JP2023502764A - 原子層堆積のためのルテニウムピラゾレート前駆体及び類似法 - Google Patents
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Abstract
開示及び特許請求される発明は、ルテニウムピラゾレート前駆体及びそれの誘導体、並びにALDまたはALD類似方法におけるそれらの使用、及びこのような方法で成長した膜に関する。特に、置換された飽和ピラゾレートブリッジドジルテニウムカルボニル錯体が開示される。
Description
開示及び特許請求される発明は、少なくとも一つの基材上での選択的金属含有膜成長のための原子層堆積(ALD)及びALD類似(ALD-like)方法で使用する金属含有前駆体に関する。詳しくは、開示及び特許請求される発明は、ALD及びALD類似方法において有用な、ルテニウムピラゾレート前駆体及びそれの誘導体に関する。
薄膜、特に金属含有薄膜は、ナノテクノロジーや、半導体デバイスの製造などにおいて、様々な重要な用途を持つ。このような用途の例には、高屈折率光学コーティング、腐食保護コーティング、光触媒自洗性ガラスコーティング、生体適合性コーティング、電解効果トランジスタ(FET)における誘電体コンデンサ層及びゲート誘電絶縁性膜、コンデンサ電極、ゲート電極、接着拡散バリア、及び集積回路などが挙げられる。金属性薄膜及び誘電体薄膜は、マイクロエレクトロニクス用途、例えばダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ(DRAM)用途のための高κ誘電酸化物、並びに赤外検出器及び不揮発性強誘電性ランダム・アクセス・メモリ(NV-FeRAM)に使用される強誘電性ペロブスカイトなどにも使用される。
金属含有薄膜を形成するために様々な前駆体を使用でき、そして様々な堆積技術を利用することができる。このような技術には、反応性スパッタリング法、イオンアシスト堆積法、ゾルゲル堆積法、化学蒸着法(CVD)(有機金属CVDまたはMOCVDとも知られる)、原子層堆積法(ALD)(原子層エピタキシとも知られる)などが挙げられる。CVD及びALD法がますます使用されており、というのも、これらは、増強された組成制御、高い膜均一性、及びドーピングの効果的な制御という利点を有するからである。
従来のCVDは、基材表面上に薄膜を形成するために前駆体が使用される化学プロセスである。典型的なCVD方法では、前駆体は、低圧または周囲圧反応チャンバ中で基材(例えばウェハ)の表面上に流される。前駆体は、基材表面上で反応及び/または分解して、堆積された材料の薄膜を形成する。反応チャンバ中にガスを流通することによって不揮発性副生成物が除去される。堆積された膜厚は制御が困難な場合がある、というのも、これは、温度、圧力、ガス体積流量及び均一性、化学枯渇効果、及び時間などの多くのパラメータのコーディネートに依存するからである。
ALDも、薄膜の堆積のための方法である。これは、正確な厚さ制御を供することができ、そして様々な組成の表面基材上に前駆体により提供される材料の共形薄膜を堆積することができる、表面反応をベースとした自己限定的、連続的でユニークな膜成長技術である。ALDでは、前駆体は反応の間に分離される。第一の前駆体が、基材表面上に流され、基材表面上に単一層を生成する。過剰の未反応前駆体は、反応チャンバから排出される。次いで、第二の前駆体が、基材表面上に流され、そしてこれが第一の前駆体と反応して、基材表面上の膜の最初に形成された単一層上に、膜の第二の単一層が形成される。このサイクルは、所望の厚さの膜が形成されるまで繰り返される。
従来の化学蒸着(CVD)方法では、前駆体及び共反応体が、気相を介して堆積チャンバ中に導入され、基材上に薄膜が堆積される。他方で、原子層堆積(ALD)またはALD類似方法では、前駆体及び共反応体が、順番に堆積チャンバ中に導入され、そうして、表面制御されたレイヤーバイレイヤー堆積及び重要に自己制限性の表面反応を可能にして、薄膜の原子レベル成長が達成される。首尾のよいALD堆積方法の鍵は、個別の自己制限性の吸着及び反応ステップの連続からなる反応スキームを講ずる前駆体を使用することにある。ALD方法の大きな利点の一つは、8超などの高いアスペクト比を有する基材に対して、CVDよりも非常に大きな共形性を供する点にある。
Song,Yi-Hwa,et al.,"A Study of Unsaturated Pyrazolate-Bridged Diruthenium Carbonyl Complexes",Organometallics 2002,21,p.4735-4742
Song,Yi-Hwa,et al.,"Deposition of Conductive Ru and RuO2 Thin Films Employing a Pyrazolate Complex[Ru(CO)3(3,5-(CF3)2-pz)]2 as the CVD Source Reagent",Chemical Vapor Deposition,2003,V9(3),p.162-169
George S.M.,et al.J.Phys.Chem.,1996,100,13121-13131
Chemical Vapour Deposition:Precursors,Processes,and Applications;Jones,A.C.;Hitchman,M.L.,Eds.,The Royal Society of Chemistry:Cambridge,2009;Chapter 1,pp 1-36
しかし、半導体デバイスなどの微細電子部品のサイズは絶えず縮小されていることから、幾つかの技術的課題があり、改善された薄膜技術への要望は大きくなっている。特に、微細電子部品は、例えば伝導路を形性するためまたは相互接続を形性するために充填を必要とする、基材上のまたは中の図形を含む場合がある。特により一層小さな微細電子部品におけるこのような図形の充填は、これらの図形がますます薄くまたは狭くなり得るので困難となり得る。その結果、例えばALDによる図形の完全な充填は、図形の厚さがゼロに近づくほど無限に長いサイクル時間を必要とするであろう。更に、図形の厚さが、前駆体の分子サイズよりも薄くなった場合には、図形は完全には充填することができない。その結果、ALDを行った時には、図形の中央部分に中空のシームが残る場合がある。図形内のこのような中空シームの存在は、デバイスの故障を招く場合があるので望ましくない。それ故、一つ超の基材上で膜を選択的に成長させることができ、及びボイドを生じることなく図形が実質的に充填されるように金属含有膜を堆積するなどの、基材上もしくは基材中の図形の改善された充填を達成できる薄膜堆積方法、特にALD法の開発に大きな関心が持たれている。
幾つかのルテニウムピラゾレート前駆体が開示されており、そして300~450℃の高温範囲で慣用のCVD方法に使用されている。例えば、Song,Yi-Hwa,et al.,“A Study of Unsaturated Pyrazolate-Bridged Diruthenium Carbonyl Complexes”,Organometallics 2002,21,p.4735-4742(非特許文献1)及びSong,Yi-Hwa,et al.,“Deposition of Conductive Ru and RuO2 Thin Films Employing a Pyrazolate Complex[Ru(CO)3(3,5-(CF3)2-pz)]2 as the CVD Source Reagent”,Chemical Vapor Deposition,2003,V9(3),p.162-169(非特許文献2)を参照されたい。しかし、300℃未満のより低い温度でのALD及びALD類似(例えばサイクリックCVD)法におけるそれらの使用は、これまで示されていない。
一つの観点では、開示及び特許請求された発明は、式Iのルテニウムピラゾレート前駆体に関する。
