KR20000007363A - Tantalum, film of which principal ingredient is tantalum, and manufacturing method thereof - Google Patents

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배리 씨. 아아클스
알라인 이. 칼로이어로스
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제임스 알. 데니히
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베리 아이클스
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Abstract

PURPOSE: A tantalum, a film of which principal ingredient is the tantalum, and a manufacturing method thereof are provided, which is suitable for a super large scale integrated circuit and chemically deposits a film including a tantalum on a substrate. CONSTITUTION: A manufacturing method comprises the steps of: inducing a substrate, a source precursor with a steam state, and one carrier gas in a deposit chamber; maintaining a temperature of the substrate in the deposit chamber as 70°C to 675°C during a sufficient time for depositing a film having a tantalum on the substrate, wherein the one carrier gas is selected from a group including hydrogen, helium, oxygen, fluoride, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, ammonia, hydrazine, nitrous oxide, and steam.

Description

탄탈 및 탄탈을 주성분으로 하는 막과 그의 제조방법Tantalum and a film containing tantalum as a main component and a method of manufacturing the same

컴퓨터 집적회로칩(IC)의 발전은 속도, 성능 및 기능을 증가시키고자 하는 필요에 의해 추진되어 왔다. 이러한 목적의 성공적인 수행은 디바이스의 성능을 제고하기 위하여 칩내에서의 3차원(수직)공간을 이용하는 다단 상호접속설계의 도입으로 칩설계에 있어서의 혁신적인 변화를 요구해 왔다. 이러한 접근방법은 동시에 전체 접속선의 길이및 칩크기, 또는 "공간"에 있어서의 증가를 최소화한다. 이러한 다단 상호접속설계는 일반적으로 대규모 집적회로(ULSI)로서 언급되는 것으로서 향후 10년 이내에 상호접속이 7층까지 평균치를 올릴 것으로 기대되고 있다.The development of computer integrated circuit chips (ICs) has been driven by the need to increase speed, performance and functionality. Successful implementation of this purpose has demanded an innovative change in chip design with the introduction of multi-stage interconnection design using three-dimensional (vertical) space in the chip to improve the performance of the device. This approach simultaneously minimizes the increase in length and chip size, or “space,” of the entire connection line. This multi-stage interconnect design is commonly referred to as a large scale integrated circuit (ULSI) and is expected to average up to seven layers of interconnect within the next decade.

칩배치설계에 있어서의 변화는 침당 더 많은 디바이스를 수용하기 위하여 단일 디바이스 소자 크기에 있어서의 연속적인 감소에 의해 달성되어 왔으며, 이는 칩의 기능면에서 상당한 향상을 달성하였다. 이러한 면에서, 디바이스 소자는 현재 명목상 0.5μm부터 2000년 까지는 0.18μm보다 적게 줄어들 것으로 기대되고 있다. 그러나, 소자의 크기를 감소하는 경향은 증가된 RC 지연의 관점에서 심각한 성능 문제에 직면하게 되었는데, 여기서 R은 상호접속구조에 있어서의 저항이고, C는 캐패시턴스이다.Changes in chip layout design have been achieved by a continuous reduction in single device device size to accommodate more devices per needle, which has achieved significant improvements in chip functionality. In this regard, device devices are expected to shrink from nominally 0.5μm to less than 0.18μm by 2000. However, the tendency to reduce the size of the device faces serious performance issues in terms of increased RC delay, where R is the resistance in the interconnect structure and C is the capacitance.

선저항 R 에 있어서의 현저한 감소는, 텅스텐 플러그 및 텅스텐 또는 알루미늄 상호접속으로 구성되는 현재 사용되고 있는 금속 배치설계를 완전히 집적된 동을 주체로 하는 금속배치설계로 대체함으로써 달성될 수 있다. 구리는 알루미늄및 텅스텐보다 낮은 고유저항 (벌크 저항률 = 1.68 μ-Ω-cm)을 나타내고, 이는 RC 지연에 있어서 40% 의 감소를 산출할 수 있다. 이는 또한 향상된 전자이동과 내스트레스성을 나타낼 것이 기대되고, 그래서 보다 높은 확실성과 개량된 성능에 이르게 된다.Significant reduction in line resistance R can be achieved by replacing the currently used metal layout design consisting of a tungsten plug and a tungsten or aluminum interconnect with a fully integrated copper-based metal layout design. Copper exhibits lower resistivity (bulk resistivity = 1.68 μ-Ω-cm) than aluminum and tungsten, which can yield a 40% reduction in RC delay. It is also expected to exhibit improved electromigration and stress resistance, thus leading to higher certainty and improved performance.

그러나, 그러한 구조적인 안정성의 실현에 있어서의 주된 문제, 즉 구리를 기초로 하는 금속화 배치설계는 ¼ 미크론 이하 디바이스 기술에서 요구되는 성능을 제공하는 적절한 확산장벽 및 어드히젼 촉진제를 확인하는 것이다. 구리는 실리콘내에서 반응성이 높고 신속하게 확산하는 것으로 알려져 있다. 실리콘내에 들어가게 되면 디바이스의 성능을 파괴하는 깊은 트랩 레벨의 형성을 이룬다. 현재는 티탄및 질화티탄 기술이 사용되지만, 요구된 성능을 내는 것이 기대되지 않고, 계속적으로 감소하는 디바이스 구조에서 실제적인 콘덕터를 위한 공간 이용도를 최대화하기 위하여, 점점 더 얇은 라이너를 위한 필요성이 부여된다. 부가적으로, 특히 질화티탄이 구리 증착 단계에 선행하여 공기에 노출된다면, 종래 기술의 질화티탄 확산 장벽에 대한 구리의 어드히젼과 어드히젼 촉진제는 의문시되는 것으로 알려져 있다.However, a major problem in the realization of such structural stability, namely copper-based metallization placement designs, is to identify suitable diffusion barriers and advice promoters that provide the performance required in sub-micron device technology. Copper is known to be highly reactive and rapidly diffuse in silicon. Once inside the silicon, they form a deep trap level that destroys the device's performance. Titanium and titanium nitride technologies are currently used, but are not expected to deliver the required performance, and in order to maximize space utilization for practical conductors in a constantly decreasing device structure, the need for increasingly thinner liners is needed. Is given. In addition, it is known that the advice and promoters of copper against titanium nitride diffusion barriers of the prior art are questioned, especially if titanium nitride is exposed to air prior to the copper deposition step.

탄탈을 주로 하는 화합물은 이러한 문제에 대한 잠재적인 해결책을 제공한다. 탄탈과 그의 2원 및 3원의 질화물은 구리와 비반응하는 것으로 알려지고 극히 높은 온도에서 안정한 고내화성 물질이다. 구리-탄탈 접촉은 550℃까지 안정성을 보이며, 마이크로전자 장치의 제조에 사용되는 전형적인 온도에서 탄탈을 통한 구리의 이동은 극도로 느리다. 부가적으로, 탄탈을 주로하는 질화물은 탄탈보다 훨씬 높은 융점을 가진다. 질화탄탈은 높은 융점을 나타내는데, 예를 들면, TaN 과 Ta2N 은 각각 융점이 2050℃와 3087℃ 이다. 이러한 성질은 750℃와 같은 높은 온도까지 검증된 구리-탄탈 접촉 안정성과 함께 구리를 주로 하는 기술에 대한 양호한 확산 장벽과 같은 스퍼터링된 질화탄탈의 성공적인 실연을 도출하였다.Tantalum-based compounds provide a potential solution to this problem. Tantalum and its binary and tertiary nitrides are known to be non-reactive with copper and are highly refractory materials that are stable at extremely high temperatures. The copper-tantalum contact is stable up to 550 ° C., and the movement of copper through tantalum is extremely slow at typical temperatures used in the manufacture of microelectronic devices. In addition, nitrides mainly tantalum have a much higher melting point than tantalum. Tantalum nitride has a high melting point, for example, TaN and Ta 2 N have melting points of 2050 ° C and 3087 ° C, respectively. This property led to a successful demonstration of sputtered tantalum nitride, such as a good diffusion barrier to copper-based techniques, with proven copper-tantalum contact stability up to high temperatures such as 750 ° C.

보다 중요한 것은, 더 얇은 라이너에 대한 요구는 티탄합금류보다 내재적으로 훨씬 바람직한 탄탈을 주로 하는 합금을 만들도록 한다. 이는 탄탈이 티탄보다 무거운 이온이기 때문일 수도 있고, 따라서 탄탈을 주로 하는 합금은 티탄 합금에 비해서 주목할 만큼 감소된 라이너 두께에서 ULSI구조에 요구되는 확산 장벽 성능을 제공해야 한다. 감소된 라이너 두께에서 향상된 성능은 연속적으로 감소하는 디바이스 구조에서 알루미늄이나 구리 콘덕터를 위해 이용할 수 있는 유용한 공간을 최대로 하는 것을 보장한다.More importantly, the need for thinner liners has led to the production of alloys that primarily make tantalum much inherently more desirable than titanium alloys. This may be because tantalum is an ion that is heavier than titanium, and therefore, an alloy that is primarily tantalum should provide the diffusion barrier performance required for ULSI structures at a significantly reduced liner thickness compared to titanium alloys. Improved performance at reduced liner thickness ensures to maximize the useful space available for aluminum or copper conductors in a continuously decreasing device structure.

이러한 면에서, TaNxSiy; x는 0보다 크고 2보다 작거나 같고, y는 0보다 크고 3보다 작거나 같음;와 같은 3원 탄탈합금은, 그들의 독특한 구조적 성질의 관점에서 매우 바람직하다. 이러한 화합물은 그들의 2원의 탄탈류의 우수한 확산 장벽 성질을 공유할 뿐만 아니라, 비정질의 형태으로 성장이 가능하다. 비정질 상태의 형성은 그레인(grain) 경계의 존재를 제거할 수 있으며, 그에 의하여, 어떠한 전위금속, 예를 들면, 구리나, 그러한 경계에 따른 확산 통로를 방해하고, 결과적인 TaNxSiy상(相)의 장벽 성질을 향상시킨다.In this respect, TaN x Si y ; Ternary tantalum alloys such as x is greater than 0 and less than or equal to 2 and y is greater than 0 and less than or equal to 3; are highly desirable in view of their unique structural properties. These compounds not only share the excellent diffusion barrier properties of their binary tantalum, but are also able to grow in amorphous form. The formation of an amorphous state can eliminate the presence of grain boundaries, thereby obstructing any dislocation metal, for example copper, or diffusion paths along those boundaries, resulting in a TaN x Si y phase ( Improve the barrier properties of the phase.

순수한 탄탈의 하나의 중요한 적용분야는 게터(getter)산소에 대한 능력이다. 그러므로, 실리콘상에 직접 증착되고 또한 규화탄탈, 즉, TsSiy(y는 0보다 크고 가능하게는 3보다 작음)상을 형성하도록 합금화될 때 안정한 오믹콘택트를 제공한다. 전통적으로, 규화탄탈상(相)의 형성은 실리콘상의 순수한 탄탈의 증착, 그리고 규화물 상을 형성하기 위하여 고온(900℃의 고온)에서 단일어니일 또는 멀티어니일을 포함한다. 그러나, 반도체장치의 크기가 ¼미크론이하로 작기 때문에, 규화과정에서 기판으로부터 실리콘의 소모가 바람직하지 않게 높게 되고, 매우 문제시되며, 접촉신뢰성 관계, 및 가능한 전류누설 및 디바이스 성능의 문제들이 도출된다. 확실히, 바탕기판으로부터의 실리콘 소모가 필요하지 않고, 기상(氣相)으로부터 직접 규화탄탈의 성장을 위한 증착과정을 개발할 필요가 있다.One important application of pure tantalum is its ability to getter oxygen. Therefore, it provides a stable ohmic contact when deposited directly on silicon and alloyed to form tantalum silicide, ie, TsSi y (y is greater than 0 and possibly less than 3) phase. Traditionally, the formation of tantalum silicide phases involves the deposition of pure tantalum on silicon and single or multi-anneal at high temperatures (high temperature of 900 ° C.) to form silicide phases. However, since the size of the semiconductor device is smaller than ¼ micron, the consumption of silicon from the substrate during the silicification process becomes undesirably high and very problematic, resulting in contact reliability relationships, and possible current leakage and device performance problems. Certainly, silicon consumption from the base substrate is not needed, and a deposition process for the growth of tantalum silicide directly from the gas phase needs to be developed.

현재, 탄탈과 그의 2원및 3원의 질화물은 종래의 스퍼터링 기술에 의해 성장된다. 이러한 기술은, 불행하게도 내재적으로, 이들의 시선을 금속증착쪽에 두게 되면, 공격적인 트랜치와 바이어구조에 있어서의 스텝 커버리지와 순응할 수 없는 것이다. 그러므로, 대체적인 공정 기술이, ¼ 미크론 이하 디바이스에서의 적용을 위한 탄탈을 주로 하는 막을 성장시킬 수 있도록 요구된다. 이러한 면에서, 화학기상증착(CVD)방법이 가장 유망한 기술중의 하나이다. CVD는 증착 반응을 위한 촉매로서 기판 표면을 사용하는 능력의 관점에서, 공격적인 비아(via) 및 홀(hole)구조의 절연보호에 대한 내재적인 잠재성을 가진다. 부가적으로, CVD는 현재 반도체산업에서 사용되는 표준 200mm 웨이퍼 크기와 같은 대형기판영역에 걸쳐서 공업적으로 실행가능한 성장 속도로 순수하고 도핑된 프로 처리된 물질을 증착할 수 있는 검증된 능력을 가지고 있다.At present, tantalum and its binary and tertiary nitrides are grown by conventional sputtering techniques. This technique, unfortunately inherently, is incompatible with the step coverage in aggressive trench and via structures if their eyes are placed on metal deposition. Therefore, alternative process techniques are required to be able to grow films that are primarily tantalum for application in devices less than ¼ micron. In this respect, chemical vapor deposition (CVD) is one of the most promising technologies. CVD has inherent potential for insulating protection of aggressive via and hole structures in terms of its ability to use substrate surfaces as catalysts for deposition reactions. In addition, CVD has the proven ability to deposit pure, doped pro-processed materials at industrially viable growth rates over large substrate areas such as the standard 200mm wafer size currently used in the semiconductor industry. .

다양한 CVD 장치가 이미 탄탈과 그의 질화물의 성장을 위해 시험되어 왔다. 수소, 질소 및 아르곤 분위기에서 탄탈 펜타클로라이드 (TaCl5) 를 사용한 무기 CVD 가 700-1000℃의 범위의 온도에서 TaN 과 Ta2N 의 증착을 이루었다. 티. 다카하시, 에이취.이토, 및 에스. 오제키, 제이., Less-Common Met. vol.52,29 (1977) 참조. 확실히, 요구된 높은 공정온도는 실제 반도체 디바이스에서 이러한 증착 방법의 사용을 금지한다. 고온은 TaCl5에서의 탄탈-염소 결합의 완전한 해리 및 그후의 질화물상을 생산하기 위한 암모니아와의 반응이 확실하게 되도록 하는데 필요하다. 명백히, 이러한 높은 공정온도는 실제 반도체 디바이스에서 그러한 CVD 탄탈 펜타클로라이드를 주로 한 증착 방법의 사용을 금지한다. 부가적으로, 탄탈을 주로 하는 막내의 적은 양의 염소(5at% 까지)의 함유물은 매우 문제시되는데, 결과적인 질화물상 및 주위층의 밖으로의 염소의 이동성을 감안하면, 현저한 부식 및 신뢰도이 문제를 유발하게 된다.Various CVD devices have already been tested for the growth of tantalum and its nitrides. Inorganic CVD using tantalum pentachloride (TaCl 5 ) in hydrogen, nitrogen and argon atmospheres resulted in the deposition of TaN and Ta 2 N at temperatures in the range of 700-1000 ° C. tea. Takahashi, H. Ito, and S. Ozeki, J., Less-Common Met. See vol. 52,29 (1977). Certainly, the high process temperatures required prohibit the use of this deposition method in practical semiconductor devices. High temperatures are necessary to ensure complete dissociation of tantalum-chlorine bonds in TaCl 5 and subsequent reaction with ammonia to produce the nitride phase. Obviously, this high process temperature prohibits the use of deposition methods mainly based on such CVD tantalum pentachloride in actual semiconductor devices. In addition, the inclusion of small amounts of chlorine (up to 5 at%) in the film, which is primarily tantalum, is very problematic, given significant erosion and reliability, given the resulting nitride phase and mobility of chlorine out of the surrounding layer. Will cause.

오르가노금속 CVD 에 의한 접근방법은 호모렙틱 디알킬아미도 탄탈 합성물 및 트리부틸디에틸 탄탈 타입 소스의 사용을 포함하는 것으로 시도되어 왔다. 에스.시.선, 엠.에이치.차이, 에이치.티.치우, 에스.에이치.추앙, 및 시.이.차이, Proceedings of the IEDM; 에스.시.선, 엠.에이치.차이, 시.이.차이, 및 에이치.티.치우, Proceedings of the 12th International VLSI Multilevel Interconnection Conference (VMIC, Tampa, Florida,1995) p.157; 및 알.픽스, 알. 지. 고든 및 디.엠.호프만, Chem.Mater.vol.5,614(1993)등 참조. 그러나, 오르가노금속 CVD를 기초로 하는 증착 방법은 다양성 이유 때문에 많은 성공을 이루지는 못했다. 탄탈의 경우에, 오르가노금속 CVD 방법은 탄소및 산소 오염물질이 없는 순수한 탄탈을 생산할 수 없었다. 질화물의 경우에는, 몇몇 경우에 사용된 소스의 낮은 증기압력이 결과적인 오르가노금속 CVD 공정의 제품을 무가치하게 만들었고, 반면에 상대적인 불안정성과 몇몇 다른 경우에 사용된 프리커서(precusor)의 짧은 보존기간은 수송, 처리 및 저장에서 어려움을 만들었다.Approaches by organometallic CVD have been attempted to include the use of homoreptic dialkylamido tantalum composites and tributyldiethyl tantalum type sources. S. Sun, M. H. Chai, H. T. Chiu, H. Chuang, and S. Chai, Proceedings of the IEDM; S.S.Sun, M.H.Chai, S.C.D.C., and H.T.Ciu, Proceedings of the 12th International VLSI Multilevel Interconnection Conference (VMIC, Tampa, Florida, 1995) p.157; And R. fix, R. G. See Gordon and D. M. Hoffmann, Chem. Mater. Vol. 5,614 (1993) and the like. However, deposition methods based on organometallic CVD have not achieved much success for reasons of diversity. In the case of tantalum, the organometallic CVD method could not produce pure tantalum free of carbon and oxygen contaminants. In the case of nitride, the low vapor pressure of the source used in some cases made the product of the resulting organometallic CVD process worthless, while the relative instability and short shelf life of the precursor used in some other cases Has made difficulties in transportation, treatment and storage.

그러나, 상기 접근의 어느 것도 ULSI 컴퓨터 디바이스 구조에서 탄탈과 그것의 다양한 질화물과 합금을 혼합하는 제조에 적합한 유기금속적인 CVD 공정의 검증에는 이르지 못했다.However, none of these approaches have led to verification of organometallic CVD processes suitable for fabricating tantalum and its various nitrides and alloys in ULSI computer device structures.

그러므로, 바람직하게는 초대규모집적회로의 제조에 적절한 탄탈 및 탄탈을 주성분으로 하는 막을 제공하기 위한 방법에 대한 기술계의 심각한 요구가 있었다. 기술계에 있어서의 하나의 요구는 순도의 관점에서, 불순물 농도가 1at% 이하인 특히 초고품질의 전기적 등급을 가지는 탄탈을 주로 하는 필름에 있었으며, 이는 적절하게는 장벽층을 수행하도록 비원주형의 구조를 나타내며, ULSI회로의 복잡한 토포그래피(topography)에 적절하다.Therefore, there is a serious need in the art for a method for providing a tantalum and tantalum-based film, which is preferably suitable for the manufacture of ultra-large scale integrated circuits. One requirement in the technical world has been in terms of purity, primarily in tantalum films with an impurity concentration of 1 at% or less, particularly those of very high quality electrical grades, which suitably represent a non-circular structure to perform the barrier layer. It is suitable for complex topography of ULSI circuits.

