JP4430594B2 - 多重積層膜構造の金属窒化膜の蒸着方法 - Google Patents
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Description
第2下部金属窒化膜は、多重積層膜のなかで最も大きい厚みを形成し、バリアの役目をする膜であり、より低い温度で優れた段差塗布性を示しながら他の積層膜より早く蒸着することができる。
前記多重積層膜は、移送チャンバーに付設された他のチャンバーで積層構造を形成することができる。
前記ALD TiN膜および前記CVD TiN膜は同一反応チャンバーで蒸着することができる。
第1下部金属窒化膜1は、蒸着速度を二番目に遅く、厚みを二番目に薄くするが、直後に蒸着する第2下部金属窒化膜2よりは純度が高いようにして、前記金属窒化膜が全体的に下部膜との安定的な接触を誘導し、第2下部金属窒化膜(2)に対する接着層の役目をするようにする。第1下部金属窒化膜1の役目と上部金属窒化膜3の役目を先に説明した。つぎに、第2下部金属窒化膜2の役目を説明する。通常、金属窒化膜の役目はなによりもバリア特性にある。
一例として、電極間誘電物質としてアルミナを使用するとき、デザインルールがさらに狭小になるにもかかわらず、素子の動作信頼性を確保するための容易な方法の一つは前記アルミナ上にTiNのような金属窒化膜を蒸着することである。また、第2下部金属窒化膜2の役目を説明すると、バリア特性のためには、最小限の厚み蒸着が必要である。これは、デザインルールおよび多くの具体的な素子の必要条件によって違うが、一定厚み以上に蒸着することがバリア膜の必須条件であると理解することができる。
したがって、第2下部金属窒化膜2が3重積層膜を形成するにあって、最も大きな厚みを形成するので、実質的なバリア役目を担当する膜である。前記第2下部金属窒化膜2の役目は定義したが、より低い温度で段差塗布性をよくしつつ、より早く前記第2下部金属窒化膜2を蒸着することがCoO減少のための方法である。もちろん、前記方法は工程の1ステップの追加、TiN蒸着設備の具備等のような費用上昇要因を伴うことになることは不可避なCoO(Cost of Ownership)上昇の要因となる。
図2においては、第1下部金属窒化膜1としてALD TiN膜を蒸着し(S201)、第2下部金属窒化膜2としてCVD TiN膜を蒸着する(S202)。
図5は本発明によるTiN積層膜の蒸着方法を説明するための反応チャンバーの一実施形態を示すものである。
反応チャンバー500内のシャワーヘッド510を通じて噴射される第1反応ガスTiCl4と第2反応ガスNH4の混合によって基板520上に下部TiN膜を先に形成する。
その後、所定の時間が経った後、前記下部TiN膜上に大気/湿気露出に対する安定性を向上させるために、窒素(N)含有量が多く含まれた上部TiN膜を形成する(S203)。
したがって、前記第1下部金属窒化膜1のALD TiN膜と、第2下部金属窒化膜2のCVD TiN膜とを1チャンバーで蒸着する場合、ウェーハブロックの温度は固定した状態で、ALD TiN膜の蒸着時には、第1工程間隔、簡単に言って、工程間隔を十分に狭めて蒸着することにより、ファジー効率を最大限高めて、一層充実なALD薄膜を蒸着し、CVD TiN膜を蒸着する時には、第2工程間隔、すなわち、ALD TiN膜の蒸着時よりずっと大きく工程間隔を広げることにより、CVD工程特有のLa分arガスフローが基板上に適用されるように誘導する。ALD TiN膜の蒸着時とは異なり、CVD TiN膜の蒸着時、段差塗布性または膜の均一度の面で広い工程間隔が有利である。
図3においては、第1下部金属窒化膜1としてALD TiN膜を蒸着し(S301)、第2下部金属窒化膜2としてALD TiN膜を蒸着する(S302)。すなわち、第1下部金属窒化膜1と第2下部金属窒化膜2を共にALD方法で蒸着する場合である。
その後、所定の時間が経った後、前記下部TiN膜上に、大気/湿気露出に対する安定性を向上させるために、窒素(N)含有量の多い上部TiN膜を形成する(S303)。
実際に、本発明で説明する第2下部金属窒化膜2のALD TiN膜は、厳密な意味で言うと、一度に一つの単原子層を形成する正確なALD蒸着メカニズムのみを意味せず、少なくともTiN単原子層の1倍以上になる反応、すなわち、ある程度のCVD反応を含むALD蒸着反応までも含む。しかし、反応ガス移送システム内でのバルブ制御方法は、第1ALD TiN膜1の蒸着時の形態と違わない。このような第2ALD TiN膜2は、第2ALD TiN膜2をALD形態に蒸着することにおいて、ALD方法で蒸着するよりはずっと早い蒸着速度を持たせることにより、純粋なCVD蒸着法を選ぶ時よりは蒸着速度では損害を被るが、膜の段差塗布性または膜の純度の面で利得を得る。
