(57)【要約】  本発明の実施形態は、３種以上の前駆体を用いる周期的層堆積の装置及び方法に関する。一実施形態においては、該方法は少なくとも一サイクルの前駆体を供給して三元材料層を形成するステップを含んでいる。少なくとも一サイクルの前駆体を供給するステップは、第一前駆体のパルスを導入するステップと、第二前駆体のパルスを導入するステップと、第三前駆体のパルスを導入するステップとを含み、その３種の前駆体のうちの２つのパルスが同時に又は連続して導入される。他の実施形態においては、該方法は第一前駆体のパルスを導入するステップと、第二前駆体のパルスを導入するステップと、第一前駆体と第二前駆体の導入を少なくとも一回繰り返して該基板表面上に二元材料を形成するステップと、第三前駆体のパルスを導入して三元材料層を形成するステップとを含んでいる。
2005512337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高融点金属窒化シリコン層を下にある層の表面上に堆積させる方法であって、
窒素含有前駆体のパルスを導入するステップであって、高融点金属含有前駆体とシリコン含有前駆体の該下にある層への拡散を防止するために該窒素含有前駆体がまず導入される、前記ステップと、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給して該高融点金属窒化シリコン層を形成するステップであって、該少なくとも一サイクルが
該高融点金属含有前駆体のパルスを導入する工程と、
該窒素含有前駆体のパルスを導入する工程と、
該シリコン含有前駆体のパルスを導入する工程と
を含む、前記ステップとを含む、前記方法。
【請求項２】
アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、及びその組合せからなる群より選ばれたパージガスを連続的に流すステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
該窒素含有前駆体、高融点金属含有前駆体、シリコン含有前駆体の各パルス後に、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、及びその組合せからなる群より選ばれたパージガスのパルスを流すことを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
該高融点金属窒化シリコン層が形成された後に、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、及びその組合せからなる群より選ばれた１種以上のガスから生成されたプラズマで処理するステップを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
該高融点金属窒化シリコン層の材料がタンタル窒化シリコン(ＴaxＳiyＮz)及びチタン窒化シリコン(ＴixＳiyＮz)からなる群より選ばれる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
ＴaxＳiyＮzが、タンタルとシリコンと窒素とをｘが約０.６以下であり、ｙ＋ｚが約０.４以下であり、ｙが約０.００１〜約０.４であり、ｚが約０.００１〜約０.４である割合で含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
ＴixＳiyＮzが、チタンとシリコンと窒素とをｘが約０.６以下であり、ｙ＋ｚが約０.４以下であり、ｙが約０.００１〜約０.４であり、ｚが約０.００１〜約０.４である割合で含む、請求項５記載の方法。
【請求項８】
該高融点金属含有前駆体が、ペンタキス(ジメチルアミノ)タンタル(ＰＤＭＡＴ)、ペンタキス(エチルメチルアミノ)タンタル(ＰＥＭＡＴ)、ペンタキス(ジエチルアミノ)タンタル(ＰＤＥＡＴ)、t-ブチルイミノトリス(ジエチルアミノ)タンタル(ＴＢＴＤＥＴ)、t-ブチルイミノトリス(ジエチルメチルアミノ)タンタル(ＴＢＴＭＥＴ)、t-ブチルイミノトリス(ジメチルアミノ)タンタル(ＴＢＴＤＭＴ)、ビス(シクロペンタジエニル)タンタル三水素化物、ビス(メチルシクロペンタジエニル)タンタル三水素化物、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項１記載の方法。
【請求項９】
該高融点金属含有前駆体が、テトラキス(ジメチルアミノ)チタン(ＴＤＭＡＴ)、テトラキス(エチルメチルアミノ)チタン(ＴＥＭＡＴ)、テトラキス(ジエチルアミノ)チタン(ＴＤＥＡＴ)、四塩化チタン(ＴiＣl4)、ヨウ化チタン(ＴiＩ4)、臭化チタン(ＴiＢr4)、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
該シリコン含有前駆体が、シラン、ジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、クロロシラン(ＳiＨ3Ｃl)、ジクロロシラン(ＳiＨ2Ｃl2)、トリクロロシラン(ＳiＨＣl3)、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
該窒素含有前駆体が、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、t-ブチルヒドラジン、フェニルヒドラジン(Ｃ6Ｈ5Ｎ2Ｈ3)、2,2’-アゾイソブタン((ＣＨ3)6Ｃ2Ｎ2)、エチルアジド(Ｃ2Ｈ5Ｎ3)、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
高融点金属窒化シリコン層を下にある層の表面上に堆積させる方法であって、
窒素含有前駆体のパルスを導入するステップであって、高融点金属含有前駆体とシリコン含有前駆体の該下にある層への拡散を防止するために該窒素含有前駆体がまず導入される、前記ステップと、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給して該高融点金属窒化シリコン層を形成するステップであって、該少なくとも一サイクルが
該高融点金属含有前駆体を導入する工程と、
該窒素含有前駆体と該シリコン含有前駆体のパルスを同時に導入して該表面と接触させ且つそれに吸収させる工程と
を含む、前記ステップとを含む、前記方法。
【請求項１３】
アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、及びその組合せからなる群より選ばれたパージガスを連続的に流すステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
該前駆体の各パルス後に、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、及びその組合せからなる群より選ばれたパージガスのパルスを流すことを更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
該高融点金属窒化シリコン層が形成された後に、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、及びその組合せからなる群より選ばれた１種以上のガスから生成されたプラズマで処理するステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
該高融点金属窒化シリコン層の材料がタンタル窒化シリコン(ＴaxＳiyＮz)及びチタン窒化シリコン(ＴixＳiyＮz)からなる群より選ばれる、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
ＴaxＳiyＮzが、タンタルとシリコンと窒素とをｘが約０.６以下であり、ｙ＋ｚが約０.４以下であり、ｙが約０.００１〜約０.４であり、ｚが約０.００１〜約０.４である割合で含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
ＴixＳiyＮzが、チタンとシリコンと窒素とをｘが約０.６以下であり、ｙ＋ｚが約０.４以下であり、ｙが約０.００１〜約０.４であり、ｚが約０.００１〜約０.４である割合で含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
該高融点金属含有前駆体が、ペンタキス(ジメチルアミノ)タンタル(ＰＤＭＡＴ)、ペンタキス(エチルメチルアミノ)タンタル(ＰＥＭＡＴ)、ペンタキス(ジエチルアミノ)タンタル(ＰＤＥＡＴ)、t-ブチルイミノトリス(ジエチルアミノ)タンタル(ＴＢＴＤＥＴ)、t-ブチルイミノトリス(ジエチルメチルアミノ)タンタル(ＴＢＴＭＥＴ)、t-ブチルイミノトリス(ジメチルアミノ)タンタル(ＴＢＴＤＭＴ)、ビス(シクロペンタジエニル)タンタル三水素化物、ビス(メチルシクロペンタジエニル)タンタル三水素化物、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
該高融点金属含有前駆体が、テトラキス(ジメチルアミノ)チタン(ＴＤＭＡＴ)、テトラキス(エチルメチルアミノ)チタン(ＴＥＭＡＴ)、テトラキス(ジエチルアミノ)チタン(ＴＤＥＡＴ)、四塩化チタン(ＴiＣl4)、ヨウ化チタン(ＴiＩ4)、臭化チタン(ＴiＢr4)、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
該シリコン含有前駆体が、シラン、ジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、クロロシラン(ＳiＨ3Ｃl)、ジクロロシラン(ＳiＨ2Ｃl2)、トリクロロシラン(ＳiＨＣl3)、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項１２記載の方法。
【請求項２２】
該窒素含有前駆体が、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、t-ブチルヒドラジン、フェニルヒドラジン(Ｃ6Ｈ5Ｎ2Ｈ3)、2,2’-アゾイソブタン((ＣＨ3)6Ｃ2Ｎ2)、エチルアジド(Ｃ2Ｈ5Ｎ3)、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項１２記載の方法。
