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技術 基材および関連する半導体デバイス構造の誘電体表面上にモリブデン金属膜を堆積する方法

出願人 アーエスエム・イーぺー・ホールディング・ベスローテン・フェンノートシャップ
発明者 ブーシャン・ゾープシャンカール・スワミナサンキラン・シュレスタチユ・チューヘンリ・トゥオマス・アンテオ・ユッシラチー・シエ
出願日 2019年8月15日 (1年4ヶ月経過) 出願番号 2019-149002
公開日 2020年2月27日 (10ヶ月経過) 公開番号 2020-029616
状態 未査定
技術分野 半導体集積回路装置の内部配線 半導体の電極 CVD
主要キーワード 金属ギャップ 当たり材 体心立方結晶構造 ギャップ充填材料 中間バリア層 決定ゲート 参照プロセス パージプロセス
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

周期的堆積プロセスによって基材誘電材料表面上に直接、モリブデン金属膜堆積する方法の提供。

解決手段

誘電体表面を含む基材を反応チャンバに供給すること、および誘電体表面上に直接、モリブデン金属膜を堆積させることを含み得、前記堆積させることは、基材をモリブデンハライド前駆体を含む第一の気相反応物質と接触させること、および基材を還元剤前駆体を含む第二の気相反応物質と接触させることを含む方法、および本開示の方法に従って堆積された誘電材料の表面上に直接配置されたモリブデン金属膜を含む半導体デバイス構造

概要

背景

先端技術ノードにおける半導体デバイス製造プロセスは一般に、例えば、タングステン金属膜および銅金属膜などの金属膜を形成するための最先端堆積法を必要とする。

金属膜の堆積に対する共通要件は、堆積プロセスが極めて共形であることである。例えば、高アスペクト比特徴を含む三次元構造上に金属膜を均一に堆積するために、共形堆積が必要とされることが多い。金属膜の堆積に対する別の共通の要件は、堆積プロセスが、大きな基材領域の上に連続する超薄膜を堆積することができることである。金属膜が導電性である特定の場合において、堆積プロセスは、低電気抵抗性膜を生成するように最適化される必要があり得る。

先端的半導体デバイス用途で一般的に利用される低電気抵抗性金属膜は、タングステン(W)および/または銅(Cu)を含み得る。しかしながら、タングステン金属膜および銅金属膜は一般に、金属膜と誘電材料との間に配置された厚いバリア層を必要とする。厚いバリア層は、下にある誘電材料への金属種拡散を防止するために利用されてもよく、それによって装置の信頼性および装置の歩留まりが改善される。しかしながら、厚いバリア層は一般に高い電気抵抗率を示し、そのため半導体デバイス構造の全体的な電気抵抗率の増加をもたらす。

例えば、原子層堆積(ALD)および周期化学蒸着CCVD)などの周期的堆積プロセスは、一つ以上の前駆体(反応物質)を反応チャンバに逐次的に導入し、そこで前駆体は逐次的に一度に一つずつ基板の表面と反応する。原子レベルの厚さ制御による優れた共形性を有する金属膜を生成する周期的堆積プロセスが実証されてきた。

したがって、共形の周期的堆積プロセスによって堆積される低電気抵抗性金属膜を堆積し、利用するための方法および関連する半導体デバイス構造が望まれている。

概要

周期的堆積プロセスによって基材誘電材料表面上に直接、モリブデン金属膜を堆積する方法の提供。誘電体表面を含む基材を反応チャンバに供給すること、および誘電体表面上に直接、モリブデン金属膜を堆積させることを含み得、前記堆積させることは、基材をモリブデンハライド前駆体を含む第一の気相反応物質と接触させること、および基材を還元剤前駆体を含む第二の気相反応物質と接触させることを含む方法、および本開示の方法に従って堆積された誘電材料の表面上に直接配置されたモリブデン金属膜を含む半導体デバイス構造。

目的

したがって、共形の周期的堆積プロセスによって堆積される低電気抵抗性金属膜を堆積し、利用するための方法および関連する半導体デバイス構造が望まれている

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

周期的堆積プロセスによって基材誘電材料表面上に直接、モリブデン金属膜堆積する方法であって、誘電体表面を含む基材を反応チャンバ内に供給すること、および前記誘電体表面上に直接、モリブデン金属膜を堆積することであって、前記基材をモリブデンハライド前駆体を含む第一の気相反応物質と接触させることと、前記基材を還元剤前駆体を含む第二の気相反応物質と接触させることと、を含む、堆積すること、を含む、方法。

請求項2

前記基材を約400℃〜700℃の基材温度に加熱すること更に含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記基材を約500℃〜600℃の基材温度に加熱すること更に含む、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記反応チャンバ内の堆積中の前記圧力を、30Torrより大きく調節することを更に含む、請求項1に記載の方法。

請求項5

前記モリブデンハライドがモリブデンカルコゲナイドハライドを含む、請求項1に記載の方法。

請求項6

前記モリブデンカルコゲナイドハライドは、オキシ塩化モリブデン、オキシヨウ化モリブデン、またはオキシ臭化モリブデンを含む群から選択される、モリブデンオキシハライドを含む、請求項5に記載の方法。

請求項7

前記オキシ塩化モリブデンが、モリブデン(IV)ジクロリドジオキシド(MoO2Cl2)を含む、請求項6に記載の方法。

請求項8

前記還元剤前駆体が、水素分子(H2)、水素原子(H)、フォーミングガス(H2+N2)、アンモニア(NH3)、ヒドラジン(N2H4)、ヒドラジン誘導体水素系プラズマ水素ラジカル、水素励起種アルコールアルデヒドカルボン酸ボランアミン、またはシランの少なくとも一つを含む、請求項1に記載の方法。

請求項9

前記モリブデンハライドが、塩化モリブデンを含む、請求項1に記載の方法。

請求項10

前記塩化モリブデンが、モリブデンペンタクロリド(MoCl5)を含む、請求項9に記載の方法。

請求項11

前記方法が、前記基材を前記第一の気相反応物質および前記第二の気相反応物質と交互に逐次接触させる少なくとも一つの堆積サイクルを含む、請求項1に記載の方法。

請求項12

前記堆積サイクルが、一回以上繰り返される、請求項11に記載の方法。

請求項13

前記モリブデン金属膜を堆積することが、原子層堆積プロセスを含む、請求項11に記載の方法。

請求項14

前記モリブデン金属膜を堆積することが、周期的堆積プロセスを含む、請求項1に記載の方法。

請求項15

前記周期化学蒸着プロセスが、前記基材を前記第一の気相反応物質と定期的に接触させること、および前記基材を前記第二の気相反応物質と連続的に接触させることを含む、請求項14に記載の方法。

