JP3176069B2 - 一リン化チタン層の形成方法およびその使用 - Google Patents
一リン化チタン層の形成方法およびその使用Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
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- C23C16/34—Nitrides
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Description
【発明の詳細な説明】 本願発明は、窒化チタン層上に一リン化チタン層を形
成するための方法に関する。本願発明は特に、半導体材
料上に多層メタライゼーションの形成中に使用が可能で
ある方法に関する。
成するための方法に関する。本願発明は特に、半導体材
料上に多層メタライゼーションの形成中に使用が可能で
ある方法に関する。
Au、PtまたはPd等の触媒が存在する1000℃の範囲内の
温度で、一リン化チタン、TiPを析出することは公知で
ある。リン化チタン物質の形成について記述されている
最低温度値は750℃である。
温度で、一リン化チタン、TiPを析出することは公知で
ある。リン化チタン物質の形成について記述されている
最低温度値は750℃である。
そのようなTiPの形成は、たとえば、S.モトジマ、T.
ワカマツ、Y.タカハシおよびK.スギヤマ、J.Electroche
m.Soc.,123（1976）、290により記述されている。前記
文献は、リン化チタン物質のウィスカー形成を記述して
いる。リン化チタンは、Pt、PdおよびAu等を触媒とし
て、850℃から1150℃の温度でTiCl4およびPCl3から形成
された。TiPの薄膜の析出は、この文献には開示されて
いない。
ワカマツ、Y.タカハシおよびK.スギヤマ、J.Electroche
m.Soc.,123（1976）、290により記述されている。前記
文献は、リン化チタン物質のウィスカー形成を記述して
いる。リン化チタンは、Pt、PdおよびAu等を触媒とし
て、850℃から1150℃の温度でTiCl4およびPCl3から形成
された。TiPの薄膜の析出は、この文献には開示されて
いない。
半導体技術の分野では、窒化チタン（TiN）の反応ス
パッタリングによってシリコンとアルミニウムのメタラ
イゼーションとの間に拡散隔壁を形成することが一般的
に知られている。窒化チタンの典型的な層の厚みは、約
50nmである。スパッタリングの欠点は、特に狭くて深く
食刻された構造における質の低い縁被膜である。CVD法
（CVD＝化学蒸着法）は、改良された縁被膜をもたら
す。
パッタリングによってシリコンとアルミニウムのメタラ
イゼーションとの間に拡散隔壁を形成することが一般的
に知られている。窒化チタンの典型的な層の厚みは、約
50nmである。スパッタリングの欠点は、特に狭くて深く
食刻された構造における質の低い縁被膜である。CVD法
（CVD＝化学蒸着法）は、改良された縁被膜をもたら
す。
上述の種類の析出に代わる方法のひとつとして、Ti−
Ｎ錯体をあらかじめ含む有機金属の前駆物質の分解に基
づいた、窒化チタンを形成する方法が知られている。更
に、四塩化チタン（TiCl4）およびアンモニア（NH3）を
用いて窒化チタンを析出することが知られている。有機
金属の前記物質を分解する場合、高濃度の炭素が組み込
まれるとともに、問題を引き起こす。TiCl4およびNH3を
用いた窒化チタン層の析出では、塩素の組み込みが、隔
壁の抵抗を増し、アルミニウムの腐食に繋がりかねない
という問題を生ずる。更に、半導体上の多層メタライゼ
ーションの場合、450℃までの温度のみ許容され得る。
しかしながら、TiCl4/NH3反応は、550℃より高い温度で
のみ臨界点であるパーセントで２未満のCl濃度の層を生
じる。
Ｎ錯体をあらかじめ含む有機金属の前駆物質の分解に基
づいた、窒化チタンを形成する方法が知られている。更
に、四塩化チタン（TiCl4）およびアンモニア（NH3）を
用いて窒化チタンを析出することが知られている。有機
金属の前記物質を分解する場合、高濃度の炭素が組み込
まれるとともに、問題を引き起こす。TiCl4およびNH3を
用いた窒化チタン層の析出では、塩素の組み込みが、隔
壁の抵抗を増し、アルミニウムの腐食に繋がりかねない
という問題を生ずる。更に、半導体上の多層メタライゼ
ーションの場合、450℃までの温度のみ許容され得る。
しかしながら、TiCl4/NH3反応は、550℃より高い温度で
のみ臨界点であるパーセントで２未満のCl濃度の層を生
じる。
450℃でTiCl4/NH3工程において形成される窒化チタン
層中の高すぎる塩素濃度を減少させるために、続く
（「インサイチュー」）焼きなましによって、Cl原子に
組み込まれている不純物とともに、不完全に反応した前
