JP6925976B2 - 熱ｃｖｄ中にリガンドを並行して流すことにより高アスペクト比トレンチを充填するプロセス - Google Patents
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Description
本開示の実装形態は、概して、高アスペクト比フィーチャデフィニション（ｆｅａｔｕｒｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）における薄膜を形成する方法に関する。
多くの堆積処理では、現在の半導体処理スキームで使用される小さなトレンチ又はその他のギャップフィーチャを充填する際に困難に直面する。任意の所与の技術ノードで生成された個々のトレンチ及びその他のギャップ型フィーチャは、現在の技術を規定する臨界寸法より著しく小さい主要寸法を有する。したがって、１００ｎｍ以下の規模のギャップを見付けることは、珍しくない。将来において、フィーチャサイズは、さらに小さい寸法まで縮小することになる。プロセスが極めて共形的でない限り、ギャップがそのネックでピンチオフしてしまう。多くのギャップが、比較的高いアスペクト比、例えば、少なくとも５：１のアスペクト比を有することが問題をさらにひどくしている。高アスペクト比の寸法及び形状が見受けられる状況の例としては、ダマシン銅配線プロセス、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）、及び層間絶縁膜（ＩＬＤ）の用途が挙げられる。
信頼性のあるやり方でこのようなトレンチを充填しつつ、充填材料内でボイドが発生することを避けることは、この寸法では特に困難である。物理的気相堆積（ＰＶＤ）、及び高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ ＣＶＤ）を含むプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）を含む現在のプロセスは、それぞれ、小寸法の高アスペクト比フィーチャを充填する上で問題を呈する。共形堆積技法（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）は、ネックの寸法が残りのフィーチャよりも狭い場合に不適切であり得る。これは、堆積の共形特性により「ピンチオフ」が発生するからであり、この場合、フィーチャへの入口部分が封止される前にリエントラント型フィーチャは完全に充填されない。さらに、共形堆積により、垂直壁を有する構造体において弱いスポットやシームが発生することが多い。
したがって、高アスペクト比の寸法のフィーチャにおいてボイドを含まない充填を生成するための改善された堆積技法が必要である。
本開示の実装形態は、概して、高アスペクト比フィーチャデフィニションにおいて薄膜を形成する方法に関する。一実装形態では、処理チャンバ内で基板を処理する方法が提供される。この方法は、リガンドを含むホウ素含有前駆体を処理チャンバの内部処理容積の中に流すことと、リガンドを含む窒素含有前駆体を内部処理容積の中に流すことと、内部処理容積の中でホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体を熱分解し、基板上の誘電体層の表面において及びその下方で形成された高アスペクト比フィーチャデフィニションの少なくとも１つ以上の側壁及び底面の上に窒化ホウ素層を堆積することとを含む。
別の実装形態では、処理チャンバ内で基板を処理する方法が提供される。この方法は、リガンドを含む有機金属含有前駆体ガスを処理チャンバの内部処理容積の中に流すことと、リガンドを含む前駆体ガスを処理容積の中に流すことと、内部処理容積の中でリガンドを含む金属含有前駆体ガス及びリガンドを含む前駆体ガスを熱分解し、基板上の誘電体層の表面における及びその下方のフィーチャデフィニションの少なくとも１つ以上の側壁及び底面の上に金属含有層を堆積することとを含む。
さらに別の実装形態では、処理チャンバ内で基板を処理する方法が提供される。この方法は、リガンドを含む源含有前駆体ガスを処理チャンバの内部処理容積の中に流すことと、リガンドを含む追加のリガンド含有前駆体ガスを内部処理容積の中に流すことと、内部処理容積の中で源含有前駆体ガス及びリガンド含有前駆体を熱分解し、基板上の誘電体層の表面において及びその下方で形成された高アスペクト比フィーチャデフィニションの少なくとも１つ以上の側壁及び底面の上に層材料を堆積することとを含む。
本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、実装形態を参照することによって、得ることができる。そのうちの幾つかの実装形態は添付の図面で例示されている。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実装形態も許容し得るため、添付の図面は、本開示の典型的な実装形態のみを示しており、したがって、本発明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。
