JP2009024252A - Atomic layer deposition process for tungsten material - Google Patents

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カーンデルウェル アミット
Madhu Moorthy
ムーアシー マデュ
Avgerinos V Gelatos
ヴイ． ジェラトス アヴェジェリノス
Kai Wu
ウー カイ
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    • C23C16/06—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
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    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an improved process where, using an ALD process, a tungsten-containing material having satisfactory uniformity, hardly having contamination or having no contamination at all, and also having high electrical conductivity, i.e., low resistivity. <P>SOLUTION: In one embodiment, the method for forming a tungsten-containing material on a substrate comprises: a step for positioning a substrate inside a process chamber, where the substrate comprises a base layer arranged thereon; and a step for successively exposing the substrate to a tungsten precursor and a reduction gas, so as to deposit a tungsten nucleation layer on the base layer upon an ALD process, where the reduction gas has a hydrogen/hydride flow ratio satisfying about 40:1, 100:1, 500:1, 800:1, 1,000:1 or more; and a step for depositing a tungsten bulk layer on the tungsten nucleation layer. The reduction gas comprises a hydride compound such as diborane, silane or a disilane. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

発明の背景Background of the Invention

発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、基板の処理、より具体的には、気相堆積プロセスを使用して基板上にタングステン層を堆積することに関する。 Field of Invention
[0001] Embodiments of the present invention relate to processing of a substrate, and more particularly, to depositing a tungsten layer on a substrate using a vapor deposition process.

従来技術の説明
[0002]半導体処理産業、ならびに基板処理技術を利用する他の産業は、より大きな表面積を有する基板上に堆積された層の均一性を増大させる一方で、より大きな生産歩留まりを得ようと努力し続けている。新たな材料と関連するこれらの要因もまた、基板の単位面積あたりのより高い回路集積を提供する。回路集積が増大すると、層の厚さに関するより大きな均一性およびプロセスコントロールの必要性が生じる。結果として、層の特徴に対するコントロールを維持しつつコスト効率よく基板上に層を堆積するための種々の技術が開発されてきた。 Description of prior art
[0002] The semiconductor processing industry, as well as other industries that utilize substrate processing technology, strives to obtain greater production yields while increasing the uniformity of layers deposited on substrates with larger surface areas. continuing. These factors associated with new materials also provide higher circuit integration per unit area of the substrate. As circuit integration increases, there is a need for greater uniformity and process control with respect to layer thickness. As a result, various techniques have been developed to cost-effectively deposit layers on a substrate while maintaining control over the layer characteristics.

[0003]化学気相堆積法（ＣＶＤ）は、基板上に層を堆積するために用いられる最も一般的な堆積プロセスの１つである。ＣＶＤは、均一な厚さの所望の層を生成するために、処理チャンバに導入される基板温度および前駆体の正確なコントロールを必要とするフラックス依存堆積技術である。これらの要件は、基板サイズが増大するに伴ってより重要になり、チャンバ設計およびガス流の技術におけるさらなる複雑さが適切な均一性を維持する必要性をもたらした。   [0003] Chemical vapor deposition (CVD) is one of the most common deposition processes used to deposit layers on a substrate. CVD is a flux-dependent deposition technique that requires precise control of the substrate temperature and precursor introduced into the processing chamber in order to produce a desired layer of uniform thickness. These requirements became more important as the substrate size increased, and further complexity in the chamber design and gas flow techniques led to the need to maintain proper uniformity.

[0004]優れたステップカバレージを明示するＣＶＤの変形例は周期堆積つまり原子層堆積法（ＡＬＤ）である。周期堆積は原子層エピタキシー（ＡＬＥ）に基づいており、また連続サイクルで基板表面上に前駆体分子を送出する化学吸着技術を用いている。サイクルは基板表面を第１の前駆体、パージガス、第２の前駆体およびパージガスに曝す。第１および第２の前駆体は反応して、基板表面上に生成化合物を膜として形成する。サイクルは反復されて、層を所望の厚さに形成する。   [0004] A variation of CVD that demonstrates superior step coverage is periodic deposition or atomic layer deposition (ALD). Periodic deposition is based on atomic layer epitaxy (ALE) and uses a chemisorption technique that delivers precursor molecules onto the substrate surface in a continuous cycle. The cycle exposes the substrate surface to a first precursor, a purge gas, a second precursor, and a purge gas. The first and second precursors react to form the product compound as a film on the substrate surface. The cycle is repeated to form the layer to the desired thickness.

[0005]適切なステップカバレージを提供しつつ高堆積レートで膜層を形成することは、一方を取得するためにはもう一方の犠牲をしばしば必要とする対立特徴である。この対立は、耐熱金属層が、誘電層によって分離されている隣接金属層を相互接続するコンタクトの形成時にギャップやビア上に堆積される場合にとりわけ当てはまる。歴史的に、ＣＶＤ技術は、コンタクトを安価かつ迅速に形成するために耐熱金属などの導電性材料を堆積するために用いられてきた。半導体回路の集積の増大によって、タングステンが優れたステップカバレージに基づいて使用されてきた。結果として、ＣＶＤ技術を用いるタングステンの堆積は、プロセスの高スループットゆえに半導体処理における広範な用途を享受している。   [0005] Forming a film layer at a high deposition rate while providing adequate step coverage is an opposing feature that often requires the sacrifice of the other to obtain one. This conflict is especially true when a refractory metal layer is deposited over a gap or via during the formation of a contact that interconnects adjacent metal layers separated by a dielectric layer. Historically, CVD techniques have been used to deposit conductive materials such as refractory metals to form contacts inexpensively and quickly. With the increasing integration of semiconductor circuits, tungsten has been used on the basis of excellent step coverage. As a result, tungsten deposition using CVD technology enjoys widespread use in semiconductor processing due to the high throughput of the process.

[0006]しかしながら、従来のＣＶＤ方法によるタングステンの堆積は複数の欠点を伴っている。例えば、ＡＬＤプロセスは、高アスペクト比（例えば、２０）を含有するビアにタングステン膜を堆積するのに対して、従来のＣＶＤプロセスは普通、類似のビアを「ピンチオフ」させて、完全に充填させない。また、半導体ウェーハ上へのタングステン層のブランケット堆積は、４００℃未満の温度では時間がかかる。タングステンの堆積レートは、例えば約５００℃〜約５５０℃に堆積温度を増大させることによって改良可能である。しかしながら、このより高い範囲の温度は、形成中の集積回路の下地部分の構造的かつ動作的一体性を妥協することがある。タングステンの使用はまた、シリコンの反射率（厚さおよび波長依存的）の７０％以下を有する比較的粗い表面をもたらすため、製造プロセス時にフォトリソグラフィステップを挫折した。さらに、タングステンは均一な堆積が困難であることを証明している。不良な表面均一性は通常膜抵抗率を増大させる。   [0006] However, tungsten deposition by conventional CVD methods has several drawbacks. For example, ALD processes deposit tungsten films on vias that contain high aspect ratios (eg, 20), whereas conventional CVD processes usually “pinch off” similar vias and not fill completely. . Also, blanket deposition of a tungsten layer on a semiconductor wafer takes time at temperatures below 400 ° C. The deposition rate of tungsten can be improved, for example, by increasing the deposition temperature to about 500 ° C to about 550 ° C. However, this higher range of temperatures may compromise the structural and operational integrity of the underlying portion of the integrated circuit being formed. The use of tungsten has also frustrated the photolithography step during the manufacturing process because it results in a relatively rough surface with 70% or less of the silicon reflectivity (thickness and wavelength dependent). In addition, tungsten has proven difficult to deposit uniformly. Poor surface uniformity usually increases film resistivity.

[0007]従って、ＡＬＤプロセスを使用して、均一性が良好で、ほとんどまたは全く汚染がなく、かつ導電率が高いつまり抵抗率が低いタングステン含有材料を堆積するための改良された方法が必要である。   [0007] Therefore, there is a need for an improved method for depositing tungsten-containing materials using the ALD process that has good uniformity, little or no contamination, and high electrical conductivity, ie low resistivity. is there.

発明の概要Summary of the Invention

[0008]本発明の実施形態は、タングステン含有材料を堆積するための改良されたプロセスを提供する。該プロセスは含浸プロセスと、原子層堆積法（ＡＬＤ）などの気相堆積プロセスとを利用して、導電率、表面均一性および生産レベルスループットがかなり改良されたタングステン含有材料を提供する。一実施形態では、プロセスチャンバ内に基板を位置決めするステップであって、該基板がこの上に配置されている下地層を含有しているステップと、該基板をタングステン前駆体および還元ガスに順次曝して、原子層堆積プロセス時に該下地層上にタングステン核形成層を堆積するステップであって、該還元ガスが約４０：１以上の水素／ハイドライド流量比を含有しているステップと、該タングステン核形成層上にタングステンバルク層を堆積するステップとを含む、基板上にタングステン含有材料を形成するための方法が提供される。該還元ガスは、シラン、ジシラン、ジボラン、ホスフィン、これらの誘導体またはこれらの組合せなどのハイドライド化合物を含有している。   [0008] Embodiments of the present invention provide an improved process for depositing tungsten-containing materials. The process utilizes an impregnation process and a vapor deposition process such as atomic layer deposition (ALD) to provide tungsten-containing materials with significantly improved conductivity, surface uniformity, and production level throughput. In one embodiment, positioning a substrate within a process chamber, the substrate containing an underlying layer disposed thereon, and sequentially exposing the substrate to a tungsten precursor and a reducing gas. Depositing a tungsten nucleation layer on the underlayer during an atomic layer deposition process, wherein the reducing gas contains a hydrogen / hydride flow ratio of about 40: 1 or more; Depositing a tungsten bulk layer on the forming layer, and providing a method for forming a tungsten-containing material on the substrate. The reducing gas contains a hydride compound such as silane, disilane, diborane, phosphine, derivatives thereof, or combinations thereof.

[0009]一部の実施例では、該還元ガスの該水素／ハイドライド流量比は約１００：１以上、例えば約５００：１以上、例えば約８００：１、約１，０００：１、約１，２００：１以上である。該ハイドライド化合物は、約１ｓｃｃｍ〜約４０ｓｃｃｍ、好ましくは約３ｓｃｃｍ〜約３０ｓｃｃｍ、より好ましくは約５ｓｃｃｍ〜約１５ｓｃｃｍの範囲内の流量を有してもよい。該還元ガスは、約１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍ、好ましくは約３ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍ、より好ましくは約５ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内の流量を有する水素を含有する。   [0009] In some embodiments, the hydrogen / hydride flow ratio of the reducing gas is about 100: 1 or higher, such as about 500: 1 or higher, such as about 800: 1, about 1,000: 1, about 1, 200: 1 or more. The hydride compound may have a flow rate in the range of about 1 seem to about 40 seem, preferably about 3 seem to about 30 seem, more preferably about 5 seem to about 15 seem. The reducing gas contains hydrogen having a flow rate in the range of about 1 slm to about 20 slm, preferably about 3 slm to about 15 slm, more preferably about 5 slm to about 10 slm.

[0010]一部の実施形態では、該方法はさらに、該タングステン核形成層を堆積する前に、事前含浸プロセス時に還元剤を含有する事前含浸ガスに該下地層を曝すステップを含む。他の実施形態では、該方法は、事後含浸プロセス時に還元剤を含有する事後含浸ガスに該タングステン核形成層を曝すステップを含んでもよい。該還元剤は、シラン、ジシラン、ジボラン、ホスフィン、これらの誘導体またはこれらの組合せを含有してもよい。該基板は、約５秒〜約６０秒、好ましくは約１０秒〜約３０秒、より好ましくは約１５秒〜約２０秒の範囲内の期間該還元剤に曝されてもよい。一部の実施例では、該事前含浸ガスや該事後含浸ガスは独立して、約４０：１以上、例えば１００：１、約５００：１、約８００：１、約１，０００：１、約１，２００：１以上の水素／ハイドライド流量比を含有してもよい。   [0010] In some embodiments, the method further includes exposing the underlayer to a pre-impregnation gas containing a reducing agent during a pre-impregnation process prior to depositing the tungsten nucleation layer. In other embodiments, the method may include exposing the tungsten nucleation layer to a post-impregnation gas containing a reducing agent during the post-impregnation process. The reducing agent may contain silane, disilane, diborane, phosphine, derivatives thereof or combinations thereof. The substrate may be exposed to the reducing agent for a period in the range of about 5 seconds to about 60 seconds, preferably about 10 seconds to about 30 seconds, more preferably about 15 seconds to about 20 seconds. In some embodiments, the pre-impregnation gas and the post-impregnation gas are independently about 40: 1 or more, such as 100: 1, about 500: 1, about 800: 1, about 1,000: 1, about A hydrogen / hydride flow ratio of 1,200: 1 or greater may be included.

[0011]一部の実施例では、該基板は、該ＡＬＤプロセス、該事前含浸プロセスまたは該事後含浸プロセス時に約２００℃〜約６００℃、好ましくは約３００℃〜約５００℃、より好ましくは約３５０℃〜約４２０℃、より好ましくは約３７５℃〜約４００℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。該プロセスチャンバは、該ＡＬＤプロセス、該事前含浸プロセスおよび／または該事後含浸プロセス時に約１トール〜約３００トール、好ましくは約１トール〜約１００トール、より好ましくは約１０トール〜約５０トール、より好ましくは約２０トール〜約４０トールの範囲内の内部圧力を有してもよい。   [0011] In some embodiments, the substrate is about 200 ° C. to about 600 ° C., preferably about 300 ° C. to about 500 ° C., more preferably about 200 ° C. during the ALD process, the pre-impregnation process or the post-impregnation process. It may be heated to a temperature in the range of 350 ° C to about 420 ° C, more preferably about 375 ° C to about 400 ° C. The process chamber is about 1 to about 300 torr, preferably about 1 to about 100 torr, more preferably about 10 to about 50 torr during the ALD process, the pre-impregnation process and / or the post-impregnation process. More preferably, it may have an internal pressure in the range of about 20 Torr to about 40 Torr.

[0012]該タングステンバルク層は、六フッ化タングステンおよび水素ガスを該プロセスチャンバに同時に流すなど、従来の化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスによって堆積されてもよい。該タングステンバルク層は、約２０Ωμ−ｃｍ以下、好ましくは約１６Ωμ−ｃｍ以下、例えば約１０Ωμ−ｃｍ以下、好ましくは約９Ωμ−ｃｍ以下、より好ましくは約８Ωμ−ｃｍ以下、より好ましくは約７Ωμ−ｃｍ以下の、基板全体で測定される抵抗率を有してもよい。該タングステン核形成層は、約２Å〜約２００Åの範囲内、例えば約５０Å未満の厚さを有してもよい。   [0012] The tungsten bulk layer may be deposited by a conventional chemical vapor deposition (CVD) process, such as simultaneously flowing tungsten hexafluoride and hydrogen gas into the process chamber. The tungsten bulk layer is about 20 Ωμ-cm or less, preferably about 16 Ωμ-cm or less, such as about 10 Ωμ-cm or less, preferably about 9 Ωμ-cm or less, more preferably about 8 Ωμ-cm or less, more preferably about 7 Ωμ-cm. It may have a resistivity measured on the entire substrate of cm or less. The tungsten nucleation layer may have a thickness in the range of about 2 mm to about 200 mm, for example less than about 50 mm.

[0013]一実施形態では、該下地層は、金属チタン、窒化チタン、金属タンタル、窒化タンタル、これらのシリサイド、これらの誘導体、これらの合金またはこれらの組合せを含有してもよいバリア層である。該バリア層は、ＡＬＤプロセス、ＣＶＤプロセスまたは物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスによって堆積されてもよい。別の実施形態では、該下地層は、ルテニウム、ニッケル、コバルト、金属タングステン、窒化タングステン、これらのシリサイド、これらの誘導体、これらの合金またはこれらの組合せを含有してもよい核形成／バリア層である。該核形成／バリア層はＡＬＤプロセスまたはＰＶＤプロセスによって堆積されてもよい。   [0013] In one embodiment, the underlayer is a barrier layer that may contain metallic titanium, titanium nitride, metallic tantalum, tantalum nitride, silicides thereof, derivatives thereof, alloys thereof, or combinations thereof. . The barrier layer may be deposited by an ALD process, a CVD process or a physical vapor deposition (PVD) process. In another embodiment, the underlayer is a nucleation / barrier layer that may contain ruthenium, nickel, cobalt, metallic tungsten, tungsten nitride, silicides thereof, derivatives thereof, alloys thereof, or combinations thereof. is there. The nucleation / barrier layer may be deposited by an ALD process or a PVD process.

[0014]一実施例では、プロセスチャンバ内に基板を位置決めするステップであって、該基板がこの上に配置されている下地層を含有しているステップと、該基板をタングステン前駆体および還元ガスに順次曝して、ＡＬＤプロセス時に該下地層上にタングステン核形成層を堆積するステップであって、該還元ガスが約４０：１以上の水素／ジボラン流量比を含有しているステップと、該タングステン核形成層上にタングステンバルク層を堆積するステップとを含む、基板上にタングステン含有材料を形成するための方法が提供される。   [0014] In one embodiment, positioning a substrate within a process chamber, the substrate containing an underlying layer disposed thereon, the substrate with a tungsten precursor and a reducing gas. Depositing a tungsten nucleation layer on the underlayer during an ALD process, wherein the reducing gas contains a hydrogen / diborane flow ratio of about 40: 1 or more, and the tungsten Depositing a tungsten bulk layer on the nucleation layer, and providing a method for forming a tungsten-containing material on the substrate.

[0015]該方法はさらに、該タングステン核形成層を堆積する前に、事前含浸プロセス時に還元剤（例えば、ジボランやシラン）を含有する事前含浸ガスに該下地層を曝すステップを含んでもよい。該方法はまた、事後含浸プロセス時に還元剤（例えば、ジボランやシラン）を含有する事後含浸ガスに該タングステン核形成層を曝すステップを含んでもよい。一部の実施例では、該還元ガスの該水素／ジボラン流量比は約１００：１以上、例えば約５００：１、約８００：１、約１，０００：１以上である。該ジボランは、約１ｓｃｃｍ〜約４０ｓｃｃｍ、好ましくは約３ｓｃｃｍ〜約３０ｓｃｃｍ、より好ましくは約５ｓｃｃｍ〜約１５ｓｃｃｍの範囲内の流量を有してもよい。該還元ガスは、約１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍ、好ましくは約３ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍ、より好ましくは約５ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内の流量を有する水素を含有してもよい。   [0015] The method may further include exposing the underlayer to a pre-impregnation gas containing a reducing agent (eg, diborane or silane) during the pre-impregnation process prior to depositing the tungsten nucleation layer. The method may also include exposing the tungsten nucleation layer to a post-impregnation gas containing a reducing agent (eg, diborane or silane) during the post-impregnation process. In some embodiments, the hydrogen / diborane flow ratio of the reducing gas is about 100: 1 or greater, such as about 500: 1, about 800: 1, or about 1,000: 1 or greater. The diborane may have a flow rate in the range of about 1 sccm to about 40 sccm, preferably about 3 sccm to about 30 sccm, more preferably about 5 sccm to about 15 sccm. The reducing gas may contain hydrogen having a flow rate in the range of about 1 slm to about 20 slm, preferably about 3 slm to about 15 slm, more preferably about 5 slm to about 10 slm.