他の観点の一つでは、開示及び特許請求される発明は、ALD法及びALD類似法における式Iを有する前駆体の使用に関する。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、式Iの前駆体から誘導されたルテニウム含有層を、基材表面上に堆積するステップを含む。この態様の更に別の観点の一つでは、式Iを有する前駆体を用いたALDまたはALD類似方法は、Al2O3、ZrO2、HfO2及びSiO2、非酸化物、例えばWCN、WN及びTiN、または金属表面、例えばCu、Co、MoまたはWのうちの一つ以上を含む基材上で膜を成長させるために適用される。この態様の更に別の観点の一つでは、該方法は共反応体の使用を含む。
他の観点の一つでは、開示及び特許請求される発明は、式Iを有する前駆体から成長した膜に関する。この態様の更に別の観点の一つでは、これらの膜は、Al2O3、ZrO2、HfO2及びSiO2、非酸化物、例えばWCN、WN及びTiN、または金属表面、例えばCu、Co、MoまたはWのうちの一つ以上を含む基材上で成長させる。
一つの観点では、開示及び特許請求される発明は、ALDまたはALD類似方法に使用するための、次の構造を有するルテニウムピラゾレート前駆体(ここでは「Ru-Pz1」)、並びにそれらの誘導体に関する。
中でも、前記Ru-Pz1前駆体は、(i)室温で固形であり、(ii)熱安定性であり、(iii)標準的な作業温度及び圧力での蒸発を可能にするのに十分な蒸気圧を有し、そして(iv)(堆積された状態のままで)おおよそ275℃で、僅かおおよそ20μΩ-cmの抵抗を有するRu膜を堆積するために使用できる。
一つの観点では、開示及び特許請求される発明は、ALDまたはALD類似方法に使用するための、次の構造を有するルテニウムピラゾレート前駆体(ここでは「Ru-Pz2」)、並びにそれらの誘導体に関する。
一つの観点では、開示及び特許請求される発明は、ALDまたはALD類似方法に使用するための、次の構造を有するルテニウムピラゾレート前駆体(ここでは「Ru-Pz3」)、並びにそれらの誘導体に関する。
他の観点の一つでは、開示及び特許請求される発明は、ALDまたはALD類似方法に使用するための、次の構造を有するルテニウムピラゾレート前駆体(ここでは「Ru-Pz4」)、並びにそれらの誘導体に関する。
他の観点の一つでは、開示及び特許請求される発明は、ALDまたはALD類似方法に使用するための、次の構造を有するルテニウムピラゾレート前駆体(ここでは「Ru-Pz5」)、並びにそれらの誘導体に関する。
他の観点の一つでは、開示及び特許請求される発明は、Ru-Pz前駆体及びそれの誘導体から成長した膜に関する。この態様の更に別の観点の一つでは、膜は酸化物基材または表面、例えばAl2O3、ZrO2、HfO2及びSiO2、非酸化物、例えばWCN、WN及びTiN、または金属表面、例えばCu、Co、MoもしくはW上で成長させる。
一つの観点では、開示及び特許請求された発明は、キャリアガス(例えばH2)を用いた交互パルスで、Ru-Pz前駆体を使用したALDまたはALD類似方法によって成長したRu含有膜に関する。255℃で成長したこのような膜は低い抵抗を示す。このような膜は、薄いか(約10~150Å)またはより厚手であることができる。おおよそ150Åのオーダーの比較的薄手の膜は、約20μOhm・cmの抵抗を示す。
他の観点の一つでは、開示及び特許請求される発明は、ALD及びALD類似方法におけるRu-Pz前駆体の使用に関する。
この概要セクションは、開示及び特許請求される発明の全ての態様及び/または斬新的に新規な観点を特定するものではない。その代わりに、この概要は、様々な態様の予備的な記載、及び慣用の技術及び既知技術に対する新規性の対応するポイントのみを提供するものである。開示及び特許請求された発明及び態様の追加的な詳細及び/または可能な展望のためには、以下に更に記載される発明の詳細な説明及び対応する図面を参照されたい。
ここに記載の異なるステップの記載順序は、明確さの目的で提供したものである。一般的に、ここに開示されるステップは、任意の適当な順番で行うことができる。追加的に、ここに記載の異なる特徴、技術、配置などはそれぞれ、本明細書の異なる箇所で説明している場合があるが、これらのコンセプトの各々は、互いに独立してまたは適当ならば互いの組み合わせてとして実施できることが意図されている。それ故、開示及び特許請求される発明は、多くの異なる方法で具体化し、見ることができる。
添付の図面は、開示された発明の更なる理解をもたらし、そして本明細書中に取り入れられ、それの一部を構成するものであるが、これらは、開示された発明の態様を例示し、そして発明の詳細な説明と共に、開示された発明の原理を説明するのに役立つものである。
定義
他に記載が無ければ、本明細書及び特許請求の範囲に使用される以下の用語は、本願では次の意味を有する。
他に記載が無ければ、本明細書及び特許請求の範囲に使用される以下の用語は、本願では次の意味を有する。
本発明及びそれの特許請求の範囲の目的のためには、周期律表群のための付番規定は、IUPAC元素周期律表に従う。
本明細書において、「A及び/またはB」などのフレーズで使用する「及び/または」という記載は、「A及びB」、「AまたはB」、「A」及び「B」を含むことを意図している。
「置換基」、「残基」、「基」及び「部分」という用語は、互換可能に使用し得る。
本明細書で使用する場合、「金属含有錯体」(またはより簡単には、「錯体」)及び「前駆体」という用語は互換可能に使用され、そして例えばALDまたはCVDなどの蒸着方法によって金属含有膜を製造するために使用できる金属含有分子または化合物を指す。金属含有錯体は、金属含有膜が形成されるように、基材またはそれの表面上に堆積、吸着、分解、送達及び/または流通することができる。
本明細書で使用する場合、「金属含有膜」という用語は、以下により詳しく定義される元素状金属膜だけでなく、金属の他に一種以上の元素を含む膜、例えば金属酸化物膜、窒化金属膜、ケイ化金属膜、炭化金属膜及び類似の膜も包含する。本明細書で使用する場合、「元素状金属膜」及び「純金属膜」という用語は互換可能に使用され、そして純粋な金属からなるまたは純粋な金属から本質的になる膜を指す。例えば、元素状金属膜は100%の純粋な金属を含んでよいか、または元素状金属膜は、一種以上の不純物と共に、少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、少なくとも約95%、少なくとも約96%、少なくとも約97%、少なくとも約98%、少なくとも約99%、少なくとも約99.9%、または少なくとも約99.99%の純金属を含んでよい。文脈から他に指示がなければ、「金属膜」という用語は、元素状金属膜を意味すると解釈されるものである。
本明細書で使用する場合、「蒸着方法」という用語は、任意のタイプの蒸着技術、例えば限定はされないがCVD及びALDを指すために使用される。様々な態様において、慣用の(すなわち連続流)CVD、液体注入CVDまたは光アシストCVDの形を取ることができる。CVDは、パルス技術の形、すなわちパルスCVDの形を取ることもできる。ALDは、ここに開示される少なくとも一種の金属錯体を基材表面上に蒸発及び/または流通することによって金属含有膜を形成するために使用される。慣用のALD方法については、例えばGeorge S.M.,et al.J.Phys.Chem.,1996,100,13121-13131(非特許文献3)を参照されたい。他の態様では、ALDは、慣用の(すなわちパルス注入)ALD、液体注入ALD、光アシストALD、プラズマアシストALD、またはプラズマ増強ALDの形を取ることができる。「蒸着方法」という用語は、更に、Chemical Vapour Deposition:Precursors,Processes,and Applications;Jones,A.C.;Hitchman,M.L.,Eds.,The Royal Society of Chemistry:Cambridge,2009;Chapter 1,pp 1-36(非特許文献4)に記載の様々な蒸着技術も包含する。