駆物質（“TiNxCly"）の断片を減少させることが知られ
ている。窒化チタン層の抵抗は、塩素濃度と相関し、残
留塩素含量は反応の完全さについての尺度である。反応
ガスNH3は、塩素抽出のための焼きなましガスとして知
られている。NH3を用いて450℃で120秒間窒化チタン層
の焼きなましを行うことにより、Clの含量は％で２未満
まで減らされる。このなまし層の抵抗値は、300μΩcm
未満である。よって、伝統的なCVD法によって対応の温
度で析出された層の場合よりもかなり低い。
層中の高すぎる塩素濃度を減少させるために、続く
（「インサイチュー」）焼きなましによって、Cl原子に
組み込まれている不純物とともに、不完全に反応した前
駆物質（“TiNxCly"）の断片を減少させることが知られ
ている。窒化チタン層の抵抗は、塩素濃度と相関し、残
留塩素含量は反応の完全さについての尺度である。反応
ガスNH3は、塩素抽出のための焼きなましガスとして知
られている。NH3を用いて450℃で120秒間窒化チタン層
の焼きなましを行うことにより、Clの含量は％で２未満
まで減らされる。このなまし層の抵抗値は、300μΩcm
未満である。よって、伝統的なCVD法によって対応の温
度で析出された層の場合よりもかなり低い。
上述の反応ガス焼きなましステップにおける塩素抽出
のメカニズムとして、NH3は、全体の反応の反応平衡 6TiCl4＋8NH3→6TiN＋24HCl＋N2 を高NH3供給により、最終形成物TiN＋HClの方向へずら
す。
のメカニズムとして、NH3は、全体の反応の反応平衡 6TiCl4＋8NH3→6TiN＋24HCl＋N2 を高NH3供給により、最終形成物TiN＋HClの方向へずら
す。
前述の先行技術に基づき、本願発明の目的は、窒化チ
タン層上に一リン化チタン層を形成する方法を提供する
ことである。
タン層上に一リン化チタン層を形成する方法を提供する
ことである。
この目的は、請求項１による方法によって達せられ
る。
る。
本願発明の更なる目的は、半導体材料、誘電または強
磁性材料と析出されたメタライゼーションとの間に、改
良された特性を有する拡散隔壁層を形成することに存す
る。
磁性材料と析出されたメタライゼーションとの間に、改
良された特性を有する拡散隔壁層を形成することに存す
る。
この目的は、請求項９による拡散隔壁層によって達せ
られる。
られる。
本願発明は、四塩化チタンおよびアンモニアを用いた
伝統的な工程で析出されたTiN層が、析出の直後に、同
じ反応器内で焼きなまし処理が施され、その間ホスフィ
ン（PH3）が供給されるとき、一リン化チタン層（TiP
層）が窒化チタン層（TiN層）上に形成できるという洞
察に基づく。ホスフィンは水素の供与体として、よって
ClのゲッターとしてNH3よりも活性である（PH3:デルタ
ΔGf＝13.6KJ/mol;NH3:ΔGf＝−16.4KJ/mol）。ホスフ
ィンは同時に酸素のゲッターとしても働くことができ
る。
伝統的な工程で析出されたTiN層が、析出の直後に、同
じ反応器内で焼きなまし処理が施され、その間ホスフィ
ン（PH3）が供給されるとき、一リン化チタン層（TiP
層）が窒化チタン層（TiN層）上に形成できるという洞
察に基づく。ホスフィンは水素の供与体として、よって
ClのゲッターとしてNH3よりも活性である（PH3:デルタ
ΔGf＝13.6KJ/mol;NH3:ΔGf＝−16.4KJ/mol）。ホスフ
ィンは同時に酸素のゲッターとしても働くことができ
る。
本願発明は、一リン化チタン層の形成方法を提供し、
それにおいて最初に反応器内にキャリアが配置される。
続いて、反応器にTiCl4およびNH3が供給されることによ
り、TiN層がキャリア上に析出される。TiN層上にTiP層
を形成するために、反応器内でのTiN層の析出直後にPH3
が供給される間、このTiN層には焼きなましが施され
る。
それにおいて最初に反応器内にキャリアが配置される。
続いて、反応器にTiCl4およびNH3が供給されることによ
り、TiN層がキャリア上に析出される。TiN層上にTiP層
を形成するために、反応器内でのTiN層の析出直後にPH3
が供給される間、このTiN層には焼きなましが施され
る。
従って、本願発明は、ホスフィン中での窒化チタン層
の焼きなましによって、好ましくは450℃で、純粋な一
リン化チタンの被覆層が析出できるという洞察に基づ
く。TiP相とともにダブルレイヤーまたはバイレイヤー
という層構造が、たとえばＸ線回折計またはオージェ電
子分光法によってはっきりと確認できる。TiN層は、四
塩化チタンおよびアンモニアを用いたRTCVD法（RTCVD＝
急速温度化学蒸着法）によって、シリコンウェハ上に析
出されることが好ましい。その直後に、同じ反応器内で
PH3中でのウェハの焼きなましが続く。
の焼きなましによって、好ましくは450℃で、純粋な一
リン化チタンの被覆層が析出できるという洞察に基づ
