(57)【要約】  自己整合プロセスにおいて、第１柱状体材料を第２柱状体材料で選択的に置換することを含む、処理方法について説明している。第１柱状体材料は、基板表面に対して直角に成長し、かつ、第２柱状体材料で、第１柱状体材料と実質的に類似した形状及び配置が保たれるよう置換されうる。【選択図】図１６
2020501344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面を伴う基板を提供することであって、前記基板表面が、前記基板表面から前記基板内へと延在する少なくとも１つのフィーチャを有し、前記フィーチャが底部と側壁とを有し、前記基板が第１材料を含み、第１柱状体が、前記フィーチャの中に配置されており、かつ、前記フィーチャの外へと、第１柱状体上端部まで延在し、前記第１柱状体は、前記基板表面に対して直角に、前記フィーチャから延在する、基板を提供することと、
第１膜が前記基板表面及び前記第１柱状体の材料を覆うように、前記基板表面上に前記第１膜を堆積させることと、
前記第１柱状体上端部が前記第１膜を通って露出するよう、前記第１膜を除去することと、
前記基板の空のフィーチャと前記第１膜を通る通路とを残すよう、前記第１柱状体材料を除去することと、
第２膜が前記基板の前記フィーチャと前記第１膜を通る前記通路とを充填して第２柱状体を形成するように、前記第１膜の上に前記第２膜を堆積させることと、
前記第１膜と前記第２柱状体の上端部とを露出させるよう、前記第２膜を除去することと、
前記基板が、前記フィーチャ内の、前記基板表面に対して直角に延在する前記第２柱状体を有している状態が保たれるよう、前記第１膜を除去することとを含む、
処理方法。
【請求項２】
基板表面を伴う基板を提供することであって、前記基板表面が、前記基板表面から前記基板内へと延在する少なくとも１つのフィーチャを有し、前記フィーチャが底部と側壁とを有し、前記基板が第１材料を含む、基板を提供することと、
前記フィーチャの中に、前記フィーチャの外へと第１柱状体上端部まで延在する第１柱状体を形成することであって、前記第１柱状体が、前記基板表面に対して直角に、前記フィーチャから延在する、第１柱状体を形成することと、
第１膜が前記基板表面及び前記第１柱状体の材料を覆うように、前記基板表面上に前記第１膜を堆積させることと、
前記第１柱状体上端部が前記第１膜を通って露出するよう、前記第１膜を除去することと、
前記基板の空のフィーチャと前記第１膜を通る通路とを残すよう、前記第１柱状体材料をエッチングすることと、
第２膜が前記基板の前記フィーチャと前記第１膜を通る前記通路とを充填して、前記第１柱状体とは異なる材料を含む第２柱状体を形成するように、前記第１膜の上に前記第２膜を堆積させることと、
前記第１膜と前記第２柱状体の上端部とを露出させるよう、前記第２膜を除去することと、
前記基板が、前記フィーチャ内の、前記基板表面に対して直角に延在する前記第２柱状体を有している状態が保たれるよう、前記第１膜をエッチングすることとを含む、
処理方法。
【請求項３】
前記第１柱状体を形成することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１柱状体を形成することが、前記フィーチャ内に前記第１柱状体材料を堆積させることと、前記第１柱状体材料を、前記基板表面から延在するよう、まっすぐ上に膨張させることとを含む、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１柱状体材料を膨張させることが、前記第１柱状体材料を酸化させることと窒化させることのうちの一又は複数を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１柱状体上端部を露出させるよう前記第１膜を除去することが、化学機械平坦化プロセスを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項７】
前記第１柱状体材料を除去することが、前記第１柱状体材料をエッチングすることを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項８】
前記第１柱状体材料をエッチングすることが、前記第１柱状体材料を金属ハロゲン化物に曝露することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記金属ハロゲン化物が、前記第１柱状体材料とは異なる金属を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２柱状体が前記第１柱状体材料とは異なる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板が前記第２柱状体を有している状態が保たれるよう前記第１膜を除去することが、前記第１膜をエッチングすることを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１膜をエッチングすることが、前記第１膜を金属ハロゲン化物に曝露することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
基板表面を伴う基板を提供することと、
前記基板に少なくとも１つのフィーチャを形成することであって、前記少なくとも１つのフィーチャが、前記基板表面から前記基板内へと延在しており、かつ、底部と側壁とを有する、少なくとも１つのフィーチャを形成することと、
前記フィーチャ内に第１柱状体を形成することであって、前記フィーチャ内に金属を堆積させること、及び、前記金属を、前記フィーチャの外へと、第１柱状体上端部まで延在するよう膨張させることであって、前記第１柱状体が、前記基板表面から直角に延在する、前記金属を膨張させることを含む、第１柱状体を形成することと、
第１膜が前記基板表面及び前記第１柱状体の材料を覆うように、前記基板表面上に前記第１膜を堆積させることと、
前記第１柱状体上端部が前記第１膜を通って露出するよう、化学機械平坦化によって前記第１膜を除去することと、
前記基板の空のフィーチャと前記第１膜を通る通路とを残すよう、前記第１柱状体材料を金属ハロゲン化物に曝露することによって前記第１柱状体材料をエッチングすることと、
第２膜が前記基板の前記フィーチャと前記第１膜を通る前記通路とを充填して、前記第１材料とは異なる材料で作製される第２柱状体を形成するように、前記第１膜の上に前記第２膜を堆積させることと、
前記第１膜と前記第２柱状体の上端部とを露出させるよう、化学機械平坦化によって前記第２膜を除去することと、
前記基板が、前記フィーチャ内の、前記基板表面に対して直角に延在する前記第２柱状体を有している状態が保たれるよう、前記第１膜を金属ハロゲン化物に曝露することによって前記第１膜をエッチングすることとを含む、
処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、薄膜を堆積させ、エッチングする方法に関する。詳細には、本開示は、自己整合パターニングを形成するためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体業界ではチップの開発が急速に進んでおり、かかるチップでは、単位面積当たりの機能性を増大させるために、トランジスタの寸法がどんどん縮小している。デバイスの寸法が縮小し続け、デバイス間の間隙／スペースもそれに倣うにつれて、デバイス同士を互いから物理的に隔離することは、ますます困難になっている。不規則に成形されることが多いデバイスの間の、高アスペクト比のトレンチ／スペース／間隙を、高品質の誘電材料で充填することは、間隙充填、ハードマスク、及びスペーサを適用することを含む既存の方法を用いて実装する上で、より困難な課題になりつつある。
【０００３】
基板表面上に複雑にパターニングされた材料層を作り出すプロセスによって、集積回路は可能になっている。基板上にパターニングされた材料を作り出すには、露出した材料を除去するための、制御された方法が必要になる。化学エッチングは、フォトレジストのパターンを下層に転写すること、層を薄化すること、又は、表面上に既に存在しているフィーチャの横方向寸法を薄化することを含む、多種多様な目的に使用される。多くの場合、例えばパターン転写プロセスを支援する、１つの材料を別のものよりも迅速にエッチングするエッチングプロセスを、有することが望ましい。かかるエッチングプロセスは、第１材料に選択的であると言われる。材料、回路、及びプロセスが多様になったことの結果として、広範な材料のうちの一又は複数を選択的に除去するエッチングプロセスが、発展してきた。
