Search

JP-2026514773-A - 低抵抗率半導体用途のためのハイブリッドモリブデン充填スキーム

JP2026514773AJP 2026514773 AJP2026514773 AJP 2026514773AJP-2026514773-A

Abstract

半導体デバイスおよび半導体デバイスにおけるモリブデン充填のための方法が提供される。一態様では、半導体デバイス基板を処理するための方法が提供される。本方法は、誘電体層内に形成された少なくとも１つの特徴を結晶粒改質層堆積プロセスに曝露して、少なくとも１つの特徴の少なくとも一部の上に結晶粒改質層を堆積させるステップを含む。少なくとも１つの特徴は、誘電体層内に形成された側壁面と、側壁面間に延在する底面とによって画定される。本方法は、少なくとも１つの特徴をモリブデン堆積プロセスに曝露して、結晶粒改質層上にモリブデン充填層を形成するステップをさらに含み、結晶粒改質層はモリブデンとは異なる金属を含む。

Inventors

  • レイ ウェイ
  • ワン ロンジュン
  • パテル サヒル ジェイクマール
  • ヤン イーション
  • レイ ユ
  • ユエ シユ
  • シュー イ
  • アイリフマエル トゥルシュン
  • オ ジュヒュン
  • タン シャンミン

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
20240213
Priority Date
20230420

Claims (20)

  1. 誘電体層内に形成された少なくとも１つの特徴を結晶粒改質層堆積プロセスに曝露して、前記少なくとも１つの特徴の少なくとも一部の上に結晶粒改質層を堆積させるステップであって、前記少なくとも１つの特徴が、前記誘電体層内に形成された側壁面と、前記側壁面間に延在する底面とによって画定される、堆積させるステップと、 前記少なくとも１つの特徴をモリブデン堆積プロセスに曝露して、前記結晶粒改質層上にモリブデン充填層を形成するステップであって、前記結晶粒改質層がモリブデンとは異なる金属を含む、形成するステップと、 を含む、半導体デバイス基板を処理するための方法。
  2. 前記結晶粒改質層堆積プロセスが物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスであり、前記金属がタングステンを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記モリブデン堆積プロセスが物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスである、請求項１に記載の方法。
  4. 前記モリブデン堆積プロセスが、堆積チャンバ内で実行される気相堆積プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記気相堆積プロセスが、塩化モリブデン前駆体、オキシハロゲン化モリブデン前駆体、またはこれらの組合せを前記堆積チャンバに導入することを含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記気相堆積プロセスが、前記堆積チャンバに還元剤前駆体ガスを導入することをさらに含む、請求項５に記載の方法。
  7. 前記還元剤前駆体ガスが、分子状水素（Ｈ 2 ）、水素原子、水素プラズマ、水素ラジカル、水素励起核種、またはこれらの組合せから選択される、請求項６に記載の方法。
  8. 前記気相堆積プロセスが、Ｈ 2 およびＭｏＣｌ 5 を前記堆積チャンバに導入することを含む、請求項４に記載の方法。
  9. 前記底面が前記誘電体層によって画定される、請求項１に記載の方法。
  10. 前記底面がケイ素化合物層、金属ケイ素化合物層、または金属層によって画定される、請求項１に記載の方法。
  11. 基板の上に形成された誘電体層内に形成された少なくとも１つの特徴を物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスに曝露して、前記少なくとも１つの特徴の少なくとも一部の上にタングステンを含む結晶粒改質層を堆積させるステップであって、前記ＰＶＤプロセスが、第１の処理チャンバの第１の処理領域内で実行され、前記少なくとも１つの特徴が、前記誘電体層内に形成された側壁面と、前記側壁面間に延在する底面とによって画定される、堆積させるステップと、 真空を破ることなく、前記第１の処理チャンバの前記第１の処理領域から第２の処理チャンバの第２の処理領域に前記基板を移送するステップと、 モリブデン含有前駆体ガスを前記第２の処理領域に流し、前記第２の処理領域において前記少なくとも１つの特徴内の前記結晶粒改質層上にモリブデン充填層を形成することを含む気相堆積プロセスに前記特徴を曝露するステップと、 を含む、半導体デバイス構造を処理するための方法。
  12. 前記モリブデン含有前駆体ガスが、塩化モリブデン前駆体、オキシハロゲン化モリブデン前駆体、またはこれらの組合せから選択される、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記気相堆積プロセスが、前記堆積チャンバに還元剤前駆体ガスを導入することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記還元剤前駆体ガスが、分子状水素（Ｈ 2 ）、水素原子、水素プラズマ、水素ラジカル、水素励起核種、またはこれらの組合せから選択される、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記気相堆積プロセスが、Ｈ 2 およびＭｏＣｌ 5 を前記第２の処理領域に導入することを含む、請求項１１に記載の方法。
  16. 前記気相堆積プロセスが、約４００℃～約５００℃の範囲の温度で、約１Ｔｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒの範囲の圧力で行われる、請求項１１に記載の方法。
  17. 前記気相堆積プロセスが、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、またはプラズマＡＬＤプロセスである、請求項１１に記載の方法。
  18. 表側および裏側を有するデバイス基板と、 前記デバイス基板の上に形成された誘電体層であって、前記誘電体層が、その中に形成された少なくとも１つの特徴を有し、前記少なくとも１つの特徴が前記誘電体層によって画定された側壁面および前記側壁面間に延在する底面によって画定される、誘電体層と、 前記特徴の少なくとも前記底面上に形成されたタングステンを含む結晶粒改質層と、 前記結晶粒改質層に接触し、前記特徴を充填するモリブデン充填材料と、 を備える、半導体デバイス構造。
  19. 前記結晶粒改質層が約１０Å～約５０Åの範囲の厚さを有する、請求項１８に記載のデバイス構造。
  20. 前記底面が前記誘電体層によって画定され、前記結晶粒改質層が、前記誘電体層によって画定された前記側壁面に形成されている、請求項１８に記載のデバイス構造。

