JP7239707B2 - 化学気相堆積中におけるチタンおよびケイ化チタンの選択性を強化するための方法および装置 - Google Patents

化学気相堆積中におけるチタンおよびケイ化チタンの選択性を強化するための方法および装置 Download PDF

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Description

本開示の実施形態は一般に、基板処理装置および技法に関し、より詳細には、化学気相堆積によって材料を選択的に堆積させるための方法および装置に関する。
選択的堆積プロセスは、デバイス寸法縮小のペースに遅れることなく、従来のリソグラフィに関係するステップ数およびコストを有利に低減させることができる。チタンおよびケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）は、オーム接触を形成するためおよびトランジスタ接続の接触抵抗を低減させるために広く使用されている重要な材料であるため、チタンおよび／またはケイ化チタン誘電体パターンの選択的堆積は、高い潜在的価値を有する。本発明者らは、シリコンと窒化シリコンおよび酸化シリコンなどの誘電体との間のチタン材料の劣等な選択性が、金属特徴充填（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｆｅａｔｕｒｅ ｆｉｌｌ）を最大化する際の重大な課題となることを認めた。例えば、劣等な選択性は、高アスペクト比特徴の側壁と底部にチタン材料を堆積させることに帰着することがあり、所望の金属材料を特徴に充填する能力を制限することがある。劣等な選択性は基板の不均一性を促進することがあるため、接触抵抗を低減させ、特徴充填材料の体積を最大化するためには、チタン材料をシリコンに高い選択性で堆積させることが必要となる。
これに応じて、本発明者らは、酸化シリコンおよび窒化シリコンなどの誘電体よりもシリコンまたは露出したシリコン（ｅｘｐｏｓｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ）（以後、露出シリコン）にチタン材料を選択的に堆積させるための改良された方法を開発した。
本明細書では、選択的堆積のための方法および装置が提供される。いくつかの実施形態では、シリコン表面および誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を選択的に堆積させる方法が、処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の第１の温度で形成すること、ならびに反応生成物を処理チャンバに流入させて、基板のシリコン表面にチタン材料層を選択的に形成することを含む。
いくつかの実施形態では、シリコン表面および誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を選択的に堆積させる方法が、基板のシリコン表面の上にチタン材料層を選択的に堆積させるために、処理チャンバ内のリッドヒータとシャワーヘッドとの間において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を形成して、処理チャンバ内において基板上にチタン材料層を形成することを含み、誘電体表面は、誘電体表面の上にチタン材料層が堆積することを抑制し、遠隔プラズマ反応は、摂氏２００～８００度の第１の温度で、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）を反応させる。
いくつかの実施形態では、シリコン表面および誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を堆積させる方法が、任意に、処理チャンバ内のシャワーヘッドと基板との間において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の第１の直接プラズマ反応を、０．１～２００秒の間、形成すること、基板のシリコン表面の上にチタン材料層を選択的に堆積させるために、処理チャンバ内のリッドヒータとシャワーヘッドとの間において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を形成して、処理チャンバ内において基板上にチタン材料層を形成することであって、誘電体表面は、誘電体表面の上にチタン材料層が堆積することを抑制し、遠隔プラズマ反応は、摂氏２００～８００度の第１の温度で、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）を反応させて、チタン材料がシャワーヘッドを通り抜けるようにする、形成すること、ならびに処理チャンバ内のシャワーヘッドと基板との間において、窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の直接プラズマ反応を形成して、基板のシリコン表面の上のチタン材料層に対するキャッピング窒化チタン層を形成することを含む。
いくつかの実施形態では、本開示が処理チャンバに関し、この処理チャンバは、リッドヒータと、シャワーヘッドと、処理チャンバ内に配置された基板支持体とを備え、処理チャンバは、リッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域においてプラズマに遠隔的に点火し、シャワーヘッドと基板支持体との間においてプラズマに直接点火するように構成されている。
いくつかの実施形態では、本開示が処理チャンバに関し、この処理チャンバは、リッドヒータと、シャワーヘッドと、処理チャンバ内に配置された基板支持体とを含み、処理チャンバは、処理チャンバ内のリッドヒータとシャワーヘッドとの間においてプラズマに遠隔的に点火し、シャワーヘッドと基板支持体との間においてプラズマに直接点火するように構成されている。
いくつかの実施形態では、本開示が、命令が記憶された非一過性コンピュータ可読媒体に関し、この命令は、実行されたときに、シリコン表面および誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を選択的に堆積させる方法を実行させ、この方法は、処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の第１の温度で形成すること、ならびに反応生成物を処理チャンバに流入させて、基板のシリコン表面にチタン材料層を選択的に形成することを含む。
以下には、本開示の他の追加の実施形態が記載されている。
上に概要を簡潔に示した、以下により詳細に論じる本開示の実施形態は、付随の図面に示された本開示の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかしながら、付随の図面は、本開示の典型的な実施形態だけを示しており、したがって、付随の図面を、範囲を限定するものとみなすべきではない。これは、本開示が、等しく有効な他の実施形態を受け入れる可能性があるためである。
本開示の方法を実施するのに適した装置の概略図である。 本開示のいくつかの実施形態による、選択的堆積の方法の流れ図である。 本開示のいくつかの実施形態による、図２の処理シーケンスの異なる段階中の基板の例示的な断面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、図２の処理シーケンスの異なる段階中の基板の例示的な断面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、選択的堆積の方法の流れ図である。 本開示のいくつかの実施形態による、図４の処理シーケンスの異なる段階中の基板の例示的な断面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、図４の処理シーケンスの異なる段階中の基板の例示的な断面図である。 本開示のいくつかの実施形態による、図４の処理シーケンスの異なる段階中の基板の例示的な断面図である。
理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すために、同一の参照符号を使用した。図は、一定の倍率では描かれておらず、明瞭にするために簡略化されていることがある。特段の言及なしに、１つの実施形態の要素および特徴が、他の実施形態に有益に組み込まれていることがある。
