JP7092456B2 - 連続cvdプロセスによる低フッ素タングステンの堆積 - Google Patents
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Description
開示される実施形態を実施するために、任意の適切なチェンバを使用してよい。堆積装置の例として様々なシステムが含まれ、例えば、カリフォルニア州フリーモントのラムリサーチ社(Lam Research Corp.)から入手可能なALTUS(登録商標)およびALTUS(登録商標)Max、または他の様々な市販の処理システムのいずれかが含まれる。いくつかの実施形態において、連続化学気相成長(CVD)は、シングル成膜チェンバ内に配置された2つ、5つ、またはさらに多くの成膜ステーションのうちの1つである第1のステーションで実施され得る。その場合、第1のステーションにおいて、例えば、水素(H2)と六フッ化タングステン(WF6)を、交互に、基板表面で局所雰囲気を生成する個々のガス供給システムを用いて半導体基板の表面に導入してよい。フッ素フリータングステン堆積、または非連続CVDのために、他のステーションを使用してよい。低圧でタングステン核形成層を堆積させるために、他のステーションを使用してよい。並行処理でタングステンを堆積させるために、2つ以上のステーションを使用してよい。あるいは、連続CVDオペレーションが、2つ以上のステーションに跨って順次実行されるように、ウェハにインデックスを付けてよい。
「実験1」
395℃、かつ40Torrの圧力で、バルクタングステンを堆積させるための4通りのプロセスについて、実験を実施した。各プロセスでは、ジボラン(B2H6)と六フッ化タングステン(WF6)の交互のサイクルを繰り返す原子層堆積(ALD)を用いて堆積させたタングステン核形成層の上に、バルクタングステンを堆積させた。図6は、これら4通りのプロセスの各々について、例示的なパルス化スキームを提示している。プロセス1では、従来の化学気相成長(CVD)のときのように、H2とWF6を同時に、チェンバ内に連続的に流入させる。プロセス2では、H2を連続的に流入させつつ、一方でWF6をパルス化する(例えば、パルスCVD)。プロセス3では、WF6を連続的に流入させつつ、一方でH2をパルス化する(例えば、パルスCVD)。プロセス4では、図2Bに関して上述したような方法(例えば、連続CVD)を用いて、H2とWF6を交互にパルス化する。タングステン核形成層の厚さと、これら4通りのプロセスをそれぞれ用いて堆積させた膜の応力、不均一性、および抵抗率を測定して、以下の表1に編集した。
両方ともに、窒化チタン(TiN)バリア層と、B2H6とWF6の交互のサイクルを繰り返すALDによって堆積させたタングステン核形成層とを有する基板である2つの基板上に、バルクタングステンを堆積させるためのプロセスについて、実験を実施した。一方の基板は、300℃でWF6とH2に同時に基板を暴露することを伴う非連続CVDを用いたバルクタングステン堆積に関わったものである。他方の基板は、10Torrのチェンバ圧力でWF6とH2の交互のパルスを繰り返すことを伴って、図2Bに関して上述したような連続CVDを用いたバルクタングステン堆積に関わったものである。両方の基板について、フッ素濃度を測定した。この実験の条件を表2に示している。結果を、図7にプロットしている。
異なる圧力で基板上にバルクタングステンを堆積させるためのプロセスについて、実験を実施した。3つの基板はそれぞれTiNバリア層を有するものであった。
1つの基板は、10TorrでB2H6とWF6の交互のサイクルを繰り返すALDにより堆積されたタングステン核形成層の堆積と、その後の、300℃でWF6とH2に基板を暴露することによるバルクタングステンのCVDに関わったものである。もう1つの基板は、10TorrでB2H6とWF6の交互のサイクルを繰り返すALDにより堆積されたタングステン核形成層の堆積と、その後の、10TorrでWF6とH2の交互のパルスを繰り返すことによるバルクタングステンの連続CVDに関わったものである。第3の基板は、3TorrでB2H6とWF6の交互のサイクルを繰り返すことにより堆積されたタングステン核形成層のALDと、その後の、10TorrでWF6とH2の交互のパルスを用いたバルクタングステンの連続CVDに関わったものである。3つの基板すべてについて、フッ素濃度を測定した。この実験の条件を、表3に示している。結果を、図8にプロットしている。
