DE4306659A1 - A method for microwave assisted chemical vapor deposition of metal and metalloid layers in the manufacture of semiconductor integrated circuits - Google Patents
A method for microwave assisted chemical vapor deposition of metal and metalloid layers in the manufacture of semiconductor integrated circuitsInfo
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Description
Verfahren zur mikrowellenunterstützten chemischen Abscheidung von Metall- und Metalloidschichten aus der Gasphase bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen.Method for microwave assisted chemical deposition of metal and metalloid layers from the gas phase in the Production of integrated semiconductor circuits.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrowellenunter stützten chemischen Abscheidung von Metall- und Metalloid schichten aus der Gasphase bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen.The invention relates to a method for microwave underneath supported chemical deposition of metal and metalloid layers from the gas phase in the production of integrated Semiconductor circuits.
In der Mikroelektronik werden Metall- und Metalloidschichten für die vielfältigsten Anwendungszwecke benötigt. Diese sind z. B. als Leitbahn für die Verdrahtung einzelner Bauelemente im Schaltkreis oder als leitende Barriereschicht, um eine Interdiffusion zwischen zwei Leitern, die nicht in gegensei tigem Kontakt stehen dürfen, zu verhindern. Des weiteren finden solche Filme als Kontaktschicht oder Antireflexschich ten Verwendung.In microelectronics, metal and metalloid layers become needed for the most diverse applications. These are z. B. as a conductive path for the wiring of individual components in the circuit or as a conductive barrier layer to a Interdiffusion between two conductors that are not in against each other be prevented from contact. Furthermore find such films as a contact layer or anti-reflective layer use.
Mit zunehmender Miniaturisierung der Schaltkreise werden die Anforderungen an diese Schichten immer höher, die Forderung nach höchster Reinheit immer dringender. Die erzeugten Schichten müssen extrem zuverlässig sein, um auch noch in kleinsten Strukturen hohen Belastungen (d. h. Stromdichten) standhalten zu können. Des weiteren müssen auch unter diesen Bedingungen zuverlässige und niederohmige Kontaktzonen durch die Metallfilme erzeugt und gewährleistet werden. Ein zu hoher Gehalt an Fremdatomen in diesen Schichten führt unter extremen Anforderungen (kleine Strukturen, hohe Stromdichten) zur Degradation oder Zerstörung der Schicht selbst und deren Eigenschaften, aber auch benachbarter, anderweitig erzeugter Schichten. Insbesondere ist bekannt, daß eine hohe Chlorkon zentration in Titannitrid (Barriere für Aluminium) zu einer Korrosion einer darüberliegenden Aluminiumschicht führt (Elektromigration). With increasing miniaturization of the circuits, the Requirements for these layers are always higher, the requirement for highest purity ever more urgent. The generated Layers must be extremely reliable, even in smallest structures high loads (ie current densities) to be able to withstand. Furthermore, they must also be among these Conditions reliable and low-resistance contact zones through the metal films are generated and guaranteed. One too high content of impurities in these layers leads to extreme requirements (small structures, high current densities) to the degradation or destruction of the layer itself and its Properties, but also neighboring, otherwise produced Layers. In particular, it is known that a high chlorine con in titanium nitride (barrier for aluminum) to a Corrosion of an overlying aluminum layer leads (Electromigration).
Von diesen leitenden Schichten wird weiterhin eine hohe Konformität und eine gute Kantenbedeckung bei der Beschich tung gefordert. Dies ist auch unbedingt nötig, da dünne Bereiche, die sich in kleinen Strukturen ergeben können, schnell zu einer erhöhten Stromdichte führen und sich hier lokal starke Erwärmungseffekte einstellen würden, die schließlich einen Ausfall des Bauelements herbeiführen.Of these conductive layers will continue to be a high Conformity and good edge coverage in the coating demanded. This is absolutely necessary, because thin Areas that can result in small structures quickly lead to increased current density and become here local strong warming effects would set that Finally, cause a failure of the device.