本明細書全体にわたり、「ALDまたはALD類似」または「ALD及びALD類似」という用語は、限定なされないが、以下の工程を含む方法を指す:(i)Ru-Pz前駆体及び反応性ガスを始めとした各々の反応体を、シングルウェハ式ALD反応器、セミバッチ式ALD反応器、またはバッチ炉式反応器などの反応器中に順番に導入し、(ii)基材を反応器の異なる区画に移動させるかまたは回転させることによって、基材を前記Ru-Pz前駆体及び反応性ガスを含む各々の反応体に暴露し、ここで各区画は、不活性ガスカーテンによって区切られており、すなわち空間的ALD反応器またはロール・ツー・ロールALD反応器である。ALDまたはALD類似方法の典型的な1サイクルは、先に記載した通り少なくとも四つのステップを含む。
ここで使用される場合、「図形」という用語は、一つ以上の側壁、底面及び上部コーナーによって画定し得る基材中の開口を指す。様々な観点において、この図形は、ビア、トレンチ、コンタクト、デュアルダマシンなどであってよい。
「約」または「おおよそ」という記載は、測定可能な変数に関連して使用される場合は、変数の表示値と、並びに表示値の実験誤差内(例えば、平均の95%信頼限界内)のまたは表示値のパーセント内(例えば、±10%内、±5%内)のいずれか大きい方の変数の全ての値のことを指す。
開示及び特許請求される前駆体は、好ましくは実質的に水を含まない。本明細書で使用する場合、「実質的に含まない」という記載は、水について言う時は、プロトンNMRまたはカール・フィッシャー滴定によって測定して5000ppm(重量)未満、好ましくはプロトンNMRまたはカール・フィッシャー滴定によって測定して3000ppm未満、より好ましくはプロトンNMRまたはカール・フィッシャー滴定によって測定して1000ppm未満、及び最も好ましくはプロトンNMRまたはカール・フィッシャー滴定によって測定して100ppm未満を意味する。
開示及び特許請求される前駆体は、好ましくは金属イオンまたは金属、例えばLi+(Li)、Na+(Na)、K+(K)、Mg2+(Mg)、Ca2+(Ca)、Al3+(Al)、Fe2+(Fe)、Fe3+(Fe)、Ni2+(Fe)、Cr3+(Cr)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)または亜鉛(Zn)も実質的に含まない。これらの金属イオンまたは金属は、前駆体を合成するために使用される原料/反応器に由来して潜在的に存在する。本明細書で使用する場合、「実質的に含まない」という記載は、Li、Na、K、Mg、Ca、Al、Fe、Ni、Cr、Ti、V、Mn、Co、Ni、CuまたはZnについて言う時は、ICP-MSによって測定して5ppm(重量)未満、好ましくは3ppm未満、より好ましくは1ppm未満、最も好ましくは0.1ppmを意味する。
他に記載がなければ、「アルキル」とは、線状、分岐状(例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、tert-ブチル及び類似物)または環状(例えば、シクロヘキシル、シクロプロピル、シクロペンチル及び類似物)であることができるC1~C20炭化水素基を指す。これらのアルキル部分は、以下に記載のように置換されていてもまたは置換されていなくともよい。「アルキル」という用語は、C1~C20炭素を有するこのような部分を指す。構造上の理由から、線状アルキルはC1から始まり、他方で、分岐状アルキル及び環状アルキルはC3から始まると理解される。更に、以下に記載のアルキルから誘導される部分、例えばアルキルオキシ及びパーフルオロアルキルは、他に記載がなければ、同じ炭素数範囲を有すると理解される。上記とは異なるアルキル基の長さが規定される場合は、アルキルの前記の定義は、前記の全てのタイプのアルキル部分を包含する点でなおも有効であり、及び所与のタイプのアルキル基の最小炭素数に関しての前記の構造に関する考察はなおも該当する。
ハロまたはハライドは、一つの結合手によって有機部分に結合するハロゲン、F、Cl、BrまたはIを指す。幾つかの態様では、ハロゲンはFである。他の態様では、ハロゲンはClである。
ハロゲン化アルキルは、完全にまたは部分的にハロゲン化されたC1~C20アルキルを指す。
パーフルオロアルキルは、水素が全てフッ素に置き換えられた先に定義したような線状、環状または分岐状飽和アルキル基を指す(例えば、トリフルオロメチル、パーフルオロエチル、パーフルオロプロピル、パーフルオロブチル、パーフルオロイソプロピル、パーフルオロシクロヘキシル及び類似物)。
開示及び特許請求された前駆体は、好ましくは、合成の間に使用された原料または合成の間に発生した副生成物に由来する有機不純物を実質的に含まない。例には、限定はされないが、アルカン、アルケン、アルキン、ジエン、エーテル、エステル、アセテート、アミン、ケトン、アミド、芳香族化合物などが挙げられる。本明細書で使用する場合、有機不純物を「含まない」という記載は、GCにより測定して1000ppm以下、好ましくはGCにより測定して500ppm以下(重量)、最も好ましくはGCまたは他の評価分析法により測定して100ppm以下(重量)を意味する。重要な点として、該前駆体は、好ましくは、ルテニウム含有膜を堆積するための前駆体として使用する場合、GCにより測定して98重量%以上、より好ましくは99重量%以上の純度を有する。
ここで使用する各章の表題は、文書構成を目的としたものであって、記載の主題を限定するものと解釈するべきではない。限定はされないが特許、特許出願、論文、書籍及び専門書を始めとした本願で引用する全ての文献または文献の一部は、全ての目的に関してそれらの内容の全てが本明細書中に掲載されたものとする。ここに掲載されたものとする文献及び類似の資料のいずれかにおける用語の定義が、本願明細書におけるものと矛盾する場合は、本願の定義が優先する。
前記の一般的な説明及び以下の詳細な説明は双方とも例示、説明のためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明に関してそれを限定するものではないと理解するべきである。開示された発明の課題、特徴、利点及び思想は、本明細書に記載の説明から当業者には明らかであり、加えて、開示された発明は、ここに記載の説明に基づいて当業者によって容易に実施可能である。開示された発明を実施するための好ましい形態を示す「好ましい態様」及び/または実施例の記載は、説明の目的で含まれるものであり、特許請求の範囲を限定することを意図したものではない。
本明細書中に記載の観点に基づいた開示された発明の実施の仕方において、ここに開示される発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく様々な改良が可能であることも当業者には明らかである。
先に記載のように、開示及び特許請求された発明は、式Iのルテニウムピラゾレート前駆体に関する。
一つの態様では、開示及び特許請求される発明は、ALDまたはALD類似方法に使用するための、次の構造を有する式Iのルテニウムピラゾレート前駆体(ここでは「Ru-Pz1」)、並びにそれらの誘導体に関する。
他の態様の一つでは、開示及び特許請求される発明は、ALDまたはALD類似方法に使用するための、次の構造を有する式Iのルテニウムピラゾレート前駆体(ここでは「Ru-Pz2」)、並びにそれらの誘導体に関する。
他の態様の一つでは、開示及び特許請求される発明は、ALDまたはALD類似方法に使用するための、次の構造を有する式Iのルテニウムピラゾレート前駆体(ここでは「Ru-Pz3」)、並びにそれらの誘導体に関する。
他の態様の一つでは、開示及び特許請求される発明は、ALDまたはALD類似方法に使用するための、次の構造を有する式Iのルテニウムピラゾレート前駆体(ここでは「Ru-Pz4」)、並びにそれらの誘導体に関する。
他の態様の一つでは、開示及び特許請求される発明は、ALDまたはALD類似方法に使用するための、次の構造を有する式Iのルテニウムピラゾレート前駆体(ここでは「Ru-Pz5」)、並びにそれらの誘導体に関する。
Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとした式Iを有する前駆体のためのALDまたはALD類似成長条件の例には、限定はされないが、以下のものが挙げられる:
a.基材温度:200~300℃、及びそのうちの範囲;
b.蒸発器温度(金属前駆体温度):100~130℃;
c.反応器圧力:0.01~20トル及びそのうちの範囲;
