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JP2005516119A - Tungsten deposition process by pulsed gas flow CVD. - Google Patents

Tungsten deposition process by pulsed gas flow CVD. Download PDF

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JP2005516119A
JP2005516119A JP2003564311A JP2003564311A JP2005516119A JP 2005516119 A JP2005516119 A JP 2005516119A JP 2003564311 A JP2003564311 A JP 2003564311A JP 2003564311 A JP2003564311 A JP 2003564311A JP 2005516119 A JP2005516119 A JP 2005516119A
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processing chamber
hydrogen
tungsten
gas
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JP2003564311A
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Japanese (ja)
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ジョン, ヒュン ヨー,
シャンリャン リュー,
チリャン チェン,
ケン, ケー. ライ,
チェンーテ カオ,
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Applied Materials Inc
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Abstract

本発明の実施形態は、処理チャンバに配置された基板上に核形成層を形成するプロセスに関する。1つの実施形態は、プロセスガスからなる1つ以上を導入することを含み、例えば、各パルスは、水素含有ガスおよびタングステン含有ガスを含む。水素含有ガスおよびタングステン含有ガスは、パルス間で、それらの間にパージガスを流すことによって、および/または、チャンバをポンピングすることによって、処理チャンバから除去することができる。Embodiments of the invention relate to a process for forming a nucleation layer on a substrate disposed in a processing chamber. One embodiment includes introducing one or more of process gases, for example, each pulse includes a hydrogen-containing gas and a tungsten-containing gas. The hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas can be removed from the process chamber between pulses, by flowing a purge gas between them, and / or by pumping the chamber.

Description

発明の背景Background of the Invention

発明の分野
[0001]本発明は、半導体基板の処理に関する。更に詳しく言えば、本発明は、半導体基板上に金属層を堆積するプロセスの改良に関する。
Field of Invention
[0001] The present invention relates to processing of semiconductor substrates. More particularly, the present invention relates to an improved process for depositing a metal layer on a semiconductor substrate.

関連技術の説明
[0002]半導体処理産業は、より大きい表面積を有する基板上に堆積される層の均一性を高めながら、生産歩留りを更に高める努力を続けている。また、これらの前述の要因により、新材料と組み合せて、基板の単位面積当たりの回路の集積度が高まる。回路の集積度が高まるにつれ、より高度な均一性と、堆積された金属層の物理的および電気的特性に関するプロセス制御の需要が望まれる。そのため、層形成前の材料との核形成が特に有益であることが分かっている。
Explanation of related technology
[0002] The semiconductor processing industry continues to strive to further increase production yield while increasing the uniformity of the layers deposited on the larger surface area substrate. Also, due to these aforementioned factors, the degree of circuit integration per unit area of the substrate increases in combination with new materials. As circuit integration increases, there is a need for higher uniformity and process control for the physical and electrical properties of the deposited metal layer. Thus, nucleation with the material prior to layer formation has been found to be particularly beneficial.

[0003]それにもかかわらず、金属層を堆積するための改良された核形成技術が望まれる。   [0003] Nevertheless, an improved nucleation technique for depositing a metal layer is desired.

発明の概要Summary of the Invention

[0004]本発明の実施形態は、処理チャンバに配置された基板上に核形成層を形成するプロセスに関する。1つの実施形態は、1つ以上のプロセスガスパルスを導入することを含み、例えば、各パルスは、水素含有ガスおよびタングステン含有ガスを含む。水素含有ガスおよびタングステン含有ガスは、パルス間に、それらの間にパージガスを流すことによって、および/または、チャンバをポンピングすることによって、処理チャンバから除去することができる。   [0004] Embodiments of the invention relate to a process for forming a nucleation layer on a substrate disposed in a processing chamber. One embodiment includes introducing one or more process gas pulses, eg, each pulse includes a hydrogen-containing gas and a tungsten-containing gas. The hydrogen-containing gas and tungsten-containing gas can be removed from the processing chamber between pulses by flowing a purge gas between them and / or pumping the chamber.

[0005]別の実施形態は、1つ以上のパルスの第1のセットと、1つ以上のパルスの第2のセットとを導入することを含む。第1のセットの各パルスは、水素含有ガスおよびタングステン含有ガスの第1の比率を含む。第2のセットの各パルスは、水素含有ガスおよびタングステン含有ガスの第2の比率を含む。水素含有ガスおよびタングステン含有ガスは、第1のパルスセットの各々と第2のパルスセットの各々との間で、それらの間にパージガスを流すことによって、および/または、チャンバをポンピングすることによって、処理チャンバから除去することができる。   [0005] Another embodiment includes introducing a first set of one or more pulses and a second set of one or more pulses. Each pulse of the first set includes a first ratio of hydrogen-containing gas and tungsten-containing gas. Each pulse of the second set includes a second ratio of hydrogen-containing gas and tungsten-containing gas. The hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas may be flowed between each of the first pulse set and each of the second pulse set by flowing a purge gas therebetween and / or by pumping the chamber. It can be removed from the processing chamber.

[0006]更なる別の実施形態は、1つ以上のパルスの第1のセットと、1つ以上のパルスの第2のセットとを導入することを含む。第2のセットの各パルスは、第1の水素含有ガスおよびタングステン含有ガスを含む。第1の水素含有ガスおよびタングステン含有ガスは、第1のパルスセットの各々の間で、それらの間にパージガスを流すことによって、および/または、チャンバをポンピングすることによって、処理チャンバから除去することができる。第2のセットの各パルスは、第2の水素含有ガスおよびタングステン含有ガスを含む。第2の水素含有ガスおよびタングステン含有ガスは、第2のパルスセットの各々の間で、それらの間にパージガスを流すことによって、および/または、チャンバをポンピングすることによって、処理チャンバから除去することができる。   [0006] Yet another embodiment includes introducing a first set of one or more pulses and a second set of one or more pulses. Each pulse of the second set includes a first hydrogen-containing gas and a tungsten-containing gas. The first hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas are removed from the processing chamber between each of the first pulse sets by flowing a purge gas between them and / or by pumping the chamber. Can do. Each pulse of the second set includes a second hydrogen-containing gas and a tungsten-containing gas. The second hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas are removed from the processing chamber between each of the second pulse sets by flowing a purge gas between them and / or by pumping the chamber. Can do.

[0007]本発明の上述した特徴、利点、および目的を達成する方法を詳細に理解できるように、添付の図面に示した本発明の実施形態を参照することによって、上記に簡単に要約した本発明をより詳細に記載する。   [0007] So that the manner in which the above-described features, advantages, and objects of the present invention can be understood in detail, a book briefly summarized above by reference to embodiments of the invention shown in the accompanying drawings. The invention will be described in more detail.

[0008]しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示したものであって、本発明の範囲を限定するものと考慮されるべきではなく、本発明は、他の同等の効果を有する実施形態を許容するものであることに留意されたい。   [0008] However, the accompanying drawings illustrate only typical embodiments of the invention and should not be considered as limiting the scope of the invention, which is not limited to other equivalents. It should be noted that embodiments having the following effects are allowed.

好ましい実施形態の詳細な説明Detailed Description of the Preferred Embodiment

[0024]図1および図2を参照すると、本発明の1つの実施形態による、耐熱金属膜を堆積するために用いられる例示的な処理システム10が示されている。システム10は、平行板コールドウォール型の化学気相成長(CVD)システムである。CVDシステム10は、処理チャンバ12を有する。処理チャンバ12内には、ガス分配マニホールド14が配置されている。ガス分配マニホールド14は、処理チャンバ12内に進む堆積ガスを分散し、堆積ガスは、抵抗加熱サセプタ18上に載置されたウェハ16上に衝突する。   [0024] Referring to FIGS. 1 and 2, an exemplary processing system 10 used to deposit a refractory metal film is shown according to one embodiment of the present invention. The system 10 is a parallel plate cold wall type chemical vapor deposition (CVD) system. The CVD system 10 has a processing chamber 12. A gas distribution manifold 14 is disposed in the processing chamber 12. The gas distribution manifold 14 disperses the deposition gas that travels into the processing chamber 12, and the deposition gas impinges on the wafer 16 mounted on the resistance heating susceptor 18.

[0025]処理チャンバ12は、中央移送チャンバ(図示せず)に接続され、ロボット(図示せず)によって稼動される複数の処理チャンバを有する真空処理システムの一部であってよい。ロボットブレード(図示せず)によって、処理チャンバ12の側壁にあるスリット弁(図示せず)を介して、処理チャンバ12内に基板16が入れられる。サセプタ18が、モータ20によって垂直方向に移動可能である。サセプタ18が、スリット弁(図示せず)と反対の第1の位置13にあるとき、処理チャンバ12内に基板16が入れられる。位置13において、基板16は、最初、サセプタ18を貫通するピン22のセットによって支持される。ピン22は、単一のモータアセンブリ20によって駆動される。   [0025] The processing chamber 12 may be part of a vacuum processing system having a plurality of processing chambers connected to a central transfer chamber (not shown) and operated by a robot (not shown). A substrate 16 is placed in the processing chamber 12 by a robot blade (not shown) through a slit valve (not shown) on the side wall of the processing chamber 12. The susceptor 18 is movable in the vertical direction by the motor 20. A substrate 16 is placed in the processing chamber 12 when the susceptor 18 is in a first position 13 opposite a slit valve (not shown). At position 13, the substrate 16 is initially supported by a set of pins 22 that penetrate the susceptor 18. Pin 22 is driven by a single motor assembly 20.

[0026]サセプタ18が、ガス分配マニホールド14と反対の位置にある処理位置32にくると、ピン22がサセプタ18内に後退することで、サセプタ18上に基板16を載置させることができる。サセプタ18上に配置されると、基板16は、溝39として示す真空クランプシステムによってサセプタに取り付けられる。この代わりとして、基板16は、静電チャック、クランプリング、または他のクランプシステムによってサセプタに取り付けられてよい。   [0026] When the susceptor 18 is at a processing position 32 opposite the gas distribution manifold 14, the pins 22 are retracted into the susceptor 18 so that the substrate 16 can be placed on the susceptor 18. When placed on the susceptor 18, the substrate 16 is attached to the susceptor by a vacuum clamping system shown as a groove 39. Alternatively, the substrate 16 may be attached to the susceptor by an electrostatic chuck, clamp ring, or other clamping system.

[0027]処理位置32内に上向きに移動すると、基板16は、パージガイド37に接触し、サセプタ18上で基板16の中心合わせをする。基板16の縁と背面に堆積ガスが接触しないように、基板16の縁を横切って、パージガイド37を介してエッジパージガス23が流される。また、サセプタ18上またはそれに近接した場所での堆積を最小限に抑えるために、サセプタ18の周りでパージガス25が流される。これらのパージガスは、パージライン24から供給され、処理中に処理チャンバ12内に導入された腐食性ガスによってステンレス鋼製のベローズ26がダメージを受けないように保護するためにも用いられる。   When moved upward into the processing position 32, the substrate 16 contacts the purge guide 37 and centers the substrate 16 on the susceptor 18. The edge purge gas 23 is caused to flow through the purge guide 37 across the edge of the substrate 16 so that the deposition gas does not contact the edge and the back surface of the substrate 16. Also, a purge gas 25 is flowed around the susceptor 18 to minimize deposition on or near the susceptor 18. These purge gases are supplied from the purge line 24 and are also used to protect the stainless steel bellows 26 from being damaged by the corrosive gas introduced into the processing chamber 12 during processing.