[0016]本発明の上記引用された特徴が詳細に理解されるように、上記簡潔に要約された本発明のより具体的な説明は実施形態を参照してなされてもよく、この一部は添付の図面に図示されている。しかしながら、添付の図面は本発明の通常の実施形態のみを図示しており、また本発明は他の等しく効果的な実施形態を認めてもよいため、従ってこの範囲を制限するものとみなされるべきではない点に注目する。   [0016] To provide a thorough understanding of the above-cited features of the invention, a more specific description of the invention briefly summarized above may be made by reference to the embodiments, some of which are It is illustrated in the accompanying drawings. However, the attached drawings illustrate only typical embodiments of the invention, and the invention may recognize other equally effective embodiments and therefore should be regarded as limiting the scope thereof. Note that this is not the case.

詳細な説明Detailed description

[0024]本発明の実施形態は、タングステン含有材料を堆積するための改良されたプロセスを提供する。本プロセスは、事前含浸および事後含浸プロセスとＡＬＤプロセス時の高水素／還元剤比を利用して、導電率、表面均一性および生産レベルスループットが大きく改良されたタングステン含有材料を提供する。一実施形態では、基板をタングステン前駆体および還元剤に順次曝して、ＡＬＤプロセス時に下地層（例えば、バリア層）上にタングステン核形成層を堆積するステップであって、還元ガスが約４０：１以上の水素／ハイドライド流量比を有するステップを含む、基板上にタングステン含有材料を形成するための方法が提供される。一部の実施例では、還元ガスの水素／ハイドライド流量比は約１００：１、約５００：１、約８００：１、約１，０００：１、約１，２００：１以上である。還元ガスは、シラン、ジシラン、ボラン、ジボラン、ホスフィン、これらの誘導体またはこれらの組合せなどのハイドライド化合物を含有している。続いて、タングステンバルク層がタングステン核形成層上に堆積されてもよい。   [0024] Embodiments of the present invention provide an improved process for depositing tungsten-containing materials. The process utilizes a high hydrogen / reducing agent ratio during pre-impregnation and post-impregnation processes and ALD processes to provide tungsten-containing materials with greatly improved conductivity, surface uniformity and production level throughput. In one embodiment, sequentially exposing the substrate to a tungsten precursor and a reducing agent to deposit a tungsten nucleation layer on an underlying layer (eg, a barrier layer) during the ALD process, wherein the reducing gas is about 40: 1. A method is provided for forming a tungsten-containing material on a substrate comprising the steps of having the above hydrogen / hydride flow ratio. In some embodiments, the hydrogen / hydride flow ratio of the reducing gas is about 100: 1, about 500: 1, about 800: 1, about 1,000: 1, about 1,200: 1 or more. The reducing gas contains a hydride compound such as silane, disilane, borane, diborane, phosphine, derivatives thereof, or combinations thereof. Subsequently, a tungsten bulk layer may be deposited on the tungsten nucleation layer.

[0025]図１は、本発明の一実施形態に従った、改良されたタングステン含有膜を形成するための例示的プロセスシーケンス１００を図示している。処理される基板はまず、周期堆積を実行可能なプロセスチャンバにロードされて、この中に位置決めされ、プロセス条件が調整される（ステップ１１０）。基板は次いで含浸プロセスに曝され、約１秒〜約９０秒の範囲内で続く（ステップ１２０）。適切なキャリアガスを伴う１パルスのタングステン含有前駆体が処理チャンバに導入される（ステップ１３０）。１パルスのガスが次いでプロセスチャンバにパルスされて（ステップ１４０）、残渣タングステン含有前駆体や副生成物をパージまたは除去する。次に、適切なキャリアガスを伴う１パルスの還元剤または還元化合物がプロセスチャンバに導入される（ステップ１５０）。還元ガスは、含浸プロセス（ステップ１２０）に使用されるガスと同じ還元化合物を含有してもよく、あるいは代替的に、還元ガスは生産スループット要件およびデバイス用途に応じて異なる還元化合物を含有してもよい。１パルスのパージガスが次いで処理チャンバに導入されて（ステップ１６０）、残渣還元化合物をパージまたは除去する。   [0025] FIG. 1 illustrates an exemplary process sequence 100 for forming an improved tungsten-containing film, according to one embodiment of the invention. The substrate to be processed is first loaded into a process chamber capable of performing periodic deposition, positioned therein, and the process conditions are adjusted (step 110). The substrate is then subjected to an impregnation process and continues within a range of about 1 second to about 90 seconds (step 120). A pulse of tungsten-containing precursor with an appropriate carrier gas is introduced into the processing chamber (step 130). A pulse of gas is then pulsed into the process chamber (step 140) to purge or remove residual tungsten-containing precursors and by-products. Next, a pulse of reducing agent or reducing compound with an appropriate carrier gas is introduced into the process chamber (step 150). The reducing gas may contain the same reducing compound as that used in the impregnation process (step 120), or alternatively, the reducing gas contains a different reducing compound depending on production throughput requirements and device applications. Also good. A pulse of purge gas is then introduced into the processing chamber (step 160) to purge or remove residual reducing compounds.

[0026]適切なキャリアガスまたはパージガスは、ヘリウム、アルゴン、窒素、水素、フォーミングガスまたはこれらの組合せを含む。通常、ボランまたはシラン化合物を含有する還元ガスはまた水素を含んでおり、さらにアルゴンや窒素を含有してもよい。   [0026] Suitable carrier or purge gases include helium, argon, nitrogen, hydrogen, forming gas, or combinations thereof. Usually, the reducing gas containing borane or silane compound also contains hydrogen and may further contain argon or nitrogen.

[0027]ステップ１７０を参照すると、各堆積サイクル（ステップ１３０〜１６０）の後、特定の厚さを有するタングステン核形成層が基板表面上に堆積される。普通、各ＡＬＤサイクルは、約０．１Å〜約５Å以下の範囲内の厚さを有する層を形成してもよい。特定のデバイス要件に応じて、後続の堆積サイクルは、所望の厚さを有するタングステン核形成層を堆積するために必要とされることがある。従って、堆積サイクル（ステップ１３０〜１６０）は、タングステン膜の所望の厚さが達成されるまで反復可能である。核形成層は通常、約２Å〜約２００Åの範囲内の厚さに堆積される。その後、所望の厚さが達成されると、プロセスはステップ１８０で示されるように停止される。   [0027] Referring to step 170, after each deposition cycle (steps 130-160), a tungsten nucleation layer having a specific thickness is deposited on the substrate surface. Typically, each ALD cycle may form a layer having a thickness in the range of about 0.1 to about 5 inches. Depending on the specific device requirements, subsequent deposition cycles may be required to deposit a tungsten nucleation layer having the desired thickness. Thus, the deposition cycle (steps 130-160) can be repeated until the desired thickness of the tungsten film is achieved. The nucleation layer is typically deposited to a thickness in the range of about 2 to about 200 inches. Thereafter, when the desired thickness is achieved, the process is stopped as indicated at step 180.

[0028]適切なタングステン含有前駆体または化合物は、六フッ化タングステン（ＷＦ６）、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）、タングステンカルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）、ビス（シクロペンタジエニル）タングステンジクロライド（Ｃｐ２ＷＣｌ２）、メシチレンタングステントリカルボニル（Ｃ９Ｈ１２Ｗ（ＣＯ）３）またはこれらの誘導体を含む。適切な還元化合物および含浸化合物は、シラン化合物、ボラン化合物、ホスフィン化合物、アンモニア、アミン化合物、水素、これらの誘導体、これらの混合物またはこれらの組合せを含む。シラン化合物は、シラン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、クロロシラン、ジクロロシラン、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、メチルシランまたはこれらの誘導体を含む。ボラン化合物は、ボラン、ジボラン、トリボラン、テトラボラン、ペンタボラン、アルキルボラン（例えば、トリエチルボラン）またはこれらの誘導体を含む。複数の例は含浸プロセス用の還元ガスを提供して、シラン、ジシラン、ジボラン、水素、これらの誘導体、これらの混合物またはこれらの組合せを含有する。 [0028] Suitable tungsten-containing precursors or compounds include tungsten hexafluoride (WF 6 ), tungsten hexachloride (WCl 6 ), tungsten carbonyl (W (CO) 6 ), bis (cyclopentadienyl) tungsten dichloride ( Cp 2 WCl 2 ), mesitylene tungsten tricarbonyl (C 9 H 12 W (CO) 3 ) or derivatives thereof. Suitable reducing and impregnating compounds include silane compounds, borane compounds, phosphine compounds, ammonia, amine compounds, hydrogen, derivatives thereof, mixtures thereof or combinations thereof. The silane compound includes silane, disilane, trisilane, tetrasilane, chlorosilane, dichlorosilane, tetrachlorosilane, hexachlorodisilane, methylsilane, or derivatives thereof. Borane compounds include borane, diborane, triborane, tetraborane, pentaborane, alkylborane (eg, triethylborane) or derivatives thereof. Examples provide a reducing gas for the impregnation process and contain silane, disilane, diborane, hydrogen, derivatives thereof, mixtures thereof, or combinations thereof.

[0029]基板表面は概して、この上に配置されているバリア層を含有する。タングステン核形成層はバリア層上に堆積されてもよい。一実施形態では、基板表面は、基板が加熱されている間に事前含浸ガスに曝されてもよい。基板は、ステップ１１０または１２０時、かつプロセス１００時のステップ１３０〜１７０の間プロセス温度に加熱されてもよい。基板は、事前含浸プロセスの前またはこの最中に、例えば約１００℃〜約６００℃、好ましくは約２００℃〜約６００℃、より好ましくは約３００℃〜約５００℃、より好ましくは約３５０℃〜約４２０℃、より好ましくは約３７５℃〜約５００℃の範囲内のプロセス温度に加熱されてもよい。一実施例では、含浸プロセスの温度は後続の気相堆積プロセスについて維持される。含浸プロセス（ステップ１２０）は通常、約１トール〜約１５０トール、好ましくは約１トール〜約１００トール、より好ましくは約１０トール〜約５０トール、より好ましくは約２０トール〜約４０トールの範囲内のプロセスチャンバの内部圧力で実行される。一部の実施例では、圧力は約５トール〜約２０トールの範囲内である。別の実施例では、圧力は約４０トールである。含浸プロセスは普通、約１秒〜約９０秒の範囲内の期間、基板表面に行われる。一実施例では、含浸プロセスは約６０秒以下の間続く。別の実施例では、含浸プロセスは約３０秒以下の間続く。別の態様では、含浸プロセスは約１０秒続く。   [0029] The substrate surface generally contains a barrier layer disposed thereon. A tungsten nucleation layer may be deposited on the barrier layer. In one embodiment, the substrate surface may be exposed to a pre-impregnation gas while the substrate is heated. The substrate may be heated to the process temperature during step 110 or 120 and during steps 130-170 of process 100. The substrate may be, for example, from about 100 ° C to about 600 ° C, preferably from about 200 ° C to about 600 ° C, more preferably from about 300 ° C to about 500 ° C, more preferably about 350 ° C, prior to or during the pre-impregnation process. It may be heated to a process temperature in the range of about ~ 420C, more preferably about 375C to about 500C. In one embodiment, the temperature of the impregnation process is maintained for subsequent vapor deposition processes. The impregnation process (step 120) typically ranges from about 1 Torr to about 150 Torr, preferably from about 1 Torr to about 100 Torr, more preferably from about 10 Torr to about 50 Torr, more preferably from about 20 Torr to about 40 Torr. It is performed at the internal pressure of the internal process chamber. In some embodiments, the pressure is in the range of about 5 Torr to about 20 Torr. In another embodiment, the pressure is about 40 Torr. The impregnation process is typically performed on the substrate surface for a period in the range of about 1 second to about 90 seconds. In one example, the impregnation process lasts for about 60 seconds or less. In another embodiment, the impregnation process lasts for about 30 seconds or less. In another aspect, the impregnation process lasts about 10 seconds.

[0030]基板は、水素ガスおよびハイドライド化合物を含有する含浸ガス（例えば、事前含浸ガス）や還元ガス、例えばシラン、ジシラン、ジボラン、ホスフィン、これらの誘導体またはこれらの組合せに曝される。還元ガスは、処理／堆積チャンバの内外で混合されてもよく、また複数のソースから入ってきてもよい。一実施例では、基板は、還元またはハイドライド化合物と水素混合物（例えば、Ｈ２中の５％Ｂ２Ｈ６）のガス流を、水素ガスのガス流とチャンバにおいて組み合わせることによって形成される還元ガスに曝される。別の実施例では、還元またはハイドライド化合物と水素混合物（例えば、Ｈ２中の５％Ｂ２Ｈ６）のガス流および水素ガスのガス流は、チャンバに入る前に組み合わせられる。 [0030] The substrate is exposed to an impregnation gas (eg, a pre-impregnation gas) containing hydrogen gas and a hydride compound, or a reducing gas such as silane, disilane, diborane, phosphine, derivatives thereof, or combinations thereof. The reducing gas may be mixed in and out of the processing / deposition chamber and may come from multiple sources. In one embodiment, the substrate is a reducing gas which is formed by combining a reducing or hydride compound and hydrogen mixtures (e.g., 5% B 2 H 6 in H 2) gas flow of, in the gas stream and the chamber of the hydrogen gas Exposed to. In another embodiment, the reduction or hydride compound and hydrogen mixtures (e.g., 5% B 2 H 6 in H 2) gas flow and a gas flow of hydrogen gas are combined before entering the chamber.

[0031]一実施形態では、還元ガスは、約４０：１以上、好ましくは約１００：１以上、好ましくは約５００：１以上、より好ましくは約８００：１以上、より好ましくは約１，０００：１以上の水素／ハイドライド流量比を含有している。ハイドライド化合物（例えば、ジボラン）は、約１ｓｃｃｍ〜約４０ｓｃｃｍ、好ましくは約３ｓｃｃｍ〜約３０ｓｃｃｍ、より好ましくは約５ｓｃｃｍ〜約１５ｓｃｃｍの範囲内の流量を有してもよい。ハイドライド化合物は、混合物が、約５０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、好ましくは約７５ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍ、より好ましくは約１００ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍの範囲内の流量を有するように、キャリアガス（例えば、Ｈ２）内にあってもよい。水素ガスは、約１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍ、好ましくは約３ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍ、より好ましくは約５ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内の流量を有してもよい。水素／ハイドライド流量比は、全水素流量を全ハイドライド流量で除算することによって算出可能である。全水素流量は、任意の水素キャリアガスの流量および任意の独立水素ガスの流量を含む水素の全ソースの合計を含有する。 [0031] In one embodiment, the reducing gas is about 40: 1 or more, preferably about 100: 1 or more, preferably about 500: 1 or more, more preferably about 800: 1 or more, more preferably about 1,000. 1 or higher hydrogen / hydride flow ratio. The hydride compound (eg, diborane) may have a flow rate in the range of about 1 sccm to about 40 sccm, preferably about 3 sccm to about 30 sccm, more preferably about 5 sccm to about 15 sccm. The hydride compound is present in a carrier gas (eg, H 2 ) such that the mixture has a flow rate in the range of about 50 sccm to about 500 sccm, preferably about 75 sccm to about 400 sccm, more preferably about 100 sccm to about 300 sccm. May be. The hydrogen gas may have a flow rate in the range of about 1 slm to about 20 slm, preferably about 3 slm to about 15 slm, more preferably about 5 slm to about 10 slm. The hydrogen / hydride flow ratio can be calculated by dividing the total hydrogen flow by the total hydride flow. The total hydrogen flow rate includes the sum of all sources of hydrogen including any hydrogen carrier gas flow and any independent hydrogen gas flow.

[0032]基板上に配置されているバリア層は還元される、および／または還元剤を吸収して、後続の核形成層に対する調整層を形成する。調整バリア層は、核形成層のより迅速かつより平滑な堆積を提供する。一実施形態では、ステップ１２０において、含浸プロセスで利用される還元剤または還元化合物はジボランまたはシランである。一実施例では、還元ガスは、約１ｓｃｃｍ〜約４０ｓｃｃｍの範囲内の流量を有するハイドライド化合物（例えば、Ｂ２Ｈ６やＳｉＨ４）および約１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍの範囲内の流量を有する水素ガスを含有する。別の実施例では、還元ガスは、約３ｓｃｃｍ〜約３０ｓｃｃｍの範囲内の流量を有するハイドライド化合物および約３ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍの範囲内の流量を有する水素ガスを含有する。別の実施例では、還元ガスは、約５ｓｃｃｍ〜約１５ｓｃｃｍの範囲内の流量を有するハイドライド化合物および約５ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内の流量を有する水素ガスを含有する。 [0032] The barrier layer disposed on the substrate is reduced and / or absorbs the reducing agent to form a conditioning layer for subsequent nucleation layers. The conditioning barrier layer provides a quicker and smoother deposition of the nucleation layer. In one embodiment, in step 120, the reducing agent or reducing compound utilized in the impregnation process is diborane or silane. In one embodiment, the reducing gas comprises a hydride compound (eg, B 2 H 6 or SiH 4 ) having a flow rate in the range of about 1 sccm to about 40 sccm and hydrogen gas having a flow rate in the range of about 1 slm to about 20 slm. contains. In another embodiment, the reducing gas contains a hydride compound having a flow rate in the range of about 3 seem to about 30 seem and hydrogen gas having a flow rate in the range of about 3 slm to about 15 slm. In another example, the reducing gas contains a hydride compound having a flow rate in the range of about 5 sccm to about 15 sccm and hydrogen gas having a flow rate in the range of about 5 slm to about 10 slm.

[0033]ステップ１３０では、タングステン含有前駆体は好ましくは六フッ化タングステンであり、約５ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍの範囲内のレートで導入される。タングステン含有前駆体は、約５０ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍの範囲内の流量のアルゴンなどのキャリアガスを具備するプロセスチャンバに導入可能である。   [0033] In step 130, the tungsten-containing precursor is preferably tungsten hexafluoride and is introduced at a rate in the range of about 5 seem to about 200 seem. The tungsten-containing precursor can be introduced into a process chamber comprising a carrier gas such as argon at a flow rate in the range of about 50 seem to about 1,000 seem.

