JP2677230B2 - ＴｉＮ膜の形成方法 - Google Patents
ＴｉＮ膜の形成方法Info
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Description
【０００１】本発明は、ＬＳＩなどの半導体装置におけ
る接続孔に形成するバリアメタル層の形成方法に関し、
特に、化学的気相成長（ＣＶＤ）法により、接続孔の底
面および側面をバリアメタル層としてのチタンナイトラ
イド（窒化チタン：ＴｉＮ）膜で被覆する方法に関する
ものである。
る接続孔に形成するバリアメタル層の形成方法に関し、
特に、化学的気相成長（ＣＶＤ）法により、接続孔の底
面および側面をバリアメタル層としてのチタンナイトラ
イド（窒化チタン：ＴｉＮ）膜で被覆する方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩなどの半導体装置においては、配
線工程における熱処理により接続孔底部において配線材
料であるアルミニウム（Ａｌ）等の金属と基板のシリコ
ン（Ｓｉ）が反応し、接合が破壊される問題が生じる。
この問題を避けるため、Ａｌあるいはタングステン
（Ｗ）などの金属と基板のＳｉとの間に、ＴｉＮ薄膜を
堆積することが行われている。
線工程における熱処理により接続孔底部において配線材
料であるアルミニウム（Ａｌ）等の金属と基板のシリコ
ン（Ｓｉ）が反応し、接合が破壊される問題が生じる。
この問題を避けるため、Ａｌあるいはタングステン
（Ｗ）などの金属と基板のＳｉとの間に、ＴｉＮ薄膜を
堆積することが行われている。
【０００３】これは、ＴｉＮが、９００度以上の高温で
もＳｉとは反応せず、さらに燐（Ｐ）やボロン（Ｂ）な
どのＳｉ中の不純物が拡散することを抑制し、さらに
は、ＡｌがＳｉ中に拡散することを抑制することができ
るためである。
もＳｉとは反応せず、さらに燐（Ｐ）やボロン（Ｂ）な
どのＳｉ中の不純物が拡散することを抑制し、さらに
は、ＡｌがＳｉ中に拡散することを抑制することができ
るためである。
【０００４】従来、チタン（Ｔｉ）ターゲットとアルゴ
ン（Ａｒ）＋窒素（Ｎ2 ）混合ガスを用いた反応性スパ
ッタ法により接続部にこのバリア層のＴｉＮ薄膜を堆積
してきた。しかしながら、半導体装置の微細化に伴い、
配線接続孔の直径が０．５ミクロン以下に狭くなり、か
つ接続孔の直径に対する孔の深さの比（アスペクト比）
が大きくなった結果、反応性スパッタ法によるＴｉＮ膜
の段差被膜性の劣化が問題となってきている。
ン（Ａｒ）＋窒素（Ｎ2 ）混合ガスを用いた反応性スパ
ッタ法により接続部にこのバリア層のＴｉＮ薄膜を堆積
してきた。しかしながら、半導体装置の微細化に伴い、
配線接続孔の直径が０．５ミクロン以下に狭くなり、か
つ接続孔の直径に対する孔の深さの比（アスペクト比）
が大きくなった結果、反応性スパッタ法によるＴｉＮ膜
の段差被膜性の劣化が問題となってきている。
【０００５】段差被膜性が劣化すると、ＴｉＮは主に孔
上部に堆積し、電極用の微細孔の低部には堆積しないた
め、良好な電極が形成できなくなる。この問題を回避す
ることを目的として、スパッタ粒子の方向性を制御した
コリメートスパッタ法が開発されているが、半導体装置
がより微細化された場合には、従来のスパッタ法と同様
に、段差被膜性が劣化する可能性がある。
上部に堆積し、電極用の微細孔の低部には堆積しないた
め、良好な電極が形成できなくなる。この問題を回避す
ることを目的として、スパッタ粒子の方向性を制御した
コリメートスパッタ法が開発されているが、半導体装置
がより微細化された場合には、従来のスパッタ法と同様
に、段差被膜性が劣化する可能性がある。
【０００６】この問題を解決するため、化学気相成長
（ＣＶＤ）法によるＴｉＮ薄膜堆積技術が開発されてい
る。これは、気相中および基板表面での化学反応を利用
し、接続孔底部にＴｉＮ薄膜を成長させる方法である。
このＣＶＤ法は、Ｔｉの原料ガスとして有機金属を用い
