JP2000103796A - Tantalum membrane-forming material, formation of tantalum membrane, and ulsi - Google Patents
Tantalum membrane-forming material, formation of tantalum membrane, and ulsiInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はTa系膜形成材料及
びTa系膜形成方法並びにULSIに関する。The present invention relates to a Ta-based film forming material, a Ta-based film forming method, and ULSI.
【0002】[0002]
【発明が解決しようとする課題】現在、半導体分野にお
ける進歩は著しく、LSIからULSIに移って来てい
る。そして、信号の処理速度を向上させる為、微細化が
進んでいる。特に、電気信号を伝達する為の導電部分
(配線)は、その細さが要求されている。しかし、配線
を細くすると、当然、電気抵抗は高くなる。そこで、よ
り低抵抗な配線材料が求められて来た。例えば、W配線
膜からAl配線膜に移って来た。そして、次世代では、
Cu配線膜が注目され出している。At present, progress in the field of semiconductors is remarkable, and LSIs are moving to ULSIs. In order to improve the signal processing speed, miniaturization is progressing. In particular, a conductive portion (wiring) for transmitting an electric signal is required to be thin. However, when the wiring is made thinner, the electric resistance naturally becomes higher. Therefore, a wiring material having a lower resistance has been demanded. For example, it has moved from a W wiring film to an Al wiring film. And in the next generation,
Attention has been paid to Cu wiring films.
【0003】しかし、Cuはシリコン基板中への拡散が
激しい。従って、そのままでは、配線膜とすることは困
難である。そこで、考えられた手段が、拡散防止膜(バ
リア膜)を基板上に設けておき、その上に銅膜を形成す
ることである。このバリア膜の材料として、窒化チタ
ン、窒化タングステン、窒化タンタル、タンタルが候補
に挙がっている。特に、窒化タンタルやタンタル等のT
a系膜は、バリア性が高く、期待されている。[0003] However, Cu diffuses strongly into a silicon substrate. Therefore, it is difficult to form a wiring film as it is. Therefore, a conceivable means is to provide a diffusion prevention film (barrier film) on a substrate and form a copper film thereon. Titanium nitride, tungsten nitride, tantalum nitride, and tantalum are candidates as materials for the barrier film. In particular, T such as tantalum nitride or tantalum
The a-based film has a high barrier property and is expected.
【0004】ところで、ULSIの微細化に伴って、銅
の配線幅を0.18μm以下とすることが要求されてい
る。この為、バリア膜としてのTa系膜は薄いことが要
求され、そしてケミカルベーパーデポジション(CV
D)によるTa系膜の形成が必要になって来た。しか
し、CVDによるTa系膜形成の報告例は、これまで数
例に過ぎず、しかも、いずれも満足できる結果は得られ
ていない。By the way, with the miniaturization of ULSI, it is required that the wiring width of copper be 0.18 μm or less. For this reason, a Ta-based film as a barrier film is required to be thin, and a chemical vapor deposition (CV)
It has become necessary to form a Ta-based film according to D). However, there are only a few reports on the formation of Ta-based films by CVD, and no satisfactory results have been obtained.
【0005】これは、Ta系膜形成のCVD原料に満足
なものが無かったからである。従って、本発明が解決し
ようとする第1の課題は、Ta系膜形成材料を提供する
ことである。本発明が解決しようとする第2の課題は、
上記Ta系膜形成材料を用いたTa系膜形成方法を提供
することである。[0005] This is because there was no satisfactory CVD raw material for forming a Ta-based film. Therefore, a first problem to be solved by the present invention is to provide a Ta-based film forming material. A second problem to be solved by the present invention is:
An object of the present invention is to provide a method for forming a Ta-based film using the Ta-based film-forming material.
【0006】本発明が解決しようとする第3の課題は、
上記Ta系膜形成方法により形成されたバリア膜として
のTa系膜の上に銅配線膜が形成されてなるULSIを
提供することである。A third problem to be solved by the present invention is as follows.
An object of the present invention is to provide a ULSI in which a copper wiring film is formed on a Ta-based film as a barrier film formed by the above-mentioned Ta-based film forming method.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】前記第1の課題は、下記
の一般式からなるTa系膜形成材料によって解決され
る。 Rn TaX5-n ・Lm 〔但し、RはH、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、
アルケン基、ハロゲン化アルケン基、アルキン基、ハロ
ゲン化アルキン基、アリール基、置換アリール基、Si
を持つアルキル基、Siを持つアルケン基、Siを持つ
アルキン基、Siを持つアリール基、及びSiを持つ置
換アリール基の群の中から選ばれるいずれかである。Means for Solving the Problems The first object is solved by a Ta-based film forming material represented by the following general formula. R n TaX 5-n · L m [where R is H, an alkyl group, a halogenated alkyl group,
Alkene group, halogenated alkene group, alkyne group, halogenated alkyne group, aryl group, substituted aryl group, Si
Or an alkene group having Si, an alkyne group having Si, an aryl group having Si, or a substituted aryl group having Si.
【0008】nは0〜5の整数である。XはH,F,C
l,Br及びIの群の中から選ばれるいずれかである。
Lはアルキル置換硫黄、ハロゲン置換硫黄、アルキル置
換ホスフィン、及びハロゲン置換ホスフィンの群の中か
ら選ばれるいずれかである。mは、nが1〜5の整数の
時、0〜4の整数であり、nが0の時、1〜4の整数で
ある。[0008] n is an integer of 0-5. X is H, F, C
It is any one selected from the group of l, Br and I.
L is any one selected from the group consisting of alkyl-substituted sulfur, halogen-substituted sulfur, alkyl-substituted phosphine, and halogen-substituted phosphine. m is an integer of 0 to 4 when n is an integer of 1 to 5, and an integer of 1 to 4 when n is 0.
【0009】nが2以上の時、Rn における全てのRは
同じであっても、異なっていても良い。nが3以下の
時、X5-n における全てのXは同じであっても、異なっ
ていても良い。mが2以上の時、Lm における全てのL
は同じであっても、異なっていても良い。〕本明細書に
おいて、アルキル基は−Cn H2n+1(nは1以上の整
数)で表される基である。そして、ハロゲン化アルキル
基は、前記アルキル基の一つ以上の水素原子がハロゲン
原子で置換された基である。When n is 2 or more, all Rs in R n may be the same or different. When n is 3 or less, all Xs in X 5-n may be the same or different. When m is 2 or more, all L in L m
May be the same or different. ] In the present specification, the alkyl group (the n 1 or more integer) -C n H 2n + 1 is a group represented by. The halogenated alkyl group is a group in which one or more hydrogen atoms of the alkyl group have been substituted with a halogen atom.
