(57)【要約】  本発明の実施形態は、ＡＬＤ（原子層堆積）法及び／又はＣＶＤ（化学気相成長）法によって、陽性金属を含む層を形成する方法、１つ又は複数の陽性金属を含む層、及び、１つ又は複数の陽性金属を含む層を備える半導体素子を提供する。本発明の実施形態において、前記層は、薄型又は超薄型（１００Å厚未満である）フィルム及び／又はコンフォーマルフィルムである。加えて、１つ又は複数の陽性金属を含む金属層を備える、トランジスタ素子、金属インターコネクト、及び演算素子を提供する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタ素子のチャネル領域を形成するサスペンデッドナノワイヤと、前記サスペンデッドナノワイヤ上に配設される誘電体材料の層と、前記誘電体材料の層上に配設される金属層であって、９９．５原子％〜７５．０原子％の２族〜７族金属又はＡｌと、０．５原子％〜１０．０原子％の範囲の量で存在するＳｉ又はＧｅとを含む、金属層とを備え、前記ナノワイヤがそのゲート電極内に懸架され（suspended）、前記金属層が前記ゲート電極の一部を形成する、ナノワイヤトランジスタ素子。
【請求項２】
前記金属層が１５原子％未満の炭素、窒素及び酸素の総量を有する、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記誘電体材料の層が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、又は高ｋ誘電体材料から形成される、請求項１または２に記載の素子。
【請求項４】
前記ナノワイヤが、シリコン、シリコンとゲルマニウムとの混合物、又はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成される、請求項１から３の何れか１項に記載の素子。
【請求項５】
２つのサスペンデッドナノワイヤを備える、請求項１から４の何れか１項に記載の素子。
【請求項６】
上面と一対の横方向に対向する側壁とを有するチャネル構造と、前記上面及び前記一対の横方向に対向する側壁上に配設される誘電体層と、前記上面及び前記一対の横方向に対向する側壁上の前記誘電体層上に配設される金属層であって、９９．５原子％〜７５．０原子％の２族〜７族金属又はＡｌと、０．５原子％〜１０．０原子％の範囲の量で存在するＳｉ又はＧｅとを含む、金属層とを備える、トランジスタ素子。
【請求項７】
前記金属層が１５原子％未満の炭素、窒素及び酸素の総量を有する、請求項６に記載の素子。
【請求項８】
前記誘電体層が、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、又は高ｋ誘電体材料から形成される、請求項６または７に記載の素子。
【請求項９】
前記チャネル構造が、単結晶シリコン、シリコン、シリコンとゲルマニウムとの混合物、又はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成される、請求項６から８の何れか１項に記載のトランジスタ素子。
【請求項１０】
表面を有する基板と、
前記基板の表面上に配設される誘電体材料の層と、
前記誘電体材料の層内に形成され、側壁と底面とを有するトレンチ又はビアと、
前記側壁及び底面上に配設され、９９．５原子％〜７５．０原子％の２族〜７族金属と、０．５原子％〜１０．０原子％の範囲の量で存在するＳｉ又はＧｅとを含む、バリア層と、
ウェル内の金属領域とを備え、
前記バリア層が、前記金属領域と前記誘電体材料の層との間にある、素子。
【請求項１１】
前記２族〜７族金属が、Ｗ、Ｈｆ、Ｔａ又はそれらの組合せである、請求項１０に記載の素子。
【請求項１２】
前記金属領域が１５原子％未満の炭素、窒素及び酸素の総量を有する、請求項１０または１１に記載の素子。
【請求項１３】
前記金属領域が、銀、銅又はアルミニウムから形成される、請求項１０から１２の何れか１項に記載の素子。
【請求項１４】
表面を有する基板と、
前記基板の表面上に配設される誘電体材料の層と、
前記誘電体材料の層内に形成されるトレンチ又はビアと、
表面を有し、前記トレンチ又はビア内の金属領域と、
前記金属領域の表面上に配設されるキャップ層と、を備え、
前記キャップ層は９９．５原子％〜７５．０原子％の２族〜７族金属と、０．５原子％〜１０．０原子％の範囲の量で存在するＳｉ又はＧｅとを含む、素子。
【請求項１５】
前記２族〜７族金属がＷである、請求項１４に記載の素子。
【請求項１６】
前記金属領域が１５原子％未満の炭素、窒素及び酸素の総量を有する、請求項１４または１５に記載の素子。
【請求項１７】
前記金属領域が、銀、銅又はアルミニウムから形成される、請求項１４から１６の何れか１項に記載の素子。
【請求項１８】
表面を有する基板を準備することと、
前記基板の表面を気相状の第１の前駆体分子に曝すことであって、前記第１の前駆体分子が金属Ｍ１（金属Ｍ１は２族〜７族金属又はＡｌであり、金属Ｍ１は、少なくとも２つのシリコン原子、ゲルマニウム原子、又はシリコン原子及びゲルマニウム原子に直接結合する）を含む、ことと、
残るガス状の第１の前駆体分子を全て除去することと、
前記基板の表面を第２の気相状前駆体分子Ｍ２Ｘｎ（式中、Ｘはハロゲンであり、ｎは２〜６（両端を含む）の数字であり、Ｍ２は２族〜７族金属又はＡｌであり、Ｍ１及びＭ２は同じ金属又は異なる金属である）に曝すことと、
残るガス状の第２の前駆体分子を全て除去することと、
前記基板の表面上にＭ１とＭ２とを含む層が作製されるように、前記基板を前記第１の前駆体分子に曝すこと、ガス状の第１の前駆体分子を全て除去すること、前記基板を前記第２の前駆体分子に曝すこと、及び、残るガス状の第２の前駆体分子を全て除去することという要素を少なくとも１回繰り返すことと、
を含む、方法。
【請求項１９】
Ｍ１及びＭ２が、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＭｎからなる群から選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の前駆体分子が２つの２族〜７族金属原子又はＡｌを含む、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の前駆体分子が、（（ＣＨ３）３Ｓｉ）３Ａｌ・Ｎ（ＣＨ３）２（ＣＨ２ＣＨ３）、（（ＣＨ３）２ＡｒＳｉ）３Ａｌ・Ｎ（ＣＨ３）２（ＣＨ２ＣＨ３）、（（ＣＨ３）３Ｓｉ）３Ａｌ（キヌクリジン）、（（ＣＨ３）３Ｇｅ）３Ａｌ（キヌクリジン）、（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｍｎ、（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｍｎ・Ｎ（ＣＨ３）３、（（ＣＨ３）３Ｇｅ）２Ｍｎ（テトラメチルエチレンジアミン）及び（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｔｉ・Ｎ（ＣＨ３）３からなる群から選択される、請求項１８から２０の何れか１項に記載の方法。
【請求項２２】
Ｍ１が、−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３、−ＧｅＲ１Ｒ２Ｒ３、又はそれらの組合せ（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、同じか又は異なり、かつ、ヘテロ原子含有及び非ヘテロ原子含有アルキル、アリール、シクロアルキル、アルケン、アルキン、環式基及び多環式基からなる群から選択されるアルキル基であり、ヘテロ原子がハロゲン、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ及びＧｅからなる群から選択される）である少なくとも２つの官能基に結合する、請求項１８から２１の何れか１項に記載の方法。
