JP3685216B2 - 窒化チタン薄膜の作成方法及び薄膜デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、各種半導体デバイスや各種センサー等のデバイスに使用される窒化チタン薄膜の作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロジックやメモリ等の各種半導体デバイスや光センサー等の各種センサーの構造には、従来より窒化チタン薄膜が使用されている。例えば、ＬＳＩ（大規模集積回路）では、上層の金属と下層の金属との合金化等を防止するバリアメタルとして窒化チタン薄膜を介在させた構造が採用されることがある。
【０００３】
このような窒化チタン薄膜は、従来スパッタ法により作成されていたが、ステップカバレッジの問題から最近では化学的気相成長（ＣＶＤ）法により作成することが提案されている。即ち、例えば６４メガビットを越えるＤＲＡＭ（記憶保持動作が必要な随時書き込み読み出し型メモリ）の設計ルールはほぼ３．５μｍ以下となり、コンタクトホールのアスペクト比（溝又は孔の深さ／溝又は孔の幅）は４もしくはそれ以上にまで達している。従来のスパッタ法では、ステップカバレッジ特性が悪く充分なコンタクトホールの電気特性が得られないため、ＣＶＤ法によって均一な窒化チタン薄膜をステップカバレッジ性良く作成することが研究されている。
【０００４】
このＣＶＤ法による窒化チタン薄膜の作成方法として、テトラキスジアルキルアミノチタンのようなチタンを含む有機金属化合物ガスを使用する構成が研究されている。
例えば、Raajimakerは、Thin solid films,247(1994)85 やその引用文献において、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）やテトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）を使用したＣＶＤ法による窒化チタン薄膜の作成例が報告されている。また、この報告では、アンモニアガスの添加によって、比抵抗が数千μオームまで低下するとされている。
【０００５】
尚、テトラキスジアルキルアミノチタンを厳密に分類すると、金属チタンと炭化水素基との間に窒素の結合が存在するので、金属と炭化水素基とが直接結合した有機金属化合物ではないが、本明細書中では広く解釈し、テトラキスジアルキルアミノチタンも有機金属化合物に含める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の窒化チタン薄膜の作成では、以下のような問題がある。
まず第一に、成膜した基板を大気圧雰囲気中に戻した際、大気中の酸素が窒化チタン薄膜内に拡散し、経時的に比抵抗が増大する問題がある。このような経時的な比抵抗の増大を防止するためには、成膜後にパシベーション（表面不働態化）を行う必要がある。パシベーションは、例えば成膜後に薄膜をアンモニア雰囲気に晒して高温に維持するアニール法等が採用されるが、成膜後の工程が増えるため、生産性が低下する問題がある。
本願の発明の第一の目的は上記問題を解決することであり、経時的な比抵抗の増大を防止するパシベーションを成膜後に別途行うことを不要にし、生産性の高い窒化チタン薄膜及びその作成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
次に、従来の成膜方法の第二の問題として、上述の文献のように比抵抗を低下させるためアンモニアガスを添加した場合、ステップカバレッジ特性が低下する傾向がある。このため、アスペクト比が年々増大する集積回路用の薄膜としては好ましくなく、比抵抗の小さい薄膜が作成できるとしても、６４メガビット以上のＤＲＡＭ等では実用化が困難である。
本願の発明の第二の目的は上記問題を解決することであり、比抵抗の小さい窒化チタン薄膜を高いステップカバレッジ特性で得ることができる成膜方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記第一第二の目的の達成のため、本願の請求項１記載の発明は、チタンを含む有機金属化合物ガスと、作成される窒化チタン薄膜の比抵抗を減少させる添加ガスとを使用して、化学的気相成長法により窒化チタン薄膜を作成する窒化チタン薄膜の作成方法であって、前記有機金属化合物ガスに対する前記添加ガスの流量を最初少ない第一の流量比とし、その後第一の流量比より大きい第二の流量比に増加させながら成膜を行う方法であり、
前記第一の流量比は、窒化チタン薄膜がアモルファスとなる値に設定され、前記第二の流量比は、窒化チタン薄膜が結晶化する流量比に設定されるという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、窒化チタン薄膜は、溝又は孔が形成された対象物の表面に作成されるものであり、必要なステップカバレッジが得られるように、第一の流量比での成膜時間と第二の流量比での成膜時間とが決められているという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項３記載の発明は、チタンを含む有機金属化合物ガスと、作成される窒化チタン薄膜の比抵抗を減少させる添加ガスとを使用して、化学的気相成長法により窒化チタン薄膜を作成する窒化チタン薄膜の作成方法であって、成膜温度を最初低く第一の成膜温度とし、その後第一の成膜温度より高い第二の成膜温度に上昇させながら成膜を行う方法であり、
前記第一の成膜温度は、窒化チタン薄膜がアモルファスとなる値に設定され、前記第二の成膜温度は、窒化チタン薄膜が結晶化する流量比に設定されるという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項４記載の発明は、上記請求項３の構成において、窒化チタン薄膜は、溝又は孔が形成された対象物の表面に作成されるものであり、必要なステップカバレッジが得られるよう第一の成膜温度での成膜時間と第二の成膜温度での成膜時間とが決められているという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項５記載の発明は、上記請求項１，２，３又は４の構成において、前記チタンを含む有機金属化合物がテトラキスジアルキルアミノチタンであるという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項６記載の発明は、上記請求項１，２，３又は４の構成において、添加ガスがアンモニアガスであるという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項７記載の発明は、窒化チタン薄膜を有する薄膜デバイスであって、当該窒化チタン薄膜は、アモルファス状の第一層と、第一層よりも結晶化の度合いが進んだ結晶構造を有する第二層とから成り、第一層の上に第二層を積層した膜質構造を有しているという構成を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