【0010】アルケン基は−Cn H2n-1(nは2以上の
整数)で表される基である。そして、ハロゲン化アルケ
ン基は、前記アルケン基の一つ以上の水素原子がハロゲ
ン原子で置換された基である。アルキン基は−Cn H
2n-3(nは2以上の整数)で表される基である。そし
て、ハロゲン化アルキン基は、前記アルキン基の一つ以
上の水素原子がハロゲン原子で置換された基である。[0010] alkene group is -C n H 2n-1 group (n is an integer greater than or equal to 2) is represented by. The halogenated alkene group is a group in which one or more hydrogen atoms of the alkene group are substituted with a halogen atom. Alkyne group -C n H
2n-3 (n is an integer of 2 or more). The halogenated alkyne group is a group in which one or more hydrogen atoms of the alkyne group are substituted with a halogen atom.
【0011】アリール基は芳香族炭化水素から水素原子
1個を除いた残りの原子団である。置換アリール基は、
前記アリール基の一つ以上の水素原子が他の基(例え
ば、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルケン基、
ハロゲン化アルケン基、アルキン基、ハロゲン化アルキ
ン基、ハロゲン原子など)で置換された基である。Si
を持つアルキル基、Siを持つアルケン基、Siを持つ
アルキン基、Siを持つアリール基、Siを持つ置換ア
リール基は、各々の基(アルキル基、アルケン基、アル
キン基、アリール基、置換アリール基)がSiを持って
いることを意味する。An aryl group is an atomic group obtained by removing one hydrogen atom from an aromatic hydrocarbon. A substituted aryl group is
One or more hydrogen atoms of the aryl group may be substituted with another group (eg, an alkyl group, a halogenated alkyl group, an alkene group,
Halogenated alkene group, alkyne group, halogenated alkyne group, halogen atom, etc.). Si
, An alkene group having Si, an alkyne group having Si, an aryl group having Si, and a substituted aryl group having Si are each group (alkyl group, alkene group, alkyne group, aryl group, substituted aryl group ) Has Si.
【0012】アルキル置換硫黄は、例えばR2 S又はR
SH(Rはアルキル基、アルケン基、アルキン基、アリ
ール基、置換アリール基の群の中から選ばれるいずれ
か)で表されるものである。ハロゲン置換硫黄は、例え
ばSX2 又はS2 X2 (XはF,Cl,Br,Iの群の
中から選ばれるいずれか)、或いはSF6 で表されるも
のである。The alkyl-substituted sulfur is, for example, R 2 S or R
SH (R is any one selected from the group consisting of an alkyl group, an alkene group, an alkyne group, an aryl group, and a substituted aryl group). The halogen-substituted sulfur is, for example, SX 2 or S 2 X 2 (X is any one selected from the group consisting of F, Cl, Br and I) or SF 6 .
【0013】アルキル置換ホスフィンは、例えばR
3 P,R2 PH,RPH2 (Rはアルキル基、アルケン
基、アルキン基、アリール基、置換アリール基の群の中
から選ばれるいずれか)で表されるものである。ハロゲ
ン置換ホスフィンは、例えばPX3 ,PX5 (XはF,
Cl,Br,Iの群の中から選ばれるいずれか)で表さ
れるものである。Alkyl-substituted phosphines include, for example, R
3 P, R 2 PH, RPH 2 (R is any one selected from the group consisting of an alkyl group, an alkene group, an alkyne group, an aryl group, and a substituted aryl group). Halogen-substituted phosphines include, for example, PX 3 , PX 5 (X is F,
Cl, Br, or I).
【0014】又、「nが2以上の時、Rn における全て
のRは同じであっても、異なっていても良い」の意味
は、例えばR2 の時、Rが二つある訳であるが、これら
二つのRは同じアルキル基であっても良く、異なるアル
キル基であっても良いと言う意味である。その他につい
ても、同様である。上記一般式のRで表されるアルキル
基は、炭素数1〜10のものが好ましい。Rで表される
アルケン基は、炭素数2〜10のものが好ましい。Rで
表されるアルキン基は、炭素数2〜10のものが好まし
い。Rで表されるアリール基は、炭素数6〜20のもの
が好ましい。Rで表される置換アリール基は、炭素数7
〜20のものが好ましい。Rで表されるSiを持つアル
キル基は、炭素数1〜10のものが好ましい。Rで表さ
れるSiを持つアルケン基は、炭素数2〜10のものが
好ましい。Rで表されるSiを持つアルキン基は、炭素
数2〜10のものが好ましい。Rで表されるSiを持つ
アリール基は、炭素数6〜20のものが好ましい。Rで
表されるSiを持つ置換アリール基は、炭素数7〜20
のものが好ましい。The meaning of “when n is 2 or more, all Rs in R n may be the same or different” means that, for example, when R 2 , there are two Rs. However, it means that these two Rs may be the same alkyl group or different alkyl groups. The same applies to other cases. The alkyl group represented by R in the above general formula preferably has 1 to 10 carbon atoms. The alkene group represented by R preferably has 2 to 10 carbon atoms. The alkyne group represented by R preferably has 2 to 10 carbon atoms. The aryl group represented by R preferably has 6 to 20 carbon atoms. The substituted aryl group represented by R has 7 carbon atoms.
~ 20 are preferred. The alkyl group having Si represented by R preferably has 1 to 10 carbon atoms. The alkene group having Si represented by R preferably has 2 to 10 carbon atoms. The alkyne group having Si represented by R preferably has 2 to 10 carbon atoms. The aryl group having Si represented by R preferably has 6 to 20 carbon atoms. The substituted aryl group having Si represented by R has 7 to 20 carbon atoms.
Are preferred.
