JP2003524888A - Method for depositing nanolaminate thin films on sensitive surfaces - Google Patents

Method for depositing nanolaminate thin films on sensitive surfaces

Info

Publication number
JP2003524888A
JP2003524888A JP2001531142A JP2001531142A JP2003524888A JP 2003524888 A JP2003524888 A JP 2003524888A JP 2001531142 A JP2001531142 A JP 2001531142A JP 2001531142 A JP2001531142 A JP 2001531142A JP 2003524888 A JP2003524888 A JP 2003524888A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
halide
thin film
reactant
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001531142A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4746234B2 (en
JP2003524888A5 (en
Inventor
カイ−エリク エレルス
スビ ペー. ハウッカ
ビッレ アンテロ サニーラ
サリ ヨハンナ カイピオ
ペッカ ユハ ソイニネン
Original Assignee
エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FI992235A external-priority patent/FI117943B/en
Priority claimed from FI992233A external-priority patent/FI118158B/en
Priority claimed from FI992234A external-priority patent/FI117944B/en
Priority claimed from FI20000564A external-priority patent/FI119941B/en
Application filed by エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド filed Critical エーエスエム アメリカ インコーポレイテッド
Priority claimed from PCT/US2000/028654 external-priority patent/WO2001029893A1/en
Publication of JP2003524888A publication Critical patent/JP2003524888A/en
Publication of JP2003524888A5 publication Critical patent/JP2003524888A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4746234B2 publication Critical patent/JP4746234B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32Carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45529Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making a layer stack of alternating different compositions or gradient compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45534Use of auxiliary reactants other than used for contributing to the composition of the main film, e.g. catalysts, activators or scavengers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/36Carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/38Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28568Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table the conductive layers comprising transition metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • H01L21/76846Layer combinations
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76877Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 本発明は、攻撃的化学物質から、コンフォーマルな金属窒化物、金属炭化物および金属薄膜を成長させるための手段、ならびにこれらの膜を組み込むナノラミネート構造を提供する。腐食性化合物(例えば、ハロゲン化水素)の量は、種々の表面(例えば、金属および酸化物)上においての遷移金属、遷移金属炭化物および遷移金属窒化物薄膜の堆積の間に、減少される。ゲッター化合物は、ハロゲン化水素およびハロゲン化アンモニウムに感受性の表面(例えば、アルミニウム、銅、酸化ケイ素および堆積される層)を腐食から保護する。金属窒化物(例えば、窒化チタン(30)および窒化タングステン(40))および金属炭化物を組み込むナノラミネート構造(20)、ならびにそれを形成するための方法がまた、開示される。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides means for growing conformal metal nitrides, metal carbides and metal films from aggressive chemicals, and nanolaminate structures incorporating these films. The amount of corrosive compounds (eg, hydrogen halide) is reduced during the deposition of transition metal, transition metal carbide, and transition metal nitride thin films on various surfaces (eg, metals and oxides). The getter compound protects surfaces that are sensitive to hydrogen and ammonium halides (eg, aluminum, copper, silicon oxide, and deposited layers) from corrosion. Also disclosed are nanolaminate structures (20) incorporating metal nitrides (eg, titanium nitride (30) and tungsten nitride (40)) and metal carbides, and methods for forming the same.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 発明の分野 本発明は、一般的に、交互自己飽和化学反応(alternated self-saturating c
hemistries)によって基体上に薄膜を堆積することに関する。より詳細には、本
発明は、薄膜形成の間に腐食性化学種を使用する一方で基体における材料の腐食
を防止することに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention generally relates to alternating self-saturating chemical reactions.
hemistries) for depositing thin films on substrates. More particularly, the present invention relates to using corrosive species during thin film formation while preventing corrosion of materials on a substrate.

【0002】 発明の背景 初めは原子層エピタキシー(Atomic Layer Epitaxy)(ALE)として公知で
ある、原子層堆積(Atomic Layer Deposition)(ALD)は、CVDの進歩し
たバリエーションである。ALDプロセスは、一連の自己飽和表面反応(sequen
tial self-saturated surface reactions)に基づく。これらのプロセスの例は
、米国特許第4,058,430および5,711,811に詳細に記載される。記載される堆積プ
ロセスは、システムを迅速にする、不活性キャリアおよびパージングガスの使用
によって利益を得る。該プロセスの自己飽和性質のために、ALDは、原子的に
薄いレベルの膜のほぼ完全にコンフォーマルな(conformal)堆積を可能とする
[0002] First BACKGROUND OF THE INVENTION Atomic Layer Epitaxy (Atomic Layer Epitaxy), known as (ALE), atomic layer deposition (Atomic Layer Deposition) (ALD) is a advanced variation of CVD. The ALD process is a series of self-saturating surface reactions (sequen
tial self-saturated surface reactions). Examples of these processes are described in detail in US Pat. Nos. 4,058,430 and 5,711,811. The deposition process described benefits from the use of inert carriers and purging gases, which speeds up the system. Due to the self-saturating nature of the process, ALD enables near-perfect conformal deposition of atomically thin levels of film.

【0003】 該技術は、初めに、望ましくは高表面積を示すフラットパネルエレクトロルミ
ネッセントディスプレイ用の基体のコンフォーマルなコーティングのために開発
された。より最近において、ALDは、集積回路の製造における用途が見出され
た。該技術によって可能とされる並外れたコンフォーマリティー(conformality
)および制御は、当該技術水準の半導体プロセッシングの益々要求される寸法縮
小(scaled-down dimensions)に十分適している。
The technique was first developed for the conformal coating of substrates for flat panel electroluminescent displays, which desirably exhibit a high surface area. More recently, ALD has found use in the manufacture of integrated circuits. The extraordinary conformality enabled by the technology
) And control are well suited for the increasingly demanded scaled-down dimensions of the state of the art semiconductor processing.

【0004】 ALDは、半導体製造への多くの可能性のある用途を有する一方、これらの新
規のプロセスを確立されたプロセスフローへ統合すること(integrating)は、
多くの新規の問題をもたらし得る。従って、改善されたALDプロセスについて
の必要性が存在する。
While ALD has many potential applications in semiconductor manufacturing, integrating these new processes into established process flows is
It can lead to many new problems. Therefore, there is a need for an improved ALD process.

【0005】 発明の要旨 本発明の1つの局面によれば、原子層堆積(ALD)タイププロセスによって
反応空間内の基体上にナノラミネート構造(nanolaminate structure)を形成す
るための方法が提供される。ナノラミネート構造は、少なくとも1つの金属化合
物層を含む、少なくとも2つの隣接する薄膜層を有する。各薄膜層は、隣接する
薄膜層とは異なる相である。
[0005] According to the gist one aspect of the present invention, a method for forming nano laminate structure (nanolaminate structure) by atomic layer deposition (ALD) type processes on a substrate in the reaction space is provided. The nanolaminate structure has at least two adjacent thin film layers that include at least one metal compound layer. Each thin film layer is in a different phase than the adjacent thin film layer.

【0006】 本発明の別の局面によれば、少なくとも3つの薄膜層を有するナノラミネート
構造が、提供される。各層は、約10nm未満の厚みを有する。層の少なくとも
1つは、金属炭化物および金属窒化物からなる群から選択される。
According to another aspect of the invention, a nanolaminate structure having at least three thin film layers is provided. Each layer has a thickness of less than about 10 nm. At least one of the layers is selected from the group consisting of metal carbides and metal nitrides.

【0007】 本発明の別の局面によれば、反応空間中の基体上に材料を堆積させるための方
法が提供される。基体は、ハロゲン物攻撃(halide attack)に敏感な表面を有
する。該方法は、複数の堆積サイクルにおいて反応物の交互パルス(alternated
pulses)を提供することを含み、ここで各サイクルは以下を含む: 第一反応物を供給して、表面上にハロゲン化物終結化学種(halide-terminate
d species)の約1以下の単層を化学吸着(chemisorb)すること; 反応空間から過剰な第一反応物および反応副生成物を除去すること;および サイクルを反復する前に、単層からハロゲン化物をゲッタリングすること。
According to another aspect of the invention, there is provided a method for depositing a material on a substrate in a reaction space. The substrate has a surface that is susceptible to a halide attack. The method involves alternating pulses of reactants in multiple deposition cycles.
pulses), where each cycle includes: supplying a first reactant to deposit a halide-terminate species on the surface.
chemisorbing a monolayer of about 1 or less of d species; removing excess first reactant and reaction byproducts from the reaction space; and halogen from the monolayer before repeating the cycle. Gettering compounds.

【0008】 好ましい実施形態の詳細な説明 本開示は、ALD堆積の間に感受性表面を保護するための方法を教示する。当
業者は、ナノラミネート構築へ適用可能である一方、腐食からの感受性表面の保
護は、他のコンテクストにおける適用を有すること、およびその逆も同様である
ことを理解する。
Detailed Description of the Preferred Embodiments The present disclosure teaches a method for protecting sensitive surfaces during ALD deposition. Those skilled in the art understand that while applicable to nanolaminate construction, protection of sensitive surfaces from corrosion has applications in other contexts, and vice versa.

【0009】 定義 本説明のために、“ALDプロセス”は、表面上への材料の堆積が一連のおよ
び交互の自己飽和表面反応(sequential and alternating self-saturating sur
face reaction)に基づくプロセスを意味する。ALDの一般的な原理は、例え
ば、米国特許第4,058,430および5,711,811に開示されており、その開示は、本明
細書中で参考として援用される。
DEFINITIONS For purposes of this description, the "ALD process" refers to a sequence of alternating and self-saturating surpluses of material deposition on a surface.
face reaction). The general principles of ALD are disclosed, for example, in US Pat. Nos. 4,058,430 and 5,711,811, the disclosures of which are incorporated herein by reference.

【0010】 “反応空間”は、リアクターまたは反応チャンバ、あるいはその中の任意に規
定される容積を意味するために使用され、ここで、条件は、ALDによって薄膜
成長をもたらすように調節され得る。
“Reaction space” is used to mean a reactor or reaction chamber, or any defined volume therein, where conditions can be adjusted by ALD to effect thin film growth.

【0011】 “吸着”は、基体上における原子または分子の付着を意味するために使用され
る。
“Adsorption” is used to mean the attachment of atoms or molecules on a substrate.

【0012】 “表面”は、反応空間と基体の形体(feature)との間の境界を意味するため
に使用される。
“Surface” is used to mean the boundary between the reaction space and the features of the substrate.

【0013】 “ゲッター(getter)”、“ゲッタリング剤(gettering agent)”または“
スカベンジャー(scavenger)”は、表面上に吸着されたハロゲンまたはハロゲ
ン化物化学種から、あるいは反応空間中のハロゲン化物(例えば、ハロゲン化水
素またはハロゲン化アンモニウム)から、新しい揮発性化合物を形成し得る揮発
性化学種を意味するために使用される。典型的に、新しいハロゲン化合物は、ハ
ロゲン化水素またはハロゲン化アンモニウムよりも、ワークピース(workpiece
)の露出される形体(features)に対してより腐食性でない。
“Getter”, “gettering agent” or “gettering agent”
A scavenger "is a volatilization that can form new volatile compounds from halogen or halide species adsorbed on the surface or from halides in the reaction space, such as hydrogen halides or ammonium halides. Used to refer to a sex chemical species, typically new halogen compounds are more preferred than hydrogen or ammonium halides.
A) less corrosive to exposed features.

【0014】 原子へ1つの末端で結合されている記号“−”および“=”は、特定されてい
ない原子またはイオンへの結合数を意味する。
The symbols “-” and “=” attached at one terminus to an atom refer to the number of bonds to the unspecified atom or ion.

【0015】 金属窒化物(例えば、WNxまたはTiNx)における下付き文字“x”は、種
々の金属/窒素比を伴う広範な相を有する、必ずしも化学量論的でない遷移金属
窒化物を意味するために使用される。
The subscript “x” in metal nitrides (eg WN x or TiN x ) means transition metal nitrides that have a wide range of phases with varying metal / nitrogen ratios and are not necessarily stoichiometric. Used to

【0016】 金属炭化物(例えば、WCxまたはTiNx)における下付き文字“x”は、種
々の金属/炭素比を伴う広範な相を有する、必ずしも化学量論的でない遷移金属
炭化物を意味するために使用される。
The subscript “x” in a metal carbide (eg, WC x or TiN x ) means a transition metal carbide, not necessarily stoichiometric, having a wide range of phases with different metal / carbon ratios. Used for.

【0017】 “ナノラミネート構造”は、ナノラミネートの成長方向に関して異なる相のス
タックされた薄膜層を含む層状構造(layered structure)を意味する。"交互の
(alternating)"または“スタックされた(stacked)”は、隣接する薄膜層が
互いに異なることを意味する。ナノラミネート構造において、常に、分子の少な
くとも2つの相が存在する。好ましくは、少なくとも3つの隣接する相が存在す
る。空間において分子または原子が均等に混合されて、その結果、差異が空間の
異なる部分の間で分析法によって見出すことができない場合に、単一相が存在す
る。異なる相は、当該分野において認識される任意の相違、例えば、相界面(ph
ase interface)のいずれかの面における薄膜の、異なる結晶構造、クリスタリ
ット格子パラメータ、結晶化段階、電気伝導率および/または化学組成に起因し
得る。
“Nanolaminate structure” means a layered structure comprising stacked thin film layers of different phases with respect to the growth direction of the nanolaminate. "Alternating" or "stacked" means that adjacent thin film layers are different from each other. In nanolaminate structures, there are always at least two phases of the molecule. Preferably, there are at least 3 adjacent phases. A single phase exists when molecules or atoms are evenly mixed in space so that differences cannot be detected by analytical methods between different parts of space. Different phases are any differences recognized in the art, such as the phase interface (ph
The crystal structure, crystallite lattice parameter, crystallization stage, electrical conductivity and / or chemical composition of the thin film on either side of the ase interface).

【0018】 望ましくは、スタック(stack)における各相または層は、薄く、それぞれ、
好ましくは約20nm厚未満、より好ましくは約10nm未満、そして最も好ま
しくは約5nm未満である。“薄膜”は、ソース(source)から基体へ、真空、
気相または液相を介して、別個のイオン、原子または分子として輸送される元素
または化合物から成長される膜を意味する。膜の厚みは、用途に依存し、そして
広範に、好ましくは1原子層〜1,000nmにわたり変わり得る。
Desirably, each phase or layer in the stack is thin,
Preferably it is less than about 20 nm thick, more preferably less than about 10 nm, and most preferably less than about 5 nm. A "thin film" is a vacuum from a source to a substrate,
Means a film grown from an element or compound that is transported as discrete ions, atoms or molecules through the gas or liquid phase. The thickness of the membrane depends on the application and can vary widely, preferably over one atomic layer to 1,000 nm.

【0019】 “金属薄膜”は、本質的に金属からなる薄膜を意味する。還元剤に依存して、
金属薄膜は、膜の特徴的な金属特性、またはナノラミネートの特徴的な特性に負
の効果を与えることのない量で、いくらかの金属炭化物および/または金属ホウ
化物を含み得る。
“Metallic thin film” means a thin film consisting essentially of metal. Depending on the reducing agent,
The metal film may include some metal carbide and / or metal boride in an amount that does not negatively affect the characteristic metal properties of the film, or the characteristic properties of the nanolaminate.

【0020】 集積化問題(Integration issues) ハロゲン化物は、一般的に、そして特に遷移金属ハロゲン化物は、それらの高
い揮発性および熱分解に対する耐久性のために、ALDのための魅力的なソース
化学物質(source chemicals)である。これらのハロゲン化物のうち、室温付近
で液体または気体である化合物(例えば、TiCl4およびWF6)は、それらが
ソース容器で固体粒子を発生させないので好ましい。それらの揮発性に加えて、
多くのこのようなハロゲン化物化合物は、特にALDプロセッシングのために有
用であり、何故ならばそれらは、関心のある化学種(例えば、金属含有化学種)
の化学吸着(chemisorption)を可能にし、ハロゲン化物テイル(halide tails
)で終結する(terminated)化学種の1以下の単層を残すからである。ハロゲン
化物テイルは、関心のある化学種のさらなる化学吸着または反応を防止し、その
結果、該プロセスは自己飽和(self-saturating)および自己制限式(self-limi
ting)である。
Integration issues halides in general, and transition metal halides in particular, are attractive source chemistries for ALD due to their high volatility and resistance to thermal decomposition. Source chemicals. Of these halides, compounds that are liquids or gases near room temperature (eg, TiCl 4 and WF 6 ) are preferred because they do not generate solid particles in the source vessel. In addition to their volatility,
Many such halide compounds are particularly useful for ALD processing because they are of the species of interest (eg, metal-containing species).
It enables the chemisorption of
) Because it leaves one or less monolayers of the terminated species. The halide tail prevents further chemisorption or reaction of the species of interest, so that the process is self-saturating and self-limiing.
ting).

【0021】 金属ハロゲン化物は、例えば、ALDプロセスによる金属、金属窒化物および
金属炭化物薄膜の形成に使用され得る。しかし、これらのプロセスは、ALDの
所望の完璧にコンフォーマルな(conformal)堆積を生じさせなかった。図2な
らびに実施例1、2および4の議論は、例えば、アンモニアと交互する金属ハロ
ゲン化物を使用しての金属窒化物および炭化物のALD形成の間に“露出された
(exposed)”銅によって持続される腐食性損傷を実証する。実際に、実施例4
は、このような損傷は、銅が5nmのタングステン金属によってカバーされた場
合でさえ持続され得ることを実証する。
Metal halides can be used, for example, in the formation of metal, metal nitride and metal carbide thin films by the ALD process. However, these processes did not produce the desired perfectly conformal deposition of ALD. The discussion of FIG. 2 and Examples 1, 2 and 4 is sustained, for example, by "exposed" copper during ALD formation of metal nitrides and carbides using alternating metal halides with ammonia. Demonstrate the corrosive damage caused. In fact, Example 4
Demonstrates that such damage can be sustained even when copper is covered by 5 nm of tungsten metal.

【0022】 金属ハロゲン化物および高水素含量を有するソース化学物質を使用するALD
プロセスは、ハロゲン化水素(例えば、HF、HCl)を反応副生成物として放
出し得る。これらの反応性副生成物は、特定の金属表面を破壊し、金属において
深い窪み(pits)を残すかまたは全ての金属を除去さえし得る。二酸化ケイ素は
また、揮発性ハロゲン化ケイ素の形成に起因して腐食しやすい。これらのハロゲ
ン化水素はまた、ALD相の間に他の反応物と(例えば、窒素相の間に過剰のN
3と)結合して、腐食問題を悪化させるさらなる有害な化学種(例えば、ハロ
ゲン化アンモニウム(例えばNH4F))を形成し得る。従って、交互のハロゲ
ン化物−および水素−保有反応物からの副生成物は、部分的に製造された集積回
路の露出された材料(例えば、アルミニウム、銅および二酸化ケイ素)を腐食さ
せる傾向にある。
ALD Using Metal Halide and Source Chemistry with High Hydrogen Content
The process may release hydrogen halides (eg, HF, HCl) as reaction byproducts. These reactive byproducts can destroy certain metal surfaces, leaving deep pits in the metal or even removing all metal. Silicon dioxide is also susceptible to corrosion due to the formation of volatile silicon halides. These hydrogen halides may also react with other reactants during the ALD phase (eg, excess N 2 during the nitrogen phase).
H 3 and) combined with further harmful species exacerbate corrosion problems (e.g., ammonium halide (e.g. NH 4 F) may form). Thus, by-products from alternating halide- and hydrogen-bearing reactants tend to corrode exposed materials (eg, aluminum, copper and silicon dioxide) in partially manufactured integrated circuits.

【0023】 好ましいワークピース(workpiece) 好ましい実施形態は、基体の表面上へのALDによる金属、金属炭化物および
金属窒化物薄膜の堆積を含む。1つの実施形態において、薄膜は、ナノラミネー
トを形成する。より詳細には、実施形態は、ハロゲン化物および特にハロゲン化
水素の存在下で腐食に敏感である“感受性”表面上への堆積を含む。このような
感受性表面は、例えば、アルミニウムおよび銅のような金属、ならび酸化ケイ素
および窒化ケイ素のようなケイ素化合物を含む。
Preferred Workpiece A preferred embodiment involves deposition of metal, metal carbide and metal nitride thin films by ALD on the surface of a substrate. In one embodiment, the thin film forms a nanolaminate. More specifically, embodiments include deposition on "sensitive" surfaces that are susceptible to corrosion in the presence of halides and especially hydrogen halides. Such sensitive surfaces include, for example, metals such as aluminum and copper, and silicon compounds such as silicon oxide and silicon nitride.

【0024】 以下により詳細に記載されるように、このような感受性表面は、一般的に、表
面とハロゲン化水素またはハロゲン化アンモニウムとの間の反応について、負ま
たはほぼゼロのギブスの自由エネルギー(ΔGf)を有することを特徴とする。
As described in more detail below, such sensitive surfaces generally have a negative or near-zero Gibbs free energy (, about the reaction between the surface and the hydrogen halide or ammonium halide). ΔG f ).