図１は、本願発明の窒化チタン薄膜の作成方法の実施に使用される成膜装置の一例を示したものであり、図１を使用しながら、本実施形態の方法について説明する。
図１に示す成膜装置は、排気系１１を備えた反応容器１と、反応容器１内に配設された基板ホルダー２と、反応容器１内に所定のガスを導入するガス導入機構３等から主に構成されている。
【００１０】
反応容器１はステンレス製であり、配管やゲートバルブ等の接続部分を除き気密に構成されている。排気系１１には、回転ポンプやターボ分子ポンプ等を組み合わせたシステムが採用され、１０-4Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成される。反応容器１の外面には、反応容器１の温度を制御する容器用ヒータ１２が配設されており、容器用ヒータ１２には容器加熱用制御部１３が設けられている。
【００１１】
基板ホルダー２は、静電吸着機構等を使用して基板２０を保持するよう構成されている。基板ホルダー２内には、基板２０を所定の温度まで加熱するための基板用加熱機構２１が配設されている。基板用加熱機構２１には、基板加熱用制御部２２が設けられており、所定の気相反応が生じるように基板２０の温度を所定の温度に維持するよう構成される。基板ホルダー２には温度検出のための熱電対等の温度センサ２３が設けられており、検出信号が基板加熱用制御部２２に送られてフィードバック制御される。
【００１２】
ガス導入機構３は、チタンを含む金属化合物としてのテトラキスジアルキルアミノチタン（ＴＤＡＡＴ）を導入する第一のガス導入系３１と、キャリアガスを導入する第二のガス導入系３２と、添加ガスを導入する第三のガス導入系３３とから構成されている。
【００１３】
本実施形態では、ＴＤＡＡＴとして、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）を使用している。ＴＤＥＡＴは室温で固体であるため、第一のガス導入系３１は気化器３１１を有している。気化器３１１は、液体の状態で運ばれたＴＤＥＡＴを所定の流量で気化させるよう構成されている。また、ＴＤＥＡＴを溜めたタンク３１２と気化器３１１とをつなぐ配管上には液体流量調整器３１３が設けられており、気化器３１１に供給するＴＤＥＡＴの量を制御する。
【００１４】
キャリアガスを導入する第二のガス導入系３２の配管は、第一のガス導入系３１の配管に接続されている。キャリアガスとしては、本実施形態では窒素ガスが採用される。また、第二のガス導入系３２の配管には、気体流量調整器３２１が設けられている。尚、気化器３１１におけるＴＤＥＡＴの気化を助けるため、第一のガス導入系３１の配管を気化器３１１に接続するようにしても良い。
第三のガス導入系３３は、添加ガスとしてアンモニアガスを導入するよう構成されており、気体流量調整器３３１を有している。
【００１５】
図１の装置は、装置全体の動作を制御する制御機構４を有している。制御機構４の制御信号は、容器加熱用制御部１３、基板加熱用制御部２２、液体流量調整器３１３、気体流量調整器３２１，３３１等にそれぞれ送られるよう構成されている。
【００１６】
さて、図１に示す装置の動作を説明しながら、本実施形態の方法について説明する。
まず、不図示のゲートバルブを通して反応容器１内に基板２０を搬入し、基板ホルダー２上に配置する。ゲートバルブを閉じて排気系１１を動作させ、反応容器１内を１×１０-4Ｔｏｒｒ程度まで排気する。また、基板ホルダー２内の基板用加熱機構２１が動作して加熱温度を第一の成膜温度に調整し、基板２０をこの程度の温度まで加熱する。同時に容器用ヒータ１２も動作し、容器加熱用制御部１３が反応容器１の温度を所定の温度に制御する。
【００１７】
第一のガス導入系３１の気化器３１１が予め動作しており、第一のガス導入系３１のバルブ３１４を開けることにより、キャリアガスとしての窒素ガスに混合されたＴＤＥＡＴガスが反応容器１内に導入される。また、同時に第三のガス導入系３３のバルブ３３２を開けて、添加ガスとしてのアンモニアを反応容器１内に導入する。
この際、制御機構４は、液体流量調整器３１３及び気体流量調整器３３１を制御して、ＴＤＥＡＴに対するアンモニアとの流量比が所定の第一の流量比となるよう制御する。
導入されたＴＤＥＡＴは、反応容器１内での気相反応によって基板２０の表面上に窒化チタンを析出し、窒化チタン薄膜が堆積する。この際、添加されたアンモニアの作用によって、堆積する窒化チタン薄膜の比抵抗が減少する。
【００１８】
このようにして第一の成膜条件を所定時間行うと、制御機構４は、第二の成膜条件で連続して成膜が行われるよう装置全体を制御する。即ち、まず基板加熱用制御部２２に信号を送り、第一の成膜温度より高い第二の成膜温度に基板２０が加熱されるよう制御する。また、液体流量調整器３１３及び気体流量調整器３３１に制御信号を送り、ＴＤＥＡＴに対するアンモニアの流量比が第一の流量比より大きな所定の第二の流量比になるよう制御する。尚、流量比と成膜温度のいずれか一方のみを変えた条件にしても良い。
このようにして第二の成膜条件で成膜が行われ、この条件で所定時間成膜を行うと、バルブ３１４，３３２を閉じ、基板２０を反応容器１外に搬出する。これによって成膜が完了する。
【００１９】
図２は、上述した実施形態の方法により作成した薄膜デバイスの断面構造を概略的に示したものである。
上述した異なる成膜条件での成膜を連続して行うと、図２に示すように、基板２０上には、第一の成膜条件で成膜した第一層５１の上に、第二の成膜条件で成膜した第二層５２が積層された状態となる。この場合、適切な成膜温度及びガス流量比を選定することで、第一層５１をアモルファス状バッファ層とし、第二層５２をパシベーション改質層とすることを可能となる。この点をさらに詳しく説明する。
【００２０】
表１は、本願発明の実施例の各成膜条件を示したものである。
【表１】
