JPH088212A - プラズマcvd方法 - Google Patents
プラズマcvd方法Info
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- JPH088212A JPH088212A JP6139765A JP13976594A JPH088212A JP H088212 A JPH088212 A JP H088212A JP 6139765 A JP6139765 A JP 6139765A JP 13976594 A JP13976594 A JP 13976594A JP H088212 A JPH088212 A JP H088212A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/10—Heating of the reaction chamber or the substrate
- C30B25/105—Heating of the reaction chamber or the substrate by irradiation or electric discharge
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
- H10W20/01—Manufacture or treatment
- H10W20/031—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections
- H10W20/032—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections of conductive barrier, adhesion or liner layers
- H10W20/033—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections of conductive barrier, adhesion or liner layers in openings in dielectrics
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/34—Nitrides
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
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- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 微細でアスペクト比の大きな接続孔内へ、含
有塩素量が小さく、ステップカバレッジに優れたTiN
バリアメタル層を形成するプラズマCVD方法を提供す
る。 【構成】 低TiCl4 分圧のプラズマCVDによる第
1のTiN層51と、高TiCl4 分圧のプラズマCV
Dによる第2のTiN層52を連続して形成する2段階
プラズマCVDを採用する。 【効果】 下地Ti層4との界面に偏析しやすい塩素量
を低減でき、Al系金属層6のアフターコロージョンを
防止できる。また低塩素量なのでコンタクト抵抗の減少
にも寄与する。
有塩素量が小さく、ステップカバレッジに優れたTiN
バリアメタル層を形成するプラズマCVD方法を提供す
る。 【構成】 低TiCl4 分圧のプラズマCVDによる第
1のTiN層51と、高TiCl4 分圧のプラズマCV
Dによる第2のTiN層52を連続して形成する2段階
プラズマCVDを採用する。 【効果】 下地Ti層4との界面に偏析しやすい塩素量
を低減でき、Al系金属層6のアフターコロージョンを
防止できる。また低塩素量なのでコンタクト抵抗の減少
にも寄与する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造工程等
に用いられるプラズマCVD方法に関し、さらに詳しく
は、ステップカバレッジに優れ、残留不純物含有量の少
ない窒化チタン(TiN)のプラズマCVD方法に関す
る。
に用いられるプラズマCVD方法に関し、さらに詳しく
は、ステップカバレッジに優れ、残留不純物含有量の少
ない窒化チタン(TiN)のプラズマCVD方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】LSI等の半導体装置のデザインルール
がハーフミクロンからクォータミクロンあるいはそれ以
下のレベルへと微細化し、かつ多層配線構造が多用され
るに伴い、配線層間を接続するための接続孔のアスペク
ト比も増大する傾向にある。例えば、0.18μmルー
ルの半導体装置においては、接続孔の開口径0.2μm
に対し、層間絶縁膜の厚さは1.0μm程度であるの
で、アスペクト比は5に達する。かかる微細で高アスペ
クト比の接続孔により、信頼性の高い多層配線構造を達
成するには、接続孔内にオーミックコンタクト用のTi
層と、配線材料の拡散を防止するバリアメタルであるT
iN層をコンフォーマルに形成した後、Al系金属の高
温スパッタリングや、Wの選択CVDやブランケットC
VDにより、上層配線材料やコンタクトプラグで接続孔
を充填する方法が採用されつつある。
がハーフミクロンからクォータミクロンあるいはそれ以
下のレベルへと微細化し、かつ多層配線構造が多用され
るに伴い、配線層間を接続するための接続孔のアスペク
ト比も増大する傾向にある。例えば、0.18μmルー
ルの半導体装置においては、接続孔の開口径0.2μm
に対し、層間絶縁膜の厚さは1.0μm程度であるの
で、アスペクト比は5に達する。かかる微細で高アスペ
クト比の接続孔により、信頼性の高い多層配線構造を達
成するには、接続孔内にオーミックコンタクト用のTi
層と、配線材料の拡散を防止するバリアメタルであるT
iN層をコンフォーマルに形成した後、Al系金属の高
温スパッタリングや、Wの選択CVDやブランケットC
VDにより、上層配線材料やコンタクトプラグで接続孔
を充填する方法が採用されつつある。
【0003】通常、Ti層やTiN層を形成するには、
Ti金属をターゲット材料としたスパッタリングや、反
応性スパッタリングが行われる。中でもスパッタリング
粒子の垂直入射成分を高めたコリメーション・スパッタ
リングが注目されているが、ステップカバリッジに優れ
たこの方法も、アスペクト比が5に達する微細接続孔内
にコンフォーマルに成膜することは困難である。この問
題を図5および図6(a)〜(d)を参照して説明す
る。
Ti金属をターゲット材料としたスパッタリングや、反
応性スパッタリングが行われる。中でもスパッタリング
粒子の垂直入射成分を高めたコリメーション・スパッタ
リングが注目されているが、ステップカバリッジに優れ
たこの方法も、アスペクト比が5に達する微細接続孔内
にコンフォーマルに成膜することは困難である。この問
題を図5および図6(a)〜(d)を参照して説明す
る。
【0004】図5はコリメーション・スパッタリング装
置の一構成例を示す概略断面図である。基板ステージ1
2に載置された被処理基板11に対向して、Ti金属材
料からなるターゲット20を配置し、ガス導入孔(図示
せず)からArやN2 等のガスを導入し、スパッタリン
グチャンバ22内を所定の減圧雰囲気にした後、被処理
基板11とターゲット20の間にRF電力を印加する。
ターゲットからスパッタされたTiは、被処理基板11
とターゲット20の中間位置に配設されたコリメータ2
1を通過してそのままTi金属として、あるいはN2 と
反応してTiNとなり被処理基板11上に堆積する。コ
リメータ21は、被処理基板11の表面に対し垂直の方
向に、多数の貫通孔が高開口率に開口した構造を有する
多孔板であり、被処理基板への垂直入射粒子成分を増大
する、セラミクスや金属からなる部材である。なお同図
では、真空ポンプや基板加熱機構等の細部は図示を省略