請求項16

前記モリブデン金属膜が、100Å未満の厚さで35μΩ−cm未満の電気抵抗率を有する、請求項1に記載の方法。

請求項17

前記モリブデン膜が、200Å未満の厚さで25μΩ−cm未満の電気抵抗率を有する、請求項1に記載の方法。

請求項18

前記モリブデン金属膜が結晶膜である、請求項1に記載の方法。

請求項19

前記結晶モリブデン金属膜が、100Åより大きい粒径を有する複数の結晶粒子を有する、請求項18に記載の方法。

請求項20

前記モリブデン金属膜が、2原子百分率(at.%)未満の不純物濃度を有する、請求項1に記載の方法。

請求項21

前記モリブデン金属膜が90パーセント(%)より大きいステップカバレッジで堆積される、請求項1に記載の方法。

請求項22

請求項1に記載の方法に従って堆積された誘電材料の表面上に直接配置されたモリブデン金属膜を含む、半導体デバイス構造

請求項23

半導体デバイス構造であって、一つ以上のギャップ特徴を含む基材であって、前記一つ以上のギャップ特徴が誘電材料の表面を含む基材、および前記一つ以上のギャップ特徴内に配置され、かつ充填されたモリブデン金属膜であって、前記誘電材料の前記表面と直接接触するように配置されるモリブデン金属膜、を含む、半導体デバイス構造。

請求項24

前記一つ以上のギャップ特徴が、1:2より大きいアスペクト比を有する実質的に水平なギャップ特徴を含む、請求項23に記載の構造。

請求項25

前記一つ以上のギャップ特徴が、2:1より大きいアスペクト比を有する実質的に垂直なギャップ特徴を含む、請求項23に記載の構造。

請求項26

前記モリブデン金属膜が、継ぎ目の形成なしに、前記一つ以上のギャップ特徴を充填する、請求項23に記載の構造。

請求項27

前記モリブデン金属膜が、200Å未満の厚さで25μΩ−cm未満の電気抵抗率を有する、請求項23に記載の構造。

請求項28

前記結晶モリブデン金属膜が、100Åより大きい粒径を有する複数の結晶粒子を含む多結晶モリブデン金属膜を含む、請求項23に記載の構造。

請求項29

前記モリブデン金属膜が、2at.%未満の不純物濃度を有する、請求項23に記載の構造。

技術分野

0001

関連出願の相互参照
本出願は、以下の優先権を主張する:「Layer Forming Method」と題され、2017年8月30日に出願された、米国非仮特許出願第15/691,241号、「Layer Forming Method」と題され、2017年12月18日に出願された、米国仮特許出願第62/607,070号;「Deposition Method」と題され、2018年1月19日に出願された、米国仮特許出願第62/619,579号。

0002

本開示は、概して、基材誘電材料表面上にモリブデン金属膜堆積させる方法、および周期的堆積プロセスによって誘電材料の表面上に直接、モリブデン金属膜を堆積するための特定の方法に関する。本開示はまた概して、誘電材料の表面上に直接配置されたモリブデン金属膜を含む半導体デバイス構造に関する。

背景技術

0003

先端技術ノードにおける半導体デバイス製造プロセスは一般に、例えば、タングステン金属膜および銅金属膜などの金属膜を形成するための最先端の堆積法を必要とする。

0004

金属膜の堆積に対する共通要件は、堆積プロセスが極めて共形であることである。例えば、高アスペクト比特徴を含む三次元構造上に金属膜を均一に堆積するために、共形堆積が必要とされることが多い。金属膜の堆積に対する別の共通の要件は、堆積プロセスが、大きな基材領域の上に連続する超薄膜を堆積することができることである。金属膜が導電性である特定の場合において、堆積プロセスは、低電気抵抗性膜を生成するように最適化される必要があり得る。

0005

先端的半導体デバイス用途で一般的に利用される低電気抵抗性金属膜は、タングステン(W)および/または銅(Cu)を含み得る。しかしながら、タングステン金属膜および銅金属膜は一般に、金属膜と誘電材料との間に配置された厚いバリア層を必要とする。厚いバリア層は、下にある誘電材料への金属種拡散を防止するために利用されてもよく、それによって装置の信頼性および装置の歩留まりが改善される。しかしながら、厚いバリア層は一般に高い電気抵抗率を示し、そのため半導体デバイス構造の全体的な電気抵抗率の増加をもたらす。

0006

例えば、原子層堆積(ALD)および周期化学蒸着CCVD)などの周期的堆積プロセスは、一つ以上の前駆体(反応物質)を反応チャンバに逐次的に導入し、そこで前駆体は逐次的に一度に一つずつ基板の表面と反応する。原子レベルの厚さ制御による優れた共形性を有する金属膜を生成する周期的堆積プロセスが実証されてきた。

0007

したがって、共形の周期的堆積プロセスによって堆積される低電気抵抗性金属膜を堆積し、利用するための方法および関連する半導体デバイス構造が望まれている。

0008

この発明の概要は、概念の選択を簡略化した形で紹介するように提供する。これらの概念について、以下の本開示の発明を実施するための形態において、更に詳細に記載する。本発明の概要は、請求項に記載する主題の重要な特徴も、本質的な特徴も特定することを意図しておらず、請求項に記載する主題の範囲を限定するように使用されることも意図していない。

0009

いくつかの実施形態では、周期的堆積プロセスにより基材の誘電材料表面上にモリブデン金属膜を堆積する方法が提供される。方法は、誘電体表面を含む基材を反応チャンバに供給すること、および誘電体表面上に直接、モリブデン金属膜を堆積させることを含み得、堆積することは、基材をモリブデンハライド前駆体を含む第一の気相反応物質と接触させること、および基材を還元剤前駆体を含む第二の気相反応物質と接触させることを含む。

0010

いくつかの実施形態では、半導体デバイス構造が提供される。半導体デバイス構造は、一つ以上のギャップ特徴を含む基材であって、誘電材料の表面を含む一つ以上のギャップ特徴、および一つ以上のギャップ特徴内に配置され、かつそれを充填するモリブデン金属膜であって、誘電材料の表面と直接接触して配置されるモリブデン金属膜を含み得る。

0011

従来の技術を超えて達成される本発明および利点を要約するために、本発明のある目的および利点について、本明細書において上に記載してきた。当然のことながら、必ずしもこうした目的または利点の全てが本発明の任意の特定の実施形態によって達成されなくてもよいことが理解されるべきである。それゆえ、例えば、本明細書に教授または示唆する通り、一つの利点または利点の一群を達成または最適化する形式で、本明細書に教授または示唆されてもよい、他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本発明が具体化または実行されてもよいことを、当業者は認識するであろう。