この条件で窒化チタン薄膜の作成を実際行い、第一の成膜条件により第一層５１を６００オングストロームの厚さで堆積させ、第二層５２を３００オングストロームの厚さで堆積させた。このようにして作成された窒化チタン薄膜の成膜直後の比抵抗は５０００μΩｃｍ程度であった。比較例として、同様な条件でアンモニアの流量をゼロにした場合（第一第二の成膜条件とも）、成膜直後の比抵抗は２００００μΩｃｍ程度であった。従って、まずアンモニアの添加の効果によって、成膜直後の比抵抗は７５％程度減少したことが分かった。
【００２１】
次に、表１の条件で作成した窒化チタン薄膜を２４時間以上大気に露出させたところ、比抵抗の増加は１００％程度であった。比較例として、第一の成膜条件のままで終始成膜を行った場合、２４時間以上大気に露出させた後の比抵抗の増加は２６０％程度であった。このことから、表１に示す例では、経時的な比抵抗の増加は、第二の成膜条件の採用によって採用しない場合の１／３程度に抑えられることが分かった。
【００２２】
このような経時的な比抵抗の増加の抑制即ちパシベーションの作用は、第二層５２において、窒化チタン薄膜の結晶化が進んだことに起因するものと考えられる。即ち、薄膜が結晶構造を有する場合、アモルファス構造の場合に比べて酸素の拡散が困難になり、この結果、経時的な比抵抗の増加が抑制されるのである。尚、窒化チタン薄膜の結晶化は、成膜温度を上昇させることによっても進む。従って、第二の成膜条件を、添加ガスの流量比が同じで成膜温度のみを上昇させた条件としても良い。
【００２３】
図３は、窒化チタン薄膜の結晶化を確認した実験の説明図であり、作成した窒化チタン薄膜のＸ線回折パターンを示した図である。
図３（ａ）は、ＴＤＥＡＴ：７ｓｃｃｍ，Ｎ2 ：１５０ｓｃｃｍ，ＮＨ3 ：０ｓｃｃｍ，成膜温度：３００℃，圧力：５０ｍＴｏｒｒの条件で作成した窒化チタン薄膜のＸ線回折パターンを示している。この例では、窒化チタン結晶のピークは殆ど出現していない。これは、アンモニアの流量がゼロであることによると考えられる。
次に、図３（ｂ）は、ＴＤＥＡＴ：７ｓｃｃｍ，Ｎ2 ：１５０ｓｃｃｍ，ＮＨ3 ：１５０ｓｃｃｍ，成膜温度：３００℃，圧力：５０ｍＴｏｒｒの条件で作成した窒化チタン薄膜のＸ線回折パターンを示している。この例では、窒化チタン結晶のピーク（１１１）（２００）（２２０）がそれぞれ出現しており、結晶化が進んだことを示している。これは、多量のアンモニアガスを添加したことの効果によるものだと考えられる。
さらに図３（ｃ）は、ＴＤＥＡＴ：７ｓｃｃｍ，Ｎ2 ：１５０ｓｃｃｍ，ＮＨ3 ：１５ｓｃｃｍ，成膜温度：４００℃，圧力：５０ｍＴｏｒｒの条件で作成した窒化チタン薄膜のＸ線回折パターンを示している。この例では、窒化チタン結晶のピーク（１１１）（２００）（２２０）がさらに強調されて出現している。これは、成膜温度を上昇させたことの効果によるものと考えられる。
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した結果から分かる通り、ＮＨ3 ／ＴＤＥＡＴが２０を越える大きな流量比でアンモニアを添加したり、３００℃を越える高い成膜温度で成膜を行ったりすると、窒化チタン薄膜の結晶化が進む。
【００２４】
さて、上述のように、第一の成膜条件によってアモルファス状の第一層５１を形成し、その上に、第二の成膜条件によって結晶状の第二層５２を形成すると、成膜直後の比抵抗が小さく且つ経時的な比抵抗の増大も抑制された質の良い窒化チタン薄膜の作成が可能となる。ここで、第二の成膜条件で終始成膜を行っても同様な結果が得られるのではないかとも考えられるが、発明者の研究によると、この構成は次のような問題がある。
【００２５】
即ち、まず、添加ガスの流量比をあまり増大させると、必要なステップカバレッジ特性が得られない問題がある。例えば、前述した文献では、４ｓｃｃｍのＴＤＥＡＴに対して３リットル毎分のアンモニアを添加した例で８５％のステップカバレッジが得られているが、この例はアスペクト比１のコンタクトホールに対する成膜であり、６４メガビット以上のＤＲＡＭの設計ルールに準拠した０．３５μｍ以下のコンタクトホールに対しては、２０％以下のステップカバレッジになってしまうと予想される。
また、添加ガスの流量比を大きくして薄膜を結晶化させると、結晶化に伴って内部応力の増大し、このため熱的安定性が低下する等の問題が生ずる。また、結晶粒界の破壊によって表面にスパイク状の凹凸が発生することがある。さらに、結晶状窒化チタン薄膜は、下地に対する密着性が悪いという問題もある。
【００２６】
従って、必要な厚さの窒化チタン薄膜を、添加ガス流量比の大きな第二の性膜条件で終始作成すると、ステップカバレッジ性が著しく低下したり、膜質や下地密着性等の点で無視し得ない問題が生ずることになる。
そこで、本実施形態の発明では、上述のように、第一の成膜条件では薄膜をアモルファスのままにして結晶化させないようにし、第二の成膜条件によって結晶化させるようにしている。そして、必要な膜厚の大部分を第一の成膜条件で成膜することで、薄膜全体の膜質を低下させることなく良好なステップカバレッジ性で且つ良好な下地密着性で成膜を行うようにしている。
【００２７】
参考までに、前述した表１の条件に関するステップカバレッジ特性について説明すると、直径０．３μｍアスペクト比４のコンタクトホールに対して、表１中の第一の成膜条件で４５秒、第二の成膜条件で１５秒成膜したところ、ステップカバレッジはほぼ９０％であった。この際の窒化チタン薄膜の全体の膜厚は、２００〜２５０オングストローム程度であった。尚、ステップカバレッジとは、ホール以外の部分の基板の表面への堆積量に対するホールの底面への堆積量の比率を意味している。
【００２８】
上述の説明から分かる通り、パシベーション作用を有する結晶化した第二層５２は、所定以上厚くならないようにすることが好ましい。即ち、第二層５２が厚くなると、上述した内部応力の増大等の問題が無視し得なくなるからである。必要なパシベーション効果との関連から考えると、全体の膜厚の３０％程度又は約１００オングストローム程度以下にしておくべきである。
【００２９】
また、第一の成膜条件から第二の成膜条件に変えるタイミングとしては、上記第一層の膜厚に対する第二層の膜厚の比によって決められるが、窒化チタン薄膜全体の必要なステップカバレッジ特性という観点も考慮に入れるべきである。つまり、上述したように第二の成膜条件ではステップカバレッジ特性が低下する。従って、第一の成膜条件での成膜時間に比して第二の成膜条件での成膜時間が長くなると、全体のステップカバレッジ特性が限度以上に低下してしまう。具体的には、一般的に要求されるステップカバレッジ特性は５０％以上であるから、この値以上のステップカバレッジ特性が得られるよう、全体の膜厚を考慮しながら成膜条件変更のタイミングを決定すべきである。このような意味から、第一層５１は、必要なステップカバレッジを稼ぐ「バッファ層」であるともいえる。
