JP6867429B2 - 金属ケイ素化合物層を形成する方法及びそこから形成された金属ケイ素化合物層 - Google Patents

金属ケイ素化合物層を形成する方法及びそこから形成された金属ケイ素化合物層 Download PDF

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Description

本明細書に記載の実施形態は、一般に、半導体デバイス製造装置及びプロセスの分野に関し、より詳細には、物理的気相堆積(PVD)及び高圧アニールプロセスを使用して金属ケイ素化合物相互結合を形成する方法に関する。
次世代デバイスの回路密度が増加し、トランジスタの寸法が縮小し続けるにつれて、ワイヤ相互結合に使用される材料の特性は、電力消費、抵抗−容量(RC)遅延、及び信頼性を含む主要性能メトリクスに関してデバイス性能を支配し始める。銅は、一般に比較的低い抵抗、したがって高い導電率を示すので、過去20年間、高度なUSLI及びVSLI技術におけるワイヤ相互結合に使用されてきた。しかしながら、装置の相互結合配線の幅が、相互結合配線材料の電子平均自由経路(eMFP)以下の寸法に縮小すると、相互結合配線の表面及びそれらの粒界界面での望ましくない側壁電子散乱の結果として、材料の実効抵抗が増加する。したがって、従来相互結合に使用されてきた材料である銅の実効抵抗は、39nmの銅のeMFPを下回る幅を有する銅の相互結合では増加し始め、20nm以下の幅を有する相互結合では劇的に増加する。加えて、銅の相互結合と共に使用されるバリア層(周囲の誘電材料への銅材料の望ましくない拡散を防ぐため)は、ワイヤ相互結合の全体的な抵抗の増加に更に寄与する。ワイヤ相互結合材料としての銅の1つの有望な代替物は、比較的低い抵抗及び10nm未満のeMFP(ニッケル対ケイ素材料の組成に応じて)を有するニッケルケイ素化合物であり、それを20nm以下、更には10nm以下のトレンチ臨界寸法(CD)を有するワイヤ相互結合に適した材料にする。
ニッケルケイ素化合物のような金属ケイ素化合物は、低抵抗及び熱的に安定な導体材料が望まれるフロントエンドオブライン(FEOL)半導体デバイス製造プロセスにおいて広く使用される。例えば、金属ケイ素化合物は、一般に、ソース、ドレイン、及びゲートデバイス特徴とのオーミック接触を形成するために使用される。残念ながら、金属とケイ素の交互の層をアニーリングして、それらの相互拡散、及び金属原子とケイ素原子との間に固相反応を引き起こすといった、金属ケイ素化合物を形成する従来の方法は、一般に、ワイヤ相互結合を形成するためのプロセスを含むバックエンドオブライン(BEOL)半導体デバイス製造プロセスのより低い熱収支要件と両立しない。
従って、当該技術分野において必要とされるものは、より低い温度で金属ケイ素化合物及び金属ケイ素化合物ワイヤ相互結合を形成する改良された方法である。
本明細書の実施形態は、半導体デバイス製造に関し、より詳細には、物理的気相堆積(PVD)及び高圧アニールプロセスシーケンスを使用して金属ケイ素化合物相互結合を形成する方法に関する。
一実施形態では、基板の上に金属とケイ素の層を形成する方法は、ガスを処理チャンバの処理空間(processing volume)に流入させることと、処理空間内に配置されたターゲットに電力を印加することと、ターゲットのスパッタリング面に近接した領域にプラズマを形成することと、基板の表面に金属とケイ素の層を堆積することとを含む。本明細書では、ターゲットは、金属ケイ素合金を含み、そのスパッタリング面は、約10°から約50°の間で基板の表面に対して傾斜する。
別の実施形態では、複数の相互結合特徴をアニーリングする方法は、そこに供給されたガスを使用して、第1の処理空間を大気圧の約1倍を上回る圧力に加圧することと、第1の処理空間内に配置された基板を約400℃以下のアニール温度まで加熱することと、基板を約30秒以上の間、アニール温度で維持することとを含む。この実施形態では、第1処理空間は、第1処理チャンバの処理空間であり、基板は、その中に形成された複数の相互結合特徴を有する誘電体層を含む。複数の相互結合特徴は、ガスを第2の処理空間に流入させることと、第2の処理空間の中に配置されたターゲットに電力を印加することと、第1のターゲットのスパッタリング面に近接した領域にプラズマを形成することと、基板の表面にかつ誘電体層に形成された複数の開口部の中に金属とケイ素の層を堆積することとを含む方法を使用して形成された。この実施形態では、第2の処理空間は、第2処理チャンバの処理空間であり、ターゲットは、金属ケイ素合金を含み、そのスパッタリング面は、約10°から約50°の間で基板の表面に対して傾斜した。
別の実施形態では、デバイスは、その上に配置された誘電体層に形成された複数の開口部を有するパターン形成された基板と、対応する複数の相互結合を形成するために複数の開口部に配置された金属ケイ素化合物とを特徴とする。
別の実施形態では、パターン形成された基板は、基板、基板の上に配置された誘電体層、その中に形成された複数の開口部を有する誘電体層、並びに複数の開口部内及び誘電体層のフィールド面に堆積された金属とケイ素の層を特徴とし、ここで、堆積した金属とケイ素の層は、MSi(1−X)の原子組成を有する金属及びケイ素の混合物を含み、Xは約0.4から約0.6の間である。
別の実施形態では、パターン形成された基板が提供される。パターン形成された基板は、基板と、基板の上に配置された誘電体層と、その中に形成された複数の開口部を含む誘電体層と、複数の開口部の中にかつ誘電体層のフィールド面に堆積されたニッケルとケイ素の層とを含む。本明細書では、堆積したニッケルとケイ素の層は、NiSi(1−X)の原子組成を有する金属及びケイ素の混合物を含み、ここで、Xは約0.4から約0.6の間である。