【0015】上記一般式で表されるTa系膜形成材料の
中でも、Rが−CH3 ,−CF3 ,−C2 H5 ,−C2
F5 ,−C3 H7 ,−C3 F7 ,−C4 H9 ,−C4 F
9 ,−CH=CH2 及び−CH2 CH=CH2 の群の中
から選ばれるいずれかのTa系膜形成材料は好ましいも
のである。又、Lが(CH3 )2 S,(C2 H5 )
2 S,(C3 H7 )2 S及び(C4 H 9 )2 Sの群の中
から選ばれるいずれかのTa系膜形成材料は好ましいも
のである。The Ta-based film forming material represented by the above general formula
Among them, R is -CHThree, -CFThree, -CTwoHFive, -CTwo
FFive, -CThreeH7, -CThreeF7, -CFourH9, -CFourF
9, -CH = CHTwoAnd -CHTwoCH = CHTwoIn the group of
Any of the Ta-based film forming materials selected from
It is. L is (CHThree)TwoS, (CTwoHFive)
TwoS, (CThreeH7)TwoS and (CFourH 9)TwoIn the group of S
Any of the Ta-based film forming materials selected from
It is.
【0016】特に、Ta系膜形成材料として、TaCl
5 ・S(C2 H5 )2 ,CH3 TaCl4 ,(CH3 )
2 TaCl3 ,(CH3 )3 TaCl2 ,CH3 TaC
l4・S(C2 H5 )2 ,(CH3 )2 TaCl3 ・S
(C2 H5 )2 ,(CH3 ) 3 TaCl2 ・S(C2 H
5 )2 は好ましいものである。前記第2の課題は、Ta
系膜を形成する方法であって、上記のTa系膜形成材料
を基板上に付ける工程と、基板上に付いた前記Ta系膜
形成材料を分解して、Ta系膜を形成する工程とを具備
することを特徴とするTa系膜形成方法によって解決さ
れる。Particularly, as a Ta-based film forming material, TaCl
Five・ S (CTwoHFive)Two, CHThreeTaClFour, (CHThree)
TwoTaClThree, (CHThree)ThreeTaClTwo, CHThreeTaC
lFour・ S (CTwoHFive)Two, (CHThree)TwoTaClThree・ S
(CTwoHFive)Two, (CHThree) ThreeTaClTwo・ S (CTwoH
Five)TwoIs preferred. The second problem is Ta
A method for forming a Ta-based film, comprising:
Attaching a Ta-based film on the substrate
Decomposing the forming material to form a Ta-based film.
And a method for forming a Ta-based film.
It is.
【0017】特に、CVDによりTa系膜を形成する方
法であって、上記のTa系膜形成材料を分解して、基板
上にTa系膜を形成する工程を具備することを特徴とす
るTa系膜形成方法によって解決される。上記Ta系膜
形成方法において、Ta系膜が形成される基板を加熱す
る工程を具備することが好ましい。In particular, a method of forming a Ta-based film by CVD, comprising a step of decomposing the Ta-based film forming material to form a Ta-based film on a substrate. The problem is solved by a film forming method. The method for forming a Ta-based film preferably includes a step of heating the substrate on which the Ta-based film is formed.
【0018】そして、Ta系膜形成材料の分解は加熱手
段、光照射手段、プラズマ手段の採用により行われる。
Ta系膜形成材料の分解は、特に、還元雰囲気下で行わ
れるのが好ましい。例えば、水素、窒素、アンモニア、
ヒドラジン、ヒドラジン誘導体(例えば、CH 3 NHN
H2 ,(CH3 )2 NNH2 ,CH3 NHNHCH3 ,
RNHNH2 (Rはアルキル基などの官能基)などのヒ
ドラジン誘導体)、シラン、シラン誘導体(例えば、R
n SiY4-n (Rはアルキル基などの官能基、YはH,
F,Cl,Br又はI)などのシラン誘導体)、ボラ
ン、及びボラン誘導体(例えば、R n BY3-n (Rはア
ルキル基などの官能基、YはH,F,Cl,Br又は
I)などのボラン誘導体)の群の中から選ばれる一種以
上を含む気流下で、Ta系膜形成材料の分解を行うのが
好ましい。Decomposition of the Ta-based film forming material is performed by heating.
This is performed by employing steps, light irradiation means, and plasma means.
The decomposition of the Ta-based film forming material is particularly performed in a reducing atmosphere.
Preferably. For example, hydrogen, nitrogen, ammonia,
Hydrazine, hydrazine derivative (for example, CH ThreeNHN
HTwo, (CHThree)TwoNNHTwo, CHThreeNHNHCHThree,
RNHNHTwo(R is a functional group such as an alkyl group)
Hydrazine derivative), silane, silane derivative (for example, R
nSiY4-n(R is a functional group such as an alkyl group, Y is H,
Silane derivatives such as F, Cl, Br or I)),
And borane derivatives (for example, R nBY3-n(R is a
A functional group such as an alkyl group, Y is H, F, Cl, Br or
One or more borane derivatives such as I)
Decomposing the Ta-based film-forming material under an airflow including
preferable.
【0019】前記第3の課題は、上記Ta系膜形成方法
を用いて形成されたTa系膜の上に銅配線膜が形成され
てなるULSIによって解決される。特に、上記Ta系
膜形成方法を用いて形成された窒化Ta系膜の上に銅配
線膜が形成されてなるULSIによって解決される。The third problem is solved by a ULSI in which a copper wiring film is formed on a Ta-based film formed by using the above-mentioned Ta-based film forming method. In particular, the problem is solved by a ULSI in which a copper wiring film is formed on a Ta nitride-based film formed by using the above-described Ta-based film forming method.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】本発明になるTa系膜形成材料、
特に銅(銅合金を含む)配線膜の下にバリア膜として設
けられるTa系膜を形成する為の材料は、Rn TaX
5-n ・Lm からなる。すなわち、Rn TaX5-n ・Lm
を用いることによってTa系膜が形成される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A Ta-based film forming material according to the present invention,
In particular, a material for forming a Ta-based film provided as a barrier film below a copper (including copper alloy) wiring film is R n TaX
Consisting of 5-n · L m. That is, R n TaX 5-n · L m
Is used to form a Ta-based film.
