JP4675439B2 - 化学気相堆積チャンバ内でプラズマ前処理を用いた窒化タングステンの堆積 - Google Patents
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Description
この出願は、1997年6月30日出願の米国特許出願第08/884,811号の一部継続出願であり、これは参照として包含される。
A.発明の分野
本発明は、集積回路製造の分野に関する。更に具体的には、本発明は、絶縁層上に窒化タングステンを堆積する方法に関する。
B.関連する背景の説明
窒化タングステンの堆積は、共形としたり良好なステップカバレージを与えるための可能性を有している。また、窒化タングステンは、集積回路メタライーゼーションプロセスに用いられる様々なメタルに対する良好なディフージョンバリアとして機能する。更に、窒化タングステンの抵抗率は、窒化チタン等の他のメタルバリアに比べて低い。従って、窒化タングステンを様々な集積回路製造の用途に用いることが望ましい。窒化タングステンを用いることが望ましいような用途としては、ディフージョンバリア、ゲート電極、キャパシタ電極等を挙げることができる。
従来は、窒化タングステンの堆積は、六弗化タングステン(WF6)とアンモニア(NH3)を含んだガスを堆積チャンバ内に流入させることにより実現される。チャンバには、窒化タングステンを堆積すべきウエハが内包されている。六弗化タングステンとアンモニアは直ちに気相反応を開始し、窒化タングステンを形成する。熱反応が生じ、アンモニアの窒素と六弗化タングステンのタングステンが結合して、窒化タングステン(W2N)が形成される。
上述した窒化タングステン堆積のための従来のプロセスでは、固体副生成物の形態での汚染粒子を形成してしまうことにもなる。このような副生成物には、六弗化タングステンのアンモニア付加体((NH3)4WF6)やその他のアンモニア錯体が含まれる。8インチウエハ上に窒化タングステンを堆積する従来の方法において、六弗化タングステンとアンモニアが結合する度に、このような固体副生成物で直径0.2μm以上のものが、90〜300個発生する。これらの粒子の多くが、堆積チャンバの内壁に付着するようになり、その結果、チャンバにより発生する欠陥ダイスの数が増えることになる。
更に、上述の従来プロセスを用いて堆積した窒化タングステンは多結晶構造を有しており、その中には多数の結晶粒界が存在する。その結果、窒化タングステンのディフージョンバリア性が損なわれる。更に、従来プロセスを用いて堆積した窒化タングステンは、それを堆積しようとする基板に対して良好に接着しないという傾向がある。また、WF6はその遷移状態の反応においてシリコンを消費することが良く知られている。このため、シリコンの浸食が窒化タングステン層へ及ぶことにより、この層が汚染される。
従って、ウエハ毎の汚染粒子をほとんどなしにするような、窒化タングステンの堆積のためのプロセスに対する必要性が存在する。また、従来技術により堆積した窒化タングステンよりも無定形度(アモルファス度)が高い窒化タングステンを与えるような、窒化タングステンのための堆積プロセスを提供することが望ましい。更に、従来技術により堆積した窒化タングステンよりも酸化物層に対して強力に接着する薄膜を与えるような、窒化タングステンのための堆積プロセスを提供することが望ましい。この結果として、窒化タングステンのディフージョンバリア性が、従来技術で堆積した窒化タングステンよりも高められる。
本発明の摘要
本発明の具体例では、窒化タングステンは半導体ウエハ等の基板の上面の上に堆積される。ウエハはおよそ、二酸化珪素(SiO2)や酸化珪素(SiO)等の絶縁層により、全体的にあるいは部分的にコーティングされる。ウエハを内包するチャンバ内に混合ガスを供給し、この混合ガスにエネルギーを与えてプラズマを生成することにより、この堆積が行われる。混合ガスは、窒素及び水素を含む第1のガス組成物と、タングステンを含む第2のガス組成物を有している。第1のガス組成物は、混合ガスにエネルギーを与えない限りにおいて、第2のガス組成物と反応して窒化タングステンを生成しないようなものである。タングステン含有組成物は、六弗化タングステン(WF6)であってもよい。第1のガス組成物は、N2窒素とH2水素の混合物であってもよい。更に、混合ガスはアルゴン希釈ガスを有していてもよい。
