(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材アセンブリの一部に第１の電極を形成し、
前記第１の電極の少なくとも一部の上に誘電性材料を供給し、
前記誘電性材料の少なくとも一部の上に第２の電極を形成することを含む、キャパシターの製造方法であって、
前記第１及び第２の電極の少なくとも一方が、
ケイ素先駆物質と共に反応容器に導入されたルテニウム先駆物質を用いた化学気相堆積により形成された、ＲｕＳｉx（ｘは０．０１〜１０）でできた拡散バリアー層を含む、キャパシターの製造方法。
【請求項２】
前記基材アセンブリがケイ素含有量域を有し、且つ前記第１の電極の形成が、前記基材アセンブリのケイ素含有領域の少なくとも一部に前記第１の電極を形成することを含み、前記第１の電極が、前記拡散バリアー層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の電極の形成が、
ＲｕＳｉx（ｘは０．０１〜１０）の拡散バリアー層を形成すること、及び
前記拡散バリアー層上に金属又は導電性金属酸化物の少なくとも１つでできた１又は複数の追加の導電性層を形成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記導電性層が、ＲｕＯ2、ＲｈＯ2、ＭｏＯ2、ＩｒＯ2、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＩｒからなる群より選択される少なくとも１種の材料で形成される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記基材アセンブリが、１より大きいアスペクト比の開口を規定する表面を有し、且つ、前記第１の電極が、前記開口を規定する表面に形成された前記拡散バリアー層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記拡散バリアー層が、開口の内部に形成される均一な厚さの層である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ｘが１〜３である、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ｘが２．０である、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、半導体デバイス及びその製造に関する。より特に本発明は、拡散バリアー層に関する。
【０００２】
［発明の背景］
集積回路の製造では、様々な導電性層を使用する。例えば、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アクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、強誘電性（ＦＥ）メモリ等のような半導体デバイスの製造の間には、蓄積セルキャパシターの製造において導電性材料を使用し、また接触ホール、バイア等の導電性層のような相互接続構造においても導電性材料を使用する。多くの用途では、使用する導電性材料が、効果的な拡散バリアー特性を提供することが好ましい。
【０００３】
例えば、効果的な拡散バリアー特性は、ＤＲＡＭのようなメモリーデバイスの蓄積セルキャパシターの製造において使用される導電性材料で必要とされている。メモリーデバイスはより密になってきているので、そのようなデバイスを形成する回路部品の大きさを小さくすることが必要である。メモリーデバイスの蓄積セルキャパシターの蓄電容量を維持しながら、同時にメモリーデバイスの大きさを小さくする１つの方法は、蓄積セルキャパシターの誘電体層の誘電率を大きくすることである。従ってそのような用途では、誘電率が大きい材料を２つの電極の間で使用する。様々な誘電性材料の１又は複数の層を、電極材料として使用することができる。しかしながら一般に、電極（特にセルキャパシターの底部電極）のために使用する導電性材料の１又は複数の層は、ある種の拡散バリアー性、例えばケイ素拡散バリアー性を持たなければならない。そのような性質は、蓄積セルキャパシターの誘電体層のために、誘電率が大きい材料を使用する場合に特に必要とされる。これはそのような高誘電率材料の製造のために使用する方法、例えば高誘電率材料の堆積は通常、酸素含有雰囲気において高温（一般的に約５００℃を超える温度）で行うことによる。
【０００４】
一般に、様々な金属及び金属化合物、例えばパラジウムのような金属、及び酸化ルテニウムのような導電性金属酸化物を、高誘電率の材料を使用する電極積層体の少なくとも１つの層又は電極として使用することが提案されている。しかしながら、信頼可能な電気的な接触は一般に、高誘電率材料の有益な性質を減少させないように作るべきである。電極積層体の１つの層又は底部電極としてうまく機能するパラジウム又はルテニウム酸化物では、基材又は他のケイ素含有領域から電極上部へのケイ素拡散の効果的なバリアーを提供することが必要である。これは、電極積層体の表面のケイ素が、高誘電率材料、例えばＴａ2Ｏ5又はＢａＳｒＴｉＯ3の酸素焼きなましの間に酸化する傾向があり、これが一連のキャパシタンスの減少をもたらし、それによってセルキャパシターの蓄電容量を減少させるためである。
【０００５】
