DE69810179T2 - Titannitridfilme - Google Patents

Titannitridfilme

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Nitridfilm mit einem speziellen Aufbau, der einen niedrigen spezifischen Widerstand und eine glatte Oberfläche hat, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung dieses Films.
  • Titannitridschichten wurden bei Halbleitervorrichtungsstrukturen als Sperrschichten zur Verhinderung der Zwischendiffusion benachbarter Materialschichten, wie beispielsweise Aluminium und Silizium, verwendet. Der spezifische Widerstand von Titannitrid, der gewöhnlich größer als 100 uΩ-cm ist, beeinträchtigt die Gesamtleitfähigkeit des leitenden Schichtaufbaus, zu dem er beiträgt. Wenn die Titannitridoberfläche rau ist, spiegelt sich außerdem diese raue Oberfläche in den darüber liegenden Schichten, beispielsweise in einer darüber liegenden Aluminiumschicht. Eine raue Oberfläche auf der Aluminiumschicht macht die darauf folgenden photolithographischen Indizierungsprozessschritte schwierig, die für die Ausbildung des gesamten Halbleitervorrichtungsaufbaus erforderlich sind.
  • Das US-Patent Nr. 4,514,437 für Prem Nath, ausgegeben am 30. April 1985, offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von Dünnfilmen, wie Indiumzinnoxid, auf Substraten. Die Abscheidung bildet einen Schritt bei der Herstellung von elektronischen Halbleiter- oder photovoltaischen Vorrichtungen. Zum Verdampfen einer Quelle von Feststoffmaterial wird ein Elektronenstrahl verwendet, und zur Bereitstellung eines ionisierbaren Plasmas aus Reaktionsteilnehmergasen wird elektromagnetische Energie verwendet. Durch Hindurchführen des verdampften Feststoffmaterials durch das Plasma wird es vor dem Abscheiden auf einem Substrat aktiviert. Auf diese Weise werden das Feststoffmaterial und die Reaktionsteilnehmergase angeregt und ihre Interaktion vor dem Abscheiden der neu gebildeten Verbindung auf dem Substrat erleichtert.
  • Das US-Patent 4,944,961 für Lu et al., ausgegeben am 31. Juli 1990, beschreibt ein Verfahren für eine teilionisierte Strahlabscheidung von Metallen oder Metalllegierungen auf Substraten, wie Halbleiterwafern. Aus einem Tiegel verdampftes Metall wird teilweise beim Tiegelaustritt ionisiert, und der ionisierte Dampf wird auf das Substrat durch eine angelegte Vorspannung gezogen. Die Steuerung der Substrattemperatur soll eine nicht gleichförmige Abdeckung von abgestuften Oberflächen, wie Gräben oder Durchgängen, ermöglichen.
  • Wenn höhere Temperaturen verwendet werden, werden abgestufte Oberflächen planarisiert. Die Beispiele sind für die Aluminiumabscheidung angeführt, wo die nicht gleichförmige Abscheidung bei Substrattemperaturen im Bereich zwischen etwa 150ºC und etwa 200ºc, und die planarisierte Abscheidung bei Substrattemperaturen im Bereich zwischen etwa 250ºC und etwa 350ºC ausgeführt wird.
  • Das US-Patent 4,976,839 für Minoru Inoue, ausgegeben am 11. Dezember 1990, offenbart eine Titannitrid-Sperrschicht von 500 Å bis 2.000 Å Dicke, die durch reaktive Zerstäubung in einem gemischten Gas gebildet wird, das Sauerstoff in einem Anteil von 1 bis 5 Vol.% bezüglich der anderen Gase sowie ein Inertgas und Stickstoff enthält. Die Temperatur des Siliziumsubstrats während der Abscheidung der Titannitrid-Sperrschicht liegt in einem Bereich zwischen etwa 350ºC und etwa 500ºC während der Zerstäubung, während der spezifische Widerstand des Titannitridfilms "weniger als 100 uΩ-cm" betrug, wobei keine spezifischen Zahlen außer 100 uΩ-cm angegeben sind.
  • S. M. Rossnagel und J. Hopwood beschreiben in ihrem Artikel von 1993 mit dem Titel "Metal ion deposition from ionized magnetron sputtering discharge"*, veröffentlicht in J. Vac. Sci. Technol. B. Band 12, Nr. 1, Jan./Feb. 1994, ein Verfahren, eine herkömmliche Magnetronzerstäubung mit einem induktiv eingekoppelten HF-Plasma hoher Dichte in dem Bereich zwischen der Zerstäubungskathode und dem Substrat zu kombinieren. Eines der aufgeführten Beispiele betrifft eine Titannitridfilmabscheidung unter Verwendung einer reaktiven Zerstäubung, wobei eine Titankathode in Kombination mit einem Plasma verwendet wird, das aus einer Kombination von gasförmigem Argon und Stickstoff gebildet wird. Der spezifische Widerstand der erzeugten Filme liegt im Bereich von etwa 200 uΩ-cm bis etwa 75 uΩ-cm, wobei höhere Ionenenergien erforderlich waren, um Filme mit niedrigem spezifischen Widerstand zu erzeugen. Je höher die Ionenenergie war, desto höher wurden jedoch die Filme beansprucht. Ein Abschälen des Films war üblich bei Dicken über 700 Å, wobei nach Spaltbildung eine Schichttrennung der Abscheidungen auf Schaltungstopographieformen erfolgte.
  • Das US-Patent 5,962,923 beschreibt ein Verfahren zur Bildung einer Titannitrid aufweisenden Sperrschicht, die als eine Trägerschicht wirkt. Die Trägerschicht ermöglicht das Füllen von Öffnungen, wie Durchgängen, Löchern oder Gräben mit hohem Seitenverhältnis, und die Planarisierung eines leitenden Films, der über der Trägerschicht mit verglichen mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik reduzierten Temperaturen abgeschieden wird.
  • * Metallionenabscheidung aus einer ionisierten Magnetronzerstäubungsentladung
  • Eine Titannitrid-Sperrschicht wird besonders häufig als Teil einer leitenden Schichtung von Materialien verwendet. Um eine optimierte Funktionalität dieser Sperrschicht zu erhalten, muss die Schicht die Diffusion oder Wanderung von benachbarten Materialien durch sie unterbinden (sie muss als Sperre wirken), sie muss eine hohe Leitfähigkeit bereitstellen (einen minimalen spezifischen Widerstand haben) und sie muss eine glatte Oberfläche haben, so dass andere Materialien in der Schichtung nicht die Oberflächenrauigkeit in der Titannitridschicht widerspiegeln, wodurch die darauf folgende Lithographie schwierig gemacht würde.