【００３０】
尚、上述の説明から明かな通り、第一層５１を得る際の添加ガスの流量の下限は、成膜直後の比抵抗低下の効果が充分得られる限度で決定され、添加ガスの流量の上限は、窒化チタンが結晶化しない限度で決められる。また、第二の成膜条件での添加ガスの流量の下限は窒化チタンの結晶化が相当程度進む条件であり、上限は薄膜作成が可能な限度である。即ち、あまり添加ガスが多くなると、窒化チタンが粉状になってしまい薄膜として堆積しないからである。
例えば、上述したＴＤＥＡＴが７ｓｃｃｍの例でいうと、第一の成膜条件でのアンモニアの流量の下限は１ｓｃｃｍ、上限は１５０ｓｃｃｍである。また第二の成膜条件でのアンモニア流量の下限は１５０ｓｃｃｍ、上限は２００ｓｃｃｍである。尚、これらの流量の条件は、成膜温度や圧力によっても変わることは言うまでもない。
【００３１】
上述した実施形態の方法において、第一の成膜条件から第二の成膜条件への変化を徐々に又は段階的に行うようにしても良い。この場合、得られる窒化チタン薄膜の結晶化の度合いは、膜厚が増える方向に徐々に又は段階的に増加することになる。この構成によっても、上述したのと同様な効果が得られる。
【００３２】
また、表１の条件では添加ガスの流量比を増加させるのみであったが、成膜温度を上昇させるようにしても良い。表２は、この実施形態に属する実施例の条件を示したものである。
【表２】
この表２の条件によっても、表１の条件の場合と同様の効果を得ることができる。尚、添加ガスの流量比の増大と成膜温度の上昇との両方を行うようにしてもよい。この場合、成膜温度の上昇は小さくて済むので、低温処理の要請という意味からは好適である。
尚、成膜温度の上昇は、反応容器１内の圧力を上昇させて熱伝導効率を向上させることによっても行える。従って、キャリアガスの流量を増大させるなどして圧力を上昇させる条件によっても、上述と同様な結果を得ることができる。
【００３３】
また、上記説明において、１００％の結晶化ということは物理的に困難であり、膜厚方向に垂直な平面内で結晶化している部分とアモルファスのままの部分とが混在していると考えられる。尚、上述の通り、パシベーションの効果は窒化チタン薄膜の結晶化によってもたらされるが、充分なパシベーションの効果を得るためには、少なくとも第二層５２の５０％が結晶化していなければならないと考えられる。結晶化は、電子顕微鏡写真によって観察できるが、結晶化したと見られる領域が面内の５０％になっているものが充分なパシベーションを達成できると推測される。尚、充分なパシベーション効果とは、例えば成膜後２４時間経過の比抵抗の増大が２００％以下に抑えられるものをいうと表現できる。
【００３４】
上記実施形態では、ＴＤＡＡＴの例としてＴＤＥＡＴを採用したが、テトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）等の他のＴＤＡＡＴを採用することができる。その他、ＴＤＡＡＴの代わりに、シクロペンタジエニルシクロヘプタトリエニルチタン（（Ｃ5Ｈ5）Ｔｉ（Ｃ7Ｈ7））等の有機金属化合物を採用することができる。
【００３５】
本実施形態で作成した窒化チタン薄膜は、上述したバリアメタルの他、密着層膜としても使用できる。例えば、下地Ａｌ層に設けたビアホールをＷ又はＡｌ等で埋め込み配線する場合、両者の密着性を改善するため、窒化チタン薄膜を２００〜５００オングストローム程度介在させる場合があるが、この窒化チタン薄膜も上述した方法により作成できる。この他、フォトリソグラフィの際の反射防止膜としても窒化チタン薄膜は使用されるが、この場合にも本願発明の方法を適用することが可能である。
【００３６】
次に、本願発明の薄膜デバイスの実施形態について説明する。
図４は、本願発明の薄膜デバイスの実施形態を説明する断面概略図である。
図４に示す薄膜デバイスは、表面にコンタクトホールが形成された基板２０と、コンタクトホールを含む基板２０の表面上に作成した窒化チタン薄膜５と、コンタクトホールに埋め込まれた配線金属６とから構成されている。このうち、窒化チタン薄膜５は、上述した実施形態の方法によって２００〜５００オングストロームの厚さで形成される。また、配線金属６は、Ａｌ，Ｗ，Ｃｕ等の材料で形成され、スパッタ又はブランケットＣＶＤ法等によって形成される。
【００３７】
このような構造の薄膜デバイスは、採用された窒化チタン薄膜５の比抵抗が小さいことから、コンタクト特性が良好であり、上層の配線金属６のバリア用として良好に機能する。この図４に示す薄膜デバイスは、ＤＲＡＭや論理素子等に採用される構造である。尚、「薄膜デバイス」とは、薄膜を有するデバイスの総称である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１，２，３，４，５又は６の発明によれば、ステップカバレッジ特性を低下させたり、内部応力の増大等の問題を大きくしたりすることなく、経時的な比抵抗の増大の無い良質な窒化チタン薄膜を作成することができる。
また、請求項７の薄膜デバイスによれば、酸素の拡散による経時的な比抵抗の増大が抑制された構造となり、この点で電気特性の良好なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の窒化チタン薄膜の作成方法の実施に使用される成膜装置の一例を示したものである。
【図２】本願発明の実施形態の方法により作成した薄膜デバイスの断面構造を概略的に示したものである。
【図３】窒化チタン薄膜の結晶化を確認した実験の説明図である。
【図４】本願発明の薄膜デバイスの実施形態を説明する断面概略図である。
【符号の説明】
２０ 基板
５１ 第一層
５２ 第二層
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、各種半導体デバイスや各種センサー等のデバイスに使用される窒化チタン薄膜の作成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロジックやメモリ等の各種半導体デバイスや光センサー等の各種センサーの構造には、従来より窒化チタン薄膜が使用されている。例えば、ＬＳＩ（大規模集積回路）では、上層の金属と下層の金属との合金化等を防止するバリアメタルとして窒化チタン薄膜を介在させた構造が採用されることがある。
【０００３】