【0025】 図6は、堆積が同時に複数のこのような材料上にわたって望まれる、デュアル
ダマシンコンテクスト(dual damascene context)を示す。構造は、テトラエチ
ルオルトシリケート(TEOS)前駆体を使用するプラズマ増強CVD(plasma
enhanced CVD)(PECVD)によって特に堆積された、酸化ケイ素の形態で
ある、第一または下部絶縁層50を含む。絶縁層50は、バリア層51(典型的
には、窒化ケイ素)上にわたって形成され、これは次に伝導性エレメント52の
上になる(overlies)。伝導性エレメント52は、デュアルダマシンコンテクス
トにおいて、典型的に、高伝導性配線金属からなり、そして最も好ましくは銅か
らなる。第一絶縁層50上にわたって、下にある絶縁体50と比較して顕著に異
なるエッチ速度(etch rate)を有する材料から形成されたエッチストップ(etc
h stop)54がある。エッチストップ層54(典型的には、窒化ケイ素)は、コ
ンタクトビア(contact vias)を規定する際にハードマスク(hard mask)とし
て役立つワークピースを横切る複数の開口部55を含む。第二または上部絶縁層
56(また、PECVD TEOS)が、エッチストップ54上にわたって形成
され、そしてポリッシングシールド(polishing shield)58は、後の化学的機
械的平坦化(chemical mechanical planarizing)(CMP)工程をストップす
る。ポリッシングシールド58は、典型的に、比較的硬い材料(例えば、窒化ケ
イ素またはシリコンオキシニトリド)を含む。
FIG. 6 illustrates a dual damascene context in which deposition is desired over multiple such materials at the same time. The structure is a plasma enhanced CVD (plasma) using a tetraethyl orthosilicate (TEOS) precursor.
It includes a first or lower insulating layer 50, in the form of silicon oxide, specifically deposited by enhanced CVD (PECVD). Insulation layer 50 is formed over barrier layer 51 (typically silicon nitride), which in turn overlies conductive elements 52. Conductive element 52 typically consists of a highly conductive wiring metal, and most preferably copper, in a dual damascene context. An etch stop (etc.) formed over the first insulating layer 50 from a material having a significantly different etch rate compared to the underlying insulator 50.
h stop) 54. The etch stop layer 54 (typically silicon nitride) includes a plurality of openings 55 across the workpiece that serve as hard masks in defining contact vias. A second or top insulating layer 56 (also PECVD TEOS) is formed over the etch stop 54, and a polishing shield 58 is formed in a subsequent chemical mechanical planarizing (CMP) step. Stop. Polishing shield 58 typically comprises a relatively hard material (eg, silicon nitride or silicon oxynitride).

【0026】 当業者に認識されるように、デュアルダマシン構造は、別個の配置でのトレン
チフロアーから延びるコンタクトビア62を有する複数のトレンチ60を規定す
るフォトリソグラフィーおよびエッチ工程によって形成される。トレンチ60は
、集積回路設計に従う電気デバイスの相互接続のための配線パターンを規定する
に役立つ。コンタクトビア62は、下部電気素子または配線層への電気接続が回
路設計に従って望まれる配置を規定する。
As will be appreciated by those skilled in the art, the dual damascene structure is formed by a photolithography and etch process that defines a plurality of trenches 60 having contact vias 62 extending from the trench floor in discrete arrangements. Trenches 60 help define wiring patterns for interconnection of electrical devices according to integrated circuit designs. The contact vias 62 define the layout in which electrical connection to the bottom electrical element or wiring layer is desired according to the circuit design.

【0027】 当業者は、種々の交互材料および構造がこれらの目的を達成するために使用さ
れ得ることを理解する。例えば、好ましい絶縁層50、56がPECVD TE
OSを含む一方、他のアレンジメントにおいて、これらの層の材料は、任意の多
数の他の好適な誘電体を含み得る。例えば、慣用の酸化物と比較した場合に低い
誘電率(low k)を示す誘電体が、最近、開発された。これらlow k誘電体は、
ポリマー材料、多孔性材料およびフッ素−ドープ(fluoride-doped)酸化物を含
む。同様に、バリア51、エッチストップ54およびシールド58は、それらの
前述の機能に好適な任意の多数の他の材料を含み得る。さらに、任意のまたは全
ての層51、54および58は、デュアルダマシン構造を製造するための他のス
キームにおいて省略され得る。
Those skilled in the art will appreciate that a variety of alternating materials and structures can be used to achieve these ends. For example, the preferred insulating layers 50, 56 are PECVD TE.
While including the OS, in other arrangements, the materials for these layers may include any of a number of other suitable dielectrics. For example, dielectrics have recently been developed that exhibit a low dielectric constant (low k) when compared to conventional oxides. These low k dielectrics are
Includes polymeric materials, porous materials and fluoride-doped oxides. Similarly, the barrier 51, etch stop 54 and shield 58 may include any of numerous other materials suitable for their aforementioned functions. Moreover, any or all layers 51, 54 and 58 may be omitted in other schemes for manufacturing dual damascene structures.

【0028】 図7に示されるように、デュアルダマシントレンチ60およびビア62は、次
いで、薄膜150で裏打ちされる(lined)。薄膜150は、構造の特に所望の
表面上にわたって選択的に形成され得るが、最も好ましくは、好ましい実施形態
に従って、ALDによるブランケット、コンフォーマル堆積(blanket, conform
al deposition)で形成される。例示される実施形態において、薄膜は伝導性で
あり、電気シグナルがそこを通って流れることを可能にする。
The dual damascene trenches 60 and vias 62 are then lined with a thin film 150, as shown in FIG. The thin film 150 may be selectively formed over a particularly desired surface of the structure, but most preferably, according to a preferred embodiment, a blanket, conformal deposition by ALD.
al deposition). In the illustrated embodiment, the thin film is conductive, allowing electrical signals to flow therethrough.

【0029】 集積回路は、通常はアルミニウムから作製される相互接続(interconnect)を
含む。最近、銅は、当該分野で魅力的な材料となってきた。しかし、銅は、周囲
の材料へ拡散しやすい。拡散は、回路の電気的特性に影響し、そしてアクティブ
成分(active components)を機能不良にさせ得る。拡散は、電気伝導拡散バリ
ア層によって防止され得る。アモルファス膜は、イオン拡散が薄膜の粒界を好む
ので、拡散バリアの特性を増強させると考えられる。好ましい拡散バリアは、遷
移金属窒化物(例えば、TiNx、TaNxおよびWNx)である。本発明者らは
また、金属炭化物(例えば、WCx)は良好な伝導拡散バリア(conductive diff
usion barriers)であると見出した。
Integrated circuits include interconnects, typically made of aluminum. Recently, copper has become an attractive material in the field. However, copper easily diffuses into the surrounding material. Diffusion affects the electrical properties of the circuit and can cause active components to malfunction. Diffusion can be prevented by an electrically conductive diffusion barrier layer. Amorphous films are believed to enhance the properties of diffusion barriers because ion diffusion prefers thin film grain boundaries. Preferred diffusion barriers are transition metal nitrides (eg TiN x , TaN x and WN x ). We also found that metal carbides (eg, WC x ) are good conductive diffusion barriers.
usion barriers).

【0030】 慣用的に、デュアルダマシン構造における薄いライニング膜(thin lining fi
lm)は、伝導性付着サブ−レイヤー(conductive adhesion sub-layer)(例え
ば、タングステン金属)、バリアサブ−レイヤー(barrier sub-layer)(例え
ば、窒化チタン)およびシードサブ−レイヤー(seed sub-layer)(例えば、P
VD銅)を含む。好ましい薄膜150は、ALDによって形成される1以上のこ
れらのサブ−レイヤーを含み得、そしてまた、他の方法によって形成される1以
上のサブ−レイヤーを含み得る。好ましい実施形態は、例えば、エッチングなし
で、酸化物および銅構造上にわたって、ALDによってタングステン金属を形成
する方法を含む。しかし、一般的に、ライニング層(lining layers)の厚みを
最小化すること、それによって後で堆積される高伝導性金属(好ましくは、銅)
によって占有される構造の体積を最大化することが、望ましい。この目的のため
に、好ましい実施形態はまた、感受性表面をエッチングすることなしに酸化物お
よび銅の両方の表面(または他の感受性表面)の直ぐ上にわたってバリア層を堆
積するための、または腐食のない非常に薄い付着層上にわたってバリア層を堆積
するための手段を提供する。
Conventionally, a thin lining film in a dual damascene structure is used.
lm) is a conductive adhesion sub-layer (eg, tungsten metal), a barrier sub-layer (eg, titanium nitride) and a seed sub-layer (eg, titanium nitride). For example, P
VD copper). The preferred thin film 150 may include one or more of these sub-layers formed by ALD, and may also include one or more sub-layers formed by other methods. Preferred embodiments include, for example, a method of forming tungsten metal by ALD over oxide and copper structures without etching. However, in general, minimizing the thickness of the lining layers, which results in a highly conductive metal (preferably copper) that is subsequently deposited.
It is desirable to maximize the volume of the structure occupied by. To this end, the preferred embodiment also provides for depositing a barrier layer directly over both oxide and copper surfaces (or other sensitive surfaces) without etching the sensitive surfaces, or for corrosion. It provides a means for depositing a barrier layer over a very thin adhesion layer.

【0031】 当業者によって理解されるように、薄膜150の形成に続いて、トレンチ60
およびビア62が、高伝導性材料(例えば、電気めっき銅)で充填され得る。次
いで、研磨工程が、個々のラインがトレンチ60内で分離されていることを確実
にする。
As will be appreciated by those skilled in the art, formation of thin film 150 is followed by trench 60.
And vias 62 may be filled with a highly conductive material such as electroplated copper. A polishing process then ensures that the individual lines are separated within trench 60.

【0032】 ナノラミネート構造 ナノラミネートは、増強された拡散バリア特性(diffusion barrier properti
es)を有する層状構造である。ナノラミネートは、複数の薄膜からなり、そして
堆積の間の通常の結晶成長の中断(disruption)によって不純物についての非常
に複雑な拡散経路を作製するように構築される。従って、ナノラミネートは、例
えば異なるクリスタリット構造および異なるクリスタリット格子パラメータを有
する、異なる相の交互薄膜層を備える。
Nanolaminate Structure Nanolaminates have enhanced diffusion barrier properties.
es) is a layered structure. Nanolaminates consist of multiple thin films and are constructed to create very complex diffusion paths for impurities by the usual disruption of crystal growth during deposition. Thus, the nanolaminate comprises alternating thin film layers of different phases, for example having different crystallite structures and different crystallite lattice parameters.

【0033】 本発明の好ましい実施形態によれば、ナノラミネート構造は、基体上に形成さ
れる。ナノラミネート構造は、好ましくは、望ましくは伝導性でそして拡散バリ
ア機能に役立つ、少なくとも1つの遷移金属化合物薄膜層から構成される。金属
化合物は、金属窒化物または金属炭化物であり得る。ナノラミネート構造はまた
、1以上の元素金属薄膜層を含み得る。
According to a preferred embodiment of the present invention, the nanolaminate structure is formed on the substrate. The nanolaminate structure is preferably composed of at least one transition metal compound thin film layer, which is desirably conductive and serves a diffusion barrier function. The metal compound can be a metal nitride or a metal carbide. The nanolaminate structure can also include one or more elemental metal thin film layers.

【0034】 ナノラミネート構造は、好ましくは、ナノラミネートの成長方向に関して異な
る相を有する材料の交互のスタックされた薄膜層を含む、層状構造である。ナノ
ラミネート構造は、好ましくは、少なくとも2つの異なる相を有する材料を含む
。従って、少なくとも2つの隣接する薄膜層は、好ましくは異なる相を有する。
例えば、それらは、互いに異なる構造、組成または電気抵抗率を有し得る。3つ
の層を有するナノラミネートにおいて、層の少なくとも1つは、好ましくは、他
の2つの層とは異なる相を有する。
The nanolaminate structure is preferably a layered structure comprising alternating stacked thin film layers of materials having different phases with respect to the growth direction of the nanolaminate. The nanolaminate structure preferably comprises materials with at least two different phases. Therefore, at least two adjacent thin film layers preferably have different phases.
For example, they can have different structures, compositions or electrical resistivities from each other. In a nanolaminate with three layers, at least one of the layers preferably has a different phase than the other two layers.

【0035】 ナノラミネート構造は、好ましくは、少なくとも2つの薄膜層を含む。より好
ましくは、それらは、少なくとも3つの薄膜層を含む。ナノラミネート構造が3
つの膜層を含む場合、それは好ましくは、中間層が外側の2つの層とは異なる相
を有する“サンドイッチ”構造である。
The nanolaminate structure preferably comprises at least two thin film layers. More preferably, they include at least 3 thin film layers. 3 nano-laminate structure
When including two membrane layers, it is preferably a "sandwich" structure in which the middle layer has a different phase than the two outer layers.

【0036】 好ましくは、ナノラミネートは、相が層とともに交互になるように成長される
。従って、それぞれの他の層は、好ましくは、同一相である。しかし、1つのナ
ノラミネート構造の全ての薄膜は、例えば各薄膜層が異なる材料で作製される場
合、異なる相であり得る。この構造は、構造におけるイオンの拡散を損ない(im
pair)得る多数の相界面(phase interfaces)を有する。
Preferably, the nanolaminate is grown such that the phases alternate with the layers. Therefore, each other layer is preferably in phase. However, all thin films of one nanolaminate structure can be in different phases, for example when each thin film layer is made of a different material. This structure impairs the diffusion of ions in the structure (im
pair) to obtain a large number of phase interfaces.

【0037】 ナノラミネート構造の例は、図9において示され、これは、本発明のALDタ
イププロセスによって作製された金属窒化物ナノラミネートの第一の4薄膜層の
概略図である。各層を得るためのパルシングシークエンス(pulsing sequence)
が、図9に示される。層は、図において一定の比率に応じてなく(not to scale
)、そして下付文字x、y、aおよびbは整数である。
An example of a nanolaminate structure is shown in FIG. 9, which is a schematic representation of the first four thin film layers of metal nitride nanolaminate made by the ALD type process of the present invention. Pulsing sequence to obtain each layer
Are shown in FIG. The layers are not proportional to a certain proportion in the figure (not to scale
), And the subscripts x, y, a and b are integers.

【0038】 図10は、好ましいナノラミネートにおける層間の均一な成長および鋭い界面
を示す。図10は、明らかに別個の窒化チタン30(ライトグレー)の1.8n
m薄膜層および窒化タングステン40(ダークグレー)の4.5nm薄膜層を示
す、窒化物ナノラミネート構造の透過型電子顕微鏡(TEM)写真である。
FIG. 10 shows uniform growth and sharp interfaces between layers in the preferred nanolaminate. FIG. 10 shows 1.8 n of clearly distinct titanium nitride 30 (light gray).
3 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a nitride nanolaminate structure showing an m thin film layer and a 4.5 nm thin film layer of tungsten nitride 40 (dark gray).

【0039】 ナノラミネート構造にスタックされる層の数は変化し得、しかし2〜500、
好ましくは3〜300、より好ましくは4〜250、そしてなおより好ましくは
4〜20に変化し得る。ナノラミネート構造の厚みは、好ましくは、2分子層〜
1,000nm、より好ましくは5nm〜200nm、そしてなおより好ましく
は10nm〜100nmである。望ましくは、各層は薄く、各々好ましくは20
nm未満厚、より好ましくは約10nm未満、そして最も好ましくは約5nm未
満である。
The number of layers stacked in the nanolaminate structure can vary, but from 2 to 500,
Preferably it can vary from 3 to 300, more preferably 4 to 250, and even more preferably 4 to 20. The thickness of the nanolaminate structure is preferably from 2 molecular layers to
1,000 nm, more preferably 5 nm to 200 nm, and even more preferably 10 nm to 100 nm. Desirably, each layer is thin, preferably 20 each.
Sub-nm thickness, more preferably less than about 10 nm, and most preferably less than about 5 nm.

【0040】 本発明のナノラミネート構造を作製する薄膜層は、好ましくは、各隣接する層
とは異なる相および特性を有する。これらの差異は以下の特性にあり得るが、当
業者は、他の特性が熟考されること、および特性はラミネート構造における薄膜
のタイプに依存して変化することを認識する: 1.クリスタリット構造 クリスタリット構造は、堆積される化学種に従って
、ならびに窒化物薄膜層の金属/窒素比に従って変化する。結晶構造におけるバ
リエーション(variation)は、空間群、単位胞寸法(unit cell dimensions)
および薄膜層におけるクリスタリットの配向を含む多数の詳細(details)にお
いて生じ得る。
The thin film layers making up the nanolaminate structure of the present invention preferably have different phases and properties from each adjacent layer. These differences can be in the following properties, but those skilled in the art will recognize that other properties are contemplated and that the properties will vary depending on the type of thin film in the laminate structure: Crystallite Structure The crystallite structure changes according to the deposited species as well as according to the metal / nitrogen ratio of the nitride thin film layer. Variations in crystal structure are space groups, unit cell dimensions
And can occur in a number of details including the orientation of crystallites in the thin film layers.

【0041】 面心、立方および六方のような230空間群が存在する。従って、ナノラミネ
ート構造は、それぞれクリスタリットの六方および立方空間群を有する交互薄膜
層を基体上に堆積させることによって作製され得る。空間群におけるバリエーシ
ョンは、単位胞寸法を変化させ得る。
There are 230 space groups such as face-centered, cubic and hexagonal. Thus, nanolaminate structures can be made by depositing alternating thin film layers on a substrate, each having hexagonal and cubic space groups of crystallites. Variations in space groups can change unit cell size.

【0042】 単位胞は、クリスタリット内部の最も小さな繰り返し原子配置であり、そして
単位胞のサイズは変化し得る。例えば、ナノラミネートは、小さな単位胞および
大きな単位胞を有する材料を含む交互薄膜層を堆積させることによって作製され
得る。
The unit cell is the smallest repeating atomic arrangement within the crystallite, and the size of the unit cell can vary. For example, a nanolaminate can be made by depositing alternating thin film layers that include materials with small and large unit cells.

【0043】 ミラー指数に従う薄膜層における結晶配向もまた、変化し得る。例えば、ナノ
ラミネートは、以下の構造を有し得る:(100)/(111)/(100)/
(111)/...。
The crystal orientation in the thin film layer according to the Miller index may also change. For example, the nanolaminate can have the following structure: (100) / (111) / (100) /
(111) /. . . .

【0044】 2.組成 組成は、金属窒化物を含む例示されるナノラミネートにおける金属
/窒素比、または金属炭化物を含む例示されるナノラミネートにおける金属/炭
素比のような、原子構成(atomic make-up)を言う。金属/窒素比に起因して異
なる相を含むナノラミネート構造の例は、以下である:Ta35/TaN/Ta 35/TaN/...。別の例は、いくつかの薄膜層が窒素を含みそして他が含
まない構造であり、例えばW/WN/W/WN/...である。
[0044]   2.composition  The composition of the metals in the illustrated nanolaminate includes metal nitrides.
/ Nitrogen ratio, or metal / charcoal in an exemplary nanolaminate containing metal carbide
It refers to atomic make-up, such as the prime ratio. Different due to metal / nitrogen ratio
An example of a nanolaminate structure containing the following phases is: Ta3NFive/ TaN / Ta 3 NFive/ TaN /. . . . Another example is that some thin film layers contain nitrogen and others contain.
Structure, for example, W / WN / W / WN /. . . Is.

【0045】 3.電気抵抗 電気抵抗はまた、金属/窒素比に従って変化する。アモルファ
スまたは近アモルファス(near-amorphous)構造は、互いに比較した場合、明ら
かに異なる抵抗率を有し得る。一般的に、より多くの窒素が薄膜層に存在するほ
ど、より高い抵抗率となる。可能なナノラミネート構造の例は、低い抵抗率およ
び非常に低い抵抗率を有する材料の交互の薄膜層を含むものである。
3. Electrical resistance Electrical resistance also varies according to the metal / nitrogen ratio. Amorphous or near-amorphous structures may have distinctly different resistivities when compared to each other. In general, the more nitrogen present in the thin film layer, the higher the resistivity. An example of a possible nanolaminate structure is one that includes alternating thin film layers of materials that have low and very low resistivity.

【0046】 本発明のナノラミネートは、例えば、集積回路における拡散バリア(diffusio
n barriers)として使用され得る。それらはまた、x線のためのリフレクター(
reflector)として使用され得る。このような用途に好適なナノラミネート構造
は、好ましくは、高原子番号遷移金属または高原子番号遷移金属窒化物および低
原子番号元素もしくは窒化物からなる薄膜層を含む。本発明の文脈において、原
子番号は、それが少なくとも約15以上である場合に“高い”と、そしてそれが
約14以下である場合に“低い”と考えられる。高原子番号窒化物は、好ましく
は、タングステンまたはタンタルを含むソース材料を使用して調製される。低原
子番号窒化物は、好ましくは、無機窒化物、特にベリリウム、ホウ素、マグネシ
ウム、アルミニウムおよびケイ素窒化物である。好ましくは、薄膜層は、高原子
番号窒化物を含む層が低原子番号窒化物を含む層と交互にされるように、ナノラ
ミネート中に配置される。
The nanolaminate of the present invention can be used, for example, as a diffusion barrier in integrated circuits.
n barriers). They are also reflectors for x-rays (
can be used as a reflector). Nanolaminate structures suitable for such applications preferably include thin film layers of high atomic number transition metals or high atomic number transition metal nitrides and low atomic number elements or nitrides. In the context of this invention, an atomic number is considered "high" when it is at least about 15 or higher and "low" when it is about 14 or lower. High atomic number nitrides are preferably prepared using source materials that include tungsten or tantalum. The low atomic number nitrides are preferably inorganic nitrides, especially beryllium, boron, magnesium, aluminum and silicon nitrides. Preferably, the thin film layers are arranged in the nanolaminate such that layers with high atomic number nitride alternate with layers with low atomic number nitride.

