(57)【要約】      （修正有）【課題】アスペクト比の高い凹部に、コバルトをボイドなしで堆積する。【解決手段】（ａ）凹部にコバルトを部分的に充填すること、（ｂ）凹部を窒素含有ガスから発生したプラズマに曝露して、凹部の上部またはその近辺の表面でコバルトの核形成を選択的に抑制し、任意選択で（ａ）と（ｂ）を繰り返すこと、および化学気相成長によって大量のコバルトを凹部に堆積する。コバルトを堆積する前に、バリア層を含む凹部を窒素含有ガスから発生したプラズマに曝露してもよい。化学気相成長は、コバルト含有前駆体を用いて約４００℃未満の低温で実施する。【選択図】図３Ｄ
2016046532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）１つ以上の凹部を有する基板であって、各凹部が凹部開口を含む、基板を提供すること；
（ｂ）前記凹部開口またはその近辺にある１つ以上の凹部表面でコバルトが核形成されるのを選択的に抑制して、各凹部に抑制による異なる輪郭があるようにすること；および
（ｃ）前記抑制による異なる輪郭に応じて前記凹部にコバルトを堆積すること
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、更に、
コバルトの核形成を選択的に抑制する前に、前記凹部にバリア層を堆積することを含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記バリア層は、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、および窒化コバルトからなる群から選択される、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、更に、
コバルトの核形成を選択的に抑制する前に、前記基板をコバルト含有前駆体に曝露して前記１つ以上の凹部を部分的に充填することを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記方法は、約４００℃未満の温度で実施される、方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、
前記コバルト含有前駆体は、ジカルボニルシクロペンタジエニルコバルト、コバルトカルボニル、様々なコバルトアミジナート前駆体、コバルトジアザジエニル錯体、コバルトアミジナート／グアニジナート前駆体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択される、方法。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
前記凹部開口またはその近辺にある前記凹部表面は、前記凹部の側壁の上部約１０％から約５０％を含む、方法。
【請求項８】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
コバルトの核形成を選択的に抑制することは、窒素含有ガスから発生したプラズマに前記基板を曝露することをさらに含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記基板は、前記窒素含有ガスから発生したプラズマに約３００秒未満の時間にわたって曝露される、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、
前記プラズマは方向性がある、方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
前記凹部は、内曲した輪郭を有する、方法。
【請求項１２】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
（ｃ）でコバルトを堆積することは、前記基板をコバルト含有前駆体および還元剤に曝露することを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
（ｃ）は、化学気相成長によって実施される、方法。
【請求項１４】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
前記凹部開口は、約３ｘ ｎｍ未満であり、前記凹部のアスペクト比は、少なくとも約１．５：１である、方法。
【請求項１５】
半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）１つ以上の凹部を有する凹部であって、各凹部が凹部開口を含む凹部を備える基板を提供すること；
（ｂ）前記基板をコバルト含有前駆体に曝露して前記凹部を部分的に充填すること；
（ｃ）前記基板を窒素含有ガスおよびプラズマに曝露すること；
（ｄ）任意選択で（ｂ）と（ｃ）を繰り返すこと；および
（ｅ）抑制による異なる輪郭に応じて前記凹部にコバルトを堆積すること
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記方法は、約４００℃未満の温度で実施される、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
前記コバルト含有前駆体は、ジカルボニルシクロペンタジエニルコバルト、コバルトカルボニル、様々なコバルトアミジナート前駆体、コバルトジアザジエニル錯体、コバルトアミジナート／グアニジナート前駆体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択される、方法。
【請求項１８】
請求項１５または１６に記載の方法であって、
前記凹部開口またはその近辺にある前記凹部表面は、前記凹部の側壁の上部約１０％から約５０％の範囲である、方法。
【請求項１９】
半導体基板を処理する装置であって、
１つ以上の処理チャンバと；
ガスを前記処理チャンバに取り込む１つ以上の吸気管であって、流れを制御するハードウェアに接続している吸気管と；
方向性のあるプラズマ発生器と；
少なくとも１つのプロセッサおよび記憶装置を有する制御装置と
を備える、装置において、
前記少なくとも１つのプロセッサおよび前記記憶装置が互いに通信する形で接続され、
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記流れを制御するハードウェアおよびプラズマ発生器に少なくとも作動的に接続し、
前記記憶装置が：
（ａ）コバルト含有前駆体および還元剤を前記チャンバに導入し、
（ｂ）前記プラズマに点火して窒素含有ガスを前記チャンバに導入し、
（ｃ）任意選択で（ａ）と（ｂ）を繰り返し、
（ｄ）前記コバルト含有前駆体および前記還元剤を前記チャンバに導入してコバルト膜を形成する
ために、コンピュータで実行可能な命令を格納し、
前記基板が内曲した輪郭を有する凹部を有する、
装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、
前記プラズマの電力は、約５０Ｗから約５０００Ｗである、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体デバイスの製造では、隣接する金属層どうしの間のビアを水平に相互接続させ、第１の金属層とシリコン基板上のデバイスとの間を接触させるのに使用するタングステン含有材料の堆積が必要になることが多い。従来の堆積プロセスでは、基板をタングステン含有前駆体および還元剤に曝露することによって、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスでタングステンを堆積する。
【０００２】
しかしながら、デバイスは縮小するため、凹部が狭くなってアスペクト比が劇的に増し、タングステンを堆積するのに様々な困難が生じる。その結果、凹部を充填するための代替材料が求められている。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書で提供するのは、コバルト膜の堆積方法である。１つの態様は、（ａ）１つ以上の凹部を有する基板であって、各凹部が凹部開口を含む基板を提供し；（ｂ）凹部開口またはその近辺にある１つ以上の凹部表面でコバルトが核形成されるのを選択的に抑制して、各凹部に抑制による異なる輪郭（プロファイル）があるようにし；（ｃ）抑制による異なる輪郭に応じて凹部にコバルトを堆積することによって、半導体基板を処理する方法を含む。本方法は、約４００°Ｃ未満の温度で実施できる。
【０００４】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、コバルトの核形成を選択的に抑制する前に、凹部にバリア層を堆積することを含む。いくつかの実施形態では、バリア層は、窒化チタン、窒化タングステン、および窒化コバルトからなる群から選択される。
【０００５】
いくつかの実施形態では、本方法はさらに、コバルトの核形成を選択的に抑制する前に、基板をコバルト含有前駆体に曝露して１つ以上の凹部を部分的に充填することを含む。
【０００６】
いくつかの実施形態では、コバルト含有前駆体は、ジカルボニルシクロペンタジエニルコバルト、コバルトカルボニル、様々なコバルトアミジナート前駆体、コバルトジアザジエニル（ｄｉａｚａｄｉｅｎｙｌ）錯体、コバルトアミジナート／グアニジナート（ｇｕａｎｉｄｉｎａｔｅ）前駆体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択される。
【０００７】
様々な実施形態では、凹部開口またはその近辺にある凹部表面は、凹部側壁の上部約１０％から約５０％を含む。いくつかの実施形態では、コバルトの核形成を選択的に抑制することは、窒素含有ガスから発生したプラズマに基板を曝露することをさらに含む。基板は、窒素含有ガスから発生したプラズマに約３００秒未満の時間にわたって曝露されてよい。いくつかの実施形態では、プラズマは方向性がある。
【０００８】
様々な実施形態では、凹部は、内曲した（内側にへこんだ）輪郭を有する。いくつかの実施形態では、（ｃ）でコバルトを堆積することは、基板をコバルト含有前駆体および還元剤に曝露することを含む。いくつかの実施形態では、（ｃ）は、化学気相成長によって実施される。凹部開口は、約３ｘ ｎｍ未満であってよく、凹部は、アスペクト比が少なくとも約１．５：１であってよい。
【０００９】
もう１つの態様は、（ａ）１つ以上の凹部を有する凹部であって、各凹部が凹部開口を有する凹部を備える基板を提供し；（ｂ）基板をコバルト含有前駆体に曝露して凹部を部分的に充填し；（ｃ）基板を窒素含有ガスおよびプラズマに曝露し；（ｄ）任意選択で（ｂ）と（ｃ）を繰り返し；（ｅ）抑制による異なる輪郭に応じて凹部にコバルトを堆積することによって、半導体基板を処理する方法を含む。いくつかの実施形態では、本方法は、約４００℃未満の温度で実施される。
【００１０】
いくつかの実施形態では、コバルト含有前駆体は、ジカルボニルシクロペンタジエニルコバルト、コバルトカルボニル、様々なコバルトアミジナート前駆体、コバルトジアザジエニル（ｄｉａｚａｄｉｅｎｙｌ）錯体、コバルトアミジナート／グアニジナート（ｇｕａｎｉｄｉｎａｔｅ）前駆体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択される。
【００１１】
様々な実施形態では、凹部開口またはその近辺にある凹部表面は、凹部側壁の上部約１０％から約５０％を含む。
【００１２】