く。TiP相とともにダブルレイヤーまたはバイレイヤー
という層構造が、たとえばＸ線回折計またはオージェ電
子分光法によってはっきりと確認できる。TiN層は、四
塩化チタンおよびアンモニアを用いたRTCVD法（RTCVD＝
急速温度化学蒸着法）によって、シリコンウェハ上に析
出されることが好ましい。その直後に、同じ反応器内で
PH3中でのウェハの焼きなましが続く。
本願発明による方法は、たとえばシリコン等の半導体
材料とたとえばアルミニウム等のメタライゼーションと
の間に拡散隔壁層を形成するための半導体技術において
有用に用いられる。そのとき拡散隔壁はTiNおよびTiPか
ら成るバイレイヤーから構成される。
材料とたとえばアルミニウム等のメタライゼーションと
の間に拡散隔壁層を形成するための半導体技術において
有用に用いられる。そのとき拡散隔壁はTiNおよびTiPか
ら成るバイレイヤーから構成される。
よって、本願発明は、更なる観点から半導体材料とそ
の上に析出されるメタライゼーションとの間に、TiN層
およびTiP層を含むバイレイヤーから成る拡散隔壁層を
もたらす。そのような拡散隔壁層は、TiNからなる伝統
的な拡散隔壁層と比較して、数々の利点を有する。
の上に析出されるメタライゼーションとの間に、TiN層
およびTiP層を含むバイレイヤーから成る拡散隔壁層を
もたらす。そのような拡散隔壁層は、TiNからなる伝統
的な拡散隔壁層と比較して、数々の利点を有する。
形成されたTiP被覆層は、TiN層に比べて非常に低い抵
抗値を持つ。更に、酸素の組み込みに対して、TiN層全
体を密閉する。TiPのきめの粗さは、TiNのそれよりも少
ない。更に、TiP被覆層における引張応力は、なましTiN
層と比較して小さい。
抗値を持つ。更に、酸素の組み込みに対して、TiN層全
体を密閉する。TiPのきめの粗さは、TiNのそれよりも少
ない。更に、TiP被覆層における引張応力は、なましTiN
層と比較して小さい。
本願発明の更なる展開は、従属クレームに記載され
る。
る。
本願発明の実施例が、添付の図面に関して以下詳細に
説明される。
説明される。
図１は、反応器の構造の概略図である。
図２は、オージェ電子分光法により記録された、TiP/
TiNバイレイヤーのデプスプロファイル図である。
TiNバイレイヤーのデプスプロファイル図である。
図１に関して、本願発明による方法を実施するのに適
した反応器を下記に説明する。このような反応器はま
た、PTPプラント（RTP＝急速温度処理）とも呼ばれる。
した反応器を下記に説明する。このような反応器はま
た、PTPプラント（RTP＝急速温度処理）とも呼ばれる。
反応器は、複数の入り口を持つ実質的に閉鎖された内
部空間12で構成される。更に、反応器10は、たとえばシ
リコン基板12等の処理される半導体を支持するための、
図１に示されていない支持構造を含む。更に反応器は、
ランプヒーターおよび石英窓を持ち、シリコン基板12は
石英窓を通してランプヒーターにより温度処理のために
熱せられる。そうしているうちに、10秒程度で目標温度
が達せられる。ヒーターは、たとえば反射器で囲まれた
ハロゲンロッドランプにより構成されてよい。そのよう
なハロゲンロッドランプは、72kWの最大加熱力を有して
もよい。公知の反応器の場合、反応器容器14は特殊鋼よ
り成る。
部空間12で構成される。更に、反応器10は、たとえばシ
リコン基板12等の処理される半導体を支持するための、
図１に示されていない支持構造を含む。更に反応器は、
ランプヒーターおよび石英窓を持ち、シリコン基板12は
石英窓を通してランプヒーターにより温度処理のために
熱せられる。そうしているうちに、10秒程度で目標温度
が達せられる。ヒーターは、たとえば反射器で囲まれた
ハロゲンロッドランプにより構成されてよい。そのよう
なハロゲンロッドランプは、72kWの最大加熱力を有して
もよい。公知の反応器の場合、反応器容器14は特殊鋼よ
り成る。
反応器容器14内に配置されるのは、２つの別個のガス
供給システムである。第一のガス供給システム16は、当
該技術においてガスシャワーとして公知の装置であって
よく、上記からシリコン基板12に向けてガスを流すよう
に働く。更にガスシャワー16は、圧力段階によって導入
システム内での反応を防ぐように働く。別のガス供給シ
ステム18は、リングチャンネルと呼ばれ、たとえば斜め
下方に、シリコン基板12上に直接向けられる12本のノズ
ルを有してよい。
供給システムである。第一のガス供給システム16は、当
該技術においてガスシャワーとして公知の装置であって
よく、上記からシリコン基板12に向けてガスを流すよう
に働く。更にガスシャワー16は、圧力段階によって導入
システム内での反応を防ぐように働く。別のガス供給シ
ステム18は、リングチャンネルと呼ばれ、たとえば斜め
下方に、シリコン基板12上に直接向けられる12本のノズ
ルを有してよい。
本願発明による方法によると、図面に示されていない