【請求項２３】
三元材料層を基板構造上に堆積させる方法であって、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給して二元材料層をその基板表面上に形成するステップであって、該少なくとも一サイクルの前駆体が第一前駆体のパルスを導入する工程と、第二前駆体のパルスを導入する工程とを更に含む、前記ステップと、
該二元材料層を形成した後に、第三前駆体のパルスを導入して三元材料層を形成するステップと
を含む、前記方法。
【請求項２４】
アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、及びその組合せからなる群より選ばれたパージガスを連続的に流すステップを更に含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
３種の該前駆体の各パルス後に、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、及びその組合せからなる群より選ばれたパージガスのパルスを流すことを更に含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２６】
該二元材料層が形成された後に、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、及びその組合せからなる群より選ばれた１種以上のガスから生成されたプラズマで該基板表面を処理するステップを更に含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２７】
該三元材料層が形成された後に、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、及びその組合せからなる群より選ばれた１種以上のガスから生成されたプラズマで該基板表面を処理するステップを更に含む、請求項２３記載の方法。
【請求項２８】
該三元材料層がタンタル窒化シリコン及びチタン窒化シリコンからなる群より選ばれた材料を含んでいる、請求項２３記載の方法。
【請求項２９】
高融点金属窒化シリコン層を基板表面上に形成する方法であって、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給して高融点金属窒化物層を該基板表面上に形成するステップであって、該少なくとも一サイクルの前駆体が窒素含有前駆体と高融点金属含有前駆体のパルスの連続導入を更に含む、前記ステップと、
シリコン含有前駆体のパルスを導入して該高融点金属窒化物と接触させ且つそれに吸着させるステップと
を含む、前記方法。
【請求項３０】
アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、及びその組合せからなる群より選ばれたパージガスを連続的に流すステップを更に含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
該高融点金属含有前駆体、該窒素含有前駆体、該シリコン含有前駆体の各パルス後に、アルゴン、窒素、水素、ヘリウム、及びその組合せからなる群より選ばれたパージガスのパルスを流すことを更に含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３２】
該高融点金属窒化物層が形成された後に、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、及びその組合せからなる群より選ばれた１種以上のガスから生成されたプラズマで該基板表面を処理するステップを更に含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３３】
該高融点金属窒化シリコン層が形成された後に、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、及びその組合せからなる群より選ばれた１種以上のガスから生成されたプラズマで該基板表面を処理するステップを更に含む、請求項２９記載の方法。
【請求項３４】
該高融点金属窒化シリコン層の材料がタンタル窒化シリコン(ＴaxＳiyＮz)及びチタン窒化シリコン(ＴixＳiyＮz)からなる群より選ばれる、請求項２９記載の方法。
【請求項３５】
ＴaxＳiyＮzが、タンタルとシリコンと窒素とをｘが約０.６以下であり、ｙ＋ｚが約０.４以下であり、ｙが約０.００１〜約０.４であり、ｚが約０.００１〜約０.４である割合で含む、請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
ＴixＳiyＮzが、チタンとシリコンと窒素とをｘが約０.６以下であり、ｙ＋ｚが約０.４以下であり、ｙが約０.００１〜約０.４であり、ｚが約０.００１〜約０.４である割合で含む、請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
該高融点金属含有前駆体が、ペンタキス(ジメチルアミノ)タンタル(ＰＤＭＡＴ)、ペンタキス(エチルメチルアミノ)タンタル(ＰＥＭＡＴ)、ペンタキス(ジエチルアミノ)タンタル(ＰＤＥＡＴ)、t-ブチルイミノトリス(ジエチルアミノ)タンタル(ＴＢＴＤＥＴ)、t-ブチルイミノトリス(ジエチルメチルアミノ)タンタル(ＴＢＴＭＥＴ)、t-ブチルイミノトリス(ジメチルアミノ)タンタル(ＴＢＴＤＭＴ)、ビス(シクロペンタジエニル)タンタル三水素化物、ビス(メチルシクロペンタジエニル)タンタル三水素化物、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項２９記載の方法。
【請求項３８】
該高融点金属含有前駆体が、テトラキス(ジメチルアミノ)チタン(ＴＤＭＡＴ)、テトラキス(エチルメチルアミノ)チタン(ＴＥＭＡＴ)、テトラキス(ジエチルアミノ)チタン(ＴＤＥＡＴ)、四塩化チタン(ＴiＣl4)、ヨウ化チタン(ＴiＩ4)、臭化チタン(ＴiＢr4)、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項２９記載の方法。
【請求項３９】
該シリコン含有前駆体が、シラン、ジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、クロロシラン(ＳiＨ3Ｃl)、ジクロロシラン(ＳiＨ2Ｃl2)、トリクロロシラン(ＳiＨＣl3)、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項２９記載の方法。
【請求項４０】
該窒素含有前駆体が、アンモニア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン、t-ブチルヒドラジン、フェニルヒドラジン(Ｃ6Ｈ5Ｎ2Ｈ3)、2,2’-アゾイソブタン((ＣＨ3)6Ｃ2Ｎ2)、エチルアジド(Ｃ2Ｈ5Ｎ3)、及びその誘導体からなる群より選ばれる、請求項２９記載の方法。
【請求項４１】
タンタル窒化シリコン層を下にある層の表面上に堆積チャンバ内で形成する方法であって、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給するステップであって、該少なくとも一サイクルが
窒素含有前駆体のパルスを導入する工程であって、タンタル含有前駆体とシリコン含有前駆体の該下にある層への拡散を防止するために該窒素含有前駆体がまず導入される、前記工程と、
該シリコン含有前駆体のパルスを導入して該表面と接触させ且つそれに吸着させる工程と、
該タンタル含有前駆体のパルスを導入して該表面と接触させ且つそれに吸着させる工程であって、該窒素含有前駆体の該パルスの該導入後と該タンタル含有前駆体の該パルスの該導入前に該シリコン含有前駆体の該パルスが導入される、前記工程と
を含む、前記ステップを含む、前記方法。
【請求項４２】
タンタル窒化シリコン層を下にある層の表面上に堆積チャンバ内で形成する方法であって、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給するステップであって、該少なくとも一サイクルが
窒素含有前駆体のパルスをチャンバ内へ導入する工程であって、タンタル含有前駆体とシリコン含有前駆体の該下にある層への拡散を防止するために該窒素含有前駆体がまず導入される、前記工程と、
該タンタル含有前駆体のパルスを該表面と接触させ且つそれに吸着させる工程と、
該シリコン含有前駆体のパルスを導入して該表面と接触させ且つそれに吸着させる工程であって、該タンタル含有前駆体の該パルスの該導入後に、該シリコン含有前駆体の該パルスが導入される、前記工程と
を含む、前記ステップを含む、前記方法。
【請求項４３】
タンタル窒化シリコン層を下にある層の表面上に形成する方法であって、
窒素含有前駆体のパルスを堆積チャンバの内に導入するステップであって、タンタル含有前駆体とシリコン含有前駆体の該下にある層への拡散を防止するために該窒素含有前駆体がまず導入される、前記ステップと、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給して該タンタル金属窒化シリコン層を該表面上に形成するステップであって、該少なくとも一サイクルが
該タンタル含有前駆体のパルスを導入して該表面と接触させ且つそれに吸着させる工程と、
該窒素含有前駆体のパルスと該シリコン含有前駆体のパルスを該チャンバ内へ同時に導入する工程と
を含む、前記ステップとを含む、前記方法。
【請求項４４】
タンタル窒化シリコン層を下にある層の表面上に形成する方法であって、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給して窒化タンタル層をその基板表面上に形成するステップであって、少なくとも一サイクルの前駆体が窒素含有前駆体とタンタル含有前駆体のパルスを連続導入して該窒化タンタル層を形成する工程を更に含む、前記ステップと、
