JP2820915B2 - 窒化チタン膜形成方法 - Google Patents
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Description
ニウムの拡散バリヤメタル及びタングステンのグルーレ
イヤ(Glue layer)として主に使用する窒化チタン(TiN)
層の特性を向上するTiN膜形成方法に関する。
ルとして利用されるTiNの蒸着方法は大きく物理的の気
相蒸着(Physical Vapor Deposition; PVD)法と化学的気
相蒸着(Chemical Vapor Deposition; CVD)法に分けるこ
とができ、素子の高集積化によりステップカバレージ(S
tep coverage)が優れるCVD法をTiN層の形成のため主に
使用している。
ミノ チタン(tetrakisdimethylaminotitanum;以下、TD
MATと呼ぶ)、テトラキス ジエチル アミノ チタン(t
etrakisdiethylaminotitanum;以下、TDEATと呼ぶ)のよ
うな原料ソースの熱分解を利用してTiN層を形成してき
た。
熱分解により蒸着されたTiN層は多量のカーボン及び酸
素基を含有しているから104μohm・cm以上の高い比抵抗
値を持ち、多孔質性に因り大気中放置時、多量の水分及
び酸素を吸収して約24時間後に約3.5倍以上に比抵抗が
急激に増加して、結局膜の質を低下させる問題点を招来
することになる。
れた本発明は蒸着されたTiN層を蒸着チャンバー内で、
または大気中に露出後に窒素ガスまたは水素ガス、また
はその混合ガスのプラズマを利用して特性改善処理する
ことにより、TiN層に内包された不純物の量を減少さ
せ、これにより比抵抗値を減少させられるTiN層の特性
改善方法を提供することにその目的がある。
に、請求項1の発明は、ソース物質の熱分解による化学
的気相蒸着法により炭素および酸素による不純物を有す
るTiN膜を形成する第1工程と、上記TiN膜を水素
および窒素プラズマに露出させてTiN膜から炭素と酸
素をそれぞれ水素との反応物として発散させ、それによ
り空いた炭素および水素の座を窒素で充填させる第2工
程とを包含してなることを特徴とする。
分解による化学的気相蒸着法により炭素および酸素によ
る不純物を有するTiN膜を形成する第1工程と、上記
TiN膜を水素プラズマに露出させてTiN膜から炭素
と酸素をそれぞれ水素との反応物として発散させる第2
工程とを包含してなることを特徴とする。
説明すると次の通りである。本発明の一実施例は先に、
CVD法によって、即ちTDMATまたはTDEATソースの熱分解
法でTiN層を蒸着する。
対して窒素ガスと水素ガスの混合ガスを利用した一次プ
ラズマ処理をする。ここで、一次プラズマ処理は、窒素
ガスの流量を100〜500 sccm、水素ガスの流量を100〜5
00sccm、温度を200〜500℃、圧力を0.5〜5torr、RF(Rad
io Frequency;以下、RFとする)電力を200〜700Wに設定
した後10〜60秒間遂行する。一次プラズマ処理は上記の
TiN層を蒸着したチャンバー内で継続して行ってもよい
し、あるいはTiN層が蒸着された基板を別のチャンバに
移動させたのち(したがって空気中に露出させた後)行
ってもよい。
二次プラズマ処理を行うが、ここで二次プラズマ処理
は、窒素ガスの流量を100〜500sccm、温度を200〜500
℃、圧力を0.5〜5torr、RF電力を200〜700Wの条件下、1
0〜60秒間遂行する。
する。上記のTiN層に対して窒素ガスと水素ガスとを混
合した混合ガスを利用して一次プラズマ処理を遂行した
が、この時、活性化された水素イオンは多孔質のTiN層
内に浸透し、TiN層の −C≡N または =C=N− と
=C=O 結合を切るとともに、切断された炭素および酸
素と化学的に結合してCH4及びH2Oガスとして発散する。
これと同時に活性化された窒素イオンはチャンバ内に残
っている酸素のTiN層への吸収を抑制し、CH4及びH2Oガス
発散により空けられた炭素及び酸素の座に充填する。
処理を遂行して、窒素イオンのTiN層への充填を最大化
する。従って、TiとNの結合はプラズマ処理の前より多
くなり、結局、より緻密で比抵抗が低い安定なTiN層が
形成されることとなる。
た場合における大気中露出時間についての比抵抗値の変
化を次の
マ処理としてチャンバ温度450℃、圧力2torr、RF電力35
0W、水素と窒素を各々200sccmと300sccm流す雰囲気で30
秒間処理を行い、二次プラズマ処理としてチャンバ温度
450℃、圧力2torr、RF電力350W、窒素300sccmの雰囲気
で30秒間処理を行った。
たTiN層の比抵抗は、プラズマ処理をしない場合と比較
すると、初期に約1/8、大気中露出時22時間後には1/1
8、47時間後には1/22、73時間後には1/25と、極めて低
い値を示す。また、表2は本発明を適用した場合のスト
レスの減少を示し、表3は本発明の方法のプラズマ処理
により、炭素及び酸素が減少されることを示す。
もいいが、一次プラズマ処理に加えて二次プラズマ処理
を行うことにより、安定性を持つTiN層に改質すること
ができる。
てみると次のようである。本発明の別の実施例は、TDMA
