JP2000007337A - Tantalum thin film and thin film consisting mainly of tantalum and their production - Google Patents

Tantalum thin film and thin film consisting mainly of tantalum and their production

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JP2000007337A
JP2000007337A JP20266498A JP20266498A JP2000007337A JP 2000007337 A JP2000007337 A JP 2000007337A JP 20266498 A JP20266498 A JP 20266498A JP 20266498 A JP20266498 A JP 20266498A JP 2000007337 A JP2000007337 A JP 2000007337A
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thin film
tantalum
substrate
carrier gas
hydrogen
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Barry C Arkles
シー. アークルズ バリー
E Karoerosu Alan
イー. カロエロス アラン
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GEREST Inc
Research Foundation of State University of New York
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for chemically depositing a thin film containing tantalum on a substrate. SOLUTION: This method for chemically depositing a thin film containing tantalum on a substrate comprises charging (i) a substrate, (ii) a raw material precursor in a vapor state, and (iii) at least one kind of carrier gas into a deposition chamber and subsequently maintaining the temperature of the substrate in the chamber at about 70 deg.C to about 675 deg.C for such a sufficient period as depositing the thin film containing the tantalum on the substrate. The raw material precursor is expressed by the formula: Ta(I5-m-n-p)(Brm-p)(Cln-p)(Rp) [(m) is an integer of 0-5; (n) is an integer of 0-4; (p) is an integer of 0-4; R is selected from a group consisting of hydrogen and a lower alkyl).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、タンタル薄膜およ
びタンタルを主体とした薄膜並びにそれらの作製方法に
関する。
The present invention relates to a tantalum thin film, a thin film mainly composed of tantalum, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンピュータの集積チップ(IC)の進
化は、速度、性能、および機能性を向上させる必要によ
り促進されてきた。これらの目的を十分に達成するに
は、デバイス性能向上のためチップの第3の(垂直方向
の)次元を利用する多層配線方式の導入により、チップ
のアーキテクチャを根本的に変化させる必要があった。
この方式により、相互配線の全長およびチップの大き
さ、すなわち「面積」の増大が同時に最小限に抑えられ
る。これらの多層配線方式は、今後10年以内に、いわゆ
る超大規模集積(ULSI)において配線の階層数が平
均7になると予測されている。チップのアーキテクチャ
における変化に伴って、チップ当たりより多くのデバイ
スを収容するため1個のデバイスの要素寸法が縮小し続
け、チップの機能性が確実に向上してきた。これに関
し、デバイスの要素は現在の公称0.5μmから2000年まで
には0.18μm未満に縮小するものと期待されている。し
かし要素寸法の縮小傾向は、RC遅延(Rは配線構造に
おける抵抗、Cは配線構造におけるキャパシタンス)の
増大に関する重大な性能上の問題に直面している。
BACKGROUND OF THE INVENTION The evolution of computer integrated chips (ICs) has been driven by the need to increase speed, performance, and functionality. In order to achieve these objectives sufficiently, it was necessary to fundamentally change the architecture of the chip by introducing a multilayer wiring scheme utilizing the third (vertical) dimension of the chip to improve device performance. .
In this manner, the overall length of the interconnect and the size of the chip, ie, the increase in "area", are simultaneously minimized. It is predicted that these multilayer wiring systems will have an average of seven wiring layers in so-called ultra-large-scale integration (ULSI) within the next ten years. With the changes in chip architecture, the device dimensions of a single device have continued to shrink to accommodate more devices per chip, and the functionality of the chip has steadily improved. In this regard, device elements are expected to shrink from the current nominal 0.5 μm to less than 0.18 μm by 2000. However, the trend toward shrinking element dimensions faces significant performance issues with increasing RC delay (R is the resistance in the wiring structure, C is the capacitance in the wiring structure).

【0003】線抵抗Rの大きな低下は、タングステンプ
ラグとタングステンまたはアルミニウムの配線とからな
る現在使用されているメタライゼーションアーキテクチ
ャを、完全一体型の銅を主体としたメタライゼーション
方式に変えることにより実現可能である。銅はアルミニ
ウムおよびタングステンよりも低い抵抗率(バルク抵抗
率=1.68μΩ・cm)を示し、RC遅延を最大40%低下
させるはずである。またエレクトロマイグレーションと
応力抵抗とが増大することにより、信頼性を高め、性能
を向上させるものと予測されている。しかし、このよう
な構造的に安定で銅を主体としたメタライゼーションア
ーキテクチャの実現における主要な問題は、サブクウォ
ーターミクロン(sub-quarter-micron)のデバイス技術
に要求される性能をもたらす適切な拡散障壁および付着
促進材の選定である。銅はケイ素との反応性が高く、シ
リコン内において高速で拡散することが知られている。
シリコン内に銅が存在すると、深いトラップレベルが形
成され、デバイス性能が大きく低下する。現在はチタン
および窒化チタンの技術が用いられているが、絶えず小
型化しているデバイス構造において実際の導体の空間利
用度を最大化するため、ますます薄いライナが求められ
ていることから、この技術が必要な性能をもたらすとは
期待されていない。また、従来技術による窒化チタンの
拡散障壁および付着促進材に対する銅の付着は、特に銅
の堆積工程以前に窒化チタンが空気にさらされている場
合に問題があることが知られてきた。
A large reduction in wire resistance R can be achieved by changing the currently used metallization architecture consisting of tungsten plugs and tungsten or aluminum wiring to a fully integrated copper-based metallization scheme. It is. Copper has a lower resistivity (bulk resistivity = 1.68 μΩ · cm) than aluminum and tungsten and should reduce RC delay by up to 40%. It is also predicted that the increase in electromigration and stress resistance will increase reliability and improve performance. However, a key issue in the realization of such a structurally stable, copper-based metallization architecture is the proper diffusion barrier that provides the performance required for sub-quarter-micron device technology. And the selection of an adhesion promoter. It is known that copper has high reactivity with silicon and diffuses at a high speed in silicon.
The presence of copper in silicon creates a deep trap level and significantly degrades device performance. Currently, titanium and titanium nitride technologies are used, however, as ever thinner liners are required to maximize the space utilization of actual conductors in ever-smaller device structures, Is not expected to provide the required performance. It has also been found that prior art deposition of copper on titanium nitride diffusion barriers and adhesion promoters is problematic, particularly if the titanium nitride is exposed to air prior to the copper deposition step.

【0004】タンタル主体の化合物は、これらの問題を
解決する可能性をもっている。タンタルおよびその二成
分および三成分窒化物は、極度の高温に対して安定であ
り、かつ銅との反応性をもたないことが知られている高
耐熱性の材料である。銅−タンタルコンタクトは、550
℃まで安定性を示し、マイクロエレクトロニクスデバイ
スの製造に用いられる通常の温度において、タンタルに
おける銅の移動はきわめて緩慢である。また、タンタル
主体の窒化物は、タンタルよりもさらに高い融点をもっ
ている。窒化タンタルは高い融点を示し、例えば、Ta
NおよびTa2Nの融点はそれぞれ2050℃および3087℃
である。これらの特性のため、スパッタされた窒化タン
タルは、銅を主体とした技術に関する良好な拡散障壁と
して作用することが示され、750℃の高温に対する銅−
タンタルコンタクトの安定性が実証されてきた。より重
要なのは、ますます薄いライナが求められているため
に、タンタル主体の合金がチタンの相当物よりも本質的
に望ましいものになっているということである。これ
は、タンタルがチタンよりも重い(大きい)イオンであ
り、そのためタンタル主体の合金は、チタン合金のもの
に比して非常に薄くなったライナ厚において、ULSI
構造で要求される拡散障壁性能をもたらすはずであると
いう理由によるものであろう。薄くなったライナ厚にお
いて性能が向上することにより、絶えず小型化している
デバイス構造においてアルミニウムまたは銅の導体の利
用可能な有効空間が最大化される。
[0004] Tantalum-based compounds have the potential to solve these problems. Tantalum and its binary and ternary nitrides are high heat resistant materials that are known to be stable to extremely high temperatures and have no reactivity with copper. Copper-tantalum contact is 550
It exhibits stability up to ° C., and at the normal temperatures used in the manufacture of microelectronic devices, the migration of copper in tantalum is very slow. In addition, a tantalum-based nitride has a higher melting point than tantalum. Tantalum nitride has a high melting point, such as Ta
The melting points of N and Ta 2 N are 2050 ° C. and 3087 ° C., respectively.
It is. Due to these properties, sputtered tantalum nitride has been shown to act as a good diffusion barrier for copper-based technologies, with copper-
The stability of tantalum contacts has been demonstrated. More importantly, the demand for ever thinner liners has made tantalum-based alloys inherently more desirable than their titanium counterparts. This is because tantalum is a heavier (larger) ion than titanium, so that tantalum-based alloys have ULSI at very thin liner thicknesses compared to titanium alloys.
This may be because it should provide the required diffusion barrier performance of the structure. The increased performance at reduced liner thickness maximizes the available space for aluminum or copper conductors in ever-smaller device structures.

【0005】この点で、TaNxSiy(xは0より大き
く2以下の値、yは0より大きく3以下の値)などの三
成分タンタル合金が、それら特有の構造的特性により非
常に望ましいものとなるかもしれない。これらの化合物
は、二成分タンタル合金のすぐれた拡散障壁特性を共有
しているだけでなく、非晶質状態で成長させることも可
能である。非晶質相が形成されると粒界は存在しなくな
るので、そのような粒界に沿った例えば銅などの金属の
潜在的な拡散経路の形成が防止され、最終的なTaNx
Siy相の障壁特性が向上する。純粋タンタルの重要な
用途の1つは酸素を除く能力にある。純粋タンタルは、
シリコン上に直接堆積させシリコンと合金化してケイ化
タンタル相、すなわちTaSiy(yは0より大きく、
できる限り3以下の値)相を形成した場合、安定したオ
ーミックコンタクトを形成する。従来、ケイ化タンタル
相の形成には、純粋タンタルをシリコン上に堆積させ、
その後、高温(900℃)で1回または複数回のアニーリ
ングを行なってケイ化物相を形成することが必要であ
る。しかし、半導体デバイスの大きさは4分の1ミクロ
ンよりも小さくなっているので、ケイ化プロセスにおけ
る基板からのシリコンの消費は非常に不都合かつ大きな
問題を生じさせるものであり、電流漏洩の可能性やデバ
イス性能の問題に加え、コンタクトの信頼性に関する問
題にもつながるものである。明らかに、下層にある基板
からシリコンを消費する必要なしに、ケイ化タンタルを
蒸気相から直接成長させるための堆積方法の開発が必要
になっている。
In this regard, ternary tantalum alloys such as TaN x Si y (x is greater than 0 and less than or equal to 2 and y is greater than 0 and less than or equal to 3) are highly desirable due to their unique structural properties. It might be. These compounds not only share the excellent diffusion barrier properties of binary tantalum alloys, but can also be grown in an amorphous state. The formation of an amorphous phase eliminates the presence of grain boundaries, thereby preventing the formation of potential diffusion paths for metals such as copper along such grain boundaries and ultimately forming TaN x.
The barrier properties of the Si y phase are improved. One of the important uses of pure tantalum is its ability to exclude oxygen. Pure tantalum is
Deposited directly on silicon and alloyed with silicon to form a tantalum silicide phase, TaSi y (y is greater than 0,
When a phase is formed (a value of 3 or less as much as possible), a stable ohmic contact is formed. Traditionally, the formation of the tantalum silicide phase involves depositing pure tantalum on silicon,
Thereafter, it is necessary to perform one or more annealings at a high temperature (900 ° C.) to form a silicide phase. However, as the size of semiconductor devices is reduced to less than a quarter micron, the consumption of silicon from the substrate during the silicidation process is very inconvenient and creates significant problems, and the potential for current leakage This can lead to problems related to contact reliability in addition to problems related to device and device performance. Clearly, there is a need to develop a deposition method for growing tantalum silicide directly from the vapor phase without having to consume silicon from the underlying substrate.

【0006】現在、タンタルおよびその二成分および三
成分窒化物の成長は、通常のスパッタリング技術により
実施されている。残念ながら、これらの技術は、金属蒸
着に対しラインオブサイト・アプローチ(line-of-sigh
t approach)がとられていることから、起伏に富んだト
レンチおよびビア構造においてコンフォーマル(confor
mal)なステップカバレージを実現することは本質的に
不可能である。そのため、サブクウォーターミクロンデ
バイスで用いられるタンタル主体薄膜を成長させるため
の他のプロセス技術が求められている。この点で、化学
蒸着(CVD)はもっとも有望な技術の1つである。C
VDは、基板表面を蒸着反応のための触媒として利用で
きることにより、起伏に富んだビアおよびホール構造に
おいてコンフォーマルなカバレージを実現する内在的な
可能性を備えている。また、CVDは、半導体業界で現
在用いられている標準的な200mmウエハなどの大きな
基板領域にわたって純粋材料およびドープされた材料を
産業的に実施可能な成長速度で蒸着する能力が実証され
ている。タンタルおよびその窒化物の成長に関し、多く
のCVDの方法がすでに試されている。水素、窒素、お
よびアルゴン雰囲気内において五塩化タンタル(TaC
5)を用いる無機CVDでは、700ないし1000℃の温度
範囲でTaNおよびTa2Nが蒸着された(T.タカハ
シ(Takahashi)、H.イトウ(Itoh)、S.オゼキ(O
zeki),J.,“Less-Common Met.”第52巻29頁(1977
年)を参照のこと)。明らかに、高い処理温度が必要な
ために、実際の半導体デバイスにこの蒸着方法を用いる
ことはできない。TaCl5におけるタンタル−塩素結
合を完全に解離させ、その後、アンモニアとの反応によ
り窒化物相を確実に生じさせるには、高い温度が必要で
ある。明らかに、これらの高い処理温度のために、実際
の半導体デバイスにこのようなCVDの五塩化タンタル
を主体とした蒸着方法を用いることはできない。また、
タンタル主体の薄膜に少量の塩素(5at%まで)が含
まれていることは非常に問題が多く、最終的な窒化物相
から周囲の層への塩素の可動性により、重大な腐食およ
び信頼性に関する問題が生じることになる。
[0006] Currently, the growth of tantalum and its binary and ternary nitrides is performed by conventional sputtering techniques. Unfortunately, these techniques rely on a line-of-sigh approach to metal deposition.
t approach allows for conformal (conformal) in rugged trench and via structures.
It is essentially impossible to achieve mal) step coverage. Therefore, there is a need for other process techniques for growing tantalum-based thin films used in sub-quarter micron devices. In this regard, chemical vapor deposition (CVD) is one of the most promising technologies. C
VD has the inherent potential of achieving conformal coverage in rugged via and hole structures by using the substrate surface as a catalyst for the deposition reaction. CVD has also demonstrated the ability to deposit pure and doped materials at industrially viable growth rates over large substrate areas, such as the standard 200 mm wafers currently used in the semiconductor industry. Many CVD methods have already been tried for the growth of tantalum and its nitrides. Tantalum pentachloride (TaC) in an atmosphere of hydrogen, nitrogen and argon
In inorganic CVD using l 5 ), TaN and Ta 2 N were deposited in a temperature range of 700 to 1000 ° C. (T. Takahashi, H. Itoh, S. Ozeki (O)
zeki), J. et al. , "Less-Common Met." 52:29 (1977
Year)). Obviously, the high processing temperatures required do not allow this deposition method to be used in real semiconductor devices. Tantalum TaCl 5 - is completely dissociated chlorine bond, then the cause reliably produce nitride phase by reaction with ammonia requires a higher temperature. Obviously, these high processing temperatures do not allow the use of such CVD tantalum pentachloride based deposition methods in practical semiconductor devices. Also,
The presence of small amounts of chlorine (up to 5 at%) in tantalum-based thin films is very problematic, and the mobility of chlorine from the final nitride phase to the surrounding layers causes significant corrosion and reliability. Problems will arise.

【0007】ホモレプティック(homoleptic)なジアル
キルアミドタンタル錯体、およびトリブチルジエチルタ
ンタル型原料の使用を含む有機金属CVDの方法が試み
られてきた(S.C.スン(Sun)、M.H.ツァイ(T
sai)、H.T.チュー(Chiu)、S.H.チュアン(C
huang)、C.E.ツァイ(Tsai)、「IEDM議事録
(Proceedings of the IEDM);S.C.スン、M.
H.ツァイ、C.E.ツァイ、H.T.チュー「第12回
VLSI多層相互接続に関する国際会議議事録(Procee
dings of the 12th International VLSI Multilevel In
terconnection Conference)」(VMIC、フロリダ州
タンパ(Tampa)、(1995年))157頁;R.フィックス
(Fix)、R.G.ゴードン(Gordon)、D.M.ホフ
マン(Hoffman)“Chem. Mater.”第5巻614頁(1993
年)を参照のこと)。しかし、有機金属CVDを基本に
した蒸着方法は、さまざまな理由により大きな成功を収
めなかった。タンタルの場合、有機金属CVDの経路で
は、炭素および酸素による汚染のない純粋タンタル薄膜
を形成することはできなかった。窒化物の場合、場合に
よって使用される原料の蒸気圧が低いので、その結果と
しての有機金属CVDプロセスによる生産が価値のない
ものになった。また一方、他の場合に使用される前駆体
の相対的な不安定性および有効期間の短さにより、輸
送、取り扱いおよび保存に困難が生じた。
[0007] Organometallic CVD processes involving the use of homoleptic dialkylamido tantalum complexes and tributyldiethyl tantalum type materials have been attempted (SC Sun, MH Tsai). (T
sai); T. Chiu, S.C. H. Chuan (C
huang), C.I. E. FIG. Tsai, "Proceedings of the IEDM"; SC Sun, M .;
H. Tsai, C.I. E. FIG. Tsai, H.S. T. Chu "Proceedings of the 12th International Conference on VLSI Multilayer Interconnection"
dings of the 12th International VLSI Multilevel In
terconnection Conference) "(VMIC, Tampa, FL, (1995)) p. 157; Fix, R.A. G. FIG. Gordon, D.A. M. Hoffman "Chem. Mater." Vol. 5, p. 614 (1993
Year)). However, metal organic CVD based deposition methods have not been very successful for various reasons. In the case of tantalum, metal-organic CVD routes have not been able to form pure tantalum thin films without carbon and oxygen contamination. In the case of nitrides, the low vapor pressure of the raw materials used in some cases has made the resulting production by metal-organic CVD processes worthless. On the other hand, the relative instability and short shelf life of precursors used in other cases have created difficulties in transport, handling and storage.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の方法のい
ずれによっても、ULSIコンピュータデバイス構造に
タンタルとその多様な窒化物および合金とを組み入れ
た、製造に適した有機金属CVDプロセスを見つけ出す
には至っていない。したがって、当該技術においては、
好ましくは製造業におけるULSI製造に適したタンタ
ル薄膜およびタンタル主体薄膜を形成する方法が切実に
求められている。また当該技術においては、電子工業級
のタンタル主体薄膜、すなわち純度に関し特に超高品質
で不純物濃度が1at%未満のタンタル主体薄膜が求め
られており、これらの薄膜は障壁層として適切に作用す
るように非カラム状の構造を備えており、ULSI回路
の複雑な形状に対してもコンフォーマルなものである。
さらに当該技術においては、純粋タンタル薄膜かまたは
窒化タンタルなどのタンタル主体薄膜からなる単層薄
膜、二層、またはタンタルおよびその多様な合金による
適切な寸法の薄膜を包含する薄膜を容易に作製可能な方
法が求められている。また、処理中のデバイスに対する
熱による損傷が防止されるように、およそ675℃未満、
好ましくはおよそ500℃未満の処理温度に適応した方法
が求められている。
However, any of the above methods has led to finding a metalorganic CVD process suitable for manufacturing that incorporates tantalum and its various nitrides and alloys into ULSI computer device structures. Not in. Therefore, in the art,
There is an urgent need for a method of forming a tantalum thin film and a tantalum-based thin film suitable for ULSI manufacturing in the manufacturing industry. In addition, in the art, there is a demand for a tantalum-based thin film of an electronics industry grade, that is, a tantalum-based thin film having an extremely high purity and an impurity concentration of less than 1 at% in terms of purity. Has a non-columnar structure, and is conformal to the complicated shape of the ULSI circuit.
In addition, the art can readily produce single or thin layers of pure tantalum thin films or tantalum-based thin films such as tantalum nitride, thin films including appropriately sized thin films of tantalum and various alloys thereof. A method is needed. Also, to prevent thermal damage to the device during processing, less than approximately 675 ° C,
There is a need for a method that is suitable for processing temperatures preferably below about 500 ° C.

