説明

膜形成材料、膜形成方法、及び素子

【課題】 半導体素子に悪影響を引き起こす恐れが高いハロゲンを有さない原料を用いて、純度が高いモリブデン膜(モリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜)を低温で容易に形成できる技術を提供することである。
【解決手段】 モリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜を形成する為の膜形成材料であって、
前記膜のMo源がビスシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスメチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスエチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、及びビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モリブデン膜(モリブデンシリサイト膜、モリブデンナイトライド膜)の膜形成材料や膜形成方法、更には前記材料を用いて形成した膜を備えた半導体素子などの素子に関する。
【背景技術】
【0002】
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。又、配線材料には低抵抗な銅が選択され、配線間は誘電率が極めて低い材料で埋められ、極薄膜化の一途を辿っている。ゲート酸化膜もSiOからHfO等の金属酸化膜にすることが検討されている。
ところで、上記技術思想が採用されたとしても、ゲート電極部分の抵抗も問題視され始め、これらの部分における新材料の開発が待たれている。
そこで、モリブデンの導電性金属によってゲート電極を構成することが検討されている。
【特許文献1】特開2002−9298
【特許文献2】特開2002−353458
【特許文献3】特開2003−258121
【特許文献4】特開2004−31484
【特許文献5】特開2004−207481
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところで、Mo薄膜はスパッタリング技術で容易に作成される。
しかしながら、スパッタリングを用いてゲート電極の膜を形成しようとした場合、半導体素子に物理的ダメージを与える。
このようなことから、半導体分野にあっては、化学気相成長方法(CVD)によりモリブデン薄膜(配線膜)を形成しようとすることが試みられた。すなわち、MoCl5を用いてCVDによりモリブデン薄膜を形成することが試みられた。
しかしながら、MoCl5は、原料中に含まれる塩素が悪影響を引き起こす懸念が有る。
【0004】
従って、本発明が解決しようとする第1の課題は、半導体素子に熱的損傷を引き起こし難いCVDを用いてモリブデン膜(若しくはモリブデンシリサイト膜、又はモリブデンナイトライド膜)を形成する技術を提供することである。
【0005】
本発明が解決しようとする第2の課題は、半導体素子に悪影響を引き起こす恐れが高いハロゲンを有さない原料を用いてモリブデン膜(若しくはモリブデンシリサイト膜、又はモリブデンナイトライド膜)を形成する技術を提供することである。
【0006】
本発明が解決しようとする第3の課題は、純度が高いモリブデン膜(若しくはモリブデンシリサイト膜、又はモリブデンナイトライド膜)を形成できる技術を提供することである。
【0007】
本発明が解決しようとする第4の課題は、モリブデン膜(若しくはモリブデンシリサイト膜、又はモリブデンナイトライド膜)を低温で容易に形成できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記の課題を解決する為の研究を鋭意押し進めて行く中に、本発明者は、モリブデン膜(若しくはモリブデンシリサイト膜、又はモリブデンナイトライド膜)の構成材料として何を用いるかが極めて重要であることに気付いた。
【0009】
そして、更なる研究を続行して行った結果、Mo源として下記の一般式[I]で表される化合物を用いることが極めて好ましいことが判って来た。
一般式[I]