Weiterhin ist es außerdem wünschenswert, daß die erzeugte Schicht zur Planarisierung der Substratoberfläche beiträgt oder zumindest unterstützt. Von genereller Bedeutung ist die Forderung, daß die Beschichtung mit diesen leitenden Metall- oder Metallverbindungsschichten bei Substrattemperaturen unter 450°C mit der erforderlichen Qualität möglich ist. Dies ist notwendig, wenn die Schichten auch bei den neuen Techno logien der Mehrlagenmetallisierung zum Einsatz kommen sollen. Denn sollte auf dem zu beschichtenden Substrat bereits eine bei niedriger Temperatur schmelzende Metallschicht, z. B. Aluminium, vorhanden sein, so muß die Beschichtungstemperatur auf jeden Fall niedrig gehalten werden. Eine Beschädigung oder Veränderung der vorher erzeugten Schichten muß auf jeden Fall ausgeschlossen sein.Furthermore, it is also desirable that the generated Layer contributes to the planarization of the substrate surface or at least supported. Of general importance is the Demand that the coating with these conductive metal or Metal interconnect layers at substrate temperatures below 450 ° C with the required quality is possible. This is necessary if the layers even with the new techno logics of multilayer metallization should be used. Because should already have on the substrate to be coated low temperature melting metal layer, e.g. B. Aluminum, be present, then the coating temperature be kept low in any case. A damage or change of previously generated layers must be on each Case be excluded.
Aufgrund der genannten vielfältigen Anforderungen sind die bekannten Verfahren zur Erzeugung solcher Metallverbindungs schichten wenig geeignet. Sputterverfahren beispielsweise beschichten nicht konform genug, während rein thermische CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) nur bei zu hohen Tempe raturen fertigungstauglich sind.Due to the mentioned diverse requirements are the known methods for producing such metal compound layers are not suitable. Sputtering method, for example do not coat conform enough while purely thermal CVD process (Chemical Vapor Deposition) only at too high temperature are suitable for production.
ECR-CVD-Verfahren (Electron-Cyclotron-Resonance-CVD) anderer seits führen zu einer Schichtabscheidung mit einer hohen Bodenbedeckung in kleinen Strukturen, die Beschichtung ist aber nicht konform, d. h. die senkrechten Wände bleiben nahezu unbeschichtet. Die Substrattemperatur muß trotz dieser Anregungsart nahezu genau so hoch gewählt werden wie bei rein thermischen Verfahren, um geeignete und ausreichende Schicht qualitäten zu erreichen.ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance CVD) methods of others On the one hand lead to a layer deposition with a high Land cover in small structures, the coating is but not compliant, d. H. the vertical walls remain almost uncoated. The substrate temperature must be despite this Type of excitation is almost as high as in pure thermal process to appropriate and sufficient layer to reach qualities.