高周波数の信号により与えられるエネルギーを注入することにより、この混合ガスにエネルギーを与えてプラズマを生成してもよい。プラズマ中では、N2窒素が解離して窒素イオンとなり、また該弗化物よりタングステンが分離する。この窒素イオンとタングステンが結合して、窒化タングステン(W2N)が形成される。窒化タングステンは、チャンバ内の加熱されたウエハの表面と反応するので、窒化タングステンの層(又は膜)はウエハの上面に堆積する。本発明に従って堆積される窒化タングステンは、従来技術により堆積した窒化タングステンよりも無定形度(アモルファス度)が高く、そのため、より良好なディフージョンバリアとして機能する。
水素と弗素は結合して、気相の反応副生成物である弗化水素を生成し、これはチャンバから捨てられ、即ち除去される。本発明に従って窒化タングステンを堆積すれば、8インチウエハ1枚毎に30個以下の汚染粒子しか発生しない。この汚染粒子の減り方は、気相でアンモニア含有汚染物を生成するアンモニア反応を取り除くことにより実現される。
基板への窒化タングステン膜の接着性を高めるため、そしてとりわけその上に窒化タングステンを堆積しようとする絶縁層を有するウエハへの接着性を高めるため、窒化タングステン膜の堆積前にウエハをプラズマによって前処理する。この前処理は、第1のガス組成物だけを与えてエネルギーを与えプラズマを生成することにより、窒化タングステン堆積と同じチャンバで行うことができる。この場合、例えば水素や水素含有の混合ガスのプラズマを用いて、ウエハ予備処理を行う。ウエハの処理が済めば、弗化タングステンをプラズマに加えて、窒化タングステンの堆積を行ってもよい。
堆積の前にウエハを前処理することにより、2つの重要な向上が得られる。第1に、この後で堆積した窒化タングステン層は、ウエハ(とりわけバイアやトレンチの側壁)に対して良好に接着する。第2に、この前処理により、六弗化タングステンにより消費されるシリコンの量が少なくなる。従って、シリコンの浸食がほとんど発生しなくなる。
【図面の簡単な説明】
本発明の更なる詳細は、添付の図面の助けを借りて説明されるが、これらは:
図1(a)は、ウエハダイにおいて導電性メタル部分より外側に伸びる、部分的に形成された集積回路のバイアホールの断面図を例示する。
図1(b)は、図1(a)の部分的に形成された集積回路の断面図であり、本発明に従って混合ガスより生成したプラズマに曝露される様子を例示する。
図1(c)は、図1(c)で示される部分的に形成された集積回路の一部の上面に堆積された窒化タングステンの層の断面図を例示する。
図1(d)は、図1(c)で示される部分的に形成された集積回路の上に堆積されるメタル層の断面図を例示する。
図1(e)は、図1(a)に示されるコンタクトホール内の相互接続部(インターコネクト)構造の断面図を例示する。
図2は、本発明に従って窒化タングステンを堆積するために配備する事が可能なチャンバの模式図を例示する。
図3は、本発明に従って窒化タングステンを堆積するために用いられる、チャンバ制御のための制御ユニットを例示する。
図4は、本発明に従って図4に示される制御ユニットによりなされるオペレーションのシーケンスを例示する。
詳細な説明
本発明に従えば、部分的に形成された集積回路の上面に窒化タングステンの層(ないし膜)が堆積される。この集積回路は、ウエハの数多くのダイの1つであり、基板上に形成されていてもよい。一般に、ウエハの一部又は全部が、絶縁層により覆われているが、この絶縁層は、例えば、酸化物材料の層であって、本発明に従って前処理され、その後堆積する窒化タングステン層の接着が高められたものである。
本発明に従った窒化タングステン層の堆積においては、ウエハを堆積チャンバ(例えばプラズマ励起化学気相堆積(PECVD)チャンバ)内に配置する。ウエハは、部分的に形成された集積回路を含んでおり、これはその上に窒化タングステンを堆積することが好ましいものである。図1(a)は、ウエハ上の部分的に形成された集積回路の断面図を例示し、この上に、窒化タングステンを堆積し、プラグ等の相互接続構造体に対するディフージョンバリアを形成することができる。ウエハは、銅メタルライン等のメタル部分101と、二酸化珪素や酸化珪素等の絶縁材料層103を有している。絶縁材料103は、メタル部分101から上向きに伸びてこれを取り囲み、バイアホール105を形成する。図1(a)の集積回路の断面図は、多数の可能性の中の1つの可能な断面に過ぎないということが、当業者には認識されるだろう。例えば、ゲート電極やキャパシタ電極を形成するための窒化タングステンの堆積のためには、別の断面の方が適切であろう。
