JPH10209084A - 金属窒化物膜の形成方法 - Google Patents
金属窒化物膜の形成方法Info
- Publication number
- JPH10209084A JPH10209084A JP2587697A JP2587697A JPH10209084A JP H10209084 A JPH10209084 A JP H10209084A JP 2587697 A JP2587697 A JP 2587697A JP 2587697 A JP2587697 A JP 2587697A JP H10209084 A JPH10209084 A JP H10209084A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- plasma
- metal
- sputtering
- target
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 被処理体の面内におけるシート抵抗及び厚さ
の均一性が高く且つ品質の優れた金属窒化物膜を高いス
ループットで形成する。 【解決手段】 まず最初に処理室内で希ガスのプラズマ
を発生させておき、その後に処理室内に窒素ガスを導入
して反応性スパッタ法で金属窒化物膜を形成する。この
ため、ナイトライドモードの反応を抑制してメタリック
モードの反応を進行させることができる窒素ガスの上限
圧力が高く、スパッタ率の高いメタリックモードの反応
を進行させているにも拘らず、スパッタで飛散させた金
属粒子を十分に窒化させることができる。
の均一性が高く且つ品質の優れた金属窒化物膜を高いス
ループットで形成する。 【解決手段】 まず最初に処理室内で希ガスのプラズマ
を発生させておき、その後に処理室内に窒素ガスを導入
して反応性スパッタ法で金属窒化物膜を形成する。この
ため、ナイトライドモードの反応を抑制してメタリック
モードの反応を進行させることができる窒素ガスの上限
圧力が高く、スパッタ率の高いメタリックモードの反応
を進行させているにも拘らず、スパッタで飛散させた金
属粒子を十分に窒化させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願の発明は、半導体装置に
おける配線層と下地との密着層等として用いられる金属
窒化物膜の形成方法に関するものである。
おける配線層と下地との密着層等として用いられる金属
窒化物膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の設計ルールの微細化に伴っ
て接続孔の径も縮小されているが、層間の絶縁耐圧を確
保するために層間絶縁膜は殆ど薄くされていないので、
接続孔のアスペクト比が増大している。このため、例え
ばＡｌ膜のみで配線を形成すると、接続孔の段差部にお
けるＡｌ膜の被覆性がよくないので、接続孔で導通不良
が発生して、半導体装置の信頼性が低下する。
て接続孔の径も縮小されているが、層間の絶縁耐圧を確
保するために層間絶縁膜は殆ど薄くされていないので、
接続孔のアスペクト比が増大している。このため、例え
ばＡｌ膜のみで配線を形成すると、接続孔の段差部にお
けるＡｌ膜の被覆性がよくないので、接続孔で導通不良
が発生して、半導体装置の信頼性が低下する。
【０００３】そこで、層間絶縁膜に接続孔を形成した
後、例えばＷ膜をＣＶＤ法で全面に堆積させ、このＷ膜
の全面をエッチバックして接続孔内にのみＷ膜を残すこ
とによって接続孔をＷ膜で埋め、この状態からＡｌ膜を
堆積させる配線の形成方法が考えられている。但し、絶
縁膜に対するＷ膜の密着性がよくないので、Ｗ膜を堆積
させる前に、ＴｉＮ膜等の金属窒化物膜を密着層として
形成している。
後、例えばＷ膜をＣＶＤ法で全面に堆積させ、このＷ膜
の全面をエッチバックして接続孔内にのみＷ膜を残すこ
とによって接続孔をＷ膜で埋め、この状態からＡｌ膜を
堆積させる配線の形成方法が考えられている。但し、絶
縁膜に対するＷ膜の密着性がよくないので、Ｗ膜を堆積
させる前に、ＴｉＮ膜等の金属窒化物膜を密着層として
形成している。
【０００４】金属窒化物膜の形成方法としては反応性ス
パッタ法が最も多く用いられており、図４〜６が３種類
のスパッタ装置を模式的に示している。これらのスパッ
タ装置の何れにおいても、処理室１１内に、半導体ウェ
ハ等の被処理体を載置するためのステージ１２とターゲ
ット１３とが配置されており、ステージ１２及びターゲ
ット１３に電圧源１４が接続されている。
パッタ法が最も多く用いられており、図４〜６が３種類
のスパッタ装置を模式的に示している。これらのスパッ
タ装置の何れにおいても、処理室１１内に、半導体ウェ
ハ等の被処理体を載置するためのステージ１２とターゲ
ット１３とが配置されており、ステージ１２及びターゲ
