JP2002543281A - ハロゲン化タンタル前駆物質からの一体化Ｔａ及びＴａＮｘフイルムのＣＶＤ - Google Patents
ハロゲン化タンタル前駆物質からの一体化Ｔａ及びＴａＮｘフイルムのＣＶＤInfo
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Abstract
(57)【要約】
無機五ハロゲン化タンタル（ＴａＸ5）前駆物質及び窒素から高品質等角窒化タンタル（Ｔａ／ＴａＮx）二層フイルムを蒸着するための化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）法が記載されている。無機ハロゲン化タンタル前駆物質は、五フッ化タンタル（ＴａＦ5）、五塩化タンタル（ＴａＣｌ5）、及び五臭化タンタル（ＴａＢｒ 5）である。ＴａＸ5蒸気を加熱された反応室（１１）内へ送入する。その蒸気を処理ガスと一緒にし、３００℃〜５００℃に加熱された基体（２３）上にＴａフイルムを蒸着し、窒素含有処理ガスと一緒にしてＴａＮxフイルムを蒸着する。蒸着したＴａ／ＴａＮx二層フイルムは、銅フイルムを、特に大きな縦横比の小さな構造体として有する集積回路のために有用である。これらのフイルムの高度の等角性は、ＰＶＤにより蒸着したフイルムより優れている。
Description
【０００１】 （技術分野） 本発明は、集積回路の形成に関し、特にハロゲン化タンタル前駆物質から蒸着
した一体化したタンタル及び窒化タンタルフイルムの化学蒸着に関する。
した一体化したタンタル及び窒化タンタルフイルムの化学蒸着に関する。
【０００２】 （背景技術） 集積回路（ＩＣ）は、電気装置で信号伝達のための通路を与える。装置中のＩ
Ｃは、半導体基体の珪素基礎層中に含まれた多くの活性トランジスタから構成さ
れている。ＩＣの容量を増大するためには、金属「導線」による多数の配線を基
体の珪素基礎層中の或る活性トランジスタと、基体の珪素基礎層中の別の活性ト
ランジスタとの間に形成する。回路の金属配線として総合的に知られている配線
は、基体中へ切り込まれた穴、バイア又はトレンチを通して構成されている。金
属配線の、実際に珪素基礎層と接触する特定の点は、接点として知られている。
穴、バイア又はトレンチの残余は、接点プラグと呼ばれている伝導性材料で充填
されている。トランジスタ密度が増大し続け、一層高密度の集積回路を形成して
行くにつれて、接点プラグの直径を減少し、配線、多段金属化構造体、及び一層
高い縦横比のバイアの数を増大できるようにしなければならない。
Ｃは、半導体基体の珪素基礎層中に含まれた多くの活性トランジスタから構成さ
れている。ＩＣの容量を増大するためには、金属「導線」による多数の配線を基
体の珪素基礎層中の或る活性トランジスタと、基体の珪素基礎層中の別の活性ト
ランジスタとの間に形成する。回路の金属配線として総合的に知られている配線
は、基体中へ切り込まれた穴、バイア又はトレンチを通して構成されている。金
属配線の、実際に珪素基礎層と接触する特定の点は、接点として知られている。
穴、バイア又はトレンチの残余は、接点プラグと呼ばれている伝導性材料で充填
されている。トランジスタ密度が増大し続け、一層高密度の集積回路を形成して
行くにつれて、接点プラグの直径を減少し、配線、多段金属化構造体、及び一層
高い縦横比のバイアの数を増大できるようにしなければならない。
【０００３】 アルミニウムは、集積回路の接点及び配線のために認められた標準的な物であ
った。しかし、その電気移動及びその高い電気抵抗率に伴われる問題のため、サ
ブミクロンの大きさを持つ新しい構造体のための新しい材料が必要になっている
。銅は、超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路の次世代集積回路のための配線材料とし
て有望であるが、銅珪化物（Ｃｕ−Ｓｉ）化合物が低温で形成されること及び酸
化珪素（ＳｉＯ2）を通るその電気移動性は、それを使用した場合の欠点になっ
ている。
った。しかし、その電気移動及びその高い電気抵抗率に伴われる問題のため、サ
ブミクロンの大きさを持つ新しい構造体のための新しい材料が必要になっている
。銅は、超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路の次世代集積回路のための配線材料とし
て有望であるが、銅珪化物（Ｃｕ−Ｓｉ）化合物が低温で形成されること及び酸
化珪素（ＳｉＯ2）を通るその電気移動性は、それを使用した場合の欠点になっ
ている。
【０００４】 配線素子の選択として、アルミニウムから銅へ移行すると、基体の下の誘電体
層への銅の拡散を防ぐ障壁として働き、基体銅蒸着のための効果的「接着剤（gl
ue）」層を形成する新しい材料が必要である。それら新しい材料は、後で基体に
蒸着する銅に接着する下地材としても働く必要がある。下地材は銅と障壁材料と
の間の低い電気抵抗の界面も与えなければならない。スパッタリングのような物
理的蒸着（ＰＶＤ）法及び（又は）化学蒸着（ＣＶＤ）法により蒸着するチタン
（Ｔｉ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）障壁層のような、今までアルミニウムと共に
用いられてきた障壁層は、銅に対する障壁としては役に立たない。更に、Ｔｉは
ＰＶＤ及び（又は）ＣＶＤで用いる比較的低い温度で銅と反応して銅・チタン（
Ｃｕ−Ｔｉ）化合物を形成する。
層への銅の拡散を防ぐ障壁として働き、基体銅蒸着のための効果的「接着剤（gl
ue）」層を形成する新しい材料が必要である。それら新しい材料は、後で基体に
蒸着する銅に接着する下地材としても働く必要がある。下地材は銅と障壁材料と
の間の低い電気抵抗の界面も与えなければならない。スパッタリングのような物
理的蒸着（ＰＶＤ）法及び（又は）化学蒸着（ＣＶＤ）法により蒸着するチタン
（Ｔｉ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）障壁層のような、今までアルミニウムと共に
用いられてきた障壁層は、銅に対する障壁としては役に立たない。更に、Ｔｉは
ＰＶＤ及び（又は）ＣＶＤで用いる比較的低い温度で銅と反応して銅・チタン（
Ｃｕ−Ｔｉ）化合物を形成する。
【０００５】 スパッターしたタンタル（Ｔａ）及び反応スパッターした窒化タンタル（Ｔａ
Ｎ）は、それらの高い伝導度、高い熱安定性、及び異物原子の拡散に対する抵抗
性により、銅と珪素基体との間の良好な拡散障壁になることが実証されてきてい
る。しかし、蒸着したＴａ及び（又は）ＴａＮフイルムは、その隠蔽効果による
ステップカバレッジが本来よくない。従って、スパッタリング法は比較的大きな
構造体（＞０．３μｍ）及び小さな縦横比の接点バイヤに限定されている。ＣＶ
Ｄは、大きな縦横比を有する小さな構造体（＜０．２５μｍ）の場合でも、一層
良好な等角性のＰＶＤに勝る固有の利点を与える。しかし、ｔ−ブチルイミドト
リス（ジエチルアミド）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ）、ペンタキス（ジメチルアミ
ノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ）、及びペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル（Ｐ
ＤＥＡＴ）のような金属・有機原料を用いたＴａ及びＴａＮのＣＶＤは、種々雑
多な結果を与える。Ｔａ及びＴａＮの場合の別の問題は、得られるフイルムが全
て比較的大きな濃度の酸素及び炭素不純物を有し、キャリヤーガスを使用する必
要があることである。
Ｎ）は、それらの高い伝導度、高い熱安定性、及び異物原子の拡散に対する抵抗
性により、銅と珪素基体との間の良好な拡散障壁になることが実証されてきてい
る。しかし、蒸着したＴａ及び（又は）ＴａＮフイルムは、その隠蔽効果による
ステップカバレッジが本来よくない。従って、スパッタリング法は比較的大きな
構造体（＞０．３μｍ）及び小さな縦横比の接点バイヤに限定されている。ＣＶ
Ｄは、大きな縦横比を有する小さな構造体（＜０．２５μｍ）の場合でも、一層
良好な等角性のＰＶＤに勝る固有の利点を与える。しかし、ｔ−ブチルイミドト
リス（ジエチルアミド）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ）、ペンタキス（ジメチルアミ
ノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ）、及びペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル（Ｐ
ＤＥＡＴ）のような金属・有機原料を用いたＴａ及びＴａＮのＣＶＤは、種々雑
多な結果を与える。Ｔａ及びＴａＮの場合の別の問題は、得られるフイルムが全
て比較的大きな濃度の酸素及び炭素不純物を有し、キャリヤーガスを使用する必
要があることである。
【０００６】 キャリヤーガスを使用する必要があることは、キャリヤーガス中の前駆物質ガ
スの濃度が正確には分らない欠点を与える。その結果、キャリヤーガスと前駆物
質ガスの混合物をＣＶＤ反応室へ正確に計量して入れても、反応器へ前駆物質ガ
ス単独の正確な計量を確実に与えたことにはならない。このことは、ＣＶＤ室中
の反応物を多過ぎるか又は少な過ぎる状態にすることがある。キャリヤーガスを
使用することは、その流れるキャリヤーガスにより屡々粒状物が取り込まれ、Ｃ
ＶＤ反応室へ汚染物として送り込む欠点も与える。処理中の半導体ウエーハの表
面上に粒子が存在すると、欠陥のある半導体装置を製造する結果になることがあ
る。
スの濃度が正確には分らない欠点を与える。その結果、キャリヤーガスと前駆物
質ガスの混合物をＣＶＤ反応室へ正確に計量して入れても、反応器へ前駆物質ガ
ス単独の正確な計量を確実に与えたことにはならない。このことは、ＣＶＤ室中
の反応物を多過ぎるか又は少な過ぎる状態にすることがある。キャリヤーガスを
使用することは、その流れるキャリヤーガスにより屡々粒状物が取り込まれ、Ｃ
ＶＤ反応室へ汚染物として送り込む欠点も与える。処理中の半導体ウエーハの表
面上に粒子が存在すると、欠陥のある半導体装置を製造する結果になることがあ
る。
【０００７】 五ハロゲン化タンタルのような無機タンタル原料を供給する低い温度（＜５０
０℃）でＴａ／ＴａＮ一体化二層を蒸着する方法は、次世代ＩＣで銅障壁を形成
するのに利点を与える。理想的には蒸着したフイルムは大きなステップカバレッ
ジ〔構造体（feature）の側面、又はその構造体に隣接する基体又はウエーハの
上部表面上の被覆厚さに対する前記構造体の底部での被覆厚さの比〕、良好な拡
散障壁性、最小限の不純物、低い抵抗率、良好な等角性（大きな縦横比の構造体
の複雑なトポグラフィーの均一なカバレッジ）を有し、理想的にはその方法は大
きな蒸着速度を有する。
０℃）でＴａ／ＴａＮ一体化二層を蒸着する方法は、次世代ＩＣで銅障壁を形成
するのに利点を与える。理想的には蒸着したフイルムは大きなステップカバレッ
ジ〔構造体（feature）の側面、又はその構造体に隣接する基体又はウエーハの
上部表面上の被覆厚さに対する前記構造体の底部での被覆厚さの比〕、良好な拡
散障壁性、最小限の不純物、低い抵抗率、良好な等角性（大きな縦横比の構造体
の複雑なトポグラフィーの均一なカバレッジ）を有し、理想的にはその方法は大
きな蒸着速度を有する。
【０００８】 （発明の開示） 本発明は、化学蒸着によりハロゲン化タンタル前駆物質から一体化したタンタ
ル（Ｔａ）／窒化チタン（ＴａＮx）フイルムを基体上に与える方法に関する。
ハロゲン化タンタル前駆物質は、その前駆物質を気化して、基体の入った反応室
へタンタル蒸気を送る蒸気圧を与えるのに充分な温度で送入する。気化圧力は少
なくとも約３トールである。Ｔａは、処理ガスと一緒にし、プラズマ促進ＣＶＤ
（ＰＥＣＶＤ）法により０．２〜５．０トールの範囲の圧力で基体上に蒸着する
。次に蒸気を窒素含有処理ガスと一緒にし、ＰＥＣＶＤ又は熱的ＣＶＤ法により
ＴａＮxを蒸着する。Ｔａ及びＴａＮx層の両方共同じ室内で蒸着し、これにより
その方法の効率を増大する。ハロゲン化タンタル前駆物質は、フッ化タンタル（
ＴａＦ）、塩化タンタル（ＴａＣｌ）、又は臭化タンタル（ＴａＢｒ）であり、
好ましくは五フッ化タンタル（ＴａＦ5）、五塩化タンタル（ＴａＣｌ5）、又は
五臭化タンタル（ＴａＢｒ5）である。基体温度は約３００℃〜５００℃の範囲
にある。
ル（Ｔａ）／窒化チタン（ＴａＮx）フイルムを基体上に与える方法に関する。
ハロゲン化タンタル前駆物質は、その前駆物質を気化して、基体の入った反応室
へタンタル蒸気を送る蒸気圧を与えるのに充分な温度で送入する。気化圧力は少
なくとも約３トールである。Ｔａは、処理ガスと一緒にし、プラズマ促進ＣＶＤ
（ＰＥＣＶＤ）法により０．２〜５．０トールの範囲の圧力で基体上に蒸着する
。次に蒸気を窒素含有処理ガスと一緒にし、ＰＥＣＶＤ又は熱的ＣＶＤ法により
ＴａＮxを蒸着する。Ｔａ及びＴａＮx層の両方共同じ室内で蒸着し、これにより
その方法の効率を増大する。ハロゲン化タンタル前駆物質は、フッ化タンタル（
ＴａＦ）、塩化タンタル（ＴａＣｌ）、又は臭化タンタル（ＴａＢｒ）であり、
好ましくは五フッ化タンタル（ＴａＦ5）、五塩化タンタル（ＴａＣｌ5）、又は
五臭化タンタル（ＴａＢｒ5）である。基体温度は約３００℃〜５００℃の範囲
にある。
【０００９】 本発明は、ＴａＦ5又はＴａＣｌ5前駆物質から一体化Ｔａ／ＴａＮxフイルム
を、その前駆物質を気化するのに充分な高さへ前駆物質の温度を上昇させること
により基体上に蒸着する方法にも関する。蒸気を処理ガスと一緒にし、ＰＥＣＶ
Ｄ法によりＴａを蒸着する。次に蒸気を窒素含有処理ガスと一緒にし、ＰＥＣＶ
Ｄ又は熱的ＣＶＤ法によりＴａＮxを蒸着する。
を、その前駆物質を気化するのに充分な高さへ前駆物質の温度を上昇させること
により基体上に蒸着する方法にも関する。蒸気を処理ガスと一緒にし、ＰＥＣＶ
Ｄ法によりＴａを蒸着する。次に蒸気を窒素含有処理ガスと一緒にし、ＰＥＣＶ
Ｄ又は熱的ＣＶＤ法によりＴａＮxを蒸着する。
【００１０】 本発明は、更に、キャリヤーガスを用いることなく、ＴａＢｒ5前駆物質から
Ｔａ／ＴａＮx一体化フイルムを基体上に蒸着する方法にも関する。前駆物質の
温度は、タンタル蒸気を生ずるのに充分な高さへ上昇させる。蒸気を処理ガスと
一緒にし、ＰＥＣＶＤ法によりＴａを蒸着する。次にその蒸気を窒素含有処理ガ
スと一緒にし、ＰＥＣＶＤ又は熱的ＣＶＤ法によりＴａＮxを蒸着する。
Ｔａ／ＴａＮx一体化フイルムを基体上に蒸着する方法にも関する。前駆物質の
温度は、タンタル蒸気を生ずるのに充分な高さへ上昇させる。蒸気を処理ガスと
一緒にし、ＰＥＣＶＤ法によりＴａを蒸着する。次にその蒸気を窒素含有処理ガ
スと一緒にし、ＰＥＣＶＤ又は熱的ＣＶＤ法によりＴａＮxを蒸着する。
【００１１】 本発明は、更に銅（Ｃｕ）層及び一体化Ｔａ／ＴａＮx層と一体化した基体に
も関し、この場合、銅の拡散はその一体化Ｔａ／ＴａＮx層により防止されてい
る。
も関し、この場合、銅の拡散はその一体化Ｔａ／ＴａＮx層により防止されてい
る。
【００１２】 本発明により蒸着された一体化Ｔａ／ＴａＮxフイルムは、最小限の不純物及
び低い抵抗率を有する。そのフイルムは良好なステップカバレッジ、大きな縦横
比（aspect ratio：アスペクト比）の小さい構造体（feature：フィーチャー）
でさえも良好な等角性（conformality）を与え、銅フイルムに対する良好な拡散
障壁になる。
び低い抵抗率を有する。そのフイルムは良好なステップカバレッジ、大きな縦横
比（aspect ratio：アスペクト比）の小さい構造体（feature：フィーチャー）
でさえも良好な等角性（conformality）を与え、銅フイルムに対する良好な拡散
障壁になる。
【００１３】 本発明の開示した方法及び基体は一連の用途を有することが認められるであろ
う。これら及び他の利点は、次の図面及び詳細な説明を参照して更に理解される
であろう。
う。これら及び他の利点は、次の図面及び詳細な説明を参照して更に理解される
であろう。
【００１４】 （詳細な説明） タンタル（Ｔａ）のような耐火性遷移金属及びそれらの窒化物（ＴａＮ）フイ
ルムは、銅（Ｃｕ）に対する効果的な拡散障壁になる。それらの効果性は、それ
らの大きな熱安定性、高い伝導度、及び異物元素又は不純物の拡散に対する対抗
性によるものである。Ｔａ及びＴａＮは、それらがＣｕと化学的に不活性である
こと、即ち、ＣｕとＴａ、又はＣｕとＮとの間で化合物が形成されないことによ
り、特に魅力的なものである。
ルムは、銅（Ｃｕ）に対する効果的な拡散障壁になる。それらの効果性は、それ
らの大きな熱安定性、高い伝導度、及び異物元素又は不純物の拡散に対する対抗
性によるものである。Ｔａ及びＴａＮは、それらがＣｕと化学的に不活性である
こと、即ち、ＣｕとＴａ、又はＣｕとＮとの間で化合物が形成されないことによ
り、特に魅力的なものである。
【００１５】 ハロゲン化タンタルは、Ｔａ及びＴａＮのための便利な無機原料を与える。特
に無機前駆物質は五ハロゲン化タンタル（ＴａＸ5）であり、ここでＸは、フッ
素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、及び臭素（Ｂｒ）のハロゲンを表す。表１は、ハロゲ
ン化タンタル前駆物質、特に五フッ化タンタル（ＴａＦ5）、五塩化タンタル（
ＴａＣｌ5）、及び臭化タンタル（ＴａＢｒ5）の関連する熱力学的性質を示して
おり、比較のため五沃化タンタル（ＴａＩ5）が含まれている。ＴａＦ5、ＴａＣ
ｌ5、及びＴａＢｒ5前駆物質材料は、全て室温（１８℃〜２２℃）で固体である
。
に無機前駆物質は五ハロゲン化タンタル（ＴａＸ5）であり、ここでＸは、フッ
素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、及び臭素（Ｂｒ）のハロゲンを表す。表１は、ハロゲ
ン化タンタル前駆物質、特に五フッ化タンタル（ＴａＦ5）、五塩化タンタル（
ＴａＣｌ5）、及び臭化タンタル（ＴａＢｒ5）の関連する熱力学的性質を示して
おり、比較のため五沃化タンタル（ＴａＩ5）が含まれている。ＴａＦ5、ＴａＣ
ｌ5、及びＴａＢｒ5前駆物質材料は、全て室温（１８℃〜２２℃）で固体である
。
【００１６】
【００１７】 化学蒸着（ＣＶＤ）法では、熱エネルギー又は電気エネルギーを用いてガス前
駆物質を活性化する。活性化した時、ガス前駆物質は化学的に反応してフイルム
を形成する。ＣＶＤの好ましい方法は、図１に例示してあり、本願と同じ日に出
願され、東京エレクトロン社（Tokyo Electron Limited）に譲渡されている、ウ
ェステンドロップ（Westendorp）その他による「固体表面からの蒸気をＣＶＤ室
へ送るための装置及び方法」（APPARATUS AND METHODS FOR DELIVERY OF VAPOR
FROM SOLID SOURCES TO A CVD CHAMBER）と題する係属中の出願（これは参考の
