JP7770321B2 - 触媒堆積を使用する間隙充填方法 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、一般に、金属膜を堆積させる方法に関する。本開示のいくつかの実施形態は、金属膜を堆積させる方法を対象とする。本開示のいくつかの実施形態は、金属膜の選択的堆積に関する。本開示のいくつかの実施形態は、プラズマおよび／または熱露出状態の使用によって、堆積位置および／または堆積速度を制御する。

半導体産業は、自立走行車両、仮想現実、および将来の移動デバイスなどの新興産業における高性能な移動システムの必要性によって突き動かされる絶え間のないデバイスの小型化を追い求め続けている。この快挙を実現するには、超小型電子デバイスの特徴の急速な縮小において遭遇する固有の工学、化学、および物理学の問題を回避するために、新しい高性能な材料が必要とされている。

ルテニウムは、その高い融点（高い電流密度に耐える能力）、並外れた密度、および電流を伝える能力により、集積化のための新しく提案されている材料である。ルテニウムおよび薄い膜を含むルテニウムは、魅力的な材料および伝導特性を有する。ルテニウム膜は、半導体および超小型電子デバイスのフロントエンド部分からバックエンド部分に及ぶ用途に提案されている。

理論上、ルテニウムの薄膜は、材料を高スループットで精密に堆積させるその固有の能力のため、化学気相堆積（ＣＶＤ）および原子層堆積（ＡＬＤ）などの薄膜堆積技法を使用して堆積されるはずである。

にもかかわらず、堆積されたルテニウム膜は、バルクルテニウム材料とは異なることが多い。高い純度（９９原子％超のＲｕ）を有するルテニウム膜を、特に間隙充填材料として堆積させるには、特定の難題が存在する。酸素反応物を利用する従来の解決策は、バルク材料より粗い膜を生じさせた。同様に、水素反応物はより多くの不純物を生じさせ、除去のために後のアニーリングステップが必要となった。最終的に、プラズマ堆積プロセスは、継ぎ目を生じさせたり、場合により下にある基板を損傷したりすることなく、間隙充填材料を堆積させることができなかった。

現況技術では、ＣＶＤまたは電気化学メッキ（ＥＣＰ）プロセスによって構造が充填される。構造全体にわたって堆積が発生するＣＶＤプロセスでは、粗さのため、膜が現れるときに一般にボイドが形成され、間隙に継ぎ目が残る。ＥＣＰプロセスは、サイズによって、また必要とされる材料に対するプロセスが存在するかどうかによって制限される。

したがって、高純度の共形のルテニウム膜を間隙充填として堆積させるための方法および材料が必要とされている。また、ルテニウム膜を継ぎ目またはボイドなく間隙充填として堆積させるための方法および材料も必要とされている。

加えて、半導体デバイスの設計が発展するにつれて、半導体産業における精密な材料の製造は、原子スケール寸法の時代に入った。わずか数十個の原子が問題となる原子スケールでは、誤差の余裕はほとんど存在しない。この前例のない難題には、原子レベルの精度を有する新しい材料処理技法が求められる。しかし、原子スケールデバイスの製造に必要とされるプロセスフローの複雑さを増大させると、スループットが著しく低下し、製造コストが増大する可能性がある。

選択的堆積技術は、半導体膜のパターン形成において、化学選択的な原子層精度の可能性を提供する。選択的堆積はまた、リソグラフィまたは他のプロセスをなくすことによって、より簡単なプロセスフローの可能性を提供する。

材料の選択的堆積は、様々な方法で実現することができる。たとえば、いくつかのプロセスは、その表面の化学的性質に基づいて、固有の表面選択性を有する。これらのプロセスはかなり珍しく、通常は金属および誘電体など、表面エネルギーが劇的に異なる表面を有する必要がある。

したがって、誘電体面より金属面に金属膜を選択的に堆積させる方法が必要とされており、または逆も同様である。

さらに、現在のデバイスは、メモリおよび論理回路の用途にタングステン膜を使用する。タングステン膜の堆積は、比較的高い温度で実行されることが多く、形成されているデバイスのサーマルバジェットによって制限される可能性がある。多くの場合、タングステン膜は、フッ素含有化合物を使用して堆積される。フッ素は概して、反応および悪影響が生じる可能性があるため、堆積プロセスでは望ましくない。フッ素が下層と反応することを防止するために、比較的厚いバリア層が使用される。バリア層の堆積は、サーマルバジェットおよびスループットを低下させる。

したがって、当技術分野では、フッ素を使用しないかつ／または低い温度で堆積させることができる導電性材料が必要とされている。

加えて、ミドルオブライン（ＭＯＬ）プロセス中、ＭＯＬ構造に対する最小ビア抵抗が標的とされる。多くの場合、化学機械平坦化（ＣＭＰ）などの後処理ステップを省くために、誘電体材料に対する金属（たとえば、ルテニウム）の接着を改善するためのライナ材料が必要とされる。しかし、ライナの存在によりビア抵抗が増加する。したがって、当技術分野では、ビア抵抗を低下させたＭＯＬ向けの間隙充填プロセスが必要とされている。

本開示の１つまたは複数の実施形態は、金属堆積方法を対象とする。底部および側壁を含む少なくとも１つの特徴を有する基板が、金属前駆体およびハロゲン化アルキル触媒の交互のパルスに露出される。基板が堆積温度で維持されて、特徴の底部に金属膜を形成する。特徴の底部は金属を含み、特徴の側壁は誘電体を含む。金属前駆体は、堆積温度を上回る分解温度を有する。ハロゲン化アルキルは炭素およびハロゲンを含み、ハロゲンは臭素またはヨウ素を含む。

本開示の追加の実施形態は、継ぎ目のない間隙充填を形成する方法を対象とする。基板上の特徴内に第２の金属膜を堆積させて、特徴を第２の金属膜で部分的に充填する。特徴は、底部および少なくとも１つの側壁を含む。底部は第１の金属を含み、少なくとも１つの側壁は誘電体を含む。第２の金属膜は、少なくとも１つの側壁に比べて底部に選択的に形成され、誘電体の頂面より下に頂面を有する。特徴の側壁には、第２の金属膜より上までライナが堆積される。特徴を第２の金属膜で充填して、ライナおよび誘電体の頂面を覆う。第２の金属膜およびライナの少なくとも一部を誘電体の頂面および誘電体の少なくとも一部から除去して、継ぎ目のない間隙充填を形成する。

本開示のさらなる実施形態は、継ぎ目のない間隙充填を形成する方法を対象とする。この方法は、（ａ）任意に、基板内の特徴の底部で第１の金属の表面を洗浄することであり、特徴が少なくとも１つの誘電体側壁を含む、洗浄することと、（ｂ）誘電体側壁に比べて第１の金属上の特徴内にルテニウム膜を選択的に堆積させることであり、ルテニウム膜の頂面が誘電体の頂面より下になるように、ルテニウム膜が特徴を部分的に充填する、堆積させることと、（ｃ）任意に、ルテニウム膜の頂面上に阻止層を選択的に形成することと、（ｄ）誘電体側壁および誘電体の頂面上に共形ライナを形成することであり、共形ライナが実質的に、ルテニウム膜の頂面上には形成されない、形成することと、（ｅ）任意に、ルテニウム膜の頂面から阻止層を除去することと、（ｆ）特徴をルテニウム膜で充填して、誘電体側壁および誘電体の頂面上の共形ライナを覆うことと、（ｇ）ルテニウム膜をアニーリングすることと、（ｈ）ルテニウム膜および誘電体の一部分、ならびにライナの少なくとも一部を除去して、継ぎ目のないルテニウムの間隙充填を形成することとを含む。

本開示の上述した特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約した本開示のより具体的な説明を得ることができ、実施形態のいくつかを添付の図面に示す。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうるため、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態を示すだけであり、したがって本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。

本開示の１つまたは複数の実施形態による処理プラットフォームの概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの断面図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの部分斜視図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるバッチ処理チャンバ内で使用するためのくさび形のガス分配アセンブリの一部分の概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるバッチ処理チャンバの概略図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による２パルス周期的堆積技法を使用した金属層の形成のための例示的なプロセスシーケンスを示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態によるルテニウム層の形成のための例示的なプロセスシーケンスを示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による例示的な基板の断面図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による処理中の例示的な基板を示す図である。 本開示の１つまたは複数の実施形態による継ぎ目のない間隙充填の例示的な方法を示す図である。

添付の図では、類似の構成要素および／または特徴が同じ参照ラベルを有することができる。さらに、参照ラベルに続くダッシュおよび類似の構成要素を区別する第２のラベルによって、同じタイプの様々な構成要素を区別することができる。第１の参照ラベルのみが本明細書で使用される場合、その説明は、第２の参照ラベルにかかわらず、同じ第１の参照ラベルを有する類似の構成要素のいずれにも適用可能である。

本開示のいくつかの例示的な実施形態について説明する前に、本開示は、以下の説明に記載の構造またはプロセスルーチンの詳細に限定されるものではないことを理解されたい。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実行または実施することが可能である。

本明細書では、「基板」、「基板面」などは、処理が実行される基板上に形成された任意の基板または材料面を指す。たとえば、処理を実行することができる基板面には、それだけに限定されるものではないが、用途に応じて、ケイ素、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素ドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたケイ素、ゲルマニウム、砒化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、ならびに金属、金属窒化物、金属合金、および他の導電性材料などの任意の他の材料が含まれる。基板は、限定されるものではないが、半導体ウエハを含む。基板は、基板面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化（または他の方法で、化学的機能を与えるために標的化学部分を生成もしくは移植）、アニーリング、および／または焼成するための前処理プロセスに露出させることができる。基板自体の表面の直接処理に加えて、本開示では、以下でより詳細に開示するように、基板上に形成された下層上で、開示される膜処理ステップのいずれかを実行することもでき、「基板面」という用語は、文脈が示すように、そのような下層を含むことが意図される。したがってたとえば、膜／層または部分的な膜／層が基板面上へ堆積されている場合、新しく堆積された膜／層の露出面が基板面になる。所与の基板面が含むものは、堆積される材料、ならびに使用される特定の化学的性質に依存する。

本明細書では、「原子層堆積」または「周期的堆積」は、２つ以上の反応性化合物に順次露出させて基板面上に材料層を堆積させることを指す。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「反応性化合物」、「反応性ガス」、「反応性種」、「前駆体」、「プロセスガス」などの用語は、表面反応（たとえば、化学吸着、酸化、還元）において基板面または基板面上の材料と反応することが可能な種を有する物質を意味するために区別なく使用される。基板または基板の一部分は、処理チャンバの反応区間に導入された２つ以上の反応性化合物に別個に露出される。時間領域ＡＬＤプロセスでは、各化合物が基板面に付着および／または反応し、次いで処理チャンバからパージされることを可能にするために、各反応性化合物への露出が時間遅延によって分離される。これらの反応性化合物は、基板に順次露出されると考えられる。空間ＡＬＤプロセスでは、基板上の任意の所与の点が２つ以上の反応性化合物に実質的に同時に露出されないように、基板面または基板面上の材料の異なる部分が２つ以上の反応性化合物に同時に露出される。本明細書および添付の特許請求の範囲では、この点で使用される「実質的」という用語は、当業者には理解されるように、基板のわずかな部分が拡散によって複数の反応性ガスに同時に露出される可能性があること、およびこの同時露出は意図したものではないことを意味する。

時間領域ＡＬＤプロセスの一態様では、第１の反応性ガス（すなわち、第１の前駆体または化合物Ａ）が、反応区間内へパルス化され、それに続いて第１の時間遅延が生じる。次に、第２の前駆体または化合物Ｂが反応区間内へパルス化され、それに続いて第２の遅延が生じる。各時間遅延中、アルゴンなどのパージガスが処理チャンバ内へ導入されて反応区間をパージし、または他の方法で、あらゆる残留反応性化合物もしくは反応副生成物を反応区間から除去する。別法として、パージガスは、堆積プロセス全体にわたって連続して流れることができ、したがって反応性化合物のパルス間の時間遅延中にのみパージガスが流れる。別法として、反応性化合物は、所望の膜または膜厚が基板面上に形成されるまでパルス化される。いずれのシナリオでも、化合物Ａ、パージガス、化合物Ｂ、およびパージガスをパルス化するＡＬＤプロセスはサイクルである。サイクルは、化合物Ａまたは化合物Ｂのいずれかによって開始することができ、所定の厚さを有する膜を実現するまで、サイクルのそれぞれの順序を継続することができる。

空間ＡＬＤプロセスの一実施形態では、第１の反応性ガスおよび第２の反応性ガス（たとえば、金属前駆体ガス）が反応区間へ同時に送達されるが、不活性ガスカーテンおよび／または真空カーテンによって分離される。基板は、基板上の任意の所与の点が第１の反応性ガスおよび第２の反応性ガスに露出されるように、ガス送達装置に対して動かされる。

本明細書および添付の特許請求の範囲では、「前駆体」、「反応物」、「反応性ガス」などの用語は、基板面と反応することができる任意のガス種を指すために区別なく使用される。

本開示のいくつかの実施形態は、異なる化学物質またはプラズマガスの導入のために使用することができる複数のガスポートを有する反応チャンバを使用するプロセスを対象とする。空間的に、これらのガスポート（チャネルとも呼ばれる）は、望ましくない気相反応を回避するために異なるガスポートからのガスの混合を最小にしまたはなくすガスカーテンを生じさせるように、不活性パージガスおよび／または真空ポンピング孔によって分離される。これらの異なる空間的に分離されたポートを通過するウエハは、異なる化学またはプラズマ環境への順次複数面露出を受け、したがって空間ＡＬＤモードまたは表面エッチングプロセスにおける層ごとの膜成長が生じる。いくつかの実施形態では、処理チャンバは、ガス分配構成要素上にモジュラアーキテクチャを有し、各モジュラ構成要素は、独立したパラメータ制御（たとえば、ＲＦまたはガス流）を有し、たとえばガス流および／またはＲＦ露出を制御するための柔軟性を提供する。