[0028]図1および図3を参照すると、ガスライン19を介して、弁17の制御に応答してマニホールド14へと、堆積およびキャリヤガスが、処理チャンバ12の堆積ゾーンに供給される。そのために、弁17によって処理チャンバ12と流通状態に選択的に配置されるガス供給源31および33が設けられる。更に詳しく言えば、弁17は、弁17a、17b、17c、および17dを含む。供給ライン31aが、ガス供給源31を弁17aおよび17bと流通状態にする。供給ライン31bが、弁17aを処理チャンバ12と流通状態にする。供給ライン31cが、弁17bをフォアライン35と流通状態にする。供給ライン33aが、ガス供給源31を弁17cおよび17dと流通状態にする。供給ライン33bが、弁17cを処理チャンバ12と流通状態にする。供給ライン33cが、弁17dをフォアライン35と流通状態にする。弁17aを作動すると、ガス供給源31からのプロセスガスが、処理チャンバ12に入る。弁17cを作動すると、ガス供給源33からのプロセスガスが処理チャンバ12に入る。弁17bを作動すると、ガス供給源31からのプロセスガスがフォアライン35に入り、弁17dを作動すると、ガス供給源33からのプロセスガスがフォアライン35に入る。   Referring to FIGS. 1 and 3, deposition and carrier gases are supplied to the deposition zone of the processing chamber 12 via the gas line 19 to the manifold 14 in response to control of the valve 17. For this purpose, gas supply sources 31 and 33 are provided that are selectively placed in flow with the processing chamber 12 by the valve 17. More specifically, the valve 17 includes valves 17a, 17b, 17c, and 17d. A supply line 31a places the gas supply source 31 in communication with the valves 17a and 17b. A supply line 31b places the valve 17a in communication with the processing chamber 12. The supply line 31c puts the valve 17b into a flow state with the foreline 35. Supply line 33a places gas supply source 31 in communication with valves 17c and 17d. Supply line 33b places valve 17c in communication with process chamber 12. The supply line 33c puts the valve 17d into a flow state with the foreline 35. When the valve 17 a is operated, process gas from the gas supply source 31 enters the processing chamber 12. When the valve 17 c is operated, the process gas from the gas supply source 33 enters the processing chamber 12. When the valve 17b is operated, the process gas from the gas supply source 31 enters the foreline 35, and when the valve 17d is operated, the process gas from the gas supply source 33 enters the foreline 35.

[0029]再度、図1および図2を参照すると、処理中、マニホールド14に供給されるガスが、矢印27で示すように、基板16の表面全体にわたって均一に分配される。使用済みの処理ガスおよび副生成物ガスが、排気システム36によって処理チャンバ12から排気される。排気システム36から排気ライン内にガスが放出される速度は、絞り弁(図示せず)によって制御される。堆積中、サセプタ18にあるガスチャネル(図示せず)を介して、第2のパージガスが導入される。前述したように、供給ライン38が、パージガスを基板16の縁に向ける。プラズマ強化形CVD(PECVD)用または処理チャンバ12の洗浄用に、マニホールド14にRF電源48を結合することができる。   [0029] Referring again to FIGS. 1 and 2, during processing, the gas supplied to the manifold 14 is evenly distributed across the surface of the substrate 16, as indicated by arrows 27. Spent process gas and by-product gas are exhausted from the process chamber 12 by the exhaust system 36. The rate at which gas is released from the exhaust system 36 into the exhaust line is controlled by a throttle valve (not shown). During deposition, a second purge gas is introduced through a gas channel (not shown) in the susceptor 18. As previously described, supply line 38 directs purge gas toward the edge of substrate 16. An RF power source 48 may be coupled to the manifold 14 for plasma enhanced CVD (PECVD) or for cleaning the processing chamber 12.

[0030]絞り弁(図示せず)、ガス供給弁17、モータ20、サセプタ18に結合された抵抗加熱器、RF電源48、およびCVDシステム10の他の態様が、制御ライン44(一部のみしか図示せず)上でプロセッサ42の制御下で動作される。プロセッサ42は、メモリ46などのコンピュータ読取り可能媒体に格納されたコンピュータプログラム上で動作する。システムコントローラ42が、CVDマシンの作動のすべてを制御する。コンピュータプログラムは、タイミング、ガスの混合、チャンバの圧力、チャンバの温度、RF出力レベル、サセプタの位置、および特定のプロセスの他のパラメータを命令する命令セットを含み、それについては、以下に更に詳細に記載する。また、プロセッサ42は、例えば、フロッピーディスク、または他の別の適切なドライブを含む他のメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラムを動作してもよい。   [0030] A throttle valve (not shown), a gas supply valve 17, a motor 20, a resistance heater coupled to the susceptor 18, an RF power supply 48, and other aspects of the CVD system 10 include a control line 44 (only partly). It is operated under the control of the processor 42. The processor 42 operates on a computer program stored on a computer readable medium such as the memory 46. A system controller 42 controls all operations of the CVD machine. The computer program includes an instruction set that commands timing, gas mixing, chamber pressure, chamber temperature, RF power level, susceptor position, and other parameters of a particular process, as described in more detail below. It describes. The processor 42 may also operate other computer programs stored on other memory devices including, for example, a floppy disk or other suitable drive.

[0031]図1および図4を参照すると、システム10の例示的な使用の1つは、基板16と耐熱金属層とを核形成するための核形成技術を用いて、基板16上に耐熱金属層を堆積することである。そのために、基板16は、層52として示されている1つ以上の層を有するウェハ50を含む。この代わりとして、ウェハ50上には、層がなくてもよい。ウェハ50は、シリコンなどの半導体処理に適した任意の材料から形成されてよい。層52は、誘電性または導電性の材料を含む任意の適切な材料から形成されてよい。層52は、基板16のある領域56を露出するボイド54や、図5に更に明確に示されているような、層52およびウェハ50上に位置する窒化チタン層などの層59を含んでよい。   [0031] With reference to FIGS. 1 and 4, one exemplary use of the system 10 is to use a nucleation technique to nucleate the substrate 16 and the refractory metal layer using a refractory metal on the substrate 16. Depositing layers. To that end, the substrate 16 includes a wafer 50 having one or more layers shown as layer 52. As an alternative, there may be no layers on the wafer 50. Wafer 50 may be formed from any material suitable for semiconductor processing, such as silicon. Layer 52 may be formed from any suitable material including dielectric or conductive materials. The layer 52 may include a void 54 that exposes a region 56 of the substrate 16 or a layer 59 such as a titanium nitride layer located on the layer 52 and the wafer 50, as more clearly shown in FIG. .

[0032]図5を参照すると、1つの実施形態により堆積された耐熱金属層の一例は、窒化チタンTiNから形成されたバリア層59に隣接した位置にコンタクトを形成するために用いられたタングステン層である。層52とバリア層59との間には、チタンTiから形成された接着層58が堆積される。層59および58は、ボイド54のプロファイルと適合し、領域56および層52を被覆する。バリア層59に隣接した位置に、以下に更に記載するように、タングステンから形成された核形成層60がある。核形成層60は、層59および58のプロファイルと適合し、ひいては、ボイド54のプロファイルと適合する。核形成層に隣接した位置に、タングステンからなるバルク堆積層62が形成される。この実施例において、コンタクトを形成するために、バルク堆積層62が用いられる。核形成層60は、結果的に得られるバルク堆積層62のステップカバレッジ、ひいては、結果的に得られるコンタクト63の抵抗率を高めるように作用する。   [0032] Referring to FIG. 5, one example of a refractory metal layer deposited according to one embodiment is a tungsten layer used to form a contact adjacent to a barrier layer 59 formed from titanium nitride TiN. It is. An adhesion layer 58 made of titanium Ti is deposited between the layer 52 and the barrier layer 59. Layers 59 and 58 match the profile of void 54 and cover region 56 and layer 52. At a location adjacent to the barrier layer 59 is a nucleation layer 60 formed from tungsten, as further described below. The nucleation layer 60 matches the profile of the layers 59 and 58 and thus the void 54 profile. A bulk deposition layer 62 made of tungsten is formed at a position adjacent to the nucleation layer. In this embodiment, a bulk deposited layer 62 is used to form contacts. The nucleation layer 60 acts to increase the step coverage of the resulting bulk deposited layer 62 and thus the resistivity of the resulting contact 63.

[0033]核形成層60の堆積時に問題が生じる。詳細に言えば、ボイド54のアスペクト比が大きくなると、均一な厚みと許容可能な適合性を備えた核形成層を生成することが更に困難になる。   [0033] Problems arise when the nucleation layer 60 is deposited. Specifically, as the aspect ratio of void 54 increases, it becomes more difficult to produce a nucleation layer with uniform thickness and acceptable compatibility.

[0034]図6および図7を参照すると、極端な場合、ボイド154の上側領域155に隣接した領域162aに示されているピンチオフが生じる。ピンチオフは、ボイド162bを離れ、核形成層160の凹んだプロファイルが生じる。核形成層160の凹んだプロファイルは、最下部154aに近接する核形成層160の形成中に形成する、本願明細書において濃度境界層(CBL)160cと呼ばれるある濃度のガス状材料から生じると考えられている。CBL160cは、核形成層160の形成から生じる反応物の副生成物から生じると考えられている。詳細に言えば、反応の副生成物と領域151からのガス放出が、厚みtCBLのCBL160cをもたらすガス状材料を形成する。厚みtCBLにより、拡散長とも呼ばれる距離が長くなり、これは、前駆物質が、上側領域155から最も遠い位置にあり、核形成が生じるボイド154の領域に達する前に到達しなければならない距離である。この実施例において、上側領域155から最も遠い位置にあり、核形成が生じる領域は、最下部154aに近接した位置にある表面151aである。拡散長がこのように長くなると、上側領域155のように、ボイド154内の他の領域上での堆積にかかる核形成時間と比較すると、この領域上に核形成層160を堆積するのにかかる時間が長くなる。その結果、核形成層160は、最下部154aに近接した表面151aよりもはるかに迅速に、上側領域155に近接した領域に堆積する。 [0034] Referring to FIGS. 6 and 7, in an extreme case, the pinch-off shown in the region 162a adjacent to the upper region 155 of the void 154 occurs. The pinch-off leaves the void 162b, resulting in a recessed profile of the nucleation layer 160. The recessed profile of the nucleation layer 160 is believed to arise from a concentration of gaseous material, referred to herein as a concentration boundary layer (CBL) 160c, that forms during the formation of the nucleation layer 160 proximate to the bottom 154a. It has been. CBL 160c is believed to arise from reactant by-products resulting from the formation of nucleation layer 160. Specifically, reaction by-products and outgassing from region 151 form a gaseous material that results in CBL 160c of thickness t CBL . Thickness t CBL increases the distance, also called the diffusion length, which is the distance that the precursor must reach before reaching the region of void 154 where it is farthest from upper region 155 where nucleation occurs. is there. In this embodiment, the region farthest from the upper region 155 and where nucleation occurs is the surface 151a located in the vicinity of the lowermost part 154a. When the diffusion length is increased in this way, it takes more time to deposit the nucleation layer 160 on this region as compared to the nucleation time for deposition on the other region in the void 154, such as the upper region 155. The time will be longer. As a result, the nucleation layer 160 deposits in a region proximate to the upper region 155 much more quickly than the surface 151a proximate to the bottom 154a.

