JP3063519B2 - 薄膜の形成方法 - Google Patents
薄膜の形成方法Info
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- JP3063519B2 JP3063519B2 JP5610094A JP5610094A JP3063519B2 JP 3063519 B2 JP3063519 B2 JP 3063519B2 JP 5610094 A JP5610094 A JP 5610094A JP 5610094 A JP5610094 A JP 5610094A JP 3063519 B2 JP3063519 B2 JP 3063519B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜の形成方法に関し、
より詳細には半導体装置のバリアメタルとして使用する
ことができるＴｉＯx Ｎy 組成の薄膜の形成方法に関す
る。
より詳細には半導体装置のバリアメタルとして使用する
ことができるＴｉＯx Ｎy 組成の薄膜の形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】通常、ＬＳＩのコンタクト部は下地に基
板表面の拡散層を有し、コンタクトホールを介してＡｌ
などの配線と接続されている。しかし今日のＬＳＩの微
細化、高集積化に伴い、このコンタクトホールのアスペ
クト比が増大し、コンタクトホールの径に比べてその深
さが深くなっているため、前記Ａｌなどの金属を完全に
コンタクトホールの中に埋め込むことが難しくなってき
ている。
板表面の拡散層を有し、コンタクトホールを介してＡｌ
などの配線と接続されている。しかし今日のＬＳＩの微
細化、高集積化に伴い、このコンタクトホールのアスペ
クト比が増大し、コンタクトホールの径に比べてその深
さが深くなっているため、前記Ａｌなどの金属を完全に
コンタクトホールの中に埋め込むことが難しくなってき
ている。
【０００３】そこで、コンタクトホール中への金属の埋
め込みを完全に行うため、コンタクトホール付近にＡｌ
などの金属の膜を形成した後に高温で熱処理を行い、前
記金属をコンタクトホールに流し込む方法（リフロープ
ロセス）が、半導体製造プロセスの工程数を減少するこ
とができる点からも有望視されている。
め込みを完全に行うため、コンタクトホール付近にＡｌ
などの金属の膜を形成した後に高温で熱処理を行い、前
記金属をコンタクトホールに流し込む方法（リフロープ
ロセス）が、半導体製造プロセスの工程数を減少するこ
とができる点からも有望視されている。
【０００４】しかし、ＬＳＩの微細化や高集積化につれ
て拡散層も浅くなっているため、この浅い拡散層の上に
直接Ａｌ金属を流し込むと、Ａｌスパイクが生じて接合
を破壊する、あるいはコンタクトホール底部にＳｉが析
出してコンタクト抵抗が増大するなどの問題が生じる。
て拡散層も浅くなっているため、この浅い拡散層の上に
直接Ａｌ金属を流し込むと、Ａｌスパイクが生じて接合
を破壊する、あるいはコンタクトホール底部にＳｉが析
出してコンタクト抵抗が増大するなどの問題が生じる。
【０００５】従来より前記したＡｌスパイクなどの問題
を防止するため、Ａｌ金属と半導体基板との間にバリア
メタルと呼ばれる金属やその化合物を使用した拡散防止
用の薄膜（バリア層）を形成する方法が採用されてい
る。ＴｉＮ薄膜は、比抵抗が小さく、かつ化学的に安定
でありという特性を有し、バリア層としての要求特性を
満足することから、バリア層形成用の化合物として汎用
されている。
を防止するため、Ａｌ金属と半導体基板との間にバリア
メタルと呼ばれる金属やその化合物を使用した拡散防止
用の薄膜（バリア層）を形成する方法が採用されてい
る。ＴｉＮ薄膜は、比抵抗が小さく、かつ化学的に安定
でありという特性を有し、バリア層としての要求特性を
満足することから、バリア層形成用の化合物として汎用
されている。
【０００６】ＴｉＮ薄膜の形成方法としては、例えば反
応性スパッタ法やプラズマＣＶＤ法などが挙げられる
が、前記反応性スパッタ法により形成された薄膜は段差
被覆性が悪く、コンタクトホールの底部に形成されにく
いと言う問題がある。一方、プラズマＣＶＤ法、その中
でも特に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron C
ycrotron Resonance）励起によりプラズマを発生される
方法を利用したＣＶＤ法（以下、ＥＣＲプラズマＣＶＤ
法と記す）は、指向性に優れ、径の小さなコンタクトホ
ールの内部にも均一な薄膜を形成することができるた
め、次世代のＵＬＳＩのバリア層の形成方法として注目
されている。
応性スパッタ法やプラズマＣＶＤ法などが挙げられる
が、前記反応性スパッタ法により形成された薄膜は段差
被覆性が悪く、コンタクトホールの底部に形成されにく
いと言う問題がある。一方、プラズマＣＶＤ法、その中
でも特に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron C
ycrotron Resonance）励起によりプラズマを発生される
方法を利用したＣＶＤ法（以下、ＥＣＲプラズマＣＶＤ
