JPH04361531A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH04361531A JP13771991A JP13771991A JPH04361531A JP H04361531 A JPH04361531 A JP H04361531A JP 13771991 A JP13771991 A JP 13771991A JP 13771991 A JP13771991 A JP 13771991A JP H04361531 A JPH04361531 A JP H04361531A
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(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係り、特に不純物の少ない元素間の結合が強固で緻密
な膜質の化合物膜を形成することができる半導体装置の
製造方法に関する。近時、Ta2 O5 等のDRAM
キャパシター材料においては、元素間の結合が強固で緻
密な膜質にすることができる半導体装置の製造方法が要
求されている。
【0002】
【従来の技術】DRAMのキャパシター材料としてTa
2 O5 が注目されている。段差形状を有するキャパ
シターに適合するようにCVD法で形成されているが塩
化物、有機ソースを用い、酸素や窒素酸化物ガスで酸化
する熱またはプラズマ(連続プラズマあるいはパルスプ
ラズマ)CVD法等が検討されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の熱またはプラズマCVD法では、連続的にソー
スガスが供給されるため、表面だけでなく気相反応を伴
った化合物膜が形成されてしまい、このため、炭素、塩
素等の不純物が膜中に取り込まれるだけでなく、化学量
論的な組成を得ることも難しかった。
【0004】また、カバレージに関しても微細化が進に
つれて問題になっており、従来の熱またはプラズマCV
D法では限界が見えてきており、バリメタの窒化チタン
に関しても薄くて強固な化合物膜との要求が強いのに対
して、結合が不完全な化合物膜又は不純物の多い化合物
膜しか形成することができなかった。一方、ソースガス
・ラジカルと反応ガスを交互に供給して成膜するデジタ
ルCVD法の提案が以前からなされており、このデジタ
ルCVD法では、熱またはプラズマCVD法による場合
よりもある程度カバレージを改善することができるもの
のポーラスな化合物膜しか形成することができず、緻密
な膜質を得ることができなかった。
【0005】そこで本発明は、元素間の結合が強固で緻
密な膜質にすることができ、しかもカバレージに優れた
化合物膜を形成することができる半導体装置の製造方法
を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製造方法は上記目的達成のため、ソースガスを間欠的
に導入してレイアー毎に化合物を成長させるか、あるい
はソースガスを連続的に供給している状態でプラズマ、
光、熱のエネルギーを間欠的に導入して化合物を成長さ
せる工程を有する半導体装置の製造方法において、ソー
スガスを基板に吸着させる工程と、次いで、第一の弱エ
ネルギーを導入してソースガスから余分な元素を少なく
とも一部取り除いて該基板に化学吸着させる工程と、次
いで、該第1の弱エネルギーよりも強い第二の強エネル
ギーを導入しながら所望の化合物成分ガス雰囲気で化学
反応させて化合物膜を形成する工程とを含み、上記三段
階の工程を交互に繰り返すものである。
【0007】本発明においては、少なくとも炭素を含む
ソースガスを使用する際、第一の弱エネルギーを加えて
ソースガスから余分な元素を取り除いて基板に化学吸着
させる工程で、不活性ガスの主たるガスに加えて微量の
酸素、水分及びOH基の内少なくとも1種を導入しても
よく、この場合、C(カーボン)を効率よく取り除くこ
とができ、リーク電流を小さくすることもできる等膜質
を向上させることができ好ましい。
【0008】本発明においては、ソースガスを連続的に
導入する場合であっても、不連続的に導入する場合であ
ってもよい。不連続的の場合は実施例で後述するが、連
続的に導入する際はRFパワーを3段階で適宜調整する
ようにすればよい。
【0009】
【作用】CVDにおけるソースガスは、成膜元素とハロ
ゲン、有機物等の化合物であることが多く、成長時に発
生する副生成物等が生じることから連続成長では完全に
不純物の取り込みをなくすことはできない。そこで、成