する。
置の一構成例を示す概略断面図である。基板ステージ1
2に載置された被処理基板11に対向して、Ti金属材
料からなるターゲット20を配置し、ガス導入孔(図示
せず)からArやN2 等のガスを導入し、スパッタリン
グチャンバ22内を所定の減圧雰囲気にした後、被処理
基板11とターゲット20の間にRF電力を印加する。
ターゲットからスパッタされたTiは、被処理基板11
とターゲット20の中間位置に配設されたコリメータ2
1を通過してそのままTi金属として、あるいはN2 と
反応してTiNとなり被処理基板11上に堆積する。コ
リメータ21は、被処理基板11の表面に対し垂直の方
向に、多数の貫通孔が高開口率に開口した構造を有する
多孔板であり、被処理基板への垂直入射粒子成分を増大
する、セラミクスや金属からなる部材である。なお同図
では、真空ポンプや基板加熱機構等の細部は図示を省略
する。
【0005】このコリメーション・スパッタリング装置
を用いて、接続孔が形成された被処理基板上にTi層お
よびTiN層を形成するプロセスを図6(a)〜(d)
を参照して説明する。まず、不純物拡散層(図示せず)
等の能動素子が形成されたSi等の半導体基板1上にS
iO2 等からなる1μmの厚さの層間絶縁膜2を形成
し、不純物拡散層に臨む0.2μm径の接続孔3を開口
する。次にこの被処理基板を200℃に加熱した基板ス
テージ11上に載置し、Arを25sccm、チャンバ
内圧力0.2Pa、RF電力8kwのスパッタリング条
件でTi層4を10nm形成して図6(b)に示す状態
とする。つぎにN2 を同じく25sccm追加して導入
した他は同じスパッタリング条件で、TiN層5を20
nm形成する。このとき、図6(c)に示すように、接
続孔3上のTiN層5はオーバーハング形状に堆積し、
接続孔3底部の周辺部は薄く形成される。この状態でA
l系金属層6を高温スパッタリング等により形成する
と、図6(d)に示すようにボイド7が発生し、コンタ
クトプラグの信頼性に問題が生じる場合がある。ボイド
7は、Al系金属層のスパッタリングの代わりにWのC
VDを採用する場合にも、同じように発生する。
を用いて、接続孔が形成された被処理基板上にTi層お
よびTiN層を形成するプロセスを図6(a)〜(d)
を参照して説明する。まず、不純物拡散層(図示せず)
等の能動素子が形成されたSi等の半導体基板1上にS
iO2 等からなる1μmの厚さの層間絶縁膜2を形成
し、不純物拡散層に臨む0.2μm径の接続孔3を開口
する。次にこの被処理基板を200℃に加熱した基板ス
テージ11上に載置し、Arを25sccm、チャンバ
内圧力0.2Pa、RF電力8kwのスパッタリング条
件でTi層4を10nm形成して図6(b)に示す状態
とする。つぎにN2 を同じく25sccm追加して導入
した他は同じスパッタリング条件で、TiN層5を20
nm形成する。このとき、図6(c)に示すように、接
続孔3上のTiN層5はオーバーハング形状に堆積し、
接続孔3底部の周辺部は薄く形成される。この状態でA
l系金属層6を高温スパッタリング等により形成する
と、図6(d)に示すようにボイド7が発生し、コンタ
クトプラグの信頼性に問題が生じる場合がある。ボイド
7は、Al系金属層のスパッタリングの代わりにWのC
VDを採用する場合にも、同じように発生する。
【0006】コリメーション法をも含めたこれらスパッ
タリングにおけるステップカバリッジの問題を解決する
ため、TiCl4 を用いたプラズマCVDが、例えば、
半導体・集積回路技術第44回シンポジウム講演論文集
31ページ(1993)に報告されている。TiCl4
を原料ガスとして用いるこの方法は、H2 還元によるT
i層と、さらにこのガス系にN2 を添加して、TiN層
を連続して成膜することが可能である。
タリングにおけるステップカバリッジの問題を解決する
ため、TiCl4 を用いたプラズマCVDが、例えば、
半導体・集積回路技術第44回シンポジウム講演論文集
31ページ(1993)に報告されている。TiCl4
を原料ガスとして用いるこの方法は、H2 還元によるT
i層と、さらにこのガス系にN2 を添加して、TiN層
を連続して成膜することが可能である。
【0007】プラズマCVDにおいても、良好なステッ
プカバリッジのTiN層を形成するには、TiCl4 を
H2 やN2 に対して十分に供給し、TiNの形成反応が
TiCl4 の供給に律速されない条件で成膜する必要が
ある。TiCl4 の供給が不足すると、アスペクト比の
大きな接続孔底部に迄TiCl4 が十分に行き渡らず、
接続孔の入口付近のみで反応が進行しがちなためであ
る。
プカバリッジのTiN層を形成するには、TiCl4 を
H2 やN2 に対して十分に供給し、TiNの形成反応が
TiCl4 の供給に律速されない条件で成膜する必要が
ある。TiCl4 の供給が不足すると、アスペクト比の
大きな接続孔底部に迄TiCl4 が十分に行き渡らず、
接続孔の入口付近のみで反応が進行しがちなためであ
る。
【0008】しかしながら、ステップカバレッジを重視
したこの方法によると、Cl系ガスであるTiCl4 を
大流量用いるため、TiN層中に塩素が多量に残留する
傾向がある。残留塩素は特に下層Ti層との界面に高濃
度で残留するので、コンタクト抵抗が増大する。また残
留塩素は徐々に拡散するので、Al系金属を上層配線に
用いる場合にはアフターコロージョンが発生して、デバ
イスの信頼性を損なう問題がある。また、Al系金属を
下層配線として用い、ここに臨んで形成したヴァアホー
ル内にTiN層を形成する場合にも同様のアフターコロ
ージョンが下層配線に発生する。
したこの方法によると、Cl系ガスであるTiCl4 を
大流量用いるため、TiN層中に塩素が多量に残留する
傾向がある。残留塩素は特に下層Ti層との界面に高濃
度で残留するので、コンタクト抵抗が増大する。また残
留塩素は徐々に拡散するので、Al系金属を上層配線に
用いる場合にはアフターコロージョンが発生して、デバ
イスの信頼性を損なう問題がある。また、Al系金属を
下層配線として用い、ここに臨んで形成したヴァアホー
ル内にTiN層を形成する場合にも同様のアフターコロ
ージョンが下層配線に発生する。
【0009】同じCVDにおいて、有機Ti化合物をソ
ースガスとして用いれば、アフターコロージョンの問題
はない。しかし、Ti層の形成が困難であることと、残
留炭素の低減と良好なステップカバレッジを共に満たす
CVD条件が見出せないのが現状である。
ースガスとして用いれば、アフターコロージョンの問題
はない。しかし、Ti層の形成が困難であることと、残
留炭素の低減と良好なステップカバレッジを共に満たす
CVD条件が見出せないのが現状である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、微細かつ高アスペクト比の接続孔が形成された被処
理基板上に、良好なステップカバレッジを有し、かつ塩
素や炭素等の残留不純物濃度の小さいTiN層を形成す
ることが可能なプラズマCVD方法を提供することであ
る。
は、微細かつ高アスペクト比の接続孔が形成された被処
理基板上に、良好なステップカバレッジを有し、かつ塩
素や炭素等の残留不純物濃度の小さいTiN層を形成す
ることが可能なプラズマCVD方法を提供することであ
る。
【0011】また本発明の別の課題は、コンタクト抵抗
が低く、Al系金属配線のアフターコロージョンの虞れ
のない、信頼性に優れた半導体装置を製造しうるTiN
層のプラズマCVD方法を提供することである。本発明
の上記以外の課題は、本願明細書および添付図面の説明
により明らかとなる。
が低く、Al系金属配線のアフターコロージョンの虞れ
のない、信頼性に優れた半導体装置を製造しうるTiN
層のプラズマCVD方法を提供することである。本発明
の上記以外の課題は、本願明細書および添付図面の説明
