JPH08330256A - 高温に対する耐性を改善するための窒化チタンの処理 - Google Patents
高温に対する耐性を改善するための窒化チタンの処理Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 化学気相堆積により堆積された窒化チタン層
を安定させる方法。 【解決手段】 化学気相堆積により堆積された窒化チタ
ン層を、この堆積後に行われるアルミニウムの堆積のた
めの温度に対しても耐え得るように、安定させるための
本発明の方法は、約３〜１５体積％の酸素を含有した窒
素中で窒化チタン膜を加熱処理する工程を有している。
処理後の窒化チタン層の上にアルミニウムが堆積された
場合も、窒化チタンのバリアの性質は、少なくとも５７
５℃の温度まで維持される。
を安定させる方法。 【解決手段】 化学気相堆積により堆積された窒化チタ
ン層を、この堆積後に行われるアルミニウムの堆積のた
めの温度に対しても耐え得るように、安定させるための
本発明の方法は、約３〜１５体積％の酸素を含有した窒
素中で窒化チタン膜を加熱処理する工程を有している。
処理後の窒化チタン層の上にアルミニウムが堆積された
場合も、窒化チタンのバリアの性質は、少なくとも５７
５℃の温度まで維持される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム層と
シリコン基板の間にバリア層として用いられる窒化チタ
ン薄膜の堆積後処理(post deposition treatment) のた
めの方法に関する。特に、本発明は、化学気相堆積によ
って堆積された窒化チタンを、約４００℃より高い温度
に耐えることができるように堆積後処理することに関す
る。
シリコン基板の間にバリア層として用いられる窒化チタ
ン薄膜の堆積後処理(post deposition treatment) のた
めの方法に関する。特に、本発明は、化学気相堆積によ
って堆積された窒化チタンを、約４００℃より高い温度
に耐えることができるように堆積後処理することに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化チタン層は、半導体デバイスの製造
において有用性があることが見出されており、特に、シ
リコンウエハ等の半導体基板とその上に形成される接合
部形成用の導電層の間のバリア層として有用である。例
えば、スパッタ堆積によってチタン層を形成し窒素中で
アニールすることにより、窒化チタン層が形成され、こ
れによって、後に堆積されたアルミニウム層がこの層に
スパイキングし、その下のシリコン基板に接触して短絡
を起こすことを防止する。窒化チタンは、バルク抵抗値
が低く、アルミニウム等の導電層と良好なオーミックコ
ンタクトを形成する。また、窒化チタンは、良好な接着
性能を有している。
において有用性があることが見出されており、特に、シ
リコンウエハ等の半導体基板とその上に形成される接合
部形成用の導電層の間のバリア層として有用である。例
えば、スパッタ堆積によってチタン層を形成し窒素中で
アニールすることにより、窒化チタン層が形成され、こ
れによって、後に堆積されたアルミニウム層がこの層に
スパイキングし、その下のシリコン基板に接触して短絡
を起こすことを防止する。窒化チタンは、バルク抵抗値
が低く、アルミニウム等の導電層と良好なオーミックコ
ンタクトを形成する。また、窒化チタンは、良好な接着
性能を有している。
【０００３】窒素環境内でチタン金属をスパッタしてシ
リコンウエハ表面あるいはシリコン表面の接触開口内部
に窒化チタンを堆積させる方法が、近年までの、窒化チ
タンバリア層形成のための好ましい方法であった。チタ
ン金属をその下のシリコン表面と反応させてシリコン上
に窒化珪素のオーミックコンタクトを形成しその後窒化
チタンの形成が行われる場合に、この堆積方法を高温で
用いることが可能である。従って、１つのステップで、
窒化珪素層と窒化チタンバリア層の形成の両方を来なう
好ましいとが可能である。これらの膜の抵抗値は非常に
低く、約３６( μohm-cm )である。
リコンウエハ表面あるいはシリコン表面の接触開口内部
に窒化チタンを堆積させる方法が、近年までの、窒化チ
タンバリア層形成のための好ましい方法であった。チタ
ン金属をその下のシリコン表面と反応させてシリコン上
に窒化珪素のオーミックコンタクトを形成しその後窒化
チタンの形成が行われる場合に、この堆積方法を高温で
用いることが可能である。従って、１つのステップで、
窒化珪素層と窒化チタンバリア層の形成の両方を来なう
好ましいとが可能である。これらの膜の抵抗値は非常に
低く、約３６( μohm-cm )である。
【０００４】しかし、デバイスが絶えず小型化され１枚
のシリコンウエハ上に更に多くのデバイスが作られ、デ
バイスの高密度化が要求されるようになるにつれて、均
一な厚さを有する窒化チタンの層を、開口、その底部と
側壁に堆積させることは非常に困難となり、開口のアス
ペクト比（幅に対する深さ）が高い場合はこれは顕著で
あり、また、ベースコーナーにボイドを発生させること
なく非常に狭い線をカバーすることも非常に困難とな
る。幅０．６ミクロンの線のボトムステップカバレー
ジ、又は、アスペクト比１．７５：１の開口内への堆積
は、約４６％でしかない。
のシリコンウエハ上に更に多くのデバイスが作られ、デ
バイスの高密度化が要求されるようになるにつれて、均
一な厚さを有する窒化チタンの層を、開口、その底部と
側壁に堆積させることは非常に困難となり、開口のアス