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、上記で簡単に要約されている本開示のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られ、実施形態のうちの一部は、添付の図面に示される。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付される図面は本開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
一実施形態による、本明細書に記載の方法を実施するために使用される例示的なマルチカソード物理的気相堆積(PVD)チャンバの概略断面図である。 一実施形態による、基板処理中の図1AのPVDチャンバ内に配置されたターゲットと基板との相対位置を示す。 一実施形態による、本明細書に記載の方法を実施するために使用される例示的な高圧アニールチャンバの概略断面図である。 一実施形態による、基板の上に金属とケイ素の層を形成する方法のフロー図である。 一実施形態による、複数の相互結合特徴をアニーリングする方法のフロー図である。 AからDは、一実施形態による、図3A及び図3Bに明記された組み合わせ方法を使用して金属ケイ素化合物相互結合を形成することを示す。
本明細書の実施形態は、半導体デバイス製造に関し、より詳細には、物理的気相堆積(PVD)及び高圧アニールプロセスシーケンスを使用して金属ケイ素化合物相互結合を形成する方法に関する。いくつかの実施形態では、プロセスシーケンスは、その中に形成された複数の開口部を有する基板の上に金属とケイ素の混合物の層を堆積することと、金属窒化物層などのパッシベーション層を金属とケイ素の層の上に堆積することと、高圧雰囲気中で基板をアニーリングすることとを含む。典型的には、マルチカソードPVDチャンバは、金属とケイ素の層とパッシベーション層との両方を堆積するために使用され、高圧アニールチャンバは、金属とケイ素の層をアニールして低抵抗の金属ケイ素化合物相互結合を形成するために使用される。
本明細書に記載の方法を実施するためにマルチカソード、即ちマルチスパッタリングターゲット、PVDチャンバを使用することにより、従来の単一ターゲットPVDチャンバで典型的に使用されるよりも小さいターゲット直径が可能になる。窒化物、酸化物、金属及びケイ素合金、並びに金属ケイ素化合物などのいくつかのターゲット材料のターゲット直径がより小さければ、有利には、ターゲットの寿命にわたって、ターゲット表面からの材料の不均一な侵食により、そこから形成されるターゲットが割れる可能性が低下する。ターゲット材料の不均一な磨耗は、堆積プロセス中にそれらの曲げ及び撓みを引き起こすターゲット内の機械的応力を誘発する。ターゲットのこの曲げ及び撓みは、望ましくない亀裂を招く。しかしながら、より小さな直径のターゲットに関連する曲げはより大きな直径のターゲットに関連する曲げよりも小さいので、本明細書で使用されるより小さな直径のターゲットは、望ましくは亀裂が少ない傾向にある。更に、マルチターゲットPVDチャンバを使用すると、基板、及びその上に堆積された金属とケイ素の層を大気条件にさらすことなく、又は第2の処理チャンバへの時間のかかる移送シーケンスを必要とせずに、パッシベーション層を堆積することができる。金属とケイ素の層をアニールするために高圧(例えば、大気圧を上回る)処理チャンバを使用することにより、その低温高圧アニールによって、BEOL熱収支要件に適合するアニール温度、本明細書では400℃以下のアニール温度で、結晶性の相金属ケイ素化合物層を形成することができる。本明細書で使用されるとき、大気圧は約1バールである。
図1Aは、一実施形態による、本明細書に記載の方法を実施するために使用される例示的なマルチカソード物理的気相堆積(PVD)チャンバの概略断面図である。PVDチャンバ100は、1つ又は複数の側壁101、チャンバリッド102、及びチャンバベース103を特徴とし、これらが一緒になって処理空間104を画定する。処理空間104は、処理空間104を準大気圧状態に維持し、そこから処理ガス及び他のガスを排出する1つ又は複数の専用真空ポンプなどの真空に流体的に連結される。
処理空間104内に配置された基板支持体105は、チャンバベース103の下の領域でベローズ(図示せず)によって囲まれるように、チャンバベース103を通って密封的に延びる可動支持シャフト106上に配置される。本明細書では、PVDチャンバ100は、従来、1つ又は複数の側壁101のうちの1つの開口部108を通る基板支持体105への及び基板支持体105からの基板400の移送を容易にするように構成され、基板処理中に、この開口部108は、従来、ドア又はバルブ(図示せず)で密閉される。いくつかの実施形態では、支持シャフト106は、支持シャフト106、したがって基板支持体105上に配置された基板400を基板処理中に軸A周囲で回転させるアクチュエータ(図示せず)に更に結合され、これにより、いくつかのプロセス条件下で、基板400の表面上の堆積層の厚さの均一性が改善される。
ここで、PVDチャンバ100は、複数のカソード109を特徴とする。1つ又は複数のカソード109は、処理空間104内に配置されたターゲットアセンブリ110と、ターゲットアセンブリ110に結合されたカソードハウジング111であって、カソードハウジング111及びターゲットアセンブリがハウジング空間(housing volume)112を画定する、カソードハウジング111と、ハウジング空間112内に配置された磁石アセンブリ113とを特徴とする。いくつかの実施形態では、ターゲットアセンブリ110は、ターゲットバッキング板115上に配置され、これに接着されたスパッタリングターゲット114を含む。他の実施形態では、ターゲットアセンブリ110は、スパッタリングされるターゲット材料から形成された単一の本体を備える。いくつかの実施形態では、磁石アセンブリ113は、ターゲットアセンブリ110の後方の非スパッタリング側にわたって軸B周囲で磁石アセンブリ113を回転させる回転可能なシャフト116に結合される。本明細書のカソード109の各々は、RF周波数電源、DC電源、又はパルスDC電源といった電源117に結合される。いくつかの実施形態では、比較的高い抵抗を有する冷却流体が、それと流体連結している冷却流体源(図示せず)によってハウジング空間112に提供され、磁石アセンブリ113及び隣接するターゲットアセンブリ110を冷却する。