導入穴を通して反応器容器14の内部空間10へと、まずシ
リコン基板12が導入される。上述のチャンバ壁および石
英窓は、TiCl4の濃縮を防ぐために、約60℃まで熱せら
れる。TiCl4は導入システム20を介してガスシャワーに
供給され、N2は導入システム22を介して供給されなが
ら、TiCl4はN2搬送ガス中で希釈されて、ガスシャワー1
6を介して導入される。リングライン18およびそのノズ
ルを介して、NH3もまたN2中で希釈されて反応器容器内
へと導入される。２つの物質TiCl4およびNH3は、常温で
も反応するので、シリコン基板12の上方でほんのわずか
の間しか混合されない。
導入穴を通して反応器容器14の内部空間10へと、まずシ
リコン基板12が導入される。上述のチャンバ壁および石
英窓は、TiCl4の濃縮を防ぐために、約60℃まで熱せら
れる。TiCl4は導入システム20を介してガスシャワーに
供給され、N2は導入システム22を介して供給されなが
ら、TiCl4はN2搬送ガス中で希釈されて、ガスシャワー1
6を介して導入される。リングライン18およびそのノズ
ルを介して、NH3もまたN2中で希釈されて反応器容器内
へと導入される。２つの物質TiCl4およびNH3は、常温で
も反応するので、シリコン基板12の上方でほんのわずか
の間しか混合されない。
上述のステップにより、TiN層が公知の方法でシリコ
ン基板12上に析出される。TiN層析出の完了後、ただち
にアルゴンで希釈されたPH3がリングチャンネル18を介
して反応器容器に供給される。そのようにしてTiP層がT
iN層上に形成される。このステップにより本願発明によ
る方法が完了する。
ン基板12上に析出される。TiN層析出の完了後、ただち
にアルゴンで希釈されたPH3がリングチャンネル18を介
して反応器容器に供給される。そのようにしてTiP層がT
iN層上に形成される。このステップにより本願発明によ
る方法が完了する。
以下において、本願発明によるTiP/TiNバイレイヤー
を析出するための好ましいプロセスパラメータが説明さ
れる。キャリヤ、すなわち実施例におけるシリコン基板
12は、450℃の温度まで熱せられるのが好ましい。これ
は、半導体上の多層メタライゼーションにおいて許容可
能な上限温度である。反応器容器内の底面圧は、0.5×1
0-3から５×10-3パスカルの間の値、好ましくは２×10
-3パスカルの値に設定される。
を析出するための好ましいプロセスパラメータが説明さ
れる。キャリヤ、すなわち実施例におけるシリコン基板
12は、450℃の温度まで熱せられるのが好ましい。これ
は、半導体上の多層メタライゼーションにおいて許容可
能な上限温度である。反応器容器内の底面圧は、0.5×1
0-3から５×10-3パスカルの間の値、好ましくは２×10
-3パスカルの値に設定される。
本願ではJipelec社の「ジェットライト200」型の反応
器が用いられたが、使用される反応器におけるTiN析出
は、下記の流量で実施された。すなわち、400sccmN2に
より希釈された5sccmTiCl4（sccm＝常温、標準圧での立
法センチメートル毎分）、および350sccmN2により希釈
された50sccmNH3である。
器が用いられたが、使用される反応器におけるTiN析出
は、下記の流量で実施された。すなわち、400sccmN2に
より希釈された5sccmTiCl4（sccm＝常温、標準圧での立
法センチメートル毎分）、および350sccmN2により希釈
された50sccmNH3である。
TiN層の析出は、1:60から1:100の間のTiCl4対N2の比
率を使用するのが好ましい。特に好ましい比率は1:80で
ある。NH3対N2の比率は、1:5から1:9の間に設定される
のが好ましく、特に好ましい比率は1:7である。
率を使用するのが好ましい。特に好ましい比率は1:80で
ある。NH3対N2の比率は、1:5から1:9の間に設定される
のが好ましく、特に好ましい比率は1:7である。
よって、TiN層の析出は、上述の公知の反応器におい
て、全体の流量805sccm、400Paの気圧および180秒の析
出時間で実施された。
て、全体の流量805sccm、400Paの気圧および180秒の析
出時間で実施された。
TiN層の焼きなましは、その後、750sccmアルゴンで希
釈された流量130sccmPH3を供給して実施された。この混
合物は、あらかじめ混合されてリングチャンネル18を通
して供給される。それゆえ、合計流量880sccm、250Paの
気圧および600秒の焼きなまし時間が使用された。
釈された流量130sccmPH3を供給して実施された。この混
合物は、あらかじめ混合されてリングチャンネル18を通
して供給される。それゆえ、合計流量880sccm、250Paの
気圧および600秒の焼きなまし時間が使用された。
焼きなましにおけるPH3とアルゴンとの比率の好まし