  • Wesentlich ist, dass der Titannitridfilm (TiN) einen niedrigen spezifischen Widerstand hat, da bei einem typischen Zwischenverbindungsaufbau, von dem ein schematischer Querschnitt in Fig. 1A und 1B gezeigt ist, der TiN-Film als Hauptleiterbahn für die Zwischenverbindung dienen könnte. Beispielsweise hat gemäß Fig. 1A ein Zwischenverbindungsaufbau typischerweise ein dielektrisches Substrat 11, eine Diffusionssperrschicht 14 und eine darüber liegende leitende Schicht 12. Aluminium ist das am häufigsten verwendete Material für eine leitende Schicht 12. Ein Pfeil 16 zeigt die Elektronenbewegungsrichtung, den Elektronenweg, durch die leitende Aluminiumschicht 12 der Zwischenverbindung 10. Die Leitfähigkeit der leitenden Aluminiumschicht 12 kann jedoch aufgrund von Beanspruchung oder Elektromigration beeinträchtigt werden, was Hohlräume der in Fig. 1B gezeigten Art erzeugt. Der Zwischenverbindungsaufbau 20 zeigt, dass das dielektrische Substrat 21 eine Diffusionssperrschicht 24 hat, auf die eine Aluminiumschicht 22 folgt. Der Elektronenweg 26 durch die Aluminiumschicht 22 wurde aufgrund der Bildung von Hohlräumen 21 in der Aluminiumschicht 22 beeinträchtigt. Wenn die Sperrschicht 24 TiN aufweist, das einen niedrigen spezifischen Widerstand hat, kann der Elektronenweg 25 durch einen zweiten Weg 28 durch die TiN-Sperrschicht 24 unterstützt werden. Dies erleichtert die Leistungsfähigkeit der Zwischenverbindung 20, was die Leistungslebensdauer der Zwischenverbindung verlängert. In einigen Fällen kann der TiN-Sperrschicht-Elektronenweg 28 der Hauptweg der Leitfähigkeit der Zwischenverbindung 20 werden. TiN-Sperrschichten, die in herkömmlicher Weise unter Verwendung von physikalischen Gasphasenabscheidungsverfahren (Zerstäubung) aufgebracht werden, haben im Allgemeinen einen spezifischen Widerstand von mehr als etwa 100 uOhm-cm.
  • Es ist wichtig, dass der TiN-Film glatt ist (und eine geringe Oberflächenrauigkeit hat), wie es in dem US-Patent 5,962,923 offenbart ist. Wenn die Titannitrid-Sperrschicht zum Auskleiden einer Form, wie einem Kontakt, einem Graben oder einem Durchgang verwendet wird, erleichtert eine glatte Oberfläche der Titannitridschicht die Bildung der Trägerschicht in der Art, wie sie in Xu et al. beschrieben ist. Diese Trägerschicht erleichtert die Aluminiumbefüllung der Form bei geringeren Temperaturen. Xu et al. war in der Lage, eine Trägerschicht- Oberflächenrauigkeit von etwa 15 A quadratischer Mittelwert zu erreichen.
  • Eine Reduzierung des spezifischen Widerstands auf weniger als etwa 100 uOhm-cm und eine Verbesserung der Oberflächenrauigkeit über die bisher erreichte würde das Bedürfnis der Verwendung von Titannitrid-Sperrschichten erhöhen.
  • M. Kawamura et al., "Characterization of TiN films prepared by a conventional magnetron sputtering system: influence of nitrogen flow percentage and electrical properties"1), Thin Solid Films, Band 287, Nr. 1, 1996, S. 115-119, bezieht sich auf die Herstellung von Titannitridfilmen durch reaktive Zerstäubung unter Verwendung von einem Hochfrequenz-Magnetronzerstäubungssystem.
  • S. M. Rossnagel et al., "Directional sputter deposition for semiconductor applications"2), Materials Research Symposium Proceedings, Band 354, 1995, S. 503-510, beziehen sich auf die Abscheidung von Metall- und Compound-Filmen unter Verwendung einer starken Magnetron- und Flugionisierung von zerstäubten Atomen mittels eines dichten, induktiv gekoppelten HF-Plasmas.
  • W. Jiang et al., "Pulsed-laser deposition of titanium nitride"3), Materials Research Symposium Proceedings, Band 388, 1995, S. 103-108, bezieht sich auf ein Abscheidungsverfahren mit einem gepulsten Laser zur Bildung von Dünnfilmen aus Titannitrid auf (100) ausgerichteten Einkristallen von Silizium und Steinsalz.
  • A. Bendavid et al., "Deposition and modification of titanium nitride by ion assisted arc deposition"4), Journal of Vacuum Science & Technology, Teil A, Band 13, Nr. 3, 1995, S. 1658-1664, bezieht sich auf die Abscheidung von Titannitridfilmen bei Umgebungstemperatur auf Silizium- und Saphirsubstraten unter Verwendung einer Kathoden-Lichtbogenquelle für gefiltertes Titan und auf ein gleichzeitiges Bombardement aus einem Stickstoffionenstrahl niedriger Energie.
  • 1) Charakterisierung von mit einem herkömmlichen Magnetronzerstäubungssystem hergestellten TiN-Filmen: Einfluss des Stickstofffluss-Prozentsatzes und der elektronischen Eigenschaften
  • 2) Gerichtete Zerstäubungsabscheidung für Halbleiteranwendungen
  • 3) Abscheidung von Titannitrid mit gepulstem Laser
  • 3) Abscheidung von Modifizierung von Titannitrid durch ionengeschützte Lichtbogenabscheidung
  • T. Hara et al., "Properties of titanium nitride films for barrier metal in aluminium ohmic contact systems"5), Japanese Journal of Applied Physics, Band 30, Nr. 7, Teil 1, 1991, S. 1447-1451, bezieht sich auf eine Untersuchung der Eigenschaften von Titannitridfilmen, die durch reaktive Zerstäubung und Gleichstrom-Magnetronzerstäubung aus einem Verbundtarget abgeschieden werden.
  • Es wurde gefunden, dass der spezifische Widerstand von Titannitrid um 40% oder mehr (auf weniger als etwa 75 uOhm-cm, vorzugsweise auf weniger als 60 pOhm-cm und besonders bevorzugt auf weniger als etwa 50 uOhm-cm) beispielsweise und die Rauigkeit der Oberfläche um etwa 45% oder mehr (auf weniger als 11 Å, und vorzugsweise auf weniger als etwa 8 Å) durch Verwendung einer Kombination von speziellen Prozessbedingungen während der Abscheidung reduziert wird.
  • Insbesondere bewegen sich Titanatome, die durch einen Aufprall von Inertgasionen auf ein Titantarget erzeugt werden, durch ein induktiv gekoppeltes HF-Plasma hoher Dichte, also ein Ionenmetallplasma (IMP), in welchem die Titanatome wenigstens teilweise ionisiert werden. Die ionisierten Titanionen werden mit ionisierten Stickstoffatomen kontaktiert, die ebenfalls in der Behandlungskammer vorhanden sind, um ein Gasphasenabscheidungsgemisch aus einem wenigstens teilweise ionisierten Inertgas, aus Titanatomen, aus Stickstoffatomen, aus ionisiertem Titan, aus ionisiertem Stickstoff und aus Titannitridatomen zu erzeugen. Dieses Gasphasengemisch wird mit der Oberfläche eines Halbleitersubstrats kontaktiert, auf dem eine Titannitrid-Sperrschicht abgeschieden werden soll. Das Halbleitersubstrat liegt auf einer Platte, die so erhitzt wird, dass die Oberfläche des Substrats innerhalb eines gewünschten Bereichs gesteuert werden kann. Weiterhin kann der Druck in der Behandlungskammer durch fortlaufendes Evakuieren von gasförmigen Komponenten aus der Behandlungskammer eingestellt werden. Durch Einstellen der Gasphasenabscheidungsgemisch-Zusammensetzung, der Menge des Abscheidungsgemisches, das die Substratoberfläche über einem gegebenen Zeitraum kontaktiert, und des Drucks in der Behandlungskammer können der spezifische Widerstand und die Oberflächenrauigkeit der Titannitridschicht eingestellt werden.
