JPH05195210A - Integrated circuit, its production and thin film forming method therefor - Google Patents

Integrated circuit, its production and thin film forming method therefor

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JPH05195210A
JPH05195210A JP4004636A JP463692A JPH05195210A JP H05195210 A JPH05195210 A JP H05195210A JP 4004636 A JP4004636 A JP 4004636A JP 463692 A JP463692 A JP 463692A JP H05195210 A JPH05195210 A JP H05195210A
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JP
Japan
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substrate
layer
integrated circuit
barrier layer
vapor
Prior art date
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JP4004636A
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Japanese (ja)
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Hiromoto Ito
弘基 伊藤
Toshio Yoshida
寿夫 吉田
Teruo Ina
照夫 伊奈
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
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Abstract

PURPOSE:To produce the integrated circuit which is constituted by forming wiring layers via a barrier layer on a substrate and forming the barrier layer of a Ti-Ni compd. which is gradually increased in a Ti content and N content from the lower part to the upper part and has an excellent electrical contact property and barrier property. CONSTITUTION:A gaseous mixture contg. gaseous N2 or gaseous mixture contg. a nitrogen element is introduced near an Si substrate 62 in a vacuum chamber while the introduction rate thereof is successively regulated at the time of producing the integrated circuit. While the Si substrate 62 is kept irradiated with inert gaseous ions, the surface of the Si substrate 62 is irradiated with the ions by a cluster type ion source, by which the Ti layer 45 is formed thereon. Further, TiNx layers 68, 67 in which the N content (X) increases gradually are formed thereon by regulating the supply rate of the N-contg. gas. The barrier layer 61 is formed of the Ti layer 65 and the TiNx layers 68, 67 varying in the value X. The wiring layer 60 is formed thereon. The integrated circuit formed with the high-quality barrier layer 61 having the excellent electrical contact property and barrier property is produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、基板上にバリア層を
介して配線層が形成された集積回路、その製造方法およ
びその薄膜形成装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated circuit in which a wiring layer is formed on a substrate via a barrier layer, a method for manufacturing the same, and a thin film forming apparatus for the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来からLSI(大規模集積回路)の配
線層とシリコン基板との境界には、配線層の配線材料が
シリコン基板中に拡散することを防止するため及び配線
材料とシリコン基板との電気的コンタクトを確保するた
めに窒化チタン等の材料がバリア層もしくは密着層とし
て使われている。LSIの微細化が進むにつれて、設計
ルールはハーフミクロンに達し、良好なコンタクトが確
保できるバリア層を蒸着できる方法が要求されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, at the boundary between a wiring layer of an LSI (Large Scale Integrated Circuit) and a silicon substrate, the wiring material of the wiring layer is prevented from diffusing into the silicon substrate and the wiring material and the silicon substrate are A material such as titanium nitride is used as a barrier layer or an adhesion layer in order to secure the electrical contact of. As the miniaturization of LSI progresses, the design rule reaches half micron, and a method capable of depositing a barrier layer capable of ensuring good contact is required.

【0003】図7はセミコンジャパンの予稿集に掲載さ
れた単純スタック型セル構造の64MDRAMの配線部
コンタクトホールおよびその構造を示すもので、60は
アルミニウム・シリコン・銅合金の配線層、61は窒化
チタンのバリア層、62はシリコン基板、63はコンタ
クトホール、64はスルーホール、69は絶縁層であ
る。上記の集積回路のバリア層61は、スパッタリング
法、CVD法などの方法でシリコン基板6上に被膜され
ている。
FIG. 7 shows a wiring portion contact hole of a 64M DRAM having a simple stack type cell structure and its structure, which are published in the proceedings of SEMICON Japan, 60 is an aluminum / silicon / copper alloy wiring layer, and 61 is nitrided. A titanium barrier layer, 62 is a silicon substrate, 63 is a contact hole, 64 is a through hole, and 69 is an insulating layer. The barrier layer 61 of the above integrated circuit is coated on the silicon substrate 6 by a method such as a sputtering method or a CVD method.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の集積回路の窒化
チタンからなるバリア層は、設計ルールが小さくなり薄
膜化が進んだ場合、面内での特性のバラッキが顕著にな
ったり、また配線層60とシリコン基板62との相互作
用や拡散作用を抑えたりすることができないという課題
があった。この発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、電気コンタクト性が良く、またバ
リア性の良い高品質なバリア層を有する集積回路、その
製造方法およびその薄膜形成装置を得ることを目的とす
る。
In the conventional barrier layer made of titanium nitride of an integrated circuit, when the design rule becomes smaller and the film thickness is further reduced, the variation of the characteristics in the plane becomes remarkable, and the wiring layer. There is a problem in that the interaction and diffusion action between 60 and the silicon substrate 62 cannot be suppressed. The present invention has been made to solve the above problems, and obtains an integrated circuit having a high-quality barrier layer having good electrical contact properties and good barrier properties, a method of manufacturing the same, and a thin film forming apparatus thereof. The purpose is to

