JP2002543580A - ハロゲン化タンタル前駆物質からのcvd窒化タンタルプラグの形成 - Google Patents
ハロゲン化タンタル前駆物質からのcvd窒化タンタルプラグの形成Info
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Abstract
Description
学蒸着により析出した窒化タンタル薄膜で、電気的接触を充填することに関する
。
路(IC)は、半導体基板のシリコン基材層に含まれる多数の能動トランジスタ
から構成される。ICの容量を増大するために、金属「ワイヤ」を用いた非常に
多くの相互接続が、基板のシリコン基材中の1つの能動トランジスタと同じ基板
のシリコン基材中の他の能動トランジスタとの間に形成される。相互接続は、集
合的には回路の金属相互接続として知られ、基板中に刻み込まれた孔、バイアホ
ールまたは溝を通じて形成される。シリコン基材と実際に接触する金属相互接触
の特別の個所は、コンタクト(contact)として知られている。残りの孔
、バイアホールまたは溝は、コンタクト・プラグ(contact plug)
と呼ばれる導体物質で充填される。より高いレベルのICを形成するために、ト
ランジスタの密度は増大し続けているので、相互接続の数の増大、複数レベルの
金属化構造及びより高いアスペクト比のバイアホールを可能にするために、コン
タクト・プラグの直径を小さくしなければならない。
許容された標準であった。しかしながら、アルミニウムには、エレクトロマイグ
レーション(electromigration)及び高い電気比抵抗を伴うと
いう問題があり、深いサブミクロンの寸法を有するより新しい構造のための新規
な材料が必要とされている。銅(Cu)は、超大規模集積(ULSI)回路にお
ける、次世代集積回路のための相互接続材料として見込まれているが、まだ、低
い温度でのケイ化銅(Cu−Si)化合物の形成及び酸化シリコン(SiO2)
層を通してのエレクトロマイグレーションが、利用上の不利な点になっている。
基板の下層の誘電体層への銅の拡散を防止するバリアとして働くような、及び、
後に続く銅析出のための有効な「接着」層を形成するような、新規な材料が求め
られている。また、後に続いて基板に析出される銅を接着するライナー層として
働くような、新規な材料も求められている。ライナー層は、また、銅とバリア材
料の間の、低電気抵抗のインターフェースを提供しなければならない。例えば、
スパッタリングのような物理蒸着(PVD)及び/または化学蒸着(CVD)の
いずれかによって析出された、チタン(Ti)及び窒化チタン(TiN)バリア
層のような、これまでアルミニウムと共に使用していたバリア層は、銅に対する
拡散バリアとしては効果がない。加えて、Tiは、PVD及び/またはCVDで
用いられる比較的低い温度において、銅と反応して銅チタン化合物を形成する。
れた窒化タンタル(TaN)は、それらの高い導電性、高い熱安定性及び異種原
子の拡散に対する抵抗性のゆえに、銅とシリコン基板との間の良好な拡散バリア
であることが示されている。しかしながら、析出されたTa及び/またはTaN
薄膜は、そのシャドー効果のために、本質的に乏しいステップ・カバレージ(s
tep coverage)を有する。従って、スパッタリング工程は、比較的
大きなパターンサイズ(>0.3μm)及び小さいアスペクト比のコンタクト及
びバイアホールに限定される。CVDは、PVDに対して、高いアスペクト比を
有する微細な構造(<0.25μm)においてさえも、より良好な追従性という
本質的な利点を提供する。しかしながら、Ta及びTaNと、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−有機物原料とのCVDは、混合した析出物を生じる。
他の問題は、得られる薄膜は、全て、比較的高濃度の酸素と炭素の不純物を含む
ため、キャリアガスの使用を必要とすることである。
び外部と接続する金属ワイヤとの間の電気的な接続を行う。銅線を含むコンタク
ト・プラグは、現在、以下のような析出を必要とする。先ず約100ÅのTaラ
イナー層をPVDを利用して析出する。このTa層は、シリコン基材層への電気
的な接触を強化する。次に、そのTa層の上に、約500ÅのTaNのライナー
層をPVDにより析出する。次いで、100ÅのCuのシード層をPVDにより
析出し、残りのプラグを電気メッキCuで充填する。TaN層は拡散バリアとし
て作用し、Cuの拡散から誘電層を保護する。TaN層は、また、Cuに対する
接着層としても作用する。
グにおけるCuの比率はより小さくなる。予想されるTaNバリア層は、拡散バ
リアとして信頼できる性能を有するためには、約200Åより大きい値を維持す
るものと思われ、そしてTaの厚みは、やはり100Åであることが必要とされ
るので、その結果、コンタクト・プラグの中でCuで充填される部分はなくなっ
てしまう。例えば、直径0.13μmの構造は、たった700ÅでしかないCu
薄膜または「コア」をプラグの中心に持つことになる。従って、有効なプラグの
抵抗は、より高い比抵抗のTa及びTaN、そしてさらに重要なことは、TaN
とCu層との間のインターフェースの抵抗によって支配されるようになる。
ラグ全体の抵抗には有意な影響を及ぼさない、余計な手続きの工程を提供する。
従って、TaN及びCuを用いるよりも、TaNのみのコンタクト・プラグを用
いてバイアホールを充填することによって、IC形成の1工程を省き、製造効率
を向上し、これらのデバイスの加工における顕著な節約を実現することができる
。従って、求められていることは、CVDによりTaNのコンタクト・プラグを
形成し、ICの形成におけるCu層を省く方法である。
のの、その相対的な厚みは、バイアホールの直径の約80%である。これは、析
出した薄膜が、バイアホールの容積をコンタクト・プラグで充填するのみではな
く、コンタクト・プラグ上の「窪み(dimple)」もまた充填する必要があ
るためである。TaNのへこみ(indentation)と定義される「窪み
」は、バイアホールを充填する際に形成されるが、プラグの表面にさらにTaN
を析出することにより除去され、結果としてキャップ層が残る。このように、0
.2μmのパターンに対しては、1,600Å(0.8x2,000Å)の厚みを
有するTaN薄膜が必要になる。良好なプラグの充填のためには、また、これら
の厚い薄膜が連続しており、完全に追従しており、そして継ぎ目がないことが、
極めて重要である。
電体のような下層の材料の完全な状態を保護するために、約500℃未満の析出
温度、妥当な生産性のために100Å/分を超える析出速度、2,000Åを超
えるクラック閾値、低い相互接続インピーダンスのための十分低い電気比抵抗、
