JPH10298748A - ゴールデンチタンナイトライドを堆積する方法 - Google Patents

ゴールデンチタンナイトライドを堆積する方法

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JPH10298748A
JPH10298748A JP10089167A JP8916798A JPH10298748A JP H10298748 A JPH10298748 A JP H10298748A JP 10089167 A JP10089167 A JP 10089167A JP 8916798 A JP8916798 A JP 8916798A JP H10298748 A JPH10298748 A JP H10298748A
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キング−タイ ンガン ケニー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改善されたシート抵抗均一性を有するTiN
薄膜を提供するために、低い圧力においてゴールデンT
iNを堆積する方法を得ることを目的とする。 【解決手段】 まず最初に大きな窒素ガス流量で窒素を
プラズマスパッタリングチャンバに充満させ、次に、堆
積する段階で窒素ガス流量を減少させてチャンバ内の圧
力を減少させることによって、均一なシート抵抗を有す
るゴールデンTiN薄膜がプラズマスパッタリングチャ
ンバで堆積される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定の結晶方位に
使用される用語である“ゴールデン”チタンナイトライ
ド(TiN、窒化チタン)をスパッタ堆積する改善され
た方法に関する。より詳細には、本発明は、改善された
シート抵抗均一性を有するTiN薄膜を提供するため
に、低い圧力においてゴールデンTiNを堆積する方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】TiNはバリア材料として使用され、ア
ルミニウム配線がシリコン基板を傷つけることを防止す
る。TiNは、一般的には、PVDチャンバ内でスパッ
タリングによって堆積される。図1は、従来のスパッタ
リングチャンバ10を示す。スパッタ堆積されるべき材
料、この場合はTiであるが、で作られたターゲット1
2がDC電源14に接続されている。基板支持体電極1
6は、ターゲット12に平行にターゲット12から一定
の間隔で配置されるように取り付けられ、被覆されるべ
き基板18が載置される。一対の磁石20及び20′が
ターゲット12の背後に取り付けられ、また、ガス吸気
口22によって、1以上のガスをチャンバに供給するこ
とができる。ガス排気口及び真空ポンプからなるガス排
気システム24によって、一般的には約20ミリトル以
下の所望の圧力にまでチャンバ10を排気することがで
きる。
【0003】スパッタリング中には、電源が起動され、
アルゴンのような不活性ガス分子がチャンバに供給され
る。TiNが堆積されるときに、アルゴンと窒素との混
合ガスがチャンバに供給される。アルゴンガス分子は、
DC電源14によってターゲットに引き付けられ、ター
ゲット12に衝撃を与え、基板18に堆積することので
きるターゲット材料の粒子をスパッタリングさせる。し
かしながら、ターゲット材料の粒子はランダムなあらゆ
る方向に放出されるので、高アスペクト比を有するバイ
ア/コンタクト(via/contact) におけるTiN薄膜のボ
トムカバレッジ(bottom coverage) はきわめて低い。
【0004】ボトムカバレッジを改善するために、図2
に示されるような改良されたスパッタリングチャンバが
提案されてきた。図2において、チャンバ170は、タ
ーゲット172と、ターゲット172から一定の間隔で
向かい合って取り付けられた基板支持体174とを含
む。DC電源180がターゲット172に接続され、ガ
ス吸気口197を介して、それぞれ容器192及び19
4に貯蔵された不活性ガス及び反応ガスが流入すること
ができる。流量計196及び198がガスの流量を監視
する。さらに、チャンバ170は、高周波(RF)電源
188に接続された螺旋コイル186を内部に含む。こ
のコイル186は、起動されれば、ターゲット172と
基板支持体174との間に高密度のプラズマ領域を形成
する。ターゲット172からスパッタリングされた金属
粒子は、このプラズマ領域を通過してイオン化される。
これらの正に帯電した金属イオンは、(電源182によ
って)負にバイアスされた基板支持体174に引き付け
られ、基板175への堆積速度を向上させる。好ましい
実施の形態においては、螺旋コイル186はターゲット
172と同じ材料で製造されているので、コイル186
から放出される粒子はターゲット172の材料と同じも
のとなり、堆積される薄膜は他の材料で汚染されない。
【0005】排気路191に接続された真空ポンプ19
0は、チャンバ170内の圧力を所望の圧力に維持す