Description

本開示は、一般に、薄膜を形成するための方法および装置に関する。より詳細には、本開示は、半導体デバイスにおけるモリブデン充填のための方法および装置に関する。 マイクロ電子デバイスの製造は、典型的には、半導電性、誘電性、および導電性基板上で行われる数百の個々のプロセスを必要とする複雑なプロセスシーケンスを含む。これらのプロセスの例には、他の操作の中でも、酸化、拡散、イオン注入、薄膜堆積、洗浄、エッチング、リソグラフィが含まれる。各操作は時間がかかり、高価である。 マイクロ電子デバイスの限界寸法がますます小さくなるにつれて、基板上でのこれらのデバイスの設計および製造はますます複雑になる。限界寸法およびプロセス均一性の制御は、ますます重要になっている。複雑な多層スタックは、厚さ、粗さ、応力、密度、および潜在的な欠陥についての限界寸法の精密なプロセス監視を伴う。デバイスを形成するためのプロセス方策における複数の漸進的な（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ）プロセスによって、限界寸法が確実に維持される。しかしながら、各方策プロセスは、１つまたは複数の処理チャンバを利用することがあり、このため処理システムにおいてデバイスを形成するためのさらなる時間が追加され、欠陥を形成する機会も追加される。したがって、各プロセスは、完成したマイクロ電子デバイスの全体的な製造コストを増加させる。 さらに、デバイス上の限界寸法が縮小し、高アスペクト比の特徴がより一般的になるにつれて、現在の製造技術を使用して高アスペクト比の特徴を充填することがますます困難になってきている。 少なくとも前述の理由により、マイクロ電子デバイスの限界寸法を維持しながらコストを最小限に抑えるための改善された製造方法が引き続き必要とされている。 本開示は、一般に、薄膜を形成するための方法および装置に関する。より詳細には、本開示は、半導体デバイスにおけるモリブデン充填のための方法および装置に関する。 一態様では、半導体デバイス基板を処理するための方法が提供される。本方法は、誘電体層内に形成された少なくとも１つの特徴を結晶粒改質層堆積プロセスに曝露して、少なくとも１つの特徴の少なくとも一部の上に結晶粒改質層を堆積させるステップを含む。少なくとも１つの特徴は、誘電体層内に形成された側壁面と、側壁面間に延在する底面とによって画定される。本方法は、少なくとも１つの特徴をモリブデン堆積プロセスに曝露して、結晶粒改質層上にモリブデン充填層を形成するステップをさらに含み、結晶粒改質層はモリブデンとは異なる金属を含む。 実施態様は、以下のうちの１つまたは複数を含むことができる。結晶粒改質層堆積プロセスは、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスであり、金属はタングステンを含む。モリブデン堆積プロセスは、物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスである。モリブデン堆積プロセスは、堆積チャンバ内で実行される気相堆積プロセスを含む。気相堆積プロセスは、塩化モリブデン前駆体、オキシハロゲン化モリブデン前駆体、またはこれらの組合せを堆積チャンバに導入することを含む。気相堆積プロセスは、還元剤前駆体ガスを堆積チャンバに導入することをさらに含む。還元剤前駆体ガスは、分子状水素（Ｈ2）、水素原子、水素プラズマ、水素ラジカル、水素励起核種、またはこれらの組合せから選択される。気相堆積プロセスは、Ｈ2およびＭｏＣｌ5を堆積チャンバに導入することを含む。底面は、誘電体層によって画定される。底面は、ケイ素化合物層、金属ケイ素化合物層または金属層によって画定される。 別の態様では、半導体デバイス構造を処理するための方法が提供される。本方法は、基板の上に形成された誘電体層内に形成された少なくとも１つの特徴を物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスに曝露して、少なくとも１つの特徴の少なくとも一部の上にタングステンを含む結晶粒改質層を堆積させるステップを含む。