d.前駆体:パルス時間:1~15秒間;パージ時間 1~20秒間;
e.反応性ガス(共反応体):パルス時間 1~60秒間;パージ時間 1~90秒間;ここで反応性ガスのパルスピーク圧力は、定常状態反応器圧力よりも実質的に高い圧力(例えば700トル)であることができる;
g.パルスシーケンス(金属錯体/パージ/反応性ガス/パージ):パルス及びパージ時間は、チャンバーサイズに応じて変わる;及び
h.サイクル数:所望の膜厚に応じて変わる。
a.基材温度:200~300℃、及びそのうちの範囲;
b.蒸発器温度(金属前駆体温度):100~130℃;
c.反応器圧力:0.01~20トル及びそのうちの範囲;
d.前駆体:パルス時間:1~15秒間;パージ時間 1~20秒間;
e.反応性ガス(共反応体):パルス時間 1~60秒間;パージ時間 1~90秒間;ここで反応性ガスのパルスピーク圧力は、定常状態反応器圧力よりも実質的に高い圧力(例えば700トル)であることができる;
g.パルスシーケンス(金属錯体/パージ/反応性ガス/パージ):パルス及びパージ時間は、チャンバーサイズに応じて変わる;及び
h.サイクル数:所望の膜厚に応じて変わる。
一つの態様では、ALDまたはALD類似方法は、おおよそ245℃の温度で行われ、そして以下の反応パラメータ下に共反応体が使用される:
a.圧力:おおよそ10トル;
b.前駆体:パルス時間:おおよそ10秒間;パージ時間 おおよそ15秒間;及び
c.H2共反応体:パルス時間 おおよそ40秒間;パージ時間 おおよそ60秒間。
a.圧力:おおよそ10トル;
b.前駆体:パルス時間:おおよそ10秒間;パージ時間 おおよそ15秒間;及び
c.H2共反応体:パルス時間 おおよそ40秒間;パージ時間 おおよそ60秒間。
この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体はH2である。
ALDまたはALD類似方法の一つの態様では、式Iを有する前駆体を用いたALDまたはALD類似方法は、Al2O3、ZrO2、HfO2及びSiO2、非酸化物、例えばWCN、WN及びTiN、または金属表面、例えばCu、Co、MoまたはW、及びこれらの組み合わせの一つ以上を始めとした基材上で膜を成長させるために適用される。この態様の更に別の観点の一つでは、開示及び特許請求された、Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとした式Iの前駆体は、(i)室温で固形であり、(ii)熱安定性であり、(iii)標準的な作業温度及び圧力下に蒸発を可能するのに十分な蒸気圧を有し、及び/または(iv)(堆積された状態のままで)おおよそ225~295℃で僅かおおよそ20μΩ-cmの抵抗を有する酸素不含のRu膜を水素共反応体を用いて堆積するために効率良くかつ簡単に利用することができる。
一つの態様では、開示及び特許請求された発明は、Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとして式Iを有する前駆体の使用に関し、ここでALDまたはALD類似方法は、おおよそ0.01とおおよそ20トルとの間の圧力で行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、おおよそ1トルとおおよそ15トルとの間の圧力で行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、おおよそ5トルとおおよそ15トルとの間の圧力で行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、おおよそ5トルとおおよそ10トルとの間の圧力で行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、おおよそ5トルの圧力で行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、おおよそ10トルの圧力で行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、おおよそ15トルの圧力で行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、おおよそ20トルの圧力で行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、少なくとも一つの酸素不含共反応体を併用して、前述の圧力または圧力範囲のうちのいずれか一つで行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、H2ガス共反応体を併用して、前述の圧力または圧力範囲のいずれか一つで行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、少なくとも一つの酸素含有共反応体を併用して、前述の圧力または圧力範囲のうちのいずれか一つで行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、O2ガス共反応体を併用して、前述の圧力または圧力範囲のいずれか一つで行われる。
他の一つの態様では、開示及び特許請求された発明は、Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとして式Iを有する前駆体の使用に関し、ここでALDまたはALD類似方法は、少なくとも一つの酸素不含共反応体の使用を含む。この態様の一つの観点では、酸素不含共反応体には水素が挙げられる。この態様の一つの観点では、酸素不含共反応体には窒素含有共反応体が挙げられる。この態様の一つの観点では、酸素不含共反応体には、アンモニア、ヒドラジン、アルキルヒドラジン及びアルキルアミンのうちの一種以上である窒素含有共反応体が挙げられる。この態様の一つの観点では、酸素不含共反応体にはアンモニアが挙げられる。この態様の一つの観点では、酸素不含共反応体にはヒドラジンが挙げられる。この態様の一つの観点では、酸素不含共反応体にはアルキルヒドラジンが挙げられる。この態様の一つの観点では、酸素不含共反応体にはアルキルアミンが挙げられる。
他の一つの態様では、開示及び特許請求された発明は、Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとした式Iを有する前駆体の使用に関し、ここでALDまたはALD類似方法は、少なくとも一つの酸素含有共反応体の使用を含む。この態様の一つの観点では、酸素含有共反応体は、酸素(例えばオゾン、元素状酸素、分子状酸素/O2)、過酸化水素及び亜酸化窒素のうちの一つ以上を含む反応ガスである。一つの態様では、O2が、好ましい共反応体ガスである。一つの態様では、オゾンが、好ましい共反応体ガスである。
他の態様の一つでは、開示及び特許請求された発明は、Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとした式Iを有する前駆体の使用に関し、ここでALDまたはALD類似方法は、おおよそ1秒間からおおよそ15秒間の前駆体パルス時間を含む。この態様の更に別の観点の一つでは、前駆体パルス時間はおおよそ1秒間からおおよそ10秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、前駆体パルス時間はおおよそ5秒間からおおよそ10秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、前駆体パルス時間はおおよそ5秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、前駆体パルス時間はおおよそ10秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、前駆体パルス時間はおおよそ15秒間である。