【0021】ここで、RはH、アルキル基、ハロゲン化
アルキル基(アルキル基は、特に、炭素数1〜10のア
ルキル基)、アルケン基、ハロゲン化アルケン基(アル
ケン基は、特に、炭素数2〜10のアルケン基)、アル
キン基、ハロゲン化アルキン基(アルキン基は、特に、
炭素数2〜10のアルキン基)、アリール基(特に、炭
素数6〜20のアリール基)、置換アリール基(特に、
炭素数7〜20の置換アリール基)、Siを持つアルキ
ル基(特に、炭素数1〜10のSiを持つアルキル
基)、Siを持つアルケン基(特に、炭素数2〜10の
Siを持つアルケン基)、Siを持つアルキン基(特
に、炭素数2〜10のSiをアルキン基)、Siを持つ
アリール基(特に、炭素数6〜20のSiをアリール
基)、及びSiを持つ置換アリール基(特に、炭素数7
〜20のSiを持つ置換アリール基)の群の中から選ば
れるいずれかである。Here, R is H, an alkyl group, a halogenated alkyl group (an alkyl group is particularly an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms), an alkene group, a halogenated alkene group (an alkene group is particularly a 2 to 10 alkene groups), alkyne groups, halogenated alkyne groups (alkyne groups are, in particular,
An alkyne group having 2 to 10 carbon atoms), an aryl group (particularly, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms), a substituted aryl group (particularly,
A substituted aryl group having 7 to 20 carbon atoms, an alkyl group having Si (especially an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms), an alkene group having Si (especially, an alkene having 2 to 10 carbon atoms) Alkyne group having Si (particularly, alkyne group having 2 to 10 carbon atoms), aryl group having Si (particularly, aryl group having 6 to 20 carbon atoms), and substituted aryl group having Si (Especially, carbon number 7
(Substituted aryl group having Si of 20 to 20).
【0022】特に、Rは、−CH3 ,−CF3 ,−C2
H5 ,−C2 F5 ,−C3 H7 ,−C3 F7 ,−C4 H
9 ,−C4 F9 ,−CH=CH2 及び−CH2 CH=C
H2の群の中から選ばれる基である。nは0〜5の整数
である。XはH,F,Cl,Br及びIの群の中から選
ばれるいずれかである。In particular, R is -CH 3 , -CF 3 , -C 2
H 5, -C 2 F 5, -C 3 H 7, -C 3 F 7, -C 4 H
9, -C 4 F 9, -CH = CH 2 and -CH 2 CH = C
Is a group selected from the group of H 2. n is an integer of 0-5. X is any one selected from the group consisting of H, F, Cl, Br and I.
【0023】Lはアルキル置換硫黄、ハロゲン置換硫
黄、アルキル置換ホスフィン、及びハロゲン置換ホスフ
ィンの群の中から選ばれるいずれかである。特に、L
は、(CH3 )2 S,(C2 H5 )2 S,(C3 H7 )
2 S及び(C 4 H9 )2 Sの群の中から選ばれる基であ
る。mは、nが1〜5の整数の時、0〜4の整数であ
り、nが0の時、1〜4の整数である。L is alkyl-substituted sulfur, halogen-substituted sulfur
Yellow, alkyl-substituted phosphines, and halogen-substituted phosphines
One of a group of dins. In particular, L
Is (CHThree)TwoS, (CTwoHFive)TwoS, (CThreeH7)
TwoS and (C FourH9)TwoA group selected from the group of S
You. m is an integer of 0 to 4 when n is an integer of 1 to 5
When n is 0, it is an integer of 1 to 4.
【0024】nが2以上の時、Rn における全てのRは
同じであっても、異なっていても良い。nが3以下の
時、X5-n における全てのXは同じであっても、異なっ
ていても良い。mが2以上の時、Lm における全てのL
は同じであっても、異なっていても良い。When n is 2 or more, all Rs in R n may be the same or different. When n is 3 or less, all Xs in X 5-n may be the same or different. When m is 2 or more, all L in L m
May be the same or different.
【0025】特に好ましいTa系膜形成材料は、TaC
l5 ・S(C2 H5 )2 ,CH3 TaCl4 ,(C
H3 )2 TaCl3 ,(CH3 )3 TaCl2 ,CH3
TaCl 4 ・S(C2 H5 )2 ,(CH3 )2 TaCl
3 ・S(C2 H5 )2 ,(CH3)3 TaCl2 ・S
(C2 H5 )2 の群の中から選ばれるものである。本発
明になるTa系膜形成方法、特に銅(銅合金を含む)配
線膜の下にバリア膜として設けられるTa系膜を形成す
る方法は、Ta系膜を形成する方法であって、上記のT
a系膜形成材料を基板上に付ける工程と、基板上に付い
た前記Ta系膜形成材料を分解して、Ta系膜を形成す
る工程とを具備する。特に、Ta系膜を形成する方法で
あって、Ta系膜が形成される基板を加熱する工程と、
上記のTa系膜形成材料を基板上に付ける工程と、基板
上に付いた前記Ta系膜形成材料を分解して、Ta系膜
を形成する工程とを具備する。或いは、CVDによりT
a系膜を形成する方法であって、上記のTa系膜形成材
料を分解して、基板上にTa系膜を形成する工程を具備
する。特に、CVDによりTa系膜を形成する方法であ
って、Ta系膜が形成される基板を加熱する工程と、上
記のTa系膜形成材料を分解して、基板上にTa系膜を
形成する工程とを具備する。A particularly preferred Ta-based film forming material is TaC
lFive・ S (CTwoHFive)Two, CHThreeTaClFour, (C
HThree)TwoTaClThree, (CHThree)ThreeTaClTwo, CHThree
TaCl Four・ S (CTwoHFive)Two, (CHThree)TwoTaCl
Three・ S (CTwoHFive)Two, (CHThree)ThreeTaClTwo・ S
(CTwoHFive)TwoIs selected from the group of Departure
Ta-based film forming method, especially copper (including copper alloy) distribution
Forming a Ta-based film provided as a barrier film below the line film;
Is a method of forming a Ta-based film.
a process of applying an a-based film-forming material on a substrate;
The Ta-based film forming material is decomposed to form a Ta-based film.
Steps. In particular, the method of forming a Ta-based film
Heating the substrate on which the Ta-based film is formed;
Applying the Ta-based film-forming material on a substrate;
The Ta-based film-forming material attached thereon is decomposed to form a Ta-based film.