高いアスペクト比のパターンにおける100%の追従性、銅薄膜のような次に析
出する薄膜を攻撃または腐食しないこと、薄膜中の不純物が最少量であること、
そして薄膜が銅の拡散に対して良好なバリアを提供すること、を必要とする。
タル前駆物質からの窒化タンタル(TaNx)薄膜を析出することにより、銅(
Cu)析出工程を省くことを目的とする。ハロゲン化タンタル前駆物質は、基板
を含む反応室へタンタルの蒸気を供給する蒸気圧を提供するために、前駆物質を
蒸発させるのに十分な温度で供給される。蒸気圧は約3Torrより高い。蒸気
は、窒素を含むプロセスガスと組み合わされ、熱的な化学蒸着(熱CVD)プロ
セスによってTaNxが析出される。析出を停止して、薄膜をプラズマ処理し、
次いで析出を再開する。プラズマ処理は、所望する薄膜の厚みが得られるまで、
熱CVDプロセスの中で一定間隔で実施される(PTTCVD)。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)また
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)または五臭化タンタル(TaBr5)である。基
板の温度は、約300℃ないし500℃の範囲である。
を、蒸気を供給する圧力を提供するために、前駆物質を蒸発させるのに十分な温
度に前駆物質の温度を上げることにより、TaF5またはTaCl5前駆物質から
のTaNxを用いて完全に充填する方法を目的とする。蒸気は、窒素を含むプロ
セスガスと組み合わされ、熱的な化学蒸着(熱CVD)プロセスによって、Ta
Nxがパターンの中に析出される。析出を停止して、薄膜表面をプラズマ処理し
、次いで析出を再開する。プラズマ処理は、所望する薄膜の厚みが得られるまで
、熱CVDプロセスの中で一定間隔で実施される。
イアホールを、TaBr5前駆物質からのTaNx薄膜を用いて、キャリアガスな
しで充填する方法を目的とする。前駆物質の温度は、タンタルの蒸気を生成する
のに十分な温度に高められる。蒸気は、窒素を含むプロセスガスと組み合わされ
、熱的な化学蒸着(熱CVD)プロセスによって、TaNxがパターンの中に析
出される。析出を停止して、薄膜表面をプラズマ処理し、次いで析出を再開する
。プラズマ処理は、所望する薄膜の厚みが得られるまで、熱CVDプロセスの中
で一定間隔で実施される。
て銅析出工程の必要性を省くことができる。薄膜は、約500℃未満の温度で析
出され、それによって、下層の材料の完全な状態が保護される。薄膜は、200
0Åより大きいクラック閾値を有し、十分低い電気比抵抗を有し、高いアスペク
ト比のパターンに対し100%の追従性を有し、そして一体化した銅薄膜の攻撃
または腐食を示さない。薄膜は最少量の不純物を含み、そして銅の拡散に対して
良好なバリアとなる。薄膜は、生産性の観点から見て十分な速度で析出させるこ
とができる。開示された本発明の方法及び基板が、数多くの用途を持つことは、
認識されるであろう。これらの及び他の利点は、以下の図面及び詳細な記載によ
って、さらに理解されるであろう。
)は、銅(Cu)に対する有効な拡散バリアである。これらの有効性は、これら
の高い熱安定性、高い導電性及び異種成分または不純物の拡散に対する抵抗性に
基づく。Ta及びTaNは、Cuに対して化学的に不活性;即ち、CuとTaま
たはCuとNとの間でいかなる化合物も形成されないために、特に注目される;
る。具体的には、無機の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)のハロゲンイオンを
表す。表1は、ハロゲン化タンタル前駆物質、具体的には五フッ化タンタル(T
aF5)、五塩化タンタル(TaCl5)及び五臭化タンタル(TaBr5)の関
連する熱力学的性質を、比較のために五ヨウ化タンタル(TaI5)と共に示す
。TaF5、TaCl5及びTaBr5前駆物質は、全て、室温(18℃ないし22
℃)で固体である。
気エネルギーのいずれかで活性化される。前駆物質ガスは、活性化されると化学
的に反応し、薄膜を形成する。CVDの好ましい方法は図1に示され、また、W
estendorpらの同時係属出願(名称:「固体源からCVD室へ蒸気を供
給するための装置及び方法」、出願日:本出願に同じ、Tokyo Elect
ron Limitedに譲渡、参考資料として全文が本明細書に取り込まれて
いる)に開示されている。化学蒸着(CVD)システム10は、CVD反応室1
1及び前駆物質供給システム12を含む。反応室の中で反応が行われ、例えば塩
化タンタル(TaCl)または他のハロゲン化タンタル化合物の前駆物質ガスは
、タンタル(Ta)または窒化タンタル(TaN)のバリア層薄膜のような薄膜
に変換される。TaN薄膜は、いかなる特定の化学量(TaNx)にも限定され
ない。従って、本明細書で使われているように、(TaNx)は、いかなる化学
量の窒化タンタル薄膜をも包含する。
3を含み、ガス出口は、ガス入口16を備えた計量システム15を経由して、C
VD反応室11に通じている。供給源13は、ハロゲン化タンタル化合物から、
前駆物質ガス、例えばハロゲン化タンタルの蒸気を発生する。化合物は、標準の
温度及び圧力においては、固体状のものである。前駆物質源は、好ましくは制御
された加熱によって、所望の前駆物質の蒸気圧を発生する温度に維持される。蒸
気圧は、好ましくはキャリアガスを使用することなく、それ自身で前駆物質の蒸
気を反応室へ供給するのに十分な圧力であることが好ましい。計量システム15
は、供給源13から反応室への前駆物質ガスの蒸気の流れを、反応室におけるC
VDプロセスを商業的に可能ならしめるのに十分な速度に維持する。
1によって仕切られた真空室20を含む。室20の中には、基板支持体または受
け台22が位置し、その上に半導体ウエハ23のような基板が支持される。室2
0は、CVD反応を実行するのに適切な真空に維持され、CVD反応により、半
導体ウエハ基板23の上に、Ta/TaNxバリア層のような薄膜を析出する。
好ましいCVD反応室11の圧力範囲は、0.2から5.0Torrの範囲であ
る。真空は、真空ポンプ24及び送入ガス源25の制御された操作によって維持
され、送入ガス源25は、供給システム12を含み、そしてまた、タンタルの還
元反応の実施に使用するための、例えば、水素(H2)、窒素(N2)またはアン
モニア(NH3)の還元ガス源26、及び、アルゴン(Ar)またはヘリウム(
He)のようなガスのための不活性ガス源27を含んでよい。送入ガス源25か
らのガスは、シャワーヘッド28を経由して室20に入る。シャワーヘッド28
は、基板23とは反対側の室20の一端に、一般的に基板23に平行に、対面し
て位置している。
を有する円筒状の蒸発容器31を含む。容器31は円筒状の壁33で仕切られ、