本明細書では、選択的堆積のための方法および装置が提供される。いくつかの実施形態では、シリコン表面および誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を選択的に堆積させる方法が、処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の第１の温度で形成すること、ならびに反応生成物を処理チャンバに流入させて、基板のシリコン表面にチタン材料層を選択的に形成することを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載された方法が、シリコンに対するチタン材料の選択性を有利に強化および促進し、窒化シリコンおよび酸化シリコンなどの誘電体に対する選択性を低下させる。方法は、金属特徴充填を最大化することを容易にし、促進する。例えば、シリコンを含む特徴の底部に対する選択性を増大させ、誘電体を含む高アスペクト比特徴の側壁へのチタン材料堆積を低減させて、所望の金属材料が充填される特徴内の容積を増大させる。シリコンに対する高い選択性は基板の均一性を促進するため、接触抵抗が有利に低減し、特徴充填材料の体積が有利に最大化される。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドが、チタン材料イオンなどの反応生成物をシャワーヘッド内に捕捉して、選択的堆積を容易にする。いくつかの実施形態では、シランの存在下で基板を加熱することを含む前処理が、窒化シリコンよりもシリコンに対する選択性をさらに強化する。チタン材料がチタンである実施形態などのいくつかの実施形態では、前処理が、シリコンに対する選択性を４０：１超まで強化する。チタン材料がケイ化チタンである実施形態などのいくつかの実施形態では、前処理が、シリコンに対する選択性を６０：１超まで強化する。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドおよび基板をシランおよび／または水素ラジカルなどの遠隔プラズマ水素と接触させることを含む堆積後処理が、基板の上のシリコン上と窒化シリコン（ＳｉＮ）上の両方に窒化チタンが膜を堆積させるメモリ効果（ｍｅｍｏｒｙ ｅｆｆｅｃｔ）を、３オングストローム未満に低減させることができ、窒化シリコンよりもシリコンに対する選択性をさらに強化する。
図１は、本開示の方法を実施するのに適した、ウエハ処理システム１０などの装置の概略図である。実施形態では、ウエハ処理システム１０が、処理チャンバ１００、ガスパネル１３０、制御ユニット１１０、ならびに電源および真空ポンプなどの他のハードウェア構成要素を含む。例示的な処理チャンバは、本明細書に記載された遠隔化学気相堆積（ＣＶＤ）反応および直接ＣＶＤ反応用に構成された、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能ないくつかの処理チャンバのうちの任意の処理チャンバを含むことができる。他の製造業者からの他の適当な処理チャンバを本開示に従って同様に使用および変更することができる。
実施形態では、処理チャンバ１００が一般にリッドヒータ１３１を備え、リッドヒータ１３１は処理量１０１を加熱するために使用され、処理量１０１は、処理チャンバ１００内のリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間のプレナム空間などの領域を含む。本開示に従って処理する前および本開示に従って処理している間に、特定のプロセスに応じて、処理量１０１のリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間の領域を、ある所望の温度に加熱することができる。実施形態では、リッドヒータ１３１が、加熱要素１７１などの埋め込まれた加熱要素によって加熱される。例えば、ＡＣ電源（図示せず）から加熱要素１７１に電流を流すことによって、リッドヒータ１３１を抵抗加熱することができる。続いて、リッドヒータ１３１によって、処理量１０１のリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間の領域が加熱され、この領域を、処理温度範囲内、例えば摂氏２００～８００度の処理温度範囲内に維持することができ、または摂氏約５５０度の第１の温度に維持することができる。いくつかの実施形態では、処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域が、摂氏２００～８００度の第１の温度に維持される。いくつかの実施形態では、摂氏２００～８００度の温度、またはいくつかの実施形態では摂氏約５５０度のリッドヒータ、（リッドヒータからの放射熱によって加熱された）摂氏約５００度のシャワーヘッド、摂氏約４２５度のウエハ温度、および摂氏約４５０度に加熱されたペデスタルを提供することによって、リッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域を、摂氏２００～８００度の温度、またはいくつかの実施形態では摂氏約５５０度の温度に加熱することができる。実施形態では、リッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域がプレナム空間と記述される。
実施形態では、熱電対などの温度センサ（図示せず）をリッドヒータ１３１に埋め込んで、リッドヒータ１３１の温度を従来の方式でモニタすることができる。例えば、測定された温度をフィードバックループで使用して、処理量１０１のリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間の領域の温度を、特定の処理用途に対して適当な所望の温度に維持または制御することができるような態様で、リッドヒータ１３１の電源を制御することができる。実施形態では、処理量１０１内のリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間またはシャワーヘッド１６５内での遠隔プラズマ形成を促進し、シャワーヘッド１６５内またはシャワーヘッド１６５上での凝縮を防ぐのに十分な熱を供給するように、リッドヒータ１３１が構成される。例えば、制御ユニット１１０は、ユーザが、リッドヒータ１３１の熱を調整すること、および遠隔プラズマを形成するのに十分な熱を維持することができるように、リッドヒータ１３１と通信することができる。実施形態では、処理ニーズに応じて、リッドヒータ１３１が、熱くならないように、または処理量１０１内のリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間の領域での遠隔プラズマ形成を促進しないように構成される。例えば、ユーザニーズに応じて、リッドヒータ１３１を、制御ユニット１１０を介してオフに切り替えることができる。
実施形態では、リッドヒータ１３１に高周波電極１８１を埋め込んで、リッドヒータ１３１の付近にプラズマを形成するのに十分な量の高周波を提供するように、リッドヒータ１３１を構成することができる。実施形態では、処理量１０１内のリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間の領域内および／またはシャワーヘッド１６５内での遠隔プラズマ形成を促進するのに十分なＲＦを提供するように、リッドヒータ１３１が構成される。例えば、制御ユニット１１０は、ユーザが、リッドヒータ１３１から放出されるＲＦを調整すること、およびプラズマを形成するのに十分なＲＦ信号を維持することができるように、リッドヒータ１３１と通信することができる。実施形態では、処理ニーズに応じて、リッドヒータ１３１が、ＲＦ信号を放出しないように、または処理量１０１内のリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間でのプラズマ形成を促進しないように構成される。例えば、リッドヒータ１３１からＲＦが発生することを排除するユーザニーズに応じて、リッドヒータ１３１を、制御ユニット１１０を介してオフに切り替えることができる。
実施形態では、処理チャンバ１００が一般に支持ペデスタル１５０を含み、支持ペデスタル１５０は、処理チャンバ１００内で半導体基板１９０などの基板を支持するために使用される。変位機構（図示せず）を使用して、支持ペデスタル１５０を、処理チャンバ１００内で垂直方向に移動させることができる。処理前に、特定のプロセスに応じて、半導体基板１９０を、ある所望の温度に加熱することができる。実施形態では、支持ペデスタル１５０が、加熱要素１７０などの埋め込まれた加熱要素によって加熱される。例えば、ＡＣ電源１０６から加熱要素１７０に電流を流すことによって、支持ペデスタル１５０を抵抗加熱することができる。続いて、支持ペデスタル１５０によって半導体基板１９０が加熱され、半導体基板１９０を、処理温度範内、例えば摂氏２００～８００度または摂氏３００～７００度の処理温度範囲内に維持することができる。実施形態では、熱電対などの温度センサ１７２を支持ペデスタル１５０に埋め込んで、支持ペデスタル１５０の温度を従来の方式でモニタすることができる。例えば、測定された温度をフィードバックループで使用して、半導体基板１９０の温度を、特定の処理用途に対して適当な所望の温度に維持または制御することができるような態様で、加熱要素１７０用のＡＣ電源１０６などの電源を制御することができる。実施形態では、支持ペデスタルが、１８２のところに接地（ｇｒｏｕｎｄ）を含む。
