DE19603282A1

DE19603282A1 - Verfahren zum chemischen Aufdampfen von Kupfer-Aluminium-Legierungen

Info

Publication number: DE19603282A1
Application number: DE19603282A
Authority: DE
Inventors: Stephen Mark Fine; David Arthur Bohling
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1996-08-08
Also published as: GB2297560B; US5464666A; KR960031643A; GB2297560A; GB9602980D0; JPH08319566A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das gleichzeitige chemi sche Aufdampfen von Kupfer-Aluminium-Legierungen auf einem Halbleitersubstrat zur Metallisierung bei geeigneter Aus wahl der Quellen flüchtiger, kompatibler Kupfer- und Alumi nium-Vorstufen in Kombination.

Legierungen aus Aluminium/(0,25-4%)Kupfer wurden für die Metallisierung hochintegrierter Schaltungen (VLSI) verwen det. Die üblichsten Verfahren zum Abscheiden der Legierung sind die Magnetron-Ionenzerstäubung oder andere Verfahren zum physikalischen Aufdampfen (PVD). Da jedoch die kenn zeichnende Größe superintegrierter Schaltungen (ULSI) wei ter bis zu einem Bereich unter 0,5 µm abnimt, wird die er folgreiche Anwendung der PVD-Metallisierung immer schwieri ger. PVD ist weitestgehend ein Sichtlinienverfahren und zeigt beim winkeltreuen bzw. konformen Beschichten bei einem kennzeichnenden hohen Seitenverhältnis von <0,5 µm Schwierigkeiten. Diese Einschränkung beim PVD führte zu einem steigenden Interesse an Verfahren zum chemischen Auf dampfen (CVD). CVD ist ein an sich konformes Verfahren und mit ihm ist eine hervorragende Stufenabdeckung (step coverage) möglich. Da CVD durch Abschnitte der Substrat oberfläche katalysiert werden kann, ist auch ein selektives Abscheiden möglich.

Herkömmliche integrierte Schaltungen, z. B. der Prozessor von Intel 586 (d. h. Pentium®), verwenden aufgrund der unan gemessenen Stufenabdeckung bei PVD-Verfahren das CVD von Wolfram zum Füllen der Wege (filling vias). Obwohl durch CVD aufgebrachtes Wolfram eine hervorragende Stufenab deckung zeigt, hat es eine viel höhere Widerstandsgröße als Al/(0,25-4% Cu) (10-15 gegenüber 3 µΩ-cm). Die Widerstands größe beim Metallisieren von Wolfram durch CVD kann an Be deutung verlieren, da die kennzeichnende Mindestgröße inte grierter Schaltungen weiter abnimmt und die Schrittge schwindigkeit weiterhin steigt. Bei zukünftigen Generatio nen integrierter Schaltungen muß das CVD von Wolfram mit hoher Widerstandsgröße somit durch CVD von Metall mit ge ringerer Widerstandsgröße ersetzt werden, z. B. durch die Legierung Al/(0,25-4% Cu). Gegenwärtig gibt es jedoch kein gutes Verfahren zum gleichzeitigen Abscheiden von Al/(0,25- 4% Cu) durch CVD.

In der Elektronikindustrie besteht Bedarf nach einem neuen Verfahren zum Auftragen einer Metallisierung in Form einer Legierung von Al/(0,25-4% Cu) durch gleichzeitiges Abschei den mittels CVD. Für Metalläufer (metal runners) wird durch Ionenzerstäubung aufgebrachtes Al/(0,25-4% Cu) verwendet. Diese Metalläufer haben jedoch kein kennzeichnendes hohes Seitenverhältnis und die Ionenzerstäubung ergibt eine ange messene Stufenabdeckung. Die Vorteile der Verwendung von CVD für Al/(0,25-4% Cu) für die Füllungen anstelle des CVD von Wolfram sind, daß die gleiche Legierung für alle Metal lisierungsschritte verwendet wird und durch CVD aufgebrach tes Al/(0,25-4% Cu) eine sehr geringe Widerstandsgröße hat. Die Verwendung der gleichen Legierung für alle Metallisie rungsschritte sollte das Verfahren deutlich vereinfachen. Die Vorteile sind zahlreich: es gibt keinen Bedarf nach Diffusionssperren und Haftungspromotoren zwischen der Weg füllung und den Läufern, dies verringert die Kosten; auf Aluminium basierende Legierungen werden leicht geätzt, wo durch die Schaltlinien definiert werden; Al/(0,25-4% Cu) hat eine viel geringere Widerstandsgröße als durch CVD auf gebrachtes Wolfram und deshalb eine viel geringere RC-Zeit verzögerungskonstante.