壁33は、合金INCONEL600のような耐熱性、かつ、非腐食性の材料で
作られ、その内部表面34は、高度に研磨され平滑である。壁33は、平面の円
形の閉じた底部35及び開放した頂部を有し、頂部は、壁33と同じ耐熱性、か
つ、非腐食性の材料のカバー36により密封される。供給源13の出口14は、
カバー36に位置している。TiI4またはTaBr5を用いる場合のような高温
が使用される場合は、カバー36はフランジリング37に密封され、フランジ・
リング37は、HELICOFLEXシールのような耐熱性真空対応金属シール
38により、壁33の頂部に一体化される。金属シール38は、INCONEL
コイル・スプリングを取り囲むC字型のニッケルチューブで作られている。Ta
Cl5及びTaF5のような低温を必要とする材料の場合には、カバーのシールに
、従来のエラストマーのOリングシールを使用してもよい。
ャリアガスは、好ましくはHeまたはArのような不活性ガスである。供給源1
3は、フッ化タンタル、塩化タンタルまたは臭化タンタル(TaX)、好ましく
は五ハロゲン化タンタル(TaX5)のような前駆物質材料の塊を、容器31の
底部に含む。前駆物質材料は、標準の温度及び圧力下で、固体状で装填される。
容器31は、中にTaXの固体状の塊を装填した室を密封することにより、ハロ
ゲン化タンタルの蒸気で満たされる。ハロゲン化物は、前駆物質の塊40として
供給され、容器31の底部に置かれ、好ましくは液状になり、発生する蒸気圧が
許容される範囲になるまでそこで加熱される。塊40が液体の場合には、蒸気は
液体の塊40の液面上に存在する。壁33は垂直な円筒であるため、TaXの塊
40の表面積は、もし液体であれば、TaXの液面の低下にかかわらず一定に維
持される。
に、キャリアガスと共に、前駆物質40を供給するためにも使用することができ
る。キャリアガスは、ガス源39から容器31の中へ導入することができる。そ
のようなガスは、水素(H2)、あるいは、ヘリウム(He)またはアルゴン(
Ar)のような不活性ガスであってよい。キャリアガスが使用される場合には、
キャリアガスは、前駆物質の塊40の上部表面全体に分配されるように、容器3
1の中に導入され、あるいは、キャリアガスに対して塊40の表面積の曝露を最
大にするために、上方向に拡散して、容器31の底部35から塊40を通って浸
透するように、容器31の中に導入される。さらに他の代替法は、容器31の中
にある液体を蒸発することである。しかしながら、そのような代替法は、好まし
くない粒子を加え、かつ、前駆物質の直接供給、即ち、キャリアガスを使用しな
い供給によって達成されるような、制御された供給を提供しない。従って、前駆
物質の直接供給が好ましい。
ヒーター44を用いて熱伝達が維持され、前駆物質40を制御された温度に維持
する。温度は、好ましくは、前駆物質の融点を超える温度であり、これにより、
キャリアガスを用いない場合(即ち、直接供給システム)は、約3Torrを超
える蒸気圧、キャリアガスを用いる場合は、約1Torrのようなより低い蒸気
圧を生み出す。正確な蒸気圧は、キャリアガスの量や基板の表面積などの、他の
変数に依存する。タンタルの直接供給システムにおいて、蒸気圧は、図2に示す
ように、ハロゲン化タンタル前駆物質を95℃ないし205℃の範囲に加熱する
ことにより、好ましくは5Torr以上の圧力に維持し得る。TaX5の場合、
TaF5に対して所望する温度は、少なくとも約95℃であり、TaCl5に対し
て所望する温度は、少なくとも約145℃であり、そして、TaBr5に対して
所望する温度は、少なくとも約205℃である。五ハロゲン化タンタル化合物の
うちフッ化物、塩化物及び臭化物のそれぞれの融点は、97℃ないし265℃の
範囲にある。五ヨウ化タンタル(TaI5)の場合は、容器31内の十分な蒸気
圧を得るために、これよりはるかに高い温度が要求される。温度は、シャワーヘ
ッド28において、あるいはウエハ23に接触する前に、ガスの早期反応を引き
起こす程高くすべきではない。
する。この温度は、四ヨウ化チタン(TiI4)前駆物質を用いる場合、所望の
蒸気圧を得るのに適切である。容器31の壁33及びカバー36上の前駆物質の
蒸気の凝縮を防ぐために、容器31の底部35にこの温度を与えると、カバーは
、カバー36の外部と熱接触し独立に制御されるヒーター45によって、壁33
の底部35にあるヒーター44より高い温度、例えば190℃、に維持される。
室壁33の側部は、環状の捕捉空気スペース46に囲まれ、このスペースは、室
壁33と外側を同心円的に取り囲むアルミニウム壁または缶47との間に収容さ
れている。缶47は、さらにシリコンフォーム断熱材48の環状層によって囲ま
れている。この温度維持構成は、カバー36、壁33の側部及び前駆物質の塊4
0の表面42で区切られた容器31の容積内の蒸気を、180℃及び190℃の
間の所望の例示温度範囲、及び、約3Torrを超える、好ましくは5Torr
を超える圧力に維持する。所望する圧力を維持するのに適切な温度は、前駆物質
の材料によって変わり、第一義的には、前駆物質がハロゲン化タンタル化合物か
ハロゲン化チタン化合物かで変わる。
くとも10ミリメートルの、好ましくは、所望する流速で圧力損失が認められな
い程度の大きさの供給管50を含む。所望する流速とは、少なくとも1分間当た
り約2ないし40標準立法センチメートル(sccm)である。管50は、前駆
物質ガス源13から反応室まで伸び、ガス源13へは、その上流側の端部で接続
して出口14まで伸び、反応室へは、その下流側端部で接続して入口16まで伸
びる。管50の蒸発装置出口14からリアクター入口16及び反応室20のシャ
ワーヘッド28に至る全長も、また、好ましくは前駆物質材料40の蒸発温度よ
り高い温度に、例えば195℃に加熱される。
。オリフィスは、好ましくは約0.089インチの直径を有する。ゲージ156
からゲージ257への圧力損失は、制御バルブ53によって調整される。オリフ
ィス52を通って反応室11に入る際の、制御バルブ53の後でのこの圧力損失
は、約10ミリTorrより大きく、流速に比例する。配管50には、蒸発装置
13の出口14と制御バルブ53との間に遮断バルブ54が配され、蒸発装置1
3の容器31を閉じることができる。
ための制御装置60に情報を提供する。システムの制御には、供給システム15
からCVD反応室の室20内への、前駆物質ガスの流速の制御が含まれる。圧力
センサには、蒸発装置13の出口14と遮断バルブ54との間の管50に接続し
たセンサ55が含まれ、蒸発容器31内の圧力を監視する。圧力センサ56は、
制御バルブ53と邪魔板51との間で管50に接続し、オリフィス52の上流側
の圧力を監視し、一方、圧力センサ57は、邪魔板51とリアクター入口16と