本開示のいくつかの実施形態は、高純度金属膜を堆積させる方法を提供する。様々な実施形態の方法では、原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して、純粋またはほぼ純粋な金属膜を提供する。本開示の例示的な実施形態は、ルテニウムの堆積を参照するが、本開示の原理は、金属にかかわらず高度に純粋な金属膜の堆積を可能にすると考えられる。

本開示のいくつかの実施形態は、誘電体面より金属面に金属膜を選択的に堆積させる方法を提供する。本開示のいくつかの実施形態は、金属面より誘電体面に金属膜を選択的に堆積させる方法を提供する。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「別の表面より１つの表面に膜を選択的に堆積させる」などの用語は、第１の量の膜が第１の表面に堆積され、第２の量の膜が第２の表面に堆積され、第２の膜の量が第１の膜の量より小さく、または第２の表面に膜が堆積されないことを意味する。

この点で使用される「～より（ｏｖｅｒ）」という用語は、１つの表面が別の表面の上に位置する物理的な向きではなく、１つの表面の別の表面に対する化学反応の熱力学的または動力学的な特性の関係を示唆する。たとえば、誘電体面より金属面に金属膜を選択的に堆積させるということは、金属膜が金属面に堆積し、より少ない金属膜が誘電体面に堆積しもしくは金属膜が誘電体面に堆積しないこと、または金属面上の金属膜の形成が、誘電体面上の金属膜の形成より熱力学的もしくは動力学的に好ましいことを意味する。

堆積プロセスの選択性は、概して成長速度の倍数として表される。たとえば、１つの表面が異なる表面より２５倍速く成長（または堆積）する場合、このプロセスは、２５：１の選択性を有すると説明されるはずである。これに関連して、より高い比はより選択的なプロセスを示す。

本開示のいくつかの実施形態は、高い純度を有する金属膜を堆積させる方法を提供することが有利である。それに応じて、これらの高度に純粋な膜は、関連するバルク金属材料に類似の特性を呈する。たとえば、本開示のいくつかの実施形態では、従来の酸素または水素反応物プロセスによって堆積されたルテニウム膜より平滑でありかつより低い抵抗を有するルテニウム膜を提供する。本開示のいくつかの実施形態は、間隙を継ぎ目なく共形に充填する金属膜を提供することが有利である。

本開示のいくつかの実施形態は、誘電体面より金属面上に高い純度を有する金属膜の選択的堆積を提供することが有利である。たとえば、誘電体より銅上に金属（たとえば、ルテニウム）を選択的に堆積させることは、追加のエッチングまたはリソグラフィステップなしで、銅のキャッピング層を提供することが有利である。加えて、選択的堆積はまた、底部および誘電体側壁に金属コンタクトを有する特徴（たとえば、トレンチ、ビア）に対してボトムアップ式の間隙充填を可能にすることができる。

本開示のいくつかの実施形態は、金属面より誘電体面上に高い純度を有する金属膜の選択的堆積を提供することが有利である。たとえば、誘電体の上に金属を選択的に堆積させることは、バックエンドの用途でバリアまたは他の誘電体上に金属層を提供することが有利である。

本開示のいくつかの実施形態は、本明細書に開示する処理プラットフォーム上で実行される空間ＡＬＤプロセスを利用する。これらの図を参照すると、図１は、本開示の１つまたは複数の実施形態による処理プラットフォーム１００を示す。図１に示す実施形態は、１つの可能な構成を表すだけであり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。たとえば、いくつかの実施形態では、処理プラットフォーム１００は、異なる数のプロセスチャンバ、バッファチャンバ、およびロボット構成を有する。

処理プラットフォーム１００は、複数の側面１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６を有する中央伝達ステーション１１０を含む。示されている中央伝達ステーション１１０は、第１の側面１１１、第２の側面１１２、第３の側面１１３、第４の側面１１４、第５の側面１１５、および第６の側面１１６を有する。６つの側面が示されているが、たとえば処理プラットフォーム１００の全体的な構成に応じて、中央伝達ステーション１１０に対して任意の好適な数の側面が存在することができることが、当業者には理解されよう。

伝達ステーション１１０内に、ロボット１１７が位置決めされる。ロボット１１７は、処理中にウエハを動かすことが可能な任意の好適なロボットとすることができる。いくつかの実施形態では、ロボット１１７は、第１のアーム１１８および第２のアーム１１９を有する。第１のアーム１１８および第２のアーム１１９は、他方のアームから独立して動かすことができる。第１のアーム１１８および第２のアーム１１９は、ｘｙ平面内および／またはｚ軸沿いを動くことができる。いくつかの実施形態では、ロボット１１７は、第３のアームまたは第４のアーム（図示せず）を含む。これらのアームの各々は、他のアームから独立して動くことができる。

中央伝達ステーション１１０の第１の側面１１１に、第１のバッチ処理チャンバ１２０を接続することができる。第１のバッチ処理チャンバ１２０は、バッチ時間にわたって一度にｘ枚のウエハを処理するように構成することができる。いくつかの実施形態では、第１のバッチ処理チャンバ１２０は、約４（ｘ＝４）枚～約１２（ｘ＝１２）枚の範囲内のウエハを同時に処理するように構成することができる。いくつかの実施形態では、第１のバッチ処理チャンバ１２０は、６（ｘ＝６）枚のウエハを同時に処理するように構成される。当業者には理解されるように、第１のバッチ処理チャンバ１２０は、個々のウエハのローディング／アンローディング間に複数のウエハを処理することができ、各ウエハは、任意の所与の時間に異なるプロセス条件にかけることができる。たとえば、図２～図６に示すような空間原子層堆積チャンバは、異なる処理領域内で異なるプロセス条件にウエハを露出させ、したがってウエハが領域の各々を通って動かされると、プロセスが完了する。

図２は、インジェクタまたはインジェクタアセンブリとも呼ばれるガス分配アセンブリ２２０と、サセプタアセンブリ２４０とを含む処理チャンバ２００の断面を示す。ガス分配アセンブリ２２０は、処理チャンバ内で使用される任意のタイプのガス送達デバイスである。ガス分配アセンブリ２２０は、サセプタアセンブリ２４０に面した前面２２１を含む。前面２２１は、サセプタアセンブリ２４０に向かうガスの流れを送達するために、任意の数のまたは様々な開口を有することができる。ガス分配アセンブリ２２０はまた、外周縁２２４含み、示されている実施形態では、外周縁２２４は実質的に円形である。

使用される特有のタイプのガス分配アセンブリ２２０は、使用されている特定のプロセスに応じて変動することができる。本開示の実施形態は、サセプタとガス分配アセンブリとの間の間隙が制御された任意のタイプの処理システムとともに使用することができる。様々なタイプのガス分配アセンブリ（たとえば、シャワーヘッド）を用いることができるが、本開示の実施形態は、複数の実質的に平行なガスチャネルを有する空間ガス分配アセンブリで特に有用となりうる。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「実質的に平行」という用語は、ガスチャネルの細長い軸が同じ概略的な方向に延びることを意味する。ガスチャネルの平行度にわずかな不完全が存在することも可能である。２値反応において、複数の実質的に平行なガスチャネルは、少なくとも１つの第１の反応性ガスＡチャネル、少なくとも１つの第２の反応性ガスＢチャネル、少なくとも１つのパージガスＰチャネル、および／または少なくとも１つの真空Ｖチャネルを含むことができる。第１の反応性ガスＡチャネル、第２の反応性ガスＢチャネル、およびパージガスＰチャネルから流れるガスは、ウエハの頂面の方へ誘導される。ガス流の一部は、ウエハの表面を横切って水平に動き、パージガスＰチャネルを通ってプロセス領域から出る。ガス分配アセンブリの一方の端部から他方の端部へ動く基板は、プロセスガスの各々に順に露出されて、基板面に層を形成する。

いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリ２２０は、単一のインジェクタユニットから作られた堅く静止した物体である。１つまたは複数の実施形態では、ガス分配アセンブリ２２０は、図３に示すように、複数の個別区域（たとえば、インジェクタユニット２２２）から構成される。記載する本開示の様々な実施形態では、単体の物体または複数区域からなる物体のいずれを使用することも可能である。

ガス分配アセンブリ２２０の下には、サセプタアセンブリ２４０が位置決めされる。サセプタアセンブリ２４０は、頂面２４１と、頂面２４１内の少なくとも１つの凹部２４２とを含む。サセプタアセンブリ２４０はまた、底面２４３および縁部２４４を有する。少なくとも１つの凹部２４２は、処理されている基板６０の形状およびサイズに応じて、任意の好適な形状およびサイズとすることができる。図２に示す実施形態では、凹部２４２は、ウエハの底部を支持するために平坦な底部を有するが、凹部の底部は変動することも可能である。いくつかの実施形態では、凹部は、凹部の外周縁の周りに、ウエハの外周縁を支持するようにサイズ設定された階段領域を有する。階段によって支持されるウエハの外周縁の量は、たとえばウエハの厚さおよびウエハの後面にすでに存在する特徴の存在に応じて変動することができる。

いくつかの実施形態では、図２に示すように、サセプタアセンブリ２４０の頂面２４１内の凹部２４２は、凹部２４２内に支持される基板６０の頂面６１が、サセプタ２４０の頂面２４１と実質的に共平面になるようにサイズ設定される。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「実質的に共平面」という用語は、ウエハの頂面およびサセプタアセンブリの頂面が±０．２ｍｍの範囲内で共平面になることを意味する。いくつかの実施形態では、これらの頂面は、０．５ｍｍ、±０．４ｍｍ、±０．３５ｍｍ、±０．３０ｍｍ、±０．２５ｍｍ、±０．２０ｍｍ、±０．１５ｍｍ、±０．１０ｍｍ、または±０．０５ｍｍの範囲内で共平面である。

図２のサセプタアセンブリ２４０は、サセプタアセンブリ２４０を上昇、下降、および回転させることが可能な支持ポスト２６０を含む。サセプタアセンブリは、支持ポスト２６０の中心に、ヒータもしくはガスラインまたは電気構成要素を含むことができる。支持ポスト２６０は、サセプタアセンブリ２４０とガス分配アセンブリ２２０との間の間隙を増大または減少させてサセプタアセンブリ２４０を適切な位置へ動かす１次手段とすることができる。サセプタアセンブリ２４０はまた、サセプタアセンブリ２４０とガス分配アセンブリ２２０との間に所定の間隙２７０を生じさせるようにサセプタアセンブリ２４０に微調整を加えることができる微調整アクチュエータ２６２を含むことができる。

いくつかの実施形態では、間隙２７０の距離は、約０．１ｍｍ～約５．０ｍｍの範囲内、または約０．１ｍｍ～約３．０ｍｍの範囲内、または約０．１ｍｍ～約２．０ｍｍの範囲内、または約０．２ｍｍ～約１．８ｍｍの範囲内、または約０．３ｍｍ～約１．７ｍｍの範囲内、または約０．４ｍｍ～約１．６ｍｍの範囲内、または約０．５ｍｍ～約１．５ｍｍの範囲内、または約０．６ｍｍ～約１．４ｍｍの範囲内、または約０．７ｍｍ～約１．３ｍｍの範囲内、または約０．８ｍｍ～約１．２ｍｍの範囲内、または約０．９ｍｍ～約１．１ｍｍの範囲内、または約１ｍｍである。

これらの図に示す処理チャンバ２００は、サセプタアセンブリ２４０が複数の基板６０を保持することができるカルーセル型のチャンバである。図３に示すように、ガス分配アセンブリ２２０は、複数の別個のインジェクタユニット２２２を含むことができ、各インジェクタユニット２２２は、ウエハがインジェクタユニットの下に動かされたとき、ウエハ上に膜を堆積させることが可能である。サセプタアセンブリ２４０の上においてサセプタアセンブリ２４０のほぼ反対側に位置決めされた２つのパイ形のインジェクタユニット２２２が示されている。この数のインジェクタユニット２２２は、例示のみを目的として示されている。より多いまたはより少ないインジェクタユニット２２２を含むこともできることが理解されよう。いくつかの実施形態では、サセプタアセンブリ２４０の形状に共形となる形状を形成するために十分な数のパイ形インジェクタユニット２２２が存在する。いくつかの実施形態では、個々のパイ形インジェクタユニット２２２の各々は、他のインジェクタユニット２２２のいずれにも影響を及ぼすことなく、独立して移動、除去、および／または交換することができる。たとえば、基板６０をローディング／アンローディングするために、１つの区分を持ち上げて、ロボットがサセプタアセンブリ２４０とガス分配アセンブリ２２０との間の領域にアクセスすることを可能にすることができる。

ウエハが同じプロセスフローを受けるように、複数のガスインジェクタを有する処理チャンバを使用して、複数のウエハを同時に処理することができる。たとえば、図４に示すように、処理チャンバ２００は、４つのガスインジェクタアセンブリおよび４つの基板６０を有する。処理の始めに、ガス分配アセンブリ２２０間に基板６０を位置決めすることができる。サセプタアセンブリ２４０を４５°回転（１７）させると、ガス分配アセンブリ２２０の下に点線の円によって示すように、ガス分配アセンブリ２２０間にある各基板６０が、膜の堆積のためにガス分配アセンブリ２２０へ動かされる。さらに４５°回転させると、基板６０はガス分配アセンブリ２２０から離れる方へ動かされる。基板６０およびガス分配アセンブリ２２０の数は、同じであることも異なることも可能である。いくつかの実施形態では、ガス分配アセンブリと同じ数のウエハが処理される。１つまたは複数の実施形態では、処理されているウエハの数は、ガス分配アセンブリの数の分数または整数倍である。たとえば、４つのガス分配アセンブリが存在する場合、４ｘ枚のウエハが処理されており、ここでｘは１以上の整数値である。例示的な実施形態では、ガス分配アセンブリ２２０は、ガスカーテンによって分離された８つのプロセス領域を含み、サセプタアセンブリ２４０は、６枚のウエハを保持することができる。