ペクト比（幅に対する深さ）が高い場合はこれは顕著で
あり、また、ベースコーナーにボイドを発生させること
なく非常に狭い線をカバーすることも非常に困難とな
る。幅０．６ミクロンの線のボトムステップカバレー
ジ、又は、アスペクト比１．７５：１の開口内への堆積
は、約４６％でしかない。
【０００５】このため、最近では、更に共形な(comform
al )窒化チタンの層を堆積する化学気相堆積法が用いら
れてきた。米国特許第５，２４６，８８１号では、Ｓａ
ｎｄｈｕらは、式Ｔｉ（ＮＲ2 ）4 、（Ｒはアルキル
基）を有する金属有機チタン化合物(metallo-organo ti
tanium compound)からの窒化チタンの堆積を開示してい
る。これらの金属有機チタン化合物は、２００〜６００
℃の比較的低温下及び約０．１〜１００トールの真空圧
力下で、活性化種、例えばハロゲン、水素又はアンモニ
ア等により分解し、共形性の高い窒化チタン層堆積す
る。この方法では、優れた共形性及びステップカバレー
ジの窒化チタンを、良好な堆積速度で堆積させる（幅
０．６ミクロンの線、又は、アスペクト比１．７５：１
の開口内への堆積ステップカバレージは約９０％であ
る）。
al )窒化チタンの層を堆積する化学気相堆積法が用いら
れてきた。米国特許第５，２４６，８８１号では、Ｓａ
ｎｄｈｕらは、式Ｔｉ（ＮＲ2 ）4 、（Ｒはアルキル
基）を有する金属有機チタン化合物(metallo-organo ti
tanium compound)からの窒化チタンの堆積を開示してい
る。これらの金属有機チタン化合物は、２００〜６００
℃の比較的低温下及び約０．１〜１００トールの真空圧
力下で、活性化種、例えばハロゲン、水素又はアンモニ
ア等により分解し、共形性の高い窒化チタン層堆積す
る。この方法では、優れた共形性及びステップカバレー
ジの窒化チタンを、良好な堆積速度で堆積させる（幅
０．６ミクロンの線、又は、アスペクト比１．７５：１
の開口内への堆積ステップカバレージは約９０％であ
る）。
【０００６】しかし、アルミニウムをシリコンのアスペ
クト比の高い開口に堆積する場合は、アルミニウムを開
口に均一に満たして平坦化された層を形成するために、
アルミニウムの流動温度以上の温度等の高いアルミニウ
ム堆積温度を用いる必要がある。しかし、高いアルミニ
ウム堆積温度を用いた場合は、窒化チタンバリア層は、
アルミニウムがこの窒化チタン層にスパイキングするこ
とを防止するに適当ではなくなる。
クト比の高い開口に堆積する場合は、アルミニウムを開
口に均一に満たして平坦化された層を形成するために、
アルミニウムの流動温度以上の温度等の高いアルミニウ
ム堆積温度を用いる必要がある。しかし、高いアルミニ
ウム堆積温度を用いた場合は、窒化チタンバリア層は、
アルミニウムがこの窒化チタン層にスパイキングするこ
とを防止するに適当ではなくなる。
【０００７】従って、窒化チタンのバリアの性質を改善
して、基板が約４００〜４５０℃、即ちアルミニウムの
流動温度に近い温度まで加熱された際にアルミニウムが
スパイキングすることを防止するための方法が研究され
ていた。
して、基板が約４００〜４５０℃、即ちアルミニウムの
流動温度に近い温度まで加熱された際にアルミニウムが
スパイキングすることを防止するための方法が研究され
ていた。
【０００８】また、酸素を窒化チタンバリア層に添加す
ることにより、そのバリアの性質が改善されることが知
られている。このようなプロセスは、高温アニールを行
って窒化珪素コンタクト層を形成した後に、少量の酸素
の存在下で低温アニールを行うスパッタ堆積プロセスと
して知られている。この２つのステップのアニールは、
高真空下で、基板をこの真空の環境から取り出さずに実
施される必要がある。このスパッタ堆積のために必要な
高真空度は、約１０-6〜１０-9トールである。
ることにより、そのバリアの性質が改善されることが知
られている。このようなプロセスは、高温アニールを行
って窒化珪素コンタクト層を形成した後に、少量の酸素
の存在下で低温アニールを行うスパッタ堆積プロセスと
して知られている。この２つのステップのアニールは、
高真空下で、基板をこの真空の環境から取り出さずに実
施される必要がある。このスパッタ堆積のために必要な
高真空度は、約１０-6〜１０-9トールである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、化学気
相堆積法は、これよりもかなり高い圧力、即ち約０．１
〜１００トールで行われる。チャンバ内には大量の炭素
含有ラジカルが含まれ、これがシリコン酸化物と反応す
ることになるので、酸素を堆積チャンバ内に加えること
はできない。窒化チタン膜が汚染されれば、膜のバルク
抵抗値が受容されない高いレベルまで上昇することにな
る。更に、このような窒化チタン膜は不安定であり、経
時的にその抵抗値が上昇する。Ｓａｎｄｈｕらは、金属
有機チタン前駆体化合物にルイス塩基を添加して、膜の
抵抗値を下げようとした。このルイス塩基は、塩素、ア
ンモニア又は三弗化窒素等であった。しかし、これらの
ルイス塩基が、窒化チタン膜に別の汚染物を導入するこ
とになる。
相堆積法は、これよりもかなり高い圧力、即ち約０．１
〜１００トールで行われる。チャンバ内には大量の炭素
含有ラジカルが含まれ、これがシリコン酸化物と反応す
ることになるので、酸素を堆積チャンバ内に加えること
はできない。窒化チタン膜が汚染されれば、膜のバルク
抵抗値が受容されない高いレベルまで上昇することにな