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用した。１つの実装態様で開示された要素は、具体的な記述がなくても、他の実装態様で有益に使用できると想定されている。
以下の開示は、薄膜堆積のプロセス、及び前述のプロセスを実行する装置を説明する。本開示の様々な実装形態の完全な理解をもたらすために、特定の詳細が以下の説明及び図１から図４で提示されている。薄膜の堆積によく関連付けられる周知の方法及びシステムを説明するその他の詳細は、様々な実装形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、以下の開示では提示されていない。
本明細書に記載された詳細、構成要素、及びその他の特徴の多くは、特定の実装形態を例示しているに過ぎない。したがって、他の実装形態は、本開示の精神又は範囲から逸脱せずにその他の詳細、構成要素、及び特徴を有してもよい。さらに、本開示のさらなる実装形態は、以下で説明された幾つかの詳細がなくても実施することができる。
高アスペクト比フィーチャを充填することができる薄膜材料の開発は、依然として到達が難しい目標である。プラズマＣＶＤによって堆積された薄膜は、通常、共形性が乏しく、結果的に高アスペクト比フィーチャの内部でボイドが形成される。熱ＣＶＤによって堆積された薄膜は、通常、９０％を超える共形性を示す。しかしながら、熱ＣＶＤを使用して高アスペクト比フィーチャを充填する現在の方法は、通常、シーム形成をもたらす結果となる。
現在周知のプラズマＣＶＤ技法を使用して堆積された薄膜に比べると、本開示の実装形態は、高アスペクト比フィーチャに堆積された薄膜の共形性及びギャップ充填能力を改善する。本明細書に記載された実装形態は、熱ＣＶＤ処理を使用して、リガンドを含む単一源前駆体を、リガンドを含む追加の前駆体と共に並行して流すことを含む。例えば、共形性ホウ素含有膜は、ジメチルアミノボラン、ボラジン、及びアルキルボラジンなどの前駆体を伴って熱ＣＶＤを使用して堆積され得る。堆積温度は、摂氏３００度から摂氏８００度まで（例えば、摂氏３００度から摂氏５５０度まで）変動し得る。ホウ素含有前駆体と共に、アンモニア、ジメチルアミン、及びトリメチルアミンなどの窒素含有リガンドを並行して流すことにより、ホウ素含有膜の共形性をさらに改善することができる。理論に縛られるわけではないが、リガンドを含む追加の前駆体を並行して流すことにより、源前駆体の分解率が低下し、結果的に共形性が改善されると考えられている。さらに、源前駆体対リガンドの適切な流量比を選択することにより、高アスペクト比フィーチャの上部において膜の成長を抑制することが可能となり、結果的にボトムアップギャップ充填（ｂｏｔｔｏｍ ｕｐ ｇａｐ−ｆｉｌｌ）が実現する。本明細書に記載された実装形態は、金属の堆積にも適用可能である。例えば、ヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）６）を熱分解させることにより、金属タングステンを堆積することができる。しかしながら、単一源のヘキサカルボニルタングステン前駆体を使用して堆積されるタングステン膜も共形性が乏しいということに悩まされる。一酸化炭素をプロセスに加えることが、堆積されたタングステン膜の共形性及びギャップ充填能力を改善することが発見された。
例示的な用途には、下位膜の応力の制御に使用されるスペーサ層及び起歪層などの「ラインのフロントエンド」、並びにバリア材料及び配線形成などの「ラインのバックエンド」などが含まれる。
図１は、本明細書に記載された実装形態に係る、膜堆積方法１００の概要を示すフロー図である。方法１００のプロセス１１０では、高アスペクト比フィーチャが形成された基板は、処理チャンバの内部処理容積内に位置付けされる。１つの例示的な処理チャンバ４００が図４で示されている。一実装形態では、基板は、半導体ウエハ（例えば、約３００ｍｍ以下の直径を有するシリコンウエハ、約１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍなどの直径を有するシリコンウエハ）であり、先立つプロセスで形成された構造体、装置構成要素などを含み得る。例えば、基板は、少なくとも約５：１以上（例えば、６：１以上、７：１以上、８：１以上、９：１以上、１０：１以上、１１：１以上、１２：１、又はさらに約１０：１から約１５：１）の高さ対幅の高アスペクト比（ベア孔の高さを孔の幅で割った比率）を有するフィーチャを含み得る。例示的なフィーチャデフィニションには、半導体装置、ソーラー装置、又は高比率を有するコンタクトプラグのようなその他の電子機器で利用されるビア、トレンチ、ライン、コンタクトホール、貫通孔、又はその他のフィーチャデフィニションが含まれる。