ため全体的にここに入れてある）に記載されている。化学蒸着（ＣＶＤ）装置１
０は、ＣＶＤ反応室１１及び前駆物質送入系１２を有する。反応室１１中で反応
を行い、例えば、塩化タンタル（ＴａＣｌ）又は他のハロゲン化タンタル化合物
の前駆物質ガスをタンタル（Ｔａ）及び（又は）窒化タンタル（ＴａＮx）の障
壁層のようなフイルムへ転化する。ＴａＮフイルムは特定の化学量論性（ＴａＮ x ）に限定されるものではない。なぜなら、ＴａＮxは、与えられた蒸着でガスの
比率を変化させることにより、連続的に変えることができるからである。従って
、ここで用いるＴａＮxは、どのような化学量論性の窒化タンタルフイルムでも
包含する。
駆物質を活性化する。活性化した時、ガス前駆物質は化学的に反応してフイルム
を形成する。ＣＶＤの好ましい方法は、図１に例示してあり、本願と同じ日に出
願され、東京エレクトロン社（Tokyo Electron Limited）に譲渡されている、ウ
ェステンドロップ（Westendorp）その他による「固体表面からの蒸気をＣＶＤ室
へ送るための装置及び方法」（APPARATUS AND METHODS FOR DELIVERY OF VAPOR
FROM SOLID SOURCES TO A CVD CHAMBER）と題する係属中の出願（これは参考の
ため全体的にここに入れてある）に記載されている。化学蒸着（ＣＶＤ）装置１
０は、ＣＶＤ反応室１１及び前駆物質送入系１２を有する。反応室１１中で反応
を行い、例えば、塩化タンタル（ＴａＣｌ）又は他のハロゲン化タンタル化合物
の前駆物質ガスをタンタル（Ｔａ）及び（又は）窒化タンタル（ＴａＮx）の障
壁層のようなフイルムへ転化する。ＴａＮフイルムは特定の化学量論性（ＴａＮ x ）に限定されるものではない。なぜなら、ＴａＮxは、与えられた蒸着でガスの
比率を変化させることにより、連続的に変えることができるからである。従って
、ここで用いるＴａＮxは、どのような化学量論性の窒化タンタルフイルムでも
包含する。
【００１８】 前駆物質送入系１２は、ガス出口１４を有する前駆物質ガスの供給系（source
）１３を有し、その出口はガス導入部１６を有する計量系１５を通ってＣＶＤ反
応室１１に通じている。供給系１３は前駆物質ガス、例えばハロゲン化タンタル
蒸気をハロゲン化タンタル化合物から生ずる。その化合物は、標準温度及び圧力
の時、固体状態になっているものである。前駆物質原料は、好ましくは制御され
た加熱により、希望の前駆物質蒸気圧を生ずる温度に維持されている。その蒸気
圧は、好ましくはキャリヤーガスを用いることなく、反応室１１へ前駆物質ガス
を送入するのにそれ自身充分な圧力であるのが好ましい。計量系１５は、供給系
１３から反応室１１へ前駆物質ガス蒸気の流れを、反応室１１中に商業的に実施
可能なＣＶＤ処理を維持するのに充分な速度に維持する。
）１３を有し、その出口はガス導入部１６を有する計量系１５を通ってＣＶＤ反
応室１１に通じている。供給系１３は前駆物質ガス、例えばハロゲン化タンタル
蒸気をハロゲン化タンタル化合物から生ずる。その化合物は、標準温度及び圧力
の時、固体状態になっているものである。前駆物質原料は、好ましくは制御され
た加熱により、希望の前駆物質蒸気圧を生ずる温度に維持されている。その蒸気
圧は、好ましくはキャリヤーガスを用いることなく、反応室１１へ前駆物質ガス
を送入するのにそれ自身充分な圧力であるのが好ましい。計量系１５は、供給系
１３から反応室１１へ前駆物質ガス蒸気の流れを、反応室１１中に商業的に実施
可能なＣＶＤ処理を維持するのに充分な速度に維持する。
【００１９】 反応室１１は、一般には慣用的ＣＶＤ反応器であり、真空に対し気密な室壁２
１により囲まれた真空室２０を有する。室２０中には基体支持体又はサセプタ２
２が配置されており、その上に半導体ウエーハ２３のような基体が支持される。
室２０は、半導体ウエーハ基体２３の上にＴａ／ＴａＮx障壁層のようなフイル
ムを蒸着するＣＶＤ反応を実施するのに適した真空度に維持されている。ＣＶＤ
反応室１１に好ましい圧力範囲は０．２〜５．０トールの範囲にある。その真空
度は、真空ポンプ２４及び導入ガス供給系（source）２５の制御された操作によ
り維持され、その導入ガス供給系は、送入系１２を含み、タンタル還元反応を行
うのに用いられる、例えば水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）、又はアンモニア（ＮＨ3
）の還元性ガス源２６及びアルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）のようなガス
のための不活性ガス源２７も含む。供給系２５からのガスは、基体２３とは反対
の室２０の一方の端に位置するシャワーヘッド２８を通って、一般に基体２３に
対し平行に且つそれへ向けて室２０中へ入る。
１により囲まれた真空室２０を有する。室２０中には基体支持体又はサセプタ２
２が配置されており、その上に半導体ウエーハ２３のような基体が支持される。
室２０は、半導体ウエーハ基体２３の上にＴａ／ＴａＮx障壁層のようなフイル
ムを蒸着するＣＶＤ反応を実施するのに適した真空度に維持されている。ＣＶＤ
反応室１１に好ましい圧力範囲は０．２〜５．０トールの範囲にある。その真空
度は、真空ポンプ２４及び導入ガス供給系（source）２５の制御された操作によ
り維持され、その導入ガス供給系は、送入系１２を含み、タンタル還元反応を行
うのに用いられる、例えば水素（Ｈ2）、窒素（Ｎ2）、又はアンモニア（ＮＨ3
）の還元性ガス源２６及びアルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）のようなガス
のための不活性ガス源２７も含む。供給系２５からのガスは、基体２３とは反対
の室２０の一方の端に位置するシャワーヘッド２８を通って、一般に基体２３に
対し平行に且つそれへ向けて室２０中へ入る。
【００２０】 前駆物質供給系１３には、垂直に配向した軸３２を有する円筒状気化室３１を
有する密封気化器３０が含まれている。室３１は、合金インコネル（INCONEL）
６００のような高温耐久性の非腐食性材料から形成された円筒状壁３３により取
り囲まれており、その内部表面３４は高度に磨かれて滑らかになっている。壁３
３は、平坦な閉じた円状底３５及び開口頂部を有し、その開口部は壁３３と同じ
熱耐久性非腐食性材料の蓋３６により密封されている。供給系１３の出口１４は
、その蓋３６の中に位置している。高温を用いた場合、例えば、ＴｉＩ4又はＴ
ａＢｒ5を用いた場合、蓋３６はフランジリング３７へ密封され、そのリングは
ヘリコフレックス（HELICOFLEX）密封材のような高温耐久性真空適合性金属シー
ル３８により壁３３の頂部へ一体化されており、そのシールはインコネルコイル
スプリングを取り巻くＣ型ニッケル管から形成されている。ＴａＣｌ5及びＴａ
Ｆ5のような低温を必要とする材料を用いた場合、慣用的弾力性Ｏリングシール
３８を用いて蓋を密封してもよい。
有する密封気化器３０が含まれている。室３１は、合金インコネル（INCONEL）
６００のような高温耐久性の非腐食性材料から形成された円筒状壁３３により取
り囲まれており、その内部表面３４は高度に磨かれて滑らかになっている。壁３
３は、平坦な閉じた円状底３５及び開口頂部を有し、その開口部は壁３３と同じ
熱耐久性非腐食性材料の蓋３６により密封されている。供給系１３の出口１４は
、その蓋３６の中に位置している。高温を用いた場合、例えば、ＴｉＩ4又はＴ
ａＢｒ5を用いた場合、蓋３６はフランジリング３７へ密封され、そのリングは
ヘリコフレックス（HELICOFLEX）密封材のような高温耐久性真空適合性金属シー
ル３８により壁３３の頂部へ一体化されており、そのシールはインコネルコイル
スプリングを取り巻くＣ型ニッケル管から形成されている。ＴａＣｌ5及びＴａ
Ｆ5のような低温を必要とする材料を用いた場合、慣用的弾力性Ｏリングシール
３８を用いて蓋を密封してもよい。
【００２１】 キャリヤーガスの源３９は、蓋３６を通って容器３１に接続されており、その
ガスはＨｅ又はＡｒのような不活性ガスであるのが好ましい。供給系１３には、
タンタルのフッ化物、塩化物、又は臭化物（ＴａＸ）、好ましくは五ハロゲン化
物（ＴａＸ5）のような多量の前駆物質材料が容器３１の底に入っており、それ
は標準温度及び圧力で固体状態で容器３１中へ導入されている。容器３１は、そ
の中の固体ＴａＸ物質を入れてその容器３１を密封することにより、ハロゲン化
タンタル蒸気で満たされている。ハロゲン化物は前駆物質４０として供給され、
容器３１の底に入れられ、そこで、得られる蒸気圧が許容範囲内に有る限り、液
体状態まで加熱されるのが好ましい。前駆物質４０が液体である場合、蒸気はそ
の液体物質４０の液面より上に存在する。壁３３は垂直円筒であるため、ＴａＸ
物質４０の表面積は、もし液体であれば、ＴａＸの消失量とは無関係に一定に留
まる。
ガスはＨｅ又はＡｒのような不活性ガスであるのが好ましい。供給系１３には、
タンタルのフッ化物、塩化物、又は臭化物（ＴａＸ）、好ましくは五ハロゲン化
物（ＴａＸ5）のような多量の前駆物質材料が容器３１の底に入っており、それ
は標準温度及び圧力で固体状態で容器３１中へ導入されている。容器３１は、そ
の中の固体ＴａＸ物質を入れてその容器３１を密封することにより、ハロゲン化
タンタル蒸気で満たされている。ハロゲン化物は前駆物質４０として供給され、
容器３１の底に入れられ、そこで、得られる蒸気圧が許容範囲内に有る限り、液
体状態まで加熱されるのが好ましい。前駆物質４０が液体である場合、蒸気はそ
の液体物質４０の液面より上に存在する。壁３３は垂直円筒であるため、ＴａＸ
物質４０の表面積は、もし液体であれば、ＴａＸの消失量とは無関係に一定に留
まる。
【００２２】 送入系１２は、前駆物質４０の直接送入に限定されるものではなく、ガス源３
９から容器３１へ導入することができるキャリヤーガスと共に前駆物質４０を送
入するための別法として用いることもできる。そのようなガスは、水素（Ｈ2）
、或はヘリウム（Ｈｅ）又はアルゴン（Ａｒ）のような不活性ガスでもよい。キ
ャリヤーガスを用いる場合、それは容器３１中へ導入し、前駆物質４０の頂部表
面を横切って分布するようにしてもよく、或は容器３１中へ導入し、容器３１の
底３５から上方への拡散によりその物質４０を通って透過し、物質４０の最大表
面積がキャリヤーガスに露出されるようにしてもよい。更に別の方法として、容
器３１中にある液体を気化する。しかし、そのような別法は望ましくない粒子を
付加し、前駆物質の直接送入、即ちキャリヤーガスを用いない送入により達成さ
れる制御された送入速度を与えるものではない。従って、前駆物質の直接送入が
好ましい。
９から容器３１へ導入することができるキャリヤーガスと共に前駆物質４０を送
入するための別法として用いることもできる。そのようなガスは、水素（Ｈ2）
、或はヘリウム（Ｈｅ）又はアルゴン（Ａｒ）のような不活性ガスでもよい。キ
ャリヤーガスを用いる場合、それは容器３１中へ導入し、前駆物質４０の頂部表
面を横切って分布するようにしてもよく、或は容器３１中へ導入し、容器３１の
底３５から上方への拡散によりその物質４０を通って透過し、物質４０の最大表
面積がキャリヤーガスに露出されるようにしてもよい。更に別の方法として、容
器３１中にある液体を気化する。しかし、そのような別法は望ましくない粒子を
付加し、前駆物質の直接送入、即ちキャリヤーガスを用いない送入により達成さ
れる制御された送入速度を与えるものではない。従って、前駆物質の直接送入が
好ましい。
【００２３】 容器３１中の前駆物質４０の温度を維持するために、壁３３の底３５を、ヒー
ター４４と熱伝導状態に維持し、それにより前駆物質４０を制御された温度、好
ましくはその融点より高く維持し、それによりキャリヤーガスが無い（即ち、直
接送入系になっている）場合には約３トールより大きな蒸気圧を生じ、キャリヤ
ーガスが用いられた場合には、約１トールのような低い蒸気圧を生ずる。正確な
蒸気圧は、キャリヤーガスの量、基体２３の表面積等のような他の変数に依存す
る。タンタルのための直接送入系の場合には、蒸気圧は、図２に示したように、
ハロゲン化タンタル前駆物質を９５℃〜２０５℃の範囲に加熱することにより、
５トール以上の好ましい圧力に維持することができる。ＴａＸ5の場合には、望
ましい温度はＴａＦ5では少なくとも約９５℃であり、ＴａＣｌ5では望ましい温
度は少なくとも約１４５℃であり、ＴａＢｒ5では望ましい温度は少なくとも約
２０５℃である。フッ化物、塩化物、及び臭化物の夫々の五ハロゲン化タンタル
化合物の融点は、９７℃〜２６５℃の範囲にある。五沃化タンタル（ＴａＩ5）
では、容器３１中に充分な蒸気圧を生じさせるためには遥かに高い温度が必要で
ある。それら温度は、シャワーヘッド２８中で、或はさもなければウエーハ２３
と接触する前に、早過ぎるガス反応を起こす程高くならないようにすべきである
。
ター４４と熱伝導状態に維持し、それにより前駆物質４０を制御された温度、好
ましくはその融点より高く維持し、それによりキャリヤーガスが無い（即ち、直
接送入系になっている）場合には約３トールより大きな蒸気圧を生じ、キャリヤ
ーガスが用いられた場合には、約１トールのような低い蒸気圧を生ずる。正確な
蒸気圧は、キャリヤーガスの量、基体２３の表面積等のような他の変数に依存す
る。タンタルのための直接送入系の場合には、蒸気圧は、図２に示したように、
ハロゲン化タンタル前駆物質を９５℃〜２０５℃の範囲に加熱することにより、
５トール以上の好ましい圧力に維持することができる。ＴａＸ5の場合には、望
ましい温度はＴａＦ5では少なくとも約９５℃であり、ＴａＣｌ5では望ましい温
度は少なくとも約１４５℃であり、ＴａＢｒ5では望ましい温度は少なくとも約
２０５℃である。フッ化物、塩化物、及び臭化物の夫々の五ハロゲン化タンタル
化合物の融点は、９７℃〜２６５℃の範囲にある。五沃化タンタル（ＴａＩ5）
では、容器３１中に充分な蒸気圧を生じさせるためには遥かに高い温度が必要で
ある。それら温度は、シャワーヘッド２８中で、或はさもなければウエーハ２３
と接触する前に、早過ぎるガス反応を起こす程高くならないようにすべきである
。
【００２４】 例として、１８０℃の温度が、容器３１の底３５を加熱するための制御温度で
あると仮定する。この温度は、五沃化チタン（ＴｉＩ4）前駆物質を用いた場合
の望ましい蒸気圧を生ずるのに適切である。容器３１の壁３３及び蓋３６上に前
駆物質蒸気が凝縮するのを防ぐために、容器３１の底３５にこの温度を与えると
、蓋は、蓋３６の外側と熱的接触している別に制御されたヒーター４５による壁
３３の底３５の所のヒーター４４よりも高い、例えば１９０℃の温度に維持され
る。室壁３３の側面は環状トラップ空気空間４６により取り巻かれており、それ
は容器壁３３と、取り巻く同心状外側アルミニウム壁又は缶４７との間に含まれ
ている。缶４７は、更に珪素発泡絶縁体４８の環状層により取り巻かれている。
この温度維持構造により、蓋３６、壁３３の側面、及び前駆物質４０の表面４２
により取り巻かれた容器３１の体積中に蒸気を、１８０℃〜１９０℃の希望の例
温度範囲及び約３トールより高く、好ましくは５トールより高い圧力に維持する
。希望の圧力を維持するのに適切な温度は、前駆物質材料により変化し、その材
料は主にタンタル又はハロゲン化タンタル化合物になるように考えられている。
あると仮定する。この温度は、五沃化チタン（ＴｉＩ4）前駆物質を用いた場合
の望ましい蒸気圧を生ずるのに適切である。容器３１の壁３３及び蓋３６上に前
駆物質蒸気が凝縮するのを防ぐために、容器３１の底３５にこの温度を与えると
、蓋は、蓋３６の外側と熱的接触している別に制御されたヒーター４５による壁
３３の底３５の所のヒーター４４よりも高い、例えば１９０℃の温度に維持され
る。室壁３３の側面は環状トラップ空気空間４６により取り巻かれており、それ
は容器壁３３と、取り巻く同心状外側アルミニウム壁又は缶４７との間に含まれ
ている。缶４７は、更に珪素発泡絶縁体４８の環状層により取り巻かれている。
この温度維持構造により、蓋３６、壁３３の側面、及び前駆物質４０の表面４２
により取り巻かれた容器３１の体積中に蒸気を、１８０℃〜１９０℃の希望の例
温度範囲及び約３トールより高く、好ましくは５トールより高い圧力に維持する
。希望の圧力を維持するのに適切な温度は、前駆物質材料により変化し、その材
料は主にタンタル又はハロゲン化タンタル化合物になるように考えられている。
【００２５】 蒸気の流れを計量する系１５には、直径が少なくとも1/2インチであるか、又
は内径が少なくとも１０ｍｍ、好ましくは更に大きい送入管５０が含まれ、少な
くとも約２〜４０標準ｃｍ3／分（ｓｃｃｍ）である希望の流量で認め得る程の
圧力低下が起きないようにする。管５０は、その上流端の所で出口１４に接続さ
れている前駆物質ガス供給系１３から、反応室１１へ伸びており、そこでその下
流端が導入部１６へ接続されている。気化器出口１４から反応器導入部１６まで
の管５０の全長及び反応器室１１のシャワーヘッド２８は、前駆物質材料４０の
気化温度より高く、例えば、１９５℃に加熱されるのが好ましい。
は内径が少なくとも１０ｍｍ、好ましくは更に大きい送入管５０が含まれ、少な
くとも約２〜４０標準ｃｍ3／分（ｓｃｃｍ）である希望の流量で認め得る程の
圧力低下が起きないようにする。管５０は、その上流端の所で出口１４に接続さ
れている前駆物質ガス供給系１３から、反応室１１へ伸びており、そこでその下
流端が導入部１６へ接続されている。気化器出口１４から反応器導入部１６まで
の管５０の全長及び反応器室１１のシャワーヘッド２８は、前駆物質材料４０の
気化温度より高く、例えば、１９５℃に加熱されるのが好ましい。
【００２６】 管５０には、中心に円状オリフィス５２があいているバッフル板５１が配備さ
れており、そのオリフィスは約０．０８９インチの直径を有するのが好ましい。
ゲージ１（５６）からゲージ２（５７）への圧力低下は、制御弁５３により調節
する。オリフィス５２を通って反応室１１へ入る制御弁５３の後のこの圧力低下
は、約１０ミリトールより大きく、流量に比例するであろう。遮断弁５４が導管
５０の中に、気化器１３の出口１４と制御弁５３との間に配備され、気化器１３
の容器３１を閉じるようにしてある。
れており、そのオリフィスは約０．０８９インチの直径を有するのが好ましい。
ゲージ１（５６）からゲージ２（５７）への圧力低下は、制御弁５３により調節
する。オリフィス５２を通って反応室１１へ入る制御弁５３の後のこの圧力低下
は、約１０ミリトールより大きく、流量に比例するであろう。遮断弁５４が導管
５０の中に、気化器１３の出口１４と制御弁５３との間に配備され、気化器１３
の容器３１を閉じるようにしてある。
【００２７】 送入系１５からＣＶＤ反応室１１の室２０中へ入る前駆物質ガスの流量を制御
することを含め、装置１０を制御するのに用いるための制御器６０に情報を与え
るため、装置１０に圧力センサー５５から５８が配備されている。それら圧力セ
ンサーには、気化容器３１中の圧力を監視するため、気化器１３の出口１４と遮