法と記す）は、指向性に優れ、径の小さなコンタクトホ
ールの内部にも均一な薄膜を形成することができるた
め、次世代のＵＬＳＩのバリア層の形成方法として注目
されている。
【０００７】そこで、このＥＣＲプラズマＣＶＤ法を用
いてＴｉＮ薄膜を形成する方法について、以下に説明す
る。図５は、このＥＣＲプラズマＣＶＤ法に用いられる
装置を模式的に示した断面図である。
いてＴｉＮ薄膜を形成する方法について、以下に説明す
る。図５は、このＥＣＲプラズマＣＶＤ法に用いられる
装置を模式的に示した断面図である。
【０００８】該装置は、プラズマ生成室１１と反応室１
２とからなる装置本体１３と、プラズマ生成室１１の周
囲に配設されて直流電源（図示せず）が接続された励磁
コイル１４と、マイクロ波発振器（図示せず）から発振
されたマイクロ波をプラズマ生成室１１に導入する導波
管１５などとから構成されている。１６はマイクロ波導
入窓、１７は該マイクロ波導入窓に高周波（ＲＦ）電源
を印加する高周波発生源、１８は試料１９が載置される
試料台をそれぞれ表している。
２とからなる装置本体１３と、プラズマ生成室１１の周
囲に配設されて直流電源（図示せず）が接続された励磁
コイル１４と、マイクロ波発振器（図示せず）から発振
されたマイクロ波をプラズマ生成室１１に導入する導波
管１５などとから構成されている。１６はマイクロ波導
入窓、１７は該マイクロ波導入窓に高周波（ＲＦ）電源
を印加する高周波発生源、１８は試料１９が載置される
試料台をそれぞれ表している。
【０００９】プラズマ生成室１１は略円筒形状に形成さ
れ、このプラズマ生成室１１の上部壁の略中央部にはマ
イクロ波を導入するための第１の孔２０が形成されてお
り、プラズマ生成室１１の下方には、このプラズマ生成
室１１よりも大口径を有する反応室１２が一体的に形成
されている。また、この反応室１２とプラズマ生成室１
１とは、仕切板２１によって仕切られており、この仕切
板２１の略中央部には第２の孔（プラズマ引出窓）２２
が形成されている。
れ、このプラズマ生成室１１の上部壁の略中央部にはマ
イクロ波を導入するための第１の孔２０が形成されてお
り、プラズマ生成室１１の下方には、このプラズマ生成
室１１よりも大口径を有する反応室１２が一体的に形成
されている。また、この反応室１２とプラズマ生成室１
１とは、仕切板２１によって仕切られており、この仕切
板２１の略中央部には第２の孔（プラズマ引出窓）２２
が形成されている。
【００１０】さらに、反応室１２の側壁には第１の導入
配管２３が接続され、反応室１２の底部には排気系（図
示せず）に連通している排気配管２４が接続されてい
る。また、プラズマ生成室１１の上部壁には第２の導入
配管２５が接続されている。
配管２３が接続され、反応室１２の底部には排気系（図
示せず）に連通している排気配管２４が接続されてい
る。また、プラズマ生成室１１の上部壁には第２の導入
配管２５が接続されている。
【００１１】高周波発生源１７は、マイクロ波導入窓１
６と導波管１５との間に挟着された平板電極（図示せ
ず）に接続されており、この平行電極を介してマイクロ
波導入窓１６に高周波が印加されるようになっている。
６と導波管１５との間に挟着された平板電極（図示せ
ず）に接続されており、この平行電極を介してマイクロ
波導入窓１６に高周波が印加されるようになっている。
【００１２】なお図示はしていないが、試料台１８には
試料１９に高周波を印加するための高周波発振器が接続
されており、この高周波発振器により試料１９に所定の
高周波を印加し、薄膜の形成を行なうことにより、試料
１９にかかるバイアス電圧により、試料（半導体装置）
１９に径の小さなコンタクトホールが形成されていて
も、段差被覆性の良好な薄膜を形成することができる。
試料１９に高周波を印加するための高周波発振器が接続
されており、この高周波発振器により試料１９に所定の
高周波を印加し、薄膜の形成を行なうことにより、試料
１９にかかるバイアス電圧により、試料（半導体装置）
１９に径の小さなコンタクトホールが形成されていて
も、段差被覆性の良好な薄膜を形成することができる。
【００１３】上記装置を用いてＴｉＮ薄膜を形成するに
は、まず排気系を操作して装置本体１３内を減圧し、こ
の後、ＴｉＣｌ4 を第１の導入配管２３から反応室１２
内に供給する。一方、Ａｒ、Ｈ2 、Ｎ2 をプラズマ生成
室１１内に導入配管２５から供給する。この後装置本体
１３内を所定の圧力に設定する。
は、まず排気系を操作して装置本体１３内を減圧し、こ
の後、ＴｉＣｌ4 を第１の導入配管２３から反応室１２
内に供給する。一方、Ａｒ、Ｈ2 、Ｎ2 をプラズマ生成
室１１内に導入配管２５から供給する。この後装置本体
１３内を所定の圧力に設定する。
【００１４】さらに高周波発生源１７に通電してマイク
ロ波導入窓１６に高周波を印加し、マイクロ波導入窓１
６に発生するバイアス電圧によるＡｒイオンのスパッタ
効果により、ＴｉＮ薄膜がマイクロ波導入窓１６に付着
するのを防止する。一方、マイクロ波発振器から導波管
１５を介してマイクロ波をプラズマ生成室１１に導入す
ると共に、励磁コイル１４に直流電流を流してプラズマ
生成室１１内に磁場を生じさせる。そしてプラズマ生成
室１１内で高エネルギ電子と原料ガスとを衝突させ、こ