ット１３に電圧源１４が接続されている。
【０００５】しかし、ターゲット１３とステージ１２と
の間の距離が５０ｍｍ程度である図４の通常のスパッタ
装置では、ステージ１２上の半導体ウェハに到達するス
パッタ粒子のうちでターゲット１３からステージ１２に
対する指向性の低いスパッタ粒子の比率が高いので、ア
スペクト比の大きい接続孔の内部には十分な厚さの金属
窒化物膜を形成することができない。
の間の距離が５０ｍｍ程度である図４の通常のスパッタ
装置では、ステージ１２上の半導体ウェハに到達するス
パッタ粒子のうちでターゲット１３からステージ１２に
対する指向性の低いスパッタ粒子の比率が高いので、ア
スペクト比の大きい接続孔の内部には十分な厚さの金属
窒化物膜を形成することができない。
【０００６】このため、図５に示したスパッタ装置の様
にステージ１２とターゲット１３との間にコリメータ１
５を配置したり、図６に示したスパッタ装置の様にター
ゲット１３とステージ１２との間の距離を１６０〜３５
０ｍｍ程度の長距離に設定したりして、ターゲット１３
からステージ１２に対する指向性の高いスパッタ粒子の
みを選択的に抽出する方法が採用されてきている。
にステージ１２とターゲット１３との間にコリメータ１
５を配置したり、図６に示したスパッタ装置の様にター
ゲット１３とステージ１２との間の距離を１６０〜３５
０ｍｍ程度の長距離に設定したりして、ターゲット１３
からステージ１２に対する指向性の高いスパッタ粒子の
みを選択的に抽出する方法が採用されてきている。
【０００７】ところで、反応性スパッタ法によるＴｉＮ
膜の形成に際しては、ナイトライドモードとメタリック
モードとの２種類の反応機構が存在するとされている。
このうちのナイトライドモードは、Ｔｉターゲットの表
面をＮ2 プラズマで窒化し、この表面をスパッタしてＴ
ｉＮ膜を形成する反応機構である。また、メタリックモ
ードは、Ａｒプラズマ等でＴｉターゲットの表面をスパ
ッタし、Ｔｉ粒子が被処理体まで飛来する間に窒化して
ＴｉＮ膜を形成する反応機構である。
膜の形成に際しては、ナイトライドモードとメタリック
モードとの２種類の反応機構が存在するとされている。
このうちのナイトライドモードは、Ｔｉターゲットの表
面をＮ2 プラズマで窒化し、この表面をスパッタしてＴ
ｉＮ膜を形成する反応機構である。また、メタリックモ
ードは、Ａｒプラズマ等でＴｉターゲットの表面をスパ
ッタし、Ｔｉ粒子が被処理体まで飛来する間に窒化して
ＴｉＮ膜を形成する反応機構である。
【０００８】ナイトライドモードは、Ｎ2 の比率が高い
雰囲気中、例えば、Ｎ2 の比率が７０〜１００％程度の
Ａｒ／Ｎ2 雰囲気中で反応を生じさせるので、反応時に
Ｎ2プラズマが安定している。このため、ＴｉＮ膜を例
えばＳｉウェハ上に形成すると、Ｓｉウェハの面内にお
けるＴｉＮ膜のシート抵抗及び厚さのばらつきは５〜１
０％程度と小さい。なお、Ｎ2 の比率が７０％程度以上
のＡｒ／Ｎ2 雰囲気中で放電を開始すると、Ａｒガスが
少ないので、Ａｒプラズマは発生しない。
雰囲気中、例えば、Ｎ2 の比率が７０〜１００％程度の
Ａｒ／Ｎ2 雰囲気中で反応を生じさせるので、反応時に
Ｎ2プラズマが安定している。このため、ＴｉＮ膜を例
えばＳｉウェハ上に形成すると、Ｓｉウェハの面内にお
けるＴｉＮ膜のシート抵抗及び厚さのばらつきは５〜１
０％程度と小さい。なお、Ｎ2 の比率が７０％程度以上
のＡｒ／Ｎ2 雰囲気中で放電を開始すると、Ａｒガスが
少ないので、Ａｒプラズマは発生しない。
【０００９】一方、メタリックモードは、スパッタ率が
ナイトライドモードよりも高いので、ナイトライドモー
ドの３倍程度のスループットでＴｉＮ膜を形成すること
ができる。しかし、メタリックモードにするために、Ａ
ｒの比率が５０％程度のＡｒ／Ｎ2 雰囲気中で反応を生
じさせた場合、Ａｒプラズマは発生し易いが、Ｎ2 の比
率が低い。
ナイトライドモードよりも高いので、ナイトライドモー
ドの３倍程度のスループットでＴｉＮ膜を形成すること
ができる。しかし、メタリックモードにするために、Ａ
ｒの比率が５０％程度のＡｒ／Ｎ2 雰囲気中で反応を生
じさせた場合、Ａｒプラズマは発生し易いが、Ｎ2 の比
率が低い。
【００１０】このため、スパッタされたＴｉ粒子がＳｉ
ウェハまで飛来する間に十分には窒化されず、反応が不
完全でストイキオメトリ組成よりも金属成分が多くて品
質の劣るＴｉＮ膜が形成されてしまう。また、処理室内
のＮ2 ガスの分圧が不均一になり、処理室内におけるＴ
ｉ粒子の窒化も不均一になって、Ｓｉウェハの面内にお
けるＴｉＮ膜のシート抵抗及び厚さのばらつきが大き
い。
ウェハまで飛来する間に十分には窒化されず、反応が不
完全でストイキオメトリ組成よりも金属成分が多くて品
質の劣るＴｉＮ膜が形成されてしまう。また、処理室内
のＮ2 ガスの分圧が不均一になり、処理室内におけるＴ