図４に示す処理チャンバ２００は、１つの可能な構成を表すだけであり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。ここで、処理チャンバ２００は、複数のガス分配アセンブリ２２０を含む。示されている実施形態では、４つのガス分配アセンブリ２２０（インジェクタアセンブリとも呼ばれる）が、処理チャンバ２００の周りに均一に隔置されている。示されている処理チャンバ２００は８角形であるが、これは１つの可能な形状であり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことが、当業者には理解されよう。示されているガス分配アセンブリ２２０は台形であるが、単一の円形の構成要素とすることもでき、または図３に示すように、複数のパイ形区分から構成することもできる。

図４に示す実施形態は、ロードロックチャンバ２８０、またはバッファステーションのような補助チャンバを含む。このチャンバ２８０は、たとえば処理チャンバ２００において基板（基板６０とも呼ばれる）をローディング／アンローディングすることを可能にするように、処理チャンバ２００の片側に接続される。チャンバ２８０内には、基板をサセプタ上へ動かすためのウエハロボットを位置決めすることができる。

カルーセル（たとえば、サセプタアセンブリ２４０）の回転は、連続または断続（不連続）とすることができる。連続処理の場合、ウエハは一定に回転し、したがってインジェクタの各々に順に露出される。不連続処理の場合、ウエハをインジェクタ領域へ動かして停止させ、次いでインジェクタ間の領域８４へ動かして停止させることができる。たとえば、カルーセルは、ウエハがインジェクタ間領域からインジェクタを横切って動き（またはインジェクタ近傍で停止する）、次のインジェクタ間領域上へ進み、そこでカルーセルが再び一時停止することができるように回転することができる。インジェクタ間の一時停止は、各層堆積間の追加の処理ルーチン（たとえば、プラズマへの露出）のための時間を提供することができる。

図５は、ガス分配アセンブリ２２０のうち、インジェクタユニットと呼ぶことができる区域または部分を示す。インジェクタユニット２２２は、個々に、または他のインジェクタユニットと組み合わせて使用することができる。たとえば、図６に示すように、図５のインジェクタユニット２２２のうちの４つが組み合わされて、単一のガス分配アセンブリ２２０を形成する（見やすいように、４つのインジェクタユニットを分離する線は示されていない）。図５のインジェクタユニット２２２は、パージガスポート２５５および真空ポート２４５に加えて、第１の反応性ガスポート２２５および第２のガスポート２３５の両方を有するが、インジェクタユニット２２２がこれらの構成要素のすべてを必要とするわけではない。

図５および図６の両方を参照すると、１つまたは複数の実施形態によるガス分配アセンブリ２２０は、複数の区域（またはインジェクタユニット２２２）を含むことができ、各区域は同一であっても異なってもよい。ガス分配アセンブリ２２０は、処理チャンバ内に位置決めされており、ガス分配アセンブリ２２０の前面２２１に複数の細長いガスポート２２５、２３５、２４５を備える。複数の細長いガスポート２２５、２３５、２４５、２５５は、内周縁２２３に隣接する区域からガス分配アセンブリ２２０の外周縁２２４に隣接する区域に向かって延びる。示されている複数のガスポートは、第１の反応性ガスポート２２５と、第２のガスポート２３５と、第１の反応性ガスポートおよび第２の反応性ガスポートの各々を取り囲む真空ポート２４５と、パージガスポート２５５とを含む。

図５または図６に示す実施形態を参照すると、そこから始まるとき、ポートは少なくともほぼ内周領域から少なくともほぼ外周領域へ延びているが、ポートは内側領域から外側領域へ半径方向以上に延びることもできる。これらのポートは、真空ポート２４５が反応性ガスポート２２５および反応性ガスポート２３５を取り囲むとき、接線方向に延びることができる。図５および図６に示す実施形態では、くさび形の反応性ガスポート２２５、２３５は、内周領域および外周領域の近傍を含むすべての縁部が、真空ポート２４５によって取り囲まれている。

図５を参照すると、基板が経路２２７に沿って動くとき、基板面の各部分が様々な反応性ガスに露出される。経路２２７をたどるように、基板は、パージガスポート２５５、真空ポート２４５、第１の反応性ガスポート２２５、真空ポート２４５、パージガスポート２５５、真空ポート２４５、第２のガスポート２３５、および真空ポート２４５に露出され、またはこれらを「見る」。したがって、図５に示す経路２２７の端部で、基板は第１の反応性ガスおよび第２の反応性ガスに露出されて、層を形成する。示されているインジェクタユニット２２２は、４分の１の円を形成しているが、より大きくまたはより小さくすることもできる。図６に示すガス分配アセンブリ２２０は、直列接続された図３のインジェクタユニット２２２のうちの４つの組合せであると見なすことができる。

図５のインジェクタユニット２２２は、反応性ガスを分離するガスカーテン２５０を示す。「ガスカーテン」という用語は、反応性ガスが混ざり合わないように分離するガス流または真空の任意の組合せについて説明するために使用される。図５に示すガスカーテン２５０は、真空ポート２４５のうち第１の反応性ガスポート２２５に隣接する部分、中央のパージガスポート２５５、および真空ポート２４５のうち第２のガスポート２３５に隣接する部分を含む。ガス流および真空のこの組合せを使用して、第１の反応性ガスおよび第２の反応性ガスの気相反応を防止しまたは最小にすることができる。

図６を参照すると、ガス分配アセンブリ２２０からのガス流および真空の組合せが、複数のプロセス領域３５０への分離を形成する。プロセス領域は、ガスカーテン２５０が３５０間に位置するように、個々のガスポート２２５、２３５の周りに大まかに画定される。図６に示す実施形態は、８つの別個のプロセス領域３５０を構成し、８つの別個のガスカーテン２５０がその間に位置する。処理チャンバが、少なくとも２つのプロセス領域を有することができる。いくつかの実施形態では、少なくとも３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０個、１１個、または１２個のプロセス領域が存在する。

処理中には、任意の所与の時間において、基板を２つ以上のプロセス領域３５０に露出させることができる。しかし、異なるプロセス領域に露出される部分は、これら２つを分離するガスカーテンを有する。たとえば、基板の先縁が、第２のガスポート２３５を含むプロセス領域に入った場合、基板の中央部分がガスカーテン２５０の下に入り、基板の後縁は、第１の反応性ガスポート２２５を含むプロセス領域に位置する。

処理チャンバ２００に接続された工場インターフェース（図４に示す）が示されており、たとえばロードロックチャンバ２８０とすることができる。基準枠を提供するために、ガス分配アセンブリ２２０に重ねられた基板６０が示されている。基板６０は、多くの場合、ガス分配アセンブリ２２０の前面２２１の近くで保持されるように、サセプタアセンブリに位置することができる。基板６０は、工場インターフェースを介して処理チャンバ２００内の基板支持体またはサセプタアセンブリ（図４参照）上へローディングされる。基板は第１の反応性ガスポート２２５に隣接して、２つのガスカーテン２５０ａ、２５０ｂ間に位置するため、プロセス領域内に位置決めされた基板６０を示すことができる。経路２２７に沿って基板６０を回転させることで、基板は、処理チャンバ２００の周りを反時計回りに動かされる。したがって、基板６０は、その間のすべてのプロセス領域を含めて、第１のプロセス領域３５０ａから第８のプロセス領域３５０ｈに露出される。

本開示のいくつかの実施形態は、複数のプロセス領域３５０ａ～３５０ｈを有する処理チャンバ２００、たとえば図６に示す処理チャンバを対象とし、各プロセス領域は、ガスカーテン２５０によって隣接する領域から分離されている。処理チャンバ内のガスカーテンおよびプロセス領域の数は、ガス流の配置に応じて、任意の好適な数とすることができる。図６に示す実施形態は、８つのガスカーテン２５０および８つのプロセス領域３５０ａ～３５０ｈを有する。

図１を再び参照すると、処理プラットフォーム１００は、中央伝達ステーション１１０の第２の側面１１２に接続された処理チャンバ１４０を含む。いくつかの実施形態の処理チャンバ１４０は、第１のバッチ処理チャンバ１２０における処理の前および／または後にウエハを処理するためのプロセスにウエハを露出させるように構成される。いくつかの実施形態の処理チャンバ１４０は、アニーリングチャンバを構成する。アニーリングチャンバは、炉アニーリングチャンバもしくは高速熱アニーリングチャンバ、またはウエハを所定の温度および圧力で保持し、チャンバにガスの流れを提供するように構成された異なるチャンバとすることができる。

いくつかの実施形態では、処理プラットフォームは、中央伝達ステーション１１０の第３の側面１１３に接続された第２のバッチ処理チャンバ１３０をさらに備える。第２のバッチ処理チャンバ１３０は、第１のバッチ処理チャンバ１２０と同様に構成することができ、または異なるプロセスを実行するように、もしくは異なる数の基板を処理するように構成することができる。

第２のバッチ処理チャンバ１３０は、第１のバッチ処理チャンバ１２０と同じであることも異なることも可能である。いくつかの実施形態では、第１のバッチ処理チャンバ１２０および第２のバッチ処理チャンバ１３０は、ｘ（第１のバッチ処理チャンバ１２０内のウエハの数）およびｙ（第２のバッチ処理チャンバ１３０内のウエハの数）が同じになり、かつ第１のバッチ時間および第２のバッチ時間（第２のバッチ処理チャンバ１３０）が同じになるように、同じバッチ時間内に同じ数のウエハに対して同じプロセスを実行するように構成される。いくつかの実施形態では、第１のバッチ処理チャンバ１２０および第２のバッチ処理チャンバ１３０は、異なるウエハ数（ｘはｙに等しくない）、異なるバッチ時間、または両方のうちの１つまたは複数を有するように構成される。

図１に示す実施形態では、処理プラットフォーム１００は、中央伝達ステーション１１０の第４の側面１１４に接続された第２の処理チャンバ１５０を含む。第２の処理チャンバ１５０は、処理チャンバ１４０と同じであることも異なることも可能である。

処理プラットフォーム１００は、ロボット１１７に接続されたコントローラ１９５を含むことができる（接続は図示せず）。コントローラ１９５は、ロボット１１７の第１のアーム１１８によって、処理チャンバ１４０と第１のバッチ処理チャンバ１２０との間でウエハを動かすように構成することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１９５はまた、ロボット１１７の第２のアーム１１９によって、第２の処理チャンバ１５０と第２のバッチ処理チャンバ１３０との間でウエハを動かすように構成される。

いくつかの実施形態では、コントローラ１９５は、処理チャンバ２００のサセプタアセンブリ２４０およびガス分配アセンブリ２２０に接続される。コントローラ１９５は、サセプタアセンブリ２４０を中心軸の周りで回転（１７）させるように構成することができる。コントローラはまた、ガスポート２２５、２３５、２４５、２５５内のガス流を制御するように構成することができる。いくつかの実施形態では、第１の反応性ガスポート２２５は、金属前駆体の流れを提供する。いくつかの実施形態では、第２の反応性ガスポート２３５は、反応物の流れを提供する。いくつかの実施形態では、他のガスポート（ラベルなし）が、プラズマの流れを提供することができる。第１の反応性ガスポート２２５、第２の反応性ガスポート２３５、および他の反応性ガスポート（ラベルなし）は、任意の処理順序で配置することができる。

処理プラットフォーム１００はまた、中央伝達ステーション１１０の第５の側面１１５に接続された第１のバッファステーション１５１、および／または中央伝達ステーション１１０の第６の側面１１６に接続された第２のバッファステーション１５２を含むことができる。第１のバッファステーション１５１および第２のバッファステーション１５２は、同じまたは異なる機能を実行することができる。たとえば、バッファステーションは、ウエハのカセットを保持することができ、ウエハは処理されて元のカセットへ戻され、または第１のバッファステーション１５１は、未処理のウエハを保持することができ、ウエハは処理後に第２のバッファステーション１５２へ動かされる。いくつかの実施形態では、バッファステーションのうちの１つまたは複数は、処理の前および／または後にウエハを前処理、事前加熱、または洗浄するように構成される。

いくつかの実施形態では、コントローラ１９５は、ロボット１１７の第１のアーム１１８を使用して、第１のバッファステーション１５１と、処理チャンバ１４０および第１のバッチ処理チャンバ１２０のうちの１つまたは複数との間で、ウエハを動かすように構成される。いくつかの実施形態では、コントローラ１９５は、ロボット１１７の第２のアーム１１９を使用して、第２のバッファステーション１５２と、第２の処理チャンバ１５０または第２のバッチ処理チャンバ１３０のうちの１つまたは複数との間で、ウエハを動かすように構成される。

処理プラットフォーム１００はまた、中央伝達ステーション１１０と処理チャンバのいずれかとの間に、１つまたは複数のスリットバルブ１６０を含むことができる。示されている実施形態では、処理チャンバ１２０、１３０、１４０、１５０の各々と中央伝達ステーション１１０との間に、スリットバルブ１６０が存在する。スリットバルブ１６０は、処理チャンバ内の環境を中央伝達ステーション１１０内の環境から分離するように開閉することができる。たとえば、処理チャンバが処理中にプラズマを生成する場合、漂遊プラズマが伝達ステーション内のロボットを損傷することを防止するために、その処理チャンバに対するスリットバルブを閉じることが有用となりうる。