もう１つの態様は、半導体基板を処理する装置であって、１つ以上の処理チャンバと；ガスを処理チャンバに取り込む１つ以上の吸気管であって、流れを制御するハードウェアに接続している吸気管と；方向性のあるプラズマ発生器と；少なくとも１つのプロセッサおよび記憶装置を有する制御装置とを備え、少なくとも１つのプロセッサおよび記憶装置が互いに通信する形で接続され、少なくとも１つのプロセッサが、流れを制御するハードウェアおよびプラズマ発生器に少なくとも作動的に接続し、記憶装置が：（ａ）コバルト含有前駆体および還元剤をチャンバに導入するため、（ｂ）プラズマに点火して窒素含有ガスをチャンバに導入するため、（ｃ）任意選択で（ａ）と（ｂ）を繰り返すため、かつ（ｄ）コバルト含有前駆体および還元剤をチャンバに導入してコバルト膜を形成するために、コンピュータで実行可能な命令を格納し、内曲した（内側に凹んだ）輪郭を有する凹部を基板が有する、装置を必要とする。いくつかの実施形態では、プラズマ電力は、約５０Ｗから約５０００Ｗの間である。
【００１３】
これらの態様およびその他の態様について図面を参照して以下にさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】凹部にコバルトを充填する様子の概略図である。
【図１Ｂ】凹部にコバルトを充填する様子の概略図である。
【図１Ｃ】凹部にコバルトを充填する様子の概略図である。
【００１５】
【図２】開示した実施形態による方法を示しているプロセスのフローチャートである。
【００１６】
【図３Ａ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図３Ｂ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図３Ｃ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図３Ｄ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図３Ｅ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図３Ｆ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図３Ｇ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【００１７】
【図４Ａ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図４Ｂ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図４Ｃ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図４Ｄ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図４Ｅ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図４Ｆ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図４Ｇ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【図４Ｈ】開示した実施形態に従って凹部にコバルトを充填する様子を示す概略図である。
【００１８】
【図５】開示した実施形態による堆積および／またはプラズマ処理プロセスに適した処理チャンバの概略図である。
【００１９】
【図６】開示した実施形態による堆積プロセスに適した処理装置の概略図である。
【００２０】
【図７】開示した実施形態に従ってコバルトを堆積して得られた実験結果を描いたグラフである。
【図８】開示した実施形態に従ってコバルトを堆積して得られた実験結果を描いたグラフである。
【００２１】
【図９Ａ】コバルトを充填した凹部のＳＥＭ画像である。
【００２２】
【図９Ｂ】開示した実施形態に従ってコバルトを充填した凹部のＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下の説明文では、提示した実施形態を完全に理解してもらうために、多くの特定の詳細を記載している。開示した実施形態は、これらの特定の詳細の一部または全部がなくとも実施できるものである。このほか、開示した実施形態を無駄に不明瞭にしないために、公知の処理動作は詳細に説明していない。開示した実施形態は、特定の実施形態と合わせて説明していくが、これは開示した実施形態を限定するものではないことは理解されるであろう。
【００２４】
半導体の製造では、凹部に導電材料を充填してよい。例えば、フロントエンド（ＦＥＯＬ）で用いる場合などに、凹部にタングステンを充填してコンタクトを形成することが多い。
【００２５】
しかしながら、デバイスが縮小するため、アスペクト比が増大し、より小さい凹部を使用してコンタクトを形成する。多くの適用例では、コバルトなど代替となる導電材料を使用してコンタクトを形成するか、あるいは凹部にこれを充填できる。
【００２６】
半導体製造における従来のコバルトの堆積方法には電気めっきなどがある。コバルトの電気めっきでは、金属の厚みの一部をまず凹部内に堆積してこの金属が十分導電性になるようにし、これによって電気を通して、電気めっきプロセスで金属が凹部内で成長できるようにする。このようなシード層は、一定の最大抵抗を有する可能性がある。電気めっきなど、コバルトで凹部を充填する湿潤系のプロセスでは、通常、シード層の堆積とは異なるツールで凹部を充填することが必要で、プロセスの複雑さおよび製造コストが増す。
【００２７】
コバルトは、原子層堆積（ＡＬＤ）または化学気相成長（ＣＶＤ）によって堆積することもできる。従来のＡＬＤまたはＣＶＤでは、凹部の輪郭が原因で凹部内にボイドが形成されることがある。図１Ａは、基板１０２内の凹部１００のような一例の概略図である。この基板は、シリコンウエハであってよく、例えば２００ｍｍのウエハ、３００ｍｍのウエハ、４５０ｍｍのウエハで、誘電材料、導電材料、または半導電材料などの材料からなる１つ以上の層が上に堆積されているウエハなどがある。凹部は、細くかつ／または内曲した開口が１つ以上あり、凹部の内部が狭く、アスペクト比が高いことを特徴とするものであってよい。いくつかの実施形態では、凹部１００は、アスペクト比が少なくとも約２：１、少なくとも約１０：１、少なくとも約１５：１、少なくとも約２０：１またはこれよりも大きくてよい。凹部の穴１０５は、例えば開口径または配線幅などの開口に近い寸法、または開口幅、または限界寸法であってもよく、約１９ｎｍ未満であり、１ｘ ｎｍ（１０数ｎｍ）未満の凹部幅であることも知られている。凹部１００は、未充填凹部または単に凹部と呼ぶことができる。この凹部、および任意の凹部は、凹部の長さに沿って延びる軸があり、垂直軸を有する垂直方向の凹部および水平軸を有する水平方向の凹部があることが特徴の一部であってよい。
【００２８】
図示したように、基板１０２は、凹部開口１１０を有する凹部１００を備え、この開口は、凹部の下幅よりも狭い。図１Ａの凹部１００は、内曲した（内側に凹んだ）輪郭を有する。内曲した輪郭とは、端部が閉じられた底、または凹部の内部から凹部開口に向かって細くなっている輪郭である。様々な実施形態によれば、輪郭は徐々に細くなってよく、かつ／または、凹部開口のところにオーバーハングを有していてよい。図１Ａに示した内曲したパターンは、パターニング過程での非対称なエッチングの動き、および／または、拡散バリアの堆積など、前段の膜堆積の際にコンフォーマルではない膜のステップカバレッジを行ったためにできるオーバーハングによって生じることがある。様々な例では、凹部は、凹部上部の開口幅が凹部の下幅よりも小さくてよい。図１Ｂは、凹部１００の中でコンフォーマルに堆積したバリア層１０４の概略図である。バリア層１０４を堆積した後、ＡＬＤまたはＣＶＤによってコバルトを従来通りに堆積すると、コンフォーマルなコバルト膜が凹部１００内に形成される。図１Ｃは、従来のＡＬＤ法またはＣＶＤ法によってコバルト１０６を充填した凹部１００の概略図である。コンフォーマルなステップカバレッジが原因で、コバルト膜１０６は、内曲したパターンの入口にピンチオフを有し、凹部１００のパターン内にボイド１６０が形成されてしまう。コバルトのピンチオフは、コバルトのギャップが充填される前でも内曲したパターンに発生することがあり、これによって凹部１００が封鎖されてボイド１６０が形成される。ボイドとは、充填されずに残る凹部内の領域である。ボイドは、例えば、堆積される材料が凹部内にピンチポイントを形成する際に、反応剤が入って堆積するのを防ぐ未充填の空間を凹部内に密閉して形成することがある。ボイドが凹部内で形成されると、デバイスが故障することが多い。
【００２９】
本明細書で提供するのは、不動態化処理によってアスペクト比が大きくなった凹部を含む、小さい凹部でも大きい凹部でもいずれにもボイドのないコバルトを堆積する方法である。本明細書で説明する手法は、前段の膜堆積またはエッチングにより生じることがある凹状構造および／またはオーバーハングを含む、細くパターニングされた基板に適用可能である。本方法は、コバルト表面のいくつかの箇所でコバルト膜の成長を選択的に抑制し、処理済みのコバルト表面および未処理のコバルト表面に対して、コバルト膜が成長する動きに基づいてコバルト膜の成長プロファイルを形成するための処理を用いることを必要とする。処理済み表面は核形成の時間が長くなり、これによってボトムアップ充填プロセスで未処理の表面から成長させることが可能になる。このような方法は、フロントエンド（ＦＥＯＬ）での充填プロセスで金属ゲート／コンタクトを製造するのにも、バックエンド（ＢＥＯＬ）での充填プロセスでビア／配線を製造するのにも適用できる可能性がある。総合すると、本明細書に記載する堆積技術により、ボイドなしでコバルトを充填した凹部に仕上がる。
【００３０】
本方法は、単一の処理を用いるか、あるいは複数の処理サイクルを用いて凹部を充填することを含む。単一の処理方法は、幅が約３ｘ ｎｍ未満または約１ｘ ｎｍ未満（例えば約１９ｎｍ未満）といったような開口を有する凹部など、小さい凹部に用いることができる。様々な実施形態では、単一の処理方法は、アスペクト比が少なくとも約１．５：１またはそれ以上、あるいは約１０：１またはそれ以上である凹部にコバルトを堆積するのに使用される。複数の処理方法は、約２ｘ ｎｍ（２０数ｎｍ）、３ｘ ｎｍ（３０数ｎｍ）、または４ｘ ｎｍ（４０数ｎｍ）よりも大きいような開口を有する凹部など、大きい凹部に用いることができる。複数の処理では、最後のサイクルになるまで、凹部に残っている開口がサイクルごとに少なくなる。図面を参照して実施形態を開示する。
【００３１】
図２は、開示した実施形態による方法を実施する作業のフローチャートである。作業２０２では、被充填凹部を有する基板が供給される。基板は、シリコン基板または別の適切な半導体基板であってよい。基板は、凹部を２つ以上備えていてよく、様々なサイズの凹部、または単一サイズの凹部を有する凹部からなるパターンを含んでいてよい。本明細書の目的のため、単一の凹部を充填するという趣旨で図２を考察するが、様々なサイズの凹部も同じように充填されてよいことを理解すべきである。凹部は、前述したいずれの凹部であってもよい。
【００３２】
図３Ａは、基板３０２内の小さい凹部３００の一例を示している。小さい凹部３００は、小さい凹部３００の上部３００ｂに狭い凹部開口３１０を有し、この開口は、小さい凹部３００の底３００ａよりも狭い。
【００３３】