And forming a. Alternatively, T
A method for forming an a-based film, comprising:
Decomposing the material to form a Ta-based film on the substrate
I do. In particular, this is a method for forming a Ta-based film by CVD.
Heating the substrate on which the Ta-based film is formed;
The Ta-based film forming material described above is decomposed to form a Ta-based film on the substrate.
Forming step.
【0026】Ta系膜形成材料の分解は加熱手段、光照
射手段、プラズマ手段の採用により行われる。Ta系膜
形成材料の分解は、特に、還元雰囲気下で行われる。例
えば、水素、窒素、アンモニア、ヒドラジン、ヒドラジ
ン誘導体、シラン、シラン誘導体、ボラン、及びボラン
誘導体の群の中から選ばれる一種以上を含む気流下で、
Ta系膜形成材料の分解を行う。The decomposition of the Ta-based film forming material is performed by employing a heating means, a light irradiation means, and a plasma means. The decomposition of the Ta-based film forming material is particularly performed in a reducing atmosphere. For example, hydrogen, nitrogen, ammonia, hydrazine, hydrazine derivatives, silane, silane derivatives, borane, and under an airflow containing one or more selected from the group of borane derivatives,
The Ta-based film forming material is decomposed.
【0027】例えば、図1に示すような装置を用いるこ
とによって基板上にTa系薄膜が形成される。すなわ
ち、容器2にRn TaX5-n ・Lm を入れ、ガスをバブ
リングすることによって気化させる。気化された原料
(Rn TaX5-n ・Lm )は配管4を経て分解反応炉5
に導入される。反応炉5には成膜が施されるシリコン基
板7が置かれ、シリコン基板7は加熱手段6により加熱
されている。そして、反応炉5に導入されたRn TaX
5-n ・Lm がシリコン基板7近くで分解することによっ
てTa系膜が形成される。For example, a Ta-based thin film is formed on a substrate by using an apparatus as shown in FIG. That is, R n TaX 5-n · L m is put into the container 2 and gas is vaporized by bubbling. Vaporized raw material (R n TaX 5-n · L m) is the decomposition reactor 5 via pipe 4
Will be introduced. A silicon substrate 7 on which a film is formed is placed in the reaction furnace 5, and the silicon substrate 7 is heated by a heating unit 6. Then, the R n TaX introduced into the reactor 5
5-n · L m is Ta layer is formed by decomposing near the silicon substrate 7.
【0028】本発明になるULSIは、上記Ta系膜形
成方法を用いて形成されたTa系膜の上に銅配線膜が形
成されてなるULSIである。特に、上記Ta系膜形成
方法を用いて形成された窒化Ta系膜の上に銅配線膜が
形成されてなるULSIである。以下、具体的実施例を
幾つか挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるも
のでは無い。The ULSI according to the present invention is a ULSI in which a copper wiring film is formed on a Ta-based film formed by using the Ta-based film forming method. Particularly, it is an ULSI in which a copper wiring film is formed on a Ta nitride-based film formed by using the above-described Ta-based film forming method. Hereinafter, some specific examples will be described, but the present invention is not limited thereto.
【0029】[0029]
【実施例1】TaCl5 ・S(C2 H5 )2 を用いてT
a膜を形成した。すなわち、TaCl5 ・S(C
2 H5 )2 を容器2に入れ、キャリアガスとしてHeを
流量100ml/分でバブリングすることによって気化
させた。この時の容器2の温度は40℃に制御した。[Embodiment 1] T using TaCl 5 .S (C 2 H 5 ) 2
a film was formed. That is, TaCl 5 .S (C
2 H 5 ) 2 was placed in the container 2, and He was vaporized by bubbling He as a carrier gas at a flow rate of 100 ml / min. At this time, the temperature of the container 2 was controlled at 40 ° C.
【0030】気化したTaCl5 ・S(C2 H5 )2 は
配管4を経て分解反応炉5に導入された。分解反応炉5
にはシリコン基板7が入れられており、このシリコン基
板7は500℃に加熱されている。又、水素ガスが流さ
れている。The vaporized TaCl 5 .S (C 2 H 5 ) 2 was introduced into the decomposition reactor 5 through the pipe 4. Decomposition reactor 5
Contains a silicon substrate 7, which is heated to 500 ° C. Also, hydrogen gas is flowing.
【0031】上記のようにしてシリコン基板7上に薄膜
が形成された。この薄膜は、厚さが0.1μmであり、
元素分析の結果、Taを主成分とするものであった。A thin film was formed on the silicon substrate 7 as described above. This thin film has a thickness of 0.1 μm,
As a result of elemental analysis, the main component was Ta.
【0032】[0032]
【実施例2】CH3 TaCl4 を用いてTa膜を形成し
た。すなわち、CH3 TaCl4 を容器2に入れ、キャ
リアガスとしてHeを流量30ml/分で流し、昇華さ
せた。この時の容器2の温度は25℃に制御した。気化
したCH3 TaCl4 は配管4を経て分解反応炉5に導
入された。Example 2 A Ta film was formed using CH 3 TaCl 4 . That is, CH 3 TaCl 4 was placed in the container 2, and He was flowed as a carrier gas at a flow rate of 30 ml / min to sublime. At this time, the temperature of the container 2 was controlled at 25 ° C. The vaporized CH 3 TaCl 4 was introduced into a decomposition reaction furnace 5 through a pipe 4.
【0033】分解反応炉5にはシリコン基板7が入れら
れており、このシリコン基板7は400℃に加熱されて
いる。又、水素ガスが流されている。上記のようにして
シリコン基板7上に薄膜が形成された。この薄膜は、厚
さが0.1μmであり、元素分析の結果、Taを主成分
とするものであった。A silicon substrate 7 is placed in the decomposition reaction furnace 5, and the silicon substrate 7 is heated to 400.degree. Also, hydrogen gas is flowing. A thin film was formed on the silicon substrate 7 as described above. This thin film had a thickness of 0.1 μm, and as a result of elemental analysis, was mainly composed of Ta.
【0034】[0034]
【実施例3】CH3 TaCl4 ・S(C2 H5 )2 を用
いてTa膜を形成した。すなわち、CH3 TaCl4 ・
S(C2 H5 )2 を容器2に入れ、キャリアガスとして
Heを流量30ml/分で流し、気化させた。この時の
容器2の温度は20℃に制御した。Example 3 A Ta film was formed using CH 3 TaCl 4 .S (C 2 H 5 ) 2 . That is, CH 3 TaCl 4.