いくつかの実施形態では、処理チャンバは、中央伝達ステーション１１０から容易に取外し可能ではない。処理チャンバのいずれかで保守を実行することを可能にするために、処理チャンバの各々は、処理チャンバの側面に複数のアクセスドア１７０をさらに含むことができる。アクセスドア１７０は、処理チャンバを中央伝達ステーション１１０から取り外すことなく、処理チャンバへの手動アクセスを可能にする。示されている実施形態では、処理チャンバの各々の各側面は、伝達ステーションに接続された側面を除いて、アクセスドア１７０を有する。これだけ多くのアクセスドア１７０を含むと、ドアを介してチャンバ内のハードウェアにアクセスできるように構成する必要があるため、用いられる処理チャンバの構造が複雑になる可能性がある。

いくつかの実施形態の処理プラットフォームは、中央伝達ステーション１１０に接続された水用ボックス１８０を含む。水用ボックス１８０は、処理チャンバのいずれかまたはすべてに冷却剤を提供するように構成することができる。「水」用ボックスと呼ばれているが、任意の冷却剤を使用することができることが、当業者には理解されよう。

いくつかの実施形態では、処理プラットフォーム１００のサイズは、単一の電力コネクタ１９０を介して電力を貯蔵するための接続を可能にする。単一の電力コネクタ１９０は、処理チャンバおよび中央伝達ステーション１１０の各々に電力を提供するために、処理プラットフォーム１００に取り付けられる。

処理プラットフォーム１００は、ウエハまたはウエハのカセットを処理プラットフォーム１００内へローディングすることを可能にするように、工場インターフェース１０２に接続することができる。工場インターフェース１０２内のロボット１０３が、ウエハまたはカセットをバッファステーション１５１、１５２に出し入れすることができる。ウエハまたはカセットは、中央伝達ステーション１１０内のロボット１１７によって、処理プラットフォーム１００内で動かすことができる。いくつかの実施形態では、工場インターフェース１０２は、別のクラスタツールの伝達ステーションである。

いくつかの実施形態では、処理プラットフォーム１００または第１のバッチ処理チャンバ１２０は、コントローラに接続される。コントローラは、同じコントローラ１９５とすることも異なるコントローラとすることも可能である。コントローラは、第１のバッチ処理チャンバ１２０のサセプタアセンブリおよびガス分配アセンブリに結合することができ、１つまたは複数の構成を有することができる。これらの構成は、それだけに限定されるものではないが、サセプタアセンブリを中心軸の周りで回転させるための第１の構成、金属前駆体の流れをプロセス領域に提供するための第２の構成、反応物の流れをプロセス領域に提供するための第３の構成、プロセス領域内にプラズマを提供するための第４の構成を含むことができる。

図７は、本開示の１つまたは複数の実施形態による基板上に金属膜を形成する一般化された方法を示す。方法７００は、概して７０２から始まり、７０２で、金属膜を形成すべき基板が提供され、処理チャンバ内へ配置される。本明細書では、「基板面」は、層を形成することができる任意の基板面を指す。基板面は、基板面内に形成された１つまたは複数の特徴、基板面上に形成された１つまたは複数の層、およびこれらの組合せを有することができる。基板（または基板面）は、金属膜の堆積前に、たとえば研磨、エッチング、還元、酸化、ハロゲン化、ヒドロキシル化、アニーリング、焼成などによって前処理することができる。

基板は、シリコン基板、ＩＩＩ－Ｖ族化合物基板、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）基板、エピ基板、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）ランプディスプレイなどのディスプレイ基板、太陽電池アレイ、ソーラーパネル、発光ダイオード（ＬＥＤ）基板、半導体ウエハなど、その上に材料を堆積させることが可能な任意の基板とすることができる。いくつかの実施形態では、基板上に１つまたは複数の追加の層を配置することができ、それらの追加の層上に金属膜を少なくとも部分的に形成することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、金属、窒化物、酸化物など、またはそれらの組合せを含む層を基板上に配置することができ、そのような１つまたは複数の層の上に金属膜を形成することができる。

７０３で、任意に、基板が阻止化合物に露出される。このプロセスステップについては、以下でより詳細に説明しており、これは金属面および誘電体面の両方を含む基板上での堆積プロセスの選択性を制御するのに有用となりうる。

７０４で、基板上に金属膜が形成される。金属膜は、原子層堆積（ＡＬＤ）などの周期的堆積プロセスを介して形成することができる。いくつかの実施形態では、周期的堆積プロセスを介して金属膜を形成することは、概して、基板を２つ以上のプロセスガスに別個に露出させることを含むことができる。時間領域ＡＬＤの実施形態では、プロセスガスの各々への露出は、プロセスガスの成分が基板面に付着および／または反応することを可能にするために、時間遅延／一時停止によって分離される。別法として、または組み合わせて、いくつかの実施形態では、基板のプロセスガスへの露出の前および／または後にパージを実行することができ、このパージを実行するために不活性ガスが使用される。たとえば、第１のプロセスガスをプロセスチャンバへ提供することができ、それに続いて不活性ガスによるパージが行われる。次に、第２のプロセスガスをプロセスチャンバへ提供することができ、それに続いて不活性ガスによるパージが行われる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、プロセスチャンバへ連続して提供することができ、第１のプロセスガスをプロセスチャンバ内へ投与またはパルス化し、それに続いてプロセスチャンバへの第２のプロセスガスの投与またはパルス化を行うことができる。そのような実施形態では、不活性ガスの連続する流れにより、プロセスガスの投与間にプロセスチャンバをパージすることを可能にするために、第１のプロセスガスの投与と第２のプロセスガスの投与との間に遅延または一時停止を発生させることができる。

空間ＡＬＤの実施形態では、プロセスガスの各々への露出は、基板の異なる部分へ同時に行われ、したがって基板の１つの部分が第１の反応性ガスに露出されている間に、基板の異なる部分が第２の反応性ガスに露出される（２つの反応性ガスのみが使用される場合）。基板は、基板上の各点が第１および第２の反応性ガスの両方に順次露出されるように、ガス供給システムに対して動かされる。時間領域ＡＬＤまたは空間ＡＬＤプロセスのいずれの実施形態でも、基板面上に所定の層厚さが形成されるまで、このシーケンスを繰り返すことができる。

本明細書では、「パルス」または「投与」は、プロセスチャンバ内へ断続的または不連続的に導入されるソースガスの量を指すことが意図される。各パルス内の特定の化合物の量は、パルスの持続時間に応じて、時間とともに変動することができる。特定のプロセスガスは、単一の化合物または２つ以上の化合物の混合物／組合せ、たとえば後述するプロセスガスを含むことができる。

各パルス／投与の持続時間は可変であり、たとえば処理チャンバの容積容量ならびに処理チャンバに結合された真空システムの能力に対応するように調整することができる。加えて、プロセスガスの投与時間は、プロセスガスの流量、プロセスガスの温度、制御バルブのタイプ、用いられるプロセスチャンバのタイプ、ならびに基板面に吸着するプロセスガスの成分の能力に従って変動することができる。投与時間もまた、形成されている層のタイプおよび形成されているデバイスの形状寸法に基づいて変動することができる。投与時間は、基板の実質的に表面全体に吸着／化学吸着して基板上にプロセスガス成分の層を形成するのに十分な化合物の体積を提供するように、十分に長くしなければならない。

７０４で金属膜を形成するプロセスは、基板を第１の反応性ガスに露出させることによって始めることができる。第１の反応性ガスは、ハロゲン化アルキルを含み、７０６に示すように、第１の期間にわたって基板に露出される。

ハロゲン化アルキルは、後の反応のために基板上のハロゲン層に吸着するのに好適な任意の反応物とすることができる。いくつかの実施形態では、ハロゲン化アルキルは炭素およびハロゲンを含む。いくつかの実施形態では、ハロゲンは臭素またはヨウ素を含む。いくつかの実施形態では、ハロゲンは金属膜に溶けない。これに関連して、金属膜に溶けないハロゲンは、原子ベースで金属膜の約２％以下、約１％以下、または約０．５％以下を含む。いくつかの実施形態では、ハロゲン化アルキルは一般式Ｒ－Ｘを有し、ここでＲは、アルキル、アルケニル、アリール、または他の炭素群である。いくつかの実施形態では、Ｒは、１つ～２つ、１つ～４つ、または１つ～６つの炭素原子を含む。いくつかの実施形態では、ハロゲン化アルキルは、ヨードエタン（Ｈ₅Ｃ₂Ｉ）もしくはジヨードメタン（ＣＨ₂Ｉ₂）を含み、または本質的にこれらからなる。これに関連して、本質的に記載の種からなるハロゲン化アルキルは、あらゆる不活性希釈ガスを除いて、モルベースで記載の種の９５％、９８％、９９％、または９９．５％より多くを含む。

ハロゲン化アルキルは、ハロゲン化アルキル含有ガスとして処理チャンバへ送達される。ハロゲン化アルキル含有ガスは、１つもしくは複数のパルスでまたは連続して提供することができる。ハロゲン化アルキル含有ガスの流量は、それだけに限定されるものではないが、約１～約５０００ｓｃｃｍの範囲内、または約２～約４０００ｓｃｃｍの範囲内、または約３～約３０００ｓｃｃｍの範囲内、または約５～約２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量を含む、任意の好適な流量とすることができる。ハロゲン化アルキル含有ガスは、それだけに限定されるものではないが、約５ミリトル～約２５トルの範囲内、または約１００ミリトル～約２０トルの範囲内、または約５トル～約２０トルの範囲内、または約５０ミリトル～約２０００ミリトルの範囲内、または約１００ミリトル～約１０００ミリトルの範囲内、または約２００ミリトル～約５００ミリトルの範囲内の圧力を含む、任意の好適な圧力で提供することができる。

基板がハロゲン化アルキル含有ガスに露出される期間は、ハロゲン化アルキルが基板面の上に十分な吸着層を形成することを可能にするために必要な任意の好適な量の時間とすることができる。たとえば、約０．１秒～約９０秒の期間にわたって、プロセスガスをプロセスチャンバ内へ流すことができる。いくつかの時間領域ＡＬＤプロセスでは、ハロゲン化アルキル含有ガスは、約０．１秒～約９０秒の範囲内、または約０．５秒～約６０秒の範囲内、または約１秒～約３０秒の範囲内、または約２秒～約２５秒の範囲内、または約３秒～約２０秒の範囲内、または約４秒～約１５秒の範囲内、または約５秒～約１０秒の範囲内の時間にわたって、基板面に露出される。

いくつかの実施形態では、ハロゲン化アルキル含有ガスと同時に、プロセスチャンバに不活性ガスをさらに提供することができる。不活性ガスは、ハロゲン化アルキル含有ガスと（たとえば、希釈ガスとして）混合することができ、または別個に提供することができ、パルス状もしくは一定の流れとすることができる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、約１～約１００００ｓｃｃｍの範囲内の一定の流れで処理チャンバ内へ流される。不活性ガスは、たとえばアルゴン、ヘリウム、ネオン、またはそれらの組合せなどの任意の不活性ガスとすることができる。

堆積中の基板の温度は、たとえば基板支持体またはサセプタの温度を設定することによって制御することができる。いくつかの実施形態では、基板は、約０℃～約６００℃の範囲内、または約２５℃～約５００℃の範囲内、または約５０℃～約４５０℃の範囲内、または約１００℃～約４００℃の範囲内、または約２００℃～約４００℃の範囲内、または約２５０℃～約３５０℃の範囲内の温度で保持される。いくつかの実施形態では、基板は、金属前駆体の分解温度を下回る温度で維持される。いくつかの実施形態では、基板は、ハロゲン化アルキルの分解温度を下回る温度で維持される。いくつかの実施形態では、基板は、ハロゲン化アルキルの分解温度と金属前駆体の分解温度との間の温度で維持される。

１つまたは複数の実施形態では、基板は、約４００℃以下、または約３５０℃以下、または約３００℃未満の温度で維持される。１つまたは複数の実施形態では、基板は、約２５０℃以上、または約３００℃以上、または約３５０℃より大きい温度で維持される。いくつかの実施形態では、基板は、約２８０℃の温度で維持される。

上記に加えて、基板をハロゲン化アルキル含有ガスに露出させている間に、追加のプロセスパラメータを調節することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、約０．２～約１００トル、または約０．３～約９０トルの範囲内、または約０．５～約８０トルの範囲内、または約１～約５０トルの範囲内の圧力で維持することができる。

次に、７０８で、不活性ガスを使用してプロセスチャンバ（特に、時間領域ＡＬＤ）をパージすることができる（これは、ガスカーテンが反応性ガスを分離する空間ＡＬＤプロセスでは必要とされない）。不活性ガスは、たとえばアルゴン、ヘリウム、ネオンなどの任意の不活性ガスとすることができる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、７０６で基板のハロゲン化アルキル含有ガスへの露出中にプロセスチャンバに提供される不活性ガスと同じものとすることができ、または別法として異なるものとすることができる。不活性ガスが同じ実施形態では、第１のプロセスガスをプロセスチャンバから迂回させ、不活性ガスがプロセスチャンバを流れることを可能にし、プロセスチャンバから任意の余分な第１のプロセスガス成分または反応副生成物をパージすることによって、パージを実行することができる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、上述した第１のプロセスガスに関連して使用されたものと同じ流量で提供することができ、またはいくつかの実施形態では、流量を増大もしくは減少させることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、プロセスチャンバをパージするために、約０～約１００００ｓｃｃｍの流量で不活性ガスをプロセスチャンバへ提供することができる。空間ＡＬＤでは、反応性ガスの流れ間でパージガスカーテンが維持されており、プロセスチャンバをパージする必要はない。空間ＡＬＤプロセスのいくつかの実施形態では、プロセスチャンバまたはプロセスチャンバの一領域を、不活性ガスでパージすることができる。