単独で電極として使用するプラチナ及びルテニウム酸化物は、ケイ素に対する透過性が高すぎて、ケイ素基材領域に製造される蓄積セルキャパシターの底部電極としては使用することができない。そのような材料のケイ素に対する透過性のために典型的に、ケイ素上に直接に作られたキャパシターの結合のための拡散バリアー及び電極として作用する電極積層体の層として使用する。例えば、文献「Ｎｏｖｅｌ  Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｅｍｏｒｉｅｓ」、Ｈ．Ｄ．Ｂｈａｔｔ等、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔｅｒ、７１（５）、１９９７年８月４日で示されているように、電極バリアー構造体は、プラチナ：ロジウム酸化物層に加えて、プラチナ：ロジウム合金の層を有して、拡散バリアー性を有する電極を形成する。そのような合金層は、物理気相堆積（ＰＶＤ）プロセス、例えば反応性高周波スパッタリングプロセスを使用して製造する。更に例えば、文献「（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 Ｆｉｌｍｓ  Ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｂｙ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｒｕ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ」、カワハラ等、Ｊｐｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｖｏｌ．３５（１９９６）Ｐｔ．１、Ｎｏ．９Ｂ、ｐ．４８８０〜４８８５は、高誘電率材料と関連して、電極の製造のためのルテニウム及ぶ酸化ルテニウムの使用を説明している。
【０００６】
多くの蓄積セルキャパシターが製造されており、これらは、小さい高アスペクト比の開口内での導電性材料の堆積によって製造された電極層を有する。典型的にスパッタリングは、そのような小さい高アスペクト比の開口内での電極層の製造に適当な十分に適合した層を提供しない。
【０００７】
キャパシター電極の製造に加えて、相互接続の用途のような他の用途で使用するバリアー層の製造も望まれている。例えば、拡散バリアーは一般に、接触口での望ましくない反応を防ぐために使用されている。
【０００８】
［発明の概略］
上述の問題を解決するために、ＲｕＳｉx拡散バリアー層、そのようなバリアー層を含む構造体、及びそれらに関連する方法をここで開示する。
【０００９】
本発明の集積回路の製造で使用する方法は、表面を有する基材アセンブリを提供することを含む。拡散バリアー層を、この基材の少なくとも一部の上に作る。この拡散バリアー層はＲｕＳｉxでできており、ここでｘは約０．０１〜約１０である。
【００１０】
本発明の方法の１つの態様では、拡散バリアー層をＲｕＳｉxで作る。ここで、ｘは好ましくは約１〜約３、好ましくは約２である。
【００１１】
本発明の方法のもう１つの態様では、バリアー層を、化学気相堆積によるＲｕＳｉxの堆積によって作る。他の態様では、ケイ素含有領域に関してルテニウムの層を作り、焼きなまし処理（アニール処理）を行って、ルテニウム層とケイ素含有領域とからＲｕＳｉxを作ることによってバリアー層を作る。
【００１２】
本発明のキャパシター製造で使用する方法は、基材アセンブリの一部に第１の電極を作ることを含む。高誘電率材料を、この第１の電極の少なくとも一部の上に提供し、第２の電極をこの高誘電率材料の上に提供する。この第１の電極と第２の電極の少なくとも一方は、ＲｕＳｉx（ｘは約０．０１〜約１０）でできたバリアー層を含む。
【００１３】
キャパシターの製造で使用される本発明のもう１つの方法は、基材アセンブリのケイ素含有領域を提供することを含む。第１の電極は、この基材アセンブリのケイ素含有領域の少なくとも一部の上に作る。この第１の電極は、ＲｕＳｉxのバリアー層を含み、ここでｘは約０．０１〜約１０である。高誘電率材料は、第１の電極の少なくとも一部の上に提供し、第２の電極は高誘電率材料の上に提供する。
【００１４】
この方法の１つの態様では、バリアー層の形成が、ケイ素含有領域の少なくとも一部の上にルテニウム層を作ることを含む。その後で、ケイ素含有領域の少なくとも一部の上に作られたルテニウム層を焼きなまし処理して、ＲｕＳｉxバリアー層を得る。ルテニウムの層は、化学気相堆積によって、約１０Å〜約３００Åの厚さで堆積させることができる。
【００１５】
この方法のもう１つの態様では、ＲｕＳｉxバリアー層に関して１又は複数の導電性層を作る。この１又は複数の導電性層は、少なくとも１種の金属又は導電性金属酸化物、例えばＲｕＯ2、ＲｈＯ2、ＭｏＯ2、ＩｒＯ2、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、及びＩｒの群から選択される材料で作る。
【００１６】
本発明の半導体デバイス構造体は、表面を有する基材アセンブリ及びこの表面の少なくとも一部の上の拡散バリアー層を含む。この拡散バリアー層は、ＲｕＳｉxでできており、ここでｘは約０．０１〜約１０である。
【００１７】
構造体の１つの態様では、表面の少なくとも一部はケイ素含有表面であり、構造体は、前記拡散バリアー層上に、金属及び導電性金属酸化物の少なくとも１つ、例えばＲｕＯ2、ＲｈＯ2、ＭｏＯ2、ＩｒＯ2、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、及びＩｒの群から選択される材料でできた１又は複数の更なる導電性層を有する。