実施形態では、質量流量コントローラ（図示せず）、およびコンピュータなどのコントローラユニット１１０によって、処理チャンバ１００およびガスパネル１３０を通るガス流の適正な制御および調節が実行される。シャワーヘッド１６５は、ガスパネル１３０からの処理ガスが均一に分配され、処理チャンバ１００に導入されることを可能にする。実施形態では、（チタンまたはケイ化チタンなどのチタン材料層を本明細書に記載されているように形成するのに適した反応生成物などの）反応生成物を処理チャンバに流入させて、基板のシリコン表面にチタン材料層を選択的に形成するように、シャワーヘッド１６５が構成される。
例として、制御ユニット１１０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１１２、支持回路１１４およびメモリを含み、メモリは、関連制御ソフトウェア１１６を含む。制御ユニット１１０は、ウエハ輸送、ガス流制御、温度制御、チャンバ排気など、半導体基板１９０の処理に必要な多数のステップの自動化された制御を担う。制御ユニット１１０とウエハ処理システム１０のさまざまな構成要素との間の双方向通信は、一括して信号バス１１８と呼ばれる多数の信号ケーブルを通して処理され、図１にはその一部が示されている。
いくつかの実施形態では、本開示が、命令が記憶された、メモリなどの非一過性コンピュータ可読媒体に関し、この命令は、実行されたときに、シリコン表面および誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を選択的に堆積させる方法を実行させ、この方法は、処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の第１の温度で形成すること、ならびに反応生成物を処理チャンバに流入させて、基板のシリコン表面にチタン材料層を選択的に形成することを含む。
いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１６５に高周波電極１８１を埋め込んで、シャワーヘッド１６５の付近にプラズマを形成するのに十分な量のＲＦエネルギーを提供するように、シャワーヘッド１６５を構成することができる。実施形態では、処理量１０１内でのプラズマ形成を促進するのに十分なＲＦを提供するように、シャワーヘッド１６５が構成される。例えば、制御ユニット１１０は、ユーザが、シャワーヘッド１６５から放出されるＲＦを調整すること、およびプラズマを形成するのに十分なＲＦ信号を維持することができるように、シャワーヘッド１６５と通信することができる。実施形態では、処理量１０１内にプラズマを配するユーザニーズに応じて、接地１８３によってシャワーヘッド１６５を接地してもよい。シャワーヘッド１６５が接地された実施形態では、処理量１０１内のリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間の領域に遠隔プラズマを形成することができる。シャワーヘッドが接地されていない実施形態では、処理量１０１内のシャワーヘッド１６５と半導体基板１９０との間の領域に直接プラズマが形成される。スイッチ１８４は、接地１８３、ＲＦ電極１８０およびシャワーヘッドと通信することができ、スイッチ１８４を、本開示に従いユーザニーズに応じて遠隔および直接プラズマ形成を制御するように構成することができる。実施形態では、スイッチ１８４とシャワーヘッド１６５とが通信し、スイッチ１８４およびシャワーヘッド１６５が、本開示に従いユーザニーズに応じて遠隔および直接プラズマ形成を制御するように構成される。いくつかの実施形態では、スイッチが第１の位置に置かれたときに、スイッチ１８４を介して、ＲＦ電源またはＶＨＦ電源などの電源がチャンバリッドに電気的に結合される。スイッチが第２の位置（図示せず）に置かれたとき、電源は、シャワーヘッド１６５に電気的に結合される。スイッチ１８４が第１の位置にあるとき、電源は、リッドヒータとシャワーヘッドとの間のプレナム空間または領域に直接配された遠隔プラズマなど、基板から遠隔の第１のプラズマに点火し、第１のプラズマを維持するために使用される。いくつかの実施形態では、遠隔プラズマが、プレナムに流入した処理ガスからなり、電源からの電力の容量結合によってプラズマとして維持される。いくつかの実施形態では、スイッチ１８４が第２の位置にあるときに、電源が、処理量１０１内のシャワーヘッド１６５と基板支持体上に配された基板１９０との間の第２のプラズマ（図示せず）に点火し、第２のプラズマを維持するために使用される。
実施形態では、処理チャンバ１００から排気するため、および処理チャンバ１００内の適正なガス流およびガス圧を維持するために、処理チャンバ１００が真空ポンプ１０２を含む。支持ペデスタル１５０の上方にシャワーヘッド１６５が位置し、シャワーヘッド１６５を通して処理チャンバ１００に処理ガスが導入される。実施形態では、シャワーヘッド１６５を、２つ以上の別個の経路を有する多ガスシャワーヘッドとして構成することができ、これらの２つ以上の別個の経路は、２種類以上のガスを事前混合なしで処理チャンバ１００に別々に導入することを可能にする。いくつかの実施形態では、シャワーヘッド１６５がガスパネル１３０に接続されており、ガスパネル１３０は、処理シーケンスの異なるステップで使用されるさまざまなガスを質量流量コントローラ（図示せず）によって制御および供給する。さらに、支持ペデスタル１５０上に形成される望ましくない堆積物を最小限に抑えるため、ウエハ処理の間、パージガス供給源１０４が、パージガス、例えば不活性ガスを、支持ペデスタル１５０の底部の周囲に供給する。
実施形態では、制御ユニット１１０が、第１のガス流管路１６２によるガスパネル１３０からリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間の領域などの処理量１０１へのガス流の制御、または第２のガス流管路１６３によるガスパネル１３０からシャワーヘッド１６５内へのガス流の制御を担う。いくつかの実施形態では、ガスパネル１３０が、処理チャンバ１００および処理量１０１内に、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）および／またはアルゴン（Ａｒ）もしくは貴ガスを供給するように、処理チャンバ１００が構成される。例えば、実施形態では、約１～１００ｓｃｃｍまたは約２５ｓｃｃｍの四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）を受け取るように、処理量１０１が構成される。実施形態では、約５０～１００００ｓｃｃｍまたは約５００ｓｃｃｍの水素（Ｈ2）を受け取るように、処理量１０１が構成される。実施形態では、約３．５リットルのアルゴンを受け取るように、処理量１０１が構成される。いくつかの実施形態では、第２のガス流管路１６３を介して、ガスパネル１３０から処理量１０１に１種または数種の所望のガスを導くことができる。例えば、実施形態では、第２のガス流管路１６３によって、処理量１０１に、ＳｉＨ4などのシラン、Ｓｉ2Ｈ6などのジシラン、シラン化合物、または水素（Ｈ2）、またはアルゴン（Ａｒ）ガスなどの貴ガスを追加することができる。遠隔プラズマ用途、例えばリッドヒータ１３１とシャワーヘッド１６５との間の領域内またはシャワーヘッド１６５内でプラズマに点火する遠隔プラズマ用途向けに処理チャンバ１００が構成されている実施形態などのいくつかの実施形態では、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）および／またはアルゴン（Ａｒ）などの１種または数種の所望のガスを、第１のガス流管路１６２を介してガスパネル１３０から処理量１０１に導くことができ、ＳｉＨ4などのシラン、または水素（Ｈ2）、またはアルゴン（Ａｒ）ガスなどの１種または数種の所望のガスを、第２のガス流管路１６３によって処理量１０１に導くことができる。いくつかの実施形態では、チタン材料の堆積中にシランを含めると、結果としてケイ化チタンまたはＴｉＳｉｘが形成される。いくつかの実施形態では、ＴｉＳｉｘがケイ化チタンを指し、ｘが、０．４と２．２との間の数である。いくつかの実施形態では、ＴｉＳｉｘが、Ｔｉ5Ｓｉ3、ＴｉＳｉ2、ＴｉＳｉのうちの１つもしくは複数、またはこれらの組合せを指す。
