JP2003203878A - プラズマ処理によってｃｖｄによるタンタル及び窒化タンタルが調節された膜の付着性及び耐久性を改善する方法 - Google Patents
プラズマ処理によってｃｖｄによるタンタル及び窒化タンタルが調節された膜の付着性及び耐久性を改善する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 配線構造に使用される半導体デバイスの基板
上に、調節されたタンタル／窒化タンタルの拡散障壁の
積み重ねを形成する方法において、後の高温の加工中に
おける膜の積み重ねの付着性及び耐久性を改善する。 【解決手段】 タンタル及び窒化タンタルの交互層を、
各タンタル層及び各窒化タンタル層を少なくとも一回処
理することによりＨＦガスの発生を減少させるようなタ
ンタル及び窒化タンタルの断続的なアンモニアプラズマ
処理と共に、五フッ化タンタル前駆体の蒸気から化学蒸
着によって半導体デバイスの基板上へ堆積させる。
上に、調節されたタンタル／窒化タンタルの拡散障壁の
積み重ねを形成する方法において、後の高温の加工中に
おける膜の積み重ねの付着性及び耐久性を改善する。 【解決手段】 タンタル及び窒化タンタルの交互層を、
各タンタル層及び各窒化タンタル層を少なくとも一回処
理することによりＨＦガスの発生を減少させるようなタ
ンタル及び窒化タンタルの断続的なアンモニアプラズマ
処理と共に、五フッ化タンタル前駆体の蒸気から化学蒸
着によって半導体デバイスの基板上へ堆積させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造において、銅の拡散に対する障壁として使用される
タンタル／窒化タンタルが調節された膜の付着性及び耐
久性に関する。
製造において、銅の拡散に対する障壁として使用される
タンタル／窒化タンタルが調節された膜の付着性及び耐
久性に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体産業は、次世代の半導体デバイス
において、従来のアルミニウム及びアルミニウム合金の
配線に対する代替品として銅の配線を導入することに委
ねられている。より大きな電流を運搬するその容量と共
に、銅の配線の導入は、デバイスの形状寸法、電力消費
量、及び発熱を減少させるはずである。しかしながら、
銅は、シリコン中において速い拡散体であり、誘電体中
でドリフトし、低温におけるデバイスの劣化に帰着す
る。銅原子の望まれない移動を回避するために、タンタ
ルを主材料とした材料、特にタンタル及び／又は窒化タ
ンタルのような、遷移金属を主材料とした材料の障壁層
又は下層を、典型的に、銅の配線層と、酸化シリコン層
のような下にある誘電体層との間における拡散障壁とし
て使用する。拡散障壁を提供する一つの方法は、スパッ
タリングによる物理蒸着（ＰＶＤ）である。しかしなが
ら、スパッタ堆積は、他にも問題はあるが、スパッタリ
ングが本質的に視線方向の堆積工程であるので、高いア
スペクト比を有する表面付近の形態の側壁を適切に覆う
ことができない。
において、従来のアルミニウム及びアルミニウム合金の
配線に対する代替品として銅の配線を導入することに委
ねられている。より大きな電流を運搬するその容量と共
に、銅の配線の導入は、デバイスの形状寸法、電力消費
量、及び発熱を減少させるはずである。しかしながら、
銅は、シリコン中において速い拡散体であり、誘電体中
でドリフトし、低温におけるデバイスの劣化に帰着す
る。銅原子の望まれない移動を回避するために、タンタ
ルを主材料とした材料、特にタンタル及び／又は窒化タ
ンタルのような、遷移金属を主材料とした材料の障壁層
又は下層を、典型的に、銅の配線層と、酸化シリコン層
のような下にある誘電体層との間における拡散障壁とし
て使用する。拡散障壁を提供する一つの方法は、スパッ
タリングによる物理蒸着（ＰＶＤ）である。しかしなが
ら、スパッタ堆積は、他にも問題はあるが、スパッタリ
ングが本質的に視線方向の堆積工程であるので、高いア
スペクト比を有する表面付近の形態の側壁を適切に覆う
ことができない。
【０００３】二つの化学蒸着（ＣＶＤ）工程、熱的ＣＶ
Ｄ（ＴＣＶＤ）及びプラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）
は、ＰＶＤに取って代わる候補である。ＣＶＤは、高い
アスペクト比を有するトポグラフィー的な形態に一致す
る高度に均一な層を提供する。ＴＣＶＤは、加熱した半
導体基板上におけるガスの反応物の流れが化学的に反応
して、加熱した基板上に固体の層を堆積させる、高温の
工程である。ＰＥＣＶＤは、プラズマを導入してガスの
反応物を活性化させる、比較的低温の工程である。
Ｄ（ＴＣＶＤ）及びプラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）
は、ＰＶＤに取って代わる候補である。ＣＶＤは、高い
アスペクト比を有するトポグラフィー的な形態に一致す
る高度に均一な層を提供する。ＴＣＶＤは、加熱した半
導体基板上におけるガスの反応物の流れが化学的に反応
して、加熱した基板上に固体の層を堆積させる、高温の
工程である。ＰＥＣＶＤは、プラズマを導入してガスの
反応物を活性化させる、比較的低温の工程である。
【０００４】遷移金属を主材料とする障壁層を堆積させ
るために、両方のＣＶＤ工程は、気相反応物、例えば、
ハロゲン化タンタル又はハロゲン化チタンのような遷移
金属のハロゲン化物の試薬を、還元ガス、例えば水素
（Ｈ２）又はアンモニア（ＮＨ ３）のいずれかのような
水素を含有するガスと反応させる。例えば、還元ガスが
水素であり気相反応物がハロゲン化タンタルであるとす
れば、タンタル（Ｔａ）が堆積する一方で、還元ガスが
アンモニア又は窒素及び水素の混合物のような窒素を含
有するガスであるとすれば、窒化タンタル（ＴａＮｘ）
が堆積する。
るために、両方のＣＶＤ工程は、気相反応物、例えば、
ハロゲン化タンタル又はハロゲン化チタンのような遷移
金属のハロゲン化物の試薬を、還元ガス、例えば水素
（Ｈ２）又はアンモニア（ＮＨ ３）のいずれかのような
水素を含有するガスと反応させる。例えば、還元ガスが
水素であり気相反応物がハロゲン化タンタルであるとす
れば、タンタル（Ｔａ）が堆積する一方で、還元ガスが
アンモニア又は窒素及び水素の混合物のような窒素を含
有するガスであるとすれば、窒化タンタル（ＴａＮｘ）
が堆積する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】遷移金属のハロゲン化
物の気相反応物における化学的な還元は、副産物として
水素原子を生成する。遷移金属のハロゲン化物の気相反
応物を含むガス混合物を使用するＣＶＤ法のいずれかに
よって堆積した遷移金属を主材料とした材料の層は、望
まれない不純物として低い残留レベルの副産物のハロゲ
ン原子を取り込むことになる。例えば、例えば五フッ化
タンタルを使用してＰＥＣＶＤにより基板上に堆積させ
たタンタル層は、通常、平均約０．５原子パーセントの
残留ハロゲン化物、この例では、フッ素である残留ハロ
ゲン化物を含有する。しかしながら、残留フッ素濃度
は、境界面付近、特に障壁／誘電体の境界面及び障壁／
銅の境界面で最高点に達する。
物の気相反応物における化学的な還元は、副産物として
水素原子を生成する。遷移金属のハロゲン化物の気相反
応物を含むガス混合物を使用するＣＶＤ法のいずれかに
よって堆積した遷移金属を主材料とした材料の層は、望
まれない不純物として低い残留レベルの副産物のハロゲ
ン原子を取り込むことになる。例えば、例えば五フッ化
タンタルを使用してＰＥＣＶＤにより基板上に堆積させ
たタンタル層は、通常、平均約０．５原子パーセントの
残留ハロゲン化物、この例では、フッ素である残留ハロ
ゲン化物を含有する。しかしながら、残留フッ素濃度
は、境界面付近、特に障壁／誘電体の境界面及び障壁／
銅の境界面で最高点に達する。
【０００６】障壁／誘電体の境界面に存在するハロゲン
原子の高い濃度が、下にある誘電体に対する遷移金属を
主材料とした層の著しく減少した付着性と相関すること
が見出されてきた。同様に、障壁／銅の境界面における
高いハロゲン原子の濃度は、遷移金属を主材料とした層
に対する銅の減少した付着性と相関することが見出され
てきた。ハロゲン原子は、遷移金属を主材料とした層と
誘電体又は銅の膜との間の境界面における原子の結合を
著しく妨げるので、遷移金属を主材料とした層及び上に
ある銅の層は、薄片に剥離することがより起こり得る。
障壁層のＣＶＤに先立つ誘電体の表面における窒素を含
有するプラズマ前処理を、ＭＥＴＨＯＤＦＯＲ ＰＲＥ
ＴＲＥＡＴＩＮＧ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＬＡＹＥＲ
Ｓ ＴＯ ＥＮＨＡＮＣＥ ＴＨＥ ＡＤＨＥＳＩＯＮ
ＯＦ ＣＶＤ ＭＥＴＡＬＬＡＹＥＲＳ ＴＨＥＲＥ
ＴＯと題された同時係属出願第０９／７２３，８７６号
において提案してきた。前処理は、境界面に窒素を提供
し、後に塗布される障壁層の付着性を改善する。障壁／
銅の境界面における付着性を扱うために、障壁層のＣＶ
Ｄに続く、窒素を含有するプラズマの後処理を、ＭＥＴ
ＨＯＤ ＦＯＲＩＭＰＲＯＶＩＮＧ ＴＨＥ ＡＤＨＥ
ＳＩＯＮ ＯＦ ＳＰＵＴＴＥＲＥＤＣＯＰＰＥＲ Ｆ
ＩＬＭＳ ＴＯ ＣＶＤ ＴＲＡＮＳＩＴＩＯＮ ＭＥ
ＴＡＬ ＢＡＳＥＤ ＵＮＤＥＲＬＡＹＥＲＳと題され
た同時係属出願第０９／７２３，８７８号において提案
してきた。これらの処理は、それぞれ、障壁／誘電体の
境界面及び障壁／銅の境界面における付着性を改善する
ことに有効である一方で、障壁膜は、典型的には、剥離
もまた被り易い複数の内部の境界面を有する多層の積み
重ねを含む。このように、付着性及び耐久性におけるさ
らなる改善は、多層の、又は調節されたＴａ／ＴａＮ膜
の積み重ね内におけるＴａ／ＴａＮの境界面で望まし
い。
原子の高い濃度が、下にある誘電体に対する遷移金属を
主材料とした層の著しく減少した付着性と相関すること
が見出されてきた。同様に、障壁／銅の境界面における