【0047】 他の伝導バリア層上に金属窒化物または炭化物を含む、ここで記載されるナノ
ラミネート構造は、図7に関して記載されるように、特に相互接続バリアに好適
である。その上、これらの材料は、堆積のプロセスにおいて、ハロゲン化水素お
よびハロゲン化アンモニウムからの攻撃(attack)に感受性である。従って、以
下に記載される堆積の方法は、良質のナノラミネート構造を可能にする。
The nanolaminate structures described herein, including metal nitrides or carbides on other conduction barrier layers, are particularly suitable for interconnect barriers, as described with respect to FIG. Moreover, these materials are susceptible to attack from hydrogen and ammonium halides in the process of deposition. Therefore, the method of deposition described below enables good quality nanolaminate structures.

【0048】 好ましいALD法 本明細書中で示される方法は、化学的感受性表面における攻撃的化学物質から
のコンフォーマルな薄膜およびナノラミネートの堆積を可能にする。幾何学的に
難しい応用が、自己制限式(self-limited)表面反応の使用のために、可能であ
る。
Preferred ALD Method The method presented herein enables the deposition of conformal thin films and nanolaminates from aggressive chemicals on chemosensitive surfaces. Geometrically difficult applications are possible due to the use of self-limited surface reactions.

【0049】 好ましい実施形態によれば、薄膜、特にナノラミネート構造は、原子層堆積(
Atomic Layer Deposition)(ALD)タイププロセスによって、ハロゲン化物
攻撃(halide attack)に敏感な表面を含む集積回路ワークピース(workpieces
)または基体上に形成される。このような感受性表面は、種々の形態をとり得る
。例としては、ケイ素、酸化ケイ素(SiO2)、被覆ケイ素(coated sillicon
)、low−k材料、金属(例えば、銅およびアルミニウム)、合金、金属酸化物
および種々の窒化物(例えば、遷移金属窒化物および窒化ケイ素)または該材料
の組み合わせが挙げられる。図6および7を参照して上述したように、好ましい
ダマシンおよびデュアルダマシンコンテクストは、コンタクトビアの下部に、酸
化ケイ素ベースの絶縁体および露出された銅ラインを含む。
According to a preferred embodiment, the thin film, in particular the nanolaminate structure, has an atomic layer deposition (
Atomic Layer Deposition (ALD) type process allows integrated circuit workpieces containing surfaces susceptible to halide attack.
) Or formed on a substrate. Such sensitive surfaces can take a variety of forms. Examples include silicon, silicon oxide (SiO 2 ), coated silicon.
), Low-k materials, metals (eg, copper and aluminum), alloys, metal oxides and various nitrides (eg, transition metal nitrides and silicon nitrides) or combinations of these materials. As described above with reference to FIGS. 6 and 7, the preferred damascene and dual damascene contexts include a silicon oxide based insulator and exposed copper lines under the contact vias.

【0050】 反応チャンバに配置される基体またはワークピースは、薄膜を成長させるため
に、ソース化学物質の交互に反復される表面反応に供される。特に、薄膜は、各
サイクルが自己制限(self-limiting)様式でワークピース上に層を堆積、反応
または吸着させる周期的プロセスによって、形成される。好ましくは、各サイク
ルは、少なくとも2つの異なる相を含み、ここで、各相は、自己制限(self-lim
iting)効果を伴う飽和的(saturative)反応である。従って、反応物は、好ま
しい条件下で、表面へ結合され得る反応物の量が利用可能な部位の数によってそ
して付随的には化学吸着される化学種(リガンドを含む)の物理的サイズによっ
て決定されるように、選択される。パルスによって残される層は、そのパルスの
残存する成分(chemistry)とは非反応性である表面で自己終結(self-terminat
ed)される。この現象は、本明細書中で、“自己飽和(self-saturation)”と
して言及される。
The substrate or workpiece placed in the reaction chamber is subjected to alternating surface reactions of source chemicals to grow a thin film. In particular, thin films are formed by a cyclic process in which each cycle deposits, reacts or adsorbs a layer on a workpiece in a self-limiting manner. Preferably, each cycle comprises at least two different phases, where each phase is self-liming.
It is a saturative reaction with an iting effect. Thus, the reactants are determined, under favorable conditions, by the number of available sites for the amount of reactants that can be bound to the surface and incidentally by the physical size of the chemisorbed species (including the ligand). To be selected. The layer left by the pulse is self-terminat at a surface that is non-reactive with the remaining chemistry of the pulse.
ed). This phenomenon is referred to herein as "self-saturation."

【0051】 ワークピース表面における最大ステップカバレージ(Maximum step coverage
)は、ソース化学分子の約1以下の単一分子層が各パルスにおいて化学吸着され
る場合に、得られ得る。各次のパルスは、前のパルスによって残された表面と、
同様に自己制限的(self-limiting)または自己終結的(self-terminating)様
式で反応する。パルシングシークエンスが、所望の厚みの薄膜、または所望の構
造を有するナノラミネートが成長するまで反復される。
Maximum step coverage on the surface of the workpiece
) May be obtained when about 1 or less monolayers of source chemical molecules are chemisorbed in each pulse. Each next pulse is the surface left by the previous pulse,
It also reacts in a self-limiting or self-terminating manner. The pulsing sequence is repeated until a thin film of desired thickness, or a nanolaminate with the desired structure, is grown.

【0052】 好ましい実施形態によれば、パルスの反応物は、ワークピース表面へのエッチ
損傷を回避するように選択される。以下の実施例8は、反応物が顕著には表面を
エッチングしない1つの実施形態を提供する。
According to a preferred embodiment, the pulsed reactants are selected to avoid etch damage to the workpiece surface. Example 8 below provides one embodiment in which the reactants do not significantly etch the surface.

【0053】 より好ましくは、反応物は、基体に有害である化学種を含む。しかし、各AL
Dサイクルの間のゲッター相は、有害な化学種をスカベンジし(scavenge)、そ
れによって各相における自己飽和の助けとなる有利な揮発性反応物の使用を可能
とすると同時に、感受性表面を保護する。例えば、実施例3、および5〜7は、
各サイクルの間のスカベンジ(scavenging)またはゲッタリング(gettering)
相を含む堆積プロセスを開示する。金属薄膜堆積(実施例3)の場合、少なくと
も2つの異なるソース化学物質が、交互に使用され、この1つは、他の化学物質
からのハロゲン化物をゲッターする。金属窒化物薄膜堆積(実施例5〜7)の場
合、少なくとも3つの異なるソース化学物質が交互に使用される:ハロゲンリガ
ンドで終結する約1以下の単層を形成し、そして層が堆積する際に望ましい化学
種を含む、第一反応物;単層からハロゲン化物をスカベンジするためのゲッター
;ならびに層が堆積する際に望ましい別の化学種(特に、窒素)を含む、第二反
応物。
More preferably, the reactant comprises a chemical species that is detrimental to the substrate. But each AL
The getter phase during the D cycle scavenges harmful species, thereby allowing the use of advantageous volatile reactants to aid self-saturation in each phase while protecting sensitive surfaces. . For example, Examples 3 and 5-7
Scavenging or gettering during each cycle
A deposition process including a phase is disclosed. For metal thin film deposition (Example 3), at least two different source chemistries are used in alternation, one gettering a halide from the other chemistry. For metal nitride thin film depositions (Examples 5-7), at least three different source chemistries are used in alternation: forming a monolayer of about 1 or less terminating with a halogen ligand and as the layers are deposited A first reactant containing a desired chemical species for: a getter for scavenging a halide from a monolayer; and a second reactant containing another chemical species (especially nitrogen) desired when the layer is deposited.

【0054】 図8は、一般的に、二元(binary)材料を堆積するための3相サイクルを例示
する。しかし、当業者は、容易に、ここで開示される原理は三元(ternary)以
上の複雑な材料をALDによって堆積することに容易に応用され得ることを理解
する。
FIG. 8 generally illustrates a three-phase cycle for depositing a binary material. However, one of ordinary skill in the art will readily appreciate that the principles disclosed herein can be readily applied to depositing ternary or higher complex materials by ALD.

【0055】 感受性表面を含む半導体ワークピースを、半導体プロセッシングリアクター中
へロードする(load)。ALDプロセスを増強するために特に設計された例示的
リアクターは、フィンランドのASM Microchemistryから商品
名Pulsar2000TMで市販されている。
The semiconductor workpiece containing the sensitive surface is loaded into the semiconductor processing reactor. An exemplary reactor specifically designed to enhance the ALD process is commercially available from ASM Microchemistry of Finland under the trade name Pulsar 2000 .

【0056】 必要ならば、ワークピースの露出された表面(例えば、図6に示される、トレ
ンチおよびビア側壁表面ならびに金属フロア(metal floor))が、終結され(t
erminated)、ALDプロセスの第一相と反応する。好ましい実施形態の第一相
は、例えば、ヒドロキシル(OH)またはアンモニア(NH3)終端(terminati
on)と反応性である。以下に議論される実施例において、デュアルダマシン構造
の酸化ケイ素および窒化ケイ素表面は、別々の終結を必要としない。ある金属表
面、例えばビア61の底部(図9A)は、例えばアンモニア処理によって終結さ
れ得る。
If necessary, exposed surfaces of the workpiece (eg, trench and via sidewall surfaces and metal floor, shown in FIG. 6) are terminated (t).
erminated), reacting with the first phase of the ALD process. The first phase of the preferred embodiment is, for example, hydroxyl (OH) or ammonia (NH 3 ) terminati
on). In the examples discussed below, the dual damascene structured silicon oxide and silicon nitride surfaces do not require separate termination. Certain metal surfaces, such as the bottom of via 61 (FIG. 9A), may be terminated, for example, by ammonia treatment.

【0057】 最初の表面終結の後、必要ならば、第一反応物パルスを、次いで、ワークピー
スへ供給する102。好ましい実施形態によれば、第一反応物パルスは、キャリ
アガスフローおよび関心のあるワークピース表面と反応性である揮発性ハロゲン
化物化学種を含み、そしてさらに、堆積される層の一部を形成する化学種を含む
。従って、ハロゲン含有化学種は、ワークピース表面上で吸着される。例示され
る実施形態において、第一反応物は金属ハロゲン化物であり、そして形成される
薄膜は、金属性材料、好ましくは金属窒化物を含む。第一反応物パルスは、ワー
クピース表面を自己飽和させ、その結果、第一反応物パルスの過剰な構成成分は
いずれも、このプロセスによって形成された単層とさらに反応しない。自己飽和
は、ハロゲン化物テイル(tail)のために、単層を終結させ、さらなる反応から
層を保護する結果となる。
After initial surface termination, if necessary, a first reactant pulse is then delivered 102 to the workpiece. According to a preferred embodiment, the first reactant pulse comprises a volatile halide species reactive with the carrier gas flow and the workpiece surface of interest and further forms part of the deposited layer. Including chemical species. Therefore, halogen-containing species are adsorbed on the workpiece surface. In the illustrated embodiment, the first reactant is a metal halide and the thin film formed comprises a metallic material, preferably a metal nitride. The first reactant pulse self-saturates the workpiece surface such that none of the excess components of the first reactant pulse further react with the monolayer formed by this process. Self-saturation results in termination of the monolayer and protection of the layer from further reactions due to the halide tail.

【0058】 第一反応物パルスは、好ましくは、ガス状形態で供給され、そして従ってハロ
ゲン化物ソースガスと言及される。いくつかの場合において、反応性化学種は、
プロセス温度を超える融点を有し得る(例えば、CuClは430℃で融解し、
一方プロセスは約350℃で行われる)。にもかかわらず、該化学種が、プロセ
ス条件下で、露出された表面を飽和するに十分な濃度でワークピースへ該化学種
を運搬するに十分な蒸気圧を示す場合に、ハロゲン化物ソースガスは、本明細書
の目的について、“揮発性”と考えられる。
The first reactant pulse is preferably supplied in gaseous form and is therefore referred to as a halide source gas. In some cases, the reactive species is
May have a melting point above the process temperature (eg CuCl melts at 430 ° C.,
On the other hand, the process is performed at about 350 ° C). Nevertheless, a halide source gas if the species exhibits a vapor pressure sufficient to carry the species to the workpiece under process conditions at a concentration sufficient to saturate the exposed surface. Are considered "volatile" for the purposes of this specification.

【0059】 次いで、第一反応物は、反応空間から除去される104。好ましくは、工程1
04は、好ましくは約2より多い反応チャンバ容量のパージガスを用いて、より
好ましくは約3より多いチャンバ容量を用いて、過剰な反応物および反応物副生
成物を反応空間から拡散またはパージするに十分な時間の間キャリアガスを流し
続けながら、第一化学反応のフローを停止させることだけを必要とする。例示さ
れる実施形態において、除去102は、第一反応物パルスのフローを停止させた
後約0.1秒から20秒の間、パージガスを流し続けることを含む。パルス間パ
ージング(inter-pulse purging)は、シリアル番号第09/392,371を有し199
9年9月8日に出願されそしてIMPROVED APPARATUS AND METHOD FOR GROWTH OF
A THIN FILMという表題の、同時係属中のUS特許出願に記載され、この開示は
本明細書中で参考として援用される。他のアレンジメントにおいて、チャンバは
、交互の化学反応の間で、完全に真空にされ得る。例えば、METHOD AND APPARAT
US FOR GROWING THIN FILMSという表題の1996年6月6日に公開されたPC
T公開番号WO 96/17107を参照のこと。この開示は本明細書中で参考として援用
される。吸着102および反応物除去104は、一緒になって、ALDサイクル
における第一相105を示す。第一相はまた、ハロゲン化物相として言及され得
る。
The first reactant is then removed 104 from the reaction space. Preferably step 1
04 preferably diffuses or purges excess reactants and reactant by-products from the reaction space with a reaction chamber volume of greater than about 2 purge gas, and more preferably with a chamber volume greater than about 3. It is only necessary to stop the flow of the first chemical reaction while continuing to flow the carrier gas for a sufficient time. In the illustrated embodiment, the removal 102 includes continuing to flow the purge gas for about 0.1 to 20 seconds after stopping the flow of the first reactant pulse. Inter-pulse purging has a serial number of 09 / 392,371 and 199
Filed on September 8, 9th and IMPROVED APPARATUS AND METHOD FOR GROWTH OF
It is described in a co-pending US patent application entitled A THIN FILM, the disclosure of which is incorporated herein by reference. In other arrangements, the chamber may be fully evacuated between alternating chemical reactions. For example, METHOD AND APPARAT
PC released on June 6, 1996 entitled US FOR GROWING THIN FILMS
See T Publication No. WO 96/17107. This disclosure is incorporated herein by reference. Adsorption 102 and reactant removal 104 together represent the first phase 105 in the ALD cycle. The first phase may also be referred to as the halide phase.

【0060】 第一反応物パルスの反応物がチャンバから除去されると104、ゲッターパル
スがワークピースへ供給される。ゲッターパルスは、工程102で形成された吸
着された複合単層のリガンド終端を(例えば、リガンド−交換、昇華または還元
によって)捕捉するか除去する106。ゲッター化学種は、好ましくはキャリア
フローと共に、ワークピース表面を飽和し、さらなるパルスの前にハロゲン化物
テイル(halide tails)の除去を確実にする。温度および圧力条件は、好ましく
は、単層を通って下にある(underlying)材料へのゲッターの拡散を回避するよ
うにアレンジされる。
When the reactants of the first reactant pulse are removed from the chamber 104, getter pulses are delivered to the workpiece. The getter pulse captures or removes 106 the ligand termination (eg, by ligand-exchange, sublimation or reduction) of the adsorbed composite monolayer formed in step 102. The getter species saturate the workpiece surface, preferably with carrier flow, to ensure removal of halide tails before further pulsing. Temperature and pressure conditions are preferably arranged to avoid diffusion of the getter through the monolayer into the underlying material.

【0061】 以下のより詳細な議論からより良く理解されるように、吸着された単層におけ
るハロゲン化物テイルとゲッター化学種との間の反応は、熱力学的に好ましい。
より詳細には、ゲッターとハロゲン化物−終端単層との間の反応は、一般的に、
負のギブスの自由エネルギーによって特徴付けられる。従って、ハロゲン化物化
学種は、第一相105において形成される吸着化複合体の残部へよりも容易に、
ゲッター化学種へ(または、リガンド−交換によるスカベンジングの場合、その
反応副生成物へ)結合する。同様に、ゲッターは、反応空間における遊離のハロ
ゲン化物に結合し得る。
As will be better understood from the more detailed discussion below, the reaction between the halide tail and the getter species in the adsorbed monolayer is thermodynamically favored.
More specifically, the reaction between the getter and the halide-terminated monolayer is generally
Characterized by the negative Gibbs free energy. Therefore, the halide species is more easily transferred to the rest of the adsorbed complex formed in the first phase 105,
It binds to the getter species (or to its reaction byproduct in the case of scavenging by ligand-exchange). Similarly, getters can bind to free halides in the reaction space.

【0062】 次いで、ゲッター−ハロゲン化物複合体(望ましくはまた揮発性)はまた、反
応空間から、好ましくはパージガスパルスによって、除去される108。除去は
、工程104について記載される通りであり得る。スカベンジャーパルス106
および除去108は、一緒になって、例示されるALDプロセスの第二相109
を示し、これはまた、スカベンジャーまたはゲッター相として言及され得る。
The getter-halide complex (desirably also volatile) is then also removed 108 from the reaction space, preferably by a purge gas pulse. Removal may be as described for step 104. Scavenger pulse 106
And removal 108 together form the second phase 109 of the illustrated ALD process.
, Which may also be referred to as the scavenger or getter phase.

【0063】 第一の2つの相は、ナノラミネート構造における金属膜層のような金属膜の形
成に十分である。しかし、二元金属層(例えば、金属窒化物層)の形成について
、1つのさらなる相が、好ましくは使用される。他のアレンジメントにおいて、
ゲッターは、ハロゲン化物の代わりに成分を残し得る。例えば、トリエチルボロ
ンゲッターは、タングステン複合体からフッ素をスカベンジする場合、炭素を残
し得る。
The first two phases are sufficient to form a metal film, such as a metal film layer in a nanolaminate structure. However, for the formation of binary metal layers (eg metal nitride layers) one additional phase is preferably used. In other arrangements,
The getter may leave the component in place of the halide. For example, a triethylboron getter can leave carbon when scavenging fluorine from a tungsten composite.

【0064】 例示される実施形態において、第二反応物パルスが、次いで、ワークピースへ
供給される110。第二化学反応は、望ましくは、ゲッター相109によって残
された単層と反応するかまたはこの上に吸着される。ゲッター相は、第二反応物
がハロゲン化水素を形成する傾向にあるような水素保有化合物を含む場合に、特
に有用である。例示される実施形態において、第二反応物パルス110は、キャ
リアガスを水素保有窒素(例えば、NH3)ソースガスと共にワークピースへ供
給することを含む。第二反応物由来の窒素または窒素含有化学種は、好ましくは
、前に吸着された単層と反応して、窒素化合物を残す。特に、第一反応物が金属
ハロゲン化物を含む場合、第二反応物は、金属窒化物の約1以下の単層を残す。
第二反応物パルス110はまた、飽和的反応相における堆積を制限する(limit
)ように作用する表面終端(surface termination)を残す。金属窒化物単層を
終結する窒素およびNHxテイル(tails)は、第二反応物パルスのNH3と非反
応性である。
In the illustrated embodiment, a second reactant pulse is then delivered 110 to the workpiece. The second chemical reaction desirably reacts with or is adsorbed on the monolayer left by the getter phase 109. The getter phase is particularly useful when the second reactant contains a hydrogen-bearing compound that tends to form hydrogen halides. In the illustrated embodiment, the second reactant pulse 110 includes supplying a carrier gas with a hydrogen-bearing nitrogen (eg, NH 3 ) source gas to the workpiece. The nitrogen or nitrogen-containing species from the second reactant preferably reacts with the previously adsorbed monolayer, leaving a nitrogen compound. In particular, when the first reactant comprises a metal halide, the second reactant leaves a monolayer of about 1 or less of metal nitride.
The second reactant pulse 110 also limits deposition in the saturated reaction phase.
Leave a surface termination that behaves like. The nitrogen and NH x tails that terminate the metal nitride monolayer are non-reactive with the NH 3 of the second reactant pulse.

【0065】 第二反応物パルス110で単層を完全に飽和および反応させるに十分な時間後
、第二反応物をワークピースから除去する112。第一反応物の除去104およ
びゲッター化学種の除去108と同様に、この工程112は、好ましくは、第2
化学のフローを停止すること、ならびに第二反応物パルス由来の過剰な反応物お
よび反応副生成物が反応空間から外へ拡散しそしてパージされるに十分な時間の
間キャリアガスを流し続けることを含む。第二反応物パルス110および除去1
12は、一緒になって、例示されるプロセスにおける第三相113を示し、そし
てまた窒素または水素相と考えられ得、何故ならば、窒素が成長膜の一部と反応
し、及びこれを形成すると同時に、水素が反応において放出されるからである。
After a time sufficient to fully saturate and react the monolayer with the second reactant pulse 110, the second reactant is removed 112 from the workpiece. Similar to the removal of the first reactant 104 and the removal of the getter species 108, this step 112 is preferably a second step.
Stopping the flow of chemistry and keeping the carrier gas flowing for a time sufficient for the excess reactants and reaction byproducts from the second reactant pulse to diffuse out of the reaction space and be purged. Including. Second reactant pulse 110 and removal 1
12 together represent the third phase 113 in the illustrated process, and may also be considered the nitrogen or hydrogen phase because nitrogen reacts with and forms part of the grown film. At the same time, hydrogen is released in the reaction.