【請求項２３】
Ｍ１が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ又はＨｆであり、Ｍ１が、−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３、−ＧｅＲ１Ｒ２Ｒ３、又はそれらの組合せ（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、同じか又は異なり、かつ、アルキル、アリール、シクロアルキル、アルケン、アルキン、環式基及び多環式基からなる群から選択されるアルキル基であり、ヘテロ原子がハロゲン、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ及びＧｅからなる群から選択される）である少なくとも３つの官能基に結合する、請求項１８から２２の何れか１項に記載の方法。
【請求項２４】
表面を有する基板を準備することと、
前記基板の表面を気相状の第１の前駆体分子に曝すことであって、前記第１の前駆体分子が金属Ｍ１（金属Ｍ１は２族〜７族金属又はＡｌであり、金属Ｍ１は、少なくとも２つのシリコン原子、ゲルマニウム原子、又はシリコン原子及びゲルマニウム原子に直接結合する）を含む、ことと、
残るガス状の第１の前駆体分子を全て除去することと、
前記基板の表面を第２の気相状前駆体分子Ｍ２Ｘｎ（式中、Ｘはアルコキシド基であり、ｎは２〜６（両端を含む）の数字であり、Ｍ２は２族〜７族金属又はＡｌであり、Ｍ１及びＭ２は同じ金属又は異なる金属である）に曝すことと、
残るガス状の第２の前駆体分子を全て除去することと、
前記基板の表面上にＭ１とＭ２とを含む層が作製されるように、前記基板を前記第１の前駆体分子に曝すこと、ガス状の第１の前駆体分子を全て除去すること、前記基板を前記第２の前駆体分子に曝すこと、及び、残るガス状の第２の前駆体分子を全て除去することという要素を少なくとも１回繰り返すことと、
を含む、方法。
【請求項２５】
Ｍ１及びＭ２が、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＭｎからなる群から選択される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の前駆体分子が２つの２族〜７族金属原子又はＡｌを含む、請求項２４または２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１の前駆体分子が、（（ＣＨ３）３Ｓｉ）３Ａｌ・Ｎ（ＣＨ３）２（ＣＨ２ＣＨ３）、（（ＣＨ３）２ＡｒＳｉ）３Ａｌ・Ｎ（ＣＨ３）２（ＣＨ２ＣＨ３）、（（ＣＨ３）３Ｓｉ）３Ａｌ（キヌクリジン）、（（ＣＨ３）３Ｇｅ）３Ａｌ（キヌクリジン）、（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｍｎ、（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｍｎ・Ｎ（ＣＨ３）３、（（ＣＨ３）３Ｇｅ）２Ｍｎ（テトラメチルエチレンジアミン）及び（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｔｉ・Ｎ（ＣＨ３）３からなる群から選択される、請求項２４から２６の何れか１項に記載の方法。
【請求項２８】
Ｍ１が、−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３、−ＧｅＲ１Ｒ２Ｒ３、又はそれらの組合せ（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、同じか又は異なり、かつ、アルキル、アリール、シクロアルキル、アルケン、アルキン、及び多環式基からなる群から選択されるアルキル基である）である少なくとも２つの官能基に結合する、請求項２４から２７の何れか１項に記載の方法。
【請求項２９】
Ｍ１が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ又はＨｆであり、Ｍ１が、−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３、−ＧｅＲ１Ｒ２Ｒ３、又はそれらの組合せ（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、同じか又は異なり、かつ、アルキル、アリール、シクロアルキル、アルケン、アルキン、及び多環式基からなる群から選択されるアルキル基である）である少なくとも３つの官能基に結合する、請求項２４から２８の何れか１項に記載の方法。
【請求項３０】
表面を有する基板を準備することと、
前記基板の表面を、金属を含む前駆体分子に曝すことであって、前記金属が２族〜７族金属又はＡｌであり、前記金属が、少なくとも２つのシリコン原子、ゲルマニウム原子、又はシリコン原子及びゲルマニウム原子に直接結合する、ことと、
残るガス状の前駆体分子を全て除去することと、
前記基板の表面を水素に曝すことと、
残る水素及びガス状反応生成物を全て除去することと、
前記基板の表面上にＭを含む層が作製されるように、前記基板を前記前駆体分子に曝すこと、ガス状の前駆体分子を全て除去すること、前記基板を水素に曝すこと、並びに、残る水素及びガス状反応生成物を全て除去することという要素を複数回繰り返すことと、
を含む、方法。
【請求項３１】
前記金属が、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＭｎからなる群から選択される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記前駆体分子が２つの２族〜７族金属原子又はＡｌ金属原子を含む、請求項３０または３１に記載の方法。
【請求項３３】
水素を分子水素又はプラズマ励起された水素の形態で供給する、請求項３０から３２の何れか１項に記載の方法。
【請求項３４】
前記前駆体分子が、（（ＣＨ３）３Ｓｉ）３Ａｌ・Ｎ（ＣＨ３）２（ＣＨ２ＣＨ３）、（（ＣＨ３）２ＡｒＳｉ）３Ａｌ・Ｎ（ＣＨ３）２（ＣＨ２ＣＨ３）、（（ＣＨ３）３Ｓｉ）３Ａｌ（キヌクリジン）、（（ＣＨ３）３Ｇｅ）３Ａｌ（キヌクリジン）、（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｍｎ、（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｍｎ・Ｎ（ＣＨ３）３、（（ＣＨ３）３Ｇｅ）２Ｍｎ（テトラメチルエチレンジアミン）及び（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｔｉ・Ｎ（ＣＨ３）３からなる群から選択される、請求項３０から３３の何れか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記金属が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｚｒ又はＨｆであり、前記金属が、−ＳｉＲ１Ｒ２Ｒ３、−ＧｅＲ１Ｒ２Ｒ３、又はそれらの組合せ（式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、同じか又は異なり、ヘテロ原子含有及び非ヘテロ原子含有アルキル、アリール、シクロアルキル、アルケン、アルキン、環式基及び多環式基からなる群から選択されるアルキル基であり、ヘテロ原子がハロゲン、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ及びＧｅからなる群から選択される）である少なくとも３つの官能基に結合する、請求項３０から３４の何れか１項に記載の方法。