作業２０４ａでは、任意選択でバリア膜またはバリア層を基板に堆積する。様々な実施形態では、バリア膜は、コンフォーマルに堆積される。バリア膜は、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）でできた薄層、またはその他の任意の適切なバリア膜であってよい。バリア膜のその他の例には、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化コバルト（ＣｏＮ）、およびルテニウム（Ｒｕ）などがある。様々な実施形態では、バリア膜は、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法によって堆積される。バリア膜は、バリア膜の材料およびコバルトが強力で接着力の高いエネルギーインターフェースを形成するように選択されてよい。図３Ｂは、小さい凹部３００に堆積されたバリア膜３０４の一例を示している。図示したように、バリア膜３０４は、凹部内にコンフォーマルに堆積され、凹部３００の輪郭に沿って基板３０２に薄いバリアを形成する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、２０４ａの後、バリア膜は任意選択で、作業２０４ｂで窒素系のプラズマを用いて処理されてよい。この処理は、後続の作業でコバルトの核形成を抑制するために実施されてよい。例えば、この処理は、作業２１２でコバルトが大量に充填されるのを抑制するために実施される。いくつかの実施形態では、この処理は、作業２０６でコバルトが大量に充填されるのを抑制する。処理プロセスの条件について、作業２０８を参照して以下でさらに詳細に説明する。いくつかの実施形態では、バリア膜は、凹部開口が約１ｘ ｎｍまたはこれよりも小さければ処理される。
【００３５】
作業２０４ｃでは、残りの凹部開口が十分に小さいかどうかを判断する。凹部開口が約１ｎｍ未満である実施形態では、作業２０４ａでバリア膜が堆積され、２０４ｂで表面が処理された後、凹部開口が十分に小さいことがある。凹部開口が十分に小さいかどうかを判断するための検討について、作業２１０を参照して以下に説明する。一般に、凹部開口が非常に小さく、コバルトのシード層を凹部の中に堆積すると凹部開口が狭くなってコバルトを大量に充填するプロセスが妨害または縮小される場合、凹部開口は、作業２１２で大量のコバルトを凹部の中に直接堆積するにはかなり小さく、これについては以下でさらに詳細に説明する。凹部がそれほど小さくない場合、作業２０６が実施される。
【００３６】
作業２０６では、凹部にコバルトが低温で部分的に充填される。様々な実施形態では、この部分的に充填したものを「シード層」と呼ぶことがある。凹部は、基板をコバルト含有前駆体および還元剤に曝露することによって部分的に充填される。作業２０６は、コバルトが堆積される間にプラズマが発生したりチャンバに進入したりしないように、熱に配慮して実施されてよい。
【００３７】
コバルトは、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法によって凹部にコンフォーマルに堆積されてよい。ＣＶＤ法では、基板は、適切なコバルト含有前駆体および還元剤に曝露されて基板にコバルト層を形成する。温度は、約７０℃から約４００℃、または約８０℃から約２００℃であってよい。いくつかの実施形態では、温度は、約７０℃から約２００℃、または約１００℃から約１２０℃であってよい。室圧は、約０．１Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒ、または約１Ｔｏｒｒから約５Ｔｏｒｒであってよい。いくつかの実施形態では、室圧は、約０．５Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒ、または約１Ｔｏｒｒから約３Ｔｏｒｒであってよい。様々な実施形態では、適切なコバルト含有前駆体および／または還元剤は、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ2）、または一酸化炭素（ＣＯ）などのキャリアガスを用いてチャンバに導入される。いくつかの実施形態では、コバルト含有前駆体は、アルゴンをキャリアガスとして用いてチャンバに導入される。キャリアガスの流量は、約１０ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍ、または約１０ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍであってよい。いくつかの実施形態では、キャリアガスの流量は、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍ、または約１０ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍであってよい。還元剤は、選択したコバルト含有前駆体を還元するための任意の適切な反応体であってよい。様々な実施形態では、還元剤は水素（Ｈ2）である。還元剤は、約１００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍ、または約２０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの流量で導入されてよい。特定の堆積用チャンバに応じて、本開示全体を通して提供した範囲外の流量を用いてよいことは理解されるであろう。
【００３８】
ＡＬＤ法では、基板がまず適切なコバルト含有前駆体のパルスに曝露され、その後前駆体が除去され、その後基板が還元剤のパルスに曝露され、その後還元剤が除去されるように、基板はサイクル中に曝露され、コバルトの所望の厚みが基板に形成されるまでこのようなサイクルが繰り返されてよい。ＡＬＤによる堆積プロセスの場合、温度は、約７０℃から約４００℃、または約１００℃から約２００℃であってよい。いくつかの実施形態では、温度は、約７０℃から約２００℃、または約１００℃から約１２０℃であってよい。圧力は、約１Ｔｏｒｒから約２０Ｔｏｒｒ、または約８Ｔｏｒｒから約１５Ｔｏｒｒであってよい。様々な実施形態では、コバルト含有前駆体および／または還元剤は、Ａｒ、Ｎ2、またはＣＯなどのキャリアガスを用いてチャンバに導入される。いくつかの実施形態では、コバルト含有前駆体は、Ａｒをキャリアガスとして用いてチャンバに導入される。キャリアガスの流量は、約１０ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍ、または約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍであってよい。いくつかの実施形態では、キャリアガスの流量は、約５０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍであってよい。還元剤は、選択されたコバルト含有前駆体を還元するための任意の適切な反応体であってよい。様々な実施形態では、還元剤はＨ2である。還元剤は、約１００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍ、または約２０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの流量で導入されてよい。作業２０６が終了する時間は、凹部のサイズに左右される。
【００３９】
例に挙げたコバルト含有前駆体には、ジカルボニルシクロペンタジエニルコバルト（Ｉ）、コバルトカルボニル、様々なコバルトアミジナート前駆体、コバルトジアザジエニル（ｄｉａｚａｄｉｅｎｙｌ）錯体、コバルトアミジナート／グアニジナート（ｇｕａｎｉｄｉｎａｔｅ）前駆体、およびこれらを組み合わせたものなどがある。適切なコバルト含有前駆体は、有機基および／またはカルボニル基を有するコバルトの中心を含んでよく、有機基は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチルおよびオクチルなどのアルキルを含み、直鎖または分枝鎖の炭化水素鎖であってよい。いくつかの実施形態では、有機金属化合物は、置換または非置換のアリル配位子を有する。いくつかの実施形態では、アリル配位子は非置換である。
【００４０】
いくつかの実施形態では、有機金属のコバルト化合物は、以下の構造を有する：
【化１】
2016046532.tif 000003
式中、Ｒ1はＣ1−Ｃ8−アルキルであり、Ｒ2はＣ1−Ｃ8アルキルであり、ｘはゼロ、１または２であり、ｙはゼロまたは１である。
【００４１】
いくつかの実施形態では、Ｒ1はＣ2−Ｃ8−アルキルであり、Ｒ2は独立したＣ2−Ｃ8アルキルである。
【００４２】
本明細書で使用する「アルキル」という用語は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチルおよびオクチルなど、原子が１から８個である飽和炭化水素鎖を指す。「アルキル」という用語は、直鎖の炭化水素鎖と分岐鎖の炭化水素鎖との両方を含む。そのため、プロピルという用語は、ｎプロピルとイソプロピルとの両方を含む。ブチルという用語は、ｎブチル、第二ブチル、イソブチル、および第三ブチルのいずれも含む。
【００４３】
いくつかの実施形態では、ｘは０であり、ｙは１である。この実施形態による有機金属化合物の一例を以下に示す：
【化２】
2016046532.tif 000004
【００４４】
記載した特定の化合物は、米国マサチューセッツ州ヘイブリル所在のＳＡＦＣ−Ｈｉｔｅｃｈ社から入手可能であり、これは、米国カリフォルニア州フリーモント所在のＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能な当該堆積装置と合わせて使用することで得られる。
【００４５】
いくつかの実施形態では、コバルト含有前駆体は、約１００℃未満の温度のような低温で高い蒸気圧を有する有機金属前駆体などである。蒸気圧の一例は、約３０℃で約０．５Ｔｏｒｒの環境であってよい。このような前駆体は、後半のコバルト堆積で未処理表面と処理済み表面とを選別するような高度な選別力があり、これについては以下に詳細に説明する。例えば、コバルト含有前駆体は、以下に説明するように、未処理表面よりも処理済み表面に対して十分な核形成時間が生じるように成長選択性を有していてよい。例えば、核形成時間は、約２００秒よりも長くてよい。
【００４６】
図３Ｃは、バリア層３０４の上から小さい凹部３００内に部分的に充填したコバルトシード層３０６の概略図である。コバルトシード層３０６も同じくコンフォーマルであることに注意されたい。小さい凹部３００は、凹部の上の開口が、いくつかのプラズマを後続の処理で進入させられるほど十分に小さく、かつ凹部の大部分の側壁にプラズマを進入させないために十分小さいときに凹部３００の充填が終了するように、部分的に充填される。凹部の上に残った開口は、後続の処理でプラズマが進入できるが、３０６ｂで示した堆積済みのコバルトでできた側壁の上部約１０〜３０％にプラズマの曝露を限定するように準備され、これについては以下で詳細に考察する。
【００４７】
最初の開口が約３ｘ ｎｍよりも大きい、または約１ｘ ｎｍよりも大きい凹部のように、凹部が大きな凹部である場合、残った凹部の開口が、凹部の大部分の側壁の中にプラズマが進入するのを防ぐほど十分小さくなくとも、部分的充填は所定の時間で停止される。
【００４８】
図４Ａは、基板４０２内の大きな凹部４００の一例の概略図である。大きな凹部４００は凹部開口４１０を有し、この開口は、約２ｘ ｎｍまたは約３ｘ ｎｍよりも大きいようなものであってよい。大きな凹部４００は、任意選択のバリア膜４０４を備え、このバリア膜は、図２に関して上記に説明した作業２０４に従ってコンフォーマルに堆積されたものである。図２に関する作業２０６で、コバルトシード層４０６が基板の上からコンフォーマルに堆積され、コバルトシード層の堆積を終了する所定時間は、凹部のサイズに左右される。
【００４９】
