EP2220267A1 - Substrate having a coating comprising copper and method for the production thereof by means of atomic layer deposition - Google Patents

Substrate having a coating comprising copper and method for the production thereof by means of atomic layer deposition

Info

Publication number
EP2220267A1
EP2220267A1 EP08855886A EP08855886A EP2220267A1 EP 2220267 A1 EP2220267 A1 EP 2220267A1 EP 08855886 A EP08855886 A EP 08855886A EP 08855886 A EP08855886 A EP 08855886A EP 2220267 A1 EP2220267 A1 EP 2220267A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
copper
pulse
layer
precursor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08855886A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas WÄCHTLER
Thomas Gessner
Stefan Schulz
Heinrich Lang
Alexander Jakob
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Technische Universitaet Chemnitz
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Technische Universitaet Chemnitz
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, Technische Universitaet Chemnitz filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2220267A1 publication Critical patent/EP2220267A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45553Atomic layer deposition [ALD] characterized by the use of precursors specially adapted for ALD
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/06Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material
    • C23C16/18Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of metallic material from metallo-organic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/408Oxides of copper or solid solutions thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L21/28556Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • H01L21/28562Selective deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76871Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers
    • H01L21/76873Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers for electroplating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76877Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76898Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics formed through a semiconductor substrate

Definitions

  • the invention relates to a method for the deposition of thin copper layers or copper-containing layers by means of atomic layer deposition (ALD).
  • ALD atomic layer deposition
  • This method is particularly suitable for depositing layers containing copper or copper on semiconductor substrates (for example, for the production of the multilayer interconnect system in highly integrated microelectronic circuits-ULSI circuits).
  • CVD chemical vapor deposition
  • source substances or precursors which contain the desired metal (eg copper) in the form of a chemical compound are supplied in the gaseous state to a vacuum chamber designed as a hot or cold wall reactor, in which layer deposition takes place later.
  • the precursors are transferred for this purpose before the deposition in the gas phase.
  • On The surface of the heated wafer substrate is then subjected to a film formation reaction.
  • This can consist of a deliberately thermally controlled decomposition of the precursor; often also reducing or oxidizing agents for the layer deposition are necessary.
  • the CVD methods have the disadvantage that the layer growth is not uniform here and closed layers form only from a thickness of a few 10 nm.
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • Reducing agent is reduced to a copper layer.
  • the precursors used here are copper (I) and copper (II) complexes.
  • Complexes of the type LCu (XnX) are mentioned here in particular as copper (I) complexes.
  • the bidentate ligand XnX represents ⁇ -diketonate, explicitly hexafluoroacetylacetonate (hfac) is called.
  • the ligand L is a stabilizing ligand, e.g. an olefin such as trimethylvinylsilane (tmvs).
  • the reduction can be carried out, for example, with diethylsilane.
  • the 'US 6,482,740 B2 describes a generic ALD method in which first a copper oxide layer is obtained.
  • precursor copper (I) - and copper (II) - compounds are used as precursor copper (I) - and copper (II) - compounds.
  • copper (I) compound for example, (PEt 3 ) is called Cu (hfac).
  • an oxidation pulse with water, H 2 O 2 , O 2 , O 3 or similar oxidizing agents is carried out in each case during an ALD cycle.
  • reducing agents such as ammonia, hydroxylamine, hydrazine, alcohols (eg methanol), aldehydes (eg butyraldehyde), carboxylic acids (eg formic acid or acetic acid) and hydrogen are used.
  • the reduction takes place at temperatures between 310 and 450 0 C.
  • WO 2004/036624 A2 discloses an ALD process in which a precursor is used which is not fluorine-containing.
  • Homoleptic copper complexes are proposed as precursors, for example copper (II) - ⁇ -diketonates and copper (I) -tert-butoxide.
  • ozone oxygen, water or mixtures thereof are used; the reduction takes place by means of a hydrogen-containing gas.
  • the present invention has the object to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an improved ALD method for producing a copper layer.
  • Claims 16 and 17 indicate a substrate coated by this method with a copper layer or a copper-containing layer. Subclaims teach advantageous developments. Claim 21 indicates an advantageous use of the method according to the invention.
  • the present invention provides a method by which a substrate can be coated with a copper layer or a copper-containing layer.
  • the layer deposition takes place by means of atomic layer deposition (atom layer deposition - ALD), wherein a copper (I) complex which contains no fluorine is used as precursor.
  • atomic layer deposition atom layer deposition - ALD
  • a copper (I) complex which contains no fluorine is used as precursor.
  • the process according to the invention can be carried out in two variants: either a reduction step after the predetermined number of ALD cycles have been completed.
  • the reduction of the deposited copper-containing layer may be accomplished by means of a reduction pulse during an ALD cycle.
  • the reduction step can be completely dispensed with, if no coating of elemental copper is desired, but a copper oxide layer or a layer of another copper salt.
  • the precursor used in the process according to the invention is a complex of the formula L 2 Cu (XnX) in which the two ligands L may be identical or different and the ⁇ -donor ⁇ -acceptor ligands and / or ⁇ , ⁇ -donor ⁇ Acceptor ligands.
  • the ligand XnX is a bidentate ligand selected from the group consisting of ⁇ -diketonates, ⁇ -ketoiminates, ⁇ -diiminates, amidinates, carboxylates, and thiocarboxylates.
  • these bidentate ligands thus are a compound which is simply negatively charged in an uncoordinated state and has two heteroatoms which are linked to one another via one or three carbon atoms.
  • the bidentate ligand is coordinated to the Cu at room temperature via both heteroatoms.
  • it may also happen that at least part of the precursor is coordinated only via one of the heteroatoms of the bidentate ligand.
  • a complex in which a heteroatom of the bidentate ligand is coordinated (at room temperature) to two copper atoms does not belong to the precursors suitable according to the invention.
  • the two heteroatoms in each case coordinate to different Cu atoms, so that a 2-nuclear complex is formed.
  • the complexes according to the invention will be mononuclear complexes. According to the invention, it was recognized that by using 18 valence electron complexes instead of 16 valence electron complexes, precursors having a much higher stability are used, but that these precursors decompose or undergo copper under milder conditions than is customary in the prior art Oxidation to a copper salt such as copper oxide can be implemented.
  • the complexes according to the invention are better suited for ALD, since they are less prone to self-decomposition (eg by disproportionation), which would result in greater CVD effects.
  • This is accompanied by the fact that the precursors to be used can be stored for a certain time without decomposition phenomena occurring and thus a more economical implementation of the method is possible.
  • the following (ALD) partial steps are preferably run through successively, an oxidation pulse and / or a reduction pulse always taking place:
  • a reduction pulse followed by a purge pulse or evacuation pulse optionally, a reduction pulse followed by a purge pulse or evacuation pulse.
  • the single pass through the specified sub-steps represents an ALD cycle.
  • the reduction pulse and the subsequent rinsing or evacuation pulse are only then required if the reduction is to be performed during each ALD cycle and the reduction does not take place until after the predetermined number of ALD cycles have passed or the reduction is completely dispensed with. If a reduction pulse occurs during the ALD cycles, it is often not necessary to carry out an oxidation pulse (especially when forming layers on metal substrates).
  • the precursor of the reaction chambers in which the ALD method is carried out is supplied in such a way that chemisorption and optionally also physisorption of the precursor on the substrate surface take place on the substrate arranged in the reaction chamber.
  • the precursor is supplied in vapor form to the reaction chamber (in particular by evaporation or sublimation of the liquid or solid precursor) or in the form of a precursor / solvent mixture which has been converted into the vapor phase.
  • a carrier gas in particular an inert gas, e.g. Argon, used.
  • the adsorption pulse is followed by a flushing pulse or an evacuation pulse. This has the task of removing excess precursor so that ideally only one monolayer of the chemisorbed precursor remains on the substrate surface.
  • an oxidizing agent is fed to the reaction space in the subsequent step.
  • This oxidizing agent reacts with the chemisorbed precursor molecules so that, as a rule, copper or a copper oxide (or another copper compound formed by the oxidation, depending on the oxidant used) is formed.
  • a rinsing or Evacuation pulse to remove reaction products from the reaction chamber.
  • an inert gas is usually used for the rinsing pulses (for example argon).
  • this can be followed by a reduction pulse in which a reducing agent is supplied to the reaction space.
  • a reducing agent is supplied to the reaction space.
  • this takes place at least partially, preferably completely, a reduction of the copper salt (in particular copper oxide) obtained in the oxidation pulse to elemental copper.
  • a purge or evacuation pulse is followed in order to remove the reaction products obtained from the reduction pulse also from the reaction space.
  • an ALD process consists of several 100 ALD cycles to produce layers several nanometers thick.
  • the ALD process is carried out in a temperature range in which the cycle growth varies very little or not at all with the temperature.
  • This has the advantage that on the areas of the substrate to be coated (also in shadow areas) a uniform uniform layer with high uniformity of thickness is obtained.
  • CVD processes in particular in this temperature window, because of the slower and more controlled layer growth, layers with a lower minimum thickness can be obtained, which in many cases also form closed layers even at layer thicknesses that are ⁇ 5 nm.
  • a precursor complex which can be evaporated at moderate temperatures (up to 100 ° C.) (ie which is liquid or sublimable at these temperatures).
  • the transfer to the vapor phase can be done for example by applying a negative pressure.
  • the height of the vapor pressure of the precursor used is not essential here; it is only important that the precursor molecules can chemisorb on the substrate surface to be coated.
  • precursor complexes which are already liquid under normal conditions (ie at room temperature and normal pressure). These have the advantage of being easier and more controlled to vaporize than solids.
  • Solid precursors can also be advantageous. Solids can be dissolved, for example, and can thus also be used in "liquid” form. Such solid or dissolved precursors can be vaporized or sublimated with a corresponding metering or evaporator system even at very low vapor pressures at a high rate.
  • liquid complexes are obtained, in particular, when the ligand L of the complex L 2 Cu (XnX) is a trialkylphosphane.
  • ligand L of the complex L 2 Cu (XnX) is a trialkylphosphane.
  • trimethylphosphine, triethylphosphine, tri-n-propyl-phosphine and tri-n-butyl-phosphine are mentioned here.
  • the vapor pressure of the liquid or solid precursor should be preferred at the particular vaporization temperature be at least 0.005 mbar, particularly preferably 0.01 mbar, so that the adsorption of a monolayer precursor molecules on the substrate surface takes place in a technically acceptable time, so that the precursor pulse can be kept as short as possible.
  • Evaporation temperature is hereby preferably chosen so that the complex, as long as it is not yet in the reaction chamber, just does not decompose
  • ligand L may be any ⁇ -donor ⁇ acceptor or ⁇ , ⁇ -donor ⁇ acceptor. Particular mention may be made as ligands: isonitriles, alkynes and olefins (whereby also dienes as bidentate ligands in which L 2 stands for exactly one diene ligand or an en-in ligand in which both unsaturated groups are coordinated to the central atom ), in particular olefin and / or alkyne complexes in which the olefin or the alkyne acts as ⁇ , ⁇ donor ⁇ acceptor, and finally phosphine ligands.
  • ligands isonitriles, alkynes and olefins (whereby also dienes as bidentate ligands in which L 2 stands for exactly one diene ligand or an en-in ligand in which both unsaturated groups are coordinated to the central atom ), in particular olefin and / or al
  • the radicals R 6 may be identical or different, with complexes usually being used in which the radicals R 5 are identical.
  • R 6 may also be an alkoxy radical OR 7 .
  • the radicals R 6 or R 7 may be in particular alkyl or aryl radicals. Suitable alkyl radicals are branched, unbranched or cyclic alkyls, in particular having 1 to 15 carbon atoms, particularly preferably the alkyl radicals are methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl or t-butyl and Cyclohexyl.
  • Suitable aryl radicals are all substituted and unsubstituted aryl compounds; these can also be bound via an alkylene linker to the phosphorus or oxygen atom.
  • a particularly preferred aryl radical is phenyl. All the above alkyl and aryl radicals may also be substituted by heteroatoms or carry functional groups with heteroatoms (eg a bidentate ligand in which a coordinating NR 2 group is included). As a rule, however, pure hydrocarbon radicals are used for cost reasons.
  • Particularly suitable bidentate phosphine ligands are ligands in which the two phosphorus atoms are linked via an ethylene or methylene linker.
  • the remaining radicals bound to the phosphorus atom correspond to the definition of the radicals R ⁇ and R 7 .
  • Particularly suitable bidentate phosphine ligands are bis (diphenylphosphino) ethane, bis (diphenylphosphino) methane and bis (diethylphosphino) ethane.
  • a bidentate ligand XnX it is possible to use, inter alia, a ⁇ -diketonate, a ⁇ -ketoiminate or a ⁇ -diiminate. It is therefore a ligand of the general formula RC (X) -CR 8 -C (Y) -R 1 or
  • X and Y are the same or different and represent O or NR 2 .
  • R, R 1 , R 2 and R 8 are herewith identical or different and branched, unbranched or cyclic alkyl radicals, aryl radicals or trialkylsilyl radicals.
  • R 8 can also be a hydrogen atom.
  • these radicals have 1 to 15 carbon atoms.
  • the alkyl and aryl radicals may be substituted by heteroatoms, but are usually pure hydrocarbons; likewise, the radicals can carry functional groups.
  • R, R 1 and R 2 are particularly preferably methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, t-butyl or phenyl and R 8 is hydrogen, methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n- Butyl, t-butyl or phenyl.
  • Trialkylsilyl radicals the individual alkyl radicals may be identical or different; there are branched, unbranched or cyclic alkyls into consideration, particularly preferred are trialkylsilyl radicals having the alkyl radicals methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl and t-butyl.
  • ⁇ -diketonate ligands acetylacetone
  • heptane-3 5-dione, 2, 6-dimethylhepta- 3,5-dione, 2,2,6,6-tetramethylhepta-3,5- dione, N, N, N'N'-tetramethylmalonamide, N, N, N'N'-tetraethylmalonamide, 1,3-dimorpholin-4-yl-propane-1,3-dione, 1,3-diphenylpropane-1, 3-dione and 1, 3-dicyclohexylpropane-l, 3-dione.
  • acetylacetone acetylacetone
  • ⁇ -ketoiminate ligands 4- (methylamino) -3-penten-2-one and 4- (ethylamino) -3-penten-2-one are particularly preferred.
  • ⁇ -diiminate ligands are (2Z 1 4S) -JV-isopropyl-4- (methylimino) pent-2-en-2-amine and N- [(IB, 2Z) -l-methyl-2-pyrrolidine-2 -ylidene ethylidene] methanamine is particularly preferred.
  • the bidentate ligand XnX contained in the precursor complex may be an amidinate, a carboxylate or a thiocarboxylate.
  • X 1 and Y 1 represent either two oxygen atoms or one oxygen and one sulfur atom or two NR 4 groups.
  • the radicals R 3 and R 4 are identical or different and preferably branched, unbranched or cyclic alkyl radicals or aryl radicals. Preferably, these radicals have 1 to 15 carbon atoms.
  • the radicals can be substituted by heteroatoms, but are usually pure hydrocarbons; likewise, the radicals can carry functional groups.
  • the radicals R 3 and R 4 are particularly preferably methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, t-butyl or phenyl.
  • the radical R 3 can furthermore be a trialkylsilyl radical in which the individual alkyl radicals can be identical or different.
  • Branched, unbranched or cyclic alkyls come into consideration, particularly preferably the alkyl radicals are methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl or n-butyl and t-butyl.
  • the amidinate, the carboxylate or the thiocarboxylate in the alkyl or aryl radical have a carboxylate group.
  • carboxylates of the formula R 5 OC (O) -ZC (O) -O or to call are carboxylates of the formula R 5 OC (O) -ZC (O) -O or to call.
  • Z is an alkylene or alkylidene bridge or a
  • the radical R 5 is preferably a branched, unbranched or cyclic alkyl radical or an aryl radical, in particular a
  • amidinate carboxylate or thiocarboxylate ligand
  • preference is given according to the invention to acetate, benzoate, benzylate, propionate, pivalonate, 2-methylpropionate, silyl-substituted acetates, thioacetate and N, N'-dimethylacetamidines.
  • some precursor complexes are particularly preferred. These are synthetically easily accessible complexes, which are also liquid at room temperature and can be easily converted into the gas phase and continue to be storable for a certain time. The following complexes can be mentioned here:
  • a liquid or gaseous oxidizing agent is usually used.
  • the oxidizing agent is gaseous and more preferably the oxidizing agent is selected from the group consisting of oxygen, water, H 2 O 2 , ozone and N 2 O.
  • oxidizing agents are preferred, as can be performed using this pulse, an oxidation at relatively mild conditions (in particular at temperatures in the range from 105 0 C to 135 ° C).
  • wet oxygen ie a mixture of water vapor and oxygen
  • wet oxygen is a more effective oxidant than oxygen or water vapor alone, and thus the ALD better even at low temperatures, in which the precursor itself just does not decompose works. This is usually accompanied by a lower tendency to agglomeration of the produced copper-containing layer.
  • the reduction agent for the reduction step or the reduction pulse is preferably selected from the group consisting of hydrogen plasma, molecular hydrogen (H 2 ), carbon monoxide, hydrazine, boranes, silanes and organic reducing agents.
  • Particularly suitable organic reducing agents are alcohols, aldehydes and carboxylic acids. Usually, these will be low molecular weight compounds having a molecular weight ⁇ 100 g / mol, preferably ⁇ 61 g / mol. Namely, compounds having such a low molecular weight are inherent in that their oxidation products are relatively easily volatile and therefore can be relatively easily removed from the reaction chamber (or can be removed from an equilibrium reaction). In general, all organic reducing agents have the advantage that with these a reduction under mild conditions is possible, so that agglomeration and island formation during the reduction process does not occur here or only to a small extent. On the other hand, if hydrogen or a hydrogen plasma is used, no significant reduction occurs at temperatures ⁇ 200 ° C.
  • the ALD should preferably be carried out without the use of a plasma in order to achieve uniform layer growth in all areas, even in deep and geometrically complicated substrates. The use of a plasma can then also lead to a strong tendency to agglomeration occurs.
  • organic reducing agents are methanol, isopropanol, formaldehyde, acetaldehyde, formic acid and acetic acid, of which in turn formic acid is very particularly preferred.
  • the ALD method according to the invention is preferably carried out in such a way that the individual pulses (adsorption pulse, oxidation pulse, reduction pulse and rinsing or evacuation pulse) are in each case no more than 15 seconds in each case.
  • the pulse duration is also dependent on the volume of the respective reactor.
  • the length of the pulses is 3 to 11 seconds.
  • the required pulse length can also be in the range of 10 to a few 100 milliseconds.
  • the pulse duration is particularly preferably 3 to 6 seconds. Further preferably, the pulse duration of the adsorption pulse is just as long that at least one deposition rate or a cycle growth of 0.08 ⁇ / cycle and particularly preferably 0.12 ⁇ / cycle is achieved. This is usually the case when the pulse duration of the adsorption pulse is at least 2 seconds.
  • the adsorption pulse is preferably carried out at a temperature of 105 to 165 ° C, more preferably at a temperature of 115 to 135 ° C.
  • the cycle growth is relatively little dependent on the temperature and thus a more targeted production of a copper layer or copper-containing layer with a certain layer thickness possible.
  • the cycle growth is usually very constant at a temperature of 115 to 135 ° C.
  • the inventive method is preferably carried out so that the reduction step or the reduction pulse at a temperature ⁇ 250 0 C, preferably ⁇ 200 0 C, is performed.
  • the temperature to be selected also depends on the reducing agent, so that - even if it would be desirable to work at lower temperatures - a free selectability of the reduction temperature exists only within certain limits. For example, a significant reduction in the use of hydrogen (H 2 ) will take place only from temperatures of 400 to 450 0 C.
  • the temperature should therefore be as low as possible, if a small agglomeration or island formation should take place during the reduction step or reduction pulse. Preference is therefore given to carrying out the reduction step or reduction pulse at a temperature which corresponds to that of the adsorption pulse or is below this temperature. This can be accomplished, for example, by means of organic reducing agents; Very particular preference is given here to the use of formic acid, which gives good results even at a temperature of 105 ° C. delivers.
  • plasma processes should be dispensed with in order to ensure a uniform reduction of the layer applied by ALD, even in structured substrates or shaded areas of structured substrates. Preference is therefore given to purely thermally-acting reduction processes.
  • a single-layered or multi-layered substrate can be used as a substrate to be coated.
  • at least one layer of the multilayer substrate preferably the layer of the multilayer substrate adjoining the copper layer or copper-containing layer
  • the single-layer substrate itself is a transition metal, a transition metal salt (in particular a ceramic compound such as a transition metal nitride or transition metal oxide) ), a semiconductor material, an organic polymer and / or an inorganic polymer or contains one or more substances of the aforementioned substance classes.
  • this material is preferably selected from the group consisting of tantalum, titanium, tungsten, niobium, vanadium, tantalum nitride, titanium nitride, tungsten nitride, niobium nitride and vanadium nitride, platinum, palladium, ruthenium, rhodium, a silicon dioxide, a silicate, zinc oxide, hafnium oxide, Alumina, zirconia, silicon, germanium, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, gallium nitride, aluminum gallium nitride, indium phosphide, indium gallium phosphide and carbonitrides or silicon nitrides of transition metals, particularly tantalum, tungsten and titanium; Alternatively, this material may contain one or more of the aforementioned substances.
  • the nitrogen content of the transition metal nitride is of great importance for the growth of the copper-based ALD layer.
  • the pure transition metal is a faster decomposition of the copper precursor, so that a more uniform layer growth takes place.
  • this also means that the decomposition of the precursor on a transition metal nitride only starts at relatively high temperatures, so that the use of non-stoichiometric transition metal nitrides, in particular nitrides of tantalum, titanium, tungsten, niobium and / or vanadium, is particularly preferred. if a particularly uniform copper layer is to be produced.
  • the substrate which can be produced by the method described above, at least partially a closed copper coating or copper-containing coating, as a rule, a completely closed copper coating or copper-containing coating.
  • a closed layer is understood according to the invention a layer in which in the measurement by means of X-ray photoelectron spectroscopy (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS - uses Mg-K ⁇ radiation) no more signals of the substrate can be detected.
  • the exit depth of the photoelectrons should be 1 nm to 3 nm at a quasi-perpendicular acceptance angle. The measurement procedure is always performed according to "S.
  • the copper coating has no fluorine-containing impurities (since no fluorine-containing precursor molecules were used) and has a layer thickness of 2 nm to 100 nm, preferably 2 nm to 30 nm.
  • the layer thickness is always according to the invention by means of spectral ellipsometry in the spectral range 3.3 to 6, 3 eV measured. The measurement is carried out according to H.G. Tompkins and E.A. Irene (ed.): Handbook of Ellipsometry. Springer-Verlag, Berlin 2005.
  • copper nucleation layers with thicknesses between 2 and 20 nm are preferably used for the production of the interconnect system of integrated circuits.
  • the substrate according to the invention with copper coating has a roughness Ra according to DIN EN ISO 4287 of 0.2 nm to 2.7 nm, with a roughness Ra of the uncoated substrate between 0 1 , 1 nm and 0.2 nm.
  • Ra was determined using Atomic Force Microscopy (AFM) in tapping mode. A silicon tip with a tip radius ⁇ 10 nm was used.
  • the difference in roughness Ra between coated and uncoated substrate is therefore usually 0 to 2.5 nm, preferably 0 to 0.2 nm Difference depends on the one hand on the thickness of the coating, on the other hand on the surface of the substrate used.
  • the copper-coated substrate according to the invention frequently has trenches, holes and / or shadow spaces.
  • Such substrates are not coatable by many prior art methods (e.g., CVD methods), at least not coatable with a uniform layer.
  • the inventive method has the advantage that even on such substrates, a uniform copper coating or copper-containing coating can be applied.
  • a substrate is again obtainable, once again with appropriate process control, which at least partially has a closed coating containing copper and copper oxide.
  • This substrate can be obtained, for example, if a reduction step or reduction pulses is completely dispensed with.
  • This coating then has no fluorine-containing impurities and has a layer thickness of 2 nm to 100 nm, preferably 2 nm to 30 nm.
  • the layer consists essentially of Cu 2 O in the region of the surface and points between this surface and the surface facing the substrate the coating on a gradient with decreasing oxygen content.
  • This gradient can be determined by angle-resolved XPS studies (ARXPS) according to S. Oswald et al. Angle-resolved XPS - a critical evaluation for various applications, Surface and Interface Analysis 38, 2006, 590-594.
  • ARXPS angle-resolved XPS studies
  • oxidic copper in particular Cu 2 O
  • a decrease angle of 60 ° a significant proportion of the measured binding energies of the photoelectrons can be attributed to elemental copper.
  • the proportion of these photoelectrons is further increased.
  • the inventive method can be used for the production of copper layers, in particular copper starting layers for the subsequent galvanic or electroless deposition of metal layers, especially copper layers, in the production of contact and interconnect systems in microelectronic devices and in the production of thin film solar cells.
  • through-connections are used to produce electrical contacts between the individual chips Commitment.
  • These are very deep, narrow holes (in particular with a diameter of 5 ⁇ m to 150 ⁇ m and aspect ratios of 1 to 20) through the chip or wafer stack.
  • these holes are completely or partially filled by means of electrodeposition of copper.
  • an electrically conductive start or seed layer is required.
  • the method according to the invention is also ideally suited for the production of these starting layers, since - even with complicated geometries - copper layers with a uniform thickness can be produced.
  • the aforementioned starting layers must meet high requirements. They must be grown and grown without defects on the particular substrate present, which are usually substrate materials or diffusion barrier layers of transition metals such as tantalum or tungsten, or transition metal nitrides such as tantalum nitride or tungsten nitride.
  • the starting layers must in this case grow evenly in all areas of the substrates to be coated. Layer thickness differences between the bottoms of trenches or holes, their sidewalls and free surfaces on the wafer substrate are undesirable because otherwise the subsequent electrodeposition of copper would result in uneven layer growth due to an uneven current density distribution.
  • the starting layers should have a very good electrical conductivity and the lowest possible surface roughness.
  • they must also adhere very well to the substrate so that the layer stack has a high mechanical stability for subsequent polishing processes. Reduced adhesion of the copper layers also causes a reduced electrical reliability of the interconnect in the later component, in particular with regard to the electromigration.
  • a silicon wafer comprising (a) a tantalum nitride layer, (b) a tantalum layer, or (c) a combination of a tantalum nitride and a tantalum layer (namely, a layer system having a tantalum layer at the top including a tantalum nitride layer is arranged) or (d) with a silicon dioxide layer or (e) is provided with a ruthenium layer, introduced into a reaction chamber (vacuum chamber) and heated to a temperature between 100 0 C and 150 0 C.
  • the precursor used is ((CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 3 P) 2 Cu (acac).
  • the precursor is fed by means of a liquid metering system with evaporator unit of the reaction chamber.
  • the precursor is stored under protective gas (in particular argon) at room temperature in a storage container.
  • protective gas in particular argon
  • This mixture is fed to the evaporator unit, where the precursor is evaporated at 85 ° C to 100 0 C.
  • the resulting carrier gas / precursor vapor mixture is then fed to the reaction chamber. Appropriately, this is done via heated lines.
  • the duration of the precursor pulse thus carried out is 5 seconds; the precursor vapor is fed to the process chamber at a rate of 15 mg / min and an argon carrier gas flow of 700 sccm (standard cubic centimeters per minute). This is followed by a 5 second purge pulse in which argon is fed to the reaction chamber at a rate of 145 sccm.
  • a mixture of oxygen and water vapor is used as the oxidizing agent.
  • To generate the water vapor is passed through water, which was heated to 45 ° C to 50 0 C, argon, which is loaded in this way with water vapor.
  • the oxidation pulse is carried out as well as the adsorption pulse at 120-135 ° C and a pressure of 0.6 to 1.2 mbar and has a duration of 11 seconds.
  • the reaction chamber oxygen with a flow of 90 sccm and 18.5 mg / min of water vapor with an argon carrier gas flow of 210 sccm (the latter preferably via heated lines) the Mattershimmmer supplied. This is followed again by a flushing pulse as described above.
  • FIG. 1 shows the cycle growth (growth per cycle, GPC) as a function of the precursor pulse duration, when the substrate used is tantalum nitride and the deposition temperature is 135 ° C.
  • Fig. 2 shows the cycle growth (GPC) as a function of the deposition temperature among others for the substrates (a) to (e).
  • the "temperature window" typical of the ALD, in which the rate of deposition (i.e., cycle growth GPC in A) does not or only very slightly varies with temperature is approximately between 100 and 125 ° C.
  • a particularly low variation of the deposition rate results for Si ⁇ 2 ⁇ substrates between 110 and 120 ° C and for TaN substrates between 115 and 125 ° C and for ruthenium substrates between 100 and 120 ° C.
  • Fig. 3 shows the gradient copper / copper oxide in the obtained layer.
  • the angle-resolved XPS spectrum (ARXPS spectrum) shows the Cu2p3 signal of a 5 nm thick layer on tantalum nitride. The signals were recorded at angles of 25 °, 35 °, 45 °, 60 ° and 75 °, each measured to the sample surface.
  • FIG. 4 shows a scanning electron micrograph (SEM) surface image of the obtained layer (2) on tantalum nitride (1) (the oxidation pulse was carried out at 135 ° C.).
  • the ALD layer (2) was partially removed to reveal the underlying tantalum nitride surface (1). It is a smooth, closed ALD layer recognizable. Ellipsometrically, a layer thickness of 4.9 nm was determined.
  • FIG. 5 shows a transmission electron microscopic (TEM) cross-sectional image of the obtained ALD layer (2) Tantalum nitride (3), which was obtained according to Example 1.1 (the oxidation pulse was carried out at 125 0 C). To protect the surface of the ALD layer (2) was applied to this a plastic layer (1).
  • TEM transmission electron microscopic
  • FIGS. 6 and 7 show atomic force microscopic surface photographs of the obtained ALD layer.
  • Fig. 6 shows the ALD layer on silicon dioxide (d) as a substrate (the oxidation pulse was carried out at 120 0 C). The layer thickness is 2.8 nm; for the roughness Ra, a value of 0.2 nm was determined. An uncoated SiO 2 comparison substrate likewise showed a roughness Ra of 0.2 nm.
  • FIG. 7 shows the ALD layer on tantalum nitride (a) as substrate (the oxidation pulse was carried out at 125 ° C.). The layer thickness is 3.6 nm; for the roughness Ra, a value of 1.9 nm was determined. An uncoated tantalum nitride comparative substrate showed a roughness Ra of 0.2 nm.
  • Example 1.1 Similar layers as in Example 1.1 when the ALD process ((CH 3 CH 2) 3 P) 3 is used Cu (O 2 CCH 3) as a precursor can be obtained.
  • the precursor is evaporated as in Example 1.1 with a remplissigdosiersystem at 100 0 C to 125 ° C and a flow of 5 to 10 mg / min and mixed with argon as the carrier gas at a flow of 1000 sccm.
  • the ALD process which is composed in the same way as in Example 1.1 from adsorption pulse, first flushing pulse, oxidation pulse and second flushing pulse, was carried out at temperatures of 150 0 C to 200 0 C on a TiN-coated silicon wafer.
  • Example 1.1 a coated silicon wafer is used for the ALD process.
  • the coating is an approximately 100 nm thick ruthenium coating, which is applied by means of a Ti adhesive layer of about 10 nm on the silicon wafer.
  • the application of the Ti adhesive layer and the ruthenium coating can take place, for example, by means of electron beam vapor deposition.
  • such a coated silicon wafer is introduced into a reaction chamber and heated.
  • the precursor used is ((CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 3 P) 2 Cu (acac).
  • the precursor is fed to the reaction chamber with the aid of a liquid metering system with evaporator unit and stored under protective gas (in particular argon) at room temperature in a storage container.
  • protective gas in particular argon
  • the liquid precursor with the aid of the protective gas overpressure in the storage vessel is conveyed out of this and conveyed via a flow meter to a mixing unit in which the precursor is metered by means of a nozzle and mixed with a protective gas carrier gas stream (in particular argon carrier gas stream).
  • This mixture is fed to the evaporator unit, where the precursor is evaporated at 85 ° C to 100 ° C.
  • the resulting carrier gas / precursor vapor mixture is then fed to the reaction chamber. Appropriately, this is done via heated lines.
  • the duration of the precursor pulse is 5 seconds; the precursor vapor is fed to the process chamber at a rate of 15 mg / min and an argon carrier gas flow of 700 sccm.
  • This is followed by a purging pulse of 5 seconds, in which Argon is fed to the reaction chamber at a rate of 145 sccm.
  • a reduction pulse now follows.
  • the reducing agent used is formic acid vapor.
  • a carrier gas in particular argon
  • the carrier gas / formic acid vapor mixture thus obtained is fed via heated lines to the reaction chamber.
  • the duration of the reduction pulse is 11 seconds; the formic acid vapor is fed to the process chamber at a rate of 50 ⁇ l / min and an argon carrier gas flow of 210 sccm. It follows again as described above flushing pulse.
  • the precursor pulse, the rinsing pulses and the reduction pulse are carried out at a pressure between 0.6 and 1.2 mbar.
  • Example 8 shows the X-ray spectrum of the layer obtained according to Example 1.3 by means of energy-dispersive X-ray analysis (EDX) at a primary energy of the electron beam of 3 keV.
  • the spectrum shows signals that are assigned to the substrate (ruthenium and silicon), a very clear copper signal. Since only a very weak oxygen signal is present, the layer obtained according to Example 1.3 consists essentially of metallic copper. The oxygen signal is probably due to a post-oxidation of the copper layer already produced, which could be due to air contact of the layer produced before the measurement. Silicon substrate and Ti adhesion layer are due to the overlying layer stack difficult or undetectable.
  • the substrate carrying this layer is treated in a reaction chamber as follows:
  • Example 1.1 or 1.2 carrying the layer to be coated substrate is heated in a vacuum chamber to a temperature between 100 and 300 0 C.
  • a reducing gas or a liquid reducing agent to be evaporated the reduction process is carried out at a pressure between 0.1 and 13 mbar, usually between 0.7 and 7 mbar.
  • the duration of the process is between 1 min and 60 min, usually between 10 min and 30 min.
  • a gaseous reducing agent is used, this can be used in pure form or mixed with an inert gas, for example argon.
  • liquid reducing agents are used, they are usually vaporized by means of liquid metering system or bubbler and then introduced into the reaction chamber together with an inert gas as the carrier gas (eg argon).
  • this formic acid was evaporated at a temperature of 65 0 C in a remplissigdosiersystem at a flow rate of 80 mg / min and together with argon carrier gas at a Flow of 100 sccm also heated to 65 0 C lines fed to the reaction chamber.
  • the layers were at a pressure of 1.3 mbar and at temperatures between 100 0 C and 300 0 C, preferably at 100 to 150 0 C, subjected for 20 min to 40 min of the reduction treatment.
  • Example 10 shows the change in the copper or copper oxide content after and before the reduction treatment according to Example 2, measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • Spectrum "4" was recorded before the reduction treatment; the coated substrate obtained according to Example 1.1 or 1.2 was here additionally stored for 25 weeks in air, whereby the copper and copper oxide-containing layer has completely converted into a copper oxide layer.
  • the binding energies detected in the spectrum are attributable exclusively to oxidic copper.
  • Spectrum "5" shows the binding energies after a 20 minute reduction treatment with formic acid vapor according to Example 2 at a temperature of 115 ° C.
  • the resulting layer has high levels of metallic copper (the copper oxide signals are largely due to the fact that the sample before recording of the spectrum was stored in air for about 7 weeks).
  • FIG. 11 shows the ARXPS spectrum of the sample shown in FIG.
  • the signals were recorded at angles of 25 °, 35 °, 45 °, 60 ° and 75 °, respectively measured to the sample surface. It can be seen that the oxidized copper content is found substantially in near-surface layers of the sample, which suggests a post-oxidation due to the air contact of the sample after the reduction treatment. For larger acceptance angles, the areas further away from the sample surface are also analyzed; There are only small signals for copper oxide recorded.
  • FIG. 12 shows the EDX-oxygen signal (normalized) obtained by means of energy-dispersive X-ray analysis (EDX) after carrying out reduction processes with various reducing agents on tantalum nitride or on the combination of a tantalum nitride and a tantalum layer.
  • FIG. 12 shows that when the reduction is carried out at 155 ° C., only a formic acid reaction is appreciable. When using isopropanol (IPA) occurs a significant reduction effect only between 155 and 200 0 C.
  • IPA isopropanol
  • the layers obtained according to Examples 1.1, 1.2, 1.3 and 2 on substrates of tantalum, tantalum nitride, ruthenium and silicon dioxide were examined with regard to their adhesive strength to the respective substrate used.
  • the adhesive tape withdrawal test (Tapetest) according to J. Baumann, "production, characterization and evaluation of conductive diffusion barriers based on Ta, Ti and W for the Copper metallization of silicon circuits ", Shaker Verlag, Aachen, 2004, page 216.
  • the adhesive tape Tesa® 4129 with an adhesive force of 8 N / 25 mm was used according to DIN EN 1939. As a result of this investigation, none of the samples tested was used Chipping or peeling of the ALD layers detected by the respective substrate.