高いハロゲン原子の濃度は、遷移金属を主材料とした層
に対する銅の減少した付着性と相関することが見出され
てきた。ハロゲン原子は、遷移金属を主材料とした層と
誘電体又は銅の膜との間の境界面における原子の結合を
著しく妨げるので、遷移金属を主材料とした層及び上に
ある銅の層は、薄片に剥離することがより起こり得る。
障壁層のＣＶＤに先立つ誘電体の表面における窒素を含
有するプラズマ前処理を、ＭＥＴＨＯＤＦＯＲ ＰＲＥ
ＴＲＥＡＴＩＮＧ ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ ＬＡＹＥＲ
Ｓ ＴＯ ＥＮＨＡＮＣＥ ＴＨＥ ＡＤＨＥＳＩＯＮ
ＯＦ ＣＶＤ ＭＥＴＡＬＬＡＹＥＲＳ ＴＨＥＲＥ
ＴＯと題された同時係属出願第０９／７２３，８７６号
において提案してきた。前処理は、境界面に窒素を提供
し、後に塗布される障壁層の付着性を改善する。障壁／
銅の境界面における付着性を扱うために、障壁層のＣＶ
Ｄに続く、窒素を含有するプラズマの後処理を、ＭＥＴ
ＨＯＤ ＦＯＲＩＭＰＲＯＶＩＮＧ ＴＨＥ ＡＤＨＥ
ＳＩＯＮ ＯＦ ＳＰＵＴＴＥＲＥＤＣＯＰＰＥＲ Ｆ
ＩＬＭＳ ＴＯ ＣＶＤ ＴＲＡＮＳＩＴＩＯＮ ＭＥ
ＴＡＬ ＢＡＳＥＤ ＵＮＤＥＲＬＡＹＥＲＳと題され
た同時係属出願第０９／７２３，８７８号において提案
してきた。これらの処理は、それぞれ、障壁／誘電体の
境界面及び障壁／銅の境界面における付着性を改善する
ことに有効である一方で、障壁膜は、典型的には、剥離
もまた被り易い複数の内部の境界面を有する多層の積み
重ねを含む。このように、付着性及び耐久性におけるさ
らなる改善は、多層の、又は調節されたＴａ／ＴａＮ膜
の積み重ね内におけるＴａ／ＴａＮの境界面で望まし
い。
【０００７】このように、残留ハロゲンの不純物が、誘
電体で覆われた基板上にＣＶＤ工程によって堆積した、
Ｔａ／ＴａＮが調節された障壁層内における層の付着性
及び耐久性を変えることを防止するＣＶＤ法に対する要
求がある。
電体で覆われた基板上にＣＶＤ工程によって堆積した、
Ｔａ／ＴａＮが調節された障壁層内における層の付着性
及び耐久性を変えることを防止するＣＶＤ法に対する要
求がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＨＦガスの発
生を減少させる、配線構造で使用される半導体デバイス
の基板上に、調節されたタンタル／窒化タンタルの拡散
障壁の積み重ねを形成する方法を提供し、それによっ
て、後の高温の加工中における膜の積み重ねの付着性及
び耐久性を改善する。この為に、本発明に従って、少な
くとも一連のタンタル及び窒化タンタルの交互層を、各
タンタル層及び各窒化タンタル層を少なくとも一回処理
するようなタンタル及び窒化タンタルの断続的なアンモ
ニアプラズマ処理と共に、五フッ化タンタル前駆体の蒸
気から化学蒸着によって半導体デバイスの基板上へ堆積
させる。
生を減少させる、配線構造で使用される半導体デバイス
の基板上に、調節されたタンタル／窒化タンタルの拡散
障壁の積み重ねを形成する方法を提供し、それによっ
て、後の高温の加工中における膜の積み重ねの付着性及
び耐久性を改善する。この為に、本発明に従って、少な
くとも一連のタンタル及び窒化タンタルの交互層を、各
タンタル層及び各窒化タンタル層を少なくとも一回処理
するようなタンタル及び窒化タンタルの断続的なアンモ
ニアプラズマ処理と共に、五フッ化タンタル前駆体の蒸
気から化学蒸着によって半導体デバイスの基板上へ堆積
させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】この明細書の一部分に組み込ま
れ、またこの明細書の一部分を構成する、添付する図面
は、本発明の実施例を説明し、上記の本発明の一般的な
説明及び下記の詳細な説明と共に、本発明を説明するこ
とに役立つ。
れ、またこの明細書の一部分を構成する、添付する図面
は、本発明の実施例を説明し、上記の本発明の一般的な
説明及び下記の詳細な説明と共に、本発明を説明するこ
とに役立つ。
【００１０】タンタル（Ｔａ）又はチタン（Ｔｉ）及び
それらの窒化物の膜（ＴａＮ又はＴｉＮ）のような耐熱
性の遷移金属は、銅（Ｃｕ）に対する有効な拡散障壁で
ある。それらの有効性は、それらの高い熱安定性、高い
導電性、他からの元素又は不純物の拡散に対する抵抗性
による。Ｔａ及びＴａＮは、銅とのそれらの化学的な不
活性により、特に魅力的である。即ち、Ｃｕ及びＴａ又
はＣｕ及びＮの間に化合物が形成しない。最も都合良く
は、Ｔａ及びＴａＮの多くの交互層を堆積させて、障壁
膜の有効性を最適化する。
それらの窒化物の膜（ＴａＮ又はＴｉＮ）のような耐熱
性の遷移金属は、銅（Ｃｕ）に対する有効な拡散障壁で
ある。それらの有効性は、それらの高い熱安定性、高い
導電性、他からの元素又は不純物の拡散に対する抵抗性
による。Ｔａ及びＴａＮは、銅とのそれらの化学的な不
活性により、特に魅力的である。即ち、Ｃｕ及びＴａ又
はＣｕ及びＮの間に化合物が形成しない。最も都合良く
は、Ｔａ及びＴａＮの多くの交互層を堆積させて、障壁
膜の有効性を最適化する。
【００１１】ハロゲン化タンタルは、Ｔａ及びＴａＮ障
壁層のＣＶＤに対して、都合の良い無機の源を提供す
る。具体的には、無機の前駆体は、五フッ化タンタル
（ＴａＸ ５）であり、ここでＸは、ハロゲンのフッ素
（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、及び臭素（Ｂｒ）を表す。Ｔａ
及びＴａＮ障壁層の低温ＣＶＤに関して、ＴａＦ５は、
好適な前駆体となってきた。化学蒸着（ＣＶＤ）工程に
おいて、ガスの前駆体を、熱エネルギー又は電気エネル
ギーのいずれかを使用して、活性化する。活性化におい
て、ガスの前駆体は、化学的に反応して膜を形成する。
しかしながら、この工程の間に、前駆体の反応の間に発
生するハロゲン原子、特にフッ素原子は、堆積した膜中
に取り込まれる。
壁層のＣＶＤに対して、都合の良い無機の源を提供す
る。具体的には、無機の前駆体は、五フッ化タンタル
（ＴａＸ ５）であり、ここでＸは、ハロゲンのフッ素
（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、及び臭素（Ｂｒ）を表す。Ｔａ
及びＴａＮ障壁層の低温ＣＶＤに関して、ＴａＦ５は、
好適な前駆体となってきた。化学蒸着（ＣＶＤ）工程に
おいて、ガスの前駆体を、熱エネルギー又は電気エネル
ギーのいずれかを使用して、活性化する。活性化におい
て、ガスの前駆体は、化学的に反応して膜を形成する。
しかしながら、この工程の間に、前駆体の反応の間に発
生するハロゲン原子、特にフッ素原子は、堆積した膜中
に取り込まれる。
【００１２】タンタル及び窒化タンタルの薄膜は、後の
加工段階の間に、互いに及び下にある基板へ、付着する
に違いない。二酸化シリコンの基板上にＣＶＤによって
堆積した多層のタンタル及び窒化タンタルの薄膜は、堆
積すると良好な付着性を示した。しかしながら、膜を４
００℃又はそれ以上に加熱することは、膜の剥離に帰着
した。光学顕微鏡で検査したとき、膜に泡が観察され
た。いくつかの場合において、泡は、そのままだった。
他の場合には、泡は、破裂してしまった。熱脱離分光法
は、調節された障壁膜の加熱中における水素、窒素、及
びフッ化水素の発生を同定した。ガス放出が泡の原因で
あることが理論付けられる。このように、本発明は、Ｃ
ＶＤによるタンタル及び窒化タンタルが調節された膜に
おける泡の形成を除去する工程を提供する。
加工段階の間に、互いに及び下にある基板へ、付着する
に違いない。二酸化シリコンの基板上にＣＶＤによって
堆積した多層のタンタル及び窒化タンタルの薄膜は、堆
積すると良好な付着性を示した。しかしながら、膜を４
００℃又はそれ以上に加熱することは、膜の剥離に帰着
した。光学顕微鏡で検査したとき、膜に泡が観察され
た。いくつかの場合において、泡は、そのままだった。
他の場合には、泡は、破裂してしまった。熱脱離分光法
は、調節された障壁膜の加熱中における水素、窒素、及
びフッ化水素の発生を同定した。ガス放出が泡の原因で
あることが理論付けられる。このように、本発明は、Ｃ
ＶＤによるタンタル及び窒化タンタルが調節された膜に
おける泡の形成を除去する工程を提供する。
【００１３】このために、本発明に従って、ＣＶＤ法
を、調節されたＴａ／ＴａＮ障壁層、例えば、ＴａＮ／
Ｔａ／ＴａＮ／Ｔａの積み重ねを堆積させるために使用
する。障壁層は、ＣＶＤチャンバー内でその形成中に、
アンモニアプラズマに対して断続的に露出される。アン
モニアプラズマは、堆積した障壁層内に捕捉されたフッ
素原子及び水素原子と反応し、それらを有効に持ち去
る。熱脱離分析に基づいて、上述のように、断続的なプ
ラズマ処理無しで堆積した膜の付着性不足の原因が、高
温におけるフッ化水素（ＨＦ）ガスの発生であることが
推測された。ＨＦガスに関する主な源は、調節された膜
の積み重ねの、ＴａＮ層におけるフッ素及びＴａ層にお
ける水素の組み合わせであると考えられる。このよう
に、それぞれの層におけるフッ素及び／又は水素の量を
減少させることは、ＨＦガスの発生を減少させると共
に、従って、高温での膜の積み重ね内における剥離を減
少させるか又は除去する効果を有すると信じられる。調
節された積み重ねを形成した後、基板をＰＶＤモジュー
ルへ移し、銅の膜を、プラズマ処理した調節された障壁
層上へ堆積させる。
を、調節されたＴａ／ＴａＮ障壁層、例えば、ＴａＮ／
Ｔａ／ＴａＮ／Ｔａの積み重ねを堆積させるために使用
する。障壁層は、ＣＶＤチャンバー内でその形成中に、
アンモニアプラズマに対して断続的に露出される。アン
モニアプラズマは、堆積した障壁層内に捕捉されたフッ
素原子及び水素原子と反応し、それらを有効に持ち去
る。熱脱離分析に基づいて、上述のように、断続的なプ
ラズマ処理無しで堆積した膜の付着性不足の原因が、高
温におけるフッ化水素（ＨＦ）ガスの発生であることが
推測された。ＨＦガスに関する主な源は、調節された膜
の積み重ねの、ＴａＮ層におけるフッ素及びＴａ層にお
ける水素の組み合わせであると考えられる。このよう