0012

これらの実施形態の全ては、本明細書に開示する本発明の範囲内であることが意図されている。当業者には、これらのおよび他の実施形態は、添付の図面を参照して、以下のいくつかの実施形態の発明を実施するための形態から容易に明らかとなり、本発明は、開示される全ての特定の実施形態にも限定されない。

図面の簡単な説明

0013

本明細書は、本発明の実施形態と見なされるものを特に指摘し、明確に主張して、特許請求の範囲で結論付けるものの、本開示の実施形態の利点は、添付の図面と併せて読むと、本開示の実施形態のある例についての記載から、より容易に解明されてもよい。

0014

図1は、本開示の実施形態による、誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積させるための原子層堆積プロセスを説明する、非限定的な例示的プロセスフローを示す。

0015

図2は、本開示の実施形態による、誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積させるための周期的化学蒸着プロセスを説明する、非限定的な例示的プロセスフローを示す。

0016

図3は、本開示の実施形態による、誘電体表面上に直接堆積されたモリブデン金属膜から得られたX線回折(XRD)データを示す。

0017

図4Aおよび4Bは、本開示の実施形態による、誘電体表面上に直接配置されたモリブデン金属膜を含む半導体デバイス構造の断面概略図を示す。

実施例

0018

いくつかの実施形態および実施例を以下に開示するが、本発明が、具体的に開示する本発明の実施形態および/または用途、並びにその明白な変更および均等物を超えて拡大することは、当業者により理解されるであろう。それゆえ、開示する本発明の範囲は、以下に記載し具体的に開示する実施形態によって限定されるべきでないことが意図される。

0019

本明細書に示される図は、何らかの特定の材料、構造またはデバイスの実際の図であることを意味せず、本開示の実施形態について記載するために使用される、単に理想化された表現にすぎない。

0020

本明細書で使用する通り、「基材」という用語は、使用される場合がある、またはその上にデバイス、回路もしくはフィルムが形成される場合がある、あらゆる下層材料または複数の下層材料を指してもよい。

0021

本明細書で使用される「周期的堆積」という用語は、基材上に膜を堆積させるために反応チャンバに一つ以上の前駆体(反応物質)を連続的に導入することを指し、原子層堆積および周期的化学蒸着などの堆積技術を含む。

0022

本明細書で使用される「周期的化学蒸着」という用語は、基材を一つ以上の揮発性前駆体に逐次曝し、その前駆体が基材上で反応および/または分解して所望の堆積物を生成する、任意のプロセスを指すことができる。

0023

本明細書で使用される「原子層堆積」(ALD)という用語は、堆積サイクル、好ましくは複数の連続堆積サイクルが反応チャンバ内で行われる蒸着プロセスを指すことができる。典型的には、各サイクルの間、前駆体は、堆積表面(例えば、基材の表面または以前に堆積させた下地の表面、例えば、以前のALDサイクルを用いて堆積させた材料等)に化学吸着し、追加の前駆体と容易に反応しない単分子層またはサブ単分子層を形成する(即ち、自己制御反応)。その後、必要に応じて、化学吸着した前駆体を堆積表面上で所望の材料に変換するのに使用するために、反応物質(例えば、別の前駆体または反応ガス)をその後プロセスチャンバ内に導入することができる。典型的には、この反応物質は前駆体と更に反応することができる。更に、各サイクル中にパージ工程を利用して、化学吸着した前駆体の変換後に、過剰な前駆体をプロセスチャンバから除去する、並びに/または過剰の反応物質および/若しくは反応副生成物をプロセスチャンバから除去することができる。更に、本明細書で使用される「原子層堆積」という用語は、関連する用語、例えば、「化学蒸着原子層堆積」、「原子層エピタキシー」(ALE)、分子線エピタキシー(MBE)、ガス源MBE、または有機金属MBE、並びに前駆体組成物反応性ガス、およびパージ(例えば、不活性キャリアガスの交互パルスで実施される場合の化学ビームエピタキシー等、により示されるプロセスを含むことも意味する。

0024

本明細書で使用する場合、「膜」および「薄膜」という用語は、本明細書に開示された方法により形成された任意の連続的または非連続的な構造および材料を意味することを意図する。「膜」および「薄膜」としては、例えば、2D材料、ナノラミネートナノロッドナノチューブ、またはナノ粒子、または平坦な部分的な若しくは完全な分子層、または部分的な若しくは完全な原子層、または原子および/若しくは分子クラスタ、を挙げることができる。「膜」および「薄膜」は、ピンホールを有する材料または層を含み得るが、それでも少なくとも部分的に連続している。

0025

本明細書で使用される場合、「モリブデンハライド前駆体」という用語は、少なくともモリブデン成分およびハライド成分を含む反応物質を指し、ハライド成分は、塩素成分ヨウ素成分、または臭素成分のうちの一つ以上を含み得る。

0026

本明細書で使用される場合、「モリブデンカルコゲナイドハライド」という用語は、少なくともモリブデン成分、ハライド成分、およびカルコゲナイド成分を含む反応物質を指し、カルコゲンは、酸素(O)、硫黄(S)、セレンおよびテルリウム(Te)を含む周期表IV族元素である。

0027

本明細書で使用される場合、「モリブデンオキシハライド」という用語は、少なくともモリブデン成分、酸素成分、およびハライド成分を含む反応物質を指し得る。

0028

本明細書で使用される場合、「還元剤前駆体」という用語は、酸化還元化学反応において別の種に電子供与する反応物質を指し得る。

0029

本明細書で使用される場合、「結晶膜」という用語は、結晶構造の少なくとも短範囲規則性、または長範囲規則性をも呈する膜を指し、単結晶膜ならびに多結晶膜を含む。

0030

本明細書で使用される場合、「ギャップ特徴」という用語は、非平面の表面の二つの表面の間に配置された開口部またはくぼみを意味し得る。「ギャップ特徴」という用語は、基材表面から垂直に延在する二つの突起部の傾斜した側壁、または基材表面の表面内に垂直に延在する刻み目の対向する傾斜した側壁の間に配置された開口部またはくぼみを指し得、このようなギャップ特徴は「垂直なギャップ特徴」と称され得る。「ギャップ特徴」という用語はまた、二つの対向する実質的に水平な表面の間に配置された開口部またはくぼみを意味し得、水平な表面は水平な開口部またはくぼみを繋ぎ、こうしたギャップ特徴は、「水平なギャップ特徴」と称され得る。