【0066】 3つの相が交互される例示される実施形態において、一旦第二化学反応の過剰
な反応物および副生成物が反応空間から除去されると、ALDプロセスの第一相
が反復される。従って、再度第一反応物パルスをワークピースへ供給すること1
02は、別の自己終結単層を形成する。
In the illustrated embodiment in which the three phases alternate, once the excess reactants and byproducts of the second chemical reaction have been removed from the reaction space, the first phase of the ALD process is repeated. . Therefore, again supplying the first reactant pulse to the workpiece 1
02 forms another self-terminating monolayer.

【0067】 従って、3つの相105、109、113は、一緒になって、ALDプロセス
において金属窒化物単層を形成するために反復される1つのサイクル115を示
す。第一反応物パルス102は、一般的に、前のサイクルにおける第二反応パル
ス110によって残された終端(termination)と反応する。このサイクル11
5は、その所望の機能を行うに十分な厚みの膜を作製するに十分な回数反復され
る。
Thus, the three phases 105, 109, 113 together represent one cycle 115 that is repeated to form a metal nitride monolayer in an ALD process. The first reactant pulse 102 generally reacts with the termination left by the second reaction pulse 110 in the previous cycle. This cycle 11
5 is repeated a sufficient number of times to create a film that is thick enough to perform its desired function.

【0068】 中間ゲッター相と共に第一および第二反応物のみで図8に例示されるが、他の
アレンジメントにおいて、さらなる化学反応がまた各サイクルに含まれ得ること
が理解される。例えば、必要ならば、サイクル115は、異なる表面調製を含む
ように延長され得る。その上、第二ゲッター相が、窒素相112の後に各サイク
ルにおいて行われ得る。次いで、サイクル115は、工程102〜112までを
続ける。さらに、以下の実施例において最初の金属相および次の窒素相で例示さ
れるが、サイクルは、露出される基体表面および相化学に依存して、窒素相で開
始され得ることが理解される。
Although illustrated in FIG. 8 with only the first and second reactants with an intermediate getter phase, it is understood that in other arrangements additional chemistries may also be included in each cycle. For example, if desired, cycle 115 can be extended to include different surface preparations. Moreover, the second getter phase may be performed in each cycle after the nitrogen phase 112. The cycle 115 then continues with steps 102-112. Furthermore, although illustrated in the examples below with a first metal phase and a second nitrogen phase, it is understood that the cycle can be initiated in the nitrogen phase depending on the exposed substrate surface and phase chemistry.

【0069】 ナノラミネートの製造において、金属、金属炭化物または金属窒化物の第一単
層が堆積された後、出発材料、パルシングパラメータおよびサイクルは、好まし
くは、次の単層の相が異なりかつ相界面が任意の2つの膜層の間に形成されるよ
うに、変化される。例えば、2相および3相サイクルを交互させることは、交互
の金属および金属窒化層を有するナノラミネート構造を作製する。別の実施例に
おいて、金属ソース化学物質は、3相サイクルの各反復において交互にされ、金
属窒化物の交互の層を作製する。
In the production of the nanolaminate, after the first monolayer of metal, metal carbide or metal nitride is deposited, the starting materials, pulsing parameters and cycles are preferably different for the phases of the next monolayer and The phase interface is altered so that it forms between any two membrane layers. For example, alternating two-phase and three-phase cycles creates a nanolaminate structure with alternating metal and metal nitride layers. In another example, the metal source chemistries are alternated in each iteration of a three phase cycle to create alternating layers of metal nitride.

【0070】 例示される金属窒化物実施形態(実施例5〜7)において、第一反応物は、成
長層へ金属を供給する金属ハロゲン化物(例えば、WF6またはTiCl4)を含
み;ゲッターはトリエチルボロン(TEB)を含み;そして第二反応物は、成長
層へ窒素を与えるアンモニア(NH3)を含む。
In the illustrated metal nitride embodiments (Examples 5-7), the first reactant comprises a metal halide (eg, WF 6 or TiCl 4 ) that supplies the metal to the growth layer; It contains triethylboron (TEB); and the second reactant contains ammonia (NH 3 ) which provides nitrogen to the growth layer.

【0071】 以下に示される実施例は、薄膜堆積のためのハロゲン−ゲッターを使用するこ
との利点を実証する。実施例1、2および4は、銅金属表面の腐食が見られた場
合を例示し、そして他の実施例は、腐食が好ましい実施形態に従って排除された
場合を例示する。腐食の程度は、定量しなかった。腐食は、存在するかまたは存
在しないかのいずれかであり、光学およびSEM画像によって測定した。実際に
は、腐食についての耐性は、用途に依存する。
The examples presented below demonstrate the advantages of using a halogen-getter for thin film deposition. Examples 1, 2 and 4 illustrate where corrosion of the copper metal surface was found, and other examples illustrate where corrosion was eliminated according to the preferred embodiment. The degree of corrosion was not quantified. Corrosion, either present or absent, was measured by optical and SEM images. In practice, the resistance to corrosion depends on the application.

【0072】 ソース材料 一般的に、ソース材料、(例えば、金属ソース材料、ハロゲンゲッターおよび
窒素ソース材料)は、好ましくは、ALDによる堆積を行うための化合物の、十
分な蒸気圧、基体温度での十分な熱的安定性および十分な反応性を提供するよう
に選択される。“十分な蒸気圧”は、気相の十分なソース化学物質分子を基体表
面へ供給し、所望の速度での表面での自己飽和反応を可能にする。“十分な熱的
安定性”は、ソース化学物質自体が表面において成長妨害凝縮性(growth-distu
rbing condensable)相を形成しないこと、または熱分解によって基体表面に有
害なレベルの不純物を残さないことを意味する。1つの目的は、基体における分
子の制御されない凝縮(condensation)を回避することである。“十分な反応性
”は、商業的に許容可能なスループット時間を可能にするに十分に短いパルスに
おいて自己飽和を生じさせる。さらなる選択基準は、高純度な化学物質の入手可
能性および化学物質のハンドリングの容易性を含む。
Source Material In general, the source material (eg, metal source material, halogen getter and nitrogen source material) is preferably at a sufficient vapor pressure, substrate temperature, of the compound for performing ALD deposition. It is selected to provide sufficient thermal stability and sufficient reactivity. "Sufficient vapor pressure" supplies sufficient source chemical molecules in the gas phase to the surface of the substrate to allow self-saturation reaction at the surface at the desired rate. “Sufficient thermal stability” means that the source chemical itself has growth-condensation (growth-distu
rbing condensable) phase, or does not leave harmful levels of impurities on the surface of the substrate due to thermal decomposition. One purpose is to avoid uncontrolled condensation of molecules on the substrate. "Sufficient reactivity" causes self-saturation in pulses short enough to allow commercially acceptable throughput times. Further selection criteria include availability of high purity chemicals and ease of chemical handling.

【0073】 薄膜遷移金属窒化物層は、好ましくは金属ソース材料から、そしてより好まし
くは、元素周期表の3、4、5、6、7、8、9、10、11および/または1
2族の遷移金属の揮発性またはガス状化合物から調製される。元素金属薄膜層は
また、好ましくは、これらの化合物から、またはCu、Ru、Pt、Pd、Ag
、Auおよび/またはIrを含む出発材料から作製される。より好ましくは、金
属および金属窒化物ソース材料は、遷移金属ハロゲン化物を含む。
The thin film transition metal nitride layer is preferably from a metal source material, and more preferably 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 and / or 1 of the Periodic Table of Elements.
Prepared from volatile or gaseous compounds of Group 2 transition metals. The elemental metal thin film layer is also preferably made from these compounds or Cu, Ru, Pt, Pd, Ag.
, Au and / or Ir. More preferably, the metal and metal nitride source materials include transition metal halides.

【0074】 1.ハロゲン化物ソース材料 第一反応物は、好ましくは、特に第二反応物と合わされる場合、堆積の間に露
出されるワークピースの表面に対して腐食性の化学種を含む。例示される実施形
態において、第一反応物の腐食性化学種は、それが所望の堆積化学種を送達する
ための揮発性ソースガスを提供する点で、有利である。その上、腐食性化学種は
、第一パルスの間にさらなる成長を阻害するリガンドの一部を形成することによ
って、自己制限堆積(self-limited deposition)を促進する。
1. The halide source material first reactant preferably comprises a species that is corrosive to the surface of the workpiece exposed during deposition, especially when combined with the second reactant. In the illustrated embodiment, the corrosive species of the first reactant is advantageous in that it provides a volatile source gas for delivering the desired deposition species. Moreover, the corrosive species promotes self-limited deposition by forming part of the ligand that inhibits further growth during the first pulse.

【0075】 特に、好ましい実施形態の第一反応物は、ハロゲン化物、そしてより好ましく
は金属ハロゲン化物を含む。上述のように、金属ハロゲン化物は揮発性であり、
そして従ってワークピースへの金属の送達のために優れたビヒクル(vehicles)
である。その上、ハロゲンテイルは、化学吸着された単層の表面を終結させ、さ
らなる反応を阻害する。表面は、このように自己飽和されて、均一な膜成長を促
進する。
In particular, the first reactant of the preferred embodiment comprises a halide, and more preferably a metal halide. As mentioned above, metal halides are volatile,
And thus excellent vehicles for the delivery of metal to the workpiece.
Is. Moreover, the halogen tail terminates the surface of the chemisorbed monolayer and prevents further reaction. The surface is thus self-saturated, promoting uniform film growth.

【0076】 例示される実施形態(以下の実施例3および5〜7を参照のこと)において、
ハロゲン化物ソース材料の各々は、ALD反応の間のエッチングまたは腐食を誘
発する傾向にある金属ハロゲン化物を含む。例えば、実施例1、2および4は、
各々、TiCl4またはWF6パルスを含むALDプロセスへの露出(exposure)
からの銅の腐食を示す。
In the illustrated embodiment (see Examples 3 and 5-7 below),
Each of the halide source materials comprises a metal halide that tends to induce etching or corrosion during the ALD reaction. For example, Examples 1, 2 and 4
Exposure to ALD process containing TiCl 4 or WF 6 pulse, respectively
Shows corrosion of copper from.

【0077】 しかし、実施例8によって示されるように、TaF5は、窒化タンタル堆積の
間に銅をエッチングしない。熱力学計算(図5を参照のこと)は、実験結果を支
持し、そしてまた臭化ハフニウムおよびフッ化ニオブは、金属窒化物を堆積する
場合に銅を腐食しないことを示す(図11を参照のこと)。低原子価金属ハロゲ
ン化物は、供与するより少ないハロゲン原子を有しそして高原子価金属ハロゲン
化物よりもより少なく感受性表面を腐食すると予想され得る。金属ハロゲン化物
ソース化学物質は、金属ハロゲン化物中の金属の原子価または酸化状態を低下さ
せるために、基体空間前に還元剤上に移され得、従って、金属ハロゲン化物のハ
ロゲン化物含量を減少しそして基体表面の腐食可能性を減少させる。基体空間前
に固体または液体還元剤を使用する方法は、本発明者らの係属中のフィンランド
特許出願FI 19992235に記載される。従って、TaF5、臭化ハフニウムおよびフ
ッ化ニオブのような金属ソースは、問題のALDプロセスにおいて腐食性でない
と考えられる。従って、このような金属ソース材料は、以下に開示されるゲッタ
リング方法なしで使用され得る。
However, as shown by Example 8, TaF 5 does not etch copper during tantalum nitride deposition. Thermodynamic calculations (see Figure 5) support the experimental results, and also show that hafnium bromide and niobium fluoride do not corrode copper when depositing metal nitrides (see Figure 11). That). Low valent metal halides can be expected to have fewer halogen atoms to donate and corrode less sensitive surfaces than high valent metal halides. The metal halide source chemical can be transferred onto the reducing agent prior to the substrate space to reduce the valence or oxidation state of the metal in the metal halide, thus reducing the halide content of the metal halide. And it reduces the potential for corrosion of the substrate surface. The method of using a solid or liquid reducing agent before the substrate space is described in our pending Finnish patent application FI 19992235. Therefore, metal sources such as TaF 5 , hafnium bromide and niobium fluoride are not considered corrosive in the ALD process in question. Therefore, such metal source materials can be used without the gettering methods disclosed below.

【0078】 ゲッタリング方法は、遷移金属ハロゲン化物を用いて、特に元素周期表のIV
族(Ti、ZrおよびHf)、V族(V、NbおよびTa)およびVI族(Cr
、MoおよびW)から選択される元素のハロゲン化物を用いて、首尾よく使用さ
れている。族の名称は、IUPACによって推奨されるシステムに従う。遷移金
属のフッ化物、塩化物、臭化物およびヨウ化物は、特定の金属に依存して、使用
され得る。いくつかの金属−ハロゲン化合物、例えばZrF4は、ALDプロセ
スのために十分には揮発性でない。
The gettering method is carried out by using a transition metal halide, particularly IV of the periodic table of elements.
Group (Ti, Zr and Hf), Group V (V, Nb and Ta) and Group VI (Cr
, Mo and W) have been used successfully with halides of elements selected from The name of the family follows the system recommended by IUPAC. Transition metal fluorides, chlorides, bromides and iodides may be used depending on the particular metal. Some metal-halogen compounds, such as ZrF 4, are not sufficiently volatile for the ALD process.

【0079】 2.ゲッタリングまたはスカベンジング剤 2.1 ホウ素化合物 実施例において、ゲッタリング剤トリエチルボロン(TEB)を使用して腐食
から銅表面を保護した。可能な反応生成物の中で、以下のものがゲッタリング効
果(gettering effect)のために有利である: ハロゲン(例えば、金属ハロゲン化物、ハロゲン化水素またはハロゲン化アン
モニウム由来)とTEB分子の中心ホウ素原子との反応によって形成される、ハ
ロゲン化ホウ素; ハロゲン(例えば、金属ハロゲン化物、ハロゲン化水素またはハロゲン化アン
モニウム由来)とTEB分子のエチル基との反応によって形成される、ハロゲン
化エチル; あるいは 水素(例えば、ハロゲン化水素分子由来)とTEB分子のエチル基との反応に
よって形成される、エタン。
2. Gettering or Scavenging Agent 2.1 Boron Compound In the examples, the gettering agent triethylboron (TEB) was used to protect the copper surface from corrosion. Among the possible reaction products, the following are advantageous due to gettering effects: Halogen (for example from metal halides, hydrogen halides or ammonium halides) and the central boron of the TEB molecule. Boron halide formed by reaction with an atom; Ethyl halide formed by reaction of a halogen (eg, from a metal halide, hydrogen halide or ammonium halide) with an ethyl group of a TEB molecule; or hydrogen Ethane, formed by the reaction of (eg, from a hydrogen halide molecule) with the ethyl group of a TEB molecule.

【0080】 当業者によって、ここで示されるゲッタリング効果はTEBに限定されないこ
とが理解される。ホウ素化合物の1つのクラスは、ボラン(Bxy)である。
It will be appreciated by those skilled in the art that the gettering effect shown here is not limited to TEB. One class of boron compounds is borane (B x H y ).

【0081】 少なくとも1つのホウ素−炭素結合を有する揮発性ホウ素化合物は、ある金属
のためにより好ましく、そしてホウ素へ結合された炭化水素基がより好ましい。
ホウ素に結合された非常に長いかまたは嵩高な(bulky)基は、該分子の中心原
子をシールドし得(shield)、その結果、好ましい反応が非常に時間がかかるか
、または非常に高い基体温度のような許容されないプロセス条件を必要とし得る
。従って、ゲッター化合物は、好ましくは、少なくとも1つのホウ素−炭素結合
を有する揮発性ホウ素化合物から選択される。
Volatile boron compounds having at least one boron-carbon bond are more preferred for certain metals, and more preferred are hydrocarbon groups attached to boron.
Very long or bulky groups bonded to boron can shield the central atom of the molecule, so that the preferred reaction is very time consuming or the substrate temperature is very high. Unacceptable process conditions such as Therefore, the getter compound is preferably selected from volatile boron compounds having at least one boron-carbon bond.

【0082】 2.2 ケイ素化合物 例えばケイ素に結合されたアルキル基を有する、ケイ素化合物は、反応式R1
およびR2において示されるように、ハロゲンまたはハロゲン化水素をゲッタリ
ングするために使用され得る。ハロゲン化水素分子との各反応は、1つのケイ素
−炭素結合を消費すると考えられる。従って、ゲッター化合物は、少なくとも1
つのケイ素−炭素結合を有する揮発性ケイ素化合物から選択され得る。
2.2 Silicon Compounds Silicon compounds, for example having a silicon-bonded alkyl group, are represented by reaction formula R1
And as shown in R2 can be used to getter halogens or hydrogen halides. Each reaction with a hydrogen halide molecule is believed to consume one silicon-carbon bond. Therefore, the getter compound is at least 1
It may be selected from volatile silicon compounds having one silicon-carbon bond.

【0083】[0083]

【数1】 [Equation 1]

【0084】 2.3 ゲルマニウムおよびスズ化合物 ゲルマニウムへ結合されたアルキル基を有するゲルマニウム化合物、ならびに
アルキルスズ化合物は、ハロゲンまたはハロゲン化水素をゲッタリングすること
が必要である場合、可能な範囲内にある。従って、ゲッター化合物は、少なくと
も1つの金属−炭素結合を有する揮発性ゲルマニウムおよびスズ化合物から選択
され得る。
2.3 Germanium and Tin Compounds Germanium compounds having an alkyl group attached to germanium, as well as alkyltin compounds are within the possible range if it is necessary to getter halogen or hydrogen halide. Thus, the getter compound may be selected from volatile germanium and tin compounds having at least one metal-carbon bond.

【0085】 2.4 アルミニウム、ガリウムおよびインジウム化合物 アルキルアルミニウム、ガリウムまたはインジウム化合物の場合、反応は、い
くらか有害な複雑性(complexity)を示す。例として、トリメチルアルミニウム
(TMA)は、金属ハロゲン化物の存在下で分解し、表面上に炭素を残す。ハロ
ゲンまたはハロゲン化水素をゲッタリングするためのこれら化合物の使用は、A
LDプロセスパラメータの注意深いセットアップを必要とする。しかし、あまり
好ましくないアレンジメントにおいて、ゲッター化合物は、少なくとも1つの金
属−炭素結合を有する揮発性アルミニウム、ガリウムまたはインジウム化合物か
ら選択され得る。
2.4 Aluminum, gallium and indium compounds In the case of alkylaluminium, gallium or indium compounds, the reaction shows some detrimental complexity. As an example, trimethylaluminum (TMA) decomposes in the presence of metal halides, leaving carbon on the surface. The use of these compounds for gettering halogens or hydrogen halides is described in A
Requires careful setup of LD process parameters. However, in a less preferred arrangement, the getter compound may be selected from volatile aluminum, gallium or indium compounds having at least one metal-carbon bond.

【0086】 2.5 炭素化合物 炭素化合物の場合、分子中に二重または三重結合された炭素が存在する場合、
ハロゲン化水素についての結合場所見出すことが可能である(R3およびR4)
。反応についての熱力学好適性(favorability)を計算することは困難であり、
何故ならば、表面化学は、例えば吸収および脱着(desorption)エネルギーに例
えば起因して、気相化学とは異なるからである。揮発性炭素化合物から選択され
るゲッター化合物について、化合物は、好ましくは、炭素原子間に少なくとも1
つの二重または三重結合を有する。
2.5 carbon compound In the case of a carbon compound, when a double- or triple-bonded carbon is present in the molecule,
It is possible to find binding sites for hydrogen halides (R3 and R4)
. It is difficult to calculate the thermodynamic favorability of a reaction,
This is because surface chemistry differs from gas phase chemistry, eg due to absorption and desorption energies. For getter compounds selected from volatile carbon compounds, the compounds are preferably at least 1 carbon atom between carbon atoms.
It has two double or triple bonds.

【0087】[0087]

【数2】 [Equation 2]

【0088】 2.6 窒素化合物 窒素化合物の場合、問題は、通常ハロゲン化窒素が熱的に不安定であることで
ある。任意のハロゲン化窒素を形成する、アルキル−窒素とハロゲン化水素化合
物との間の反応は、おそらく好ましくない。しかし、アルキルアミンからの塩化
アルキルの形成は、理論的に可能である(R5)。自由ギブスエネルギー(ΔG f )が計算された。反応速度に影響を与える動力学的因子(kinetic factor)は
、解明されていない。揮発性アミンから選択されるゲッター化合物は、好ましく
は、ハロゲン化炭素化合物の形成へ導く、アミンとハロゲン保有化学種(例えば
、ハロゲン化水素またはハロゲン化アンモニウムまたは遊離ハロゲン)との間の
反応について、負またはほぼゼロ値の自由ギブスエネルギーを有する。
[0088]   2.6Nitrogen compounds   For nitrogen compounds, the problem is that nitrogen halides are usually thermally unstable.
is there. Alkyl-nitrogen and hydrogen halide combination to form any nitrogen halide
The reaction between things is probably unfavorable. However, chloride from alkylamine
Alkyl formation is theoretically possible (R5). Free Gibbs energy (ΔG f ) Was calculated. Kinetic factors that affect the reaction rate are
, Not understood. Getter compounds selected from volatile amines are preferred
Are amine- and halogen-bearing species (eg,
, Hydrogen halide or ammonium halide or free halogen)
It has a negative or near-zero free Gibbs energy for the reaction.

