JP2004282084A - オクタンとともにテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウムを用いるＴｉベースバリアメタル薄膜のＭＯＣＶＤ法 - Google Patents
オクタンとともにテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウムを用いるＴｉベースバリアメタル薄膜のＭＯＣＶＤ法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 オクタンとともにテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウムを用いるＴｉベースバリアメタル薄膜のＭＯＣＶＤ法を提供すること。
【解決手段】 チタンベースバリアメタル層を形成する方法は、基板を準備するステップであって、基板上にＩＣ素子を形成するステップを包含する、ステップと、約５容量％のテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）および約９５容量％のオクタンの溶液を用いてチタンベースバリアメタルプリカーサを形成するステップと、ＭＯＣＶＤによって基板上にチタンベースバリア層を堆積させるステップとを包含する。
【選択図】 なし
【解決手段】 チタンベースバリアメタル層を形成する方法は、基板を準備するステップであって、基板上にＩＣ素子を形成するステップを包含する、ステップと、約５容量％のテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）および約９５容量％のオクタンの溶液を用いてチタンベースバリアメタルプリカーサを形成するステップと、ＭＯＣＶＤによって基板上にチタンベースバリア層を堆積させるステップとを包含する。
【選択図】 なし
Description
本発明は、銅インターコネクト用のバリア膜、具体的には、チタンベースバリアメタルのカバレージを改善する方法に関する。
ＴｉＮまたはＴｉＳｉＮ膜の有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）において用いられる公知のプリカーサには次の３つがある。ＴｉＮ／ＴｉＳｉＮバリア薄膜については、テトラキス（ジメチルアミノ）チタニウム（ＴＤＭＡＴ）、ＴｉＮ／ＴｉＳｉＮ膜については、テトラキス（ジエチルアミノ）チタニウム（ＴＤＥＡＴ）、および、バリア用途に用いられるテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）である。これら３つのうち、ＴＭＥＡＴはプロセス制御が最も良好であり、また、ステップカバレージに優れ、抵抗性がより低いなどのより良好な膜特性を提供する。
Ｔ．Ｈａｒａｄａらは、非特許文献１において、自己整列方法で形成された、ＴＤＭＡＴからのＴｉＮ薄膜のＭＯＣＶＤを記載する。ここでは、ＳｉＨ４処理が、ビア抵抗を大幅に増大させないバリアを提供しつつ、銅の湿潤性を増大させ、かつ銅の結晶化を向上させることが述べられている。
Ｍ．Ｅｉｚｅｎｂｅｒｇは、非特許文献２に、ＴｉＮバリア層のＣＶＤにおけるＴＤＭＡＴの使用を記載している。
Ｔ．Ｈａｒａｄａ、「Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＯＣＶＤ−ＴｉＮ Ｆｉｌｍｓ ｂｙ Ｐｌａｓｍａ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ＳｉＨ４ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｆｏｒ Ｃｕ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ」、Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＵＬＳＩ ＸＩＶ、１９９９ Ｍ．Ｅｉｚｅｎｂｅｒｇ、「Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＴｉＮ ｆｏｒ ＵＬＳＩ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．、１９９６、Ｖｏｌ．４２７