実施形態では、流量、温度および処理量の圧力を、本開示に基づく所望の反応に対して十分な値に調整することができる。直接プラズマ用途、例えばシャワーヘッド１６５と半導体基板１９０との間の領域内でプラズマに点火する直接プラズマ用途向けに処理チャンバ１００が構成されている実施形態などのいくつかの実施形態では、窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）などの１種または数種の所望のガスを、第１のガス流管路１６２を介してガスパネル１３０から処理量１０１に導くことができ、アルゴン（Ａｒ）などの１種または数種の所望のガスを、第２のガス流管路１６３によって処理量１０１に導くことができる。実施形態では、流量、温度および処理量の圧力を、本開示に基づく所望の反応に対して十分な値に調整することができる。
実施形態では、処理チャンバ１００が、本開示に従って処理量１０１内でプラズマに点火するのに十分なＲＦ電極１８０を含む。実施形態では、ＲＦ電極１８０を、１つまたは複数の電源（示されていない１つの電源）に、１つまたは複数の対応するそれぞれのマッチングネットワーク（示されたマッチングネットワーク）を通して結合することができる。この１つまたは複数の電源は、約３５０ｋＨｚまたは約１３．５６ＭＨｚまたは約６０Ｍｈｚなど、周波数約３５０ｋＨｚ～約６０ＭＨｚの、最大３０００ワットのＲＦエネルギーを生み出すことができるものとすることができる。実施形態では、処理量１０１内の遠隔プラズマ反応に、約６５ワット～１５０ワットのＲＦエネルギーが与えられる。いくつかの実施形態では、ＲＦエネルギーが約１２０ワット～１４０ワット、または約１３０ワットである。いくつかの実施形態では、パルスＲＦエネルギーまたは連続波モードのＲＦが与えられる。いくつかの実施形態では、ＲＦ電力が約１３０ワット、パルス周波数が約１ｋＨｚ、デューティーサイクルが約５０％である。いくつかの実施形態では、処理チャンバ１００が、プラズマ処理に対して、容量結合されたＲＦエネルギーを利用することができる。例えば、処理チャンバ１００は、誘電体材料から作られた天井、およびＲＦ電極を提供するために少なくとも部分的に導電性であるシャワーヘッド１６５を有することができる（または別個のＲＦ電極を提供されてもよい）。シャワーヘッド１６５（または他のＲＦ電極）を、１つまたは複数のＲＦ電源（示されていない１つのＲＦ電源）に、１つまたは複数の対応するそれぞれのマッチングネットワーク（示されていないマッチングネットワーク）を通して結合することができる。この１つまたは複数のプラズマ源は、最大約３，０００ワット、またはいくつかの実施形態では最大約５，０００ワットのＲＦエネルギーを生み出すことができるものとすることができる。
図２は、本開示のいくつかの実施形態による、選択的堆積の方法２００の流れ図である。図３Ａ～３Ｂは、本開示のいくつかの実施形態による、図２の処理シーケンスの異なる段階中の半導体基板１９０などの基板の例示的な断面図である。本開示の方法は、化学気相堆積（ＣＶＤ）などの熱堆積技法用に構成された処理チャンバ内、または図１に関して上で論じた処理チャンバ内で実行することができる。
実施形態では、方法２００が、特徴３５１の底部を横切って広がるシリコン表面３０２および誘電体表面３０４などの１つまたは複数の誘電体表面を有する図３Ａに示されている半導体基板１９０上で実行される。実施形態では、半導体基板１９０が、結晶シリコン（例えばＳｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、シリコンゲルマニウム、ドープされたまたは無ドープの多結晶シリコン、ドープされたまたは無ドープのシリコンウエハ、パターン形成されたまたはパターン形成されていないウエハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）およびこれらの組合せなどのシリコン材料３０１を含むことができる。実施形態では、シリコン材料３０１が、結晶シリコン（例えばＳｉ＜１００＞またはＳｉ＜１１１＞）、純粋なシリコン、（１％未満または０．５％未満の不純物を有する）実質的に純粋なシリコン、または露出シリコンなどの材料を含むことができ、またはそのような材料からなることができる。露出シリコンは例えば、自然酸化物層（ｎａｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒ）が除去された前処理されたシリコンである。実施形態では、半導体基板１９０がさまざまな寸法を有することができ、例えば、円形の基板については２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍまたは他の直径など、さまざまな寸法を有することができる。フラットパネルディスプレイの製造において使用される多角形グラス基板など、半導体基板１９０を、任意の多角形、正方形、長方形のワークピース、曲線を有するワークピースまたはその他の非円形ワークピースとすることもできる。特に断らない限り、本明細書に記載された実施態様および例は、半導体基板１９０などの基板、例えば直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍまたは直径４５０ｍｍの基板上で実施される。
いくつかの実施形態では、シリコン材料３０１が、適当な任意の原子層堆積プロセスまたは化学的層堆積プロセスによって堆積されたものである。いくつかの実施形態では、シリコン材料３０１が、半導体デバイス製造用の適当な任意のシリコン材料を含むことができる。図３Ａを参照すると、シリコン表面３０２の上に酸化シリコン層（図示せず）があることがある。この酸化シリコン層は、自然酸化物層であることがあり、またはシリコン表面３０２が酸素、例えば空気中もしくは水中の酸素と接触したときに形成されるものであることがある。酸化シリコン層は、チタン材料に対する選択性が、露出シリコン表面よりも低いことがあるため、いくつかの実施形態では、酸化シリコン層が問題となることがある。いくつかの実施形態では、方法２００が、シリコン表面３０２を前処理して、露出シリコン表面を形成することを含むことができる。いくつかの実施形態では、方法が、シリコン表面３０２を１種または数種のエッチング剤と接触させて、露出シリコン表面３０２を形成することを含む。いくつかの実施形態では、シリコン表面３０２の上にまたはシリコン表面３０２の上に直接チタン材料を堆積させる前に、酸化シリコン層を除去して、露出シリコン表面を形成する。露出シリコン表面材料の非限定的な例には、実質的に純粋なシリコン、例えば酸化物を実質的に含まないシリコンなどが含まれる。
実施形態では、誘電体表面３０４を含む誘電体層３０５が、シリコン表面３０２を含むシリコン材料３０１と同じではない。いくつかの実施形態では、誘電体層３０５が、適当な任意の原子層堆積プロセスまたは化学的層堆積プロセスによって堆積されたものである。いくつかの実施形態では、誘電体層３０５が、シリコン材料３０１の上に堆積させた低ｋ誘電体層を含むことができる。いくつかの実施形態では、誘電体層３０５が、半導体デバイス製造に適した任意の低ｋ誘電体材料、およびそれらの材料の組合せを含むことができる。低ｋ誘電体材料として適当な非限定的な材料は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコンもしくは酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、またはこれらの材料の組合せ、あるいはこれらの材料の層の組合せなどのシリコン含有材料を含むことができる。実施形態では、この低ｋ誘電体材料が、約３．９未満（例えば約２．５～約３．５）の低ｋ値を有することができる。いくつかの実施形態では、誘電体層３０５が、ＨｆＯxなどの酸化ハフニウムを含むことができる。実施形態では、誘電体層３０５および誘電体表面３０４が、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）もしくはこれらの組合せを含み、または酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）もしくはこれらの組合せからなる。
