JPH10144627A - 導電性拡散障壁層の付着法 - Google Patents
導電性拡散障壁層の付着法Info
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- JPH10144627A JPH10144627A JP9301177A JP30117797A JPH10144627A JP H10144627 A JPH10144627 A JP H10144627A JP 9301177 A JP9301177 A JP 9301177A JP 30117797 A JP30117797 A JP 30117797A JP H10144627 A JPH10144627 A JP H10144627A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 純粋で安定性のある、WNy 、WSix Ny
及びWBx Ny 、並びにWSix1Bx2Ny の絶縁保護性
薄膜の比較的低い温度での製法を提供する。 【解決手段】 プラズマ強化化学蒸着法で、純粋で安定
性のある、WNy 、WSix Ny とWBx Ny 、WSi
x1Bx2Ny の絶縁保護性薄膜を付着させて膜を製造す
る、NH3 を用いない方法であり、窒素源としてアンモ
ニウム塩前駆物質を使用しない。
及びWBx Ny 、並びにWSix1Bx2Ny の絶縁保護性
薄膜の比較的低い温度での製法を提供する。 【解決手段】 プラズマ強化化学蒸着法で、純粋で安定
性のある、WNy 、WSix Ny とWBx Ny 、WSi
x1Bx2Ny の絶縁保護性薄膜を付着させて膜を製造す
る、NH3 を用いない方法であり、窒素源としてアンモ
ニウム塩前駆物質を使用しない。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は集積回路構造体及び
方法、更に詳しくは、障壁層及びその製造に関する。
方法、更に詳しくは、障壁層及びその製造に関する。
【0002】
【従来の技術】タングステンベース窒化物膜(W2 N、
並びにWNy 、WSix Ny 及びWB x Ny を含む関連
化合物)は、最新のメタライゼイションを適用する上
で、特に銅メタライゼイションと共に使用する上で拡散
障壁性が優れていると報告されている。例えば、障壁層
として窒化タングステン薄膜の使用は、ミン(Min )等
の米国特許第5,487,923号明細書に開示されて
いる。この文献は言及することにより本明細書に組み入
れる。典型的には、これらの障壁膜は窒素雰囲気中で
W、WSi、WBx ターゲットの反応性スパッターによ
り物理蒸着法(PVD)を用いて付着する。しかし、ス
パッター法の方向性により、付着膜の段部被覆性(step
coverage,ステップカバレージ)は、高アスペクト比の
コンタクト、バイアス(vias)及びトレンチには極めて
劣る。更に、この方法は欠点として膜の化学量論を変更
することが困難である。
並びにWNy 、WSix Ny 及びWB x Ny を含む関連
化合物)は、最新のメタライゼイションを適用する上
で、特に銅メタライゼイションと共に使用する上で拡散
障壁性が優れていると報告されている。例えば、障壁層
として窒化タングステン薄膜の使用は、ミン(Min )等
の米国特許第5,487,923号明細書に開示されて
いる。この文献は言及することにより本明細書に組み入
れる。典型的には、これらの障壁膜は窒素雰囲気中で
W、WSi、WBx ターゲットの反応性スパッターによ
り物理蒸着法(PVD)を用いて付着する。しかし、ス
パッター法の方向性により、付着膜の段部被覆性(step
coverage,ステップカバレージ)は、高アスペクト比の
コンタクト、バイアス(vias)及びトレンチには極めて
劣る。更に、この方法は欠点として膜の化学量論を変更
することが困難である。
【0003】段部被覆性を改善したタングステンベース
障壁膜の別の既知方法には化学蒸着法(CVD)があ
り、全ての既知無機CVD法はWF6 とNH3 の両方を
含有する混合物を使用する。本発明者は、WF6 とNH
3 との反応は(アンモニウム塩NH4 Fの生成にもとず
き)粒子を生成するという深刻な問題があることを見出
した。
障壁膜の別の既知方法には化学蒸着法(CVD)があ
り、全ての既知無機CVD法はWF6 とNH3 の両方を
含有する混合物を使用する。本発明者は、WF6 とNH
3 との反応は(アンモニウム塩NH4 Fの生成にもとず
き)粒子を生成するという深刻な問題があることを見出
した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、純粋
で安定性のある、WNy ;WSix Ny 及びWB
x Ny ;並びにWSix1Bx2Ny の絶縁保護性(confor
mal )薄膜を比較的低い温度で製造する方法を提供する
ことにある。
で安定性のある、WNy ;WSix Ny 及びWB
x Ny ;並びにWSix1Bx2Ny の絶縁保護性(confor
mal )薄膜を比較的低い温度で製造する方法を提供する
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は窒素源として
好ましくはN2 を用い、アンモニウム塩前駆物を使用し
ないプラズマで強化CVD法を用いて上記の膜を付着さ
せることにより達成できる。これらの膜は拡散障壁層と
して作用する能力があり、これらの拡散障壁層はメタラ
イゼイション法、DRAMワード・ライン、電極−ゲー
トの用途を含む、集積回路製造上の多くの用途で有用で
ある。
好ましくはN2 を用い、アンモニウム塩前駆物を使用し
ないプラズマで強化CVD法を用いて上記の膜を付着さ
せることにより達成できる。これらの膜は拡散障壁層と
して作用する能力があり、これらの拡散障壁層はメタラ
イゼイション法、DRAMワード・ライン、電極−ゲー
トの用途を含む、集積回路製造上の多くの用途で有用で
ある。
【0006】本方法と得られた構造体の長所としては、
スパッター法よりも段部被覆性が良いこと;障壁膜の化
学組成を制御する上で柔軟性があること;粒子の生成が