に、それぞれの層におけるフッ素及び／又は水素の量を
減少させることは、ＨＦガスの発生を減少させると共
に、従って、高温での膜の積み重ね内における剥離を減
少させるか又は除去する効果を有すると信じられる。調
節された積み重ねを形成した後、基板をＰＶＤモジュー
ルへ移し、銅の膜を、プラズマ処理した調節された障壁
層上へ堆積させる。
【００１４】図１は、本発明において使用してもよい化
学蒸着（ＣＶＤ）システム１０を描く。システム１０
は、ＣＶＤ反応チャンバー１１及び前駆体送出システム
１２を含む。ここに示すシステム１０の特定の実施例
を、本発明の動作を説明するためにのみ提供し、本発明
の範囲を限定するために使用してはならない。反応チャ
ンバー１１において、反応を実行して、例えば五フッ化
タンタル（ＴａＦ５）又は他のハロゲン化タンタル化合
物の前駆体ガスを、タンタル（Ｔａ）及び窒化タンタル
（ＴａＮｘ）の障壁層の膜へ変換する。どんな与えられ
た堆積においてもガスの比を変化させることによってＴ
ａＮｘを連続的に変動させることができるので、ＴａＮ
膜は、どんな特定の化学量論比（ＴａＮｘ）にも限定さ
れない。このように、ここで使用するとき、ＴａＮ
ｘは、どんな化学量論比の窒化タンタル膜も包含する。
学蒸着（ＣＶＤ）システム１０を描く。システム１０
は、ＣＶＤ反応チャンバー１１及び前駆体送出システム
１２を含む。ここに示すシステム１０の特定の実施例
を、本発明の動作を説明するためにのみ提供し、本発明
の範囲を限定するために使用してはならない。反応チャ
ンバー１１において、反応を実行して、例えば五フッ化
タンタル（ＴａＦ５）又は他のハロゲン化タンタル化合
物の前駆体ガスを、タンタル（Ｔａ）及び窒化タンタル
（ＴａＮｘ）の障壁層の膜へ変換する。どんな与えられ
た堆積においてもガスの比を変化させることによってＴ
ａＮｘを連続的に変動させることができるので、ＴａＮ
膜は、どんな特定の化学量論比（ＴａＮｘ）にも限定さ
れない。このように、ここで使用するとき、ＴａＮ
ｘは、どんな化学量論比の窒化タンタル膜も包含する。
【００１５】前駆体送出システム１２は、ＣＶＤ反応チ
ャンバー１１へのガスの吸気口１６をもつ計量システム
１５を通ずる、ガス排気口１４を有する前駆体ガスの源
１３を含む。源１３は、前駆体の蒸気、例えばハロゲン
化タンタル化合物からのハロゲン化タンタルの蒸気を発
生させる。その化合物は、標準温度及び圧力のとき固体
状態にあるものである。前駆体の源は、好ましくは制御
される加熱によって、前駆体の所望の蒸気圧を生ずるこ
とになる温度に維持される。好ましくは、蒸気圧は、好
ましくはキャリヤーガス無しで、反応チャンバー１１へ
前駆体の蒸気を送出するにはそれ自体で十分であるもの
である。計量システム１５は、反応チャンバー１１にお
いて商業的に存立できるＣＶＤ工程を維持するには十分
である速度に、源１３から反応チャンバー１１中への前
駆体ガスの蒸気の流れを維持する。
ャンバー１１へのガスの吸気口１６をもつ計量システム
１５を通ずる、ガス排気口１４を有する前駆体ガスの源
１３を含む。源１３は、前駆体の蒸気、例えばハロゲン
化タンタル化合物からのハロゲン化タンタルの蒸気を発
生させる。その化合物は、標準温度及び圧力のとき固体
状態にあるものである。前駆体の源は、好ましくは制御
される加熱によって、前駆体の所望の蒸気圧を生ずるこ
とになる温度に維持される。好ましくは、蒸気圧は、好
ましくはキャリヤーガス無しで、反応チャンバー１１へ
前駆体の蒸気を送出するにはそれ自体で十分であるもの
である。計量システム１５は、反応チャンバー１１にお
いて商業的に存立できるＣＶＤ工程を維持するには十分
である速度に、源１３から反応チャンバー１１中への前
駆体ガスの蒸気の流れを維持する。
【００１６】反応チャンバー１１は、おおよそ従来のＣ
ＶＤ反応器であり、真空の堅いチャンバー壁２１によっ
て境界付けられる真空チャンバー２０を含む。チャンバ
ー２０に位置するのは、半導体ウェハ２３のような基板
が支持される、基板の支持物又はサセプタ２２である。
チャンバー２０は、半導体ウェハ基板２３上に調節され
たＴａ／ＴａＮｘ障壁層のような膜を堆積させることに
なるＣＶＤ反応の実施に関して適切な真空に維持され
る。ＣＶＤ反応チャンバー１１に対する好適な圧力の範
囲は、０．２−５．０トール（Torr）の範囲にある。真
空は、真空ポンプ２４並びに、送出システム１２を含む
と共に例えばタンタルの還元反応を実行することに用い
る水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、又はアンモニア（ＮＨ
３）の還元ガスの源２６及びアルゴン（Ａｒ）又はヘリ
ウム（Ｈｅ）のようなガスに対する不活性ガスの源２７
もまた含んでもよい吸気口のガスの源２５の制御された
動作によって維持される。源２５からのガスは、基板２
３と向かい合うチャンバー２０の一端に位置すると共に
おおよそ基板２３に平行であり基板２３に面する、シャ
ワーヘッド２８を通じてチャンバー２０に入る。
ＶＤ反応器であり、真空の堅いチャンバー壁２１によっ
て境界付けられる真空チャンバー２０を含む。チャンバ
ー２０に位置するのは、半導体ウェハ２３のような基板
が支持される、基板の支持物又はサセプタ２２である。
チャンバー２０は、半導体ウェハ基板２３上に調節され
たＴａ／ＴａＮｘ障壁層のような膜を堆積させることに
なるＣＶＤ反応の実施に関して適切な真空に維持され
る。ＣＶＤ反応チャンバー１１に対する好適な圧力の範
囲は、０．２−５．０トール（Torr）の範囲にある。真
空は、真空ポンプ２４並びに、送出システム１２を含む
と共に例えばタンタルの還元反応を実行することに用い
る水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、又はアンモニア（ＮＨ
３）の還元ガスの源２６及びアルゴン（Ａｒ）又はヘリ
ウム（Ｈｅ）のようなガスに対する不活性ガスの源２７
もまた含んでもよい吸気口のガスの源２５の制御された
動作によって維持される。源２５からのガスは、基板２
３と向かい合うチャンバー２０の一端に位置すると共に
おおよそ基板２３に平行であり基板２３に面する、シャ
ワーヘッド２８を通じてチャンバー２０に入る。
【００１７】前駆体ガスの源１３は、垂直に向けられた
軸３２を有する円筒形の蒸発装置の容器３１を含む、密
閉された蒸発装置３０を含む。容器３１は、合金ＩＮＣ
ＯＮＥＬ（登録商標）６００のような高い温度許容度の
非腐食性材料で形成される円筒形の壁３３によって境界
付けられ、その内面３４は、高度に研磨されると共に滑
らかである。壁３３は、平坦な円形の閉じた底部３５及
び、壁３３と同じ熱許容度の非腐食性材料のカバー３６
によって密閉される開いた天板を有する。源１３の排気
口１４は、カバー３６の中に位置する。ＴａＢｒ５を伴
うような、高温を使用するとき、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録
商標）のコイルばねを囲むＣ−形状のニッケル管で形成
される、ＨＥＬＩＣＯＦＬＥＸ（商標）シールのような
高い温度許容度の真空の適合した金属シール３８によっ
て、壁３３の頂上に対して一体であるフランジリング３
７に対してカバー３６を堅く閉じる。ＴａＣｌ５及びＴ
ａＦ５のような、より低温を要求する材料では、従来の
ゴム弾性のＯ−リングシール３８を使用してカバーを密
閉してもよい。
軸３２を有する円筒形の蒸発装置の容器３１を含む、密
閉された蒸発装置３０を含む。容器３１は、合金ＩＮＣ
ＯＮＥＬ（登録商標）６００のような高い温度許容度の
非腐食性材料で形成される円筒形の壁３３によって境界
付けられ、その内面３４は、高度に研磨されると共に滑
らかである。壁３３は、平坦な円形の閉じた底部３５及
び、壁３３と同じ熱許容度の非腐食性材料のカバー３６
によって密閉される開いた天板を有する。源１３の排気
口１４は、カバー３６の中に位置する。ＴａＢｒ５を伴
うような、高温を使用するとき、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録
商標）のコイルばねを囲むＣ−形状のニッケル管で形成
される、ＨＥＬＩＣＯＦＬＥＸ（商標）シールのような
高い温度許容度の真空の適合した金属シール３８によっ
て、壁３３の頂上に対して一体であるフランジリング３
７に対してカバー３６を堅く閉じる。ＴａＣｌ５及びＴ
ａＦ５のような、より低温を要求する材料では、従来の
ゴム弾性のＯ−リングシール３８を使用してカバーを密
閉してもよい。
【００１８】カバー３６を通じて容器３１に接続される
のは、好ましくはＨｅ又はＡｒのような不活性ガスであ
るキャリヤーガスの源３９である。源１３は、容器３１
の底部に、タンタルのフッ化物、塩化物、又は臭化物
（ＴａＸ）のような、好ましくは五ハロゲン化物（Ｔａ
Ｘ５）のような、前駆体の材料の塊４０を含み、その塊
は、標準温度及び圧力において固体状態で容器３１中へ
入れられる。容器３１は、その中にＴａＸの固体の塊４
０を伴う容器３１を密閉することによって、ハロゲン化
タンタルの蒸気で満たされる。そのハロゲン化物は、容
器３１の底部に置かれる前駆体の塊４０として供給さ
れ、ここでそれは、結果として生じる蒸気圧が許容可能
な範囲にある限り、好ましくは液体状態まで加熱され
る。しかしながら、パージガス及びＴａＸの蒸気は、最
初に、カバー３６を通じて接続される真空ポンプ４１で
容器３１から抜かれるので、ＴａＸの塊４０からのＴａ
Ｘの蒸気のみが容器３１に残留する。塊４０が液体であ
る場合、蒸気は、液体の塊４０の液面より上にある。壁
３３が垂直な円筒であるので、ＴａＸの塊４０の面積
は、液体であれば、ＴａＸの消耗のレベルに関らず、一
定のままである。
のは、好ましくはＨｅ又はＡｒのような不活性ガスであ
るキャリヤーガスの源３９である。源１３は、容器３１
の底部に、タンタルのフッ化物、塩化物、又は臭化物
（ＴａＸ）のような、好ましくは五ハロゲン化物（Ｔａ
Ｘ５）のような、前駆体の材料の塊４０を含み、その塊
は、標準温度及び圧力において固体状態で容器３１中へ