タングステン堆積の異なる組み合わせを用いて基板上にバルクタングステンを堆積させるためのプロセスについて、実験を実施した。3つの基板で比較した。1つの基板は、1kÅの熱酸化物と、30ÅのTiNと、WF6とB2H6の交互のパルスを繰り返すALDを用いて3Torrで堆積された18Åのタングステン核形成層と、WF6とH2のパルスによる連続CVDを用いて10Torrで堆積されたバルクタングステンと、を有するものであった。この基板のフッ素濃度を、図9に破線ライン912で示している。もう1つの基板は、1kÅの熱酸化物と、30ÅのTiNと、10Åのフッ素フリータングステンと、WF6とB2H6の交互のパルスを繰り返すALDを用いて3Torrで堆積された12Åのタングステン核形成層と、WF6とH2のパルスを用いた10Torrでの連続CVDにより堆積されたバルクタングステンと、を有するものであった。この第2の基板のフッ素濃度を、図9にライン911で示している。第3の基板は、5kÅのTEOS堆積による酸化物と、30Åのフッ素フリータングステンと、WF6とB2H6の交互のパルスを繰り返すALDを用いて3Torrで堆積された12Åのタングステン核形成層と、WF6とH2を用いた10Torrでの連続CVDにより堆積されたバルクタングステンと、を有するものであった。この基板のフッ素濃度を、図9に点線ライン913で示している。この実験で各基板に堆積させた層を、表4に要約している。
低圧と高圧での核形成層の堆積との組み合わせで、連続CVDにより膜を堆積させるプロセスについて、実験を実施した。一方の基板は、10TorrでWF6とB2H6の交互のサイクルを繰り返すALDを用いて堆積されたタングステン核形成層と、10TorrでWF6とH2の交互のパルスを用いて、上述のように図2Bに従った連続CVDにより堆積されたバルクタングステンと、を有するものであった。膜の応力および抵抗率を、いくつかの厚さの位置で測定したものを、図10Aおよび10Bにライン1001「低圧での核形成」として示している。他方の基板は、40TorrでWF6とB2H6の交互のサイクルを繰り返すALDを用いて堆積されたタングステン核形成層と、10TorrでWF6とH2の交互のパルスを用いて、上述のように図2Bに従った連続CVDにより堆積されたバルクタングステンと、を有するものであった。膜の応力および抵抗率を、いくつかの厚さの位置で測定したものを、図10Aおよび10Bにライン1002「高圧での核形成」として示している。これらの核形成層およびバルク層の堆積条件を、表5に示している。
低温と高温での核形成層の堆積との組み合わせで、連続CVDにより膜を堆積させるプロセスについて、実験を実施した。一方の基板は、10Torrかつ250℃でWF6とB2H6の交互のサイクルを繰り返すALDを用いて堆積されたタングステン核形成層と、10TorrでWF6とH2の交互のパルスを用いて、上述のように図2Bに従った連続CVDにより堆積されたバルクタングステンと、を有するものであった。膜の応力および抵抗率を、いくつかの厚さの位置で測定したものを、図11Aおよび11Bにライン1104「低温での核形成」として示している。他方の基板は、10Torrかつ300℃でWF6とB2H6の交互のサイクルを繰り返すALDを用いて堆積されたタングステン核形成層と、10TorrでWF6とH2の交互のパルスを用いて、上述のように図2Bに従った連続CVDにより堆積されたバルクタングステンと、を有するものであった。膜の応力および抵抗率を、いくつかの厚さの位置で測定したものを、図11Aおよび11Bにライン1102「高温での核形成」として示している。これらの核形成層およびバルク層の堆積条件を、表6に示している。
上記の実施形態は、明確な理解を目的として、ある程度詳細に記載しているが、添付の請求項の範囲内でいくらかの変更および変形を実施してよいことは明らかであろう。なお、本発明の実施形態のプロセス、システム、および装置を実現する数多くの代替的形態があることに留意すべきである。よって、本発明の実施形態は例示とみなされるべきであって、限定するものではなく、また、実施形態は、本明細書で提示した詳細に限定されるものではない。
本発明は、たとえば、以下のような態様で実現することもできる。
適用例1:
フィーチャを充填する方法であって、
(a)基板上にタングステン核形成層を堆積させるために、チェンバ内で還元剤と第1のタングステン含有前駆体の交互のパルスに前記基板を暴露することと、
(b)前記タングステン核形成層の上にバルクタングステン層を堆積させるために、水素と第2のタングステン含有前駆体の交互のパルスに前記基板を暴露することと、を含み、
(a)におけるチェンバ圧力は、10Torr以下である、方法。
適用例2:
適用例1の方法であって、さらに、
(c)第2のバルクタングステン層を堆積させるために、還元剤と第3のタングステン含有前駆体に同時に前記基板を暴露すること、を含む、方法。
適用例3:
適用例2の方法であって、さらに、
(d)として、(b)の2サイクル以上の実施ごとに(c)を実施すること、を含み、(b)の1サイクルには、水素のパルスと前記第2のタングステン含有前駆体のパルスが含まれる、方法。
適用例4:
適用例1ないし3のいずれかの方法であって、
(b)は、水素のパルスと前記タングステン含有前駆体のパルスを含むサイクルで実施され、各サイクルで、少なくとも約0.3Åの厚さを有するサブ原子層を形成する、方法。
適用例5:
適用例1ないし3のいずれかの方法であって、
前記第1のタングステン含有前駆体は、前記第2のタングステン含有前駆体とは異なるものである、方法。
適用例6:
適用例5の方法であって、
前記第1のタングステン含有前駆体は、フッ素フリーのものである、方法。
適用例7:
適用例1ないし3のいずれかの方法であって、
前記堆積されたタングステン核形成層および前記堆積されたバルクタングステン層は、500Åの堆積あたり、約1GPa未満の引張応力を有する、方法。
適用例8:
基板上にタングステンを堆積させる方法であって、前記方法は、
(a)前記基板上にタングステン層を堆積させることであって、
(i)還元剤に前記基板を暴露すること、および、
(ii)第1のフッ素フリータングステン含有前駆体に前記基板を暴露することにより、(a)前記基板上にタングステン層を堆積させることと、
(b)バルクタングステン層をサイクルで堆積させることと、を含み、(b)は、
(i)水素(H2)に前記基板を暴露すること、
(ii)第2のタングステン含有前駆体に前記基板を暴露すること、および、
(iii)前記バルクタングステン層を堆積させるために(i)-(ii)を1回以上のサイクルで繰り返すこと、を含む、方法。
適用例9:
適用例8の方法であって、
前記第1のフッ素フリータングステン含有前駆体は、有機金属タングステン含有前駆体、およびヘキサカルボニルタングステン、からなる群から選択される、方法。
適用例10:
適用例8または9の方法であって、
(a)において、前記タングステン層は、約2Å~約100Åの間の厚さに堆積される、方法。
適用例11:
適用例8または9の方法であって、
(b)における各サイクルは、少なくとも約0.3Åの厚さを有するサブ原子層を形成する、方法。
適用例12:
フィーチャを充填する方法であって、
(a)基板上にバルクタングステン層を堆積させるために、水素と第1のタングステン含有前駆体の交互のパルスに前記基板を暴露することと、
(b)前記基板上に第2のバルクタングステン層を堆積させるために、第2のタングステン含有前駆体と還元剤に同時に前記基板を暴露することと、を含む方法。
適用例13:
適用例12の方法であって、
(a)と(b)を順次繰り返す、方法。
適用例14:
適用例12の方法であって、
(b)における前記タングステン含有前駆体は、有機金属タングステン含有前駆体、塩化タングステン、およびヘキサカルボニルタングステン、からなる群から選択されたフッ素フリータングステン含有前駆体である、方法。
適用例15:
適用例12ないし14のいずれかの方法であって、
前記第1のタングステン含有前駆体は、前記第2のタングステン含有前駆体とは異なるものである、方法。
適用例16:
基板を処理するための装置であって、前記装置は、
(a)基板を保持するように構成された台を有する少なくとも1つの処理チェンバと、
(b)真空に接続するための少なくとも1つの出口と、
(c)1つ以上の処理ガス源に接続された1つ以上の処理ガス導入口と、
(d)前記装置におけるオペレーションを制御するためのコントローラと、を備え、前記コントローラは、
(i)還元剤と第1のタングステン含有前駆体を交互のパルスで前記処理チェンバに導入するための機械可読命令、および、
(ii)水素と第2のタングステン含有前駆体を交互のパルスで前記処理チェンバに導入するための機械可読命令を含み、
(i)におけるチェンバ圧力は、10Torr以下である、装置。
適用例17:
適用例16の装置であって、さらに、
前記コントローラは、(iii)第2のバルクタングステン層を堆積させるために、還元剤と第3のタングステン含有前駆体を同時に前記処理チェンバに導入するための機械可読命令を含む、装置。
適用例18:
適用例16の装置であって、さらに、
前記コントローラは、(iv)として、(ii)の2サイクル以上の実施ごとに(iii)を実施するための機械可読命令を含み、(ii)の1サイクルには、水素のパルスと前記第2のタングステン含有前駆体のパルスが含まれる、装置。
適用例19:
適用例16ないし18のいずれかの装置であって、
前記第1のタングステン含有前駆体は、前記第2のタングステン含有前駆体とは異なるものである、装置。
適用例20:
適用例16ないし18のいずれかの装置であって、
前記第1のタングステン含有前駆体は、フッ素フリーのものである、装置。
適用例21:
基板を処理するための装置であって、前記装置は、
(a)基板を保持するように構成された台を有する少なくとも1つの処理チェンバと、
(b)真空に接続するための少なくとも1つの出口と、
(c)1つ以上の処理ガス源に接続された1つ以上の処理ガス導入口と、
(d)前記装置におけるオペレーションを制御するためのコントローラと、を備え、前記コントローラは、
(i)バルクタングステン層を堆積させるために、水素と第1のタングステン含有前駆体を交互のパルスで前記処理チェンバに導入するための機械可読命令、および、
(ii)第2のバルクタングステン層を堆積させるために、第2のタングステン含有前駆体と還元剤を同時に前記処理チェンバに導入するための機械可読命令を含む、装置。
適用例22:
適用例21の装置であって、
前記コントローラは、さらに、(i)と(ii)を順次繰り返すための機械可読命令を含む、装置。
Claims (23)
- フィーチャを充填する方法であって、
(a)基板上にタングステン核形成層を堆積させるために、チェンバ内で還元剤と第1のタングステン含有前駆体の交互のパルスに前記基板を暴露することと、
(b)連続化学気相成長により前記タングステン核形成層の上にバルクタングステン層を堆積させるために、水素と第2のタングステン含有前駆体の交互のパルスに前記基板を暴露することであって、前記連続化学気相成長における前記水素と前記第2のタングステン含有前駆体の反応は、自己制御的ではない、前記基板の暴露と、を含み、
(a)におけるチェンバ圧力は、10Torr以下である、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、さらに、
(c)第2のバルクタングステン層を堆積させるために、還元剤と第3のタングステン含有前駆体に同時に前記基板を暴露すること、を含む、方法。 - 請求項2に記載の方法であって、さらに、
(d)として、(b)の2サイクル以上の実施ごとに(c)を実施すること、を含み、(b)の1サイクルには、水素のパルスと前記第2のタングステン含有前駆体のパルスが含まれる、方法。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の方法であって、
(b)は、水素のパルスと前記第2のタングステン含有前駆体のパルスを含むサイクルで実施され、各サイクルで、少なくとも約0.3Åの厚さを有するサブ原子層を形成する、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、
前記第1のタングステン含有前駆体は、フッ素フリーのものである、方法。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の方法であって、
前記堆積されたタングステン核形成層および前記堆積されたバルクタングステン層は、500Åの堆積あたり、約1GPa未満の引張応力を有する、方法。 - 基板上にタングステンを堆積させる方法であって、前記方法は、
(a)前記基板上にタングステン層を堆積させることであって、
(i)還元剤に前記基板を暴露すること、および、
(ii)第1のフッ素フリータングステン含有前駆体に前記基板を暴露することにより、(a)前記基板上にタングステン層を堆積させることと、
(b)連続化学気相成長によりバルクタングステン層をサイクルで堆積させることと、を含み、(b)は、
(i)水素(H2)に前記基板を暴露すること、
(ii)第2のタングステン含有前駆体に前記基板を暴露すること、および、
(iii)前記バルクタングステン層を堆積させるために(i)-(ii)を1回以上のサイクルで繰り返すことであって、前記連続化学気相成長における前記水素と前記第2のタングステン含有前駆体の反応は、自己制御的ではない、繰り返し、を含む、方法。 - 請求項7に記載の方法であって、
前記第1のフッ素フリータングステン含有前駆体は、有機金属タングステン含有前駆体、およびヘキサカルボニルタングステン、からなる群から選択される、方法。 - 請求項7または8に記載の方法であって、
(b)における各サイクルは、少なくとも約0.3Åの厚さを有するサブ原子層を形成する、方法。 - フィーチャを充填する方法であって、
(a)連続化学気相成長により基板上にバルクタングステン層を堆積させるために、水素と第1のタングステン含有前駆体の交互のパルスに前記基板を暴露することと、
(b)前記基板上に第2のバルクタングステン層を堆積させるために、第2のタングステン含有前駆体と還元剤に同時に前記基板を暴露することと、を含み、
前記連続化学気相成長における前記水素と前記第1のタングステン含有前駆体の反応は、自己制御的ではない、方法。 - 請求項10に記載の方法であって、
(b)における前記第2のタングステン含有前駆体は、有機金属タングステン含有前駆体、塩化タングステン、およびヘキサカルボニルタングステン、からなる群から選択されたフッ素フリータングステン含有前駆体である、方法。 - 請求項1ないし3ならびに請求項10ないし11のいずれかに記載の方法であって、
前記第1のタングステン含有前駆体は、前記第2のタングステン含有前駆体とは異なるものである、方法。 - フィーチャを充填する方法であって、
(a)基板上にタングステン核形成層を堆積させるために、チェンバ内で還元剤と第1のタングステン含有前駆体の交互のパルスに前記基板を暴露することと、
(b)連続化学気相成長により前記タングステン核形成層の上にバルクタングステン層を堆積させるために、水素と第2のタングステン含有前駆体の交互のパルスに前記基板を暴露することと、
(c)第2のバルクタングステン層を堆積させるために、還元剤と第3のタングステン含有前駆体に同時に前記基板を暴露すること、
を含み、
前記連続化学気相成長における前記水素と前記第2のタングステン含有前駆体の反応は、自己制御的ではない、方法。 - 請求項1ないし13のいずれかに記載の方法であって、
(a)および(b)は、半導体処理ツールにおいて実施される、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、
前記半導体処理ツールは、シングルチャンバ半導体処理ツールである、方法。 - 請求項14に記載の方法であって、
前記半導体処理ツールは、マルチチャンバ半導体処理ツールである、方法。 - 基板を処理するための装置であって、前記装置は、
(a)基板を保持するように構成された台を有する処理チェンバと、
(b)真空に接続するための少なくとも1つの出口と、
(c)1つ以上の処理ガス源に接続された1つ以上の処理ガス導入口と、
(d)前記装置におけるオペレーションを制御するためのコントローラと、を備え、前記コントローラは、
(i)交互のパルスによる還元剤と第1のタングステン含有前駆体の前記処理チェンバへの導入を行わせるための機械可読命令、および、
(ii)交互のパルスによる水素と第2のタングステン含有前駆体の前記処理チェンバへの導入を行わせて、連続化学気相成長によりバルクタングステン層を堆積させるための機械可読命令を含み、
前記連続化学気相成長における前記水素と前記第2のタングステン含有前駆体の反応は、自己制御的ではなく、
(i)におけるチェンバ圧力は、10Torr以下である、装置。 - 請求項17に記載の装置であって、さらに、
前記コントローラは、(iii)第2のバルクタングステン層を堆積させるために、還元剤と第3のタングステン含有前駆体を同時に前記処理チェンバに導入するための機械可読命令を含む、装置。 - 請求項17に記載の装置であって、さらに、
前記コントローラは、(iv)として、(ii)の2サイクル以上の実施ごとに(iii)を実施するための機械可読命令を含み、(ii)の1サイクルには、水素のパルスと前記第2のタングステン含有前駆体のパルスが含まれる、装置。 - 請求項17ないし19のいずれかに記載の装置であって、
前記第1のタングステン含有前駆体は、前記第2のタングステン含有前駆体とは異なるものである、装置。 - 請求項17ないし19のいずれかに記載の装置であって、
前記第1のタングステン含有前駆体は、フッ素フリーのものである、装置。 - 基板を処理するための装置であって、前記装置は、
(a)基板を保持するように構成された台を有する処理チェンバと、
(b)真空に接続するための少なくとも1つの出口と、
(c)1つ以上の処理ガス源に接続された1つ以上の処理ガス導入口と、
(d)前記装置におけるオペレーションを制御するためのコントローラと、を備え、前記コントローラは、
(i)連続化学気相成長によりバルクタングステン層を堆積させるために、交互のパルスによる水素と第1のタングステン含有前駆体の前記処理チェンバへの導入を行わせるための機械可読命令、および、
(ii)第2のバルクタングステン層を堆積させるために、第2のタングステン含有前駆体と還元剤の前記処理チェンバへの同時の導入を行わせるための機械可読命令を含み、
前記連続化学気相成長における前記水素と前記第1のタングステン含有前駆体の反応は、自己制御的ではない、
装置。 - 請求項22に記載の装置であって、
前記コントローラは、さらに、(i)と(ii)を順次繰り返すための機械可読命令を含む、装置。
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