通常、PVDチャンバ100は、処理空間104内に配置され、かつ隣接するターゲットアセンブリ110同士の間を延びるシールドアセンブリ(図示せず)を含み、これは、クロストーク(同時スパッタリングプロセス中に、あるカソードの電源から別のカソードの電源への望ましくない電気的干渉)及びクロスターゲット汚染(同時スパッタリング、シーケンシャルスパッタリング、又はシングルスパッタリングプロセス中に、あるカソードのターゲットから別のカソードのターゲット上への材料の望ましくない堆積)を防止するために位置付けられる。
ここで、カソード109の各々は、チャンバリッド102の外部及びカソードハウジング111に結合されたベローズ120及び角度調整機構(図示せず)を含む。ベローズ120は、チャンバ本体に対するカソードハウジング111の角度調整を可能にしつつ、処理空間104内への大気ガスの通過、及び処理空間104から周囲環境への処理ガスの漏れを防止することによって、処理空間104の真空状態を維持するために使用される。角度調整機構は、カソードハウジング111、ひいてはそれに結合されたターゲット114のスパッタリング面の位置を、基板400の表面に対してある角度で変更し、次いで固定するために使用されるのだが、これは、図1Bを参照して更に詳細に説明される。
図1Bは、一実施形態による、基板400が上昇した基板処理位置にあるときの、カソード109のうちのいずれか1つのターゲット114と基板400との相対位置を示す。ターゲット114は、基板の表面の平面に最も近いターゲット114の部分から測定した垂直距離Zだけ、基板400の表面の平面から離間する。本明細書では、垂直距離Zは、約100mmから約400mmの間、例えば、約150mmから約250mmの間、例えば、約200mmから約300mmの間、例えば、約225mmから約275mmの間である。ターゲット114のスパッタリング面は、約10度から約50度の間、例えば、約20度から約40度の間、例えば、約20度から約30度の間、又は約30度から40度の間などの角度θで、基板400の表面に対して傾斜する。
典型的には、基板400は、300mm以上の直径を有し、ターゲット114は、基板400の直径よりも小さい直径、例えば、300mm未満、200mm以下、又は150mm以下、例えば、約50mmから約200mmの間、例えば約50mmから約150mmの間、又は約100mmなどの直径を有する。いくつかの実施形態において、ターゲットの厚さ、例えばターゲットを形成する金属−ケイ素合金の厚さは、約2mmから約5mmの間である。
図2は、一実施形態による、本明細書に記載の方法を実施するために使用される例示的な高圧アニールチャンバの概略断面図である。アニールチャンバ200は、処理空間202を画定するチャンバ本体201と、処理空間202内に配置された基板支持体203とを特徴とする。ここで、アニールチャンバは、基板支持体203に埋め込まれた抵抗加熱器204などの熱源を使用して、基板支持体203上に配置された基板400を所望の温度まで加熱するように構成された単一基板処理チャンバである。いくつかの実施形態では、基板支持体は、ホットプレートである。いくつかの他の実施形態では、熱源は、基板400の上方、下方、又は上方及び下方の両方に位置付けられ、そこに向かって熱を放射する複数のランプなどの放射熱源である。いくつかの他の実施形態では、アニールチャンバは、単一のアニールプロセスシーケンスで複数の基板を加熱するように構成されたバッチ処理チャンバである。
本明細書では、処理空間202は、高圧ガス源205と、1つ又は複数の専用真空ポンプなどの真空源又は共通のFAB排気機構(fab exhaust)とに流体的に連結される。ここで、高圧ガス源205は、処理空間内の所望の処理圧力より高い圧力を有する1つ又は複数の高圧ガスボンベ(図示せず)を含む。他の実施形態では、高圧ガス源205は、そこに供給された1つ又は複数のアニールガスを加圧する1つ又は複数のポンプ(図示せず)を含む。基板処理中、処理空間202は、高圧ガス源205及び真空源にそれぞれ流体的に連結されたバルブ206a及び206bの動作を通して、大気圧よりも高い圧力、例えば約1倍超から約100倍の間の大気圧で維持されることが望ましい。本明細書では、アニールチャンバ200は、基板を800℃まで、典型的には200℃から800℃の間の温度まで加熱し維持することができる。本明細書では、アニールチャンバ200は、図1Aに記載のマルチカソードPVDチャンバ100に結合されていない独立型チャンバ又は複数の接続されたチャンバのうちの1つである。他の実施形態(図示せず)では、アニールチャンバ200及びPVDチャンバ100は、マルチチャンバ(即ち、クラスタツール)処理システムの一部であり、基板を大気条件にさらすことなく、基板をPVDチャンバ100からアニールチャンバ200へ移送可能にする移送チャンバによって結合される。
図3Aは、一実施形態による、基板の上に金属とケイ素の層を形成する方法のフロー図である。図3Bは、一実施形態による、金属とケイ素の層をアニーリングして低抵抗の金属ケイ素化合物ワイヤ相互結合を形成する方法のフロー図である。図4A−4Dは、一実施形態による、図3A−3Bに明記された組み合わせ方法を使用して金属ケイ素化合物相互結合を形成することを示す。
