JP2001507514A

JP2001507514A - 窒化チタンのプラズマエンハンスアニール処理

Info

Publication number: JP2001507514A
Application number: JP50077297A
Authority: JP
Inventors: エフフォスターロバート; ティーヒルマンジョセフ; エオラリキット
Original assignee: マテリアルズリサーチコーポレーション
Priority date: 1995-06-05
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 2001-06-05
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: EP0832311A1; CA2222227A1; JP3740508B2; EP0832311B1; DE69603277D1; WO1996039548A1; DE69603277T2; KR100402085B1; KR19990022507A; US5567483A; AU5936196A; TW357199B

Abstract

(57)【要約】窒化チタン薄膜は、回転するサセプタリアクタ内で、窒素含有ガスから発生したＲＦプラズマに接触することにより、５００℃以下でアニール処理が施される。このようにして処理された薄膜は、きわめて高い温度下でアニール処理が施された薄膜と同等の性能を有し、この処理は、アルミニウム素子を含む集積回路にとって有効である。

Description

【発明の詳細な説明】窒化チタンのプラズマエンハンスアニール処理背景技術集積回路の製造において、基板表面に金属元素を含む薄膜が形成される。これらの薄膜により、回路内及び集積回路の種々の素子間の導伝性接続及びオーミックコンタクトが行われる。例えば、半導体ウェハ上のコンタクトホール又はビアの露出した内壁面には、絶縁層を横切って内部接続用の導電性材料からなるプラグを形成するために、ウェハ上の絶縁層を通過して理想的な薄膜を適用する必要がある。導体及び絶縁体としては、種々のものがあり、集積回路の様々な目的に合わせて選択される。それらとしては、チタン、窒化チタン、チタンタングステン合金、タングステン、アルミニウム、二酸化シリコンなどが含まれる。窒化チタンは、集積回路製造における様々な工程で用いられる。窒化チタンは、タングステン膜の接着層、全体的な内部接続、拡散防止層として用いられる。接着層として用いられる窒化チタンは、コンタクトホール及びビアの充填材として用いられるタングステンを覆う用途において優れている。このプロセスにおいて、通常は、最初に、タングステンと下地層である絶縁体との接着性を高める作用がある材料の薄膜を堆積する。タングステンは、絶縁材料に接着しにくいため、この材料は、絶縁体に良く密着し、かつタングステンにも良く密着する性質のものでなければならない。これに適した材料としては、幾つかあるが、なかでも窒化チタンは、絶縁体とタングステンの両方に対する高い接着性を有するとともに、非常に低い抵抗率、タングステンをエッチングするために用いられる化学薬品に対する耐性等の幾つかの優位性を有する。また、窒化チタンは、拡散防止層として用いた場合、シリコン不透過膜としても機能するという利点を有する。また、窒化チタンは、他の材料よりも高い活性化エネルギを有する。例えば、銅を窒化チタンに拡散するための活性化エネルギは４．３eVであり、一方銅を他の大部分の金属に拡散するための活性化エネルギは１eV〜２eVのオーダであることが報告されている。窒化チタン層を形成するために典型的に用いられる幾つかの異なる方法がある。窒素雰囲気中でチタンを蒸発させる方法、窒素／アルゴン混合気中でチタンを反応スパッタリングする方法、アルゴン雰囲気中でターゲットから窒化チタンをスパッタリングする方法、チタンを堆積させ、次の窒化工程において窒化チタンに化学変化させる方法、４塩化チタンとアンモニアを用いた熱化学気相成長反応等の方法がある。これらの異なる方法には、それぞれに特有の留意点が多くあり、特に、従来の熱化学気相成長法では、その方法で一般的な高温に曝されることである。集積回路の素子レベルでは、半導体不純物が浅く拡散し、集積回路内の電気素子の短絡を生じさせることがある。不純物は、拡散工程において、先ず熱を利用して拡散される。不純物は、集積回路が化学気相成長の間に高温にされるときにも拡散を続ける。この場合の温度は、集積回路内における金属での内部接続又は配線の後に熱化学気相成長が行われる場合には、温度は更に制限される。例えば、多くの集積回路は、内部接続用金属として、アルミニウムを使用している。