その後、シリコン含有前駆体のパルスを導入して該窒化タンタル層と接触させ且つそれに吸着させるとともに該タンタル窒化シリコン層を形成するステップと
を含む、前記方法。
【請求項４５】
タンタル窒化シリコン層を下にある層の表面上に堆積チャンバ内で形成する方法であって、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給するステップであって、該少なくとも一サイクルが
窒素含有前駆体のパルスを該堆積チャンバへ導入する工程であって、チタン含有前駆体とシリコン含有前駆体の該下にある層への拡散を防止するために該窒素含有前駆体がまず導入される、前記工程と、
該シリコン含有前駆体のパルスを導入して該表面と接触させ且つそれに吸着させる工程と、
該チタン含有前駆体のパルスを導入して該表面と接触させ且つそれに吸着させる工程であって、該窒素含有前駆体の該パルスの該導入後と該チタン含有前駆体の該パルスの該導入前に該シリコン含有前駆体の該パルスが導入される、前記工程と
を含む、前記ステップを含む、前記方法。
【請求項４６】
チタン窒化シリコン層を下にある層の表面上に堆積チャンバ内で形成する方法であって、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給して該チタン窒化シリコン層をその基板表面上に形成するステップであって、該少なくとも一サイクルが
窒素含有前駆体のパルスを該堆積チャンバへ導入する工程であって、チタン含有前駆体とシリコン含有前駆体の該下にある層への拡散を防止するために該窒素含有前駆体がまず導入される、前記工程と、
該チタン含有前駆体のパルスを導入して該表面と接触させ且つそれに吸着させる工程と、
該シリコン含有前駆体のパルスを導入して該表面と接触させ且つそれに吸着させる工程であって、該チタン含有前駆体の該パルスの該導入後に該シリコン含有前駆体の該パルスが導入される、前記工程と
を含む、前記ステップを含む、前記方法。
【請求項４７】
チタン窒化シリコン層を下にある層の表面上に形成する方法であって、
窒素含有前駆体のパルスを堆積チャンバ内に導入するステップであって、該チタン含有前駆体とシリコン含有前駆体の該下にある層への拡散を防止するために該窒素含有前駆体がまず導入される、前記ステップと、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給して該チタン窒化シリコン層を該表面上に形成するステップであって、該少なくとも一サイクルが
該チタン含有前駆体のパルスを導入して該表面と接触させ且つそれに吸着させる工程と、
該窒素含有前駆体のパルスと該シリコン含有前駆体のパルスを該チャンバへ同時に導入する工程と
を含む、前記ステップとを含む、前記方法。
【請求項４８】
チタン窒化シリコンを基板構造上に形成する方法であって、
少なくとも一サイクルの前駆体を供給して窒化チタン層をその基板表面上に形成するステップであって、該少なくとも一サイクルが窒素含有前駆体とチタン含有前駆体のパルスを連続導入して該窒化チタン層を形成する、前記ステップと、
シリコン含有前駆体のパルスを該チャンバへ導入して該窒化チタン層と接触させ且つそれに吸着させるとともに該チタン窒化シリコン層を形成する、前記ステップと
を含む、前記方法。
【請求項４９】
下にある高融点金属窒化シリコンバリヤ/接着層を有する金属膜を基板構造上に堆積チャンバ内で形成する方法であって、
該高融点金属窒化シリコン層をその基板上に請求項１記載の方法で堆積させて、該高融点金属窒化シリコン層が続いてのメタライゼーセンのバリヤ/接着層として作用するステップと、
該高融点金属窒化シリコン層上に金属層を堆積させるステップと
を含む、前記方法。
【請求項５０】
該高融点金属窒化シリコン層の材料がタンタル窒化シリコンとチタン窒化シリコンからなる群より選ばれる、請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
該金属膜が銅及びタングステンからなる群より選ばれる、請求項４９記載の方法。
【請求項５２】
高融点金属窒化シリコンバリヤ/接着層が下にある金属膜を基板構造上に堆積チャンバ内で形成する方法であって、
該高融点金属窒化シリコン層を該基板上に請求項１２の方法でによって堆積させて、該高融点金属窒化シリコン層が続いてのメタライゼーションのバリヤ/接着層として作用するようにステップと、
該高融点金属窒化シリコン層上に金属層を堆積させるステップと
を含む、前記方法。
【請求項５３】
該高融点金属窒化シリコン層の材料がタンタル窒化シリコンとチタン窒化シリコンからなる群より選ばれる、請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
該金属膜が銅及びタングステンからなる群より選ばれる、請求項５２記載の方法。
【請求項５５】
高融点金属窒化シリコンバリヤ/接着層が下にある金属膜を基板構造上に堆積チャンバ内で形成する方法であって、
該高融点金属窒化シリコン層を該基板上に請求項２９記載の方法によって堆積させて、該高融点金属窒化シリコンが続いてのメタライゼーションのバリヤ/接着層として作用するステップと、
該高融点金属窒化シリコン層上に金属層を堆積させるステップと
を含む、前記方法。
【請求項５６】
該高融点金属窒化シリコン層の材料がタンタル窒化シリコン及びチタン窒化シリコンからなる群より選ばれる、請求項５５記載の方法。
【請求項５７】
該金属膜が銅及びタングステンからなる群より選ばれる、請求項５５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]発明の実施形態は、一般的には、基板上に半導体層を堆積することに関する。更に詳細には、本発明は周期的堆積法を用いて高融点金属層を堆積する方法に関する。
関連技術の説明
[0002]ＶＳＬＩ又はＵＳＬＩ集積化によるサブクォーターミクロン半導体デバイスの要求は、様々な層、例えば、導電層や絶縁層を用いることを必要としている。典型的には、導電層は、ダマシーンプロセス又はデュアルダマシーンプロセスにより絶縁層内の横のラインと縦のコンタクトホール、バイア、トレンチ、又は開口のような形状と相互接続する。より高度な集積化とデバイス速度の増大とともに、これらの形状のサイズは０.２５ミクロン未満のアパーチャのように小さいことが要求され、形状のアスペクト比、即ち、高さ割る幅は、５：１より大きいこと、１０：１より大きいことさえも求められる。
【０００２】
[0003]ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、スタティックランダムメモリ（ＳＲＡＭ）マイクロプロセッサ等の半導体デバイスの製造においては、導電層を分離するとともに一材料が隣接の材料へ拡散することを防止するために絶縁層又はバリヤ層が用いられる。例えば、拡散バリヤは銅拡散を防ぐために、特に下にある低誘電率の誘電体層が使われる場合に必要とされる。低誘電率材料は、しばしば軟質で多孔性であり、隣接の材料への付着が不十分である。それ故、低誘電率材料と適合する銅層のような低誘電率の導電層を処理するために良好なバリヤ/接着層が必要である。
【０００３】
[0004]拡散バリヤは、また、導電層間の望ましくない反応、例えば、アルミニウムがシリコン表面に接触する場合のスパイク、又はアルミニウムがタングステンと直接接触する場合の高抵抗金属の形成を防止するために用いられる。更に、ＤＲＡＭ用途において高誘電率誘電体層のための接着又は封入材料又はゲート電極ライナとして拡散抵抗材料が用いられる。
【０００４】
[0005]高融点金属材料を含有するバリヤ/接着層は、一般にＶＬＳＩやＵＬＳＩのデバイスに用いられる。ライナ/バリヤ層を形成する集積回路製造において、チタン(Ｔi）、タンタル(Ｔa）、タングステン(Ｗ）、窒化チタン(ＴiＮ）、窒化タンタル(ＴaＮ）、窒化タングステン(ＷＮ)等の導電層への接着特性が良好な高融点金属材料が用いられてきた。
【０００５】
[0006]更に、高融点金属の窒化シリコン、例えば、タンタル窒化シリコン(ＴaＳiＮ）やチタン窒化シリコン(ＴiＳiＮ)の三元高融点金属材料は、窒化タンタル、窒化チタン、又は窒化タングステンのような二元高融点金属より優れたバリヤ層/接着層を形成する。タンタル窒化シリコン層を構成するために有機金属化学気相堆積(ＭＯＣＶＤ)によって窒化タンタル層へシリコンを配合すると、銅の相互接続部が窒化タンタルバリヤより良好な拡散及び/又は絶縁バリヤとして得られることが示されている。また、チタン窒化シリコン層を形成するために窒化チタン層へシリコンを配合すると、後のタングステン適用の前駆体としてフッ化タングステン(ＷＦ6)についてフッ素拡散の防止が援助される。しかしながら、そのような堆積方法は、ある適用には望ましくないことがある高い温度で行われ、配合される比率のようなバリヤ/接着層の組成を制御することは煩雑である。
【０００６】
[0007]更に、物理気相堆積(ＰＶＤ)や化学気相堆積(ＣＶＤ)のような従来の堆積プロセスは、高アスペクト比の形状を満たすことが困難であり、しばしばステップカバレージが不十分になり、一致性が不十分になり、副産物が形成される。高アスペクト比をもつデバイスの複雑なトポグラフィには、組成、厚さ、形態、又は電気特性のような膜特性に対して正確な制御が必要である。例えば、タングステンライナとして用いられる窒化チタン接着層の従来の製造は、製造後の仕上げたタングステンコンタクトのコンタクト抵抗性がしばしば高く且つ予想外に変化しうる。典型的には、窒化チタンは、従来のＣＶＤプロセス又はＰＶＤプロセスを用いてチタンの有機金属化合物を分解することによって堆積され、炭素や酸素の不純物を含有することがあり、結果として接着層の抵抗率が増大する。更に、窒化チタン層中の炭素や酸素の不純物は、シランによるフッ化タングステン(ＷＦ6)又は塩化タングステン(ＷＣl6)化合物の還元後に続いて堆積されるタングステンプラグＣＶＤプロセスの副産物と反応することができ、結果として核形成絶縁構造が局部的に形成される。
【０００７】