プロセス１２０では、リガンドを含む源含有前駆体ガスが処理チャンバの内部処理容積の中に流し込まれる。一実装形態では、源含有前駆体ガスは、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０００ｓｃｃｍから約１００００ｓｃｃｍの間、約２０００ｓｃｃｍから約７０００ｓｃｃｍの間）の流量で処理チャンバの内部処理容積の中に導入される。一実装形態では、源含有前駆体ガスは、希釈ガスと共に内部処理容積の中に導入される。例示的な希釈ガスは、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）、又はこれらの組み合わせを含む。使用される源含有前駆体ガスによるが、希釈ガスは、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０００ｓｃｃｍから約１００００ｓｃｃｍの間、約２０００ｓｃｃｍから約７０００ｓｃｃｍの間）の流量で内部処理容積の中に導入されてもよい。
プロセス１３０では、リガンドを含む追加のリガンド含有前駆体ガスが処理チャンバの内部処理容積の中に流し込まれる。追加のリガンド含有前駆体ガスの中のリガンドは、源含有前駆体ガス内に存在するリガンドと適合又は実質的に適合するように選択される。使用される追加のリガンド含有前駆体ガスによるが、追加のリガンド含有前駆体は、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０００ｓｃｃｍから約１００００ｓｃｃｍの間、約２０００ｓｃｃｍから約７０００ｓｃｃｍの間）の流量で処理チャンバの内部処理容積の中に導入されてもよい。一実装形態では、追加のリガンド含有前駆体ガスは、希釈ガスと共に処理チャンバの内部処理容積の中に導入される。同様に他のガスも使用してもよく、それには、とりわけケイ素含有化合物、炭素含有化合物、及びリン含有化合物を含むガスが含まれる。一実装形態では、源含有前駆体ガス及び追加のリガンド含有前駆体ガスがチャンバの中に在る間、ケイ素含有化合物、炭素含有化合物、及びリン含有化合物を含むガスのうち少なくとも１つが存在する（図１では図示せず）。代替的に、源含有前駆体ガス及び追加のリガンド含有前駆体ガスの導入の前後に、ケイ素含有化合物、炭素含有化合物、及びリン含有化合物を含むガスのうち少なくとも１つがチャンバの中に導入される。
幾つかの実装形態では、リガンドを含む源含有前駆体ガス及び追加のリガンド含有前駆体ガスは、別個のガス注入口を介して同時に内部処理容積の中に流され、熱分解の前に処理チャンバの内部処理容積の中で混合されてもよい。幾つかの実装形態では、リガンドを含む源含有前駆体ガス及び追加のリガンド含有前駆体ガスは、処理チャンバの内部処理容積の中に流し込まれる前に混合されてもよい。ガス混合物は、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの間、約１００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間）の流量で内部処理容積の中に導入されてもよい。
プロセス１４０では、源含有前駆体ガス及び追加のリガンド含有前駆体ガスは、内部処理容積の中で熱分解され、高アスペクト比フィーチャ内に材料の層が堆積される。熱分解処理は、プラズマがない状態で実行される。材料の層の堆積のため、チャンバ内の基板支持体の温度は、摂氏約１００度から摂氏約１０００度の間（例えば、摂氏約３００度から摂氏約５５０度の間）に設定されてもよく、チャンバ内の圧力は、熱堆積処理の間、約１０ｍＴｏｒｒから約７６０Ｔｏｒｒの間（例えば、約２Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの間）であってもよい。堆積された材料は、約２Åから約５０００Åの間の厚さを有し得る。
堆積された材料の層は、様々な堆積後処理プロセスに曝され得る。
図２は、本明細書に記載された実装形態に係る、ホウ素含有膜堆積方法２００の概要を示すフロー図である。方法２００のプロセス２１０では、高アスペクト比フィーチャが形成された基板は、プロセス１１０のように、処理チャンバの内部処理容積の中に位置付けされる。
プロセス２２０では、リガンドを含むホウ素含有前駆体ガスが処理チャンバの内部処理容積の中に流し込まれる。プロセス２２０では、ホウ素含有前駆体は、ボラン、ボラジン（Ｂ３Ｎ３Ｈ６）、又はボラジンのアルキル置換誘導体を含み得る。例示的なボランには、アンモニアボラン、ジメチルアミンボラン（ＤＭＡＢ）、及びトリメチルアミンボラン（ＴＭＡＢ）が含まれる。例示的なホウ素含有前駆体は、
、
、
、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されてもよく、Ｒは、Ｈ及び炭素数１から５の低級アルキル基の群から独立して選択される。
炭素数１から５の適切なアルキル基の例には、メチル、エチル、プロピル、イソブチル、ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、及びネオペンチルが含まれる。
一実装形態では、ホウ素含有前駆体は、ボラジン、ジメチルアミノボラン（ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ ｂｏｒａｎｅ）、トリメチルアミノボラン（ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ ｂｏｒａｎｅ）、トリエチルアミノボラン（ｔｒｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ ｂｏｒａｎｅ）、アルキルボラジン（ａｌｋｙｌ ｂｏｒａｚｉｎｅｓ）、及びこれらの組み合わせからなる群より選択され、アルキルは、炭素数１から５の低級アルキル基である。