Abstract

The invention relates to a method for producing a coated substrate having a coating made of copper or a coating comprising copper by means of atomic layer disposition (ALD). To this end, a fluorine-free copper (I) complex of the formula L2Cu (XnX) is used as a copper precursor, wherein L is a s donor/p acceptor or a s,p donor/p acceptor ligand and wherein XnX is a bidentate ligand, namely a ß-diketonate, a ß-ketoiminate, a ß-diiminate, and amidinate, a carboxylate, or a thiocarboxylate. A smooth ALD coating (2) containing copper is obtained on tantalum nitride (3).

Description

Beschreibungdescription
Substrat mit einer Kupfer enthaltenden Beschichtung und Verfahren zu deren Herstellung mittels Atomic Layer DepositionSubstrate with a copper-containing coating and method for their preparation by means of atomic layer deposition
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Abscheidung dünner Kupferschichten oder Kupfer enthaltender Schichten mittels Atomic Layer Deposition (ALD) . Dieses Verfahren ist insbesondere geeignet, Kupfer oder Kupfer enthaltende Schichten auf Halbleitersubstraten abzuscheiden (z.B. zur Herstellung des mehrlagigen Leitbahn- oder Interconnect- systems in hochintegrierten mikroelektronischen Schaltkreisen - ULSI -Schaltkreisen) .The invention relates to a method for the deposition of thin copper layers or copper-containing layers by means of atomic layer deposition (ALD). This method is particularly suitable for depositing layers containing copper or copper on semiconductor substrates (for example, for the production of the multilayer interconnect system in highly integrated microelectronic circuits-ULSI circuits).
Zur Herstellung dünner Kupferschichten kommen bisher zumeist physikalische Methoden, speziell das Kathodenzerstäuben (Sputtern) , zum Einsatz. Dieses Verfahren besitzt allerdings den Nachteil, dass insbesondere bei der Herstellung von Kupferstartschichten für das Interconnectsystem hochintegrierter Schaltkreise - mit zunehmender Verkleinerung der geometrischen Abmessungen - keine gleichmäßigen geschlossenen Schichten mehr erhalten werden.Up to now, mostly physical methods have been used to produce thin copper layers, especially sputtering. However, this method has the disadvantage that, in particular in the production of copper starting layers for the interconnect system of highly integrated circuits - with increasing reduction of the geometric dimensions - no uniform closed layers are obtained.
Als alternative Methoden, derartige Schichten herzustellen, kommen chemische Methoden in Betracht, beispielsweise Varianten der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) . Hierbei werden Quellsubstanzen oder Precursor, die das gewünschte Metall (z.B. Kupfer) in Form einer chemischen Verbindung enthalten, in gasförmigem Zustand einer als Heiß- oder Kaltwandreaktor ausgeführten Vakuumkammer zugeleitet, in der später die Schichtabscheidung erfolgt . Die Precursoren werden hierfür vor der Abscheidung in die Gasphase überführt . Auf der Oberfläche des beheizten Wafersubstrates kommt es danach zu einer Schichtbildungsreaktion. Diese kann in einer gezielt thermisch gesteuerten Zersetzung des Precursors bestehen; oft sind auch Reduktions- oder Oxidationsmittel für die Schichtabscheidung notwendig. Die CVD-Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass hier das Schichtwachstum nicht gleichmäßig ist und sich erst ab einer Dicke von einigen 10 nm geschlossene Schichten bilden.As alternative methods to produce such layers, chemical methods are considered, for example, variants of chemical vapor deposition (CVD). In this case, source substances or precursors which contain the desired metal (eg copper) in the form of a chemical compound are supplied in the gaseous state to a vacuum chamber designed as a hot or cold wall reactor, in which layer deposition takes place later. The precursors are transferred for this purpose before the deposition in the gas phase. On The surface of the heated wafer substrate is then subjected to a film formation reaction. This can consist of a deliberately thermally controlled decomposition of the precursor; often also reducing or oxidizing agents for the layer deposition are necessary. However, the CVD methods have the disadvantage that the layer growth is not uniform here and closed layers form only from a thickness of a few 10 nm.
Durch Verwendung der Atomic Layer Deposition (ALD) können diese Nachteile vermieden werden. Hierbei handelt es sich um ein zyklisches Verfahren, bei dem zumeist zwei Reaktionspartner in Pulsen der Reaktionskämmer zugeführt werden. Diese Pulse werden durch inerte Spül- und/oder Evakuierungsschritte von einander getrennt, so dass sich beide Reaktionspartner niemals in der Gasphase begegnen und ausschließlich Oberflächenreaktionen des zweiten Partners mit Adsorbaten des ersten Partners zur Schichtbildung führen. Der erste Partner wird zunächst an der Substratoberfläche chemisorbiert , so dass das Substrat im Wesentlichen mit einer Monolage des Precursors bedeckt wird. Weitere Monolagen, die durch Physisorption entstehen, werden während der Spül- oder Evakuierungspulse entfernt. Es ist somit erforderlich, dass die Precursor an dem zu beschichtenden Substrat chemisorbieren können. Mittels des ALD-Verfahrens ist es daher möglich, die gewünschte Schichtdicke über die Anzahl der ALD-Zyklen sehr genau zu steuern.By using Atomic Layer Deposition (ALD) these disadvantages can be avoided. This is a cyclic process, in which usually two reactants are fed in pulses of Reaktionskämmer. These pulses are separated from each other by inert rinsing and / or evacuation steps, so that both reactants never encounter each other in the gas phase and only surface reactions of the second partner with adsorbates of the first partner lead to layer formation. The first partner is first chemisorbed on the substrate surface, so that the substrate is substantially covered with a monolayer of the precursor. Further monolayers, which are formed by physisorption, are removed during the rinsing or evacuation pulses. It is thus necessary that the precursors can chemisorb on the substrate to be coated. By means of the ALD method, it is therefore possible to control the desired layer thickness very precisely by way of the number of ALD cycles.
Um Kupferschichten mittels ALD herzustellen, können generell zwei Herangehensweisen für die Abscheidung gewählt werden. Entweder kann direkt elementares Kupfer während der einzelnen ALD- Zyklen erzeugt werden; alternativ kann zunächst eine Kupferspezies hergestellt werden (z.B. Kupferoxid - CuOx) , die anschließend zu Kupfer reduziert wird. Die erste Variante zur Herstellung elementaren Kupfers gestaltet sich allerdings meist schwierig.To prepare copper layers by ALD, two approaches to deposition can generally be chosen. Either directly elemental copper can be generated during the individual ALD cycles; Alternatively, a copper species can first be prepared (eg copper oxide - CuO x ), which is then reduced to copper. The first variant however, it is usually difficult to produce elemental copper.
Die US 6,869,876 B2 beschreibt ein gattungsgemäßes Verfahren, bei dem zunächst eine Kupferhalogenidschicht auf dem Substrat erzeugt wird, die anschließend mittels einesUS Pat. No. 6,869,876 B2 describes a generic process in which a copper halide layer is first produced on the substrate, which is subsequently used by means of a
Reduktionsmittels zu einer Kupferschicht reduziert wird. Als Precursor kommen hierbei Kupfer (I)- und Kupfer (II) -Komplexe zum Einsatz. Als Kupfer (I) -Komplexe werden hierbei insbesondere Komplexe des Typs LCu (XnX) genannt . Der zweizähnige Ligand XnX stellt hierbei ß-Diketonate dar, explizit ist Hexafluoracetylacetonat (hfac) genannt. Der Ligand L ist ein stabilisierender Ligand, z.B. ein Olefin wie Trimethylvinylsilan (tmvs) . Die Reduktion kann beispielsweise mit Diethylsilan erfolgen.Reducing agent is reduced to a copper layer. The precursors used here are copper (I) and copper (II) complexes. Complexes of the type LCu (XnX) are mentioned here in particular as copper (I) complexes. The bidentate ligand XnX represents β-diketonate, explicitly hexafluoroacetylacetonate (hfac) is called. The ligand L is a stabilizing ligand, e.g. an olefin such as trimethylvinylsilane (tmvs). The reduction can be carried out, for example, with diethylsilane.
Die' US 6,482,740 B2 beschreibt ein gattungsgemäßes ALD- Verfahren, bei dem zunächst eine Kupferoxidschicht erhalten wird. Hierbei werden als Precursor Kupfer (I)- und Kupfer (II)- Verbindungen eingesetzt. Als Kupfer (I) -Verbindung wird beispielsweise (PEt3) Cu (hfac) genannt. Zur Erzeugung der Oxidschicht wird während eines ALD- Zyklus jeweils ein Oxidationspuls mit Wasser, H2O2, O2, O3 oder ähnlichen Oxidationsmitteln durchgeführt. Zur Reduktion der Kupferoxidschicht werden Reduktionsmittel wie Ammoniak, Hydroxylamin, Hydrazin, Alkohole (z.B. Methanol) , Aldehyde (z.B. Butyraldehyd) , Carbonsäuren (z.B. Ameisensäure oder Essigsäure) und Wasserstoff eingesetzt. Die Reduktion erfolgt dabei bei Temperaturen zwischen 310 und 4500C.The 'US 6,482,740 B2 describes a generic ALD method in which first a copper oxide layer is obtained. Here are used as precursor copper (I) - and copper (II) - compounds. As the copper (I) compound, for example, (PEt 3 ) is called Cu (hfac). To produce the oxide layer, an oxidation pulse with water, H 2 O 2 , O 2 , O 3 or similar oxidizing agents is carried out in each case during an ALD cycle. To reduce the copper oxide layer, reducing agents such as ammonia, hydroxylamine, hydrazine, alcohols (eg methanol), aldehydes (eg butyraldehyde), carboxylic acids (eg formic acid or acetic acid) and hydrogen are used. The reduction takes place at temperatures between 310 and 450 0 C.
Die vorstehenden Verfahren haben den Nachteil, dass fluorhaltige Precursor eingesetzt werden. Fluor kann sich an der Grenzfläche zum Substratmaterial anreichern und dort die Haftung der Kupferschicht auf dem Substrat verringern.The above processes have the disadvantage that fluorine-containing precursors are used. Fluorine can get attached accumulate the interface with the substrate material and reduce the adhesion of the copper layer on the substrate.
Die WO 2004/036624 A2 offenbart ein ALD-Verfahren, bei dem ein Precursor eingesetzt wird, der nicht fluorhaltig ist. Als Precursor werden hierbei homoleptische Kupfer-Komplexe vorgeschlagen, beispielsweise Kupfer (II) -ß-Diketonate und Kupfer (I) -tert-Butoxid. Für den Oxidationspuls werden Ozon, Sauerstoff, Wasser oder Gemische davon eingesetzt; die Reduktion erfolgt mittels eines Wasserstoff enthaltenden Gases .WO 2004/036624 A2 discloses an ALD process in which a precursor is used which is not fluorine-containing. Homoleptic copper complexes are proposed as precursors, for example copper (II) -β-diketonates and copper (I) -tert-butoxide. For the oxidation pulse ozone, oxygen, water or mixtures thereof are used; the reduction takes place by means of a hydrogen-containing gas.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein verbessertes ALD-Verfahren zur Herstellung einer Kupferschicht anzugeben.The present invention has the object to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an improved ALD method for producing a copper layer.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 16 und 17 geben ein mittels dieses Verfahrens mit einer Kupfer-Schicht oder einer Kupfer enthaltenden Schicht beschichtetes Substrat an. Unteransprüche lehren vorteilhafte Weiterbildungen. Anspruch 21 gibt eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an.This object is achieved by the method according to claim 1. Claims 16 and 17 indicate a substrate coated by this method with a copper layer or a copper-containing layer. Subclaims teach advantageous developments. Claim 21 indicates an advantageous use of the method according to the invention.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit, mit dem ein Substrat mit einer Kupferschicht oder einer Kupfer enthaltenden Schicht beschichtet werden kann. Die Schichtabscheidung erfolgt mittels Atomic Layer Deposition (Atomlagenabscheidüng - ALD) , wobei als Precursor ein Kupfer (I) -Komplex eingesetzt wird, der kein Fluor enthält. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in zwei Varianten durchgeführt werden: entweder kann ein Reduktionsschritt erfolgen, nachdem die vorbestimmte Zahl an ALD-Zyklen durchlaufen wurde. Alternativ kann die Reduktion der abgeschiedenen Kupfer-enthaltenden Schicht mittels eines Reduktionspulses während eines ALD-Zyklus erfolgen. Schließlich kann auch auf den Reduktionsschritt ganz verzichtet werden, wenn keine Beschichtung aus elementarem Kupfer gewünscht wird, sondern eine Kupferoxid- Schicht oder eine Schicht aus einem anderen Kupfer-Salz.The present invention provides a method by which a substrate can be coated with a copper layer or a copper-containing layer. The layer deposition takes place by means of atomic layer deposition (atom layer deposition - ALD), wherein a copper (I) complex which contains no fluorine is used as precursor. The process according to the invention can be carried out in two variants: either a reduction step after the predetermined number of ALD cycles have been completed. Alternatively, the reduction of the deposited copper-containing layer may be accomplished by means of a reduction pulse during an ALD cycle. Finally, the reduction step can be completely dispensed with, if no coating of elemental copper is desired, but a copper oxide layer or a layer of another copper salt.
Als Precursor dient bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Komplex der Formel L2Cu (XnX) , in dem die zwei Liganden L gleich oder verschieden sein können und die σ-Donor-π- Akzeptor-Liganden und/oder σ, π-Donor-π-Akzeptor-Liganden sind. Der Ligand XnX ist ein zweizähniger Ligand, der ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus ß-Diketonaten, ß-Ketoiminaten, ß-Diiminaten, Amidinaten, Carboxylaten und Thiocarboxylaten. Grundsätzlich handelt es sich bei diesen zweizähnigen Liganden also um eine in unkoordiniertem Zustand einfach negativ geladene Verbindung mit zwei Heteroatomen, die über ein bzw. drei Kohlenstoffatome miteinander verknüpft sind. Im Regelfall ist bei dem erfindungsgemäßen Precursor der zweizähnige Ligand bei Raumtemperatur über beide Heteroatome an das Cu koordiniert. Es kann allerdings auch vorkommen, dass zumindest ein Teil des Precursors nur über eines der Heteroatome des zweizähnigen Liganden koordiniert ist. Ein Komplex, bei dem ein Heteroatom des zweizähnigen Liganden (bei Raumtemperatur) an zwei Kupferatome koordiniert ist, zählt nicht zu den erfindungsgemäß geeigneten Precursor. Allerdings ist es im Einzelfall möglich, dass die beiden Heteroatome jeweils an unterschiedliche Cu-Atome koordinieren, so dass ein 2 -kerniger Komplex entsteht. Im Regelfall wird es sich bei den erfindungsgemäßen Komplexen aber um einkernige Komplexe handeln. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch die Verwendung von 18 Valenzelektronen-Komplexen statt 16 Valenzelektronen- Komplexen zwar Precursor mit einer wesentlich höheren Stabilität eingesetzt werden, dass diese Precursor aber unter milderen Bedingungen, als nach dem Stand der Technik üblich, zu Kupfer zersetzt bzw. durch Oxidation zu einem Kupfersalz wie z.B. Kupferoxid umgesetzt werden können. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die erfindungsgemäßen Komplexe besser für die ALD geeignet sind, da sie weniger zu eigenmächtigem Zerfall neigen (z.B. durch Disproportionierung) , was stärkere CVD-Effekte zur Folge hätte. Hiermit geht einher, dass die einzusetzenden Precursor auch eine gewisse Zeit lagerbar sind, ohne dass Zersetzungserscheinungen auftreten und somit eine wirtschaftlichere Durchführung des Verfahrens möglich ist. Erfindungsgemäß wurde auch erkannt, dass bei Verwendung derartiger Precursor beim Start der Zersetzungsreaktion eine genügend große Keimdichte auftritt und somit die Bildung von Wachstumsinseln höchst selten auftritt .The precursor used in the process according to the invention is a complex of the formula L 2 Cu (XnX) in which the two ligands L may be identical or different and the σ-donor π-acceptor ligands and / or σ, π-donor π Acceptor ligands. The ligand XnX is a bidentate ligand selected from the group consisting of β-diketonates, β-ketoiminates, β-diiminates, amidinates, carboxylates, and thiocarboxylates. In principle, these bidentate ligands thus are a compound which is simply negatively charged in an uncoordinated state and has two heteroatoms which are linked to one another via one or three carbon atoms. As a rule, in the case of the precursor of the invention, the bidentate ligand is coordinated to the Cu at room temperature via both heteroatoms. However, it may also happen that at least part of the precursor is coordinated only via one of the heteroatoms of the bidentate ligand. A complex in which a heteroatom of the bidentate ligand is coordinated (at room temperature) to two copper atoms does not belong to the precursors suitable according to the invention. However, it is possible in individual cases that the two heteroatoms in each case coordinate to different Cu atoms, so that a 2-nuclear complex is formed. As a rule, however, the complexes according to the invention will be mononuclear complexes. According to the invention, it was recognized that by using 18 valence electron complexes instead of 16 valence electron complexes, precursors having a much higher stability are used, but that these precursors decompose or undergo copper under milder conditions than is customary in the prior art Oxidation to a copper salt such as copper oxide can be implemented. According to the invention, it was recognized that the complexes according to the invention are better suited for ALD, since they are less prone to self-decomposition (eg by disproportionation), which would result in greater CVD effects. This is accompanied by the fact that the precursors to be used can be stored for a certain time without decomposition phenomena occurring and thus a more economical implementation of the method is possible. According to the invention it was also recognized that when using such precursor at the start of the decomposition reaction, a sufficiently large nucleus density occurs and thus the formation of growth islands occurs very rarely.
Bevorzugt werden während des Schichtabscheidungsschrittes folgende (ALD) -Teilschritte nacheinander durchlaufen, wobei stets ein Oxidationspuls und/oder ein Reduktionspuls erfolgt:During the layer deposition step, the following (ALD) partial steps are preferably run through successively, an oxidation pulse and / or a reduction pulse always taking place:
- Adsorptionspulsgefolgt von einem Spülpuls oder EvakuierungspulsAdsorption pulse followed by a purge pulse or evacuation pulse
- gegebenenfalls Oxidationspulsgefolgt von einem Spülpuls oder Evakuierungspulsoptionally oxidation pulse followed by a rinse pulse or evacuation pulse
- gegebenenfalls Reduktionspulsgefolgt von einem Spülpuls oder Evakuierungspuls.optionally, a reduction pulse followed by a purge pulse or evacuation pulse.
Das einmalige Durchlaufen der angegebenen Teilschritte stellt einen ALD-Zyklus dar. Der Reduktionspuls und der darauf folgende Spül- oder Evakuierungspuls sind nur dann erforderlich, wenn die Reduktion jeweils während eines ALD- Zyklus durchgeführt werden soll und die Reduktion nicht erst, nachdem die vorbestimmte Anzahl der ALD-Zyklen durchlaufen ist, erfolgt bzw. auf die Reduktion ganz verzichtet wird. Erfolgt ein Reduktionspuls während der ALD-Zyklen, so ist es häufig (insbesondere bei Schichtbildung auf Metall - Substraten) nicht erforderlich zuvor einen Oxidationspuls durchzuführen .The single pass through the specified sub-steps represents an ALD cycle. The reduction pulse and the subsequent rinsing or evacuation pulse are only then required if the reduction is to be performed during each ALD cycle and the reduction does not take place until after the predetermined number of ALD cycles have passed or the reduction is completely dispensed with. If a reduction pulse occurs during the ALD cycles, it is often not necessary to carry out an oxidation pulse (especially when forming layers on metal substrates).