So enthält z. B. eine aus Titantetrachlorid (TiCl4) und Ammoniak (NH3) abgeschiedene Tintannitrid-Schicht (TiN) trotzdem einige at% Chlor bei 500°C Substrattemperatur. Weiterhin ist aus dem Artikel von T. Akahori et al., Int. Conf. on Solid State Devices, Yokohama, 1991, pp. 180-182, bekannt, daß zur Abscheidung derselben TiN-Schicht mit hoch energetischen (1-2.8 kW) Stickstoff, Wasserstoff und Argon ECR-Plasmen vergleichsweise hohe Substrattemperaturen von 540°C benötigt werden, um entsprechende Schichtqualitäten erreichen zu können.So z. As a titanium tetrachloride (TiCl 4 ) and ammonia (NH 3 ) deposited Tintannitrid layer (TiN) still some at% chlorine at 500 ° C substrate temperature. Further, from the article by T. Akahori et al., Int. Conf. on Solid State Devices, Yokohama, 1991, pp. 180-182, known that for the deposition of the same TiN layer with high-energy (1-2.8 kW) nitrogen, hydrogen and argon ECR plasmas comparatively high substrate temperatures of 540 ° C are required in order to achieve appropriate layer qualities can.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. P 41 32 560.5 (entspricht der US-Anmeldung, Ser. No. 07/954,974) wird ein Verfahren zur plasmaunterstützten Ab scheidung von Schichten aus der Gasphase (PECVD) mit externer Mikrowellenanregung vorgeschlagen, bei dem vorangeregter Stickstoff im Reaktor mit nichtangeregtem Tetrakis- (dimethylamino)-titan (TMT) zusammengeführt und anschließend eine Titannitridschicht in einem schwachen Hochfrequenzplasma abgeschieden wird. Bei den zur vorliegenden Erfindung führen den Untersuchungen hat sich jedoch herausgestellt, daß die erzeugte TiN-Schicht zwar eine ausreichende mechanische Stabilität aufgrund der Verdichtung ihres inneren Gefüges aufweist, daß jedoch aufgrund unterschiedlicher beteiligter Reaktionsmechanismen und wegen der unkontrollierten Zerset zung der metallorganischen Substanz im HF-Plasma eine undefi nierte und angesichts der oben genannten Anforderungen un brauchbare Schicht entsteht.In the not previously published German patent application No. P 41 32 560.5 (corresponding to U.S. Application Ser. 07 / 954,974) is a method for plasma-assisted Ab separation of layers from the gas phase (PECVD) with external Microwave excitation proposed in the vorgeregter Nitrogen in the reactor with unexcited tetrakis (dimethylamino) titanium (TMT) combined and then a titanium nitride layer in a weak high frequency plasma is deposited. In lead to the present invention The investigations have shown, however, that the produced TiN layer, although a sufficient mechanical Stability due to the compression of its internal structure that, however, due to different involved Reaction mechanisms and because of the uncontrolled Zerset tion of the organometallic substance in the HF plasma undefi and in view of the abovementioned requirements and useful layer is formed.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein den genannten Anforderungen genügendes Verfahren anzugeben.The present invention is based on the object specify the method satisfying the requirements mentioned.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, bei dem ein mindestens Wasserstoff enthaltener Teil der Reaktionsgase räumlich getrennt von der Abscheidereaktion durch Mikrowellenenergie angeregt und anschließend einem Reaktor zugeleitet wird, in dem unter zusätzlicher separater Einführung von nichtangereg ten Reaktionsgasen mit unzerstörten metalltragenden Gasmole külen eine chemische Abscheidereaktion durchgeführt wird.To solve this problem, a method according to the invention of the aforementioned type, in which an at least Hydrogen-containing part of the reaction gases spatially separated from the deposition reaction by microwave energy is excited and then fed to a reactor, in that under additional separate introduction of non-exciting th reaction gases with undestroyed metal-bearing gas mole a chemical deposition reaction is performed.
Vorteilhafterweise können gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung nur Wasserstoffradikale, gegebenenfalls höchstens noch durch angeregte inerte Edelgase ergänzt, zur Anregung der Abscheidereaktion verwendet werden. Bei Verwendung einer nichtangeregten metallorganischen Titanverbindung wie TMT, in der Titan und Stickstoff direkt aneinander gebunden sind, können auch ohne angeregten Stickstoff oder Ammoniak hochwer tige Titan- und Titannitridschichten abgeschieden werden.Advantageously, according to one embodiment, the Invention only hydrogen radicals, optionally at most supplemented by excited inert noble gases, for stimulation the deposition reaction can be used. When using a non-excited organometallic titanium compound such as TMT, in the titanium and nitrogen are directly attached to each other, can also hochwer. without excited nitrogen or ammonia titanium and titanium nitride layers are deposited.