[0035]図5および図7を参照すると、本発明によりCBL160cの欠点が解消される例示的なプロセスが、タングステン層などの耐熱金属層の堆積を伴う。そのために、基板16の核形成が始まり、タングステンソースとして六フッ化タングステンWFが用いられ、水素ソースとして、水素分子H、シランSiH、またはジボランBのいずれかが用いられる。核形成は、以下の反応式によって定義される。 [0035] Referring to FIGS. 5 and 7, an exemplary process in which the disadvantages of CBL 160c are eliminated by the present invention involves the deposition of a refractory metal layer such as a tungsten layer. Therefore, nucleation of the substrate 16 starts, tungsten hexafluoride WF 6 is used as a tungsten source, and any one of hydrogen molecules H 2 , silane SiH 4 , or diborane B 2 H 6 is used as a hydrogen source. Nucleation is defined by the following reaction equation.

(化1)WF+H→HF+W+H (Chemical formula 1) WF 6 + H 2 → HF + W + H 2

(化2)WF+SiH→HF+W+SiH+SiF (Chemical formula 2) WF 6 + SiH 4 → HF + W + SiH 4 + SiF X

(化3)WF+B→HF+W+B+B
核形成層60は、HFとともに、反応式1、2、および3の右手側にあるWから形成され、これらの反応の各々から結果的に得られる副生成物の1つである。また、反応1は、Hを含む反応副生成物を有し、これは、水素が豊富にある環境から生じる。また、反応2は、追加の副生成物として、SiFおよびシランを含み、反応式3は、B、Bの副生成物を含む。これが、前述した副生成物であり、領域151からのガス放出と、気相CBL160cを発生する領域151の不純物から発生する反応と結合される。他の実施形態において、タングステンカルボニル(W(CO))などの他のタングステン含有ガスも使用されてもよい。
(Chemical Formula 3) WF 6 + B 2 H 6 → HF + W + B X F Y + B X H Y
The nucleation layer 60 is formed from W on the right hand side of Reaction Schemes 1, 2, and 3 along with HF and is one of the by-products resulting from each of these reactions. Reaction 1 also has reaction by-products that contain H 2 , which arises from an environment rich in hydrogen. Reaction 2 includes SiF X and silane as additional byproducts, and Reaction Formula 3 includes B X F Y and B X H Y byproducts. This is the above-mentioned by-product, and is combined with the gas emission from the region 151 and the reaction generated from the impurities in the region 151 that generates the vapor phase CBL 160c. In other embodiments, other tungsten-containing gases such as tungsten carbonyl (W (CO) 6 ) may be used.

[0036]図1、図7、および図8を参照すると、CBL160cにより被る問題が解消されなければ、それらの問題を軽減するために、堆積プロセスの副生成物および存在するガスが、核形成中に処理チャンバ12から定期的に除去される。詳細には、時間tに、まず、処理チャンバ12内にプロセスガスが導入される。時間の経過とともに、核形成層160の形成が続き、それによって、副生成物の濃度が増大し、領域151からガス放出された材料の量が増大する。時間tに、処理チャンバ12内へのプロセスガスの導入が終了する。したがって、時間tとtとの間に、核形成時間tと呼ぶ核形成が生じる。時間tに処理チャンバ12内へプロセスガスの流れが終了するのと同時に、その除去が行われる。これは、ArやNなどの不活性パージガスを導入することによって、または処理チャンバ12を高速に減圧することによって、またはその両方によって達成されてよい。しかしながら、所望の結果は、時間tまでに、CBL160cの形成に起因すると考えられるプロセスガス、副生成物および領域151からガス放出される材料が、処理チャンバ12から除去されることである。tおよびtとの間の時間間隔を、除去時間tと呼ぶ。時間tに、処理チャンバ12が一度加圧され、基板の核形成を継続するために、時間tに、プロセスガスが導入される。 [0036] Referring to FIGS. 1, 7, and 8, if the problems suffered by CBL 160c are not resolved, the by-products of the deposition process and the gases present may be present during nucleation to alleviate those problems. Periodically removed from the processing chamber 12. Specifically, at time t 1 , first, a process gas is introduced into the processing chamber 12. Over time, the formation of the nucleation layer 160 continues, thereby increasing the concentration of by-products and increasing the amount of material outgassed from the region 151. Time t 2, the introduction of the process gas into the process chamber 12 is completed. Therefore, nucleation called nucleation time t n occurs between times t 1 and t 2 . At the same time as the flow of the process gas is terminated to the time t 2 to the processing chamber 12, its removal is carried out. This is done by introducing an inert purge gas such as Ar or N 2, or by reducing the pressure of the process chamber 12 at a high speed, or may be achieved by both. However, the desired result is that by time t 3 , process gases, by-products and materials outgassing from region 151 that are believed to be due to the formation of CBL 160 c are removed from processing chamber 12. The time interval between t 2 and t 3, referred to as a removal time t r. At time t 3 , the process chamber 12 is pressurized once and process gas is introduced at time t 4 to continue substrate nucleation.

[0037]所与の核形成時間tの間、堆積速度D、層の厚みとともに、核形成層60の均一性および適合性は、除去時間tに応じて制御されてよいことが分かった。詳細に言えば、図9の曲線163に示されているように、tの持続時間が短いほど、CBLの低減によって、核形成層60の厚みの均一性および適合性が更に高まる。しかしながら、図10の曲線165に示されているように、除去時間tの持続時間が短いほど、核形成を達成するのに必要な堆積時間が長くなる。したがって、所与の核形成時間tの間、除去時間tは、核形成層の厚みの均一性および適合性を最大にしながら、最大の堆積速度を達成するように最適化されてよい。除去時間tの最適化された持続時間は、図5に示すボイド54のアスペクト比、堆積化学物質、プロセスパラメータなど、多数の因子に依存する。 [0037] during a given nucleation time t n, the deposition rate D R, together with the thickness of the layer, uniformity and compatibility of nucleation layer 60 is found to be controlled in response to the removal time t r It was. Speaking in detail, as shown in the curve 163 of FIG. 9, the shorter the duration of t r, by a reduction of the CBL, further increases the uniformity and compatibility of the thickness of the nucleation layer 60. However, as shown by curve 165 in FIG. 10, the shorter the duration of removal time tr , the longer the deposition time required to achieve nucleation. Thus, during a given nucleation time t n, removal time t r, while maximizing uniformity and compatibility of the thickness of the nucleation layer may be optimized to achieve the maximum rate of deposition. Optimized duration of the removal time t r, the aspect ratio of the void 54 shown in FIG. 5, deposition chemicals, process parameters, depends on a number of factors.

[0038]上述した原理の利点を考慮した基板を核形成するための例示的なプロセスについては、図1、図8、および図11を参照しながら、タングステン層の堆積の点から記載する。基板16上にタングステン層を堆積するためのプロセスを実行する命令は、メモリ46にコンピュータ読取り可能プログラムとして格納され、これは、ステップ300において、処理位置32に基板16を配置するために、プロセッサ42によって動作される。ステップ302において、基板16は、適切な温度まで加熱される。この実施形態において、基板16は、約400℃まで加熱されるが、所望の温度は、約200℃〜約600℃の範囲のものであってよく、好ましくは、約350℃〜約475℃、より好ましくは、約375℃〜約450℃の範囲のものであってよい。低温での堆積によりステップカバレッジが高まることが分かっている。しかしながら、温度が低すぎれば、膜の応力が高くなりすぎる。また、基板温度が高温であると、タングステン含有ガスによる下方にある層の侵食が増すことがあることが分かっている。ステップ304において、チャンバの圧力は、約90Torrの初期圧力レベルに設定されているが、70〜120Torrの範囲のものであってよい。その後、例えば、シランSiHなどの水素含有ガスが処理チャンバ12内に導入されるため、基板16は、任意のステップ306で、処理チャンバにおいてソークを行うことがある。基板16のソーク時間は、約15秒である。しかしながら、基板16がシランにソークを行う時間の範囲は、10〜30秒の範囲であってよい。そのために、処理チャンバ12内に、キャリヤガスとともにシランが導入される。キャリヤガスは、アルゴン(Ar)、水素ガス(H)、窒素ガス(N)、ヘリウム、他の適切なガス、およびそれらの組み合わせであってよい。1つの実施形態において、キャリヤガスは、シランが導入される速度の約10倍以上の流量で導入されるアルゴンArを含む。一実施例において、Arは、約1,000標準立法センチメートル毎秒(sccm)の速度で導入され、シランは、約100sccmの速度で導入される。
[0039]ステップ308において、フローチャンバ圧力は、約15Torrになるように確立され、2〜30Torrの範囲であってよい。ステップ310において、処理チャンバ12内にキャリヤガスが流される。任意のキャリヤガスが用いられてよいが、一実施例では、Arおよび水素分子Hを用い、それらの各々は、2000〜6000sccmの範囲の速度で処理チャンバ12内に導入され、4000sccmが例示的な速度である。キャリヤガスArおよびHは、約10秒間導入される。しかしながら、処理チャンバ12内にキャリヤガスが導入される持続時間は、5〜15秒の範囲のものであってよい。1つの実施形態において、所望のチャンバ圧力を確立するために、処理チャンバ内にキャリヤガスが流されるステップ308およびステップ310がともに実行される。
[0038] An exemplary process for nucleating a substrate in view of the advantages of the principles described above is described in terms of tungsten layer deposition with reference to FIGS. 1, 8, and 11. FIG. The instructions for performing the process for depositing the tungsten layer on the substrate 16 are stored as a computer readable program in the memory 46, which in step 300 is used by the processor 42 to place the substrate 16 at the processing location 32. Is operated by. In step 302, the substrate 16 is heated to an appropriate temperature. In this embodiment, the substrate 16 is heated to about 400 ° C., but the desired temperature may be in the range of about 200 ° C. to about 600 ° C., preferably about 350 ° C. to about 475 ° C., More preferably, it may be in the range of about 375 ° C to about 450 ° C. It has been found that deposition at low temperatures increases step coverage. However, if the temperature is too low, the stress of the film will be too high. It has also been found that higher substrate temperatures may increase erosion of the underlying layers by the tungsten-containing gas. In step 304, the chamber pressure is set to an initial pressure level of about 90 Torr, but may be in the range of 70-120 Torr. Thereafter, a hydrogen containing gas, such as silane SiH 4 , is introduced into the processing chamber 12 so that the substrate 16 may soak in the processing chamber at an optional step 306. The soak time of the substrate 16 is about 15 seconds. However, the time range for the substrate 16 to soak silane may be in the range of 10-30 seconds. For this purpose, silane is introduced into the processing chamber 12 together with the carrier gas. The carrier gas may be argon (Ar), hydrogen gas (H 2 ), nitrogen gas (N 2 ), helium, other suitable gases, and combinations thereof. In one embodiment, the carrier gas comprises Argon introduced at a flow rate that is about 10 times or more the rate at which silane is introduced. In one example, Ar is introduced at a rate of about 1,000 standard cubic centimeters per second (sccm) and silane is introduced at a rate of about 100 sccm.
[0039] In step 308, the flow chamber pressure is established to be about 15 Torr and may range from 2 to 30 Torr. In step 310, a carrier gas is flowed into the processing chamber 12. Although any carrier gas may be used, in one embodiment, Ar and hydrogen molecules H 2 are used, each of which is introduced into the processing chamber 12 at a rate in the range of 2000-6000 sccm, with 4000 sccm being exemplary Speed. Carrier gases Ar and H 2 are introduced for about 10 seconds. However, the duration for which the carrier gas is introduced into the processing chamber 12 can range from 5 to 15 seconds. In one embodiment, steps 308 and 310 are both performed in which a carrier gas is flowed into the processing chamber to establish the desired chamber pressure.