最小になること;実施が容易なこと(事実、本方法は市
販のCVD反応器で実施できる);銅又はその他の寿命
短縮剤を含むメタライゼイション下で拡散障壁性と安定
性が良いこと;酸化物層と金属層(例えば銅)との両方
への接着性が良いことであり;しかもペルフルオオロ担
体種(例えばWF6 )からの金属付着の際、珪素又は酸
化珪素の表面をエッチングから保護する。
スパッター法よりも段部被覆性が良いこと;障壁膜の化
学組成を制御する上で柔軟性があること;粒子の生成が
最小になること;実施が容易なこと(事実、本方法は市
販のCVD反応器で実施できる);銅又はその他の寿命
短縮剤を含むメタライゼイション下で拡散障壁性と安定
性が良いこと;酸化物層と金属層(例えば銅)との両方
への接着性が良いことであり;しかもペルフルオオロ担
体種(例えばWF6 )からの金属付着の際、珪素又は酸
化珪素の表面をエッチングから保護する。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明を本発明の重要な代表的実
施態様を示す添付図を参照して説明する。添付図は言及
することにより本明細書に組み入れる。
施態様を示す添付図を参照して説明する。添付図は言及
することにより本明細書に組み入れる。
【0008】本発明の数多くの革新的な特徴を特に現在
の好ましい実施態様に基づき説明するが、これらの実施
態様は本明細書の革新的な特徴の多くの有用な用途の幾
つかの実施例を示すに過ぎない。一般に、本発明の明細
書の開示は請求項に記載の各種発明のいずれの範囲を必
ずしも限定するものでなく、更に、幾つかの開示は本発
明の幾つかの特徴についてのもので、その他の特徴につ
いてのものではない。
の好ましい実施態様に基づき説明するが、これらの実施
態様は本明細書の革新的な特徴の多くの有用な用途の幾
つかの実施例を示すに過ぎない。一般に、本発明の明細
書の開示は請求項に記載の各種発明のいずれの範囲を必
ずしも限定するものでなく、更に、幾つかの開示は本発
明の幾つかの特徴についてのもので、その他の特徴につ
いてのものではない。
【0009】一般に、タングステンと窒素を含む薄膜の
付着の際の粒子生成は、アンモニウム塩前駆物質ではな
い窒素源を用いることで低減できる。
付着の際の粒子生成は、アンモニウム塩前駆物質ではな
い窒素源を用いることで低減できる。
【0010】NH3 使用に関連した粒子生成の問題を解
消するため、窒化物障壁膜のN源としてN2 ガスを用い
ることが好ましく、WF6 前駆物質からの副生物である
Fを捕集するためH2 が用いられる。しかし、N2 とH
2 は化学的に不活性であるため、反応温度を下げてメタ
ライゼイションを適用するとき、例えばバイアスレベル
で本方法を利用できるようにするためプラズマ強化を行
うことが好ましい。付着温度が低いと、本方法は低誘電
率有機ベース誘電材料と組合せて使用できる。
消するため、窒化物障壁膜のN源としてN2 ガスを用い
ることが好ましく、WF6 前駆物質からの副生物である
Fを捕集するためH2 が用いられる。しかし、N2 とH
2 は化学的に不活性であるため、反応温度を下げてメタ
ライゼイションを適用するとき、例えばバイアスレベル
で本方法を利用できるようにするためプラズマ強化を行
うことが好ましい。付着温度が低いと、本方法は低誘電
率有機ベース誘電材料と組合せて使用できる。
【0011】WNx 膜製造の代表的工程図の略図を図1
に示す。この方法は給電電極があるプラズマ強化化学蒸
着(PECVD)反応器内で実施するのが好ましい。
に示す。この方法は給電電極があるプラズマ強化化学蒸
着(PECVD)反応器内で実施するのが好ましい。
【0012】まず、ウェーハを典型的温度が250°〜
400℃の範囲の予熱試料ホルダー上に移す。ホルダー
はウェーハを付着温度に加熱する(工程101)。次い
で、必要あればプラズマ処理工程(工程102)を行う
ことができ、膜/基板の界面の化学組成を追加制御す
る。この随意工程(工程102)では典型的プラズマ電
力:200〜500W、典型的圧力範囲:0.1〜5t
orr、典型的流量(N 2 とH2 の両方で):100〜
500sccmでN2 /H2 混合物を用いる。
400℃の範囲の予熱試料ホルダー上に移す。ホルダー
はウェーハを付着温度に加熱する(工程101)。次い
で、必要あればプラズマ処理工程(工程102)を行う
ことができ、膜/基板の界面の化学組成を追加制御す
る。この随意工程(工程102)では典型的プラズマ電
力:200〜500W、典型的圧力範囲:0.1〜5t
orr、典型的流量(N 2 とH2 の両方で):100〜
500sccmでN2 /H2 混合物を用いる。
【0013】次の工程(工程103)ではWNx 薄膜の
付着をPECVDで行う。この付着工程の基本的化学反
応は下記の化学式に基づく。
付着をPECVDで行う。この付着工程の基本的化学反
応は下記の化学式に基づく。
【0014】
【外1】WF6 +H2 +N2 →WNx +HF
【0015】この付着の典型的操作条件は次の通り: WF6 流量:2〜5sccm H2 流量: 50〜500sccm N2 流量: 50〜500sccm 圧力: 0.1〜5torr 電力: 200〜500W 温度: 250〜400℃
【0016】付着工程(工程103)を目的の膜厚要件
に基づき所定の期間実施した後、WF6 流れを停止す
る。プラズマ電力は必要あれば時間を延長して(0〜1
20秒の範囲)印加し続け、一方N2 とH2 はそのまま
流して(工程104)、表面窒素濃度を追加制御する。
若し、熱収支上厳しくない所(例えばコンタクトレベル
又はゲートの用途)で膜を用いるときは、必要ならば急
速熱焼鈍(工程105)を行うことができる。この焼鈍
工程(工程105)は抵抗率を低下させ、膜密度を上昇
させて膜の性質を更に改善する。W/N原子比は、反応
物質の流量比を変更して調整できる。
に基づき所定の期間実施した後、WF6 流れを停止す
る。プラズマ電力は必要あれば時間を延長して(0〜1
20秒の範囲)印加し続け、一方N2 とH2 はそのまま
流して(工程104)、表面窒素濃度を追加制御する。
