９１６、９１８、およびバッファチャンバ９２２、９２４に対して中心に配置される。いくつかの実施形態のロボット９２５は、一度に２つ以上のウエハを独立して動かすことが可能なマルチアームロボットである。いくつかの実施形態では、第１の移送チャンバ９２１は、２つ以上のロボットウエハ移送機構を備える。第１の移送チャンバ９２１内のロボット９２５は、第１の移送チャンバ９２１の周りのチャンバ間でウエハを動かすように構成される。個々のウエハは、第１のロボット機構の遠位端に位置するウエハ輸送ブレード上で運搬される。
第１の区間９２０内でウエハを処理した後、通過チャンバを通って第２の区間９３０へウエハを移動させることができる。たとえば、チャンバ９２２、９２４は、一方向または双方向の通過チャンバとすることができる。通過チャンバ９２２、９２４を使用して、たとえば第２の区間９３０で処理する前にウエハを超低温冷却することができ、または第１の区間９２０に戻す前にウエハの冷却もしくは後処理を可能にすることができる。
システムコントローラ９９０が、第１のロボット９２５、第２のロボット９３５、第１の複数の処理チャンバ９０２、９０４、９１６、９１８、および第２の複数の処理チャンバ９０６、９０８、９１０、９１２、９１４と通信している。システムコントローラ９９０は、処理チャンバおよびロボットを制御することができる任意の好適な構成要素とすることができる。たとえば、システムコントローラ９９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、好適な回路、およびストレージを含むコンピュータとすることができる。
それに応じて、本開示の１つまたは複数の実施形態は、中央移送ステーションの周りに１つまたは複数のプロセスチャンバを備えるクラスタツールを対象とする。いくつかの実施形態の１つまたは複数のプロセスチャンバは、ルテニウムでドープされた窒化タンタル膜を堆積させ、ルテニウムでドープされた窒化タンタル膜をアニーリングし、アニーリング済みの窒化タンタル膜をネオンプラズマに露出させるように構成される。少なくとも１つのコントローラが、１つまたは複数のプロセスチャンバおよび中央移送ステーションに接続される。いくつかの実施形態の少なくとも１つのコントローラは、窒化タンタル膜を堆積させるための構成、ルテニウム含有膜を堆積させるための構成、基板をアニーリングするための構成、１つまたは複数のプロセスチャンバと中央移送ステーションとの間で基板を動かすための構成、および基板をネオンプラズマに露出させるための構成から選択された１つまたは複数の構成を有する。
概して、プロセスをシステムコントローラ９９０のメモリ内にソフトウェアルーチンとして記憶することができ、そのようなソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されたとき、本開示のプロセスをプロセスチャンバに実行させる。ソフトウェアルーチンはまた、プロセッサによって制御されているハードウェアから遠隔に位置する第２のプロセッサ（図示せず）によって記憶および／または実行することができる。本開示の方法のいくつかまたはすべてはまた、ハードウェアで実行することができる。したがって、プロセスをソフトウェアで実装し、ハードウェア内のコンピュータシステムを使用して、たとえば特定用途向け集積回路もしくは他のタイプのハードウェア実装として、またはソフトウェアおよびハードウェアの組合せとして実行することができる。ソフトウェアルーチンは、プロセッサによって実行されたとき、汎用コンピュータを、プロセスが実行されるようにチャンバ動作を制御する特別目的コンピュータ（コントローラ）に変換する。
本開示の追加の実施形態は、命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を対象とし、これらの命令は、処理チャンバのコントローラによって実行されたとき、窒化タンタル膜を基板上に堆積させる動作と、ルテニウム含有膜を基板上に堆積させる動作と、基板をアニーリングする動作と、基板をネオンプラズマに露出させる動作とを、処理チャンバに実行させる。
１つまたは複数の実施形態は、命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を対象とし、これらの命令は、処理チャンバのコントローラによって実行されたとき、金属底部、誘電体側壁、および誘電体領域を有する表面構造を含む基板を、処理チャンバ内のデュアルプラズマ処理に露出させて、化学残留物および／もしくは不純物を金属底部、誘電体側壁、および／もしくは誘電体領域から除去し、かつ／または誘電体側壁および／もしくは誘電体領域の表面欠陥を修復する動作を、処理チャンバに実行させ、デュアルプラズマ処理は、直接プラズマと、それに続く遠隔プラズマとを含む。
「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ａｂｏｖｅ）」、「上（ｕｐｐｅｒ）」などの空間的に相対的な用語は、本明細書では、説明を用意するために、図に示されている１つの要素または特徴の別の要素または特徴に対する関係について説明するために使用することができる。これらの空間的に相対的な用語は、図に示されている配向に加えて、使用または動作中のデバイスの異なる配向も包含することが意図されることが理解されよう。たとえば、図のデバイスがひっくり返された場合、他の要素または特徴の「下（ｂｅｌｏｗ）」または「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」に位置すると説明されている要素は、他の要素または特徴の「上（ａｂｏｖｅ）」に配向されるはずである。したがって、「下（ｂｅｌｏｗ）」という例示的な用語は、上および下の両方の配向を包含することができる。デバイスを、他の形（９０度の回転または他の配向）で配向することができ、本明細書に使用される空間的に相対的な記述語は、それに応じて解釈することができる。