図２に戻ると、作業２０８では、凹部の上およびその近辺にあるコバルト表面は、窒素含有ガスから生成したプラズマに曝露して処理される。この処理を、「抑制を制御した曝露（ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）」（ＩＣＥ）または「プラズマによる表面の窒化」と呼んでよい。様々な実施形態では、プラズマは、プラズマから生じた活性種が、基板の平面に対して垂直な方向で凹部表面に直接接触するような方向性のあるプラズマである。いくつかの実施形態では、処理済み表面は、窒化コバルト（ＣｏＮx）を形成することがあり、この窒化コバルトによって、後続の処理で核形成時間が長くなる。処理されたバリア膜、例えば作業２０４ｂの処理で生じたものなどは、処理済みのコバルト膜にかかった核形成時間よりも核形成時間が短いことがある。以下の説明文は、処理したコバルト表面について記載しているが、以下の処理プロセスおよび処理条件のいずれを用いても、作業２０４ｂのようにバリア膜を処理して処理済みのバリア膜を形成できることを理解すべきである。
【００５０】
様々な凹部では、凹部の底の幅よりも開口が狭いことがあるため、プラズマはほとんどの場合、凹部の上面を処理し、凹部側壁の上部約１０％〜約５０％を処理する。いくつかの実施形態では、プラズマは、凹部側壁の上部約１０％から約３０％を処理する。小さい凹部を含む様々な実施形態では、開口が狭いために、側壁の下約５０％〜９０％が未処理のままである。いくつかの実施形態では、側壁の下約７０％〜９０％は未処理のままである。いくつかの実施形態では、活性種が凹部開口に当たると、窒素イオンが開口の周りに衝突して、凹部の上近辺で処理されたコバルト表面に小さな勾配が残る。処理済み表面は核形成時間が長くなるため、処理によって形成された凹部の軸に沿って抑制による異なる輪郭が出るように、処理済み表面ではコバルトの核形成が選択的に抑制される。選択的抑制は、選択的不動態化、異なる抑制、または異なる不動態化と呼んでもよいもので、凹部の一部で起こる後続のコバルト核形成を抑制することを含むが、残りの凹部では核形成を抑制しない（またはより少ない範囲で核形成を抑制する）。例えば、いくつかの実施形態では、凹部開口またはその近辺では（例えば凹部側壁および凹部の上面の上部約１０％〜約５０％、または約１０％〜約３０％）凹部が選択的に抑制されるが、凹部内部の側壁の下約７０％〜９０％、または約５０％〜９０％で起こる核形成は抑制されない。
【００５１】
図３Ｄは、堆積されたコバルト３０６の表面に向けられたプラズマから生成した窒素イオン３０８の概略図である。凹部の上にあるコバルトの表面３０６ｂは窒素イオン３０８に曝露されるが、凹部の下にあるコバルトの表面３０６ａは窒素イオンに曝露されないことに注意されたい。これは、凹部３００の上にある開口がより狭く、それによって窒素イオンが側壁の上部約１０〜５０％に当たって、処理されたコバルト表面３０６ｂに抑制による異なる輪郭を形成するからである。側壁に向かう矢印は、窒素イオンが凹部の開口の周りで衝突するのを示すために描かれていることに注意されたい。
【００５２】
大きな凹部にコバルトを充填する実施形態では、窒素イオンは、凹部全体に進入し、凹部の底の一部および側壁の下部分を処理できる。しかしながら、凹部の形状が原因で、凹部側壁の上部分は、凹部の下にある側壁よりも多くの窒素イオンで処理されてよい。
【００５３】
図４Ｂは、コバルトシード層４０６がプラズマおよび窒素イオン４０８に曝露されている、さらに大きい凹部４００の概略図である。図３Ｄと比較すると、開口がより広いために、凹部の底４００ａもプラズマに曝露されていることに注意されたい。ただし、表面がプラズマ３０８から遙かに離れているため、底４００ａの表面は、側壁および凹部の上部の表面ほど多くのプラズマ３０８に曝露されないことがある。
【００５４】
作業２０８で実施した処理は、約４００℃未満、または約５０℃から約２００℃、または約７０℃から約２００℃の温度で実施されてよい。室圧は、約１０Ｔｏｒｒ未満、または約０．１Ｔｏｒｒから約５Ｔｏｒｒ、または約０．５Ｔｏｒｒから約２Ｔｏｒｒであってよい。使用するプラズマは、バイアスを含む方向性のあるｉｎ−ｓｉｔｕプラズマであってよい。典型的だが必須ではなく、このようなプラズマは容量結合している。このようにする代わりに、誘導結合していてもよい。単一ステーションに対するプラズマ電力は、約５０Ｗから約５０００Ｗ、または１００Ｗから約１０００Ｗ、または約１００Ｗから約５００Ｗ、または約２００Ｗから約５００Ｗであってよい。プラズマを生成するためにチャンバに導入されるガスは、任意の窒素含有ガスまたは窒素含有ガスの混合物であってよい。様々な実施形態では、使用するガスは窒素である。ガスの流量は、約５０ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍ、または約１００ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍ、または約１００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍ、または約２００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍであってよい。作業２０８は、約３００秒未満、または約１秒から約３００秒、または約５秒から約６０秒の曝露時間にわたって実施されてよい。いくつかの実施形態では、曝露時間は、約２秒から約６０秒、または約５秒から約２０秒であってよい。
【００５５】
図２に戻ると、作業２１０で、残りの凹部開口が十分小さくないと判断され（例えば充填されている凹部が、例えば凹部開口が３ｘ ｎｍよりも大きい、大きな凹部である場合）、その結果、作業２０８で凹部の底がプラズマに曝露された場合、あるいは、コバルトの側壁の上１０〜５０％のみが作業２０８で処理されるように凹部の開口が十分狭いものでなければ、部分的に充填されたコバルトシード層が基板内で十分な厚みに形成されるまで、作業２０７に示したように作業２０６および２０８が繰り返されてよい。
【００５６】
図４Ｃ〜図４Ｈは、時間の経過とともに作業２０６および２０８を繰り返して大きな凹部にコバルトを堆積する様子を示す概略図である。図４Ｃでは、コバルトがチャンバに導入されてコバルトを形成し続けている。ただし、凹部の底４０６ａにより多くのコバルトが形成されるが、コバルト表面の多くが処理されているため、４０６ｂにもコバルトの成長があることに注意されたい。４０６ｂでかかる核形成時間は、核形成時間がわずかかまったくない４０６ａよりも遙かに長くてよい。図４Ｄでは、凹部の上部周辺にあるコバルト４０６ｂが凹部の底にあるコバルト４０６ａと同じまたは同様の速度で成長するように、コバルトがさらに多く堆積されている。図４Ｃおよび図４Ｄは、作業２０６を実施して再度低温で凹部にコバルトを部分的に充填する間に、時間の経過とともにコバルトが成長している様子を描いている。作業２０６に関して説明した上記のいずれの条件および方法を用いて繰り返し作業を実施してもよい。
【００５７】
所定時間の経過後、凹部の上面４０６ｂは、窒素含有ガスから生成したプラズマに基板を曝露させることによって作業２０８で処理される。図４Ｅは、後続の処理の概略図である。ここでは窒素イオン４１８は主に凹部の上面４０６ｂを処理していて、これは図３Ｄの例示に酷似していることに注意されたい。これによって、コバルト含有前駆体を用いる後続の堆積を選択的に行い、処理済み表面にかかる核形成時間は未処理表面にかかる核形成時間よりも長くなる。
【００５８】
図２に戻ると、作業２１０では、残りの開口（例えば、凹部の上部に堆積したコバルト膜どうしの間に残っている空間）が評価される。作業２０８の過程で凹部の底がプラズマに曝露されなかったほど残りの開口が十分に小さければ、作業２１２で大量の充填用コバルトが凹部の中に堆積される。いくつかの実施形態では、これは、ＣＶＤでコバルトの間隙を充填する方法を用いて実施される。基板は、コバルト含有前駆体および還元剤に曝露されて、堆積したコバルトの表面にコバルトを形成する。
【００５９】
ＣＶＤでコバルトの間隙を充填する過程の温度は、約７０℃から約４００℃、または約７０℃から約２００℃であってよい。いくつかの実施形態では、温度は、約７０℃から約２００℃、または約７０℃から約９０℃であってよい。室圧は、約０．１Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒ、または約１Ｔｏｒｒから約５Ｔｏｒｒであってよい。いくつかの実施形態では、圧力は、約０．５Ｔｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒ、または約１Ｔｏｒｒから約３Ｔｏｒｒであってよい。コバルト含有前駆体および／または還元剤は、Ａｒ、Ｎ2、またはＣＯなどのキャリアガスを用いて導入されてよく、このガスの流量は、約１０ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍまたは約１０ｓｃｃｍから約５０ｓｃｃｍであってよい。いくつかの実施形態では、流量は、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍ、または約１０ｓｃｃｍから約３０ｓｃｃｍである。いくつかの実施形態では、コバルト含有前駆体および／または還元剤は、Ａｒがキャリアガスとして導入される。還元剤はＨ2であってよく、約１００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍ、または約２０００ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍの流量で流れる。作業２１０の処理時間および厚みは、凹部のサイズに左右される。
【００６０】
図３Ｅ〜図３Ｇは、小さい凹部で時間の経過とともに間隙を充填するプロセスの概略図である。図３Ｅでは、作業２１０で残りの開口が十分に小さいと判断され、作業２０６および２０８は繰り返されていない。コバルトの大量充填は、続いて作業２１２で堆積される。図示したように、図３Ｅでは、上面３０６ｂは処理されているため、これらの表面は不動態化し、その結果、コバルトが基板に堆積された際に、これらの表面は、処理されていない底の表面よりも核形成時間が長くなる。処理済み表面に対する核形成時間は、約２００秒よりも長くてよい。非処理表面と処理済み表面に対する核形成の時間は、処理の曝露時間に左右される。核形成の時間は、時間経過後の非処理表面のコバルト厚と処理済み表面のコバルト厚とを比較することによって評価できる。例えば、処理済み表面は、約３００秒以上といった核形成時間であってよく、非処理表面は、約２０秒の処理曝露時間にわたって処理済み表面よりも約１７から１８ｎｍ多くのコバルトが堆積されてよい。ボイドなしでコバルトの間隙を充填することは、処理済みのコバルト層と未処理のコバルト層とを高度に選別して膜成長させることによって可能になる。そのため、図３Ｅに見られるコバルトの成長は、凹部の底に堆積したコバルト３０６ａが成長し続けるように、ほとんど下から上に向かって起こる。図３Ｆでは、３０６ｂの表面は、３０６ａのコバルトがほとんどの凹部を充填した時間にわたって核形成されたものであることに注意されたい。図３Ｇでは、コバルトの充填が完了し、その結果、凹部にボイドのないコバルト３０６が充填されている。
【００６１】
図４Ｆでは、前述したように作業２０６および２０８を繰り返した後、作業２１０で残りの開口が十分に小さいことを判断する。作業２１２は、ＣＶＤによってコバルトの間隙充填が起こるように実施される。記載したように、いくつかの実施形態では、凹部開口が非常に小さい場合などは、作業２０４ｂでバリア膜が処理された後に、コバルトシード層を堆積せずに作業２１２で大量の銅層が堆積される。それにもかかわらず、図４Ｆに示したように、大量のコバルトが堆積されると、上部の表面４０６ｂでは核形成時間が長くなるため、あまり成長がみられないが、コバルトの底表面４０６ａでは大量のコバルト４０６の成長がみられる。図４Ｇでは、コバルトは凹部の上部４０６ｂで核形成するが、コバルトの底表面４０６ａはほとんどの凹部をすでに充填している。図４Ｈは、処理と堆積のサイクルを用いて大きな凹部に堆積されたボイドのないコバルト４０６の概略図である。