【0009】また当該技術においては、上記薄膜を逐次
的かつin situで作製可能な方法、すなわち、タンタル
主体薄膜で被覆された基板をさらなる薄膜蒸着のため別
の反応チャンバへ移送する間に空気にさらす必要なく、
上記薄膜を作製可能な方法が求められている。一般に従
来技術による方法では、二層または多層構造を作製する
ため、第1の反応チャンバ内で第1の層を堆積させ、次
に普通は基板を空気にさらすような方式で別の反応チャ
ンバへ移送し、すでに成長した層の上に次の層を被覆す
ることが必要である。従来技術による方法では、単にチ
ャンバの操作パラメータを制御することによりタンタル
およびその窒化物を蒸着する融通性が単一の反応チャン
バには備わっていない。また、従来技術による方法で
は、反応炉間でサンプルを空気にさらすことなく移送で
きるような真空ロードロックまたは中央ハンドラにより
相互結合された2またはそれ以上のチャンバで、タンタ
ルおよび/またはその窒化物を蒸着することはできな
い。特に、部分的には、酸素および水に対するタンタル
の高い親和力のために、二層または多層のタンタルおよ
びその窒化物を逐次的にin situで蒸着するための方法
が望まれている。通常は、この親和力のため、層を空気
にさらすような方式で次の層による被覆を行なう第2の
反応チャンバへの移送の間に、タンタル主体薄膜の表面
が汚染されることになる。
Further, in the art, a method capable of producing the thin film sequentially and in situ, that is, while transferring a substrate coated with a tantalum-based thin film to another reaction chamber for further thin film deposition, air is used. Without having to touch
There is a need for a method capable of producing the above thin film. Generally, in prior art methods, a first layer is deposited in a first reaction chamber to produce a two-layer or multi-layer structure, and then is transferred to another reaction chamber, usually in a manner that exposes the substrate to air. It is necessary to transport and coat the next layer on the already grown layer. Prior art methods do not provide the flexibility of a single reaction chamber to deposit tantalum and its nitrides simply by controlling the operating parameters of the chamber. Also, prior art methods have tantalum and / or its nitrides in two or more chambers interconnected by vacuum load locks or central handlers so that samples can be transferred between reactors without exposure to air. It cannot be deposited. In particular, due in part to the high affinity of tantalum for oxygen and water, a method for sequentially depositing two or more layers of tantalum and its nitride in situ is desired. Normally, this affinity results in contamination of the surface of the tantalum-based thin film during transfer to a second reaction chamber where the layer is exposed to air in a manner that is coated with the next layer.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、タンタルを含
む薄膜を基板上に化学蒸着する方法を包含している。こ
の方法は、蒸着チャンバ内に(i)基板と;(ii)蒸気
の状態にあって式(I): Ta(I5-m-n-p)(Brm-p)(Cln-p)(Rp) (I) (mは0から5までの整数、nは0から4までの整数、
pは0から4までの整数、Rは水素と低級アルキルとか
らなる群より選択される)で表される原料前駆体と(ii
i)少なくとも1種のキャリヤガスとを導入することを
具備している。チャンバ内の基板の温度は、タンタルを
含む薄膜を基板上に蒸着するために十分な期間、約70℃
から約675℃に維持される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention involves a method for chemically depositing a thin film containing tantalum on a substrate. The method, in a vapor deposition chamber: (i) a substrate; (ii) in a state of vapor formula (I): Ta (I 5 -mnp) (Br mp) (Cl np) (R p) (I) (M is an integer from 0 to 5, n is an integer from 0 to 4,
p is an integer from 0 to 4, R is selected from the group consisting of hydrogen and lower alkyl) and (ii)
i) introducing at least one carrier gas. The temperature of the substrate in the chamber is about 70 ° C. for a period sufficient to deposit a thin film containing tantalum on the substrate.
To about 675 ° C.

【0011】ある実施例では、この方法はさらに、基板
がチャンバ内に固定されている間に、多層構造を形成す
るため、基板に蒸着された薄膜の上にタンタルを含む第
2の薄膜を蒸着することを包含している。タンタルを含
む第2の薄膜は、純粋タンタル薄膜、TaNx薄膜(x
は0より大きくおよそ2以下の値)、TaSiy薄膜
(yは0より大きくおよそ3以下の値)、およびTaN
xSiy薄膜(xは0より大きくおよそ2以下の値で、y
は0より大きくおよそ3以下の値)からなる群より選択
される。さらに別の実施例では、この方法はさらに、タ
ンタルを含む蒸着された薄膜にケイ素を加えるため、シ
リコン基板を用いるとともに、基板とタンタルを含む蒸
着された薄膜とを約700℃ないし約950℃まで加熱するこ
とを具備している。
In one embodiment, the method further comprises depositing a second thin film comprising tantalum over the thin film deposited on the substrate to form a multilayer structure while the substrate is fixed in the chamber. To include. The second thin film containing tantalum is a pure tantalum thin film, a TaN x thin film (x
Is greater than 0 and less than or equal to about 2), a TaSiy thin film (y is greater than 0 and less than or equal to about 3), and TaN.
x Si y thin film (x is a value greater than 0 and about 2 or less, y
Is greater than 0 and about 3 or less). In yet another embodiment, the method further comprises using a silicon substrate to add silicon to the tantalum-containing deposited thin film and reducing the substrate and the tantalum-containing deposited thin film to between about 700 ° C. and about 950 ° C. Heating.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】上記の概要、および以下に記され
る本発明の好適な実施例の詳細な説明は、付属図面とと
もに読んだ場合に、より良く理解されるであろう。本発
明の説明のため、これらの図面には現時点で好適な実施
例が示されている。しかしながら、本発明は図示された
通りの構成および手段に限定されるものでないことが了
解されるべきである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The foregoing summary, as well as the following detailed description of the preferred embodiment of the present invention, will be better understood when read in conjunction with the appended drawings. For the purpose of illustrating the invention, the drawings show a presently preferred embodiment. It should be understood, however, that the intention is not to limit the invention to the exact construction and means shown.

【0013】本発明は、ハロゲン化物を主体とした化学
的前駆体と、コンフォーマルなタンタル、TaNx(x
は好ましくは0より大きくおよそ2以下の任意の値)を
含む窒化タンタル合金、TaSiy(yは好ましくは0
より大きくおよそ3以下の任意の値)を含むケイ化タン
タル合金、およびTaNxSiy(xおよびyは好ましく
は上記定義の通り)を含む窒化ケイ化タンタル合金によ
りさまざまな特別の基板上で化学蒸着を行なう、関連す
る熱およびプラズマによる方法とに関する。本発明は、
単層のタンタル主体薄膜の形態をとるメタライゼーショ
ン層などの薄膜を基板上に蒸着するか、または基板上に
積層化された複数のそのような薄膜を蒸着して多層構造
を形成するものである。このような薄膜は、ミクロン以
下の要素および構造を有する例えばシリコン基板および
砒化ガリウム基板などの半導体基板のような基板におい
て有用である。これらの単層または多層薄膜は、異なる
反応炉内においてex situで蒸着するか、または単一の
反応炉内においてin situで蒸着するか、またはそれら
の組合わせとすることができる。例えば、いくつかの層
を単一の反応炉内で蒸着し、次の層を別の反応炉内で蒸
着することも可能である。1基を超える反応炉が使用さ
れる場合、それらの反応炉は好ましくは耐漏出性移送ア
ームおよびロードロックを介して相互結合され、それに
より異なる反応炉間でのサンプルの移動が、被覆された
基板を空気にさらすことなく行なえるようになる。
The present invention relates to a chemical precursor mainly comprising a halide and a conformal tantalum, TaN x (x
Is preferably a tantalum nitride alloy containing any value greater than 0 and about 2 or less, TaSi y (y is preferably 0 or less).
Tantalum silicide alloys containing any value greater than or equal to about 3 or less, and tantalum silicide alloys containing TaN x Si y (x and y are preferably as defined above) are used to chemically react on various special substrates. Related thermal and plasma methods of performing the deposition. The present invention
Either depositing a thin film such as a metallization layer in the form of a single-layer tantalum-based thin film on a substrate, or depositing a plurality of such thin films stacked on a substrate to form a multilayer structure. . Such thin films are useful in substrates having submicron components and structures, such as semiconductor substrates, such as silicon substrates and gallium arsenide substrates. These single or multilayer films can be deposited ex situ in different reactors, in situ in a single reactor, or a combination thereof. For example, several layers can be deposited in a single reactor and the next layer can be deposited in another reactor. If more than one reactor is used, the reactors are preferably interconnected via a leak proof transfer arm and a load lock so that sample transfer between different reactors is coated. This can be performed without exposing the substrate to air.

【0014】マイクロエレクトロニクス用途において
は、好適な基板は集積回路となることが意図されてお
り、半導体デバイスを形成するさまざまな導電率の材料
間で必要な接続を行なうため、ホール、トレンチ、ビア
等で形成された複雑な形状を備えている。この基板は好
ましくは、例えばケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、
それらのドープされたものや混合物などで形成される。
本発明の基板は、より好ましくはULSI回路のための
ものであり、直径1.0ミクロン未満、多くの場合0.50ミ
クロン未満、さらには0.25ミクロン以下でホール、トレ
ンチやその他の要素によりパターン形成されている。そ
のような小要素をもつ基板は「サブクウォーターミクロ
ン」基板として知られている。本発明による被覆が可能
なサブクウォーターミクロン基板は一般に、約3:1か
ら約6:1以上の高いアスペクト比(断面で見た場合に
おける、要素の深さの、その直径に対する比として定義
される)をもつ要素を備えている。ここで用いられるサ
ブクウォーターミクロン基板は、要素の直径が約0.25ミ
クロン未満であり、要素のアスペクト比が一般に約3:
1を超えるものである。ULSI回路のための大部分の
基板には、約4:1以上のアスペクト比をもつ要素が含
まれている。被覆可能な基板の例には、上記のような半
導体基板、または例えば、航空機の部品およびエンジ
ン、自動車の部品およびエンジン、並びに切削工具のた
めの硬質保護膜;宝石類のための装飾用被膜;フラット
パネルディスプレイや太陽電池素子のための障壁層およ
び付着促進材を含む用途のための金属、ガラス、プラス
チック、または他の重合体が含まれる。好適な金属基板
には、アルミニウム、ベリリウム、カドミウム、セリウ
ム、クロム、コバルト、銅、ガリウム、金、鉄、鉛、マ
ンガン、モリブデン、ニッケル、パラジウム、白金、レ
ニウム、ロジウム、銀、ステンレス鋼、鋼、鉄、ストロ
ンチウム、スズ、チタン、タングステン、亜鉛、ジルコ
ニウム、それらの合金およびケイ化物、炭化物などの化
合物が含まれる。
In microelectronics applications, the preferred substrate is intended to be an integrated circuit, such as holes, trenches, vias, etc., to make the necessary connections between the various conductivity materials forming the semiconductor device. It has a complicated shape formed by. The substrate is preferably, for example, silicon, silicon dioxide, silicon nitride,
It is formed by doping or a mixture thereof.
The substrate of the present invention is more preferably for ULSI circuits and is patterned with holes, trenches and other elements less than 1.0 microns in diameter, often less than 0.50 microns, and even less than 0.25 microns. Substrates having such small elements are known as "sub-quarter micron" substrates. Sub-quarter micron substrates that can be coated according to the present invention are generally defined as high aspect ratios (from a ratio of element depth to its diameter when viewed in cross section) of from about 3: 1 to about 6: 1 or more. ). As used herein, a sub-quarter micron substrate has an element diameter of less than about 0.25 microns and an element aspect ratio generally of about 3: 5.
More than one. Most substrates for ULSI circuits include elements having an aspect ratio of about 4: 1 or greater. Examples of coatable substrates include semiconductor substrates as described above, or hard protective films, for example, for aircraft parts and engines, automotive parts and engines, and cutting tools; decorative coatings for jewelry; Metals, glasses, plastics, or other polymers for applications including barrier layers and adhesion promoters for flat panel displays and solar cell devices are included. Suitable metal substrates include aluminum, beryllium, cadmium, cerium, chromium, cobalt, copper, gallium, gold, iron, lead, manganese, molybdenum, nickel, palladium, platinum, rhenium, rhodium, silver, stainless steel, steel, Includes iron, strontium, tin, titanium, tungsten, zinc, zirconium, their alloys and compounds such as silicides and carbides.

【0015】本方法で使用可能な基板の種類には、実際
には制限はない。しかし、当該基板は、基板上への薄膜
の蒸着に用いられる条件において安定であることが好ま
しい。すなわち、当該基板は好ましくは、蒸着すべき薄
膜の種類および被覆された基板の所期の使用目的に応じ
て、約70℃から約950℃、好ましくは約70℃から約700℃
までの温度に対し安定である。本発明の方法で用いられ
るCVD法によれば、コンフォーマルな単層、二層、ま
たはその他の多層薄膜をサブクウォーターミクロン基板
上に配することができる。タンタル、窒化タンタル、ケ
イ化タンタル、および窒化ケイ化タンタルのコンフォー
マルな被膜を、要素の直径が約0.25ミクロンまたはそれ
以下でアスペクト比が約6:1以上のサブクウォーター
ミクロン基板上に配することができる。ここで用いられ
る「コンフォーマルな被膜」とは、複雑な形状をもった
基板を均一に覆う被膜を指すものである。この被膜の均
一性は、例えば基板内のホールの壁部および底部に沿っ
て被膜の厚さを調べ、その被膜の厚さのばらつきを決定
することにより測定が可能である。本発明では、サブク
ウォーターミクロン基板は、基板表面におけるホールの
壁部または底部の表面に垂直な任意の点で測定した被膜
の厚さが、そのホールの他の任意の点における厚さに対
し25%の範囲内に収まっている場合、コンフォーマルに
被覆されている。好適な実施例によれば、被膜の厚さの
ばらつきは10%以内であり、換言すれば、どの点におい
ても被膜の厚さが被膜の平均厚さを10%上回るか10%下
回ることはない。
There is no practical limit to the type of substrate that can be used in the present method. However, it is preferred that the substrate be stable under the conditions used to deposit a thin film on the substrate. That is, the substrate is preferably from about 70 ° C to about 950 ° C, preferably from about 70 ° C to about 700 ° C, depending on the type of thin film to be deposited and the intended use of the coated substrate.
Stable up to temperature. According to the CVD method used in the method of the present invention, a conformal single-layer, two-layer or other multilayer thin film can be disposed on a sub-quarter micron substrate. Disposing a conformal coating of tantalum, tantalum nitride, tantalum silicide, and tantalum silicide nitride on a sub-quarter micron substrate having an element diameter of about 0.25 microns or less and an aspect ratio of about 6: 1 or more Can be. As used herein, “conformal film” refers to a film that uniformly covers a substrate having a complicated shape. The uniformity of the coating can be measured, for example, by examining the thickness of the coating along the walls and bottom of the hole in the substrate and determining the variation in the thickness of the coating. In the present invention, a sub-quarter micron substrate is characterized in that the thickness of the coating, measured at any point perpendicular to the wall or bottom surface of the hole on the substrate surface, is 25% of the thickness at any other point in the hole. If it is within the range of%, it is conformally coated. According to a preferred embodiment, the thickness variation of the coating is within 10%, in other words, at no point does the thickness of the coating exceed or fall below 10% of the average thickness of the coating. .

【0016】本明細書で、特にULSIデバイスおよび
そこで有用な被覆された基板に言及する場合に使用され
る「ステップカバレージ」とは、トレンチやビアなどの
要素の底部における被膜厚さの、この要素に隣接する基
板最上面の被膜厚さに対する比を100倍して百分率にし
たものを指している。本発明の方法によって、サブクウ
ォーターミクロン構造におけるステップカバレージが約
70%を上回る、コンフォーマルに被覆されたサブクウォ
ーターミクロン基板が供給される。本発明では、使用さ
れる反応体に応じて、タンタルおよびその窒化物および
/またはそのケイ化物合金の低温成長のため、ハロゲン
化物を主体とした錯体が用いられる。in situでは、単
一のハロゲン化物前駆体を使用した逐次CVD法を用い
て、処理条件を適切に変更することによりタンタルとそ
の窒化物および/またはケイ化物合金とを円滑かつ可逆
的に切り換えることができる。また、さまざまなハロゲ
ン化物前駆体を利用して、特定の用途に必要な多様な純
粋タンタル層またはタンタルを主体とした層をそれぞれ
逐次蒸着することが可能なCVD法が提供される。
"Step coverage" as used herein, especially when referring to ULSI devices and coated substrates useful therein, refers to the thickness of the coating at the bottom of an element such as a trench or via. The ratio to the film thickness of the uppermost surface of the substrate adjacent to the substrate is multiplied by 100 to indicate the percentage. The method of the present invention reduces the step coverage in sub-quarter micron structures by about
Over 70% of conformally coated sub-quarter micron substrates are provided. In the present invention, a halide-based complex is used for low-temperature growth of tantalum and its nitride and / or its silicide alloy, depending on the reactants used. In situ, using a sequential CVD method using a single halide precursor, to smoothly and reversibly switch between tantalum and its nitride and / or silicide alloy by appropriately changing the processing conditions Can be. Further, there is provided a CVD method capable of sequentially depositing various pure tantalum layers or tantalum-based layers required for a specific application by utilizing various halide precursors.

【0017】本発明は、タンタル含む薄膜、すなわち、
純粋タンタル薄膜またはタンタルを主体とした薄膜の、
基板上へのCVDの方法を包含している。この方法は、
蒸着チャンバ内に基板と、原料前駆体と、キャリヤおよ
び/または反応体として作用可能な少なくとも1種のキ
ャリヤガスとを導入することを含んでいる。しかし、便
宜上、ここではこのガスを、少なくとも1種の「キャリ
ヤ」ガスとして一般に呼ぶこととする。原料前駆体は蒸
気の状態で導入され、好ましくは以下の式で表わされ
る: Ta(I5-m-n-p)(Brm-p)(Cln-p)(Rp) (I) (mは0から5までの整数、nは0から4までの整数、
pは0から4までの整数、Rは水素または、例えば、か
つ好ましくはメチルまたはネオペンチルなどの低級アル
キルでもよい。) ある好適な実施例によれば、式(I)の原料前駆体はT
aBr5または(CH33TaBr2であり、基板はUL
SIデバイスの製造において有用なシリコンまたは二酸
化ケイ素のウエハである。原料前駆体として使用可能な
他のハロゲン化物のうち、五臭化タンタルおよび五ヨウ
化タンタルの結合立体配置および関連する電子環境は、
従来技術において使用されるような五臭化タンタルとは
まったく異なる。本発明のこれら前駆体を用いれば、対
応する解離エネルギーは五塩化タンタルよりも非常に小
さくなり、したがって五塩化タンタルで必要となるより
も非常に低い処理温度でタンタル主体薄膜を蒸着するこ
とができる。
The present invention provides a thin film containing tantalum,
Of pure tantalum thin film or thin film mainly composed of tantalum,
It includes a method of CVD on a substrate. This method
Introducing a substrate, a source precursor, and at least one carrier gas capable of acting as a carrier and / or a reactant into the deposition chamber. However, for convenience, this gas is generally referred to herein as at least one "carrier" gas. The raw material precursor is introduced in the vapor state and is preferably represented by the following formula: Ta (I 5-mnp ) (Br mp ) (Cl np ) (R p ) (I) (m is 0 to 5) An integer, n is an integer from 0 to 4,
p may be an integer from 0 to 4, R may be hydrogen or lower alkyl, such as, and preferably, methyl or neopentyl. According to one preferred embodiment, the precursor of formula (I) is T
aBr 5 or (CH 3 ) 3 TaBr 2 and the substrate is UL
Silicon or silicon dioxide wafers useful in the manufacture of SI devices. Among other halides that can be used as raw material precursors, the bond configuration of tantalum pentabromide and tantalum pentaiodide and the related electronic environment are as follows:
It is completely different from tantalum pentabromide as used in the prior art. With these precursors of the present invention, the corresponding dissociation energies are much lower than for tantalum pentachloride, so that tantalum-based thin films can be deposited at much lower processing temperatures than required for tantalum pentachloride. .