Der Erfindung liegt die Entdeckung eines neuen Reaktionsme chanismus zugrunde. Der bekannte Mechanismus bei einer rein thermischen Reaktion beruht auf Substitution, wobei sich ein Ammoniakmolekül an das Titan-Atom im TMT-Molekül anlagert und sich die vier N (CH3)2 Liganden anschließend sukzessive unter Bildung flüchtiger Abgangsgruppen abspalten, wobei schließ lich HN (CH3)2, N2 und H2 übrigbleiben.The invention is based on the discovery of a new reaction mechanism. The well-known mechanism in a purely thermal reaction is based on substitution, with an ammonia molecule attached to the titanium atom in the TMT molecule and the four N (CH 3 ) 2 ligands subsequently split off successively to form volatile leaving groups, with HN CH 3 ) 2 , N 2 and H 2 remain.
Im Gegensatz dazu verwendet das erfindungsgemäße Verfahren keinerlei Substitutionsmechanismus:In contrast, the method of the invention uses no substitution mechanism:
I Ti [N (CH3)2]4 + 4 H* ⇒ "Ti" + 4 HN (CH3)2
II "Ti" + 2 HN (CH3)2 ⇒ TiN + 2 C2H6 + 2 CH4 + 1/2 N2
III oder "Ti" + N* ⇒ TiNI Ti [N (CH 3 ) 2 ] 4 + 4 H * ⇒ "Ti" + 4 HN (CH 3 ) 2
II "Ti" + 2 HN (CH 3 ) 2 ⇒ TiN + 2 C 2 H 6 + 2 CH 4 + 1 / 2N 2
III or "Ti" + N * ⇒ TiN
Aus den ersten beiden Gleichungen ist ersichtlich, daß das Verfahren über die Bildung von intermediärem Titan "Ti" abläuft und nicht auf die Anwesenheit von angeregtem N2 oder NH3 angewiesen ist. Dieser Reaktionsverlauf wird durch die Entstehung der flüchtigen Kohlenwasserstoffe gemäß Gleichung II, die den Zerfall der N (CH3)2-Gruppen voraussetzen, bestä tigt. Wird dennoch angeregter Stickstoff zugesetzt, so ver läuft auch in diesem Fall die Reaktion über das intermediär gebildete Titan gemäß Gleichung III. Unerwartet und überra schenderweise ergibt sich also ein völlig neuer physikalisch chemischer Vorgang bei der Reaktion von metallhaltigen Mole külen mit Radikalen aus einer Mikrowellenquelle. Dieses neuartige Umsetzungsverhalten von angeregten Spezies mit anderen Molekülen auf beheizten Substraten ist somit deutlich von anderen, bisher bekannten Prozessen zu unterscheiden und bringt vielfältige Verbesserungen, nicht nur die Verringerung der Reaktionstemperatur, mit sich.From the first two equations it can be seen that the process proceeds via the formation of intermediate titanium "Ti" and does not rely on the presence of excited N 2 or NH 3 . This course of the reaction is confirmed by the formation of the volatile hydrocarbons according to equation II, which presuppose the decomposition of the N (CH 3 ) 2 groups. If, nevertheless, excited nitrogen is added, the reaction also proceeds in this case via the titanium formed in accordance with equation III. Unexpectedly and surprisingly, therefore, a completely new physico-chemical process results in the reaction of metal-containing molecules with radicals from a microwave source. This novel reaction behavior of excited species with other molecules on heated substrates is thus clearly distinguishable from other previously known processes and brings many improvements, not only the reduction of the reaction temperature, with it.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung, die im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläu tert wird, sind Gegenstand von Unteransprüchen.Further embodiments and advantages of the invention, which in The following with reference to embodiments even closer erläu tert, are the subject of subclaims.