기술에서 또 다른 요구는 순수한 탄탈이나, 질화탄탈과 같은 탄탈을 주로 하는 막 또는 이중층 또는 탄탈과 그것의 다양한 합금의 적절한 크기를 포함하는 막을 포함하여 구성되는 단일막을 용이하게 준비할 수 있는 방법을 제공함에 있다. 또한 처리동안에 디바이스에 대한 열적으로 유도된 손상을 방지하기 위하여 약 675℃ 이하, 바람직하게는 약 500℃ 이하의 공정 온도를 지킬 수 있는 방법에 대한 요구가 있었다.Another need in the art is to provide a way to easily prepare a single film comprising pure tantalum, a film mainly consisting of tantalum such as tantalum nitride, or a bilayer or a film comprising a suitable size of tantalum and its various alloys. Is in. There is also a need for a method that can maintain process temperatures of about 675 ° C. or less, preferably about 500 ° C. or less, to prevent thermally induced damage to the device during processing.

또한, 또 다른 막을 증착하기 위하여 다른 반응실로 반송하는 동안 공기에 탄탈을 주성분으로 하는 막으로 피막된 기판을 노출할 필요 없이, 상기에서 언급된 막의 준비를 제자리에서 계속적으로 가능하도록 하는 요구가 있어왔다. 선행기술 방법에 따르면, 이중층이나 다중층 구조의 제조는, 전형적으로 제 1 반응실내에서 제 1 층을 형성하고, 그후 전형적으로는 공기에 기판을 노출하는 방식으로 이미 만들어진 층 위에 다음층들이 피막되는 다른 반응실로 기판을 이동함을 포함한다. 선행기술의 공정은 단순히 반응실의 작동파라미터를 조절함으로써 탄탈과 그의 질화물을 증착하기 위한 융통성을 가지는 단일 반응실을 제공하지는 않는다. 선행기술은 또한 공기에 노출하지 않고 빈응기사이에서 샘플을 이동하는 것을 허용하는 진공로드록 또는 중앙 반송기구에 의해 연결된 두개 또는 그 이상의 반응실에서의 탄탈 및/또는 그의 질화물의 증착을 공급하지 않는다.In addition, there has been a need to continue to allow the preparation of the above-mentioned films in situ without the need to expose the substrate coated with a tantalum-based film to air during transport to another reaction chamber to deposit another film. . According to the prior art method, the production of a bilayer or multilayer structure typically forms the first layer in the first reaction chamber and then the next layers are deposited over the already made layer, typically by exposing the substrate to air. Moving the substrate to another reaction chamber. Prior art processes do not provide a single reaction chamber with flexibility for depositing tantalum and its nitrides by simply adjusting the operating parameters of the reaction chamber. The prior art also does not supply deposition of tantalum and / or nitride thereof in two or more reaction chambers connected by a vacuum loadlock or a central conveying mechanism that allows the sample to move between the empty reactors without exposure to air. .

특히, 연속적인 탄탈이나 그의 질화물의 이중층이나 다중층의 증착이 제 자리에서 가능한 공정이, 부분적으로는 산소와 물에 대한 탄탈의 고친화력 때문에 바람직하다. 이러한 친화력은 층을 공기에 노출하는 방식으로 다음층에 피막된 제 2 의 반응실로 이동하는 동안 전형적으로 탄탈을 주성분으로 하는 막표면의 오염을 도출하게 된다.In particular, a process in which the deposition of a continuous double layer or multiple layers of tantalum or its nitride is possible in place is preferred, in part due to the high affinity of tantalum for oxygen and water. This affinity will lead to contamination of the surface of the film, which typically consists of tantalum, during the transfer to the second reaction chamber coated in the next layer by exposing the layer to air.

제 1 도는, 본 발명의 방법의 실시에 따른 실시예 1 내의 TaBr5와 수소의 플라즈마 CVD 반응에 의해 제조된 탄탈막의 x-레이 회절 패턴을 나타낸다.1 shows an x-ray diffraction pattern of a tantalum film produced by plasma CVD reaction of TaBr 5 and hydrogen in Example 1 according to the practice of the method of the present invention.

제 2 도는, 실시예 1 의 탄탈막의 x-레이 광전자 스펙트럼을 나타낸다.2 shows the x-ray photoelectron spectrum of the tantalum film of Example 1. FIG.

제 3 도는, 실시예 1 의 탄탈막의 오제(Auger) 전자 스펙트럼을 표시한다.3 shows Auger electron spectra of the tantalum film of Example 1. FIG.

제 4 도는, 실시예 1 의 탄탈막의 러더포드 후면산란 스펙트럼을 표시한다.4 shows Rutherford backscattering spectra of the tantalum film of Example 1. FIG.

제 5 도는, 직경 0.25μm이고 어스펙트비가 4 내지 1인 산소 비아패턴이 형성되고 실시예 1의 절연보호 탄탈피막이 증착된 실리콘 기판의 관점에서 전자현미경으로 확대된 횡단면 스캐닝이다.5 is a cross-sectional scanning magnified with an electron microscope in view of a silicon substrate having an oxygen via pattern having a diameter of 0.25 mu m and an aspect ratio of 4 to 1, and on which the insulating protective tantalum film of Example 1 is deposited.

제 6 도는, 본 발명의 한 실시방법에 따른 예 2 에서 TaBr5및 암모니아의 열 CVD 반응에 의해 제조된 TaNx막의 x-레이 회절 패턴을 나타낸다.6 shows an x-ray diffraction pattern of a TaN x film prepared by thermal CVD reaction of TaBr 5 and ammonia in Example 2 according to one embodiment of the present invention.

제 7a 및 7b 도는, 실시예 2의 막의 x-레이 광전자 스펙트럼을 나타낸다.7a and 7b show the x-ray photoelectron spectrum of the film of Example 2. FIG.

제 8 도는, 실시예 2 의 오제 전자 스펙트럼을 표시한다.8 shows the Auger electron spectrum of Example 2. FIG.

제 9 도는, 실시예 2 의 막의 러더포드 후면산란 스펙트럼을 표시한다.9 shows the Rutherford backscattering spectrum of the film of Example 2. FIG.

제 10 도는, 직경 0.25μm이고 어스펙트비가 4 내지 1인 산소 비아패턴이 형성되고 실시예 2의 절연보호막이 증착되어진 실리콘 기판을 고려해서 전자현미경으로 확대된 횡단면 스캐닝이다.10 is a cross-sectional scanning magnified with an electron microscope in consideration of a silicon substrate on which an oxygen via pattern having a diameter of 0.25 mu m and an aspect ratio of 4 to 1 is formed and the insulating protective film of Example 2 is deposited.

제 11 도는, TaBr5와 암모니아의 열의 CVD 반응에 의해 증착된 TaNx층으로 피막된, TaBr5와 수소의 플라즈마로 촉진된 CVD 반응에 의해 생산된 탄탈층을 포함하여 현장에서 성장된 탄탈을 주로 하는 이중층막의 오제 전자 스펙트럼을 표시한다.FIG. 11 mainly shows tantalum grown in situ, including a tantalum layer produced by a plasma-enhanced CVD reaction of TaBr 5 and hydrogen, coated with a TaN x layer deposited by a thermal CVD reaction of TaBr 5 and ammonia. Auger electron spectrum of the bilayer film is shown.

본 발명은 기판상에 탄탈을 포함하여 구성되는 막의 화학적 증착을 위한 방법을 포함한다. 그 방법은 (1) 기판과; (2) 증기 상태이며 이하의 식(I)을 가지는 소스 프리커서(precusor); 및 (3) 적어도 한 개의 캐리어기체를 증착실내로 도입하는 것을 포함하여 구성된다.The present invention includes a method for chemical vapor deposition of a film comprising tantalum on a substrate. The method includes (1) a substrate; (2) a source precursor having a vapor state and having the following formula (I); And (3) introducing at least one carrier gas into the deposition chamber.

(Ⅰ) (Ⅰ)

여기서, m은 0에서 5까지의 정수이고, n은 0에서 4까지의 정수이고, p는 0에서 4 까지의 정수이고, R은 수소와 저급알킬로 구성되는 군으로부터 선택된 것이다. 증착실내의 기판의 온도는 기판에서 탄탈을 함유하는 막을 증착하기 위한 충분한 시간의 주기를 위해 약 70℃에서 약 675℃까지 유지된다.Wherein m is an integer from 0 to 5, n is an integer from 0 to 4, p is an integer from 0 to 4, and R is selected from the group consisting of hydrogen and lower alkyl. The temperature of the substrate in the deposition chamber is maintained from about 70 ° C. to about 675 ° C. for a sufficient period of time to deposit a tantalum containing film on the substrate.

실시예에서, 상기 방법은 기판이 증착실내에서 고착되는 동안 다중층구조를 형성하기 위하여 기판에서 증착된 막에 탄탈을 함유하는 제 2 막을 증착하는 것을 함유한다. 탄탈을 함유하는 제 2 막은 순수한 탄탈막, x는 0보다 크고 대략 2보다 작거나 같은 TaNx막, y는 0보다 크고 약 3보다 작거나 같은 TaSiy막, x는 0보다 크고 약 2보다 작거나 같고, y는 0보다 크고 약 3보다 작거나 같은 TaNxSiy막으로 구성된 군에서 선택된다.In an embodiment, the method includes depositing a second film containing tantalum in the film deposited on the substrate to form a multilayer structure while the substrate is fixed in the deposition chamber. The second film containing tantalum is a pure tantalum film, where Ta is a TaN x film that is greater than 0 and less than or equal to about 2, y is a TaSi y film that is greater than 0 and less than or equal to about 3, x is greater than 0 and less than about 2 Or equal to and y is selected from the group consisting of TaN x Si y films greater than 0 and less than or equal to about 3.

또 다른 실시예에서, 방법은 나아가 실리콘 기판을 사용하고 기판을 가열하는 것을 함유하며, 증착막은 탄탈을 함유하는 증착막에 실리콘을 공급하기 위하여 약 700℃에서 약 950℃의 온도까지 탄탈을 함유한다.In yet another embodiment, the method further comprises using a silicon substrate and heating the substrate, wherein the deposition film contains tantalum from a temperature of about 700 ° C. to about 950 ° C. to supply silicon to the deposition film containing tantalum.

(실시예)(Example)

상술한 본 발명의 구성은, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 마찬가지로, 첨부된 도면과 연결해서 읽을 때 이해하기가 훨씬 용이하다. 발명의 도시의 목적상, 현재 바람직한 실시에를 도면에서 나타낸다. 그러나, 본 발명은 도시된 명확한 장치 및 설비에 한정되지 않는다.The configuration of the present invention described above, like the detailed description of the preferred embodiment of the present invention, is much easier to understand when read in connection with the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For the purpose of illustrating the invention, presently preferred embodiments are shown in the drawings. However, the invention is not limited to the specific apparatus and equipment shown.

본 발명은 절연보호 탄탈과, TaNx( x는 바람직하게는 0보다 크고 2보다 작거나 같은 범위의 어느 값을 가짐)를 포함하는 질화탄탈 합금과, TaSiy(y는 바람직하게는 0보다 크고 3보다 작거나 같은 범위의 어느 값을 가짐)를 포함하는 규화탄탈 합금과, TaNxSiy(x와 y는 바람직하게는 상기에서 규정된 바와 같음)를 포함하는 질화규화탄탈 합금을 다양한 특정기판에 화학적 증착하기 위한 핼라이드를 주로 하는 화학적 프리커서 및 관련된 열플라즈마 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 기판상에 탄탈을 주성분으로 하는 단일막의 형태인 금속피복층 또는 다층화된 구조를 형성하는 기판상에 적층된 다수개의 그와 막은 막을 증착한다.Insulation protection tantalum and TaNxtantalum nitride, including (preferably x has any value in the range greater than 0 and less than or equal to 2) With alloy, TaSiyand tantalum silicide alloy comprising TaN, preferably having a value in the range of greater than 0 and less than or equal to 3xSiy(x and y are preferably as defined above) to a chemical precursor and associated thermal plasma method which primarily consists of halides for chemical vapor deposition of tantalum nitride alloys comprising a variety of specific substrates. In the present invention, a plurality of layers thereof and films deposited on a substrate forming a metal coating layer or a multilayered structure in the form of a single film mainly composed of tantalum on the substrate are deposited.

그러한 막은 반도체 기판, 예를 들면, sub-micron 적 특징과 구조를 가지는 실리콘 및 갈륨비소기판에 유용하다. 단일 또는 다층화된 막은 상이한 반응기, 또는 제 자리에서 단일의 반응기, 또는 이들이 결합된 것에서 증착될 수 있다. 예를 들면, 여러개의 층이 단일 반응기에서 증착되고 다음층은 별도의 반응기에서 증착될 수 있다. 하나 이상의 반응기가 사용될때는, 반응기들은 바람직하게는 밀폐된 반송 아암 및 공기에 피복된 기판을 노출하지 않고 상이한 반응기사이에서 샘플을 반송할 수 있도록 하는 로우드록을 통해서 연결된다.Such films are useful for semiconductor substrates such as silicon and gallium arsenide substrates having sub-micron features and structures. Single or multi-layered films can be deposited in different reactors, or in situ single reactors, or combinations thereof. For example, several layers can be deposited in a single reactor and the next layer can be deposited in a separate reactor. When more than one reactor is used, the reactors are preferably connected via a closed lock arm and a locklock which allows the transport of samples between different reactors without exposing the substrate coated with air.

마이크로전자분야에서, 바람직한 기판은 집적 회로로 되는 경향이 있으며, 반도체 디바이스를 형성하는 다양한 전기 도전성의 재료사이에서 필요한 접속을 제공하기 위하여, 홀, 트랜치 및 동류로 형성된 복합체포토그라피를 가지는 경향이 있다. 기판은 바람직하게는, 예를 들면, 실리콘, 실리콘디옥사이드, 또는 도프된 버젼과 그 혼합물로 형성된다.In microelectronics, preferred substrates tend to be integrated circuits and tend to have composite photography formed with holes, trenches, and the like to provide the necessary connections between the various electrically conductive materials forming the semiconductor device. . The substrate is preferably formed of, for example, silicon, silicon dioxide, or a doped version and mixtures thereof.

발명의 기판은 더 바람직하게는 ULSI 회로를 목적으로 하고, 직경 1.0 미크론이하, 종종 0.50 미크론이하, 심지어는 0.25 미크론의 직경을 가지는 구멍, 트랜치, 및 기타 소자로 패턴된다. 그러한 작은 소자를 가진 기판은 "¼ 미크론 이하" 기판으로 알려져 있다. 본 발명에 따라 피복될 수 있는 ¼ 미크론 이하의 기판은, 또한 전형적로는 약 3:1 내지 약 6:1과 그 이상의 높은 어스펙스비의 소자를 가지며, 여기에서 어스펙트비는 횡단면에서 보았을 때, 그의 직경에 대한 소자의 깊이의 비로서 정의 된다. 여기에서 사용된 바와 같이, ¼미크론 이하 기판은 약 0.25 미크론보다 작은 소자 직경을 가지고, 소자의 어스펙트비는 전형적으로 약 3:1 보다 크다. 약 4:1 및 그 이상의 어스펙트비를 가지는 소자는 ULSI회로를 위한 대부분의 기판에서 발견된다.The substrate of the invention is more preferably aimed at ULSI circuits and is patterned with holes, trenches, and other elements having a diameter of 1.0 micron or less, often 0.50 micron or even 0.25 micron. Substrates with such small devices are known as "sub-micron" substrates. Sub-micron substrates that can be coated in accordance with the present invention also typically have high aspect ratio elements of about 3: 1 to about 6: 1 and more, where the aspect ratio is viewed in cross section. , As the ratio of the depth of the device to its diameter. As used herein, substrates less than ¼ micron have a device diameter of less than about 0.25 microns, and the aspect ratio of the devices is typically greater than about 3: 1. Devices with aspect ratios of about 4: 1 and above are found in most substrates for ULSI circuits.

피복될 수 있는 기판의 예는 상기에서 언급된 바와 같은 반도체 기판, 또는 금속, 유리, 플라스틱, 또는 다른 폴리머를 포함하고, 적용분야는 예를 들면, 항공기 부품 및 엔진, 자동차 부품 및 엔진과 절단공구용의 단단한 보호피복과; 보석류를 위한 장식적인 코팅; 평판 디스프레이용의 장벽층 및 어드히젼 프로모터 및 태양전지장치를 포함한다. 바람직한 금속 기판은 알루미늄, 베릴륨, 카드뮴, 세륨, 크롬, 코발트, 구리, 갈륨, 금, 철,납, 망간,몰리브덴, 니켈, 팔라듐, 플레티늄, 레늄, 로듐, 은, 스테인레스 스틸, 스틸, 철, 스트론튬,주석, 티탄, 텅스텐, 아연, 지르코늄, 및 그의 합금 및 규화물, 탄화물류 같은 화합물이다.Examples of substrates that can be coated include semiconductor substrates as mentioned above, or metals, glass, plastics, or other polymers, and applications include, for example, aircraft components and engines, automotive components and engines and cutting tools. Solid protective clothing of dragons; Decorative coatings for jewelry; Barrier layers for flat panel display, advice promoters, and solar cell devices. Preferred metal substrates are aluminum, beryllium, cadmium, cerium, chromium, cobalt, copper, gallium, gold, iron, lead, manganese, molybdenum, nickel, palladium, platinum, rhenium, rhodium, silver, stainless steel, steel, iron, strontium Tin, titanium, tungsten, zinc, zirconium, and alloys thereof and compounds such as silicides and carbides.

본 발명에서 사용될 수 있는 기판의 형태는 제한이 없다. 그러나, 기판은 바람직하게는 기판위에 막이나 막들을 증착하기 위하여 사용되는 조건에서 안정된 것이다. 즉, 기판은 바람직하게는 약 70℃에서 약 950℃까지의 온도에서 안정하고, 바람직하게는 증착된 필름의 방식 및 피복된 기판의 의도된 사용에 따라서 약 70℃에서 약 700℃까지이다.The type of substrate that can be used in the present invention is not limited. However, the substrate is preferably stable under the conditions used for depositing a film or films on the substrate. That is, the substrate is preferably stable at temperatures from about 70 ° C. to about 950 ° C., preferably from about 70 ° C. to about 700 ° C., depending on the manner of the deposited film and the intended use of the coated substrate.

본 발명의 방법에서 사용된 CVD 공정에 따라, 컨포멀 단일, 이중층 또는 다른 다중층 필름은 ¼ 미크론 기판에 놓여질 수 있다. 탄탈, 질화탄탈, 규화탄탈, 및 질화규화탄탈의 컨포멀 코팅은, 소자 직경이 약 0.25 미크론, 또는 작고, 종횡비가 약 6:1 또는 그보다 큰 ¼ 미크론 기판에 놓여질 수 있다.Depending on the CVD process used in the method of the present invention, the conformal single, bilayer or other multilayer film can be placed on a ¼ micron substrate. Conformal coatings of tantalum, tantalum nitride, tantalum silicide, and tantalum nitride may be placed on ¼ micron substrates with device diameters of about 0.25 microns or smaller and aspect ratios of about 6: 1 or greater.

여기서 사용된 바와 같이, "절연보호피복"은 복합 토포그라피를 가지는 기판을 균등하게 덮는 피복에 관련된다. 피복의 균일성은, 예를 들면, 벽을 따른 피복의 두께 및 기판내의 홀의 바닥을 시험함으로써, 그리고 그 피복의 두께의 변화를 결정함으로써 측정될 수 있다. 본 발명에 따르면, ¼ 미크론 기판은 절연보호적으로 피복되고, 피복이 두께를 가질 때, 벽의 표면 또는 기판의 표면에서의 구멍의 바닥에 수직인 어떠한 점에서 측정되고, 이는 구멍의 어느 다른 점에서의 두께가 25% 이내이다. 바람직한 실시예에 따르면, 피복 두께의 변화는 10% 이내이다. 즉, 어떠한 점에서도 피복의 두께는 피복의 평균 두께 보다 10% 크거나 10% 작지 않다.As used herein, “insulation protective coating” refers to a coating that evenly covers a substrate having composite topography. Uniformity of the coating can be measured, for example, by testing the thickness of the coating along the wall and the bottom of the hole in the substrate, and by determining the change in the thickness of the coating. According to the invention, the quarter-micron substrate is insulated protectively coated, and when the coating has a thickness, it is measured at some point perpendicular to the bottom of the hole at the surface of the wall or at the surface of the substrate, which is at any other point The thickness at is within 25%. According to a preferred embodiment, the change in coating thickness is within 10%. That is, at no point is the thickness of the coating 10% greater or 10% less than the average thickness of the coating.