次に、部分的に形成された集積回路を有するウエハを、図1(b)のようにプラズマ109に曝露する。このプラズマは、混合ガスを供給しこれに或る周波数を有する信号によるエネルギーを与えることにより形成される。この混合ガスは、窒素及び水素を含む第1のガス組成物と、タングステンを含む第2のガス組成物を有している。第1のガス組成物は、混合ガスにエネルギーを与えない限りにおいて、第2のガス組成物と反応して窒化タングステンを生成しないようなものである。本発明の1つの具体例では、第1のガス組成物は、H2水素を有しており、第2のガス組成物は、六弗化タングステン(WF6)である。この混合ガスは、アルゴン(Ar)等の希釈物を有していてもよい。
窒化タングステンの堆積の前にウエハの前処理を行うため、第1の混合ガス(少なくとも水素を有し、窒素あり又は無しである1つ以上のガス)をチャンバ内に流入し、エネルギーを与えて前処理プラズマを生成する。本発明の好ましい具体例では、前処理プラズマとして水素と窒素の混合ガスを用いる。そして短時間の後、プラズマに第2の混合ガスをプラズマに加え、ウエハ上への窒化タングステンの堆積を開始する。第1の混合ガスに窒素を用いない場合は、プラズマには、窒化タングステンの堆積を促進するような第2の混合ガスを加える必要がある。
プラズマ109の生成のために印加する信号は、100キロヘルツ(kHz)〜5ギガヘルツ(GHz)の範囲の周波数を有していてもよい。エネルギーの注入により、第1の混合ガスの水素にエネルギーが与えられ、その結果、窒化タングステンの堆積に先立ってウエハが効率よく「クリーニング」され、また、第1の混合ガスと第2の混合ガスとの混合物にエネルギーを注入することにより、N2窒素が分解して窒素イオンになり、窒化タングステンの堆積を促進する。また、このエネルギーは、弗素がタングステンから分離して水素と結合し弗化水素(HF)を生成するよう、六弗化タングステンの分解のためのエネルギーを供給する。窒素イオンとタングステンが結合して、窒化タングステン(W2N)が生成する。
図1(c)に例示されるように、窒化タングステン106は部分的に形成された集積回路の中に落ち、前処理プラズマによりスパッタでクリーニングされたメタル部分101や絶縁材料103の上面を覆う。堆積した窒化タングステンのうちメタル部分101の上にある部分は、その後堆積するメタルが該メタル部分101の中に拡散するのを防止するディフージョンバリアとして機能する。実際、窒化タングステンは、集積回路メタライゼーションプロセスにおいて適用される銅の拡散を防止する優れたバリアである。
窒化タングステンの堆積において生成する弗化水素(HF)副生成物は、堆積が行われるチャンバから排気される。従来技術の窒化タングステンの堆積で生成される固体副生成物とは対照的に、HF副生成物はガス状である。従って、本発明に従った窒化タングステンの堆積の後に残される汚染粒子の数は、従来技術の窒化タングステン堆積プロセスと比べて大幅に低減される。概説的には、本発明に従った窒化タングステンの堆積では、8インチウエハ1枚毎に30個以下の粒子が発生しただけである。
図1(d)に示されるように、銅やタングステン等のメタル層107が堆積され、窒化タングステン106のディフージョンバリア層の上を覆う。そして、ウエハの上面にポリシングを行い、絶縁材料103の上面から、メタル107と窒化タングステン106の両方を取り除く。その結果できた相互接続プラグ構造体110を図1(e)に示す。ポリシングは、ケミカルメカニカルポリシングを用いて行うことができる。
上述の窒化タングステン堆積のためのプロセスをディフージョンバリアの形成に関して説明してきたが、本発明に従った窒化タングステンの堆積は、他の目的で窒化タングステンを堆積する場合に用いてもよい。この他の目的には、ゲート電極の形成やキャパシタ電極の形成が含まれる。
本発明に従えば、窒化タングステンの堆積は、プラズマ励起化学気相堆積のために与えられるあらゆるチャンバにおいて行うことができる。メタル堆積の直後に窒化タングステンの堆積を行う場合は、窒化タングステン堆積チャンバがメタル堆積にも用いることが可能であれば有利である。この場合は、プラズマ処理と2つの堆積をインシチュウに行うこともでき、その結果、窒化タングステンをチャンバ間でウエハを移送する際に触れることがある環境下に、窒化タングステンを曝露する必要がなくなる。例えば、ウエハの移送中に、窒化タングステンは酸素に曝露される場合があり、その結果自然酸化物が形成され、これが窒化タングステンの抵抗率を許容できない値へと押し上げ、またウエハのダイスの欠陥を生じさせることになる。
