JPH0955360A

JPH0955360A - 窒化チタン薄膜の作成方法及び薄膜デバイス

Info

Publication number: JPH0955360A
Application number: JP22732495A
Authority: JP
Inventors: Zuigen Kin; 瑞元金; Hitoshi Jinba; 仁志神馬; Atsushi Sekiguchi; 敦関口
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1997-02-25
Anticipated expiration: 2015-08-11
Also published as: JP3685216B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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するとともに、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ようにする。【解決手段】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
を作成するに際し、有機金属化合物ガスに対する添加ガ
スの流量比を小さい第一の流量比とするか又は低い成膜
温度とする非パシベーション性の第一の成膜条件で最初
に成膜を行い、その後第一の流量比より大きい第二の流
量比に添加ガスを増加させるか又は成膜温度を上昇させ
るパシベーション性の第二の成膜条件で成膜を行う。基
板２０上に作成された薄膜は、アモルファス状のバッフ
ァ層としての第一層５１の上に、結晶化が進んだパシベ
ーション改質層としての第二層５２が積層された構造と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【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 film
s,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
金属化合物ガスを使用して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において、成
膜条件を最初に非パシベーション性の条件とし、最後に
パシベーション性の成膜条件として成膜を行うという構
成を有する。また、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、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、上記請求項２の構成にお
いて、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、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４記載
の発明は、上記請求項２又は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５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５の構成におい
て、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、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７
記載の発明は、上記請求項５又は６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８
記載の発明は、上記請求項１，２，３，４，５，６又は
７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９記載の発明は、上記請求項２，３，４，５，６又は
７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１０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、膜厚
が増加する方向に結晶化の度合いが進んだ膜質構造を有
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（ＴＤＡ
ＡＴ）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^-4Ｔ
ｏｒｒ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３
１３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、ＴＤＥ
ＡＴ：７ｓｃｃｍ，Ｎ₂ ：１５０ｓｃｃｍ，ＮＨ₃ ：０
ｓｃｃｍ，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、Ｔ
ＤＥＡＴ：７ｓｃｃｍ，Ｎ₂ ：１５０ｓｃｃｍ，ＮＨ
₃ ：１５０ｓｃｃｍ，成膜温度：３００℃，圧力：５０
ｍＴｏｒｒ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：７
ｓｃｃｍ，Ｎ₂ ：１５０ｓｃｃｍ，ＮＨ₃ ：１５ｓｃｃ
ｍ，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、２０
０〜２５０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１
００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５
１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ＴＤＥ
ＡＴ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１５０ｓｃ
ｃｍ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Ａ
ｌ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２
００〜５００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の発
明によれば、成膜の終了と同時にパシベーションも完了
しているので、パシベーション工程を別途行うことが不
要になり、この点で生産性の高い窒化チタン薄膜の作成
技術となる。また、請求項２，３，４，５，６，７，８
又は９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１０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

【手続補正書】

【提出日】平成７年１０月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタンを含む有機金属化合物ガスを使用
して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において、成膜条件を最初に非パシ
ベーション性の条件とし、最後にパシベーション性の成
膜条件として成膜を行うことを特徴とする窒化チタン薄
膜の作成方法。
【請求項２】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ことを特徴と
する窒化チタン薄膜の作成方法。
【請求項３】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
とを特徴とする請求項２記載の窒化チタン薄膜の作成方
法。
【請求項４】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成膜時間とが決められている
ことを特徴とする請求項２又は３記載の窒化チタン薄膜
の作成方法。
【請求項５】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
ことを特徴とする窒化チタン薄膜の作成方法。
【請求項６】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
ことを特徴とする請求項５記載の窒化チタン薄膜の作成
方法。
【請求項７】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５又は６記載の窒化チタ
ン薄膜の作成方法。
【請求項８】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１，２，３，４，５，６又は７記載の窒化チタン
薄膜の作成方法。
【請求項９】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２，３，４，５，６又は７記載の
窒化チタン薄膜の作成方法。
【請求項１０】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、膜厚が増加する方向
に結晶化の度合いが進んだ膜質構造を有していることを
特徴とする薄膜デバイス。