【0089】[0089]

【数3】 [Equation 3]

【0090】 あるアミンは、アンモニア(NH3)よりも強い塩基である。このようなアミ
ンは、それを破壊することなしに酸性ハロゲン化水素分子との塩様(salt-like
)化合物を形成し得る。結合は、腐食が生じる前に、銅金属表面からのハロゲン
化水素の除去を増強する。揮発性アミンから選択されるゲッター化合物は、好ま
しくはハロゲン化水素との十分に安定な塩を形成するか、揮発性アミン−塩化水
素塩の形成へ導く揮発性アミンとハロゲン化水素と間の反応について、負または
ほぼゼロの値の自由ギブスエネルギーを有する。
Some amines are stronger bases than ammonia (NH 3 ). Such amines are salt-like with acidic hydrogen halide molecules without destroying them.
) Compounds may be formed. The bond enhances the removal of hydrogen halide from the copper metal surface before corrosion occurs. The getter compound selected from volatile amines preferably forms a sufficiently stable salt with hydrogen halides or a reaction between volatile amines and hydrogen halides leading to the formation of volatile amine-hydrogen chloride salts. Has a free Gibbs energy of negative or near zero value.

【0091】 2.7 リン化合物 ハロゲン化リンは、非常に安定であり、そしてハロゲンまたはハロゲン化水素
をゲッタリングするために有機リン化合物を使用することが、可能である。金属
リン化物の形成は、競合反応であり、そして適用に依存して、リン化合物は許容
され得ない。リン化合物から選択されるゲッター化合物は、好ましくは、少なく
とも1つのリン−炭素結合を有する。
2.7 Phosphorus Compounds Phosphorus halides are very stable, and it is possible to use organophosphorus compounds for gettering halogens or hydrogen halides. The formation of metal phosphide is a competitive reaction, and depending on the application, phosphorus compounds are unacceptable. The getter compound selected from phosphorus compounds preferably has at least one phosphorus-carbon bond.

【0092】 2.8 亜鉛化合物 アルキル亜鉛化合物は市販されている。現在、亜鉛は、集積回路についての当
該技術水準プロセスフローと適合性でない。亜鉛露出(exposure)が許容される
環境下で、ゲッター化合物は、少なくとも1つの亜鉛−炭素結合を有する亜鉛化
合物から選択され得る。
2.8 Zinc Compounds Alkyl zinc compounds are commercially available. Currently, zinc is not compatible with the state of the art process flow for integrated circuits. The getter compound may be selected from zinc compounds having at least one zinc-carbon bond in an environment in which zinc exposure is allowed.

【0093】 2.9 鉄および鉛化合物 有機−鉄および有機−鉛化合物は、揮発性金属ハロゲン化物を形成する。ゲッ
ター化合物は、少なくとも1つの金属−炭素結合を有する鉄または鉛化合物から
選択され得る。
2.9 Iron and Lead Compounds Organic-iron and organic-lead compounds form volatile metal halides. The getter compound may be selected from iron or lead compounds having at least one metal-carbon bond.

【0094】 2.10 メタロセン化合物 ゲッター化合物は、揮発性メタロセン(例えば、フェロセン、ジシクロペンタ
ジエニル鉄)、またはメタロセンの揮発性誘導体(例えば、1,1’−ジ(トリ
メチルシリル)フェロセン)から選択され得、該金属は、揮発性金属ハロゲン化
物を形成し得る。
2.10 Metallocene Compounds The getter compounds are selected from volatile metallocenes (eg ferrocene, dicyclopentadienyl iron) or volatile derivatives of metallocenes (eg 1,1′-di (trimethylsilyl) ferrocene). The metal may form a volatile metal halide.

【0095】 2.11 ホウ素−ケイ素化合物 ゲッター化合物はまた、少なくとも1つのホウ素−ケイ素結合を有する、揮発
性ホウ素−ケイ素化合物(例えば、トリス(トリメチルシリル)ボラン)から選
択され得る。ケイ素およびホウ素の両方は、揮発性ハロゲン化物を形成し得る。
2.11 Boron-Silicon Compounds Getter compounds may also be selected from volatile boron-silicon compounds having at least one boron-silicon bond, such as tris (trimethylsilyl) borane. Both silicon and boron can form volatile halides.

【0096】 2.12 金属カルボニル化合物 ゲッター化合物は、揮発性金属カルボニルまたは金属カルボニルの揮発性誘導
体(例えば、シクロヘキサジエン鉄トリカルボニル)から選択され得、ここでこ
のような金属は、揮発性金属ハロゲン化物を形成し得る。
2.12 Metal Carbonyl Compounds The getter compound may be selected from volatile metal carbonyls or volatile derivatives of metal carbonyls such as cyclohexadiene iron tricarbonyl, where such metals are volatile metal halogens. A compound can be formed.

【0097】 2.13 有機ゲッタリング剤のための一般反応式 揮発性E(−CL3mn化合物を用いてのハロゲンのゲッタリングについて
の一般的な反応式は、R6に示される。Eは周期表における元素であり;Lは炭
素Cに結合された分子であり;Xはハロゲンであり;GはEへ結合された不特定
(unspecified)の分子または原子であり;そしてmおよびnは整数であり、こ
こでmとnの合計はEの原子価に依存する。EとCとの間に化学結合が存在する
2.13 General Reaction Scheme for Organic Gettering Agents A general reaction scheme for halogen gettering with volatile E (—CL 3 ) m G n compounds is shown in R6. E is an element in the periodic table; L is a molecule attached to carbon C; X is a halogen; G is an unspecified molecule or atom attached to E; and m and n Is an integer, where the sum of m and n depends on the valence of E. There is a chemical bond between E and C.

【0098】[0098]

【数4】 [Equation 4]

【0099】 揮発性E(−CL3mn化合物を用いてのハロゲン化水素のゲッタリングに
ついての一般的な反応式は、R7に示される。EとCとの間に化学結合が存在す
る。Eは周期表における元素であり;Lは炭素Cに結合された分子であり;Xは
ハロゲンであり;GはEへ結合された不特定の分子または原子であり;そしてm
およびnは整数であり、ここでmとnの合計はEの原子価に依存する。反応式は
簡略化される。実際には、表面と化学吸着(chemisorbing)E化合物との間のさ
らなる反応が存在する。
A general scheme for gettering hydrogen halides with volatile E (-CL 3 ) m G n compounds is shown in R7. There is a chemical bond between E and C. E is an element in the periodic table; L is a molecule attached to carbon C; X is a halogen; G is an unspecified molecule or atom attached to E; and m
And n are integers, where the sum of m and n depends on the valence of E. The reaction formula is simplified. In fact, there is an additional reaction between the surface and the chemisorbing E compound.

【0100】[0100]

【数5】 [Equation 5]

【0101】 ゲッター化合物E(−CL3mnは、ハロゲンまたはハロゲン化水素を結合
し得るかあるいはハロゲン化水素またはハロゲン化アンモニウムを解離し(diss
ociate)て非腐食揮発性ハロゲン化合物を形成し得る化合物から選択される。
The getter compound E (-CL 3 ) m G n may bind halogens or hydrogen halides or dissociate the hydrogen halides or ammonium halides (diss).
ociate) to form non-corrosive volatile halogen compounds.

【0102】 2.14 シラン、ボランおよびゲルマニウム化合物 シラン(Sixy)およびボラン(Bmn)(ここで、x、y、mおよびnは
正の整数である)に関して、R8〜R10は、より腐食性の低い化合物へハロゲ
ン化水素を結合し得る熱力学的に好ましい反応を示す。
2.14 Silane, Borane and Germanium Compounds R8 to R10 for silane (Si x H y ) and borane (B m H n ) where x, y, m and n are positive integers. Shows a thermodynamically favorable reaction capable of binding hydrogen halide to a less corrosive compound.

【0103】[0103]

【数6】 [Equation 6]

【0104】 ハロゲン化アンモニウムは、シランおよびボランと反応する(R11〜R14
)が、それらはまた、窒化ケイ素またはホウ素を形成することによって遷移金属
窒化物の成長を妨害し得る(R15〜R18)。ハロゲン化アンモニウムの反応
性は、加熱されるとそれらはアンモニア(NH3)およびハロゲン化水素へ解離
し始めるという周知の事実に基づく。
Ammonium halides react with silane and borane (R11-R14).
), But they can also interfere with the growth of transition metal nitrides by forming silicon nitride or boron (R15-R18). The reactivity of ammonium halides is based on the well-known fact that when heated they begin to dissociate into ammonia (NH 3 ) and hydrogen halides.

【0105】[0105]

【数7】 [Equation 7]

【0106】 ハロゲン化アンモニウム分子(NH4F、NH4Cl、NH4Br、NH4I)が
反応チャンバ表面に存在する場合、不揮発性窒化ケイ素または窒化ホウ素の形成
を防止するために可能な限り少ないシランまたはボランを使用することが有利で
ある。ハロゲン化水素分子(HF、HCl、HBr、HI)が反応チャンバ表面
に存在する場合、シランまたはボランの用量(dosage)は、酸性ハロゲン化水素
がハロゲン化ケイ素またはハロゲン化ホウ素を形成するように、しかし金属また
は金属窒化物表面上へ結合し得、そして金属または金属窒化物成長を妨害し得る
余分のシランまたはボラン分子が実質的に存在しないように、調節される。
When ammonium halide molecules (NH 4 F, NH 4 Cl, NH 4 Br, NH 4 I) are present on the reaction chamber surface, to the extent possible to prevent the formation of non-volatile silicon nitride or boron nitride. It is advantageous to use less silane or borane. When molecular hydrogen halides (HF, HCl, HBr, HI) are present on the reaction chamber surface, the dose of silane or borane is such that the acidic hydrogen halide forms silicon halide or boron halide. However, it is adjusted so that there are substantially no extra silane or borane molecules that can bind onto the metal or metal nitride surface and interfere with the metal or metal nitride growth.

【0107】 ゲルマン(germanes)(Gert、ここでrおよびtは正の整数である)は、
特にハロゲン化水素を用いて、揮発性ハロゲン化ゲルマニウムを形成し得る。
Germanes (Ge r H t , where r and t are positive integers) are
In particular, hydrogen halides can be used to form volatile germanium halides.

【0108】 実施例においてちょうど純粋な(just pure)ケイ素−水素、ホウ素−水素お
よびゲルマニウム−水素化合物が存在するが、当業者は、ゲッタリング剤として
有用な一連の同様な化合物が存在することを容易に文献中に見出すであろう。シ
ラン(Sixy)、ボラン(Bmn)およびゲルマン(Gert)において、水
素原子は、1つずつ、ハロゲン原子によって置換され得る。例えば、SiH4
SiH3F→SiH22→SiHF3。SiH2FClのような混合ハロゲン化合
物もまた可能である。これらの化合物は、ケイ素、ホウ素またはゲルマニウムへ
結合された少なくとも1つの水素原子が存在する限りにおいて、ゲッタリング剤
として役立ち得る。
Although there are just pure silicon-hydrogen, boron-hydrogen and germanium-hydrogen compounds in the examples, those skilled in the art will recognize that there is a series of similar compounds useful as gettering agents. It will be easily found in the literature. In silane (Si x H y), borane (B m H n) and germane (Ge r H t), hydrogen atoms, one may be substituted by a halogen atom. For example, SiH 4
SiH 3 F → SiH 2 F 2 → SiHF 3 . Mixed halogen compounds such as SiH 2 FCl are also possible. These compounds can serve as gettering agents, as long as there is at least one hydrogen atom bonded to silicon, boron or germanium.

【0109】 原則として、ゲッター化合物は、ケイ素、ホウ素またはゲルマニウムへ結合さ
れた少なくとも1つの水素原子を有するシラン、ボランまたはゲルマンから選択
され得る。
In principle, the getter compound may be selected from silane, borane or germane having at least one hydrogen atom bonded to silicon, boron or germanium.

【0110】 3.第二反応物のためのソース材料 第二反応物はまた、一般的に、特に第二反応物と合わされた場合、堆積の間に
露出される(exposed)ワークピースの表面に腐食性の化学種を含む。例示され
る実施形態において、第一反応物の腐食性化学種は、それが所望の堆積化学種を
送達するための揮発性ソースガスを提供するという点で、有利である。
3. Source Material for the Second Reactant The second reactant also generally corrosive species on the surface of the workpiece exposed during deposition, especially when combined with the second reactant. including. In the illustrated embodiment, the corrosive species of the first reactant is advantageous in that it provides a volatile source gas for delivering the desired deposition species.

【0111】 ALDによる“純粋な(pure)”金属堆積において、第二反応物は、第一反応
物の別のパルスで置換される。例えば、実施例3において、第一および第二反応
物パルスは両方とも、WF6を含む。従って、たった1つの反応物が、ゲッター
相で交互にされる。各WF6パルスは、潜在的に、銅、アルミニウムまたは酸化
ケイ素のような感受性表面を腐食し得る、揮発性ハロゲン化物化合物または遊離
の励起された(excited)ハロゲン化物化学種を生成し得る。例えば、ハロゲン
化物−終端金属をアンモニアへ曝すことは、フッ化水素酸(HF)およびフッ化
アンモニウム(NH4F)を生成する傾向にある。
In "pure" metal deposition by ALD, the second reactant is replaced with another pulse of the first reactant. For example, in Example 3, both the first and second reactant pulses include WF 6 . Therefore, only one reactant is alternated in the getter phase. Each WF 6 pulse can potentially produce a volatile halide compound or a free excited halide species that can corrode sensitive surfaces such as copper, aluminum or silicon oxide. For example, a halide - subjecting the end metal to ammonia, tend to produce hydrofluoric acid (HF) and ammonium fluoride (NH 4 F).

【0112】 二元、三元またはそれ以上の複雑な材料を形成するために、次の反応物は、好
ましくは、水素含有化合物を含み、そして金属窒化物堆積の例示される場合にお
いてまた、金属窒化物堆積プロセスへ窒素を提供する。窒素ソース材料として使
用される第二反応物は、好ましくは、揮発性またはガス状である。例えば、アン
モニアは、揮発性および高反応性の両方であり、第一反応物からの化学吸着され
た化学種との迅速な反応を促進する。好ましくは、第二反応物は、以下の群から
選択される: ・アンモニア(NH3); ・アンモニアの塩、好ましくはハロゲン化物塩、特に、フッ化アンモニウムま
たは塩化アンモニウム; ・アジ化水素(HN3)および該化合物のアルキル誘導体(例えば、CH33
); ・ヒドラジン(N24)およびヒドラジンの塩(例えば、ヒドラジンヒドロク
ロリド); ・ヒドラジンの有機誘導体(例えば、ジメチルヒドラジン); ・フッ化窒素(NF3); ・第1級、第2級および第3級アミン(例えば、メチルアミン、ジエチルアミ
ンおよびトリエチルアミン); ・窒素ラジカル(例えば、NH2 *、NH**およびN***、ここで“*”は、結合
を形成し得る自由電子を意味する);ならびに ・窒素(N)を含む他の励起化学種。
In order to form binary, ternary or higher complex materials, the following reactants preferably include hydrogen-containing compounds and, in the illustrated case of metal nitride deposition, also metal Providing nitrogen to the nitride deposition process. The second reactant used as the nitrogen source material is preferably volatile or gaseous. For example, ammonia is both volatile and highly reactive, facilitating rapid reaction with chemisorbed species from the first reactant. Preferably, the second reactant is selected from the following group: Ammonia (NH 3 ); A salt of ammonia, preferably a halide salt, especially ammonium fluoride or ammonium chloride; 3 ) and alkyl derivatives of the compound (eg CH 3 N 3
); Hydrazine (N 2 H 4 ) and salts of hydrazine (eg, hydrazine hydrochloride); ・ Organic derivatives of hydrazine (eg, dimethylhydrazine); ・ Nitrogen fluoride (NF 3 ); ・ Primary, secondary Secondary and tertiary amines (eg methylamine, diethylamine and triethylamine); nitrogen radicals (eg NH 2 * , NH ** and N *** , where “ * ” is a free electron capable of forming a bond) And other excited species including nitrogen (N).

【0113】 ゲッター相は水素保有反応物と組み合わせて特に有用である一方、それは、他
の反応物(例えば、列挙されるNF3および水素なし(hydrogen-free)窒素ラジ
カル)の前に使用される場合に有益のままである。
While the getter phase is particularly useful in combination with hydrogen-bearing reactants, it is used prior to other reactants such as NF 3 and hydrogen-free nitrogen radicals listed. It remains informative in case.

【0114】 あるいは、この第二反応物は、炭素を提供し、金属炭化物を形成し得る。例え
ば、WF6パルス後、TEBはハロゲン化物テイルをゲッターするだけでなく、
しかしむしろリガンド交換反応(ligand exchange reaction)においていくらか
の炭素を残すことが見出された。金属炭化物は、ナノラミネート内の金属窒化物
の代わりにまたはこれに加えて、優れたバリア材料として役立つ。
Alternatively, the second reactant may provide carbon and form metal carbide. For example, after a WF 6 pulse, TEB not only getters a halide tail,
However, it was rather found to leave some carbon in the ligand exchange reaction. Metal carbides serve as excellent barrier materials in place of or in addition to metal nitrides in nanolaminates.

【0115】 4.ソース材料に関する選択基準 金属腐食は、ギブスのエネルギー(ΔGf)が以下の間の反応について負また
はほぼゼロである場合に、予想される: ・金属ハロゲン化物と金属; ・ハロゲン化水素と金属;または ・ハロゲン化アンモニウムと金属。 ここで、金属は、反応の間の感受性表面を示し、そしてハロゲン化水素および/
またはハロゲン化アンモニウムは、表面反応の副生成物として形成される。
4. Selection Criteria for Source Materials Metal corrosion is expected when the Gibbs energy (ΔG f ) is negative or near zero for reactions between: metal halides and metals; hydrogen halides and metals; Or-ammonium halide and metal. Here, the metal presents a sensitive surface during the reaction, and hydrogen halide and / or
Alternatively, ammonium halides are formed as a by-product of surface reactions.

【0116】 ケイ素化合物(例えば、酸化ケイ素または窒化ケイ素)腐食は、ギブスの自由
エネルギー(ΔGf)が以下の間の反応について負またはほぼゼロである場合、
表面において予想される: ・ハロゲン化水素とケイ素化合物; ・ハロゲン化アンモニウムとケイ素化合物。 ここで、ケイ素化合物は、反応の間の感受性表面を示し、そしてハロゲン化水素
および/またはハロゲン化アンモニウムは、表面反応の副生成物として形成され
る。
Silicon compound (eg, silicon oxide or silicon nitride) corrosion occurs when the Gibbs free energy (ΔG f ) is negative or near zero for reactions between:
Expected at the surface: -hydrogen halides and silicon compounds; -ammonium halides and silicon compounds. Here, the silicon compound exhibits a sensitive surface during the reaction, and the hydrogen halide and / or ammonium halide are formed as by-products of the surface reaction.

【0117】 理論的計算が腐食が可能であると示唆する場合、プロセスへゲッターを添加す
ることが推奨される。ゲッター分子は、腐食性分子と混合し、そして感受性表面
の腐食を防止する。
If the theoretical calculations suggest that corrosion is possible, it is recommended to add a getter to the process. Getter molecules mix with corrosive molecules and prevent corrosion of sensitive surfaces.

【0118】 ゲッター化合物の選択は、分子シミュレーションに基づき得る。例示的シミュ
レーションプログラムは、Hypercube Inc.,Florida,U
SAから市販される、HyperChem release4.5である。該プ
ログラムは、ゲッター分子候補物の物理的外観および静電気ポテンシャルジオメ
トリー(electrostatic potential geometry)を視覚化するため、そして分子(
例えば、トリエチルボロン)が腐食性分子との反応にアクセス可能な領域を有す
るかどうかを評価するために役立つ。潜在的に有害な化学物質との反応から物理
的または静電的にシールドされた(shielded)構造を有する分子は、それらが反
応回数を増加させそしてリアクターの処理量が経験するにつれて、弱いゲッター
を作製する。分子と表面との間の反応のシミュレーションは、より複雑なソフト
ウェアを必要とする。Molecular Simulation Inc.(
MSI),USAから市販されるCerius2は、化学反応の結果を予想し得
るプログラムの例である。
The selection of getter compounds can be based on molecular simulations. An exemplary simulation program is available from Hypercube Inc. , Florida, U
HyperChem release 4.5, commercially available from SA. The program visualizes the physical appearance and electrostatic potential geometry of getter molecule candidates, and
For example, triethylboron) serves to assess whether it has areas accessible for reaction with corrosive molecules. Molecules that have a structure physically or electrostatically shielded from reaction with potentially harmful chemicals will give weak getters as they increase the number of reactions and the throughput of the reactor experiences. Create. Simulation of reactions between molecules and surfaces requires more complex software. Molecular Simulation Inc. (
Cerius 2 commercially available from MSI), USA is an example of a program that can predict the outcome of a chemical reaction.

【0119】 化学反応 遷移金属窒化物薄膜成長における化学反応をさらに例示するために、複数の例
がここで提供される。一般的に、コンフォーマルかつ均一な厚さの金属窒化物が
望ましい。ALDは、金属単層が交互パルスにおいて窒素と反応されることを可
能にする。
Chemical Reactions Several examples are provided here to further illustrate the chemical reactions in transition metal nitride thin film growth. Generally, a conformal and uniform thickness of metal nitride is desirable. ALD allows metal monolayers to be reacted with nitrogen in alternating pulses.

【0120】 第一スキームにおいて、四塩化チタン(TiCl4)は、金属ソース材料の例
と考えられ、そしてアンモニア(NH3)は、窒素含有化合物の例である。基体
は、表面上に自然酸化物(native oxide)を有するシリコンウエハーである。T
iCl4は、基体のOH含有表面部位と反応する。
In the first scheme, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is considered an example of a metal source material, and ammonia (NH 3 ) is an example of a nitrogen-containing compound. The substrate is a silicon wafer with a native oxide on the surface. T
iCl 4 reacts with OH-containing surface sites on the substrate.