【0005】[0005]

【課題の解決するための手段】この発明の請求項1に係
る集積回路のバリア層は、基板から配線層に向って組成
Xが変化する窒化チタン(TiNx)薄膜層で構成され
たものである。
The barrier layer of the integrated circuit according to claim 1 of the present invention is composed of a titanium nitride (TiNx) thin film layer in which the composition X changes from the substrate toward the wiring layer. ..

【0006】この発明の請求項2に係る集積回路のバリ
ア層は、基板から配線層に向ってチタン層、窒化ニチタ
ン層および窒化チタン層の順序で形成されたものであ
る。
The barrier layer of the integrated circuit according to the second aspect of the present invention is formed of a titanium layer, a dititanium nitride layer, and a titanium nitride layer in this order from the substrate toward the wiring layer.

【0007】この発明の請求項3に係る集積回路のバリ
ア層は、基板から配線層に向って、チタン(Ti)層、
徐々に窒素成分がチタン組成に対して大きくなるように
した窒化チタン(TiNx)層、そして最後に窒化チタ
ン(TiN)層の順序で形成されたものである。
The barrier layer of the integrated circuit according to claim 3 of the present invention comprises a titanium (Ti) layer from the substrate toward the wiring layer,
The titanium nitride (TiNx) layer is formed so that the nitrogen component gradually increases with respect to the titanium composition, and finally the titanium nitride (TiN) layer is formed in this order.

【0008】この発明の請求項4に係る集積回路の製造
方法は、真空槽中の基板近傍に窒素ガスを導入する量を
順次制御して、クラスター型イオン源によって基板上に
イオンを照射しながらチタンを蒸着して、組成Xが変化
する窒化チタン(TiNx)薄膜層からなる前記バリア
層を形成したものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in a method for manufacturing an integrated circuit, the amount of nitrogen gas introduced into the vicinity of the substrate in the vacuum chamber is sequentially controlled so that the cluster type ion source irradiates the substrate with ions. Titanium is vapor-deposited to form the barrier layer composed of a titanium nitride (TiNx) thin film layer in which the composition X changes.

【0009】この発明の請求項5に係る集積回路の製造
方法は、真空槽中の基板近傍に窒素ガスの混合ガスもし
くは窒素元素を含む混合ガスを導入する量を順次制御し
て、前記基板に不活性ガスイオンを照射しながらクラス
ター型イオン源によって前記基板上にイオンを照射しな
がらチタンを蒸着して、組成Xが変化する窒化チタン
(TiNx)薄膜層からなる前記バリア層を形成したも
のである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an integrated circuit, the amount of the mixed gas of nitrogen gas or the mixed gas containing nitrogen element introduced in the vicinity of the substrate in the vacuum chamber is sequentially controlled so that the substrate is formed. Titanium is vapor-deposited while irradiating ions on the substrate by a cluster type ion source while irradiating inert gas ions to form the barrier layer composed of a titanium nitride (TiNx) thin film layer in which the composition X changes. is there.

【0010】この発明の請求項6に係る集積回路の薄膜
形成装置は、基板近傍に流量が調整された窒素ガスを導
入するガス導入管を有するクラスター型イオン源を備え
たものである。
A thin film forming apparatus for an integrated circuit according to a sixth aspect of the present invention is provided with a cluster type ion source having a gas introducing pipe for introducing nitrogen gas having a regulated flow rate in the vicinity of the substrate.

【0011】この発明の請求項7に係る集積回路の薄膜
形成装置は、基板近傍に流量が調整された窒素ガスを導
入するガス導入管を有するクラスター型イオン源と、不
活性ガスをイオン化するガスイオン化手段と不活性ガス
イオンを加速制御する加速手段とで構成されたガスイオ
ン源とを備えたものである。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a thin film forming apparatus for an integrated circuit, wherein a cluster type ion source having a gas introduction tube for introducing a nitrogen gas, the flow rate of which is adjusted, and a gas for ionizing an inert gas. The gas ion source includes an ionization unit and an acceleration unit that accelerates and controls the inert gas ions.

【0012】[0012]

【作用】この発明の請求項1ないし請求項5の集積回路
においては、そのバリア層は薄膜化しても電気的コンタ
クトおよびバリア性がよい。
In the integrated circuit of the first to fifth aspects of the present invention, even if the barrier layer is thinned, it has good electrical contact and barrier properties.