Während des Adsorptionspulses (auch Precursorpuls genannt) wird der Precursor der Reaktionskämmer, in der das ALD- Verfahren durchgeführt wird, so zugeführt, dass auf dem in der Reaktionskammer angeordneten Substrat eine Chemisorption und gegebenenfalls auch eine Physisorption des Precursors auf der Substratoberfläche erfolgt . Der Precursor wird hierfür der Reaktionskammer dampfförmig (insbesondere durch Verdampfen oder Sublimieren des flüssigen oder festen Precursors) oder in Form eines Precursor/ Lösungsmittel -Gemisches, das in die Dampfphase überführt wurde, zugeführt. Üblicherweise wird für diese Zuführung ein Trägergas, insbesondere ein Inertgas wie z.B. Argon, eingesetzt.During the adsorption pulse (also called precursor pulse), the precursor of the reaction chambers in which the ALD method is carried out is supplied in such a way that chemisorption and optionally also physisorption of the precursor on the substrate surface take place on the substrate arranged in the reaction chamber. For this purpose, the precursor is supplied in vapor form to the reaction chamber (in particular by evaporation or sublimation of the liquid or solid precursor) or in the form of a precursor / solvent mixture which has been converted into the vapor phase. Usually, for this feed, a carrier gas, in particular an inert gas, e.g. Argon, used.
Auf den Adsorptionspuls erfolgt ein Spülpuls oder ein Evakuierungspuls. Dieser hat die Aufgabe, überschüssigen Precursor zu entfernen, so dass an der Substratoberfläche idealerweise nur noch eine Monolage des chemisorbierten Precursors verbleibt.The adsorption pulse is followed by a flushing pulse or an evacuation pulse. This has the task of removing excess precursor so that ideally only one monolayer of the chemisorbed precursor remains on the substrate surface.
Falls vorgesehen wird im nachfolgenden Schritt dem Reaktionsraum ein Oxidationsmittel zugeführt . Dieses Oxidationsmittel reagiert mit den chemisorbierten Precursormolekülen, so dass im Regelfall Kupfer oder ein Kupferoxid (bzw. eine andere durch die Oxidation gebildete Kupferverbindung - je nach eingesetztem Oxidationsmittel) entsteht . Hieran anschließend erfolgt wieder ein Spül- oder Evakuierungspuls, um Reaktionsprodukte aus der Reaktionskammer zu entfernen. Ganz generell wird für die Spülpulse im Regelfall ein Inertgas eingesetzt (beispielsweise Argon) .If provided, an oxidizing agent is fed to the reaction space in the subsequent step. This oxidizing agent reacts with the chemisorbed precursor molecules so that, as a rule, copper or a copper oxide (or another copper compound formed by the oxidation, depending on the oxidant used) is formed. This is followed by a rinsing or Evacuation pulse to remove reaction products from the reaction chamber. In general, an inert gas is usually used for the rinsing pulses (for example argon).
Falls vorgesehen, kann hieran ein Reduktionspuls anschließen, bei dem ein Reduktionsmittel dem Reaktionsraum zugeführt wird. Im Regelfall erfolgt hierbei zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, eine Reduktion des im Oxidationspuls erhaltenen Kupfer-Salzes (insbesondere Kupferoxids) zu elementarem Kupfer. Um auch hier aus dem Reaktionsraum die beim Reduktionspuls erhaltenen Reaktionsprodukte zu entfernen, schließt wiederum ein Spül- oder Evakuierungspuls an.If provided, this can be followed by a reduction pulse in which a reducing agent is supplied to the reaction space. As a rule, this takes place at least partially, preferably completely, a reduction of the copper salt (in particular copper oxide) obtained in the oxidation pulse to elemental copper. In order to remove the reaction products obtained from the reduction pulse also from the reaction space, this is followed in turn by a purge or evacuation pulse.
Durch mehrmalige Wiederholung dieses ALD-Zyklus kommt es zum Wachstum der gewünschten Schicht auf dem Substrat. Typischerweise besteht ein ALD-Prozess aus mehreren 100 ALD- Zyklen, um Schichten mit einer Dicke von mehreren Nanometern zu erzeugen.Repeated repetition of this ALD cycle results in growth of the desired layer on the substrate. Typically, an ALD process consists of several 100 ALD cycles to produce layers several nanometers thick.
Bevorzugt wird das ALD-Verfahren in einem Temperaturbereich durchgeführt, in dem das Zyklenwachstum nur sehr wenig oder gar nicht mit der Temperatur variiert. Dies hat den Vorteil, dass auf den zu beschichtenden Bereichen des Substrats (auch in Schattenräumen) eine überall gleichmäßige konforme Schicht mit hoher Dickenhomogenität erhalten wird. Im Unterschied zu CVD-Prozessen können - insbesondere in diesem Temperaturfenster - wegen des langsameren und kontrollierteren Schicht - Wachstums Schichten mit einer geringeren Mindestdicke erhalten werden, die zudem in vielen Fällen auch bei Schichtdicken, die < 5 nm sind, geschlossene Schichten bilden.Preferably, the ALD process is carried out in a temperature range in which the cycle growth varies very little or not at all with the temperature. This has the advantage that on the areas of the substrate to be coated (also in shadow areas) a uniform uniform layer with high uniformity of thickness is obtained. In contrast to CVD processes, in particular in this temperature window, because of the slower and more controlled layer growth, layers with a lower minimum thickness can be obtained, which in many cases also form closed layers even at layer thicknesses that are <5 nm.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bleibt auch nach Durchführung des Reduktionsschrittes eine geschlossene Schicht erhalten. Im Gegensatz dazu kann beim Stand der Technik im Regelfall eine Inselbildung aufgrund von Agglomerations-Prozessen beobachtet werden.With the method according to the invention, even after carrying out the reduction step remains a closed Layer received. In contrast, in the prior art, as a rule, islanding due to agglomeration processes can be observed.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Precursor-Komplex eingesetzt, der bei moderaten Temperaturen (bis 1000C) verdampft werden kann (der also bei diesen Temperaturen flüssig ist oder sublimierbar ist) . Die Überführung in die Dampfphase kann dabei beispielsweise mittels Anlegen eines Unterdrucks erfolgen. Die Höhe des Dampfdrucks des eingesetzten Precursors ist hierbei nicht wesentlich; es kommt lediglich darauf an, dass die Precursormoleküle an der zu beschichteten Substratoberfläche chemisorbieren können.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, a precursor complex is used which can be evaporated at moderate temperatures (up to 100 ° C.) (ie which is liquid or sublimable at these temperatures). The transfer to the vapor phase can be done for example by applying a negative pressure. The height of the vapor pressure of the precursor used is not essential here; it is only important that the precursor molecules can chemisorb on the substrate surface to be coated.
Besonders bevorzugt sind Precursor-Komplexe, die bereits unter Normalbedingungen (also bei Raumtemperatur und Normaldruck) flüssig sind. Diese haben den Vorteil, dass sie einfacher und kontrollierter verdampft werden können als Feststoffe .Particularly preferred are precursor complexes which are already liquid under normal conditions (ie at room temperature and normal pressure). These have the advantage of being easier and more controlled to vaporize than solids.
Auch der Einsatz von Feststoff-Precursoren kann aber vorteilhaft sein. Feststoffe können beispielsweise gelöst werden und können so auch in "flüssiger" Form eingesetzt werden. Derartige feste oder gelöste Precursor können mit einem entsprechenden Dosier- bzw. Verdampfersystem selbst bei sehr niedrigen Dampfdrücken mit hoher Rate verdampft bzw. sublimiert werden.However, the use of solid precursors can also be advantageous. Solids can be dissolved, for example, and can thus also be used in "liquid" form. Such solid or dissolved precursors can be vaporized or sublimated with a corresponding metering or evaporator system even at very low vapor pressures at a high rate.
Unter Normalbedingungen flüssige Komplexe werden insbesondere dann erhalten, wenn der Ligand L des Komplexes L2Cu (XnX) ein Trialkylphosphan ist. Insbesondere sind hierbei Trimethylphosphan, Triethylphosphan, Tri-n-propyl-phosphan und Tri-n-butyl-phosphan zu nennen.Under normal conditions, liquid complexes are obtained, in particular, when the ligand L of the complex L 2 Cu (XnX) is a trialkylphosphane. In particular, trimethylphosphine, triethylphosphine, tri-n-propyl-phosphine and tri-n-butyl-phosphine are mentioned here.
Der Dampfdruck des flüssigen oder festen Precursors sollte bei der jeweiligen Verdampfungstemperatur bevorzugt mindestens 0,005 mbar, besonders bevorzugt 0,01 mbar betragen, damit die Adsorption einer Monolage Precursormoleküle auf der Substratoberfläche in technisch vertretbarer Zeit erfolgt, so dass der Precursorpuls möglichst kurz gehalten werden kann. DieThe vapor pressure of the liquid or solid precursor should be preferred at the particular vaporization temperature be at least 0.005 mbar, particularly preferably 0.01 mbar, so that the adsorption of a monolayer precursor molecules on the substrate surface takes place in a technically acceptable time, so that the precursor pulse can be kept as short as possible. The
Verdampfungstemperatur wird hierbei bevorzugt so gewählt, dass der Komplex, solange er sich noch nicht in der Reaktionskammer befindet, gerade nicht zerfälltEvaporation temperature is hereby preferably chosen so that the complex, as long as it is not yet in the reaction chamber, just does not decompose
Ganz allgemein kann als Ligand L jeglicher σ-Donor-π-Akzeptor oder σ,π-Donor-π-Akzeptor fungieren. Insbesondere sind als Liganden zu nennen: Isonitrile, Alkine und Olefine (wobei auch Diene als zweizähnige Liganden, bei denen L2 für genau einen Dien-Liganden steht bzw. ein En-in-Ligand, bei dem beide ungesättigten Gruppen an das Zentralatom koordiniert sind) , insbesondere Olefin- und/oder Alkin-Komplexe, bei denen das Olefin bzw. das Alkin als σ,π-Donor-π-Akzeptor fungiert, und schließlich Phosphan-Liganden. Bei den Phosphanliganden mit der Formel PRδ 3 können die Reste R6 gleich oder verschieden sein, wobei üblicherweise Komplexe eingesetzt werden, bei denen die Reste R5 gleich sind. R6 kann insbesondere auch ein Alkoxy-Rest OR7 sein. Die Reste R6 bzw. R7 können insbesondere Alkyl-oder Aryl -Reste sein. Als Alkyl -Reste kommen verzweigte, unverzweigte oder zyklische Alkyle in Betracht, insbesondere mit 1 bis 15 Kohlenstoff- Atomen, besonders bevorzugt sind die Alkyl -Reste Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl oder t-Butyl sowie Cyclohexyl . Als Aryl-Reste kommen sämtliche substituierten und unsubstituierten ArylVerbindungen in Betracht; diese können auch über einen Alkylenlinker an das Phosphor- bzw. Sauerstoff-Atom gebunden sein. Ein besonders bevorzugter Aryl-Rest ist Phenyl . Sämtliche vorstehenden Alkyl- und Aryl- Reste können auch mit Heteroatomen substituiert sein oder funktionelle Gruppen mit Heteroatomen tragen (z.B. ein zweizähniger Ligand, in dem eine koordinierende NR2-Gruppe enthalten ist) . Im Regelfall werden aber aus Kostengründen reine Kohlenwasserstoff-Reste eingesetzt. Als zweizähnige Phosphanliganden kommen insbesondere Liganden in Betracht, bei denen die beiden Phosphor-Atome über einen Ethylen- oder Methylen-Linker verbunden sind. Die restlichen an das Phosphoratom gebundenen Reste entsprechen der Definition der Reste Rδ und R7. Als besonders geeignete zweizähnige Phosphanliganden sind Bis (diphenylphosphino) ethan, Bis (diphenylphosphino) methan und Bis (diethylphosphino) ethan zu nennen .In general terms, ligand L may be any σ-donor π acceptor or σ, π-donor π acceptor. Particular mention may be made as ligands: isonitriles, alkynes and olefins (whereby also dienes as bidentate ligands in which L 2 stands for exactly one diene ligand or an en-in ligand in which both unsaturated groups are coordinated to the central atom ), in particular olefin and / or alkyne complexes in which the olefin or the alkyne acts as σ, π donor π acceptor, and finally phosphine ligands. In the case of the phosphine ligands of the formula PR δ 3 , the radicals R 6 may be identical or different, with complexes usually being used in which the radicals R 5 are identical. In particular, R 6 may also be an alkoxy radical OR 7 . The radicals R 6 or R 7 may be in particular alkyl or aryl radicals. Suitable alkyl radicals are branched, unbranched or cyclic alkyls, in particular having 1 to 15 carbon atoms, particularly preferably the alkyl radicals are methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl or t-butyl and Cyclohexyl. Suitable aryl radicals are all substituted and unsubstituted aryl compounds; these can also be bound via an alkylene linker to the phosphorus or oxygen atom. A particularly preferred aryl radical is phenyl. All the above alkyl and aryl radicals may also be substituted by heteroatoms or carry functional groups with heteroatoms (eg a bidentate ligand in which a coordinating NR 2 group is included). As a rule, however, pure hydrocarbon radicals are used for cost reasons. Particularly suitable bidentate phosphine ligands are ligands in which the two phosphorus atoms are linked via an ethylene or methylene linker. The remaining radicals bound to the phosphorus atom correspond to the definition of the radicals R δ and R 7 . Particularly suitable bidentate phosphine ligands are bis (diphenylphosphino) ethane, bis (diphenylphosphino) methane and bis (diethylphosphino) ethane.
Als zweizähniger Ligand XnX kann u.a. ein ß-Diketonat, ein ß-Ketoiminat oder ein ß- Diiminat eingesetzt werden. Es handelt sich also um einen Liganden der allgemeinen Formel R-C(X) -CR8-C (Y) -R1 bzw.As a bidentate ligand XnX, it is possible to use, inter alia, a β-diketonate, a β-ketoiminate or a β-diiminate. It is therefore a ligand of the general formula RC (X) -CR 8 -C (Y) -R 1 or
Hierbei sind X und Y gleich oder verschieden und stellen O oder NR2 dar.Here, X and Y are the same or different and represent O or NR 2 .
Bevorzugt sind hierbei die Reste R, R1, R2 und R8 gleich oder verschieden und verzweigte, unverzweigte oder zyklische Alkyl -Reste, Aryl -Reste oder Trialkylsilyl -Reste . R8 kann auch ein Wasserstoffatom sein. Bevorzugt haben diese Reste 1 bis 15 Kohlenstoff-Atome . Die Alkyl- und Aryl-Reste können mit Heteroatomen substituiert sein, sind aber im Regelfall reine Kohlenwasserstoffe; ebenso können die Reste funktionelle Gruppen tragen. Besonders bevorzugt sind R, R1 und R2 Methyl, Ethyl , n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, t-Butyl oder Phenyl und R8 Wasserstoff, Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, t-Butyl oder Phenyl. Bei den Trialkylsilyl -Resten können die einzelnen Alkylreste gleich oder verschieden sein; es kommen verzweigte, unverzweigte oder zyklische Alkyle in Betracht, besonders bevorzugt sind Trialkylsilyl -Resten mit den Alkyl-Resten Methyl, Ethyl , n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl sowie t-Butyl. Besonders bevorzugt sind als ß-Diketonat-Liganden Acetylaceton ("acac"), Heptan-3 , 5-dion, 2 , 6-Dimethylhepta- 3,5-dion , 2,2,6,6-Tetramethylhepta-3,5-dion, N,N,N'N'- Tetramethylmalonamid, N,N,N'N' -Tetraethylmalonamid, 1,3- Dimorpholin-4-yl-propan-l , 3-dion, 1, 3-Diphenylpropan-l, 3-dion und 1 , 3-Dicyclohexylpropan-l, 3-dion.The radicals R, R 1 , R 2 and R 8 are herewith identical or different and branched, unbranched or cyclic alkyl radicals, aryl radicals or trialkylsilyl radicals. R 8 can also be a hydrogen atom. Preferably, these radicals have 1 to 15 carbon atoms. The alkyl and aryl radicals may be substituted by heteroatoms, but are usually pure hydrocarbons; likewise, the radicals can carry functional groups. R, R 1 and R 2 are particularly preferably methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl, t-butyl or phenyl and R 8 is hydrogen, methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n- Butyl, t-butyl or phenyl. Both Trialkylsilyl radicals, the individual alkyl radicals may be identical or different; there are branched, unbranched or cyclic alkyls into consideration, particularly preferred are trialkylsilyl radicals having the alkyl radicals methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl and t-butyl. Particularly preferred as β-diketonate ligands acetylacetone ("acac"), heptane-3, 5-dione, 2, 6-dimethylhepta- 3,5-dione, 2,2,6,6-tetramethylhepta-3,5- dione, N, N, N'N'-tetramethylmalonamide, N, N, N'N'-tetraethylmalonamide, 1,3-dimorpholin-4-yl-propane-1,3-dione, 1,3-diphenylpropane-1, 3-dione and 1, 3-dicyclohexylpropane-l, 3-dione.
Als ß-Ketoiminat-Liganden sind 4- (Methylamino) -3-penten-2-on und 4- (Ethylamino) -3-penten-2-on besonders bevorzugt. Als ß-Diiminat-Liganden sind (2Z14S) -JV-isopropyl-4- (methylimino)pent-2-en-2-amin und N- [ (IB, 2Z) -l-methyl-2- pyrrolidin-2-ylideneethylidene] methanamin besonders bevorzugt .As β-ketoiminate ligands, 4- (methylamino) -3-penten-2-one and 4- (ethylamino) -3-penten-2-one are particularly preferred. As β-diiminate ligands are (2Z 1 4S) -JV-isopropyl-4- (methylimino) pent-2-en-2-amine and N- [(IB, 2Z) -l-methyl-2-pyrrolidine-2 -ylidene ethylidene] methanamine is particularly preferred.
Alternativ kann der im Precursor-Komplex enthaltene zweizähnige Ligand XnX ein Amidinat, ein Carboxylat oder ein Thiocarboxylat sein. In der allgemeinen Formel R3-C(X')-Y' bzw. stellen daher X1 und Y1 entweder zwei Sauerstoff -Atome oder ein Sauerstoff- und ein Schwefel -Atom oder zwei NR4-Gruppen dar.Alternatively, the bidentate ligand XnX contained in the precursor complex may be an amidinate, a carboxylate or a thiocarboxylate. In the general formula R 3 -C (X ') - Y' or Therefore, X 1 and Y 1 represent either two oxygen atoms or one oxygen and one sulfur atom or two NR 4 groups.
Die Reste R3 und R4 sind gleich oder verschieden und bevorzugt verzweigte, unverzweigte oder zyklische Alkyl -Reste oder Aryl -Reste. Bevorzugt haben diese Reste 1 bis 15 Kohlenstoff-Atome . Die Reste können mit Heteroatomen substituiert sein, sind aber im Regelfall reine Kohlenwasserstoffe; ebenso können die Reste funktionelle Gruppen tragen. Besonders bevorzugt sind die Reste R3 und R4 Methyl, Ethyl , n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, t-Butyl oder Phenyl . Der Rest R3 kann weiterhin ein Trialkylsilyl-Rest , bei dem die einzelnen Alkylreste gleich oder verschieden sein können, sein. Es kommen hierbei verzweigte, unverzweigte oder zyklische Alkyle in Betracht, besonders bevorzugt sind die Alkyl -Reste Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl oder n-Butyl sowie t-Butyl.The radicals R 3 and R 4 are identical or different and preferably branched, unbranched or cyclic alkyl radicals or aryl radicals. Preferably, these radicals have 1 to 15 carbon atoms. The radicals can be substituted by heteroatoms, but are usually pure hydrocarbons; likewise, the radicals can carry functional groups. The radicals R 3 and R 4 are particularly preferably methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, t-butyl or phenyl. The radical R 3 can furthermore be a trialkylsilyl radical in which the individual alkyl radicals can be identical or different. Branched, unbranched or cyclic alkyls come into consideration, particularly preferably the alkyl radicals are methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl or n-butyl and t-butyl.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen das Amidinat , das Carboxylat bzw. das Thiocarboxylat im Alkyl- bzw. Aryl-Rest eine Carboxylatgruppe auf. Insbesondere sind hierbei Carboxylate der Formel R5O-C(O)-Z-C(O)-O bzw. zu nennen.In an advantageous embodiment, the amidinate, the carboxylate or the thiocarboxylate in the alkyl or aryl radical have a carboxylate group. In particular, here are carboxylates of the formula R 5 OC (O) -ZC (O) -O or to call.
