JP3046643B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
に係り、特に不純物の少ない元素間の結合が強固で緻密
な膜質の化合物膜を形成することができる半導体装置の
製造方法に関する。近時、Ta2 O5 等のDRAMキャ
パシター材料においては、元素間の結合が強固で緻密な
膜質にすることができる半導体装置の製造方法が要求さ
れている。
2 O5 が注目されている。段差形状を有するキャパシタ
ーに適合するようにCVD法で形成されているが塩化
物、有機ソースを用い、酸素や窒素酸化物ガスで酸化す
る熱またはプラズマ(連続プラズマあるいはパルスプラ
ズマ)CVD法等が検討されている。
た従来の熱またはプラズマCVD法では、連続的にソー
スガスが供給されるため、表面だけでなく気相反応を伴
った化合物膜が形成されてしまい、このため、炭素、塩
素等の不純物が膜中に取り込まれるだけでなく、化学量
論的な組成を得ることも難しかった。
につれて問題になっており、従来の熱またはプラズマC
VD法では限界が見えてきており、バリメタの窒化チタ
ンに関しても薄くて強固な化合物膜との要求が強いのに
対して、結合が不完全な化合物膜又は不純物の多い化合
物膜しか形成することができなかった。一方、ソースガ
ス・ラジカルと反応ガスを交互に供給して成膜するデジ
タルCVD法の提案が以前からなされており、このデジ
タルCVD法では、熱またはプラズマCVD法による場
合よりもある程度カバレージを改善することができるも
ののポーラスな化合物膜しか形成することができず、緻
密な膜質を得ることができなかった。
密な膜質にすることができ、しかもカバレージに優れた
化合物膜を形成することができる半導体装置の製造方法
を提供することを目的としている。
の製造方法は上記目的達成のため、ソースガスを間欠的
に供給している状態でプラズマ、光、熱のエネルギーを
導入してレイアー毎に化合物を成長させるか、あるいは
ソースガスを連続的に供給している状態でプラズマ、
光、熱のエネルギーを間欠的に導入して化合物を成長さ
せる工程を有する半導体装置の製造方法において、ソー
スガスを基板に吸着させる工程と、次いで、第一の弱エ
ネルギーを導入してソースガスから余分な元素を少なく
とも一部取り除いて該基板に化学吸着させる工程と、次
いで、該第1の弱エネルギーよりも強い第二の強エネル
ギーを導入しながら所望の化合物成分ガス雰囲気で化学
反応させて化合物膜を形成する工程とを含み、上記三段
階の工程を交互に繰り返すものである。
ソースガスを使用する際、第一の弱エネルギーを加えて
ソースガスから余分な元素を取り除いて基板に化学吸着
させる工程で、不活性ガスの主たるガスに加えて微量の
酸素、水分及びOH基の内少なくとも1種を導入しても
よく、この場合、C(カーボン)を効率よく取り除くこ
とができ、リーク電流を小さくすることもできる等膜質
を向上させることができ好ましい。
導入する場合であっても、不連続的に導入する場合であ
ってもよい。不連続的の場合は実施例で後述するが、連
続的に導入する際はRFパワーを3段階で適宜調整する
ようにすればよい。
ゲン、有機物等の化合物であることが多く、成長時に発
生する副生成物等が生じることから連続成長では完全に
不純物の取り込みをなくすことはできない。そこで、成
膜を一層毎に行うデジタルCVD法が不純物の取り込み
の少ない膜を形成することができる成膜方法であると考
えられている。
膜質を緻密な膜質になるように改善しなければならな
い。このため、ラジカルの発生又は反応ガスの励起をウ
ェーハから離れた場所で行われていた従来法とは違っ
て、ウェーハ上でプラズマ励起する方法を取ったとこ
ろ、不純物の非常に少ない緻密な膜を形成することがで
きた。更にソースガスを吸着するだけでなく基板に化学
結合するようにするため、ソースガスが全て分解してし
まわない程度のエネルギーで吸着ソースガスを励起さ
せ、この状態で基板に化学吸着させた。そして、反応性
ガスを導入してウェーハをプラズマに曝した状態で化合
物膜を形成するようにした。
発生させない状態でソースガスを基板にガス吸着させ
る。次いで、第1のプラズマエネルギーを加えてソース
ガスから余分な元素(炭素、水素、塩素等)を取り除い
て基板に化学吸着させる。この時、分解され低分子化さ
れて膜質が緻密化される。そして、第1のプラズマエネ
ルギーよりも強い第2のプラズマエネルギーを加えなが
ら所望の化合物成分ガス雰囲気に曝して化学反応させて
化合物膜を形成する。この時、化学反応によって元素間
の結合が強固になり、しかも緻密な膜質の化合物膜が形
成される。
1は、本発明の一実施例に則した半導体製造装置の構成
を示す図である。図1において、1はウェーハを搬送す
るための搬送室であり、この搬送室1を介してロードロ
ック室2、RTAまたはECR処理するための前処理室
3、前処理された試料にTiN等をCVD成膜するため
のCVD室4及びAl等をスパッタ成膜するためのスパ
ッタ室5が配置されている。
葉式の平行平板型RFプラズマCVD装置(CVD室4
に相当する)の構成を示す概略図である。図2におい
て、11はチャンバーであり、このチャンバー11内にはウ
ェーハ12が載置され、ヒーター13が内蔵されたサセプタ
14が配置されており、このサセプタ14と対抗するように
設けられたシャワー15等が配置されている下部より排気
される。16はチャンバー11上に設けられた四方弁であ
り、17はマスフローコントローラーである。
こでは、図1に示す製造装置を用い、前処理室3で試料
