JP2001131746A - Tantalum-carbon-base thin film and method for depositing the same - Google Patents

Tantalum-carbon-base thin film and method for depositing the same

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a barrier layer of relatively low specific resistance and a method for depositing this barrier layer at a low temperature. SOLUTION: The layer which is deposited on a substrate by pyrolyzing a tantalum-containing organic metallic compound by a chemical vapor deposition method and contains much carbon is exposed to a plasma while the substrate is biased, by which the tantalum-carbon-base thin film of the low specific resistance useful as the barrier layer is obtained.

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、半導体デバイスの
配線工程において、配線材料と下地層および絶縁層との
反応を防ぐバリア層およびその形成方法に関し、特にタ
ンタル−炭素系薄膜からなるバリア層およびその形成方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a barrier layer for preventing a reaction between a wiring material and an underlayer and an insulating layer in a wiring step of a semiconductor device, and a method for forming the same. The present invention relates to a forming method.

【0002】[0002]

【従来の技術】配線用バリア層作製方法として、従来か
ら、有機金属化合物を用いる化学気相堆積法が知られて
いる。この化学気相堆積法でバリア層を作製する場合、
得られた層の比抵抗(抵抗率)を低くし、バリア性を向
上するようにすることが重要となる。例えば、化学気相
堆積法により約400℃でタンタル−窒素(TaN)層
を作製する場合、得られた層の比抵抗は数千μΩ・cm
となり、この値は実際に必要とされる数百μΩ・cmよ
りも高い。そのため、約600℃という高温で成膜し
て、低い比抵抗(例えば、約1000μΩ・cm)のバ
リア層を得ているのが現状である。
2. Description of the Related Art As a method for producing a barrier layer for wiring, a chemical vapor deposition method using an organometallic compound has been conventionally known. When forming a barrier layer by this chemical vapor deposition method,
It is important to lower the specific resistance (resistivity) of the obtained layer and improve the barrier properties. For example, when forming a tantalum-nitrogen (TaN) layer at about 400 ° C. by a chemical vapor deposition method, the specific resistance of the obtained layer is several thousand μΩ · cm.
This value is higher than the actually required value of several hundred μΩ · cm. Therefore, at present, a barrier layer having a low specific resistance (for example, about 1000 μΩ · cm) is obtained at a high temperature of about 600 ° C.

【0003】バルク層での比抵抗が低いものとして、ス
パッタリング法で形成したTaN薄膜(約200μΩ・
cm)や、タンタル−炭素(TaC)薄膜(約30μΩ
・cm)等が知られている。しかしながら、化学気相堆
積法でバリア層を形成する場合、TaN薄膜について
は、上記したように、ある程度低い比抵抗を有するバリ
ア層が知られているが、TaC薄膜については、低比抵
抗のバリア層は未だ開発されていない。
Assuming that the bulk layer has a low specific resistance, a TaN thin film (about 200 μΩ ·
cm), tantalum-carbon (TaC) thin film (about 30 μΩ)
Cm) is known. However, when a barrier layer is formed by a chemical vapor deposition method, as described above, a barrier layer having a certain low resistivity is known for a TaN thin film, but a low resistivity barrier layer is known for a TaC thin film. Layers have not yet been developed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の化学気相堆積法
では、上記したように、高温で成膜して低比抵抗のバリ
ア層(例えば、TaN層)を得ているが、高温で処理す
るということは、その後の半導体デバイス作製工程にお
いて欠陥が発生する要因となる。そのため、低温で低比
抵抗のバリア層を形成することが望まれている。
In the conventional chemical vapor deposition method, as described above, a barrier layer (for example, a TaN layer) having a low resistivity is formed by forming a film at a high temperature. This causes a defect in a subsequent semiconductor device manufacturing process. Therefore, it is desired to form a barrier layer having a low specific resistance at a low temperature.