【請求項３６】
マザーボードと、
前記マザーボード上に搭載される通信チップと、
前記マザーボード上に搭載され、ナノワイヤトランジスタ素子を有するプロセッサ、とを備え、
ナノワイヤトランジスタ素子は前記トランジスタ素子のチャネル領域を形成するサスペンデッドナノワイヤと、前記サスペンデッドナノワイヤ上に配設される誘電体材料の層と、前記誘電体材料の層上に配設される金属層とを有し、
前記金属層は９９．５原子％〜７５．０原子％の２族〜７族金属又はＡｌと、０．５原子％〜１０．０原子％の範囲の量で存在するＳｉ又はＧｅとを含む、金属層とを備え、前記ナノワイヤがそのゲート電極内に懸架され、前記金属層が前記ゲート電極の一部を形成する、ナノワイヤトランジスタ素子を備える、プロセッサと、
を備える、演算素子。
【請求項３７】
マザーボードと、
前記マザーボード上に搭載される通信チップと、
前記マザーボード上に搭載され、トランジスタ素子を有するプロセッサとを備え、
前記トランジスタ素子は、
上面と一対の横方向に対向する側壁とを有するチャネル構造と、前記上面及び前記一対の横方向に対向する側壁上に配設される誘電体層と、前記上面及び前記一対の横方向に対向する側壁上の前記誘電体層上に配設される金属層とを有し、
前記金属層は９９．５原子％〜７５．０原子％の２族〜７族金属又はＡｌと、０．５原子％〜１０．０原子％の範囲の量で存在するＳｉ又はＧｅとを含む、プロセッサと、
を備える、演算素子。
【請求項３８】
マザーボードと、
前記マザーボード上に搭載される通信チップと、
前記マザーボード上に搭載され、表面を含む基板を有するプロセッサであって、
前記基板の表面上に配設される誘電体材料の層と、
側壁と底面とを有する、前記誘電体材料の層内に形成されるトレンチ又はビアと、
前記側壁及び底面上に配設されるバリア層であって、９９．５原子％〜７５．０原子％の２族〜７族金属と、０．５原子％〜１０．０原子％の範囲の量で存在するＳｉ又はＧｅとを含む、バリア層と、
ウェル内の金属領域であって、前記バリア層が、前記金属領域と前記誘電体材料の層との間にある、金属領域とを備える、プロセッサと、
を備える、演算素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は包括的に、集積回路素子、半導体素子、金属インターコネクト、トランジスタ、コンフォーマルフィルム、原子層堆積法、化学気相成長法及び化学的堆積法に関する。
【背景技術】
【０００２】
更に小型で高集積化された回路（ＩＣ）素子及び他の半導体素子に対する推進には、これらの素子を構成するのに使用される技法及び材料に関する膨大な要求が存在している。概して、集積回路チップは、マイクロチップ、シリコンチップ又はチップとしても知られている。ＩＣチップは、コンピュータ内のマイクロプロセッサ、自動車、テレビ、ＣＤプレーヤ及び携帯電話等の多様な共通の機器に含まれている。複数のＩＣチップは典型的に、シリコンウエハ（例えば３００ｍｍの直径を有する薄型シリコンディスク）上に構築され、加工後に、ウエハを切り離して個々のチップを作製する。およそ約９０ｎｍの加工寸法（feature sizes）を有する１ｃｍ２のＩＣチップは、何億もの構成部品を備えることができる。現行技術では、加工寸法を４５ｎｍよりも更に小さくしようとしている。ＩＣチップの構成部品としては、例えば、ＣＭＯＳ（相補型金属−酸化物−半導体）素子等のトランジスタ、容量性構造、抵抗性構造、及び構成部品と外部素子との間に電気接続をもたらす素地面が挙げられる。他の半導体素子としては、例えば、様々なダイオード、レーザ、光検出器及び地磁気センサが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１Ａ】基板表面上に、陽性金属を含む薄型コンフォーマルフィルムを形成するのに有用な方法を示す図である。
【図１Ｂ】基板表面上に、陽性金属を含む薄型コンフォーマルフィルムを形成するのに有用な方法を示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に有用な一前駆体分子を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に有用な一前駆体分子を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態に有用な一前駆体分子を示す図である。
【図２Ｄ】本発明の実施形態に有用な一前駆体分子を示す図である。
【図２Ｅ】本発明の実施形態に有用な一前駆体分子を示す図である。
【図２Ｆ】本発明の実施形態に有用な一前駆体分子を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に有用な更に例示的な前駆体分子を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に有用な更に例示的な前駆体分子を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態に有用な更に例示的な前駆体分子を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態に有用な更に例示的な前駆体分子を示す図である。
【図３Ｅ】本発明の実施形態に有用な更に例示的な前駆体分子を示す図である。
【図３Ｆ】本発明の実施形態に有用な更に例示的な前駆体分子を示す図である。
【図３Ｇ】本発明の実施形態に有用な更に例示的な前駆体分子を示す図である。
【図３Ｈ】本発明の実施形態に有用な更に例示的な前駆体分子を示す図である。
【図３Ｉ】本発明の実施形態に有用な更に例示的な前駆体分子を示す図である。
【図４】トライゲートトランジスタ素子を示す概略図である。
【図５Ａ】積層ナノワイヤトランジスタ素子を示す概略図である。
【図５Ｂ】積層ナノワイヤトランジスタ素子を示す概略図である。
【図５Ｃ】積層ナノワイヤトランジスタ素子を示す概略図である。
【図６】金属インターコネクト構造を示す図である。
【図７】本発明の実施態様に従って構築される演算素子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
陽性金属及び高次に陽性の金属の堆積では、望ましくない要因の組合せに起因して、これらの金属元素を含む半導体素子の製造について難題が存在する可能性がある。望ましくない要因としては、陽性金属を還元するのに必要とされる極めて高いエネルギー、並びに炭素、窒素及び酸素に対する大半の陽性金属の高い親和性が挙げられる。ＣＶＤ（化学気相成長）法又はＡＬＤ（原子層堆積）法を用いた陽性金属の堆積は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、又はこれらの化学種の組合せ等の望ましくない非化学量論的な二相及び三相の堆積をもたらすおそれがある。炭素、窒素及び／又は酸素は多くの場合、１つ又は複数の陽性金属から形成される所望フィルムの性能を低下させるおそれがある望ましくない構成要素である。
【０００５】
本発明の実施形態は、ＡＬＤ法及び／又はＣＶＤ法を用いて、陽性金属を含む層を形成する方法、１つ又は複数の陽性金属を含む層及び１つ又は複数の陽性金属を含む層を備える半導体素子を提供する。本発明の実施形態において、該フィルムは、薄型又は超薄型（１００Å厚未満である）フィルム及び／又はコンフォーマルフィルムである。有益には、本発明の実施形態によるフィルムは、多量の炭素、窒素及び酸素を含まない。本発明の一実施形態では、陽性金属を含むフィルムの炭素、窒素及び酸素の夾雑物総量が、１５原子パーセント未満である。