の間で管50に接続し、オリフィス52の下流側の圧力を監視する。さらに、圧
力センサ58は、反応室の室20に接続し、CVD室20内の圧力を監視する。
特に、オリフィス52前後の圧力損失を測定するセンサ56及び57によって感
知される圧力に対応して、制御装置60によって達成される。オリフィス52を
通過する前駆物質蒸気の流れが、非制限流(unchoked flow)にな
る条件の場合は、管52を通過する前駆物質蒸気の実際の流量は、圧力センサ5
6及び57によって監視された圧力の関数であり、オリフィス52の上流側のセ
ンサ56によって測定される圧力と、オリフィス52の下流側のセンサ57によ
って測定される圧力との比から求めることができる。
low)になる条件の場合は、管52を通過する前駆物質蒸気の実際の流量は、
圧力センサ57によって監視された圧力のみの関数である。どちらの場合も、制
限流または非制限流の存在は、制御装置60によりプロセス条件を判断すること
によって、測定することができる。制御装置60によって判断が下されると、前
駆制御装置60による計算によって、物質ガスの流速を定量することができる。
て利用可能な、消去不可の記憶装置61に蓄えられた、参照表または乗数表から
の流速データを検索することによって計算される。前駆物質ガスの実際の流速が
定量されると、所望する流速を、可変オリフィス制御バルブ53の閉鎖ループ・
フィードバック制御、排出ポンプ24によるCVD室の圧力、またはガス源26
及び27からの不活性ガスの低減の制御の1つまたはそれ以上によって、あるい
は、容器31の前駆物質ガスの温度及び蒸気圧を、ヒーター類44、45で制御
することによって、維持することができる。
は、円筒状の耐食性金属容器31の中に密封され、前駆物質材料の利用可能な表
面積を最大化する。TaF5、TaCl5またはTaBr5からの蒸気は、高いコ
ンダクタンスを有する供給システムによって、反応室11へ直接、即ち、キャリ
アガスを使用しないで、供給された。反応室11は、蒸気の凝縮または析出副生
物を防ぐため、少なくとも約100℃の温度に加熱された。
ロゲン化タンタル前駆物質40を、約95℃ないし205℃の範囲の温度に加熱
することによって達成され、温度の選択は、個々の前駆物質に依存する。温度は
、前駆物質40を蒸発させ、ハロゲン化タンタル蒸気を反応室11へ供給する圧
力を生じるのに十分であった。このように、キャリアガスは必要でなく、好まし
くは使用されなかった。十分な蒸気圧は、約3ないし10Torrの範囲であっ
た。この圧力は、高いコンダクタンスを有する供給システムにある、定義された
オリフィスの前後の圧力損失を一定に保ち、一方、ハロゲン化タンタル前駆物質
を、約0.1ないし2.0Torrの範囲で操作される反応室11へ、約50s
ccmまで供給するために必要とされた。直接供給システムにおいて、所望の圧
力を得るための温度は、TaF5に対しては約83℃ないし95℃の範囲であり
、好ましくは約95℃であり、TaCl5に対しては約130℃ないし150℃
の範囲であり、好ましくは約145℃であり、そしてTaBr5に対しては約2
02℃ないし218℃の範囲であり、好ましくは約205℃であった。これらの
条件下では、TaF5は液体であり、一方、TaCl5及びTaBr5は固体のま
まである。
圧と温度との間の関係を示し、比較のために、TaI5も加えてある。前記した
ように、所望の圧力は約3Torrより高く、好ましくは5Torrより高かっ
た。また、前記したように、TaF5、TaCl5及びTaBr5に対する蒸気圧
は、望ましくは、キャリアガスなしでタンタルを析出し得るためには十分低く、
しかし、高いコンダクタンスを有する供給システムにある、定義されたオリフィ
スの前後の圧力損失を一定に保ち、かつ、約0.1ないし2.0Torrの範囲
で操作される反応室11へ、約50sccmまでTaX5を供給するためには十
分であった。TaI5の蒸気圧は、記載された装置で実際に実行するには低過ぎ
ると実測された。TaBr5に対する白丸は公表値を表し、一方、TaBr5、T
aF5、TaCl5及びTaI5に対する黒四角は、本発明者らの実験データを表
す。
あり、受け台22、即ち、ウエハまたは基板23用ステージが高周波のグランド
(ground)である場合には、平行板高周波放電が用いられた。選択された
TaX5の蒸気は、約300℃ないし500℃の間の温度に加熱された基板上で
、H2のような他のプロセスガスと組み合わされた。プロセスガスとして、H2に
加えてAr及びHeも、また、単独でまたは組み合わせて使用することができた
。
ン化タンタル前駆物質ガス及びプロセスガスの流れは停止され、または反応室1
1の周囲に向けられ、次いで薄膜表面にプラズマ処理が実施される。プラズマ処
理に関しては、励振電極がガス供給シャワーヘッドであり、ウエハ用ステージが
高周波のグランドである場合には、平行板高周波放電が用いられた。薄膜のプラ
ズマ処理にはH2が7slmの流速で用いられ、その後熱CVDが再開された。
析出、プラズマ処理及び析出再開の工程は、所望する薄膜の厚みが得られるまで
続けられた。熱CVDによって析出された薄膜のプラズマ処理、即ち、プラズマ
処理熱CVD(PTTCVD)プロセスは、薄膜の電気比抵抗を1万分の1を超
える程低減することができた。加えて、PTTCVDは、薄膜の形態を、比較的
粗い構造から、平滑で緻密な薄膜に向上せしめた。
件を、表2に示す。
を表3に示す。析出は、200mmSi及びSiO2基板上に行われた。表3に
挙げられているように、析出したTaNx薄膜の性質は、ウエハ全体にわたって
、プラス・マイナス20%以内で均一であった。
の結果を表3に示す。析出は、200mmSi及びSiO2基板上に行われた。
表4に挙げられているように、析出したTaNx薄膜の性質は、ウエハ全体にわ
たって、プラス・マイナス20%以内で均一であった。
に対して、潜在的に実用可能なものにするということを示唆する。TaCl5系
の薄膜は、同薄膜が事実上TaBr5及びTaF5系TaNx薄膜の中間の性質を
有しているので、同様の性能を示すものと期待される。
きる。プラズマ処理を行わなかった薄膜の比抵抗は高く、測定器の限界である1
x107μΩcmより大きかった。熱CVDによって析出したTaNx薄膜のより
薄い層は、水素高周波放電によって処理されたため、より低い比抵抗が得られた
。PTTCVDによるTaF5系薄膜の電気比抵抗は、未処理状態で1x107μ
Ωcm超から、1サイクル当たり70Åの厚みのTaNx薄膜がプラズマ処理さ
れた場合、3,600μΩcmに低下した。1サイクル当たり45Åの厚みのT
aNx薄膜がプラズマ処理された場合には、比抵抗はさらに1,100μΩcm
に低下した。同様に、PTTCVDによるTaBr5系薄膜の電気比抵抗は、未