しかし、アルミニウムを高温下に曝すと、アルミニウムに種々の望ましくないボイドやイックストリュージョンが発生する。したがって、内部接続用のアルミニウムを集積回路上に一旦堆積した場合には、内部接続用のアルミニウムを曝すことができる最高温度は約５００℃であり、好ましい上限は４００℃である。発明の名称が「回転式サセプタリアクタを用いた低温プラズマエンハンス熱化学気相成長法による薄膜形成の方法及び装置」であり、出願番号が08/253,366、 08/253,393であり、出願日が１９９４年６月３日である２件の出願には、化学気相技術での窒化チタン薄膜の形成に適した回転式サセプタリアクタを用いた低温プラズマエンハンス熱化学気相成長法による薄膜形成の方法及び装置が記載されている。なお、窒化チタンをさらなる用途に適したものにするためには、後処理が必要となることがしばしばある。発明の開示本発明の目的は、高温下で成膜された窒化チタン薄膜に匹敵する性能を有する高品質な窒化チタン薄膜を形成するために、ウェハ上に既にあるアルミニウムに適合する低温処理を提供することである。さらに、本発明の目的は、窒化チタン薄膜にアニール処理を５００℃以下で施すための化学気相成長法を提供することである。本発明によれば、窒化チタン薄膜は、回転式サセプタリアクタ内の窒素含有ガスから５００℃以下で生成されたプラズマによって、アニール処理が施される。特に、本発明は、例えばアンモニアのような窒素含有ガスから５００℃以下で生成されたＲＦプラズマによって、窒化チタン薄膜にアニール処理を施す方法を提供する。この方法は、高温下においてアニール処理が施された薄膜に比べて、相対的に抵抗率が低く、塩素含有度の低い薄膜を生成することができる。本発明の目的及び利点を、添付の図面を参照して詳細に説明する。図面の簡単な説明図は、本発明において用いられるリアクタの断面図である。発明を実施するための最良の形態本発明は、窒化チタン薄膜が成膜された種々の異なる基板に対して利用することができる。窒化チタン薄膜の成膜は、窒素雰囲気中でのチタン蒸着法、窒素アルゴン雰囲気中でのチタンのアクティブスパッタリング、ターゲットから窒化チタンをスパッタリングする方法、４塩化チタンと窒化アンモニアを用いた化学気相成長反応のうちいずれか一つの方法によって行うことができる。窒化チタン薄膜形成の好ましい方法については、発明の名称が「回転式サセプタリアクタを用いたプラズマエンハンス熱化学気相成長法による薄膜形成の方法及び装置」であり、出願番号が08/253,366、08/253,366、出願日が１９９４年６月３日である２件の出願に、より詳細に記載されており、参照することにより本明細書の一部となる。プラズマエンハンス熱化学気相成長法に適した装置を、図に示す。この図は、本発明を実施するために用いることのできるＲＦシャワーヘッド／電極の具体的な構造を示す図である。化学気相成長（ＣＶＤ）装置２０は、ＲＦ供給ライン機構２４によってバイアスが印加されるＲＦシャワーヘッド／電極を備える。プラズマと反応ガスはシリンダ機構２６を通り、サセプタ３０上にある基板２８に送り出される。装置２０は、筐体カバー３２を有する筐体と、ＲＦ供給機構３４と、冷却ジャケット及び冷却液供給管を有するヒートパイプ機構３６と、シール機構４１を有するガス分配カバー３９とを備える。石英等の絶縁部材からなるシリンダ３８は、ＲＦ供給ライン機構を包囲している。シリンダ３８は、例えばヘレアスアマーシル（Hereaus Amersil）から入手可能なQuartz T08-Eのような高品質の石英から形成されている。石英シリンダ３８は、ニッケル−２００のような導電性金属からなるシャワーヘッド／電極２２に支持されている。環状の凹部４０が筐体カバー３２内に形成され、この凹部４２にシリンダ３８の上端部４２に取り付けられる。Ｏリング４３，４４は、階段状の凹部４０とシリンダ３８の境界面に配置され、そこにシールを形成している。シリンダ３８の下端部４６における環状の係合段部４８に、シャワーヘッド／電極２２の周縁部５０が取り付けられている。シリンダ３８の係合段部４８は、シャワーヘッド／電極２２の周縁部５０によって支えられている。シャワーヘッド／電極２２は、ＲＦライン管５４に溶接位置５５で取り付けられたステム５２を有し、一体型のＲＦライン５６を形成している。ＲＦライン５６は、その上端部でカラー５８によって、摩擦により支持されている。ＲＦラインは、シャワーヘッド／電極２２をサセプタ３０の上方に支持している。一方、シャワーヘッド／電極２２は、係合段部４８にてシリンダ３８と当接し、凹部４０内に保持することにより、シリンダ機構２６中にシリンダ３８を支持している。シャワーヘッド／電極２２の周縁部５０に形成された係合段部４８とそれに対応する同様の環状係合段部６０との間で、Ｏリング５８が圧縮され、圧縮されたＯリングはシャワーヘッド／電極２２の周縁部５０とシリンダの係合段部４８の境界面をシールする。