このような窒化チタン薄膜は、従来スパッタ法により作成されていたが、ステップカバレッジの問題から最近では化学的気相成長（ＣＶＤ）法により作成することが提案されている。即ち、例えば６４メガビットを越えるＤＲＡＭ（記憶保持動作が必要な随時書き込み読み出し型メモリ）の設計ルールはほぼ３．５μｍ以下となり、コンタクトホールのアスペクト比（溝又は孔の深さ／溝又は孔の幅）は４もしくはそれ以上にまで達している。従来のスパッタ法では、ステップカバレッジ特性が悪く充分なコンタクトホールの電気特性が得られないため、ＣＶＤ法によって均一な窒化チタン薄膜をステップカバレッジ性良く作成することが研究されている。
【０００４】
このＣＶＤ法による窒化チタン薄膜の作成方法として、テトラキスジアルキルアミノチタンのようなチタンを含む有機金属化合物ガスを使用する構成が研究されている。
例えば、Raajimakerは、Thin solid films,247(1994)85 やその引用文献において、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）やテトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）を使用したＣＶＤ法による窒化チタン薄膜の作成例が報告されている。また、この報告では、アンモニアガスの添加によって、比抵抗が数千μオームまで低下するとされている。
【０００５】
尚、テトラキスジアルキルアミノチタンを厳密に分類すると、金属チタンと炭化水素基との間に窒素の結合が存在するので、金属と炭化水素基とが直接結合した有機金属化合物ではないが、本明細書中では広く解釈し、テトラキスジアルキルアミノチタンも有機金属化合物に含める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような従来の窒化チタン薄膜の作成では、以下のような問題がある。
まず第一に、成膜した基板を大気圧雰囲気中に戻した際、大気中の酸素が窒化チタン薄膜内に拡散し、経時的に比抵抗が増大する問題がある。このような経時的な比抵抗の増大を防止するためには、成膜後にパシベーション（表面不働態化）を行う必要がある。パシベーションは、例えば成膜後に薄膜をアンモニア雰囲気に晒して高温に維持するアニール法等が採用されるが、成膜後の工程が増えるため、生産性が低下する問題がある。
本願の発明の第一の目的は上記問題を解決することであり、経時的な比抵抗の増大を防止するパシベーションを成膜後に別途行うことを不要にし、生産性の高い窒化チタン薄膜及びその作成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
次に、従来の成膜方法の第二の問題として、上述の文献のように比抵抗を低下させるためアンモニアガスを添加した場合、ステップカバレッジ特性が低下する傾向がある。このため、アスペクト比が年々増大する集積回路用の薄膜としては好ましくなく、比抵抗の小さい薄膜が作成できるとしても、６４メガビット以上のＤＲＡＭ等では実用化が困難である。
本願の発明の第二の目的は上記問題を解決することであり、比抵抗の小さい窒化チタン薄膜を高いステップカバレッジ特性で得ることができる成膜方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記第一第二の目的の達成のため、本願の請求項１記載の発明は、チタンを含む有機金属化合物ガスと、作成される窒化チタン薄膜の比抵抗を減少させる添加ガスとを使用して、化学的気相成長法により窒化チタン薄膜を作成する窒化チタン薄膜の作成方法であって、前記有機金属化合物ガスに対する前記添加ガスの流量を最初少ない第一の流量比とし、その後第一の流量比より大きい第二の流量比に増加させながら成膜を行う方法であり、
前記第一の流量比は、窒化チタン薄膜がアモルファスとなる値に設定され、前記第二の流量比は、窒化チタン薄膜が結晶化する流量比に設定されるという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、窒化チタン薄膜は、溝又は孔が形成された対象物の表面に作成されるものであり、必要なステップカバレッジが得られるように、第一の流量比での成膜時間と第二の流量比での成膜時間とが決められているという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項３記載の発明は、チタンを含む有機金属化合物ガスと、作成される窒化チタン薄膜の比抵抗を減少させる添加ガスとを使用して、化学的気相成長法により窒化チタン薄膜を作成する窒化チタン薄膜の作成方法であって、成膜温度を最初低く第一の成膜温度とし、その後第一の成膜温度より高い第二の成膜温度に上昇させながら成膜を行う方法であり、
前記第一の成膜温度は、窒化チタン薄膜がアモルファスとなる値に設定され、前記第二の成膜温度は、窒化チタン薄膜が結晶化する流量比に設定されるという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項４記載の発明は、上記請求項３の構成において、窒化チタン薄膜は、溝又は孔が形成された対象物の表面に作成されるものであり、必要なステップカバレッジが得られるよう第一の成膜温度での成膜時間と第二の成膜温度での成膜時間とが決められているという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項５記載の発明は、上記請求項１，２，３又は４の構成において、前記チタンを含む有機金属化合物がテトラキスジアルキルアミノチタンであるという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項６記載の発明は、上記請求項１，２，３又は４の構成において、添加ガスがアンモニアガスであるという構成を有する。
同様に上記第一第二の目的の達成のため、請求項７記載の発明は、窒化チタン薄膜を有する薄膜デバイスであって、当該窒化チタン薄膜は、アモルファス状の第一層と、第一層よりも結晶化の度合いが進んだ結晶構造を有する第二層とから成り、第一層の上に第二層を積層した膜質構造を有しているという構成を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について説明する。
図１は、本願発明の窒化チタン薄膜の作成方法の実施に使用される成膜装置の一例を示したものであり、図１を使用しながら、本実施形態の方法について説明する。
図１に示す成膜装置は、排気系１１を備えた反応容器１と、反応容器１内に配設された基板ホルダー２と、反応容器１内に所定のガスを導入するガス導入機構３等から主に構成されている。
