DE10064654A1 - Verfahren zum Ausbilden einer Rutheniumschicht mittels chemischer Dampfphasenabscheidung mit einer Änderung der Prozeßbedingungen und eine dadurch ausgebildete Rutheniumschicht - Google Patents

Verfahren zum Ausbilden einer Rutheniumschicht mittels chemischer Dampfphasenabscheidung mit einer Änderung der Prozeßbedingungen und eine dadurch ausgebildete Rutheniumschicht

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Abstract

Ein Verfahren zum Ausbilden einer Rutheniumschicht mit guten Eigenschaften unter Verwendung eines chemischen Dampfphasenabscheidungsverfahrens, und der Aufbau der Rutheniumschicht sind vorgesehen. Die Rutheniumschicht wird in zumindest zwei Schritten mit einer Änderung in einer Prozeßbedingung ausgebildet. In einem ersten Schritt wird Ruthenium durch Ausführen der Abscheidung unter Bedingungen, die die Keimbildungsgeschwindigkeit von Ruthenium veranlassen größer zu sein, als sein, als seine Wachstumsgeschwindigkeit, dicht abgeschieden, und in einem späteren Schritt wird Ruthenium durch Ausführen der Abscheidung unter Bedingungen, die die Wachstumsgeschwindigkeit von Ruthenium veranlassen, größer zu sein als seine Keimbildungsgeschwindigkeit, gleichförmig in allen Richtungen abgeschieden, wodurch eine Rutheniumschicht erzielt wird, welche dicht ist und eine gute Oberflächenmorphologie aufweist. Die Rutheniumschicht, die mit diesem Verfahren erzielt wird, weist eine gute Kantenbedeckung und gute elektrische Eigenschaften auf, so daß sie wirksam als die Elektrode eines Kondensators mit einer dreidimensionalen Form verwendet werden kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abscheidung einer Ruthenium-(Ru)- Schicht, und insbesondere ein Verfahren zum Ausbilden einer Ru-Schicht unter Ver­ wendung einer chemischen Dampfphasenabscheidung (CVD) und der dadurch ausge­ bildeten Ru-Schicht.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Edelmetalle, wie beispielsweise Ruthenium (Ru), Platin (Pt) Iridium (Ir) und Os­ mium (Os), sind nur sehr wenig bzw. selten für integrierte Halbleiterschaltungen ver­ wendet worden, aber in letzter Zeit ist eine Verwendung dieser Edelmetalle für die un­ tere und obere Elektrode eines Kondensators eingehend untersucht worden. Dies er­ folgte deshalb, da die gewünschten elektrischen Eigenschaften eines Kondensators mit Polysilizium nicht erzielt werden können, welches gewöhnlicher Weise als ein Elektro­ denmaterial verwendet wird, wenn ein Material wie beispielsweise Ta2O5, BST ((Ba, Sr)TiO3) oder PZT ((Pb, Zr)TiO3) mit einer hohen Dielektrizitätskonstante für eine die­ lektrische Schicht verwendet wird. Insbesondere da Ru eine hervorragende Leckstro­ meigenschaft aufweist und leichter als Pt geätzt werden kann, ist die Aufmerksamkeit auf die Verwendung einer Ru-Schicht als Elektrode eines Kondensators fokussiert worden.
Herkömmlicherweise sind Ru-Schichten mit einem Zerstäubungs- bzw. Sputter- Verfahren ausgebildet worden. Gemäß dem Sputterverfahren wird eine Ru-Schicht dicht ausgebildet und es wird eine gute Oberflächenmorphologie erzielt, womit eine Ru-Schicht mit einer hervorragenden Leckstromeigenschaft und einer hervorragenden Widerstandseigenschaft erzielt wird. Jedoch weist das Sputter-Verfahren den Nachteil einer schlechten Stufen- bzw. Kantenbedeckung auf, so daß es für ein Ausbilden einer Elektrode mit einer dreidimensionalen Form, wie beispielsweise einer Zylinderform oder einer Rippenform, ungeeignet ist.
Um das Problem der schwachen Kantenbedeckung bei dem Sputterverfahren zu lösen, ist ein CVD-Verfahren vorgeschlagen worden. Bei dem CVD-Verfahren wird Ru auf einem Substrat oder einer dielektrischen Trenn- bzw. Zwischenschicht (interlayer dielectric layer) unter Verwendung eines verdampften Ru-Quellgases und eines Reakti­ onspartnergases (eines Katalysators) aufgetragen, so daß eine hervorragende Kantenbe­ deckung erzielt werden kann. Jedoch ist die Oberflächenmorphologie einer Ru-Schicht, die durch das CVD-Verfahren ausgebildet ist, schlechter als die einer Ru-Schicht, die durch ein Sputter-Verfahren ausgebildet ist, so daß es bei Verwendung des CVD-Ver­ fahrens schwierig ist, eine gewünschte Leckstrom- und Widerstandseigenschaft zu er­ zielen. Folglich ist ein CVD-Verfahren zum Erzielen einer Ru-Schicht mit sowohl einer guten Kantenbedeckung als auch einer guten Oberflächenmorphologie wünschenswert.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die vorstehend erwähnten Bedürfnisse zu befriedigen, ist es eine erste Auf­ gabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden einer Rutheniumschicht mit guter Kantenbedeckung und guten elektrischen Eigenschaften zu schaffen.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Rutheniumschicht mit guter Kantenbedeckung und guten elektrischen Eigenschaften zu schaffen.
Um die erste Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung demgemäß ein Verfahren zum Ausbilden einer Rutheniumschicht mittels chemischer Dampfphasenab­ scheidung mit einer Änderung in den Prozeßbedingungen vor. In einem Anfangsschritt bzw. ersten Schritt wird eine Abscheidungskammer bei einem relativ hohen Druck be­ trieben und Sauerstoffgas, d. h., ein Reaktionspartnergas, wird mit einer relativ niedrigen Strömungsgeschwindigkeit zugeführt, um Ruthenium-Keimlinge auf dem Substrat dicht auszubilden. In einem späteren Schritt wird die Abscheidungskammer mit einem relativ niedrigen Druck betrieben und Sauerstoffgas wird mit einer relativ niedrigen Strö­ mungsgeschwindigkeit zugeführt, damit Ruthenium schnell in alle Richtungen um den Keimling herum wächst. Mit anderen Worten, bei dem ersten Schritt ist die Keimbil­ dungsgeschwindigkeit von Ruthenium schneller als seine Wachstumsgeschwindigkeit und bei dem späteren Schritt ist die Wachstumsgeschwindigkeit von Ruthenium schneller als seine Keimbildungsgeschwindigkeit.
