JPH0499861A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
- Publication number
- JPH0499861A JPH0499861A JP21491090A JP21491090A JPH0499861A JP H0499861 A JPH0499861 A JP H0499861A JP 21491090 A JP21491090 A JP 21491090A JP 21491090 A JP21491090 A JP 21491090A JP H0499861 A JPH0499861 A JP H0499861A
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- JP
- Japan
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- sputtering
- film
- oxygen
- metal
- target
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- Pending
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は薄膜形成方法に関し、特にスバ・ツタリングに
より膜質の均一な高融点金属の酸窒化膜を形成する方法
に関する。
より膜質の均一な高融点金属の酸窒化膜を形成する方法
に関する。
本発明は、高融点金属の酸窒化膜を形成するに際し、窒
素と酸素とを構成元素とするガスを含む雰囲気中で反応
性スパッタリングを行うことにより、高融点金属の酸化
反応を制御して膜質均一性の向上を図るものである。
素と酸素とを構成元素とするガスを含む雰囲気中で反応
性スパッタリングを行うことにより、高融点金属の酸化
反応を制御して膜質均一性の向上を図るものである。
半導体装置のデザイン・ルールの微細化に伴い、アルミ
ニウム配線の信頼性を向上させるためにその下層に配さ
れるバリヤメタル、あるいはパターニング時の反射防止
を目的として設けられる反射防止膜等を構成する材料層
として、Ｔ ｉＯＸ Ｎ ｙに代表されるような高融点
金属の酸窒化膜が多用されるようになってきている。こ
れらの酸窒化膜は一般に反応性スパッタリングにより成
膜されている。たとえば上記のＴ ｉ ０ＸＮｙは、０
□ガスとＮ２ガスとの混合ガス雰囲気中、もしくはこれ
にアルゴン等の希ガスを添加した混合ガス雰囲気中にお
いてＴｉターゲットをスパッタリングすることにより成
膜される。
ニウム配線の信頼性を向上させるためにその下層に配さ
れるバリヤメタル、あるいはパターニング時の反射防止
を目的として設けられる反射防止膜等を構成する材料層
として、Ｔ ｉＯＸ Ｎ ｙに代表されるような高融点
金属の酸窒化膜が多用されるようになってきている。こ
れらの酸窒化膜は一般に反応性スパッタリングにより成
膜されている。たとえば上記のＴ ｉ ０ＸＮｙは、０
□ガスとＮ２ガスとの混合ガス雰囲気中、もしくはこれ
にアルゴン等の希ガスを添加した混合ガス雰囲気中にお
いてＴｉターゲットをスパッタリングすることにより成
膜される。
スパッタリングにおいては成膜速度も工業上重要なファ
クターである。しかし、高融点金属は金銀、銅等の低融
点金属に比べてスパッタリング率が低いので、高融点金
属ターゲットに対してスパッタリングを行う場合には、
電力効率に優れるマグネトロン・スパッタリング方式が
通常適用されている。
クターである。しかし、高融点金属は金銀、銅等の低融
点金属に比べてスパッタリング率が低いので、高融点金
属ターゲットに対してスパッタリングを行う場合には、
電力効率に優れるマグネトロン・スパッタリング方式が
通常適用されている。
しかし、マグネトロン・スパッタリング方式による反応
性スパッタリングでは、得られる膜の膜質を面内にわた
って均一化することが困難である。
性スパッタリングでは、得られる膜の膜質を面内にわた
って均一化することが困難である。
これは、マグネトロン・スパッタリング方式では磁束の
存在により、ターゲットに衝突するイオンの面内分布を
均一化することができないからである。すなわち、電子