Ｔ．Ｈａｒａｄａ、「Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＯＣＶＤ−ＴｉＮ Ｆｉｌｍｓ ｂｙ Ｐｌａｓｍａ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ＳｉＨ４ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｆｏｒ Ｃｕ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ」、Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＵＬＳＩ ＸＩＶ、１９９９ Ｍ．Ｅｉｚｅｎｂｅｒｇ、「Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＴｉＮ ｆｏｒ ＵＬＳＩ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．、１９９６、Ｖｏｌ．４２７
本発明の目的は、チタンベースバリアメタル薄膜層プリカーサを提供することである。
本発明の他の目的は、比較的故障までの平均時間が長い、チタンベースバリアメタル薄膜層プリカーサを提供することである。
本発明のさらに他の目的は、ＴｉＮバリア層用に、１つのソースのプリカーサを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、バリア層堆積および製造の間のＮＨ３の使用を無くす、ＴｉＮプリカーサを提供することである。
本発明のさらなる目的は、比較的漏れ電流が少ない、チタンベースバリアメタル薄膜層プリカーサを提供することである。
本発明の別の目的は、ＴＭＥＡＴおよびオクタンの混合物であるプリカーサを提供することである。
本発明のさらなる目的は、比較的費用がかからず、後に続く層の形成のために、良好な湿潤性を提供するＴｉＮプリカーサを提供することである。
本発明による方法は、チタンベースバリアメタル層を形成する方法であって、基板を準備するステップであって、該基板上にＩＣ素子を形成するステップを包含する、ステップと、約５容量％のテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）および約９５容量％のオクタンの溶液を用いてチタンベースバリアメタルプリカーサを形成するステップと、ＭＯＣＶＤによって、該基板上にチタンベースバリア層を堆積させるステップとを包含する、方法であって、これにより、上記目的を達成する。
前記形成するステップは、窒素が充填されたグローブボックスにおいて、アンプルに約４７５ｃｃのオクタン（Ｃ８Ｈ１８）を入れるステップと、該アンプルに約２５ｃｃのＴＭＥＡＴを入れるステップとを包含してもよい。
前記堆積させるステップは、前記プリカーサを気化させるステップと、該プリカーサをアルゴンキャリアーガスで堆積チャンバに運ぶステップと、該プリカーサをウェハ表面上で分解するステップと、分解された該プリカーサを該ウェハ表面上にＴｉＮ薄膜として堆積させるステップとを包含してもよい。
前記堆積させるステップの間、前記ウェハは約３００℃〜４５０℃の範囲内の温度で維持されてもよい。
前記堆積させるステップの後、前記チャンバに約３０秒〜１２０秒の範囲内の期間にわたってＳｉＨ４ガスを導入して、ＴｉＮを豊富に含むシリコン表面層を形成するステップを包含してもよい。
本発明による方法は、チタンベースバリアメタル層を形成する方法であって、基板を準備するステップであって、該基板上にＩＣ素子を形成するステップを包含する、ステップと、約５容量％のテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）および約９５容量％のオクタンの溶液を用いてチタンベースバリアメタルプリカーサを形成するステップであって、窒素が充填されたグローブボックスにおいて、約４７５ｃｃのオクタン（Ｃ８Ｈ１８）および約２５ｃｃのＴＭＥＡＴを混合させるステップを包含する、ステップと、ＭＯＣＶＤによって、該基板上にチタンベースバリア層を堆積させるステップとを包含する、方法であって、これにより、上記目的を達成する。