[0008]原子層堆積(ＡＬＤ)や急速連続化学気相堆積のような周期的堆積法は、基板表面反応より良好な制御度を与え、良好なステップカバレージを与えるためにアスペクト比が高い形状より材料層の堆積に適している。周期的堆積法を用いた二元材料層を形成する一例は、第一前駆体/反応体と第二前駆体/反応体のパルスの連続導入を含んでいる。例えば、一サイクルは第一前駆体のパルス、続いてパージガス及び/又はポンプ排気のパルス、続いて第二前駆体のパルス、続いてパージガス及び/又はポンプ排気のパルスを含むことができる。異なる前駆体の個々のパルスの連続導入により、基板表面上に交互の自己限界表面吸着又は化学吸着が生じるとともに各サイクルに対して二元材料の単層或いはそれ以下が形成される。このようにして、薄膜が単層或いはそれ以下として一回成長して前駆体としてタンタル含有前駆体とアンモニアガスを用いて堆積した層又は膜、例えば、窒化タンタル層を形成する。
【０００８】
[0009]堆積速度が従来のＣＶＤプロセスやＰＶＤプロセスより周期的堆積プロセスにおいては遅いが、ガス流量や堆積温度のようなプロセス条件が重要でない場合、簡易化されたチャンバ/リアクタで堆積を行うことができる。更に、周期的堆積プロセスは、低い温度で行うことができ、広い範囲の前駆体を用いることができる。３種の前駆体を用いる三元材料のコンホーマルな層を形成する周期的堆積法の満足な装置や方法は確立されていない。
【０００９】
[0010]それ故、三元金属窒化シリコン層を堆積させる反復可能で制御された方法が求められている。
【発明の概要】
【００１０】
[0011]本発明の実施形態は、３種以上の前駆体を用いた周期的層堆積の装置及び方法に関する。一実施形態においては、本方法は、窒素含有前駆体のパルスを導入するステップと、少なくとも一サイクルの前駆体を供給して三元材料層を形成するステップとを含んでいる。高融点金属含有前駆体とシリコン含有前駆体の下にある層への拡散を防止するために、窒素含有前駆体がまず導入される。少なくとも一サイクルの前駆体を供給するステップには、高融点金属含有前駆体のパルスを導入する工程と、窒素含有前駆体のパルスを導入する工程と、シリコン含有前駆体のパルスを導入する工程が更に含まれる。本実施形態の一態様においては、窒素含有前駆体とシリコン含有前駆体が順次導入される。他の態様においては、それらは同時に導入される。
【００１１】
[0012]他の実施形態においては、本方法は、第一前駆体のパルスを導入する工程と、第二前駆体のパルスを導入する工程と、第一前駆体と第二前駆体の導入を少なくとも一回繰り返して基板表面上に二元材料層を形成する工程と、第三前駆体のパルスを導入して三元材料層を形成する工程とを含んでいる。本実施形態の一つの態様においては、基板表面上に高融点金属窒化シリコン層を形成する方法は、少なくとも一サイクルの前駆体を供給して高融点金属窒化物層を形成し、その後、シリコン含有前駆体のパルスを導入して高融点金属窒化シリコン層を形成する工程をを含んでいる。
【００１２】
[0013]任意のプラズマ処理ステップは、様々な段階、例えば、三元材料層の形成中及び/又はその後に行うことができる。また、基板上にタンタル窒化シリコンとチタン窒化シリコンバリヤ/接着層を形成する方法、及び下にある高融点金属窒化シリコン層を持った銅膜又はタングステンプラグを形成する方法が提供される。
【００１３】
[0014]本発明の特徴が得られ且つ詳細に理解され得るように、上で簡単に纏めた本発明の更に具体的な説明は、添付の図面で例示されるその実施形態を参照することができる。しかしながら、添付の図面は、本発明の典型的な方法のみ説明しており、それ故その範囲を制限するものとしてみなすべきでないので、本発明が他の同等に有効な実施形態に加えることができることは留意すべきである。
【発明の詳細な説明】
【００１４】
[0025]周期的堆積法を用いて基板表面上に三元材料層を形成する方法が提供される。本方法は、少なくとも３種の前駆体を基板に分配するステップであって、少なくとも３種前駆体のうちの、二つの分配が同時に又は順次行われるステップを含んでいる。例えば、第一前駆体と第二前駆体が同時に導入された後に第三前駆体が導入される。あるいは、第一前駆体が導入され、その後、第二前駆体が順次導入された後に第三前駆体が導入される。従って、三元材料層の組成は、後述される、異なる堆積フローシーケンスを用いる異なる適用の要求に調節される。
【００１５】
[0026]本明細書に用いられる“周期的堆積”という用語は、薄い層を形成するために構造／基板の表面上に２種以上の反応種を周期的に流すことに適用され、原子層堆積や高速の連続化学気相堆積のような処理技術を含んでいる。本明細書で用いられる“三元材料”という用語は、三要素を含む組成物を有する材料として定義される。本明細書に用いられる“吸着”や“吸着する”という用語は、化学吸着、物理吸着、又は原子/分子がさらされた面に結合、反応、又は付着することができる他の現象を含むことを意味する。“基板構造”という用語は、膜処理が行われるあらゆる加工物を意味し、半導体基板又はガラス基板のような基板、又は誘導層又は他の層のような基板上に形成された他の材料層を示すために用いることができる。
【００１６】
三元材料の形成
[0027]一実施形態においては、基板表面上の三元材料層の形成は、図１Ａ〜１Ｄに記載されたフローシーケンスに従って行われる。図１Ａは、周期的堆積法を用いた３種の前駆体を含むフローシーケンス１００を示している。一般的には、基板はプロセスチャンバに装填され、チャンバ条件はステップ１１０で調整される。チャンバ条件はフローシーケンスに対応し、下にある種々の基板材料と続いてのメタライゼーションスキームが選択されて、三元層の所望の組成が得られる。典型的なチャンバ条件は、約１７５℃〜約３８０℃、例えば、約２５０℃〜３００℃の温度、約０.５Ｔorr〜約５０Ｔorr、例えば、約１Ｔorr〜約５Ｔorrの圧力を含んでいる。
【００１７】
[0028]ステップ１２０で、パージガスはチャンバへ連続フローとして導入される。パージガスの例としては、ヘリウム(Ｈe）、アルゴン(Ａr）、窒素(Ｎ2)、水素(Ｈ2)が挙げられるがこれらに限定されない。
【００１８】
[0029]ステップ１３０で、基板表面全体を飽和することができない第一前駆体単層又はそれ以下を形成するために第一前駆体のパルスを処理チャンバへ導入することにより構造/基板表面上に第一前駆体が吸着される。一実施形態においては、基板の下にある層へ拡散せずに基板表面上に吸着する前駆体が第一前駆体として堆積される。例えば、窒素含有前駆体が第一前駆体として選ばれることが好ましく、堆積した材料の拡散を避けることができる。
【００１９】
[0030]ステップ１４０で、第二前駆体のパルスを処理チャンバへ導入することにより構造/基板表面上に第二前駆体が吸着される。ステップ１５０で、第三前駆体のパルスをチャンバへ導入することにより基板上に第三前駆体が順次吸着される。３種の前駆体はキャリアガスの援助により任意に供給されてもよい。キャリアガスの例としては、ヘリウム(Ｈe)、アルゴン(Ａr)、窒素(Ｎ２）、水素(Ｈ２）、又は他のガスが挙げられるがこれらに限定はされない。パージガスとキャリアガスは、異なるガスフローを含んでもよく、同じガスフローを含んでもよい。パージガスとキャリアガスが異なるガスフローを含んでいる場合には、パージガスとキャリアガスは同じタイプのガスを含んでいることが好ましい。様々なガスの排気は、典型的には真空ポンプを用いて行われる。
【００２０】
[0031]典型的には、３種の前駆体の各々は、約５sccm〜約５０００sccm、例えば、約５０sccm〜約３００sccmの流量で分配される。更に、それぞれの導入は、それぞれのステップで数秒のパルスのような短いパルス時間行われ、約３０秒以内のような通常数秒の他の時間停止されて、ステップ１２０で導入されたパージガスによる各々のステップ後、未反応前駆体又はチャンバからの副産物の形成が除去される。
【００２１】
[0032]３種の前駆体の各パルスの持続時間は可変であり、各パルス間の持続時間も可変である。変更例は、他の処理条件の中でも用いられる異なる材料、用いられるフローシーケンス、堆積チャンバの体積容量、チャンバに結合される真空システムに左右される。各前駆体の各パルス間の典型的な持続時間は、約５０ミリ秒〜約３０秒、例えば、約１００ミリ秒〜５秒の間である。
【００２２】
[0033]あるいは、ステップ１２０で連続フローとして導入されたパージガスは、ステップ１３０、１４０、１５０で各前駆体を導入した後にパルスとして供給することができる。連続にしてもパルスにしても導入されるパージガス及び/又は導入される真空ポンプ排気は、過剰量の前駆体がチャンバ内に残存しているために前駆体の気相反応の可能性を現象させるとともに残存している前駆体、反応種、チャンバからの副産物を除去するために援助しうる。
【００２３】
[0034]３種の前駆体は、典型的には、原子の元素と一つ以上の反応性化学種を含んでいる。それぞれのステップで前駆体を吸着するために用いられる吸着プロセスは、基板表面の前駆体吸着のための反応性部位が有限であることから、或るパルスの間前駆体の一単層又はそれ以下が基板表面上に吸着することができると点で自己限界があると考えられる。有限の反応部位が前駆体によって占有されると、あらゆる前駆体の吸着が更に遮断される。吸着されない前駆体はいずれも、真空システム、キャリアガスフロー、及び/又はパージガスフローの結果としてチャンバから流される。
【００２４】
[0035]理論で縛られたくないが、ステップ１４０で導入される第二前駆体は、二元材料の単層又はそれ以下を形成するために第一前駆体の反応性化学種と反応することができる。ステップ１５０の第三前駆体の連続導入は、第一前駆体、第二前駆体、又は三元材料の単層又はそれ以下を形成する二元材料の反応性化学種と反応することができる。各単層は、原子層であってもよく、約５オングストローム以下、例えば、約１オングストローム以下であってもよく、堆積すべき材料に左右される。３種の前駆体の導入は、三元材料層の薄い単層を形成するため少なくとも一回繰り返され、三元材料層の厚さは各サイクルにつれて増加分で増大する。
【００２５】
