JP7346430B2 - 無酸素共反応物を使用したルテニウムの蒸着方法 - Google Patents

無酸素共反応物を使用したルテニウムの蒸着方法 Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
〔技術分野〕
本発明は、原子層堆積（ＡＬＤ）及び／又は化学気相蒸着（ＣＶＤ）によって、ルテニウム（Ｒｕ）含有膜を形成する方法に関する。
〔背景〕
薄膜を形成するために様々な前駆体が使用され、様々な堆積（蒸着）技術が使用されてきた。このような技術には、反応性スパッタリング、イオンアシスト蒸着、ゾルゲル堆積、化学気相蒸着（ＣＶＤ）（有機金属ＣＶＤ又はＭＯＣＶＤとしても知られている）、及び原子層堆積（原子層エピタキシーとしても知られている）が含まれる。ＣＶＤ及びＡＬＤプロセスは、合成制御の向上、高い膜の均一性、及びドーピングの効果的な制御といった利点を有するため、ますます使用されている。さらに、ＣＶＤ及びＡＬＤプロセスは、現代の超小型電子デバイスに関連する高度な非平面の構造において優れたコンフォーマルな段差被覆性を提供する。
ＣＶＤは、基板表面上に薄膜を形成するために前駆体を使用する化学プロセスである。典型的なＣＶＤプロセスでは、前駆体は、低圧又は大気圧の反応チャンバ内で、基板（例えば、ウェーハ）の表面上を通過する。前駆体は、基板表面上で反応及び／又は分解し、蒸着物質の薄膜を生成する。揮発性の副生成物は、反応チャンバを通るガスフローによって除去される。蒸着した膜の厚みの制御は困難となり得る。なぜなら、当該厚みは、温度、圧力、ガスフロー体積及び均一性、化学的減耗効果、並びに時間等の多くの指標の組み合わせに依存するからである。
ＡＬＤは、薄膜の堆積のための化学的方法である。ＡＬＤは、表面反応に基づく自己制限的、連続的で独特な膜成長技術である。この表面反応は、膜厚の正確な制御を可能とし、様々な組成の表面基板上に、前駆体によって提供される材料のコンフォーマルな薄膜を堆積させることができる。ＡＬＤでは、前駆体は反応中に分離される。第１の前駆体は、基板表面上を通過し、基板表面上に単層を生成する。過剰な未反応の前駆体は、反応チャンバからポンプで排出される。次に、第２の前駆体又は共反応物は基板表面上を通過し、第１の前駆体と反応する。そして、基板表面上に形成された第１の膜の単層上に第２の膜の単層を形成する。このサイクルを繰り返して、所望の厚さの膜を作製する。
薄膜、特に金属含有薄膜は、ナノテクノロジー及び半導体デバイスの製造等において様々な重要な用途を有する。そのような用途の例として、高屈折率光学被膜、腐食保護被膜、光触媒自己洗浄ガラス被膜、生体適合性被膜、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）における誘電体キャパシタ層及びゲート誘電体絶縁膜、キャパシタ電極、ゲート電極、付着性分散バリア、及び集積回路が挙げられる。誘電体薄膜は、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誘電体酸化物、赤外線検出器及び不揮発性強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＮＶ－ＦｅＲＡＭｓ）に使用される強誘電体ペロブスカイト等の超小型電子用途にも使用される。
超小型電子部品のサイズの継続的な縮小は、改良された薄膜技術の必要性を増大させている。さらに、ロジック及びメモリ半導体の製造において、次世代金属電極、キャップ、又はライナーとしてルテニウムを堆積させる必要がある。ほとんどの既存のルテニウムＡＬＤプロセスは、酸素含有共反応物を用いて、相応の成長速度で堆積された低抵抗率金属膜を得る。しかしながら、酸素共反応物は、金属及びライナーのような下部に存在する膜と望ましくない反応を生じ、それらの抵抗率を増加させる。したがって、ＲｕのＡＬＤのための非酸素含有共反応物プロセスが必要である。
〔発明の概要〕
したがって、原子層堆積及び／又は化学気相蒸着によってルテニウム含有膜を形成する新しい方法が本明細書において提供される。いくつかの実施形態では、当該方法は、ルテニウム含有膜を形成するために、少なくとも１つの前駆体と、無酸素共反応物とを基板に送達する工程であって、前記少なくとも１つの前駆体は式Ｉの構造に対応し：
（Ｌ）Ｒｕ（ＣＯ）３
（式Ｉ）
式中、Ｌは直鎖状又は分枝鎖状のＣ２－Ｃ６アルケニル、及び直鎖状又は分枝鎖状のＣ１－６アルキルからなる群から選択され、Ｌは、Ｃ２－Ｃ６アルケニル、Ｃ１－Ｃ６アルキル、アルコキシ、及びＮＲ１Ｒ２からなる群から独立して選択される１つ以上の置換基で任意に置換され、Ｒ１及びＲ２は独立してアルキル又は水素である、工程と；前記ルテニウム含有膜を、真空下で、又は不活性ガス若しくは還元ガス若しくはそれらの組合せの存在下で、アニーリングする工程と；を含み得る。
いくつかの実施形態では、ＡＬＤプロセス及び／又はＣＶＤプロセスで使用される無酸素共反応物は、ヒドラジン又はアルキルヒドラジンであってもよい。
さらなる実施形態において、基板に送達され得る１つ以上の前駆体は：
（η４－ブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；
（η４－２，３－ジメチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム（（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３としても知られる）；及び（η４－２－メチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウムである。
他の実施形態では、ルテニウム含有膜の抵抗率を低下させる方法が提供される。当該方法は、ルテニウム含有膜を、真空下で、又はＡｒ、Ｎ２、Ｈ２、若しくはそれらの組み合わせの存在下で、約３００℃～約４５０℃の間の温度でアニーリングして、前記ルテニウム含有膜よりも少なくとも約１０％低い抵抗率を有するアニーリングされたルテニウム含有膜を形成する工程を含んでいてもよい。前記ルテニウム含有膜は、
（η４－ブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；
（η４－２，３－ジメチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；及び
（η４－２－メチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；
のうちの１つ以上と、無酸素反応物とを基板に送達する工程を含む、ＡＬＤ及び／又はＣＶＤから形成されてもよい。
上記で要約された本実施形態の特定の態様を含んでいる他の実施形態は、以下の詳細な説明によって明らかになるであろう。
〔図面の簡単な説明〕
比較図１は、酸素及び（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を使用したルテニウムのＡＬＤについて、ルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）ｖｓ．蒸着温度（℃）ｖｓ．抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。
比較図２は、酸素及び（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を使用したルテニウムのＡＬＤについて、サイクル数に対する、ルテニウム膜厚（ｎｍ）のグラフ表示であり、２５０℃での直線的成長を示す。
図３は、ヒドラジン共反応物パルス高（Ｔｏｒｒ）に対する、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を使用したＸ線蛍光（ＸＲＦ）による無酸素ＡＬＤルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）のグラフ表示であり、２２５℃でのヒドラジン共反応物の飽和曲線を示す。
図４は、前駆体パルス時間（Ｓｅｃ．）に対する、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を使用したＸＲＦによる無酸素ＡＬＤルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）のグラフ表示であり、２２５℃での前駆体（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３の飽和曲線を示す。
図５は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を２２５℃で使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、サイクル数に対する、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示である。
図６は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を２５０℃で使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、サイクル数に対する、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示である。
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、及び７Ｅは、それぞれ、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、及び３００℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、スパッタ時間（ｓ．）に対する、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって決定された原子％のグラフ表示である。図７Ｆは、２５０℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びアンモニア共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。
図８は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、蒸着温度（℃）に対する、ルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）のグラフ表示である。
図９は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した２２５℃のＳｉＯ２上におけるルテニウムの無酸素ＡＬＤの後、Ａｒ中５％Ｈ２を用いて４００℃でアニーリングすることによって形成されたルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。
図１０は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した２５０℃のＳｉＯ２上におけるルテニウムの無酸素ＡＬＤの後、Ａｒ中５％Ｈ２を用いて４００℃でアニーリングすることによって形成されたルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。
図１１は、２２５℃で蒸着され、３００℃～４５０℃の様々な温度でＡｒ中５％Ｈ２においてアニーリングされたルテニウム膜の、プロセス温度（℃）に対する、酸素及び窒素（原子％）のＸＰＳ解析のグラフ表示である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによって、２２５℃で酸化シリコン上に成長させた同一のルテニウム膜を有する同一のシリコンクーポンから分割した。
図１２は、プロセス温度（℃）に対する、ルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いた無酸素ＡＬＤによって２２５℃で成長させたルテニウム膜をＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングした後の、窒素の喪失によるルテニウム厚の減少を伴う膜緻密化を示す。
図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、及び１３Ｄは、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、３００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、３５０℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の断面図である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて無酸素ＡＬＤにより２２５℃で成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンチップから分割した。
図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、及び１４Ｄは、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、３００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、３５０℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜のＳＥＭの上面図である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて無酸素ＡＬＤにより２２５℃で成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンチップから分割した。
図１５は、プロセス温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて酸化アルミニウム基板上に無酸素ＡＬＤによって成長させたルテニウム膜の抵抗率における、２２５℃、２５０℃、及び３００℃での蒸着温度の影響及び３００℃～４２５℃のアニーリング温度の影響を示す。
図１６は、蒸着温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤについて、酸化シリコン上に蒸着したままの膜、酸化アルミニウム上に蒸着したままの膜、４００℃でＡｒ中５％Ｈ２を用いてアニーリングされた酸化シリコン上の膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２を用いてアニーリングされた酸化アルミニウム上の膜における、抵抗率－蒸着温度の相関を示す。