ｉ粒子の窒化も不均一になって、Ｓｉウェハの面内にお
けるＴｉＮ膜のシート抵抗及び厚さのばらつきが大き
い。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】つまり、ナイトライド
モードではスパッタ率が低く、しかも、既述の様に指向
性の高いスパッタ粒子のみを選択的に抽出する方法を併
用するとＳｉウェハに到達するスパッタ粒子が更に少な
くなるので、ＴｉＮ膜を高いスループットで形成するこ
とができない。
モードではスパッタ率が低く、しかも、既述の様に指向
性の高いスパッタ粒子のみを選択的に抽出する方法を併
用するとＳｉウェハに到達するスパッタ粒子が更に少な
くなるので、ＴｉＮ膜を高いスループットで形成するこ
とができない。
【００１２】一方、メタリックモードでは、Ｓｉウェハ
の面内におけるシート抵抗及び厚さのばらつきが大きく
且つストイキオメトリ組成よりも金属成分が多くて品質
の劣るＴｉＮ膜しか形成することができない。従って、
本願の発明は、被処理体の面内におけるシート抵抗及び
厚さの均一性が高く且つストイキオメトリ組成に近くて
品質の優れた金属窒化物膜を高いスループットで形成す
ることができる方法を提供することを目的としている。
の面内におけるシート抵抗及び厚さのばらつきが大きく
且つストイキオメトリ組成よりも金属成分が多くて品質
の劣るＴｉＮ膜しか形成することができない。従って、
本願の発明は、被処理体の面内におけるシート抵抗及び
厚さの均一性が高く且つストイキオメトリ組成に近くて
品質の優れた金属窒化物膜を高いスループットで形成す
ることができる方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本願の発明による金属窒
化物膜の形成方法は、被処理体及び金属ターゲットが配
置されている処理室内で希ガスのプラズマを発生させる
工程と、前記発生状態で前記処理室内に窒素ガスを導入
し、前記プラズマによる前記金属ターゲットのスパッタ
によって金属粒子を飛散させ、この金属粒子を窒化させ
て形成した金属窒化物を前記被処理体上に堆積させる工
程とを具備することを特徴としている。
化物膜の形成方法は、被処理体及び金属ターゲットが配
置されている処理室内で希ガスのプラズマを発生させる
工程と、前記発生状態で前記処理室内に窒素ガスを導入
し、前記プラズマによる前記金属ターゲットのスパッタ
によって金属粒子を飛散させ、この金属粒子を窒化させ
て形成した金属窒化物を前記被処理体上に堆積させる工
程とを具備することを特徴としている。
【００１４】本願の発明による金属窒化物膜の形成方法
は、前記金属ターゲットと前記被処理体との間の距離を
１５０ｍｍ以上にすることができる。
は、前記金属ターゲットと前記被処理体との間の距離を
１５０ｍｍ以上にすることができる。
【００１５】本願の発明による金属窒化物膜の形成方法
では、まず最初に処理室内で希ガスのプラズマを発生さ
せているので、その後に処理室内に窒素ガスを導入して
も、ナイトライドモードの反応を抑制してメタリックモ
ードの反応を進行させることができる窒素ガスの上限圧
力が高い。このため、スパッタ率の高いメタリックモー
ドの反応を進行させているにも拘らず、スパッタで飛散
させた金属粒子を十分に窒化させることができる。
では、まず最初に処理室内で希ガスのプラズマを発生さ
せているので、その後に処理室内に窒素ガスを導入して
も、ナイトライドモードの反応を抑制してメタリックモ
ードの反応を進行させることができる窒素ガスの上限圧
力が高い。このため、スパッタ率の高いメタリックモー
ドの反応を進行させているにも拘らず、スパッタで飛散
させた金属粒子を十分に窒化させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、Ａｒ／Ｎ2 雰囲気中でのＴ
ｉＮ膜の形成に適用した本願の発明の第１及び第２実施
形態を、図１〜３を参照しながら説明するが、実施形態
の説明に先立って、本願の発明の原理をまず説明する。
ｉＮ膜の形成に適用した本願の発明の第１及び第２実施
形態を、図１〜３を参照しながら説明するが、実施形態
の説明に先立って、本願の発明の原理をまず説明する。
【００１７】既述の様に、反応性スパッタ法によるＴｉ
Ｎ膜の形成に際しては、ナイトライドモードとメタリッ
クモードとの２種類の反応機構が存在しているが、これ
らの何れの反応機構によってＴｉＮ膜が形成されるか
は、一般に、Ｎ2 の流量またはＡｒ／Ｎ2 の流量比に依
存する。
Ｎ膜の形成に際しては、ナイトライドモードとメタリッ
クモードとの２種類の反応機構が存在しているが、これ
らの何れの反応機構によってＴｉＮ膜が形成されるか
は、一般に、Ｎ2 の流量またはＡｒ／Ｎ2 の流量比に依
存する。
【００１８】また、ＴｉＮ膜の形成中に何れの反応が進