る有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法と、塩化物を用いる
クロライド法に大別される。一般には、後者のクロライ
ド法により得られる膜の方が段差被膜性が良いとされ、
例えば、Ｔｉの原料として四塩化チタン（ＴｉＣｌ
4 ）、窒素の原料としてアンモニア（ＮＨ3 ）を使用
し、加熱した基板上での原料ガスの熱分解および還元反
応を利用してＴｉＮ薄膜を成長させる。
（ＣＶＤ）法によるＴｉＮ薄膜堆積技術が開発されてい
る。これは、気相中および基板表面での化学反応を利用
し、接続孔底部にＴｉＮ薄膜を成長させる方法である。
このＣＶＤ法は、Ｔｉの原料ガスとして有機金属を用い
る有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法と、塩化物を用いる
クロライド法に大別される。一般には、後者のクロライ
ド法により得られる膜の方が段差被膜性が良いとされ、
例えば、Ｔｉの原料として四塩化チタン（ＴｉＣｌ
4 ）、窒素の原料としてアンモニア（ＮＨ3 ）を使用
し、加熱した基板上での原料ガスの熱分解および還元反
応を利用してＴｉＮ薄膜を成長させる。
【０００７】しかしながら、従来のＴｉＣｌ4 ／ＮＨ3
ガス系を用いたＣＶＤ法によりＴｉＮ薄膜を堆積した場
合、膜中に塩素が残留する問題が起こる。特に、微細な
接続孔の底部に良好に堆積可能である条件（ステップカ
バレッジが良好な成膜条件）下でＴｉＮを堆積すると十
％程度の多量の塩素が膜中に残る。一方、膜中の塩素濃
度が少ない条件でＴｉＮ膜を堆積させると、ステップカ
バレッジが劣化し、接続孔底部にＴｉＮを良好に堆積す
ることができない。
ガス系を用いたＣＶＤ法によりＴｉＮ薄膜を堆積した場
合、膜中に塩素が残留する問題が起こる。特に、微細な
接続孔の底部に良好に堆積可能である条件（ステップカ
バレッジが良好な成膜条件）下でＴｉＮを堆積すると十
％程度の多量の塩素が膜中に残る。一方、膜中の塩素濃
度が少ない条件でＴｉＮ膜を堆積させると、ステップカ
バレッジが劣化し、接続孔底部にＴｉＮを良好に堆積す
ることができない。
【０００８】すなわち、膜中の残留塩素濃度とステップ
カバレッジの良否は相反する関係にあり、残留塩素濃度
が少ないＴｉＮ薄膜を微細な接続孔底部に良好に堆積す
ることは困難である。膜中に残留した塩素は、半導体装
置作成後のＡｌ配線の腐食の原因となり、半導体装置の
特性の劣化あるいは信頼性の低下の原因となる。以上の
理由から、原料ガスとして、塩素を含まず、膜中に塩素
が残留することのない有機金属を用いたＭＯＣＶＤ法に
関する検討が行われている。
カバレッジの良否は相反する関係にあり、残留塩素濃度
が少ないＴｉＮ薄膜を微細な接続孔底部に良好に堆積す
ることは困難である。膜中に残留した塩素は、半導体装
置作成後のＡｌ配線の腐食の原因となり、半導体装置の
特性の劣化あるいは信頼性の低下の原因となる。以上の
理由から、原料ガスとして、塩素を含まず、膜中に塩素
が残留することのない有機金属を用いたＭＯＣＶＤ法に
関する検討が行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＭＯＣＶＤ法
はいわゆる熱分解法であり、半導体装置における微細な
接続孔底部に良好にＴｉＮ膜を成長させるには、成長温
度を低下させるなどして、気相中での原料ガスの熱分解
を抑制し、成膜種の表面での反応性を低下させる必要が
ある。これは、原料ガスの気相中での分解により生成し
た成膜種は一般的に反応性が高く、成膜種の表面への付
着係数が大きいため、また基板温度が高い場合、未分解
の原料ガス自体の基板表面での反応確率が高くなるた
め、接続孔の入り口付近にのみＴｉＮが堆積するように
なるからである。
はいわゆる熱分解法であり、半導体装置における微細な
接続孔底部に良好にＴｉＮ膜を成長させるには、成長温
度を低下させるなどして、気相中での原料ガスの熱分解
を抑制し、成膜種の表面での反応性を低下させる必要が
ある。これは、原料ガスの気相中での分解により生成し
た成膜種は一般的に反応性が高く、成膜種の表面への付