が磁力線を巻くようにサイクロイド運動を行っている領
域では多（のイオンが生成するので、該領域近傍のター
ゲット表面では多くのイオンが衝突してスパッタ量が多
くなるが、それ以外の領域ではイオンの生成量が少ない
ためターゲットのスパッタ量も少なくなる。
存在により、ターゲットに衝突するイオンの面内分布を
均一化することができないからである。すなわち、電子
が磁力線を巻くようにサイクロイド運動を行っている領
域では多（のイオンが生成するので、該領域近傍のター
ゲット表面では多くのイオンが衝突してスパッタ量が多
くなるが、それ以外の領域ではイオンの生成量が少ない
ためターゲットのスパッタ量も少なくなる。
さらに反応性スパッタリングの機構を考えた場合、ター
ゲット表面におけるスパッタ量は反応の進行度に影響し
、ひいては膜質に影響する。特に、高融点金属の酸窒化
膜がバリヤメタルとして使用される場合には、抵抗の面
内分布が大きな問題となる。つまり、スパッタ量の少な
い領域では酸化および窒化が余分に進行するので、対向
配置される基板上には抵抗の比較的高い膜が形成され、
スパッタ量の多い領域ではより高融点金属の単体に近い
組成を有し抵抗の比較的低い膜が形成されてしまう。従
来の酸窒化膜の形成方法では、スパッタリング雰囲気中
に酸素供給源として０２ガスが添加されているが、０□
ガスと高融点金属との反応性が高く酸化反応が極めて速
やかに進行するために、スパッタ量の不均一性の影響が
抵抗率の変化に大きく反映され易い。たとえば、５イン
チ・ウェハ上にＴ ｉ Ｏ，Ｎ、を成膜した場合、ウェ
ハ面に沿ってみた場合のシート抵抗の分布は約２０％に
も及んでしまう。
ゲット表面におけるスパッタ量は反応の進行度に影響し
、ひいては膜質に影響する。特に、高融点金属の酸窒化
膜がバリヤメタルとして使用される場合には、抵抗の面
内分布が大きな問題となる。つまり、スパッタ量の少な
い領域では酸化および窒化が余分に進行するので、対向
配置される基板上には抵抗の比較的高い膜が形成され、
スパッタ量の多い領域ではより高融点金属の単体に近い
組成を有し抵抗の比較的低い膜が形成されてしまう。従
来の酸窒化膜の形成方法では、スパッタリング雰囲気中
に酸素供給源として０２ガスが添加されているが、０□
ガスと高融点金属との反応性が高く酸化反応が極めて速
やかに進行するために、スパッタ量の不均一性の影響が
抵抗率の変化に大きく反映され易い。たとえば、５イン
チ・ウェハ上にＴ ｉ Ｏ，Ｎ、を成膜した場合、ウェ
ハ面に沿ってみた場合のシート抵抗の分布は約２０％に
も及んでしまう。
そこで本発明は、上述の問題を解決し、反応性スパッタ
リングにより高融点金属の酸窒化膜を形成する際の膜質
均一性を向上させることを目的とする。
リングにより高融点金属の酸窒化膜を形成する際の膜質
均一性を向上させることを目的とする。
本発明の薄膜形成方法は上述の目的を達成するために提
案されるものであり、窒素と酸素とを構成元素とするガ
スを含む雰囲気中で高融点金属からなるターゲットのス
パッタリングを行うことにより前記高融点金属の酸窒化
膜を形成することを特徴とするものである。
案されるものであり、窒素と酸素とを構成元素とするガ
スを含む雰囲気中で高融点金属からなるターゲットのス
パッタリングを行うことにより前記高融点金属の酸窒化
膜を形成することを特徴とするものである。
本発明では、反応性スパッタリングにより高融点金属の
酸窒化膜を形成するための酸素供給源として、スパッタ
リング雰囲気中に従来の０２ガスに替えて、酸素と窒素
とを構成元素とするガスが添加されている。酸素と窒素
とを構成元素とするガスは、０゜ガスに比べて高融点金
属との反応性が低いので、ターゲット表面における高融
点金属のスパッタ量が面内でばらついても反応生成物の
組成が変動しにくい。したがって、上記ターゲットに対
向配置される基板上においても、形成される酸窒化膜の
膜質均一性が改善される。
酸窒化膜を形成するための酸素供給源として、スパッタ
リング雰囲気中に従来の０２ガスに替えて、酸素と窒素
とを構成元素とするガスが添加されている。酸素と窒素
とを構成元素とするガスは、０゜ガスに比べて高融点金
属との反応性が低いので、ターゲット表面における高融