【００６２】
装置
本明細書で提供する堆積技術は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）チャンバまたはコンフォーマル膜堆積（ＣＦＤ）チャンバ、またはいくつかの実施形態では、ＡＬＤチャンバで実施されてよい。このようなチャンバは、多くの形態を取ることができ、１つ以上のチャンバまたは反応装置（複数のステーションを備えていることもある）を備えている装置の一部であってよく、それぞれのチャンバは、１つ以上の基板またはウエハを収容でき、様々な基板処理作業を実施するように構成されてよい。１つ以上のチャンバは、１つまたは複数の所定の位置に基板を保持できる（その位置で例えば回転、揺動やその他の振動による動きがあってもなくてもよい）。１つの実施態様では、膜堆積を受けている基板を、プロセスの過程でチャンバ内の１つのステーションから別のステーションに移動させることができる。もう１つの実施態様では、基板を装置内のチャンバからチャンバへ移動させて、エッチング作業やリトグラフィ作業などの様々な作業を実施することができる。完全な膜堆積が単一のステーションで全体的に起こることもあれば、いずれかの堆積工程で膜厚全体の一部が堆積されることもある。プロセスの過程では、各基板は、基台、基板チャック、および／またはその他の基板保持装置によってしかるべき場所に保持されてよい。基板を加熱する特定の作業の場合、装置は、加熱プレートなどの加熱器を備えていてよい。
【００６３】
図５は、本明細書に記載した方法を実施するために配置された様々な反応装置の構成要素を描いている簡易なブロック図である。図示したように、反応装置５００は処理チャンバ５２４を備え、この処理チャンバは、反応装置の他の構成要素を収容し、容量放電型システムによって生成されるプラズマを内包する役割を果たし、このシステムは、アースされたヒーターブロック５２０と一緒に動作するシャワーヘッド５１４を備えている。高周波（ＨＦ）無線周波数（ＲＦ）生成器５０４および低周波（ＬＦ）ＲＦ発生器５０２は、マッチングネットワーク５０６およびシャワーヘッド５１４に接続していてよい。マッチングネットワーク５０６によって供給される電力および周波数は、処理チャンバ５２４に供給されるプロセスガスからプラズマを生成するために十分なものであってよい。例えば、マッチングネットワーク５０６は、１００Ｗから１０００Ｗの電力を供給できる。いくつかの例では、マッチングネットワーク５０６を設けても良い。通常のプロセスでは、ＨＦＲＦ成分は、一般的に１ＭＨｚから１００ＭＨｚであってよく、例えば１３．５６ＭＨｚである。ＬＦ成分がある作業では、ＬＦ成分は、約１ＭＨｚ未満、例えば１００ｋＨｚであってよい。
【００６４】
反応装置内では、基台５１８が基板５１６を支持できる。基台５１８は、堆積および／またはプラズマ処理反応の間に基板を保持して移動させるために、チャック、フォーク、またはリフトピン（図示せず）を備えていてよい。チャックは、産業分野および／または研究用の使用に利用可能なものとしての静電チャック、機械的チャック、またはその他の様々な種類のチャックであってよい。
【００６５】
様々なプロセスガスが吸気管５１２を介して導入されてよい。複数のガス源ライン５１０がマニホールド５０８に接続している。ガスは、事前に混合されていてもいなくてもよい。適切なバルブ調整および質量流制御機構を用いて、堆積過程およびプロセスのプラズマ処理段階で正しいプロセスガスが送達されていることを確認できる。（１つまたは複数の）化学前駆体が液体形態で送達される場合、液体の流れを制御する機構を用いることができる。その場合このような液体は蒸発し、マニホールドに輸送される間にプロセスガスと混合されてよく、マニホールドは、堆積チャンバに到達する前に液体形態で供給された化学前駆体の蒸発箇所の上で加熱されてよい。
【００６６】
コバルト含有前駆体または窒素含有ガスなどのプロセスガスは、排気管５２２を介してチャンバ５２４から出ることができる。真空ポンプ、例えば１段階または２段階の機械式ドライポンプおよび／またはターボ分子ポンプ５４０を使用してプロセスガスを処理チャンバ５２４から抜き出すことができるとともに、スロットルバルブまたは振り子バルブなど、閉ループで制御して流れを制限するデバイスを用いて、処理チャンバ５２４内を適切な低圧に維持することができる。
【００６７】
上記で考察したように、本明細書で考察した堆積の技術は、複数ステーションツールまたは単一ステーションツールで実施できるものである。図６は、このようなツールの一例の概略図である。特定の実施態様では、４つのステーションからなる堆積体制を有する３００ｍｍのＬａｍ  Ｖｅｃｔｏｒまたは（登録商標）というツールまたは６つのステーションからなる堆積体制を有する２００ｍｍのＳｅｑｕｅｌ（登録商標）というツールを使用できる。いくつかの実施態様では、４５０ｍｍの基板を処理するツールを使用できる。様々な実施態様では、基板は、堆積の後および／または堆積後のプラズマ処理の後に毎回間欠送りされるか、エッチングチャンバまたはエッチングステーションも同じツールの一部である場合はエッチング工程の後に間欠送りされてよく、あるいは基板を間欠送りする前に複数の堆積および処理を単一のステーションで実行してもよい。
【００６８】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載した技術を実施するように構成された装置を設けてよい。適切な装置が、様々な処理動作を実施するためのハードウェアを備えるとともに、開示した実施形態に従って処理作業を制御するための命令を含んでいるシステム制御装置５３０も備えていてよい。システム制御装置５３０は、通常、１つ以上の記憶デバイスおよび１つ以上のプロセッサを備え、プロセッサは、様々なプロセス制御設備、例えばバルブ、ＲＦ発生器、基板操作システムなどと通信する形で接続し、装置が開示した実施形態による技術、例えば図２の堆積工程に示したような技術を実施するように、命令を実行するように構成される。本開示に従って処理動作を制御するための命令を含んでいる機械可読媒体を、システム制御装置５３０に接続してよい。制御装置５３０は、例えば質量流制御装置、バルブ、ＲＦ発生器、真空ポンプなどの様々なハードウェアデバイスと通信する形で接続されて、本明細書に記載した堆積作業に関連する様々な処理パラメータを制御しやすくすることができる。
【００６９】
いくつかの実施形態では、システム制御装置５３０は、反応装置５００の活動をすべて制御してよい。システム制御装置５３０は、システム制御ソフトウェアを実行でき、このソフトウェアは、大容量格納デバイスに格納され、記憶デバイスにロードされ、プロセッサで実行される。システム制御ソフトウェアは、ガスの流れ、基板の動き、ＲＦ発生器の作動などのタイミングを制御する命令を含むとともに、ガス混合物、チャンバおよび／またはステーションの圧力、チャンバおよび／またはステーションの温度、基板の温度、目的の電力レベル、ＲＦ電力レベル、基板の基台、チャック、および／またはサセプタの位置、および反応装置５００によって実施される特定処理のその他のパラメータを制御する命令も含んでいてよい。例えば、ソフトウェアは、コバルト含有前駆体の流量、還元剤の流量、窒素含有ガスの流量、および前述した各化学物質が流れる曝露時間を制御する命令またはコードを含んでよい。システム制御ソフトウェアは、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、様々な処理用ツールの構成要素のサブルーチンまたは制御目的を書き込んで、様々な処理用ツールの処理を実行するのに必要な処理用ツールの構成要素の動作を制御することができる。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータで読み込めるプログラム言語で符号化されてよい。
【００７０】
システム制御装置５３０は通常、この装置が本開示による技術を実施するように、１つ以上の記憶デバイスおよび命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサを備えていてよい。開示した実施形態に従って処理動作を制御するための命令を含む機械可読媒体をシステム制御装置５３０に接続できる。
【００７１】
前述したように、１つ以上の処理ステーションが、複数のステーションからなる処理ツールに含まれていてよい。図６は、複数のステーションからなる処理ツール６００の一実施形態の概略図を示し、このツールは取込ロードロック６０２および送出ロードロック６０４を備え、このロードロックのいずれか一方または両方が、遠隔のプラズマ源を備えていてよい。ロボット６０６が、大気圧で、ポッド６０８を通ってロードされたカセットから大気ポート６１０を介して取込ロードロック６０２に基板を移動させるように構成される。ロボット６０６によって基板は取込ロードロック６０２内の基台６１２に配置され、大気ポート６１０は閉鎖され、ロードロックはポンプで下げられる。取込ロードロック６０２が遠隔のプラズマ源を備えている場合、基板は、処理チャンバ６１４に導入される前にロードロックで遠隔のプラズマ処理に曝露されてよい。さらに、基板は、例えば湿気および吸収したガスを除去するために、取込ロードロック６０２で加熱されてもよい。次に、処理チャンバ６１４へ通じるチャンバの運搬口６１６が開き、別のロボット（図示せず）が、処理用の反応装置に示した第１のステーションの基台の上にある反応装置に基板を配置する。図６に描いた実施形態はロードロックを備えているが、いくつかの実施形態では、基板が処理ステーションに入る直接の入口を設けてもよいことが理解されるであろう。
【００７２】
描いた処理チャンバ６１４は、４つの処理ステーションを備え、該処理ステーションには、図６に示した実施形態に１から６までの番号を付している。各ステーションは、加熱された基台（ステーション１に６１８で示したもの）、およびガス線の吸気管を有する。いくつかのステーションは、図５に関して前述した構成要素と同様の構成要素を備えていてよい。いくつかの実施形態では、各処理ステーションが異なる目的または複数の目的を有していてよいことが理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態では、１つの処理ステーションが、ＡＬＤ処理方式とＣＶＤ処理方式とを入れ替え可能であってよい。これに加えて、あるいはこのようにする代わりに、いくつかの実施形態では、処理チャンバ６１４が、ＡＬＤとＣＶＤとを合わせた処理ステーションの対を１つ以上備えていてもよい。いくつかの実施形態では、１つのステーション（例えばステーション１）でＡＬＤまたはＣＶＤを用いて、凹部にコバルトを熱によって（例えばプラズマなしで）部分的に充填できる。次に基板は、同じチャンバ６１４内の第２のステーション（例えばステーション２）、または別のチャンバ内のステーションに移送されてよく、そこで基板は窒素含有ガスおよびプラズマに曝露され、続いてコバルト含有前駆体および還元剤に曝露されて、大量のコバルトがＣＶＤによって堆積される。いくつかの実施形態では、還元剤への曝露は、窒素含有ガスがチャンバに流れる間にプラズマへの曝露と交互に行われる。窒素含有ガスおよび／または還元剤は、対象の基板があるステーション（例えばステーション２）のみに導入されてもよいし、あるいはチャンバ６１４全体に導入されてもよい。
【００７３】
様々な実施形態では、基板は、第２のステーションに移送されない。むしろ基板は、熱による堆積過程と同じステーション（例えばステーション１）に残るが、このステーションは、熱による堆積の後に還元剤、窒素含有ガス、およびプラズマをステーションに導入するための装備もされている。
【００７４】