[0036]それぞれの堆積サイクル後、三元材料の全体の厚さがステップ１６０で求められる。そのようなものとして、層の所望の厚さが達成されていない場合、ステップ１３０〜１５０が繰り返される。しかしながら、三元材料層の希望の厚さが達成された場合、ステップ１８０で示されているようにプロセスは停止する。典型的には、厚さが約１００オングストローム以下の三元材料層が堆積する。
【００２６】
[0037]任意により、プラズマ処理ステップはステップ１７０で行うことができる。プラズマ処理は、堆積した材料がコンホーマルにコンパクトになりかつ堆積した材料の抵抗率が低下するように堆積した層の表面を処理すると考えられる。ときには、堆積した層の厚さはプラズマ処理によって減少する。プラズマ処理に用いられるガスは、処理チャンバに結合している、水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、又はその組合せを含む原料ガスから生成される。プラズマ処理は、約３８０℃未満の温度と約１０Ｔorr未満の圧力で行われる。
【００２７】
[0038]図１Ｂは、二つの前駆体が同時に導入される本発明の一実施形態に従って周期的堆積プロセスを示すフローシーケンス２００である。第一前駆体と第二前駆体の同時分配と第三前駆体の連続分配によって第一前駆体、第二前駆体、第三前駆体をそれぞれ原子レベルで含有する薄い単層を含む三元材料層が得られると考えられる。
【００２８】
[0039]フローシーケンス２００は、ステップ２１０で基板を装填するステップと、ステップ２２０と任意のステップ２３０で基板をパージガスにさらして第一前駆体を分配し、続いてステップ２４０で第一前駆体と第二前駆体を同時に送達するステップとを含んでいる。次に、第三前駆体がステップ２５０で分配されて最小の単層の三元材料層が構成される。
【００２９】
[0040]ステップ２４０とステップ２５０は、三元材料層を形成するために少なくとも一回は反復/循環され、三元材料層の厚さは増分で増大する。各堆積サイクル後、三元材料層の全厚はステップ２６０で求められる。そのようなものとして、層の所望の厚さが達成されなかった場合には、ステップ２４０〜ステップ２５０が繰り返される。フローシーケンス１００のステップ１７０と同様の任意のプラズマ処理ステップは、ステップ２７０で示される。ステップ２８０で、堆積プロセスは三元層の所望の厚さで停止される。
【００３０】
[0041]図１Ｃは、本発明の他の実施形態に従ったフローシーケンス３００を示し、二つの前駆体が同時に導入される。フローシーケンス３００は、第一前駆体を分配する任意のステップ３３０と、ステップ３４０での第二前駆体の連続分配を含んでいる。例えば、第一前駆体は、ステップ３３０で選択され導入されることが好ましく、堆積すべきいずれの材料も下にある基板構造/表面への拡散が避けられる。フローシーケンス３００は、ステップ３５０での第一前駆体と第三前駆体の同時分配を更に含んでいる。
【００３１】
[0042]ステップ３４０と３５０は、次に、三元材料層を形成するため少なくとも一回反復/循環され、三元材料層の厚さは増分で増大する。各堆積サイクル後、三元材料層の全厚はステップ３６０で求められ、所望の厚さの層が得られなかった場合にステップ３４０〜ステップ３５０が繰り返される。ステップ３７０は、任意のプラズマ処理ステップを示している。所望の厚さの三元層得られた後、ステップ３８０でプロセスを停止する。
【００３２】
[0043]理論で縛られたくないが、上記図１Ｂと図１Ｃについて記載された二つの前駆体の同時導入は二つの前駆体間で競合が生じて基板表面上に吸着し且つ他の前駆体と反応する。コンホーマルに堆積した三元材料層が得られると考えられる。
【００３３】
[0044]下にある多孔性の低誘電率の誘電体層への拡散は、ある前駆体においての課題である。それ故、第一前駆体の分配は、基板へ拡散せずに第一前駆体を吸着することが含まれ、第二前駆体及び/又は第三前駆体が下にある層へ拡散することが避けられる。一実施形態においては、第一前駆体は、基板へ拡散する第二前駆体と第三前駆体と比べて傾向が少ない前駆体である。例えば、窒素含有前駆体は誘電体層へ拡散しないが、シリコン含有前駆体や高融点金属含有前駆体は第一前駆体として拡散問題を引き起こす。このことは、下にある多孔性低-ｋ誘電体層が存在する場合、銅メタライゼーションのバリヤ層として働く第三材料層を堆積することが特に重要である。結果として、前周期的堆積ステップ２３０と３３０は、フローシーケンス２００におけるステップ２４０とステップ２５０及びフローシーケンス３００におけるステップ３４０とステップ３５０の周期的堆積以前に行われる。
【００３４】
[0045]図１Ｄは、第三前駆体が導入される前に二つの前駆体が周期的に導入されて二元材料層を形成する発明の他の実施形態に従った周期的堆積プロセスを示すフローシーケンス４００である。フローシーケンス４００は、ステップ４５０で二元材料層の所定の厚さを形成するためにステップ４３０とステップ４４０で導入された第一前駆体と第二前駆体の周期的堆積を示す。次に、ステップ４７０で第三前駆体のパルスが導入されて基板表面上に薄い三元材料層を形成する。
【００３５】
[0046]ステップ４８０で、任意のプラズマステップ処理がフローシーケンス４００へ導入された後に、ステップ４９０で堆積プロセスが終了する。あるいは、プラズマ処理ステップは、ステップ４６０に示されているように、チャンバ内に導入される第三前駆体のパルス以前に行われてもよい。この場合、チャンバ内へ分配された第三前駆体のパルス以前に処理チャンバがパージされ、続いて、基板に三元材料層が形成される。
【００３６】
[0047]図１Ａ〜図１Ｄで示した３種の前駆体の連続分配は、異なる適用の要求に従って三元材料層の組成の調節ができる。このことは、例えば、３種の前駆体の各パルスの持続時間、３種の前駆体の分配の流量、３種の前駆体の、各パルスの堆積圧力、本明細書に記載された、異なるフローシーケンス、又は他の要因を調節することによって達成される。
高融点金属窒化シリコンの形成
[0048]高融点金属窒化シリコン層のような三元材料層を形成する具体的な方法を次に記載する。方法は、下にある誘電体層又はゲート誘電電極の表面のような基板表面上に高融点金属含有前駆体と、窒素含有前駆体と、シリコン含有前駆体とを周期的に堆積させることを必要とする。次に記載される様々な具体的なフローシーケンスは、高融点金属窒化シリコン層の組成、シリコン配合レベル、厚さ、密度、ステップカバレージを調節するために使用し得る。
【００３７】
[0049]例えば、本明細書に記載されるフローシーケンスによって形成された高融点金属窒化シリコン層は、組成(ＲXＳiYＮZ、ここでＲは高融点金属である)が約０.６以下(ｘ値)の高融点金属材料と合計約０.４以下(ｙ＋ｚ値)のシリコンと窒素、例えば、約０.４〜約約０.６以下(Ｘ値)の高融点金属材料と約０.０００１〜約０.４(ｙ値)のシリコンと約０.０００１〜約０.４(ｚ値)の窒素である。
【００３８】
[0050]一例には、約５５％のタンタルと、約１５％のシリコンと、約３０％の窒素とを有するフローシーケンス１００によって形成されたタンタル窒化シリコン層が含まれている。フローシーケンス２００によって形成された具体的なタンタル窒化シリコン層には、約６０％のタンタルと、約１０％のシリコンと、約３０％の窒素とが含まれている。
【００３９】
[0051]表１〜表３は、発明の実施形態に従って高融点金属窒化シリコン層を連続して周期的に形成する３種の前駆体、窒素含有前駆体、高融点金属含有前駆体、シリコン含有前駆体の使用を示すための具体的なフローシーケンスＡ〜Ｈを示すものである。
【００４０】
[0052]高融点金属窒化シリコン層を形成するフローシーケンス１００を用いた具体的なフローシーケンスＡ〜Ｄを表１に纏める。具体的なフローシーケンスＡ〜Ｄにおいては、各前駆体の周期的堆積によって形成された単層は、厚さが約１００オングストロームの高融点金属窒化シリコン層が形成されるまで増分で増大させることができる。高融点金属窒化シリコン層はタンタル窒化シリコン層又はチタン窒化シリコン層であり、用いられる高融点金属含有前駆体に左右される。
【００４１】
【表１】
2005512337.tif 000003
[0053]一態様においては、窒素含有前駆体がチャンバ内へ導入すべき第一前駆体として選ばれる。その他の二つの前駆体、高融点金属含有前駆体とシリコン含有前駆体が下にある層、例えば、誘電体層、特に多孔性の低誘電率誘電体層へ拡散する傾向が高いからである。
【００４２】
[0054]他の態様においては、具体的なフローシーケンスＡ〜Ｂは、シリコン含有前駆体と高融点金属含有前駆体の導入の順序がこのように形成された高融点金属窒化シリコン層における組成の調節ができるようにフローシーケンス１００によって行われる。例えば、具体的なフローシーケンスＢによって形成された高融点金属窒化シリコン層により、具体的なフローシーケンスＡによって形成された他の高融点金属窒化シリコン層よりシリコン配合が多くなることが見出された。
【００４３】
[0055]具体的なフローシーケンスＣとＤにおいては、窒素含有前駆体が処理チャンバへ最初に分配される具体的なフローシーケンスＡとＢと比べて高融点金属含有前駆体がその他の二つの前駆体の連続分配前に処理チャンバへ分配される。一実施形態においては、窒素含有前駆体とシリコン含有前駆体の二つの前駆体の順序を逆にしてタンタル窒化シリコンを形成することができ、このように形成された高融点金属窒化シリコン層の組成を調節し得ることが企図される。
【００４４】
【表２】
2005512337.tif 000004
[0056]高融点金属窒化シリコン層を形成するためにフローシーケンス２００を用いた具体的なフローシーケンスＥとフローシーケンス３００を用いたフローシーケンスＦを表２に纏める。具体的なフローシーケンスＥとＦにおいては、窒素含有前駆体は、その他の二つの、前駆体の基板への拡散を防止するために処理チャンバへ分配された第一前駆体であり、窒素含有前駆体とシリコン含有前駆体は同時に導入される。
【００４５】