の原料ガスを分解してイオン化し、プラズマを生成させ
る。
ロ波導入窓１６に高周波を印加し、マイクロ波導入窓１
６に発生するバイアス電圧によるＡｒイオンのスパッタ
効果により、ＴｉＮ薄膜がマイクロ波導入窓１６に付着
するのを防止する。一方、マイクロ波発振器から導波管
１５を介してマイクロ波をプラズマ生成室１１に導入す
ると共に、励磁コイル１４に直流電流を流してプラズマ
生成室１１内に磁場を生じさせる。そしてプラズマ生成
室１１内で高エネルギ電子と原料ガスとを衝突させ、こ
の原料ガスを分解してイオン化し、プラズマを生成させ
る。
【００１５】この生成されたプラズマはプラズマ引出窓
２２を通過し、発散磁界により試料台１８の方向に加速
され、試料台１８に載置された半導体装置などの試料１
９の表面にＴｉＮ薄膜を形成する。
２２を通過し、発散磁界により試料台１８の方向に加速
され、試料台１８に載置された半導体装置などの試料１
９の表面にＴｉＮ薄膜を形成する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】図６は上記方法により
形成されたＴｉＮ薄膜の断面の組織を模式的に示した断
面図であり、図中、３１はＴｉＮ薄膜であり、３２は半
導体基板である。
形成されたＴｉＮ薄膜の断面の組織を模式的に示した断
面図であり、図中、３１はＴｉＮ薄膜であり、３２は半
導体基板である。
【００１７】図よりわかるように上記方法により形成さ
れたＴｉＮ薄膜３１は、柱状結晶粒子の集合体であり、
半導体基板３２の表面に沿ってほぼ垂直に形成された結
晶粒界３３が多数存在している。
れたＴｉＮ薄膜３１は、柱状結晶粒子の集合体であり、
半導体基板３２の表面に沿ってほぼ垂直に形成された結
晶粒界３３が多数存在している。
【００１８】従って、上記方法によりコンタクトホール
の内部にＴｉＮ薄膜を形成した場合、上記のような柱状
の結晶構造を有するＴｉＮ薄膜がコンタクトホールの内
部に形成され、このＴｉＮ薄膜の上に上記Ａｌリフロー
プロセスによりＡｌが流れ込むと、柱状結晶粒子の結晶
粒界３３にＡｌが浸透して下地の半導体基板表面の拡散
層にまで達する場合があり、そのような場合にはＴｉＮ
薄膜がバリア層として機能を十分に果たせなくなるとい
う課題があった。
の内部にＴｉＮ薄膜を形成した場合、上記のような柱状
の結晶構造を有するＴｉＮ薄膜がコンタクトホールの内
部に形成され、このＴｉＮ薄膜の上に上記Ａｌリフロー
プロセスによりＡｌが流れ込むと、柱状結晶粒子の結晶
粒界３３にＡｌが浸透して下地の半導体基板表面の拡散
層にまで達する場合があり、そのような場合にはＴｉＮ
薄膜がバリア層として機能を十分に果たせなくなるとい
う課題があった。
【００１９】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、Ａｌなどの金属によりその上部が被覆された場合で
も、前記金属が下地の半導体基板表面まで浸透する虞れ
がなく、コンタクトホールなどのバリア層としての機能
を十分に果たすことが可能な薄膜の形成方法を提供する
ことを目的としている。
り、Ａｌなどの金属によりその上部が被覆された場合で
も、前記金属が下地の半導体基板表面まで浸透する虞れ
がなく、コンタクトホールなどのバリア層としての機能
を十分に果たすことが可能な薄膜の形成方法を提供する
ことを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る薄膜の形成方法は、ＴｉＣｌ4 、Ｈ2、
Ｎ2 及びＯ2 を含むガスを原料とし、ＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法によりＴｉＯxＮy 薄膜を形成することを特徴と
している（１）。
に本発明に係る薄膜の形成方法は、ＴｉＣｌ4 、Ｈ2、
Ｎ2 及びＯ2 を含むガスを原料とし、ＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法によりＴｉＯxＮy 薄膜を形成することを特徴と
している（１）。
【００２１】また本発明に係る薄膜の形成方法は、Ｏ2
ガスのＮ2 ガスに対する流量比が０．０５〜０．５であ
ることを特徴としている（２）。
ガスのＮ2 ガスに対する流量比が０．０５〜０．５であ
ることを特徴としている（２）。
【００２２】
【作用】図１は、本発明に係る薄膜の形成方法により形
成されたＴｉＯx Ｎy 薄膜の断面の組織を模式的に示し
た断面図であり、図中、１０はＴｉＯx Ｎy 薄膜であ
る。
成されたＴｉＯx Ｎy 薄膜の断面の組織を模式的に示し
た断面図であり、図中、１０はＴｉＯx Ｎy 薄膜であ
る。
【００２３】図６に示したＴｉＮ薄膜と図１に示したＴ
ｉＯx Ｎy 薄膜との比較からもわかるように、本発明に
おけるＴｉＯx Ｎy 薄膜では、図６に示したようなはっ
きりした柱状の結晶構造が緩和され、半導体基板３２の
表面にほぼ垂直に形成された結晶粒界３３の数が著しく
減少している。これは、ＴｉＯx Ｎy 薄膜の結晶性が低
下してアモルファスの状態に近くなっていること、及び
結晶粒自身の大きさが大きくなっているためと考えられ
る。前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜はこのような構造を有するた
め、ＴｉＯx Ｎy 薄膜の上にＡｌなどの金属が流れ込ん
でも、下地の半導体基板３２まで前記金属が浸透するこ
とはなく、コンタクトホールなどのバリア層としての機
能を十分に果たすことができる。
ｉＯx Ｎy 薄膜との比較からもわかるように、本発明に
おけるＴｉＯx Ｎy 薄膜では、図６に示したようなはっ
きりした柱状の結晶構造が緩和され、半導体基板３２の
表面にほぼ垂直に形成された結晶粒界３３の数が著しく
減少している。これは、ＴｉＯx Ｎy 薄膜の結晶性が低
下してアモルファスの状態に近くなっていること、及び
結晶粒自身の大きさが大きくなっているためと考えられ
る。前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜はこのような構造を有するた
め、ＴｉＯx Ｎy 薄膜の上にＡｌなどの金属が流れ込ん
でも、下地の半導体基板３２まで前記金属が浸透するこ
とはなく、コンタクトホールなどのバリア層としての機
能を十分に果たすことができる。
【００２４】すなわち上記（１）記載の薄膜の形成方法
によれば、ＴｉＣｌ4 、Ｈ2 、Ｎ2及びＯ2 を含むガス
を原料とし、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法によりＴｉＯx Ｎ
y 薄膜を形成するので、試料表面に凹凸が存在しても段
差被覆性が良好なＴｉＯx Ｎy 薄膜が形成され、前記Ｔ
ｉＯx Ｎy 薄膜は、ＴｉＮ薄膜と比較して柱状の結晶粒
子の含有率が著しく低下し、半導体基板表面にほぼ垂直
に形成された結晶粒界の数が著しく減少するため、前記
ＴｉＯx Ｎy 薄膜上にＡｌなどの金属が流れこんでも前
記ＴｉＯx Ｎy 薄膜中を浸透することはない。また、前
記ＴｉＯx Ｎy薄膜はＡｌなどの金属との濡れ性も良好
なため、半導体基板に形成されたコンタクトホールなど
のバリア層として前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成した場
合、前記バリア層としての機能が十分に発揮される。
によれば、ＴｉＣｌ4 、Ｈ2 、Ｎ2及びＯ2 を含むガス
を原料とし、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法によりＴｉＯx Ｎ
y 薄膜を形成するので、試料表面に凹凸が存在しても段
差被覆性が良好なＴｉＯx Ｎy 薄膜が形成され、前記Ｔ
ｉＯx Ｎy 薄膜は、ＴｉＮ薄膜と比較して柱状の結晶粒
子の含有率が著しく低下し、半導体基板表面にほぼ垂直
に形成された結晶粒界の数が著しく減少するため、前記
ＴｉＯx Ｎy 薄膜上にＡｌなどの金属が流れこんでも前
記ＴｉＯx Ｎy 薄膜中を浸透することはない。また、前
記ＴｉＯx Ｎy薄膜はＡｌなどの金属との濡れ性も良好
なため、半導体基板に形成されたコンタクトホールなど
のバリア層として前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成した場
合、前記バリア層としての機能が十分に発揮される。
【００２５】また上記（２）記載の薄膜の形成方法によ
れば、Ｏ2 ガスのＮ2 ガスに対する流量比が０．０５〜
０．５であるので、前記方法により形成されたＴｉＯx
Ｎy薄膜は、特にＡｌなどの金属の浸透を防止する機能
に優れ、また比抵抗も小さいため、バリア層としての機
能がより一層良好に発揮される。
れば、Ｏ2 ガスのＮ2 ガスに対する流量比が０．０５〜
０．５であるので、前記方法により形成されたＴｉＯx
Ｎy薄膜は、特にＡｌなどの金属の浸透を防止する機能
に優れ、また比抵抗も小さいため、バリア層としての機
能がより一層良好に発揮される。
【００２６】前記Ｏ2 ガスのＮ2 ガスに対する流量比が
０．０５未満であると、ＴｉＮ薄膜の結晶特性が残って
いるため、コンタクトホールにバリア層を形成した場
合、リーク電流が増加する傾向にあり、他方前記Ｏ2 ガ
スのＮ2 ガスに対する流量比が０．５を超えると比抵抗
が増加するため、コンタクトホールにバリア層を形成し
た場合、バリア層としての機能が十分に発揮されない場
合がある。
０．０５未満であると、ＴｉＮ薄膜の結晶特性が残って
いるため、コンタクトホールにバリア層を形成した場
合、リーク電流が増加する傾向にあり、他方前記Ｏ2 ガ
スのＮ2 ガスに対する流量比が０．５を超えると比抵抗
が増加するため、コンタクトホールにバリア層を形成し
た場合、バリア層としての機能が十分に発揮されない場
合がある。
【００２７】
【実施例及び比較例】以下、本発明に係る薄膜の形成方
法の実施例を図面に基づいて説明する。なお実施例に係
るＥＣＲプラズマＣＶＤ法に用いられる装置は「従来の
技術」で説明したものと同様であるので、ここでは詳し
い説明は省略することとする。
法の実施例を図面に基づいて説明する。なお実施例に係
るＥＣＲプラズマＣＶＤ法に用いられる装置は「従来の
技術」で説明したものと同様であるので、ここでは詳し
い説明は省略することとする。
【００２８】次に、上記装置を用いた実施例に係る薄膜
（ＴｉＯx Ｎy 薄膜）の形成方法について説明する。ま
ず試料１９としてカーボン基板を使用して試料台１８に