る。更に、このような窒化チタン膜は不安定であり、経
時的にその抵抗値が上昇する。Ｓａｎｄｈｕらは、金属
有機チタン前駆体化合物にルイス塩基を添加して、膜の
抵抗値を下げようとした。このルイス塩基は、塩素、ア
ンモニア又は三弗化窒素等であった。しかし、これらの
ルイス塩基が、窒化チタン膜に別の汚染物を導入するこ
とになる。
【００１０】従って、有機金属チタン化合物を用いた化
学気相堆積法によって堆積された窒化チタン膜を後処理
して、窒化チタン膜を高温に対して安定させる、後処理
の方法を鋭意研究した。
学気相堆積法によって堆積された窒化チタン膜を後処理
して、窒化チタン膜を高温に対して安定させる、後処理
の方法を鋭意研究した。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のプロセスは、化
学気相堆積法により堆積された窒化チタンバリア層を、
少量の酸素を添加した高温窒素環境下でアニールする単
一のステップである。この堆積後処理(post deposition
treatment) のステップにより、この上にアルミニウム
層を形成する高温処理等の後の高温処理に対し、アルミ
ニウムの流動温度以上の温度でアルミニウム層が窒化チ
タンバリア層に相互拡散又はスパイキングすることがな
く耐性を有する、強力なバリア層が形成される。
学気相堆積法により堆積された窒化チタンバリア層を、
少量の酸素を添加した高温窒素環境下でアニールする単
一のステップである。この堆積後処理(post deposition
treatment) のステップにより、この上にアルミニウム
層を形成する高温処理等の後の高温処理に対し、アルミ
ニウムの流動温度以上の温度でアルミニウム層が窒化チ
タンバリア層に相互拡散又はスパイキングすることがな
く耐性を有する、強力なバリア層が形成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に従って、図１に示される
化学気相堆積装置内で、窒化チタンバリア層が堆積され
る。
化学気相堆積装置内で、窒化チタンバリア層が堆積され
る。
【００１３】図１に示されるように、真空チャンバ１０
は、２つの電極を有している。第１のガス流入電極１２
は、真空チャンバ１０内に１つ以上の前駆体ガス及び処
理ガスを導入するための前駆体ガス流入パイプ１４を備
えている。ガス流入パイプ１４は、第２のチャンバ１６
に接続され、ここで必要に応じて前駆体ガスが混合さ
れ、また、ここから、複数の開口を有するプレート１８
を通って進行する。そして、前駆体ガスは空間２０内へ
と進行する。ガス流入電極１２は、大地に接続される。
は、２つの電極を有している。第１のガス流入電極１２
は、真空チャンバ１０内に１つ以上の前駆体ガス及び処
理ガスを導入するための前駆体ガス流入パイプ１４を備
えている。ガス流入パイプ１４は、第２のチャンバ１６
に接続され、ここで必要に応じて前駆体ガスが混合さ
れ、また、ここから、複数の開口を有するプレート１８
を通って進行する。そして、前駆体ガスは空間２０内へ
と進行する。ガス流入電極１２は、大地に接続される。
【００１４】コーティングされる基板２４を載置して加
熱するための第２の基板支持電極２２は、ガスマニホー
ルドプレート１８に対向して平行に載置されている。支
持電極２２は、例えば１３．５６ＭＨｚの電源等のＲＦ
電力のソース２６に接続されている。電源２６のスイッ
チが入れば、電極１２と電極２２の間の空間２０にプラ
ズマが発生する。電極１２と電極２２との間隔は調整可
能である。排気パイプ２８は、チャンバ１０内の圧力を
調整し消費物及び副生成物を排出するポンプ（図示され
ず）に接続されている。
熱するための第２の基板支持電極２２は、ガスマニホー
ルドプレート１８に対向して平行に載置されている。支
持電極２２は、例えば１３．５６ＭＨｚの電源等のＲＦ
電力のソース２６に接続されている。電源２６のスイッ
チが入れば、電極１２と電極２２の間の空間２０にプラ
ズマが発生する。電極１２と電極２２との間隔は調整可
能である。排気パイプ２８は、チャンバ１０内の圧力を
調整し消費物及び副生成物を排出するポンプ（図示され
ず）に接続されている。
【００１５】ここでの窒化チタン膜は、上述の有機金属
チタン化合物から堆積される。ここで使用される好適な
化合物は、以下の構造式を有するテトラキスジアルキル
アミドチタニウム(tetrakisdialkylamido titanium) で
ある。
チタン化合物から堆積される。ここで使用される好適な
化合物は、以下の構造式を有するテトラキスジアルキル
アミドチタニウム(tetrakisdialkylamido titanium) で
ある。
【００１６】
【化１】 ここで、それぞれ独立に現れているＲはアルキル基であ
り、好ましくは炭素原子１〜５個のアルキル基である。
ヘリウム、アルゴン、窒素、水素等の、上記の化合物の
ためのキャリアガスは、この化合物を図１のチャンバ内
へと運び込み、そこで、２００〜６００℃の基板温度及
び約０．１〜１００トールの圧力下で、ハロゲン、アン
モニア又は水素ラジカル等の間接的に発生した活性種と
反応する。窒化チタンは、チャンバ内で基板の上に堆積
される。これらの膜のほぼ完全な共形性は、図２（ａ）
の電子顕微鏡写真に示されており、これは、１．７５：
１のアスペクト比を有する開口に対して、図２（ｂ）に
示された物理気相堆積（スパッタ）によって堆積された
窒化チタン膜と対称的である。
り、好ましくは炭素原子１〜５個のアルキル基である。