動作301において、方法300は、スパッタリングガスを処理空間、ここでは第1の処理空間、即ち、図1Aに記載されたマルチカソードPVDチャンバの処理空間といった、第1の処理チャンバの処理空間に流入させることを含む。典型的には、スパッタリングガスは、不活性ガス、例えば、Ar、He、Ne、Kr、Xe、又はそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、第1処理空間は、堆積プロセスの間、約10mTorr未満、例えば、約5mTorr未満、例えば、約1mTorr未満、例えば、約0.5mTorrから約1mTorrの間の圧力で維持されることが望ましい。
動作302において、方法300は、第1の処理空間内に配置された第1のターゲットに電力を印加することを含む。ここで、第1のターゲットは、金属−ケイ素合金、例えば、TiSi、NiSi、PtSi、又はCoSiを含む。いくつかの実施形態では、第1のターゲットは、NiSi(1−X)の原子組成を有する非結晶性のニッケル−ケイ素合金を含み、ここで、Xは約0.4から約0.6の間、例えば約0.5である。本明細書では、第1のターゲットは、バッキング板、例えば銅バッキング板に接合される。いくつかの実施形態では、第1のターゲットは、堆積プロセス中、約15℃から約30℃の間の温度で維持されることが望ましい。
いくつかの実施形態では、第1のターゲットは、炭素、例えば、TiSiCを更に含む。他の実施形態では、第1のターゲットは、金属−金属−ケイ素合金、又は金属−金属−炭素合金、例えば、TiAlSi又はTiAlCを含む。本明細書の実施形態では、第1のターゲットのスパッタリング面は、約10°から約50°の間、例えば、約20°から約40°の間で、基板の表面に対して傾斜する。いくつかの実施形態では、第1のターゲットの直径は、基板の直径が300mm以上である実施形態の場合のように、基板の直径よりも小さい。いくつかの実施形態では、第1のターゲットの直径は、約50mmから約200mmの間、例えば、約200mm以下、例えば、約150mm以下である。典型的には、チャンバ構成に応じて、第1のターゲットからスパッタされる材料は、基板表面の約60%から約80%の間を覆いうる。したがって、いくつかの実施形態では、方法は、堆積プロセス中に基板を回転させることを更に含む。
通常、第1のターゲットに印加される電力は、RF周波数(又は他のAC周波数)電源、DC電源、又はパルスDC電源から供給される。本明細書では、電源は、第1のターゲット、それに結合された第1のターゲットを有するバッキング板に結合され、したがってそれに電気的に結合される。典型的には、使用時に、ターゲットに印加されるRF電力は、約100ワットから約1000ワットの間であるか、又はターゲットに印加されるDC電力は、約600ワットから約1200ワットの間である。いくつかの実施形態では、ターゲットに印加されるパルスDC電力は、約25kHzから約250kHzの間のパルス周波数と、約10%から約90%の間のオンタイムデューティサイクルとを有する。
動作303において、方法300は、第1のターゲットのスパッタリング面に近接した領域に第1のプラズマを形成することを含む。
動作304において、方法300は、図4Aに示されるパターン形成された基板400のような、基板の表面上に金属とケイ素の層を堆積することを含む。いくつかの実施形態では、方法300は、金属とケイ素の層をその表面に堆積しつつ、基板を回転させることを更に含む。
いくつかの実施形態では、方法300は、図4Cに示すパッシベーション層405などのパッシベーション層を金属とケイ素の層の上に堆積することを更に含む。パッシベーション層の例は、金属が、Al、Cr、Zn、Ti、若しくはそれらの組み合わせ、又は酸化ケイ素層若しくは窒化ケイ素層のうちの1つである、金属窒化物層又は金属酸化物層を含む。いくつかの実施形態では、パッシベーション層405は、金属とケイ素の層404aを堆積するために使用されるのと同じマルチカソードPVDチャンバ内で堆積され、したがって基板が真空を破壊することなく堆積される。いくつかの実施形態では、パッシベーション層405は、金属とケイ素の層と同じ処理チャンバ内に堆積されたTiNを含み、したがって基板が真空を破壊することはない。いくつかの実施形態では、ターゲットは、TiNを含み、スパッタリングガスは、不活性ガス、例えば、Ar、He、Ne、Kr、Xe、又はそれらの組み合わせを含む。TiNターゲットと不活性スパッタリングガスを使用してTiNパッシベーション層を堆積することは、望ましくは、例えば、その中への不所望な窒化ケイ素形成によって、以前堆積されたニッケルとケイ素の層を損傷する可能性がありうる、TiN層を形成するために通常使用される窒素源ガスから形成されたプラズマへの、その上に堆積された金属とケイ素の層を有する基板の曝露を回避する。したがって、いくつかの実施形態では、TiN層を堆積するために使用されるスパッタリングガスは、窒素を含まず、これは、スパッタリングガスを形成するために使用されるガスが窒素部分を有していないことを意味する。
他の実施形態では、不活性ガス及び窒素含有ガス、例えばN、NH又はそれらの組み合わせを含むスパッタリングガスを処理チャンバに流入させ、第2のターゲット、ここではチタンターゲットにRF電力を印加し、第2のターゲットのスパッタリング面の前にスパッタリングガスのプラズマを形成し、金属とケイ素の層の上にTiN層を堆積することによって、TiN層が堆積される。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、約5nm以上、例えば、約10nm以上、又は約15nm以上の厚さTを有する。典型的には、第2のターゲットは、基板支持体の表面、したがってその上に位置付けられた基板の活性面に対して、約10°から約50°の間、例えば約20°から約40°の間で傾斜する。