S (C 2 H 5 ) 2 was put into the container 2, and He was vaporized by flowing He as a carrier gas at a flow rate of 30 ml / min. At this time, the temperature of the container 2 was controlled at 20 ° C.
【0035】気化したCH3 TaCl4 ・S(C
2 H5 )2 は配管4を経て分解反応炉5に導入された。
分解反応炉5にはシリコン基板7が入れられており、こ
のシリコン基板7は400℃に加熱されている。又、水
素ガスが流されている。The vaporized CH 3 TaCl 4 .S (C
2 H 5 ) 2 was introduced into a decomposition reaction furnace 5 through a pipe 4.
A silicon substrate 7 is placed in the decomposition reaction furnace 5, and the silicon substrate 7 is heated to 400 ° C. Also, hydrogen gas is flowing.
【0036】上記のようにしてシリコン基板7上に薄膜
が形成された。この薄膜は、厚さが0.1μmであり、
元素分析の結果、Taを主成分とするものであった。A thin film was formed on the silicon substrate 7 as described above. This thin film has a thickness of 0.1 μm,
As a result of elemental analysis, the main component was Ta.
【0037】[0037]
【実施例4】TaCl5 ・S(C2 H5 )2 を用いてT
a系膜を形成した。すなわち、TaCl5 ・S(C2 H
5 )2 を容器2に入れ、キャリアガスとしてHeを流量
100ml/分でバブリングすることによって気化させ
た。この時の容器2の温度は40℃に制御した。Embodiment 4 Using TaCl 5 .S (C 2 H 5 ) 2 for T
An a-based film was formed. That is, TaCl 5 .S (C 2 H
5 ) 2 was placed in the container 2, and He was vaporized by bubbling He as a carrier gas at a flow rate of 100 ml / min. At this time, the temperature of the container 2 was controlled at 40 ° C.
【0038】気化したTaCl5 ・S(C2 H5 )2 は
配管4を経て分解反応炉5に導入された。分解反応炉5
にはシリコン基板7が入れられており、このシリコン基
板7は500℃に加熱されている。又、水素、アンモニ
ア、及びモノメチルヒドラジンの混合ガスが流されてい
る。The vaporized TaCl 5 .S (C 2 H 5 ) 2 was introduced into the decomposition reactor 5 through the pipe 4. Decomposition reactor 5
Contains a silicon substrate 7, which is heated to 500 ° C. A mixed gas of hydrogen, ammonia, and monomethylhydrazine is flowing.
【0039】上記のようにしてシリコン基板7上に薄膜
が形成された。この薄膜は、厚さが0.05μmであ
り、元素分析の結果、TaとNとを主成分とするもので
あった。A thin film was formed on the silicon substrate 7 as described above. This thin film had a thickness of 0.05 μm, and as a result of elemental analysis, was mainly composed of Ta and N.
【0040】[0040]
【実施例5】実施例4で作製されたTaとNとを主成分
とする薄膜が付いたシリコン基板を200℃に加熱し
た。そして、このシリコン基板の系にヘキサフルオロア
セチルアセトン銅トリメチルビニルシラン(HfacC
u:TMVS)のヘプタデカン溶液(1mol/l)を
流し込んだ。Fifth Embodiment A silicon substrate provided with a thin film containing Ta and N as main components prepared in a fourth embodiment was heated to 200.degree. Then, hexafluoroacetylacetone copper trimethylvinylsilane (HfacC) is added to the silicon substrate system.
u: TMVS) in a heptadecane solution (1 mol / l).
【0041】1分間加熱した後、冷却し、溶液を流し出
し、容器内をノルマルヘキサンで3回洗浄した後、シリ
コン基板を取り出した。実施例4でシリコン基板上に成
膜されたTaとNとを主成分とする薄膜は銀光沢を呈す
るものであったが、本実施例を経た後では、銅の赤金光
沢のものに変わった。After heating for 1 minute, the solution was cooled, the solution was poured out, and the inside of the container was washed three times with normal hexane, and then the silicon substrate was taken out. The thin film mainly composed of Ta and N formed on the silicon substrate in Example 4 exhibited silver luster. However, after passing through this example, it was changed to copper red gold luster. .
【0042】このシリコン基板の断面を電子顕微鏡によ
り観察した処、表面から0.9μmの深さまで堆積物が
観察された。引き続き、この堆積物を元素分析に供し
た。その結果、表面から0.9μmの深さまでの堆積物
は銅、TaとNとを主成分とする膜であり、TaとNと
を主成分とする膜の下は純シリコンであった。この結果
は、銅がシリコン基板中に拡散していないことを示して
いる。When the cross section of the silicon substrate was observed with an electron microscope, a deposit was observed to a depth of 0.9 μm from the surface. Subsequently, the deposit was subjected to elemental analysis. As a result, the deposit up to a depth of 0.9 μm from the surface was a film mainly composed of copper, Ta and N, and pure silicon under the film mainly composed of Ta and N. This result indicates that copper has not diffused into the silicon substrate.
【0043】[0043]
【比較例1】シリコン基板を200℃に加熱した。そし
て、このシリコン基板の系にヘキサフルオロアセチルア
セトン銅トリメチルビニルシランのヘプタデカン溶液
(1mol/l)を流し込んだ。1分間加熱した後、冷
却し、溶液を流し出し、容器内をノルマルヘキサンで3
回洗浄した後、シリコン基板を取り出した。Comparative Example 1 A silicon substrate was heated to 200.degree. Then, a heptadecane solution of hexafluoroacetylacetone copper trimethylvinylsilane (1 mol / l) was poured into the silicon substrate system. After heating for 1 minute, the solution was cooled, and the solution was poured out.
After washing twice, the silicon substrate was taken out.