Die dichte und gleichförmige Keimbildung bei dem Anfangsschritt führt zu einer guten Kantenbedeckung, und das Wachstum in allen Richtungen bei dem späteren Schritt führt zu einer guten Oberflächenmorphologie. Demgemäß kann eine Ruthenium­ schicht mit einer hervorragenden Kantenbedeckung und hervorragenden elektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise einer guten Leckstromeigenschaft und einer guten Widerstandseigenschaft, erzielt werden.
Zusätzlich zu den beschriebenen Prozeßbedingungen, nämlich einem Kammer­ druck und einer Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit, beeinflußt ebenso Temperatur die Kantenbedeckung und elektrischen Eigenschaften einer Rutheniumschicht. Die Tempe­ ratur ist bei dem Anfangsschritt vorzugsweise niedriger als bei dem späteren Schritt.
Um die zweite Aufgabe zu lösen sieht die vorliegende Erfindung eine durch eine chemische Dampf- bzw. Gasphasenabscheidung hergestellte Rutheniumschicht vor. Das Konzentrationsprofil des in der Rutheniumschicht enthaltenen Sauerstoffs ist von der Oberfläche der Unterschicht bis zu einer vorbestimmten Dicke relativ hoch, verringert sich schnell bei einer vorbestimmten Dicke und ist ab der vorbestimmten Dicke bis zur oberen Oberfläche der Rutheniumschicht relativ niedrig und im wesentlichen konstant, so daß das Sauerstoffkonzentrationsprofil im wesentlichen einer Stufenfunktion ange­ nähert ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorigen Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch eine detaillierte Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung besser ersichtlich.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Photographie der Oberfläche einer Ruthenium-(Ru)-Schicht, die bei einer vorbestimmten Abscheidungsbedingung bei einer Gasphasenabscheidung herge­ stellt worden ist, welches mit einem Rasterelektronenmikroskop (scanning elektronic microscope SEM) aufgenommen worden ist;
Fig. 2 eine Photographie der Oberfläche einer Ru-Schicht, die bei einer anderen vorbestimmten Abscheidungsbedingung bei einer chemischen Gasphasenabscheidung hergestellt worden ist, die mit einem Rasterelektronenemikroskop (SEM) aufgenommen worden ist;
Fig. 3 eine Photographie der Oberfläche einer Ru-Schicht, die bei einer weiteren anderen vorbestimmte Abscheidungsbedingung bei einer Gasphasenabscheidung herge­ stellt worden ist, welche mit einem Rasterelektronenemikroskop (SEM) aufgenommen worden ist;
Fig. 4 einen Graphen, der die Morphologieverteilung der Ru-Schicht konzep­ tionell darstellt, welche in einer Gasphasenabscheidung bei unterschiedlichen Kammer­ drücken und unterschiedlichen Substrattemperaturen hergestellt worden ist;
Fig. 5 einen Graphen, der die Morphologieverteilung der Ru-Schicht konzep­ tionell darstellt, welche in einer Gasphasenabscheidung bei verschiedenen Kammer­ drücken und verschiedenen Sauerstoffströmungsgeschwindigkeiten hergestellt worden ist;
Fig. 6 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Ausbilden einer Ru-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Photographie der Oberfläche einer Ru-Schicht, die gemäß einer Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung in einer Gasphasenabscheidung hergestellt worden ist, die mit einem Rasterelektronenemikroskop (SEM) aufgenommen worden ist;
Fig. 8 einen Graphen, der Ergebnisse einer Röntgenstrukturanalyse von Ru- Schichten darstellt, die durch einen Gasphasenabschaltungsverfahren hergestellt sind;
Fig. 9 einen Graphen, der Ergebnisse einer Röntgenstrukturanalyse von Ru- Schichten darstellt, die durch einen Gasphasenabschaltungsverfahren hergestellt sind;
Fig. 10 einen Graphen, der Ergebnisse einer Röntgenstrukturanalyse von Ru- Schichten darstellt, die durch einen Gasphasenabschaltungsverfahren hergestellt sind;
Fig. 11 einen Graphen, der Ergebnisse einer Sekundärionenmassenspektrometrie der Konzentrationsprofile des in den Ru-Schichten enthaltenen Sauerstoffs, die von der Tiefe der Ru-Schicht abhängen, die durch ein CVD-Verfahren oder ein Sputter-Verfah­ ren hergestellt sind, unter Verwendung eines darstellt;
Fig. 12 einen Graphen, der gemessene Schichtwiderstandswerte von Ru-Schich­ ten, welche bei verschiedenen Kammerdrücken und Sauerstoffströmungsgeschwindig­ keiten in einer Gasphasenabscheidung hergestellt worden sind, darstellt;
Fig. 13 einen Graphen, der das Reflexionsvermögen von Ru-Schichten darstellt, die durch ein CVD-Verfahren und ein Sputter-Verfahren hergestellt worden sind;
Fig. 14A und 14B Photographien der Oberfläche und eines Abschnitts einer Ru-Schicht, die entsprechend der vorliegenden Erfindung auf einer Unterlage bzw. -schicht mit einem vorbestimmten Muster ausgebildet ist, die durch ein Rasterelektro­ nenmikroskop (SEM) aufgenommen worden sind; und
Fig. 15 eine Schnittansicht eines Beispiels, bei welchem eine Ru-Schicht, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist, für die Elektrode eines Kon­ densators verwendet worden ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Wenn eine durch eine Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren) auf einem Sub­ strat ausgebildete Schicht in eine Kammer eingebracht ist, wird ein Ru-Quellgas und ein Reaktionspartnergas der Kammer zugeführt. Als eine Ru-Quelle wird Ru(C2H5C5H4)2(Bis(Ethylcyclopentadienyl)Ruthenium) (im Folgenden als Ru(EtCp)2 bezeichnet), oder Ru(CH3CH2CH2CH2CH3C5H3)3 (Tris(2,4-OktanDionato)Ruthenium), welches bei Raumtemperatur flüssig ist, Ru(C11H10O2)3 (Tris(Dipivaloylmetanat)Ruthenium) oder Ru(C5H5)2 (Bis(Cyclopentadienyl)Ruthenium), welches bei Raumtemperatur fest ist, verwendet. Als Quellgas wird ein festes Quellmaterial geschmolzen und verdampft, und ein flüssi­ ges Quellmaterial wird direkt verdampft. Sauerstoffgas wird als das Reaktionspartnergas (der Katalysator) zum Separieren von Ru-Atomen von dem Ru-Quellgas und zu deren Abscheiden auf einem Substrat verwendet.