Dimethylehtylaminalan (DMEAAl) hat sich bisher als wirksam ste verfügbare Vorstufe zum chemischen Aufdampfen einer Me tallisierung aus reinem Aluminium bei einer Temperatur von mehr als etwa 150°C erwiesen. Diese Verbindung wird in US- Patent 5 191 099 beschrieben. Trimethylaminalan (TMAAl) wurde ebenfalls wirksam zum Abscheiden von hochqualitativem Aluminium verwendet, wie es in US-Patent 4 923 717 be schrieben ist. Bis heute war jedoch die Verwendung dieser DMEAAl-Vorstufe durch das Fehlen einer geeigneten Vorstufe und eines geeigneten Verfahrens zum gleichzeitigen Abschei den von Kupfer mit DMEAAl begrenzt. Obwohl das CVD von rei nem Aluminium seit vielen Jahren bekannt ist, hat reines Aluminium keinen ausreichenden Elektromigrationswiderstand, um es vorteilhaft für die ULSI-Kopplung einzusetzen. Des halb besteht in der Elektronikindustrie Bedarf nach einem Verfahren zum gleichzeitigen Abscheiden von Kupfer und Alu minium mit DMEAAl und einer flüchtigen Kupfer-Vorstufe. Die Schwierigkeit bei der Entwicklung eines Verfahrens zum gleichzeitigen Abscheiden von Cu/Al liegt darin, daß die Anforderungen an eine geeignete Kupfer-Vorstufe sehr hoch sind. Die Kupfer-Vorstufe muß:

1. bei < 100°C ausreichend flüchtig sein,
2. bei Raumtemperatur längere Zeit thermisch stabil sein,
3. mit DMEAAl als auch anderen verfügbaren Aluminium-Vor stufen chemisch kompatibel sein,
4. keine parasitären Vorreaktionen mit DMEAAl oder der ge wählten Aluminium-Vorstufe eingehen,
5. keinen Sauerstoff, kein Fluor, keinen Wasserstoff von primärem Amin oder Phosphor enthalten. Die starke Reak tivität von DMEAAl und anderen Alanen mit Sauerstoff und Fluor erfordert es, daß die Kupfer-Vorstufe keines die ser Elemente enthält. Phosphor ist ein Dopant vom n-Typ für Silicium und stellt deshalb einen unverträglichen Bestandteil für die CVD-Vorstufe dar. Wasserstoffe von primärem Amin reagieren mit dem Hydrid von DMEAAl oder anderen Alanen, wobei sie polymere Aluminiumamid-Spezies bilden.
6. Das Verfahren zum gleichzeitigen Abscheiden mit DMEAAl oder einer anderen Aluminium-Vorstufe muß Al/(0,25-4% Cu) abscheiden können, das eine gleichmäßige Zusammen setzung, eine geringe Widerstandsgröße, eine gleichmä ßige Morphologie und eine geringe Korngröße aufweist und keine chemischen Verunreinigungen enthält.

Erst seit kurzem hat sich die Forschung auf Verfahren zum Einführen von Kupfer in Aluminiumfilme konzentriert. Es wurde von einigen zweistufigen Verfahren berichtet. Kwakman, Cheung und Mitarbeiter berichten von der Einfüh rung von Kupfer in CVD-Aluminium durch Ionenzerstäubung von Kupfer auf einem Substrat entweder vor oder nach dem Ab scheiden von Aluminium durch CVD, siehe K.P. Cheung, C.J. Case, R. Liu, R.J. Schutz, R.S. Wagner, L.F.Tz. Kwakman, D. Huibregtse, H.W. Piekaar und E.H.A. Granneman in Proceedings of the International VLSI Multilevel Interconnection Conference (IEEE, 1990) S. 303, und L.F.Tz. Kwakman, D. Huibregtse, H.W. Piekaar und E.H.A. Granneman, K.P. Cheung, C.J. Case, Y. Lai, R. Liu, R.J. Schutz, R.S. Wagner, ebd., S. 282. Fine et al. beschreiben in S.M. Fine, P.N. Dyer, J.A.T. Norman, Chemical Perspective of Microelectronic Materials II (Mater. Res. Soc. Proc. 204, Pittsburgh, PA, 1990), S. 415-420, ein zweistufiges, auf einanderfolgendes, selektives Abscheiden mit Trimethylamin alan (TMAAl) und (hfac)Cu(tmvs). US-Patent 5 273 775 be schreibt ein derartiges Verfahren. US-Patent 5 085 731 be schreibt analoge Kupferketon-Verbindungen und deren Syn these. US-Patent 5 098 516 beschreibt die Verwendung dieser Verbindungen zur Herstellung einzelner Kupferschichten oder -filme.