【０００６】
概して、原子層堆積（ＡＬＤ）は、典型的に、超薄型コンフォーマルフィルムを堆積するために半導体加工産業で使用される技法である。典型的なＡＬＤ法では、フィルムでコーティングすべき基板表面を、気相状の反応物質（前駆体）に順次曝す。反応物質への表面の曝露を順次繰り返すと、表面上に薄型コンフォーマル生成層が作製される。表面を気相状の各反応物質に曝した後、反応ガス及び反応副生成物を、反応チャンバから追い出す。
【０００７】
概して、化学気相成長（ＣＶＤ）は、基板表面上にフィルム層を作製するのに使用されるプロセスである。ＣＶＤ法では、基板表面上で反応を起こして所望のフィルム材料を形成する揮発性の反応前駆体に、基板表面を曝す。ＡＬＤ及びＣＶＤは、例えば、単結晶フィルム、多結晶フィルム、非晶質フィルム及びエピタキシャルフィルムを含む多様な形態で材料を堆積するのに使用することができる。ＣＶＤ法及びＡＬＤ法は典型的に、特殊装置の一部である真空チャンバ内で実施される。
【０００８】
図１Ａは、基板上に、１つ又は複数の陽性金属を含む層を形成するＡＬＤ法を記載している。本発明の実施形態による被膜堆積法は、マイクロメートル及びナノメートルスケールの形体、並びに高アスペクト比を有するマイクロメートル及びナノメートルスケールの形体を有する基板上に、薄型コンフォーマルフィルムを堆積させることができる。図１Ａでは、薄型コンフォーマルフィルムを堆積する基板表面を、被膜堆積法中に、任意に加熱する。本発明の実施形態では、基板を堆積中少なくとも室温以上に加熱する。堆積に必要とされる熱エネルギーが最小である場合でも、加熱によって一定の堆積条件の維持を可能にすることができる。被膜堆積法は比較的低温で行なうことができ、例えば、堆積は３０℃〜５００℃の温度で起こり得る。
【０００９】
基板表面を、陽性金属を含む第１の前駆体分子に曝す。本発明の実施形態において、陽性金属は、元素の周期表の２族〜７族及び／又はＡｌから選択される金属である。本発明の一実施形態では、陽性金属が、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＭｎ等の金属である。第１の前駆体分子は、金属−シリコン及び／又は金属−ゲルマニウムの直接結合を含む。本発明の実施形態において、第１の前駆体分子は１つ又は２つの金属原子を含み、該金属原子は全て同じ金属原子又は２つの異なる金属原子である。金属−シリコン及び／又は金属−ゲルマニウムの直接結合を含む第１の前駆体分子の金属中心（複数の場合もあり）は任意に、Ｎ原子、Ｐ原子、Ｏ原子又はＳ原子を通じて結合される配位ルイス塩基を有していてもよい。表面上にない前駆体分子を全て（及びおそらく存在する他のガス状化学種を全て）、例えば、堆積が起こっている真空チャンバを、不活性ガス、例えば、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノンでパージすることによって除去する。その後、基板表面を第２の前駆体分子（共反応物質）に曝す。第２の前駆体分子は、揮発性のＭＸｎ化合物（式中、Ｘは、ハロゲン、又は酸素含有配位子であり、ｎは２〜６（両端を含む）の数字である）である。金属−シリコン及び／又は金属−ゲルマニウムの直接結合を含む陽性金属を用いてフィルムを堆積させる反応スキームを、数１に示す。
【数１】
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数１中、ｍ及びｎは２〜６（両端を含む）の数字であり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、同じか又は異なり、炭化水素基、又は、ハロゲン、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ及び／又はＧｅ等の１つ又は複数のヘテロ原子を含む炭化水素基であり、Ｘはハロゲン又はアルコキシド（−ＯＲ（式中、Ｒは、炭化水素、又はヘテロ原子を含有する炭化水素、例えばアルキル、又はヘテロ原子を含有するアルキル基である））であり、Ｅはシリコン及び／又はゲルマニウムであり、Ｍ１及びＭ２は、元素の周期表の２族〜７族及び／又はＡｌから選択される陽性金属であり、ｐは１又は２であり、ｐが２のとき、（Ｍ１）ｐ−（ＥＲ１Ｒ２Ｒ３）ｍ分子を構成する陽性金属は同じであっても異なっていてもよい。炭化水素としては、例えば、分岐及び非分岐アルキル、アリール、シクロアルキル、アルケン、アルキン、環式基及び多環式基が挙げられる。金属Ｍ１及びＭ２は、同じ金属であっても異なる金属であってもよい。本発明の一実施形態では、Ｍ１及びＭ２が、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＭｎ等の金属である。有用なハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素が挙げられる。成長するフィルムにおける金属−金属結合の形成、及び揮発性生成物（Ｒ１〜３）３ＥＸの形成は、反応を進める要因である。反応物質及び／又は共反応物質を、例えば、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノン等の不活性ガスを含むガス状反応物質の混合物として、チャンバに供給することも可能である。
【００１０】
その後、例えば、チャンバをアルゴン又は窒素等の不活性ガスでパージすることによって、残るガス状共反応物質及びガス状反応生成物を全てチャンバから除去する。基板表面を第１の反応物質に曝すこと、基板表面に付着しなかった残るガス状反応物質を全て除去すること、基板を共反応物質に曝すこと、及び、ガス状共反応物質（及びガス状反応生成物）を全てチャンバから除去することという要素を複数回繰り返す。これらの要素は、基板の表面上における陽性金属（複数の場合もあり）の得られる層の望まれる厚みに応じて決定される回数繰り返される。該要素は、一度だけ又は複数回実施することもできると考えられる。
【００１１】
図１Ｂは、基板上に、陽性金属（複数の場合もあり）を含む層を形成する付加的な方法を記載している。本発明の実施形態による被膜堆積法は、マイクロメートル及びナノメートルスケールの形体、並びに高アスペクト比を有するマイクロメートル及びナノメートルスケールの形体を有する基板上に、薄型コンフォーマルフィルムを堆積させることができる。図１Ｂでは、薄型コンフォーマルフィルムを堆積する基板表面を、被膜堆積法中に、任意に加熱する。本発明の実施形態では、基板を堆積中少なくとも室温以上に加熱する。堆積に必要とされる熱エネルギーが最小である場合でも、加熱によって一定の堆積条件の維持を可能にすることができる。被膜堆積法は比較的低温で行なうことができ、例えば、堆積は３０℃〜５００℃の温度で起こり得る。
【００１２】
基板表面を、陽性金属を含む第１の前駆体分子に曝す。本発明の実施形態において、陽性金属は、元素の周期表の２族〜７族及び／又はＡｌから選択される金属である。本発明の一実施形態では、陽性金属が、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＭｎ等の金属である。第１の前駆体分子は、金属−シリコン及び／又は金属−ゲルマニウムの直接結合を含む。本発明の実施形態において、第１の前駆体分子は１つ又は２つの金属原子を含み、該金属原子は全て同じ金属原子又は異なる金属原子の混合物である。金属−シリコン及び／又は金属−ゲルマニウムの直接結合を含む第１の前駆体分子の金属中心（複数の場合もあり）は、任意に、Ｎ原子、Ｐ原子、Ｏ原子又はＳ原子を通じて結合される配位ルイス塩基を有していてもよい。残るガス状前駆体分子を全て（及びおそらく存在する他のガス状化学種を全て）、例えば、堆積が起こっている真空チャンバを、不活性ガスでパージすることによって除去する。その後、基板表面を第２の前駆体分子（共反応物質）に曝す。第２の反応物質は水素である。金属−シリコン及び／又は金属−ゲルマニウムの直接結合を含む陽性金属を用いてフィルムを堆積させる反応スキームを、数２に示す。