図１７は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物、並びに２２５℃の基板の温度を使用した無酸素ＡＬＤの後に、酸化シリコン上に蒸着したままの膜、酸化アルミニウム状に蒸着したままの膜、４００℃でＡｒ中５％Ｈ２を用いてアニーリングされた酸化シリコン上の膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２を用いてアニーリングされた酸化アルミニウム上の膜における、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。
図１８は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した２２５℃でＳｉＯ２上におけるルテニウムの無酸素ＡＬＤの後、Ａｒ中で４００℃でアニーリングすることによって形成されたルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。
図１９は、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、並びに３００℃、３５０℃及び４００℃でアルゴン中でアニーリングされたルテニウム膜の、プロセス温度に対する、酸素及び窒素（原子％）のＸＰＳ分析のグラフ表示であり、３００℃でのアニーリングによる窒素の部分的喪失、及び３５０℃以上でのアニーリングによる窒素の完全な喪失に伴う膜精製を示している。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによって２２５℃で酸化シリコン基板上に成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンクーポンから分割した。
図２０は、プロセス温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物、並びに酸化アルミニウム及び酸化シリコン上の２２５℃の基板温度を使用した無酸素ＡＬＤによって蒸着された同一のルテニウム膜について、抵抗率に対するアルゴンアニーリング温度の影響、及び４００℃でのアルゴン中５％Ｈ２でのアニーリングとの比較を示す。
図２１は、ＸＲＦによる、ルテニウム膜厚（Å）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物、並びに酸化シリコン上の２２５℃の基板温度を使用した無酸素ＡＬＤによって蒸着されたルテニウム膜について、４００℃でのアルゴンアニーリングとアルゴン中５％Ｈ２アニーリングとを比較している。
図２２は、プロセス温度（℃）に対する、偏光解析法によるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物、並びに酸化シリコン上の２２５℃の基板温度を使用した無酸素ＡＬＤによって蒸着された同一のルテニウム膜について、３００℃～４２５℃の様々な温度でのアルゴンアニーリングによる窒素の喪失及び緻密化による厚さの減少を伴う膜精製、並びに４００℃でのアルゴン中５％Ｈ２でのアニーリングとの比較を示す。
図２３は、蒸着温度（℃）に対する、ＸＲＦによるルテニウム厚からの抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、酸化シリコン上で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによって蒸着されたルテニウム膜について、４００℃での窒素アニーリングの影響とアルゴンアニーリングの影響とを比較する。
図２４は、２００℃の酸化シリコン上に（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによって蒸着されたルテニウム膜について、蒸着圧（Ｔｏｒｒ）に対する、ＸＲＦによるルテニウム厚による成長速度（Å／サイクル）及び４００℃でアルゴンアニーリングされたルテニウムの抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。
図２５は、窒化チタンライナーを用いて予め被覆された構造体を通してシリコン上に堆積したルテニウム膜のＳＥＭの断面図である。蒸着したままのルテニウム膜は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を２２５℃で使用した無酸素ＡＬＤによって成長させた。
図２６は、蒸着温度（℃）に対する、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及び第三級ブチルヒドラジン（ｔＢｕ－ヒドラジン）共反応物を使用したＸＲＦによる無酸素ＡＬＤルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）のグラフ表示である。
図２７は、ｔＢｕ－ヒドラジン共反応物パルス時間（Ｓｅｃ）に対する、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を用いたＸＲＦによる無酸素ＡＬＤルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）のグラフ表示であり、２２５℃でのｔＢｕ－ヒドラジン共反応物の飽和曲線を示す。
図２８は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を２００℃で使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、サイクル数に対する、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示である。
図２９は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を２２５℃で使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、サイクル数に対する、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示である。
図３０は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を２５０℃で使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、サイクル数に対する、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示である。
図３１は、蒸着温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによってＡｌ２Ｏ３基板上に成長させたルテニウム膜の抵抗率に対する、２００℃、２２５℃、及び２５０℃における蒸着温度の影響、並びに４００℃のアニーリング温度の影響を示す。
図３２は、蒸着温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによってＳｉＯ２基板上に成長させたルテニウム膜の抵抗率に対する、２００℃、２２５℃、及び２５０℃における蒸着温度の影響、並びに４００℃のアニーリング温度の影響を示す。
図３３は、蒸着温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによってＷＣＮ基板上に成長させたルテニウム膜の抵抗率に対する、２００℃、２２５℃、及び２５０℃における蒸着温度の影響、並びに４００℃のアニーリング温度の影響を示す。
図３４は、２００℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤを行った後に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＷＣＮ上において４００℃でＡｒを用いてアニーリングした膜における、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。
図３５は、２２５℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤを行った後に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＷＣＮ上において４００℃でＡｒを用いてアニーリングした膜における、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。
図３６は、２５０℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤを行った後に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＷＣＮ上において４００℃でＡｒを用いてアニーリングした膜における、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。
図３７Ａ、３７Ｂ、及び３７Ｃは、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成されたＳｉＯ２基板上の蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。
図３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃは、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成されたＳｉＯ２基板上の蒸着したままのルテニウム膜について、４００℃のＡｒでアニーリングした後の、スパッタ時間（ｓ．）に対する、ＸＰＳによって決定された原子％のグラフ表示である。
図３９Ａは、２００℃の蒸着温度でＡｌ２Ｏ３上に蒸着したままの厚さ４．０ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図３９Ｂは、２００℃の蒸着温度でＷＣＮ上に蒸着したままの厚さ４．９ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。
図４０Ａは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｂは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｃは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｄは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。
図４１Ａは、２５０℃の蒸着温度でＡｌ２Ｏ３上に蒸着したままの厚さ３．４ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４１Ｂは、２５０℃の蒸着温度でＷＣＮ上に蒸着したままの厚さ４．９ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。
図４２は、蒸着温度（℃）に対する、ＷＣＮ基板上及びＡｌ２Ｏ３基板上に蒸着したままのＲｕ膜について原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定された膜の粗さのグラフ表示である。
〔詳細な説明〕
本技術のいくつかの実施形態の例を説明する前に、本技術は、以下の記述で説明される構成又はプロセス段階の細部に限定されないことを理解されたい。本技術は他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施又は実行されることが可能である。
本発明者らは、ルテニウム蒸着を改善するための２つの工程を含むプロセスと、それから形成される膜と、を発見した。ＡＬＤプロセスは、より低い温度、例えば≦２５０℃で、本明細書に記載される式Ｉの前駆体と、無酸素共反応物とを用いて、ＡＬＤウィンドウ内で中間ルテニウム膜を蒸着する工程と、次いで、より高い温度、例えば３００～４００℃で、真空下で、水素及び／若しくはアルゴン中で、又は窒素中でアニーリングすることによって、中間膜を還元する工程とを含んでもよい。本明細書に記載される無酸素ＡＬＤプロセスは、ルテニウム薄膜を形成するために酸素を用いる現行のＡＬＤプロセスを含む、ルテニウム薄膜を形成するための現行のＡＬＤプロセスと比較して、ルテニウム膜の高い成長速度、少ない不純物、低い抵抗率、及び実質的に均一な厚さを提供することが発見された。
（定義）
本発明及び特許請求の範囲の目的のために、周期表群のナンバリングスキームは、ＩＵＰＡＣ元素周期表に従う。
本明細書で「Ａ及び／又はＢ」等の語句で使用される用語「及び／又は」は、「Ａ及びＢ」、「Ａ又はＢ」、「Ａ」、及び「Ｂ」を含むことを意図する。
用語「置換基」、「ラジカル」、「基」、及び「部分」は、互換的に使用され得る。
本明細書で使用される場合、「金属含有錯体」（又はより単純には「錯体」）及び「前駆体」という用語は、互換的に使用され、例えばＡＬＤ又はＣＶＤなどの蒸着プロセスによって金属含有膜を作製するために使用することができる金属含有分子又は化合物を指す。金属含有膜を形成するように、金属含有錯体を基板又はその表面上に堆積、吸着、分解、送達、及び／又は通過させてもよい。
本明細書で使用される場合、用語「金属含有膜」は、以下でより完全に定義されるような元素金属膜だけでなく、１つ以上の元素と共に金属を含む膜、例えば金属窒化物膜、金属ケイ化物膜、金属炭化物膜等も含む。本明細書で使用される場合、用語「元素金属膜」及び「純金属膜」は、互換的に使用され、純粋な金属からなるか、又は本質的に純粋な金属からなる膜を指す。例えば、元素金属膜は１００％純粋な金属を含んでもよく、あるいは元素金属膜は１つ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％、又は少なくとも約９９．９９％の純粋な金属を含んでもよい。文脈上、別段の指示がない限り、用語「金属膜」は、元素金属膜を意味すると解釈されるものとする。
本明細書で使用される場合、用語「気相蒸着プロセス」は、ＣＶＤ及びＡＬＤを含むが、これらに限定されず、任意の種類の気相蒸着技術を指すために使用される。様々な実施形態では、ＣＶＤは従来の（すなわち、連続フロー）ＣＶＤ、液体注入ＣＶＤ、又は光アシストＣＶＤの形態を採ることができる。ＣＶＤは、パルス技術、すなわちパルスＣＶＤの形態を採ることもできる。ＡＬＤは、本明細書に開示される少なくとも１つの金属錯体を基板表面上に気化及び／又は通過させることによって、金属含有膜を形成するために使用される。従来のＡＬＤプロセスについては、例えば、George S. M., et al. J. Phys. Chem., 1996, 100, 13121-13131を参照のこと。他の実施形態では、ＡＬＤが従来の（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、又はプラズマ強化（plasma-enhanced）ＡＬＤの形態を採ることができる。用語「蒸着プロセス」は、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に記載の様々な蒸着技術を含んでもよい。