(但し、R,R,R,R,Rは、各々、H又は炭化水素基であって、同一でも異なっていても良い。)
【0010】
更には、併せて、Si(2x+2)(但し、xは1以上の整数。)で表される化合物を用いると一層好ましいシリサイト膜が出来ることも判った。
【0011】
又、併せて、アンモニアを用いると一層好ましいナイトライド膜が出来ることも判った。
【0012】
このような知見を基にして本発明が達成されたものである。
【0013】
すなわち、前記の課題は、モリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜を形成する為の膜形成材料であって、
前記膜のMo源が上記の一般式[I]の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物である
ことを特徴とする膜形成材料によって解決される。
【0014】
特に、モリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜を形成する為の膜形成材料であって、
前記膜のMo源がビスシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスメチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスエチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、及びビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物である
ことを特徴とする膜形成材料によって解決される。
【0015】
又、モリブデンシリサイト膜を形成する為の膜形成材料であって、
前記膜のMo源が上記の一般式[I]の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物であり、
前記膜のSi源がSi(2x+2)(但し、xは1以上の整数。)である
ことを特徴とする膜形成材料によって解決される。
【0016】
特に、モリブデンシリサイト膜を形成する為の膜形成材料であって、
前記膜のMo源がビスシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスメチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスエチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、及びビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物であり、
前記膜のSi源がSi(2x+2)(但し、xは1以上の整数。)である
ことを特徴とする膜形成材料によって解決される。
【0017】
尚、Si(2x+2)は、好ましくはSiH,Si,Siの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物である。
【0018】
又、モリブデンナイトライド膜を形成する為の膜形成材料であって、
前記膜のMo源が上記の一般式[I]の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物であり、
前記膜のN源がアンモニア(又はアンモニア生成化合物)である
ことを特徴とする膜形成材料によって解決される。
【0019】
特に、モリブデンナイトライド膜を形成する為の膜形成材料であって、
前記膜のMo源がビスシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスメチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスエチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、及びビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物であり、
前記膜のN源がアンモニア(又はアンモニア生成化合物)である
ことを特徴とする膜形成材料によって解決される。
【0020】
本発明の膜形成材料は、特に、CVDにより膜を形成する為の材料である。更には、MOSFET等の半導体素子におけるゲート電極膜を形成する為の材料である。
【0021】
又、前記の課題は、上記の膜形成材料(上記の一般式[I]で表される化合物、更にはSi(2x+2)、又はNHやNH生成化合物(中でも、アンモニア))を用いて、膜を形成することを特徴とする膜形成方法によって解決される。
【0022】
特に、上記の膜形成材料(上記の一般式[I]で表される化合物、更にはSi(2x+2)、又はNHやNH生成化合物(中でも、アンモニア))と、還元剤とを用いて、膜を形成することを特徴とする膜形成方法によって解決される。
【0023】
中でも、上記の膜形成材料(上記の一般式[I]で表される化合物、更にはSi(2x+2)、又はNHやNH生成化合物(中でも、アンモニア))と、水素とを用いて、膜を形成することを特徴とする膜形成方法によって解決される。
【0024】
本発明においては、膜は、CVDの手法を用いて形成される。特に、CVDにより導電性のシリサイト膜やナイトライド膜が形成される。膜形成材料は、同時または別々に分解させられる。化合物の分解は、熱、光、熱フィラメントの群の中から選ばれる少なくとも何れか一つの分解手法が用いられる。
【0025】
又、前記の課題は、上記の膜形成方法により形成されてなるモリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜(特に、ゲート電極としてモリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜)を具備することを特徴とする素子によって解決される。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、熱損傷を与え難いCVDによって、モリブデン膜、モリブデンシリサイト膜、又はモリブデンナイトライド膜が得られる。
【0027】
しかも、この膜は、原料中に、ハロゲンを持たないことから、半導体素子に悪影響を引き起こし難いものである。かつ、膜中の純度が高く、導電性にも優れたものである。すなわち、ゲート電極として好適なものである。
【0028】
そして、本発明で用いる原料、特にMo原料は蒸気圧が比較的高く、CVDに際して供給し易く、膜形成が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
本発明になる膜形成材料(モリブデン膜、モリブデンシリサイト膜、又はモリブデンナイトライド膜を形成する為の膜形成材料)は、膜のMo源が上記の一般式[I](尚、一般式[I]中において、R,R,R,R,Rが炭化水素基の場合、好ましくは炭素数が1〜25のものである。更には、1〜10のものである。炭化水素基は、特に、アルキル基である。)の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物である。特に、ビスシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスメチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスエチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、及びビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物である。ゲート電極を構成する為に用いられる最も好ましい化合物はビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドである。モリブデンシリサイト膜の場合におけるSi源はSi(2x+2)(但し、xは1以上の整数。尚、好ましくは10以下の整数。)である。特に、SiH,Si,Siの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物である。モリブデンナイトライド膜の場合におけるN源はアンモニア(又は分解によりアンモニアが生成する化合物)である。この膜形成材料は、特に、CVDにより膜を形成する為の材料である。更には、MOSFET等の半導体素子におけるゲート電極膜を形成する為の材料である。
【0030】
本発明になる膜形成方法(モリブデン膜、モリブデンシリサイト膜、又はモリブデンナイトライド膜を形成する方法)は、上記の膜形成材料(上記の一般式[I]で表される化合物、更にはSi(2x+2)又はNH(NH生成化合物))を用いて、膜を形成する方法である。更には還元剤(中でも、水素)も用いて膜を形成する方法である。膜は、CVDの手法を用いて形成される。特に、CVDにより導電性のシリサイト膜やナイトライド膜が形成される。膜形成材料は、同時または別々に分解させられる。化合物の分解は、熱、光、熱フィラメントの群の中から選ばれる少なくとも何れか一つの分解手法が用いられる。
【0031】
本発明になる素子は、上記の膜形成方法により形成されてなるモリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜(特に、ゲート電極としてモリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜(中でも、モリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜)を具備する素子(特に、半導体素子)である。又は、上記の膜形成材料が用いられて形成されてなるモリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜(特に、ゲート電極としてモリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜(中でも、モリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜)を具備する素子(特に、半導体素子)である。