0031

本明細書で使用される場合、「継ぎ目」という用語は、ギャップ充填金属に形成される縁の当接によって形成される線または一つ以上の空隙を意味し得、「継ぎ目」は走査型透過電子顕微鏡法(STEM)または透過電子顕微鏡法(TEM)を使用して確認できるが、観察によって垂直なギャップ充填金属にはっきりした垂直な線または一つ以上の空隙、または水平なギャップ充填金属にはっきりした水平な線または一つ以上の水平な空隙が明らかになった場合、「継ぎ目」が存在する。本開示の実施形態を通じて多くの例示的な材料が与えられており、例示的な材料のそれぞれに与えられる化学式は限定的であると解釈されるべきではなく、与えられる非限定的な例示的な材料はある例示的な化学量論によって限定されるべきではないことに留意されたい。

0032

本開示は、誘電材料の表面上に直接モリブデン金属膜を堆積させる、すなわち、中間層を必要しない、方法を含む。モリブデン金属薄膜は、例えば、低電気抵抗率ギャップ充填、3D−NANDDRAMワード線特徴用のライナー層、またはCMOSロジック用の相互接続材料など、多くの用途で利用され得る。誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積する能力は、誘電材料とモリブデン金属膜との間の中間層の必要性を取り除くことができ、それにより、ロジック用途、すなわち、CMOS構造、ならびに3D−NANDおよびDRAM構造などのメモリアプリケーション内のワード線/ビット線、の相互接続のための実効電気抵抗率を低くすることができる。

0033

したがって、本開示の実施形態は、周期的堆積プロセスにより基材の誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積するための方法を含む。方法は、誘電材料の表面を含む基材を反応チャンバに供給すること、および誘電体表面上に直接、モリブデン金属膜を堆積させることを含み得、堆積することは、基材をモリブデンハライド前駆体を含む第一の気相反応物質と接触させること、および基材を還元剤前駆体を含む第二の気相反応物質と接触させることを含む。

0034

本明細書に開示される基材の誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積する方法は、例えば、原子層堆積(ALD)、または周期的化学蒸着(CCVD)などの周期的堆積プロセスを含み得る。

0035

周期的堆積プロセスの非限定的な例示の実施形態は原子層堆積(ALD)を含み、ALDは典型的な自己制御反応に基づいており、それにより反応物質の逐次および交互パルスを用いて、堆積サイクル当たり材料の約1原子(または分子)単層を堆積する。堆積条件および前駆体は、典型的には、一つの反応物質の吸着層が同じ反応物質の気相の反応物質と非反応性表面終端を残すように、自己飽和反応を提供するように選択される。その後、基材を、前の終端と反応する異なる反応物質と接触させ、連続的な堆積を可能にする。従って、交互パルスの各サイクルは、典型的には、所望の材料の約1層以下の単層を残す。しかし、上記のように、一つ以上のALDサイクルにおいて、例えば、交互するプロセスの性質にもかかわらずいくつかの気相反応が起こる場合、材料の一つより多い単層を堆積させることができることを、当業者は認識するであろう。

0036

誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を形成するのに利用されるALD型プロセスにおいて、一単位堆積サイクルは、基材を第一の反応物質に曝露することと、任意の未反応の第一の反応物質および反応副生成物を反応チャンバから除去することと、基材を第二の気相反応物質に曝露することと、を含み得、第二の除去工程に続く。本開示のいくつかの実施形態では、第一の気相反応物質はモリブデン前駆体を含み、第二の気相反応物質は還元剤前駆体を含み得る。

0037

前駆体は、反応物質間の気相反応を防止し、自己飽和表面反応を可能にするように、アルゴン(Ar)または窒素(N2)のような不活性ガスによって分離されることができる。しかし、いくつかの実施形態では、基材を移動させて、第一の気相の反応物質と第二の気相の反応物質とを、別々に接触させることができる。反応が自己飽和するので、基材の厳密な温度制御および前駆体の正確な投与量制御は必要でない場合もある。しかし、基材温度は、入射ガス種が単層に凝縮しないように、および表面で分解しないようにすることが好ましい。基材を次の反応性化学物質と接触させる前に、余分な化学物質および反応副生成物がある場合には、それらを、例えば反応空間をパージすることによりまたは基材を移動させることにより、基材の表面から除去する。望ましくない気体の分子を、不活性パージガスを用いて反応空間から効果的に排出することができる。パージを促進するために、真空ポンプを使用することができる。

0038

モリブデン金属膜を誘電材料表面上に直接堆積するために使用することができる反応器は、本明細書に記載の周期的堆積プロセスに使用することができる。このような反応器は、前駆体を供給するように構成されたALD反応器ならびにCVD反応器を含む。いくつかの実施形態によれば、シャワーヘッド反応器を使用し得る。いくつかの実施形態によれば、クロスフロー、バッチ、ミニバッチ、または空間ALD反応器が使用され得る。

0039

本開示のいくつかの実施形態では、バッチ式反応器を使用し得る。いくつかの実施形態では、垂直バッチ式反応器を使用し得る。他の実施形態では、バッチ式反応器は、10枚以下のウェーハ、8枚以下のウェーハ、6枚以下のウェーハ、4枚以下のウェーハ、または2枚以下のウェーハを収容するように構成されたミニバッチ反応器を備える。バッチ式反応器が使用されるいくつかの実施形態では、ウェーハ間不均一性は3%(1シグマ)未満、2%未満、1%未満または更には0.5%未満である。

0040

本明細書に記載の例示的な周期的堆積プロセスを、クラスタツールに連結された反応器または反応チャンバで任意に行い得る。クラスタツールでは、各反応チャンバが一つのタイプのプロセス専用であるため、各モジュール内の反応チャンバの温度を一定に保つことができ、各運転の前に基材をプロセス温度まで加熱する反応器と比較してスループットが向上する。更に、クラスタツールでは、反応チャンバを基材間で所望のプロセス圧力ベル排気する時間を短縮することが可能である。本開示のいくつかの実施形態では、本明細書に開示される誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積するための例示的な周期的堆積プロセスは、複数の反応チャンバを含むクラスタツール内で実施されてもよく、各個々の反応チャンバは、基材を個々の前駆体ガスに曝露させるために使用されてもよく、基材は複数の前駆体ガスに曝露されるように異なる反応チャンバ間を移送されてもよく、基材の移送は基材の酸化汚染を回避するために制御された周辺環境下で実施される。本開示のいくつかの実施形態では、誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積するための周期的堆積プロセスは、複数の反応チャンバを備えるクラスタツール内で実施されてもよく、各個々の反応チャンバは、基材を異なる温度に加熱するように構成されてもよい。