断弁５４との間の管５０に接続されたセンサー５５が含まれている。圧力センサ
ー５６は、オリフィス５２の上流の圧力を監視するため、制御弁５３とバッフル
５１との間の管５０に接続されており、一方圧力センサー５７はオリフィス５２
の下流の圧力を監視するため、バッフル５１と反応器導入部１６との間の管５０
に接続されている。更に圧力センサー５８が、ＣＶＤ室２０中の圧力を監視する
ため、反応室１１の室２０に接続されている。
することを含め、装置１０を制御するのに用いるための制御器６０に情報を与え
るため、装置１０に圧力センサー５５から５８が配備されている。それら圧力セ
ンサーには、気化容器３１中の圧力を監視するため、気化器１３の出口１４と遮
断弁５４との間の管５０に接続されたセンサー５５が含まれている。圧力センサ
ー５６は、オリフィス５２の上流の圧力を監視するため、制御弁５３とバッフル
５１との間の管５０に接続されており、一方圧力センサー５７はオリフィス５２
の下流の圧力を監視するため、バッフル５１と反応器導入部１６との間の管５０
に接続されている。更に圧力センサー５８が、ＣＶＤ室２０中の圧力を監視する
ため、反応室１１の室２０に接続されている。
【００２８】 反応室１１のＣＶＤ室２０中へ入る前駆物質蒸気の流れの制御は、センサー５
５〜５８、特にオリフィス５２を通る圧力低下を決定するセンサー５６と５７に
より感知された圧力に呼応して制御器６０により達成される。条件が、オリフィ
ス５２を通る前駆物質蒸気の流れが閉塞されていない流れになるような条件であ
る場合、管５２を通る前駆物質蒸気の実際の流れは、圧力センサー５６及び５７
により監視される圧力の関数であり、オリフィス５２の下流側でセンサー５７に
より測定される圧力に対するオリフィス５２の上流側でセンサー５６により測定
される圧力の比から決定することができる。
５〜５８、特にオリフィス５２を通る圧力低下を決定するセンサー５６と５７に
より感知された圧力に呼応して制御器６０により達成される。条件が、オリフィ
ス５２を通る前駆物質蒸気の流れが閉塞されていない流れになるような条件であ
る場合、管５２を通る前駆物質蒸気の実際の流れは、圧力センサー５６及び５７
により監視される圧力の関数であり、オリフィス５２の下流側でセンサー５７に
より測定される圧力に対するオリフィス５２の上流側でセンサー５６により測定
される圧力の比から決定することができる。
【００２９】 条件が、オリフィス５２を通る前駆物質蒸気の流れが閉塞された流れになるよ
うな条件である場合、管５２を通る前駆物質蒸気の実際の流れは、圧力センサー
５７により監視される圧力だけの関数である。どちらの場合でも、閉塞又は非閉
塞流の存在は、工程条件を解釈することにより制御器６０により決定することが
できる。その決定が制御器６０により行われる場合、前駆物質ガスの流量は制御
器６０により計算して決定することができる。
うな条件である場合、管５２を通る前駆物質蒸気の実際の流れは、圧力センサー
５７により監視される圧力だけの関数である。どちらの場合でも、閉塞又は非閉
塞流の存在は、工程条件を解釈することにより制御器６０により決定することが
できる。その決定が制御器６０により行われる場合、前駆物質ガスの流量は制御
器６０により計算して決定することができる。
【００３０】 前駆物質ガスの実際の流量の正確な決定は、制御器６０によりアクセスできる
非揮発メモリー６１に記憶された照合又は乗数表から流量データーを検索するこ
とにより計算して行うのが好ましい。前駆物質蒸気の実際の流量が決定されたな
らば、希望の流量を、一つ以上の可変オリフィス制御弁５３の閉ループ・フィー
ドバック制御、真空ポンプ２４によるＣＶＤ室圧力の制御、源２６及び２７から
の還元性又は不活性ガスの制御、又はヒーター４４、４５の調節による室３１中
の前駆物質ガスの温度及び蒸気圧の制御により維持することができる。
非揮発メモリー６１に記憶された照合又は乗数表から流量データーを検索するこ
とにより計算して行うのが好ましい。前駆物質蒸気の実際の流量が決定されたな
らば、希望の流量を、一つ以上の可変オリフィス制御弁５３の閉ループ・フィー
ドバック制御、真空ポンプ２４によるＣＶＤ室圧力の制御、源２６及び２７から
の還元性又は不活性ガスの制御、又はヒーター４４、４５の調節による室３１中
の前駆物質ガスの温度及び蒸気圧の制御により維持することができる。
【００３１】 図１に示したように、固体ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5前駆物質材料
４０は、円筒状耐食性金属容器３１中に密封されており、それは前駆物質材料の
有効表面積を最大にする。ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5からの蒸気は、
高コンダクタンス送入系により、直接、即ちキャリヤーガスを用いることなく、
反応室１１中へ送入された。反応室１１は、蒸気又は蒸着副生成物の凝縮を防ぐ
ため、少なくとも約１００℃の温度に加熱した。
４０は、円筒状耐食性金属容器３１中に密封されており、それは前駆物質材料の
有効表面積を最大にする。ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5からの蒸気は、
高コンダクタンス送入系により、直接、即ちキャリヤーガスを用いることなく、
反応室１１中へ送入された。反応室１１は、蒸気又は蒸着副生成物の凝縮を防ぐ
ため、少なくとも約１００℃の温度に加熱した。
【００３２】 ハロゲン化タンタル蒸気の反応室１１への制御された直接送入は、約９５℃〜
２０５℃の範囲の温度へ固体ハロゲン化タンタル前駆物質４０を加熱することに
より達成された。その温度の選択は特定の前駆物質に依存する。温度は前駆物質
４０を気化し、ハロゲン化タンタル蒸気を室１１へ送入する蒸気圧を与えるのに
充分なものであった。従って、キャリヤーガスは不必要である。充分な蒸気圧は
、約３トールより大きかった。この圧力は、約０．１〜２．０トールの範囲で作
動する反応室１１へハロゲン化タンタル前駆物質を約５０ｓｃｃｍまで送入しな
がら、高コンダクタンス送入系中の規定されたオリフィスを通って一定の圧力低
下を維持するために必要であった。希望の圧力を得るための温度は、ＴａＦ5で
は約８３℃〜９５℃の範囲、好ましくは約９５℃であり、ＴａＣｌ5では約１３
０℃〜１５０℃の範囲、好ましくは約１４５℃であり、ＴａＢｒ5では約２０２
℃〜２１８℃の範囲、好ましくは約２０５℃であった。これらの条件下でＴａＦ 5 は液体であったが、ＴａＣｌ5及びＴａＢｒ5は固体のままであった。
２０５℃の範囲の温度へ固体ハロゲン化タンタル前駆物質４０を加熱することに
より達成された。その温度の選択は特定の前駆物質に依存する。温度は前駆物質
４０を気化し、ハロゲン化タンタル蒸気を室１１へ送入する蒸気圧を与えるのに
充分なものであった。従って、キャリヤーガスは不必要である。充分な蒸気圧は
、約３トールより大きかった。この圧力は、約０．１〜２．０トールの範囲で作
動する反応室１１へハロゲン化タンタル前駆物質を約５０ｓｃｃｍまで送入しな
がら、高コンダクタンス送入系中の規定されたオリフィスを通って一定の圧力低
下を維持するために必要であった。希望の圧力を得るための温度は、ＴａＦ5で
は約８３℃〜９５℃の範囲、好ましくは約９５℃であり、ＴａＣｌ5では約１３
０℃〜１５０℃の範囲、好ましくは約１４５℃であり、ＴａＢｒ5では約２０２
℃〜２１８℃の範囲、好ましくは約２０５℃であった。これらの条件下でＴａＦ 5 は液体であったが、ＴａＣｌ5及びＴａＢｒ5は固体のままであった。
【００３３】 図２は、前駆物質ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5についての測定された
蒸気圧と温度との関係を示しており、比較のためＴａＩ5が含まれている。前に
述べたように、希望の圧力は約３トールより大きく、好ましくは５トールより大
きい。同じく前に述べたように、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5の蒸気圧
は、キャリヤーガスが存在しなくてもタンタルを蒸着することができるように充
分低いが、高コンダクタンス送入系中の規定されたオリフィスを通って一定の圧
力低下を維持するのに充分であり、然も、０．１〜２．０トールで作動する反応
室１１へ５０ｓｃｃｍまでのＴａＸ5を送入できるようにするのに充分であるの
が望ましい。ＴａＩ5の蒸気圧は、記載した装置で実際に遂行するためには低過
ぎることが決定された。ＴａＢｒ5については、白丸は公表されている値を表し
ているが、ＴａＢｒ5、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＩ5についての黒い四角は
、本発明者の実験データーを表している。
蒸気圧と温度との関係を示しており、比較のためＴａＩ5が含まれている。前に
述べたように、希望の圧力は約３トールより大きく、好ましくは５トールより大
きい。同じく前に述べたように、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5の蒸気圧
は、キャリヤーガスが存在しなくてもタンタルを蒸着することができるように充
分低いが、高コンダクタンス送入系中の規定されたオリフィスを通って一定の圧
力低下を維持するのに充分であり、然も、０．１〜２．０トールで作動する反応
室１１へ５０ｓｃｃｍまでのＴａＸ5を送入できるようにするのに充分であるの
が望ましい。ＴａＩ5の蒸気圧は、記載した装置で実際に遂行するためには低過
ぎることが決定された。ＴａＢｒ5については、白丸は公表されている値を表し
ているが、ＴａＢｒ5、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＩ5についての黒い四角は
、本発明者の実験データーを表している。
【００３４】 駆動電極がガス送入シャワーヘッドであり、ウエーハ又は基体２３のためのサ
セプタ２２又は台がＲＦ接地である場合、平行板ＲＦ放電を用いた。選択された
ＴａＸ5蒸気を、基体上のＨ2のような他の処理ガスと一緒にし、基体は約３００
℃〜５００℃の温度に加熱しておいた。Ｈ2以外の処理ガスとして、Ａｒ及びＨ
ｅも単独又は組合せて用いることができる。
セプタ２２又は台がＲＦ接地である場合、平行板ＲＦ放電を用いた。選択された
ＴａＸ5蒸気を、基体上のＨ2のような他の処理ガスと一緒にし、基体は約３００
℃〜５００℃の温度に加熱しておいた。Ｈ2以外の処理ガスとして、Ａｒ及びＨ
ｅも単独又は組合せて用いることができる。
【００３５】 良好な品質のＰＥＣＶＤ Ｔａフイルムを蒸着するための処理条件を表２に与
える。ここでｓｌｍは標準リットル／分であり、Ｗ／ｃｍ2はワット／ｃｍ2であ
る。
える。ここでｓｌｍは標準リットル／分であり、Ｗ／ｃｍ2はワット／ｃｍ2であ
る。
【００３６】
【００３７】 本発明の方法を用いた処理条件でのＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5によ
るＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムの性質を、表３に与える。代表的値は、２００
ｍｍＳｉ及びＳｉＯ2基体上で、ＴａＸ5前駆物質〔ＴａＦ5、実験数（ｎ）＝１
５；ＴａＣｌ5、ｎ＝８；ＴａＢｒ5、ｎ＝８〕によるＰＥＣＶＤ Ｔａの中から
選択された。
るＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムの性質を、表３に与える。代表的値は、２００
ｍｍＳｉ及びＳｉＯ2基体上で、ＴａＸ5前駆物質〔ＴａＦ5、実験数（ｎ）＝１
５；ＴａＣｌ5、ｎ＝８；ＴａＢｒ5、ｎ＝８〕によるＰＥＣＶＤ Ｔａの中から
選択された。
【００３８】
【００３９】 良好な品質のＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムを蒸着するための工程条件を表４
に与える。
に与える。
【００４０】
【００４１】 本発明の方法を用いた処理条件でのＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5によ
るＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムの性質を、表５に与える。代表的値は、２００
ｍｍＳｉ及びＳｉＯ2基体上で、ＴａＸ5前駆物質〔ＴａＦ5、実験数（ｎ）＝１
５；ＴａＣｌ5、ｎ＝８；ＴａＢｒ5、ｎ＝８〕によるＰＥＣＶＤ ＴａＮxの中
から選択された。
るＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムの性質を、表５に与える。代表的値は、２００
ｍｍＳｉ及びＳｉＯ2基体上で、ＴａＸ5前駆物質〔ＴａＦ5、実験数（ｎ）＝１
５；ＴａＣｌ5、ｎ＝８；ＴａＢｒ5、ｎ＝８〕によるＰＥＣＶＤ ＴａＮxの中
から選択された。
【００４２】
【００４３】 良好な品質の熱的ＣＶＤ ＴａＮxフイルムを蒸着するための工程条件を表６
に与える。
に与える。
【００４４】
【００４５】 本発明の方法を用いた処理条件でのＴａＦ5及びＴａＢｒ5による熱的ＣＶＤ
ＴａＮxフイルムの性質を、表７に与える。代表的値は、２００ｍｍ珪素（Ｓｉ
）及び二酸化珪素（ＳｉＯ2）基体上で、ＴａＸ5前駆物質（ＴａＦ5、ｎ＝１０
；ＴａＢｒ5、ｎ＝２２）によるＴａＮxの蒸着の中から選択された。更にＴａ／
ＴａＮx二層も蒸着した（ＴａＦ5、ｎ＝３；ＴａＢｒ5、ｎ＝１）。表７に列挙
した蒸着タンタルフイルムの性質は、ウエーハを横切って±２０％以内で均一で
あった。
ＴａＮxフイルムの性質を、表７に与える。代表的値は、２００ｍｍ珪素（Ｓｉ
）及び二酸化珪素（ＳｉＯ2）基体上で、ＴａＸ5前駆物質（ＴａＦ5、ｎ＝１０
；ＴａＢｒ5、ｎ＝２２）によるＴａＮxの蒸着の中から選択された。更にＴａ／
ＴａＮx二層も蒸着した（ＴａＦ5、ｎ＝３；ＴａＢｒ5、ｎ＝１）。表７に列挙
した蒸着タンタルフイルムの性質は、ウエーハを横切って±２０％以内で均一で
あった。
【００４６】
【００４７】 本発明の方法を用いた処理条件でのＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5によ
るＴａ／ＴａＮx二層フイルムの性質を、表８に与える。全てのフイルムはＰＥ
ＣＶＤ Ｔａ及びＰＥＣＶＤ ＴａＮxであった。
るＴａ／ＴａＮx二層フイルムの性質を、表８に与える。全てのフイルムはＰＥ
ＣＶＤ Ｔａ及びＰＥＣＶＤ ＴａＮxであった。
【００４８】
【００４９】 本発明の方法により蒸着した集積フイルムは、ＩＣの形成に重要な特性を示し
ている。Ｔａ層とＴａＮx層との間には良好な滑らかな界面及び良好な接着が存
在する。フイルムは低い配線インピーダンスに充分な低い電気抵抗率の範囲にあ
り（１０００μΩｃｍより低く、好ましくは５００μΩｃｍよりも低い）、その
フイルムは良好な等角性及び良好なステップカバレッジ（０．３より大）を有す
る。更に、不純物の水準は低い（２原子％未満）。また、蒸着速度は生産性につ
いての考察からも充分であり（１００Å／分より大）、その工程は低いウエーハ
温度（４５０℃未満）を用いており、従って、ＳｉＯ2の誘電率より低い誘電率
を有する材料を含め、装置内で用いられる他の薄膜材料と両立することができる
。
ている。Ｔａ層とＴａＮx層との間には良好な滑らかな界面及び良好な接着が存
在する。フイルムは低い配線インピーダンスに充分な低い電気抵抗率の範囲にあ
り（１０００μΩｃｍより低く、好ましくは５００μΩｃｍよりも低い）、その
フイルムは良好な等角性及び良好なステップカバレッジ（０．３より大）を有す
る。更に、不純物の水準は低い（２原子％未満）。また、蒸着速度は生産性につ
いての考察からも充分であり（１００Å／分より大）、その工程は低いウエーハ
温度（４５０℃未満）を用いており、従って、ＳｉＯ2の誘電率より低い誘電率
を有する材料を含め、装置内で用いられる他の薄膜材料と両立することができる
。
【００５０】 蒸着温度に対するフイルム抵抗率の依存性は、三つの前駆物質で異なっている
。ＴａＦ5前駆物質を用いてＰＥＣＶＤ Ｔａ及びＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルム
により蒸着したＴａ／ＴａＮx集積フイルムについては、４３０℃の温度及び０
．５ｓｌｍのＮ2流量で、フイルムは約１１５μΩｃｍの抵抗率を持っていた。
３５０℃の温度及び０．５ｓｌｍのＮ2流量では、フイルム抵抗率は８５μΩｃ
ｍへ減少した。４００℃の温度でＮ2流量を２．５ｓｌｍに増大すると、抵抗率
は２１１μΩｃｍへ増大した。前駆物質としてＴａＣｌ5を用いたＴａ／ＴａＮx フイルムについては、４００℃の温度及び２．５ｓｌｍのＮ2流量では、抵抗率
は１９９５μΩｃｍであった。前駆物質としてＴａＢｒ5を用いて蒸着したＴａ
／ＴａＮxフイルムについては、４３０℃の温度及び０．５ｓｌｍのＮ2流量では
、抵抗率は６４５μΩｃｍであった。従って、三つの前駆物質全てについて、ガ
ス混合物中のＮ2流量を増大すると、Ｔａ／ＴａＮxフイルムの抵抗率は高くなっ
た。抵抗率の増大は、フイルム中の窒素濃度の増大によると推定される。このこ
とは、スパッタリングのようなＰＶＤ法、又は有機・金属ＣＶＤ（ＯＭＣＶＤ）
により蒸着したＴａ／ＴａＮxフイルムによる以前の結果と一致しており、この
場合タンタルに対する窒素の比率を増大すると、Ｔａ／ＴａＮxフイルムの抵抗
率が劇的に増大していた。
。ＴａＦ5前駆物質を用いてＰＥＣＶＤ Ｔａ及びＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルム
により蒸着したＴａ／ＴａＮx集積フイルムについては、４３０℃の温度及び０
．５ｓｌｍのＮ2流量で、フイルムは約１１５μΩｃｍの抵抗率を持っていた。
３５０℃の温度及び０．５ｓｌｍのＮ2流量では、フイルム抵抗率は８５μΩｃ
ｍへ減少した。４００℃の温度でＮ2流量を２．５ｓｌｍに増大すると、抵抗率
は２１１μΩｃｍへ増大した。前駆物質としてＴａＣｌ5を用いたＴａ／ＴａＮx フイルムについては、４００℃の温度及び２．５ｓｌｍのＮ2流量では、抵抗率
は１９９５μΩｃｍであった。前駆物質としてＴａＢｒ5を用いて蒸着したＴａ
／ＴａＮxフイルムについては、４３０℃の温度及び０．５ｓｌｍのＮ2流量では
、抵抗率は６４５μΩｃｍであった。従って、三つの前駆物質全てについて、ガ
ス混合物中のＮ2流量を増大すると、Ｔａ／ＴａＮxフイルムの抵抗率は高くなっ
た。抵抗率の増大は、フイルム中の窒素濃度の増大によると推定される。このこ
とは、スパッタリングのようなＰＶＤ法、又は有機・金属ＣＶＤ（ＯＭＣＶＤ）
により蒸着したＴａ／ＴａＮxフイルムによる以前の結果と一致しており、この
場合タンタルに対する窒素の比率を増大すると、Ｔａ／ＴａＮxフイルムの抵抗
率が劇的に増大していた。
【００５１】 本発明によるＰＥＣＶＤにより蒸着したＴａ／ＴａＮx二層フイルムの走査電