【０００４】
ドドライエッチングプロセスは、半導体基板から材料を選択的に除去するために使用されることがよくある。ドライエッチングプロセスは、最小限の物理的外乱しか伴わずに、微小構造体から材料を穏やかに除去する能力を有する。ドライエッチングプロセスでは、ガス相の試剤を除去することによって、エッチング速度を唐突に停止させることも可能である。一部のドライエッチングプロセスは、一又は複数の前駆体から形成された遠隔プラズマ副生成物に基板を曝露することを伴う。多くのドライエッチングプロセスは最近、多種多様な誘電体を、互いに対して選択的に除去するよう、発展してきている。しかし、金属含有材料を選択的に除去するよう発展したドライエッチングプロセスは、比較的少数しかない。このプロセスシーケンスを様々な金属含有材料に広げる方法が、必要とされている。
【０００５】
電子機器の集積密度を高めるために回路及び半導体デバイスのフィーチャサイズが縮小を続けていることから、自己整合接触はますます魅力的なものになっており、ビアプロセスにおいて出現頻度が高まっているパターニング困難という問題を解決するために、それが求められることも増えている。概括的に、自己整合接触を作り出すにはボトムアップ柱状体（ｐｉｌｌａｒｓ）が必要である。しかし、このボトムアップ柱状体は、特にその材料、形状、フィーチャサイズ、方向などが高度に制限されている場合には、形成が非常に困難である。これまでのところ、自己整合接触のために開発された大部分のボトムアップ柱状体は、導電性金属であり、サブミクロンのフィーチャサイズと垂直方向に整合するものであり、制御不可な形状である。
【０００６】
したがって、当該技術分野において、自己整合パターニングの用途のための新たな方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の一又は複数の実施形態は、基板表面を伴う基板を提供することであって、この基板表面が、基板表面から基板内へと延在する少なくとも１つのフィーチャを有する、基板を提供することを含む、処理方法を対象とする。このフィーチャは底部と側壁とを有する。基板は第１材料を含む。第１柱状体は、フィーチャの中に配置されており、フィーチャの外へと、第１柱状体上端部まで延在する。第１柱状体は、基板表面に対して直角に、フィーチャから延在する。第１膜は、基板表面及び第１柱状体材料を覆うように、基板表面上に堆積される。第１柱状体上端部が第１膜を通って露出するよう、第１膜は除去される。基板の空のフィーチャと第１膜を通る通路とを残すよう、第１柱状体材料は除去される。第２膜は、基板のフィーチャと第１膜を通る通路とを充填して第２柱状体を形成するように、第１膜の上に堆積される。第１膜と第２柱状体上端部とを露出させるよう、第２膜は除去される。基板が、フィーチャ内に、基板表面に対して直角に延在する第２柱状体を有することになるよう、第１膜は除去される。
【０００８】
本発明の上述の特徴を詳しく理解しうるように、上記で簡単に要約した本発明のより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られる。一部の実施形態は、付随する図面に示されている。しかし、本発明は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面はこの発明の典型的な実施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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の一又は複数の実施形態による基板フィーチャの断面図を示す。
【図２Ａ−２Ｂ】本開示の一又は複数の実施形態による間隙充填プロセスの概略断面図を示す。
【図３】本開示の一又は複数の実施形態による酸化膜の断面図を示す。
【図４】本開示の一又は複数の実施形態による酸化膜の断面図を示す。
【図５Ａ−５Ｃ】本開示の一又は複数の実施形態によるプロセスの概略断面図を示す。
【図６Ａ−６Ｃ】本開示の一又は複数の実施形態によるプロセスの概略断面図を示す。
【図７Ａ−７Ｄ】本開示の一又は複数の実施形態によるプロセスの概略断面図を示す。
【図８Ａ−８Ｃ】本開示の一又は複数の実施形態による、処理された基板の斜視図及び断面図を示す。
【図９Ａ−９Ｃ】本開示の一又は複数の実施形態による、処理された基板の斜視図及び断面図を示す。
【図１０Ａ−１０Ｃ】本開示の一又は複数の実施形態による、処理された基板の斜視図及び断面図を示す。
【図１１Ａ−１１Ｃ】本開示の一又は複数の実施形態による、処理された基板の斜視図及び断面図を示す。
【図１２Ａ−１２Ｃ】本開示の一又は複数の実施形態による、処理された基板の斜視図及び断面図を示す。
【図１３Ａ−１３Ｃ】本開示の一又は複数の実施形態による、処理された基板の斜視図及び断面図を示す。
【図１４Ａ−１４Ｃ】本開示の一又は複数の実施形態による、処理された基板の斜視図及び断面図を示す。
【図１５Ａ−１５Ｃ】本開示の一又は複数の実施形態による、処理された基板の斜視図及び断面図を示す。
【図１６Ａ−１６Ｆ】本開示の一又は複数の実施形態による様々な柱状体の形状を示す。
【図１７Ａ−１７Ｇ】本開示の一又は複数の実施形態によるプロセスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
付随する図では、類似した構成要素及び／又はフィーチャは、同じ参照標示を有しうる。更に、同種の様々な構成要素は、類似した構成要素同士を区別するダッシュ及び第２標示が参照標示に続くことによって、区別されうる。本明細書において第１参照標示のみが使用される場合、その説明は、第２参照標示にかかわりなく、同一の第１参照標示を有する類似の構成要素のいずれにも適用可能である。
【００１１】
本発明のいくつかの例示的な実施形態について説明する前に、本発明は、以下の説明に明記される構成又はプロセスステップの詳細事項に限定されるわけではないと、理解されたい。本発明は、他の実施形態も可能なものであり、様々な方式で実践又は実行されることが可能である。
【００１２】
本書において「基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」とは、製造プロセス内で表面上に膜処理が実施される、任意の基板、又は、基板上に形成された任意の材料面のことである。例えば、処理が実施されうる基板表面は、用途に応じて、シリコン、酸化シリコン、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化シリコン、アモルファスシリコン、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに、金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電性材料といった、他の任意の材料を含む。基板は、半導体ウエハを含むが、それに限定されるわけではない。基板表面を研磨し、エッチングし、還元し、酸化させ、ヒドロキシル化し、アニールし、ＵＶ硬化させ、電子ビーム硬化させ、かつ／又はベイクするために、基板は前処理プロセスに曝露されうる。基板自体の表面上に直接膜処理を行うことに加えて、本発明では、開示されている膜処理ステップのうちの任意のものが、より詳細に後述するように、基板上に形成された下部層に対して実施されることもある。「基板表面（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）」という語は、文脈によって示されるように、かかる下部層を含むことを意図している。ゆえに、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が基板表面上に堆積されている場合、新たに堆積される膜／層の露出面が基板表面となる。
【００１３】
一部の集積方式では、誘電体の又は金属の膜（例えば酸化されていないタングステン）と比較して、酸化膜（例えばタングステン酸化物）が選択的にエッチングされる。本開示の実施形態は、金属の及び誘電体の膜に対して選択的な酸化物のエッチングを完遂するために金属ハロゲン化物を使用する、方法を提供する。場合によっては、エッチングされる酸化膜は基板の表面上に固着している。一部の実施形態では、エッチングされる酸化膜は誘電体の表面上に固着している。一又は複数の実施形態では、エッチングされる酸化物は、マスクに取り囲まれている。