い範囲は、1:3から1:8の間である。上述の方法では、1:
5.77の比率が用いられた。
い範囲は、1:3から1:8の間である。上述の方法では、1:
5.77の比率が用いられた。
TiN層の焼きなましステップが同じ反応器内でTiN層の
析出直後にPH3を用いて実施されるときは、未反応また
はTiCl4前駆物質の不完全に解離された残留物が、なお
反応器内に存在する。古典的なTiCl4/NH3法から、TiCl4
＊xNH3（ｘ＝2,4,6,8）型の付加物が、この方法におい
ては常に形成され、反応器壁に吸着することが知られて
いる。450℃以下の低温度析出では、前駆物質の不完全
に変態された残留物が、TiNxClyの形でウェハ表面にも
存在し、それは更に後で反応し得る。この表面は、酸化
されないかぎりにおいて、TiPの形成を支持または誘導
するために、触媒作用を有してよい。これらの未反応ま
たは不完全に変態された最初の物質をTiPに変態させる
ために、TiCl4成分の存在に関して高濃度のPH3が有益で
ある。PH3の最大達成可能流量は130sccmである。この流
量では、ウェハ上のTiPの成長はまだ均質ではないが、
リングチャンネルのノズルからのPH3の流入量に依存す
る。したがって反応はなお搬送制御される。それと対照
的に、NH3を供給する公知の焼きなましステップの場合
には、焼きなましの最中に均質な再成長が起こり、その
場合600sccmというより大きい合計流量が可能である。
析出直後にPH3を用いて実施されるときは、未反応また
はTiCl4前駆物質の不完全に解離された残留物が、なお
反応器内に存在する。古典的なTiCl4/NH3法から、TiCl4
＊xNH3（ｘ＝2,4,6,8）型の付加物が、この方法におい
ては常に形成され、反応器壁に吸着することが知られて
いる。450℃以下の低温度析出では、前駆物質の不完全
に変態された残留物が、TiNxClyの形でウェハ表面にも
存在し、それは更に後で反応し得る。この表面は、酸化
されないかぎりにおいて、TiPの形成を支持または誘導
するために、触媒作用を有してよい。これらの未反応ま
たは不完全に変態された最初の物質をTiPに変態させる
ために、TiCl4成分の存在に関して高濃度のPH3が有益で
ある。PH3の最大達成可能流量は130sccmである。この流
量では、ウェハ上のTiPの成長はまだ均質ではないが、
リングチャンネルのノズルからのPH3の流入量に依存す
る。したがって反応はなお搬送制御される。それと対照
的に、NH3を供給する公知の焼きなましステップの場合
には、焼きなましの最中に均質な再成長が起こり、その
場合600sccmというより大きい合計流量が可能である。
図２は、オージェ電子分光法で記録された、本願発明
による方法によって得られたTiP/TiNバイレイヤーのデ
プスプロファイルを示す。Ti、ＰおよびＮ元素の積分面
積占有率（RBS;RBS＝ラザフォード後方散乱）およびオ
ージェ電子分光法デプスプロファイルとの組み合わせか
ら、ストイキオメトリTi:P＝1:1を有する付加的な層
が、焼きなまし中にTiN上に成長していることが判明す
る。図２に示されるタイムスケールでは、大きい方の目
盛りはおのおの５分を示し、小さい方の目盛りはおのお
の１分を示す。本願発明による方法では、時間軸は右か
ら左に延びる、すなわちまずTiN層が析出され、その後T
iP層が析出される。600秒の焼きなまし時間および上述
の方法パラメータで、結果として生ずるTiP層の厚みは
約30nmである。形成されたTiP相は、TiNとは対照的に、
多結晶（＜100＞テクスチャー）である。TiPの形成エン
タルピは、ΔGf＝−265KJ/molであり、その量においてT
iNのそれ（−310KJ/mol）に匹敵する。
による方法によって得られたTiP/TiNバイレイヤーのデ
プスプロファイルを示す。Ti、ＰおよびＮ元素の積分面
積占有率（RBS;RBS＝ラザフォード後方散乱）およびオ
ージェ電子分光法デプスプロファイルとの組み合わせか
ら、ストイキオメトリTi:P＝1:1を有する付加的な層
が、焼きなまし中にTiN上に成長していることが判明す
る。図２に示されるタイムスケールでは、大きい方の目
盛りはおのおの５分を示し、小さい方の目盛りはおのお
の１分を示す。本願発明による方法では、時間軸は右か
ら左に延びる、すなわちまずTiN層が析出され、その後T
iP層が析出される。600秒の焼きなまし時間および上述
の方法パラメータで、結果として生ずるTiP層の厚みは
約30nmである。形成されたTiP相は、TiNとは対照的に、
多結晶（＜100＞テクスチャー）である。TiPの形成エン
タルピは、ΔGf＝−265KJ/molであり、その量においてT
iNのそれ（−310KJ/mol）に匹敵する。
本願発明による方法で形成されたTiP/TiNバイレイヤ
ーは、半導体とメタライゼーションとの間に拡散隔壁を