若し、熱収支上厳しくない所(例えばコンタクトレベル
又はゲートの用途)で膜を用いるときは、必要ならば急
速熱焼鈍(工程105)を行うことができる。この焼鈍
工程(工程105)は抵抗率を低下させ、膜密度を上昇
させて膜の性質を更に改善する。W/N原子比は、反応
物質の流量比を変更して調整できる。
【0017】別の方法ではSiH4 又はB2 H6 を反応
混合物に添加してWSix Ny 又はWBx Ny を製造で
きる。これらの3成分系化合物は非晶質であり、従って
拡散障壁が改善される。従って、粒界での加速拡散の危
険はない。これらの方法は次の反応式のように要約でき
る。
混合物に添加してWSix Ny 又はWBx Ny を製造で
きる。これらの3成分系化合物は非晶質であり、従って
拡散障壁が改善される。従って、粒界での加速拡散の危
険はない。これらの方法は次の反応式のように要約でき
る。
【0018】
【外2】WF6 +H2 +N2 →WNy WF6 +H2 +N2 +SiH4 →WSix Ny WF6 +H2 +N2 +B2 H6 →WBx Ny WF6 +H2 +N2 +SiH4 +B2 H6 →WSix1B
x2Ny
x2Ny
【0019】H2 の流れはWF6 の分解生成物として存
在する弗素を反応室が除去する役目を果す。
在する弗素を反応室が除去する役目を果す。
【0020】膜の組成は化学量論的である必要はない
が、反応物質の相対流量を変更して調整できる。これは
PVD法よりもPECVD法が優れているもう1つの長
所である。SiH4 とB2 H6 を代替するため、他のS
iとB源ガスもそれぞれ使用できる。
が、反応物質の相対流量を変更して調整できる。これは
PVD法よりもPECVD法が優れているもう1つの長
所である。SiH4 とB2 H6 を代替するため、他のS
iとB源ガスもそれぞれ使用できる。
【0021】必要なら、4成分系膜(WSix1B
x2Ny )の製造でも本発明は使用できる。
x2Ny )の製造でも本発明は使用できる。
【0022】代表的実施例:WNY 付着 表1は本明細書に記載の本発明の代表的実施態様を用い
た実際の試験結果を示すもので、これらの試験では、ア
プライド・マテリアルズ社のP−500型反応器を用い
て6インチ/(150cm)ウェーハを加工した。
た実際の試験結果を示すもので、これらの試験では、ア
プライド・マテリアルズ社のP−500型反応器を用い
て6インチ/(150cm)ウェーハを加工した。
【0023】
【表1】
【0024】表2は低RF電力下でかなりの減圧下での
結果を示す。電極間隔も前記の実験よりも大きい点に注
意されたい。本実施態様は表1に示す実施態様よりも段
部被覆性が改善されている。
結果を示す。電極間隔も前記の実験よりも大きい点に注
意されたい。本実施態様は表1に示す実施態様よりも段
部被覆性が改善されている。
【0025】
【表2】
【0026】当業者には明白であるが、これらの特定パ
ラメータは変更可能で、例えば、温度を低下させると段
部被覆性は改善されるが、残留弗素量は増加する傾向に
ある。従って、別の実施態様では、急速熱焼鈍を用いて
この残留沸点を除去する。
ラメータは変更可能で、例えば、温度を低下させると段
部被覆性は改善されるが、残留弗素量は増加する傾向に
ある。従って、別の実施態様では、急速熱焼鈍を用いて
この残留沸点を除去する。
【0027】更に、圧力増加は電力増加と電極間隔の短
縮を招くが、圧力増加は反応速度を加速させるが段部被
覆性を低下させる。段部被覆性は電極間隔が長くなると
改善される。
縮を招くが、圧力増加は反応速度を加速させるが段部被
覆性を低下させる。段部被覆性は電極間隔が長くなると
改善される。
【0028】別の実施態様:NF3 を用いる付着 別の実施態様では、NF3 を窒素源ガスとして使用す
る。この場合、反応は下記の反応式で示される。
る。この場合、反応は下記の反応式で示される。
【0029】
【外3】2NF3 +4WF6 +15H2 →2W2 N+3
0HF
0HF
【0030】NF3 は強力な酸化剤であり、NF3 とH
2 は別々の分岐管を通して反応室に導入し、気相反応を
防止するのが好ましい。しかし、NF3 はアンモニウム
塩前駆物質ではないので、粒子付着は僅かであると考え
られる。
2 は別々の分岐管を通して反応室に導入し、気相反応を
防止するのが好ましい。しかし、NF3 はアンモニウム
塩前駆物質ではないので、粒子付着は僅かであると考え
られる。
【0031】別の実施態様:残光源 別の実施態様ではウェーハのプラズマ放電露出は行わな
い。その代りに、遠隔マイクロ波放電を用いてアンモニ
ア前駆物質でない反応性窒素源と、弗素捕集剤を生成さ
せる。(好ましくは、これらはそれぞれ原子状窒素と原
子状水素である)。
い。その代りに、遠隔マイクロ波放電を用いてアンモニ
ア前駆物質でない反応性窒素源と、弗素捕集剤を生成さ
せる。(好ましくは、これらはそれぞれ原子状窒素と原
子状水素である)。
【0032】代表的実施態様:WSix Ny 付着 表3はWSix Ny 付着の代表的実施例である。好まし
くは、シランを珪素源として用いる。SiH4 の流量は
2〜10sccmの範囲である。
くは、シランを珪素源として用いる。SiH4 の流量は
2〜10sccmの範囲である。
【0033】
【表3】
【0034】下記の表4はWSix Ny を用いた実際の
試験結果を示す。この試験では抵抗率の大きいWSix
Ny が形成されるが、この試験はW/Si比の有用範囲
の設定に役立った。特に、この試験から珪素流量はタン
グステン源流量の2倍未満が好ましいことが判る。
試験結果を示す。この試験では抵抗率の大きいWSix
Ny が形成されるが、この試験はW/Si比の有用範囲
の設定に役立った。特に、この試験から珪素流量はタン
グステン源流量の2倍未満が好ましいことが判る。
【0035】
【表4】
【0036】代表的実施態様:WBx1Six2Ny 付着 もう1つの代表的実施態様では、珪素と硼素添加剤の両
方を使用する。表5は本明細書に記載の本発明の方法で
SiH4 2sccm、B2 H6 2sccmを用いた代表
的実施例を示す。好ましくは、SiH4 とB2 H6 の両