【００１０】
反応容器１はステンレス製であり、配管やゲートバルブ等の接続部分を除き気密に構成されている。排気系１１には、回転ポンプやターボ分子ポンプ等を組み合わせたシステムが採用され、１０-4Ｔｏｒｒ程度まで排気可能に構成される。反応容器１の外面には、反応容器１の温度を制御する容器用ヒータ１２が配設されており、容器用ヒータ１２には容器加熱用制御部１３が設けられている。
【００１１】
基板ホルダー２は、静電吸着機構等を使用して基板２０を保持するよう構成されている。基板ホルダー２内には、基板２０を所定の温度まで加熱するための基板用加熱機構２１が配設されている。基板用加熱機構２１には、基板加熱用制御部２２が設けられており、所定の気相反応が生じるように基板２０の温度を所定の温度に維持するよう構成される。基板ホルダー２には温度検出のための熱電対等の温度センサ２３が設けられており、検出信号が基板加熱用制御部２２に送られてフィードバック制御される。
【００１２】
ガス導入機構３は、チタンを含む金属化合物としてのテトラキスジアルキルアミノチタン（ＴＤＡＡＴ）を導入する第一のガス導入系３１と、キャリアガスを導入する第二のガス導入系３２と、添加ガスを導入する第三のガス導入系３３とから構成されている。
【００１３】
本実施形態では、ＴＤＡＡＴとして、テトラキスジエチルアミノチタン（ＴＤＥＡＴ）を使用している。ＴＤＥＡＴは室温で固体であるため、第一のガス導入系３１は気化器３１１を有している。気化器３１１は、液体の状態で運ばれたＴＤＥＡＴを所定の流量で気化させるよう構成されている。また、ＴＤＥＡＴを溜めたタンク３１２と気化器３１１とをつなぐ配管上には液体流量調整器３１３が設けられており、気化器３１１に供給するＴＤＥＡＴの量を制御する。
【００１４】
キャリアガスを導入する第二のガス導入系３２の配管は、第一のガス導入系３１の配管に接続されている。キャリアガスとしては、本実施形態では窒素ガスが採用される。また、第二のガス導入系３２の配管には、気体流量調整器３２１が設けられている。尚、気化器３１１におけるＴＤＥＡＴの気化を助けるため、第一のガス導入系３１の配管を気化器３１１に接続するようにしても良い。
第三のガス導入系３３は、添加ガスとしてアンモニアガスを導入するよう構成されており、気体流量調整器３３１を有している。
【００１５】
図１の装置は、装置全体の動作を制御する制御機構４を有している。制御機構４の制御信号は、容器加熱用制御部１３、基板加熱用制御部２２、液体流量調整器３１３、気体流量調整器３２１，３３１等にそれぞれ送られるよう構成されている。
【００１６】
さて、図１に示す装置の動作を説明しながら、本実施形態の方法について説明する。
まず、不図示のゲートバルブを通して反応容器１内に基板２０を搬入し、基板ホルダー２上に配置する。ゲートバルブを閉じて排気系１１を動作させ、反応容器１内を１×１０-4Ｔｏｒｒ程度まで排気する。また、基板ホルダー２内の基板用加熱機構２１が動作して加熱温度を第一の成膜温度に調整し、基板２０をこの程度の温度まで加熱する。同時に容器用ヒータ１２も動作し、容器加熱用制御部１３が反応容器１の温度を所定の温度に制御する。
【００１７】
第一のガス導入系３１の気化器３１１が予め動作しており、第一のガス導入系３１のバルブ３１４を開けることにより、キャリアガスとしての窒素ガスに混合されたＴＤＥＡＴガスが反応容器１内に導入される。また、同時に第三のガス導入系３３のバルブ３３２を開けて、添加ガスとしてのアンモニアを反応容器１内に導入する。
この際、制御機構４は、液体流量調整器３１３及び気体流量調整器３３１を制御して、ＴＤＥＡＴに対するアンモニアとの流量比が所定の第一の流量比となるよう制御する。
導入されたＴＤＥＡＴは、反応容器１内での気相反応によって基板２０の表面上に窒化チタンを析出し、窒化チタン薄膜が堆積する。この際、添加されたアンモニアの作用によって、堆積する窒化チタン薄膜の比抵抗が減少する。
【００１８】
このようにして第一の成膜条件を所定時間行うと、制御機構４は、第二の成膜条件で連続して成膜が行われるよう装置全体を制御する。即ち、まず基板加熱用制御部２２に信号を送り、第一の成膜温度より高い第二の成膜温度に基板２０が加熱されるよう制御する。また、液体流量調整器３１３及び気体流量調整器３３１に制御信号を送り、ＴＤＥＡＴに対するアンモニアの流量比が第一の流量比より大きな所定の第二の流量比になるよう制御する。尚、流量比と成膜温度のいずれか一方のみを変えた条件にしても良い。
このようにして第二の成膜条件で成膜が行われ、この条件で所定時間成膜を行うと、バルブ３１４，３３２を閉じ、基板２０を反応容器１外に搬出する。これによって成膜が完了する。
【００１９】
図２は、上述した実施形態の方法により作成した薄膜デバイスの断面構造を概略的に示したものである。
上述した異なる成膜条件での成膜を連続して行うと、図２に示すように、基板２０上には、第一の成膜条件で成膜した第一層５１の上に、第二の成膜条件で成膜した第二層５２が積層された状態となる。この場合、適切な成膜温度及びガス流量比を選定することで、第一層５１をアモルファス状バッファ層とし、第二層５２をパシベーション改質層とすることを可能となる。この点をさらに詳しく説明する。
【００２０】
表１は、本願発明の実施例の各成膜条件を示したものである。
【表１】
【００２１】
次に、表１の条件で作成した窒化チタン薄膜を２４時間以上大気に露出させたところ、比抵抗の増加は１００％程度であった。比較例として、第一の成膜条件のままで終始成膜を行った場合、２４時間以上大気に露出させた後の比抵抗の増加は２６０％程度であった。このことから、表１に示す例では、経時的な比抵抗の増加は、第二の成膜条件の採用によって採用しない場合の１／３程度に抑えられることが分かった。
【００２２】
このような経時的な比抵抗の増加の抑制即ちパシベーションの作用は、第二層５２において、窒化チタン薄膜の結晶化が進んだことに起因するものと考えられる。即ち、薄膜が結晶構造を有する場合、アモルファス構造の場合に比べて酸素の拡散が困難になり、この結果、経時的な比抵抗の増加が抑制されるのである。尚、窒化チタン薄膜の結晶化は、成膜温度を上昇させることによっても進む。従って、第二の成膜条件を、添加ガスの流量比が同じで成膜温度のみを上昇させた条件としても良い。
【００２３】
図３は、窒化チタン薄膜の結晶化を確認した実験の説明図であり、作成した窒化チタン薄膜のＸ線回折パターンを示した図である。