【0013】この発明の請求項6および請求項7の集積
回路の薄膜形成装置は、電気的コンタクトおよびバリア
性がよいバリア層を形成する装置を提供する。また、請
求項7の集積回路の薄膜形成装置は、基板近傍に導入さ
れた窒素ガスが不活性ガスイオンで照射されながら、活
性化して基板に蒸着するので、蒸気もしくはクラスター
との反応効率が向上する。
The thin film forming apparatus for an integrated circuit according to claims 6 and 7 of the present invention provides an apparatus for forming a barrier layer having good electrical contact and barrier properties. Further, in the thin film forming apparatus for an integrated circuit according to claim 7, the nitrogen gas introduced in the vicinity of the substrate is activated and deposited on the substrate while being irradiated with the inert gas ions, so that the reaction efficiency with vapor or clusters is improved. To do.

【0014】[0014]

【実施例】以下この発明の一実施例を図について説明す
る。図1はこの発明の一実施例によるLSIコンタクト
ホールおよびスルーホールの断面構造を示すもので、6
0は配線層、61は組成的に傾斜機能を持ったチタン層
65、窒化二チタン層68そして窒化チタン層67の三
層構造からなるバリア層、62はシリコン基板、69は
絶縁層である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a sectional structure of an LSI contact hole and a through hole according to one embodiment of the present invention.
Reference numeral 0 is a wiring layer, 61 is a barrier layer having a three-layer structure of a titanium layer 65 having a compositionally gradient function, a dititanium nitride layer 68 and a titanium nitride layer 67, 62 is a silicon substrate, and 69 is an insulating layer.

【0015】また、図2はこの発明のバリア層の別の実
施例で、60は配線層、61は組成的に傾斜機能を持っ
たチタン層65、しだいに窒素組成がチタン組成に対し
て大きくなるようにした窒化チタン(TiNx)層6
6、そして窒化チタン層67からなるバリア層、62は
シリコン基板である。
FIG. 2 shows another embodiment of the barrier layer of the present invention, in which 60 is a wiring layer, 61 is a titanium layer 65 having a compositionally graded function, and the nitrogen composition is gradually larger than the titanium composition. Titanium Nitride (TiNx) Layer 6
6 and a barrier layer composed of a titanium nitride layer 67, and 62 is a silicon substrate.

【0016】また、図3はこの発明の一実施例による窒
化チタン薄膜の製造装置を模式的に示す断面図であり、
図において5は真空槽6を所定の真空度に保持する真空
排気系、4は反応性ガス導入系で、例えば窒素ガスが充
填されているガスボンベ41、反応性ガスを真空槽6に
導入するための流量調整バルブ42および反応性ガスを
導入する導入管43で構成される。1は蒸気発生源で、
ノズル11を有する密閉型のルツボ12、このルツボ1
2を加熱するフィラメント13および熱シールド板14
からなる。15はこのルツボ12に充填されたチタン、
16はこの蒸着物質であるチタン15の蒸気をルツボ1
2のノズル11から噴出させて形成したクラスター(塊
状原子集団)である。
FIG. 3 is a sectional view schematically showing a titanium nitride thin film manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
In the figure, 5 is a vacuum exhaust system for holding the vacuum chamber 6 at a predetermined vacuum degree, 4 is a reactive gas introduction system, for example, a gas cylinder 41 filled with nitrogen gas, for introducing the reactive gas into the vacuum chamber 6. The flow control valve 42 and the introduction pipe 43 for introducing the reactive gas. 1 is a steam source,
Sealed crucible 12 having nozzle 11, and this crucible 1
Filament 13 for heating 2 and heat shield plate 14
Consists of. 15 is titanium filled in the crucible 12,
16 is the vapor of titanium 15 which is this vapor deposition material
It is a cluster (lumpy atomic group) formed by being ejected from the second nozzle 11.

【0017】2はクラスター16のイオン化手段で、電
子ビーム放出フィラメント21、このフィラメント21
から電子を引き出し加速する電子引き出し電極22およ
び熱シールド板23で構成される。3はイオン化された
クラスター16を電界で加速し、運動エネルギーを付与
する加速手段である加速電極、7はその表面に窒化物チ
タン薄膜が形成される基板、8はバイアス用の直流電源
81,82,83とフィラメント加熱用の電源84,8
5が収納されている電源装置である。
Reference numeral 2 denotes an ionization means for the cluster 16, which is an electron beam emitting filament 21 and this filament 21.
It is composed of an electron extraction electrode 22 and a heat shield plate 23 for extracting and accelerating electrons from. 3 is an accelerating electrode which is an accelerating means for accelerating the ionized cluster 16 with an electric field to give kinetic energy, 7 is a substrate on which a titanium nitride thin film is formed, 8 is a DC power supply 81, 82 for biasing , 83 and power supplies 84, 8 for heating filaments
5 is a power supply device that is housed.