前記堆積させるステップは、前記プリカーサを気化させるステップと、該プリカーサをアルゴンキャリアーガスで堆積チャンバに運ぶステップと、該プリカーサをウェハ表面上で分解するステップと、分解された該プリカーサを該ウェハ表面上にＴｉＮ薄膜として堆積させるステップとを包含してもよい。
前記堆積させるステップの間、前記ウェハは約３００℃〜４５０℃の範囲内の温度で維持されてもよい。
前記堆積させるステップの後、前記チャンバに約３０秒〜１２０秒の範囲内の期間にわたってＳｉＨ４ガスを導入して、ＴｉＮを豊富に含むシリコン表面層を形成するステップを包含してもよい。
本発明による方法は、チタンベースバリアメタル層を形成する方法であって、基板を準備するステップであって、該基板上にＩＣ素子を形成するステップを包含する、ステップと、約５容量％のテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）および約９５容量％のオクタンの溶液を用いてチタンベースバリアメタルプリカーサを形成するステップであって、窒素が充填されたグローブボックスにおいて、約４７５ｃｃのオクタン（Ｃ８Ｈ１８）および約２５ｃｃのＴＭＥＡＴを混合させるステップを包含する、ステップと、ＭＯＣＶＤによって該基板上にチタンベースバリア層を堆積させるステップと、チャンバに約３０秒〜１２０秒の範囲内の期間にわたってＳｉＨ４ガスを導入して、ＴｉＮを豊富に含むシリコン表面層を形成するステップとを包含する、方法であって、これにより、上記目的を達成する。
前記堆積させるステップは、前記プリカーサを気化させるステップと、該プリカーサをアルゴンキャリアーガスで堆積チャンバに運ぶステップと、該プリカーサをウェハ表面上で分解するステップと、分解された該プリカーサを該ウェハ表面上にＴｉＮ薄膜として堆積させるステップとを包含してもよい。
前記堆積させるステップの間、前記ウェハは約３００℃〜４５０℃の範囲内の温度で維持してもよい。
チタンベースバリアメタル層を形成する方法は、基板を準備するステップであって、基板上にＩＣ素子を形成するステップを包含する、ステップと、約５容量％のテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）および約９５容量％のオクタンの溶液を用いてチタンベースバリアメタルプリカーサを形成するステップと、ＭＯＣＶＤによって基板上にチタンベースバリア層を堆積させるステップとを包含する。
本発明の以上の要旨および目的は、本発明の性質の大まかな理解を可能にするために提供される。本発明のより完全な理解は、以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明を、図面と共に参照することによって得られる。
本発明では、ＴｉＮ堆積のための１つのソースが唯一のソースであり、ＴｉＮ堆積にＮＨ３を必要としない。得られる膜の特性は、ＰＶＤまたは無処理のＣＶＤによって堆積されるＴｉＮ膜の特性よりも優れている。本発明によるプリカーサ混合物はずっと安価であり、堆積チャンバ内のシャワーヘッドを詰まらせない。本発明によるプリカーサは、ＣＶＤ銅とのより良好な湿潤性を有し、また、良好な接着性を有する。本発明によるプリカーサは、ＳｉＨ４処理後により良好な接触抵抗を提供する。
本発明の方法は、銅インターコネクトの形成の前に、バリア層として、チタンベース薄膜を堆積させる技術を含む。ここで、テトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）はオクタン（９５容量％）と混合されて、銅インターコネクトに必要なバリア特性を犠牲にすることなく、得られるプリカーサの効率を高め、製造コストを低減させる。
本発明の方法は以下の点で従来技術と異なる。（１）ＴｉＮ堆積のための１つのソースが唯一のソースであり、公知の従来技術とは異なり、ＴｉＮ堆積にＮＨ３が必要ない。得られる膜の特性は、ＰＶＤまたは無処理のＣＶＤによって堆積されるＴｉＮ膜の特性よりも優れている。（２）ＴＭＥＡＴは、９５容量％のオクタンと混合される。これは、ＴｉＮ堆積においてＴＭＥＡＴを使用する方法として新しい。（３）このプリカーサ混合物はずっと安価であり、従来技術のプリカーサとは異なり、堆積チャンバ内のシャワーヘッドを詰まらせない。（４）本発明の方法のプリカーサは、ＣＶＤ銅とのより良好な湿潤性を有し、また、良好な接着性を有する。（５）このプリカーサは、ＳｉＨ４処理後により良好な接触抵抗を提供する。