Hierbei ist Z eine Alkylen- oder Alkylidenbrücke oder eineHere Z is an alkylene or alkylidene bridge or a
Einfachbindung zwischen den beiden Carbonylgruppen C(O) .Single bond between the two carbonyl groups C (O).
Bevorzugt besitzt die Alkylengruppe die Formel - (CH2- )n (mit n = 0, 1 oder 2) ; die Alkylidenbrücke besitzt bevorzugt diePreferably, the alkylene group has the formula - (CH 2 -) n (where n = 0, 1 or 2); the alkylidene bridge preferably has the
Formel - (CH=CH-) m (mit m = 0, 1 oder 2) .Formula - (CH = CH-) m (with m = 0, 1 or 2).
Der Rest R5 ist bevorzugt ein verzweigter, unverzweigter oder cyclischer Alkylrest oder ein Arylrest, insbesondere einThe radical R 5 is preferably a branched, unbranched or cyclic alkyl radical or an aryl radical, in particular a
Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, tert-Butyl- oder Phenyl-Rest.Methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl or phenyl radical.
Als Amidinat-, Carboxylat- oder Thiocarboxylat -Ligand sind erfindungsgemäß besonders bevorzugt Acetat, Benzoat, Benzylat, Propionat, Pivalonat, 2-Methylpropionat , Silyl- substituierte Acetate, Thioacetat und N, N' -Dimethyl- acetamidine . Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass einige Precursor-Komplexe besonders bevorzugt sind. Es handelt sich hierbei um synthetisch leicht zugängliche Komplexe, die zudem bei Raumtemperatur flüssig sind und sich leicht in die Gasphase überführen lassen und weiterhin eine gewisse Zeit lagerbar sind. Folgende Komplexe sind hierbei zu nennen:As the amidinate, carboxylate or thiocarboxylate ligand, particular preference is given according to the invention to acetate, benzoate, benzylate, propionate, pivalonate, 2-methylpropionate, silyl-substituted acetates, thioacetate and N, N'-dimethylacetamidines. According to the invention, it has been found that some precursor complexes are particularly preferred. These are synthetically easily accessible complexes, which are also liquid at room temperature and can be easily converted into the gas phase and continue to be storable for a certain time. The following complexes can be mentioned here:
- die Acetylacetonat-Komplexe (acac-Komplexe) der Formel (R7 3P) 2Cu(acac) mit R7 = Methyl, Ethyl , n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl und tert-Butyl- The acetylacetonate complexes (acac complexes) of the formula (R 7 3 P) 2 Cu (acac) with R 7 = methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl and tert-butyl
- die Heptan-3 , 5-dionat-Komlexe der Formel (R7 3P) 2Cu (C2H5- C(O)-CH-C(O)-C2H5) mit R7 = Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl und tert-Butylthe heptane-3,5-dionate complexes of the formula (R 7 3 P) 2 Cu (C 2 H 5 -C (O) -CH-C (O) -C 2 H 5 ) where R 7 = methyl, Ethyl, n -propyl, isopropyl, n -butyl and tert -butyl
- die Acetat-Komplexe der Formel (R7 3P) 2Cu (O2CCH3) mit R7 = Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl und tert-Butyl. Für den Oxidationspuls des erfindungsgemäßen ALD-Verfahrens wird üblicherweise ein flüssiges oder gasförmiges Oxidationsmittel verwendet. Bevorzugt ist das Oxidations- mittel gasförmig und weiterhin bevorzugt wird das Oxidationsmittel ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sauerstoff, Wasser, H2O2, Ozon und N2O.- The acetate complexes of the formula (R 7 3 P) 2 Cu (O 2 CCH 3 ) with R 7 = methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl and tert-butyl. For the oxidation pulse of the ALD process according to the invention, a liquid or gaseous oxidizing agent is usually used. Preferably, the oxidizing agent is gaseous and more preferably the oxidizing agent is selected from the group consisting of oxygen, water, H 2 O 2 , ozone and N 2 O.
Diese Oxidationsmittel sind bevorzugt, da mit diesen ein Oxidationspuls bei relativ milden Bedingungen durchgeführt werden kann (insbesondere auch bei Temperaturen im Bereich von 1050C bis 135°C) .These oxidizing agents are preferred, as can be performed using this pulse, an oxidation at relatively mild conditions (in particular at temperatures in the range from 105 0 C to 135 ° C).
Die Verwendung von nassem Sauerstoff (also eines Gemischs aus Wasserdampf und Sauerstoff) ist besonders bevorzugt, da nasser Sauerstoff ein effektiveres Oxidationsmittel als Sauerstoff oder Wasserdampf allein ist und damit die ALD auch bei niedrigen Temperaturen, in denen der Precursor selbst eben noch nicht zerfällt, besser funktioniert. Hiermit geht im Regelfall eine geringere Tendenz zur Agglomeration der hergestellten Kupfer enthaltenden Schicht einher. Das Reduktionsmittel für den Reduktionsschritt bzw. den Reduktionspuls wird bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoffplasma, molekularem Wasserstoff (H2) , Kohlenmonoxid, Hydrazin, Boranen, Silanen und organischen Reduktionsmitteln.The use of wet oxygen (ie a mixture of water vapor and oxygen) is particularly preferred because wet oxygen is a more effective oxidant than oxygen or water vapor alone, and thus the ALD better even at low temperatures, in which the precursor itself just does not decompose works. This is usually accompanied by a lower tendency to agglomeration of the produced copper-containing layer. The reduction agent for the reduction step or the reduction pulse is preferably selected from the group consisting of hydrogen plasma, molecular hydrogen (H 2 ), carbon monoxide, hydrazine, boranes, silanes and organic reducing agents.
Als organische Reduktionsmittel sind hier insbesondere Alkohole, Aldehyde und Carbonsäuren zu nennen. Üblicherweise wird es sich hierbei um niedermolekulare Verbindungen mit einem Molekulargewicht < 100 g/mol , bevorzugt < 61 g/mol handeln. Verbindungen mit einem derart niedrigen Molekulargewicht ist nämlich zu eigen, dass deren Oxidati- onsprodukte relativ leicht flüchtig sind und daher relativ einfach aus der Reaktionskammer entfernt werden können (bzw. einer Gleichgewichtsreaktion entzogen werden können) . Ganz allgemein haben alle organischen Reduktionsmittel den Vorteil, dass mit diesen eine Reduktion unter milden Bedingungen möglich ist, so dass auch hier eine Agglomeration und Inselbildung während des Reduktionsprozesses nicht oder nur in eher geringem Maß auftritt . Verwendet man dagegen Wasserstoff oder ein Wasserstoffplasma, so tritt bei Temperaturen < 2000C keine nennenswerte Reduktion ein (also keine Verringerung des Sauerstoffanteils in der Kupfer- haltigen Schicht - insbesondere bei Verwendung von Wasserstoff) . Außerdem sollte die ALD bevorzugt ohne Verwendung eines Plasmas durchgeführt werden, um in allen Bereichen, auch in tiefen und geometrisch kompliziert strukturierten Substraten ein gleichmäßiges Schichtwachstum zu erzielen. Die Verwendung eines Plasmas kann dann auch dazu führen, dass eine starke Tendenz zur Agglomeration eintritt.Particularly suitable organic reducing agents are alcohols, aldehydes and carboxylic acids. Usually, these will be low molecular weight compounds having a molecular weight <100 g / mol, preferably <61 g / mol. Namely, compounds having such a low molecular weight are inherent in that their oxidation products are relatively easily volatile and therefore can be relatively easily removed from the reaction chamber (or can be removed from an equilibrium reaction). In general, all organic reducing agents have the advantage that with these a reduction under mild conditions is possible, so that agglomeration and island formation during the reduction process does not occur here or only to a small extent. On the other hand, if hydrogen or a hydrogen plasma is used, no significant reduction occurs at temperatures <200 ° C. (ie no reduction in the oxygen content in the copper-containing layer-in particular when hydrogen is used). In addition, the ALD should preferably be carried out without the use of a plasma in order to achieve uniform layer growth in all areas, even in deep and geometrically complicated substrates. The use of a plasma can then also lead to a strong tendency to agglomeration occurs.
Als besonders geeignete organische Reduktionsmittel sind Methanol, Isopropanol, Formaldehyd, Acetaldehyd, Ameisensäure und Essigsäure zu nennen, von denen wiederum Ameisensäure ganz besonders bevorzugt ist .Particularly suitable organic reducing agents are methanol, isopropanol, formaldehyde, acetaldehyde, formic acid and acetic acid, of which in turn formic acid is very particularly preferred.
Diesen Verbindungen ist zu eigen, dass unter besonders milden Bedingungen eine Reduktion erfolgen kann, insbesondere eine Reduktion bei Temperaturen 5 2000C; im Fall von Ameisensäure sogar bei Temperaturen zwischen 105 und 115°C.These compounds are intrinsic to the fact that under particularly mild conditions, a reduction can be carried out, in particular a reduction at temperatures 5 200 0 C; in the case of formic acid even at temperatures between 105 and 115 ° C.
Das erfindungsgemäße ALD-Verfahren wird bevorzugt so durchgeführt, dass die einzelnen Pulse (Adsorptionspuls, Oxidationspuls, Reduktionspuls und Spül- bzw. Evakuierungspuls) im Regelfall jeweils maximal 15 Sekunden betragen. Allerdings ist die Pulsdauer auch vom Volumen des jeweiligen Reaktors abhängig. Bevorzugt ist die Länge der Pulse 3 bis 11 Sekunden. Bei sehr kompakten Reaktorkämmern kann die nötige Pulslänge auch im Bereich von 10 bis einigen 100 Millisekunden liegen.The ALD method according to the invention is preferably carried out in such a way that the individual pulses (adsorption pulse, oxidation pulse, reduction pulse and rinsing or evacuation pulse) are in each case no more than 15 seconds in each case. However, the pulse duration is also dependent on the volume of the respective reactor. Preferably, the length of the pulses is 3 to 11 seconds. For very compact reactor hammers, the required pulse length can also be in the range of 10 to a few 100 milliseconds.
Für den Adsorptionspuls gilt weiterhin, dass die Pulsdauer besonders bevorzugt 3 bis 6 Sekunden beträgt . Weiterhin bevorzugt ist die Pulsdauer des Adsorptionspulses genau so lang, dass mindestens eine Abscheiderate bzw. ein Zyklenwachstum von 0,08 Ä/Zyklus und besonders bevorzugt von 0,12 Ä /Zyklus erreicht wird. Dies ist im Regelfall dann der Fall, wenn die Pulsdauer des Adsorptionspulses mindestens 2 Sekunden beträgt .For the adsorption pulse, the pulse duration is particularly preferably 3 to 6 seconds. Further preferably, the pulse duration of the adsorption pulse is just as long that at least one deposition rate or a cycle growth of 0.08 Ä / cycle and particularly preferably 0.12 Ä / cycle is achieved. This is usually the case when the pulse duration of the adsorption pulse is at least 2 seconds.
Der Adsorptionspuls erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von 105 bis 165°C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 115 bis 135°C.The adsorption pulse is preferably carried out at a temperature of 105 to 165 ° C, more preferably at a temperature of 115 to 135 ° C.
In diesem Temperaturfenster ist das Zyklenwachstum relativ wenig von der Temperatur abhängig und somit ein gezielteres Herstellen einer Kupfer-Schicht bzw. Kupfer-enthaltenden Schicht mit einer bestimmten Schichtdicke möglich. Ganz besonders konstant ist das Zyklenwachstum üblicherweise bei einer Temperatur von 115 bis 135°C. Weiterhin wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt so durchgeführt, dass der Reduktionsschritt bzw. der Reduktions- puls bei einer Temperatur < 2500C, bevorzugt < 2000C, durchgeführt wird. Die zu wählende Temperatur hängt hierbei aber auch von dem Reduktionsmittel ab, so dass - selbst wenn es wünschenswert wäre bei niedrigeren Temperaturen zu arbeiten - eine freie Wählbarkeit der Reduktionstemperatur nur in gewissen Grenzen besteht. Beispielsweise wird eine nennenswerte Reduktion bei Verwendung von Wasserstoff (H2) erst ab Temperaturen von 400 bis 450 0C erfolgen. Für die Reduktion des Kupferoxids mit molekularem Wasserstoff (H2) werden daher relativ hohe Temperaturen benötigt. Aufgrund der erhöhten Agglomerationstendenz des Kupfers bei diesen Temperaturen ist es dann aber nicht mehr möglich, dünne und geschlossene Schichten zu erhalten. Eine niedrigere Prozesstemperatur ist durch Verwendung von Wasserstoffplasma möglich. Dieses hat jedoch den Nachteil, dass das Plasma auf strukturierte Substrate unterschiedlich wirkt. Freie Flächen werden bevorzugt angegriffen, während es schwierig ist, an Seitenwänden tiefer Gräben, in Löchern und in abgeschatteten Bereichen eine vollständige Reduktion des Kupferoxids bzw. Kupfersalzes zu erreichen.In this temperature window, the cycle growth is relatively little dependent on the temperature and thus a more targeted production of a copper layer or copper-containing layer with a certain layer thickness possible. The cycle growth is usually very constant at a temperature of 115 to 135 ° C. Furthermore, the inventive method is preferably carried out so that the reduction step or the reduction pulse at a temperature <250 0 C, preferably <200 0 C, is performed. However, the temperature to be selected also depends on the reducing agent, so that - even if it would be desirable to work at lower temperatures - a free selectability of the reduction temperature exists only within certain limits. For example, a significant reduction in the use of hydrogen (H 2 ) will take place only from temperatures of 400 to 450 0 C. Relatively high temperatures are therefore required for the reduction of the copper oxide with molecular hydrogen (H 2 ). Due to the increased agglomeration tendency of the copper at these temperatures, it is then no longer possible to obtain thin and closed layers. A lower process temperature is possible by using hydrogen plasma. However, this has the disadvantage that the plasma acts differently on structured substrates. Free surfaces are preferably attacked while it is difficult to achieve complete reduction of the copper oxide or copper salt on sidewalls of deep trenches, in holes and in shaded areas.
Die Temperatur sollte daher möglichst niedrig liegen, wenn eine geringe Agglomeration bzw. Inselbildung während des Reduktionsschritts bzw. Reduktionspulses erfolgen soll. Bevorzugt ist daher eine Durchführung des Reduktionsschritts bzw. Reduktionspulses bei einer Temperatur, die der des Adsorptionspulses entspricht oder unter dieser Temperatur liegt. Dies kann beispielsweise mittels organischer Reduktionsmittel bewerkstelligt werden; ganz besonders bevorzugt ist hierbei die Verwendung von Ameisensäure, die bereits bei einer Temperatur von 1050C gute Ergebnisse liefert .The temperature should therefore be as low as possible, if a small agglomeration or island formation should take place during the reduction step or reduction pulse. Preference is therefore given to carrying out the reduction step or reduction pulse at a temperature which corresponds to that of the adsorption pulse or is below this temperature. This can be accomplished, for example, by means of organic reducing agents; Very particular preference is given here to the use of formic acid, which gives good results even at a temperature of 105 ° C. delivers.
Ferner sollte - wenn möglich - auf Plasmaprozesse verzichtet werden, um eine gleichmäßige Reduktion der mittels ALD aufgebrachten Schicht auch in strukturierten Substraten oder abgeschatteten Bereichen strukturierter Substrate zu gewährleisten. Bevorzugt sind daher rein thermisch wirkende Reduktionsprozesse .Furthermore, if possible, plasma processes should be dispensed with in order to ensure a uniform reduction of the layer applied by ALD, even in structured substrates or shaded areas of structured substrates. Preference is therefore given to purely thermally-acting reduction processes.
Als zu beschichtendes Substrat kann ein einschichtiges oder mehrschichtiges Substrat eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist hierbei mindestens eine Schicht des mehrschichtigen Substrats (bevorzugt die an die Kupferschicht bzw. Kupfer-enthaltende Schicht angrenzende Schicht des mehrschichtigen Substrats) bzw. das einschichtige Substrat selbst ein Übergangsmetall, ein Übergangsmetallsalz (insbesondere eine keramische Verbindung, wie ein Übergangsmetallnitrid oder Übergangsmetalloxid) , ein Halbleitermaterial, ein organisches Polymer und/oder ein anorganisches Polymer oder enthält einen oder mehrere Stoffe der vorgenannten Substanzklassen.As a substrate to be coated, a single-layered or multi-layered substrate can be used. In this case, at least one layer of the multilayer substrate (preferably the layer of the multilayer substrate adjoining the copper layer or copper-containing layer) or the single-layer substrate itself is a transition metal, a transition metal salt (in particular a ceramic compound such as a transition metal nitride or transition metal oxide) ), a semiconductor material, an organic polymer and / or an inorganic polymer or contains one or more substances of the aforementioned substance classes.
Weiterhin bevorzugt wird dieses Material ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Tantal, Titan, Wolfram, Niob, Vanadium, Tantalnitrid, Titannitrid, Wolframnitrid, Niobnitrid und Vanadiumnitrid, Platin, Palladium, Ruthenium, Rhodium, einem Siliziumdioxid, einem Silikat, Zinkoxid, Hafniumoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Silizium, Germanium, Galliumarsenid, Aluminiumgalliumarsenid, Galliumnitrid, Aluminiumgalliumnitrid, Indiumphosphid, Indiumgalliumphosphid und Carbonitriden oder Siliziumnitriden von Übergangsmetallen, insbesondere von Tantal, Wolfram und Titan; alternativ kann dieses Material einen oder mehrere der vorgenannten Stoffe enthalten. Überraschenderweise wurde beobachtet, dass auf Substraten aus einem Übergangsmetallnitrid während des Reduktionsschrittes eine geringere Tendenz zur Bildung von Inseln auftritt als bei Verwendung des reinen Übergangsmetalls als Substrat. Besonders stark ist dieser Effekt bei Verwendung von Tantalnitrid (insbesondere im Vergleich mit elementarem Tantal) zu beobachten.Furthermore, this material is preferably selected from the group consisting of tantalum, titanium, tungsten, niobium, vanadium, tantalum nitride, titanium nitride, tungsten nitride, niobium nitride and vanadium nitride, platinum, palladium, ruthenium, rhodium, a silicon dioxide, a silicate, zinc oxide, hafnium oxide, Alumina, zirconia, silicon, germanium, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, gallium nitride, aluminum gallium nitride, indium phosphide, indium gallium phosphide and carbonitrides or silicon nitrides of transition metals, particularly tantalum, tungsten and titanium; Alternatively, this material may contain one or more of the aforementioned substances. Surprisingly, it has been observed that on substrates of a transition metal nitride during the reduction step less tendency for formation of islands occurs than when using the pure transition metal as a substrate. This effect is particularly strong when using tantalum nitride (especially in comparison with elemental tantalum).