着係数が大きいため、また基板温度が高い場合、未分解
の原料ガス自体の基板表面での反応確率が高くなるた
め、接続孔の入り口付近にのみＴｉＮが堆積するように
なるからである。
【００１０】アスペクト比の高い接続孔に堆積したＴｉ
Ｎ膜が良好な表面被覆形状を有していない場合、配線形
成後に配線材料であるＡｌと基板や下層配線との電気的
な接続特性の劣化や断線が生じ、半導体装置の特性の劣
化あるいは装置の不稼働などの問題を引き起こす。一
方、良好な表面被覆性を得るために成長温度を低下させ
ると、成膜したＴｉＮ膜の膜質が劣化する。この場合、
被覆形状が良好であっても、コンタクト抵抗の上昇や、
バリア性劣化に伴う配線材料であるアルミニウムの半導
体基板への拡散によるデバイス特性の劣化等の原因とな
る。このため、良好な接続孔内表面被覆性を実現しなが
ら、膜質のよいＴｉＮ膜を形成することが、将来のより
微細な半導体装置を作製できるようにするために強く求
められている。
Ｎ膜が良好な表面被覆形状を有していない場合、配線形
成後に配線材料であるＡｌと基板や下層配線との電気的
な接続特性の劣化や断線が生じ、半導体装置の特性の劣
化あるいは装置の不稼働などの問題を引き起こす。一
方、良好な表面被覆性を得るために成長温度を低下させ
ると、成膜したＴｉＮ膜の膜質が劣化する。この場合、
被覆形状が良好であっても、コンタクト抵抗の上昇や、
バリア性劣化に伴う配線材料であるアルミニウムの半導
体基板への拡散によるデバイス特性の劣化等の原因とな
る。このため、良好な接続孔内表面被覆性を実現しなが
ら、膜質のよいＴｉＮ膜を形成することが、将来のより
微細な半導体装置を作製できるようにするために強く求
められている。
【００１１】従って、本発明の目的は、良好な接続孔表
面被覆性を有するＴｉＮ薄層を、バリア性が高く、かつ
低抵抗の膜として形成できるバリアメタル層の形成方法
を提供することである。
面被覆性を有するＴｉＮ薄層を、バリア性が高く、かつ
低抵抗の膜として形成できるバリアメタル層の形成方法
を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、ＴｉおよびＮを構成元素として含
む有機金属ガス、または、Ｔｉ構成元素として含む有機
金属ガスおよびＮを含む原料ガスを使用して化学気相成
長法によりＴｉＮ膜を成長させる方法において、有機金
属ガスの供給と同時に少量のハロゲン系ガスを供給して
ＴｉＮを堆積することを特徴とするＴｉＮ膜の形成方
法、が提供される。
め、本発明によれば、ＴｉおよびＮを構成元素として含
む有機金属ガス、または、Ｔｉ構成元素として含む有機
金属ガスおよびＮを含む原料ガスを使用して化学気相成
長法によりＴｉＮ膜を成長させる方法において、有機金
属ガスの供給と同時に少量のハロゲン系ガスを供給して
ＴｉＮを堆積することを特徴とするＴｉＮ膜の形成方
法、が提供される。
【００１３】
【作用】前述のごとく、Ｔｉ原料として有機金属を用い
るＭＯＣＶＤ法により堆積するＴｉＮ膜では、良好な表
面被覆性と良好な膜質を両立させることが困難である。
これは、表面での成膜種の反応性（付着確率）の低下と
膜質の向上を、基板温度の変化のみでは制御できないこ
とに起因している。
るＭＯＣＶＤ法により堆積するＴｉＮ膜では、良好な表
面被覆性と良好な膜質を両立させることが困難である。
これは、表面での成膜種の反応性（付着確率）の低下と
膜質の向上を、基板温度の変化のみでは制御できないこ
とに起因している。
【００１４】上記問題を解決するため、本発明において
は、原料ガスと同時にＣｌ2 などのハロゲン系ガスを供
給する。供給されたＣｌ2 等は、成長層の表面でＴｉ−
Ｃｌ等の結合を形成し、成長中に表面に存在する結合に
寄与していないＴｉの軌道を終端する。その結果、表面
での反応性が低下し、表面に飛来した原料ガスの吸着が
阻害される。そのため、従来と比較し高い基板温度にお
いても、成膜種の表面への付着係数を実効的に小さくす
ることが可能となる。この結果、膜質と付着係数を独立