米国加州サンタクララのアプライドマテリアルズ社の製造による商品名WxZチャンバ、1996年7月12日出願のZhaoらによる標題Components Peripheral to the Pedestal in the Gas Flow Path within a Chemical Vapor Depoaition Chamberである米国特許出願08/680,724号(参照としてここに包含される)に記載のCVDチャンバを用い、本発明に従って窒化タングステンを堆積してもよい。
このチャンバは図2に模式的に描かれている。チャンバ130は、処理チャンバ135にガスを流入させるためのシャワーヘッド1334と、処理されるべきウエハを支持するためのウエハ支持体132を有している。ウエハ支持体132は、抵抗コイル(図示せず)によって加熱され、化学気相堆積で生じる反応などの熱エネルギー反応のために、ウエハ温度を設定する。
ウエハ支持体132は接地され、シャワーヘッド134は整合回路網252を介して信号ソース136に結合される。プラズマ処理及び窒化タングステンの堆積の間、混合ガスが、チャンバ135内に流入され、或る周波数を有し信号ソース136からシャワーヘッド134に与えられる信号より、エネルギーが注入される。その結果、混合ガスはプラズマ254に変換され、これは、先ず水素/窒素プラズマが絶縁層を処理し、第2に、タングステンと窒素イオンが結合して窒化タングステン(W2N)を生成する。そして、窒化タングステンはウエハ支持体132に支持されるウエハの加熱された上面に落ち、窒化タングステンの層を形成する。
図2のチャンバは、制御ユニット200を有しており、これは圧力制御ユニット140、ガスパネル143、RFソース136、加熱部分141、及び温度センサ160に結合している。制御ユニット200は、チャンバ/ウエハ温度を監視し、図4を参照して以下に説明する全てのチャンバ部分を制御する。圧力制御ユニット140は、制御ユニット200の制御の下、処理チャンバ135内の圧力を設定し、処理チャンバ135から反応副生成物の除去のための排気メカニズムを与える。処理チャンバ135の壁はアイソレータ162によって、シャワーヘッド134及びウエハ支持体132から電気的に絶縁される。
本発明の1つの具体例では、窒化タングステンを堆積すべきウエハ142を、ウエハ支持体132上に配置させる。ウエハ142は、シャワーヘッド134から約0.3〜0.8インチの間隔をおき、更に好ましくは0.6〜0.7インチである。処理チャンバ135の圧力は、0.1トール〜100トールの範囲になるよう、圧力制御ユニット140によって設定される。ウエハ142の温度は、200℃〜600℃の範囲に設定される。ウエハ142の温度は、ウエハ支持体132の抵抗コイルを用いることにより与えられる。しかし、加熱ランプ等、ウエハ142を加熱する他の手段を用いてもよい。更に、温度感知デバイス160を用いて、ウエハやウエハ支持体の一方又は双方の温度を測定し、適切なウエハ温度に至ったことを示してもよい。
プラズマ144は、処理チャンバ135内で生成する。プラズマの生成において、ガスパネル143は、シャワーヘッド134に混合ガスを与え、信号ソース136は或る周波数を有する信号をシャワーヘッド134に与える。混合ガスはシャワーヘッド134の中を流れ、ウエハ142を内包する処理チャンバ135内にプラズマ144を生成する。
本発明に従えば、好ましい混合ガスは、窒素及び水素を含む第1のガス組成物と、タングステンを含む第2のガス組成物を有している。第1のガス組成物は、混合ガスにエネルギーを与えない限りにおいて、第2のガス組成物と気相反応して窒化タングステンを生成しないようなものである。
本発明の好ましい具体例では、第1のガス組成物は、N2窒素とH2水素を有しており、第2のガス組成物は、六弗化タングステン(WF6)である。この混合ガスは、アルゴン(Ar)希釈ガスを有している。窒素と水素のそれぞれは、1毎分標準立方センチメートル(sccm)〜5000sccmの流量で与えられ、アルゴン希釈ガスの流量は、1sccm〜5000sccmで与えられる。窒素と水素は、チャンバへ供給され、六弗化タングステンがチャンバに供給される前の15〜30秒間、前処理プラズマを生成する。混合ガス中の六弗化タングステンは、1sccm〜100sccmの流量で供給される。