図３（ａ）は、ＴＤＥＡＴ：７ｓｃｃｍ，Ｎ2 ：１５０ｓｃｃｍ，ＮＨ3 ：０ｓｃｃｍ，成膜温度：３００℃，圧力：５０ｍＴｏｒｒの条件で作成した窒化チタン薄膜のＸ線回折パターンを示している。この例では、窒化チタン結晶のピークは殆ど出現していない。これは、アンモニアの流量がゼロであることによると考えられる。
次に、図３（ｂ）は、ＴＤＥＡＴ：７ｓｃｃｍ，Ｎ2 ：１５０ｓｃｃｍ，ＮＨ3 ：１５０ｓｃｃｍ，成膜温度：３００℃，圧力：５０ｍＴｏｒｒの条件で作成した窒化チタン薄膜のＸ線回折パターンを示している。この例では、窒化チタン結晶のピーク（１１１）（２００）（２２０）がそれぞれ出現しており、結晶化が進んだことを示している。これは、多量のアンモニアガスを添加したことの効果によるものだと考えられる。
さらに図３（ｃ）は、ＴＤＥＡＴ：７ｓｃｃｍ，Ｎ2 ：１５０ｓｃｃｍ，ＮＨ3 ：１５ｓｃｃｍ，成膜温度：４００℃，圧力：５０ｍＴｏｒｒの条件で作成した窒化チタン薄膜のＸ線回折パターンを示している。この例では、窒化チタン結晶のピーク（１１１）（２００）（２２０）がさらに強調されて出現している。これは、成膜温度を上昇させたことの効果によるものと考えられる。
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した結果から分かる通り、ＮＨ3 ／ＴＤＥＡＴが２０を越える大きな流量比でアンモニアを添加したり、３００℃を越える高い成膜温度で成膜を行ったりすると、窒化チタン薄膜の結晶化が進む。
【００２４】
さて、上述のように、第一の成膜条件によってアモルファス状の第一層５１を形成し、その上に、第二の成膜条件によって結晶状の第二層５２を形成すると、成膜直後の比抵抗が小さく且つ経時的な比抵抗の増大も抑制された質の良い窒化チタン薄膜の作成が可能となる。ここで、第二の成膜条件で終始成膜を行っても同様な結果が得られるのではないかとも考えられるが、発明者の研究によると、この構成は次のような問題がある。
【００２５】
即ち、まず、添加ガスの流量比をあまり増大させると、必要なステップカバレッジ特性が得られない問題がある。例えば、前述した文献では、４ｓｃｃｍのＴＤＥＡＴに対して３リットル毎分のアンモニアを添加した例で８５％のステップカバレッジが得られているが、この例はアスペクト比１のコンタクトホールに対する成膜であり、６４メガビット以上のＤＲＡＭの設計ルールに準拠した０．３５μｍ以下のコンタクトホールに対しては、２０％以下のステップカバレッジになってしまうと予想される。
また、添加ガスの流量比を大きくして薄膜を結晶化させると、結晶化に伴って内部応力の増大し、このため熱的安定性が低下する等の問題が生ずる。また、結晶粒界の破壊によって表面にスパイク状の凹凸が発生することがある。さらに、結晶状窒化チタン薄膜は、下地に対する密着性が悪いという問題もある。
【００２６】
従って、必要な厚さの窒化チタン薄膜を、添加ガス流量比の大きな第二の性膜条件で終始作成すると、ステップカバレッジ性が著しく低下したり、膜質や下地密着性等の点で無視し得ない問題が生ずることになる。
そこで、本実施形態の発明では、上述のように、第一の成膜条件では薄膜をアモルファスのままにして結晶化させないようにし、第二の成膜条件によって結晶化させるようにしている。そして、必要な膜厚の大部分を第一の成膜条件で成膜することで、薄膜全体の膜質を低下させることなく良好なステップカバレッジ性で且つ良好な下地密着性で成膜を行うようにしている。
【００２７】
参考までに、前述した表１の条件に関するステップカバレッジ特性について説明すると、直径０．３μｍアスペクト比４のコンタクトホールに対して、表１中の第一の成膜条件で４５秒、第二の成膜条件で１５秒成膜したところ、ステップカバレッジはほぼ９０％であった。この際の窒化チタン薄膜の全体の膜厚は、２００〜２５０オングストローム程度であった。尚、ステップカバレッジとは、ホール以外の部分の基板の表面への堆積量に対するホールの底面への堆積量の比率を意味している。
【００２８】
上述の説明から分かる通り、パシベーション作用を有する結晶化した第二層５２は、所定以上厚くならないようにすることが好ましい。即ち、第二層５２が厚くなると、上述した内部応力の増大等の問題が無視し得なくなるからである。必要なパシベーション効果との関連から考えると、全体の膜厚の３０％程度又は約１００オングストローム程度以下にしておくべきである。
【００２９】
また、第一の成膜条件から第二の成膜条件に変えるタイミングとしては、上記第一層の膜厚に対する第二層の膜厚の比によって決められるが、窒化チタン薄膜全体の必要なステップカバレッジ特性という観点も考慮に入れるべきである。つまり、上述したように第二の成膜条件ではステップカバレッジ特性が低下する。従って、第一の成膜条件での成膜時間に比して第二の成膜条件での成膜時間が長くなると、全体のステップカバレッジ特性が限度以上に低下してしまう。具体的には、一般的に要求されるステップカバレッジ特性は５０％以上であるから、この値以上のステップカバレッジ特性が得られるよう、全体の膜厚を考慮しながら成膜条件変更のタイミングを決定すべきである。このような意味から、第一層５１は、必要なステップカバレッジを稼ぐ「バッファ層」であるともいえる。
【００３０】
尚、上述の説明から明かな通り、第一層５１を得る際の添加ガスの流量の下限は、成膜直後の比抵抗低下の効果が充分得られる限度で決定され、添加ガスの流量の上限は、窒化チタンが結晶化しない限度で決められる。また、第二の成膜条件での添加ガスの流量の下限は窒化チタンの結晶化が相当程度進む条件であり、上限は薄膜作成が可能な限度である。即ち、あまり添加ガスが多くなると、窒化チタンが粉状になってしまい薄膜として堆積しないからである。
例えば、上述したＴＤＥＡＴが７ｓｃｃｍの例でいうと、第一の成膜条件でのアンモニアの流量の下限は１ｓｃｃｍ、上限は１５０ｓｃｃｍである。また第二の成膜条件でのアンモニア流量の下限は１５０ｓｃｃｍ、上限は２００ｓｃｃｍである。尚、これらの流量の条件は、成膜温度や圧力によっても変わることは言うまでもない。
【００３１】
上述した実施形態の方法において、第一の成膜条件から第二の成膜条件への変化を徐々に又は段階的に行うようにしても良い。この場合、得られる窒化チタン薄膜の結晶化の度合いは、膜厚が増える方向に徐々に又は段階的に増加することになる。この構成によっても、上述したのと同様な効果が得られる。
【００３２】
また、表１の条件では添加ガスの流量比を増加させるのみであったが、成膜温度を上昇させるようにしても良い。表２は、この実施形態に属する実施例の条件を示したものである。
【表２】
