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JP4497339B2 - Ta-based film forming material and Ta-based film forming method - Google Patents
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JP4497339B2 - Ta-based film forming material and Ta-based film forming method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性Ta系膜形成材料、導電性Ta系膜形成方法、及び導電性Ta系膜の上に銅配線膜が形成されてなるULSIに関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
現在、半導体分野における進歩は著しく、LSIからULSIに移って来ている。そして、信号の処理速度を向上させる為、微細化が進んでいる。特に、電気信号を伝達する為の導電部分(配線)は、その細さが要求されている。
【0003】
しかし、配線を細くすると、当然、電気抵抗が高くなる。
【0004】
そこで、より低抵抗な配線材料が求められた。例えば、W配線からAl配線に移って来た。そして、次世代ではCu配線膜が注目されている。
【0005】
しかしながら、Cuを用いた場合、Cuはシリコン基板への拡散が激しい。
【0006】
従って、そのままでは、Cuを配線膜材料とすることは困難である。
【0007】
そこで、考えられた手段として、拡散防止膜(バリア膜)を基板上に設けておき、その上に銅膜を形成する手法である。
【0008】
このバリア膜の材料として、金属タンタル、炭化タンタル、窒化タンタル、硅化タンタル、窒化硅化タンタル、窒化炭化タンタルが候補に挙がっている。
【0009】
ところで、ULSIの微細化に伴って、銅の配線幅を0.18μm以下とすることが要求されている。この為、バリア膜としての導電性Ta系膜は薄いことが要求され、ケミカルベーパーデポジション(CVD)による導電性Ta系膜の形成が必要になって来た。
【0010】
すなわち、CVDによって成膜することが最も有利であるにもかかわらず、CVDによる導電性Ta系膜形成の報告はこれまで数例に過ぎない。そして、満足できる結果が得られていない。
【0011】
従って、本発明が解決しようとする第1の課題は、使い易い液状の導電性Ta系膜形成材料を提供することである。
【0012】
本発明が解決しようとする第2の課題は、上記導電性Ta系膜形成材料を用いた導電性Ta系膜形成方法を提供することである。
【0013】
本発明が解決しようとする第3の課題は、上記導電性Ta系膜形成方法により形成されたバリア膜としての導電性Ta系膜の上に銅配線膜が形成されてなるULSIを提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記第1の課題は、C2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と、
〔N(C2 5 24 Ta
とを含むことを特徴とする導電性Ta系膜形成材料によって解決される。
【0015】
又、C2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と、
〔N(C2 5 24Taと、
炭素数5〜40の炭化水素系溶媒
とを含むことを特徴とする導電性Ta系膜形成材料によって解決される。
【0016】
又、C2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と、
〔N(C2 5 24Taと、
炭素数2〜40のアミン系溶媒
とを含むことを特徴とする導電性Ta系膜形成材料によって解決される。
【0017】
又、C2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と、
〔N(C2 5 24Taと、
炭素数5〜40の炭化水素系溶媒と炭素数2〜40のアミン系溶媒
とを含むことを特徴とする導電性Ta系膜形成材料によって解決される。
【0018】
上記導電性Ta系膜形成材料によって形成される導電性Ta系膜は、少なくともTa及びNを主成分とする膜である。又、少なくともTa,N及びCを主成分とする膜である。その他にも、例えばSiを含む場合もある。
【0019】
前記第2の課題は、導電性Ta系膜を形成する方法であって、
上記の導電性Ta系膜形成材料を基板上に設ける工程と、
基板上に設けられた前記導電性Ta系膜形成材料を分解し、導電性Ta系膜を形成する工程
とを具備することを特徴とする導電性Ta系膜形成方法によって解決される。
【0020】
又、CVDにより導電性Ta系膜を形成する方法であって、
上記の導電性Ta系膜形成材料を分解し、基板上に導電性Ta系膜を形成する工程
を具備することを特徴とする導電性Ta系膜形成方法によって解決される。
【0021】
更には、導電性Ta系膜が形成される基板を加熱する工程を具備することを特徴とする導電性Ta系膜形成方法によって解決される。
【0022】
上記導電性Ta系膜形成材料の分解は、例えば加熱により行われる。或いは、光照射により行われる。若しくは、プラズマ照射により行われる。又、導電性Ta系膜形成材料の分解は還元雰囲気下で行われる。
【0023】