여기서 사용된 바와 같이, 특히 ULSI 디바이스 및 그의 내부에서 유용한 피복된 기판을 언급할 때, "스텝 커버리지(step coverage)"는 소자에 근접한 기판의 표면 정점에서 피복의 두께에 대한 트랜치 또는 비아와 같은 소자의 바닥에서의 피복두께의 비율을 말하는 것이며, 그 비율은 % 값으로 제공되어 100 까지 늘어난다. 본 발명의 공정은 ¼ 미크론 기판에서 약 70% 보다 큰 스텝커버리지를 가지는 ¼ 미크론 기판을 절연보호적으로 피복하는 것을 제공한다.As used herein, particularly when referring to ULSI devices and coated substrates useful therein, “step coverage” refers to devices such as trenches or vias for the thickness of the coating at the surface apex of the substrate proximate the device. It is the ratio of the coating thickness at the bottom of, which is provided as a% value and increases to 100. The process of the present invention provides an insulating protective coating of a ¼ micron substrate having a step coverage of greater than about 70% on a ¼ micron substrate.

본 발명은 채택된 반응물에 따라서 탄탈과 그의 질화물 및/또는 그것의 합금의 저온생성을 위한 핼라이드를 주로 하는 복합체를 사용한다. 제 자리에서, 단일 핼라이드 프리커서를 사용한 연속적인 CVD 공정은 적절히 공정 조건을 변형함으로써 탄탈과 그의 질화물 및/또는 규화물 합금 사이에서 완만하고 가역적인 변화에 사용될 수 있다. 또한 특별한 적용을 위하여 필요한 순수한 탄탈 또는 탄탈을 주로하는 다양한 층을 연속적으로 증착하기 위하여 다른 핼라이드 프리커서를 이용할 수 있는 CVD 공정를 제공한다.The present invention employs a composite that primarily consists of halides for the low temperature production of tantalum and its nitrides and / or alloys thereof, depending on the reactants employed. In situ, a continuous CVD process using a single halide precursor can be used for gentle and reversible changes between tantalum and its nitride and / or silicide alloys by appropriately modifying process conditions. It also provides a CVD process that can use other halide precursors to successively deposit various layers of pure tantalum or tantalum as needed for a particular application.

본 발명은 탄탈, 즉 기판상의 순수한 탄탈 또는 탄탈-베이스 필름을 포함하여 구성되는 막의 CVD 용 방법을 포함한다. 이 방법은 기판, 소스 프리커서 및 캐리어 및/또는 반응물로서 기능할 수 있는 적어도 하나의 캐리어 가스를 증착실내로 도입하는 것을 포함한다. 그러나, 편의상, 이러한 가스는 여기서 일반적으로 적어도 하나의 "캐리어 가스"로서 언급될 것이다. 소스 프리커서는 증기 상태에서 도입되고, 바람직하게는 다음과 같은 식을 가진다:The present invention includes a method for CVD of tantalum, ie a film comprising pure tantalum or tantalum-based films on a substrate. The method includes introducing a substrate, a source precursor and at least one carrier gas into the deposition chamber, which can function as a carrier and / or a reactant. However, for convenience, such gas will generally be referred to herein as at least one "carrier gas". The source precursor is introduced in the vapor state and preferably has the following formula:

(I) (I)

여기서, m 은 0에서 5까지의 정수이고, n은 0에서 4까지의 정수이고, p는 0에서 4 까지의 정수이고, R은 수소와 저급알킬, 예를 들면, 바람직하게는, 메틸 또는 네오펜틸이다.Where m is an integer from 0 to 5, n is an integer from 0 to 4, p is an integer from 0 to 4, and R is hydrogen and lower alkyl, for example, preferably methyl or neo Pentyl.

바람직한 실시예에 따르면, 식(Ⅰ)의 소스 프리커서는 TaBr5또는 (CH3)3TaBr2이고, 기판은 실리콘 또는 ULSI 디바이스의 제조에 유용한 이산화실리콘 웨이퍼이다. 소스 프리커서로서 사용될 수 있는 상이한 핼라이드 사이에서의 결합배열과 탄탈 펜타브로마이드 및 탄탈 텐타이오다이드에서 관련된 전자적 환경은, 선행기술에서 사용된 것과 같은 탄탈 펜타브로마이드와 매우 상이하다. 본 발명의 이러한 프리커서의 사용은 탄탈 펜타브로마이드 보다 상당히 낮은 대응하는 해리에너지를 발생하고, 따라서, 탄탈 펜타브로마이드를 위해 필요한 것보다 상당히 낮은 공정 온도에서 탄탈-베이스 필름을 증착하는 능력을 가진다.According to a preferred embodiment, the source precursor of formula (I) is TaBr 5 or (CH 3 ) 3 TaBr 2 and the substrate is a silicon dioxide wafer useful for the manufacture of silicon or ULSI devices. The arrangement of bonds between different halides that can be used as source precursors and the related electronic environment in tantalum pentabromide and tantalum tentidide are very different from tantalum pentabromide as used in the prior art. The use of such precursors of the present invention generates corresponding dissociation energy significantly lower than tantalum pentabromide, and thus has the ability to deposit tantalum-base films at process temperatures significantly lower than those required for tantalum pentabromide.

부가적으로, 활성에너지는, 예를 들면, I 또는 Br은 Cl보다 훨씬 무겁게 주어진다면, 요오드 또는 브롬 확산은 염소보다 상당히 높은 것으로 기대되며, 엠.실 및 피.에스.바그스, Phys.Rev.B28,2023(1983)의 문헌은, Si(111) 와 함께 불소 및 염소의 상호작용의 연구를 포함하는 것으로서, 실리콘 표면내로 관통하는 염소에 대한 장벽이 불소의 경우보다 훨씬 크다는 것을 보인다. 이러한 행태는 불소 원자에 비교하여 염소 원자의 보다 큰 사이즈, 그에 따른 이온성및 결과적인 쿨롱 상호작용의 결과이다. 이러한 성질은 탄탈을 주성분으로 하는 막내에 결합된 잔여 핼라이드의 영향에 대한 중요한 암시를 가지며, 어떤 농도의 요오드나 브롬은 염소보다 필름격자로부터 확산하기 위한 다소 높은 열에너지를 요구한다.Additionally, if the activation energy is given much heavier than Cl, for example I or Br, the iodine or bromine diffusion is expected to be significantly higher than chlorine, and M. sil and P. Bags, Phys. Rev. .B28,2023 (1983), which includes the study of the interaction of fluorine and chlorine with Si (111), shows that the barrier to chlorine penetrating into the silicon surface is much greater than that of fluorine. This behavior is the result of the larger size of the chlorine atoms, and thus the ionic and consequent Coulomb interactions, compared to the fluorine atoms. This property has important implications for the effect of residual halides bound in tantalum-based films, and certain concentrations of iodine or bromine require somewhat higher thermal energy to diffuse from the film lattice than chlorine.

적어도 하나의 캐리어 가스는 바람직하게는 수소, 헬륨, 산소, 불소, 네온, 염소, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 질소, 암모니아, 히드라진, 아산화질소, 및/또는 웨이퍼증기이다. 가스는 형성되는 필름의 형태에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 순수한 탄탈 필름을 위하여, 가스는 바람직하게는 수소, 헬륨, 산소, 불소, 네온, 염소, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소, 및 수증기이다. 가장 바람직하게는, 순수한 탄탈 필름을 형성하기 위하여, 적어도 하나의 가스는 수소, 헬륨, 크세논, 및/또는 아르곤, 더욱 바람직하게는, 가스는 수소 또는 아르곤 또는 크세논과 결합한 수소이다.At least one carrier gas is preferably hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, nitrogen, ammonia, hydrazine, nitrous oxide, and / or wafer vapor. The gas may vary depending on the type of film formed. For example, for pure tantalum films, the gas is preferably hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor. Most preferably, to form a pure tantalum film, at least one gas is hydrogen, helium, xenon, and / or argon, more preferably the gas is hydrogen or hydrogen combined with argon or xenon.

소스프리커서, 적어도 하나의 캐리어 가스및 기판은 악 70℃에서 약 675℃의 내부 반응온도에서 반응실내에 유지되고, 바람직하게는 적어도 100℃이다. 가장 바람직하게는, 약 0.01 내지 약 10 W/cm2의 플라즈마 파워밀도를 가지는 플라즈마가 쳄버에 공급된다. 바람직하게 플라즈마는 약 0 Hz에서 108Hz의 진동수를 가진다. 구성부분들은 기판상에 순수한 탄탈이나 탄탈을 주성분으로 하는 막을 증착하기에 충분한 시간주기동안 이들 조건하에서 유지된다. 증착단계는 전형적으로는 증착되는 탄탈을 주로하는 막의 형태, 공정 조건, 및 바람직한 필름 두께에 따라서, 약 30초부터 약 30분까지 걸린다.The source precursor, the at least one carrier gas and the substrate are maintained in the reaction chamber at an internal reaction temperature of about 70 ° C. to about 675 ° C., preferably at least 100 ° C. Most preferably, a plasma having a plasma power density of about 0.01 to about 10 W / cm 2 is supplied to the chamber. Preferably the plasma has a frequency of about 0 Hz to 10 8 Hz. The components remain under these conditions for a time period sufficient to deposit pure tantalum or a tantalum based film on the substrate. The deposition step typically takes from about 30 seconds to about 30 minutes, depending on the type of film, process conditions, and the desired film thickness, primarily for the tantalum to be deposited.

본 방법의 다른 실시예에 따르면, 질화탄탈 합금막은 기판상에 CVD에 의해 증착된다. TaNx(x는 0보다 크고 약 2보다 작거나 같은 어떤 값인)와 같은 질화탄탈 합금은 증착실내로 기판과, 상기 식(Ⅰ)의 소스 프리커서와, 상기에서 나열한 것과 같은 적어도 하나의 캐리어 가스, 가장 바람직하게는 예를 들면, 질소, 암모니아 또는 히드라진, 및 또한 적어도 하나의 캐리어 가스와 같거나 다를 수 있는 질소 함유 반응가스와 같은 질소를 포함하는 가스를 도입함으로써 증착된다. 질소 함유 반응가스는 바람직하게는 아산화질소, 암모니아, 질소, 및 히드라진으로 구성되는 군에서 선택된다. 바람직하게는, 적어도 하나의 캐리어 가스 및 질소 함유 반응가스는 수소, 질소, 아르곤, 암모니아 및/또는 히드라진과의 조합으로 사용된다. 이러한 구성요소들 약 70℃에서 약 675℃까지의 온도로 증착실내에 유지된다. 가장 바람직하게는, 질화탄탈합금을 형성하기 위하여, 증착실내의 온도는 약 250℃내지 약 500℃ 까지이다. 기판은 질화탄탈합금을 증착하기에 충분한 시간동안 증착실에 유지된다. 질화탄탈합금을 형성하기 위하여, 식 (Ⅰ)의 화합물은 ULSI 디바이스의 제조에 유용한 실리콘 또는 실리콘 디옥사이드 웨이퍼인 기판과 함께 TaBr5또는 (CH3)3TaBr2인 것이 바람직하다.According to another embodiment of the method, a tantalum nitride alloy film is deposited by CVD on a substrate. A tantalum nitride alloy, such as TaN x (where x is any value greater than 0 and less than or equal to about 2), has a substrate, a source precursor of formula (I) above, and at least one carrier gas as listed above. Most preferably, for example, by introducing a gas comprising nitrogen, such as nitrogen, ammonia or hydrazine, and also a nitrogen-containing reaction gas, which may be the same as or different from at least one carrier gas. The nitrogen-containing reaction gas is preferably selected from the group consisting of nitrous oxide, ammonia, nitrogen, and hydrazine. Preferably, the at least one carrier gas and the nitrogen containing reaction gas are used in combination with hydrogen, nitrogen, argon, ammonia and / or hydrazine. These components are maintained in the deposition chamber at a temperature of about 70 ° C to about 675 ° C. Most preferably, in order to form the tantalum nitride alloy, the temperature in the deposition chamber is from about 250 ° C to about 500 ° C. The substrate is held in the deposition chamber for a time sufficient to deposit the tantalum nitride alloy. In order to form tantalum nitride alloys, the compound of formula (I) is preferably TaBr 5 or (CH 3 ) 3 TaBr 2 together with a substrate which is a silicon or silicon dioxide wafer useful for the manufacture of ULSI devices.

질화탄탈합금은 가장 바람직하게는 적어도 하나의 캐리어 가스로서 다음중에서 하나 또는 그 이상 사용하여 중착되어진다 : 수소; 질소, 암모니아, 아르곤, 크세논, 및/또는 히드라진과 함께 결합된 수소; 암모니아, 아르곤, 및/또는 크세논과 함께 결합된 질소; 또는 아르곤 및/또는 크세논과 함께 결합된 암모니아.Tantalum nitride alloys are most preferably neutralized using at least one carrier gas using one or more of the following: hydrogen; Hydrogen bonded with nitrogen, ammonia, argon, xenon, and / or hydrazine; Nitrogen bound with ammonia, argon, and / or xenon; Or ammonia combined with argon and / or xenon.

바람직하게는, 각 구성요소는 약 0 내지 10 W/cm2까지의 플라즈마 파워 밀도를 가지는 플라즈마의 존재하에 증착실내에 유지되고, 보다 바람직하게는 탄탈을 주성분으로 하는 막, 즉, 기판에서 질화탄탈합금을 증착하기 위하여 충분한 시간의 주기를 위하여는 약 0.01 내지 약 10 W/cm2까지이다. 이러한 실시예에 따르면, 소스 프리커서는 가장 바람직하게는 TaBr5이며, 적어도 하나의 캐리어 및/또는 반응가스 및 질소나, 암모니아, 및/또는 히드라진인 부가적인 질소함유 반응가스와의 결합에서, ULSI 디바이스의 제조에서 사용을 위해 실리콘 또는 이산화실리콘 웨이퍼 기판에서 증착된다.Preferably, each component is held in the deposition chamber in the presence of a plasma having a plasma power density of about 0 to 10 W / cm 2 , more preferably tantalum-based film, ie, tantalum nitride in the substrate. From about 0.01 to about 10 W / cm 2 for a period of sufficient time to deposit the alloy. According to this embodiment, the source precursor is most preferably TaBr 5 and in combination with at least one carrier and / or reaction gas and an additional nitrogen-containing reaction gas which is nitrogen, ammonia, and / or hydrazine, ULSI Deposited on a silicon or silicon dioxide wafer substrate for use in the manufacture of the device.

순수한 탄탈 및/또는 질화탄탈합금의 교호적인 또는 연속적인 증착된 다중층은 기판이 단일 증착리액터에서 유지되는 동안 바람직하게 기판에 마련될 수 있다. 기판과 소스 프리커서는 증착실에 공급되고, 소스 프리커서는 증기상태에 있다. 바람직한 가스는 상술한 바와 같이 바람직한 증착실내에서 교호적인 또는 연속적인 필름층을 형성하도록 공급된다. 탄탈금속필름이나 질화탄탈합금필름은 기판상에 먼저 증착되고 이 층들은 어떠한 주어진 순서나 지령으로 변경되거나 적용될 수 있다.Alternating or continuous deposited multilayers of pure tantalum and / or tantalum nitride alloys may preferably be provided on the substrate while the substrate is held in a single deposition reactor. The substrate and source precursor are supplied to the deposition chamber and the source precursor is in vapor phase. Preferred gases are supplied to form alternating or continuous film layers in the preferred deposition chamber as described above. Tantalum metal films or tantalum nitride films are first deposited on a substrate and these layers can be altered or applied in any given order or order.

선택적으로, 순수한 탄탈 또는 질화탄탈합금의 그러한 교호적인 또는 연속적인 다중층은 기판이 단일 증착반응기에서 이동하는 동안 기판에서 증착될 수 있다. 또한, 다중층은 기판이 두개 또는 그이상의 분리 리액터 사이에서 이동하는 동안 기판에 마련될 수 있고, 피복된 기판의 특별한 응용분야에 따라서 탄탈 또는 질화탄탈합금층의 하나 또는 그 이상의 증착을 위해 각각 사용될 수 있다. 순수한 탄탈 또는 질화탄탈합금필름이 기판상에 먼저 증착될 수 있다. 기판은 하나의 반응기에서 이동하고, 여기서 하나 또는 그 이상의 층들이 증착되고, 다른 반응기에서, 부가적인 층들이 증착된다. 바람직하게는, 반응기는 공기에 피복된 기판을 노출하지 않고 다른 반응기 사이에서 샘플을 이동하는 것을 허용하는 밀봉된 반송아암 및/또는 로드록을 통해 연결된다.Alternatively, such alternating or continuous multilayers of pure tantalum or tantalum nitride alloys can be deposited on the substrate while the substrate is moving in a single deposition reactor. In addition, multiple layers may be provided on the substrate while the substrate is moving between two or more separate reactors, and may be used respectively for the deposition of one or more layers of tantalum or tantalum nitride alloys, depending on the particular application of the coated substrate. Can be. Pure tantalum or tantalum nitride films may be deposited first on the substrate. The substrate moves in one reactor where one or more layers are deposited and in another reactor additional layers are deposited. Preferably, the reactors are connected via sealed carrier arms and / or loadlocks that allow the sample to move between different reactors without exposing the substrate coated with air.

또한 바람직한 실시예에 따르면, 순수한 탄탈 또는 질화탄탈합금필름은 피복된 기판을 제공하도록 기판상에 증착되고, 다음에 순수한 탄탈 또는 질화탄탈과 같은 일련의 탄탈을 주성분으로 하는 막이, 바람직하게는 다음층에서의 질소농도가 증가되고, 피복된 기판상에 증착된다. 탄탈 또는 질화탄탈합금필름은 상기에서 서술된 바와 같이 형성된다.According to a further preferred embodiment, a pure tantalum or tantalum nitride alloy film is deposited on the substrate to provide a coated substrate, followed by a series of tantalum based films such as pure tantalum or tantalum nitride, preferably the next layer. Nitrogen concentration in is increased and deposited on the coated substrate. Tantalum or tantalum nitride alloy films are formed as described above.

본 발명은 순수한(전자적인 등급) 탄탈 또는 질화탄탈합금필름을 제조하기 위하여 CVD 방법을 사용하고, 예를 들면, 집적회로제조에서 어드히젼 내부층 또는 확산장벽으로서 사용을 위해, 그리고 ULSI제조에서 특히 사용한다. 본 발명의 방법은 바람직한 조건하에, 고품질 탄탈-베이스 필름을 달성하기 위하여, 열이나 플라즈마-프로모트된 CVD 반응기에 주의깊게 선택된 프리커서를 가리킨다.The present invention uses a CVD process to produce pure (electronic grade) tantalum or tantalum nitride alloy films, for example for use as an integrated inner layer or diffusion barrier in integrated circuit fabrication, and particularly in ULSI fabrication. use. The process of the present invention refers to precursors that have been carefully selected for heat or plasma-promoted CVD reactors to achieve a high quality tantalum-based film under desirable conditions.

상술한질화탄탈합금필름에 부가하여, 규화질화탄탈 합금필름과 규화탄탈합금필름은 또한 아래에서 보다 상세히 서술된 바와 같이 본 발명에 따라서 마찬가지로 제도될 수 있다. 그러한 필름은 또한 다중층 라미네이트 구조에서 형성될 수 있고, 예를 들면, 탄탈과 질화탄탈의 이중층 필름, 탄탈과 규화질화탄탈의 이중층 필름, 및 선택적이거나 연속적인 배열에서 탄탈과 질화탄탈의 다중층 필름이다.In addition to the tantalum nitride alloy film described above, the tantalum nitride alloy film and tantalum nitride alloy film may also be similarly drawn according to the present invention as described in more detail below. Such films may also be formed in a multilayer laminate structure, for example, bilayer films of tantalum and tantalum nitride, bilayer films of tantalum and tantalum nitride, and multilayer films of tantalum and tantalum nitride in an optional or continuous arrangement. to be.

