JPH11256335A - 金属窒化物膜の化学的気相成長方法およびこれを用いた電子装置の製造方法 - Google Patents
金属窒化物膜の化学的気相成長方法およびこれを用いた電子装置の製造方法Info
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- JPH11256335A JPH11256335A JP5535198A JP5535198A JPH11256335A JP H11256335 A JPH11256335 A JP H11256335A JP 5535198 A JP5535198 A JP 5535198A JP 5535198 A JP5535198 A JP 5535198A JP H11256335 A JPH11256335 A JP H11256335A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高段差を有する被処理基板に対しても、段差
被覆性や対称性等の成膜形状に優れた金属窒化物膜の化
学的気相成長方法、およびこれを用いた電子装置の製造
方法を提供する。 【解決手段】 プラズマの発光スペクトルから観測され
る金属イオン（Ｍ+ ）の主発光スペクトル強度が、金属
原子（Ｍ）の主発光スペクトル強度よりも強いプラズマ
生成条件を用いた化学的気相成長方法を採用して、金属
窒化物膜を形成する。 【効果】 金属イオンはその方向性を磁界あるいは電界
により制御することができる。このため、金属イオンを
被処理基板に対し、略垂直方向から入射することによ
り、高アスペクト比の接続孔２３に対しても、良好なボ
トムカバレッジで金属窒化物膜２４を形成することがで
きる。
被覆性や対称性等の成膜形状に優れた金属窒化物膜の化
学的気相成長方法、およびこれを用いた電子装置の製造
方法を提供する。 【解決手段】 プラズマの発光スペクトルから観測され
る金属イオン（Ｍ+ ）の主発光スペクトル強度が、金属
原子（Ｍ）の主発光スペクトル強度よりも強いプラズマ
生成条件を用いた化学的気相成長方法を採用して、金属
窒化物膜を形成する。 【効果】 金属イオンはその方向性を磁界あるいは電界
により制御することができる。このため、金属イオンを
被処理基板に対し、略垂直方向から入射することによ
り、高アスペクト比の接続孔２３に対しても、良好なボ
トムカバレッジで金属窒化物膜２４を形成することがで
きる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属窒化物膜の化学
的気相成長（ＣＶＤ）方法およびこれを用いた電子装置
の製造方法に関し、さらに詳しくは、表面に高段差を有
する被処理基板上にステップカバレッジ良く成膜するこ
とが可能な金属窒化物膜の化学的気相成長方法およびこ
れを用いた電子装置の製造方法に関する。
的気相成長（ＣＶＤ）方法およびこれを用いた電子装置
の製造方法に関し、さらに詳しくは、表面に高段差を有
する被処理基板上にステップカバレッジ良く成膜するこ
とが可能な金属窒化物膜の化学的気相成長方法およびこ
れを用いた電子装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＵＬＳＩ(Ultra Large Scale Integrate
d Circuits) 等の半導体装置のデザインルールがサブク
ォータミクロンのレベルへと微細化し、かつ多層配線構
造が多用されつつある。この高集積化にともない、上層
配線と下層配線、あるいは上層配線と半導体基板とを電
気的に接続する、ビアホール(Via Hole)やコンタクトホ
ール等の接続孔のアスペクト比も増大する傾向にある。
例えば、最小デザインルールが０．１８μｍの半導体装
置においては、接続孔の開口径は０．２４μｍ程度であ