【００１４】
本開示の一又は複数の実施形態は、共形の、かつ／又は低アスペクト比から高アスペクト比に至る、任意の間隙／トレンチ／ボイドを充填する用途のために、金属酸化膜を堆積させるための方法を、対象とする。本開示の実施形態は、小寸法を有する高アスペクト比（ＡＲ）構造体に膜（例えば金属酸化膜）を堆積させる方法を、有利に提供する。本開示の一部の実施形態は、間隙内に筋目（ｓｅａｍ）を形成することなく間隙を充填する方法を、有利に提供する。本開示の一又は複数の実施形態は、自己整合ビアを形成する方法を有利に提供する。
【００１５】
図１は、フィーチャ１１０を有する基板１００の部分断面図を示している。この図は例示のために単一のフィーチャを有する基板を示しているが、当業者は、１を上回る数のフィーチャが存在しうることを理解しよう。フィーチャ１１０の形状は、トレンチ及び円筒形ビアを含むがそれらに限定されるわけではない、任意の好適な形状でありうる。このように使用する場合、「フィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）」という語は、表面に意図的に形成された、任意の不規則形状物を意味する。フィーチャの好適な例は、上部と、２つの側壁と、底部とを有するトレンチ、上部と、表面から上向きに延在する２つの側壁とを有するピーク部、及び、底部が抜けている、表面から下向きに延在する側壁を有するビアを含むが、それらに限定されるわけではない。フィーチャは、任意の好適なアスペクト比（フィーチャの深さとフィーチャの幅との比率）を有しうる。一部の実施形態では、アスペクト比は、約５：１、１０：１、１５：１、２０：１、２５：１、３０：１、３５：１、又は４０：１以上である。
【００１６】
基板１００は基板表面１２０を有し、少なくとも１つのフィーチャ１１０が、基板表面１２０に開口を形成している。フィーチャ１１０は、基板表面１２０から底面１１２に至る深さＤまで延在している。フィーチャ１１０は、フィーチャ１１０の幅Ｗを画定する、第１側壁１１４及び第２側壁１１６を有する。側壁及び底部によって形成された空きエリアは、間隙又はトレンチとも称される。
【００１７】
図２Ａ及び図２Ｂを参照するに、基板１００が処理のために提供される。このように使用する場合、「提供され（ｐｒｏｖｉｄｅｄ）」という語は、基板が更なる処理のためにある位置又は環境に置かれることを意味する。
【００１８】
膜１３０は、基板表面１２０、並びに、フィーチャ１１０の壁及び底面の表面上に形成される。膜１３０は、化学気相堆積、プラズマ化学気相堆積、原子層堆積、プラズマ原子層堆積、及び／又は物理的気相堆積を含むがそれらに限定されるわけではない、任意の好適なプロセスによって形成される、任意の好適な膜でありうる。一部の実施形態では、膜１３０は、原子層堆積又はプラズマ原子層堆積によって形成される。
【００１９】
一部の実施形態では、膜１３０は、金属膜又は金属含有膜である。好適な金属膜は、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、及び／又はＬａのうちの一又は複数を含む膜を含むが、それらに限定されるわけではない。一部の実施形態では、金属膜はタングステンを含む。好適な金属含有膜は、金属膜の誘導体を含む。好適な金属膜の誘導体は、窒化物、ホウ化物、炭化物、酸窒化物、酸ホウ化物、酸炭化物、炭窒化物、ホウ炭化物、ホウ窒化物、ホウ炭窒化物、ホウ酸炭窒化物、酸炭窒化物、ホウ酸炭化物、及びホウ酸窒化物を含むが、それらに限定されるわけではない。当業者は、堆積された金属膜が、金属膜中に不定比量の原子を有しうることを、理解しよう。例えば、「ＷＮ」と示される膜は、「ＷＮ」を使用することで示唆される１：１の化学量とは異なる量の、タングステン及び窒素を有しうる。ＷＮ膜は、例えば、９０原子％のタングステンでありうる。窒化タングステン膜を表す「ＷＮ」の使用は、膜がタングステン原子と窒素原子とを含むことを意味するのであって、膜をある特定の組成に限定すると解釈されるべきではない一部の実施形態では、膜は、実質的に所定の原子からなる。例えば、実質的にＷＮからなる膜とは、膜の組成が、約９５％、９８％、又は９９％以上、タングステン原子と窒素原子であることを意味する。一部の実施形態では、膜１３０はタングステンを含む。一部の実施形態では、膜１３０は実質的にタングステンからなる。一又は複数の実施形態では、膜はチタンを含む。一部の実施形態では、膜は実質的にチタン又は窒化チタンからなる。
【００２０】
一部の実施形態では、膜１３０は、少なくとも１つのフィーチャ１１０上に、共形に形成される。本書において、「共形（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）」又は「共形に（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）」という語は、膜の平均厚に対して１％未満のばらつきしかない厚さを有して露出面に付着し、露出面を均一に覆う、層のことを表わす。例えば、１０００Åの厚さの膜であれば、厚さに１０Å未満のばらつきしか有しない。この厚さ及びばらつきは、凹部のエッジ、角部、側部、及び底部を含む。例えば、本開示の様々な実施形態において、ＡＬＤによって堆積された共形層があればそれは、入り組んだ表面上に、実質的に均一な厚さの、堆積領域全体にわたる被覆を提供する。
【００２１】
一部の実施形態では、膜１３０は連続した膜である。本書において、「連続した（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）」という語は、堆積層の下にある材料を露出させる間隙又はベアスポット（ｂａｒｅ  ｓｐｏｔ）のない、露出面全体を覆う層のことを表わす。連続した層は、膜の全体表面積の約１％未満の表面積しか有しないものであれば、間隙又はベアスポットを有しうる。
【００２２】
一部の実施形態では、膜１３０は、フィーチャ１１０の中に、実質的に筋目なしに形成される。一部の実施形態では、フィーチャ１１０の幅Ｗの中に筋目１１５が形成されうる。筋目１１５は、フィーチャ１１０の壁１１４と１１６との間に形成される、任意の間隙、スペース、又はボイドでありうる。
【００２３】
膜１３０は次いで、金属膜又は金属含有膜を金属酸化膜に変換するために、酸化剤又は酸化条件に曝露することによって酸化される。図２Ｂに示しているように、この酸化的変換により、元の膜１３０の体積膨張が引き起こされる。膜１３０の膨張は、約１０％〜約１０００％の範囲内、又は約５０％〜約８００％の範囲内、又は約１００％〜約７００％の範囲内でありうる。一部の実施形態では、膜１３０は、約１５０％、２００％、２５０％、３００％、又は３５０％以上の量だけ、膨張する。一部の実施形態では、膜１３０は、約３００％〜約４００％の範囲内の量だけ、膨張する。図２Ｂに示しているように、膜１３０の膨張により、筋目１１５が充填されることになる。
【００２４】
酸化剤は、Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＨ３、Ｎ２／Ａｒ、Ｎ２／Ｈｅ、Ｎ２／Ａｒ／Ｈｅ、及びこれらの組み合わせを含むがそれらに限定されるわけではない、任意の好適な酸化剤でありうる。一部の実施形態では、酸化条件は、熱酸化、プラズマ酸化、遠隔プラズマ酸化、マイクロ波、及び高周波（例えばＩＣＰ、ＣＣＰ）を含む。
【００２５】
膜１３０の酸化は、例えば膜の組成及び酸化剤に応じて、任意の好適な温度で行われうる。一部の実施形態では、酸化は、約２５℃〜約１１００℃の範囲内の温度で行われる。一部の実施形態では、酸化は、約２５０℃、約３００℃、約３５０℃、約４００℃、約４５０℃、約５００℃、又は約５５０℃以上の温度で行われる。
【００２６】
一部の実施形態では、膜１３０は、約２５Å〜約２００Åの範囲内、又は約５０Å〜約１５０Åの範囲内の厚さに堆積される。一又は複数の実施形態では、膜１３０は、約５０Åの厚さに堆積され、膜には実質的に筋目が形成されない。筋目の形成は、フィーチャが膜で充填される前の、膜の厚さがフィーチャ１１０の上部に迫った（ｃｌｏｓｅｓ  ｏｎ）ところで生じる。一部の実施形態では、基板表面は、少なくとも１つのフィーチャの両側壁間に筋目を伴う膜を有する。このように使用する場合、「間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」という語は、筋目とフィーチャの側壁との間の筋目の両側に、いくらかの膜が存在することを意味する。筋目は、両側壁間の正確に中央にあると限定されるわけではない。