他の態様の一つでは、開示及び特許請求された発明は、Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとした式Iを有する前駆体の使用に関し、ここでALDまたはALD類似方法は、おおよそ1秒間からおおよそ20秒間の前駆体パージ時間を含む。この態様の更に別の観点の一つでは、前駆体パージ時間はおおよそ1秒間からおおよそ15秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、前駆体パージ時間はおおよそ5秒間からおおよそ15秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、前駆体パージ時間はおおよそ10秒間からおおよそ15秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、前駆体パージ時間はおおよそ10秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、前駆体パージ時間はおおよそ15秒間である。
他の態様の一つでは、開示及び特許請求される発明は、Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとした式Iを有する前駆体の使用に関し、ここでALDまたはALD類似方法は、おおよそ1秒間からおおよそ60秒間の共反応体パルス時間を含む。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パルス時間はおおよそ10秒間からおおよそ50秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パルス時間はおおよそ20秒間からおおよそ40秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パルス時間はおおよそ30秒間からおおよそ40秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パルス時間はおおよそ10秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パルス時間はおおよそ20秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パルス時間はおおよそ30秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パルス時間はおおよそ40秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パルス時間はおおよそ50秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パルス時間はおおよそ60秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、H2ガス共反応体と併用して、前述の圧力または圧力範囲のうちのいずれか一つで行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、少なくとも一つの酸素含有共反応体を併用して、前述の圧力または圧力範囲のうちのいずれか一つで行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、O2ガス共反応体を併用して、前述の圧力または圧力範囲のいずれか一つで行われる。
他の態様の一つでは、開示及び特許請求される発明は、Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとした式Iを有する前駆体の使用に関し、ここでALDまたはALD類似方法は、おおよそ1秒間からおおよそ90秒間の共反応体パージ時間を含む。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ10秒間からおおよそ80秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ20秒間からおおよそ70秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ30秒間からおおよそ60秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ40秒間からおおよそ50秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ10秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ20秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ30秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ40秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ50秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ60秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ70秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ80秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、共反応体パージ時間はおおよそ90秒間である。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、H2ガス共反応体を併用して、前述の圧力または圧力範囲のうちのいずれか一つで行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、少なくとも一つの酸素含有共反応体を併用して、前述の圧力または圧力範囲のうちのいずれか一つで行われる。この態様の更に別の観点の一つでは、ALDまたはALD類似方法は、O2ガス共反応体を併用して、前述の圧力または圧力範囲のいずれか一つで行われる。
他の態様の一つでは、開示及び特許請求される発明は、Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとした式Iを有する前駆体の使用に関し、ここでALDまたはALD類似方法は、Al2O3、ZrO2、HfO2及びSiO2、非酸化物、例えばWCN、WN及びTiN、または金属表面、例えばCu、Co、MoまたはWのうちの一つ以上を含む基材を含む。
他の態様の一つでは、開示及び特許請求される発明は、Ru-Pz1、Ru-Pz2、Ru-Pz3、Ru-Pz4及びRu-Pz5を始めとした式Iを有する前駆体から成長した膜に関する。この態様の更に別の観点の一つでは、Al2O3、ZrO2、HfO2及びSiO2、非酸化物、例えばWCN、WN及びTiN、または金属表面、例えばCu、Co、MoもしくはWの一つ以上を含む基材上で膜を成長させる。
TGA/DSC
Ru-Pz1前駆体のTGA/DSC分析は、(アンプル上でTCで測定して)100℃でN2キャリアガスを用いて行った。図1に示されるように、Ru-Pz1、Ru-Pz2またはRu-Pz3前駆体のTGA/DSC分析は、前駆体が中程度の温度で蒸発し、そして蒸発した時に残渣を残さない(すなわち、分解した証拠がない)ことを証明している。加えて、DSCデータは、Ru-Pz1前駆体がおおよそ147℃の融点を有することを示す。
Ru-Pz1前駆体のTGA/DSC分析は、(アンプル上でTCで測定して)100℃でN2キャリアガスを用いて行った。図1に示されるように、Ru-Pz1、Ru-Pz2またはRu-Pz3前駆体のTGA/DSC分析は、前駆体が中程度の温度で蒸発し、そして蒸発した時に残渣を残さない(すなわち、分解した証拠がない)ことを証明している。加えて、DSCデータは、Ru-Pz1前駆体がおおよそ147℃の融点を有することを示す。
飽和挙動
図2に示すように、Ru堆積速度は、Ru-Pz1蒸気圧と共に上昇した。蒸気圧を、104℃と129℃との間でバブラー温度を変化させて変えた。一つのALDサイクルは、10秒間のRu-Pz1パルス時間及び15秒間のアルゴンパージ時間、その後の40秒間のH2パルス時間及び60秒間のアルゴンパージ時間からなる。堆積圧力は10トルであり、そして堆積温度は245℃であった。約20μmΩ.cmの抵抗がSiO2上で達成されたが、1.5トルの高いRu-Pz1蒸気圧または129℃のバブラー温度でより大きくなった。