Weiterhin wurde beobachtet, dass der Stickstoffgehalt des Übergangsmetallnitrids von großer Bedeutung für das Wachstum der Kupfer-basierten ALD-Schicht ist. Auf dem reinen Übergangsmetall erfolgt eine schnellere Zersetzung des Kupfer-Precursors, so dass ein uneinheitlicheres Schichtwachstum stattfindet. Allerdings bedeutet dies auch, dass auf einem Übergangsmetallnitrid die Zersetzung des Precursors erst bei höheren Temperaturen einsetzt, so dass die Verwendung von nicht -stöchiometrischen Übergangsmetall - nitriden, insbesondere Nitriden von Tantal, Titan, Wolfram, Niob und/oder Vanadium, besonders bevorzugt ist, wenn eine besonders einheitliche Kupferschicht erzeugt werden soll . Hierbei ist wiederum ein Stickstoffanteil von 75 bis 99 %, bezogen auf die entsprechende stöchiometrische Übergangsmetallnitridverbindung MNx, vorhanden. Besonders stark ist dieser Effekt wiederum bei Tantal/Tantalnitrid zu beobachten.Furthermore, it has been observed that the nitrogen content of the transition metal nitride is of great importance for the growth of the copper-based ALD layer. On the pure transition metal is a faster decomposition of the copper precursor, so that a more uniform layer growth takes place. However, this also means that the decomposition of the precursor on a transition metal nitride only starts at relatively high temperatures, so that the use of non-stoichiometric transition metal nitrides, in particular nitrides of tantalum, titanium, tungsten, niobium and / or vanadium, is particularly preferred. if a particularly uniform copper layer is to be produced. Here again, a nitrogen content of 75 to 99%, based on the corresponding stoichiometric transition metal nitride compound MN x , is present. This effect is particularly strong again for tantalum / tantalum nitride.
Erfindungsgemäß weist das Substrat, das mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren herstellbar ist, zumindest teilweise eine geschlossene Kupferbeschichtung oder Kupfer enthaltenden Beschichtung auf, im Regelfall eine vollständig geschlossene Kupferbeschichtung oder Kupfer enthaltende Beschichtung. Unter einer geschlossenen Schicht wird erfindungsgemäß eine Schicht verstanden, bei der bei der Messung mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS - verwendet wird Mg-Kα-Strahlung) keine Signale des Substrates mehr detektiert werden. Die Austrittstiefe der Photoelektronen soll hierfür bei quasi senkrechtem Abnahmewinkel 1 nm bis 3 nm betragen. Das Messverfahren wird stets gemäß "S. Hofmann: Depth Profiling in AES and XPS in: Practical Surface Analysis Second Edition Volume 1 - Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy. (Hrsg. D. Briggs und M. P. Seah) John Wiley & Sons, Chichester u.a., 1990" durchgeführt.According to the invention, the substrate, which can be produced by the method described above, at least partially a closed copper coating or copper-containing coating, as a rule, a completely closed copper coating or copper-containing coating. Under a closed layer is understood according to the invention a layer in which in the measurement by means of X-ray photoelectron spectroscopy (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS - uses Mg-Kα radiation) no more signals of the substrate can be detected. The exit depth of the photoelectrons should be 1 nm to 3 nm at a quasi-perpendicular acceptance angle. The measurement procedure is always performed according to "S. Hofmann: Depth Profiling in AES and XPS in: Practical Surface Analysis Second Edition Volume 1 - Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy. (Eds. D. Briggs and MP Seah) John Wiley & Sons, Chichester et al., 1990 ".
Die Kupferbeschichtung weist keine fluorhaltigen Verunreinigungen auf (da keine fluorhaltigen Precursor- Moleküle verwendet wurden) und besitzt eine Schichtdicke von 2 nm bis 100 nm, bevorzugt 2 nm bis 30 nm. Die Schichtdicke wird erfindungsgemäß stets mittels Spektralellipsometrie im Spektralbereich 3,3 bis 6,3 eV gemessen. Die Durchführung der Messung erfolgt gemäß H. G. Tompkins und E. A. Irene (Hrsg.) : Handbook of Ellipsometry . Springer-Verlag, Berlin 2005. Für mikroelektronische und nanoelektronische Bauelemente werden zur Herstellung des Leitbahnsystems integrierter Schaltkreise bevorzugt Kupfer-Nukleationsschichten mit Dicken zwischen 2 und 20 nm eingesetzt.The copper coating has no fluorine-containing impurities (since no fluorine-containing precursor molecules were used) and has a layer thickness of 2 nm to 100 nm, preferably 2 nm to 30 nm. The layer thickness is always according to the invention by means of spectral ellipsometry in the spectral range 3.3 to 6, 3 eV measured. The measurement is carried out according to H.G. Tompkins and E.A. Irene (ed.): Handbook of Ellipsometry. Springer-Verlag, Berlin 2005. For microelectronic and nanoelectronic components, copper nucleation layers with thicknesses between 2 and 20 nm are preferably used for the production of the interconnect system of integrated circuits.
Weiterhin bevorzugt weist das erfindungsgemäße Substrat mit Kupferbeschichtung eine Rauheit Ra gemäß DIN EN ISO 4287 von 0,2 nm bis 2,7 nm auf, bei einer Rauheit Ra des unbeschichteten Substrates zwischen 01, 1 nm und 0,2 nm. Ra wurde bestimmt mittels Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM) im Tapping-Modus . Es wurde eine Siliziumspitze mit einem Spitzenradius ≤ 10 nm verwendet. Die Differenz der Rauheit Ra zwischen beschichtetem und unbeschichtetem Substrat beträgt daher meist 0 bis 2,5 nm, bevorzugt 0 bis 0,2 nm. Diese Differenz ist allerdings einerseits von der Dicke der Beschichtung, andererseits von der Oberfläche des verwendeten Substrats abhängig.Further preferably, the substrate according to the invention with copper coating has a roughness Ra according to DIN EN ISO 4287 of 0.2 nm to 2.7 nm, with a roughness Ra of the uncoated substrate between 0 1 , 1 nm and 0.2 nm. Ra was determined using Atomic Force Microscopy (AFM) in tapping mode. A silicon tip with a tip radius ≤ 10 nm was used. The difference in roughness Ra between coated and uncoated substrate is therefore usually 0 to 2.5 nm, preferably 0 to 0.2 nm Difference depends on the one hand on the thickness of the coating, on the other hand on the surface of the substrate used.
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Substrat mit Kupferbeschichtung häufig Gräben, Löcher und/oder Schattenräume auf. Derartige Substrate sind mit vielen Verfahren nach dem Stand der Technik (z.B. CVD-Verfahren) gar nicht beschichtbar, zumindest nicht mit einer gleichmäßigen Schicht beschichtbar. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass auch auf derartigen Substraten eine gleichmäßige Kupferbeschichtung oder Kupfer-haltige Beschichtung aufbringbar ist .Furthermore, the copper-coated substrate according to the invention frequently has trenches, holes and / or shadow spaces. Such substrates are not coatable by many prior art methods (e.g., CVD methods), at least not coatable with a uniform layer. The inventive method has the advantage that even on such substrates, a uniform copper coating or copper-containing coating can be applied.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist - wiederum bei entsprechender Verfahrensführung - weiterhin ein Substrat erhältlich, das zumindest teilweise eine geschlossene Kupfer- und Kupferoxid enthaltende Beschichtung aufweist . Dieses Substrat ist z.B. dann erhältlich, wenn auf einen Reduktionsschritt bzw. Reduktionspulse ganz verzichtet wird. Diese Beschichtung weist dann keine fluorhaltigen Verunreinigungen auf und besitzt eine Schichtdicke von 2 nm bis 100 nm, bevorzugt 2 nm bis 30 nm. Die Schicht besteht im Bereich der Oberfläche im Wesentlichen aus Cu2O und weist zwischen dieser Oberfläche und der dem Substrat zugewandten Fläche der Beschichtung einen Gradient mit abnehmendem Sauerstoffgehalt auf .With the method according to the invention, a substrate is again obtainable, once again with appropriate process control, which at least partially has a closed coating containing copper and copper oxide. This substrate can be obtained, for example, if a reduction step or reduction pulses is completely dispensed with. This coating then has no fluorine-containing impurities and has a layer thickness of 2 nm to 100 nm, preferably 2 nm to 30 nm. The layer consists essentially of Cu 2 O in the region of the surface and points between this surface and the surface facing the substrate the coating on a gradient with decreasing oxygen content.
Dieser Gradient kann mit winkelaufgelösten XPS-Untersuchungen (ARXPS) gemäß S. Oswald et al . Angle-resolved XPS - a critical evaluation for various applications, Surface and Interface Analysis 38, 2006, 590-594 nachgewiesen werden. Hierbei zeigt sich, dass bei einem Abnahmewinkel (take-off angle) von 25° zur Probenoberfläche im Regelfall nur Bindungsenergie-Werte gemessen werden, die oxidischem Kupfer (insbesondere Cu2O) zuzuordnen sind. Dagegen ist bei Messungen mit einem Abnahmewinkel von 60° ein deutlicher Anteil der gemessenen Bindungsenergien der Photoelektronen elementarem Kupfer zuzuordnen. Bei einem Abnahmewinkel von 75° ist der Anteil dieser Photoelektronen noch weiter erhöht. Bezüglich der Rauheit gilt auch für das Substrat mit Kupfer- und Kupferoxid enthaltender Beschichtung das vorstehend zu einem Substrat Gesagte, bei dem auf einen Reduktionsschritt bzw. Reduktionspuls nicht verzichtet wird.This gradient can be determined by angle-resolved XPS studies (ARXPS) according to S. Oswald et al. Angle-resolved XPS - a critical evaluation for various applications, Surface and Interface Analysis 38, 2006, 590-594. This shows that at a take-off angle of 25 ° to the sample surface usually only Binding energy values are measured, which are attributable to oxidic copper (in particular Cu 2 O). In contrast, in measurements with a decrease angle of 60 °, a significant proportion of the measured binding energies of the photoelectrons can be attributed to elemental copper. At a take-off angle of 75 °, the proportion of these photoelectrons is further increased. With regard to the roughness, the same applies to the substrate with a coating containing copper and copper oxide as has been said above for a substrate, in which a reduction step or reduction pulse is not dispensed with.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von Kupferschichten, insbesondere Kupfer-Startschichten für die spätere galvanische oder stromlose Abscheidung von Metall- schichten, besonders Kupferschichten, bei der Herstellung von Kontakt- und Leitbahnsystemen in mikroelektronischen Bauelementen sowie bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen eingesetzt werden.The inventive method can be used for the production of copper layers, in particular copper starting layers for the subsequent galvanic or electroless deposition of metal layers, especially copper layers, in the production of contact and interconnect systems in microelectronic devices and in the production of thin film solar cells.
Zur Herstellung eines mehrlagigen Leitbahn- oder Inter- connectsystems in hochintegrierten mikroelektronischen Schaltkreisen (ULSI -Schaltkreisen) werden Kupferschichten im Bereich von 10 bis 100 nm auf vorstrukturierten und mit verschiedenen Funktionsschichten versehenen Siliziumwafern galvanisch aufgebracht. Bevor die galvanische Kupferab- scheidung erfolgen kann, ist es erforderlich, auf diese Wafer eine elektrisch leitfähige Keim- oder Startschicht (einen sogenannten Seedlayer) aufzubringen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Erzeugung derartiger Startschichten bestens geeignet, da sich eine Schicht mit gleichmäßiger Dicke ausbildet, wobei die Dicke - wie beschrieben - beliebig einstellbar ist, und daher auch bei geometrisch komplizierten Anordnungen von Durchkontaktierungen zwischen benachbarten Leitbahnebenen (Vias) und dergleichen stets zum Erfolg führt. Werden im Feld der sogenannten 3D- oder vertikalen Systemintegration mehrere Wafer oder Mikrochips mittels Bondverfahren dauerhaft mechanisch miteinander verbunden, so kommen zur Herstellung elektrischer Kontakte zwischen den einzelnen Chips Durchkontaktierungen (sogenannte Through-Hole Vias - THVs bzw. Through-Silicon Vias - TSVs) zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um sehr tiefe, enge Löcher (insbesondere mit einem Durchmesser von 5 μτa bis 150 μm und Aspektverhältnissen von 1 bis 20) durch den Chip- oder Waferstapel . Um den elektrischen Kontakt zwischen den zu verbindenden Komponenten herzustellen, werden diese Löcher mittels galvanischer Kupferabscheidung vollständig oder teilweise gefüllt. Auch hierfür ist eine elektrisch leitfähige Start- oder Keimschicht erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Herstellung dieser Startschichten bestens geeignet, da - auch bei komplizierten Geometrien - Kupferschichten mit gleichmäßiger Dicke erzeugt werden können .To produce a multilayer interconnect system or interconnect system in highly integrated microelectronic circuits (ULSI circuits), copper layers in the range from 10 to 100 nm are applied galvanically to prestructured silicon wafers provided with different functional layers. Before the galvanic copper deposition can take place, it is necessary to apply to these wafers an electrically conductive seed or seed layer (a so-called seed layer). The inventive method is best suited for the production of such starter layers, as forming a layer with uniform thickness, the thickness - as described - is arbitrarily adjustable, and therefore always in geometrically complicated arrangements of vias between adjacent Leitbahnebenen (Vias) and the like for Success leads. If a plurality of wafers or microchips are permanently mechanically connected to one another in the field of so-called 3D or vertical system integration by means of bonding methods, through-connections (so-called through-hole vias - THVs or through-silicon vias - TSVs) are used to produce electrical contacts between the individual chips Commitment. These are very deep, narrow holes (in particular with a diameter of 5 μm to 150 μm and aspect ratios of 1 to 20) through the chip or wafer stack. In order to establish the electrical contact between the components to be connected, these holes are completely or partially filled by means of electrodeposition of copper. Again, an electrically conductive start or seed layer is required. The method according to the invention is also ideally suited for the production of these starting layers, since - even with complicated geometries - copper layers with a uniform thickness can be produced.
Die vorgenannten Startschichten müssen hohe Anforderungen erfüllen. Sie müssen geschlossen und ohne Defekte auf dem jeweils vorliegenden Untergrund aufwachsen, bei dem es sich zumeist um Substratmaterialien oder Diffusionsbarriereschichten aus Übergangsmetallen, wie Tantal oder Wolfram, bzw. Übergangsmetallnitriden, wie Tantalnitrid oder Wolframnitrid, handelt. Die Startschichten müssen hierbei in allen Bereichen der zu beschichtenden Substrate gleichmäßig aufwachsen. Schichtdickenunterschiede zwischen den Böden von Gräben oder Löchern, deren Seitenwänden und freien Flächen auf dem Wafer- substrat sind unerwünscht, weil es sonst bei der späteren galvanischen Kupferabscheidung zu ungleichmäßigem Schicht - Wachstum auf Grund einer ungleichmäßigen Stromdichteverteilung kommen würde. Gleichzeitig sollen die Startschichten eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit sowie geringstmögli- che Rauheit aufweisen. Schließlich müssen sie auch sehr gut auf dem Untergrund haften, damit der SchichtStapel für nachfolgende Polierprozesse eine hohe mechanische Stabilität aufweist . Verringerte Haftung der Kupferschichten bedingt zudem eine verringerte elektrische Zuverlässigkeit der Leitbahn im späteren Bauelement, insbesondere im Hinblick auf die Elektromigration.The aforementioned starting layers must meet high requirements. They must be grown and grown without defects on the particular substrate present, which are usually substrate materials or diffusion barrier layers of transition metals such as tantalum or tungsten, or transition metal nitrides such as tantalum nitride or tungsten nitride. The starting layers must in this case grow evenly in all areas of the substrates to be coated. Layer thickness differences between the bottoms of trenches or holes, their sidewalls and free surfaces on the wafer substrate are undesirable because otherwise the subsequent electrodeposition of copper would result in uneven layer growth due to an uneven current density distribution. At the same time, the starting layers should have a very good electrical conductivity and the lowest possible surface roughness. Finally, they must also adhere very well to the substrate so that the layer stack has a high mechanical stability for subsequent polishing processes. Reduced adhesion of the copper layers also causes a reduced electrical reliability of the interconnect in the later component, in particular with regard to the electromigration.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die hiermit herstellbare Kupfer- Schicht werden nachfolgend ohne Einschränkung der Allgemeinheit noch näher beschrieben:The method according to the invention and the copper layer which can be produced herewith are described in more detail below without limiting the generality:
1. Herstellung einer Kupfer- und/oder Kupferoxid-enthaltenden Schicht auf einem Siliziumwafer1. Preparation of a copper and / or copper oxide-containing layer on a silicon wafer
1.1 Verfahren mit einem Oxidationspuls während des mittels ALD durchgeführten Schichtabscheidungsschritts unter Verwendung des Precursors ( (CH3CH2CH2CH2) 3P) 2CU (acac)1.1 Method with an oxidation pulse during the ALD-performed layer deposition step using the precursor ((CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 3 P) 2CU (acac)
Für die ALD wird ein Siliziumwafer , der (a) mit einer Tantalnitrid-Schicht, (b) mit einer Tantalschicht oder (c) mit einer Kombination aus einer Tantalnitrid- und einer Tantalschicht (nämlich einem Schichtsystem, bei dem zuoberst eine Tantal -Schicht und darunter eine Tantalnitridschicht angeordnet ist) oder (d) mit einer Siliziumdioxidschicht oder (e) mit einer Rutheniumschicht versehen ist, in eine Reaktionskammer (Vakuumkammer) eingebracht und auf eine Temperatur zwischen 1000C und 1500C erhitzt. Als Precursor wird ( (CH3CH2CH2CH2) 3P) 2Cu (acac) eingesetzt. Der Precursor wird mit Hilfe eines Flüssigdosiersystems mit Verdampfereinheit der Reaktionskammer zugeführt . Der Precursor wird unter Schutzgas (insbesondere Argon) bei Raumtemperatur in einem Vorratsbehälter gelagert . Zur Dosierung wird der flüssige Precursor mit Hilfe des Schutzgas-Überdrucks im Vorratsgefäß aus diesem heraus- und über einen Durchflussmesser zu einer Mischeinheit befördert, in der der Precursor mit Hilfe einer Düse dosiert und mit einem Schutzgas-Trägergasstrom (insbesondere Argon-Trägergasstrom) vermischt wird. Dieses Gemisch wird der Verdampfereinheit zugeführt, wo der Precursor bei 85°C bis 1000C verdampft wird. Das so erhaltene Trägergas/Precursordampf-Gemisch wird nun der Reaktionskämmer zugeführt. Zweckmäßigerweise geschieht dies über beheizte Leitungen. Die Dauer des so durchgeführten Precursorpulses beträgt 5 Sekunden; der Precursordampf wird mit einer Rate von 15 mg/min und einem Argon-Trägergasfluss von 700 sccm (Standardkubikzentimeter pro Minute) der Prozesskammer zugeführt. Es folgt ein Spülpuls von 5 Sekunden, bei dem Argon mit einer Rate von 145 sccm der Reaktionskammer zugeführt wird. Für den Oxidationspuls wird als Oxidationsmittel ein Gemisch aus Sauerstoff und Wasserdampf verwendet. Zur Erzeugung des Wasserdampfs wird durch Wasser, das auf 45°C bis 500C erwärmt wurde, Argon geleitet, welches auf diese Weise mit Wasserdampf beladen wird. Der Oxidationspuls wird ebenso wie der Adsorptionspuls bei 120 - 135°C und einem Druck von 0,6 bis 1,2 mbar durchgeführt und hat eine Dauer von 11 Sekunden. Hierfür wird der Reaktionskammer Sauerstoff mit einem Fluss von 90 sccm und 18,5 mg/min Wasserdampf mit einem Argon-Trägergasfluss von 210 sccm (letzteres bevorzugt über beheizte Leitungen) der Reaktionskämmer zugeführt. Hierauf folgt wieder ein wie zuvor beschriebener Spülpuls.For the ALD, a silicon wafer comprising (a) a tantalum nitride layer, (b) a tantalum layer, or (c) a combination of a tantalum nitride and a tantalum layer (namely, a layer system having a tantalum layer at the top including a tantalum nitride layer is arranged) or (d) with a silicon dioxide layer or (e) is provided with a ruthenium layer, introduced into a reaction chamber (vacuum chamber) and heated to a temperature between 100 0 C and 150 0 C. The precursor used is ((CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 3 P) 2 Cu (acac). The precursor is fed by means of a liquid metering system with evaporator unit of the reaction chamber. The precursor is stored under protective gas (in particular argon) at room temperature in a storage container. For dosing, the liquid Precursor using the protective gas overpressure in the reservoir out of this and conveyed via a flow meter to a mixing unit, in which the precursor is metered by means of a nozzle and with a protective gas carrier gas stream (in particular argon carrier gas stream) is mixed. This mixture is fed to the evaporator unit, where the precursor is evaporated at 85 ° C to 100 0 C. The resulting carrier gas / precursor vapor mixture is then fed to the reaction chamber. Appropriately, this is done via heated lines. The duration of the precursor pulse thus carried out is 5 seconds; the precursor vapor is fed to the process chamber at a rate of 15 mg / min and an argon carrier gas flow of 700 sccm (standard cubic centimeters per minute). This is followed by a 5 second purge pulse in which argon is fed to the reaction chamber at a rate of 145 sccm. For the oxidation pulse, a mixture of oxygen and water vapor is used as the oxidizing agent. To generate the water vapor is passed through water, which was heated to 45 ° C to 50 0 C, argon, which is loaded in this way with water vapor. The oxidation pulse is carried out as well as the adsorption pulse at 120-135 ° C and a pressure of 0.6 to 1.2 mbar and has a duration of 11 seconds. For this purpose, the reaction chamber oxygen with a flow of 90 sccm and 18.5 mg / min of water vapor with an argon carrier gas flow of 210 sccm (the latter preferably via heated lines) the Reaktionskämmer supplied. This is followed again by a flushing pulse as described above.
