JPH05259108A - 酸素添加窒化チタン膜及びその製造方法 - Google Patents
酸素添加窒化チタン膜及びその製造方法Info
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- JPH05259108A JPH05259108A JP5263292A JP5263292A JPH05259108A JP H05259108 A JPH05259108 A JP H05259108A JP 5263292 A JP5263292 A JP 5263292A JP 5263292 A JP5263292 A JP 5263292A JP H05259108 A JPH05259108 A JP H05259108A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は、バリア層としての能力を損なう
ことなく接触抵抗値及びシート抵抗値を低減させ、適用
される半導体装置の性能を向上させた酸素添加窒化チタ
ン膜を得る。 【構成】 他の材料と接触する表面側11及び13の酸素濃
度を内部12の酸素濃度よりも低く設定する。これによ
り、配線材料やシリコン基板１との接触面では窒化チタ
ン膜と同等の低い接触抵抗値が得られる。又、内部の酸
素添加領域では優れたバリア性が得られる。更に、多層
構造からなる酸素添加窒化チタン膜10の全体としてのシ
ート抵抗値が抑制される。
ことなく接触抵抗値及びシート抵抗値を低減させ、適用
される半導体装置の性能を向上させた酸素添加窒化チタ
ン膜を得る。 【構成】 他の材料と接触する表面側11及び13の酸素濃
度を内部12の酸素濃度よりも低く設定する。これによ
り、配線材料やシリコン基板１との接触面では窒化チタ
ン膜と同等の低い接触抵抗値が得られる。又、内部の酸
素添加領域では優れたバリア性が得られる。更に、多層
構造からなる酸素添加窒化チタン膜10の全体としてのシ
ート抵抗値が抑制される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置内の積層
配線のバリア層として用いられる酸素添加窒化チタン膜
及びその製造方法に関し、特にバリア層としての能力を
損なうことなく接触抵抗値及びシート抵抗値を低減さ
せ、適用される半導体装置の性能を向上させた酸素添加
窒化チタン膜及びその製造方法に関するものである。
配線のバリア層として用いられる酸素添加窒化チタン膜
及びその製造方法に関し、特にバリア層としての能力を
損なうことなく接触抵抗値及びシート抵抗値を低減さ
せ、適用される半導体装置の性能を向上させた酸素添加
窒化チタン膜及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、記憶装置や情報処理装置等に
代表される半導体装置においては、高性能化が要求され
るため、積層配線構造が用いられている。積層配線を実
施するにあたっては、半導体装置の配線材料が低抵抗で
あって且つ加工性に富むこと等の条件が必要である。従
って、配線材料としては、一般的に、アルミニウム(Ａ
ｌ)が主原料に用いられている。
代表される半導体装置においては、高性能化が要求され
るため、積層配線構造が用いられている。積層配線を実
施するにあたっては、半導体装置の配線材料が低抵抗で
あって且つ加工性に富むこと等の条件が必要である。従
って、配線材料としては、一般的に、アルミニウム(Ａ
ｌ)が主原料に用いられている。
【０００３】しかしながら、周知の通りアルミニウム
は、シリコン(Ｓｉ)基板に直接的に接触するとＡｌ−Ｓ
ｉの合金を容易に形成し、結果として半導体装置の不良
を発生させる。又、最近では、熱的な面でのプロセスマ
ージンの拡大や、配線自身及び半導体装置の耐熱性及び
信頼性の向上を目的として、アルミニウムに代わって、
タングステン(Ｗ)又はチタン(Ｔｉ)等の高融点金属類並
びにそのケイ化物又は窒化物も用いられているが、これ
らもアルミニウムと同様に、シリコン基板との間で比較
的低温で容易に化合物を形成することが知られている。
は、シリコン(Ｓｉ)基板に直接的に接触するとＡｌ−Ｓ
ｉの合金を容易に形成し、結果として半導体装置の不良
を発生させる。又、最近では、熱的な面でのプロセスマ
ージンの拡大や、配線自身及び半導体装置の耐熱性及び
信頼性の向上を目的として、アルミニウムに代わって、
タングステン(Ｗ)又はチタン(Ｔｉ)等の高融点金属類並
びにそのケイ化物又は窒化物も用いられているが、これ
らもアルミニウムと同様に、シリコン基板との間で比較
的低温で容易に化合物を形成することが知られている。
【０００４】従って、従来より、配線材料とシリコン基
板との間で反応を生じさせないために、両者の間にバリ
ア層を介在させることが通常行われている。このような
バリア層は、以下の性質を具備することが必要である。
即ち、 シリコン基板に対しても配線材料に対しても小さい接
触抵抗値を有すること、 シリコン基板に対しても配線材料に対しても密着性に
優れていること、 バリア層自身が内有する内部応力、抵抗値、熱膨張係