以下、具体的な実施例を挙げて説明する。
【実施例】
【0032】
[実施例1]
図1は成膜装置(CVD)の概略図である。同図中、1は原料容器、2は加熱器、3は分解反応炉、4はSi(半導体)基板、5は流量制御器、6は原料ガスの吹出口、7はSiH,Si,Si等のシラン(又は、アンモニア)及びHの導入ライン、8はキャリアガスの導入ライン、9は排気ライン、10はリング状の熱フィラメント、11は光照射器、12は原料容器内の圧力調節用ニードルバルブである。
【0033】
容器1にはビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド(i−PrCpMoH2)が入れられており、120℃に保持されている。分解反応炉3は真空に排気されている。基板4は150〜450℃に加熱されている。
そして、ニードルバルブ12を開放した。これにより、気化したi−PrCpMoH2が分解反応炉3に導入された。
その結果、基板4上に膜が形成された。
【0034】
この膜をXPS(X線光電子分析法)によって調べると、Moの存在が確認された。又、X線によって調べた結果、Mo膜であることが確認された。又、断面のSEM(走査型電子顕微鏡)写真やTEM(透過型電子顕微鏡)写真を観察した処、界面は極めて平坦であった。すなわち、界面(Si)においては反応が起きておらず、良好な界面であることが判った。
そして、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0035】
[実施例2]
実施例1において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの代わりにビスシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドを用い、同様に行った。
その結果、同様なMo膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0036】
[実施例3]
実施例1において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの代わりにビスメチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドを用い、同様に行った。
その結果、同様なMo膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0037】
[実施例4]
実施例1において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの代わりにビスエチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド
を用い、同様に行った。
その結果、同様なMo膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0038】
[実施例5]
実施例1において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドとSiHとを同時に導入し、同様に行った。
その結果、基板4上に膜が形成された。
【0039】
この膜をXPSによって調べると、Mo,Siが確認された。又、X線によって調べた結果、モリブデンシリサイト膜であることが確認された。又、断面のSEM写真やTEM写真を観察した処、界面は極めて平坦であった。すなわち、界面(Si)においては反応が起きておらず、良好な界面であることが判った。
そして、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
尚、実施例1のモリブデン膜よりも本実施例のモリブデンシリサイト膜の方が次世代の半導体素子に好適なものであった。
【0040】
[実施例6]
実施例5において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの代わりにビスシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドを用い、同様に行った。
その結果、実施例5と同様なモリブデンシリサイト膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0041】
[実施例7]
実施例5において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの代わりにビスメチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドを用い、同様に行った。
その結果、実施例5と同様なモリブデンシリサイト膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0042】
[実施例8]
実施例5において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの代わりにビスエチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドを用い、同様に行った。
その結果、実施例5と同様なモリブデンシリサイト膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0043】
[実施例9]
実施例5において、SiHの代わりにSiを用い、同様に行った。
その結果、同様なモリブデンシリサイト膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0044】
[実施例10]
実施例5において、SiHの代わりにSiを用い、同様に行った。
その結果、同様なモリブデンシリサイト膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0045】
[実施例11]
実施例1において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドとアンモニア(NH)とを同時に導入し、同様に行った。
その結果、基板4上に膜が形成された。
【0046】
この膜をXPSによって調べると、Mo,Nが確認された。又、X線によって調べた結果、モリブデンナイトライド膜であることが確認された。又、断面のSEM写真やTEM写真を観察した処、界面は極めて平坦であった。すなわち、界面(Si)においては反応が起きておらず、良好な界面であることが判った。
そして、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
尚、実施例1のモリブデン膜よりも本実施例のモリブデンナイトライド膜の方が次世代の半導体素子に好適なものであった。
【0047】
[実施例12]
実施例11において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの代わりにビスシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドを用い、同様に行った。
その結果、実施例11と同様なモリブデンナイトライド膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0048】
[実施例13]
実施例11において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの代わりにビスメチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドを用い、同様に行った。
その結果、実施例11と同様なモリブデンナイトライド膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0049】
[実施例14]
実施例11において、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの代わりにビスエチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドを用い、同様に行った。
その結果、実施例11と同様なモリブデンナイトライド膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0050】
[実施例15]
実施例1では、化合物の分解を加熱手段で行った。
この加熱手段の代わりに光照射の手段を用いて同様に行った。
その結果、同様なMo膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0051】
[実施例16]
実施例1では、化合物の分解を加熱手段で行った。
この加熱手段の代わりにレーザ照射の手段を用いて同様に行った。
その結果、同様なMo膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【0052】
[実施例17]
実施例1では、化合物の分解を加熱手段で行った。
この加熱分解手段の代わりに、i−PrCpMoH2をSi基板4の手前で800℃以上に加熱した熱フィラメント10に接触させて同様に行った。
その結果、同様なMo膜が形成されており、このものは次世代の半導体素子のゲート電極に好適なものであった。
【産業上の利用可能性】
【0053】
半導体分野において特に有用に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】成膜装置(CVD)の概略図
【符号の説明】
【0055】
1 原料容器
2 加熱器
3 分解反応炉
4 Si(半導体)基板
5 流量制御器