【0018】さらに、例えばヨウ素または臭素の拡散の
ための活性化エネルギーは、IまたはBrがClよりは
るかに重いことにより、塩素の場合よりも非常に高くな
ると予想される。M.シール(Seel)およびP.S.ベ
イガス(Bagus)、Phys.Rev.B28, 2023(1983年)を参
照のこと。ここには、フッ素および塩素のSi(111)
との相互作用に関する研究が含まれており、ケイ素表面
への塩素の浸透に関する障壁はフッ素に関するものより
もはるかに大きいことが示されている。この挙動は、フ
ッ素原子より塩素原子の方が大きく、したがって塩素原
子のイオン性およびそれによるクーロン相互作用の方が
大きいことに起因していた。この特性は、ある濃度のヨ
ウ素または臭素が薄膜の格子から拡散するには塩素より
も相当程度高い熱エネルギーを必要とすることにより、
タンタル主体薄膜における残留ハロゲン化物取り込みの
効果に関して重要な意味をもっている。
Furthermore, the activation energy for diffusion of, for example, iodine or bromine is expected to be much higher than for chlorine, due to the fact that I or Br is much heavier than Cl. M. Seel and P.S. S. See Bagus, Phys. Rev. B28, 2023 (1983). Here, Si (111) of fluorine and chlorine
Studies on the interaction with have shown that the barrier for chlorine penetration into the silicon surface is much larger than for fluorine. This behavior was attributed to the chlorine atom being larger than the fluorine atom, and thus the ionicity of the chlorine atom and hence the Coulomb interaction. This property is due to the fact that certain concentrations of iodine or bromine require significantly higher thermal energy than chlorine to diffuse from the lattice of the film.
This has important implications for the effect of residual halide incorporation in tantalum-based thin films.

【0019】前記少なくとも1種のキャリヤガスは、好
ましくは水素、ヘリウム、酸素、フッ素、ネオン、塩
素、アルゴン、クリプトン、キセノン、一酸化炭素、窒
素、アンモニア、ヒドラジン、亜酸化窒素、および/ま
たは水蒸気である。このガスは、形成すべき薄膜の種類
に応じて変更することができる。例えば、純粋タンタル
薄膜形成のために好適なガスは、水素、ヘリウム、酸
素、フッ素、ネオン、塩素、アルゴン、クリプトン、キ
セノン、一酸化炭素、二酸化炭素、および水蒸気であ
る。純粋タンタル薄膜形成のための、より好適な前記少
なくとも1種のガスは、水素、ヘリウム、キセノン、お
よび/またはアルゴンであり、さらに好適なガスは水素
または、アルゴンまたはキセノンと組み合わせた水素で
ある。前記の原料前駆体、少なくとも1種のキャリヤガ
スおよび基板は、チャンバ内において、内部反応温度約
70℃から約675℃、好ましくは少なくとも100℃で維持さ
れる。より好ましくは、プラズマ出力密度が約0.01ない
し約10 W/cm2のプラズマがチャンバに供給される。
このプラズマの周波数は好ましくは約0Hzから約108
Hzである。これらの成分は、純粋タンタル薄膜または
タンタル主体の薄膜を基板上に蒸着するために十分な期
間、これらの条件下で維持される。蒸着工程は、蒸着さ
せるタンタル主体薄膜の種類、処理条件および望ましい
膜厚によって、通常約30秒から約30分の時間がかかる。
The at least one carrier gas is preferably hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, nitrogen, ammonia, hydrazine, nitrous oxide, and / or steam. It is. This gas can be changed according to the type of thin film to be formed. For example, suitable gases for forming a pure tantalum thin film are hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor. More preferred said at least one gas for the formation of a pure tantalum thin film is hydrogen, helium, xenon and / or argon, and even more preferred gas is hydrogen or hydrogen in combination with argon or xenon. The raw material precursor, at least one carrier gas, and the substrate are heated in the chamber at an internal reaction temperature of about
Maintained at 70 ° C to about 675 ° C, preferably at least 100 ° C. More preferably, a plasma having a plasma power density of about 0.01 to about 10 W / cm 2 is provided to the chamber.
The frequency of this plasma is preferably from about 0 Hz to about 10 8
Hz. These components are maintained under these conditions for a period sufficient to deposit a pure tantalum thin film or a tantalum-based thin film on the substrate. The deposition process usually takes about 30 seconds to about 30 minutes, depending on the type of tantalum-based thin film to be deposited, processing conditions and desired film thickness.

【0020】本発明のさらに別の実施例によれば、窒化
タンタル合金の薄膜がCVDにより基板上に蒸着され
る。TaNx(xは0より大きくおよそ2以下の任意の
値とすることができる)などの窒化タンタル合金は、蒸
着チャンバ内に基板と、上記式(I)の原料前駆体と、
上記列挙したような少なくとも1種のキャリヤガス、最
も好ましくは、例えば窒素、アンモニアまたはヒドラジ
ンなどの、窒素を含むガスと、前記少なくとも1種のキ
ャリヤガスと同じかまたは異なるさらに別の窒素含有反
応体ガスとを導入することにより蒸着される。この窒素
含有反応体ガスは、好ましくは亜酸化窒素、アンモニ
ア、窒素、およびヒドラジンからなる群より選択され
る。好ましくは、前記少なくとも1種のキャリヤガスお
よび窒素含有反応体ガスは、水素、窒素、アルゴン、ア
ンモニア、および/またはヒドラジンと組み合わせて使
用される。これらの成分は、蒸着チャンバ内において、
約70℃から約675℃、好ましくは少なくとも100℃の温度
で維持される。窒化タンタル合金薄膜を形成するため、
最も好ましいチャンバ内の温度は約250℃から約500℃で
ある。基板は、窒化タンタル合金薄膜を蒸着するために
十分な期間、チャンバ内で維持される。窒化タンタル合
金薄膜を形成するには、式(I)の化合物はTaBr5
または(CH33TaBr2であり、また基板はULS
Iデバイスの製造において有用なシリコンまたは二酸化
ケイ素のウエハであることが好ましい。
According to yet another embodiment of the present invention, a thin film of a tantalum nitride alloy is deposited on a substrate by CVD. A tantalum nitride alloy such as TaN x (where x can be any value greater than 0 and less than or equal to about 2) comprises a substrate, a precursor of the above formula (I),
At least one carrier gas as listed above, most preferably a gas comprising nitrogen, such as, for example, nitrogen, ammonia or hydrazine, and a further nitrogen-containing reactant which is the same or different from said at least one carrier gas It is deposited by introducing a gas. The nitrogen-containing reactant gas is preferably selected from the group consisting of nitrous oxide, ammonia, nitrogen, and hydrazine. Preferably, the at least one carrier gas and the nitrogen-containing reactant gas are used in combination with hydrogen, nitrogen, argon, ammonia, and / or hydrazine. These components are deposited in the deposition chamber
Maintained at a temperature from about 70 ° C to about 675 ° C, preferably at least 100 ° C. To form a tantalum nitride alloy thin film,
The most preferred temperature in the chamber is from about 250 ° C to about 500 ° C. The substrate is maintained in the chamber for a period sufficient to deposit a tantalum nitride alloy thin film. To form a tantalum nitride alloy thin film, the compound of formula (I) is TaBr 5
Or (CH 3 ) 3 TaBr 2 and the substrate is ULS
Preferably, it is a silicon or silicon dioxide wafer useful in the manufacture of I-devices.

【0021】窒化タンタル合金は最も好ましくは、前記
少なくとも1種のキャリヤガスとして、水素;窒素、ア
ンモニア、アルゴン、キセノン、および/またはヒドラ
ジンと組み合わせた水素;アンモニア、アルゴン、およ
び/またはキセノンと組み合わせた窒素;アルゴンおよ
び/またはキセノンと組み合わせたアンモニアのうち1
種以上を用いて蒸着される。好ましくはこれらの成分
は、プラズマ出力密度が約0ないし10W/cm2、より
好ましくは約0.01ないし約10W/cm2のプラズマの存
在において、タンタル主体の薄膜、すなわち窒化タンタ
ル合金薄膜を基板上に蒸着させるのに十分な期間、チャ
ンバ内で維持される。この実施例では、原料前駆体はT
aBr5が最も好ましく、これは少なくとも1種のキャ
リヤガスおよび/または反応ガスと、さらに窒素、アン
モニア、および/またはヒドラジンのいずれかである別
の窒素含有反応体ガスと組み合わされ、ULSIデバイ
ス製造用のシリコンまたは二酸化ケイ素のウエハ基板上
に蒸着される。交互または順番に蒸着される純粋タンタ
ル薄膜および/または窒化タンタル合金薄膜の複数の層
を、好ましくは基板が単一の蒸着反応炉内に保持されて
いる間に基板に加えてもよい。基板および原料前駆体が
蒸着チャンバに供給される際、原料前駆体は蒸気の状態
にある。その後、上記のような好適な蒸着チャンバ温度
において薄膜層を交互または順番に形成するため、前記
好適なガスが供給される。タンタル金属薄膜または窒化
タンタル合金薄膜のいずれかをまず基板上に蒸着した上
で、層を交互に重ねるかまたは所定の順序で加えること
ができる。
[0021] The tantalum nitride alloy is most preferably combined with hydrogen as the at least one carrier gas; hydrogen in combination with nitrogen, ammonia, argon, xenon and / or hydrazine; ammonia, argon and / or xenon. Nitrogen; one of ammonia combined with argon and / or xenon
Deposited using more than one seed. Preferably these components to the plasma power density of about 0 to 10 W / cm 2, in a more preferred presence of a plasma of about 0.01 to about 10 W / cm 2, a thin film of tantalum entities, i.e. tantalum nitride alloy film on a substrate Maintained in the chamber for a period sufficient to allow for deposition. In this example, the raw material precursor is T
Most preferably ABR 5, which is combined with at least one carrier gas and / or reactive gases, further nitrogen, ammonia, and / or with another nitrogen-containing reactant gas is either hydrazine, for ULSI device manufacturing Is deposited on a silicon or silicon dioxide wafer substrate. Multiple layers of pure tantalum thin film and / or tantalum nitride alloy thin film deposited alternately or sequentially may be added to the substrate, preferably while the substrate is held in a single deposition reactor. As the substrate and source precursor are supplied to the deposition chamber, the source precursor is in a vapor state. Thereafter, the suitable gas is supplied to form the thin film layers alternately or sequentially at a suitable deposition chamber temperature as described above. Either the tantalum metal thin film or the tantalum nitride alloy thin film is first deposited on the substrate, and then the layers can be alternately stacked or added in a predetermined order.

【0022】他の方法として、基板が単一の蒸着反応炉
内を移動する間に、そのような交互または順番に重なる
純粋タンタルまたは窒化タンタル合金の複数の層を基板
に蒸着することもできる。さらに、被覆基板の特定の用
途に応じそれぞれ1以上のタンタル層または窒化タンタ
ル合金層の蒸着に用いられる2以上の独立した反応炉の
間を基板が移動する間に、複数の層を基板に加えること
もできる。純粋タンタル薄膜かまたは窒化タンタル薄膜
のいずれかがまず基板上に蒸着される。1以上のそのよ
うな層が蒸着されるある反応炉から、別の層が蒸着され
る別の反応炉へ基板が移動する。好ましくは、それらの
反応炉は耐漏出性移送アームおよび/またはロードロッ
クを介して相互結合され、それにより異なる反応炉間で
のサンプルの移動が、被覆基板を空気にさらすことなく
行なえるようになっている。さらに別の好適な実施例で
は、純粋タンタル薄膜または窒化タンタル合金薄膜を基
板上に蒸着して被覆基板を形成し、次に、好ましくは後
で蒸着される層ほど窒素濃度が高くなるように、純粋タ
ンタルまたは窒化タンタルなどの一連のタンタル主体薄
膜を被覆基板上に蒸着する。タンタル薄膜および窒化タ
ンタル合金薄膜は上記と同様に形成される。
Alternatively, a plurality of such alternating or sequential layers of pure tantalum or tantalum nitride alloy may be deposited on the substrate while the substrate moves through a single deposition reactor. In addition, multiple layers may be added to the substrate while the substrate moves between two or more independent reactors, each used to deposit one or more tantalum or tantalum nitride alloy layers, depending on the particular application of the coated substrate. You can also. Either a pure tantalum thin film or a tantalum nitride thin film is first deposited on a substrate. The substrate moves from one reactor where one or more such layers are deposited to another where another layer is deposited. Preferably, the reactors are interconnected via leak-proof transfer arms and / or load locks, such that transfer of the sample between different reactors can be performed without exposing the coated substrate to air. Has become. In yet another preferred embodiment, a pure tantalum thin film or a tantalum nitride alloy thin film is deposited on a substrate to form a coated substrate, and then preferably the later deposited layers have a higher nitrogen concentration. A series of tantalum-based thin films, such as pure tantalum or tantalum nitride, are deposited on the coated substrate. The tantalum thin film and the tantalum nitride alloy thin film are formed as described above.

【0023】本発明では、CVD法を用いることによ
り、例えば集積回路製造、特にULSI製造における拡
散障壁または付着中間層として使用するための純粋(電
子工業級)タンタル薄膜および窒化タンタル合金薄膜が
作製される。本発明の方法は、慎重に選択された前駆体
を、好適な反応条件下にある熱CVD反応炉かまたはプ
ラズマ促進CVD反応炉に送って高品質のタンタル主体
薄膜を実現するものである。以下でより詳細に説明する
本方法により、上記窒化タンタル合金薄膜の他に、ケイ
化窒化タンタル合金薄膜およびケイ化タンタル合金薄膜
を作製することもできる。このような薄膜は、例えばタ
ンタルと窒化タンタルとの二層薄膜、タンタルとケイ化
窒化タンタルとの二層薄膜、タンタル薄膜と窒化タンタ
ル薄膜との交互または順番に構成された多層薄膜などの
多層積層構造に形成することも可能である。
In the present invention, pure (electronics grade) tantalum thin films and tantalum nitride alloy thin films for use as diffusion barriers or adhesion interlayers, for example, in integrated circuit fabrication, particularly in ULSI fabrication, are produced by using the CVD method. You. The method of the present invention sends carefully selected precursors to a thermal CVD reactor or a plasma enhanced CVD reactor under suitable reaction conditions to achieve high quality tantalum based thin films. In addition to the above-described tantalum nitride alloy thin film, a tantalum silicide nitride alloy thin film and a tantalum silicide alloy thin film can also be produced by the present method described in more detail below. Such a thin film is, for example, a multilayer laminate of a two-layer thin film of tantalum and tantalum nitride, a two-layer thin film of tantalum and tantalum silicide nitride, and a multilayer thin film composed of a tantalum thin film and a tantalum nitride thin film alternately or sequentially. It is also possible to form the structure.

【0024】本発明によるタンタル薄膜およびタンタル
主体の薄膜を作製するには、熱CVDかまたはプラズマ
促進CVD(plasma-promoted CVD)を用いることがで
きる。「熱CVD」とは、すべての反応体が気体の形で
CVD反応炉内に導入され、結合切断のために必要なエ
ネルギーがすべて熱エネルギーにより供給されるような
CVD法を指している。「プラズマ促進CVD」とは、
すべての反応体が気体の形でCVD反応炉内に導入さ
れ、結合切断のために必要なエネルギーの一部分が、グ
ロー放電内または、プラズマ出力密度が約0ないし約10
0W/cm2、好ましくは約0.01ないし約10W/cm2
より好ましくは0.5W/cm2未満のプラズマ内で形成さ
れた高エネルギー電子により供給されるようなCVD法
を指している。プラズマ促進CVDは、プラズマ増速C
VDと同様、グロー放電内に存する高エネルギー電子を
利用して気体分子の解離を促進する。プラズマ増速CV
Dは当該技術において広く周知の技術である。しかし、
高いプラズマ出力密度を利用するプラズマ増速CVDに
対し、プラズマ促進CVDで用いられるのは低い出力密
度なので、気相における早期の前駆体分解が生じず、望
ましくない薄膜の汚染が防止される。また、低いプラズ
マ出力密度が用いられるので、薄膜および基板に対する
電気的損傷が防止される。
For producing the tantalum thin film and the tantalum-based thin film according to the present invention, thermal CVD or plasma-promoted CVD can be used. "Thermal CVD" refers to a CVD method in which all reactants are introduced into the CVD reactor in gaseous form and all of the energy required for bond breaking is supplied by thermal energy. "Plasma enhanced CVD"
All reactants are introduced into the CVD reactor in gaseous form, and a portion of the energy required for bond breaking is either within the glow discharge or at a plasma power density of about 0 to about 10
0 W / cm 2 , preferably from about 0.01 to about 10 W / cm 2 ,
More preferably, it refers to a CVD method provided by high-energy electrons formed in a plasma of less than 0.5 W / cm 2 . Plasma enhanced CVD uses plasma enhanced C
Like VD, the dissociation of gas molecules is promoted by using high-energy electrons existing in the glow discharge. Plasma acceleration CV
D is a technique widely known in the art. But,
The low power density used in plasma enhanced CVD, as opposed to plasma enhanced CVD utilizing high plasma power density, prevents premature precursor decomposition in the gas phase and prevents undesirable thin film contamination. Also, since a low plasma power density is used, electrical damage to the thin film and substrate is prevented.

【0025】本発明の方法では、以下の基本的な構成要
素を有するものであればどのようなCVD反応炉を使用
してもよい:それらの構成要素は、原料前駆体の供給を
用意し制御するために用いられる前駆体供給装置、真空
チャンバ、適当な減圧状態を維持するためのポンプ装
置、プラズマ促進CVDのためのプラズマ放電を生じさ
せる電源、温度制御装置、反応体およびプロセスの結果
生じる生成物の流量を計測し制御するためのガスまたは
蒸気のハンドリング機能である。前駆体供給装置は以下
のうちいずれでもよい:圧力式のバブラまたはサブリメ
ータ、ホットソースマスフローコントローラ、液体供給
装置、直接液体噴射装置または類似の装置。本発明によ
るタンタル主体薄膜の蒸着においては、原料前駆体は好
ましくはリザーバ内に収容される。このリザーバは、抵
抗加熱テープと関連する電源との組合わせにより、前駆
体の昇華または蒸発を確実に生じさせるためには十分高
く、前駆体が早期に分解するほどには高くない温度まで
加熱することができる。マスフローコントローラは、高
真空バルブによりリザーバから隔離することができ、好
ましくはリザーバへのガス流入を制御できるように配設
されている。通常の圧力式および/または温度式のマス
フロー制御供給装置がCVD反応チャンバ内への前駆体
供給装置として使用される場合、例えば水素、ヘリウ
ム、アルゴン、キセノン、窒素などのガスがキャリヤ剤
として作用しうる。他の方法として、CVD反応炉への
前駆体供給のため液体供給装置を使用する場合、そのよ
うなガスは加圧剤として作用しうる。このような装置
は、マイクロポンプと気化器とのコンビネーションヘッ
ドを備えていてもよい。このような装置の適当な例とし
ては、MKS直接液体噴射装置(Direct Liquid Inject
ion system)がある。適切な原料前駆体供給装置のもう
1つの例は、例えばMKSモデル(Model)1150MFC
などのホットソースマスフローコントローラであり、こ
れにはキャリヤガスまたは加圧ガスを用いる必要がな
い。さらに別の例としては、例えばMKS1153システム
などの固体原料供給装置があり、これもキャリヤガスま
たは加圧ガスを用いる必要がない。
In the method of the present invention, any CVD reactor having the following basic components may be used: These components provide for the supply and control of the raw material precursors. Supply, vacuum chamber, pump to maintain a suitable reduced pressure, power supply to generate plasma discharge for plasma enhanced CVD, temperature controller, reactants and production resulting from process It is a gas or vapor handling function for measuring and controlling the flow rate of an object. The precursor supply device may be any of the following: a pressure-based bubbler or sublimator, a hot source mass flow controller, a liquid supply device, a direct liquid ejection device or similar device. In the deposition of the tantalum-based thin film according to the present invention, the raw material precursor is preferably contained in a reservoir. The reservoir heats, in combination with the resistive heating tape and associated power supply, to a temperature that is high enough to ensure sublimation or evaporation of the precursor, but not high enough to cause early decomposition of the precursor. be able to. The mass flow controller can be isolated from the reservoir by a high vacuum valve, and is preferably arranged to control the gas flow into the reservoir. If a conventional pressure and / or temperature mass flow controlled supply is used as a precursor supply into the CVD reaction chamber, a gas such as, for example, hydrogen, helium, argon, xenon, nitrogen acts as a carrier agent. sell. Alternatively, if a liquid supply is used to supply the precursor to the CVD reactor, such a gas may act as a pressurizing agent. Such a device may include a combination head of a micropump and a vaporizer. A suitable example of such a device is the MKS Direct Liquid Injector
ion system). Another example of a suitable raw material precursor supply device is, for example, an MKS Model 1150 MFC
And hot source mass flow controllers, which do not require the use of a carrier gas or pressurized gas. Yet another example is a solid feeder such as the MKS1153 system, which also does not require the use of a carrier gas or a pressurized gas.