0041

独立型反応器はロードロックを備え得る。その場合、各運転と運転との間に反応チャンバを冷却する必要はない。

0042

本開示のいくつかの非限定的実施形態によると、ALDプロセスを使用して、誘電材料表面上に直接モリブデン金属膜を堆積させることができる。本開示のいくつかの実施形態では、各ALDサイクルは、二つの別々の堆積工程または段階を含み得る。堆積サイクルの第一段階(「モリブデン段階」)では、堆積が望まれる基材の表面は、基材の表面上に化学吸着するモリブデン前駆体を含み、基材の表面上に反応物質種の約一層以下の単層を形成する第一の気相の反応物質と接触させ得る。堆積の第二の段階では、堆積が望まれる基材表面を、還元剤前駆体(「還元段階」)を含む第二の気相反応物質と接触させ得る。

0043

誘電材料表面上に直接、モリブデン金属膜を堆積させるための例示的な原子層堆積プロセスは、誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積するための例示的な原子層堆積プロセス100を示す図1を参照して理解され得る。

0044

より詳細には、図1は、周期的堆積フェーズ105を含む例示的なモリブデン堆積プロセス100を示す。例示的な原子層堆積プロセス100は、誘電体表面を含む基材を反応チャンバ内に供給すること、および基材を所望の堆積温度に加熱することを含む、プロセスブロック110によって開始することができる。

0045

本開示のいくつかの実施形態では、基材は、例えば、トレンチ構造、垂直なギャップ特徴、水平なギャップ特徴、および/またはフィン構造など、高いアスペクト比特徴を含む、平面基材またはパターン付き基材を含み得る。基材は、限定するものではないが、半導体材料、誘電材料、および金属材料を含む、一つ以上の材料を含み得る。

0046

いくつかの実施形態では、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ゲルマニウムスズ(GeSn)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、シリコンゲルマニウムスズ(SiGeSn)、ケイ素(SigeSn)、炭化ケイ素(SiC)、またはIII−V族の半導体材料、などの半導体材料を含み得る。

0047

いくつかの実施形態では、基材は、例えば、限定するものではないが、誘電材料および金属酸化物誘電材料を含むシリコン、などの誘電材料を含み得る。いくつかの実施形態では、基材は、例えば、限定するものではないが、二酸化ケイ素(SiO2)、亜酸化ケイ素窒化ケイ素(Si3N4)、酸窒化ケイ素(SiON)、オキシ炭化ケイ素(SiOC)、オキシ炭化ケイ素窒化物(SiOCN)、シリコン炭窒化物(SicN)、などの誘電材料を含むシリコンを含む一つ以上の誘電体表面を含み得る。いくつかの実施形態では、基材は、限定するものではないが、例えば、酸化アルミニウム((Al2O3)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ジルコニウム(ZrO)2)、酸化チタン(TiO2)、ハフニウムケイ酸塩(HfSiox)および酸化ランタン(La)2O3)、などの金属酸化物を含む一つ以上の誘電体表面を含み得る。

0048

本開示のいくつかの実施形態では、基材は設計された基材を備え得、表面半導体層は、その間に配置された介在する埋め込み酸化(BOX)によってバル支持体上に配置される。

0049

パターン付き基材は、基材表面中または基材表面上に形成された半導体デバイス構造を含み得る基材を含み得、例えば、パターン付き基材は、例えば、トランジスタおよび/またはメモリ素子などの部分的に作成された半導体デバイス構造を含み得る。いくつかの実施形態では、基材は、単結晶表面および/または、多結晶表面および/または非結晶表面などの非単結晶表面を含み得る一つ以上の二次表面を含み得る。単結晶表面は、例えば、シリコン(Si)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、ゲルマニウムスズ(gESn)、またはゲルマニウム(Ge)のうちの一つ以上を含み得る。多結晶または非晶質表面は、酸化物酸窒化物オキシカーバイド、オキシカーバイド窒化物、窒化物、またはそれらの混合物などの誘電材料を含み得る。

0050

堆積に利用される反応チャンバは、原子層堆積反応チャンバ、または化学蒸着反応チャンバ、または本明細書で前述したような反応チャンバのいずれかであってもよい。本開示のいくつかの実施形態では、基材は、後続の周期的堆積フェーズ105のために所望の堆積温度に加熱され得る。例えば、基材は、約800℃未満、または約700℃未満、または約600℃未満、または約500℃未満、または約400℃未満、または約300℃未満、または約200℃未満の基材温度まで加熱され得る。本開示のいくつかの実施形態では、例示的な原子層堆積プロセス100の間の基材温度は、200℃〜800℃の間、または400℃〜700℃の間、または500℃〜600℃の間であり得る。

0051

更に、望ましい堆積温度、すなわち、所望の基材温度を達成するために、例示的な原子層堆積プロセス100はまた、堆積されたモリブデン金属膜の望ましい特徴、および誘電体表面上のモリブデン金属膜の直接的な堆積を得るために、堆積中、反応チャンバ内の圧力を調節し得る。例えば、本開示のいくつかの実施形態では、例示的な原子層堆積プロセス100は、300Torr未満、または200Torr未満、または100Torr未満、または50Torr未満、または30Torr未満、または更には10Torr未満の反応チャンバ圧力に調節される反応チャンバ内で実施され得る。いくつかの実施形態では、堆積中の反応チャンバ内の圧力は、10Torr〜300Torr、または30Torr〜80Torr、または更には30Torr以上の圧力に調節され得る。

0052

基材を所望の堆積温度まで加熱し、反応チャンバ内の圧力を調節すると、例示的な原子層堆積プロセス100は、プロセスブロック120によって周期的堆積フェーズ105により継続され得るが、これは基材を第一の気相反応物質と接触させること、特に、いくつかの実施形態において、すなわち、モリブデン前駆体である、モリブデンハライド前駆体を含む第一の気相反応物質と接触させることを含む。

0053

本開示のいくつかの実施形態では、モリブデンハライド前駆体は、塩化モリブデン前駆体、ヨウ化モリブデン前駆体、または臭化モリブデン前駆体を含み得る。例えば、非限定的な例として、第一の気相反応物質は、例えば、モリブデンペンタクロリド(MoCl5)などの塩化モリブデンを含み得る。

0054

いくつかの実施形態では、モリブデンハライド前駆体は、モリブデンカルコゲナイドを含み得、特定の実施形態では、モリブデンハライド前駆体は、モリブデンカルコゲナイドハライドを含み得る。例えば、モリブデンカルコゲナイドハライド前駆体は、オキシ塩化モリブデン、オキシヨウ化モリブデン、またはオキシ臭化モリブデンを含む群から選択される、モリブデンオキシハライドを含み得る。本開示の特定の実施形態では、モリブデン前駆体は、限定するものではないが、モリブデン(IV)ジクロリドジオキシド(MoO2Cl2)を含むオキシ塩化モリブデンを含み得る。