ヘリウム、アルゴン、窒素、水素等の、上記の化合物の
ためのキャリアガスは、この化合物を図１のチャンバ内
へと運び込み、そこで、２００〜６００℃の基板温度及
び約０．１〜１００トールの圧力下で、ハロゲン、アン
モニア又は水素ラジカル等の間接的に発生した活性種と
反応する。窒化チタンは、チャンバ内で基板の上に堆積
される。これらの膜のほぼ完全な共形性は、図２（ａ）
の電子顕微鏡写真に示されており、これは、１．７５：
１のアスペクト比を有する開口に対して、図２（ｂ）に
示された物理気相堆積（スパッタ）によって堆積された
窒化チタン膜と対称的である。
【００１７】堆積された窒化チタン堆積物が、著しい量
の炭素を有し化学的反応性が高いことが知られている。
従って、このような窒化チタン膜がその後空気その他の
酸素含有ガスに暴露されれば、酸素が窒化チタンに吸収
され、また、酸素の吸収は制御不能であるので、窒化チ
タン膜の安定性が損なわれ、膜の抵抗値に影響を及ぼ
す。空気暴露の後、これらの膜の抵抗値が約１０，００
０( μohm-cm) まで上昇してしまうが、ここでは１，０
００( μohm-cm) のオーダーで安定な抵抗値が望ましい
のである。
の炭素を有し化学的反応性が高いことが知られている。
従って、このような窒化チタン膜がその後空気その他の
酸素含有ガスに暴露されれば、酸素が窒化チタンに吸収
され、また、酸素の吸収は制御不能であるので、窒化チ
タン膜の安定性が損なわれ、膜の抵抗値に影響を及ぼ
す。空気暴露の後、これらの膜の抵抗値が約１０，００
０( μohm-cm) まで上昇してしまうが、ここでは１，０
００( μohm-cm) のオーダーで安定な抵抗値が望ましい
のである。
【００１８】本発明の後処理のステップに従えば、化学
気相堆積法により堆積された窒化チタン膜は、チャンバ
へと移送され、このチャンバ内でこの膜は、制御された
量の酸素に高温下で暴露が可能である。酸素が窒化チタ
ンバリア層に吸収されることにより、４００℃よりも高
い温度、特に、その後窒化チタン層の上へのアルミニウ
ム層を堆積させる工程中の約４５０〜５７５℃の温度へ
の暴露に対して、この膜を安定させる。
気相堆積法により堆積された窒化チタン膜は、チャンバ
へと移送され、このチャンバ内でこの膜は、制御された
量の酸素に高温下で暴露が可能である。酸素が窒化チタ
ンバリア層に吸収されることにより、４００℃よりも高
い温度、特に、その後窒化チタン層の上へのアルミニウ
ム層を堆積させる工程中の約４５０〜５７５℃の温度へ
の暴露に対して、この膜を安定させる。
【００１９】この単一の後処理のステップは、図３に示
されるメタルアニールチャンバ内で行うことができる。
されるメタルアニールチャンバ内で行うことができる。
【００２０】メタルアニールチャンバ１００は、ガスの
流入のためのポート１１１及び１１２を有している。サ
セプタ１１４がエレベータ機構１１６によって調整され
ている。これによって、サセプタ１１４に支持されてい
る基板１１８が、付加的な処理のための基板移送チャン
バ（図示されず）と連絡することが可能となる。
流入のためのポート１１１及び１１２を有している。サ
セプタ１１４がエレベータ機構１１６によって調整され
ている。これによって、サセプタ１１４に支持されてい
る基板１１８が、付加的な処理のための基板移送チャン
バ（図示されず）と連絡することが可能となる。
【００２１】サセプタ１１４は、チャンバ１００の底部
にある光透過性のクオーツウィンドウ１２２を通過する
方に向きが与えられている複数の外部加熱ランプ１２０
によって加熱される。チャンバ１００内の圧力は、排気
チャンネル１２６を介して、ポンプ１２４によって制御
される。バルブ１２８がチャンバ１００の圧力を調整す
る。従来からの技術によって温度及び圧力が制御され
る。
にある光透過性のクオーツウィンドウ１２２を通過する
方に向きが与えられている複数の外部加熱ランプ１２０
によって加熱される。チャンバ１００内の圧力は、排気
チャンネル１２６を介して、ポンプ１２４によって制御
される。バルブ１２８がチャンバ１００の圧力を調整す
る。従来からの技術によって温度及び圧力が制御され
る。
【００２２】窒化チタンがコーティングされた基板の温
度は、後処理のステップ中は、約４５０〜８００℃の間
に制御され、圧力は少なくとも約１トールに維持され
る。圧力は重要ではなく、真空処理が好ましい場合で
も、以下に詳しく述べるように、大気圧までの圧力を用
いることが可能である。酸素を約３〜１５体積％有する
窒素等の不活性ガスの流れが、チャンバ内部を通過す
る。この後処理ステップは、約２０〜３０秒で完了す
る。
度は、後処理のステップ中は、約４５０〜８００℃の間
に制御され、圧力は少なくとも約１トールに維持され
る。圧力は重要ではなく、真空処理が好ましい場合で
も、以下に詳しく述べるように、大気圧までの圧力を用
いることが可能である。酸素を約３〜１５体積％有する
窒素等の不活性ガスの流れが、チャンバ内部を通過す
る。この後処理ステップは、約２０〜３０秒で完了す
る。
【００２３】形成された窒化チタンバリア膜は、安定し
たシート抵抗値を有し、高温に対しても耐えることがで
きる。例えば、アルミニウム層がアルミニウムの流動温
度よりも高い高温で堆積された場合でも、窒化チタン層
及びアルミニウム層にスパイキングしたり相互拡散する
ことはない。
たシート抵抗値を有し、高温に対しても耐えることがで
きる。例えば、アルミニウム層がアルミニウムの流動温
度よりも高い高温で堆積された場合でも、窒化チタン層