【数２】
2014535159.tif 000004
数２中、ｍは２〜６（両端を含む）の数字であり、Ｅはシリコン及び／又はゲルマニウムであり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、同じか又は異なり、炭化水素基、又は、ハロゲン、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ及び／又はＧｅ等の１つ又は複数のヘテロ原子を含む炭化水素基であり、Ｍは、元素の周期表の２族〜７族及び／又はＡｌから選択される陽性金属であり、ｐは１又は２であり、ｐが２又は３のとき、Ｍｐ−（ＥＲ１Ｒ２Ｒ３）ｍ分子を構成する陽性金属は同じであっても異なっていてもよい。炭化水素としては、例えば、分岐及び非分岐アルキル、アリール、シクロアルキル、アルケン、アルキン、環式基及び多環式基が挙げられる。本発明の一実施形態では、Ｍｐが、１つ又は複数の金属、例えば、Ｚｒ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＭｎである。一般的な形態のいずれかにおける水素、例えば、プラズマ活性化の有無にかかわらず、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン又はキセノン等の付加的な不活性ガスの存在の有無にかかわらず、分子水素を被膜堆積に使用することができる。反応性金属水素化物結合が、基板表面上に形成される。ＡＬＤ法の熱条件の下で、金属水素化物は、分子水素及び金属に分解する。反応生成物を表面から追い出すと、超薄型金属層が残る。
【００１３】
その後、例えば、チャンバをアルゴン又は窒素等の不活性ガスでパージすることによって、残るガス状共反応物質及びガス状反応生成物を全てチャンバから除去する。基板表面を第１の反応物質に曝すこと、基板表面に付着しなかった残るガス状反応物質を全て除去すること、基板を共反応物質に曝すこと、及び、ガス状共反応物質（及びガス状反応生成物）を全てチャンバから除去することという要素を複数回繰り返す。これらの要素は、基板の表面上における陽性金属（複数の場合もあり）の得られる層の望まれる厚みに応じて決定される回数繰り返される。該要素は、一度だけ実施することもできると考えられる。
【００１４】
図１Ａ及び図１Ｂの代替的な実施形態では、ＣＶＤに更によく似た技法を実施して、ガス状反応物質（複数の場合もあり）及びもしあれば共反応物質（複数の場合もあり）を同時に、基板表面に供給して、陽性金属の層を形成する。更なる代替的な実施形態では、残るガス状反応物質（複数の場合もあり）及び共反応物質（複数の場合もあり）、並びにガス状生成物をチャンバから除去し、ガス状反応物質（複数の場合もあり）及び共反応物質（複数の場合もあり）を基板表面に供給するプロセスを何回か繰り返して、所望の厚みを有する層を作製する。
【００１５】
本発明の実施形態において、陽性金属（複数の場合もあり）を含むフィルムは、いずれかの見込まれる酸化剤に曝す前、例えば、空気に曝す前に、金属状態（ゼロ酸化状態）の陽性金属（複数の場合もあり）を有する。フィルムを酸化剤から保護すると、陽性金属（複数の場合もあり）はゼロ酸化状態のままである。
【００１６】
図２Ａ〜図２Ｆは、本発明の実施形態に有用な前駆体分子を示すものである。陽性金属と、１つ又は２つの金属原子と、金属−シリコン及び／又は金属−ゲルマニウムの直接結合と、Ｓｉ及び／又はＧｅに結合される他の官能基とを含む他の前駆体分子も可能である。図２Ａ〜図２Ｆでは、官能基−ＥＲ１Ｒ２Ｒ３のうち、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３が、同じか又は異なり、アルキル、アリール、Ｅと、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｎ、Ｐ、Ｏ若しくはＳ等の主族元素との間の直接結合を含む基、又は複素環基であり、ＥはＳｉ又はＧｅである。図２Ａでは、Ｍ１が陽性金属、例えば、Ｂｅ、Ｍｇ又はＣａである。図２Ｂ〜図２Ｅでは、Ｍ２が陽性金属、例えば、Ｔｉ、Ｓｃ又はＹであり、Ｅはシリコン又はゲルマニウムである。図２Ｆでは、Ｍ３が陽性金属、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ又はＨｆであり、Ｅはシリコン又はゲルマニウムである。本発明の一実施形態では、Ｒがメチル基である。本発明の更なる実施形態では、−ＥＲ１Ｒ２Ｒ３が、Ｒ官能基として、２つのメチル基と、ベンジル基とを含む。本発明の更なる実施形態では、前駆体分子が、（（ＣＨ３）３Ｓｉ）３Ａｌ：Ｎ（ＣＨ３）２（ＣＨ２ＣＨ３）、（（ＣＨ３）２ＡｒＳｉ）３Ａｌ：Ｎ（ＣＨ３）２（ＣＨ２ＣＨ３）、（（ＣＨ３）３Ｓｉ）３Ａｌ（キヌクリジン）、（（ＣＨ３）３Ｇｅ）３Ａｌ（キヌクリジン）、（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｍｎ、（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｍｎ・Ｎ（ＣＨ３）３、（（ＣＨ３）３Ｇｅ）２Ｍｎ（ｔｍｅｄａ）及び（（Ｃ４Ｈ９）３Ｓｉ）２Ｔｉ・Ｎ（ＣＨ３）３（式中、Ａｒは、芳香族基、又は、１つ又は複数のヘテロ原子を任意に含む炭化水素基であり、ｔｍｅｄａはテトラメチルエチレンジアミンである）である。
【００１７】
本発明の実施形態によるプロセスは、例えば、プレーナ型トランジスタ素子、トライゲートトランジスタ素子、及び積層ナノワイヤトランジスタ素子、並びにインターコネクト（ビア及びワイヤ）において、バリア、シード層、ライナー、キャップとして、及び／又は一次導電性インターコネクト金属のコンフォーマル層として、ゲート電極用途及びソース／ドレインコンタクト用途に使用される超薄型金属層を作製するのに使用することができる。本発明の実施形態による方法は、例えば、ＮＭＯＳ作用機能金属、ＮＭＯＳ金属拡散バリア、ＰＭＯＳ作用機能金属、及び／又は付着層／ライナー層を堆積させるのに有用である。本発明の実施形態による金属層には、フィルムを形成するのに使用される金属−シリコン及び／又は金属−ゲルマニウムの直接結合を含む前駆体の使用の結果として存在するＳｉ及び／又はＧｅが少量存在する。本発明の実施形態によるフィルム中に存在するＳｉ及び／又はＧｅの量は、０．５原子％〜１０．０原子％の範囲である。付加的な実施形態では、フィルム中に存在するＳｉ及び／又はＧｅの量が、２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％の範囲である。
【００１８】
本発明の付加的な実施形態では、金属層中により多くの量のＳｉ及び／又はＧｅを有する、陽性金属を含む金属層が作製される。典型的に、ＣＶＤ法は、より大きいＳｉ及び／又はＧｅ含有量を有する金属ケイ化物フィルム及び／又は金属ゲルマニウム化物フィルムを作製するのに使用される。例えば、ＴｉＳｉは、本発明の実施形態に従って作製される半導体製作に使用される導電材料である。本発明の付加的な実施形態による陽性金属フィルム中に存在するＳｉ及び／又はＧｅの量は、１０．０原子％〜６７原子％の範囲である。