ガスの最又はリング６２，６４は、シリンダ３８内に反応ガスを導入する。基板２８は、例えばシャワーヘッド／電極２２から約０．２５インチ〜４インチの距離に設置される。この距離は、活性化イオンが基板をスパッタするのに適したものとしなければならない。また、例えば、反応ガスはリング６２，６４を介して導入される。これらの反応ガスはシリンダ３８を通過し、ガスがシャワーヘッド／電極２２を通過する際にプラズマが生成される。このプラズマは基板２８に衝突する。窒化チタンは、本装置や他の良く知られた装置の基板上に、約４００℃において熱的に堆積される。例えば、窒化チタン層は、TiCl₄、アンモニアガス（NH₃）、窒素ガス（Ｎ₂）を用いて、堆積される。TiN薄膜を生成するには、他にも良く知られた方法やパラメータがある。窒化チタン薄膜には、図に示されたような装置を用い、例えば高周波エネルギを利用して窒素又はアンモニアのような窒素含有ガスから発生させたプラズマによるプラズマエンハンスアニール処理が施される。プラズマエンハンスアニール処理を行うためには、サセプタ温度を約４００℃〜約５００℃の範囲内とし、また、反応圧力を約０．５Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの範囲内、例えば５Ｔｏｒｒに保たなければならない。窒素含有ガスとしては、アンモニア又は窒素とアンモニアの混合ガスのどちらを用いてもかまわない。流量は、比較的広範囲に変化させることができる。例えば、流量を約１０００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍの範囲内、例えば５０００ｓｃｃｍとする。窒化チタン薄膜上のプラズマの均一性を向上させるには、サセプタ３０を回転させることが望ましい。回転数は、高くすることも可能であるが、１００ｒｐｍあれば十分である。ＲＦ電極パワーは、プラズマを発生させるに足りるものでなくてはならないが、特別強力である必要はない。したがって、ＲＦパワーは、少なくとも１００Ｗ以上であり、その上限は、通常半導体が破壊されるパワーまでである。本発明の場合、効果が発揮されるのは、周波数４５０ＫＨｚ前後〜２６ＭＨｚ以上の範囲内である。アニール処理は、１５秒〜３００秒以上の範囲内で継続され、例えば６０秒間行われる。本発明の性能を試験するため、４塩化チタン、アンモニア、窒素を反応ガスとして使用した熱化学気相成長を行い、窒化チタン薄膜を成膜させた。反応条件は表１の通りである。表１ TiCL₄（ｓｃｃｍ）１０ NH₃（ｓｃｃｍ）１００ N₂（ｓｃｃｍ）５０００反応チャンバ圧力（Ｔｏｒｒ）２０サセプタ回転率（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０次に、プラズマアニールによって、この窒化チタン薄膜にアニール処理を施した。このとき、アンモニアの流量は５０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーは４５０ＫＨｚにおいて７５０ワット、圧力は５Ｔｏｒｒ、回転数は１２０秒間１００ｒｐｍである。サセプタ温度は４６７℃に維持され、ウェハの温度は４５０℃となり、その結果、抵抗率が３６３μΩｃｍ、塩素含有率が４．５％の薄膜が形成された。下記の表２に記載した条件下において熱的なアニール処理が施された同様の薄膜も、抵抗率が１０００μΩｃｍ、塩素含有率が５．０％の薄膜が形成された。表２ＮＨ₃（ｓｃｃｍ）５０００反応チャンバ圧力（Ｔｏｒｒ）２０サセプタ回転率（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０（プラズマ発生させず）このようにしてアニール処理が施された薄膜の抵抗率は１０００μΩｃｍ以上であり、また、その塩素含有率は少なくとも５．０％であった。したがって、本発明を適用することによって、熱的なアニール処理が施された薄膜よりも抵抗率及び塩素含有率が低く、より高性能な薄膜が形成される。それと同時に、本発明は、温度を常に５００℃以下に維持しているので、アルミニウム層を有する集積回路に適し、熱化学気相成長により成膜された窒化チタン薄膜の集積回路への適用範囲を広げることができる。このことにより、熱化学気相成長成膜法による窒化チタン薄膜の全体的な用途を極めて広くすることができる。以上、本発明を好ましい実施例を含めて説明したが、本発明は請求の範囲のみによって限定されるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成９年７月２日（１９９７．７．