行しているかは、スパッタ中のガス圧力を観測すること
によって知ることができる。つまり、メタリックモード
はＴｉＮ膜の形成時にナイトライドモードよりも多くの
Ｎ2 を使用するので、同じ量のＮ2 を処理室内に導入し
ても、スパッタ中のガス圧力はナイトライドモードより
もメタリックモードの方が低い。
行しているかは、スパッタ中のガス圧力を観測すること
によって知ることができる。つまり、メタリックモード
はＴｉＮ膜の形成時にナイトライドモードよりも多くの
Ｎ2 を使用するので、同じ量のＮ2 を処理室内に導入し
ても、スパッタ中のガス圧力はナイトライドモードより
もメタリックモードの方が低い。
【００１９】一方、図１は、ターゲットとステージとの
間の距離が３１０ｍｍであるスパッタ装置を用い、処理
室内に２０ｓｃｃｍの流量でＡｒを導入した後にＡｒプ
ラズマを発生させ、Ａｒの流量を２０ｓｃｃｍに固定し
てＡｒプラズマを発生させ続けた状態で、Ｎ2 の流量を
０ｓｃｃｍから７５ｓｃｃｍまで増加させた後に再び０
ｓｃｃｍまで減少させた場合の、処理室内の圧力を示し
ている。
間の距離が３１０ｍｍであるスパッタ装置を用い、処理
室内に２０ｓｃｃｍの流量でＡｒを導入した後にＡｒプ
ラズマを発生させ、Ａｒの流量を２０ｓｃｃｍに固定し
てＡｒプラズマを発生させ続けた状態で、Ｎ2 の流量を
０ｓｃｃｍから７５ｓｃｃｍまで増加させた後に再び０
ｓｃｃｍまで減少させた場合の、処理室内の圧力を示し
ている。
【００２０】図１から明らかな様に、Ｎ2 の流量が７０
ｓｃｃｍになるまではＮ2 の流量の増加に伴って処理室
内の圧力が徐々に上昇しているが、Ｎ2 の流量が７０ｓ
ｃｃｍを超えると処理室内の圧力が急激に上昇してい
る。これは、Ｎ2 の流量が７０ｓｃｃｍになるまでは反
応機構がメタリックモードであるが、Ｎ2 の流量が７０
ｓｃｃｍを超えた時点で反応機構がナイトライドモード
に転換したためである。
ｓｃｃｍになるまではＮ2 の流量の増加に伴って処理室
内の圧力が徐々に上昇しているが、Ｎ2 の流量が７０ｓ
ｃｃｍを超えると処理室内の圧力が急激に上昇してい
る。これは、Ｎ2 の流量が７０ｓｃｃｍになるまでは反
応機構がメタリックモードであるが、Ｎ2 の流量が７０
ｓｃｃｍを超えた時点で反応機構がナイトライドモード
に転換したためである。
【００２１】そして、Ｎ2 の流量を７５ｓｃｃｍから徐
々に減少させていくと、処理室内の圧力も徐々に低下し
ていくが、５５ｓｃｃｍ程度までは、Ｎ2 の流量を増加
させていったときよりも圧力が高くて、履歴曲線が形成
される。これは、Ｎ2 の流量が７０〜５５ｓｃｃｍの範
囲でも反応機構がナイトライドモードであるためであ
る。
々に減少させていくと、処理室内の圧力も徐々に低下し
ていくが、５５ｓｃｃｍ程度までは、Ｎ2 の流量を増加
させていったときよりも圧力が高くて、履歴曲線が形成
される。これは、Ｎ2 の流量が７０〜５５ｓｃｃｍの範
囲でも反応機構がナイトライドモードであるためであ
る。
【００２２】つまり、Ｎ2 の流量が５５〜７０ｓｃｃｍ
の範囲では、メタリックモードとナイトライドモードと
の何れの反応機構をも進行させることができる。しか
し、メタリックモードよりもナイトライドモードの方が
プラズマが安定であるので、この図１の場合の様に、処
理室内にまずＡｒのみを導入してＡｒプラズマを発生さ
せた後にＮ2 を導入するのではなく、Ａｒ／Ｎ2 混合ガ
スを処理室内に導入してからプラズマを発生させれば、
ナイトライドモードの反応が進行する。
の範囲では、メタリックモードとナイトライドモードと
の何れの反応機構をも進行させることができる。しか
し、メタリックモードよりもナイトライドモードの方が
プラズマが安定であるので、この図１の場合の様に、処
理室内にまずＡｒのみを導入してＡｒプラズマを発生さ
せた後にＮ2 を導入するのではなく、Ａｒ／Ｎ2 混合ガ
スを処理室内に導入してからプラズマを発生させれば、
ナイトライドモードの反応が進行する。
【００２３】従って、後述する第１及び第２実施形態で
は、処理室内にまずＡｒのみを２０ｓｃｃｍで導入して
Ａｒプラズマを３秒以上発生させた後、このＡｒプラズ
マを維持した状態でＡｒ／Ｎ2 を２０／６５ｓｃｃｍで
導入する。
は、処理室内にまずＡｒのみを２０ｓｃｃｍで導入して
Ａｒプラズマを３秒以上発生させた後、このＡｒプラズ
マを維持した状態でＡｒ／Ｎ2 を２０／６５ｓｃｃｍで
導入する。
【００２４】この結果、図１からも明らかな様に、スパ
ッタ率の高いメタリックモードの反応が進行してＴｉＮ
膜を高いスループットで形成することができるにも拘ら
ず、Ｎ2 の流量が多いので、スパッタで飛散させたＴｉ
粒子を十分に窒化させることができて、被処理体の面内
におけるシート抵抗及び厚さの均一性が高く且つストイ
キオメトリ組成に近くて品質の優れたＴｉＮ膜を形成す
ることができる。
