JPH08218169A - Formation of tin film - Google Patents

Formation of tin film

Info

Publication number
JPH08218169A
JPH08218169A JP4255995A JP4255995A JPH08218169A JP H08218169 A JPH08218169 A JP H08218169A JP 4255995 A JP4255995 A JP 4255995A JP 4255995 A JP4255995 A JP 4255995A JP H08218169 A JPH08218169 A JP H08218169A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
film
substrate
tin film
tin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4255995A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2677230B2 (en
Inventor
Yoshio Oshita
祥雄 大下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP4255995A priority Critical patent/JP2677230B2/en
Publication of JPH08218169A publication Critical patent/JPH08218169A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2677230B2 publication Critical patent/JP2677230B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To improve film quality such as barrier property without lowering step coverage property. CONSTITUTION: An organic metal gaseous starting material contg. Ti is fed into a chamber 101 from a storage vessel 108 through a valve 110, a mass flow controller 111, a vaporizer 112 and a shower head 117. NH3 as a gaseous nitrogen base starting material is also fed into the chamber through a valve 116, a mass flow controller 115 and a shower head 117. While halogen base gas such as Cl2 is fed by a small quantity from a gas introducing port 105, a TIN film is grown. Since the halogen base gas restrains the growth velocity, by adding the halogen base gas, step coverage is not deteriorated even when the temp. of the substrate is raised to improve the film quality.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

【0001】本発明は、LSIなどの半導体装置におけ
る接続孔に形成するバリアメタル層の形成方法に関し、
特に、化学的気相成長(CVD)法により、接続孔の底
面および側面をバリアメタル層としてのチタンナイトラ
イド(窒化チタン:TiN)膜で被覆する方法に関する
ものである。
The present invention relates to a method of forming a barrier metal layer formed in a connection hole in a semiconductor device such as an LSI,
In particular, the present invention relates to a method of coating the bottom surface and the side surface of the connection hole with a titanium nitride (titanium nitride: TiN) film as a barrier metal layer by a chemical vapor deposition (CVD) method.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIなどの半導体装置においては、配
線工程における熱処理により接続孔底部において配線材
料であるアルミニウム(Al)等の金属と基板のシリコ
ン(Si)が反応し、接合が破壊される問題が生じる。
この問題を避けるため、Alあるいはタングステン
(W)などの金属と基板のSiとの間に、TiN薄膜を
堆積することが行われている。
2. Description of the Related Art In a semiconductor device such as an LSI, a heat treatment in a wiring process causes a metal such as aluminum (Al), which is a wiring material, to react with silicon (Si) of a substrate at a bottom portion of a connection hole, thereby breaking a bond. Occurs.
In order to avoid this problem, a TiN thin film is deposited between a metal such as Al or tungsten (W) and Si of the substrate.

【0003】これは、TiNが、900度以上の高温で
もSiとは反応せず、さらに燐(P)やボロン(B)な
どのSi中の不純物が拡散することを抑制し、さらに
は、AlがSi中に拡散することを抑制することができ
るためである。
This is because TiN does not react with Si even at a high temperature of 900 ° C. or higher, and further suppresses diffusion of impurities such as phosphorus (P) and boron (B) in Si, and further, Al This is because it is possible to suppress the diffusion of Si into Si.

【0004】従来、チタン(Ti)ターゲットとアルゴ
ン(Ar)+窒素(N2 )混合ガスを用いた反応性スパ
ッタ法により接続部にこのバリア層のTiN薄膜を堆積
してきた。しかしながら、半導体装置の微細化に伴い、
配線接続孔の直径が0.5ミクロン以下に狭くなり、か
つ接続孔の直径に対する孔の深さの比(アスペクト比)
が大きくなった結果、反応性スパッタ法によるTiN膜
の段差被膜性の劣化が問題となってきている。
Conventionally, a TiN thin film of this barrier layer has been deposited at the connection portion by a reactive sputtering method using a titanium (Ti) target and argon (Ar) + nitrogen (N 2 ) mixed gas. However, with the miniaturization of semiconductor devices,
The diameter of the wiring connection hole becomes narrower than 0.5 micron, and the ratio of the depth of the connection hole to the diameter of the connection hole (aspect ratio)
As a result, the deterioration of the step coverage of the TiN film due to the reactive sputtering method has become a problem.