【0044】このシリコン基板の表面は銅の赤金光沢の
ものに変わった。このシリコン基板の断面を電子顕微鏡
により観察した処、表面から0.9μmの深さまで堆積
物が観察された。引き続き、この堆積物を元素分析に供
した。その結果、表面から0.9μmの深さまでの堆積
物は銅であるものの、そこから2.2μmの深さまでが
銅−シリコン、その下がシリコンであった。この結果
は、銅がシリコン基板中に拡散していることを示してい
る。The surface of the silicon substrate was changed to a copper-gold lustrous one. When the cross section of the silicon substrate was observed with an electron microscope, a deposit was observed to a depth of 0.9 μm from the surface. Subsequently, the deposit was subjected to elemental analysis. As a result, the deposit up to a depth of 0.9 μm from the surface was copper, but copper-silicon up to a depth of 2.2 μm therefrom was silicon, and the silicon under the deposit. This result indicates that copper is diffused into the silicon substrate.
【0045】[0045]
【実施例6】実施例4で作製されたTaとNとを主成分
とする薄膜が付いたシリコン基板に対して、ヘキサフル
オロアセチルアセトン銅トリメチルビニルシランを気化
原料としてCVDにより銅薄膜を形成した。このシリコ
ン基板の断面を電子顕微鏡により観察した処、表面から
0.5μmの深さまで堆積物が観察された。Example 6 A copper thin film was formed on the silicon substrate provided with a thin film containing Ta and N as main components prepared in Example 4 by using hexafluoroacetylacetone copper trimethylvinylsilane as a vaporizing material. When a cross section of the silicon substrate was observed with an electron microscope, a deposit was observed to a depth of 0.5 μm from the surface.
【0046】引き続き、この堆積物を元素分析に供し
た。その結果、表面から0.5μmの深さまでの堆積物
は銅、TaとNとを主成分とする膜であり、TaとNと
を主成分とする膜の下は純シリコンであった。この結果
は、銅がシリコン基板中に拡散していないことを示して
いる。Subsequently, the deposit was subjected to elemental analysis. As a result, the deposit up to a depth of 0.5 μm from the surface was a film mainly composed of copper, Ta and N, and pure silicon under the film mainly composed of Ta and N. This result indicates that copper has not diffused into the silicon substrate.
【0047】[0047]
【比較例2】ヘキサフルオロアセチルアセトン銅トリメ
チルビニルシランを気化原料としたCVDにより、シリ
コン基板に銅薄膜を形成した。このシリコン基板の断面
を電子顕微鏡により観察した処、表面から0.5μmの
深さまで堆積物が観察された。Comparative Example 2 A thin copper film was formed on a silicon substrate by CVD using hexafluoroacetylacetone copper trimethylvinylsilane as a vaporizing material. When a cross section of the silicon substrate was observed with an electron microscope, a deposit was observed to a depth of 0.5 μm from the surface.
【0048】引き続き、この堆積物を元素分析に供し
た。その結果、表面から0.5μmの深さまでの堆積物
は銅、そこから1.9μmの深さまでが銅−シリコン、
その下がシリコンであった。この結果は、銅がシリコン
基板中に拡散していることを示している。Subsequently, the deposit was subjected to elemental analysis. As a result, the deposit up to a depth of 0.5 μm from the surface is copper, and the deposit up to a depth of 1.9 μm is copper-silicon,
Below that was silicon. This result indicates that copper is diffused into the silicon substrate.
【0049】[0049]
【発明の効果】高品質なTa系薄膜が形成できる。そし
て、このTa系薄膜が設けられていると、その上に銅膜
が設けられても、銅が基板中に拡散して行かず、高いバ
リア機能が奏される。As described above, a high-quality Ta-based thin film can be formed. When the Ta-based thin film is provided, even if a copper film is provided thereon, copper does not diffuse into the substrate, and a high barrier function is achieved.
【図1】Ta系膜形成装置の概略図FIG. 1 is a schematic diagram of a Ta-based film forming apparatus.
1 Rn TaX5-n ・Lm (Ta系膜形成材料) 2 容器 3 流量制御器 4 配管 5 分解反応炉 6 加熱手段 7 シリコン基板 1 R n TaX 5-n · L m (Ta -based film-forming material) 2 vessel 3 flow controller 4 pipe 5 decomposition reactor 6 the heating means 7 silicon substrate
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/285 301 H01L 21/285 301R 21/3205 21/88 M (72)発明者 須藤 弘 山梨県北都留郡上野原町上野原8154−217 株式会社トリケミカル研究所内 (72)発明者 鈴木 淑恵 山梨県北都留郡上野原町上野原8154−217 株式会社トリケミカル研究所内 (72)発明者 永井 晶子 山梨県北都留郡上野原町上野原8154−217 株式会社トリケミカル研究所内 Fターム(参考) 4G048 AA01 AB01 AB05 AC02 AD02 AE05 AE06 AE07 AE08 4H050 AA03 AA05 AB90 WB11 WB12 WB15 WB17 WB21 4K030 AA11 BA17 BA38 CA01 EA01 FA01 FA06 HA15 LA15 4M104 AA01 BB04 BB17 BB32 DD44 DD45 5F033 HH11 HH21 HH32 PP06 PP10 PP12 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/285 301 H01L 21/285 301R 21/3205 21/88 M (72) Inventor Hiroshi Sudo Kitatsuru, Yamanashi 8154-217, Uenohara, Uenohara-gun, Gunma Tri-Chemical Research Institute, Inc. (72) Inventor Yoshie Suzuki 8154-217, Uenohara, Uenohara-cho, Kitatsuru-gun, Yamanashi Pref. 8154-217 Trichemical Laboratory Co., Ltd.F-term (reference) 5F033 HH11 HH21 HH32 PP06 PP10 PP12
Claims (16)
料。 Rn TaX5-n ・Lm 〔但し、RはH、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、
アルケン基、ハロゲン化アルケン基、アルキン基、ハロ
ゲン化アルキン基、アリール基、置換アリール基、Si
を持つアルキル基、Siを持つアルケン基、Siを持つ
アルキン基、Siを持つアリール基、及びSiを持つ置
換アリール基の群の中から選ばれるいずれかである。n
は0〜5の整数である。XはH,F,Cl,Br及びI
の群の中から選ばれるいずれかである。Lはアルキル置
換硫黄、ハロゲン置換硫黄、アルキル置換ホスフィン、
及びハロゲン置換ホスフィンの群の中から選ばれるいず
れかである。mは、nが1〜5の整数の時、0〜4の整
数であり、nが0の時、1〜4の整数である。nが2以
上の時、Rn における全てのRは同じであっても、異な
っていても良い。nが3以下の時、X5-n における全て
のXは同じであっても、異なっていても良い。mが2以
上の時、Lm における全てのLは同じであっても、異な
っていても良い。〕1. A Ta-based film forming material represented by the following general formula: R n TaX 5-n · L m [where R is H, an alkyl group, a halogenated alkyl group,
Alkene group, halogenated alkene group, alkyne group, halogenated alkyne group, aryl group, substituted aryl group, Si
Or an alkene group having Si, an alkyne group having Si, an aryl group having Si, or a substituted aryl group having Si. n
Is an integer of 0 to 5. X is H, F, Cl, Br and I
Is any one selected from the group of L is alkyl-substituted sulfur, halogen-substituted sulfur, alkyl-substituted phosphine,
And halogen-substituted phosphines. m is an integer of 0 to 4 when n is an integer of 1 to 5, and an integer of 1 to 4 when n is 0. When n is 2 or more, all R in R n may be the same or different. When n is 3 or less, all Xs in X 5-n may be the same or different. When m is 2 or more, all L in L m may be the same or different. ]
−C2 F5 ,−C3H7 ,−C3 F7 ,−C4 H9 ,−
C4 F9 ,−CH=CH2 及び−CH2 CH=CH2 の
群の中から選ばれるいずれかであることを特徴とする請
求項1のTa系膜形成材料。2. R is —CH 3 , —CF 3 , —C 2 H 5 ,
-C 2 F 5, -C 3 H 7, -C 3 F 7, -C 4 H 9, -
C 4 F 9, Ta-based film-forming material according to claim 1, characterized in that at any one selected from the group of -CH = CH 2 and -CH 2 CH = CH 2.