Frühere Versuche zur Entwicklung des gleichzeitigen Ab scheidens von Aluminium/Kupfer durch CVD waren entweder aufgrund der Inkompatibilität der Kupfer- und Aluminium- Vorstufe oder der thermischen Inkompatibilität der Kupfer- Vorstufe nicht erfolgreich (bei vorteilhaften Verfahrens temperaturen entweder zu reaktiv oder nicht reaktiv). Houlding et al. berichten in V.H. Houlding, H. Maxwell, Jr., S.M. Crochiere, D.L. Farrington, R.S. Rai und J.M. Tartaglia (Materials Research Society Prodeedings 260, Pittsburgh, PA, 1992), S. 119-124 von einem Verfahren zum gleichzeitigen Abscheiden von Kupfer/Aluminium. Dieses Ver fahren hat jedoch Probleme mit der parasitären Vorreaktion zwischen der Kupfer- und der Aluminium-Vorstufe und der thermischen Instabilität der Kupfer-Vorstufe. Katagiri et al. berichten vom gleichzeitigen Abscheiden einer Legierung aus Al/(0,25-4% Cu) durch CVD, indem Dimethylaluminium hydrid (DMAH) und (Cyclopentyldienyl)kupfer(triethylphos phin) (CpCu(PEt₃)) durch CVD gleichzeitig abgeschieden wer den, siehe Katagiri, E. Kondoh, N. Takeyasu und T. Nakano, Jpn. J. Appl. Phys., 32, L1078 (1993) und E. Kondoh, Y. Kawano, N. Takeyasu und T. Ohta, J. Electrochem. Soc., 141, 3494 (1994). Die Schwierigkeiten bei diesem Verfahren be stehen in der thermischen Instabilität und der Anwesenheit von Phosphor in CpCu(PEt₃) und der Neigung von DMAH zu Oli gomerisierung zu viskosen Dimethylaluminiumhydrid-Polymeren mit hohem Molekulargewicht. Die Bildung dieser Polymere im DMAH-Gasspüler verursacht unbeständige Zufuhrgeschwindig keiten der Aluminium-Vorstufe. Die potentielle chemisch kompatible Kupferverbindung [Cu[N(SiMe₃)₂]]₄ ist bekannt lich bei mindestens 180°C stabil, wie es von Bürger, H. und Wannagut, U., Monatsh. 95, 1099 (1964) berichtet wird, wo durch sie für CVD-Anwendungen bei geringer Temperatur unge eignet wird.

In der Literatur S.G. McGeachin, Can. J. Chem., 46, 1903 (1968) wird eine Klasse von Kupfer-β-diketimin-Verbindungen (Cu(BDI)₂) genannt, deren Verwendung entsprechend der vor liegenden Erfindung wurde jedoch nicht in Betracht gezogen.

Die Nachteile der herkömmlichen Vielzahl von Schritten zur Filmbildung, der Vorstufenverbindungen, die sich schwer handhaben lassen, und der Temperaturen zur Filmbildung, die ungeeignet hoch sind, werden durch die vorliegende Erfin dung beseitigt, wie es nachfolgend aufgeführt wird.