Werden 400 ALD-Zyklen - wie vorstehend beschrieben - durchgeführt, so wird eine Schicht von etwa 5 bis 6 nm Dicke erhalten. Die Schicht ist auf allen Substraten sehr glatt und zeichnet sich durch sehr gute Haftung zum Untergrund aus. Fig. 1 zeigt das Zyklenwachstum (Growth per Cycle, GPC) in Abhängigkeit der Precursorpulsdauer, wenn als Substrat Tantalnitrid und als Abscheidetemperatur 1350C gewählt wird.When 400 ALD cycles are performed as described above, a layer of about 5 to 6 nm in thickness is obtained. The layer is very smooth on all substrates and is characterized by very good adhesion to the substrate. FIG. 1 shows the cycle growth (growth per cycle, GPC) as a function of the precursor pulse duration, when the substrate used is tantalum nitride and the deposition temperature is 135 ° C.
Fig. 2 zeigt das Zyklenwachstum (GPC) als Funktion der Abscheidetemperatur unter anderem für die Substrate (a) bis (e) . Figur 2 kann entnommen werden, dass das für die ALD typische "Temperaturfenster", in dem die Abscheiderate (d.h. des Zyklenwachstums GPC in Ä) nicht oder nur sehr schwach mit der Temperatur variiert, in etwa zwischen 100 und 125° C liegt. Eine besonders niedrige Variation der Abscheiderate ergibt sich für Siθ2~ Substrate zwischen 110 und 120° C und für TaN-Substrate zwischen 115 und 125° C und für Ruthenium- Substrate zwischen 100 und 120° C.Fig. 2 shows the cycle growth (GPC) as a function of the deposition temperature among others for the substrates (a) to (e). It can be seen from Figure 2 that the "temperature window" typical of the ALD, in which the rate of deposition (i.e., cycle growth GPC in A) does not or only very slightly varies with temperature, is approximately between 100 and 125 ° C. A particularly low variation of the deposition rate results for Siθ2 ~ substrates between 110 and 120 ° C and for TaN substrates between 115 and 125 ° C and for ruthenium substrates between 100 and 120 ° C.
Fig. 3 zeigt den Gradienten Kupfer/Kupferoxid in der erhaltenen Schicht. Das winkelaufgelöste XPS-Spektrum (ARXPS- Spektrum) zeigt das Cu2p3 -Signal einer 5 nm dicken Schicht auf Tantalnitrid. Die Signale wurden unter Winkeln von 25°, 35°, 45°, 60° und 75°, jeweils gemessen zur Probenoberfläche, aufgenommen .Fig. 3 shows the gradient copper / copper oxide in the obtained layer. The angle-resolved XPS spectrum (ARXPS spectrum) shows the Cu2p3 signal of a 5 nm thick layer on tantalum nitride. The signals were recorded at angles of 25 °, 35 °, 45 °, 60 ° and 75 °, each measured to the sample surface.
Fig. 4 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopische (REM) Oberflächenaufnahme der erhaltenen Schicht (2) auf Tantalnitrid (1) (der Oxidationspuls erfolgte bei 135°C) . Die ALD- Schicht (2) wurde teilweise entfernt, um die darunterliegende Tantalnitrid-Oberfläche (1) sichtbar zu machen. Es ist eine glatte, geschlossene ALD- Schicht erkennbar. Ellipsometrisch wurde eine Schichtdicke von 4,9 nm ermittelt .4 shows a scanning electron micrograph (SEM) surface image of the obtained layer (2) on tantalum nitride (1) (the oxidation pulse was carried out at 135 ° C.). The ALD layer (2) was partially removed to reveal the underlying tantalum nitride surface (1). It is a smooth, closed ALD layer recognizable. Ellipsometrically, a layer thickness of 4.9 nm was determined.
Fig. 5 zeigt eine Transmissionselektronenmikroskopische (TEM) Querschnittsaufnahme der erhaltenen ALD-Schicht (2) auf Tantalnitrid (3), die gemäß Beispiel 1.1 erhalten wurde (der Oxidationspuls erfolgte bei 1250C) . Zum Schutz der Oberfläche der ALD-Schicht (2) wurde auf diese eine KunststoffSchicht (1) aufgebracht.5 shows a transmission electron microscopic (TEM) cross-sectional image of the obtained ALD layer (2) Tantalum nitride (3), which was obtained according to Example 1.1 (the oxidation pulse was carried out at 125 0 C). To protect the surface of the ALD layer (2) was applied to this a plastic layer (1).
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen Rasterkraftmikroskopische Oberflächenaufnahmen der erhaltenen ALD-Schicht. Fig. 6 zeigt die ALD-Schicht auf Siliziumdioxid (d) als Substrat (der Oxidationspuls erfolgte bei 1200C) . Die Schichtdicke beträgt 2,8 nm; für die Rauheit Ra wurde ein Wert von 0,2 nm ermittelt. Ein unbeschichtetes SiO2-Vergleichssubstrat zeigte ebenfalls eine Rauheit Ra von 0,2 nm. Fig. 7 zeigt die ALD- Schicht auf Tantalnitrid (a) als Substrat (der Oxidationspuls erfolgte bei 125°C) . Die Schichtdicke beträgt 3,6 nm; für die Rauheit Ra wurde ein Wert von 1,9 nm ermittelt. Ein unbeschichtetes Tantalnitrid-Vergleichssubstrat zeigte eine Rauheit Ra von 0,2 nm.FIGS. 6 and 7 show atomic force microscopic surface photographs of the obtained ALD layer. Fig. 6 shows the ALD layer on silicon dioxide (d) as a substrate (the oxidation pulse was carried out at 120 0 C). The layer thickness is 2.8 nm; for the roughness Ra, a value of 0.2 nm was determined. An uncoated SiO 2 comparison substrate likewise showed a roughness Ra of 0.2 nm. FIG. 7 shows the ALD layer on tantalum nitride (a) as substrate (the oxidation pulse was carried out at 125 ° C.). The layer thickness is 3.6 nm; for the roughness Ra, a value of 1.9 nm was determined. An uncoated tantalum nitride comparative substrate showed a roughness Ra of 0.2 nm.
1.2 Verfahren mit einem Oxidationspuls während des mittels ALD durchgeführten Schichtabscheidungsschritts unter Verwendung des Precursors ((CH3CH2)SP)3Cu(O2CCH3)1.2 Method with an oxidation pulse during the layer deposition step carried out by ALD using the precursor ((CH 3 CH 2 ) S P) 3 Cu (O 2 CCH 3 )
Vergleichbare Schichten wie in Beispiel 1.1 werden erhalten, wenn für den ALD-Prozess ( (CH3CH2) 3P) 3Cu (O2CCH3) als Precursor eingesetzt wird. Der Precursor wird wie in Beispiel 1.1 mit einem Flüssigdosiersystem bei 1000C bis 125°C und einem Fluss von 5 bis 10 mg/min verdampft und mit Argon als Trägergas bei einem Fluss von 1000 sccm vermischt. Der ALD-Prozess, der sich in gleicher Weise wie in Beispiel 1.1 aus Adsorptionspuls, erstem Spülpuls, Oxidationspuls und zweitem Spülpuls zusammensetzt, wurde bei Temperaturen von 1500C bis 200 0C auf einem mit TiN beschichteten Siliziumwafer durchgeführt . 1.3. Verfahren mit einem Reduktionspuls während des mittels ALD durchgeführten Schichtabscheidungsschritts unter Verwendung des Precursors ( (CH3CH2CH2CH2) 3P) 2Cu (acac)Similar layers as in Example 1.1 when the ALD process ((CH 3 CH 2) 3 P) 3 is used Cu (O 2 CCH 3) as a precursor can be obtained. The precursor is evaporated as in Example 1.1 with a Flüssigdosiersystem at 100 0 C to 125 ° C and a flow of 5 to 10 mg / min and mixed with argon as the carrier gas at a flow of 1000 sccm. The ALD process, which is composed in the same way as in Example 1.1 from adsorption pulse, first flushing pulse, oxidation pulse and second flushing pulse, was carried out at temperatures of 150 0 C to 200 0 C on a TiN-coated silicon wafer. 1.3. Method Using a Reduction Pulse During the Layer Deposition Step Using ALD Using the Precursor ((CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 3 P) 2 Cu (acac)
Wie in Beispiel 1.1 wird ein beschichteter Silizium-Wafer für das ALD-Verfahren eingesetzt. Im Unterschied dazu ist die Beschichtung eine ca. 100 nm dicke Ruthenium-Beschichtung, die mittels einer Ti-Haftschicht von etwa 10 nm auf dem Silizium-Wafer aufgebracht ist. Das Aufbringen der Ti- Haftschicht und der Ruthenium-Beschichtung kann beispielsweise mittels Elektronenstrahlbedampfen erfolgen.As in Example 1.1, a coated silicon wafer is used for the ALD process. In contrast, the coating is an approximately 100 nm thick ruthenium coating, which is applied by means of a Ti adhesive layer of about 10 nm on the silicon wafer. The application of the Ti adhesive layer and the ruthenium coating can take place, for example, by means of electron beam vapor deposition.
Wie in Beispiel 1.1 wird ein derart beschichteter Silizium- Wafer in eine Reaktionskammer eingebracht und erhitzt. Als Precursor wird ( (CH3CH2CH2CH2) 3P) 2Cu (acac) eingesetzt. Der Precursor wird mit Hilfe eines Flüssigdosiersystems mit Verdampfereinheit der Reaktionskammer zugeführt und unter Schutzgas (insbesondere Argon) bei Raumtemperatur in einem Vorratsbehälter gelagert. Zur Dosierung wird der flüssige Precursor mit Hilfe des Schutzgas-Überdrucks im Vorratsgefäß aus diesem herausbefördert und über einen Durchflussmesser zu einer Mischeinheit befördert, in der der Precursor mit Hilfe einer Düse dosiert und mit einem Schutzgas-Trägergasstrom (insbesondere Argon-Trägergasstrom) vermischt wird. Dieses Gemisch wird der Verdampfereinheit zugeführt, wo der Precursor bei 85° C bis 100° C verdampft wird. Das so erhaltene Trägergas/Precursordampf-Gemisch wird nun der Reaktionskämmer zugeführt. Zweckmäßigerweise geschieht dies über beheizte Leitungen. Die Dauer des Precursorpulses beträgt 5 Sekunden; der Precursordampf wird mit einer Rate von 15 mg/min und einem Argon-Trägergasfluss von 700 sccm der Prozesskammer zugeführt. Es folgt ein Spülpuls von 5 Sekunden, bei dem Argon mit einer Rate von 145 sccm der Reaktionskammer zugeführt wird. Anders als in den Beispielen 1.1 und 1.2 folgt nun ein Reduktionspuls. Als Reduktionsmittel wird Ameisensäuredampf verwendet. Zu dessen Erzeugung wird durch auf 45° C - 50° C erwärmte Ameisensäure ein Trägergas (insbesondere Argon) geleitet, welches auf diese Weise mit dem Ameisensäuredampf beladen wird. Das so erhaltene Trägergas- Ameisensäuredampf-Gemisch wird über beheizte Leitungen der Reaktionskämmer zugeführt. Die Dauer des Reduktionspulses beträgt 11 Sekunden; der Ameisensäuredampf wird mit einer Rate von 50 μl/min und einem Argon-Trägergasfluss von 210 sccm der Prozesskammer zugeführt. Es folgt wieder ein wie zuvor beschriebener Spülpuls. Wie in den Beispielen 1.1 und 1.2 werden der Precursorpuls, die Spülpulse und der Reduktionspuls bei einem Druck zwischen 0,6 und 1,2 mbar durchgeführt .As in Example 1.1, such a coated silicon wafer is introduced into a reaction chamber and heated. The precursor used is ((CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ) 3 P) 2 Cu (acac). The precursor is fed to the reaction chamber with the aid of a liquid metering system with evaporator unit and stored under protective gas (in particular argon) at room temperature in a storage container. For dosing, the liquid precursor with the aid of the protective gas overpressure in the storage vessel is conveyed out of this and conveyed via a flow meter to a mixing unit in which the precursor is metered by means of a nozzle and mixed with a protective gas carrier gas stream (in particular argon carrier gas stream). This mixture is fed to the evaporator unit, where the precursor is evaporated at 85 ° C to 100 ° C. The resulting carrier gas / precursor vapor mixture is then fed to the reaction chamber. Appropriately, this is done via heated lines. The duration of the precursor pulse is 5 seconds; the precursor vapor is fed to the process chamber at a rate of 15 mg / min and an argon carrier gas flow of 700 sccm. This is followed by a purging pulse of 5 seconds, in which Argon is fed to the reaction chamber at a rate of 145 sccm. Unlike in Examples 1.1 and 1.2, a reduction pulse now follows. The reducing agent used is formic acid vapor. For its production, a carrier gas (in particular argon) is passed through heated to 45 ° C - 50 ° C formic acid, which is loaded in this way with the formic acid vapor. The carrier gas / formic acid vapor mixture thus obtained is fed via heated lines to the reaction chamber. The duration of the reduction pulse is 11 seconds; the formic acid vapor is fed to the process chamber at a rate of 50 μl / min and an argon carrier gas flow of 210 sccm. It follows again as described above flushing pulse. As in Examples 1.1 and 1.2, the precursor pulse, the rinsing pulses and the reduction pulse are carried out at a pressure between 0.6 and 1.2 mbar.
Werden 400 ALD-Zyklen wie vorstehend beschrieben durchgeführt, so wird auf dem Ruthenium-Substrat eine Schicht von etwa 4 nm Dicke erhalten.When 400 ALD cycles are performed as described above, a layer of about 4 nm in thickness is obtained on the ruthenium substrate.
Fig. 8 zeigt das mittels energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX) bei einer Primärenergie des Elektronenstrahls von 3 keV erhaltene Röntgenspektrum der nach Beispiel 1.3 erhaltenen Schicht. Das Spektrum zeigt neben Signalen, die dem Substrat (Ruthenium und Silizium) zuzuordnen sind, ein sehr deutliches Kupfer-Signal . Da nur ein sehr schwaches SauerstoffSignal vorhanden ist, besteht die gemäß Beispiel 1.3 erhaltene Schicht im Wesentlichen aus metallischem Kupfer. Das Sauerstoffsignal ist vermutlich auf eine Nachoxidation der bereits erzeugten Kupfer-Schicht zurückzuführen, die aufgrund von Luftkontakt der erzeugten Schicht vor der Messung erfolgen konnte. Silizium-Substrat und Ti-Haftschicht sind aufgrund des darüber liegenden Schichtstapels nur schwer oder nicht nachweisbar.8 shows the X-ray spectrum of the layer obtained according to Example 1.3 by means of energy-dispersive X-ray analysis (EDX) at a primary energy of the electron beam of 3 keV. The spectrum shows signals that are assigned to the substrate (ruthenium and silicon), a very clear copper signal. Since only a very weak oxygen signal is present, the layer obtained according to Example 1.3 consists essentially of metallic copper. The oxygen signal is probably due to a post-oxidation of the copper layer already produced, which could be due to air contact of the layer produced before the measurement. Silicon substrate and Ti adhesion layer are due to the overlying layer stack difficult or undetectable.
2. Reduktion der Kupfer/Kupferoxid-haltigen Schicht2. Reduction of the copper / copper oxide-containing layer
Zur Reduktion der vorstehend genannten Kupfer/Kupferoxid- Schicht wird das diese Schicht tragende Substrat in einer Reaktionskammer wie folgt behandelt:To reduce the aforementioned copper / copper oxide layer, the substrate carrying this layer is treated in a reaction chamber as follows:
Das gemäß Beispiel 1.1 oder 1.2 erhaltene, die zu reduzierende Schicht tragende Substrat wird in einer Vakuumkammer auf eine Temperatur zwischen 100 und 3000C erhitzt. Unter Anwesenheit eines Reduktionsgases oder eines zu verdampfenden, flüssigen Reduktionsmittels wird der Reduktionsprozess bei einem Druck zwischen 0,1 und 13 mbar, üblicherweise zwischen 0,7 und 7 mbar, durchgeführt. Die Zeitdauer des Prozesses beträgt zwischen 1 min und 60 min, üblicherweise zwischen 10 min und 30 min. Wird ein gasförmiges Reduktionsmittel eingesetzt, so kann dies in reiner Form oder vermischt mit einem Inertgas, z.B. Argon, verwendet werden. Werden flüssige Reduktionsmittel verwendet, werden diese in der Regel mittels Flüssigdosiersystem oder Bubbler verdampft und danach zusammen mit einem Inertgas als Trägergas (z.B. Argon) in die Reaktionskammer eingeleitet.The obtained according to Example 1.1 or 1.2, carrying the layer to be coated substrate is heated in a vacuum chamber to a temperature between 100 and 300 0 C. In the presence of a reducing gas or a liquid reducing agent to be evaporated, the reduction process is carried out at a pressure between 0.1 and 13 mbar, usually between 0.7 and 7 mbar. The duration of the process is between 1 min and 60 min, usually between 10 min and 30 min. If a gaseous reducing agent is used, this can be used in pure form or mixed with an inert gas, for example argon. If liquid reducing agents are used, they are usually vaporized by means of liquid metering system or bubbler and then introduced into the reaction chamber together with an inert gas as the carrier gas (eg argon).
Für die Behandlung der Kupfer/Kupferoxid-haltigen Schichten auf Tantal- oder Tantalnitridsubstraten gemäß Beispiel 1.1 wurde hierzu Ameisensäure bei einer Temperatur von 65 0C in einem Flüssigdosiersystem mit einer Fluss-Rate von 80 mg/min verdampft und zusammen mit Argon-Trägergas bei einem Fluss von 100 sccm über ebenfalls auf 65 0C geheizte Leitungen der Reaktionskammer zugeführt. Die Schichten wurden bei einem Druck von 1,3 mbar und bei Temperaturen zwischen 100 0C und 300 0C, bevorzugt bei 100 bis 150 0C, für 20 min bis 40 min der Reduktionsbehandlung unterzogen.For the treatment of copper / copper oxide-containing layers on tantalum or Tantalnitridsubstraten according to Example 1.1, this formic acid was evaporated at a temperature of 65 0 C in a Flüssigdosiersystem at a flow rate of 80 mg / min and together with argon carrier gas at a Flow of 100 sccm also heated to 65 0 C lines fed to the reaction chamber. The layers were at a pressure of 1.3 mbar and at temperatures between 100 0 C and 300 0 C, preferably at 100 to 150 0 C, subjected for 20 min to 40 min of the reduction treatment.
Fig. 9 zeigt die Schichtwiderstände von reinem Tantalnitrid bzw. der Kombination aus einer Tantalnitrid- und einer Tantalschicht (bezeichnet als "as dep . " ) , von den entsprechenden mit einer 5 nm dicken Kupferoxidschicht versehenen Substraten (bezeichnet als "ALD on ...") und von den wie vorstehend mit Ameisensäure als Reduktionsmittel behandelten Schichten. Es zeigt sich, dass bei besonders niedrigen Reduktionstemperaturen der Schichtwiderstand gegenüber dem nicht reduzierten System abnimmt, was ein Indiz dafür ist, dass neben der Reduktion keine oder nur geringfügige Inselbildung stattfindet.9 shows the sheet resistances of pure tantalum nitride or the combination of a tantalum nitride and a tantalum layer (referred to as "as dep."), Of the corresponding substrates provided with a 5 nm thick copper oxide layer (referred to as "ALD on"). ") and of the layers treated as above with formic acid as the reducing agent. It turns out that at particularly low reduction temperatures, the sheet resistance decreases compared to the non-reduced system, which is an indication that in addition to the reduction no or only minor islanding occurs.