不活性ガスの流れは、第１および第２のプロセスガスの望ましくない気相反応を防止するために、任意の余分な第１のプロセスガス成分および／または余分な反応副生成物をプロセスチャンバから除去することを容易にすることができる。

次に、７１０で、基板が第２の期間にわたって第２のプロセスガスに露出される。第２のプロセスガスは、基板面上の吸着されたハロゲン層と反応して金属膜を堆積させる金属前駆体を含む。第２の反応性ガスはまた、金属前駆体ガスと呼ぶことができる。

金属前駆体は、基板上の吸着されたハロゲン層と反応するのに好適な任意の前駆体とすることができる。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、金属の中心および１つまたは複数のリガンドを含む。いくつかの実施形態では、金属の中心は、１つまたは複数の金属原子を含む。言い換えれば、いくつかの実施形態では、金属前駆体は、２量体、３量体、または４量体のうちの１つまたは複数である。

金属前駆体は、堆積温度を上回る分解温度を有する任意の好適な前駆体とすることができる。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、実質的に酸素または窒素原子を含まない。それに応じて、これらの実施形態では、金属前駆体は、カルボニル、オキソ、アミン、またはイミンのリガンドを含まない。これらのパラメータの範囲内で、金属前駆体上のリガンドの数およびリガンドのタイプは、たとえば金属原子の酸化状態に基づいて変動することができる。金属前駆体は、ホモレプティックまたはヘテロレプティックとすることができる。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、任意にアルキル置換シクロペンタジエン（Ｃｐ）環を含む少なくとも１つのリガンドを含む。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、任意にアルキル置換ベンゼン環を含む少なくとも１つのリガンドを含む。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、少なくとも１つのｐ－シメンリガンドを含む。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、開環または閉環ジエンを含む少なくとも１つのリガンドを含む。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、少なくとも１つの１，３－ブタジエンリガンドを含む。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、少なくとも１つの１，５－ヘキサジエンリガンドを含む。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、少なくとも１つの芳香族リガンドを含む。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの芳香族リガンドは、ベンゼン環を含む。いくつかの実施形態では、ベンゼン環は、１つ～６つの範囲内の炭素原子を含む少なくとも１つの有機置換基を含む。いくつかの実施形態では、芳香族リガンドは、少なくとも１つのエチルベンゼンリガンドを含む。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、ビス（エチルベンゼン）モリブデンを含み、または本質的にビス（エチルベンゼン）モリブデンからなる。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、ｐ－シメンルテニウム１，５－ヘキサジエンを含み、または本質的にｐ－シメンルテニウム１，５－ヘキサジエンからなる。

金属前駆体の金属は、堆積される金属膜の金属に対応する。いくつかの実施形態では、金属は、モリブデン、ルテニウム、コバルト、銅、白金、ニッケル、またはタングステンから選択される。いくつかの実施形態では、金属前駆体の金属の酸化状態は０である。言い換えれば、いくつかの実施形態では、金属前駆体は、ゼロ価の金属錯体を含む。

基板を金属前駆体ガスに露出させている間に、追加のプロセスパラメータを調節することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、プロセスチャンバは、約０．２～約１００トル、または約０．３～約９０トルの範囲内、または約０．５～約８０トルの範囲内、または約１～約５０トルの範囲内の圧力で維持することができる。

金属前駆体は、金属前駆体ガスとして処理チャンバへ送達される。金属前駆体ガスは、１つもしくは複数のパルスでまたは連続して提供することができる。金属前駆体ガスの流量は、それだけに限定されるものではないが、約１～約５０００ｓｃｃｍの範囲内、または約２～約４０００ｓｃｃｍの範囲内、または約３～約３０００ｓｃｃｍの範囲内、または約５～約２０００ｓｃｃｍの範囲内の流量を含む、任意の好適な流量とすることができる。金属前駆体ガスは、それだけに限定されるものではないが、約５ミリトル～約２５トルの範囲内、または約１００ミリトル～約２０トルの範囲内、または約５トル～約２０トルの範囲内、または約５０ミリトル～約２０００ミリトルの範囲内、または約１００ミリトル～約１０００ミリトルの範囲内、または約２００ミリトル～約５００ミリトルの範囲内の圧力を含む、任意の好適な圧力で提供することができる。

基板が金属前駆体ガスに露出される期間は、金属前駆体が基板面上の吸着されたハロゲンと反応することを可能にするために必要な任意の好適な量の時間とすることができる。たとえば、約０．１秒～約９０秒の期間にわたって、プロセスガスをプロセスチャンバ内へ流すことができる。いくつかの時間領域ＡＬＤプロセスでは、金属前駆体ガスは、約０．１秒～約９０秒の範囲内、または約０．５秒～約６０秒の範囲内、または約１秒～約３０秒の範囲内、または約２秒～約２５秒の範囲内、または約３秒～約２０秒の範囲内、または約４秒～約１５秒の範囲内、または約５秒～約１０秒の範囲内の時間にわたって、基板面に露出される。

いくつかの実施形態では、金属前駆体ガスと同時に、プロセスチャンバに不活性ガスをさらに提供することができる。不活性ガスは、金属前駆体ガスと（たとえば、希釈ガスとして）混合することができ、または別個に提供することができ、パルス状もしくは一定の流れとすることができる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、約１～約１００００ｓｃｃｍの範囲内の一定の流れで処理チャンバ内へ流される。不活性ガスは、たとえばアルゴン、ヘリウム、ネオン、または、それらの組合せなどの任意の不活性ガスとすることができる。

次に、７１２で、不活性ガスを使用してプロセスチャンバをパージすることができる。不活性ガスは、たとえばアルゴン、ヘリウム、ネオンなどの任意の不活性ガスとすることができる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、以前のプロセスルーチン中にプロセスチャンバに提供される不活性ガスと同じものとすることができ、または別法として異なるものとすることができる。不活性ガスが同じ実施形態では、第２のプロセスガスをプロセスチャンバから迂回させ、不活性ガスがプロセスチャンバを流れることを可能にし、プロセスチャンバから任意の余分な第２のプロセスガス成分または反応副生成物をパージすることによって、パージを実行することができる。いくつかの実施形態では、不活性ガスは、上述した第２のプロセスガスに関連して使用されたものと同じ流量で提供することができ、またはいくつかの実施形態では、流量を増大もしくは減少させることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、不活性ガスは、プロセスチャンバをパージするために、０～約１０，０００ｓｃｃｍより大きい流量でプロセスチャンバへ提供することができる。

図７に示す処理方法の包括的な実施形態は、反応性ガスの２つのパルスのみを含むが、これは単なる例示であり、反応性ガスの追加のパルスを使用することもできることが理解されよう。いくつかの実施形態では、この方法は、酸素を含有する反応性ガスを使用することなしに実行される。７０４のサブプロセスは、サイクルを含む。サイクルは、反応性ガスが処理チャンバのパージによって分離される限り、任意の順序で実行することができる。いくつかの実施形態では、金属膜は、約０．２Å／サイクル以上、約０．３Å／サイクル以上、約０．４Å／サイクル以上、約０．５Å／サイクル以上、約０．６Å／サイクル以上、約０．７Å／サイクル以上、約０．８Å／サイクル以上、約０．９Å／サイクル以上、約１．０Å／サイクル以上、または約１．２Å／サイクル以上の速度で堆積される。

堆積プロセスは、プラズマ反応物を使用することなしに、熱プロセスとして実行される。言い換えれば、いくつかの実施形態では、この方法はプラズマなしで実行される。

次に、７１４で、金属膜が所定の厚さを実現したかどうかが判定される。所定の厚さが実現されなかった場合、方法７００は７０４に戻り、所定の厚さに到達するまで引き続き金属膜を形成する。所定の厚さに到達した後、方法７００は終了することができ、または任意のさらなる処理（たとえば、別の金属膜のバルク堆積）のために７１６へ進むことができる。いくつかの実施形態では、金属膜は、約１０Å～約１０，０００Å、またはいくつかの実施形態では約１０Å～約１０００Å、またはいくつかの実施形態では約５０Å～約５，０００Åの総層厚さを形成するまで堆積させることができる。

いくつかの実施形態では、金属層は、約７５原子％以上のモリブデン、または約８０原子％以上のモリブデン、または約８５原子％以上のモリブデン、または約９０原子％以上のモリブデン、または約９５原子％以上のモリブデンを含む。

いくつかの実施形態では、金属層は、約１０原子％以下の酸素、または約９原子％以下の酸素、または約８原子％以下の酸素、または約７原子％以下の酸素、または約６原子％以下の酸素、または約５原子％以下の酸素、または約４原子％以下の酸素、または約３原子％以下の酸素を含む。

いくつかの実施形態では、金属層は、約０．０２～約５原子％の範囲内のヨウ素、または約１原子％以下のヨウ素を含む。

いくつかの実施形態では、金属層は、約２０原子％以下の炭素、または約１５原子％以下の炭素、または約１０原子％以下の炭素、または約５原子％以下の炭素を含む。

いくつかの実施形態では、金属層は、約９０原子％以上のモリブデン、約３原子％以下の酸素、約１原子％以下のヨウ素、および約１０原子％以下の炭素を含む。

いくつかの実施形態では、金属層は、約４０μΩ・ｃｍ以下、または約３５μΩ・ｃｍ以下、または約３０μΩ・ｃｍ以下、または約２５μΩ・ｃｍ以下、または約２０μΩ・ｃｍ以下の抵抗を有する。いくつかの実施形態では、金属層はモリブデンを含み、約４０μΩ・ｃｍ以下、または約３５μΩ・ｃｍ以下、または約３０μΩ・ｃｍ以下、または約２５μΩ・ｃｍ以下、または約２０μΩ・ｃｍ以下の抵抗を有する。

いくつかの実施形態では、金属膜は、金属膜をアニーリングすることによってさらに処理される。理論に拘束されるものではないが、ＡｒまたはＨ₂の雰囲気において高い温度で膜をアニーリングすることで、金属膜内の炭素およびハロゲンの不純物が低減されると考えられる。いくつかの実施形態では、金属膜は、炭素および／またはハロゲン不純物の原子濃度を低減させるために、アルゴンまたは水素ガス（Ｈ₂）を含む雰囲気でアニーリングされる。

いくつかの実施形態によって堆積される金属膜は、知られている酸素に基づく堆積プロセスによって堆積される膜より平滑である。いくつかの実施形態では、金属膜は、金属膜の厚さの約１０％以下、約８％以下、約５％以下、または約２％以下の表面粗さを有する。

金属膜の純度は高い。いくつかの実施形態では、金属膜は、炭素原子ベースで約２％以下、約１％以下、または約０．５％以下の炭素含有量を有する。いくつかの実施形態では、金属膜は、ハロゲン原子ベースで約１％以下または約０．５％以下のハロゲン含有量を有する。いくつかの実施形態では、金属膜は、原子ベースで約９５％以上、約９７％以上、約９９％以上、約９９．５％以上、または約９９．９％以上の金属原子という純度を有する。

本開示のいくつかの実施形態は、第１の誘電体面より第２の金属面に第１の金属膜を選択的に堆積させる。これらの方法は、提供される基板が第１の誘電体面および第２の金属面を含むことを除いて、上述した方法７００に類似している。第１の金属（金属膜）および第２の金属（基板面）は、同じ金属とすることができ、または異なる金属とすることができる。いくつかの実施形態では、第１の金属は、モリブデン、ルテニウム、コバルト、銅、白金、ニッケル、またはタングステンであり、第２の金属は、タングステン、コバルト、または銅である。

第１の誘電体面は、任意の好適な誘電体材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、窒素または酸素原子を含む。理論に拘束されるものではないが、これらの材料はハロゲン化アルキルと反応し、ハロゲンが基板面上へ吸着して金属前駆体との反応に触媒作用を及ぼすことを防止すると考えられる。それに応じて、あったとしてもわずかな金属膜しか誘電体面上に形成されない。

いくつかの実施形態では、堆積温度は、ハロゲン化アルキルの分解温度を下回る。この場合も、理論に拘束されるものではないが、ハロゲン化アルキルが分解する場合、ハロゲンは（組成にかかわらず）すべての表面で金属前駆体との反応に利用可能になり、誘電体面を含むすべての基板面上に金属膜堆積を生じさせると考えられる。いくつかの実施形態では、堆積温度は、ハロゲン化アルキルの分解温度でありまたはそれを上回る。

本開示のいくつかの実施形態は、第２の金属面より第１の誘電体面に第１の金属膜を選択的に堆積させる。これらの方法は、提供される基板が第１の誘電体面および第２の金属面を含み、基板が７０３で阻止化合物に露出されることを除いて、上述した方法７００に類似している。

７０３で、少なくとも第２の金属面および第１の誘電体面を含む基板が、阻止化合物に露出される。阻止化合物は、第２の金属面上の堆積を阻止するための任意の好適な化合物とすることができる。いくつかの実施形態では、阻止化合物は、２つの炭素原子間に少なくとも１つの３重結合を含む。言い換えれば、いくつかの実施形態では、阻止化合物はアルキンを含む。いくつかの実施形態では、阻止化合物は、Ｒ’≡Ｒ”の一般式を有する。いくつかの実施形態では、Ｒ’およびＲ”は同一である。いくつかの実施形態では、Ｒ’および／またはＲ”は、アルキルまたは他の炭素群である。いくつかの実施形態では、阻止化合物は、４～１２個の炭素原子を含む。いくつかの実施形態では、Ｒ’および／またはＲ”は直鎖である。いくつかの実施形態では、Ｒ’および／またはＲ”は枝分かれしている。いくつかの実施形態では、阻止化合物は３－ヘキシンを含む。