본 발명에 따라 탄탈과 탄탈-베이스 필름을 조제하기 위하여, 열CVD 또는 플라즈마-프로모트 CVD 가 사용될 수 있다. "열CVD"라 함은 여기서 모든 반응물이 가스형태로 CVD반응기에 도입되는 CVD공정을 지칭하는 것이고, 결합분열을 위해 필요한 에너지는 열 에너지에 의해 전적으로 공급된다. "플라즈마-프로모트 CVD "는 여기에서 모든 반응물이 가스형태로 CVD반응기에 도입되는 CVD공정을 의미하며, 결합분열을 위해 필요한 에너지는 백열방전 또는 약 0에서 약 100 W/cm2, 바람직하게는 약 0.01에서 약 10 W/cm2, 보다 바람직하게는 0.5 W/cm2까지의 플라즈마 파워 밀도를 가지는 플라즈마에서 형성된 고에너지 전자에 의해 부분적으로 공급된다. 플라즈마-프로모트 CVD 는 가스분자의 해리에 있어서서 보조역할을 하도록 일반적으로 기술에서 잘 알려진 플라즈마-인핸스드 CVD 의 경우처럼, 백열방전에서 존재하는 고에너지 전자의 장점을 갖는다. 그러나, 플라즈마-인핸스드 CVD 와 대조하여, 이는 고플라즈마 파워 밀도를 사용하고, 플라즈마-프로모트 CVD 에서 사용된 저플라즈마 파워 밀도는 가스 상태에서 조급한 프리커서분해를 일으키지 않고, 그래서 바람직하지 않은 필름오염을 예방한다. 부가적으로, 저플라즈마 파워 밀도의 사용은 필름과 기판에 대한 전기손실을 예방한다.In order to prepare tantalum and tantalum-based films according to the invention, thermal CVD or plasma-promoted CVD can be used. The term "thermal CVD" refers herein to a CVD process in which all reactants are introduced into the CVD reactor in gaseous form, and the energy required for bond breakdown is supplied entirely by thermal energy. "Plasma-promoted CVD" means here a CVD process in which all reactants are introduced into the CVD reactor in gaseous form and the energy required for bond cleavage is incandescent discharge or from about 0 to about 100 W / cm 2 , preferably Partially supplied by the high energy electrons formed in the plasma having a plasma power density from about 0.01 to about 10 W / cm 2 , more preferably from 0.5 W / cm 2 . Plasma-promoted CVD has the advantage of high energy electrons present in incandescent discharges, as is the case for plasma-enhanced CVD, which is generally well known in the art to assist in dissociation of gas molecules. However, in contrast to plasma-enhanced CVD, it uses a high plasma power density, and the low plasma power density used in plasma-promoted CVD does not cause hasty precursor decomposition in the gaseous state, so it is an undesirable film. Prevent contamination In addition, the use of low plasma power densities prevents electrical losses to the film and the substrate.

다음과 같은 기본적인 구성요소를 가지는 CVD 반응기가 본 발명의 방법과 함께 사용될 수 있다: 소스 프리커서를 저장하고 그의 반송을 제어하기 위해 사용된 프리커서 수송 체계, 진공실, 적절히 감소된 압력을 유지하기 위한 펌핑시스템, 플라즈마-프로모트 CVD용 플라즈마방전을 생성하기 위한 전원, 온도제어 시스템, 반응물과 그 공정에서 비롯되는 생산물의 흐름을 조절하고, 미터로 재기 위한 가스 또는 증기처리성능. 프리커서 반송시스템 다음 중 어느 것일 수 있다: 압력-베이스 버블러 또는 승화기, 핫소스 매스플로우 콘트롤러, 액체반송 시스템, 직접액체주입 시스템 또는 유사한 장치이다.CVD reactors having the following basic components may be used with the method of the present invention: precursor transport systems, vacuum chambers, used to maintain source precursors and to control their conveyance, to maintain adequately reduced pressure. Pumping systems, power supplies for generating plasma discharges for plasma-promoted CVD, temperature control systems, gas or vapor treatment to control and meter the flow of reactants and products from the process. Precursor conveying system can be any of the following: a pressure-based bubbler or sublimer, a hot source massflow controller, a liquid conveying system, a direct liquid injection system or a similar device.

본 발명에 따른 탄탈-베이스 필름의 증착에 있어서, 소스 프리커서는 바람직하게는 저항 열형태의 결합에 의해 가열될 수 있고 프리커서의 승화나 기화를 보증하기에 매우 충분한 온도까지 파워 공급이 연합될 수 있는 저수조에 놓여지지만, 프리커서의 조급한 분해를 일으킬 만큼 높지 않다. 질량흐름조절기는, 이는 고진공밸브에 의해 저수조로 부터 분리될 수 있고, 바람직하게는 저수조내에 조절가스흐름을 돕기 위해 공급되어진다. 가스, 예를 들면, 수소, 헬륨, 아르곤, 크세논, 및 질소는 통상의 압력 및/또는 온도-베이스 질량흐름조절 수송시스템가 CVD 반응기쳄버에서 프리커서를 위한 수송시스템로서 사용될때 이동제로서 기능할 수 있다. 선택적으로, 그러한 가스는 CVD 반응기까지 프리커서의 수송을 위한 액체수송시스템를 사용할 때 고압제로서 기능할 수 있다. 그러한 시스템는 마이크로펌프와 증기헤드의 결합을 포함할 수 있다. 그러한 체게의 적당한 예는 MKS 직접 액체 주입 시스템이다. 소스프리커서를 위한 적당한 수송 시스템의 또 다른 예는 핫소스 매스플로우 콘트롤러, 예를 들면, MKS Model 1150 MFC이고, 이는 캐리어 또는 고압상태의 가스의 사용을 요구하지 않는다. 고체소스 수송시스템의 또 다른 예는, 예를 들면, MKS 1153 시스템이고, 이는 캐리어 또는 고압상태의 가스의 사용을 요구하지 않는다.In the deposition of tantalum-based films according to the invention, the source precursor can preferably be heated by bonding in the form of resistive heat and the power supply will be associated to a temperature which is very sufficient to ensure sublimation or vaporization of the precursor. It is placed in a reservoir, but not high enough to cause hasty decomposition of the precursor. The mass flow regulator can be separated from the reservoir by a high vacuum valve, and is preferably supplied to assist the regulating gas flow in the reservoir. Gases such as hydrogen, helium, argon, xenon, and nitrogen may function as transfer agents when conventional pressure and / or temperature-based mass flow controlled transport systems are used as transport systems for precursors in CVD reactor chambers. . Optionally, such gas may function as a high pressure agent when using a liquid transport system for transport of the precursor to the CVD reactor. Such a system may include a combination of a micropump and a vapor head. A suitable example of such a sieve is an MKS direct liquid injection system. Another example of a suitable transport system for a source precursor is a hot source massflow controller, for example MKS Model 1150 MFC, which does not require the use of a carrier or high pressure gas. Another example of a solid source transport system is, for example, an MKS 1153 system, which does not require the use of a carrier or high pressure gas.

바람직한 실시예에서, 프리커서 증기는(또는 프리커서 및 사용된 수송 시스템에 의존하는 캐리어 가스) 바람직하게는 저수조처럼 같은 온도에서 유지되는 수송라인을 통해 CVD 반응기내에 수송되고, 프리커서 액화를 예방하기 위하여, 저항열형태의 결합과 연합된 파워공급을 사용한다. CVD 반응기는 바람직하게는 플라즈마 발생 용량을 갖춘다. 플라즈마는 직류 플라즈마, 라디오 진동수 플라즈마, 저진동수 플라즈마, 고밀도 플라즈마, 전자 사이클론 플라즈마, 유도결합 플라즈마, 마이크로파 플라즈마 또는 다른 유사한 소스와 같은 여러소스에 의해 발생되어질 수 있다. 플라즈마는 이중의 목적을 위해 사용되어질 수 있다. 그것은 제 자리에서 선증착기판 클리닝, 및 플라즈마-프로모트 CVD 를 사용한다면 실제의 증착을 위해 사용될 수 있다.In a preferred embodiment, the precursor vapor (or carrier gas depending on the precursor and the transport system used) is transported into the CVD reactor via a transport line, preferably maintained at the same temperature as the reservoir, to prevent precursor liquefaction. For this purpose, a power supply associated with a resistive array is used. The CVD reactor preferably has a plasma generating capacity. The plasma can be generated by several sources such as direct current plasma, radio frequency plasma, low frequency plasma, high density plasma, electron cyclone plasma, inductively coupled plasma, microwave plasma or other similar sources. Plasma can be used for dual purposes. It can be used for actual deposition if using pre-deposition substrate cleaning, and plasma-promoted CVD in situ.

바람직하게는 반응기는 기판상에 전기적인 바이어스가 구비될 수 있다. 바이어스는, 500kHz 이하의 자주파, 500kHz 내지 106kHz 의 고주파 또는 106내지 108직류 또는 유사한 전원으로부터 유도된다.Preferably the reactor may be equipped with an electrical bias on the substrate. The bias is derived from self-producing waves below 500 kHz, high frequencies between 500 kHz and 10 6 kHz or from 10 6 to 10 8 direct current or similar power sources.

CVD 증착반응기의 감압은 다양한 펌핑 시스템을 사용하여 가능하다. 2개의 시스템이 바람직하다. 하나의 시스템은 극저온 또는 터보분자형 펌프를 사용할 수 있는 고진공(10-6torr 이상) 펌핑시스템이다. 이 시스템은 반응기내의 고진공 기본압력을 보장한다. 루츠(roots) 송풍기 또는 드라이펌프를 가지는 진공시스템이 CVD 시의 높은 가스 스루풋을 취급하도록 사용될 수 있다. 양자의 펌핑유니트들은 바람직하게는 고진공 게이트밸브에 의하여 CVD 반응기로부터 격리된다.Decompression of the CVD deposition reactor is possible using various pumping systems. Two systems are preferred. One system is a high vacuum (10 -6 torr or higher) pumping system that can use cryogenic or turbomolecular pumps. This system ensures a high vacuum basic pressure in the reactor. Vacuum systems with roots blowers or dry pumps can be used to handle high gas throughput in CVD. Both pumping units are preferably isolated from the CVD reactor by high vacuum gate valves.

CVD 반응기는 바람직하게는 반응기내로 약 300mm 정도 크기의 기판을 반송 및 반입하는데 사용되는 고진공 로드록이 장착될 수 있다. 선택적으로, 반응기는 탄탈 및/또는 탄탈을 주성분으로 하는 막의 연속적인 또는 교호적인 층을 증착하도록 다수개의 CVD 반응기의 사이에서 기판을 반송하는데 사용될 수 있는 진공중앙 핸들러유니트로 연결될 수 있다.The CVD reactor may be preferably equipped with a high vacuum load lock used to transport and load substrates of about 300 mm in size into the reactor. Optionally, the reactor may be connected to a vacuum central handler unit that may be used to transport substrates between multiple CVD reactors to deposit a continuous or alternating layer of tantalum and / or tantalum based film.

저류부에 충전된 후에 소스 프리커서는 프리커서의 승화 또는 기화가 확실하게 이루어질 정도로 높게, 그러나 그의 조급한 분해는 일어나지 않을 정도로 높은 온도로 가열된다. 바람직하게는 소스 프리커서는 약 50℃ 내지 약 200℃ 의 온도로 가열된다. 종래의 압력 및/또는 온도를 주체로 하는 매스플로우 제어방식 또는 솔리드 소스형 반송시스템이 CVD 반응기내로의 프리커서의 유량을 제어하는데 사용될 때, 저류부내의 프르커서가 가열된다. 선택적으로는, 액체 반송시스템, 예를 들면 마이크로펌프 및 기화기 헤드의 조합으로 구성되는 MKS 직접액체분사 시스템이 사용될 때는, 저류부내의 액체는 실온상태이다. 그러한 액체 반송시스템에 있어서, 저류부내의 액체가 아니라, 기화기헤드는 프리커서의 승화 또는 기화가 보장될 정도로 높은, 그러나 그의 조급한 분해가 발생되지 않을 정도로 높은 온도로 가열된다.After being filled in the reservoir, the source precursor is heated to a temperature high enough to ensure sublimation or vaporization of the precursor, but not so rapid decomposition occurs. Preferably the source precursor is heated to a temperature of about 50 ° C to about 200 ° C. When conventional massflow controlled or solid-sourced conveying systems are used to control the flow rate of the precursors into the CVD reactor, the pressurer in the reservoir is heated. Optionally, when a liquid conveying system, for example an MKS direct liquid spraying system consisting of a combination of a micropump and a vaporizer head, is used, the liquid in the reservoir is at room temperature. In such a liquid conveying system, not the liquid in the reservoir, the vaporizer head is heated to a temperature high enough to ensure sublimation or vaporization of the precursor, but not so rapid decomposition occurs.

가스가 사용될 때는, 원하는 타탈 또는 탄탈을 주성분으로 하는 막을 생산하기 위하여, 보다 용이하게 반응영역으로 반송하거나 또는 보다 용이하게 분해될 수 있는 중간생간물을 형성하도록 소스 프리커서와 반응하거나 또는 소스프리커서와 반응하지 않는 기체물질이 사용될 수 있다. 예시적인 캐리어가스들은 상기에서 나열하였다. 열 CVD 및 플라즈마 프로모트 CVD 용의 캐리어가스로서 수소가 특히 바람직하다. 캐리어가스의 유량은 약 10 표준cm3/min 내지 약 5 표준l/min 사이에서 가변될 수 있으며, 바람직하게는, 열 CVD 및 플라즈마 프로모트 CVD 양자에 대하여 10 내지 100 cm3이다. 상술한 모든 형태의 반송에 있어서, 소스 프리커서의 증기유량은 약 0.01 내지 약 2000 표준cm3/min 의 사이이다. 바람직하게는 CVD 실내로의 프리커서의 유량은 약 0.1 내지 100 표준cm3/min 이다.When a gas is used, it reacts with or reacts with the source precursor to form intermediates that can be more easily returned to the reaction zone or more easily decomposed to produce a film based on the desired tartalum or tantalum. Gaseous substances that do not react with may be used. Exemplary carrier gases are listed above. Hydrogen is particularly preferred as a carrier gas for thermal CVD and plasma promoter CVD. The flow rate of the carrier gas may vary between about 10 standard cm 3 / min and about 5 standard l / min, preferably 10 to 100 cm 3 for both thermal CVD and plasma promoter CVD. In all the forms of conveyance described above, the vapor flow rate of the source precursor is between about 0.01 and about 2000 standard cm 3 / min. Preferably, the flow rate of the precursor into the CVD room is about 0.1 to 100 standard cm 3 / min.

반응가스로서도 기능하는 캐리어가스는, 바람직하게는 순수한 탄탈막의 열 CVD 및 플라즈마에 대하여 수소이다. 암모니아 또는 히드라진, 단일의 또는 수소와 혼합된 것은, 질화탄탈 또는 기타 탄탈을 주성분으로 하는 막의 열 CVD 또는 플라즈마 프로모트 CVD 에 대하여 특히 바람직한 캐리어/반응가스이다. 단일기체 또는 혼합기체로서의 캐리어 및/또는 반응가스의 유량은, 바람직하게는 약 10 표준cm3/min 내지 약 10 표준l/min 이며, 보다 바람직하게는 약 100 표준cm3/min 내지 약 5 표준l/min 이다. 해당하는 반응기의 압력은 바람직하게는 낮은 압력용으로는 10 mtorr 내지 대기압 CVD 용의 1000 mtorr 이며, 보다 바람직하게는 100 mtorr 내지 15torr 이다.The carrier gas, which also functions as a reaction gas, is preferably hydrogen with respect to thermal CVD and plasma of the pure tantalum film. Mixing with ammonia or hydrazine, single or hydrogen, is a particularly preferred carrier / reaction gas for thermal CVD or plasma promoter CVD of tantalum nitride or other tantalum based films. The flow rate of the carrier and / or reaction gas as a single gas or mixed gas is preferably about 10 standard cm 3 / min to about 10 standard l / min, more preferably about 100 standard cm 3 / min to about 5 standard l / min. The pressure of the corresponding reactor is preferably from 10 mtorr to 1000 mtorr for atmospheric CVD for low pressures, more preferably from 100 mtorr to 15 tor.

비록 편의의 목적상, 본 명세서에서 개시된 가스는, "캐리어" 가스 또는 "방응"가스로서 언급되었으나, 이들 가스이 기능은 오해되어서는 않된다. 실제적으로, 소스 프리커서의 증기를 반응실내로 이송하기 위한 것에 부가하여, 캐리어 가스는 분해공정을 거쳐 반응실내에서 반응을 받을 수 있다. 또한, 도입된 소위 "반응"가스는 불활성 요소를 포함할 수 있으며, 그 경우에 반응가스의 일부 또는 전부는 단순히 분해실 내부에서의 반응분위기를 희석하도록 기능할 수 있다. 마찬가지로, 캐리어카스도 불활성 요소를 포함할 수 있다.Although for the sake of convenience, the gases disclosed herein are referred to as "carrier" gases or "responsive" gases, but these gases should not be mistaken for their function. In practice, in addition to transferring the vapor of the source precursor into the reaction chamber, the carrier gas may undergo a reaction in the reaction chamber through a decomposition process. In addition, the so-called "reaction" gas introduced may comprise an inert element, in which case some or all of the reaction gas may simply function to dilute the reaction atmosphere inside the cracking chamber. Likewise, the carrier casing may comprise an inert element.

탄탈막을 형성하기 위한 플라즈마 프로모트 CVD 의 바람직한 실시예에 따르면, 수소가 캐리어가스이고, 반응가스는 없는데, 왜냐하면 수소플라즈마가 기판상의 프리커서를 분해하는 촉매로서 기능하기 때문이다. 탄탈막을 형성하기 위한 플라즈마 프로모트 CVD 의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 수소는 적어도 한 개의 캐리어 가스로서의 네온, 아르곤, 크립톤 및/또는 크세논과 같은 불활성기체와 동시에 분해실로 도입된다. 바람직하게는, 수소는 반응제 로서 기능하도록 도입되며, 적어도 아르콘 및 크세논중의 한 개가 캐리어로서 기능하도록 도입된다. 그러나, 불활성기체는 수소와 혼합하여 도입될 수 있으며, 적어도 한 개의 캐리어가스로서 도입될 수 있는 가스 혼합물은 캐리어 및 반응제로서 기능할 수 있다.According to a preferred embodiment of the plasma promoter CVD for forming a tantalum film, hydrogen is a carrier gas and no reaction gas, because hydrogen plasma functions as a catalyst to decompose the precursor on the substrate. According to another preferred embodiment of the plasma promoter CVD for forming a tantalum film, hydrogen is introduced into the decomposition chamber simultaneously with an inert gas such as neon, argon, krypton and / or xenon as at least one carrier gas. Preferably, hydrogen is introduced to function as a reactant and at least one of arcon and xenon is introduced to function as a carrier. However, the inert gas can be introduced in admixture with hydrogen and the gas mixture which can be introduced as at least one carrier gas can function as a carrier and a reactant.

순수한 탄탈막이 본 발명에 따른 열 CVD를 사용하여 마련될 수 있다. 열 CVD 에 의하여 순수한 탄탈막을 준비하기 위하여는, 예를 들면, 증착실내에서 반응제로서 기능하도록 적어도 한 개의 캐리어 가스로서, 수소, 아르곤 및/또는 크세논이 도입될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 아르곤은 캐리어로서 기능하며, 수소는 적어도 하나의 캐리어가스내에서 반응제로서 기능한다.Pure tantalum films can be prepared using thermal CVD according to the present invention. To prepare a pure tantalum film by thermal CVD, hydrogen, argon and / or xenon may be introduced, for example, as at least one carrier gas to function as a reactant in the deposition chamber. According to a preferred embodiment, argon functions as a carrier and hydrogen functions as a reactant in at least one carrier gas.