前記第3の課題は、上記導電性Ta系膜形成方法を用いて形成された導電性Ta系膜の上に銅配線膜が形成されてなることを特徴とするULSIによって解決される。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明になる導電性Ta系膜形成材料(特に、銅に対するバリア膜となる導電性Ta系膜の形成材料)は、C2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と、〔N(C2 5 24Taとを含む。特に、C2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と、〔N(C2 5 24 Taと、炭素数5〜40の炭化水素系溶媒とを含む。又は、C2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と、〔N(C2 5 24 Taと、炭素数2〜40のアミン系溶媒とを含む。若しくは、C2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と、〔N(C2 5 24 Taと、炭素数5〜40の炭化水素系溶媒と炭素数2〜40のアミン系溶媒とを含む。C2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と〔N(C2 5 24 Taとの混合割合は、前者:後者=1:1〜15である。上記導電性Ta系膜形成材料によって形成される導電性Ta系膜は、少なくともTa及びNを主成分とする膜である。又、少なくともTa,N及びCを主成分とする膜である。その他に、例えばSiを含む場合もある。
【0025】
本発明になる導電性Ta系膜形成方法は、導電性Ta系膜を形成する方法であって、上記の導電性Ta系膜形成材料を、例えば浸漬手段やスプレー手段などの手段によって基板上に設ける工程と、基板上に設けられた前記導電性Ta系膜形成材料を分解し、導電性Ta系膜を形成する工程とを具備する。或いは、CVDにより導電性Ta系膜を形成する方法であって、上記の導電性Ta系膜形成材料を分解し、基板上に導電性Ta系膜を形成する工程を具備する。更には、導電性Ta系膜が形成される基板を加熱する工程を具備する。上記導電性Ta系膜形成材料の分解は、例えば加熱により行われる。或いは、光照射により行われる。若しくは、プラズマ照射により行われる。又、導電性Ta系膜形成材料の分解は還元雰囲気下で行われる。
【0026】
本発明になるULSIは、上記導電性Ta系膜形成方法を用いて形成された導電性Ta系膜の上に銅配線膜が形成されてなるものである。
【0027】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を説明する。
【0028】
【実施例1】
図1は、導電性Ta系膜を形成する為のCVD装置の概略図である。
【0029】
すなわち、図1の装置を用いてTa系膜が形成された。図1中、1a,1b,1cは容器、2は気化器、3は加熱器、4は分解反応炉、5は基板、6は反応ガス(例えば、水素、水素プラズマ、アンモニア、シラン等)、7はガス流量制御器、8は液体流量制御器である。
【0030】
2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と〔N(C2 5 2 4 Taとの混合物(前者:後者=1:8)が、容器1cに入れられている。容器1a,1bには何もない。そして、Ta化合物の混合物はヘリウムによってバブリングされ、気化され、Si基板5上に成膜された。
【0031】
この時の成膜条件は下記の通りである。
【0032】
基板温度 :200〜450℃
成膜圧力 :0.2〜1.5torr
気化温度 :60℃
反応ガス :水素ガス
キャリアガス:He
このようにしてSi基板5上に形成された膜は、TaCNの非晶質な膜であった。そして、その膜厚は0.02〜0.3μmであり、抵抗は4000μΩ・cmであった。
【0033】
【実施例2】
2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と〔N(C2 5 2 4 Taとの混合物(前者:後者=1:8)が、容器1aに入れられている。容器1b,1cには何もない。そして、Ta化合物の混合物が液体流量制御器8により制御輸送され、気化器2によって気化され、Si基板5上に成膜された。
【0034】
この時の成膜条件は下記の通りである。
【0035】
基板温度 :200〜450℃
成膜圧力 :0.2〜1.5torr
気化温度 :50〜70℃
反応ガス :水素ガス
キャリアガス:He
このようにしてSi基板5上に形成された膜は、TaCNの非晶質な膜であった。そして、その膜厚は0.01〜0.3μmであり、抵抗は4000〜10000μΩ・cmであった。
【0036】
【実施例3】
2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と〔N(C2 5 2 4 Taとの混合物(前者:後者=1:8)をキシレンに溶解させた溶液が、容器1aに入れられている。容器1b,1cには何もない。そして、Ta化合物の混合物が液体流量制御器8により制御輸送され、気化器2によって気化され、Si基板5上に成膜された。
【0037】
この時の成膜条件は下記の通りである。
【0038】
基板温度 :200〜500℃
成膜圧力 :0.2〜1.5torr
気化温度 :50〜70℃
反応ガス :水素ガス
キャリアガス:He
このようにしてSi基板5上に形成された膜は、TaCNの非晶質な膜であった。そして、その膜厚は0.01〜0.3μmであり、抵抗は4000〜10000μΩ・cmであった。
【0039】
【実施例4】
C2 H5 N=Ta〔N(C2 H5 )2 〕3 と〔N(C2 H5 )2 〕4 Taとの混合物(前者:後者=1:8)をシクロヘプタトリエンに溶解させた溶液が、容器1aに入れられている。容器1b,1cには何もない。そして、Ta化合物の混合物が液体流量制御器8により制御輸送され、気化器2によって気化され、Si基板5上に成膜された。
【0040】
この時の成膜条件は下記の通りである。
【0041】
基板温度 :200〜500℃
成膜圧力 :0.2〜1.5torr
気化温度 :50〜70℃
反応ガス :水素プラズマ
キャリアガス:水素ガス
このようにしてSi基板5上に形成された膜は、TaCNの非晶質な膜であった。そして、その膜厚は0.01〜0.3μmであり、抵抗は4000〜10000μΩ・cmであった。
【0042】