【００１８】
本発明のキャパシター構造体も説明する。このキャパシター構造体は、第１の電極、この第１の電極の少なくとも一部の上の高誘電率材料、及びこの誘電性材料上の第２の電極を有する。この第１及び第２の電極の少なくとも一方は、ＲｕＳｉxでできた拡散バリアー層を含む。ここで、ｘは約０．０１〜約１０である。
【００１９】
本発明の集積回路構造体は、少なくとも１つの活性デバイス及びケイ素含有領域を有する基材アセンブリを含む。相互接続は、少なくとも１つの活性デバイス及びケイ素含有領域に関して製造する。この相互接続は、ケイ素含有領域の少なくとも一部の上の拡散バリアー層を含む。ここでこの拡散バリアー層は、ＲｕＳｉx（ｘは約０．０１〜約１０）でできている。
【００２０】
本発明は、添付の図面を参照して、以下の例示の態様を読むことによってよりよく理解される。
【００２１】
［本発明の態様の詳細な説明］
図１〜２を参照して、本発明を以下で一般的に説明する。その後で、図３〜６を参照して本発明の態様及び用途を説明し、そして図７を参照して１つの例を説明する。
【００２２】
図１は、構造体１０を示しており、この構造体１０は、基材アセンブリ１１と、この基材アセンブリ１１の表面１２、例えばケイ素含有表面上に作られた本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層１３とを含む。表面１０は、もう１つの導電性層１４を更に有する。構造体１０は、例えばケイ素含有表面からの拡散を防ぐために、効果的なバリアー層を必要とする任意の用途のためのＲｕＳｉx拡散バリアー層の使用を例示している。言い換えると、ＲｕＳｉx拡散バリアー層１３は、１つの材料が隣接する材料に拡散することを防ぐことが必要なときは常に、半導体デバイスの製造で使用することができる。例えば、基材アセンブリ１１は、ケイ素含有表面に向かって延びる開口を有する接触構造を示すものでよい。そのような構造体では、拡散バリアーを一般にそのような開口において使用して、望ましくない反応、例えばアルミニウムのような導電性接触材料とケイ素含有表面との反応を防ぐ。
【００２３】
更に例えば、ＲｕＳｉx拡散バリアー層１３を、メモリーデバイスのような半導体デバイスに使用する蓄積セルキャパシターの製造で使用することができる。ここで更に説明するように、ＲｕＳｉx拡散バリアー層は、キャパシターの電極を作る積層体で使用する。例えば、この積層体の他の層は、白金、ルテニウム酸化物等のような材料でできた層を含む。ＣＭＯＳデバイス、メモリーデバイス等のような様々なデバイスのための様々な構造体及び半導体プロセスが、本発明のバリアー層のバリアー特性で利益を受けること、並びに本発明はここで説明される態様に制限されないことが、当業者に理解される。
【００２４】
ここで使用する場合、「基材アセンブリ」という用語は、ベース半導体層のような半導体基材、例えばウェハーのケイ素材料の最も下側の層、又はサファイア上のケイ素のような他の材料に堆積したケイ素の層、又は半導体基材上に作られた１若しくは複数の層若しくは構造体又は半導体基材に作られた領域を有する半導体基材に言及している。以下の説明の基材アセンブリを参照すると、領域、接合、様々な構造又は特徴、及び開口、例えばバイア、接触口、高アスペクト比開口等を作る又は定めるために、様々な処理工程が既に使用されている。
【００２５】
ＲｕＳｉx拡散バリアー層１３に組み込まれるケイ素の量は、半導体デバイスのためのバリアー特性、特にケイ素の拡散のためのバリアー特性を達成するのに十分な量である。好ましくは、本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層１３は、ｘが約０．０１〜約１０の範囲の原子組成を有する。より好ましくはｘは、約１〜約３、更により好ましくは、ｘは約２である。
【００２６】
ＲｕＳｉx拡散バリアー層１３の厚さは、使用する用途に依存している。好ましくはこの厚さは、約１０Å〜約３００Åである。より好ましくはＲｕＳｉx拡散バリアー層１３の厚さは、約５０Å〜約２００Åである。例えば、約５０Å〜約２００Åのこの好ましい厚さは、キャパシター構造体の底部電極積層体を作るために使用するＲｕＳｉx拡散バリアー層に適当である。
【００２７】
図１の一般的な説明では、導電性層１４は、単一の層又は１若しくは複数の層を表すものである。例えば、この導電性層は、金属若しくは金属酸化物、又はそれらの組み合わせでできた１又は複数の層を含むことができる。例えば電極積層体でＲｕＳｉx拡散バリアー層を使用する場合には、そのような層は例えば、ＲｕＯ2、ＭｏＯ2、Ｒｈ、ＲｈＯ2、ＩｒＯ2、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ及びＩｒのうちの１つを含むことができる。更に例えば、ＲｕＳｉx拡散バリアー層を接触又は相互接続の用途で使用する場合、導電性層１４は、アルミニウムの様な接触材料であってもよい。そのような導電性層は、当業者に既知の任意の方法で作ることができる。本発明は、任意の特定の導電性層又はそのような特定の導電性層の製造方法に限定されない。
【００２８】