【0018】まず、上記電源装置8内の各バイアス電源
の機能は、次のとおりである。第一の直流電源81はフ
ィラメント加熱用の電源84で加熱されたルツボ加熱用
フィラメント13から放出された熱電子がルツボ12に
衝突するように、フィラメント13に対してルツボ12
の電位を正にバイアスする。次に第二の直流電源82は
フィラメント加熱用の電源85で加熱されたイオン化フ
ィラメント21から放出された熱電子を引き出し電極2
2内部に引き出されるように、フィラメント21に対し
て引き出し電極22の電位を正にバイアスする。また、
第三の直流電源83はアース電位である加速電極3に対
して電子ビーム引き出し電極22およびルツボ12の電
位を正にバイアスし、この間に形成される電界レンズに
よって、正電荷のクラスターイオンを加速制御する。
First, the function of each bias power supply in the power supply device 8 is as follows. The first DC power supply 81 is arranged so that the thermoelectrons emitted from the crucible heating filament 13 heated by the filament heating power supply 84 collide with the crucible 12 so that the thermoelectrons collide with the crucible 12.
Bias the potential of the positive. Next, the second DC power supply 82 extracts the thermoelectrons emitted from the ionized filament 21 heated by the power supply 85 for heating the filament, and draws out the electrode 2
The electric potential of the extraction electrode 22 is positively biased with respect to the filament 21 so as to be drawn inside. Also,
The third DC power supply 83 positively biases the potentials of the electron beam extraction electrode 22 and the crucible 12 with respect to the acceleration electrode 3 which is the ground potential, and accelerates the positively charged cluster ions by the electric field lens formed therebetween. To do.

【0019】次の動作について説明する。真空排気系5
によって真空槽6内が10-4Torr以下の真空度にな
るまで排気した後、流量調整バルブ42を開き、窒素ガ
スをガス導入管43より導入する。一方、ルツボ12内
の蒸気圧が数Torrになる温度までルツボ加熱用フィ
ラメント13から直流電源81で印加される電界によっ
て、放出される電子をルツボ12に衝突させて加熱する
と、蒸着物質チタン15を蒸発し、ノズル11から真空
中に噴射する。この噴射する蒸気は、ノズル11を通過
する際、断熱膨張により加速冷却されて凝縮し、クラス
ター16と呼ばれる塊状原子集団が形成される。このク
ラスター16は次いでイオン化フィラメント21から放
出される電子によって一部イオン化され、クラスターイ
オンとなり、さらに加速電極3で形成された電界による
加速をうけてイオン化されていない中性のクラスターと
共に基板7に衝突する。一方、基板7近傍には反応性で
ある窒素ガスが存在し、基板7上でチタン15のクラス
ター16と反応性ガスとの反応が進行して窒化チタン薄
膜が基板7に蒸着される。
The next operation will be described. Vacuum exhaust system 5
After the inside of the vacuum chamber 6 is evacuated to a vacuum degree of 10 −4 Torr or less, the flow rate adjusting valve 42 is opened and nitrogen gas is introduced through the gas introducing pipe 43. On the other hand, when the emitted electrons collide with the crucible 12 and are heated by the electric field applied by the DC power source 81 from the crucible heating filament 13 to a temperature at which the vapor pressure in the crucible 12 becomes several Torr, the vapor deposition material titanium 15 is heated. Evaporate and jet from the nozzle 11 into vacuum. When the vapor to be injected passes through the nozzle 11, the vapor is accelerated and cooled by adiabatic expansion and condensed to form a cluster of massive atoms called a cluster 16. The clusters 16 are then partially ionized by the electrons emitted from the ionizing filaments 21 to become cluster ions, which are further accelerated by the electric field formed by the acceleration electrode 3 and collide with the substrate 7 together with the non-ionized neutral clusters. To do. On the other hand, a reactive nitrogen gas exists near the substrate 7, and the reaction between the clusters 16 of titanium 15 and the reactive gas proceeds on the substrate 7 to deposit a titanium nitride thin film on the substrate 7.