【0121】[0121]

【数8】 [Equation 8]

【0122】 還元剤Rが、TiCl3をTiCl2へ還元するために使用される。The reducing agent R is used to reduce TiCl 3 to TiCl 2 .

【0123】[0123]

【数9】 [Equation 9]

【0124】 窒素含有化合物(この例において、NH3)との間の可能な反応機構は、多数
かつ複雑である。例えば:
The possible reaction mechanisms between nitrogen-containing compounds (NH 3 in this example) are numerous and complex. For example:

【0125】[0125]

【数10】 [Equation 10]

【0126】 反応式R21〜R28は、還元されていないチタンを言及する。[0126]   Reactions R21-R28 refer to unreduced titanium.

【0127】 次のTiCl4パルスは、反応29または30によってのように、活性部位と
反応する。
The next TiCl 4 pulse reacts with the active site as by reaction 29 or 30.

【0128】[0128]

【数11】 [Equation 11]

【0129】 金属含有成分(特に、金属ハロゲン化物)を化学吸着するための最も好ましい
窒化物表面部位は、=NHまたは−NH2基を有する部位である。=NHおよび
−NH2基の表面密度は、使用される窒素ソース化学物質に従って変化し得る。
The most preferred nitride surface sites for chemisorption of metal-containing components (particularly metal halides) are those with ═NH or —NH 2 groups. = Surface density of the NH and -NH 2 groups may vary according to the nitrogen source chemicals used.

【0130】 より低い抵抗率を得ようとする場合、3つの結合を有するチタンが好ましく、
何故ならば、TiNは、窒素に富む窒化チタンよりもより低い抵抗率を有するか
らである。最終的な窒化物結晶格子において、結合状態は、上記で単純化された
スキームにおいてよりもより複雑であり、何故ならば、イオンが異なるタイプの
部位を占有し、そして結合は、イオンまたは共有結合性質、ならびに結晶欠陥お
よび粒界付近に可能なダングリング(dangling)結合を有し得るからである。各
パルシングサイクルは窒化物格子を形成する化学種を含むチタン又は窒素の分子
層にまで加える。しかし、吸着された金属原子周りの嵩高いリガンドまたは少数
の活性表面部位のために、成長速度は、1サイクル当たり1未満の分子層であり
得る。
If a lower resistivity is sought, titanium with three bonds is preferred,
This is because TiN has a lower resistivity than nitrogen-rich titanium nitride. In the final nitride crystal lattice, the bond states are more complex than in the simplified scheme above, because the ions occupy different types of sites, and the bonds are ionic or covalent. This is because they can have properties and possible dangling bonds near crystal defects and grain boundaries. Each pulsing cycle adds up to a molecular layer of titanium or nitrogen containing the species that form the nitride lattice. However, due to the bulky ligands or a small number of active surface sites around the adsorbed metal atoms, the growth rate can be less than 1 molecular layer per cycle.

【0131】 第二スキームにおいて、タングステンヘキサフルオリド(WF6)は、金属ソ
ース材料の例と考えられ、そしてアンモニア(NH3)は、水素に富む窒素化合
物の例である。基体は、二酸化ケイ素(SiO2)コーティングを有するシリコ
ンウエハーである。SiO2上に−OH基を有する表面部位が存在する。金属パ
ルスにおいて、これらの部位は、WF6分子と反応する(R19)。次のアンモ
ニアパルスは、なおより多いHFガスを発生させる(R20)。W−N結合の存
在は、単純化されたものであることに注意されなければならない。実際には、W
およびNは、格子を形成しており、そしてそれらは、いくつかの隣接原子と電子
を共有する。
In the second scheme, tungsten hexafluoride (WF 6 ) is considered an example of a metal source material, and ammonia (NH 3 ) is an example of a hydrogen-rich nitrogen compound. The substrate is a silicon wafer with a silicon dioxide (SiO 2 ) coating. There are surface sites with —OH groups on SiO 2 . In the metal pulse, these sites react with the WF 6 molecule (R19). The next ammonia pulse will generate even more HF gas (R20). It should be noted that the presence of W-N bonds is a simplification. In fact, W
And N form a lattice, and they share electrons with some neighboring atoms.

【0132】[0132]

【数12】 [Equation 12]

【0133】 高いHF生成のために、腐食性副反応が、表面において生じ得る(R21)。
全ての反応生成物は、非常に揮発性であり、そしてそれらは、基体を残す。結果
として、SiO2はエッチングされる。一般化として、不適合性問題が、金属フ
ッ化物および水素に富む(hydrogen-rich)窒素化合物が酸化ケイ素と接触する
場合に、可能性がある。
Due to the high HF production, corrosive side reactions can occur at the surface (R21).
All reaction products are very volatile and they leave a substrate. As a result, the SiO 2 is etched. As a generalization, incompatibility problems are possible when metal fluorides and hydrogen-rich nitrogen compounds come into contact with silicon oxide.

【0134】[0134]

【数13】 [Equation 13]

【0135】 第三スキームにおいて、基体の表面上に銅金属コーティングが存在する。四塩
化チタン(TiCl4)は、金属塩化物ソース化学物質の例と考えられ、そして
アンモニア(NH3)は、水素に富む窒素化合物の例である。
In the third scheme, there is a copper metal coating on the surface of the substrate. Titanium tetrachloride (TiCl 4 ) is considered an example of a metal chloride source chemical, and ammonia (NH 3 ) is an example of a hydrogen-rich nitrogen compound.

【0136】[0136]

【数14】 [Equation 14]

【0137】 実施例1に関して、以下に議論されるように、銅表面の腐食が観察される。[0137]   As for Example 1, corrosion of the copper surface is observed, as discussed below.

【0138】[0138]

【数15】 [Equation 15]

【0139】 実施例 好ましい実施形態を行うことにおいて、反応空間における条件は、好ましくは
、凝縮(condensed)材料の形成へ導き得る気相反応を最小化するようにアレン
ジされる。表面上に化学吸着される化学種とガス状反応物との間の反応は、自己
飽和する。副生成物とガス状ゲッターとの間の反応は、揮発性化合物を形成する
EXAMPLES In carrying out the preferred embodiment, the conditions in the reaction space are preferably arranged to minimize gas phase reactions that can lead to the formation of condensed material. The reaction between the species chemisorbed on the surface and the gaseous reactant is self-saturating. The reaction between the by-products and the gaseous getter forms volatile compounds.

【0140】 堆積は、広範な圧力条件で行われ得るが、減圧で該方法を操作することが好ま
しい。リアクターにおける圧力は、好ましくは約0.01mbar〜50mba
r、より好ましくは約0.1mbar〜10mbarに維持される。
Deposition can be performed under a wide range of pressure conditions, but it is preferred to operate the method at reduced pressure. The pressure in the reactor is preferably about 0.01 mbar to 50 mbar.
r, more preferably about 0.1 mbar to 10 mbar.

【0141】 基体温度は、表面下の薄膜原子間の結合をインタクトに維持するために、そし
てガス状ソース化学物質の熱分解を防止するために十分に低く維持される。他方
で、基体温度は、表面反応のために活性化エネルギーバリアを提供するために、
ソース材料の物理吸着(phsisorption)を防止しそして反応空間中のガス状反応
物の凝縮を最小化するために十分に高く維持される。反応物に依存して、基体の
温度は、典型的に、100℃〜700℃、好ましくは約250℃〜400℃であ
る。
The substrate temperature is kept low enough to keep the bonds between the subsurface thin film atoms intact and to prevent thermal decomposition of the gaseous source chemicals. On the other hand, the temperature of the substrate is: to provide an activation energy barrier for surface reactions
It is kept high enough to prevent phsisorption of the source material and minimize condensation of gaseous reactants in the reaction space. Depending on the reactants, the temperature of the substrate is typically 100 ° C to 700 ° C, preferably about 250 ° C to 400 ° C.

【0142】 ソース温度は、好ましくは、基体温度未満に設定される。これは、ソース化学
物質蒸気の分圧が基体温度で凝縮限界(condensation limit)を超える場合に、
薄膜の制御される層ごとの成長(controlled layer-by-layer growth)が弱めら
れる(compromised)という事実に基づく。
The source temperature is preferably set below the substrate temperature. This is when the partial pressure of the source chemical vapor exceeds the condensation limit at the substrate temperature,
It is based on the fact that the controlled layer-by-layer growth of thin films is compromised.

【0143】 成長反応は自己飽和表面反応に基づくので、パルスおよびパージ時間について
厳密な境界(tight boundaries)を設定する必要性はない。パルシングサイクル
について利用可能な時間の量は、主として、経済的因子、例えばリアクターから
の生成物の所望の処理量によって制限される。非常に薄い膜の層が、比較的少な
いパルシングサイクルによって形成され得、そしていくつかの場合において、こ
れは、比較的長いパルス時間での低蒸気圧ソース材料の使用を可能にする。
Since the growth reaction is based on a self-saturating surface reaction, it is not necessary to set tight boundaries for pulse and purge times. The amount of time available for the pulsing cycle is limited primarily by economic factors such as the desired throughput of product from the reactor. Very thin membrane layers can be formed with relatively few pulsing cycles, and in some cases this allows the use of low vapor pressure source materials with relatively long pulse times.

【0144】 実施例1:TiCl4およびNH3からのTiNの堆積 PVD銅でコーティングされた200-mmシリコンウエハーを、フィンラン
ド、エスポーのASM Microchemistry Oyから市販される、
Pulsar 2000TMALDリアクター中へロードした(loaded)。基体を
、流動窒素雰囲気中で400℃まで加熱した。リアクターの圧力を、窒素ライン
におけるマスフローコントローラー(mass flow controller)および真空ポンプ
によって約5mbarへ調節した。次に、TiNx層を、不活性窒素ガスによっ
て分離されたTiCl4およびNH3の連続パルスからALDによって成長させた
Example 1: Deposition of TiN from TiCl 4 and NH 3 PVD copper coated 200-mm silicon wafers are commercially available from ASM Microchemistry Oy of Espoo, Finland.
Loaded into a Pulsar 2000 ALD reactor. The substrate was heated to 400 ° C in a flowing nitrogen atmosphere. The reactor pressure was adjusted to about 5 mbar by means of a mass flow controller in the nitrogen line and a vacuum pump. Next, a TiN x layer was grown by ALD from successive pulses of TiCl 4 and NH 3 separated by inert nitrogen gas.

【0145】 1つの堆積サイクルは、以下の工程からなった: ・TiCl4パルス、0.05s ・N2パージ、1.0s ・NH3パルス、0.75s ・N2パージ、1.0s。One deposition cycle consisted of the following steps: TiCl 4 pulse, 0.05 s N 2 purge, 1.0 s NH 3 pulse, 0.75 s N 2 purge, 1.0 s.

【0146】 このサイクルを、300回反復し、約5-nm TiNx膜を形成した。TiNx 膜の成長速度は、約0.17Å/サイクルであった。次いで、ウエハーを、リア
クターから分析のために取り出した(unloaded)。4点プローブおよびエネルギ
ー分散型分光学(Four-point probe and Energy Dispersive Spectroscopy)(
EDS)測定によって、150μΩcmの抵抗率を得た。
This cycle was repeated 300 times to form an about 5-nm TiN x film. The growth rate of the TiN x film was about 0.17Å / cycle. The wafer was then unloaded from the reactor for analysis. Four-point probe and Energy Dispersive Spectroscopy (
A resistivity of 150 μΩcm was obtained by EDS) measurement.

【0147】[0147]

【数16】 [Equation 16]

【0148】 式R37は、反応の単純化された提示である。表面上に、TiCl4分子を引
きつける反応部位(例えば、−NHおよび=NH)が存在すると仮定される。T
iCl4パルス後、表面上に、おそらく−TiCl3および=TiCl2基が存在
し、これは次のパルスのNH3分子と反応し得る。
Formula R37 is a simplified presentation of the reaction. On the surface, the reaction sites to attract TiCl 4 molecules (e.g., -NH and = NH) is assumed to exist. T
After the iCl 4 pulse, there are probably —TiCl 3 and ═TiCl 2 groups on the surface, which can react with the NH 3 molecule of the next pulse.

【0149】 式R37の理論的結果は、銅表面上にわたる均一な厚みのTiNx膜である。
しかし、図2は、銅膜上に孔食(pitting corrosion)が存在したことを示す。
腐食は、窒化物成長(R37)において副生成物として形成されるHClが銅と
反応する場合に、開始される。HClは容易に余分のNH3と反応し、塩化アン
モニウム(NH4Cl)を形成し、NH4Clが塩化銅のための気相キャリアとし
て作用することもまた可能である。
The theoretical result of formula R37 is a TiN x film of uniform thickness over the copper surface.
However, FIG. 2 shows that there was pitting corrosion on the copper film.
Corrosion is initiated when the HCl formed as a by-product in nitride growth (R37) reacts with copper. It is also possible that HCl easily reacts with excess NH 3 to form ammonium chloride (NH 4 Cl), with NH 4 Cl acting as a vapor phase carrier for copper chloride.

【0150】 実施例2:WF6およびNH3からのWNの堆積 PVD銅でコーティングされた200-mmシリコンウエハーを、Pulsa
r 2000ALDリアクター中へロードした(load)。基体を、流動窒素雰囲
気中で400℃まで加熱した。リアクターの圧力を、窒素ラインにおけるマスフ
ローコントローラーおよび真空ポンプによって約5mbarへ調節した。次に、
WNx層を、不活性窒素ガスによって分離されたWF6およびNH3の連続パルス
からALDによって成長させた。
Example 2: Deposition of WN from WF 6 and NH 3 200-mm silicon wafers coated with PVD copper were placed in Pulsa.
r Loaded into 2000 ALD reactor. The substrate was heated to 400 ° C in a flowing nitrogen atmosphere. The reactor pressure was adjusted to about 5 mbar by means of a mass flow controller in the nitrogen line and a vacuum pump. next,
The WN x layer was grown by ALD from successive pulses of WF 6 and NH 3 separated by inert nitrogen gas.

【0151】 1つの堆積サイクルは、以下の工程からなった: ・WF6パルス、0.25s ・N2パージ、1.0s ・NH3パルス、0.75s ・N2パージ、1.0s。One deposition cycle consisted of the following steps: WF 6 pulse, 0.25 s N 2 purge, 1.0 s NH 3 pulse, 0.75 s N 2 purge, 1.0 s.

【0152】 このサイクルを、70回反復し、約5-nm WNx膜を形成した。WNx膜の成
長速度は、約0.6Å/サイクルであった。次いで、ウエハーを、リアクターか
ら分析のために取り出した。
This cycle was repeated 70 times to form an approximately 5-nm WN x film. The growth rate of the WN x film was about 0.6Å / cycle. The wafer was then removed from the reactor for analysis.

【0153】 銅膜へのエッチ損傷は、窒化物プロセスのために、光学顕微鏡下でさえ可視で
あった。多量のHFが、プロセスから導かれた(R38)。HFは銅表面を攻撃
し得る(R39)。銅の腐食は、フッ化銅の蒸気圧が基体温度で低いので、予想
されなかった。しかし、HFはまた、アンモニアパルスの間に余分のNH3と容
易に反応し、フッ化アンモニアを形成する。従って、NH4Fは、CuFのため
の気相キャリアとして作用して、腐食を生じさせ得る。
Etch damage to the copper film was visible even under the light microscope due to the nitride process. A large amount of HF was derived from the process (R38). HF can attack the copper surface (R39). Copper corrosion was not expected because the vapor pressure of copper fluoride was low at the substrate temperature. However, HF is also readily react with NH 3 extra during ammonia pulse to form ammonium fluoride. Therefore, NH 4 F can act as a vapor phase carrier for CuF and cause corrosion.

【0154】[0154]

【数17】 [Equation 17]

【0155】 実施例3:ゲッタリング化合物を用いてのWCxの堆積 PVD銅でコーティングされた200-mmシリコンウエハーを、Pulsa
r 2000TMALDリアクター中へロードした。基体を、流動窒素雰囲気中で
約400℃まで加熱した。リアクターの圧力を、窒素ラインにおけるマスフロー
コントローラーおよび真空ポンプによって約5mbarへ調節した。タングステ
ン金属に富む薄膜を、不活性窒素ガスによって分離されたWF6およびトリエチ
ルボロン(TEB)の連続パルスからALDによって成長させた。
Example 3 WC x Deposition Using Gettering Compounds 200-mm silicon wafers coated with PVD copper were placed in Pulsa.
r 2000 ALD reactor. The substrate was heated to about 400 ° C in a flowing nitrogen atmosphere. The reactor pressure was adjusted to about 5 mbar by means of a mass flow controller in the nitrogen line and a vacuum pump. Thin films rich in tungsten metal were grown by ALD from successive pulses of WF 6 and triethylboron (TEB) separated by inert nitrogen gas.

【0156】 1つの堆積サイクルは、以下の工程からなった: ・WF6パルス、0.25s ・N2パージ、1.0s ・TEBパルス、0.05s ・N2パージ、1.0s。One deposition cycle consisted of the following steps: WF 6 pulse, 0.25 s N 2 purge, 1.0 s TEB pulse, 0.05 s N 2 purge, 1.0 s.

【0157】 このサイクルを、70回反復し、約5-nm W−リッチ(W-rich)炭化タング
ステン膜を形成した。薄膜の成長速度は、約0.6Å/サイクルであった。次い
で、ウエハーを、リアクターから分析のために取り出した。銅の腐食は、走査型
電子顕微鏡(以下、SEMとして言及される)によって観察されなかった。WF 6 パルスによって残された単層とTEBパルスとの間の正確な反応機構は、知ら
れていない。TEBがハロゲンゲッターとして機能し、フッ化ホウ素およびフッ
化エチルガスを形成し、膜にいくらかの炭素を残すと思われる。
[0157]   This cycle was repeated 70 times to give about 5-nm W-rich carbonized tongue.
A stainless film was formed. The growth rate of the thin film was about 0.6Å / cycle. Next
At, the wafer was removed from the reactor for analysis. Copper corrosion is scanning type
It was not observed by electron microscopy (hereinafter referred to as SEM). WF 6 The exact reaction mechanism between the monolayer left by the pulse and the TEB pulse is known.
It is not. TEB acts as a halogen getter, and boron fluoride and fluorine
It appears to form ethyl iodide gas, leaving some carbon in the film.

【0158】 実施例4:銅金属上へのW/TiNの堆積 PVD銅でコーティングされた200-mmシリコンウエハーを、Pulsa
r 2000TMALDリアクター中へロードする。基体を、流動窒素雰囲気中で
350℃まで加熱する。リアクターの圧力を、窒素ラインにおけるマスフローコ
ントローラーおよび真空ポンプによって約5mbar〜10mbarへ調節する
。タングステン金属に富む薄膜を、不活性窒素ガスによって分離されるWF6
よびニド−ペンタボラン(B59)の連続パルスからALDによって成長させる
Example 4 Deposition of W / TiN on Copper Metal A 200-mm silicon wafer coated with PVD copper was placed on a Pulsa.
Load into r 2000 ALD reactor. The substrate is heated to 350 ° C in a flowing nitrogen atmosphere. The pressure of the reactor is adjusted to about 5 mbar to 10 mbar by means of a mass flow controller in the nitrogen line and a vacuum pump. Thin films rich in tungsten metal are grown by ALD from successive pulses of WF 6 and nido-pentaborane (B 5 H 9 ) separated by inert nitrogen gas.

【0159】 1つの堆積サイクルは、以下の工程からなる: ・WF6パルス、1.0s ・N2パージ、1.0s ・B59パルス、3.0s ・N2パージ、1.0s。One deposition cycle consists of the following steps: WF 6 pulse, 1.0 s N 2 purge, 1.0 s B 5 H 9 pulse, 3.0 s N 2 purge, 1.0 s.

【0160】 この堆積サイクルを、十分な回数反復し、約5-nm W−リッチ膜を形成する
。その後、TiNx層を、不活性窒素ガスによって分離されるTiCl4およびN
3の連続パルスからALDによって成長させる。
This deposition cycle is repeated a sufficient number of times to form an approximately 5-nm W-rich film. Then the TiN x layer is separated by TiCl 4 and N separated by an inert nitrogen gas.
Grow by ALD from successive pulses of H 3 .

【0161】 1つの堆積サイクルは、以下の工程からなった: ・TiCl4パルス、0.05s ・N2パージ、1.0s ・NH3パルス、0.75s ・N2パージ、1.0s。[0161] One deposition cycle consisted of the following steps: · TiCl 4 pulses, 0.05 s · N 2 purge, 1.0 s · NH 3 pulse, 0.75 s · N 2 purge, 1.0 s.

【0162】 この堆積サイクルを、200回反復し、タングステン膜上にわたって約5-n
m TiNx膜を形成する。最後に、ウエハーを、リアクターから分析のために取
り出す。銅の腐食が、光学顕微鏡により観察される。従って、5nmのWは、A
LDによるTiNx堆積の間、腐食性反応から銅表面を保護するに十分でない。
This deposition cycle was repeated 200 times, approximately 5-n over the tungsten film.
m TiN x film is formed. Finally, the wafer is removed from the reactor for analysis. Copper corrosion is observed by optical microscopy. Therefore, W of 5 nm is A
Not sufficient to protect the copper surface from corrosive reactions during TiN x deposition by LD.