点金属のスパッタ量が面内でばらついても反応生成物の
組成が変動しにくい。したがって、上記ターゲットに対
向配置される基板上においても、形成される酸窒化膜の
膜質均一性が改善される。
以下、本発明の薄膜形成方法の具体的な適用例を実験結
果にもとづいて説明する。
果にもとづいて説明する。
実験例
ここでは、窒素と酸素とを構成元素とするガスとして酸
化二窒素Ｎ２０ を使用し、シリコン・ウェハ上にＴｉ
Ｃ１＋Ｎｙ膜を成膜する実験を行った。
化二窒素Ｎ２０ を使用し、シリコン・ウェハ上にＴｉ
Ｃ１＋Ｎｙ膜を成膜する実験を行った。
すなわち、マグネトロン・スパッタリング装置のスパッ
タ・チャンバー内に５インチ径のシリコン・ウェハとＴ
ｉ基板とを対向配置し、Ｎ２ガス流量４４５ＣＣＭ、
ＮｚＯガス流量６５ＣＣＭ、 ガス圧３．７ｍＴｏｒ
ｒ＋ ターゲット電力３ｋＷの条件で反応性スパッタ
リングを行った。その結果、シリコン・ウェハ上に成膜
速度６００人／分にてＴ ｉ Ｏ，Ｎ。
タ・チャンバー内に５インチ径のシリコン・ウェハとＴ
ｉ基板とを対向配置し、Ｎ２ガス流量４４５ＣＣＭ、
ＮｚＯガス流量６５ＣＣＭ、 ガス圧３．７ｍＴｏｒ
ｒ＋ ターゲット電力３ｋＷの条件で反応性スパッタ
リングを行った。その結果、シリコン・ウェハ上に成膜
速度６００人／分にてＴ ｉ Ｏ，Ｎ。
膜が成膜された。このＴ ｉ ＯＸＮ、膜は、酸素含量
がほぼ２０原子％、抵抗率が約１ｍΩ・ｃｍであり、シ
ート抵抗の面内分布はほぼ１０％以内と良好であった。
がほぼ２０原子％、抵抗率が約１ｍΩ・ｃｍであり、シ
ート抵抗の面内分布はほぼ１０％以内と良好であった。
なお、Ｔ ｉ ０ＸＮｙ膜の成膜条件は上述の条件に限
られるものではなく、たとえば雰囲気ガスにＡｒ等の希
ガスを適宜添加したり、基板バイアスを併用することが
できる。これらの場合には、成膜速度が上昇して酸素の
取り込み量が減少するので、Ｎ２ガスに対するＮ２０ガ
スの流量比を上述の条件よりも高める必要がある。
られるものではなく、たとえば雰囲気ガスにＡｒ等の希
ガスを適宜添加したり、基板バイアスを併用することが
できる。これらの場合には、成膜速度が上昇して酸素の
取り込み量が減少するので、Ｎ２ガスに対するＮ２０ガ
スの流量比を上述の条件よりも高める必要がある。
また、窒素と酸素とを構成元素とするガスとしては、上
述のＮ２０ の他、ＮＯ，Ｎ２０．、ＮＯ。
述のＮ２０ の他、ＮＯ，Ｎ２０．、ＮＯ。
（もしくは二量体のＮ２０．）、Ｎｏ３等が実用上好適
である。上記の構成元素からなる化合物としては、他に
Ｎ２０．とＮ、Ｏ，がある。前者は常温常圧で固体の化
合物であるが、昇華し得る条件が設定されれば使用可能
である。しかし、後者は極めて不安定な固体であり、実
用性には乏しい。
である。上記の構成元素からなる化合物としては、他に
Ｎ２０．とＮ、Ｏ，がある。前者は常温常圧で固体の化
合物であるが、昇華し得る条件が設定されれば使用可能
である。しかし、後者は極めて不安定な固体であり、実
用性には乏しい。
比較実験例
ここでは、従来どおり酸素供給源として０２ガスを使用
し、マグネトロン・スパッタリング装置を使用する反応
性スパッタリングにより、同様にシリコン・ウェハ上に
Ｔｉ ０ＸＮｙ膜を成膜する実験を行った。
し、マグネトロン・スパッタリング装置を使用する反応
性スパッタリングにより、同様にシリコン・ウェハ上に
Ｔｉ ０ＸＮｙ膜を成膜する実験を行った。
条件は、Ｎ２ガス流量４７ ＳＣＣＭ、 Ｏ□ガス流量
３５ＣＣＭ、 ガス圧３．７ ｍＴｏｒｒ、ターゲッ
ト電力３ｋＷ、成膜速度６００人／分とした。形成され
たＴｉ Ｏ，Ｎ、膜は、全体としての酸素含量がほぼ２
０原子％、抵抗率が約１ｍΩ・ｃｍであり、この意味で
は上述の実験例と同等であった。しかし、ウェハ面内で
酸素含量のバラツキがあるために、シート抵抗の面内分
布は約２０％にも及び、前述の実験例と比べて膜質均一
性が大きく劣化していた。
３５ＣＣＭ、 ガス圧３．７ ｍＴｏｒｒ、ターゲッ
ト電力３ｋＷ、成膜速度６００人／分とした。形成され
たＴｉ Ｏ，Ｎ、膜は、全体としての酸素含量がほぼ２
０原子％、抵抗率が約１ｍΩ・ｃｍであり、この意味で
は上述の実験例と同等であった。しかし、ウェハ面内で
酸素含量のバラツキがあるために、シート抵抗の面内分