構成し、優れた特性を有する。析出されるTiPの抵抗値
は約20μΩcmである。約200から300μΩcmの抵抗値を有
するTiN層、および2.7μΩcmの抵抗値のアルミニウムと
比較すると、形成されたTiPは優れた導電体であること
が示される。更に、TiP層自体にC1は存在しないが、そ
の下のTiN層は、NH3焼きなましの場合と同様に、焼きな
まし後、％で２未満のCl値を示す。NH3の供給を含む焼
きなましステップによって、Clは前もって析出されたTi
N層から急速に除去される。
ーは、半導体とメタライゼーションとの間に拡散隔壁を
構成し、優れた特性を有する。析出されるTiPの抵抗値
は約20μΩcmである。約200から300μΩcmの抵抗値を有
するTiN層、および2.7μΩcmの抵抗値のアルミニウムと
比較すると、形成されたTiPは優れた導電体であること
が示される。更に、TiP層自体にC1は存在しないが、そ
の下のTiN層は、NH3焼きなましの場合と同様に、焼きな
まし後、％で２未満のCl値を示す。NH3の供給を含む焼
きなましステップによって、Clは前もって析出されたTi
N層から急速に除去される。
形成されたTiP層は、薄い被覆酸素を含むが、TiN層と
対照的に、それ自体には酸素が存在しない。TiP層は、
焼きなましの最中および空気が存在する中で保存される
間、酸素を吸収しないので、密封を構成する。その理由
は、TiN層の粒子は柱状であり、その幅の長さの５から1
0％しかないということである。それとは対照的に、TiP
層の粒子は多面体であり、層平面における直径、および
それに垂直な直径ともども、層の厚みの等級順である。
TiNは、柱状組織により多孔質であるが、TiP粒子間にチ
ャンネルは存在しない。
対照的に、それ自体には酸素が存在しない。TiP層は、
焼きなましの最中および空気が存在する中で保存される
間、酸素を吸収しないので、密封を構成する。その理由
は、TiN層の粒子は柱状であり、その幅の長さの５から1
0％しかないということである。それとは対照的に、TiP
層の粒子は多面体であり、層平面における直径、および
それに垂直な直径ともども、層の厚みの等級順である。
TiNは、柱状組織により多孔質であるが、TiP粒子間にチ
ャンネルは存在しない。
TiP層は部分的に柱状TiNのきめの荒さを平坦にし、よ
り長い波状構造を与える。よってTiP層は、TiN層と比較
して粗さが減少した表面をもたらす。従来技術によって
焼きなましが施されたTiN層は、２から3GPaの引張応力
を示すが、本願発明によるTiP層は、1GPaの最大引張応
力を有する。よって、TiP層は隔壁と、たとえばAlメタ
ライゼーションとのより良好な機械的整合をもたらすこ
とが可能である。更に、TiPはリンの喪失に対して熱的
に非常に安定しており、それゆえに、使用される半導
体、実施例の場合はシリコン、中にリンが拡散するこ
と、およびドーピング効果を有することが防がれる。
り長い波状構造を与える。よってTiP層は、TiN層と比較
して粗さが減少した表面をもたらす。従来技術によって
焼きなましが施されたTiN層は、２から3GPaの引張応力
を示すが、本願発明によるTiP層は、1GPaの最大引張応
力を有する。よって、TiP層は隔壁と、たとえばAlメタ
ライゼーションとのより良好な機械的整合をもたらすこ
とが可能である。更に、TiPはリンの喪失に対して熱的
に非常に安定しており、それゆえに、使用される半導
体、実施例の場合はシリコン、中にリンが拡散するこ
と、およびドーピング効果を有することが防がれる。
更に、本願発明による一リン化チタン層は、強磁性コ
ンポーネントに関して有益に使用され得る。この点にお
いて、TiPの別の重要な応用は、高い誘電率を有する誘
電体または強磁性体（おのおのいわゆる高イプシロン誘
導体および強磁性体）を持つDRAM（DRAM＝ダイナミック
・ランダム・アクセス・メモリ）の製造に存する。
ンポーネントに関して有益に使用され得る。この点にお
いて、TiPの別の重要な応用は、高い誘電率を有する誘
電体または強磁性体（おのおのいわゆる高イプシロン誘
導体および強磁性体）を持つDRAM（DRAM＝ダイナミック
・ランダム・アクセス・メモリ）の製造に存する。
そのような構造物の構造は、たとえばRuO2から成る蓄
電極に対する拡散隔壁を有するポリシリコン接触層から
成る。この拡散隔壁は、金属拡散および酸素拡散の両方
に対抗して作用しなければならない。この効果は、これ
まで従来技術において、たとえばTiN−Ruの層システム
において用いられてきた単TiN層では得られない。本願
発明によれば、そのような拡散隔壁としてTiN/TiP層が
有用に用いられる。
電極に対する拡散隔壁を有するポリシリコン接触層から
成る。この拡散隔壁は、金属拡散および酸素拡散の両方
に対抗して作用しなければならない。この効果は、これ
まで従来技術において、たとえばTiN−Ruの層システム