【0005】本発明は、前記問題点を解決するものであ
り、低比抵抗のバリア層としてタンタル−炭素系薄膜を
低温で形成する方法、および得られた低比抵抗の薄膜を
提供することを課題とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a method of forming a tantalum-carbon thin film at a low temperature as a low resistivity barrier layer, and an obtained low resistivity film. Make it an issue.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、バルク層
での比抵抗が低いTaC薄膜を利用することで、低い比
抵抗を有するバリア層を化学気相堆積法で形成すること
ができるのではないかと考え、種々の研究を重ねた結
果、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors can form a barrier layer having a low specific resistance by a chemical vapor deposition method by using a TaC thin film having a low specific resistance in a bulk layer. As a result of various studies, the present inventors have completed the present invention.

【0007】本発明のタンタル−炭素系薄膜の形成方法
は、化学気相堆積法によりタンタル含有有機金属化合物
を熱分解して基板上に堆積させた炭素を多く含む層を、
基板にバイアスを印加しつつプラズマに暴露することに
より、バリア層として有用な低比抵抗のタンタル−炭素
系薄膜を得ることからなる。また、本発明のタンタル−
炭素系薄膜は、このようにして形成されたものであっ
て、350〜2000μΩ・cmの比抵抗を有する。
The method for forming a tantalum-carbon thin film according to the present invention comprises the steps of: thermally decomposing a tantalum-containing organometallic compound by chemical vapor deposition to deposit a carbon-rich layer deposited on a substrate;
By exposing the substrate to plasma while applying a bias, a low resistivity tantalum-carbon based thin film useful as a barrier layer is obtained. Further, the tantalum of the present invention
The carbon-based thin film is formed as described above and has a specific resistance of 350 to 2000 μΩ · cm.

【0008】前記堆積ステップは、基板温度250〜4
00℃で行われることが好ましい。基板温度が250℃
未満だと低比抵抗の薄膜が得にくく、成膜速度も遅いた
め実用的でなく、また、400℃を超えると後のデバイ
ス作製工程で欠陥が発生するからである。
[0008] The depositing step comprises the steps of:
Preferably, it is performed at 00 ° C. Substrate temperature is 250 ℃
If it is lower than this, it is difficult to obtain a thin film having a low specific resistance and the film forming rate is low, so that it is not practical. If it exceeds 400 ° C., a defect occurs in a subsequent device manufacturing process.

【0009】前記タンタル含有有機金属化合物として
は、次式: RN=Ta[N(R')2]3及びTa[N(R'')2]n (但し、式中、R、R'、及びR''は、それぞれC1〜C
6アルキル基であって、お互いに同じであっても異なっ
ていてもよく、またnは4又は5である。)から選ばれ
るアルキル置換アミノタンタル化合物を使用することが
できる。C1〜C6アルキル基には、メチル基、エチル
基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、
又はそれらの異性体が含まれる。例えば、C25N=T
a[N(C25)2]3(薄黄色液体、沸点120℃/0.1
Torr)、(CH3)3CN=Ta[N(C25)2]3、Ta
[N(C25)2]4(薄黄色液体、沸点120℃/0.1T
orr)、Ta[N(CH3)2]5(固体、沸点80℃/
0.1Torr)、Ta[N(C25)2]5等のアルキル置
換アミノタンタル化合物が好ましい。これらは、酸素を
含有しない有機金属化合物であり、比較的安定で、入手
が容易であるからである。
The tantalum-containing organometallic compound is represented by the following formula: RN = Ta [N (R ′) 2 ] 3 and Ta [N (R ″) 2 ] n (where R, R ′, And R ″ are each C 1 -C
6 alkyl groups, which may be the same or different from each other, and n is 4 or 5. ), An alkyl-substituted amino tantalum compound selected from the group consisting of: C 1 -C 6 alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl,
Or their isomers. For example, C 2 H 5 N = T
a [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 (light yellow liquid, boiling point 120 ° C./0.1
Torr), (CH 3 ) 3 CN = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 , Ta
[N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 (light yellow liquid, boiling point 120 ° C./0.1 T
orr), Ta [N (CH 3 ) 2 ] 5 (solid, boiling point 80 ° C. /
0.1 Torr) or an alkyl-substituted amino tantalum compound such as Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 5 . These are organic metal compounds that do not contain oxygen, are relatively stable, and are easily available.