Durch das remote-Plasma Konzept ist es möglich, daß keine unerwünschte Fragmentierung anderer, aber zur Abscheidung notwendiger Komponenten stattfindet und deshalb die Radikale mit dem unzerstörten metalltragenden Molekül an der Sub stratoberfläche reagieren können. Eine Abscheidung höchst reiner Metall- oder Metalloidfilme ist damit möglich. Die Steuerung der gewünschten Zusammensetzung der Schichten ist durch geeignete Wahl der Gasmischung und des Gasverhältnisses in der Mikrowelle sowie anderer Abscheideparameter möglich.Due to the remote plasma concept, it is possible that no unwanted fragmentation of others, but for deposition necessary components takes place and therefore the radicals with the undestroyed metal-bearing molecule at the sub stratoberfläche can react. A deposition highest pure metal or metalloid films is possible. The Control of the desired composition of the layers is by suitable choice of gas mixture and gas ratio in the microwave as well as other separation parameters possible.
Hierzu ist der Radikalgenerator so angeordnet, daß die ange regten Spezies direkt und mit möglichst wenigen Wandstößen in den Reaktionsraum gelangen und dort möglichst konzentriert zur Umsetzung zur Verfügung stehen. Weiterhin muß dabei beachtet werden, daß die Zeitspanne zwischen der Erzeugung der Radikale im Plasma und deren Umsetzung im Reaktionsraum kurz ist, damit noch ein maßgeblicher Anteil an nicht rekom binierten Teilchen vorhanden ist. Ein großer Durchmesser des Zuleitungsrohres und gerade Wege sind deshalb vorteilhaft. Andererseits muß aber auch eine ausreichende Vermischung mit den anderen zugeführten, nicht angeregten Komponenten gewähr leistet sein, um eine homogene Schichtverteilung zu errei chen. Dies wird durch eine separate, beheizte Zuleitung für die metallorganische Substanz sowie durch Strömungstechnische Maßnahmen gewährleistet.For this purpose, the radical generator is arranged so that the ange Species moved directly and with as few wall joints as possible get to the reaction room and there concentrated as possible to be available for implementation. Furthermore, it must be there be noted that the time between generation the radicals in the plasma and their reaction in the reaction space is short, so that still a significant proportion of not rekom Bound particles is present. A large diameter of the Zuleitungsrohres and straight paths are therefore advantageous. On the other hand, but also sufficient mixing with the other supplied unexcited components be able to achieve a homogeneous layer distribution chen. This is done by a separate, heated supply line for the organometallic substance and by fluidic Ensures measures.
Im Reaktor selbst findet die chemische Reaktion zwischen den angeregten Spezies oder Radikalen und den separat über die eigene Versorgungsleitung zugeführten, nicht angeregten Molekülen auf dem beheizten Substrat statt. Hierbei bildet sich die gewünschte Schicht in entsprechender Reinheit, abhän gig von den zugeführten, unangeregten Gasen und Molekülen, von den in dem Mikrowellengenerator angeregten Gasen oder Gasgemischen sowie weiteren Prozeßparametern wie Druck, Temperatur, Gasfluß.In the reactor itself, the chemical reaction between the stimulated species or radicals and separately over the own supply line supplied, not excited Molecules take place on the heated substrate. This forms the desired layer in appropriate purity, depended gig of the supplied, unexcited gases and molecules, from the gases excited in the microwave generator or Gas mixtures and other process parameters such as pressure, Temperature, gas flow.
Bei diesem Prozeß findet eine Umsetzung mit den am Substrat angebotenen Stickstoff- und Wasserstoffradikalen (N* und H*) statt. Hier ersetzen die Radikale z. B. nicht den Ammoniak in dem bereits bekannten thermischen Prozeß. Man findet im Gegensatz hier einen anderen Umsetzungsme chanismus als mit NH3; dies ist u. a. an einer unter schiedlichen Zusammensetzung bei sonst gleichen Bedingun gen, aber auch an einer wesentlich besseren Kantenbe deckung erkennbar.In this process, reaction takes place with the nitrogen and hydrogen radicals (N * and H *) offered on the substrate. Here the radicals replace z. B. not the ammonia in the already known thermal process. In contrast, a different reaction mechanism is found here than with NH 3 ; This is, inter alia, at a different composition under otherwise identical conditions, but also at a much better Kantenbe cover recognizable.