Während die Abscheidung kann ein inertes Gas wie beispielsweise Argon oder Stickstoff als ein Trägergas für ein reibungsloses (smoothly) Zuführen von Quellgas oder Reaktionspartnergas und als Löschgas für ein Löschen einer Abscheidungskammer verwendet werden.
Herkömmlicherweise wird eine Ru-Schicht bei einer chemischen Gasphasenab­ scheidung unter einem Kammerdruck von einigen bis Dutzenden Torr, bei einer Sauer­ stoffströmungsgeschwindigkeit von Dutzenden bis einigen Tausenden sccm und bei einer Substrattemperatur von 250-450°C für einige Minuten hergestellt. Bei einem her­ kömmlichen CVD-Verfahren wird eine Ru-Schicht unter konstanten Bedingungen ab­ geschieden. Die vorliegende Erfindung scheidet jedoch eine Ru-Schicht unter Verwen­ dung eines CVD-Verfahrens mit sich verändernden Prozeßbedingungen ab.
Bevor eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, soll im Folgenden ein herkömmliches Abscheidungsverfahren, welches unter festen bzw. konstanten Prozeßbedingungen durchgeführt wird, beschrieben werden.
Wenn eine Ru-Schicht mittels eines CVD-Verfahrens ausgebildet wird, variiert die Oberflächenmorphologie oder Kantenbedeckung, welche elektrische Eigenschaften wie beispielsweise eine Leckstromcharakteristik oder Widerstandscharakteristik beein­ flußt, in Abhängigkeit von den Prozeßbedingungen. Je nach Prozeßbedingungen wird eine Ru-Schicht erzielt, auf welcher Ru-Körner ungeordnet in zahllosen Nadeln erwach­ sen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist (im Folgenden als eine nadelförmige Ru-Schicht be­ zeichnet) oder es wird eine Ru-Schicht erzielt, auf welcher Ru-Körner ungeordnet in dünnen Platten erwachsen, wie es in Fig. 2 gezeigt ist (im Folgenden als plattenförmige Ru-Schicht bezeichnet). Alternativ zeigt Fig. 3 eine Ru-Schicht, auf welcher Ru-Körner spärlich in Formen erwachsen, die massiven bzw. sperrigen Felsen ähneln (im Folgen­ den als eine felsförmige Ru-Schicht bezeichnet). Prozeßbedingungen, bei welchen die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ru-Schichten durch eine Gasphasenabscheidung hergestellt sind, sind im wesentlichen folgende:
Ru-Schicht in Fig. 1 - Substrattemperatur: 350°C, Druck: 19 Torr, Sauer­ stoffströmungsgeschwindigkeit: 750 sccm
Ru-Schicht in Fig. 2 - Substrattemperatur: 350°C, Druck: 1 Torr, Sauerstoffströ­ mungsgeschwindigkeit: 750 sccm
Ru-Schicht in Fig. 3 - Substrattemperatur: 350°C, Druck: 1 Torr, Sauerstoffströ­ mungsgeschwindigkeit: 150 sccm
Als ein Ergebnis eines Abscheidens von Ru-Schichten, unter zahlreichen weiteren Bedingungen neben den drei vorherigen Bedingungen, wurde ersichtlich, daß eine durch ein CVD-Verfahren abgeschiede Ru-Schicht folgende Tendenzen aufweist.
Eine nadelförmige Ru-Schicht, wie in Fig. 1 gezeigt, wird bei einer niedrigen Substrattemperatur, bei einem hohen Kammerdruck und bei einer großen Sauer­ stoffströmungsgeschwindigkeit erzielt. Andererseits wird eine in Fig. 3 gezeigte felsen­ förmige Ru-Schicht bei einer hohen Substrattemperatur, bei einem niedrigen Kammer­ druck und bei einer kleinen Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit erzielt. Eine platten­ förmige Ru-Schicht, wie in Fig. 2 gezeigt, wird bei Bedingungen erzielt, welche zwischen den vorhergehend erwähnten zwei Bedingungen liegen. Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, variiert die Morphologie einer Ru-Schicht abhängig von der Substrattempera­ tur, dem Kammerdruck und der Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit. Die Eigenschaf­ ten bzw. Charakteristika der nadelförmigen, plattenförmigen und felsförmigen Ru- Schichten aufgrund einer Morphologie sind wie folgt.
Erstens, eine nadelförmige Ru-Schicht resultiert aus einem Körnerwachstum, daß in einer Richtung schneller als in den anderen Richtungen erfolgt. Bei einer nadelförmi­ gen Ru-Schicht sind die Keimlinge dicht ausgebildet aber die Oberflächenmorphologie ist schwach (d. h., die Oberfläche ist sehr rauh), so daß ein Flächen- bzw. Schichtwider­ stand groß ist, und ein Leckstrom sich erhöht, wenn die Ru-Schicht als untere Elektrode eines Kondensators verwendet wird. Bei einer felsförmigen Ru-Schicht wachsen die Körner gleichmäßig in jeder Richtung, aber die Keimlinge sind nicht dicht ausgebildet. Wenn eine dicke felsförmige Ru-Schicht abgeschieden wird, ist daher die Oberflächen­ morphologie besser als bei einer nadelförmigen Ru-Schicht, und der Schichtwiderstand ist niedriger. Wenn jedoch eine felsförmige Ru-Schicht dünner abgeschieden wird, sind die Keimlinge spärlich ausgebildet, und legen somit eine Unterlage bzw. untere Schicht frei. Folglich ist es schwierig oder ungünstig, eine dünne felsförmige Ru-Schicht abzu­ scheiden. Die Charakteristika bzw. Eigenschaften einer plattenförmigen Ru-Schicht liegen zwischen den Charakteristika der nadelförmigen Ru-Schicht und der felsförmigen Ru-Schicht.