により明らかとなる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマCVD
方法は、上述の課題を解決するために提案するものであ
り、Ti系ガス、H2 および窒素系ガスを含む混合ガス
を用いて、被処理基板上にTiNを形成するプラズマC
VD方法において、この混合ガス中のTi系ガスの混合
比を小とした第1のプラズマCVD工程と、この混合ガ
ス中のTi系ガスの混合比を大とした第2のプラズマC
VD工程とをこの順に施す、2段階プラズマCVD方法
である。
方法は、上述の課題を解決するために提案するものであ
り、Ti系ガス、H2 および窒素系ガスを含む混合ガス
を用いて、被処理基板上にTiNを形成するプラズマC
VD方法において、この混合ガス中のTi系ガスの混合
比を小とした第1のプラズマCVD工程と、この混合ガ
ス中のTi系ガスの混合比を大とした第2のプラズマC
VD工程とをこの順に施す、2段階プラズマCVD方法
である。
【0013】また本発明のプラズマCVD方法は、Ti
系ガス、H2 および窒素系ガスを含む混合ガスを用い
て、被処理基板上にTiNを形成するプラズマCVD方
法において、この混合ガス中のH2 の混合比を大とした
第1のプラズマCVD工程と、この混合ガス中のH2 の
混合比を小とした第2のプラズマCVD工程とをこの順
に施す、2段階プラズマCVD方法である。
系ガス、H2 および窒素系ガスを含む混合ガスを用い
て、被処理基板上にTiNを形成するプラズマCVD方
法において、この混合ガス中のH2 の混合比を大とした
第1のプラズマCVD工程と、この混合ガス中のH2 の
混合比を小とした第2のプラズマCVD工程とをこの順
に施す、2段階プラズマCVD方法である。
【0014】さらに本発明のプラズマCVD方法は、T
i系ガス、H2 および窒素系ガスを含む混合ガスを用い
て、被処理基板上にTiNを形成するプラズマCVD方
法において、この混合ガス中のTi系ガスとH2 の混合
比を共に小とした第1のプラズマCVD工程と、この混
合ガス中の前記Ti系ガスとH2 の混合比を共に大とし
た第2のプラズマCVD工程とをこの順に施す、2段階
プラズマCVD方法である。
i系ガス、H2 および窒素系ガスを含む混合ガスを用い
て、被処理基板上にTiNを形成するプラズマCVD方
法において、この混合ガス中のTi系ガスとH2 の混合
比を共に小とした第1のプラズマCVD工程と、この混
合ガス中の前記Ti系ガスとH2 の混合比を共に大とし
た第2のプラズマCVD工程とをこの順に施す、2段階
プラズマCVD方法である。
【0015】本発明で用いる混合比が小、あるいは大と
いう語は、混合比やガス流量の絶対値を示すものではな
く、2段階スパッタリングにおける他のスパッタリング
工程での混合比との相対値を示すものである。
いう語は、混合比やガス流量の絶対値を示すものではな
く、2段階スパッタリングにおける他のスパッタリング
工程での混合比との相対値を示すものである。
【0016】本発明で用いるところのTi系ガスは、T
iCl4 (mp=−25℃、bp=136℃)、TiB
r4 (mp=39℃、bp=230℃)、TiF4 (2
84℃で昇華)等のハロゲン化チタン、およびTi(N
(CH3 )2 )4 (テトラジメチルアミノチタニウ
ム)、Ti(N(C2 H5 )2 )4 (テトラジエチルア
ミノチタニウム)等の有機Ti化合物を例示できる。な
かでもTiCl4 は室温で液体であり、取り扱いの簡便
さから好ましく使用することができる。これらのハロゲ
ン化チタンおよび有機Ti化合物は、公知のバーニング
法あるいはキャリアガスを用いた加熱バブリング法でプ
ラズマCVDチャンバへ導入すればよい。
iCl4 (mp=−25℃、bp=136℃)、TiB
r4 (mp=39℃、bp=230℃)、TiF4 (2
84℃で昇華)等のハロゲン化チタン、およびTi(N
(CH3 )2 )4 (テトラジメチルアミノチタニウ
ム)、Ti(N(C2 H5 )2 )4 (テトラジエチルア
ミノチタニウム)等の有機Ti化合物を例示できる。な
かでもTiCl4 は室温で液体であり、取り扱いの簡便
さから好ましく使用することができる。これらのハロゲ
ン化チタンおよび有機Ti化合物は、公知のバーニング
法あるいはキャリアガスを用いた加熱バブリング法でプ
ラズマCVDチャンバへ導入すればよい。
【0017】また本発明で用いる窒素系ガスは、N2 、
NH 3およびN2 H4 等、N原子を含む、窒化剤となり
うるガスである。
NH 3およびN2 H4 等、N原子を含む、窒化剤となり
うるガスである。
【0018】
【作用】本発明のポイントは、TiN層のプラズマCV
D工程を2段階に分け、前段の第1のプラズマCVD工
程においては、塩素や炭素等の残留不純物濃度の少ない
条件で成膜し、後段の第2のプラズマCVD工程におい
ては良好なステップカバレッジの条件で成膜する点にあ
る。
D工程を2段階に分け、前段の第1のプラズマCVD工
程においては、塩素や炭素等の残留不純物濃度の少ない
条件で成膜し、後段の第2のプラズマCVD工程におい
ては良好なステップカバレッジの条件で成膜する点にあ
る。
【0019】この2段階プラズマCVDを実現するため
には、第1のプラズマCVD工程においては、原料の混
合ガス中のTi系ガスの混合比を小さくするか、還元ガ
スであるH2 の混合比を大きくすればよい。この条件下
では、Ti系ガスが十分に還元され、界面に塩素や炭素
等の不純物が偏析することなく、純度の高いTiN層が
堆積する。
には、第1のプラズマCVD工程においては、原料の混
合ガス中のTi系ガスの混合比を小さくするか、還元ガ
スであるH2 の混合比を大きくすればよい。この条件下
では、Ti系ガスが十分に還元され、界面に塩素や炭素
等の不純物が偏析することなく、純度の高いTiN層が
堆積する。
【0020】引き続く第2のプラズマCVD工程におい
ては、原料の混合ガス中のTi系ガスの混合比を大きく
するか、還元ガスであるH2 の混合比を小さくすればよ
い。この条件下では、Ti系ガスが十分に供給されるの
で、表面反応律速となりステップカバレッジは向上す
る。
ては、原料の混合ガス中のTi系ガスの混合比を大きく
するか、還元ガスであるH2 の混合比を小さくすればよ
い。この条件下では、Ti系ガスが十分に供給されるの
で、表面反応律速となりステップカバレッジは向上す
る。
【0021】上述した2種類の第1のプラズマCVD工
程においては、Ti系ガスの流量がH2 の流量に比して
低下しており、Ti系ガスの供給律速に近づくので、T
iN層のステップカバレッジが若干低下する虞れがあ
る。そこで請求項3のプラズマCVD方法においては、
Ti系ガスおよびH2 ともにその流量を低減し、混合比
としては良好なステップカバレッジが得られる条件と同
じにする。これにより、デポジションレートはやや低下
するものの、Ti系ガスは十分に還元され、良好なステ
ップカバレッジを維持しつつ、成長初期での界面での不
純物偏析を抑制することが可能となるのである。
程においては、Ti系ガスの流量がH2 の流量に比して
低下しており、Ti系ガスの供給律速に近づくので、T
iN層のステップカバレッジが若干低下する虞れがあ
る。そこで請求項3のプラズマCVD方法においては、
Ti系ガスおよびH2 ともにその流量を低減し、混合比
としては良好なステップカバレッジが得られる条件と同
じにする。これにより、デポジションレートはやや低下
するものの、Ti系ガスは十分に還元され、良好なステ
ップカバレッジを維持しつつ、成長初期での界面での不
純物偏析を抑制することが可能となるのである。
【0022】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照して説明する。まず本発明の実施例で共通に用い
たECRプラズマCVD装置の一構成例につき、図2を
参照して説明する。プラズマCVDを施す被処理基板1
1を載置した基板ステージ12を配設したプラズマCV