載置し、試料１９の温度を５００℃に設定して、以下の
方法によりカーボン基板表面にＴｉＯx Ｎy薄膜を形成
した。
（ＴｉＯx Ｎy 薄膜）の形成方法について説明する。ま
ず試料１９としてカーボン基板を使用して試料台１８に
載置し、試料１９の温度を５００℃に設定して、以下の
方法によりカーボン基板表面にＴｉＯx Ｎy薄膜を形成
した。
【００２９】最初に、排気系を操作して装置本体１３内
を減圧し、この後、ＴｉＣｌ4 を第１の導入配管２３か
ら１０ｓｃｃｍの流量で反応室１２内に供給した。一
方、導入配管２５から、Ａｒを７５ｓｃｃｍ、Ｈ2 を２
６ｓｃｃｍ、Ｎ2 を８ｓｃｃｍ及び酸素を後述する流量
に設定してそれぞれプラズマ生成室１１内に供給し、こ
の後装置本体１３内を３．０ｍＴｏｒｒの圧力に設定し
た。
を減圧し、この後、ＴｉＣｌ4 を第１の導入配管２３か
ら１０ｓｃｃｍの流量で反応室１２内に供給した。一
方、導入配管２５から、Ａｒを７５ｓｃｃｍ、Ｈ2 を２
６ｓｃｃｍ、Ｎ2 を８ｓｃｃｍ及び酸素を後述する流量
に設定してそれぞれプラズマ生成室１１内に供給し、こ
の後装置本体１３内を３．０ｍＴｏｒｒの圧力に設定し
た。
【００３０】次に、高周波発生源１７に通電してマイク
ロ波導入窓１６に１３．５６ＭＨｚの高周波を１５０Ｗ
のパワーで印加し、ＴｉＮ薄膜がマイクロ波導入窓１６
に付着するのを防止する一方、試料台１８にも１３．５
６ＭＨｚの高周波を５００Ｗのパワーで印加し、指向性
の向上をはかった。また、マイクロ波発振器から導波管
１５を介して２．４５ＧＨｚのマイクロ波を２．８ｋＷ
のパワーでプラズマ生成室１１に導入すると共に、励磁
コイル１４に直流電流を流してプラズマ生成室１１内に
磁場を生じさせ、試料１９の表面にＴｉＯx Ｎy 薄膜を
形成した。
ロ波導入窓１６に１３．５６ＭＨｚの高周波を１５０Ｗ
のパワーで印加し、ＴｉＮ薄膜がマイクロ波導入窓１６
に付着するのを防止する一方、試料台１８にも１３．５
６ＭＨｚの高周波を５００Ｗのパワーで印加し、指向性
の向上をはかった。また、マイクロ波発振器から導波管
１５を介して２．４５ＧＨｚのマイクロ波を２．８ｋＷ
のパワーでプラズマ生成室１１に導入すると共に、励磁
コイル１４に直流電流を流してプラズマ生成室１１内に
磁場を生じさせ、試料１９の表面にＴｉＯx Ｎy 薄膜を
形成した。
【００３１】導入したＯ2 ガスに関しては、その流量を
まず０ｓｃｃｍに設定し、上記方法により８００Åの厚
さのＴｉＮ薄膜を形成させた後、試料１９を新しい試料
１９と交換してＯ2 ガスの流量を０．２ｓｃｃｍに設定
し、その他は同様の条件で８００Åの厚さのＴｉＯx Ｎ
y 薄膜した。その後、同様にＯ2 ガスの流量を０．４ｓ
ｃｃｍ、０．５ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、３
ｓｃｃｍ、４ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、６ｓｃｃｍ、７ｓ
ｃｃｍ、８ｓｃｃｍと変化させ、それぞれの試料１９に
同様に８００Åの厚さのＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成した。
まず０ｓｃｃｍに設定し、上記方法により８００Åの厚
さのＴｉＮ薄膜を形成させた後、試料１９を新しい試料
１９と交換してＯ2 ガスの流量を０．２ｓｃｃｍに設定
し、その他は同様の条件で８００Åの厚さのＴｉＯx Ｎ
y 薄膜した。その後、同様にＯ2 ガスの流量を０．４ｓ
ｃｃｍ、０．５ｓｃｃｍ、１ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、３
ｓｃｃｍ、４ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、６ｓｃｃｍ、７ｓ
ｃｃｍ、８ｓｃｃｍと変化させ、それぞれの試料１９に
同様に８００Åの厚さのＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成した。
【００３２】次に、前記方法により形成されたＴｉＯx
Ｎy 薄膜の元素分析をＲＢＳ（ラザフォード後方散乱
法）により測定した。図２はその測定結果を示したグラ
フであり、縦軸はＴｉに対するＯ、Ｎの原子比、横軸は
Ｏ2 ガスの流量である。
Ｎy 薄膜の元素分析をＲＢＳ（ラザフォード後方散乱
法）により測定した。図２はその測定結果を示したグラ
フであり、縦軸はＴｉに対するＯ、Ｎの原子比、横軸は
Ｏ2 ガスの流量である。
【００３３】Ｏ2 ガスの流量が増加するに伴ってほぼリ
ニアに薄膜中の酸素の含有量が上昇しており、一方Ｎ2
ガスの含有量はＯ2 ガスの含有量が上昇するに伴って低
下していることがわかる。この結果よりわかるように、
導入するＯ2 ガスの流量を変化させることにより、形成
されるＴｉＯx Ｎy 薄膜中の酸素の含有量をコントロー
ルすることができる。
ニアに薄膜中の酸素の含有量が上昇しており、一方Ｎ2
ガスの含有量はＯ2 ガスの含有量が上昇するに伴って低
下していることがわかる。この結果よりわかるように、
導入するＯ2 ガスの流量を変化させることにより、形成
されるＴｉＯx Ｎy 薄膜中の酸素の含有量をコントロー
ルすることができる。