子顕微鏡（ＳＥＭ）を得、図３及び図４に示す。図３は、前駆物質としてＴａＦ 5 を用いたＴａ／ＴａＮx二層フイルムのＳＥＭであり、図４は、前駆物質として
ＴａＢｒ5を用いたＴａ／ＴａＮx二層フイルムのＳＥＭである。ＴａＢｒ5によ
るＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層フイルムは、ＴａＦ5によるＴａ／ＴａＮxフ
イルムよりも良好なステップカバレッジを有するように見える。ＴａＣｌ5によ
るＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層フイルムも、ＴａＦ5によるＴａ／ＴａＮxフ
イルムよりも良好なステップカバレッジを持つものと推定される。
子顕微鏡（ＳＥＭ）を得、図３及び図４に示す。図３は、前駆物質としてＴａＦ 5 を用いたＴａ／ＴａＮx二層フイルムのＳＥＭであり、図４は、前駆物質として
ＴａＢｒ5を用いたＴａ／ＴａＮx二層フイルムのＳＥＭである。ＴａＢｒ5によ
るＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層フイルムは、ＴａＦ5によるＴａ／ＴａＮxフ
イルムよりも良好なステップカバレッジを有するように見える。ＴａＣｌ5によ
るＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層フイルムも、ＴａＦ5によるＴａ／ＴａＮxフ
イルムよりも良好なステップカバレッジを持つものと推定される。
【００５２】 図３及び図４は、或る縦横比を有する構造体を有する基体を示しており、代表
的な底部ステップカバレッジ及び側壁カバレッジを三つの前駆物質の各々につい
て示している。ステップカバレッジは、その構造体の底部のフイルム厚さを、フ
ィールドとも呼ばれているその構造体に隣接する基体の表面上のフイルム厚さで
割った値を表している。理想的なステップカバレッジは１．０又は１００％で、
フィールド上と底部上の厚さが同じ場合を表している。ＴａＢｒ5及びＴａＣｌ5 によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮxフイルムは、ＴａＦ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ
／ＴａＮxフイルムよりも一般的に滑らかであるように見え、後者は最も粗いよ
うに見えた。表８に示したように、ＴａＢｒ5の場合、ステップカバレッジは０
．３７であり、ＴａＣｌ5の場合にはステップカバレッジは０．１９であり、Ｔ
ａＦ5の場合、二つの集積フイルムでのステップカバレッジは０．５及び０．１
９であった。
的な底部ステップカバレッジ及び側壁カバレッジを三つの前駆物質の各々につい
て示している。ステップカバレッジは、その構造体の底部のフイルム厚さを、フ
ィールドとも呼ばれているその構造体に隣接する基体の表面上のフイルム厚さで
割った値を表している。理想的なステップカバレッジは１．０又は１００％で、
フィールド上と底部上の厚さが同じ場合を表している。ＴａＢｒ5及びＴａＣｌ5 によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮxフイルムは、ＴａＦ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ
／ＴａＮxフイルムよりも一般的に滑らかであるように見え、後者は最も粗いよ
うに見えた。表８に示したように、ＴａＢｒ5の場合、ステップカバレッジは０
．３７であり、ＴａＣｌ5の場合にはステップカバレッジは０．１９であり、Ｔ
ａＦ5の場合、二つの集積フイルムでのステップカバレッジは０．５及び０．１
９であった。
【００５３】 本発明のＴａ／ＴａＮxフイルム処理と銅との相容性を決定した。実際上Ｔａ
／ＴａＮxフイルムは銅と一体的、即ち銅と直接接触するようになるので、Ｔａ
／ＴａＮx蒸着中、銅の侵食又はエッチングは全く又は殆ど起きるべきではない
。Ｔａ／ＴａＮxと銅との相容性は、ＰＶＤにより蒸着した５００ÅのＴｉＮx層
と、ＰＶＤにより蒸着した２０００Åの銅層を有するＳｉウエーハを反応室１１
中へ入れることにより試験した。ＴａＦ5又はＴａＣｌ5前駆物質を用いて、本発
明の方法を用いて銅層の上にＰＥＣＶＤによりＴａＮxフイルムを蒸着した。
／ＴａＮxフイルムは銅と一体的、即ち銅と直接接触するようになるので、Ｔａ
／ＴａＮx蒸着中、銅の侵食又はエッチングは全く又は殆ど起きるべきではない
。Ｔａ／ＴａＮxと銅との相容性は、ＰＶＤにより蒸着した５００ÅのＴｉＮx層
と、ＰＶＤにより蒸着した２０００Åの銅層を有するＳｉウエーハを反応室１１
中へ入れることにより試験した。ＴａＦ5又はＴａＣｌ5前駆物質を用いて、本発
明の方法を用いて銅層の上にＰＥＣＶＤによりＴａＮxフイルムを蒸着した。
【００５４】 得られたフイルムのＳＥＭ像の写真を図５〜７に示す。図５は、ＰＶＤにより
蒸着したＣｕフイルム上のＴａＦ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示し
ている。図６は、ＰＶＤにより蒸着したＣｕフイルム上のＴａＣｌ5によるＰＥ
ＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示している。図７は、ＰＶＤにより蒸着したＣｕ
フイルム上のＴａＣｌ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示している。Ｃ
ｕ層は、ＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮxとの奇麗な界面を持つと共に、それらが蒸
着されたままの約２０００Åの同じ厚さを持っていた。図５〜７も、Ｃｕ層とＰ
ＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層との間の奇麗で滑らかな界面を示している。従っ
て、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5前駆物質によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／Ｔ
ａＮxフイルムのＰＥＣＶＤ中、殆ど又は全く侵食或はエッチングは起きなかっ
たことを結論付けることができる。
蒸着したＣｕフイルム上のＴａＦ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示し
ている。図６は、ＰＶＤにより蒸着したＣｕフイルム上のＴａＣｌ5によるＰＥ
ＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示している。図７は、ＰＶＤにより蒸着したＣｕ
フイルム上のＴａＣｌ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示している。Ｃ
ｕ層は、ＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮxとの奇麗な界面を持つと共に、それらが蒸
着されたままの約２０００Åの同じ厚さを持っていた。図５〜７も、Ｃｕ層とＰ
ＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層との間の奇麗で滑らかな界面を示している。従っ
て、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5前駆物質によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／Ｔ
ａＮxフイルムのＰＥＣＶＤ中、殆ど又は全く侵食或はエッチングは起きなかっ
たことを結論付けることができる。
【００５５】 選択したフイルムを、オージェ（Auger）電子分光器によっても評価し、それ
らの結果を図８〜９に示す。ＳｉＯ2層の上にＴａ／ＴａＮxを蒸着するために前
駆物質としてＴａＢｒ5を用いた場合のオージェ分析スペクトルを図８に示す。
ＰＶＤにより蒸着した前述のＣｕ層の上にＴａ／ＴａＮxを蒸着するために前駆
物質としてＴａＢｒ5を用いた場合のオージェ分析スペクトルを図９に示す。オ
ージェスペクトルの分析は、ＴａＮx層と他の層との間の奇麗な界面を確認させ
るものであった。この分析により、フイルム中に存在する不純物のレベルも低い
ことが確認された。これらの図は、ＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムが窒素に乏し
い（ｘ＜１．０）ことを示しており、それは表２に示した結果と一致している。
これらのフイルムは０．５：７の低いＮ2：Ｈ2比で蒸着されており、そのことは
窒素含有量の一層低いフイルムを与える結果になると予想された。ｘ＞１．０の
場合、ＰＶＤ及びＣＶＤの両方により蒸着されたＴａＮxフイルムで、通常指数
関数的に増大するＴａＮxの電気抵抗率が観察されている。それらの図は、全て
の層の間に比較的鋭い界面を示しており、そのことは二層へのＣｕ拡散が極めて
少ないことを示している。臭化物濃度は２原子％よりも低いことが決定された。
らの結果を図８〜９に示す。ＳｉＯ2層の上にＴａ／ＴａＮxを蒸着するために前
駆物質としてＴａＢｒ5を用いた場合のオージェ分析スペクトルを図８に示す。
ＰＶＤにより蒸着した前述のＣｕ層の上にＴａ／ＴａＮxを蒸着するために前駆
物質としてＴａＢｒ5を用いた場合のオージェ分析スペクトルを図９に示す。オ
ージェスペクトルの分析は、ＴａＮx層と他の層との間の奇麗な界面を確認させ
るものであった。この分析により、フイルム中に存在する不純物のレベルも低い
ことが確認された。これらの図は、ＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムが窒素に乏し
い（ｘ＜１．０）ことを示しており、それは表２に示した結果と一致している。
これらのフイルムは０．５：７の低いＮ2：Ｈ2比で蒸着されており、そのことは
窒素含有量の一層低いフイルムを与える結果になると予想された。ｘ＞１．０の
場合、ＰＶＤ及びＣＶＤの両方により蒸着されたＴａＮxフイルムで、通常指数
関数的に増大するＴａＮxの電気抵抗率が観察されている。それらの図は、全て
の層の間に比較的鋭い界面を示しており、そのことは二層へのＣｕ拡散が極めて
少ないことを示している。臭化物濃度は２原子％よりも低いことが決定された。
【００５６】 従って、銅を含むＩＣ配線素子と一体化するのに適した高品質ＰＥＣＶＤ Ｔ
ａ／ＴａＮx二層フイルムを製造する方法を実証してきた。この方法は、ＴａＦ5 、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5前駆物質の蒸気送入に基づいている。それら三つの
前駆物質から得られるＴａ／ＴａＮxフイルムは、全て合理的なステップカバレ
ッジ、低い残留不純物濃度、充分高い蒸着速度、及びＴａＮxにより銅がエッチ
ングされる兆候がないことを実証してきた。
ａ／ＴａＮx二層フイルムを製造する方法を実証してきた。この方法は、ＴａＦ5 、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5前駆物質の蒸気送入に基づいている。それら三つの
前駆物質から得られるＴａ／ＴａＮxフイルムは、全て合理的なステップカバレ
ッジ、低い残留不純物濃度、充分高い蒸着速度、及びＴａＮxにより銅がエッチ
ングされる兆候がないことを実証してきた。
【００５７】 本明細書中に示し、記載した本発明の態様は、当業者である発明者にとって単
に好ましい態様であり、何等限定的なものではないことを理解すべきである。例
えば、ＴａフイルムはＰＥＣＶＤにより蒸着してもよく、ＴａＮxフイルムは熱
的ＣＶＤ、プラズマ処理した熱的ＣＶＤ、及びＰＥＣＶＤにより蒸着してもよく
、それらは夫々、「ハロゲン化タンタル前駆物質からのＴａフイルムのＰＥＣＶ
Ｄ」（PECVD OF Ta FILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、「ハロゲン化
タンタル前駆物質からのＴａＮフイルムの熱的ＣＶＤ」（THERMAL CVD OF TaN F
ILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、「ハロゲン化タンタル前駆物質から
のＴａＮフイルムのプラズマ処理した熱的ＣＶＤ」（PLASMA TREATED THERMAL C
VD OF TaN FILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、及び「ハロゲン化タン
タル前駆物質からのＴａＮフイルムのＰＥＣＶＤ」（PECVD OF TaN FILMS FROM
TANTALUM HALIDE PRECURSORS）に記載されており、それらは全てハウタラ（Haut
ala）及びウェステンドロップ（Westendorp）により発明され、東京エレクトロ
ン社（Tokyo Electron Limited）に譲渡されており、本願と同じ日に出願された
係属中の出願であり、これらは特に参考のため全体的にここに入れてある。更に
、ＴａＮxは、本発明によりプラグ充填のために用いることもでき、そのことは
ハウタラ及びウェステンドロップにより発明され、東京エレクトロン社に譲渡さ
れ、本願と同じ日に出願された係属中の出願である「ハロゲン化タンタル前駆物
質からのＣＶＤ ＴａＮxプラグ形成」（CVD TaNx PLUG FORMATION FROM TANTAL
UM HALIDE PRECURSORS）に記載されており、これは特に参考のため全体的にここ
に入れてある。従って、これらの態様に種々の変更、修正、又は変化を、本発明
の本質及び特許請求の範囲から離れることなく行うか又は利用することができる
ものである。
に好ましい態様であり、何等限定的なものではないことを理解すべきである。例
えば、ＴａフイルムはＰＥＣＶＤにより蒸着してもよく、ＴａＮxフイルムは熱
的ＣＶＤ、プラズマ処理した熱的ＣＶＤ、及びＰＥＣＶＤにより蒸着してもよく
、それらは夫々、「ハロゲン化タンタル前駆物質からのＴａフイルムのＰＥＣＶ
Ｄ」（PECVD OF Ta FILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、「ハロゲン化
タンタル前駆物質からのＴａＮフイルムの熱的ＣＶＤ」（THERMAL CVD OF TaN F
ILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、「ハロゲン化タンタル前駆物質から
のＴａＮフイルムのプラズマ処理した熱的ＣＶＤ」（PLASMA TREATED THERMAL C
VD OF TaN FILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、及び「ハロゲン化タン
タル前駆物質からのＴａＮフイルムのＰＥＣＶＤ」（PECVD OF TaN FILMS FROM
TANTALUM HALIDE PRECURSORS）に記載されており、それらは全てハウタラ（Haut
ala）及びウェステンドロップ（Westendorp）により発明され、東京エレクトロ
ン社（Tokyo Electron Limited）に譲渡されており、本願と同じ日に出願された
係属中の出願であり、これらは特に参考のため全体的にここに入れてある。更に
、ＴａＮxは、本発明によりプラグ充填のために用いることもでき、そのことは
ハウタラ及びウェステンドロップにより発明され、東京エレクトロン社に譲渡さ
れ、本願と同じ日に出願された係属中の出願である「ハロゲン化タンタル前駆物
質からのＣＶＤ ＴａＮxプラグ形成」（CVD TaNx PLUG FORMATION FROM TANTAL
UM HALIDE PRECURSORS）に記載されており、これは特に参考のため全体的にここ
に入れてある。従って、これらの態様に種々の変更、修正、又は変化を、本発明
の本質及び特許請求の範囲から離れることなく行うか又は利用することができる
ものである。
【図１】 プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）のための装置の概略図である。
【図２】 ハロゲン化タンタルについての蒸気圧対温度のグラフである。
【図３】 五フッ化タンタル（ＴａＦ5）前駆物質を用いた窒化タンタル（ＴａＮx）フイ
ルムの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真である。
ルムの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真である。
【図４】 五塩化タンタル（ＴａＣｌ5）前駆物質を用いたＴａＮxフイルムのＳＥＭ写真
である。
である。
【図５】 五臭化タンタル（ＴａＢｒ5）前駆物質を用いたＴａＮxフイルムのＳＥＭ写真
である。
である。
【図６】 ＴａＦ5によるフイルム積層体のＳＥＭ写真である。
【図７】 ＴａＣｌ5によるフイルム積層体のＳＥＭ写真である。
【図８】 ＳｉＯ2上に蒸着した、ＴａＢｒ5前駆物質を用いたＴａＮxフイルムのオージ
ェスペクトルをトレースした図である。
ェスペクトルをトレースした図である。
【図９】 ＰＥＣＶＤタンタルフイルム上に蒸着した、ＴａＢｒ5前駆物質を用いたＴａ
Ｎxフイルムのオージェスペクトルをトレースした図である。
Ｎxフイルムのオージェスペクトルをトレースした図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年４月３日（２００１．４．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 ハロゲン化タンタル前駆物質からの一体化Ｔａ及びＴａＮxフ
イルムのＣＶＤ
イルムのＣＶＤ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、集積回路の形成に関し、特にハロゲン化タンタル前駆物質から蒸着
した一体化したタンタル及び窒化タンタルフイルムの化学蒸着に関する。
した一体化したタンタル及び窒化タンタルフイルムの化学蒸着に関する。
【０００２】 （背景技術） 集積回路（ＩＣ）は、電気装置で信号伝達のための通路を与える。装置中のＩ
Ｃは、半導体基体の珪素基礎層中に含まれた多くの活性トランジスタから構成さ
れている。ＩＣの容量を増大するためには、金属「導線」による多数の配線を基
体の珪素基礎層中の或る活性トランジスタと、基体の珪素基礎層中の別の活性ト
ランジスタとの間に形成する。回路の金属配線として総合的に知られている配線
は、基体中へ切り込まれた穴、バイア又はトレンチを通して構成されている。金
属配線の、実際に珪素基礎層と接触する特定の点は、接点として知られている。
穴、バイア又はトレンチの残余は、接点プラグと呼ばれている伝導性材料で充填
されている。トランジスタ密度が増大し続け、一層高密度の集積回路を形成して
行くにつれて、接点プラグの直径を減少し、配線、多段金属化構造体、及び一層
高い縦横比のバイアの数を増大できるようにしなければならない。
