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JP-2026514726-A - 抵抗率が改善されたモリブデン系材料を形成するための低温堆積処理

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Abstract

本方法は、モリブデン（Ｍｏ）系材料を形成するために堆積プロセスの堆積サイクルの反応物ステップを実行することと、堆積サイクルのＭｏ前駆体ステップを実行することと、堆積サイクルの処理ステップを実行することとを含む。反応物ステップを実行することは、反応物を導入することを含み、Ｍｏ前駆体ステップを実行することは、Ｍｏ前駆体を導入することを含み、処理ステップを実行することは、処理ガスを導入することを含む。堆積処理は、約４５０°Ｃ以下の温度で実行される。 【選択図】図１Ｅ

Inventors

  • リウ， フェン キュー．
  • ユン， ビョンフン
  • リー， ジョンジュ
  • ジェラトス， アヴゲリノス ヴィー．
  • サリー， マーク ジェー．

Assignees

  • アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240424
Priority Date
20230427

Claims (20)

  1. 方法であって、 モリブデン（Ｍｏ）系材料を形成するために堆積プロセスの堆積サイクルの反応物ステップを実行することであって、反応物を導入することを含む、モリブデン（Ｍｏ）系材料を形成することと、反応物ステップを実行することと、 前記堆積サイクルのＭｏ前駆体ステップを実行することであって、Ｍｏ前駆体を導入することを含む、Ｍｏ前駆体ステップを実行することと、 前記堆積サイクルの処理ステップを実行することであって、処理ガスを導入することを含む、前記堆積サイクルの処理ステップを実行することと、 を含み、前記堆積プロセスが、約４５０°Ｃ以下の温度で実行される、方法。
  2. 前記反応物がハロゲン化アルキルを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記反応物がジハロゲン化アルキレンを含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記反応物がヨウ素を含む、請求項１に記載の方法。
  5. Ｍｏ前駆体がＭｏ系アミドを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記Ｍｏ前駆体が、Ｍｏ（イミド） ２ （アミノ） ２ 、Ｍｏ（アミノ） ４ 、ビス（ベンゼン）モリブデン、ビス（エチルベンゼン）モリブデン、ビス（トリメチルシリル）ベンゼン-モリブデン、ビス（プロピル）ベンゼン-モリブデン、又はビス（イソプロピル）ベンゼン-モリブデンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記処理ガスがアンモニアガスを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 前記堆積プロセスが、約２５０°Ｃから約４００°Ｃの範囲の温度で実行される、請求項１に記載の方法。
  9. 前記堆積プロセスが、約３００°Ｃから約３７５°Ｃの範囲の温度で実行される、請求項１に記載の方法。
  10. 前記反応物ステップが、約０．１秒から約５秒の範囲の関連する反応パルス時間を有する、請求項１に記載の方法。
  11. 前記Ｍｏ前駆体ステップが、約１秒から約５秒の範囲の関連するＭｏ前駆体パルス時間を有する、請求項１に記載の方法。
  12. 前記処理ステップが、約５０秒から約１５０秒の範囲の関連する処理ガスパルス時間を有する、請求項１に記載の方法。
  13. 前記処理ガスが、約４００標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）～約１０００ｓｃｃｍの範囲の関連流量を有する、請求項１に記載の方法。
  14. 前記反応物ステップを実行することが、前記反応物を導入した後に第１のパージステップを実行することをさらに含み、 前記Ｍｏ前駆体ステップを実行することが、前記Ｍｏ前駆体を導入した後に第２のパージステップを実行することをさらに含み、 前記処理ステップを実行することが、前記処理ガスを導入した後に第３のパージステップを実行することをさらに含む、 請求項１に記載の方法。
  15. 前記第１のパージステップ、前記第２のパージステップ、及び前記第３のパージステップは各々、約１秒～約１０秒の範囲の関連パージガスパルス時間を有する、請求項１４に記載の方法。
  16. 前記Ｍｏ系材料が、トレンチに沿ってライナとして形成される、請求項１に記載の方法。
  17. 前記Ｍｏ系材料が窒化モリブデン（ＭｏＮ）を含む、請求項１に記載の方法。
  18. デバイスであって、 トレンチ、及び 前記トレンチに沿って形成されたＭｏ系材料を含むライナ を備え、前記Ｍｏ系材料が、約２００マイクロオーム・センチメートル（μΩ・ｃｍ）以下の抵抗率を有する、デバイス。
  19. 前記Ｍｏ系材料が窒化モリブデン（ＭｏＮ）を含む、請求項１８に記載のデバイス。
  20. 前記デバイスが、約３ナノメートル未満の技術ノードに関連付けられている、請求項１８に記載のデバイス。