膜を一層毎に行うデジタルCVD法が不純物の取り込み
の少ない膜を形成することができる成膜方法であると考
えられている。
【0010】しかしながら上記したように、ポーラスな
膜質を緻密な膜質になるように改善しなければならない
。このため、ラジカルの発生又は反応ガスの励起をウェ
ーハから離れた場所で行われていた従来法とは違って、
ウェーハ上でプラズマ励起する方法を取ったところ、不
純物の非常に少ない緻密な膜を形成することができた。 更にソースガスを吸着するだけでなく基板に化学結合す
るようにするため、ソースガスが全て分解してしまわな
い程度のエネルギーで吸着ソースガスを励起させ、この
状態で基板に化学吸着させた。そして、反応性ガスを導
入してウェーハをプラズマに曝した状態で化合物膜を形
成するようにした。
【0011】このように、本発明では、まずプラズマを
発生させない状態でソースガスを基板にガス吸着させる
。次いで、第1のプラズマエネルギーを加えてソースガ
スから余分な元素(炭素、水素、塩素等)を取り除いて
基板に化学吸着させる。この時、分解され低分子化され
て膜質が緻密化される。そして、第1のプラズマエネル
ギーよりも強い第2のプラズマエネルギーを加えながら
所望の化合物成分ガス雰囲気に曝して化学反応させて化
合物膜を形成する。この時、化学反応によって元素間の
結合が強固になり、しかも緻密な膜質の化合物膜が形成
される。
【0012】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1は、本発明の一実施例に則した半導体製造装置の構成
を示す図である。図1において、1はウェーハを搬送す
るための搬送室であり、この搬送室1を介してロードロ
ック室2、RTAまたはECR処理するための前処理室
3、前処理された試料にTiN等をCVD成膜するため
のCVD室4及びAl等をスパッタ成膜するためのスパ
ッタ室5が配置されている。
【0013】次に、図2は本発明の一実施例に則した枚
葉式の平行平板型RFプラズマCVD装置(CVD室4
に相当する)の構成を示す概略図である。図2において
、11はチャンバーであり、このチャンバー11内には
ウェーハ12が載置され、ヒーター13が内蔵されたサ
セプタ14が配置されており、このサセプタ14と対抗
するように設けられたシャワー15等が配置されている
下部より排気される。16はチャンバー11上に設けら
れた四方弁であり、17はマスフローコントローラーで
ある。
【0014】次に、その製造方法について説明する。こ
こでは、図1に示す製造装置を用い、前処理室3で試料
をRTAまたはECRエッチングで前処理し、次いで、
前処理した試料をCVD室4でTiN膜を成膜した後、
更にスパッタ室5でAl膜を成膜する場合である。以下
では、本発明の成膜処理を具体的に説明する。
【0015】図2に示す枚葉式の平行平板型RFプラズ
マCVD装置を用い、パルス上にRFパワーを印加する
とともに、ソースガスとしてテトライソプロポオキサイ
ド(アミド系,四塩化チタン等でもよい)を四方弁16
によりシャワーを介してチャンバー11内にパルス的に
導入する。この場合、ソースガスが排気に切り換えられ
ると同時にH2 ガスと不活性ガスのArガスがチャン
バー11内に導入される。プロセスの流れは図3に示す
ように三段階に分けられる。
【0016】具体的にはまず、温度が55℃のシリンダ
内でソースガスをバブリングし、チャンバー11に四方
弁16を通してソースガスを20sccm、0.5 秒
間、0.1Torr で導入する。次いで、ガスをAr
等(He等でもよい)の不活性ガスとH2 ガスに切り
換えて2段階で導入するとともに、この時10W以下の
RFパワーを0.5 秒間放電する。更に0.5 秒間
N2 ガスとH2 ガスを添加した雰囲気でRFパワー
を100 Wに増加して窒化する。
【0017】このように、ソースガスを導入して吸着さ
せる工程と、H2 ガスとArガスを導入して膜質を微
密化させる工程と、N2 ガスとH2 ガスを導入して
窒化させる工程の3工程を1サイクルとし、即ち1.5
 秒サイクルでレイアー毎に化合物膜を成長させる。こ
の時、成長レートは100 Å/分程度となる。そして
、この後、Alを堆積するのであるが、図1に示す如く
真空を破らずにスパッタチャンバーに移して連続的に成
膜を行う。これによりコンタクト抵抗が少なくAl配線
の信頼性を向上させることができる。
【0018】このように、本実施例では、まずプラズマ
を発生させない状態でソースガスを基板にガス吸着させ
、次いで、プラズマエネルギーとH2 ガス+Arガス