  • Wir haben die physikalischen Eigenschaften der Titannitridschicht gefunden, die einen reduzierten spezifischen Widerstand und eine glattere Filmoberfläche hat. Wir haben
  • 5) Eigenschaften von Titannitridfilmen für Sperrmetall in Ohmschen Aluminium-Kontaktsystemen"
  • weiterhin die Verfahrensbedingungen festgelegt, die erforderlich sind, um eine Titannitridschicht zu schaffen, die einen niedrigeren spezifischen Widerstand und eine glattere Filmoberfläche hat.
  • Der spezifische Widerstand der Titannitrid-Sperrschicht wird prinzipiell durch die Kristallausrichtung des Titannitrids bestimmt. Je mehr sich die Kristallausrichtung 100% (Prozent) der (200)-Ausrichtung (je niedriger der Prozentsatz der 111-Ausrichtung ist) nähert, desto niedriger ist der spezifische Filmwiderstand. Vorzugsweise ist der Prozentsatz der (200)-Ausrichtung wenigstens 70 Prozent. Die {200}-Kristallausrichtung wird dadurch erreicht, dass der ionisierte Anteil der Abscheidungsmischung (durch Steigerung der HF- Leistung an der Ionisierungswicklung) erhöht und die Abscheidungsrate des Titannitridfilms (durch Verringern der Gleichstromleistung an dem Target) verlangsamt wird.
  • Die Oberflächenrauigkeit der Titannitridschicht wird prinzipiell durch Verringern des Drucks in der Behandlungskammer reduziert, der die Filmbildungsdynamik zu beeinflussen scheint, wenn alle anderen Faktoren konstant sind. Eine Steigerung des Ionisierungsgehalts des Gasphasenabscheidungsgemisches trägt zur Reduzierung der Oberflächenrauigkeit bei, bis ein Wendepunkt erreicht wird, nach dem die Oberflächenrauigkeit mit gesteigertem ionisiertem Gehalt zunimmt.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun beispielsweise weiter unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
  • Fig. 1A zeigt im Schnitt schematisch eine Zwischenverbindungsschichtung mit einem dielektrischen Substrat, wie Siliziumdioxid, einer darüber liegenden Diffusionssperrschicht, vorzugsweise Titannitrid, und einer leitenden Schicht, vorzugsweise Aluminium, die über der Difusionssperrschicht liegt.
  • Fig. 1 B zeigt im Schnitt schematisch die Zwischenverbindungsschichtung von Fig. 1A, nachdem Belastung und/oder Elektromigration die Leitfähigkeit einer leitenden Aluminiumschicht so beeinträchtigt haben, dass die Titannitrid-Diffusionssperrschicht eine ihrer Funktion nach leitende Schicht der Zwischenverbindungsschichtung wird.
  • Fig. 2 zeigt schematisch die Elemente einer Behandlungskammer, die eine physikalische Gasphasenabscheidung verstärkt durch ein Ionenmetallplasma ermöglicht.
  • Fig. 3A zeigt eine Röntgenbeugungskurve für einen Titannitridfilm, der einen spezifischen Widerstand von etwa 203 pQ-cm und eine Oberflächenrauigkeit von etwa 5 Å hat.
  • Fig. 3B zeigt eine Röntgenbeugungskurve für einen Titannitridfilm, der unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt ist und einen spezifischen Widerstand von etwa 52 pQ-cm und eine Oberflächenrauigkeit von etwa 5 Å hat.
  • Fig. 4A zeigt die Reduzierung des spezifischen Widerstands eines Titannitridfilms als Funktion des Prozentsatzes der Kristallorientierung {200}.
  • Fig. 4B zeigt die Reduzierung des spezifischen Widerstands eines Titannitridfilms, wenn die HF-Leistung an der Ionisierungsspule erhöht wird (was den ionisierten Anteil der Gasphasenmischung erhöht, aus der der Titannitridfilm abgeschieden wird).
  • Fig. 4C zeigt die Reduzierung des spezifischen Widerstands des Titannitridfilms, wenn die Gleichstromleistung am Target erniedrigt wird (wodurch die Menge der Titanatome, die für die Behandlung in der Gasphase zur Verfügung steht, und abschließend die Abscheidungsrate des Titannitridfilms verringert wird).
  • Fig. 5A zeigt ein dreidimensionales Diagramm der Oberflächenrauigkeit eines Titannitridfilms als Funktion der Gleichstromleistung an dem Titantarget und der HF-Leistung an der Ionisierungswicklung, wenn der Druck in der Behandlungskammer konstant gehalten wird.
  • Fig. 5B zeigt ein dreidimensionales Diagramm der Oberflächenrauigkeit des Titannitridfilms als Funktion der Gleichstromleistung an dem Titantarget und des Drucks in der Behandlungskammer, wenn die HF-Leistung an der Ionisierungswicklung konstant gehalten wird.
  • Fig. 5C zeigt ein dreidimensionales Diagramm der Oberflächenrauigkeit eines Titannitridfilms als Funktion der HF-Leistung an der Ionisierungswicklung und des Drucks in der Behandlungskammer, wenn die Gleichstromleistung am Titantarget konstant gehalten wird.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Titannitridaufbau, der eine verbesserte Leitfähigkeit und eine glattere Oberfläche in einem Film oder einer Schicht aus Titannitrid bereitstellt. Es wird auch ein Verfahren offenbart, in dem die verbesserte Titannitridstruktur erhalten wird.
    • I. DEFINITIONEN
  • Der detaillierten Beschreibung wird vorausgesetzt, dass die Singularformen, wie sie in der Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen verwendet werden, "ein", "eine" und "der/der/das" Mehrfachbezüge einschließen, wenn dies im zugehörigen Text nicht deutlich anders dargelegt ist. So umfasst beispielsweise der Ausdruck "ein Halbleiter" eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien, von denen man weiß, dass sie die Verhaltenseigenschaften eines Halbleiters haben, während die Bezugnahme auf ein "Plasma" ein Gas oder Gasreaktionsteilnehmer einschließt, die durch eine HF-Glimmentladung aktiviert werden, und der Bezug auf "das Kontaktmaterial" Aluminium, Aluminiumlegierungen und andere leitende Materialien einschließt, die einen Schmelzpunkt haben, der ihr Zerstäuben in dem hier beschriebenen Temperaturbereich ermöglicht.
  • Im Nachstehenden wird die spezielle Terminologie definiert, die für die Beschreibung der vorliegenden Erfindung von besonderer Bedeutung ist.