用語「アルキル」は、メチル、エチル、プロピル、及びブチル等の、しかしこれらに限定されない、長さが１～約８個の炭素原子の飽和炭化水素鎖を指す。アルキル基は直鎖であっても分枝鎖であってもよい。例えば、本明細書で使用される場合、プロピルはｎ－プロピル及びイソプロピルの両方を包含し、ブチルはｎ－ブチル、ｓｅｃ－ブチル、イソブチル、及びｔｅｒｔ－ブチルを包含する。さらに、本明細書で使用される場合、「Ｍｅ」はメチルを指し、「Ｅｔ」はエチルを指す。
用語「アルケニル」は、１つ以上の二重結合を含む、長さが２～約６個の炭素原子の不飽和炭化水素鎖を指す。例としては、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、及びヘキセニルが挙げられるが、これらに限定されない。
用語「ジエニル」は、２つの二重結合を含む炭化水素基を指す。ジエニル基は、直鎖状、分枝鎖状、又は環状であってもよい。さらに、２つ以上の単結合によって分離された二重結合を有する非共役ジエニル基；１つの単結合によって分離された二重結合を有する共役ジエニル基；及び共通の原子を共有する二重結合を有する累積ジエニル基がある。
用語「アルコキシ」（単独で、又は別の用語（単数又は複数）と組み合わせて）は、置換基、すなわち、－Ｏ－アルキルを指す。このような置換基の例としては、メトキシ（－Ｏ－ＣＨ３）、エトキシ等が挙げられる。アルキル部分は、直鎖状であっても分枝鎖状であってもよい。例えば、本明細書中で使用される場合、プロポキシは、ｎ－プロポキシ及びイソプロポキシの両方を包含し；ブトキシは、ｎ－ブトキシ、イソブトキシ、ｓｅｃ－ブトキシ、及びｔｅｒｔ－ブトキシを包含する。
（前駆体）
上述のように、原子層堆積によってルテニウム含有膜を形成する方法が本明細書に提供される。一実施形態では、当該方法は、ルテニウム含有膜を形成するために、式Ｉに対応する少なくとも１つの前駆体と、無酸素共反応物とを基板に送達する工程と、次いでルテニウム含有膜を、真空下で、又はＡｒ、Ｎ２、Ｈ２、若しくはそれらの組み合わせの存在下で、アニーリングする工程と、を含んでいてもよい。アニーリングする工程に加えて、又はアニーリングする工程の代わりに、ルテニウム含有膜は、例えば、緻密化及び／又は汚染を低減するために、プラズマ処理することもできる。
少なくとも１つの前駆体は、以下の式Ｉの構造に対応し：
（Ｌ）Ｒｕ（ＣＯ）３
（式Ｉ）
式中、Ｌは直鎖状又は分枝鎖状のＣ２－Ｃ６アルケニル、及び直鎖状又は分枝鎖状のＣ１－Ｃ６アルキルからなる群から選択され、Ｌは、Ｃ２－Ｃ６アルケニル、Ｃ１－Ｃ６アルキル、アルコキシ、及びＮＲ１Ｒ２からなる群から独立して選択される１つ以上の置換基で任意に置換され、Ｒ１及びＲ２は独立してアルキル又は水素である。
一実施形態では、Ｌは直鎖状又は分枝鎖状のジエニル含有部分である。このような直鎖状又は分枝鎖状のジエニル含有部分の例としては、ブタジエニル、ペンタジエニル、ヘキサジエニル、ヘプタジエニル、及びオクタジエニルが挙げられる。さらなる実施形態では、直鎖状又は分枝鎖状のジエニル含有部分は、１，３－ジエニル含有部分である。
別の実施形態では、Ｌは、Ｃ２－Ｃ６アルケニル、Ｃ１－Ｃ６アルキル、アルコキシ、及びＮＲ１Ｒ２等の１つ以上の置換基で置換されており、ここでＲ１及びＲ２は上記で定義されたとおりである。特定の実施形態において、Ｌはジエニル含有部分であり、Ｃ２－Ｃ６アルケニル、Ｃ１－Ｃ６アルキル、アルコキシ、及びＮＲ１Ｒ２等の１つ以上の置換基と置換されており、ここでＲ１及びＲ２は上記で定義されたとおりである。
一実施形態では、Ｌは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、又はそれらの任意の組合せ等の、しかしそれらに限定されない、１つ以上のＣ１－Ｃ６アルキル基で置換されていてもよい。
少なくとも１つの前駆体の例としては、
（η４－ブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム（（ＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３としても知られる）；
（η４－２，３－ジメチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム（（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３としても知られる）；
及び（η４－２－メチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム
が挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、少なくとも１つの前駆体は、気相蒸着プロセスを容易にするために、炭化水素溶媒又はアミン溶媒等の適切な溶媒に溶解することができる。適切な炭化水素溶媒としては、脂肪族炭化水素（例えば、ヘキサン、ヘプタン、及びノナン）；芳香族炭化水素（例えば、トルエン及びキシレン）；並びに脂肪族エーテル及び環状エーテル（例えば、ジグリム、トリグリム、及びテトラグリム）が挙げられるが、これらに限定されない。適切なアミン溶媒の例としては、オクチルアミン及びＮ，Ｎ－ジメチルドデシルアミンが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、少なくとも１つの前駆体をトルエンに溶解して、約０．０５Ｍ～約１Ｍの濃度を有する溶液を得ることができる。
代替的な実施形態では、少なくとも１つの前駆体は、「ニート（neat）」（キャリアガスによって希釈されていない）で基板表面に送達されてもよい。
したがって、これらの方法において利用され本明細書に開示される前駆体は、液体、固体、又は気体であってもよい。典型的には、ルテニウム前駆体は、プロセスチャンバへの蒸気の一貫した輸送を可能にするために十分な蒸気圧を有する周囲温度において、液体又は固体である。
（無酸素共反応物）
典型的には、ルテニウム前駆体は、ＡＬＤによってルテニウム膜を堆積させるために酸化的環境（例えば、空気、Ｏ２、オゾン、又は水）を必要とする。しかしながら、ルテニウム膜は本明細書に記載されたルテニウム含有前駆体と無酸素共反応物とを使用したＡＬＤによって形成され、その後、アニーリングする工程が続き、下部に存在する基板又は下部に存在する基板の一部と酸素共反応物との有害な反応無しに、高い成長速度を達成し、少ない不純物及び低い抵抗率を有する膜を達成することができることが発見された。したがって、一実施形態では、本明細書に記載されるＡＬＤプロセスは無酸素ＡＬＤプロセスである。すなわち、ＡＬＤプロセスは、無酸素の環境で行われてもよいし、実施されてもよい。例えば、本明細書で使用される無酸素共反応物は、水素、水素プラズマ、アンモニア、ヒドラジン、アルキルヒドラジン、シラン、ボラン、又はそれらの組み合わせ等のガス材料を実質的に含んでいてもよい。特定の実施形態では、無酸素共反応物は、ヒドラジン又はアルキルヒドラジンである。様々な態様において、アルキルヒドラジンは、Ｃ１－Ｃ８アルキルヒドラジン、Ｃ１－Ｃ４アルキルヒドラジン、又はＣ１－Ｃ２アルキルヒドラジンであってもよい。例えば、アルキルヒドラジンは、メチルヒドラジン、エチルヒドラジン、プロピルヒドラジン、又はブチルヒドラジン（第三級ブチルヒドラジンを含む）であってもよい。
（基板）
本明細書に記載のルテニウム膜は、様々な基板上に蒸着させることができる。例えば、本明細書に開示されるルテニウム錯体は、シリコン、結晶シリコン、Ｓｉ（１００）、Ｓｉ（１１１）、酸化シリコン、ガラス、歪みシリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、ドープされたシリコン又は酸化シリコン（例えば、炭素ドープされた酸化シリコン）、窒化シリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、タンタル、窒化タンタル、アルミニウム、酸化アルミニウム、銅、ルテニウム、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、炭窒化タングステン（ＷＣＮ）、及びナノスケールデバイス製造プロセス（例えば、半導体製造プロセス）で一般に遭遇する任意の数の他の基板等の、しかしこれらに限定されない、様々な基板又はその表面上に送達、通過、又は蒸着されてもよい。任意の実施形態において、基板は、１つ以上の層を含んでもよい。例えば、基板はベース層（例えば、酸化シリコン）上に存在するライナー（例えば、炭窒化タングステン、酸化アルミニウム）を含んでもよい。当業者には理解されるように、基板は、基板表面を研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニーリング、及び／又はベークするために、前処理プロセスに曝されてもよい。１つ以上の実施形態では、基板表面は水素末端表面を含む。
（ＡＬＤ及びＣＶＤのタイプ及び条件）
本明細書で提供されるＡＬＤ及び／又はＣＶＤ法は、連続的注入又はパルス注入プロセス、液体注入プロセス、光アシストプロセス、プラズマアシストプロセス、及びプラズマ強化プロセス等の、しかしこれらに限定されない、様々なタイプのＡＬＤ及び／ＣＶＤプロセスを包含する。
いくつかの実施形態では、従来のＣＶＤ又はパルスＣＶＤを使用して、基板表面上に少なくとも１つの金属錯体を蒸発及び／又は通過させることによって、金属含有膜を形成する。従来のＣＶＤプロセスについては、例えば、Smith, Donald (1995). Thin-Film Deposition: Principles and Practice. McGraw-Hillを参照のこと。
他の実施形態では、光アシストＣＶＤを使用して、本明細書で開示される少なくとも１つの金属錯体を基板表面上に蒸発及び／又は通過させることによって、金属含有膜を形成する。
いくつかの実施形態では、従来の（すなわち、パルス注入）ＡＬＤを使用して、本明細書で開示される少なくとも１つのルテニウム錯体を基板表面上に蒸発及び／又は通過させることによって、ルテニウム含有膜を形成する。従来のＡＬＤプロセスについては、例えば、George S. M., et al. J. Phys. Chem., 1996, 100, 13121-13131を参照のこと。
他の実施形態では、液体注入ＡＬＤを使用して、本明細書で開示される少なくとも１つの前駆体を基板表面上に蒸発及び／又は通過させることによって、ルテニウム含有膜を形成し、ここで、少なくとも１つの前駆体は、バブラ（bubbler）による蒸気吸引とは対照的に直接液体注入によって、反応チャンバに送達される。液体注入ＡＬＤプロセスについては、例えば、Potter R. J., et al., Chem. Vap. Deposition, 2005, 11(3), 159-169.を参照のこと。
他の実施形態では、光アシストＡＬＤを使用して、本明細書で開示される少なくとも１つの前駆体を基板表面上に蒸発及び／又は通過させることによって、ルテニウム含有膜を形成する。光アシストＡＬＤプロセスについては、例えば、米国特許第４，５８１，２４９号を参照のこと。
他の実施形態では、プラズマアシストＡＬＤ又はプラズマ強化ＡＬＤを使用して、本明細書に開示される少なくとも１つの前駆体を基板表面上に蒸発及び／又は通過させることによって、ルテニウム含有膜を形成する。
さらなる実施形態では、基板表面上にルテニウム含有膜を形成する方法は、ＡＬＤプロセス中に、本明細書に記載の１つ以上の実施形態による気相ルテニウム錯体に基板を曝露することにより、ルテニウム中心によって表面に結合したルテニウム複合体を含む層を表面上に形成する工程と；
ＡＬＤプロセス中に、共反応物と結合したルテニウム錯体を有する基板を曝露することにより、結合したルテニウム錯体と共反応物との間で交換反応を生じ、これにより、結合したルテニウム錯体を解離させ、基板の表面上に元素ルテニウムの第１の層を生成する工程と；ＡＬＤプロセス及び上記処理を順次繰り返す工程とを含む。
ＡＬＤプロセスのための反応時間、温度、及び圧力は、ルテニウム－表面相互作用を生成し、基板の表面上に層を形成するように選択される。ＡＬＤ反応のための反応条件は、ルテニウム錯体の特性に基づいて選択され得る。蒸着は、大気圧で行うことができるが、より一般的には減圧で行う。金属錯体の蒸気圧は、このような用途において実用的であるために十分に高くあるべきである。基板の温度は、表面のルテニウム原子間の結合を保ち、気体反応物の熱分解を防止するために、十分に低くあるべきである。しかしながら、基板の温度はまた、原料物質（すなわち、反応物）を気相に保ち、表面反応に十分な活性化エネルギーを提供するために、十分に高くあるべきである。適切な温度は、使用される特定のルテニウム錯体及び圧力を含む様々なパラメータに依存する。いくつかの実施形態では、基板の温度は、約２００℃～約３５０℃、好ましくは約２００℃～約２５０℃であってもよい。
本明細書中に開示されるＡＬＤ堆積方法において使用するための特定のルテニウム錯体の特性は、当該技術分野において公知の方法を使用して評価することができ、反応のための適切な温度及び圧力の選択を可能にする。一般に、より低い分子量及び配位子球の回転エントロピーを増加させる官能基の存在は、結果として、典型的な送達温度及び増加した蒸気圧で液体を生じる融点をもたらす。
蒸着方法で使用するためのルテニウム錯体は、十分な蒸気圧と、選択された基板の温度での十分な熱安定性、及び薄膜中に望ましくない不純物を含まずに基板の表面上で反応を生じさせるために十分な反応性の要件のすべてを有するであろう。十分な蒸気圧は、供給源の化合物の分子が完全な自己飽和反応を可能にするために十分な濃度で基板の表面上に存在することを確実にする。十分な熱安定性は、供給源の化合物が薄膜中に不純物を生成する熱分解を受けないことを確実にする。
本明細書に開示されるルテニウム錯体のためのＡＬＤ成長条件の例として、以下が挙げられるが、これらに限定されない：
（１）基板の温度：２００～３００℃
（２）エバポレータ温度（金属前駆体温度）：２０～７０℃
（３）反応器圧力：０．０１～１０Ｔｏｒｒ
（４）アルゴン又は窒素キャリアガス流量：０～１００ｓｃｃｍ
（５）反応性ガス（共反応物）パルス時間：０．０１～１ｓｅｃ。パルスシーケンス（金属錯体／パージ／反応性ガス／パージ）：チャンバサイズに応じて変化する
（６）サイクル数：所望の膜厚に応じて変化する。
いくつかの実施形態では、従来の（すなわち、パルス注入）ＡＬＤは、本明細書に記載される少なくとも１つのルテニウム前駆体と無酸素共反応物とを用いて行われ、ルテニウム含有膜は蒸着温度及び圧力に応じて、２００～２５０℃でのＸＲＦによるルテニウム厚に基づいて、０．２～１Å／サイクルの成長速度で成長させることができる。