0055

本開示のいくつかの実施形態では、基材をモリブデンハライド前駆体を含む第一の気相反応物質と接触させることは、モリブデンハライド前駆体を基材に、約0.1秒〜約60秒間、約0.1秒〜約10秒間、または約0.5秒〜約5.0秒間、接触させることを含み得る。更に、基材をモリブデンハライド前駆体と接触させる間、モリブデンハライド前駆体の流量は、1000sccm未満、または500sccm未満、または100sccm未満、または10sccm未満、または更に1sccm未満であり得る。更に、基材をモリブデンハライド前駆体と接触させる間、モリブデン前駆体の流量は、約1〜2000sccm、約5〜1000sccm、または約10〜約500sccmの範囲であり得る。

0056

図1のプロセス100によって示される誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積するための例示的な原子層堆積プロセスは、反応チャンバをパージすることによって継続され得る。例えば、過剰な第一の気相反応物質および反応副生成物(あれば)を、例えば、不活性ガスでポンプ注入することによって、基材の表面から除去することができる。本開示のいくつかの実施形態では、パージプロセスは、パージサイクルを含んでもよく、基材表面は、約5.0秒未満、または約3.0秒未満、または更に約2.0秒未満の時間にわたってパージされる。例えば、過剰なモリブデン前駆体および可能性のある反応副生成物などの過剰な第一の気相反応物質を、反応チャンバと流体連通するポンプシステムによって生成される真空を用いて除去してもよい。

0057

反応チャンバをパージサイクルでパージすると、例示的な原子層堆積プロセス100は、基材を第二の気相の反応物質と接触させること、特に基材を還元剤前駆体(「還元前駆体」)を含む第二の気相反応物質と接触させることを含むプロセスブロック130によって、周期的堆積フェーズ105の第二段階を継続し得る。

0058

本開示のいくつかの実施形態では、還元剤前駆体は、少なくとも一つのフォーミングガス(H2+N2)、アンモニア(NH3)、ヒドラジン(N2H4)、アルキル−ヒドラジン(例えば、三級ブチルヒドラジンC4H12N2))、水素分子(H2)、水素原子(H)、水素プラズマ水素ラジカル水素励起種アルコールアルデヒドカルボン酸ボラン、またはアミンを含み得る。さらなる実施形態では、還元剤前駆体は、少なくとも一つのシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、トリシラン(Si3H8)、ゲルマン(GeH4)ジゲルマン(Ge2H6)、ボラン(BH3)、またはジボラン(B2H6)を含み得る。本開示の特定の実施形態では、還元剤前駆体は水素分子(H2)を含み得る。

0059

本開示のいくつかの実施形態では、基材を還元剤前駆体と接触させることは、基材を還元材前駆体と、約0.01秒〜約180秒間、約0.05秒〜約60秒間、または約0.1秒〜約10.0秒間、接触させることを含み得る。更に、基材を還元剤前駆体と接触させる間、還元剤前駆体の流量は、30slm未満、または15slm未満、または10slm未満、または5slm未満、または1slm未満、または更に0.1slm未満であってもよい。更に、基材を還元剤前駆体と接触させる間、還元剤前駆体の流量は、約0.1〜30slm、約5〜15slm、または10slm以上の範囲であり得る。

0060

基材を還元剤前駆体と接触させると、誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積するための例示的プロセス100は、反応チャンバをパージすることによって進められ得る。例えば、過剰な還元剤前駆体および反応副生成物を、例えば、不活性ガスを流しながらポンプ注入することによって、基材の表面から除去することができる。本開示のいくつかの実施形態では、パージプロセスは、基材表面を約0.1秒〜約30秒間、または約0.5秒〜約3秒間、または更には約1秒〜2秒間、パージすることを含み得る。

0061

第二の気相反応物質、すなわち、反応チャンバからの還元剤前駆体(および反応副生成物)のパージが完了すると、例示的な原子層堆積プロセス100の周期的堆積フェーズ105は決定ゲート140で継続され、決定ゲート140は堆積されたモリブデン金属膜の厚さに依存する。例えば、モリブデン金属膜が所望のデバイス用途に対して不十分な厚さで堆積された場合、プロセスブロック120に戻ること、およびさらなる堆積サイクルを継続することによって周期的堆積フェーズ105を繰り返してもよく、一単位の堆積サイクルは、基材をモリブデンハライド前駆体と接触させること(プロセスブロック120)、反応チャンバをパージすること、基材を還元剤前駆体と接触させること(プロセスブロック130)、およびまた反応チャンバをパージすること、を含み得る。周期的堆積フェーズ105の単位堆積サイクルは、所望の厚さのモリブデン金属膜が基材上に、特には誘電体表面上に直接堆積されるまで一回以上繰り返されてもよい。モリブデン金属膜が所望の厚さに堆積されると、例示的な原子層堆積プロセス100は、プロセスブロック150を介して終了され、モリブデン金属膜がその上に堆積された誘電体表面を含む基材は、デバイス構造の形成のためにさらなる処理に供され得る。

0062

当然のことながら、本開示のいくつかの実施形態では、基材を第一の気相反応物質(例えば、モリブデン前駆体)および第二の気相反応物質(例えば、還元前駆体)と接触させる順序は、基材を最初に第二の気相反応物質と接触させるのに続いて、第一の気相反応物質と接触させるようにすることができる。更に、いくつかの実施形態では、例示的なプロセス100の周期的堆積フェーズ105は、基材を第二の気相反応物質と一回以上接触させる前に、基材を第一の気相反応物質と一回以上接触させることを含んでもよい。更に、いくつかの実施形態では、例示的なプロセス100の周期的堆積フェーズ105は、基材を第一の気相反応物質と一回以上接触させる前に、基材を第二の気相反応物質と一回以上接触させることを含んでもよい。

0063

いくつかの実施形態では、周期的堆積プロセスは、ハイブリッドALD/CVDまたは周期的CVDプロセスであることができる。例えば、いくつかの実施形態では、ALDプロセスの成長速度は、CVDプロセスと比較して低い場合がある。成長速度を増加させる一つのアプローチは、ALDプロセスにおいて典型的に使用される温度よりも高い基材温度で動作するアプローチであり、結果として化学蒸着プロセスの部分になるが、更に前駆体の逐次導入を利用し、このようなプロセスは周期的CVDと呼ばれ得る。いくつかの実施形態では、周期的CVDプロセスは、反応チャンバ内への二つ以上の前駆体の導入を含み得、反応チャンバ内の二つ以上の前駆体の間の重複の期間は、堆積のALD成分と堆積のCVD成分の両方をもたらす。例えば、周期的CVDプロセスは、一つの前駆体の連続的な流れ、および第二の前駆体の反応チャンバへの定期的なパルスを含み得る。