[0057]理論によって縛られたくないが、フローシーケンス２００とフローシーケンス３００のそれぞれステップ２４０とステップ３５０でシリコン含有前駆体が窒素含有前駆体とともに導入される場合に、基板表面上で吸着するために相互に競合し、フローシーケンス２００のステップ２５０で高融点金属含有前駆体を吸着する前又はフローシーケンス３００のステップ３４０で高融点金属含有前駆体を吸着する後に、高融点金属含有前駆体と反応すると考えられる。そのようなフローシーケンス２００におけるステップ２４０とステップ２５０の競合と循環とフローシーケンス３００におけるステップ３４０とステップ３５０の競合と循環は、タンタル窒化シリコン層又はチタン窒化シリコン層のような、真の高融点金属窒化シリコン層の形成を高める。したがって、タンタル窒化シリコン層又はチタン窒化シリコン層の組成は、異なるメタライゼーションスキームの要求に調節し得る。
【００４６】
[0058]高融点金属窒化シリコン層を形成するためにフローシーケンス４００を用いた具体的なフローシーケンスＧとＨを表３に纏める。具体的なフローシーケンスＧとＨにおいては、窒素含有前駆体と高融点金属含有前駆体を第一前駆体又は第二前駆体として導入して高融点金属窒化シリコン層の周期的堆積を行った後、第三シリコン含有前駆体を導入する。形成された高融点金属窒化物層は、窒化タンタル(ＴaＮ)又は窒化チタン層(ＴiＮ)であってもよい。
【００４７】
【表３】
2005512337.tif 000005
[0059]更に、シリコン含有前駆体は、低レベルのシリコンを堆積した窒化タンタル(ＴaＮ)又は窒化チタン(ＴiＮ)層の表面へ配合するために供給される。得られた基板表面には、続いてのメタライゼーション適用にバリヤ層又は接着層として働く約１０オングストローム以下のタンタル窒化シリコン(ＴaＳiＮ)又はチタン窒化シリコン(ＴiＳiＮ)の薄い単層が含まれている。更に、フローシーケンス４００によって全体としてこのように堆積した層は、例えば、堆積した窒化タンタル(ＴaＮ)又は窒化チタン(ＴiＮ)層だけより銅メタライゼーションの良好なバリヤ層又はタングステンメタライゼーションの良好な接着層としても働く。
【００４８】
[0060]タンタル窒化シリコン(ＴaＳiＮ)又はチタン窒化シリコン(ＴiＳiＮ)は、銅、タングステン等の続いての導電性金属材料と十分に接着し、窒化タンタル(ＴaＮ)又は窒化チタン(ＴiＮ)より良好に続いての導電性金属材料の下にある基板材料への拡散を防止すると考えられる。
【００４９】
[0061]複数の薄い層を堆積させてコンホーマルな高融点金属窒化シリコン層を所望の厚さに形成するために実施例Ａ〜実施例Ｈにおける反応種又は前駆体の連続導入を繰り返すことができる。高融点金属含有前駆体を導入する流量は、キャリアガスを用いて又は用いずに一般には約１０sccm〜約１０００ｂ、例えば、約５０ｂ〜約２５０sccmである。窒素含有前駆体を導入する流量は、典型的には、約１００sccm〜約５０００sccm、例えば、約２５０sccm〜約１０００sccmであり、シリコン含有前駆体を導入する流量は、約５sccm〜約５００sccm、例えば、約５０sccm〜約１５０sccmである。
【００５０】
堆積前駆体
[0062]周期的堆積法を用いて高融点金属窒化シリコンバリヤ/接着層を形成する場合、高融点金属単層は、有機金属ハロゲン化物又は無機ハロゲン化合物の高融点金属含有前駆体を用いて形成される。シリコン単層は、シリコン含有前駆体を用いて形成され、窒素単層は、窒素含有前駆体を用いて形成される。
【００５１】
[0063]前駆体は、蒸気圧、化学的性質、続いてのメタライゼーションスキーム、利用可能性に基づいて選択される。周期的堆積適用における前駆体は、相互に非常に反応性でなければならず、パルス時間が短くなければならず、膜の純度を高めるものでなければならない。表４は、上記周期的堆積法を用いて高融点金属窒化シリコン層を堆積させるために用いることができる具体的な前駆体のリストである。
【００５２】
[0064]例えば、タンタル含有ＰＤＭＡＴ又はＰＥＭＡＴ、又はチタン含有ＴＤＭＡＴ又はＴＥＭＡＴのような有機金属前駆体は、続いての適用の高融点金属含有バリヤ層の周期的堆積又は原子層堆積に、例えば、銅バリヤ又はタングステンライナとして働くように用いられる。一実施形態においては、タンタル、窒化タンタル、タンタル窒化シリコン、チタン、窒化チタン、又はチタン窒化シリコンの堆積に適したあらゆる有機金属高融点金属含有前駆体が用いられてもよいことが企図される。
【００５３】
【表４】
2005512337.tif 000006
[0065]他の実施形態においては、タンタルハロゲン化合物又はチタンハロゲン化合物のような無機前駆体がタングステンメタライゼーションのような続いての適用の高融点金属含有前駆体として用いられることが企図される。
【００５４】
[0066]窒素含有前駆体は、高融点金属含有前駆体の還元能が選択されるので、高融点金属窒化物膜を形成する。ある高融点金属含有前駆体は、二重結合を有し、例えば、ＴＢＴＤＥＴ、高融点金属窒化シリコン層の堆積速度を遅くしないために、アンモニアガスより強い還元剤、例えば、ヒドラジン、メチルヒドラジン、ジメチルヒドラジン又はｔ-ブチルヒドラジンを必要とするものであり得る。
【００５５】
[0067]シラン又は置換シランは、周期的堆積法について本明細書に用いられるチャンバ温度のような低温で非常に反応性の化合物であり、層へ配合する優れたシリコン源になる。
【００５６】
堆積チャンバ
[0068]図２Ａは、本明細書に記載される実施形態に従って使用し得る処理システム５０を示す断面略図である。処理システム５０の詳細は、２００１年の１２月２１日出願の“原子層堆積のためのガス分配装置及び方法”と称する米国特許出願第１０/０３２,２８４号に記載され、この開示内容は本明細書に援用されている。更に、３種以上の前駆体を用いる周期的堆積は、いずれもカリフォルニア州、サンタクララにあるアプライドマテリアルズから入手できるＴxＺチャンバやＳＰＲＩＮＴ ＰＬＵＳチャンバのような他のチャンバにおいて同様に行うことができる。
【００５７】
[0069]処理システム５０は、一般的には、プロセスチャンバ５００と、ガス分配装置５３０と、制御ユニット５８０とを、多数の電源（図示されていない）や真空ポンプのような他のハードウェア構成部品とともに含んでいる。一真空ポンプ５７８は図２Ａに示されている。真空ポンプ５７８は、ガスをチャンバ５００から排気し、所望の圧力範囲内のチャンバ圧に維持することを助ける。プロセスチャンバ５００の顕著な特徴を次に簡単に記載する。
【００５８】
[0070]チャンバ５００は、基板支持体５１２を含み、堆積前又は堆積中にその上に配置された基板５１０を加熱するために、例えば、抵抗ヒータ又は放射熱源によって加熱することができる。基板温度は、堆積プロセスに適した所望の温度範囲、例えば約２０℃〜約５００℃で維持又は制御し得る。本明細書に開示された前駆体のための温度窓は、約３８０℃未満である。一般に、基板温度のための温度窓は、基板上の前駆体の吸着を誘導する温度範囲、通常は具体的な前駆体の熱分解温度より低い温度である。熱電対のような温度センサは、典型的には、基板温度をモニタするために基板支持体５１２内に備えられている。更に、パージリング５２２は、基板５１０の周辺部にパージガスを供給してその上の堆積を防止するパージチャネル５２４を画成するために基板支持体５１２上に配置することができる。
【００５９】
[0071]チャンバ５００は、また、プロセスガス、反応ガス/前駆ガス、及び/又はパージガスのようなガスをチャンバ５００に供給するためにチャンバ５００の上部でガス分配装置５３０と接続しているチャンバリッド５３２を含んでいる。チャンバリッド５３２は、チャンバリッド５３２の中心部から周辺部まで伸び且つ処理ゾーン又は反応ゾーン５６４を画成するとともに基板表面を実質的に覆う増加する内径をもつ拡張チャネル５３４を含んでいる。特に、反応ゾーン５６４の底近傍や基板表面の周りの拡張チャネル５３４の下部は、基板表面を覆おうために劇的に拡張され、拡張チャネル５３４の下部は、先細の表面、まっすぐな表面、凹状の表面、凸状の表面、又はその組み合わせのような一つ以上の表面を含むことができる。
【００６０】
[0072]更に詳しくは、拡張チャネル５３４の下部は、次第に細くされ、下部から基板表面に伝わる反応ガスの速度の変動を減らし、反応ガスの均一な接触を供給することを助けるために円錐の形で下方に勾配を付けられている。そのような拡張チャネル５３４の径の増加又は基板５１０の周りの拡張チャネル５３４の下部の先細の拡大は、処理ガス又はパージガスが拡張チャネル５３４に進むときに減少したガスフローを生じさせる。結果として、例えば、基板の中央から基板のエッジ部までの、基板表面を横切って拡張チャネル５３４を通し流れているガスの改善された速度グラフが達成される。
【００６１】
[0073]一般的に、上記の設計は、総ガスフローが約５sccmから約３０００sccmの間で供給するように適合した拡張チャネル５３４に適用する。そのガスフローの速度の減少は、ガスフローが基板５１０の表面上に吸着される反応種又は前駆体を発散するという可能性を減らすことを援助する。
【００６２】
[0074]チャンバリッド５３２は、それを通って流れるいかなるガスも制限するとともにチャンバ部の近くから離れてチャンバ５００の上部近傍の反応ゾーン５６４を分離して、基板５１０に反応ガス又はパージガスを十分にさらすことを確実にするために反応ゾーン５６４を適切に充填するだけ反応ガス又はパージガスが必要とされる基板５１０の周辺部に隣接したチョーク構造５６２を更に含んでいる。反応ゾーン５６４は、従来のＣＶＤチャンバの内部容積に比べてより小さい容積を含んでいるので、より少ないガスが反応ゾーン５６４の容積を充填するのに必要とされる。
【００６３】
[0075]全般的には、チャンバリッド５３２の拡張チャネル５３４とチョーク構造５６２は、プロセスガス又はパージガスをより一様に配分させ且つ反応ゾーン２６４内の基板５１０に隣接して一様に制御したガス圧を与えるように設計される。典型的に、チャンバ圧は約１００Ｔorr以下である。チャンバリッド５３２には、チャンバリッド５３２上のガス分解、堆積、又は凝結を防ぐために、それを通って分配される具体的なガスによって冷却要素及び/又は加熱要素が更に含まれている。
【００６４】