さらなる実施形態では、本明細書に記載される方法は、例えばライナーのためのコンフォーマル成長を提供する条件下で行われてもよい。本明細書で使用される場合、用語「コンフォーマル成長」は、底面、側面、上部角、及びフィーチャ（feature）の外側のうちの１つ以上に沿って、膜が実質的に同じ厚さで蒸着される蒸着プロセスを指す。「コンフォーマルな成長」はまた、膜厚のいくらかの変動を包含することが意図され、例えば、膜は、フィーチャの底部又は下部と比較して、フィーチャの外側及び／又はフィーチャの頂部若しくは上部付近でより厚くてもよい。
コンフォーマル成長サイクルは、コンフォーマル成長が起こるようなコンフォーマル条件下で、ルテニウム含有錯体、パージガス、及び共反応物を基板に送達する工程を含んでいてもよい。コンフォーマル条件には、温度（例えば、基板、ルテニウム含有錯体、パージガス、共反応物等の）、圧力（例えば、ルテニウム含有錯体、パージガス、共反応物等の送達中の）、送達されるルテニウム含有錯体及び／又は共反応物の量、パージ時間の長さ、及び／又は送達されるパージガスの量が含まれるが、これらに限定されない。様々な態様では、基板は、コンフォーマル成長が起こり得る１つ以上のフィーチャを含んでいてもよい。
加えて又は代替的に、特定の条件下で、フィーチャの底部から膜を成長させることができ、これは、フィーチャの底部又は下部（フィーチャの底部から始まるフィーチャの約１．０％、又はフィーチャの底部から始まるフィーチャの約２０％、又はフィーチャの底部から始まるフィーチャの約５０％）に材料が蒸着され、フィーチャの外側又はフィーチャの頂部又は上部に材料を実質的に蒸着されないことを意味する「ボトムアップ充填」としても知られる。フィーチャの「底部」又は「下部」とは、フィーチャの底部から始まるフィーチャの深さの約７５％、例えば、フィーチャの深さの約７０％、フィーチャの深さの約６０％、フィーチャの深さの約５０％、フィーチャの深さの約４０％、フィーチャの深さの約３０％、フィーチャの深さの約２０％等を包含することを意図する。フィーチャの「頂部」又は「上部」とは、フィーチャの頂部から始まるフィーチャの深さの上部約２５％、例えば、フィーチャの深さの約２０％、フィーチャの深さの約１０％、フィーチャの深さの約５．０％等を包含することを意図する。フィーチャの「外側」とは、フィーチャの開口部から任意の方向に約０．１０ｎｍ～約１０ｍｍの領域を包含することを意図する。
様々な態様では、フィーチャは、孔、溝、コンタクト、デュアルダマシン等とすることができる。フィーチャは「凹型フィーチャ」としても知られる不均一な幅を有してもよく、又はフィーチャは実質的に均一な幅を有してもよい。
１つ以上の実施形態では、本明細書に記載の方法に従って成長させたルテニウム含有膜は、実質的に空隙及び／又は空洞となる継ぎ目を有さなくてもよい。
（アニーリング）
ヒドラジンを使用する無酸素ＡＬＤプロセス由来の蒸着したままのルテニウム膜は、約６～１０原子％の窒素を含んでいてもよく、少なくとも１５０℃～３００℃の蒸着温度範囲で高い抵抗率を有していてもよい。蒸着に続いて、得られたフィルムは、次いで、より高い温度でアニーリングされてもよい。アニーリングする工程は、不純物が少なく、かつ抵抗率が低い高品質のルテニウム膜を提供するのに役立つ。
したがって、いくつかの実施形態では、ルテニウム含有膜は、真空下で、あるいはＡｒ若しくはＮ２等の不活性ガス、又はＨ２等の還元剤、又は例えばＡｒ中５％Ｈ２等のそれらの組み合わせの存在下で、アニーリングされてもよい。理論に拘束されるものではないが、アニーリングする工程は、抵抗率を低下させ膜品質をさらに改善するために、高温での緻密化によって組み込まれた窒素を除去し得る。したがって、いくつかの実施形態では、アニーリングされた後のルテニウム含有膜は、窒素を実質的に含まない（～０原子％）、又はＸＰＳ技術の検出限界以下の窒素を含む。
さらに、いくつかの実施形態では、ルテニウム含有膜は、真空下で、又はＡｒ、Ｎ２、Ｈ２、若しくはＡｒ中５％Ｈ２等のそれらの組み合わせの存在下で、約３００℃～約５００℃でアニーリングされてもよい。
特定の実施形態では、ルテニウム含有膜は、真空下で、又はＡｒ、Ｎ２、Ｈ２、若しくはＡｒ中５％Ｈ２等のそれらの組み合わせの存在下で、約４００℃でアニーリングされてもよい。
（プラズマ処理）
加えて又は代替的に、蒸着に続いて、ルテニウム含有膜には、抵抗率を減少させるために役立ち得るプラズマ処理がなされてもよい。プラズマ処理は、アニーリングする工程に加えて、又はアニーリングする工程の代わりに、行ってもよい。したがって、さらなる実施形態では、ＡＬＤ、ＣＶＤ、又はＡＬＤ及びＣＶＤの組み合わせによってルテニウム含有膜を形成する方法が提供され、ここで当該方法は以下を含む：
ルテニウム含有膜を形成するために、少なくとも１つの前駆体と、無酸素共反応物とを基板に送達する工程であって、少なくとも１つの前駆体は式Ｉの構造に対応し：
（Ｌ）Ｒｕ（ＣＯ）３
（式Ｉ）
式中、Ｌは直鎖状又は分枝鎖状のＣ２－Ｃ６アルケニル、及び直鎖状又は分枝鎖状のＣ１－Ｃ６アルキルからなる群から選択され、Ｌは、Ｃ２－Ｃ６アルケニル、Ｃ１－Ｃ６アルキル、アルコキシ、及びＮＲ１Ｒ２からなる群から独立して選択される１つ以上の置換基で任意に置換され、Ｒ１及びＲ２は独立してアルキル又は水素である、工程；及び、
ルテニウム含有膜を、真空下で、又はＡｒ、Ｎ２、Ｈ２、若しくはそれらの組み合わせの存在下で、アニーリングする工程；及び／又は、ルテニウム含有膜をプラズマ処理する工程。
（抵抗）
本明細書に記載される方法から形成されるルテニウム含有膜は、低い抵抗率を有する。いくつかの実施形態では、ルテニウム含有膜は、約１０μΩ－ｃｍ、約１５μΩ－ｃｍ、約２０μΩ－ｃｍ、約２５μΩ－ｃｍ、約３０μΩ－ｃｍ、約４０μΩ－ｃｍ、約４５μΩ－ｃｍ、約５０μΩ－ｃｍ、約５５μΩ－ｃｍ、又は約３０μΩ－ｃｍ～約６５μΩ－ｃｍの抵抗を有する。加えて又は代替的に、ルテニウム含有膜は、約１０μΩ－ｃｍ～約８０μΩ－ｃｍ、約１５μΩ－ｃｍ～約６０μΩ－ｃｍ、約２０μΩ－ｃｍ～約４０μΩ－ｃｍ、好ましくは約１０μΩ－ｃｍ～約３０μΩ－ｃｍの抵抗を有していてもよい。
上記の抵抗測定は、本明細書に記載の方法によって作製された、ＸＲＦによって測定された約１ｎｍ～約２０ｎｍ、約１ｎｍ～約１５ｎｍ、約２ｎｍ～約１５ｎｍ、又は約３ｎｍ～約２０ｎｍの厚さを有するルテニウム含有膜において、達成され得る。
さらなる実施形態では、ルテニウム含有膜の抵抗率を低下させる方法が本明細書にて提供される。当該方法は、ルテニウム含有膜を、真空下で、あるいはＡｒ及び／若しくはＮ２等の不活性ガス、又はＨ２等の還元ガス、又はそれらの組み合わせの存在下で、約３００℃～４５０℃の間の温度でアニーリングして、ルテニウム含有膜（アニーリング前）よりも少なくとも約１０％低い又は少なくとも約１５％低い抵抗率を有するアニーリングされたルテニウム含有膜を形成する工程を含んでいてもよい。ルテニウム含有膜は、
（η４－ブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；
（η４－２，３－ジメチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；及び
（η４－２－メチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム
のうちの１つ以上と、本明細書に記載の無酸素共反応物とを基板に送達する工程を含む、ＡＬＤ、ＣＶＤ、又はＡＬＤ及びＣＶＤから形成されてもよい。
さらなる実施形態では、ルテニウム含有膜の抵抗率を低下させる方法は、ルテニウム含有膜を、真空下で、あるいはＡｒ及び／若しくはＮ２等の不活性ガス、又はＨ２等の還元ガス、又はそれらの組み合わせの存在下で、約３００℃～４５０℃の間の温度でアニーリングする工程に加えて、又は代わりに、ルテニウム含有膜をプラズマ処理して、ルテニウム含有膜（蒸着後処理の前）よりも少なくとも約１０％低い又は少なくとも約１５％低い抵抗率を有する処理されたルテニウム含有膜を形成する工程を含むことができる。ルテニウム含有膜は、
（η４－ブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；
（η４－２，３－ジメチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；及び
（η４－２－メチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム
のうちの１つ以上と、本明細書に記載の無酸素共反応物とを基板に送達する工程を含む、ＡＬＤ、ＣＶＤ、又はＡＬＤ及びＣＶＤから形成されてもよい。
（用途）
本明細書に記載されるＡＬＤ及び／又はＣＶＤプロセスから形成されるルテニウム膜は、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、及び３Ｄ ＮＡＮＤ、３Ｄクロスポイント、及びＲｅＲＡＭ等のメモリ及び／又はロジック用途に有用である。
本明細書を通して、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」、又は「実施形態」に言及することは、本実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造、材料、又は特性が本技術の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「１つ以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」、又は「実施形態では」などの語句の出現は、必ずしも本技術の同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ以上の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
本明細書における本技術は、特定の実施形態を参照して記載されたが、これらの実施形態は本技術の原理及び用途を単に例示しているに過ぎないことを理解されたい。本技術の精神及び範囲から逸脱することなく、本技術分野の方法及び装置に様々な修正及び変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。したがって、本技術は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある修正及び変形を含むことが意図される。したがって、本技術は一般的に記載されるが、例示を目的として提供され、限定を意図していない以下の実施例を参照することによってより容易に理解されるであろう。
〔実施例〕
以下の実施例において、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を前駆体として利用した。（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を作製する方法は、当技術分野で公知である。例えば、本明細書においてその全体が参照によって組み込まれる米国特許出願公開第２０１１／０１６５７８０号を参照されたい。
（比較例１ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びＯ２を使用した、アニーリング無しでのルテニウムのＡＬＤ）
比較のために、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を用いてベースラインＯ２ ＡＬＤプロセスを行った。Ｒｕは、乾燥真空ポンプと圧力制御のために調節可能な絞り弁を備えたＣＮ－１ ＡＬＤ／ＣＶＤ反応器中で蒸着させた。（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を、ステンレス容器中に配置し、２０ｓｃｃｍのＡｒのキャリアガスフローと、さらに５０ｓｃｃｍのパージのためのＡｒとを用いて、バブラ送達のために約４０℃に、又は蒸気吸引送達のために７０℃まで加熱した。パルス時間は典型的には１～２秒であり、パージ時間は１０秒であった。酸素ガス２０ｓｃｃｍ、パルス時間３秒、及び３０ｓｃｃｍのＡｒでパージ時間１０秒。蒸着圧力は、約０．３Ｔｏｒｒであった。蒸着温度と膜厚を変えた結果を図１及び図２に示す。ＡＬＤウィンドウは２００～２６５℃の範囲であった。約２７５℃以上で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３の著しい熱分解があった。≦７サイクルの短い核形成遅延があった。低い抵抗率（約２０μΩ－ｃｍ）の膜を作製した。
（実施例２ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジンを使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤ（飽和データ））
無酸素ルテニウムを、実施例１に記載したのと同じＡＬＤ／ＣＶＤ反応器中で、同じ（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３前駆体セットアップを用いて蒸着させ、２０ｓｃｃｍのＡｒのキャリアガスフローと、さらに３０ｓｃｃｍのパージのためのＡｒとを用いて、バブラ送達のために約４０℃に加熱した。無酸素共反応物ヒドラジンを、２０ｓｃｃｍのＡｒキャリアガス及び３０ｓｃｃｍのＡｒパージガスを用いた蒸気吸引によって、加熱することなく室温（２０～３０℃）で送達した。（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３のパルス時間は、特に断らない限り、典型的には１秒であり、パージ時間は５～１０秒であり、ヒドラジン共反応物のパルス時間は０．０７５秒、パージ時間は５～１０秒であった。標準蒸着圧力は０．３Ｔｏｒｒであった。図３及び４については、ＸＲＦによるＲｕの厚さが８５～１５０Åの範囲で、それぞれ５００サイクル、蒸着温度は２２５℃であった。図３及び４は、ヒドラジン共反応物及び（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３前駆体についての飽和挙動を有するＡＬＤ型蒸着を示す。ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３でも同様の成長速度を達成した。
（実施例３ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジンを使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤ（核形成及び線形成長））
図５では２２５℃の、図６では２５０℃の異なる蒸着温度（又は基板温度）であったことを除いて、実施例２と同じ手順を行った。
図５及び６は、Ｏ２プロセスと同様の外挿された短い核形成遅延（≦８サイクル）、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３上での同様の成長速度及び核形成挙動、並びに十分に速い成長速度（２２５℃で約０．３Å／サイクル、２５０℃で０．６Å／サイクルまで）を示す。