Durch die Umsetzung von TiCl4 mit Wasserstoffradikalen und, gegebenenfalls, einem optimierten Anteil an Stick stoffradikalen lassen sich Titan-, titanreiche Titanni tridschichten sowie perfekte, fremdatomfreie Titannitrid schichten abscheiden. Des weiteren ist eine Steuerung der Zusammensetzung durch Zugabe weiterer Gase möglich (z. B. Silan (SiH4) führt ggf. zu Titan-Silizium-Verbindungs schichten). Auch bei diesem Prozeß ist ein neuer, anderer Umsetzungsmechanismus vorherrschend. Dieser hat wiederum entscheidende Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren (thermisch mit Ammoniak oder mit N2/H2 im HF-Kammer plasma):By the reaction of TiCl 4 with hydrogen radicals and, optionally, an optimized proportion of nitrogen radicals, titanium, titanium-rich Titania tride layers and perfect, foreign atom-free titanium nitride layers can be deposited. Furthermore, a control of the composition by the addition of other gases is possible (eg, silane (SiH 4 ) may lead to titanium-silicon compound layers). Also in this process, a new, different implementation mechanism is prevalent. This in turn has decisive advantages over the known methods (thermally with ammonia or with N 2 / H 2 in the RF chamber plasma):
- * Durch den Einsatz eines Mikrowellen-remote-Plasmas kann bei niedrigerer Substrattemperatur bei entsprechenden Schichteigenschaften abgeschieden werden. Dies hat einen größeren Applikationsbereich des Prozesses zur Folge, aber auch die entstehenden Halogene (Chlor in diesem Fall) zeigen kein so starkes Ätzverhalten gegenüber dem Substrat (encroachment).* By using a microwave remote plasma can at lower substrate temperature at appropriate Layer properties are deposited. This has one larger application area of the process, but also the resulting halogens (chlorine in this Fall) show no such strong etching behavior over the Substrate (encroachment).
- * Außerdem ist beim Verzicht auf NH3 keine Salzbildung (Ammoniumchlorid) möglich, die Partikelgefahr dadurch ausgeschlossen. Eine Adduktbildung, wie sie bei der Ver wendung von TiCl4 und NH3 möglich ist, kann bei obiger Prozeßführung völlig ausgeschlossen werden.* In addition, if no NH 3 is used, no salt formation (ammonium chloride) is possible, thus excluding the danger of particles. An adduct formation, as is possible with the use of TiCl 4 and NH 3 , can be completely ruled out in the case of the above process control.
Insgesamt erreicht man bei den Prozessen mit der Mikrowellen anregung trotz deutlich niedrigerer Abscheidetemperaturen als bei bekannten CVD-Verfahren eine hohe Reinheit der Filme, niedrigere Fremdatomgehalte (z. B. Cl-Kontamination) und damit verbunden niedrige spezifische Widerstände.In total it is reached at processes with microwaves excitation despite significantly lower deposition temperatures than high purity of the films in known CVD processes, lower impurity levels (eg Cl contamination) and associated with low resistivities.