及びアルミニウム層にスパイキングしたり相互拡散する
ことはない。
【００２４】図４に示されている従来技術のメタル−窒
化チタン−シリコンの積層と、本発明によって処理され
たメタル−窒化チタン−シリコンの積層との比較を、以
下に示す。図４に示されている従来技術のメタル−窒化
チタン−シリコンの積層は、シリコン基板３０と、約１
５０オングストロームの厚さのチタンの薄い層３２と、
上述のＣＶＤによって堆積された２００オングストロー
ムの厚さの窒化チタン膜の厚い層３４と、アルミニウム
／０．５重量％の銅の組成のターゲットによりスパッタ
堆積された約０．５重量％の銅を含有する、約２４００
オングストロームのアルミニウム合金の層３６とを備え
ている。チタン層の堆積の後及びＣＶＤ窒化チタン層の
堆積の後、基板は空気に暴露された。
化チタン−シリコンの積層と、本発明によって処理され
たメタル−窒化チタン−シリコンの積層との比較を、以
下に示す。図４に示されている従来技術のメタル−窒化
チタン−シリコンの積層は、シリコン基板３０と、約１
５０オングストロームの厚さのチタンの薄い層３２と、
上述のＣＶＤによって堆積された２００オングストロー
ムの厚さの窒化チタン膜の厚い層３４と、アルミニウム
／０．５重量％の銅の組成のターゲットによりスパッタ
堆積された約０．５重量％の銅を含有する、約２４００
オングストロームのアルミニウム合金の層３６とを備え
ている。チタン層の堆積の後及びＣＶＤ窒化チタン層の
堆積の後、基板は空気に暴露された。
【００２５】上述の積層は窒素内で、４５０℃で１時間
加熱され、抵抗値が測定され、温度が５７５℃まで上昇
された。２５℃昇温する毎に、シート抵抗値が測定され
た。
加熱され、抵抗値が測定され、温度が５７５℃まで上昇
された。２５℃昇温する毎に、シート抵抗値が測定され
た。
【００２６】本発明のＣＶＤ窒化チタン膜の後処理を用
いた以外は、同じ手順が繰り返された。
いた以外は、同じ手順が繰り返された。
【００２７】図５にその結果が示される。これは、焼結
温度に対する応力抵抗（Ｒs ）の上昇の％のグラフであ
る。
温度に対する応力抵抗（Ｒs ）の上昇の％のグラフであ
る。
【００２８】従来技術の膜積層体（ラインＡ）は、５２
５℃で損なわれ始め、５７０℃で完全に損なわれたよう
である。一方、本発明の後処理済みの膜（ラインＢ）で
は、５７５℃まではＲs はほとんど変化しなかった。こ
のことは、本発明のバリア層が５７５℃でもなお、損な
われていないことを示している。
５℃で損なわれ始め、５７０℃で完全に損なわれたよう
である。一方、本発明の後処理済みの膜（ラインＢ）で
は、５７５℃まではＲs はほとんど変化しなかった。こ
のことは、本発明のバリア層が５７５℃でもなお、損な
われていないことを示している。
【００２９】その後、本発明の積層のメタル層及び従来
技術の積層のメタル層は、硫酸／過酸化水素及び水酸化
アンモニウム／過酸化水素、及び希釈弗化水素酸等の混
合物が含まれてもよいウェットエッチングにより除去さ
れた。
技術の積層のメタル層は、硫酸／過酸化水素及び水酸化
アンモニウム／過酸化水素、及び希釈弗化水素酸等の混
合物が含まれてもよいウェットエッチングにより除去さ
れた。
【００３０】図６（ａ）は、５７５℃に加熱しメタル層
を除去した後の、空気暴露された従来技術の積層の顕微
鏡写真である。シリコン表面には穴があき、アルミニウ
ムに対するスパイキングが生じたことを示していると思
われる。
を除去した後の、空気暴露された従来技術の積層の顕微
鏡写真である。シリコン表面には穴があき、アルミニウ
ムに対するスパイキングが生じたことを示していると思
われる。
【００３１】図６（ｂ）は、後処理後のＣＶＤ窒化チタ
ンバリア層積層が５７５℃の温度に暴露された後、上述
と同様のウェットエッチングでメタルが除去された、シ
リコン表面の顕微鏡写真である。
ンバリア層積層が５７５℃の温度に暴露された後、上述
と同様のウェットエッチングでメタルが除去された、シ
リコン表面の顕微鏡写真である。
【００３２】シリコンの表面は完全にスムーズであり、
アルミニウムのスパイキングやシリコン表面の穴あきが
生じず、窒化チタンバリア層は５７５℃まで温度に耐性
を有していることを示していると考えられる。
アルミニウムのスパイキングやシリコン表面の穴あきが
生じず、窒化チタンバリア層は５７５℃まで温度に耐性
を有していることを示していると考えられる。
【００３３】本発明の好ましい方法では、堆積のステッ
プ及び処理のステップの全てが、Maydanらによる米国特
許第４，９５１，６０１号のマルチチャンバ真空システ
ムで実施される。このシステムは、高真空の基板移送チ
ャンバに接続された複数の処理真空チャンバを備えてい
る。処理チャンバはそれぞれ、一度に単一のウエハしか
処理できないが、チャンバごとに並行して処理を行うこ
とにより、複数のチャンバをこのシステムで処理するこ
とが可能である。このプロセスの実施に的Ｓたマルチチ
ャンバシステムは、図７に示される。図７のシステム７
００は、基板をシステムに搬出入するための、それぞれ
独立に動作する２つのロードロックチャンバ７１０Ａ及
び７１０Ｂを備えている。沢山接続されている処理チャ
ンバに基板を移送させるための、平坦な、２軸に磁気的
に結合されたロボット７１３にフィットした基板移送チ
ャンバ７１２へと、基板は移送される。例えば、プレク
リーンチャンバ７１６は、基板をスパッタクリーニング
又はプラズマクリーニングして、空気に暴露されたシリ
コン基板から自然シリコン酸化物を除去するために用い