（実施例４ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン又はアンモニアを使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤ（蒸着されたままの膜のＸＰＳ組成物））
図７Ａ～７Ｅについて、可変蒸着温度が２００℃～３００℃であることを除いて、ヒドラジン共反応物について実施例２と同じ手順を行った。図７Ｆに示すようなアンモニア共反応物を使用した無酸素ルテニウムについては、蒸着は、実施例２に記載した同じＡＬＤ／ＣＶＤ反応器中で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を用いて行われ、１秒パルス及び５秒パージ（５０ｓｃｃｍのＡｒ）のバブラ送達のために約４０℃に加熱し、アンモニアを３５ｓｃｃｍ、パルス時間３秒で、３０ｓｃｃｍのＡｒをパージ時間６秒で送達した。アンモニアＡＬＤプロセスの蒸着圧力は０．３Ｔｏｒｒであり、ＸＲＦによるＲｕの厚さが約１３０Åで、７００サイクルの間、蒸着温度は２５０℃あった。アンモニアによる成長速度は、約０．１８Å／サイクル（２５０℃におけるヒドラジンの約１／３）であり、アニーリング後の抵抗率は、約１７０μΩ－ｃｍ（ヒドラジン共反応物によるＲｕの約２倍の高さ）であった。この理由は、蒸着したままの中間膜中の窒素含有量の違いによって説明される。図７Ａ～７Ｅは、ヒドラジン共反応物から蒸着したままのＲｕ膜中に７～１０原子％のＮ及び非常に低いレベルのＯが存在することを示す。アンモニア共反応物を使用した図７Ｆは、窒素が存在しないことを示す。蒸着したままのアンモニアＡＬＤ膜中に窒素が存在しないことは、主にルテニウム前駆体の熱分解による非常に低い成長速度で示されるように、ルテニウム前駆体とのアンモニアの反応性がほとんど無い又は低いためであり得る。アンモニアプロセス由来の膜は、ＸＰＳによってルテニウムから分離することができないより多くの炭素不純物を含有し得る。
（実施例５ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジンを使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤ（（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３のＡＬＤウィンドウ））
種々の蒸着温度を除いて、実施例２に記載したのと同じ手順を行った。ＸＲＦによる膜厚は約１１０Å～約２７０Åの範囲であった。
図８は、図１に示すＯ２ ＡＬＤプロセスとは異なり、おそらく、より低い温度でのヒドラジンのより低い反応性のために、従来のＡＬＤウィンドウが欠けていることを示す。２７５℃以上でのＲｕの成長速度の著しい増大は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３前駆体の急速な熱分解によるものであった。
（実施例６ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジンを使用した２２５℃でのルテニウムの無酸素ＡＬＤ、その後のＡｒ中５％Ｈ２を用いたアニーリング）
次に、２２５℃で蒸着させた図７Ｂと同じ膜を、Ａｒ中５％Ｈ２において、４００℃、１．５Ｔｏｒｒの圧力で３０分間、アニーリングした。図９は、窒素の完全な喪失（約０原子％又はＸＰＳ検出限界以下）を示す。
（実施例７ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジンを使用した２５０℃でのルテニウムの無酸素ＡＬＤ、その後のＡｒ中５％Ｈ２を用いたアニーリング）
次に、２５０℃で蒸着させた図７Ｃと同じ膜を、Ａｒ中５％Ｈ２において、４００℃、１．５Ｔｏｒｒの圧力で３０分間、アニーリングした。図１０は、窒素の完全な喪失（約０原子％又はＸＰＳ検出限界以下）を示す。
（実施例８ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジンを使用した無酸素ＡＬＤに続いて、蒸着したままのＲｕ膜と、Ａｒ中５％Ｈ２を用いてアニーリングしたＲｕ膜との種々の温度での比較）
アニーリング手順：実施例２に記載されるように、各蒸着温度で酸化シリコン及び／又は酸化アルミナを用いて、大きなシリコンクーポンの上にルテニウム膜を蒸着させた。大きなクーポンを測定し、次いで、空気中で複数のより小さなチップに角切りした。次に、各小片を、Ａｒ中５％Ｈ２において、１．５Ｔｏｒｒの圧力で３００℃～４２５℃の所定のアニーリング温度で３０分間、約１５０ｓｃｃｍのガス流量で、個別にアニーリングした。
Ｉ．窒素の喪失
図１１は、≧３００℃でＡｒ中５％Ｈ２においてアニーリングしたときの窒素の完全な喪失を示す。
ＩＩ．フィルムの収縮及び緻密化
図１１に示すような酸化アルミナ上への同じ蒸着からの同じチップを、光エリプソメトリ及びＳＥＭによる厚さ測定に用いた。図１２は、窒素の損失及び熱誘起膜緻密化によるアニーリングしたときの膜収縮を示す。
図１３Ａ～１３Ｄは、３００～４００℃での、Ａｒ中５％Ｈ２を用いたアニーリングにおける、２０～２５％の膜収縮の傾向を示す。
図１４Ａ～１４Ｄは、３００～４００℃での、Ａｒ中５％Ｈ２を用いたアニーリングにおいて、Ｒｕ表面形態又は粒径に有意な変化が無いことを示す。
ＩＩＩ．抵抗率
図１５は、２２５℃～３００℃の範囲の蒸着温度にかかわらず、最適なアニーリング温度は約４００℃以上であることを示す。
図１６は、アニーリング後の低い抵抗率のための最適蒸着温度が２００℃～２２５℃であることを示す。
図１７は、試験された厚さ範囲全体について、低い抵抗率のためにはアニーリングする工程が必要とされ得ることを示す。
要約：低い抵抗率のルテニウム膜（６０～８０μΩ－ｃｍ）は、２工程の無酸素プロセスによって得られた。本実施例では、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン又はアルキルヒドラジンを使用して、２００～３００℃の基板温度で、窒素含有中間膜をＡＬＤする工程、続いて水素中で３００～４００℃でアニーリングする工程を含む２工程のプロセスを行った。ＡＬＤモードにおいて、２００～２５０℃の基板温度で十分な成長速度（０．３～０．６Å／サイクル）を達成した。
（実施例９ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジンを使用した無酸素ＡＬＤに続いて、蒸着したままのＲｕ膜と、Ａｒを用いてアニーリングしたＲｕ膜と、Ａｒ中５％Ｈ２を用いてアニーリングしたＲｕ膜との比較）
アルゴンを用いてアニーリングする手順は、Ｈ２を使用しなかったことを除いて、１．５Ｔｏｒｒの圧力、約１５０ｓｃｃｍのガス流量で３０分間、Ａｒ中５％Ｈ２を用いたアニーリングについて前述したものと同じであった。
Ｉ．窒素の喪失
図１８は、４００℃のアルゴンを用いてアニーリングした後の窒素の完全な損失（０原子％又はＸＰＳ検出限界以下）を示す。アニーリング前の膜は、実施例２に記載したように２２５℃で蒸着させた。
図１９の全てのデータは、実施例２のように無酸素ＡＬＤによって２２５℃で大きなシリコンクーポン上に蒸着され、実施例８に記載されるように小さなチップに分割された、同じルテニウム膜からのものである。図１９は、蒸着したままのルテニウム膜中の窒素も、アルゴン中でのアニーリングによって水素を使用せずに除去することができるが、完全に除去するためには約３５０℃以上のわずかに高い温度が必要であることを示す。
ＩＩ．抵抗率
図２０は、アルゴンを使用した最適なアニーリング温度も約４００℃以上であり、Ａｒ中５％Ｈ２を用いたアニーリングに類似していることを示す。さらに、Ａｒを用いたアニーリングは、おそらくアニーリングされたルテニウム膜中の水素汚染を排除することに起因して、最適なアニーリング温度で、Ａｒ中５％Ｈ２を用いたアニーリングよりも著しく低い抵抗率をもたらすことができる。
図２１は、広範囲のルテニウム膜厚に対して、４００℃のＡｒを用いたアニーリングは４００℃のＡｒ中５％Ｈ２を用いたアニーリングよりも一貫して優れていることを示す。
ＩＩＩ．フィルム収縮及び緻密化
図２２は、Ａｒを用いたアニーリングが窒素の喪失及び膜緻密化のために、膜厚の低下も引き起こし、４００℃でのアルゴンを用いたアニーリングが、おそらく水素汚染を排除することに起因して、同じ温度で、同じ試料について、Ａｒ中５％Ｈ２を用いたアニーリングよりも、より薄く、したがってより緻密な膜をもたらすことを示す。
（実施例１０ 窒素アニーリング）
実施例２に記載されるように、各温度（２２５℃、２５０℃）で、約１５０～１９０ÅのＲｕ厚で、蒸着したままのルテニウム膜を大きなクーポン上に成長させた。各クーポンを、分割アニーリングのためにより小さなチップに角切りし、一方を４００℃で１．５Ｔｏｒｒのアルゴン中に３０分間置き、もう一方を４００℃で１．５Ｔｏｒｒの窒素中に３０分間置いた。
図２３は、４００℃でのアルゴンを用いたアニーリングと窒素を用いたアニーリングとの間に有意な差がないことを示す。
（実施例１１ 真空アニーリング）
約１３０Å（ＸＲＦによる）のＲｕを蒸着したままのＲｕ膜を、実施例２に記載したように大きなクーポン上に成長させ、２００℃及び１．４Ｔｏｒｒで蒸着させた。クーポンを、４００℃での分割アニーリングのためにより小さなチップに角切りし、一方を１．５Ｔｏｒｒのアルゴン中で３０分間、もう一方をベース圧力が０．０３５Ｔｏｒｒの動的真空下で３０分間、アニーリングした。真空チャンバは乾燥ポンプによって連続的に排気されたが、アニーリングの間、パージガスは使用されなかった。アルゴンを用いてアニーリングした試料の抵抗率は６６．１μΩ－ｃｍであり、真空下でアニーリングした試料の抵抗率は６４．２μΩ－ｃｍであり、アニーリングのためのパージガスがない場合に匹敵する性能を示した。
（実施例１２ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジンを使用した無酸素ＡＬＤによるＣＶＤ類似反応）
蒸着圧力をそれぞれ０．９５及び１．４Ｔｏｒｒまで増加させるために、真空蒸着チャンバ内の絞り弁が部分的に閉じられていることを除いて、実施例２と同じ蒸着手順を、同じ前駆体及び共反応物の用量、並びに同じガス流量及び半サイクルごとに１０秒のパージ時間で行った。この絞りは、排出速度及びパージ速度の減少により、蒸着チャンバ内での前駆体及び共反応物の滞留時間を増加させ（部分トラッピング）、有効反応時間を増加させ、ＡＬＤプロセスに著しいＣＶＤ寄与を加えた。
図２４は、２００℃で０．７Å／サイクルまでの著しく高い成長速度が、アニーリングされたルテニウム膜の抵抗率を増加させることなく、同じ蒸着温度で蒸着圧力を単に増加させることによって、同じ前駆体及び共反応物の用量を使用して、達成され得ることを示す。
要約：連続流モードにおいて基板温度２００～２５０℃での十分な成長速度（０．３～１Å／サイクル）を達成した。低い抵抗率のルテニウム膜（≧１３ｎｍの膜に対して２０～７０μΩ－ｃｍ）を、４００℃でのアルゴンを用いたアニーリング又は窒素を用いたアニーリングを用いた２工程の無酸素ＡＬＤプロセスにより得られた。
（実施例１３ コンフォーマルな段差被覆性）
図２５は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジンを用いて、２２５℃及び０．３Ｔｏｒｒの圧力で、実施例２におけるような標準の蒸着条件を使用したＡＬＤプロセスのコンフォーマルな段差被覆能力を示す。
（実施例１４ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及び第三級ブチルヒドラジン（ｔＢｕ－ヒドラジン）を使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤ（成長速度と飽和データ））
無酸素ルテニウムを、同じ（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３前駆体セットアップを用いて、実施例１に記載した同じＡＬＤ／ＣＶＤ反応器内の３つの基板上に蒸着させ、２０ｓｃｃｍのＡｒのキャリアガスフローと、３０ｓｃｃｍのパージのためのＡｒとを用いて、バブラ送達のために約４０℃に加熱した。特に断らない限り、３つの基板は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及び炭窒化タングステン（ＷＣＮ）であり、ＷＣＮは、ＳｉＯ２層（約１００ｎｍの厚さ）上の薄層（又はライナー）（約２ｎｍ～約４ｎｍの厚さ）として存在した。２０ｓｃｃｍのＡｒキャリアガス及び３０ｓｃｃｍのＡｒパージガスを用いた蒸気吸引によって、加熱せずに（２９℃以下）、無酸素共反応物の第三級ブチルヒドラジン（ｔＢｕ－ヒドラジン）を室温で送達した。（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３のパルス時間は、特に断らない限り、典型的には１秒であり、パージ時間は１０秒であり、ｔＢｕ－ヒドラジン共反応物のパルス時間は０．０７５秒であり、パージ時間は１０秒であった。標準蒸着圧力は１．０～１．１Ｔｏｒｒであった。２００～２５０℃の蒸着温度を使用した。３つの基板上の種々の蒸着温度と成長速度による結果を図２６に示す。図２７は、２２５℃の蒸着温度での３つの基板Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＷＣＮ上での、ｔＢｕ－ヒドラジン共反応物及び（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３前駆体についての飽和挙動を示す。
（実施例１５ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジンを使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤ（核形成及び線形成長））
ＳｉＯ２基板の上に、図２８では２００℃、図２９では２２５℃、図３０では２５０℃の蒸着温度で、実施例１４と同じ手順を行った。図２８は、約２７サイクルの核形成遅延を示す。図２９は、約１８サイクルの核形成遅延を示す。図３０は、約１サイクルの核形成遅延を示す。
図２８～３０に示すように、ＳｉＯ２上では短い核形成遅延があり、核形成遅延は蒸着温度の上昇と共に減少した。
（実施例１６ （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジンを使用した無酸素ＡＬＤに続いて、蒸着したままのＲｕ膜と、ＡｒでアニーリングされたＲｕ膜との種々の温度での比較）