方とも流量は1〜3sccmの範囲にある。
方を使用する。表5は本明細書に記載の本発明の方法で
SiH4 2sccm、B2 H6 2sccmを用いた代表
的実施例を示す。好ましくは、SiH4 とB2 H6 の両
方とも流量は1〜3sccmの範囲にある。
【0037】
【表5】
【0038】代表的実施態様:WBx Ny 付着 表6は本発明の方法でB2 H6 2sccmを用いる代表
的実施例を示す。好ましくはB2 H6 の流量は1〜5s
ccmの範囲である。
的実施例を示す。好ましくはB2 H6 の流量は1〜5s
ccmの範囲である。
【0039】
【表6】
【0040】代表的実施態様:付着後熱処理 図6は熱処理のシート抵抗効果を示す。1組の棒グラフ
は300℃での付着後の焼鈍効果を示し、もう一組は3
60℃での付着後の焼鈍効果を示す。この2組の棒グラ
フは別々に標準化して、両方とも出発シート抵抗を1
(任意単位)とする。実際には、一層高い付着温度の膜
の出発シート抵抗は約45Ω/口であり、一層低い付着
温度の膜の出発シート抵抗はこれよりも極めて高い。焼
鈍は低温付着膜のシート抵抗を劇的に改善するが、高温
付着膜のシート抵抗は僅か約20%しか改善しない。シ
ート抵抗を測定した高温付着膜の膜厚はSEMから40
0Åと推定され、従ってバルク抵抗率は約220μΩ−
cmと推定される。(これはTiNの製法の実社会の典
型的な値よりもほんのわずか劣る)。
は300℃での付着後の焼鈍効果を示し、もう一組は3
60℃での付着後の焼鈍効果を示す。この2組の棒グラ
フは別々に標準化して、両方とも出発シート抵抗を1
(任意単位)とする。実際には、一層高い付着温度の膜
の出発シート抵抗は約45Ω/口であり、一層低い付着
温度の膜の出発シート抵抗はこれよりも極めて高い。焼
鈍は低温付着膜のシート抵抗を劇的に改善するが、高温
付着膜のシート抵抗は僅か約20%しか改善しない。シ
ート抵抗を測定した高温付着膜の膜厚はSEMから40
0Åと推定され、従ってバルク抵抗率は約220μΩ−
cmと推定される。(これはTiNの製法の実社会の典
型的な値よりもほんのわずか劣る)。
【0041】特性上の結果 得られた膜は純度レベルが高い。図2は上記の本方法で
付着させたWNx 膜のX線光電子分光法(XPS)深さ
方向断面データの要約である。このデータは化学組成は
スパッター時間(深さに関連する)の関数であることを
示している。膜全体では検知可能なO、C又はFの不純
物は観察されない。ラザフォード後方散乱分光分析は膜
のW/N原子比が2:1であることを示している。W2
N膜は高度に安定であり、膜シート抵抗の検知可能な変
化はない。
付着させたWNx 膜のX線光電子分光法(XPS)深さ
方向断面データの要約である。このデータは化学組成は
スパッター時間(深さに関連する)の関数であることを
示している。膜全体では検知可能なO、C又はFの不純
物は観察されない。ラザフォード後方散乱分光分析は膜
のW/N原子比が2:1であることを示している。W2
N膜は高度に安定であり、膜シート抵抗の検知可能な変
化はない。
【0042】本明細書に開示の方法を用いて付着させた
膜は図3の顕微鏡写真に示すように段部被覆性が優れて
いる。これはPVD法よりも優れた長所である。
膜は図3の顕微鏡写真に示すように段部被覆性が優れて
いる。これはPVD法よりも優れた長所である。
【0043】本明細書に開示の本発明の方法で形成した
膜は集積回路製造での用途が多い。1例として、図4は
W2 N膜を障壁として用いた銅メタライゼイション構造
体の断面写真(透過型顕微鏡写真TEM)を示す。多層
構造体の集積性は550℃で60分間焼鈍したあとでも
そのままである。Cu/W2 Nの界面での検知し得る反
応は観察されない。これらの結果から本発明の方法は極
めて良好に行われていてメタライゼイション法で障壁層
を形成することが判る。更に、本発明の方法を用いて形
成したW2 N膜はSiO2 とPVDへの接着性が優れて
いる。
膜は集積回路製造での用途が多い。1例として、図4は
W2 N膜を障壁として用いた銅メタライゼイション構造
体の断面写真(透過型顕微鏡写真TEM)を示す。多層
構造体の集積性は550℃で60分間焼鈍したあとでも
そのままである。Cu/W2 Nの界面での検知し得る反
応は観察されない。これらの結果から本発明の方法は極
めて良好に行われていてメタライゼイション法で障壁層
を形成することが判る。更に、本発明の方法を用いて形
成したW2 N膜はSiO2 とPVDへの接着性が優れて
いる。
【0044】開示される革新的実施態様は、タングステ
ンと窒素を含む導電性拡散障壁層製造用付着法におい
て、(a)半導体デバイスのウェーハを付着温度に加熱
する工程と、(b)タングステンと窒素を含む導電性拡
散障壁層を、タングステン源成分と、アンモニウム塩前
駆物質でない窒素源との組合せを含む源泉ガス混合物か
ら上記ウェーハ上に付着させる工程とから成り、これに
より上記拡散障壁層は下部構造体を保護し、上層のメタ
ライゼイションの接着を容易にする、付着法が提供され
る。
ンと窒素を含む導電性拡散障壁層製造用付着法におい
て、(a)半導体デバイスのウェーハを付着温度に加熱
する工程と、(b)タングステンと窒素を含む導電性拡
散障壁層を、タングステン源成分と、アンモニウム塩前
駆物質でない窒素源との組合せを含む源泉ガス混合物か
ら上記ウェーハ上に付着させる工程とから成り、これに
より上記拡散障壁層は下部構造体を保護し、上層のメタ
ライゼイションの接着を容易にする、付着法が提供され
る。
【0045】開示される他の革新的実施態様は、(a)
集積回路構造体の半製品を準備する工程と、(b)プラ
ズマ強化化学蒸着法でタングステン源成分と、アンモニ
ウム塩前駆物質でない窒素源成分との組合せを含む源泉
ガス混合物から上記構造体上に拡散障壁層を付着する工
程と、(c)上記拡散障壁層上に金属層を形成する工程
とを含み、これにより上記拡散障壁層は下部構造体を保
護し、上層のメタライゼイションの接着を容易にする、
メタライゼイション法が提供される。
集積回路構造体の半製品を準備する工程と、(b)プラ
ズマ強化化学蒸着法でタングステン源成分と、アンモニ