D室13に臨んだ開口部を有するプラズマ生成室17に
は、導波管14により導かれる2.45GHzのマイク
ロ波を石英窓15を介して導入する。16はマグネット
であり、プラズマ生成室内に0.0875Tの磁場を形
成しここでECR(Electron Cyclotr
on Resonance)プラズマを生成する。
N2 、H2 およびAr等のガスはガス配管18よりプラ
ズマ生成室17に供給する。一方TiCl4 は専用のバ
ーニング装置19より加熱ガス配管20を経由してプラ
ズマ反応室13に直接供給する。なお、同図では基板ス
テージ加熱機構、真空ポンプ等の細部は図示を省略す
る。
を参照して説明する。まず本発明の実施例で共通に用い
たECRプラズマCVD装置の一構成例につき、図2を
参照して説明する。プラズマCVDを施す被処理基板1
1を載置した基板ステージ12を配設したプラズマCV
D室13に臨んだ開口部を有するプラズマ生成室17に
は、導波管14により導かれる2.45GHzのマイク
ロ波を石英窓15を介して導入する。16はマグネット
であり、プラズマ生成室内に0.0875Tの磁場を形
成しここでECR(Electron Cyclotr
on Resonance)プラズマを生成する。
N2 、H2 およびAr等のガスはガス配管18よりプラ
ズマ生成室17に供給する。一方TiCl4 は専用のバ
ーニング装置19より加熱ガス配管20を経由してプラ
ズマ反応室13に直接供給する。なお、同図では基板ス
テージ加熱機構、真空ポンプ等の細部は図示を省略す
る。
【0023】実施例1 本実施例は、請求項1のプラズマCVD方法を適用し、
TiN層の成長初期にTiCl4 の混合比を小さくし、
その後TiCl4 の混合比を大きくした例であり、これ
を図1(a)〜(e)を参照して説明する。なお同図で
は説明の都合上、各材料層や接続孔の寸法比等は実際と
は異なる。また従来技術の説明に用いた図6(a)〜
(d)と同じ機能を有する部分には同じ符号を付すもの
とする。
TiN層の成長初期にTiCl4 の混合比を小さくし、
その後TiCl4 の混合比を大きくした例であり、これ
を図1(a)〜(e)を参照して説明する。なお同図で
は説明の都合上、各材料層や接続孔の寸法比等は実際と
は異なる。また従来技術の説明に用いた図6(a)〜
(d)と同じ機能を有する部分には同じ符号を付すもの
とする。
【0024】まず図1(a)に示すように、Si等の半
導体基板1上に、SiH4 /N2 Oを用いた減圧CVD
によりSiO2 からなる層間絶縁膜2を1μm形成し、
半導体基板1の図示しない拡散層に臨む接続孔3を開口
する。接続孔の開口径は0.15〜0.25μmであ
り、本実施例では0.2μmとした。
導体基板1上に、SiH4 /N2 Oを用いた減圧CVD
によりSiO2 からなる層間絶縁膜2を1μm形成し、
半導体基板1の図示しない拡散層に臨む接続孔3を開口
する。接続孔の開口径は0.15〜0.25μmであ
り、本実施例では0.2μmとした。
【0025】次に接続孔3底部に露出する拡散層上の自
然酸化膜を希HF水溶液洗浄で除去した後、図1(b)
に示すように、ECRプラズマCVD装置によりTi層
4を下記条件により堆積する。 TiCl4 20 sccm H2 26 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ Ti層4の層厚は2〜30nmであり、本実施例では1
0nm形成した。なお、Ti層4は従来通りコリメーシ
ョン・スパッタリングにより形成してもよい。
然酸化膜を希HF水溶液洗浄で除去した後、図1(b)
に示すように、ECRプラズマCVD装置によりTi層
4を下記条件により堆積する。 TiCl4 20 sccm H2 26 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ Ti層4の層厚は2〜30nmであり、本実施例では1
0nm形成した。なお、Ti層4は従来通りコリメーシ
ョン・スパッタリングにより形成してもよい。
【0026】TiN層の形成は次の2段階プラズマCV
Dによる。まずTiCl4 の混合比を小さくした下記第
1のプラズマCVD工程により、図1(c)に示すよう
に第1のTiN層51を形成する。 TiCl4 5〜10 sccm N2 8 sccm H2 13〜26 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第1のTiN層51の膜厚は、層間絶縁膜2の上部にお
いて、例えば20nmである。本プラズマCVD過程に
おいては、TiCl4 は小流量であるので、基板温度が
410℃と比較的低温であるにもかかわらず、ECRプ
ラズマにより解離された高密度水素プラズマによりTi
Cl4 が十分に還元され、下地Ti層との界面に塩素が
偏析することなく、純度の高いTiNが堆積する。
Dによる。まずTiCl4 の混合比を小さくした下記第
1のプラズマCVD工程により、図1(c)に示すよう
に第1のTiN層51を形成する。 TiCl4 5〜10 sccm N2 8 sccm H2 13〜26 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第1のTiN層51の膜厚は、層間絶縁膜2の上部にお
いて、例えば20nmである。本プラズマCVD過程に
おいては、TiCl4 は小流量であるので、基板温度が
410℃と比較的低温であるにもかかわらず、ECRプ
ラズマにより解離された高密度水素プラズマによりTi
Cl4 が十分に還元され、下地Ti層との界面に塩素が
偏析することなく、純度の高いTiNが堆積する。
【0027】引き続き、TiCl4 の混合比を大きくし
た第2のプラズマCVD工程を下記条件により施し、図
1(d)に示すように第2のTiN層52を形成する。 TiCl4 20 sccm N2 8 sccm H2 26 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第2のTiN層52の膜厚は、接続孔3の底部において
例えば30nmである。本プラズマCVD工程において
は、TiCl4 の供給が十分なので、表面反応律速とな
り、良好なステップカバレッジの第2のTiN層52が
堆積する。H2の流量は変えていないので、H2 の混合
比としては低下している。しかし、第1のプラズマCV
D工程からの連続プロセスであるので、プラズマの生成
は極めて安定しており、TiCl4 は十分に還元され、
低塩素含有量のTiNの堆積が可能である。また、同じ
く第1のプラズマCVD工程からの連続プロセスである
ので、被処理基板の表面温度もプラズマの輻射熱で第1
のプラズマCVD工程時より上昇しており、これも還元
反応の促進と塩素含有量の低下に寄与する。
た第2のプラズマCVD工程を下記条件により施し、図
1(d)に示すように第2のTiN層52を形成する。 TiCl4 20 sccm N2 8 sccm H2 26 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第2のTiN層52の膜厚は、接続孔3の底部において
例えば30nmである。本プラズマCVD工程において
は、TiCl4 の供給が十分なので、表面反応律速とな
り、良好なステップカバレッジの第2のTiN層52が
堆積する。H2の流量は変えていないので、H2 の混合
比としては低下している。しかし、第1のプラズマCV
D工程からの連続プロセスであるので、プラズマの生成
は極めて安定しており、TiCl4 は十分に還元され、
低塩素含有量のTiNの堆積が可能である。また、同じ
く第1のプラズマCVD工程からの連続プロセスである
ので、被処理基板の表面温度もプラズマの輻射熱で第1
のプラズマCVD工程時より上昇しており、これも還元
反応の促進と塩素含有量の低下に寄与する。
【0028】次に公知の高温スパッタリングにより、A