に制御することが可能となり、先の問題が解決される。
は、原料ガスと同時にＣｌ2 などのハロゲン系ガスを供
給する。供給されたＣｌ2 等は、成長層の表面でＴｉ−
Ｃｌ等の結合を形成し、成長中に表面に存在する結合に
寄与していないＴｉの軌道を終端する。その結果、表面
での反応性が低下し、表面に飛来した原料ガスの吸着が
阻害される。そのため、従来と比較し高い基板温度にお
いても、成膜種の表面への付着係数を実効的に小さくす
ることが可能となる。この結果、膜質と付着係数を独立
に制御することが可能となり、先の問題が解決される。
【００１５】本発明による方法では、表面でのみ塩素が
作用するようにすることが重要である。少量の塩素で十
分な効果が得られるようにするためである。これによ
り、ハロゲンガスの添加は行っているが、配線腐食の原
因となる多量のハロゲンの膜中への残留は回避される。
作用するようにすることが重要である。少量の塩素で十
分な効果が得られるようにするためである。これによ
り、ハロゲンガスの添加は行っているが、配線腐食の原
因となる多量のハロゲンの膜中への残留は回避される。
【００１６】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 ［第１の実施例］図１は、本発明の実施例を行うための
ＴｉＮ成膜装置の構成を示す模式図である。図１に示す
ように、成長を行うチャンバ１０１内において、基板１
０２は基板保持部１０３に保持されており、基板加熱機
構１０４により加熱される。Ｃｌ2などのハロゲン系ガ
スは、バルブ１０７を介して供給され、マスフローコン
トローラ１０６により流量をコントロールされた後、ガ
ス導入口１０５より基板１０２上に供給される。
て説明する。 ［第１の実施例］図１は、本発明の実施例を行うための
ＴｉＮ成膜装置の構成を示す模式図である。図１に示す
ように、成長を行うチャンバ１０１内において、基板１
０２は基板保持部１０３に保持されており、基板加熱機
構１０４により加熱される。Ｃｌ2などのハロゲン系ガ
スは、バルブ１０７を介して供給され、マスフローコン
トローラ１０６により流量をコントロールされた後、ガ
ス導入口１０５より基板１０２上に供給される。
【００１７】有機金属原料は、有機金属保管容器１０８
内に保管され、この容器は、保管容器加熱機構１０９に
より加熱される。有機金属原料は、バルブ１１０および
マスフローコントローラ１１１を介して気化器１１２に
導入される。Ｎ2 などのキャリアガスもバルブ１１４、
マスフローコントローラ１１３を介して気化器１１２に
供給される。ＮＨ3 などの窒素系原料ガスは、バルブ１
１６、マスフローコントローラ１１５およびシャワーヘ
ッド１１７を介してチャンバ１０１内に供給される。気
化器１１２において気化された有機金属ガスもシャワー
ヘッド１１７を介してチャンバ１０１内に供給される。
チャンバ１０１内の圧力は圧力調整バルブ１１８と不要
ガスを排気する真空ポンプ１１９とによってコントロー
ルされる。
内に保管され、この容器は、保管容器加熱機構１０９に
より加熱される。有機金属原料は、バルブ１１０および
マスフローコントローラ１１１を介して気化器１１２に
導入される。Ｎ2 などのキャリアガスもバルブ１１４、
マスフローコントローラ１１３を介して気化器１１２に
供給される。ＮＨ3 などの窒素系原料ガスは、バルブ１
１６、マスフローコントローラ１１５およびシャワーヘ
ッド１１７を介してチャンバ１０１内に供給される。気
化器１１２において気化された有機金属ガスもシャワー
ヘッド１１７を介してチャンバ１０１内に供給される。
チャンバ１０１内の圧力は圧力調整バルブ１１８と不要
ガスを排気する真空ポンプ１１９とによってコントロー
ルされる。
【００１８】Ｔｉを供給する有機金属原料は蒸気圧が低
いため、室温では液体状である原料が多い。そこで、本
実施例においては、Ｎ2 をキャリアガスとして用いる気
化器１１２を使用し、さらに、装置内部あるいはガス供
給系における原料ガスの液化を防止するため、チャンバ