処理薄膜で1x107μΩcm超から、1サイクル当たり105Åの厚みのTa
Nx薄膜がプラズマ処理された場合、32,000μΩcmに低下した。1サイ
クル当たり20Åの厚みのTaNx薄膜がプラズマ処理された場合には、さらに
5,800μΩcmに低下した。TaCl5前駆物質を用いて析出したTaNx薄
膜は、他のTaNx系薄膜が事実上TaF5及びTaBr5前駆物質の中間の性質
を有しているので、同様の性能を示すものと期待される。
において、基本的な変化を引き起こすように見える。プラズマ処理の時間は、1
0秒間及び240秒間の間の範囲で評価されている。この範囲内では、処理時間
が長くなると、その材料としてはより低い比抵抗を有する薄膜が得られるという
ことが測定されている。TaNx薄膜の微細構造も、また、析出及びプラズマ処
理のサイクルによって、粗いものから平滑な表面に変化する。
追従性と100%のステップ・カバレージが要求される。追従性の良い薄膜とは
、下層基板の表面の凹凸形状を正確に再現する薄膜である。継ぎ目のない薄膜と
は、クラックを含まない薄膜である。ステップ・カバレージは、パターンの底部
における薄膜の厚みを、パターンに隣接する基板表面(フィールドとも呼ばれる
)上の薄膜の厚みで割った値である。理想的なステップ・カバレージは1.0ま
たは100%であり、底部上及びフィールド上で厚みが等しいことを表す。図4
及び図5のTaF5系TaNx薄膜、そして図6及び図7のTaBr5系TaNx薄
膜が示すように、これらのハロゲン化タンタル前駆物質を使用する熱CVD及び
PTTCVDTaNxプロセスは、これらの基準に適合する。TaCl5系薄膜は
、他の全ての実測した性質が近似しているように見えるので、TaF5及びTa
Br5前駆物質と同じような、所望する追従性及びステップ・カバレージを示す
ことが期待される。
,150Åの厚みの、クラックのないTaF5系CVDTaNx薄膜の、走査型電
子顕微鏡写真(SEM)の画像である。図9は、3,700Åの厚みの、クラッ
クのないTaCl5系CVDTaNx薄膜の、SEMの画像である。図10は、1
,350Åの厚みの、クラックのないTaBr5系CVDTaNx薄膜の、SEM
の画像である。良好なプラグ充填のためには、連続した、完全な追従性を有する
、クラックのない薄膜が求められる。クラックが発生すると、次のプロセスを損
なうであろう薄膜の剥離を防ぐためには、下層への薄膜の接着が問題となる。ク
ラックの発生は、また、プラグの電気比抵抗を増大することが予想されるため、
問題となる。図8−10のそれぞれに示すように、3種の前駆物質からの各薄膜
は、クラックのないものであった。
測定した。実際には、TaNx薄膜は一体化している、即ち、銅と直接接触して
いるので、TaNx析出の間、銅の攻撃または腐食は、殆どまたは全く起こらな
い筈である。PVDによって析出したTaNxの500Å層、及び、PVDによ
って析出した銅の2,000Å層を含むSiウエハを、析出反応室11の中に置
いて、TaNxと銅との適合性を試験した。本発明のプロセスを用いて、TaF5 またはTaCl5前駆物質の両者を使って、銅層の上にCVDによりTaNx薄膜
を析出した。
上に直接析出したTaF5系Ta/TaNx薄膜を示す。図12は、Cu表面上に
直接析出したTaCl5系TaNx薄膜を示す。図13は、Cu表面上に直接析出
したTaBr5系Ta/TaNx薄膜を示す。図11−13のいずれについても、
銅層の上に直接析出した、五ハロゲン化タンタル系のTa及びTaNx系薄膜は
、銅の腐食または攻撃の目に見える兆候は何も示さなかった。
aNx薄膜を、オージェ分析(Auger analysis)によって解析し
た。オージェ・スペクトルは、TaNx薄膜と他の層との間のインターフェース
がきれいであることを確認した。図14は、熱的なTaNx薄膜は窒素含量が高
い(x>1.0)ことを示唆しているが、これは表3に示した結果と一致する。
窒素含量の高いTaNx薄膜(x>1.0)は、比較的高い電気比抵抗を有する
ことが期待される。図14は、また、TaNx層とCuの間のインターフェース
が良好で鮮明であることを示し、このことは、TaNx析出の間、Cu表面の攻
撃は殆どまたは全くないことを示唆する。臭素イオン濃度を測定したところ、2
原子パーセント未満であった。
与の要因の1つは、窒素含量が高いプロセスにあると思われる。何故なら、この
ことが、バリア性能を向上するということが知られているからである。他の要因
は、一般的に、材料の非晶質構造であると思われる。何故なら、非晶質の材料は
、低い画分の結晶構造を持つものと定義され、より良いバリアを提供するからで
ある。
によるTaNx薄膜を製造する方法が示されている。本方法は、TaF5、TaC
l5またはTaBr5前駆物質のいずれであれ、それらの蒸気の供給に基づいてい
る。得られた全てのTaNx薄膜は、優れたステップ・カバレージ、低い残存不
純物濃度及び十分に高い析出速度を示し、銅によるTaNx腐食の兆候は見られ
なかった。熱CVDサイクルの間にH2高周波プラズマ処理を導入した結果、T
aNx薄膜の電気比抵抗に1万分の1を超える低減がもたらされた。H2高周波プ
ラズマ処理は、また、ステップ・カバレージに変化を与えないで、薄膜の微細構
造を顕著に改善した。TaF5系薄膜は、それらのより低い比抵抗及びより平滑
な微細構造のゆえに、最初に最も期待できるように見える。
者らにとっての好ましい実施態様であって、いずれの方法にも限定されるもので
はないということを理解すべきである。例えば、「ハロゲン化タンタル前駆物質
からのTa薄膜のPECVD」、「ハロゲン化タンタル前駆物質からのTaN薄
膜の熱CVD」、「ハロゲン化タンタル前駆物質からのTaN薄膜のPECVD
」及び「ハロゲン化タンタル前駆物質からのTaN薄膜のプラズマ処理した熱C
VD」にそれぞれ開示されているように、Ta薄膜はPECVDによって析出し
てもよく、そしてTaN薄膜は、熱CVD、PECVDまたはプラズマ処理熱C
VDのいずれによって析出してもよい。上記発明は、いずれも、Hautala
及びWestendorpによって発明され、Tokyo Electron
Limitedに譲渡され、本出願と同じ日付で出願された同時係属出願であり
、それらの全文は、参考資料として、特別に本明細書に取り込まれている。他の
例として、「ハロゲン化チタン前駆物質からのCVDTiNによるプラグ形成」
という名称の同時係属出願に開示されているように、CVDによって析出された
ハロゲン化チタン前駆物質からのTiNは、プラグ形成に使用することができる
。この出願は、Hautalaらによって発明され、Tokyo Electr
on Limitedに譲渡され、本出願と同じ日付で出願された同時係属出願
であり、それらの全文は、参考資料として、特別に本明細書に取り込まれている