【0163】 実施例5:銅金属上へのゲッタリング化合物を用いてのWNの堆積 PVD銅でコーティングされた200-mmシリコンウエハーを、Pulsa
r 2000TMALDリアクター中へロードした。基体を、流動窒素雰囲気中で
400℃まで加熱した。リアクターの圧力を、窒素ラインにおけるマスフローコ
ントローラーおよび真空ポンプによって約5mbarへ調節した。窒化タングス
テン薄膜を、不活性窒素ガスによって分離されたWF6、TEBおよびNH3の連
続パルスからALDによって成長させた。
Example 5: Deposition of WN with gettering compounds on copper metal . 200-mm silicon wafers coated with PVD copper were pulsed onto Pulsa.
r 2000 ALD reactor. The substrate was heated to 400 ° C in a flowing nitrogen atmosphere. The reactor pressure was adjusted to about 5 mbar by means of a mass flow controller in the nitrogen line and a vacuum pump. Tungsten nitride thin films were grown by ALD from successive pulses of WF 6 , TEB and NH 3 separated by inert nitrogen gas.

【0164】 1つの堆積サイクルは、以下の工程からなった: ・WF6パルス、0.25s ・N2パージ、1.0s ・TEBパルス、0.05s ・N2パージ、1.0s ・NH3パージ、0.75s ・N2パージ、1.0s。One deposition cycle consisted of the following steps: WF 6 pulse, 0.25 s N 2 purge, 1.0 s TEB pulse, 0.05 s N 2 purge, 1.0 s NH 3 purge, 0.75s · N 2 purge, 1.0s.

【0165】 このサイクルを、70回反復し、約5-nm W−リッチ膜を形成した。薄膜の
成長速度は、約0.6Å/サイクルであった。次いで、ウエハーを、リアクター
から分析のために取り出した。
This cycle was repeated 70 times to form an approximately 5-nm W-rich film. The growth rate of the thin film was about 0.6Å / cycle. The wafer was then removed from the reactor for analysis.

【0166】 銅の腐食は、SEMによって観察されなかった。WF6とTEBとの間の正確
な反応機構は、知られていない。TEBがフッ化ホウ素およびフッ化エチルガス
を形成し、表面に無視できる(negligible)残渣を残すと思われる。
No copper corrosion was observed by SEM. The exact reaction mechanism between WF 6 and TEB is unknown. It appears that TEB forms boron fluoride and ethyl fluoride gas, leaving a negligible residue on the surface.

【0167】 実施例6:ゲッタリング化合物を用いてのWN/TiNナノラミネートの堆積 2つの異なるタイプの200-mmウエハーを、この実験のために使用した。
一方のウエハーはPVD銅コーティングを有し、一方、他方のウエハーは、電気
化学的に堆積された(electrochemically deposited)(ECD)銅膜を有した
。銅コーティングされたウエハーを、1つずつ、Pulsar 2000TMAL
Dリアクター中へロードした。基体を、流動窒素雰囲気中で400℃まで加熱し
た。リアクターの圧力を、窒素ラインにおけるマスフローコントローラーおよび
真空ポンプによって約5mbarへ調節した。
Example 6: Deposition of WN / TiN nanolaminates with gettering compounds Two different types of 200-mm wafers were used for this experiment.
One wafer had a PVD copper coating, while the other wafer had an electrochemically deposited (ECD) copper film. Pulsar 2000 AL for each copper-coated wafer
Loaded into D reactor. The substrate was heated to 400 ° C in a flowing nitrogen atmosphere. The reactor pressure was adjusted to about 5 mbar by means of a mass flow controller in the nitrogen line and a vacuum pump.

【0168】 まず、WNx層を、不活性窒素ガスパルスによって分離されたWF6、トリエチ
ルボロン(TEB)およびNH3の連続パルスからALDによって成長させた。
First, a WN x layer was grown by ALD from successive pulses of WF 6 , triethylboron (TEB) and NH 3 separated by an inert nitrogen gas pulse.

【0169】 1つの堆積サイクルは、以下の工程からなった: ・WF6パルス、0.25s ・N2パージ、1.0s ・TEBパルス、0.05s ・N2パージ、0.3s ・NH3パルス、0.75s ・N2パージ、1.0s。One deposition cycle consisted of the following steps: WF 6 pulse, 0.25 s N 2 purge, 1.0 s TEB pulse, 0.05 s N 2 purge, 0.3 s NH 3 pulse, 0.75s · N 2 purge, 1.0s.

【0170】 TEBは、表面からハロゲンを除去し得るゲッター化合物として機能する。堆
積サイクルを、70回反復し、約5-nm WNx層を形成した。WNxの成長速度
は、約0.6Å/サイクルであった。
TEB functions as a getter compound capable of removing halogen from the surface. The deposition cycle was repeated 70 times to form an approximately 5-nm WN x layer. The growth rate of WN x was about 0.6Å / cycle.

【0171】 次に、TiNx層を、WNx層上に、不活性窒素ガスパルスによって分離された
TiCl4およびNH3の連続パルスからALDによって成長させた。1つの堆積
サイクルは、以下の工程からなった: ・TiCl4パルス、0.05s ・N2パージ、1.0s ・NH3パルス、0.75s ・N2パージ、1.0s。
A TiN x layer was then grown by ALD on the WN x layer from successive pulses of TiCl 4 and NH 3 separated by an inert nitrogen gas pulse. One deposition cycle consisted of the following steps: · TiCl 4 pulses, 0.05 s · N 2 purge, 1.0 s · NH 3 pulse, 0.75 s · N 2 purge, 1.0 s.

【0172】 このサイクルを、300回反復し、約5-nm TiNx膜をWNx膜上にわたっ
て形成した。TiNx膜の成長速度は、約0.17Å/サイクルであった。次い
で、ウエハーを、リアクターから分析のために取り出した。4点プローブおよび
エネルギー分散型分光学(EDS)測定によって、約140μΩcmの抵抗率を
得た。
This cycle was repeated 300 times to form an approximately 5-nm TiN x film over the WN x film. The growth rate of the TiN x film was about 0.17Å / cycle. The wafer was then removed from the reactor for analysis. A four point probe and energy dispersive spectroscopy (EDS) measurements gave a resistivity of about 140 μΩcm.

【0173】 同一の堆積プログラムを、両タイプの銅コーティングしたシリコンのために使
用した。図3および4は、堆積の間に銅のピッティング(pitting)または腐食
がなかったことを示す。従って、5nmのWNxは、TiNx堆積の間、下にある
PVDまたはECD銅を腐食から保護するに十分であった。
The same deposition program was used for both types of copper coated silicon. Figures 3 and 4 show that there was no copper pitting or corrosion during deposition. Therefore, 5 nm WN x was sufficient to protect the underlying PVD or ECD copper from corrosion during TiN x deposition.

【0174】 実施例7:銅金属上へのゲッタリング化合物を用いてのTiNの堆積 PVD銅でコーティングされた200-mmシリコンウエハーを、Pulsa
r 2000TMALDリアクター中へロードした。基体を、流動窒素雰囲気中で
400℃まで加熱した。リアクターの圧力を、窒素ラインにおけるマスフローコ
ントローラーおよび真空ポンプによって約5mbarへ調節した。TiN層を、
不活性窒素ガスパルスによって分離されたTiCl4、TEBおよびNH3の連続
パルスからALDによって成長させた。
Example 7: Deposition of TiN using gettering compounds on copper metal . 200-mm silicon wafers coated with PVD copper were pulsed onto Pulsa.
r 2000 ALD reactor. The substrate was heated to 400 ° C in a flowing nitrogen atmosphere. The reactor pressure was adjusted to about 5 mbar by means of a mass flow controller in the nitrogen line and a vacuum pump. TiN layer,
ALD was grown from successive pulses of TiCl 4 , TEB and NH 3 separated by a pulse of inert nitrogen gas.

【0175】 1つの堆積サイクルは、以下の工程からなった: ・TiCl4パルス、0.05s ・N2パージ、1.0s ・TEBパルス、0.05s ・N2パージ、1.0s ・NH3パルス、0.75s ・N2パージ、1.0s。[0175] One deposition cycle consisted of the following steps: · TiCl 4 pulses, 0.05 s · N 2 purge, 1.0 s · TEB pulse, 0.05 s · N 2 purge, 1.0 s · NH 3 pulse, 0.75s · N 2 purge, 1.0s.

【0176】 このサイクルを、300回反復し、約5-nm TiNx膜を形成した。TiNx 膜の成長速度は、約0.17Å/サイクルであった。ウエハーを、リアクターか
ら検査のために取り出した。光学顕微鏡によって、×40倍率で使用した場合、
腐食の兆候はないことが明らかとなった。含まれる表面反応の正確な性質は、知
られていない。理論によって制限されることを望まないが、TiCl4分子は、
好ましくは表面上の=NHおよび−NH2基へ結合すると考えられる。HClを
遊離するいくつかの実行可能な反応が、(R28)および(R29)に示される
。TEBが、遊離されたHClをスカベンジしたと思われる。
This cycle was repeated 300 times to form an about 5-nm TiN x film. The growth rate of the TiN x film was about 0.17Å / cycle. The wafer was removed from the reactor for inspection. Using an optical microscope at × 40 magnification,
It was revealed that there were no signs of corrosion. The exact nature of the surface reaction involved is unknown. Without wishing to be bound by theory, the TiCl 4 molecule is
Preferably believed to bind to a = NH and -NH 2 groups on the surface. Some feasible reactions to release HCl are shown in (R28) and (R29). It seems that TEB scavenged the released HCl.

【0177】[0177]

【数18】 [Equation 18]

【0178】 さらなるプロセス改良点は、表面反応において形成され得る残りのHCl分子
を吸収するためのNH3パルスに続いてTEBパルスを添加することである。よ
り多くのHClを遊離するいくつかの可能な反応が、式R42およびR43に示
される。
A further process improvement is the addition of a TEB pulse followed by an NH 3 pulse to absorb the remaining HCl molecules that may form in the surface reaction. Some possible reactions that liberate more HCl are shown in formulas R42 and R43.

【0179】[0179]

【数19】 [Formula 19]

【0180】 実施例8:窒化タンタルの堆積 50mm×50mm片の銅コーティングしたシリコンウエハーを、フィンラン
ド,エスポーのASM Microchemistry,Oyから市販されるF
−120TMALDリアクターへロードした。基体を、流動窒素雰囲気中で400
℃まで加熱した。リアクターの圧力を、窒素マスフローコントローラーおよび真
空ポンプによって約5mbarへ調節した。窒化タンタル層を、不活性窒素ガス
によって分離されたTaF5およびNH3の連続パルスからALDによって成長さ
せた。
Example 8: Tantalum Nitride Deposition A 50 mm x 50 mm piece of copper coated silicon wafer is commercially available from ASM Microchemistry, Oy, Espoo, Finland, F
Loaded into -120 ALD reactor. The substrate is placed in a flowing nitrogen atmosphere at 400
Heated to ° C. The pressure of the reactor was adjusted by a nitrogen mass flow controller and a vacuum pump to about 5 mbar. The tantalum nitride layer was grown by ALD from successive pulses of TaF 5 and NH 3 separated by inert nitrogen gas.

【0181】 1つの堆積サイクルは、以下の工程からなった: ・TaF5パルス、0.2s ・N2パージ、1.0s ・NH3パルス、1.0s ・N2パージ、2.0s。[0181] One deposition cycle consisted of the following steps: · TaF 5 pulse, 0.2 s · N 2 purge, 1.0 s · NH 3 pulse, 1.0 s · N 2 purge, 2.0s.

【0182】 このサイクルを、2000回反復し、約16-nm Taxy膜を形成した。膜
の成長速度は、約0.08Å/サイクルであった。ウエハーを、リアクターから
検査のために取り出した。光学顕微鏡またはSEMはいずれも、銅腐食の兆候を
示さなかった。
This cycle was repeated 2000 times to form an approximately 16-nm Ta x N y film. The growth rate of the film was about 0.08Å / cycle. The wafer was removed from the reactor for inspection. Neither light microscopy nor SEM showed any signs of copper corrosion.

【0183】 実施例9:ナノラミネート構造の堆積 シリコン基体を、フィンランド,エスポーのASM Microchemis
tryから市販される、F−200TMALDリアクターへロードした。リアクタ
ー圧力を、真空ポンプおよび流動窒素によって5mbar絶対(absolute)へ調
節した。基体を、360℃まで加熱した。まず、窒化タンタル膜を、パルシング
シークエンスを反復することによって基体上に成長させた。不活性窒素ガスは、
反応チャンバ中へ四塩化チタン蒸気を運んだ。余分のTiCl4および反応副生
成物を、N2ガスでパージ除去した。パージング後、N2ガスは、反応チャンバへ
アンモニア蒸気を運んだ。余分のNH3および反応副生成物を、N2ガスによって
パージ除去した: ・TiCl4パルス、0.05s ・N2パージ、1.0s ・NH3パルス、0.75s ・N2パージ、1.0s。
Example 9: Depositing a nanolaminate structured silicon substrate on ASM Microchemis, Espoo, Finland.
Loaded into F-200 ALD reactor, commercially available from try. The reactor pressure was adjusted to 5 mbar absolute by a vacuum pump and flowing nitrogen. The substrate was heated to 360 ° C. First, a tantalum nitride film was grown on the substrate by repeating the pulsing sequence. Inert nitrogen gas is
Titanium tetrachloride vapor was carried into the reaction chamber. Excess TiCl 4 and reaction byproducts were purged off with N 2 gas. After purging, N 2 gas carried ammonia vapor to the reaction chamber. Extra NH 3 and reaction by-products, was purged removed by N 2 gas: · TiCl 4 pulses, 0.05 s · N 2 purge 1.0 s · NH 3 pulse, 0.75 s · N 2 purge, 1. 0s.

【0184】 窒化タングステン薄膜を、別のパルシングシークエンスを反復することによっ
て、窒化チタン膜の上部に成長させた: ・WF6パルス、0.25s ・N2パージ、1.0s ・TEBパルス、0.05s ・N2パージ、0.3s ・NH3パルス、0.75s ・N2パージ、1.0s。
A tungsten nitride thin film was grown on top of the titanium nitride film by repeating another pulsing sequence: • WF 6 pulse, 0.25 s · N 2 purge, 1.0 s · TEB pulse, 0. .05s · N 2 purge, 0.3 s · NH 3 pulse, 0.75 s · N 2 purge, 1.0 s.

【0185】 プロセッシングを、チタンおよびタングステン窒化物の交互の薄膜層を堆積す
ることによって続けた。サンプルに依存して、全部で6〜18窒化物薄膜層を堆
積させた。ALDナノラミネートの全厚みは、約70nmであった。膜は、暗い
、光反射ミラー(dark, light reflecting mirror)として現れた。色は、チタ
ンまたはタングステン窒化物とは異なって、僅かに赤みを帯びていた。膜を、透
過型電子顕微鏡(TEM)、エネルギー分散型分光学(EDS)および4点プロ
ーブ測定によって分析した。TEM写真(図10)は、別個のチタンおよびタン
グステン窒化物薄膜層を有するクリアな(clear)ナノラミネート構造を示した
。EDSによれば、膜にチタン、タングステンおよび窒素分子が存在した。不純
物の量は、1at.-%未満であると概算された。膜は、電気伝導性であった。抵抗
率を、厚み(EDS)および4点プローブ結果を組み合わせることによって計算
した。非最適化(non-optimized)サンプルの抵抗率は、約400μΩ-cmであ
った。
Processing was continued by depositing alternating thin film layers of titanium and tungsten nitride. A total of 6-18 nitride thin film layers were deposited, depending on the sample. The total thickness of the ALD nanolaminate was about 70 nm. The film appeared as a dark, light reflecting mirror. The color was slightly reddish, unlike titanium or tungsten nitride. Membranes were analyzed by transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and 4-point probe measurements. The TEM picture (FIG. 10) showed a clear nanolaminate structure with separate titanium and tungsten nitride thin film layers. According to EDS, titanium, tungsten and nitrogen molecules were present in the film. The amount of impurities was estimated to be less than 1 at .-%. The membrane was electrically conductive. Resistivity was calculated by combining thickness (EDS) and 4-point probe results. The resistivity of the non-optimized sample was about 400 μΩ-cm.

【0186】 実施例10:2つの遷移金属ソースを使用しての金属/金属窒化物ナノラミネ ートの堆積 ナノラミネートを、上述のALDプロセスを使用して、金属および金属窒化物
の交互の薄膜層を用いて作製した。2つの異なる遷移金属ソースを、薄膜層のた
めに使用した。
[0186] Example 10: deposition nanolaminates metal / metal nitride Nanoramine over bets using two transition metal source, using the above-described ALD process, alternating thin layers of metals and metal nitrides Was manufactured using. Two different transition metal sources were used for the thin film layers.

【0187】 薄膜層4:窒化タンタル 薄膜層3:タングステン金属 薄膜層2:窒化タンタル 薄膜層1:タングステン金属 基体。[0187]   Thin film layer 4: tantalum nitride   Thin film layer 3: Tungsten metal   Thin film layer 2: tantalum nitride   Thin film layer 1: Tungsten metal   Substrate.

【0188】 奇数の薄膜層(1,3,5など...)を、タングステンソース化学物質およ
び還元ソース化学物質から堆積させた。偶数の薄膜層(2,4,6など...)
を、タンタルソース化学物質、任意の還元ソース化学物質および窒素ソース化学
物質から堆積させた。全てのソース化学物質パルスは、不活性パージガスを用い
て互いに分離させた。
An odd number of thin film layers (1, 3, 5, etc.) were deposited from tungsten source chemicals and reducing source chemicals. Even number of thin film layers (2, 4, 6, etc ...)
Was deposited from tantalum source chemistry, any reducing source chemistry and nitrogen source chemistry. All source chemical pulses were separated from each other using an inert purge gas.

【0189】 実施例11:1つの遷移金属を使用しての金属/金属窒化物ナノラミネートの 堆積 ナノラミネートを、金属窒化物および金属の交互の薄膜層を用いて作製した。
1つの遷移金属ソースを、薄膜層のために使用した。
Example 11: Deposition of metal / metal nitride nanolaminates using one transition metal Nanolaminates were made with alternating thin film layers of metal nitride and metal.
One transition metal source was used for the thin film layers.

【0190】 薄膜層4:タングステン金属 薄膜層3:窒化タングステン 薄膜層2:タングステン金属 薄膜層1:窒化タングステン 基体。[0190]   Thin film layer 4: Tungsten metal   Thin film layer 3: Tungsten nitride   Thin film layer 2: Tungsten metal   Thin film layer 1: tungsten nitride   Substrate.

【0191】 奇数の薄膜層(1,3,5など...)を、タングステンソース化学物質、任
意の還元ソース化学物質および窒素ソース化学物質から堆積させた。偶数の薄膜
層(2,4,6など...)を、タングステンソース化学物質および還元化学物
質から堆積させた。全てのソース化学物質パルスは、不活性パージガスを用いて
互いに分離させた。
An odd number of thin film layers (1, 3, 5, etc ...) Was deposited from a tungsten source chemistry, any reduction source chemistry and a nitrogen source chemistry. An even number of thin film layers (2, 4, 6, etc.) were deposited from the tungsten source and reducing chemistries. All source chemical pulses were separated from each other using an inert purge gas.

【0192】 上述の発明は特定の好ましい実施形態によって記載されたが、他の実施形態が
、本明細書中の開示を考慮して、当業者に明らかである。従って、本発明は、好
ましい実施形態の記載によって限定されることを意図せず、しかしむしろ添付の
特許請求の範囲を参照することによって規定される。
Although the above invention has been described by means of certain preferred embodiments, other embodiments will be apparent to those skilled in the art in view of the disclosure herein. Therefore, the present invention is not intended to be limited by the description of the preferred embodiments, but rather is defined by reference to the appended claims.

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

本発明のこれらおよび他の局面は、本発明を例示することを意味しそして制限
しない上記の説明および添付の図面を考慮して、当業者に容易に明らかである。
These and other aspects of the invention will be readily apparent to those of ordinary skill in the art in light of the above description and accompanying drawings, which are meant to illustrate and not limit the invention.

【図1】 図1は、物理蒸着(physical vapor deposited)(PVD)によって形成され
た銅膜から撮られた走査型電子顕微鏡写真(SEM)である。測定電圧は、10
kVであった。
FIG. 1 is a scanning electron micrograph (SEM) taken from a copper film formed by physical vapor deposition (PVD). Measuring voltage is 10
It was kV.

【図2】 図2は、ゲッターまたはスカベンジャーパルスを使用しなかったALDプロセ
スに従うTiNでカバーしたPVD銅から撮られたSEMである。写真のブラッ
ク領域は、TiNプロセッシングの間にエッチングされた銅の領域を示す。
FIG. 2 is an SEM taken from TiN covered PVD copper according to the ALD process without the use of getter or scavenger pulses. The black areas in the photo show the areas of copper that were etched during the TiN processing.

【図3】 図3は、本発明の好ましい実施形態(実施例6)に従ってまずWNでそして次
いでTiNでカバーされたPVD銅から撮られたSEMである。
FIG. 3 is an SEM taken from PVD copper covered first with WN and then with TiN according to a preferred embodiment of the present invention (Example 6).

【図4】 図4は、本発明の好ましい実施形態(実施例6)に従って、まずWNでそして
次いでTiNでカバーされた電気化学的に堆積された(electrochemically depo
sited)(ECD)銅から撮られたSEMである。
FIG. 4 is an electrochemically depo covered first with WN and then with TiN according to a preferred embodiment of the present invention (Example 6).
sited) (ECD) SEM imaged from copper.

【図5】 図5は、温度の関数としての、タンタル、フッ素および銅の間の化合物の平衡
状態を表すグラフである。計算についてのソース化学物質は、10モルTaF5
および1モルCuであった。
FIG. 5 is a graph depicting the equilibrium state of compounds between tantalum, fluorine and copper as a function of temperature. Source chemical for calculation is 10 molar TaF 5
And 1 mol Cu.