0064

したがって、本開示の代替的実施形態では、モリブデン金属膜は、周期的化学蒸着(CCVD)プロセスを用いて誘電材料表面上に直接堆積されてもよい。誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積するための例示的な周期的化学蒸着プロセス200が、図2を参照して説明される。周期的堆積プロセス200は、図1の例示的な原子層堆積プロセス100の特定なプロセスブロックと同等、または実質的に同等な特定のプロセスブロックを含み、そのため同等のプロセスブロックは簡潔に要約され、付加的/改変されたプロセスブロックが詳細に記載される。

0065

より詳細には、例示的な周期的化学蒸着プロセス200は、誘電体表面を含む基材を反応チャンバ内に供給すること、および基材を堆積温度に加熱することを含むプロセスブロック210によって開始することができる。プロセスブロック110は、図1参照プロセスブロック110で詳細に説明してきたため、プロセスブロック210の詳細は、周期化学蒸着プロセス200に関して繰り返さない。

0066

基材を所望の堆積温度に加熱し、反応チャンバ圧力を調節すると、周期的化学蒸着プロセス200は、基材を還元剤前駆体と連続的に接触させることを含むプロセスブロック220によって継続され得る。より詳細には、還元剤前駆体は、反応チャンバに導入されてもよく、反応チャンバ内に配置された基材を、30slm未満、または15slm未満、または10slm未満、または5slm未満、または1slm未満、または更には0.1slm未満の流量で接触させてもよい。いくつかの実施形態では、基材を還元剤前駆体と接触させる間、還元剤前駆体の流量は、約0.1〜30slm、約5〜15slm、または10slm以上の範囲であり得る。還元剤前駆体は、例示的な原子層堆積プロセス100のプロセスブロック130を参照して詳細に記載される還元剤前駆体のうちの任意の一つ以上を含み得る。

0067

例示的な周期的化学蒸着プロセス200は、基材をモリブデンハライド前駆体と接触させることを含むプロセスブロック230によって周期的堆積フェーズ205を実施することによって続行され得る。例示的な原子層堆積プロセス100とは対照的に、周期的化学蒸着プロセス200において、モリブデンハライド前駆体および還元剤前駆体は、反応チャンバ内で同時に存在し、したがって、モリブデンハライド前駆体および還元剤前駆体の両方が同時に基材と、特に基材の誘電体表面と接触する。言い換えると、プロセスブロック230は、モリブデンハライド前駆体および還元剤前駆体の両方を反応チャンバに共流し、基材と少なくともモリブデンハライド前駆体および還元剤前駆体を含むガス混合物と接触させることを含む。モリブデンハライド前駆体は、例示的な原子層堆積プロセス100のプロセスブロック120を参照して詳細に記載されるモリブデンハライド前駆体のうちの任意の一つ以上を含み得る。

0068

本開示のいくつかの実施形態では、基材をモリブデンハライド前駆体と接触させること(すなわち、プロセスブロック230)は、モリブデンハライド前駆体を基材に、約0.1秒〜約60秒間、約0.1秒〜約10秒間、または約0.5秒〜約5.0秒間、接触させることを含み得る。更に、基材をモリブデンハライド前駆体と接触させる間、モリブデンハライド前駆体の流量は、1000sccm未満、または500sccm未満、または100sccm未満、または10sccm未満、または更に1sccm未満であり得る。更に、基材をモリブデンハライド前駆体と接触させる間、モリブデン前駆体の流量は、約1〜2000sccm、約5〜1000sccm、または約10〜約500sccmの範囲であり得る。

0069

還元剤前駆体の流れを維持する一方で、例示的な周期化学蒸着プロセス200の周期的堆積フェーズ205は、決定ゲート240で継続されてもよく、決定ゲート240は、堆積されたモリブデン金属膜の厚さに依存する。例えば、モリブデン金属膜が望ましいデバイス用途に対して不十分な厚さで堆積された場合、周期的堆積フェーズ205は、プロセスブロック230に戻ること、およびモリブデンハライド前駆体のさらなるパルスを反応チャンバに導入することによって繰り返され得る。したがって、例示的な周期的化学蒸着プロセス200は、還元剤前駆体を連続的に流すこと、およびモリブデンハライドを定期的に反応チャンバに導入することを含み、それによってモリブデン金属膜を誘電材料の表面上に直接堆積する。モリブデン金属膜が所望の厚さに堆積されると、例示的な周期的化学蒸着堆積プロセス200は、プロセスブロック250を介して終了され、モリブデン金属膜がその上に直接堆積された誘電体表面を含む基材は、デバイス構造の形成のためにさらなる処理に供され得る。

0070

本開示の代替的な実施形態では、例示的な周期的化学蒸着プロセスは、モリブデンハライド前駆体を連続的に流すこと、および還元剤前駆体を定期的に反応チャンバに導入することを含み、それによってモリブデン金属膜を誘電材料の表面上に直接堆積する。

0071

本明細書に開示される例示的な堆積プロセスは、モリブデン金属膜を誘電体表面上に、約0.05Å/サイクル〜約10Å/サイクル、約0.5Å/サイクル〜約5Å/サイクル、または更には約1Å/サイクル〜約2Å/サイクルの成長速度で堆積し得る。いくつかの実施形態では、誘電体表面上のモリブデン金属膜の成長速度は、約0.5Å/サイクル超、または約1Å/サイクル超、または更には約2Å/サイクル超である。本開示のいくつかの実施形態では、モリブデン金属膜は、約1Å/サイクルの成長速度で堆積され得る。

0072

本明細書に開示される方法によって堆積されたモリブデン金属膜は、連続的膜であり得る。いくつかの実施形態では、モリブデン金属膜は、約100Å以下、または約60Å以下、または約50Å以下、または約40Å以下、または約30Å以下、または約20以下、または約10Å以下、または更には5Å以下の厚さで連続的であってもよい。本明細書で言及される連続性は、物理的連続性または電気的連続性であることができる。本開示のいくつかの実施形態では、材料膜が物理的に連続的であってもよい厚さは、膜が電気的に連続的である厚さと同じでなくてもよく、その逆もまた同じである。

0073

本開示のいくつかの実施形態では、形成されたモリブデン金属膜は、約20Å〜約250Å、または約50Å〜約200Å、または更には約100Å〜約150Åの厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるいくつかの実施形態に従って堆積されたモリブデン金属膜は、約20Åを超える、または約30Åを超える、または約40Åを超える、または約50Åを超える、または約60Åを超える、または約100Åを超える、または約250Åを超える、または約500Åを超える、またはそれを超える、厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるいくつかの実施形態に従って堆積されたモリブデン金属膜は、約250Å未満、または約100Å未満、または約50Å未満、または約25Å未満、または約10Å未満、または更には約5Å未満の厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、誘電体表面上に直接配置されたモリブデン金属膜は、約100Å〜250Åの厚さを有してもよい。