l系金属層6を堆積し、接続孔3内部を埋め込む。第2
のTiN層52のステップカバレッジが良好で、オーバ
ーハングがないことからAl系金属層6はボイドを発生
することなく接続孔3内を充填し、しかもその表面は平
坦に形成された。
l系金属層6を堆積し、接続孔3内部を埋め込む。第2
のTiN層52のステップカバレッジが良好で、オーバ
ーハングがないことからAl系金属層6はボイドを発生
することなく接続孔3内を充填し、しかもその表面は平
坦に形成された。
【0029】本実施例によれば、プラズマCVD初期に
TiCl4 の流量を下げる2段階成膜により、低塩素含
有量でステップカバレッジのよいTiN層を形成するこ
とが可能である。
TiCl4 の流量を下げる2段階成膜により、低塩素含
有量でステップカバレッジのよいTiN層を形成するこ
とが可能である。
【0030】実施例2 本実施例は、請求項2のプラズマCVD方法を適用し、
TiN層の成長初期にH2 の混合比を大きくし、その後
H2 の混合比を小さくした例であり、これを同じ図1
(a)〜(e)を参照して説明する。
TiN層の成長初期にH2 の混合比を大きくし、その後
H2 の混合比を小さくした例であり、これを同じ図1
(a)〜(e)を参照して説明する。
【0031】図1(b)に示すTi層の形成までは実施
例1と同じであるので、重複する説明を省略する。引き
続くTiN層の形成は次の2段階プラズマCVDによ
る。まずH2 の混合比を大きくした下記条件により、図
1(c)に示すように第1のTiN層51を形成する。 TiCl4 20 sccm N2 8 sccm H2 35〜50 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第1のTiN層51の膜厚は、層間絶縁膜2の上部にお
いて、例えば20nmである。本プラズマCVD工程に
おいては、H2 は大流量であるので、基板温度が410
℃と比較的低温であるにもかかわらず、ECRプラズマ
により解離された大量の高密度水素プラズマによりTi
Cl4 が十分に還元され、下地Ti層との界面に塩素が
偏析することなく、純度の高いTiNが堆積する。
例1と同じであるので、重複する説明を省略する。引き
続くTiN層の形成は次の2段階プラズマCVDによ
る。まずH2 の混合比を大きくした下記条件により、図
1(c)に示すように第1のTiN層51を形成する。 TiCl4 20 sccm N2 8 sccm H2 35〜50 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第1のTiN層51の膜厚は、層間絶縁膜2の上部にお
いて、例えば20nmである。本プラズマCVD工程に
おいては、H2 は大流量であるので、基板温度が410
℃と比較的低温であるにもかかわらず、ECRプラズマ
により解離された大量の高密度水素プラズマによりTi
Cl4 が十分に還元され、下地Ti層との界面に塩素が
偏析することなく、純度の高いTiNが堆積する。
【0032】引き続き、H2 の混合比を小さくした第2
のプラズマCVDを下記条件により施し、図1(d)に
示すように第2のTiN層52を形成する。このプラズ
マCVD条件は、実施例1の第2のプラズマCVD工程
の条件と同一である。 TiCl4 20 sccm N2 8 sccm H2 26 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第2のTiN層52の膜厚は、接続孔3の底部において
例えば30nmである。本プラズマCVD工程において
は、H2 の流量が低下しているので、TiCl 4 の表面
反応律速となり、良好なステップカバレッジの第2のT
iN層52が堆積する。H2 の混合比としては低下して
いるが、第1のプラズマCVD工程からの連続プロセス
であるので、H2 プラズマの生成は極めて安定してお
り、TiCl4 は十分に還元され、低塩素含有量のTi
Nの堆積が可能である。また、同じく第1のプラズマC
VD工程からの連続プロセスであるので、被処理基板の
表面温度もプラズマの輻射熱で第1のプラズマCVD工
程時より上昇しており、これも還元反応の促進と塩素含
有量の低下に寄与する。Al系金属層6の堆積は実施例
1と同じであるので、重複する説明を省略する。
のプラズマCVDを下記条件により施し、図1(d)に
示すように第2のTiN層52を形成する。このプラズ
マCVD条件は、実施例1の第2のプラズマCVD工程
の条件と同一である。 TiCl4 20 sccm N2 8 sccm H2 26 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第2のTiN層52の膜厚は、接続孔3の底部において
例えば30nmである。本プラズマCVD工程において
は、H2 の流量が低下しているので、TiCl 4 の表面
反応律速となり、良好なステップカバレッジの第2のT
iN層52が堆積する。H2 の混合比としては低下して
いるが、第1のプラズマCVD工程からの連続プロセス
であるので、H2 プラズマの生成は極めて安定してお
り、TiCl4 は十分に還元され、低塩素含有量のTi
Nの堆積が可能である。また、同じく第1のプラズマC
VD工程からの連続プロセスであるので、被処理基板の
表面温度もプラズマの輻射熱で第1のプラズマCVD工
程時より上昇しており、これも還元反応の促進と塩素含
有量の低下に寄与する。Al系金属層6の堆積は実施例
1と同じであるので、重複する説明を省略する。
【0033】本実施例によれば、プラズマCVD初期に
H2 の流量を高める2段階成膜により、低塩素含有量で
ステップカバレッジのよいTiN層を形成することが可
能である。
H2 の流量を高める2段階成膜により、低塩素含有量で
ステップカバレッジのよいTiN層を形成することが可
能である。
【0034】ところで、本実施例のプラズマCVD方法
により、TiN層を2段階成膜した場合のTiN層の膜
厚と抵抗値の関係を図3に示す。同図で曲線Aは本実施
例によるものであり、この実験例では、H2 流量は、第
1のプラズマCVD工程では40sccm、第2のプラ
ズマCVD工程では26sccmに固定している。曲線
Bは比較例として、H2 流量を26sccm一定とした
1ステップのプラズマCVDによるTiN層の抵抗値で
ある。この1ステッププラズマCVD条件は、本実施例
の第2のプラズマCVD工程の条件と同一である。比較
例では、界面に塩素が偏析するため抵抗値が大きいが、
本実施例によれば抵抗値が比較例の数十%に迄低減して
いることが判る。
により、TiN層を2段階成膜した場合のTiN層の膜
厚と抵抗値の関係を図3に示す。同図で曲線Aは本実施
例によるものであり、この実験例では、H2 流量は、第
1のプラズマCVD工程では40sccm、第2のプラ
ズマCVD工程では26sccmに固定している。曲線
Bは比較例として、H2 流量を26sccm一定とした
1ステップのプラズマCVDによるTiN層の抵抗値で
ある。この1ステッププラズマCVD条件は、本実施例
の第2のプラズマCVD工程の条件と同一である。比較
例では、界面に塩素が偏析するため抵抗値が大きいが、
本実施例によれば抵抗値が比較例の数十%に迄低減して
いることが判る。
【0035】実施例3 本実施例は、請求項3のプラズマCVD方法を適用し、
TiN層の成長初期にTiCl4 およびH2 の流量を共
に小さくし、その後TiCl4 およびH2 の流量を共に
大きくした例であり、これを再び図1(a)〜(e)を
参照して説明する。
TiN層の成長初期にTiCl4 およびH2 の流量を共
に小さくし、その後TiCl4 およびH2 の流量を共に
大きくした例であり、これを再び図1(a)〜(e)を
参照して説明する。
【0036】図1(b)に示すTi層の形成までは実施
例1と同じであるので、重複する説明を省略する。引き
続くTiN層の形成は次の2段階プラズマCVDによ