信号からのエネルギーは先ず、水素を励起し、水素と窒素が絶縁層の表面を有効に処理(即ちスパッタクリーニング)し、次いで窒素を解離して窒素イオンにすることを促進する。また、このエネルギーは、六弗化タングステンのタングステンへ及び弗素への還元を促進し、このタングステンは窒素イオンと結合し、また弗素は水素と結合する。その結果、タングステンと窒素が結合して窒化タングステン(W2N)を生成し、水素と弗素が結合して弗化水素(HF)を生成する。
本発明に従えば、信号ソース136より与えられプラズマを生成するための信号は、100kHz〜5GHzの周波数を有している。信号のパワーは、1ワット〜5キロワットの範囲にある。好ましくは、信号のパワーは100ワット〜1キロワットの範囲にある。処理プラズマは、15〜30秒間維持され、堆積プラズマは5〜600秒間維持される。
信号ソース136からの電圧の繰り返されるサイクルにより、ウエハ142の近隣に過剰な電子を発生し、これがウエハ142に負のバイアスを発生させる。シャワーヘッド134は、−200〜−450ボルト、典型的には−400ボルトの負のバイアスを得てもよい。処理チャンバ135とウエハ支持体132は接地されており、ウエハの負バイアスは−100〜−250ボルト、典型的には−200ボルトであり、これはプラズマを維持する時間じゅう、およそ一定に維持される。電圧の勾配は、プラズマ中でウエハ142の表面上に形成される窒化タングステンの方に向いている。
新たに形成された窒化タングステンは、ウエハ142の上面上に堆積し、プラズマ生成が完了した後、圧力制御手段140により弗化水素(HF)を処理チャンバ135から排気する。本発明に従って8インチウエハ上に窒化タングステンを堆積した結果、発生した汚染粒子の数は30以下であった。
図2に示されるチャンバを用いて、相互接続構造体のためのディフージョンバリアとして窒化タングステンを堆積する場合は、相互接続構造体のためのメタルの堆積もまた、窒化タングステンと同じ処理チャンバ135内でウエハ142上に行われる。従って、窒化タングステンディフージョンバリアとメタルを、インシチュウで堆積することができ、その場合、窒化タングステンの堆積とメタルの堆積の間でウエハを処理チャンバ135から取り出さなくてもよい。これにより、ウエハ142を処理チャンバ135の外の汚染物の環境へ曝露することを最小限にする。
形成しようとする相互接続部は、窒化タングステンディフージョンバリアを有するプラグであってもよく、これは銅やタングステン等のメタルでその上を覆われる。このような相互接続部を形成するため、この前に堆積した窒化タングステンの層150の上面の上にメタルを堆積する。化学気相堆積等、従来からの堆積プロセスを用いてメタルを堆積してもよい。
処理チャンバ135内でウエハ142上にメタルを堆積する場合、ウエハ142の温度を200℃〜600℃の範囲に設定し、また処理チャンバ135内の圧力を0.01トール〜50トールの範囲に設定する。ガスパネル143は、メタルベースの混合ガス151をシャワーヘッド134に供給する。シャワーヘッド134は、ウエハ142がある処理チャンバ135内に混合ガス151を流入させる。混合ガス151は、メタルのガスとアルゴン希釈ガスの両方を含んでいてもよい。堆積使用とするメタルがタングステンの場合は、混合ガス151は六弗化タングステン、窒素及び水素を含んでいてもよい。六弗化タングステンの流量は1sccm〜100sccmの範囲にあってもよく、他方、窒素と水素の流量は1sccm〜5000sccmの範囲にあってもよい。アルゴンの流量は、1sccm〜5000sccmの範囲にあってもよい。
加熱されたウエハ表面を混合ガス151に曝露することにより、熱により引き起こされる化学反応が生じる。その結果、窒化タングステン150の上面の上には、メタルの層153が形成される。メタルを堆積した後、圧力制御ユニット140により、メタル堆積反応副生成物を処理チャンバ135から排気させるようにする。この時点で、ウエハ142は処理チャンバ135から取り除かれ、窒化タングステン150とメタル153の不要な部分を除去するための機械へと移送される。