ッタ率の高いメタリックモードの反応が進行してＴｉＮ
膜を高いスループットで形成することができるにも拘ら
ず、Ｎ2 の流量が多いので、スパッタで飛散させたＴｉ
粒子を十分に窒化させることができて、被処理体の面内
におけるシート抵抗及び厚さの均一性が高く且つストイ
キオメトリ組成に近くて品質の優れたＴｉＮ膜を形成す
ることができる。
【００２５】図３は、第１及び第２実施形態で使用する
スパッタ装置を模式的に示している。このスパッタ装置
の処理室２１内にはシールド２２、２３が配置されてい
る。シールド２２、２３内の一方側にはステージ２４及
びウェハホルダ２５が配置されており、直径２００ｍｍ
のＳｉウェハ２６がステージ２４及びウェハホルダ２５
で保持される。
スパッタ装置を模式的に示している。このスパッタ装置
の処理室２１内にはシールド２２、２３が配置されてい
る。シールド２２、２３内の一方側にはステージ２４及
びウェハホルダ２５が配置されており、直径２００ｍｍ
のＳｉウェハ２６がステージ２４及びウェハホルダ２５
で保持される。
【００２６】シールド２２、２３内の他方側にはＤ／Ｂ
型で直径３３０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＴｉターゲット
２７が配置されており、このＴｉターゲット２７の裏面
に磁石２８が配置されていて、直流マグネトロンスパッ
タを実行する。Ｔｉターゲット２７とステージ２４との
間の距離ＴＳは３１０ｍｍであるが、１５０ｍｍ以上で
あればよい。処理室２１内は平常時には１×１０-8Ｔｏ
ｒｒ程度の真空に保たれているが、ガスを導入する場合
はＴｉターゲット２７の近傍に導入する。
型で直径３３０ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＴｉターゲット
２７が配置されており、このＴｉターゲット２７の裏面
に磁石２８が配置されていて、直流マグネトロンスパッ
タを実行する。Ｔｉターゲット２７とステージ２４との
間の距離ＴＳは３１０ｍｍであるが、１５０ｍｍ以上で
あればよい。処理室２１内は平常時には１×１０-8Ｔｏ
ｒｒ程度の真空に保たれているが、ガスを導入する場合
はＴｉターゲット２７の近傍に導入する。
【００２７】まず、ＴｉＮ膜を形成する第１実施形態を
説明する。この第１実施形態では、Ｓｉウェハ２６を処
理室２１内に搬送してステージ２４上に保持した後、下
記の条件で処理室２１内にＡｒを導入して、Ａｒガス流
を安定させる。 Ａｒ ２０ｓｃｃｍ ガス流安定時間 ５秒 処理室内の圧力 ０．７ｍＴｏｒｒ
説明する。この第１実施形態では、Ｓｉウェハ２６を処
理室２１内に搬送してステージ２４上に保持した後、下
記の条件で処理室２１内にＡｒを導入して、Ａｒガス流
を安定させる。 Ａｒ ２０ｓｃｃｍ ガス流安定時間 ５秒 処理室内の圧力 ０．７ｍＴｏｒｒ
【００２８】続いて、下記の条件でＴｉターゲット２７
とステージ２４との間で放電させて、Ａｒプラズマを発
生させる。なお、この時の電力が小さいので、Ａｒプラ
ズマが発生してもスパッタは実質的には生じない。 電力 ６ｋＷ Ａｒ ２０ｓｃｃｍ 放電時間 ３秒
とステージ２４との間で放電させて、Ａｒプラズマを発
生させる。なお、この時の電力が小さいので、Ａｒプラ
ズマが発生してもスパッタは実質的には生じない。 電力 ６ｋＷ Ａｒ ２０ｓｃｃｍ 放電時間 ３秒
【００２９】続いて、放電を継続させたまま、２０ｓｃ
ｃｍのＡｒに加えてＮ2 を処理室２１内に導入して、下
記の条件のスパッタでＴｉＮ膜をＳｉウェハ２６上に形
成する。 電力 １２ｋＷ Ａｒ／Ｎ2 ２０／６５ｓｃｃｍ
ｃｍのＡｒに加えてＮ2 を処理室２１内に導入して、下
記の条件のスパッタでＴｉＮ膜をＳｉウェハ２６上に形
成する。 電力 １２ｋＷ Ａｒ／Ｎ2 ２０／６５ｓｃｃｍ
【００３０】以上の様な第１実施形態では、ＴｉＮ膜の
形成速度が８０ｎｍ／分程度であり、例えば１００ｎｍ
の厚さのＴｉＮ膜を形成するためには、７５秒間放電を
続けるだけでよい。これに対して、ＴｉＮ膜を形成する
前にＡｒのみによる放電を行わなければ、反応機構がナ
イトライドモードで、ＴｉＮ膜の形成速度が２５ｎｍ／
分程度にしかならない。
形成速度が８０ｎｍ／分程度であり、例えば１００ｎｍ
の厚さのＴｉＮ膜を形成するためには、７５秒間放電を
続けるだけでよい。これに対して、ＴｉＮ膜を形成する
前にＡｒのみによる放電を行わなければ、反応機構がナ
イトライドモードで、ＴｉＮ膜の形成速度が２５ｎｍ／
分程度にしかならない。
【００３１】次に、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜とを連続的に形成
する第２実施形態を説明する。この第２実施形態でも、
処理室２１内にＡｒを導入してＡｒガス流を安定させる