【0010】前記堆積ステップとその後のプラズマ暴露
ステップとを基板を真空の環境から取り出さずに行うこ
とが好ましく、特に、堆積ステップとプラズマ暴露ステ
ップとを1つの真空処理室内で行うことが好ましい。こ
れは薄膜の酸化防止と共に、作業能率を上げるためであ
る。プラズマは、窒素イオン、窒素含有イオン、アルゴ
ンイオン、クリプトンイオン、キセノンイオンのうち少
なくとも1つを含んでいることが好ましく、すでに膜中
に含有されている窒素系ガスあるいは上記のような不活
性ガスを用いることで、副反応を防ぐことが可能とな
る。また、堆積ステップとプラズマ曝露ステップとを1
サイクルとして、これを複数回繰り返すことが好まし
い。これにより、得られる薄膜が緻密化するので、比抵
抗が減少しやすく、所望の膜厚を有するバリア層を得る
ことができる。
It is preferable that the deposition step and the subsequent plasma exposure step be performed without removing the substrate from the vacuum environment. In particular, it is preferable that the deposition step and the plasma exposure step be performed in one vacuum processing chamber. This is to prevent the oxidation of the thin film and increase the work efficiency. The plasma preferably contains at least one of nitrogen ions, nitrogen-containing ions, argon ions, krypton ions, and xenon ions, and the nitrogen-based gas already contained in the film or an inert gas as described above. By using, side reactions can be prevented. Further, the deposition step and the plasma exposure step are
This is preferably repeated a plurality of times as a cycle. As a result, the obtained thin film is densified, so that the specific resistance is easily reduced, and a barrier layer having a desired film thickness can be obtained.

【0011】また、堆積ステップとプラズマ暴露ステッ
プとが終了した後、得られたタンタル−炭素系薄膜をシ
ラン系のガス雰囲気中において熱アニールしてもよい。
これにより、粒子の直進性のためにプラズマ暴露処理が
不充分であった配線孔等の側壁部のバリア性を向上させ
ることができる。
After the deposition step and the plasma exposure step are completed, the obtained tantalum-carbon thin film may be thermally annealed in a silane-based gas atmosphere.
Thereby, the barrier property of the side wall such as the wiring hole where the plasma exposure treatment is insufficient due to the straightness of the particles can be improved.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 (実施例1)図1に示すような静電チャック付ホットプ
レートを備えた反応容器(真空反応槽)1を持った既知
の枚葉式熱CVD装置を用い、以下のようにして基板上
にバリア層としてのタンタル−炭素系薄膜を形成した。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Example 1 A known single-wafer thermal CVD apparatus having a reaction vessel (vacuum reaction tank) 1 having a hot plate with an electrostatic chuck as shown in FIG. A tantalum-carbon thin film was formed as a barrier layer.