Fig. 10 zeigt die Veränderung des Kupfer- bzw. Kupferoxid- Anteils nach und vor der Reduktionsbehandlung gemäß Beispiel 2, gemessen mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) . Spektrum "4" wurde vor der Reduktionsbehandlung aufgenommen; das gemäß Beispiel 1.1 oder 1.2 erhaltene beschichtete Substrat wurde hier zusätzlich 25 Wochen an Luft gelagert, wodurch sich die Kupfer und Kupferoxid enthaltende Schicht vollständig in eine Kupferoxidschicht umgewandelt hat . Die im Spektrum detektierten Bindungsenergien sind ausschließlich oxidischem Kupfer zuzuordnen. Spektrum "5" zeigt die Bindungsenergien nach einer 20-minütigen Reduktionsbehandlung mit Ameisensäuredampf gemäß Beispiel 2 bei einer Temperatur von 115° C. Die entstandene Schicht weist hohe Anteile metallischen Kupfers auf (die Kupferoxid- Signale sind größtenteils darauf zurückzuführen, dass die Probe vor Aufnahme des Spektrums zirka 7 Wochen an Luft gelagert war) . Die in Figur 10 gezeigten Spektren resultieren aus XPS-Messungen mit einem Take-off-Angle von 45°. Fig. 11 zeigt das ARXPS-Spektrum der in Figur 10 gezeigten Probe. Die Signale wurden unter Winkeln von 25°, 35°, 45°, 60° und 75°, jeweils gemessenen zur Probenoberfläche, aufgenommen. Daraus wird ersichtlich, dass der oxidierte Kupferanteil im Wesentlichen in oberflächennahen Schichten der Probe zu finden ist, was auf eine Nachoxidation aufgrund des Luftkontakts der Probe nach erfolgter Reduktionsbehandlung schließen lässt. Bei größeren Abnahmewinkeln werden auch die weiter von der Probenoberfläche entfernt gelegenen Bereiche analysiert; dort sind nur noch geringe Signale für Kupferoxid zu verzeichnen.10 shows the change in the copper or copper oxide content after and before the reduction treatment according to Example 2, measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Spectrum "4" was recorded before the reduction treatment; the coated substrate obtained according to Example 1.1 or 1.2 was here additionally stored for 25 weeks in air, whereby the copper and copper oxide-containing layer has completely converted into a copper oxide layer. The binding energies detected in the spectrum are attributable exclusively to oxidic copper. Spectrum "5" shows the binding energies after a 20 minute reduction treatment with formic acid vapor according to Example 2 at a temperature of 115 ° C. The resulting layer has high levels of metallic copper (the copper oxide signals are largely due to the fact that the sample before recording of the spectrum was stored in air for about 7 weeks). The spectra shown in Figure 10 result from XPS measurements with a take-off angle of 45 °. FIG. 11 shows the ARXPS spectrum of the sample shown in FIG. The signals were recorded at angles of 25 °, 35 °, 45 °, 60 ° and 75 °, respectively measured to the sample surface. It can be seen that the oxidized copper content is found substantially in near-surface layers of the sample, which suggests a post-oxidation due to the air contact of the sample after the reduction treatment. For larger acceptance angles, the areas further away from the sample surface are also analyzed; There are only small signals for copper oxide recorded.
Fig. 12 zeigt das mittels Energie-dispersiver Röntgenanalyse (EDX) erhaltene EDX-Sauerstoff-Signal (normiert) nach der Durchführung von Reduktionsprozessen mit verschiedenen Reduktionsmitteln auf Tantalnitrid bzw. auf der Kombination aus einer Tantalnitrid- und einer Tantalschicht. Figur 12 ist zu entnehmen, dass bei Durchführung der Reduktion bei 1550C nur mit Ameisensäure eine nennenswerte Reaktion zu verzeichnen ist. Bei Verwendung von Isopropanol (IPA) tritt eine nennenswerte Reduktionswirkung erst zwischen 155 und 2000C ein.FIG. 12 shows the EDX-oxygen signal (normalized) obtained by means of energy-dispersive X-ray analysis (EDX) after carrying out reduction processes with various reducing agents on tantalum nitride or on the combination of a tantalum nitride and a tantalum layer. FIG. 12 shows that when the reduction is carried out at 155 ° C., only a formic acid reaction is appreciable. When using isopropanol (IPA) occurs a significant reduction effect only between 155 and 200 0 C.
3. Untersuchung der Haftfestigkeit der mittels ALD erzeugten Schichten3. Investigation of the adhesion of the layers produced by ALD
Die gemäß den Beispielen 1.1, 1.2, 1.3 und 2 erhaltenen Schichten auf Substraten aus Tantal, Tantalnitrid, Ruthenium und Siliziumdioxid wurden bezüglich ihrer Haftfestigkeit zum jeweils verwendeten Substrat untersucht. Dazu wurde der Klebeband-Abzugsversuch ("Tapetest") gemäß J. Baumann, "Herstellung, Charakterisierung und Bewertung von leitfähigen Diffusionsbarrieren auf Basis von Ta, Ti und W für die Kupfermetallisierung von Siliziumschaltkreisen" , Shaker Verlag, Aachen, 2004, Seite 216, durchgeführt. Es wurde das Klebeband Tesa® 4129 mit einer Klebekraft von 8 N/25 mm nach DIN EN 1939 verwendet. Im Ergebnis dieser Untersuchung wurde bei keiner der geprüften Proben ein Abplatzen oder Ablösen der ALD-Schichten vom jeweiligen Substrat festgestellt. The layers obtained according to Examples 1.1, 1.2, 1.3 and 2 on substrates of tantalum, tantalum nitride, ruthenium and silicon dioxide were examined with regard to their adhesive strength to the respective substrate used. For this purpose, the adhesive tape withdrawal test ("Tapetest") according to J. Baumann, "production, characterization and evaluation of conductive diffusion barriers based on Ta, Ti and W for the Copper metallization of silicon circuits ", Shaker Verlag, Aachen, 2004, page 216. The adhesive tape Tesa® 4129 with an adhesive force of 8 N / 25 mm was used according to DIN EN 1939. As a result of this investigation, none of the samples tested was used Chipping or peeling of the ALD layers detected by the respective substrate.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrats, wobei die Beschichtung aus Kupfer besteht oder dieses enthält, mit folgenden SchrittenA method for producing a coated substrate, wherein the coating consists of or contains copper, comprising the following steps
- Bereitstellung eines Kupfer-Precursors und eines Substrats, wobei der Kupfer-Precursor ein Kupfer (I)- Komplex ist, der kein Fluor enthält,Providing a copper precursor and a substrate, wherein the copper precursor is a copper (I) complex that does not contain fluorine,
- Schichtabscheidungsschritt , bei dem mittels Atomlagenabscheidung (ALD) eine Kupfer enthaltende Schicht unter Verwendung des Precursors zumindest auf Teilbereichen der Substratoberfläche abgeschieden wird,Layer deposition step in which, by means of atomic layer deposition (ALD), a copper-containing layer is deposited using the precursor at least on partial regions of the substrate surface,
- gegebenenfalls durchgeführter Reduktionsschritt, bei dem ein Reduktionsmittel auf das im Schichtabscheidungsschritt erhaltene Substrat einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Precursor ein Komplex der Formel L2Cu (XnX) ist worin- optionally carried out reduction step, wherein a reducing agent acts on the substrate obtained in the layer deposition step, characterized in that the precursor is a complex of the formula L 2 Cu (XnX) wherein
- L gleiche oder verschiedene σ-Donor-π-Akzeptor Liganden und/oder gleiche oder verschiedene σ,π-Donor-π-Akzeptor Liganden sind und- L are the same or different σ-donor π-acceptor ligands and / or the same or different σ, π-donor π-acceptor ligands and
- XnX ein zweizähniger Ligand ist, der ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus ß-Diketonaten, ß- Ketoiminaten, ß-Diiminaten, Amidinaten, Carboxylaten und Thiocarboxylaten .XnX is a bidentate ligand selected from the group consisting of β-diketonates, β-ketoiminates, β-diiminates, amidinates, carboxylates and thiocarboxylates.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet , dass während des Schichtabscheidungsschrittes folgende Teilschritte in der angegebenen Reihenfolge mehrfach wiederholt werden:2. Method according to the preceding claim, characterized in that, during the layer deposition step, the following substeps are repeated several times in the order indicated:
- Adsorptionspuls, bei dem das Substrat mit dem Precursor beauf schlagt wird- Adsorption, in which the substrate with the precursor is beauf
- Spülpuls oder Evakuierungspuls- Rinse pulse or evacuation pulse
- Oxidationspuls, gefolgt von einem Spülpuls oder Evakuierungspuls, und/oder Reduktionspuls, gefolgt von einem Spülpuls oder Evakuierungspuls, wobei bei dem Oxidationspuls das Substrat mit einem Oxidationsmittel und bei dem Reduktionspuls das Substrat mit einem Reduktionsmittel beaufschlagt wird.- Oxidation pulse, followed by a rinsing pulse or evacuation pulse, and / or reduction pulse, followed by a rinsing pulse or evacuation pulse, wherein in the oxidation pulse, the substrate with an oxidizing agent and the reduction pulse, the substrate is subjected to a reducing agent.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Precursor bei Raumtemperatur flüssig ist.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the precursor is liquid at room temperature.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Precursor ein Komplex eingesetzt wird, bei dem der zweizähnige Ligand XnX die Formel R-C (X) -CR8-C (Y) -R1 besitzt, wobei4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a complex is used as a precursor in which the bidentate ligand XnX has the formula RC (X) -CR 8 -C (Y) -R 1 , wherein
- X und Y gleich oder verschieden sind und O oder NR2 darstellen und- X and Y are the same or different and represent O or NR 2 and
- R, R1, R2 gleich oder verschieden sind und ein verzweigter, unverzweigter oder cyclischer Alkylrest, ein Arylrest oder ein Trialkylsilyl-Rest ist, insbesondere ein Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, tert- Butyl- oder Phenyl-RestR, R 1 , R 2 are identical or different and is a branched, unbranched or cyclic alkyl radical, an aryl radical or a trialkylsilyl radical, in particular a methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl radical , tert-butyl or phenyl radical
- R8 ein verzweigter, unverzweigter oder cyclischer Alkylrest ein Arylrest oder ein Trialkylsilyl-Rest ist, insbesondere ein Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, tert-Butyl- oder Phenyl-Rest.R 8 is a branched, unbranched or cyclic alkyl radical is an aryl radical or a trialkylsilyl radical, in particular a methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl or phenyl radical.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Precursor ein Komplex eingesetzt wird, bei dem der zweizähnige Ligand XnX die Formel R3-C(X')-Υ' besitzt, wobei5. Process according to claims 1 to 3, characterized in that a complex is used as the precursor, in which the bidentate ligand XnX has the formula R 3 -C (X ') - Υ', wherein
- X1 O, S oder NR4 darstellt, - Y1 O oder NR4 darstellt undX 1 represents O, S or NR 4 , Y represents Y 1 O or NR 4 and
- R3 und R4 gleich oder verschieden sind und ein verzweigter, unverzweigter oder cyclischer Alkylrest oder ein Arylrest ist, der gegebenenfalls eine Carboxylatgruppe enthält, insbesondere ein Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, tert-Butyl- oder Phenyl-Rest.R 3 and R 4 are identical or different and are a branched, unbranched or cyclic alkyl radical or an aryl radical which optionally contains a carboxylate group, in particular a methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl or phenyl radical.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der zweizähnige Ligand XnX die Formel R5O-C(O)-Z-C(O)-O besitzt, wobei6. The method according to the preceding claim, characterized in that the bidentate ligand XnX has the formula R 5 OC (O) -ZC (O) -O, wherein
- Z eine Alkylen- oder Alkylidenbrücke oder eine Bindung zwischen den beiden Carbonylgruppen ist und bevorzugt die Formel - (CH2- )n (mit n = 0, 1 oder 2) oder die Formel -Z is an alkylene or alkylidene bridge or a bond between the two carbonyl groups, and preferably the formula - (CH 2 -) n (where n = 0, 1 or 2) or the formula
(CH=CH-) m (mit m = 0, 1 oder 2) besitzt undHas (CH = CH-) m (with m = 0, 1 or 2) and
- R5 ein verzweigter, unverzweigter oder cyclischer Alkylrest oder ein Arylrest ist, insbesondere ein Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, tert-Butyl- oder Phenyl-Rest .R 5 is a branched, unbranched or cyclic alkyl radical or an aryl radical, in particular a methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl or phenyl radical.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel flüssig oder gasförmig ist und ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Sauerstoff, Wasser, H2O2, Ozon und N2O.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the oxidizing agent is liquid or gaseous and is selected from the group consisting of oxygen, water, H 2 O 2 , ozone and N 2 O.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Alkoholen, Aldehyden und Carbonsäuren. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reducing agent is selected from the group consisting of alcohols, aldehydes and carboxylic acids.
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Isopropanol, Formaldehyd und Ameisensäure.9. The method according to the preceding claim, characterized in that the reducing agent is selected from the group consisting of isopropanol, formaldehyde and formic acid.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionspuls maximal 11 s, bevorzugt 3 bis 6 s dauert .10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adsorption pulse for a maximum of 11 s, preferably 3 to 6 s lasts.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionspuls bei einer Temperatur von 1050C bis 165 0C, bevorzugt 115 0C bis 135 0C durchgeführt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adsorption pulse at a temperature of 105 0 C to 165 0C, preferably 115 0 C to 135 0 C is performed.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsschritt bzw. der Reduktionspuls bei einer Temperatur < 250 0C, bevorzugt < 200 0C, besonders bevorzugt bei einer Temperatur, die der des Adsorptionspulses entspricht oder unter dieser Temperatur liegt, durchgeführt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reduction step or the reduction pulse at a temperature <250 0 C, preferably <200 0 C, particularly preferably at a temperature which corresponds to that of the adsorption pulse or is below this temperature, is carried out.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat einschichtig oder mehrschichtig ist, dass mindestens eine der Schichten aus einem Übergangsmetall, einem Übergangsmetallsalz, einem Halbleitermaterial, einem organischen Polymer und/oder einem anorganischen Polymer besteht oder einen oder mehrere Stoffe aus diesen Substanzklassen enthält. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the substrate is single-layered or multi-layered, that at least one of the layers of a transition metal, a transition metal salt, a semiconductor material, an organic polymer and / or an inorganic polymer or one or more substances contains from these classes of substances.
14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat oder die Substratschicht ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Ta, Ti, W, Nb, V, Nitriden, Carbonitriden oder Siliziumnitriden von Ta, Ti, W, Nb, weiter bestend aus V, Pt, Pd, Ru, Rh, SiO2, Silikaten, ZnO, HfO2, Al2O3, ZrO2, Si, Ge, GaAs, AlGaAs, GaN, AlGaN, InP und InGaP oder dass das Substrat oder die Substratschicht einen oder mehrere dieser Stoffe enthält.14. The method according to the preceding claim, characterized in that the substrate or the substrate layer is selected from the group consisting of Ta, Ti, W, Nb, V, nitrides, carbonitrides or silicon nitrides of Ta, Ti, W, Nb, further comprising from V, Pt, Pd, Ru, Rh, SiO 2 , silicates, ZnO, HfO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , Si, Ge, GaAs, AlGaAs, GaN, AlGaN, InP and InGaP or that the substrate or the Substrate layer contains one or more of these substances.
15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Kupferschicht zu beschichtende Substratschicht oder das zu beschichtende Substrat zumindest im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche dieser Substratschicht ein nichtstöchiometrisches Nitrid von Ta, Ti, W, Nb und/oder V mit einem Stickstoffanteil von 75-99% bezogen auf die entsprechende stöchiometrische Verbindung ist .15. Method according to the preceding claim, characterized in that the substrate layer to be coated with the copper layer or the substrate to be coated has a nonstoichiometric nitride of Ta, Ti, W, Nb and / or V at least in the region of the surface to be coated of this substrate layer Nitrogen content of 75-99% based on the corresponding stoichiometric compound.
16. Substrat, das zumindest teilweise eine geschlossene Kupferbeschichtung aufweist, erhältlich durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferbeschichtung keine Fluor-haltigen Verunreinigungen aufweist, dass die Kupferbeschichtung eine Schichtdicke zwischen 2 nm und 30 nm besitzt.16. Substrate having at least partially a closed copper coating, obtainable by the method according to one of the preceding claims, characterized in that the copper coating has no fluorine-containing impurities that the copper coating has a layer thickness between 2 nm and 30 nm.
17. Substrat, das zumindest teilweise eine geschlossene Kupfer und Kupferoxid enthaltende Beschichtung aufweist, erhältlich durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung keine Fluor-haltigen Verunreinigungen aufweist, dass die Kupfer und Kupferoxid enthaltende Beschichtung eine Schichtdicke zwischen 2 nm und 30 nm besitzt und dass die17. Substrate having at least partially a closed copper and copper oxide-containing coating, obtainable by the method according to one of the preceding claims 1 to 15, characterized in that the coating does not contain fluorine-containing impurities in that the coating containing copper and copper oxide has a layer thickness between 2 nm and 30 nm and that the
Schicht im Bereich der Oberfläche im Wesentlichen aus Cu2O besteht und zwischen dieser Oberfläche und der dem Substrat zugewandten Fläche der Beschichtung ein Gradient mit abnehmendem Sauerstoffgehalt vorliegt.Layer in the region of the surface consists essentially of Cu 2 O and between this surface and the substrate facing surface of the coating is a gradient with decreasing oxygen content.
18. Substrat nach einem der vorhergehenden beiden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Kupferbeschichtung zwischen 2 nm und 20 nm liegt.18. Substrate according to one of the preceding two claims, characterized in that the layer thickness of the copper coating is between 2 nm and 20 nm.
19. Substrat nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Rauheit Ra gemäß DIN EN ISO 4287 des beschichteten und des unbeschichteten Substrats 0 nm bis 2 , 5 nm beträgt .19. A substrate according to any one of claims 16 to 18, characterized in that the difference in the roughness Ra according to DIN EN ISO 4287 of the coated and the uncoated substrate is 0 nm to 2.5 nm.
20. Substrat nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit Kupferbeschichtung versehene Gräben, Löcher und/oder Schattenräume aufweist .20. Substrate according to one of claims 16 to 19, characterized in that the substrate is provided with copper coating trenches, holes and / or shadow spaces.
21. Verwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 15 zur Herstellung des Kontakt- und Leitbahnsystems bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen oder zur Herstellung von Dünnschichtsolarzellen. 21. Use of the method according to claims 1 to 15 for the production of the contact and Leitbahnsystems in the production of microelectronic devices or for the production of thin film solar cells.
EP08855886A 2007-12-05 2008-12-04 Substrate having a coating comprising copper and method for the production thereof by means of atomic layer deposition Withdrawn EP2220267A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007058571A DE102007058571B4 (en) 2007-12-05 2007-12-05 Substrate with a copper-containing coating and method for their preparation by means of atomic layer deposition and use of the method
PCT/DE2008/002037 WO2009071076A1 (en) 2007-12-05 2008-12-04 Substrate having a coating comprising copper and method for the production thereof by means of atomic layer deposition