Die vorliegende Erfindung stellt ein neues Verfahren be reit, das die Probleme beim gleichzeitigen Abscheiden von Kupfer und Aluminium zur Metallisierung löst. Eine Klasse von Kupfer-β-diketimin-Verbindungen (Cu(BDI)₂) wird als Kupfer-Vorstufen für das gleichzeitige Auftragen mit einer Aluminium-Vorstufe definiert, wobei diese Kupferverbindun gen bisher nicht zum chemischen Aufdampfen mit Aluminium- Vorstufen verwendet wurden. Diese Verbindungen sind flüch tige Feststoffe, die sich bei Temperaturen von mehr als etwa 150°C zu Kupfer zersetzen. Die Verbindungen haben die nachfolgende Molekülformel:

worin R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷ und R⁸ jeweils H, CH₃ (Me), CH₂CH₃ (Et), CH₂CH₂CH₃ (Pr), CH₂CH₂CH₂CH₃ (Bu), eine Phenylgruppe oder ein C₁-C₁₀-Kohlenwasserstoffrest sind, der kein Fluor, keinen Sauerstoff oder Phosphor enthält. Besonders bevorzugt sind R¹ bis R⁴ H, Me, Et oder Pr und R⁵ bis R⁸ sind Me. In dieser Klasse zeigen diese Verbindungen die größte Flüchtigkeit, sind längere Zeit bei Raumtempera tur thermisch stabil und zersetzen sich bei einer Tempera tur von mehr als etwa 150°C in Gegenwart von Wasserstoff, wodurch Kupfer abgeschieden wird.

Die Klasse der Alkylaminalan-Verbindungen wird als Alumi nium-Vorstufen für das gleichzeitige Abscheiden mit der Kupfer-Vorstufe identifiziert, wobei diese Alkylaminalan- Verbindungen bisher nicht zum chemischen Aufdampfen mit Kupfer-Vorstufen verwendet wurden. Diese Alkylaminalane ha ben die Molekülformel H₃AlN(R⁹) (R¹⁰) (R¹¹), worin R⁹, R¹⁰ und R¹¹ jeweils C₁-C₄-Reste sind, und mindestens einer der Reste R CH₂CH₂N(CH₃)₂ sein kann.

Die chemische Natur der Kupfer-Vorstufen ist für das gleichzeitige chemische Aufdampfen mit Verbindungen in Form der Aluminium-Vorstufe, wie Alkylaminalane, gut geeignet, da sie bei Temperaturen von mehr als 150°C mit Alkylamin alanen, wie Dimethylethylaminalan, reagieren, wodurch die Al/Cu-Legierung abgeschieden wird, dies erfolgt nach fol gender Reaktionsgleichung:

Cu(BDI)₂ + H₃AlNMe₂Et → Cu + Al + 2H-(BDI) + NMe₂Et + 1/2 H₂

Dimethylethylaminalan (DMEAAl) ist ein starkes Reduktions mittel und ist für die Reduktion von Cu(II) bei Temperatu ren oberhalb 150°C sehr wirksam. Das CVD-Verfahren kann auf verschiedene Arten erfolgen - CVD bei geringem Druck, CVD bei Atmosphärendruck oder durch Plasma verstärktes CVD. All diese CVD-Verfahren sind auf diesem Fachgebiet allgemein bekannt. Beim CVD bei geringem Druck (LPCVD) und beim CVD bei Atmosphärendruck (APCVD) wird das Substrat, auf dem der Metallfilm abgeschieden werden soll, auf die Temperatur zum Abscheiden erwärmt. Die Vorstufen werden in der Gasphase zur Oberfläche des Substrats befördert. Dann werden die Vorstufen thermisch zersetzt, wodurch die gewünschte Me tallegierung auf dem Substrat abgeschieden wird. Beim durch Plasma verstärkten CVD wird die thermische Zersetzung durch die vorhandene Plasmaentladung aktiviert. Typischerweise stellt der Plättchen- bzw. Wafer-Sockel eine der Elektroden eines Hochfrequenzplasmareaktors mit parallelen Platten dar. Die Hochfrequenz beträgt typischerweise 1 × 105 s^-1 bis 13,56×106 s^-1 (100 kHz bis 13,56 MHz), obwohl jede Frequenz ausreichend ist, die das Plasma aktiv trägt. An dere die Entladung unterstützende Konfigurationen sind ebenfalls allgemein bekannt. Die Verstärkung durch Plasma ermöglicht es, daß die Filme bei geringeren Temperaturen abgeschieden werden, als es allein durch thermische Akti vierung möglich ist. Siehe zum Beispiel C. Oehr und H. Suha, Appl. Phys., A45, 151 (1988).

