JP2004149892A - Method of forming titanium nitride film - Google Patents

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Yasunori Yokoyama
靖典 横山
Shunichi Hizume
俊一 樋爪
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming a TiN film by which the uniformity of the film thickness or film quality in a TiN film can be improved. <P>SOLUTION: In the method of forming a TiN film, at first, a first TiN film 5 is formed on the film forming face (silicon oxide) 2 in a substrate 1 by a first film forming gas consisting of gaseous TiCl<SB>4</SB>and gaseous NH<SB>3</SB>controlled so that the the gaseous TiCl<SB>4</SB>lies in a feed rate-determining state. Next, a second TiN film 6 is formed on the first TiN film 5 by a second film forming gas consisting of gaseous TiCl<SB>4</SB>and gaseous NH<SB>3</SB>controlled so that the gaseous TiCl<SB>4</SB>lies in a reaction rate-determining state. Thus, the film thickness or film quality of the first and second TiN films 5 and 6 are made uniform on the whole. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造等で用いられる成膜技術に関し、特にCVD(化学気相堆積)法により形成される窒化チタン(TiN)膜の膜質ないしは膜厚の均一性を向上させるための手段に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体製造においては、配線形成やコンタクトホールの埋込み等のために、タングステン(W)やアルミニウム(Al)を成膜する方法が広く採用されている。また、W膜やAl膜を二酸化珪素(SiO)膜等の被膜形成面(下地層)上に直接形成した場合、被膜形成面にWやAlの拡散が生じて膜質が不安定なものとなるおそれがあるため、従来においては、被膜形成面上にTiN膜を形成し、その上にW膜又はAl膜を形成することとしている(特許文献1参照)。
【0003】
TiN膜の成膜方法としては、塩化チタン(TiCl)ガス及びアンモニア(NH)ガスを用いての熱CVD法が一般的である。また、近年の半導体デバイスの高集積化、微細化に伴って良好なステップカバレッジを得ることが必要なことから、TiClガスの導入流量をNHガスの流量に対して熱化学反応的に供給過多の状態、すなわちTiClガスが熱化学反応における反応律速となる状態とすることが一般的であった。例えば、NHガスを100sccmの流量で処理チャンバに導入した場合、TiClガスを170mgm程度の流量としている。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−201779号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、TiN膜の形成は、SiO膜のような酸化珪素表面や珪素単結晶表面の全域にわたり膜厚ないしは膜質が可能な限り均一となるよう行うことが望ましい。
【0006】
そこで、本発明は、上述したような従来の方法よりも更にTiN膜の膜厚ないしは膜質の均一性が向上する新規なTiN膜形成方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるTiN膜の形成方法は、半導体ウェハ等の基板が配置された処理チャンバ内にTiClガスとNHガスを主成分とする第1の成膜ガスを導入し、基板の酸化珪素表面又は珪素表面上に第1のTiN膜を熱CVD法により形成する第1ステップと、第1ステップの後、処理チャンバ内にTiClガスとNHガスを主成分とする第2の成膜ガスを導入し、前記第1のTiN膜上に第2のTiN膜を熱CVD法により成膜する第2ステップとを含み、前記第1の成膜ガス中のTiClガスが熱化学反応における供給律速となり且つNHガスが反応律速となるようTiClガス及びNHガスのそれぞれの処理チャンバ内への導入量を調整し、第2の成膜ガス中のTiClガスが熱化学反応における反応律速となり且つNHガスが供給律速となるようTiClガス及びNHガスのそれぞれの処理チャンバ内への導入量を調整したことを特徴としている。なお、酸化珪素は、SiOの他、同様な性質を有するSiOC、SiONであってもよい。
【0008】
本発明の方法によれば、第1のTiN膜及び第2のTiN膜から成る膜を1層のTiN膜として見た場合、このTiN膜は、従来の方法によるTiN膜(本発明でいうところの第2のTiN膜のみの膜)に比して、膜質ないしは膜厚がより均一なものとなる。
【0009】
なお、第1のTiN膜の膜厚は100オングストローム(10nm)以下、好ましくは30〜100オングストローム(3〜10nm)、より好ましくは50〜70(3〜7nm)であり、第1のTiN膜と第2のTiN膜の厚さの総計は150〜500オングストローム(15〜50nm)であることが好適である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図1は、本発明の方法によって半導体ウェハ(基板)1上のSiO膜2の上にTiN膜3を形成し、更にその上にW膜4を形成する場合の手順を示す図である。
【0011】