ＲｕＳｉx拡散バリアー層１３は、１又は複数の様々なプロセスによって製造することができる。例えば、ＲｕＳｉx拡散バリアー層の製造は、ＲｕＳｉx堆積ターゲットからのスパッタリング堆積によって、ルテニウム堆積ターゲットからケイ素含有表面へのスパッタリングによる堆積、それに続く焼きなまし処理によって、並びにルテニウム先駆物質及びケイ素先駆物質を使用する化学気相堆積（ＣＶＤ）、例えば大気圧化学気相堆積、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ促進化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、又は他の化学気相堆積技術による堆積によって行うことができる。更に、ＲｕＳｉｘ拡散バリアー層は、ケイ素含有表面への、ＣＶＤを使用するルテニウム層の堆積、それに続く焼きなまし処理によって作ることもできる。好ましくは、ＲｕＳｉx拡散バリアー層の形成は、ＣＶＤの使用によって達成する。
【００２９】
そのようなＣＶＤプロセスは、化学気相堆積反応器、例えばＧｅｎｕｓ社（カリフォルニア州サニーバレー）から商品名７０００で入手可能な反応容器、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社（カリフォルニア州サンタカレラ）から商品名５０００で入手可能な反応容器、又はＮｏｖｅｌｕｓ社（カリフォルニア州サンジョーズ）から商品名Ｐｒｉｓｍで入手可能な反応容器で行うことができる。しかしながら、ＣＶＤを行うのに適当な任意の反応容器を使用することができる。
【００３０】
化学気相堆積（ＣＶＤ）は、蒸気相反応体の反応、すなわち所望の成分を含有する反応体ガスの反応によって、基材上に不揮発性固体のフィルムを形成するものとして定義される。反応体ガスは、反応容器に導入する。ガスは、加熱されたウェハー表面において分解及び反応して、所望の層を形成する。化学気相堆積は、半導体ウェハー上の薄い層、例えば白金、ルテニウム酸化物、イリジウム、モリブデン酸化物等のような元素の金属又は化合物のフィルムを提供するための１つの方法である。化学気相堆積プロセスは多くの点で好ましい。これは、このプロセスが、深い接触又は他の開口内にさえ、高度に適合した層を提供する能力を有することによる。従って、図５及び６に関して下で更に説明するように、好ましくはＣＶＤ処理を使用して、蓄積セルキャパシター下側電極のような深い接触及び他の開口内に、高度に適合した層を提供する。ＣＶＤは好ましいプロセスであるが、プラズマ促進、光促進、レーザー促進、及び他の技術のような関連する様々な技術によって、ＣＶＤプロセスを促進できることは、当業者に明らかである。
【００３１】
ＲｕＳｉx拡散バリアー層１３を作る１つの好ましい方法は、化学気相堆積（ＣＶＤ）によってＲｕＳｉxを堆積させることによる。ＣＶＤプロセスは、ケイ素先駆物質と共に反応容器に導入されるルテニウム先駆物質を用いて行う。
【００３２】
一般に、ルテニウム先駆物質は液体先駆物質である。ルテニウム先駆物質は、バブラー（ｂｕｂｂｌｅｒ）貯蔵容器に保持し、先駆物質を保持するこの貯蔵容器に、ヘリウム又は任意の他の不活性ガスのようなキャリアーガス、すなわちプロセスの他のガス（例えば窒素、アルゴン、ネオン、及びキセノン）と反応性ではないガスを通して、先駆物質を反応容器に送る。例えば、流量が約１ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍのキャリアーガスを、約３０℃〜約７０℃の温度及び約０．５Ｔｏｒｒ〜約５０Ｔｏｒｒの圧力のバブラー貯蔵容器において使用して、ルテニウム先駆物質を反応容器に送ることができる。
【００３３】
任意のルテニウム含有先駆物質を、本発明で使用することができる。好ましくは、ルテニウム含有先駆物質は、（ジエン）Ｒｕ（ＣＯ）3の式（式Ｉ）の液体ルテニウム錯体である。ここで、「ジエン」とは、直鎖の、枝分かれした若しくは環状のジエン、二環式ジエン、三環式ジエン、それらのフッ素化誘導体、それらの組み合わせ、及びハロゲン化物、Ｓｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｐ、Ａｓ又はＮのようなヘテロ原子を更に有するそれらの誘導体に言及している。これらの先駆物質錯体及び他のものは、本出願人の「Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ  ａｎｄ  Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ」、米国特許出願第            号明細書（Ｍｉｃｒｏｎ社参照番号Ｎｏ．９７−０６７５）、及び本出願人の「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｅｐａｒｉｎｇ  Ｒｕｔｈｅｎｉｕｍ  ａｎｄ  Ｏｓｍｉｕｍ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」、米国特許出願第                  号明細書（Ｍｉｃｒｏｎ社参照番号Ｎｏ．９７−０８６１）で説明されている。更に例えば、更なる先駆物質及びルテニウム層の堆積方法は一般的に、ＭｃＣｏｒｍｉｃｋ等の米国特許第５，３７２，８４９号明細書で開示されている。より好ましくは、本発明で使用するルテニウム先駆物質は、Ｃ6Ｈ8Ｒｕ（ＣＯ）3、ビス（シクロペンタジエニル）ルテニウム（ＩＩ）、トリルテニウムドデカカルボニル、及びシクロペンタジエニルジカルボニルルテニウム（ＩＩ）二量体のうちの１つを含む。
【００３４】