【００２７】
酸化による膜１３０の膨張中に、基板表面１２０の上に間隙１４０が形成される。間隙１４０は、酸化環境と一致する、又は異なる組成のものでありうる、内部成分を有しうる。例えば、窒素プラズマを使用する酸化環境では、窒素環境を有する間隙１４０が形成されうる。
【００２８】
図３に示しているように、膨張中、フィーチャ形状がフィーチャの上でもそのままに維持されることにより、膜１３０はフィーチャ１１０からまっすぐ上に成長する。このように使用する場合、「まっすぐ上（ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｕｐ）」とは、膜により間隙１４０の周囲に表面１４４が形成されること、及び、表面１４４のフィーチャ側壁１１４に隣接した部分が側壁１１４と実質的に同一の平面上にあることを、意味する。表面１４４は側壁１１４と同一平面上にあり、ここで、側壁１１４と表面１４４との接合部に形成される角度は±１０°である。この種の膨張は、等方的に成長してマッシュルーム状の上部を形成すると予想されていた。膜１３０が膨張してまっすぐのセグメント１４２を形成することは、予想外であった。
【００２９】
一部の実施形態では、酸化に先立って、膜１３０がドーパントでドープされる。ドーパントは、膜１３０の形成と同時に、又は、膜の堆積と連続する別個のプロセスにおいて、膜１３０に取り込まれうる。例えば、膜１３０をドーパントでドープする前に、膜１３０の堆積が行われてよく、膜１３０のドーピングは、同じプロセスチャンバと異なるプロセスチャンバのいずれかにおける、別個のプロセスにおいて行われる。一部の実施形態では、膜１３０の堆積は、ドーピングと一緒に単一のプロセスにおいて行われる。例えば、膜１３０を形成するために、膜前駆体とドーパントとを一緒に処理チャンバに流入させうる。
【００３０】
一部の実施形態は、オプションの処理プロセスを含む。この処理プロセスでは、膜の何らかのパラメータを改善するために、膜１３０が処理される。一部の実施形態では、処理プロセスは、膜をアニーリングすることを含む。一部の実施形態では、処理は、堆積及び／又は還元に使用されるのと同じプロセスチャンバでの、インシトゥ（その場）のアニールによって実施されうる。好適なアニーリングプロセスは、急速熱処理（ＲＴＰ）若しくは急速熱アニール（ＲＴＡ）、スパイクアニール、又はＵＶ硬化若しくは電子ビーム硬化、及び／又はレーザアニールを含むが、それらに限定されるわけではない。アニール温度は、約５００℃〜９００℃の範囲内でありうる。アニール中の環境の組成は、Ｈ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２、ＮＨ３、ＳｉＨ４などのうちの一又は複数を含みうる。アニール中の圧力は、約１００ｍＴｏｒｒ〜約１ａｔｍ（７６０Ｔｏｒｒ）の範囲内でありうる。
【００３１】
図４を参照するに、一部の実施形態では、フィーチャ１１０の上部（まっすぐなセグメント１４２）における酸化量は、底部１３１におけるものよりも大きくなる。一部の実施形態では、フィーチャ１１０の底部１３１において、膜１３０の酸化はほとんど又は全くない。図５Ａから図５Ｃは、フィーチャ１１０の底部に膜を堆積させる方法を示している。膜１３０は、任意の好適な技法によって堆積される。例えば、図５では、タングステン膜が、原子層堆積によって基板に堆積されうる。図５Ｂの膜１３０は、酸化され、膨張させられて、フィーチャ１１０を充填している。膜１３０の上部１４２は、堆積金属の酸化物（例えばタングステン酸化物）を含み、膜１３０の底部１３１は、未酸化のまま（例えばタングステン金属）である。基板から材料を選択的にエッチングするために、上部１４２と底部１３１との間の差異が使用されうる。図５Ｃに示しているように、膜１３０が、酸化物に対して選択的なエッチングプロセスのために堆積される場合、上部１４２の酸化膜は除去され、底部１３１の金属膜が残りうる。
【００３２】
図６Ａから図６Ｃは、本開示の別の実施形態を示している。図６Ａには、少なくとも１つのフィーチャ１１０を有する基板１００が示されている。図６Ｂに示しているように、膜１３０がフィーチャ１１０の底部に堆積される。図６Ｃでは、膜１３０が、酸化されることにより、膨張してフィーチャ１１０を充填しうる。
【００３３】
図７Ａから図７Ｄは、自己整合ビアが形成される、本開示の別の実施形態を示している。図７Ａでは、酸化膜１３０を有する基板が提供される。図７Ｂに示しているように、基板１００の表面１２０から膜１３０の上部を除去するために、研磨又はエッチングのプロセスが実施されうる。膜１３０は、フィーチャ１１０を充填したまま、フィーチャ１１０の中に残っている。図７Ｃに示しているように、膜１３０は次いで酸化されて、膜１３０の上向きの成長が引き起こされうる。膜１３０の側部がフィーチャ１１０の側部と実質的に同一平面上に保たれることにより、フィーチャ１１０から延在する柱状体ができる。材料層１６０が、基板１００の表面１２０上に堆積される。図７Ｄに示しているように、膜１３０が（例えばエッチングによって）除去されて、フィーチャ１１０は、フィーチャ１１０の上で材料層１６０と位置が合った状態で残される。
【００３４】
図８Ａから図１５Ｃは、本開示の別の実施形態を示しており、金属層の体積膨張を包含する整合プロセスを図示している。基板表面２０２を有する基板２００が提供される。基板表面２０２は、第１表面２１２を有する第１材料２１０と、第２表面２２２を有する第２材料２２０とを含む。これらの図に示している実施形態では、基板表面２０２は、第１表面２１２と第２表面２２２という表面の組み合わせで構成された、全体が平らな面である（平らな表面として図示されている）。図示している実施形態では、第１材料２１０と第２材料２２０とのある配置様式（ｐａｔｔｅｒｎ）を備える、実質的に平らな材料が使用される。
【００３５】
第１材料２１０と第２材料２２０は、別々の材料である。例えば、一部の実施形態では、第１材料２１０は金属であり、第２材料２２０は誘電体である。第１材料２１０と第２材料２２０とは、同じ元素を共有しうるが、表面反応性が異なりうる。一部の実施形態では、第１材料２１０の金属は、第２材料２２０には実質的に含まれない。このように使用する場合、「実質的に含まれない（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ａｂｓｅｎｔ）」という語は、第２材料２２０のバルク組成が、原子ベースで約１％未満の金属しか含まないことを意味する。
【００３６】
第１材料２１０は、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、又はＬａを含むがそれらに限定されるわけではない、任意の好適な材料でありうる。一部の実施形態では、第１材料２１０は、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、及び／又はＬａのうちの一又は複数を含む。一部の実施形態では、第１材料２１０は、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｙ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｌａ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。好適な金属は、実施形態では、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、テクニチウム、鉄、アルミニウム、及びガリウムのうちの一又は複数を含みうる。金属層は、実施形態では、金属元素を含みうるか、又は金属元素からなりうる。金属元素は、一又は複数の実施形態により、２２、２３、２４、４０、４１、４２、７２、７３、又は７４という原子番号を有しうる。金属元素は、実施形態では、周期表の第４族、第５族、又は第６族のうちの１つからのものでありうるか、又は遷移金属でありうる。一又は複数の実施形態では、第１材料２１０はタングステンを含む。
【００３７】