まず、熱CVD装置の処理チャンバ(図示しない)内にSiO膜2が既に形成された半導体ウェハ1(図1の(a)参照)を搬入すると共に、処理チャンバ内を約10Torr(1333.22Pa )に減圧する。次いで、処理チャンバ内を加熱し、半導体ウェハ1を600〜750℃程度(例えば680℃)の高温とする。ここで、TiClガス及びNHガスを主成分として含む第1の成膜ガスを処理チャンバ内に導入して、熱化学反応させると、半導体ウェハ1上に薄い第1のTiN膜5が形成される(図1の(b)参照)。
【0012】
この処理では、NHガスが熱化学反応の反応律速となるような流量とする。すなわち、例えばTiClガスの流量を10〜100mgmの小流量としているのに対し、NHガスは500sccmの大流量としている。このようにNHに反応を支配させることで、ステップカバレージは低くなるが、十分なNHガスをウェハ全面に吸着させTiClが導入された際にウェハ全面に吸着したNHと反応することで均一な膜が形成されるという理由から、被膜形成面、すなわちSiO膜2上に、引き続き成膜される第2のTiN膜6の成長に有効な核ないしは種となるべき膜が形成されると考えられる。
【0013】
第1のTiN膜5の厚さは100オングストローム(10nm)以下、好ましくは約30〜100オングストローム(3〜10nm)、より好ましくは約50〜70オングストローム(5〜7nm)程度である。30オングストロームよりも薄いと、TiN膜成長の核としての機能が十分に発揮されず、また、100オングストロームを越えると、ステップカバレージに悪影響を及ぼすおそれがあるからである。
【0014】
第1のTiN膜5が形成されたならば、第1の成膜ガスを処理チャンバから排出する。そして、前記処理チャンバ内の真空度及び温度を第1のTiN膜5の成膜時と同等に保った状態で、第2の成膜ガスを導入し、熱化学反応により第2のTiN膜6を第1のTiN膜5上に形成する。第2の成膜ガスは第1の成膜ガスと同様、TiClガス及びNHガスを主成分とするが、TiClガスが反応律速となるよう調整されている。具体的には、TiClガスの流量が例えば170mgmである場合、NHガスの流量を100sccm程度とすることが好ましい。この第2の成膜ガスは上述した従来方法における成膜ガスと同等のものであるので、ステップカバレージは良好であり、第1のTiN膜5によってカバーできなかった部分も埋めることができる。また、先に第1のTiN膜5が形成されているので、第2のTiN膜6は第1のTiN膜5を核ないしは種として安定して成長していく。その結果、第1と第2のTiN膜5,6からなるTiN膜3は、第2の成膜ガスで第2のTiN膜のみをSiO膜上に直接形成する従来方法に比して、より均一な膜質又は膜厚となる。
【0015】
第1と第2のTiN膜5,6の膜厚の総計が所定値に達したならば、従来一般に行われているように、別の熱CVD装置(図示しない)に半導体ウェハ1を移し、タングステンヘキサフルオライド(WF)及びシラン(SiH)又はHを処理チャンバ内に導入して熱化学反応によって第2のTiN膜6上にブランケットW膜4を形成する。勿論、均質で且つ膜厚が均一である第2のTiN膜6上に形成されたW膜4の膜質も向上される。W膜4の被膜形成面に対する拡散防止という観点では、第1と第2のTiN膜5,6の膜厚の総計は150〜500オングストローム(15〜50nm)程度であることが好適である。なお、500オングストロームまでとしたのは、その値を越えた場合、第1のTiN膜5の効果が薄れるため、膜質等の均一性は低下すると考えられるからである。
【0016】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、第1及び第2の成膜ガスには、他のガスが含まれていてもよい。また、TiN膜3上に形成される膜はAl膜やその他の材質の膜であってもよい。更に、TiN膜の下地もSiOに限られず、SiON、SiOC等の他の酸化珪素であってもよく、また、珪素でもよい。
【0017】
【実施例】
次に、本発明のTiN膜成膜方法により実際にTiN膜を形成し、その膜質の均一性を検討した2つの実験の結果について述べる。第1の実験では、第1のTiN膜の有無による膜質等の均一性の違いを検討した。また、第2の実験では、第1のTiN膜は一定の厚さとし、第2のTiN膜の厚さを変えた場合について検討した。
【0018】
まず、第1の実験では、表面に厚さ1000オングストローム(100nm)のSiO膜が形成された半導体ウェハを用意し、本発明の実施例としてそのSiO膜上に第1のTiN膜、更にその上に第2のTiN膜を形成した試料、及び、その比較例として第1のTiN膜のみを形成した試料と、第2のTiN膜のみを形成した試料を用意した。
【0019】
更に、実施例に係る試料としては、下の表1に示すように11種類用意した。すなわち、第1のTiN膜を形成するための第1の成膜ガスを、TiClガスの流量を15mgm、30mgm、50mgmの3通りとして、それぞれについて第1のTiN膜の厚さを10オングストローム(1nm)、30オングストローム(3nm)、50オングストローム(5nm)、70オングストローム(7nm)、100オングストローム(10nm)の5種とした。なお、第1の成膜ガスにおけるNHガスの流量は500sccm一定とした。また、実施例に係る各試料における第1及び第2のTiN膜の膜厚の総計は200オングストローム(20nm)一定となるよう、第2のTiN膜を形成した。第2のTiN膜を形成するための第2の成膜ガスにおけるTiClガスの流量は170mgm一定、NHガスの流量は100sccm一定とした。
【0020】
一方、第1のTiN膜のみが形成された比較例に係る試料としては、実施例に係る試料について第2のTiN膜を形成していないものと、TiClガスの流量を15mgm、NHガスの流量を500sccmとして厚さ200オングストローム(20nm)の第1のTiN膜のみを形成したものとの、計9種を用意した。
【0021】
また、第2のTiN膜のみが形成された比較例に係る試料は、TiClガスの流量を170mgm一定、NHガスの流量を100sccm一定として第2のTiN膜を形成したものである。第2のTiN膜の厚さは、100オングストローム(10nm)、130オングストローム(13nm)、150オングストローム(15nm)、200オングストローム(20nm)の4通りとした。
【0022】
TiN膜の膜質ないしは膜厚の均一性の評価方法としては種々考えられるが、本実験では、半導体ウェハ上の複数箇所でシート抵抗を測定してその標準偏差を求め、その値から膜厚又は膜質の均一性を判断するという方法を採用した。シート抵抗[Ω/□]とは、単位幅、単位長さ当たりの抵抗値をいう。標準偏差の値は小さいほど、シート抵抗の分散の幅は小さく、よって膜質ないしは膜厚がより均一であることを示す。