ＰＶＤプロセスは、第１の処理チャンバの第１の処理領域内で実行され、少なくとも１つの特徴は、誘電体層内に形成された側壁面と、側壁面間に延在する底面とによって画定される。本方法は、真空を破ることなく、第１の処理チャンバの第１の処理領域から第２の処理チャンバの第２の処理領域に基板を移送するステップとをさらに含む。本方法は、モリブデン含有前駆体ガスを第２の処理領域に流し、第２の処理領域において少なくとも１つの特徴内の結晶粒改質層上にモリブデン充填層を形成することを含む気相堆積プロセスに特徴を曝露するステップをさらに含む。 実施態様は、以下のうちの１つまたは複数を含むことができる。モリブデン含有前駆体ガスは、塩化モリブデン前駆体、オキシハロゲン化モリブデン前駆体、またはこれらの組合せから選択される。気相堆積プロセスは、還元剤前駆体ガスを堆積チャンバに導入することをさらに含む。還元剤前駆体ガスは、分子状水素（Ｈ2）、水素原子、水素プラズマ、水素ラジカル、水素励起核種、またはこれらの組合せから選択される。気相堆積プロセスは、Ｈ2およびＭｏＣｌ5を第２の処理領域に導入することを含む。堆積プロセスは、約４００℃～約５００℃の範囲の温度で、約１Ｔｏｒｒ～約１００Ｔｏｒｒの範囲の圧力で行われる。気相堆積プロセスは、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、またはプラズマＡＬＤプロセスである。 さらに別の態様では、半導体デバイス構造が提供される。半導体デバイス構造は、表側および裏側を有するデバイス基板を含む。半導体デバイス構造は、デバイス基板の上に形成された誘電体層をさらに含む。誘電体層には少なくとも１つの特徴が形成されており、少なくとも１つの特徴は、誘電体層によって画定された側壁面と、側壁面間に延在する底面とによって画定される。半導体デバイス構造は、特徴の少なくとも底面上に形成されたタングステンを含む結晶粒改質層をさらに含む。半導体デバイス構造は、結晶粒改質層に接触し、特徴を充填するモリブデン充填材料をさらに含む。 実施態様は、以下のうちの１つまたは複数を含むことができる。結晶粒改質層は、約１０Å～約５０Åの範囲の厚さを有する。底面は、誘電体層によって画定され、結晶粒改質層は、誘電体層によって画定された側壁面に形成される。底面は、金属層によって画定される。 別の態様では、非一時的コンピュータ可読媒体は、プロセッサによって実行されると、プロセスに上記の装置および／または方法の動作を実行させる命令が記憶されている。 本開示の上記の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約した態様のより具体的な説明は、一部が添付の図面に示されている実施態様を参照することによって得ることができる。しかしながら、添付図面は、本開示の典型的な実施態様のみを示し、したがって、その範囲を限定していると考えられるべきではなく、その理由は本開示が他の等しく効果的な実施態様を受け入れることができるためであることに留意されたい。 本開示の１つまたは複数の実施態様によるマルチチャンバ処理ツールの一例の概略上面図である。本開示の１つまたは複数の実施態様による、半導体デバイスを製造するための方法の流れ図である。本開示の１つまたは複数の実施態様による、半導体デバイスを製造するための方法の流れ図である。本開示の１つまたは複数の実施態様による、半導体デバイスを製造する一段階の図である。本開示の１つまたは複数の実施態様による、半導体デバイスを製造する一段階の図である。本開示の１つまたは複数の実施態様による、半導体デバイスを製造する一段階の図である。本開示の１つまたは複数の実施態様による、半導体デバイスを製造する一段階の図である。本開示の１つまたは複数の実施態様による、半導体デバイスを製造する一段階の図である。 理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照符号が使用されている。一実施態様の要素および特徴は、さらなる説明なしに他の実施態様に有益に組み込まれ得ることが企図される。 