入れられる。容器３１は、その中にＴａＸの固体の塊４
０を伴う容器３１を密閉することによって、ハロゲン化
タンタルの蒸気で満たされる。そのハロゲン化物は、容
器３１の底部に置かれる前駆体の塊４０として供給さ
れ、ここでそれは、結果として生じる蒸気圧が許容可能
な範囲にある限り、好ましくは液体状態まで加熱され
る。しかしながら、パージガス及びＴａＸの蒸気は、最
初に、カバー３６を通じて接続される真空ポンプ４１で
容器３１から抜かれるので、ＴａＸの塊４０からのＴａ
Ｘの蒸気のみが容器３１に残留する。塊４０が液体であ
る場合、蒸気は、液体の塊４０の液面より上にある。壁
３３が垂直な円筒であるので、ＴａＸの塊４０の面積
は、液体であれば、ＴａＸの消耗のレベルに関らず、一
定のままである。
【００１９】送出システム１２は、前駆体４０の直接的
な送出に限定されないが、代わりに、ガスの源３９から
容器３１中へ導入することができる、キャリヤーガスと
一緒に前駆体４０の送出に使用され得る。このようなガ
スは、水素（Ｈ２）、又はヘリウム（Ｈｅ）又はアルゴ
ン（Ａｒ）のような不活性ガスであってもよい。キャリ
ヤーガスを使用する場合、それを、キャリヤーガスに対
する塊４０の最大の表面積の露出を達成するために、前
駆体の塊４０の上面にわたって分布するように容器３１
中へ導入してもよいか、又は、上方への拡散を伴って容
器３１の底部３５から塊４０を浸透するように容器３１
中へ導入してもよい。さらに別の選択肢は、容器３１に
ある液体を気化させることである。しかしながら、この
ような選択肢は、望まれない微粒子を加え、前駆体の直
接的な送出、即ちキャリヤーガスの使用無しの送出によ
って達成される制御された送出速度を提供しない。従っ
て、前駆体の直接的な送出が好適である。
な送出に限定されないが、代わりに、ガスの源３９から
容器３１中へ導入することができる、キャリヤーガスと
一緒に前駆体４０の送出に使用され得る。このようなガ
スは、水素（Ｈ２）、又はヘリウム（Ｈｅ）又はアルゴ
ン（Ａｒ）のような不活性ガスであってもよい。キャリ
ヤーガスを使用する場合、それを、キャリヤーガスに対
する塊４０の最大の表面積の露出を達成するために、前
駆体の塊４０の上面にわたって分布するように容器３１
中へ導入してもよいか、又は、上方への拡散を伴って容
器３１の底部３５から塊４０を浸透するように容器３１
中へ導入してもよい。さらに別の選択肢は、容器３１に
ある液体を気化させることである。しかしながら、この
ような選択肢は、望まれない微粒子を加え、前駆体の直
接的な送出、即ちキャリヤーガスの使用無しの送出によ
って達成される制御された送出速度を提供しない。従っ
て、前駆体の直接的な送出が好適である。
【００２０】容器３１における前駆体４０の温度を維持
するために、壁３３の底部３５は、前駆体４０を制御さ
れた温度に、好ましくはその融点より上に維持すると共
に、キャリヤーガスが無いときに（即ち、直接的な送出
システム）は約３トールよりも高い蒸気圧、及びキャリ
ヤーガスを使用するとき約１トールのようなより低い蒸
気圧を生成することになる、ヒーター４４との熱伝達で
維持される。正確な蒸気圧は、キャリヤーガスの品質、
基板２３の表面積などのような他の変数に依存する。タ
ンタルに対する直接的な送出システムにおいて、蒸気圧
を、８３℃乃至２１８℃の範囲においてハロゲン化タン
タル前駆体を加熱することによって、５トール又はそれ
以上の好適な圧力に維持することができる。ＴａＸ５に
関して、ＴａＦ５に対しては所望の温度は、約８３℃−
１５０℃、例えば約１１５℃である。ＴａＣｌ５に対し
ては所望の温度は、約１３０℃−１５０℃、例えば約１
４５℃である。ＴａＢｒ５に対しては所望の温度は、約
２０２℃−２１８℃、例えば約２０５℃である。それぞ
れのフッ化物、塩化物、及び臭化物の五ハロゲン化タン
タル化合物の融点は、９７℃乃至２６５℃の範囲にあ
る。温度は、ウェハ２３に接触する前に、シャワーヘッ
ド２８又は他において、ガスの早期の反応を引き起こす
ほど高くてはならない。
するために、壁３３の底部３５は、前駆体４０を制御さ
れた温度に、好ましくはその融点より上に維持すると共
に、キャリヤーガスが無いときに（即ち、直接的な送出
システム）は約３トールよりも高い蒸気圧、及びキャリ
ヤーガスを使用するとき約１トールのようなより低い蒸
気圧を生成することになる、ヒーター４４との熱伝達で
維持される。正確な蒸気圧は、キャリヤーガスの品質、
基板２３の表面積などのような他の変数に依存する。タ
ンタルに対する直接的な送出システムにおいて、蒸気圧
を、８３℃乃至２１８℃の範囲においてハロゲン化タン
タル前駆体を加熱することによって、５トール又はそれ
以上の好適な圧力に維持することができる。ＴａＸ５に
関して、ＴａＦ５に対しては所望の温度は、約８３℃−
１５０℃、例えば約１１５℃である。ＴａＣｌ５に対し
ては所望の温度は、約１３０℃−１５０℃、例えば約１
４５℃である。ＴａＢｒ５に対しては所望の温度は、約
２０２℃−２１８℃、例えば約２０５℃である。それぞ
れのフッ化物、塩化物、及び臭化物の五ハロゲン化タン
タル化合物の融点は、９７℃乃至２６５℃の範囲にあ
る。温度は、ウェハ２３に接触する前に、シャワーヘッ
ド２８又は他において、ガスの早期の反応を引き起こす
ほど高くてはならない。
【００２１】例のために、１１５℃の温度が、容器３１
の底部３５の加熱に関する制御温度であると仮定する。
容器３１の底部３５にこの温度が与えられると、容器３
１の壁３３及びカバー３６における前駆体の蒸気の凝結
を防止するために、カバー３６の外側と熱接触している
単独に制御されるヒーター４５によって、カバーを、壁
３３の底部３５においてヒーター４４と同じか又はヒー
ター４４より高い温度、例えば１１５℃に維持する。容
器の壁３３の側面は、容器の壁３３と周囲の同心の外側
のアルミニウム壁又は缶４７との間に含まれる、輪状の
捕捉された空気間隔４６によって囲まれる。缶４７は、
シリコン気泡断熱材４８の輪状の層によってさらに囲ま
れる。この温度を維持する配置は、カバー３６、壁３３
の側面、及び前駆体の塊４０の表面４２によって境界付
けられるある容積の容器３１において、約１１５℃の所
望の温度及び約３トールより高い、好ましくは５トール
より高い圧力で蒸気を維持する。所望の圧力を維持する
ために適切である温度は、主として五フッ化タンタル化
合物であると予想される前駆体の材料と共に変動するこ
とになる。
の底部３５の加熱に関する制御温度であると仮定する。
容器３１の底部３５にこの温度が与えられると、容器３
１の壁３３及びカバー３６における前駆体の蒸気の凝結
を防止するために、カバー３６の外側と熱接触している
単独に制御されるヒーター４５によって、カバーを、壁
３３の底部３５においてヒーター４４と同じか又はヒー
ター４４より高い温度、例えば１１５℃に維持する。容
器の壁３３の側面は、容器の壁３３と周囲の同心の外側
のアルミニウム壁又は缶４７との間に含まれる、輪状の
捕捉された空気間隔４６によって囲まれる。缶４７は、
シリコン気泡断熱材４８の輪状の層によってさらに囲ま
れる。この温度を維持する配置は、カバー３６、壁３３
の側面、及び前駆体の塊４０の表面４２によって境界付
けられるある容積の容器３１において、約１１５℃の所
望の温度及び約３トールより高い、好ましくは５トール
より高い圧力で蒸気を維持する。所望の圧力を維持する
ために適切である温度は、主として五フッ化タンタル化
合物であると予想される前駆体の材料と共に変動するこ
とになる。
【００２２】蒸気の流れの計量システム１５は、少なく
とも約２乃至４０標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃ
ｍ）である所望の流量で、測定できる圧力低下を提供し
ないように、少なくとも直径１／２インチ又は少なくと
も１０ミリメートルの内径の、及び好ましくはより大き
い、送出管５０を含む。管５０は、それが排気口１４に
対するその上流端で接続する前駆体ガスの源１３から、
それが吸気口１６に対するその下流端で接続する反応チ
ャンバー１１まで延びる。蒸発装置の排気口１４から反
応器の吸気口１６及び反応チャンバー１１のシャワーヘ
ッド２８までの管５０の全長は、好ましくは、前駆体の
材料４０の蒸発温度より上まで、例えば１５０℃まで、
加熱される。
とも約２乃至４０標準立方センチメートル毎分（ｓｃｃ
ｍ）である所望の流量で、測定できる圧力低下を提供し
ないように、少なくとも直径１／２インチ又は少なくと
も１０ミリメートルの内径の、及び好ましくはより大き
い、送出管５０を含む。管５０は、それが排気口１４に
対するその上流端で接続する前駆体ガスの源１３から、
それが吸気口１６に対するその下流端で接続する反応チ
ャンバー１１まで延びる。蒸発装置の排気口１４から反
応器の吸気口１６及び反応チャンバー１１のシャワーヘ
ッド２８までの管５０の全長は、好ましくは、前駆体の
材料４０の蒸発温度より上まで、例えば１５０℃まで、
加熱される。
【００２３】管５０に提供されるのは、好ましくは約
０．０８９インチの直径を有する円形の穴５２が中心に
あるバッフル板５１である。計器５６から計器５７まで
の圧力降下は、制御弁５３によって調整される。制御弁
５３の後、穴５２を通じて、反応チャンバー１１中への
この圧力降下は、約１０ミリトールよりも大きく、流量
に比例することになる。遮断弁５４は、蒸発装置１３の
排気口１４と蒸発装置１３の容器３１を閉じるための制
御弁５３との間の管路５０に提供される。
０．０８９インチの直径を有する円形の穴５２が中心に
あるバッフル板５１である。計器５６から計器５７まで
の圧力降下は、制御弁５３によって調整される。制御弁
５３の後、穴５２を通じて、反応チャンバー１１中への
この圧力降下は、約１０ミリトールよりも大きく、流量
に比例することになる。遮断弁５４は、蒸発装置１３の
排気口１４と蒸発装置１３の容器３１を閉じるための制
御弁５３との間の管路５０に提供される。
【００２４】圧力検知器５５−５８は、システム１０に
提供され、送出システム１５からＣＶＤ反応チャンバー
１１のチャンバー２０中への前駆体ガスの流量を制御す