図2に示すように、Ru堆積速度は、Ru-Pz1蒸気圧と共に上昇した。蒸気圧を、104℃と129℃との間でバブラー温度を変化させて変えた。一つのALDサイクルは、10秒間のRu-Pz1パルス時間及び15秒間のアルゴンパージ時間、その後の40秒間のH2パルス時間及び60秒間のアルゴンパージ時間からなる。堆積圧力は10トルであり、そして堆積温度は245℃であった。約20μmΩ.cmの抵抗がSiO2上で達成されたが、1.5トルの高いRu-Pz1蒸気圧または129℃のバブラー温度でより大きくなった。
堆積圧力の効果
図3に示すように、Ru堆積速度は堆積圧力と共に上昇し、そして抵抗も堆積圧力によって影響を受け得る。堆積温度は245℃であった。
図3に示すように、Ru堆積速度は堆積圧力と共に上昇し、そして抵抗も堆積圧力によって影響を受け得る。堆積温度は245℃であった。
SiO2上でのプロセスウィンドウ
Ru-Pz1前駆体から成長した伝導性Ru膜は、おおよそ200℃からおおよそ295℃で堆積させた。一つの堆積方法は、(i)0.5秒間のRu-Pz1前駆体パルス及び可変長のパージ、その後の(ii)3回の連続した0.02秒間H2パルス(5秒間の間を開ける)及び1トル以下の堆積圧力でのパージを含んだ。Ru成長/サイクルは、1サイクルあたり0.3~0.4オングストロームであった。図4Aに示されるように、Ru-Pz1前駆体から成長したRu膜は、おおよそ245℃とおおよそ295℃との間で堆積した時に(堆積された状態のままで)僅か20μmΩ.cmの抵抗を有した。
Ru-Pz1前駆体から成長した伝導性Ru膜は、おおよそ200℃からおおよそ295℃で堆積させた。一つの堆積方法は、(i)0.5秒間のRu-Pz1前駆体パルス及び可変長のパージ、その後の(ii)3回の連続した0.02秒間H2パルス(5秒間の間を開ける)及び1トル以下の堆積圧力でのパージを含んだ。Ru成長/サイクルは、1サイクルあたり0.3~0.4オングストロームであった。図4Aに示されるように、Ru-Pz1前駆体から成長したRu膜は、おおよそ245℃とおおよそ295℃との間で堆積した時に(堆積された状態のままで)僅か20μmΩ.cmの抵抗を有した。
10トルのより高い堆積圧力及びより長い40秒間のH2パルス及び60秒間のパージ、及びRu-Pz1の5秒間のパルス及び15秒間のパージを用いた他の堆積方法では、図4Bに示されるように、プロセスウィンドウを約200℃まで更に広げることができ、そして成長速度は1サイクルあたりおおよそ1オングストロームまで速くなった。
Ru膜上での均一性
図5に示すように、Ru-Pz1前駆体から成長したRu膜は、非常に高程度の均一性を示す。図5において、Ru-Pz1前駆体を、Ru-Pz1前駆体パルスとH2パルスの間に0.02秒間のパージを用いて、8インチ反応器上でそれぞれ255℃、265℃及び275℃で堆積した。温度に関係なく、堆積した膜は一貫した均一性を示した。
図5に示すように、Ru-Pz1前駆体から成長したRu膜は、非常に高程度の均一性を示す。図5において、Ru-Pz1前駆体を、Ru-Pz1前駆体パルスとH2パルスの間に0.02秒間のパージを用いて、8インチ反応器上でそれぞれ255℃、265℃及び275℃で堆積した。温度に関係なく、堆積した膜は一貫した均一性を示した。
厚さ
図6に示すように、245℃でRu-Pz1前駆体及びH2から成長したRu膜は、サイクル数と共に線形の厚さを示した。図7は、膜厚を関数として、おおよそ80オングストロームのRu厚さにおけるおおよそ20μΩ.cmまでの抵抗低下を示す。
図6に示すように、245℃でRu-Pz1前駆体及びH2から成長したRu膜は、サイクル数と共に線形の厚さを示した。図7は、膜厚を関数として、おおよそ80オングストロームのRu厚さにおけるおおよそ20μΩ.cmまでの抵抗低下を示す。
パージ長
パージ長は、Ru-Pz1前駆体を用いた時に膜成長の効果を有し得る。図8に示す通り、より長いパージ時間を用いて255℃でRu-Pz1前駆体を用いた膜成長は、Ru-Pzプロセスに負の影響を与えない。他方で、275℃でのより長いパージ時間は、より少ない成長及びより高い抵抗の結果となる。この現象は、Ru-Pz1前駆体を用いて255℃での共形的Ru膜の堆積を可能とするだろう。
パージ長は、Ru-Pz1前駆体を用いた時に膜成長の効果を有し得る。図8に示す通り、より長いパージ時間を用いて255℃でRu-Pz1前駆体を用いた膜成長は、Ru-Pzプロセスに負の影響を与えない。他方で、275℃でのより長いパージ時間は、より少ない成長及びより高い抵抗の結果となる。この現象は、Ru-Pz1前駆体を用いて255℃での共形的Ru膜の堆積を可能とするだろう。
XPS厚膜
図9に示すように、ネイティブSiO2上でRu-Pz1前駆体から275℃で成長させた37nm厚のRu膜のXPS分析は、Ru=93%;Si=4%及びO=3%を示した(N及びFは検出できなかった)。
図9に示すように、ネイティブSiO2上でRu-Pz1前駆体から275℃で成長させた37nm厚のRu膜のXPS分析は、Ru=93%;Si=4%及びO=3%を示した(N及びFは検出できなかった)。
XPS薄膜
図10に示されるように、Al2O3上でRu-Pz1前駆体から成長させた薄膜のXPS分析は、Ruを275℃で堆積した時に、ルテニウム層と酸化アルミニウム層との間にフッ素含有層があることを示す。
図10に示されるように、Al2O3上でRu-Pz1前駆体から成長させた薄膜のXPS分析は、Ruを275℃で堆積した時に、ルテニウム層と酸化アルミニウム層との間にフッ素含有層があることを示す。
膜の形状
図11に示す通り、Ru-Pz1前駆体から成長させたRu膜は、酸化物と比べてTiNライナー上での方がより平滑であり、そしてRu膜は、Al2O3と比べてSiO2上での方が平滑である。様々な基材上で275℃(200サイクル)で成長させた膜は、異なる程度のラフネスを示す:(i)Al2O3上では、Ru膜はおおよそ8nm厚でありそして0.85nmのRMS(三回の測定の平均)を有し(このラフネスは膜厚の10.6%に相当する)、(ii)SiO2上では、Ru膜はおおよそ9nm厚であり、そして0.57nmのRMS(三回の測定の平均)を有し(このラフネスは、膜厚の6.3%に相当する)、そして(iii)TiN上では、Ru膜はおおよそ8nm厚であり、そして0.46nmのRMS(三回の測定の平均)を有する(このラフネスは、膜厚の5.7%に相当する)。
図11に示す通り、Ru-Pz1前駆体から成長させたRu膜は、酸化物と比べてTiNライナー上での方がより平滑であり、そしてRu膜は、Al2O3と比べてSiO2上での方が平滑である。様々な基材上で275℃(200サイクル)で成長させた膜は、異なる程度のラフネスを示す:(i)Al2O3上では、Ru膜はおおよそ8nm厚でありそして0.85nmのRMS(三回の測定の平均)を有し(このラフネスは膜厚の10.6%に相当する)、(ii)SiO2上では、Ru膜はおおよそ9nm厚であり、そして0.57nmのRMS(三回の測定の平均)を有し(このラフネスは、膜厚の6.3%に相当する)、そして(iii)TiN上では、Ru膜はおおよそ8nm厚であり、そして0.46nmのRMS(三回の測定の平均)を有する(このラフネスは、膜厚の5.7%に相当する)。
共形性
図10は、ビア(20:1アスペクト比)上でRu-Pz1前駆体から成長させたRu膜(275℃での交互Ru-Pz及びH2の400サイクル)の初期共形性を示し;図12の倍率は35,000である。図10に示されるように、90nmの幅及び1800nmの深さを有する深いビア中にルテニウムを堆積し、このルテニウムはビア上面からビア底面までを埋めている。
図10は、ビア(20:1アスペクト比)上でRu-Pz1前駆体から成長させたRu膜(275℃での交互Ru-Pz及びH2の400サイクル)の初期共形性を示し;図12の倍率は35,000である。図10に示されるように、90nmの幅及び1800nmの深さを有する深いビア中にルテニウムを堆積し、このルテニウムはビア上面からビア底面までを埋めている。