る。例えば窒素の存在下においてゴールデンTiNを形
成するためには、チタンをスパッタリングする圧力は、
一般的には、約30ミリトルである。
【0006】一般的には低温ポンプである真空ポンプ1
90が調整することのできるゲートバルブ199を備え
ていれば、チャンバ内の圧力は、ポンプの速度を変化さ
せることによって調整することができる。もしゲートバ
ルブが全開であれば、チャンバ圧力は低いままであり約
10ミリトルである。しかしながら、この圧力は、プラ
ズマ領域において金属を十分にイオン化するには低過ぎ
る。したがって、排気速度を減少させれば、チャンバ内
の圧力を金属粒子を十分にイオン化するより高い圧力に
維持することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図3は、DC電源が5
KW、高周波電源が2.5KW、そして、基板温度が2
00℃で動作する図2のチャンバへのアルゴン流量が2
5sccmである場合における、チャンバ圧力(ミリト
ル,mT)−窒素流量(sccm)のヒステリシスを示
す線図である。この条件下でTiNを得るためには、5
5sccm以上の窒素流量が必要とされる。しかしなが
ら、そのような大きな窒素流量は、チャンバ圧力を約3
5〜38ミリトルにまで増加させる。このような高い圧
力においてはガス散乱効果のために、TiNのシート抵
抗は乏しい均一性を有する。
【0008】図4は、圧力が38ミリトルで堆積された
TiN薄膜のシート抵抗の等高線を示す線図である。均
一性はきわめて乏しく、1シグマで約18%である。
【0009】
【課題を解決するための手段】したがって、約25ミリ
トルの低い圧力及びそれよりも低い圧力においてTiN
を堆積することができれば、きわめて望ましい。本発明
の方法によれば、チャンバ内の圧力を減少させるため
に、チャンバの排気速度が増加される。
【0010】均一なシート抵抗を有するゴールデンTi
N薄膜は、約25ミリトル及びそれ以下の低い圧力にお
いてTiNを堆積することによって、速い堆積速度で堆
積させることができる。本発明の方法によれば、チャン
バの排気速度を増加させてチャンバ内の圧力を減少さ
せ、まず最初に、アルゴン流量に関してより大きな窒素
流量で、少なくとも5秒間だけアルゴンと窒素とがチャ
ンバに供給され、次に、TiNを形成させながら窒素流
量を減少させる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
に係るゴールデンチタンナイトライドを堆積する方法の
実施形態について説明する。
【0012】プラズマスパッタリングチャンバでスパッ
タリングされる窒化チタン薄膜のシート抵抗の均一性を
改善するために、チャンバは、まず最初に、短時間の間
大きな窒素ガス流量により高い圧力で動作され、次い
で、TiNの堆積を続けながら窒素ガス流量を減少させ
る。
【0013】図5は、DC電源が5KW、高周波(R
F)電源が2.5KW、アルゴン流量が15sccm、
及び基板温度が200℃でのチャンバ圧力−窒素ガス流
量のヒステリシス曲線を示す線図である。
【0014】図5を参照すると、窒素流量が増加するに
つれてチャンバ内の圧力も一般に上昇するが、窒素流量
が65sccmに近づくまでは窒素はTiによって十分
には捕捉されていないことが曲線Aから分かる。曲線B
は、窒素ガス流量及び圧力が減少するにつれて、(ヒス
テリシス曲線A及びBの範囲内の)13ミリトル程度の
低い圧力でもTiNが依然として形成され得ることを示
している。
【0015】したがって、堆積された薄膜のシート抵抗
の均一性を改善しようとするとき、より低い圧力におい
てTiNを形成するためには、本発明によれば、まず最
初に窒素をチャンバに充満させるために、大きな窒素ガ
ス流量で窒素がチャンバに供給される。次に、圧力を減
少させると、この窒素ガス流量も減少する。図5を参照
すると、この図は15sccmの小さいアルゴン流量と
図3の場合と同一の所定のスパッタリングパラメータと
を用いた、TiNのヒステリシスを示す線図であり、窒
素ガス流量が大きければ、約13ミリトル程度の低い圧
力においてTiNは形成され得る。
【0016】図6は、基板支持体を−85Vにバイアス
し、DC電源が5KW、高周波電源が2.5KW、及び
アルゴン流量が15sccmにおいて堆積された薄膜に
おけるシート抵抗の均一性の等高線を示す線図である。
シート抵抗の均一性は優れており、1シグマで6%のみ
変化する。
【0017】図7は、シート抵抗の均一性−窒素流量の
関係を示す線図である。ゴールデンTiNを得るために
は、窒素ガス流量は約40〜70sccmでなければな
らない。約5〜14%の範囲にあるシート抵抗の均一性
を呈するには、ゴールデンTiNは40〜70sccm
の範囲にある窒素ガス流量で形成される。
【0018】このように、窒素ガス流量と圧力とを注意
深く選択することによって、きわめて均一なシート抵抗
均一性を有するゴールデンTiN薄膜を得ることができ
ることは明らかである。
【0019】本発明が以下の実施例によってさらに詳細