までは、上述の第１実施形態と実質的に同様の工程を実
行する。
する第２実施形態を説明する。この第２実施形態でも、
処理室２１内にＡｒを導入してＡｒガス流を安定させる
までは、上述の第１実施形態と実質的に同様の工程を実
行する。
【００３２】しかし、この第２実施形態では、その後、
下記の条件でＴｉターゲット２７とステージ２４との間
で放電させてＡｒプラズマを発生させ、このＡｒプラズ
マによるスパッタでＴｉ膜をＳｉウェハ２６上に形成す
る。 電力 １２ｋＷ Ａｒ ２０ｓｃｃｍ
下記の条件でＴｉターゲット２７とステージ２４との間
で放電させてＡｒプラズマを発生させ、このＡｒプラズ
マによるスパッタでＴｉ膜をＳｉウェハ２６上に形成す
る。 電力 １２ｋＷ Ａｒ ２０ｓｃｃｍ
【００３３】この時のＴｉ膜の形成速度は８５ｎｍ／分
程度であり、例えば３０ｎｍの厚さのＴｉ膜を形成する
ためには、２２秒間放電を続ければよい。続いて、放電
を継続させたまま、２０ｓｃｃｍのＡｒに加えてＮ2 を
処理室２１内に導入して、下記の条件のスパッタでＴｉ
Ｎ膜をＴｉ膜上に形成する。
程度であり、例えば３０ｎｍの厚さのＴｉ膜を形成する
ためには、２２秒間放電を続ければよい。続いて、放電
を継続させたまま、２０ｓｃｃｍのＡｒに加えてＮ2 を
処理室２１内に導入して、下記の条件のスパッタでＴｉ
Ｎ膜をＴｉ膜上に形成する。
【００３４】電力 １２ｋＷ Ａｒ／Ｎ2 ２０／６５ｓｃｃｍ この時のＴｉＮ膜の形成速度は８０ｎｍ／分程度であ
り、例えば５０ｎｍの厚さのＴｉＮ膜を形成するために
は、３８秒間放電を続けるだけでよい。
り、例えば５０ｎｍの厚さのＴｉＮ膜を形成するために
は、３８秒間放電を続けるだけでよい。
【００３５】図２は、Ａｒの流量を２２ｓｃｃｍに固定
し、上述の第１及び第２実施形態の様に、Ａｒプラズマ
を発生させ続けた状態で種々の流量のＮ2 を処理室内に
導入した場合の、ＴｉＮ膜のシート抵抗のばらつきを示
している。この図２から、Ｎ2 の流量が５５ｓｃｃｍ以
下ではシート抵抗のばらつきが大きいが、Ｎ2 の流量が
６０〜７０ｓｃｃｍでは、メタリックモードであるにも
拘らずシート抵抗のばらつきの小さいことが分かる。
し、上述の第１及び第２実施形態の様に、Ａｒプラズマ
を発生させ続けた状態で種々の流量のＮ2 を処理室内に
導入した場合の、ＴｉＮ膜のシート抵抗のばらつきを示
している。この図２から、Ｎ2 の流量が５５ｓｃｃｍ以
下ではシート抵抗のばらつきが大きいが、Ｎ2 の流量が
６０〜７０ｓｃｃｍでは、メタリックモードであるにも
拘らずシート抵抗のばらつきの小さいことが分かる。
【００３６】なお、上述の第１及び第２実施形態ではＴ
ｉＮ膜の形成に先立ってＡｒプラズマを発生させるため
にＡｒのみを処理室２１内に導入しているが、Ｎ2 の流
量が少ないためにＮ2 プラズマが発生しなければ、Ｔｉ
Ｎ膜の形成に先立ってＡｒ／Ｎ2 を処理室２１内に導入
してもよい。
ｉＮ膜の形成に先立ってＡｒプラズマを発生させるため
にＡｒのみを処理室２１内に導入しているが、Ｎ2 の流
量が少ないためにＮ2 プラズマが発生しなければ、Ｔｉ
Ｎ膜の形成に先立ってＡｒ／Ｎ2 を処理室２１内に導入
してもよい。
【００３７】また、上述の第１及び第２実施形態はＡｒ
／Ｎ2 雰囲気中でのＴｉＮ膜の形成に本願の発明を適用
したものであるが、Ｔｉ以外の高融点金属や高融点金属
以外の金属の窒化物膜の形成にも本願の発明を適用する
ことができ、Ａｒの代わりに他の希ガスを用いる金属窒
化物膜の形成にも本願の発明を適用することができる。
更に、金属窒化物膜は既述の密着層の他にバリアメタル
層等としても用いることができる。
／Ｎ2 雰囲気中でのＴｉＮ膜の形成に本願の発明を適用
したものであるが、Ｔｉ以外の高融点金属や高融点金属
以外の金属の窒化物膜の形成にも本願の発明を適用する
ことができ、Ａｒの代わりに他の希ガスを用いる金属窒
化物膜の形成にも本願の発明を適用することができる。
更に、金属窒化物膜は既述の密着層の他にバリアメタル
層等としても用いることができる。
【００３８】
【発明の効果】本願の発明による金属窒化物膜の形成方
法では、スパッタ率の高いメタリックモードの反応を進
行させているにも拘らず、スパッタで飛散させた金属粒
子を十分に窒化させることができるので、被処理体の面
内におけるシート抵抗及び厚さの均一性が高く且つスト
イキオメトリ組成に近くて品質の優れた金属窒化物膜を
高いスループットで形成することができる。
法では、スパッタ率の高いメタリックモードの反応を進
行させているにも拘らず、スパッタで飛散させた金属粒
子を十分に窒化させることができるので、被処理体の面
内におけるシート抵抗及び厚さの均一性が高く且つスト
イキオメトリ組成に近くて品質の優れた金属窒化物膜を
高いスループットで形成することができる。
【００３９】このため、金属ターゲットと被処理体との