第１の金属（金属膜）および第２の金属（基板面）は、同じ金属とすることができ、または異なる金属とすることができる。いくつかの実施形態では、第１の金属は、モリブデン、ルテニウム、コバルト、銅、白金、ニッケル、またはタングステンであり、第２の金属は、タングステン、コバルト、または銅である。

第１の誘電体面は、任意の好適な誘電体材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、窒素または酸素原子を含む。

前述のように、いくつかの実施形態では、堆積温度は、ハロゲン化アルキルの分解温度であり、またはそれを上回る。いくつかの実施形態では、堆積温度は、約２５０℃以上、約２６０℃以上、約２７０℃以上、約２８０℃以上、約２９０℃以上、または約３００℃以上である。いくつかの実施形態では、堆積温度は、約２５０℃～約４５０℃の範囲内、または約３００℃～約４００℃の範囲内である。いくつかの実施形態では、堆積温度は約３５０℃である。

前述のように、理論に拘束されるものではないが、これらの材料は、ハロゲン化アルキルと反応し、ハロゲンが基板面上へ吸着して金属前駆体との反応に触媒作用を及ぼすことを防止すると考えられる。それに応じて、あったとしてもわずかな金属膜しか誘電体面上に形成されない。

しかし、堆積温度がハロゲン化アルキルの分解温度を上回るとき、ハロゲン原子が基板面全体に堆積し、それによって誘電体面上の堆積が可能になる。いくつかの実施形態では、金属面は阻止化合物によって阻止されて、あったとしてもわずかな金属膜しか金属面上に形成されないことを可能にする。それに応じて、金属膜の堆積は、金属面より誘電体面に対して選択的である。

概略的に、高度に純粋な金属膜の堆積は、次のように理解することができる。堆積温度で維持された基板が、ハロゲン化アルキル（Ｒ－Ｘ）に露出されて、基板上にＲおよびＸを吸着させ、ここでＲは炭素群であり、Ｘはハロゲンである。ＲはＲ－ＲまたはＲ－の形で脱着され、Ｘは基板に吸着されたままになる。基板は金属前駆体Ｍ－Ｌに露出され、ここでＭは金属であり、Ｌはリガンドである。Ｍ－Ｌは、吸着されたＸと反応して、基板面上にＭ－Ｘを形成し、Ｌを遊離する。Ｍ－Ｘは、基板上で他のＭ－Ｘ部分と反応して、Ｍ－Ｍを形成する。この反応は、Ｘ－ＸまたはＸ－を生じさせることができる。Ｘ－Ｘを脱着し、パージすることができる。Ｘ－は、表面上に残ってＭ－Ｌとさらに反応することができる。

本発明者らによれば、この概略的な機構は、いくつかの前提に依拠している。第１に、ＸはＭに溶けない。理論に拘束されるものではないが、Ｘの不溶性は、最終金属膜内にＸが相当量見られることはないことを示す。この前提を無視する（たとえば、Ｍに溶けるハロゲンを利用する）ことも可能であるが、Ｍに溶けるハロゲン（Ｘ）を使用すると、金属膜の純度がより低くなると考えられる。第２に、結合強度の点では、Ｍ－ＬはＭ－Ｘより弱く、Ｍ－ＸはＭ－Ｍより弱い。この場合も、理論に拘束されるものではないが、これらの熱力学的関係により、上述した反応が熱力学的に好ましいことが確実である。最後に、Ｍ－Ｌは堆積温度で熱的に安定している。言い換えれば、金属前駆体の熱分解温度は堆積温度より高い。この理論では、金属前駆体が分解する場合、堆積された膜が相当量の前駆体リガンドＬを含有することを表し、これは典型的に炭素不純物と見なされるものである。

本発明者らは、驚くべきことに、上記の要件のすべてを満たす金属前駆体、ハロゲン化アルキル、およびプロセス条件を含むプロセスが、高度に純粋な金属膜を堆積させることを見出した。

加えて、本発明者らは、驚くべきことに、堆積温度がハロゲン化アルキルの熱分解温度を下回る場合、堆積プロセスは、阻止層の使用を必要とすることなく、誘電体面より金属面に対して選択的になることを見出した。

さらに、本発明者らは、驚くべきことに、堆積温度がハロゲン化アルキルの熱分解温度であり、またはそれを上回る場合、金属面を少量のアルキン阻止化合物に露出させることによって、堆積プロセスを選択的にすることができることを見出した。

本開示のいくつかの実施形態は、高アスペクト比の構造を有する基板上に共形の金属膜を堆積させる方法を提供することが有利である。これに関連して、「共形」という用語は、金属膜の厚さが基板面にわたって均一であることを意味する。本明細書および添付の特許請求の範囲では、「実質的に共形」という用語は、金属膜の厚さが、膜の平均厚さに対して約１０％、５％、２％、１％、または０．５％より大きく変動しないことを意味する。言い換えれば、実質的に共形の膜は、約９０％、９５％、９８％、９９％、または９９．５％より大きい共形性を有する。

本開示の１つまたは複数の実施形態は、モリブデン導電層を含むメモリデバイスを対象とする。いくつかの実施形態では、モリブデン導電層は、約９０原子％以上のモリブデン、約３原子％以下の酸素、約１原子％以下のヨウ素、および約１０原子％以下の炭素、ならびに約４０μΩ・ｃｍ以下の抵抗を含む。

いくつかの実施形態では、モリブデン導電層は、バリア層上に形成される。いくつかの実施形態のバリア層は、約１０Å、２０Å、３０Å、４０Å、または５０Å以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、モリブデン導電層は、介在バリア層なく、基板上に形成される。

上記の開示は、反応物の順次パルスによる金属膜の堆積に関する。以下の開示は、同時または一定流のプロセスによる金属膜の堆積に関する。いくつかの実施形態では、順次パルス方法はＡＬＤ方法である。いくつかの実施形態では、同時または一定流の方法はＣＶＤ方法である。プロセスステップは異なるが、反応物およびプロセスパラメータの多くは類似している。

図８は、本開示の１つまたは複数の実施形態による基板上に金属膜を形成するための一般化された方法８００を示す。図９は、本開示の１つまたは複数の実施形態による処理のための例示的な基板を示す。方法８００は、概して８１０から始まり、８１０で、金属膜を形成すべき基板９００が提供され、処理チャンバ内へ配置される。

図９を参照すると、例示的な基板９００が示されている。いくつかの実施形態では、基板９００は、少なくとも１つの特徴９１０を含む基板面９０５を有する。特徴９１０は、側壁９１２、９１４および底部９１６を有する。いくつかの実施形態では、誘電体材料９２０が側壁９１２、９１４を形成し、金属材料９３０が底部１６を形成する。示されている実施形態は、トレンチ状の構造のように２つの側壁を指すが、本開示はトレンチに限定されるものではないことが、当業者には認識されよう。いくつかの実施形態では、特徴は丸いビアを構成しており、そのようなビアは、技術的には単一の丸い側壁を有するが、示されているように、断面では２つの側壁のように見えるはずである。

いくつかの実施形態では、基板９００は、１つまたは複数の任意の前処理ステップを受けることができる。８１５で、基板は、任意に、基板面上に形成された１つまたは複数の層を有することができる。

いくつかの実施形態では、特徴９１０内に金属窒化物ライナが堆積される。いくつかの実施形態では、金属窒化物ライナは、窒化チタンを含む。いくつかの実施形態では、金属窒化物ライナは、約１５Å～約４０Åの範囲内の厚さを有する。いくつかの実施形態では、金属窒化物ライナは、約２０Åまたは約３０Åの厚さを有する。いくつかの実施形態では、金属膜の形成前の特徴内にはライナが形成されない。いくつかの実施形態では、金属膜と特徴の底部との間にライナが存在しない。

いくつかの実施形態では、基板面上にシード層が堆積される。いくつかの実施形態では、シード層は共形層である。いくつかの実施形態では、シード層は連続している。いくつかの実施形態では、シード層の厚さは、約１ｎｍ～約５ｎｍの範囲内、または約１ｎｍ～約４ｎｍの範囲内である。いくつかの実施形態では、シード層は、知られている原子層堆積方法によって堆積されたルテニウム層を含む。いくつかの実施形態では、シード層は、介在パージを伴うルテニウム前駆体の露出およびハロゲン化アルキルの露出を含むＡＬＤサイクルによって堆積される。いくつかの実施形態では、シード層は、介在パージを伴うルテニウム前駆体の露出およびアンモニアプラズマの露出を含むＡＬＤサイクルによって堆積される。

いくつかの実施形態では、底部９１６は金属を含み、任意の前処理は洗浄プロセスを含む。いくつかの実施形態では、特徴内の金属膜の形成前に、特徴の金属底部９１６を洗浄して、金属から酸化物を除去する。

８２０で、任意に、基板が阻止化合物に露出される。このプロセスステップについては、以下でより詳細に説明しており、これは金属面および誘電体面の両方を含む基板上での堆積プロセスの選択性を制御するのに有用となりうる。

８３０で、基板上に金属膜が形成される。いくつかの実施形態の金属膜は、基板が堆積温度で維持されている間に基板を金属前駆体およびハロゲン化アルキル触媒に露出させることによって形成される。いくつかの実施形態では、ハロゲン化アルキル触媒および金属前駆体は、基板に同時に露出される。いくつかの実施形態では、金属前駆体およびハロゲン化アルキル触媒は、基板に別個に順次露出される。別個の露出を伴う実施形態では、各「サイクル」は、いずれの順序でも、ハロゲン化アルキル触媒および金属前駆体への単一の露出である。８３０で金属膜を形成するプロセスは、基板を触媒ガスに浸漬することによって始めることができる。触媒ガスはハロゲン化アルキルを含み、８４０に示すように、第１の期間にわたって基板に露出される。いくつかの実施形態では、触媒ガスは、特徴の金属底部上に触媒層を形成するハロゲン化アルキル触媒を含む。

ハロゲン化アルキルは、後の反応のために基板上に層を吸着するのに好適な任意の反応物とすることができる。言い換えれば、ハロゲン化アルキルに基板を浸漬することで、活性化された基板面が形成される。ハロゲン化アルキルについては、本明細書に上記その他で説明している。

ハロゲン化アルキルは、１つもしくは複数のパルスでまたは連続して処理チャンバに提供することができる。いくつかの実施形態では、ハロゲン化アルキルは不活性キャリアガスを含み、ハロゲン化アルキル含有ガスと呼ばれる。ハロゲン化アルキルまたはハロゲン化アルキル含有ガスの流量および圧力は、任意の好適な値とすることができる。ハロゲン化アルキル含有ガスに関して本明細書の別の場所に開示する例示的な流量および圧力が、この実施形態でも適用可能である。

基板がハロゲン化アルキルに浸漬される期間は、ハロゲン化アルキルが基板面上に十分な吸着層を形成することを可能にするために必要な任意の好適な量の時間とすることができる。たとえば、ハロゲン化アルキルは、約３秒より大きいまたは約５秒より大きい期間にわたって基板を浸漬することを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、浸漬期間は、約３秒～約６０秒の範囲内である。

いくつかの実施形態では、ハロゲン化アルキル含有ガスと同時に、プロセスチャンバに不活性ガスをさらに提供することができる。不活性ガスは、ハロゲン化アルキルと（たとえば、希釈ガスとして）混合することができ、または別個に提供することができ、パルス状もしくは一定の流れとすることができる。不活性ガスは、たとえばアルゴン、ヘリウム、ネオン、またはそれらの組合せなどの任意の不活性ガスとすることができる。

次に、８５０で、基板が第２の期間にわたって第２のプロセスガスに露出される。第２のプロセスガスは、基板面上の吸着されたハロゲン化アルキルまたはハロゲンの層と反応して金属膜を堆積させる金属前駆体を含む。第２の反応性ガスはまた、金属前駆体ガスと呼ぶことができる。

金属前駆体は、基板上の吸着されたハロゲン化アルキル層またはハロゲン層と反応するのに好適な任意の前駆体とすることができる。好適な金属前駆体については、本明細書の別の場所に説明されている。

金属前駆体は、金属前駆体ガスとして処理チャンバへ送達される。金属前駆体ガスは、１つもしくは複数のパルスでまたは連続して提供することができる。金属前駆体ガスの流量および圧力は、任意の好適な流量および圧力とすることができる。流量および圧力に対する例示的な値については、本明細書の別の場所に論じられている。

基板が金属前駆体ガスに露出される期間は、金属前駆体が基板面上の吸着されたハロゲンと反応することを可能にするために必要な任意の好適な量の時間とすることができる。たとえば、約６０秒以上の期間にわたって、プロセスガスをプロセスチャンバ内へ流すことができる。いくつかの実施形態では、金属前駆体への露出期間は、約１００秒、約２００秒、約３００秒、約４００秒、または約５００秒である。

金属前駆体への露出中の基板の温度は、たとえば基板支持体またはサセプタの温度を設定することによって制御することができる。この温度は、堆積温度とも呼ばれる。いくつかの実施形態では、基板は、金属前駆体の分解温度を下回る温度で維持される。いくつかの実施形態では、基板は、ハロゲン化アルキルの分解温度を下回る温度で維持される。いくつかの実施形態では、基板は、ハロゲン化アルキルの分解温度と金属前駆体の分解温度との間の温度で維持される。

１つまたは複数の実施形態では、基板は、約４００℃以下、または約３５０℃以下、または約３００℃以下、または約２５０℃以下、または約２００℃以下の温度で維持される。１つまたは複数の実施形態では、基板は、約１５０℃以上、または約２００℃以上、または約２５０℃以上、または約３００℃以上、または約３５０℃以上の温度で維持される。いくつかの実施形態では、基板は、約２２５℃または約２８０℃の温度で維持される。