アニーリングする手順：ルテニウム膜を、３つの基板（大きなクーポン）、ＳｉＯ２（厚さ１００ｎｍ）、ＳｉＯ２上のＡｌ２Ｏ３、又はＳｉＯ２上のＷＣＮに、「蒸着したままの」Ｒｕ膜を形成する、実施例１４に記載した各蒸着温度で、蒸着させた。大きなクーポンを測定し、次いで、複数の小さなチップに角切りし、「アニーリング前の」Ｒｕ膜を形成するために少なくとも２日間空気に曝露した。次いで、各小さなチップを、１．５～１．７Ｔｏｒｒの圧力のＡｒ中で、約１５０ｓｃｃｍのガス流量、４００℃のアニーリング温度で、３０分間、個別にアニーリングして、「４００ＣでＡｒアニーリングされた」Ｒｕ膜を形成した。
（Ｉ．抵抗率）
蒸着したままのＲｕ膜、アニーリング前のＲｕ膜、及び４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜について、抵抗率を測定した。図３１は、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度でのＡｌ２Ｏ３基板上の蒸着したままのＲｕ膜、アニーリング前のＲｕ膜、及び４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜の比較を示す。図３２は、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度でのＳｉＯ２基板上の蒸着したままのＲｕ膜、アニーリング前のＲｕ膜、及び４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜の比較を示す。図３３は、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度でのＷＣＮ基板上の蒸着したままのＲｕ膜、アニーリング前のＲｕ膜、及び４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜の比較を示す。図３１～３３に示すように、空気に２日間曝露した後のアニーリング前には抵抗率はわずかに増加し、４００ＣでＡｒアニーリングさせたＲｕ膜はすべての基板上で低い抵抗率を有した。
図３４、３５、及び３６は、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度におけるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＷＣＮ基板上の４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜の抵抗率の膜厚依存性を示す。
ＩＩ．窒素の喪失
２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度でＳｉＯ２基板上に蒸着したままのＲｕ膜、及び４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜について、ＸＰＳ分析を行った。図３７Ａ～３７Ｃは、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度でｔＢｕ－ヒドラジン共反応物からの蒸着したままのＲｕ膜中における、６～８原子％のＮ及び非常に低いレベルのＯの存在を示す。
図３８Ａ～３８Ｃは、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度で、ｔＢｕ－ヒドラジン共反応物からの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜について、Ａｒ中で４００℃でアニーリングした際の窒素の完全な喪失を示す。
ＩＩＩ．膜表面
２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度でのＡｌ２Ｏ３基板及びＷＣＮ基板上の蒸着したままのＲｕ膜、及び対応する４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のトップダウン視点のＳＥＭ画像を撮影した。
図３９Ａは、２００℃の蒸着温度でのＡｌ２Ｏ３上の厚さ４．０ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像を示す。図３９Ｂは、２００℃の蒸着温度でのＷＣＮ上の厚さ４．９ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像を示す。図３９Ａ及び３９Ｂは、ＷＣＮ基板上により小さい粒子を有する膜を示す。
図４０Ａは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像を示す。図４０Ｂは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像を示す。図４０Ｃは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像を示す。図４０Ｄは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像を示す。図４０Ａ～４０Ｄは、ＷＣＮ基板上により小さい粒子を有する膜、及びＡｌ２Ｏ３基板上に空隙を有するより粗いアニーリングされた膜を示す。図４０Ａ～４０Ｄにおける膜は、２２５℃の蒸着温度で蒸着した。
図４１Ａは、２５０℃の蒸着温度でのＡｌ２Ｏ３上の厚さ３．４ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像を示す。図４１Ｂは、２５０℃の蒸着温度でのＷＣＮ上の厚さ４．９ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像を示す。図４１Ａ及び４１Ｂは、ＷＣＮ基板上のより小さな粒子を有する膜を示す。
図４２は、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度での、Ａｌ２Ｏ３基板上の蒸着したままのＲｕ膜と比較して、ＷＣＮ基板上の蒸着したままのＲｕ膜について原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定された、より低い膜の粗さを示す。
本明細書で言及される全ての刊行物、特許出願、発行された特許、及び他の文書は、あたかもそれぞれの個々の刊行物、特許出願、発行された特許、又は他の文書が参照によりその全体が組み込まれるように具体的かつ個別に示されるかのように、参照により本明細書に組み込まれる。参照により組み込まれる文に含まれる定義は、本開示における定義と矛盾する程度まで除外される。
用語「含む(comprise)」、「含む(comprises)」、及び「含む(comprising)」は、排他的ではなく包括的に解釈されるべきである。
酸素及び（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を使用したルテニウムのＡＬＤについて、ルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）ｖｓ．蒸着温度（℃）ｖｓ．抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。 酸素及び（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を使用したルテニウムのＡＬＤについて、サイクル数に対する、ルテニウム膜厚（ｎｍ）のグラフ表示であり、２５０℃での直線的成長を示す。 ヒドラジン共反応物パルス高（Ｔｏｒｒ）に対する、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を使用した蛍光Ｘ線蛍光（ＸＲＦ）による無酸素ＡＬＤルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）のグラフ表示であり、２２５℃でのヒドラジン共反応物の飽和曲線を示す。 前駆体パルス時間（Ｓｅｃ．）に対する、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を使用したＸＲＦによる無酸素ＡＬＤルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）のグラフ表示であり、２２５℃での前駆体（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３の飽和曲線を示す。 （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を２２５℃で使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、サイクル数に対する、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示である。 （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を２５０℃で使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、サイクル数に対する、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示である。 図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、及び７Ｅは、それぞれ、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、及び３００℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、スパッタ時間（ｓ．）に対する、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって決定された原子％のグラフ表示である。図７Ｆは、２５０℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びアンモニア共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、及び７Ｅは、それぞれ、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、及び３００℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、スパッタ時間（ｓ．）に対する、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって決定された原子％のグラフ表示である。図７Ｆは、２５０℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びアンモニア共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、及び７Ｅは、それぞれ、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、及び３００℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、スパッタ時間（ｓ．）に対する、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって決定された原子％のグラフ表示である。図７Ｆは、２５０℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びアンモニア共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、及び７Ｅは、それぞれ、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、及び３００℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、スパッタ時間（ｓ．）に対する、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって決定された原子％のグラフ表示である。図７Ｆは、２５０℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びアンモニア共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、及び７Ｅは、それぞれ、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、及び３００℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、スパッタ時間（ｓ．）に対する、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって決定された原子％のグラフ表示である。図７Ｆは、２５０℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びアンモニア共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、及び７Ｅは、それぞれ、２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、及び３００℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、スパッタ時間（ｓ．）に対する、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって決定された原子％のグラフ表示である。図７Ｆは、２５０℃の基板の温度で、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びアンモニア共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成された、ＳｉＯ２基板上に蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、蒸着温度（℃）に対する、ルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）のグラフ表示である。 （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した２２５℃のＳｉＯ２上におけるルテニウムの無酸素ＡＬＤの後、Ａｒ中５％Ｈ２を用いて４００℃でアニーリングすることによって形成されたルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した２５０℃のＳｉＯ２上におけるルテニウムの無酸素ＡＬＤの後、Ａｒ中５％Ｈ２を用いて４００℃でアニーリングすることによって形成されたルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 ２２５℃で蒸着され、３００℃～４５０℃の様々な温度でＡｒ中５％Ｈ２においてアニーリングされたルテニウム膜の、プロセス温度（℃）に対する、酸素及び窒素（原子％）のＸＰＳ解析のグラフ表示である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによって、２２５℃で酸化シリコン上に成長させた同一のルテニウム膜を有する同一のシリコンクーポンから分割した。 