る。まずTiCl4 およびH2 の流量を共に小さくした
下記条件により、図1(c)に示すように第1のTiN
層51を形成する。 TiCl4 5〜10 sccm N2 8 sccm H2 7〜13 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第1のTiN層51の膜厚は、層間絶縁膜2の上部にお
いて、例えば20nmである。本プラズマCVD工程に
おいては、TiCl4 およびH2 の流量は共に小さく、
しかも混合比は良好なステップカバレッジが得られる第
2のプラズマCVD条件と同様であるので、基板温度が
410℃と比較的低温であるにもかかわらず、ECRプ
ラズマにより解離された高密度水素プラズマによりTi
Cl4 が十分に還元され、下地Ti層との界面に塩素が
偏析することなく、純度の高いTiNがステップカバレ
ッジ良く堆積する。
例1と同じであるので、重複する説明を省略する。引き
続くTiN層の形成は次の2段階プラズマCVDによ
る。まずTiCl4 およびH2 の流量を共に小さくした
下記条件により、図1(c)に示すように第1のTiN
層51を形成する。 TiCl4 5〜10 sccm N2 8 sccm H2 7〜13 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第1のTiN層51の膜厚は、層間絶縁膜2の上部にお
いて、例えば20nmである。本プラズマCVD工程に
おいては、TiCl4 およびH2 の流量は共に小さく、
しかも混合比は良好なステップカバレッジが得られる第
2のプラズマCVD条件と同様であるので、基板温度が
410℃と比較的低温であるにもかかわらず、ECRプ
ラズマにより解離された高密度水素プラズマによりTi
Cl4 が十分に還元され、下地Ti層との界面に塩素が
偏析することなく、純度の高いTiNがステップカバレ
ッジ良く堆積する。
【0037】引き続き、TiCl4 およびH2 の流量を
共に高めた第2のプラズマCVD工程を下記条件により
施し、図1(d)に示すように第2のTiN層52を形
成する。このプラズマCVD条件は、実施例1の第2の
プラズマCVD工程の条件と同一である。 TiCl4 20 sccm N2 8 sccm H2 26 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第2のTiN層52の膜厚は、接続孔3の底部において
例えば30nmである。本プラズマCVD工程において
は、前実施例と同様にTiCl4 の表面反応律速とな
り、良好なステップカバレッジの第2のTiN層52が
堆積する。TiCl4 およびH2 の流量を共に高めてい
るものの、第1のプラズマCVD工程からの連続プロセ
スであるので、H2 プラズマの生成は極めて安定してお
り、TiCl4 は十分に還元され、低塩素含有量のTi
Nの堆積が可能である。また、同じく第1のプラズマC
VD工程からの連続プロセスであるので、被処理基板の
表面温度もプラズマの輻射熱で第1のプラズマCVD工
程時より上昇しており、これも還元反応の促進と塩素含
有量の低下に寄与する。Al系金属層6を堆積は実施例
1と同じであるので、重複する説明を省略する。
共に高めた第2のプラズマCVD工程を下記条件により
施し、図1(d)に示すように第2のTiN層52を形
成する。このプラズマCVD条件は、実施例1の第2の
プラズマCVD工程の条件と同一である。 TiCl4 20 sccm N2 8 sccm H2 26 sccm ガス圧力 0.13 Pa マイクロ波パワー 2.8〜2.9 Kw(2.45
GHz) 基板ステージ温度 410 ℃ 第2のTiN層52の膜厚は、接続孔3の底部において
例えば30nmである。本プラズマCVD工程において
は、前実施例と同様にTiCl4 の表面反応律速とな
り、良好なステップカバレッジの第2のTiN層52が
堆積する。TiCl4 およびH2 の流量を共に高めてい
るものの、第1のプラズマCVD工程からの連続プロセ
スであるので、H2 プラズマの生成は極めて安定してお
り、TiCl4 は十分に還元され、低塩素含有量のTi
Nの堆積が可能である。また、同じく第1のプラズマC
VD工程からの連続プロセスであるので、被処理基板の
表面温度もプラズマの輻射熱で第1のプラズマCVD工
程時より上昇しており、これも還元反応の促進と塩素含
有量の低下に寄与する。Al系金属層6を堆積は実施例
1と同じであるので、重複する説明を省略する。
【0038】本実施例によれば、プラズマCVD初期に
TiCl4 およびH2 の流量を共に小流量とする2段階
成膜により、低塩素含有量でステップカバレッジのよい
TiN層を形成することが可能である。
TiCl4 およびH2 の流量を共に小流量とする2段階
成膜により、低塩素含有量でステップカバレッジのよい
TiN層を形成することが可能である。
【0039】以上、2段階プラズマCVD法につき3種
の実施例を説明したが、より一層の理解の促進のため、
各実施例のガスフローのチャートを図4(a)〜(c)
にまとめて示す。図4(a)は実施例1に、図4(b)
は実施例2に、そして図4(c)は実施例3にそれぞれ
対応するものである。横軸の区間1は第1のプラズマC
VD工程を、区間2は第2のプラズマCVD工程をそれ
ぞれ示す。なお同図では、横軸の時間、縦軸の流量とも
に任意値である。
の実施例を説明したが、より一層の理解の促進のため、
各実施例のガスフローのチャートを図4(a)〜(c)
にまとめて示す。図4(a)は実施例1に、図4(b)
は実施例2に、そして図4(c)は実施例3にそれぞれ
対応するものである。横軸の区間1は第1のプラズマC
VD工程を、区間2は第2のプラズマCVD工程をそれ
ぞれ示す。なお同図では、横軸の時間、縦軸の流量とも
に任意値である。
【0040】本発明は以上の実施例に限定されるもので
はなく、各種の実施態様が可能である。例えば、Ti系
ガスとしてTiCl4 を例示したが、先述した各種ハロ
ゲン化チタンを用いることができる。また、有機チタン
化合物を用いて2段階プラズマCVDを施せば、TiN
層中の残留炭素を低減し、シート抵抗を小さくすること
ができる。
はなく、各種の実施態様が可能である。例えば、Ti系
ガスとしてTiCl4 を例示したが、先述した各種ハロ
ゲン化チタンを用いることができる。また、有機チタン
化合物を用いて2段階プラズマCVDを施せば、TiN
層中の残留炭素を低減し、シート抵抗を小さくすること
ができる。
【0041】窒素系ガスとしてN2 を例示したが、NH
3 、N2 H4 等、窒素原子を有するガスを適宜用いるこ
とができる。また混合ガス中にAr等の希ガスを添加し
てスパッタリングイールドを向上してもよい。さらに、
O2 等酸素系ガスを添加して、TiONをバリアメタル
層として用いる場合にも本発明の効果は発揮される。
3 、N2 H4 等、窒素原子を有するガスを適宜用いるこ
とができる。また混合ガス中にAr等の希ガスを添加し
てスパッタリングイールドを向上してもよい。さらに、
O2 等酸素系ガスを添加して、TiONをバリアメタル
層として用いる場合にも本発明の効果は発揮される。
【0042】実施例中においては、ガス流量の切り替え
をTiN層の成膜中に一回行う2段階プラズマCVDと
したが、本発明の技術的思想によれば、さらに多段階の
切り替えを施してもよい。またステップ的な切り替えで
はなく、ガス流量を滑らかに増減してゆく切り替えであ
ってもよい。
をTiN層の成膜中に一回行う2段階プラズマCVDと
したが、本発明の技術的思想によれば、さらに多段階の
切り替えを施してもよい。またステップ的な切り替えで
はなく、ガス流量を滑らかに増減してゆく切り替えであ
ってもよい。
【0043】プラズマCVD装置としてECRプラズマ
CVD装置を用いたが、平行平板型プラズマCVD装
置、ヘリコン波プラズマCVD装置、ICP(Indu
