JP3112755B2 - TiN膜の形成方法 - Google Patents
TiN膜の形成方法Info
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Description
電極配線形成方法、特にTiN膜の形成方法に関するも
のである。
に示すように形成されている。まず、IC基板1に素子
分離のための絶縁膜2(例えばSiO2 )、拡散層3を
形成した後絶縁膜4(例えばBPSG)をCVD(Ch
emical Vapor Deposition)法
にて形成する。その後コンタクトとなる開孔部5を形成
し、その後配線となるAl−Si系合金膜6をスパッタ
法で形成し、配線パターンをホトリソ,エッチングで得
る。これによって半導体素子が完成する。
コンタクトの開孔部5の径は小さくなり、アスペクト比
(径と深さの比)が大きくなる。従来の前方法では、A
l−Si系合金膜6のステップカバレージが悪くなり、
断線となる。そのため、コンタクト孔内部を金属で埋込
む技術が開発されてきている。その1つとしてブランケ
ットWCVD+エッチバック法を例に用いて図4に示
す。
離絶縁膜12、拡散層13を形成した後絶縁膜14を形
成し、コンタクトとなる開孔部15を形成する。そして
密着層16(例えばTi膜、TiN/Ti膜)を形成す
る。そしてRTA(Rapid Thermal An
neal)処理の後ブランケットW膜17をCVD法で
コンタクト孔15の半径よりも厚い膜厚で形成する(図
4(a))。その後エッチバックを行い、絶縁膜14と
コンタクト孔15内のW膜17との段差が生じない程度
までエッチバックする。その後Al−Si系合金膜18
をスパッタ法で形成し、ホトリソ,エッチングによりパ
ターニングする。(図4(b))このような方法によれ
ばコンタクト孔内を金属で埋込めるため、ステップカバ
レージの悪化による断線を防ぐことができ、信頼性の高
い配線構造が得られる。
コンタクト孔のアスペクト比が大きくなると、ブランケ
ットW膜の密着層に用いているスパッタ法によるTiN
膜がコンタクト孔底部につかなくなり、コンタクト孔の
内部はWで埋込まれていても、コンタクト抵抗が極めて
上昇してしまう問題がある。また、TiNのCVD法
(例えば熱CVD法、またはECR(Electron
Cyclotoron Resonance)プラズ
マCVD)などで形成する技術もあるが、スパッタ法よ
りステップカバレージに優れ、コンタクト底部にもTi
N膜が形成されているにもかかわらず依然としてコンタ
クト抵抗が高いという問題があった。
決するために、TiNのECRプラズマCVD法におい
て、プラズマを発生させたチャンバー内に、先にTiを
含むガスを導入し、続いてNを含むガスを導入するよう
にしたものである。
て以上のような工程を導入したので、ステップカバレー
ジに優れ、コンタクトに用いた場合抵抗の低いTiN膜
が形成できる。
ないが、Nを含むガスを先に流すとSi表面が薄く窒化
されてしまい、SiとTiN間に絶縁膜が存在すること
となり、コンタクト抵抗が高くなってしまうことが挙げ
られる。Tiを含むガスを先に流すことにより上述した
現象を抑制できるものと考えられる。
Si基板11に素子分離のための絶縁膜12(例えばS
iO2 )を形成し、拡散層13を形成した後、層間絶縁
膜14(例えばBPSG)をCVD法にて10000Å
形成する。そして前記層間絶縁膜14を平坦にさせるフ
ロー熱処理を行う。このフロー熱処理はN2 雰囲気で9
50℃15分行う。その後ホトリソ,エッチングにより
拡散層13上に開孔部15を形成する。コンタクト孔の
エッチングはRIE(Reactive Ion Et
ching)を用いる。コンタクト孔15開孔後ブラン
ケットWCVDのための密着層16を形成する。密着層
16としてTiN膜を1000ÅとしECRプラズマC
VD法を用いる。その条件は、基板温度400〜500
℃,TiCl4 ガス:10〜50sccm,Ar:10
〜50sccm,H2 :10〜50sccm,N2 :5
〜50sccm,1mTorr,2〜3kwで成膜を行
う。
スよりも先にウェハーに到達しなければならない。ま
た、TiCl4 ガスを流してからN2 ガスを流すまでの
インターバルが長くてもいけない。ここではインターバ
ルを2秒程度とした。密着層16を形成した後、埋込み
金属であるブランケットW層17をCVD法を用いて7
000Å形成する。デポ温度は400〜475℃,WF
6 とH2 の流量比を1:5〜1:10,圧力を10〜9
0Torrで行う。(図4(a)) その後に全面エッチバック(例えばRIE)を行ないW
膜17と絶縁膜14との段差が生じない程度でエッチン
グを終了させる。その後Al−Si系合金膜18を70
00Åスパッタ法で形成し、ホトリソ・エッチングによ
りパターニングする。(図4(b)) ここでSi上にECRプラズマCVD法で形成したTi
N膜の断面TEM観察結果を示す。図1,図2は観察結
果の略図である。TiN膜の形成条件として温度420
℃,Ar:43sccm,H2 :50sccm,マイク
ロ波パワー2.8kw,圧力1mTorr中にTiCl
4 →N2 (インターバル2.5秒)及びN2 →TiCl
4 (インターバル4秒)の2通りのガス導入タイミング
でTiN膜を1000Å形成したものである。TiCl
4 は10sccm,N2 は15sccmである。図1の
(TiCl4 →N2 )TiN/Siの界面は多少の凹凸
があり、一部SiとTiNがつながっているように見え