  • Der Ausdruck "AFM" (Atomic Force Microscope = Rasterkraftmikroskop) bezieht sich auf eine Technik, die üblicherweise zum Messen der Filmoberflächenrauigkeit verwendet wird, wobei eine Mikrosonde in Kontakt mit der Filmoberfläche über den Film gezogen wird und die mechanische Bewegung der Mikrosonde in ein digitales Signal umgesetzt wird, das graphisch dargestellt wird. Es wird eine Reihe von Diagrammen übersetzt und eine Oberflächenrauigkeit aus dieser Kompilierung berechnet.
  • Der Ausdruck "Aluminium" umfasst solche Aluminiumlegierungen, die gewöhnlich in der Halbleiterindustrie verwendet werden. Zu solchen Legierungen gehören beispielsweise Aluminium-Kupfer-Legierungen und Aluminium-Kupfer-Silizium-Legierungen.
  • Der Ausdruck "Seitenverhältnis" betrifft das Verhältnis der Höhenabmessung zur Breitenabmessung spezieller Öffnungen, in denen ein elektrischer Kontakt platziert werden soll. Beispielsweise hat eine Durchgangsöffnung, die sich gewöhnlich in Rohrform durch Mehrfachschichten erstreckt, eine Höhe und einen Durchmesser, wobei das Seitenverhältnis die Höhe der Röhre geteilt durch den Durchmesser wäre. Das Seitenverhältnis eines Grabens wäre die Höhe des Grabens geteilt durch die minimale Durchgangsbreite des Grabens an seiner Basis.
  • Der Ausdruck "Form" bezieht sich auf Kontakte, Durchgänge, Gräben und andere Strukturen, die die Topographie der Substratoberfläche bilden.
  • Der Ausdruck "spezifischer Filmwiderstand" bezieht sich auf einen spezifischen Widerstand, der aus Schichtwiderstands- und Filmdickenmessungen berechnet wird und gleich dem Schichtwiderstand (gemessen mit dem 4-Sonden-Verfahren) mal der Filmdicke ist.
  • Die Ausdrücke "Ionenabscheidung durch Zerstäubung" und "Ionenmetallplasma" (IMP) beziehen sich auf eine spezielle Technik der Zerstäubungsabscheidung, vorzugsweise auf die Magnetron-Zerstäubungsabscheidung (wo eine Magnetanordnung hinter dem Target angeordnet ist). Insbesondere ist ein induktiv eingekoppeltes HF-Plasma mit hoher Dichte zwischen der Zerstäubungskathode und der Substratträgerelektrode angeordnet, wodurch wenigstens ein Teil der zerstäubten Emission die Form von Ionen zu dem Zeitpunkt hat, zu dem er die Substratoberfläche erreicht.
  • Der Ausdruck "reaktive Ionenabscheidung" oder "reaktives Ionenmetallplasma (IMP)" bezieht sich auf die Ionenabscheidungszerstäubung, bei welcher ein reaktives Gas während der Zerstäubung zugeführt wird, um mit dem ionisierten, zu zerstäubenden Material zu reagieren, wodurch eine Ionenabscheidungs-Zerstäubungsverbindung erzeugt wird, die das reaktive Gaselement enthält.
  • Der Ausdruck "herkömmliche Zerstäubung" bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung einer Filmschicht auf einem Substrat, bei welchem ein Target zerstäubt wird und das aus dem Target zerstäubte Material zwischen das Target und das Substrat zur Bildung einer Filmschicht auf dem Substrat geführt wird, wobei keine Einrichtungen vorgesehen sind, um einen wesentlichen Teil des aus dem Target zerstäubten Targetmaterials zu ionisieren, bevor es das Substrat erreicht. Eine für die herkömmliche Zerstäubung ausgelegte Vorrichtung ist in dem US-Patent 5,320,728 offenbart. Bei einer solchen herkömmlichen Zerstäubung beträgt der Prozentsatz des Targetmaterials, das ionisiert wird, weniger als 10%, üblicherweise weniger als 1% des von dem Target zerstäubten Materials.
  • Der Ausdruck "XRD" (Röntgenbeugung) bezieht sich auf eine Technik, die üblicherweise zum Messen der Kristallorientierung verwendet wird, wobei die Strahlung über speziellen Wellenlängen durch das zu charakterisierende Material geführt und die Beugung der Strahlung gemessen wird, die durch das Material verursacht wird, durch die sie hindurchgeht. Es wird eine Karte erzeugt, die das Beugungsmuster zeigt, wobei die Kristallorientierung basierend auf dieser Karte berechnet wird.
    • II. VORRICHTUNG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Behandlungssystem, bei welchem das Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann, ist das integrierte Behandlungssystem von Applied Materials, Inc. (Santa Clara, Kalifornien) Endura®. Dieses Behandlungssystem ist in den Figuren nicht spezifisch gezeigt, die in Fig. 2 gezeigten Behandlungselemente können jedoch in einer der Niederdruckbehandlungskammern arbeiten gelassen werden, die in einem solchen integrierten Behandlungssystem enthalten sind. Das System ist in den US-Patenten 5,186,718 und 5,236,868 gezeigt und beschrieben. Gemäß Fig. 2 verwendet eine Niederdruckbehandlungskammer zur Bildung der Titannitrid-Sperrschicht der vorliegenden Erfindung mit glatter Oberfläche und niedrigem spezifischen Widerstand einen Standard-Zerstäubungsmagneten 210 (zur Steigerung der Ionenbildung angrenzend an das Target, wodurch eine gesteigerte Zerstäubungsrate möglich wird) sowie eine Zerstäubungstargetkathode 212, die bei Leistungspegeln bis zu etwa 24 kW arbeitet.
    • BEISPIEL 1
  • Zur Bildung der Titannitrid-Sperrschicht der vorliegenden Erfindung wurde eine Titantargetkathode mit einem Durchmesser von 14 Zoll (35,5 cm) verwendet und eine Gleichstromleistung an die Kathode in einem Bereich von etwa 4 kW bis etwa 8 kW angelegt. Das Substrat 218, das einen Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 8 Zoll (20,3 cm) aufweist, wurde in einer Entfernung von etwa 5,5 Zoll (14 cm) von der Targetkathode 212 angeordnet. In dem Bereich zwischen der Targetkathode 212 und dem Substrat 218 wurde ein induktiv eingekoppeltes HF-Plasma mit hoher Dichte erzeugt, indem eine HF-Leistung 216 in einem Bereich von etwa 100 kHz bis etwa 60 MHz (vorzugsweise etwa 2 MHz) bei einer Wattleistung im Bereich von 0,5 kW bis etwa 6 kW (vorzugsweise im Bereich von etwa 1,5 kW bis etwa 4,0 kW) an eine Wicklung 212 angelegt wurde, die zumindest eine Windung bis zu etwa 10 Windungen (vorzugsweise etwa 1 bis 3 Windungen) hat. Gewöhnlich wird die Wicklung aus einem Metallschlauch hergestellt, der eine Wasserkühlung ermöglicht, und hat einen Durchmesser von etwa 0,125 Zoll (0,32 cm). Die Wicklung kann jedoch auch aus einer Bahn oder einem Band oder aus einer anderen Form hergestellt werden, die die gewünschte Funktion ergibt. Die Wicklung 214 umgab einen Plasmabereich zwischen dem Target 212 und dem Substrat 218. Wahlweise wird eine Substratvorspannung im Bereich von 0 bis etwa -300 V Gleichspannung an das Substrat 218 oder das Trägerelement 220 angelegt, um eine Gleichspannungs-Vorspannung zu erzeugen, die Ionen von dem Plasma zu dem Substrat anzieht.