본 발명에 따른 플라즈마 프로모트 CVD 는 질화탄탈합금과 같은 탄탈을 주성분으로하는 막을 제조하는데 사용된다. 플라즈마 프로모트 CVD 에 의하여, TaN 의 형태로 된 질화탄탈막의 제조를 위한 하나의 바람직한 실시예에 있어서, 질소를 포함하는 반응가스가 반응실내로 도입되어야 한다. 질소, 암모니아 및 히드라진이 본 발명에 따른 질소를 포함하는 반응가스로서 바람직하다. 질소가 질소를 포함하는 반응가스인 경우에는, 캐리어 및 질소를 포함하는 반응가스로서 기능할 수 있으며, 수소나 또는 아르곤 또는 크세논과 같은 불활성가스가 적어도 한 개의 캐리어로서 동시에 도입될 수 있으며 캐리어 및/또는 반응제로서 기능하게 된다. 바람직하게는, 수소, 질소 및 활성가스중의 한 개가 적어도 한 개의 캐리어가스로서 기능한다. 수소, 질소 및/또는 불활성가스는 복합반응가스로서 함께 도입될 수 있으며, 즉 수소 및/또는 불활성가스는 암모니아 또는 히드라진 가스와 혼합될 수 있다. 암모니아 및 히드라진중의 적어도 한 개와 혼합된 질소는 질화탄탈막의 제조시에 증착실내에 존재하는 유일한 가스일 수 있으며, 이 경우에 질소를 포함하는 반응가스로서의 이들 3개의 가스와 함께 적어도 한 개의 캐리어가스로서 기능할 수 있다. 플라즈마 프로모트 CVD 에 의하여 TaN을 제조하기 위한 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 및 질소들이 소스 프리커서와 함께 동시에 반응실내로 도입된다.Plasma promoter CVD according to the present invention is used to produce a film based on tantalum, such as tantalum nitride alloy. In one preferred embodiment for the production of tantalum nitride films in the form of TaN by plasma promoter CVD, a reaction gas comprising nitrogen has to be introduced into the reaction chamber. Nitrogen, ammonia and hydrazine are preferred as reaction gases comprising nitrogen according to the invention. If the nitrogen is a reaction gas containing nitrogen, it may function as a carrier and a reaction gas containing nitrogen, and an inert gas such as hydrogen or argon or xenon may be simultaneously introduced as at least one carrier, and the carrier and / Or as a reactant. Preferably, one of hydrogen, nitrogen and active gas functions as at least one carrier gas. Hydrogen, nitrogen and / or inert gas may be introduced together as a complex reaction gas, ie hydrogen and / or inert gas may be mixed with ammonia or hydrazine gas. Nitrogen mixed with at least one of ammonia and hydrazine may be the only gas present in the deposition chamber at the time of production of the tantalum nitride film, in which case at least one carrier gas together with these three gases as a reaction gas containing nitrogen Can function as According to one preferred embodiment for producing TaN by plasma promoter CVD, hydrogen and nitrogen are introduced into the reaction chamber simultaneously with the source precursor.

탄탈을 주성분으로 하는 막이 본 발명에 따른 열 CVD를 사용하여 제조될 수 있다. 열 CVD 에 의하여 질화탄탈막과 같은 탄탈을 주성분으로 하는 막을 준비하기 위하여는, 예를 들어, 암모니아, 질소 및/또는 히드라진이 질소를 포함하는 반응가스로서 증착실내로 도입될 수 있으며, 수소, 질소 또는 아르곤 이나 크세논과 같은 불활성가스중의 적어도 하나의 캐리어가스가 캐리어 및/또는 반응제로서 기능하도록 마련될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 수소는 캐리어로서 기능하며, 암모니아는 질소를 포함하는 반응가스로서 기능한다.Tantalum-based films can be produced using thermal CVD according to the present invention. In order to prepare a film mainly composed of tantalum such as a tantalum nitride film by thermal CVD, for example, ammonia, nitrogen and / or hydrazine may be introduced into the deposition chamber as a reaction gas containing nitrogen, and hydrogen, nitrogen Or at least one carrier gas in an inert gas such as argon or xenon may serve as a carrier and / or a reactant. According to a preferred embodiment, hydrogen functions as a carrier and ammonia functions as a reaction gas containing nitrogen.

질화탄탈막의 플라즈마 프로모트 CVD 동안에 암모니아 또는 히드라진이 질소를 포함하는 가스인 때는, 반응가스로서 증착실내로 바람직하게 도입되고, 수소 및/또는 아르곤 또는 크세논과 같은 불활성가스가 캐리어로서 바람직하게 기능한다. 수소 및/또는 불활성가스는 예를 들면 암모니아 및/또는 히드라진 가스와 함께 혼합된 반응가스로서 함께 도입될 수 있다.When ammonia or hydrazine is a gas containing nitrogen during plasma promoter CVD of a tantalum nitride film, it is preferably introduced into the deposition chamber as a reaction gas, and an inert gas such as hydrogen and / or argon or xenon preferably functions as a carrier. Hydrogen and / or inert gas may be introduced together, for example as a reaction gas mixed with ammonia and / or hydrazine gas.

질화탄탈막을 제조하는데 열 CVD 또는 플라즈마 프로모트 CVD 가 사용되는 것과는 관계없이, 또한 질소를 포함하는 반응가스의 정확한 동일성 및 캐리어 및/또는 반응가스로서 기능할 수 있는 적어도 한 개의 캐리어 가스와는 관계없이, 화학량론적인 TaN 이 바람직하다면, 적어도 반응실내에서 탄탈의 1 몰당 반응실내의 질소원자의 1 몰을 유지하는 것이 중요하다. 만약 증착실내에 질소의 화학량론적 양이하가 존재한다면, Ta2N 또는 TaNa, 여기에서 a<1 임, 과 같은 탄탈금속 또는 탄탈이 풍부한 막이 증착된다. 이는 혼합상의 막, 즉 순수한 탄탈 및 탄탈이 풍부한 질화물의 상을 가지는 막의 형성을 허용할 수 있다. 혼합상의 막이 어떤 적용부분에 대하여 바람직하고, 또한 그와 같은 탄탈을 주성분으로 하는 막 및 그러한 막이 피복된 기판을 준비하는 방법론이 본 발명의 범위내에 있는 것이 한, 만약 순수한 TaN 막이 특정한 용도로 증착되어야 한다면, 즉 Ta:N 의 몰비가 1:1 인 막이라면, 적절한 질소원자의 공급이 증착실내로 마련되어야 한다.Regardless of whether thermal CVD or plasma promoter CVD is used to produce the tantalum nitride film, and also regardless of the exact identity of the reaction gas containing nitrogen and at least one carrier gas that can function as a carrier and / or reaction gas. If stoichiometric TaN is desired, it is important to maintain at least one mole of nitrogen atoms in the reaction chamber per mole of tantalum in the reaction chamber. If there are substoichiometric amounts of nitrogen in the deposition chamber, a tantalum metal or tantalum rich film such as Ta 2 N or TaN a , where a <1, is deposited. This may allow the formation of a mixed phase film, ie a film with pure tantalum and tantalum rich nitride phases. As long as the mixed phase film is preferred for certain applications and the methodology for preparing such tantalum based films and substrates coated with such films is within the scope of the present invention, a pure TaN film must be deposited for a particular use. If so, that is, a film having a molar ratio of Ta: N of 1: 1, an appropriate supply of nitrogen atoms should be provided into the deposition chamber.

부가적으로, 질화탄탈막을 제조하기 위하여 열 CVD 또는 플라즈마 프로모트 CVD 가 사용되는 것과는 관계없이, 또한 질소를 포함하는 반응가스의 정확한 동일성 및 캐리어 및/또는 반응가스로서 기능할 수 있는 적어도 한 개의 캐리어 가스와는 관계없이, 질소가 풍부하게 함유된 탄탈을 주성분으로 하는 막이 필요하다면, 질소원자의 초과량, 즉 반응실내의 탄탈 1 몰에 대한 반응실내의 질소원자 1몰이상이 되어야 하는 것이 중요하다. 만약 초과질소가 반응실내에 존재하면, Z>1 인 TaNZ 와 같은 질소가 풍부한 막이 증착된다. 이는 혼합상의 막, 즉 순수한 탄탈, 탄탈이 풍부한 질화물 및 질소가 풍부한 질화물의 상들을 가지는 막의 형성을 허용할 수 있다.Additionally, irrespective of whether thermal CVD or plasma promoter CVD is used to produce the tantalum nitride film, at least one carrier that can also function as a carrier and / or reactant and the exact identity of the reactant gas containing nitrogen Irrespective of the gas, if a membrane containing nitrogen-rich tantalum as the main component is required, it is important to have an excess of nitrogen atoms, i.e., at least one mole of nitrogen atoms in the reaction chamber relative to one mole of tantalum in the reaction chamber. . If excess nitrogen is present in the reaction chamber, TaN with Z> 1Z Nitrogen-rich films, such as, are deposited. This may allow the formation of a mixed phase membrane, ie a membrane having phases of pure tantalum, tantalum rich nitride and nitrogen rich nitride.

본 방법의 일 실시형태에 있어서는, 바람직하게는 열 CVD 또는 플라즈마 프로모트 CVD를 사용하여, 순수한 탄탈 또는 질화탄탈합금막을 형성할 때에, 상술한 캐리어 및/또는 반응가스들 중의 어느 한 개를 사용하여, 바람직하게는 증기상태인, 규소를 함유하는 화합물이 반응실내에 마련된다. 부가적인 규소는 바람직하게는 TaSiy인 규화탄탈상을 제공하며, 여기에서 y 는 0 내지 3 인 값, 또는 규화질화탄탈상, 바람직하게는 x 가 0 내지 2 이고 y 는 0 내지 3 인 TaNxSiy를 제공한다.In one embodiment of the method, when forming a pure tantalum or tantalum nitride alloy film, preferably using thermal CVD or plasma promoter CVD, any one of the carriers and / or reaction gases described above is used. In the reaction chamber, a silicon-containing compound, preferably in a vapor state, is provided. The additional silicon preferably provides a tantalum silicide phase which is TaSi y , wherein y is a value of 0-3, or a tantalum nitride phase, preferably TaN x , where x is 0-2 and y is 0-3 Si y is provided.

실리콘을 포함하는 화합물은 이하의 식(II)의 할라이드를 주성분으로 하는 화합물이다:Compounds containing silicones are compounds based on halides of formula (II):

(Ⅱ) (Ⅱ)

여기에서, m 은 0 내지 4 의 정수임, n 은 0 내지 4 의 정수이고, p 는 0 내지 4 의 정수이며, R 은 상술한 식(I)과 같은 방법으로 정의된 것이다.Here, m is an integer of 0 to 4, n is an integer of 0 to 4, p is an integer of 0 to 4, R is defined in the same manner as in formula (I) described above.

플라즈마 프로모트 CVD 내에서 사용된 플라즈마는 상술한 플라즈마원의 어느 것에 의하여도 생성될 수 있다. 플라즈마 주파수는 0 Hz 내지 약 108kHz 이상의 범위일 수 있으며, 바람직하게는 1 MHz 내지 약 106kHz 이다. 플라즈마 전력밀도는 바람직하게는 0.01 내지 10 W/cm2이며, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.5 W/cm2이다.The plasma used in the plasma promoter CVD can be generated by any of the plasma sources described above. The plasma frequency may range from 0 Hz to about 10 8 kHz or more, preferably from 1 MHz to about 10 6 kHz. The plasma power density is preferably 0.01 to 10 W / cm 2 , more preferably 0.01 to 0.5 W / cm 2 .

상술한 바와 같은 전기적 바이어스들이 기판에 적용될 수 있다. 대응하는 전력밀도는 바람직하게는 0.001 W/cm2내지 103W/cm2이며, 보다 바람직하게는 0.001 W/cm2내지 10 W/cm2이다.Electrical biases as described above may be applied to the substrate. The corresponding power density is preferably 0.001 W / cm 2 to 10 3 W / cm 2 , more preferably 0.001 W / cm 2 to 10 W / cm 2 .

실리콘에, 본 발명에 따른 탄탈 또는 질화탄탈합금막을 마련하는 선택적인 방법은, 규소를 주성분으로 하는, 또는 다가규소를 주성분으로 하는 기판을 사용하는 것이다. 탄탈 또는 질화탄탈막이 형성된 후에, 반응기내의 기판의 온도는 전형적으로는 막내의 탄탈 또는 질화탄탈상과 규소가 반응하기에 충분한 온도, 바람직하게는 700℃ 내지 950℃의 온도로 상승되어, 기판의 규소가 기판상에 형성된 막내의 탄탈과 반응하여 규화탄탈 또는 규화질화탄탈상을 제공하게 된다. 막에 마련된 규화상의 형식 및 양은 상술한 바와 같이 처리온도 및 사용된 반응제 및/또는 캐리어가스의 형식에 따른다. 이들 경우에 있어서, 규화상은 일반식(II)의 할라이드를 주성분으로 하는 화합물과 같은 증기상태의 규소를 주성분으로 하는 화합물을 사용하지 않고서 마련될 수 있다.An alternative method of providing a tantalum or tantalum nitride alloy film according to the present invention in silicon is to use a substrate containing silicon as the main component or polyvalent silicon as the main component. After the tantalum or tantalum nitride film is formed, the temperature of the substrate in the reactor is typically raised to a temperature sufficient to react the silicon with the tantalum or tantalum nitride phase in the film, preferably 700 ° C to 950 ° C, so that the silicon of the substrate Is reacted with tantalum in the film formed on the substrate to provide a tantalum silicide or tantalum nitride nitride phase. The type and amount of silicified phase provided in the membrane depends on the treatment temperature and the type of reactant and / or carrier gas used as described above. In these cases, the silicidated phase can be prepared without using a compound composed mainly of vaporized silicon, such as a compound composed mainly of halides of the general formula (II).

본 발명에 따라 형성된 탄탈 및 탄탈을 주성분으로 하는 막은 칼럼 또는 비컬럼구조로 만들어질 수 있다. 본 발명의 탄탈 및 탄탈을 주성분으로 하는 막은 또한 ULSI 회로의 형태로 될 때 탁월한 오믹콘택트 특성을 가진다. 또한, 탄탈 및 탄탈을 주성분으로 하는 막은 ULSI 회로의 형태로 될 때 우수한 어드히젼 특성 및 금속확산에 대한 양호한 장벽으로서 작용한다.Tantalum and tantalum-based films formed according to the present invention can be made in a column or non-column structure. Tantalum and tantalum based films of the present invention also have excellent ohmic contact properties when in the form of ULSI circuits. In addition, tantalum and tantalum-based films serve as excellent barrier properties and good barriers to metal diffusion when in the form of ULSI circuits.

열 CVD 에 의하여 준비되었거나 또는 플라즈마 프로모트 CVD 에 의하여 준비되었거나, 본 발명의 탄탈을 주성분으로 하는 막은, 전형적으로는 0 내지 2 의 탄탈대 질소비 및 0 내지 3 의 탄탈대 규소비를 가진다.Tantalum-based films prepared by thermal CVD or prepared by plasma promoter CVD typically have a tantalum to nitrogen ratio of 0 to 2 and a tantalum to silicon ratio of 0 to 3.

본 발명은 순수한 탄탈 및 탄탈을 주성분으로 하는 막의 분리적이고 독립적인 제조를 허용하며, 또한 본 발명의 방법은 현장에서, 캐리어가스로서 기능할 수 있는 반응가스를 변경함으로써 순수한 탄탈막 및 질화탄탈막사이에서의 단일 탄탈프리커서의 원활하고 가역적인 변환의 증착모드가 달성된다.The present invention allows for the separation and independent production of pure tantalum and tantalum-based membranes, and the method of the present invention is also performed in the field between pure tantalum and tantalum nitride membranes by changing the reaction gas which can function as a carrier gas. The deposition mode of smooth and reversible conversion of a single tantalum precursor in is achieved.

따라서, 본 발명 방법의 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 증착 반응기는 약 0.01 W/cm2내지 약 0.5 W/cm2의 플라즈마 전력밀도를 가지는 플라즈마 및 수소의 존재하에, 화학식(I)의 화합물로부터의 증기로 충전될 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 이들 반응조건들은 기판상의 순수한 탄탈막의 형성을 일으킨다. 그리고 플라즈마가 턴오프되고, 반응가스는 수소로부터 암모니아와 같은 질소를 포함하는 반응가스로 변화된다. 이러한 역전된 반응조건하에서, x 가 상술한 바와 같은 것인 TaNx막이 이미 증착된 순수한 탄탈막의 위에 증착되고, 기판상에 2중막을 제공하게 된다.Thus, according to one preferred embodiment of the method of the present invention, the deposition reactor is prepared from the compound of formula (I) in the presence of hydrogen and plasma having a plasma power density of about 0.01 W / cm 2 to about 0.5 W / cm 2 . Can be filled with steam. As already mentioned above, these reaction conditions result in the formation of a pure tantalum film on the substrate. The plasma is turned off and the reaction gas is changed from hydrogen to a reaction gas containing nitrogen such as ammonia. Under these inverted reaction conditions, a TaN x film, where x is as described above, is deposited on top of the already deposited pure tantalum film, providing a double film on the substrate.

본 발명방법의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 증착반응기는 기판상에 순수한 탄탈막을 형성하기 위하여 약 0.01 W/cm2내지 약 0.5 W/cm2의 플라즈마 전력밀도를 가지는 플라즈마 및 수소의 존재하에, 식(I)의 화합물로부터의 증기로 충전된다. 그리고 플라즈마는 턴오프될 수 있으며, 암모니아와 같은 질소를 포함하는 반응가스가 식(I)에 따른 상이한 소스 프리커서의 증기와 함께 도입된다. 이러한 변화된 반응조건하에서, TaNx 의 막이 최초로 증착된 순수한 탄탈막상에 증착되어, 본 발명의 2층막을 제공한다.According to another preferred embodiment of the method of the present invention, the deposition reactor is about 0.01 W / cm to form a pure tantalum film on the substrate.2To about 0.5 W / cm2In the presence of a plasma having a plasma power density of and hydrogen, it is charged with vapor from the compound of formula (I). The plasma can then be turned off and a reactant gas comprising nitrogen, such as ammonia, is introduced together with the vapors of the different source precursors according to formula (I). Under these changed reaction conditions, TaNx The film of was deposited on the pure tantalum film deposited for the first time, to provide a two-layer film of the present invention.

본래의 장소에서, 캐리어가스로 기능할 수 있도 있는 반응가스를 변화함으로써, 순수한 탄탈막, TaSix과 TaNxSiy사이의 전환을 가역적으로 또한 원활하게 행하기 위하여 증기상태의 단일 규소를 포함하는 화합물 및 단일 소스 프리커서가 연속적인 CVD에서 사용될 수 있다. 따라서, 방법의 바람직한 일 실시예에 따르면, 증착반응기는 기판상에 순수한 탄탈막을 형성하기 위하여 약 0.01 W/cm2내지 약 0.5 W/cm2의 플라즈마 전력밀도를 가지는 플라즈마 및 수소의 존재하에, 식(I)의 화합물로부터의 증기로 충전된다. 그리고 플라즈마가 턴오프되고, 반응가스는 수소로부터 캐리어가스로도 기능할 수 있는 암모니아와 같은 질소를 포함하는 반응가스로 변화된다. 식(II)의 규소를 포함하는 화합물의 증기도 질소를 포함하는 반응가스와 함께 증착반응기내로 도입된다. 이러한 역전된 반응조건하에서, x 및 y 가 독립적으로 0 보다 크고 2이하인 TaNxSiy의 막이 최초로 증착된 순수한 탄탈막상에 증착되어, 기판상에 2중층을 제공한다.In situ, by varying the reaction gas, which may function as a carrier gas, a pure tantalum film, containing a single silicon in vapor phase, in order to reversibly and smoothly switch between TaSi x and TaN x Si y Compounds and single source precursors can be used in continuous CVD. Thus, according to one preferred embodiment of the method, the deposition reactor is in the presence of hydrogen and plasma having a plasma power density of about 0.01 W / cm 2 to about 0.5 W / cm 2 to form a pure tantalum film on the substrate. It is filled with vapor from the compound of (I). The plasma is turned off and the reaction gas is changed from hydrogen to a reaction gas containing nitrogen, such as ammonia, which can also function as a carrier gas. The vapor of the compound comprising silicon of formula (II) is also introduced into the deposition reactor together with the reaction gas containing nitrogen. Under these conditions, the reverse reaction, x and y is a film of TaN x Si y independently greater than 0 and less than or equal to 2 deposited on a pure tantalum film deposited first and provides a double layer on the substrate.

