DE69123807T2

DE69123807T2 - Verfahren zum Verbessern der Eigenschaften einer Dünnschicht auf einem Substrat

Info

Publication number: DE69123807T2
Application number: DE69123807T
Authority: DE
Inventors: Haim Gilboa; Roderick C Mosely
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2011-10-01
Also published as: KR920006533A; EP0477990B1; EP0477990A3; JPH0677216A; DE69123807D1; EP0477990A2; ES2095280T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften eines dünnen Films auf einem Substrat.
Nach der Abscheidung bestimmter dünner Filme auf einem Substrat, die zum Beispiel aus Titaniumnitrid bestehen, war es üblich, die abgeschiedenen dünnen Filme der Luft auszusetzen und dann den abgeschiedenen dünnen Film zu tempern. Das Tempern erfolgte durch Erwärmen des Substrats mit dem abgeschiedenen dünnen Film in einem Ofen mit einer Atmosphäre aus Stickstoff oder Formungsgas.
Die Luftexposition und/oder das Tempern in einem Ofen wurden durchgeführt, damit Stickstoff und Sauerstoff mit dem abgeschiedenen dünnen Film reagieren können. Ein Ergebnis der Luftexposition und/oder des Temperns ist die Verbesserung der Barriereeigenschaften zwischen dem abgeschiedenen dünnen Film und den anschließend abgeschiedenen Schichten. Wenn zum Beispiel Aluminium über einem dünnen Film aus Titaniumnitrid abgeschieden wird, hat sich gezeigt, daß die Luftexposition und/oder das Tempern des Films aus Titaniumnitrid die Aluminiummenge verringert, die in den Titaniumnitridfilm diffundiert. Ferner verringert die Luftexposition und/oder das Tempern auch die Menge an freiem Titanium, die in die anschließend abgeschiedene Aluminiumschicht diffundiert. Eine derartige Verringerung der Diffusion führt zu einer verbesserten Zuverlässigkeit der Vorrichtung.
Ein Nachteil bei den zuvor besprochenen Verfahren nach dem Stand der Technik ist die Zeitdauer, die zur Entfernung der Substrate aus einer Vakuumabscheidungskammer erforderlich ist, um den abgeschiedenen dünnen Film der Luft auszusetzen. Ferner ist die Verbesserung der Barriereeigenschaften durch Luftexposition besonders zeitraubend und ein schwer zu regulierendes Verfahren.
Die Schrift EP-A-0 452 891 offenbart ein Verfahren zur Bildung einer leitenden Schicht aus Titaniumsilicid auf einem Siliciumhalbleiterwafer, umfassend die Schritte der Bildung einer Titaniumschicht auf dem Wafer in sauerstoffhaltigen Gasen; der Übertragung des titaniumbeschichteten Wafers in eine abgedichtete Temperkammer ohne im wesentlichen die soeben gebildete Titaniumschicht Sauerstoff und/oder sauerstoffhaltigen Gasen auszusetzen; und des Temperns des titaniumbeschichteten Siliciumhalbleiterwafers in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre in der zweiten Temperkammer und in der wesentlichen Abwesenheit von Sauerstoff und/oder sauerstoffhaltigen Gasen.
Die Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren zur Verbesserung der Barriereeigenschaften eines dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat nach dem unabhängigen Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Einzelheiten des Verfahrens gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Die Erfindung schafft ein Plasma- oder thermisches Temperverfahren zur Verbesserung der Barriereeigenschaften abgeschiedener dünner Filme. Sie betrifft ein Plasma- oder thermisches Temperverfahren, das in der Herstellung von Vorrichtungen auf Substraten verwendet wird, das verbesserte Barriereeigenschaften eines dünnen Films wie Titaniumnitridfilms erzielt.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften dünner Filme, die auf einem Substrat abgeschieden sind, gezeigt. Erstens wird eine Schicht des dünnen Films auf einem Substrat wie durch Zerstäuben abgeschieden. Dann wird die abgeschiedene Schicht des dünnen Films ohne Entfernung des Substrats von der Vakuumumgebung getempert. Das Tempern kann ein Plasmatempern oder ein thermisches Tempern sein. Das Abscheiden und Tempern kann in derselben Kammer ausgeführt werden oder kann in verschiedenen Kammern ausgeführt werden, vorausgesetzt, das Substrat kann zwischen Kammern übertragen werden, während es in einer Vakuumumgebung bleibt.