ウム塩前駆物質でない窒素源成分との組合せを含む源泉
ガス混合物から上記構造体上に拡散障壁層を付着する工
程と、(c)上記拡散障壁層上に金属層を形成する工程
とを含み、これにより上記拡散障壁層は下部構造体を保
護し、上層のメタライゼイションの接着を容易にする、
メタライゼイション法が提供される。
【0046】開示される他の革新的実施態様は、(a)
半導体材料のトランジスターを含む集積回路構造体の半
製品を準備する工程と、(b)化学蒸着法でWF6 、N
2 、弗素捕集剤を含む源泉ガス混合物から上記構造体上
に拡散障壁層を付着させる工程と、(c)上記拡散障壁
層上に金属層を形成する工程とから成り、これにより上
記拡散障壁層は下部構造体を保護し、上層のメタライゼ
イションの接着を容易にする、メタライゼイション法が
提供される。
半導体材料のトランジスターを含む集積回路構造体の半
製品を準備する工程と、(b)化学蒸着法でWF6 、N
2 、弗素捕集剤を含む源泉ガス混合物から上記構造体上
に拡散障壁層を付着させる工程と、(c)上記拡散障壁
層上に金属層を形成する工程とから成り、これにより上
記拡散障壁層は下部構造体を保護し、上層のメタライゼ
イションの接着を容易にする、メタライゼイション法が
提供される。
【0047】改変と変更 当業者が認識されるように、本明細書に記載の革新的概
念は広範囲の用途にわたり改変と変更が可能であり、従
って本発明の主題の範囲は本発明の特定の実施例の教示
に限定されない。
念は広範囲の用途にわたり改変と変更が可能であり、従
って本発明の主題の範囲は本発明の特定の実施例の教示
に限定されない。
【0048】原則的に別のタングステン源ガスを使用で
きるが、適当な代替候補が多くあるわけではない。一番
魅力的な候補はWCl6 と考えられるが、これは固体源
であるという不便さがある。
きるが、適当な代替候補が多くあるわけではない。一番
魅力的な候補はWCl6 と考えられるが、これは固体源
であるという不便さがある。
【0049】他のメタライゼイションの実施態様では、
上層膜はアルミニウム又は銅の代りに金又はタングステ
ンでもよい。(開示障壁層は銅メタライゼイション、金
メタライゼイション、アルミニウムメタライゼイショ
ン、タングステンメタライゼイションの下での試験は成
功している。これらのいずれの場合でも、本障壁材料は
結果が良いことが判った)。アルミニウムはフォース・
フィルTM(ForceFill TM)法で付着させる必要は必ずし
もなく、CVDでも付着でき、若しくはリフロー(refl
owed)される。または(あまり好ましくはないが)プラ
グ法が使用できる(但し、プラグ法は深いサブミクロン
寸法ではあまり魅力的ではない。しかし、プラグ法で
も、本発明の方法は上層のメタライゼイションと同じく
プラグ接着性と障壁性が改善される。別のメタライゼイ
ションの実施態様では、銅の付着は拡散障壁層を上記に
記載の方法で付着させた後に電気メッキで完成させても
よい。この実施態様では、本発明の膜の拡散障壁性は特
に価値がある。
上層膜はアルミニウム又は銅の代りに金又はタングステ
ンでもよい。(開示障壁層は銅メタライゼイション、金
メタライゼイション、アルミニウムメタライゼイショ
ン、タングステンメタライゼイションの下での試験は成
功している。これらのいずれの場合でも、本障壁材料は
結果が良いことが判った)。アルミニウムはフォース・
フィルTM(ForceFill TM)法で付着させる必要は必ずし
もなく、CVDでも付着でき、若しくはリフロー(refl
owed)される。または(あまり好ましくはないが)プラ
グ法が使用できる(但し、プラグ法は深いサブミクロン
寸法ではあまり魅力的ではない。しかし、プラグ法で
も、本発明の方法は上層のメタライゼイションと同じく
プラグ接着性と障壁性が改善される。別のメタライゼイ
ションの実施態様では、銅の付着は拡散障壁層を上記に
記載の方法で付着させた後に電気メッキで完成させても
よい。この実施態様では、本発明の膜の拡散障壁性は特
に価値がある。
【0050】本明細書に記載した本発明の方法で形成し
た膜はDRAMワード・ラインの用途で有用である。例
えば、このような構造体ではWNx 薄膜は本発明の方法
でポリシリコン層上に付着して金属層、典型的にはタン
グステンを付着するまえに拡散障壁層を形成させること
ができる。従って、本技術によりポリサイド(ポリシリ
コン/シリサイド)層をこれまで使用してきた状況での
ポリ/金属層(例えばポリシリコン/W2 N/W積層)
の使用が容易となる。このようなポリ/金属層は同等の
大きさのポリサイド層よりもシート抵抗は低い。
た膜はDRAMワード・ラインの用途で有用である。例
えば、このような構造体ではWNx 薄膜は本発明の方法
でポリシリコン層上に付着して金属層、典型的にはタン
グステンを付着するまえに拡散障壁層を形成させること
ができる。従って、本技術によりポリサイド(ポリシリ
コン/シリサイド)層をこれまで使用してきた状況での
ポリ/金属層(例えばポリシリコン/W2 N/W積層)
の使用が容易となる。このようなポリ/金属層は同等の
大きさのポリサイド層よりもシート抵抗は低い。
【0051】更に、本発明の方法で形成した拡散障壁膜
はアルミニウムに対する接点障壁として働き、接合スパ
イキング(junction spiking)の防止に有用である。同
様に、本拡散障壁膜は金属層、例えば銅、タングステン
の接着を促進する。
はアルミニウムに対する接点障壁として働き、接合スパ
イキング(junction spiking)の防止に有用である。同
様に、本拡散障壁膜は金属層、例えば銅、タングステン
の接着を促進する。
【0052】本発明の高品質拡散障壁形成法と構造体は
銅メタライゼイションには特に有用である。即ち、銅は
珪素内での寿命短縮剤である(即ち、珪素中の銅原子は
発生/再結合中心を形成し、これはダイオード洩れを増
加させ、電子なだれ発生率を増加させる)。しかし、こ
れは銅だけの問題ではなく、本発明は寿命短縮剤である
他の金属(例えば、金)にも有用である。
銅メタライゼイションには特に有用である。即ち、銅は
珪素内での寿命短縮剤である(即ち、珪素中の銅原子は