[0040]図3および図11を参照すると、ステップ312において、フォアライン35内に水素含有ガスが流され、ステップ314において、フォアライン35内にタングステン含有ガスが流される。フォアライン35内にガスが流される速度は、タングステン含有ガスと水素含有ガスの比率を1:1〜5:1の範囲にするために、水素含有ガスとタングステン含有ガスの混合物を精製するように調整される。水素含有ガスは、水素ガス(H)、アルゴン、窒素ガス(N)、ヘリウム、他の適切なガス、およびそれらの組み合わせなどのキャリヤガスとともに導入されてよい。タングステン含有ガスは、アルゴンガス、窒素ガス(N)、ヘリウム、他の適切なガス、およびそれらの組み合わせなどのキャリヤガスとともに導入されてよい。一実施例において、用いられる水素含有ガスは、シランSiHであり、用いられるタングステン含有ガスは、六フッ化タングステンWFである。約5秒間、シランは、約20sccmの速度で流され、六フッ化タングステンは、約40sccmの速度で流される。1つの実施形態において、SiHは、Hキャリヤガスとともに導入され、WHは、Arキャリヤガスとともに導入される。SiHとWFの混合物は、フォアライン35内に流された後、処理チャンバ12内に向けられるようにして、微粒子の汚染物質を生じる可能性のある圧力スパイクを回避する。詳細に言えば、SiHおよびWFの流れは、フォアライン35において安定化され、その後に、SiHおよびWFの混合物が、処理チャンバ12内に導入される。 Referring to FIGS. 3 and 11, at step 312, a hydrogen-containing gas is flowed into the foreline 35, and at step 314, a tungsten-containing gas is flowed into the foreline 35. The rate at which the gas is flowed into the foreline 35 is such that the mixture of hydrogen-containing gas and tungsten-containing gas is purified so that the ratio of tungsten-containing gas to hydrogen-containing gas is in the range of 1: 1 to 5: 1. Adjusted. The hydrogen-containing gas may be introduced with a carrier gas such as hydrogen gas (H 2 ), argon, nitrogen gas (N 2 ), helium, other suitable gases, and combinations thereof. The tungsten-containing gas may be introduced with a carrier gas such as argon gas, nitrogen gas (N 2 ), helium, other suitable gases, and combinations thereof. In one example, the hydrogen-containing gas used is silane SiH 4 and the tungsten-containing gas used is tungsten hexafluoride WF 6 . For about 5 seconds, silane is flowed at a rate of about 20 sccm and tungsten hexafluoride is flowed at a rate of about 40 sccm. In one embodiment, SiH 4 is introduced with an H 2 carrier gas and WH 6 is introduced with an Ar carrier gas. The mixture of SiH 4 and WF 6 is flowed into the foreline 35 and then directed into the processing chamber 12 to avoid pressure spikes that can cause particulate contaminants. Specifically, the flow of SiH 4 and WF 6 is stabilized in the foreline 35, after which a mixture of SiH 4 and WF 6 is introduced into the processing chamber 12.

[0041]図1および図11を再度参照すると、ステップ316において、SiHおよびWFの混合物が、基板16とタングステンを核形成するために、処理チャンバ12内に流され、またはパルス放出される。核形成またはパルスは、層160の核形成を開始するのに十分な時間実行される。核形成時間またはパルス時間は、典型的に、約0.1〜約10秒の範囲のものであり、典型的に、約1.5秒である。ステップ318において、tCBLが核形成を実質的に妨げるレベルに到達する前に、SiHおよびWFの混合物を処理チャンバ12内にパルスとして導入することが停止される。ステップ320において、SiHおよびWFの混合物は、SiHとWFの核形成の反応のガス状副生成物とともに、処理チャンバ12から除去される。これらのガスの除去は、チャンバ圧力を低減することによって、チャンバ圧力を維持しながらパージガスを導入することによって、または、チャンバ圧力を低減することとパージガスを導入することとを両方行うことによって達成されてよい。典型的に、除去ステップは、3〜12秒続く。例示的なパージガスは、Ar、N、またはHeなどの任意の不活性ガスであってよい。本発明の方法の1つの実施形態は、チャンバ圧力を約1〜3Torrの範囲になるように低減することによって、SiHおよびWFの混合物とともに、SiHとWFの核形成の反応のガス状副生成物を除去することを含む。本発明の方法の別の実施形態は、チャンバ圧力を維持しながら、SiHおよびWFの混合物とともにガス状副生成物を除去することを含む。チャンバ圧力が維持されれば、ステップ322によって所望の厚みの核形成層が堆積されていなければ、ステップ310を繰り返す必要はない。更に、他の実施形態において、用いられる水素含有ガスは、ジボランBである。 [0041] Referring again to FIGS. 1 and 11, in step 316, a mixture of SiH 4 and WF 6 is flowed or pulsed into the processing chamber 12 to nucleate the substrate 16 and tungsten. . Nucleation or pulsing is performed for a time sufficient to initiate nucleation of layer 160. The nucleation time or pulse time is typically in the range of about 0.1 to about 10 seconds, and is typically about 1.5 seconds. In step 318, the introduction of the SiH 4 and WF 6 mixture as a pulse into the processing chamber 12 is stopped before the t CBL reaches a level that substantially prevents nucleation. In step 320, a mixture of SiH 4 and WF 6, together with the gaseous by-products of the reaction of nucleation of SiH 4 and WF 6, is removed from the process chamber 12. Removal of these gases is accomplished by reducing the chamber pressure, introducing purge gas while maintaining chamber pressure, or by both reducing the chamber pressure and introducing purge gas. It's okay. Typically, the removal step lasts 3-12 seconds. Exemplary purge gas, Ar, may be any inert gas such as N 2, or the He,. One embodiment of the method of the present invention provides a gas for the nucleation reaction of SiH 4 and WF 6 along with a mixture of SiH 4 and WF 6 by reducing the chamber pressure to be in the range of about 1-3 Torr. Removing the by-products. Another embodiment of the method of the present invention involves removing gaseous by-products with a mixture of SiH 4 and WF 6 while maintaining chamber pressure. If the chamber pressure is maintained, step 310 need not be repeated unless the desired thickness of nucleation layer has been deposited by step 322. In yet another embodiment, the hydrogen-containing gas used is diborane B 2 H 6 .

[0042]図1、図5、および図11を参照すると、ステップ322において、核形成層60が十分な厚みまたは所望の厚みのものであるかが決定される。この決定は、半導体業界において公知の任意のプロセスを用いて達成されてよい。例えば、核形成層の分光測定がなされてよい。この代わりとして、システム10の既知の流量および他の動作特徴および堆積プロセスを用いて、核形成層60の厚みが計算され、すなわち、モデリングされてよい。核形成層60の所望の厚みが達成されれば、プロセスは、ステップ324に進み、このステップにおいて、従来のCVD技術、PVD技術、または他の任意の技術を用いて、核形成層60に隣接した位置にタングステン層62を堆積するために、バルク堆積が生じる。バルク堆積は、核形成層の堆積と共通のチャンバにおいて、または、共通のメインフレームの別のチャンバで、CVD技術によって実行されることが好ましい。バルクタングステン層62の堆積後、プロセスは、ステップ326で終了する。共通のチャンバ、2つの異なるチャンバまたは共通のメインフレーム、または異なるメインフレームの2つの異なるチャンバにおいて核形成が生じてよいことを理解されたい。   [0042] Referring to FIGS. 1, 5, and 11, in step 322, it is determined whether the nucleation layer 60 is of sufficient or desired thickness. This determination may be accomplished using any process known in the semiconductor industry. For example, spectroscopic measurements of the nucleation layer may be made. As an alternative, the thickness of the nucleation layer 60 may be calculated, i.e. modeled, using known flow rates and other operational features and deposition processes of the system 10. If the desired thickness of the nucleation layer 60 is achieved, the process proceeds to step 324 where the nucleation layer 60 is adjacent to the nucleation layer 60 using conventional CVD techniques, PVD techniques, or any other technique. Bulk deposition occurs to deposit the tungsten layer 62 at the locations. Bulk deposition is preferably performed by CVD techniques in a common chamber with the nucleation layer deposition or in a separate chamber of the common mainframe. After deposition of the bulk tungsten layer 62, the process ends at step 326. It should be understood that nucleation may occur in a common chamber, two different chambers or a common main frame, or two different chambers of different main frames.

[0043]ステップ320において、核形成層が所望の厚みのものでないことが決定されれば、プロセスは、ステップ308に進み、核形成層60が所望の厚みを得るまで、ステップ308、310、312、314、316、318、320、および322を繰り返す。このようにして、基板16の核形成は、多数のステップを用いて、すなわち、パルス核形成技術を用いて達成される。核形成ガスは、数秒間、処理チャンバ12内にパルス放出され、処理チャンバ12を高速減圧することによって、または、パージガスを導入することによって迅速に除去される。このステップは、典型的に、約3〜12秒間続く。パルス核形成技術によって、表面の核形成中のガス放出から生じる濃度境界層の形成が低減されると考えられている。詳細に言えば、表面を核形成するために用いられる反応物の拡散流動によって、上述したガス放出が実質的に低減することがあると考えられている。このプロセスを用いることによって、濃度境界層の悪影響が低減することが分かった。このプロセスでは、濃度境界層は、濃度境界層の下地表面を核形成するために用いられる反応物の適切な拡散流動を維持しながら、可能な限り大きなサイズを形成するようにされる。その後、プロセスガス、反応副生成物、および濃度境界層を形成する材料のすべてが、処理チャンバ12を急速に減圧することによって、または、パージガスをそこに導入することによって、処理チャンバ12から除去される。このプロセスは、核形成層60が適切な厚みに達するまで繰り返される。タングステン核形成層を、従来技術を利用した場合の約30%のステップカバレッジと比較して、アスペクト比が約8:1以上の0.17μmプラグにわたってステップカバレッジが約60%以上になるように、図11に関連して記載した上記プロセスが使用されてよいことが分かっている。   [0043] If, in step 320, it is determined that the nucleation layer is not of the desired thickness, the process proceeds to step 308 and steps 308, 310, 312 until the nucleation layer 60 obtains the desired thickness. 314, 316, 318, 320, and 322 are repeated. In this way, nucleation of the substrate 16 is achieved using a number of steps, i.e. using pulse nucleation techniques. The nucleation gas is pulsed into the processing chamber 12 for a few seconds and is quickly removed by rapidly depressurizing the processing chamber 12 or by introducing a purge gas. This step typically lasts about 3-12 seconds. It is believed that pulse nucleation techniques reduce the formation of concentration boundary layers resulting from outgassing during surface nucleation. Specifically, it is believed that the aforementioned outgassing may be substantially reduced by the diffusive flow of reactants used to nucleate the surface. Using this process has been found to reduce the adverse effects of the concentration boundary layer. In this process, the concentration boundary layer is made to form as large a size as possible while maintaining an appropriate diffusive flow of reactants used to nucleate the underlying surface of the concentration boundary layer. Thereafter, all of the process gas, reaction byproducts, and materials forming the concentration boundary layer are removed from the process chamber 12 by rapidly depressurizing the process chamber 12 or by introducing a purge gas therein. The This process is repeated until the nucleation layer 60 reaches an appropriate thickness. The tungsten nucleation layer has a step coverage of about 60% or more over a 0.17 μm plug with an aspect ratio of about 8: 1 or more compared to about 30% step coverage using the prior art. It has been found that the above process described in connection with FIG. 11 may be used.