【実施例5】
C2 H5 N=Ta〔N(C2 H5 )2 〕3 と〔N(C2 H5 )2 〕4 Taとの混合物(前者:後者=1:8)をトルエンに溶解させた溶液が、容器1aに入れられている。容器1b,1cには何もない。そして、Ta化合物の混合物が液体流量制御器8により制御輸送され、気化器2によって気化され、Si基板5上に成膜された。
【0043】
この時の成膜条件は下記の通りである。
【0044】
基板温度 :150〜450℃
成膜圧力 :0.2〜1.5torr
気化温度 :50〜130℃
反応ガス :アンモニアガス
キャリアガス:窒素ガス
このようにしてSi基板5上に形成された膜は、TaCNの非晶質な膜であった。そして、その膜厚は0.01〜0.3μmであり、抵抗は4000〜10000μΩ・cmであった。
【0045】
【実施例6】
2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と〔N(C2 5 2 4 Taとの混合物(前者:後者=1:8)100重量部をトルエンに溶解させた溶液が、容器1aに入れられている。又、容器1cにはアジ化エチルが入れられている。容器1bには何もない。そして、Ta化合物の混合物が液体流量制御器8により制御輸送され、気化器2によって気化され、Si基板5上に成膜された。
【0046】
この時の成膜条件は下記の通りである。
【0047】
基板温度 :300〜500℃
成膜圧力 :0.2〜1.5torr
気化温度 :50〜70℃
反応ガス :無し
キャリアガス:窒素ガス
このようにしてSi基板5上に形成された膜は、TaCNの非晶質な膜であった。そして、その膜厚は0.01〜0.3μmであり、抵抗は4000〜10000μΩ・cmであった。
【0048】
【実施例7】
2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と〔N(C2 5 2 4 Taとの混合物(前者:後者=1:8)をジエチルアミンに溶解させた溶液が、容器1aに入れられている。容器1b,1cには何もない。そして、Ta化合物の混合物が液体流量制御器8により制御輸送され、気化器2によって気化され、Si基板5上に成膜された。
【0049】
この時の成膜条件は下記の通りである。
【0050】
基板温度 :300〜500℃
成膜圧力 :0.2〜1.5torr
気化温度 :50〜70℃
反応ガス :アンモニアガス
キャリアガス:窒素ガス
このようにしてSi基板5上に形成された膜は、TaCNの非晶質な膜であった。そして、その膜厚は0.01〜0.3μmであり、抵抗は4000〜10000μΩ・cmであった。
【0051】
【実施例8】
2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と〔N(C2 5 2 4 Taとの混合物(前者:後者=1:8)を、トルエンとヘプタンとの混合液に溶解させた溶液が、容器1aに入れられている。容器1b,1cには何もない。そして、Ta化合物の混合物が液体流量制御器8により制御輸送され、気化器2によって気化され、Si基板5上に成膜された。
【0052】
この時の成膜条件は下記の通りである。
【0053】
基板温度 :300〜500℃
成膜圧力 :0.2〜1.5torr
気化温度 :50〜70℃
反応ガス :シランガス
キャリアガス:窒素ガス
このようにしてSi基板5上に形成された膜は、SiTaCNの非晶質な膜であった。そして、その膜厚は0.01〜0.3μmであり、抵抗は4000〜10000μΩ・cmであった。
【0054】
【実施例9】
2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と〔N(C2 5 2 4 Taとの混合物(前者:後者=1:8)をノナンに溶解させた溶液が、容器1aに入れられている。容器1b,1cには何もない。そして、Ta化合物の混合物が液体流量制御器8により制御輸送され、気化器2によって気化され、Si基板5上に成膜された。
【0055】
この時の成膜条件は下記の通りである。
【0056】
基板温度 :300〜500℃
成膜圧力 :0.2〜1.5torr
気化温度 :50〜70℃
反応ガス :シランガス
キャリアガス:窒素ガス
このようにしてSi基板5上に形成された膜は、SiTaCNの非晶質な膜であった。そして、その膜厚は0.01〜0.3μmであり、抵抗は4000〜10000μΩ・cmであった。
【0057】
【実施例10】
上記実施例で作製されたTaCN薄膜が設けられたSi基板を160℃に加熱した。
【0058】
この後、Si基板上にヘキサフルオロアセチルアセトン銅トリメチルビニルシラン(HfacCu:TMVS)のヘプタデカン溶液(0.2mol/l)を流し込んだ。20秒間加熱分解後に冷却し、溶液を流し出し、そして容器内をノルマルヘキサンで3回洗浄後、Si基板を取り出した。
【0059】
Si基板は、最初は銀光沢であったが、取り出した後では銅様の赤金光沢に変わっていた。
【0060】
そして、表面が赤金光沢のSi基板の断面を電子顕微鏡で観察した処、表面から約0.5μmの深さまで堆積物が観察された。この断面像の堆積物を元素分析に提供した処、表面から約0.5μmまでがCu、そしてTaとCとNとを主成分とする薄膜であり、この薄膜の下が純シリコンであることが判った。
【0061】
この結果より、銅はSi基板中に拡散していないことが確認された。
【0062】
【比較例1】
TaCN薄膜が設けられていないSi基板を160℃に加熱した。
【0063】
この後、Si基板上にHfacCu:TMVSのヘプタデカン溶液(0.2mol/l)を流し込んだ。20秒間加熱分解後に冷却し、溶液を流し出し、そして容器内をノルマルヘキサンで3回洗浄後、Si基板を取り出した。
【0064】
Si基板の表面は銅様の赤金光沢に変わっていた。
【0065】