図８Ｂは、ｘ−ｚ平面に沿って見た、図８Ａの基板２００の部分図を示している。図８Ｂ、図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂ、図１２Ｂ、図１３Ｂ、図１４Ｂ、及び図１５Ｂの各々も、同じ視点で図示されている。図８Ｃは、第１材料２１０を通るｙ−ｚ平面に沿って見た、図８Ａの基板２００の部分図を示している。図８Ｃ、図９Ｃ、図１０Ｃ、図１１Ｃ、図１２Ｃ、図１３Ｃ、図１４Ｃ、及び図１５Ｃの各々も、同じ視点で図示されている。しかし、断面線は例示のために図８Ａにのみ示されている。
【００３８】
図９Ａから図９Ｃに示しているように、基板表面２０２上にマスク２３０が形成される。マスク２３０は、そこに形成された、第１表面２１２及び第２表面２２２の少なくとも一部分を露出させる開口２３２を有する。図示しているマスク２３０は、長方形の開孔２３２を有している。しかし、当業者は、これは可能な一構成を表わしているにすぎず、他の形状の開口も本開示の範囲に含まれることを、理解しよう。
【００３９】
マスク２３０は、合金剤、酸化剤、又はその他の反応剤の、マスク２３０の下の表面への拡散を止めうる、任意の好適な材料から作製されうる。例えば、図示しているマスク２３０は、マスク２３０の開口２３２内で、酸化剤が第１表面２１２及び第２表面２２２と接触することを可能にしうるが、開口２３２内以外での、表面とのかかる相互反応を防止する。処理中に、いくらかの横方向拡散及びマスク２３０の下方浸食（ｕｎｄｅｒｃｕｔｔｉｎｇ）が発生しうることを、当業者は理解しよう。
【００４０】
マスクは、当業者に既知の、任意の好適な技法によって形成されうる。例えば、マスク２３０は、原子層堆積、化学気相堆積、プラズマ原子層堆積、プラズマ化学気相堆積、物理的気相堆積、又はリソグラフィという技法のうちの一又は複数によって、表面２０２上に堆積又は形成されうる。
【００４１】
図１０Ａから図１０Ｃに示しているように、第１材料２１０は膨張させられる。第１材料２１０の体積膨張は、任意の好適な手段（例えば、図１から図７Ｄに関連して説明したプロセス）によって行われうる。例えば、第１材料２１０は、第２材料２２０よりも第１材料２１０に対して選択的な酸化剤に、曝露されうる。酸化剤への曝露により、第１材料２１０が、第１表面２１２から直角に成長することになりうる。膨張後の第１材料２１５の高さは、第２材料２２０の高さを上回るよう、第１材料２１０の初期高さから増大する。一部の実施形態では、膨張後の第１材料２１５の高さは、マスク２３０の高さを上回る。
【００４２】
一部の実施形態では、第１材料２１０の膨張により、第１材料２１０は、第１表面２１２からマスク２３０の開口２３２を通って、マスク２３０を上回る高さまで、まっすぐ上に膨張することになる。このように使用する場合、「まっすぐ上（ｓｔｒａｉｇｈｔ  ｕｐ）」という語は、膨張後の第１材料２１５の両側が側壁２１６を伴う面を形成し、側壁２１６が、基板表面２０２に対して約８５°〜約９５°の範囲内の角度をなすことを、意味する。
【００４３】
一部の実施形態では、第１材料２１０を膨張させることは、第１材料２１０を酸化させることと窒化させることのうちの、一又は複数を含む。一又は複数の実施形態では、第１材料２１０を酸化又は窒化させて膨張後の第１材料２１５を形成することは、Ｏ２、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＨ３、Ｎ２Ｈ４、ＮＯ２、Ｎ２、Ｎ２／Ａｒ、Ｎ２／Ｈｅ、又はＮ２／Ａｒ／Ｈｅのうちの一又は複数を含む酸化剤又は窒化剤に、第１材料を曝露することを含む。一部の実施形態では、酸化条件は、熱酸化、プラズマ酸化、遠隔プラズマ酸化、マイクロ波、及び高周波（例えばＩＣＰ、ＣＣＰ）を含む。
【００４４】
例えば、一部の実施形態では、第１材料２１０は、金属膜又は金属含有膜を金属酸化膜に変換するために、酸化剤又は酸化条件に曝露されることによって酸化される。図１０Ａに示しているように、この酸化的変換により、元の第１材料２１０の体積膨張が引き起こされる。第１材料２１０の膨張は、元の（すなわち膨張前の）厚さの約１０％〜約１０００％の範囲内でありうる。一部の実施形態では、第１材料２１０は、元の厚さの約５０％〜約８００％の範囲内、又は約１００％〜約７００％の範囲内で、膨張する。一部の実施形態では、第１材料２１０は、元の厚さの約１５０％、２００％、２５０％、３００％、又は３５０％以上の量だけ、膨張する。
【００４５】
膨張後の第１材料２１５の高さは、第１表面２１２から測定される、任意の好適な高さでありうる。
【００４６】
（例えば酸化による）第１材料２１０の膨張は、例えば第１材料２１０の組成及び酸化剤に応じて、任意の好適な温度で行われうる。一部の実施形態では、酸化は、約２５℃〜約１１００℃の範囲内の温度で行われる。一部の実施形態では、酸化は、約２５０℃、約３００℃、約３５０℃、約４００℃、約４５０℃、約５００℃、又は約５５０℃以上の温度で行われる。
【００４７】
膨張後の第１材料２１５は、表面２０２から直角に成長し、横方向にはほどんど又は全く成長しない。マスク２３０の開口２３２を配置する上での許容誤差は、直角成長を伴わないプロセスの許容誤差よりも小さくなる。このことを図１０Ａに図示している。図１０Ａでは、マスク２３０の開口２３２は、開口２３２に囲まれた、第１表面２１２の両側の第２表面２２２の上まで延在している。
【００４８】
図１０Ｂ及び図１０Ｃの断面図は、第１材料２１０と膨張後の第１材料２１５との間の界面２１７を示している。図示している界面２１７は非連続的（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）境界である。しかし、この界面は、概括的に、第１材料２１０が膨張後の第１材料２１５に遷移する、より散在性の（ｄｉｆｆｕｓｅ）領域であることを、当業者は理解しよう。
【００４９】
図１０Ｃに示している第１材料２１０の膨張は、一定量の横方向成長を含みうる。これは、膨張後の第１材料２１５の上下逆のマッシュルーム形状で視認できる。横方向成長は、対称的であることも、非対称的であることもある。
【００５０】
図１１Ａから図１１Ｃを参照するに、基板表面２０２及び第１表面２１２から直角に延在している膨張後の第１材料２１５を残すよう、マスク２３０が基板２００から除去される。
【００５１】
一部の実施形態では、図１２Ａから図１２Ｃに示しているように、方法は、基板表面２０２に第３材料２４０を堆積させることを更に含む。第３材料２４０は、基板表面２０２及び第１表面２１２から延在する、直角に成長した膨張後の第１材料２１５を取り囲む。第３材料２４０は、実質的に、膨張後の第１材料２１５の高さと同じ高さ、又は膨張後の第１材料２１５の高さを下回る高さを、有しうる。一部の実施形態では、第３材料２４０の高さは、図示しているように、膨張後の第１材料２１５の高さを下回る。これにより、膨張後の第１材料２１５の上端部は、第３材料２４０で覆われない。
【００５２】
第３材料２４０（間隙充填材料とも称される）は、膨張後の第１材料２１５よりも、基板表面２０２、第１材料２１０の第１表面２１２、及び第２材料２２０の第２表面２２２の上に、選択的に堆積される。例えば、膨張後の第１材料２１５が酸化物（例えばタングステン酸化物）を含む場合、第３材料２４０は、第１材料の酸化物を取り囲んでいる表面材料よりも酸化物に対する反応性が低い、好適な化学的性質を備える。
【００５３】
第３材料２４０は、任意の好適な手段によって堆積されうる。例えば、第３材料２４０は、原子層堆積、プラズマ原子層堆積、化学気相堆積、プラズマ化学気相堆積、又は物理的気相堆積によって、堆積されうる。
【００５４】
第３材料２４０は、膨張後の第１材料２１５よりも基板表面２０２上に選択的に堆積されうる、任意の好適な材料でありうる。一又は複数の実施形態では、第３材料２４０は誘電体を含む。一部の実施形態では、第３材料２４０は、第１材料２１０及び第２材料２２０とは異なる。
【００５５】
一部の実施形態では、図１３Ａから図１３Ｃに示しているように、膨張後の第１材料２１５は、基板２００から除去される（例えばエッチングされる）。エッチングプロセス又は除去プロセスは、第３材料２４０、第１材料２１０、及び／又は第２材料よりも、膨張後の第１材料２１５に対して選択的でありうる。膨張後の第１材料２１５をエッチングすることで、第３材料２４０を通る開口２４５が残される。図１３Ｂ及び図１３Ｃには、図１３Ａの断面図が示されている。エッチングにより、膨張後の第１材料２１５の実質的に全てが除去される。これにより、第１材料２１０の第１表面２１２は、図８Ａの第１表面２１２の初期位置と比べて、下方に移動している。
【００５６】