間の距離を１５０ｍｍ以上にして、金属ターゲットから
被処理体に対する指向性の高いスパッタ粒子のみを選択
的に抽出しても、スパッタ率が高いので、接続孔等の凹
部の埋め込み特性が優れている金属窒化物膜を高いスル
ープットで形成することができる。
間の距離を１５０ｍｍ以上にして、金属ターゲットから
被処理体に対する指向性の高いスパッタ粒子のみを選択
的に抽出しても、スパッタ率が高いので、接続孔等の凹
部の埋め込み特性が優れている金属窒化物膜を高いスル
ープットで形成することができる。
【図１】本願の発明の原理を説明するためのグラフであ
る。
る。
【図２】本願の発明の第１及び第２実施形態の効果を説
明するためのグラフである。
明するためのグラフである。
【図３】第１及び第２実施形態で使用するスパッタ装置
の模式図である。
の模式図である。
【図４】通常のスパッタ装置の模式図である。
【図５】コリメートスパッタ装置の模式図である。
【図６】長距離スパッタ装置の模式図である。
２１ 処理室 ２６ Ｓｉウェハ（被処理体） ２７ Ｔｉターゲット（金属ターゲット）
Claims (2)
- 【請求項１】 被処理体及び金属ターゲットが配置され
ている処理室内で希ガスのプラズマを発生させる工程
と、 前記発生状態で前記処理室内に窒素ガスを導入し、前記
プラズマによる前記金属ターゲットのスパッタによって
金属粒子を飛散させ、この金属粒子を窒化させて形成し
た金属窒化物を前記被処理体上に堆積させる工程とを具
備することを特徴とする金属窒化物膜の形成方法。 - 【請求項２】 前記金属ターゲットと前記被処理体との
間の距離を１５０ｍｍ以上にすることを特徴とする請求
項１記載の金属窒化物膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2587697A JPH10209084A (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 金属窒化物膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2587697A JPH10209084A (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 金属窒化物膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10209084A true JPH10209084A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=12177998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2587697A Pending JPH10209084A (ja) | 1997-01-24 | 1997-01-24 | 金属窒化物膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10209084A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010073904A1 (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | キヤノンアネルバ株式会社 | 半導体記憶素子の製造方法、及びスパッタ装置 |
| JP2011205057A (ja) * | 2010-03-01 | 2011-10-13 | Canon Anelva Corp | 金属窒化膜、該金属窒化膜を用いた半導体装置、および半導体装置の製造方法 |
-
1997
- 1997-01-24 JP JP2587697A patent/JPH10209084A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010073904A1 (ja) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | キヤノンアネルバ株式会社 | 半導体記憶素子の製造方法、及びスパッタ装置 |
| US8278212B2 (en) | 2008-12-22 | 2012-10-02 | Canon Anelva Corporation | Method for manufacturing semiconductor memory element and sputtering apparatus |
| JP5238823B2 (ja) * | 2008-12-22 | 2013-07-17 | キヤノンアネルバ株式会社 | 半導体記憶素子の製造方法、及びスパッタ装置 |
| JP2011205057A (ja) * | 2010-03-01 | 2011-10-13 | Canon Anelva Corp | 金属窒化膜、該金属窒化膜を用いた半導体装置、および半導体装置の製造方法 |