いくつかの実施形態では、基板が熱によるコバルトの堆積を受けた後、基板は別のチャンバに移送され、このチャンバも様々なステーションを備えていてよい。図示した処理チャンバ６１４は４つのステーションを備えているが、本開示による処理チャンバは、適切な任意数のステーションを有していてよいことは理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態では、処理チャンバが５つ以上のステーションを有していてよく、他の実施形態では、処理チャンバが３つ以下のステーションを有していてよい。
【００７５】
図６は、ウエハを処理チャンバ６１４内に移送するためのウエハ操作システム６０９の一実施形態を描いている。いくつかの実施形態では、ウエハ操作システム６０９は、ウエハを様々な処理ステーションの間、かつ／または１つの処理ステーションとロードロックとの間に移送できる。任意の適切なウエハ操作システムを用いてよいことは理解されるであろう。非限定的な例では、ウエハ用の円形コンベヤおよびウエハ用の操作ロボットを備えている。図６は、処理ツール６００の処理条件およびハードウェア状態を制御するのに用いるシステム制御装置６５０の一実施形態も描いている。システム制御装置６５０は、１つ以上の記憶デバイス６５６、１つ以上の大容量格納デバイス６５４、および１つ以上のプロセッサ６５２を備えていてよい。プロセッサ６５２は、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタルの入力／出力接続部、ステッパーモータコントローラボードなどを備えていてよい。
【００７６】
いくつかの実施形態では、制御装置６５０は、処理ツール６００の動作をすべて制御する。制御装置６５０は、システム制御ソフトウェア６５８を実行し、このソフトウェアは、大容量格納デバイス６５４に格納され、記憶デバイス６５６にロードされ、プロセッサ６５２で実行される。このようにする代わりに、制御論理回路を制御装置６５０でハードコード化してもよい。特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）、プログラマブルロジックデバイス（例えばフィールドプログラマブルゲートアレイ、ＦＰＧＡ）などをこれらの目的に使用してよい。以下の考察では、「ソフトウェア」または「コード」をどこで使用するとしても、機能面で匹敵するハードコード化された論理回路をその場所で使用してよい。システム制御ソフトウェア６５８は、タイミング、ガス混合物、ほぼ飽和したガス流の量、チャンバおよび／またはステーションの圧力、チャンバおよび／またはステーションの温度、ウエハの温度、目的の電力レベル、ＲＦ電力レベル、基板の基台、チャック、および／またはサセプタの位置、および処理ツール６００によって実施される特定処理のその他のパラメータを制御するための命令を含んでいてよい。システム制御ソフトウェア６５８は、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、様々な処理ツールの構成要素のサブルーチンまたは制御目的を書き込んで、様々な処理ツールの処理を実行するのに必要な処理ツールの構成要素の動作を制御することができる。システム制御ソフトウェア６５８は、任意の適切なコンピュータで読み込めるプログラム言語で符号化されてよい。
【００７７】
いくつかの実施形態では、システム制御ソフトウェア６５８は、前述した様々なパラメータを制御するための命令を並び替える入出力制御（ＩＯＣ）装置を備えていてよい。いくつかの実施形態では、制御装置６５０に接続している大容量記憶デバイス６５４および／または記憶デバイス６５６に格納されたその他のコンピュータソフトウェアおよび／またはプログラムを用いてよい。そのためのプログラムまたはプログラムセクションの例には、基板位置決めプログラム、処理ガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、およびプラズマ制御プログラムなどがある。
【００７８】
基板位置決めプログラムは、処理ツールの構成要素に対するプログラムコードを含んでよく、このコードは、基板を基台６１８にロードし、基板と処理ツール６００のその他の部品との間のスペースを制御するのに使用される。
【００７９】
プロセスガス制御プログラムは、ガスの組成（例えば本明細書に記載したコバルト含有前駆体、還元剤、および窒素含有ガス）および流量を制御し、任意選択として、処理ステーション内の圧力を安定させるために堆積前にガスを１つ以上の処理ステーションに流すためのコードを含んでよい。圧力制御プログラムは、例えば、処理ステーションの排出システムにあるスロットルバルブや処理ステーションに流れるガスなどを調節することによって、処理ステーション内の圧力を制御するコードを含んでよい。
【００８０】
いくつかの実施態様では、制御装置６５０はシステムの一部であり、上記の例の一部であってよい。このようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ６１４のようなチャンバ、１つまたは複数の加工用プラットフォーム、および／または特定の処理用構成要素（ウエハの基台、ガス流システムなど）を有する半導体処理設備を備えることができる。これらのシステムは、半導体のウエハまたは基板を処理する前、処理する間、処理した後に、そのシステムの動作を制御する電子機器に組み込まれていてよい。電子機器は、「制御装置」と呼ぶことがあり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素またはサブパーツを制御できる。制御装置６５０は、処理条件および／またはシステムの種類に応じてプログラムされ、プロセスガスの送達、温度設定（例えば加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦマッチング回路の設定、周波数設定、流量設定、流体送達の設定、位置および動作設定、ウエハをツールへ移送してそこから送出するプロセス、ならびに、特定のシステムに接続しているか同システムにインターフェースを介して接続しているその他の移送ツールおよび／またはロードロックへ移送してそこから送出するプロセスなど、本明細書に開示したどのプロセスでも制御できる。
【００８１】
概して制御装置６５０は、命令を受け取り、命令を出し、動作を制御し、動作を整理でき、エンドポイントを測定できるような、様々な集積回路、論理回路、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器であると定義できる。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェア形態のチップ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と定義されているチップ、および／またはプログラム命令（例えばソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサ、またはマイクロ制御装置を含んでよい。プログラム命令は、特定のプロセスを半導体ウエハ上でまたは半導体ウエハに対して、あるいはシステムに対して実行するための動作パラメータを規定する様々な個別設定（またはプログラムファイル）の形態で制御装置６５０と通信する命令であってよい。動作パラメータは、いくつかの実施形態では、ウエハの１つ以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはダイを製造する過程で、１つ以上の処理工程を実現するために、プロセスのエンジニアによって規定されるレシピの一部であってよい。例えば、パラメータには、コバルト含有前駆体のガス流、還元剤のガス流、キャリアガス流、窒素含有ガス流、プラズマの電力および周波数、基台の温度、ステーションまたはチャンバの圧力および／または温度などがあってよい。
【００８２】
制御装置６５０は、いくつかの実施態様では、システムと一体化して接続しているか、そうでなければシステムとネットワークでつながっているか、あるいはこの両方を合わせた形態であるコンピュータの一部であってもよいし、このコンピュータに接続されていてもよい。例えば、制御装置６５０は、ウエハの処理を遠隔アクセスできる製造ホストであるコンピュータシステムの「クラウド」であってもよいし、その全体または一部であってもよい。コンピュータは、システムに遠隔アクセスして、現在の製造作業の進捗を監視し、過去の製造作業の履歴を調べ、複数の製造作業から傾向または性能メトリックを調べて、現在の処理状況のパラメータを変更したり、現在の処理状況の後を続けるために処理工程を設定したり、新たな処理を開始したりできるようにしてよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えばサーバ）は、ネットワーク上で処理レシピをシステムに提供でき、このネットワークには、ローカルネットワークまたはインターネットなどがあってよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能するユーザインターフェースを備えていてよく、このパラメータはその後、リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、制御装置６５０は、データの形態で命令を受け取り、この命令が、１つ以上の作業過程で実施される１つ１つの処理工程に対してパラメータを指定する。パラメータは、実施される処理の種類、および制御装置６５０がインターフェースを介して接続されるか制御するように構成されているツールの種類に特有のものであってよいことを理解すべきである。そのため、前述したように、制御装置６５０は、１つ以上の別々の制御装置を備えて、この制御装置が互いにネットワークで接続し、本明細書に記載した処理および制御などの共通の目的に向かって動作することなどによって、分散型であってよい。このようにするための分散型の制御装置６５０の一例が、（プラットフォームのレベルまたはリモートコンピュータの一部のような）遠隔に位置する１つ以上の集積回路と通信しているチャンバにある１つ以上の集積回路であり、遠隔に位置する集積回路はそのチャンバでプロセスの制御を統合する。
【００８３】
非限定的に、例として挙げたシステムは、プラズマエッチング用のチャンバまたはモジュール、堆積用のチャンバまたはモジュール、スピンリンス用のチャンバまたはモジュール、金属めっき用のチャンバまたはモジュール、洗浄用のチャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチング用のチャンバまたはモジュール、物理気相成長（ＰＶＤ）用のチャンバまたはモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）用のチャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）用のチャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）用のチャンバまたはモジュール、イオン注入用のチャンバまたはモジュール、飛跡検出用のチャンバまたはモジュール、および半導体ウエハの製造および／または生産に関連していてよい、または使用されてよいその他の任意の半導体処理システムを備えていてよい。
【００８４】
上記のように、ツールで実施する１つまたは複数の処理工程に応じて、制御装置６５０は、１つ以上のその他のツールの回路またはモジュール、その他のツールの構成要素、ツール６００のようなクラスタツール、その他のツールのインターフェース、隣接するツール、近辺のツール、工場全体に設定されているツール、主要コンピュータ、別の制御装置６５０、またはウエハの容器をツールの場所まで運んだりツールから運び出したりする、材料の移送に使用されるツールおよび／または半導体生産工場内のロードポートと通信していることがある。