において用いられてきた単TiN層では得られない。本願
発明によれば、そのような拡散隔壁としてTiN/TiP層が
有用に用いられる。
更に、たとえばBST（BST＝チタン酸バリウムストロン
チウム）等の誘電体材料とメタライゼーションとの間の
接点が必要である。ここでもまた、本願発明によるTiN/
TiP層システムが有用に用いられる。
チウム）等の誘電体材料とメタライゼーションとの間の
接点が必要である。ここでもまた、本願発明によるTiN/
TiP層システムが有用に用いられる。
よって、本願発明は、半導体の多層メタライゼーショ
ンにおいて許容可能な温度範囲内でTiP層を形成する、T
iP/TiNバイレイヤーを形成するための方法を提供する。
形成されるバイレイヤーは、たとえばシリコン等の半導
体とたとえばアルミニウム等のメタライゼーションとの
間の拡散隔壁として、また誘電体または強磁性体と接触
層との間の拡散隔壁として最適である。
ンにおいて許容可能な温度範囲内でTiP層を形成する、T
iP/TiNバイレイヤーを形成するための方法を提供する。
形成されるバイレイヤーは、たとえばシリコン等の半導
体とたとえばアルミニウム等のメタライゼーションとの
間の拡散隔壁として、また誘電体または強磁性体と接触
層との間の拡散隔壁として最適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロイテネッカー ローラント ドイツ連邦共和国 Ｄ―85259 ヴィー デンツァウゼン ドルフシュトラーセ 19 (72)発明者 ラム ペーター ドイツ連邦共和国 Ｄ―85276 パッフ ェンホーフェン イルムジートルンク 11 ベー (56)参考文献 特開 平８−170174（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−333875（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−140360（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−82451（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−27243（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−510089（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/285 301 H01L 21/285 H01L 21/28 C23C 16/34
Claims (10)
- 【請求項１】ａ）反応器（14）内にキャリア（12）を配
置するステップと、 ｂ）反応器（14）にTiCl4およびNH3を供給することによ
ってキャリヤ（12）上にTiN層を析出するステップと、 ｃ）TiN層上に一リン化チタン層を形成するために、TiN
層の析出の直後反応器（14）にPH3を供給する間、TiN層
を焼きなましするステップとを含む、一リン化チタン層
（TiP層）の形成方法。 - 【請求項２】前記キャリヤはシリコンウェハである、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項３】ｂ）およびｃ）のステップは最高450℃の
温度で実行される、請求項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】ｂおよびｃ）のステップは、0.5×10-3か
ら５×10-3Paの間、好ましくは２×10-3Paの低圧面で実
行される、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項５】ｂ）のステップにおいて、TiCl4は反応器
（14）のガスシャワー（16）を介してN2で希釈されて導
入され、NH3は反応器（14）のリングチャンネル（18）
を介してN2で希釈されて導入される、請求項１乃至４の
いずれかに記載の方法。 - 【請求項６】ガスシャワー（16）を介する供給におい
て、TiCl4対N2の比率は1:60から1:100の間、好ましくは
1:80であり、リングチャンネルを介する供給において、
NH3対N2の比率は1:5から1:9の間、好ましくは1:7であ
る、請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】ｃ）のステップにおけるPH3は反応器（1
4）のリングチャンネル（18）を介してアルゴンで希釈
されて供給される、請求項１乃至６のいずれかに記載の
方法。 - 【請求項８】PH3対アルゴンの比率は、1:3から1:8の間
であり、好ましくは1:5.77である、請求項７に記載の方
法。 - 【請求項９】TiN層およびTiP層を含むバイレイヤーより
成る、半導体材料、誘電体材料または強磁性材料とその
上に析出されるメタライゼーションとの間の拡散隔壁