ホウ素含有前駆体は、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの間、約１００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間）の流量でチャンバの中に導入されてもよい。ホウ素含有前駆体ガスは、希釈ガスと共に内部処理容積の中に導入され得る。例示的な希釈ガスは、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）、又はこれらの組み合わせを含む。使用されるホウ素含有前駆体ガスによるが、希釈ガスは、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０００ｓｃｃｍから約１００００ｓｃｃｍの間、約２０００ｓｃｃｍから約７０００ｓｃｃｍの間）の流量で内部処理容積の中に導入されてもよい。
プロセス２３０では、リガンドを含む窒素含有前駆体ガスが処理チャンバの内部処理容積の中に流し込まれる。リガンドを含む窒素含有前駆体ガスは、ＮＨ３、Ｈ２ＮＲ、ＨＮＲ２、ＮＲ３、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されてもよく、Ｒは、炭素数１から５の低級アルキル基である。適切な窒素含有前駆体ガスは、次の化合物、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、ジエチルアミン、トリエチルアミン、及びこれらの組み合わせのうちの１つ又は複数を含む。
窒素含有前駆体ガスは、窒素含有前駆体のリガンドがホウ素含有前駆体内に存在するリガンドと適合するか又は実質的に適合するように選択される。例えば、ジメチルアミンは、ジメチルアミノボランと使用され、トリメチルアミンは、トリメチルアミノボランと使用される。
使用される窒素含有前駆体ガスによるが、窒素含有前駆体ガスは、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０００ｓｃｃｍから約１００００ｓｃｃｍの間、約２０００ｓｃｃｍから約７０００ｓｃｃｍの間）の流量で処理チャンバの内部処理容積の中に導入されてもよい。窒素含有前駆体ガスは、希釈ガスと共に処理チャンバの内部処理容積の中に導入され得る。同様に他のガスも使用してもよく、それには、とりわけケイ素含有化合物、炭素含有化合物、及びリン含有化合物を含むガスが含まれる。一実装形態では、ホウ素含有前駆体がチャンバの中に在る間、ケイ素含有化合物、炭素含有化合物、及びリン含有化合物を含むガスのうち少なくとも１つが存在する（図２では図示せず）。代替的に、ホウ素含有前駆体の導入の前後に、ケイ素含有化合物、炭素含有化合物、及びリン含有化合物を含むガスのうち少なくとも１つがチャンバの中に導入される。
プロセス２４０では、ホウ素含有前駆体ガス及び窒素含有前駆体ガスは、熱分解され、高アスペクト比フィーチャ内にホウ素含有層が堆積される。チャンバ内にプラズマがない状態でホウ素含有層を堆積するため、チャンバ内の基板支持体の温度は、摂氏約１００度から摂氏約１０００度の間（例えば、摂氏約２００度から摂氏約８００度の間、摂氏約３００度から摂氏約５５０度の間）に設定されてもよく、チャンバ内の圧力は、堆積の間、約１０ｍＴｏｒｒから約７６０Ｔｏｒｒの間（例えば、約１Ｔｏｒｒから約１２Ｔｏｒｒの間、約２Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの間）であってもよい。幾つかの実装形態では、ホウ素含有前駆体は、窒素含有前駆体と組み合わされて、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、１０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの間）の流量で、同時に、処理チャンバの内部処理容積の中に流し込まれてもよい。幾つかの実装形態では、ホウ素含有前駆体及び窒素含有前駆体は、別々に処理チャンバの内部処理容積の中に流し込まれてもよい。窒化ホウ素膜は、約２Åから約５０００Åの間の厚さを有し得る。
堆積されたホウ素含有膜は、ポストプロセス処理に曝露され得る。
図３は、本明細書に記載された実装形態に係る、簡略化された金属含有膜堆積方法３００の簡略された概要を示すフロー図である。方法３００のプロセス３１０では、高アスペクト比フィーチャが形成された基板は、プロセス１１０のように、処理チャンバの内部処理容積内に位置付けされる。