Wenn eine Ru-Schicht als eine Kondensatorelektrode mit einer dreidimensionalen Form, wie beispielsweise einer Zylinderform, bei einer Halbleitervorrichtung mit einer hohen Integrationsdichte verwendet wird, ist es wünschenswert, daß eine dünne Schicht (z. B. mit einer Dicke von weniger als 1000 Å) gleichmäßig abgeschieden wird, um eine gute Kantenbedeckung und gute elektrische Eigenschaften zu erzielen. Dementspre­ chend ist es schwierig, eine nadelförmige Ru-Schicht oder eine felsförmige Ru-Schicht als Kondensatorelektrode, wie sie ist, zu verwenden. Obgleich eine plattenförmige Ru- Schicht, die einen Kompromiß der nadelförmigen Ru-Schicht und der felsförmigen Ru-Schicht darstellt, verwendet werden kann, kann nicht jede gewünschte Charakteri­ stik erzielt werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Ru-Schicht mit einer guten Kantenbedeckung und einer guten Oberflächenmorphologie durch ein Ab­ scheiden in zumindest zwei Schritten während sich verändernder Prozeßbedingungen erzielt. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird bei Schritt S110 in einem ersten Abscheidungsschritt Ru unter Bedingungen abgeschieden, die es einer Keimbildungsgeschwindigkeit ge­ statten, schneller als eine Wachstumsgeschwindigkeit zu sein (d. h. unter Bedingungen, die eine Nadelform erzeugen), um dichte und gleichmäßige Ru-Körner auszubilden. Bei Schritt S130 wird später Ru unter einer Bedingung abgeschieden, die es einer Wachs­ tumsgeschwindigkeit gestattet, schneller als eine Keimbildungsgeschwindigkeit zu sein (d. h., unter Bedingungen die eine Felsform erzeugen), um Ru-Körner gleichförmig wachsen zu lassen.
Genauer gesagt wird in einem ersten Schritt bzw. einer ersten Stufe Ru für 5 Se­ kunden bis 5 Minuten abgeschieden, während ein Kammerdruck von 10-50 Torr (bevor­ zugt 20 bis 40 Torr) und eine Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit von ungefähr 500- 2000 sccm (vorzugsweise 1000-1500 sccm) aufrechterhalten werden. Später wird Ru abgeschieden, bis eine Ru-Schicht einer gewünschten Dicke erreicht ist, während ein Kammerdruck von 0,05-10 Torr (vorzugsweise 0,1-3 Torr) und eine Sauerstoffströ­ mungsgeschwindigkeit von 10-300 sccm (vorzugsweise 50-150 sccm) aufrechterhalten werden. Wenn beispielsweise verdampftes Ru(EtCp)2 als ein Ru-Quellgas verwendet wird, kann eine 100%-ige unverdünnte Lösung aus Ru(EtCp)2, mit einer Strömungsge­ schwindigkeit von 0,0-0,3 ccm zugeführt werden, oder Ru(EtCp)2 gemischt mit einem Lösungsmittel wie beispielsweise Tetrahydrofuran (THF) kann mit einer Strömungsge­ schwindigkeit von mehr als 0,01-0,3 ccm zugeführt werden. Eine Substrattemperatur kann bei 250-450°C (bevorzugt 300-350°C) aufrechterhalten werden. Alternativ dazu kann eine Substrattemperatur bei einem ersten Schritt niedrig und bei einem späteren Schritt hoch innerhalb des obigen Bereichs sein. Wenn eine Substrattemperatur zwi­ schen den Schritten verändert wird, ist eine Differenz zwischen den Temperaturen bei den zwei Schritten von 10-30°C bevorzugt. Eine Substrattemperatur kann schrittweise oder kontinuierlich verändert werden. Ebenso kann ein Kammerdruck und eine Sauer­ stoffströmungsgeschwindigkeit schrittweise oder kontinuierlich verändert werden.
Obgleich mindestens zwei Bedingungen, wie beispielsweise der Kammerdruck und die Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit, in der vorhergehenden Beschreibung gleichzeitig verändert worden sind, kann lediglich eine der drei Bedingungen des Kam­ merdrucks, der Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit und der Substrattemperatur zum Einstellen einer Keimbildungsgeschwindigkeit und eine Wachstumsgeschwindigkeit verändert werden, um dadurch die Bedingungen, unter welchen eine nadelförmige Ru-Schicht ausgebildet wird, in Bedingungen umzuwandeln, unter welchen eine fels­ förmige Ru-Schicht ausgebildet wird. Das heißt, durch ein Verändern lediglich einer der drei Bedingungen, die in Fig. 5 und 6 gezeigt sind, und durch ein Fixieren bzw. Auf­ rechterhalten der übriggebliebenen zwei Bedingungen, können bei einem ersten Schritt Bedingungen, unter welchen sich eine nadelförmige Ru-Schicht ausbildet, eingestellt werden und anschließend bei einem späteren Schritt können Bedingungen eingestellt werden, unter welchen sich eine felsförmige Ru-Schicht ausbildet. Hinsichtlich einer Produktivität wird es mehr bevorzugt, einen Kammerdruck oder eine Sauerstoffströ­ mungsgeschwindigkeit zu verändern, als eine Substrattemperatur, da es länger dauert, eine gewünschte Temperatur zu erreichen.
Fig. 7 zeigt eine Photographie der Oberfläche einer Ru-Schicht, die durch Gaspha­ senabscheidung hergestellt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung, welche mit einem Elektronenrastermikroskop (SEM) aufgenommen worden ist. Die Ru-Schicht in Fig. 7 ist durch ein Abscheiden von Ru in einem zweistufigen Prozeß mit sich änderndem Kammerdruck und Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit erzielt worden. Bei einem ersten Schritt wird Ru für ungefähr eine Minute abgeschieden, wäh­ rend der Kammerdruck bei ungefähr 19 Torr und die Sauerstoffströmungsgeschwindig­ keit bei ungefähr 750 sccm aufrechterhalten worden ist. Bei einem zweiten Schritt wird Ru für ungefähr eine Minute abgeschieden, während der Kammerdruck bei ungefähr 5 Torr und die Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit bei ungefähr 100 sccm aufrechter­ halten wird. Während der beiden Schritte wird die Substrattemperatur auf ungefähr 350°C gehalten.
Gemäß Fig. 7 ist die resultierende Ru-Schicht ähnlich der felsförmigen Ru-Schicht in Fig. 3, aber verglichen mit der Ru-Schicht in Fig. 3 ist ihre Oberfläche glatter und die Körner sind dichter ausgebildet (die Photgraphie in Fig. 7 ist gegenüber denen der Fig. 1 bis 3 um den Faktor 1,5 vergrößert). Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine dichte Keimbildung erzielt, um somit bei dem ersten Schritt eine dünne Keimschicht auszubilden, und bei dem zweiten Schritt wächst Ru gleichmäßig in allen Richtungen zentriert um die Keimlinge auf der dünnen Keim­ schicht, so daß Ru in eine felsenförmige oder säulenförmige Ru-Schicht erwächst, die viel dichter als die felsenförmige Ru-Schicht in Fig. 3 ist. Dies kann als der Grund dafür angesehen werden, daß die Oberflächenmorphologie einer Ru-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung viel besser als die einer herkömmlichen nadelförmigen, plattenförmigen oder felsförmigen Ru-Schicht ist.