図3Bは、一実施形態による、金属とケイ素の層をアニーリングして低抵抗の金属ケイ素化合物ワイヤ相互結合を形成する方法のフロー図である。動作311において、方法310は、第1処理空間を大気圧の約1倍超、例えば大気圧の約1倍から約10倍の間、大気圧の約2倍超、約3倍超、約4倍超、又は約5倍超といった、所望の圧力まで加圧することを含む。ここで、第1処理空間は、図2で説明した高圧アニールチャンバ200などの第1処理チャンバの処理空間である。典型的には、第1の空間は、その内部に高圧ガスを供給することによって加圧される。本明細書で使用される高圧ガス、例えばアニーリングガスの例は、Ar、He、フォーミングガス(HとNとの混合物)、N、O、CO、CO、及びそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、アニーリングガスは、Ar、He、又はNのうちの1つ又は組合せである。ここで、第1の処理空間は、動作312及び313を通して、又は少なくとも動作313の期間を通して、所望の圧力で維持される。
動作312において、方法310は、基板を約400℃以下のアニール温度まで加熱することを含む。いくつかの実施形態では、アニール温度は、約350℃以下であり、又は約300℃から約400℃の間、例えば、約300℃から約350℃の間である。他の実施形態では、動作311で第1の処理空間が加圧される前に、基板がアニール温度まで加熱される。
動作313において、方法310は、金属ケイ素化合物層404bを形成するために、約30秒以上にわたって、約30秒から約3時間の間、約30秒から約60分の間、約30秒から約10分の間など、例えば、約30秒から約5分の間に、基板をアニール温度に維持することを含む。
いくつかの実施形態では、基板は、その中に形成された複数の開口部を有する誘電体層402を含む図4Dに示されるパターン形成された基板400b、並びに複数の相互結合特徴、例えばワイヤ相互結合を形成するために、開口部内に配置された金属とケイ素の層404aのようなパターン形成された基板である。
ここでは、複数の相互結合特徴は、図1Aで説明したマルチカソードPVDチャンバ100の処理空間といった第2の処理空間に第1のスパッタリングガスを流入させることと、第2の処理空間内に配置された第1のターゲットに電力を印加することと、第1のターゲットのスパッタリング面に近接した領域に第1のプラズマを形成することと、基板の表面上及び誘電体層に形成された複数の開口部内に金属とケイ素の層を堆積させることとを含む方法を用いて形成された。
方法310のさらなる実施形態は、図3Aに記載された方法300に明記された実施形態のいずれかを含む。いくつかの実施形態では、方法300及び310の一方又は両方を使用して、幅が約20nm未満、高さが幅の2倍以上、かつ抵抗が約30ohm−cm未満、例えば、約10ohm−cmから約30ohm−cmの間などの複数のニッケルモノケイ素化合物相互結合を形成する。
上述の方法300及び310は、有利には、バックエンドオブライン(BOEL)熱収支要件に適合する処理温度を使用して、20nm以下の状況での使用に適したニッケルモノケイ素化合物相互結合といった、低抵抗の結晶性金属ケイ素化合物相互結合の形成を可能にする。
図4Aは、一実施形態による、例示的なパターン形成された基板400aを示す。ここで、パターン形成された基板400aは、その上に配置された誘電体層402を有する、ケイ素などの半導体材料から形成された基板401を含む。通常、誘電体層402は、窒化物、炭化物、又はSiO、SiN、SiOC、SiC、ポリアミド、又はそれらの組み合わせなどの低誘電率ポリマー材料で形成され、その中に形成された複数の開口部403を有する。いくつかの実施形態では、開口部403の各々の幅Wは、約20nm未満、例えば、約15nm未満、約10nm未満、約8nm未満、約7nm未満、例えば、約5nm未満である。典型的には、開口部403の各々の高さHは、幅Wの約2倍以上である。
ここでは、パターン形成された基板400aは、バリア層(例えば、銅などのいくつかの相互結合材料の誘電体層402内への望ましくない拡散を防止する材料の層)を含まない。他の実施形態では、パターン形成された基板400aは、誘電体層402上に配置され、かつ開口部403内でライナとして機能する、Ta、TaN、It、W、WN、又はそれらの組み合わせの層などのバリア層(図示せず)を更に含む。いくつかの実施形態では、バリア層は、その後に堆積される金属とケイ素の層と同じ処理チャンバ内で堆積され、したがって、バリア層の堆積と堆積される金属とケイ素の層との間の真空を基板が破壊することがない。
図4Bは、方法300を使用して図4Aに示すパターン形成された基板400aの上に堆積された、ニッケルとケイ素の層などの金属とケイ素の層404aを示す。典型的には、堆積された金属とケイ素の層404aは、実質的に均一なストイキオメトリを有する金属及びケイ素の混合物、例えば均一混合物を含む。本明細書における実質的に均一なストイキオメトリは、金属とケイ素の層404aの表面にわたる両方の位置、又は誘電体層402の表面に近い位置、誘電体層402の表面から遠い位置、及びそれらの間の位置といった、金属とケイ素の層404a内の位置で測定されるとき、混合物中の金属対ケイ素の原子比は5%未満で変動するということを少なくとも意味する。いくつかの実施形態では、金属とケイ素の混合物のストイキオメトリは、約4%未満、例えば3%未満、2%未満、例えば1%未満で変動する。