。さらに、同時係属出願、「ハロゲン化チタン前駆物質からCVDによって組み
込まれたTa及びTaNx薄膜」に開示されているように、Ta/TaNx二重層
をCVDにより析出してもよい。この出願は、Hautala及びWesten
dorpによって発明され、Tokyo Electron Limitedに
譲渡され、本出願と同じ日付で出願された同時係属出願であり、それらの全文は
、参考資料として、特別に本明細書に取り込まれている。従って、本発明の精神
及び前記請求項の範囲から逸脱することなしに、これらの実施態様に対して、い
ろいろな変化、改善または変更が行われてよく、それらの助けを借りてよい。
フである。
る。
査型電子顕微鏡(SEM)画像である。
したTaNxによる、プラグ充填のSEM画像である。
SEM画像である。
填のSEM画像である。
る。
ある。
である。
Nx薄膜のSEM画像である。
EM画像である。
膜のSEM画像である。
ージェ・スペクトルである。
タル前駆物質からの窒化タンタル(TaNx)薄膜を析出することにより、銅(
Cu)析出工程を省くことを目的とする。ハロゲン化タンタル前駆物質は、基板
を含む反応室へタンタルの蒸気を供給する蒸気圧を提供するために、前駆物質を
蒸発させるのに十分な温度で供給される。蒸気圧は、好ましくは約3Torr(
399.97N/m2)より高い。蒸気は、窒素を含むプロセスガスと組み合わ
され、熱的な化学蒸着(熱CVD)プロセスによってTaNxが析出される。析
出を停止して、薄膜をプラズマ処理し、次いで、好ましくは、析出を再開する。
好ましくは、プラズマ処理は、所望する薄膜の厚みが得られるまで、熱CVDプ
ロセスの中で一定間隔で実施される(PTTCVD)。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)または臭化タン
タル(TaBr)であってよく、好ましくは五フッ化タンタル(TaF5)、五
塩化タンタル(TaCl5)または五臭化タンタル(TaBr5)であってよい。
基板の温度は、約300℃ないし500℃の範囲である。
ールを完全に充填するために適用されてよい。
気エネルギーのいずれかで活性化される。前駆物質ガスは、活性化されると化学
的に反応し、薄膜を形成する。CVDの好ましい方法は図1に示され、また、W
estendorpらの同時係属出願(名称:「固体源からCVD室へ蒸気を供
給するための装置及び方法」、出願日:本出願に同じ、Tokyo Elect
ron Limitedに譲渡)に開示されている。化学蒸着(CVD)システ
ム10は、CVD反応室11及び前駆物質供給システム12を含む。反応室の中
で反応が行われ、例えば塩化タンタル(TaCl)または他のハロゲン化タンタ
ル化合物の前駆物質ガスは、タンタル(Ta)または窒化タンタル(TaN)の
バリア層薄膜のような薄膜に変換される。TaN薄膜は、いかなる特定の化学量
(TaNx)にも限定されない。従って、本明細書で使われているように、(T
aNx)は、いかなる化学量の窒化タンタル薄膜をも包含する。
3を含み、ガス出口は、ガス入口16を備えた計量システム15を経由して、C
VD反応室11に通じている。供給源13は、ハロゲン化タンタル化合物から、
前駆物質ガス、例えばハロゲン化タンタルの蒸気を発生する。化合物は、標準の
温度及び圧力においては、固体状のものである。前駆物質源は、好ましくは制御
された加熱によって、所望の前駆物質の蒸気圧を発生する温度に維持される。蒸
気圧は、キャリアガスを使用することなく、それ自身で前駆物質の蒸気を反応室
へ供給するのに十分な圧力である。計量システム15は、供給源13から反応室
への前駆物質ガスの蒸気の流れを、反応室におけるCVDプロセスを商業的に可
能ならしめるのに十分な速度に維持する。
1によって仕切られた真空室20を含む。室20の中には、基板支持体または受
け台22が位置し、その上に半導体ウエハ23のような基板が支持される。室2
0は、CVD反応を実行するのに適切な真空に維持され、CVD反応により、半
導体ウエハ基板23の上に、Ta/TaNxバリア層のような薄膜を析出する。
好ましいCVD反応室11の圧力範囲は、0.2から5.0Torr(26.6
64ないし666.61N/m2)の範囲である。真空は、真空ポンプ24及び
送入ガス源25の制御された操作によって維持され、送入ガス源25は、供給シ
ステム12を含み、そしてまた、タンタルの還元反応の実施に使用するための、
例えば、水素(H2)、窒素(N2)またはアンモニア(NH3)の還元ガス源2
6、及び、アルゴン(Ar)またはヘリウム(He)のようなガスのための不活
性ガス源27を含んでよい。送入ガス源25からのガスは、シャワーヘッド28
を経由して室20に入る。シャワーヘッド28は、基板23とは反対側の室20
の一端に、一般的に基板23に平行に、対面して位置している。
ヒーター44を用いて熱伝達が維持され、前駆物質40を制御された温度に維持
する。温度は、好ましくは、前駆物質の融点を超える温度であり、これにより、
キャリアガスを用いない場合(即ち、直接供給システム)は、約3Torr(3
99.96M/m2)を超える蒸気圧を生み出す。正確な蒸気圧は、基板の表面
積などの、他の変数に依存する。タンタルの直接供給システムにおいて、蒸気圧
は、図2に示すように、ハロゲン化タンタル前駆物質を95℃ないし205℃の
範囲に加熱することにより、好ましくは5Torr(666.61N/m2)以
上の圧力に維持し得る。TaX5の場合、TaF5に対して所望する温度は、少な
くとも約95℃であり、TaCl5に対して所望する温度は、少なくとも約14
5℃であり、そして、TaBr5に対して所望する温度は、少なくとも約205
℃である。五ハロゲン化タンタル化合物のうちフッ化物、塩化物及び臭化物のそ
れぞれの融点は、97℃ないし265℃の範囲にある。五ヨウ化タンタル(Ta
I5)の場合は、容器31内の十分な蒸気圧を得るために、これよりはるかに高
い温度が要求される。温度は、シャワーヘッド28において、あるいはウエハ2
3に接触する前に、ガスの早期反応を引き起こす程高くすべきではない。
する。この温度は、四ヨウ化チタン(TiI4)前駆物質を用いる場合、所望の
蒸気圧を得るのに適切である。容器31の壁33及びカバー36上の前駆物質の
蒸気の凝縮を防ぐために、容器31の底部35にこの温度を与えると、カバーは
、カバー36の外部と熱接触し独立に制御されるヒーター45によって、壁33
の底部35にあるヒーター44より高い温度、例えば190℃、に維持される。
室壁33の側部は、環状の捕捉空気スペース46に囲まれ、このスペースは、室
壁33と外側を同心円的に取り囲むアルミニウム壁または缶47との間に収容さ