ctively Coupled Plasma)CV
D装置、TCP(Transformer Coupl
ed Plasma)CVD装置等、あらゆる形式の装
置においても本発明の効果は得られる。またプラズマと
同時に低圧Hgランプやエキシマレーザ等、励起光ビー
ムを照射する光プラズマCVDであってもよい。
CVD装置を用いたが、平行平板型プラズマCVD装
置、ヘリコン波プラズマCVD装置、ICP(Indu
ctively Coupled Plasma)CV
D装置、TCP(Transformer Coupl
ed Plasma)CVD装置等、あらゆる形式の装
置においても本発明の効果は得られる。またプラズマと
同時に低圧Hgランプやエキシマレーザ等、励起光ビー
ムを照射する光プラズマCVDであってもよい。
【0044】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のプラズマCVD方法によれば、ガスの混合比を変えた
2段階プラズマCVDを施すことにより、TiN層中の
塩素や炭素等の残留不純物を低減し、ステップカバレッ
ジのよいバリアメタル層を形成することが可能となっ
た。
のプラズマCVD方法によれば、ガスの混合比を変えた
2段階プラズマCVDを施すことにより、TiN層中の
塩素や炭素等の残留不純物を低減し、ステップカバレッ
ジのよいバリアメタル層を形成することが可能となっ
た。
【0045】さらに本発明のプラズマCVDによれば、
コンタクト抵抗が小さく、Al系金属配線のアフターコ
ロージョンの虞れのないTiN層の形成が可能となり、
信頼性にすぐれたコンタクトプラグを形成することがで
きる。
コンタクト抵抗が小さく、Al系金属配線のアフターコ
ロージョンの虞れのないTiN層の形成が可能となり、
信頼性にすぐれたコンタクトプラグを形成することがで
きる。
【0046】上記効果により、本発明はディープ・サブ
ミクロンクラスの微細なデザインルールに基づく多層配
線を有する半導体装置およびその製造方法に寄与すると
ころ大であり、本発明の産業上の利用価値は高い。
ミクロンクラスの微細なデザインルールに基づく多層配
線を有する半導体装置およびその製造方法に寄与すると
ころ大であり、本発明の産業上の利用価値は高い。
【図1】本発明を適用した実施例1、2および3をその
工程順に説明する概略断面図であり、(a)は半導体基
板上の層間絶縁膜に接続孔を開口した状態、(b)はT
i層を形成した状態、(c)は第1のTiN層を形成し
た状態、(d)は第2のTiN層を形成した状態、
(e)はAl系金属層を形成した状態である。
工程順に説明する概略断面図であり、(a)は半導体基
板上の層間絶縁膜に接続孔を開口した状態、(b)はT
i層を形成した状態、(c)は第1のTiN層を形成し
た状態、(d)は第2のTiN層を形成した状態、
(e)はAl系金属層を形成した状態である。
【図2】本発明の実施例で用いたECRプラズマCVD
装置の一構成例を示す概略断面図である。
装置の一構成例を示す概略断面図である。
【図3】TiN層の膜厚と抵抗値の関係を示すグラフで
あり、図中、曲線Aは本発明を、曲線Bは従来例をそれ
ぞれ示す。
あり、図中、曲線Aは本発明を、曲線Bは従来例をそれ
ぞれ示す。
【図4】本発明を適用した実施例1、2および3のプラ
ズマCVD方法のガスフローを示すチャートである。
ズマCVD方法のガスフローを示すチャートである。
【図5】従来例の説明に供する、コリメーション・スパ
ッタリング装置の一構成例を示す概略断面図である。
ッタリング装置の一構成例を示す概略断面図である。
【図6】従来例の問題点をその工程順に説明する概略断
面図であり、(a)は半導体基板上の層間絶縁膜に接続
孔を開口した状態、(b)はTi層を形成した状態、
(c)はTiN層を形成した状態、(d)はAl系金属
層を形成した状態である。
面図であり、(a)は半導体基板上の層間絶縁膜に接続
孔を開口した状態、(b)はTi層を形成した状態、
(c)はTiN層を形成した状態、(d)はAl系金属
層を形成した状態である。
1 半導体基板 2 層間絶縁膜 3 接続孔 4 Ti層 5 TiN層 51 第1のTiN層 52 第2のTiN層 6 Al系金属層 7 ボイド 11 被処理基板 12 基板ステージ 19 TiCl4 バーニング装置 20 加熱ガス配管 21 コリメータ
Claims (5)
- 【請求項1】 Ti系ガス、H2 および窒素系ガスを含
む混合ガスを用いて被処理基板上にTiNを形成するプ
ラズマCVD方法において、 該混合ガス中の前記Ti系ガスの混合比を小とした第1
のプラズマCVD工程と、 該混合ガス中の前記Ti系ガスの混合比を大とした第2
のプラズマCVD工程とをこの順に施すことを特徴とす
る、プラズマCVD方法。 - 【請求項2】 Ti系ガス、H2 および窒素系ガスを含
む混合ガスを用いて被処理基板上にTiNを形成するプ
ラズマCVD方法において、 該混合ガス中の前記H2 の混合比を大とした第1のプラ
ズマCVD工程と、 該混合ガス中の前記H2 の混合比を小とした第2のプラ
ズマCVD工程とをこの順に施すことを特徴とする、プ
ラズマCVD方法。 - 【請求項3】 Ti系ガス、H2 および窒素系ガスを含
む混合ガスを用いて被処理基板上にTiNを形成するプ
ラズマCVD方法において、 該混合ガス中の前記Ti系ガスとH2 の混合比を共に小
とした第1のプラズマCVD工程と、 該混合ガス中の前記Ti系ガスとH2 の混合比を共に大
とした第2のプラズマCVD工程とをこの順に施すこと
を特徴とする、プラズマCVD方法。 - 【請求項4】 Ti系ガスは、ハロゲン化チタンおよび
有機チタン化合物のうちのいずれかであることを特徴と
する、請求項1、2および3記載のプラズマCVD方
法。 - 【請求項5】 窒素系ガスは、N2 、NH 3およびN2
H4 のうちのいずれかであることを特徴とする、請求項
1、2および3記載のプラズマCVD方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6139765A JPH088212A (ja) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | プラズマcvd方法 |
| US08/489,765 US5840628A (en) | 1994-06-22 | 1995-06-13 | Plasma CVD method for depositing tin layer |
| KR1019950015928A KR960001188A (ko) | 1994-06-22 | 1995-06-15 | 플라즈마 cvd방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6139765A JPH088212A (ja) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | プラズマcvd方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH088212A true JPH088212A (ja) | 1996-01-12 |
Family
ID=15252879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6139765A Pending JPH088212A (ja) | 1994-06-22 | 1994-06-22 | プラズマcvd方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5840628A (ja) |
| JP (1) | JPH088212A (ja) |