に説明されるが、本発明はここに記述される詳細な説明
に限定されるものではない。
【0020】
【実施例】
実施例 図2に示されるようなスパッタリングチャンバを用い
て、一連の動作パラメータを使用し、本発明によるゴー
ルデンTiNを堆積した。
【0021】まず最初に、チャンバ内のガスを安定化さ
せるために、以下の条件でチャンバを動作させた。すな
わち、ゲートバルブは中間位置、DC電源は0KW、高
周波電源は0KW、そして、アルゴン流量は15scc
mとし、窒素がチャンバに80sccmで10秒間だけ
供給された。
【0022】第1段階において、DCターゲット電源は
5KW、コイルへの高周波電源は2.5KWで、このゲ
ートバルブ位置とガス流量とが5秒間だけ維持され、チ
ャンバに窒素を充満させた。
【0023】第2段階において、窒素ガス流量を40s
ccmまで減少させ、その他のパラメータはそのままに
し、所望の厚さのTiNが堆積されるまでスパッタリン
グを継続した。
【0024】次に、その後の堆積のために、すべての電
源及びガスが遮断され、ゲートバルブがそれの全開位置
まで開かれてチャンバを排気した。
【0025】本発明が特定の実施形態によって説明され
たが、本発明はそれに限定されるものではない。本発明
の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のスパッタリングチャンバを示す概略断面
図である。
【図2】チャンバ内にプラズマを生成する改良されたス
パッタリングチャンバを示す概略断面図である。
【図3】38ミリトルの圧力においてTiNをスパッタ
堆積する従来技術による方法を用いて得られるヒステリ
シス曲線を示す線図である。
【図4】従来技術によって基板上に堆積されたTiNの
シート抵抗の等高線を示す線図である。
【図5】低圧においてTiNをスパッタ堆積する本発明
による方法を用いて得られるヒステリシス曲線を示す線
図である。
【図6】本発明によって堆積されたTiNのシート抵抗
の等高線を示す線図である。
【図7】1シグマでのシート抵抗均一性(%)−窒素ガ
ス流量(sccm)の関係を示す線図である。
【符号の説明】
12,172…ターゲット、14,180…DC電源、
16…基板支持体電極、18…基板、20,20′…磁
石、22,197…ガス吸気口、24…ガス排気システ
ム、170…チャンバ、174…基板支持体、186…
螺旋コイル、188…高周波(RF)電源、190…真
空ポンプ、191…排気路、192,194…容器、1
96,198…流量計、199…ゲートバルブ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 DC電源に接続されたチタンターゲット
    と、前記ターゲットに平行に一定の間隔で取り付けられ
    た基板支持体電極と、高周波電源に接続された内部螺旋
    コイルと、ガス吸気口と、調整することのできる排気シ
    ステムとを含むプラズマスパッタリングチャンバにおい
    て、均一なシート抵抗を有するゴールデンTiNを堆積
    する方法であって、 前記電極に電力を供給し、大きな窒素:アルゴンガス流
    量で前記チャンバを窒素で充満させる工程と、及び前記
    窒素ガス流量を減少させ、かつ、排気ポンプの排気速度
    を増加させることによりチャンバ圧力を約25ミリトル
    以下に減少させることによって、ゴールデンTiNを堆
    積する工程と、 を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 前記窒素ガス流量は、まず最初に約80
    sccmであり、堆積する段階では約40sccmに減
    少されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記チャンバ圧力は、堆積する段階では
    約15ミリトルに減少されることを特徴とする請求項1
    に記載の方法。
JP10089167A 1997-02-26 1998-02-26 ゴールデンチタンナイトライドを堆積する方法 Withdrawn JPH10298748A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/805,181 US5919342A (en) 1997-02-26 1997-02-26 Method for depositing golden titanium nitride
US08/805181 1997-02-26

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EP (1) EP0861920A1 (ja)
JP (1) JPH10298748A (ja)
KR (1) KR19980071720A (ja)
SG (1) SG63815A1 (ja)
TW (1) TW370569B (ja)

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