【0020】図4は、導入される窒素ガスの量を変化さ
せた場合に形成された窒化チタン層の結晶性をX線回折
法で分析したもので、これをみると窒素分圧4.0x1
-6Torr以下ではチタン(Ti)、1.0x10-5
Torrでは窒化二チタン(Ti2N)、1.7x10-5
Torrでは窒化二チタン(Ti2N)と窒化チタン(T
iN)との混晶、3.0x10-5Torr以上では窒化
チタン(TiN)となっていて窒素分圧によって結晶性
と膜中の窒素とチタンの組成が自由に制御することがで
きる。なお、図4中の()内のPN2 の値はチタン15
が蒸発する前の真空槽6内の窒素分圧である。
FIG. 4 is an X-ray diffraction analysis of the crystallinity of the titanium nitride layer formed when the amount of nitrogen gas introduced was varied. The nitrogen partial pressure was 4.0 × 1.
Below 0 -6 Torr, titanium (Ti), 1.0x10 -5
At Torr, dititanium nitride (Ti 2 N), 1.7 × 10 −5
Torr uses dititanium nitride (Ti 2 N) and titanium nitride (T
iN) and mixed crystal of 3.0 × 10 −5 Torr or more is titanium nitride (TiN), and the crystallinity and the composition of nitrogen and titanium in the film can be freely controlled by the partial pressure of nitrogen. In addition, the value of PN 2 in () in FIG.
Is the partial pressure of nitrogen in the vacuum chamber 6 before evaporating.

【0021】一方、図5はさまざまな組成の窒化チタン
(TiNx)層の電気抵抗率を示したもので、組成的に
窒素が少なくチタンが多いほど電気抵抗が低いことが解
る。
On the other hand, FIG. 5 shows the electrical resistivities of titanium nitride (TiNx) layers having various compositions. It can be seen that the electrical resistance is lower as the composition is low in nitrogen and in titanium.

【0022】一方、図6は本発明の製造装置の別の実施
例を示すもので、40は基板7近傍に窒素ガスを導入す
る導入管、41はアルゴンボンベ、42はガスの流量調
整弁、43はガス導入管、44は電子ビーム放出手段で
あるフィラメント(カソード)、45は内部でプラズマ
を形成する電子ビーム引き出し電極(アノード)、46
はイオンを加速制御して多孔電極47を通して基板7に
照射する加速手段、48は電子ビーム放出手段であるフ
ィラメント44を加熱するフィラメント加熱電源、49
は電子ビーム放出手段であるフィラメント44に対して
電子ビーム引き出し電極45を正の電位にバイアスする
直流電源、50は加速電極46に対して電子ビーム引き
出し電極45を正の電位にバイアスする直流電源であ
る。
On the other hand, FIG. 6 shows another embodiment of the manufacturing apparatus of the present invention. 40 is an introducing pipe for introducing nitrogen gas into the vicinity of the substrate 7, 41 is an argon cylinder, 42 is a gas flow rate adjusting valve, 43 is a gas introduction tube, 44 is a filament (cathode) which is an electron beam emitting means, 45 is an electron beam extraction electrode (anode) which forms plasma inside, 46
Is an accelerating means for accelerating the ions to irradiate the substrate 7 through the porous electrode 47, 48 is a filament heating power source for heating the filament 44 which is an electron beam emitting means, 49
Reference numeral 50 is a DC power source for biasing the electron beam extraction electrode 45 to a positive potential with respect to the filament 44 serving as an electron beam emitting means, and 50 is a DC power source for biasing the electron beam extraction electrode 45 to a positive potential with respect to the acceleration electrode 46. is there.

【0023】また、本発明の別の実施例では、40は基
板7近傍に窒素ガスの混合ガスもしくは窒素元素を含む
混合ガスを導入するガス導入管であってもよい。
Further, in another embodiment of the present invention, 40 may be a gas introduction pipe for introducing a mixed gas of nitrogen gas or a mixed gas containing a nitrogen element in the vicinity of the substrate 7.