[0034]ステップ１５０において、還元ガスはジボランまたはシランを含有しており、プロセスチャンバに導入される。還元ガスは、約１ｓｃｃｍ〜約４０ｓｃｃｍの範囲内の流量を有するハイドライド化合物（例えば、Ｂ２Ｈ６またはＳｉＨ４）および約１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍの範囲内の流量を有する水素ガスを含有する。別の実施例では、還元ガスは、約３ｓｃｃｍ〜約３０ｓｃｃｍの範囲内の流量を有するハイドライド化合物および約３ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍの範囲内の流量を有する水素ガスを含有する。別の実施例では、還元ガスは、約５ｓｃｃｍ〜約１５ｓｃｃｍの範囲内の流量を有するハイドライド化合物および約５ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内の流量を有する水素ガスを含有する。 [0034] In step 150, the reducing gas contains diborane or silane and is introduced into the process chamber. The reducing gas contains a hydride compound (eg, B 2 H 6 or SiH 4 ) having a flow rate in the range of about 1 sccm to about 40 sccm and hydrogen gas having a flow rate in the range of about 1 slm to about 20 slm. In another embodiment, the reducing gas contains a hydride compound having a flow rate in the range of about 3 seem to about 30 seem and hydrogen gas having a flow rate in the range of about 3 slm to about 15 slm. In another embodiment, the reducing gas contains a hydride compound having a flow rate in the range of about 5 seem to about 15 seem and hydrogen gas having a flow rate in the range of about 5 slm to about 10 slm.

[0035]パージガス、好ましくはアルゴンまたは窒素のパルスは、ステップ１４０および１６０において、通常、約５０ｓｃｃｍ〜約２，０００ｓｃｃｍ、好ましくは約５００ｓｃｃｍのレートで導入される。ステップ１４０および１６０はパージガスの連続流を含むことがあるのに対して、タングステン含有化合物および還元ガスは、キャリアガスの定常ストリームにパルスされる。各処理ステップ（ステップ１３０〜１６０）は約０．０１秒〜約１０秒、好ましくは約０．１秒〜約１秒の範囲の間続く。例えば約３０秒または約６０秒のより長い処理ステップがタングステン堆積を達成する。しかしながら、スループットは削減される。特定の圧力および時間が実験を通して取得される。一実施例では、３００ｍｍ直径の基板またはウェーハは、同様のスループットを維持するために、２００ｍｍ直径の基板またはウェーハの約２倍の流量を必要とする。   [0035] A pulse of purge gas, preferably argon or nitrogen, is introduced in steps 140 and 160, typically at a rate of about 50 seem to about 2,000 seem, preferably about 500 seem. Steps 140 and 160 may include a continuous flow of purge gas, whereas the tungsten-containing compound and the reducing gas are pulsed into a steady stream of carrier gas. Each processing step (steps 130-160) lasts for a range of about 0.01 seconds to about 10 seconds, preferably about 0.1 seconds to about 1 second. Longer processing steps, for example about 30 seconds or about 60 seconds, achieve tungsten deposition. However, the throughput is reduced. Specific pressures and times are obtained throughout the experiment. In one embodiment, a 300 mm diameter substrate or wafer requires approximately twice the flow rate of a 200 mm diameter substrate or wafer to maintain similar throughput.

[0036]本明細書に説明されている実施形態で使用されるＡＬＤプロセスチャンバは、カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。ＡＬＤプロセスチャンバについてのより詳細な説明は、全体が参照によって本明細書に組み込まれている、２００２年１０月２５日に出願され、かつＵＳ２００３−０１２１６０８号として公開された、共同出願人による米国特許第６，８７８，２０６号および６，９１６，３９８号と、共同出願人による米国出願第１０／２８１，０７９号に見ることができる。ソフトウェアルーチンが、プロセスレシピやシーケンスを開始するために実行される。ソフトウェアルーチンは、実行される場合に、汎用コンピュータを、チャンバ動作をコントロールする特定プロセスコンピュータに変換して、チャンバプロセスが実行される。例えば、ソフトウェアルーチンは、本発明の態様に従ってプロセスシーケンスを実行するために電子コントロールバルブの起動を正確にコントロールするために使用されてもよい。代替的に、ソフトウェアルーチンは、ハードウェアで、特定用途向け集積回路や他のタイプのハードウェア実現で、あるいはソフトウェアまたはハードウェアの組合せで実行されてもよい。   [0036] The ALD process chamber used in the embodiments described herein is from Applied Materials, Inc., located in Santa Clara, California. Is available from A more detailed description of the ALD process chamber can be found in the co-assigned US patent filed Oct. 25, 2002 and published as US 2003-0121608, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Nos. 6,878,206 and 6,916,398 and co-assigned US application Ser. No. 10 / 281,079. A software routine is executed to initiate a process recipe or sequence. When executed, the software routine converts the general purpose computer into a specific process computer that controls chamber operation and the chamber process is executed. For example, a software routine may be used to accurately control the activation of an electronic control valve to perform a process sequence in accordance with aspects of the present invention. Alternatively, software routines may be executed in hardware, in an application specific integrated circuit or other type of hardware implementation, or in a combination of software or hardware.

[0037]図２は、本明細書に説明されている一実施形態に従った、タングステン含有材料を形成するためのプロセス２００を図示している。ステップ２１０において、基板はプロセスチャンバにロードされる。基板は普通、この上に配置されているバリア層を含有しており、またステップ２２０で事前含浸プロセスつまり第１の含浸プロセスに曝される。含浸プロセスは、事前含浸ガス、または還元剤を含有する還元ガスをプロセスチャンバに送出するステップを含む。基板表面は、還元バリア層などの処置層を形成する。ステップ２３０において、核形成層（例えば、タングステン）が基板上に堆積される。概して、核形成層は、ＡＬＤ、ＣＶＤまたはパルスＣＶＤを含む気相堆積プロセスによって堆積される。ステップ２４０において、核形成層は、ステップ２２０で使用されたのと同じまたは異なる還元剤による第２の含浸プロセスに曝される。その後、バルク層（例えば、タングステン）がステップ２５０で核形成層上に堆積される。バルク層はＣＶＤプロセスによって堆積されてもよい。   [0037] FIG. 2 illustrates a process 200 for forming a tungsten-containing material, according to one embodiment described herein. In step 210, the substrate is loaded into the process chamber. The substrate typically contains a barrier layer disposed thereon and is exposed to a pre-impregnation process or first impregnation process at step 220. The impregnation process includes delivering a pre-impregnation gas or a reducing gas containing a reducing agent to the process chamber. A treatment layer such as a reduction barrier layer is formed on the substrate surface. In step 230, a nucleation layer (eg, tungsten) is deposited on the substrate. In general, the nucleation layer is deposited by a vapor deposition process including ALD, CVD or pulsed CVD. In step 240, the nucleation layer is exposed to a second impregnation process with the same or different reducing agent used in step 220. A bulk layer (eg, tungsten) is then deposited on the nucleation layer at step 250. The bulk layer may be deposited by a CVD process.

[0038]ステップ２１０において、基板はプロセスチャンバにロードされて、この中に位置決めされてもよい。基板表面または下地層はこの上に配置されているバリア層、接着または起動層を含有してもよい。バリア層は普通金属材料や窒化金属材料を含有する。一実施形態では、下地層は、金属チタン、窒化チタン、金属タンタル、窒化タンタル、これらのシリサイド、これらの誘導体、これらの合金またはこれらの組合せを含有するバリア層である。バリア層は、ＡＬＤプロセス、ＣＶＤプロセスまたは物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセスで堆積されてもよい。別の実施形態では、下地層は、ルテニウム、ニッケル、コバルト、金属タングステン、窒化タングステン、これらのシリサイド、これらの誘導体、これらの合金またはこれらの組合せを含有してもよい核形成／バリア層である。核形成／バリア層は、ＡＬＤプロセス、ＣＶＤプロセス、ＰＶＤプロセスまたはこれらの組合せで堆積されてもよい。   [0038] In step 210, the substrate may be loaded into the process chamber and positioned therein. The substrate surface or underlayer may contain a barrier layer, adhesion or activation layer disposed thereon. The barrier layer usually contains a metal material or a metal nitride material. In one embodiment, the underlayer is a barrier layer containing titanium metal, titanium nitride, metal tantalum, tantalum nitride, silicides thereof, derivatives thereof, alloys thereof, or combinations thereof. The barrier layer may be deposited by an ALD process, a CVD process or a physical vapor deposition (PVD) process. In another embodiment, the underlying layer is a nucleation / barrier layer that may contain ruthenium, nickel, cobalt, metallic tungsten, tungsten nitride, their silicides, their derivatives, their alloys, or combinations thereof. . The nucleation / barrier layer may be deposited by an ALD process, a CVD process, a PVD process, or a combination thereof.

[0039]バリア層は普通、例えば約３０Å〜約１００Åの範囲内の、少なくとも約３０Åの厚さに堆積される。一実施例では、バリア層は、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン（ＴＤＭＡＴ）およびアンモニアを使用することによってＣＶＤプロセスで基板表面上に堆積される。別の実施例では、バリア層は、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）およびアンモニアを順次パルスすることによってＡＬＤプロセスで基板表面上に堆積される。別の実施例では、バリア層は、窒素環境においてチタンソースからスパッタリングすることによってＰＶＤプロセスで基板表面上に堆積される。バリア層は、後続の製作プロセスを実行する前にプラズマ緻密化されてもよい。別の実施例では、下地層は、ＰＶＤプロセスで堆積されたタングステンおよび／または窒化タングステン層である。 [0039] The barrier layer is typically deposited to a thickness of at least about 30 inches, for example, in the range of about 30 inches to about 100 inches. In one example, the barrier layer is deposited on the substrate surface in a CVD process by using tetrakis (dimethylamino) titanium (TDMAT) and ammonia. In another embodiment, the barrier layer is deposited on the substrate surface in an ALD process by sequentially pulsing titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and ammonia. In another example, the barrier layer is deposited on the substrate surface in a PVD process by sputtering from a titanium source in a nitrogen environment. The barrier layer may be plasma densified before performing subsequent fabrication processes. In another example, the underlying layer is a tungsten and / or tungsten nitride layer deposited by a PVD process.

[0040]一実施例では、下地層は、金属チタン、窒化チタン、金属タンタル、窒化タンタル、これらのシリサイド、これらの誘導体、これらの合金またはこれらの組合せを含有するバリア層であり、またＡＬＤプロセス、ＣＶＤプロセスまたはＰＶＤプロセスで堆積されてもよい。別の実施例では、下地層は、ルテニウム、ニッケル、コバルト、金属タングステン、窒化タングステン、これらのシリサイド、これらの誘導体、これらの合金またはこれらの組合せを含有する核形成／バリア層であり、またＡＬＤプロセスやＰＶＤプロセスで堆積されてもよい。   [0040] In one embodiment, the underlayer is a barrier layer containing metal titanium, titanium nitride, metal tantalum, tantalum nitride, silicides thereof, derivatives thereof, alloys thereof, or combinations thereof, and an ALD process It may be deposited by a CVD process or a PVD process. In another embodiment, the underlayer is a nucleation / barrier layer containing ruthenium, nickel, cobalt, metallic tungsten, tungsten nitride, silicides thereof, derivatives thereof, alloys thereof, or combinations thereof, and ALD It may be deposited by a process or PVD process.

[0041]ステップ２１０で設定される温度および圧力などのプロセス条件はステップ２２０で使用されてもよい。一実施形態では、プロセスチャンバは、プロセス２００のステップ２１０、２２０、２３０および／または２４０において、約１００℃〜約６００℃、好ましくは約２００℃〜約６００℃、より好ましくは約３００℃〜約５００℃、より好ましくは約３５０℃〜約４２０℃、より好ましくは約３７５℃〜約５００℃の範囲内の温度で基板を加熱するように調整される。プロセスチャンバは、約１トール〜約１５０トール、好ましくは約１トール〜約１００トール、より好ましくは約１０トール〜約５０トール、より好ましくは約２０トール〜約４０トールの範囲内の内部圧力を有してもよい。一実施例では、含浸プロセスで使用されるプロセスチャンバは、バリア層を堆積するのに使用されたのと同じプロセスチャンバであってもよい。別の実施例では、含浸プロセスで使用されるプロセスチャンバは、ステップ２３０で後続の核形成層を堆積するのに使用される。   [0041] Process conditions such as temperature and pressure set in step 210 may be used in step 220. In one embodiment, the process chamber is about 100 ° C. to about 600 ° C., preferably about 200 ° C. to about 600 ° C., more preferably about 300 ° C. to about 300 ° C. in steps 210, 220, 230 and / or 240 of process 200. It is adjusted to heat the substrate at a temperature in the range of 500 ° C, more preferably from about 350 ° C to about 420 ° C, more preferably from about 375 ° C to about 500 ° C. The process chamber has an internal pressure in the range of about 1 Torr to about 150 Torr, preferably about 1 Torr to about 100 Torr, more preferably about 10 Torr to about 50 Torr, more preferably about 20 Torr to about 40 Torr. You may have. In one example, the process chamber used in the impregnation process may be the same process chamber used to deposit the barrier layer. In another example, the process chamber used in the impregnation process is used to deposit a subsequent nucleation layer at step 230.

[0042]ステップ２２０において、基板表面は、還元剤および任意のキャリアガスを含有する含浸プロセスに曝される。還元剤は基板表面、つまりバリア層を吸収し、および／またはこれと反応して、処置表面を形成する。処置表面は、平滑かつより均一なタングステン層全体により迅速な堆積プロセスを提供する。還元剤は、シラン化合物、ボラン化合物、ホスフィン化合物、アンモニア、アミン化合物、水素、これらの誘導体、これらの混合物またはこれらの組合せを含んでもよい。シラン化合物は、シラン、ジシラン、トリシラン、テトラシラン、クロロシラン、ジクロロシラン、テトラクロロシラン、ヘキサクロロジシラン、メチルシランまたはこれらの誘導体を含むのに対して、ボラン化合物は、ボラン、ジボラン、トリボラン、テトラボラン、ペンタボラン、アルキルボラン（例えば、トリエチルボラン）またはこれらの誘導体を含んでいる。好ましい還元剤は、シラン、ジシラン、ジボランおよび水素を含んでいる。キャリアガスが還元剤と同時に流されてもよい。キャリアガスは、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、これらの誘導体、これらの混合物またはこれらの組合せを含んでいる。   [0042] In step 220, the substrate surface is exposed to an impregnation process containing a reducing agent and optional carrier gas. The reducing agent absorbs and / or reacts with the substrate surface, i.e. the barrier layer, to form a treatment surface. The treatment surface provides a quicker deposition process with a smoother and more uniform entire tungsten layer. The reducing agent may include silane compounds, borane compounds, phosphine compounds, ammonia, amine compounds, hydrogen, derivatives thereof, mixtures thereof, or combinations thereof. Silane compounds include silane, disilane, trisilane, tetrasilane, chlorosilane, dichlorosilane, tetrachlorosilane, hexachlorodisilane, methylsilane or their derivatives, whereas borane compounds are borane, diborane, triborane, tetraborane, pentaborane, alkyl It contains borane (eg triethylborane) or derivatives thereof. Preferred reducing agents include silane, disilane, diborane and hydrogen. The carrier gas may be flowed simultaneously with the reducing agent. The carrier gas includes hydrogen, nitrogen, argon, helium, derivatives thereof, mixtures thereof, or combinations thereof.

[0043]基板は、約１秒〜約９０秒、好ましくは約５秒〜約６０秒、より好ましくは約１０秒〜約３０秒、より好ましくは約１５秒〜約２０秒の範囲内の期間、ステップ２２０の事前含浸プロセスにおいて事前含浸ガスまたは還元ガスに曝されてもよい。基板上に配置されているバリア層は還元され、および／または還元剤を吸収して、後続の核形成層に対して調整層を形成する。ＡＬＤ核形成プロセス前に実行される一実施例では、水素中の約３００ｓｃｃｍの５ｖｏｌ％ジボランが、約３０秒間約１５トールかつ約３５０℃で基板に曝される。ＡＬＤ核形成プロセス前に実行される別の実施例では、水素中の約３００ｓｃｃｍの５ｖｏｌ％ジボランおよび約２ｓｌｍの水素が、約２０秒間約１０トールかつ約３００℃で基板に曝される。パルスＣＶＤ核形成プロセス前に実行される一実施例では、水素中の約２００ｓｃｃｍの５ｖｏｌ％ジボランが、約２４秒間約９０トールかつ約４００℃で基板に曝される。   [0043] The substrate has a duration in the range of about 1 second to about 90 seconds, preferably about 5 seconds to about 60 seconds, more preferably about 10 seconds to about 30 seconds, more preferably about 15 seconds to about 20 seconds. , The pre-impregnation process of step 220 may be exposed to a pre-impregnation gas or a reducing gas. The barrier layer disposed on the substrate is reduced and / or absorbs the reducing agent to form a conditioning layer for subsequent nucleation layers. In one example performed prior to the ALD nucleation process, about 300 sccm of 5 vol% diborane in hydrogen is exposed to the substrate at about 15 Torr and about 350 ° C. for about 30 seconds. In another example performed prior to the ALD nucleation process, about 300 sccm of 5 vol% diborane and about 2 slm hydrogen in hydrogen are exposed to the substrate at about 10 Torr and about 300 ° C. for about 20 seconds. In one example performed prior to the pulsed CVD nucleation process, about 200 sccm of 5 vol% diborane in hydrogen is exposed to the substrate at about 90 Torr and about 400 ° C. for about 24 seconds.

[0044]ステップ２３０において、核形成層が基板表面上、つまり処置バリア層上に堆積される。核形成層は、ＡＬＤ、ＣＶＤおよび／またはパルスＣＶＤを含む気相堆積プロセスで堆積されてもよい。核形成層を堆積するのに使用されるプロセスチャンバは、ステップ２２０および２４０で説明された含浸プロセスで使用されるのと同じプロセスチャンバであってもよい。核形成層は、タングステン、タングステン合金、タングステン含有材料（例えば、ホウ化タングステンやタングステンシリサイド）およびこれらの組合せを含有してもよい。核形成層は通常、約２Å〜約２００Åの範囲内の厚さに堆積される。一実施例では、ＷＦ６およびＢ２Ｈ６を利用するＡＬＤプロセスが、約２Å〜約２０Åの範囲内、例えば約１２Åの厚さの核形成層を堆積する。別の実施例では、ＷＦ６およびＳｉＨ４を利用するＡＬＤプロセスは、約２Å〜約５０Åの範囲内、例えば約３０Åの厚さの核形成層を堆積する。別の実施例では、ＷＦ６およびＳｉＨ４またはＷＦ６およびＢ２Ｈ６を利用するパルスＣＶＤ（例えば、同時流れ）プロセスは、約２Å〜約２００Åの範囲内、例えば約５０Åの厚さの核形成層を堆積する。好ましくは、プロセス１００における、本明細書に説明されているようなＡＬＤプロセスが核形成層を堆積するために使用されてもよい。 [0044] In step 230, a nucleation layer is deposited on the substrate surface, ie, the treatment barrier layer. The nucleation layer may be deposited by a vapor deposition process including ALD, CVD and / or pulsed CVD. The process chamber used to deposit the nucleation layer may be the same process chamber used in the impregnation process described in steps 220 and 240. The nucleation layer may contain tungsten, a tungsten alloy, a tungsten-containing material (eg, tungsten boride or tungsten silicide), and combinations thereof. The nucleation layer is typically deposited to a thickness in the range of about 2 to about 200 inches. In one example, an ALD process utilizing WF 6 and B 2 H 6 deposits a nucleation layer in the range of about 2 to about 20 inches, for example about 12 inches. In another example, an ALD process utilizing WF 6 and SiH 4 deposits a nucleation layer in the range of about 2 to about 50 inches, for example about 30 inches. In another example, a pulsed CVD (eg, co-flow) process utilizing WF 6 and SiH 4 or WF 6 and B 2 H 6 is performed in a range of about 2 to about 200 inches, for example, about 50 inches thick. A forming layer is deposited. Preferably, an ALD process as described herein in process 100 may be used to deposit the nucleation layer.