をRTAまたはECRエッチングで前処理し、次いで、
前処理した試料をCVD室4でTiN膜を成膜した後、
更にスパッタ室5でAl膜を成膜する場合である。以下
では、本発明の成膜処理を具体的に説明する。
マCVD装置を用い、パルス上にRFパワーを印加する
とともに、ソースガスとしてテトライソプロポオキサイ
ド(アミド系,四塩化チタン等でもよい)を四方弁16に
よりシャワーを介してチャンバー11内にパルス的に導入
する。この場合、ソースガスが排気に切り換えられると
同時にH2 ガスと不活性ガスのArガスがチャンバー11
内に導入される。プロセスの流れは図3に示すように三
段階に分けられる。
でソースガスをバブリングし、チャンバー11に四方弁16
を通してソースガスを20sccm、0.5 秒間、0.1Torr で導
入する。次いで、ガスをAr等(He等でもよい)の不
活性ガスとH2 ガスに切り換えて2段階で導入するとと
もに、この時10W以下のRFパワーを0.5 秒間放電す
る。更に0.5 秒間N2 ガスとH2 ガスを添加した雰囲気
でRFパワーを100 Wに増加して窒化する。
せる工程と、H2 ガスとArガスを導入して膜質を微密
化させる工程と、N2 ガスとH2 ガスを導入して窒化さ
せる工程の3工程を1サイクルとし、即ち1.5 秒サイク
ルでレイアー毎に化合物膜を成長させる。この時、成長
レートは100 Å/分程度となる。そして、この後、Al
を堆積するのであるが、図1に示す如く真空を破らずに
スパッタチャンバーに移して連続的に成膜を行う。これ
によりコンタクト抵抗が少なくAl配線の信頼性を向上
させることができる。
を発生させない状態でソースガスを基板にガス吸着さ
せ、次いで、プラズマエネルギーとH2 ガス+Arガス
を加えてソースガスから余分な元素、炭素、水素等を取
り除いて基板に化学吸着させているため、ソースガスが
分解され低分子化されて膜質を緻密化することができ
る。そして、上記プラズマエネルギーよりも強いプラズ
マエネルギーを加えながら所望の化合物成分ガスとして
N2 ガスとH2 ガス(H2 ガスによってより窒化が促進
される)雰囲気に曝し化学反応させて化合物膜を形成し
ているため、化学反応によって元素間の結合を強固にす
ることができる。
の化合物を形成することができる。そして、TiNのバ
リア性を格段に強くすることができ、50nmの膜厚でも
Alに対してのバリアとなるだけでなくAl配線自身の
信頼性も向上させることができる。この結果0.3 μm以
下のコンタクトホールを実現することができ、信頼性の
高い大規模集積回路を形成することができる。
スを導入してソースガス成分を分解し低分子化するため
に導入しているが、H2 ガス単独を導入する場合であっ
てもよく、十分効果を得ることができる。次に、本発明
においては、Ta2 O5 を形成する場合にも好ましく適
用させることができる。以下、具体的に説明する。
タンタル,五塩化タンタル等でもよい)のソースガスを
用い、図2に示した装置により成膜する。三段階に分け
られる工程の二,三段階に酸素、水分、OHを含むガス
を導入する。二段階では、この酸素、水分、OHの量を
微量にして、C、H元素の低減をして膜質を緻密化し、
三段階での酸化ではこれらのガス量を増やして酸化を完
全なものとする。なお、Ta2 O5 を形成始める直前に
(ソースガスを供給前に)、基板表面をこれらのガスで
酸化してSiO2 などを形成すればTa2 O5 と反応す
るシリコンなどの基板材料上にもTa2 O5 等の酸化膜
を高耐圧、高容量の性能を保ったまま形成することがで
きる。
緻密な膜質にすることができ、カバレージに優れた化合
物膜を形成することができるという効果がある。バリア
膜のバリア性が向上しまたキャパシターの耐容量が向上
するので、集積度を上げることが出来る。
成を示す概略図である。
RFCVD装置の構成を示す概略図である。
供給方法を説明する図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 ソースガスを間欠的に供給している状態
でプラズマ、光、熱のエネルギーを導入してレイアー毎
に化合物を成長させるか、あるいはソースガスを連続的
に供給している状態でプラズマ、光、熱のエネルギーを
間欠的に導入して化合物を成長させる工程を有する半導
体装置の製造方法において、 ソースガスを基板に吸着させる工程と、次いで、第一の
弱エネルギーを導入してソースガスから余分な元素を少
なくとも一部取り除いて該基板に化学吸着させる工程
と、次いで、該第1の弱エネルギーよりも強い第二の強
エネルギーを導入しながら所望の化合物成分ガス雰囲気
で化学反応させて化合物膜を形成する工程とを含み、上
記三段階の工程を交互に繰り返すことを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項2】 少なくとも炭素を含むソースガスを使用
する際、第一の弱エネルギーを加えてソースガスから余
分な元素を取り除いて基板に化学吸着させる工程で、不
活性ガスの主たるガスに加えて微量の酸素、水分及びO
H基の内少なくとも1種を導入することを特徴とする請
求項1記載の半導体装置の製造方法。
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- 1991-06-10 JP JP3137719A patent/JP3046643B2/ja not_active Expired - Fee Related
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