れている。缶47は、さらにシリコンフォーム断熱材48の環状層によって囲ま
れている。この温度維持構成は、カバー36、壁33の側部及び前駆物質の塊4
0の表面42で区切られた容器31の容積内の蒸気を、180℃及び190℃の
間の所望の例示温度範囲、及び、約3Torr(399.96M/m2)を超え
る、好ましくは5Torr(666.61N/m2)を超える圧力に維持する。
所望する圧力を維持するのに適切な温度は、前駆物質の材料によって変わり、第
一義的には、前駆物質がハロゲン化タンタル化合物かハロゲン化チタン化合物か
で変わる。
または内径が少なくとも10ミリメートルの、好ましくは、所望する流速で圧力
損失が認められない程度の大きさの供給管50を含む。所望する流速とは、少な
くとも1分間当たり約2ないし40標準立法センチメートル(sccm)である
。管50は、前駆物質ガス源13から反応室まで伸び、ガス源13へは、その上
流側の端部で接続して出口14まで伸び、反応室へは、その下流側端部で接続し
て入口16まで伸びる。管50の蒸発装置出口14からリアクター入口16及び
反応室20のシャワーヘッド28に至る全長も、また、好ましくは前駆物質材料
40の蒸発温度より高い温度に、例えば195℃に加熱される。
。オリフィスは、好ましくは約0.089インチ(0.226cm)の直径を有
する。ゲージ156からゲージ257への圧力損失は、制御バルブ53によって
調整される。オリフィス52を通って反応室11に入る際の、制御バルブ53の
後でのこの圧力損失は、約10ミリTorr(1.333N/m2)より大きく
、流速に比例する。配管50には、蒸発装置13の出口14と制御バルブ53と
の間に遮断バルブ54が配され、蒸発装置13の容器31を閉じることができる
。
特に、オリフィス52前後の圧力損失を測定するセンサ56及び57によって感
知される圧力に対応して、制御装置60によって達成される。オリフィス50を
通過する前駆物質蒸気の流れが、非制限流(unchoked flow)にな
る条件の場合は、管50を通過する前駆物質蒸気の実際の流量は、圧力センサ5
6及び57によって監視された圧力の関数であり、オリフィス52の上流側のセ
ンサ56によって測定される圧力と、オリフィス52の下流側のセンサ57によ
って測定される圧力との比から求めることができる。
low)になる条件の場合は、管50を通過する前駆物質蒸気の実際の流量は、
圧力センサ57によって監視された圧力のみの関数である。どちらの場合も、制
限流または非制限流の存在は、制御装置60によりプロセス条件を判断すること
によって、測定することができる。制御装置60によって判断が下されると、前
駆制御装置60による計算によって、物質ガスの流速を定量することができる。
ロゲン化タンタル前駆物質40を、約95℃ないし205℃の範囲の温度に加熱
することによって達成され、温度の選択は、個々の前駆物質に依存する。温度は
、前駆物質40を蒸発させ、ハロゲン化タンタル蒸気を反応室11へ供給する圧
力を生じるのに十分であった。このように、キャリアガスは必要ではなかった。
十分な蒸気圧は、約3ないし10Torr(399.97ないし1333.22
N/m2)の範囲であった。この圧力は、高いコンダクタンスを有する供給シス
テムにある、定義されたオリフィスの前後の圧力損失を一定に保ち、一方、ハロ
ゲン化タンタル前駆物質を、約0.1ないし2.0Torr(13.332ない
し266.64N/m2)の範囲で操作される反応室11へ、約50sccmま
で供給するために必要とされた。直接供給システムにおいて、所望の圧力を得る
ための温度は、TaF5に対しては約83℃ないし95℃の範囲であり、好まし
くは約95℃であり、TaCl5に対しては約130℃ないし150℃の範囲で
あり、好ましくは約145℃であり、そしてTaBr5に対しては約202℃な
いし218℃の範囲であり、好ましくは約205℃であった。これらの条件下で
は、TaF5は液体であり、一方、TaCl5及びTaBr5は固体のままである
。
圧と温度との間の関係を示し、比較のために、TaI5も加えてある。前記した
ように、所望の圧力は約3Torr(399.97N/m2)より高く、好まし
くは5Torr(666.61N/m2)より高かった。また、前記したように
、TaF5、TaCl5及びTaBr5に対する蒸気圧は、望ましくは、キャリア
ガスなしでタンタルを析出し得るためには十分低く、しかし、高いコンダクタン
スを有する供給システムにある、定義されたオリフィスの前後の圧力損失を一定
に保ち、かつ、約0.1ないし2.0Torr(13.332ないし266.6
4N/m2)の範囲で操作される反応室11へ、約50sccmまでTaX5を供
給するためには十分であった。TaI5の蒸気圧は、記載された装置で実際に実
行するには低過ぎると実測された。TaBr5に対する白丸は公表値を表し、一
方、TaBr5、TaF5、TaCl5及びTaI5に対する黒四角は、本発明者ら
の実験データを表す。
者らにとっての好ましい実施態様であって、いずれの方法にも限定されるもので
はないということを理解すべきである。例えば、「ハロゲン化タンタル前駆物質
からのTa薄膜のPECVD」、「ハロゲン化タンタル前駆物質からのTaN薄
膜の熱CVD」、「ハロゲン化タンタル前駆物質からのTaN薄膜のPECVD
」及び「ハロゲン化タンタル前駆物質からのTaN薄膜のプラズマ処理した熱C
VD」にそれぞれ開示されているように、Ta薄膜はPECVDによって析出し
てもよく、そしてTaN薄膜は、熱CVD、PECVDまたはプラズマ処理熱C
VDのいずれによって析出してもよい。上記発明は、いずれも、Hautala
及びWestendorpによって発明され、Tokyo Electron
Limitedに譲渡され、本出願と同じ日付で出願された同時係属出願である
。他の例として、「ハロゲン化チタン前駆物質からのCVDTiNによるプラグ
形成」という名称の同時係属出願に開示されているように、CVDによって析出
されたハロゲン化チタン前駆物質からのTiNは、プラグ形成に使用することが
できる。この出願は、Hautalaらによって発明され、Tokyo Ele
ctron Limitedに譲渡され、本出願と同じ日付で出願された同時係
属出願である。さらに、同時係属出願、「ハロゲン化チタン前駆物質からCVD
によって組み込まれたTa及びTaNx薄膜」に開示されているように、Ta/
TaNx二重層をCVDにより析出してもよい。この出願は、Hautala及
びWestendorpによって発明され、Tokyo Electron L
imitedに譲渡され、本出願と同じ日付で出願された同時係属出願である。
Claims (35)
- 【請求項1】 基板中のパターンを充填する方法であって、前記基板を含む