られる。その後、基板は種々のプロセスチャンバへと移
送可能である。例えば、図４に示された積層に対して、
図１に示されるように、スパッタリングチャンバ７２０
内でチタン層が堆積され、ＣＶＤチャンバ７２２内で窒
化チタンのＣＶＤ堆積が行われた後、窒化チタン層の制
御された酸化のために、図３のＭＡＣチャンバ７２６へ
と移送される。高温物理気相堆積チャンバ（図示され
ず）内で、アルミニウム又はアルミニウム合金がスパッ
タ堆積される。
プ及び処理のステップの全てが、Maydanらによる米国特
許第４，９５１，６０１号のマルチチャンバ真空システ
ムで実施される。このシステムは、高真空の基板移送チ
ャンバに接続された複数の処理真空チャンバを備えてい
る。処理チャンバはそれぞれ、一度に単一のウエハしか
処理できないが、チャンバごとに並行して処理を行うこ
とにより、複数のチャンバをこのシステムで処理するこ
とが可能である。このプロセスの実施に的Ｓたマルチチ
ャンバシステムは、図７に示される。図７のシステム７
００は、基板をシステムに搬出入するための、それぞれ
独立に動作する２つのロードロックチャンバ７１０Ａ及
び７１０Ｂを備えている。沢山接続されている処理チャ
ンバに基板を移送させるための、平坦な、２軸に磁気的
に結合されたロボット７１３にフィットした基板移送チ
ャンバ７１２へと、基板は移送される。例えば、プレク
リーンチャンバ７１６は、基板をスパッタクリーニング
又はプラズマクリーニングして、空気に暴露されたシリ
コン基板から自然シリコン酸化物を除去するために用い
られる。その後、基板は種々のプロセスチャンバへと移
送可能である。例えば、図４に示された積層に対して、
図１に示されるように、スパッタリングチャンバ７２０
内でチタン層が堆積され、ＣＶＤチャンバ７２２内で窒
化チタンのＣＶＤ堆積が行われた後、窒化チタン層の制
御された酸化のために、図３のＭＡＣチャンバ７２６へ
と移送される。高温物理気相堆積チャンバ（図示され
ず）内で、アルミニウム又はアルミニウム合金がスパッ
タ堆積される。
【００３４】そして、基板は、システム７００から外へ
移送されるために、ロードロックチャンバ７１０Ｂへと
移送される。付加的なエッチング又は堆積のステップの
ための付加的なチャンバをシステム７００に加えてもよ
い。
移送されるために、ロードロックチャンバ７１０Ｂへと
移送される。付加的なエッチング又は堆積のステップの
ための付加的なチャンバをシステム７００に加えてもよ
い。
【００３５】本発明は、特定の装置及び処理条件に関し
て説明されてきたが、いわゆる当業者においては、別の
装置及び処理条件に置き換えることができ、しかもそれ
がここに含まれることは明らかである。
て説明されてきたが、いわゆる当業者においては、別の
装置及び処理条件に置き換えることができ、しかもそれ
がここに含まれることは明らかである。
【００３６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に従
い、化学気相堆積法により堆積された窒化チタンバリア
層を、少量の酸素を添加した高温窒素環境下でアニール
する単一のステップを行うことにより、この上にアルミ
ニウム層を形成する高温処理等の後の高温処理に対し、
アルミニウムの流動温度以上の温度でアルミニウム層が
窒化チタンバリア層に相互拡散又はスパイキングするこ
とがなく耐性を有する、強力なバリア層が形成されるこ
とになる。
い、化学気相堆積法により堆積された窒化チタンバリア
層を、少量の酸素を添加した高温窒素環境下でアニール
する単一のステップを行うことにより、この上にアルミ
ニウム層を形成する高温処理等の後の高温処理に対し、
アルミニウムの流動温度以上の温度でアルミニウム層が
窒化チタンバリア層に相互拡散又はスパイキングするこ
とがなく耐性を有する、強力なバリア層が形成されるこ
とになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って窒化チタン膜の堆積が可能な化
学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバの模式的な断面図であ
る。
学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバの模式的な断面図であ
る。
【図２】（ａ）は、ＣＶＤ窒化チタンで充填された開口
を示す顕微鏡写真であり、（ｂ）は、スパッタ窒化チタ
ンで充填された開口を示す顕微鏡写真である。
を示す顕微鏡写真であり、（ｂ）は、スパッタ窒化チタ
ンで充填された開口を示す顕微鏡写真である。
【図３】本発明に従って窒化チタン膜が後処理されるメ
タルアニールチャンバの模式的な断面図である。
タルアニールチャンバの模式的な断面図である。
【図４】ＣＶＤにより堆積された窒化チタン層及びその
上のアルミニウムコンタクト層を有する積層膜の断面図
である。
上のアルミニウムコンタクト層を有する積層膜の断面図
である。
【図５】従来技術の窒化チタン膜及び本発明に従って処
理された窒化チタン膜に関する、加熱処理温度対抵抗値
を表すグラフである。
理された窒化チタン膜に関する、加熱処理温度対抵抗値
を表すグラフである。
【図６】（ａ）は、従来技術のアルミニウム−窒化チタ
ン−シリコンの積層膜を５７５℃の温度に暴露した後の
シリコン表面の顕微鏡写真であり、（ｂ）は、本発明の
アルミニウム−窒化チタン−シリコンの積層膜を５７５
℃の温度に暴露した後のシリコン表面の顕微鏡写真であ
る。