プロセス温度（℃）に対する、ルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いた無酸素ＡＬＤによって２２５℃で成長させたルテニウム膜をＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングした後の、窒素の喪失によるルテニウム厚の減少を伴う膜緻密化を示す。 図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、及び１３Ｄは、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、３００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、３５０℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の断面図である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて無酸素ＡＬＤにより２２５℃で成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンチップから分割した。 図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、及び１３Ｄは、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、３００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、３５０℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の断面図である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて無酸素ＡＬＤにより２２５℃で成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンチップから分割した。 図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、及び１３Ｄは、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、３００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、３５０℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の断面図である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて無酸素ＡＬＤにより２２５℃で成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンチップから分割した。 図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、及び１３Ｄは、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、３００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、３５０℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の断面図である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて無酸素ＡＬＤにより２２５℃で成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンチップから分割した。 図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、及び１４Ｄは、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、３００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、３５０℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜のＳＥＭの上面図である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて無酸素ＡＬＤにより２２５℃で成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンチップから分割した。 図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、及び１４Ｄは、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、３００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、３５０℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜のＳＥＭの上面図である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて無酸素ＡＬＤにより２２５℃で成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンチップから分割した。 図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、及び１４Ｄは、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、３００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、３５０℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜のＳＥＭの上面図である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて無酸素ＡＬＤにより２２５℃で成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンチップから分割した。 図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、及び１４Ｄは、２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、３００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、３５０℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２でアニーリングされたルテニウム膜のＳＥＭの上面図である。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて無酸素ＡＬＤにより２２５℃で成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンチップから分割した。 プロセス温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を用いて酸化アルミニウム基板上に無酸素ＡＬＤによって成長させたルテニウム膜の抵抗率における、２２５℃、２５０℃、及び３００℃での蒸着温度の影響及び３００℃～４２５℃のアニーリング温度の影響を示す。 蒸着温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤについて、酸化シリコン上に蒸着したままの膜、酸化アルミニウム上に蒸着したままの膜、４００℃でＡｒ中５％Ｈ２を用いてアニーリングされた酸化シリコン上の膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２を用いてアニーリングされた酸化アルミニウム上の膜における、抵抗率－蒸着温度の相関を示す。 （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物、並びに２２５℃の基板の温度を使用した無酸素ＡＬＤの後に、酸化シリコン上に蒸着したままの膜、酸化アルミニウム状に蒸着したままの膜、４００℃でＡｒ中５％Ｈ２を用いてアニーリングされた酸化シリコン上の膜、及び４００℃でＡｒ中５％Ｈ２を用いてアニーリングされた酸化アルミニウム上の膜における、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。 （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した２２５℃でＳｉＯ２上におけるルテニウムの無酸素ＡＬＤの後、Ａｒ中で４００℃でアニーリングすることによって形成されたルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 ２２５℃で蒸着したままのルテニウム膜、並びに３００℃、３５０℃及び４００℃でアルゴン中でアニーリングされたルテニウム膜の、プロセス温度に対する、酸素及び窒素（原子％）のＸＰＳ分析のグラフ表示であり、３００℃でのアニーリングによる窒素の部分的喪失、及び３５０℃以上でのアニーリングによる窒素の完全な喪失に伴う膜精製を示している。それぞれのアニーリングされた試料は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによって２２５℃で酸化シリコン基板上に成長させたルテニウム膜を有する同一のシリコンクーポンから分割した。 プロセス温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物、並びに酸化アルミニウム及び酸化シリコン上の２２５℃の基板温度を使用した無酸素ＡＬＤによって蒸着された同一のルテニウム膜について、抵抗率に対するアルゴンアニーリング温度の影響、及び４００℃でのアルゴン中５％Ｈ２でのアニーリングとの比較を示す。 ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物、並びに酸化シリコン上の２２５℃の基板温度を使用した無酸素ＡＬＤによって蒸着されたルテニウム膜について、４００℃でのアルゴンアニーリングとアルゴン中５％Ｈ２アニーリングとを比較している。 プロセス温度（℃）に対する、偏光解析法によるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物、並びに酸化シリコン上の２２５℃の基板温度を使用した無酸素ＡＬＤによって蒸着された同一のルテニウム膜について、３００℃～４２５℃の様々な温度でのアルゴンアニーリングによる窒素の喪失及び緻密化による厚さの減少を伴う膜精製、並びに４００℃でのアルゴン中５％Ｈ２でのアニーリングとの比較を示す。 蒸着温度（℃）に対する、ＸＲＦルテニウム厚からの抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、酸化シリコン上で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによって蒸着されたルテニウム膜について、４００℃での窒素アニーリングの影響とアルゴンアニーリングの影響とを比較する。 ２００℃の酸化シリコン上に（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによって蒸着されたルテニウム膜について、蒸着圧（Ｔｏｒｒ）に対する、ＸＲＦルテニウム厚による成長速度（Å／サイクル）及び４００℃でアルゴンアニーリングされたルテニウムの抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。 窒化チタンライナーを用いて予め被覆された構造体を通してシリコン上に堆積したルテニウム膜のＳＥＭの断面図である。蒸着したままのルテニウム膜は、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びヒドラジン共反応物を２２５℃で使用した無酸素ＡＬＤによって成長させた。 蒸着温度（℃）に対する、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及び第三級ブチルヒドラジン（ｔＢｕ－ヒドラジン）共反応物を使用したＸＲＦによる無酸素ＡＬＤルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）のグラフ表示である。 ｔＢｕ－ヒドラジン共反応物パルス時間（Ｓｅｃ）に対する、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３を用いたＸＲＦによる無酸素ＡＬＤルテニウム膜成長速度（Å／サイクル）のグラフ表示であり、２２５℃でのｔＢｕ－ヒドラジン共反応物の飽和曲線を示す。 （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を２００℃で使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、サイクル数に対する、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示である。 （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を２２５℃で使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、サイクル数に対する、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示である。 （ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を２５０℃で使用したルテニウムの無酸素ＡＬＤについて、サイクル数に対する、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）のグラフ表示である。 蒸着温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによってＡｌ２Ｏ３基板上に成長させたルテニウム膜の抵抗率に対する、２００℃、２２５℃、及び２５０℃における蒸着温度の影響、並びに４００℃のアニーリング温度の影響を示す。 蒸着温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによってＳｉＯ２基板上に成長させたルテニウム膜の抵抗率に対する、２００℃、２２５℃、及び２５０℃における蒸着温度の影響、並びに４００℃のアニーリング温度の影響を示す。 