[0044]図11に示すプロセスにおいて、1つ以上のステップが同時に実行されてよい。例えば、1つの実施形態は、ステップ312、314、および320を同時に実行することを含む。水素含有ガス、タングステン含有ガス、および副生成物を処理チャンバから除去する間、水素含有ガスおよびタングステン含有ガスは、処理チャンバのフォアラインに流される。   [0044] In the process shown in FIG. 11, one or more steps may be performed simultaneously. For example, one embodiment includes performing steps 312, 314, and 320 simultaneously. While removing the hydrogen-containing gas, tungsten-containing gas, and by-products from the processing chamber, the hydrogen-containing gas and tungsten-containing gas are flowed to the foreline of the processing chamber.

[0045]図7を参照すると、ステップカバレッジを高めるためにタングステン層を形成するための別のプロセスが示されている。1つの実施形態は、核形成の初期ステージと核形成の後期ステージとの間で、水素含有ガスとタングステン含有ガスとの比率を変えることを含む。例えば、1つの実施形態は、シラン(SiH)と六フッ化タングステン(WF)の比率を変えることを含む。別の実施形態は、ジボラン(B)と六フッ化タングステンの比率を変えることを含む。 [0045] Referring to FIG. 7, another process for forming a tungsten layer to increase step coverage is shown. One embodiment includes changing the ratio of hydrogen-containing gas to tungsten-containing gas between an early stage of nucleation and a later stage of nucleation. For example, one embodiment includes changing the ratio of silane (SiH 4 ) and tungsten hexafluoride (WF 6 ). Another embodiment includes changing the ratio of diborane (B 2 H 6 ) to tungsten hexafluoride.

[0046]初期サイクルが、後のサイクルより多量の水素含有ガスを含むパルスからなることで、WFなどのタングステン含有ガスによって下方の層が侵食されないようになると考えられている。また、後のサイクルが、初期サイクルより多量のタングステン含有ガスを含むパルスからなることで、形成された膜のステップカバレッジが高まると考えられている。 [0046] Initial cycle, that consists of cycles after the pulse containing a large amount of hydrogen-containing gas, a layer of lower tungsten-containing gas, such as WF 6 is considered to be prevented from being eroded. Moreover, it is thought that the step coverage of the formed film | membrane increases because a later cycle consists of a pulse containing a larger amount of tungsten containing gas than an initial cycle.

[0047]そのために、図12に示すプロセスは、図11に示すように、ステップ300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、および326のそれぞれと同一のステップ400、402、404、406、408、410、412、414、416、418、420、422、424、および426を含む。追加のステップ411aおよび411bは、タングステン含有ガスと水素含有ガスの比率を変えた場合のプロセスを考慮して、図12に示すプロセスに含まれる。   [0047] To that end, the process shown in FIG. 12 includes steps 300, 302, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322, 324, and 326 as shown in FIG. Each includes the same steps 400, 402, 404, 406, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 424, and 426. Additional steps 411a and 411b are included in the process shown in FIG. 12 in view of the process when changing the ratio of tungsten-containing gas to hydrogen-containing gas.

[0048]図1および図12の両方を参照すると、ステップ411aは、ステップ410の後に実行される。ステップ411aにおいて、プロセッサ42は、タングステン含有ガスと水素含有ガスの比率が変化したかを決定する。比率が変化していなければ、ステップ412において、水素含有ガスの流れが再開される。比率が変化していれば、ステップ411bが実行され、水素含有ガスとタングステン含有ガスの両方の新しい流量が設定される。その後、ステップ412が実行され、図11に関して上述したように、残りのステップが実行されてよい。   [0048] Referring to both FIG. 1 and FIG. 12, step 411a is performed after step 410. In step 411a, the processor 42 determines whether the ratio of the tungsten-containing gas to the hydrogen-containing gas has changed. If the ratio has not changed, in step 412 the flow of hydrogen-containing gas is resumed. If the ratio has changed, step 411b is executed and new flow rates for both the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas are set. Thereafter, step 412 is performed and the remaining steps may be performed as described above with respect to FIG.

[0049]1つの実施形態において、ステップ416における水素含有ガスおよびタングステン含有ガスが、1つ以上の「サイクル」の間、水素含有ガスとタングステン含有ガスの第1の比率でチャバ内に流された後、第1の比率より小さい水素含有ガスとタングステン含有ガスの第2の比率で、1つ以上のサイクルの間、第2の比率で流される。例えば、水素含有ガスとタングステン含有ガスの第1の比率は、約1:1であってよく、第2の比率は、約1:4であってよい。   [0049] In one embodiment, the hydrogen-containing gas and tungsten-containing gas in step 416 were flowed into the chaba at a first ratio of hydrogen-containing gas and tungsten-containing gas during one or more "cycles". Thereafter, a second ratio of hydrogen-containing gas and tungsten-containing gas less than the first ratio is flowed at the second ratio for one or more cycles. For example, the first ratio of hydrogen-containing gas and tungsten-containing gas may be about 1: 1 and the second ratio may be about 1: 4.

[0050]図13は、タングステン層を形成するための別の代替プロセスを示す。図13に示すプロセスは、図11に示すステップ300、302、304、306、308、310、312、314、316、318、320、322、324、および326のそれぞれと同一のステップ500、502、504、506、508、510、512、514、516、518、520、522、524、および526を含む。追加のステップ511aおよび511bは、水素含有前駆物質が、第1の水素含有ガスから別の水素含有ガスへ変化するプロセスを考慮して、図13示すプロセスに含まれる。使用されてよい水素含有ガスは、水素分子H、シランSiH、およびジボランBを含むが、これらの限定されるものではない。 [0050] FIG. 13 illustrates another alternative process for forming a tungsten layer. The process shown in FIG. 13 is identical to steps 300, 502, 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318, 320, 322, 324, and 326 shown in FIG. 504, 506, 508, 510, 512, 514, 516, 518, 520, 522, 524, and 526. Additional steps 511a and 511b are included in the process shown in FIG. 13 in view of the process by which the hydrogen-containing precursor changes from a first hydrogen-containing gas to another hydrogen-containing gas. Or hydrogen-containing gas is used, hydrogen molecules H 2, silane SiH 4, and including diborane B 2 H 6, not intended to be those limited.

[0051]例えば、初期核形成中にSiHを使用すると、成育時間が短縮され、核形成を完了するのに必要な時間が短縮されることがある。しかしながら、水素分子Hが、SiHより良好なステップカバレッジを与えることがある。その結果、水素含有前駆物質としてSiHで核形成を開始し、水素分子Hで核形成を完了することが有益なことがある。 [0051] For example, the use of SiH 4 during initial nucleation may reduce the growth time and the time required to complete nucleation. However, the hydrogen molecule H 2 may provide better step coverage than SiH 4 . As a result, it may be beneficial to initiate nucleation with SiH 4 as a hydrogen-containing precursor and complete nucleation with hydrogen molecules H 2 .

[0052]別の実施例において、初期核形成中にBを使用すると、SiHより高い反応性により、核形成を完了するのに必要な時間が短縮されることがある。その後、核形成の後期ステージ中、核形成を完了するために、SiHおよび/またはHが使用されてよい。 [0052] In another example, the use of B 2 H 6 during initial nucleation may reduce the time required to complete nucleation due to higher reactivity than SiH 4 . Thereafter, SiH 4 and / or H 2 may be used to complete nucleation during the later stages of nucleation.

[0053]図1および図13の両方を参照すると、ステップ511aが、ステップ510の後に実行される。ステップ511aにおいて、プロセッサ42は、前期核形成プロセス中に用いられるものと同じ水素含有ガスが用いられるかを決定する。水素含有ガスのタイプが変化していなければ、ステップ512において、水素含有ガスの流れが再開される。水素含有ガスのタイプが変化していれば、ステップ511bが実行され、水素含有ガスの新しい供給が用いられる。その後、ステップ512が実行され、図11に関して上述したように、残りのステップが実行される。他の実施形態において、水素含有ガスが変化していれば、第1の水素含有ガスとタングステン含有ガスの比率が変化してよい。同様に、第1の水素含有ガスおよびタングステン含有ガスの比率が変化してよい。   [0053] Referring to both FIG. 1 and FIG. 13, step 511a is performed after step 510. In step 511a, the processor 42 determines whether the same hydrogen-containing gas that is used during the pre-nucleation process is used. If the type of hydrogen-containing gas has not changed, in step 512, the flow of hydrogen-containing gas is resumed. If the type of hydrogen-containing gas has changed, step 511b is performed and a new supply of hydrogen-containing gas is used. Thereafter, step 512 is performed and the remaining steps are performed as described above with respect to FIG. In other embodiments, if the hydrogen-containing gas is changing, the ratio of the first hydrogen-containing gas to the tungsten-containing gas may change. Similarly, the ratio of the first hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas may vary.

[0054]上述したように、プロセッサ42は、本発明によるシステム10の動作を制御する。そのために、プロセッサ42は、シングルボードコンピュータ(SBC)、アナログ・ディジタル入出力ボード、インタフェースボード、およびステッパモータコントローラボードを含んでよい。メモリ46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、RAIDデバイス、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読取り専用メモリ(ROM)などを含む当業者に公知の任意のタイプのものであってよい。CVDシステム10のさまざまな部品は、ボード、カードケージ、およびコネクタの寸法とタイプを規定したVersa Modular European(VME)標準に準拠したものである。VME標準は、16ビットデータバスと24ビットアドレスバスを有するバス構造を規定する。   [0054] As described above, the processor 42 controls the operation of the system 10 according to the present invention. To that end, the processor 42 may include a single board computer (SBC), an analog / digital input / output board, an interface board, and a stepper motor controller board. The memory 46 may be of any type known to those skilled in the art including hard disk drives, floppy disk drives, RAID devices, random access memory (RAM), read only memory (ROM), and the like. The various components of the CVD system 10 are compliant with the Versa Modular European (VME) standard that defines board, card cage, and connector dimensions and types. The VME standard defines a bus structure having a 16-bit data bus and a 24-bit address bus.