膨張後の第１材料２１５のエッチングは、任意の好適な技法によって行われうる。一部の実施形態では、膨張後の第１材料２１５をエッチングすることは、膨張後の第１材料２１５を金属ハロゲン化物（ｍｅｔａｌ  ｈａｌｉｄｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）に曝露することを含む。一部の実施形態では、金属ハロゲン化物は、第１材料２１０とは異なる金属を有する。
【００５７】
一部の実施形態では、膨張後の第１材料２１５をエッチングすることは、金属ハロゲン化物前駆体とも称される、金属とハロゲンとを含有する前駆体（例えばＷＣｌ６）に曝露することを含む。金属ハロゲン化物前駆体は、膨張後の第１材料２１５と反応しうる。
【００５８】
一部の実施形態では、金属ハロゲン化物前駆体への曝露により、膨張後の第１材料２１５との発熱反応が引き起こされ、基板処理領域にはプラズマが存在しない。一又は複数の実施形態により、基板処理領域に入る前に金属ハロゲン化物前駆体を励起するプラズマはない。
【００５９】
例示的で非限定的な一プロセスでは、第１材料２１０は、タングステンを含み、かつ、酸素との反応によって膨張して、膨張後の第１材料２１５（タングステン酸化物）を形成する。膨張後の第１材料２１５は、ＷＯ３の形態をとりうる。ＷＯ３をＷＣｌ６（場合によってはＷＣｌ５）に曝露することで、揮発性のＷＯＣｌ４及び／又はＷＯ２Ｃｌ２が形成され、これらは、全てのタングステン酸化物が除去されるまでに表面を離れる。この反応は、タングステン酸化物部分（又は、一般的には金属酸化物部分）が除去されれば、自然に停止しうる。このプロセスは、ある整数回のサイクルだけ繰り返されうる。各サイクルで、選択可能な量の元のタングステン膜（例えば単層１つ又は２つ）が除去されうる。
【００６０】
一部の実施形態では、金属ハロゲン化物前駆体は、金属元素とハロゲン元素とを含む２つ以上の、又は２つだけの、異なる元素を含む。金属ハロゲン化物前駆体は、（ＷＣｌ６及びＷＣｌ５の場合のように）金属元素の単一の原子のみを含みうるが、同一のハロゲン元素の複数の原子を含みうる。金属ハロゲン化物の金属元素は、実施形態では、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、テクニチウム、鉄、アルミニウム、及びガリウムのうちの一又は複数を含みうる。一部の実施形態では、金属ハロゲン化物の金属元素は、２２、２３、２４、４０、４１、４２、７２、７３、又は７４という原子番号を有する。一又は複数の実施形態では、金属元素は、周期表の第４族、第５族、又は第６族の元素を含むか、又は遷移金属でありうる。ハロゲン元素は、一又は複数の実施形態により、ＦとＣｌの一方でありうる。一部の実施形態では、ハロゲン元素は、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及び／又はＩのうちの一又は複数でありうる。一部の実施形態では、金属とハロゲンとを含有する前駆体はフッ素を含まない。好適な金属ハロゲン化物前駆体の例の一部は、ペンタハロゲン化バナジウム、ペンタハロゲン化タンタル、ヘキサハロゲン化クロム、ペンタハロゲン化モリブデン、ヘキサハロゲン化モリブデン、ペンタハロゲン化ニオブ、ペンタハロゲン化タングステン、ヘキサハロゲン化タングステン、及びテトラハロゲン化マンガンを含むが、それらに限定されるわけではない。一部の実施形態では、金属ハロゲン化物前駆体は、金属元素の酸化状態が任意の好適な酸化状態でありうる、バナジウムハロゲン化物、タンタルハロゲン化物、クロムハロゲン化物、モリブデンハロゲン化物、ニオブハロゲン化物、タングステンハロゲン化物、及び／又はマンガンハロゲン化物を含むが、それらに限定されるわけではない。
【００６１】
一部の実施形態のエッチングプロセスは、約１０：１以上、約１５：１以上、約２０：１以上、又は約２５：１以上の選択性を有する。
【００６２】
一部の実施形態では、エッチングプロセスをより選択的、繊細、かつ等方性にするためにこのエッチングプロセスで使用される局所プラズマは、ほとんど又は全くない。「プラズマがない状態（ｐｌａｓｍａ−ｆｒｅｅ）」という語は、本書では、基板処理領域にプラズマ出力が印加されていない、又は実質的に印加されていない時の、基板処理領域について説明するために使用される。説明されているエッチング剤（金属とハロゲンとを含有する前駆体）は、本書の金属含有材料のエッチング工程において基板処理領域をプラズマがない状態にすることを可能にする、非常に好ましい（ｆａｖｏｒａｂｌｅ）エッチング反応経路を有する。別の言い方をすると、一又は複数の実施形態により、基板処理領域内の電子温度は、０．５ｅＶ未満、０．４５ｅＶ未満、０．４ｅＶ未満、又は０．３５ｅＶ未満でありうる。更に、実施形態では、金属とハロゲンとを含有する前駆体は、基板処理領域に入る前には、いかなる遠隔プラズマにおいても励起されていないことがある。例えば、遠隔プラズマ領域又は別個のチャンバ領域が存在し、ハロゲン含有前駆体を基板処理領域に向けて導くのに使用される場合、この別個のチャンバ領域又は遠隔プラズマ領域は、本書で定義している「プラズマがない状態」でありうる。
【００６３】
一又は複数の実施形態により、金属とハロゲンとを含有する前駆体が通過する基板処理領域及び何らかの遠隔領域は、「水素がない状態（ｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｆｒｅｅ）」でありうる。実施形態では、水素と水酸基（−ＯＨ  ｇｒｏｕｐｓ）が金属及び窒化金属に材料を付加することにより、エッチングプロセスが妨げられうる。金属膜又は窒化金属膜は、薄くなるのではなく厚くなりうる。基板処理領域内に水素が存在することで、有効なエッチング選択性が減少しうる。
【００６４】
一部の実施形態では、金属とハロゲンとを含有する前駆体（例えばＷＣｌ６）は、キャリアガスと共に、約５ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍの範囲内、約１０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍの範囲内、約２５ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍの範囲内、約５０ｓｃｃｍ〜１５０ｓｃｃｍの範囲内、又は約７５ｓｃｃｍ〜１２５ｓｃｃｍの範囲内の流量で、供給される。
【００６５】
一又は複数の実施形態により、反応は、熱的に、基板自体の温度によってのみ励起されて、進行しうる。エッチング反応を有効にするために基板の温度を使用する実施形態では、「プラズマがない状態」という語は、本書で、プラズマ出力を使用しない、又は実質的に使用しない用途における、基板処理領域について説明するために使用されうる。プラズマ出力は、適切な反応の進行を可能にするために、低い閾値量を下回るように保持されることもある。基板処理領域に印加されるプラズマ出力は、様々な実施形態において、１００ワット未満、５０ワット未満、３０ワット未満、１０ワット未満であってよく、０ワットであることもある。基板処理領域内の圧力は、実施形態において、約０．１Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒの範囲内、約０．２Ｔｏｒｒ〜３０Ｔｏｒｒの範囲内、約０．５Ｔｏｒｒ〜２０Ｔｏｒｒの範囲内、約１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの範囲内でありうる。
【００６６】
図１４Ａから図１４Ｃを参照するに、一部の実施形態は、第３材料２４０の表面２４７上に間隙充填金属２５０を堆積させることを更に含む。間隙充填金属２５０は、第３材料２４０の開口２４５を充填し、かつ、図１４Ｂ及び図１４Ｃの断面図に示しているように、第１材料２１０との電気的接触を形成する。
【００６７】
間隙充填金属２５０は、第１材料２１０と同じでありうるか、又は第１材料２１０とは異なるものでありうる、任意の好適な金属でありうる。一部の実施形態では、間隙充填金属２５０は、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、テクニチウム、鉄、アルミニウム、及びガリウムのうちの一又は複数を含む。
【００６８】
図１５Ａから図１５Ｃを参照するに、一部の実施形態は、第３材料２４０の表面２４７から間隙充填金属２５０を除去することを更に含む。表面２４７から間隙充填金属２５０を除去することで、間隙充填金属２５０が第３材料２４０の開口２４５内に残される。このプロセスにより、自己整合ビアが作り出され、第１材料２１０と、別のプロセスによって表面２４７の上に形成される材料との間の、電気的接触がもたらされうる。