【００３４】次に、試料１９としてシリコン基板を使用
し、上記方法と同様にして、前記シリコン基板上に１０
００Åの厚さのＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成し、４端子測定
法により形成された薄膜の比抵抗を測定した。図３はそ
の測定結果を示したグラフであり、縦軸は形成されたＴ
ｉＯx Ｎy 薄膜の比抵抗、横軸はＯ2 ガスの流量であ
る。
し、上記方法と同様にして、前記シリコン基板上に１０
００Åの厚さのＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成し、４端子測定
法により形成された薄膜の比抵抗を測定した。図３はそ
の測定結果を示したグラフであり、縦軸は形成されたＴ
ｉＯx Ｎy 薄膜の比抵抗、横軸はＯ2 ガスの流量であ
る。
【００３５】図よりわかるように、ＴｉＯx Ｎy 薄膜の
比抵抗はＯ2 ガスの流量が４ｓｃｃｍで約２５０μΩｃ
ｍ、５ｓｃｃｍでは約４００μΩｃｍとなっており、バ
リア層として用いる場合には、その比抵抗が２５０μΩ
ｃｍではコンタクトホール形成時のコンタクト抵抗に与
える影響は少ないため、コンタクト抵抗としての問題な
いが、４００μΩｃｍではその抵抗が無視できないため
に問題となる。
比抵抗はＯ2 ガスの流量が４ｓｃｃｍで約２５０μΩｃ
ｍ、５ｓｃｃｍでは約４００μΩｃｍとなっており、バ
リア層として用いる場合には、その比抵抗が２５０μΩ
ｃｍではコンタクトホール形成時のコンタクト抵抗に与
える影響は少ないため、コンタクト抵抗としての問題な
いが、４００μΩｃｍではその抵抗が無視できないため
に問題となる。
【００３６】次に、試料１９として半導体デバイスを使
用し、前記半導体デバイスのコンタクト部に、バリア層
としてＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成した。
用し、前記半導体デバイスのコンタクト部に、バリア層
としてＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成した。
【００３７】まず半導体デバイスとしては、拡散長が
０．２μｍのｎチャンネル拡散層を有し、コンタクトホ
ールの直径が０．４μｍ、深さが２μｍ、アスペクト比
（深さ／直径）が５のものを使用し、上記したＴｉＯx
Ｎy 薄膜の形成方法と同様にして前記コンタクトホール
にそれぞれＴｉＯx Ｎy 薄膜を１０００Åの厚さで形成
した。その後、この半導体デバイスをスパッタリング装
置に移し、Ａｌ膜を８０００Åの厚さで形成し、続いて
５００℃で３０分の熱処理を行ってＡｌをリフローさ
せ、その後ケルビンパターンの形成を行った。そして、
Ｏ2 ガスの流量を変化させることにより作製されたそれ
ぞれの試料１９につき、コンタクトホール部のリーク電
流を測定した。前記リーク電流は、逆バイアス１０Ｖを
印加した場合のリーク電流を測定して、その値とした。
図４は前記測定結果を示したグラフであり、縦軸はリー
ク電流の対数値、横軸はＯ2 ガスの流量である。
０．２μｍのｎチャンネル拡散層を有し、コンタクトホ
ールの直径が０．４μｍ、深さが２μｍ、アスペクト比
（深さ／直径）が５のものを使用し、上記したＴｉＯx
Ｎy 薄膜の形成方法と同様にして前記コンタクトホール
にそれぞれＴｉＯx Ｎy 薄膜を１０００Åの厚さで形成
した。その後、この半導体デバイスをスパッタリング装
置に移し、Ａｌ膜を８０００Åの厚さで形成し、続いて
５００℃で３０分の熱処理を行ってＡｌをリフローさ
せ、その後ケルビンパターンの形成を行った。そして、
Ｏ2 ガスの流量を変化させることにより作製されたそれ
ぞれの試料１９につき、コンタクトホール部のリーク電
流を測定した。前記リーク電流は、逆バイアス１０Ｖを
印加した場合のリーク電流を測定して、その値とした。
図４は前記測定結果を示したグラフであり、縦軸はリー
ク電流の対数値、横軸はＯ2 ガスの流量である。
【００３８】Ｏ2 ガスの流量が０ｓｃｃｍの場合（１０
-9Ａ）と比較して、Ｏ2 ガスの流量を０．４ｓｃｃｍに
まで増加させることにより、リーク電流の値が約１０
-10 Ａと約一桁低下していることがわかる。リーク電流
値自身は１０-9Ａであれば、特に大きな問題はないが、
大量生産で多数の半導体デバイスを作製する場合の信頼
性の観点から、リーク電流の値が１０-10 Ａである方が
より好ましい。
-9Ａ）と比較して、Ｏ2 ガスの流量を０．４ｓｃｃｍに
まで増加させることにより、リーク電流の値が約１０
-10 Ａと約一桁低下していることがわかる。リーク電流
値自身は１０-9Ａであれば、特に大きな問題はないが、
大量生産で多数の半導体デバイスを作製する場合の信頼
性の観点から、リーク電流の値が１０-10 Ａである方が
より好ましい。
【００３９】以上、形成したＴｉＯx Ｎy 薄膜は、リー
ク電流の観点からはＯ2 ガス流量が０．４ｓｃｃｍ以上
であることが好ましく、他方上記した比抵抗の観点から
はＯ2 ガスの流量が４ｓｃｃｍ以下であることが好まし
い。従って、その両特性を勘案すると、その好ましい流
量は０．４〜４ｓｃｃｍとなる。
ク電流の観点からはＯ2 ガス流量が０．４ｓｃｃｍ以上