数及び熱伝導率が小さいこと、 製造技術上の要望から成膜し易く且つ制御性に優れて
いること、等があげられる。
板との間で反応を生じさせないために、両者の間にバリ
ア層を介在させることが通常行われている。このような
バリア層は、以下の性質を具備することが必要である。
即ち、 シリコン基板に対しても配線材料に対しても小さい接
触抵抗値を有すること、 シリコン基板に対しても配線材料に対しても密着性に
優れていること、 バリア層自身が内有する内部応力、抵抗値、熱膨張係
数及び熱伝導率が小さいこと、 製造技術上の要望から成膜し易く且つ制御性に優れて
いること、等があげられる。
【０００５】従来より、これらの要求〜を満たすバ
リア層の材料としては、窒化チタン(ＴｉＮ)が最も優れ
ていると認められている。更に、窒化チタンは、内部に
微量の酸素を不純物として含有させると、アルミニウム
とシリコンとの間のバリア層として、より耐熱性が優れ
ているということが知られている。このことは、例え
ば、1985年の応用物理報告(Appl.Phys.Lett)第47号の第
471頁〜第473頁に記載されている。
リア層の材料としては、窒化チタン(ＴｉＮ)が最も優れ
ていると認められている。更に、窒化チタンは、内部に
微量の酸素を不純物として含有させると、アルミニウム
とシリコンとの間のバリア層として、より耐熱性が優れ
ているということが知られている。このことは、例え
ば、1985年の応用物理報告(Appl.Phys.Lett)第47号の第
471頁〜第473頁に記載されている。
【０００６】このように、酸素を不純物として含有する
窒化チタンは、バリア層として優れた性質を具備してい
る。しかしながら、抵抗値の増大という問題点を考慮せ
ずに均一に酸素不純物を含有させているので、得られた
酸素添加窒化チタン膜は、酸素を含有していない窒化チ
タン膜と比べて、 シート抵抗値が高いこと、 アルミニウム等の配線材料及びシリコン基板との接触
抵抗値が高いこと、等の欠点を有している。
窒化チタンは、バリア層として優れた性質を具備してい
る。しかしながら、抵抗値の増大という問題点を考慮せ
ずに均一に酸素不純物を含有させているので、得られた
酸素添加窒化チタン膜は、酸素を含有していない窒化チ
タン膜と比べて、 シート抵抗値が高いこと、 アルミニウム等の配線材料及びシリコン基板との接触
抵抗値が高いこと、等の欠点を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の酸素添加窒化チ
タン膜及びその製造方法は以上のように、配線材料やシ
リコン基板等の他の材料との接触表面まで均一の濃度で
酸素不純物を含有させているので、他の材料との接触抵
抗値及びシート抵抗値が増大し、適用される半導体装置
の性能を劣化させるという問題点があった。
タン膜及びその製造方法は以上のように、配線材料やシ
リコン基板等の他の材料との接触表面まで均一の濃度で
酸素不純物を含有させているので、他の材料との接触抵
抗値及びシート抵抗値が増大し、適用される半導体装置
の性能を劣化させるという問題点があった。
【０００８】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、バリア層としての能力を損なう
ことなく接触抵抗値及びシート抵抗値を低減させ、適用
される半導体装置の性能を向上させた酸素添加窒化チタ
ン膜及びその製造方法を得ることを目的とする。
ためになされたもので、バリア層としての能力を損なう
ことなく接触抵抗値及びシート抵抗値を低減させ、適用
される半導体装置の性能を向上させた酸素添加窒化チタ
ン膜及びその製造方法を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る酸素添加窒化チタン膜は、他の材料と接触する表面側
の酸素濃度を内部の酸素濃度よりも低く設定したもので
ある。
る酸素添加窒化チタン膜は、他の材料と接触する表面側
の酸素濃度を内部の酸素濃度よりも低く設定したもので
ある。
【００１０】又、この発明の請求項２に係る酸素添加窒
化チタン膜の製造方法は、基板材料上に第１の窒化チタ
ン膜を形成するステップと、酸素を含む混合ガス雰囲気
中で第１の窒化チタン上に第２の窒化チタン膜を形成す
るステップと、第２の窒化チタン膜上に第３の窒化チタ
ン膜を形成するステップとを備えたものである。
化チタン膜の製造方法は、基板材料上に第１の窒化チタ
ン膜を形成するステップと、酸素を含む混合ガス雰囲気
中で第１の窒化チタン上に第２の窒化チタン膜を形成す
るステップと、第２の窒化チタン膜上に第３の窒化チタ
ン膜を形成するステップとを備えたものである。
【００１１】又、この発明の請求項３に係る酸素添加窒
化チタン膜の製造方法は、酸素を含む混合ガス雰囲気中
で基板材料上に窒化チタン膜を形成するようにした酸素
添加窒化チタン膜の製造方法であって、窒化チタン膜の
内部では所要量の酸素濃度を有し且つ表面側では内部よ
りも酸素濃度が低くなるように、酸素の流量を成膜初期
及び成膜後期よりも成膜中期において大きく設定したも
のである。
化チタン膜の製造方法は、酸素を含む混合ガス雰囲気中
で基板材料上に窒化チタン膜を形成するようにした酸素
添加窒化チタン膜の製造方法であって、窒化チタン膜の
内部では所要量の酸素濃度を有し且つ表面側では内部よ
りも酸素濃度が低くなるように、酸素の流量を成膜初期
及び成膜後期よりも成膜中期において大きく設定したも
のである。
【００１２】又、この発明の請求項４に係る酸素添加窒
化チタン膜の製造方法は、基板材料上に窒化チタン膜を
形成するステップと、窒化チタン膜の内部では所要量の
酸素濃度有し且つ表面側では内部よりも酸素濃度が低く
なるように、イオン注入法を用いて窒化チタン膜に酸素
を導入するステップとを備えたものである。
化チタン膜の製造方法は、基板材料上に窒化チタン膜を
形成するステップと、窒化チタン膜の内部では所要量の
酸素濃度有し且つ表面側では内部よりも酸素濃度が低く
なるように、イオン注入法を用いて窒化チタン膜に酸素
を導入するステップとを備えたものである。
【００１３】
【作用】この発明においては、配線材料やシリコン基板
との接触面では窒化チタン膜と同等の低い接触抵抗値が
得られ、内部の酸素添加領域では優れたバリア性が得ら
れる。又、抵抗値の高い酸素添加窒化チタン膜の厚さが
実質的に薄くなるので、多層構造からなる酸素添加窒化
チタン膜の全体としてのシート抵抗値が抑制される。
との接触面では窒化チタン膜と同等の低い接触抵抗値が
得られ、内部の酸素添加領域では優れたバリア性が得ら
れる。又、抵抗値の高い酸素添加窒化チタン膜の厚さが
実質的に薄くなるので、多層構造からなる酸素添加窒化
チタン膜の全体としてのシート抵抗値が抑制される。
【００１４】
実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１はこの発明による酸素添加窒化チタン膜の実
施例１を示す側断面図である。図において、１はシリコ
ン基板、10はシリコン基板１上に形成されたバリア層と
なる酸素添加窒化チタン膜である。酸素添加窒化チタン
膜10は、以下の11〜13からなる３層構造を有している。
する。図１はこの発明による酸素添加窒化チタン膜の実
施例１を示す側断面図である。図において、１はシリコ
ン基板、10はシリコン基板１上に形成されたバリア層と
なる酸素添加窒化チタン膜である。酸素添加窒化チタン
膜10は、以下の11〜13からなる３層構造を有している。
【００１５】11はシリコン基板１上に形成された窒化チ
タン膜、12は窒化チタン膜11上に形成された酸素添加窒
化チタン膜、13は酸素添加窒化チタン膜12上に形成され
た窒化チタン膜であり、これらは全体として１つの酸素
添加窒化チタン膜10を構成している。酸素添加窒化チタ
ン膜10において、他の材料と接触する表面側の窒化チタ
ン膜11及び13の酸素濃度は、内部の酸素添加窒化チタン
膜12の酸素濃度よりも低く設定されており、この場合、
表面側の窒化チタン膜11及び13の酸素濃度は０である。
タン膜、12は窒化チタン膜11上に形成された酸素添加窒
化チタン膜、13は酸素添加窒化チタン膜12上に形成され
た窒化チタン膜であり、これらは全体として１つの酸素
添加窒化チタン膜10を構成している。酸素添加窒化チタ
ン膜10において、他の材料と接触する表面側の窒化チタ
ン膜11及び13の酸素濃度は、内部の酸素添加窒化チタン
膜12の酸素濃度よりも低く設定されており、この場合、
表面側の窒化チタン膜11及び13の酸素濃度は０である。
【００１６】次に、図１を参照しながら、この発明の実
施例１による酸素添加窒化チタン膜の製造方法について
説明する。第１のステップ まず、スパッタリングのターゲット材としてチタンを用
い、反応性スパッタリング法により、アルゴン(Ａr)及
び窒素(Ｎ2)の混合ガス雰囲気中で、シリコン基板１上
に第１層として窒化チタン膜11を形成する。このときの
スパッタリング条件は、例えば、アルゴンが100sccm、窒
素が50sccm、印加される高周波(ＲＦ)電力が１ｋＷであ
り、窒化チタン膜11は約50Åの厚さだけ堆積される。
施例１による酸素添加窒化チタン膜の製造方法について
説明する。第１のステップ まず、スパッタリングのターゲット材としてチタンを用
い、反応性スパッタリング法により、アルゴン(Ａr)及
び窒素(Ｎ2)の混合ガス雰囲気中で、シリコン基板１上
に第１層として窒化チタン膜11を形成する。このときの
スパッタリング条件は、例えば、アルゴンが100sccm、窒
素が50sccm、印加される高周波(ＲＦ)電力が１ｋＷであ
り、窒化チタン膜11は約50Åの厚さだけ堆積される。
【００１７】上記スパッタリングプロセス条件は、スパ
ッタリング装置固有のものであり、当業者により適宜に
変更され得る。又、スパッタリング法として、高周波ス
パッタでなく直流(ＤＣ)スパッタを用いてもよく、更
に、スパッタリングターゲットとして、チタンでなく窒
化チタンを用いてアルゴン雰囲気中で成膜してもよい。
ッタリング装置固有のものであり、当業者により適宜に
変更され得る。又、スパッタリング法として、高周波ス
パッタでなく直流(ＤＣ)スパッタを用いてもよく、更
に、スパッタリングターゲットとして、チタンでなく窒
化チタンを用いてアルゴン雰囲気中で成膜してもよい。
