JPH08337875A - 窒化チタン膜形成方法 - Google Patents

窒化チタン膜形成方法

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JPH08337875A JP8005239A JP523996A JPH08337875A JP H08337875 A JPH08337875 A JP H08337875A JP 8005239 A JP8005239 A JP 8005239A JP 523996 A JP523996 A JP 523996A JP H08337875 A JPH08337875 A JP H08337875A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 TiN層に内包された不純物の量を減少させ、
これにより比抵抗値を減少させる、即ち、不純物の含量
が小さくとても緻密な薄膜の特性を示し、大気中放置時
時間の経過による比抵抗の増加率が極めて低く電気的安
定性が優秀なTiN層を形成できる窒化チタン(TiN)膜形成
方法を提供する。 【解決手段】 本発明は半導体素子でアルミニウムのバ
リヤメタル及びタングステンのグルーレイヤ(Glue laye
r)として主に使用する窒化チタン(TiN)層の特性を向上
させる窒化チタン(TiN)膜形成方法に関するもので、ソ
ース物質からTiN膜を形成する第１工程；及び上記TiN膜
を水素及び窒素プラズマガスに露出させる第２工程を包
含してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子でアルミ
ニウムの拡散バリヤメタル及びタングステンのグルーレ
イヤ(Glue layer)として主に使用する窒化チタン(TiN)
層の特性を向上するTiN膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、半導体素子の拡散バリヤメタ
ルとして利用されるTiNの蒸着方法は大きく物理的の気
相蒸着(Physical Vapor Deposition; PVD)法と化学的気
相蒸着(Chemical Vapor Deposition; CVD)法に分けるこ
とができ、素子の高集積化によりステップカバレージ(S
tep coverage)が優れるCVD法をTiN層の形成のため主に
使用している。
【０００３】即ち、従来にはテトラキス ジメチル ア
ミノ チタン(tetrakisdimethylaminotitanum;以下、TD
MATと呼ぶ)、テトラキス ジエチル アミノ チタン(t
etrakisdiethylaminotitanum;以下、TDEATと呼ぶ)のよ
うな原料ソースの熱分解を利用してTiN層を形成してき
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
熱分解により蒸着されたTiN層は多量のカーボン及び酸
素基を含有しているから104μohm・cm以上の高い比抵抗
値を持ち、多孔質性に因り大気中放置時、多量の水分及
び酸素を吸収して約24時間後に約3.5倍以上に比抵抗が
急激に増加して、結局膜の質を低下させる問題点を招来
することになる。
【０００５】従って、上記問題点を解決するため案出さ
れた本発明は蒸着されたTiN層を蒸着チャンバー内で、
または大気中に露出後に窒素ガスまたは水素ガス、また
はその混合ガスのプラズマを利用して特性改善処理する
ことにより、TiN層に内包された不純物の量を減少さ
せ、これにより比抵抗値を減少させられるTiN層の特性
改善方法を提供することにその目的がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ソース物質からTiN膜を形成する第１工
程；及び、上記TiN膜を水素及び窒素プラズマガスに露
出させる第２工程を包含してなることを特徴とする。
【０００７】そして、ソース物質からTiN膜を形成する
第１工程；及び、上記TiN膜を水素プラズマガスに露出
させる第２工程を包含してなることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を詳細に
説明すると次の通りである。本発明の一実施例は先に、
CVD法によって、即ちTDMATまたはTDEATソースの熱分解
法でTiN層を蒸着する。
【０００９】次いで、上記のように蒸着されたTiN層に
対して窒素ガスと水素ガスの混合ガスを利用した一次プ
ラズマ処理をする。ここで、一次プラズマ処理は、窒素
ガスの流量を100〜500 sccm、水素ガスの流量を100〜5
00sccm、温度を200〜500℃、圧力を0.5〜5torr、RF(Rad
io Frequency;以下、RFとする)電力を200〜700Wに設定
した後10〜60秒間遂行する。一次プラズマ処理は上記の
TiN層を蒸着したチャンバー内で継続して行ってもよい
し、あるいはTiN層が蒸着された基板を別のチャンバに
移動させたのち（したがって空気中に露出させた後）行
ってもよい。
【００１０】次に、TiN層に対して窒素ガスを利用した
二次プラズマ処理を行うが、ここで二次プラズマ処理
は、窒素ガスの流量を100〜500sccm、温度を200〜500
℃、圧力を0.5〜5torr、RF電力を200〜700Wの条件下、1
0〜60秒間遂行する。
【００１１】以上の本発明の一実施例をより詳細に考察
する。上記のTiN層に対して窒素ガスと水素ガスとを混
合した混合ガスを利用して一次プラズマ処理を遂行した
が、この時、活性化された水素イオンは多孔質のTiN層
内に浸透し、TiN層の −C≡N または ＝C＝N− と
＝C＝O 結合を切るとともに、切断された炭素および
酸素と化学的に結合してCH4及びH2Oガスとして発散す
る。これと同時に活性化された窒素イオンはチャンバ内
に残っている酸素のTiN層への吸収を抑制し、CH4及びH2O
ガス発散により空けられた炭素及び酸素の座に充填す
る。
【００１２】その後、窒素ガスを利用した二次プラズマ
処理を遂行して、窒素イオンのTiN層への充填を最大化
する。従って、TiとNの結合はプラズマ処理の前より多
くなり、結局、より緻密で比抵抗が低い安定なTiN層が
形成されることとなる。
【００１３】参考的に、TDMATを使用してTiN層を形成し
た場合における大気中露出時間についての比抵抗値の変
化を次の
【表１】に示す。
【００１４】表１の条件は次の通りである。一次プラズ
マ処理としてチャンバ温度450℃、圧力2torr、RF電力35
0W、水素と窒素を各々200sccmと300sccm流す雰囲気で30
秒間処理を行い、二次プラズマ処理としてチャンバ温度
450℃、圧力2torr、RF電力350W、窒素300sccmの雰囲気
で３０秒間処理を行った。
【表１】
【表２】
【表３】