１０１ならびに排気系をヒータにより加熱した。本実施
例においては、ＴｉＮの原料ガスとしてテトラジエチル
アミノチタン（Ｔｉ（Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ）4 ：ＴＤＥＡ
Ｔ）のみを原料ガスとして使用し、Ｎ2 等の窒素系原料
ガスの供給は行わなかった。また、ハロゲン系ガスとし
てＨＣｌを使用した。
いため、室温では液体状である原料が多い。そこで、本
実施例においては、Ｎ2 をキャリアガスとして用いる気
化器１１２を使用し、さらに、装置内部あるいはガス供
給系における原料ガスの液化を防止するため、チャンバ
１０１ならびに排気系をヒータにより加熱した。本実施
例においては、ＴｉＮの原料ガスとしてテトラジエチル
アミノチタン（Ｔｉ（Ｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ）4 ：ＴＤＥＡ
Ｔ）のみを原料ガスとして使用し、Ｎ2 等の窒素系原料
ガスの供給は行わなかった。また、ハロゲン系ガスとし
てＨＣｌを使用した。
【００１９】図２は、使用した基板の断面図である。シ
リコン基板２０１上に、ＣＶＤ法により約１μｍの厚さ
のシリコン酸化膜２０２を堆積した。その上にフォトレ
ジストを塗布し、通常のマスク露光、ドライエッチング
により、幅０．２５μｍ、長さ１μｍのトレンチ２０３
を形成した。その後、酸素ガスを用いたアッシングによ
り、残ったレジストを除去した。
リコン基板２０１上に、ＣＶＤ法により約１μｍの厚さ
のシリコン酸化膜２０２を堆積した。その上にフォトレ
ジストを塗布し、通常のマスク露光、ドライエッチング
により、幅０．２５μｍ、長さ１μｍのトレンチ２０３
を形成した。その後、酸素ガスを用いたアッシングによ
り、残ったレジストを除去した。
【００２０】基板１０２を基板保持部１０３上に保持
し、チャンバ１０１内部を真空ポンプ１１９で排気した
後、基板加熱機構１０４により基板温度３５０℃に加熱
した。基板温度が安定した後、有機原料容器１０８を加
熱機構１０９により加熱し、有機原料ＴＤＥＡＴをマス
フローコントローラ１１１、および気化器１１２を用い
て、シャワーヘッド１１６より基板表面に供給した。本
実施例では、マスフローコントローラ１１１、１１３お
よび気化器１１２の条件を、ＴＤＥＡＴのキャリアガス
であるＮ2 の流量を２００ｓｃｃｍ、それにより運ばれ
るＴＤＥＡＴの量が、０．１ｇ／ｍｉｎとなるように設
定した。
し、チャンバ１０１内部を真空ポンプ１１９で排気した
後、基板加熱機構１０４により基板温度３５０℃に加熱
した。基板温度が安定した後、有機原料容器１０８を加
熱機構１０９により加熱し、有機原料ＴＤＥＡＴをマス
フローコントローラ１１１、および気化器１１２を用い
て、シャワーヘッド１１６より基板表面に供給した。本
実施例では、マスフローコントローラ１１１、１１３お
よび気化器１１２の条件を、ＴＤＥＡＴのキャリアガス
であるＮ2 の流量を２００ｓｃｃｍ、それにより運ばれ
るＴＤＥＡＴの量が、０．１ｇ／ｍｉｎとなるように設
定した。
【００２１】一方の、ＨＣｌの流量はマスフローコント
ローラ１０６により５ｓｃｃｍとし、ガス導入口１０５
からチャンバ１０１内部に供給した。真空ポンプ１１９
と圧力調整バルブ１１８により、チャンバ内部の圧力を
１０Ｐａに維持した。
ローラ１０６により５ｓｃｃｍとし、ガス導入口１０５
からチャンバ１０１内部に供給した。真空ポンプ１１９
と圧力調整バルブ１１８により、チャンバ内部の圧力を
１０Ｐａに維持した。
【００２２】他の成長条件は同一でＨＣｌを添加しない
場合、表面被覆形状から求めたステップカバレッジは、
約０．６であった。これに対し、ＨＣｌを添加した場合
には、ステップカバレッジは０．８に向上した。ここ
で、ステップカバレッジは、表面におけるＴｉＮ膜厚に
対する、トレンチ底部での膜厚の比として定義する。た
だし、成長速度は、ＨＣｌの添加により約８０％に低下
した。ステップカバレッジの向上と、成長速度の低下の