Die vorliegende Erfindung liefert ein einzigartiges Verfah ren zum gleichzeitigen Abscheiden von Aluminium und Kupfer als Legierung mit einer einzigen Reaktion oder in einem einzelnen Schritt und bei vernünftigen Temperaturen und üb lichen Bedingungen für das chemische Aufdampfen, wodurch auf dem Substrat ein Film oder eine Schicht der Aluminium- Kupfer-Legierung gebildet wird, z. B. auf einem Halbleiter substrat, das Silicium, Siliciumoxid, Galliumarsenid, Sili ciumnitrid umfaßt, oder auf Substraten, die keine Halblei ter Darstellen, wie Gewebe, Papier, Wolfram, Glas, Zinn oxid, Polyimid, Polymethylmethacrylat, Graphit, Keramik, als auch auf anderen Substraten, auf denen eine Metallisie rungsschicht oder ein -film erwünscht ist.

Die Klasse der Kupfer-β-diketimin-Verbindungen (Cu(BDI)₂) wird zum ersten Mal als Kupfer-Vorstufen zum gleichzeitigen Abscheiden mit der Aluminium-Vorstufe verwendet, wobei diese Kupferverbindungen bisher nicht zum chemischen Auf dampfen mit Aluminium-Vorstufen verwendet wurden. Die Ver bindungen sind flüchtige Feststoffe, die sich bei Tempera turen oberhalb etwa 150°C zu Kupfer zersetzen. Die Verbin dungen haben die nachfolgende Molekülformel:

worin R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷ und R⁸ jeweils H, CH₃ (Me), CH₂CH₃ (Et), CH₂CH₂CH₃ (Pr), CH₂CH₂CH₂CH₃ (Bu), eine Phenylgruppe oder ein C₁-C₁₀-Kohlenwasserstoffrest sind, der kein Fluor, keinen Sauerstoff oder Phosphor enthält.

Die Gruppen R werden einzeln aus den oben genannten Gruppen ausgewählt, und die Gruppen R können, falls geeignet, in der iso-Form oder in der tertiären Form vorliegen. Die C₁- C₁₀-Kohlenwasserstoffreste können Alkyl-, Alkenyl-, Al kinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkenyl-, Alkaryl-, Aryl- und Aralkylgruppen umfassen. Besonders bevorzugt sind R¹ bis R⁴ H, Me, Et oder Pr und R⁵ bis R⁸ sind Me. Diese Verbindungen zeigen die größte Flüchtigkeit dieser Klasse, sind längere Zeit bei Raumtemperatur thermisch stabil und zersetzen sich bei einer Temperatur von mehr als 150°C in Gegenwart von Wasserstoff, wodurch Kupfer abgeschieden wird. Bevorzugte Kupfer-Vorstufen umfassen: Bis(N,N′-dimethyl-4-amino-2- imino-3-pentenyl)kupfer(II), Bis(N,N′-diethyl-4-amino-2- imino-3-pentenyl)kupfer(II) und Bis(4-amino-2-imino-3-pen tenyl)kupfer(II).

H₃AlN(R⁹) (R¹⁰) (R¹¹),

worin R⁹, R¹⁰ und R¹¹ jeweils ein C₁-C₄-Kohlenwasserstoff rest ist und mindestens einer der Reste R CH₂CH₂N(CH₃)₂ oder

H_(3-x)Al(R¹²)_x,

worin R¹² ein C₁-C₄-Kohlenwasserstoffrest ist und x = 1 bis 3 ist, oder

Cl_(3-x)Al(R¹³))_x sein kann,

worin R¹³ ein C₁-C₄-Kohlenwasserstoffrest ist und x = 1 bis 3 ist.

Die Aluminium-Vorstufe wird vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Trimethylaminalan, Dimethylethylamin alan, Dimethylaliminiumhydrid und Mischungen davon besteht.

Der entstehende Metallisierungsfilm oder die entstehende Metallisierungsschicht aus der Aluminium-Kupfer-Legierung kann verschiedene Anteile jedes Metalls aufweisen, wobei dies von den Anforderungen der jeweiligen Verwendung ab hängt; die bevorzugte Zusammensetzung für die Aluminium- Kupfer-Legierung ist jedoch Aluminium/(0,25-4 Gew.-%) Kup fer.