【0026】ある好適な実施例では、前駆体蒸気(また
は、用いられる供給装置によっては前駆体とキャリヤガ
ス)は好ましくは供給管を介してCVD反応炉内に輸送
され、これらの供給管は、前駆体の再凝縮を防ぐため、
抵抗加熱テープと関連する電源との組合わせを用いて、
リザーバと同じ温度に維持される。CVD反応炉は、好
ましくはプラズマ発生能力を備えた、8インチウエハの
コールドウォール、ステンレス鋼CVD反応炉とするこ
とができる。プラズマの発生は、直流プラズマ、高周波
プラズマ、低周波プラズマ、高密度プラズマ、電子サイ
クロトロンプラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プ
ラズマ、その他類似の供給源などさまざまな供給源によ
り行なうことが可能である。プラズマは2つの目的のた
めに用いることができる。すなわち、in situでの蒸着
前の基板清掃に用いることができ、またプラズマ促進C
VDの場合、実際の蒸着に用いることができる。前記反
応炉では、好ましくは基板に対し電気的バイアスが印加
される。このバイアスは、直流、500kHz未満の低無
線周波、500kHzから約106kHzまでの高無線周波、
または約106kHzから約108kHzまでのマイクロ波周
波および類似の供給源から得ることができる。
In one preferred embodiment, the precursor vapor (or precursor and carrier gas, depending on the feeder used) is transported into the CVD reactor, preferably via feed tubes, which are To prevent re-condensation of the precursor,
Using a combination of resistance heating tape and associated power supply,
Maintained at the same temperature as the reservoir. The CVD reactor can be an 8-inch wafer cold wall, stainless steel CVD reactor, preferably with plasma generating capability. The plasma can be generated by various sources such as DC plasma, high frequency plasma, low frequency plasma, high density plasma, electron cyclotron plasma, inductively coupled plasma, microwave plasma, and similar sources. Plasma can be used for two purposes. That is, it can be used for in-situ substrate cleaning prior to vapor deposition,
In the case of VD, it can be used for actual deposition. In the reactor, an electric bias is preferably applied to the substrate. This bias, DC, high radio frequency of the low radio frequency of less than 500kHz, from 500kHz to about 10 6 kHz,
Alternatively, it can be obtained from microwave frequencies from about 10 6 kHz to about 10 8 kHz and similar sources.

【0027】CVD蒸着反応炉の排気はさまざまなポン
プシステムを用いて行なうことができる。そのようなシ
ステムの好適なものは2つである。その1つは高真空
(10ー6torr以上)のポンプシステムであり、低温式
ポンプかまたはターボ分子ポンプのいずれかを用いるこ
とができる。このシステムにより、反応炉内において高
真空の基準圧力が確保される。CVD実施中の高いガス
処理量に対処するため、ルーツブロワまたはドライポン
プを備えた真空システムを用いてもよい。両方のポンプ
装置とも好ましくは高真空ゲートバルブによりCVD反
応炉から隔離される。CVD反応炉は、高真空ロードロ
ックシステムを備えることが好ましく、このシステム
は、およそ300mmのウエハと同じくらい大きい基板を
反応炉内に輸送および装入するために用いられる。他の
方式として、反応炉を中央真空ハンドラ装置と接続し、
この装置を用いて複数のCVD反応炉間で基板を移送
し、タンタル薄膜および/またはタンタル主体薄膜の層
を順番に、または交互に蒸着することもできる。原料前
駆体はリザーバに充填された後、前駆体の昇華または蒸
発を確実に生じさせるためには十分高く、前駆体を早期
に分解させるほどには高くない温度まで加熱される。好
ましくは、原料前駆体は約50℃ないし約200℃の温度ま
で加熱される。通常の圧力式および/または温度式のマ
スフロー制御方式または固体原料方式の供給装置を用い
てCVD反応炉内への前駆体の流入を制御する場合、リ
ザーバ内の前駆体は加熱される。または、例えば、マイ
クロポンプと気化器とのコンビネーションヘッドで構成
されたMKS直接液体噴射装置などの液体供給装置を用
いる場合、リザーバ内の液体は室温に置かれる。このよ
うな液体供給装置において、前駆体の昇華または蒸発を
確実に生じさせるためには十分高く、前駆体を早期に分
解させるほどには高くない温度まで加熱されるのは、リ
ザーバ内の液体ではなく気化器ヘッドである。
Evacuation of the CVD deposition reactor can be accomplished using various pump systems. Two such systems are preferred. One is a pump system of a high vacuum (10 @ 6 torr or higher), it can be used either cryogenic pump or turbomolecular pump. This system ensures a high vacuum reference pressure in the reactor. A vacuum system with a Roots blower or dry pump may be used to handle the high gas throughput during CVD. Both pump devices are preferably isolated from the CVD reactor by a high vacuum gate valve. The CVD reactor preferably includes a high vacuum load lock system, which is used to transport and load substrates into the reactor as large as approximately 300 mm wafers. Alternatively, connect the reactor to a central vacuum handler device,
The apparatus can also be used to transfer substrates between multiple CVD reactors and deposit tantalum and / or tantalum-based thin layers sequentially or alternately. After the raw material precursor is filled into the reservoir, it is heated to a temperature that is high enough to ensure sublimation or evaporation of the precursor, but not high enough to cause early decomposition of the precursor. Preferably, the raw precursor is heated to a temperature of about 50C to about 200C. When controlling the flow of the precursor into the CVD reactor using a normal pressure-type and / or temperature-type mass flow control type or solid source type supply device, the precursor in the reservoir is heated. Alternatively, for example, when using a liquid supply device such as an MKS direct liquid ejection device configured with a combination head of a micropump and a vaporizer, the liquid in the reservoir is kept at room temperature. In such a liquid supply device, the liquid in the reservoir is heated to a temperature that is high enough to reliably cause the sublimation or evaporation of the precursor, but not high enough to decompose the precursor early. No vaporizer head.

【0028】ガスを使用する場合、以下の通りであれば
どのようなガス状物質を用いてもよい。すなわち、原料
前駆体と実質的に反応性を有さないガス状物質か、また
は原料前駆体と反応して、反応領域までより容易に輸送
でき、かつ/またはより容易に分解して所望のタンタル
薄膜またはタンタル主体薄膜をもたらす中間生成物を形
成するガス状物質である。例示的なキャリヤガスは上記
列挙のとおりである。熱CVDおよびプラズマ促進CV
Dの双方に関しキャリヤガスとして特に好適なのは水素
である。キャリヤガスの流量は、熱CVDおよびプラズ
マ促進CVDの双方に関し、約10cm3/分(標準状態
下)から約5リットル/分(標準状態下)の範囲にわた
ってもよく、好ましくは約10から約100cm3/分の範囲
にわたる。上記供給方式のすべてにおいて、原料前駆体
の蒸気の流量は約0.01から約2000cm3/分(標準状態
下)の範囲とすることができる。好ましくは、CVDチ
ャンバ内への原料前駆体蒸気の流量は約0.1ないし約100
cm3/分(標準状態下)である。
When a gas is used, any gaseous substance may be used if it is as follows. That is, a gaseous substance having substantially no reactivity with the raw material precursor, or reacting with the raw material precursor to be more easily transported to the reaction zone and / or decomposed more easily to obtain the desired tantalum A gaseous substance that forms an intermediate product that results in a thin film or a tantalum-based thin film. Exemplary carrier gases are as listed above. Thermal CVD and plasma enhanced CV
Particularly preferred as carrier gas for both D is hydrogen. The flow rate of the carrier gas may range from about 10 cm 3 / min (under standard conditions) to about 5 liters / min (under standard conditions) for both thermal CVD and plasma enhanced CVD, preferably from about 10 to about 100 cm 3 Over a range of 3 / min. In all of the above feeding schemes, the flow rate of the raw material precursor vapor can range from about 0.01 to about 2000 cm 3 / min (under standard conditions). Preferably, the flow rate of the raw material precursor vapor into the CVD chamber is from about 0.1 to about 100
cm 3 / min (under standard conditions).

【0029】純粋タンタル薄膜の熱CVDおよびプラズ
マ促進CVDの双方に関し、反応体ガスとして作用しう
るキャリヤガスは好ましくは水素である。窒化タンタル
薄膜およびその他のタンタル主体薄膜の熱CVDおよび
プラズマ促進CVDの双方に関し特に好適なキャリヤ/
反応体ガスは、単体の、または水素と混合されたアンモ
ニアまたはヒドラジンである。単体ガスまたはガス混合
体であるキャリヤおよび/または反応体ガスの流量は、
好ましくは約10cm3/分(標準状態下)から約10リッ
トル/分(標準状態下)であり、より好ましくは約100
cm3/分(標準状態下)から約5リットル/分(標準
状態下)である。対応する反応炉の圧力は、好ましくは
低圧CVDに関して10ミリトルから大気圧CVDに関し
て1000トルであり、より好ましくは約100ミリトルから1
5トルである。便宜上、ここで論じられるガスは「キャ
リヤ」ガスまたは「反応体」ガスとして言及されている
が、これらのガスの作用を誤って理解してはならない。
実際、キャリヤガスは反応チャンバ内への原料前駆体蒸
気の輸送を行なうほかに、蒸着プロセスの間にチャンバ
内で反応を起こすこともある。また、導入されたいわゆ
る「反応体」ガスは不活性成分を含んでいてもよく、そ
の場合、反応体ガスの一部分またはすべてが単に蒸着チ
ャンバ内の反応性雰囲気を薄めるように作用する。同様
に、キャリヤガスも不活性成分を含んでいてもよい。
For both thermal and plasma enhanced CVD of pure tantalum thin films, the carrier gas that can act as a reactant gas is preferably hydrogen. Particularly suitable carriers / both for both thermal CVD and plasma enhanced CVD of tantalum nitride thin films and other tantalum based thin films
The reactant gas is ammonia or hydrazine, alone or mixed with hydrogen. The flow rate of the carrier and / or reactant gas, which is a simple gas or a gas mixture, is
Preferably from about 10 cm 3 / min (under standard conditions) to about 10 liters / min (under standard conditions), more preferably about 100 liters / min (under standard conditions).
cm 3 / min (under standard conditions) to about 5 l / min (under standard conditions). The corresponding reactor pressure is preferably from 10 mTorr for low pressure CVD to 1000 Torr for atmospheric pressure CVD, more preferably from about 100 mTorr to 1 mTorr.
5 torr. For convenience, the gases discussed herein are referred to as "carrier" or "reactant" gases, but the action of these gases must not be misunderstood.
Indeed, in addition to transporting the raw precursor vapor into the reaction chamber, the carrier gas may also react within the chamber during the deposition process. Also, the so-called "reactant" gases introduced may contain inert components, in which case some or all of the reactant gases merely act to dilute the reactive atmosphere in the deposition chamber. Similarly, the carrier gas may also contain an inert component.

【0030】タンタル薄膜を形成するためのプラズマ促
進CVDのある好適な実施例では、水素がキャリヤガス
であり、反応体ガスは存在しない。なぜならば、水素プ
ラズマが触媒剤として作用し、基板上の前駆体を分解す
るからである。タンタル薄膜を形成するためのプラズマ
促進CVDの別の好適な実施例では、水素はキャリヤガ
スおよび反応体ガスとして同時に蒸着チャンバ内に導入
される。タンタル薄膜を形成するための別の好適な実施
例では、水素は、少なくとも1種のキャリヤガスとして
のネオン、アルゴン、クリプトンおよび/またはキセノ
ンなどの不活性ガスと同時に蒸着チャンバ内に導入され
る。好ましくは、水素は反応体として作用するように導
入され、アルゴンおよびキセノンの少なくとも一方はキ
ャリヤとしてだけ作用するように導入される。しかし、
不活性ガスを水素と混合して導入してもよく、また少な
くとも1種のキャリヤガスとして導入されるガス混合体
はキャリヤおよび反応体として作用することもできる。
In one preferred embodiment of plasma enhanced CVD for forming a tantalum thin film, hydrogen is the carrier gas and no reactant gas is present. This is because the hydrogen plasma acts as a catalyst and decomposes the precursor on the substrate. In another preferred embodiment of plasma enhanced CVD for forming a tantalum thin film, hydrogen is simultaneously introduced as a carrier gas and a reactant gas into the deposition chamber. In another preferred embodiment for forming a tantalum thin film, hydrogen is introduced into the deposition chamber simultaneously with an inert gas such as neon, argon, krypton and / or xenon as at least one carrier gas. Preferably, hydrogen is introduced to act as a reactant and at least one of argon and xenon is introduced to act only as a carrier. But,
An inert gas may be introduced in a mixture with hydrogen, and the gas mixture introduced as at least one carrier gas may also act as a carrier and a reactant.

【0031】本発明による熱CVDを用いて純粋タンタ
ル薄膜を作製することもできる。熱CVDにより純粋タ
ンタル薄膜を作製するため、例えば水素、アルゴンおよ
び/またはキセノンを少なくとも1種のキャリヤガスと
して導入し、蒸着チャンバ内で反応体として作用させる
ことができる。水素または前記不活性ガスのうち少なく
とも1つがキャリヤとして作用しうる。ある好適な実施
例では、少なくとも1種のキャリヤガスにおいてアルゴ
ンがキャリヤとして作用し、水素が反応体として作用す
る。本発明によるプラズマ促進CVDを用いて窒化タン
タル合金などのタンタル主体薄膜を作製することもでき
る。プラズマ促進CVDにより窒化タンタル薄膜をTa
Nの形態で作製するためのある好適な実施例では、窒素
含有反応体ガスをチャンバ内に導入する必要がある。本
発明による好適な窒素含有反応体ガスは、窒素、アンモ
ニアおよびヒドラジンである。窒素含有反応体ガスが窒
素である場合、窒素がキャリヤおよび窒素含有反応体ガ
スとして作用してもよく、水素または、アルゴンまたは
キセノンなどの不活性ガスが少なくとも1種のキャリヤ
として同時に導入され、キャリヤおよび/または反応体
として作用してもよい。好ましくは、水素、窒素および
不活性ガスのうち少なくとも1つが少なくとも1種のキ
ャリヤガスとして作用する。水素、窒素および/または
不活性ガスを、組み合わされた反応体ガスとして同時に
導入してもよい。すなわち、水素および/または不活性
ガスをアンモニアまたはヒドラジンガスと混合してもよ
い。窒化タンタル薄膜作製中に蒸着チャンバ内に存在す
るガスは、アンモニアおよびヒドラジンのうち少なくと
も1つと組み合わされた窒素だけであってもよく、その
場合、窒素が少なくとも1種のキャリヤガスとして作用
し、これら3種のガスのいずれかが窒素含有反応体ガス
となる。プラズマ促進CVDによりTaN薄膜を作製す
るためのある好適な実施例では、水素および窒素が原料
前駆体と同時に反応チャンバ内に導入される。
A pure tantalum thin film can be prepared by using the thermal CVD according to the present invention. To produce a pure tantalum thin film by thermal CVD, for example, hydrogen, argon and / or xenon can be introduced as at least one carrier gas and act as a reactant in a deposition chamber. Hydrogen or at least one of the inert gases can act as a carrier. In a preferred embodiment, in at least one carrier gas, argon acts as a carrier and hydrogen acts as a reactant. A tantalum-based thin film such as a tantalum nitride alloy can also be prepared using the plasma enhanced CVD according to the present invention. Tantalum nitride thin film is deposited by plasma enhanced CVD.
In one preferred embodiment for making in the N form, a nitrogen-containing reactant gas needs to be introduced into the chamber. Preferred nitrogen-containing reactant gases according to the present invention are nitrogen, ammonia and hydrazine. When the nitrogen-containing reactant gas is nitrogen, the nitrogen may act as the carrier and the nitrogen-containing reactant gas, and hydrogen or an inert gas such as argon or xenon is introduced simultaneously as at least one carrier, and And / or may act as a reactant. Preferably, at least one of hydrogen, nitrogen and an inert gas acts as at least one carrier gas. Hydrogen, nitrogen and / or an inert gas may be introduced simultaneously as a combined reactant gas. That is, hydrogen and / or an inert gas may be mixed with ammonia or hydrazine gas. The gas present in the deposition chamber during tantalum nitride thin film fabrication may be only nitrogen in combination with at least one of ammonia and hydrazine, where the nitrogen acts as at least one carrier gas, Any of the three gases is a nitrogen-containing reactant gas. In one preferred embodiment for producing TaN thin films by plasma enhanced CVD, hydrogen and nitrogen are introduced into the reaction chamber simultaneously with the source precursor.

【0032】本発明による熱CVDを用いてタンタル主
体の薄膜を作製することもできる。熱CVDにより窒化
タンタル薄膜などのタンタル主体の薄膜を作製するた
め、例えばアンモニア、窒素および/またはヒドラジン
を窒素含有反応体として蒸着チャンバ内に導入してもよ
く、キャリヤおよび/または反応体として作用するよう
に水素、窒素、またはアルゴンまたはキセノンなどの不
活性ガス、などの少なくとも1種のキャリヤガスを加え
てもよい。ある好適な実施例では、水素がキャリヤとし
て作用し、アンモニアが窒素含有反応体ガスとして作用
する。窒化タンタル薄膜のプラズマ促進CVD中の窒素
含有ガスがアンモニアまたはヒドラジンである場合、そ
のガスは反応体ガスとして蒸着チャンバ内に導入するこ
とが好ましく、水素および/または、アルゴンまたはキ
セノンなどの不活性ガスがキャリヤとして作用すること
が好ましい。水素および/または不活性ガスは、例えば
アンモニアおよび/またはヒドラジンガスとともに、混
合された反応体ガスとして同時に導入してもよい。
A thin film mainly composed of tantalum can be formed by using the thermal CVD according to the present invention. For producing a tantalum-based thin film such as a tantalum nitride thin film by thermal CVD, for example, ammonia, nitrogen and / or hydrazine may be introduced into the deposition chamber as a nitrogen-containing reactant, acting as a carrier and / or a reactant. As such, at least one carrier gas, such as hydrogen, nitrogen, or an inert gas such as argon or xenon, may be added. In a preferred embodiment, hydrogen acts as a carrier and ammonia acts as a nitrogen-containing reactant gas. If the nitrogen-containing gas during the plasma enhanced CVD of the tantalum nitride thin film is ammonia or hydrazine, that gas is preferably introduced into the deposition chamber as a reactant gas, such as hydrogen and / or an inert gas such as argon or xenon. Preferably acts as a carrier. Hydrogen and / or an inert gas may be introduced simultaneously as a mixed reactant gas, for example, with ammonia and / or hydrazine gas.