ン−シリコンの積層膜を５７５℃の温度に暴露した後の
シリコン表面の顕微鏡写真であり、（ｂ）は、本発明の
アルミニウム−窒化チタン−シリコンの積層膜を５７５
℃の温度に暴露した後のシリコン表面の顕微鏡写真であ
る。
【図７】本発明の実施が可能なマルチチャンバ真空処理
システムの平面図である。
システムの平面図である。
１０…真空チャンバ、１２…ガス流入電極、１４…前駆
体ガス流入パイプ、１６…第２のチャンバ、１８…プレ
ート、２０…空間、２２…基板支持電極、２４…基板、
２６…電源、２８…排気パイプ、３０…シリコン基板、
３２…チタン層、３４…窒化チタン膜、３６…アルミニ
ウム合金層、１００…メタルアニールチャンバ、１１１
…ポート、１１４…サセプタ、１１６…エレベータ機
構、１１８…基板、１２０…外部加熱ランプ、１２２…
クオーツウィンドウ、１２４…ポンプ、１２６…排気チ
ャンネル、１２８…バルブ、７００…システム、７１０
Ａ，Ｂ…ロードロックチャンバ、７１２…基板移送チャ
ンバ、７１３…ロボット、７１６…プレクリーンチャン
バ、７２０…スパッタリングチャンバ、７２２…ＣＶＤ
チャンバ、７２６…ＭＡＣチャンバ。
体ガス流入パイプ、１６…第２のチャンバ、１８…プレ
ート、２０…空間、２２…基板支持電極、２４…基板、
２６…電源、２８…排気パイプ、３０…シリコン基板、
３２…チタン層、３４…窒化チタン膜、３６…アルミニ
ウム合金層、１００…メタルアニールチャンバ、１１１
…ポート、１１４…サセプタ、１１６…エレベータ機
構、１１８…基板、１２０…外部加熱ランプ、１２２…
クオーツウィンドウ、１２４…ポンプ、１２６…排気チ
ャンネル、１２８…バルブ、７００…システム、７１０
Ａ，Ｂ…ロードロックチャンバ、７１２…基板移送チャ
ンバ、７１３…ロボット、７１６…プレクリーンチャン
バ、７２０…スパッタリングチャンバ、７２２…ＣＶＤ
チャンバ、７２６…ＭＡＣチャンバ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロデリック シー． モセリー アメリカ合衆国， カリフォルニア州 94588， プレザントン， ディアヴィラ アベニュー 4337
Claims (10)
- 【請求項１】 約４００℃よりも高い温度で安定な、化
学気相堆積により堆積された窒化チタン層を形成する方
法であって、 有機金属チタン化合物から窒化チタン膜を堆積させるス
テップと、 前記膜を、酸素を約３〜１５体積％含有する窒素中でア
ニールするステップとを有する方法。 - 【請求項２】 前記アニールする前記ステップが、メタ
ルアニールチャンバ内で行われる請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】 前記アニールする前記ステップが、約４
５０〜８００℃の温度下で行われる請求項２に記載の方
法。 - 【請求項４】 前記アニールする前記ステップにおけ
る、アニール中の圧力が、少なくとも１トールである請
求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記アニールする前記ステップの後、ア
ルミニウム又はアルミニウム合金の層が、該アニールさ
れた窒化チタン層の上に堆積される請求項１に記載の方
法。 - 【請求項６】 前記化学気相堆積により堆積された前記
窒化チタン層が、シリコン基板上に堆積される請求項１
に記載の方法。 - 【請求項７】 前記化学気相堆積により堆積された前記
窒化チタン層が、シリコン基板上に堆積される請求項５
に記載の方法。 - 【請求項８】 前記シリコン基板−アニール後の前記化
学気相堆積により堆積された窒化チタン−アルミニウム
の積層体が、アルミニウムの流動温度よりも高い温度に
加熱される請求項７に記載の方法。 - 【請求項９】 前記積層体が、約５５０℃よりも高い温
度まで加熱される請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記積層体が、約５７５℃よりも高い
温度まで加熱される請求項９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US40308595A | 1995-03-13 | 1995-03-13 | |
| US08/403085 | 1995-03-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08330256A true JPH08330256A (ja) | 1996-12-13 |
Family
ID=23594422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8084597A Withdrawn JPH08330256A (ja) | 1995-03-13 | 1996-03-13 | 高温に対する耐性を改善するための窒化チタンの処理 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5943600A (ja) |
| EP (1) | EP0732731A3 (ja) |
| JP (1) | JPH08330256A (ja) |
| KR (1) | KR960034488A (ja) |
Cited By (3)
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| JP2001144033A (ja) * | 1999-11-17 | 2001-05-25 | Tokyo Electron Ltd | プリコート膜の形成方法、成膜装置のアイドリング方法、載置台構造及び成膜装置 |