Die Zone oder der Reaktor für das chemische Aufdampfen, worin die Aluminium-Kupfer-Legierung als Film oder Schicht abgeschieden wird, kann bei einem Druck im Bereich von etwa 13 Pa (0,10 Torr) bis zu Atmosphärendruck und etwas ober halb von Atmosphärendruck betrieben werden. Die Temperatur der Zone oder des Reaktors sollte ausreichend hoch sein, damit die Kondensation der Vorstufen oder Reaktanten ver mieden wird, so daß diese vor der Zersetzung in der Dampf phase bleiben. Dies kann durch Erwärmen der Wände der Zone oder des Reaktors über die Kondensationstemperatur der ge wählten Reaktanten oder Vorstufen erfolgen, wobei die zu sätzliche Temperaturerhöhung für die Zersetzung der Reak tanten oder Vorstufen erfolgt, indem das zu beschichtende Substrat auf diese Temperatur erwärmt wird; oder der ge samte Reaktor kann auf die Zersetzungstemperatur der Reak tanten oder Vorstufen erwärmt werden. Die Temperatur ändert sich selbstverständlich in Abhängigkeit von der Kondensati onstemperatur und der Zersetzungstemperatur der gewählten Vorstufen. Die Temperatur sollte typischerweise über 100°C betragen und insbesondere im Bereich von 150 bis 250°C lie gen. Alternativ kann die Zone oder der Reaktor zum chemi schen Aufdampfen mit Plasma benutzt werden, das durch be kannte Verfahren erzeugt wird, z. B. ein Hochfrequenzfeld, wobei das Substrat eine der Elektroden des parallelen Elek trodensatzes darstellt, und eine Hochfrequenz mit jeder Ar beitsfrequenz verwendet wird, z. B. 13,56 × 106 s^-1 (13,56 MHz) bei einer Leistung von 10 bis 100 Watt.

Die Aluminium- und Kupfer-Vorstufen können aus den entspre chenden Vorratsbehältern zum chemischen Aufdampfen beför dert werden, indem sie als Flüssigkeit zu einer Vorverdamp fungsstelle oder -zone geführt werden, worin die flüssige Vorstufe zum Einspritzen in die Zone oder den Reaktor für das chemische Aufdampfen verdampft wird, oder die Alumi nium- und Kupfer-Vorstufen können aus den Vorratsbehältern verdampft werden, indem ein Inertgas, wie Stickstoff, He lium, Argon oder Wasserstoff, durch das Vorratsgefäß gebla sen wird, wodurch die Vorstufe mitgerissen wird, und die Vorstufe und das Trägergas werden als Dampf zur Zone oder dem Reaktor für das chemische Aufdampfen befördert. Die Aluminium- und Kupfer-Vorstufen können vor der Beförderung zur Zone oder zum Reaktor für das chemische Aufdampfen vor gemischt werden.

Es folgt eine Beschreibung verschiedener typischer CVD-Ver fahren mit DMEAAl und Cu(BDI)₂. Sowohl DMEAAl als auch Cu(BDI)₂ werden nach veröffentlichten Verfahren syntheti siert.

1. LPCVD mit der Zufuhr in der Gasphase aus zwei Quellen

Es erfolgten Abscheidungsversuche in einem LPCVD-Reaktor mit kalten Wänden bei einem Gesamtdruck von 0,13 × 102 bis 13 × 102 Pa (0,10 bis 10 Torr). DMEAAl wird in einem Gas spüler aus rostfreiem Stahl aufbewahrt, der bei 10 bis 25°C gehalten wird. Trägergas, entweder Stickstoff, Argon oder Wasserstoff, wird mit 20 bis 200 Ncm³ (20 bis 200 sccm) durch das DMAAl geblasen, wodurch das DMEAAl zum Reaktor befördert wird. Cu(BDI)₂ wird in einen zweiten Gasspüler aus rostfreiem Stahl aufbewahrt, der bei 50 bis 150°C ge halten wird. Trägergas, entweder Stickstoff, Argon oder Wasserstoff, wird mit 20 bis 200 Ncm³ (20 bis 200 sccm) durch Cu(BDI)₂ geblasen, wodurch das Cu(BDI)₂ zum Reaktor befördert wird. Die Reaktorwände werden bei einer Tempera tur gehalten, die gleich oder höher als die Temperatur des Gasspülers ist, wodurch die Kondensation der metallorgani schen Verbindung auf den Reaktorwänden verhindert wird. Das zu beschichtende Substrat wird auf den Sekundärzylinder aus rostfreiem Stahl im Reaktor angeordnet, und der Sekundärzy linder und das Substrat werden durch eine im Sekundärzylin der eingebettete Widerstandsheizvorrichtung auf die Zerset zungstemperatur von 150 bis 250°C erwärmt. Die Temperatur des Substrats wird mit einem Thermoelement gemessen, das mit der Rückseite des Substrats in Kontakt steht. Vor dem Abscheiden wird der Reaktor auf einen Basisdruck von 1,3 x 10^-4 Pa (10^-6 Torr) evakuiert, wodurch die Verschmutzung des wachsenden Films durch zufälliges Wasser und zufälligen Sauerstoff minimiert wird. Mit diesem Verfahren kann ein Film aus chemisch reinem Aluminium/(0,25-4,0%) Kupfer mit geringer Korngröße, hervorragend gleichmäßiger Zusammenset zung, guter Haftung am Substrat, hervorragendem Elektromi grationswiderstand und gleichmäßiger Morphologie gebildet werden.