【0033】窒化タンタル薄膜作製のため熱CVDが用
いられるかプラズマ促進CVDが用いられるかに関わり
なく、また窒素含有反応体ガスと、キャリヤガスおよび
/または反応体ガスとして作用可能な少なくとも1種の
キャリヤガスとの正確な属性に関わりなく、化学当量の
TaNが望ましい場合、反応チャンバ内のタンタル1モ
ルにつき窒素原子の少なくとも1モルを反応チャンバ内
で維持することが重要である。蒸着チャンバ内に存在す
る窒素が化学当量より少ない場合、タンタル金属また
は、Ta2NまたはTaNa(a<1)などタンタル含有
率の高い薄膜が蒸着される。これにより混合相薄膜、す
なわち純粋タンタル相とタンタル含有率の高い窒化物相
とを有する薄膜が形成される。混合相薄膜はある用途に
とっては好ましいものであり、このようなタンタル主体
薄膜およびこれらの薄膜で被覆された基板を作製する方
法は本発明の範囲内にある。一方、純粋TaN薄膜、す
なわちTa対Nのモル比が1:1の薄膜を特定の用途の
ために蒸着する場合、適切な量の窒素原子を蒸着チャン
バに供給しなければならない。
[0033] Irrespective of whether thermal or plasma enhanced CVD is used to form the tantalum nitride thin film, the nitrogen containing reactant gas and at least one carrier gas and / or reactant gas which can act as a reactant gas. Regardless of the exact attributes of the carrier gas, it is important that at least one mole of nitrogen atoms be maintained in the reaction chamber per mole of tantalum in the reaction chamber if a stoichiometric equivalent of TaN is desired. If the nitrogen present in the deposition chamber is less than the chemical equivalent, a thin film with high tantalum content such as tantalum metal or Ta 2 N or TaNa (a <1) is deposited. This forms a mixed phase thin film, that is, a thin film having a pure tantalum phase and a nitride phase having a high tantalum content. Mixed phase thin films are preferred for certain applications, and methods of making such tantalum-based thin films and substrates coated with these thin films are within the scope of the present invention. On the other hand, when depositing a pure TaN thin film, ie, a thin film with a 1: 1 Ta to N molar ratio for a particular application, an appropriate amount of nitrogen atoms must be supplied to the deposition chamber.

【0034】また、窒化タンタル薄膜作製のため熱CV
Dが用いられるかプラズマ促進CVDが用いられるかに
関わりなく、また窒素含有反応体ガスと、キャリヤガス
および/または反応体ガスとの正確な属性に関わりな
く、窒素含有率の高いTa主体薄膜が望まれる場合、反
応チャンバ内のタンタル1モルにつき過量の窒素原子、
すなわち1モルを超える窒素原子を反応チャンバ内で維
持することが重要である。過量の窒素が蒸着チャンバ内
に存在する場合、TaNz(z>1)などの窒素含有率の
高い薄膜が蒸着される。これにより混合相薄膜、すなわ
ち純粋タンタル相とタンタル含有率の高い窒化物相と窒
素含有率の高い窒化物相とを有する薄膜が形成される。
好ましくは熱CVDかプラズマ促進CVDかのいずれか
を用いる本方法のある実施例では、上記キャリヤガスお
よび/または反応ガスのいずれかを用いて純粋タンタル
薄膜または窒化タンタル合金薄膜を形成する場合、ケイ
素含有化合物、好ましくは蒸気の状態にあるもの、が反
応チャンバに供給される。ケイ素を加えることにより、
ケイ化タンタル相、好ましくはTaSiy(yは0より
大きく3以下の任意の値)、または窒化ケイ化タンタル
相、好ましくはTaNxSiy(xは0より大きくおよそ
2以下の値、yは0より大きくおよそ3以下の値)が形
成される。このケイ素含有化合物は、好ましくは以下の
式(II)のハロゲン化物主体の化合物である: Si(I4-m-n-p)(Brm-p)(Cln-p)(Rp) (II) (mは0から4までの整数、nは0から4までの整数、
pは0から4までの整数、Rは上記式(I)と同様に定
義される。)
In addition, a thermal CV for forming a tantalum nitride thin film is used.
Regardless of whether D or plasma enhanced CVD is used, and regardless of the precise attributes of the nitrogen-containing reactant gas and the carrier gas and / or reactant gas, a Ta-based thin film with a high nitrogen content can be used. If desired, an excess of nitrogen atoms per mole of tantalum in the reaction chamber;
That is, it is important to maintain more than one mole of nitrogen atoms in the reaction chamber. If too much nitrogen is present in the deposition chamber, a thin film with a high nitrogen content, such as TaN z (z> 1), is deposited. This forms a mixed phase thin film, that is, a thin film having a pure tantalum phase, a nitride phase having a high tantalum content, and a nitride phase having a high nitrogen content.
In some embodiments of the present method, preferably using either thermal CVD or plasma enhanced CVD, the method of forming a pure tantalum thin film or a tantalum nitride alloy thin film using any of the above carrier gases and / or reactive gases may include silicon. The containing compound, preferably in the vapor state, is supplied to the reaction chamber. By adding silicon,
A tantalum silicide phase, preferably TaSi y (y is any value greater than 0 and less than 3), or a tantalum nitride silicide phase, preferably TaN x Si y (x is a value greater than 0 and less than about 2; y is (A value greater than 0 and about 3 or less) is formed. This silicon-containing compound is preferably a halide-based compound of the formula (II): Si (I 4-mnp ) (Br mp ) (Cl np ) (R p ) (II) (m from 0 An integer up to 4, n is an integer from 0 to 4,
p is an integer from 0 to 4, and R is defined as in the above formula (I). )

【0035】プラズマ促進CVDに用いられるプラズマ
は、上記プラズマ源のいずれにより発生させてもよい。
このプラズマの周波数は0Hzから約108kHz以上の
範囲とすることができ、好ましくは約1MHzから約10
6kHzの範囲にわたる。プラズマ出力密度は好ましく
は約0.01から10W/cm2、より好ましくは0.01から0.5
W/cm2の範囲にわたる。上記のような電気的バイア
スを基板に印加することもできる。対応する出力密度は
好ましくは約0.001W/cm2から103W/cm2、より好
ましくは0.001W/cm2から10W/cm2の範囲にわた
る。
The plasma used for plasma enhanced CVD may be generated by any of the above plasma sources.
The frequency of the plasma can range from 0 Hz to about 10 8 kHz or more, preferably from about 1 MHz to about 10 8 kHz.
Over the range of 6 kHz. The plasma power density is preferably about 0.01 to 10 W / cm 2 , more preferably 0.01 to 0.5
W / cm 2 range. An electric bias as described above can be applied to the substrate. Corresponding power density preferably about 0.001 W / cm 2 from 10 3 W / cm 2, more preferably ranges from 0.001 W / cm 2 of 10 W / cm 2.

【0036】本発明により蒸着されるタンタル薄膜また
は窒化タンタル合金薄膜にケイ素を加える別の方法は、
ケイ素主体またはポリシリコン主体の基板を用いるもの
である。タンタル薄膜または窒化タンタル薄膜が形成さ
れた後、反応炉内の基板の温度は、代表的にはケイ素を
薄膜内のタンタル相または窒化タンタル相と反応させる
ために十分高い温度、好ましくは約700℃ないし約950℃
に引き上げられる。その結果、基板からのケイ素は基板
上に形成された薄膜内のタンタルと反応してケイ化タン
タル相または窒化ケイ化タンタル相を形成する。薄膜に
加えられるケイ化物相の種類と量は、使用される反応体
ガスおよび/またはキャリヤガスの種類と、上記のよう
な処理温度とに依存している。これらの場合において
は、一般式(II)のハロゲン化物主体の化合物などの、
蒸気の状態にあるケイ素含有化合物を用いることなく、
ケイ化物相を供給することができる。本発明により形成
されるタンタル薄膜およびタンタル主体薄膜は、カラム
状または非カラム状の構造をもつように作製すると有利
である。本発明のタンタル薄膜およびタンタル主体薄膜
は、ULSI回路として作製された場合、すぐれたオー
ム接触特性を備えている。また、これらのタンタル薄膜
およびタンタル主体薄膜は、ULSI回路として作製さ
れた場合、すぐれた付着特性を備えており、金属拡散に
対する良好な障壁として作用する。
Another method of adding silicon to a tantalum or tantalum nitride alloy thin film deposited according to the present invention is as follows:
A silicon-based or polysilicon-based substrate is used. After the tantalum or tantalum nitride thin film is formed, the temperature of the substrate in the reactor is typically high enough to allow silicon to react with the tantalum or tantalum nitride phase in the thin film, preferably about 700 ° C. Or about 950 ° C
To be raised. As a result, silicon from the substrate reacts with tantalum in the thin film formed on the substrate to form a tantalum silicide phase or a tantalum silicide nitride phase. The type and amount of silicide phase added to the film depends on the type of reactant gas and / or carrier gas used and the processing temperature as described above. In these cases, such as a halide-based compound of general formula (II),
Without using a silicon-containing compound in a vapor state,
A silicide phase can be provided. Advantageously, the tantalum thin film and the tantalum-based thin film formed according to the present invention have a columnar or non-columnar structure. The tantalum thin film and the tantalum-based thin film of the present invention have excellent ohmic contact characteristics when manufactured as a ULSI circuit. In addition, these tantalum thin films and tantalum-based thin films have excellent adhesion properties when fabricated as ULSI circuits and act as good barriers to metal diffusion.

【0037】一般に本発明によるタンタル主体薄膜で
は、熱CVDにより作製されたものであれプラズマ促進
CVDにより作製されたものであれ、窒素のタンタルに
対する比がおよそ0ないし2であり、ケイ素のタンタル
に対する比がおよそ0ないし3である。本発明により、
純粋タンタル薄膜およびタンタル主体薄膜の独立した作
製が可能となる一方、本発明の方法はin situの逐次的
なCVD法をもたらすものでもある。この方式では、キ
ャリヤガスとしても作用可能な反応体ガスを切り替える
ことにより、単一のタンタル前駆体の蒸着モードが、純
粋タンタル薄膜形成モードと窒化タンタル薄膜形成モー
ドとの間で円滑かつ可逆的に切り換えられる。このよう
にして、本発明の方法のある好適な実施例では、蒸着反
応炉に、水素と、プラズマ出力密度が約0.01W/cm2
から約0.5W/cm2のプラズマとの存在において、式
(I)の化合物からの蒸気を充填することができる。上
記のように、これらの反応条件の結果、基板上に純粋タ
ンタル薄膜が形成される。次にプラズマをオフにし、反
応体ガスを水素からアンモニアなどの窒素含有反応体ガ
スに切り替えることができる。これらの変更された反応
条件により、それまでに蒸着された純粋タンタル薄膜の
上にTaNx(xは上記定義の通り)の薄膜が蒸着さ
れ、それにより基板上に二層薄膜が形成される。
In general, the tantalum-based thin film according to the present invention has a ratio of nitrogen to tantalum of about 0 to 2 and a ratio of silicon to tantalum, whether formed by thermal CVD or plasma enhanced CVD. Is approximately 0 to 3. According to the present invention,
While allowing independent fabrication of pure tantalum and tantalum-based thin films, the method of the present invention also provides for an in situ sequential CVD process. In this method, a single tantalum precursor deposition mode is smoothly and reversibly switched between a pure tantalum thin film formation mode and a tantalum nitride thin film formation mode by switching a reactant gas that can also act as a carrier gas. Can be switched. Thus, in one preferred embodiment of the method of the present invention, the deposition reactor is provided with hydrogen and a plasma power density of about 0.01 W / cm 2.
The vapor from the compound of formula (I) can be charged in the presence of a plasma of from about 0.5 W / cm 2 to about 0.5 W / cm 2 . As described above, these reaction conditions result in the formation of a pure tantalum thin film on the substrate. The plasma can then be turned off and the reactant gas switched from hydrogen to a nitrogen-containing reactant gas such as ammonia. These altered reaction conditions result in the deposition of a thin film of TaN x (x is as defined above) on the previously deposited pure tantalum thin film, thereby forming a bilayer thin film on the substrate.

【0038】本発明の方法の別の好適な実施例では、蒸
着反応炉に、水素と、プラズマ出力密度が約0.01W/c
2から約0.5W/cm2のプラズマとの存在において、
式(I)の化合物からの蒸気が充填され、基板上に純粋
タンタル薄膜が形成される。次にプラズマをオフにし、
アンモニアなどの窒素含有反応体ガスを式(I)による
別の原料前駆体の蒸気とともに導入することができる。
これらの変更された反応条件により、最初に蒸着された
純粋タンタル薄膜の上にTaNxの薄膜が蒸着され、本
発明の二層薄膜が形成される。in situにおいては、逐
次CVD法を、蒸気の状態にある1種類の原料前駆体お
よび1種類のケイ素含有化合物とともに用いて、キャリ
ヤガスとしても作用可能な反応体ガスを切り替えること
により、純粋タンタル薄膜と、TaSixと、TaNx
yとを円滑かつ可逆的に切り換えることができる。こ
のようにして、本発明の方法のある好適な実施例では、
蒸着反応炉に、水素と、プラズマ出力密度が約0.01W/
cm2から約0.5W/cm2のプラズマとの存在におい
て、式(I)による原料前駆体からの蒸気が充填され、
基板上に純粋タンタル薄膜が形成される。次にプラズマ
がオフにされ、反応体ガスが水素から、キャリヤガスと
しても作用可能なアンモニアなどの窒素含有反応体ガス
に切り替えられる。窒素含有反応体ガスとともに、式
(II)のケイ素含有化合物の蒸気も蒸着反応炉内に導入
される。これらの変更された反応条件により、最初に蒸
着された純粋タンタル薄膜の上にTaNxSiy(xおよ
びyは独立して0より大きくおよそ2以下の値)の薄膜
が蒸着され、基板上に二層薄膜が形成される。
In another preferred embodiment of the method of the present invention, the deposition reactor is provided with hydrogen and a plasma power density of about 0.01 W / c.
m 2 to about 0.5 W / cm 2 with a plasma,
Vapor from the compound of formula (I) is charged to form a pure tantalum thin film on the substrate. Then turn off the plasma,
A nitrogen-containing reactant gas such as ammonia can be introduced with the vapor of another raw material precursor according to formula (I).
Due to these modified reaction conditions, a thin film of TaN x is deposited on the pure tantalum thin film that was first deposited, thereby forming the bilayer thin film of the present invention. In situ, a pure tantalum thin film is formed by using a sequential CVD method together with one kind of raw material precursor and one kind of silicon-containing compound in a vapor state and switching a reactant gas which can also act as a carrier gas. When, and TaSi x, TaN x S
i y can be switched smoothly and reversibly. Thus, in one preferred embodiment of the method of the invention,
Hydrogen and plasma power density of about 0.01 W /
in the presence of a plasma of from about 2 cm 2 to about 0.5 W / cm 2 , filled with vapors from the raw material precursor according to formula (I);
A pure tantalum thin film is formed on the substrate. The plasma is then turned off and the reactant gas is switched from hydrogen to a nitrogen-containing reactant gas such as ammonia, which can also act as a carrier gas. Along with the nitrogen-containing reactant gas, a vapor of the silicon-containing compound of formula (II) is also introduced into the deposition reactor. With these modified reaction conditions, a thin film of TaN x Si y (x and y are independently greater than 0 and about 2 or less) is deposited on the initially deposited pure tantalum thin film, and A two-layer thin film is formed.

【0039】本発明の方法の別の好適な実施例では、蒸
着反応炉に、水素と、プラズマ出力密度が約0.01W/c
2から約0.5W/cm2のプラズマとの存在において、
式(I)による原料前駆体の蒸気が充填され、基板上に
純粋タンタル薄膜が形成される。次にプラズマがオフに
され、反応体ガスが水素からアンモニアなどの窒素含有
反応体ガスに切り替えられる。前記第1の原料前駆体の
代わりに、式(I)による別の原料前駆体の蒸気を、式
(II)によるケイ素含有化合物の蒸気とともに蒸着反応
炉内に導入することができる。これらの変更された反応
条件により、最初の純粋タンタル薄膜の上にTaNx
y(xおよびyは上記定義の通り)の薄膜が蒸着さ
れ、二層薄膜が形成される。本開示に基づき、上記いず
れの実施例でも手順に関する逆転またはその他の変更が
可能であることが了解されるべきである。例えば窒化タ
ンタル、ケイ化タンタル、または窒化ケイ化タンタルの
いずれかの薄膜を最初に基板上に蒸着し、その後、タン
タル薄膜またはその他のタンタル主体薄膜を蒸着するこ
とも可能である。好ましくは、最初に純粋タンタル薄膜
が基板と接するように蒸着され、その基板は好ましくは
シリコン基板またはケイ素含有基板である。本開示に基
づき、反応領域から基板を取り出す必要なしに、組成が
異なる2つより多数の層を基板上に蒸着できることが了
解されるべきである。本開示に基づき、本発明の方法に
より、タンタル薄膜またはタンタル主体薄膜を作製する
ための任意の適切なCVD技法を単独で、または組み合
わせて利用できることが了解されるべきである。例え
ば、水素キャリヤガスを用いた熱CVDを行なって純粋
タンタル薄膜を蒸着し、その後、少なくとも1種のキャ
リヤガスおよび/または窒素含有反応体ガスとして水素
および窒素を用いたプラズマ促進CVDにより、窒化タ
ンタル薄膜を蒸着して基板上に二層薄膜を作製してもよ
い。
In another preferred embodiment of the method of the present invention, the deposition reactor is charged with hydrogen and a plasma power density of about 0.01 W / c.
m 2 to about 0.5 W / cm 2 with a plasma,
The vapor of the raw material precursor according to the formula (I) is filled to form a pure tantalum thin film on the substrate. The plasma is then turned off and the reactant gas is switched from hydrogen to a nitrogen-containing reactant gas such as ammonia. Instead of the first raw material precursor, the vapor of another raw material precursor according to formula (I) can be introduced into the deposition reactor together with the vapor of the silicon-containing compound according to formula (II). With these modified reaction conditions, TaN x S
A thin film of i y (x and y are as defined above) is deposited to form a two-layer thin film. Based on the present disclosure, it should be understood that in any of the above embodiments, a reversal or other modification of the procedure is possible. For example, it is also possible to first deposit a thin film of either tantalum nitride, tantalum silicide, or tantalum silicide nitride on the substrate, and then deposit a tantalum thin film or other tantalum-based thin film. Preferably, a pure tantalum thin film is first deposited in contact with a substrate, which is preferably a silicon substrate or a silicon-containing substrate. In accordance with the present disclosure, it should be appreciated that more than two layers of different compositions can be deposited on a substrate without having to remove the substrate from the reaction zone. Based on this disclosure, it should be appreciated that the method of the present invention can utilize any suitable CVD technique, alone or in combination, for making tantalum or tantalum-based thin films. For example, a pure tantalum thin film is deposited by thermal CVD using a hydrogen carrier gas, and then tantalum nitride is deposited by plasma enhanced CVD using hydrogen and nitrogen as at least one carrier gas and / or a nitrogen-containing reactant gas. A two-layer thin film may be formed on a substrate by depositing a thin film.

【0040】上記のようにタンタルおよびタンタル主体
の二層および多層薄膜をin situで蒸着することは、U
LSIデバイスの作製にとって非常に好都合である。本
発明の方法により、部分的に被覆された基板を反応チャ
ンバ間で移送して空気に対する露出の危険を冒す必要な
しに、二層薄膜または多層薄膜を形成することが可能に
なる。二層薄膜または多層薄膜が単一の反応チャンバ内
で作製可能であることにより、薄膜が汚染される危険が
最小限のものとなる。この汚染は、部分的に被覆された
基板を反応チャンバ間で移送する間に起こりうるもので
ある。汚染はタンタル薄膜およびタンタル主体薄膜にと
って特に問題となる。その理由は、タンタルは一般に酸
素との反応性を有しており、そのような汚染は微量であ
ってもULSIデバイスにおけるタンタル被膜またはタ
ンタル主体の被膜の有用性を損なう可能性があるからで
ある。
As described above, in-situ deposition of tantalum and tantalum-based two-layer and multilayer thin films requires
This is very convenient for fabricating LSI devices. The method of the present invention allows the formation of a bi-layer or multi-layer film without the need to transfer the partially coated substrate between reaction chambers to risk exposure to air. The ability to make bi- or multi-layer films in a single reaction chamber minimizes the risk of contamination of the films. This contamination can occur during transfer of the partially coated substrate between reaction chambers. Contamination is particularly problematic for tantalum and tantalum-based thin films. The reason for this is that tantalum is generally reactive with oxygen, and even small amounts of such contamination can impair the usefulness of tantalum or tantalum-based coatings in ULSI devices. .