[0045]ステップ２４０において、基板表面は、還元剤および任意のキャリアガスを含有する事後含浸プロセスつまり第２の含浸プロセスに曝される。還元剤は基板表面、つまり核形成層を吸収し、および／またはこれと反応して、処置表面を形成する。上記のような還元剤または還元化合物はまたシラン化合物、ボラン化合物、ホスフィン化合物、アンモニア、アミン化合物、水素、これらの誘導体、これらの混合物またはこれらの組合せを含んでもよい。キャリアガスは、還元剤または還元化合物と同時に流されてもよく、また水素、窒素、アルゴンまたはこれらの組合せを含んでもよい。   [0045] In step 240, the substrate surface is exposed to a post-impregnation process or second impregnation process containing a reducing agent and optional carrier gas. The reducing agent absorbs and / or reacts with the substrate surface, ie the nucleation layer, to form a treatment surface. The reducing agent or reducing compound as described above may also include silane compounds, borane compounds, phosphine compounds, ammonia, amine compounds, hydrogen, derivatives thereof, mixtures thereof, or combinations thereof. The carrier gas may be flowed simultaneously with the reducing agent or reducing compound and may include hydrogen, nitrogen, argon, or combinations thereof.

[0046]基板は、約１秒〜約９０秒、好ましくは約５秒〜約６０秒、より好ましくは約１０秒〜約３０秒、より好ましくは約１５秒〜約２０秒の範囲内の期間、ステップ２４０の事後含浸プロセス時に事後含浸ガスまたは還元ガスに曝されてもよい。一実施形態では、基板表面は事後含浸ガスに曝されてもよいのに対して、基板は、事後含浸プロセス時に、約１００℃〜約６００℃、好ましくは約２００℃〜約６００℃、より好ましくは約３００℃〜約５００℃、より好ましくは約３５０℃〜約４２０℃、より好ましくは約３７５℃〜約５００℃の範囲内の温度に加熱される。約１トール〜約１５０トール、好ましくは約１トール〜約１００トール、より好ましくは約１０トール〜約５０トール、より好ましくは約２０トール〜約４０トールの範囲内の内部圧力を有するプロセスチャンバが維持される。基板上に配置されているバリア層は還元され、および／または還元剤を吸収し、後続のバルク層に対する調整層を形成する。   [0046] The substrate has a duration in the range of about 1 second to about 90 seconds, preferably about 5 seconds to about 60 seconds, more preferably about 10 seconds to about 30 seconds, more preferably about 15 seconds to about 20 seconds. , May be exposed to a post-impregnation gas or a reducing gas during the post-impregnation process of step 240. In one embodiment, the substrate surface may be exposed to a post-impregnation gas, whereas the substrate is about 100 ° C. to about 600 ° C., preferably about 200 ° C. to about 600 ° C., more preferably during the post-impregnation process. Is heated to a temperature in the range of about 300 ° C to about 500 ° C, more preferably about 350 ° C to about 420 ° C, more preferably about 375 ° C to about 500 ° C. A process chamber having an internal pressure in the range of about 1 Torr to about 150 Torr, preferably about 1 Torr to about 100 Torr, more preferably about 10 Torr to about 50 Torr, more preferably about 20 Torr to about 40 Torr; Maintained. The barrier layer disposed on the substrate is reduced and / or absorbs the reducing agent to form a conditioning layer for subsequent bulk layers.

[0047]基板は、水素ガスおよびハイドライド化合物を含有する含浸ガス（例えば、事後含浸ガス）または還元ガス、例えばシラン、ジシラン、ボラン、ジボラン、ホスフィン、これらの誘導体またはこれらの組合せなどに曝される。一実施形態では、還元ガスは、約４０：１以上、好ましくは約１００：１以上、より好ましくは約５００：１以上、より好ましくは８００：１以上の水素／ハイドライド流量比を含有する。ハイドライド化合物（例えば、ジボラン）は、約１ｓｃｃｍ〜約４０ｓｃｃｍ、好ましくは約３ｓｃｃｍ〜約３０ｓｃｃｍ、より好ましくは約５ｓｃｃｍ〜約１５ｓｃｃｍの範囲内の流量を有してもよい。還元ガスは、約１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍ、好ましくは約３ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍ、より好ましくは約５ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内の流量を有する水素ガスを含有する。   [0047] The substrate is exposed to an impregnation gas (eg, post-impregnation gas) or a reducing gas containing hydrogen gas and a hydride compound, such as silane, disilane, borane, diborane, phosphine, derivatives thereof, or combinations thereof. . In one embodiment, the reducing gas contains a hydrogen / hydride flow ratio of about 40: 1 or higher, preferably about 100: 1 or higher, more preferably about 500: 1 or higher, more preferably 800: 1 or higher. The hydride compound (eg, diborane) may have a flow rate in the range of about 1 sccm to about 40 sccm, preferably about 3 sccm to about 30 sccm, more preferably about 5 sccm to about 15 sccm. The reducing gas contains hydrogen gas having a flow rate in the range of about 1 slm to about 20 slm, preferably about 3 slm to about 15 slm, more preferably about 5 slm to about 10 slm.

[0048]ＡＬＤ核形成プロセス後に実行される一実施例では、水素中の約３００ｓｃｃｍの５ｖｏｌ％ジボランが、約３０秒間約３０トールかつ約３００℃で基板に曝されてもよい。パルスＣＶＤ核形成プロセス後に実行される別の実施例では、水素中の約２００ｓｃｃｍの５ｖｏｌ％ジボランおよび約３ｓｌｍの水素が約３０秒間約１５トールかつ約４００℃で基板に曝される。パルスＣＶＤ核形成プロセス後に実行される別の実施例では、ジボラン中の約３００ｓｃｃｍの５ｖｏｌ％ジボランが、約２０秒間約９０トールかつ約４００℃で基板に曝される。   [0048] In one example performed after the ALD nucleation process, about 300 sccm of 5 vol% diborane in hydrogen may be exposed to the substrate at about 30 Torr and about 300 ° C. for about 30 seconds. In another example performed after the pulsed CVD nucleation process, about 200 sccm of 5 vol% diborane and about 3 slm hydrogen in hydrogen are exposed to the substrate at about 15 Torr and about 400 ° C. for about 30 seconds. In another example performed after the pulsed CVD nucleation process, about 300 sccm of 5 vol% diborane in diborane is exposed to the substrate at about 90 Torr and about 400 ° C. for about 20 seconds.

[0049]ステップ２５０において、バルク層が基板表面、つまり処置核形成層に堆積される。バルク層は、ＣＶＤまたはパルスＣＶＤを含む気相堆積プロセスで堆積されてもよい。バルク層を堆積するために使用されるプロセスチャンバは、ステップ２４０で説明されるような事後含浸プロセスで使用されるのと同じプロセスチャンバであってもよい。バルク層はタングステン、タングステン合金、タングステン含有材料（例えば、ホウ化タングステン、タングステンシリサイドまたはリン化タングステン）およびこれらの組合せを含有する。バルク層は通常、約１００Å〜約１０，０００Å、好ましくは約１，０００Å〜約５，０００Åの範囲内の厚さに堆積される。一実施例では、ＷＦ６およびＢ２Ｈ６を利用するＣＶＤプロセスが、処置核形成層上にバルク層を堆積するために使用される。別の実施例では、ＷＦ６およびＳｉＨ４を利用するＣＶＤプロセスが、処置核形成層上にバルク層を堆積するために使用される。別の実施例では、タングステンソースを利用するＰＶＤプロセスが、処置核形成層上にバルク層を堆積するために使用される。タングステン核形成層を含浸して、タングステンバルク層をこの上に堆積するためのプロセスが、参照によって本明細書に組み込まれている、共同出願人による米国特許第６，１５６，３８２号にさらに説明されている。 [0049] In step 250, a bulk layer is deposited on the substrate surface, ie, the treatment nucleation layer. The bulk layer may be deposited by a vapor deposition process including CVD or pulsed CVD. The process chamber used to deposit the bulk layer may be the same process chamber used in the post-impregnation process as described in step 240. The bulk layer contains tungsten, a tungsten alloy, a tungsten-containing material (eg, tungsten boride, tungsten silicide, or tungsten phosphide) and combinations thereof. The bulk layer is typically deposited to a thickness in the range of about 100 to about 10,000, preferably about 1,000 to about 5,000. In one example, a CVD process utilizing WF 6 and B 2 H 6 is used to deposit a bulk layer over the treated nucleation layer. In another example, a CVD process utilizing WF 6 and SiH 4 is used to deposit a bulk layer on the treated nucleation layer. In another example, a PVD process utilizing a tungsten source is used to deposit a bulk layer on the treatment nucleation layer. A process for impregnating a tungsten nucleation layer and depositing a tungsten bulk layer thereon is further described in co-assigned US Pat. No. 6,156,382, which is incorporated herein by reference. Has been.

[0050]代替実施形態では、タングステン含有膜が２つ以上の核形成層を堆積することによって堆積され、また複数のサイクルの気相堆積プロセスを含んでもよい。一実施例では、バリア層は、パルスＣＶＤプロセスによって第１の核形成層を形成する前に含浸プロセスに曝されてもよい。プロセスチャンバは約４００℃〜約４５０℃の範囲内、例えば約４２５℃の温度に加熱されて、約１０トール〜約２０トールの範囲内、例えば約１５トールの圧力に維持される。パルスＣＶＤプロセスは、約１秒〜約３秒、例えば約１．５秒の期間、タングステン含有化合物および還元剤の同時流に基板を曝すステップを含んでもよい。試薬流は、約３０ｓｃｃｍ〜約９０ｓｃｃｍ、例えば約６０ｓｃｃｍの流量のタングステン含有化合物を含むのに対して、還元剤は、約１０ｓｃｃｍ〜約５０ｓｃｃｍ、例えば約３０ｓｃｃｍの流量である。同時流は停止されてプロセスチャンバはパージされる。次いで還元剤は、約１秒〜約３秒、例えば約１秒の期間チャンバにパルスされる。還元剤は、約１０ｓｃｃｍ〜約５０ｓｃｃｍ、例えば約３０ｓｃｃｍの流量を有してもよい。還元剤流は停止されて、チャンバは約０．５秒間パージされる。所定の厚さの第１の核形成層が形成されるまでサイクルが反復される。例えば、プロセスは、約３０Åの厚さの層を形成するために３回反復される。好ましいタングステン含有化合物は六フッ化タングステンであり、好ましい還元剤はシランおよび／またはジボランである。還元剤は、第１の核形成層の堆積の前後の含浸プロセス時に場合により使用される。   [0050] In an alternative embodiment, the tungsten-containing film is deposited by depositing two or more nucleation layers and may include multiple cycles of a vapor deposition process. In one example, the barrier layer may be exposed to an impregnation process prior to forming the first nucleation layer by a pulsed CVD process. The process chamber is heated to a temperature in the range of about 400 ° C. to about 450 ° C., such as about 425 ° C., and maintained at a pressure in the range of about 10 Torr to about 20 Torr, such as about 15 Torr. The pulsed CVD process may include exposing the substrate to a simultaneous flow of tungsten-containing compound and reducing agent for a period of about 1 second to about 3 seconds, such as about 1.5 seconds. The reagent stream comprises a tungsten-containing compound at a flow rate of about 30 seem to about 90 seem, for example about 60 seem, whereas the reducing agent is at a flow rate of about 10 seem to about 50 seem, for example about 30 seem. The simultaneous flow is stopped and the process chamber is purged. The reducing agent is then pulsed into the chamber for a period of about 1 second to about 3 seconds, for example about 1 second. The reducing agent may have a flow rate between about 10 seem and about 50 seem, for example about 30 seem. The reducing agent flow is stopped and the chamber is purged for about 0.5 seconds. The cycle is repeated until a first nucleation layer of a predetermined thickness is formed. For example, the process is repeated three times to form a layer about 30 mm thick. The preferred tungsten-containing compound is tungsten hexafluoride and the preferred reducing agent is silane and / or diborane. A reducing agent is optionally used during the impregnation process before and after the deposition of the first nucleation layer.

[0051]第２の核形成層が第１の核形成層上に形成されてもよい。プロセスチャンバは同一温度に保たれてもよいが、プロセスチャンバの圧力は普通増大される。プロセスチャンバは約４００℃〜約４５０℃の範囲内、例えば約４２５℃の温度に維持され、また圧力は、約２０トール〜約５０トールの範囲内、例えば約３０トールである。ＣＶＤプロセスは、約４秒〜約８秒間、例えば約６秒間タングステン含有化合物および還元剤の同時流に基板を曝すステップを含んでもよい。試薬流は、約３０ｓｃｃｍ〜約７０ｓｃｃｍ、例えば約５０ｓｃｃｍの流量のタングステン含有化合物を含んでいるのに対して、還元剤は、約１０ｓｃｃｍ〜約５０ｓｃｃｍ、例えば約２５ｓｃｃｍの流量を有する。第２の核形成層が第１の核形成層上に堆積され、約５０Å〜約１，０００Å、好ましくは約１５０Å〜約３００Åの範囲内の厚さを有する。好ましいタングステン含有化合物は六フッ化タングステンであり、好ましい還元剤はシランおよび／またはジボランである。還元剤は、第２の核形成層の堆積の前後に含浸プロセスで場合により使用される。   [0051] A second nucleation layer may be formed on the first nucleation layer. The process chambers may be kept at the same temperature, but the pressure in the process chamber is usually increased. The process chamber is maintained at a temperature in the range of about 400 ° C. to about 450 ° C., such as about 425 ° C., and the pressure is in the range of about 20 Torr to about 50 Torr, such as about 30 Torr. The CVD process may include exposing the substrate to a simultaneous flow of tungsten-containing compound and reducing agent for about 4 seconds to about 8 seconds, for example about 6 seconds. The reagent stream includes a tungsten-containing compound at a flow rate of about 30 seem to about 70 seem, for example about 50 seem, whereas the reducing agent has a flow rate of about 10 seem to about 50 seem, for example about 25 seem. A second nucleation layer is deposited on the first nucleation layer and has a thickness in the range of about 50 to about 1,000, preferably about 150 to about 300. The preferred tungsten-containing compound is tungsten hexafluoride and the preferred reducing agent is silane and / or diborane. A reducing agent is optionally used in the impregnation process before and after the deposition of the second nucleation layer.

[0052]最後に、バルク層が第２の核形成層上に堆積されてもよい。バルク層は従来のＣＶＤプロセスで堆積されてもよい。一実施例では、プロセスチャンバは約４００℃〜約４５０℃の範囲内、例えば約４２５℃の温度に維持され、圧力は約１００トール〜約３５０トールの範囲内、例えば約２００トールに維持される。試薬流は、約２００ｓｃｃｍ〜約８００ｓｃｃｍ、例えば約４００ｓｃｃｍの流量のタングステン含有化合物を含んでいるのに対して、還元剤は約２，０００ｓｃｃｍ〜約８，０００ｓｃｃｍ、例えば約４，０００ｓｃｃｍの流量を有する。好ましいタングステン含有化合物は六フッ化タングステンであり、好ましい還元剤は水素である。   [0052] Finally, a bulk layer may be deposited on the second nucleation layer. The bulk layer may be deposited by a conventional CVD process. In one embodiment, the process chamber is maintained at a temperature in the range of about 400 ° C. to about 450 ° C., such as about 425 ° C., and the pressure is maintained in the range of about 100 Torr to about 350 Torr, such as about 200 Torr. . The reagent stream includes a tungsten-containing compound at a flow rate of about 200 seem to about 800 seem, for example about 400 seem, whereas the reducing agent has a flow rate of about 2,000 seem to about 8,000 seem, for example about 4,000 seem. . A preferred tungsten-containing compound is tungsten hexafluoride and a preferred reducing agent is hydrogen.

プロセス集積
[0053]上記のタングステン核形成層は、従来のバルク充填技術と一体化されて膜特性の優れた特徴部を形成する場合に具体的な実用性を示してきた。集積スキームは核形成層を堆積するためにＡＬＤやパルスＣＶＤプロセスを含むことができるのに対して、バルク層はＣＶＤやＰＶＤプロセスで堆積可能である。このような集積スキームを実行可能な集積処理システムはＥＮＤＵＲＡ（登録商標）、ＥＮＤＵＲＡ ＳＬ（登録商標）、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）およびＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）処理システムを含み、各々はカリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。これらのシステムのいずれも、核形成層を堆積するための少なくとも１つのＡＬＤまたはパルスＣＶＤチャンバ、バルク充填を堆積するための少なくとも１つのＣＶＤチャンバおよび／または追加材料用の少なくとも１つのＰＶＤチャンバを含むように構成されてもよい。 Process integration
[0053] The above tungsten nucleation layer has been shown to have a practical utility when integrated with conventional bulk filling techniques to form features with excellent film properties. Integration schemes can include ALD or pulsed CVD processes to deposit nucleation layers, whereas bulk layers can be deposited by CVD or PVD processes. Integrated processing systems that can implement such an integration scheme include ENDURA®, ENDURA SL®, CENTURA®, and PRODUCER® processing systems, each in Santa Clara, California Applied Materials, Inc. Is available from Any of these systems include at least one ALD or pulsed CVD chamber for depositing a nucleation layer, at least one CVD chamber for depositing bulk fill, and / or at least one PVD chamber for additional material. It may be configured as follows.