上述の通り、弗化水素(HF)が、六弗化タングステンと、窒素及び水素を有する第2のガス組成物との間の反応の副生成物として生成する。本発明の具体例を行う場合、気相の弗素副生成物が、六弗化タングステンと、窒素と、水素の反応より生じることがある。弗化水素に加えて弗素も生成することがあり、何故なら六弗化タングステンからの弗素全てに対して結合するだけの十分な水素がないだろうからである。
場合によっては、過剰な弗素が、ウエハの部分的に形成された集積回路の中に拡散してしまう。これにより、弗素が拡散した材料の層の抵抗率を押し上げることがある。更に、本発明に従ってゲート電極を形成するために窒化タングステンを堆積しようとする場合、弗素副生成物がその下のゲートの中まで拡散し、ゲート酸化物の厚みが増えてしまう。ゲート酸化物の厚みが過剰になれば、トランジスタが動作不能になってしまうことがある。
本発明の更なる具体例では、堆積中に付加的なガスを、窒素及び水素を有する第2のガス組成物に加え、過剰な弗素を吸収するようにする。この付加的なガスは、堆積プラズマと共に用いた場合に、第2のガス組成物の水素と共に用いることができ、あるいは水素に代えて用いることができる。本発明に従えば、この付加的なガスはIII属又はIV属の水素化物であってもよい。1つの具体例では、この付加的なガスとして、ジボランB2H6を用いている。
堆積プラズマを生成する場合、第2のガス組成物は、N2窒素と、H2水素と、B2H6ジボランを有していてもよい。B2H6は、1sccm〜30sccmの範囲の流量で与えられてもよく、またその他の条件は図2を参照して上述したと同じに維持してもよい。プラズマ中では、1つの硼素原子は3つの弗素原子と結合し、また1つの水素原子は1つの弗素原子と結合する。その結果、HFとBF3がガス副生成物として生成し、他方で窒化タングステンが堆積される。硼素の弗素吸収により、生成される弗素副生成物のレベルが減少する。これにより、弗素副生成物によって生じる不利な影響、例えば抵抗率の上昇やゲート酸化物の厚みの上昇などを低減する。理想的には、弗素の濃度は、1モル当たり1x1017〜1x1019個の範囲のレベルまで下げることができる。
しかし、B2H6は毒性の高い化学物質である。B2H6を用いる場合に、施すべき様々な安全についての配慮がある。従って、B2H6の使用は、発生する弗素副生成物の量を小さくすることが重要である場合に限られるだろう。例えば、ゲート電極を形成する場合に弗素の量を制限する必要性が、プラグのディフュージョンバリアを形成する場合に弗素の量を制限する必要性よりも高いことが、いくつかの局面でみられるだろう。これは、ゲート電極の下にあるゲート酸化物の厚みに対して弗素の持ちうる厳しい悪影響による。
本発明に従えば、ウエハをプラズマ処理してもよく、そしてプロセッサベースの制御ユニットにより制御されたチャンバ内で窒化タングステンを堆積してもよい。図3は、このようなキャパシティにおいて用いることができる制御ユニット200を例示する。制御ユニット200は、プロセッサユニット205と、メモリ210と、マスストレージデバイス220と、入力制御ユニット270と、ディスプレイユニットとを備え、これらは全て制御ユニットバス225に結合されている。
プロセッサユニット205は、メモリ内に保存された命令を実行することができるマイクロプロセッサやその他のエンジンであってもよく、例えばモトローラ社製造の680x0マイクロプロセッサ等である。メモリ210は、ハードディスクドライブ、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、RAMとROMの組み合わせ、またはその他のメモリであってもよい。メモリ210は、本発明に従って窒化タングステンを堆積するための上述の各ステップの実施を促進するために、プロセッサユニットが実行する命令を有している。メモリ210の命令は、プログラムコードの形態であってもよい。プログラムコードは、数多くの異なる言語のいずれか1つに適合するものであってもよい。例えば、プログラムコードは、C+、C++、BASIC、Pascal、その他様々な言語で書かれていてもよい。