【0013】原料容器2内に、タンタル含有有機金属化
合物として、C25N=Ta[N(C 25)2]3を入れ、こ
の化合物を、加圧ガスa(He)により、液体マスフロー
コントローラー(MFC)3を経て気化器4へ導き、そ
こで150℃の温度に予備加熱した。予備加熱された化
合物含有ガス10SCCMを気化器4内でキャリアガス
b(N2)1000SCCMと混合した後、その混合物を
反応容器1内にノズルを通して(シャワーヘッドを具備
したものの場合は、シャワーヘッドを通して)導入し、
基板5上に炭素を多く含む層を2分間堆積せしめ、50
オングストローム厚の膜を形成せしめた。このプロセス
中、ホットプレート6上に載置された基板5を400℃
に維持し、反応容器1内の圧力を66.5Paに保持し
た。このキャリアーガスbは、マスフローコントローラ
ー7を経て熱交換器8内に導入され、ここで150℃に
予備加熱された後、気化器4に導入された。また、気化
器4と容器1との間の経路はヒーターHまたは温媒等の
加熱手段により保温・加熱できるようになっている。こ
のようにして、基板5上に、タンタルと炭素との組成比
がほぼ1:1であり、窒素よりも炭素を多く含む層が堆
積した。この得られた層の比抵抗は高く、数千μΩ・c
mのオーダーであった。
Tantalum-containing organic metallization in raw material container 2
As a compound, CTwoHFiveN = Ta [N (C TwoHFive)Two]ThreeAnd put
Mass flow of the compound of formula
After passing through the controller (MFC) 3 to the vaporizer 4,
This was preheated to a temperature of 150 ° C. Preheated
10SCCM of compound-containing gas as carrier gas in vaporizer 4
b (NTwo) After mixing with 1000 SCCM, the mixture is
Through a nozzle in the reaction vessel 1 (with a shower head
If you do, introduce it through the showerhead)
A layer rich in carbon is deposited on the substrate 5 for 2 minutes,
An Angstrom thick film was formed. This process
Medium, the substrate 5 placed on the hot plate 6 is heated to 400 ° C.
And the pressure in the reaction vessel 1 is maintained at 66.5 Pa.
Was. This carrier gas b is a mass flow controller
-7 and introduced into the heat exchanger 8 where it is brought to 150 ° C
After being preheated, it was introduced into the vaporizer 4. Also vaporization
The path between the vessel 4 and the container 1 is such as a heater H or a heating medium.
Heating and heating can be performed by heating means. This
And the composition ratio of tantalum and carbon on the substrate 5
Is approximately 1: 1 and the layer containing more carbon than nitrogen
Stacked. The specific resistance of the obtained layer is high, several thousand μΩ · c
m.

【0014】次いで、マスフローコントローラー9を経
てプラズマ形成ガスc(Ar)を100SCCM流し、
反応容器内を13.3Paに保持した状態で、基板5に
RF源10から500WのRF電力を30秒間印加し、
アルゴンによるプラズマへの暴露、すなわちプラズマア
ニールを30秒間行い、約50オングストロームのタン
タル−炭素系薄膜を得た。
Next, the plasma forming gas c (Ar) is passed through the mass flow controller 9 at a flow rate of 100 SCCM.
With the inside of the reaction vessel kept at 13.3 Pa, RF power of 500 W was applied to the substrate 5 from the RF source 10 for 30 seconds,
Exposure to plasma with argon, ie, plasma annealing, was performed for 30 seconds to obtain a tantalum-carbon thin film of about 50 Å.

【0015】上記堆積ステップとプラズマアニールステ
ップとを1サイクルとし、このサイクルを4回繰り返
し、基板5上に目的とするタンタル−炭素系薄膜を積層
した。得られた薄膜の厚さは約200オングストローム
であり、その比抵抗は370μΩ・cmであった。
The above-described deposition step and plasma annealing step were defined as one cycle, and this cycle was repeated four times, and the desired tantalum-carbon thin film was laminated on the substrate 5. The thickness of the obtained thin film was about 200 Å, and its specific resistance was 370 μΩ · cm.

【0016】上記操作においてホットプレート6上に載
置された基板5は、Si基板(又は下層配線層)上に、
予め、絶縁層等が形成されたものである。図2に示すよ
うに、基板21上に設けられた絶縁層22上に、上記し
たように、タンタル含有有機金属化合物の熱分解により
堆積された炭素を多く含んだ層23が形成され、次い
で、この層に対するプラズマアニールによりタンタル−
炭素系薄膜が形成された。
In the above operation, the substrate 5 placed on the hot plate 6 is placed on a Si substrate (or a lower wiring layer).
An insulating layer or the like is formed in advance. As shown in FIG. 2, a carbon-rich layer 23 deposited by thermal decomposition of a tantalum-containing organometallic compound is formed on an insulating layer 22 provided on a substrate 21 as described above, Tantalum-
A carbon-based thin film was formed.

