| 主权项 |
1.一种利用液态源化学气相沉积将钌膜沉积于基 材上之方法,其至少包含下列步骤: 选定制程条件,其中该钌膜系在有限动能之温度范 围内进行沉积;以及 气相沉积一薄钌膜于该基材上。 2.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述液态 源为二-(乙基环戊二烯基)化钌(bis-( ethylcyclopentadienyl)ruthenium)。 3.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述基材 系选自由热氧化层、氮化钛、氮化铝钛、五氧化 钽、氮化钽、钽、钛酸锶钡、钌酸锶、氮化矽、 氮化钨、钛酸锆铅、钽酸铋锶、矽化钛及二氧化 矽所组成之群组。 4.如申请专利范围第3项所述之方法,其中上述基材 具有第一膜层或晶种层。 5.如申请专利范围第4项所述之方法,其中上述第一 膜层或晶种层系利用气相沉积而形成,其中该气相 沉积系选自由物理气相沉积及化学气相沉积所组 成之群组。 6.如申请专利范围第5项所述之方法,其中上述第一 膜层或晶种层系选自由钌、铱、铂、氮化钛、氮 化铝钛、五氧化钽、氧化钌、氧化铱及矽化钛所 组成之群组。 7.如申请专利范围第1项所述之方法,其中上述制程 条件包括:钌之气化温度约100℃至约300℃,而基材 之温度约100℃至约500℃。 8.一种利用液态源化学气相沉积将薄钌膜沉积于 基材上之方法,其中该液态源为二-(乙基环戊二烯 基)化钌(bis-(ethylcyclopentadienyl)ruthenium)该方法至少 包含下列步骤: 在气化温度约100℃至约300℃时气化该二-(乙基环 戊二烯基)化钌,藉以形成化学气相沉积(CVD)材料源 气体; 供应氧气源反应气体;以及 在反应室中,利用该CVD材料源气体及该氧气源反应 气体,使薄钌膜形成于基材上,其中该基材之温度 约100℃至约500℃,且其中该钌膜之沉积系发生于有 限动能之温度范围。 9.如申请专利范围第8项所述之方法,其中上述基材 系选自由热氧化层、氮化钛、氮化铝钛、五氧化 钽、氮化钽、钽、钛酸锶钡、钌酸锶、氮化矽、 氮化钨、钛酸锆铅、钽酸铋锶、矽化钛及二氧化 矽所组成之群组。 10.如申请专利范围第9项所述之方法,其中上述基 材具有第一膜层或晶种层。 11.如申请专利范围第10项所述之方法,其中上述第 一膜层或晶种层系利用气相沉积而形成,且该气相 沉积系选自由物理气相沉积及化学气相沉积所组 成之群组。 12.如申请专利范围第11项所述之方法,其中上述第 一膜层或晶种层系选自由钌、铱、铂、氮化钛、 氮化铝钛、五氧化钽、氧化钌及矽化钛所组成之 群组。 图式简单说明: 第1图系描绘Ru(Cp)2前驱物(第1A图)及Ru(EtCp)2前驱物( 第1B图)之热解重量分析(Thermal Gravimetric Analysis, TGA )及差示扫描量热测定(Differential Scanning Calorimetry) 资料; 第2图描绘以化学气相沉积钌膜所使用的MLDS双蒸 发器钌反应室。钌膜的化学气相沉积仅使用单一 蒸发器。 第3图系描绘Ru(Cp)2前驱物(第3A图)及溶于辛烷的Ru( EtCp)2前驱物(第3B图)之蒸发器温度最佳化曲线。 第4图系描绘化学气相沉积(CVD)钌膜制程的阿雷尼 厄斯(Arrhenius)图(沉积速率之对数値相对于温度之 倒数),其中在厚度200埃之CVD氮化钛膜及厚度2000埃 之热氧化膜上利用Ru(Cp)2前驱物(第4A图),并且在厚 度60埃之物理气相沉积(PVD)钌晶种层(第4B图),以及 在厚度200埃之PVD氮化钛膜(第4C图)和厚度60埃之PVD 钌晶种层(第4D图)上利用溶于辛烷的Ru(EtCp)2。 