  • Obwohl die bevorzugte Vorrichtung zur Bildung der Titannitrid-Sperrschicht eine Wicklung für die induktive Einkopplung mit dem Plasma und zum Ionisieren des zerstäubten Materials verwendet, kommen auch andere Einrichtungen zum Ionisieren des Titans in Betracht. Insbesondere kommt beispielsweise eine ECR-Quelle, wie sie in dem US-Patent 4,911,814 gezeigt und beschrieben ist, oder eine helikonartige Einkoppelungsvorrichtung in Betracht, wie sie in dem US-Patent 4,990,229 gezeigt ist. Als zweckmäßig für die Ausführung der Erfindung eignen sich auch andere Vorrichtungen, die einen ionisierten Strom von Abscheidungsteilchen zuführen können, die einen ionisierten Prozentsatz von 10 bis 100% haben. Obwohl die bevorzugten Vorrichtungen zur Bildung von Titanatomen, die ionisiert sind und mit ionisiertem Stickstoff zur Bildung von Titannitrid reagiert haben, vorzugsweise unter Verwendung der Zerstäubungstechniken ausgebildet sind, kommen auch andere Einrichtungen zur Erzeugung von Titanatomen in Betracht. Insbesondere kommen auch beispielsweise Titanverdampfungstechniken in Betracht, von denen beispielsweise eine in dem US-Patent 4,944,961 zur Verdampfung von Metall oder einer Metalllegierung in einen Tiegel beschrieben ist.
    • III. DIE STRUKTUR EINES TITANNITRIDFILMS MIT NIEDRIGEM SPEZIFISCHEM WIDERSTAND
  • Wie vorstehend beschrieben, haben wir gefunden, dass es möglich ist, einen Titannitridfilm zu erzeugen, der einen unerwartet niedrigen spezifischen Widerstand hat, wobei aktive Ionenabscheidungs-Zerstäubungsverfahren Verwendung finden. Ein Film mit niedrigem spezifischen Widerstand ergibt eine bessere Vorrichtungsleistung.
  • Der spezifische Filmwiderstand der Titannitridschicht wird durch eine Kombination aus Schichtwiderstand und Filmdicke gemessen, die Filmorientierung wird mit XRD (Röntgenbeugung) gemessen.
  • Fig. 3A zeigt ein Röntgenbeugungsabtastmuster 310 für einen Reaktivionenabscheidungs-Titannitridfilm, wie er vor der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde. Der Abschnitt der Filmzusammensetzung, der eine {111}-Kristallorientierung hat, ist mit "312" bezeichnet, der Abschnitt der Filmzusammensetzung, der eine {200)-Kristallorientierung hat, ist mit "314" bezeichnet. Die Abtastung erfolgt unter Verwendung der Standard-0-20-Technik, wobei das Zweifache des Einfallswinkels auf der "x"-Achse gezeigt ist, die mit "318" bezeichnet ist. Die Stärke der Beugung in Zählungen pro Sekunde (CPS) ist auf der "y"-Achse gezeigt, die mit "316" bezeichnet ist. Die Röntgenbeugungsabtastung zeigt, dass der größere Teil der Titannitridzusammensetzung eine 111-Kristallausrichtung aufweist. Der spezifische Filmwiderstand für diesen Titannitridfilm beträgt 203 uΩ-cm.
  • Im Vergleich zeigt Fig. 3B ein Röntgenbeugungsabtastmuster 320 für einen Titannitridfilm der vorliegenden Erfindung. Das Abtastmuster zeigt keine messbare Präsenz einer {111}-Kristallorientierung, wobei die Stelle auf der Abtastung, die dieses Fehlen anzeigt, mit "322" bezeichnet ist. Die Präsenz der Filmzusammensetzung mit einer {200}-Kristallorientierung ist mit "324" bezeichnet. Der doppelte Abtasteinfallswinkel ist wieder auf der "x" - Achse gezeigt, die mit "328" bezeichnet ist, während die Stärke der Beugung auf der "y"- Achse gezeigt und mit "326" bezeichnet ist. Der Filmwiderstand, der wie oben beschrieben berechnet wird, liegt bei 52 uΩ-cm. Dieser niedrige spezifische Widerstand ist im Hinblick auf die im Stand der Technik veröffentlichen Daten unerwartet.
  • Fig. 4A zeigt ein Diagramm 410, welches die Abnahme des spezifischen Widerstands veranschaulicht, die sich ergibt, wenn der Prozentsatz der {200}-Kristallorientierung in dem Titannitridfilm erhöht wird. Der Prozentsatz der {200}-Kristallorientierung ist auf der "x"-Achse gezeigt, die mit "416" bezeichnet ist, während der spezifische Widerstand auf der "y"-Achse gezeigt ist, die mit "414" bezeichnet ist. Die Kurve 412, die die Beziehung zwischen dem Prozentsatz der {200}-Kristallorientierung und dem spezifischen Widerstand darstellt, wurde unter Verwendung von mehr als 15 Messungen für einzelne Titannitridfilme erzeugt, die bei unterschiedlichen Prozessbedingungen hergestellt wurden, die nachstehend näher erläutert werden. Fig. 4A zeigt deutlich, dass, wenn der Anteil der {200}-Kristallorientierung erhöht wird, der spezifische Widerstand des Titannitridfilms bis zu einem Minimum von etwa 50 uΩ- cm abnimmt.
  • Fig. 4B zeigt ein Diagramm 420, welches den spezifischen Widerstand als Funktion der HF-Leistung an der Ionisierungswicklung der IMP-Behandlungsvorrichtung zeigt. Insbesondere ist die HF-Leistung auf der "x"-Achse aufgetragen, die mit "426" bezeichnet ist, während der spezifische Widerstand auf der "y"-Achse gezeigt ist, die mit "424" bezeichnet ist. Die Kurve 422, die die Beziehung zwischen der HF-Leistung an der Ionisierungswicklung und dem spezifischen Widerstand darstellt, wurde unter Verwendung von mehr als 11 Messungen für einzelne Titannitridfilme erzeugt, die unter Prozessbedingungen hergestellt wurden, die im Einzelnen nachstehend erläutert werden. Fig. 4B zeigt deutlich, dass, wenn die HF-Leistung an der Ionisierungswicklung erhöht wird, was dem Ionisierungsanteil des Gasplasmas, aus dem der Titannitridfilm abgeschieden wird, erhöht, der spezifische Widerstand des abgeschiedenen Titannitridfilms verringert wird.