【0023】
【表1】

Figure 2004149892
表1には第1の実験により得られた評価結果がシート抵抗標準偏差の値として示されている。この表1から明らかなように、本発明の方法によって膜質ないしは膜厚の均一性の高いTiN膜が得られることが分かる。なお、第1のTiN膜のみであっても、200オングストロームを越えると、シート抵抗の標準偏差は低くなるが、第1のTiN膜はステップカバレージが低いという別の問題があるため、近年の半導体デバイスの微細化、高集積化には不適当である。
【0024】
なお、この第1の実験において本発明の方法でTiN膜を形成した後、厚さ4000オングストローム(400nm)のW膜を従来一般の方法で形成したが、良好な膜が得られた。
【0025】
第2の実験では、試料として、表面に厚さ1000オングストローム(100nm)のSiO膜が形成された半導体ウェハを用意した。そして、下の表2に示すように、本発明の実施例に係る試料として、TiClガスの流量を15mgm、NHガスの流量を500sccmとして厚さ50オングストローム(5nm)の第1のTiN膜をSiO膜上に形成し、その上に、TiClガスの流量を170mgm、NHガスの流量を100sccmとして厚さ150オングストローム(15nm)、250オングストローム(25nm)、350オングストローム(35nm)、450オングストローム(45nm)の第2のTiN膜をそれぞれ形成した4種の試料を作成した。
【0026】
また、比較例としては、第1のTiN膜は形成せずに、第2のTiN膜のみを形成した試料を4種用意した。それぞれの膜厚は、実施例の各試料の第1と第2のTiN膜の厚さの総計と同じとなるよう、200オングストローム、300オングストローム、400オングストローム、50オングストロームとした。
【0027】
膜質ないしは膜厚の均一性の評価方法としては、第1の実験の場合と同様、シート抵抗の標準偏差を求める方法を採用した。
【0028】
【表2】
Figure 2004149892
表2には、この第2の実験による結果が示されており、図2はそれをグラフとしたものである。これらから、本発明の方法により膜質ないしは膜厚の均一性の高いTiN膜が得られることが理解されよう。また、本発明の方法によっても、膜厚の総計が500オングストロームを越えると、第2のTiN膜のみからなるものと効果においては差がなくなるが、これは第2のTiN膜が厚くなるにつれ、第1のTiN膜の効力が低減されるためと考えられる。
【0029】
この第2実験にて本発明の方法で形成されたTiN膜の上に、最上層として厚さ4000オングストローム(400nm)のW膜を従来一般の方法で形成したが、この場合も良好な結果が得られた。
【0030】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、W膜やAl膜の下地層として形成されるTiN膜の膜質ないしは膜厚がより均一となり、WやAlの拡散防止効果等が半導体ウェハ等の基板の全域において均等に得られることとなる。従って、最終製品となる半導体デバイスの性能や歩留まりの向上にも寄与することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(d)は本発明の方法を用いてのTiN膜形成の手順を示す図である。
【図2】本発明による効果を示す実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1…半導体ウェハ、2…SiO膜、3…TiN膜、4…W膜、5…第1のTiN膜、6…第2のTiN膜。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming technique used in, for example, semiconductor manufacturing, and more particularly to a means for improving the film quality or uniformity of the film thickness of a titanium nitride (TiN) film formed by a CVD (chemical vapor deposition) method. .
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in semiconductor manufacturing, a method of forming a film of tungsten (W) or aluminum (Al) has been widely adopted for forming a wiring or filling a contact hole. Further, when a W film or an Al film is formed directly on a film forming surface (underlying layer) such as a silicon dioxide (SiO 2 ) film, diffusion of W or Al occurs on the film forming surface, resulting in unstable film quality. Conventionally, a TiN film is formed on a film-forming surface, and a W film or an Al film is formed thereon (see Patent Document 1).
[0003]