るのに対し、層間絶縁膜は１．０μｍ程度の厚さである
ので、接続孔のアスペクト比は４．０以上となる。高ア
スペクト比の接続孔は、薄膜磁気ヘッド装置等の各種電
子装置にも適用される。
d Circuits) 等の半導体装置のデザインルールがサブク
ォータミクロンのレベルへと微細化し、かつ多層配線構
造が多用されつつある。この高集積化にともない、上層
配線と下層配線、あるいは上層配線と半導体基板とを電
気的に接続する、ビアホール(Via Hole)やコンタクトホ
ール等の接続孔のアスペクト比も増大する傾向にある。
例えば、最小デザインルールが０．１８μｍの半導体装
置においては、接続孔の開口径は０．２４μｍ程度であ
るのに対し、層間絶縁膜は１．０μｍ程度の厚さである
ので、接続孔のアスペクト比は４．０以上となる。高ア
スペクト比の接続孔は、薄膜磁気ヘッド装置等の各種電
子装置にも適用される。
【０００３】このような高アスペクト比の接続孔によ
り、低抵抗で信頼性の高い多層配線構造を実現するため
には、低抵抗かつオーミックなコンタクト部分の形成
と、配線材料等の拡散の防止が必要となる。このために
は、接続孔内にオーミックコンタクト用のＴｉ等の密着
層と、ＴｉＮ等の金属窒化物膜からなる拡散バリア層を
この順に形成し、この後、上層配線材料やコンタクトプ
ラグ材料を埋め込むことがおこなわれる。
り、低抵抗で信頼性の高い多層配線構造を実現するため
には、低抵抗かつオーミックなコンタクト部分の形成
と、配線材料等の拡散の防止が必要となる。このために
は、接続孔内にオーミックコンタクト用のＴｉ等の密着
層と、ＴｉＮ等の金属窒化物膜からなる拡散バリア層を
この順に形成し、この後、上層配線材料やコンタクトプ
ラグ材料を埋め込むことがおこなわれる。
【０００４】コンタクトプラグ材料としては、Ｗ等の高
融点金属が主に採用される。コンタクトプラグの形成方
法としては選択ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法
により接続孔内に高融点金属を選択的に埋め込んだり、
ブランケットＣＶＤ法およびこれに続くエッチバックや
化学的機械研磨により、接続孔内に高融点金属を残して
形成される。
融点金属が主に採用される。コンタクトプラグの形成方
法としては選択ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法
により接続孔内に高融点金属を選択的に埋め込んだり、
ブランケットＣＶＤ法およびこれに続くエッチバックや
化学的機械研磨により、接続孔内に高融点金属を残して
形成される。
【０００５】またコンタクトプラグと上層配線を同一材
料で形成する場合には、Ａｌ系金属やＣｕ系金属が主と
して採用される。これらの金属材料は、高温スパッタリ
ングやＣＶＤ法により成膜される。特に、接続孔上の層
間絶縁膜に埋め込み配線用の配線溝を予め形成してお
き、これらの構造体上に配線材料を厚く形成した後、層
間絶縁膜上の不要な配線材料を化学的機械研磨法で除去
して、コンタクトプラグと上層配線を同時に形成する方
法が、スループットの高さや平坦性の観点から注目を集
めている。この方法は、デュアルダマシンプロセス(Dua
l Damascene Process)と呼ばれる。
料で形成する場合には、Ａｌ系金属やＣｕ系金属が主と
して採用される。これらの金属材料は、高温スパッタリ
ングやＣＶＤ法により成膜される。特に、接続孔上の層
間絶縁膜に埋め込み配線用の配線溝を予め形成してお
き、これらの構造体上に配線材料を厚く形成した後、層
間絶縁膜上の不要な配線材料を化学的機械研磨法で除去
して、コンタクトプラグと上層配線を同時に形成する方
法が、スループットの高さや平坦性の観点から注目を集
めている。この方法は、デュアルダマシンプロセス(Dua
l Damascene Process)と呼ばれる。