ケイ素先駆物資も、反応容器に提供することができる。例えば、ケイ素先駆物質は、ジクロロシラン（ＤＣＳ、ＳｉＨ2Ｃｌ2）、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｈ3ＳｉＳｉＨ3）、トリクロロシラン（ＴＣＳ、ＳｉＨＣｌ3）のような水素化ケイ素又はシラン、又は当業者が認識するような任意の他のケイ素先駆物質を含むことができる。例えば、ケイ素先駆物質は約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍの範囲の流量で反応容器に提供することができる。好ましくは約１００ｓｃｃｍの流量で供給する。
【００３５】
当業者は、反応容器にガスを導入する様式が様々な技術を含めることを認識している。例えば、バブリングの技術による提供に加えて、導入は、室温において気体である化合物を使用して、又は揮発性化合物を加熱し、この揮発性化合物をキャリアーガスで反応容器に輸送して達成することができる。更に、固体先駆物質及びそのような固体先駆物質を気化させる様々な方法を、反応容器に反応性化合物を導入するために使用することもできる。このように、本発明は任意の特定の技術に制限されない。更に、典型的に、反応体ガスを別々の入口で供給することができる。反応容器に供給される他のガスに加えて、随意の希釈ガス（すなわち、反応体ガスと反応しないガス）を、例えば反応容器内のガスの濃度を変更するために、容器に導入することも可能である。例えばアルゴンガスを、様々な流量で容器に導入することができる。
【００３６】
従って、ＲｕＳｉx拡散バリアー層を製造する１つの方法では、ルテニウム先駆物質ガス、ケイ素先駆物質ガス、及び随意の希釈ガスを、反応容器に提供する。この好ましいＣＶＤプロセスでは、反応容器圧力は好ましくは約０．１Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの堆積圧力に維持する。ＲｕＳｉx拡散バリアー層１３を堆積させるウェハー表面の堆積温度は、好ましくは約１００℃〜約７００℃の温度に維持し、より好ましくは約２００℃〜約５００℃の温度に維持する。
【００３７】
本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層１９を作るもう１つの好ましい方法を、図２Ａ〜２Ｃに示す。この方法は、図２Ａに示すようにして、ＣＶＤを使用して、基材アセンブリ１６のケイ素含有領域にルテニウム層１８を堆積させることによって、ＲｕＳｉx拡散バリアー層１９を作る。ルテニウム層１８の堆積の後で焼きなまし処理を行って、ケイ素含有表面１７を有するケイ素含有領域と、ルテニウム層１８とを反応させて、ＲｕＳｉx拡散バリアー層１９を、図２Ｂに示すようにして作る。その後で、導電性層２１（例えば、図１の導電性層と同様な１又は複数の導電性層）を、ＲｕＳｉx拡散バリアー層１９上に作る。
【００３８】
ルテニウム層１８を堆積させるＣＶＤプロセスは好ましくは、ＲｕＳｉｘの堆積に関して先に説明したのとほぼ同様な様式で、反応容器に導入されるルテニウム先駆物質を用いて行う。上述のように、ルテニウム先駆物質は一般に液体先駆物質である。このルテニウム先駆物質はバブラー貯蔵容器に保持されており、この先駆物質を保持する貯蔵容器に、ヘリウム又は任意の他の不活性ガス、すなわちプロセスの他のガス（例えば窒素、アルゴン、ネオン、及びキセノン）と反応しないガスのようなキャリアーガスを気泡で通して、先駆物質を反応容器に送出する。上述のように、任意のルテニウム含有先駆物質を、本発明で使用することができる。
【００３９】
従って、ＲｕＳｉx拡散バリアー層を作るこの方法では、ルテニウム先駆物質ガス及び随意に希釈ガスを反応容器に提供する。この特定の好ましいＣＶＤプロセスでは、反応容器圧力は好ましくは、約０．１Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの堆積圧力に維持する。ルテニウム層１８を堆積させるウェハー表面の堆積温度は、好ましくは約１００℃〜約７００℃、より好ましく約２００℃〜約５００℃の温度に維持する。
【００４０】
ＣＶＤを使用してルテニウム層１８を適合させて堆積させた後で、焼きなまし処理を行って、ルテニウム層１８と基材アセンブリ１６のケイ素含有領域とからＲｕＳｉx拡散バリアー層１９を作る。好ましくは焼きなまし処理は、窒素雰囲気の反応容器においてその場で行うが、アルゴンのような任意の他の非反応性雰囲気を使用することができる。好ましくは、焼きなまし処理温度は約４００℃〜約１０００℃、より好ましくは約５００℃である。好ましくは焼きなまし処理は、約０．５分〜約６０分の期間にわたって行う。当業者は、そのような温度及び期間を変更できること、及び焼きなまし処理のパラメータが、ルテニウム層１８をＲｕＳｉx１９（ｘは上述のような値）にするのに十分であるべきだということを認識する。例えば、炉での焼きなまし処理及び迅速な熱焼きなまし処理を使用することができ、また更にそのような焼きなまし処理は、１又は複数の焼きなまし処理工程で行うことができる。同様に、十分なバリアー性質が転化したルテニウムの量で得られるのならば、ルテニウム層全体をＲｕＳｉxに転化させる必要はない。
【００４１】
ＲｕＳｉx拡散バリアー層１９を作るために堆積させるルテニウム層１８は好ましくは、厚さが約１０Å〜約３００Åである。より好ましくはこの厚さは、約５０Å〜約２００Å、更により好ましくはこの厚さは約１００Åである。