  • Fig. 4C ist ein Diagramm 430, das den spezifischen Widerstand als Funktion der Gleichstromleistung an dem Titantarget der IMP-Behandlungsvorrichtung zeigt. Insbesondere ist die Gleichstromleistung auf der "x"-Achse aufgetragen, die mit "436" bezeichnet ist, während der spezifische Widerstand auf der "y"-Achse gezeigt ist, die mit "434" bezeichnet ist. Die Kurve 432, die die Beziehung zwischen der Gleichstromleistung und dem Titantarget und dem spezifischen Widerstand darstellt, wurde unter Verwendung von mehr als 12 Messungen für Titannitridfilme erzeugt, die unter Prozessbedingungen hergestellt wurden, die nachstehend im Einzelnen erläutert werden. Fig. 4C zeigt deutlich, dass, wenn die Gleichstromleistung an dem Titantarget verringert wird, was die Menge der Titanatome, die für die Behandlung in der Gasphase zur Verfügung stehen, und die abschließende Abscheidungsrate des Titannitridfilms reduziert, der spezifische Widerstand des abgeschiedenen Titannitridfilms abnimmt.
    • IV. DAS VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES TITANNITRIDFILMS MIT NIEDRIGEM SPEZIFISCHEM WIDERSTAND
  • Es werden nun die Prozessbedingungen im Folgenden beschrieben, die erforderlich sind, um den höheren Prozentsatz der {200}-Kristallstruktur zu erzeugen, die in Korrelation zu dem oben beschriebenen, unerwartet niedrigen spezifischen Widerstand steht.
  • In herkömmlicher Weise zerstäubtes Titannitrid benutzt, wie vorstehend definiert, keine Ionisierung des zerstäubten Metalls vor seiner Abscheidung auf einem Substrat. Titannitridfilme, die unter Verwendung der herkömmlichen Zerstäubungstechniken hergestellt werden, haben gewöhnlich einen Prozentsatz der {200}-Kristallorientierung unter etwa 10% und einen spezifischen Widerstand, der größer als 150 uΩ-cm ist. Ein typischer herkömmlicher Zerstäubungsprozess, beispielsweise eine Magnetron-Zerstäubungsabscheidung, verwendet ein Zerstäubungstarget (Kathode), das im Wesentlichen aus Titan besteht. Ein aus einer Kombination eines Inertgases, wie Argon, und Stickstoff erzeugtes Plasma wird mit dem Target kontaktiert, um gleichzeitig Titanatome, Titanionen und Titannitridatome zu erzeugen. Aus der Mischung, die Titan- und Titannitridatome einschließt, wird ein Film auf einem Substrat abgeschieden, das üblicherweise auf einer Trägerplatte liegt, die sich in einem Abstand von etwa 2 Zoll (5 cm) von dem Zerstäubungstarget befindet. Der Stickstoffgehalt der Plasmagasbeschickung wird für die Erzeugung eines Metallfilms gesteuert, der das gewünschte Stickstoff-zu-Titan-Anteilverhältnis hat. Eine typische Plasmagasbeschickung ist 10 sccm Argon und 60 sccm Stickstoff, wobei der Druck in dem Behandlungsbehälter auf etwa 0,5 Pascal (4 mT) gehalten wird. Diese Gasbeschickung in Kombination mit der 6,5 kW- Gleichstromleistung am Target und einem Behandlungsdruck von etwa 0,5 Pascal (4 mT) in der Behandlungsvorrichtung, wie oben beschrieben, erzeugt gewöhnlich einen Film mit einem stöchiometrischen Verhältnis des Anteils von Stickstoff zu Titan von 50% Stickstoff zu 50% Titan. Die Substrattemperatur beträgt gewöhnlich etwa 200ºC, wobei die Wärme durch die Trägerplatte (Heizung) zugeführt wird, die gewöhnlich auf etwas mehr als 200ºC eingestellt wird.
  • Unter Verwendung von IMP zerstäubtes Titannitrid verwendet, wie oben beschrieben, ein induktiv eingekoppeltes HF-Plasma hoher Dichte, das zwischen der Zerstäubungskathode und der Trägerplatte (Elektrode) angeordnet wird, wobei wenigstens ein Teil der Atome und Ionen, die während des Zerstäubungsprozesses erzeugt werden, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sie das Substrat erreichten, in ionisierter Form gehalten oder in eine ionisierte Form gebracht werden. Unter Verwendung von IMP vor der vorliegenden Erfindung erzeugte Titannitridfilme haben gewöhnlich einen Prozentsatz der {200}-Kristallorientierung unter etwa 30%, so dass solche Filme einen spezifischen Widerstand von mehr als 105 uΩ-cm haben.
  • Zur Erzeugung der Titannitridfilme der vorliegenden Erfindung besteht gemäß Fig. 2 die Zerstäubungstargetkathode 212 im Wesentlichen aus Titan. Üblicherweise wird eine Gleichstromleistung von etwa 8 kW an die Targetkathode 212 angelegt. Aus einer Mischung aus gasförmigem Argon und Stickstoff, wobei das gasförmige Argon mit etwa 10 sccm und der gasförmige Stickstoff mit etwa 60 sccm strömen, wobei der Druck in dem Behandlungsbehälter auf etwa 4 Pascal (32 mT) gehalten wird, wird ein Plasma erzeugt. Das Argon- /Stickstoffplasma wird mit der Zerstäubungstargetkathode 212 kontaktiert, um gleichzeitig Titanatome und -ionen sowie Titannitridatome und -ionen zu erzeugen. Diese Mischung wird durch eine Wicklung 214 geführt, die wenigstens einen Teil dieser Mischung in Form der Ionen zu dem Zeitpunkt hält, zu dem die Metalle auf einem Substrat 218 abgeschieden werden, das in einem Abstand von etwa 5, 5 Zoll (14 cm) unter der Zerstäubungstargetkathode 212 angeordnet ist. Gewöhnlich wird über die Wicklung 214 eine HF-Leistung von 1,5 kW bei etwa 2 MHz angelegt. Aus der Mischung, die Titan- und Titannitridatome aufweist, werden Metalle auf dem Substrat 218 abgeschieden, das auf einer Trägerplatte (Elektrode) 220 liegt. Wahlweise kann eine Substratvorspannung im Bereich von mehr als 0 bis etwa -300 V Gleichspannung an die Trägerplatte 220 angelegt werden, um aus dem Plasma Ionen zum Substrat hin anzuziehen. Die Temperatur des Substrats beträgt bei diesen Bedingungen gewöhnlich etwa 200ºC, wobei die Trägerplatte (Heizung) auf etwa 200ºC eingestellt ist. Diese Gasbeschickung in Kombination mit der Gleichstromleistung von 8 kW an der Targetkathode 212 und den 1,5 kW HF-Leistung an der Wicklung 214 bei einem Druck von etwa 4 Pascal (32 mT) erzeugen gewöhnlich einen Film mit einem stöchiometrischen Titannitridanteil (50% Titan und 50% Stickstoff).