上述したように、ＴＭＥＡＴプリカーサを用いて形成されたＴｉＮ／ＴｉＳｉＮバリア薄膜は、より良好なステップカバレージおよびより低い抵抗性を示した。ＴｉＳｉＮバリア特性を改良するために用いられる方法である後プラズマ処理がない場合と比較すると、ＴＭＥＡＴプリカーサから製造されるＴｉＳｉＮ膜は、テトラキス（ジメチルアミノ）チタニウム（ＴＤＭＡＴ）から形成される薄膜と比較して、２５％低い抵抗性を有することが示された。当業者にはよく理解されることであるが、プラズマ処理によって生成される層は均一ではない。従って、後プラズマ処理は、バイアおよびトレンチの底部に隣接する部分においてのみ効果がある。ビアおよびトレンチ側壁上に形成されるＴｉＳｉＮ膜は、プラズマ処理が比較的効果的である底部の上に形成されるＴｉＳｉＮ膜とは異なるバリア特性を有する。皮肉なことに、ＴｉＳｉＮのＣＶＤの目標は、概して、側壁バリア層を改善することである。
本発明の方法において用いられるプリカーサは、以下のように調製される。窒素が充填されたグローブボックスにおいて、アンプルに４７５ｃｃのオクタン（Ｃ８Ｈ１８）が入れられ、その後、２５ｃｃのＴＭＥＡＴが入れられる。これで、プリカーサは、使用できる準備が整う。
プリカーサは、アルゴンプッシュガスによって、液体流量コントローラを介して気化器に導入される。プリカーサ、すなわち、オクタンおよびＴＭＥＡＴは気化され、アルゴンキャリアーガスによって、堆積チャンバに運ばれる。本発明のプリカーサは、ウェハ表面上で分解され、ＴｉＮ薄膜が堆積される。対象となるウェハの堆積温度は、約３００℃〜４５０℃の範囲内である。
本発明の方法の１つのソースのプリカーサによって、後に続く銅の付与のための高品質のバリア膜が十分に堆積される。他のプリカーサ、例えば、ＴＤＭＡＴおよびＴＤＥＡＴを用いるＴｉＮ ＣＶＤにＮＨ３が必要とされていた公知の従来技術の方法とは異なり、第２のＮＨ３ガスは必要とされない。さらに、従来技術においてバリア層特性を改善させるために必要であった必須のプラズマ処理も、本発明の方法によって堆積される薄膜には必要ない。
ＴｉＮ堆積後、短期間、例えば、約３０秒〜１２０秒の範囲内の期間にわたって、ＳｉＨ４ガスがチャンバに導入され、ＴｉＮを豊富に含むシリコン表面層が形成される。このシリコン表面層は、ＰＶＤ銅シード層プロセス、または銅のＣＶＤによって行われ得る、後に続く銅の堆積のために、銅湿潤性を改善する。銅層が銅のＣＶＤによって形成される場合、ウェハは、ＴｉＮバリア堆積後、直接銅ＣＶＤチャンバに移動させられ得る。もたらされる接触抵抗は、従来技術の場合の接触抵抗よりも小さい。得られる銅薄膜は、ＰＶＤ ＴｉＮバリア層上に堆積される銅薄膜よりも、良好な接着性を示した。本発明の方法を用いて形成された薄膜のバリア特性を従来技術によるＰＶＤ膜と比較した結果を図１〜４に示す。
バイアス−応力テストおよび熱応力テストを通じて行ったＴｉＳｉＮ薄膜の評価の結果を図１〜４に示す。この結果は、ＭＯＣＶＤ ＴｉＳｉＮ薄膜がＰＶＤ ＴｉＮ薄膜よりも良好なバリア特性を有することを証明している。バイアス−応力テスト結果である外部電界における故障までの時間が、ＴｉＮのＰＶＤおよびＴｉＳｉＮのＭＯＣＶＤについて、それぞれ、図１および２に示される。熱応力後の漏れ電流を表す熱応力テスト結果が、ＴｉＮのＰＶＤおよびＴｉＳｉＮのＭＯＣＶＤについて、それぞれ、図３および４に示される。
図１に示すように、ＰＶＤ ＴｉＮ膜は、ＣＶＤ ＴｉＳｉＮ薄膜と比較して、故障までの平均時間がずっと短かかった。用いられる外部電界は２ＭＶ／ｃｍであり、周囲温度は１８０℃である。熱応力テスト結果は、ＰＶＤ ＴｉＮ薄膜について図３に示され、ＣＶＤ ＴｉＳｉＮ薄膜について図４に示される。ＣＶＤ ＴｉＳｉＮ膜は、同じ熱処理の後、漏れがずっと少ない。
以上のように、テトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウムおよびオクタンプリカーサを用いるチタンベースバリアメタル薄膜のＭＯＣＶＤ法が開示された。添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内で、さらなる本発明の変形および改変が為され得ることが理解される。本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