いくつかの実施形態では、方法２００の処理シーケンス２０１に示されているとおり、任意に、基板が前処理される。いくつかの実施形態では、シラン単独でまたはアルゴンなどの貴ガスと組み合わせて、誘電体層３０５をシランと接触させることにより、誘電体層３０５が前処理される。いくつかの実施形態では、誘電体層３０５が、窒化シリコンなどの窒素材料を含み、チタン材料層を堆積させる前に、基板を予熱することができる。いくつかの実施形態では、シリコン表面および窒化シリコンなどの誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を選択的に堆積させる方法の最中に、処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の第１の温度で形成する前に、基板および誘電体表面を、加熱されたガス、例えば加熱されたアルゴンまたは水素と接触させることによって、基板が、摂氏２００～８００度の温度に予熱される。図１を参照すると、いくつかの実施形態では、基板を予熱するために、第１のガス流管路１６２を介してアルゴンおよび水素を流し、それらのガスを加熱することができる。いくつかの実施形態では、基板を予熱している間に、第２のガス流管路１６３を通してシランおよびアルゴンを流すことができる。実施形態では、誘電体表面３０４と反応しかつ／または誘電体表面３０４を覆うように、第２のガス流管路１６３を通して約５００ｓｃｃｍ～３０００ｓｃｃｍのシランが流される。いくつかの実施形態では、誘電体表面が窒化シリコン（ＳｉＮ）であり、誘電体表面３０４の露出した表面を飽和させるのに十分な量のシランを誘電体表面と接触させる。実施形態では、シランが、誘電体表面３０４の窒化シリコン層中のシリコンに結合し、このことが、シリコンに対するチタン材料の選択性をさらに強化する。いくつかの実施形態では、シランの存在下で基板を加熱することを含む前処理が、窒化シリコンよりもシリコンに対する選択性をさらに強化する。チタン材料がチタンである実施形態などのいくつかの実施形態では、前処理が、シリコンに対する選択性を４０：１超まで、例えば４５：１まで強化する。チタン材料がケイ化チタンである実施形態などのいくつかの実施形態では、前処理が、シリコンに対する選択性を６０：１超まで、例えば６８：１まで強化する。
いくつかの実施形態では、方法２００が２０１から始まってもよく、２０１で、基板を前処理する。例えば、上述のとおり、摂氏２００度よりも高い温度にまたは摂氏２００度～摂氏８００度の間の温度に基板を予熱することによって、基板を前処理する。誘電体表面が窒化シリコンである実施形態などのいくつかの実施形態では、上述のとおり、前処理中に、基板をさらにシランと接触させることができる。
いくつかの実施形態では、本開示が、シリコン表面および窒化シリコンを含む誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を選択的に堆積させる方法に関し、この方法は、基板を室温よりも高い（摂氏２００～８００度の温度などの）温度の水素およびアルゴンと接触させることによって基板を予熱し、その間に、基板をアルゴンおよびシランと接触させること、続いて、処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の第１の温度で形成すること、ならびに反応生成物を処理チャンバに流入させて、基板のシリコン表面にチタン材料層を選択的に形成することを含む。いくつかの実施形態では、ケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）を含むチタン材料層またはケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）からなるチタン材料層を形成するために、第２のガス流管路１６３を通してシランおよびアルゴンが供給される。実施形態では、シラン（ＳｉＨ4）の事前ソーク（ｐｒｅ－ｓｏａｋ）が、遠隔プラズマ化学気相堆積（ＣＶＤ）チタン堆積プロセスおよび遠隔プラズマＣＶＤケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）堆積プロセスに関する選択性を強化する。実施形態では、処理シーケンス２０１に示されている前処理が、基板を室温よりも高い（摂氏２００～８００度の温度などの）温度の水素およびアルゴンと接触させることによって基板を予熱し、その間に、基板をアルゴンおよびシランと接触させることを含む。
実施形態では、誘電体層３０５が、誘電体層３０５に形成された、ビアまたはトレンチなどの１つまたは複数の特徴３５１を含むことができる。この１つまたは複数の特徴３５１は、適当な任意のエッチングプロセスを使用して誘電体層３０５をエッチングすることによって形成されたものとすることができる。いくつかの実施形態では、この１つまたは複数の特徴３５１が、１つまたは複数の側壁３１４、開口３２２および上部コーナ３２１によって画定される。いくつかの実施形態では、この１つまたは複数の特徴３５１が、高いアスペクト比、例えば約５：１～約２０：１の間のアスペクト比を有するものであってもよい。本明細書で使用されるとき、アスペクト比は、特徴の深さと特徴の幅との比である。実施形態では、この１つまたは複数の特徴３５１が、２０ナノメートル以下、１０ナノメートル以下の幅３０９、または５～１０ナノメートルの間の幅３０９を有する。
図２をさらに参照すると、いくつかの実施形態では、方法２００が２０２から始まってもよく、２０２で、処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の第１の温度で形成する。いくつかの実施形態では、方法２００が２０４に進み、２０４で、遠隔プラズマ反応による反応生成物などの反応生成物を処理チャンバに流入させて、基板のシリコン表面にチタン材料層を選択的に形成する。いくつかの実施形態では、この方法が、基板のシリコン表面３０２の上にチタン材料層３５０を選択的に堆積させるために、（図１の処理チャンバ１００などの）処理チャンバ内の（図１のリッドヒータ１３１などの）リッドヒータと（図１に示されたシャワーヘッド１６５などの）シャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を形成して、処理チャンバ内において半導体基板１９０などの基板上にチタン材料層３５０を形成するのに適した反応生成物を形成することを含む。実施形態では、誘電体表面３０４が、誘電体表面３０４の上にチタン材料層３５０が堆積することを抑制する。実施形態では、遠隔プラズマ反応が、摂氏２００～８００度の第１の温度で、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）を反応させる。いくつかの実施形態では、半導体基板１９０などの基板が、高アスペクト比特徴などの特徴を含み、シリコン表面３０２が、高アスペクト比特徴の底部３０７に配されており、誘電体表面３０４が、１つまたは複数の特徴３５１などの高アスペクト比特徴の１つまたは複数の側壁３１４に配されている。いくつかの実施形態では、第１の温度が摂氏約５５０度であり、または摂氏５００度よりも低い温度である。いくつかの実施形態では、遠隔プラズマ反応に、約６５ワットのＲＦエネルギーが与えられる。実施形態では、チタン材料層を、約１０オングストローム～約１００オングストローム、または約１００～約５００オングストロームなどの所定の厚さに堆積させる。いくつかの実施形態では、チタン材料層３５０が、チタン、ケイ化チタンまたは実質的に純粋なチタンを含む。
いくつかの実施形態では、方法２００がさらに、（図１のシャワーヘッド１６５などの）シャワーヘッドにシランなどのシラン化合物、水素およびアルゴンを追加して、遠隔プラズマ反応と接触させることを含む。実施形態では、チタン材料層３５０がケイ化チタンを含み、またはケイ化チタンからなる。いくつかの実施形態では、ケイ化チタンがＴｉＳｉｘと表記され、ｘが、０．４～２．２の範囲の数である。
図２を参照すると、処理シーケンス２０５で、方法２００のいくつかの実施形態は、選択性をさらに強化し、半導体デバイスのロバスト（ｒｏｂｕｓｔ）な形成を容易にするために、チタン材料層の堆積後処理を含んでもよい。これに応じて、本開示には、チタン材料層の後処理が含まれる。いくつかの実施形態では、堆積後のチタン材料層の後処理が、堆積させたチタン材料層の構成に応じた予め選択された処理シーケンス、例えば、チタン材料層が、チタンの遠隔プラズマ化学気相（ＣＶＤ）堆積の結果であるのか、またはケイ化チタンの遠隔プラズマＣＶＤ堆積の結果であるのかに応じた予め選択された処理シーケンスを含む。
本発明者らは、チタン材料層の堆積に続いてチタン材料層を後処理することが有利であることを認めた。例えば、本発明者らは、シャワーヘッド上の塩化チタンなどの残留物または反応副生物（ＴｉＣｌｘまたはＴｉＣｌｘ。ｘは１～３の範囲の数であり、またはｘ＝３である）が、窒化チタン（ＴｉＮ）の形成に寄与し、シリコン表面または露出シリコン表面と窒化シリコン誘電体表面などの誘電体表面の両方の上に、問題となるＴｉＮ膜を堆積させ、このことが選択性を低下させることを認めた。本発明者らは、遠隔プラズマＣＶＤチタンまたは遠隔プラズマＣＶＤケイ化チタンを堆積させた後の後処理であって、任意の下流の窒化物形成（ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ）前の後処理が、シャワーヘッドに堆積または付着した塩化チタンなどの副生物を不動態化し、問題となるメモリ効果を３オングストローム未満に低減させることを見出した。