図4においては、第1下部金属窒化膜1としてCVD TiN膜を蒸着し(S401)、第2下部金属窒化膜2としてもCVD TiN膜を蒸着する(S402)。すなわち、第1下部金属窒化膜1と第2下部金属窒化膜2を共にCVD方法で蒸着する場合である。
その後、所定の時間が経った後、前記下部TiN膜上に、大気/湿気露出に対する安定性を向上させるために、窒素(N)含有量の多い上部TiN膜を形成する(S403)。
一方、図1〜図4で説明したように、本発明において、全ての実施形態は図5に示すような工程間隔の調整が可能な設備によってさらに効果的に行え、前記全ての実施形態において、金属窒化膜は第1工程ガスのArと第2工程ガスのArを互いに連通しないシャワーヘッドを通じて基板上に連続的に噴射しつつ、前記Ti元素を含む第1反応ガスと前記N元素を含む第2反応ガスの同時噴射または交互的噴射により蒸着する。
2 第2下部金属窒化膜
3 上部金属窒化膜
500 反応チャンバー
510 シャワーヘッド
520 基板
600 移送チャンバー
601 反応チャンバーA
602 反応チャンバーB
Claims (26)
- 基板上に相違する蒸着速度を有する多重金属窒化膜を形成する方法において、
(a)基板上に第1蒸着速度で第1下部金属窒化膜を形成する工程と、
(b)前記第1下部金属窒化膜上に第2蒸着速度で第2下部金属窒化膜を形成する工程と、
(c)前記(a)、(b)の工程によって形成された第1下部金属窒化膜および第2下部金属窒化膜からなる下部金属窒化膜上に、前記下部金属窒化膜よりも窒素(N)含有量の多い上部金属窒化膜を第3蒸着速度で形成する工程と、を含み、
前記(a)の工程から(c)の工程の蒸着速度は、第2蒸着速度≧第1蒸着速度≧第3蒸着速度であることを特徴とする、多重積層膜構造の金属窒化膜の蒸着方法。 - 前記第1下部金属窒化膜、第2下部金属窒化膜及び上部金属窒化膜の蒸着のための各々の第1反応ガス(金属元素含有)/第2反応ガス(N元素含有)の比Kn(n=1、2、3)はK2≧K1≧K3であることを特徴とする、請求項1に記載の蒸着方法。
- 前記金属窒化膜は、第1工程ガスArと第2工程ガスArを互いに連通しないシャワーヘッドを通じて基板上に連続的に噴射しつつ、前記第1工程ガスArとともに供給される、前記金属元素を含む第1反応ガスと、前記第2工程ガスArとともに供給される、前記N元素を含む第2反応ガスとの同時噴射または交互的噴射により蒸着することを特徴とする、請求項1に記載の蒸着方法。
- 第1下部金属窒化膜は、第2下部金属窒化膜より少ない不純物を含み、かつ、前記第2下部金属窒化膜より小さな厚みで蒸着することを特徴とする、請求項1に記載の蒸着方法。
- 第2下部金属窒化膜は、多重積層膜のなかで最も大きい厚みを有する、バリアの役目をする膜であり、より低い温度で優れた段差塗布性を示し他の積層膜より早く蒸着することを特徴とする、請求項1に記載の蒸着方法。
- 前記多重積層膜は、同一チャンバーで積層構造を形成することを特徴とする、請求項1に記載の蒸着方法。
- 前記多重積層膜は、移送チャンバーに付設された他のチャンバーで積層構造を形成することを特徴とする、請求項1に記載の蒸着方法。
- 基板上に相違する蒸着速度を有する多重金属窒化膜を形成する方法において、
(a)基板上に第1蒸着速度でALD TiN膜を蒸着する工程と、
(b)前記ALD TiN膜上に第2蒸着速度でCVD TiN膜を蒸着して下部TiN膜を形成する工程と、
(c)前記下部TiN積層膜上に、前記下部TiN積層膜よりも窒素(N)含有量の多い上部TiN膜を第3蒸着速度で積層させる工程と、を含み、
前記(a)の工程から(c)の工程の蒸着速度は、第2蒸着速度≧第1蒸着速度≧第3蒸着速度であることを特徴とする多重積層膜構造の金属窒化膜の蒸着方法。 - シャワーヘッド底部からヒーター表面までの距離を工程間隔と定義すると、前記ALD TiN膜は第1工程間隔を維持しながら蒸着され、前記CVD TiN膜は第1工程間隔と同一であるかまたはそれより大きい第2工程間隔を維持しながら蒸着することを特徴とする、請求項8に記載の蒸着方法。
- 前記ALD TiN膜および前記CVD TiN膜は同一反応チャンバーで蒸着することを特徴とする、請求項8に記載の蒸着方法。
- 前記ALD TiN膜は、移送チャンバーに付設された第1反応チャンバーで第1温度で維持されるウェーハブロック上に基板が配置された後に形成され、前記CVD TiN膜は、移送チャンバーに付設された第2反応チャンバーで第1温度より高い第2温度で維持されるウェーハブロック上に基板が配置された後に形成することを特徴とする、請求項8に記載の蒸着方法。