【００８５】
加熱制御プログラムは、基板を加熱するのに使用する加熱ユニットへ流れる電流を制御するためのコードを含んでいてよい。このようにする代わりに、加熱制御プログラムは、熱伝導ガス（ヘリウムなど）が基板へ送達されるのを制御できる。
【００８６】
プラズマ制御プログラムは、本明細書の実施形態に従って１つ以上の処理ステーションにある処理用電子機器に適用されたＲＦ電力レベルを設定するためのコードを含んでよい。
【００８７】
圧力制御プログラムは、本明細書の実施形態に従って反応チャンバ内の圧力を維持するためのコードを含んでいてよい。
【００８８】
いくつかの実施形態では、制御装置６５０につながっているユーザインターフェースがあってよい。ユーザインターフェースには、装置および／または処理条件の表示画面、グラフィックソフトウェア画面のほか、ポインティングデバイス、キーボード、タッチ画面、マイクロフォンなどのユーザ入力デバイスなどがあってよい。
【００８９】
いくつかの実施形態では、制御装置６５０によって調整されるパラメータは、処理条件に関連するものであってよい。非限定的な例として、プロセスガスの組成および流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦのバイアス電力レベルなど）、圧力、温度などがある。これらのパラメータは、レシピの形態でユーザに提供されてよく、ユーザインターフェースを利用して入力されてよい。
【００９０】
プロセスを監視するための信号は、制御装置６５０のアナログおよび／またはデジタル式の入力接続部を介して、様々な処理ツールのセンサから提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、処理ツール６００のアナログおよびデジタル出力接続部に出力されてよい。監視されてよい処理ツールのセンサの非限定的な例として、質量流制御装置、圧力センサ（マノメータなど）、熱電対などがある。適切にプログラムされたフィードバックおよび制御アルゴリズムをこれらのセンサから得たデータと一緒に使用して、処理条件を維持できる。
【００９１】
制御装置６５０は、前述した堆積プロセスを実施するためのプログラム命令を提供できる。プログラム命令は、ＤＣ電力レベル、ＲＦバイアス電力レベル、圧力、温度などの多様な処理パラメータを制御できる。命令は、本明細書に記載した様々な実施形態に従って膜の積層をｉｎ−ｓｉｔｕで堆積するよう動作させるパラメータを制御できる。
【００９２】
制御装置は通常、装置が本実施形態による方法を実施するように、命令を実行するように構成された１つ以上の記憶デバイスおよび１つ以上のプロセッサを備える。本実施形態に従って処理動作を制御するための命令を含む機械可読媒体を制御装置に接続できる。
【００９３】
本明細書に開示した方法を実施するのに適した装置については、２０１１年４月１１日に出願された「ＰＬＡＳＭＡ  ＡＣＴＩＶＡＴＥＤ  ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」と題する米国特許明細書第１３／０８４，３９９号（現在は米国特許第８，７２８，９５６号）；および，２０１１年４月１１日に出願された「ＳＩＬＩＣＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＩＬＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ」と題する米国特許明細書第１３／０８４，３０５号でさらに詳細に考察され説明されており、この各明細書の全容を本明細書に援用する。
【００９４】
本明細書に記載した装置／プロセスは、例えば、半導体デバイス、ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽光発電パネルなどを製造または生産するためのリソグラフィパターニングのツールまたはプロセスと合わせて使用してよい。典型的だが必須ではなく、このようなツール／プロセスは、共通の製造設備で一緒に使用または実行される。膜のリソグラフィパターニングは通常、以下の作業の一部または全部を含み、各作業は、可能性のあるツールを複数用いて可能になるものである：（１）スピンオンまたはスプレーオン用のツールを用いて、ワークピース、すなわち基板上に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硬化装置を用いてフォトレジストを硬化する；（３）ウエハステッパなどのツールを用いてフォトレジストを可視光線またはＵＶまたはｘ線に曝露する；（４）レジストを選択的に除去するようにレジストを現像し、このようにしてウェットベンチなどのツールを用いてレジストにパターニングする；（５）ドライエッチングまたはプラズマ支援エッチング用のツールを用いて、下地膜またはワークピースにレジストパターンを転写する；（６）ＲＦまたはマイクロ波のプラズマによるレジスト剥離装置などのツールを用いてレジストを除去する。
【００９５】
実験
実験１
処理済みのコバルト膜と未処理のコバルト膜に対する核形成時間を比較するための実験を行った。ブランケットとなるコバルトシード層を２つの基板に堆積した。１つの基板では、表面を８０℃の温度で窒素およびプラズマに２０秒間当てて処理した。もう１つの基板は処理しなかった。次に両方の基板を、ＣＶＤでコバルトを大量に堆積させた状態でコバルト含有前駆体および水素に曝露させた。コバルトシード層に形成されたコバルトの量を、時間の経過とともに測定した。
【００９６】
図７は、時間の経過とともに堆積されたコバルトの様々な厚みを示すグラフである。三角形の印７０２は、未処理のコバルトシード層を測定した厚みを表している。三角形の印は、核形成時間がわずかかまったくなかったことを示していることに注意されたい。円形の印７０４は、処理済みのコバルトシード層を測定した厚みを表している。核形成時間は約２００秒を超えていた。コバルトが核形成された後は、未処理の基板と処理済みの基板の両方に対する堆積速度はほぼ同じであったことに注意されたい（未処理のコバルトは０．０６５ｎｍ／ｓ、処理済みのコバルトは０．０６６ｎｍ／ｓ）。これらの結果は、コバルト膜を窒素およびプラズマに曝露すると核形成時間を延ばすことができ、その結果、凹部の上部またはその近辺で核形成を長引かせてボイドを縮小することによって、凹部にコバルトを充填できることを示唆している。
【００９７】
実験２
コバルト膜に対する処理曝露時間を比較するための実験を行った。３通りの試験を実施し、図２の作業２０２の所で前述した方法に従って堆積したコバルト膜のブランケット層に対してそれぞれ実施した。コバルトを窒素およびプラズマに５秒間、２０秒間、および６０秒間にわたってそれぞれ８０℃で曝露した。続けて基板をコバルト含有前駆体および水素に曝露してＣＶＤによりコバルト層を大量に堆積した。処理済み表面に新たに堆積したコバルトの厚みを測定し、その結果を図８にグラフで示している。５秒間処理した後に堆積したコバルトの厚みを三角形の印で示し、２０秒間処理した場合のものを四角形の印で示し、６０秒間処理した場合のものを円形の印で示している。
【００９８】
図示したように、処理済みの膜は５秒前後で飽和しており、これは、この処理が処理済み表面（例えば窒化コバルト表面）を効果的に生成し、この表面を使用してコバルト膜が短時間で核形成されるのを遅らせることができることを示している。
【００９９】
実験３
本明細書に記載の方法を用いてコバルトを堆積した凹部を比較するための実験を行った。各基板は、内曲した凹部がある凹部を備えていた。図２に関して前述した方法を用いて１つの基板に堆積した。処理せずに第２の基板にコバルトを堆積した。コバルトシード層を最初に堆積した後、ＣＶＤによりコバルトを大量に充填した。堆積した膜のＳＥＭ画像を図９Ａおよび図９Ｂに示している。図９Ａは、処理せずに堆積した凹部を示している。凹部９００は堆積したコバルト９０６を含んでいたが、両方の凹部にボイド９６０が形成されていたことに注意されたい。図９Ｂは、処理して堆積した凹部を示している。凹部９８０には、ボイドなしでコバルト９８６が充填されている。
【０１００】
結論
明瞭に理解するために以上の実施形態をある程度詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲内であればいくつかの変更および修正を加えてよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置を実装する代替方法は多数あることに注意すべきである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって限定的なものでなく、この実施形態は、本明細書で取り上げた詳細に限定されるものではないと考えるべきである。
【図１Ａ】
2016046532.tif 000005
【図１Ｂ】
2016046532.tif 000006
【図１Ｃ】
2016046532.tif 000007
【図２】
2016046532.tif 000008
【図３Ａ】
2016046532.tif 000009
【図３Ｂ】
2016046532.tif 000010
【図３Ｃ】
2016046532.tif 000011
【図３Ｄ】
2016046532.tif 000012
【図３Ｅ】
2016046532.tif 000013
【図３Ｆ】
2016046532.tif 000014
【図３Ｇ】
2016046532.tif 000015
【図４Ａ】
2016046532.tif 000016
【図４Ｂ】
2016046532.tif 000017
【図４Ｃ】
2016046532.tif 000018
【図４Ｄ】
2016046532.tif 000019
【図４Ｅ】
2016046532.tif 000020
【図４Ｆ】
2016046532.tif 000021
【図４Ｇ】
2016046532.tif 000022
【図４Ｈ】
2016046532.tif 000023
【図５】
2016046532.tif 000024
【図６】
2016046532.tif 000025
【図７】
2016046532.tif 000026
【図８】
2016046532.tif 000027
【図９Ａ】
2016046532.tif 000028
【図９Ｂ】
2016046532.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月9日(2015.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）１つ以上の凹部を有する基板であって、各凹部が凹部開口を含む、基板を提供すること；
（ｂ）前記凹部開口またはその近辺にある１つ以上の凹部表面でコバルトが核形成されるのを選択的に抑制して、各凹部に抑制による異なる輪郭があるようにすること；および
（ｃ）前記抑制による異なる輪郭に応じて前記凹部にコバルトを堆積すること
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、更に、
コバルトの核形成を選択的に抑制する前に、前記凹部にバリア層を堆積することを含む、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記バリア層は、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、および窒化コバルトからなる群から選択される、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、更に、