２）【補正内容】を約６７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）〜約１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）の範囲内、例えば６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）に保たなければならない。窒素含有ガスとしては、アンモニア又は窒素とアンモニアの混合ガスのどちらを用いてもかまわない。流量は、比較的広範囲に変化させることができる。例えば、流量を約１０００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍの範囲内、例えば５０００ｓｃｃｍとする。窒化チタン薄膜上のプラズマの均一性を向上させるには、サセプタ３０を回転させることが望ましい。回転数は、高くすることも可能であるが、１００ｒｐｍあれば十分である。ＲＦ電極パワーは、プラズマを発生させるに足りるものでなくてはならないが、特別強力である必要はない。したがって、ＲＦパワーは、少なくとも１００Ｗ以上であり、その上限は、通常半導体が破壊されるパワーまでである。本発明の場合、効果が発揮されるのは、周波数４５０ＫＨｚ前後〜２６ＭＨｚ以上の範囲内である。アニール処理は、１５秒〜３００秒以上の範囲内で継続され、例えば６０秒間行われる。本発明の性能を試験するため、４塩化チタン、アンモニア、窒素を反応ガスとして使用した熱化学気相成長を行い、窒化チタン薄膜を成膜させた。反応条件は表１の通りである。表１ TiCL₄（ｓｃｃｍ）１０ NH₃（ｓｃｃｍ）１００ N₂（ｓｃｃｍ）５０００反応チャンバ圧力（Ｐａ）２６６０（２０Ｔｏｒｒ）サセプタ回転率（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０次に、プラズマアニールによって、この窒化チタン薄膜にアニール処理を施した。このとき、アンモニアの流量は５０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーは４５０ＫＨｚにおいて７５０ワット、圧力は６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）、回転数は１２０秒間１００ｒｐｍである。サセプタ温度は４６７℃に維持され、ウェハの温度は４５０℃となり、その結果、抵抗率が３６３μΩｃｍ、塩素含有率が４．５％の薄膜が形成された。下記の表２に記載した条件下において熱的なアニール処理が施された同様の薄膜も、抵抗率が１０００μΩｃｍ、塩素含有率が５．０％の薄膜が形成された。表２ＮＨ₃（ｓｃｃｍ）５０００反応チャンバ圧力（Ｐａ）２６６０（２０Ｔｏｒｒ）サセプタ回転率（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０（プラズマ発生させず）このようにしてアニール処理が施された薄膜の抵抗率は１０００μΩｃｍ以上であり、また、その塩素含有率は少なくとも５．０％であった。したがって、本発明を適用することによって、熱的なアニール処理が施された薄膜よりも抵抗率及び塩素含有率が低く、より高性能な薄膜が形成される。それと同時に、本発明は、温度を常に５００℃以下に維持しているので、アルミニウム層を有する集積回路に適し、熱化学気相成長により成膜された窒化チタン薄膜の集積回路への適用範囲を広げることができる。このことにより、熱化学気相成長成膜法による窒化チタン薄膜の全体的な用途を極めて広くするこ請求の範囲１．４塩化チタンを用いた熱化学気相成長法によって窒化チタン膜を基板上に堆積するステップと、アンモニアと窒素を含むグループから選択した任意のガスから５００℃以下で生成されるプラズマを接触させることによって、上記窒化チタン薄膜にアニール処理を施すステップとを有し、窒化チタン薄膜を基板（２８）上に成膜する方法。２．上記ガスにＲＦエネルギを供給することによって上記プラズマを生成することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。３．上記ＲＦエネルギが１００Ｗ以上であることを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。４．上記プラズマによるアニール処理を１５秒〜３００秒継続することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。５．上記窒化チタン薄膜が、０〜１０００ｒｐｍの範囲で回転することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。６．上記温度が４００℃〜５００℃の範囲内にあることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。