【０００６】いずれの方法においても、接続孔内に拡散
防止用のバリア層を薄く、かつステップカバレッジ良く
形成することが重要なポイントとなる。バリア層に不連
続部分が有ると、その部分から拡散が進み、不所望の高
抵抗合金層の形成や、ジャンクションリーク発生等の事
故が発生する。
防止用のバリア層を薄く、かつステップカバレッジ良く
形成することが重要なポイントとなる。バリア層に不連
続部分が有ると、その部分から拡散が進み、不所望の高
抵抗合金層の形成や、ジャンクションリーク発生等の事
故が発生する。
【０００７】従来よりバリア層の形成には反応性スパッ
タリング法が多く用いられてきた。しかしながら、スパ
ッタリング法においては、成膜にあずかるスパッタリン
グ粒子の被処理基板への入射角度がランダムである。こ
のため、高アスペクト比の接続孔底部へのスパッタリン
グ粒子の入射は制限され、ステップカバレッジ性能には
限界があった。
タリング法が多く用いられてきた。しかしながら、スパ
ッタリング法においては、成膜にあずかるスパッタリン
グ粒子の被処理基板への入射角度がランダムである。こ
のため、高アスペクト比の接続孔底部へのスパッタリン
グ粒子の入射は制限され、ステップカバレッジ性能には
限界があった。
【０００８】ステップカバレッジ向上のため、減圧ＣＶ
Ｄ法、すなわち熱ＣＶＤ法が提案されている。この方法
は、原料ガスとして金属のハロゲン化物、例えばＴｉＣ
ｌ4とＮＨ3 を用い、被処理基板表面での化学反応を利
用するものであり、高段差の下地に倣った形状、すなわ
ちコンフォーマル形状に成膜される。このため、接続孔
の側面にも均一な厚さのバリア層が形成され、接続孔の
開口幅が狭まり、その後の工程でコンタクトプラグ材料
等を埋め込む際に内部にボイドを発生する場合がある。
また副反応生成物としてＮＨ4 Ｃｌ粒子が生成され、パ
ーティクルレベルを悪化させる可能性がある。さらに、
熱ＣＶＤ法は熱反応を利用するので、被処理基板温度と
して数百℃以上が要求される不都合もある。
Ｄ法、すなわち熱ＣＶＤ法が提案されている。この方法
は、原料ガスとして金属のハロゲン化物、例えばＴｉＣ
ｌ4とＮＨ3 を用い、被処理基板表面での化学反応を利
用するものであり、高段差の下地に倣った形状、すなわ
ちコンフォーマル形状に成膜される。このため、接続孔
の側面にも均一な厚さのバリア層が形成され、接続孔の
開口幅が狭まり、その後の工程でコンタクトプラグ材料
等を埋め込む際に内部にボイドを発生する場合がある。
また副反応生成物としてＮＨ4 Ｃｌ粒子が生成され、パ
ーティクルレベルを悪化させる可能性がある。さらに、
熱ＣＶＤ法は熱反応を利用するので、被処理基板温度と
して数百℃以上が要求される不都合もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】プロセス温度の低温化
に対しては、プラズマＣＶＤ法が有効である。この方法
は、放電解離によりプラズマ中に励起状態の反応種を生
成し、反応種間の反応により金属窒化物を生成するので
低温化が可能となる。その反面、表面反応を利用しない
分だけ、ステップカバレッジは被処理基板表面への反応
種の入射状態に強く影響される。このため、熱ＣＶＤ法
と比較すると、ステップカバレッジの面では充分でない
場合があった。
に対しては、プラズマＣＶＤ法が有効である。この方法
は、放電解離によりプラズマ中に励起状態の反応種を生
成し、反応種間の反応により金属窒化物を生成するので
低温化が可能となる。その反面、表面反応を利用しない
分だけ、ステップカバレッジは被処理基板表面への反応
種の入射状態に強く影響される。このため、熱ＣＶＤ法
と比較すると、ステップカバレッジの面では充分でない
場合があった。
【００１０】本発明は上述した問題点に鑑みて提案する