【0005】段差被膜性が劣化すると、TiNは主に孔
上部に堆積し、電極用の微細孔の低部には堆積しないた
め、良好な電極が形成できなくなる。この問題を回避す
ることを目的として、スパッタ粒子の方向性を制御した
コリメートスパッタ法が開発されているが、半導体装置
がより微細化された場合には、従来のスパッタ法と同様
に、段差被膜性が劣化する可能性がある。
When the step coating property is deteriorated, TiN is mainly deposited on the upper part of the hole and is not deposited on the lower part of the fine hole for the electrode, so that a good electrode cannot be formed. For the purpose of avoiding this problem, a collimated sputtering method in which the directionality of sputtered particles is controlled has been developed. However, when the semiconductor device is further miniaturized, the stepped film is formed like the conventional sputtering method. May deteriorate.

【0006】この問題を解決するため、化学気相成長
(CVD)法によるTiN薄膜堆積技術が開発されてい
る。これは、気相中および基板表面での化学反応を利用
し、接続孔底部にTiN薄膜を成長させる方法である。
このCVD法は、Tiの原料ガスとして有機金属を用い
る有機金属CVD(MOCVD)法と、塩化物を用いる
クロライド法に大別される。一般には、後者のクロライ
ド法により得られる膜の方が段差被膜性が良いとされ、
例えば、Tiの原料として四塩化チタン(TiCl
4 )、窒素の原料としてアンモニア(NH3 )を使用
し、加熱した基板上での原料ガスの熱分解および還元反
応を利用してTiN薄膜を成長させる。
In order to solve this problem, a TiN thin film deposition technique by the chemical vapor deposition (CVD) method has been developed. This is a method of growing a TiN thin film on the bottom of a contact hole by utilizing a chemical reaction in the vapor phase and on the substrate surface.
This CVD method is roughly classified into an organic metal CVD (MOCVD) method using an organic metal as a Ti source gas and a chloride method using a chloride. Generally, it is said that the film obtained by the latter chloride method has better step coverage,
For example, as a raw material of Ti, titanium tetrachloride (TiCl
4 ) Ammonia (NH 3 ) is used as a nitrogen source, and a TiN thin film is grown by utilizing thermal decomposition and reduction reaction of the source gas on the heated substrate.

【0007】しかしながら、従来のTiCl4 /NH3
ガス系を用いたCVD法によりTiN薄膜を堆積した場
合、膜中に塩素が残留する問題が起こる。特に、微細な
接続孔の底部に良好に堆積可能である条件(ステップカ
バレッジが良好な成膜条件)下でTiNを堆積すると十
%程度の多量の塩素が膜中に残る。一方、膜中の塩素濃
度が少ない条件でTiN膜を堆積させると、ステップカ
バレッジが劣化し、接続孔底部にTiNを良好に堆積す
ることができない。
However, conventional TiCl 4 / NH 3
When a TiN thin film is deposited by a CVD method using a gas system, there arises a problem that chlorine remains in the film. In particular, when TiN is deposited under conditions that allow good deposition on the bottoms of fine connection holes (film forming conditions with good step coverage), a large amount of chlorine of about 10% remains in the film. On the other hand, when the TiN film is deposited under the condition that the chlorine concentration in the film is low, the step coverage deteriorates, and TiN cannot be deposited well on the bottom of the connection hole.

【0008】すなわち、膜中の残留塩素濃度とステップ
カバレッジの良否は相反する関係にあり、残留塩素濃度
が少ないTiN薄膜を微細な接続孔底部に良好に堆積す
ることは困難である。膜中に残留した塩素は、半導体装
置作成後のAl配線の腐食の原因となり、半導体装置の
特性の劣化あるいは信頼性の低下の原因となる。以上の
理由から、原料ガスとして、塩素を含まず、膜中に塩素
が残留することのない有機金属を用いたMOCVD法に
関する検討が行われている。
That is, the residual chlorine concentration in the film and the quality of the step coverage are in a contradictory relationship, and it is difficult to satisfactorily deposit a TiN thin film having a low residual chlorine concentration on the bottom of a fine connection hole. The chlorine remaining in the film causes corrosion of the Al wiring after the semiconductor device is manufactured, which causes deterioration of the characteristics of the semiconductor device or deterioration of reliability. For the above reasons, studies have been conducted on the MOCVD method using, as a source gas, an organic metal that does not contain chlorine and does not leave chlorine in the film.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、MOCVD法
はいわゆる熱分解法であり、半導体装置における微細な
接続孔底部に良好にTiN膜を成長させるには、成長温
度を低下させるなどして、気相中での原料ガスの熱分解
を抑制し、成膜種の表面での反応性を低下させる必要が
ある。これは、原料ガスの気相中での分解により生成し
た成膜種は一般的に反応性が高く、成膜種の表面への付
着係数が大きいため、また基板温度が高い場合、未分解
の原料ガス自体の基板表面での反応確率が高くなるた
め、接続孔の入り口付近にのみTiNが堆積するように
なるからである。
However, the MOCVD method is a so-called thermal decomposition method, and in order to properly grow a TiN film on the bottom of a fine connection hole in a semiconductor device, the growth temperature should be lowered and the like. It is necessary to suppress the thermal decomposition of the source gas in the phase and reduce the reactivity of the film-forming species on the surface. This is because the film-forming species generated by the decomposition of the source gas in the gas phase are generally highly reactive and have a large sticking coefficient of the film-forming species to the surface. This is because the reaction probability of the source gas itself on the surface of the substrate increases, so that TiN is deposited only near the entrance of the connection hole.

【0010】アスペクト比の高い接続孔に堆積したTi
N膜が良好な表面被覆形状を有していない場合、配線形
成後に配線材料であるAlと基板や下層配線との電気的
な接続特性の劣化や断線が生じ、半導体装置の特性の劣
化あるいは装置の不稼働などの問題を引き起こす。一
方、良好な表面被覆性を得るために成長温度を低下させ
ると、成膜したTiN膜の膜質が劣化する。この場合、
被覆形状が良好であっても、コンタクト抵抗の上昇や、
バリア性劣化に伴う配線材料であるアルミニウムの半導
体基板への拡散によるデバイス特性の劣化等の原因とな
る。このため、良好な接続孔内表面被覆性を実現しなが
ら、膜質のよいTiN膜を形成することが、将来のより
微細な半導体装置を作製できるようにするために強く求
められている。
Ti deposited in high aspect ratio contact holes
When the N film does not have a good surface coating shape, the electrical connection characteristics between the wiring material Al and the substrate or the lower layer wiring are deteriorated or broken after the wiring is formed, which deteriorates the characteristics of the semiconductor device or the device. Cause problems such as non-operation of. On the other hand, if the growth temperature is lowered to obtain good surface coverage, the quality of the formed TiN film deteriorates. in this case,
Even if the coating shape is good, contact resistance rises,
This causes deterioration of the device characteristics due to diffusion of aluminum, which is a wiring material, into the semiconductor substrate due to the deterioration of the barrier property. Therefore, it is strongly required to form a TiN film having a good film quality while realizing a good surface coverage in the contact hole so that a finer semiconductor device in the future can be manufactured.

【0011】従って、本発明の目的は、良好な接続孔表
面被覆性を有するTiN薄層を、バリア性が高く、かつ
低抵抗の膜として形成できるバリアメタル層の形成方法
を提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for forming a barrier metal layer capable of forming a TiN thin layer having good contact hole surface coverage as a film having high barrier properties and low resistance. .

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、TiおよびNを構成元素として含
む有機金属ガス、または、Ti構成元素として含む有機
金属ガスおよびNを含む原料ガスを使用して化学気相成
長法によりTiN膜を成長させる方法において、有機金
属ガスの供給と同時に少量のハロゲン系ガスを供給して
TiNを堆積することを特徴とするTiN膜の形成方
法、が提供される。
To achieve the above object, according to the present invention, an organometallic gas containing Ti and N as constituent elements, or a source gas containing an organometallic gas containing Ti as constituent elements and N. In a method of growing a TiN film by chemical vapor deposition using the above method, a TiN film is formed by supplying a small amount of halogen-based gas at the same time as the supply of an organometallic gas. Provided.

【0013】[0013]

【作用】前述のごとく、Ti原料として有機金属を用い
るMOCVD法により堆積するTiN膜では、良好な表
面被覆性と良好な膜質を両立させることが困難である。
これは、表面での成膜種の反応性(付着確率)の低下と
膜質の向上を、基板温度の変化のみでは制御できないこ
とに起因している。
As described above, it is difficult for a TiN film deposited by MOCVD using an organic metal as a Ti raw material to have both good surface coverage and good film quality.
This is because the decrease in the reactivity (adhesion probability) of the film-forming species on the surface and the improvement in the film quality cannot be controlled only by the change in the substrate temperature.

【0014】上記問題を解決するため、本発明において
は、原料ガスと同時にCl2 などのハロゲン系ガスを供
給する。供給されたCl2 等は、成長層の表面でTi−
Cl等の結合を形成し、成長中に表面に存在する結合に
寄与していないTiの軌道を終端する。その結果、表面
での反応性が低下し、表面に飛来した原料ガスの吸着が
阻害される。そのため、従来と比較し高い基板温度にお
いても、成膜種の表面への付着係数を実効的に小さくす
ることが可能となる。この結果、膜質と付着係数を独立
に制御することが可能となり、先の問題が解決される。
In order to solve the above problems, in the present invention, a halogen-based gas such as Cl 2 is supplied at the same time as the source gas. The supplied Cl 2 or the like is Ti-- on the surface of the growth layer.
It forms a bond such as Cl and terminates the orbital of Ti that does not contribute to the bond existing on the surface during growth. As a result, the reactivity on the surface is lowered, and the adsorption of the source gas flying to the surface is hindered. Therefore, it becomes possible to effectively reduce the adhesion coefficient of the film-forming species to the surface even at a substrate temperature higher than the conventional one. As a result, it becomes possible to control the film quality and the adhesion coefficient independently, and the above problem is solved.

【0015】本発明による方法では、表面でのみ塩素が
作用するようにすることが重要である。少量の塩素で十
分な効果が得られるようにするためである。これによ
り、ハロゲンガスの添加は行っているが、配線腐食の原
因となる多量のハロゲンの膜中への残留は回避される。
In the process according to the invention, it is important that chlorine acts only on the surface. This is so that a small amount of chlorine can provide a sufficient effect. As a result, although the halogen gas is added, a large amount of halogen that causes wiring corrosion is prevented from remaining in the film.

【0016】[0016]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 [第1の実施例]図1は、本発明の実施例を行うための
TiN成膜装置の構成を示す模式図である。図1に示す
ように、成長を行うチャンバ101内において、基板1
02は基板保持部103に保持されており、基板加熱機
構104により加熱される。Cl2などのハロゲン系ガ
スは、バルブ107を介して供給され、マスフローコン
トローラ106により流量をコントロールされた後、ガ
ス導入口105より基板102上に供給される。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a TiN film forming apparatus for carrying out an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the substrate 1 is placed in a growth chamber 101.
02 is held by the substrate holding unit 103, and is heated by the substrate heating mechanism 104. A halogen-based gas such as Cl 2 is supplied through the valve 107, the flow rate is controlled by the mass flow controller 106, and then is supplied onto the substrate 102 through the gas introduction port 105.

【0017】有機金属原料は、有機金属保管容器108
内に保管され、この容器は、保管容器加熱機構109に
より加熱される。有機金属原料は、バルブ110および
マスフローコントローラ111を介して気化器112に
導入される。N2 などのキャリアガスもバルブ114、
マスフローコントローラ113を介して気化器112に
供給される。NH3 などの窒素系原料ガスは、バルブ1
16、マスフローコントローラ115およびシャワーヘ
ッド117を介してチャンバ101内に供給される。気
化器112において気化された有機金属ガスもシャワー
ヘッド117を介してチャンバ101内に供給される。
チャンバ101内の圧力は圧力調整バルブ118と不要
ガスを排気する真空ポンプ119とによってコントロー
ルされる。
The organic metal raw material is the organic metal storage container 108.
Stored inside, this container is heated by the storage container heating mechanism 109. The organometallic raw material is introduced into the vaporizer 112 via the valve 110 and the mass flow controller 111. A carrier gas such as N 2 is also used for the valve 114,
It is supplied to the vaporizer 112 via the mass flow controller 113. For nitrogen-based source gases such as NH 3 , use valve 1
16, and is supplied into the chamber 101 via the mass flow controller 115 and the shower head 117. The organometallic gas vaporized in the vaporizer 112 is also supplied into the chamber 101 via the shower head 117.
The pressure inside the chamber 101 is controlled by a pressure control valve 118 and a vacuum pump 119 that exhausts unnecessary gas.

【0018】Tiを供給する有機金属原料は蒸気圧が低
いため、室温では液体状である原料が多い。そこで、本
実施例においては、N2 をキャリアガスとして用いる気
化器112を使用し、さらに、装置内部あるいはガス供
給系における原料ガスの液化を防止するため、チャンバ
101ならびに排気系をヒータにより加熱した。本実施
例においては、TiNの原料ガスとしてテトラジエチル
アミノチタン(Ti(N(C2524 :TDEA
T)のみを原料ガスとして使用し、N2 等の窒素系原料
ガスの供給は行わなかった。また、ハロゲン系ガスとし
てHClを使用した。
Since the organometallic raw material for supplying Ti has a low vapor pressure, most of the raw material is liquid at room temperature. Therefore, in this embodiment, the vaporizer 112 using N 2 as a carrier gas is used, and further, the chamber 101 and the exhaust system are heated by a heater in order to prevent liquefaction of the raw material gas inside the apparatus or in the gas supply system. . In this embodiment, tetradiethylaminotitanium (Ti (N (C 2 H 5 ) 2 ) 4 : TDEA is used as the TiN source gas.
Only T) was used as a source gas, and a nitrogen-based source gas such as N 2 was not supplied. Further, HCl was used as the halogen-based gas.

【0019】図2は、使用した基板の断面図である。シ
リコン基板201上に、CVD法により約1μmの厚さ
のシリコン酸化膜202を堆積した。その上にフォトレ
ジストを塗布し、通常のマスク露光、ドライエッチング
により、幅0.25μm、長さ1μmのトレンチ203
を形成した。その後、酸素ガスを用いたアッシングによ
り、残ったレジストを除去した。
FIG. 2 is a sectional view of the substrate used. A silicon oxide film 202 having a thickness of about 1 μm was deposited on the silicon substrate 201 by the CVD method. A photoresist is applied thereon, and a trench 203 having a width of 0.25 μm and a length of 1 μm is formed by ordinary mask exposure and dry etching.
Was formed. Then, the remaining resist was removed by ashing using oxygen gas.

【0020】基板102を基板保持部103上に保持
し、チャンバ101内部を真空ポンプ119で排気した
後、基板加熱機構104により基板温度350℃に加熱
した。基板温度が安定した後、有機原料容器108を加
熱機構109により加熱し、有機原料TDEATをマス
フローコントローラ111、および気化器112を用い
て、シャワーヘッド116より基板表面に供給した。本
実施例では、マスフローコントローラ111、113お
よび気化器112の条件を、TDEATのキャリアガス
であるN2 の流量を200sccm、それにより運ばれ
るTDEATの量が、0.1g/minとなるように設
定した。
The substrate 102 was held on the substrate holder 103, the inside of the chamber 101 was evacuated by the vacuum pump 119, and then the substrate temperature was raised to 350 ° C. by the substrate heating mechanism 104. After the substrate temperature became stable, the organic material container 108 was heated by the heating mechanism 109, and the organic material TDEAT was supplied to the substrate surface from the shower head 116 using the mass flow controller 111 and the vaporizer 112. In the present embodiment, the conditions of the mass flow controllers 111 and 113 and the vaporizer 112 are set so that the flow rate of N 2 which is a carrier gas of TDEAT is 200 sccm and the amount of TDEAT carried thereby is 0.1 g / min. did.

【0021】一方の、HClの流量はマスフローコント
ローラ106により5sccmとし、ガス導入口105
からチャンバ101内部に供給した。真空ポンプ119
と圧力調整バルブ118により、チャンバ内部の圧力を
10Paに維持した。
On the other hand, the flow rate of HCl is set to 5 sccm by the mass flow controller 106, and the gas introduction port 105
From inside the chamber 101. Vacuum pump 119
The pressure inside the chamber was maintained at 10 Pa by the pressure control valve 118.

【0022】他の成長条件は同一でHClを添加しない
場合、表面被覆形状から求めたステップカバレッジは、
約0.6であった。これに対し、HClを添加した場合
には、ステップカバレッジは0.8に向上した。ここ
で、ステップカバレッジは、表面におけるTiN膜厚に
対する、トレンチ底部での膜厚の比として定義する。た
だし、成長速度は、HClの添加により約80%に低下
した。ステップカバレッジの向上と、成長速度の低下の
程度は、HClの流量に依存し、かつHClの流量に対
し同じ傾向を示した。このことから、要求される成長速
度とステップカバレッジに応じて、HClの流量が適宜
選択される。
When the other growth conditions are the same and HCl is not added, the step coverage obtained from the surface coating shape is
It was about 0.6. On the other hand, when HCl was added, the step coverage was improved to 0.8. Here, step coverage is defined as the ratio of the film thickness at the bottom of the trench to the TiN film thickness on the surface. However, the growth rate was reduced to about 80% by the addition of HCl. The extent of the step coverage improvement and the growth rate decrease depended on the HCl flow rate and showed the same tendency with respect to the HCl flow rate. From this, the flow rate of HCl is appropriately selected according to the required growth rate and step coverage.

【0023】膜中の残留塩素濃度をSIMS( Seconda
ry Ion Mass Spectrometer:2次イオン質量分析器)に
より定量的に分析したが1017cm-3未満と少量であ
り、残留塩素が配線腐食の原因とはならなかった。本実
施例においては、成長抑制ガスとしてHClを使用した
が、F2 などの他のハロゲン系ガスでも同様な効果が得
られる。要は、成長中のTiN表面に存在する結合に関
与していないTiの軌道をハロゲン原子により終端させ
ることができればよいのである。
The residual chlorine concentration in the film is measured by SIMS (Seconda
ry Ion Mass Spectrometer (secondary ion mass spectrometer) quantitatively analyzed, but the amount was less than 10 17 cm −3, which was a small amount, and residual chlorine did not cause wiring corrosion. Although HCl is used as the growth suppressing gas in this embodiment, the same effect can be obtained by using other halogen-based gas such as F 2 . The point is that the orbital of Ti which is not involved in the bond existing on the growing TiN surface can be terminated by the halogen atom.

【0024】[第2の実施例]本実施例においては、T
iNの原料ガスとしてテトラジメチルアミノチタン(T
i(N(CH324 :TDMAT)およびNH3
スを用いた。ハロゲン系ガスとしては、Cl2 を使用し
た。使用した装置ならびに用いた基板構造は、実施例1
において示した図1ならびに図2に示したものと同様で
ある。本実施例においては、Tiの原料に加え、窒素の
原料としてNH3 を供給した。
[Second Embodiment] In the present embodiment, T
Tetradimethylamino titanium (T
i (N (CH 3) 2 ) 4: TDMAT) and using NH 3 gas. Cl 2 was used as the halogen-based gas. The apparatus used and the substrate structure used are those in Example 1.
It is similar to that shown in FIGS. 1 and 2 shown in FIG. In this example, NH 3 was supplied as a nitrogen source in addition to the Ti source.

【0025】基板102を基板保持部103にセット
し、真空ポンプ119によりチャンバ101内部を排気
した。その後、基板加熱機構104により基板を450
℃に加熱した。基板温度が安定した後、マスフローコン
トローラ115によりNH3 を供給し、その時のチャン
バ101内部の圧力を圧力調整バルブ118ならびに真
空ポンプ119を使用して、成長圧力である300Pa
に維持した。その後、TDMATをマスフローコントロ
ーラ111より供給した。本実施例においては、有機金
属保管容器108を保管容器加熱機構109により加熱
してTDMATを供給し、気化器112を使用しなかっ
た。
The substrate 102 was set on the substrate holder 103, and the inside of the chamber 101 was evacuated by the vacuum pump 119. After that, the substrate is heated to 450 by the substrate heating mechanism 104.
Heated to ° C. After the substrate temperature is stabilized, NH 3 is supplied by the mass flow controller 115, and the pressure inside the chamber 101 at that time is adjusted to 300 Pa which is a growth pressure by using the pressure adjusting valve 118 and the vacuum pump 119.
Maintained at. Then, TDMAT was supplied from the mass flow controller 111. In this example, the organometallic storage container 108 was heated by the storage container heating mechanism 109 to supply TDMAT, and the vaporizer 112 was not used.

【0026】ただし、配管および装置内部での有機原料
の液化を防ぐため、第1の実施例の場合と同様に、チャ
ンバおよび排気系についてはヒータによる加熱は行っ
た。それぞれのガス流量は、TDMAT流量20scc
m、NH3 流量300sccm、Cl2 流量5sccm
とした。
However, in order to prevent the liquefaction of the organic raw material inside the piping and the inside of the apparatus, the chamber and the exhaust system were heated by the heater as in the case of the first embodiment. Each gas flow rate is TDMAT flow rate 20 scc
m, NH 3 flow rate 300 sccm, Cl 2 flow rate 5 sccm
And

【0027】第1の実施例の場合と同様に、Cl2 ガス
を添加することにより、約30%程度ステップカバレッ
ジを向上させることができた。しかし、成長速度はCl
2 ガス添加により約20%低下した。ただし、NH3
供給することにより、膜質の向上、具体的にはバリア性
の向上ならびに成膜後のTiN膜の品質の安定化が実現
された。
As in the case of the first embodiment, the step coverage could be improved by about 30% by adding Cl 2 gas. However, the growth rate is Cl
It was reduced by about 20% by adding 2 gases. However, by supplying NH 3 , the improvement of the film quality, specifically the improvement of the barrier property and the stabilization of the quality of the TiN film after the film formation were realized.

【0028】以上の効果は、Tiの原料ガスである有機
金属の種類や窒素の原料ガスの種類によらず、成長表面
のTiの結合に寄与していない軌道を塩素などのハロゲ
ン原子・分子により終端することにより得られるもので
ある。ただし、終端された表面は、反応性が低下し、成
長速度の低下の原因となる。したがって、要求されるス
テップカバレッジ、膜の品質、成長速度に応じて、ハロ
ゲン系ガスの種類と流量を適宜決定することが必要とな
る。
The above-mentioned effect is obtained by using halogen atoms or molecules such as chlorine for the orbits which do not contribute to the bonding of Ti on the growth surface, regardless of the type of the organic metal which is the source gas of Ti and the type of the source gas of nitrogen. It is obtained by terminating. However, the terminated surface has a decreased reactivity, which causes a decrease in the growth rate. Therefore, it is necessary to appropriately determine the type and flow rate of the halogen-based gas according to the required step coverage, film quality, and growth rate.

【0029】原料ガスはその種類に応じて表面での反応
性が異なる。そこで、許容される成長速度の低下程度と
要求されるステップカバレッジの程度に応じて、ガスの
種類やそれぞれのガス流量が決定される。
The raw material gas has different reactivity on the surface depending on its type. Therefore, the type of gas and the flow rate of each gas are determined in accordance with the degree of permissible decrease in the growth rate and the required degree of step coverage.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるTi
N膜の形成方法は、Tiを含む有機金属原料ガスとする
MOCVD法を用いて、原料ガス系に加えてCl2 など
のハロゲン系ガスを供給するものであるので、基板温度
を上昇させても成長速度が低く抑えられ、主に表面での
反応速度で成長を律することが可能になる。したがっ
て、本発明によれば、接続孔でのステップカバレッジ性
に優れかつバリア性などの膜質に優れたTiN薄膜を形
成することが可能になる。
As described above, Ti according to the present invention
The method of forming the N film is to use a MOCVD method using an organic metal source gas containing Ti and supply a halogen-based gas such as Cl 2 in addition to the source gas system, so that even if the substrate temperature is raised. The growth rate is suppressed low, and it becomes possible to control the growth mainly by the reaction rate on the surface. Therefore, according to the present invention, it is possible to form a TiN thin film having excellent step coverage in the connection hole and excellent film quality such as barrier property.

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

【図1】本発明の実施例において用いられる有機金属気
相成長装置の概略の構成を示す模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a metal-organic vapor phase epitaxy apparatus used in Examples of the present invention.

【図2】本発明の実施例を説明するための基板の断面
図。
FIG. 2 is a sectional view of a substrate for explaining an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 チャンバ 102 基板 103 基板保持部 104 基板加熱機構 105 ガス導入口 106、111、113、115 マスフローコントロ
ーラ 107、110、114、116 バルブ 108 有機金属保管容器 109 保管容器加熱機構 112 気化器 117 シャワーヘッド 118 圧力調整バルブ 119 真空ポンプ 201 シリコン基板 202 シリコン酸化膜 203 トレンチ
101 Chamber 102 Substrate 103 Substrate Holding Unit 104 Substrate Heating Mechanism 105 Gas Inlet 106, 111, 113, 115 Mass Flow Controller 107, 110, 114, 116 Valve 108 Organic Metal Storage Container 109 Storage Container Heating Mechanism 112 Vaporizer 117 Showerhead 118 Pressure adjusting valve 119 Vacuum pump 201 Silicon substrate 202 Silicon oxide film 203 Trench