７．上記アニール処理が１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）〜１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）の範囲において行われることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。８．上記アニール処理中に、上記窒化チタン薄膜が回転し、上記プラズマがアンモニアプラズマであり、上記アンモニアプラズマは、少なくとも１００Ｗで、アンモニア流をＲＦ電極（２２）に接触させることにより生成され、上記窒化チタン薄膜は、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）〜１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）の範囲の圧力下で４００℃〜５００℃の範囲で加熱されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。【手続補正書】【提出日】平成１１年３月２４日（１９９９．３．２４）【補正内容】明細書窒化チタンのプラズマエンハンスアニール処理背景技術集積回路の製造において、基板表面に金属元素を含む薄膜が形成される。これらの薄膜により、回路内及び集積回路の種々の素子間の導伝性接続及びオーミックコンタクトが行われる。例えば、半導体ウェハ上のコンタクトホール又はビアの露出した内壁面には、絶縁層を横切って内部接続用の導電性材料からなるプラグを形成するために、ウェハ上の絶縁層を通過して理想的な薄膜を適用する必要がある。導体及び絶縁体としては、種々のものがあり、集積回路の様々な目的に合わせて選択される。それらとしては、チタン、窒化チタン、チタンタングステン合金、タングステン、アルミニウム、二酸化シリコンなどが含まれる。窒化チタンは、集積回路製造における様々な工程で用いられる。窒化チタンは、タングステン膜の接着層、全体的な内部接続、拡散防止層として用いられる。接着層として用いられる窒化チタンは、コンタクトホール及びビアの充填材として用いられるタングステンを覆う用途において優れている。このプロセスにおいて、通常は、最初に、タングステンと下地層である絶縁体との接着性を高める作用がある材料の薄膜を堆積する。タングステンは、絶縁材料に接着しにくいため、この材料は、絶縁体に良く密着し、かつタングステンにも良く密着する性質のものでなければならない。これに適した材料としては、幾つかあるが、なかでも窒化チタンは、絶縁体とタングステンの両方に対する高い接着性を有するとともに、非常に低い抵抗率、タングステンをエッチングするために用いられる化学薬品に対する耐性等の幾つかの優位性を有する。また、窒化チタンは、拡散防止層として用いた場合、シリコン不透過膜としても機能するという利点を有する。また、窒化チタンは、他の材料よりも高い活性化エネルギを有する。例えば、銅を窒化チタンに拡散するための活性化エネルギは４．３eVであり、一方銅を他の大部分の金属に拡散するための活性化エネルギは１eV〜２eVのオーダであることが報告されている。窒化チタン層を形成するために典型的に用いられる幾つかの異なる方法がある。窒素雰囲気中でチタンを蒸着させる方法、窒素／アルゴン混合気中でチタンを反応スパッタリングする方法、アルゴン雰囲気中でターゲットから窒化チタンをスパッタリングする方法、チタンを堆積させ、次の窒化工程において窒化チタンに化学変化させる方法、４塩化チタンとアンモニアを用いた熱化学気相成長反応等の方法がある。これらの異なる方法には、それぞれに特有の留意点が多くあり、特に、従来の熱化学気相成長法では、その方法で一般的な高温に曝されることである。集積回路の素子レベルでは、半導体不純物が浅く拡散し、集積回路内の電気素子の短絡を生じさせることがある。不純物は、拡散工程において、先ず熱を利用して拡散される。不純物は、集積回路が化学気相成長の間に高温にされるときにも拡散を続ける。この場合の温度は、集積回路内における金属での内部接続又は配線の後に熱化学気相成長が行われる場合には、温度は更に制限される。例えば、多くの集積回路は、内部接続用金属として、アルミニウムを使用している。しかし、アルミニウムを高温下に曝すと、アルミニウムに種々の望ましくないボイドやイックストリュージョンが発生する。したがって、内部接続用のアルミニウムを集積回路上に一旦堆積した場合には、内部接続用のアルミニウムを曝すことができる最高温度は約５００℃であり、好ましい上限は４００℃である。