ることを含む、システム１０を制御することに用いる制
御器６０へ情報を提供する。圧力検知器は、蒸発容器３
１における圧力を監視するために、圧力装置１３の排気
口１４と遮断弁５４との間において管５０へ接続される
検知器５５を含む。圧力検知器５６は、穴５２の上流の
圧力を監視するために、制御弁５３とバッフル５１との
間において管５０へ接続される一方で、圧力検知器５７
は、穴５２の下流の圧力を監視するために、バッフル５
１と反応器の吸気口１６との間において管５０に接続さ
れる。さらなる圧力検知器５８は、ＣＶＤチャンバー２
０における圧力を監視するために、反応チャンバー１１
のチャンバー２０に接続される。
提供され、送出システム１５からＣＶＤ反応チャンバー
１１のチャンバー２０中への前駆体ガスの流量を制御す
ることを含む、システム１０を制御することに用いる制
御器６０へ情報を提供する。圧力検知器は、蒸発容器３
１における圧力を監視するために、圧力装置１３の排気
口１４と遮断弁５４との間において管５０へ接続される
検知器５５を含む。圧力検知器５６は、穴５２の上流の
圧力を監視するために、制御弁５３とバッフル５１との
間において管５０へ接続される一方で、圧力検知器５７
は、穴５２の下流の圧力を監視するために、バッフル５
１と反応器の吸気口１６との間において管５０に接続さ
れる。さらなる圧力検知器５８は、ＣＶＤチャンバー２
０における圧力を監視するために、反応チャンバー１１
のチャンバー２０に接続される。
【００２５】反応チャンバー１１のＣＶＤチャンバー２
０中への前駆体の蒸気の流れの制御は、検知器５５−５
８、特に、穴５２にわたる圧力降下を決定する検知器５
６及び５７によって検知される圧力に応じて、制御器６
０によって達成される。その条件が、穴５２を通じた前
駆体の蒸気の流れが、アンチョークドフローであるよう
なものであるとき、管５２を通じた前駆体の蒸気の実際
の流れは、圧力検知器５６及び５７によって監視される
圧力の関数であり、穴５２の下流側における検知器５７
によって測定される圧力に対する、穴５２の上流側にお
ける検知器５６によって測定される圧力の比から決定す
ることができる。
０中への前駆体の蒸気の流れの制御は、検知器５５−５
８、特に、穴５２にわたる圧力降下を決定する検知器５
６及び５７によって検知される圧力に応じて、制御器６
０によって達成される。その条件が、穴５２を通じた前
駆体の蒸気の流れが、アンチョークドフローであるよう
なものであるとき、管５２を通じた前駆体の蒸気の実際
の流れは、圧力検知器５６及び５７によって監視される
圧力の関数であり、穴５２の下流側における検知器５７
によって測定される圧力に対する、穴５２の上流側にお
ける検知器５６によって測定される圧力の比から決定す
ることができる。
【００２６】その条件が、穴５２を通じた前駆体の蒸気
の流れが、チョークドフローであるようなものであると
き、管５２を通じた前駆体の蒸気の実際の流れは、圧力
検知器５７によって監視される圧力のみの関数である。
いずれかの場合において、工程の条件を解釈するまで
に、チョークド又はアンチョークドフローの存在を制御
器６０によって決定することができる。その決定を制御
器６０によってするとき、前駆体ガスの流量を計算によ
り制御器６０によって決定することができる。
の流れが、チョークドフローであるようなものであると
き、管５２を通じた前駆体の蒸気の実際の流れは、圧力
検知器５７によって監視される圧力のみの関数である。
いずれかの場合において、工程の条件を解釈するまで
に、チョークド又はアンチョークドフローの存在を制御
器６０によって決定することができる。その決定を制御
器６０によってするとき、前駆体ガスの流量を計算によ
り制御器６０によって決定することができる。
【００２７】好ましくは、制御器６０によってアクセス
可能な不揮発性メモリ６１に記憶される索引又は乗数表
からの流量データを検索することによって、前駆体ガス
における実際の流量の正確な決定を計算する。前駆体の
蒸気の実際の流量を決定するとき、所望の流量を、一つ
又はそれ以上の変動する穴制御弁５３の閉じたループの
フィードバック制御、若しくは排気ポンプ２４によるＣ
ＶＤチャンバーの圧力、源２６及び２７からの不活性ガ
スの減少の制御によって、又はヒーター４４、４５の制
御による容器３１における前駆体ガスの温度及び蒸気圧
の制御によって、維持することができる。
可能な不揮発性メモリ６１に記憶される索引又は乗数表
からの流量データを検索することによって、前駆体ガス
における実際の流量の正確な決定を計算する。前駆体の
蒸気の実際の流量を決定するとき、所望の流量を、一つ
又はそれ以上の変動する穴制御弁５３の閉じたループの
フィードバック制御、若しくは排気ポンプ２４によるＣ
ＶＤチャンバーの圧力、源２６及び２７からの不活性ガ
スの減少の制御によって、又はヒーター４４、４５の制
御による容器３１における前駆体ガスの温度及び蒸気圧
の制御によって、維持することができる。
【００２８】平行板のＲＦ放電を、駆動される電極がガ
ス送出シャワーヘッドであると共にウェハ又は基板２３
に対するサセプタ２２又はステージがＲＦグランドであ
る場合に使用する。選択したＴａＸ５の蒸気を、約３０
０℃−５００℃の間の温度まで加熱される、基板より上
のＨ２のような他のプロセスガスと組み合わせる。ま
た、Ａｒ及びＨｅを、Ｈ２、ＮＨ３、及び／又はＮ２に
加えて、プロセスガスとして、単独か組み合わせかいず
れかで使用してもよい。
ス送出シャワーヘッドであると共にウェハ又は基板２３
に対するサセプタ２２又はステージがＲＦグランドであ
る場合に使用する。選択したＴａＸ５の蒸気を、約３０
０℃−５００℃の間の温度まで加熱される、基板より上
のＨ２のような他のプロセスガスと組み合わせる。ま
た、Ａｒ及びＨｅを、Ｈ２、ＮＨ３、及び／又はＮ２に
加えて、プロセスガスとして、単独か組み合わせかいず
れかで使用してもよい。
【００２９】上述したＣＶＤ装置を伴うような本発明の
方法で形成される調節された膜は、Ｔａ及びＴａＮの積
層された層を含む。
方法で形成される調節された膜は、Ｔａ及びＴａＮの積
層された層を含む。
【００３０】例によって、調節された膜は、四つの積層
された層−ＴａＮ／Ｔａ／ＴａＮ／Ｔａを含んでもよ
い。ＴａＮ層は、好ましくは、ＴＣＶＤによって堆積さ
れ、Ｔａ層は、好ましくは、ＰＥＣＶＤによって堆積さ
れる。ＴａＮ層の化学量論比を、工程パラメーターを変
えることによって、変動させてもよく、例えばＴａ３Ｎ
５であってもよい。さらなる例によって、良好な品質の
ＰＥＣＶＤによるＴａ膜の堆積に関する工程の条件を、
表１に与え、ここで、ｓｌｍは、標準リットル毎分であ
り、Ｗ／ｃｍ２は、ワット毎平方センチメートルであ
る。
された層−ＴａＮ／Ｔａ／ＴａＮ／Ｔａを含んでもよ
い。ＴａＮ層は、好ましくは、ＴＣＶＤによって堆積さ
れ、Ｔａ層は、好ましくは、ＰＥＣＶＤによって堆積さ
れる。ＴａＮ層の化学量論比を、工程パラメーターを変
えることによって、変動させてもよく、例えばＴａ３Ｎ
５であってもよい。さらなる例によって、良好な品質の
ＰＥＣＶＤによるＴａ膜の堆積に関する工程の条件を、
表１に与え、ここで、ｓｌｍは、標準リットル毎分であ
り、Ｗ／ｃｍ２は、ワット毎平方センチメートルであ
る。
【００３１】
【表１】
良好な品質のＰＥＣＶＤによるＴａＮｘ膜の堆積に関す
る工程の条件を表２に与える。
る工程の条件を表２に与える。
【００３２】
【表２】
良好な品質の熱的ＣＶＤによるＴａＮｘ膜の堆積に関す
る工程の条件を表３に与える。
る工程の条件を表３に与える。
【００３３】
【表３】
上記方法によって堆積させた一体化した膜は、ＩＣの形
成に対して重要な特徴を示す。積層した膜は、小さい配
線のインピーダンスに対して十分小さい（１０００μΩ
ｃｍより小さく、好ましくは５００μΩｃｍより小さ
い）体積抵抗率の範囲にあり、積層した膜は、良好な順
応性及び良好な（０．３より大きい）ステップカバレー
ジを有する。また、堆積速度は、スループットの考察に
関して十分（１００Å／分より大きい）であり、その工
程は、低い（４５０℃より低い）ウェハ温度を使用する
ので、ＳｉＯ２のものより低い比誘電率をもつ材料を含
むデバイス内で使用される他の薄膜材料と適合する。
成に対して重要な特徴を示す。積層した膜は、小さい配
線のインピーダンスに対して十分小さい（１０００μΩ
ｃｍより小さく、好ましくは５００μΩｃｍより小さ
い）体積抵抗率の範囲にあり、積層した膜は、良好な順
応性及び良好な（０．３より大きい）ステップカバレー
ジを有する。また、堆積速度は、スループットの考察に
関して十分（１００Å／分より大きい）であり、その工
程は、低い（４５０℃より低い）ウェハ温度を使用する
ので、ＳｉＯ２のものより低い比誘電率をもつ材料を含
むデバイス内で使用される他の薄膜材料と適合する。
【００３４】蒸気相反応物としての五フッ化タンタルを
使用する上述のＣＶＤ工程に関して、フッ素の残留レベ
ルは、約２原子パーセントよりも少なく、典型的には約
０．５原子パーセントである。より高いフッ素含有量の
ピークは、例えば５原子パーセントまでは、誘電体の障
壁の境界面、Ｔａ／ＴａＮの境界面、及び障壁／銅の境
界面で起る場合もある。この残留するハロゲン化物の不
純物は、後の調節された障壁層へのＰＶＤによる銅層の
塗布の間を含む、後の加工中における構造全体の付着性
及び耐久性を減少させる。
使用する上述のＣＶＤ工程に関して、フッ素の残留レベ
ルは、約２原子パーセントよりも少なく、典型的には約
０．５原子パーセントである。より高いフッ素含有量の
ピークは、例えば５原子パーセントまでは、誘電体の障
壁の境界面、Ｔａ／ＴａＮの境界面、及び障壁／銅の境
界面で起る場合もある。この残留するハロゲン化物の不
純物は、後の調節された障壁層へのＰＶＤによる銅層の
塗布の間を含む、後の加工中における構造全体の付着性
及び耐久性を減少させる。
【００３５】本発明に従って、アンモニアプラズマ処理
を、積み重ねの形成の間に断続的に障壁層へ適用する。
その処理は、上にＴａ又はＴａＮ層を有する基板２３
を、予め決められた温度まで加熱すること、及びその層