第5图系描绘CVD钌膜制程的阿雷尼厄斯图,其中在 不同流量的钌和氧气下利用纯Ru(EtCp)2,并在厚度50 埃之PVD钌晶种层/厚度2000埃的钍氧化物(ThOx)基材 上利用1300标准立方公分/分钟(sccm)之固定流量的 氮气。图中另图示激发能量。氮气输送流量为450 sccm。 第6图系描绘CVD钌膜制程沉积速率及电阻均匀性的 阿雷尼厄斯图,其在50埃之PVD钌晶种层/2000埃之ThOx 上以流量为50毫克/分钟(mgm)的钌及100 sccm的氧气( 第6A图)以及流量为20 mgm的钌及40 sccm的氧气(第6B图 )来利用纯Ru(EtCp)2。氮气的流量为1300 sccm,而氮气 输送流量为450 sccm。 第7图系描绘CVD钌膜制程沉积速率的阿雷尼厄斯图 ,其在50埃之PVD钌晶种层/2000埃之ThOx上分别以流量 为250sccm以及1300sccm的氧气来利用纯Ru(EtCp)2。钌的 流量为50mgm,而氮气输送流量为450sccm。 第8图系描绘CVD钌膜制程沉积速率及电阻率的阿雷 尼厄斯图,其在50埃之PVD钌晶种层/2000埃之ThOx上以 流量为1300 mgm的高流量氮气来利用纯Ru(EtCp)2。钌 的流量为50 mgm,氧气的流量为100 sccm,而氮气输送流 量则为450 sccm。 第9图系描绘化学气相沉积钌膜的X射线绕射光谱( XRD)图案,其中钌膜系以溶于辛烷的Ru(EtCp)2而形成, 沉积温度为330℃,基材为60埃之PVD钌膜/2000埃之二 氧化矽及厚度600埃的钌(第9A图);沉积温度320℃,基 材为60埃之PVD钌膜/2000埃之二氧化矽及厚度280埃的 钌(第9B图);四氢喃中的Ru(Cp)2以340℃的沉积温度 在60埃之PVD钌膜/200埃之PVD氮化钛及厚度800埃的钌( 第9C图);以320℃的沉积温度在60埃之PVD钌膜/200埃之 PVD氮化钛及厚度650埃的钌(第9D图);以及在有限动 能的状态下,利用295℃的沉积温度在60埃之PVD钌膜/ 200埃之PVD氮化钛及厚度500埃的钌(第9E图)。 第10图系描绘化学气相沉积钌膜的X射线绕射光谱 图案,其中钌膜系在溶于辛烷的Ru(EtCp)2中形成于厚 度2000埃之热氧化层的PVD钌晶种基材上,以及厚度 200埃之PVD氮化钛上的PVD钌晶种基材上。 第11图系描绘氧气流量对于50埃PVD钌晶种层/2000埃 之ThOx基材上利用纯Ru(EtCp)2在CVD钌之方向上的影响 。温度为355℃,氮气流量为250 sccm,而氮气输送速率 则为450 sccm。 第12图系描绘氧气流量对于CVD钌(002)方向及电阻率 的影响,其中在50埃的PVD钌晶种层/2000埃的ThOx基材 上利用纯Ru(EtCp)2。制程条件如下:温度为355℃,氮 气流量为250 sccm,氮气输送速率为450 sccm,压力则为8 扥耳。 第13图系描绘CVD钌膜之扫瞄式电子显微镜(SEM)影像 ,其用以比对表面粗糙度;其中,Ru(EtCp)2前驱物在343 ℃位于200埃的PVD氮化钛层(第13A图);Ru(EtCp)2前驱物 在343℃位于PVD钌晶种层/2000埃之氧化层(第13B图);Ru (Cp)2前驱物在343℃位于PVD钌晶种层/200埃之PVD氮化 钛层(第13C图);Ru(EtCp)2前驱物在343℃位于PVD钌晶种 层/2000埃之氧化层(第13D图);Ru(EtCp)2前驱物在320℃ 位于PVD钌晶种层/200埃之PVD氮化钛层(第13E图);以及 Ru(EtCp)2前驱物在330℃位于PVD钌晶种层/2000埃之氧 化层(第13F图)。 