層。 - 【請求項１０】DRAM部品要素における、誘電体材料また
は強磁性材料とその上に析出されるメタライゼーション
との間の請求項９に記載の拡散隔壁層の使用。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19649684.5 | 1996-11-29 | ||
| DE19649684A DE19649684C1 (de) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | Verfahren zum Erzeugen einer Titanmonophosphidschicht und ihre Verwendung |
| PCT/EP1997/006497 WO1998024117A1 (de) | 1996-11-29 | 1997-11-20 | Verfahren zum erzeugen einer titanmonophosphidschicht und ihre verwendung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3176069B2 true JP3176069B2 (ja) | 2001-06-11 |
Family
ID=7813234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52424998A Expired - Fee Related JP3176069B2 (ja) | 1996-11-29 | 1997-11-20 | 一リン化チタン層の形成方法およびその使用 |
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| Country | Link |
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| EP (1) | EP0928498B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US7087480B1 (en) * | 2002-04-18 | 2006-08-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Process to make high-k transistor dielectrics |
| US7311942B2 (en) * | 2002-08-29 | 2007-12-25 | Micron Technology, Inc. | Method for binding halide-based contaminants during formation of a titanium-based film |
| US20060234502A1 (en) * | 2005-04-13 | 2006-10-19 | Vishwanath Bhat | Method of forming titanium nitride layers |
| JP6086892B2 (ja) | 2014-11-25 | 2017-03-01 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH10316534A (ja) * | 1997-05-20 | 1998-12-02 | Pola Chem Ind Inc | メークアップ化粧料及びメークアップ化粧セット |
| US5926726A (en) * | 1997-09-12 | 1999-07-20 | Sdl, Inc. | In-situ acceptor activation in group III-v nitride compound semiconductors |
| DE10049684B4 (de) * | 2000-10-07 | 2008-08-21 | Eads Deutschland Gmbh | Vollautomatischer Messinstrumenten-Eichfehlerreduzierer |
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- 1996-11-29 DE DE19649684A patent/DE19649684C1/de not_active Expired - Fee Related
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1997
- 1997-11-20 JP JP52424998A patent/JP3176069B2/ja not_active Expired - Fee Related
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