を、反応チャンバー１１内で提供されるアンモニアプロ
セスガスから励起されたプラズマに対して露出すること
を含む。プラズマ処理に関するパラメーターは、約１５
０℃乃至約５００℃の間の範囲にわたる、例えば約３５
０℃の基板の温度、約５０ｓｃｃｍ乃至約１０，０００
ｓｃｃｍの間、例えば約２０００ｓｃｃｍのアンモニア
ガスの流量、約０ｓｃｃｍから約１０，０００ｓｃｃｍ
までの範囲にわたる還元ガス、例えば約２０００ｓｃｃ
ｍの水素の流量、約０ｓｃｃｍから約２，０００ｓｃｃ
ｍまでの不活性ガス、例えば約５５０ｓｃｃｍのアルゴ
ンの流量、約０．２トールから約２０トールまでの範囲
にわたる、例えば約２トールの反応器の圧力、及び、約
５０ワットから約２５００ワットまでの範囲にわたる、
例えば約２５０ワットのＲＦ出力である。調節された層
の付着性及び耐久性を増強することに有効なプラズマ処
理の工程所要時間は、処理毎に約２秒から約６００秒ま
での範囲にわたり、例えば約６０秒のプラズマ露出であ
る。プラズマ処理に関する条件を表４に要約する。
を、積み重ねの形成の間に断続的に障壁層へ適用する。
その処理は、上にＴａ又はＴａＮ層を有する基板２３
を、予め決められた温度まで加熱すること、及びその層
を、反応チャンバー１１内で提供されるアンモニアプロ
セスガスから励起されたプラズマに対して露出すること
を含む。プラズマ処理に関するパラメーターは、約１５
０℃乃至約５００℃の間の範囲にわたる、例えば約３５
０℃の基板の温度、約５０ｓｃｃｍ乃至約１０，０００
ｓｃｃｍの間、例えば約２０００ｓｃｃｍのアンモニア
ガスの流量、約０ｓｃｃｍから約１０，０００ｓｃｃｍ
までの範囲にわたる還元ガス、例えば約２０００ｓｃｃ
ｍの水素の流量、約０ｓｃｃｍから約２，０００ｓｃｃ
ｍまでの不活性ガス、例えば約５５０ｓｃｃｍのアルゴ
ンの流量、約０．２トールから約２０トールまでの範囲
にわたる、例えば約２トールの反応器の圧力、及び、約
５０ワットから約２５００ワットまでの範囲にわたる、
例えば約２５０ワットのＲＦ出力である。調節された層
の付着性及び耐久性を増強することに有効なプラズマ処
理の工程所要時間は、処理毎に約２秒から約６００秒ま
での範囲にわたり、例えば約６０秒のプラズマ露出であ
る。プラズマ処理に関する条件を表４に要約する。
【００３６】
【表４】
断続的なプラズマ処理を、調節された障壁層がＣＶＤ工
程によって堆積される、同じ反応器で行う。
程によって堆積される、同じ反応器で行う。
【００３７】アルゴン又はキセノンのような不活性ガス
の流れは、プラズマの開始及び維持における援助の機能
に関して自由選択であり、その機能が必要でないとすれ
ば、除去することができる。アンモニア処理ガスの雰囲
気を伴った水素の含有は、自由選択である。
の流れは、プラズマの開始及び維持における援助の機能
に関して自由選択であり、その機能が必要でないとすれ
ば、除去することができる。アンモニア処理ガスの雰囲
気を伴った水素の含有は、自由選択である。
【００３８】調節された膜の堆積を、障壁／誘電体の境
界面における付着性を改善するために使用されるアンモ
ニアプラズマ前処理によって先行させてもよい。この処
理は、２０００年１１月２８に出願した、ＭＥＴＨＯＤ
ＦＯＲ ＰＲＥＴＲＥＡＴＩＮＧ ＤＩＥＬＥＣＴＲ
ＩＣ ＬＡＹＥＲＳ ＴＯ ＥＮＨＡＮＣＥ ＴＨＥＡ
ＤＨＥＳＩＯＮ ＯＦ ＣＶＤ ＭＥＴＡＬ ＬＡＹＥ
ＲＳ ＴＨＥＲＥＴＯと題された同時係属出願第０９／
７２３，８７６号に記載されており、ここでは全体とし
て参照により組み込まれる。自由選択の前処理の後、第
一の積み重ね層を塗布し、プラズマを、本発明に従って
ＣＶＤチャンバーに発生させ、そして次の積み重ね層を
形成し、プラズマ処理を繰り返す。断続的なプラズマ処
理での積み重ねの形成は、障壁層の所望の厚さ及び構成
が形成されるまで、繰り返される。限定しない例によっ
て、本発明の方法は、以下の手順を含んでもよい。ＴＣ
ＶＤによって２５ÅのＴａＮを堆積させる、ＮＨ３のプ
ラズマは堆積したＴａＮを処理する、ＴＣＶＤによって
２５ÅのＴａＮを堆積させる、ＮＨ３のプラズマは堆積
したＴａＮを処理する、ＰＥＣＶＤによって２５ÅのＴ
ａを堆積させる、ＮＨ３のプラズマは堆積したＴａを処
理する、ＰＥＣＶＤによって２５ÅのＴａを堆積させ
る、ＮＨ３のプラズマは堆積したＴａを処理する。この
手順によって、１００Åの調節されたＴａＮ／Ｔａ障壁
膜は、２５Å毎の断続的なプラズマ処理と共に形成され
る。
界面における付着性を改善するために使用されるアンモ
ニアプラズマ前処理によって先行させてもよい。この処
理は、２０００年１１月２８に出願した、ＭＥＴＨＯＤ
ＦＯＲ ＰＲＥＴＲＥＡＴＩＮＧ ＤＩＥＬＥＣＴＲ
ＩＣ ＬＡＹＥＲＳ ＴＯ ＥＮＨＡＮＣＥ ＴＨＥＡ
ＤＨＥＳＩＯＮ ＯＦ ＣＶＤ ＭＥＴＡＬ ＬＡＹＥ
ＲＳ ＴＨＥＲＥＴＯと題された同時係属出願第０９／
７２３，８７６号に記載されており、ここでは全体とし
て参照により組み込まれる。自由選択の前処理の後、第
一の積み重ね層を塗布し、プラズマを、本発明に従って
ＣＶＤチャンバーに発生させ、そして次の積み重ね層を
形成し、プラズマ処理を繰り返す。断続的なプラズマ処
理での積み重ねの形成は、障壁層の所望の厚さ及び構成
が形成されるまで、繰り返される。限定しない例によっ
て、本発明の方法は、以下の手順を含んでもよい。ＴＣ
ＶＤによって２５ÅのＴａＮを堆積させる、ＮＨ３のプ
ラズマは堆積したＴａＮを処理する、ＴＣＶＤによって
２５ÅのＴａＮを堆積させる、ＮＨ３のプラズマは堆積
したＴａＮを処理する、ＰＥＣＶＤによって２５ÅのＴ
ａを堆積させる、ＮＨ３のプラズマは堆積したＴａを処
理する、ＰＥＣＶＤによって２５ÅのＴａを堆積させ
る、ＮＨ３のプラズマは堆積したＴａを処理する。この
手順によって、１００Åの調節されたＴａＮ／Ｔａ障壁
膜は、２５Å毎の断続的なプラズマ処理と共に形成され
る。
【００３９】調節されたＴａ／ＴａＮ膜の各層のアンモ
ニアプラズマ処理は、高温のアニーリングの間に膜の耐
久性を増加させる効果を有する。後の加工段階は、銅の
拡散障壁の目的に使用されるどんな膜も少なくとも４５
０℃の温度に耐えることができなければならないことを
要求する。膜を、ダイヤモンドを先端にしたけがき針で
引っ掻き、粘着テープを引っ掻いた領域に当てて、その
テープを取り除く、引っ掻き及びテープ付着性試験を使
用して、膜の付着性を評価してもよい。良好な付着性を
有する膜は、基板に付着したままであることになり、乏
しい付着性を有する膜は、テープによって基板から取り
除かれることになる。
ニアプラズマ処理は、高温のアニーリングの間に膜の耐
久性を増加させる効果を有する。後の加工段階は、銅の
拡散障壁の目的に使用されるどんな膜も少なくとも４５
０℃の温度に耐えることができなければならないことを
要求する。膜を、ダイヤモンドを先端にしたけがき針で
引っ掻き、粘着テープを引っ掻いた領域に当てて、その
テープを取り除く、引っ掻き及びテープ付着性試験を使
用して、膜の付着性を評価してもよい。良好な付着性を
有する膜は、基板に付着したままであることになり、乏
しい付着性を有する膜は、テープによって基板から取り
除かれることになる。
【００４０】本発明の断続的なプラズマ処理で処理され
てない２００Åの調節されたＴａＮ／Ｔａ膜（５０Åの
ＴａＮ／５０ÅのＴａ／５０ÅのＴａＮ／５０ÅのＴ
ａ）は、４００℃における３０分間の窒素中のアニーリ
ング後、引っ掻き及びテープ付着性試験に落ちることを
見出した。本発明のアンモニアプラズマの層の断続的な
処理を含む以外に同じ条件下で堆積させた２００Åの調
節されたＴａＮ／Ｔａ膜は、４５０℃における３０分間
の窒素中のアニーリング後、引っ掻き及びテープ付着性
試験に合格することを見出した。
てない２００Åの調節されたＴａＮ／Ｔａ膜（５０Åの
ＴａＮ／５０ÅのＴａ／５０ÅのＴａＮ／５０ÅのＴ
ａ）は、４００℃における３０分間の窒素中のアニーリ
ング後、引っ掻き及びテープ付着性試験に落ちることを
見出した。本発明のアンモニアプラズマの層の断続的な
処理を含む以外に同じ条件下で堆積させた２００Åの調
節されたＴａＮ／Ｔａ膜は、４５０℃における３０分間
の窒素中のアニーリング後、引っ掻き及びテープ付着性
試験に合格することを見出した。
【００４１】本発明の断続的なプラズマ処理で処理され
てない１００Åの調節されたＴａＮ／Ｔａ膜（２５Åの
ＴａＮ／２５ÅのＴａ／２５ÅのＴａＮ／２５ÅのＴ
ａ）は、５００℃における３０分間の窒素中のアニーリ
ング後、引っ掻き及びテープ付着性試験に落ちることを
見出した。本発明のアンモニアプラズマの層の断続的な
処理を含む以外に同じ条件下で堆積させた１００Åの調
節されたＴａＮ／Ｔａ膜は、５５０℃における３０分間
の窒素中のアニーリング後、引っ掻き及びテープ付着性
試験に合格することを見出した。
てない１００Åの調節されたＴａＮ／Ｔａ膜（２５Åの
ＴａＮ／２５ÅのＴａ／２５ÅのＴａＮ／２５ÅのＴ
ａ）は、５００℃における３０分間の窒素中のアニーリ
ング後、引っ掻き及びテープ付着性試験に落ちることを
見出した。本発明のアンモニアプラズマの層の断続的な
処理を含む以外に同じ条件下で堆積させた１００Åの調
節されたＴａＮ／Ｔａ膜は、５５０℃における３０分間
の窒素中のアニーリング後、引っ掻き及びテープ付着性
試験に合格することを見出した。
【００４２】アンモニアプラズマの層の処理が働く機構
を、異なる分析技術を使用して調査した。前述の経験に
基づいて、プラズマ処理がＴａＮ層においてフッ素の濃
度を低下させたことを理論付けた。このことを、本発明
のアンモニアプラズマの断続的な処理無しで、及び本発
明のアンモニアプラズマの断続的な処理有りで、１００
Å及び２００Åの調節された膜を有するウェハにおける
二次イオン質量分光法（ＳＩＭＳ）で確認してきた。四
つのウェハに対するＳＩＭＳの深さ方向分布を図２−５
に示す。ＴａＮ層におけるピークのフッ素レベルは、未
処理の膜（それぞれ、図３及び５）におけるよりも、１
００Åのプラズマ処理した膜（図２）で２４％低く、２
００Åのプラズマ処理した膜（図４）で２９％低い。