いくつかの実施形態では、チタンの遠隔プラズマＣＶＤ堆積に続いて、堆積後処理を実行してもよい。本発明者らは、遠隔プラズマ反応が、第１のガス流管路１６２を通して供給された四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）、ならびに第２のガス流管路１６３を通して供給されたアルゴン（Ａｒ）を、摂氏２００～８００度の第１の温度で反応させた場合、シャワーヘッドと基板との間に塩化チタン（ＴｉＣｌｘ）および水素ラジカルが集まることがあり、その結果、塩化チタン（ＴｉＣｌｘ）が、シャワーヘッド表面および／または基板上面に付着し、このことが問題となることを認めた。塩化チタン（ＴｉＣｌｘ）の形成に続いて、塩化チタン（ＴｉＣｌｘ）を、第２のガス流管路１６３を通して供給されたシランと接触させることができ、このシランは、塩化チタン（ＴｉＣｌｘ）を覆い、摂氏４５０～５００度などの摂氏４００度よりも高い温度で、または摂氏２００～８００度の温度間のシャワーヘッド上にケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）を形成する。いくつかの実施形態では、摂氏２００～８００度または摂氏約５５０度の温度のリッドヒータからの放射エネルギーによって加熱されたシャワーヘッドの温度が、摂氏２００～８００度または摂氏約５００度である。実施形態では、シランなどの０．５リットル～３リットルのシラン化合物が追加される。実施形態では、第２のガス流管路１６３を通って、５００～３０００ｓｃｃｍのシラン化合物またはシランが流れる。後処理のいくつかの実施形態では、ケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）の形成に続いて、水素ソークおよび／または遠隔プラズマソークを実行することにより、処理チャンバからシラン化合物またはシランがパージされる。これらのソークでは、水素ラジカルがケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）と反応してロバストなケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）組成物を形成し、このロバストなケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）組成物は、シャワーヘッドから剥がれたり、かつ／または基板上に剥がれ落ちたりしない。実施形態では、ケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）が、塩化チタン（ＴｉＣｌｘ）に比べて優れた接着および強い結合を有する。いくつかの実施形態では、第１のガス流管路１６２を通して水素およびアルゴンを流し、その一方で、第２のガス流管路１６３を通してアルゴンを流すことによって、遠隔プラズマが実行される。実施形態では、リッドヒータとシャワーヘッドとの間に遠隔プラズマが形成されるような態様で、処理チャンバが接地される。いくつかの実施形態では、反応生成物を処理チャンバに流入させて、基板のシリコン表面にチタン材料層を選択的に形成した後に、摂氏２００度よりも高い温度で、または摂氏２００～８００度の温度に、チタン材料層が後処理される。チタン材料層がチタンを含みまたはチタンからなるいくつかの実施形態では、後処理すること、または後処理が、チタンを、シランおよび水素または水素ラジカルのうちの１つまたは複数と接触させることを含む。
いくつかの実施形態では、ケイ化チタンの遠隔プラズマＣＶＤ堆積に続いて、堆積後処理を実行してもよい。本発明者らは、遠隔プラズマ反応が、第１のガス流管路１６２を通して供給された四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）、ならびに第２のガス流管路１６３を通して供給されたアルゴン（Ａｒ）およびシランを、摂氏２００～８００度の第１の温度で反応させた場合、塩化チタン（ＴｉＣｌｘ）、水素ラジカルおよびシランなどのシラン化合物が、シャワーヘッドと基板との間で反応して、シャワーヘッド表面および／または基板上面にケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）を形成することを認めた。堆積反応物にシランなどのシラン化合物を含めると、問題となるケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）が形成される。ケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）の形成に続いて、水素ソークおよび／または遠隔プラズマソークを実行することにより、処理チャンバからシランがパージされる。これらのソークでは、水素ラジカルがケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）と反応してロバストなケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）組成物を形成し、このロバストなケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）組成物は、基板上に剥がれ落ちたり、またはシャワーヘッドから剥がれたりしない。実施形態では、ケイ化チタン（ＴｉＳｉｘ）が、優れた接着および強い結合を有する。ケイ化チタン実施形態のいくつかの遠隔プラズマＣＶＤ堆積では、実施形態において堆積ケミストリがシランを含むため、シランソーク処理シーケンスが実行されない。いくつかの実施形態では、第１のガス流管路１６２を通して水素およびアルゴンを流し、その一方で、第２のガス流管路１６３を通してアルゴンを流すことによって、遠隔プラズマが実行される。実施形態では、ヒータリッドとシャワーヘッドとの間に遠隔プラズマが形成されるような態様で、処理チャンバが接地される。いくつかの実施形態では、後処理されるチタン材料層が、ケイ化チタンを含みまたはケイ化チタンからなり、その後処理が、ケイ化チタンを、水素または水素ラジカルのうちの１つまたは複数と接触させること、例えば、ケイ化チタンを、ケイ化チタンをロバストにするのに十分な量の水素または水素ラジカルのうちの１つまたは複数と接触させることを含む。
いくつかの実施形態では、方法２００がさらに、（図１の処理チャンバ１００などの）処理チャンバ内の（図１のシャワーヘッド１６５などの）シャワーヘッドと基板との間において、窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の直接プラズマ反応を形成して、半導体基板１９０のシリコン表面３０２の上のチタン材料層３５０上またはチタン材料層３５０内に、窒化チタンキャッピング層３７０を形成することを含むことができる。いくつかの実施形態では、窒化チタンキャッピング層３７０を形成するために、直接プラズマ窒素および水素反応が提供される。いくつかの実施形態では、この直接プラズマ反応が、上述のとおりにチタン材料層３５０を後処理した後に実行される。いくつかの実施形態では、この直接プラズマ反応に、４～８標準リットル毎分（ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）（ｓｌｐｍ）または約６ｓｌｐｍの量の窒素が含まれる。いくつかの実施形態では、この直接プラズマ反応に、０．５～２ｓｌｐｍまたは約１ｓｌｐｍの量の水素が供給される。実施形態では、この直接プラズマ反応に、３．７５ｓｌｐｍなど２～５ｓｌｐｍの量のアルゴンが供給される。実施形態では、この直接プラズマ反応中の処理チャンバが、４トルなど、約１～８トルの圧力を有する。実施形態では、この直接プラズマ反応の間、約５００ワットのＲＦ電力が与えられる。いくつかの実施形態では、この直接プラズマ反応の間、ウエハ温度が、摂氏約４２５度など、摂氏２００～８００度の温度に維持される。いくつかの実施形態では、この直接プラズマ反応の間、リッドヒータが、摂氏約５５０度など、摂氏２００～８００度の温度に加熱される。いくつかの実施形態では、この直接プラズマ反応の間、ペデスタル温度が、摂氏２００～８００度の温度、または摂氏約４５０度に維持される。
いくつかの実施形態では、窒化物形成処理シーケンスまたは直接プラズマ反応が、約０．１ｓｌｐｍ～６ｓｌｐｍの流量の窒素および０．１ｓｌｐｍ～６ｓｌｐｍの量の水素を供給する。実施形態では、この直接プラズマ反応の間、処理チャンバの圧力が１トル～１５トルに維持される。実施形態では、この直接プラズマ反応の間、約１００ワット～１０００ワットのＲＦ電力が与えられる。
図４は、本開示のいくつかの実施形態による、選択的堆積の方法４００の流れ図である。図５Ａ～５Ｃは、本開示のいくつかの実施形態による、図４の処理シーケンスの異なる段階中の基板の例示的な断面図である。本開示の方法は、化学気相堆積（ＣＶＤ）などの熱堆積技法用に構成された処理チャンバ内、または図１に関して上で論じた処理チャンバ内で実行することができる。
実施形態では、方法４００が、シリコン表面５０２および誘電体表面５０４などの１つまたは複数の誘電体表面を有する図５Ａに示されている半導体基板５９０上で実行される。実施形態では、半導体基板５９０が、上述のシリコン材料３０１などのシリコン材料５０１を含むことができる。