方法３００のプロセス３２０では、リガンドを含む有機金属前駆体ガスが処理チャンバの内部処理容積の中に流し込まれる。例示的な有機金属化合物には、金属カルボニル化合物、金属ジアルキルアミド化合物（ｍｅｔａｌ ｄｉａｌｋｙｌａｍｉｄｏ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）、及び／又は金属シクロペンタジエニル化合物（ｍｅｔａｌ ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）が含まれ得るが、これらに限定されない。タングステンを含む有機金属化合物の一例は、タングステンカルボニル化合物である。有機金属化合物の別の例は、コバルトシクロペンタジエニル含有化合物（ｃｏｂａｌｔ ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉｅｎｙｌ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）である。
本明細書に記載された実装形態と使用され得る適切なタングステンカルボニル化合物には、ヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）６）、タングステンペンタカルボニル化合物（ＲＷ（ＣＯ）５）、及びタングステンテトラカルボニル化合物（Ｒ２Ｗ（ＣＯ）４）が含まれ、Ｒは、１つ以上のカルボニル基を置換する１つ以上のリガンドである。様々な実施例では、各Ｒは、アルキルイソニトリル基（Ｒ１−Ｎ＝Ｃ＝）であってもよく、各Ｒ１は、ｎ−ブチル、１−エチルプロピル、１，２−ジメチルプロピル、イソペンチル、２−メチルブチル、１−メチルブチル、ｎ−ペンチル、１，３−ジメチルブチル、ｎ−ヘキシル、１−メチルヘキシル、及びｎ−オクチルなどの炭素数４から８のアルキル基である。
本明細書に記載された実装形態と使用され得る適切なコバルト含有化合物は、ビス（シクロペンタジエニル）コバルト（ＩＩ）（Ｃｏ（Ｃ５Ｈ５）２）、ビス（エチルシクロペンタジエニル）コバルト（ＩＩ）（Ｃ１４Ｈ１８Ｃｏ）、ビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）コバルト（ＩＩ）（Ｃ２０Ｈ３０Ｃｏ）、及びこれらの組み合わせを含む。
有機金属前駆体ガスは、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの間、約１００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間）の流量でチャンバの中に導入されてもよい。有機金属前駆体ガスは、希釈ガスと共に内部処理容積の中に導入され得る。例示的な希釈ガスは、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）、又はこれらの組み合わせを含む。使用される有機金属前駆体ガスによるが、希釈ガスは、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０００ｓｃｃｍから約１００００ｓｃｃｍの間、約２０００ｓｃｃｍから約７０００ｓｃｃｍの間）の流量で内部処理容積の中に導入されてもよい。
方法３００のプロセス３３０では、リガンドを含む非金属前駆体ガスが処理チャンバの内部処理容積の中に流し込まれる。非金属前駆体ガスの中のリガンドは、有機金属前駆体ガス内に存在するリガンドと適合又は実質的に適合するように選択される。例えば、有機金属前駆体ガスがカルボニルリガンドを含む実装形態では、非金属前駆体ガスもカルボニルリガンドを含む。有機金属前駆体ガスがシクロペンタジエニルリガンドを含む実装形態では、非金属前駆体ガスもシクロペンタジエニルリガンドを含む。使用される非金属前駆体ガスによるが、非金属前駆体ガスは、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０００ｓｃｃｍから約１００００ｓｃｃｍの間、約２０００ｓｃｃｍから約７０００ｓｃｃｍの間）の流量で処理チャンバの内部処理容積の中に導入されてもよい。非金属前駆体ガスは、希釈ガスと共に処理チャンバの内部処理容積の中に導入され得る。同様に他のガスも使用してもよく、それには、とりわけケイ素含有化合物、炭素含有化合物、及びリン含有化合物を含むガスが含まれる。場合によっては、有機金属前駆体ガス及び非金属前駆体ガスがチャンバの中に在る間、これらの化合物は存在し得る（図３では図示せず）。代替的に、有機金属前駆体ガス及び非金属前駆体ガスの導入の前後に、これらの化合物がチャンバの中に導入され得る。
幾つかの実装形態では、リガンドを含む有機金属前駆体ガス及び非金属のリガンド含有前駆体ガスは、別個のガス注入口を介して同時に内部処理容積の中に流され、熱分解の前に処理チャンバの内部処理容積の中で混合されてもよい。幾つかの実装形態では、リガンドを含む有機金属前駆体ガス及び非金属のリガンド含有前駆体ガスは、処理チャンバの内部処理容積の中に流し込まれる前に混合されてもよい。ガス混合物は、３００ｍｍの基板に対して、約５ｓｃｃｍから約５００００ｓｃｃｍの間（例えば、約１０ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍの間、約１００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの間）の流量で内部処理容積の中に導入されてもよい。