そして、表面が赤金光沢のSi基板の断面を電子顕微鏡で観察した処、表面から約0.4μmの深さまで堆積物が観察された。この断面像の堆積物を元素分析に提供した処、表面から約0.4μmまでがCu、そこから2μmまでの深さまでがCu−Si、その下が純シリコンであることが判った。
【0066】
この結果より、銅はSi基板中に拡散していることが確認された。
【0067】
【実施例11】
HfacCu:TMVSのTMVS溶液を原料に用いたCVDにより、上記実施例で作製されたTaCN薄膜が設けられたSi基板上に銅の薄膜を形成した。Si基板は、最初は銀光沢であったが、取り出した後では銅様の赤金光沢に変わっていた。
【0068】
そして、表面が赤金光沢のSi基板の断面を電子顕微鏡で観察した処、表面から約0.8μmの深さまで堆積物が観察された。この断面像の堆積物を元素分析に提供した処、表面から約0.8μmまでがCu、そしてTaとCとNとを主成分とする薄膜であり、この薄膜の下が純シリコンであることが判った。
【0069】
この結果より、銅はSi基板中に拡散していないことが確認された。
【0070】
【比較例2】
HfacCu:TMVSのTMVS溶液を原料に用いたCVDにより、TaCN薄膜が設けられていないSi基板上に銅の薄膜を形成した。
【0071】
Si基板の表面は銅様の赤金光沢に変わっていた。
【0072】
そして、表面が赤金光沢のSi基板の断面を電子顕微鏡で観察した処、表面から約0.5μmの深さまで堆積物が観察された。この断面像の堆積物を元素分析に提供した処、表面から約0.5μmまでがCu、そこから2μmまでの深さまでがCu−Si、その下が純シリコンであることが判った。
【0073】
この結果より、銅はSi基板中に拡散していることが確認された。
【0074】
【発明の効果】
2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 と〔N(C2 5 2 4 Taとを併用する本発明によれば、これらを併用しない場合、即ち、C2 5 N=Ta〔N(C2 5 2 3 のみを用いた場合、又は〔N(C2 5 2 4 Taのみを用いた場合に比べて、均一で高品質な導電性Ta系膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】CVD装置の概略図
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a conductive Ta-based film forming material, a conductive Ta-based film forming method, and a ULSI in which a copper wiring film is formed on a conductive Ta-based film.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
At present, the progress in the semiconductor field is remarkable, and the LSI is moving from ULSI. In order to improve the processing speed of signals, miniaturization is progressing. In particular, the conductive portion (wiring) for transmitting an electrical signal is required to be thin.
[0003]
However, if the wiring is made thinner, the electric resistance naturally becomes higher.
[0004]
Therefore, a lower resistance wiring material has been demanded. For example, it has moved from W wiring to Al wiring. In the next generation, Cu wiring films are attracting attention.
[0005]
However, when Cu is used, the diffusion of Cu into the silicon substrate is severe.
[0006]
Therefore, it is difficult to use Cu as a wiring film material as it is.
[0007]
Therefore, as a conceivable means, a diffusion prevention film (barrier film) is provided on the substrate, and a copper film is formed thereon.
[0008]
As a material for the barrier film, metal tantalum, tantalum carbide, tantalum nitride, tantalum nitride, tantalum nitride nitride, and tantalum nitride nitride are listed as candidates.
[0009]
By the way, with the miniaturization of ULSI, the copper wiring width is required to be 0.18 μm or less. For this reason, the conductive Ta-based film as a barrier film is required to be thin, and it has become necessary to form a conductive Ta-based film by chemical vapor deposition (CVD).
[0010]
In other words, although it is most advantageous to form a film by CVD, only a few examples have been reported to form a conductive Ta-based film by CVD. And satisfactory results have not been obtained.
[0011]
Accordingly, a first problem to be solved by the present invention is to provide a liquid conductive Ta-based film forming material that is easy to use.
[0012]
A second problem to be solved by the present invention is to provide a method for forming a conductive Ta-based film using the conductive Ta-based film forming material.
[0013]
A third problem to be solved by the present invention is to provide a ULSI in which a copper wiring film is formed on a conductive Ta-based film as a barrier film formed by the conductive Ta-based film forming method. It is.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The first problem is that C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 ,
[N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta
It solves by the conductive Ta type | system | group film formation material characterized by including these.
[0015]
C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3
[N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta,
This is solved by a conductive Ta-based film forming material comprising a hydrocarbon solvent having 5 to 40 carbon atoms.
[0016]
C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3
[N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta,
This is solved by a conductive Ta-based film forming material characterized by containing an amine-based solvent having 2 to 40 carbon atoms.
[0017]
C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3
[N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta,
This is solved by a conductive Ta-based film forming material comprising a hydrocarbon solvent having 5 to 40 carbon atoms and an amine solvent having 2 to 40 carbon atoms.
[0018]
The conductive Ta-based film formed of the conductive Ta-based film forming material is a film containing at least Ta and N as main components. Further, it is a film containing at least Ta, N and C as main components. In addition, for example, Si may be included.
[0019]
The second problem is a method of forming a conductive Ta-based film,
Providing the conductive Ta-based film forming material on a substrate;
The conductive Ta-based film forming method includes the step of decomposing the conductive Ta-based film forming material provided on the substrate to form a conductive Ta-based film.
[0020]
Also, a method of forming a conductive Ta-based film by CVD,
This is solved by a method for forming a conductive Ta-based film, comprising the step of decomposing the conductive Ta-based film forming material and forming a conductive Ta-based film on a substrate.
[0021]
Furthermore, the problem is solved by a method for forming a conductive Ta-based film, comprising the step of heating a substrate on which the conductive Ta-based film is formed.
[0022]
The conductive Ta-based film forming material is decomposed, for example, by heating. Alternatively, it is performed by light irradiation. Alternatively, it is performed by plasma irradiation. The decomposition of the conductive Ta-based film forming material is performed in a reducing atmosphere.
[0023]
The third problem is solved by a ULSI characterized in that a copper wiring film is formed on a conductive Ta-based film formed by using the conductive Ta-based film forming method.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The conductive Ta-based film forming material according to the present invention (particularly, the conductive Ta-based film forming material serving as a barrier film for copper) is C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 , [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta. In particular, C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 , [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta, and a hydrocarbon solvent having 5 to 40 carbon atoms are included. Or, C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 , [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta, and an amine solvent having 2 to 40 carbon atoms are included. Alternatively, C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 , [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta, a hydrocarbon solvent having 5 to 40 carbon atoms and 2 carbon atoms. To 40 amine solvents. The mixing ratio of C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 and [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta is the former: latter = 1: 1-15. The conductive Ta-based film formed of the conductive Ta-based film forming material is a film containing at least Ta and N as main components. Further, it is a film containing at least Ta, N and C as main components. In addition, for example, Si may be included.
[0025]
The method for forming a conductive Ta-based film according to the present invention is a method for forming a conductive Ta-based film, and the above-mentioned conductive Ta-based film forming material is applied on a substrate by means such as dipping means or spray means. And a step of decomposing the conductive Ta-based film forming material provided on the substrate to form a conductive Ta-based film. Alternatively, it is a method of forming a conductive Ta-based film by CVD, comprising a step of decomposing the conductive Ta-based film forming material and forming a conductive Ta-based film on a substrate. Further, the method includes a step of heating the substrate on which the conductive Ta-based film is formed. The conductive Ta-based film forming material is decomposed, for example, by heating. Alternatively, it is performed by light irradiation. Alternatively, it is performed by plasma irradiation. The decomposition of the conductive Ta-based film forming material is performed in a reducing atmosphere.
[0026]
The ULSI according to the present invention is obtained by forming a copper wiring film on a conductive Ta-based film formed by using the conductive Ta-based film forming method.
[0027]
Hereinafter, the present invention will be described with specific examples.
[0028]
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic view of a CVD apparatus for forming a conductive Ta-based film.
[0029]
That is, a Ta-based film was formed using the apparatus of FIG. In FIG. 1, 1a, 1b and 1c are containers, 2 is a vaporizer, 3 is a heater, 4 is a decomposition reaction furnace, 5 is a substrate, 6 is a reaction gas (for example, hydrogen, hydrogen plasma, ammonia, silane, etc.), 7 is a gas flow controller, and 8 is a liquid flow controller.
[0030]
A mixture of C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 and [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta (the former: the latter = 1: 8) is put in the container 1c. ing. There is nothing in the containers 1a and 1b. The Ta compound mixture was bubbled with helium, vaporized, and deposited on the Si substrate 5.
[0031]
The film forming conditions at this time are as follows.
[0032]
Substrate temperature: 200-450 ° C
Film forming pressure: 0.2 to 1.5 torr
Vaporization temperature: 60 ° C
Reaction gas: Hydrogen gas Carrier gas: He
The film formed on the Si substrate 5 in this manner was a TaCN amorphous film. And the film thickness was 0.02-0.3 micrometer, and resistance was 4000 microhm * cm.
[0033]
[Example 2]
A mixture of C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 and [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta (the former: the latter = 1: 8) is placed in the container 1a. ing. There is nothing in the containers 1b and 1c. The Ta compound mixture was controlled and transported by the liquid flow rate controller 8, vaporized by the vaporizer 2, and deposited on the Si substrate 5.
[0034]
The film forming conditions at this time are as follows.
[0035]
Substrate temperature: 200-450 ° C
Film forming pressure: 0.2 to 1.5 torr
Vaporization temperature: 50-70 ° C
Reaction gas: Hydrogen gas Carrier gas: He
The film formed on the Si substrate 5 in this manner was a TaCN amorphous film. And the film thickness was 0.01-0.3 micrometer, and resistance was 4000-10000 microhm * cm.
[0036]
[Example 3]
C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 and [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta mixture (former: latter = 1: 8) dissolved in xylene Is placed in the container 1a. There is nothing in the containers 1b and 1c. The Ta compound mixture was controlled and transported by the liquid flow rate controller 8, vaporized by the vaporizer 2, and deposited on the Si substrate 5.
[0037]
The film forming conditions at this time are as follows.
[0038]
Substrate temperature: 200-500 ° C
Film forming pressure: 0.2 to 1.5 torr
Vaporization temperature: 50-70 ° C
Reaction gas: Hydrogen gas Carrier gas: He
The film formed on the Si substrate 5 in this manner was a TaCN amorphous film. And the film thickness was 0.01-0.3 micrometer, and resistance was 4000-10000 microhm * cm.
[0039]
[Example 4]
A solution prepared by dissolving a mixture of C2 H5 N = Ta [N (C2 H5) 2] 3 and [N (C2 H5) 2] 4 Ta (former: latter = 1: 8) in cycloheptatriene is used as a container 1a. It is put in. There is nothing in the containers 1b and 1c. The Ta compound mixture was controlled and transported by the liquid flow rate controller 8, vaporized by the vaporizer 2, and deposited on the Si substrate 5.
[0040]
The film forming conditions at this time are as follows.
[0041]
Substrate temperature: 200-500 ° C
Film forming pressure: 0.2 to 1.5 torr
Vaporization temperature: 50-70 ° C
Reaction gas: Hydrogen plasma carrier gas: Hydrogen gas The film thus formed on the Si substrate 5 was an amorphous film of TaCN. And the film thickness was 0.01-0.3 micrometer, and resistance was 4000-10000 microhm * cm.
[0042]
[Example 5]
C2 H5 N = Ta [N (C2 H5) 2] 3 and [N (C2 H5) 2] 4 Ta A solution (the former: the latter = 1: 8) dissolved in toluene is placed in the container 1a. It has been. There is nothing in the containers 1b and 1c. The Ta compound mixture was controlled and transported by the liquid flow rate controller 8, vaporized by the vaporizer 2, and deposited on the Si substrate 5.
[0043]
The film forming conditions at this time are as follows.
[0044]
Substrate temperature: 150-450 ° C
Film forming pressure: 0.2 to 1.5 torr
Vaporization temperature: 50-130 ° C
Reaction gas: Ammonia gas Carrier gas: Nitrogen gas The film thus formed on the Si substrate 5 was an amorphous film of TaCN. And the film thickness was 0.01-0.3 micrometer, and resistance was 4000-10000 microhm * cm.
[0045]
[Example 6]
100 parts by weight of a mixture of C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 and [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta (the former: latter = 1: 8) is dissolved in toluene. The solution thus prepared is placed in the container 1a. The container 1c contains ethyl azide. There is nothing in the container 1b. The Ta compound mixture was controlled and transported by the liquid flow rate controller 8, vaporized by the vaporizer 2, and deposited on the Si substrate 5.
[0046]
The film forming conditions at this time are as follows.
[0047]
Substrate temperature: 300-500 ° C
Film forming pressure: 0.2 to 1.5 torr
Vaporization temperature: 50-70 ° C
Reaction gas: None Carrier gas: Nitrogen gas The film thus formed on the Si substrate 5 was an amorphous film of TaCN. And the film thickness was 0.01-0.3 micrometer, and resistance was 4000-10000 microhm * cm.
[0048]
[Example 7]
C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 and [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta mixture (former: latter = 1: 8) dissolved in diethylamine Is placed in the container 1a. There is nothing in the containers 1b and 1c. The Ta compound mixture was controlled and transported by the liquid flow rate controller 8, vaporized by the vaporizer 2, and deposited on the Si substrate 5.
[0049]
The film forming conditions at this time are as follows.
[0050]
Substrate temperature: 300-500 ° C
Film forming pressure: 0.2 to 1.5 torr
Vaporization temperature: 50-70 ° C
Reaction gas: Ammonia gas Carrier gas: Nitrogen gas The film thus formed on the Si substrate 5 was an amorphous film of TaCN. And the film thickness was 0.01-0.3 micrometer, and resistance was 4000-10000 microhm * cm.
[0051]
[Example 8]
A mixture of C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 and [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta (former: latter = 1: 8) is mixed with toluene and heptane. A solution dissolved in the mixed solution is placed in the container 1a. There is nothing in the containers 1b and 1c. The Ta compound mixture was controlled and transported by the liquid flow rate controller 8, vaporized by the vaporizer 2, and deposited on the Si substrate 5.
[0052]
The film forming conditions at this time are as follows.
[0053]
Substrate temperature: 300-500 ° C
Film forming pressure: 0.2 to 1.5 torr
Vaporization temperature: 50-70 ° C
Reaction gas: Silane gas Carrier gas: Nitrogen gas The film thus formed on the Si substrate 5 was an amorphous film of SiTaCN. And the film thickness was 0.01-0.3 micrometer, and resistance was 4000-10000 microhm * cm.
[0054]
[Example 9]
C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 and [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta mixture (former: latter = 1: 8) dissolved in nonane Is placed in the container 1a. There is nothing in the containers 1b and 1c. The Ta compound mixture was controlled and transported by the liquid flow rate controller 8, vaporized by the vaporizer 2, and deposited on the Si substrate 5.
[0055]
The film forming conditions at this time are as follows.
[0056]
Substrate temperature: 300-500 ° C
Film forming pressure: 0.2 to 1.5 torr
Vaporization temperature: 50-70 ° C
Reaction gas: Silane gas Carrier gas: Nitrogen gas The film thus formed on the Si substrate 5 was an amorphous film of SiTaCN. And the film thickness was 0.01-0.3 micrometer, and resistance was 4000-10000 microhm * cm.
[0057]
[Example 10]
The Si substrate provided with the TaCN thin film prepared in the above example was heated to 160 ° C.
[0058]
Thereafter, a heptadecane solution (0.2 mol / l) of hexafluoroacetylacetone copper trimethylvinylsilane (HfacCu: TMVS) was poured onto the Si substrate. After thermal decomposition for 20 seconds, the mixture was cooled, the solution was poured out, and the inside of the container was washed three times with normal hexane, and then the Si substrate was taken out.
[0059]
The Si substrate initially had a silver luster, but after removal, it changed to a copper-like red and gold luster.
[0060]
Then, when a cross section of the Si substrate having a red gold gloss was observed with an electron microscope, deposits were observed from the surface to a depth of about 0.5 μm. When the deposits of this cross-sectional image were provided for elemental analysis, a thin film mainly containing Cu and Ta, C, and N is from the surface to about 0.5 μm, and pure silicon is below this thin film I understood.
[0061]
From this result, it was confirmed that copper was not diffused in the Si substrate.
[0062]
[Comparative Example 1]
The Si substrate not provided with the TaCN thin film was heated to 160 ° C.
[0063]
Thereafter, HfacCu: TMVS heptadecane solution (0.2 mol / l) was poured onto the Si substrate. After thermal decomposition for 20 seconds, the mixture was cooled, the solution was poured out, and the inside of the container was washed three times with normal hexane, and then the Si substrate was taken out.
[0064]
The surface of the Si substrate had changed to a copper-like red gold luster.
[0065]
Then, when the cross section of the Si substrate having a red gold gloss was observed with an electron microscope, deposits were observed from the surface to a depth of about 0.4 μm. When the deposit of this cross-sectional image was provided for elemental analysis, it was found that Cu up to about 0.4 μm from the surface, Cu—Si up to a depth of 2 μm from there, and pure silicon underneath.
[0066]
From this result, it was confirmed that copper was diffusing in the Si substrate.
[0067]
Example 11
A copper thin film was formed on the Si substrate provided with the TaCN thin film prepared in the above example by CVD using a TMVS solution of HfacCu: TMVS as a raw material. The Si substrate initially had a silver luster, but after removal, it changed to a copper-like red and gold luster.
[0068]
And when the cross section of the Si substrate whose surface was red gold gloss was observed with the electron microscope, the deposit was observed to the depth of about 0.8 micrometer from the surface. When the deposit of this cross-sectional image was provided for elemental analysis, a thin film mainly composed of Cu and Ta, C and N is from the surface to about 0.8 μm, and the bottom of this thin film is pure silicon I understood.
[0069]
From this result, it was confirmed that copper was not diffused in the Si substrate.
[0070]
[Comparative Example 2]
A copper thin film was formed on a Si substrate not provided with a TaCN thin film by CVD using a TMVS solution of HfacCu: TMVS as a raw material.
[0071]
The surface of the Si substrate had changed to a copper-like red gold luster.
[0072]
Then, when a cross section of the Si substrate having a red gold gloss was observed with an electron microscope, deposits were observed from the surface to a depth of about 0.5 μm. When the deposit of this cross-sectional image was provided for elemental analysis, it was found that Cu up to about 0.5 μm from the surface, Cu—Si up to a depth of 2 μm from there, and pure silicon underneath.
[0073]
From this result, it was confirmed that copper was diffusing in the Si substrate.
[0074]
【The invention's effect】
According to the present invention in which C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 and [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta are used in combination, they are not used in combination. 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 alone or higher quality than when only [N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta is used A conductive Ta-based film is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a CVD apparatus.

Claims (10)

ケミカルベーパーデポジションにより導電性Ta系膜を形成する材料であって、
N=Ta〔N(Cと、
〔N(CTaと、
炭素数5〜40の炭化水素系溶媒
とを含むことを特徴とする導電性Ta系膜形成材料。
A material for forming a conductive Ta-based film by chemical vapor deposition,
C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 ;
[N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta ,
Conductive Ta film forming material which comprises a hydrocarbon solvent <br/> 5-40 carbon atoms.
ケミカルベーパーデポジションにより導電性Ta系膜を形成する材料であって、
N=Ta〔N(Cと、
〔N(CTaと、
炭素数2〜40のアミン系溶媒
とを含むことを特徴とする導電性Ta系膜形成材料。
A material for forming a conductive Ta-based film by chemical vapor deposition,
C 2 H 5 N = Ta [N (C 2 H 5 ) 2 ] 3 ;
[N (C 2 H 5 ) 2 ] 4 Ta,
A conductive Ta-based film forming material comprising an amine-based solvent having 2 to 40 carbon atoms .
導電性Ta系膜が、少なくともTa及びNを主成分とする膜である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2の導電性Ta系膜形成材料。
The conductive Ta-based film forming material according to claim 1 or 2, wherein the conductive Ta-based film is a film containing at least Ta and N as main components .
導電性Ta系膜が、少なくともTa,N及びCを主成分とする膜である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2の導電性Ta系膜形成材料。
3. The conductive Ta-based film forming material according to claim 1, wherein the conductive Ta-based film is a film containing at least Ta, N, and C as main components.
ケミカルベーパーデポジションにより導電性Ta系膜を形成する方法であって、
請求項1〜4いずれかの導電性Ta系膜形成材料を分解し、基板上に導電性Ta系膜を形成する工程を具備する
ことを特徴とする導電性Ta系膜形成方法
A method of forming a conductive Ta-based film by chemical vapor deposition,
Decomposing the claims 1 to 4 either conductive Ta film forming material, conductive Ta film forming method comprising <br/> by comprising a step of forming a conductive Ta film on the substrate .
導電性Ta系膜が形成される基板を加熱する工程を具備する
ことを特徴とする請求項5の導電性Ta系膜形成方法。
The method for forming a conductive Ta-based film according to claim 5, further comprising a step of heating the substrate on which the conductive Ta-based film is formed.
導電性Ta系膜形成材料の分解は加熱により行なわれる
ことを特徴とする請求項5の導電性Ta系膜形成方法。
Conductive Ta film degradation forming material conductive Ta film forming method according to claim 5, characterized in <br/> be performed by heating.
導電性Ta系膜形成材料の分解は光照射により行なわれる
ことを特徴とする請求項5の導電性Ta系膜形成方法。
The method for forming a conductive Ta-based film according to claim 5 , wherein the decomposition of the conductive Ta-based film forming material is performed by light irradiation .
導電性Ta系膜形成材料の分解はプラズマ照射により行われる
ことを特徴とする請求項5の導電性Ta系膜形成方法。
The method for forming a conductive Ta-based film according to claim 5 , wherein the decomposition of the conductive Ta-based film forming material is performed by plasma irradiation .
導電性Ta系膜形成材料の分解は還元雰囲気下で行われる
ことを特徴とする請求項5〜請求項9いずれかの導電性Ta系膜形成方法。
The method for forming a conductive Ta-based film according to any one of claims 5 to 9, wherein the decomposition of the conductive Ta-based film forming material is performed in a reducing atmosphere .
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