[0076]ガス分配装置５３０は、拡張チャネル５３４の上部に隣接した位置にあるガス入口５３６Ａ、５３６Ｂを通って拡張チャネル５３４と接続している。典型的には、ガス分配装置５３０は、多数のパージガス源５４０とキャリアガス源（図示されていない）と、多数の反応ガス源/前駆ガス源５３８、５３９と他のガス源と、多数の反応ガスバルブ５４２Ａ、５４２Ｂとパージガスバルブ５５２Ａ、５５２Ｂと、多数のバルブシートアセンブリ５４４Ａ、５４４Ｂとパージガスバルブシートアセンブリ５４５Ａ、５４５Ｂと、拡張チャネルへガス入口５３６Ａ、５３６Ｂを通ってガスを流すための多数のガスコンジット５５０Ａ、５５０Ｂとを含んでいる。
【００６５】
[0077]図２Ｂは、ガス入口５３６Ａ、５３６Ｂの配置を示す拡張チャネル５３４の上部を示す断面図である。図２Ｂに示されるように、各ガスコンジット５５０Ａ、５５０Ｂとガス入口５３６Ａ、５３６Ｂは、ガスコンジット５５０Ａ、５５０Ｂの中心線５０２Ａ、５０２Ｂから、また、拡張チャネル５３４の中心の半径ライン５０４から角度αに位置することができる。角度α(即ち、α＞０°の場合)に位置することが好ましいガスコンジット５５０Ａ、５５０Ｂを通るガスの流入は、矢印５０６Ａ、５０６Ｂで示される円形方向にガスを流させる。拡張チャネル(即ち、α＝０°の場合)の壁に直接まっすぐに進むのとは反対に角度αでガスを供給することにより、乱流より拡張チャネル５３４を通って同じ円形方向(即ち、時計回り又は逆時計回り)に層流が供給される。本発明の一実施形態においては、ガス入口(５３６Ａ、５３６Ｂ等)と基板５１０間の距離は、円形流が下向きの流れに十分消散するほど離れている。
【００６６】
[0078]図２Ａに戻って参照すると、各ガスコンジット５５０Ａ、５５０Ｂとガス入口５３６Ａ、５３６Ｂは、図５Ａに示されるように横に位置することができる。更に、拡張チャネル５３４へ流入する前にガスフローの速度を下げることを援助するためにガスコンジット５５０Ａ、５５０Ｂの直径は、反応ガスバルブ５４２Ａ、５４２Ｂのガスライン５４３Ａ、５４３Ｂからガス入口５３６Ａ、５３６Ｂまで増加することができる。
【００６７】
[0079]プロセス前駆体は、典型的には室温で液相又は固相においては、反応ガス源５３８、５３９、又は他の添加ガス源に貯蔵される。チャンバ５００に分配する前に、プロセス前駆体は、約３０℃〜約１２０℃に加熱されて泡立て器又はアンプルのようなガス源に結合した装置によって水蒸気相に変換する。あるいは、ある前駆体は、ガス源に結合した直接液体注入器(ＤＬＩ)のような他の装置によって気相へ直接揮発する。
【００６８】
[0080]反応ガス及び/又はパージガスは、種々のガス源からガスラインを通って種々のガスバルブへ分配されて混合ガスフロー及び/又は別々のガスフローを供給する。例えば、反応ガスバルブ５４２Ａ、５４２Ｂとパージガスバルブ５５２Ａ、５５２Ｂは、プログラム可能なロジックコントローラ５４８Ａと５４８Ｂに結合してバルブシートアセンブリ５４４Ａ、５４４Ｂ、５４６Ａ、５４６Ｂの絞りの開放と作動を制御する。
【００６９】
[0081]本発明の一実施形態においては、ガスバルブ５４２Ａと５５２Ａについて、パージガス源５４０からパージガスライン５４５Ａまでの連続フローと反応ガス源５３８から反応ガスライン５４３Ａまでの反応ガスのパルスとを含んでいる。従って、パージガスライン５４５Ａを開放したままにするパージガスバルブシートアセンブリ５４６Ａの絞りと上記フローシーケンスによって決められた反応ガスパルス時間の間反応ガスライン５４３Ａを開閉するバルブシートアセンブリ５４４Ａの絞りを制御することにより、混合ガスフローが調節される。
【００７０】
[0082]他の実施形態においては、ガスバルブ５４２Ａと５５２Ａについては、パージガス源５４０からパージガスライン５３４Ａまでのパージガスのパルスと反応ガス源５３８から反応ガスライン５４３Ａまでの反応ガスのパルスとを含んでいる。従って、分離ガスフローは、上記フローシーケンスによって決められたパルス時間の間パージガスライン５４５Ａと反応ガスライン５４３Ａを開閉するパージガスバルブシートアセンブリ５４６Ａの絞りと反応ガスバルブシートアセンブリ５４４Ａの絞りを制御することにより、別々のガスフローが調節される。
【００７１】
[0083]プログラムされたパーソナルコンピューター、ワークステーションコンピューター等制御ユニット５８０は、基板処理フローシーケンスの異なった段階で、基板支持体５１２の加熱とモニタリング、チャンバ圧、又は種々のガスフローの分配のような処理条件を制御する、チャンバ５００、ガス分配装置５３０、チャンバ５００の他の構成部品に結合することができる。更に、制御ユニット５８０は、基板輸送のような基板処理において用いられる他の動きをモニタし調節する。
【００７２】
[0084]例えば、ロジックコントローラー５４８Ａと５４８Ｂに結合したコントロールユニット５８０は、ガス源５３８、５３９、５４０からガスバルブ５４２Ａ、５４２Ｂ、５５２Ａ、５５２Ｂまでの種々のプロセスガスフローとパージガスフローを制御するために構成されている。更に、制御ユニット５３０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）５８２、サポート回路５８４、付随した制御ソフトウェア５８３を含有するメモリユニット５８６を含むことができる。付随した制御ソフトウェアは、基板５１０が基板支持体５１２上に配置された後に実行される。ソフトウェアルーチンが実行されたとき、チャンバプロセスが行われるようにチャンバ動作を制御する特定のプロセスコンピュータへ凡用コンピュータを変換する。あるいは、ソフトルーチンは、アプリケーション特異的集積回路又は他のタイプのハードウェア実行としてのハードウェア、又はソフトウェア又はハードウェアの組み合わせにおいて行うことができる。
【００７３】
[0085]任意により、リモートプラズマ源(図示されていない)は、内部表面上に形成される堆積物と反応性前駆体を洗浄するためにチャンバ５００に結合することができる。リモートプラズマ源は、プラズマガス供給部と、プラズマガスフローコントローラと、プラズマチャンバと、プラズマチャンバ入口を含むことができる。ガスフローコントローラは、プラズマガス供給部からプラズマチャンバまでプラズマガスのフローを制御するために制御ユニット５８０に結合することができる。典型的には、プラズマチャンバ内のプラズマガスに電場を印加し、例えば、高周波数(ＲＦ)電源を用いて、反応化学種のプラズマを生成することにより、燃焼したプラズマが生成される。
【００７４】
[0086]動作中、種々の反応ガス源の中に貯蔵されたタンタル含有前駆体、窒素含有前駆体、シリコン含有前駆体は、ガス入口５３６Ａと５３６Ｂを通ってチャンバ５００の拡張チャネル５３４内にパルスされる。例えば、タンタル含有前駆体は、反応ガス源５３８で貯蔵され且つガス入口５３６Ａを通って貯蔵することができ、窒素含有前駆体とシリコン含有前駆体は、ガス源５３９等の異なるガス源で貯蔵することができるが、窒素含有前駆体とシリコン含有前駆体が本明細書に記載される分配条件下の気相で相互に反応しないので、同じガス入口５３６Ｂを共有することができる。
【００７５】
[0087]本発明の一実施形態においては、第三前駆ガスのような追加のガスをチャンバ５００へ供給するために拡張チャネル５３４の長さに沿って、好ましくは上の部分の近傍に他の一つ以上のガス入口を置くことができる。この態様においては、窒素含有前駆体とシリコン含有前駆体は、異なるガス入口を通ってチャンバ５００へ分配することができる。
【００７６】
[0088]混合でも分離でも各々のパージガスと反応ガスのガスフローは、周期的パターンとして拡張チャネル５３４に流れ込み、拡張チャネル５３４の内部表面を横切って掃引作用を与える。周期的パターンは、基板２１０の表面に向かって下向きに流れるように消散する。拡張チャネル２３４を通って進むにつれてガスフローの速度が低下する。その後、ガスフローは、基板２１０の表面とチャンバリッド２３２の底面２６０を横切って進む。下向きに傾斜しているチャンバリッド２３２の底面２６０は、基板２１０の表面を横切るガスフローの速度の変化を減少させように援助する。その後、ガスフローは、チャンバ２００のチョーク２６２によってポンピングゾーン２６６へ進む。過剰量のガス、副産物等がポンピングチャネル２７９へ流れ、そこで排気システム２７８によってチャンバ２００から排気される。一態様においては、ガスフローは拡張チャネル２３４を通って基板２１０の表面とチャンバリッド２３２の底表面２６０との間に、反応ガスを基板２１０の表面に一様にさらすとともにチャンバリッド２３２の内面の効率の良くパージするために援助する層流方法で進行する。
【００７７】
[0089]更に、リモートプラズマチャンバによって生成された１種又は２種の発火プラズマは、堆積した層の表面を処理するためにチャンバ５００へ導入することができる。図１Ａ〜図１Ｄにおいては、プラズマ処理ステップは、二元又は三元の層が基板上に形成された後に行われる。
【００７８】
バリヤ層の堆積
[0090]典型的には、タンタル窒化シリコン(ＴaxＳiyＮz)層又はチタン窒化シリコン(ＴixＳiyＮz)層のような高融点金属窒化シリコン層の形成は、典型的に、続くメタライゼーションのためのバリヤ/接着層として働く。例えば、高融点金属シリコン層は、デュアルダマシーントレンチやバイアのライニングのようなダマシーンメタライゼーション法で銅バリヤ又はタングステンライナとして用いることができる。
【００７９】
[0091]図３は、発明の態様に従って、高融点金属窒化シリコンバリヤ層６２０が堆積した基板構造６００を示す断面略図である。図示されるように、基板構造６００は、ビア、ライン、又はコンタクトホールのような凹部６３０を形成するようにパターン形成された下にある誘電体層６１０を含んでいる。これらの形状は、従来のフォトリソグラフィやエッチング技術によって誘電材料において形成される。ときには、そのような凹部は他の下にある導電性金属材料６０２と接触するようにパターン形成される。あるいは、その上に形成された誘電体層がその上に形成されていない基板６１０は、バリヤ/接着層６２０を堆積させるために用いることができる。