【００６９】
間隙充填金属２５０の除去は、任意の好適な技法（例えば、エッチングプロセス又は平坦化プロセス）によって行われうる。一部の実施形態では、間隙充填金属２５０は、材料を研磨して表面を実質的にスムーズにすることによって除去される。表面２４７を研磨し、スムーズ化するのに、化学機械平坦化（ＣＭＰ）技法が使用されうる。間隙充填金属２５０の除去中に、一定量の第３材料２４０も除去されうる。除去される第３材料２４０の量は、ほぼゼロから、最大で第３材料２４０の元の厚さの約９５％まででありうる。
【００７０】
本開示の更なる実施形態は、様々な形状（例えば円形、線形、四角形、ひし形、星形など）と、制御可能なフィーチャサイズ（数ナノメートル〜数百ナノメートル）とを有する、ボトムアップ柱状体を形成する方法を対象とする。柱状体は垂直方向と水平方向の両方に成長しうる。図１６Ａから図１６Ｆは順番に、円形、四角形、ひし形、星形、線形、及び水平の、柱状体形状を示している。当業者は、本開示が、図示している形状に限定されるわけではなく、その他の形状も本開示の範囲に含まれることを、理解しよう。
【００７１】
ボトムアップ柱状体の形状制御は、複雑形状の小型フィーチャに関連する数多くのパターニング困難という問題に対する解決策をもたらしうることが、見い出された。この種のボトムアップ柱状体は、孔又はトレンチ構造体の中に一杯に充填され、押し込められた特定の金属材料（例えばＷ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｏｓ、Ｖ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｍｎなど）を酸化させることによって、形成される。金属が酸化されて金属酸化物になると、体積膨張により、この金属酸化物が孔又はトレンチから押し出されて、柱状体を形成する。一部の実施形態では、酸素は、露出面を通じて金属材料の中へと拡散して、金属酸化物と金属との間の界面にだけ、安定した金属酸化物を形成する。一部の実施形態では、一旦金属酸化物が形成されれば、酸素拡散がこの金属酸化物を更に酸化させて別位相の酸化物が形成される、ということはない。一部の実施形態では、酸化により体積膨張が引き起こされる。すなわち、金属酸化物の体積は金属の体積よりも大きくなるはずである。最終的な柱状体の形状は、開口の形状、及び孔又はトレンチ構造体の内部の形状により制約される。柱状体のフィーチャサイズも、孔又はトレンチ構造体のフィーチャサイズによって決定される。柱状体の方向は、孔又はトレンチがどのように開口しているかによって決まる。構造体の開口が水平面にある場合、自己整合柱状体は垂直に成長する。その一方、構造体の開口が、深いトレンチ又は孔の側壁のような垂直面にあれば、水平柱状体が形成されうる。
【００７２】
酸化プロセスでは、Ｏ２、Ｏ３、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、Ｎ２Ｏなどといった、数多くの種類の酸化ガスが使用されうる。このプロセスは、熱的に、或いはプラズマによって強化されて、３００°Ｃ〜６００°Ｃの間で変更される温度で行われうる。プラズマのＲＦ出力は２００Ｗ〜２０００Ｗの間で変更されてよく、チャンバ圧力は、数ｔｏｒｒ〜６００ｔｏｒｒの間で変化しうる。
【００７３】
柱状体材料は金属酸化物に限定されるわけではない。一部の実施形態では、柱状体材料は、金属窒化物又は金属ケイ化物を含む。柱状体は、形成されてから、図１７に示しているパターニングプロセスを通じて、任意の種類の材料（例えば金属、誘電体、ａ−Ｓｉ、ａ−Ｃなど）で置換されうる。
【００７４】
図１７Ａから図１７Ｇは、本開示の一又は複数の実施形態による処理方法３００を示している。基板３１０は基板表面３１５を有し、そこに少なくとも１つのフィーチャ３２０が形成されている。フィーチャ３２０は、底部３２２と側壁３２４とを有し、かつ基板表面３１５からある距離にわたって延在しており、この距離がフィーチャ３１０の深さを画定している。
【００７５】
基板３１０は第１材料で作製される。この基板は、本書で説明し、記述している任意の好適な材料でありうる。第１柱状体３３０は、フィーチャ３２０の中に配置されており、フィーチャ３２０の外へと、第１柱状体上端部３３２まで延在する。第１柱状体３３０は、基板表面３１５に対して直角に、フィーチャ３２０から延在する。第１柱状体３３０は、例えば金属、金属酸化物、又は誘電体でありうる、第１柱状体材料から作製される。
【００７６】
一部の実施形態では、第１柱状体３３０はフィーチャ３２０内に形成される。一部の実施形態では、第１柱状体３３０を形成することは、フィーチャ３２０内に第１柱状体材料（例えば金属）を堆積させることと、第１柱状体材料を、基板表面３１５の上方に延在するよう、まっすぐ上に膨張させることとを、含む。一部の実施形態では、第１柱状体３３０の材料を膨張させることは、第１材料３３０の材料を酸化させることと窒化させることのうちの、一又は複数を含む。
【００７７】
図１７Ｂに示しているように、第１膜３４０は、基板表面３１５と第１柱状体３３０の材料とを覆うように、基板表面３１５上に堆積される。このように使用する場合、「覆う（ｃｏｖｅｒ）」とは、第１膜３４０の少なくとも一部が第１柱状体先端部３３２の上に堆積又は形成されていることを、意味する。
【００７８】
第１膜３４０は、任意の好適な技法によって堆積又は形成されうる。例えば、第１膜３４０は、化学気相堆積、原子層堆積、プラズマＣＶＤ若しくはプラズマＡＬＤのプロセス、又は物理的気相堆積プロセスによって、堆積又は形成されうる。
【００７９】
図１７Ｃに示しているように、第１柱状体上端部３３２が第１膜３４０を通って露出するよう、第１膜３４０は除去される。第１柱状体上端部３３２を露出させるための第１膜３４０の除去は、任意の好適な技法によって行われうる。例えば、第１膜３４０は、任意の好適な化学的エッチング剤を使用して、又は化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスにより、第１膜３４０をエッチングすることによって、除去されうる。一部の実施形態では、第１膜３４０は、ＣＭＰによって、第１柱状体上端部３３２を露出させるよう除去される。
【００８０】
図１７Ｄに示しているように、第１膜３４０が基板表面３１５上にある状態で基板３１０に空のフィーチャ３２０を残すよう、第１柱状体３３０の材料は除去されうる。空のフィーチャ３２０は、第１膜３４０を通って基板３１０に至る、通路３４５を形成する。
【００８１】
第１柱状体３３０の材料は、任意の好適なプロセスによって除去されうる。一部の実施形態では、第１柱状体３３０の材料を除去することは、第１柱状体３３０の材料をエッチングすることを含む。一又は複数の実施形態では、第１柱状体３３０の材料は、第１柱状体３３０の材料を金属ハロゲン化物に曝露することによって、エッチングされる。一部の実施形態では、金属ハロゲン化物は、第１柱状体３３０の材料とは異なる金属を有する。一部の実施形態では、金属ハロゲン化物は、第１柱状体３３０の材料と同じ金属を有する。
【００８２】
図１７Ｅに示しているように、第２膜３５０は、第１膜３４０上に堆積又は形成されることによって、基板３１０のフィーチャ３２０と第１膜３４０を通る通路３４５とを充填して、第２柱状体３６０を形成する。第２膜３５０は、任意の好適な材料の任意の好適な技法によって堆積されうる。一部の実施形態では、第２柱状体３６０は、第１柱状体３３０の材料とは異なる。
【００８３】
図１７Ｆに示しているように、第１膜３４０及び第２柱状体３６０の上端部３６２を露出させるよう、第２膜３５０が除去されうる。第２柱状体上端部３６０の上端部３６２を露出させるための第２膜３５０の除去は、任意の好適な技法によって行われうる。例えば、第２膜３５０は、任意の好適な化学的エッチング剤を使用して、又は化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスにより、第２膜３５０をエッチングすることによって、除去されうる。一部の実施形態では、第２膜３５０は、ＣＭＰによって、第２柱状体３６０の上端部３６２を露出させるよう除去される。一部の実施形態では、第２柱状体３６０は、金属又は誘電体を含む。
【００８４】