発生/再結合中心を形成し、これはダイオード洩れを増
加させ、電子なだれ発生率を増加させる)。しかし、こ
れは銅だけの問題ではなく、本発明は寿命短縮剤である
他の金属(例えば、金)にも有用である。
【0053】プラズマ加工、CVD、メタライゼイショ
ンの一般的背景は下記刊行物に記載されており、これら
刊行物はその改変と実施について当業者の知識を示す一
助となる:コバーン、「プラズマ・エッチングと反応性
イオンエッチング(1982)」;プラズマ加工技術ハ
ンドブック(ロスナーゲル編);プラズマエッチング
(メーノス、フラム編1989);プラズマ加工(ジー
ルマン編(1982);シュミッツ、「VLSI/UL
SI用途でのタングステンとタングステン・シリサイド
のCVD(1992)」;メタライゼイションと金属・
半導体界面(バトラ編(1989);VLSIメタライ
ゼイション:物理と技術(シエナイ編1991);ムラ
ルカ、「VLSIとULS用のメタライゼイションと実
際(1993)」;集積回路用マルチレベル、メタライ
ゼイションハンドブック(ウィルソン等編1993);
ラオ、「マルチレベル・インターコネクト技術(199
3)」;化学蒸着(エム・エル・ヒッチマン編199
3);プラズマ加工に関する電気化学会の半年次学会会
報;(これら全ての刊行物は言及することにより本明細
書に組み入れる。)。
ンの一般的背景は下記刊行物に記載されており、これら
刊行物はその改変と実施について当業者の知識を示す一
助となる:コバーン、「プラズマ・エッチングと反応性
イオンエッチング(1982)」;プラズマ加工技術ハ
ンドブック(ロスナーゲル編);プラズマエッチング
(メーノス、フラム編1989);プラズマ加工(ジー
ルマン編(1982);シュミッツ、「VLSI/UL
SI用途でのタングステンとタングステン・シリサイド
のCVD(1992)」;メタライゼイションと金属・
半導体界面(バトラ編(1989);VLSIメタライ
ゼイション:物理と技術(シエナイ編1991);ムラ
ルカ、「VLSIとULS用のメタライゼイションと実
際(1993)」;集積回路用マルチレベル、メタライ
ゼイションハンドブック(ウィルソン等編1993);
ラオ、「マルチレベル・インターコネクト技術(199
3)」;化学蒸着(エム・エル・ヒッチマン編199
3);プラズマ加工に関する電気化学会の半年次学会会
報;(これら全ての刊行物は言及することにより本明細
書に組み入れる。)。
【0054】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)タングステンと窒素を含む導電性拡散障壁層を製
造するための付着法において、(a)半導体デバイスの
ウェーハを付着温度に加熱する工程と、(b)タングス
テンと窒素を含む導電性拡散障壁層を、タングステン源
成分と、アンモニウム塩前駆物質でない窒素源成分との
組合せを含む源泉ガス混合物から上記ウェーハ上に付着
させる工程とを含む付着法であって、これにより上記拡
散障壁層は下部構造体を保護し、上層のメタライゼイシ
ョンの接着を容易にする付着法。 (2)窒素源成分がN2 である、第1項記載の付着法。 (3)付着工程を250℃〜400℃の温度で行う、第
1項記載の付着法。 (4)付着工程のまえに、プラズマ前処理工程と、上記
付着工程の後にプラズマ後処理工程とを更に行う、第1
項記載の付着法。 (5)付着工程の後に付着後急速熱焼鈍工程を更に行
う、第1項記載の付着法。 (6)タングステン源成分がWF6 であり、上記源泉ガ
ス混合物が弗素捕集成分をも含む、第1項記載の付着
法。 (7)源泉ガス混合物が珪素源成分をも含む、第1項記
載の付着法。 (8)源泉ガス混合物は硼素源成分をも含む、第1項記
載の付着法。 (9)(a)集積回路構造体の半製品を準備する工程
と、(b)プラズマ強化化学蒸着法でタングステン源成
分と、アンモニウム塩前駆物質でない窒素源成分との組
合せを含む源泉ガス混合物から上記構造体上に拡散障壁
層を付着する工程と、(c)上記拡散障壁層上に金属層
を形成する工程とを含むメタライゼイションであって、
これにより上記拡散障壁層は下部構造体を保護し、上層
のメタライゼイションの接着を容易にするメタライゼイ
ション法。 (10)金属層が銅から成る、第9項記載のメタライゼ
イション法。 (11)窒素源成分がN2 である、第9項記載のメタラ
イゼイション法。 (12)付着工程を250°〜400℃の温度で行う、
第9項記載のメタライゼイション法。 (13)源泉ガス混合物は珪素源成分を更に含む、第9
項記載のメタライゼイション法。 (14)源泉ガス混合物は硼素源成分を更に含む、第9
項記載の方法。 (15)(a)半導体材料のトランジスターを含む集積
回路構造体の半製品を準備する工程と、(b)化学蒸着
法でWF6 、N2 、弗素捕集剤を含む源泉ガス混合物か
ら上記構造体上に拡散障壁層を付着させる工程と、
(c)上記拡散障壁層上に金属層を形成する工程とを含
むメタライゼイション法であって、これにより上記拡散
障壁層は下部構造体を保護し、上記メタライゼイション
の接着を容易にするメタライゼイション法。 (16)金属層が上記半導体材料中で寿命短縮化剤であ
る少なくとも1つの元素を少なくとも10原子%含む、
第15項記載のメタライゼイション法。 (17)弗素捕集剤成分がH2 である、第15項記載の
メタライゼイション法。 (18)付着工程を250℃〜400℃の温度で行う、
第15項記載の方法。 (19)源泉ガス混合物は珪素源成分を更に含む、第1
5項記載のメタライゼイション法。 (20)源泉ガス混合物は硼素源成分を更に含む、第1
5項記載のメタライゼイション法。 (21)プラズマ強化化学蒸着法で、純粋で安定なWN
y 、WSix Ny 及びWBz Ny 並びにWSix1Bx2N
y の絶縁保護性薄膜を付着させて膜を製造する、NH3
を用いない方法であり、窒素源としてアンモニウム塩前
駆物質を使用しない。
る。 (1)タングステンと窒素を含む導電性拡散障壁層を製
造するための付着法において、(a)半導体デバイスの
ウェーハを付着温度に加熱する工程と、(b)タングス
テンと窒素を含む導電性拡散障壁層を、タングステン源