図13は、図12に示したビア上面及びビア底面のより倍率の高い顕微鏡写真(150,000の倍率)を示し、そして図12で生成された膜のRuが、ビアの上面で18~21nm厚、ビアの底面で12~13nm厚であり、おおよそ60%の共形性を有することを示している。共形性は、245℃のより低い堆積温度において95%超に更に改善された。
クロスフロー堆積(H2なし)
図14は、クロスフロー反応器中でH2の不在下に(275℃)Ru-Pz1前駆体からSiO2上で成長させたRu膜の堆積を示す。特に、図14は、275℃で水素の不在下にRu-Pz1前駆体の400サイクルによって堆積されたおおよそ1~2nm厚のRu膜の成長を示す。275℃で400回の同等のサイクルで水素を用いた場合のRuの16nmと比較して、水素の不在下で275℃で堆積されたルテニウムの量は、熱分解が原因で、同等の方法を用いて水素を用いた場合に堆積されたであろう量の約10%に相当する。この結果は、Ru-Pz1前駆体は、275℃で熱的に十分に安定しており、そして275℃以下でH2を用いるここに記載のRu堆積方法は、熱CVD方法ではなく主としてALD方法であることを示している。
図14は、クロスフロー反応器中でH2の不在下に(275℃)Ru-Pz1前駆体からSiO2上で成長させたRu膜の堆積を示す。特に、図14は、275℃で水素の不在下にRu-Pz1前駆体の400サイクルによって堆積されたおおよそ1~2nm厚のRu膜の成長を示す。275℃で400回の同等のサイクルで水素を用いた場合のRuの16nmと比較して、水素の不在下で275℃で堆積されたルテニウムの量は、熱分解が原因で、同等の方法を用いて水素を用いた場合に堆積されたであろう量の約10%に相当する。この結果は、Ru-Pz1前駆体は、275℃で熱的に十分に安定しており、そして275℃以下でH2を用いるここに記載のRu堆積方法は、熱CVD方法ではなく主としてALD方法であることを示している。
XPS(H2なし)
以下の表1に示すように、水素の不在下では、255~275℃ではどの基材上でもRuの顕著な堆積は起こらない。XPSデータは、Ru-Pz1の熱分解を原因とする少量のフッ素が表面上にあることを示しており、これは、Ru-Pz1前駆体が、フッ素原子を基材(少なくともSiO2基材上に)転写し得ることを立証している。フッ素の転写及び存在は、一部の用途では有益な場合もあるが、他方で、該前駆体及び/または方法は、水素の存在下においてフッ素の存在を減少、最小化または排除するように更に調節し得る。
以下の表1に示すように、水素の不在下では、255~275℃ではどの基材上でもRuの顕著な堆積は起こらない。XPSデータは、Ru-Pz1の熱分解を原因とする少量のフッ素が表面上にあることを示しており、これは、Ru-Pz1前駆体が、フッ素原子を基材(少なくともSiO2基材上に)転写し得ることを立証している。フッ素の転写及び存在は、一部の用途では有益な場合もあるが、他方で、該前駆体及び/または方法は、水素の存在下においてフッ素の存在を減少、最小化または排除するように更に調節し得る。
厚膜のRBS分析
図15に示されるように、RBSデータは、2.024MeVにおいて、Ru及びSi元素のみが検出限界超で定量化できることを示している。図15では、塗りつぶされたシンボルは収集されたデータであり、実線は、SIMNRAソフトウェアを用いたRBSスペクトルへのフィッティングである。
図15に示されるように、RBSデータは、2.024MeVにおいて、Ru及びSi元素のみが検出限界超で定量化できることを示している。図15では、塗りつぶされたシンボルは収集されたデータであり、実線は、SIMNRAソフトウェアを用いたRBSスペクトルへのフィッティングである。
図16において、RBSデータは、3.043MeVにおいて、Ru及びSi元素のみが検出限界超で定量化できることを示している。図14では、塗りつぶされたシンボルは収集されたデータであり、実線は、SIMNRAソフトウェアを用いたRBSスペクトルへのフィッティングである。
図17に示されるように、RBSデータは、4.282MeVにおいて、Ru及びSi元素のみが検出限界超で定量化できることを示している。図17では、塗りつぶされたシンボルは収集されたデータであり、実線は、SIMNRAソフトウェアを用いたRBSスペクトルへのフィッティングである。炭素含有率が0%であるシミュレーションにおいて可視の小さな信号は、周囲空気による汚染のために表面上に存在する「C0.5H0.5」の22層の単一層が原因である。
図18では、RBSデータは、クロスフロー反応器中でH2を用いて(275℃)Ru-Pz前駆体から成長させたRu膜中では炭素が検出できないことを示している。このプロットは、実験データ(円)と、炭素含有率が0%のルテニウム膜(赤線)、炭素含有率が3%のルテニウム膜(黒線)、炭素含有率が5%のルテニウム膜(緑線)、炭素含有率が10%のルテニウム膜(青線)を示すデータのシミュレーションとを示す。データのノイズを前提とすれば、炭素含有率は5%の検出限界未満であると言うことができる。炭素含有率が0%であるシミュレーションにおいて可視の小さな信号は、周囲空気による汚染のために表面上に存在する「C0.5H0.5」の22層の単一層が原因である。
図19に示されるように、RBSデータは、クロスフロー反応器中でH2を用いて(275℃)Ru-Pz1前駆体から成長させたRu膜中では酸素が検出できないことを示している。このプロットは、実験データ(円)と、酸素含有率が3%のルテニウム膜(緑線)、酸素含有率が6%のルテニウム膜(黒線)、酸素含有率が10%のルテニウム膜(赤線)を示すデータのシミュレーションとを示す。データのノイズを前提とすれば、酸素含有率は6%の検出限界未満であると言うことができる。
図20は、RBS分析を推論し、そしてRu-Pz1前駆体から成長させたRu膜が、Si上にRuの255層の単一層を有し、更に、周囲空気による表面汚染が原因の「C0.5H0.5」の22層の単一層のトッピングを含むことを示している。これらの結果を以下の表2に纏める。単一層は、1015at./cm2に相当する。
図21は、結晶性Ruの形成を示す、245℃でSi上に堆積させたRu膜のXRDパターンを示す。
[発明の効果]
該Ru-Pz1前駆体は、多くの望ましい品質を発揮するRu膜を成長させるために効果的に使用することができる。これらの有益な品質には、限定はされないが、次のものが挙げられる:(i)200℃から300℃超までH2と効果的に使用できる;(ii)8インチクロスフロー反応器中での良好な均一性;(iii)8nmより厚い膜厚で、堆積された状態のままの膜の僅か20μΩcmの一貫した抵抗;(iv)(XPSで測定して)膜中にフッ素を含まない低い炭素及び酸素汚染;及び(v)245~275℃において20:1アスペクト比ビアで実証された良好な共形性。
該Ru-Pz1前駆体は、多くの望ましい品質を発揮するRu膜を成長させるために効果的に使用することができる。これらの有益な品質には、限定はされないが、次のものが挙げられる:(i)200℃から300℃超までH2と効果的に使用できる;(ii)8インチクロスフロー反応器中での良好な均一性;(iii)8nmより厚い膜厚で、堆積された状態のままの膜の僅か20μΩcmの一貫した抵抗;(iv)(XPSで測定して)膜中にフッ素を含まない低い炭素及び酸素汚染;及び(v)245~275℃において20:1アスペクト比ビアで実証された良好な共形性。
本発明を、或る程度の詳細さをもって記載及び例示したが、この開示は例示として行ったものに過ぎないこと、及び各ステップの条件及び順番の数々の変化は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者によって採用できることが理解される。
Claims (65)
- R1、R2、R3及びR4が、それぞれ独立して、-CH3、-CH2CH3、-CH2CH2CH3、-CH(CH3)2、-CH2CH(CH3)2、-C(CH3)3、-CF3、-CF2CF3、-CF2CF2CF3、-CF(CF3)2、-C(CF3)3のうちの一つである、請求項1に記載の前駆体。
- R1、R2、R3及びR4のうちの少なくとも一つが、置換されたもしくは置換されていないC1~C8パーフルオロアルキルである、請求項1に記載の前駆体。
