[发明专利]钽化合物及其制造方法、含钽薄膜及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型钽化合物及其制造方法。本发明的钽化合物适用于通过化学气相沉积法(CVD法)或原子层沉积法(ALD法)形成含钽薄膜。此外，本发明涉及适用于半导体元件制造的含钽薄膜的形成方法及其含钽薄膜。

背景技术

随着半导体元件的高性能化，元件结构细微化也在发展。元件内的布线宽度变窄，由于以往作为布线材料使用的铝，存在信号的传达滞后的问题，因此以铜来代替使用。虽然铜具有电阻低这样的特点，但同时具有以下缺点，即铜易于扩散到使用于布线间的绝缘膜的氧化硅中，由此降低绝缘膜的性能。因此，为了防止这种扩散，采用在布线与绝缘膜之间设置阻挡膜的方法。从防止铜扩散能力的大小考虑，阻挡膜通常使用氮化钽膜。但是，氮化钽膜与用于由镀覆形成铜布线的铜晶种膜(copper seed film)之间的粘合性差，由此，在形成布线时或布线形成后进行平坦化时，与铜晶种膜之间产生剥离，成为产生缺陷的原因。由此，采用通过在作为阻挡膜的氮化钽膜和铜晶种膜之间形成金属钽膜以防止剥离的方法。

现在，氮化钽膜和金属钽膜主要是通过采用溅射的物理气相沉积法(PVD法)形成。在PVD法中，难以在具有凹凸的面上形成均匀的膜，今后，随着半导体元件的微细化进展，需要在复杂的三维结构的表面上形成均匀且薄的膜，因此，正在研究通过分解金属的卤化物、酰胺化合物、有机金属化合物等原料气体，并堆积形成膜的化学气相沉积法(CVD法)，或者，分解吸附于基板表面的这些原料，并堆积形成膜的原子层沉积法(ALD法)。

在通过CVD法或者ALD法形成氮化钽膜以及金属钽膜时，优选在一个反应槽内，利用相同的钽原料形成两种膜，作为这样的形成方法的原料，可以举出TaCl₅、TaBr₅等卤化物(例如，参考非专利文献1)。此外，正在研究Ta(NMe₂)₅、Ta(NEt₂)₅(例如，参考非专利文献2)、^tBuN＝Ta(NEt₂)₃(例如，参考非专利文献3)等的酰胺类化合物作为氮化钽膜的原料。但是，卤化物的熔点高，需要通过升华使之气化，因此难以作为CVD法或ALD法的原料使用，且存在残留在膜中的卤素腐蚀膜、降低粘合性的问题。另一方面，由于酰胺类化合会在膜中残留氮，虽然可以形成氮化钽膜，但是难以形成金属钽膜。因此，需要在分子中不含有卤素和氮的用于CVD法或ALD法的钽原料，因此，正在研究使用((Si(CH₃)₃)C₅H₄)Ta(CO)₄(参考专利文献1)或者((Si(CH₃)₃)C₅H₄)₂TaH₃(参考专利文献2)这样的有机金属化合物的方法。但是，这样的钽化合物的热稳定性差，因此存在难以进行稳定气化的问题。

作为含有钽的有机金属化合物，有Cp₂TaH₃(参考非专利文献4)、Cp₂Ta(CO)H(参考非专利文献5)。

专利文献1：美国专利第6491987号说明书

专利文献2：美国专利第6743473号说明书

非专利文献1：X.Chen，H.L.Frisch，A.E.Kaloyeros，B.Arkles and J.Sullivan，J.Vac.Sci.Technol.B 1999，17，182

非专利文献2：K.Sugiyama，S.Pac，Y.Takahashi and S.Motojima，J.Electrochem.Soc.1975，122，1545

非专利文献3：M.H.Tsai，S.C.Sun，C.E.Tsai，S.H.Chuang and H.T.Chiu，J.Appl.Phys.1996，79，6932

非专利文献4：M.L.H.Green，J.A.McCleverty，L.Pratt and G Wilkinson，J.Chem.Soc.1961，4854

非专利文献5：A.H.Klazinga and J.H.Teuben，J.Organomet.Chem.1978，157，413

发明内容

发明所要解决的问题