であることが好ましく、他方上記した比抵抗の観点から
はＯ2 ガスの流量が４ｓｃｃｍ以下であることが好まし
い。従って、その両特性を勘案すると、その好ましい流
量は０．４〜４ｓｃｃｍとなる。
【００４０】形成されるＴｉＯx Ｎy 薄膜中の酸素の含
有量は、Ｏ2 ガスの流量と関係する他、Ｎ2 の流量とも
相関関係があると考えられることから、Ｎ2 ガスとの流
量比をとると、上記実施例ではその比（Ｏ2 ガスの流量
／Ｎ2 の流量）が０．０５〜０．５となり、前記範囲が
バリア層としての特性がより優れる範囲であると考えら
れる。
有量は、Ｏ2 ガスの流量と関係する他、Ｎ2 の流量とも
相関関係があると考えられることから、Ｎ2 ガスとの流
量比をとると、上記実施例ではその比（Ｏ2 ガスの流量
／Ｎ2 の流量）が０．０５〜０．５となり、前記範囲が
バリア層としての特性がより優れる範囲であると考えら
れる。
【００４１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る薄膜の
形成方法にあっては、ＴｉＣｌ4 、Ｈ2 、Ｎ2 及びＯ2
を含むガスを原料とし、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により
ＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成するので、試料表面に凹凸が存
在しても段差被覆性が良好なＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成す
ることができ、前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜は、ＴｉＮ薄膜と
比較して柱状の結晶粒子の含有率が著しく低下し、半導
体基板表面にほぼ垂直に形成された粒界の数が著しく減
少するため、前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜上にＡｌなどの金属
が流れ込んでも、前記金属の前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜中へ
の浸透を防止することができる。また、前記ＴｉＯx Ｎ
y 薄膜はＡｌなどの金属との濡れ性も良好なため、半導
体基板に形成されたコンタクトホールなどにバリア層と
して前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成した場合、バリアメタ
ルとしての機能を十分に発揮させることができる。
形成方法にあっては、ＴｉＣｌ4 、Ｈ2 、Ｎ2 及びＯ2
を含むガスを原料とし、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により
ＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成するので、試料表面に凹凸が存
在しても段差被覆性が良好なＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成す
ることができ、前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜は、ＴｉＮ薄膜と
比較して柱状の結晶粒子の含有率が著しく低下し、半導
体基板表面にほぼ垂直に形成された粒界の数が著しく減
少するため、前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜上にＡｌなどの金属
が流れ込んでも、前記金属の前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜中へ
の浸透を防止することができる。また、前記ＴｉＯx Ｎ
y 薄膜はＡｌなどの金属との濡れ性も良好なため、半導
体基板に形成されたコンタクトホールなどにバリア層と
して前記ＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成した場合、バリアメタ
ルとしての機能を十分に発揮させることができる。
【００４２】また上記（２）記載の薄膜の形成方法によ
れば、Ｏ2 ガスのＮ2 ガスに対する流量比が０．０５〜
０．５であるので、前記方法により形成されたＴｉＯx
Ｎy薄膜は、特にＡｌなどの金属の浸透を防止する機能
に優れ、また比抵抗も小さく、バリア層としての機能を
より一層良好に発揮させることができる。
れば、Ｏ2 ガスのＮ2 ガスに対する流量比が０．０５〜
０．５であるので、前記方法により形成されたＴｉＯx
Ｎy薄膜は、特にＡｌなどの金属の浸透を防止する機能
に優れ、また比抵抗も小さく、バリア層としての機能を
より一層良好に発揮させることができる。
【図１】本発明に係る薄膜の形成方法により形成された
ＴｉＯx Ｎy 薄膜の断面の組織を模式的に示した断面図
である。
ＴｉＯx Ｎy 薄膜の断面の組織を模式的に示した断面図
である。
【図２】実施例に係る薄膜の形成方法により形成された
ＴｉＯx Ｎy 薄膜中のＴｉに対するＯ及びＮの原子比と
Ｏ2 ガス流量との関係を示したグラフである。
ＴｉＯx Ｎy 薄膜中のＴｉに対するＯ及びＮの原子比と
Ｏ2 ガス流量との関係を示したグラフである。