Im Folgenden werden die Charakteristika bzw. Eigenschaften einer Ru-Schicht, die bei einer zweistufigen Abscheidung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, mit den Eigenschaften von herkömmlichen nadel-, platten- und felsförmigen Ru- Schichten verglichen.
Fig. 8 zeigt einen Graphen, der Ergebnisse einer Analyse der Wachstumsge­ schwindigkeit in jeder Richtung mittels eines Röntgenbeugungsverfahrens unter Bezug­ nahme auf Proben von derartigen Ru-Schichten darstellt. Aus den Ergebnissen in Fig. 8 ist ersichtlich, daß der Gesamtspitzenwert (overall peak intensity) niedrig war und Körner in einer Richtung (002) nicht gewachsen sind, die die dichteste Oberfläche bei einer Ru-Schicht eines hexagonal dichtgepackten Aufbaus ist. Für den Fall einer Probe mit einer Felsform ist ersichtlich, daß hier Partikel in Richtung (002) mehr als bei den anderen Proben gewachsen sind. Eine Probe, die bei einer zweistufigen Abscheidung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist, zeigt ähnliche Eigenschaften wie eine Probe mit einer Plattenform. Es ist festgestellt worden, daß Partikel auch dann in der gleichen Richtung wie bei der Probe mit einer Plattenform wachsen, wenn Ru derart abgeschieden wird, daß sich bei einem ersten Schritt eine nadelförmige Ru-Schicht als eine Keimschicht ausbildet und später sich eine felsförmige Ru-Schicht ausbildet. Da jedoch bei dem ersten Schritt eine sehr dichte Keimbildung erzielt wird, ist die Morphologie der Probe, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist sehr gut.
Fig. 9 zeigt die Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse von Ru-Schichten, die durch ein Sputter-Verfahren abgeschieden worden sind, wobei eine Hauptspitze (101) von sperrigem Ru, wie beispielsweise das der in einem CVD-Verfahren abgeschiedenen Ru-Schichten in Fig. 8, nicht in Erscheinung getreten ist. Es erscheint, daß eine Spitze (002), welches die dichteste Oberfläche ist, eine Hauptspitze insbesondere bei einer hohen Temperatur (beispielsweise 400°C) ist. Aus dieser Tatsache kann geschlossen werden, daß Körner in Richtung einer hohen Dichte aufgrund der Eigenschaft eines Sputterns bei hoher Temperatur wachsen, daß heißt, einer physikalischen Kollision zwischen einem Atom und einem Substrat.
Das Ergebnis einer Röntgenbeugungsanalyse einer Rutheniumoxid-Schicht, die durch ein CVD-Verfahren abgeschieden worden ist, ist in Fig. 10 gezeigt, um zu belegen, daß die Ru-Schichten, die durch das zuvor beschriebene CVD-Verfahren abgeschieden worden sind, nicht eine Rutheniumoxid-(RuO2)-Schicht, sondern eine Ru-Schicht ist. Gemäß Fig. 10 sind die Positionen der Spitzen der Rutheniumoxid-Schicht sehr verschieden von denen der bei dem CVD-Verfahren abgeschiedenen Ru-Schicht in Fig. 8. Dies zeigt, daß die Ru-Schichten, die durch das CVD-Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, nicht die Phase einer Rutheniumoxid-Schicht aufweisen, obgleich sie Sauerstoff als Störstelle bzw. Verunreinigung enthalten.
Fig. 11 zeigt einen Graphen, der die Ergebnisse einer Analyse der Konzentrationsprofile von in dem Ru-Schichten enthaltenen Sauerstoff mittels eines Sekundärinenmassenspektrometers (SIMS), die von der Tiefe einer Ru-Schicht abhängen, welche auf einer Siliziumoxid-Schicht gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und herkömmlichen zuvor beschriebenen Verfahren abgeschieden worden sind. In Fig. 11 bezeichnet die horizontale Achse die Tiefe einer Ru-Schicht und die vertikale Achse bezeichnet die gezählte Anzahl an Sekundärionen, die von einer Ru-Schicht separiert worden sind. Bezugszeichen 100 bezeichnet eine nadelförmige Ru-Schicht, Bezugszeichen 110 bezeichnet eine felsförmige Ru-Schicht, Bezugszeichen 120 bezeichnet eine plattenförmige Ru-Schicht, Bezugszeichen 130 bezeichnet eine Ru-Schicht, die durch die zweistufige Abscheidung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist, und Bezugszeichen 140 bezeichnet eine Ru-Schicht, die durch ein Sputterverfahren abgeschieden worden ist.
Da gemäß Fig. 11 die nadelförmige Ru-Schicht 100 bei einem hohen Kammerdruck und einer großen Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit abgeschieden worden ist, ist ihr Sauerstoffkonzentrationsprofil das höchste und konstant. Bei der felsförmigen Ru-Schicht 110 und der plattenförmigen Ru-Schicht 120 steigt ein Sauerstoffkonzentrationsprofil langsam und kontinuierlich mit zunehmender Tiefe an. Bei der Ru-Schicht 130, die durch die zweistufige Abscheidung der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist, war ein Sauerstoffkonzentrationsprofil bis zu einer vorbestimmten Tiefe der Oberfläche niedrig und konstant und stieg dann steil an. Wie zuvor beschrieben kommt dies daher, daß bei dem ersten Schritt eine Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit groß ist und bei dem zweiten Schritt in der zweistufigen Abscheidung gemäß der vorliegenden Erfindung klein ist. Bei der Ru-Schicht 140, die durch eine Sputter-Verfahren abgeschieden worden ist, ist ein Sauerstoffkonzentrationsprofil bis zu einer vorbestimmten Tiefe von der Oberfläche niedrig und konstant gewesen, und dann langsam angestiegen.