As a method for forming a TiN film, a thermal CVD method using a titanium chloride (TiCl 4 ) gas and an ammonia (NH 3 ) gas is generally used. In addition, since it is necessary to obtain good step coverage with the recent increase in the degree of integration and miniaturization of semiconductor devices, the introduction flow rate of the TiCl 4 gas is supplied in a thermochemical manner to the flow rate of the NH 3 gas. It was general to set an excessive state, that is, a state in which the TiCl 4 gas becomes the reaction rate-determining in the thermochemical reaction. For example, when NH 3 gas is introduced into the processing chamber at a flow rate of 100 sccm, the flow rate of TiCl 4 gas is about 170 mgm.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-7-201779
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, it is desirable to form the TiN film so that the film thickness or film quality is as uniform as possible over the entire surface of the silicon oxide surface such as a SiO 2 film or the silicon single crystal surface.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel TiN film forming method in which the film thickness or film quality uniformity of the TiN film is further improved as compared with the conventional method as described above.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method of forming a TiN film according to the present invention includes a method of forming a first film forming gas containing TiCl 4 gas and NH 3 gas as main components in a processing chamber in which a substrate such as a semiconductor wafer is disposed. A first step of introducing and forming a first TiN film on a silicon oxide surface or a silicon surface of the substrate by a thermal CVD method, and after the first step, a TiCl 4 gas and an NH 3 gas are mainly contained in a processing chamber. A second film forming gas is introduced, and a second step of forming a second TiN film on the first TiN film by a thermal CVD method. The introduction amounts of the TiCl 4 gas and the NH 3 gas into the respective processing chambers are adjusted so that the supply rate of the four gases is rate-limiting in the thermochemical reaction and the reaction rate of the NH 3 gas is rate-limiting. 4 gas is thermalized And NH 3 gas becomes kinetically limited in the reaction is characterized in that to adjust the introduction amount of the respective processing chamber of TiCl 4 gas and NH 3 gas so that a supply rate-limiting. The silicon oxide may be SiOC or SiON having similar properties, in addition to SiO 2 .
[0008]
According to the method of the present invention, when a film composed of the first TiN film and the second TiN film is viewed as a single-layer TiN film, the TiN film is a TiN film formed by a conventional method (referred to in the present invention). The film quality or the film thickness is more uniform than that of the second TiN film alone.
[0009]
The thickness of the first TiN film is 100 Å (10 nm) or less, preferably 30 to 100 Å (3 to 10 nm), and more preferably 50 to 70 (3 to 7 nm). It is preferable that the total thickness of the second TiN film is 150 to 500 angstroms (15 to 50 nm).