Überraschenderweise bedarf es zur Erzeugung von TiN aus stickstoffhaltigen metallorganischen Titanverbindungen (wie z. B. TMT) nicht der Anregung von Stickstoff in der Mikro welle. Unter bestimmten Bedingungen führt alleine die Anre gung von Wasserstoff alleine oder von Wasserstoff-/Edelgas- Gemischen zu Titannitridschichten von hoher Qualität und hoher Reinheit mit den zuvor genannten Vorteilen. Als Be schichtungsparameter hierzu seien folgende Bereiche genannt:Surprisingly, it requires the production of TiN nitrogen-containing organometallic titanium compounds (such as z. TMT) does not stimulate nitrogen in the micro wave. Under certain conditions alone leads the incentives supply of hydrogen alone or of hydrogen / noble gas Mixtures to titanium nitride layers of high quality and high purity with the advantages mentioned above. As Be The coating parameters for this are the following areas:
Unter anderen Bedingungen sind sogar titanreiche Schichten oder sogar reine Titanschichten möglich. Auch hierzu einige typische Parameterbereiche:Under other conditions, even titanium-rich layers or even pure titanium layers possible. Here are some typical parameter ranges:
Die Umsetzungen selbst lassen sich prinzipiell mit den bekannten Reaktionsgleichungen beschreiben, wobei diese oberflächenkontrolliert auf dem Substrat abläuft. Hierzu seien noch einige Beispiele angeführt:The reactions themselves can in principle be combined with the describe known reaction equations, these surface-controlled running on the substrate. For this Let me give you some examples:
Ti(NR₂)₄ + 4 H* ⇒ Ti + 4 HNR₂;
TiCl₄ + 4 H* ⇒ Ti + 4 HCl;
Ti(NR₂)₄ + 4 H* + N* ⇒ TiN + 4 HNR₂;
WF₆ + 6 H* ⇒ W + 6 HF;
Ti[N(CH₃)₂]₄ + 6 H* ⇒ TiN + 3 HN(CH₃)₂ + C2H6;
TiCl⁴ + N* + 4 H* ⇒ TiN + 4 HCl;
TiCl4 + 4 H* + x SiH4 ⇒ TiSix + 4 HCl + 2 × H2.Ti (NR₂) ₄ + 4 H * ⇒ Ti + 4 HNR₂;
TiCl₄ + 4H * ⇒ Ti + 4HCl;
Ti (NR₂) ₄ + 4H + N * ⇒ TiN + 4 HNR₂;
WF₆ + 6 H * ⇒ W + 6 HF;
Ti [N (CH₃) ₂] ₄ + 6 H * ⇒ TiN + 3 HN (CH₃) ₂ + C 2 H 6 ;
TiCl⁴ + N * + 4 H * ⇒ TiN + 4 HCl;
TiCl 4 + 4 H * + x SiH 4 ⇒ TiSi x + 4 HCl + 2 × H 2 .
Durch die Einleitung von Wasserstoffradikalen und/oder Gemi schen aus Stickstoff- und Wasserstoffradikalen, verbunden mit einer Edelgaszumischung je nach Anwendung, lassen sich aber auch die nach obigen Verfahren erzeugten Schichten nachbehan deln und in ihrer Struktur verändern. So ist eine Verdichtung bzw. Homogenisierung möglich, verbunden mit einer Struktur- und/oder Eigenschaftsänderung der abgeschiedenen Kristallite. Diese, durch die Nachbehandlung erzeugten Veränderungen können beispielsweise am spezifischen Widerstand oder an der Härte der Schicht abgelesen und beurteilt werden.By the introduction of hydrogen radicals and / or Gemi nitrogen and hydrogen radicals linked to a Edelgaszumischung depending on the application, but can be also nachbehan the layers produced by the above method and change their structure. Such is a condensation Homogenization possible, combined with a structural and / or Property change of the deposited crystallites. These changes produced by the aftertreatment For example, at the resistivity or at the Hardness of the layer can be read and evaluated.
Zusammenfassend lassen sich die Vorteile des erfindungsge mäßen Verfahrens folgendermaßen beschreiben:In summary, the advantages of erfindungsge according to the method describe as follows:
Die Qualität der erzeugten Schichten entspricht bezüglich Stöchiometrie, Reinheit und Kantenbedeckung jenen aus mit rein thermischen Prozessen oder Plasmaprozessen abgeschiede nen oder ist deutlich verbessert, obwohl die Umsetzung der Substanzen nach einem neuen Mechanismus mit Radikalen statt findet.The quality of the layers produced corresponds with respect to Stoichiometry, purity and edge coverage of those with purely thermal processes or plasma processes separated or is significantly improved, although the implementation of the Substances take a new mechanism with radicals instead place.