いくつかの実施形態では、シリコン材料５０１が、適当な任意の原子層堆積プロセスまたは化学的層堆積プロセスによって堆積されたものである。いくつかの実施形態では、シリコン材料５０１が、半導体デバイス製造用の適当な任意のシリコン材料を含むことができる。図５Ａを参照すると、シリコン表面５０２の上に酸化シリコン層（図示せず）があることがある。この酸化シリコン層は、自然酸化物層５１０（図５Ａでは破線で示されている）であることがあり、またはシリコン表面５０２が酸素、例えば空気中もしくは水中の酸素と接触するときに形成されるものであることがある。酸化シリコン層は、チタン材料に対する選択性が、露出シリコン表面よりも低いことがあるため、いくつかの実施形態では、酸化シリコン層が問題となることがある。いくつかの実施形態では、方法４００が、シリコン表面５０２を前処理して、露出シリコン表面を形成することを含むことができる。いくつかの実施形態では、方法が、シリコン表面５０２を１種または数種のエッチング剤と接触させて、露出シリコン表面５０２を形成することを含む。いくつかの実施形態では、シリコン表面５０２の上にまたはシリコン表面５０２の上に直接チタン材料を堆積させる前に、酸化シリコン層を除去して、露出シリコン表面を形成する。露出シリコン表面材料の非限定的な例には、実質的に純粋なシリコン、例えば酸化物を実質的に含まないシリコンなどが含まれる。いくつかの実施形態では、半導体基板５９０を、上述のとおりに前処理および後処理することができる。いくつかの実施形態では、ケイ化チタンの遠隔プラズマＣＶＤ堆積に続いて、上述のとおりに堆積後処理を実行してもよい。いくつかの実施形態では、チタンの遠隔プラズマＣＶＤ堆積に続いて、上述のとおりに堆積後処理を実行してもよい。
実施形態では、誘電体表面５０４を含む誘電体層５０５が、シリコン表面５０２を含むシリコン材料５０１と同じではない。いくつかの実施形態では、誘電体層５０５が、適当な任意の原子層堆積プロセスまたは化学的層堆積プロセスによって堆積されたものである。実施形態では、誘電体層５０５および誘電体表面５０４が、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）もしくはこれらの組合せを含み、または酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）もしくはこれらの組合せからなる。
実施形態では、誘電体層５０５が、誘電体層５０５に形成された、ビアまたはトレンチなどの１つまたは複数の特徴５５１を含むことができる。この１つまたは複数の特徴５５１は、適当な任意のエッチングプロセスを使用して誘電体層５０５をエッチングすることによって形成されたものとすることができる。いくつかの実施形態では、この１つまたは複数の特徴５５１が、１つまたは複数の側壁５１４、開口５２２および上部コーナ５２１によって画定されている。いくつかの実施形態では、この１つまたは複数の特徴５５１が、高いアスペクト比、例えば約５：１～約２０：１の間のアスペクト比を有するものであってもよい。本明細書で使用されるとき、アスペクト比は、特徴の深さと特徴の幅との比である。実施形態では、この１つまたは複数の特徴５５１が、２０ナノメートル以下、１０ナノメートル以下の幅５０９、または５～１０ナノメートルの間の幅５０９を有する。
実施形態では、方法４００が４０２（破線で示されている）から始まり、４０２で、任意に、処理チャンバ内のシャワーヘッドと基板との間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の第１の直接プラズマ反応を、０．１～２００秒の間、形成する。実施形態では、シリコン表面５０２に、チタン材料５１１（図５Ｂに示されている）の単層などの層を堆積させて、さらなる堆積のための下処理をシリコン表面５０２に施すことができる。実施形態では、第１の直接プラズマ反応が、０．１～２００秒などの非常に短い時間、実行される。実施形態では、第１の直接プラズマ反応が、摂氏２００～８００度または摂氏３００～７００度の温度で実行される。実施形態では、処理チャンバに、さらなる堆積のための下処理をシリコン表面５０２に施すのに十分な量の四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）が供給される。実施形態では、処理チャンバに、シリコン表面５０２にチタンなどのチタン材料５１１の単層を堆積させるのに十分な量の四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）が供給される。
実施形態では、方法４００が、処理シーケンス４０４から始まってもよく、処理シーケンス４０４で、半導体基板５９０のシリコン表面５０２の上にチタン材料層５５０を選択的に堆積させるために、リッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域内などの処理チャンバ内において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を形成して、処理チャンバ内において半導体基板５９０上にチタン材料層５５０（図５Ｂに示されている）を形成する。誘電体表面５０４は、誘電体表面５０４の上にチタン材料層５５０が堆積することを抑制する。実施形態では、遠隔プラズマ反応が、摂氏２００～８００度の第１の温度で、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）を反応させる。
いくつかの実施形態では、この遠隔プラズマ反応が、チタン材料層５５０としてケイ化チタンを形成することができる。例えば、実施形態では、処理チャンバ内のリッドヒータとシャワーヘッドとの間において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を形成することが、シャワーヘッドにシラン、水素およびアルゴンを追加して、遠隔プラズマ反応と接触させることをさらに含む。いくつかの実施形態では、このシラン、水素およびアルゴンを、図１に示されている第２の流管路１６３を介して供給することができる。
方法４００の処理シーケンス４０５に示されているように、いくつかの実施形態では、方法４００が、基板の上のチタン材料層を後処理することを含んでもよい。実施形態では、この後処理が、方法２００の処理シーケンス２０５に関して上で説明した実施形態を含む。
実施形態では、方法４００が、４０６で、処理チャンバ内のシャワーヘッドと基板との間の領域において、窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の直接プラズマ反応を形成して、基板のシリコン表面５０２の上またはシリコン表面５０２内のチタン材料層５５０上に窒化チタン層５５９を形成することを含む（図５Ｃに示されている）。いくつかの実施形態では、窒化チタン層５５９が、チタン材料層５５０内に形成される。
実施形態では、図５Ｃに示されているように、シリコン表面５０２が特徴５５１の低部にある。実施形態では、本開示の方法がさらに、コバルトまたはタングステンなどの金属充填物５２３を、特徴の底部から頂部５２５まで充填することを含む。
実施形態では、本開示が処理チャンバに関し、この処理チャンバは、リッドヒータと、シャワーヘッドと、処理チャンバ内に配置された基板支持体とを備え、処理チャンバは、リッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域においてプラズマに遠隔的に点火し、シャワーヘッドと基板支持体との間の領域においてプラズマに直接点火するように構成されている。いくつかの実施形態では、リッドヒータが、処理チャンバ内にＲＦエネルギーを放出するためのＲＦ電極を備える。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドが、処理チャンバ内にＲＦエネルギーを放出するためのＲＦ電極を備える。いくつかの実施形態では、シャワーヘッドを接地に接続してもよい。例えば、ユーザニーズおよび処理チャンバ内におけるプラズマの所望の配置に応じて、シャワーヘッドを接地すること、または接地しないことができる。実施形態では、処理チャンバ内のリッドヒータとシャワーヘッドとの間においてプラズマに遠隔的に点火するために、シャワーヘッドが接地に接続される。いくつかの実施形態では、処理チャンバ内のシャワーヘッドと基板との間においてプラズマに直接点火するために、シャワーヘッドが接地に接続されない。実施形態では、基板支持体が接地に接続されている。いくつかの実施形態では、処理チャンバが、接地１８３およびＲＦ電極１８０と通信するスイッチ１８４であって、本開示に従いユーザニーズに応じて遠隔および直接プラズマ形成を制御するように構成されたスイッチ１８４を含む。実施形態では、スイッチ１８４およびシャワーヘッド１６５が通信し、本開示に従いユーザニーズに応じて遠隔および直接プラズマ形成を制御するように構成される。いくつかの実施形態では、処理量１０１内の遠隔プラズマ反応に、約６５ワット～１５０ワットのＲＦエネルギーが与えられる。いくつかの実施形態では、処理量１０１内の遠隔プラズマ反応に与えられるＲＦエネルギーが、約１２０ワット～１４０ワット、または約１３０ワットである。いくつかの実施形態では、処理量１０１内の遠隔プラズマ反応に、パルスＲＦエネルギーまたは連続波モードのＲＦが与えられる。いくつかの実施形態では、処理量１０１内の遠隔プラズマ反応におけるＲＦ電力が約１３０ワット、パルス周波数が約１ｋＨｚ、デューティーサイクルが約５０％である。