本明細書全体にわたって、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つまたは複数の実施形態」、または「実施形態」への参照は、その実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、材料、または特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたって様々な箇所における「１つまたは複数の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」、または「実施形態では」などの語句の記載は、必ずしも本開示の同じ実施形態を参照するわけではない。さらに、１つまたは複数の実施形態では、特定の特徴、構造、材料、または特性を任意の好適な形で組み合わせることができる。
本明細書の開示について、特定の実施形態を参照して説明したが、記載する実施形態は本開示の原理および応用例の単なる例示であることが、当業者には理解されよう。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に様々な変更および変形を加えることができることが、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およびその均等物の範囲内の変更形態および変形形態を含むことができる。

Claims (20)

  1. 相互接続を形成する方法であって、
    ルテニウム、タングステン、またはコバルトのうちの１つまたは複数を含む第１のドーパント量を有するドープされた窒化タンタル層を基板上に形成することと、
    前記ドープされた窒化タンタル層を、ヘリウムまたはネオンのうちの１つまたは複数を含むプラズマに露出させて、前記第１のドーパント量より小さい第２のドーパント量を有する処理済みのドープされた窒化タンタル層を形成することとを含む、方法。
  2. 前記第１のドーパント量が、前記ドープされた窒化タンタル層の０．５～５０質量％の範囲内である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第２のドーパント量が、前記第１のドーパント量から減少されており、前記処理済みのドープされた窒化タンタル層の０．０５～２０質量％の範囲内である、請求項２に記載の方法。
  4. 前記ドープされた窒化タンタル層を形成することが、原子層堆積によって窒化タンタルおよびドーパント含有層の積層を形成し、次いで前記積層をアニーリングすることを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記ドープされた窒化タンタル層が、１２００μΩ・ｃｍより大きい抵抗を有する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記処理済みのドープされた窒化タンタル層が、６００μΩ・ｃｍより小さい抵抗を有する、請求項１に記載の方法。
  7. 前記ドープされた窒化タンタルが、原子ベースで０．８％より大きい炭素含量を有する、請求項１に記載の方法。
  8. 前記処理済みのドープされた窒化タンタル層が、原子ベースで０．６％より小さい炭素含量を有する、請求項７に記載の方法。
  9. 前記プラズマが誘導結合プラズマであり、ＩＣＰコイルによって生成される、請求項１に記載の方法。
  10. 前記ＩＣＰコイルによって生成される前記プラズマが、２ＭＨｚの周波数を有する、請求項９に記載の方法。
  11. 指向性プラズマを生じるように、前記基板にバイアスがかけられる、請求項１に記載の方法。
  12. 前記処理済みのドープされた窒化タンタル層上に金属コンタクトを堆積させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  13. 前記金属コンタクトが、銅、コバルト、またはマンガン、タングステン、もしくはアルミニウムのうちの１つもしくは複数でドープされた銅のうちの１つまたは複数を含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記基板が、構造が形成された表面を有し、前記構造が、ある距離だけ前記基板内へ延び、側壁および底部を有し、前記底部が銅層を含む、請求項１に記載の方法。
  15. 前記構造の前記側壁が低誘電率誘電体材料を含む、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記低誘電率誘電体材料が、フッ素でドープされた酸化ケイ素、有機ケイ酸塩ガラス、または多孔性二酸化ケイ素のうちの１つまたは複数を含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記ドープされた窒化タンタル層が、前記構造の前記側壁および底部に形成された共形の膜である、請求項１６に記載の方法。
  18. 指向性プラズマを形成するように、前記基板にバイアスがかけられ、前記指向性プラズマが、前記構造の前記底部の前記窒化タンタルから前記ドーパントを除去し、前記側壁の前記窒化タンタルの実質的にすべての前記ドーパントを残す、請求項１７に記載の方法。
  19. 中央移送ステーションの周りの１つまたは複数のプロセスチャンバであって、ドープされた窒化タンタル膜を堆積させ、前記ドープされた窒化タンタル膜をアニーリングし、前記アニーリング済みのドープされた窒化タンタル膜を、ヘリウムまたはネオンのうちの１つまたは複数を含むプラズマに露出させるように構成された１つまたは複数のプロセスチャンバと、
    前記１つまたは複数のプロセスチャンバおよび中央移送ステーションに接続された少なくとも１つのコントローラであって、窒化タンタル膜を堆積させるための構成、ドーパント含有膜を堆積させるための構成、基板をアニーリングするための構成、前記１つまたは複数のプロセスチャンバと中央移送ステーションとの間で前記基板を動かすための構成、および前記基板をネオンプラズマに露出させるための構成から選択された１つまたは複数の構成を有する少なくとも１つのコントローラと
    を備えるクラスタツール。
  20. 命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令が、処理チャンバのコントローラによって実行されたとき、
    窒化タンタル膜を基板上に堆積させる動作と、
    ドーパント含有膜を前記基板上に堆積させる動作と、
    前記基板をアニーリングする動作と、
    前記基板をネオンプラズマに露出させる動作とを、前記処理チャンバに実行させる、非一時的コンピュータ可読媒体。
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