るのに対し、図2のN2 →TiCl4 のものは平坦なT
iN/Si界面となっており、つながりのない界面であ
る。図7は前述した条件で形成された0.8μm径コン
タクトの抵抗値を示すものである。コンタクト抵抗の違
いからN2 を先に流すことによりECRプラズマ中にお
いて、N2 とH2 が解離し、N+ ,H+ になりアンモニ
アプラズマと同等のものが発生し、Si基板に達した際
にSi−Nの結合を作り、絶縁層ができたものと考えら
れる。この現象は基板温度ガス流量,圧力,等のパラメ
ータを変えても変わるものではなく、TiCl4 をNを
含むガスよりも少しでも先にSi基板上に到達させなけ
れば防ぐことはできない。
を形成させた後にホトリソ・エッチングを行い、W膜を
パターニングし配線として用いてもよい。
ず、他の高融点金属及びそのシリサイド膜でもかまわな
い。そしてその高融点金属及びシリサイド層が下に存在
する時は以上述べた工程をくり返すことにより多層配線
にも適用できる。
はほとんど生じないので、コンタクト孔15底部の下地
Si拡散層表面の自然酸化膜を完全に除去した方がさら
に低いコンタクト抵抗を得られる。
から搬送し、自然酸化膜を除去するチャンバーA内でA
r,H2 ,CF4 ,CHF3 ,CH2 F2 ,NF3 ,S
F6等のガスまたはそれらから選ばれた複数の混合ガス
をプラズマによって活性化し、自然酸化膜をプラズマエ
ッチングで除去した後、他のTiNECRプラズマCV
Dチャンバ,B,Cに真空搬送することによって実現可
能である。
N2 ガスを用いる例を示したが、TiCl4 をはじめと
するTiのハロゲン化ガスや、Tiを含む有機系ガスと
N2ガスを組み合わせても良い。またN2 のみならずN
を含むガスとしてNH3 ,N2 H2 やN2 ,NH3 ,N
2 H2 からなるグループから選ばれた2つ以上の混合ガ
スでもECRプラズマCVD法によりTiN膜を形成す
ることができる。
バリアメタルの形成や、反射防止膜の形成にも応用可能
であることは言うまでもない。
よればECRプラズマCVD法を用いて、材料ガスであ
るTiCl4 とN2 ガスのチャンバーへの導入のタイミ
ングを制御し、少なくともN2 よりはTiCl4 の方が
早くウェハに到達するようにしたので、図8に示すよう
に深さ2μmのコンタクト孔に対してコンタクト孔が小
さくなるに従ってスパッタ法によるTiは抵抗が上昇す
るが、カバレージの良いECRプラズマCVDのTiN
を使用すると抵抗上昇は少ない。これにより、抵抗の低
いTiN膜を安定して形成できるようになるため歩留り
の高い半導体素子の製造が可能となる。
面TEM観察略図
面TEM観察略図
置
コンタクトの抵抗値
との、コンタクト抵抗とコンタクト径の関係
Claims (4)
- 【請求項1】 導電性のTiN膜を形成する方法であっ
て、ECR(Electron Cyclotoron
Resonance)によるプラズマを発生させたチ
ャンバー内に、先にTiを含むガスを導入し、続いてN
を含むガスを導入することを特徴とするTiN膜の形成
方法。 - 【請求項2】 前記Tiを含むガスが、Tiのハロゲン
化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Tiを含むガスが、Tiを含む有機
系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Nを含むガスが、N2 ,NH3 ,N
2 H2 からなるグループから選ばれた1つ或いは2つ以
上の混合ガスであるか、もしくは前記グループから選ば
れた1つ或いは2つ以上の混合ガスとH2 との混合ガス
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 |
---|---|---|---|
JP04288903A JP3112755B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | TiN膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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---|---|
JPH06140360A JPH06140360A (ja) | 1994-05-20 |
JP3112755B2 true JP3112755B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=17736282
Family Applications (1)
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JP04288903A Expired - Fee Related JP3112755B2 (ja) | 1992-10-27 | 1992-10-27 | TiN膜の形成方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3112755B2 (ja) |
-
1992
- 1992-10-27 JP JP04288903A patent/JP3112755B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH06140360A (ja) | 1994-05-20 |
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