代 理 人 宇 高 克 己


【特許請求の範囲】
【請求項1】
モリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜を形成する為の膜形成材料であって、
前記膜のMo源が下記の一般式[I]の群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物である
ことを特徴とする膜形成材料。
一般式[I]

(但し、R,R,R,R,Rは、各々、H又は炭化水素基であって、同一でも異なっていても良い。)
【請求項2】
Mo源が、ビスシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスメチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、ビスエチルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライド、及びビスイソプロピルシクロペンタジエニルモリブデンジハイドライドの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物であることを特徴とする請求項1の膜形成材料。
【請求項3】
モリブデンシリサイト膜のSi源がSi(2x+2)(但し、xは1以上の整数。)であることを特徴とする請求項1の膜形成材料。
【請求項4】
モリブデンシリサイト膜のSi源がSiH,Si,Siの群の中から選ばれる一つ又は二つ以上の化合物であることを特徴とする請求項1の膜形成材料。
【請求項5】
モリブデンナイトライド膜のN源がアンモニア又はアンモニア生成化合物であることを特徴とする請求項1の膜形成材料。
【請求項6】
CVDにより膜を形成する為の材料であることを特徴とする請求項1〜請求項5いずれかの膜形成材料。
【請求項7】
ゲート電極膜を形成する為の材料であることを特徴とする請求項1〜請求項6いずれかの膜形成材料。
【請求項8】
請求項1〜請求項7いずれかの膜形成材料を用いて、膜を形成することを特徴とする膜形成方法。
【請求項9】
請求項1〜請求項7いずれかの膜形成材料と、還元剤とを用いて、膜を形成することを特徴とする膜形成方法。
【請求項10】
請求項1〜請求項7いずれかの膜形成材料と、水素とを用いて、膜を形成することを特徴とする膜形成方法。
【請求項11】
CVDにより導電性のシリサイト膜またはナイトライド膜を形成することを特徴とする請求項8〜請求項10いずれかの膜形成方法。
【請求項12】
膜形成材料を同時または別々に分解させることを特徴とする請求項8〜請求項11いずれかの膜形成方法。
【請求項13】
膜形成材料を、熱、光、熱フィラメントの群の中から選ばれる少なくとも何れか一つの分解手法を用いて分解させることを特徴とする請求項8〜請求項12いずれかの膜形成方法。
【請求項14】
請求項8〜請求項13いずれかの膜形成方法により形成されてなるモリブデン膜もしくはモリブデンシリサイト膜またはモリブデンナイトライド膜を具備することを特徴とする素子。


【図1】
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【公開番号】特開2006−97100(P2006−97100A)
【公開日】平成18年4月13日(2006.4.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−285720(P2004−285720)
【出願日】平成16年9月30日(2004.9.30)
【出願人】(591006003)株式会社トリケミカル研究所 (31)
【Fターム(参考)】