【図6】 図6は、露出された銅および絶縁酸化物表面を有する、部分的に製造された集
積回路においけるデュアルダマシン構造からなる、その上にわたって金属および
金属化合物堆積が望まれる例示的ワークピースの断面図である。
FIG. 6 illustrates an exemplary dual damascene structure in a partially fabricated integrated circuit having exposed copper and insulating oxide surfaces over which metal and metal compound deposition is desired. It is sectional drawing of a workpiece.

【図7】 図7は、好ましい実施形態に従うコンフォーマルな薄膜でデュアルダマシント
レンチおよびコンタクトビアをライニングした後の図6のワークピースを示す。
7 shows the workpiece of FIG. 6 after lining the dual damascene trench and contact vias with a conformal thin film according to a preferred embodiment.

【図8】 図8は、好ましい実施形態のいくつかに従う、原子層堆積(ALD)によって
二元化合物を形成するための方法を一般的に例示するフローチャートである。
FIG. 8 is a flow chart generally illustrating a method for forming binary compounds by atomic layer deposition (ALD) according to some of the preferred embodiments.

【図9】 図9は、ALD窒化物ナノラミネートの第一の4つの薄膜層および各薄膜層に
ついてのパルシングシークエンスの概略図である。
FIG. 9 is a schematic diagram of the first four thin film layers of the ALD nitride nanolaminate and the pulsing sequence for each thin film layer.

【図10】 図10は、窒化物ナノラミネート構造の透過型電子顕微鏡(TEM)写真であ
る。
FIG. 10 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of a nitride nanolaminate structure.

【図11】 図11は、銅金属と反応する(X)または反応しない(○)、屈折性(refrac
tive)金属ハロゲン化物を示す表である。(X)は、ゲッタリングなしでこれら
の反応物を使用する能力に関する結論を導くに十分なデータの不足を意味する。
金属は、それらの最も高い可能な酸化状態にある。反応のギブスの自由エネルギ
ーは、コンピュータプログラム(HSC Chemistry,version
3.02,Outokumpu Resarch Oy,Pori,Finra
nd)によって計算された。
FIG. 11 shows a reaction (X) or a reaction (○) with refractory (refrac) of copper metal.
tive) is a table showing metal halides. (X) means lack of sufficient data to draw conclusions regarding the ability to use these reactants without gettering.
Metals are in their highest possible oxidation state. The Gibbs free energy of reaction can be calculated using a computer program (HSC Chemistry, version
3.02, Outokumpu Research Oy, Pori, Finra
nd).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 19992235 (32)優先日 平成11年10月15日(1999.10.15) (33)優先権主張国 フィンランド(FI) (31)優先権主張番号 60/175,799 (32)優先日 平成11年10月15日(1999.10.15) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 60/176,948 (32)優先日 平成12年1月18日(2000.1.18) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 20000564 (32)優先日 平成12年3月10日(2000.3.10) (33)優先権主張国 フィンランド(FI) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 サニーラ ビッレ アンテロ フィンランド国 エフアイエヌ−00570 ヘルシンキ ツパブオリ 6セー27 (72)発明者 カイピオ サリ ヨハンナ フィンランド国 エフアイエヌ−04400 ヤルベンパ サタクンナンカツ 13アー6 (72)発明者 ソイニネン ペッカ ユハ フィンランド国 エフアイエヌ−02200 エスポー ハルティヤトンツンチェ 21ア ー1 Fターム(参考) 4K030 AA03 AA04 AA05 AA13 AA24 BA38 BB13 CA04 EA03 FA10 HA01 HA15 LA15 5F045 AA00 AB40 AC08 AC09 AC12 AC19 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (31) Priority claim number 19992235 (32) Priority date October 15, 1999 (October 15, 1999) (33) Priority claim country Finland (FI) (31) Priority claim number 60 / 175,799 (32) Priority date October 15, 1999 (October 15, 1999) (33) Priority claiming countries United States (US) (31) Priority claim number 60 / 176,948 (32) Priority date January 18, 2000 (January 18, 2000) (33) Priority claiming countries United States (US) (31) Priority claim number 20000564 (32) Priority date March 10, 2000 (March 10, 2000) (33) Priority claim country Finland (FI) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, C A, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM , DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, K E, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS , LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM , TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Sanilla Bille Antero             Finland FI-00570             Helsinki Tsu Pubori 6 Sae 27 (72) Inventor Kaipiosari Johanna             Finland FI-04400             Yarvenpa Satakunnankatsu 13 Ar 6 (72) Inventor Soininen Pekka Juha             Finnish country IFN-02200             Espoo Hultyaton Tsunche 21 a             -1 F-term (reference) 4K030 AA03 AA04 AA05 AA13 AA24                       BA38 BB13 CA04 EA03 FA10                       HA01 HA15 LA15                 5F045 AA00 AB40 AC08 AC09 AC12                       AC19

Claims (36)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原子層堆積(ALD)タイププロセスにより反応空間内の基
体上に伝導性ナノラミネート構造を形成するための方法であって、該ナノラミネ
ート構造が、少なくとも1つの金属化合物層を含む少なくとも2つの隣接する薄
膜層を含み、ここで、各薄膜層が隣接する薄膜層とは異なる相である、方法。
1. A method for forming a conductive nanolaminate structure on a substrate in a reaction space by an atomic layer deposition (ALD) type process, the nanolaminate structure comprising at least one metal compound layer. A method comprising at least two adjacent thin film layers, wherein each thin film layer is in a different phase than the adjacent thin film layers.
【請求項2】 前記ナノラミネート構造が少なくとも3つの層を含む、請求
項1に記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein the nanolaminate structure comprises at least 3 layers.
【請求項3】 前記層の各々が隣接する層とは異なる組成を有する、請求項
2に記載の方法。
3. The method of claim 2, wherein each of said layers has a different composition than an adjacent layer.
【請求項4】 前記金属複合体層が金属炭化物を含む、請求項1に記載の方
法。
4. The method of claim 1, wherein the metal composite layer comprises metal carbide.
【請求項5】 前記金属複合体層が金属窒化物を含む、請求項1に記載の方
法。
5. The method of claim 1, wherein the metal composite layer comprises metal nitride.
【請求項6】 少なくとも1つの層が元素金属を含む、請求項1に記載の方
法。
6. The method of claim 1, wherein at least one layer comprises elemental metal.
【請求項7】 前記ナノラミネート構造が、集積回路における拡散バリアで
ある、請求項1に記載の方法。
7. The method of claim 1, wherein the nanolaminate structure is a diffusion barrier in integrated circuits.
【請求項8】 前記ナノラミネート構造が、ハロゲン化物攻撃に敏感な基体
上に形成される、請求項1に記載の方法。
8. The method of claim 1, wherein the nanolaminate structure is formed on a substrate susceptible to halide attack.
【請求項9】 前記ALDタイププロセスが、複数の堆積サイクルにおいて
反応物の交互パルスを提供することを含み、各サイクルが、以下: 第一反応物を供給して、表面上にわたってハロゲン化物終結化学種の約1以下
の単層を化学吸着すること; 前記反応空間から過剰な第一反応物を除去すること;および 該サイクルを反復する前に、該単層からハロゲン化物をゲッタリングすること
、 を含む、請求項8に記載の方法。
9. The ALD-type process comprises providing alternating pulses of reactants in multiple deposition cycles, each cycle comprising: supplying a first reactant to a halide termination chemistry over a surface. Chemisorption of less than about 1 monolayer of species; removing excess first reactant from the reaction space; and gettering halide from the monolayer before repeating the cycle, 9. The method of claim 8, comprising:
【請求項10】 各サイクルがさらに水素保有第二反応物を供給することを
含む、請求項9に記載の方法。
10. The method of claim 9, wherein each cycle further comprises feeding a hydrogen-bearing second reactant.
【請求項11】 前記水素保有第二反応物が窒素のソースを含む、請求項1
0に記載の方法。
11. The hydrogen-bearing second reactant comprises a source of nitrogen.
The method described in 0.
【請求項12】 前記窒素のソースがアンモニアを含む、請求項11に記載
の方法。
12. The method of claim 11, wherein the source of nitrogen comprises ammonia.
【請求項13】 前記第一反応物が金属ハロゲン化物を含む、請求項11に
記載の方法。
13. The method of claim 11, wherein the first reactant comprises a metal halide.
【請求項14】 前記表面が銅を含む、請求項9に記載の方法。14. The method of claim 9, wherein the surface comprises copper. 【請求項15】 前記表面がさらに酸化ケイ素の形態を含む、請求項14に
記載の方法。
15. The method of claim 14, wherein the surface further comprises a form of silicon oxide.
【請求項16】 前記表面が、銅上に5nm厚未満の材料によって形成され
る、請求項9に記載の方法。
16. The method of claim 9, wherein the surface is formed of a material less than 5 nm thick on copper.
【請求項17】 前記表面が金属を含む、請求項9に記載の方法。17. The method of claim 9, wherein the surface comprises a metal. 【請求項18】 ゲッタリングが還元を含む、請求項9に記載の方法。18. The method of claim 9, wherein gettering comprises reduction. 【請求項19】 ゲッタリングが、前記ハロゲン化物終結化学種をホウ素化
合物へ曝すことを含む、請求項18に記載の方法。
19. The method of claim 18, wherein gettering comprises exposing the halide terminating species to a boron compound.
【請求項20】 前記ホウ素化合物がトリエチルボロン(TEB)を含む、
請求項18に記載の方法。
20. The boron compound comprises triethylboron (TEB).
The method according to claim 18.
【請求項21】 前記ナノラミネートが伝導拡散バリアである、請求項1に
記載の方法。
21. The method of claim 1, wherein the nanolaminate is a conductive diffusion barrier.
【請求項22】 各々が約10nm未満の厚みを有する少なくとも3つの薄
膜層を含むナノラミネート構造であって、該層の少なくとも1つが、金属炭化物
および金属窒化物からなる群から選択される、ナノラミネート構造。
22. A nanolaminate structure comprising at least three thin film layers each having a thickness of less than about 10 nm, at least one of said layers being selected from the group consisting of metal carbides and metal nitrides. Laminated structure.
【請求項23】 前記薄膜層の各々が約5nm未満の厚みを有する、請求項
22に記載のナノラミネート構造。
23. The nanolaminate structure of claim 22, wherein each of the thin film layers has a thickness of less than about 5 nm.
【請求項24】 4〜250の交互薄膜層を含む、請求項23に記載のナノ
ラミネート構造。
24. The nanolaminate structure of claim 23, comprising 4 to 250 alternating thin film layers.
【請求項25】 4〜20の薄膜層を含む、請求項24に記載のナノラミネ
ート構造。
25. The nanolaminate structure of claim 24, comprising 4-20 thin film layers.
【請求項26】 各層が隣接する層とは異なる相の金属化合物を含む、請求
項24に記載のラミネート構造。
26. The laminate structure of claim 24, wherein each layer comprises a different phase metal compound than an adjacent layer.
【請求項27】 各層が隣接する層とは異なる組成を含む、請求項26に記
載のナノラミネート構造。
27. The nanolaminate structure of claim 26, wherein each layer comprises a different composition than an adjacent layer.
【請求項28】 2つの異なる金属窒化物が交互にされる、請求項27に記
載のナノラミネート構造。
28. The nanolaminate structure of claim 27, wherein two different metal nitrides are alternated.
【請求項29】 少なくとも1つの金属層を含む、請求項26に記載のナノ
ラミネート構造。
29. The nanolaminate structure of claim 26, comprising at least one metal layer.
【請求項30】 少なくとも1つの金属炭化物層を含む、請求項26に記載
のナノラミネート構造。
30. The nanolaminate structure of claim 26, comprising at least one metal carbide layer.
【請求項31】 反応空間中の基体上に材料を堆積させる方法であって、該
基体がハロゲン化物攻撃に敏感な表面を含み、該方法が、複数の堆積サイクルに
おいて反応物の交互パルスを提供することを含み、各サイクルが、以下: 第一反応物を供給して、該表面上にわたってハロゲン化物終結化学種の約1以
下の単層を化学吸着すること; 該反応空間から過剰な第一反応物および反応副生成物を除去すること;および 該サイクルを反復する前に、該単層からハロゲン化物をゲッタリングすること
、 を含む、方法。
31. A method of depositing material on a substrate in a reaction space, the substrate including a surface susceptible to halide attack, the method providing alternating pulses of reactant in a plurality of deposition cycles. Each cycle comprising: supplying a first reactant to chemisorb less than about 1 monolayer of halide-terminated species over the surface; excess first from the reaction space. Removing reactants and reaction byproducts; and gettering halide from the monolayer prior to repeating the cycle.
【請求項32】 前記第一反応物が金属ハロゲン化物を含む、請求項31に
記載の方法。
32. The method of claim 31, wherein the first reactant comprises a metal halide.
【請求項33】 ハロゲン化物をゲッタリングした後に、第二反応物を供給
して前記化学種と反応させることをさらに含む、請求項31に記載の方法。
33. The method of claim 31, further comprising providing a second reactant to react with the chemical species after gettering the halide.
【請求項34】 前記第二反応物が窒素のソースを含み、そして前記材料が
遷移金属窒化物を含む、請求項33に記載の方法。
34. The method of claim 33, wherein the second reactant comprises a source of nitrogen and the material comprises a transition metal nitride.
【請求項35】 炭素ソースを供給して前記化学種と反応させることをさら
に含み、そして前記材料が遷移金属炭素を含む、請求項31に記載の方法。
35. The method of claim 31, further comprising providing a carbon source to react with the chemical species, and the material comprises transition metal carbon.
【請求項36】 前記材料がナノラミネートスタック内に薄膜を含む、請求
項31に記載の方法。
36. The method of claim 31, wherein the material comprises a thin film within a nanolaminate stack.
JP2001531142A 1999-10-15 2000-10-16 Method for depositing nanolaminate thin films on sensitive surfaces Expired - Lifetime JP4746234B2 (en)

Applications Claiming Priority (13)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17579999P 1999-10-15 1999-10-15
FI19992233 1999-10-15
FI19992234 1999-10-15
US60/175,799 1999-10-15
FI992235A FI117943B (en) 1999-10-15 1999-10-15 Deposition of metal carbide film on substrate, e.g. integrated circuit, involves atomic layer deposition
FI992233A FI118158B (en) 1999-10-15 1999-10-15 Process for modifying the starting chemical in an ALD process
FI19992235 1999-10-15
FI992234A FI117944B (en) 1999-10-15 1999-10-15 A method for growing transition metal nitride thin films
US17694800P 2000-01-18 2000-01-18
US60/176,948 2000-01-18
FI20000564 2000-03-10
FI20000564A FI119941B (en) 1999-10-15 2000-03-10 A process for preparing nanolaminates
PCT/US2000/028654 WO2001029893A1 (en) 1999-10-15 2000-10-16 Method for depositing nanolaminate thin films on sensitive surfaces

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2003524888A true JP2003524888A (en) 2003-08-19
JP2003524888A5 JP2003524888A5 (en) 2007-12-27
JP4746234B2 JP4746234B2 (en) 2011-08-10

Family

ID=44541511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001531142A Expired - Lifetime JP4746234B2 (en) 1999-10-15 2000-10-16 Method for depositing nanolaminate thin films on sensitive surfaces

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4746234B2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006324676A (en) * 2005-05-19 2006-11-30 Infineon Technologies Ag Integrated circuit structure having laminated structure and manufacturing method thereof
US7531418B2 (en) 2004-12-10 2009-05-12 Qimonda Ag Method of producing a conductive layer including two metal nitrides
JP2015067869A (en) * 2013-09-30 2015-04-13 株式会社日立国際電気 Method of manufacturing semiconductor device, and substrate processing apparatus and program
JP2018006452A (en) * 2016-06-29 2018-01-11 東京エレクトロン株式会社 Method for forming copper film
WO2019058608A1 (en) * 2017-09-25 2019-03-28 株式会社Kokusai Electric Manufacturing method of semiconductor device, substrate processing device, and program
WO2020175314A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-03 株式会社Kokusai Electric Method for producing semiconductor device, substrate processing apparatus, and program
WO2020179474A1 (en) * 2019-03-06 2020-09-10 株式会社Kokusai Electric Method for producing semiconductor device, program, and substrate processing apparatus

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1074709A (en) * 1996-08-29 1998-03-17 Nec Corp Semiconductor device and its manufacture
JPH1154459A (en) * 1997-08-07 1999-02-26 Ulvac Japan Ltd Formation of barrier film

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1012724A (en) * 1996-06-19 1998-01-16 Sony Corp Wiring connection and manufacture thereof
US5916365A (en) * 1996-08-16 1999-06-29 Sherman; Arthur Sequential chemical vapor deposition
JPH1079481A (en) * 1996-09-05 1998-03-24 Mitsubishi Electric Corp Conductive layer connecting structure and its manufacture

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1074709A (en) * 1996-08-29 1998-03-17 Nec Corp Semiconductor device and its manufacture
JPH1154459A (en) * 1997-08-07 1999-02-26 Ulvac Japan Ltd Formation of barrier film

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7531418B2 (en) 2004-12-10 2009-05-12 Qimonda Ag Method of producing a conductive layer including two metal nitrides
JP2006324676A (en) * 2005-05-19 2006-11-30 Infineon Technologies Ag Integrated circuit structure having laminated structure and manufacturing method thereof
JP4658857B2 (en) * 2005-05-19 2011-03-23 インフィネオン テクノロジーズ アクチエンゲゼルシャフト Integrated circuit structure having laminated structure and method of manufacturing the same
US7960832B2 (en) 2005-05-19 2011-06-14 Infineon Technologies Ag Integrated circuit arrangement with layer stack
JP2015067869A (en) * 2013-09-30 2015-04-13 株式会社日立国際電気 Method of manufacturing semiconductor device, and substrate processing apparatus and program
JP2018006452A (en) * 2016-06-29 2018-01-11 東京エレクトロン株式会社 Method for forming copper film
WO2019058608A1 (en) * 2017-09-25 2019-03-28 株式会社Kokusai Electric Manufacturing method of semiconductor device, substrate processing device, and program
CN111066124A (en) * 2017-09-25 2020-04-24 株式会社国际电气 Method for manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and program
JPWO2019058608A1 (en) * 2017-09-25 2020-06-25 株式会社Kokusai Electric Semiconductor device manufacturing method, substrate processing apparatus, and program
JP7036832B2 (en) 2017-09-25 2022-03-15 株式会社Kokusai Electric Semiconductor device manufacturing method, substrate processing device, program and substrate processing method
WO2020175314A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-03 株式会社Kokusai Electric Method for producing semiconductor device, substrate processing apparatus, and program
CN113227450A (en) * 2019-02-28 2021-08-06 株式会社国际电气 Method for manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and program
JP7155390B2 (en) 2019-02-28 2022-10-18 株式会社Kokusai Electric SUBSTRATE PROCESSING METHOD, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, PROGRAM AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURING METHOD
JPWO2020175314A1 (en) * 2019-02-28 2021-10-14 株式会社Kokusai Electric Semiconductor device manufacturing method, substrate processing device and program
WO2020179474A1 (en) * 2019-03-06 2020-09-10 株式会社Kokusai Electric Method for producing semiconductor device, program, and substrate processing apparatus
JPWO2020179474A1 (en) * 2019-03-06 2021-12-02 株式会社Kokusai Electric Semiconductor device manufacturing method, substrate processing method, program and substrate processing equipment
CN113518836A (en) * 2019-03-06 2021-10-19 株式会社国际电气 Method for manufacturing semiconductor device, program, and substrate processing apparatus
KR20210123370A (en) * 2019-03-06 2021-10-13 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 Semiconductor device manufacturing method, program, substrate processing apparatus and substrate processing method
JP7157236B2 (en) 2019-03-06 2022-10-19 株式会社Kokusai Electric Substrate processing method, semiconductor device manufacturing method, program, and substrate processing apparatus
CN113518836B (en) * 2019-03-06 2023-11-24 株式会社国际电气 Method for manufacturing semiconductor device, recording medium, substrate processing apparatus, and substrate processing method
KR102660213B1 (en) 2019-03-06 2024-04-23 가부시키가이샤 코쿠사이 엘렉트릭 Method of manufacturing semiconductor device, program, substrate processing apparatus and substrate processing method
US12000045B2 (en) 2019-03-06 2024-06-04 Kokusai Electric Corporation Method of manufacturing semiconductor device, non-transitory computer-readable recording medium, substrate processing apparatus and substrate processing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP4746234B2 (en) 2011-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6902763B1 (en) Method for depositing nanolaminate thin films on sensitive surfaces
US7749871B2 (en) Method for depositing nanolaminate thin films on sensitive surfaces
KR100737901B1 (en) Method for depositing nanolaminate thin films on sensitive surfaces
JP4938962B2 (en) Metal nitride deposition by ALD using gettering reactant
TWI830083B (en) Vapor deposition of molybdenum using a bis(alkyl-arene) molybdenum precursor
US11761081B2 (en) Methods for depositing tungsten or molybdenum films
EP1230421B1 (en) Method of modifying source chemicals in an ald process
US6863727B1 (en) Method of depositing transition metal nitride thin films
TWI410515B (en) Vapor deposition of metal carbide films
JP4746234B2 (en) Method for depositing nanolaminate thin films on sensitive surfaces
TW550306B (en) Method for depositing layered structure on sensitive surfaces

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20040701

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20040701

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071012

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071025

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090807

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20090807

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20091211

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20091211

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100705

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100713

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20101012

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20101019

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20101112

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101213

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101217

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20101206

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110301

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110412

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110510

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110513

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140520

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4746234

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250