いくつかの実施形態において、堆積された金属とケイ素の層404aは、NiSi(1−X)の実質的に均一なストイキオメトリを有する非結晶性のニッケル−ケイ素合金を含み、ここで、Xは約0.4から約0.6の間、例えば約0.5である。いくつかの実施形態において、堆積された金属とケイ素の層404aは、非結晶性のニッケル−ケイ素合金と結晶性のニッケルケイ素化合物との組み合わせを含み、この組み合わせは、NiSi(1−X)の実質的に均一ストイキオメトリ量を有し、ここで、Xは約0.4から約0.6の間、例えば約0.5である。いくつかの実施形態では、堆積された金属とケイ素の層404aは、金属及びケイ素の不飽和かつ熱的に不安定な混合物を含む。したがって、本明細書の実施形態は、固相反応によって結晶性の相金属ケイ素化合物を形成するために、堆積された金属とケイ素の層404aの低温高圧アニールを提供する。堆積された金属とケイ素の層404aの低温高圧アニールは、半導体デバイスの低抵抗ワイヤ相互結合としての使用に適した、結晶性のニッケルモノケイ素化合物(NiSi)といった、熱的に安定した結晶性の相金属ケイ素化合物を提供するために、他のダングリングケイ素ボンドの完全な飽和を保証する。ここで、低抵抗とは、金属ケイ素化合物層のシート抵抗が、約60μohm−cm未満である、約50μohm−cm未満、約40μohm−cm未満、例えば、約30μohm−cm未満などであることを少なくとも意味する。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
100 pvdチャンバ
101 側壁
102 チャンバリッド
103 チャンバベース
104 処理空間
105 基板支持体
106 可動支持シャフト
108 開口部
109 カソード
110 ターゲットアセンブリ
111 カソードハウジング
112 ハウジング空間
113 磁石アセンブリ
114 スパッタリングターゲット
115 ターゲットバッキング板
116 回転可能シャフト
117 電源
120 ベローズ
200 アニールチャンバ
201 チャンバ本体
202 処理空間
203 基板支持体
204 抵抗加熱器
205 高圧ガス源
206a バルブ
206b バルブ
300 方法
301 動作
302 動作
303 動作
304 動作
310 方法
311 動作
312 動作
313 動作
400 基板
400a パターン形成された基板
400b パターン形成された基板
401 基板
402 誘電体層
403 開口部
404a 金属とケイ素の層
404b 金属ケイ素化合物層
405 パッシベーション層

Claims (9)

  1. 基板を処理する方法であって、
    基板の上に金属とケイ素の層を形成することであって、
    第1の処理チャンバの処理空間である第1の処理空間に、第1のスパッタリングガスを流入させることと、
    前記第1の処理空間に配置された第1のターゲットに電力を印加することであって、前記第1のターゲットが金属−ケイ素合金を含み、そのスパッタリング面が、10°から50°の間で基板の表面に対して傾斜する、電力を印加することと、
    前記第1のターゲットの前記スパッタリング面に近接した領域に第1のプラズマを形成することと、
    前記基板の前記表面に前記金属とケイ素の層を堆積することと
    を含む、金属とケイ素の層を形成すること、および
    第2の処理チャンバの処理空間である第2の処理空間の中で、前記金属とケイ素の層をアニーリングすることであって、
    その内部に供給された加圧ガスを用いて、前記第2の処理空間を大気圧の1倍を上回る圧力まで加圧することと、
    前記基板を400℃以下のアニール温度まで加熱することと、
    前記基板を30秒以上の間、前記アニール温度で維持することと
    を含む、前記金属とケイ素の層をアニーリングすること、
    を含む方法。
  2. 前記金属−ケイ素合金の金属が、Ti、Ni、Pt、Co、又はそれらの組み合わせである、請求項1に記載の方法。
  3. 前記金属−ケイ素合金が、NiSi(1−X)の原子組成を有する非結晶性のニッケル−ケイ素合金であり、Xが0.4から0.6の間である、請求項2に記載の方法。
  4. 前記基板が、その中に形成された複数の開口部を有する誘電体層を含み、前記基板の上に前記金属とケイ素の層を堆積することが、複数のNiSi相互結合を形成するために、前記複数の開口部の中に前記金属とケイ素の層を堆積することを含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記第1のターゲットの直径が、200mm以下である、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記金属とケイ素の層の上に、金属酸化物、金属窒化物、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はそれらの組み合わせのうちの1つを含むパッシベーション層を堆積することを更に含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. デバイス製造方法であって、
    その上に配置された誘電体層の中に形成された複数の開口部を有する、パターン形成された基板を提供することと、
    前記複数の開口部の中に結晶性の金属ケイ素化合物を配置することと
    を含み、
    前記結晶性の金属ケイ素化合物を配置することが、
    前記複数の開口部の中にかつ前記誘電体層のフィールド面の上に金属とケイ素の層を形成することであって、
    前記パターン形成された基板が配置された第1の処理チャンバの処理空間である第1の処理空間に、第1のスパッタリングガスを流入させることと、
    前記第1の処理空間に配置された第1のターゲットに電力を印加することであって、前記第1のターゲットが金属−ケイ素合金を含み、そのスパッタリング面が、10°から50°の間で前記基板の表面に対して傾斜する、電力を印加することと、
    前記第1のターゲットの前記スパッタリング面に近接した領域に第1のプラズマを形成することと、
    前記複数の開口部の中にかつ前記誘電体層の前記フィールド面の上に前記金属とケイ素の層を堆積することと
    を含む、金属とケイ素の層を形成すること、および