マスストレージデバイス220は、データや命令を保存し、また、時期ディスクや磁気テープ等のプロセッサ読み出し可能保存媒体からデータや命令を呼び出す。例えば、マスストレージデバイス220は、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、テープドライブ、光ディスクドライブ、またはコンパクトディスクリードオンリーメモリ(CD−ROM)であってもよい。マスストレージデバイス220は、プログラムユニット205から受ける指示に応じて、指示を保存しまた呼び出す。マスストレージデバイス220によって保存または呼び出されたデータや指示は、窒化タングステンの堆積を行うためプログラムユニット205によって用いることができる。データと指示は、先ずマスストレージデバイス220により媒体から呼び出され、次いで、プロセッサユニット205での使用のためメモリ210へ転送される。
ディスプレイユニット250は、プロセッサユニット205の制御の下で、チャンバのオペレータに対し情報をグラフィック表示及びアルファベット数字キャラクタの形で提供する。入力制御ユニット270は、キーボード、マウス、ライトペンといったデータ入力デバイスを制御ユニット200に結合し、チャンバのオペレータが入力を受け取れるようにしている。
制御ユニットバス225は、この制御ユニットバス225に結合されている全てのデバイス間でデータ及び制御信号を転送させる。ここでは制御ユニットバス225は、制御ユニット200のデバイスに直接結合されるシングルバスとして表示されているが、制御ユニットバス225は複数のバスの集合であってもよい。例えば、ディスプレイユニット250、入力制御緒ユニット270及びマスストレージデバイス220を結合して入力−出力周縁バスとし、他方でプロセッサユニット205とメモリ210を結合してローカルプロセッサバスとしてもよい。ローカルプロセッサバス及び入力−出力周縁バスが結合して、制御ユニットバス225を形成してもよい。
制御ユニット200は、図2に示されるチャンバの如き、本発明に従って窒化タングステンの層を堆積するためのチャンバの部品に結合される。チャンバ部品のそれぞれが制御ユニットバス225に結合され、制御ユニット200と当該各部品の間のコミニュケーションを促進してもよい。図2を参照して説明されるこれらのチャンバ部品には、ガスパネル143、抵抗コイル等の加熱部品141、圧力制御ユニット140、信号ソース136や温度決定デバイス160が含まれている。制御ユニット200は、これらチャンバ部品に信号を与え、これにより、本発明に従ってウエハの処理を行ったり窒化タングステンを堆積するプロセスステップのための上述の操作が行われる。また制御ユニット200は、これら部品から信号を受け、窒化タングステンの堆積の制御をどのように進めるべきかを決める。例えば、制御ユニット200は温度決定デバイス160から信号を受け、加熱部品141が与えるべき熱量を決定する。
図4は、メモリ210より受けるプログラムコード命令に応じプロセッサユニット205によって実施可能なプロセスステップのシーケンス(窒化タングステン堆積ルーティン400)を例示する。窒化タングステンの堆積を開始する(ステップ402において)に当たり、処理チャンバ135の温度及び圧力をステップ404で決める。圧力と温度の設定では、プロセッサユニット205は、メモリ210より受けた命令を実行する。これらの命令の実行により、動作対象のチャンバ部品が、ウエハ温度とチャンバ圧力を設定するようになる。
例えば、プロセッサユニット205は、呼び出された命令に応答して、圧力制御ユニット140をして、処理チャンバ135の圧力を0.1トール〜100トールの範囲に設定せしめる。また、プロセッサユニット205は、ウエハを200℃〜600℃の温度に加熱する命令を加熱部品141に対してする。
処理チャンバの温度と圧力が決まれば、プロセッサユニット205はメモリ210からの命令を実行するが、この命令は、ステップ406において、チャンバ部品に対して或る周波数を有する信号を与えるプラズマを点火するために第1の混合ガスにエネルギーを供給する。例えば、ステップ406において、上述の如きウエハ処理プラズマを形成するため、ガスパネル143は、窒素と水素を有する第1の混合ガスを供給するように制御される。
更に、ステップ408において、プロセッサユニット205は、信号ソース136に対して、周波数100kHz〜5GHz、パワー1ワット〜5キロワットの信号をシャワーヘッド134に供給する命令を行う。プロセッサユニット205は、このような信号を、15〜30秒間の範囲で供給させるようにする。その後プロセッサユニット205は、ステップ410において、ガスパネル143に対し、六弗化タングステンとアルゴンをシャワーヘッド134へ供給させる。この際、窒化タングステンがウエハ上に堆積する。この堆積プロセスは、5〜600秒間行われる。