[0055]コンピュータプログラムは、任意の従来のコンピュータ読取り可能プログラミング言語、例えば、68000アセンブリ言語、C、C++、Pascal、Fortranなどで書かれたものであってよい。従来のテキストエディタを用いて、単一のファイルまたは複数のファイルに、適切なプログラミング言語が入力され、メモリ46などのコンピュータ使用可能媒体に格納または埋め込まれる。入力された言語が高水準であれば、コンパイルされ、その結果得られたコンパイラコードは、プレコンパイルされたWindows(登録商標)ライブラリルーチンのオブジェクトコードにリンクされる。リンクされコンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムユーザが、オブジェクトコードを呼び出し、プロセッサ42にメモリ46にコードをロードさせる。その後、プロセッサ42は、コードを読み取り実行して、そこに特定されたタスクを実行する。   [0055] The computer program may be written in any conventional computer readable programming language, for example, 68000 assembly language, C, C ++, Pascal, Fortran, etc. Using a conventional text editor, the appropriate programming language is entered into a single file or multiple files and stored or embedded in a computer usable medium such as memory 46. If the input language is at a high level, it is compiled and the resulting compiler code is linked to the precompiled Windows library routine object code. To execute the linked and compiled object code, the system user calls the object code and causes the processor 42 to load the code into the memory 46. Thereafter, the processor 42 reads and executes the code and performs the tasks identified therein.

[0056]ユーザとプロセッサ42との間のインタフェースは、図14に示すCRTモニタ45およびライトペン47を介する。図示した実施形態は、2つのモニタ45を含み、1つは、オペレータ用にクリーンルームの壁に取り付けられ、もう1つは、保守技術者用に壁の後方に置かれる。モニタ45は、1つのライトペン47のみが作動可能な状態で、同じ上方を同時に表示するものであってよい。ライトペン47の先端にある光センサが、モニタ45に関連付けされたCRTディスプレイスクリーンにより放出される光を検出する。特定のスクリーンまたは機能を選択するために、オペレータは、ディスプレイスクリーンの指定領域に触れ、ペン47のボタンを押す。触れた領域が強調表示された色に変わるか、新しいメニューまたはスクリーンが表示されて、ライトペンとディスプレイスクリーン間の通信を確認する。ユーザがコントローラ42と通信できるように、ライトペン47の代わりに、またはそれに追加して、キーボード、マウス、または他のポインティングまたは通信デバイスなどの他のデバイスが使用されてよい。   [0056] The interface between the user and the processor 42 is via the CRT monitor 45 and the light pen 47 shown in FIG. The illustrated embodiment includes two monitors 45, one attached to the clean room wall for the operator and the other placed behind the wall for the service technician. The monitor 45 may display the same upper portion at the same time with only one light pen 47 operable. A light sensor at the tip of the light pen 47 detects the light emitted by the CRT display screen associated with the monitor 45. To select a particular screen or function, the operator touches a designated area of the display screen and presses the button on the pen 47. The touched area changes to the highlighted color or a new menu or screen is displayed confirming communication between the light pen and the display screen. Other devices such as a keyboard, mouse, or other pointing or communication device may be used in place of or in addition to the light pen 47 so that the user can communicate with the controller 42.

[0057]図1、図14、および図15を参照すると、メモリ46に格納されるコンピュータプログラム70の階層制御構造の例示的なブロック図が示されている。ライトペンインタフェースを用いて、ユーザが、CRTモニタ上に表示されたメニューまたはスクリーンに応答して、プロセスセット番号および処理チャンバ番号をプロセスセレクタサブルーチン73に入力する。プロセスセットは、特定のプロセスを実行するのに必要なプロセスパラメータの所定のセットであり、所定のセット番号によって識別される。プロセスセレクタサブルーチン73は、(i)所望の処理チャンバ、および(ii)所望のプロセスを実行するための処理チャンバを動作するのに必要なプロセスパラメータの所望のセットを特定する。特定のプロセスを実行するためのプロセスパラメータは、プロセス条件、例えば、プロセスガスの組成および流量、温度、圧力、RF出力レベルおよび低周波数RF周波数などのプラズマ条件、冷却ガス圧力、およびチャンバ壁圧力に関する。これらのパラメータは、レシピの形式でユーザに与えられ、ライトペン/モニタ45および47のインタフェースを利用して入力される。   [0057] Referring to FIGS. 1, 14, and 15, an exemplary block diagram of a hierarchical control structure of a computer program 70 stored in the memory 46 is shown. Using the light pen interface, the user enters the process set number and processing chamber number into the process selector subroutine 73 in response to a menu or screen displayed on the CRT monitor. A process set is a predetermined set of process parameters required to execute a particular process and is identified by a predetermined set number. The process selector subroutine 73 identifies (i) the desired processing chamber, and (ii) the desired set of process parameters required to operate the processing chamber for performing the desired process. Process parameters for performing a particular process relate to process conditions, eg, plasma conditions such as process gas composition and flow, temperature, pressure, RF power level and low frequency RF frequency, cooling gas pressure, and chamber wall pressure. . These parameters are given to the user in the form of a recipe and are entered using the interfaces of the light pen / monitors 45 and 47.

[0058]プロセスをモニタするための信号は、システムコントローラのアナログ・ディジタル入力ボードによって与えられ、プロセスを制御するための信号は、CVDシステム10のアナログ・ディジタル出力ボード上を伝播する。プロセスシーケンスサブルーチン75が、特定された処理チャンバおよびプロセスパラメータのセットをプロセスセレクタサブルーチン73から受け取り、さまざまな処理チャンバの動作を制御するためのプログラムコードを含む。複数のユーザが、プロセスセット番号および処理チャンバ番号を入力でき、または、1人のユーザが、複数のプロセスセット番号および処理チャンバ番号を入力できるため、シーケンササブルーチン75は、所望のシーケンスで選択されたプロセスをスケジュール設定するように動作する。シーケンササブルーチン75は、(i)チャンバが使用中であるかを決定するために、処理チャンバの動作をモニタするステップと、(ii)使用中のチャンバでどのプロセスが実行中かを決定するステップと、(iii)処理チャンバの利用可能性および実行されるプロセスのタイプに基づいて、所望のプロセスを実行するステップと、を実行するためのプログラムコードを含む。ポーリングなど、処理チャンバをモニタする従来の方法を使用することができる。実行されるプロセスをスケジュール決定するとき、シーケンササブルーチン75は、処理チャンバの現在の状況とともに、他の関連する要因を考慮に入れる。   [0058] The signal for monitoring the process is provided by the analog / digital input board of the system controller, and the signal for controlling the process propagates on the analog / digital output board of the CVD system 10. A process sequence subroutine 75 receives the specified processing chamber and set of process parameters from the process selector subroutine 73 and includes program code for controlling the operation of the various processing chambers. Since multiple users can enter process set numbers and process chamber numbers, or a single user can enter multiple process set numbers and process chamber numbers, the sequencer subroutine 75 is selected in the desired sequence. Operates to schedule processes. The sequencer subroutine 75 includes (i) monitoring the operation of the processing chamber to determine if the chamber is in use; and (ii) determining which process is running in the in-use chamber; , (Iii) performing a desired process based on the availability of the processing chamber and the type of process to be performed, including program code for performing. Conventional methods of monitoring the processing chamber, such as polling, can be used. When scheduling the process to be performed, the sequencer subroutine 75 takes into account other relevant factors as well as the current status of the processing chamber.

[0059]シーケンササブルーチン75が、次に実行する予定の処理チャンバおよびプロセスセットの組み合わせを決定すると、シーケンササブルーチン75は、特定のプロセスセットパラメータをチャンバマネジャサブルーチン77a〜cに渡すことによって、プロセスセットの実行を始動し、チャンバマネジャサブルーチン77a〜cは、シーケンササブルーチン75によって決定されたプロセスセットに従って、処理チャンバ12における複数の処理タスクを制御する。例えば、チャンバマネジャサブルーチン77aは、処理チャンバ12におけるスパッタリングおよびCVDプロセス動作を制御するためのプログラムコードを含む。また、チャンバマネジャサブルーチン77は、選択されたプロセスセットを実行するのに必要なチャンバコンポーネントの動作を制御するさまざまなチャンバコンポーネントサブルーチンの実行を制御する。チャンバコンポーネントサブルーチンの例は、いくつかの実施形態において、基板位置決めサブルーチン80、プロセスガス制御サブルーチン83、圧力制御サブルーチン85、ヒータ制御サブルーチン87、およびプラズマ制御サブルーチン90である。   [0059] When the sequencer subroutine 75 determines the next processing chamber and process set combination to be executed, the sequencer subroutine 75 passes the specific process set parameters to the chamber manager subroutines 77a-c, thereby determining the process set. Initiating execution, the chamber manager subroutines 77 a-c control a plurality of processing tasks in the processing chamber 12 in accordance with the process set determined by the sequencer subroutine 75. For example, the chamber manager subroutine 77a includes program code for controlling sputtering and CVD process operations in the processing chamber 12. The chamber manager subroutine 77 also controls the execution of various chamber component subroutines that control the operation of the chamber components necessary to execute the selected process set. Examples of chamber component subroutines are substrate positioning subroutine 80, process gas control subroutine 83, pressure control subroutine 85, heater control subroutine 87, and plasma control subroutine 90 in some embodiments.

[0060]動作中、チャンバマネジャサブルーチン77aは、実行中の特定のプロセスセットに応じて、プロセスコンポーネントサブルーチンを選択的にスケジュール決定し、または呼び出す。チャンバマネジャサブルーチン77aは、シーケンササブルーチン75が、次に実行される処理チャンバ12およびプロセスセットをスケジュール決定する方法と同様の方法で、プロセスコンポーネントサブルーチンをスケジュール決定する。典型的に、チャンバマネジャサブルーチン77aは、さまざまなチャンバコンポーネントをモニタするステップと、実行されるプロセスセットのプロセスパラメータに基づいて、どのコンポーネントを動作する必要があるかを決定するステップと、モニタステップおよび決定ステップに応答して、チャンバコンポーネントサブルーチンを実行させるステップとを含む。   [0060] In operation, the chamber manager subroutine 77a selectively schedules or invokes process component subroutines depending on the particular process set being executed. Chamber manager subroutine 77a schedules process component subroutines in a manner similar to how sequencer subroutine 75 schedules the next processing chamber 12 and process set to be executed. Typically, the chamber manager subroutine 77a includes the steps of monitoring various chamber components, determining which components need to be operated based on the process parameters of the process set being executed, In response to the determining step, executing a chamber component subroutine.