【0024】次に、この窒化チタン薄膜形成装置の動作
について説明する。真空排気装置5によって高真空中に
保たれた真空槽6内に、基板7近傍にガス導入管40に
よって窒素ガスを導入する一方、ガスボンベ41より流
量調整バルブ42を調整することにより、ガスイオン源
の電子ビーム引き出し電極45内にガス導入管43より
不活性ガスにあるアルゴンガスを導入し、真空層6内の
ガス圧をアルゴン分圧と窒素分圧合わせて10-5〜10
-3Torr程度になるように調整する。フィラメント加
熱電源48により、電子ビーム放出手段である加熱され
たフィラメント44から、電子ビーム引き出し電極45
に向かって電子ビームが放出されるように直流電源49
によってバイアス電圧を印加すると、放出された熱電子
が電子ビーム引き出し電極45内のアルゴンガスと衝突
しプラズマを形成し、イオン化が行われる。生成した窒
素イオンは、加速電極46で形成される電界による加速
を受けて、多孔電極47より引き出されて基板7に照射
される。次いで、ルツボ12内の蒸気圧が数Torrに
なる温度までルツボ加熱用フィラメント13によって加
熱すると、蒸着物質であるチタン15は蒸発し、ノズル
11から噴射する。この噴射するチタンの蒸気もしくは
クラスター16は、次にイオン化フィラメント21から
放出される電子によって一部イオン化され、加速電極3
で形成される電界による加速を受けて、イオン化されて
いない蒸気もしくはクラスターと共に基板7に衝突す
る。
Next, the operation of this titanium nitride thin film forming apparatus will be described. By introducing nitrogen gas into the vicinity of the substrate 7 by the gas introduction pipe 40 into the vacuum chamber 6 kept in a high vacuum by the vacuum exhaust device 5, and by adjusting the flow rate adjusting valve 42 from the gas cylinder 41, the gas ion source Argon gas, which is an inert gas, is introduced into the electron beam extraction electrode 45 of the above through the gas introduction pipe 43, and the gas pressure in the vacuum layer 6 is adjusted to 10 −5 to 10 by combining the argon partial pressure and the nitrogen partial pressure.
-3 Adjust to about Torr. An electron beam extraction electrode 45 is supplied from a heated filament 44, which is an electron beam emitting means, by a filament heating power source 48.
DC power supply 49 so that the electron beam is emitted toward
When a bias voltage is applied by, the emitted thermoelectrons collide with the argon gas in the electron beam extraction electrode 45 to form plasma, and ionization is performed. The generated nitrogen ions are accelerated by the electric field formed by the acceleration electrode 46, extracted from the porous electrode 47, and irradiated on the substrate 7. Then, when the crucible 12 is heated by the crucible heating filament 13 to a temperature at which the vapor pressure in the crucible 12 becomes several Torr, titanium 15, which is a vapor deposition material, evaporates and is ejected from the nozzle 11. The injected titanium vapor or cluster 16 is partially ionized by the electrons emitted from the ionization filament 21 next, and the acceleration electrode 3
The substrate 7 is accelerated by the electric field formed in 1 and collides with the substrate 7 together with the non-ionized vapor or cluster.

【0025】一方、基板7および基板7付近にはガス導
入管40より供給される窒素ガスが存在し、アルゴンイ
オン照射によって励起、解離もしくはイオン化された活
性な状態にあり、この窒素ガスは蒸着物質のチタン蒸気
もしくはクラスターと衝突して効率よく反応が進行し酸
化窒化チタン薄膜が基板7に蒸着される。このとき、基
板7に照射する窒素イオンの量を変化させると、膜中の
チタンと窒素の組成比が変化するため、自由に組成比を
制御することが可能となる。
On the other hand, the nitrogen gas supplied from the gas introducing pipe 40 exists in the substrate 7 and the vicinity of the substrate 7, and is in an active state where it is excited, dissociated or ionized by the irradiation of argon ions. The titanium vapor oxynitride collides with the titanium vapor or clusters and the reaction proceeds efficiently to deposit a titanium oxynitride thin film on the substrate 7. At this time, if the amount of nitrogen ions with which the substrate 7 is irradiated is changed, the composition ratio of titanium and nitrogen in the film changes, so that the composition ratio can be freely controlled.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
1ないし請求項3に係る集積回路によれば、そのバリア
層をチタンと窒素との組成比を変化させた傾斜構造にし
たことにより、バリア層を薄膜化しても電気的コンタク
トおよびバリア性が向上するという効果がある。
As described above, according to the integrated circuit of the first to third aspects of the present invention, the barrier layer has the graded structure in which the composition ratio of titanium and nitrogen is changed. Even if the barrier layer is thinned, the electrical contact and the barrier property are improved.

【0027】この発明の請求項4および請求項5に係る
集積回路の製造方法によれば、チタンと窒素との組成比
を変化させる傾斜構造を真空槽中に導入される窒素の量
を制御することにより簡単に形成することができるとい
う効果がある。
According to the integrated circuit manufacturing method of the fourth and fifth aspects of the present invention, the amount of nitrogen introduced into the vacuum chamber is controlled by the inclined structure for changing the composition ratio of titanium and nitrogen. This has the effect that it can be easily formed.

【0028】この発明の請求項6および請求項7に係る
集積回路の薄膜形成装置によれば、チタンと窒素の組成
が変化した傾斜構造のバリア層を形成することができ
る。また、請求項7に係る薄膜形成装置によれば、基板
近傍に導入された窒素ガスが不活性ガスイオンで照射さ
れながら活性化して基板に蒸着するので、蒸気もしくは
クラスターとの反応効率が向上し、高品質な薄膜が形成
されるという効果がある。
According to the thin film forming apparatus for an integrated circuit according to the sixth and seventh aspects of the present invention, it is possible to form a barrier layer having a graded structure in which the compositions of titanium and nitrogen are changed. Further, according to the thin film forming apparatus of the seventh aspect, the nitrogen gas introduced in the vicinity of the substrate is activated and vaporized while being irradiated with the inert gas ions, so that the reaction efficiency with vapor or clusters is improved. There is an effect that a high quality thin film is formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施例による大規模集積回路の断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a large scale integrated circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の別の実施例による大規模集積回路の
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a large scale integrated circuit according to another embodiment of the present invention.