を加えてソースガスから余分な元素、炭素、水素等を取
り除いて基板に化学吸着させているため、ソースガスが
分解され低分子化されて膜質を緻密化することができる
。そして、上記プラズマエネルギーよりも強いプラズマ
エネルギーを加えながら所望の化合物成分ガスとしてN
2 ガスとH2 ガス(H2 ガスによってより窒化が
促進される)雰囲気に曝し化学反応させて化合物膜を形
成しているため、化学反応によって元素間の結合を強固
にすることができる。
【0019】従って、元素間の結合が強固で緻密な膜質
の化合物を形成することができる。そして、TiNのバ
リア性を格段に強くすることができ、50nmの膜厚で
もAlに対してのバリアとなるだけでなくAl配線自身
の信頼性も向上させることができる。この結果0.3 
μm以下のコンタクトホールを実現することができ、信
頼性の高い大規模集積回路を形成することができる。
【0020】なお、上記実施例では、H2 ガスとAr
ガスを導入してソースガス成分を分解し低分子化するた
めに導入しているが、H2 ガス単独を導入する場合で
あってもよく、十分効果を得ることができる。次に、本
発明においては、Ta2 O5 を形成する場合にも好
ましく適用させることができる。以下、具体的に説明す
る。
【0021】テトラメトキシタンタル(テトラエトキシ
タンタル,五塩化タンタル等でもよい)のソースガスを
用い、図2に示した装置により成膜する。三段階に分け
られる工程の二,三段階に酸素、水分、OHを含むガス
を導入する。二段階では、この酸素、水分、OHの量を
微量にして、C、H元素の低減をして膜質を緻密化し、
三段階での酸化ではこれらのガス量を増やして酸化を完
全なものとする。なお、Ta2 O5 を形成始める直
前に(ソースガスを供給前に)、基板表面をこれらのガ
スで酸化してSiO2 などを形成すればTa2 O5
 と反応するシリコンなどの基板材料上にもTa2 O
5 等の酸化膜を高耐圧、高容量の性能を保ったまま形
成することができる。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、元素間の結合が強固で
緻密な膜質にすることができ、カバレージに優れた化合
物膜を形成することができるという効果がある。バリア
膜のバリア性が向上しまたキャパシターの耐容量が向上
するので、集積度を上げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に則した半導体製造装置の構
成を示す概略図である。
【図2】本発明の一実施例に則した枚葉式の平行平板型
RFCVD装置の構成を示す概略図である。
【図3】本発明の一実施例に則したRFパワーとガスの
供給方法を説明する図である。
【符号の説明】
1    搬送室 2    ロードロック室 3    前処理室 4    CVD室 5    スパッタ室 11    チャンバー 12    ウェーハ 13    ヒーター 14    サセプタ 15    シャワー 16    四方弁

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  ソースガスを間欠的に導入してレイア
    ー毎に化合物を成長させるか、あるいはソースガスを連
    続的に供給している状態でプラズマ、光、熱のエネルギ
    ーを間欠的に導入して化合物を成長させる工程を有する
    半導体装置の製造方法において、ソースガスを基板に吸
    着させる工程と、次いで、第一の弱エネルギーを導入し
    てソースガスから余分な元素を少なくとも一部取り除い
    て該基板に化学吸着させる工程と、次いで、該第1の弱
    エネルギーよりも強い第二の強エネルギーを導入しなが
    ら所望の化合物成分ガス雰囲気で化学反応させて化合物
    膜を形成する工程とを含み、上記三段階の工程を交互に
    繰り返すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】  少なくとも炭素を含むソースガスを使
    用する際、第一の弱エネルギーを加えてソースガスから
    余分な元素を取り除いて基板に化学吸着させる工程で、
    不活性ガスの主たるガスに加えて微量の酸素、水分及び
    OH基の内少なくとも1種を導入することを特徴とする
    請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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