본 발명방법의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 증착반응기는 기판상에 순수한 탄탈막을 형성하기 위하여 약 0.01 W/cm2내지 약 0.5 W/cm2의 플라즈마 전력밀도를 가지는 플라즈마 및 수소의 존재하에, 식(I)의 화합물로부터의 증기로 충전된다. 그리고 플라즈마가 턴오프되고, 반응가스는 수소로부터 암모니아와 같은 질소를 포함하는 반응가스로 바뀐다. 식(II)의 규소를 포함하는 화합물의 증기도 질소를 포함하는 반응가스와 함께 증착반응기내로 도입된다. 이러한 역전된 반응조건하에서, x 및 y 가 상기에서 정의된 바와 같은 TaNxSiy의 막이 최초로 증착된 순수한 탄탈막상에 증착되어, 기판상에 2중층을 제공한다.According to another preferred embodiment of the method, the deposition reactor is in the presence of hydrogen and plasma having a plasma power density of about 0.01 W / cm 2 to about 0.5 W / cm 2 to form a pure tantalum film on the substrate. It is filled with vapor from the compound of (I). The plasma is turned off and the reaction gas is changed from hydrogen to a reaction gas containing nitrogen such as ammonia. The vapor of the compound comprising silicon of formula (II) is also introduced into the deposition reactor together with the reaction gas containing nitrogen. Under these inverted reaction conditions, x and y are deposited on the initially deposited pure tantalum film of TaN x Si y as defined above to provide a double layer on the substrate.

이러한 개시내용에 근거할 때, 상술한 실시예들은 어느 것도 각 단계에 따라서 상이하게 변형되거나 바뀔수 있는데, 예를 들면, 질화탄탈, 규화탄탈 또는 질화규화탄탈막들의 어느 하나는 기판상에 최초로 증착될 수 있으며, 그 후에 탄탈 또는 기타 탄탈을 주성분으로 하는 막의 증착이 있게 된다. 바람직하게는, 최초로 순수한 탄탈막이 기판과 접촉하여 증착되고, 기판은, 바람직하게는 규소 또는 규소를 포함하는 기판이다. 이러한 개시내용에 근거하면, 반응영역으로부터 기판을 제거할 필요없이 2개이상의 상이한 층이 기판상에 증착될 수 있음을 이해할 수 있다.Based on this disclosure, none of the above-described embodiments may be modified or changed differently depending on each step, for example, any one of tantalum nitride, tantalum silicide or tantalum nitride nitride films may be first deposited on a substrate. Followed by deposition of a film based primarily on tantalum or other tantalum. Preferably, a pure tantalum film is first deposited in contact with the substrate, and the substrate is preferably a substrate comprising silicon or silicon. Based on this disclosure, it can be appreciated that two or more different layers can be deposited on the substrate without having to remove the substrate from the reaction zone.

또한, 이러한 개시내용에 따르면, 탄탈 또는 탄탈을 주성분으로 하는 막을 제조하기 위한 어떠한 적절한 CVD 기술도, 단독으로 또는 복합적으로 본 발명의 방법에 따라서 사용가능함을 알 수 있다. 예를 들어, 수소 캐리어가스를 사용하는 열 CVD 가 순수한 탄탈을 증착하는데 사용될 수 있으며, 그 후에 기판상에 2중막을 형성하기 위하여 질화탄탈막을 증착하도록 질소를 포함하는 반응가스 및/또는 적어도 한 개의 캐리어가스로서 질소 및 수소를 사용하는 플라즈마 프로모트 CVD 의 사용이 있게 된다.In addition, according to this disclosure, it can be seen that any suitable CVD technique for producing tantalum or a tantalum based film can be used alone or in combination according to the method of the present invention. For example, thermal CVD using hydrogen carrier gas may be used to deposit pure tantalum, and then react gas containing nitrogen and / or at least one to deposit a tantalum nitride film to form a double film on the substrate. There is a use of plasma promoter CVD using nitrogen and hydrogen as carrier gas.

본래의 장소에서, 상술한 바와 같은 탄탈 및 탄탈을 주성분으로 하는 2중층 및 다중층을 증착하는 것은 ULSI 장치의 제조에 매우 편리하다. 본 발명의 방법은 반응실사이에서 부분적으로 도포된 기판이 공기에 노출되어 반송될 위험이 없이 2중층 또는 다중층의 형성이 가능하도록 한다. 2중층 또는 다중층이 단일 반응실내에서 만들어질 수 있다는 것은 반응실사이에서의 부분적으로 피복된 기판의 반송시에 발생할 수 있는 막의 오염에 대한 위험을 최소화할 수 있다. 오염은 탄탈 및 탄탈을 주성분으로 하는 막에 대하여 특히 문제로 되는 것인데, 왜냐하면 탄탈은 산소와 매우 반응이 잘 되며, 그러한 약간의 오염도 ULSI 장치내의 탄탈 또는 탄탈을 주성분으로 하는 피복의 유용성을 훼손할 수 있다.In situ, depositing tantalum and tantalum-based bilayers and multilayers as described above is very convenient for the manufacture of ULSI devices. The method of the present invention allows the formation of a double layer or multiple layers without the risk that the partially coated substrate is exposed to air and transported between the reaction chambers. The fact that bilayers or multiple layers can be made in a single reaction chamber can minimize the risk of contamination of the film that may occur during the transfer of the partially coated substrate between the reaction chambers. Contamination is particularly problematic for tantalum and tantalum-based membranes, because tantalum is highly reactive with oxygen, and even such minor contamination can compromise the usefulness of tantalum or tantalum-based coatings in ULSI devices. have.

본 발명의 방법은, 열 CVD 또는 플라즈마 프로모트 CVD 의 사용에 의하여 고품질 탄탈 및 탄탈을 주성분으로 하는 막으로 변환될 수 있는 소스 프리커서로서의 선택된 과수소화된 탄탈화합물을 사용한다. 유사하게, 본 발명은 동일한 과수소화된 탄탈복합물 소스 프리커서를 질소를 함유하는 반응가스와 반응시킴으로써 전자급 질화탄탈막을 제공하며, 동일한 프리커서를 적어도 한 개의 캐리어 및/또는 반응가스, 규소를 포함하는 화합물의 증기 및/또는 적어도 한 개의 캐리어 및/또는 반응가스와 동일 또는 상이할 수 있는 질소를 포함하는 반응가스와 반응시킴으로써 전자급 규화 탄탈 및/또는 규화질화탄탈을 제공한다. 본 발명의 방법에 알맞는 예시적인 반응식은 이하에서 요약되며, 여기에서 TaBr5및 SiI4들은 예시적인 탄탈 소스프리커서 및 규소를 포함하는 화합물로서 포함된다:The method of the present invention uses selected perhydrogenated tantalum compounds as source precursors that can be converted to high quality tantalum and tantalum based films by the use of thermal CVD or plasma promoter CVD. Similarly, the present invention provides an electron-grade tantalum nitride film by reacting the same perhydrogenated tantalum composite source precursor with a reaction gas containing nitrogen, wherein the same precursor comprises at least one carrier and / or reaction gas, silicon Electron-grade tantalum silicide and / or tantalum silicide are provided by reacting a vapor of a compound and / or a reaction gas comprising nitrogen which may be the same or different from at least one carrier and / or reaction gas. Exemplary schemes suitable for the process of the present invention are summarized below, wherein TaBr 5 and SiI 4 are included as compounds comprising exemplary tantalum source precursors and silicon:

플라즈마 프로모트 또는 열 CVD:Plasma Promote or Thermal CVD:

(Ⅲ) (Ⅲ)

(주된 부산물)(Main byproduct)

플라즈마 프로모트 CVD:Plasma Promo CVD:

(Ⅳ) (Ⅳ)

(주된 부산물)(Main byproduct)

열 CVD:Thermal CVD:

(Ⅴ) (Ⅴ)

(주된 부산물)(Main byproduct)

플라즈마 프로모트 또는 열 CVD:Plasma Promote or Thermal CVD:

(Ⅵ) (Ⅵ)

(주된 부산물)(Main byproduct)

플라즈마 프로모트 CVD:Plasma Promo CVD:

(Ⅶ) (Ⅶ)

(주된 부산물)(Main byproduct)

열 CVD:Thermal CVD:

(Ⅷ) (Ⅷ)

(주된 부산물)(Main byproduct)

열 CVD:Thermal CVD:

(Ⅸ) (Ⅸ)

(주된 부산물)(Main byproduct)

본 발명은, 본 발명의 방법에 따라 증착된 순수한 탄탈 또는 기타 탄탈을 주성분으로 하는 막의 조성 및 형태와 함께, 이하의 비한정적인 실시예에 따라서 기술된다.The present invention is described in accordance with the following non-limiting examples, together with the composition and shape of the film which is pure tantalum or other tantalum based film deposited according to the method of the present invention.

(실시예1)Example 1

표준적인 CVD 증착반응실내에서 플라즈마 프로모트 CVD 법에 따라 순수한 탄탈막이 준비되었다. 소스 프리커서는 140℃ 내지 200℃의 범위내의 승화온도를 가지는 5브롬화 탄탈이었다. 막들은 100 mtorr 내지 10 torr의 증착반응기내에서 작업반응압력하에 준비되었다. 캐리어 가스는 10 표준 cm3/min 내지 100 표준 cm3/min 사이 범위의 유량을 가지는 수소였다. 반응가스는 또한 100 표준 cm3/min 내지 1000 표준 cm3/min 사이 범위의 유량을 가지는 수소로서 선택되었다. 기판온도는 300℃ 내지 500℃ 였다. RF 플라즈마가 0.1 W/cm2내지 0.25 W/cm2의 범위의 전력밀도로 사용되었다. 이 막은 규소 및 이산화규소 웨이퍼기판상에 증착되었다.Pure tantalum films were prepared in a standard CVD deposition chamber by the plasma promoter CVD method. The source precursor was tantalum bromide with a sublimation temperature in the range of 140 ° C to 200 ° C. The films were prepared under working reaction pressure in a deposition reactor of 100 mtorr to 10 torr. The carrier gas was hydrogen with a flow rate in the range between 10 standard cm 3 / min and 100 standard cm 3 / min. The reaction gas was also selected as hydrogen having a flow rate in the range between 100 standard cm 3 / min and 1000 standard cm 3 / min. Substrate temperature was 300 to 500 degreeC. RF plasma was used at a power density in the range of 0.1 W / cm 2 to 0.25 W / cm 2 . This film was deposited on silicon and silicon dioxide wafer substrates.

제조된 탄탈막은 금속성, 연속적 및 거울면상태였다. 도 1 은 800 표준 cm3/min 수고, 160℃ 의 승화온도, 수소전력밀도 0.35 Å, 반응실내의 작업압력이 700mtorr에서 성장된 탄탈막의 X 선 회전분석을 나타낸다. 형성된 막은 규소 웨이퍼 기판상의 350Å 막의 면에 수직인 방향에서 측정된 두께를 가진다. 도 1 의 X 선 회절분석은 다결정 탄탈상에 대응하는 다중 회절피이크를 나타낸다. X 선 광전자 스펙트로스코프가 물리전자모델 10-360 구형 캐패시터 분석기를 사용하여 동일한 시료에서 수행되었다. 83.8 eV 에서의 금 f7/2라인이 기준선으로서 채택되었으며, 분석기의 눈금도 그에 따라 조정되었다. 모든 스펙트럼이 0.8eV 의 해상도에서 5eV 의 패스에너지를 사용하여 얻어졌다. 15keV 및 300W 의 1차 x광선(MgKa, 1274eV)이 선택되었다. 분석실의 압력은 10-10torr 범위였으며, 결과는 고순도로 스퍼터링된 탄탈시료를 사용하여 표준화되었다. 모든 시료는 데이터의 획득전에 스퍼터링에 의하여 세정되었다. CVD 막과 유사한 조성 및 화학적 환경과 본딩의 표준의 선택은 x 선 광전자 스펙트로스코프 분석에 있어서의 높은 정밀도를 허용한다. 결과는 세정공정동안에 유되된 화학 및 구조적 변화가, 만약에 있다면, 표준 및 CVD 제조된 막에서와 기본적으로 동일할 것이라는 예상에 근거한 것이다. x 선 광전자스펙트럼은 도 2 에 나타내었으며, x 선 광전자 스펙트로스코프의 1 at% 검출한도이하의 오염레벨에서의 순수한 탄탈상을 나타낸다.The tantalum film produced was metallic, continuous and mirrored. Fig. 1 shows the X-ray rotation analysis of a tantalum film grown at 800 standard cm 3 / min labor, sublimation temperature of 160 ° C., hydrogen power density 0.35 kPa, and working pressure in the reaction chamber at 700 mtorr. The formed film has a thickness measured in the direction perpendicular to the plane of the 350 mm 3 film on the silicon wafer substrate. X-ray diffraction analysis of FIG. 1 shows multiple diffraction peaks corresponding to polycrystalline tantalum phases. X-ray optoelectronic spectroscopes were performed on the same sample using a physical electronic model 10-360 spherical capacitor analyzer. The gold f 7/2 line at 83.8 eV was adopted as the baseline, and the scale of the analyzer was adjusted accordingly. All spectra were obtained using a pass energy of 5 eV at a resolution of 0.8 eV. Primary ke-rays of 15 keV and 300 W (MgKa, 1274 eV) were selected. The pressure in the chamber was in the range of 10 -10 torr and the results were normalized using high purity sputtered tantalum samples. All samples were cleaned by sputtering before data acquisition. The choice of composition and chemical environment and bonding standards similar to CVD films allows high precision in x-ray optoelectronic spectroscopy analysis. The results are based on the expectation that the chemical and structural changes inherent during the cleaning process, if any, will be essentially the same as in standard and CVD prepared films. The x-ray photoelectron spectrum is shown in FIG. 2 and shows pure tantalum at contamination levels below the 1 at% detection limit of the x-ray photoelectron spectroscope.

동일한 막의 화학적 조성은, 물리전자 모델 15-110B 원통형 거울분석기를 사용한 오제(Auger)전자 스펙트로스코피에 의하여 다시 시험되었다. 83.8eV 에서의 금 f7/2선이 기준석으로 채택되었으며, 그에 따라 분석기의 눈금도 조정되었다. 1mA 에서의 5keV 의 1차전자에너지가 사용되었다. 분석실의 압력은 10-10torr 범위였으며, 결과는 고순도 스퍼터링된 탄탈시료를 사용하여 표준화되었다. 모든 시료는 데이터의 획득전에 스퍼터링에 의하여 세정되었다. CVD 막과 유사한 본딩 및 화학적 환경과 조성의 표준을 선택함으로써 오제전자 스펙트로스코피 분석에 있어서의 높은 정밀도를 얻었다. x 선 광전자 스펙트로스코피의 경우와 마찬가지로, 결과는 세정공정동안에 유도된 화학적 및 구조적 변화가 기본적으로는 표준 및 플라즈마 프로모트 CVD 제조된 막과 동일한 것이라는 예상에 근거한 것이다. 도 3 에 나타낸 오제전자 스펙트럼은, 오제전자 스펙트로스코피의 1 at% 검출오차 이하의 오염수준으로, 탄탈상의 순도에 관한 x 선 광전자 스펙트로스코피에 의한 발견결과를 확인해준다. 4점 프로우브 고유저항 측정으로, 막의 고유저항이 117μohm-cm 임을 발견하였다.The chemical composition of the same membrane was again tested by Auger electron spectroscopy using a physical electronic model 15-110B cylindrical mirror analyzer. The gold f 7/2 line at 83.8 eV was chosen as the reference stone and the analyzer scale was adjusted accordingly. The primary electron energy of 5 keV at 1 mA was used. The pressure in the chamber was in the range of 10 -10 torr and the results were normalized using high purity sputtered tantalum samples. All samples were cleaned by sputtering before data acquisition. High precision in Auger Spectroscopy analysis was obtained by selecting standards of bonding and chemical environment and composition similar to CVD films. As with the x-ray optoelectronic spectroscopy, the results are based on the expectation that the chemical and structural changes induced during the cleaning process are basically the same as the standard and plasma promoter CVD prepared films. The Auger electron spectrum shown in FIG. 3 confirms the results of the X-ray photoelectron spectroscopy on the purity of tantalum phase at a contamination level below 1 at% detection error of the Auger electron spectroscopy. Four-point probe resistivity measurements revealed that the film had a resistivity of 117 μohm-cm.

러더포드(Rutherford) 후면산란 스펙트럼이 2 MeVHe+선을 사용하여 얻어졌으며, 고순도의 금과 탄소막 및 규소의 벌크시료로써 눈금이 정해졌다. 러더포드 후면산란 스펙트럼은 도 4 에 도시하였다. 이 측정은, 탄탈상의 순도, 특히 탄탈막내의 무거운 원소의 오염이 없다는 관점과 관련하여 오제전자 스펙트로스코피 및 x 선 광전자 스펙트로스코피법에서 발견된 사실을 확인해준다. 특히, 러더포드 후면산란 스펙트럼은 막내에 3at% 이하의 브롬이 있음을 나타낸다.Rutherford backscattering spectra were obtained using a 2 MeVHe + line and calibrated with bulk samples of high purity gold and carbon films and silicon. Rutherford backscattering spectra are shown in FIG. 4. This measurement confirms the facts found in Auger Spectroscopy and X-ray Photoelectron Spectroscopy in relation to the purity of tantalum phase, especially the absence of contamination of heavy elements in the tantalum film. In particular, Rutherford backscattering spectra indicate that there is less than 3 at% bromine in the film.

규소기판과 관련된 탄탈막의 성질은 다음에 조사되었다. 탄탈막은 규소 또는 이산화규소에 잘 고착된 것으로 관찰되었다. 막의 스텝커버리지의 단면스캐닝 전자마이크로스코프 분석도 채택되었다. "절연보호"라는 용어는 복합 토포그래피를 가지는 기판을 균일하게 덮는 막 또는 피복을 말한다. 피복의 균일도는 예를 들면 기판내의 홀의 벽 및 바닥을 따른 피복의 두께를 시험하고, 또한 피복의 두께에 있어서의 변화를 결정함으로써 측정될 수 있다. 이러한 측정은 홀 외부의 기판면에서의 두께에 대한 홀의 바닥에서의 두께의 비율인 스텝커버리지에 대한 값을 산출한다. 단면스캐닝 전자마이크로스코피가 Zeiss DSM940 현미경을 사용하여, 20 keV 의 1차 전자비임 및 4μA 의 빔전류를 채택하여 수행되었다. 도 5에 나타낸 단면스캐닝 전자현미경사진은 어스펙트비가 4 (그의 직경으로 나누어진 비아의 높으로서 정의됨)인 0.25 μm 의 비아의 절연보호 스텝커버리지를 나타내는 350Å두께의 탄탈막에 대한 것이다.The properties of tantalum films related to silicon substrates were investigated next. Tantalum films were observed to adhere well to silicon or silicon dioxide. Cross-sectional scanning electron microscopy analysis of membrane step coverage was also adopted. The term "insulation protection" refers to a film or coating that uniformly covers a substrate having a composite topography. Uniformity of the coating can be measured, for example, by testing the thickness of the coating along the walls and bottoms of the holes in the substrate and also determining the change in the thickness of the coating. This measurement yields a value for step coverage, which is the ratio of the thickness at the bottom of the hole to the thickness at the substrate surface outside the hole. Single-sided scanning electron microscopy was performed using a Zeiss DSM940 microscope employing a primary electron beam of 20 keV and a beam current of 4 μA. The cross-sectional scanning electron micrograph shown in FIG. 5 is for a 350 mm thick tantalum film showing the insulation protection step coverage of a 0.25 μm via having an aspect ratio of 4 (defined as the height of the via divided by its diameter).