プロセス３４０では、有機金属前駆体ガス及び非金属前駆体ガスは、内部処理容積の中で熱分解され、高アスペクト比フィーチャ内に金属含有層が堆積される。熱分解処理は、プラズマがない状態で実行される。金属含有層を堆積するため、チャンバ内の基板支持体の温度は、摂氏約１００度から摂氏約１０００度の間（例えば、摂氏約２００度から摂氏約８００度の間、摂氏約３００度から摂氏約５５０度の間）に設定されてもよく、チャンバ内の圧力は、熱堆積処理の間、約１０ｍＴｏｒｒから約７６０Ｔｏｒｒの間（例えば、約２Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒの間、約５Ｔｏｒｒから約６Ｔｏｒｒの間）であってもよい。堆積された材料は、約２Åから約５０００Åの間の厚さを有し得る。
堆積された材料の層は、様々な堆積後処理プロセスに曝され得る。
図４は、本明細書に記載された実装形態に係る、アモルファス炭素層堆積に使用することができる基板処理システム４３２の概略図である。適切なチャンバの例としては、ＤｘＺ（商標）処理チャンバを使用し得るＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システム、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ５０００（登録商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ ＳＥ（商標）処理チャンバ及びＰＲＯＤＵＣＥＲ ＧＴ（商標）処理チャンバなどのＰＲＯＤＵＣＥＲ（商標）システムが含まれ、すべてカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。本明細書に記載された処理は、他の基板処理システム（他の製造業者のシステムを含む）で実施することができると想定されている。
基板処理システム４３２は、ガスパネル４３０及びコントローラ４１０に連結された処理チャンバ４００を含む。処理チャンバ４００は、概して、内部処理容積４２６を画定する、上部４２４、側部４０１、及び底部壁４２２を含む。支持ペデスタル４５０は、チャンバ４００の内部処理容積４２６内に設けられる。支持ペデスタル４５０は、ステム４６０によって支持され、典型的に、アルミニウム、セラミック、及びその他の適切な材料から作製され得る。変位機構（図示せず）を用いて支持ペデスタル４５０をチャンバ４００の内部で垂直方向に移動させることができる。
支持ペデスタル４５０は、支持ペデスタル４５０内に組み込まれたヒータ要素４７０を含む場合があり、支持ペデスタル４５０の表面４９２上で支持された基板４９０の温度を制御するのに適切である。電源４０６からヒータ要素４７０に電流を印加することにより、支持ペデスタル４５０を抵抗加熱することができる。ヒータ要素４７０は、ニッケル−鉄−クロム合金（例えば、ＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標））のシース管内に封入されたニッケル−クロムワイヤから作製されてもよい。電源４０６から供給される電流は、コントローラ４１０によって制御されて、ヒータ要素４７０によって生成された熱が制御される。それにより、膜堆積の間、基板４９０及び支持ペデスタル４５０が実質的に一定の温度で維持される。支持ペデスタル４５０の温度を摂氏約１００度から摂氏約７００度の間で選択的に制御するように供給電流を調節することができる。
従来の態様で支持ペデスタル４５０の温度をモニタリングするために、熱電対などの温度センサ４７２を支持ペデスタル４５０内に組み込んでもよい。ヒータ要素４７０に供給された電力を制御するために測定温度がコントローラ４１０によって用いられ、基板が所望の温度で維持される。
真空ポンプ４０２は、チャンバ４００の底部で形成されたポートに連結されている。真空ポンプ４０２は、処理チャンバ４００内で所望のガス圧を保つために使用される。真空ポンプ４０２は、さらにチャンバ４００から処理後ガス及び処理の副生成物を排気する。
処理システム４３２は、チャンバ圧力を制御する追加の装置、例えば、チャンバ圧力を制御するために処理チャンバ４００と真空ポンプ４０２との間に位置付けされたバルブ（例えば、スロットルバルブ及び隔離バルブ）をさらに含んでもよい。
複数の開口４２８を有するシャワーヘッド４２０が、支持ペデスタル４５０の上方で処理チャンバ４００の上部に配置されている。シャワーヘッド４２０の開孔４２８は、処理ガスをチャンバ４００の中に導入するように利用される。開孔４２８は、種々の処理要件のための様々な処理ガスの流れを促進させるよう、種々のサイズ、数量、分配態様、形状、設計、及び直径を有してもよい。シャワーヘッド４２０は、処理中に様々な処理ガスが内部処理容積４２６に供給されることを可能にするガスパネル４３０に接続されている。シャワーヘッド４２０から出る前駆体ガスは熱分解され、結果的に基板４９０の表面４９１上に材料が堆積される。
ガスパネル４３０は、様々な気化した液体前駆体を制御且つ供給するように使用されてもよい。図示されていないが、液体前駆体供給源からの液体前駆体は、液体注入気化器（ｌｉｑｕｉｄ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｖａｐｏｒｉｚｅｒ）によって気化され、キャリアガスが存在する中で処理チャンバ４００に送達され得る。キャリアガスは、典型的には、窒素などの不活性ガス、或いは、アルゴン又はヘリウムなど希ガスである。代替的に、熱及び／又は真空強化気化プロセスによって液体前駆体をアンプルから気化させてもよい。