Ｃは、半導体基体の珪素基礎層中に含まれた多くの活性トランジスタから構成さ
れている。ＩＣの容量を増大するためには、金属「導線」による多数の配線を基
体の珪素基礎層中の或る活性トランジスタと、基体の珪素基礎層中の別の活性ト
ランジスタとの間に形成する。回路の金属配線として総合的に知られている配線
は、基体中へ切り込まれた穴、バイア又はトレンチを通して構成されている。金
属配線の、実際に珪素基礎層と接触する特定の点は、接点として知られている。
穴、バイア又はトレンチの残余は、接点プラグと呼ばれている伝導性材料で充填
されている。トランジスタ密度が増大し続け、一層高密度の集積回路を形成して
行くにつれて、接点プラグの直径を減少し、配線、多段金属化構造体、及び一層
高い縦横比のバイアの数を増大できるようにしなければならない。
【０００３】 アルミニウムは、集積回路の接点及び配線のために認められた標準的な物であ
った。しかし、その電気移動及びその高い電気抵抗率に伴われる問題のため、サ
ブミクロンの大きさを持つ新しい構造体のための新しい材料が必要になっている
。銅は、超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路の次世代集積回路のための配線材料とし
て有望であるが、銅珪化物（Ｃｕ−Ｓｉ）化合物が低温で形成されること及び酸
化珪素（ＳｉＯ2）を通るその電気移動性は、それを使用した場合の欠点になっ
ている。
った。しかし、その電気移動及びその高い電気抵抗率に伴われる問題のため、サ
ブミクロンの大きさを持つ新しい構造体のための新しい材料が必要になっている
。銅は、超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路の次世代集積回路のための配線材料とし
て有望であるが、銅珪化物（Ｃｕ−Ｓｉ）化合物が低温で形成されること及び酸
化珪素（ＳｉＯ2）を通るその電気移動性は、それを使用した場合の欠点になっ
ている。
【０００４】 配線素子の選択として、アルミニウムから銅へ移行すると、基体の下の誘電体
層への銅の拡散を防ぐ障壁として働き、基体銅蒸着のための効果的「接着剤（gl
ue）」層を形成する新しい材料が必要である。それら新しい材料は、後で基体に
蒸着する銅に接着する下地材としても働く必要がある。下地材は銅と障壁材料と
の間の低い電気抵抗の界面も与えなければならない。スパッタリングのような物
理的蒸着（ＰＶＤ）法及び（又は）化学蒸着（ＣＶＤ）法により蒸着するチタン
（Ｔｉ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）障壁層のような、今までアルミニウムと共に
用いられてきた障壁層は、銅に対する障壁としては役に立たない。更に、Ｔｉは
ＰＶＤ及び（又は）ＣＶＤで用いる比較的低い温度で銅と反応して銅・チタン（
Ｃｕ−Ｔｉ）化合物を形成する。
層への銅の拡散を防ぐ障壁として働き、基体銅蒸着のための効果的「接着剤（gl
ue）」層を形成する新しい材料が必要である。それら新しい材料は、後で基体に
蒸着する銅に接着する下地材としても働く必要がある。下地材は銅と障壁材料と
の間の低い電気抵抗の界面も与えなければならない。スパッタリングのような物
理的蒸着（ＰＶＤ）法及び（又は）化学蒸着（ＣＶＤ）法により蒸着するチタン
（Ｔｉ）及び窒化チタン（ＴｉＮ）障壁層のような、今までアルミニウムと共に
用いられてきた障壁層は、銅に対する障壁としては役に立たない。更に、Ｔｉは
ＰＶＤ及び（又は）ＣＶＤで用いる比較的低い温度で銅と反応して銅・チタン（
Ｃｕ−Ｔｉ）化合物を形成する。
【０００５】 スパッターしたタンタル（Ｔａ）及び反応スパッターした窒化タンタル（Ｔａ
Ｎ）は、それらの高い伝導度、高い熱安定性、及び異物原子の拡散に対する抵抗
性により、銅と珪素基体との間の良好な拡散障壁になることが実証されてきてい
る。しかし、蒸着したＴａ及び（又は）ＴａＮフイルムは、その隠蔽効果による
ステップカバレッジが本来よくない。従って、スパッタリング法は比較的大きな
構造体（＞０．３μｍ）及び小さな縦横比の接点バイヤに限定されている。ＣＶ
Ｄは、大きな縦横比を有する小さな構造体（＜０．２５μｍ）の場合でも、一層
良好な等角性のＰＶＤに勝る固有の利点を与える。しかし、ｔ−ブチルイミドト
リス（ジエチルアミド）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ）、ペンタキス（ジメチルアミ
ノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ）、及びペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル（Ｐ
ＤＥＡＴ）のような金属・有機原料を用いたＴａ及びＴａＮのＣＶＤは、種々雑
多な結果を与える。Ｔａ及びＴａＮの場合の別の問題は、得られるフイルムが全
て比較的大きな濃度の酸素及び炭素不純物を有し、キャリヤーガスを使用する必
要があることである。
Ｎ）は、それらの高い伝導度、高い熱安定性、及び異物原子の拡散に対する抵抗
性により、銅と珪素基体との間の良好な拡散障壁になることが実証されてきてい
る。しかし、蒸着したＴａ及び（又は）ＴａＮフイルムは、その隠蔽効果による
ステップカバレッジが本来よくない。従って、スパッタリング法は比較的大きな
構造体（＞０．３μｍ）及び小さな縦横比の接点バイヤに限定されている。ＣＶ
Ｄは、大きな縦横比を有する小さな構造体（＜０．２５μｍ）の場合でも、一層
良好な等角性のＰＶＤに勝る固有の利点を与える。しかし、ｔ−ブチルイミドト
リス（ジエチルアミド）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ）、ペンタキス（ジメチルアミ
ノ）タンタル（ＰＤＭＡＴ）、及びペンタキス（ジエチルアミノ）タンタル（Ｐ
ＤＥＡＴ）のような金属・有機原料を用いたＴａ及びＴａＮのＣＶＤは、種々雑
多な結果を与える。Ｔａ及びＴａＮの場合の別の問題は、得られるフイルムが全
て比較的大きな濃度の酸素及び炭素不純物を有し、キャリヤーガスを使用する必
要があることである。
【０００６】 キャリヤーガスを使用する必要があることは、キャリヤーガス中の前駆物質ガ
スの濃度が正確には分らない欠点を与える。その結果、キャリヤーガスと前駆物
質ガスの混合物をＣＶＤ反応室へ正確に計量して入れても、反応器へ前駆物質ガ
ス単独の正確な計量を確実に与えたことにはならない。このことは、ＣＶＤ室中
の反応物を多過ぎるか又は少な過ぎる状態にすることがある。キャリヤーガスを
使用することは、その流れるキャリヤーガスにより屡々粒状物が取り込まれ、Ｃ
ＶＤ反応室へ汚染物として送り込む欠点も与える。処理中の半導体ウエーハの表
面上に粒子が存在すると、欠陥のある半導体装置を製造する結果になることがあ
る。
スの濃度が正確には分らない欠点を与える。その結果、キャリヤーガスと前駆物
質ガスの混合物をＣＶＤ反応室へ正確に計量して入れても、反応器へ前駆物質ガ
ス単独の正確な計量を確実に与えたことにはならない。このことは、ＣＶＤ室中
の反応物を多過ぎるか又は少な過ぎる状態にすることがある。キャリヤーガスを
使用することは、その流れるキャリヤーガスにより屡々粒状物が取り込まれ、Ｃ
ＶＤ反応室へ汚染物として送り込む欠点も与える。処理中の半導体ウエーハの表
面上に粒子が存在すると、欠陥のある半導体装置を製造する結果になることがあ
る。
【０００７】 五ハロゲン化タンタルのような無機タンタル原料を供給する低い温度（＜５０
０℃）でＴａ／ＴａＮ一体化二層を蒸着する方法は、次世代ＩＣで銅障壁を形成
するのに利点を与える。理想的には蒸着したフイルムは大きなステップカバレッ
ジ〔構造体（feature）の側面、又はその構造体に隣接する基体又はウエーハの
上部表面上の被覆厚さに対する前記構造体の底部での被覆厚さの比〕、良好な拡
散障壁性、最小限の不純物、低い抵抗率、良好な等角性（大きな縦横比の構造体
の複雑なトポグラフィーの均一なカバレッジ）を有し、理想的にはその方法は大
きな蒸着速度を有する。
０℃）でＴａ／ＴａＮ一体化二層を蒸着する方法は、次世代ＩＣで銅障壁を形成
するのに利点を与える。理想的には蒸着したフイルムは大きなステップカバレッ
ジ〔構造体（feature）の側面、又はその構造体に隣接する基体又はウエーハの
上部表面上の被覆厚さに対する前記構造体の底部での被覆厚さの比〕、良好な拡
散障壁性、最小限の不純物、低い抵抗率、良好な等角性（大きな縦横比の構造体
の複雑なトポグラフィーの均一なカバレッジ）を有し、理想的にはその方法は大
きな蒸着速度を有する。
【０００８】 ＷＯ ９６／１２０４８には、等角（conformal）チタン系フイルムを製造す
るためのＣＶＤ法が記載されており、前駆物質ガスを蒸着室へ与えるため、キャ
リヤーガスを用いるのが好ましいことを述べている。
るためのＣＶＤ法が記載されており、前駆物質ガスを蒸着室へ与えるため、キャ
リヤーガスを用いるのが好ましいことを述べている。
【０００９】 （発明の開示） 本発明は、化学蒸着によりハロゲン化タンタル前駆物質から一体化したタンタ
ル（Ｔａ）／窒化チタン（ＴａＮx）フイルムを基体上に与える方法に関する。
ハロゲン化タンタル前駆物質は、その前駆物質を気化して、基体の入った反応室
へタンタル蒸気を送る気化圧力を与えるのに充分な温度に前記前駆物質を加熱す
ることにより、キャリヤーガスを用いることなく送入される。気化圧力は少なく
とも約３トール（３９９．９７Ｎ／ｍ2）である。Ｔａは、処理ガスと一緒にし
、好ましくはプラズマ促進ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法により０．２〜５．０トール
（２６．６６４〜６６６．６１Ｎ／ｍ2）の範囲の圧力で基体上に蒸着する。次
に蒸気を窒素含有処理ガスと一緒にし、好ましくはＰＥＣＶＤ又は熱的ＣＶＤ法
によりＴａＮxを蒸着する。Ｔａ及びＴａＮx層の両方共同じ室内で蒸着し、これ
によりその方法の効率を増大する。ハロゲン化タンタル前駆物質は、フッ化タン
タル（ＴａＦ）、塩化タンタル（ＴａＣｌ）、又は臭化タンタル（ＴａＢｒ）で
あり、好ましくは五フッ化タンタル（ＴａＦ5）、五塩化タンタル（ＴａＣｌ5）
、又は五臭化タンタル（ＴａＢｒ5）である。基体温度は約３００℃〜５００℃
の範囲にある。
ル（Ｔａ）／窒化チタン（ＴａＮx）フイルムを基体上に与える方法に関する。
ハロゲン化タンタル前駆物質は、その前駆物質を気化して、基体の入った反応室
へタンタル蒸気を送る気化圧力を与えるのに充分な温度に前記前駆物質を加熱す
ることにより、キャリヤーガスを用いることなく送入される。気化圧力は少なく
とも約３トール（３９９．９７Ｎ／ｍ2）である。Ｔａは、処理ガスと一緒にし
、好ましくはプラズマ促進ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法により０．２〜５．０トール
（２６．６６４〜６６６．６１Ｎ／ｍ2）の範囲の圧力で基体上に蒸着する。次
に蒸気を窒素含有処理ガスと一緒にし、好ましくはＰＥＣＶＤ又は熱的ＣＶＤ法
によりＴａＮxを蒸着する。Ｔａ及びＴａＮx層の両方共同じ室内で蒸着し、これ
によりその方法の効率を増大する。ハロゲン化タンタル前駆物質は、フッ化タン
タル（ＴａＦ）、塩化タンタル（ＴａＣｌ）、又は臭化タンタル（ＴａＢｒ）で
あり、好ましくは五フッ化タンタル（ＴａＦ5）、五塩化タンタル（ＴａＣｌ5）
、又は五臭化タンタル（ＴａＢｒ5）である。基体温度は約３００℃〜５００℃
の範囲にある。
【００１０】 本発明により蒸着された一体化Ｔａ／ＴａＮxフイルムは、最小限の不純物及
び低い抵抗率を有する。そのフイルムは良好なステップカバレッジ、大きな縦横
比（aspect ratio：アスペクト比）の小さい構造体（feature：フィーチャー）
でさえも良好な等角性（conformality）を与え、銅フイルムに対する良好な拡散
障壁になる。
び低い抵抗率を有する。そのフイルムは良好なステップカバレッジ、大きな縦横
比（aspect ratio：アスペクト比）の小さい構造体（feature：フィーチャー）
でさえも良好な等角性（conformality）を与え、銅フイルムに対する良好な拡散
障壁になる。
【００１１】 本発明の開示した方法及び基体は一連の用途を有することが認められるであろ
う。これら及び他の利点は、次の図面及び詳細な説明を参照して更に理解される
であろう。
う。これら及び他の利点は、次の図面及び詳細な説明を参照して更に理解される
であろう。
【００１２】 （詳細な説明） タンタル（Ｔａ）のような耐火性遷移金属及びそれらの窒化物（ＴａＮ）フイ
ルムは、銅（Ｃｕ）に対する効果的な拡散障壁になる。それらの効果性は、それ
らの大きな熱安定性、高い伝導度、及び異物元素又は不純物の拡散に対する対抗
性によるものである。Ｔａ及びＴａＮは、それらがＣｕと化学的に不活性である
こと、即ち、ＣｕとＴａ、又はＣｕとＮとの間で化合物が形成されないことによ
り、特に魅力的なものである。
ルムは、銅（Ｃｕ）に対する効果的な拡散障壁になる。それらの効果性は、それ
らの大きな熱安定性、高い伝導度、及び異物元素又は不純物の拡散に対する対抗
性によるものである。Ｔａ及びＴａＮは、それらがＣｕと化学的に不活性である
こと、即ち、ＣｕとＴａ、又はＣｕとＮとの間で化合物が形成されないことによ
り、特に魅力的なものである。
【００１３】 ハロゲン化タンタルは、Ｔａ及びＴａＮのための便利な無機原料を与える。特
に無機前駆物質は五ハロゲン化タンタル（ＴａＸ5）であり、ここでＸは、フッ
素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、及び臭素（Ｂｒ）のハロゲンを表す。表１は、ハロゲ
ン化タンタル前駆物質、特に五フッ化タンタル（ＴａＦ5）、五塩化タンタル（
ＴａＣｌ5）、及び臭化タンタル（ＴａＢｒ5）の関連する熱力学的性質を示して
おり、比較のため五沃化タンタル（ＴａＩ5）が含まれている。ＴａＦ5、ＴａＣ
ｌ5、及びＴａＢｒ5前駆物質材料は、全て室温（１８℃〜２２℃）で固体である
。
に無機前駆物質は五ハロゲン化タンタル（ＴａＸ5）であり、ここでＸは、フッ
素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、及び臭素（Ｂｒ）のハロゲンを表す。表１は、ハロゲ
ン化タンタル前駆物質、特に五フッ化タンタル（ＴａＦ5）、五塩化タンタル（
ＴａＣｌ5）、及び臭化タンタル（ＴａＢｒ5）の関連する熱力学的性質を示して
おり、比較のため五沃化タンタル（ＴａＩ5）が含まれている。ＴａＦ5、ＴａＣ
ｌ5、及びＴａＢｒ5前駆物質材料は、全て室温（１８℃〜２２℃）で固体である
。
【００１４】
【００１５】 化学蒸着（ＣＶＤ）法では、熱エネルギー又は電気エネルギーを用いてガス前
駆物質を活性化する。活性化した時、ガス前駆物質は化学的に反応してフイルム
を形成する。ＣＶＤの好ましい方法は、図１に例示してあり、本願と同じ日に出
願され、東京エレクトロン社（Tokyo Electron Limited）に譲渡されている、ウ
ェステンドロップ（Westendorp）その他による「固体表面からの蒸気をＣＶＤ室
へ送るための装置及び方法」（APPARATUS AND METHODS FOR DELIVERY OF VAPOR
FROM SOLID SOURCES TO A CVD CHAMBER）と題する係属中の出願に記載されてい
る。化学蒸着（ＣＶＤ）装置１０は、ＣＶＤ反応室１１及び前駆物質送入系１２
を有する。反応室１１中で反応を行い、例えば、塩化タンタル（ＴａＣｌ）又は
他のハロゲン化タンタル化合物の前駆物質ガスをタンタル（Ｔａ）及び（又は）
窒化タンタル（ＴａＮx）の障壁層のようなフイルムへ転化する。ＴａＮフイル
ムは特定の化学量論性（ＴａＮx）に限定されるものではない。なぜなら、Ｔａ
Ｎxは、与えられた蒸着でガスの比率を変化させることにより、連続的に変える
ことができるからである。従って、ここで用いるＴａＮxは、どのような化学量
論性の窒化タンタルフイルムでも包含する。
駆物質を活性化する。活性化した時、ガス前駆物質は化学的に反応してフイルム
を形成する。ＣＶＤの好ましい方法は、図１に例示してあり、本願と同じ日に出
願され、東京エレクトロン社（Tokyo Electron Limited）に譲渡されている、ウ
ェステンドロップ（Westendorp）その他による「固体表面からの蒸気をＣＶＤ室
へ送るための装置及び方法」（APPARATUS AND METHODS FOR DELIVERY OF VAPOR
FROM SOLID SOURCES TO A CVD CHAMBER）と題する係属中の出願に記載されてい
る。化学蒸着（ＣＶＤ）装置１０は、ＣＶＤ反応室１１及び前駆物質送入系１２
を有する。反応室１１中で反応を行い、例えば、塩化タンタル（ＴａＣｌ）又は
他のハロゲン化タンタル化合物の前駆物質ガスをタンタル（Ｔａ）及び（又は）
窒化タンタル（ＴａＮx）の障壁層のようなフイルムへ転化する。ＴａＮフイル
ムは特定の化学量論性（ＴａＮx）に限定されるものではない。なぜなら、Ｔａ
Ｎxは、与えられた蒸着でガスの比率を変化させることにより、連続的に変える
ことができるからである。従って、ここで用いるＴａＮxは、どのような化学量
論性の窒化タンタルフイルムでも包含する。
【００１６】 前駆物質送入系１２は、ガス出口１４を有する前駆物質ガスの供給系（source
）１３を有し、その出口はガス導入部１６を有する計量系１５を通ってＣＶＤ反
応室１１に通じている。供給系１３は前駆物質ガス、例えばハロゲン化タンタル
蒸気をハロゲン化タンタル化合物から生ずる。その化合物は、標準温度及び圧力
の時、固体状態になっているものである。前駆物質原料は、好ましくは制御され
た加熱により、希望の前駆物質蒸気圧を生ずる温度に維持されている。その蒸気
圧は、キャリヤーガスを用いることなく、反応室１１へ前駆物質ガスを送入する
のにそれ自身充分な圧力である。計量系１５は、供給系１３から反応室１１へ前
駆物質ガス蒸気の流れを、反応室１１中に商業的に実施可能なＣＶＤ処理を維持
するのに充分な速度に維持する。
）１３を有し、その出口はガス導入部１６を有する計量系１５を通ってＣＶＤ反
応室１１に通じている。供給系１３は前駆物質ガス、例えばハロゲン化タンタル
蒸気をハロゲン化タンタル化合物から生ずる。その化合物は、標準温度及び圧力
の時、固体状態になっているものである。前駆物質原料は、好ましくは制御され
た加熱により、希望の前駆物質蒸気圧を生ずる温度に維持されている。その蒸気
圧は、キャリヤーガスを用いることなく、反応室１１へ前駆物質ガスを送入する
のにそれ自身充分な圧力である。計量系１５は、供給系１３から反応室１１へ前
駆物質ガス蒸気の流れを、反応室１１中に商業的に実施可能なＣＶＤ処理を維持
するのに充分な速度に維持する。
【００１７】 反応室１１は、一般には慣用的ＣＶＤ反応器であり、真空に対し気密な室壁２
１により囲まれた真空室２０を有する。室２０中には基体支持体又はサセプタ２
２が配置されており、その上に半導体ウエーハ２３のような基体が支持される。