発明の名称が「回転式サセプタリアクタを用いたプラズマエンハンス熱化学気相成長法による薄膜形成の方法及び装置」であり、出願番号がWO-A-95/33866、W O-A-95/33867、優先日が１９９４年６月３日である２件の出願には、化学気相技術での窒化チタン薄膜の形成に適した回転式サセプタリアクタを用いた低温プラズマエンハンス熱化学気相成長法による薄膜形成の方法及び装置が記載されている。また、ソリッドステートエレクトロニクス、vol．３３、No．１１の１３８７頁〜１３９１頁、日本国特許出願公開番号がJP-OA-2,310,918、JP-A-63,229,814 である出願には、窒化チタンのスパッタ成膜及びそれに続くプラズマ処理が開示されている。ヨーロッパ特許出願公開番号がEP-A-0,711,846（本出願の優先日以降に公開された）である出願には、４アリキル化チタンからの窒化チタンの化学気相成長及びそれに続くプラズマ処理が開示されている。発明の開示本発明の目的は、高温下で成膜された窒化チタン薄膜に匹敵する性能を有する高品質な窒化チタン薄膜を形成するために、ウェハ上に既にあるアルミニウムに適合する低温処理を提供することである。さらに、本発明の目的は、窒化チタン薄膜にアニール処理を５００℃以下で施すための化学気相成長法を提供することである。本発明によれば、窒化チタン薄膜は、回転式サセプタリアクタ内の窒素含有ガスから５００℃以下で生成されたプラズマによって、アニール処理が施される。特に、本発明は、例えばアンモニアのような窒素含有ガスから５００℃以下で生成されたＲＦプラズマによって、窒化チタン薄膜にアニール処理を施す方法を提供する。この方法は、高温下においてアニール処理が施された薄膜に比べて、相対的に抵抗率が低く、塩素含有度の低い薄膜を生成することができる。本発明の目的及び利点を、添付の図面を参照して詳細に説明する。図面の簡単な説明図は、本発明において用いられるリアクタの断面図である。発明を実施するための最良の形態本発明は、窒化チタン薄膜が成膜された種々の異なる基板に対して利用することができる。窒化チタン薄膜は、４塩化チタンと窒化アンモニアを用いた化学気相成長反応により成膜される。窒化チタン薄膜形成の好ましい方法については、発明の名称が「回転式サセプタリアクタを用いたプラズマエンハンス熱化学気相成長法による薄膜形成の方法及び装置」であり、出願番号がWO-A-95/33866、WO- A-95/33867、優先日が１９９４年６月３日である２件の出願に、より詳細に記載されており、参照することにより本明細書の一部となる。プラズマエンハンス熱化学気相成長法に適した装置を、図に示す。この図は、本発明を実施するために用いることのできるＲＦシャワーヘッド／電極の具体的な構造を示す図である。化学気相成長（ＣＶＤ）装置２０は、ＲＦ供給ライン機構２４によってバイアスが印加されるＲＦシャワーヘッド／電極を備える。プラズマと反応ガスはシリンダ機構２６を通り、サセプタ３０上にある基板２８に送り出される。装置２０は、筐体カバー３２を有する筐体と、ＲＦ供給機構３４と、冷却ジャケット及び冷却液供給管を有するヒートパイプ機構３６と、シール機構４１を有するガス分配カバー３９とを備える。石英等の絶縁部材からなるシリンダ３８は、ＲＦ供給ライン機構を包囲している。シリンダ３８は、例えばヘレアスアマーシル（Hereaus Amersil）から入手可能なQuartz T08-Eのような高品質の石英から形成されている。石英シリンダ３８は、ニッケル−２００のような導電性金属からなるシャワーヘッド／電極２２に支持されている。環状の凹部４０が筐体カバー３２内に形成され、この凹部４２にシリンダ３８の上端部４２に取り付けられる。Ｏリング４３，４４は、階段状の凹部４０とシリンダ３８の境界面に配置され、そこにシールを形成している。シリンダ３８の下端部４６における環状の係合段部４８に、シャワーヘッド／電極２２の周縁部５０が取り付けられている。シリンダ３８の係合段部４８は、シャワーヘッド／電極２２の周縁部５０によって支えられている。シャワーヘッド／電極２２は、ＲＦライン管５４に溶接位置５５で取り付けられたステム５２を有し、一体型のＲＦライン５６を形成している。ＲＦライン５６は、その上端部でカラー５８によって、摩擦により支持されている。ＲＦラインは、シャワーヘッド／電極２２をサセプタ３０の上方に支持している。一方、シャワーヘッド／電極２２は、係合段部４８にてシリンダ３８と当接し、凹部４０内に保持することにより、シリンダ機構２６中にシリンダ３８を支持している。シャワーヘッド／電極２２の周縁部５０に形成された係合段部４８とそれに対応する同様の環状係合段部６０との間で、Ｏリング５８が圧縮され、圧縮されたＯリングはシャワーヘッド／電極２２の周縁部５０とシリンダの係合段部４８の境界面をシールする。