程度は、ＨＣｌの流量に依存し、かつＨＣｌの流量に対
し同じ傾向を示した。このことから、要求される成長速
度とステップカバレッジに応じて、ＨＣｌの流量が適宜
選択される。
場合、表面被覆形状から求めたステップカバレッジは、
約０．６であった。これに対し、ＨＣｌを添加した場合
には、ステップカバレッジは０．８に向上した。ここ
で、ステップカバレッジは、表面におけるＴｉＮ膜厚に
対する、トレンチ底部での膜厚の比として定義する。た
だし、成長速度は、ＨＣｌの添加により約８０％に低下
した。ステップカバレッジの向上と、成長速度の低下の
程度は、ＨＣｌの流量に依存し、かつＨＣｌの流量に対
し同じ傾向を示した。このことから、要求される成長速
度とステップカバレッジに応じて、ＨＣｌの流量が適宜
選択される。
【００２３】膜中の残留塩素濃度をＳＩＭＳ（ Seconda
ry Ion Mass Spectrometer：２次イオン質量分析器）に
より定量的に分析したが１０17ｃｍ-3未満と少量であ
り、残留塩素が配線腐食の原因とはならなかった。本実
施例においては、成長抑制ガスとしてＨＣｌを使用した
が、Ｆ2 などの他のハロゲン系ガスでも同様な効果が得
られる。要は、成長中のＴｉＮ表面に存在する結合に関
与していないＴｉの軌道をハロゲン原子により終端させ
ることができればよいのである。
ry Ion Mass Spectrometer：２次イオン質量分析器）に
より定量的に分析したが１０17ｃｍ-3未満と少量であ
り、残留塩素が配線腐食の原因とはならなかった。本実
施例においては、成長抑制ガスとしてＨＣｌを使用した
が、Ｆ2 などの他のハロゲン系ガスでも同様な効果が得
られる。要は、成長中のＴｉＮ表面に存在する結合に関
与していないＴｉの軌道をハロゲン原子により終端させ
ることができればよいのである。
【００２４】［第２の実施例］本実施例においては、Ｔ
ｉＮの原料ガスとしてテトラジメチルアミノチタン（Ｔ
ｉ（Ｎ（ＣＨ3 ）2 ）4 ：ＴＤＭＡＴ）およびＮＨ3 ガ
スを用いた。ハロゲン系ガスとしては、Ｃｌ2 を使用し
た。使用した装置ならびに用いた基板構造は、実施例１
において示した図１ならびに図２に示したものと同様で
ある。本実施例においては、Ｔｉの原料に加え、窒素の
原料としてＮＨ3 を供給した。
ｉＮの原料ガスとしてテトラジメチルアミノチタン（Ｔ
ｉ（Ｎ（ＣＨ3 ）2 ）4 ：ＴＤＭＡＴ）およびＮＨ3 ガ
スを用いた。ハロゲン系ガスとしては、Ｃｌ2 を使用し
た。使用した装置ならびに用いた基板構造は、実施例１
において示した図１ならびに図２に示したものと同様で
ある。本実施例においては、Ｔｉの原料に加え、窒素の
原料としてＮＨ3 を供給した。
【００２５】基板１０２を基板保持部１０３にセット
し、真空ポンプ１１９によりチャンバ１０１内部を排気
した。その後、基板加熱機構１０４により基板を４５０
℃に加熱した。基板温度が安定した後、マスフローコン
トローラ１１５によりＮＨ3 を供給し、その時のチャン
バ１０１内部の圧力を圧力調整バルブ１１８ならびに真
空ポンプ１１９を使用して、成長圧力である３００Ｐａ
に維持した。その後、ＴＤＭＡＴをマスフローコントロ
ーラ１１１より供給した。本実施例においては、有機金
属保管容器１０８を保管容器加熱機構１０９により加熱
してＴＤＭＡＴを供給し、気化器１１２を使用しなかっ
た。
し、真空ポンプ１１９によりチャンバ１０１内部を排気
した。その後、基板加熱機構１０４により基板を４５０
℃に加熱した。基板温度が安定した後、マスフローコン
トローラ１１５によりＮＨ3 を供給し、その時のチャン
バ１０１内部の圧力を圧力調整バルブ１１８ならびに真
空ポンプ１１９を使用して、成長圧力である３００Ｐａ
に維持した。その後、ＴＤＭＡＴをマスフローコントロ
ーラ１１１より供給した。本実施例においては、有機金
属保管容器１０８を保管容器加熱機構１０９により加熱
してＴＤＭＡＴを供給し、気化器１１２を使用しなかっ
た。
【００２６】ただし、配管および装置内部での有機原料
の液化を防ぐため、第１の実施例の場合と同様に、チャ