堆積プロセスは、プラズマ反応物を使用することなしに、熱プロセスとして実行される。言い換えれば、この方法は、プラズマなしで実行される。

次に、８６０で、金属膜が所定の厚さを実現したかどうかが判定される。所定の厚さが実現されなかった場合、方法８００は８５０に戻り、所定の厚さに到達するまで引き続き基板を金属前駆体に露出させる。所定の厚さに到達した後、方法８００は終了することができ、または任意のさらなる処理のために８７０へ進むことができる。いくつかの実施形態では、金属膜は、約１０Å～約１０，０００Å、またはいくつかの実施形態では約２０Å～約１０００Å、またはいくつかの実施形態では約５０Å～約２００Åの総層厚さを形成するまで堆積させることができる。

本開示のいくつかの実施形態は、第１の誘電体面より金属面に金属膜を選択的に堆積させる。これらの方法は、上述した方法８００に類似している。提供される基板は、誘電体面および金属面を含む。いくつかの実施形態では、図９に示す基板は、特徴９１０の底部９１６の金属面上にボトムアップ式の間隙充填を選択的に形成するように処理される。

金属膜の金属および基板面の金属は、同じ金属とすることができ、または異なる金属とすることができる。誘電体面は、任意の好適な誘電体材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、誘電体材料は、窒素または酸素原子を含む。理論に拘束されるものではないが、これらの材料はハロゲン化アルキルと反応し、ハロゲンが基板面上へ吸着して金属前駆体との反応に触媒作用を及ぼすことを防止すると考えられる。それに応じて、あったとしてもわずかな金属膜しか誘電体面上に形成されない。

いくつかの実施形態では、堆積温度は、ハロゲン化アルキルの分解温度を下回る。この場合も、理論に拘束されるものではないが、ハロゲン化アルキルが分解する場合、ハロゲンは（組成にかかわらず）すべての表面で金属前駆体との反応に利用可能になり、誘電体面を含むすべての基板面上に金属膜堆積を生じさせると考えられる。いくつかの実施形態では、堆積温度は、ハロゲン化アルキルの分解温度であり、またはそれを上回る。

本開示のいくつかの実施形態は、金属膜の堆積を制御する方法を提供することが有利である。いくつかの実施形態では、堆積速度が制御される。いくつかの実施形態では、堆積位置が制御される。

様々な実施形態の方法では、原子層堆積（ＡＬＤ）または化学気相堆積（ＣＶＤ）の方法を使用して、金属膜を形成する。上記の開示は、図７に関して例示的なＡＬＤプロセスについて、また図８に関して例示的なＣＶＤプロセスについて説明している。

前述のように、図７および図８に示す一般化された堆積プロセスは、プラズマ反応物を使用することなしに、熱プロセスとして実行される。プラズマおよび他の追加の反応物の使用および効果については、以下でさらに論じる。

本開示のいくつかの実施形態は、基板特徴または他の構造内に金属膜を堆積させる方法を提供することが有利である。例示的な特徴または構造には、それだけに限定されるものではないが、トレンチおよびビアが含まれる。

本開示のいくつかの実施形態は、ターゲット特徴の外側および特徴開口付近の膜堆積を低減させるための堆積制御方法を提供することが有利である。理論に拘束されるものではないが、これらの区域内の堆積を低減させることで、ターゲット特徴内でより高速の間隙充填が可能になり、特徴開口付近の詰まりおよび特徴内のボイドまたは継ぎ目の形成が低減されると考えられる。

図７および図８を参照すると、上記の開示の範囲を限定するものではないが、上述したＡＬＤプロセスおよびＣＶＤプロセスの両方が、金属膜を堆積させるためにハロゲン化アルキルおよび金属前駆体を利用する。理論に拘束されるものではないが、ハロゲン化アルキルは、金属膜の堆積において触媒として機能すると考えられる。それに応じて、ＣＶＤプロセスによって特に証明されるように、基板面のハロゲン化アルキルへの単一の露出を使用して、１０ｎｍより大きい厚さの金属膜を堆積させることができる。

本開示のいくつかの実施形態は、基板面の所定の区域における触媒の活動を低減させるための堆積制御方法を提供することが有利である。いくつかの実施形態では、触媒活動が低減される。いくつかの実施形態では、触媒活動が除去される。

図１０Ａ～図１０Ｄを参照すると、本開示の１つまたは複数の実施形態による処理中の例示的な基板４００が示されている。図１０Ａ～図１０Ｄに示す基板１０００は、説明のために簡略化されている。上記および図９に示すように、いくつかの実施形態では、本開示の基板は、図１０Ａ～図１０Ｄには示されていない特徴または構造を含む。

図１０Ａで、基板１０００は基板面１０１０を含む。図４Ｂで、基板面１０１０はハロゲン化アルキルに露出されて、活性化された表面１０２０を形成する。上述したように、ハロゲン化アルキル１０４０が基板面１０１０に吸着して、活性化された基板面１０２０を形成する。

図１０Ｃで、活性化された表面１０２０の所定の区域は、不活性化処理に露出されて、不活性化された表面１０３０を形成する。図１０Ｂおよび図１０Ｃに示すハロゲン化アルキル１０４０は、円形または卵形として示されているが、特有の分子形状が伝えられることを意図したものではない。同様に、図１０Ｂおよび図１０Ｃに示す円形の形状と、図１０Ｃに示す卵形の形状との間の違いは、基板面上のハロゲン化アルキルの活動および／または相対濃度を伝えることのみを意味したものである。

図１０Ｄで、基板１０００は金属前駆体に露出されて、金属膜１０５０を形成する。図１０Ｄに示すように、活性化された表面１０２０上の金属膜１０５０の厚さＴ₁は、不活性化された表面１０３０上の金属膜１０５０の厚さＴ₂より大きい。

いくつかの実施形態では、不活性化処理は、活性化された表面１０２０上のハロゲン化アルキルの濃度を低減させる。いくつかの実施形態では、不活性化処理は、活性化された表面１０２０上のハロゲン化アルキルの触媒活動を低減させる。

いくつかの実施形態では、図１０Ａ～図１０Ｄに関して上述した方法は、ハロゲン化アルキルへの露出前に不活性化処理を含むように修正される。これに関連して、不活性化処理は、ハロゲン化アルキルへの露出前に基板面１０１０の所定の区域を「超活性化」することが理解されよう。ハロゲン化アルキルに露出されると、「超活性化」された表面は、不活性化処理に露出されていない表面より高い濃度または活動のハロゲン化アルキルを形成する。これらの表面間の濃度および／または活動の差を使用して、堆積を制御することができる。いくつかの実施形態では、これらの表面は、図１０Ｃ～図１０Ｄに関して上述したようにさらに不活性化することができる。

厚さＴ₁は、厚さＴ₂より大きい。それに応じて、本開示のいくつかの実施形態は、基板面の所定の区域における堆積量を制御するための堆積制御方法を提供することが有利である。

いくつかの実施形態では、Ｔ₁：Ｔ₂の比は、約１：１以上、約２：１以上、約３：１以上、約４：１以上、約５：１以上、または約１０：１以上である。いくつかの実施形態では、不活性化された表面１０３０上では金属の堆積がほとんどまたはまったく生じない。言い換えれば、いくつかの実施形態では、厚さＴ₂が約０である。言い換えれば、不活性化された表面１０３０上に堆積される金属膜１０５０の量が本質的にない。これに関連して、「本質的にない」とは、不活性化された表面上の金属膜が、不活性化された表面の５％未満、２％未満、１％未満、または０．５％未満を覆うことを意味する。

活性化された表面１０２０および不活性化された表面１０３０上に堆積される金属膜１０５０の厚さは、活性化された表面１０２０および不活性化された表面１０３０上の堆積速度に正比例する。それに応じて、本開示のいくつかの実施形態は、基板面の所定の区域における堆積速度を制御するための堆積制御方法を提供することが有利である。

いくつかの実施形態では、基板面全体が不活性化処理に露出される。本開示のいくつかの実施形態を使用して、基板全体における堆積量を制御することができる。本開示のいくつかの実施形態を使用して、基板全体における堆積速度を制御することができる。

いくつかの実施形態では、示されていないが、基板１０００は、１つまたは複数の特徴を含む。いくつかの実施形態では、不活性化された表面１０３０は、１つまたは複数の特徴の外側の表面である。いくつかの実施形態では、不活性化された表面１０３０は、１つまたは複数の特徴の側壁の頂部付近の表面である。

理論に拘束されるものではないが、基板特徴付近の表面およびそれらの特徴の側壁の頂面は、複数の露出面に密接しているため、より高度に活性化される（より大きい堆積を呈する）と考えられる。これらの表面上の堆積が大きければ大きいほど、特徴の内側に十分な量の膜が形成される前に特徴が閉じる可能性が増大する。特徴が閉じるときは、継ぎ目またはボイドが形成されることが多い。それに応じて、いくつかの実施形態では、不活性化された表面１０３０は、１つまたは複数の特徴の頂部付近の表面である。さらに、いくつかの実施形態では、不活性化された表面１０３０は、基板特徴付近の表面である。いくつかの実施形態では、金属膜は、継ぎ目またはボイドが低減された特徴内に堆積される。いくつかの実施形態では、金属膜は、実質的に継ぎ目またはボイドのない特徴内に堆積される。これに関連して、「実質的に継ぎ目がない」という用語は、膜内の側壁間に形成されるあらゆる間隙は、側壁の断面積の約１％未満であることを意味する。

いくつかの実施形態では、基板の所定の区域は、プラズマを使用することなしに、水素ガスに露出される。

いくつかの実施形態では、上述したＡＬＤ堆積サイクル内へ、水素ガスのパルスが導入される。言い換えれば、ハロゲン化アルキル、パージ、水素ガス、パージ、金属前駆体、パージのパルスシーケンスに基板を露出させることができる。いくつかの実施形態では、基板が水素ガスの追加のパルスに露出され、それに続いて金属前駆体への露出後にパージされる。いくつかの実施形態では、基板が水素ガスの追加のパルスに露出され、それに続いてハロゲン化アルキルへの露出後にパージされる。いくつかの実施形態では、金属前駆体および／またはハロゲン化アルキルへの各露出間のパージ段階は、すべてではなくいくつかのサイクルで実行される。

いくつかの実施形態では、上述したＣＶＤ堆積サイクル内へ、水素ガスの露出が導入される。言い換えれば、基板をハロゲン化アルキルに浸漬し、水素ガスに露出させ、金属前駆体に露出させることができる。いくつかの実施形態では、基板は、金属前駆体への露出前に水素ガスに露出される。いくつかの実施形態では、水素ガスおよび金属前駆体が同時に流される。

いくつかの実施形態では、基板の所定の区域は、水素（Ｈ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）、またはアルゴン（Ａｒ）のうちの１つまたは複数を含むプラズマに露出される。いくつかの実施形態では、表面を不活性化するために使用されるプラズマは、低出力のプラズマである。いくつかの実施形態では、プラズマは、約５０Ｗ～約５００Ｗの範囲内、約５０Ｗ～約３００Ｗの範囲内、約５０Ｗ～約２００Ｗの範囲内、または約５０Ｗ～約１００Ｗの範囲内の出力を有する。

いくつかの実施形態では、プラズマ露出時間は、約３０秒以下、約２０秒以下、約１５秒以下、約１０秒以下、約５秒以下、または約２秒以下である。

いくつかの実施形態では、プラズマは、伝導結合プラズマ（ＣＣＰ）である。いくつかの実施形態では、プラズマは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）である。いくつかの実施形態では、プラズマは、処理環境内に生成された直接プラズマである。いくつかの実施形態では、プラズマは、処理環境の外側に生成された遠隔プラズマである。

いくつかの実施形態では、上述したＡＬＤ堆積サイクル内へ、プラズマパルスが導入される。いくつかの実施形態では、プラズマパルスは、ＡＬＤ堆積サイクルに関して上述した水素ガスのパルスに取って代わる。

いくつかの実施形態では、上述したＣＶＤ堆積サイクル内へ、プラズマパルスが導入される。いくつかの実施形態では、プラズマパルスは、ＣＶＤ堆積サイクルに関して上述した水素ガスの露出に取って代わる。

図１１は、本開示の１つまたは複数の実施形態による継ぎ目のない間隙充填のためのプロセスを示す。示されている基板１１００は、少なくとも１つの特徴１１０５を有し、特徴１１０５は、特徴１１０５の底部１１０６の第１の金属１１１０と、少なくとも１つの誘電体側壁１１２０とを有する。第１の金属１１１０は、特徴１１０５内に露出された第１の金属面１１１１を有する。誘電体側壁１１２０は、特徴１１０５の外側の頂面１１２１と、特徴１１０５内の１つまたは複数の側壁面１１２２とを有する。

いくつかの実施形態では、基板１１００は、任意の洗浄プロセスに露出される。洗浄プロセスは、特徴１１０５の底部１１０６の第１の金属面１１１１を洗浄する。いくつかの実施形態では、洗浄プロセスは、第１の金属面１１１１から酸化物を除去する。いくつかの実施形態の洗浄プロセスは、水素の有無にかかわらず基板のガス抜き、水素の有無にかかわらずアルゴンスパッタ、水蒸気洗浄、またはＡＰＣ洗浄を含む。

いくつかの実施形態では、触媒強化化学気相堆積（ＣＥＣＶＤ）プロセスを使用して、金属膜１１３０が堆積される。金属膜１１３０（たとえば、ルテニウム膜）が第１の金属１１１０上に選択的に堆積されて、第１の金属面１１１１を覆う。金属膜１１３０は、金属膜１１３１の頂面が誘電体１１２０の頂面１１２１より下にくるように、特徴１１０５を部分的に充填する厚さまで堆積される。