| JP2007165788A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Tokyo Electron Ltd | 金属系膜の脱炭素処理方法、成膜方法および半導体装置の製造方法 |
| JP2010077534A (ja) * | 1997-03-04 | 2010-04-08 | Lsi Corp | 化学蒸着法により窒化チタンを基板に蒸着させる方法及び装置 |
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| US5877087A (en) | 1995-11-21 | 1999-03-02 | Applied Materials, Inc. | Low temperature integrated metallization process and apparatus |
| GB2319533B (en) * | 1996-11-22 | 2001-06-06 | Trikon Equip Ltd | Methods of forming a barrier layer |
| KR100275728B1 (ko) * | 1998-02-24 | 2001-01-15 | 윤종용 | 반도체장치의 장벽 금속막의 제조방법 및 이를 이용한 반도체장치의 금속배선막의 제조방법 |
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| US6303480B1 (en) | 1999-09-13 | 2001-10-16 | Applied Materials, Inc. | Silicon layer to improve plug filling by CVD |
| KR100709801B1 (ko) * | 1999-11-17 | 2007-04-23 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 프리코트막의 형성방법, 성막장치의 아이들링 방법,재치대 구조, 성막장치 및 성막방법 |
| TW490714B (en) * | 1999-12-27 | 2002-06-11 | Semiconductor Energy Lab | Film formation apparatus and method for forming a film |
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| WO2004028214A1 (en) | 2002-09-20 | 2004-04-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Fabrication system and manufacturing method of light emitting device |
| US8652890B2 (en) * | 2012-02-29 | 2014-02-18 | GlobalFoundries, Inc. | Methods for fabricating integrated circuits with narrow, metal filled openings |
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| US4951601A (en) * | 1986-12-19 | 1990-08-28 | Applied Materials, Inc. | Multi-chamber integrated process system |
| US4784973A (en) * | 1987-08-24 | 1988-11-15 | Inmos Corporation | Semiconductor contact silicide/nitride process with control for silicide thickness |
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-
1996
- 1996-03-06 EP EP96103468A patent/EP0732731A3/en not_active Withdrawn
- 1996-03-13 JP JP8084597A patent/JPH08330256A/ja not_active Withdrawn
- 1996-03-13 KR KR1019960006596A patent/KR960034488A/ko not_active Ceased
-
1997
- 1997-03-31 US US08/840,439 patent/US5943600A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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| EP0732731A3 (en) | 1997-10-08 |
| KR960034488A (ko) | 1996-10-22 |
| EP0732731A2 (en) | 1996-09-18 |
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