シャワーヘッド４２０及び支持ペデスタル４５０は、内部処理容積４２６内で一対の離間された電極を形成し得る。１つ以上のＲＦ電源４４０は、整合ネットワーク４３８を通してバイアス電位をシャワーヘッド４２０に供給し、シャワーヘッド４２０と支持ペデスタル４５０との間でのプラズマの生成を促進する。代替的に、ＲＦ電源４４０及び整合ネットワーク４３８は、シャワーヘッド４２０、支持ペデスタル４５０に連結されてもよく、或いは、シャワーヘッド４２０及び支持ペデスタル４５０の両方に連結されてもよく、或いは、処理チャンバ４００の外部に配置されたアンテナ（図示せず）に連結されてもよい。一実装形態では、ＲＦ電源４４０は、約５０ｋＨｚから約１３．６ＭＨｚの周波数で、約１００Ｗから約３０００Ｗの間を供給し得る。別の実装形態では、ＲＦ電源４４０は、約５０ｋＨｚから約１３．６ＭＨｚの周波数で、約５００Ｗから約１８００Ｗの間を供給し得る。
コントローラ４１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）４１２、メモリ４１６、及び処理シーケンスを制御し且つガスパネル４３０からのガス流を調節するように利用される支持回路４１４を含む。ＣＰＵ４１２は、産業用設定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であってもよい。ソフトウェアルーチンは、メモリ４１６（ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピー、又はハードディスクドライブ、或いはその他の形態のデジタルストレージなど）に記憶させることができる。支持回路４１４は、従来、ＣＰＵ４１２に連結され、キャッシュ、クロック回路、入出力システム、電源などを含み得る。コントローラ４１０と、処理システム４３２の様々な他の構成要素との間の双方向通信は、信号バス４１８と総称される多数の信号ケーブルを経由して処理される。その一部は図４で示されている。
他の堆積チャンバも本開示の恩恵を受けることができ、以上で列挙したパラメータは、アモルファス炭素層を形成するために使用される特定の堆積チャンバに応じて変動し得る。例えば、他の堆積チャンバは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な堆積チャンバで言及されたガス流量よりも大きな流量又は小さな流量を必要とするような、より大きな容積又はより小さな容積を有する場合がある。
以下の用語は、本明細書で使用される場合、別段の記載がない限り、又は用語が使用されている文脈から明らかでない限り、以下に示す意味を有する。
本開示の要素又はその例示的態様又は実装形態を紹介する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、１つ以上の要素が存在することを意味することが意図されている。
「アルキル」という用語は、１から約１５の炭素原子を含む直鎖又は分枝の非環式アルキルラジカルを包含する。幾つかの実装形態では、アルキルは、Ｃ１−１０アルキル、Ｃ１−６アルキル、又はＣ１−３アルキルラジカルである。アルキルの例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ペンタン−３−イル（すなわち、
）などが含まれる。
「カルボニル」という用語は、単一の酸素原子と共有される４個の共有結合のうちの２個を有する炭素ラジカルを意味する（例えば、
）。
「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という表現は、包括的であるように意図されており、列挙された要素以外にも追加の要素があり得ることを意味する。
「前駆体」という用語は、表面から材料を除去する反応又は表面上に材料を堆積する反応のいずれかに関与する任意の処理ガスを指すように使用される。
「基板」という用語は、その上に層が形成されているかどうかに関わらず、支持基板のことを指す。支持基板は、様々なドーピング濃度及びプロファイルの絶縁体又は半導体であってもよく、例えば、集積回路の製造に使用される種類の半導体基板であってもよい。
以上の記述は本開示の実装形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実装形態及びさらなる実装形態を考案してもよく、本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。
Claims (12)
- 基板を処理する方法であって、
アミノ基を含むホウ素含有前駆体を処理チャンバの内部処理容積の中に流すことであって、
、
、及びこれらの組み合わせから選択されるホウ素含有前駆体を流すことと、
前記アミノ基に適合する官能基を含む窒素含有前駆体を前記内部処理容積の中に流すことであって、ＨＮＲ２、ＮＲ３、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される窒素含有前駆体を流すことと、