【0041】本発明の方法では、熱CVDまたはプラズ
マ促進CVDにより高品質のタンタル薄膜およびタンタ
ル主体薄膜に転換可能な原料前駆体として、選択された
過ハロゲン化タンタル化合物が用いられる。同様に、本
発明は、同じ過ハロゲン化タンタル化合物の原料前駆体
を窒素含有反応体ガスと反応させることにより電子工業
級の窒化タンタル薄膜を供給する。また、同じ前駆体を
少なくとも1種のキャリヤガスおよび/または反応体ガ
ス、ケイ素含有化合物の蒸気、および/または、前記少
なくとも1種のキャリヤガスおよび/または反応ガスと
同じかまたは異なる窒素含有反応体ガスと反応させるこ
とにより、電子工業級のケイ化タンタルおよび/または
ケイ化窒化タンタルを供給する。本発明の方法に関する
例示的な化学反応式は以下のように要約される。ここで
TaBr5およびSiI4は、例示的なタンタル原料前駆
体およびケイ素含有化合物として含まれている。 プラズマ促進CVDまたは熱CVD: TaBr5 + H2 → Ta + HBr (III) (主要副産物) プラズマ促進CVD: TaBr5 + H2 + N2 → TaNx + HBr (IV) (主要副産物) 熱CVD: TaBr5 + NH3 + H2 → TaNx + HBr + NH4Br (V) (主要副産物) プラズマ促進CVDまたは熱CVD: TaBr5 + SiI4 + H2 → TaSix + HBr + HI (VI) (主要副産物) プラズマ促進CVD: TaBr5 + SiI4 + H2 + N2 → TaNxSiy + HBr + HI (VII) (主要副産物) 熱CVD: TaBr5 + SiI4 + H2 → TaSix + HBr + HI (VIII) (主要副産物) 熱CVD: TaBr5 + SiI4 + NH3 + H2 → TaNx + HBr + NH4Br (IX) (主要副産物)
In the method of the present invention, a selected tantalum perhalide compound is used as a raw material precursor that can be converted into a high-quality tantalum thin film and a tantalum-based thin film by thermal CVD or plasma enhanced CVD. Similarly, the present invention provides electronics grade tantalum nitride thin films by reacting the same precursor precursor of a tantalum perhalide compound with a nitrogen-containing reactant gas. Also, the same precursor may be obtained by mixing at least one carrier gas and / or reactant gas, a vapor of a silicon-containing compound, and / or a nitrogen-containing reactant that is the same as or different from the at least one carrier gas and / or reactant gas. By reacting with the gas, electronics grade tantalum silicide and / or tantalum silicide nitride is provided. Exemplary chemical equations for the method of the present invention are summarized as follows. Here, TaBr 5 and SiI 4 are included as exemplary tantalum raw material precursors and silicon-containing compounds. Plasma enhanced CVD or thermal CVD: TaBr 5 + H 2 → Ta + HBr (III) (major by-product) Plasma enhanced CVD: TaBr 5 + H 2 + N 2 → TaN x + HBr (IV) (major by-product) Thermal CVD: TaBr 5 + NH 3 + H 2 → TaN x + HBr + NH 4 Br (V) ( major byproduct) plasma enhanced CVD or thermal CVD: TaBr 5 + SiI 4 + H 2 → TaSi x + HBr + HI (VI) ( (Major by-product) Plasma enhanced CVD: TaBr 5 + SiI 4 + H 2 + N 2 → TaN x Si y + HBr + HI (VII) (Major by-product) Thermal CVD: TaBr 5 + SiI 4 + H 2 → TaSi x + HBr + HI (VIII) (major by-product) Thermal CVD: TaBr 5 + SiI 4 + NH 3 + H 2 → TaN x + HBr + NH 4 Br (IX) (major by-product)

【0042】[0042]

【実施例】本発明を、本発明の方法により蒸着された純
粋タンタル薄膜およびその他のタンタル主体薄膜の様態
と組成、およびそれらの構造的ならびに電気的特性とと
もに、以下に示す非限定的な例により説明する。
The invention, together with the modes and compositions of pure tantalum and other tantalum-based thin films deposited by the method of the invention, and their structural and electrical properties, are described by way of the following non-limiting examples. explain.

【0043】実施例1 標準的なCVD蒸着反応チャンバ内においてプラズマ促
進CVD法により、純粋タンタル薄膜を作製した。原料
前駆体は、昇華温度が140℃から200℃の範囲にある五臭
化タンタルであった。蒸着反応炉内の使用反応圧力100
ミリトルから10トルのもとで薄膜を作製した。キャリヤ
ガスは水素であり、その流量は10cm3/分(標準状態
下)から100cm3/分(標準状態下)の範囲であった。
反応体ガスとして選択されたのも水素であり、その流量
は100cm3/分(標準状態下)から1000cm3/分(標
準状態下)の範囲であった。基板の温度は300℃から500
℃の範囲であった。RFプラズマを使用し、その出力密
度は0.1W/cm2から0.25W/cm2の範囲であった。
シリコンおよび二酸化ケイ素のウエハ基板上にそれらの
薄膜を蒸着した。
Example 1 Pure tantalum thin films were prepared by plasma enhanced CVD in a standard CVD deposition reaction chamber. The raw material precursor was tantalum pentabromide having a sublimation temperature in the range of 140 ° C to 200 ° C. Operating reaction pressure in deposition reactor 100
Thin films were prepared under millitorr to 10 torr. The carrier gas was hydrogen, with flow rates ranging from 10 cm 3 / min (under standard conditions) to 100 cm 3 / min (under standard conditions).
Hydrogen was also selected as the reactant gas, and flow rates ranged from 100 cm 3 / min (under standard conditions) to 1000 cm 3 / min (under standard conditions). Substrate temperature from 300 ° C to 500
° C range. RF plasma was used and its power density ranged from 0.1 W / cm 2 to 0.25 W / cm 2 .
The thin films were deposited on silicon and silicon dioxide wafer substrates.

【0044】作製されたタンタル薄膜は金属状で、連続
しており、鏡状であった。図1は、450℃、水素の流量8
00cm3/分(標準状態下)、昇華温度160℃、水素の出
力密度0.35W/cm2、反応チャンバ内の使用圧力700ミ
リトルで成長したタンタル薄膜のX線回折解析を示して
いる。形成された薄膜の、シリコンウエハ基板上におい
て薄膜平面に垂直な方向に計測した膜厚は350オングス
トロームであった。図1のX線回折解析は、多結晶タン
タル相に対応した複数の回折ピークを示している。同じ
サンプルに対し、フィジカル・エレクトロニクス・モデ
ル(Physical Electronics Model)10-360球面コンデン
サ分析器を用いてX線光電子分光法を実施した。83.8e
Vの金のf7/2線を基準線とし、それに応じて分析器を
較正した。5eVのパスエネルギーを用いて分解能0.8
eVで全スペクトルを得た。15keVで300Wの一次X
線ビーム(MgKa、1274eV)を使用した。分析チャ
ンバの圧力は10ー10トルのレンジにあり、分析結果は高
純度のスパッタされたタンタルのサンプルを用いて標準
化した。データ収集前にスパッタリングを行なって、す
べてのサンプルを清掃した。CVD薄膜と類似の組成、
化学的環境および結合の標準を選択することにより、高
精度のX線光電子分光分析を行なうことができた。分析
結果は、清掃工程中に化学変化および構造変化が起きた
としても標準とCVDで作製された薄膜とでそれらの変
化が基本的に同じであるという期待にもとづいている。
図2にはX線光電子スペクトルが示されており、純粋タ
ンタル相の汚染レベルがX線光電子分光法の1at%の
検出限界未満であることが示されている。
The resulting tantalum thin film was metallic, continuous, and mirror-like. Figure 1 shows 450 ° C, hydrogen flow 8
The X-ray diffraction analysis of a tantalum thin film grown at 00 cm 3 / min (under standard conditions), a sublimation temperature of 160 ° C., a power density of hydrogen of 0.35 W / cm 2 , and a working pressure of 700 mTorr in a reaction chamber is shown. The thickness of the formed thin film measured in a direction perpendicular to the plane of the thin film on the silicon wafer substrate was 350 Å. The X-ray diffraction analysis in FIG. 1 shows a plurality of diffraction peaks corresponding to the polycrystalline tantalum phase. X-ray photoelectron spectroscopy was performed on the same sample using a Physical Electronics Model 10-360 spherical condenser analyzer. 83.8e
The analyzer was calibrated accordingly with the V7 gold f7 / 2 line as the reference line. Resolution 0.8 using 5eV pass energy
All spectra were obtained at eV. Primary X of 300W at 15keV
A line beam (MgKa, 1274 eV) was used. The pressure of the analysis chamber is in the range of 10 -10 torr, analysis results were standardized using a sample of high purity sputtered tantalum. Sputtering was performed prior to data collection to clean all samples. Composition similar to CVD thin film,
By choosing the chemical environment and binding standards, high precision X-ray photoelectron spectroscopy could be performed. The results of the analysis are based on the expectation that, even if chemical and structural changes occur during the cleaning process, the changes are basically the same between the standard and the thin film produced by CVD.
FIG. 2 shows the X-ray photoelectron spectrum, which shows that the contamination level of the pure tantalum phase is below the detection limit of 1 at% of X-ray photoelectron spectroscopy.

【0045】さらに、同じ薄膜の化学的組成を、フィジ
カル・エレクトロニクス・モデル15-110B円筒鏡分析器
を用いたオージェ電子分光法により調べた。83.8eVの
金のf7/2線を基準線とし、それに応じて分析器を較正
した。23.5eVのパスエネルギーを用いて全スペクトル
を得た。1mAで5keVの一次電子エネルギーを使用
した。分析チャンバの圧力は10ー10トルのレンジにあ
り、分析結果は高純度のスパッタされたタンタルのサン
プルを用いて標準化した。データ収集前にスパッタリン
グを行なって、すべてのサンプルを清掃した。CVD薄
膜と類似の組成、化学的環境および結合の標準を選択す
ることにより、高精度のオージェ電子分光分析を行なう
ことができた。X線光電子分光法の場合と同様、分析結
果は、清掃工程中に化学変化および構造変化が起きたと
しても標準とプラズマ促進CVDで作製された薄膜とで
それらの変化が基本的に同じであるという期待にもとづ
いている。図3に示すオージェ電子スペクトルでは、汚
染レベルはオージェ電子分光法の1at%の検出限界未
満であり、タンタル相の純度に関するX線光電子分光法
の結果を裏付けている。四針法による抵抗率測定では、
薄膜の抵抗率は117μΩ・cmであった。
Further, the chemical composition of the same thin film was examined by Auger electron spectroscopy using a Physical Electronics Model 15-110B cylindrical mirror analyzer. The analyzer was calibrated accordingly with the 83.8 eV gold f 7/2 line as the reference line. A full spectrum was obtained using a pass energy of 23.5 eV. A primary electron energy of 5 keV at 1 mA was used. The pressure of the analysis chamber is in the range of 10 -10 torr, analysis results were standardized using a sample of high purity sputtered tantalum. Sputtering was performed prior to data collection to clean all samples. By choosing similar compositions, chemical environments and bonding standards as the CVD thin films, high precision Auger electron spectroscopy could be performed. As in the case of X-ray photoelectron spectroscopy, the analysis results show that, even if chemical and structural changes occur during the cleaning process, the changes are basically the same between the standard and the thin film made by plasma enhanced CVD. It is based on expectations. In the Auger electron spectrum shown in FIG. 3, the contamination level is below the detection limit of 1 at% of Auger electron spectroscopy, confirming the results of X-ray photoelectron spectroscopy on the purity of the tantalum phase. In the resistivity measurement by the four needle method,
The resistivity of the thin film was 117 μΩ · cm.

【0046】2MeVのHe+ビームを用いてラザフォ
ード後方散乱スペクトルを取り、高純度の金と炭素薄膜
とシリコンのバルクサンプルとにより較正を行なった。
ラザフォード後方散乱スペクトルは図4に示されてい
る。これらの測定結果は、特にタンタル薄膜に重元素、
すなわち原子番号が13よりも大きい元素の汚染が存在し
ないという点で、タンタル相の純度に関するオージェ電
子分光法およびX線光電子分光法の結果を裏付けてい
る。具体的には、これらのラザフォード後方散乱スペク
トルにより、薄膜内の臭素が3at%未満であることが
示された。次にシリコン基板に関するタンタル薄膜の性
状を調べた。タンタル薄膜はシリコンまたは二酸化ケイ
素に良好に付着していることが観察された。また薄膜の
ステップカバレージに対する断面走査電子顕微鏡分析を
行なった。「コンフォーマルなカバレージ」とは、複雑
な形状をもった基板を均一に覆う薄膜または被膜を指す
ものである。被膜の均一性の程度は、例えば基板内のホ
ールの壁部および底部に沿って被膜の厚さを調べ、その
被膜の厚さのばらつきを決定することにより測定可能で
ある。この測定により、ステップカバレージの値がもた
らされる。この値は、ホールの底部における厚さの、基
板におけるホール外側のフィールドでの厚さに対する比
である。断面走査電子顕微鏡法は、ツァイス(Zeiss)
DSM940顕微鏡を使用し、20KeVの一次電子ビーム
および4μAのビーム電流を用いて実施した。図5に
は、350オングストローム厚のタンタル薄膜の断面走査
電子顕微鏡写真が示されている。この写真には、アスペ
クト比(ビアの高さをその直径で除したものとして定義
される)が4の0.25μmビアでのコンフォーマルなステ
ップカバレージが示されている。図5の顕微鏡写真は、
トレンチの公称の直径が0.25μmでそのアスペクト比が
4:1の基板にプラズマ促進CVDを用いて蒸着したタ
ンタル薄膜のステップカバレージが80%を超えたことを
示している。また図5は、蒸着時間を延長して厚い窒化
タンタル薄膜を形成した後でも、本発明の方法で用いら
れるプラズマ促進CVDにより、ステップカバレージの
高いコンフォーマルな被膜がもたらされることを示して
いる。この薄膜は、水素および五臭化タンタルを用いて
作製した。
Rutherford backscattering spectra were obtained using a 2 MeV He + beam and calibrated with a high purity gold, carbon thin film and silicon bulk sample.
The Rutherford backscattering spectrum is shown in FIG. These measurement results show that heavy elements, especially tantalum thin films,
That is, the fact that there is no contamination of an element having an atomic number greater than 13 supports the results of Auger electron spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy regarding the purity of the tantalum phase. Specifically, these Rutherford backscattering spectra indicated that the bromine in the thin film was less than 3 at%. Next, the properties of the tantalum thin film on the silicon substrate were examined. The tantalum thin film was observed to adhere well to silicon or silicon dioxide. Cross-sectional scanning electron microscope analysis was performed on the step coverage of the thin film. "Conformal coverage" refers to a thin film or coating that uniformly covers a substrate having a complex shape. The degree of uniformity of the coating can be measured, for example, by examining the thickness of the coating along the walls and bottom of the hole in the substrate and determining the variation in the thickness of the coating. This measurement yields a value for step coverage. This value is the ratio of the thickness at the bottom of the hole to the thickness in the field outside the hole in the substrate. Cross section scanning electron microscopy, Zeiss
This was performed using a DSM940 microscope with a primary electron beam of 20 KeV and a beam current of 4 μA. FIG. 5 shows a cross-sectional scanning electron micrograph of a 350 Å thick tantalum thin film. This photograph shows conformal step coverage for a 0.25 μm via with an aspect ratio (defined as via height divided by its diameter) of 4. The micrograph of FIG.
This shows that the step coverage of the tantalum thin film deposited using plasma enhanced CVD on a substrate with a nominal trench diameter of 0.25 μm and an aspect ratio of 4: 1 exceeded 80%. FIG. 5 also shows that the plasma enhanced CVD used in the method of the present invention provides a conformal coating with high step coverage, even after the deposition time is extended to form a thick tantalum nitride thin film. This thin film was formed using hydrogen and tantalum pentabromide.

【0047】実施例2 標準的なCVD蒸着反応チャンバ内において熱CVD法
により、純粋TaNx薄膜を作製した。原料前駆体は、
昇華温度が140℃から200℃の範囲にある五臭化タンタル
であった。蒸着反応炉内の使用圧力を100ミリトルから1
0トルとし、キャリヤガスとして水素を用いて薄膜を作
製した。水素の流量は10cm3/分(標準状態下)から1
00cm3/分(標準状態下)であった。窒素含有反応体
ガスはアンモニアであり、その流量は100cm3/分(標
準状態下)から1000cm3/分(標準状態下)の範囲で
あった。基板温度および反応炉温度は250℃から500℃の
範囲であった。シリコンおよび二酸化ケイ素のウエハ基
板上にそれらの薄膜を蒸着した。作製された窒化タンタ
ル薄膜は金属状で、連続しており、鏡状であった。425
℃、アンモニアの流量600cm3/分(標準状態下)で成
長した昇華温度170℃のTaN1.2薄膜に対しX線回折解
析を行なった。反応炉の使用圧力は950ミリトルであっ
た。図6は、膜厚1900オングストロームでシリコン基板
上に蒸着された薄膜に関するX線回折パターンを示して
いる。このX線回折パターンは、ほぼ非晶質のTaN
1.2相に対応した回折ピークを示した。フィジカル・エ
レクトロニクス・モデル10-360球面コンデンサ分析器を
用いてX線光電子分光法を実施した。83.8eVの金のf
7/2線を基準線とし、それに応じて分析器を較正した。
5eVのパスエネルギーを用いて分解能0.8eVで全ス
ペクトルを得た。15keVで300Wの一次X線ビーム
(MgKa、1274eV)を使用した。分析チャンバの圧
力は10ー10トルのレンジにあり、分析結果は高純度のス
パッタされたTaNサンプルを用いて標準化した。デー
タ収集前にスパッタリングを行なって、すべてのサンプ
ルを清掃した。CVD薄膜と類似の組成、化学的環境お
よび結合の標準を選択することにより、高精度のX線光
電子分光分析を行なうことができた。分析結果は、清掃
工程中に化学変化および構造変化が起きたとしても標準
とCVDで作製された薄膜とでそれらの変化が基本的に
同じであるという期待にもとづいている。図7aには同
じサンプルのX線光電子スペクトルが示されており、純
粋TaN1.2相の汚染レベルがX線光電子分光法の1a
t%の検出限界未満であることが示されている。図7b
に示すように、TaNにおけるNピークのX線光電子高
分解能スペクトルは、窒化物相に対応する398.2eVの
結合エネルギーを示した。
Example 2 A pure TaN x thin film was prepared by a thermal CVD method in a standard CVD deposition reaction chamber. The raw material precursor is
It was tantalum pentabromide having a sublimation temperature in the range of 140 ° C to 200 ° C. Operating pressure in the deposition reactor is reduced from 100 mTorr to 1
At 0 Torr, a thin film was prepared using hydrogen as a carrier gas. Hydrogen flow rate from 10 cm 3 / min (under standard conditions) to 1
00 cm 3 / min (under standard conditions). The nitrogen-containing reactant gas was ammonia, with flow rates ranging from 100 cm 3 / min (under standard conditions) to 1000 cm 3 / min (under standard conditions). Substrate temperatures and reactor temperatures ranged from 250 ° C to 500 ° C. The thin films were deposited on silicon and silicon dioxide wafer substrates. The produced tantalum nitride thin film was metallic, continuous, and mirror-like. 425
An X-ray diffraction analysis was performed on a TaN 1.2 thin film having a sublimation temperature of 170 ° C. grown at a temperature of 600 ° C. and a flow rate of ammonia of 600 cm 3 / min (under standard conditions). The working pressure of the reactor was 950 mTorr. FIG. 6 shows an X-ray diffraction pattern for a thin film deposited on a silicon substrate at a thickness of 1900 Å. This X-ray diffraction pattern shows a substantially amorphous TaN
A diffraction peak corresponding to the 1.2 phase was shown. X-ray photoelectron spectroscopy was performed using a Physical Electronics Model 10-360 spherical condenser analyzer. 83.8 eV gold f
The analyzer was calibrated accordingly with the 7/2 line as the reference line.
All spectra were obtained at a resolution of 0.8 eV using a pass energy of 5 eV. A primary X-ray beam (MgKa, 1274 eV) of 300 W at 15 keV was used. The pressure of the analysis chamber is in the range of 10 -10 torr, analysis results were standardized using a high purity sputtered TaN sample. Sputtering was performed prior to data collection to clean all samples. By selecting similar compositions, chemical environments and bonding standards as the CVD thin films, high precision X-ray photoelectron spectroscopy analysis could be performed. The results of the analysis are based on the expectation that, even if chemical and structural changes occur during the cleaning process, the changes are basically the same between the standard and the thin film produced by CVD. FIG. 7a shows the X-ray photoelectron spectrum of the same sample, where the contamination level of the pure TaN 1.2 phase is 1a of X-ray photoelectron spectroscopy.
It is shown to be below the detection limit of t%. Fig. 7b
As shown in the figure, the high-resolution X-ray photoelectron spectrum of the N peak in TaN showed a binding energy of 398.2 eV corresponding to the nitride phase.