室２０は、半導体ウエーハ基体２３の上にＴａ／ＴａＮx障壁層のようなフイル
ムを蒸着するＣＶＤ反応を実施するのに適した真空度に維持されている。ＣＶＤ
反応室１１に好ましい圧力範囲は０．２〜５．０トール（２６．６６４〜６６６
．６１Ｎ／ｍ2）の範囲にある。その真空度は、真空ポンプ２４及び導入ガス供
給系（source）２５の制御された操作により維持され、その導入ガス供給系は、
送入系１２を含み、タンタル還元反応を行うのに用いられる、例えば水素（Ｈ2
）、窒素（Ｎ2）、又はアンモニア（ＮＨ3）の還元性ガス源２６及びアルゴン（
Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）のようなガスのための不活性ガス源２７も含む。供
給系２５からのガスは、基体２３とは反対の室２０の一方の端に位置するシャワ
ーヘッド２８を通って、一般に基体２３に対し平行に且つそれへ向けて室２０中
へ入る。
１により囲まれた真空室２０を有する。室２０中には基体支持体又はサセプタ２
２が配置されており、その上に半導体ウエーハ２３のような基体が支持される。
室２０は、半導体ウエーハ基体２３の上にＴａ／ＴａＮx障壁層のようなフイル
ムを蒸着するＣＶＤ反応を実施するのに適した真空度に維持されている。ＣＶＤ
反応室１１に好ましい圧力範囲は０．２〜５．０トール（２６．６６４〜６６６
．６１Ｎ／ｍ2）の範囲にある。その真空度は、真空ポンプ２４及び導入ガス供
給系（source）２５の制御された操作により維持され、その導入ガス供給系は、
送入系１２を含み、タンタル還元反応を行うのに用いられる、例えば水素（Ｈ2
）、窒素（Ｎ2）、又はアンモニア（ＮＨ3）の還元性ガス源２６及びアルゴン（
Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）のようなガスのための不活性ガス源２７も含む。供
給系２５からのガスは、基体２３とは反対の室２０の一方の端に位置するシャワ
ーヘッド２８を通って、一般に基体２３に対し平行に且つそれへ向けて室２０中
へ入る。
【００１８】 前駆物質供給系１３には、垂直に配向した軸３２を有する円筒状気化室３１を
有する密封気化器３０が含まれている。室３１は、合金インコネル（INCONEL）
６００のような高温耐久性の非腐食性材料から形成された円筒状壁３３により取
り囲まれており、その内部表面３４は高度に磨かれて滑らかになっている。壁３
３は、平坦な閉じた円状底３５及び開口頂部を有し、その開口部は壁３３と同じ
熱耐久性非腐食性材料の蓋３６により密封されている。供給系１３の出口１４は
、その蓋３６の中に位置している。高温を用いた場合、例えば、ＴｉＩ4又はＴ
ａＢｒ5を用いた場合、蓋３６はフランジリング３７へ密封され、そのリングは
ヘリコフレックス（HELICOFLEX）密封材のような高温耐久性真空適合性金属シー
ル３８により壁３３の頂部へ一体化されており、そのシールはインコネルコイル
スプリングを取り巻くＣ型ニッケル管から形成されている。ＴａＣｌ5及びＴａ
Ｆ5のような低温を必要とする材料を用いた場合、慣用的弾力性Ｏリングシール
３８を用いて蓋を密封してもよい。
有する密封気化器３０が含まれている。室３１は、合金インコネル（INCONEL）
６００のような高温耐久性の非腐食性材料から形成された円筒状壁３３により取
り囲まれており、その内部表面３４は高度に磨かれて滑らかになっている。壁３
３は、平坦な閉じた円状底３５及び開口頂部を有し、その開口部は壁３３と同じ
熱耐久性非腐食性材料の蓋３６により密封されている。供給系１３の出口１４は
、その蓋３６の中に位置している。高温を用いた場合、例えば、ＴｉＩ4又はＴ
ａＢｒ5を用いた場合、蓋３６はフランジリング３７へ密封され、そのリングは
ヘリコフレックス（HELICOFLEX）密封材のような高温耐久性真空適合性金属シー
ル３８により壁３３の頂部へ一体化されており、そのシールはインコネルコイル
スプリングを取り巻くＣ型ニッケル管から形成されている。ＴａＣｌ5及びＴａ
Ｆ5のような低温を必要とする材料を用いた場合、慣用的弾力性Ｏリングシール
３８を用いて蓋を密封してもよい。
【００１９】 キャリヤーガスの源３９は、蓋３６を通って容器３１に接続されており、その
ガスはＨｅ又はＡｒのような不活性ガスであるのが好ましい。供給系１３には、
タンタルのフッ化物、塩化物、又は臭化物（ＴａＸ）、好ましくは五ハロゲン化
物（ＴａＸ5）のような多量の前駆物質材料が容器３１の底に入っており、それ
は標準温度及び圧力で固体状態で容器３１中へ導入されている。容器３１は、そ
の中の固体ＴａＸ物質を入れてその容器３１を密封することにより、ハロゲン化
タンタル蒸気で満たされている。ハロゲン化物は前駆物質４０として供給され、
容器３１の底に入れられ、そこで、得られる蒸気圧が許容範囲内に有る限り、液
体状態まで加熱されるのが好ましい。前駆物質４０が液体である場合、蒸気はそ
の液体物質４０の液面より上に存在する。壁３３は垂直円筒であるため、ＴａＸ
物質４０の表面積は、もし液体であれば、ＴａＸの消失量とは無関係に一定に留
まる。
ガスはＨｅ又はＡｒのような不活性ガスであるのが好ましい。供給系１３には、
タンタルのフッ化物、塩化物、又は臭化物（ＴａＸ）、好ましくは五ハロゲン化
物（ＴａＸ5）のような多量の前駆物質材料が容器３１の底に入っており、それ
は標準温度及び圧力で固体状態で容器３１中へ導入されている。容器３１は、そ
の中の固体ＴａＸ物質を入れてその容器３１を密封することにより、ハロゲン化
タンタル蒸気で満たされている。ハロゲン化物は前駆物質４０として供給され、
容器３１の底に入れられ、そこで、得られる蒸気圧が許容範囲内に有る限り、液
体状態まで加熱されるのが好ましい。前駆物質４０が液体である場合、蒸気はそ
の液体物質４０の液面より上に存在する。壁３３は垂直円筒であるため、ＴａＸ
物質４０の表面積は、もし液体であれば、ＴａＸの消失量とは無関係に一定に留
まる。
【００２０】 容器３１中の前駆物質４０の温度を維持するために、壁３３の底３５を、ヒー
ター４４と熱伝導状態に維持し、それにより前駆物質４０を制御された温度、好
ましくはその融点より高く維持し、それによりキャリヤーガスが無い（即ち、直
接送入系になっている）場合には約３トール（３９９．９６Ｎ／ｍ2）より大き
な蒸気圧を生ずる。正確な蒸気圧は、基体２３の表面積等のような変数に依存す
る。タンタルのための直接送入系の場合には、蒸気圧は、図２に示したように、
ハロゲン化タンタル前駆物質を９５℃〜２０５℃の範囲に加熱することにより、
５トール（６６６．６１Ｎ／ｍ2）以上の好ましい圧力に維持することができる
。ＴａＸ5の場合には、望ましい温度はＴａＦ5では少なくとも約９５℃であり、
ＴａＣｌ5では望ましい温度は少なくとも約１４５℃であり、ＴａＢｒ5では望ま
しい温度は少なくとも約２０５℃である。フッ化物、塩化物、及び臭化物の夫々
の五ハロゲン化タンタル化合物の融点は、９７℃〜２６５℃の範囲にある。五沃
化タンタル（ＴａＩ5）では、容器３１中に充分な蒸気圧を生じさせるためには
遥かに高い温度が必要である。それら温度は、シャワーヘッド２８中で、或はさ
もなければウエーハ２３と接触する前に、早過ぎるガス反応を起こす程高くなら
ないようにすべきである。
ター４４と熱伝導状態に維持し、それにより前駆物質４０を制御された温度、好
ましくはその融点より高く維持し、それによりキャリヤーガスが無い（即ち、直
接送入系になっている）場合には約３トール（３９９．９６Ｎ／ｍ2）より大き
な蒸気圧を生ずる。正確な蒸気圧は、基体２３の表面積等のような変数に依存す
る。タンタルのための直接送入系の場合には、蒸気圧は、図２に示したように、
ハロゲン化タンタル前駆物質を９５℃〜２０５℃の範囲に加熱することにより、
５トール（６６６．６１Ｎ／ｍ2）以上の好ましい圧力に維持することができる
。ＴａＸ5の場合には、望ましい温度はＴａＦ5では少なくとも約９５℃であり、
ＴａＣｌ5では望ましい温度は少なくとも約１４５℃であり、ＴａＢｒ5では望ま
しい温度は少なくとも約２０５℃である。フッ化物、塩化物、及び臭化物の夫々
の五ハロゲン化タンタル化合物の融点は、９７℃〜２６５℃の範囲にある。五沃
化タンタル（ＴａＩ5）では、容器３１中に充分な蒸気圧を生じさせるためには
遥かに高い温度が必要である。それら温度は、シャワーヘッド２８中で、或はさ
もなければウエーハ２３と接触する前に、早過ぎるガス反応を起こす程高くなら
ないようにすべきである。
【００２１】 例として、１８０℃の温度が、容器３１の底３５を加熱するための制御温度で
あると仮定する。この温度は、五沃化チタン（ＴｉＩ4）前駆物質を用いた場合
の望ましい蒸気圧を生ずるのに適切である。容器３１の壁３３及び蓋３６上に前
駆物質蒸気が凝縮するのを防ぐために、容器３１の底３５にこの温度を与えると
、蓋は、蓋３６の外側と熱的接触している別に制御されたヒーター４５による壁
３３の底３５の所のヒーター４４よりも高い、例えば１９０℃の温度に維持され
る。室壁３３の側面は環状トラップ空気空間４６により取り巻かれており、それ
は容器壁３３と、取り巻く同心状外側アルミニウム壁又は缶４７との間に含まれ
ている。缶４７は、更に珪素発泡絶縁体４８の環状層により取り巻かれている。
この温度維持構造により、蓋３６、壁３３の側面、及び前駆物質４０の表面４２
により取り巻かれた容器３１の体積中に蒸気を、１８０℃〜１９０℃の希望の例
温度範囲及び約３トール（３９９．９７Ｎ／ｍ2）より高く、好ましくは５トー
ル（６６６．６１Ｎ／ｍ2）より高い圧力に維持する。希望の圧力を維持するの
に適切な温度は、前駆物質材料により変化し、その材料は主にタンタル又はハロ
ゲン化タンタル化合物になるように考えられている。
あると仮定する。この温度は、五沃化チタン（ＴｉＩ4）前駆物質を用いた場合
の望ましい蒸気圧を生ずるのに適切である。容器３１の壁３３及び蓋３６上に前
駆物質蒸気が凝縮するのを防ぐために、容器３１の底３５にこの温度を与えると
、蓋は、蓋３６の外側と熱的接触している別に制御されたヒーター４５による壁
３３の底３５の所のヒーター４４よりも高い、例えば１９０℃の温度に維持され
る。室壁３３の側面は環状トラップ空気空間４６により取り巻かれており、それ
は容器壁３３と、取り巻く同心状外側アルミニウム壁又は缶４７との間に含まれ
ている。缶４７は、更に珪素発泡絶縁体４８の環状層により取り巻かれている。
この温度維持構造により、蓋３６、壁３３の側面、及び前駆物質４０の表面４２
により取り巻かれた容器３１の体積中に蒸気を、１８０℃〜１９０℃の希望の例
温度範囲及び約３トール（３９９．９７Ｎ／ｍ2）より高く、好ましくは５トー
ル（６６６．６１Ｎ／ｍ2）より高い圧力に維持する。希望の圧力を維持するの
に適切な温度は、前駆物質材料により変化し、その材料は主にタンタル又はハロ
ゲン化タンタル化合物になるように考えられている。
【００２２】 蒸気の流れを計量する系１５には、直径が少なくとも1/2インチ（１．２７ｃ
ｍ）であるか、又は内径が少なくとも１０ｍｍ、好ましくは更に大きい送入管５
０が含まれ、少なくとも約２〜４０標準ｃｍ3／分（ｓｃｃｍ）である希望の流
量で認め得る程の圧力低下が起きないようにする。管５０は、その上流端の所で
出口１４に接続されている前駆物質ガス供給系１３から、反応室１１へ伸びてお
り、そこでその下流端が導入部１６へ接続されている。気化器出口１４から反応
器導入部１６までの管５０の全長及び反応器室１１のシャワーヘッド２８は、前
駆物質材料４０の気化温度より高く、例えば、１９５℃に加熱されるのが好まし
い。
ｍ）であるか、又は内径が少なくとも１０ｍｍ、好ましくは更に大きい送入管５
０が含まれ、少なくとも約２〜４０標準ｃｍ3／分（ｓｃｃｍ）である希望の流
量で認め得る程の圧力低下が起きないようにする。管５０は、その上流端の所で
出口１４に接続されている前駆物質ガス供給系１３から、反応室１１へ伸びてお
り、そこでその下流端が導入部１６へ接続されている。気化器出口１４から反応
器導入部１６までの管５０の全長及び反応器室１１のシャワーヘッド２８は、前
駆物質材料４０の気化温度より高く、例えば、１９５℃に加熱されるのが好まし
い。
【００２３】 管５０には、中心に円状オリフィス５２があいているバッフル板５１が配備さ
れており、そのオリフィスは約０．０８９インチ（０．２２６ｃｍ）の直径を有
するのが好ましい。ゲージ１（５６）からゲージ２（５７）への圧力低下は、制
御弁５３により調節する。オリフィス５２を通って反応室１１へ入る制御弁５３
の後のこの圧力低下は、約１０ミリトール（１．３３３Ｎ／ｍ2）より大きく、
流量に比例するであろう。遮断弁５４が導管５０の中に、気化器１３の出口１４
と制御弁５３との間に配備され、気化器１３の容器３１を閉じるようにしてある
。
れており、そのオリフィスは約０．０８９インチ（０．２２６ｃｍ）の直径を有
するのが好ましい。ゲージ１（５６）からゲージ２（５７）への圧力低下は、制
御弁５３により調節する。オリフィス５２を通って反応室１１へ入る制御弁５３
の後のこの圧力低下は、約１０ミリトール（１．３３３Ｎ／ｍ2）より大きく、
流量に比例するであろう。遮断弁５４が導管５０の中に、気化器１３の出口１４
と制御弁５３との間に配備され、気化器１３の容器３１を閉じるようにしてある
。
【００２４】 送入系１５からＣＶＤ反応室１１の室２０中へ入る前駆物質ガスの流量を制御
することを含め、装置１０を制御するのに用いるための制御器６０に情報を与え
るため、装置１０に圧力センサー５５から５８が配備されている。それら圧力セ
ンサーには、気化容器３１中の圧力を監視するため、気化器１３の出口１４と遮
断弁５４との間の管５０に接続されたセンサー５５が含まれている。圧力センサ
ー５６は、オリフィス５２の上流の圧力を監視するため、制御弁５３とバッフル
５１との間の管５０に接続されており、一方圧力センサー５７はオリフィス５２
の下流の圧力を監視するため、バッフル５１と反応器導入部１６との間の管５０
に接続されている。更に圧力センサー５８が、ＣＶＤ室２０中の圧力を監視する
ため、反応室１１の室２０に接続されている。
することを含め、装置１０を制御するのに用いるための制御器６０に情報を与え
るため、装置１０に圧力センサー５５から５８が配備されている。それら圧力セ
ンサーには、気化容器３１中の圧力を監視するため、気化器１３の出口１４と遮
断弁５４との間の管５０に接続されたセンサー５５が含まれている。圧力センサ
ー５６は、オリフィス５２の上流の圧力を監視するため、制御弁５３とバッフル
５１との間の管５０に接続されており、一方圧力センサー５７はオリフィス５２
の下流の圧力を監視するため、バッフル５１と反応器導入部１６との間の管５０
に接続されている。更に圧力センサー５８が、ＣＶＤ室２０中の圧力を監視する
ため、反応室１１の室２０に接続されている。
【００２５】 反応室１１のＣＶＤ室２０中へ入る前駆物質蒸気の流れの制御は、センサー５
５〜５８、特にオリフィス５２を通る圧力低下を決定するセンサー５６と５７に
より感知された圧力に呼応して制御器６０により達成される。条件が、オリフィ
ス５２を通る前駆物質蒸気の流れが閉塞されていない流れになるような条件であ
る場合、管５２を通る前駆物質蒸気の実際の流れは、圧力センサー５６及び５７
により監視される圧力の関数であり、オリフィス５２の下流側でセンサー５７に
より測定される圧力に対するオリフィス５２の上流側でセンサー５６により測定
される圧力の比から決定することができる。
５〜５８、特にオリフィス５２を通る圧力低下を決定するセンサー５６と５７に
より感知された圧力に呼応して制御器６０により達成される。条件が、オリフィ
ス５２を通る前駆物質蒸気の流れが閉塞されていない流れになるような条件であ
る場合、管５２を通る前駆物質蒸気の実際の流れは、圧力センサー５６及び５７
により監視される圧力の関数であり、オリフィス５２の下流側でセンサー５７に
より測定される圧力に対するオリフィス５２の上流側でセンサー５６により測定
される圧力の比から決定することができる。
【００２６】 条件が、オリフィス５２を通る前駆物質蒸気の流れが閉塞された流れになるよ
うな条件である場合、管５２を通る前駆物質蒸気の実際の流れは、圧力センサー
５７により監視される圧力だけの関数である。どちらの場合でも、閉塞又は非閉
塞流の存在は、工程条件を解釈することにより制御器６０により決定することが
できる。その決定が制御器６０により行われる場合、前駆物質ガスの流量は制御
器６０により計算して決定することができる。
うな条件である場合、管５２を通る前駆物質蒸気の実際の流れは、圧力センサー
５７により監視される圧力だけの関数である。どちらの場合でも、閉塞又は非閉
塞流の存在は、工程条件を解釈することにより制御器６０により決定することが
できる。その決定が制御器６０により行われる場合、前駆物質ガスの流量は制御
器６０により計算して決定することができる。
【００２７】 前駆物質ガスの実際の流量の正確な決定は、制御器６０によりアクセスできる
非揮発メモリー６１に記憶された照合又は乗数表から流量データーを検索するこ
とにより計算して行うのが好ましい。前駆物質蒸気の実際の流量が決定されたな
らば、希望の流量を、一つ以上の可変オリフィス制御弁５３の閉ループ・フィー
ドバック制御、真空ポンプ２４によるＣＶＤ室圧力の制御、源２６及び２７から
の還元性又は不活性ガスの制御、又はヒーター４４、４５の調節による室３１中
の前駆物質ガスの温度及び蒸気圧の制御により維持することができる。
非揮発メモリー６１に記憶された照合又は乗数表から流量データーを検索するこ
とにより計算して行うのが好ましい。前駆物質蒸気の実際の流量が決定されたな
らば、希望の流量を、一つ以上の可変オリフィス制御弁５３の閉ループ・フィー
ドバック制御、真空ポンプ２４によるＣＶＤ室圧力の制御、源２６及び２７から
の還元性又は不活性ガスの制御、又はヒーター４４、４５の調節による室３１中
の前駆物質ガスの温度及び蒸気圧の制御により維持することができる。
【００２８】 図１に示したように、固体ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5前駆物質材料
４０は、円筒状耐食性金属容器３１中に密封されており、それは前駆物質材料の
有効表面積を最大にする。ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5からの蒸気は、
高コンダクタンス送入系により、直接、即ちキャリヤーガスを用いることなく、
反応室１１中へ送入された。反応室１１は、蒸気又は蒸着副生成物の凝縮を防ぐ
ため、少なくとも約１００℃の温度に加熱した。
４０は、円筒状耐食性金属容器３１中に密封されており、それは前駆物質材料の
有効表面積を最大にする。ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5からの蒸気は、
高コンダクタンス送入系により、直接、即ちキャリヤーガスを用いることなく、
反応室１１中へ送入された。反応室１１は、蒸気又は蒸着副生成物の凝縮を防ぐ
ため、少なくとも約１００℃の温度に加熱した。