本開示は、一般に、薄膜を形成するための方法および装置に関する。より詳細には、本開示は、半導体デバイスにおけるモリブデン充填のための方法および装置に関する。 デバイスのスケーリングを推進するために、低抵抗率の金属コンタクト充填が求められている。しかしながら、超高アスペクト比の特徴に金属コンタクト充填薄膜を堆積させることは困難である。モリブデンは、その低い抵抗率のために、タングステンに代わる候補と考えられている。モリブデンの抵抗率は、モリブデンを成長させる基板に依存することがある。例えば、モリブデンを成長させる基板は、粒径、したがって、その後に形成されるモリブデン材料の抵抗率に影響を与えることがある。構造によっては、底部にコンタクト金属がなく、またはコンタクト金属が、低抵抗率のモリブデンを成長させるのに理想的ではない場合がある。したがって、低抵抗率のモリブデンを成長させるための改善された方法が必要とされている。 様々な実施態様は、限界寸法が縮小された特徴におけるモリブデン充填を改善するためのプロセスを提供する。様々な実施態様は、その後に堆積させるモリブデン材料の粒径を改質するための結晶粒改質層を提供する。結晶粒改質層は、金属層、例えば、タングステン層もしくはコバルト層であってもよく、または金属層を含んでもよい。結晶粒改質層は共形層であってもよい。結晶粒改質層は、非共形層であってもよい。理論に束縛されるものではないが、低抵抗率を達成するためにはモリブデン粒径を大きくすることが好ましく、このより大きな粒径は、タングステンなどの結晶粒改質層を使用して達成可能であると考えられる。結晶粒改質層は、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、またはハイブリッドＡＬＤ／ＣＶＤ技術などの技術を使用して堆積させることができる。モリブデン充填は、ＣＶＤまたはＰＶＤによって堆積させることができる。モリブデン充填は、ボトムアップまたは共形であってもよい。記載されたプロセスは、構造タイプ、例えば、金属コンタクトのあるビアまたは金属コンタクトがないトレンチにかかわらず、低抵抗率のモリブデン充填を達成することができる。 図１は、本開示の１つまたは複数の実施態様によるマルチチャンバ処理システム１００の概略上面図を示す。処理システム１００は、結晶粒改質層の堆積に続いて、本開示の１つまたは複数の実施態様に従って、真空を破ることなくモリブデンをシームレスに間隙充填するために使用することができる。処理システム１００は、一般に、ファクトリインターフェース１０２と、ロードロックチャンバ１０４、１０６と、それぞれの移送ロボット１１２、１１４を有する移送チャンバ１０８、１１０と、保持チャンバ１１６、１１８と、処理チャンバ１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０とを含む。本明細書で詳述するように、処理システム１００内の基板は、処理システム１００の外部の周囲環境、例えば、ファブ内に存在し得るような大気周囲環境に基板を曝露することなく、様々なチャンバ内で処理され、様々なチャンバ間で移送され得る。基板は、処理システム１００内で基板に対して実行される様々なプロセス間で低圧または真空環境を破ることなく、低圧（例えば、約３００Ｔｏｒｒ以下）または真空環境に維持された様々なチャンバ内で処理され、それらのチャンバ間で移送され得る。したがって、処理システム１００は、基板を処理するための統合されたソリューションを提供することができる。 本明細書で提供される教示に従って適切に変更することができる処理システムの例には、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＥｎｄｕｒａ（登録商標）、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）またはＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）統合処理システムあるいは他の適切な処理システムが含まれる。他の処理システム（