도 5 의 현미경사진은 플라즈마 프로모트 CVD를 사용한 4:1 어스펙트비와 0.25μm 직경의 트랜치가 기판에 증착된 탄탈막이 80% 의 스텝커버리지를 가진 것을 보여준다. 도 5 는 두꺼운 질화탄탈막을 산출하는 연장된 증착시간 후에도, 본 발명방법에서 사용된 플라즈마 프로모트 CVD 는 높은 스텝커버리지로 절연보호파막을 제공함을 나타낸다. 이 막은 수소 및 5 브롬화 탄탈을 사용하여 준비되었다.The micrograph of FIG. 5 shows that a tantalum film deposited on a substrate with a 4: 1 aspect ratio and a 0.25 μm diameter trench using plasma promoter CVD has 80% step coverage. 5 shows that even after an extended deposition time yielding a thick tantalum nitride film, the plasma promoter CVD used in the method of the present invention provides an insulating protective film with high step coverage. This membrane was prepared using hydrogen and tantalum 5 bromide.

실시예 2Example 2

표준 CVD 증착반응실내에서 열 CVD 법에 따른 순수한 TaNx막이 준비되었다. 소스 프리커서는 140℃ 내지 200℃ 범위의 승화온도를 가지는 5브롬화 탄탈이었다. 이 막은 10 표준 cm3/min 내지 100 표준 cm3/min 의 유량에서 캐리어가스로서 수소를 사용하고, 100 mtorr 내지 10 torr 의 증착반응기의 내부에서의 작업압력을 사용하여 준비되었다. 질소를 함유하는 반응가스는 100 표준 cm3/min 내지 1000 표준 cm3/min 유량의 암모니아였다. 기판온도 및 반응기의 온도는 250 ℃ 내지 500℃ 였다. 이 막은 규소 및 이산화규소 웨이퍼기판상에 증착되었다.Pure TaN x films were prepared by thermal CVD in a standard CVD deposition chamber. The source precursor was tantalum bromide with a sublimation temperature in the range of 140 ° C to 200 ° C. The membrane was prepared using hydrogen as a carrier gas at a flow rate of 10 standard cm 3 / min to 100 standard cm 3 / min and using a working pressure inside the deposition reactor of 100 mtorr to 10 torr. The reaction gas containing nitrogen was ammonia at a flow rate of 100 standard cm 3 / min to 1000 standard cm 3 / min. The substrate temperature and the reactor temperature were 250 ° C to 500 ° C. This film was deposited on silicon and silicon dioxide wafer substrates.

생성된 질화탄탈막은 금속성이며, 연속적이고, 거울면상태였다. x 선 회절분석이 170℃ 의 승화온도를 가지는 600 표준 cm3/min 암모니아로 425℃에서 TaN1.2막의 성장에 대해서 채택되었다. 반응기의 작업압력은 950 mtorr 였다. 도 6 은 규소기판상에 증착된 1900Å의 두께를 가지는 막을 가진 막에 대한 x 선 회절패턴을 나타낸다. x 선 회전패턴은, 대부분 비정질 TaN1.2상에 대응하는 회전피이크를 나타내었다. x 선 광전자 스펙트로스코피는 물리전자 Model 10-360 구형패캐시터 분석기를 사용하여 수행되었다. 83.8 eV 에서의 금 f7/2라인이 기준선으로 채택되었으며 그에 따라 분석기의 눈금도 정해졌다. 15keV 및 300W 의 1차 x 선 (MgKa, 1274eV)이 사용되었다. 분석실의 압력은 10-10torr 범위였으며, 결과는, 고순도로 스퍼터링된 TaN 시료를 사용하여 표준화되었다. 모든 시료는 데이터의 취득전에 스퍼터링으로 세정되었다. CVD 막과 유사한 조성 및 화학적 환경과 본등의 표준을 선택함으로써 x 선 광전자 스펙트로스코프 분석에 있어서의 높은 정밀도를 허용한다. 결과는, 세정공정동안에 유도된화학적 및 구조적변화가 표준 및 CVD 로 제조된 막에서와 기본적으로 동일한 것이라는 예상에 근거한 것이다. x 선 광전자 스펙트럼은 도 7a 에 동일한 시료에 대하여 나타내었으며, x 선 광전자 스펙트로스크피의 1at% 검출한도 아래의 오염수준의 순수한 TaN1.2상을 나타낸다. TaN 내의 N 피이크의 x 선 광전자 고해상 스펙트럼은 도 7b에서 나타낸 바와 같은 질화상에 대응하는 398.2 eV 의 결합에너지를 생성한다.The resulting tantalum nitride film was metallic, continuous, and mirrored. X-ray diffraction analysis was adopted for the growth of a TaN 1.2 film at 425 ° C. with 600 standard cm 3 / min ammonia with a sublimation temperature of 170 ° C. The working pressure of the reactor was 950 mtorr. 6 shows an x-ray diffraction pattern for a film with a film having a thickness of 1900 μs deposited on a silicon substrate. The x-ray rotation pattern exhibited a corresponding rotation peak mostly on amorphous TaN 1.2 . X-ray photoelectron spectroscopy was performed using a physical electronic Model 10-360 spherical capacitor analyzer. The gold f 7/2 line at 83.8 eV was chosen as the baseline and the analyzer calibrated accordingly. Primary x-rays (MgKa, 1274 eV) of 15 keV and 300 W were used. The pressure in the assay chamber ranged from 10 -10 torr and the results were normalized using TaN samples sputtered with high purity. All samples were cleaned by sputtering before data acquisition. Choosing standards such as composition and chemical environment and the like, similar to CVD films, allows for high precision in x-ray optoelectronic spectroscopic analysis. The results are based on the expectation that the chemical and structural changes induced during the cleaning process are essentially the same as in films made by standard and CVD. X-ray photoelectron spectra are shown for the same sample in FIG. 7A, showing pure TaN 1.2 phase of contamination levels below the 1 at% detection limit of x-ray photoelectron spectroscopy. The x-ray photoelectron high resolution spectrum of the N peak in TaN produces a binding energy of 398.2 eV corresponding to the nitride image as shown in FIG. 7B.

막의 화학적 조성은 마찬가지로 물리전자 Model 15-110B 원통형 거울 분석기를 사용한 오제전자 스펙트로스코피에 의하여 시험되었다. 83.8 eV 에서의 금f7/2선이 기준선으로서 채택되었으며, 분석기의 눈금도 그에 따라 조정되었다. 모든 스펙트럼은 23.5 eV 의 통과에너지를 사용하여 얻어졌다. 1mA에서 5keV 의 1차 전자에너지가 사용되었다. 분석실의 압력은 10-10torr 범위였으며, 결과는 고순도로 스퍼터링된 TaN 시료를 사용하여 표준화되었다. 모든 시료들은 데이터의 획득전에 스퍼터링에 의하여 세정되었다.The chemical composition of the membrane was likewise tested by Auger Spectroscopy using a Physical Electronics Model 15-110B Cylindrical Mirror Analyzer. The gold 7/2 line at 83.8 eV was taken as the baseline and the scale of the analyzer was adjusted accordingly. All spectra were obtained using a pass energy of 23.5 eV. At 1 mA, 5 keV of primary electron energy was used. The pressure in the assay chamber was in the range of 10 -10 torr and the results were normalized using high purity sputtered TaN samples. All samples were cleaned by sputtering before data acquisition.

CVD 막과 유사한 본딩 및 화학적 환경과 조성의 표준을 선택함으로써 오제전자 스펙트로스코피 분석에 있어서의 높은 정밀도를 얻었다. x 선 광전자 스펙트로스코피의 경우와 마찬가지로, 결과는 세정공정동안에 유도된 화학적 및 구조적 변화가 기본적으로는 표준 및 플라즈마 프로모트 CVD 제조된 막과 동일한 것이라는 예상에 근거한 것이다. 도 8 에 나타낸 오제전자 스펙트럼은, 오제전자 스펙트로스코피의 1 at% 검출오차 이하의 오염수준으로, TaN상의 순도에 관한 x 선 광전자 스펙트로스코피에 의한 발견결과를 확인해준다. 4점 프로우브 고유저항 측정으로, 막의 고유저항이 2 × 104μohm-cm 임을 발견하였다.High precision in Auger Spectroscopy analysis was obtained by selecting standards of bonding and chemical environment and composition similar to CVD films. As with the x-ray optoelectronic spectroscopy, the results are based on the expectation that the chemical and structural changes induced during the cleaning process are basically the same as the standard and plasma promoter CVD prepared films. The Auger electron spectrum shown in FIG. 8 confirms the results of the X-ray photoelectron spectroscopy on the purity of the TaN phase at a contamination level below 1 at% detection error of the Auger electron spectroscopy. Four-point probe resistivity measurements revealed that the film had a resistivity of 2 × 10 4 μohm-cm.

러더포드 후면산란 스펙트럼이 2 MeVHe+선을 사용하여 얻어졌으며, 고순도의 스퍼터된 TaN 막과 탄소막 및 규소의 벌크시료로써 눈금이 정해졌다. 막의 러더포드 후면산란 측정은 도 9 에 도시하였으며, TaN상의 순도, 특히 TaN1.2막내의 무거운 원소의 오염이 없다는 관점과 관련하여 오제전자 x 선 광전자 스펙트로스코피법에서 발견된 사실을 확인해준다. 특히, 러더포드 후면산란 스펙트럼은 막내에 1at% 이하의 브롬이 있음을 나타낸다.Rutherford backscattering spectra were obtained using 2 MeVHe + lines and calibrated with bulk samples of high purity sputtered TaN film, carbon film and silicon. Rutherford backscattering measurements of the membranes are shown in FIG. 9, confirming the fact that they were found in Auger X-ray photoelectron spectroscopy with respect to the purity of TaN phase, especially the absence of heavy element contamination in the TaN 1.2 membrane. In particular, Rutherford backscattering spectra indicate that there is less than 1 at% bromine in the film.

규소기판과 관련된 TaN1.2막의 성질도 마찬가지로 조사되었다. 질화탄탈막은 규소 또는 이산화규소에 잘 고착된 것으로 관찰되었다. 막의 스텝커버리지의 단면스캐닝 전자마이크로스코프 분석도 채택되었다. 단면스캐닝 전자마이크로스코피는 Zeiss DSM940 현미경을 사용하여, 20 keV 의 1차 전자비임 및 4μA 의 빔전류를 채택하여 수행되었다. 도 10 에 나타낸 단면스캐닝 전자현미경사진은 어스펙트비가 4 인 0.25 μm 의 비아의 절연보호 스텝커버리지를 나타내는 1900Å두께의 TaN막에 대한 것이다.The nature of the TaN 1.2 film associated with the silicon substrate was also investigated. Tantalum nitride films were observed to adhere well to silicon or silicon dioxide. Cross-sectional scanning electron microscopy analysis of membrane step coverage was also adopted. Single-sided scanning electron microscopy was performed using a Zeiss DSM940 microscope employing a primary electron beam of 20 keV and a beam current of 4 μA. The cross-sectional scanning electron micrograph shown in FIG. 10 is for a 1900 mm thick TaN film showing the insulation protection step coverage of a 0.25 μm via having an aspect ratio of 4.

도 10 의 현미경사진은 열 CVD를 사용한 4:1 어스펙트비와 명목상의 0.25μm 직경의 트랜치가 기판에 증착된 탄탈막이 80% 의 스텝커버리지를 가진 것을 보여준다. 이러한 현미경사진은 두꺼운 질화탄탈막을 산출하는 연장된 증착시간 후에도, 본 발명방법에서 사용된 열 CVD 는 높은 스텝커버리지로 절연보호파막을 제공함을 나타낸다. 이 막은 소스프리커서로서 5 브롬화 탄탈을, 반응가스로서 암모니아를 사용하여 준비되었다.The micrograph of FIG. 10 shows that a tantalum film deposited on a substrate with a 4: 1 aspect ratio and a nominal 0.25 μm diameter trench using thermal CVD has 80% step coverage. These micrographs show that even after an extended deposition time yielding a thick tantalum nitride film, thermal CVD used in the method of the present invention provides an insulating protective film with high step coverage. This membrane was prepared using tantalum 5 bromide as the source precursor and ammonia as the reaction gas.

실시예 3Example 3

TaBr5를 탄탈 소스프리커서로서 사용하여 플라즈마 프로모트 화학적 증착이 수행되었다. 소스 프리커서는 CVD 공정동안 가열테이프 및 관련된 전원의 조합에 의하여 140℃ 및 200℃ 사이의 온도까지 가열된 승화기내에 놓여졌다. 고압 진공밸브에 의하여 승화기로부터 분리되어 있는 매스플로우 콘트롤러가 승화기내로 수소 캐리어가스를 10 내지 100 표준 cm3/min 의 유량으로 조정되었다. 소스 프리커서증기와 수소캐리어가스의 혼합물이 CVD 반응기내로 반송되었다. 모든 반송 및 전송선과 고압 진공분리밸브들은 프리커서 재응축을 방지하기 위하여 140℃ 및 200℃ 범위내의 온도로 유지되었다.Plasma promoter chemical deposition was performed using TaBr 5 as a tantalum source precursor. The source precursor was placed in a sublimer heated to a temperature between 140 ° C. and 200 ° C. by a combination of heating tape and associated power source during the CVD process. The mass flow controller, separated from the sublimer by a high pressure vacuum valve, regulated the hydrogen carrier gas at a flow rate of 10 to 100 standard cm 3 / min into the sublimer. A mixture of source precursor steam and hydrogen carrier gas was returned to the CVD reactor. All return and transmission lines and high pressure vacuum separation valves were maintained at temperatures in the range of 140 ° C. and 200 ° C. to prevent precursor recondensation.

증착은 6인치 웨이퍼에 대하여, 냉각벽, 스테인레스강 CVD 반응기내에서 수행되었다. 반응기는 2개의 전극으로 만들어진 다이오드 타입, 평판형 플라즈마장치가 구비된 것이다. 상부판은 능동전극으로 기능하며, 무선주파(13.56MHz) 전원에 의하여 구동되었다. 이는 "메쉬(mesh)"형으로 구성된 것이며, 기판으로 반응제가 막힘없이 흘러가도록 한다. 수소 플라즈마는 0.1 내지 0.5 W/cm2의 범위내의 플라즈마 전력밀도에서 세정된 전증착기판에 대하여 사용되었으며, 0.1 내지 0.25 W/cm2의 전력밀도를 가지는 수소플라즈마가 실제 증착에 사용되었다. 기판(웨이퍼)은 하부, 접지된 플라즈마 전극상에 놓여졌으며, 저항성 히이터에 의하여 350 내지 500℃의 범위의 처리온도로 가열되었다. 공정의 청결정을 확실히 하기 위하여, 반응기는 0.3 torr 이하의 질소 또는 아르곤 분위기하에서 주기적으로 구워졌으며, 그리고, 150℃에서 한시간동안 10-6torr 까지 감압되었다. 2개의 펌프로 구성된 펌프장치는, 한 개는 극저온 펌프, 두 번째 것은 루츠 블로워 펌프였으며, 이들은 고진공 게이트 밸브에 의하여 반응기로부터 분리되었다. 극저온 펌프는 반응기내에 고진공 베이스압력을 보장하는데 사용되며, 루츠 블로워 펌프는 실제적인 CVD 가 진행되는 동안 고압가스의 수율을 적절히 취급하는데 사용된다. 고압 진공로드록 시스템이 6인치 웨이퍼를 반응기내로 반송 및 반입하기 위하여 사용되었다. 마지막으로, 반응기내로 수소(H2)가스를 공급하도록 측선이 사용되었다. 수소의 유량은 100 내지 1000 리터/분 이었으며, 매스플로우 콘트롤러 및 관련된 분리밸브를 사용하여 제어되었다.Deposition was performed in a cold wall, stainless steel CVD reactor, for 6 inch wafers. The reactor is equipped with a diode type, flat plate plasma device made of two electrodes. The top plate functions as an active electrode and is driven by a radio frequency (13.56 MHz) power supply. It consists of a "mesh" type and allows the reactants to flow into the substrate without clogging. Hydrogen plasma was used for predeposited substrates cleaned at a plasma power density in the range of 0.1 to 0.5 W / cm 2 , and hydrogen plasma having a power density of 0.1 to 0.25 W / cm 2 was used for the actual deposition. The substrate (wafer) was placed on a lower, grounded plasma electrode and heated by a resistive heater to a processing temperature in the range of 350 to 500 ° C. In order to ensure the cleanliness of the process, the reactor was baked periodically under nitrogen or argon atmosphere of 0.3 torr or less, and reduced to 10 -6 torr for 1 hour at 150 ° C. The pump device consisting of two pumps, one was a cryogenic pump and the second was a Roots blower pump, which were separated from the reactor by a high vacuum gate valve. Cryogenic pumps are used to ensure high vacuum base pressure in the reactor, and Roots blower pumps are used to properly handle high gas yields during actual CVD. A high pressure vacuum loadlock system was used to transport and load 6 inch wafers into the reactor. Finally, sidelines were used to feed hydrogen (H 2 ) gas into the reactor. The flow rate of hydrogen was 100-1000 liters / minute and was controlled using a massflow controller and associated isolation valves.

생성된 탄탈막은 금속성으로, 연속적이며, 거울면 상태였다. 이러한 구조적 및 전기적인 특성과 화학적 조성이 상기 실시예 1 및 2에서 논의된 바와 같이, x 선 회절, x 선 광전자 스펙트로스코피, 러더포드 후면산란, 4점 프로우브 및 단면 스캐닝 전자현미경촬영에 의하여 분석되었다. 이들 분석에 근거하면, 탄탈막들은 실시예 1에서 상술한 탄탈막의 전형적인 특성들을 나타내었다.The resulting tantalum film was metallic, continuous and mirrored. These structural and electrical properties and chemical compositions were analyzed by x-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy, Rutherford backscattering, 4-point probes, and cross-sectional scanning electron microscopy as discussed in Examples 1 and 2 above. It became. Based on these analyzes, the tantalum films exhibited the typical properties of the tantalum film described in Example 1 above.

실시예 4Example 4

화학적 소스 프리커서로서 5브롬화 탄탈을 사용하여 열 CVD 에 의하여 TaN 막의 질화탄탈막 증착이 수행되었다. 실제적인 증착시에 플라즈마가 사용되지 않은 것을 제외하고는, 순수한 탄탈증착을 위하여 실시예 3에서 기술된 것과 유사한 처리조건하에서 수행되었다. 이 경우에, 기판은 저항성 히이터에 의하여 250℃ 내지 500℃ 범위의 처리온도로 가열되었으며, 질소를 함유하는 반응가스 및 캐리어가스로서 암모니아가 사용되었다. 측선을 통하여 100 내지 1000 리터/분 유량의 NH3가 매스플로우 콘트롤러 및 관련된 분리밸브에 의하여 제어되었다.Tantalum nitride film deposition of a TaN film was performed by thermal CVD using tantalum pentabromide as a chemical source precursor. It was performed under similar processing conditions as described in Example 3 for pure tantalum deposition, except that no plasma was used during the actual deposition. In this case, the substrate was heated to a treatment temperature in the range of 250 ° C to 500 ° C by a resistive heater, and ammonia was used as the reaction gas and carrier gas containing nitrogen. Through the sidelines NH 3 at a flow rate of 100 to 1000 liters / minute was controlled by the massflow controller and associated separation valves.

생성된 탄탈막은 금속성으로, 연속적이며, 거울면 상태였다. 이러한 구조적 및 전기적인 특성과 화학적 조성이 x 선 회절, x 선 광전자 스펙트로스코피, 러더포드 후면산란, 4점 프로우브 및 단면 스캐닝 전자현미경촬영에 의하여 분석되었다. 이들 분석에 근거하면, 탄탈막들은 실시예 2에서 상술한 탄탈막의 전형적인 특성들을 나타내었다.The resulting tantalum film was metallic, continuous and mirrored. These structural and electrical properties and chemical compositions were analyzed by x-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy, Rutherford backscattering, four-point probe and cross-sectional scanning electron microscopy. Based on these analyzes, the tantalum films exhibited the typical properties of the tantalum film described above in Example 2.