尚、成膜温度の上昇は、反応容器１内の圧力を上昇させて熱伝導効率を向上させることによっても行える。従って、キャリアガスの流量を増大させるなどして圧力を上昇させる条件によっても、上述と同様な結果を得ることができる。
【００３３】
また、上記説明において、１００％の結晶化ということは物理的に困難であり、膜厚方向に垂直な平面内で結晶化している部分とアモルファスのままの部分とが混在していると考えられる。尚、上述の通り、パシベーションの効果は窒化チタン薄膜の結晶化によってもたらされるが、充分なパシベーションの効果を得るためには、少なくとも第二層５２の５０％が結晶化していなければならないと考えられる。結晶化は、電子顕微鏡写真によって観察できるが、結晶化したと見られる領域が面内の５０％になっているものが充分なパシベーションを達成できると推測される。尚、充分なパシベーション効果とは、例えば成膜後２４時間経過の比抵抗の増大が２００％以下に抑えられるものをいうと表現できる。
【００３４】
上記実施形態では、ＴＤＡＡＴの例としてＴＤＥＡＴを採用したが、テトラキスジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）等の他のＴＤＡＡＴを採用することができる。その他、ＴＤＡＡＴの代わりに、シクロペンタジエニルシクロヘプタトリエニルチタン（（Ｃ5Ｈ5）Ｔｉ（Ｃ7Ｈ7））等の有機金属化合物を採用することができる。
【００３５】
本実施形態で作成した窒化チタン薄膜は、上述したバリアメタルの他、密着層膜としても使用できる。例えば、下地Ａｌ層に設けたビアホールをＷ又はＡｌ等で埋め込み配線する場合、両者の密着性を改善するため、窒化チタン薄膜を２００〜５００オングストローム程度介在させる場合があるが、この窒化チタン薄膜も上述した方法により作成できる。この他、フォトリソグラフィの際の反射防止膜としても窒化チタン薄膜は使用されるが、この場合にも本願発明の方法を適用することが可能である。
【００３６】
次に、本願発明の薄膜デバイスの実施形態について説明する。
図４は、本願発明の薄膜デバイスの実施形態を説明する断面概略図である。
図４に示す薄膜デバイスは、表面にコンタクトホールが形成された基板２０と、コンタクトホールを含む基板２０の表面上に作成した窒化チタン薄膜５と、コンタクトホールに埋め込まれた配線金属６とから構成されている。このうち、窒化チタン薄膜５は、上述した実施形態の方法によって２００〜５００オングストロームの厚さで形成される。また、配線金属６は、Ａｌ，Ｗ，Ｃｕ等の材料で形成され、スパッタ又はブランケットＣＶＤ法等によって形成される。
【００３７】
このような構造の薄膜デバイスは、採用された窒化チタン薄膜５の比抵抗が小さいことから、コンタクト特性が良好であり、上層の配線金属６のバリア用として良好に機能する。この図４に示す薄膜デバイスは、ＤＲＡＭや論理素子等に採用される構造である。尚、「薄膜デバイス」とは、薄膜を有するデバイスの総称である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の請求項１，２，３，４，５又は６の発明によれば、ステップカバレッジ特性を低下させたり、内部応力の増大等の問題を大きくしたりすることなく、経時的な比抵抗の増大の無い良質な窒化チタン薄膜を作成することができる。
また、請求項７の薄膜デバイスによれば、酸素の拡散による経時的な比抵抗の増大が抑制された構造となり、この点で電気特性の良好なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の窒化チタン薄膜の作成方法の実施に使用される成膜装置の一例を示したものである。
【図２】本願発明の実施形態の方法により作成した薄膜デバイスの断面構造を概略的に示したものである。
【図３】窒化チタン薄膜の結晶化を確認した実験の説明図である。
【図４】本願発明の薄膜デバイスの実施形態を説明する断面概略図である。
【符号の説明】
２０ 基板
５１ 第一層
５２ 第二層
Claims (7)
- チタンを含む有機金属化合物ガスと、作成される窒化チタン薄膜の比抵抗を減少させる添加ガスとを使用して、化学的気相成長法により窒化チタン薄膜を作成する窒化チタン薄膜の作成方法であって、前記有機金属化合物ガスに対する前記添加ガスの流量を最初少ない第一の流量比とし、その後第一の流量比より大きい第二の流量比に増加させながら成膜を行う方法であり、
前記第一の流量比は、窒化チタン薄膜がアモルファスとなる値に設定され、前記第二の流量比は、窒化チタン薄膜が結晶化する流量比に設定されることを特徴とする窒化チタン薄膜の作成方法。 - 前記窒化チタン薄膜は、溝又は孔が形成された対象物の表面に作成されるものであり、必要なステップカバレッジが得られるように、第一の流量比での成膜時間と第二の流量比での成膜時間とが決められていることを特徴とする請求項１記載の窒化チタン薄膜の作成方法。
- チタンを含む有機金属化合物ガスと、作成される窒化チタン薄膜の比抵抗を減少させる添加ガスとを使用して、化学的気相成長法により窒化チタン薄膜を作成する窒化チタン薄膜の作成方法であって、成膜温度を最初低く第一の成膜温度とし、その後第一の成膜温度より高い第二の成膜温度に上昇させながら成膜を行う方法であり、
前記第一の成膜温度は、窒化チタン薄膜がアモルファスとなる値に設定され、前記第二の成膜温度は、窒化チタン薄膜が結晶化する流量比に設定されることを特徴とする窒化チタン薄膜の作成方法。 - 前記窒化チタン薄膜は、溝又は孔が形成された対象物の表面に作成されるものであり、必要なステップカバレッジが得られるように、第一の成膜温度での成膜時間と第二の成膜温度での成膜時間とが決められていることを特徴とする請求項３記載の窒化チタン薄膜の作成方法。
- 前記チタンを含む有機金属化合物がテトラキスジアルキルアミノチタンであることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の窒化チタン薄膜の作成方法。
- 前記添加ガスがアンモニアガスであることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の窒化チタン薄膜の作成方法。
- 窒化チタン薄膜を有する薄膜デバイスであって、当該窒化チタン薄膜は、アモルファス状の第一層と、第一層よりも結晶化の度合いが進んだ結晶構造を有する第二層とから成り、第一層の上に第二層を積層した膜質構造を有することを特徴とする薄膜デバイス。
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