いくつかの実施形態では、本開示が、シリコン表面および誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を選択的に堆積させる方法に関し、この方法は、処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）などの貴ガス間の遠隔プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の第１の温度で形成して、１種または数種の反応生成物を形成すること、ならびにその１種または数種の反応生成物を処理チャンバに流入させて、基板のシリコン表面にチタン材料層を選択的に形成することを含む。いくつかの実施形態では、この方法が、シャワーヘッドに、１種または数種のシラン化合物、水素および貴ガス、例えばアルゴンを追加して、遠隔プラズマ反応と接触させることを含む。いくつかの実施形態では、この１種または数種のシラン化合物が、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、トリシラン（Ｓｉ3Ｈ8）およびテトラシラン（Ｓｉ4Ｈ10）のうちの１つもしく複数、またはこれらの組合せを含む。実施形態では、本開示に従ってＴｉＳｉｘを形成するのに十分な量の１種または数種のシラン化合物が追加される。
他の半導体基板処理システムを使用して本開示を実施することもでき、その半導体基板処理システムにおいて、当業者は、本明細書に開示された教示を本開示の趣旨を逸脱しない範囲で利用することによって、処理パラメータを、許容される特性を達成するように調整することができる。
以上の内容は、本開示の実施形態を対象としているが、その基本的範囲を逸脱しない範囲で、本開示の他の追加の実施形態が考案される可能性がある。

Claims (15)

  1. シリコン表面および誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を選択的に堆積させる方法であって、
    処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の第１の温度で形成すること、ならびに
    反応生成物を前記処理チャンバに流入させて、前記基板の前記シリコン表面にチタン材料層を選択的に形成すること
    を含む方法。
  2. 前記基板が高アスペクト比特徴を含み、前記シリコン表面が、前記高アスペクト比特徴の底部に配されており、前記誘電体表面が、前記高アスペクト比特徴の１つまたは複数の側壁に配されている、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の温度が摂氏５５０度である、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記遠隔プラズマ反応に、６５ワットのＲＦエネルギーが与えられる、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記チタン材料層を所定の厚さに堆積させる、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記チタン材料層が、チタン、ケイ化チタンまたは実質的に純粋なチタンを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記シャワーヘッドにシラン、ジシラン、水素およびアルゴンを追加して、前記遠隔プラズマ反応と接触させることをさらに含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 前記チタン材料層がケイ化チタンを含む、請求項７に記載の方法。
  9. 処理チャンバ内の前記シャワーヘッドと前記基板との間において、窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の直接プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の温度で形成して、前記基板の前記シリコン表面の上の前記チタン材料層上に窒化チタンキャッピング層を形成することをさらに含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 前記誘電体表面が、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 前記基板の前記シリコン表面にチタン材料層を選択的に形成する前に、前記基板を摂氏２００～８００度の温度に予熱すること、ならびに前記基板および誘電体表面を、アルゴン、水素、シランおよびこれらの組合せと接触させることをさらに含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 反応生成物を前記処理チャンバに流入させて、前記基板の前記シリコン表面にチタン材料層を選択的に形成した後に、前記チタン材料層を、摂氏２００度よりも高い温度で後処理することをさらに含む、請求項１～１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. シリコン表面および誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を堆積させる方法であって、
    前記基板の前記シリコン表面の下処理としてチタン材料の単層を堆積させるために、任意に、処理チャンバ内のシャワーヘッドと基板との間において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の第１の直接プラズマ反応を、０．１～２００秒の間、形成すること、
    前記基板の前記シリコン表面の上に前記チタン材料層を堆積するために、または前記基板の前記シリコン表面の上の前記チタン材料の単層上にチタン材料層をさらに堆積させるために、処理チャンバ内のリッドヒータとシャワーヘッドとの間において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を形成して、処理チャンバ内において基板上に前記チタン材料層を形成することであって、前記誘電体表面が、前記誘電体表面の上に前記チタン材料層が堆積することを抑制し、前記遠隔プラズマ反応が、摂氏２００～８００度の第１の温度で、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）を反応させる、形成すること、ならびに
    処理チャンバ内の前記シャワーヘッドと前記基板との間において、窒素（Ｎ2）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の直接プラズマ反応を形成して、前記チタン材料層上に窒化チタン層を形成すること
    を含む方法。
  14. 処理チャンバ内のリッドヒータとシャワーヘッドとの間において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を形成することが、前記シャワーヘッドにシラン、水素およびアルゴンを追加して、前記遠隔プラズマ反応と接触させることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 命令が記憶された非一過性コンピュータ可読媒体であって、前記命令が、実行されたときに、シリコン表面および誘電体表面を有する基板の上にチタン材料層を選択的に堆積させる方法を堆積装置に実行させ、前記方法が、前記堆積装置の処理チャンバのリッドヒータとシャワーヘッドとの間の領域において、四塩化チタン（ＴｉＣｌ4）、水素（Ｈ2）およびアルゴン（Ａｒ）間の遠隔プラズマ反応を、摂氏２００～８００度の第１の温度で形成すること、ならびに反応生成物を前記処理チャンバに流入させて、前記基板の前記シリコン表面にチタン材料層を選択的に形成することを含む、非一過性コンピュータ可読媒体。
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