Figur 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das eine Zerstäubungsvorrichtung zeigt, die für ein Zerstäubungsabscheideverfahren gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Kammer, in der ein Plasma- oder thermisches Tempern gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Blockdiagramm einer Halbleiterverarbeitungsvorrichtung, die eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Vakuumverarbeitungskammern enthält.
Figur 4 ist eine zerstäubte Neutralmassenspektroskopie- (in der Folge SNMS-) Graphik, welche die Konzentration verschiedener Atome in dem Film nach dem Erwärmen von Titaniumnitrid auf Silicium zeigt, auf dem Aluminium 90 Minuten bei 450ºC unter Vakuum abgeschieden wurde.
Figur 5 ist eine SNMS-Graphik, welche die Konzentration verschiedener Atome zeigt, nachdem Titaniumnitrid auf Silicium Luft ausgesetzt wurde, ein Aluminiumfilm darauf abgeschieden und dann 90 Minuten bei 450ºC getempert wurde.
Figur 6 ist eine SNMS-Graphik, welche die Konzentration verschiedener Atome zeigt, nachdem Titaniumnitrid auf Silicium mit Sauerstoff plasmagetempert wurde. Nach dem Abscheiden von Aluminium wurde die schichtförmige Struktur 90 Minuten bei 450ºC getempert.
Figur 7 ist eine SNMS-Graphik, welche die Konzentration verschiedener Atome zeigt, nachdem Titaniumnitrid auf Silicium mit Distickstoffoxid plasmagetempert wurde. Nach dem Abscheiden von Aluminium wurde die schichtförmige Struktur 90 Minuten bei 450ºC getempert.
Figur 8 ist eine Graphik der Schichtbeständigkeit der Aluminiumschicht der schichtenförmigen Struktur von Figur 7 gegenüber der Temperzeit.
Das Verfahren der Erfindung kann bei einer Vielzahl dünner Filmmaterialien angewendet werden. Zum Beispiel können die Barriereeigenschaften eines abgeschiedenen dünnen Films aus Titaniumnitrid durch Plasmatempern des abgeschiedenen dünnen Films mit Distickstoffoxid (N&sub2;O) oder Sauerstoff (O&sub2;) verbessert werden. Die Barriereeigenschaften eines abgeschiedenen dünnen Films aus Titaniumwolfram können durch Plasmatempern des abgeschiedenen dünnen Films mit Stickstoff oder Ammoniak verbessert werden. Die Barriereeigenschaften eines abgeschiedenen dünnen Films aus Tantalnitrid können durch Plasmatempern des abgeschiedenen dünnen Films mit Distickstoffoxid oder Sauerstoff verbessert werden. Die dünnen Filme können durch Zerstäuben abgeschieden werden.
Die hierin beschriebenen Techniken können auch zur Verbesserung anderer Eigenschaften der abgeschiedenen dünnen Filme verwendet werden. Zum Beispiel kann ein dünner Film aus Aluminium in Fluor oder Stickstofftrifluorid (NF&sub3;) plasmagetempert werden, um ein Kornwachstum, eine Ätzhügelbildung zu verhindern und die Elektromigrationsbeständigkeit zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung weist gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik viele Vorteile auf. Zum Beispiel kann das vorliegende Verfahren ohne Entfernung eines Substrats aus der Vakuumkammer durchgeführt werden, in der die Abscheidung erfolgt. Bei Ausführung eines Plasmatemperns wird auch das abgeschiedene dünne Filmmaterial mit Ionen, Neutralteilchen und angeregten Gasmolekülen beschossen. Ein solcher Beschuß erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen den Gasmolekülen und dem abgeschiedenen dünnen Filmmaterial. Ferner ist das Plasmatemperverfahren leicht regulierbar, da sich die Beschußenergie der Gasmoleküle mit der Betriebsstromversorgung und dem atmosphärischen Druck innerhalb der Plasmatemperkammer ändert. Schließlich kann das vorliegende Verfahren ohne großen Zeitaufwand durchgeführt werden.
Die Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Das Verfahren ist unter Verwendung eines Siliciumhalbleiterwafers dargestellt, es können aber statt dessen andere Substrate verwendet werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Das Verfahren wird durch eine Zerstäubungsabscheidung der dünnen Filme dargestellt.