【0017】プラズマ形成ガスとして、アルゴンの代わ
りに窒素を用いて、上記と同じ操作を繰り返したとこ
ろ、同様な結果が得られた。
When the same operation as above was repeated using nitrogen instead of argon as the plasma forming gas, similar results were obtained.

【0018】上記したように行ったプラズマアニール処
理前後の薄膜中の組成変化および比抵抗の変動を以下の
表1に示す。この薄膜の組成は、オージェ電子分光法
(AES)に基づいて同定した。(表1)
Table 1 below shows the composition change and the specific resistance change in the thin film before and after the plasma annealing performed as described above. The composition of this thin film was identified based on Auger electron spectroscopy (AES). (Table 1)

【0019】表1から明らかなように、アルゴンによる
プラズマアニールでも、窒素によるプラズマアニールで
も、得られたタンタル−炭素系薄膜におけるタンタルと
炭素との組成比率はほぼ1:1であり、その比率はプラ
ズマアニールの処理前後でほとんど変化することはな
く、得られた薄膜の比抵抗はアニール前と比べて1桁低
かった。また、プラズマアニールの処理により炭素原子
が放出されることもなく、炭素含量は処理前後とも窒素
含量よりも高い。このため得られた薄膜をタンタル−炭
素系薄膜とした。 (実施例2)実施例1記載の方法を繰り返した。但し、
プラズマアニール処理時間を、0、15、30、および
60秒と変化させ、かつ、堆積ステップとプラズマアニ
ールステップとの1サイクルだけの処理によりタンタル
−炭素系薄膜を形成せしめ、その比抵抗を測定し、アニ
ール時間と比抵抗との関係を調べた。その結果を表2に
示す。 (表2)
As is clear from Table 1, the composition ratio of tantalum and carbon in the obtained tantalum-carbon thin film is almost 1: 1 in both the plasma annealing using argon and the plasma annealing using nitrogen. There was almost no change before and after the plasma annealing treatment, and the specific resistance of the obtained thin film was one digit lower than that before the annealing. In addition, the carbon content is higher than the nitrogen content before and after the treatment without releasing carbon atoms by the plasma annealing treatment. For this reason, the obtained thin film was used as a tantalum-carbon thin film. (Example 2) The method described in Example 1 was repeated. However,
The plasma annealing time was changed to 0, 15, 30, and 60 seconds, and a tantalum-carbon based thin film was formed by only one cycle of the deposition step and the plasma annealing step, and the specific resistance was measured. The relationship between the annealing time and the specific resistance was examined. Table 2 shows the results. (Table 2)

【0020】表2から明らかなように、アニール時間3
0秒で飽和し、低比抵抗の薄膜を得ることができた。 (実施例3)実施例1では、同一反応容器内で堆積ステ
ップとプラズマアニールステップとを交互に行ってタン
タル−炭素系薄膜を作製したが、本実施例では、堆積ス
テップとプラズマアニールステップとを別の反応容器内
で交互に行った。
As apparent from Table 2, the annealing time 3
Saturation was achieved in 0 seconds, and a thin film with low specific resistance was obtained. (Embodiment 3) In Embodiment 1, a deposition step and a plasma annealing step are alternately performed in the same reaction vessel to produce a tantalum-carbon thin film, but in this embodiment, the deposition step and the plasma annealing step are performed. Performed alternately in separate reaction vessels.