【００１９】
図３Ａ〜図３Ｉは、本発明の実施形態に有用な付加的な前駆体分子を示すものである。２族〜７族金属及び／又はＡｌの異なる組合せを含み、１つ又は２つの金属原子、及びＳｉ及び／又はＧｅに接続する異なる官能基を含む他の前駆体分子も可能である。
【００２０】
図４は、トライゲートトランジスタ構造の概略図を提示するものである。図４では、絶縁基板４０５が、ゲート電極４１０領域、並びにソース４１５領域及びドレイン４２０領域を備える。絶縁基板４０５は、例えば、ＳｉＯ２等の絶縁材料の層がその上に形成される半導体基板から形成される。チャネル領域４３０は、三方に、ゲート誘電体領域４２５と、ゲート電極領域４１０とを有する。ゲート電極領域４１０は、本発明の実施形態による金属層から形成される。電極領域４１０の少なくとも一部は、例えば、薄型コンフォーマル層の堆積を可能にする本明細書中に記載される方法を用いて形成される。これらの金属層にはＳｉ又はＧｅが少量存在し、その量は、Ｓｉ又はＧｅ  ０．５原子％〜１０．０原子％（又は２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％）の範囲であり、また、前駆体分子中に存在していた９９．５原子％〜７５．０原子％（又は９８原子％〜７０原子％、又は９８原子％〜７２原子％）の１つ又は複数の２族〜７族金属又はＡｌが含まれる。コンフォーマル層を堆積させた後、電極領域を、例えば、種々の前駆体を採用するＡＬＤ法又はＣＶＤ法等の種々の堆積法を用いて、導電材料で任意に充填してもよい。場合によっては、付着層及び／又はバリア層（不図示）が、ゲート誘電体領域４２５とゲート電極領域４１０との間にある。ソース４１５領域及びドレイン４２０領域は、例えば、導電性Ｐ型又はＮ型半導体材料から形成される。ゲート誘電体層４２５は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等の絶縁材料である。ゲート誘電体層４２５は、例えば金属酸化物誘電体等の高ｋゲート誘電体材料であってもよい。チャネル領域４３０は、例えば、ドープされているか又はドープされていないシリコン、単結晶シリコン、シリコンとゲルマニウムとの混合物、又はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体（周期表のＩＩＩ族及びＶ族（又は１３族及び１５族）の元素を含む化合物）、例えば、インジウムガリウムヒ化物（ＩｎＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、及びインジウムアルミニウムヒ化物（ＩｎＡｌＡｓ）から形成され得る。概して、トライゲートトランジスタ構造は、ゲート誘電体及びゲート電極によって三方を取り囲まれたチャネル領域を有する。図示される形体に関して他の構成及び形状、例えば、異なる形状のソース領域及びドレイン領域を有するものも、トライゲートトランジスタでは可能である。加えて、トランジスタは、簡単にするために図示していない他の関連付けられる形体を有する。例えば、ゲート電極領域の範囲は典型的に、絶縁スペーサによって部分的に定められ、トランジスタ構造は絶縁材料で覆われていてもよく、導電性ビアは、ソース領域及びドレイン領域を、トランジスタを収容する半導体チップの他の素子及び領域に接続させる。本発明の更なる実施形態では、導電性ビア（不図示）が、０．５原子％〜１０．０原子％（又は２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％）の範囲の少量のＳｉ又はＧｅが存在する、コンタクトの内側を裏打ちする金属層を有する。本発明の更なる実施形態では、フィルムがＳｉ又はＧｅを少量含み、その量は、Ｓｉ又はＧｅ  ０．５原子％〜１０．��原子％（又は２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％）の範囲であり、また、前駆体分子中に存在していた９９．５原子％〜７５．０原子％（又は９８原子％〜７０原子％、又は９８原子％〜７２原子％）の１つ又は複数の２族〜７族金属及び／又はＡｌを含む。本発明の付加的な実施形態では、フィルムがＳｉ又はＧｅを少量含み、その量は、Ｓｉ又はＧｅ  ０．５原子％〜１０．０原子％（又は２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％）の範囲であり、また、前駆体分子中に存在していた９９．５原子％〜７５．０原子％（又は９８原子％〜７０原子％、又は９８原子％〜７２原子％）の１つ又は複数の２族〜７族金属及び／又はＡｌを含むとともに、炭素、窒素及び酸素の夾雑物総量が１５原子パーセント未満である。本発明の付加的な実施形態では、コンタクトの内側を裏打ちする層を、本明細書中に記載される方法に従って形成する。この層は、ソース／ドレイン区域とコンタクト金属との間の薄型拡散バリア層上に堆積されるものであってもよい。
【００２１】
図５Ａ〜図５Ｃは、積層ナノワイヤトランジスタ素子を示すものである。図５Ａの図は、説明し易いように積層ナノワイヤトランジスタ素子を半分示すものである。図５Ｂは、図５Ａの図に対して４５度回転させた透視図で図５Ａの素子を表しており、ここで図５Ｂにはゲート誘電体層及びゲート金属を含めた。図５Ｃは、図５Ａのスライス面に対して９０度回転させた面に沿ってスライスした積層ナノワイヤトランジスタ素子を示し、素子自体は−４５度回転させたものである。図５Ａでは、基板５０５が、絶縁スペーサ５１０と、ソース／ドレイン領域５１５とを収容している。トランジスタ１つ当たり２つ示されるナノワイヤチャネル領域５２０は、ソース／ドレイン領域５１５に連絡している。ナノワイヤチャネル領域５２０は、例えば、シリコン、シリコン及びゲルマニウム、又はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、例えば、インジウムガリウムヒ化物（ＩｎＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）及びインジウムアルミニウムヒ化物（ＩｎＡｌＡｓ）を含む。図５Ｂ〜図５Ｃ中、ゲート誘電体５２５はチャネル領域５２０上に配設され、ゲート電極領域５３０はゲート誘電体５２５上に配設される。ゲート誘電体５２５は、絶縁材料、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、又は高ｋ誘電体材料である。本明細書中に記載されるプロセスは、ゲート誘電体５２５の周囲に、金属の薄膜コンフォーマル層５３５を堆積させるのに使用することができる。薄型コンフォーマル金属層５３５にはＳｉ又はＧｅが少量存在し、その量は、Ｓｉ又はＧｅ  ０．５原子％〜１０．０原子％（又は２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％）の範囲である。本発明の更なる実施形態では、フィルムが、Ｓｉ又はＧｅを少量含み、その量は、Ｓｉ又はＧｅ  ０．５原子％〜１０．０原子％（又は２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％）の範囲であり、また、前駆体分子中に存在していた９９．５原子％〜７５．０原子％（又は９８原子％〜７０原子％、又は９８原子％〜７７原子％）の１つ又は複数の２族〜７族金属及び／又はＡｌを含む。本発明の付加的な実施形態では、フィルムが、Ｓｉ又はＧｅを少量含み、その量は、Ｓｉ又はＧｅ  ０．５原子％〜１０．０原子％（又は２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％）の範囲であり、また、前駆体分子中に存在していた９９．