【0048】この薄膜の化学的組成を、フィジカル・エ
レクトロニクス・モデル15-110B円筒鏡分析器を用いた
オージェ電子分光法により調べた。83.8eVの金のf
7/2線を基準線とし、それに応じて分析器を較正した。2
3.5eVのパスエネルギーを用いて全スペクトルを得
た。1mAで5keVの一次電子エネルギーを使用し
た。分析チャンバの圧力は10ー10トルのレンジにあり、
分析結果は高純度のスパッタされたTaNサンプルを用
いて標準化した。データ収集前にスパッタリングを行な
って、すべてのサンプルを清掃した。CVD薄膜と類似
の組成、化学的環境および結合の標準を選択することに
より、高精度のオージェ電子分光分析を行なうことがで
きた。X線光電子分光法の場合と同様、分析結果は、清
掃工程中に化学変化および構造変化が起きたとしても標
準と熱CVDで作製された薄膜とでそれらの変化が基本
的に同じであるという期待にもとづいている。図8はオ
ージェ電子分光法の結果を示しており、それらの結果で
は、汚染レベルはオージェ電子分光法の1at%の検出
限界未満であり、TaN相の純度に関するX線光電子分
光法の結果が裏付けられている。四針法による抵抗率測
定では、薄膜の抵抗率は2×104μΩ・cmであった。
2MeVのHe+ビームを用いてラザフォード後方散乱
スペクトルを取り、高純度のスパッタされたTaN薄膜
とシリコンのバルクサンプルとにより較正を行なった。
薄膜に関するラザフォード後方散乱の測定結果は図9に
示されている。これらの測定結果は、特にTaN1.2
膜に重元素の汚染が存在しないという点で、TaN相の
純度に関するオージェ電子分光法およびX線光電子分光
法の結果を裏付けている。具体的には、これらのラザフ
ォード後方散乱スペクトルにより、薄膜内の臭素が1a
t%未満であることが示された。
The chemical composition of this thin film was investigated by Auger electron spectroscopy using a Physical Electronics Model 15-110B cylindrical mirror analyzer. 83.8 eV gold f
The analyzer was calibrated accordingly with the 7/2 line as the reference line. Two
All spectra were obtained using a pass energy of 3.5 eV. A primary electron energy of 5 keV at 1 mA was used. The pressure of the analysis chamber is in the range of 10 -10 torr,
Analysis results were standardized using high purity sputtered TaN samples. Sputtering was performed prior to data collection to clean all samples. By choosing similar compositions, chemical environments and bonding standards as the CVD thin films, high precision Auger electron spectroscopy could be performed. As in the case of X-ray photoelectron spectroscopy, the analysis results show that even if chemical and structural changes occur during the cleaning process, those changes are basically the same between the standard and the thin film made by thermal CVD. It is based on expectations. FIG. 8 shows the results of Auger electron spectroscopy, in which the contamination levels were below the detection limit of 1 at% of Auger electron spectroscopy, confirming the results of X-ray photoelectron spectroscopy on the purity of the TaN phase. Have been. In the resistivity measurement by the four-needle method, the resistivity of the thin film was 2 × 10 4 μΩ · cm.
Rutherford backscattering spectra were obtained using a 2 MeV He + beam and calibrated with a high purity sputtered TaN thin film and a bulk silicon sample.
The measurement results of Rutherford backscattering for the thin film are shown in FIG. These measurements confirm the results of Auger electron spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy on the purity of the TaN phase, especially in the absence of heavy element contamination in the TaN 1.2 thin film. Specifically, from these Rutherford backscattering spectra, bromine in the thin film is 1a
It was shown to be less than t%.

【0049】またシリコン基板に関するTaN1.2薄膜
の性状を調べた。窒化タンタル薄膜はシリコンまたは二
酸化ケイ素に良好に付着していることが観察された。ま
た薄膜のステップカバレージに対する断面走査電子顕微
鏡分析を行なった。断面走査電子顕微鏡法は、ツァイス
DSM940顕微鏡により、20KeVの一次電子ビームお
よび4μAのビーム電流を用いて実施した。図10に
は、上記のようにシリコン上に形成された1900オングス
トローム厚のTaN薄膜の断面走査電子顕微鏡写真が示
されている。この写真には、アスペクト比が4の0.25μ
mビアでのコンフォーマルなステップカバレージが示さ
れている。図10の顕微鏡写真は、トレンチの公称の直
径が0.25μmでそのアスペクト比が4:1の基板に熱C
VDおよび本発明の方法を用いて蒸着した窒化タンタル
薄膜のステップカバレージが80%を超えることを示して
いる。この顕微鏡写真は、蒸着時間を延長して厚い窒化
タンタル薄膜を形成した後でも、熱CVDと本発明の方
法とを用いることにより、ステップカバレージの高いコ
ンフォーマルな被膜がもたらされることを示している。
この薄膜は、原料前駆体としての五臭化タンタルと反応
体ガスとしてのアンモニアとから作製した。
The properties of the TaN 1.2 thin film on the silicon substrate were examined. It was observed that the tantalum nitride thin film adhered well to silicon or silicon dioxide. Cross-sectional scanning electron microscope analysis was performed on the step coverage of the thin film. Cross-sectional scanning electron microscopy was performed on a Zeiss DSM940 microscope using a 20 KeV primary electron beam and a beam current of 4 μA. FIG. 10 shows a cross-sectional scanning electron micrograph of a 1900 Å thick TaN thin film formed on silicon as described above. This photo shows an aspect ratio of 0.25μ
Conformal step coverage in mvia is shown. The micrograph in FIG. 10 shows that the nominal diameter of the trench is 0.25 μm and its aspect ratio is 4: 1.
It shows that the step coverage of tantalum nitride thin films deposited using VD and the method of the present invention is over 80%. The micrographs show that using thermal CVD and the method of the present invention provides a conformal coating with high step coverage, even after extending the deposition time to form a thick tantalum nitride thin film. .
This thin film was prepared from tantalum pentabromide as a raw material precursor and ammonia as a reactant gas.

【0050】実施例3 タンタル原料前駆体としてTaBr5を用いてプラズマ
促進化学蒸着を行なった。CVDプロセス中に加熱テー
プと関連する電源との組合わせにより140℃ないし200℃
に加熱されたサブリメータ内に、この原料前駆体を配置
した。高真空バルブによりサブリメータから隔離された
マスフローコントローラを制御して、サブリメータ内へ
の水素キャリヤガスの流量を10ないし100cm3/分(標
準状態下)とした。次に原料前駆体蒸気と水素キャリヤ
ガスとの混合体をCVD反応炉内に送り込んだ。前駆体
の再凝縮を防ぐため、加熱テープと関連する電源との組
合わせを用いて、すべての輸送管と供給管および高真空
隔離弁の温度を、140℃から200℃の範囲に維持した。
Example 3 A plasma enhanced chemical vapor deposition was performed using TaBr 5 as a tantalum raw material precursor. 140 ° C to 200 ° C depending on combination of heating tape and associated power supply during CVD process
This raw material precursor was placed in a sublimator heated to a temperature of 1.9 mm. The mass flow controller separated from the sublimator by the high vacuum valve was controlled to set the flow rate of the hydrogen carrier gas into the sublimator at 10 to 100 cm 3 / min (under standard conditions). Next, a mixture of the raw material precursor vapor and the hydrogen carrier gas was fed into the CVD reactor. The temperature of all transport and supply tubes and high vacuum isolation valves was maintained in the range of 140 ° C. to 200 ° C. using a combination of heating tape and an associated power supply to prevent precursor recondensation.

【0051】6インチウエハのコールドウォール、ステ
ンレス鋼CVD反応炉内で蒸着を行なった。この反応炉
は、2つの電極からなるダイオード型、平行平板型のプ
ラズマ装置を備えるものであった。アクティブ電極とし
て機能する上方の電極を、高周波(13.56MHZ)電源
により駆動した。基板に対する反応体の非収れん性の流
れをもたらすため、この電極は「メッシュ」型パターン
により構成した。in situでの蒸着前の基板清掃にはプ
ラズマ出力密度が0.1から0.5W/cm2の範囲にある水
素プラズマを使用し、実際の蒸着中は出力密度が0.1か
ら0.25W/cm2の水素プラズマを使用した。下方の、
接地されたプラズマ電極上に基板(ウエハ)を配置し、
この基板を抵抗ヒータにより350℃から500℃の処理温度
まで加熱した。処理の清浄性を保つため、反応炉を窒素
またはアルゴン雰囲気下で周期的にベークして0.3トル
未満とし、その後、150℃で1時間、10ー6トル未満まで
ポンプで減圧した。ポンプスタックは2つのポンプパッ
ケージで構成した。その第1は低温式ポンプ、第2は高
真空ゲートバルブにより反応炉から隔離されたルーツブ
ロワ式ポンプであった。低温ポンプ式パッケージを用い
たのは、反応炉内で高真空の基準圧力を確保するためで
あった。一方、ルーツブロワ式パッケージを用いたの
は、実際のCVD実施中の高いガス処理量に適切に対処
するためであった。6インチウエハを反応炉内に移送お
よび装入するため高真空ロードロックシステムを用い
た。最後に、側線を用いて水素(H2)ガスを反応炉内
に供給した。水素の流量は100ないし1000リットル/分
であり、マスフローコントローラおよび関連する隔離弁
により制御を行なった。作製されたタンタル薄膜は金属
状で、連続しており、鏡状であった。それらの構造的お
よび電気的特性、および化学的組成を、上記実施例Iお
よびIIで述べたようなX線回折、X線光電子分光法、ラ
ザフォード後方散乱、四針法、および断面走査電子顕微
鏡法により綿密に分析した。これらの分析の結果、前記
タンタル薄膜は、実施例Iで述べたようなタンタル薄膜
に特有の特性を示した。
The vapor deposition was performed in a stainless steel CVD reactor with a cold wall of a 6-inch wafer. This reactor was equipped with a diode-type and parallel-plate-type plasma device comprising two electrodes. The upper electrode functioning as the active electrode was driven by a high frequency (13.56 MHZ) power supply. This electrode was configured with a "mesh" type pattern to provide a non-convergent flow of reactants to the substrate. Hydrogen plasma with a plasma power density in the range of 0.1 to 0.5 W / cm 2 is used for substrate cleaning before deposition in situ, and hydrogen plasma with a power density of 0.1 to 0.25 W / cm 2 during actual deposition It was used. Down,
Place a substrate (wafer) on the grounded plasma electrode,
This substrate was heated from 350 ° C. to 500 ° C. by a resistance heater. To maintain the cleanliness of the process, the reactor is periodically baked in a nitrogen or argon atmosphere is less than 0.3 torr, then 1 hour at 0.99 ° C., and under reduced pressure in the pump to below 10 -6 Torr. The pump stack consisted of two pump packages. The first was a low temperature pump and the second was a Roots blower pump isolated from the reactor by a high vacuum gate valve. The reason for using the low-temperature pump type package was to secure a high vacuum reference pressure in the reactor. On the other hand, the roots blower type package was used in order to appropriately cope with a high gas throughput during actual CVD. A high vacuum load lock system was used to transfer and load 6 inch wafers into the reactor. Finally, hydrogen (H 2 ) gas was supplied into the reactor using a side wire. The flow rate of hydrogen was 100-1000 l / min and was controlled by a mass flow controller and associated isolation valves. The produced tantalum thin film was metallic, continuous, and mirror-like. Their structural and electrical properties, and chemical composition were determined by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, Rutherford backscattering, four-needle, and cross-sectional scanning electron microscopy as described in Examples I and II above. Was analyzed in detail. As a result of these analyses, the tantalum thin film exhibited characteristics unique to the tantalum thin film as described in Example I.

【0052】実施例4 化学的原料前駆体として五臭化タンタルを用いた熱CV
D法により、式TaNの窒化タンタル薄膜の蒸着を行な
った。それらの操作は、実際の蒸着中にプラズマを使用
しなかったことを除いて、純粋タンタルの蒸着に関して
実施例3で述べたものと同様の処理条件下で実施した。
本例においては、基板を抵抗ヒータにより250℃ないし5
00℃の処理温度まで加熱した。また、窒素含有反応体ガ
スおよびキャリヤガスとしてアンモニアを使用した。マ
スフローコントローラおよび関連する隔離弁により、側
線内のNH3の流量を100ないし1000リットル/分に制御
した。このようにして作製された窒化タンタル薄膜は金
属状で、連続しており、鏡状であった。それらの構造的
および電気的特性、および化学的組成を、X線回折、X
線光電子分光法、ラザフォード後方散乱、四針法、およ
び断面走査電子顕微鏡法により綿密に分析した。これら
の分析の結果、前記薄膜は、上記実施例2で述べた窒化
タンタル薄膜に特有の特性を示した。
Example 4 Thermal CV using tantalum pentabromide as a chemical precursor
By method D, a tantalum nitride thin film of the formula TaN was deposited. The operations were performed under processing conditions similar to those described in Example 3 for the deposition of pure tantalum, except that no plasma was used during the actual deposition.
In this example, the substrate is heated from 250 ° C to 5 ° C by a resistance heater.
Heated to processing temperature of 00 ° C. Ammonia was used as the nitrogen-containing reactant gas and carrier gas. The mass flow controller and associated isolation valve controlled the flow of NH 3 in the side line from 100 to 1000 l / min. The tantalum nitride thin film thus produced was metallic, continuous, and mirror-like. Their structural and electrical properties, and chemical composition, were determined by X-ray diffraction, X-ray diffraction,
In-depth analysis was performed by line photoelectron spectroscopy, Rutherford backscattering, four-needle, and cross-sectional scanning electron microscopy. As a result of these analyses, the thin film exhibited characteristics unique to the tantalum nitride thin film described in Example 2 above.

【0053】実施例5 原料前駆体として五臭化タンタルを使用し、純粋タンタ
ルおよび窒化タンタルの2層のin situでの逐次蒸着を
行なった。まず、上記実施例3で述べたプラズマ促進C
VDをキャリヤガスとしてのアルゴンとともに用いて純
粋タンタル層を成長させた。次に、プラズマをオフに
し、ガスをアルゴンから、窒素含有反応体ガスとしても
作用するアンモニアに切り替えた。そして、実施例4で
述べた方式の熱CVDを使用して、タンタル層の上に窒
化タンタル層を成長させた。これらの薄膜を上記のよう
に分析した結果、これらの薄膜は実施例1および2で述
べたようなタンタルおよび窒化タンタルの特性を示し
た。条件によっては、窒化タンタルの蒸着中にタンタル
層の窒素ドープを行なうことも可能であった。これに関
する例は、実施例2で形成された薄膜により示されてお
り、図10に示すようなオージェ電子スペクトルに例示
されている。
Example 5 Tantalum pentabromide was used as a raw material precursor, and two layers of pure tantalum and tantalum nitride were sequentially deposited in situ. First, the plasma promoting C described in the third embodiment is used.
Pure tantalum layers were grown using VD with argon as the carrier gas. Next, the plasma was turned off and the gas switched from argon to ammonia, which also acts as a nitrogen-containing reactant gas. Then, a tantalum nitride layer was grown on the tantalum layer by using the thermal CVD of the method described in the fourth embodiment. As a result of analyzing these thin films as described above, these thin films exhibited the properties of tantalum and tantalum nitride as described in Examples 1 and 2. Under some conditions, it was possible to dope the tantalum layer with nitrogen during the deposition of tantalum nitride. An example of this is illustrated by the thin film formed in Example 2, which is illustrated in the Auger electron spectrum as shown in FIG.

【0054】本発明の方法により作製された薄膜は、電
子工業級の純度を有することが判明しており、このた
め、例えば純度に対する要求がきわめて厳しいマイクロ
エレクトロニクス用途での使用に適している。本発明の
特許請求の範囲に記載された方法により作製された薄膜
における炭素および酸素の不純物レベルは1at%未満
である。また本発明の方法により作製された薄膜には、
ハロゲンはほとんど、あるいはまったく混入していな
い。ここでハロゲンとは、ヨウ素、臭素、塩素、または
フッ素である。このようにして、本発明の方法により、
ハロゲンの混入がおよそ5at%未満、より好ましくは
およそ1at%未満の薄膜が得られる。本発明により形
成される純粋タンタル薄膜およびその他のタンタル主体
薄膜は、一部はその高純度のゆえに、望ましい程度の低
い抵抗率を有することがわかっている。本発明の薄膜の
抵抗率は、約50ないし約5000μΩ・cm、好ましくは約
50ないし約1000μΩ・cm、より好ましくは約40ないし
約150μΩ・cmである。
The thin films produced by the method of the present invention have been found to have electronic grade purity, and are therefore suitable for use, for example, in microelectronic applications where purity requirements are very stringent. The carbon and oxygen impurity levels in the thin films made by the claimed method of the present invention are less than 1 at%. The thin film prepared by the method of the present invention includes
Little or no halogen is incorporated. Here, halogen is iodine, bromine, chlorine, or fluorine. Thus, according to the method of the present invention,
A thin film containing less than about 5 at%, more preferably less than about 1 at% of halogen is obtained. Pure tantalum thin films and other tantalum-based thin films formed according to the present invention have been found to have a desirable low resistivity, in part because of their high purity. The resistivity of the thin film of the present invention is about 50 to about 5000 μΩcm, preferably about
It is 50 to about 1000 μΩ · cm, more preferably about 40 to about 150 μΩ · cm.

【0055】従来技術による化学蒸着法とは対照的に、
本発明の方法では、炭素、酸素、フッ素、またはハロゲ
ン化物の混入がほとんど、あるいはまったくないことに
より、電子工業級の純度を有する薄膜が得られる。スパ
ッタリング技法に対比して、我々の発明では、マイクロ
エレクトロニクスデバイスの製造における本質的な特徴
であるすぐれたカバレージが得られる。上記実施例に対
し、それらの広範な発明の概念から逸脱することなく変
更をなしうることは、当業者により了解されよう。した
がって本発明は、開示された特定の実施例に限定される
ものではなく、付属の特許請求の範囲により定義される
本発明の精神および範囲の内における修正を含むもので
あることが了解される。
In contrast to prior art chemical vapor deposition methods,
According to the method of the present invention, a thin film having a purity of an electronic industrial grade can be obtained by containing little or no carbon, oxygen, fluorine or halide. In contrast to sputtering techniques, our invention provides excellent coverage which is an essential feature in the manufacture of microelectronic devices. It will be appreciated by those skilled in the art that changes may be made to the embodiments described above without departing from their broad inventive concepts. Therefore, it is to be understood that the invention is not limited to the particular embodiments disclosed, but rather includes modifications within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の方法のある具体例による、実施例1に
おけるTaBr5と水素とのプラズマCVD反応により
作製されたタンタル薄膜のX線回折パターンを表してい
る。
FIG. 1 illustrates an X-ray diffraction pattern of a tantalum thin film prepared by a plasma CVD reaction of TaBr 5 and hydrogen in Example 1, according to an embodiment of the method of the present invention.

【図2】実施例1のタンタル薄膜のX線光電子スペクト
ルを表している。
FIG. 2 shows an X-ray photoelectron spectrum of the tantalum thin film of Example 1.

【図3】実施例1のタンタル薄膜のオージェ電子スペク
トルを表している。
FIG. 3 shows an Auger electron spectrum of the tantalum thin film of Example 1.

【図4】実施例1のタンタル薄膜のラザフォード後方散
乱スペクトルを表している。
FIG. 4 shows a Rutherford backscattering spectrum of the tantalum thin film of Example 1.

【図5】直径が0.25μmでアスペクト比が4:1の酸化
物のビアパターンが形成され、さらに実施例1のコンフ
ォーマルなタンタル被膜が蒸着されたシリコン基板を断
面走査電子顕微鏡で拡大した図である。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional scanning electron microscope image of a silicon substrate on which an oxide via pattern having a diameter of 0.25 μm and an aspect ratio of 4: 1 is formed, and a conformal tantalum film of Example 1 is further deposited. It is.