【００８０】
[0092]誘電体層６１０に適することができる材料には、二酸化シリコン、リン・ケイ酸塩ガラス(ＰＳＧ）、ホウ素ドープホウケイ酸塩ガラス(ＢＰＳＧ）、フルオロ・シリコンガラス(ＦＳＧ）、多孔性ポリマー(例えば、ポリミド）、炭素含有酸化シリコン(例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるＢlack Ｄiamond(登録商標)）、ドープされた単結晶性シリコン、ヒ化ガリウム、オルトケイ酸テトラエチルから誘導された二酸化シリコン(ＴＥＯＳ)又はプラズマ増強化学気相堆積(ＰＥＣＶＤ)によるシランを含むがこれらに限定されない。
【００８１】
[0093]タンタル窒化シリコンあるいはチタン窒化シリコンバリヤ/接着層６２０は、良好なステップカバレージを与えるために、特に誘電体層６１０の側壁部６０２Ｓ、底部６０２Ｂ、上部６０２Ｔ上にコンホーマルに且つ一様に堆積される。続いてのメタライゼーションステップにおいては、例えば、銅又はタングステンで充填した金属層６５０は、特に電気めっき、ＣＶＤ、ＰＶＤ等の種々の堆積法によって高融点金属窒化シリコンバリヤ/接着層上に形成することができる。
【００８２】
実施例Ａ
[0094]図４は、図１Ａのフローシーケンス１００と同様に３種の前駆体をフローシーケンスへ順次導入してタンタル窒化シリコン層を形成する二つのフローシーケンスの結果を比較したものである。これら二つのフローシーケンスの間の違いは、第二の前駆体と第三の前駆体の順序であった。これら二つのフローシーケンスの前駆体は、第一前駆体として用いられるアンモニアと、第二前駆体、第三前駆体として又はその逆に用いられるシランとペンタキス(エチルメチルアミノ)タンタル(ＰＥＭＡＴ)であった。二つのフローシーケンスを約２１５℃のチャンバ温度で行った。試験として、アンモニアの分配は、約１０秒間のパルスに対して約５００sccmの流量と約１０Ｔorrの堆積圧であった。ＰＥＭＡＴの分配は、約５Ｔorrの堆積圧のアルゴンキャリアガスとともに約１０秒のパルスに対して約２００sccmの流量であった。シランの分配は、約５００sccmの流量で約２Ｔorrの堆積圧のアルゴンキャリアガスとともに約１０秒のパルスに対して約５０sccmの流量であった。
【００８３】
[0095]一サイクル当たりのオングストロームによって測定された二つのフローシーケンスの堆積速度をシラン暴露時間の関数として一サイクル当たりの秒で示す。図４の結果は、各パルスのシリコン配合が約５秒から１０秒の暴露時間後に飽和され、シラン前駆体の各パルスがこのように形成されたタンタル窒化シリコンの厚さを各堆積サイクルに対して約１.２オングストローム以下まで増加できることを示している。
【００８４】
[0096]有意には、第一前駆体、第二前駆体、第三前駆体としてそれぞれアンモニア、ＰＥＭＡＴ、シランを用いるフローシーケンスは、最終のタンタル窒化シリコン層へのシリコン配合が約１３％になり、これは第一前駆体、第二前駆体、第三前駆体としてそれぞれアンモニア、シラン、ＰＥＭＡＴを用いるフローシーケンスのシラン配合の約７％より大きい。
【００８５】
実施例Ｂ
[0097]チタン窒化シリコン層の形成の前に窒化チタン層を形成する図１Ｄのフローシーケンス４００と同様のフローシーケンスによって行われた結果を次に纏める。用いた前駆体は、第一前駆体としてアンモニア、第二前駆体としてテトラキス(ジエチルアミノ)チタン(ＴＤＭＡＴ）、第三前駆体としてシランであった。
【００８６】
[0098]図５Ａにおいては、約１５０℃〜約３５０℃の様々な温度でフローシーケンスが行われる。キロカウント毎秒(kcps)でＸ線蛍光（ＸＲＦ）計数によって測定した窒化チタン層の分解を、チャンバを加熱するヒーターの温度の関数として示す。結果は、Ｘ線蛍光(ＸＲＦ)計数によって示されるＴＤＭＡＴ前駆体の分解が約２５０℃以上の温度で開始することから、堆積が約２５０℃以下の温度において良好であることを示している。最初の二つの前駆体、ＴＤＭＡＴとアンモニアの各々の分配後、長い持続時間のパージガスのパルスがチャンバに分配される場合に分解は激しいものではない。
【００８７】
[0099]図５Ｂ〜図５Ｃにおいては、フローシーケンスを約２００℃のヒーター温度で行い、ＴＤＭＡＴ分解をＴＤＭＡＴの各パルスの暴露時間の関数としてＸ線蛍光(ＸＲＦ)計数によって測定した。約２秒から約２０秒までの暴露時間の測定をＴＤＭＡＴとアンモニアについては図５Ｂに示し、約５０秒から約６００秒までの暴露時間の測定は図５Ｃに示す。アンモニアの分配は、約５００sccmの流量であった。結果は、ＴＤＭＡＴの分配は、毎分約２ミリグラムの流量であり、ヘリウムキャリヤガスは約５００sccmの流量であった。シランの分配は、約１０秒のパルスに対して約５０sccmの流量であった。ＴＤＭＡＴの過剰暴露が生じる場合には２００程度の温度で少量のＴＤＭＡＴ分解がなお観察されることを示している。更に、図５Ａにおいては、アンモニアは非常に安定であり、過剰暴露下でさえ分解は生じない。
【００８８】
[00100]オングストローム/サイクルで測定される堆積速度を秒/サイクルのＴＤＭＡＴ暴露時間の関数として図５Ｂと図５Ｃに示す。図５Ｂと図５Ｃの結果は、各々のパルスのシリコン配合が約５秒〜約１０秒の暴露時間後飽和され、シラン前駆体の各パルスがこのようにして形成されたタンタル窒化シリコン層の厚さを各堆積サイクルに対して約１.２オングストローム以下まで増加できる。
【００８９】
[00101]図６は、約１５オングストロームのタンタル窒化シリコン(ＴaＳiＮ)層を形成するためにプラズマ処理ステップ(ステップ４６０)を行わずにフローシーケンス４００に従って周期的堆積法によって形成されたバイア構造のＴＥＭ像である。全体のバイア構造のＴＥＭ像は、良好なステップカバレージを示している。タンタル窒化シリコン層は、特に、バイア構造の側壁、底部、上部にそってコンホーマルに且つ一様に堆積される。
【００９０】
[00102]前述は、本発明の様々な実施形態に関するが、発明の他の多くの実施形態は、その基本的範囲から逸脱することなく講じることができ、その範囲は次の特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１Ａ】図１Ａは、３種の前駆体の連続分配と任意のプラズマ処理ステップを含む三元層の周期的堆積プロセスの概略フローチャートである。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第三前駆体が導入される前に二つの前駆体が同時に導入される一実施形態に従った三元層周期的堆積プロセスの概略フローチャートである。
【図１Ｃ】図１Ｃは、第一前駆体と第二前駆体が導入された後に二つの前駆体が同時に導入される他の実施形態に従った三元層周期的堆積プロセスの概略フローチャートである。
【図１Ｄ】図１Ｄは、第三前駆体が三元層に導入される前に二つの前駆体が導入されて二元層周期的堆積を行う一実施形態に従った三元層周期的堆積プロセスの概略フローチャートである。
【図２Ａ】図２Ａは、金属窒化シリコン層の周期的堆積プロセスを行う堆積チャンバを示す概要図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、堆積チャンバの拡大チャネルの上部を示す概略図である。
【図３】高融点金属窒素バリヤ層がその上に堆積した相互接続構造を示す横断面略図である。
【図４】本発明の実施形態に従った図１Ａのフローシーケンス１００と同様のフローシーケンスによって行われた結果の比較である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施形態に従った図１Ｄのフローシーケンス４００と同様のフローシーケンスによって行われた結果である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施形態に従った図１Ｄのフローシーケンス４００と同様のフローシーケンスによって行われた結果である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の実施形態に従った図１Ｄのフローシーケンス４００と同様のフローシーケンスによって行われた結果である。
【図６】本明細書に記載された堆積方法によって形成されるバイア構造のＴＥＭ像である。
【符号の説明】
【００９２】
５０…処理システム、５００…プロセスチャンバ、５１０…基板、５１２…基板支持体、５２２…パージリング、５２４…パージチャンネル、５３０…ガス分配装置、５３２…チャンバリッド、５３４…拡張チャネル、５３６Ａ、５３６Ｂ…ガス入口、５３８…反応ガス源、５３９…前駆ガス源、５４０…パージ源、５４２Ａ、５４２Ｂ…反応ガスバルブ、５４３Ａ、５４３Ｂ…ガスライン、５４４Ａ、５４４Ｂ、５４６Ａ、５４６Ｂ、…バルブシートアセンブリ、５４５Ａ、５４５Ｂ…バルブシートアセンブリ、５４８Ａ、５４８Ｂ…ロジックコントローラ、５５０Ａ、５５０Ｂ…ガスコンジット、５５２Ａ、５５２Ｂ…パージガスバルブ、５６２…チョーク構造、５６４…反応ゾーン、５７８…真空ポンプ、５８０…制御ユニット、５８２…中央処理ユニット、５８３…制御ソフトウェア、５８４…サポート回路、５８６…メモリユニット、
【図１Ａ】
2005512337.tif 000007
【図１Ｂ】
2005512337.tif 000008
【図１Ｃ】
2005512337.tif 000009
【図１Ｄ】
2005512337.tif 000010
【図２Ａ】
2005512337.tif 000011
【図２Ｂ】
2005512337.tif 000012
【図３】
2005512337.tif 000013
【図４】
2005512337.tif 000014
【図５Ａ】
2005512337.tif 000015
【図５Ｂ】
2005512337.tif 000016
【図５Ｃ】
2005512337.tif 000017
【図６】
2005512337.tif 000018
【国際調査報告】
2005512337.tif 000019
2005512337.tif 000020
2005512337.tif 000021