【００４２】
図３は、ケイ素基材領域のような基材アセンブリ２２及び積層体２４を含む構造体２０を示している。この積層体２４は、導電性層３１〜３４を含む。この導電性層３１〜３４のうちの１又は複数は、本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層である。
【００４３】
１又は複数の導電性層は、１又は複数のＲｕＳｉx拡散バリアー層を含むのに加えて、様々な導電性材料でできた導電性層を含むことができる。例えば、導電性層は限定するわけではないが、好ましくは金属、金属酸化物、又はそれらの組み合わせでできた層を含むことができる。例えば、そのような層は、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、白金、及びイリジウムのような金属、又は酸化ルテニウム、酸化モリブデン、及び酸化イリジウムのような金属酸化物を含むことができる。
【００４４】
積層体２４は、１又はそれよりも多い非常に多くの用途、例えば相互接続の用途、キャパシターの用途等で使用することができる。例えば積層体２４は、ケイ素含有表面２３を有する基材アセンブリ２２と共に蓄積セルキャパシターの電極として使用することができる。そのように、積層体２４のバリアー性能は、ケイ素含有表面２３からのケイ素の拡散を妨げる。本発明では層３１を、ＲｕＳｉx拡散バリアー層として作って、ケイ素含有表面２３から、積層体２４を通って隣接する１又は複数の層２９、又は積層体２４の表面に達するケイ素の拡散を妨げることができ、またケイ素含有表面への酸素の拡散を妨げることができる。
【００４５】
図４は、ケイ素基材のような基材アセンブリ５２及びこれに関して作られたキャパシター構造体５４を含む構造体５０を示している。キャパシター構造体５４は、第１の電極５６、第２の電極６０、及びこれらに挟まれた高誘電率層５８を含む。例えば、この誘電体層は所望の誘電率の任意の適当な材料でよい。この材料は例えば、Ｔａ2Ｏ5、ＢａxＳｒ(1-x)ＴｉＯ3［ＢＳＴ］、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3［ＰＺＴ］、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3［ＰＬＺＴ］、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3［ＰＬＴ］、ＫＮＯ3、及びＬｉＮｂＯ3である。高誘電率層５８を使用する場合、電極の拡散バリアー性は特に重要である。例えば、キャパシター構造体の底部電極をうまく機能させるために、電極層又は電極積層体は、ケイ素の拡散に対する効果的なバリアーとして機能しなければならない。このことは特に、高誘電率材料を作るために使用する処理で言える。基材アセンブリ５２が、その上にキャパシターを形成されるケイ素含有表面５３、例えばポリシリコン、ケイ素基材材料、Ｎでドープしたケイ素、Ｐでドープしたケイ素等を有する場合に、そのよう拡散バリアー性が必要とされる。これは、拡散したケイ素の酸化が、キャパシタンスの低下、例えばメモリーデバイスのためのキャパシタンスの低下をもたらすことによる。加えて、電極積層体は酸素バリアーとして機能して、積層体の下のケイ素含有表面を酸化から保護しなければならない。ＲｕＳｉx拡散バリアー層の形成は、積層体のバリアー性能を促進する。図３を参照して説明されるように、積層体電極５６が１又は複数のＲｕＳｉx拡散バリアー層及び１又は複数の追加の導電性層を含むことを、当業者は認識する。
【００４６】
上述のようなＲｕＳｉx拡散バリアー層を使用する２つの例を、図５及び６に関して以下で示して説明する。本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層の使用を図５に関して説明する。ここでは、示されるように、蓄積セルの高誘電率キャパシターの底部電極が、１又は複数のＲｕＳｉx拡散バリアー層を含む。更に、本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層の使用を、図６を参照して説明する。ここでは、拡散バリアー特性を必要とする接触ライニングを示している。単純にするために、例示のための説明を、これら２つの例示の構造で説明されるＲｕＳｉx拡散バリアー層の使用に限定する。本発明の利益を受けるＣＭＯＳデバイス、メモリーデバイス、ロジカルデバイス等のような様々なデバイスのための他の半導体プロセス及び構造が存在し、また本発明は、接触ライニング及び電極構造体のようなここで説明する例示の態様に限定されない。ＲｕＳｉx拡散バリアー層は、拡散バリアー特性を必要とする任意の用途、特に隣接する層へのケイ素及び／又は酸素の拡散を妨げる用途のために使用することができる。
【００４７】