2 S,(C3 H7 )2 S及び(C4 H9 )2 Sの群の中
から選ばれるいずれかであることを特徴とする請求項1
又は請求項2のTa系膜形成材料。3. L is (CH 3 ) 2 S, (C 2 H 5 )
2. The material according to claim 1, wherein the material is selected from the group consisting of 2 S, (C 3 H 7 ) 2 S and (C 4 H 9 ) 2 S.
Or the Ta-based film forming material according to claim 2.
Ta系膜形成材料。4. A Ta-based film forming material comprising TaCl 5 .S (C 2 H 5 ) 2 .
l3 及び/又は(CH3 )3 TaCl2 からなるTa系
膜形成材料。5. CH 3 TaCl 4 , (CH 3 ) 2 TaC
A Ta-based film forming material comprising l 3 and / or (CH 3 ) 3 TaCl 2 .
(CH3 )2 TaCl3 ・S(C2 H5 )2 及び/又は
(CH3 )3 TaCl2 ・S(C2 H5 )2からなるT
a系膜形成材料。6. CH 3 TaCl 4 .S (C 2 H 5 ) 2 ,
T composed of (CH 3 ) 2 TaCl 3 .S (C 2 H 5 ) 2 and / or (CH 3 ) 3 TaCl 2 .S (C 2 H 5 ) 2
a-based film forming material.
項1〜請求項6いずれかのTa系膜形成材料を基板上に
付ける工程と、基板上に付いた前記Ta系膜形成材料を
分解して、Ta系膜を形成する工程とを具備することを
特徴とするTa系膜形成方法。7. A method for forming a Ta-based film, comprising: applying the Ta-based film-forming material according to claim 1 on a substrate; and the Ta-based film-forming material attached to the substrate. Decomposing to form a Ta-based film.
a系膜を形成する方法であって、請求項1〜請求項6い
ずれかのTa系膜形成材料を分解して、基板上にTa系
膜を形成する工程を具備することを特徴とするTa系膜
形成方法。8. T by chemical vapor deposition
A method for forming an a-based film, comprising the step of decomposing a Ta-based film forming material according to any one of claims 1 to 6 to form a Ta-based film on a substrate. -Based film forming method.
程を具備することを特徴とする請求項7又は請求項8の
Ta系膜形成方法。9. The method for forming a Ta-based film according to claim 7, further comprising a step of heating a substrate on which the Ta-based film is formed.
行うことを特徴とする請求項7〜請求項9いずれかのT
a系膜形成方法。10. The method according to claim 7, wherein the decomposition of the Ta-based film forming material is performed by heating.
a-based film forming method.
うことを特徴とする請求項7〜請求項9いずれかのTa
系膜形成方法。11. The Ta-based film forming material according to claim 7, wherein the Ta-based film forming material is decomposed by light.
-Based film forming method.
より行うことを特徴とする請求項7〜請求項9いずれか
のTa系膜形成方法。12. The Ta-based film forming method according to claim 7, wherein the Ta-based film forming material is decomposed by plasma.
下で行うことを特徴とする請求項7〜請求項12いずれ
かのTa系膜形成方法。13. The Ta-based film forming method according to claim 7, wherein the decomposition of the Ta-based film forming material is performed in a reducing atmosphere.
ン、ヒドラジン誘導体、シラン、シラン誘導体、ボラ
ン、及びボラン誘導体の群の中から選ばれる一種以上を
含む気流下で、Ta系膜形成材料の分解を行うことを特
徴とする請求項7〜請求項13いずれかのTa系膜形成
方法。14. A Ta-based film-forming material is decomposed under an air current containing at least one selected from the group consisting of hydrogen, nitrogen, ammonia, hydrazine, hydrazine derivatives, silane, silane derivatives, borane, and borane derivatives. 14. The method for forming a Ta-based film according to claim 7, wherein:
系膜形成方法を用いて形成されたTa系膜の上に銅配線
膜が形成されてなるULSI。15. The Ta according to any one of claims 7 to 14,
ULSI in which a copper wiring film is formed on a Ta-based film formed by using a system film forming method.
系膜形成方法を用いて形成された窒化Ta系膜の上に銅
配線膜が形成されてなるULSI。16. Ta according to any one of claims 7 to 14,
ULSI in which a copper wiring film is formed on a Ta nitride-based film formed by using a base film forming method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27396898A JP4086124B2 (en) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | Ta-based film forming material, Ta-based film forming method, and ULSI |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP27396898A JP4086124B2 (en) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | Ta-based film forming material, Ta-based film forming method, and ULSI |
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