2. LPCVD mit direktem Einspritzen von flüssigem DMEAAl und der Zufuhr von Cu(BDI)₂ in der Gasphase aus einer zweiten Quelle

Mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Reaktor wird DMEAAl mit einem direkten Flüssigkeitsinjektor und -verdampfer zuge führt. Cu(BDI)₂ wird in einem Gasspüler aus rostfreiem Stahl aufbewahrt, der bei 50 bis 150°C gehalten wird. Trä gergas, entweder Stickstoff, Argon oder Wasserstoff, wird mit 20 bis 200 Ncm³ (20 bis 200 sccm) durch Cu(BDI)₂ gebla sen, wodurch das Cu(BDI)₂ zum Reaktor befördert wird. Mit den in Beispiel 1 beschriebenen Parametern für die Abschei dung kann ein Film aus chemisch reinem Aluminium/(0,25-4,0% Kupfer) mit geringer Korngröße, hervorragend gleichmäßiger Zusammensetzung, guter Haftung am Substrat, hervorragendem Elektromigrationswiderstand und gleichmäßiger Morphologie gebildet werden.

3. LPCVD mit direktem Einspritzen einer flüssigen Lösung von Cu(BDI)₂ in DMEAAl

Es wird der in Beispiel 1 beschriebene Reaktor verwendet. Es wird eine 1%ige Lösung von Cu(BDI)₂ in DMEAAl zugeführt, wobei ein direkter Flüssigkeitsinjektor und -verdampfer verwendet wird. Dem Reaktor wird Trägergas, 20 bis 200 Ncm³ (20 bis 200 sccm) Stickstoff, Argon oder Wasserstoff, zuge führt. Unter Anwendung der unter 1. beschriebenen Parameter für die Abscheidung kann ein Film aus chemisch reinem Alu minium/(0,25-4,0%) Kupfer mit geringer Korngröße, hervorra gend gleichmäßiger Zusammensetzung, guter Haftung am Substrat, hervorragendem Elektromigrationswiderstand und gleichmäßiger Morphologie gebildet werden.

4. PECVD mit direktem Einspritzen einer flüssigen Lösung von Cu(BDI)₂ in DMEAAl

Es wurde der in Beispiel 1 beschriebene Reaktor verwendet, der durch den Zusatz von Hochfrequenz-Plasma von parallelen Platten modifiziert wurde, die bei 13,56 × 106 s^-1 (13,56 MHz) und einer Leistung von 10 bis 100 Watt betrieben wur den. Mit einem direkten Flüssigkeitsinjektor und -verdamp fer wird eine 1%ige Lösung von Cu(BDI)₂ in DMEAAl zuge führt. Dem Reaktor wird Trägergas, 20 bis 200 Ncm³ (20 bis 200 sccm) Stickstoff, Argon oder Wasserstoff, zugeführt. Mit den unter 1. beschriebenen Parametern für die Abschei dung wird ein Film aus chemisch reinem Aluminium/(0,25- 4,0%) Kupfer mit geringer Korngröße, hervorragend gleichmä ßiger Zusammensetzung, guter Haftung am Substrat, hervorra gendem Elektromigrationswiderstand und gleichmäßiger Mor phologie hergestellt.