【図３】実施例に係る薄膜の形成方法により形成された
ＴｉＯx Ｎy 薄膜の比抵抗とＯ2 ガス流量との関係を示
したグラフである。
ＴｉＯx Ｎy 薄膜の比抵抗とＯ2 ガス流量との関係を示
したグラフである。
【図４】実施例に係る薄膜の形成方法により半導体デバ
イスのコンタクトホール部に形成されたＴｉＯx Ｎy 薄
膜のリーク電流の対数値とＯ2 ガス流量との関係を示し
たグラフである。
イスのコンタクトホール部に形成されたＴｉＯx Ｎy 薄
膜のリーク電流の対数値とＯ2 ガス流量との関係を示し
たグラフである。
【図５】ＥＣＲプラズマＣＶＤ法に用いる装置を模式的
に示した断面図である。
に示した断面図である。
【図６】従来の薄膜の形成方法により形成されたＴｉＮ
薄膜の断面の組織を模式的に示した断面図である。
薄膜の断面の組織を模式的に示した断面図である。
１０ ＴｉＯx Ｎy 薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/34 C23C 16/40 C23C 16/50 H01L 21/318
Claims (2)
- 【請求項１】 ＴｉＣｌ4 、Ｈ2 、Ｎ2 及びＯ2 を含む
ガスを原料とし、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）励
起により発生させたプラズマを利用したＣＶＤ法により
ＴｉＯx Ｎy 薄膜を形成することを特徴とする薄膜の形
成方法。 - 【請求項２】 Ｏ2 ガスのＮ2 ガスに対する流量比が
０．０５〜０．５であることを特徴とする請求項１記載
の薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5610094A JP3063519B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5610094A JP3063519B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07263359A JPH07263359A (ja) | 1995-10-13 |
| JP3063519B2 true JP3063519B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=13017693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5610094A Expired - Fee Related JP3063519B2 (ja) | 1994-03-25 | 1994-03-25 | 薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3063519B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3473485B2 (ja) | 1999-04-08 | 2003-12-02 | 日本電気株式会社 | 薄膜抵抗体およびその製造方法 |
| JP2001156024A (ja) * | 1999-09-13 | 2001-06-08 | Tokyo Electron Ltd | ＴｉＮ系薄膜およびその成膜方法、成膜装置、ＴｉＮ系薄膜を含む膜構造体およびその製造方法、ならびに半導体装置 |
| US6824825B2 (en) | 1999-09-13 | 2004-11-30 | Tokyo Electron Limited | Method for depositing metallic nitride series thin film |
| WO2007111092A1 (ja) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | 透明バリア性シートおよび透明バリア性シートの製造方法 |
| WO2007111098A1 (ja) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | 透明バリア性シート及びその製造方法 |
| WO2007111075A1 (ja) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. | 透明バリア性シート及び透明バリア性シートの製造方法 |
| JPWO2007111076A1 (ja) | 2006-03-24 | 2009-08-06 | コニカミノルタエムジー株式会社 | 透明バリア性シートおよび透明バリア性シートの製造方法 |
| JPWO2007111074A1 (ja) | 2006-03-24 | 2009-08-06 | コニカミノルタエムジー株式会社 | 透明バリア性シート及び透明バリア性シートの製造方法 |
-
1994
- 1994-03-25 JP JP5610094A patent/JP3063519B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07263359A (ja) | 1995-10-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |