(57)【要約】タングステン核形成の抑制を伴って、タングステンによりフィーチャを充填する方法、ならびに関連するシステムおよび装置について、本明細書で記載する。いくつかの実施形態において、本方法は、フィーチャのプロファイルに沿った選択的抑制を伴う。タングステン核形成を選択的に抑制する方法は、フィーチャをダイレクトプラズマまたはリモートプラズマに暴露することを含み得る。一部の実施形態では、選択的抑制の際に、基板にバイアスを印加することができる。バイアス電力、暴露時間、プラズマ電力、処理圧力、およびプラズマケミストリを含むプロセスパラメータを用いて、抑制プロファイルを調整することができる。本明細書に記載の方法は、タングステンビアにおけるような垂直フィーチャ、および垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）ワードラインのような水平フィーチャ、を充填するために用いることができる。本方法は、コンフォーマル充填と、ボトムアップ／インサイドアウト充填の両方に用いることができる。適用例として、ロジックおよびメモリのコンタクト充填、ＤＲＡＭ埋め込みワードライン充填、垂直集積メモリゲート／ワードライン充填、シリコン貫通ビアを用いた３Ｄ集積、が含まれる。【選択図】図５
2015514160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
方法であって、
１つ以上のフィーチャ開口およびフィーチャ内部を有するフィーチャを含む基板を準備することと、
フィーチャ軸に沿ってディファレンシャル抑制プロファイルが得られるように、前記フィーチャ内でのタングステン核形成を選択的に抑制することであって、前記フィーチャ内の材料のエッチングを伴うことなく、選択的抑制を実施することと、
前記ディファレンシャル抑制プロファイルに従って、前記フィーチャ内にタングステンを選択的に堆積させることと、を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記フィーチャ内でのタングステン核形成を選択的に抑制することは、前記基板にバイアスを印加しながら、前記フィーチャをダイレクトプラズマに暴露することを含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記フィーチャ内でのタングステン核形成を選択的に抑制することは、前記フィーチャをリモート生成プラズマに暴露することを含む、方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の方法であって、
前記プラズマは、窒素活性種、水素活性種、酸素活性種、炭素活性種のうちの１つ以上を含む、方法。
【請求項５】
請求項２又は３に記載の方法であって、
前記プラズマは、窒素系および／または水素系のものである、方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法であって、
選択的抑制の前に、前記フィーチャ内にタングステン層を堆積させることをさらに含む、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
前記タングステン層を、パルス核形成層（ＰＮＬ）プロセスによって堆積させる、方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法であって、
前記タングステン層を、前記フィーチャ内にコンフォーマルに堆積させる、方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の方法であって、
タングステンを選択的に堆積させることは、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の方法であって、
前記フィーチャ内にタングステンを選択的に堆積させた後に、フィーチャ充填を完了するように前記フィーチャ内にタングステンを堆積させることをさらに含む、方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の方法であって、
前記フィーチャ内にタングステンを選択的に堆積させた後に、前記フィーチャ内にタングステンを非選択的に堆積させることをさらに含む、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、
選択的堆積から非選択的堆積への移行は、介在するタングステン核形成層を堆積させることなく、ＣＶＤプロセスを継続させることを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、
選択的堆積から非選択的堆積への移行は、前記選択的に堆積されたタングステンの上にタングステン核形成層を堆積させることを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の方法であって、
タングステン核形成を選択的に抑制することは、前記フィーチャのタングステン表面を処理することを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれかに記載の方法であって、
タングステン核形成を選択的に抑制することは、前記フィーチャの金属窒化物表面を処理することを含む、方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の方法であって、
前記フィーチャ充填は、前記フィーチャ内の材料のエッチングを伴うことなく、実施される、方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の方法であって、
前記フィーチャは、３次元（３Ｄ）構造の一部である、方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の方法であって、
前記フィーチャへの充填のために、選択的抑制と選択的堆積のサイクルを１回以上繰り返すことをさらに含む、方法。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の方法であって、
前記フィーチャ内の少なくとも狭窄部は、選択的抑制を受ける、方法。
【請求項２０】
方法であって、
３次元（３Ｄ）構造内の水平向きのフィーチャをダイレクトプラズマに暴露することであって、これにより、該フィーチャ内でディファレンシャル抑制プロファイルが得られるように、該フィーチャの一部でのタングステン核形成を選択的に抑制することと、
前記フィーチャの一部の選択的抑制の後に、ＣＶＤ工程を実行することにより、前記ディファレンシャル抑制プロファイルに従ってタングステンを選択的に堆積させることと、を含む方法。
【請求項２１】
方法であって、
基板上の未充填のフィーチャまたは部分充填されたフィーチャをダイレクトプラズマに暴露することにより、該フィーチャ内でディファレンシャル抑制プロファイルが得られるように、該フィーチャの一部でのタングステン核形成を選択的に抑制することと、
前記フィーチャの一部の選択的抑制の後に、ＣＶＤ工程を実行することにより、前記ディファレンシャル抑制プロファイルに従ってタングステンを選択的に堆積させることと、を含む方法。
【請求項２２】
装置であって、
基板を支持するように構成された１つまたは複数のチェンバと、
前記チェンバのうち１つ以上においてプラズマを発生させるように構成されたインサイチュ・プラズマ発生器と、
前記１つまたは複数のチェンバのそれぞれにガスを誘導するように構成されたガス導入口と、
コントローラであって、
前記基板を前記プラズマに暴露するために、前記基板にバイアス電力を印加しつつ、窒素系および／または水素系プラズマを発生させることと、
前記基板を前記プラズマに暴露した後に、タングステンを堆積させるために前記基板が載置されたチェンバ内にタングステン含有前駆体および還元剤を導入することと、のためのプログラム命令を含むコントローラと、
を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
［優先権の主張］
本出願は、２０１２年３月２７日に出願された米国仮特許出願第６１／６１６３７７号、２０１２年１２月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／７３７４１９号、および２０１２年２月２２日に出願された米国特許出願第１３／７７４３５０号の優先権を主張するものである。これらの出願はすべて、その全体がすべての目的のために本参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いたタングステン含有材料の堆積は、多くの半導体製造プロセスの欠かせない一部である。このような材料は、水平配線、隣接する金属層間のビア、シリコン基板上の第１の金属層とデバイスとの間のコンタクト、および高アスペクト比のフィーチャに用いられることがある。従来の堆積プロセスでは、成長チェンバ内で基板が所定の処理温度に加熱されて、シード層または核形成層として機能するタングステン含有材料の薄層が堆積される。その後、残りのタングステン含有材（バルク層）が核形成層の上に堆積される。通常、このタングステン含有材は、六フッ化タングステン（ＷＦ6）を水素（Ｈ2）で還元することにより形成される。タングステン含有材は、フィーチャおよびフィールド領域を含む基板の露出した表面領域全体に堆積される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
タングステン含有材料を、小さいフィーチャ、特に高アスペクト比のフィーチャ内に堆積させると、充填されたフィーチャの内部でシーム（割れ目）およびボイドが形成されることがある。大きなシームは、高抵抗、コンタミネーション、充填された材料の欠損につながる場合があり、またそれ以外にも、集積回路性能を低下させる場合がある。例えば、充填プロセス後に、シームがフィールド領域の近くまで及んで、その後、化学機械平坦化の際に開口することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書で記載する一態様は、方法であって、１つ以上のフィーチャ開口およびフィーチャ内部を有するフィーチャを含む基板を準備することと、フィーチャ軸に沿ってディファレンシャル抑制プロファイルが得られるように、フィーチャ内でのタングステン核形成を選択的に抑制（阻害）することと、ディファレンシャル抑制プロファイル（抑制格差プロファイル）に従ってフィーチャ内にタングステンを選択的に堆積させることと、を含む。フィーチャ内でのタングステン核形成を選択的に抑制する方法は、フィーチャをダイレクトプラズマまたはリモートプラズマに暴露することを含む。一部の実施形態では、選択的抑制の際に、基板にバイアスを印加することができる。バイアス電力、暴露時間、プラズマ電力、処理圧力、およびプラズマケミストリを含むプロセスパラメータを用いて、抑制プロファイルを調整することができる。いくつかの実施形態により、プラズマは、その後のタングステン核形成を抑制するために、フィーチャ表面の一部と相互作用する活性種を含むことができる。活性種の例として、窒素活性種、水素活性種、酸素活性種、炭素活性種が含まれる。一部の実施形態では、プラズマは、窒素系および／または水素系のものである。
【０００５】
一部の実施形態では、タングステン核形成の選択的抑制の前には、フィーチャ内にタングステン層が堆積される。他の実施形態では、フィーチャ内へのタングステン堆積の前には、選択的抑制が実施される。タングステン層を堆積させる場合、一部の実施形態において、例えば、パルス核形成層（ＰＮＬ：Ｐｕｌｓｅｄ Ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）プロセスまたは原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスによって、コンフォーマルに堆積させることができる。フィーチャ内へのタングステンの選択的堆積は、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスによって実施することができる。
【０００６】
フィーチャ内にタングステンを選択的に堆積させた後に、フィーチャ充填を完了するようにフィーチャ内にタングステンを堆積させることができる。いくつかの実施形態によれば、これは、フィーチャ内への非選択的堆積、または選択的抑制と選択的堆積の１回以上の追加サイクルを伴い得る。一部の実施形態では、選択的堆積から非選択的堆積への移行は、介在するタングステン核形成層を堆積させることなく、ＣＶＤプロセスを継続させることを伴う。一部の実施形態では、フィーチャ内への非選択的堆積の前に、選択的に堆積されたタングステンの上に、例えば、ＰＮＬプロセスまたはＡＬＤプロセスによって、タングステン核形成層を堆積させることができる。
【０００７】
いくつかの実施形態によれば、タングステン核形成を選択的に抑制することは、タングステン（Ｗ）表面、または窒化タングステン（ＷＮ）層もしくは窒化チタン（ＴｉＮ）層などのバリア層もしくはライナー層の処理を伴い得る。選択的抑制は、フィーチャ内の材料の同時エッチングを伴って、または伴うことなく、実施することができる。いくつかの実施形態により、フィーチャ内の少なくとも狭窄部は、選択的抑制を受ける。
【０００８】
本発明の別の態様は、フィーチャの一部の選択的抑制のためにフィーチャをインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プラズマに暴露することを含む方法に関する。いくつかの実施形態によれば、プラズマは、窒素系、水素系、酸素系、または炭化水素系とすることができる。一部の実施形態では、プラズマは、窒素含有、水素含有、酸素含有、または炭化水素含有のガスのうち２種以上の混合物を含むことができる。例えば、未充填のフィーチャまたは部分充填されたフィーチャを、ダイレクトプラズマに暴露することができ、これにより、フィーチャ内でディファレンシャル抑制プロファイルが得られるように、フィーチャの一部のタングステン核形成を選択的に抑制する。一部の実施形態では、フィーチャの一部の選択的抑制の後に、ＣＶＤ工程を実行し、これにより、ディファレンシャル抑制プロファイルに従ってタングステンを選択的に堆積させる。
【０００９】
本発明の別の態様は、選択的抑制を用いたフィーチャ充填用に構成されたシングルチェンバ型およびマルチチェンバ型の装置に関する。一部の実施形態では、装置は、基板を支持するように構成された１つまたは複数のチェンバと、該チェンバのうち１つ以上においてプラズマを発生させるように構成されたインサイチュ・プラズマ発生器と、１つまたは複数のチェンバのそれぞれにガスを誘導するように構成されたガス導入口と、コントローラであって、基板をプラズマに暴露するために、基板にバイアス電力を印加しつつ、窒素系および／または水素系プラズマなどのプラズマを発生させることと、基板をプラズマに暴露した後に、タングステンを堆積させるために基板が載置されたチェンバ内にタングステン含有前駆体および還元剤を導入すること、のためのプログラム命令を含むコントローラと、を備える。
【００１０】
これらおよび他の態様について、以下でさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本明細書に記載のプロセスにより充填することが可能な種々の構造の例を示している。
【図１Ｂ】本明細書に記載のプロセスにより充填することが可能な種々の構造の例を示している。
【図１Ｃ】本明細書に記載のプロセスにより充填することが可能な種々の構造の例を示している。
【図１Ｄ】本明細書に記載のプロセスにより充填することが可能な種々の構造の例を示している。
【図１Ｅ】本明細書に記載のプロセスにより充填することが可能な種々の構造の例を示している。
【図１Ｆ】本明細書に記載のプロセスにより充填することが可能な種々の構造の例を示している。
【図１Ｇ】本明細書に記載のプロセスにより充填することが可能な種々の構造の例を示している。
【００１２】
【図２】タングステンによってフィーチャを充填する方法における、いくつかのオペレーションを示すプロセスフロー図である。
【図３】タングステンによってフィーチャを充填する方法における、いくつかのオペレーションを示すプロセスフロー図である。
【図４】タングステンによってフィーチャを充填する方法における、いくつかのオペレーションを示すプロセスフロー図である。
【００１３】
【図５】フィーチャ充填の様々な段階におけるフィーチャを示す模式図である。
【図６】フィーチャ充填の様々な段階におけるフィーチャを示す模式図である。
【図７】フィーチャ充填の様々な段階におけるフィーチャを示す模式図である。
【００１４】
【図８】本明細書に記載の方法を実施するのに適した装置の例を示す模式図である。
【図９Ａ】本明細書に記載の方法を実施するのに適した装置の例を示す模式図である。
【図９Ｂ】本明細書に記載の方法を実施するのに適した装置の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明では、本発明についての完全な理解を与えるため、様々な具体的詳細について記載する。本発明は、それら特定の詳細の一部または全てを省いても実施することができる。また、本発明を不必要に不明瞭にすることがないよう、周知の工程処理については詳細に記載していない。本発明は、具体的な実施形態に関連させて説明されるが、当然のことながら、本発明は、それらの実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
本明細書で記載するのは、タングステンによってフィーチャを充填する方法、ならびに関連するシステムおよび装置である。適用例として、ロジックおよびメモリのコンタクト充填、ＤＲＡＭ埋め込みワードライン充填、垂直集積メモリゲート／ワードライン充填、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ：Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）による３Ｄ集積、が含まれる。本明細書に記載の方法は、タングステンビアにおけるような垂直フィーチャ、および垂直ＮＡＮＤ（ＶＮＡＮＤ）ワードラインのような水平フィーチャ、を充填するために用いることができる。本方法は、コンフォーマル充填、およびボトムアップまたはインサイドアウト充填のために用いることができる。
【００１７】
いくつかの実施形態によれば、フィーチャは、幅狭および／またはリエントラント型の開口部、フィーチャ内の狭窄部、高アスペクト比、のうちの１つ以上によって特徴づけられるものであり得る。充填することが可能なフィーチャの例を、図１Ａ〜１Ｃに示している。図１Ａは、タングステンで充填される垂直フィーチャ１０１の断面図の一例を示している。フィーチャは、基板１０３内のフィーチャ孔１０５を含み得る。基板は、例えば、２００ｍｍウェハ、３００ｍｍウェハ、４５０ｍｍウェハであるシリコンウェハとすることができ、その上に堆積された誘電体、導体、または半導体材料などの１つ以上の材料層を有するウェハが含まれる。一部の実施形態では、フィーチャ孔１０５は、少なくとも約２：１の、少なくとも約４：１の、少なくとも約６：１の、またはさらに高いアスペクト比を有し得る。さらに、フィーチャ孔１０５は、開口付近の寸法として、約１０ｎｍ〜５００ｎｍの間の、例えば約２５ｎｍ〜３００ｎｍの間の、例えば開口径またはライン幅を有し得る。フィーチャ孔１０５は、未充填フィーチャ、または単にフィーチャと呼ぶことができる。このようなフィーチャ、および任意のフィーチャは、フィーチャの長さにわたって延びる軸１１８によって部分的に特徴づけることができ、垂直向きのフィーチャは垂直軸を有し、水平向きのフィーチャは水平軸を有する。
【００１８】
図１Ｂは、リエントラント型プロファイルを有するフィーチャ１０１の一例を示している。リエントラント型プロファイルは、フィーチャの閉じた底端または内部からフィーチャ開口に向かって窄まるプロファイルである。いくつかの実施形態によれば、プロファイルは、徐々に窄まるもの、および／またはフィーチャ開口にオーバーハングを含むものであり得る。図１Ｂは、後者の一例を示しており、フィーチャ孔１０５の側壁または内面を下層１１３によってライニングしている。下層１１３は、例えば、拡散バリア層、接着層、核形成層、それらの組み合わせ、または他のいずれかの適合材とすることができる。下層１１３は、オーバーハング１１５を形成しており、これにより、下層１１３は、フィーチャ１０１の開口付近において、フィーチャ１０１内部よりも厚くなっている。
【００１９】
一部の実施形態では、フィーチャ内に１つ以上の狭窄部を有するフィーチャに充填することができる。図１Ｃは、狭窄部を有する種々のフィーチャが充填された図の例を示している。図１Ｃの例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれは、フィーチャ内の中間点に狭窄部１０９を含んでいる。狭窄部１０９は、例えば、約１５ｎｍ〜２０ｎｍの間の幅であり得る。従来の手法を用いたフィーチャ内へのタングステン堆積の際に、狭窄部を越えた先の堆積を、フィーチャのその部分が充填される前に、堆積されたタングステンが阻害することで、狭窄部はピンチオフの原因となることがあり、その結果、フィーチャ内にボイドが生じる。例（ｂ）は、さらに、ライナー／バリアのオーバーハング１１５を、フィーチャ開口に含んでいる。このようなオーバーハングも、やはりピンチオフ点となる可能性があり得る。例（ｃ）は、例（ｂ）のオーバーハング１１５よりもフィールド領域からさらに離れたところに狭窄部１１２を含んでいる。さらなる詳細は後述するように、本明細書に記載の方法によって、図１Ｃに示すようなボイドフリー充填が可能となる。
【００２０】
また、３Ｄメモリ構造のような水平フィーチャを充填することもできる。図１Ｄは、ＶＮＡＮＤ構造１４８における狭窄部１５１を含むワードライン１５０の一例を示している。一部の実施形態では、狭窄部は、ＶＮＡＮＤまたは他の構造においてピラーが存在することによるものであり得る。図１Ｅは、例えば、ＶＮＡＮＤ構造におけるピラー１２５の平面図を示しており、図１Ｆは、ピラー１２５の概略断面図を示している。図１Ｅにおける矢印は堆積材料を表しており、ピラー１２５は、領域１２７とガス導入口または他の堆積源との間に配置されているので、隣接するピラーは、結果的に、領域１２７のボイドフリー充填における課題を提示する狭窄部となり得る。
【００２１】
図１Ｇは、例えば、ピラー狭窄部１５１を含むＶＮＡＮＤまたは他の構造の、水平フィーチャの図の別の例を提示している。図１Ｇの例は、オープンエンドであって、矢印で示すように、堆積される材料が両側から横方向に流入することが可能である（留意すべきことは、図１Ｇの例は、構造の３Ｄフィーチャを２Ｄレンダリングしたものと見ることができ、図１Ｇは充填される領域の断面図であって、同図に示すピラー狭窄部は、断面図ではなく平面図で見られるであろう狭窄部を示しているということである）。一部の実施形態では、３Ｄ構造は、３次元（例えば、図１Ｆの例におけるＸ、Ｙ、Ｚ方向）に沿って広がる充填領域によって特徴づけることができ、その充填は、１次元または２次元に沿って広がる孔またはトレンチを充填する場合よりも多くの課題を提示し得る。例えば、３Ｄ構造の充填を制御することは、堆積ガスが複数の次元からフィーチャに流入し得るため、難しくなることがある。
【００２２】
タングステン含有材料によってフィーチャを充填すると、充填されたフィーチャの内部でボイドおよびシームが形成される場合がある。ボイドは、充填されないまま残されたフィーチャ領域である。例えば、堆積された材料がフィーチャ内でピンチ点を形成して、反応物質の流入および堆積を阻むように、フィーチャ内の未充填の空間を封鎖すると、ボイドが形成され得る。
【００２３】
ボイドおよびシームの形成を引き起こす可能性のある複数の原因がある。１つは、タングステン含有材料、または、より一般的に、拡散バリア層もしくは核形成層などの他の材料の堆積の際に、フィーチャ開口付近に形成されるオーバーハングである。一例を図１Ｂに示している。
【００２４】
ボイドまたはシームの形成のもう１つの原因は、図１Ｂには示していないものの、シームの形成または拡大につながり得ることであって、それは、湾曲フィーチャとも呼ばれるフィーチャ孔の側壁の曲がり（または湾曲）である。湾曲フィーチャにおいては、開口付近のキャビティの断面寸法は、フィーチャ内部のそれよりも小さい。湾曲フィーチャにおいて、このように開口が窄まることの影響は、上記のオーバーハングの問題と若干似ている。図１Ｃ、１Ｄ、１Ｇに示すようなフィーチャ内の狭窄部は、ボイドおよびシームがほとんど、または全く生じないタングステン充填において、同じく課題を提示する。
【００２５】
ボイドフリー充填が達成された場合であっても、フィーチャ内のタングステンは、ビア、トレンチ、ライン、または他のフィーチャの軸もしくは中心を通って延びるシームを含むことがある。これは、タングステンの成長が、側壁で開始して、その粒子が、反対の側壁から成長したタングステンと接するまで継続し得るためである。このようなシームは、フッ化水素酸（ＨＦ）などのフッ素含有化合物を含む不純物の捕捉を可能とし得る。また、化学機械平坦化（ＣＭＰ）の際に、コアリングもシームから伝播し得る。いくつかの実施形態により、本明細書に記載の方法は、ボイドおよびシームの形成を抑制または解消することができる。また、本明細書に記載の方法は、以下の１つ以上に対処することができる。
【００２６】
１）非常に難しいプロファイル：参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／３５１９７０号に記載されているような堆積−エッチング−堆積・サイクルを用いて、ほとんどのリエントラント型フィーチャにおいてボイドフリー充填を達成することができる。ただし、寸法およびジオメトリによっては、ボイドフリー充填を達成するために、複数の堆積−エッチング・サイクルが必要となることがある。このことは、プロセスの安定性およびスループットに影響し得る。本明細書に記載の実施形態により、より少ない堆積−エッチング−堆積・サイクルで、または堆積−エッチング−堆積・サイクルなしで、フィーチャ充填を提供することができる。
【００２７】
２）小さいフィーチャと、ライナー／バリアへの影響：フィーチャサイズが極めて小さい場合には、下層ライナー／バリアの完全性に影響を及ぼすことなく、エッチングプロセスを調整することが非常に難しくなり得る。一部の例では、Ｗの選択的エッチングの際に、恐らくエッチング中にＴｉＦｘパッシベーション層が形成されることによって、断続的なＴｉアタックが生じ得る。
【００２８】
３）Ｗ粒界における散乱：フィーチャ内部に複数のＷ粒子が存在することによって、粒界散乱により電子損失が生じ得る。その結果、実際のデバイス性能は、理論予測およびブランケットウェハの結果と比較して、低下する。
【００２９】
４）Ｗ充填のためのビア体積の減少：特に、より小さく、より最新のフィーチャでは、金属コンタクトのかなりの部分が、Ｗバリア（ＴｉＮ、ＷＮなど）によって占められている。このような膜は、一般に、Ｗよりも抵抗率が高く、コンタクト抵抗などのような電気的特性にマイナスの影響を与える。
【００３０】
図２〜４は、上記課題に対処することができる、タングステンによるフィーチャ充填の各種プロセスの概要を、図５〜７を参照して説明される種々のフィーチャへのタングステン充填の例と共に提示している。
【００３１】
図２は、タングステンによってフィーチャを充填する方法における、いくつかのオペレーションを示すプロセスフロー図である。本方法は、ブロック２０１で、フィーチャの選択的抑制によって開始する。選択的抑制（選択的阻害）は、選択的パッシベーション、ディファレンシャル抑制、またはディファレンシャル・パッシベーションと呼ぶこともでき、フィーチャの一部において、その後のタングステン核形成を抑制（阻害）する一方で、フィーチャの残り部分における核形成は抑制しない（または、核形成をそれほど抑制しない）ことを伴う。例えば、一部の実施形態では、フィーチャは、フィーチャ開口において選択的抑制を受ける一方で、フィーチャ内部の核形成は抑制されない。さらなる詳細は後述するが、選択的抑制は、例えば、フィーチャの一部をプラズマの活性種に選択的に暴露することを伴い得る。一部の実施形態において、例えば、フィーチャ開口は、分子状窒素ガスから発生させたプラズマに選択的に暴露される。詳細は後述するように、抑制ケミストリ、基板バイアス電力、プラズマ電力、処理圧力、暴露時間、および他のプロセスパラメータのうちの１つ以上を適切に選択することにより、フィーチャにおいて所望の抑制プロファイルを形成することができる。
【００３２】
フィーチャに選択的抑制を施したら、本方法は、続いて、ブロック２０３で、抑制プロファイルに従ってタングステンを選択的に堆積させることができる。ブロック２０３は、熱プラズマＣＶＤおよび／またはＡＬＤプロセスなど、１つ以上の化学気相成長（ＣＶＤ）および／または原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを伴い得る。堆積は、フィーチャの抑制が少ない部分および抑制がない部分にタングステンが優先的に成長するという点で選択的である。一部の実施形態では、ブロック２０３は、狭窄部に達するか、または狭窄部を越えるまで、フィーチャの底部または内部にタングステンを選択的に堆積させることを伴う。
【００３３】
抑制プロファイルに従った選択的堆積を実施した後に、本方法は、続いて、ブロック２０５で、フィーチャの残り部分に充填することができる。一部の実施形態において、ブロック２０５は、タングステン含有前駆体を水素で還元することで、タングステンを堆積させるＣＶＤプロセスを伴う。このプロセスでは、六フッ化タングステン（ＷＦ6）が使用されることが多いものの、他のタングステン前駆体を用いて実施することもでき、それには、六塩化タングステン（ＷＣｌ6）、有機金属前駆体、ＭＤＮＯＷ（メチルシクロペンタジエニル−ジカルボニルニトロシル−タングステン）およびＥＤＮＯＷ（エチルシクロペンタジエニル−ジカルボニルニトロシル−タングステン）などのフッ素非含有の前駆体が含まれるが、ただし、これらに限定されない。また、ＣＶＤ堆積における還元剤として水素を使用することができるものの、水素に追加して、またはその代わりに、シランなどの他の還元剤を使用することもできる。他の実施形態では、還元剤と共に、または還元剤を使用することなく、タングステンヘキサカルボニル（Ｗ（ＣＯ）6）を用いることができる。詳細は後述するＡＬＤおよびパルス核形成層（ＰＮＬ）プロセスとは異なり、ＣＶＤ法では、ＷＦ6およびＨ2または他の反応物質が、同時に反応チェンバ内に導入される。これにより、混合反応ガスの連続化学反応を発生させて、基板表面にタングステン膜を連続的に形成する。ＣＶＤを用いてタングステン膜を堆積する方法は、米国特許出願第１２／２０２１２６号、第１２／７５５２４８号、第１２／７５５２５９号に記載されており、これらの文献は、タングステン堆積プロセスについて記載する目的で、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態により、本明細書に記載の方法は、フィーチャを充填する特定の方法に限定されることなく、任意の適切な堆積法を含むことができる。
【００３４】
一部の実施形態では、ブロック２０５は、ブロック２０３で開始したＣＶＤ堆積プロセスを継続することを伴い得る。そのようなＣＶＤプロセスの結果として、フィーチャの抑制部分への堆積を、フィーチャの非抑制部分よりも遅い核形成速度で得ることができる。一部の実施形態では、ブロック２０５は、フィーチャの少なくとも抑制部分へのタングステン核形成層の堆積を伴い得る。
【００３５】
いくつかの実施形態によれば、選択的抑制を受けるフィーチャ面は、金属窒化物層などのバリアもしくはライナー層とすることができ、またはタングステンの核形成を促進するために堆積された層とすることができる。図３は、選択的抑制の前にフィーチャ内にタングステン核形成層を堆積させる方法の一例を示している。本方法は、ブロック３０１でフィーチャ内にタングステンのコンフォーマル薄層を堆積することによって開始する。この層によって、その上へのバルクタングステン含有材料のその後の堆積を促すことができる。一部の実施形態では、核形成層は、ＰＮＬ法を用いて堆積される。ＰＮＬ法では、還元剤、パージ用ガス、タングステン含有前駆体のパルスを、反応チェンバに順次注入し、そして反応チェンバからパージすることができる。このプロセスは、所望の厚さが得られるまで、周期的に繰り返される。ＰＮＬは、ＡＬＤ法など、半導体基板上での反応のための反応物質を順次加える任意の周期的プロセスを、広く具現化する。タングステン核形成層を堆積させるためのＰＮＬ法は、米国特許第６６３５９６５号、第７５８９０１７号、第７１４１４９４号、第７７７２１１４号、第８０５８１７０号、および米国特許出願第１２／７５５２４８号、第１２／７５５２５９号に記載されており、これらの文献は、タングステン堆積プロセスについて記載する目的で、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。ブロック３０１は、タングステン核形成層を堆積する特定の方法に限定されることなく、コンフォーマル薄層を堆積するためのＰＮＬ、ＡＬＤ、ＣＶＤ、物理気相成長（ＰＶＤ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が含まれる。核形成層は、高品質のバルク堆積をサポートするために、フィーチャを完全に覆うのに十分な厚さとすることができるが、ただし、核形成層の抵抗率は、バルク層のそれよりも高いので、核形成層の厚さは、全抵抗を可能な限り低く維持するために最小限とすることができる。ブロック３０１で堆積される膜厚の例は、１０Å未満から１００Åまでの範囲とすることができる。ブロック３０１でタングステンのコンフォーマル薄層を堆積した後に、本方法は、図２を参照して上述したブロック２０１、２０３、２０５に進むことができる。図３の方法によるフィーチャへの充填の一例について、図５を参照して後述する。
【００３６】
図４は、フィーチャへの充填を完了させること（例えば、図２または３のブロック２０５）が、選択的抑制と堆積のオペレーションの繰り返しを伴い得る方法の一例を示している。本方法は、図２に関して上述したような、フィーチャが選択的抑制を受けるブロック２０１で開始することができ、続いて、ブロック２０３で、抑制プロファイルに従って選択的堆積を実施することができる。その後、フィーチャ充填を完了させるために、ブロック２０１と２０３を１回以上繰り返す（ブロック４０１）。図４の方法によるフィーチャへの充填の一例について、図６を参照して後述する。
【００３７】
さらに、選択的抑制は、選択的堆積と組み合わせて用いることができる。選択的堆積技術は、上記で参照した米国仮特許出願第６１／６１６３７７号に記載されている。
【００３８】
いくつかの実施形態により、選択的抑制は、フィーチャ表面をパッシベートする活性種への暴露を伴い得る。例えば、一部の実施形態では、タングステン（Ｗ）表面を、窒素系または水素系プラズマへの暴露によってパッシベートすることができる。一部の実施形態では、抑制は、窒化タングステン（ＷＮ）または炭化タングステン（ＷＣ）などの化合物材料の薄層を形成するための、活性種とフィーチャ表面との間の化学反応を伴い得る。一部の実施形態では、抑制は、化合物材料の層を形成することなく表面をパッシベートする吸着などの表面効果を伴い得る。活性種は、プラズマ生成、および／または紫外線（ＵＶ）放射への暴露によるなど、いずれかの適切な方法により形成することができる。一部の実施形態では、フィーチャを含む基板は、基板が載置されたチェンバ内に供給される１種以上のガスから発生させたプラズマに暴露される。一部の実施形態では、１種以上のガスをリモートプラズマ発生器に供給することができ、リモートプラズマ発生器内で形成された活性種は、基板が載置されたチェンバ内に供給される。プラズマ源は、高周波（ＲＦ）プラズマ源またはマイクロ波源など、任意の種類のプラズマ源とすることができる。プラズマは、誘導結合および／または容量結合によるものとすることができる。活性種には、原子種、ラジカル種、イオン種を含むことができる。一部の実施形態では、リモート生成プラズマへの暴露には、ラジカル種および原子種への暴露が含まれ、このとき、抑制プロセスがイオン媒介によるものとならないように、プラズマ中にイオン種は略存在しない。他の実施形態では、リモート生成プラズマ中にイオン種が存在し得る。一部の実施形態では、インサイチュ・プラズマへの暴露は、イオン媒介による抑制を伴う。本出願の目的では、活性種は、再結合種と区別され、また、プラズマ発生器に最初に供給されたガスと区別される。
【００３９】
抑制ケミストリ（抑制剤又は阻害剤）は、後に堆積ガスに暴露される表面に応じて調整することができる。例えば図３を参照して説明した方法で形成されるようなタングステン（Ｗ）表面の場合は、窒素系および／または水素系プラズマへの暴露によって、その後のＷ表面へのタングステン堆積が抑制される。タングステン表面での抑制のために用いることができる他のケミストリには、酸素系プラズマおよび炭化水素系プラズマが含まれる。例えば、分子状酸素またはメタンを、プラズマ発生器に導入することができる。
【００４０】
本明細書で使用される場合の窒素系プラズマとは、主な非不活性成分が窒素であるプラズマである。アルゴン、キセノン、またはクリプトンなどの不活性成分を、キャリアガスとして用いることができる。一部の実施形態では、他の非不活性成分は、微量の場合を除き、プラズマを生成するガス中に存在しない。一部の実施形態では、抑制ケミストリは、プラズマ中に１種以上の追加反応種が存在する、窒素含有、水素含有、酸素含有、および／または炭素含有のものとすることができる。例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１３／０１６６５６号は、三フッ化窒素（ＮＦ3）への暴露によるタングステン表面のパッシベートについて記載している。同様に、ＣＦ4またはＣ2Ｆ8などのフルオロカーボンを用いることもできる。一方、一部の実施形態では、抑制種は、選択的抑制の際のエッチングを防ぐためにフッ素非含有のものである。
【００４１】
一部の実施形態では、活性種を提供するために、プラズマに追加して、またはその代わりに、ＵＶ放射を用いることができる。基板が載置された反応チェンバの上流および／または内部で、ガスを紫外線に暴露することができる。さらに、一部の実施形態では、非プラズマ、非紫外線の、熱による抑制プロセスを用いることができる。タングステン表面の他に、ＴｉＮおよび／またはＷＮの表面など、ライナー／バリア層の表面での核形成を抑制することができる。これらの表面をパッシベートする任意のケミストリを用いることができる。ＴｉＮおよびＷＮの場合、これには、窒素系または窒素含有のケミストリへの暴露が含まれ得る。一部の実施形態では、Ｗについて上述したケミストリを、ＴｉＮ、ＷＮ、または他のライナー層の表面にも採用することができる。
【００４２】
抑制プロファイルを調整することは、抑制ケミストリ、基板バイアス電力、プラズマ電力、処理圧力、暴露時間、および他のプロセスパラメータを適切に制御することを伴い得る。インサイチュ・プラズマプロセス（またはイオン種が存在する他のプロセス）における場合には、基板にバイアスを印加することができる。基板バイアスは、一部の実施形態では、バイアス電力の増加に伴って活性種がフィーチャ内でより深くに及ぶことにより、抑制プロファイルに顕著に影響し得る。例えば、１００ＷのＤＣバイアスを３００ｍｍ基板に印加すると、その結果、深さ１５００ｎｍの構造の上半分が抑制を受けることになり得るが、一方、７００Ｗのバイアスでは、その構造全体が抑制を受けることになり得る。特定の具体的な選択的抑制に適した絶対バイアス電力は、基板サイズ、システム、プラズマの種類、および他のプロセスパラメータ、さらには所望の抑制プロファイルに依存するが、一方、バイアス電力を用いて上下の選択性の調整が可能であり、バイアス電力を下げると、その結果、より高い選択性が得られる。横方向の選択性が要求される（構造の内側でのタングステン堆積が望ましい）が、垂直方向には要求されない３Ｄ構造の場合には、上下の堆積均一性を向上させるために、バイアス電力を高くして用いることができる。
【００４３】
一部の実施形態では、バイアス電力を、イオン種の場合に抑制プロファイルを調整するための主たる、または唯一のノブ（調整手段）として用いることができるが、一方、状況によっては、選択的抑制の実施において、バイアス電力に追加して、またはその代わりに、他のパラメータが用いられる。これらには、リモート生成非イオンプラズマプロセスおよび非プラズマプロセスが含まれる。また、多くのシステムでは、選択性を、横方向にではなく垂直方向に調整するために、基板バイアスを印加することが容易に可能である。従って、横方向の選択性が要求される３Ｄ構造の場合には、上述のように、バイアス以外のパラメータを制御することができる。
【００４４】
また、抑制ケミストリは、異なる比率の活性抑制種を用いて、抑制プロファイルを調整するように用いることもできる。例えば、Ｗ表面の抑制の場合、窒素は、水素よりも強い抑制効果を持つ場合があり、フォーミングガス系プラズマにおけるＮ2とＨ2ガスの比率の調整を用いて、プロファイルを調整することができる。また、プラズマ電力を用いて、プラズマ電力により調整される活性種の異なる比率によって、抑制プロファイルを調整することもできる。圧力によって、より多くの再結合（活性種の不活性化）が生じ得るとともに、活性種がより一層フィーチャ内に押し込まれ得るので、処理圧力を用いてプロファイルを調整することができる。また、処理時間を用いて抑制プロファイルを調整することもでき、処理時間を増やすことで、抑制はフィーチャ内のより深くに及ぶ。
【００４５】
一部の実施形態では、選択的抑制は、物質移動律速領域でオペレーション２０３を実行することによって、達成することができる。この領域では、フィーチャ内部での抑制速度が、フィーチャ内に拡散する様々な抑制材成分（例えば、初期抑制種、活性抑制種、および再結合抑制種）の量および／または相対組成によって制限される。一部の例では、抑制速度は、フィーチャ内部の様々な位置における様々な成分の濃度に依存する。
【００４６】
物質移動律速条件は、全体的な抑制濃度バリエーションによって、部分的に特徴づけることができる。一部の実施形態において、濃度は、フィーチャの内部では、その開口付近よりも低く、その結果、抑制速度は、内部よりも開口付近で高くなる。これが、ひいては、フィーチャ開口付近での選択的抑制につながる。いくらかの活性種がフィーチャ内に拡散するときに消費されるように、フィーチャ開口付近で比較的高い抑制速度を維持しつつ、制限された量の抑制種を処理チェンバに供給する（例えば、キャビティのプロファイルおよび寸法に対して相対的に低い抑制ガス流量を用いる）ことによって、物質移動律速プロセス条件が達成され得る。一部の実施形態では、濃度勾配がかなりのものであり、それは、比較的高い抑制反応速度と、比較的低い抑制供給に起因し得る。一部の実施形態では、開口付近の抑制速度も、物質移動律速となることがあるものの、このような条件は、選択的抑制を達成するために必要ではない。
【００４７】
選択的抑制は、フィーチャ内部の全体的な抑制濃度バリエーションの他に、フィーチャ全体にわたる様々な抑制種の相対濃度による影響を受ける場合がある。そして、これらの相対濃度は、抑制種の解離および再結合のプロセスの相対力学に依存し得る。上述のように、分子状窒素などの初期抑制材は、リモートプラズマ発生器を通して供給されること、および／またはインサイチュ・プラズマに曝されることで、活性種（例えば、原子状窒素、窒素イオン）を生成することができる。一方、活性種は、再結合して、より活性の低い再結合種（例えば、窒素分子）になることがあり、さらに／または、それらの拡散経路に沿ったＷ、ＷＮ、ＴｉＮ、もしくは他のフィーチャ表面と反応し得る。このようにして、フィーチャの様々に異なる部分が、様々に異なる濃度の様々に異なる抑制材である例えば初期抑制ガス、活性抑制種、および再結合抑制種に、暴露され得る。これによって、選択的抑制を制御するための追加の機会が与えられる。例えば、活性種は、一般に、初期抑制ガスおよび再結合抑制種よりも反応性が高い。さらに、場合によって、活性種は、再結合種よりも温度変化の影響を受けにくい可能性がある。そこで、移動が主として活性種によるものとなるように、プロセス条件を制御することができる。上記のように、一部の種は、他のものよりも反応性が高い場合がある。また、特定のプロセス条件によって、結果的に、活性種が、フィーチャ内部よりもフィーチャ開口付近において、より高濃度で存在することになり得る。例えば、一部の活性種は、消費される（例えば、フィーチャ表面材と反応する、および／もしくは表面に吸着される）ことがあり、さらに／または、特に小さい高アスペクト比フィーチャにおいて、より深くフィーチャ内に拡散する間に再結合することがある。また、活性種の再結合は、フィーチャの外でも、例えばシャワーヘッドまたは処理チェンバ内において生じる可能性があり、それはチェンバ圧力に依存し得る。そこで、チェンバおよびフィーチャの様々な点における活性種の濃度を調整するように、チェンバ圧力を具体的に制御することができる。
【００４８】
抑制ガスの流量は、チェンバのサイズ、反応速度、および他のパラメータに依存し得る。流量は、より多くの抑制材がフィーチャ内部よりも開口付近に集中するように、選択することができる。一部の実施形態では、そのような流量によって、物質移動律速による選択的抑制を発生させる。例えば、ステーションごとに１９５リットルのチェンバの場合の流量は、約２５ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍの間、または、より具体的な実施形態では、約５０ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍの間とすることができる。一部の実施形態では、流量は、約２０００ｓｃｃｍ未満、約１０００ｓｃｃｍ未満、または、より具体的には、約５００ｓｃｃｍ未満である。これらの値は、３００ｍｍ基板の処理用に構成された個々の１つのステーションについて提示されたものであるということに留意すべきである。これらの流量は、基板サイズ、装置内のステーション数（例えば、４ステーション装置の場合は４倍にする）、処理チェンバの容積、および他の因子に応じて、増減させるようにスケーリングすることが可能である。
【００４９】
一部の実施形態では、選択的抑制の前に、基板を加熱または冷却することができる。基板を所定の温度にするために、ステーション内の加熱エレメントまたは冷却エレメント（例えば、ペデスタル内に設けられた電気抵抗ヒータ、またはペデスタルに循環する伝熱流体）、基板上方の赤外線ランプ、プラズマ点火など、様々なデバイスを使用することができる。
【００５０】
基板の所定温度は、フィーチャ表面と抑制種との間の化学反応を誘起し、さらに／または抑制種の吸着を促進するように、さらには反応または吸着の速度を制御するように、選択することができる。例えば、フィーチャ内部よりも開口付近で抑制がより多く生じるような高反応速度となるように、温度を選択することができる。また、活性種の再結合（例えば、原子状窒素が分子状窒素となる再結合）を制御するように、さらに／または、どの種（例えば、活性種または再結合種）が主として抑制に寄与するのかを制御するように、温度を選択することもできる。一部の実施形態では、基板は、約３００℃未満に、または、より具体的には、約２５０℃未満に、または約１５０℃未満に、または約１００℃よりさらに低く、維持される。他の実施形態では、基板は、約３００℃〜４５０℃の間に、または、より具体的な実施形態では、約３５０℃〜４００℃の間に、加熱される。異なる種類の抑制ケミストリの場合には、他の温度範囲を用いることができる。また、暴露時間も、選択的抑制を発生させるように選択することができる。暴露時間の例は、所望の選択性およびフィーチャ深さに応じて、約１０ｓ〜５００ｓの範囲とすることができる。
【００５１】
上述のように、本発明の種々の態様は、ＶＮＡＮＤワードライン（ＷＬ）の充填に用いることができる。以下の解説は、種々の方法の枠組みを提示するものであるが、これらの方法は、そのように限定されることなく、ロジックおよびメモリのコンタクト充填、ＤＲＡＭ埋め込みワードライン充填、垂直集積メモリゲート／ワードライン充填、３Ｄ集積（ＴＳＶ）など、他の応用においても同様に実施することができる。
【００５２】
上述の図１Ｆは、充填されるべきＶＮＡＮＤワードライン構造の一例を提示している。上述のように、このような構造のフィーチャ充填は、ピラーの配置によって示される狭窄部など、いくつかの課題を提示し得る。また、高フィーチャ密度に起因して、充填が完了する前に反応物質が使い果たされるようなローディング効果が生じることがある。
【００５３】
ＷＬ（ワードライン）全体にわたるボイドフリー充填のための種々の方法について、以下で説明する。一部の実施形態では、低抵抗率のタングステンが堆積される。図５は、非コンフォーマルな選択的抑制を用いて、ピンチオフに至らないうちにフィーチャ内部に充填する手順を示している。図５では、構造５００を、ライナー層表面５０２と共に提示している。ライナー層表面５０２は、例えば、ＴｉＮまたはＷＮとすることができる。次に、ライナー層５０２の上にＷ核形成層５０４をコンフォーマルに堆積させる。上述のようなＰＮＬプロセスを用いることができる。なお、一部の実施形態では、コンフォーマル核形成層を堆積させる該オペレーションを省略してもよいということに留意すべきである。次に、構造５００の部分５０６の選択的抑制のため、構造は抑制ケミストリに暴露される。本例では、ピラー狭窄部１５１を通る部分５０８が、選択的抑制を受ける。抑制は、例えば、Ｎ2、Ｈ2、フォーミングガス、ＮＨ3、Ｏ2、ＣＨ4などのガスから発生させたダイレクト（インサイチュ）プラズマへの暴露を伴い得る。フィーチャを抑制種に暴露する他の方法については上述した。次に、抑制プロファイルに従ってタングステンを選択的に堆積させるためにＣＶＤプロセスを実施し、狭窄部の背後にある充填が難しい領域が充填されるように、核形成層５０４の非抑制部分に優先的にバルクタングステン５１０を堆積させる。次に、フィーチャの残り部分をバルクタングステン５１０で充填する。図２を参照して上述したように、タングステンの選択的堆積に用いたのと同じＣＶＤプロセスを、フィーチャの残り部分に用いることができ、または、異なるケミストリもしくはプロセス条件を用いる異なるＣＶＤプロセスであって、さらに／もしくは核形成層の堆積後に実行されるＣＶＤプロセスを用いることもできる。
【００５４】
一部の実施形態では、本明細書に記載の方法を、タングステンによるビア充填に用いることができる。図６は、例えば金属窒化物または他のバリア層とすることができる下層１１３を含むフィーチャ孔１０５の一例を示している。例えばＰＮＬおよび／またはＣＶＤ法によって、フィーチャ孔１０内にコンフォーマルにタングステン層６５３を堆積させる。（図６の例ではフィーチャ孔１０５内にコンフォーマルにタングステン層６５３が堆積されるが、一方、他の一部の実施形態では、タングステン層６５３の選択的堆積の前に、下層１１３上でのタングステン核形成が選択的に抑制され得るということに留意すべきである。）さらに、その後、タングステン層６５３への堆積が選択的に抑制されて、フィーチャ開口付近にタングステン層６５３の抑制部分６５５が形成される。次に、フィーチャの底部および中間部付近に優先的にタングステンが堆積されるように、抑制プロファイルに従ってＰＮＬおよび／またはＣＶＤ法によりタングステンが選択的に堆積される。フィーチャが充填されるまで、一部の実施形態では選択的抑制サイクルを１回以上伴って、堆積が継続される。上述のように、一部の実施形態では、フィーチャ上部における抑制効果は、十分に長い堆積時間によって克服することができ、一方、一部の実施形態では、フィーチャ開口におけるパッシベーションを軽減または除去するために、そこへの堆積が必要になった時点で、追加の核形成層の堆積または他の処理を実施することができる。留意すべきことは、一部の実施形態では、フィーチャ充填は、図６に示すシーム６５７のようなシーム（割れ目）の形成を依然として伴い得るということである。他の実施形態では、フィーチャ充填は、ボイドフリーかつシームフリーであり得る。シームがある場合であっても、それは、従来の方法で充填されたフィーチャで得られるものよりも小さくすることができ、ＣＭＰの際のコアリングの問題は軽減される。図６の例に示す手順は、ＣＭＰ後に、比較的小さなボイドを呈して、終了する。
【００５５】
一部の実施形態では、狭窄部または予想されるピンチオフ点を有していないフィーチャの場合であっても、本明細書に記載のプロセスを効果的に用いることができる。例えば、プロセスを、コンフォーマルではなく、ボトムアップのフィーチャ充填に用いることができる。図７は、一部の実施形態による方法でフィーチャ７００を充填する手順を示している。タングステンのコンフォーマル薄層７５３を最初に堆積させ、続いて選択的抑制により、フィーチャ底部の層７５３は処理せずに、抑制部分７５５を形成する。ＣＶＤ堆積により、フィーチャ底部に堆積されたバルク膜７５７を得る。この後に、続いて、フィーチャがバルクタングステン７５７で充填されるまで、選択的ＣＶＤ堆積と選択的抑制のサイクルが繰り返される。フィーチャの側壁における核形成は、フィーチャ底部付近以外では抑制されるので、充填はボトムアップとなる。一部の実施形態では、フィーチャの底がよりフィーチャ開口近くに成長するにつれて、一連の抑制において異なるパラメータを用いることにより、抑制プロファイルを適切に調整することができる。例えば、一連の抑制処理において、バイアス電力および／または処理時間を減少させることができる。
【００５６】
［実験］
図１Ｆの概略図と同様の３Ｄ ＶＮＡＮＤフィーチャを、初期タングステンシード層の堆積後に、Ｎ2Ｈ2ガスから発生させたプラズマに暴露した。基板は、１００Ｗから７００Ｗまで変化させたバイアス電力によってＤＣバイアスでバイアスし、暴露時間を２０ｓと２００ｓの間で変化させた。時間が長いほど、結果的に抑制は、より深く、より幅広となり、バイアス電力が高いほど、結果的に抑制は、より深くなった。
【００５７】
表１は、処理時間の効果を示している。すべての抑制処理は、基板への１００ＷのＤＣバイアスとともに、２０００ＷのＬＦＲＦ、Ｎ2Ｈ2によるダイレクトプラズマへの暴露を用いた。
【表１】
2015514160.tif 000003
処理時間を変化させた結果、表１（スプリットＣ）に記載のように、抑制プロファイルは垂直方向および横方向に調整されたが、一方、バイアス電力を変化させることは、抑制プロファイルの垂直方向の調整に、より高い相関があり、副次的効果で横方向の変化があった。
【００５８】
上述のように、より長いＣＶＤ時間、および／または、より高温、より攻撃的なケミストリなど、いくつかのＣＶＤ条件によって、抑制効果を克服することができる。以下の表２は、選択的堆積に対するＣＶＤ時間の効果を示している。
【００５９】
【表２】
2015514160.tif 000004
【００６０】
［装置］
新規の本方法を実施するために、任意の適切なチェンバを使用することができる。堆積装置の例として様々なシステムが含まれ、例えば、カリフォルニア州サンノゼのノベラス・システムズ社（Ｎｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｃ．）から入手可能なＡＬＴＵＳおよびＡＬＴＵＳ Ｍａｘ、または他の様々な市販の処理システムのいずれかである。
【００６１】
図８は、いくつかの実施形態により半製品の半導体基板を処理するための装置８００の概略図を示している。装置８００は、ペデスタル８２０を有するチェンバ８１８と、シャワーヘッド８１４と、インサイチュ・プラズマ発生器８１６と、を備える。装置８００は、さらにシステムコントローラ８２２を備え、これは、入力を受け取り、さらに／または制御信号を各種デバイスに供給するためのものである。
【００６２】
一部の実施形態では、抑制ガスと、さらにアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスがある場合にはそれを、貯蔵タンクであり得る供給源８０２からリモートプラズマ発生器８０６に供給することができる。エッチャントをチェンバ８１８内に導入する前にそれを活性化するため、任意の適切なリモートプラズマ発生器を用いることができる。例えば、ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）ｉ型ＡＸ７６７０、ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）ｅ型ＡＸ７６８０、ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）ｅｘ型ＡＸ７６８５、ＡＳＴＲＯＮ（登録商標）ｈｆ−ｓ型ＡＸ７６４５などのリモートプラズマクリーニング（ＲＰＣ）ユニットを用いることができ、これらはすべて、マサチューセッツ州アンドーヴァーのＭＫＳインスツルメンツ（ＭＫＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）から入手可能である。ＲＰＣユニットは、典型的には、供給されたエッチャントを用いて弱電離プラズマを生成する自己完結型のデバイスである。ＲＰＣユニットに組み込まれた高電力ＲＦ発生器によって、プラズマ中の電子にエネルギーを与える。このエネルギーは、その後、中性抑制ガス分子に伝達されて、これが２０００Ｋのオーダの温度につながることで、これらの分子の熱解離が生じる。ＲＰＣユニットは、その高ＲＦエネルギーと、該エネルギーの大部分をガスに吸着させる特別なチャネル形状とによって、入来する分子の６０％超を解離させることができる。
【００６３】
一部の実施形態では、抑制ガスは、リモートプラズマ発生器８０６から接続ライン８０８を介してチェンバ８１８内に流入し、そこで混合されたものが、シャワーヘッド８１４を介して分配される。他の実施形態では、抑制ガスは、リモートプラズマ発生器８０６を全く通ることなく（例えば、システム８００が、そのような発生器を備えていない）、チェンバ８１８内に直接流入する。あるいは、抑制ガスをチェンバ８１８内に流入させる際に、例えば、抑制ガスの活性化が不要であるか、またはインサイチュ・プラズマ発生器による供給を受けるという理由で、リモートプラズマ発生器８０６がオフにされる場合がある。
【００６４】
シャワーヘッド８１４またはペデスタル８２０は、一般に、それに接続された内部プラズマ発生器８１６を有し得る。一例では、発生器８１６は、約１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの間の周波数で、約０Ｗ〜１００００Ｗを供給することが可能な高周波数（ＨＦ）発生器である。別の例では、発生器８１６は、約１００ＫＨｚ程度の低周波数で、約０Ｗ〜１００００Ｗを供給することが可能な低周波数（ＬＦ）発生器である。より具体的な一実施形態では、ＨＦ発生器は、約１３．５６ＭＨｚで、約０Ｗ〜５０００Ｗを供給し得る。ＲＦ発生器８１６は、抑制種を活性化するためのインサイチュ・プラズマを生成することができる。一部の実施形態では、リモートプラズマ発生器８０６と併せて、またはこれを併用することなく、ＲＦ発生器８１６を使用することができる。一部の実施形態では、堆積の際に、プラズマ発生器は全く使用されない。
【００６５】
チェンバ８１８は、堆積の程度、濃度、圧力、温度など、各種プロセスパラメータを検知するためのセンサ８２４を含み得る。センサ８２４は、プロセス中のチェンバ条件に関する情報を、システムコントローラ８２２に提供することができる。センサ８２４の例として、マスフローコントローラ、圧力センサ、熱電対などが含まれる。センサ８２４は、さらに、チェンバ内のガスの存在の監視および制御対策のための赤外線検出器または光検出器を含み得る。
【００６６】
堆積および選択的抑制オペレーションによって、様々な揮発性種が生成されることがあり、これらはチェンバ８１８から排出される。また、処理は、チェンバ８１８において、いくつかの所定の圧力レベルで実施される。これらの機能は共に、真空ポンプとすることができる真空排出８２６を用いて達成される。
【００６７】
いくつかの実施形態において、システムコントローラ８２２は、プロセスパラメータを制御するために採用される。システムコントローラ８２２は、一般に、１つ以上のメモリデバイスと、１つ以上のプロセッサと、を備える。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタル入力／出力接続、ステッピングモータ・コントローラボードなどを含むことができる。一般的には、システムコントローラ８２２に関連付けられたユーザインタフェースが設けられる。ユーザインタフェースとして、ディスプレイ画面と、装置および／またはプロセス条件のグラフィックソフトウェア表示と、さらに、ポインティングデバイス、キーボード、タッチスクリーン、マイクロフォンなどのユーザ入力装置を含むことができる。
【００６８】
いくつかの実施形態において、システムコントローラ８２２は、基板温度、抑制ガス流量、リモートプラズマ発生器８０６および／またはインサイチュ・プラズマ発生器８１６の電力出力、チェンバ８１８内の圧力、および他のプロセスパラメータを制御する。システムコントローラ８２２は、特定のプロセスのタイミング、ガスの混合、チェンバ圧力、チェンバ温度、および他のパラメータを制御するための命令の集まりを含むシステム制御ソフトウェアを実行する。コントローラに関連付けられたメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラムを、一部の実施形態において採用することができる。
【００６９】
プロセスシーケンスにおけるプロセスを制御するためのコンピュータプログラムコードは、例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートランなど、通常のコンピュータ可読プログラミング言語のいずれかでコーディングすることができる。コンパイルされたオブジェクトコードまたはスクリプトをプロセッサにより実行することで、プログラムで示されるタスクが実行される。システムソフトウェアは、多くの異なる方法で設計または構成することができる。例えば、記載したプロセスを実施するために必要なチェンバ構成要素の動作を制御するための、各種チェンバ構成要素サブルーチンまたは制御オブジェクトを作成することができる。本目的のためのプログラムまたはプログラム部分の例には、処理ガス制御コード、圧力制御コード、およびプラズマ制御コードが含まれる。
【００７０】