Jedoch wird angenommen, daß die durch ein Sputter-Verfahren ausgebildete Ru-Schicht ein niedriges und konstantes Sauerstoffkonzentrationsprofil zeigt, da die Ru-Schicht lediglich einen kleinen Betrag an Sauerstoff enthalten kann, der in einer Atmosphäre innerhalb einer Sputter-Kammer aufgrund der Eigenschaft des Sputterns enthalten ist. Die Tatsache, daß ein Sauerstoffkonzentrationsprofil der Ru-Schicht 140 in Fig. 11 sich ab einer vorbestimmten Tiefe der Ru-Schicht erhöht hat, kann dadurch erklärt werden, daß Sauerstoff, der in einer Siliziumoxid-Schicht enthalten war, welche eine Unterschicht der Ru-Schicht ist, separiert und gezählt wurde. Dementsprechend wird vielmehr angenommen, daß der Anstieg des Sauerstoffkonzentrationsprofils der Ru-Schicht 140 aus der Begrenzung oder einem Fehler des SIMS-Gerätes bei der Analyse stammt. Wird dieser Fehler des SIMS-Gerätes bei der Analyse eines wesentlichen Sauerstoffkonzentrationsprofil der Ru-Schicht 130 berücksichtigt, welche bei einer Gasphasenabscheidung bei einer zweistufigen Abscheidung der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, wird die Neigung der entsprechenden Kurve bei einer punktierten Linie 150 schärfer, wodurch der Graph im wesentlichen zu einer Stufenfunktion geschlossen wird. Die gepunktete Linie 150 stellt die Grenze zwischen einer während der zweistufigen Abscheidung bei dem ersten Schritt abgeschiedenen Ru-Schicht und einer bei dem zweiten Schritt abgeschiedenen Ru-Schicht.
Fig. 12 zeigt einen Graphen, der gemessene Schichtwiderstände von Ru-Schichten zeigt. In Fig. 12 bezeichnen Bezugszeichen Ru-Schichten mit verschiedenen Schichtwiderständen abhängig von verschiedenen Sauerstoffströmungsgeschwindigkeiten. Bezugszeichen 210 bezeichnet eine Ru-Schicht, die mit einer Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit von 150 sccm ausgebildet worden ist. Bezugszeichen 220 bezeichnet eine Ru-Schicht, die mit einer Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit von 350 sccm ausgebildet worden ist. Bezugszeichen 230 bezeichnet eine Ru-Schicht, die mit einer Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit von 750 sccm ausgebildet worden ist. Bezugszeichen 250 bezeichnet eine sperrige Ru-Schicht. Gemäß Fig. 12 ist es ersichtlich, daß, wie zuvor beschrieben, der Schichtwiderstand einer nadelförmigen Ru-Schicht (ausgebildet bei einem hohen Kammerdruck und bei einer großen Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit) hoch ist, und der Schichtwiderstand einer felsenförmigen Ru-Schicht (ausgebildet bei einem niedrigen Kammerdruck und bei einer kleinen Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit) niedrig ist. Obgleich eine Ru-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht in Fig. 12 dargestellt werden kann, da die Ru-Schicht in zwei Schritten abgeschieden wird, war der Schichtwiderstand der Ru-Schicht, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist, kleiner gleich 20 µΩ.cm, was einer guten Widerstandseigenschaft entspricht.
Fig. 13 zeigt einen Graphen, der das Reflektionsvermögen von Ru-Schichten darstellt, welches indikativ für eine Oberflächenmorphologie, d. h., für die Rauheit einer Oberfläche ist. In Fig. 13 ist das Reflektionsvermögen jeder Ru-Schicht als ein relativer Wert bzgl. des Reflektionsvermögen eine Siliziumoberfläche ausgedrückt, welche mit dem Wert 100 gleichgesetzt ist. Gemäß Fig. 13 ist es ersichtlich, daß die Oberfläche einer nadelförmigen Ru-Schicht am rauhesten ist, die Oberfläche einer Ru-Schicht, die durch ein Sputter-Verfahren abgeschieden worden ist, am glattesten ist und die Glattheit der Oberfläche einer Ru-Schicht, die in einer chemischen Gasphasenabscheidung in zwei Schritten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, ähnlich zu der Oberflächenrauheit der Ru-Schicht ist, die durch ein Sputter- Verfahren ausgebildet worden ist, welche gut ist.
Nachdem eine einen Graben mit einer Tiefe von ungefähr 1 µm aufweisende Ru-Schicht durch Abscheiden in zwei Schritten auf einer Siliziumoxid-Schicht, ausgebildet worden ist, ist die Kantenbedeckung der Ru-Schicht gemessen worden. Außerdem ist nach einem Ausbilden einer einen Graben mit einer Tiefe von ungefähr 1 µm aufweisenden Ru-Schicht durch Abscheiden in zwei Schritten auf einer Tantalumoxid-(Ta2O5)-Schicht zusätzlich die Kantenbedeckung der Ru-Schicht gemessen worden. In den obigen beiden Fällen war die Kantenbedeckung jeder Ru-Schicht ungefähr 70-90%, was sehr gut ist. Es wurde festgestellt, daß eine bessere Kantenbedeckung erzielt worden ist, wenn insbesondere die Temperatur bei dem zweiten Schritt höher war als bei dem ersten Schritt.
Fig. 14A und 14B sind mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommene Photographien der Oberfläche und eines Abschnitts einer Ru-Schicht, welche auf einer Tantalumoxid-Schicht unter folgenden Bedingungen gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet worden ist.
Kammerdruck: 19 Torr (erster Schritt) → 1 Torr (zweiter Schritt)
Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit: 750 sccm (erster Schritt) → 100 sccm (zweiter Schritt)
Substrattemperatur: 315°C (erster Schritt) → 330°C (zweiter Schritt)
Abscheidungszeit: 1 Minute (erster Schritt) → 3 Minuten (zweiter Schritt)
Aus Fig. 14A und 14B ist es ersichtlich, daß eine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete Ru-Schicht gleichförmig abgeschieden worden ist.
Eine Ru-Schicht, die durch ein CVD-Verfahren ausgebildet ist, wird in kleine Mengen an Kohlenstoff, welcher in dem Ruthenium-Quellgas enthalten ist, und Sauerstoff, welcher als Reaktionspartnergas vorgesehen ist, als Verunreinigungen enthalten. Es wird bevorzugt, daß die Menge an Verunreinigungen, die in einer Ru-Schicht enthalten sind, klein ist, da diese Verunreinigungen die elektrischen Eigenschaften der Ru-Schicht verschlechtern und insbesondere Kohlenstoff im allgemeinen den Widerstand einer Ru-Schicht erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in einer Sauerstoff- oder Ozonatmosphäre eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, um die elektrischen Eigenschaften einer Ru-Schicht zu verbessern. Wenn Ru in zwei Schichten abgeschieden wird, so kann, wie in Fig. 6 beschrieben, bei Schritt S120 oder S140 eine Wärmebehandlung bei einem Druck von 1 bis 100 Torr und einer Temperatur von 240 bis 450°C in einer Sauerstoff- oder Ozonatmosphäre nach dem ersten Abscheidungsschritt S110 oder dem zweiten Schritt S130 in-situ oder ex-situ durchgeführt werden. Dabei wird der als eine Verunreinigung in einer Ru-Schicht enthaltene Kohlenstoff entfernt, um dadurch die elektrischen Eigenschaften der Ru-Schicht zu verbessern. Während der Wärmebehandlung kann ein Inertgas wie beispielsweise Argon oder Stickstoff zugeführt werden.