[0054]図３Ａは、例示的マルチチャンバ処理システム３００の概略平面図である。類似のマルチチャンバ処理システムが、参照によって本明細書に組み込まれている、共同出願人による米国特許第５，１８６，７１８号に開示されている。システム３００は概して、システム３００に対して基板を移送するためのロードロックチャンバ３０２、３０４を含んでいる。通常、システム３００は真空下にあるため、ロードロックチャンバ３０２、３０４は、システム３００に導入された基板を「ポンプダウン」することができる。第１のロボット３１０は、ロードロックチャンバ３０２、３０４と第１のセットの１つ以上の基板処理チャンバ３１２、３１４、３１６、３１８（４つが示されている）の間に基板を移送してもよい。各処理チャンバ３１２、３１４、３１６、３１８は、周期層堆積、ＣＶＤ、ＰＶＤ、エッチング、プレクリーニング、脱ガス化、配向および他の基板プロセスなどの多数の基板処理動作を実行するようになっていてもよい。第１のロボット３１０はまた、１つ以上の移送チャンバ３２２、３２４に対して基板を移送する。   [0054] FIG. 3A is a schematic plan view of an exemplary multi-chamber processing system 300. FIG. A similar multi-chamber processing system is disclosed in co-assigned US Pat. No. 5,186,718, which is incorporated herein by reference. System 300 generally includes load lock chambers 302, 304 for transferring substrates to system 300. Since the system 300 is typically under vacuum, the load lock chambers 302, 304 can “pump down” substrates introduced into the system 300. The first robot 310 may also transfer substrates between the load lock chambers 302, 304 and the first set of one or more substrate processing chambers 312, 314, 316, 318 (four are shown). Good. Each processing chamber 312, 314, 316, 318 is adapted to perform a number of substrate processing operations such as periodic layer deposition, CVD, PVD, etching, pre-cleaning, degassing, orientation and other substrate processes. Also good. The first robot 310 also transfers the substrate to one or more transfer chambers 322, 324.

[0055]移送チャンバ３２２、３２４は、システム３００内に基板が移送されるようにする一方で、超高真空条件を維持するために使用される。第２のロボット３３０は、移送チャンバ３２２、３２４と第２のセットの１つ以上の処理チャンバ３３２、３３４、３３６、３３８の間に基板を移送してもよい。処理チャンバ３１２、３１４、３１６、３１８と同様に、処理チャンバ３３２、３３４、３３６、３３８は、例えば周期堆積、ＣＶＤ、ＰＶＤ、エッチング、プレクリーニング、脱ガス化および配向などの多様な基板処理動作を実行するようになっていてもよい。基板処理チャンバ３１２、３１４、３１６、３１８、３３２、３３４、３３６、３３８のいずれも、システム３００によって実行される具体的なプロセスに必要ならばシステム３００から除去されてもよい。   [0055] Transfer chambers 322, 324 are used to maintain ultra-high vacuum conditions while allowing substrates to be transferred into system 300. The second robot 330 may transfer the substrate between the transfer chambers 322, 324 and the second set of one or more processing chambers 332, 334, 336, 338. Similar to the processing chambers 312, 314, 316, 318, the processing chambers 332, 334, 336, 338 perform various substrate processing operations such as periodic deposition, CVD, PVD, etching, pre-cleaning, degassing, and orientation, for example. It may be designed to execute. Any of the substrate processing chambers 312, 314, 316, 318, 332, 334, 336, 338 may be removed from the system 300 as needed for the specific processes performed by the system 300.

[0056]一構造では、各処理チャンバ３３２および３３８は、核形成層を堆積するように適合されている周期堆積チャンバであってもよく、各処理チャンバ３３４および３３６は、バルク層を形成するように適合されている周期堆積チャンバ、化学気相堆積チャンバまたは物理気相堆積チャンバであってもよく、各処理チャンバ３１２および３１４は、誘電層を堆積するように適合されている物理気相堆積チャンバ、化学気相堆積チャンバまたは周期堆積チャンバであってもよく、各処理チャンバ３１６および３１８は、相互接続特徴部用のアパーチャーや開口をエッチングするようになっているエッチングチャンバであってもよい。システム３００のこの具体的な構造は本発明を図示するために提供されており、本発明の範囲を制限するために使用されるべきではない。   [0056] In one structure, each processing chamber 332 and 338 may be a periodic deposition chamber adapted to deposit a nucleation layer, and each processing chamber 334 and 336 may form a bulk layer. Each processing chamber 312 and 314 may be a physical vapor deposition chamber adapted to deposit a dielectric layer, which may be a periodic deposition chamber, a chemical vapor deposition chamber or a physical vapor deposition chamber adapted to A chemical vapor deposition chamber or a periodic deposition chamber, and each processing chamber 316 and 318 may be an etching chamber adapted to etch apertures and openings for interconnect features. This specific structure of system 300 is provided to illustrate the invention and should not be used to limit the scope of the invention.

[0057]別の集積システムが、核形成堆積ならびにバルク充填堆積を単一チャンバに含むことがある。周期堆積モードならびに従来のＣＶＤモードの両方で動作するように構成されているチャンバが使用可能である。このようなチャンバの一例が、参照によって本明細書に組み込まれている、共同出願人による米国特許第６，８７８，２０６号に説明されている。   [0057] Another integrated system may include nucleation deposition as well as bulk fill deposition in a single chamber. Chambers configured to operate in both periodic deposition mode as well as conventional CVD mode can be used. An example of such a chamber is described in co-assigned US Pat. No. 6,878,206, which is incorporated herein by reference.

[0058]別の集積スキームでは、１つ以上の周期堆積核形成チャンバが第１の処理システムに集積されるのに対して、１つ以上のバルク層堆積チャンバが第２の処理システムに集積される。本構成では、基板はまず第１のシステムで処理されて、ここで核形成層が基板上に堆積される。その後、基板は第２の処理システムに移動されて、ここでバルク堆積が生じる。   [0058] In another integration scheme, one or more periodic deposition nucleation chambers are integrated into the first processing system, while one or more bulk layer deposition chambers are integrated into the second processing system. The In this configuration, the substrate is first processed in a first system, where a nucleation layer is deposited on the substrate. Thereafter, the substrate is moved to a second processing system where bulk deposition occurs.

[0059]図３Ｂは、例示的マルチチャンバ処理システム３５０の概略平面図である。システム３５０は概して、システム３５０に対して基板を移送するためのロードロックチャンバ３５２、３５４を含んでいる。通常、システム３５０は真空下にあるため、ロードロックチャンバ３５２、３５４は、システム３５０に導入された基板を「ポンプダウン」することができる。ロボット３６０は、ロードロックチャンバ３５２、３５４と基板処理チャンバ３６２、３６４、３６６、３６８、３７０および３７２間に基板を移送してもよい。各処理チャンバ３６２、３６４、３６６、３６８、３７０および３７２は、周期層堆積、ＣＶＤ、ＰＶＤ、エッチング、プレクリーニング、脱ガス化、加熱、配向および他の基板プロセスなどの多数の基板処理動作を実行するようになっていてもよい。ロボット３６０はまた移送チャンバ３５６に対して基板を移送する。基板処理チャンバ３６２、３６４、３６６、３６８、３７０および３７２のいずれも、システム３５０によって実行される具体的なプロセスに必要でないならばシステム３５０から除去されてもよい。   [0059] FIG. 3B is a schematic plan view of an exemplary multi-chamber processing system 350. FIG. System 350 generally includes load lock chambers 352, 354 for transferring substrates to system 350. Since the system 350 is typically under vacuum, the load lock chambers 352, 354 can “pump down” the substrates introduced into the system 350. The robot 360 may transfer substrates between the load lock chambers 352, 354 and the substrate processing chambers 362, 364, 366, 368, 370 and 372. Each processing chamber 362, 364, 366, 368, 370 and 372 performs a number of substrate processing operations such as periodic layer deposition, CVD, PVD, etching, pre-cleaning, degassing, heating, orientation and other substrate processes. You may come to do. The robot 360 also transfers the substrate to the transfer chamber 356. Any of the substrate processing chambers 362, 364, 366, 368, 370, and 372 may be removed from the system 350 if not required for the specific processes performed by the system 350.

[0060]一構造では、各処理チャンバ３６４および３７０は、核形成層を堆積するように適合されている周期堆積チャンバであってもよく、各処理チャンバ３６６および３６８は、バルク充填堆積層を形成するように適合されている周期堆積チャンバ、化学気相堆積チャンバまたは物理気相堆積チャンバであってもよい。システム３５０の具体的な構造は本発明を図示するために提供されており、本発明の範囲を制限するために使用されるべきではない。   [0060] In one configuration, each processing chamber 364 and 370 may be a periodic deposition chamber adapted to deposit a nucleation layer, and each processing chamber 366 and 368 forms a bulk-filled deposition layer. It may be a periodic deposition chamber, a chemical vapor deposition chamber or a physical vapor deposition chamber that is adapted to do so. The specific structure of system 350 is provided to illustrate the invention and should not be used to limit the scope of the invention.

[0061]代替的に、単一チャンバ内に複数のステーションを有するカルーセルタイプバッチ処理システムが、核形成およびバルク層堆積を単一処理システムに組み込むように適合可能である。このような処理システムでは、アルゴンガスカーテンなどのパージガスカーテンが各ステーション間に確立可能であり、各ステーションで微小または小型環境を作成する。基板はシステムに順次ロードされてから、各ステーションで回転されて、また各ステーションで少なくとも部分的に処理される。例えば、基板は、第１のステーションの周期堆積核形成ステップに、次いで後続ステーションの各々で部分的バルク充填ＣＶＤステップに曝されてもよい。代替的に、核形成が２つ以上のステーションで生じることもあり、またバルク充填が１つ以上のステーションで生じることもある。さらにまた、核形成層およびバルク層は別個のカルーセルタイプシステムで堆積されてもよい。別の態様では、含浸および核形成ステップがあるカルーセルで完了されるのに対して、バルクステップは別のカルーセルで行われ、両カルーセルは同一プロセスシステムの一部である。各プラテンは、各ステーションで少なくともなんらかのプロセスコントロールを提供するように温度コントロール可能である。しかしながら、ステーションは単一チャンバ内に収容されているため、プロセス圧力は通常ステーション間で同じままである。不活性ガスカーテンによって各ステーションにある微小または小型環境において何らかの圧力コントロールが使用可能である。   [0061] Alternatively, a carousel-type batch processing system having multiple stations in a single chamber can be adapted to incorporate nucleation and bulk layer deposition into a single processing system. In such a processing system, a purge gas curtain, such as an argon gas curtain, can be established between each station, creating a micro or small environment at each station. Substrates are loaded sequentially into the system and then rotated at each station and processed at least partially at each station. For example, the substrate may be exposed to a periodic deposition nucleation step at a first station and then to a partial bulk fill CVD step at each subsequent station. Alternatively, nucleation can occur at more than one station, and bulk filling can occur at more than one station. Furthermore, the nucleation layer and the bulk layer may be deposited in separate carousel type systems. In another embodiment, the impregnation and nucleation steps are completed in one carousel, while the bulk step is performed in another carousel, both carousels being part of the same process system. Each platen can be temperature controlled to provide at least some process control at each station. However, since the stations are housed in a single chamber, the process pressure usually remains the same between the stations. Some pressure control can be used in a micro or small environment at each station by an inert gas curtain.

[0062]集積スキームに関係なく、核形成層は約２Å〜約２００Å、例えば約５Å〜約１００Åの範囲内の厚さを有してもよく、またバルク層は約１００Å〜約１０，０００Å、例えば約１，０００Å〜約５，０００Åの範囲内の厚さを有してもよい。しかしながら、これらの膜の厚さは、所与の用途の特徴部サイズおよびアスペクト比に応じて変化することがある。従って、膜は所与の用途の形状に対応するように適切にサイズ設定される。以下は、本明細書に説明されている実施形態に従って堆積された核形成層から利点を享受可能な例示的形状および用途である。以下の説明は図示目的にすぎず、本発明の使用を制限することを意図していない。   [0062] Regardless of the integration scheme, the nucleation layer may have a thickness in the range of about 2 to about 200, such as about 5 to about 100, and the bulk layer is about 100 to about 10,000, For example, it may have a thickness in the range of about 1,000 to about 5,000. However, the thickness of these films can vary depending on the feature size and aspect ratio for a given application. Thus, the membrane is appropriately sized to accommodate the shape of a given application. The following are exemplary shapes and applications that can benefit from a nucleation layer deposited according to the embodiments described herein. The following description is for illustrative purposes only and is not intended to limit the use of the present invention.

[0063]図４Ａ〜図４Ｃは、プロセスの一実施形態がビア４６０を充填するために利用される半導体特徴部の断面図である。図４Ａでは、基板４５０は少なくとも１つのビア４６０を含む。バリア層４５１はＡＬＤ、ＣＶＤまたはＰＶＤ技術によって、ビア４６０を具備する基板４５０に堆積されてもよい。バリア層４５１は、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステン、これらのホウ化物、これらのシリサイド、これらの合金またはこれらの組合せを含有してもよい。タングステン層４５２の核形成前に、図４Ｂに描かれているように、含浸プロセスがバリア層４５１に施されてもよい。含浸プロセスは、ビア４６０内のバリア層４５１の側壁に、ビア４６０外のバリア層４５１とほぼ同じレートでタングステン層４５２を接着および成長させる。含浸プロセスが省略される場合、側壁上のタングステン層４５２の成長は、ビア４６０外のタングステン層４５２の成長に対して一定ではない。タングステン層４５２の核形成が堆積されると、二次含浸つまり事後含浸プロセスがタングステン層４５２を処置するために行われる。事後含浸プロセスはタングステン層４５２を提供して、図４Ｃに明示されているように、ビア４６０を充填しつつより平滑に成長を継続する。一実施例では、ＡＬＤプロセスがタングステン核形成層の堆積後に継続されて、タングステンバルク層を堆積する。別の実施例では、ＡＬＤプロセスがタングステン核形成層を堆積するために使用され、ＣＶＤプロセスがタングステンバルク層を堆積するために使用される。別の実施例では、ＡＬＤプロセスがタングステン核形成層を堆積するために使用され、ＰＶＤプロセスがタングステンバルク層を堆積するために使用される。別の実施例では、パルスＣＶＤプロセスがタングステン核形成層を堆積するために使用され、従来のＣＶＤプロセスがタングステンバルク層を堆積するために使用される。別の実施例では、パルスＣＶＤプロセスがタングステン核形成層を堆積するために使用され、ＰＶＤプロセスがタングステンバルク層を堆積するために使用される。   [0063] FIGS. 4A-4C are cross-sectional views of semiconductor features in which one embodiment of the process is utilized to fill vias 460. FIG. In FIG. 4A, the substrate 450 includes at least one via 460. The barrier layer 451 may be deposited on the substrate 450 with vias 460 by ALD, CVD or PVD techniques. The barrier layer 451 may contain titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, tungsten, tungsten nitride, borides thereof, silicides thereof, alloys thereof, or combinations thereof. Prior to nucleation of the tungsten layer 452, an impregnation process may be applied to the barrier layer 451, as depicted in FIG. 4B. The impregnation process adheres and grows a tungsten layer 452 on the sidewalls of the barrier layer 451 in the via 460 at approximately the same rate as the barrier layer 451 outside the via 460. If the impregnation process is omitted, the growth of the tungsten layer 452 on the sidewall is not constant relative to the growth of the tungsten layer 452 outside the via 460. Once the nucleation of the tungsten layer 452 has been deposited, a secondary impregnation or post-impregnation process is performed to treat the tungsten layer 452. The post-impregnation process provides a tungsten layer 452 and continues to grow more smoothly while filling the via 460, as evidenced in FIG. 4C. In one embodiment, the ALD process is continued after deposition of the tungsten nucleation layer to deposit a tungsten bulk layer. In another example, an ALD process is used to deposit a tungsten nucleation layer and a CVD process is used to deposit a tungsten bulk layer. In another example, an ALD process is used to deposit a tungsten nucleation layer and a PVD process is used to deposit a tungsten bulk layer. In another example, a pulsed CVD process is used to deposit the tungsten nucleation layer and a conventional CVD process is used to deposit the tungsten bulk layer. In another example, a pulsed CVD process is used to deposit a tungsten nucleation layer and a PVD process is used to deposit a tungsten bulk layer.

タングステン金属ゲート
[0064]図５は、本明細書に説明されている実施形態に従って堆積された核形成層を利用する例示的金属酸化物ゲートデバイス４００の断面図を示している。デバイス４００は概して、スペーサー４１６と、基板表面４１２内に形成されたシリコンソース／ドレインエリア４２０とによって囲まれている暴露ゲート４１０を含んでいる。スペーサー４１６は通常、二酸化シリコンなどの酸化物や、窒化シリコンなどの窒化物を含んでいる。 Tungsten metal gate
[0064] FIG. 5 illustrates a cross-sectional view of an exemplary metal oxide gate device 400 that utilizes a nucleation layer deposited according to embodiments described herein. Device 400 generally includes an exposed gate 410 surrounded by a spacer 416 and a silicon source / drain area 420 formed in the substrate surface 412. The spacer 416 typically includes an oxide such as silicon dioxide or a nitride such as silicon nitride.

[0065]金属ゲート４１０は、酸化層４１１と、多結晶シリコン層４１４と、窒化チタンバリア層４１５とタングステン層４２２とを含んでいる。酸化層４１１は基板４１２を多結晶シリコン層４１４から分離する。酸化層４１１および多結晶シリコン層４１４は従来の堆積技術を使用して堆積される。   [0065] The metal gate 410 includes an oxide layer 411, a polysilicon layer 414, a titanium nitride barrier layer 415, and a tungsten layer 422. Oxide layer 411 separates substrate 412 from polycrystalline silicon layer 414. Oxide layer 411 and polycrystalline silicon layer 414 are deposited using conventional deposition techniques.

[0066]窒化チタンバリア層４１５は多結晶シリコン層４１４上に堆積される。窒化チタンバリア層４１５は、ＰＶＤチタン層、次いでＣＶＤ窒化チタン層を堆積することによって形成される二層スタックであってもよい。窒化チタンバリア層４１５はまた、参照によって本明細書に組み込まれている２００１年１２月２１日に出願され、かつＵＳ２００３−０１１６０８７号として公開されている、共同出願人による米国出願第１０／０３２，２９３号に示されかつ説明されているプロセスなどの周期堆積技術を使用して堆積されてもよい。   [0066] A titanium nitride barrier layer 415 is deposited on the polycrystalline silicon layer 414. The titanium nitride barrier layer 415 may be a bilayer stack formed by depositing a PVD titanium layer followed by a CVD titanium nitride layer. Titanium nitride barrier layer 415 is also filed on Dec. 21, 2001, which is hereby incorporated by reference, and published as US 2003-0116087, co-assigned US application Ser. No. 10/032, It may be deposited using periodic deposition techniques such as the process shown and described in No. 293.