  • Es wurde gefunden, dass durch Verringern der Gleichstromleistung an der Zerstäubungskathode 212 und durch Erhöhen der HF-Leistung an der Wicklung 214 es möglich ist, eine unerwartete Verringerung des spezifischen Widerstands des erzeugten Titannitridfilms zu erzielen (wobei alle anderen Variablen bei den oben beschriebenen Werten konstant gehalten werden). Obwohl es möglich ist, eine Verringerung des spezifischen Widerstands zu erreichen, indem die Temperatur des Substrats erhöht wird, müsste diese Temperatur auf mehr als 400ºC gesteigert werden, um eine wesentliche Abnahme des spezifischen Widerstands zu erhalten, wobei dieser Temperaturanstieg für andere Leistungseigenschaften des Titannitridfilms schädlich wäre.
  • Beispielsweise kann eine beträchtliche Reduzierung des spezifischen Widerstands (auf etwa 90 oder weniger) erhalten werden, wenn die Gleichstromleistung an der Zerstäubungstargetkathode 212 in einem Bereich zwischen etwa 1,5 und 7 kW, die HF-Leistung in einem Bereich zwischen etwa 2 kW und 5 kW und der Behandlungsdruck in einem Bereich zwischen etwa 0,7 Pascal (5 mT) und (30 mT) 4 Pascal eingestellt wird (wobei die Substrattemperatur auf etwa 300ºC gehalten wird).
    • BEISPIEL 2
  • Bei Verwendung der oben beschriebenen Anordnung mit der Gleichstromleistung an der Zerstäubungstargetkathode 212 von 6 kW, der Spule 214 mit einer HF-Leistung von 2 MHz und 4 kW, bei einem Argongasdurchsatz von 10 sccm und einem Stickstoffgasdurchsatz von 60 sccm, einem Behandlungskammerdruck von 3 Pascal (25 mT), wobei die Substratoberfläche auf etwa 300ºC eingestellt ist, erhält man einen 600 A dicken Titannitridfilm mit einem stöchiometrischen Titannitridanteil, einer {200}-Kristallorientierung von etwa 100% und einem spezifischen Widerstand von etwa 52 uΩ-cm.
  • Der niedrigere spezifische Widerstand ist der hohen {200}-Kristallorientierung des Titannitrid aufweisenden Films zuzurechnen. Diese physikalischen Eigenschaften ergeben sich durch die Steuerung der Gasphasenabscheidungsmischungs-Zusammensetzung und der Menge der Abscheidungsmischung, die die Substratoberfläche über einem vorgegebenen Zeitraum kontaktiert. Man nimmt an, das die Gasphasenabscheidungsmischungs- Zusammensetzung in großem Ausmaß von der Gleichstromleistung an dem Target und der HF-Leistung an der Ionisierungswicklung abhängt. Man geht weiterhin davon aus, dass die Menge der Abscheidungsmischung, die die Substratoberfläche über einem vorgegebenen Zeitraum kontaktiert, in großem Ausmaß ebenfalls von diesen beiden Faktoren abhängt, wobei alle anderen Faktoren, wie die Plasmazusammensetzung und die Substrattemperatur, konstant gehalten werden.
    • V. VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES GLATTEN TITANNITRIDFILMS
  • Wie vorstehend beschrieben, haben wir gefunden, dass ein Titannitridfilm erzeugt werden kann, der eine Oberfläche hat, die merklich glatter als die bisher bekannten sind.
  • Die Filmrauigkeit, auf die hier Bezug genommen wird, wird durch AFM (Rasterkraftmikroskop) gemessen.
  • Durch Steuern der Gasphasenabscheidungsmischungs-Zusammensetzung und der Menge der Abscheidungsmischung, die die Substratoberfläche über einen vorgegebenen Zeitraum kontaktiert, kann die Oberflächenrauigkeit eines durch Zerstäubung erzeugten Reaktivionenabscheidungs-Titannitridfilms eingestellt werden. Obwohl die zur Herstellung eines Titannitridfilms mit niedrigem spezifischen Widerstand eingestellten Variablen auch die Glätte der Titannitridfilmoberfläche beeinträchtigen, scheint die Variable, die den deutlichsten Effekt auf die Filmoberflächenglätte hat, nämlich der Pegel des Behandlungsdrucks, nicht die kritischste Variable bei der Bestimmung des spezifischen Widerstands zu sein. In jedem Fall gibt es einen Überlappungsbereich, auf welchen die Behandlungsvariablen eingestellt werden, um sowohl einen niedrigen spezifischen Widerstand als auch eine glatte Titannitridoberfläche zu erhalten.
  • Im Hinblick auf die glatte Oberfläche zeigen Fig. 5A, 5B und 5C den Effekt der Änderungen der Gleichstromleistung an dem Zerstäubungstarget, der HF-Leistung an der Ionisierungswicklung und des Behandlungsbehälterdrucks auf die Oberflächenrauigkeit des Titannitridfilms (während alle anderen Variablen konstant gehalten werden).
  • Fig. 5A zeigt in einem dreidimensionalen Diagramm 510 die Änderung der Titannitridfilm-Oberflächenrauigkeit in Nanometern auf der "y"-Achse, die mit "512" bezeichnet ist, als Funktion der HF-Leistung in kW (bei 2 MHz) auf der "x"-Achse, die mit "514" bezeichnet ist, sowie als Funktion der Gleichstromleistung an dem Target in kW auf der "z"-Achse, die mit "516" bezeichnet ist. Der Behandlungsbehälterdruck liegt bei etwa 4, 4 Pascal (33,3 mT), die Substratoberflächentemperatur bei 300ºC. Die Behandlungsgase sind Argon mit einem Durchsatz von 10 sccm und Stickstoff mit einem Durchsatz von 60 sccm und, die Filmdicke betrug etwa 60 nm (600 Å).
  • Wie in Fig. 5A gezeigt ist, kann die Oberflächenrauigkeit des Films auf einen niedrigeren Wert über einem speziellen Bereich der HF-Leistung an der Ionisierungswicklung zwischen etwa 2 und etwa 3,5 optimiert werden. Die Gleichstromleistung an dem Target hat ebenfalls einen Einfluss, der jedoch nicht so deutlich ist. Über dem gemessenen Bereich und innerhalb des HF-Leistungsbereichs, der die größte Verbesserung bringt (die beste Reduzierung der Filmoberflächenrauigkeit), liegt die bevorzugte Gleichstromleistung entweder im unteren Ende (etwa 4,0 kW) oder am oberen Ende (etwa 8 kW) des untersuchten Bereichs.
  • Fig. 5B zeigt in einem dreidimensionalen Diagramm 520 die Änderung der Titannitridfilm-Oberflächenrauigkeit in Nanometern auf der "y"-Achse, die mit "522" bezeichnet ist, als Funktion des Behandlungsbehälterdrucks in ml auf der "x"-Achse, die mit "524" bezeichnet ist, und als Funktion der Gleichstromleistung an dem Target in KW auf der "z"-Achse, die mit "526" bezeichnet ist. Die HF-Leistung der Wicklung betrug etwa 2,75 kW, während die anderen Prozessvariablen die gleichen waren, wie sie bei den Daten in Fig. 5A spezifiziert sind.
  • Wie in Fig. 5B gezeigt ist, kann die Oberflächenrauigkeit des Films auf einen niedrigeren Wert optimiert werden, indem der Druck in dem Behandlungsbehälter verringert wird, wenn dieser Druck höher als etwa 4 Pascal (28 mT) ist. Die Gleichstromleistung hat wieder einen Einfluss, der jedoch nicht annähernd so deutlich ist, wobei die bevorzugte Gleichstromleistung entweder in der Nähe des unteren Endes oder des oberen Endes des untersuchten Bereichs liegt.