を、異なる分析技術を使用して調査した。前述の経験に
基づいて、プラズマ処理がＴａＮ層においてフッ素の濃
度を低下させたことを理論付けた。このことを、本発明
のアンモニアプラズマの断続的な処理無しで、及び本発
明のアンモニアプラズマの断続的な処理有りで、１００
Å及び２００Åの調節された膜を有するウェハにおける
二次イオン質量分光法（ＳＩＭＳ）で確認してきた。四
つのウェハに対するＳＩＭＳの深さ方向分布を図２−５
に示す。ＴａＮ層におけるピークのフッ素レベルは、未
処理の膜（それぞれ、図３及び５）におけるよりも、１
００Åのプラズマ処理した膜（図２）で２４％低く、２
００Åのプラズマ処理した膜（図４）で２９％低い。
【００４３】ＴＣＶＤによるＴａＮ膜の処理の個々の効
果を試験するために、ＴＣＶＤによるＴａＮ膜を、２５
Å毎又は５０Å毎に、堆積させてアンモニアプラズマで
処理した。これらの膜をＳＩＭＳ及びラザフォード後方
散乱分光法（ＲＢＳ）によって分析した。未処理のＴａ
Ｎ膜に対するＳＩＭＳの深さ方向分布を図６に示し、５
０Å毎及び２５Å毎に処理したＴａＮ膜に対するＳＩＭ
Ｓの深さ方向分布をそれぞれ図７及び８に示す。ＳＩＭ
Ｓ分析は、２５Å及び５０Åの増分の両方においてＴａ
Ｎ膜を処理することが平均のフッ素の濃度における減少
に帰着したことを示す。また、ＳＩＭＳの深さ方向分布
は、フッ素の濃度の減少がプラズマ処理のステップの長
さ及び数にも関係したことを示した。プラズマ処理は、
図８に示すように処理を２５Å毎に適用したときの方
が、図７に示すようにそれらを５０Å毎に適用したとき
よりも、フッ素の濃度を減少させた。ＳＩＭＳの深さ方
向分布に使用したフッ素の較正の範囲は、精確なフッ素
の濃度の決定を不確実にした。よって、ＲＢＳを、Ｔａ
Ｎ膜の平均のフッ素の濃度を決定するためにも使用し
た。表５は、ＲＢＳによって測定したフッ素の減少を示
す。ＳＩＭＳ及びＲＢＳ分析の両方は、プラズマ処理
が、フッ素の原子分率を、未処理のＴａＮ層に存在する
ものから減少させることにおいて有効であり、５０Å毎
に使用するときよりも２５Å毎に使用するときに、フッ
素の濃度を減少させることにおいてさらに有効であるこ
とを示す。
果を試験するために、ＴＣＶＤによるＴａＮ膜を、２５
Å毎又は５０Å毎に、堆積させてアンモニアプラズマで
処理した。これらの膜をＳＩＭＳ及びラザフォード後方
散乱分光法（ＲＢＳ）によって分析した。未処理のＴａ
Ｎ膜に対するＳＩＭＳの深さ方向分布を図６に示し、５
０Å毎及び２５Å毎に処理したＴａＮ膜に対するＳＩＭ
Ｓの深さ方向分布をそれぞれ図７及び８に示す。ＳＩＭ
Ｓ分析は、２５Å及び５０Åの増分の両方においてＴａ
Ｎ膜を処理することが平均のフッ素の濃度における減少
に帰着したことを示す。また、ＳＩＭＳの深さ方向分布
は、フッ素の濃度の減少がプラズマ処理のステップの長
さ及び数にも関係したことを示した。プラズマ処理は、
図８に示すように処理を２５Å毎に適用したときの方
が、図７に示すようにそれらを５０Å毎に適用したとき
よりも、フッ素の濃度を減少させた。ＳＩＭＳの深さ方
向分布に使用したフッ素の較正の範囲は、精確なフッ素
の濃度の決定を不確実にした。よって、ＲＢＳを、Ｔａ
Ｎ膜の平均のフッ素の濃度を決定するためにも使用し
た。表５は、ＲＢＳによって測定したフッ素の減少を示
す。ＳＩＭＳ及びＲＢＳ分析の両方は、プラズマ処理
が、フッ素の原子分率を、未処理のＴａＮ層に存在する
ものから減少させることにおいて有効であり、５０Å毎
に使用するときよりも２５Å毎に使用するときに、フッ
素の濃度を減少させることにおいてさらに有効であるこ
とを示す。
【００４４】
【表５】
また、アンモニアプラズマは、ＰＥＣＶＤによるタンタ
ル層を窒化する効果も有した。このことを、２５Å毎又
は５０Å毎にアンモニアプラズマで処理した、ＰＥＣＶ
ＤによるＴａ膜において行われるＲＢＳ及びＸ線回折
（ＸＲＤ）分析で確認した。図９は、未処理のＰＥＣＶ
Ｄによるタンタルに対するＸＲＤスペクトルを示し、図
１０及び１１は、それぞれ、５０Å毎及び２５Å毎に処
理した、プラズマ処理したＰＥＣＶＤによるタンタル膜
のＸＲＤスペクトルを示す。ＸＲＤスペクトルは、ＲＢ
Ｓ及び核反応分析（ＮＲＡ）によって決定される窒素及
び水素の原子分率を示す。タンタル膜の窒素含有量は、
未処理のタンタル膜（図９）に対する０％から、５０Å
毎に処理した膜（図１０）に対する３５％まで、及び２
５Å毎に処理した膜（図１１）に対する４４％まで増加
した。また、膜の水素含有量もプラズマ処理を増加させ
ると共に減少した。未処理の膜の結晶構造は、体心立方
（ＢＣＣ）のＴａＮ０．０５であった一方で、プラズマ
処理した膜は、面心立方（ＦＣＣ）のＴａＮの結晶構造
を有していた。２５Å毎に処理した試料は、５０Å毎に
処理した試料よりも結晶質であった。このＸＲＤデータ
は、ＲＢＳによって検出された窒素が新しいＴａＮ相を
形成するタンタル膜中に取り込まれたことを確認する。
ル層を窒化する効果も有した。このことを、２５Å毎又
は５０Å毎にアンモニアプラズマで処理した、ＰＥＣＶ
ＤによるＴａ膜において行われるＲＢＳ及びＸ線回折
（ＸＲＤ）分析で確認した。図９は、未処理のＰＥＣＶ
Ｄによるタンタルに対するＸＲＤスペクトルを示し、図
１０及び１１は、それぞれ、５０Å毎及び２５Å毎に処
理した、プラズマ処理したＰＥＣＶＤによるタンタル膜
のＸＲＤスペクトルを示す。ＸＲＤスペクトルは、ＲＢ
Ｓ及び核反応分析（ＮＲＡ）によって決定される窒素及
び水素の原子分率を示す。タンタル膜の窒素含有量は、
未処理のタンタル膜（図９）に対する０％から、５０Å
毎に処理した膜（図１０）に対する３５％まで、及び２
５Å毎に処理した膜（図１１）に対する４４％まで増加
した。また、膜の水素含有量もプラズマ処理を増加させ
ると共に減少した。未処理の膜の結晶構造は、体心立方
（ＢＣＣ）のＴａＮ０．０５であった一方で、プラズマ
処理した膜は、面心立方（ＦＣＣ）のＴａＮの結晶構造
を有していた。２５Å毎に処理した試料は、５０Å毎に
処理した試料よりも結晶質であった。このＸＲＤデータ
は、ＲＢＳによって検出された窒素が新しいＴａＮ相を
形成するタンタル膜中に取り込まれたことを確認する。
【００４５】上で説明したように、本発明の断続的なプ
ラズマ処理無しで堆積させた調節された膜の付着性不足
の原因は、後の高温の加工におけるフッ化水素（ＨＦ）
ガスの発生であったことを推測した。ＨＦガスの源は、
調節された膜の積み重ねのＴａＮ層におけるフッ素及び
Ｔａ層における水素の組み合わせであると考えられた。
上で述べた個々のＴａ及びＴａＮ膜の分析は、プラズマ
処理が、ＴａＮ膜のフッ素含有量及びＴａ膜の水素含有
量を減少させてＴａ膜を窒化することを本当に示す。よ
って、本発明の断続的な処理によるそれぞれの層におけ
るフッ素及び水素の量を減少させることは、ＨＦガスの
発生を減少させる、従って、高温で起こる積み重ねの剥
離を減少させるか又は除去する効果を有してきた。プラ
ズマ処理は、調節された膜の個々のＴａ及びＴａＮ層に
適用するとき、後の高い加工温度における膜の耐久性を
増加させる効果を有してきた。
ラズマ処理無しで堆積させた調節された膜の付着性不足
の原因は、後の高温の加工におけるフッ化水素（ＨＦ）
ガスの発生であったことを推測した。ＨＦガスの源は、
調節された膜の積み重ねのＴａＮ層におけるフッ素及び
Ｔａ層における水素の組み合わせであると考えられた。
上で述べた個々のＴａ及びＴａＮ膜の分析は、プラズマ
処理が、ＴａＮ膜のフッ素含有量及びＴａ膜の水素含有
量を減少させてＴａ膜を窒化することを本当に示す。よ
って、本発明の断続的な処理によるそれぞれの層におけ
るフッ素及び水素の量を減少させることは、ＨＦガスの
発生を減少させる、従って、高温で起こる積み重ねの剥
離を減少させるか又は除去する効果を有してきた。プラ
ズマ処理は、調節された膜の個々のＴａ及びＴａＮ層に
適用するとき、後の高い加工温度における膜の耐久性を
増加させる効果を有してきた。
【００４６】本発明をその実施例の記載によって説明し
てきたが、及びその実施例をかなり詳細に記載してきた
が、添付した請求項の範囲をこのような細部まで制限す
る又は決して限定することを意図してない。さらなる利
点及び修飾は、当業者には容易に明らかになると思われ
る。従って、より広い態様において本発明は、示した及
び記載した、具体的な細部、典型的な装置及び方法、並
びに実例となる例に限定されない。よって、出願人の概
括的な発明の概念の範囲又は主旨から逸脱することな
く、このような細部から逸脱をしてもよい。
てきたが、及びその実施例をかなり詳細に記載してきた
が、添付した請求項の範囲をこのような細部まで制限す
る又は決して限定することを意図してない。さらなる利
点及び修飾は、当業者には容易に明らかになると思われ
る。従って、より広い態様において本発明は、示した及
び記載した、具体的な細部、典型的な装置及び方法、並
びに実例となる例に限定されない。よって、出願人の概
括的な発明の概念の範囲又は主旨から逸脱することな
く、このような細部から逸脱をしてもよい。
【図１】本発明の方法を実施するために使用する反応器
の、部分的に断面の、側面図である。
の、部分的に断面の、側面図である。
【図２】１００Åのプラズマ処理した調節されたＴａ／
ＴａＮ膜のＳＩＭＳの深さ方向分布である。
ＴａＮ膜のＳＩＭＳの深さ方向分布である。
【図３】１００Åの未処理の調節されたＴａ／ＴａＮ膜
のＳＩＭＳの深さ方向分布である。
のＳＩＭＳの深さ方向分布である。
【図４】２００Åのプラズマ処理したＴａ／ＴａＮの調
節された膜のＳＩＭＳの深さ方向分布である。
節された膜のＳＩＭＳの深さ方向分布である。
【図５】２００Åの未処理の調節されたＴａ／ＴａＮ膜
のＳＩＭＳの深さ方向分布である。
のＳＩＭＳの深さ方向分布である。
【図６】未処理のＴａＮ膜のＳＩＭＳの深さ方向分布で
ある。
ある。
【図７】５０Å毎にプラズマ処理したＴａＮ膜のＳＩＭ
Ｓの深さ方向分布である。
Ｓの深さ方向分布である。
【図８】２５Å毎にプラズマ処理したＴａＮ膜のＳＩＭ
Ｓの深さ方向分布である。
Ｓの深さ方向分布である。