【００２９】 ハロゲン化タンタル蒸気の反応室１１への制御された直接送入は、約９５℃〜
２０５℃の範囲の温度へ固体ハロゲン化タンタル前駆物質４０を加熱することに
より達成された。その温度の選択は特定の前駆物質に依存する。温度は前駆物質
４０を気化し、ハロゲン化タンタル蒸気を室１１へ送入する蒸気圧を与えるのに
充分なものであった。従って、キャリヤーガスは不必要である。充分な蒸気圧は
、約３トール（３９９．９７Ｎ／ｍ2）より大きかった。この圧力は、約０．１
〜２．０トール（１３．３３２〜２６６．６４Ｎ／ｍ2）の範囲で作動する反応
室１１へハロゲン化タンタル前駆物質を約５０ｓｃｃｍまで送入しながら、高コ
ンダクタンス送入系中の規定されたオリフィスを通って一定の圧力低下を維持す
るために必要であった。希望の圧力を得るための温度は、ＴａＦ5では約８３℃
〜９５℃の範囲、好ましくは約９５℃であり、ＴａＣｌ5では約１３０℃〜１５
０℃の範囲、好ましくは約１４５℃であり、ＴａＢｒ5では約２０２℃〜２１８
℃の範囲、好ましくは約２０５℃であった。これらの条件下でＴａＦ5は液体で
あったが、ＴａＣｌ5及びＴａＢｒ5は固体のままであった。
２０５℃の範囲の温度へ固体ハロゲン化タンタル前駆物質４０を加熱することに
より達成された。その温度の選択は特定の前駆物質に依存する。温度は前駆物質
４０を気化し、ハロゲン化タンタル蒸気を室１１へ送入する蒸気圧を与えるのに
充分なものであった。従って、キャリヤーガスは不必要である。充分な蒸気圧は
、約３トール（３９９．９７Ｎ／ｍ2）より大きかった。この圧力は、約０．１
〜２．０トール（１３．３３２〜２６６．６４Ｎ／ｍ2）の範囲で作動する反応
室１１へハロゲン化タンタル前駆物質を約５０ｓｃｃｍまで送入しながら、高コ
ンダクタンス送入系中の規定されたオリフィスを通って一定の圧力低下を維持す
るために必要であった。希望の圧力を得るための温度は、ＴａＦ5では約８３℃
〜９５℃の範囲、好ましくは約９５℃であり、ＴａＣｌ5では約１３０℃〜１５
０℃の範囲、好ましくは約１４５℃であり、ＴａＢｒ5では約２０２℃〜２１８
℃の範囲、好ましくは約２０５℃であった。これらの条件下でＴａＦ5は液体で
あったが、ＴａＣｌ5及びＴａＢｒ5は固体のままであった。
【００３０】 図２は、前駆物質ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5についての測定された
蒸気圧と温度との関係を示しており、比較のためＴａＩ5が含まれている。前に
述べたように、希望の圧力は約３トール（３９９．９７Ｎ／ｍ2）より大きく、
好ましくは５トール（６６６．６１Ｎ／ｍ2）より大きい。同じく前に述べたよ
うに、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5の蒸気圧は、キャリヤーガスが存在
しなくてもタンタルを蒸着することができるように充分低いが、高コンダクタン
ス送入系中の規定されたオリフィスを通って一定の圧力低下を維持するのに充分
であり、然も、０．１〜２．０トール（１３．３３２〜２６６．６４Ｎ／ｍ2）
で作動する反応室１１へ５０ｓｃｃｍまでのＴａＸ5を送入できるようにするの
に充分であるのが望ましい。ＴａＩ5の蒸気圧は、記載した装置で実際に遂行す
るためには低過ぎることが決定された。ＴａＢｒ5については、白丸は公表され
ている値を表しているが、ＴａＢｒ5、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＩ5につい
ての黒い四角は、本発明者の実験データーを表している。
蒸気圧と温度との関係を示しており、比較のためＴａＩ5が含まれている。前に
述べたように、希望の圧力は約３トール（３９９．９７Ｎ／ｍ2）より大きく、
好ましくは５トール（６６６．６１Ｎ／ｍ2）より大きい。同じく前に述べたよ
うに、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5の蒸気圧は、キャリヤーガスが存在
しなくてもタンタルを蒸着することができるように充分低いが、高コンダクタン
ス送入系中の規定されたオリフィスを通って一定の圧力低下を維持するのに充分
であり、然も、０．１〜２．０トール（１３．３３２〜２６６．６４Ｎ／ｍ2）
で作動する反応室１１へ５０ｓｃｃｍまでのＴａＸ5を送入できるようにするの
に充分であるのが望ましい。ＴａＩ5の蒸気圧は、記載した装置で実際に遂行す
るためには低過ぎることが決定された。ＴａＢｒ5については、白丸は公表され
ている値を表しているが、ＴａＢｒ5、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＩ5につい
ての黒い四角は、本発明者の実験データーを表している。
【００３１】 駆動電極がガス送入シャワーヘッドであり、ウエーハ又は基体２３のためのサ
セプタ２２又は台がＲＦ接地である場合、平行板ＲＦ放電を用いた。選択された
ＴａＸ5蒸気を、基体上のＨ2のような他の処理ガスと一緒にし、基体は約３００
℃〜５００℃の温度に加熱しておいた。Ｈ2以外の処理ガスとして、Ａｒ及びＨ
ｅも単独又は組合せて用いることができる。
セプタ２２又は台がＲＦ接地である場合、平行板ＲＦ放電を用いた。選択された
ＴａＸ5蒸気を、基体上のＨ2のような他の処理ガスと一緒にし、基体は約３００
℃〜５００℃の温度に加熱しておいた。Ｈ2以外の処理ガスとして、Ａｒ及びＨ
ｅも単独又は組合せて用いることができる。
【００３２】 良好な品質のＰＥＣＶＤ Ｔａフイルムを蒸着するための処理条件を表２に与
える。ここでｓｌｍは標準リットル／分であり、Ｗ／ｃｍ2はワット／ｃｍ2であ
る。
える。ここでｓｌｍは標準リットル／分であり、Ｗ／ｃｍ2はワット／ｃｍ2であ
る。
【００３３】
【００３４】 本発明の方法を用いた処理条件でのＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5によ
るＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムの性質を、表３に与える。代表的値は、２００
ｍｍＳｉ及びＳｉＯ2基体上で、ＴａＸ5前駆物質〔ＴａＦ5、実験数（ｎ）＝１
５；ＴａＣｌ5、ｎ＝８；ＴａＢｒ5、ｎ＝８〕によるＰＥＣＶＤ Ｔａの中から
選択された。
るＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムの性質を、表３に与える。代表的値は、２００
ｍｍＳｉ及びＳｉＯ2基体上で、ＴａＸ5前駆物質〔ＴａＦ5、実験数（ｎ）＝１
５；ＴａＣｌ5、ｎ＝８；ＴａＢｒ5、ｎ＝８〕によるＰＥＣＶＤ Ｔａの中から
選択された。
【００３５】
【００３６】 良好な品質のＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムを蒸着するための工程条件を表４
に与える。
に与える。
【００３７】
【００３８】 本発明の方法を用いた処理条件でのＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5によ
るＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムの性質を、表５に与える。代表的値は、２００
ｍｍＳｉ及びＳｉＯ2基体上で、ＴａＸ5前駆物質〔ＴａＦ5、実験数（ｎ）＝１
５；ＴａＣｌ5、ｎ＝８；ＴａＢｒ5、ｎ＝８〕によるＰＥＣＶＤ ＴａＮxの中
から選択された。
るＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムの性質を、表５に与える。代表的値は、２００
ｍｍＳｉ及びＳｉＯ2基体上で、ＴａＸ5前駆物質〔ＴａＦ5、実験数（ｎ）＝１
５；ＴａＣｌ5、ｎ＝８；ＴａＢｒ5、ｎ＝８〕によるＰＥＣＶＤ ＴａＮxの中
から選択された。
【００３９】
【００４０】 良好な品質の熱的ＣＶＤ ＴａＮxフイルムを蒸着するための工程条件を表６
に与える。
に与える。
【００４１】
【００４２】 本発明の方法を用いた処理条件でのＴａＦ5及びＴａＢｒ5による熱的ＣＶＤ
ＴａＮxフイルムの性質を、表７に与える。代表的値は、２００ｍｍ珪素（Ｓｉ
）及び二酸化珪素（ＳｉＯ2）基体上で、ＴａＸ5前駆物質（ＴａＦ5、ｎ＝１０
；ＴａＢｒ5、ｎ＝２２）によるＴａＮxの蒸着の中から選択された。更にＴａ／
ＴａＮx二層も蒸着した（ＴａＦ5、ｎ＝３；ＴａＢｒ5、ｎ＝１）。表７に列挙
した蒸着タンタルフイルムの性質は、ウエーハを横切って±２０％以内で均一で
あった。
ＴａＮxフイルムの性質を、表７に与える。代表的値は、２００ｍｍ珪素（Ｓｉ
）及び二酸化珪素（ＳｉＯ2）基体上で、ＴａＸ5前駆物質（ＴａＦ5、ｎ＝１０
；ＴａＢｒ5、ｎ＝２２）によるＴａＮxの蒸着の中から選択された。更にＴａ／
ＴａＮx二層も蒸着した（ＴａＦ5、ｎ＝３；ＴａＢｒ5、ｎ＝１）。表７に列挙
した蒸着タンタルフイルムの性質は、ウエーハを横切って±２０％以内で均一で
あった。
【００４３】
【００４４】 本発明の方法を用いた処理条件でのＴａＦ5、ＴａＣｌ5、及びＴａＢｒ5によ
るＴａ／ＴａＮx二層フイルムの性質を、表８に与える。全てのフイルムはＰＥ
ＣＶＤ Ｔａ及びＰＥＣＶＤ ＴａＮxであった。
るＴａ／ＴａＮx二層フイルムの性質を、表８に与える。全てのフイルムはＰＥ
ＣＶＤ Ｔａ及びＰＥＣＶＤ ＴａＮxであった。
【００４５】
【００４６】 本発明の方法により蒸着した集積フイルムは、ＩＣの形成に重要な特性を示し
ている。Ｔａ層とＴａＮx層との間には良好な滑らかな界面及び良好な接着が存
在する。フイルムは低い配線インピーダンスに充分な低い電気抵抗率の範囲にあ
り（１０００μΩｃｍより低く、好ましくは５００μΩｃｍよりも低い）、その
フイルムは良好な等角性及び良好なステップカバレッジ（０．３より大）を有す
る。更に、不純物の水準は低い（２原子％未満）。また、蒸着速度は生産性につ
いての考察からも充分であり（１００Å／分より大）、その工程は低いウエーハ
温度（４５０℃未満）を用いており、従って、ＳｉＯ2の誘電率より低い誘電率
を有する材料を含め、装置内で用いられる他の薄膜材料と両立することができる
。
ている。Ｔａ層とＴａＮx層との間には良好な滑らかな界面及び良好な接着が存
在する。フイルムは低い配線インピーダンスに充分な低い電気抵抗率の範囲にあ
り（１０００μΩｃｍより低く、好ましくは５００μΩｃｍよりも低い）、その
フイルムは良好な等角性及び良好なステップカバレッジ（０．３より大）を有す
る。更に、不純物の水準は低い（２原子％未満）。また、蒸着速度は生産性につ
いての考察からも充分であり（１００Å／分より大）、その工程は低いウエーハ
温度（４５０℃未満）を用いており、従って、ＳｉＯ2の誘電率より低い誘電率
を有する材料を含め、装置内で用いられる他の薄膜材料と両立することができる
。
【００４７】 蒸着温度に対するフイルム抵抗率の依存性は、三つの前駆物質で異なっている
。ＴａＦ5前駆物質を用いてＰＥＣＶＤ Ｔａ及びＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルム
により蒸着したＴａ／ＴａＮx集積フイルムについては、４３０℃の温度及び０
．５ｓｌｍのＮ2流量で、フイルムは約１１５μΩｃｍの抵抗率を持っていた。
３５０℃の温度及び０．５ｓｌｍのＮ2流量では、フイルム抵抗率は８５μΩｃ
ｍへ減少した。４００℃の温度でＮ2流量を２．５ｓｌｍに増大すると、抵抗率
は２１１μΩｃｍへ増大した。前駆物質としてＴａＣｌ5を用いたＴａ／ＴａＮx フイルムについては、４００℃の温度及び２．５ｓｌｍのＮ2流量では、抵抗率
は１９９５μΩｃｍであった。前駆物質としてＴａＢｒ5を用いて蒸着したＴａ
／ＴａＮxフイルムについては、４３０℃の温度及び０．５ｓｌｍのＮ2流量では
、抵抗率は６４５μΩｃｍであった。従って、三つの前駆物質全てについて、ガ
ス混合物中のＮ2流量を増大すると、Ｔａ／ＴａＮxフイルムの抵抗率は高くなっ
た。抵抗率の増大は、フイルム中の窒素濃度の増大によると推定される。このこ
とは、スパッタリングのようなＰＶＤ法、又は有機・金属ＣＶＤ（ＯＭＣＶＤ）
により蒸着したＴａ／ＴａＮxフイルムによる以前の結果と一致しており、この
場合タンタルに対する窒素の比率を増大すると、Ｔａ／ＴａＮxフイルムの抵抗
率が劇的に増大していた。
。ＴａＦ5前駆物質を用いてＰＥＣＶＤ Ｔａ及びＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルム
により蒸着したＴａ／ＴａＮx集積フイルムについては、４３０℃の温度及び０
．５ｓｌｍのＮ2流量で、フイルムは約１１５μΩｃｍの抵抗率を持っていた。
３５０℃の温度及び０．５ｓｌｍのＮ2流量では、フイルム抵抗率は８５μΩｃ
ｍへ減少した。４００℃の温度でＮ2流量を２．５ｓｌｍに増大すると、抵抗率
は２１１μΩｃｍへ増大した。前駆物質としてＴａＣｌ5を用いたＴａ／ＴａＮx フイルムについては、４００℃の温度及び２．５ｓｌｍのＮ2流量では、抵抗率
は１９９５μΩｃｍであった。前駆物質としてＴａＢｒ5を用いて蒸着したＴａ
／ＴａＮxフイルムについては、４３０℃の温度及び０．５ｓｌｍのＮ2流量では
、抵抗率は６４５μΩｃｍであった。従って、三つの前駆物質全てについて、ガ
ス混合物中のＮ2流量を増大すると、Ｔａ／ＴａＮxフイルムの抵抗率は高くなっ
た。抵抗率の増大は、フイルム中の窒素濃度の増大によると推定される。このこ
とは、スパッタリングのようなＰＶＤ法、又は有機・金属ＣＶＤ（ＯＭＣＶＤ）
により蒸着したＴａ／ＴａＮxフイルムによる以前の結果と一致しており、この
場合タンタルに対する窒素の比率を増大すると、Ｔａ／ＴａＮxフイルムの抵抗
率が劇的に増大していた。
【００４８】 本発明によるＰＥＣＶＤにより蒸着したＴａ／ＴａＮx二層フイルムの走査電
子顕微鏡（ＳＥＭ）を得、図３及び図４に示す。図３は、前駆物質としてＴａＦ 5 を用いたＴａ／ＴａＮx二層フイルムのＳＥＭであり、図４は、前駆物質として
ＴａＢｒ5を用いたＴａ／ＴａＮx二層フイルムのＳＥＭである。ＴａＢｒ5によ
るＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層フイルムは、ＴａＦ5によるＴａ／ＴａＮxフ
イルムよりも良好なステップカバレッジを有するように見える。ＴａＣｌ5によ
るＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層フイルムも、ＴａＦ5によるＴａ／ＴａＮxフ
イルムよりも良好なステップカバレッジを持つものと推定される。
子顕微鏡（ＳＥＭ）を得、図３及び図４に示す。図３は、前駆物質としてＴａＦ 5 を用いたＴａ／ＴａＮx二層フイルムのＳＥＭであり、図４は、前駆物質として
ＴａＢｒ5を用いたＴａ／ＴａＮx二層フイルムのＳＥＭである。ＴａＢｒ5によ
るＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層フイルムは、ＴａＦ5によるＴａ／ＴａＮxフ
イルムよりも良好なステップカバレッジを有するように見える。ＴａＣｌ5によ
るＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層フイルムも、ＴａＦ5によるＴａ／ＴａＮxフ
イルムよりも良好なステップカバレッジを持つものと推定される。
【００４９】 図３及び図４は、或る縦横比を有する構造体を有する基体を示しており、代表
的な底部ステップカバレッジ及び側壁カバレッジを三つの前駆物質の各々につい
て示している。ステップカバレッジは、その構造体の底部のフイルム厚さを、フ
ィールドとも呼ばれているその構造体に隣接する基体の表面上のフイルム厚さで
割った値を表している。理想的なステップカバレッジは１．０又は１００％で、
フィールド上と底部上の厚さが同じ場合を表している。ＴａＢｒ5及びＴａＣｌ5 によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮxフイルムは、ＴａＦ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ
／ＴａＮxフイルムよりも一般的に滑らかであるように見え、後者は最も粗いよ
うに見えた。表８に示したように、ＴａＢｒ5の場合、ステップカバレッジは０
．３７であり、ＴａＣｌ5の場合にはステップカバレッジは０．１９であり、Ｔ
ａＦ5の場合、二つの集積フイルムでのステップカバレッジは０．５及び０．１
９であった。
的な底部ステップカバレッジ及び側壁カバレッジを三つの前駆物質の各々につい
て示している。ステップカバレッジは、その構造体の底部のフイルム厚さを、フ
ィールドとも呼ばれているその構造体に隣接する基体の表面上のフイルム厚さで
割った値を表している。理想的なステップカバレッジは１．０又は１００％で、
フィールド上と底部上の厚さが同じ場合を表している。ＴａＢｒ5及びＴａＣｌ5 によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮxフイルムは、ＴａＦ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ
／ＴａＮxフイルムよりも一般的に滑らかであるように見え、後者は最も粗いよ
うに見えた。表８に示したように、ＴａＢｒ5の場合、ステップカバレッジは０
．３７であり、ＴａＣｌ5の場合にはステップカバレッジは０．１９であり、Ｔ
ａＦ5の場合、二つの集積フイルムでのステップカバレッジは０．５及び０．１
９であった。
【００５０】 本発明のＴａ／ＴａＮxフイルム処理と銅との相容性を決定した。実際上Ｔａ
／ＴａＮxフイルムは銅と一体的、即ち銅と直接接触するようになるので、Ｔａ
／ＴａＮx蒸着中、銅の侵食又はエッチングは全く又は殆ど起きるべきではない
。Ｔａ／ＴａＮxと銅との相容性は、ＰＶＤにより蒸着した５００ÅのＴｉＮx層
と、ＰＶＤにより蒸着した２０００Åの銅層を有するＳｉウエーハを反応室１１
中へ入れることにより試験した。ＴａＦ5又はＴａＣｌ5前駆物質を用いて、本発
明の方法を用いて銅層の上にＰＥＣＶＤによりＴａＮxフイルムを蒸着した。
／ＴａＮxフイルムは銅と一体的、即ち銅と直接接触するようになるので、Ｔａ
／ＴａＮx蒸着中、銅の侵食又はエッチングは全く又は殆ど起きるべきではない
。Ｔａ／ＴａＮxと銅との相容性は、ＰＶＤにより蒸着した５００ÅのＴｉＮx層
と、ＰＶＤにより蒸着した２０００Åの銅層を有するＳｉウエーハを反応室１１
中へ入れることにより試験した。ＴａＦ5又はＴａＣｌ5前駆物質を用いて、本発
明の方法を用いて銅層の上にＰＥＣＶＤによりＴａＮxフイルムを蒸着した。
【００５１】 得られたフイルムのＳＥＭ像の写真を図５〜７に示す。図５は、ＰＶＤにより
蒸着したＣｕフイルム上のＴａＦ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示し
ている。図６は、ＰＶＤにより蒸着したＣｕフイルム上のＴａＣｌ5によるＰＥ
ＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示している。図７は、ＰＶＤにより蒸着したＣｕ