【0021】使用した装置は、図3に模式的に示すよう
に、シリコン基板等の基板の搬送用ロボットを組み込ん
だコア室31を中心として、このコア室に、基板格納室
32、堆積ステップを行うCVD室33、およびプラズ
マアニールを行うアニール室34がそれぞれ、ゲートバ
ルブ35を介して連結されるように構成されている。な
お、CVD室33およびアニール室34は真空ポンプ等
の真空排気系(図示せず)に連結されており、また、ア
ニール室34はIRランプ等の加熱手段により基板を加
熱することができるように、かつ基板にRF電力が印加
できるように構成されている。コア室31に設けられた
既知の基板搬送用ロボットは、基板を、コア室を軸にし
て基板格納室32、CVD室33、アニール室34か
ら、またこれらの各室に搬入・搬出可能なように、かつ
基板格納室32からCVD室33へそしてCVD室から
アニール室34へ自由に搬送可能なように設計されたも
のである。
The apparatus used is, as schematically shown in FIG. 3, centered on a core chamber 31 in which a robot for transporting a substrate such as a silicon substrate is assembled. In this core chamber, a substrate storage chamber 32 and a deposition step are provided. The CVD chamber 33 for performing the annealing and the annealing chamber 34 for performing the plasma annealing are connected to each other via a gate valve 35. The CVD chamber 33 and the annealing chamber 34 are connected to a vacuum evacuation system (not shown) such as a vacuum pump, and the annealing chamber 34 can heat the substrate by a heating means such as an IR lamp. , And so that RF power can be applied to the substrate. The known substrate transfer robot provided in the core chamber 31 can load and unload substrates from the substrate storage chamber 32, the CVD chamber 33, and the annealing chamber 34 around the core chamber, and into and out of these chambers. In addition, it is designed such that it can be freely transferred from the substrate storage chamber 32 to the CVD chamber 33 and from the CVD chamber to the annealing chamber 34.

【0022】まず、基板をコア室31を経由して基板格
納室32からCVD室33内に搬送し、そこで実施例1
と同じ条件下、炭素を多く含む層を基板上に堆積させ
た。この炭素を多く含む層が堆積された基板をCVD室
33からアニール室34内に搬送し、サセプタ上に載置
した。サセプタの温度はCVD室の温度とほぼ同じとし
た。次いで、アニール室34内にマスフローコントロー
ラーを経てプラズマ形成ガス(Ar)を100SCCM
流し、基板をIRランプで加熱しながら、実施例1の場
合と同様に、室34内を13.3Paに保持した状態
で、基板にRF源から500WのRF電力を30秒間印
加し、アルゴンによるプラズマへの暴露、すなわちプラ
ズマアニールを30秒間行い、約50オングストローム
のタンタル−炭素系薄膜を得た。
First, the substrate is transferred from the substrate storage chamber 32 into the CVD chamber 33 via the core chamber 31.
Under the same conditions as above, a layer rich in carbon was deposited on the substrate. The substrate on which the carbon-rich layer was deposited was transported from the CVD chamber 33 into the annealing chamber 34 and placed on the susceptor. The temperature of the susceptor was almost the same as the temperature of the CVD chamber. Next, the plasma forming gas (Ar) was supplied into the annealing chamber 34 through the mass flow controller at 100 SCCM.
While flowing the substrate and heating the substrate with an IR lamp, 500 W of RF power was applied to the substrate from the RF source for 30 seconds from the RF source while the inside of the chamber 34 was maintained at 13.3 Pa, as in Example 1, and argon was applied. Exposure to plasma, that is, plasma annealing was performed for 30 seconds to obtain a tantalum-carbon thin film of about 50 angstroms.