In Figur 1 ist eine Zerstäubungsvorrichtung dargestellt. Ein Wafer 30 wird zunächst in eine Zerstäubungskammer 40 eingebracht, die eine obere Wand 42 und Seitenwände 48 umfaßt. Der Wafer 30 wird auf einem Waferauflageelement wie einem zylindrischen oder ringförmigen Waferauflageelement 50 positioniert. Das Waferauflageelement 50 ist mit einem vergrößerten oberen Flansch 52 versehen, dessen Durchmesser geeignet ist, eine Auflage für den Wafer 30 zu bilden. Das Waferauflageelement 50 kann an den Seitenwänden 48 der Kammer 40 durch Stifte oder Klemmen 56 befestigt sein.
Die Kammer 40 ist ferner mit einer Zerstäubungsgas-Einlaßöffnung 44 versehen, die an eine Quelle von Zerstäubungsgas wie Argon (nicht dargestellt) angeschlossen ist. Das Zerstäubungsgas wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 Standardkubikzentimetern pro Minute (sccm) bis etwa 300 sccm in die Kammer 40 geleitet. Eine Auslaßöffnung 49 in der Kammer 40 ist mit einer Vakuumpumpe über eine Leitung 46 verbunden, um einen Druck in der Zerstäubungskammer 40 im Bereich von etwa 1 bis etwa 8 Millitorr¹ aufrechtzuerhalten.
¹ 1 Millitorr = 1,3×10&supmin;&sup6; Bar
An der oberen Wand 42 der Kammer 40 ist ein Aluminiumtarget 60 befestigt, das von den geerdeten Seitenwänden 48 der Kammer 40 durch Isolatoren 62 isoliert ist. Das Target 60 ist elektrisch an dem negativen Anschluß einer Stromversorgung 66 angeschlossen. Die Stromversorgung 66 hat einen einstellbaren (rückstellbaren) Leistungspegel.
Ein zylindrisches Abschirmelement 70 ist um das Target 60 und an der oberen Wand 42 der Kammer 40 befestigt. Das zylindrische Abschirmelement 70 ist mit einem unteren Flansch oder einer Schulter 72 und einer nach oben ragenden inneren Lippe 74 versehen, die einem Klemmring 80 umfaßt, der die Ränder der oberen Oberfläche des Wafers 30 erfaßt, wenn der Wafer 30 in eine Zerstäubungsposition angehoben wird, und den Wafer 30 mit einer kreisförmigen Waferauflageplattform 100 abdichtet.
Die Waferauflageplattform 100 wird zum Anheben des Wafers 30 von der Waferauflage 50 und in eine Position innerhalb der Abschirmung 70 und unterhalb des Targets 60 verwendet, so daß eine Zerstäubungsabscheidung von zum Beispiel einer Aluminiumschicht auf dem Wafer 30 möglich ist. Die Waferauflageplattform 100 dient auch als Heizelement, Wärmestabilisierungselement und Spannelement für den Wafer 30.
Die Plattform 100 wird zunächst in eine Position angehoben, in der sie den Wafer 30 von der zylindrischen Auflage 50 durch ein Hebemittel 110 abhebt, das zum Beispiel einen Hydrozylinder umfaßt, der an die Plattform 100 über eine Hohlwelle oder Stange 114 gekoppelt ist.
Die Plattform 100 enthält auch Heizmittel 120, die einen elektrischen Widerstandsofen umfassen, der durch die Hohlwelle 114 elektrisch an eine Heizenergiequelle 124 gekoppelt ist. Das Heizmittel 120 dient zur anfänglichen Erwärmung des Wafers 30, wenn das Zerstäubungsabscheideverfahren beginnt. Die Plattform 100 kann ferner mit Kühlmitteln wie Wasserkühlspulen (nicht dargestellt) versehen sein, um die Temperatur der Plattform 100 noch mehr zu stabilisieren.
Zur Stabilisierung der Temperatur des Wafers 30 während eines Teils des Zerstäubungsverfahrens ist die Plattform 100 ferner mit einer Krone 104 neben dem Rand der konvexen oberen Oberfläche 102 der Plattform 100 versehen. Die Krone 104 wirkt mit dem Klemmring 80 zum Abdichten der Ränder der hinteren Oberfläche des Wafers 30 an der oberen Oberfläche 102 der Plattform 100 zusammen, wodurch dazwischen eine abgedichtete Kammer mit einer Dicke von etwa 1 bis 2 µm zwischen der hinteren Oberfläche des Wafers 30 und der oberen Oberfläche 102 der Plattform 100 entsteht, in die ein thermisch leitendes Gas wie Argon durch eine Öffnung 106 in der oberen Oberfläche 102 der Plattform 100 während eines Teils des Verfahrens eingeleitet werden kann.