【００１８】第２のステップ 続いて、同様のスパッタリング法により、微量の酸素を
含む雰囲気中で窒化チタン膜11上に第２層として酸素添
加された窒化チタン膜12を形成する。このときのスパッ
タリング条件は、アルゴンが100sccm、窒素が50sccm、酸
素が２sccm、印加される高周波電力が１kＷであり、酸
素添加窒化チタン膜12は約900Åだけ堆積される。
含む雰囲気中で窒化チタン膜11上に第２層として酸素添
加された窒化チタン膜12を形成する。このときのスパッ
タリング条件は、アルゴンが100sccm、窒素が50sccm、酸
素が２sccm、印加される高周波電力が１kＷであり、酸
素添加窒化チタン膜12は約900Åだけ堆積される。
【００１９】第３のステップ 次に、第１層の成膜時と同一条件で、酸素添加窒化チタ
ン膜12上に第３層として厚さ50Åの窒化チタン膜13を形
成する。このときの成膜条件も、上述と同様に変更され
得る。
ン膜12上に第３層として厚さ50Åの窒化チタン膜13を形
成する。このときの成膜条件も、上述と同様に変更され
得る。
【００２０】このように、窒化チタン膜11(第１層)、酸
素添加窒化チタン膜12(第２層)及び窒化チタン膜13(第
３層)の多層構造からなる酸素添加窒化チタン膜10は、
第１層がシリコン基板１と接触し、第３層がアルミニウ
ム等の配線材料(図示せず)と接触する。
素添加窒化チタン膜12(第２層)及び窒化チタン膜13(第
３層)の多層構造からなる酸素添加窒化チタン膜10は、
第１層がシリコン基板１と接触し、第３層がアルミニウ
ム等の配線材料(図示せず)と接触する。
【００２１】従って、シリコン基板１や配線材料との接
触抵抗値は、窒化チタン膜11又は13の抵抗値で決定する
ため窒化チタン膜単独の場合と同等であり、低い値に抑
制される。一方、バリア層としての性質は、酸素添加窒
化チタン膜12により決定するため、酸素添加窒化チタン
膜(ＴｉＮ：Ｏ)のみの場合と同等であり、耐熱性等を損
なうことはなく、窒化チタン膜及び酸素添加窒化チタン
膜の両方の長所を兼ね備えたことになる。更に、酸素添
加窒化チタン膜10のシート抵抗値は、窒化チタン膜11及
び13と酸素添加窒化チタン膜12との中間の値に抑制され
る。
触抵抗値は、窒化チタン膜11又は13の抵抗値で決定する
ため窒化チタン膜単独の場合と同等であり、低い値に抑
制される。一方、バリア層としての性質は、酸素添加窒
化チタン膜12により決定するため、酸素添加窒化チタン
膜(ＴｉＮ：Ｏ)のみの場合と同等であり、耐熱性等を損
なうことはなく、窒化チタン膜及び酸素添加窒化チタン
膜の両方の長所を兼ね備えたことになる。更に、酸素添
加窒化チタン膜10のシート抵抗値は、窒化チタン膜11及
び13と酸素添加窒化チタン膜12との中間の値に抑制され
る。
【００２２】実施例２．尚、上記実施例１では、酸素添
加窒化チタン膜10を３層構造としたが、混合ガスの酸素
濃度を時間変化させながら、スパッタリングにより単一
の窒化チタン膜を形成し、結果的に図１と同等の酸素添
加窒化チタン膜を形成してもよい。
加窒化チタン膜10を３層構造としたが、混合ガスの酸素
濃度を時間変化させながら、スパッタリングにより単一
の窒化チタン膜を形成し、結果的に図１と同等の酸素添
加窒化チタン膜を形成してもよい。
【００２３】図２はこの発明の実施例２を説明するため
の側断面図であり、１は前述と同様のシリコン基板、10
Ａはシリコン基板１上に形成された酸素濃度分布の異な
る酸素添加窒化チタン膜である。図３は図２内の酸素添
加窒化チタン膜10Ａの成膜時の混合ガス流量の変化を示
す説明図であり、酸素(０2)の流量が、スパッタリング初
期及び後期よりも中期において大きく設定されている。
これにより、酸素添加窒化チタン膜10Ａの酸素濃度は表
面より内部で高くなる。
の側断面図であり、１は前述と同様のシリコン基板、10
Ａはシリコン基板１上に形成された酸素濃度分布の異な
る酸素添加窒化チタン膜である。図３は図２内の酸素添
加窒化チタン膜10Ａの成膜時の混合ガス流量の変化を示
す説明図であり、酸素(０2)の流量が、スパッタリング初
期及び後期よりも中期において大きく設定されている。
これにより、酸素添加窒化チタン膜10Ａの酸素濃度は表
面より内部で高くなる。
【００２４】次に、図２及び図３を参照しながら、実施
例２の酸素添加窒化チタン膜10Ａの製造方法について説
明する。この場合、アルゴンＡr(100sccm)、窒素Ｎ2(50
sccm)及び酸素Ｏ2(０〜２sccm)を含む混合ガス雰囲気中
で、チタンをスパッタリングのターゲット材として、反
応性スパッタリング法により基板材料上に1000Åの窒化
チタン膜を堆積する。
例２の酸素添加窒化チタン膜10Ａの製造方法について説
明する。この場合、アルゴンＡr(100sccm)、窒素Ｎ2(50
sccm)及び酸素Ｏ2(０〜２sccm)を含む混合ガス雰囲気中
で、チタンをスパッタリングのターゲット材として、反
応性スパッタリング法により基板材料上に1000Åの窒化
チタン膜を堆積する。
【００２５】このとき、スパッタリングガスとなる混合
ガス中の酸素流量を図３のように時間変化させることに
より、窒化チタン膜は、深さ方向に酸素濃度分布の異な
る酸素添加窒化チタン膜10Ａとなる。即ち、酸素添加窒
化チタン膜10Ａの内部では所要量の酸素濃度を有し且つ
表面側では内部よりも酸素濃度が低くなるように、酸素
の流量をスパッタリング初期及び後期では低く(例え
ば、０sccmから立ちあげるように)設定し、スパッタリ
ング中期においては大きく(例えば、２sccm程度に)設定
する。
ガス中の酸素流量を図３のように時間変化させることに
より、窒化チタン膜は、深さ方向に酸素濃度分布の異な
る酸素添加窒化チタン膜10Ａとなる。即ち、酸素添加窒
化チタン膜10Ａの内部では所要量の酸素濃度を有し且つ
表面側では内部よりも酸素濃度が低くなるように、酸素
の流量をスパッタリング初期及び後期では低く(例え
ば、０sccmから立ちあげるように)設定し、スパッタリ
ング中期においては大きく(例えば、２sccm程度に)設定
する。
【００２６】このように、スパッタリングによる酸素添
加窒化チタン膜10Ａの(成膜)時に、酸素ガスの分圧を時
間制御することにより、酸素添加窒化チタン膜10Ａの酸
素濃度分布は、図３の酸素流量の傾斜と一致した傾斜で
深さ方向に設定される。従って、酸素添加窒化チタン膜
10Ａは酸素濃度に関して実質的に多層構造となり、実施
例１の場合と同等の効果が得られる。
加窒化チタン膜10Ａの(成膜)時に、酸素ガスの分圧を時
間制御することにより、酸素添加窒化チタン膜10Ａの酸
素濃度分布は、図３の酸素流量の傾斜と一致した傾斜で
深さ方向に設定される。従って、酸素添加窒化チタン膜
10Ａは酸素濃度に関して実質的に多層構造となり、実施
例１の場合と同等の効果が得られる。
【００２７】実施例３．尚、上記実施例２では、窒化チ
タン膜の形成時に酸素流量を変化させて最終的な酸素添
加窒化チタン膜10Ａの酸素濃度分布を変化させたが、単
一の窒化チタン膜内にイオン注入法を用いて酸素を分布
させ、酸素添加窒化チタン膜を形成してもよい。
タン膜の形成時に酸素流量を変化させて最終的な酸素添
加窒化チタン膜10Ａの酸素濃度分布を変化させたが、単
一の窒化チタン膜内にイオン注入法を用いて酸素を分布
させ、酸素添加窒化チタン膜を形成してもよい。
【００２８】図４はこの発明の実施例３を説明するため
の側断面図であり、１は前述と同様のシリコン基板、10
Ｂはシリコン基板１上に形成された酸素添加窒化チタン
膜、20は酸素添加窒化チタン膜10Ｂにイオン注入された
酸素イオンである。図５は図４内の酸素添加窒化チタン
膜10Ｂ内の酸素濃度分布を示す説明図であり、酸素濃度
(Arb.unit)が酸素添加窒化チタン膜10Ｂの内部で高くな
っていることを示している。
の側断面図であり、１は前述と同様のシリコン基板、10
Ｂはシリコン基板１上に形成された酸素添加窒化チタン
膜、20は酸素添加窒化チタン膜10Ｂにイオン注入された
酸素イオンである。図５は図４内の酸素添加窒化チタン
膜10Ｂ内の酸素濃度分布を示す説明図であり、酸素濃度
(Arb.unit)が酸素添加窒化チタン膜10Ｂの内部で高くな
っていることを示している。
【００２９】次に、図４及び図５を参照しながら、実施
例３の酸素添加窒化チタン膜10Ｂの製造方法について説
明する。第１のステップ まず、通常のアルゴン及び窒素の混合ガス雰囲気中で、
反応性スパッタリング法を用いてシリコン基板１上に窒
化チタン膜を形成し、約1000Åだけ堆積する。この窒化
チタン膜は、後述する第２のステップで酸素添加窒化チ
タン膜10Ｂとなる。
例３の酸素添加窒化チタン膜10Ｂの製造方法について説
明する。第１のステップ まず、通常のアルゴン及び窒素の混合ガス雰囲気中で、
反応性スパッタリング法を用いてシリコン基板１上に窒
化チタン膜を形成し、約1000Åだけ堆積する。この窒化
チタン膜は、後述する第２のステップで酸素添加窒化チ
タン膜10Ｂとなる。
【００３０】第２のステップ 次に、イオン注入法により、窒化チタン膜中に酸素イオ
ン20を導入し、図５の酸素濃度分布を有する酸素添加窒
化チタン膜10Ｂを形成する。このときのイオン注入条件
は、例えば、酸素イオン20の加速電圧が150ＫeＶ、酸素
イオン20のドーズ量は１×1014〜１×1015cm-2であり、
酸素添加窒化チタン膜10Ｂの内部では所要量の酸素濃度
有し、且つ表面側では内部よりも酸素濃度が低くなるよ
うに、窒化チタン膜に酸素が導入される。しかしなが
ら、上記条件は、第１のステップで形成された窒化チタ
ン膜の厚さや膜質により酸素の注入飛程距離Ｒｐが異な
ること等を考慮して、適宜設定され得る。
ン20を導入し、図５の酸素濃度分布を有する酸素添加窒
化チタン膜10Ｂを形成する。このときのイオン注入条件
は、例えば、酸素イオン20の加速電圧が150ＫeＶ、酸素
イオン20のドーズ量は１×1014〜１×1015cm-2であり、
酸素添加窒化チタン膜10Ｂの内部では所要量の酸素濃度
有し、且つ表面側では内部よりも酸素濃度が低くなるよ
うに、窒化チタン膜に酸素が導入される。しかしなが
ら、上記条件は、第１のステップで形成された窒化チタ
ン膜の厚さや膜質により酸素の注入飛程距離Ｒｐが異な
ること等を考慮して、適宜設定され得る。
【００３１】このように、酸素添加窒化チタン膜10Ｂの
表面から深さ方向に進むほど多くの酸素が分布すること
により、実施例１の場合と同様に、窒化チタン膜及び酸
素添加窒化チタン膜の長所のみを兼ね備えた効果を奏す
る。即ち、バリア層としての性質を損なうことなく、シ
リコン基板１や配線材料との接触抵抗値並びにシート抵
抗値が抑制される。
表面から深さ方向に進むほど多くの酸素が分布すること
により、実施例１の場合と同様に、窒化チタン膜及び酸
素添加窒化チタン膜の長所のみを兼ね備えた効果を奏す
る。即ち、バリア層としての性質を損なうことなく、シ
リコン基板１や配線材料との接触抵抗値並びにシート抵
抗値が抑制される。
【００３２】尚、上記実施例１〜３では、シリコン基板
１の全面に酸素添加窒化チタン膜を堆積させた場合を示
したが、酸素添加窒化チタン膜は、実際のデバイス上の
微少なコンタクト領域において、酸化シリコン等の絶縁
膜で被覆したシリコン基板に対しても接触する。しか
し、いずれの場合にも、上述と同等の効果を奏する。
又、酸素添加窒化チタン膜と接触する配線材料として
は、アルミニウムに限らず、タングステンＷ、モリブデ
ンＭｏ、チタンＴｉ、タンタルＴａ、白金Ｐｔ及び銅Ｃ
ｕ、並びにこれらのケイ化物た窒化物等があげられる
が、いずれに対しても接触抵抗値が低減されることは言
うまでもない。
１の全面に酸素添加窒化チタン膜を堆積させた場合を示
したが、酸素添加窒化チタン膜は、実際のデバイス上の
微少なコンタクト領域において、酸化シリコン等の絶縁
膜で被覆したシリコン基板に対しても接触する。しか
し、いずれの場合にも、上述と同等の効果を奏する。
又、酸素添加窒化チタン膜と接触する配線材料として
は、アルミニウムに限らず、タングステンＷ、モリブデ
ンＭｏ、チタンＴｉ、タンタルＴａ、白金Ｐｔ及び銅Ｃ
ｕ、並びにこれらのケイ化物た窒化物等があげられる
が、いずれに対しても接触抵抗値が低減されることは言
うまでもない。
【００３３】又、実施例１〜３では、窒化チタン膜を形
成する方法として、いずれも反応性スパッタリング法を
用いたが、ＣＶＤ法と呼ばれる気相成長法を用いてもよ
い。この場合、チタン源として４塩化チタン(ＴｉＣ
ｌ4)を用い、窒素源としてアンモニア(ＮＨ3)を用いて、
それぞれの流量を10〜100ＳＬＭ、10〜50ＳＬＭとする
と共に、堆積温度を300℃〜650℃に設定すればよい。更
に、このとき用いられるガスをプラズマ状態にすれば、
反応速度が向上するうえ、200℃以下の低温でも堆積する
ことができる。又、酸素濃度の厚さ方向の傾斜は、酸素
ガス濃度を時間変化させることで容易に設定することが
できる。
成する方法として、いずれも反応性スパッタリング法を
用いたが、ＣＶＤ法と呼ばれる気相成長法を用いてもよ
い。この場合、チタン源として４塩化チタン(ＴｉＣ
ｌ4)を用い、窒素源としてアンモニア(ＮＨ3)を用いて、
それぞれの流量を10〜100ＳＬＭ、10〜50ＳＬＭとする
と共に、堆積温度を300℃〜650℃に設定すればよい。更
に、このとき用いられるガスをプラズマ状態にすれば、
反応速度が向上するうえ、200℃以下の低温でも堆積する
ことができる。又、酸素濃度の厚さ方向の傾斜は、酸素
ガス濃度を時間変化させることで容易に設定することが
できる。
【００３４】
【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、他の材料と接触する表面側の酸素濃度を内部の酸素
濃度よりも低く設定し、配線材料やシリコン基板との接
触面では窒化チタン膜と同等の低い接触抵抗値が得られ
ると共に、内部の酸素添加領域では優れたバリア性が得
られ、多層構造からなる酸素添加窒化チタン膜の全体と
してのシート抵抗値が抑制されるようにしたので、バリ
ア層としての能力を損なうことなく接触抵抗値及びシー
ト抵抗値を低減させ、適用される半導体装置の性能を向
上させた酸素添加窒化チタン膜が得られる効果がある。
ば、他の材料と接触する表面側の酸素濃度を内部の酸素
濃度よりも低く設定し、配線材料やシリコン基板との接
触面では窒化チタン膜と同等の低い接触抵抗値が得られ
ると共に、内部の酸素添加領域では優れたバリア性が得
られ、多層構造からなる酸素添加窒化チタン膜の全体と
してのシート抵抗値が抑制されるようにしたので、バリ
ア層としての能力を損なうことなく接触抵抗値及びシー
ト抵抗値を低減させ、適用される半導体装置の性能を向
上させた酸素添加窒化チタン膜が得られる効果がある。
【００３５】又、この発明の請求項２によれば、基板材
料上に第１の窒化チタン膜を形成するステップと、酸素
を含む混合ガス雰囲気中で第１の窒化チタン上に第２の
窒化チタン膜を形成するステップと、第２の窒化チタン
膜上に第３の窒化チタン膜を形成するステップとを備
え、配線材料やシリコン基板との接触面では窒化チタン
膜と同等の低い接触抵抗値が得られると共に、内部の酸
素添加領域では優れたバリア性が得られ、多層構造から
なる酸素添加窒化チタン膜の全体としてのシート抵抗値
が抑制されるようにしたので、バリア層としての能力を
損なうことなく接触抵抗値及びシート抵抗値を低減さ
せ、適用される半導体装置の性能を向上させた酸素添加
窒化チタン膜の製造方法が得られる効果がある。
料上に第１の窒化チタン膜を形成するステップと、酸素
を含む混合ガス雰囲気中で第１の窒化チタン上に第２の
窒化チタン膜を形成するステップと、第２の窒化チタン
膜上に第３の窒化チタン膜を形成するステップとを備
え、配線材料やシリコン基板との接触面では窒化チタン
膜と同等の低い接触抵抗値が得られると共に、内部の酸
素添加領域では優れたバリア性が得られ、多層構造から
なる酸素添加窒化チタン膜の全体としてのシート抵抗値
が抑制されるようにしたので、バリア層としての能力を
損なうことなく接触抵抗値及びシート抵抗値を低減さ
せ、適用される半導体装置の性能を向上させた酸素添加
窒化チタン膜の製造方法が得られる効果がある。
【００３６】又、この発明の請求項３によれば、酸素を
含む混合ガス雰囲気中で基板材料上に窒化チタン膜を形
成し、窒化チタン膜の内部では所要量の酸素濃度を有し
且つ表面側では内部よりも酸素濃度が低くなるように、
酸素の流量を成膜初期及び成膜後期よりも成膜中期にお
いて大きく設定し、配線材料やシリコン基板との接触面
では窒化チタン膜と同等の低い接触抵抗値が得られると
共に、内部の酸素添加領域では優れたバリア性が得ら
れ、多層構造からなる酸素添加窒化チタン膜の全体とし
てのシート抵抗値が抑制されるようにしたので、バリア
層としての能力を損なうことなく接触抵抗値及びシート
抵抗値を低減させ、適用される半導体装置の性能を向上
させた酸素添加窒化チタン膜の製造方法が得られる効果
がある。
含む混合ガス雰囲気中で基板材料上に窒化チタン膜を形
成し、窒化チタン膜の内部では所要量の酸素濃度を有し
且つ表面側では内部よりも酸素濃度が低くなるように、
酸素の流量を成膜初期及び成膜後期よりも成膜中期にお
いて大きく設定し、配線材料やシリコン基板との接触面
では窒化チタン膜と同等の低い接触抵抗値が得られると
共に、内部の酸素添加領域では優れたバリア性が得ら
れ、多層構造からなる酸素添加窒化チタン膜の全体とし
てのシート抵抗値が抑制されるようにしたので、バリア
層としての能力を損なうことなく接触抵抗値及びシート
抵抗値を低減させ、適用される半導体装置の性能を向上
させた酸素添加窒化チタン膜の製造方法が得られる効果
がある。
【００３７】又、この発明の請求項４によれば、基板材
料上に窒化チタン膜を形成するステップと、窒化チタン
膜の内部では所要量の酸素濃度有し且つ表面側では内部
よりも酸素濃度が低くなるように、イオン注入法を用い
て窒化チタン膜に酸素を導入するステップとを備え、配
線材料やシリコン基板との接触面では窒化チタン膜と同
等の低い接触抵抗値が得られると共に、内部の酸素添加
領域では優れたバリア性が得られ、多層構造からなる酸
素添加窒化チタン膜の全体としてのシート抵抗値が抑制
されるようにしたので、バリア層としての能力を損なう
ことなく接触抵抗値及びシート抵抗値を低減させ、適用
される半導体装置の性能を向上させた酸素添加窒化チタ
ン膜の製造方法が得られる効果がある。
料上に窒化チタン膜を形成するステップと、窒化チタン
膜の内部では所要量の酸素濃度有し且つ表面側では内部
よりも酸素濃度が低くなるように、イオン注入法を用い
て窒化チタン膜に酸素を導入するステップとを備え、配
線材料やシリコン基板との接触面では窒化チタン膜と同
等の低い接触抵抗値が得られると共に、内部の酸素添加
領域では優れたバリア性が得られ、多層構造からなる酸
素添加窒化チタン膜の全体としてのシート抵抗値が抑制
されるようにしたので、バリア層としての能力を損なう
ことなく接触抵抗値及びシート抵抗値を低減させ、適用
される半導体装置の性能を向上させた酸素添加窒化チタ
ン膜の製造方法が得られる効果がある。
【図１】この発明の実施例１による酸素添加窒化チタン
膜を示す側断面図である。
膜を示す側断面図である。
【図２】この発明の実施例２による酸素添加窒化チタン
膜を示す側断面図である。
膜を示す側断面図である。
【図３】図２の酸素添加窒化チタン膜の製造方法を示す
説明図である。
説明図である。
【図４】この発明の実施例３による酸素添加窒化チタン
膜及びその製造方法を説明するための側断面図である。
膜及びその製造方法を説明するための側断面図である。
【図５】図４の酸素添加窒化チタン膜の酸素濃度分布を
示す説明図である。
示す説明図である。
１ シリコン基板 １０、１０Ａ、１０Ｂ 酸素添加窒化チタン膜 １１ 第１の窒化チタン膜 １２ 第２の窒化チタン膜 １３ 第３の窒化チタン膜 １０Ａ、１０Ｂ 窒化チタン膜 ２０ 酸素イオン
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体装置内の積層配線のバリア層とし
て用いられる酸素添加窒化チタン膜において、他の材料
と接触する表面側の酸素濃度が内部の酸素濃度よりも低
く設定されたことを特徴とする酸素添加窒化チタン膜。 - 【請求項２】 基板材料上に第１の窒化チタン膜を形成
するステップと、 酸素を含む混合ガス雰囲気中で前記第１の窒化チタン上
に第２の窒化チタン膜を形成するステップと、 前記第２の窒化チタン膜上に第３の窒化チタン膜を形成
するステップと、 を備えた酸素添加窒化チタン膜の製造方法。 - 【請求項３】 酸素を含む混合ガス雰囲気中で基板材料
上に窒化チタン膜を形成するようにした酸素添加窒化チ
タン膜の製造方法であって、 前記窒化チタン膜の内部では所要量の酸素濃度を有し且
つ表面側では前記内部よりも酸素濃度が低くなるよう
に、前記酸素の流量を成膜初期及び成膜後期よりも成膜
中期において大きく設定したことを特徴とする酸素添加
窒化チタン膜の製造方法。 - 【請求項４】 基板材料上に窒化チタン膜を形成するス
テップと、 前記窒化チタン膜の内部では所要量の酸素濃度を有し且
つ表面側では前記内部よりも酸素濃度が低くなるよう
に、イオン注入法を用いて前記窒化チタン膜に酸素を導
入するステップと、 を備えた酸素添加窒化チタン膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5263292A JPH05259108A (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 酸素添加窒化チタン膜及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5263292A JPH05259108A (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 酸素添加窒化チタン膜及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05259108A true JPH05259108A (ja) | 1993-10-08 |
Family
ID=12920203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5263292A Pending JPH05259108A (ja) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | 酸素添加窒化チタン膜及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05259108A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001156024A (ja) * | 1999-09-13 | 2001-06-08 | Tokyo Electron Ltd | ＴｉＮ系薄膜およびその成膜方法、成膜装置、ＴｉＮ系薄膜を含む膜構造体およびその製造方法、ならびに半導体装置 |
| JP2007083493A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Fujifilm Corp | ガスバリアフィルムおよびこれを用いた有機デバイス |
| US10147782B2 (en) | 2016-07-18 | 2018-12-04 | International Business Machines Corporation | Tapered metal nitride structure |
| JP2021005784A (ja) * | 2019-06-26 | 2021-01-14 | セイコーエプソン株式会社 | 振動片、電子機器、および移動体 |
-
1992
- 1992-03-11 JP JP5263292A patent/JPH05259108A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001156024A (ja) * | 1999-09-13 | 2001-06-08 | Tokyo Electron Ltd | ＴｉＮ系薄膜およびその成膜方法、成膜装置、ＴｉＮ系薄膜を含む膜構造体およびその製造方法、ならびに半導体装置 |
| JP2007083493A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Fujifilm Corp | ガスバリアフィルムおよびこれを用いた有機デバイス |
| US10147782B2 (en) | 2016-07-18 | 2018-12-04 | International Business Machines Corporation | Tapered metal nitride structure |
| US10615250B2 (en) | 2016-07-18 | 2020-04-07 | International Business Machines Corporation | Tapered metal nitride structure |
| JP2021005784A (ja) * | 2019-06-26 | 2021-01-14 | セイコーエプソン株式会社 | 振動片、電子機器、および移動体 |
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