蒸着温度（℃）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示であり、（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤによってＷＣＮ基板上に成長させたルテニウム膜の抵抗率に対する、２００℃、２２５℃、及び２５０℃における蒸着温度の影響、並びに４００℃のアニーリング温度の影響を示す。 ２００℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤを行った後に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＷＣＮ上において４００℃でＡｒを用いてアニーリングした膜における、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。 ２２５℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤを行った後に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＷＣＮ上において４００℃でＡｒを用いてアニーリングした膜における、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。 ２５０℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤを行った後に、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、及びＷＣＮ上において４００℃でＡｒを用いてアニーリングした膜における、ＸＲＦによるルテニウム膜厚（Å）に対する、抵抗率（μΩ－ｃｍ）のグラフ表示である。 図３７Ａ、３７Ｂ、及び３７Ｃは、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成されたＳｉＯ２基板上の蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 図３７Ａ、３７Ｂ、及び３７Ｃは、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成されたＳｉＯ２基板上の蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 図３７Ａ、３７Ｂ、及び３７Ｃは、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成されたＳｉＯ２基板上の蒸着したままのルテニウム膜について、ＸＰＳによって決定された、スパッタ時間（ｓ．）に対する、原子％のグラフ表示である。 図３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃは、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成されたＳｉＯ２基板上の蒸着したままのルテニウム膜について、４００℃のＡｒでアニーリングした後の、スパッタ時間（ｓ．）に対する、ＸＰＳによって決定された原子％のグラフ表示である。 図３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃは、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成されたＳｉＯ２基板上の蒸着したままのルテニウム膜について、４００℃のＡｒでアニーリングした後の、スパッタ時間（ｓ．）に対する、ＸＰＳによって決定された原子％のグラフ表示である。 図３８Ａ、３８Ｂ、及び３８Ｃは、それぞれ、２００℃、２２５℃、及び２５０℃の蒸着温度で（ＤＭＢＤ）Ｒｕ（ＣＯ）３及びｔＢｕ－ヒドラジン共反応物を使用した無酸素ＡＬＤから形成されたＳｉＯ２基板上の蒸着したままのルテニウム膜について、４００℃のＡｒでアニーリングした後の、スパッタ時間（ｓ．）に対する、ＸＰＳによって決定された原子％のグラフ表示である。 図３９Ａは、２００℃の蒸着温度でＡｌ２Ｏ３上に蒸着したままの厚さ４．０ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図３９Ｂは、２００℃の蒸着温度でＷＣＮ上に蒸着したままの厚さ４．９ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。 図３９Ａは、２００℃の蒸着温度でＡｌ２Ｏ３上に蒸着したままの厚さ４．０ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図３９Ｂは、２００℃の蒸着温度でＷＣＮ上に蒸着したままの厚さ４．９ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。 図４０Ａは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｂは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｃは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｄは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。 図４０Ａは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｂは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｃは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｄは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。 図４０Ａは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｂは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｃは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｄは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。 図４０Ａは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｂは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの蒸着したままのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｃは、Ａｌ２Ｏ３上の厚さ３．１ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４０Ｄは、ＷＣＮ上の厚さ３．５ｎｍの４００ＣでＡｒアニーリングされたＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。 図４１Ａは、２５０℃の蒸着温度でＡｌ２Ｏ３上に蒸着したままの厚さ３．４ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４１Ｂは、２５０℃の蒸着温度でＷＣＮ上に蒸着したままの厚さ４．９ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。 図４１Ａは、２５０℃の蒸着温度でＡｌ２Ｏ３上に蒸着したままの厚さ３．４ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。図４１Ｂは、２５０℃の蒸着温度でＷＣＮ上に蒸着したままの厚さ４．９ｎｍのＲｕ膜のＳＥＭ画像の上面図である。 蒸着温度（℃）に対する、ＷＣＮ基板上及びＡｌ２Ｏ３基板上に蒸着したままのＲｕ膜について原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定された膜の粗さのグラフ表示である。

Claims (15)

  1. 原子層堆積（ＡＬＤ）又はＡＬＤと化学気相蒸着（ＣＶＤ）との組み合わせによって、ルテニウム含有膜を形成する方法であって、当該方法は、
    前記ルテニウム含有膜を形成するために、少なくとも１つの前駆体と、無酸素共反応物とを基板に送達する工程であって、前記無酸素共反応物は、ＮＨ ３ 、ヒドラジン及びアルキルヒドラジンからなる群から選択され、前記少なくとも１つの前駆体は式Ｉの構造に対応し：
    （Ｌ）Ｒｕ（ＣＯ）３
    （式Ｉ）
    式中、Ｌは直鎖状又は分枝鎖状のＣ２－Ｃ６アルケニル、及び直鎖状又は分枝鎖状のＣ１－Ｃ６アルキルからなる群から選択され、Ｌは、Ｃ２－Ｃ６アルケニル、Ｃ１－Ｃ６アルキル、アルコキシ、及びＮＲ１Ｒ２からなる群から独立して選択される１つ以上の置換基で任意に置換され、Ｒ１及びＲ２は独立してアルキル又は水素である、工程と；
    前記ルテニウム含有膜を、真空下で、又は不活性ガス若しくは還元ガス若しくはそれらの組み合わせの存在下で、アニーリングする工程と；
    を含み、アニーリングされたルテニウム含有膜は、実質的に窒素を含まない、方法。
  2. 前記無酸素共反応物は、ヒドラジン又はアルキルヒドラジンである、請求項１に記載の方法。
  3. ＣＶＤによってルテニウム含有膜を形成する方法であって、当該方法は、
    前記ルテニウム含有膜を形成するために、少なくとも１つの前駆体と、ヒドラジン及びアルキルヒドラジンからなる群から選択される無酸素共反応物とを基板に送達する工程であって、前記少なくとも１つの前駆体は式Ｉの構造に対応し：
    （Ｌ）Ｒｕ（ＣＯ）３
    （式Ｉ）
    式中、Ｌは直鎖状又は分枝鎖状のＣ２－Ｃ６アルケニル、及び直鎖状又は分枝鎖状のＣ１－Ｃ６アルキルからなる群から選択され、Ｌは、Ｃ２－Ｃ６アルケニル、Ｃ１－Ｃ６アルキル、アルコキシ、及びＮＲ１Ｒ２からなる群から独立して任意に選択される１つ以上の置換基で置換され、Ｒ１及びＲ２は独立してアルキル又は水素である、工程と；
    前記ルテニウム含有膜を、真空下で、又は不活性ガス若しくは還元ガス若しくはそれらの組み合わせの存在下で、アニーリングする工程と；
    を含み、アニーリングされたルテニウム含有膜は、実質的に窒素を含まない、方法。
  4. 前記アルキルヒドラジンは、Ｃ１－Ｃ８アルキルヒドラジンであり、好ましくはＣ１－Ｃ４アルキルヒドラジンである、請求項２又は３に記載の方法。
  5. 前記不活性ガスはＡｒ又はＮ２を含み、前記還元ガスはＨ２を含む、請求項１～４の何れか一項に記載の方法。
  6. 前記基板の温度は約１５０℃～約３５０℃であり、好ましくは約２００℃～約２５０℃である、請求項１～５の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記アニーリングする工程は、真空下で、あるいは不活性ガス若しくは還元剤、又は不活性ガスと還元剤との組み合わせの存在下で、約３００℃～約５００℃で行われる、請求項１～６の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記ルテニウム含有膜は、約１０μΩ－ｃｍ～約８０μΩ－ｃｍの抵抗率を有し、好ましくは約１０μΩ－ｃｍ～約３０μΩ－ｃｍの抵抗率を有するか、又は、
    前記ルテニウム含有膜は、約１ｎｍ～約２０ｎｍの厚さを有する、請求項１～７の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記ルテニウム含有膜は、（ｉ）コンフォーマルに蒸着される、及び（ｉｉ）実質的に窒素を含まない、のうち少なくとも一方である、請求項１～８の何れか一項に記載の方法。
  10. Ｌは、ブタジエニル、ペンタジエニル、ヘキサジエニル、ヘプタジエニル、及びオクタジエニルからなる群から選択される直鎖状又は分枝鎖状のジエニル含有部分であり、且つ、
    Ｌは、Ｃ２－Ｃ６アルケニル、Ｃ１－Ｃ６アルキル、アルコキシ、及びＮＲ１Ｒ２からなる群から独立して選択される１つ以上の置換基で任意に置換され、Ｒ１及びＲ２は独立してアルキル又は水素である、請求項１～９の何れか一項に記載の方法。
  11. 前記少なくとも１つの前駆体は、
    （η４－ブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；
    （η４－２，３－ジメチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；及び
    （η４－２－メチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム
    からなる群から選択される、請求項１～１０の何れか一項に記載の方法。
  12. 前記ＡＬＤは、光アシストＡＬＤ、液体注入ＡＬＤ、及びパルス注入ＡＬＤからなる群から選択される、請求項１、２、４～１１の何れか一項に記載の方法。
  13. 前記基板は、シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、タンタル、窒化タンタル、窒化チタン、酸化アルミニウム、銅、炭窒化タングステン、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１～１２の何れか一項に記載の方法。
  14. ルテニウム含有膜の抵抗率を低下させる方法であって、当該方法は、前記ルテニウム含有膜を、真空下で、又は不活性ガス、還元ガス、若しくはそれらの組み合わせの存在下で、約３００℃～約４００℃の間の温度でアニーリングして、前記ルテニウム含有膜よりも少なくとも約１０％低い抵抗率を有するアニーリングされたルテニウム含有膜を形成する工程を含み、前記ルテニウム含有膜は、
    （η４－ブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；
    （η４－２，３－ジメチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム；及び
    （η４－２－メチルブタ－１，３－ジエン）トリカルボニルルテニウム
    のうちの１つ以上と、無酸素共反応物とを基板に送達する工程を含み、前記無酸素共反応物は、ＮＨ ３ 、ヒドラジン及びアルキルヒドラジンからなる群から選択され、前記アニーリングされたルテニウム含有膜は、実質的に窒素を含まない、ＡＬＤ、ＣＶＤ、又はＡＬＤ及びＣＶＤの組み合わせから形成される、方法。
  15. 前記無酸素共反応物は、ヒドラジン又はアルキルヒドラジンであり、前記不活性ガスはＡｒ又はＮ２を含み、前記還元ガスはＨ２を含む、請求項１４に記載の方法。
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