- nが2である、請求項1に記載の前駆体。
- nが3である、請求項1に記載の前駆体。
- R1、R2、R3及びR4がそれぞれ同じ基である、請求項1に記載の前駆体。
- R1及びR4、またはR2及びR3がそれぞれ同じ基である、請求項1に記載の前駆体。
- 請求項1~12のいずれか一つに記載の前駆体から誘導されたルテニウム含有層を基材の表面上に堆積させるステップを含む、ALDまたはALD類似方法。
- 前記表面が、Al2O3、ZrO2、HfO2、SiO2、WN、WCN、TiN、Cu、Co、Mo、W及びこれらの組み合わせのうちの少なくとも一つを含む、請求項13に記載の方法。
- おおよそ300℃未満の温度で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ275℃未満の温度で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ250℃未満の温度で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ200℃からおおよそ300℃までの範囲の温度で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ235℃からおおよそ300℃までの範囲の温度で行われる、請求項13に記載の方法。
- 共反応体の使用を更に含む、請求項13に記載の方法。
- 酸素不含共反応体の使用を更に含む、請求項13に記載の方法。
- 酸素含有共反応体の使用を更に含む、請求項13に記載の方法。
- 共反応体としてのH2の使用を更に含む、請求項13に記載の方法。
- 共反応体としてのO2の使用を更に含む、請求項13に記載の方法。
- おおよそ0.01トルとおおよそ20トルとの間の圧力で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ1トルとおおよそ15トルとの間の圧力で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ5トルとおおよそ15トルとの間の圧力で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ5トルとおおよそ10トルとの間の圧力で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ5トルの圧力で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ10トルの圧力で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ15トルの圧力で行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ1秒間からおおよそ15秒間までの前駆体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ5秒間からおおよそ10秒間までの前駆体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ10秒間の前駆体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ15秒間の前駆体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ1秒間からおおよそ20秒間までの前駆体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ5秒間からおおよそ15秒間までの前駆体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ10秒間からおおよそ15秒間の前駆体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ10秒間の前駆体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ15秒間の前駆体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ1秒間からおおよそ60秒間までの共反応体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ10秒間からおおよそ50秒間までの共反応体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ20秒間からおおよそ40秒間までの共反応体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ30秒間からおおよそ40秒間までの共反応体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ30秒間の共反応体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ40秒間の共反応体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ50秒間の共反応体パルス時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ1秒間からおおよそ90秒間までの共反応体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ10秒間からおおよそ80秒間までの共反応体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ20秒間からおおよそ70秒間までの共反応体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ30秒間からおおよそ60秒間までの共反応体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ50秒間の共反応体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ60秒間の共反応体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- おおよそ70秒間の共反応体パージ時間を用いて行われる、請求項13に記載の方法。
- 請求項1~12のいずれか一つに記載の前駆体と少なくとも一種の酸素不含共反応体との反応生成物を含む、ALDまたはALD類似堆積膜。
- 前記酸素不含共反応体が水素を含む、請求項55に記載のALDまたはALD類似堆積膜。
- 前記酸素不含共反応体が窒素含有共反応体を含む、請求項55に記載のALDまたはALD類似堆積膜。
- 前記酸素不含共反応体が、アンモニア、ヒドラジン、アルキルヒドラジン及びアルキルアミンのうちの一種以上を含む、請求項55に記載のALDまたはALD類似堆積膜。
- 請求項1~12のいずれか一つに記載の前駆体と少なくとも一種の酸素含有共反応体との反応生成物を含む、ALDまたはALD類似堆積膜。
- 前記酸素含有共反応体が、酸素、過酸化水素及び亜酸化窒素のうちの一種以上を含む、請求項59に記載のALDまたはALD類似堆積膜。
- 前記酸素含有共反応体が、オゾン、元素状酸素及び分子状酸素/O2のうちの一種以上を含む、請求項59に記載のALDまたはALD類似堆積膜。
- 前記酸素含有共反応体がO2を含む、請求項59に記載のALDまたはALD類似堆積膜。
- 請求項13に記載の方法であって、
(i)おおよそ245℃の温度で;
(ii)おおよそ10トルの圧力で;
(iii)おおよそ10秒間の前駆体パルス時間を用いて;
(iv)おおよそ15秒間の前駆体パージ時間を用いて;
(v)おおよそ40秒間の共反応体パルス時間を用いて;及び
(vi)おおよそ60秒間の共反応体パージ時間を用いて;
行われる、前記方法。 - 前記共反応体がH2である、請求項63に記載の方法。
- ALDまたはALD類似方法における、請求項1~12のいずれか一つに記載の前駆体の使用。
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