図５で示すように、開口１８４を形成し、その後でケイ素含有表面のような表面１８５及び開口１８４を形成する表面１８６に底部電極構造体１８７を堆積させることによって、従来の処理技術でデバイス構造体１００を作る。ＲｕＳｉx拡散バリアー層及び１又は複数の他の導電性層を含む底部電極積層体１８７を、上述のように本発明に従って開口１８４に作る。基材アセンブリ１８１は、電界（ｆｉｅｌｄ）酸化物領域、活性領域、すなわちケイ素基材に作られた電界酸化物、ワードライン、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ソース／ドレイン領域によって覆われていないケイ素基材の領域のような、様々な素子を有することができる。酸化物材料の絶縁層１８３が基材アセンブリ上に作られている。絶縁層１８３の開口１８４は、小さい高アスペクト比の開口である。上述のように、小さい高アスペクト比の開口は、特徴サイズ又は臨界寸法が約１μｍ未満（例えば、開口の直径又は幅が約１μｍ未満）でアスペクト比が約１よりも大きい。そのようなアスペクト比は、接触ホール、バイア、トレンチ、及び任意の他の設計開口に適用可能である。例えば、開口が１μｍで深さが３μｍのトレンチは、アスペクト比が３である。本発明は小さいアスペクト比の構造物に拡散バリアー層を作るのに特に有益である。これは、ステップ構造上の適合したＲｕＳｉx拡散バリアー層を製造するために、ＣＶＤプロセスを使用することによる。
【００４８】
図５に示されるように、ＲｕＳｉx拡散バリアー層を含む積層体電極１８７は、開口１８４を作る底部表面１８５及び１又は複数の側壁１８６に作る。電極積層体層は、底部表面１８５及び側壁１８６を含む構造体全体の上に作る。その後、層を下側電極１８７にする。例えば、積層体層は、エッチング又は平滑化して、底部電極１８７を作るために所望の領域を除去することができる。その後で、誘電体層１９１を、積層体電極１８７に関して製造する。更にその後で、第２の電極１９２を、誘電体材料１９１に関して製造する。例えば、そのような電極は、窒化タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、任意のそれらの組み合わせ、又は蓄積セルキャパシターの電極層又は電極として典型的に使用される任意の他の導電性材料のような任意の導電性材料であってよい。本発明を使用する場合、ＲｕＳｉx拡散バリアー層を含む積層体でできた底部電極は、ここで説明するようなＣＶＤプロセスを使用して、開口１８４内に均一な厚さで適合して作られる。ＲｕＳｉx拡散バリアー層は、適当なバリアー性質を提供する。
【００４９】
拡散バリアー性を必要とする及び／又は適合して作られた導電性層を必要とするケイ素含有表面のような表面に関して作られる任意のキャパシターが、本発明の利益を受けることを当業者は認識する。例えば、コンテナ（ｃｏｎｔａｉｎｅｒ）キャパシターは典型的に表面上に作られた電極を含み、これは底部電極を適合させて作ることを必要とする。そのようなコンテナキャパシター蓄積セルは、Ｄｅｎｎｉｓｏｎ等の米国特許第５，２７０，２４１号明細書「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ  Ｓｔａｃｋ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ＤＲＡＭ  Ｃｅｌｌ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｓａｃｒｉｆｉｃｉａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ」（１９９３年１２月４日）で説明されている。
【００５０】
図６で示されているように、デバイス構造体２００は、接触開口部２５９の製造、そして基材２０７の接触領域２５５の金属化によって、従来の処理技術で作られている。このように金属化の前では、デバイス構造体２００は、電界酸化物領域２０５、及び活性領域、すなわち電界酸化物によって覆われていない基材２０７の領域を含む。活性領域の電界酸化物領域２０５に関して作られているものは、ワードライン２２１（ｗｏｒｄ  ｌｉｎｅ）２２１とＦＥＴ２２２である。適当にドープされたソース／ドレイン領域２２５，２３０は、当業者に既知のようにして作られる。その上に酸化物材料の適合層２４０を作り、接触開口部２５９をそこに提供して、ケイ素基材２０７のドープされた領域２３０の接触領域２５５に接触させる。その後で、１又は複数の金属化又は導電性層を、接触開口部２５９に作り、基材領域２３０に電気的な接触を提供する。例えば、窒化チタン又は他の拡散バリアー材料のような様々な材料を、接触開口部２５９に提供することができる。好ましくは接触ライナー２５８は、開口部２５９を作る底部表面２６０及び１又は複数の側壁２６１に作られた本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層である。ＲｕＳｉx拡散バリアー層は一般に、基材アセンブリ全体に堆積させ、その後で平滑化して、接触ライナー２８５を作る。その後、アルミニウムのような導電性材料２７６を、接触開口部に提供して、基材２０７のドープされた領域２３０への接続を提供する。
【００５１】
［例１］
図７Ａは、ＲｕＳｉx拡散バリアー層上に作られた厚さが約５００Åの白金層を含む試料ウェハーの深さでの分布を示している。このＲｕＳｉx拡散バリアー層は、ケイ素基材に堆積させた厚さが約１００Åのルテニウム層の焼きなまし処理によって作る。この焼きなまし処理は、約５分間にわたって約５００℃の温度で行っている。この深さでの分布は、約３０秒間にわたって約８５０℃の温度の迅速な熱酸化を構造体に行った後の試料ウェハーに関するものである。ＲｕＳｉx拡散バリアー層を通るケイ素拡散はあったとしても少なく、従って二酸化ケイ素の形成又はプラチナのケイ素化は示されなかった。
【００５２】