【図6】本発明の方法のある具体例による、実施例2に
おけるTaBr5とアンモニアとの熱CVD反応により
作製されたTaNx薄膜のX線回折パターンを表してい
る。
FIG. 6 illustrates an X-ray diffraction pattern of a TaN x thin film produced by a thermal CVD reaction of TaBr 5 and ammonia in Example 2, according to an embodiment of the method of the present invention.

【図7a】実施例2の薄膜のX線光電子スペクトルを表
している。
FIG. 7a shows an X-ray photoelectron spectrum of the thin film of Example 2.

【図7b】実施例2の薄膜のX線光電子スペクトルを表
している。
FIG. 7b shows an X-ray photoelectron spectrum of the thin film of Example 2.

【図8】実施例2の薄膜のオージェ電子スペクトルを表
している。
FIG. 8 shows an Auger electron spectrum of the thin film of Example 2.

【図9】実施例2の薄膜のラザフォード後方散乱スペク
トルを表している。
FIG. 9 shows a Rutherford backscattering spectrum of the thin film of Example 2.

【図10】直径が0.25μmでアスペクト比が4:1の酸
化物のビアパターンが形成され、さらに実施例2のコン
フォーマルな薄膜が蒸着されたシリコン基板を断面走査
電子顕微鏡で拡大した図である。
FIG. 10 is an enlarged view of a silicon substrate on which a via pattern of an oxide having a diameter of 0.25 μm and an aspect ratio of 4: 1 is formed and a conformal thin film of Example 2 is further deposited by a cross-sectional scanning electron microscope. is there.

【図11】TaNx層で被覆されたタンタル層を含む、i
n situで成長させたタンタル主体の二層薄膜のオージェ
電子スペクトルを表しており、前記タンタル層はTaB
5と水素とのプラズマ促進CVD反応により作製され
たものであり、前記TaNx層はTaBr5とアンモニア
との熱CVD反応により蒸着されたものである。
FIG. 11 includes a tantalum layer coated with a TaN x layer, i
5 shows an Auger electron spectrum of a tantalum-based two-layer thin film grown in situ, and the tantalum layer is made of TaB.
The TaN x layer was formed by a plasma enhanced CVD reaction of r 5 and hydrogen, and the TaN x layer was deposited by a thermal CVD reaction of TaBr 5 and ammonia.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C23C 16/42 C23C 16/42 16/50 16/50 (71)出願人 598095857 ザ リサーチ フアウンデーシヨン オブ ステート ユニバーシテイ オブ ニユ ーヨーク アメリカ合衆国, ニユーヨーク州 アル バニー, ステート ユニバーシテイ プ ラザ (72)発明者 バリー シー. アークルズ アメリカ合衆国, ペンシルベニア州 ド レツシヤー, ブルーバード レイン 428 (72)発明者 アラン イー. カロエロス アメリカ合衆国, ニユーヨーク州 スリ ンガーランズ, フオレスト ヘイブン ドライブ 203 Fターム(参考) 4G048 AA01 AA06 AB01 AC08 AD02 AE05 AE06 AE07 4K030 AA02 AA03 AA06 AA09 AA11 AA16 AA17 AA18 BA17 BA29 BA35 BA38 BA48 CA02 CA06 CA07 FA01 FA10 JA05 JA10 JA11 JA16 JA18 LA15 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) C23C 16/42 C23C 16/42 16/50 16/50 (71) Applicant 598095857 The Research Foundation of State University of New York State University Plaza, Albany, New York, United States of America. Arkles Bluebird Lane, Dorsetshire, Pennsylvania, United States of America 428 (72) Inventor Alan E. Kaloeros Forest Haven Drive, Slingerlands, New York, United States 203 F-term (reference) 4G048 AA01 AA06 AB01 AC08 AD02 AE05 AE06 AE07 4K030 AA02 AA03 AA06 AA09 AA11 AA16 AA17 AA18 BA17 BA29 BA35 JA38 CA18 JA10 LA15

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 タンタルを含む薄膜を基板上に化学蒸着
する方法であって、 (a)蒸着チャンバ内に: (i)基板; (ii)蒸気の状態にあって式(I): Ta(I5-m-n-p)(Brm-p)(Cln-p)(Rp) (I) (mは0から5までの整数、nは0から4までの整数、
pは0から4までの整数、Rは水素と低級アルキルとか
らなる群より選択される)で表される原料前駆体;およ
び (iii)少なくとも1種のキャリヤガスを導入するステ
ップと、 (b)タンタルを含む薄膜を前記基板上に蒸着するため
に十分な期間、前記チャンバ内の前記基板の温度を約70
℃ないし約675℃に維持するステップとを具備する方
法。
1. A method for chemical vapor deposition of a thin film containing tantalum on a substrate, comprising: (a) in a deposition chamber: (i) a substrate; I 5-mnp ) (Br mp ) (Cl np ) (R p ) (I) (m is an integer from 0 to 5, n is an integer from 0 to 4,
wherein p is an integer from 0 to 4, and R is selected from the group consisting of hydrogen and lower alkyl); and (iii) introducing at least one carrier gas; ) Raising the temperature of the substrate in the chamber to about 70 degrees for a period sufficient to deposit a thin film comprising tantalum on the substrate;
C. to about 675.degree. C.
【請求項2】 前記少なくとも1種のキャリヤガスが、
水素、ヘリウム、酸素、フッ素、ネオン、塩素、アルゴ
ン、クリプトン、キセノン、一酸化炭素、二酸化炭素、
窒素、アンモニア、ヒドラジン、亜酸化窒素、および水
蒸気からなる群より選択される請求項1による方法。
2. The method of claim 2, wherein the at least one carrier gas comprises:
Hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide,
The method according to claim 1, wherein the method is selected from the group consisting of nitrogen, ammonia, hydrazine, nitrous oxide, and water vapor.
【請求項3】 前記少なくとも1種のガスの流量が0よ
り大きく約10リットル/分以下である請求項1による方
法。
3. The method according to claim 1, wherein the flow rate of the at least one gas is greater than 0 and less than or equal to about 10 liters / minute.
【請求項4】 タンタルを含む薄膜を前記基板上に蒸着
するために十分な期間、プラズマ出力密度が約0.01W/
cm2ないし約10W/cm2のプラズマを前記チャンバ内
に導入することをさらに具備する請求項1による方法。
4. A plasma power density of about 0.01 W / d for a period sufficient to deposit a thin film comprising tantalum on said substrate.
The method according to claim 1, further comprising introducing a plasma of from about cm 2 to about 10 W / cm 2 into the chamber.
【請求項5】 直流バイアス、前記プラズマの周波数が
約0Hzないし約108kHzである請求項4による方
法。
5. The method according to claim 4, wherein the frequency of the DC bias, the plasma is between about 0 Hz and about 10 8 kHz.
【請求項6】 直流バイアス、500kHz未満の低無線
周波バイアス、500kHzから106kHzまでの高無線周
波バイアス、または106kHzから約108kHzまでのマ
イクロ波周波バイアスのうち少なくとも1つの電気的バ
イアスを前記基板に印加するステップをさらに具備する
請求項1による方法。
6. An electrical device comprising at least one of a DC bias, a low RF bias less than 500 kHz, a high RF bias from 500 kHz to 10 6 kHz, or a microwave frequency bias from 10 6 kHz to about 10 8 kHz. The method according to claim 1, further comprising applying a bias to the substrate.
【請求項7】 前記電気的バイアスの出力密度が0ワッ
ト/cm2より大きく約103ワット/cm2以下である請
求項6による方法。
7. The method according to claim 6, wherein the power density of the electrical bias is greater than 0 watts / cm 2 and less than or equal to about 10 3 watts / cm 2 .
【請求項8】 前記電気的バイアスの出力密度が0ワッ
ト/cm2より大きく約10ワット/cm2以下である請求
項7による方法。
8. The method according to claim 7, wherein the power density of the electrical bias is greater than 0 watts / cm 2 and less than or equal to about 10 watts / cm 2 .
【請求項9】 前記基板が、金属、ガラス、プラスチッ
ク、およびポリマーからなる群より選択された材料を具
備する請求項1による方法。
9. The method according to claim 1, wherein said substrate comprises a material selected from the group consisting of metal, glass, plastic, and polymer.
【請求項10】 前記基板が、アルミニウム、ベリリウ
ム、カドミウム、セリウム、クロム、コバルト、銅、ガ
リウム、金、鉄、鉛、マンガン、モリブデン、ニッケ
ル、パラジウム、白金、レニウム、ロジウム、銀、ステ
ンレス鋼、鋼、鉄、ストロンチウム、スズ、チタン、タ
ングステン、亜鉛、ジルコニウム、およびそれらの合金
および化合物からなる群より選択された金属である請求
項9による方法。
10. The method according to claim 1, wherein the substrate is aluminum, beryllium, cadmium, cerium, chromium, cobalt, copper, gallium, gold, iron, lead, manganese, molybdenum, nickel, palladium, platinum, rhenium, rhodium, silver, stainless steel, The method according to claim 9, wherein the metal is a metal selected from the group consisting of steel, iron, strontium, tin, titanium, tungsten, zinc, zirconium, and alloys and compounds thereof.
【請求項11】 前記チャンバ内の前記基板の前記温度
が約250℃ないし約500℃に維持される請求項1による方
法。
11. The method according to claim 1, wherein said temperature of said substrate in said chamber is maintained at about 250 ° C. to about 500 ° C.
【請求項12】 前記原料前駆体が五臭化タンタルであ
る請求項1による方法。
12. The method according to claim 1, wherein said raw material precursor is tantalum pentabromide.
【請求項13】 前記少なくとも1種のキャリヤガスが
水素である請求項1による方法。
13. The method according to claim 1, wherein said at least one carrier gas is hydrogen.
【請求項14】 タンタルを含む前記薄膜が純粋タンタ
ル薄膜であり;前記少なくとも1種のキャリヤガスが、
水素、ヘリウム、酸素、フッ素、ネオン、塩素、アルゴ
ン、クリプトン、キセノン、一酸化炭素、二酸化炭素、
および水蒸気からなる群より選択されるものであり;前
記チャンバ内の前記基板の前記温度が約100℃ないし約6
75℃に維持される請求項1による方法。
14. The thin film comprising tantalum is a pure tantalum thin film; the at least one carrier gas comprises:
Hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide,
And the temperature of the substrate in the chamber is from about 100 ° C. to about 6 ° C.
The method according to claim 1, which is maintained at 75 ° C.
【請求項15】 タンタルを含む前記薄膜がTaSiy
薄膜(yは0より大きくおよそ3以下の値)であり;ス
テップ(a)が: (iv)蒸気の状態にあるケイ素を含む化合物を前記チャ
ンバ内に導入するステップをさらに具備しており;前記
少なくとも1種のキャリヤガスが、水素、ヘリウム、酸
素、フッ素、ネオン、塩素、アルゴン、クリプトン、キ
セノン、一酸化炭素、二酸化炭素、および水蒸気からな
る群より選択されるものである請求項1による方法。
15. The thin film containing tantalum is TaSi y
A thin film (y is greater than 0 and less than or equal to about 3); step (a) further comprises: (iv) introducing a silicon-containing compound in a vapor state into the chamber; The method according to claim 1, wherein the at least one carrier gas is selected from the group consisting of hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor. .
【請求項16】 ケイ素を含む前記化合物が式(II): Si(I4-m-n-p)(Brm-p)(Cln-p)(Rp) (II) (mは0から4までの整数、nは0から4までの整数、
pは0から4までの整数、Rは水素と低級アルキルとか
らなる群より選択される)で表される請求項15による
方法。
16. The compound containing silicon is represented by the formula (II): Si (I 4-mnp ) (Br mp ) (Cl np ) (R p ) (II) wherein m is an integer from 0 to 4, and n is An integer from 0 to 4,
p is an integer from 0 to 4 and R is selected from the group consisting of hydrogen and lower alkyl).
【請求項17】 タンタルを含む前記薄膜がTaNx
膜(xは0より大きくおよそ2以下の値)であり;ステ
ップ(a)が: (iv)前記少なくとも1種のキャリヤガスと同じかまた
は異なる、窒素を含む反応体ガスを前記チャンバ内に導
入するステップをさらに具備している請求項1による方
法。
17. The thin film comprising tantalum is a TaN x thin film, where x is greater than 0 and less than or equal to about 2; Step (a) comprises: (iv) the same or different from the at least one carrier gas 2. The method according to claim 1, further comprising the step of introducing a reactant gas comprising nitrogen into the chamber.
【請求項18】 窒素を含む前記反応体ガスが、亜酸化
窒素、アンモニア、窒素、およびヒドラジンからなる群
より選択される請求項17による方法。
18. The method according to claim 17, wherein said reactant gas comprising nitrogen is selected from the group consisting of nitrous oxide, ammonia, nitrogen, and hydrazine.
【請求項19】 タンタルを含む前記薄膜がTaNx
y薄膜(xは0より大きくおよそ2以下の値で、yは
0より大きくおよそ3以下の値)であり;ステップ
(a)が: (iv)蒸気の状態にあるケイ素を含む化合物;および (v)前記少なくとも1種のキャリヤガスと同じかまた
は異なる、窒素を含む反応体ガスを前記チャンバ内に導
入するステップをさらに具備しており;前記少なくとも
1種のキャリヤガスが、水素、ヘリウム、酸素、フッ
素、ネオン、塩素、アルゴン、クリプトン、キセノン、
窒素、アンモニア、ヒドラジン、亜酸化窒素、一酸化炭
素、二酸化炭素、および水蒸気からなる群より選択され
るものである請求項1による方法。
19. The thin film containing tantalum is made of TaN x S
i y thin film (x is a value greater than 0 and less than or equal to about 2 and y is a value greater than 0 and less than or equal to about 3); step (a) comprises: (V) introducing a reactant gas containing nitrogen, the same or different from the at least one carrier gas, into the chamber; wherein the at least one carrier gas is hydrogen, helium, Oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon,
The method according to claim 1, wherein the method is selected from the group consisting of nitrogen, ammonia, hydrazine, nitrous oxide, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor.
【請求項20】 ケイ素を含む前記化合物が式(II): Si(I4-m-n-p)(Brm-p)(Cln-p)(Rp) (II) (mは0から4までの整数、nは0から4までの整数、
pは0から4までの整数、Rは水素と低級アルキルとか
らなる群より選択される)で表される請求項19による方
法。
20. The compound containing silicon is represented by the formula (II): Si (I 4-mnp ) (Br mp ) (Cl np ) (R p ) (II) wherein m is an integer from 0 to 4, and n is An integer from 0 to 4,
20. The method according to claim 19, wherein p is an integer from 0 to 4 and R is selected from the group consisting of hydrogen and lower alkyl.
【請求項21】 請求項1による方法であって: (c)前記基板が前記チャンバ内に固定されている間
に、多層構造を形成するため、前記基板に蒸着された前
記薄膜の上に、タンタルを含む第2の薄膜を蒸着するス
テップをさらに具備し、タンタルを含む前記第2の薄膜
が、純粋タンタル薄膜、TaNx薄膜(xは0より大き
くおよそ2以下の値)、TaSiy薄膜(yは0より大
きくおよそ2以下の値)、およびTaNxSiy薄膜から
なる群より選択される方法。
21. The method according to claim 1, wherein (c) while the substrate is fixed in the chamber, on the thin film deposited on the substrate to form a multilayer structure; The method further includes the step of depositing a second thin film containing tantalum, wherein the second thin film containing tantalum is a pure tantalum thin film, a TaN x thin film (x is a value larger than 0 and about 2 or less), a TaSi y thin film ( y is greater than 0 and less than or equal to about 2), and a method selected from the group consisting of TaN x Si y thin films.
【請求項22】 前記第2の薄膜が純粋タンタル薄膜で
あり、ステップ(c)が:蒸気の状態にある前記原料前
駆体と前記少なくとも1種のキャリヤガスとを前記チャ
ンバ内に導入するステップであって、前記少なくとも1
種のキャリヤガスが、水素、ヘリウム、酸素、フッ素、
ネオン、塩素、アルゴン、クリプトン、キセノン、一酸
化炭素、二酸化炭素、および水蒸気からなる群より選択
されるステップと;前記チャンバを約100℃ないし約675
℃の温度に維持するステップとをさらに具備する請求項
21による方法。
22. The method according to claim 22, wherein the second thin film is a pure tantalum thin film, and the step (c) comprises: introducing the raw material precursor in a vapor state and the at least one carrier gas into the chamber. And said at least one
The species carrier gas is hydrogen, helium, oxygen, fluorine,
Selecting from the group consisting of neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor;
Maintaining the temperature at 0 ° C.
【請求項23】 前記第2の薄膜がTaNx薄膜(xは
0より大きくおよそ2以下の値)であり、ステップ
(c)が:前記チャンバ内に蒸気の状態にある前記原料
前駆体;前記少なくとも1種のキャリヤガス;および前
記少なくとも1種のガスと同じかまたは異なる、窒素を
含む反応体ガスを導入するステップと;前記チャンバを
約100℃ないし約675℃の温度に維持するステップとをさ
らに具備する請求項21による方法。
23. The method according to claim 23, wherein the second thin film is a TaN x thin film (x is a value greater than 0 and about 2 or less), and the step (c) comprises: Introducing at least one carrier gas; and a reactant gas comprising nitrogen, the same or different from said at least one gas; and maintaining said chamber at a temperature of about 100 ° C to about 675 ° C. 22. The method according to claim 21, further comprising:
【請求項24】 前記第2の薄膜がTaSiy薄膜(y
は0より大きくおよそ3以下の値)であり;ステップ
(c)が:前記チャンバ内に:蒸気の状態にある前記原
料前駆体;水素、ヘリウム、酸素、フッ素、ネオン、塩
素、アルゴン、クリプトン、キセノン、一酸化炭素、二
酸化炭素、および水蒸気からなる群より選択される前記
少なくとも1種のキャリヤガス;および蒸気の状態にあ
る、ケイ素を含む化合物を導入するステップをさらに具
備する請求項21による方法。
24. The method according to claim 24, wherein the second thin film is a TaSi y thin film (y
Is greater than 0 and less than or equal to about 3); step (c) is: in the chamber: the raw material precursor in vapor state; hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, 22. The method according to claim 21, further comprising the step of introducing the at least one carrier gas selected from the group consisting of xenon, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor; and a compound comprising silicon, which is in a vapor state. .
【請求項25】 前記第2の薄膜がTaNxSiy薄膜
(xは0より大きくおよそ2以下の値、yは0より大き
くおよそ3以下の値)であり、ステップ(c)が:前記
チャンバ内に:蒸気の状態にある前記原料前駆体;前記
少なくとも1種のキャリヤガス;蒸気の状態にある、ケ
イ素を含む化合物;および前記少なくとも1種のキャリ
ヤガスと同じかまたは異なる、窒素を含む反応体ガスを
導入するステップをさらに具備する請求項21による方
法。
25. The second thin film is a TaN x Si y thin film (x is a value greater than 0 and about 2 or less, and y is a value greater than 0 and about 3 or less), and step (c) includes: In: the raw material precursor in a vapor state; the at least one carrier gas; a silicon-containing compound in a vapor state; and a nitrogen-containing reaction that is the same or different from the at least one carrier gas. The method according to claim 21, further comprising the step of introducing a body gas.
【請求項26】 前記基板がシリコンを含み; (c)タンタルを含む前記蒸着された薄膜にケイ素を加
えるため、前記基板とタンタルを含む前記蒸着された薄
膜とを約700℃ないし約950℃の温度まで加熱するステッ
プをさらに具備する請求項1による方法。
26. The method as claimed in claim 26, wherein the substrate comprises silicon; and The method according to claim 1, further comprising the step of heating to a temperature.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100840783B1 (en) 2006-08-21 2008-06-23 삼성전자주식회사 Method and apparatus for evaporating a precursor, and method of forming a dielectric layer using the method
JP2009149999A (en) * 2009-04-01 2009-07-09 Canon Anelva Corp Device for and method of producing metallic film
JP2009149998A (en) * 2009-04-01 2009-07-09 Canon Anelva Corp Vapor phase growth apparatus of copper thin film
KR101037524B1 (en) 2006-03-17 2011-05-26 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Selective deposition

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