【図3】この発明の一実施例を示す集積回路の薄膜形成
装置の断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a thin film forming apparatus for an integrated circuit showing an embodiment of the present invention.

【図4】窒化チタンの結晶性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing crystallinity of titanium nitride.

【図5】窒化チタンの電気抵抗率を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the electrical resistivity of titanium nitride.

【図6】この発明の別の実施例を示す集積回路の薄膜形
成装置の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of an integrated circuit thin film forming apparatus showing another embodiment of the present invention.

【図7】従来の大規模集積回路の一例を示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a sectional view showing an example of a conventional large-scale integrated circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 蒸気発生源 2 イオン化手段 3 加速電極 6 真空槽 7 基板 40 ガス導入管 43 ガス導入管 44 フィラメント(電子ビーム放出手段) 45 電子ビーム引き出し電極 46 加速手段 60 配線層 61 バリア層 62 シリコン基板 65 チタン層 66 窒化チタン(TiNx)層 67 窒化チタン層 68 窒化ニチタン層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vapor generation source 2 Ionizing means 3 Accelerating electrode 6 Vacuum tank 7 Substrate 40 Gas introducing tube 43 Gas introducing tube 44 Filament (electron beam emitting means) 45 Electron beam extracting electrode 46 Accelerating means 60 Wiring layer 61 Barrier layer 62 Silicon substrate 65 Titanium Layer 66 Titanium nitride (TiNx) layer 67 Titanium nitride layer 68 Nititanium nitride layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上にバリア層を介して配線層が形成
された集積回路において、前記バリア層は、前記基板か
ら前記配線層に向って組成Xが変化する窒化チタン(T
iNx)薄膜層であることを特徴とする集積回路。
1. In an integrated circuit in which a wiring layer is formed on a substrate via a barrier layer, the barrier layer comprises titanium nitride (T) whose composition X changes from the substrate toward the wiring layer.
iNx) An integrated circuit characterized by being a thin film layer.
【請求項2】 基板上にバリア層を介して配線層が形成
された集積回路において、前記バリア層は、前記基板か
ら前記配線層に向ってチタン層、窒化二チタン層および
窒化チタン層の順序で形成されたことを特徴とする集積
回路。
2. In an integrated circuit in which a wiring layer is formed on a substrate via a barrier layer, the barrier layer is a titanium layer, a dititanium nitride layer and a titanium nitride layer in this order from the substrate toward the wiring layer. An integrated circuit characterized by being formed by.
【請求項3】 基板上にバリア層を介して配線層が形成
された集積回路において、前記バリア層は、前記基板か
ら前記配線層に向って、チタン層、徐々に窒素組成がチ
タン組成に対して大きくなるようにした窒化チタン(T
iNx)層そして最後に窒化チタン(TiN)層の順序
で形成されたことを特徴とする集積回路。
3. In an integrated circuit in which a wiring layer is formed on a substrate via a barrier layer, the barrier layer is a titanium layer from the substrate toward the wiring layer, and a nitrogen composition is gradually added to a titanium composition. Titanium Nitride (T
An integrated circuit comprising an iNx) layer and finally a titanium nitride (TiN) layer.
【請求項4】 基板上にバリア層を介して配線層が形成
された集積回路の製造方法において、真空槽中の基板近
傍に窒素ガスを導入する量を順次制御して、クラスター
型イオン源によって前記基板上にイオンを照射しながら
チタンを蒸着して、組成Xが変化する窒化チタン(Ti
Nx)薄膜層からなる前記バリア層を形成したことを特
徴とする集積回路の製造方法。
4. In a method of manufacturing an integrated circuit in which a wiring layer is formed on a substrate via a barrier layer, the amount of nitrogen gas introduced in the vicinity of the substrate in a vacuum chamber is sequentially controlled, and a cluster type ion source is used. Titanium nitride (Ti) whose composition X changes by vapor-depositing titanium on the substrate while irradiating with ions.
Nx) A method of manufacturing an integrated circuit, wherein the barrier layer made of a thin film layer is formed.
【請求項5】 基板上にバリア層を介して配線層が形成
された集積回路の製造方法において、真空槽中の基板近
傍に窒素ガスの混合ガスもしくは窒素元素を含む混合ガ
スを導入する量を順次制御して、前記基板に不活性ガス
イオンを照射しながらクラスター型イオン源によって前
記基板上にイオンを照射しながらチタンを蒸着して、組
成Xが変化する窒化チタン(TiNx)薄膜層からなる
前記バリア層を形成したことを特徴とする集積回路の製
造方法。