[0061]図1および図15の両方を参照すると、基板位置決めサブルーチン80は、基板をサセプタ18に装填するために使用されるチャンバコンポーネントを制御するためのプログラムコードを含む。任意に、基板位置決めサブルーチン80は、処理チャンバ12内で基板16を位置決めすることによって、基板16とガス分配マニホールド14との間の距離を制御してよい。処理チャンバ12内に基板16が装填されると、基板を受け取るために、サセプタ18が降下された後、サセプタ18は、処理チャンバ12の所望の高さまで上昇される。このようにして、基板16は、堆積プロセス中、ガス分配マニホールド14から第1の距離または間隔に維持される。基板位置決めサブルーチン80は、チャンバマネジャサブルーチン77aから転送される支持体の高さに関連したプロセスセットパラメータに応答して、サセプタ18の移動を制御する。   [0061] Referring to both FIGS. 1 and 15, the substrate positioning subroutine 80 includes program code for controlling the chamber components used to load the substrate into the susceptor 18. Optionally, the substrate positioning subroutine 80 may control the distance between the substrate 16 and the gas distribution manifold 14 by positioning the substrate 16 within the processing chamber 12. Once the substrate 16 is loaded into the processing chamber 12, the susceptor 18 is raised to the desired height of the processing chamber 12 after the susceptor 18 is lowered to receive the substrate. In this way, the substrate 16 is maintained at a first distance or distance from the gas distribution manifold 14 during the deposition process. The substrate positioning subroutine 80 controls the movement of the susceptor 18 in response to process set parameters related to the support height transferred from the chamber manager subroutine 77a.

[0062]プロセスガス制御サブルーチン83は、プロセスガスの組成および流量を制御するためのプログラムコードを有する。プロセスガス制御サブルーチン83は、安全遮断弁の開閉位置を制御し、また、所望のガス流量を獲得するように質量流量コントローラを増加/減少させる。プロセスガス制御サブルーチン83は、すべてのチャンバコンポーネントサブルーチンと同様に、チャンバマネジャサブルーチン77aによって呼び出され、チャンバマネジャサブルーチン77aから所望のガス流量に関連するプロセスパラメータを受け取る。典型的に、プロセスガス制御サブルーチン83は、ガス供給ラインを開くことによって、および(i)必要な質量流量コントローラを読み取ることと、(ii)その読取値をチャンバマネジャサブルーチン77aから受け取った所望の流量と比較することと、および(iii)必要に応じて、ガス供給ラインの流量を調節することとを繰り返すことによって動作する。更に、プロセスガス制御サブルーチン83は、安全でない流量に備えてガス流量をモニタするためのステップと、安全でない状況が検出されると、安全遮断弁を作動するためのステップとを含む。   [0062] Process gas control subroutine 83 has program code for controlling process gas composition and flow rates. The process gas control subroutine 83 controls the open / close position of the safety shut-off valve and increases / decreases the mass flow controller to obtain a desired gas flow rate. The process gas control subroutine 83, like all chamber component subroutines, is invoked by the chamber manager subroutine 77a and receives process parameters associated with the desired gas flow rate from the chamber manager subroutine 77a. Typically, the process gas control subroutine 83 opens the gas supply line and (i) reads the required mass flow controller and (ii) the desired flow rate received from the chamber manager subroutine 77a. And (iii) adjusting the flow rate of the gas supply line as necessary. In addition, the process gas control subroutine 83 includes steps for monitoring the gas flow in preparation for unsafe flow and for operating a safety shut-off valve when an unsafe condition is detected.

[0063]いくつかのプロセスにおいて、ヘリウムHeやアルゴンArなどの不活性ガスが処理チャンバ12内に流されて、反応性プロセスガスが導入される前にチャンバ圧力を安定化させる。これらのプロセスに対して、プロセスガス制御サブルーチン83が、チャンバの圧力を安定化させるのに必要な時間、処理チャンバ12内に不活性ガスを流すためのステップを含むようにプログラミングされる。その後、上述したステップが実行される。   [0063] In some processes, an inert gas, such as helium He or argon Ar, is flowed into the processing chamber 12 to stabilize the chamber pressure before the reactive process gas is introduced. For these processes, the process gas control subroutine 83 is programmed to include a step for flowing an inert gas through the processing chamber 12 for the time required to stabilize the chamber pressure. Thereafter, the steps described above are executed.

[0064]圧力制御サブルーチン85は、処理チャンバ12の排気システム(図示せず)にある絞り弁(図示せず)の開口サイズを調整することによって、チャンバ圧力を制御するためのプログラムコードを含む。絞り弁(図示せず)の開口サイズは、全プロセスガス流量、処理チャンバのサイズ、および排気システムのポンプ設定値圧力に関して、所望のレベルにチャンバ圧力を制御するように設定される。圧力制御サブルーチン85が呼び出されると、ターゲットレベルは、チャンバマネジャサブルーチン77aからパラメータとして受け取られる。圧力制御サブルーチン85は、チャンバに接続された1つ以上の従来の圧力マノメータを読み取ることによって、チャンバ圧力を測定するように動作して、測定値とターゲット圧力を比較し、ターゲット圧力に対応する格納された圧力テーブルからPID(比例、積分、および微分)値を獲得し、それに応じて、絞り弁を調節する。この代わりとして、圧力制御サブルーチン85は、チャンバ圧力を調整するために、絞り弁(図示せず)を調節してよい。   [0064] The pressure control subroutine 85 includes program code for controlling chamber pressure by adjusting the opening size of a throttle valve (not shown) in the exhaust system (not shown) of the processing chamber 12. The opening size of the throttle valve (not shown) is set to control the chamber pressure to a desired level with respect to the total process gas flow rate, the size of the processing chamber, and the pump set point pressure of the exhaust system. When the pressure control subroutine 85 is called, the target level is received as a parameter from the chamber manager subroutine 77a. The pressure control subroutine 85 operates to measure the chamber pressure by reading one or more conventional pressure manometers connected to the chamber, compares the measured value with the target pressure, and stores the corresponding pressure. The PID (proportional, integral and derivative) values are obtained from the pressure table and the throttle valve is adjusted accordingly. Alternatively, the pressure control subroutine 85 may adjust a throttle valve (not shown) to adjust the chamber pressure.

[0065]ヒータ制御サブルーチン87は、基板16を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのプログラムコードを含む。また、ヒータ制御サブルーチン87もチャンバマネジャサブルーチン77aによって呼び出され、ターゲットまたは設定点の温度パラメータを受け取る。ヒータ制御サブルーチン87は、ペデスタル18に位置する熱電対の電圧出力を測定することによって温度を測定する。また、ヒータ制御サブルーチン87は、測定された温度を設定点温度と比較し、設定点温度を得るために、加熱ユニットに適用される電流を増大または低減する。温度は、格納された変換テーブルの対応する温度を調べることによって、または、四次多項式を用いて温度を計算することによって、測定された電圧から得られる。埋め込みループがサセプタ18を加熱するために使用すれば、ヒータ制御サブルーチン87は、ループに適用される電流の増/減を次第に制御する。更に、組み込みフェイルセーフモードが、プロセス安全適合性を検出するために含まれてよく、処理チャンバ12が適切に設定されなければ、加熱ユニットの動作を遮断してよい。   [0065] The heater control subroutine 87 includes program code for controlling the current to the heating unit used to heat the substrate 16. The heater control subroutine 87 is also called by the chamber manager subroutine 77a to receive target or set point temperature parameters. The heater control subroutine 87 measures temperature by measuring the voltage output of a thermocouple located at the pedestal 18. The heater control subroutine 87 also compares the measured temperature with the set point temperature and increases or decreases the current applied to the heating unit to obtain the set point temperature. The temperature is obtained from the measured voltage by looking up the corresponding temperature in the stored conversion table or by calculating the temperature using a fourth order polynomial. If the embedded loop is used to heat the susceptor 18, the heater control subroutine 87 gradually controls the increase / decrease of the current applied to the loop. In addition, a built-in failsafe mode may be included to detect process safety compatibility and may interrupt the operation of the heating unit if the processing chamber 12 is not properly set.

[0066]いくつかの実施形態において、処理チャンバ12には、チャンバの洗浄用または他の動作用に使用されるRF電源48が装備されている。チャンバ洗浄プラズマプロセスが用いられれば、プラズマ制御サブルーチン90は、チャンバ12においてプロセス電極に適用される周波数RF出力レベルを設定するためのプログラムコードを含む。前述したチャンバコンポーネントサブルーチンと同様に、プラズマ制御サブルーチン90は、チャンバマネジャサブルーチン77aによって呼び出される。   [0066] In some embodiments, the processing chamber 12 is equipped with an RF power source 48 that is used for chamber cleaning or other operations. If a chamber clean plasma process is used, the plasma control subroutine 90 includes program code for setting the frequency RF power level applied to the process electrodes in the chamber 12. Similar to the chamber component subroutine described above, the plasma control subroutine 90 is called by the chamber manager subroutine 77a.

[0067]上述したプロセスパラメータは、上記に列挙したプロセスガスと同様に例示的なものである。必要に応じて、処理条件を変えてよいことを理解されたい。例えば、本発明は、TiNの層に隣接してタングステン層を堆積するように記載した。しかしながら、このプロセスは、チタンTiの層に隣接して、または、ウェハ表面上に直接、タングステン層を堆積する場合も同様に効果がある。また、このプロセスを用いて、別の他の層の金属層が核形成されてもよい。したがって、本発明の範囲は、上記記載を参照して決定されるものではなく、添付の特許請求の範囲を参照しながら、同等のものの全範囲とともに決定されるべきものである。   [0067] The process parameters described above are exemplary as well as the process gases listed above. It should be understood that the processing conditions may be varied as needed. For example, the present invention has been described as depositing a tungsten layer adjacent to a layer of TiN. However, this process is equally effective when depositing a tungsten layer adjacent to the titanium Ti layer or directly on the wafer surface. This process may also be used to nucleate another other metal layer. The scope of the invention should, therefore, be determined not with reference to the above description, but instead should be determined with reference to the appended claims along with their full scope of equivalents.

[0068]以上、本発明の実施形態について記載してきたが、本発明の他の更なる実施形態が、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考え出されてよく、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定される。   [0068] While embodiments of the invention have been described above, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof. , Determined by the claims.