第14图系描绘CVD钌膜之2微米2微米的原子力显微 镜(AFM)扫描,此钌膜系在温度343℃之下利用Ru(EtCp)2 而沉积于PVD钌晶种层/200埃之PVD氮化钛及PVD氮化钛 层。 第15图系描绘在不同温度下于200埃之PVD氮化钛层 上利用Ru(EtCp)2前驱物所得到之阶层覆盖率的比较 。第15A图:底部/顶部比値约30%,侧壁/顶部比値约40% ,均匀覆盖程度约60%。第15B图:底部/顶部比値约90%, 侧壁/顶部比値约90%,均匀覆盖程度约80%。第15C图 在较大的几何结构上呈现粗糙不平的问题。 第16图系描绘在340℃于200埃之PVD氮化钛晶种层上 以深宽比5:1利用Ru(Cp)2(第16A图)及溶于辛烷的Ru(EtCp )2(第16B图)所得到的阶层覆盖程度之比较。第16A图 :底部/顶部比値约35%,侧壁/顶部比値约30%,均匀覆 盖程度约60%。 第17图系描绘存在及不存在60埃之钌晶种层并利用 溶于辛烷的Ru(EtCp)2前驱物所得到的阶层覆盖程度 之比较。第17A图:底部/顶部比値约30%,侧壁/顶部比 値约30%,均匀覆盖程度约50%。第17B图:底部/顶部比 値约90%,侧壁/顶部比値约90%,均匀覆盖程度约80%。 由于CVD钌膜沉积处理基材之敏感度不同的缘故,沉 积温度略有变化。 第18图系描绘在60埃之钌晶种层上利用Ru(Cp)2以及 溶于辛烷的Ru(EtCp)2所得到的阶层覆盖程度之比较 。第18A图:底部/顶部比値约40%,侧壁/顶部比値约50% ,均匀覆盖程度约80%。第18B图:底部/顶部比値约90%, 侧壁/顶部比値约90%,均匀覆盖程度约80%。 第19图系描绘在355℃下于深宽比6:1的0.15微米沟渠 内利用纯Ru(EtCp)2所得到之CVD钌膜的阶层覆盖程度 。顶膜厚度为400埃,侧膜厚度约350埃,底膜厚度约 350埃,侧壁覆盖率约88%,底部覆盖率约88%。 第20图系呈现顶电极应用:CVD钌在340℃温度下利用 溶于辛烷的Ru(EtCp)2而被沉积于80埃氧化钽(Ta2O5)/ 1500埃多晶矽基材。CVD钌膜的厚度约1500埃。第20A 图:0.1微米深宽比16:1,底部/顶部比値约10%,侧壁/顶 部比値约10%,均匀覆盖程度约40%。第20B图:0.05微米 深宽比20:1,底部/顶部比値不适用,侧壁/顶部比値 约5%,均匀覆盖程度约25%。 第21图系描绘CVD钌膜的SEM影像,此钌膜系沉积于图 案化杯状结构上的CVD BST/PVD铂层。 第22图系描绘Ru(Cp)2及溶于辛烷的Ru(EtCp)2前驱物的 制程可重复性。第22A图:利用Ru(Cp)2前驱物所进行 的100次晶圆处理的可重复性图;其中,晶圆温度为 340℃,基材为厚度200埃的PVD氮化钛/矽。第22B图:利 用Ru(EtCp)2前驱物所进行的25次晶圆处理的可重复 性图;其中,晶圆温度为330℃,基材为厚度60埃的PVD 钌/2000埃的热二氧化矽。 第23图系描绘在钌的化学气相沉积制程中利用夹 环所引发的边缘排除效应。第23A图显示夹环的位 置;第23B图为钌膜之化学气相沉积的起始阶层的厚 度变化曲线;第23C图显示配置有夹环之晶圆边缘剖 面的SEM影像;第23D图显示夹环之下的晶圆边缘所出 现的粒子。 第24图系描绘面电阻与膜层厚度之间的关联性。 |