Description

［０００１］本開示の実施形態は、概して、電子デバイス製造に関する。特に、本開示の実施形態は、抵抗率が改善されたモリブデン（Ｍｏ）系材料を形成するための低温堆積プロセスに関する。 ［０００２］電子デバイス製造装置は、処理チャンバ及びロードロックチャンバなどの複数のチャンバを含み得る。このような電子デバイス製造装置は、複数のチャンバ間で基板を移送するように構成された移送チャンバ内のロボット装置を用いることができる。場合によっては、複数の基板が一緒に移送される。処理チャンバは、電子デバイス製造装置において、堆積プロセス及びエッチングプロセスといった１つ以上のプロセスを基板上で実行するために使用され得る。多くの処理では、ガスが処理チャンバ内に流される。 ［０００３］一実施形態によれば、方法が提供される。本方法は、モリブデン（Ｍｏ）系材料を形成するために堆積プロセスの堆積サイクルの反応物ステップを実行することと、堆積サイクルのＭｏ前駆体ステップを実行することと、堆積サイクルの処理ステップを実行することとを含む。反応物ステップを実行することは、反応物を導入することを含み、Ｍｏ前駆体ステップを実行することは、Ｍｏ前駆体を導入することを含み、処理ステップを実行することは、処理ガスを導入することを含む。堆積処理は、約４５０°Ｃ以下の温度で実行される。 ［０００４］一実施形態によれば、デバイスが提供される。システムは、トレンチと、トレンチに沿って形成されたＭｏ系材料を含むライナとを含む。Ｍｏ系材料は、約２００マイクロオームセンチメートル（μΩ・ｃｍ）以下の抵抗率を有する。 ［０００５］本開示は、同様の参照が同様の構成要素を示す添付図面の図において、限定ではなく例として示される。本開示における「ある（ａｎ）」又は「１つの（ｏｎｅ）」実施形態への種々の言及は、必ずしも同一の実施形態に対するものではなく、「少なくとも１つ」という意味であることに、留意すべきである。 幾つかの実施形態に係る、低温モリブデン（Ｍｏ）ベースの材料堆積プロセスを使用して電子デバイスを製造する例示的な方法を示す断面図である。幾つかの実施形態に係る、低温プロセスを使用して、抵抗率が改善されたモリブデン（Ｍｏ）系材料を形成する電子デバイスを製造する例示的な方法のフロー図である。幾つかの実施形態に係る、低温モリブデン（Ｍｏ）ベースの材料堆積の例示的な方法の図である。幾つかの実施形態に係る、低温モリブデン（Ｍｏ）ベースの材料堆積の例示的な方法の図である。幾つかの実施形態に係る、低温モリブデン（Ｍｏ）ベースの材料堆積の方法を実施するために使用され得るマルチチャンバ処理プラットフォームシステムの上面図である。 ［００１１］本明細書に記載の実施形態は、抵抗率が改善されたモリブデン（Ｍｏ）ベースの材料を形成するための低温堆積処理に関する。半導体技術ノードのサイズ（例えば、約３ナノメートル（ｎｍ）ノード以下）が縮小し続けるにつれて、導電性材料の電子的性能は、高度なチップ性能にとってさらに重要になる。導電性をさらに改善するために、ライナの抵抗率の寄与を考慮することができる。幾つかのライナは、タングステンベースのライナといった、比較的高い抵抗を有する材料から形成される。タングステンベースのライナの例には、窒化タングステンが含まれる。 ［００１２］モリブデン（Ｍｏ）ベースの材料は、窒化タングステンなどの他の材料と比較して、より低い抵抗率を示すことができる。しかしながら、Ｍｏは、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、及び酸素（Ｏ）などの元素との強い結合エネルギーを有する。したがって、有機金属前駆体からのＭｏ系材料の適切な堆積を達成することは困難であり得る。Ｍｏ系材料の一例は、窒化モリブデン（ＭｏＮ）である。ＭｏＮ材料を堆積させるための幾つかのプロセスは、（Ｍｏ（ＮＲ）２（ＮＲ２））２前駆体を用いることを含み、その結果、より高い抵抗率の膜が得られ、より高度な技術ノードにとってはあまり望ましくない場合がある。