【００１５】表１に示すようにプラズマにより処理され
たTiN層の比抵抗は、プラズマ処理をしない場合と比較
すると、初期に約1/8、大気中露出時22時間後には1/1
8、47時間後には1/22、73時間後には1/25と、極めて低
い値を示す。また、表２は本発明を適用した場合のスト
レスの減少を示し、表３は本発明の方法のプラズマ処理
により、炭素及び酸素が減少されることを示す。
【００１６】なお、上記の二次プラズマ処理は省略して
もいいが、一次プラズマ処理に加えて二次プラズマ処理
を行うことにより、安定性を持つTiN層に改質すること
ができる。
【００１７】一方、本発明の別の実施例について考察し
てみると次のようである。本発明の別の実施例は、TDMA
T及びTDEATソースの熱分解により蒸着されたTiN層に対
し、窒素ガスまたは水素ガスのうちのいずれか一つだけ
を利用してプラズマ処理するものである。ここで、プラ
ズマ処理条件は上記一実施例と同一に設定する。このよ
うに窒素ガスまたは水素ガスのうちのいずれか一つだけ
を利用してTiN層をプラズマ処理した場合も、上記の一
実施例と同様、比抵抗の増加を防止することができる。
【００１８】
【発明の効果】上記のように本発明によれば、TiN層に
内包された不純物の量を減少させ、これにより比抵抗値
を減少させることができる。即ち、不純物の含量が小さ
く極めて緻密な薄膜が形成されるので、大気中放置時間
の経過による比抵抗の増加率が極めて低く、電気的安定
性が優秀なTiN層を形成できるという特有の効果があ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サン ボ ホワン 大韓民国，467−860，イチョンクン キュ ンキド，ブバリュウム，アミ−リ，サン 136−１，ヒュンダイ エレクトロニクス インダストリーズ カンパニー リミテ ィッド 内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ソース物質からTiN膜を形成する第１工
    程；及び、 前記TiN膜を水素及び窒素のプラズマガスに露出させる
    第２工程を包含してなることを特徴とするTiN膜形成方
    法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のTiN膜形成方法におい
    て、 前記第２工程は、温度200〜500℃、圧力0.5〜5Torr、RF
    (Radio Frequency)電力200〜700Wのチャンバで遂行され
    ることを特徴とするTiN膜形成方法。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のTiN膜形成方法におい
    て、 前記チャンバ内に注入されるガス量は水素及び窒素のプ
    ラズマガスについて各々100〜500sccmであることを特徴
    とするTiN膜形成方法。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載のTiN膜形成方法におい
    て、 前記第２工程の露出時間は10〜60秒であることを特徴と
    するTiN膜形成方法。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載のTiN膜形成方法におい
    て、 前記第２工程は、前記TiN膜を窒素プラズマガスにのみ
    再度露出させる第３工程をさらに包含してなることを特
    徴とするTiN膜形成方法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載のTiN膜形成方法におい
    て、 前記第３工程は、温度200〜500℃、圧力0.5〜5torr、RF
    電力200〜700Wのチャンバ内で行われることを特徴とす
    るTiN膜形成方法。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載のTiN膜形成方法におい
    て、 前記第３工程のチャンバ内に注入される窒素ガス量は10
    0〜500sccmであることを特徴とするTiN膜形成方法。
  8. 【請求項８】 請求項５に記載のTiN膜形成方法におい
    て、 前記第３工程のTiN膜露出時間は10〜60秒であることを
    特徴とするTiN膜形成方法。
  9. 【請求項９】 TiN膜形成方法において、 ソース物質からTiN膜を形成する第１工程；及び、 前記TiN膜を水素プラズマガスに露出させる第２工程を
    包含してなることを特徴とするTiN膜形成方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載のTiN膜形成方法にお
    いて、 前記第２工程は、温度200〜500℃、圧力0.5〜5Torr、RF
    (Radio Frequency)電力200〜700Wのチャンバで遂行され
    ることを特徴とするTiN膜形成方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のTiN膜形成方法に
    おいて、 前記チャンバ内に注入される水素ガス量は100〜500sccm
    であることを特徴とするTiN膜形成方法。
  12. 【請求項１２】 請求項１０に記載のTiN膜形成方法に
    おいて、 前記第２工程の露出時間は10〜60秒であることを特徴と
    するTiN膜形成方法。
  13. 【請求項１３】 請求項９に記載のTiN膜形成方法にお
    いて、 前記第２工程は、前記TiN膜を窒素プラズマガスにのみ
    再度露出させる第３工程をさらに包含してなることを特
    徴とするTiN膜形成方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１３に記載のTiN膜形成方法に
    おいて、 前記第３工程は、温度200〜500℃、圧力0.5〜5Torr、RF
    電力200〜700Wのチャンバ内で行われることを特徴とす
    るTiN膜形成方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１３に記載のTiN膜形成方法に
    おいて、 前記第３工程のチャンバ内に注入される窒素ガス量は10
    0〜500sccmであることを特徴とするTiN膜形成方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１３に記載のTiN膜形成方法に
    おいて、 前記第３工程のTiN膜露出時間は10〜60秒であることを
    特徴とするTiN膜形成方法。
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