Das thermisch leitende Gas, das von einer Gasquelle 108 durch die Hohlwelle 114 zugeführt wird, dient zur thermischen Kopplung des Wafers 30 an die Plattform 100. Wenn sich übermäßige Wärme in dem Wafer 30 während des Zerstäubungsverfahren aufstaut, wird diese Wärme durch das Gas von dem Wafer 30 auf die Plattform 100 übertragen, die eine viel größere Masse als der Wafer besitzt und dadurch als großes Wärmeabfuhrelement zur Aufnahme der zusätzlichen Wärme bei deren Erzeugung dient.
Der Wafer 30 kann in bezug auf die geerdete Kammer 40 durch die Plattform 100 und den Klemmring 80 von einer Vorspannungsquelle 130 elektrisch vorgespannt werden. Diese Vorspannung kann eine Gleich- oder Wechselspannung sein, die an den Wafer 30 angelegt wird.
Nachdem ein dünner Film auf einem Wafer abgeschieden wurde, wird ein Plasma- oder thermisches Tempern des abgeschiedenen dünnen Films zur Verbesserung der Grenzeigenschaften an der Oberseite des abgeschiedenen dünnen Films durchgeführt. Zum Beispiel kann ein dünner Titaniumnitrid- (TiN-) Film, auf dem ein Aluminium- (Al-) Film abgeschieden wird, plasma- oder thermisch getempert werden, um eine Interdiffusion in die Filme zu verringern.
Das Plasma- oder thermische Tempern kann in der Kammer 40 ausgeführt werden oder das Plasmatempern kann in einer separaten Kammer ausgeführt werden. Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Kammer 140, die zur Durchführung eines Plasma- oder thermischen Temperns aufgebaut ist. Der Wafer wird auf einem Heizelement 134 innerhalb der Kammer 140 positioniert. Das Heizelement 134 kann den Wafer 30 auf eine Temperatur zwischen etwa 300ºC und 500ºC erwärmen, um ein thermisches Tempern durchzuführen.
Beim Plasmatempern liefert eine Hochfrequenz- (HF-) Leistungsquelle 12 die Leistung. Ein Anpassungsnetzwerk 81 paßt die Impedanzen für eine effiziente Leistungsübertragung an. Eine Gleichspannung ist an einem Eingang 82 vorgesehen.
Während der Plasmatemperschritte beträgt der Druck in der Kammer 140 etwa 0,67 Pa (5 Millitorr). Ein Wafer-Gleichspannungskreis liefert eine Gleichspannung von 200 Volt bei Eingang 82. Die HF-Wäferleistungsquelle 12 liefert ein 60 Megahertz-Signal bei 550 Watt. Das Plasma wird etwa eine Minute erzeugt. Die Verarbeitungszeiten und andere Parameter können jedoch geändert werden, um eine optimale Verbesserung eines bestimmten Barrierefilms zu erzielen.
Das Verfahren der Erfindung ist nicht auf die Verbesserung von Titaniumnitridfilmen beschränkt; es können verschiedene Plasmatempergase und/oder verschiedene abgeschiedene dünnen Filmmaterialien verwendet werden. Zum Beispiel kann zur Verbesserung der Barriereeigenshaften von Titaniumnitrid (TiN) das Plasmatemperverfahren unter Verwendung eines Plasmas durchgeführt werden, das aus Sauerstoff erzeugt wird. Ebenso können die Barriereeigenschaften eines Titaniumwolfram- (TiW-) Films verbessert werden, indem ein Plasmatemperverfahren unter Verwendung eines Plasmas durchgeführt wird, das aus Stickstoff (N&sub2;) oder Ammoniak (NH&sub3;) erzeugt wird; oder die Barriereeigenschaften eines dünnen Films aus Tantalnitrid (TaN) können verbessert werden, indem ein Plasmatemperverfahren unter Verwendung eines Plasmas durchgefürht wird, das aus Distickstoffoxid oder Sauerstoff erzeugt wird.