例えば、このような前駆体を使用して堆積されたＭｏＮ材料は、約１０ｎｍの厚さと、約１０００マイクロオームセンチメートル（μΩ・ｃｍ）を超える対応する抵抗率を有するように形成することができる。加えて、一部のＭｏ系材料堆積プロセスは、下層の導電層（例えば金属層）に損傷を与える可能性があり、かつ高温（例えば約４００°Ｃを上回る）で実行され得るＭｏ系のハロゲン化物を用いることが可能であり、これにより、先進的な技術ノードに関するＭｏ系のライナの実装がさらに抑止される。 ［００１３］これらの欠点および他の欠点に対処するために、本明細書に記載された実施形態は、抵抗率が改善されたＭｏ系材料を形成するための低温堆積プロセスを提供する。例えば、誘電体材料上にＭｏ系材料が形成され得る。幾つかの実施形態では、誘電体材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）（すなわち、シリカ）を含む。追加的に又は代替的に、金属又は窒化チタン（ＴｉＮ）ライナなどの導電性材料上にＭｏ系材料を形成することができる。幾つかの実施形態では、Ｍｏ系材料は、窒化モリブデン（ＭｏＮ）を含む。幾つかの実施形態では、約１０ｎｍ以下の厚さを有するＭｏ系材料が形成される。幾つかの実施形態では、Ｍｏ系材料は、約２００μΩ・ｃｍ以下の抵抗率を有する。幾つかの実施形態では、Ｍｏ系材料の抵抗率は、約５０μΩ・ｃｍから約２００μΩ・ｃｍの範囲である。したがって、本明細書に記載された実施形態に従って形成されたＭｏ系材料は、例えば、窒化タングステンと比較して、より低い抵抗率を有し得る。 ［００１４］堆積プロセスは、表面上にＭｏ系材料を共形に堆積させることができる。幾つかの実施形態では、堆積プロセスは、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスである。幾つかの実施形態では、堆積プロセスは、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスである。 ［００１５］本明細書に記載の堆積プロセスは、幾つかの堆積サイクルを含み得る。各堆積サイクルは、反応物を導入するための反応物ステップ、Ｍｏ前駆体を導入するためのＭｏ前駆体ステップ、及び処理ガスを導入するための処理ステップを含む。第１のパージステップは、反応物ステップとＭｏ前駆体ステップとの間で実行することができ、第２のパージステップは、Ｍｏ前駆体ステップと処理ステップとの間で実行することができ、第３のパージステップは、処理ステップの後に実行することができる。より具体的には、各パージステップは、パージガスを導入することができ、関連するパージ時間を有する。少なくとも第１のパージステップのより長いパージ時間は、Ｍｏ系材料の共形堆積の均一性を改善することができる。パージガスは、任意の適切な不活性ガス又は非反応性ガス（例えば、希ガス）を含み得る。例えば、パージガスは、希ガス（例えば、アルゴン（Ａｒ））、窒素ガス（Ｎ２）などを含み得る。幾つかの実施形態では、各パージステップは、約０．５秒から約５０秒の間のパージガスパルス時間を有する。幾つかの実施形態では、各パージステップは、約１秒から約１０秒の間のパージガスパルス時間を有する。 ［００１６］幾つかの実施形態では、堆積サイクルの数は、約１サイクルから約２００サイクルの範囲である。幾つかの実施形態では、堆積サイクルの数は、約５サイクルから約１５０サイクルの範囲である。幾つかの実施形態では、堆積サイクルの数は、約１０サイクルから約１００サイクルの範囲である。幾つかの実施形態では、堆積処理は、約４５０°Ｃ以下の温度で実行される。幾つかの実施形態では、堆積処理は、約２００°Ｃから約４５０°Ｃの範囲の温度で実行される。幾つかの実施形態では、堆積処理は、約２５０°Ｃから約４００°Ｃの範囲の温度で実行される。幾つかの実施形態では、堆積処理は、約３００°Ｃから約３７５°Ｃの範囲の温度で実行される。幾つかの実施形態では、堆積処理は、約０．５ｔｏｒｒから約３００ｔｏｒｒの範囲の圧力で実行される。幾つかの実施形態では、堆積処理は、約２ｔｏｒｒから約１００ｔｏｒｒの範囲の圧力で実行される。