プラズマの生成及び維持が完了した後、ステップ412でチャンバの内部をパージする。プロセッサユニット205は、プロセッサ制御ユニット140を制御して、処理チャンバ135から全ての反応副生成物を除去させる。処理チャンバ135のパージが行われた後、窒化タングステンの堆積が完了する。その後、ステップ414でチャンバを随意用い、上述のように窒化タングステンの上にメタルを堆積する。メタルを堆積した後、プロセスはステップ416にて完了する。その後ウエハを取り除くことができ、そして平坦化処理を行い、相互接続構造体が完成する。
本発明に従った窒化タングステンの堆積により、汚染粒子の数が少なくなる。更に、窒化タングステンの堆積の前にプラズマ処理プロセスを行うことにより、窒化タングステン層のウエハへの接着性、特に酸化物でコーティングしたウエハ部分への接着性が向上する。とりわけ、本発明に従って堆積した窒化タングステン膜は、標準的な「セロハンテープ」テストによる測定では、処理なしに堆積された膜よりも高い接着性を有している。
更に、ウエハを水素/窒素プラズマで処理した後に堆積した窒化タングステン膜は、窒化タングステン膜へのシリコンの浸食が低減していることが示される。この効果は、堆積プラズマ中の弗素含有化学種が窒化タングステン堆積の最初の段階でシリコンと反応するのを防止する、Si表面の窒素パッシベーションに関連しているようであり、あるいは、この効果は、窒化タングステン堆積の最初の段階でWF6のシリコン還元の代わりにWF6の水素還元が行われることに関連しているようでもある。
ここまで本発明を、水素/窒素の組み合わせ又はジボランを還元剤として用い、窒化タングステンの堆積の前にウエハをプラズマ処理することについて説明してきた。酸化物層のプラズマ処理で得られる接着性の向上は、六弗化タングステンをアンモニアで還元する場合や熱分解プロセスで有機金属前駆体を用いる場合を含むあらゆる方法により堆積した窒化タングステン膜について生じるものである。
ここでは、本発明を特定の例示的な具体例について説明してきたが、当業者は、以下の請求の範囲で特定される本発明の範囲より離れることなく、様々な変形や変更ができることが認められるだろう。
Claims (8)
- 処理チャンバ内の基板に材料を堆積する方法において:
処理チャンバ内に基板を配置するステップと;
水素及び分子の窒素ガスを備える第1のガス組成物を供給するステップと;
処理プラズマを形成して前記基板の表面を処理する為に前記第1のガス組成物にエネルギーを供給するステップと;
混合ガスを形成する為に前記第1のガス組成物と混合する六弗化タングステンを備える第2のガス組成物を供給するステップと;
前記処理された面に窒化タングステンを堆積する為に堆積プラズマを形成するように前記処理チャンバ内で前記第2の混合ガスにエネルギーを供給するステップと;
を備える、前記方法。 - 前記第2のガス組成物が、1sccm〜100sccmの範囲の流量で供給される、請求項1に記載の方法。
- 前記水素が1sccm〜5000sccmの範囲の流量で供給され、前記窒素が1sccm〜5000sccmの範囲の流量で供給される、請求項1に記載の方法。
- 前記堆積プラズマが、5秒〜600秒の時間範囲内で生成される、請求項1に記載の方法。
- 前処理のための前記処理プラズマが、15秒〜30秒の時間範囲内で生成される、請求項1に記載の方法。
- 前記混合ガスがアルゴンを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記処理プラズマ及び堆積プラズマは、100KHzから5GHzの周波数範囲内で、それぞれが独立して形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記第1のガス組成物と前記第2のガス組成物とを供給するときに、
0.1トールから100トールの圧力範囲で前記処理チャンバを加圧するステップと、
200℃から600℃までの温度範囲で前記基板を加熱するステップと、
を更に備える、請求項1記載の方法。
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