  • Fig. 5C zeigt in einem dreidimensionalen Diagramm 530 die Änderung der Titannitrid- Filmoberflächenrauigkeit in Nanometern auf der "y"-Achse, die mit "532" bezeichnet ist, als Funktion des Behandlungsbehälterdrucks in mT auf der "x"-Achse, die mit "534" bezeichnet ist, und als Funktion der HF-Leistung an dem Target in kW auf der "z"-Achse, die mit "536" bezeichnet ist. Die Gleichstromleistung am Target war 6 kW, wobei die anderen Prozessvariablen die gleichen waren, wie sie bei den Daten von Fig. 5A spezifiziert sind.
  • Wie in Fig. 5C gezeigt ist, kann die Oberflächenrauigkeit des Films auf einen niedrigeren Wert optimiert werden, indem der Druck in dem Behandlungsbehälter wenigstens für Drucke, die größer als etwa 4 Pascal (28 ml) sind, reduziert wird. Die HF-Leistung an der Wicklung hat einen weniger deutlichen Effekt, wobei die Reduzierung der Oberflächenrauigkeit größer ist, wenn die HF-Leistung im Bereich zwischen etwa 2 und etwa 3 liegt.
    • BEISPIEL 3
  • Unter Verwendung der oben beschriebenen Anordnung erhält man bei einer Gleichstromleistung an der Zerstäubungstargetkathode 212 von 6 kW, mit einer Spule 214 mit einer HF-Leistung bei 2 MHz und 4 kW, mit einem Argongasdurchsatz von 10 sccm und einem Stickstoffgasdurchsatz von 60 sccm, bei einem Behandlungskammerdruck von 3 Pascal (25 ml), und wenn die Substratoberfläche auf etwa 300ºC liegt, einen 600 Å dicken Titannitridfilm mit einem stöchiometrischen Anteil von Titan und Stickstoff, mit einer {200}- Kristallorientierung von etwa 100%, mit einem spezifischen Widerstand von etwa 52 uΩ-cm und mit einer Oberflächenrauigkeit von 0,57 Nanometern (5,7 ~). Vor der vorliegenden Erfindung lag die typische Oberflächenrauigkeit für durch Zerstäubung abgeschiedene Reaktivionenabscheidungs-Titannitridfilme im Bereich von etwa 1,1 nm (11 Å). Ein Titannitridfilm mit einer glatteren Filmoberfläche reduziert die Topographie auf der Filmoberfläche, die auf darüber liegende Schichten übertragen werden kann, wodurch die photolithographische Indexierung während der darauf folgenden Behandlungsstufen verbessert wird.
  • Um einen Titannitridfilm zu erhalten, der sowohl einen niedrigeren spezifischen Widerstand als auch eine glattere Oberfläche hat, ist es wesentlich, sowohl die HF-Leistung an der Ionisierungswicklung zu erhöhen als auch den Druck in der Behandlungskammer zu verringern. Natürlich gibt es Grenzen für die Erhöhen der HF-Leistung, da der mechanische Zusammenhalt der Wicklung schlechter wird. Außerdem gibt es Grenzen für den minimalen Druck, der verwendet werden kann, da ein Behandlungsbehälterdruck unter etwa 0,07 Pascal (0,5 mT) die Ionisierung unpraktisch macht. In Fällen, in denen das Titannitrid als Sperrschicht in einem elektrischen Kontaktdurchgang verwendet wird, kann eine Verringerung des Drucks unter etwa 0,7 bis 1 Pascal (5 bis 10 mT) die Ionisierungsmenge auf den Punkt reduzieren, an dem sich eine unzureichende Bodenabdeckung des Durchgangs ergibt. Eine Erhöhung des Ionisierungsanteils der Abscheidungsmischung trägt ebenfalls zu einem niedrigeren spezifischen Widerstand bei, unterstützt jedoch die Reduzierung der Oberflächenrauigkeit nur, bis ein Wendepunkt erreicht wird, nach welchem die Oberflächenrauigkeit mit zunehmendem Ionisierungsanteil zunimmt.
  • Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausgestaltungen sollen den Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, da der Fachmann im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung die Ausgestaltung so ausweiten kann, das sie dem nachstehend beanspruchten Gegenstand der Erfindung entsprechen. Wenn die hier beschriebenen Verfahren in einer anderen Vorrichtung als der hier spezifisch beschriebenen ausgeführt werden, kann beispielsweise der Bereich der Prozessvariablen, die die optimalen Ergebnisse ergeben, etwas variieren, obwohl die offenbarten Konzepte den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung mit minimalen Versuchsarbeiten auszuführen.

Claims (13)

1. Titannitridfilm mit einem spezifischen Widerstand von weniger als etwa 75 uΩ-cm und einer Oberflächenrauhigkeit von weniger als etwa 1,1 nm (11 Å).
2. Titannitridfilm nach Anspruch 1 mit einem spezifischen Widerstand von weniger als etwa 60 uΩ-cm.
3. Titannitridfilm nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit einer Oberflächenrauhigkeit von weniger als etwa 0,8 nm (8 Å).
4. Titannitridfilm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Prozentsatz der {200}-Kristallorientierung in dem Film wenigstens 70% beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung eines Titannitridfilms mit einem spezifischen Widerstand von weniger als etwa 75 uΩ-cm und mit einer Oberflächenrauhigkeit von weniger als etwa 1,1 nm (11 Å), wobei das Verfahren einen Reaktivionen-Abscheidungsprozess und die Schritte aufweist:
(a) die Abscheidungsrate des Titannitridfilms auf einem Substrat zu steuern und
(b) den ionisierten Umfang einer Abscheidungsmischung zu steuern, aus der der Titannitridfilm abgeschieden wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Abscheidungsrate dadurch gesteuert wird, dass ein Druck in einem Behandlungsbehälter reguliert wird, in dem der Reaktivionen-Abscheidungsprozess ausgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei welchem der ionisierte Umfang der Abscheidungsmischung dadurch gesteuert wird, dass die HF-Leistung reguliert wird, die an die Ionisierungsquelle angelegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die Ionisierungsquelle eine Ionisierungsspule ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei welchem die Abscheidungsrate und der ionisierte Umfang der Abscheidungsmischung so gesteuert werden, dass der Prozentsatz der {200}-Kristallorientierung in dem Film wenigstens 70% beträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem die Abscheidungsrate dadurch gesteuert wird, dass die Gleichstrom-Leistung reguliert wird, die an ein Zerstäubungstarget angelegt wird.
11. Leitende Schichtenfolge von Materialien, welche eine Sperrschicht aus einem Titannitridfilm aufweist, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert ist.
12. Zwischenverbindungsaufbau mit einer leitenden Schichtenfolge von Materialien, wie sie in Anspruch 11 definiert ist.
13. Halbleitervorrichtungsaufbau, der eine Sperrschicht eines Titannitridfilms aufweist, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definiert ist.
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