幾つかの実施形態では、堆積処理は、約２ｔｏｒｒから約５０ｔｏｒｒの範囲の圧力で実行される。 ［００１７］より具体的には、反応物ステップの間、エクスシトゥ還元源（例えば、エクスシトゥ水素源）なしで、且つ下の導電層（例えば、金属層）にほとんど又は全く損傷を与えることなく、Ｍｏ系材料を堆積するための配位子のＭｏ－Ｃ結合を切断するために反応物が導入される。反応物ステップは、関連する反応パルス時間を有し得る。幾つかの実施形態では、反応パルス時間は、約０．１秒から約５秒の範囲である。幾つかの実施形態では、反応パルス時間は、約０．２秒から約１秒の範囲である。 ［００１８］反応物は、式ＲＸｙで表され得る。ここで、Ｘは、ハロゲン（例えば、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）又はヨウ素（Ｉ））であり、ｙ＝１又はｙ＝２である。例えば、ｙ＝１である場合、Ｒは、化学式ＣｎＨ２ｎ＋１を有するアルキル基であり得る。ここで、１≦ｎ≦１０である。したがって、幾つかの実施形態では、反応物は、ハロゲン化アルキル（すなわち、ハロアルカン又はハロゲノアルカン）を含む。概して、ハロゲン化アルキルは、ハロゲン置換基を含むアルカンである。例えば、ハロゲン化（例えば、塩素化、臭化又はヨウ素化）を介して、化学式ＣｎＨ２ｎ＋２を有するアルカンからハロゲン化アルキルを形成することができる。ハロゲン化アルキルの例には、ハロゲン化メチル、ハロゲン化エチルなどが含まれる。 ［００１９］別の例として、ｙ＝２の場合、Ｒは、化学式ＣｎＨ２ｎを有するアルキレン基であり得る。ここで、１≦ｎ≦１０である。したがって、幾つかの実施形態では、反応物は、ジハロゲン化アルキレン（ａｌｋｙｌｅｎｅ ｄｉｈａｌｉｄｅ）（すなわち、ハロアルケン又はハロゲノアルケン）を含む。概して、ジハロゲン化アルキレンは、ハロゲン置換基を含むアルケンである。例えば、二ハロゲン化アルキレンは、化学式ＣｎＨ２ｎを有するアルケンから、ハロゲン化を介して形成され得る。ジハロゲン化アルキレンの例には、ジハロゲン化メチレン（ｍｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｉｈａｌｉｄｅｓ）、ジハロゲン化エチレン（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｄｉｈａｌｉｄｅｓ）などが含まれる。 ［００２０］例示的に、反応物がハロゲン化アルキルを含む場合、ベータ水素化物の除去は、アルキル基又はアルキレン基からＭｏに水素を伝達するインシトゥ還元源を提供することができる。これにより、Ｍｏの低減及びアルキル基がアルケンとしてＭｏ表面を離れる能力が可能となる。幾つかの実施形態では、反応物はヨウ素含有反応物である。例えば、反応物は、ヨウ化アルキル又はヨウ化アルキレンを含み得る。ヨウ素含有反応物質の一般的なメカニズムは、それが金属表面上で分解して金属ヨウ化物を生成することができることである。ヨウ素は、Ｍｏ－Ｃ結合の切断を誘発して、Ｍｏ原子から除去されたリガンドを有するＭｏ－Ｉを形成する。 ［００２１］Ｍｏ前駆体ステップの間、Ｍｏ前駆体が導入される。Ｍｏ前駆体ステップは、関連するＭｏ前駆体パルス時間を有し得る。幾つかの実施形態では、Ｍｏ前駆体パルス時間は、約０．２秒から約５秒の範囲である。幾つかの実施形態では、Ｍｏ前駆体パルス時間は、約１秒から約４秒の範囲である。幾つかの実施形態では、Ｍｏ前駆体は、Ｍｏ系アミドを含む。Ｍｏ前駆体の例は、Ｍｏ（イミド）２（アミノ）２、Ｍｏ（アミノ）４、ビス（ベンゼン）モリブデン、ビス（エチルベンゼン）モリブデン、ビス（トリメチルシリル）ベンゼンモリブデン、ビス（プロピル）ベンゼンモリブデン、ビス（イソプロピル）ベンゼンモリブデン、アルキル置換ベンゼンなどを含む。ベンゼン上のアルキルは、０～５炭素であってよい。ベンゼン上のアルキルは、モノ、ジ、又はトリ置換ベンゼンであり得る。 ［００２２］処理ステップの間、Ｍｏ系材料の品質を改善するために処理ガ