【0023】上記堆積ステップとプラズマアニールステ
ップとを1サイクルとし、このサイクルを4回繰り返
し、基板上に目的とするタンタル−炭素系薄膜を積層し
た。得られた薄膜は、実施例1の場合と同様の組成比を
有しており、厚さは約200オングストロームであり、
比抵抗は370μΩ・cmであった。 (実施例4)実施例1記載の方法を繰り返して、半導体
デバイスの配線孔(またはトレンチ)を有する基板上に
タンタル−炭素系薄膜を形成した後、得られた薄膜を、
SiH4ガスにより、ガス量10SCCM、基板温度4
00℃、反応容器内圧力0.1Torrの条件下、熱ア
ニールした。これにより、配線孔の側壁部のタンタル−
炭素系薄膜の膜品質が改質され、緻密化されており、バ
リア性が向上したことが明らかであった。
The above-described deposition step and plasma annealing step were defined as one cycle, and this cycle was repeated four times to stack the desired tantalum-carbon thin film on the substrate. The obtained thin film has the same composition ratio as in Example 1, the thickness is about 200 Å,
The specific resistance was 370 μΩ · cm. Example 4 The method described in Example 1 was repeated to form a tantalum-carbon thin film on a substrate having wiring holes (or trenches) of a semiconductor device.
With SiH 4 gas, gas amount 10 SCCM, substrate temperature 4
Thermal annealing was performed under the conditions of 00 ° C. and a pressure of 0.1 Torr in the reaction vessel. Thereby, the tantalum on the side wall of the wiring hole is
It was clear that the film quality of the carbon-based thin film was modified and densified, and the barrier property was improved.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明の薄膜形成方法によれば、バリア
層として、低い成膜温度でタンタル−炭素系薄膜を形成
することが可能となったので、その後の半導体デバイス
作製の工程での高温処理による欠陥の発生などの問題点
が解決されるという効果が得られると共に、本発明のタ
ンタル−炭素系薄膜は低い比抵抗を有しており、バリア
層として有用である。
According to the thin film forming method of the present invention, a tantalum-carbon based thin film can be formed as a barrier layer at a low film forming temperature. The effect of solving problems such as generation of defects due to the treatment is obtained, and the tantalum-carbon thin film of the present invention has a low specific resistance and is useful as a barrier layer.

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

【図1】本発明で使用する熱CVD装置の構成の一例を
模式的に示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an example of the configuration of a thermal CVD apparatus used in the present invention.

【図2】本発明に従って基板上に炭素を多く含んだ層を
形成した状態を模式的に示す基板の断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a substrate schematically showing a state in which a layer containing a large amount of carbon is formed on the substrate according to the present invention.

【図3】本発明で使用する熱CVD装置の構成の別の一
例を模式的に示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing another example of the configuration of the thermal CVD apparatus used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応容器(真空反応槽) 2 原料容器 3、7、9 マスフローコントローラー 4 気化器 5 基板 6 ホットプレー
ト 8 熱交換器 10 RF源 21 Si基板(または下層配線図) 22 絶縁
層 23 炭素を多く含んだ層 31 コア
室 32 基板格納室 33 CVD室 34 アニール室 35 ゲートバ
ルブ a 加圧ガス b キャリアガ
ス c プラズマ形成ガス H ヒーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction container (vacuum reaction tank) 2 Raw material container 3, 7, 9 Mass flow controller 4 Vaporizer 5 Substrate 6 Hot plate 8 Heat exchanger 10 RF source 21 Si substrate (or lower wiring diagram) 22 Insulating layer 23 Contains much carbon Radar layer 31 Core room 32 Substrate storage room 33 CVD room 34 Annealing room 35 Gate valve a Pressurized gas b Carrier gas c Plasma forming gas H Heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 靖 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社半導体技術研究所内 (72)発明者 長野 賢三 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社千葉超材料研究所内 (72)発明者 田熊 康宏 千葉県山武郡山武町横田523 日本真空技 術株式会社半導体技術研究所内 Fターム(参考) 4K030 AA11 AA16 AA18 BA17 BA27 DA08 DA09 FA10 HA01 JA10 LA01 LA15 4M104 BB34 DD45 DD77 DD78 FF18 HH20 5F033 HH36 JJ36 MM13 NN07 PP02 PP11 QQ00 QQ73 QQ85 QQ98 WW00 XX10  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yasushi Higuchi 523 Yokota, Yamatake-cho, Yamatake-gun, Chiba Japan Semiconductor Technology Laboratory (72) Inventor Kenzo Nagano 523 Yokota, Yamatake-cho, Yamatake-gun, Chiba Japan Nippon Vacuum Engineering (72) Inventor Yasuhiro Takuma 523 Yokota, Yamatake-cho, Yamatake-gun, Chiba Prefecture F-term (reference) 4K030 AA11 AA16 AA18 BA17 BA27 DA08 DA09 FA10 HA01 JA10 LA01 LA15 4M104 BB34 DD45 DD77 DD78 FF18 HH20 5F033 HH36 JJ36 MM13 NN07 PP02 PP11 QQ00 QQ73 QQ85 QQ98 WW00 XX10