ンバおよび排気系についてはヒータによる加熱は行っ
た。それぞれのガス流量は、ＴＤＭＡＴ流量２０ｓｃｃ
ｍ、ＮＨ3 流量３００ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 流量５ｓｃｃｍ
とした。
の液化を防ぐため、第１の実施例の場合と同様に、チャ
ンバおよび排気系についてはヒータによる加熱は行っ
た。それぞれのガス流量は、ＴＤＭＡＴ流量２０ｓｃｃ
ｍ、ＮＨ3 流量３００ｓｃｃｍ、Ｃｌ2 流量５ｓｃｃｍ
とした。
【００２７】第１の実施例の場合と同様に、Ｃｌ2 ガス
を添加することにより、約３０％程度ステップカバレッ
ジを向上させることができた。しかし、成長速度はＣｌ
2 ガス添加により約２０％低下した。ただし、ＮＨ3 を
供給することにより、膜質の向上、具体的にはバリア性
の向上ならびに成膜後のＴｉＮ膜の品質の安定化が実現
された。
を添加することにより、約３０％程度ステップカバレッ
ジを向上させることができた。しかし、成長速度はＣｌ
2 ガス添加により約２０％低下した。ただし、ＮＨ3 を
供給することにより、膜質の向上、具体的にはバリア性
の向上ならびに成膜後のＴｉＮ膜の品質の安定化が実現
された。
【００２８】以上の効果は、Ｔｉの原料ガスである有機
金属の種類や窒素の原料ガスの種類によらず、成長表面
のＴｉの結合に寄与していない軌道を塩素などのハロゲ
ン原子・分子により終端することにより得られるもので
ある。ただし、終端された表面は、反応性が低下し、成
長速度の低下の原因となる。したがって、要求されるス
テップカバレッジ、膜の品質、成長速度に応じて、ハロ
ゲン系ガスの種類と流量を適宜決定することが必要とな
る。
金属の種類や窒素の原料ガスの種類によらず、成長表面
のＴｉの結合に寄与していない軌道を塩素などのハロゲ
ン原子・分子により終端することにより得られるもので
ある。ただし、終端された表面は、反応性が低下し、成
長速度の低下の原因となる。したがって、要求されるス
テップカバレッジ、膜の品質、成長速度に応じて、ハロ
ゲン系ガスの種類と流量を適宜決定することが必要とな
る。
【００２９】原料ガスはその種類に応じて表面での反応
性が異なる。そこで、許容される成長速度の低下程度と
要求されるステップカバレッジの程度に応じて、ガスの
種類やそれぞれのガス流量が決定される。
性が異なる。そこで、許容される成長速度の低下程度と
要求されるステップカバレッジの程度に応じて、ガスの
種類やそれぞれのガス流量が決定される。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるＴｉ
Ｎ膜の形成方法は、Ｔｉを含む有機金属原料ガスとする
ＭＯＣＶＤ法を用いて、原料ガス系に加えてＣｌ2 など
のハロゲン系ガスを供給するものであるので、基板温度
を上昇させても成長速度が低く抑えられ、主に表面での
反応速度で成長を律することが可能になる。したがっ
て、本発明によれば、接続孔でのステップカバレッジ性
に優れかつバリア性などの膜質に優れたＴｉＮ薄膜を形
成することが可能になる。
Ｎ膜の形成方法は、Ｔｉを含む有機金属原料ガスとする
ＭＯＣＶＤ法を用いて、原料ガス系に加えてＣｌ2 など
のハロゲン系ガスを供給するものであるので、基板温度
を上昇させても成長速度が低く抑えられ、主に表面での
反応速度で成長を律することが可能になる。したがっ
て、本発明によれば、接続孔でのステップカバレッジ性
に優れかつバリア性などの膜質に優れたＴｉＮ薄膜を形
成することが可能になる。
【図１】本発明の実施例において用いられる有機金属気
相成長装置の概略の構成を示す模式図。
相成長装置の概略の構成を示す模式図。
【図２】本発明の実施例を説明するための基板の断面
図。
図。
１０１ チャンバ １０２ 基板 １０３ 基板保持部 １０４ 基板加熱機構 １０５ ガス導入口 １０６、１１１、１１３、１１５ マスフローコントロ