反応室にハロゲン化タンタル前駆物質の蒸気を供給し、前記前駆物質をその前駆
物質が蒸発するのに十分な温度に加熱し、次いで前記蒸気を窒素を含むプロセス
ガスと組み合わせ、熱化学蒸着(CVD)プロセスによって前記パターン中にT
aNx薄膜を析出し、そして前記析出したTaNxをプラズマで処理することによ
り、前記パターンの中に窒化タンタル(TaNx)薄膜を析出することを含む方
法。 - 【請求項2】 さらに、熱CVDによる前記析出及び前記プラズマ処理を繰
り返すことにより、所望する厚みの前記薄膜を前記パターン中に生成することを
含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記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成るグループから選択される、請求項1記載の方
法。 - 【請求項4】 上記した前記蒸気の供給が、少なくとも約3Torrの圧力
の前記蒸気を生成することを含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 前記前駆物質が、五フッ化タンタルであり、前記温度が約9
5℃である、請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 前記前駆物質が、五塩化タンタルであり、前記温度が約14
5℃である、請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 前記前駆物質が、五臭化タンタルであり、前記温度が約20
5℃である、請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 少なくとも3Torrの前記ハロゲン化タンタルの蒸気圧を
提供するのに十分な温度に至るまで、上記した前記前駆物質を加熱する、請求項
1記載の方法。 - 【請求項9】 前記パターンが8.0より大きいアスペクト比を有する、請
求項1記載の方法。 - 【請求項10】 前記パターンが約0.16μmより小さい直径を有する、
請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 前記基板が、約300ないし500℃の範囲の温度に至る
まで加熱される、請求項1記載の方法。 - 【請求項12】 前記前駆物質が、約1ないし50sccmの範囲の速度で
供給される、請求項1記載の方法。 - 【請求項13】 前記窒素を含むガスがアンモニアである、請求項1記載の
方法。 - 【請求項14】 前記アンモニアが、約0.1ないし5.0slmの範囲の
流速で供給される、請求項1記載の方法。 - 【請求項15】 前記プロセスガスが、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム及
びそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項1記載の方法。 - 【請求項16】 前記析出が、約0.2ないし5.0Torrの範囲にある
前記反応室の圧力において行われる、請求項1記載の方法。 - 【請求項17】 前記薄膜が上記基板の銅層と一体化している、請求項1記
載の方法。 - 【請求項18】 前記プラズマ処理の開始に先立って、前記析出が停止され
る、請求項1記載の方法。 - 【請求項19】 前記反応室中の前記前駆物質ガス及び前記プロセスガスの
流れを止めることにより、前記析出が停止される、請求項18記載の方法。 - 【請求項20】 前記反応室中の前記前駆物質ガス及び前記プロセスガスの
流れの向きを変えることにより、前記析出が停止される、請求項18記載の方法
。 - 【請求項21】 前記プラズマが、高周波のエネルギー源によって発生され
る、請求項1記載の方法。 - 【請求項22】 前記プラズマ処理に水素ガスが使用される、請求項1記載
の方法。 - 【請求項23】 前記ハロゲン化タンタル前駆物質がキャリヤガスなしで前
記反応室に供給される、請求項1記載の方法。 - 【請求項24】 タンタル薄膜に続いて、前記(TaNx)薄膜を析出し処
理することをさらに含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項25】 基板中のパターンを充填する方法であって、フッ化タンタ
ル及び塩化タンタルから成るグループから選択されるハロゲン化タンタル前駆物
質の蒸気を、前記前駆物質の蒸気を生成してタンタルの蒸気を供給する圧力を提
供するに十分な温度に高めることにより、前記基板を含む反応室へ供給し、前記
蒸気を窒素を含むプロセスガスと組み合わせ、熱的な化学蒸着(CVD)プロセ
スにより前記パターンの中に窒化タンタル(TaNx)薄膜を析出し、そして前
記析出したTaNx薄膜をプラズマ処理することを含む方法。 - 【請求項26】 さらに、熱CVDによる前記析出及び前記プラズマ処理を
繰り返して、前記パターンの中に所望する厚みの前記薄膜を生成することを含む
、請求項25記載の方法。 - 【請求項27】 前記の高められた温度が、前記前駆物質の蒸気と前記プロ
セスガスとの間の反応を引き起こす温度より低い、請求項25記載の方法。 - 【請求項28】 前記タンタルの蒸気を供給する前記の圧力が少なくとも約
3Torrである、請求項25記載の方法。 - 【請求項29】 前記前駆物質が五フッ化タンタルであり、前記温度が約9
5℃である、請求項25記載の方法。 - 【請求項30】 前記前駆物質が五塩化タンタルであり、前記温度が約14
5℃である、請求項25記載の方法。 - 【請求項31】 前記熱CVDが、前記プラズマ処理の開始に先立って停止
される、請求項25記載の方法。 - 【請求項32】 基板中のパターンを充填する方法であって、五臭化タンタ
ル前駆物質の蒸気を、キャリアガスを用いることなしに、前記前駆物質の温度を
前記前駆物質の蒸気を生成するに十分な温度に高めることにより、前記基板を含
む反応室へ供給し、前記蒸気を窒素を含むプロセスガスと組み合わせ、熱的な化
学蒸着(CVD)プロセスにより前記パターンの中に窒化タンタル(TaNx)
薄膜を析出し、そして前記析出したTaNx薄膜をプラズマ処理することを含む
方法。 - 【請求項33】 前記前駆物質が五臭化タンタルであり、前記温度が約19
0℃ないし約208℃の範囲にある、請求項32の方法。 - 【請求項34】 前記前駆物質が五臭化タンタルであり、前記温度が約20
5℃である、請求項33の方法。 - 【請求項35】 さらに、熱CVDによる前記析出及び前記プラズマ処理を
繰り返すことにより、前記パターンの中に所望の厚みの前記薄膜を生成すること
を含む、請求項32記載の方法。
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