| US8786031B2 (en) | 2010-03-01 | 2014-07-22 | Canon Anelva Corporation | Metal nitride film, semiconductor device using the metal nitride film, and manufacturing method of semiconductor device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4909454B2 (ja) | ウエハ上にバリア層を形成する方法 | |
| US6139699A (en) | Sputtering methods for depositing stress tunable tantalum and tantalum nitride films | |
| US6743714B2 (en) | Low temperature integrated metallization process and apparatus | |
| JP3094004B2 (ja) | 半導体ウェーハ上へのタングステン層のｃｖｄ蒸着方法 | |
| US6221792B1 (en) | Metal and metal silicide nitridization in a high density, low pressure plasma reactor | |
| US5738917A (en) | Process for in-situ deposition of a Ti/TiN/Ti aluminum underlayer | |
| US20020068458A1 (en) | Method for integrated in-situ cleaning and susequent atomic layer deposition within a single processing chamber | |
| KR20010032498A (ko) | 손상없는 스컵쳐 코팅 증착 | |
| JP2004536960A (ja) | フッ素を含まないタングステン核生成によるｗ−ｃｖｄ | |
| US6174823B1 (en) | Methods of forming a barrier layer | |
| JP4570704B2 (ja) | バリア膜製造方法 | |
| US5582881A (en) | Process for deposition of a Ti/TiN cap layer on aluminum metallization and apparatus | |
| US4777061A (en) | Blanket tungsten deposition for dielectric | |
| US6573181B1 (en) | Method of forming contact structures using nitrogen trifluoride preclean etch process and a titanium chemical vapor deposition step | |
| JPH1070093A (ja) | イオン化金属付着層を用いるアルミニウムホール充填 | |
| KR19990063873A (ko) | 집적 회로용 금속 스택의 티타늄과 알루미늄 합금사이의 개선된 인터페이스 | |
| JPH10313054A (ja) | 集積回路用の相互結合構造 | |
| US6242804B1 (en) | Fabrication process of a semiconductor device having a nitride film | |
| US6635570B1 (en) | PECVD and CVD processes for WNx deposition | |
| JPH10209084A (ja) | 金属窒化物膜の形成方法 | |
| US20030214039A1 (en) | Method for fabricating semiconductor device having tertiary diffusion barrier layer for copper line | |
| JPH09171976A (ja) | 高アスペクト比フィーチャの側面と底部に膜厚制御可能な被膜を付着する方法および装置 | |
| JP3288010B2 (ja) | 半導体素子の金属配線形成方法 | |
| JP3683336B2 (ja) | 積層構造の形成方法 | |
| JP2004270035A (ja) | タングステン又はタングステン含有薄膜を形成する方法 |