コントローラパラメータは、例えば、各オペレーションのタイミング、チェンバ内の圧力、基板温度、抑制ガス流量など、プロセス条件に関するものである。これらのパラメータは、レシピの形でユーザに提供され、ユーザインタフェースを利用して入力することができる。プロセスを監視するための信号を、システムコントローラ８２２のアナログおよび／またはデジタル入力接続によって供給することができる。プロセスを制御するための信号は、装置８００のアナログおよびデジタル出力接続に出力される。
【００７１】
［マルチステーション装置］
図９Ａは、マルチステーション装置９００の一例を示している。装置９００は、処理チェンバ９０１と、処理される基板および処理が完了した基板を保持するための１つ以上のカセット９０３（例えば、正面開口一体型ポッド）と、を備える。チェンバ９０１は、いくつかのステーションを有することができ、例えば、２ステーション、３ステーション、４ステーション、５ステーション、６ステーション、７ステーション、８ステーション、１０ステーション、または他の任意の数のステーションを有することができる。ステーションの数は、通常、処理オペレーションの複雑さと、共有環境で実行され得るそれらのオペレーションの数によって決定される。図９Ａは、９１１〜９１６で示す６ステーションを有する処理チェンバ９０１を示している。単一の処理チェンバ９０３を有するマルチステーション装置９００内のすべてのステーションは、同じ圧力環境に曝される。ただし、各ステーションは、所定の反応物質分配システムを備えることができ、また、図８に示すもののような専用のプラズマ発生器とペデスタルによって達成される局所プラズマ条件および加熱条件を備えることができる。
【００７２】
被処理基板は、カセット９０３の１つからロードロック９０５を介してステーション９１１にロードされる。基板をカセット９０３からロードロック９０５に移送するために、外部ロボット９０７を使用することができる。図示の実施形態では、２つの別個のロードロック９０５が設けられている。これらは、一般に基板搬送装置を装備しており、これにより基板を、ロードロック９０５から（圧力を、処理チェンバ９０３の内部環境に相当するレベルに平衡化してから）ステーション９１１に移動させ、さらに処理チェンバ９０３から取り出すために、ステーション９１６からロードロック９０５へ戻すように移動させる。処理ステーション９１１〜９１６の間で基板を移送するため、およびそれらの基板のいくつかを後述のようにプロセス中に支持するために、メカニズム９０９が用いられる。
【００７３】
一部の実施形態では、１つ以上のステーションを、基板の加熱用に確保することができる。そのようなステーションは、基板の上方に配置される加熱ランプ（図示せず）、および／または図８に示すものと同様に基板を支持する加熱ペデスタルを有し得る。例えば、ステーション９１１は、ロードロックから基板を受け取って、その基板をさらなる処理の前に予熱するために使用され得る。他のステーションは、堆積および選択的抑制オペレーションを含む高アスペクト比フィーチャの充填のために使用され得る。
【００７４】
ステーション９１１において加熱または他の処理を基板に施した後に、基板は、処理ステーション９１２、９１３、９１４、９１５、９１６に次々と移動させられるが、これらの処理ステーションは、順に配置されていても、そうでなくてもよい。マルチステーション装置９００は、すべてのステーションが同じ圧力環境に曝されるように構成することができる。そうすることで、ロードロックのような搬送ポートを必要とすることなく、基板は、ステーション９１１からチェンバ９０１内の他のステーションへ移送される。
【００７５】
一部の実施形態では、１つ以上のステーションを、タングステン含有材料によるフィーチャ充填のために使用することができる。例えば、ステーション９１２を、初期堆積オペレーションに使用することができ、ステーション９１３を、対応する選択的抑制オペレーションに使用することができる。堆積−抑制サイクルが繰り返される実施形態では、ステーション９１４を、別の堆積オペレーションに使用することができ、ステーション９１５を、別の抑制オペレーションに使用することができる。セクション９１６を、最終的な充填オペレーションに使用することができる。理解されるべきことは、ステーションに特定のプロセス（加熱、充填、および除去）を割り当てる任意の構成を用いることができるということである。一部の実現形態では、ステーションのうちのいずれかを、ＰＮＬ（またはＡＬＤ）堆積、選択的抑制、ＣＶＤ堆積のうちの１つ以上に専用のものとすることができる。
【００７６】
上記のマルチステーション装置に代えて、単一基板用チェンバにおいて、または個々の処理ステーションで基板（複数の場合もある）をバッチモードで（すなわち、順次的ではなく）処理するマルチステーション・チェンバにおいて、本方法を実施することができる。本発明の本態様では、基板は、チェンバ内にロードされて、（処理ステーションを１つのみ有する装置であるか、またはバッチモードで動作するマルチステーションを有する装置であるかに関わりなく）１つの処理ステーションのペデスタルの上に配置される。そして、基板を加熱することができ、堆積オペレーションを実施することができる。次に、チェンバ内のプロセス条件を調整することができ、そして堆積された層の選択的抑制が実行される。プロセスは、続いて、１回以上の堆積−抑制サイクル（実行される場合）と、そして最終的な充填オペレーションに進むことができ、これらはすべて同じステーションで実行される。あるいは、シングルステーション装置を用いて、最初に、新規の本方法のオペレーション（例えば、堆積、選択的抑制、最終充填）のうちいずれか１つのみを、複数の基板上で実行することができ、その後、それらの基板を、同じステーションに戻すか、または（例えば、別の装置の）異なるステーションに移動させて、残りのオペレーションのうち１つ以上を実行することができる。
【００７７】
［マルチチェンバ装置］
図９Ｂは、いくつかの実施形態により使用することができるマルチチェンバ装置９２０の概略図である。図示のように、装置９２０は、３つの独立したチェンバ９２１、９２３、９２５を備える。これらのチェンバのそれぞれは、２つのペデスタルを有するものとして図示されている。理解されるべきことは、装置は、任意の数（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つなど）のチェンバを備えることができ、各チェンバは、任意の数（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つなど）のチェンバを有することができるということである。各チェンバ９２１〜５２５は、チェンバ間で共有されていない独自の圧力環境を有する。各チェンバは、対応する１つ以上の搬送ポート（例えば、ロードロック）を有し得る。装置は、さらに、搬送ポートと１つ以上のカセット９２９との間で基板を移送するための共用の基板ハンドリングロボット９２７を有し得る。
【００７８】
上述のように、タングステン含有材料を堆積させるためと、それらの堆積された材料に後のオペレーションで選択的抑制を施すために、別個のチェンバを使用することができる。これら２つのオペレーションを異なるチェンバに分けることは、それぞれのチェンバにおいて同じ環境条件が維持されることによって、処理速度を大きく向上させる助けとなり得る。チェンバでは、その環境を、堆積に用いられる条件から、選択的抑制に用いられる条件に変更したり、さらに戻したりする必要がなく、そのような変更は、異なるケミストリ、異なる温度、圧力、および他のプロセスパラメータに関わり得る。一部の実施形態では、半製品の半導体基板を２つ以上の異なるチェンバ間で移送するほうが、これらのチェンバの環境条件を変更するよりも速い。
【００７９】
［パターニング方法／装置］
上記の装置／プロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池パネルなどの作製または製造のために、リソグラフィパターニング・ツールまたはプロセスとともに用いることができる。一般に、そのようなツール／プロセスは、必ずしもそうではないが、共通の製造設備で一緒に使用または実施される。リソグラフィによる膜のパターニングは、通常、以下の工程の一部またはすべてを含み、各工程は、いくつかの考え得るツールによって実施可能となる。（１）ワークピースすなわち基板の上に、スピン式またはスプレー式のツールを用いて、フォトレジストを塗布する；（２）ホットプレートまたは炉またはＵＶ硬化ツールを用いて、フォトレジストを硬化させる；（３）ウェハステッパなどのツールによって、可視光線または紫外線またはＸ線でフォトレジストを露光する；（４）ウェットベンチなどのツールを用いて、選択的にレジストを除去するようにレジストを現像し、これによりパターンを形成する；（５）ドライまたはプラズマアシスト・エッチングツールを用いて、レジストパターンを下の膜またはワークピースに転写する；（６）ＲＦまたはマイクロ波プラズマ・レジストストリッパなどのツールを用いて、レジストを剥離する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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