本発明の1つの実施形態による単純化した化学気相成長(CVD)システムの1つの実施形態の縦断面図である。1 is a longitudinal cross-sectional view of one embodiment of a simplified chemical vapor deposition (CVD) system according to one embodiment of the present invention. 図1の処理チャンバにおいて使用され、処理チャンバに配置された基板を固定するための抵抗加熱サセプタの1つの実施形態の縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of one embodiment of a resistance heating susceptor used in the processing chamber of FIG. 1 for securing a substrate disposed in the processing chamber. 図1の上方に示すCVDシステムに供給されるガスの接続を示す簡易平面図である。It is a simplified top view which shows the connection of the gas supplied to the CVD system shown to the upper part of FIG. 耐熱金属層と基板の核形成前の図1の上方に示す基板の詳細な断面図である。FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of the substrate shown above FIG. 1 before the nucleation of the refractory metal layer and the substrate. 本発明の1つの実施形態による、耐熱金属層の核形成およびバルク堆積後の図4の情報に示す基板の詳細な断面図である。FIG. 5 is a detailed cross-sectional view of the substrate shown in the information of FIG. 4 after nucleation and bulk deposition of a refractory metal layer, according to one embodiment of the present invention. 従来技術の核形成技術による核形成の悪影響を示す基板の詳細な断面図である。FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of a substrate showing the adverse effects of nucleation by prior art nucleation techniques. 耐熱金属層と基板の核形成中の濃度境界層の生成を示す図1の上方に示す基板の詳細な断面図である。2 is a detailed cross-sectional view of the substrate shown above FIG. 1 showing the generation of a concentration boundary layer during nucleation of the refractory metal layer and the substrate. 本発明による耐熱金属層と基板の核形成中の、図1に示す処理チャンバ内の副生成物濃度と時間との関係を示すグラフである。2 is a graph showing the relationship between the by-product concentration and time in the processing chamber shown in FIG. 本発明による、濃度境界層の厚みと、プロセスガスおよび副生成物を処理チャンバから除去するのに必要な時間との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the concentration boundary layer thickness and the time required to remove process gas and by-products from the processing chamber according to the present invention. 本発明による、基板上の耐熱金属核形成層の堆積速度と、プロセスガスおよび副生成物を処理チャンバから除去するのに必要な時間との関係を示すグラフである。4 is a graph illustrating the relationship between the deposition rate of a refractory metal nucleation layer on a substrate and the time required to remove process gases and by-products from the processing chamber according to the present invention. 本発明の1つの実施形態による、図5に示す耐熱金属層を堆積するためのプロセスを示すフローチャートである。6 is a flow chart illustrating a process for depositing the refractory metal layer shown in FIG. 5 according to one embodiment of the invention. 本発明の第1の代替実施形態による、図5に示す耐熱金属層を堆積するためのプロセスを示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a process for depositing the refractory metal layer shown in FIG. 5 according to a first alternative embodiment of the present invention. 本発明の第2の代替実施形態による、図5に示す耐熱金属層を堆積するためのプロセスを示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a process for depositing the refractory metal layer shown in FIG. 5 according to a second alternative embodiment of the present invention. マルチチャンバシステムにおいて、図1〜図3の上方に示すCVDシステムと関連して使用されるシステムモニタの簡易図である。FIG. 4 is a simplified diagram of a system monitor used in connection with the CVD system shown above FIGS. 1-3 in a multi-chamber system. 図1の上方に示すシステムを制御するために用いられるシステム制御ソフトウェアの階層型制御構造の例示的ブロック図を示す。FIG. 2 shows an exemplary block diagram of a hierarchical control structure of system control software used to control the system shown above FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…処理システム、12…処置チャンバ、14…ガス分配マニホールド、16…基板、17…弁、18…サセプタ、19…ガスライン、20…モータ、22…ピン、31,33…ガス供給源、31a〜31c,33a〜33c…供給ライン、35…フォアライン、39…溝、42…プロセッサ、44…制御ライン、46…メモリ、48…RF出力源、50…ウェハ、52…層、54,154,162b…ボイド、56…被覆領域、58…接着層、59…バリア層、60,160…核形成層、62…バルク堆積層、63…コンタクト、160c…濃度境界層(CBL) DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Processing system, 12 ... Treatment chamber, 14 ... Gas distribution manifold, 16 ... Substrate, 17 ... Valve, 18 ... Susceptor, 19 ... Gas line, 20 ... Motor, 22 ... Pin, 31, 33 ... Gas supply source, 31a ˜31c, 33a˜33c ... supply line, 35 ... fore line, 39 ... groove, 42 ... processor, 44 ... control line, 46 ... memory, 48 ... RF output source, 50 ... wafer, 52 ... layer, 54,154 162b ... Void, 56 ... Covering region, 58 ... Adhesive layer, 59 ... Barrier layer, 60, 160 ... Nucleation layer, 62 ... Bulk deposition layer, 63 ... Contact, 160c ... Concentration boundary layer (CBL)

Claims (20)

処理チャンバに配置された基板上に核形成層を形成するプロセスであって、
水素含有ガスおよびタングステン含有ガスを各々が有する1つ以上のパルスを、前記処理チャンバに導入するステップと、
前記パルス間に、前記処理チャンバから前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップと、
を含む、プロセス。
A process for forming a nucleation layer on a substrate disposed in a processing chamber, comprising:
Introducing one or more pulses, each having a hydrogen-containing gas and a tungsten-containing gas, into the processing chamber;
Removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber between the pulses;
Including the process.
前記処理チャンバから前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去する間、前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスをフォアラインに導入するステップを更に含む、請求項1に記載のプロセス。   The process of claim 1, further comprising introducing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas into a foreline while removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber. 前記処理チャンバから前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を低減することを含む、請求項1に記載のプロセス。   The process of claim 1, wherein removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber comprises reducing the pressure in the processing chamber. 前記処理チャンバから前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を維持しながら、前記処理チャンバにパージガスを導入することを含む、請求項1に記載のプロセス。   The process of claim 1, wherein removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber comprises introducing a purge gas into the processing chamber while maintaining a pressure in the processing chamber. 前記処理チャンバから前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を低減しながら、前記処理チャンバにパージガスを導入することを含む、請求項1に記載のプロセス。   The process of claim 1, wherein removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber comprises introducing a purge gas into the processing chamber while reducing the pressure in the processing chamber. 同一の処理チャンバまたは異なる処理チャンバで、核形成層上にバルク層を堆積するステップを更に含む、請求項1に記載のプロセス。   The process of claim 1, further comprising depositing a bulk layer on the nucleation layer in the same processing chamber or in different processing chambers. 処理チャンバに配置された基板上に核形成層を形成するプロセスであって、
水素含有ガスおよびタングステン含有ガスの第1の比率を各々が有する1つ以上のパルスの第1のセットを、前記処理チャンバに導入するステップと、
前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスの第2の比率を各々が有する1つ以上の第2のセットを、前記処理チャンバ内に導入するステップと、
前記第1のパルスセットの各々との間および前記第2のパルスセットの各々との間に、前記処理チャンバから前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップと、
を含む、プロセス。
A process for forming a nucleation layer on a substrate disposed in a processing chamber, comprising:
Introducing a first set of one or more pulses, each having a first ratio of a hydrogen-containing gas and a tungsten-containing gas, to the processing chamber;
Introducing one or more second sets, each having a second ratio of the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas, into the processing chamber;
Removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber between each of the first pulse sets and between each of the second pulse sets;
Including the process.
前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスの前記第2の比率が、前記第1の比率より小さい、請求項7に記載のプロセス。   The process of claim 7, wherein the second ratio of the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas is less than the first ratio. 前記処理チャンバから前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去する間、前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスをフォアラインに導入するステップを更に含む、請求項7に記載のプロセス。   The process of claim 7, further comprising introducing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas into a foreline while removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber. 前記処理チャンバから前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を低減することを含む、請求項7に記載のプロセス。   The process of claim 7, wherein removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber comprises reducing the pressure in the processing chamber. 前記処理チャンバから前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を維持しながら、前記処理チャンバにパージガスを導入することを含む、請求項7に記載のプロセス。   The process of claim 7, wherein removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber comprises introducing a purge gas into the processing chamber while maintaining a pressure in the processing chamber. 前記処理チャンバから前記水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を低減しながら、前記処理チャンバにパージガスを導入することを含む、請求項7に記載のプロセス。   The process of claim 7, wherein removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber comprises introducing a purge gas into the processing chamber while reducing the pressure in the processing chamber. 同一の処理チャンバまたは異なる処理チャンバにおいて、核形成層上にバルク層を堆積するステップを更に含む、請求項7に記載のプロセス。   8. The process of claim 7, further comprising depositing a bulk layer on the nucleation layer in the same processing chamber or in different processing chambers. 処理チャンバに配置された基板上に核形成層を形成するプロセスであって、
第1の水素含有ガスおよびタングステン含有ガスを各々が有する1つ以上のパルスの第1のセットを、前記処理チャンバに導入するステップと、
前記第1のパルスセットの各々の間に、前記処理チャンバから前記第1の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップと、
第2の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを各々が有する1つ以上のパルスの第2のセットを、前記処理チャンバに導入するステップと、
前記第2のパルスセットの各々の間に、前記処理チャンバから前記第2の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップと、
を含む、プロセス。
A process for forming a nucleation layer on a substrate disposed in a processing chamber, comprising:
Introducing a first set of one or more pulses, each having a first hydrogen-containing gas and a tungsten-containing gas, into the processing chamber;
Removing the first hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber during each of the first pulse sets;
Introducing a second set of one or more pulses each having a second hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas into the processing chamber;
Removing the second hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber during each of the second pulse sets;
Including the process.
前記第1の水素含有ガスがシランを含み、前記第2の水素含有ガスが水素ガスを含む、請求項14に記載のプロセス。   The process of claim 14, wherein the first hydrogen-containing gas comprises silane and the second hydrogen-containing gas comprises hydrogen gas. 前記第1のパルスセットの各々の間に、前記処理チャンバから前記第1の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去する間、前記第1の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスをフォアラインに導入するステップを更に含み、前記第2のパルスセットの各々の間に、前記処理チャンバから前記第2の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去する間、前記第2の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを前記フォアラインに導入するステップを更に含む、請求項14に記載のプロセス。   During each of the first pulse sets, introducing the first hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas into the foreline while removing the first hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber. And further comprising removing the second hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber during each of the second pulse sets while removing the second hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber. The process of claim 14, further comprising introducing a gas into the foreline. 前記処理チャンバから前記第1の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を低減することを含み、前記処理チャンバから前記第2の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を低減することを含む、請求項14に記載のプロセス。   The step of removing the first hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber includes reducing the pressure of the processing chamber, and the second hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber. The process of claim 14, wherein the step of removing comprises reducing the pressure in the processing chamber. 前記処理チャンバから前記第1の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を維持しながら、前記処理チャンバにパージガスを導入することを含み、前記処理チャンバから前記第2の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を維持しながら、前記処理チャンバに前記パージガスを導入することを含む、請求項14に記載のプロセス。   The step of removing the first hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber includes introducing a purge gas into the processing chamber while maintaining a pressure in the processing chamber, The process of claim 14, wherein removing the hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas comprises introducing the purge gas into the processing chamber while maintaining a pressure in the processing chamber. 前記処理チャンバから前記第1の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を低減しながら、前記処理チャンバにパージガスを導入することを含み、前記処理チャンバから前記第2の水素含有ガスおよび前記タングステン含有ガスを除去するステップは、前記処理チャンバの圧力を低減しながら、前記処理チャンバにパージガスを導入することを含む、請求項14に記載のプロセス。   The step of removing the first hydrogen-containing gas and the tungsten-containing gas from the processing chamber includes introducing a purge gas into the processing chamber while reducing the pressure in the processing chamber. The process of claim 14, wherein removing the two hydrogen-containing gases and the tungsten-containing gas comprises introducing a purge gas into the processing chamber while reducing the pressure in the processing chamber. 同一の処理チャンバまたは異なる処理チャンバにおいて、前記核形成層上にバルク層を堆積するステップを更に含む、請求項14に記載のプロセス。   15. The process of claim 14, further comprising depositing a bulk layer on the nucleation layer in the same processing chamber or different processing chambers.
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