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Surface treatment of TaN for sub-2 nm, smooth, and conducting atomic layer deposition Ru films

原子层沉积 图层(电子) 沉积(地质) 材料科学 曲面(拓扑) 逐层 分析化学(期刊) 纳米技术 化学 环境化学 数学 地质学 几何学 古生物学 沉积物
作者
Corbin Feit,Udit Kumar,Md. Rafiqul Islam,Luis Tomar,S. Novia Berriel,John T. Gaskins,Patrick E. Hopkins,Sudipta Seal,Parag Banerjee
出处
期刊:Journal of vacuum science & technology [American Institute of Physics]
卷期号:42 (3) 被引量:2
标识
DOI:10.1116/6.0003440
摘要

Atomic layer deposition (ALD) of ruthenium (Ru) is being investigated for next generation interconnects and conducting liners for copper metallization. However, integration of ALD Ru with diffusion barrier refractory metal nitrides, such as tantalum nitride (TaN), continues to be a challenge due to its slow nucleation rates. Here, we demonstrate that an ultraviolet-ozone (UV-O3) pretreatment of TaN leads to an oxidized surface that favorably alters the deposition characteristics of ALD Ru from islandlike to layer-by-layer growth. The film morphology and properties are evaluated via spectroscopic ellipsometry, atomic force microscopy, electrical sheet resistance measurements, and thermoreflectance. We report a 1.83 nm continuous Ru film with a roughness of 0.19 nm and a sheet resistance of 10.8 KΩ/□. The interface chemistry between TaN and Ru is studied by x-ray photoelectron spectroscopy. It is shown that UV-O3 pretreatment, while oxidizing TaN, enhances Ru film nucleation and limits further oxidation of the underlying TaN during ALD. An oxygen “gettering” mechanism by TaN is proposed to explain reduced oxygen content in the Ru film and higher electrical conductivity compared to Ru deposited on native-TaN. This work provides a simple and effective approach using UV-O3 pretreatment for obtaining sub-2 nm, smooth, and conducting Ru films on TaN surfaces.
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