[0067]含浸プロセスが基板表面に施される。含浸は、少なくとも１つのキャリアガスに伴ってシラン化合物またはボラン化合物を含む。好ましいシラン化合物はシランであり、好ましいボラン化合物はジボランであり、好ましいキャリアガスは水素、窒素および／またはアルゴンのいずれかである。一態様では、シランは約２５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの範囲内の流量を有しており、水素は約２００ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍの範囲内の流量を有する。含浸プロセスは約１００℃〜約５００℃の範囲内、好ましくは約３００℃の温度で、約１トール〜約１５０トール、好ましくは約３０トール〜約１２０トールの範囲内の圧力で、約１秒〜約９０秒の期間、行われる。別の態様では、ジボランは約２５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの範囲内の流量を有しており、水素および／またはアルゴンは約２００ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍの範囲内の流量を有する。含浸プロセスは、約１００℃〜約５００℃の範囲内、好ましくは約３００℃の温度で、約１トール〜約１２０トール、好ましくは約５トール〜約５０トールの範囲内の圧力で、約1秒〜約９０秒、好ましくは約６０秒未満の期間、行われる。   [0067] An impregnation process is applied to the substrate surface. The impregnation includes a silane compound or a borane compound with at least one carrier gas. The preferred silane compound is silane, the preferred borane compound is diborane, and the preferred carrier gas is either hydrogen, nitrogen and / or argon. In one aspect, the silane has a flow rate in the range of about 25 seem to about 500 seem, and the hydrogen has a flow rate in the range of about 200 seem to about 700 seem. The impregnation process is carried out at a temperature in the range of about 100 ° C. to about 500 ° C., preferably at a temperature of about 300 ° C., at a pressure in the range of about 1 Torr to about 150 Torr, preferably about 30 Torr to about 120 Torr for about 1 second. Performed for a period of ~ 90 seconds. In another aspect, diborane has a flow rate in the range of about 25 seem to about 500 seem, and hydrogen and / or argon has a flow rate in the range of about 200 seem to about 700 seem. The impregnation process is performed at a temperature in the range of about 100 ° C. to about 500 ° C., preferably about 300 ° C., at a pressure in the range of about 1 Torr to about 120 Torr, preferably about 5 Torr to about 50 Torr. Second to about 90 seconds, preferably less than about 60 seconds.

[0068]一実施例では、核形成層４１７は次いで、含浸プロセスによる基板表面の処置に続いてバリア層４１５に周期的に堆積される。一態様では、核形成層４１７は、六フッ化タングステンおよびジボランの交互パルスを使用して周期的に堆積される。六フッ化タングステンはチャンバにパルスされてもよく、また基板は約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ、好ましくは約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｃｃｍの範囲内のレートで、約０．３秒間曝される。アルゴンなどのキャリアガスは、約１００ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍ、好ましくは約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの範囲内の流量で六フッ化タングステンに伴って提供される。ジボラン（例えば、Ｈ２中５％）はチャンバにパルスされてもよく、また基板は約５０ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍ、好ましくは約１００ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍの範囲内のレートで約０．３秒間曝される。水素ガスはチャンバにパルスされてもよく、基板は、約１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍ、好ましくは約３ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍ、より好ましくは約５ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内のレートで曝される。基板は約１００℃〜約４００℃、好ましくは約３００℃の温度に、約１トール〜約１２０トール、好ましくは約５トール〜約５０トールのチャンバ圧力で維持されてもよい。六フッ化タングステンとジボランの両パルスにおいて、水素が約０．５秒間パルスされて、処理チャンバから反応性化合物をパージまたは除去する。 [0068] In one example, the nucleation layer 417 is then periodically deposited on the barrier layer 415 following treatment of the substrate surface by an impregnation process. In one aspect, the nucleation layer 417 is deposited periodically using alternating pulses of tungsten hexafluoride and diborane. Tungsten hexafluoride may be pulsed into the chamber and the substrate is exposed for about 0.3 seconds at a rate in the range of about 1 sccm to about 100 sccm, preferably about 5 sccm to about 50 sccm. A carrier gas such as argon is provided with tungsten hexafluoride at a flow rate in the range of about 100 seem to about 1,000 seem, preferably about 100 seem to about 500 seem. Diborane (eg, 5% in H 2 ) may be pulsed into the chamber, and the substrate is exposed for about 0.3 seconds at a rate in the range of about 50 seem to about 1,000 seem, preferably about 100 seem to about 400 seem. The Hydrogen gas may be pulsed into the chamber and the substrate is exposed at a rate in the range of about 1 slm to about 20 slm, preferably about 3 slm to about 15 slm, more preferably about 5 slm to about 10 slm. The substrate may be maintained at a temperature of about 100 ° C. to about 400 ° C., preferably about 300 ° C., with a chamber pressure of about 1 Torr to about 120 Torr, preferably about 5 Torr to about 50 Torr. In both tungsten hexafluoride and diborane pulses, hydrogen is pulsed for about 0.5 seconds to purge or remove reactive compounds from the processing chamber.

[0069]別の実施例では、核形成層４１７は、六フッ化タングステンおよびシランの交互パルスを使用して周期的に堆積される。六フッ化タングステンは約０．５秒間、アルゴンによって上記のようにパルスされる。シランは約１ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ、例えば約５ｓｃｃｍ〜約５０ｓｃｃｍのレートで約０．５秒間パルスされる。水素などのキャリアガスが、約１００ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍ、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍのレートで、シランに伴って提供される。水素ガスはチャンバにパルスされてもよく、また基板は約１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍ、好ましくは約３ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍ、より好ましくは約５ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内のレートで曝される。基板は約１００℃〜約４００℃、好ましくは約３００℃の温度に、約１トール〜約３０トールのチャンバ圧力で維持される。   [0069] In another example, the nucleation layer 417 is deposited periodically using alternating pulses of tungsten hexafluoride and silane. Tungsten hexafluoride is pulsed as described above with argon for about 0.5 seconds. Silane is pulsed at a rate of about 1 seem to about 100 seem, for example about 5 seem to about 50 seem for about 0.5 seconds. A carrier gas, such as hydrogen, is provided with the silane at a rate of about 100 seem to about 1,000 seem, for example about 100 seem to about 500 seem. Hydrogen gas may be pulsed into the chamber and the substrate is exposed at a rate in the range of about 1 slm to about 20 slm, preferably about 3 slm to about 15 slm, more preferably about 5 slm to about 10 slm. The substrate is maintained at a temperature of about 100 ° C. to about 400 ° C., preferably about 300 ° C., with a chamber pressure of about 1 Torr to about 30 Torr.

[0070]別の実施例では、核形成層４１７は、含浸プロセスによる基板表面の処置に続いて、バリア層４１５上にパルスＣＶＤプロセスで堆積される。パルスＣＶＤプロセスは、約３００℃〜約５００℃、好ましくは約４００℃〜約４５０℃の範囲内の温度でＷＦ６およびＢ２Ｈ６またはＷＦ６およびＳｉＨ４を同時に流すステップを含んでいる。パルスＣＶＤプロセスは、約０．５秒〜約３秒、好ましくは約１．５秒の期間同時流前駆体をパルスする。 [0070] In another example, the nucleation layer 417 is deposited on the barrier layer 415 by a pulsed CVD process following treatment of the substrate surface by an impregnation process. The pulsed CVD process includes flowing WF 6 and B 2 H 6 or WF 6 and SiH 4 simultaneously at a temperature in the range of about 300 ° C. to about 500 ° C., preferably about 400 ° C. to about 450 ° C. The pulsed CVD process pulses the co-flow precursor for a period of about 0.5 seconds to about 3 seconds, preferably about 1.5 seconds.

[0071]第２の含浸プロセスつまり事後含浸プロセスが基板表面に施される。含浸プロセスは、少なくとも１つのキャリアガスに伴ってシラン化合物やボラン化合物などの還元剤を含んでいる。好ましくは、還元剤はジボランであり、好ましいキャリアガスは水素、窒素および／またはアルゴンである。一実施例では、水素中に５ｖｏｌ％のジボランを含有する還元ガスが、約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの範囲内、好ましくは約３００ｓｃｃｍの流量を有する。一部の実施例では、基板は、還元ガスに伴って、約１ｓｌｍ〜約２０ｓｌｍ、好ましくは約３ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍ、より好ましくは約５ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内の流量を有する水素ガスに曝されてもよい。含浸プロセスは、約１００℃〜約５００℃の範囲内、好ましくは約３００℃の温度で、約１トール〜約１２０トール、好ましくは約１０トール〜約５０トールの範囲内の圧力で約１秒〜約９０秒、好ましくは約３０秒未満の期間、行われる。   [0071] A second or post-impregnation process is applied to the substrate surface. The impregnation process includes a reducing agent such as a silane compound or a borane compound with at least one carrier gas. Preferably, the reducing agent is diborane and the preferred carrier gas is hydrogen, nitrogen and / or argon. In one example, the reducing gas containing 5 vol% diborane in hydrogen has a flow rate in the range of about 100 seem to about 500 seem, preferably about 300 seem. In some embodiments, the substrate is exposed to hydrogen gas having a flow rate in the range of about 1 slm to about 20 slm, preferably about 3 slm to about 15 slm, more preferably about 5 slm to about 10 slm with the reducing gas. May be. The impregnation process is carried out at a temperature in the range of about 100 ° C. to about 500 ° C., preferably about 300 ° C., at a pressure in the range of about 1 Torr to about 120 Torr, preferably about 10 Torr to about 50 Torr for about 1 second. For about 90 seconds, preferably less than about 30 seconds.

[0072]含浸プロセスを利用して形成された核形成層は、含浸プロセスで形成されたのではない核形成層に対して利点を有している。タングステン膜は、集積膜に対する低ストレス、ならびに核形成層の界面での低フッ素含有率を示す。また、含浸処置後に堆積された核形成層はより高い均一性カバレージを有しており、また培養期間の削減ゆえにより迅速に堆積される。   [0072] Nucleation layers formed using an impregnation process have advantages over nucleation layers that are not formed by an impregnation process. The tungsten film exhibits low stress on the integrated film and low fluorine content at the nucleation layer interface. Also, the nucleation layer deposited after the impregnation treatment has a higher uniformity coverage and is deposited more rapidly due to the reduced culture period.

[0073]タングステンバルク充填４２２が次いで処置済みタングステン核形成層４１７上に堆積される。従来の化学気相堆積法や物理気相堆積法などの任意の金属堆積プロセスが使用可能であるが、タングステンバルク充填４２２は、上記のようなタングステン含有化合物および還元化合物を交互に吸収することによって堆積されてもよい。周期堆積技術を使用するタングステン堆積についてのより詳細な説明は、全体を参照してここに組み込まれており、２００２年２月２０日に出願され、かつＵＳ２００３−０１５７７６０号として公開された、共同出願人による米国特許第６，８７８，２０６号および共同出願人による米国出願第１０／０８２，０４８号に見ることができる。含浸プロセスを利用せずに堆積されたタングステン膜、事後タングステンバルク充填と比較して、含浸プロセスを利用して堆積されたタングステン膜の表面上に少数の火山（ｖｏｌｖａｎｏｅｓ）が現れる。   [0073] A tungsten bulk fill 422 is then deposited on the treated tungsten nucleation layer 417. Although any metal deposition process such as conventional chemical vapor deposition or physical vapor deposition can be used, the tungsten bulk fill 422 can absorb the tungsten-containing and reducing compounds alternately as described above. It may be deposited. A more detailed description of tungsten deposition using periodic deposition techniques is incorporated herein by reference in its entirety, filed on Feb. 20, 2002 and published as US 2003-0157760. Can be found in US Pat. No. 6,878,206 by human and US application Ser. No. 10 / 082,048 by co-applicant. Compared to tungsten films deposited without using the impregnation process, post-tungsten bulk filling, fewer volvanoes appear on the surface of the tungsten film deposited using the impregnation process.

[0074]堆積に続いて、得られる構造体４００の上部は平坦化されてもよい。カリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＭＩＲＲＡ（登録商標）システムなどの化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置が使用されてもよい。タングステンバルク充填４２２の一部が構造の上部から除去されて、完全に平坦な表面を残すことになる。場合により、構造の中間表面が、上記の後続層の堆積の間に平坦化されてもよい。   [0074] Following deposition, the top of the resulting structure 400 may be planarized. Applied Materials, Inc., located in Santa Clara, California. Chemical mechanical polishing (CMP) equipment such as the MIRRA® system available from may be used. A portion of the tungsten bulk fill 422 will be removed from the top of the structure, leaving a completely flat surface. In some cases, the intermediate surface of the structure may be planarized during the deposition of the subsequent layers.

[0075]図６は、トランジスタ５２０がトレンチキャパシタ５３０の上部に隣接して位置決めされている従来のＤＲＡＭデバイスの断面図である。ＤＲＡＭデバイス５１０のアクセストランジスタ５２０はトレンチキャパシタ５３０の上部に隣接して位置決めされる。好ましくは、アクセストランジスタ５２０は、ソース領域５２２と、ゲート領域５２４とドレイン領域５２６とを有するｎ−ｐ−ｎトランジスタを含有している。ゲート領域５２４はＰ＋基板上に配置されているＰドープシリコンエピ層である。アクセストランジスタ５２０のソース領域５２２は、ゲート領域５２４の第１の側に配置されているＮ＋ドープ材料であり、ドレイン領域５２６は、ソース領域５２２の反対側に、ゲート領域５２４の第２の側に配置されているＮ＋ドープ材料である。 FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional DRAM device in which transistor 520 is positioned adjacent to the top of trench capacitor 530. Access transistor 520 of DRAM device 510 is positioned adjacent to the top of trench capacitor 530. Preferably, access transistor 520 includes an npn transistor having a source region 522, a gate region 524, and a drain region 526. Gate region 524 is a P-doped silicon epilayer disposed on a P + substrate. The source region 522 of the access transistor 520 is N + doped material disposed on the first side of the gate region 524 and the drain region 526 is on the opposite side of the source region 522 on the second side of the gate region 524. Is an N + doped material.

[0076]ソースおよびドレイン領域５２２、５２４はタングステンプラグ５６０に接続されてもよい。各タングステンプラグ５６０はチタンライナー５６２と、タングステン核形成層５６４と、バルクタングステン充填５６６とを含んでいる。チタンライナー５６２は、ＰＶＤチタンに続いてＣＶＤ窒化チタンを含有する二層スタックであってもよい。代替的に、チタンライナー５６２は、ＡＬＤ堆積チタンに続いてＡＬＤ堆積窒化チタンを含有する二層スタックであってもよい。タングステン核形成層５６４は上記のように含浸プロセスおよびＡＬＤプロセスまたは含浸プロセスおよびパルスＣＶＤプロセスを使用して形成される。タングステンバルク充填５６６は、事後含浸プロセス、およびＣＶＤを含む任意の従来の堆積技術を使用して堆積されてもよい。   [0076] Source and drain regions 522, 524 may be connected to a tungsten plug 560. Each tungsten plug 560 includes a titanium liner 562, a tungsten nucleation layer 564, and a bulk tungsten fill 566. The titanium liner 562 may be a bilayer stack containing PVD titanium followed by CVD titanium nitride. Alternatively, the titanium liner 562 may be a bilayer stack containing ALD deposited titanium followed by ALD deposited titanium nitride. Tungsten nucleation layer 564 is formed using an impregnation process and an ALD process or impregnation process and a pulsed CVD process as described above. The tungsten bulk fill 566 may be deposited using a post-impregnation process and any conventional deposition technique including CVD.

[0077]トレンチキャパシタ５３０は概して、第１の電極５３２と、第２の電極５３４と、これらの間に配置されている誘電材料５３６とを含んでいる。Ｐ＋基板はトレンチキャパシタ５３０の第１の電極５３２として作用し、接地接続５４１に接続されている。トレンチ５３８がＰ＋基板に形成され、またトレンチキャパシタ５３０の第２の電極として作用する重ドープＮ＋多結晶シリコンで充填される。誘電材料５３６は第１の電極５３２（つまり、Ｐ＋基板）と第２の電極５３４（つまり、Ｎ＋多結晶シリコン）との間に配置される。 [0077] The trench capacitor 530 generally includes a first electrode 532, a second electrode 534, and a dielectric material 536 disposed therebetween. The P + substrate acts as the first electrode 532 of the trench capacitor 530 and is connected to the ground connection 541. A trench 538 is formed in the P + substrate and is filled with heavily doped N + polycrystalline silicon that acts as the second electrode of the trench capacitor 530. Dielectric material 536 is disposed between first electrode 532 (ie, P + substrate) and second electrode 534 (ie, N + polycrystalline silicon).

[0078]トレンチキャパシタ５３０はまた、誘電材料５３６と第１の電極５３２間に配置されている第１の窒化タングステンバリア層５４０を含んでいる。好ましくは、第２の窒化タングステンバリア層５４２が誘電材料５３６と第２の電極５３４間に配置されている。代替的に、バリア層５４０、５４２は、Ｗ／ＷＮなどの結合膜である。   [0078] The trench capacitor 530 also includes a first tungsten nitride barrier layer 540 disposed between the dielectric material 536 and the first electrode 532. Preferably, a second tungsten nitride barrier layer 542 is disposed between the dielectric material 536 and the second electrode 534. Alternatively, the barrier layers 540, 542 are binding films such as W / WN.

[0079]上記ＤＲＡＭデバイスはｎ−ｐ−ｎトランジスタと、第１の電極であるＰ＋基板と、キャパシタの第２の電極であるＮ＋多結晶シリコンとを利用するが、他のトランジスタ設計および電極材料もＤＲＡＭデバイスを形成するために本発明によって想定されている。付加的に、例えばクラウンキャパシタなどの他のデバイスも本明細書に説明されている実施形態によって想定されている。 [0079] The DRAM device utilizes an npn transistor, a P + substrate as the first electrode, and N + polycrystalline silicon as the second electrode of the capacitor, but other transistor designs and Electrode materials are also contemplated by the present invention to form DRAM devices. Additionally, other devices such as crown capacitors are also envisioned by the embodiments described herein.

[0080]本明細書で使用されている「基板表面」や「基板」とは、製作プロセス時に膜処理が実行される基板上に形成された任意の基板や材料表面のことである。例えば、処理が実行可能な基板表面は、単結晶、多結晶またはアモルファスシリコン、歪シリコン、シリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）、ドープされたシリコン、シリコンゲルマニウム、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイア、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンおよび／または、ＳｉＯｘＣｙなどの炭素ドープシリコン酸化物、例えばカリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）低ｋ誘電体などの材料を含む。基板は、２００ｍｍまたは３００ｍｍ直径のウェーハ、ならびに矩形または正方形ペイン（ｐａｎｅ）などの種々の寸法を有してもよい。特に言及されない限り、本明細書に説明されている実施形態および実施例は好ましくは、２００ｍｍ直径または３００ｍｍ直径、より好ましくは３００ｍｍ直径の基板に行われる。本明細書に説明されているプロセスの実施形態は、金属タングステン、窒化タングステン、ホウ化タングステン、タングステンシリサイド、これらの誘導体、これらの合金、および、多数の基板および表面上、特にバリア層、接着層または導電層上の他のタングステン含有材料を堆積する。本発明の実施形態が有用である基板は、単結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞やＳｉ＜１１１＞）、酸化シリコン、歪シリコン、シリコンゲルマニウム、ドープまたは無ドープ多結晶シリコン、ドープまたは無ドープシリコンウェーハおよびパターン化または非パターン化ウェーハなどの半導体ウェーハを含んでいるが、これらに制限されない。基板は、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、水酸化、アニーリングおよび／または焼成するために事前処置プロセスに曝されてもよい。 [0080] As used herein, a "substrate surface" or "substrate" is any substrate or material surface formed on a substrate on which film processing is performed during the fabrication process. For example, the substrate surface where processing can be performed is monocrystalline, polycrystalline or amorphous silicon, strained silicon, silicon-on-insulator (SOI), doped silicon, silicon germanium, germanium, gallium arsenide, glass, sapphire, oxide silicon, silicon nitride, silicon oxynitride and / or, SiO x C carbon-doped silicon oxide such as y, for example, Applied Materials in Santa Clara, California, Inc. Materials such as BLACK DIAMOND® low-k dielectrics available from: The substrate may have various dimensions such as a 200 mm or 300 mm diameter wafer, as well as a rectangular or square pane. Unless otherwise stated, the embodiments and examples described herein are preferably performed on 200 mm diameter or 300 mm diameter, more preferably 300 mm diameter substrates. Embodiments of the processes described herein include metallic tungsten, tungsten nitride, tungsten boride, tungsten silicide, derivatives thereof, alloys thereof, and numerous substrates and surfaces, particularly barrier layers, adhesion layers Or deposit another tungsten-containing material on the conductive layer. Substrates for which embodiments of the present invention are useful include single crystal silicon (eg, Si <100> or Si <111>), silicon oxide, strained silicon, silicon germanium, doped or undoped polycrystalline silicon, doped or undoped This includes, but is not limited to, semiconductor wafers such as silicon wafers and patterned or unpatterned wafers. The substrate may be subjected to a pretreatment process to polish, etch, reduce, oxidize, hydroxylate, anneal and / or bake the substrate surface.