T及びTDEATソースの熱分解により蒸着されたTiN層に対
し、窒素ガスまたは水素ガスのうちのいずれか一つだけ
を利用してプラズマ処理するものである。ここで、プラ
ズマ処理条件は上記一実施例と同一に設定する。このよ
うに窒素ガスまたは水素ガスのうちのいずれか一つだけ
を利用してTiN層をプラズマ処理した場合も、上記の一
実施例と同様、比抵抗の増加を防止することができる。
内包された不純物の量を減少させ、これにより比抵抗値
を減少させることができる。即ち、不純物の含量が小さ
く極めて緻密な薄膜が形成されるので、大気中放置時間
の経過による比抵抗の増加率が極めて低く、電気的安定
性が優秀なTiN層を形成できるという特有の効果があ
る。
Claims (18)
- 【請求項1】 ソース物質の熱分解による化学的気相蒸
着法により炭素および酸素による不純物を有するTiN
膜を形成する第1工程と、 前記TiN膜を水素および窒素プラズマに露出させて前
記TiN膜から前記炭素と酸素をそれぞれ水素との反応
物として発散させ、それにより空いた前記炭素および水
素の座を窒素で充填させる第2工程とを包含してなるこ
とを特徴とするTiN膜形成方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載のTiN膜形成方法にお
いて、 前記第2工程は、温度200〜500℃、圧力0.5〜5Torr、RF
(Radio Frequency)電力200〜700Wのチャンバで遂行され
ることを特徴とするTiN膜形成方法。 - 【請求項3】 請求項2に記載のTiN膜形成方法にお
いて、 前記チャンバ内に注入されるガス量は水素及び窒素のプ
ラズマガスについて各々100〜500sccmであることを特徴
とするTiN膜形成方法。 - 【請求項4】 請求項2に記載のTiN膜形成方法にお
いて、 前記第2工程の露出時間は10〜60秒であることを特徴と
するTiN膜形成方法。 - 【請求項5】 請求項1に記載のTiN膜形成方法にお
いて、 前記第2工程は、前記TiN膜を窒素プラズマガスにの
み再度露出させる第3工程をさらに包含してなることを
特徴とするTiN膜形成方法。 - 【請求項6】 請求項5に記載のTiN膜形成方法にお
いて、 前記第3工程は、温度200〜500℃、圧力0.5〜5torr、RF
電力200〜700Wのチャンバ内で行われることを特徴とす
るTiN膜形成方法。 - 【請求項7】 請求項5に記載のTiN膜形成方法にお
いて、 前記第3工程のチャンバ内に注入される窒素ガス量は10
0〜500sccmであることを特徴とするTiN膜形成方法。 - 【請求項8】 請求項5に記載のTiN膜形成方法にお
いて、 前記第3工程のTiN膜露出時間は10〜60秒であること
を特徴とするTiN膜形成方法。 - 【請求項9】 ソース物質の熱分解による化学的気相蒸
着法により炭素および酸素による不純物を有するTiN
膜を形成する第1工程と、 前記TiN膜を水素プラズマに露出させて前記TiN膜
から前記炭素と酸素をそれぞれ水素との反応物として発
散させる第2工程とを包含してなることを特徴とするT
iN膜形成方法。 - 【請求項10】 請求項9に記載のTiN膜形成方法に
おいて、 前記第2工程は、温度200〜500℃、圧力0.5〜5Torr、RF
(Radio Frequency)電力200〜700Wのチャンバで遂行され
ることを特徴とするTiN膜形成方法。 - 【請求項11】 請求項10に記載のTiN膜形成方法
において、 前記チャンバ内に注入される水素ガス量は100〜500sccm
であることを特徴とするTiN膜形成方法。 - 【請求項12】 請求項10に記載のTiN膜形成方法
において、 前記第2工程の露出時間は10〜60秒であることを特徴と
するTiN膜形成方法。 - 【請求項13】 請求項9に記載のTiN膜形成方法に
おいて、 前記第2工程は、前記TiN膜を窒素プラズマガスにの
み再度露出させる第3工程をさらに包含してなることを
特徴とするTiN膜形成方法。 - 【請求項14】 請求項13に記載のTiN膜形成方法
において、 前記第3工程は、温度200〜500℃、圧力0.5〜5Torr、RF
電力200〜700Wのチャンバ内で行われることを特徴とす
るTiN膜形成方法。 - 【請求項15】 請求項13に記載のTiN膜形成方法
において、 前記第3工程のチャンバ内に注入される窒素ガス量は10
0〜500sccmであることを特徴とするTiN膜形成方法。 - 【請求項16】 請求項13に記載のTiN膜形成方法
において、 前記第3工程のTiN膜露出時間は10〜60秒であること
を特徴とするTiN膜形成方法。 - 【請求項17】 請求項1〜8のいずれか1項に記載の
TiN膜の形成方法において、 前記ソース物質はテトラキスジメチルアミノチタン(T
DMAT)またはテト ラキスジエチルアミノチタン(T
DEAT)であることを特徴とするTiN膜の形成方
法。 - 【請求項18】 請求項9〜16のいずれか1項に記載
のTiN膜の形成方法において、 前記ソース物質はテトラキスジメチルアミノチタン(T
DMAT)またはテトラキスジエチルアミノチタン(T
DEAT)であることを特徴とするTiN膜の形成方
法。
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