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a procedure for forming a TiN film 3 on a SiO 2 film 2 on a semiconductor wafer (substrate) 1 and further forming a W film 4 thereon by the method of the present invention.
[0011]
First, the semiconductor wafer 1 (see FIG. 1A) on which the SiO 2 film 2 is already formed is loaded into a processing chamber (not shown) of the thermal CVD apparatus, and the processing chamber is moved to about 10 Torr (1333.22 Pa). ). Next, the inside of the processing chamber is heated to raise the temperature of the semiconductor wafer 1 to about 600 to 750 ° C. (for example, 680 ° C.). Here, when a first film forming gas containing TiCl 4 gas and NH 3 gas as main components is introduced into the processing chamber and subjected to a thermochemical reaction, a thin first TiN film 5 is formed on the semiconductor wafer 1. (See FIG. 1B).
[0012]
In this process, the flow rate is set so that the NH 3 gas controls the reaction of the thermochemical reaction. That is, for example, the flow rate of the TiCl 4 gas is set to a small flow rate of 10 to 100 mgm, while the NH 3 gas is set to a large flow rate of 500 sccm. By causing NH 3 to control the reaction in this manner, step coverage is reduced, but sufficient NH 3 gas is adsorbed on the entire surface of the wafer and reacts with NH 3 adsorbed on the entire surface of the wafer when TiCl 4 is introduced. Is formed on the film forming surface, that is, on the SiO 2 film 2, a film to be a nucleus or seed effective for growing the second TiN film 6 to be subsequently formed. It is thought that.
[0013]
The thickness of the first TiN film 5 is not more than 100 angstroms (10 nm), preferably about 30 to 100 angstroms (3 to 10 nm), and more preferably about 50 to 70 angstroms (5 to 7 nm). If the thickness is less than 30 angstroms, the function as a nucleus for growing the TiN film will not be sufficiently exhibited, and if it exceeds 100 angstroms, the step coverage may be adversely affected.
[0014]
After the first TiN film 5 is formed, the first deposition gas is exhausted from the processing chamber. Then, while maintaining the degree of vacuum and the temperature in the processing chamber at the same level as when forming the first TiN film 5, a second film-forming gas is introduced, and the second TiN film 6 is formed by a thermochemical reaction. Is formed on the first TiN film 5. Like the first film-forming gas, the second film-forming gas is mainly composed of a TiCl 4 gas and an NH 3 gas, but is adjusted so that the reaction rate of the TiCl 4 gas is controlled. Specifically, when the flow rate of the TiCl 4 gas is, for example, 170 mgm, the flow rate of the NH 3 gas is preferably set to about 100 sccm. Since the second film forming gas is the same as the film forming gas in the above-described conventional method, the step coverage is good, and the portion that cannot be covered by the first TiN film 5 can be filled. In addition, since the first TiN film 5 is formed first, the second TiN film 6 grows stably using the first TiN film 5 as a nucleus or a seed. As a result, the TiN film 3 composed of the first and second TiN films 5 and 6 is smaller than the conventional method in which only the second TiN film is directly formed on the SiO 2 film with the second deposition gas. A more uniform film quality or thickness is obtained.
[0015]
When the total thickness of the first and second TiN films 5 and 6 reaches a predetermined value, the semiconductor wafer 1 is transferred to another thermal CVD apparatus (not shown), as is generally performed conventionally. Tungsten hexafluoride (WF 6 ) and silane (SiH 4 ) or H 2 are introduced into the processing chamber, and a blanket W film 4 is formed on the second TiN film 6 by a thermochemical reaction. Of course, the film quality of the W film 4 formed on the second TiN film 6 having a uniform thickness and a uniform thickness is also improved. From the viewpoint of preventing diffusion of the W film 4 from the surface on which the film is formed, the total thickness of the first and second TiN films 5 and 6 is preferably about 150 to 500 angstroms (15 to 50 nm). The reason why the thickness is set to 500 angstroms is that if the value is exceeded, the effect of the first TiN film 5 is reduced, so that it is considered that the uniformity of the film quality and the like is reduced.
[0016]
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the first and second deposition gases may include other gases. Further, the film formed on the TiN film 3 may be an Al film or a film of another material. Further, the base of the TiN film is not limited to SiO 2 , but may be another silicon oxide such as SiON, SiOC, or silicon.