[0081]本明細書で使用されているような「原子層堆積法」や「周期堆積」とは、基板表面上に１層の材料を堆積するために２つ以上の反応性化合物を順次導入することである。２つ、３つまたはこれ以上の反応性化合物は代替的にプロセスチャンバの反応ゾーンに導入されてもよい。普通、各反応性化合物は時間遅延によって分離されて、各化合物を基板表面上に接着および／または反応させる。一態様では、第１の前駆体つまり化合物Ａが反応ゾーンにパルスされて第１の時間遅延が続く。次に、第２の前駆体つまり化合物Ｂが反応ゾーンにパルスされて第２の遅延が続く。各時間遅延時に、窒素などのパージガスがプロセスチャンバに導入されて、反応ゾーンをパージするか、残渣反応性化合物や副生成物を反応ゾーンから除去する。代替的に、パージガスは堆積プロセスを通して連続的に流れることが可能なため、パージガスのみが反応性化合物のパルス間の時間遅延時に流れる。代替実施形態では、パージガスはまた、水素、ジボランまたはシランなどの還元剤であってもよい。反応性化合物は代替的に、所望の膜または膜厚が基板表面上に形成されるまでパルスされる。いずれのシナリオでも、化合物Ａおよびパージガスをパルスし、化合物ＢおよびパージガスをパルスするというＡＬＤプロセスで１サイクルである。１サイクルは化合物Ａまたは化合物Ｂのいずれかで開始可能であり、また所望の厚さの膜を達成するまでそれぞれのサイクル順序を継続可能である。別の実施形態では、化合物Ａを含有する第１の前駆体、化合物Ｂを含有する第２の前駆体、化合物Ｃを含有する第３の前駆体は各々個別または代替的に、プロセスチャンバにパルスされる。代替的には、化合物Ａを含有する第１の前駆体および化合物Ｂを含有する第２の前駆体は各々個別または代替的にプロセスチャンバにパルスされるのに対して、化合物Ｃを含有する第３の前駆体はプロセスチャンバに継続的に流される。代替的に１パルスの第１の前駆体は１パルスの第２の前駆体に時間的に重畳する場合があるのに対して、１パルスの第３の前駆体は第１および第２の前駆体のいずれのパルスとも時間的に重畳しない。   [0081] As used herein, "atomic layer deposition" or "periodic deposition" refers to the sequential introduction of two or more reactive compounds to deposit a layer of material on a substrate surface. It is to be. Two, three or more reactive compounds may alternatively be introduced into the reaction zone of the process chamber. Usually, each reactive compound is separated by a time delay to cause each compound to adhere and / or react on the substrate surface. In one aspect, the first precursor, Compound A, is pulsed into the reaction zone followed by a first time delay. Next, a second precursor, Compound B, is pulsed into the reaction zone followed by a second delay. At each time delay, a purge gas such as nitrogen is introduced into the process chamber to purge the reaction zone or remove residual reactive compounds and by-products from the reaction zone. Alternatively, the purge gas can flow continuously throughout the deposition process so that only the purge gas flows during the time delay between pulses of reactive compound. In alternative embodiments, the purge gas may also be a reducing agent such as hydrogen, diborane or silane. The reactive compound is alternatively pulsed until the desired film or film thickness is formed on the substrate surface. In either scenario, there is one cycle in the ALD process of pulsing compound A and purge gas and pulsing compound B and purge gas. One cycle can be initiated with either Compound A or Compound B, and each cycle sequence can be continued until a desired thickness of film is achieved. In another embodiment, the first precursor containing Compound A, the second precursor containing Compound B, and the third precursor containing Compound C are each individually or alternatively pulsed into the process chamber. Is done. Alternatively, the first precursor containing compound A and the second precursor containing compound B are each individually or alternatively pulsed into the process chamber, whereas the first precursor containing compound C The three precursors are continuously flowed into the process chamber. Alternatively, one pulse of the first precursor may overlap in time with the one pulse of the second precursor, whereas one pulse of the third precursor is the first and second precursors. It does not overlap in time with any body pulse.

[0082]本明細書で使用されている「パルス」とは、処理チャンバの反応ゾーンに断続的または非継続的に導入される具体的な化合物の量のことである。各パルス内の具体的な化合物の量はパルス期間に応じて経時的に変化することがある。各パルス期間は、例えば用いられているプロセスチャンバの容積容量、これに結合されている真空システムおよび具体的な化合物自体の揮発性／反応性などの多数の要因に応じて可変的である。本明細書で使用されている「半反応」とは、パージステップが続く前駆体のパルスのことである。   [0082] As used herein, "pulse" refers to the amount of a particular compound that is intermittently or non-continuously introduced into the reaction zone of the processing chamber. The specific amount of compound in each pulse may change over time depending on the pulse duration. Each pulse period is variable depending on a number of factors such as the volume capacity of the process chamber being used, the vacuum system coupled to it and the volatility / reactivity of the particular compound itself. As used herein, “half reaction” refers to a pulse of precursor followed by a purge step.

[0083]以下の実施例は、表面上に堆積されたバリア層を含有する基板に行われた。バリア層は、まずチタン層をＰＶＤプロセスで３００ｍｍ基板表面上に約１００Åの厚さに堆積することによって形成された。引き続き、窒化チタン層が、ＴＤＭＡＴ前駆体を使用するＣＶＤプロセスでチタン層上に堆積され、Ｈ２／Ｎ２プラズマ処置が続いた。窒化チタン層は約５０Åの厚さに堆積された。以下の実施例の多くにおいて、ジボランは普通キャリアガスとして水素（Ｈ２）を含有している。しかしながら、キャリアガスは窒素（Ｎ２）やアルゴンであってもよい。 [0083] The following example was performed on a substrate containing a barrier layer deposited on a surface. The barrier layer was formed by first depositing a titanium layer to a thickness of about 100 mm on a 300 mm substrate surface by a PVD process. Subsequently, the titanium nitride layer is deposited on the titanium layer by CVD process using TDMAT precursor was followed by a H 2 / N 2 plasma treatment. The titanium nitride layer was deposited to a thickness of about 50 mm. In many of the following examples, diborane usually contains hydrogen (H 2 ) as a carrier gas. However, the carrier gas may be nitrogen (N 2 ) or argon.

実施例
[0084]実施例１：基板が堆積チャンバに置かれて、以下の条件で含浸プロセスに曝された。 Example
[0084] Example 1 : A substrate was placed in a deposition chamber and exposed to an impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６；
圧力：約１５トール；
温度：約３７５℃；
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約８，０００ｓｃｃｍのＨ２；
水素／ハイドライド流量比：約８２０：１；および
期間：約１０秒
[0085]次に、タングステン核形成層が、以下の条件で、パルスＣＶＤプロセスを使用する先行含浸プロセスから堆積チャンバにおいてバリア層上に形成された。 Reagent: B 2 H 6 ;
Pressure: about 15 Torr;
Temperature: about 375 ° C .;
Flow rate: 5% in H 2 to about 200 sccm B 2 H 6 and about 8,000sccm H 2;
Hydrogen / hydride flow ratio: about 820: 1; and Duration: about 10 seconds
[0085] Next, a tungsten nucleation layer was formed on the barrier layer in the deposition chamber from a pre-impregnation process using a pulsed CVD process under the following conditions.

試薬：ＷＦ６、Ｂ２Ｈ６およびＨ２；
圧力：約５トール；
温度：約３７５℃；
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６、Ｈ２中約１００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約６，０００ｓｃｃｍのＨ２；
水素／ハイドライド流量比：約１，２２０：１；および
パルス期間：約１．５秒
[0086]パルスＣＶＤプロセスが、核形成層が約２５Åの厚さを有するまで継続された。その後、基板は堆積チャンバに保たれて、以下の条件で第２の含浸プロセスに曝された。 Reagents: WF 6 , B 2 H 6 and H 2 ;
Pressure: about 5 Torr;
Temperature: about 375 ° C .;
Flow rate: 5% WF 6, in H 2 from about 100sccm to about 60 sccm B 2 H 6 and about 6,000sccm of H 2;
Hydrogen / hydride flow ratio: about 1,220: 1; and pulse duration: about 1.5 seconds
[0086] The pulsed CVD process was continued until the nucleation layer had a thickness of about 25 mm. The substrate was then kept in the deposition chamber and exposed to the second impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６およびＨ２；
圧力：約３０トール；
温度：約３７５℃；
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約８，０００ｓｃｃｍのＨ２；
水素／ハイドライド流量比：約８２０：１；および
期間：約３０秒
[0087]引き続き、バルクタングステン層が、約３７５℃でＣＶＤプロセスを使用して、核形成層上に厚さ約５００ÅにＷＦ６−Ｈ２を使用して堆積された。 Reagents: B 2 H 6 and H 2 ;
Pressure: about 30 Torr;
Temperature: about 375 ° C .;
Flow rate: 5% in H 2 to about 200 sccm B 2 H 6 and about 8,000sccm H 2;
Hydrogen / hydride flow ratio: about 820: 1; and Duration: about 30 seconds
[0087] Subsequently, a bulk tungsten layer was deposited on the nucleation layer using WF 6 -H 2 to a thickness of about 500 mm using a CVD process at about 375 ° C.

[0088]実施例２：基板が堆積チャンバに置かれて、以下の条件で含浸プロセスに曝された。 [0088] Example 2 : A substrate was placed in a deposition chamber and exposed to an impregnation process under the following conditions.

試薬：ＳｉＨ４、
圧力：約９０トール、
温度：約４００℃、
流量：約２００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、および
期間：約２４秒
[0089]次に、タングステン核形成層が、以下の条件で、パルスＣＶＤプロセスを使用する先行含浸プロセスから堆積チャンバにおいてバリア層上に形成された。 Reagent: SiH 4 ,
Pressure: about 90 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 200 sccm SiH 4 and duration: about 24 seconds
[0089] A tungsten nucleation layer was then formed on the barrier layer in the deposition chamber from a pre-impregnation process using a pulsed CVD process under the following conditions.

試薬：ＷＦ６、Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約５トール、
温度：約４００℃、
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６、Ｈ２中約１００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約６，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約１，２２０：１、および
パルス期間：約１．５秒
[0090]パルスＣＶＤプロセスは、核形成層が約２５Åの厚さを有するまで継続された。その後、基板は堆積チャンバに保たれて、以下の条件で第２の含浸プロセスに曝された。 Reagent: WF 6 , B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 5 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: 5% WF 6, H 2 during about 100sccm to about 60 sccm B 2 H 6 and about 6,000sccm of H 2,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 1,220: 1, and pulse duration: about 1.5 seconds
[0090] The pulsed CVD process was continued until the nucleation layer had a thickness of about 25 mm. The substrate was then kept in the deposition chamber and exposed to the second impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約３０トール、
温度：約４００℃、
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約８，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約８２０：１、および
期間：約２０秒
[0091]引き続き、バルクタングステン層が、約４００℃でＣＶＤプロセスを使用して第２の核形成層上に約５００Åの厚さにＷＦ６−Ｈ２を堆積された。 Reagents: B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 30 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 200 sccm 5% B 2 H 6 and about 8,000 sccm H 2 in H 2 ,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 820: 1, and duration: about 20 seconds
[0091] Continuing, bulk tungsten layer, a WF 6 -H 2 was deposited to a thickness of approximately 500Å using a CVD process at about 400 ° C. to the second nucleation layer.

[0092]実施例３：基板が堆積チャンバに置かれて、以下の条件で含浸プロセスに曝された。 [0092] Example 3 : A substrate was placed in a deposition chamber and exposed to an impregnation process under the following conditions.

試薬：ＳｉＨ４、
圧力：約９０トール、
温度：約４００℃、
流量：約２００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、および
期間：約２４秒
[0093]次に、タングステン核形成層が、以下の条件で、パルスＣＶＤプロセスを使用する先行含浸プロセスから堆積チャンバにおいてバリア層上に形成された。 Reagent: SiH 4 ,
Pressure: about 90 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 200 sccm SiH 4 and duration: about 24 seconds
[0093] Next, a tungsten nucleation layer was formed on the barrier layer in the deposition chamber from a pre-impregnation process using a pulsed CVD process under the following conditions.

試薬：ＷＦ６およびＳｉＨ４、
圧力：約５トール、
温度：約４００℃、
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６および約３０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、および
パルス期間：約１．５秒
[0094]パルスＣＶプロセスは、核形成層が約２０Åの厚さを有するまで継続された。その後、基板は堆積チャンバに保たれて、以下の条件で第２の含浸プロセスに曝された。 Reagents: WF 6 and SiH 4 ,
Pressure: about 5 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 60 sccm WF 6 and about 30 sccm SiH 4 , and pulse duration: about 1.5 seconds
[0094] The pulsed CV process was continued until the nucleation layer had a thickness of about 20 mm. The substrate was then kept in the deposition chamber and exposed to the second impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約９０トール、
温度：約４００℃、
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約８，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約８２０：１、および
期間：約２０秒
[0095]次に、もう１つのタングステン核形成が、核形成層が約４０Åの全厚を有するまでパルスＣＶＤプロセスを使用して形成された。以下の条件が使用された。 Reagents: B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 90 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 200 sccm 5% B 2 H 6 and about 8,000 sccm H 2 in H 2 ,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 820: 1, and duration: about 20 seconds
[0095] Next, another tungsten nucleation was formed using a pulsed CVD process until the nucleation layer had a total thickness of about 40 mm. The following conditions were used:

試薬：ＷＦ６およびＳｉＨ４、
圧力：約５トール、
温度：約４００℃、
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６および約３０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、
パルス期間：約１．５秒
[0096]引き続き、バルクタングステン層が、約４００℃でＣＶＤプロセスを使用して、第２の核形成層上に厚さ約５００ÅにＷＦ６−Ｈ２を堆積された。 Reagents: WF 6 and SiH 4 ,
Pressure: about 5 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 60 sccm WF 6 and about 30 sccm SiH 4 ,
Pulse period: about 1.5 seconds
[0096] Subsequently, a bulk tungsten layer was deposited WF 6 -H 2 to a thickness of about 500 mm on the second nucleation layer using a CVD process at about 400 ° C.

[0097]実施例４：基板が堆積チャンバに置かれて、以下の条件で含浸プロセスに曝された。 [0097] Example 4 : A substrate was placed in a deposition chamber and exposed to an impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約９０トール、
温度：約４００℃、
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約８，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約８２０：１、および
期間：約１５秒
[0098]次に、タングステン核形成層が、以下の条件で、パルスＣＶＤプロセスを使用する先行含浸プロセスから堆積チャンバにおいてバリア層上に形成された。 Reagents: B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 90 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 200 sccm 5% B 2 H 6 and about 8,000 sccm H 2 in H 2 ,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 820: 1, and duration: about 15 seconds
[0098] Next, a tungsten nucleation layer was formed on the barrier layer in the deposition chamber from a pre-impregnation process using a pulsed CVD process under the following conditions.

試薬：ＷＦ６およびＳｉＨ４、
圧力：約５トール、
温度：約４００℃、
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６および約３０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、
パルス期間：約１．５秒
パルスＣＶＤプロセスは、核形成層が約５０Åの厚さを有するまで継続された。 Reagents: WF 6 and SiH 4 ,
Pressure: about 5 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 60 sccm WF 6 and about 30 sccm SiH 4 ,
Pulse duration: about 1.5 seconds The pulsed CVD process was continued until the nucleation layer had a thickness of about 50 mm.

[0099]引き続き、バルクタングステン層が、約４００℃でＣＶＤプロセスを使用して第２の核形成層上に約１，０００Åの厚さに堆積された。   [0099] Subsequently, a bulk tungsten layer was deposited on the second nucleation layer to a thickness of about 1,000 mm using a CVD process at about 400 ° C.

[0100]実施例５：基板が堆積チャンバに置かれて、以下の条件で含浸プロセスに曝された。 [0100] Example 5 : A substrate was placed in a deposition chamber and exposed to an impregnation process under the following conditions.

試薬：ＳｉＨ４およびＨ２、
圧力：約９０トール、
温度：約４００℃、
流量：約２００ｓｃｃｍのＳｉＨ４、および
期間：約２４秒
[0101]次に、タングステン核形成層が、以下の条件で、パルスＣＶＤプロセスを使用する先行含浸プロセスから堆積チャンバにおいてバリア層上に形成された。 Reagents: SiH 4 and H 2 ,
Pressure: about 90 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 200 sccm SiH 4 and duration: about 24 seconds
[0101] A tungsten nucleation layer was then formed on the barrier layer in the deposition chamber from a pre-impregnation process using a pulsed CVD process under the following conditions.

試薬：ＷＦ６、Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約５トール、
温度：約４００℃、
流量：Ｎ２中約６０ｓｃｃｍのＷＦ６および約１００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６と約６，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約１，２００：１、および
パルス期間：約１．５秒
パルスＣＶＤプロセスは、核形成層が約２５Åの厚さを有するまで継続された。 Reagent: WF 6 , B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 5 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 60 seem WF 6 in N 2 and about 100 seem 5% B 2 H 6 and about 6,000 seem H 2 ,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 1,200: 1, and pulse duration: about 1.5 seconds The pulsed CVD process was continued until the nucleation layer had a thickness of about 25 mm.