成分と、アンモニウム塩前駆物質でない窒素源成分との
組合せを含む源泉ガス混合物から上記ウェーハ上に付着
させる工程とを含む付着法であって、これにより上記拡
散障壁層は下部構造体を保護し、上層のメタライゼイシ
ョンの接着を容易にする付着法。 (2)窒素源成分がN2 である、第1項記載の付着法。 (3)付着工程を250℃〜400℃の温度で行う、第
1項記載の付着法。 (4)付着工程のまえに、プラズマ前処理工程と、上記
付着工程の後にプラズマ後処理工程とを更に行う、第1
項記載の付着法。 (5)付着工程の後に付着後急速熱焼鈍工程を更に行
う、第1項記載の付着法。 (6)タングステン源成分がWF6 であり、上記源泉ガ
ス混合物が弗素捕集成分をも含む、第1項記載の付着
法。 (7)源泉ガス混合物が珪素源成分をも含む、第1項記
載の付着法。 (8)源泉ガス混合物は硼素源成分をも含む、第1項記
載の付着法。 (9)(a)集積回路構造体の半製品を準備する工程
と、(b)プラズマ強化化学蒸着法でタングステン源成
分と、アンモニウム塩前駆物質でない窒素源成分との組
合せを含む源泉ガス混合物から上記構造体上に拡散障壁
層を付着する工程と、(c)上記拡散障壁層上に金属層
を形成する工程とを含むメタライゼイションであって、
これにより上記拡散障壁層は下部構造体を保護し、上層
のメタライゼイションの接着を容易にするメタライゼイ
ション法。 (10)金属層が銅から成る、第9項記載のメタライゼ
イション法。 (11)窒素源成分がN2 である、第9項記載のメタラ
イゼイション法。 (12)付着工程を250°〜400℃の温度で行う、
第9項記載のメタライゼイション法。 (13)源泉ガス混合物は珪素源成分を更に含む、第9
項記載のメタライゼイション法。 (14)源泉ガス混合物は硼素源成分を更に含む、第9
項記載の方法。 (15)(a)半導体材料のトランジスターを含む集積
回路構造体の半製品を準備する工程と、(b)化学蒸着
法でWF6 、N2 、弗素捕集剤を含む源泉ガス混合物か
ら上記構造体上に拡散障壁層を付着させる工程と、
(c)上記拡散障壁層上に金属層を形成する工程とを含
むメタライゼイション法であって、これにより上記拡散
障壁層は下部構造体を保護し、上記メタライゼイション
の接着を容易にするメタライゼイション法。 (16)金属層が上記半導体材料中で寿命短縮化剤であ
る少なくとも1つの元素を少なくとも10原子%含む、
第15項記載のメタライゼイション法。 (17)弗素捕集剤成分がH2 である、第15項記載の
メタライゼイション法。 (18)付着工程を250℃〜400℃の温度で行う、
第15項記載の方法。 (19)源泉ガス混合物は珪素源成分を更に含む、第1
5項記載のメタライゼイション法。 (20)源泉ガス混合物は硼素源成分を更に含む、第1
5項記載のメタライゼイション法。 (21)プラズマ強化化学蒸着法で、純粋で安定なWN
y 、WSix Ny 及びWBz Ny 並びにWSix1Bx2N
y の絶縁保護性薄膜を付着させて膜を製造する、NH3
を用いない方法であり、窒素源としてアンモニウム塩前
駆物質を使用しない。
【図1】WNx 膜製造工程図である。
【図2】本発明の方法で付着させた薄膜の特性図であ
る。
る。
【図3】本発明の方法で付着させた障壁金属を含むバイ
アス構造体の縦断面図である。
アス構造体の縦断面図である。
【図4】本発明の方法で付着させた障壁金属膜上での銅
メタライゼイションの実際例を示す顕微鏡写真である。
メタライゼイションの実際例を示す顕微鏡写真である。
【図5】Aは、本発明の障壁/接着層を用いた2種の異
なるメタライゼイション構造体のそれぞれの縦断面図で
あり、Bは、本発明の障壁/接着層を用いた2種の異な
るメタライゼイション構造体のそれぞれの縦断面図であ
る。
なるメタライゼイション構造体のそれぞれの縦断面図で
あり、Bは、本発明の障壁/接着層を用いた2種の異な
るメタライゼイション構造体のそれぞれの縦断面図であ
る。
【図6】熱処理のシート抵抗への効果を示すグラフであ
る。
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/3205 H01L 21/88 M
Claims (1)
- 【請求項1】 タングステンと窒素を含む導電性拡散障
壁層を製造するための付着法において、(a)半導体デ
バイスのウェーハを付着温度に加熱する工程と、(b)
タングステンと窒素を含む導電性拡散障壁層を、タング
ステン源成分と、アンモニウム塩前駆物質でない窒素源
成分との組合せを含む源泉ガス混合物から上記ウェーハ
上に付着させる工程とを含む付着法であって、これによ
り上記拡散障壁層は下部構造体を保護し、上層のメタラ
イゼイションの接着を容易にする付着法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US2879396P | 1996-10-31 | 1996-10-31 | |
US028793 | 1996-10-31 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10144627A true JPH10144627A (ja) | 1998-05-29 |
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---|---|---|---|
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---|---|
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JP (1) | JPH10144627A (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP2002507327A (ja) * | 1997-06-30 | 2002-03-05 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 化学気相堆積チャンバ内でプラズマ前処理を用いた窒化タングステンの堆積 |