フイルム上のＴａＣｌ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示している。Ｃ
ｕ層は、ＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮxとの奇麗な界面を持つと共に、それらが蒸
着されたままの約２０００Åの同じ厚さを持っていた。図５〜７も、Ｃｕ層とＰ
ＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層との間の奇麗で滑らかな界面を示している。従っ
て、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5前駆物質によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／Ｔ
ａＮxフイルムのＰＥＣＶＤ中、殆ど又は全く侵食或はエッチングは起きなかっ
たことを結論付けることができる。
蒸着したＣｕフイルム上のＴａＦ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示し
ている。図６は、ＰＶＤにより蒸着したＣｕフイルム上のＴａＣｌ5によるＰＥ
ＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示している。図７は、ＰＶＤにより蒸着したＣｕ
フイルム上のＴａＣｌ5によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層を示している。Ｃ
ｕ層は、ＰＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮxとの奇麗な界面を持つと共に、それらが蒸
着されたままの約２０００Åの同じ厚さを持っていた。図５〜７も、Ｃｕ層とＰ
ＥＣＶＤ Ｔａ／ＴａＮx二層との間の奇麗で滑らかな界面を示している。従っ
て、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5前駆物質によるＰＥＣＶＤ Ｔａ／Ｔ
ａＮxフイルムのＰＥＣＶＤ中、殆ど又は全く侵食或はエッチングは起きなかっ
たことを結論付けることができる。
【００５２】 選択したフイルムを、オージェ（Auger）電子分光器によっても評価し、それ
らの結果を図８〜９に示す。ＳｉＯ2層の上にＴａ／ＴａＮxを蒸着するために前
駆物質としてＴａＢｒ5を用いた場合のオージェ分析スペクトルを図８に示す。
ＰＶＤにより蒸着した前述のＣｕ層の上にＴａ／ＴａＮxを蒸着するために前駆
物質としてＴａＢｒ5を用いた場合のオージェ分析スペクトルを図９に示す。オ
ージェスペクトルの分析は、ＴａＮx層と他の層との間の奇麗な界面を確認させ
るものであった。この分析により、フイルム中に存在する不純物のレベルも低い
ことが確認された。これらの図は、ＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムが窒素に乏し
い（ｘ＜１．０）ことを示しており、それは表２に示した結果と一致している。
これらのフイルムは０．５：７の低いＮ2：Ｈ2比で蒸着されており、そのことは
窒素含有量の一層低いフイルムを与える結果になると予想された。ｘ＞１．０の
場合、ＰＶＤ及びＣＶＤの両方により蒸着されたＴａＮxフイルムで、通常指数
関数的に増大するＴａＮxの電気抵抗率が観察されている。それらの図は、全て
の層の間に比較的鋭い界面を示しており、そのことは二層へのＣｕ拡散が極めて
少ないことを示している。臭化物濃度は２原子％よりも低いことが決定された。
らの結果を図８〜９に示す。ＳｉＯ2層の上にＴａ／ＴａＮxを蒸着するために前
駆物質としてＴａＢｒ5を用いた場合のオージェ分析スペクトルを図８に示す。
ＰＶＤにより蒸着した前述のＣｕ層の上にＴａ／ＴａＮxを蒸着するために前駆
物質としてＴａＢｒ5を用いた場合のオージェ分析スペクトルを図９に示す。オ
ージェスペクトルの分析は、ＴａＮx層と他の層との間の奇麗な界面を確認させ
るものであった。この分析により、フイルム中に存在する不純物のレベルも低い
ことが確認された。これらの図は、ＰＥＣＶＤ ＴａＮxフイルムが窒素に乏し
い（ｘ＜１．０）ことを示しており、それは表２に示した結果と一致している。
これらのフイルムは０．５：７の低いＮ2：Ｈ2比で蒸着されており、そのことは
窒素含有量の一層低いフイルムを与える結果になると予想された。ｘ＞１．０の
場合、ＰＶＤ及びＣＶＤの両方により蒸着されたＴａＮxフイルムで、通常指数
関数的に増大するＴａＮxの電気抵抗率が観察されている。それらの図は、全て
の層の間に比較的鋭い界面を示しており、そのことは二層へのＣｕ拡散が極めて
少ないことを示している。臭化物濃度は２原子％よりも低いことが決定された。
【００５３】 従って、銅を含むＩＣ配線素子と一体化するのに適した高品質ＰＥＣＶＤ Ｔ
ａ／ＴａＮx二層フイルムを製造する方法を実証してきた。この方法は、ＴａＦ5 、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5前駆物質の蒸気送入に基づいている。それら三つの
前駆物質から得られるＴａ／ＴａＮxフイルムは、全て合理的なステップカバレ
ッジ、低い残留不純物濃度、充分高い蒸着速度、及びＴａＮxにより銅がエッチ
ングされる兆候がないことを実証してきた。
ａ／ＴａＮx二層フイルムを製造する方法を実証してきた。この方法は、ＴａＦ5 、ＴａＣｌ5、又はＴａＢｒ5前駆物質の蒸気送入に基づいている。それら三つの
前駆物質から得られるＴａ／ＴａＮxフイルムは、全て合理的なステップカバレ
ッジ、低い残留不純物濃度、充分高い蒸着速度、及びＴａＮxにより銅がエッチ
ングされる兆候がないことを実証してきた。
【００５４】 本明細書中に示し、記載した本発明の態様は、当業者である発明者にとって単
に好ましい態様であり、何等限定的なものではないことを理解すべきである。例
えば、ＴａフイルムはＰＥＣＶＤにより蒸着してもよく、ＴａＮxフイルムは熱
的ＣＶＤ、プラズマ処理した熱的ＣＶＤ、及びＰＥＣＶＤにより蒸着してもよく
、それらは夫々、「ハロゲン化タンタル前駆物質からのＴａフイルムのＰＥＣＶ
Ｄ」（PECVD OF Ta FILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、「ハロゲン化
タンタル前駆物質からのＴａＮフイルムの熱的ＣＶＤ」（THERMAL CVD OF TaN F
ILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、「ハロゲン化タンタル前駆物質から
のＴａＮフイルムのプラズマ処理した熱的ＣＶＤ」（PLASMA TREATED THERMAL C
VD OF TaN FILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、及び「ハロゲン化タン
タル前駆物質からのＴａＮフイルムのＰＥＣＶＤ」（PECVD OF TaN FILMS FROM
TANTALUM HALIDE PRECURSORS）に記載されており、それらは全てハウタラ（Haut
ala）及びウェステンドロップ（Westendorp）により発明され、東京エレクトロ
ン社（Tokyo Electron Limited）に譲渡されており、本願と同じ日に出願された
係属中の出願である。更に、ＴａＮxは、本発明によりプラグ充填のために用い
ることもでき、そのことはハウタラ及びウェステンドロップにより発明され、東
京エレクトロン社に譲渡され、本願と同じ日に出願された係属中の出願である「
ハロゲン化タンタル前駆物質からのＣＶＤ ＴａＮxプラグ形成」（CVD TaNx PL
UG FORMATION FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）に記載されている。
に好ましい態様であり、何等限定的なものではないことを理解すべきである。例
えば、ＴａフイルムはＰＥＣＶＤにより蒸着してもよく、ＴａＮxフイルムは熱
的ＣＶＤ、プラズマ処理した熱的ＣＶＤ、及びＰＥＣＶＤにより蒸着してもよく
、それらは夫々、「ハロゲン化タンタル前駆物質からのＴａフイルムのＰＥＣＶ
Ｄ」（PECVD OF Ta FILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、「ハロゲン化
タンタル前駆物質からのＴａＮフイルムの熱的ＣＶＤ」（THERMAL CVD OF TaN F
ILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、「ハロゲン化タンタル前駆物質から
のＴａＮフイルムのプラズマ処理した熱的ＣＶＤ」（PLASMA TREATED THERMAL C
VD OF TaN FILMS FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）、及び「ハロゲン化タン
タル前駆物質からのＴａＮフイルムのＰＥＣＶＤ」（PECVD OF TaN FILMS FROM
TANTALUM HALIDE PRECURSORS）に記載されており、それらは全てハウタラ（Haut
ala）及びウェステンドロップ（Westendorp）により発明され、東京エレクトロ
ン社（Tokyo Electron Limited）に譲渡されており、本願と同じ日に出願された
係属中の出願である。更に、ＴａＮxは、本発明によりプラグ充填のために用い
ることもでき、そのことはハウタラ及びウェステンドロップにより発明され、東
京エレクトロン社に譲渡され、本願と同じ日に出願された係属中の出願である「
ハロゲン化タンタル前駆物質からのＣＶＤ ＴａＮxプラグ形成」（CVD TaNx PL
UG FORMATION FROM TANTALUM HALIDE PRECURSORS）に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）のための装置の概略図である。
【図２】 ハロゲン化タンタルについての蒸気圧対温度のグラフである。
【図３】 五フッ化タンタル（ＴａＦ5）前駆物質を用いた窒化タンタル（ＴａＮx）フイ
ルムの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真である。
ルムの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の写真である。
【図４】 五塩化タンタル（ＴａＣｌ5）前駆物質を用いたＴａＮxフイルムのＳＥＭ写真
である。
である。
【図５】 五臭化タンタル（ＴａＢｒ5）前駆物質を用いたＴａＮxフイルムのＳＥＭ写真
である。
である。
【図６】 ＴａＦ5によるフイルム積層体のＳＥＭ写真である。
【図７】 ＴａＣｌ5によるフイルム積層体のＳＥＭ写真である。
【図８】 ＳｉＯ2上に蒸着した、ＴａＢｒ5前駆物質を用いたＴａＮxフイルムのオージ
ェスペクトルをトレースした図である。
ェスペクトルをトレースした図である。
【図９】 ＰＥＣＶＤタンタルフイルム上に蒸着した、ＴａＢｒ5前駆物質を用いたＴａ
Ｎxフイルムのオージェスペクトルをトレースした図である。
Ｎxフイルムのオージェスペクトルをトレースした図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウェステンドープ、ジョウハニーズ、エ フ、エム アメリカ合衆国 マサチューセッツ、ロッ クポート、ウッドベリィ レイン ９ Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA04 AA18 BA17 BA38 BB13 FA01 FA10 JA05 JA09 JA10 LA15 4M104 BB17 DD45 FF18 HH13 HH16
Claims (32)
- 【請求項１】 基体上にタンタル（Ｔａ）／窒化タンタル（ＴａＮx）フイ
ルムを蒸着する方法において、ハロゲン化タンタル前駆物質の蒸気を、その前駆
物質を気化するのに充分な温度へ前記前駆物質を加熱することにより、前記基体
の入った反応室へ与え、次に前記蒸気を処理ガスと一緒にし、前記Ｔａフイルム
を蒸着し、次に前記蒸気を窒素含有処理ガスと一緒にし、前記ＴａＮxを蒸着す
ることを包含する蒸着法。 - 【請求項２】 ハロゲン化タンタル前駆物質が、フッ化タンタル、塩化タン
タル、及び臭化タンタルからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 蒸気を与えることが、少なくとも約３トールの圧力で前記蒸
気を生成させることを含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前駆物質が五フッ化タンタルであり、温度が約９５℃である
、請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前駆物質が五塩化タンタルであり、温度が約１４５℃である
、請求項３に記載の方法。 - 【請求項６】 前駆物質が五臭化タンタルであり、温度が約２０５℃である
、請求項３に記載の方法。 - 【請求項７】 前駆物質の加熱が、少なくとも３トールのハロゲン化タンタ
ル前駆物質の蒸気圧を与えるのに充分な温度まで行われる、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項８】 ＴａをＰＥＣＶＤにより蒸着し、ＴａＮxをＰＥＣＶＤ及び
熱的ＣＶＤからなる群から選択された方法により蒸着する、請求項１に記載の方
法。 - 【請求項９】 基体を約３００℃〜５００℃の範囲の温度に加熱する、請求
項１に記載の方法。 - 【請求項１０】 ハロゲン化タンタル前駆物質の送入が、約１〜５０ｓｃｃ
ｍの範囲で行われる、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 処理ガスが、水素、アルゴン、ヘリウム、及びそれらの組
合せからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１２】 水素ガスが、ＰＥＣＶＤ法の場合の約１〜１０ｓｌｍ、及
び熱的ＣＶＤ法の場合の約０〜１０ｓｌｍからなる群から選択された流量になっ
ている、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１３】 窒素含有ガスが、約０〜１０ｓｌｍの範囲の流量になって
いる、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１４】 蒸着が約０．２〜５．０トールの範囲の室圧力で行われる
、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１５】 フイルムが基体の銅層と一体になっている、請求項１に記
載の方法。 - 【請求項１６】 Ｔａ／ＴａＮxが少なくとも約１００Å／分の速度で蒸着
される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１７】 基体が、大きな縦横比の構造体を有する集積回路を有する
、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１８】 ハロゲン化タンタル前駆物質を、キャリヤーガスを用いず
に反応室へ送入する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１９】 基体上にＴａ／ＴａＮx二層フイルムを蒸着する方法にお
いて、フッ化タンタル及び塩化タンタルからなる群から選択されハロゲン化タン
タル前駆物質を、その前駆物質の蒸気を生じ、タンタル蒸気を送入する圧力を与
えるのに充分な高さへ前記前駆物質の温度を上昇させることにより前記基体の入
った反応室へ送入し、前記蒸気を処理ガスと一緒にし、前記Ｔａフイルムを蒸着
し、次に前記蒸気を処理ガス及びＴａＮxフイルムを蒸着するための窒素含有ガ
スと一緒にし、前記ＴａＮxフイルムを蒸着することを包含する蒸着法。 - 【請求項２０】 上昇させた温度が、前駆物質蒸気と処理ガスとの反応を起
こす温度より低い、請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２１】 タンタル蒸気を送入する圧力が、少なくとも約３トールで
ある、請求項１９に記載の方法。 - 【請求項２２】 前駆物質が五フッ化タンタルであり、温度が約９５℃であ
る、請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２３】 前駆物質が五塩化タンタルであり、温度が約１４５℃であ
る、請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２４】 ＴａをＰＥＣＶＤにより蒸着し、ＴａＮxをＰＥＣＶＤ及
び熱的ＣＶＤからなる群から選択された方法により蒸着する、請求項１９に記載
の方法。 - 【請求項２５】 基体上にＴａ／ＴａＮx二層フイルムを蒸着する方法にお
いて、五臭化タンタル前駆物質を、その前駆物質の蒸気を生ずるのに充分な高さ
へ前記前駆物質の温度を上昇することにより、キャリヤーガスを用いることなく
前記基体の入った反応室へ送入し、前記蒸気を処理ガスと一緒にし、前記Ｔａフ
イルムを蒸着し、次に前記蒸気を窒素含有ガスと一緒にし、ＴａＮxフイルムを
蒸着し、前記基体上に前記Ｔａ／ＴａＮx二層フイルムを蒸着することを包含す
る蒸着法。 - 【請求項２６】 前駆物質が五臭化タンタルであり、温度が約１９０〜約２
０８℃の範囲にある、請求項２５に記載の方法。 - 【請求項２７】 前駆物質が五臭化タンタルであり、温度が約２０５℃であ
る、請求項２６に記載の方法。 - 【請求項２８】 ＴａをＰＥＣＶＤにより蒸着し、ＴａＮxをＰＥＣＶＤ及
び熱的ＣＶＤからなる群から選択された方法により蒸着する、請求項２５に記載
の方法。 - 【請求項２９】 下の誘電体層を有し、銅層及びＴａ／ＴａＮx二層を有す
る基体で、前記Ｔａ／ＴａＮx二層が、下の誘電体層へ前記銅が拡散するのを防
止し、その不純物が約２原子％未満である、基体。 - 【請求項３０】 Ｔａ／ＴａＮx二層が、大きな縦横比の構造体の等角カバ
レッジを与えている、請求項２９に記載の基体。 - 【請求項３１】 Ｔａ／ＴａＮx層の抵抗率が、約１０００μΩｃｍより小
さい、請求項２９に記載の基体。 - 【請求項３２】 五フッ化タンタル、五塩化タンタル、五臭化タンタルから
なる群から選択されたハロゲン化タンタル前駆物質を、その前駆物質を気化する
のに充分な温度へ前記前駆物質を加熱することにより、前記基体の入った反応室
へ送入し、前記蒸気を処理ガスと一緒にし、前記Ｔａ層を蒸着し、次に前記蒸気
を窒素含有処理ガスと一緒にし、前記ＴａＮxを蒸着し、前記基体上に前記Ｔａ
／ＴａＮx二層を蒸着することにより、前記Ｔａ／ＴａＮx層が蒸着されている、
請求項２９に記載の基体。
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