실시예 5Example 5

소스 프리커서로서 5브롬화 탄탈을 사용하여 순수한 탄탈 및 질화탄탈의 2층의 연속적인 증착이 본래의 장소에서 수행되었다. 순수한 탄탈층이 아르곤을 캐리어 가스로 하여 상기 실시예 3에서 기술된 플라즈마 프로모트 CVD를 사용하여 먼저 성장되었다. 그리고, 플라즈마를 끄고, 질소를 함유하는 반응가스로서 기능하는 암모니아로 아르곤을 대체하고 실시예 4에서 상술한 방법으로 열 CVD를 사용하여 탄탈층의 상부에 질화탄탈층이 성장되었다. 이 막들은 상기에서와 같이 분석되었으며, 실시예 1 및 2에서 기술된 바와 같은 탄탈 및 질화탄탈의 성질을 나타내는 것이 발견되었다. 어떤 조건하에서는, 탄탄층의 질소 도핑이 질화탄탈의 증착단계에서도 가능하였다. 이러한 실시예는 실시예 2에서 형성된 막과 관련하여 나타내었으며, 도 10 에 나타낸 바와 같은 오제전자 스펙트럼내에 예시되어 있다.Successive depositions of two layers of pure tantalum and tantalum nitride were performed in situ using tantalum pentabromide as the source precursor. The pure tantalum layer was first grown using the plasma promoter CVD described in Example 3 above with argon as the carrier gas. Then, the tantalum nitride layer was grown on top of the tantalum layer by turning off the plasma, replacing argon with ammonia functioning as a reaction gas containing nitrogen, and using thermal CVD in the manner described in Example 4. These films were analyzed as above and were found to exhibit the properties of tantalum and tantalum nitride as described in Examples 1 and 2. Under certain conditions, nitrogen doping of the tantalum layer was possible even during the deposition of tantalum nitride. This example is shown in relation to the film formed in Example 2 and is illustrated in the Auger electron spectrum as shown in FIG. 10.

본 발명의 방법에 따라 제조된 막들은 전자적인 등급의 순도를 가지며, 따라서, 극도로 엄격한 순도를 요구하는 마이크로 전자응용분야와 같은 것에 사용되기에 적합하다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 바에 따라 제조된 막들은 1 at% 이하의 탄소 및 산소순도레벨을 가진다. 본 발명의 방법으로부터 준비된 막들은 또한 요오드, 브롬, 염소 또는 불소화 같은 할로겐의 오염이 거의 없었다. 따라서, 본 발명의 방법에 의하여 막들은 약 5 at% 이하의 할로겐 오염 및 보다 바람직하게는 1 at% 이하의 오염도를 달성할 수 있다.Membranes prepared according to the method of the present invention have an electronic grade of purity and are therefore suitable for use in applications such as microelectronic applications requiring extremely stringent purity. Membranes prepared as described in the claims of the present invention have carbon and oxygen purity levels of 1 at% or less. The membranes prepared from the process of the invention also had little contamination of halogens such as iodine, bromine, chlorine or fluorination. Thus, by the method of the present invention, the membranes can achieve halogen contamination of about 5 at% or less and more preferably contamination level of 1 at% or less.

이러한 높은 순도로, 본 발명에 의하여 형성된 순수한 탄탈 및 탄탈을 주성분으로 하는 막들은 낮은 저항을 가진다. 본 발명의 막들은 약 50 내지 5,000 μohm-cm, 바람직하게는 50 내지 1000 μohm-cm, 보다 바람직하게는 40 내지 150μohm-cm 의 고유저항을 가진다.With this high purity, pure tantalum and tantalum based films formed by the present invention have low resistance. The membranes of the present invention have a resistivity of about 50 to 5,000 μohm-cm, preferably 50 to 1000 μohm-cm, more preferably 40 to 150 μohm-cm.

종래기술의 화학적 증착방법에 비하여, 본 발명의 방법은 탄소, 산소 또는 할라이드 오염이 거의 없는 전자공학적 등급의 순도를 가지는 막을 제공한다. 스퍼터링기술에 비하여 본 발명은 마이크로전자 장치의 제조에 내재하는 특징들의 우수한 장점을 구비한다.Compared with the prior art chemical vapor deposition methods, the method of the present invention provides an electrotechnical grade film with little carbon, oxygen or halide contamination. Compared to sputtering techniques, the present invention has the superior advantages of the features inherent in the manufacture of microelectronic devices.

당업자에게 있어서는, 본 발명의 광범위한 발명개념으로부터 벗어나지 않고서도, 상술한 실시예에 대하여 다양한 변경이 가능함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술한 특정한 실시예에 한정되는 것이 아니며, 이들 실시예는 단순히 첨부된 특허청구의 범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 요지 및 범위내에서의 변형을 포괄하는 것을 의도한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the broad inventive concept of the invention. Accordingly, the invention is not intended to be limited to the specific embodiments described above, but these embodiments are intended merely to cover modifications within the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.

Claims (26)

(a) (ⅰ) 기판과;(a) (iii) a substrate; (ⅱ) 일반식 (I)을 가지는 증기상태의 소스 프리커서: 및(Ii) a vapor source precursor having general formula (I): and (I) (I) (여기에서, m 은 0 내지 5 의 정수, n 은 0 내지 4 의 정수, p 는Where m is an integer from 0 to 5, n is an integer from 0 to 4, p is 0 내지 4 의 정수, R 은 수소 및 하급알킬로 구성되는 군으로부터 선택된 것)An integer from 0 to 4, R is selected from the group consisting of hydrogen and lower alkyl) (ⅲ) 적어도 하나의 캐리어 가스를 증착실내로 도입하는 단계와;(Iii) introducing at least one carrier gas into the deposition chamber; (b) 상기 기판상에 탄탈을 포함하여 구성되는 막을 증착하는데 충분한 시간동안 상기 증착실내의 상기 기판의 온도를 약 70℃ 내지 약 675℃의 온도로 유지하는 단계를 포함하여 구성되는, 기판상에 탄탈을 포함하여 구성되는 막을 화학적 증착하는 방법.(b) maintaining the temperature of the substrate in the deposition chamber at a temperature of about 70 ° C. to about 675 ° C. for a time sufficient to deposit a film comprising tantalum on the substrate. A method of chemical vapor deposition of a film comprising tantalum. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 한 개의 캐리어가스는 수소, 헬륨, 산소, 불소, 네온, 염소, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 암모니아, 히드라진, 아산화질소 및 수증기로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the at least one carrier gas is selected from the group consisting of hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, ammonia, hydrazine, nitrous oxide and water vapor. Which method is chosen. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스의 유량은 0 이상 10 l/min 미만인 방법.The method of claim 1 wherein the flow rate of the at least one gas is greater than 0 and less than 10 l / min. 제 1 항에 있어서, 기판상에 탄탈을 포함하여 구성되는 막을 증착하기에 충분한 시간주기동안 약 0.01 W/cm2내지 약 10 W/cm2의 플라즈마 전력밀도를 가지는 플라즈마를 상기 증착실내로 도입하는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 방법.The method of claim 1, wherein a plasma having a plasma power density of about 0.01 W / cm 2 to about 10 W / cm 2 is introduced into the deposition chamber for a time period sufficient to deposit a film comprising tantalum on a substrate. The method further comprises the steps. 제 4 항에 있어서, 상기 플라즈마는 약 0 Hz 내지 108kHz 의 주파수를 가지는 방법.The method of claim 4, wherein the plasma has a frequency of about 0 Hz to 10 8 kHz. 제 1 항에 있어서, 적어도 직류 바이어스, 500kHz 의 저주파 바이어스, 500kHz 내지 106kHz 의 고주파 바이어스, 106kHz 내지 108kHz의 마이크로 주파 바이어스중의 하나를 상기 기판에 인가하는 단계를 더욱 포함하여 구성되는 방법.The method of claim 1, further comprising applying one of at least a direct current bias, a low frequency bias of 500 kHz, a high frequency bias of 500 kHz to 10 6 kHz, and a micro frequency bias of 10 6 kHz to 10 8 kHz to the substrate. How to be. 제 6 항에 있어서, 상기 전기적 바이어스는 0 Watts/cm2이상 약 103Watts/cm2이하의 전력밀도를 가지는 방법.7. The method of claim 6, wherein the electrical bias has a power density of at least 0 Watts / cm 2 and at most about 10 3 Watts / cm 2 . 제 7 항에 있어서, 상기 전기적 바이어스는 0 Watts/cm2이상 약 10 Watts/cm2이하의 전력밀도를 가지는 방법.8. The method of claim 7, wherein the electrical bias has a power density of at least 0 Watts / cm 2 and at most about 10 Watts / cm 2 . 제 1 항에 있어서, 상기 기판은, 금속, 유리, 플라스틱 및 폴리머로 구성되는 군으로부터 선택된 재료를 포함하여 구성되는 방법.The method of claim 1, wherein the substrate comprises a material selected from the group consisting of metal, glass, plastic, and polymer. 제 9 항에 있어서, 상기 기판은, 알루미늄, 베릴륨, 카드뮴, 세륨, 크롬, 코발트, 구리, 갈륨, 금, 철, 납, 망간, 몰리브덴, 니켈, 팔라듐, 플레티늄, 레늄, 로듐, 은, 스테인레스 스틸, 스틸, 철, 스트론튬, 주석, 티탄, 텅스텐, 아연, 지르코늄 및 그의 합금과 그들의 화합물로 구성되는 군으로부터 선택된 금속인 방법.The method of claim 9, wherein the substrate is aluminum, beryllium, cadmium, cerium, chromium, cobalt, copper, gallium, gold, iron, lead, manganese, molybdenum, nickel, palladium, platinum, rhenium, rhodium, silver, stainless steel And a metal selected from the group consisting of steel, iron, strontium, tin, titanium, tungsten, zinc, zirconium and their alloys and their compounds. 제 1 항에 있어서, 상기 증착실내의 상기 기판의 상기 온도가 약 250℃ 내지 약 500℃ 로 유지되는 방법.The method of claim 1, wherein the temperature of the substrate in the deposition chamber is maintained at about 250 ° C. to about 500 ° C. 7. 제 1 항에 있어서, 상기 소스 프리커서는 5브롬화 탄탈인 방법.The method of claim 1, wherein the source precursor is tantalum pentabromide. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 한 개의 캐리어가스가 수소인 방법.The method of claim 1 wherein said at least one carrier gas is hydrogen. 제 1 항에 있어서, 상기 탄탈을 포함하여 구성되는 막은 순수한 탄탈막이며;2. The film of claim 1, wherein the film comprising tantalum is a pure tantalum film; 상기 적어도 한 개의 캐리어가스는 수소, 헬륨, 산소, 불소, 네온, 염소, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소 및 수증기로 구성되는 군으로부터 선택되며;The at least one carrier gas is selected from the group consisting of hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide and water vapor; 상기 증착실내의 상기 기판의 상기 온도는 약 100℃ 내지 약 675℃로 유지되는 방법.The temperature of the substrate in the deposition chamber is maintained at about 100 ° C to about 675 ° C. 제 1 항에 있어서, 상기 탄탈을 포함하여 구성되는 막은 TaSiy막이며, 여기에서 y 는 0 이상 3 이하이며;The film of claim 1, wherein the film comprising tantalum is a TaSi y film, wherein y is 0 or more and 3 or less; 공정(a)는 상기 증착실내로:Process (a) is carried into the deposition chamber: (ⅳ) 증기상태의 규소를 포함하여 구성되는 화합물을 도입하는 공정을 더욱 포함하여 구성되며; 상기 적어도 한 개의 캐리어 가스는 수소, 헬륨, 산소, 불소, 네온, 염소, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소 및 수증기로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인 방법.(Iii) introducing a compound comprising silica in the vapor state; The at least one carrier gas is selected from the group consisting of hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide and water vapor. 제 15 항에 있어서, 상기 규소를 포함하여 구성되는 화합물은 일반식 (II)을 가지는 방법:The method of claim 15, wherein the compound comprising silicon has general formula (II): (II) (II) 여기에서, m 은 0 내지 4 의 정수, n 은 0 내지 4 의 정수, p 는 0 내지 4 의 정수, R 은 수소 및 하급알킬로 구성되는 군으로부터 선택된다.Wherein m is an integer of 0 to 4, n is an integer of 0 to 4, p is an integer of 0 to 4, R is selected from the group consisting of hydrogen and lower alkyl. 제 1 항에 있어서, 상기 탄탈을 포함하여 구성되는 막은 TaNx막이며, 여기에서 x 는 0 이상 2 이하이며;2. The film of claim 1, wherein the film comprising tantalum is a TaN x film, wherein x is 0 or more and 2 or less; 공정 (a)는 상기 증착실내로:Process (a) is carried into the deposition chamber: (ⅳ) 상기 적어도 하나의 캐리어가스와 동일 또는 상이한, 질소를 포함하여 구성되는 반응가스를 도입하는 공정을 더욱 포함하여 구성되는 방법.And (iii) introducing a reaction gas comprising nitrogen, the same or different as said at least one carrier gas. 제 17 항에 있어서, 상기 질소를 포함하는 상기 반응가스는, 아산화질소, 암모니아, 질소 및 히드라진으로 구성되는 군으로부터 선택되는 방법.18. The method of claim 17, wherein the reaction gas comprising nitrogen is selected from the group consisting of nitrous oxide, ammonia, nitrogen, and hydrazine. 제 1 항에 있어서, 상기 탄탈을 포함하여 구성되는 막은 TaNxSiy막이며, 여기에서 x 는 0 이상 2 이하이며, y 는 0 이상 3 이하이고;2. The film of claim 1, wherein the film comprising tantalum is a TaN x Si y film, wherein x is 0 or more and 2 or less, and y is 0 or more and 3 or less; 공정 (a)은 상기 증착실내로:Process (a) is carried into the deposition chamber: (ⅳ) 증기상태의 규소를 포함하여 구성되는 화합물; 및(Iii) a compound comprising silicon in vapor form; And (ⅴ) 적어도 하나의 캐리어가스와 동일하거나 상이할 수 있는, 질소를 포함하여 구성되는 반응가스를 도입하는 공정을 더욱 포함하여 구성되며;(Iii) introducing a reaction gas comprising nitrogen, which may be the same as or different from at least one carrier gas; 상기 적어도 하나의 캐리어가스는 수소, 헬륨, 산소, 불소, 네온, 염소, 아르곤, 크립톤, 크세논, 질소, 암모니아, 히드라진, 아산화질소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 수증기로 구성되는 군으로부터 선택되는 방법.Wherein said at least one carrier gas is selected from the group consisting of hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, nitrogen, ammonia, hydrazine, nitrous oxide, carbon monoxide, carbon dioxide and water vapor. 제 19 항에 있어서, 상기 규소를 포함하여 구성되는 화합물을 하기 일반식(II)을 가지는 방법:20. The method of claim 19, wherein the compound comprising silicon comprises the following general formula (II): (II) (II) 여기에서, m 은 0 내지 4 의 정수, n 은 0 내지 4 의 정수, p 는 0 내지 4 의 정소, R 은 수소 및 저급알킬로 구성되는 군으로부터 선택되는 것임.M is an integer of 0-4, n is an integer of 0-4, p is a testicular of 0-4, R is chosen from the group which consists of hydrogen and lower alkyl. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, (c) 상기 기판이 상기 증착실내에 고정되어 있는 동안 다중층 구조를 형성하기 위하여 상기 기판상에 증착된 상기 막상에 탄탈을 포함하여 구성되는 제 2 막을 증착하며, 상기 탄탈을 포함하여 구성되는 제 2 막은 순수한 탄탈막, TaNx막(x 는 0 이상 2 이하); TaSiy막(y는 0 이상 2 이하); 및 TaNxSiy막으로 구성되는 군으로부터 선택된 것인 방법.(c) depositing a second film comprising tantalum on the film deposited on the substrate to form a multi-layer structure while the substrate is fixed in the deposition chamber, the second film comprising tantalum; 2 film is pure tantalum film, TaN x film (x is 0 or more and 2 or less); TaSi y film (y is 0 or more and 2 or less); And a TaN x Si y film. 제 21 항에 있어서, 상기 제 2 막은 순수한 탄탈막이며,The film of claim 21, wherein the second film is a pure tantalum film, 공정(c)는: 수소, 헬륨, 산소, 불소, 네온, 염소, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소 및 수증기로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 캐리어가스 및 증기상태의 상기 소스 프리커서를 상기 증착실내로 도입하는 공정을 더욱 포함하여 구성되며,Process (c) comprises: said source precursor in vapor form and at least one carrier gas selected from the group consisting of hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide and water vapor; It further comprises a step of introducing into the deposition chamber, 상기 증착실을 약 100℃ 내지 약 675℃의 온도로 유지하는 방법.Maintaining the deposition chamber at a temperature of about 100 ° C to about 675 ° C. 제 21 항에 있어서, 상기 제 2 막은 TaNx막이며, 여기에서 x 는 0 이상 2 이하이며,The method of claim 21, wherein the second film is a TaN x film, wherein x is 0 or more and 2 or less, 공정(c)는, 상기 증착실내로, 상기 증기상태의 소스 프리커서와, 상기 적어도 하나의 캐리어가스 및 상기 적어도 하나의 가스와 동일 또는 상이할 수 있는 질소를 포함하여 구성되는 반응가스를 도입하는 공정을 더욱 포함하여 구성되며;The step (c) introduces into the deposition chamber a reaction gas comprising the source precursor in the vapor state and the at least one carrier gas and nitrogen which may be the same as or different from the at least one gas. Further comprising a process; 상기 증착실을 약 100℃ 내지 약 675℃의 온도로 유지하는 방법.Maintaining the deposition chamber at a temperature of about 100 ° C to about 675 ° C. 제 21 항에 있어서, 상기 제 2 막은 TaSiy막이며, 여기에서 y 는 0 이상 2 이하이며;The film of claim 21, wherein the second film is a TaSi y film, wherein y is 0 or more and 2 or less; 공정(c)는, 상기 증착실내로:Step (c) is carried out into the deposition chamber: 상기 증기상태의 소스 프리커서와;The source precursor in the vapor state; 수소, 헬륨, 산소, 불소, 네온, 염소, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소 및 수증기로 구성되는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 캐리어가스; 및 증기상태의 규소를 포함하여 구성되는 화합물을 도입하는 공정을 더욱 포함하여 구성되는 방법.At least one carrier gas selected from the group consisting of hydrogen, helium, oxygen, fluorine, neon, chlorine, argon, krypton, xenon, carbon monoxide, carbon dioxide and water vapor; And introducing a compound comprising vaporized silicon. 제 21 항에 있어서, 상기 제 2 막은 TaNxSiy막이며, 여기에서 x 는 0 이상 2 이하이고, y 는 0 이상 3 이하이며;The method of claim 21, wherein the second film is a TaN x Si y film, wherein x is 0 or more and 2 or less, and y is 0 or more and 3 or less; 공정(c)는, 상기 증착실내로:Step (c) is carried out into the deposition chamber: 상기 증기상태의 소스 프리커서와;The source precursor in the vapor state; 상기 적어도 하나의 캐리어 가스와;The at least one carrier gas; 증기상태의 규소를 포함하여 구성되는 화합물; 및A compound comprising silicon in vapor state; And 적어도 하나의 캐리어가스와 동일 또는 상이할 수 있는 질소를 포함하여 구성되는 반응가스를 도입하는 공정을 더욱 포함하여 구성되는 방법.And introducing a reaction gas comprising nitrogen which may be the same as or different from at least one carrier gas. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 규소를 포함하여 구성되며:The substrate of claim 1, wherein the substrate comprises silicon: (c) 탄탈을 포함하여 구성되는 상기 증착막상에 규소를 제공하기 위하여 약 700℃ 내지 약 950℃ 의 온도까지 탄탈을 포함하여 구성되는 상기 증착막 및 상기 기판을 가열하는 것을 더욱 포함하여 구성되는 방법.(c) further comprising heating the substrate and the deposited film comprising tantalum to a temperature of about 700 ° C. to about 950 ° C. to provide silicon on the deposited film comprising tantalum.
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