Zusätzlich kann ein Plasma- oder thermisches Tempern nach dem Abscheiden eines dünnen Films aus anderen Gründen als nur zur Verbesserung von Barriereeigenschaften ausgeführt werden. Zum Beispiel kann nach dem Abscheiden eines dünnen Films aus Aluminium ein zweites Plasmatempern unter Verwendung von Fluor (F&sub2;) oder Stickstofftrifluorid (NF&sub3;) durchgeführt werden, um ein Kornwachstum in dem Aluminiumfilm zu verhindern.
Während das oder die Plasma- oder thermische(n) Temperverfahren in derselben Verfahrenskammern durchgeführt werden können, in der die Filme durch Zerstäubung abgescheiden werden, ist es auch möglich, das Plasma- oder thermische Tempern in einer anderen Kammer auszuführen, vorausgesetzt, der Wafer, auf dem der dünne Film abgeschieden wird, bleibt während der Übertragung zwischen den Kammern unter Vakuum.
Zum Beispiel zeigt Figur 3 eine Draufsicht auf eine Halbleiterverarbeitungsvorrichtung 1, in der eine Zerstäubungsabscheidung eines dünnen Films in einer Kammer vor der Beförderung in eine andere Kammer für ein Plasma- oder thermisches Tempern ausgeführt werden kann. Die Halbleiterverarbeitungsvorrichtung 1 ermöglicht die Beförderung von Wafern zwischen den Kammern, während die Wafer unter Vakuum bleiben.
Wafer treten in die Halbleiterverarbeitungsvorrichtung 1 durch Kasettenladeschleusen. Zum Beispiel hält in einer Ladeschleusenkammer 8 eine Waferkassette 11 Wafer. In einer anderen Ladeschleusenkammer 9 hält eine Waferkassette 15 andere Wafer. Die Ladeschleusenkammer 8 und die Ladeschleusenkammer 9 können getrennt und einzeln ausgepumpt werden.
Die Halbleiterverarbeitungsvorrichtung 1 enthält zum Beispiel eine Entgasungs/Trocknungs-Ausrichtekammer 5, eine Vorreinigungskammer 13, eine physikalische Dampfabscheide- (PVD-) Kammer 16, eine PVD-Kammer 17, eine PVD-Kammer 18, eine PVD-Kammer 19, eine Abkühlungskammer 14, eine Plasmatemperkammer 20 und eine Abkühlungskammer 6. Eine Übertragungskammer 21 kann zur vorübergehenden Ablage von Wafern auf einer Robotervorrichtung 7 verwendet werden, wenn Wafer in oder aus verschiedenen Kammern bewegt werden sollen. Ebenso kann eine Übertragungskammer 22 zur vorübergehenden Ablage von Wafern auf einer Robotervorrichtung 23 verwendet werden, wenn Wafer in oder aus verschiedenen Kammern bewegt werden sollen. Alle Kammern mit Ausnahme der Ladeschleusenkammer 8 und der Ladeschleusenkammer 9 bleiben während der Verarbeitung der Wafer unter Vakuum. Zum Beispiel kann ein Tempern durch Distickstoffoxid zum Beispiel in Kammer 13 durchgeführt werden.
Ein Titaniumnitridfilm wurde auf einem Siliciumsubstrat abgeschieden und darauf ein dünner Aluminiumfilm abgeschieden. Die schichtenförmige Struktur wurde thermisch durch Erwärmen über 90 Minuten bei 450ºC getempert.
Figur 4 ist eine SNMS-Graphik der erhaltenen dünnen Filme. Wie mit Bezugnahme auf Figur 4 ersichtlich ist, sind Titanium und Stickstoff sowohl in die darunterliegende Silicium- als auch die darüberliegende Aluminiumschicht migriert. Das Aluminium ist auch in den Titaniumnitridfilm migriert.
Ein Plasma- oder thermisches Tempern gemäß dem Verfahren nach dem Stand der Technik wurde durchgeführt, indem ein Titaniumnitridfilm auf Silicium eine halbe Stunde Luft ausgesetzt wurde. Aluminium wurde darauf abgeschieden und dann wurde die schichtenförmige Struktur thermisch getempert.