ガスの暈又はリング６２，６４は、シリンダ３８内に反応ガスを導入する。基板２８は、例えばシャワーヘッド／電極２２から約６.３５×１０^-3ｍ(０. ２５インチ)〜０.１０２m(４インチ)の距離に設置される。この距離は、活性化イオンが基板をスパッタするのに適したものとしなければならない。また、例えば、反応ガスはリング６２，６４を介して導入される。これらの反応ガスはシリンダ３８を通過し、ガスがシャワーヘッド／電極２２を通過する際にプラズマが生成される。このプラズマは基板２８に衝突する。窒化チタンは、本装置や他の良く知られた装置の基板上に、約４００℃において熱的に堆積される。例えば、窒化チタン層は、TiCl₄、アンモニアガス（NH₃）、窒素ガス（N₂)を用いて、堆積される。TiN薄膜を生成するには、他にも良く知られた方法やパラメータがある。窒化チタン薄膜には、図に示されたような装置を用い、例えば高周波エネルギを利用して窒素又はアンモニアのような窒素含有ガスから発生させたプラズマによるプラズマエンハンスアニール処理が施される。プラズマエンハンスアニール処理を行うためには、サセプタ温度を約４００℃〜約５００℃の範囲内とし、また、反応圧力を約６７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）〜約１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）の範囲内、例えば６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）に保たなければならない。窒素含有ガスとしては、アンモニア又は窒素とアンモニアの混合ガスのどちらを用いてもかまわない。流量は、比較的広範囲に変化させることができる。例えば、流量を約１０００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍの範囲内、例えば５０００ｓｃｃｍとする。窒化チタン薄膜上のプラズマの均一性を向上させるには、サセプタ３０を回転させることが望ましい。回転数は、高くすることも可能であるが、１００ｒｐｍあれば十分である。ＲＦ電極パワーは、プラズマを発生させるに足りるものでなくてはならないが、特別強力である必要はない。したがって、ＲＦパワーは、少なくとも１００Ｗ以上であり、その上限は、通常半導体が破壊されるパワーまでである。本発明の場合、効果が発揮されるのは、周波数４５０ＫＨｚ前後〜２６ＭＨｚ以上の範囲内である。アニール処理は、１５秒〜３００秒以上の範囲内で継続され、例えば６０秒間行われる。本発明の性能を試験するため、４塩化チタン、アンモニア、窒素を反応ガスとして使用した熱化学気相成長を行い、窒化チタン薄膜を成膜させた。反応条件は表１の通りである。表１ TiCL₄（ｓｃｃｍ）１０ NH₃（ｓｃｃｍ）１００ N₂（ｓｃｃｍ）５０００反応チャンバ圧力（Ｐａ）２６６０（２０Ｔｏｒｒ）サセプタ回転率（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０次に、プラズマアニールによって、この窒化チタン薄膜にアニール処理を施した。このとき、アンモニアの流量は５０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーは４５０ＫＨｚにおいて７５０ワット、圧力は６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）、回転数は１２０秒間１００ｒｐｍである。サセプタ温度は４６７℃に維持され、ウェハの温度は４５０℃となり、その結果、抵抗率が３６３μΩｃｍ、塩素含有率が４．５％の薄膜が形成された。下記の表２に記載した条件下において熱的なアニール処理が施された同様の薄膜も、抵抗率が１０００μΩｃｍ、塩素含有率が５．０％の薄膜が形成された。表２ＮＨ₃（ｓｃｃｍ）５０００反応チャンバ圧力（Ｐａ）２６６０（２０Ｔｏｒｒ）サセプタ回転率（ｒｐｍ）１００基板温度（℃）４５０（プラズマ発生させず）このようにしてアニール処理が施された薄膜の抵抗率は１０００μΩｃｍ以上であり、また、その塩素含有率は少なくとも５．０％であった。したがって、本発明を適用することによって、熱的なアニール処理が施された薄膜よりも抵抗率及び塩素含有率が低く、より高性能な薄膜が形成される。それと同時に、本発明は、温度を常に５００℃以下に維持しているので、アルミニウム層を有する集積回路に適し、熱化学気相成長により成膜された窒化チタン薄膜の集積回路への適用範囲を広げることができる。このことにより、熱化学気相成長成膜法による窒化チタン薄膜の全体的な用途を極めて広くすることができる。以上、本発明を好ましい実施例を含めて説明したが、本発明は請求の範囲のみによって限定されるものである。