プラズマがない状態で、前記内部処理容積の中で前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体を熱分解し、前記基板上の誘電体層の表面において及びその下方で形成された高アスペクト比フィーチャデフィニションの少なくとも１つ以上の側壁及び底面の上に窒化ホウ素層を堆積することと
を含み、
前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体において、Ｒは、炭素数１から５の低級アルキル基である、方法。 - 前記ホウ素含有前駆体が、ジメチルアミノボラン、トリメチルアミノボラン、トリエチルアミノボラン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
- 前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体を熱分解することが、前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体を摂氏３００度から摂氏５５０度の温度で加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
- 前記高アスペクト比フィーチャデフィニションが、ビア、トレンチ、ライン、コンタクトホール、貫通孔、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項１に記載の方法。
- 前記高アスペクト比フィーチャデフィニションが、少なくとも５：１以上の高さ対幅の比を有する、請求項４に記載の方法。
- Ｒは、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、及びネオペンチルの群から選択される、請求項１に記載の方法。
- 基板を処理する方法であって、
ホウ素含有前駆体を処理チャンバの内部処理容積の中に流すことであって、
であるホウ素含有前駆体を流すことと、
窒素含有前駆体を前記内部処理容積の中に流すことであって、ＨＮＲ２である窒素含有前駆体を流すことと、
プラズマがない状態で、前記内部処理容積の中で前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体を熱分解し、前記基板上の誘電体層の表面において及びその下方で形成された高アスペクト比フィーチャデフィニションの少なくとも１つ以上の側壁及び底面の上に窒化ホウ素層を堆積することと
を含み、
前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体において、Ｒは、炭素数１から５の低級アルキル基である、方法。 - 基板を処理する方法であって、
ホウ素含有前駆体を処理チャンバの内部処理容積の中に流すことであって、
であるホウ素含有前駆体を流すことと、
窒素含有前駆体を前記内部処理容積の中に流すことであって、ＮＲ３である窒素含有前駆体を流すことと、
プラズマがない状態で、前記内部処理容積の中で前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体を熱分解し、前記基板上の誘電体層の表面において及びその下方で形成された高アスペクト比フィーチャデフィニションの少なくとも１つ以上の側壁及び底面の上に窒化ホウ素層を堆積することと
を含み、
前記ホウ素含有前駆体及び前記窒素含有前駆体において、Ｒは、炭素数１から５の低級アルキル基である、方法。 - 基板を処理する方法であって、
リガンドを含む有機金属含有前駆体ガスを処理チャンバの内部処理容積の中に流すことと、
前記有機金属含有前駆体ガスに含まれる前記リガンドと同一のリガンドを含む非金属前駆体ガスを前記内部処理容積の中に流すことと、
前記内部処理容積の中で前記リガンドを含む前記有機金属含有前駆体ガス及び前記リガンドを含む前記非金属前駆体ガスを熱分解し、前記基板上の誘電体層の表面における及びその下方のフィーチャデフィニションの少なくとも１つ以上の側壁及び底面の上に金属含有層を堆積することと
を含み、
前記有機金属含有前駆体ガスが、ビス（シクロペンタジエニル）コバルト（ＩＩ）（Ｃｏ（Ｃ５Ｈ５）２）、ビス（エチルシクロペンタジエニル）コバルト（ＩＩ）（Ｃ１４Ｈ１８Ｃｏ）、ビス（ペンタメチルシクロペンタジエニル）コバルト（ＩＩ）（Ｃ２０Ｈ３０Ｃｏ）、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されたコバルト含有化合物である、方法。 - 前記リガンドを含む前記非金属前駆体ガスが、一酸化炭素（ＣＯ）である、請求項９に記載の方法。
- 前記リガンドを含む前記非金属前駆体ガスが、シクロペンタジエンを含む、請求項９に記載の方法。
- 前記有機金属含有前駆体ガス及び前記非金属前駆体ガスを熱分解することが、前記有機金属含有前駆体ガス及び前記非金属前駆体ガスを摂氏３００度から摂氏５５０度の温度で加熱することを含む、請求項９に記載の方法。
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