[0017]
【Example】
Next, results of two experiments in which a TiN film is actually formed by the TiN film forming method of the present invention and the uniformity of the film quality is examined will be described. In the first experiment, the difference in uniformity such as film quality depending on the presence or absence of the first TiN film was examined. In the second experiment, the case where the first TiN film had a constant thickness and the thickness of the second TiN film was changed was examined.
[0018]
First, in a first experiment, a semiconductor wafer having a 1000 Å (100 nm) thick SiO 2 film formed on the surface thereof was prepared. As an example of the present invention, a first TiN film was further formed on the SiO 2 film. A sample in which a second TiN film was formed thereon, a sample in which only the first TiN film was formed, and a sample in which only the second TiN film was formed were prepared as comparative examples.
[0019]
Further, as samples according to the examples, 11 types were prepared as shown in Table 1 below. That is, the first film forming gas for forming the first TiN film has three flow rates of 15 mgm, 30 mgm, and 50 mgm of the TiCl 4 gas, and the thickness of the first TiN film is 10 angstroms (for each). 1 angstrom), 30 angstrom (3 nm), 50 angstrom (5 nm), 70 angstrom (7 nm), and 100 angstrom (10 nm). Note that the flow rate of the NH 3 gas in the first film formation gas was kept constant at 500 sccm. In addition, the second TiN film was formed such that the total thickness of the first and second TiN films in each sample according to the example was constant at 200 Å (20 nm). In the second film forming gas for forming the second TiN film, the flow rate of the TiCl 4 gas was constant at 170 mgm, and the flow rate of the NH 3 gas was constant at 100 sccm.
[0020]
On the other hand, a sample according to the comparative example in which only the first TiN film was formed was a sample according to the example in which the second TiN film was not formed, a flow rate of the TiCl 4 gas was 15 mgm, and an NH 3 gas was used. 9 flow rates of 500 sccm and only the first TiN film having a thickness of 200 angstroms (20 nm) were formed.
[0021]
In the sample according to the comparative example in which only the second TiN film was formed, the flow rate of the TiCl 4 gas was constant at 170 mgm, and the flow rate of the NH 3 gas was constant at 100 sccm, and the second TiN film was formed. The thickness of the second TiN film was set to 100 Å (10 nm), 130 Å (13 nm), 150 Å (15 nm), and 200 Å (20 nm).
[0022]
Although there are various methods for evaluating the film quality or the uniformity of the film thickness of the TiN film, in this experiment, the sheet resistance was measured at a plurality of locations on the semiconductor wafer to determine the standard deviation, and the film thickness or film quality was determined from the value. The method of judging the uniformity was adopted. The sheet resistance [Ω / □] refers to a resistance value per unit width and unit length. The smaller the value of the standard deviation, the smaller the width of the dispersion of the sheet resistance, indicating that the film quality or the film thickness is more uniform.
[0023]
[Table 1]
Figure 2004149892
Table 1 shows the evaluation results obtained in the first experiment as sheet resistance standard deviation values. As is clear from Table 1, it can be seen that the method of the present invention can provide a TiN film having high film quality or uniform thickness. Even if only the first TiN film is used, if the thickness exceeds 200 angstroms, the standard deviation of the sheet resistance becomes low. However, the first TiN film has another problem that the step coverage is low. It is not suitable for miniaturization and high integration of devices.
[0024]
In the first experiment, after forming a TiN film by the method of the present invention, a W film having a thickness of 4000 Å (400 nm) was formed by a conventional method, but a good film was obtained.
[0025]
In the second experiment, a semiconductor wafer having a 1000 angstrom (100 nm) thick SiO 2 film formed on the surface was prepared as a sample. As shown in Table 2 below, as a sample according to an example of the present invention, a first TiN film having a thickness of 50 angstroms (5 nm) with a TiCl 4 gas flow rate of 15 mgm and an NH 3 gas flow rate of 500 sccm. Is formed on a SiO 2 film, and a thickness of 150 Å (15 nm), 250 Å (25 nm), 350 Å (35 nm), 450 Å with a TiCl 4 gas flow rate of 170 mgm and an NH 3 gas flow rate of 100 sccm is formed thereon. Four types of samples each having a second Angstrom (45 nm) TiN film were formed.
[0026]
As comparative examples, four kinds of samples were prepared in which only the second TiN film was formed without forming the first TiN film. Each film thickness was set to 200 Å, 300 Å, 400 Å, and 50 Å so as to be the same as the total thickness of the first and second TiN films of each sample of the example.