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 TiおよびNを構成元素として含む有機
金属ガス、または、Tiを構成元素として含む有機金属
ガスおよびNを含む原料ガスを使用して化学気相成長法
によりTiN膜を成長させる方法において、有機金属ガ
スの供給と同時に少量のハロゲン系ガスを供給してTi
Nを堆積することを特徴とするTiN膜の形成方法。
1. A method of growing a TiN film by a chemical vapor deposition method using an organometallic gas containing Ti and N as constituent elements or an organometallic gas containing Ti as constituent elements and a source gas containing N. At the same time as the organometallic gas supply, a small amount of halogen-based gas
A method for forming a TiN film, which comprises depositing N.
【請求項2】 前記TiおよびNを構成元素として含む
有機金属ガス、または、前記Tiを構成元素として含む
有機金属ガスが、Ti(N(CH324、Ti(N
(C2524 、Ti(C252 (N32
Ti(C252 (N(CH322 ガスの中の一
つあるいは複数種の混合ガスであることを特徴とする請
求項1記載のTiN膜の形成方法。
2. The organometallic gas containing Ti and N as constituent elements or the organometallic gas containing Ti as constituent elements is Ti (N (CH 3 ) 2 ) 4 , Ti (N
(C 2 H 5 ) 2 ) 4 , Ti (C 2 H 5 ) 2 (N 3 ) 2 ,
The method for forming a TiN film according to claim 1, wherein the TiN film is a mixed gas of one or more kinds of Ti (C 2 H 5 ) 2 (N (CH 3 ) 2 ) 2 gas.
【請求項3】 前記Nを含む原料ガスが、N2 、NH
3 、N24 ガスの中の一つあるいは複数種の混合ガス
であることを特徴とする請求項1記載のTiN膜の形成
方法。
3. The source gas containing N is N 2 , NH
3. The method for forming a TiN film according to claim 1, wherein the mixed gas of one or a plurality of N 3 and N 2 H 4 gases is used.
【請求項4】 前記ハロゲン系ガスがCl2 、HCl、
2 、HFガスの中の一つあるいは複数種の混合ガスで
あることを特徴とする請求項1記載のTiN膜の形成方
法。
4. The halogen-based gas is Cl 2 , HCl,
The method for forming a TiN film according to claim 1, wherein the TiN film is a mixed gas of one or more kinds of F 2 and HF gas.
JP4255995A 1995-02-08 1995-02-08 Method for forming TiN film Expired - Lifetime JP2677230B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4255995A JP2677230B2 (en) 1995-02-08 1995-02-08 Method for forming TiN film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4255995A JP2677230B2 (en) 1995-02-08 1995-02-08 Method for forming TiN film

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08218169A true JPH08218169A (en) 1996-08-27
JP2677230B2 JP2677230B2 (en) 1997-11-17

Family

ID=12639410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4255995A Expired - Lifetime JP2677230B2 (en) 1995-02-08 1995-02-08 Method for forming TiN film

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2677230B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2677230B2 (en) 1997-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5817576A (en) Utilization of SiH4 soak and purge in deposition processes
USRE35785E (en) Low-pressure chemical vapor deposition process for depositing high-density highly-conformal, titanium nitride films of low bulk resistivity
EP0599991B1 (en) Process for forming low resistivity titanium nitride films
US5252518A (en) Method for forming a mixed phase TiN/TiSi film for semiconductor manufacture using metal organometallic precursors and organic silane
EP1192292B1 (en) Plasma treatment of thermal cvd tan films from tantalum halide precursors
US6340637B2 (en) Chemical vapor deposition of titanium from titanium tetrachloride and hydrocarbon reactants
JP4393071B2 (en) Deposition method
JPS6345373A (en) Adhesion of tungsten silicide high in silicon content
JPH10144628A (en) Improved deposition method of thin film
US6812146B2 (en) Chemical vapor deposition process for depositing titanium nitride films from an organo-metallic compound
US6165555A (en) Method for forming copper film using chemical vapor deposition
US20050069641A1 (en) Method for depositing metal layers using sequential flow deposition
KR100195681B1 (en) Method to deposit tin
US5741547A (en) Method for depositing a film of titanium nitride
KR100474565B1 (en) Method and apparatus for supplying a source gas
JPH06283453A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2000058484A (en) Plasma cvd system and method for forming thin film by plasma cvd
EP0808915A2 (en) Chemical vapor deposition and sputtering method and apparatus
JP2677230B2 (en) Method for forming TiN film
JP2803556B2 (en) Method of forming barrier metal layer
US6071562A (en) Process for depositing titanium nitride films
JPH09306870A (en) Forming barrier film
JP2002343792A (en) Film forming method and device thereof
JPS6376875A (en) Vapor growth method
WO2023114106A1 (en) Large grain tungsten growth in features