Fig. 15 zeigt eine Schnittansicht eines Beispiels, in welchem eine Ru-Schicht, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, als untere und/oder obere Elektrode eines Kondensators verwendet wird. Gemäß Fig. 15 ist ein Kontaktstecker 310 einer unteren Elektrode zuerst auf einem Substrat oder einer dielektrischen Schicht 300 ausgebildet. Als nächstes ist eine dielektrische Trenn- bzw. Zwischenschicht (interlayer dielectric layer) 320 ausgebildet, die einen Öffnungsabschnitt aufweist, der den Kontaktstecker 310 der unteren Elektrode freigibt.
Anschließend ist eine Ru-Schicht 350 für eine untere Elektrode auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur durch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie zuvor beschrieben worden ist, ausgebildet. Genauer gesagt wird bei einem Anfangsschritt eine Ru-Schicht 330 unter Bedingungen abgeschieden, daß die Keimbildungsgeschwindigkeit veranlaßt, schneller zu sein als die Wachstumsgeschwindigkeit (das heißt, Bedingungen, die eine gute Kantenbedeckung erlauben), und in einem darauffolgenden Schritt wird eine Ru-Schicht 340 unter Bedingungen abgeschieden, die die Wachstumsgeschwindigkeit veranlassen, schneller zu sein als die Keimbildungsgeschwindigkeit (das heißt, Bedingungen, die ein gleichmäßiges Wachstum in allen Richtungen erlauben), bis die Ru-Schicht 350 mit einer gewünschten Dicke erreicht ist. Als nächstes wird ein Verfahren, zum Beispiel ein chemisch-mechanisches Polieren, auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur durchgeführt, um die Ru-Schicht 340 zu entfernen, die auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Zwischenschicht 320 abgeschieden worden ist, und um die dielektrische Zwischenschicht 320 freizulegen, wodurch die untere Elektrode 350 von den benachbarten unteren Elektroden getrennt wird.
Danach wird eine dielektrische Schicht 360 auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur ausgebildet. Obgleich nicht dargestellt, kann die dielektrische Schicht 360 nach einem Entfernen der dielektrischen Zwischenschicht 320 und einem Freilegen der Außenwand der zylinderförmigen unteren Elektrode 350 ausgebildet werden. Dies kann die effektive Fläche der Elektrode vergrößern. Die dielektrische Schicht 360 ist vorzugsweise aus einem ferroelektrischen Material wie beispielsweise BST oder PZT oder einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten wie beipielsweise Ta2O5 ausgebildet.
Als nächstes wird eine obere Elektrode 370 auf der gesamten Oberfläche der dielektrischen Schicht 360 ausgebildet. Wie die untere Elektrode 350, kann die obere Elektrode 370 als eine Ru-Schicht ausgebildet sein und kann durch ein Verfahren eines Abscheidens einer Ru-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es zuvor beschrieben worden ist, ausgebildet werden. Neben Ru, kann die obere Elektrode 370 aus mit Störstellen dotierten Polysilizium, anderen Edelmetallen wie beispielsweise Platin, Iridium, ihren Oxidationsstufen oder anderen leitenden Metallverbundstoffen wie beispielsweise TiN oder TiSiN ausgebildet werden. Alternativ dazu kann die untere Elektrode 350 aus einem anderen leitenden Material als einer Ru-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden, und die obere Elektrode 370 kann aus einer Ru-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden.
Wenn die untere Elektrode 350 oder die obere Elektrode 370 gemäß einem Verfahren zum Ausbilden einer Ru-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird, kann außerdem eine weitere Wärmebehandlung in einer Sauerstoff- oder Ozonatmosphäre zwischen den ersten und zweiten Schritten der Abscheidung der Ru-Schicht oder nach dem zweiten Schritt durchgeführt werden. Wenn überdies die dielektrische Schicht 360 aus einem ferroelektrischen Material oder einem Material mit einer hohen dielektrischen Konstante ausgebildet ist, kann eine Wärmebehandlung zur Kristallisation des Materials nach einem Ausbilden der dielektrischen Schicht 360 oder Ausbilden der oberen Elektrode 370 durchgeführt werden.
Obgleich in dieser Beschreibung eine zylinderförmige untere Elektrode beschrieben worden ist, kann die untere Elektrode eines Kondensators jede Form aufweisen, wie beispielsweise eine simple Stapelform oder eine Pinform, wenn eine Ru-Schicht, die durch ein CVD-Verfahren mit sich ändernden Prozeßbedingungen gemäß der vorliegenden Erfindung abgeschieden wird, als eine untere oder obere Elektrode verwendet wird.
Obgleich bei der Beschreibung eines Verfahrens zum Ausbilden einer Ru-Schicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmte Prozeßbedingungen angegeben worden sind, können bestimmte numerische Werte der Bedingung in Abhängigkeit von der Gerätschaft oder der Herstellungsumgebung variieren. Zum Beispiel kann eine Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit über den exemplarischen Bereich hinaus gehen, abhängig von der Größe einer Abscheidungskammer. Jedoch wird ein Durchschnittsfachmann in der Lage sein, richtige Werte der Prozeßbedingungen zu wählen, ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen, bei welche erste Abscheidungsbedingungen so eingestellt sind, daß sie einer Keimbildungsgeschwindigkeit erlauben, schneller zu sein als eine Wachstumsgeschwindigkeit und zweite Abscheidungsbedingungen so eingestellt sind, daß sie eine Wachstumsgeschwindigkeit erlauben, die größer ist als eine Keimbildungsgeschwindigkeit.
Wie zuvor beschrieben, scheidet die vorliegende Erfindung eine Ru-Schicht unter Verwendung eines CVD-Verfahrens unter Bedingungen ab, das die Keimbildungsgeschwindigkeit in einem ersten Schritt veranlaßt, schneller zu sein als die Wachstumsgeschwindigkeit und unter Bedingungen, die bei dem späteren Schritt die Wachstumsgeschwindigkeit veranlassen, schneller zu sein als die Keimbildungsgeschwindigkeit, wodurch eine Ru-Schicht mit einer guten Kantenbedeckung und einer guten Oberflächenmorphologie erzielt wird. Dementsprechend ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Ru-Schicht zu erzielen, die gute elektrische Eigenschaften aufweist.