図１７Ｇに示しているように、基板３１０が、フィーチャ３２０内に第２柱状体３６０を有している状態が保たれるよう、基板３１０上に残っている第１膜３４０が除去されうる。第２柱状体３６０は、既に置換された第１柱状体３３０と同様に、基板表面３１５に対して直角に延在する。
【００８５】
一部の実施形態では、第１膜３４０は、エッチングによって、基板３１０から除去される。一又は複数の実施形態では、第１膜３４０をエッチングすることは、第１膜３４０を金属ハロゲン化物に曝露することを含む。
【００８６】
一又は複数の実施形態により、基板は、層が形成される前、及び／又は形成された後に、処理を経る。この処理は、同じチャンバ内、又は、一又は複数の別個の処理チャンバ内で実施されうる。一部の実施形態では、基板は、第１チャンバから、更なる処理のために、別個の第２チャンバに動かされる。基板は、第１チャンバから別個の処理チャンバに直接動かされうるか、又は、第１チャンバから一又は複数の移送チャンバに動かされ、次いで別個の処理チャンバへと動かされうる。したがって、処理装置は、移送ステーションと連通している複数のチャンバを備えうる。この種の装置は「クラスタツール（ｃｌｕｓｔｅｒ  ｔｏｏｌ）」又は「クラスタシステム（ｃｌｕｓｔｅｒｅｄ  ｓｙｓｔｅｍ）」などと称されうる。
【００８７】
概括的に、クラスタツールは、基板の中心決め及び配向決め、脱ガス、アニーリング、堆積、並びに／又は、エッチングを含む様々な機能を実施する複数のチャンバを備える、モジュールシステムである。一又は複数の実施形態により、クラスタツールは、少なくとも、第１チャンバ及び中央移送チャンバを含む。中央移送チャンバは、複数の処理チャンバ及び複数のロードロックチャンバの間で基板を往復搬送することが可能なロボットを、収納しうる。移送チャンバは、典型的には真空条件に維持され、１つのチャンバから、別のチャンバに、かつ／又はクラスタツールのフロントエンドに配置されたロードロックチャンバに、基板を往復搬送するための中間ステージを提供する。本発明に適合しうる２つの周知のクラスタツールは、Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標）及びＥｎｄｕｒａ（登録商標）であり、両方とも、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．から入手可能である。しかし、実際のチャンバの配置及び組み合わせは、本書に記載のプロセスの特定のステップを実施するという目的のために、変更されうる。使用されうる他の処理チャンバは、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、予洗浄、化学洗浄、熱処理（ＲＴＰなど）、プラズマ窒化、脱ガス、配向決め、ヒドロキシル化、及びその他の基板プロセスを含むが、それらに限定されるわけではない。クラスタツールのチャンバ内でプロセスを実行することにより、後続膜の堆積に先立って酸化を起こすことなく、空気中の不純物による基板の表面汚染を回避しうる。
【００８８】
一又は複数の実施形態により、基板は、連続的に真空条件又は「ロードロック（ｌｏａｄ  ｌｏｃｋ）」条件のもとにあり、１つのチャンバから次のチャンバに動かされる時に周囲空気に曝露されない。ゆえに、移送チャンバは、真空下にあり、真空圧力のもとで「ポンプダウン（ｐｕｍｐｅｄ  ｄｏｗｎ）」される。処理チャンバ又は移送チャンバの中には不活性ガスが存在しうる。一部の実施形態では、反応体の一部又は全部を除去するために、不活性ガスがパージガスとして使用される。一又は複数の実施形態により、反応体が堆積チャンバから移送チャンバにかつ／又は更なる処理チャンバに移動することを防止するために、堆積チャンバの出口部にパージガスが注入される。ゆえに、不活性ガスの流れがチャンバの出口部にカーテンを形成する。
【００８９】
基板は、枚葉式基板堆積チャンバ内で処理されてよく、この枚葉式基板堆積チャンバでは、単一の基板が、別の基板が処理される前に、ローディングされ、処理され、かつアンローディングされる。基板は、コンベヤシステムに類似した連続様態で処理されることも可能であり、この場合、複数の基板が、チャンバの第１部分に個々にローディングされ、チャンバを通って移動し、チャンバの第２部分からアンローディングされる。チャンバ及び関連するコンベヤシステムの形状により、直線経路又は湾曲経路が形成されうる。加えて、処理チャンバはカルーセルであってよく、このカルーセルにおいて、複数の基板が、中心軸の周りで動かされ、かつ、カルーセル経路全体を通じて堆積、エッチング、アニーリング、洗浄などのプロセスに曝露される。
【００９０】
処理中に、基板は加熱されうるか、又は冷却されうる。かかる加熱又は冷却は、基板支持体の温度を変化させること、及び、基板表面に加熱された又は冷却されたガスを流すことを含むが、それらに限定されるわけではない、任意の好適な手段によって達成されうる。一部の実施形態では、基板支持体は、伝導によって基板温度を変化させるよう制御されうる、ヒータ／クーラを含む。一又は複数の実施形態では、基板温度を局所的に変化させるために、用いられるガス（反応性ガスと不活性ガスのいずれか）が加熱されるか、又は冷却される。一部の実施形態では、基板温度を対流によって変化させるために、ヒータ／クーラは、基板表面に隣接するように、チャンバの中に配置される。
【００９１】
基板は、処理中に、静止していることも、回転することも可能である。回転する基板は、連続して、又は非連続に段階的に、回転しうる。例えば、基板は、プロセス全体を通じてずっと回転しうるか、又は、種々の反応性ガス若しくはパージガスへの曝露と曝露との間に、少しずつ回転しうる。処理中に基板を（連続的に、或いは段階的に）回転させることは、例えばガス流形状の局所的可変性の影響を最小化することによって、堆積又はエッチングをより均一なものにするのに役立ちうる。
【００９２】
この明細書全体を通じての、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「ある種の実施形態（ｃｅｒｔａｉｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「一又は複数の実施形態（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、又は、「実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」に対する言及は、その実施形態に関連して説明されている、ある特定の特徴、構造、材料、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。ゆえに、この明細書全体の様々な箇所における「一又は複数の実施形態で」、「ある種の実施形態で」、「一実施形態で」、又は「実施形態において」などの表現の表出は、必ずしも、本発明の同一の実施形態に言及するものではない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、一又は複数の実施形態において、任意の好適な様態で組み合わされうる。
【００９３】
本書の発明は特定の実施形態を参照して説明されているが、これらの実施形態は本発明の原理及び用途の例示にすぎないことを、理解されたい。本発明の本質及び範囲から逸脱しなければ、本発明の方法及び装置に対して様々な改変及び変形を行いうることが、当業者には自明となろう。ゆえに、本発明は、付随する特許請求の範囲及びその均等物に含まれる改変例及び変形例を含むことが意図されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６（ａ）】
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【図１６（ｂ）】
2020501344.tif 000043
【図１６（ｃ）】
2020501344.tif 000044
【図１６（ｄ）】
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【図１６（ｅ）】
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【図１６（ｆ）】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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