    第2の処理チャンバの処理空間である第2の処理空間の中で、前記金属とケイ素の層をアニーリングすることであって、
    その内部に供給された加圧ガスを用いて、前記第2の処理空間を大気圧の1倍を上回る圧力まで加圧することと、
    前記基板を400℃以下のアニール温度まで加熱することと、
    前記基板を30秒以上の間、前記アニール温度で維持することと
    を含む、前記金属とケイ素の層をアニーリングすること、
    を含む、デバイス製造方法。
  8. 前記複数の開口部の中に配置された前記結晶性の金属ケイ素化合物の個々の要素が、20nm未満の幅と、前記幅の2倍以上の高さとを有するものとされる、請求項に記載のデバイス製造方法。
  9. 前記複数の開口部の中に配置された前記結晶性の金属ケイ素化合物は、ニッケルモノケイ素化合物であり、かつ200μohm−cm以下の抵抗を有するものとされる、請求項7または8に記載のデバイス製造方法。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10622214B2 (en) 2017-05-25 2020-04-14 Applied Materials, Inc. Tungsten defluorination by high pressure treatment
US10276411B2 (en) 2017-08-18 2019-04-30 Applied Materials, Inc. High pressure and high temperature anneal chamber
KR102405723B1 (ko) 2017-08-18 2022-06-07 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 고압 및 고온 어닐링 챔버
CN111357090B (zh) 2017-11-11 2024-01-05 微材料有限责任公司 用于高压处理腔室的气体输送系统
KR20200075892A (ko) 2017-11-17 2020-06-26 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 고압 처리 시스템을 위한 컨덴서 시스템
KR20230079236A (ko) 2018-03-09 2023-06-05 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 금속 함유 재료들을 위한 고압 어닐링 프로세스
US10950429B2 (en) 2018-05-08 2021-03-16 Applied Materials, Inc. Methods of forming amorphous carbon hard mask layers and hard mask layers formed therefrom
US11965236B2 (en) 2018-07-17 2024-04-23 Applied Materials, Inc. Method of forming nickel silicide materials
US10748783B2 (en) 2018-07-25 2020-08-18 Applied Materials, Inc. Gas delivery module
WO2020117462A1 (en) 2018-12-07 2020-06-11 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing system
US11205589B2 (en) 2019-10-06 2021-12-21 Applied Materials, Inc. Methods and apparatuses for forming interconnection structures
JP7168795B2 (ja) 2019-11-15 2022-11-09 デンカ株式会社 セラミック基板、複合基板及び回路基板並びにセラミック基板の製造方法、複合基板の製造方法、回路基板の製造方法及び複数の回路基板の製造方法
US11901222B2 (en) 2020-02-17 2024-02-13 Applied Materials, Inc. Multi-step process for flowable gap-fill film
JP2021143409A (ja) * 2020-03-13 2021-09-24 日新電機株式会社 スパッタリング装置
WO2023202793A1 (en) * 2022-04-22 2023-10-26 Oerlikon Surface Solutions Ag, Pfäffikon Coating system and method for semiconductor equipment components

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4424101A (en) 1980-11-06 1984-01-03 The Perkin-Elmer Corp. Method of depositing doped refractory metal silicides using DC magnetron/RF diode mode co-sputtering techniques
JPH0521347A (ja) 1991-07-11 1993-01-29 Canon Inc スパツタリング装置
JP3419072B2 (ja) * 1994-04-20 2003-06-23 富士通株式会社 化合物半導体装置の製造方法
US5895274A (en) * 1996-01-22 1999-04-20 Micron Technology, Inc. High-pressure anneal process for integrated circuits