[0102]引き続き、バルクタングステン層が、約４００℃でＣＶＤプロセスを使用して第２の核形成層上に約１，０００Åの厚さに堆積された。   [0102] Subsequently, a bulk tungsten layer was deposited on the second nucleation layer to a thickness of about 1,000 mm using a CVD process at about 400 ° C.

[0103]実施例６：基板が堆積チャンバに置かれて、以下の条件で含浸プロセスに曝された。 [0103] Example 6 : A substrate was placed in a deposition chamber and exposed to an impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約９０トール、
温度：約４００℃、
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約８，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約８２０：１、および
期間：約１５秒
[0104]次に、タングステン核形成層が、以下の条件で、パルスＣＶＤプロセスを使用する先行含浸プロセスから堆積チャンバにおいてバリア層上に形成された。 Reagents: B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 90 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: 5% in H 2 about 200scccm B 2 H 6 and about 8,000sccm of H 2,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 820: 1, and duration: about 15 seconds
[0104] Next, a tungsten nucleation layer was formed on the barrier layer in the deposition chamber from a pre-impregnation process using a pulsed CVD process under the following conditions.

試薬：ＷＦ６およびＳｉＨ４、
圧力：約５トール、
温度：約４００℃、
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６および約３０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、および
パルス期間：約１．５秒
[0105]パルスＣＶＤプロセスは、核形成層が約５０Åの厚さを有するまで継続された。その後、基板は堆積チャンバに保たれて、第２の核形成層が第１の核形成層上に堆積された。第２の核形成層は従来のＣＶＤプロセスによって、以下の条件で約２００Åの厚さに堆積された。 Reagents: WF 6 and SiH 4 ,
Pressure: about 5 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 60 sccm WF 6 and about 30 sccm SiH 4 , and pulse duration: about 1.5 seconds
[0105] The pulsed CVD process was continued until the nucleation layer had a thickness of about 50 mm. Thereafter, the substrate was kept in a deposition chamber and a second nucleation layer was deposited on the first nucleation layer. The second nucleation layer was deposited by a conventional CVD process to a thickness of about 200 mm under the following conditions.

試薬：ＷＦ６およびＳｉＨ４、
圧力：約３０トール、
温度：約４００℃、
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６および約３０ｓｃｃｍのＳｉＨ４
[0106]引き続き、バルクタングステン層が、約４００℃でＣＶＤプロセスを使用して、第２の核形成層上に約２，０００Åの厚さに堆積された。 Reagents: WF 6 and SiH 4 ,
Pressure: about 30 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 60 sccm WF 6 and about 30 sccm SiH 4
[0106] Subsequently, a bulk tungsten layer was deposited to a thickness of about 2,000 mm on the second nucleation layer using a CVD process at about 400 ° C.

[0107]実施例７：基板が堆積チャンバに置かれて、以下の条件で含浸プロセスに曝された。 [0107] Example 7 : A substrate was placed in a deposition chamber and exposed to an impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約９０トール、
温度：約４００℃、
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約８，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約８２０：１、および
期間：約２０秒
[0108]次に、タングステン核形成層が、以下の条件で、パルスＣＶＤプロセスを使用して、既に使用されている堆積チャンバにおいてバリア層上に形成された。 Reagents: B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 90 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 200 sccm 5% B 2 H 6 and about 8,000 sccm H 2 in H 2 ,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 820: 1, and duration: about 20 seconds
[0108] Next, a tungsten nucleation layer was formed on the barrier layer in an already used deposition chamber using a pulsed CVD process under the following conditions.

試薬：ＷＦ６、Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約５トール、
温度：約４００℃、
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６、約３０ｓｃｃｍのＢ２Ｈ６および約４，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約１３３：１、および
パルス期間：約１．５秒
[0109]パルスＣＶＤプロセスが、核形成層が約２５Åの厚さを有するまで継続された。その後、基板は堆積チャンバに保たれて、第２の核形成層が第１の核形成層上に堆積された。第２の核形成層が、以下の条件で従来のＣＶＤプロセスによって約１５０Åの厚さに堆積された。 Reagent: WF 6 , B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 5 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 60 sccm WF 6 , about 30 sccm B 2 H 6 and about 4,000 sccm H 2 ,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 133: 1, and pulse duration: about 1.5 seconds
[0109] The pulsed CVD process was continued until the nucleation layer had a thickness of about 25 mm. Thereafter, the substrate was kept in a deposition chamber and a second nucleation layer was deposited on the first nucleation layer. A second nucleation layer was deposited to a thickness of about 150 mm by a conventional CVD process under the following conditions.

試薬：ＷＦ６、Ｂ２Ｈ６およびＨ２
圧力：約３０トール、
温度：約４００℃、
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６、約３０ｓｃｃｍのＢ２Ｈ６および約４，０００ｓｃｃｍのＨ２、および
水素／ハイドライド流量比：約１３３：１
[0110]実施例８：基板が堆積チャンバに置かれて、以下の条件で含浸プロセスに曝された。 Reagents: WF 6 , B 2 H 6 and H 2
Pressure: about 30 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 60 sccm WF 6 , about 30 sccm B 2 H 6 and about 4,000 sccm H 2 , and hydrogen / hydride flow ratio: about 133: 1
[0110] Example 8 : A substrate was placed in a deposition chamber and exposed to an impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約９０トール、
温度：約４００℃、
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約８，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約８２０：１、および
期間：約１５秒
[0111]次に、タングステン核形成層が、以下の条件で、パルスＣＶＤプロセスを使用する含浸プロセス時に使用されたのと同じ堆積チャンバにおいてバリア層上に形成された。 Reagents: B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 90 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: 5% in H 2 to about 200 sccm B 2 H 6 and about 8,000sccm of H 2,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 820: 1, and duration: about 15 seconds
[0111] Next, a tungsten nucleation layer was formed on the barrier layer in the same deposition chamber used during the impregnation process using a pulsed CVD process under the following conditions.

試薬：ＷＦ６およびＳｉＨ４、
圧力：約３０トール、
温度：約４００℃、
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６および約３０ｓｃｃｍのＳｉＨ４、
パルス期間：約１．５秒
[0112]パルスＣＶＤプロセスが、核形成層が約１５０Åの厚さを有するまで継続された。その後、基板は堆積チャンバに保たれて、以下の条件で第２の含浸プロセスに曝された。 Reagents: WF 6 and SiH 4 ,
Pressure: about 30 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 60 sccm WF 6 and about 30 sccm SiH 4 ,
Pulse period: about 1.5 seconds
[0112] The pulsed CVD process was continued until the nucleation layer had a thickness of about 150 mm. The substrate was then kept in the deposition chamber and exposed to the second impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約９０トール、
温度：約４００℃、
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約８，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約８２０：１、および
期間：約１５秒
[0113]最後に、基板は堆積チャンバに維持されて、バルクタングステン層が、約４００℃でＣＶＤプロセスを使用して、核形成層上に約２，０００Åの厚さに堆積された。 Reagents: B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 90 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 200 sccm 5% B 2 H 6 and about 8,000 sccm H 2 in H 2 ,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 820: 1, and duration: about 15 seconds
[0113] Finally, the substrate was maintained in a deposition chamber and a bulk tungsten layer was deposited on the nucleation layer to a thickness of about 2,000 mm using a CVD process at about 400 ° C.

[0114]実施例９：基板が堆積チャンバに置かれて、以下の条件で含浸プロセスに曝された。 [0114] Example 9 : A substrate was placed in a deposition chamber and exposed to an impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約９０トール、
温度：約４００℃、
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約８，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約８２０：１、および
期間：約１０秒
[0115]次に、タングステン核形成層が、以下の条件で、パルスＣＶＤプロセスを使用する先行含浸プロセス時に使用された堆積チャンバにおいてバリア層上に形成された。 Reagents: B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 90 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 200 sccm 5% B 2 H 6 and about 8,000 sccm H 2 in H 2 ,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 820: 1, and duration: about 10 seconds
[0115] Next, a tungsten nucleation layer was formed on the barrier layer in the deposition chamber used during the pre-impregnation process using a pulsed CVD process under the following conditions.

試薬：ＷＦ６、Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約３０トール、
温度：約４００℃、
流量：約６０ｓｃｃｍのＷＦ６、約３０ｓｃｃｍのＢ２Ｈ６および約６，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約２００：１、および
パルス期間：約１．５秒
[0116]パルスＣＶＤプロセスが、核形成層が約１００Åの厚さを有するまで継続された。その後、基板は堆積チャンバに保たれて、以下の条件で第２の含浸プロセスに曝された。 Reagent: WF 6 , B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 30 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 60 sccm WF 6 , about 30 sccm B 2 H 6 and about 6,000 sccm H 2 ,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 200: 1, and pulse duration: about 1.5 seconds
[0116] The pulsed CVD process was continued until the nucleation layer had a thickness of about 100 mm. The substrate was then kept in the deposition chamber and exposed to the second impregnation process under the following conditions.

試薬：Ｂ２Ｈ６およびＨ２、
圧力：約１５トール、
温度：約４００℃、
流量：Ｈ２中約２００ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６および約６，０００ｓｃｃｍのＨ２、
水素／ハイドライド流量比：約６２０：１、および
期間：約１０秒
[0117]最後に、基板は堆積チャンバに維持されて、バルクタングステン層が、約４００℃でＣＶＤプロセスを使用して核形成層上に約２，０００Åの厚さに堆積された。
［0118］上記は本発明の実施形態を目的としているが、本発明の他のさらなる実施形態が本発明の基本的範囲を逸脱することなく考案されてもよく、またこの範囲は以下の特許請求の範囲によって判断される。 Reagents: B 2 H 6 and H 2 ,
Pressure: about 15 Torr,
Temperature: about 400 ° C
Flow rate: about 200 sccm 5% B 2 H 6 and about 6,000 sccm H 2 in H 2 ,
Hydrogen / hydride flow ratio: about 620: 1, and duration: about 10 seconds
[0117] Finally, the substrate was maintained in a deposition chamber and a bulk tungsten layer was deposited on the nucleation layer to a thickness of about 2,000 mm using a CVD process at about 400 ° C.
[0118] While the above is directed to embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof, and this scope is It is judged by the range.

本明細書に説明されている一実施形態に従った、周期堆積技術を使用してタングステン層を形成するためのプロセスシーケンスを図示している。FIG. 4 illustrates a process sequence for forming a tungsten layer using periodic deposition techniques, according to one embodiment described herein. 本明細書に説明されている一実施形態に従った、タングステン含有材料を形成するためのプロセスシーケンスを図示している。FIG. 3 illustrates a process sequence for forming a tungsten-containing material according to one embodiment described herein. 例示的集積処理プラットフォームを示している。1 illustrates an exemplary integrated processing platform. もう１つの例示的集積処理プラットフォームを示している。Figure 3 illustrates another exemplary integrated processing platform. ビア、中核ビアおよび充填ビアの断面図を示している。Sectional views of vias, core vias and filled vias are shown. ビア、中核ビアおよび充填ビアの断面図を示している。Sectional views of vias, core vias and filled vias are shown. ビア、中核ビアおよび充填ビアの断面図を示している。Sectional views of vias, core vias and filled vias are shown. 本発明の実施形態に従って形成された例示的金属酸化物ゲートデバイスの断面図を示している。FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of an exemplary metal oxide gate device formed in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従って形成された従来のＤＲＡＭデバイスの断面図を示している。1 illustrates a cross-sectional view of a conventional DRAM device formed in accordance with an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

３００…マルチチャンバ処理システム、３０２、３０４…ロードロックチャンバ、３１０…第１のロボット、３１２、３１４、３１６、３１８、３３２、３３４、３３６、３３８…基板処理チャンバ、３２２、３２４…移送チャンバ、３３０…第２のロボット、３２２、３２４…移送チャンバ、３５０…マルチチャンバ処理システム、３５２、３５４…ロードロックチャンバ、３５６…移送チャンバ、３６０…ロボット、３６２、３６４、３６６、３６８、３７０、３７２…基板処理チャンバ、４００…金属酸化物ゲートデバイス、４１０…暴露ゲート、４１１…酸化層、４１２…基板表面、４１４…多結晶シリコン層、４１５…窒化チタンバリア層、４１６…スペーサー、４１７…核形成層、４２２…タングステン層、４５０…基板、４５１…バリア層、４５２…タングステン層、４６０…ビア、５１０…ＤＲＡＭデバイス、５２０…トランジスタ、５２２…ソース領域、５２４…ゲート領域、５２６…ドレイン領域、５３０…トレンチキャパシタ、５３２…第１の電極、５３４…第２の電極、５３６…誘電材料、５４０…第１の窒化タングステンバリア層、５４２…第２の窒化タングステンバリア層、５６０…タングステンプラグ、５６２…チタンライナー、５６４…タングステン核形成層 300 ... Multi-chamber processing system, 302, 304 ... Load lock chamber, 310 ... First robot, 312, 314, 316, 318, 332, 334, 336, 338 ... Substrate processing chamber, 322, 324 ... Transfer chamber, 330 2nd robot, 322, 324 ... transfer chamber, 350 ... multi-chamber processing system, 352, 354 ... load lock chamber, 356 ... transfer chamber, 360 ... robot, 362, 364, 366, 368, 370, 372 ... substrate Processing chamber, 400 ... Metal oxide gate device, 410 ... Exposure gate, 411 ... Oxide layer, 412 ... Substrate surface, 414 ... Polycrystalline silicon layer, 415 ... Titanium nitride barrier layer, 416 ... Spacer, 417 ... Nucleation layer, 422 ... tungsten layer, 450 ... substrate, 45 ... barrier layer, 452 ... tungsten layer, 460 ... via, 510 ... DRAM device, 520 ... transistor, 522 ... source region, 524 ... gate region, 526 ... drain region, 530 ... trench capacitor, 532 ... first electrode, 534 ... second electrode, 536 ... dielectric material, 540 ... first tungsten nitride barrier layer, 542 ... second tungsten nitride barrier layer, 560 ... tungsten plug, 562 ... titanium liner, 564 ... tungsten nucleation layer

Claims (15)

基板上にタングステン含有材料を形成するための方法であって、
プロセスチャンバ内に基板を位置決めするステップであって、前記基板が上部に配置されている下地層を備えるステップと、
前記基板をタングステン前駆体および還元ガスに順次曝して原子層堆積プロセス時に前記下地層上にタングステン核形成層を堆積するステップであって、前記還元ガスが水素およびハイドライドを備えており、また約５００：１以上の水素／ハイドライド流量比を有するステップと、
前記タングステン核形成層上にタングステンバルク層を堆積するステップと、
を備える方法。 A method for forming a tungsten-containing material on a substrate, comprising:
Positioning a substrate in a process chamber, the substrate comprising an underlying layer disposed on top;
Sequentially exposing the substrate to a tungsten precursor and a reducing gas to deposit a tungsten nucleation layer on the underlayer during an atomic layer deposition process, the reducing gas comprising hydrogen and hydride, and about 500 Having a hydrogen / hydride flow ratio of 1 or more;
Depositing a tungsten bulk layer on the tungsten nucleation layer;
A method comprising: 前記ハイドライドが、シラン、ジシラン、ジボラン、ホスフィン、これらの誘導体およびこれらの組合せから構成される群より選択される、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the hydride is selected from the group consisting of silane, disilane, diborane, phosphine, derivatives thereof, and combinations thereof. 前記還元ガスがジボランを備える、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the reducing gas comprises diborane. 前記還元ガスがシランまたはジシランを備える、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the reducing gas comprises silane or disilane. 前記還元ガスの前記水素／ハイドライド流量比が約１，０００：１以上である、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the hydrogen / hydride flow ratio of the reducing gas is about 1,000: 1 or greater. 約１ｓｃｃｍ〜約４０ｓｃｃｍの範囲内の流量を有する前記ハイドライドが前記プロセスチャンバに提供される、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the hydride having a flow rate in a range of about 1 sccm to about 40 sccm is provided to the process chamber. 前記ハイドライドの前記流量が約３ｓｃｃｍ〜約３０ｓｃｃｍの範囲内であり、前記水素の前記流量が約３ｓｌｍ〜約１５ｓｌｍの範囲内である、請求項６に記載の方法。 The method of claim 6, wherein the flow rate of the hydride is in the range of about 3 sccm to about 30 sccm, and the flow rate of the hydrogen is in the range of about 3 slm to about 15 slm. 前記ハイドライド化合物の前記流量が約５ｓｃｃｍ〜約１５ｓｃｃｍの範囲内であり、前記水素が約５ｓｌｍ〜約１０ｓｌｍの範囲内の流量を備える、請求項７に記載の方法。   8. The method of claim 7, wherein the flow rate of the hydride compound is in the range of about 5 seem to about 15 seem and the hydrogen comprises a flow rate in the range of about 5 slm to about 10 slm. 前記基板が約３５０℃〜約４２０℃の範囲内の温度に加熱される、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the substrate is heated to a temperature in the range of about 350 degrees Celsius to about 420 degrees Celsius. 事前含浸プロセス時に前記還元剤を備える事前含浸ガスに前記下地層を曝すステップであって、前記下地層が約５秒〜約６０秒の範囲内の期間、前記還元剤に曝されるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。   Exposing the underlayer to a pre-impregnation gas comprising the reducing agent during a pre-impregnation process, wherein the underlayer is exposed to the reducing agent for a period in the range of about 5 seconds to about 60 seconds. The method of claim 1 comprising. 前記期間が約１０秒〜約３０秒の範囲内である、請求項１０に記載の方法。   The method of claim 10, wherein the period is in the range of about 10 seconds to about 30 seconds. 事後含浸プロセス時に前記還元剤を備える事後含浸ガスに前記タングステン核形成層を曝すステップであって、前記タングステン核形成層が約５秒〜約６０秒の範囲内の期間、前記還元剤に曝されるステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。   Exposing the tungsten nucleation layer to a post-impregnation gas comprising the reducing agent during a post-impregnation process, wherein the tungsten nucleation layer is exposed to the reducing agent for a period in the range of about 5 seconds to about 60 seconds. The method of claim 1, further comprising: 前記期間が約１０秒〜約３０秒の範囲内である、請求項１２に記載の方法。   The method of claim 12, wherein the period is in the range of about 10 seconds to about 30 seconds. 前記タングステンバルク層が約８Ωμ−ｃｍ以下の、基板で測定された抵抗率を有する、請求項１に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the tungsten bulk layer has a resistivity measured at a substrate of about 8 Ωμ-cm or less. 前記下地層が、バリア層であり、金属チタン、窒化チタン、金属タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、ニッケル、コバルト、金属タングステン、窒化タングステン、これらのシリサイド、これらの誘導体、これらの合金およびこれらの組合せから構成される群より選択される材料を備える、請求項１に記載の方法。   The underlayer is a barrier layer, and is made of metal titanium, titanium nitride, metal tantalum, tantalum nitride, ruthenium, nickel, cobalt, metal tungsten, tungsten nitride, silicides thereof, derivatives thereof, alloys thereof and combinations thereof. The method of claim 1, comprising a material selected from the group consisting of.
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