Figur 5 ist eine SNMS-Graphik der erhaltenen dünnen Filme. Wie in Figur 5 ersichtlich ist, sind Titanium und Stickstoff sowohl in das darunterliegende Siliciumsubstrat als auch in die darüberliegende Aluminiumschicht migriert. Ferner befindet sich eine Oxidschicht an der Grenzfläche zwischen dem Titaniumnitrid und dem Aluminiumfilm und das Oxid ist auch in den Titaniumnitridfilm in verschiedenen Konzentrationen migriert. Es ist offensichtlich, daß unter Anwendung dieses Verfahrens der Sauerstoffgehalt und die Tiefe der Oxidgrenzschicht sehr schwierig zu reproduzieren und zu kontrollieren ist.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung wurde ein auf Silicium abgeschiedener Titaniumnitridfilm in Sauerstoff plasmagetempert, ohne den Titaniumnitridfilm aus der Titaniumnitridabscheidekammer vor dem Abscheiden eines Aluminiumfilms darauf zu entfernen. Wie mit Bezugnahme auf Figur 6 ersichtlich ist, zeigt die SNMS-Graphik, daß keine getrennte Oxidschicht an der Grenzfläche des Titaniumnitrid- und Aluminiumfilms vorhanden ist. Obwohl es nach wie vor eine gewisse Migration von Titanium in den Aluminiumfilm und in das Siliciumsubstrat gibt, ergibt dieses Tempern in Sauerstoff eine wiederholbare, kontrollierbare Oxidation des Titaniumnitridfilms.
In einem anderen Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens wurde ein Titaniumnitridfilm eine Minute in Distickstoffoxid vor dem Abscheiden eines Aluminiumfilms darauf getempert. Wie mit Bezugnahme auf Figur 7 ersichtlich ist, zeigt die SNMS-Graphik, daß keine getrennte Oxidschicht an der Grenzfläche der Titaniumnitrid-Aluminiumfilme vorhanden ist und daß es fast keine Migration von Titanium in den Aluminiumfilm gibt.
Ein weiteres Maß für die Diffusion von Titanium in einen leitenden Aluminiumfilm ist die Messung der Änderung im Schichtbeständigkeitsverhältnis im Laufe der Zeit der schichtenförmigen Titaniumnitrid/Aluminiumstruktur von Figur 7, die bei 450ºC in Stickstoff getempert wurde. Das Schichtbeständigkeitsverhältnis ist bei der Struktur mit dem geringsten Interdiffusionsmaß am geringsten.
Figur 8 zeigt die Änderung der Schichtbeständigkeit im Laufe der Zeit bei unterschiedlichen Zerstäubungsätzleistung. Das Ausmaß der Titaniumdiffusion in den Aluminiumfilm kann durch Änderung der angelegten Leistung variiert werden. In diesem Beispiel ist das Schichtbeständigkeitsverhältnis der schichtenförmigen Struktur von Figur 7 bei einer Leistung von 150 Watt am geringsten.
Die Erfindung wurde zwar zuvor in bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben, aber es ist für den Fachmann offensichtlich, daß verschiedene andere Materialien, Gase und Substrate gemäß den beiliegenden Ansprüchen verwendet werden können.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Barriereeigenschaften eines dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat, das folgendes umfaßt:

a) Zerstäubungsabscheidung eines dünnen Films eines Kontaktbarrierematerials mit einer Verbindung aus einem Metall auf einem Substrat in einer Vakuumumgebung und

b) ohne Entfernung des Substrats von der Vakuumumgebung, Tempern des vakuumabgeschiedenen dünnen Films.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Tempern in einem Plasma erfolgt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Tempern bei erhöhter Temperatur erfolgt.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der dünne Film aus Titaniumnitrid, Titaniumwolfram oder Tantalnitrid ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem der dünne Film aus Titaniumnitrid ist und das Plasma aus Distickstoffoxid oder Sauerstoff ist.

6. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem der dünne Film aus Titaniumwolfram und das Plasma aus Stickstoff oder Ammoniak ist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem der dünne Film aus Tantalnitrid ist und das Plasma aus Distickstoffoxid oder Sauerstoff ist.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach dem Tempern des dünnen Films ein Aluminiumfilm darüber abgeschieden wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem der Aluminiumfilm in einer Vakuumumgebung getempert wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem der Aluminiumfilm durch ein Plasma aus Fluor oder Stickstofftrifluorid getempert wird.

11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sowohl Schritt a) als auch Schritt b) in derselben Vakuumkammer erfolgt.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Schritte a) und b) in separaten Vakuumkammern erfolgen.

13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich bei dem Substrat um einen Wafer, vorzugsweise einen Siliciumhalbleiterwafer, handelt.