この試料ウェハーの製造のために使用された反応容器は、ＭＤＣ  Ｖａｃｃｕｕｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社（カリフォルニア州ハイワード）が製造するＣＶＤ容器であり、使用したバブラーは、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｇｌａｓｓ  Ｓｅｒｖｉｃｅ（アイダホ州、ボイズ）のガラス研究用バブラーであった。ＲｕＳｉx拡散バリアー層を得るために使用したルテニウム層の製造条件は、以下の条件を含む。
ルテニウム先駆物質：Ｃ6Ｈ8Ｒｕ（ＣＯ）3
バブラーに通すために使用するルテニウムのキャリアーガス：ヘリウム５ｓｃｃｍ
ルテニウムバブラー条件：圧力３Ｔｏｒｒ、温度２５℃
反応容器条件：圧力０．５Ｔｏｒｒ、ウェハー表面での堆積温度３００℃
堆積時間：１分間
【００５３】
白金層を製造するために使用した条件は以下の条件を含む。
白金先駆物質：（メチルシクロペンタジエニル）ＰｔＭｅ3
バブラーに通すために使用する白金のキャリアーガス：ヘリウム１０ｓｃｃｍ
白金バブラー条件：圧力１０Ｔｏｒｒ、温度２５℃
反応容器条件：圧力５Ｔｏｒｒ、ウェハー表面での堆積温度３５０℃
堆積時間：６分間
【００５４】
深さでの分布は、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ（ミネソタ州、エデンプレーリー）から商品名ＰｈＩ（Φ）５６００で入手可能なＸＰＳ装置を使用して得た。分布を得るための操作条件は、３５０Ｗで単色のＡｌｋα（ｈＶ＝１４８６．６ｅＶ）のｘ線源、４５°での抽出、８００μｍの抽出穿孔を含む。スパッタリングは、３ｍｍの領域への３ｋｅＶのアルゴンイオンビームによって行った。図７の深さ分布のためのスパッタリング時間は、２０分間であった。
【００５５】
図７Ｂは、図７Ａで行ったのと違って、ＲｕＳｉx拡散バリアー層を作るための焼きなまし処理工程を行わずに直接にケイ素基材上に形成した厚さが約１００Åのルテニウム層上に、厚さが４５０Åの白金層が作られた試料ウェハーについての深さでの分布を示している。この深さでの分布は、３０秒間にわたって約８５０℃の温度で構造体に迅速な熱酸化を行った後の、試料ウェハーに関するものである。ルテニウム及び白金層は、図７Ａに関して説明したのと同じ様式及び条件で製造する。更に、深さでの分布は、上記の様式と同様な様式で得た。
【００５６】
図７Ａと７Ｂとを比較すると、図７Ｂでは、ＲｕＳｉx拡散バリアー層がないと白金が完全にケイ素化して、表面において二酸化ケイ素が形成されることを示している。他方で図７Ａは、迅速な熱酸化工程の後で、白金フィルムがケイ素化に対する抵抗性を示している。
【００５７】
ここで挙げられた全ての特許明細書及び参考文献は、それぞれが独立に本明細書の記載に含まれるようにして、その全体を本明細書の記載に含める。本発明は、例示の態様に関して説明してきたが、これらの態様に限定されることを意味していない。上述のように当業者は、様々な他の用途で、ここで説明されたＲｕＳｉx拡散バリアー層を使用して、その有益なバリアー特性の利益を得られることを認識する。例示の態様の様々な変更及び本発明の追加の態様が、この説明を参照すると、当業者に明らかである。従って、特許請求の範囲の記載は、特許請求の範囲に示される本発明の範囲に含まれる全てのそのような変更及び態様を包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層を含むデバイス構造体を示している。
【図２Ａ】  図２Ａは、本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層を製造する１つの方法を示している。
【図２Ｂ】  図２Ｂは、本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層を製造する１つの方法を示している。
【図２Ｃ】  図２Ｃは、本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層を製造する１つの方法を示している。
【図３】  図３は、複数導電性層積層体の一部として、本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層を含む構造体を示している。
【図４】  図４は、本発明のＲｕＳｉx拡散バリアー層を有する電極を含む、高誘電率キャパシターの構造を示している。
【図５】  図５は、蓄積セルキャパシターの用途での、ＲｕＳｉx拡散バリアー層の使用を示している。
【図６】  図６は、接触の用途でのＲｕＳｉx拡散バリアー層の使用を示している。
【図７Ａ】  図７Ａは、ケイ素上に作られたＰｔ／ＲｕＳｉx積層体を使用する例の結果を示している。
【図７Ｂ】  図７Ｂは、ケイ素上に作られたＰｔ／ＲｕＳｉx積層体を使用する例の結果を示している。
【図１】
0004719358.tif 000002
【図２Ａ】
0004719358.tif 000003
【図２Ｂ】
0004719358.tif 000004
【図２Ｃ】
0004719358.tif 000005
【図３】
0004719358.tif 000006
【図４】
0004719358.tif 000007
【図５】
0004719358.tif 000008
【図６】
0004719358.tif 000009
【図７Ａ】
0004719358.tif 000010
【図７Ｂ】
0004719358.tif 000011