| KR (1) | KR960001188A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980060529A (ko) * | 1996-12-31 | 1998-10-07 | 김영환 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
| KR19980060642A (ko) * | 1996-12-31 | 1998-10-07 | 김영환 | 타이타늄질화막 형성방법 |
| KR100475117B1 (ko) * | 2002-11-19 | 2005-03-11 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
| JP2006169632A (ja) * | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Samsung Electronics Co Ltd | 金属化合物膜の蒸着方法及び蒸着装置 |
| JP2010263126A (ja) * | 2009-05-08 | 2010-11-18 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法及びプラズマ成膜装置 |
| JP2017201055A (ja) * | 2016-02-22 | 2017-11-09 | ウルトラテック インク | 石英起因汚染物低減pe−ald法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3254997B2 (ja) * | 1995-12-25 | 2002-02-12 | ソニー株式会社 | プラズマcvd方法、およびこれにより形成された金属膜を有する半導体装置 |
| JP2907111B2 (ja) * | 1996-04-22 | 1999-06-21 | 日本電気株式会社 | 気相成長方法及びその装置 |
| US6635569B1 (en) * | 1998-04-20 | 2003-10-21 | Tokyo Electron Limited | Method of passivating and stabilizing a Ti-PECVD process chamber and combined Ti-PECVD/TiN-CVD processing method and apparatus |
| JP3191290B2 (ja) * | 1999-01-07 | 2001-07-23 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造方法に用いられるプラズマcvd装置 |
| US6548402B2 (en) * | 1999-06-11 | 2003-04-15 | Applied Materials, Inc. | Method of depositing a thick titanium nitride film |
| US6399490B1 (en) | 2000-06-29 | 2002-06-04 | International Business Machines Corporation | Highly conformal titanium nitride deposition process for high aspect ratio structures |
| US6403478B1 (en) | 2000-08-31 | 2002-06-11 | Chartered Semiconductor Manufacturing Company | Low pre-heat pressure CVD TiN process |
| JP4545433B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2010-09-15 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜方法 |
| KR100714269B1 (ko) * | 2004-10-14 | 2007-05-02 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자 제조에 사용되는 금속층 형성방법 |
| KR100763506B1 (ko) * | 2005-06-27 | 2007-10-05 | 삼성전자주식회사 | 커패시터 제조 방법 |
| TW201036065A (en) * | 2009-03-20 | 2010-10-01 | Nanya Technology Corp | Method of forming multi metal layers thin film on wafer |
| KR101294009B1 (ko) * | 2012-01-03 | 2013-08-07 | (재)한국나노기술원 | 나노 그레이스케일 패턴의 활성층을 포함하는 광전자 소자 및 그 제조방법 |
| US9573806B2 (en) * | 2013-03-11 | 2017-02-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | MEMS device structure with a capping structure |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE69216747T2 (de) * | 1991-10-07 | 1997-07-31 | Sumitomo Metal Ind | Verfahren zur Bildung eines dünnen Films |
| US5246881A (en) * | 1993-04-14 | 1993-09-21 | Micron Semiconductor, Inc. | Low-pressure chemical vapor deposition process for depositing high-density, highly-conformal, titanium nitride films of low bulk resistivity |
| US5665640A (en) * | 1994-06-03 | 1997-09-09 | Sony Corporation | Method for producing titanium-containing thin films by low temperature plasma-enhanced chemical vapor deposition using a rotating susceptor reactor |
| US5545574A (en) * | 1995-05-19 | 1996-08-13 | Motorola, Inc. | Process for forming a semiconductor device having a metal-semiconductor compound |
-
1994
- 1994-06-22 JP JP6139765A patent/JPH088212A/ja active Pending
-
1995
- 1995-06-13 US US08/489,765 patent/US5840628A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-06-15 KR KR1019950015928A patent/KR960001188A/ko not_active Withdrawn
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960001188A (ko) | 1996-01-25 |
| US5840628A (en) | 1998-11-24 |
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