ーラ １０７、１１０、１１４、１１６ バルブ １０８ 有機金属保管容器 １０９ 保管容器加熱機構 １１２ 気化器 １１７ シャワーヘッド １１８ 圧力調整バルブ １１９ 真空ポンプ ２０１ シリコン基板 ２０２ シリコン酸化膜 ２０３ トレンチ
ーラ １０７、１１０、１１４、１１６ バルブ １０８ 有機金属保管容器 １０９ 保管容器加熱機構 １１２ 気化器 １１７ シャワーヘッド １１８ 圧力調整バルブ １１９ 真空ポンプ ２０１ シリコン基板 ２０２ シリコン酸化膜 ２０３ トレンチ
Claims (4)
- 【請求項１】 ＴｉおよびＮを構成元素として含む有機
金属ガス、または、Ｔｉを構成元素として含む有機金属
ガスおよびＮを含む原料ガスを使用して化学気相成長法
によりＴｉＮ膜を成長させる方法において、有機金属ガ
スの供給と同時に少量のハロゲン系ガスを供給してＴｉ
Ｎを堆積することを特徴とするＴｉＮ膜の形成方法。 - 【請求項２】 前記ＴｉおよびＮを構成元素として含む
有機金属ガス、または、前記Ｔｉを構成元素として含む
有機金属ガスが、Ｔｉ（Ｎ（ＣＨ3 ）2 ）4、Ｔｉ（Ｎ
（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ）4 、Ｔｉ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 （Ｎ3 ）2 、
Ｔｉ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 （Ｎ（ＣＨ3 ）2 ）2 ガスの中の一
つあるいは複数種の混合ガスであることを特徴とする請
求項１記載のＴｉＮ膜の形成方法。 - 【請求項３】 前記Ｎを含む原料ガスが、Ｎ2 、ＮＨ
3 、Ｎ2 Ｈ4 ガスの中の一つあるいは複数種の混合ガス
であることを特徴とする請求項１記載のＴｉＮ膜の形成
方法。 - 【請求項４】 前記ハロゲン系ガスがＣｌ2 、ＨＣｌ、
Ｆ2 、ＨＦガスの中の一つあるいは複数種の混合ガスで
あることを特徴とする請求項１記載のＴｉＮ膜の形成方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4255995A JP2677230B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | ＴｉＮ膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4255995A JP2677230B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | ＴｉＮ膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08218169A JPH08218169A (ja) | 1996-08-27 |
| JP2677230B2 true JP2677230B2 (ja) | 1997-11-17 |
Family
ID=12639410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4255995A Expired - Lifetime JP2677230B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | ＴｉＮ膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2677230B2 (ja) |
-
1995
- 1995-02-08 JP JP4255995A patent/JP2677230B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ （１９９４）ＶＯＬ．１３ ＮＯ．１ Ｐ．１０２−１０４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08218169A (ja) | 1996-08-27 |
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