５原子％〜７５．０原子％（又は９８原子％〜７０原子％、又は９８原子％〜７２原子％）の１つ又は複数の２族〜７族金属及び／又はＡｌを含むとともに、炭素、窒素及び酸素の夾雑物総量が１５原子パーセント未満である。残るゲート電極領域５３０は、薄型コンフォーマル金属層５３５と同じ金属又は異なる導電性物質を含んでいてもよく、同じ又は異なる方法によって堆積されるものであってもよい。付加的な実施形態では、ゲート電極領域５３０が、例えば、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ａｌ等の材料、及びそれらの合金、並びにＥｒ、Ｄｙ等の希土類元素又はＰｔ等の貴金属を含む合金、並びにＴａＮ及びＴｉＮ等の窒化物を含んでいてもよい。場合によっては、付着層及び／又はバリア層（不図示）が、ゲート誘電体領域５２５とゲート電極領域５３０との間にある。描写される形体に関して他の構成及び形状、例えば、種々の数のナノワイヤトランジスタ（１つ、２つ又は３つ以上のナノワイヤ）を有するもの、並びに異なる形状のソース領域及びドレイン領域を有するものも、積層ナノワイヤトランジスタでは可能である。
【００２２】
概して、高ｋ誘電体は、ＳｉＯ２のものより大きい比誘電率を有する誘電体材料である。ＳｉＯ２の比誘電率は３．９である。例示的な高ｋ誘電体材料としては、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、ハフニウムシリコン酸化物、酸化ランタン、ランタンアルミニウム酸化物、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ジルコニウムシリコン酸化物、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、バリウムストロンチウムチタン酸化物、バリウムチタン酸化物、ストロンチウムチタン酸化物、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、鉛スカンジウムタンタル酸化物、鉛亜鉛ニオブ酸塩、及び半導体分野で既知の他の材料が挙げられる。
【００２３】
本発明の付加的な実施形態では、本発明の実施形態によるプロセスを、ＢＥＯＬ（配線工程（back end of the line））インターコネクト利用にかかる金属を堆積させるのに使用する。これらの利用としては、エレクトロマイグレーションを低減するための、付着層、ライナー、バリア、キャップ、及びインターコネクト金属自体が挙げられる。図６は、トレンチ又はビア等の金属インターコネクト構造を示すものである。図６中、基板６０５が金属トレンチ又はビア６１０を収容する。金属トレンチ又はビア６１０は、例えば層間絶縁膜（ＩＬＤ）である絶縁層６１５内にある。誘電体材料としては、低ｋ誘電体及び二酸化ケイ素が挙げられる。任意の層６２０は、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素及び二酸化ケイ素等の誘電体材料から形成されるエッチング遮断（etchstop）層である。バリア層６２５は、金属トレンチ又はビア６１０を、誘電体層６１５及び６２０から分離するものである。構造は任意に、金属トレンチ又はビア６１０を、金属トレンチ又はビア６１０の上部に堆積される付加的な誘電体層６４０（例えばＩＬＤ）から分離するキャップ層６３５を備える。金属トレンチ又はビア６１０は任意に、下位の第２の金属トレンチ又はビア６４５に電気的に接続される。金属トレンチ又はビア６１０及び６４５は、例えば、銅、アルミニウム、銀、及びそれらの合金から形成される。更に、図６の構造は、キャップ層６３５を備えるものの、異なるバリア層６２５を備えるか、又はバリア層６２５を備えないことがある。本発明の一実施形態では、金属トレンチ又はビア６１０及び６４０が銅から形成される。本発明の実施形態において、バリア層６２５はＷ、Ｈｆ及び／又はＴａを含んでいてもよく、エレクトロマイグレーションを低減させる金属キャップ６３５がＷを含んでいてもよい。Ｗ、Ｈｆ及び／又はＴａの薄型コンフォーマル層を、本発明の実施形態に従って、層間絶縁膜（ＩＬＤ）（例えば、低ｋ材料又はＳｉＯ２等の誘電体材料から形成される）の上部に堆積させた後、電気めっき前にＡＬＤ  Ｃｕフィルムでコーティングする。誘電体表面に対して露出した金属表面上にキャップ層を選択的に堆積することができる。誘電体表面上の原子層堆積は、自己組織化単分子膜及びアミノ（オルガノ）シランが挙げられるが、これらに限定されない有機薄膜によるそれらの表面官能基化を通じて阻害される可能性がある。前述の通り、堆積後に修飾されていない本発明の実施形態による陽性金属フィルムには、Ｓｉ又はＧｅが少量存在し、その量は、Ｓｉ又はＧｅ  ０．５原子％〜１０．０原子％（又は２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％）の範囲である。本発明の更なる実施形態では、フィルムがＳｉ又はＧｅを少量含み、その量は、Ｓｉ又はＧｅ  ０．５原子％〜１０．０原子％（又は２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％）の範囲であり、また、前駆体分子中に存在していた９９．５原子％〜７５．０原子％（又は９８原子％〜７０原子％、又は９８原子％〜７２原子％）の１つ又は複数の２族〜７族金属及び／又はＡｌ（例えば、Ｗ、Ｈｆ及び／又はＴａ）を含む。本発明の付加的な実施形態では、フィルムがＳｉ又はＧｅを少量含み、その量は、Ｓｉ又はＧｅ  ０．５原子％〜１０．０原子％（又は２原子％〜１５原子％、又は２原子％〜８原子％）の範囲であり、また、前駆体分子中に存在していた９９．５原子％〜７５．０原子％（又は９８原子％〜７０原子％、又は９８原子％〜７２原子％）の１つ又は複数の２族〜７族金属及び／又はＡｌを含むとともに、炭素、窒素及び酸素の夾雑物総量が１５原子パーセント未満である。
【００２４】
誘電体層、誘電体形体及び／又は層間絶縁膜（ＩＬＤ）に使用される典型的な誘電体材料としては、二酸化ケイ素及び低ｋ誘電体材料が挙げられる。使用され得る付加的な誘電体材料としては、炭素ドープ酸化物（ＣＤＯ）、窒化ケイ素、有機ポリマー、例えばペルフルオロシクロブタン又はポリテトラフルオロエチレン、フッ素ケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、及びオルガノケイ酸塩、例えば、シルセスキオキサン、シロキサン又はオルガノケイ酸塩ガラスが挙げられる。誘電体層は、比誘電率を更に低減させる細孔を含んでいてもよい。
【００２５】
本明細書中に示される素子の構成部品は、付加的な層、例えば、ライナー、及び異なる材料を含む層を分離する、例えば金属層を絶縁層から分離する付着層を備えていてもよく、簡単にするために単層として示される構成部品が、例えば、素子及び素子の所望特性を構成するのに使用される製造プロセスに応じて、同じ又は異なる材料の複数の層を備えていることがある。
【００２６】
本発明の実施態様は、半導体基板等の基板上に収容される。本発明の実施形態による陽性金属層が形成され得る基板表面としては、例えば、Ｈ末端シリコン、二酸化ケイ素、シリコン、シリコンゲルマニウム、ＩＩＩ−Ｖ族（又は付加的な周期表の列番号スキームにおける１３族〜１４族）化合物半導体、主族酸化物、金属、及び／又は二元金属酸化物又は混合金属酸化物が挙げられる。層、及び素子を構成する層を、本発明の実施形態を製作する基板として又は基板の一部として記載してもよい。半導体素子を構築する基板ベースは典型的に、切り離して個々のＩＣチップを得る半導体ウエハである。チップを構築するベース基板は典型的にシリコンウエハであるが、本発明の実施形態は、使用される基板のタイプに依存するものではない。基板は、単独又はシリコン若しくは二酸化ケイ素又は他の絶縁材料と組合せて、ゲルマニウム、アンチモン化インジウム、テルル化鉛、ヒ化インジウム、リン化インジウム、ガリウムヒ素、アンチモン化ガリウム、及び／又は他のＩＩＩ−Ｖ族材料から形成されるものであってもよい。