JP2002520876A (ja) * | 1998-07-14 | 2002-07-09 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | タングステン及び窒化タングステンのインシチュ化学蒸着による、改善されたゲート電極接合構造 |
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US6218288B1 (en) * | 1998-05-11 | 2001-04-17 | Micron Technology, Inc. | Multiple step methods for forming conformal layers |
US6399484B1 (en) * | 1998-10-26 | 2002-06-04 | Tokyo Electron Limited | Semiconductor device fabricating method and system for carrying out the same |
US6342417B2 (en) | 1999-02-16 | 2002-01-29 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming materials comprising tungsten and nitrogen |
KR100773280B1 (ko) * | 1999-02-17 | 2007-11-05 | 가부시키가이샤 알박 | 배리어막제조방법및배리어막 |
US6656831B1 (en) | 2000-01-26 | 2003-12-02 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced chemical vapor deposition of a metal nitride layer |
KR100671610B1 (ko) * | 2000-10-26 | 2007-01-18 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
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JPS62188268A (ja) * | 1986-02-01 | 1987-08-17 | Sony Corp | 半導体装置 |
JPS6376875A (ja) * | 1986-09-19 | 1988-04-07 | Fujitsu Ltd | 気相成長法 |
JPS645015A (en) * | 1987-06-26 | 1989-01-10 | Sharp Kk | Manufacture of integrated circuit element |
US5028565A (en) * | 1989-08-25 | 1991-07-02 | Applied Materials, Inc. | Process for CVD deposition of tungsten layer on semiconductor wafer |
KR930011538B1 (ko) * | 1991-07-16 | 1993-12-10 | 한국과학기술연구원 | 실리콘 반도체소자의 금속배선 형성용 텅스텐 질화박막 증착방법 |
EP0982772B1 (en) * | 1994-11-30 | 2003-06-25 | Micron Technology, Inc. | A semiconductor non-planar storage capacitor |
-
1997
- 1997-10-27 TW TW086115827A patent/TW365685B/zh active
- 1997-10-30 KR KR1019970056419A patent/KR19980033334A/ko not_active Application Discontinuation
- 1997-10-31 EP EP97308740A patent/EP0840363A1/en not_active Withdrawn
- 1997-10-31 JP JP9301177A patent/JPH10144627A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002507327A (ja) * | 1997-06-30 | 2002-03-05 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 化学気相堆積チャンバ内でプラズマ前処理を用いた窒化タングステンの堆積 |
JP4675439B2 (ja) * | 1997-06-30 | 2011-04-20 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 化学気相堆積チャンバ内でプラズマ前処理を用いた窒化タングステンの堆積 |
JP2002520876A (ja) * | 1998-07-14 | 2002-07-09 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | タングステン及び窒化タングステンのインシチュ化学蒸着による、改善されたゲート電極接合構造 |
US6753610B1 (en) | 1999-03-19 | 2004-06-22 | Tokyo Electron Limited | Semiconductor device having multilayer interconnection structure and method of making the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0840363A1 (en) | 1998-05-06 |
KR19980033334A (ko) | 1998-07-25 |
TW365685B (en) | 1999-08-01 |
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