[0027]
As a method of evaluating the film quality or the uniformity of the film thickness, a method of obtaining the standard deviation of the sheet resistance was employed as in the case of the first experiment.
[0028]
[Table 2]
Figure 2004149892
Table 2 shows the results of this second experiment, and FIG. 2 is a graph thereof. From these, it can be understood that the method of the present invention can provide a TiN film having a high film quality or a uniform film thickness. Also, according to the method of the present invention, when the total thickness exceeds 500 angstroms, there is no difference in the effect from the case where only the second TiN film is formed. However, as the second TiN film becomes thicker, It is considered that the effect of the first TiN film is reduced.
[0029]
In the second experiment, a 4000 W (400 nm) thick W film was formed as the uppermost layer on the TiN film formed by the method of the present invention by a conventional method. Obtained.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the film quality or the film thickness of the TiN film formed as the underlayer of the W film or the Al film becomes more uniform, and the effect of preventing the diffusion of W and Al is reduced. Is obtained evenly over the entire area. Therefore, it also contributes to the improvement of the performance and yield of the semiconductor device as the final product.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1D are diagrams showing a procedure for forming a TiN film using the method of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing experimental results showing the effects of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... semiconductor wafer, 2 ... SiO 2 film, 3 ... TiN film, 4 ... W film, 5 ... first TiN film, 6 ... second TiN film.

Claims (3)

基板の酸化珪素表面又は珪素表面上に窒化チタン膜を形成する方法において、
前記基板が配置された処理チャンバ内に塩化チタンガスとアンモニアガスを主成分とする第1の成膜ガスを導入し、前記基板の前記被膜形成面上に第1の窒化チタン膜を熱CVD法により成膜する第1ステップと、
前記第1ステップの後、前記処理チャンバ内に塩化チタンガスとアンモニアガスを主成分とする第2の成膜ガスを導入し、前記第1の窒化チタン膜上に第2の窒化チタン膜を熱CVD法により成膜する第2ステップと
を含み、
前記第1の成膜ガス中の塩化チタンガスが熱化学反応における供給律速となり且つアンモニアガスが反応律速となるよう塩化チタンガス及びアンモニアガスのそれぞれの前記処理チャンバ内への導入量を調整し、
前記第2の成膜ガス中の塩化チタンガスが熱化学反応における反応律速となり且つアンモニアガスが供給律速となるよう塩化チタンガス及びアンモニアガスのそれぞれの前記処理チャンバ内への導入量を調整したことを特徴とする窒化チタン膜の形成方法。
In a method of forming a titanium nitride film on a silicon oxide surface or a silicon surface of a substrate,
A first film forming gas mainly composed of a titanium chloride gas and an ammonia gas is introduced into a processing chamber in which the substrate is disposed, and a first titanium nitride film is formed on the film forming surface of the substrate by a thermal CVD method. A first step of forming a film by
After the first step, a second film forming gas mainly composed of a titanium chloride gas and an ammonia gas is introduced into the processing chamber, and a second titanium nitride film is thermally formed on the first titanium nitride film. A second step of forming a film by a CVD method,
Adjusting the introduction amounts of the titanium chloride gas and the ammonia gas into the processing chamber such that the titanium chloride gas in the first film-forming gas becomes a supply-limiting rate in the thermochemical reaction and the ammonia gas becomes a reaction-limiting rate;
Adjusting the introduction amounts of the titanium chloride gas and the ammonia gas into the processing chamber such that the titanium chloride gas in the second film-forming gas becomes a reaction rate-determining reaction in the thermochemical reaction and the ammonia gas becomes a supply-limiting rate. A method for forming a titanium nitride film.
前記第1の窒化チタン膜の膜厚は100オングストローム(10nm)以下であることを特徴とする請求項1に記載の窒化チタン膜の形成方法。2. The method according to claim 1, wherein the thickness of the first titanium nitride film is 100 angstroms (10 nm) or less. 前記第1の窒化チタン膜と前記第2の窒化チタン膜の厚さの総計は150〜500オングストローム(15〜50nm)であることを特徴とする請求項2に記載の窒化チタン膜の形成方法。3. The method according to claim 2, wherein the total thickness of the first titanium nitride film and the second titanium nitride film is 150 to 500 Å (15 to 50 nm). 4.
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