Claims (12)
- チタンベースバリアメタル層を形成する方法であって、
基板を準備するステップであって、該基板上にＩＣ素子を形成するステップを包含する、ステップと、
約５容量％のテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）および約９５容量％のオクタンの溶液を用いてチタンベースバリアメタルプリカーサを形成するステップと、
ＭＯＣＶＤによって、該基板上にチタンベースバリア層を堆積させるステップと
を包含する、方法。 - 前記形成するステップは、窒素が充填されたグローブボックスにおいて、アンプルに約４７５ｃｃのオクタン（Ｃ８Ｈ１８）を入れるステップと、該アンプルに約２５ｃｃのＴＭＥＡＴを入れるステップとを包含する、請求項１に記載の方法。
- 前記堆積させるステップは、前記プリカーサを気化させるステップと、該プリカーサをアルゴンキャリアーガスで堆積チャンバに運ぶステップと、該プリカーサをウェハ表面上で分解するステップと、分解された該プリカーサを該ウェハ表面上にＴｉＮ薄膜として堆積させるステップとを包含する、請求項１に記載の方法。
- 前記堆積させるステップの間、前記ウェハは約３００℃〜４５０℃の範囲内の温度で維持される、請求項３に記載の方法。
- 前記堆積させるステップの後、前記チャンバに約３０秒〜１２０秒の範囲内の期間にわたってＳｉＨ４ガスを導入して、ＴｉＮを豊富に含むシリコン表面層を形成するステップを包含する、請求項１に記載の方法。
- チタンベースバリアメタル層を形成する方法であって、
基板を準備するステップであって、該基板上にＩＣ素子を形成するステップを包含する、ステップと、
約５容量％のテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）および約９５容量％のオクタンの溶液を用いてチタンベースバリアメタルプリカーサを形成するステップであって、窒素が充填されたグローブボックスにおいて、約４７５ｃｃのオクタン（Ｃ８Ｈ１８）および約２５ｃｃのＴＭＥＡＴを混合させるステップを包含する、ステップと、
ＭＯＣＶＤによって、該基板上にチタンベースバリア層を堆積させるステップと
を包含する、方法。 - 前記堆積させるステップは、前記プリカーサを気化させるステップと、該プリカーサをアルゴンキャリアーガスで堆積チャンバに運ぶステップと、該プリカーサをウェハ表面上で分解するステップと、分解された該プリカーサを該ウェハ表面上にＴｉＮ薄膜として堆積させるステップとを包含する、請求項６に記載の方法。
- 前記堆積させるステップの間、前記ウェハは約３００℃〜４５０℃の範囲内の温度で維持される、請求項７に記載の方法。
- 前記堆積させるステップの後、前記チャンバに約３０秒〜１２０秒の範囲内の期間にわたってＳｉＨ４ガスを導入して、ＴｉＮを豊富に含むシリコン表面層を形成するステップを包含する、請求項６に記載の方法。
- チタンベースバリアメタル層を形成する方法であって、
基板を準備するステップであって、該基板上にＩＣ素子を形成するステップを包含する、ステップと、
約５容量％のテトラキス（メチルエチルアミノ）チタニウム（ＴＭＥＡＴ）および約９５容量％のオクタンの溶液を用いてチタンベースバリアメタルプリカーサを形成するステップであって、窒素が充填されたグローブボックスにおいて、約４７５ｃｃのオクタン（Ｃ８Ｈ１８）および約２５ｃｃのＴＭＥＡＴを混合させるステップを包含する、ステップと、
ＭＯＣＶＤによって該基板上にチタンベースバリア層を堆積させるステップと、
チャンバに約３０秒〜１２０秒の範囲内の期間にわたってＳｉＨ４ガスを導入して、ＴｉＮを豊富に含むシリコン表面層を形成するステップと
を包含する、方法。 - 前記堆積させるステップは、前記プリカーサを気化させるステップと、該プリカーサをアルゴンキャリアーガスで堆積チャンバに運ぶステップと、該プリカーサをウェハ表面上で分解するステップと、分解された該プリカーサを該ウェハ表面上にＴｉＮ薄膜として堆積させるステップとを包含する、請求項１０に記載の方法。
- 前記堆積させるステップの間、前記ウェハは約３００℃〜４５０℃の範囲内の温度で維持される、請求項１１に記載の方法。
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