コバルトの核形成を選択的に抑制する前に、前記基板をコバルト含有前駆体に曝露して前記１つ以上の凹部を部分的に充填することを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記方法は、４００℃未満の温度で実施される、方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法であって、
前記コバルト含有前駆体は、ジカルボニルシクロペンタジエニルコバルト、コバルトカルボニル、様々なコバルトアミジナート前駆体、コバルトジアザジエニル錯体、コバルトアミジナート／グアニジナート前駆体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択される、方法。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
前記凹部開口またはその近辺にある前記凹部表面は、前記凹部の側壁の上部１０％から５０％を含む、方法。
【請求項８】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
コバルトの核形成を選択的に抑制することは、窒素含有ガスから発生したプラズマに前記基板を曝露することをさらに含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記基板は、前記窒素含有ガスから発生したプラズマに３００秒未満の時間にわたって曝露される、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、
前記プラズマは方向性がある、方法。
【請求項１１】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
前記凹部は、内曲した輪郭を有する、方法。
【請求項１２】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
（ｃ）でコバルトを堆積することは、前記基板をコバルト含有前駆体および還元剤に曝露することを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
（ｃ）は、化学気相成長によって実施される、方法。
【請求項１４】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
前記凹部開口は、３ｘ ｎｍ未満であり、前記凹部のアスペクト比は、少なくとも１．５：１である、方法。
【請求項１５】
半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）１つ以上の凹部を有する凹部であって、各凹部が凹部開口を含む凹部を備える基板を提供すること；
（ｂ）前記基板をコバルト含有前駆体に曝露して前記凹部を部分的に充填すること；
（ｃ）前記基板を窒素含有ガスおよびプラズマに曝露することにより、前記凹部開口またはその近辺にある１つ以上の凹部表面でコバルトが核形成されるのを選択的に抑制して、各凹部に抑制による異なる輪郭があるようにすること；
（ｄ）任意選択で（ｂ）と（ｃ）を繰り返すこと；および
（ｅ）抑制による異なる輪郭に応じて前記凹部にコバルトを堆積すること
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記方法は、４００℃未満の温度で実施される、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
前記コバルト含有前駆体は、ジカルボニルシクロペンタジエニルコバルト、コバルトカルボニル、様々なコバルトアミジナート前駆体、コバルトジアザジエニル錯体、コバルトアミジナート／グアニジナート前駆体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択される、方法。
【請求項１８】
請求項１５または１６に記載の方法であって、
前記凹部開口またはその近辺にある前記凹部表面は、前記凹部の側壁の上部１０％から５０％の範囲である、方法。
【請求項１９】
半導体基板を処理する装置であって、
１つ以上の処理チャンバと；
ガスを前記処理チャンバに取り込む１つ以上の吸気管であって、流れを制御するハードウェアに接続している吸気管と；
方向性のあるプラズマを発生するプラズマ発生器と；
少なくとも１つのプロセッサおよび記憶装置を有する制御装置と
を備える、装置において、
前記少なくとも１つのプロセッサおよび前記記憶装置が互いに通信する形で接続され、
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記流れを制御するハードウェアおよびプラズマ発生器に少なくとも作動的に接続し、
前記記憶装置が：
（ａ）コバルト含有前駆体および還元剤を前記処理チャンバに導入し、
（ｂ）前記プラズマに点火して窒素含有ガスを前記処理チャンバに導入し、
（ｃ）任意選択で（ａ）と（ｂ）を繰り返し、
（ｄ）前記コバルト含有前駆体および前記還元剤を前記処理チャンバに導入してコバルト膜を形成する
ために、コンピュータで実行可能な命令を格納し、
前記半導体基板が内曲した輪郭を有する凹部を有する、
装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の装置であって、
前記プラズマの電力は、５０Ｗから５０００Ｗである、装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１００
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１００】
結論
明瞭に理解するために以上の実施形態をある程度詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲内であればいくつかの変更および修正を加えてよいことは明らかであろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置を実装する代替方法は多数あることに注意すべきである。したがって、本実施形態は、例示的なものであって限定的なものでなく、この実施形態は、本明細書で取り上げた詳細に限定されるものではないと考えるべきである。
本発明は、以下の適用例としても実現可能である。
［適用例１］
半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）１つ以上の凹部を有する基板であって、各凹部が凹部開口を含む、基板を提供すること；
（ｂ）前記凹部開口またはその近辺にある１つ以上の凹部表面でコバルトが核形成されるのを選択的に抑制して、各凹部に抑制による異なる輪郭があるようにすること；および
（ｃ）前記抑制による異なる輪郭に応じて前記凹部にコバルトを堆積すること
を含む、方法。
［適用例２］
適用例１に記載の方法であって、更に、
コバルトの核形成を選択的に抑制する前に、前記凹部にバリア層を堆積することを含む、方法。
［適用例３］
適用例２に記載の方法であって、
前記バリア層は、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、および窒化コバルトからなる群から選択される、方法。
［適用例４］
適用例１に記載の方法であって、更に、
コバルトの核形成を選択的に抑制する前に、前記基板をコバルト含有前駆体に曝露して前記１つ以上の凹部を部分的に充填することを含む、方法。
［適用例５］
適用例１に記載の方法であって、
前記方法は、約４００℃未満の温度で実施される、方法。
［適用例６］
適用例４に記載の方法であって、
前記コバルト含有前駆体は、ジカルボニルシクロペンタジエニルコバルト、コバルトカルボニル、様々なコバルトアミジナート前駆体、コバルトジアザジエニル錯体、コバルトアミジナート／グアニジナート前駆体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択される、方法。
［適用例７］
適用例１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
前記凹部開口またはその近辺にある前記凹部表面は、前記凹部側壁の上部約１０％から約５０％を含む、方法。
［適用例８］
適用例１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
コバルトの核形成を選択的に抑制することは、窒素含有ガスから発生したプラズマに前記基板を曝露することをさらに含む、方法。
［適用例９］
適用例８に記載の方法であって、
前記基板は、前記窒素含有ガスから発生したプラズマに約３００秒未満の時間にわたって曝露される、方法。
［適用例１０］
適用例８に記載の方法であって、
前記プラズマは方向性がある、方法。
［適用例１１］
適用例１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
前記凹部は、内曲した輪郭を有する、方法。
［適用例１２］
適用例１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
（ｃ）でコバルトを堆積することは、前記基板をコバルト含有前駆体および還元剤に曝露することを含む、方法。
［適用例１３］
適用例１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
（ｃ）は、化学気相成長によって実施される、方法。
［適用例１４］
適用例１〜６のうちいずれか一項に記載の方法であって、
前記凹部開口は、約３ｘ ｎｍ未満であり、前記凹部のアスペクト比は、少なくとも約１．５：１である、方法。
［適用例１５］
半導体基板を処理する方法であって、
（ａ）１つ以上の凹部を有する凹部であって、各凹部が凹部開口を含む凹部を備える基板を提供すること；
（ｂ）前記基板をコバルト含有前駆体に曝露して前記凹部を部分的に充填すること；
（ｃ）前記基板を窒素含有ガスおよびプラズマに曝露すること；
（ｄ）任意選択で（ｂ）と（ｃ）を繰り返すこと；および
（ｅ）抑制による異なる輪郭に応じて前記凹部にコバルトを堆積すること
を含む、方法。
［適用例１６］
適用例１５に記載の方法であって、
前記方法は、約４００℃未満の温度で実施される、方法。
［適用例１７］
適用例１５に記載の方法であって、
前記コバルト含有前駆体は、ジカルボニルシクロペンタジエニルコバルト、コバルトカルボニル、様々なコバルトアミジナート前駆体、コバルトジアザジエニル錯体、コバルトアミジナート／グアニジナート前駆体、およびこれらを組み合わせたものからなる群から選択される、方法。
［適用例１８］
適用例１５または１６に記載の方法であって、
前記凹部開口またはその近辺にある前記凹部表面は、前記凹部側壁の上部約１０％から約５０％の範囲である、方法。
［適用例１９］
半導体基板を処理する装置であって、
１つ以上の処理チャンバと；
ガスを前記処理チャンバに取り込む１つ以上の吸気管であって、流れを制御するハードウェアに接続している吸気管と；
方向性のあるプラズマ発生器と；
少なくとも１つのプロセッサおよび記憶装置を有する制御装置と
を備える、装置において、
前記少なくとも１つのプロセッサおよび前記記憶装置が互いに通信する形で接続され、
前記少なくとも１つのプロセッサが、前記流れを制御するハードウェアおよびプラズマ発生器に少なくとも作動的に接続し、
前記記憶装置が：
（ａ）コバルト含有前駆体および還元剤を前記チャンバに導入し、
（ｂ）前記プラズマに点火して窒素含有ガスを前記チャンバに導入し、
（ｃ）任意選択で（ａ）と（ｂ）を繰り返し、
（ｄ）前記コバルト含有前駆体および前記還元剤を前記チャンバに導入してコバルト膜を形成する
ために、コンピュータで実行可能な命令を格納し、
前記基板が内曲した輪郭を有する凹部を有する、
装置。
［適用例２０］
適用例１９に記載の装置であって、
前記プラズマ電力は、約５０Ｗから約５０００Ｗである、装置。
【外国語明細書】
2016046532000001.pdf