任意に、金属膜１１３０の頂面１１３１上に阻止層１１４０が形成される。阻止層１１４０は、金属膜１１３０の頂面１１３１上でライナ材料の堆積を防止することができることが当業者には知られている任意の好適な材料とすることができる。いくつかの実施形態では、阻止層１１４０は、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）を含む。

いくつかの実施形態では、誘電体１１２０の誘電体側壁１１２２および頂面１１２１上に共形ライナ１１５０が形成される。いくつかの実施形態では、金属膜１１３０の頂面１１３１上または任意の阻止層１１４０上に、共形ライナ１１５０は実質的に形成されない。このようにして使用されるとき、「実質的に～ない」という用語は、金属膜１１３０または任意の阻止層１１４０の表面積の約１０％、５％、２％、または１％以下に、ライナ材料が堆積されていることを意味する。これは、側壁が金属膜または任意の阻止層の頂面に交わる側壁の縁部を含まない。いくつかの実施形態では、共形ライナ１１５０は、約３０Å、２５Å、または２０Å以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、共形ライナ１１５０は、連続する膜を形成するのに十分な厚さを有する。いくつかの実施形態では、共形ライナ１１５０は、窒化チタン（ＴｉＮ）および／または窒化タンタル（ＴａＮ）を含む。

いくつかの実施形態では、阻止層１１４０は、任意に、金属膜１１３０の頂面１１３１から除去される。阻止層１１４０は、当業者には知られている任意の好適な技法によって除去することができる。

いくつかの実施形態では、特徴１１０５は、金属膜１１３０で充填されて、誘電体側壁および誘電体の頂面上の共形ライナ１１５０を覆うオーバーバーデン１１３３を形成する。

いくつかの実施形態では、任意に、金属膜１１３０をアニーリングして、この膜の何らかの特性を変化させて、アニーリングされた金属膜１１６０を形成する。たとえば、いくつかの実施形態では、金属膜１１３０をアニーリングして、膜の密度を増大させる。アニーリングは、当業者には知られている任意の好適な条件下で、任意の好適な技法によって行うことができる。

いくつかの実施形態では、アニーリングされた金属膜１１６０（またはアニーリングされていない場合、金属膜１１３０）の一部分が、任意の好適な技法によって除去される。いくつかの実施形態では、アニーリングされた金属膜１１６０（または金属膜１１３０）の一部分、および共形ライナ１１５０の少なくとも一部が除去されて、誘電体１１２０の頂面１１２１を露出させる。いくつかの実施形態では、アニーリングされた金属膜１１６０（または金属膜１１３０）の一部分および誘電体１１２０の一部分、ならびに共形ライナ１１５０の少なくとも一部が除去される。いくつかの実施形態では、共形ライナ１１５０のすべてが除去される。いくつかの実施形態では、アニーリングされた金属膜１１６０（または金属膜１１３０）、共形ライナ１１５０、および誘電体１１２０の一部が、化学機械平坦化によって除去される。

いくつかの実施形態では、金属膜１１３０の形成前に、阻止層１１４０または共形ライナ１１５０のうちの１つまたは複数が堆積され、したがって阻止層１１４０が第１の金属１１１０上に直接形成される。いくつかの実施形態では、金属膜１１３０を堆積させる前に、阻止層１１４０が第１の金属１１１０の表面から除去される。この種のいくつかの実施形態では、金属膜１１３０の堆積は、最初にＡＬＤプロセスによって、次いでＣＥＣＶＤプロセスによって進められて、金属膜を成長させる。

いくつかの実施形態では、原子層堆積および触媒強化化学気相堆積の組合せが使用される。いくつかの実施形態のＡＬＤ部分は、金属前駆体（たとえば、ルテニウム前駆体）の浸漬、パージ、触媒前駆体（たとえば、ヨウ素前駆体）の浸漬、およびパージというシーケンスをたどる。いくつかの実施形態によるＡＬＤ部分中の個々の露出は、短い持続時間を有する。いくつかの実施形態では、浸漬部分は、１０秒、５秒、４秒、３秒、または２秒未満で実行される。いくつかの実施形態では、金属前駆体は、浸漬は、触媒前駆体の浸漬より長い。いくつかの実施形態では、パージ部分は、５秒、４秒、３秒、２秒、または１秒未満で実行される。プロセスのＣＥＣＶＤ部分は、ＡＬＤ区分に結合されるか否かにかかわらず、典型的により長いパルス時間および異なるパルスシーケンスを有する。いくつかの実施形態のＣＥＣＶＤシーケンスは、触媒前駆体の浸漬を含み、それに続いて金属前駆体の浸漬、次いでパージを含む。いくつかのＣＥＣＶＤ実施形態の触媒前駆体の浸漬は、５秒～３００秒、１０秒～２４０秒、１５秒～２１０秒、２０秒～１８０秒、２５秒～１２０秒、または３０秒～６０秒の範囲内の持続時間を有する。いくつかの実施形態では、いくつかのＣＥＣＶＤ実施形態の金属前駆体の浸漬は、２０秒～１２００秒、３０秒～８００秒、４０秒～６００秒、５０秒～４５０秒、または６０秒～３００秒の範囲内の持続時間を有する。いくつかの実施形態では、触媒の浸漬は、金属の浸漬より短い持続時間を有する。いくつかの実施形態では、パージは、１秒～１００秒、２秒～８０秒、３秒～６０秒、４秒～３０秒、または５秒～１０秒の範囲内の持続時間を有する。

いくつかの実施形態では、プロセスは、第２の金属の厚さを構築するために、最初のＡＬＤ式のプロセスを含む。第２の金属の所定の厚さが形成された後、所定の厚さを有する膜を成長させるまで、ＣＥＣＶＤプロセスが繰返し実行される。いくつかの実施形態では、ＣＥＣＶＤプロセスは、選択的なＡＬＤプロセスによって堆積される最初の金属層がなければ、第２の金属の成長にとって効果的でない。いくつかの実施形態のＡＬＤ式のシーケンスは、ＣＥＣＶＤプロセスより速い速度で第２の金属を堆積させる。いくつかの実施形態では、金属膜１１３０を所定の厚さ（たとえば、特徴の頂部）まで形成した後、プロセスシーケンスはＡＬＤ式のシーケンスに切り換わる。次いで、本明細書に記載するように、金属膜をさらに処理することができる。

本明細書全体にわたって、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つまたは複数の実施形態」、または「実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、材料、または特性が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたって様々な箇所における「１つまたは複数の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」、または「実施形態では」などの語句の記載は、必ずしも本開示の同じ実施形態を参照するわけではない。さらに、１つまたは複数の実施形態では、特定の特徴、構造、材料、または特性を任意の好適な形で組み合わせることができる。

本明細書の開示について、特定の実施形態を参照して説明したが、これらの実施形態は本開示の原理および応用例の単なる例示であることを理解されたい。本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示の方法および装置に様々な変更および変形を加えることができることが、当業者には明らかであろう。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内の変更形態および変形形態を含むことが意図される。

Claims (15)

1. 継ぎ目のない間隙充填を形成する方法であって、底部および側壁を含む少なくとも１つの特徴を有する基板を金属前駆体およびハロゲン化アルキル触媒に順次露出させ、前記基板が堆積温度で維持されて、前記少なくとも１つの特徴の前記底部に第２の金属膜を形成することを含み、前記少なくとも１つの特徴の前記底部が第１の金属を含み、前記少なくとも１つの特徴の前記側壁が誘電体を含み、前記金属前駆体が、前記堆積温度を上回る分解温度を有し、前記ハロゲン化アルキルが炭素およびハロゲンを含み、前記ハロゲンが臭素またはヨウ素を含み、
   前記第２の金属膜の頂面上に阻止膜を選択的に形成することと、
   前記側壁及び前記側壁の頂面上にライナを形成することであり、前記ライナが実質的に前記第２の金属膜の前記頂面上には形成されない、形成することと、
   前記第２の金属膜の前記頂面から前記阻止層を除去することと、
   前記少なくとも１つの特徴を前記第２の金属膜で充填して、前記側壁および前記側壁の前記頂面上の前記ライナを覆うことと、
   前記第２の金属膜および前記誘電体の一部分、ならびに前記ライナの少なくとも一部を除去して、継ぎ目のない間隙充填を形成することと
   を含む、方法。
2. 前記特徴の前記底部の前記第１の金属が、モリブデン、ルテニウム、コバルト、銅、白金、ニッケル、またはタングステンのうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記金属膜が、タングステン、ルテニウム、モリブデン、または銅のうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記金属前駆体が、アルキル置換ベンゼン環および開環または閉環ジエンのうちの１つまたは複数に結合された金属原子を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記ハロゲン化アルキルが、ヨードエタンまたはジヨードメタンからなる、請求項１に記載の方法。
6. 前記金属膜が、前記側壁に比べて前記特徴の前記底部に選択的に形成される、請求項１に記載の方法。
7. 前記金属前駆体および前記ハロゲン化アルキル触媒が、サイクル内で前記基板に別個に順次露出される、請求項１に記載の方法。
8. 前記金属前駆体の露出前に、前記ハロゲン化アルキル触媒が前記基板に露出されて、前記特徴の前記金属底部上に触媒層を形成する、請求項７に記載の方法。
9. 前記特徴の前記金属底部上に前記触媒層を有する前記基板を異方性エッチングに露出させて、あらゆる触媒を前記誘電体から除去することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記金属膜が、約０．８Å／サイクル以上の成長速度を有する、請求項８に記載の方法。
11. 前記金属前駆体およびハロゲン化アルキル触媒への露出前に、前記特徴の前記底部の前記第１の金属を洗浄して、前記第１の金属から酸化物を除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 継ぎ目のない間隙充填を形成する方法であって、
    基板上の特徴内に第２の金属膜を堆積させて、前記特徴を前記第２の金属膜で部分的に充填することであり、前記特徴が底部および少なくとも１つの誘電体側壁を含み、前記底部が第１の金属を含み、前記第１の金属が、第１の金属材料を含み、前記第１の金属が、前記特徴内に露出された第１の金属面を有し、前記少なくとも１つの誘電体側壁が、前記特徴の外側の頂面と前記特徴内の１又は複数の誘電体側壁面とを有し、前記第２の金属膜が、第２の金属材料を含み、前記第２の金属膜が、前記特徴内の前記１又は複数の誘電体側壁面に比べて前記第１の金属面上に直接的かつ選択的に形成しており、前記第２の金属膜が、前記少なくとも１つの誘電体側壁の前記頂面より下に頂面を有する、充填することと、
    前記特徴内の前記１又は複数の誘電体側壁面に、前記第２の金属膜より上までライナを堆積させることと、
    前記特徴を前記第２の金属材料で充填して、前記ライナおよび前記少なくとも１つの誘電体側壁の前記頂面を覆うことと、
    前記第２の金属膜および前記誘電体の一部と、前記ライナの少なくとも一部と、を除去して、継ぎ目のない間隙充填を形成することとを含み、
    前記ライナを堆積させる前に、前記第２の金属膜の前記頂面に阻止層を形成することをさらに含み、前記阻止層が、前記第２の金属膜の前記頂面上での前記ライナの形成を防止し、
    前記ライナを形成した後、前記特徴を前記第２の金属材料で充填する前に、前記阻止層を前記第２の金属膜の前記頂面から除去することをさらに含む、方法。
13. 前記特徴を前記第２の金属材料で充填した後、前記第２の金属材料を前記少なくとも１つの誘電体側壁の前記頂面から除去する前に、前記第２の金属膜をアニーリングすることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１の金属材料が、コバルト、タングステン、ルテニウム、またはモリブデンのうちの１つまたは複数を含み、前記第２の金属材料が、タングステン、ルテニウム、またはモリブデンのうちの１つまたは複数を含む、請求項１２に記載の方法。
15. 継ぎ目のない間隙充填を形成する方法であって、
    （ａ）基板内の特徴の底部を洗浄することであり、前記特徴が、底部及び少なくとも１つの誘電体側壁を含み、前記底部が、第１の金属を含み、前記第１の金属が、前記特徴内に露出された第１の金属面を有し、前記少なくとも１つの誘電体側壁が、前記特徴の外側の頂面と前記特徴内の１又は複数の誘電体側壁面とを有する、洗浄することと、
    （ｂ）前記特徴内の前記１又は複数の誘電体側壁面に比べて前記第１の金属面上に直接的に前記特徴内にルテニウム膜を選択的に堆積させることであり、前記ルテニウム膜の頂面が前記少なくとも１つの誘電体側壁の前記頂面より下になるように、前記ルテニウム膜が前記特徴を部分的に充填する、堆積させることと、
    （ｃ）前記ルテニウム膜の前記頂面上に阻止層を選択的に形成することと、
    （ｄ）前記１又は複数の誘電体側壁面および前記少なくとも１つの誘電体側壁の前記頂面上に共形ライナを形成することであり、前記共形ライナが実質的に前記ルテニウム膜の前記頂面上には形成されない、形成することと、
    （ｅ）前記ルテニウム膜の前記頂面から前記阻止層を除去することと、
    （ｆ）前記特徴を前記ルテニウムで充填して、前記１又は複数の誘電体側壁面および前記少なくとも１つの誘電体側壁の前記頂面上の前記共形ライナを覆うことと、
    （ｇ）前記ルテニウム膜をアニーリングすることと、
    （ｈ）前記ルテニウム膜および前記誘電体の一部分、ならびに前記ライナの少なくとも一部を除去して、継ぎ目のないルテニウムの間隙充填を形成することとを含む、方法。