Außerdem wird durch Anwenden eines Verfahrens zum Ausbilden einer Ru-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung auf die untere und/oder obere Elektrode eines Kondensators, wenn ein Kondensator mit einer dreidimensionalen Form wie beispielsweise einer Zylinderform oder einer Pinform ausgebildet wird, eine hervorragende Kantenbedeckung sichergestellt, welche nicht mit einem konventionellen Sputteringverfahren erzielt werden kann, und dadurch zudem elektrische Eigenschaften mit guten Werten erzielt, die annähernd jenen bei einer durch ein Sputterverfahren ausgebildeten Ru-Schicht gezeigten entsprechen.
Eine konventionelle Technologie weist darin einen Nachteil auf, daß eine dielektrische Schicht, die auf einem ferroelektrischen Material oder einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante ausgebildet ist, durch Wasserstoff, der durch eine obere Elektrode während eines Ausbildungsprozesses einer dielektrischen Zwischenschicht, eines Metalldrahtes und einer Passivierungsschicht in einer Wasserstoffatmosphäre nach dem Ausbilden eines Kondensators dringt, verschlechtert wird. Andererseits ist es gezeigt worden, daß eine Verschlechterung einer dielektrischen Schicht aufgrund einer Durchdringung mit Wasserstoff verringert werden kann, wenn eine Ru-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung als eine obere Elektrode verwendet wird.

Claims (22)

1. Verfahren zum Ausbilden einer Rutheniumschicht auf einem Substrat, das in einer Abscheidungskammer eingebracht ist, unter Verwendung eines Rutheniumquell­ gases und Sauerstoffgases bei einer chemischen Gasphasenabscheidung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
  • a) Abscheiden von Ruthenium während die Abscheidungskammer auf einem ersten Druck und eine Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit auf einer ersten Strömungsgeschwindigkeit gehalten wird; und
  • b) Abscheiden von Ruthenium während die Abscheidungskammer auf einem zweiten Druck und eine Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit auf einer zweiten Strömungsgeschwindigkeit gehalten wird,
    wobei der erste Druck größer als der zweite Druck ist und die erste Strömungsgeschwindigkeit größer als die zweite Strömungsgeschwindig­ keit.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Druck 10-50 Torr beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Druck 0,05-10 Torr beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Strömungsgeschwindigkeit 500- 2000 sccm beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Strömungsgeschwindigkeit 10- 300 sccm beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat konstant auf einer Temperatur von 250-450°C während der Schritte (a) und (b) gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat bei einer Temperatur von 250- 450°C während der Schritte (a) und (b) gehalten wird, und die Temperatur des Substrats bei dem Schritt (b) höher ist, als bei dem Schritt (a).
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Temperatur des Substrats während der Schritte (a) und (b) kontinuierlich erhöht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Schritt (a) weiterhin den Schritt einer Wärmebehandlung der Rutheniumschicht in einer Sauerstoff- oder Ozon­ atmosphäre aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, das nach dem Schritt (b) weiterhin den Schritt eines Durchführens einer Wärmebehandlung der Rutheniumschicht in einer Sauerstoff- oder Ozonatmosphäre aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Rutheniumquellgas verdampfes Ru(C2H5C5H4)2 (Bis(Ethylcyclopentadienyl)Ruthenium), Ru(C11H10O2)3 (Tris(Dipivaloylmetanat)Ruthenium), Ru(C5H5)2 (Bis(Cyclopentadienyl)Ruthenium) oder Ru(CH3CH2CH2CH2CH3C5H3)3 (Tris(2, 4-Octandionato)Ruthenium) ist.
12. Verfahren zum Ausbilden einer Rutheniumschicht auf einem Substrat, bei welchem ein Rutheniumquellgas und ein Sauerstoffgas bei einer chemischen Gasphasenabscheidung verwendet werden, wobei die Rutheniumschicht mit einer Änderung von einer Bedingung, unter welcher die Keimbildungsgeschwindigkeit von Ruthenium größer als seine Wachstumsgeschwindigkeit ist, zu einer Be­ dingung, unter welcher die Wachstumsgeschwindigkeit von Ruthenium schneller ist als seine Keimbildungsgeschwindigkeit, abgeschieden wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Bedingung den Druck der Abscheidungs­ kammer enthält, und der Druck bei einer ersten Abscheidung höher als bei einer späteren Abscheidung ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Bedingung eine Sauerstoffströmungs­ geschwindigkeit enthält, und die Sauerstoffströmungsgeschwindigkeit bei einer ersten Abscheidung größer als bei einer späteren Abscheidung ist.
15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Bedingung die Temperatur des Substrats enthält, und die Temperatur bei einer ersten Abscheidung niedriger ist als bei einer späteren Abscheidung.
16. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Temperatur des Substrats während der Abscheidung von Ruthenium konstant gehalten wird.
17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Bedingung sich kontinuierlich verändert.
18. Verfahren nach Anspruch 12, daß nach dem Abscheiden von Ruthenium weiterhin den Schritt des Durchführens einer Wärmebehandlung der Rutheniumschicht in einer Sauerstoff- oder Ozonatmosphäre aufweist.
19. Rutheniumschicht, die mit einer chemischen Gasphasenabscheidung hergestellt und auf einer vorbestimmten Unterschicht ausgebildet ist, wobei sich der Kon­ zentrationsverlauf von Sauerstoff, der in der Rutheniumschicht enthalten ist, wie folgt darstellt:
Von der Oberfläche der Unterschicht bis zu einer vorbestimmten Dicke ist die Sauerstoffkonzentration relativ hoch,
bei der vorbestimmten Dicke sinkt die Sauerstoffkonzentration rapide ab, und von der vorbestimmten Dicke in Richtung der oberen Oberfläche der Ruthenium­ schicht ist die Sauerstoffkonzentration relativ niedrig und im wesentlichen konstant,
wobei der Sauerstoffkonzentrationsverlauf der Rutheniumschicht im wesentlichen einer Stufenfunktion angenähert ist.
20. Rutheniumschicht nach Anspruch 19, wobei das Sauerstoffkonzentrationsprofil, das mittels eines Sekundärionenmassenspektrometer analysiert worden ist, im wesentlichen einer Form, die durch das Bezugszeichen 130 in Fig. 11 bezeichnet ist, angenähert ist.
21. Rutheniumschicht, die durch ein Verfahren nach Anspruch 1 ausgebildet ist.
22. Rutheniumschicht, die durch ein Verfahren nach Anspruch 12 ausgebildet ist.
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