5. A method for manufacturing an integrated circuit in which a wiring layer is formed on a substrate via a barrier layer, the amount of a mixed gas of nitrogen gas or a mixed gas containing a nitrogen element being introduced near the substrate in a vacuum chamber. It is composed of a titanium nitride (TiNx) thin film layer in which the composition X changes by sequentially controlling and depositing titanium while irradiating the substrate with ions by a cluster type ion source while irradiating the substrate with inert gas ions. A method of manufacturing an integrated circuit, wherein the barrier layer is formed.
【請求項6】 内部に基板が配置されるとともに所定の
真空度に保持された真空槽、前記基板近傍に流量を調整
された窒素ガスを導入するガス導入管、またこの基板に
向けて蒸着物質の蒸気を噴出し、この蒸着物質の蒸気も
しくはクラスターを発生させる蒸気発生源、この蒸着物
質の蒸気もしくはクラスターの一部をイオン化するイオ
ン化手段およびイオン化された蒸気もしくはクラスター
イオンを加速制御し、イオン化されていない蒸着物質の
蒸気もしくはクラスターと共に前記基板に輸送する加速
手段によって構成されるクラスター型イオン源を備えた
ことを特徴とする集積回路の薄膜形成装置。
6. A vacuum chamber in which a substrate is placed and which is maintained at a predetermined vacuum degree, a gas introduction pipe for introducing a nitrogen gas whose flow rate is adjusted to the vicinity of the substrate, and a vapor deposition material directed toward the substrate. Of the vapor deposition material to generate vapors or clusters of the vapor deposition material, ionization means for ionizing a part of the vapor or clusters of the vapor deposition material, and ionized vapor or cluster ions by acceleration control. A thin film forming apparatus for an integrated circuit, comprising a cluster-type ion source configured by an accelerating means for transporting the vapor or a cluster of a vapor deposition substance to the substrate.
【請求項7】 内部に基板が配置されるとともに所定の
真空度に保持された真空槽、前記基板近傍に流量を調整
された窒素ガスの混合ガスもしくは窒素元素を含む混合
ガスを導入するガス導入管、またこの基板に向けて蒸着
物質の蒸気を噴出し、この蒸着物質の蒸気もしくはクラ
スターを発生させる蒸気発生源、この蒸着物質の蒸気も
しくはクラスターの一部をイオン化するイオン化手段、
イオン化された蒸気もしくはクラスターイオンを加速制
御し、イオン化されていない蒸着物質の蒸気もしくはク
ラスターと共に基板に輸送する加速手段によって構成さ
れるクラスター型イオン源と、 前記真空層内に設けられた不活性ガス導入管、不活性ガ
スの導入部分に配置された電子ビーム引き出し電極と電
子ビーム放出手段からなる、不活性ガスをイオン化する
ガスイオン化手段、この電子ビーム放出手段によりイオ
ン化された不活性ガスを加速制御する加速手段によって
構成されるガスイオン源と、を備えたことを特徴とする
集積回路の薄膜形成装置。
7. A vacuum chamber in which a substrate is arranged and which is maintained at a predetermined degree of vacuum, and a gas introduction for introducing a mixed gas of nitrogen gas or a mixed gas containing a nitrogen element, the flow rate of which is adjusted near the substrate. A tube, a vapor source for ejecting vapor of a vapor deposition material toward the substrate to generate vapor or a cluster of the vapor deposition material, an ionization means for ionizing a part of the vapor or cluster of the vapor deposition material,
A cluster-type ion source configured by an acceleration means for accelerating and controlling the ionized vapor or cluster ions and transporting the vaporized ions or vapors of the non-ionized vapor deposition material to the substrate, and an inert gas provided in the vacuum layer. Gas ionization means for ionizing an inert gas, which comprises an introduction tube, an electron beam extraction electrode arranged at the introduction part of the inert gas and an electron beam emission means, and acceleration control of the inert gas ionized by the electron beam emission means A thin film forming apparatus for an integrated circuit, comprising:
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EP93100189A EP0551117A2 (en) 1992-01-08 1993-01-07 Large scale integrated circuit device and thin film forming method and apparatus for the same
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006342371A (en) * 2005-06-07 2006-12-21 Bridgestone Corp Electroconductive compound thin film, and method for depositing the same

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