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2220267A1 true EP2220267A1 (en) 2010-08-25

Family

ID=40474949

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP08855886A Withdrawn EP2220267A1 (en) 2007-12-05 2008-12-04 Substrate having a coating comprising copper and method for the production thereof by means of atomic layer deposition

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8507038B2 (en)
EP (1) EP2220267A1 (en)
DE (1) DE102007058571B4 (en)
WO (1) WO2009071076A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011006035A2 (en) * 2009-07-10 2011-01-13 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Bis-ketoiminate copper precursors for deposition of copper-containing films
US9005705B2 (en) * 2011-09-14 2015-04-14 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Method for the production of a substrate having a coating comprising copper, and coated substrate and device prepared by this method
US8692010B1 (en) 2012-07-13 2014-04-08 American Air Liquide, Inc. Synthesis method for copper compounds
US9914995B2 (en) 2014-11-21 2018-03-13 Applied Materials, Inc. Alcohol assisted ALD film deposition
US20200087783A1 (en) * 2016-12-09 2020-03-19 Board Of Regents, The University Of Texas System Patterning metal regions on metal oxide films/metal films by selective reduction/oxidation using localized thermal heating
JP7413258B2 (en) 2017-11-19 2024-01-15 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Method for ALD of metal oxides on metal surfaces
KR20200111181A (en) * 2017-12-20 2020-09-28 바스프 에스이 Method for producing a metal-containing film
EP3663433A1 (en) * 2018-12-04 2020-06-10 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Method and system for depositing a p-type oxide layer on a substrate

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4222021C2 (en) * 1992-07-04 1994-06-23 Christian Dipl Chem Terfloth Connections for the deposition of copper layers
US5614764A (en) 1995-01-13 1997-03-25 Intel Corporation Endcap reservoir to reduce electromigration
KR20000013302A (en) * 1998-08-06 2000-03-06 최형수 Glass copper precursor for chemical vapor deposition
KR100289946B1 (en) * 1998-09-21 2001-05-15 신현국 Precursor solution for chemical vapor deposition of copper film and its preparing method
EP1282911B1 (en) 2000-05-15 2018-09-05 Asm International N.V. Process for producing integrated circuits
US6596888B2 (en) * 2000-05-15 2003-07-22 University Of Florida MOCVD of WNx thin films using imido precursors
GB0119224D0 (en) * 2001-08-07 2001-09-26 Inorgtech Ltd Precursors for metalorganic chemical vapour deposition
US20030064153A1 (en) * 2001-10-01 2003-04-03 Rajendra Solanki Method of depositing a metallic film on a substrate
US6933011B2 (en) * 2002-10-17 2005-08-23 Aviza Technology, Inc. Two-step atomic layer deposition of copper layers
US6869876B2 (en) * 2002-11-05 2005-03-22 Air Products And Chemicals, Inc. Process for atomic layer deposition of metal films
US6958302B2 (en) * 2002-12-04 2005-10-25 Micron Technology, Inc. Atomic layer deposited Zr-Sn-Ti-O films using TiI4
US20040247905A1 (en) * 2003-04-16 2004-12-09 Bradley Alexander Zak Volatile copper(I) complexes for deposition of copper films by atomic layer deposition
EP1771595A1 (en) * 2004-07-30 2007-04-11 E.I.Du pont de nemours and company Copper (ii) complexes for deposition of copper films by atomic layer deposition
US7205422B2 (en) * 2004-12-30 2007-04-17 Air Products And Chemicals, Inc. Volatile metal β-ketoiminate and metal β-diiminate complexes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2009071076A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007058571A1 (en) 2009-06-10
DE102007058571B4 (en) 2012-02-16
US20100301478A1 (en) 2010-12-02
WO2009071076A1 (en) 2009-06-11
US8507038B2 (en) 2013-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007058571B4 (en) Substrate with a copper-containing coating and method for their preparation by means of atomic layer deposition and use of the method
DE60318173T2 (en) Process for the deposition of atomic layers of metals
DE60004527T2 (en) PLASMA TREATMENT OF TAN LAYERS OBTAINED BY THERMAL CVD FROM TANTALHALOGENIDE PRECURSORS
DE69914092T2 (en) PRODUCTION METHOD FOR RUTHENIUM METAL LAYERS
DE10132882B4 (en) A method of forming a thin film using atomic layer deposition
DE10049257B4 (en) Process for thin film production by means of atomic layer deposition
DE60315850T2 (en) METHOD FOR THE PRODUCTION OF SILICON-NITRIDE FILMS AND SILICON-OXINITRIDE FILMS BY THERMAL CHEMICAL EVAPORATION
DE10137088B4 (en) A method of forming silicon-containing thin films by atomic layer deposition using aminosilanes
DE10123858B4 (en) Atomic layer deposition process for forming a silicon nitride-containing thin film
US8846146B2 (en) Smoothing agents to enhance nucleation density in thin film chemical vapor deposition
JP2003526009A (en) Preparation method of ruthenium metal film
JP2002536549A (en) Chemical vapor deposition of tungsten nitride
JP2002161367A (en) Chemical vapor deposition of ruthenium film for metal electrode application
DE112005002353B4 (en) Process for the production of manifolds of copper
US6512297B2 (en) CVD source material for forming an electrode, and electrode and wiring film for capacitor formed therefrom
Egorov et al. Initial and steady-state Ru growth by atomic layer deposition studied by in situ Angle Resolved X-ray Photoelectron Spectroscopy
DE10302644B3 (en) Process for producing a metal layer over a structured dielectric by means of electroless deposition using a catalyst
DE102005033579A1 (en) Process for the preparation of thin hafnium or zirconium nitride layers
US11584986B1 (en) Area selective CVD of metallic films using precursor gases and inhibitors
Nabatame et al. Properties of ruthenium films prepared by liquid source metalorganic chemical vapor deposition using Ru (EtCp) 2 with tetrahydrofuran solvent
JP2002356774A (en) Method of depositing tightly adhesived thin copper film on metal nitride substrate
DE102007053600B4 (en) A method of making a metal directly on a conductive barrier layer by electrochemical deposition using an oxygen-poor environment
US9005705B2 (en) Method for the production of a substrate having a coating comprising copper, and coated substrate and device prepared by this method
JP2003342732A (en) Solution raw material for organometallic chemical vapor deposition method containing tantalum complex and tantalum-containing thin film produced by using the same
EP0928498B1 (en) Method for producing a titanium monophosphide layer and its use

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20100705

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA MK RS

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20140701