請求の範囲１．４塩化チタンを用いた熱化学気相成長法によって窒化チタン膜を基板上に堆積するステップと、アンモニアと窒素を含むグループから選択した任意のガスから５００℃以下で生成されるプラズマを接触させることによって、上記窒化チタン薄膜にアニール処理を施すステップとを有し、窒化チタン薄膜を基板（２８）上に成膜する方法。２．上記ガスにＲＦエネルギを供給することによって上記プラズマを生成することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。３．上記ＲＦエネルギが１００Ｗ以上であることを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。４．上記プラズマによるアニール処理を１５秒〜３００秒継続することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。５．上記窒化チタン薄膜が、０〜１０００ｒｐｍの範囲で回転することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。６．上記温度が４００℃〜５００℃の範囲内にあることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。７．上記アニール処理が１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）〜１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）の範囲において行われることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。８．上記アニール処理中に、上記窒化チタン薄膜が回転し、上記プラズマがアンモニアプラズマであり、上記アンモニアプラズマは、少なくとも１００Ｗで、アンモニア流をＲＦ電極（２２）に接触させることにより生成され、上記窒化チタン薄膜は、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）〜１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）の範囲の圧力下で４００℃〜５００℃の範囲で加熱されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ジョセフティーヒルマンアメリカ合衆国アリゾナ州 07410 スコッツデールマクレランブールバード 8025 イー (72)発明者リキットエオラアメリカ合衆国アリゾナ州 85210 メサネイタルサークル 633 ダブリュー

Claims

【特許請求の範囲】１．アンモニアと窒素を含むグループから選択した任意のガスから５００℃以下で生成されるプラズマを接触させることによって、窒化チタン薄膜にアニール処理を施すことを特徴とする窒化チタン薄膜のアニール処理方法。２．上記ガスにＲＦエネルギを供給することによって上記プラズマを生成することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。３．上記ＲＦエネルギが約１００Ｗ以上であることを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。４．上記プラズマによるアニール処理を約１５秒〜約３００秒継続することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。５．上記窒化チタン薄膜が、約０〜約１０００ｒｐｍの範囲で回転することを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。６．上記温度が約４００℃〜約５００℃の範囲内にあることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。７．上記アニール処理が約１Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの範囲において行われることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。８．アンモニアの流れとＲＦ電極に少なくとも１００Ｗの電力を供給することにより発生したアンモニアプラズマを、回転している窒化チタン薄膜に、接触させることにより窒化チタン薄膜のアニール処理を行い、上記薄膜は、約１Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒの圧力下で、４００℃〜約５００ ℃の範囲で加熱されることを特徴とする窒化チタン薄膜のアニール処理方法。