【図９】未処理のＰＥＣＶＤによるＴａ膜のＸＲＤスペ
クトルである。
クトルである。
【図１０】５０Å毎にプラズマ処理したＰＥＣＶＤによ
るＴａ膜のＸＲＤスペクトルである。
るＴａ膜のＸＲＤスペクトルである。
【図１１】２５Å毎にプラズマ処理したＰＥＣＶＤによ
るＴａ膜のＸＲＤスペクトルである。
るＴａ膜のＸＲＤスペクトルである。
１０ 化学蒸着システム
１１ ＣＶＤ反応チャンバー
１２ 前駆体送出システム
１３ 前駆体ガスの源
１４ 排気口
１５ 計量システム
１６ 吸気口
２０ 真空チャンバー
２１ チャンバー壁
２２ サセプタ
２３ 半導体ウェハ基板
２４、４１ 真空ポンプ
２５ ガスの源
２６ 還元ガスの源
２７ 不活性ガスの源
２８ シャワーヘッド
３０ 蒸発装置
３１ 容器
３２ 軸
３３ 容器の壁
３４ 壁の内面
３５ 容器の底部
３６ カバー
３７ フランジリング
３８ シール
３９ ガスの源
４０ 前駆体の塊
４２ 塊の表面
４４、４５ ヒーター
４６ 空気間隔
４７ 缶
４８ シリコン気泡断熱材
５０ 送出管
５１ バッフル
５２ 穴
５３ 制御弁
５４ 遮断弁
５５、５６、５７、５８ 圧力検知器
６０ 制御器
６１ 不揮発性メモリ
─────────────────────────────────────────────────────
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(72)発明者 コリー ワッジャ
アメリカ合衆国，アリゾナ州 85202，メ
サ，ダブリュー・エル・モロ・アヴェニュ
ー 2148
(72)発明者 ジョーゼフ ティー ヒルマン
アメリカ合衆国，アリゾナ州 85258，ス
コッツデール，イー・クライズデール・ト
レイル 8520
Ｆターム(参考） 4K030 AA04 AA13 AA17 AA18 BA17
BA38 BB12 CA04 DA08 EA01
FA03 JA01 KA17 KA23 LA15
4M104 BB17 BB32 DD43 DD44 DD45
FF17 FF18 HH08
Claims (22)
- 【請求項１】 配線構造で用いる半導体デバイスの基板
に調節されたタンタル／窒化タンタルの拡散障壁の積み
重ねを形成する方法であって、 前記基板に少なくとも一連のタンタル及び窒化タンタル
の交互層を五フッ化タンタルの前駆体の蒸気から化学蒸
着によって堆積させること、並びに前記堆積の間に、前
記タンタル及び前記窒化タンタルをアンモニアプラズマ
で断続的に処理すること、を含み、 各々の前記タンタルの層及び各々の前記窒化タンタルの
層は、少なくとも一回処理される方法。 - 【請求項２】 前記プラズマ処理は、実質的に５０Å以
下の堆積毎の後に、繰り返される請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記プラズマ処理は、実質的に２５Åの
堆積毎の後に、繰り返される請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記断続的なプラズマ処理の各々は、約
２秒乃至約６００秒の範囲における時間の間、実施され
る請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記プラズマ処理は、約５０−１０，０
００ｓｃｃｍの流量でアンモニアを提供することを含む
請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記プラズマ処理は、約２，０００ｓｃ
ｃｍの流量でアンモニアを提供することを含む請求項１
記載の方法。 - 【請求項７】 前記交互層の堆積は、前記五フッ化タン
タル前駆体及び水素プロセスガスからプラズマを励起さ
せることによるＰＥＣＶＤによって前記タンタルの層を
堆積させることを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項８】 前記交互層の堆積は、前記五フッ化タン
タル前駆体及びアンモニアプロセスガスを反応させるこ
とによるＴＣＶＤによって前記タンタルの層を堆積させ
ることを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項９】 前記断続的なプラズマ処理の各々は、約
２−６００秒の処理時間の間、約５０−１００００の流
量でアンモニアを提供する及び約５０−２５００ＷのＲ
Ｆ出力を提供することを含む請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 前記交互層の堆積は、約２５−５０Å
の窒化タンタルの第一の層を堆積させること、約２５−
５０Åのタンタルの第二の層を堆積させること、約２５
−５０Åの窒化タンタルの第三の層を堆積させること、
及び約２５−５０Åのタンタルの第四の層を堆積させる
こと、を含み、 前記プラズマ処理は、前記第一及び前記第二の層を堆積
させる間に、前記第二及び前記第三の層を堆積させる間
に、前記第三及び前記第四の層を堆積させる間に、並び
に前記第四の層を堆積させた後に、実施される請求項１
記載の方法。 - 【請求項１１】 前記交互層の堆積は、約２５Åの窒化
タンタルの第一の層を堆積させること、約２５Åのタン
タルの第二の層を堆積させること、約２５Åの窒化タン
タルの第三の層を堆積させること、及び約２５Åのタン
タルの第四の層を堆積させること、を含み、 前記プラズマ処理は、前記第一及び前記第二の層を堆積
させる間に、前記第二及び前記第三の層を堆積させる間
に、前記第三及び前記第四の層を堆積させる間に、並び
に前記第四の層を堆積させた後に、実施される請求項１
記載の方法。 - 【請求項１２】 前記交互層の堆積は、約５０Åの窒化
タンタルの第一の層を堆積させること、約５０Åのタン
タルの第二の層を堆積させること、約５０Åの窒化タン
タルの第三の層を堆積させること、及び約５０Åのタン
タルの第四の層を堆積させること、を含み、 前記プラズマ処理は、実質的に２５Å毎に実施される請
求項１記載の方法。 - 【請求項１３】 配線構造で用いる半導体デバイスの基
板に調節されたタンタル／窒化タンタルの拡散障壁の積
み重ねを形成する方法であって、 約３００℃−５００℃の範囲における温度を有する前記
基板に、少なくとも一連のタンタル及び窒化タンタルの
交互層を、前記基板を含む反応チャンバーへ五フッ化タ
ンタル前駆体の蒸気を提供することによって、前記前駆
体を気化させるのに十分な温度まで前記前駆体を加熱す
ること、次に前記基板に前記層を堆積させるプロセスガ
スと前記蒸気を組み合わせることによって、堆積させる
こと、を含み、 前記窒化タンタルは、 （ａ）Ｎ２及びＨ２を必ず含む前記プロセスガス及び自
由選択の不活性ガスと前記蒸気を組み合わせることを含
むプラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、並びに （ｂ）アンモニアのプロセスガス及び自由選択の不活性
ガスと前記蒸気を組み合わせることを含む熱的化学蒸着
（ＣＶＤ）からなる群から選択される方法によって堆積
され、 前記タンタルは、水素プロセスガス及び自由選択の不活
性ガスと前記蒸気を組み合わせることを含むプラズマ増
強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によって堆積され、 前記堆積の間に、前記タンタル及び前記窒化タンタルを
アンモニアプラズマで断続的に処理すること、を含み、 各々の前記タンタルの層及び各々の前記窒化タンタルの
層は、少なくとも一回処理される方法。 - 【請求項１４】 前記プラズマ処理は、実質的に５０Å
以下の堆積毎の後に、繰り返される請求項１３記載の方
法。 - 【請求項１５】 前記プラズマ処理は、実質的に２５Å
の堆積毎の後に、繰り返される請求項１３記載の方法。 - 【請求項１６】 前記断続的なプラズマ処理の各々は、
約２秒乃至約６００秒の範囲における時間の間、実施さ
れる請求項１３記載の方法。 - 【請求項１７】 前記プラズマ処理は、約５０−１０，
０００ｓｃｃｍの流量でアンモニアを提供することを含
む請求項１３記載の方法。 - 【請求項１８】 前記プラズマ処理は、約２，０００ｓ
ｃｃｍの流量でアンモニアを提供することを含む請求項
１３記載の方法。 - 【請求項１９】 前記断続的なプラズマ処理の各々は、
約２−６００秒の処理時間の間、約５０−１０，０００
の流量でアンモニアを提供する及び約５０−２５００Ｗ
のＲＦ出力を提供することを含む請求項１３記載の方
法。 - 【請求項２０】 前記交互層の堆積は、約２５−５０Å
の窒化タンタルの第一の層を堆積させること、約２５−
５０Åのタンタルの第二の層を堆積させること、約２５
−５０Åの窒化タンタルの第三の層を堆積させること、
及び約２５−５０Åのタンタルの第四の層を堆積させる
こと、を含み、 前記プラズマ処理は、前記第一及び前記第二の層を堆積
させる間に、前記第二及び前記第三の層を堆積させる間
に、前記第三及び前記第四の層を堆積させる間に、並び
に前記第四の層を堆積させた後に、実施される請求項１
３記載の方法。 - 【請求項２１】 前記交互層の堆積は、約２５Åの窒化
タンタルの第一の層を堆積させること、約２５Åのタン
タルの第二の層を堆積させること、約２５Åの窒化タン
タルの第三の層を堆積させること、及び約２５Åのタン
タルの第四の層を堆積させること、を含み、 前記プラズマ処理は、前記第一及び前記第二の層を堆積
させる間に、前記第二及び前記第三の層を堆積させる間
に、前記第三及び前記第四の層を堆積させる間に、並び
に前記第四の層を堆積させた後に、実施される請求項１
３記載の方法。 - 【請求項２２】 前記交互層の堆積は、約５０Åの窒化
タンタルの第一の層を堆積させること、約５０Åのタン
タルの第二の層を堆積させること、約５０Åの窒化タン
タルの第三の層を堆積させること、及び約５０Åのタン
タルの第四の層を堆積させること、を含み、 前記プラズマ処理は、実質的に２５Å毎に実施される請
求項１３記載の方法。
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