- 基板上に相違する蒸着速度を有する多重金属窒化膜を形成する方法において、
(a)基板上に第1蒸着速度で第1ALD TiN膜を蒸着する工程と、
(b)前記第1ALD TiN膜上に第2蒸着速度で第2ALD TiN膜を蒸着して下部TiN膜を形成する工程と、
(c)前記下部TiN積層膜上に、前記下部TiN積層膜よりも窒素(N)含有量の多い上部TiN膜を第3蒸着速度で積層させる工程と、を含み、
前記(a)の工程から(c)の工程の蒸着速度は、第2蒸着速度≧第1蒸着速度≧第3蒸着速度であることを特徴とする、多重積層膜構造の金属窒化膜の蒸着方法。 - シャワーヘッド底部からヒーター表面までの距離を工程間隔と定義すると、前記第1ALD TiN膜は第1工程間隔を維持しながら蒸着され、前記第2ALD TiN膜は第1工程間隔と同一であるかまたはそれより大きい第2工程間隔を維持しながら蒸着することを特徴とする、請求項12に記載の蒸着方法。
- 前記第2ALD TiN膜のサイクル当たり蒸着原子層の高さは、第1ALD TiN膜のサイクル当たり蒸着原子層の高さより大きいことを特徴とする、請求項13に記載の蒸着方法。
- 前記第1ALD TiN膜および前記第2ALD TiN膜は同一反応チャンバーで蒸着することを特徴とする、請求項13に記載の蒸着方法。
- 前記第1ALD TiN膜は、移送チャンバーに付設された第1反応チャンバーで第1温度で維持されるウェーハブロック上に基板が配置された後に形成され、前記第2ALD TiN膜は、移送チャンバーに付設された第2反応チャンバーで第1温度より高い第2温度で維持されるウェーハブロック上に基板が配置された後に形成することを特徴とする、請求項13に記載の蒸着方法。
- 基板上に相違する蒸着速度を有する多重金属窒化膜を形成する方法において、
(a)基板上に第1蒸着速度で第1CVD TiN膜を蒸着する工程と、
(b)前記第1CVD TiN膜上に第2蒸着速度で第2CVD TiN膜を蒸着して下部TiN膜を形成する工程と、
(c)前記下部TiN積層膜上に、大気/湿気露出に対する安定性を向上させるために、前記下部TiN積層膜よりも窒素(N)含有量の多い上部TiN膜を第3蒸着速度で積層させる工程と、を含み、
前記(a)の工程から(c)の工程の蒸着速度は、第2蒸着速度≧第1蒸着速度≧第3蒸着速度であることを特徴とする、多重積層膜構造の金属窒化膜の蒸着方法。 - シャワーヘッド底部からヒーター表面までの距離を工程間隔と定義すると、前記第1CVD TiN膜は第1工程間隔を維持しながら蒸着され、前記第2CVD TiN膜は第1工程間隔と同一であるかまたはそれより大きい第2工程間隔を維持しながら蒸着することを特徴とする、請求項17に記載の蒸着方法。
- 前記第1CVD TiN膜および前記第2CVD TiN膜は同一反応チャンバーで蒸着することを特徴とする、請求項18に記載の蒸着方法。
- 前記第1CVD TiN膜は、移送チャンバーに付設された第1反応チャンバーで第1温度で維持されるウェーハブロック上に基板が配置された後に形成され、前記第2CVD TiN膜は、移送チャンバーに付設された第2反応チャンバーで第1温度より高い第2温度で維持されるウェーハブロック上に基板が配置された後に形成することを特徴とする、請求項18に記載の蒸着方法。
- 前記上部金属窒化膜は、金属元素を含む第1反応ガスの流量よりN元素を含む第2反応ガスの流量を少なくとも10倍以上維持しながら蒸着することを特徴とする、請求項1に記載の蒸着方法。
- 前記Ti元素を含む第1反応ガスはTiCl4であり、前記N元素を含む第2反応ガスはNH3であることを特徴とする、請求項21に記載の蒸着方法。
- 前記第1蒸着速度は50〜55Å/分、前記第2蒸着速度は50〜500Å/分、前記第3蒸着速度は5Å/分以下であることを特徴とする、請求項1、8、12または17のいずれか1項に記載の蒸着方法。
- 前記多重積層膜構造の金属窒化膜は、電極間誘電膜と電極物質との間にバリア膜として使われるか、あるいはメタルコンタクト形成工程においてTi膜上にバリア膜として蒸着することを特徴とする、請求項1、8、12または17のいずれか1項に記載の蒸着方法。
- 前記多重積層膜構造の金属窒化膜は、第1金属窒化膜の厚み(T1)、第2金属窒化膜の厚み(T2)、第3金属窒化膜の厚み(T3)が、(T2)>(T1)>(T3)であることを特徴とする、請求項1、8、12または17のいずれか1項に記載の蒸着方法。
- 前記上部TiN膜は、Ti元素を含む第1反応ガスの流量よりN元素を含む第2反応ガスの流量を少なくとも10倍以上維持しながら蒸着することを特徴とする、請求項8、12または17のいずれか1項に記載の蒸着方法。
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