布は約２０％にも及び、前述の実験例と比べて膜質均一
性が大きく劣化していた。
以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれば
、従来の方法よりも高融点金属の酸化反応が穏やかに進
行するために、酸窒化膜の組成の面内分布が緩和され、
膜質均一性を向上させることができる。したがって、本
発明は高集積度を有する半導体装置の製造等に特に有効
である。
、従来の方法よりも高融点金属の酸化反応が穏やかに進
行するために、酸窒化膜の組成の面内分布が緩和され、
膜質均一性を向上させることができる。したがって、本
発明は高集積度を有する半導体装置の製造等に特に有効
である。
Claims (1)
- 窒素と酸素とを構成元素とするガスを含む雰囲気中で高
融点金属からなるターゲットのスパッタリングを行うこ
とにより前記高融点金属の酸窒化膜を形成することを特
徴とする薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21491090A JPH0499861A (ja) | 1990-08-16 | 1990-08-16 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21491090A JPH0499861A (ja) | 1990-08-16 | 1990-08-16 | 薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0499861A true JPH0499861A (ja) | 1992-03-31 |
Family
ID=16663598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21491090A Pending JPH0499861A (ja) | 1990-08-16 | 1990-08-16 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0499861A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6743668B2 (en) * | 2000-09-18 | 2004-06-01 | Motorola, Inc. | Process for forming a metal oxy-nitride dielectric layer by varying the flow rate of nitrogen into the chamber |
| JP2009149953A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体デバイス |
| JP2015160995A (ja) * | 2014-02-27 | 2015-09-07 | シャープ株式会社 | ＡｌＮＯバッファ層の製造方法および窒化物半導体素子の製造方法 |
-
1990
- 1990-08-16 JP JP21491090A patent/JPH0499861A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6743668B2 (en) * | 2000-09-18 | 2004-06-01 | Motorola, Inc. | Process for forming a metal oxy-nitride dielectric layer by varying the flow rate of nitrogen into the chamber |
| JP2009149953A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 窒化物半導体の製造方法および窒化物半導体デバイス |
| JP2015160995A (ja) * | 2014-02-27 | 2015-09-07 | シャープ株式会社 | ＡｌＮＯバッファ層の製造方法および窒化物半導体素子の製造方法 |
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