Die vorliegende Erfindung zeigt beim Abscheiden chemisch reiner übereinstimmender Aluminium-Kupfer-Filme auf Substraten gegenüber dem Stand der Technik Vorteile, z. B. bei den geforderten Bedingungen für Metallisierungsschich ten für Halbleiter-Vorrichtungen, indem ein einfaches ein stufiges Verfahren mit hoher Leistung zum gleichzeitigen Abscheiden von Aluminium und Kupfer bei schonenden Bedin gungen bereitgestellt wird und kompatible Aluminium- und Kupfer-Vorstufen verwendet werden. Das einstufige gleich zeitige Abscheiden verbessert die Leistung des Verfahrens, wobei bei Raumtemperatur stabile Metall-Vorstufen verwendet werden, die hervorragende Filme oder Schichten bilden.

Claims

1. Verfahren zum gleichzeitigen Abscheiden von Aluminium und Kupfer auf einem Substrat bei Bedingungen für das chemische Aufdampfen, wodurch auf dem Substrat eine Schicht aus Aluminium und Kupfer gebildet wird, ge kennzeichnet durch die Schritte:

(a) Erwärmen des Substrats auf eine Temperatur im Be reich von 150 bis 250°C,
(b) Kontakt des Substrats bei Bedingungen für das che mische Aufdampfen mit einer Kupfer-Vorstufe der Formel: worin R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷ und R⁸ jeweils H oder ein C₁-C₁₀-Kohlenwasserstoffrest sind,
(c) gleichzeitig mit dem Schritt (b) Kontakt des Substrats bei Bedingungen für das chemische Auf dampfen mit einer Aluminium-Vorstufe, ausgewählt aus H₃AlN(R⁹) (R¹⁰) (R¹¹),worin R⁹, R¹⁰ und R¹¹ jeweils ein C₁-C₄-Kohlenwas serstoffrest sind und mindestens einer der Reste R CH₂CH₂N(CH₃)₂ oderH_(3-x)Al(R¹²)_x,worin R¹² ein C₁-C₄-Kohlenwasserstoffrest ist und x = 1 bis 3 ist, oderCl_(3-x)Al(R¹³)_x ist,worin R¹³ ein C₁-C₄-Kohlenwasserstoffrest ist und x = 1 bis 3 ist,
(d) gleichzeitiges Abscheiden einer Schicht aus Alumi nium und Kupfer auf dem Substrat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷ und R⁸ jeweils ausgewählt sind aus H, CH₃, CH₂CH₃, CH₂CH₂CH₃, CH(CH₃)₂, CH₂CH₂CH₂CH₃, CH₂CH(CH₃)₂, CH(CH₃)₃ und einer Phenylgruppe.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß R⁵, R⁶, R⁷, R⁸ der Kupfer-Vorstufe eine Me thylgruppe sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Aluminium-Vorstufe ausgewählt ist aus Trimethylaminalan, Dimethylethylaminalan, N,N,N′,N′- Tetramethylethylen-1,2-diaminalan, Dimethylaluminium hydrid und Mischungen davon.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Kupfer-Vorstufe für den Kontakt mit dem Substrat von einem Trägergas mitgerissen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß das Trägergas ausgewählt ist aus Stickstoff, Helium, Argon, Wasserstoff und Mischungen davon.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Aluminium-Vorstufe für den Kontakt mit dem Substrat von einem Trägergas mitgerissen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das Trägergas ausgewählt ist aus Stickstoff, Helium, Argon, Wasserstoff und Mischungen davon.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Kupfer-Vorstufe in flüssiger Phase einer Verdampfungszone zugeführt wird, wodurch die Kupfer- Vorstufe vor dem Kontakt mit dem Substrat verdampft wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Aluminium-Vorstufe in flüssiger Phase einer Verdampfungszone zugeführt wird, wodurch die Aluminium-Vorstufe vor dem Kontakt mit dem Substrat verdampft wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Aluminium-Vorstufe und die Kupfer-Vor stufe in flüssiger Phase gemischt und einer Verdamp fungszone zugeführt werden, wodurch sie vor dem Kon takt mit dem Substrat verdampft werden.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Schicht Alumini um/(0,25-4% Kupfer) ist.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das chemische Aufdamp fen bei einem Druck von etwa 0,13 × 102 bis 13 × 102 Pa (0,10 bis 10 Torr) erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das chemische Aufdamp fen bei Atmosphärendruck erfolgt.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das chemische Aufdamp fen plasmagestützt durch Hochfrequenz-Plasma erfolgt, das bei 1 × 105 s^-1 bis 13,56 x 106 s^-1 (100 kHz bis 13,56 MHz) betrieben wird.