JP3296281B2 (ja) 1998-01-22 2002-06-24 日本電気株式会社 スパッタリング装置及びスパッタリング方法
JP2000357699A (ja) 1999-06-16 2000-12-26 Seiko Epson Corp 半導体装置
KR100321561B1 (ko) 1999-11-16 2002-01-23 박호군 휘발 성분이 포함된 다성분 산화물 강유전체 박막의 제조방법
KR100480634B1 (ko) 2002-11-19 2005-03-31 삼성전자주식회사 니켈 살리사이드 공정을 이용한 반도체 소자의 제조방법
US7268065B2 (en) 2004-06-18 2007-09-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods of manufacturing metal-silicide features
TWI267183B (en) 2004-09-29 2006-11-21 Sanyo Electric Co Semiconductor device and manufacturing method of the same
US8460519B2 (en) * 2005-10-28 2013-06-11 Applied Materials Inc. Protective offset sputtering
JP4983087B2 (ja) 2006-04-27 2012-07-25 富士通セミコンダクター株式会社 成膜方法、半導体装置の製造方法、コンピュータ可読記録媒体、スパッタ処理装置
US20080311711A1 (en) 2007-06-13 2008-12-18 Roland Hampp Gapfill for metal contacts
US8133793B2 (en) * 2008-05-16 2012-03-13 Sandisk 3D Llc Carbon nano-film reversible resistance-switchable elements and methods of forming the same
JP2010168607A (ja) 2009-01-21 2010-08-05 Institute Of National Colleges Of Technology Japan 組成比制御が可能な対向ターゲット式スパッタ装置
JP2012197463A (ja) 2009-07-03 2012-10-18 Canon Anelva Corp 薄膜の成膜方法
JP6325229B2 (ja) 2012-10-17 2018-05-16 株式会社半導体エネルギー研究所 酸化物膜の作製方法
JP6165577B2 (ja) 2013-09-30 2017-07-19 Hoya株式会社 マスクブランクの製造方法及び転写用マスクの製造方法
JP6254823B2 (ja) 2013-11-01 2017-12-27 Jx金属株式会社 ニッケルシリサイドスパッタリングターゲット及びその製造方法
JP6221710B2 (ja) 2013-12-10 2017-11-01 住友電気工業株式会社 半導体装置の製造方法
US11183375B2 (en) 2014-03-31 2021-11-23 Applied Materials, Inc. Deposition system with multi-cathode and method of manufacture thereof
US10204764B2 (en) * 2014-10-28 2019-02-12 Applied Materials, Inc. Methods for forming a metal silicide interconnection nanowire structure
WO2016111833A1 (en) 2015-01-09 2016-07-14 Applied Materials, Inc. Direct deposition of nickel silicide nanowire
US20160268127A1 (en) 2015-03-13 2016-09-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Oxide and Manufacturing Method Thereof
US9666606B2 (en) 2015-08-21 2017-05-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and electronic device
US10468238B2 (en) 2015-08-21 2019-11-05 Applied Materials, Inc. Methods and apparatus for co-sputtering multiple targets
US9755047B2 (en) * 2015-10-27 2017-09-05 United Microelectronics Corp. Semiconductor process and semiconductor device
US10516060B2 (en) 2016-03-11 2019-12-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Composite and transistor
US10388533B2 (en) 2017-06-16 2019-08-20 Applied Materials, Inc. Process integration method to tune resistivity of nickel silicide

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