0074

本開示のいくつかの実施形態では、モリブデン金属膜が結晶膜を含んでもよいように、誘電体表面上に直接堆積させることができる。例えば、図3は、酸化アルミニウム(Al2O3)表面上に直接堆積された150Å厚のモリブデン金属膜から得られたX線回折(XRD)データを図示したものである。図3のXRDデータの検討は、300と標識されたXRDピークによって示されるように、モリブデン金属膜の結晶性性質を明らかに示す。いくつかの実施形態では、モリブデン金属膜は単結晶膜を含み得る。いくつかの実施形態では、モリブデン金属膜は、多結晶性膜を含んでもよく、多結晶性モリブデン金属膜を含む複数の結晶粒子は、100Åより大きい、または200Åより大きい、または更には250Åより大きい粒子サイズを有してもよい。いくつかの実施形態では、モリブデン金属膜は体心立方結晶構造を含み得る。

0075

本開示のいくつかの実施形態では、モリブデン金属膜は、垂直なギャップ特徴および/または水平なギャップ特徴を含む、一つ以上の高アスペクト比ギャップ特徴を有する誘電体表面上に堆積され得る。例えば、図4Aは、垂直高アスペクト比ギャップ特徴404を有する誘電材料402を備える半導体デバイス構造400を図示し、アスペクト比(高さ:幅)は、2:1より大きく、または5:1より大きく、または10:1より大きく、または25:1より大きく、または50:1より大きく、または更には100:1より大きく、この例において使用される「より大きい」とは、ギャップ特徴の高さにおける距離を示す。本明細書で開示される堆積方法は、モリブデン金属406によって説明されるように、垂直高アスペクト比ギャップ特徴404の表面上に直接モリブデン金属膜を堆積するために利用され得る。いくつかの実施形態では、垂直高アスペクト比誘電ギャップ特徴を直接モリブデン金属膜で被覆する工程は、約50%以上、約80%超、または約90%超、または約95%超、または約98%超、または約99%以上でありうる。

0076

非限定的な例として、半導体デバイス構造400は、部分的に作成されたCMOSロジックデバイスを表してもよく、誘電材料402は、層間誘電体を備えてもよく、またモリブデン金属膜406は、一つ以上のトランジスタ構造(図示せず)への電気接続を提供するための金属ギャップ充填を含んでもよい。図4Aに示すように、モリブデン金属膜406は、中間バリア層材料を必要とせずに、誘電材料402と直接接触し、それによって半導体デバイス構造400の全体的な実効電気抵抗率を低減する。

0077

いくつかの実施形態では、モリブデン金属膜は、ギャップ充填金属化として利用されてもよく、またモリブデン金属膜は、継ぎ目を形成することなく、ギャップ特徴、すなわち、垂直高アスペクト比ギャップ特徴を充填し得、継ぎ目は、ギャップ充填材料に形成される縁の当接によって形成される線または一つ以上の空隙を指してもよく、継ぎ目は、走査型透過電子顕微鏡法(STEM)または透過電子顕微鏡法(TEM)を使用することによって確認し得、観察によってギャップ充填材料内にはっきりした垂直な線または一つ以上の垂直な空隙が明らかになった場合には、継ぎ目が存在する。

0078

さらなる非限定的な例として、図4Bは、一つ以上の水平高アスペクト比ギャップ特徴412を有する誘電材料410を備える半導体デバイス構造408を図示し、アスペクト比(高さ:幅)は、1:2より大きく、または1:5より大きく、または1:10より大きく、または1:25より大きく、または1:50より大きく、または更には100:1より大きく、この特定で使用される「より大きい」という用語は、ギャップ特徴の幅におけるより大きな距離を示す。本明細書で開示される堆積方法は、モリブデン金属414によって説明されるように、水平高アスペクト比ギャップ特徴412の表面上に直接モリブデン金属膜を堆積するために利用され得る。いくつかの実施形態では、水平高アスペクト比誘電特徴を直接モリブデン金属膜で被覆する工程は、約50%以上、約80%超、または約90%超、または約95%超、または約98%超、または約99%以上でありうる。

0079

非限定的な例示的な実施形態として、半導体デバイス構造408は、部分的に作成された記憶装置の一部分を表してもよく、誘電材料402が酸化アルミニウム(Al2O3)を含み、およびモリブデン金属膜406は、金属ゲート構造を含んでもよい。

0080

垂直なギャップ充填プロセスとして、前述のように、モリブデン金属膜は、継ぎ目を形成することなく、水平高アスペクト比特徴に対するギャップ充填金属化として利用され得る。

0081

本開示のいくつかの実施形態では、誘電体表面上に直接堆積されたモリブデン金属膜は、低電気抵抗性モリブデン金属膜を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、モリブデン金属膜は、3000μΩ−cm未満、または1000μΩ−cm未満、または500μΩ−cm未満、または200μΩ−cm未満、または100μΩ−cm未満、または50μΩ−cm未満、または25μΩ−cm未満、または15μΩ−cmまたは更に10μΩ−cm未満の電気抵抗率を有することができる。非限定的な例として、モリブデン金属膜は誘電材料の表面上に直接、約100Å未満の厚さに堆積され得、モリブデン金属膜は35μΩ−cm未満の電気抵抗率を示し得る。さらなる非限定的な例として、モリブデン金属膜は誘電材料の表面上に直接、200Å未満の厚さに堆積され得、モリブデン金属膜は25μΩ−cm未満の電気抵抗率を示し得る。

0082

本開示のいくつかの実施形態では、誘電体表面上に直接モリブデン金属膜を堆積させる方法は、低原子百分率(at.%)の不純物で、モリブデン金属膜を堆積させることを更に含み得る。例えば、本開示のモリブデン金属膜は、5at.%未満、または2at.%未満、または更には1at.%未満の不純物濃度を含み得る。いくつかの実施形態では、モリブデン金属膜内に配置された不純物は、少なくとも酸素および塩素を含み得る。

0083

上に記載した本開示の例示的実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその法的等価物により定義される、本発明の実施形態の単なる例であるため、これらの実施形態によって本発明の範囲は限定されない。いかなる同等の実施形態も、本発明の範囲内にあることを意図している。実際に、記載した要素の代替の有用な組み合わせなど、本明細書に示し記載したものに加えて、本開示の様々な改変が、記載から当業者に明らかとなってもよい。このような改変および実施形態もまた、添付の特許請求の範囲に入ると意図される。

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