Mit diesen RP-CVD Prozessen sind neuartige Schichten, Schichtsysteme und bei Verbindungsschichten spezielle Stöchiometrien herstellbar, wobei diese durch Variation der Prozeßgasanteile veränderbar sind.With these RP-CVD processes are novel layers, Layer systems and in connection layers special Stoichiometries produced, these by varying the Process gas components are changeable.
Schichtsysteme unterschiedlicher Zusammensetzung können durch Veränderung der Prozeßgasanteile im Radikalgenerator während des Aufwachsens (in-situ) erzeugt werden, wobei die Stöchio metrie fließend von der kontinuierlichen Variation dieser Gasanteile oder der eingekoppelten Mikrowellenleistung ab hängt.Layer systems of different composition can by Change of the process gas components in the radical generator during growing (in-situ), the stoichio metric flowing from the continuous variation of this Gas shares or the coupled microwave power from hangs.
Die Abscheidetemperatur der RP-CVD Prozesse liegt deutlich unter (bis zu 300°C und mehr) jenen der rein thermischen Prozesse oder Plasmaprozesse.The deposition temperature of the RP-CVD processes is clearly below (up to 300 ° C and more) those of purely thermal Processes or plasma processes.
Anstelle von Ammoniak (NH3) können geeignete Mischungen von in der Mikrowelle angeregte Gase verwendet werden (z. B. N2, H2 mit Ar, He, Kr), wobei der Molanteil eines oder mehrerer Komponenten hiervon (außer H2) auch Null sein kann.Instead of ammonia (NH 3 ), suitable mixtures of microwave excited gases may be used (eg, N 2 , H 2 with Ar, He, Kr), with the mole fraction of one or more components thereof (other than H 2 ) also Can be zero.
Zur Durchmischung der Gase, speziell für die von der Mikro welle angeregten, muß kein Gasverteilungssystem, wie z. B. ein "showerhead", verwendet werden, sondern sie kann strö mungstechnisch auf einfache Weise gelöst werden.For mixing the gases, especially for those of the micro wave excited, no gas distribution system, such. B. a "showerhead," can be used, but she can stream be technically solved in a simple manner.
Die abgeschiedenen Schichten können durch die Einleitung von geeigneten Radikalen oder von nicht angeregten Ga sen/Molekülen nach der Deposition derart verändert werden, daß eine Verdichtung, Homogenisierung und Stabilisierung der Schichteigenschaften erreicht wird.The deposited layers can by the introduction of suitable radicals or unexcited Ga sen / molecules are changed after deposition so that a compaction, homogenization and stabilization of Layer properties is achieved.
Claims (12)
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| DE4306659A DE4306659A1 (en) | 1993-02-09 | 1993-03-03 | A method for microwave assisted chemical vapor deposition of metal and metalloid layers in the manufacture of semiconductor integrated circuits |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US4724159A (en) * | 1985-10-14 | 1988-02-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Conductive layer deposition method with a microwave enhanced CVD system |
| DE4132558C1 (en) * | 1991-09-30 | 1992-12-03 | Secon Halbleiterproduktionsgeraete Ges.M.B.H., Wien, At |
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-
1994
- 1994-02-03 KR KR1019940001969A patent/KR940019879A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4724159A (en) * | 1985-10-14 | 1988-02-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Conductive layer deposition method with a microwave enhanced CVD system |
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| JP 02-277775 A, Pat.Abstr.JP C-801, 31.01.91, Vol. 15, Nr. 43 * |
| JP 03-031476 A, Pat.Abstr.JP C-825, 18.04.91, Vol. 15, Nr. 154 * |
| JP 03-138371 A, Pat.Abstr.JP C-865, 06.09.91, Vol. 15, Nr. 353 * |
| JP 03-264670 A, Pat.Abstr.JP C-913, 21.02.92, Vol. 16, Nr. 71 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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