【００２７】
図７は、本発明の一実施態様による演算素子１０００を示すものである。演算素子１０００はマザーボード１００２を収容する。マザーボード１００２は、限定されるものではないが、プロセッサ１００４及び少なくとも１つの通信チップ１００６を含む多数の構成部品を備え得る。プロセッサ１００４は、マザーボード１００２に物理的及び電気的に連結している。実施態様によっては、少なくとも１つの通信チップ１００６も、マザーボード１００２に物理的及び電気的に連結している。
【００２８】
その用途に応じて、演算素子１０００は、マザーボード１００２に物理的及び電気的に連結していても又は連結していなくてもよい他の構成部品を備え得る。これらの他の構成部品としては、揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ）、不揮発性メモリ（例えばＲＯＭ）、グラフィックスプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、暗号（crypto）プロセッサ、チップセット、アンテナ、ディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイ、タッチスクリーンコントローラ、電池、オーディオコーデック、ビデオコーデック、電力増幅器、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）素子、コンパス、加速度計、ジャイロスコープ、スピーカー、カメラ、及び大容量記録装置（ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等）が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２９】
通信チップ１００６によって、演算素子１０００へ及び演算素子１０００からのデータの転送にかかる無線通信が可能となる。「無線」という用語及びその派生語は、被変調電磁波の使用によって非固体媒体を通じてデータを通信することができる、回路、素子、システム、方法、技法、通信、チャネル等を説明するのに使用されるものである。用語は、関連素子がワイヤを全く含まないことを暗に示すものではないが、実施形態によっては含まないこともある。通信チップ１００６は、限定されるものではないが、Ｗｉ−Ｆｉ（ＩＥＥＥ  ８０２．１１ファミリ）、ＷｉＭＡＸ（ＩＥＥＥ  ８０２．１６ファミリ）、ＩＥＥＥ  ８０２．２０、ロング・ターム・エボリューション（ＬＴＥ）、Ｅｖ−ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ（登録商標）、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、それらの派生物、並びに、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ及びそれ以上に指定されるいずれかの他の無線プロトコルを含む、多数の無線規格又は無線プロトコルのいずれかを実施することができる。演算素子１０００は、複数の通信チップ１００６を備えていてもよい。例えば、第１の通信チップ１００６を、Ｗｉ−Ｆｉ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等のより短距離の無線通信に割り当てて、第２の通信チップ１００６を、ＧＰＳ、ＥＤＧＥ、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、Ｅｖ−ＤＯ等のより長距離の無線通信に割り当てることもできる。
【００３０】
演算素子１０００のプロセッサ１００４は、プロセッサ１００４内にパッケージングされる集積回路ダイを備える。本発明の実施態様によっては、プロセッサの集積回路ダイとして、本発明の実施態様に従って形成される、１つ又は複数の素子、例えば、トランジスタ及び／又は金属インターコネクトが挙げられる。「プロセッサ」という用語は、レジスタ及び／又はメモリからの電子データを処理して、その電子データを、レジスタ及び／又はメモリに貯蔵することができる他の電子データに変換するいずれかの素子又は素子の一部を指し得る。
【００３１】
また、通信チップ１００６は、通信チップ１００６内にパッケージングされる集積回路ダイを備える。本発明の別の実施態様によれば、通信チップの集積回路ダイとして、本発明の実施態様に従って形成される、１つ又は複数の素子、例えば、トランジスタ及び／又は金属インターコネクトが挙げられる。
【００３２】
更なる実施態様では、演算素子１０００内に収容される別の構成部品が、本発明の実施態様に従って形成される、１つ又は複数の素子、例えば、トランジスタ又は金属インターコネクトを備える、集積回路ダイを含有していてもよい。
【００３３】
様々な実施態様において、演算素子１０００は、ラップトップ、ネットブック、ノートブック、スマートフォン、タブレット、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ウルトラモバイルＰＣ、携帯電話、デスクトップコンピュータ、サーバ、プリンタ、スキャナ、モニタ、セットトップボックス、エンターテイメントコントロールユニット（entertainment control unit）、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤ、又はデジタルビデオレコーダとすることができる。更なる実施態様では、演算素子１０００が、データを処理するいずれかの他の電子デバイスであってもよい。
【００３４】
前述の記載では、本発明の実施形態の全体を通じた理解を提示するために、トランジスタ、インターコネクト及び材料レジームに関する配置等の数多くの詳細を説明している。本発明の実施形態を、これらの詳細の範囲外で実施可能であることは、当業者には明らかであろう。その他の例において、集積回路設計配置等のよく知られている特徴は、本発明の実施形態を不必要に不明瞭とするため詳細には記載していない。さらに、図に示される様々な実施形態は、例示的な表示であって、必ずしも一定の比率の縮尺で描かれたものではないことを理解されたい。
【００３５】
関連分野における熟練者は、開示及び組合せを通じて修正及び変更が可能であり、また図示されかつ説明される様々な構成部品について置換が可能であることを認識している。本明細書全体を通じて「一実施形態」又は「実施形態」についての言及は、実施形態に関連して記載される、特定の特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれるが、それらが全ての実施形態で存在することを必ずしも表すわけではないことを意味している。さらに、実施形態で開示される、特定の特徴、構造、材料又は特性は、１つ又は複数の実施形態における任意の他の好適な様式で組み合わせてもよい。様々な付加的な層及び／又は構造を含めてもよく、及び／又は他の実施形態では記載される特徴を省略してもよい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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