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化学気相堆積法によりタンタル含有有機
金属化合物を熱分解して基板上に炭素を多く含む層を堆
積するステップと、基板にバイアスを印加しつつ該炭素
を多く含む層をプラズマに暴露するステップとを含むこ
とを特徴とするタンタル−炭素系薄膜の形成方法。
1. A step of thermally decomposing a tantalum-containing organometallic compound by a chemical vapor deposition method to deposit a carbon-rich layer on a substrate, and applying a bias to the substrate to remove the carbon-rich layer by plasma. Exposing to a tantalum-carbon thin film.
【請求項2】 前記炭素を多く含む層を堆積するステッ
プが、基板温度250〜400℃で行われることを特徴
とする請求項1記載の形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step of depositing the carbon-rich layer is performed at a substrate temperature of 250 to 400 ° C.
【請求項3】 前記タンタル含有有機金属化合物がアル
キル置換アミノタンタル化合物であることを特徴とする
請求項1または2記載の形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the tantalum-containing organometallic compound is an alkyl-substituted amino tantalum compound.
【請求項4】 前記炭素を多く含む層を堆積するステッ
プと前記プラズマに暴露するステップとを基板を真空の
環境から取り出さずに行うことを特徴とする請求項1〜
3のいずれかに記載の形成方法。
4. The method of claim 1, wherein the step of depositing the carbon-rich layer and the step of exposing to the plasma are performed without removing the substrate from a vacuum environment.
3. The forming method according to any one of 3.
【請求項5】 前記炭素を多く含む層を堆積するステッ
プと前記プラズマに暴露するステップとを1つの真空処
理室内で行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか
に記載の形成方法。
5. The method according to claim 1, wherein the step of depositing the carbon-rich layer and the step of exposing to the plasma are performed in a single vacuum processing chamber.
【請求項6】 前記プラズマが、窒素イオン、窒素含有
イオン、アルゴンイオン、クリプトンイオン、キセノン
イオンのうち少なくとも1つを含んでいることを特徴と
する請求項1〜5のいずれかに記載の形成方法。
6. The method according to claim 1, wherein the plasma contains at least one of nitrogen ions, nitrogen-containing ions, argon ions, krypton ions, and xenon ions. Method.
【請求項7】 前記炭素を多く含む層を堆積するステッ
プと、前記プラズマに曝露するステップとを1サイクル
として、これを複数回繰り返すことを特徴とする請求項
1〜6のいずれかに記載の形成方法。
7. The method according to claim 1, wherein the step of depositing the layer containing a large amount of carbon and the step of exposing to the plasma constitute one cycle, and the cycle is repeated a plurality of times. Forming method.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の炭素を
多く含む層を堆積するステップと、基板にバイアスを印
加しつつ該炭素を多く含む層をプラズマに暴露するステ
ップとを終了した後、さらに、基板をシラン系のガス雰
囲気中において熱アニールすることを特徴とするタンタ
ル−炭素系薄膜の形成方法。
8. The step of depositing a layer rich in carbon according to claim 1 and the step of exposing the layer rich in carbon to plasma while applying a bias to the substrate have been completed. Thereafter, a method of forming a tantalum-carbon thin film, further comprising thermally annealing the substrate in a silane-based gas atmosphere.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれかに記載の方法で
得られたタンタル−炭素系薄膜であって、比抵抗が35
0〜2000μΩ・cmであることを特徴とするタンタ
ル−炭素系薄膜。
9. A tantalum-carbon thin film obtained by the method according to claim 1, wherein the specific resistance is 35.
A tantalum-carbon thin film having a thickness of 0 to 2000 μΩ · cm.
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