ものである。すなわち本発明の課題は、微細かつ高段差
を有する被処理基板に対して、ステップカバレッジ良く
成膜することが可能な金属窒化物膜の化学的気相成長方
法を提供することである。また本発明の別の課題は、ス
テップカバレッジの良い金属窒化物膜を拡散バリア層等
に用いた、高集積度半導体装置をはじめとする信頼性の
高い電子装置の製造方法を提供することである。
ものである。すなわち本発明の課題は、微細かつ高段差
を有する被処理基板に対して、ステップカバレッジ良く
成膜することが可能な金属窒化物膜の化学的気相成長方
法を提供することである。また本発明の別の課題は、ス
テップカバレッジの良い金属窒化物膜を拡散バリア層等
に用いた、高集積度半導体装置をはじめとする信頼性の
高い電子装置の製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために提案するものである。すなわち、本発明の
請求項１の金属窒化物膜の化学的気相成長方法は、金属
化合物ガス、窒化剤ガスおよび還元剤ガスを含む混合ガ
スの放電解離によりプラズマを生成し、被処理基板上に
金属窒化物膜を形成する工程を有する金属窒化物膜の化
学的気相成長方法であって、この金属窒化物膜の形成工
程は、プラズマの発光スペクトルから観測される金属イ
オンの主発光スペクトル強度が、同じプラズマの発光ス
ペクトルから観測される金属原子の主発光スペクトル強
度よりも強いプラズマ生成条件を用いた工程であること
を特徴とする。
決するために提案するものである。すなわち、本発明の
請求項１の金属窒化物膜の化学的気相成長方法は、金属
化合物ガス、窒化剤ガスおよび還元剤ガスを含む混合ガ
スの放電解離によりプラズマを生成し、被処理基板上に
金属窒化物膜を形成する工程を有する金属窒化物膜の化
学的気相成長方法であって、この金属窒化物膜の形成工
程は、プラズマの発光スペクトルから観測される金属イ
オンの主発光スペクトル強度が、同じプラズマの発光ス
ペクトルから観測される金属原子の主発光スペクトル強
度よりも強いプラズマ生成条件を用いた工程であること
を特徴とする。
【００１２】また本発明の請求項２の金属窒化物膜の化
学的気相成長方法は、金属化合物ガス、窒化剤ガスおよ
び還元剤ガスを含む混合ガスの放電解離によりプラズマ
を生成し、被処理基板上に金属窒化物膜を形成する工程
を有する金属窒化物膜の化学的気相成長方法であって、
この金属窒化物膜の形成工程における、混合ガスに対す
る金属化合物ガスの流量比は、プラズマの発光スペクト
ルから観測される金属イオンの主発光スペクトル強度
が、同じプラズマの発光スペクトルから観測される金属
原子の主発光スペクトル強度よりも強くなる流量比であ
ることを特徴とする。
学的気相成長方法は、金属化合物ガス、窒化剤ガスおよ
び還元剤ガスを含む混合ガスの放電解離によりプラズマ
を生成し、被処理基板上に金属窒化物膜を形成する工程
を有する金属窒化物膜の化学的気相成長方法であって、
この金属窒化物膜の形成工程における、混合ガスに対す
る金属化合物ガスの流量比は、プラズマの発光スペクト
ルから観測される金属イオンの主発光スペクトル強度
が、同じプラズマの発光スペクトルから観測される金属
原子の主発光スペクトル強度よりも強くなる流量比であ
ることを特徴とする。
【００１３】つぎに本発明の請求項７の電子装置の製造
方法は、金属化合物ガス、窒化剤ガスおよび還元剤ガス
を含む混合ガスの放電解離によりプラズマを生成し、被
処理基板上に金属窒化物膜を形成する工程を有する電子
装置の製造方法であって、この金属窒化物膜の形成工程
は、プラズマの発光スペクトルから観測される金属イオ
ンの主発光スペクトル強度が、同じプラズマの発光スペ
クトルから観測される金属原子の主発光スペクトル強度
よりも強いプラズマ生成条件を用いた工程であることを
特徴とする。
方法は、金属化合物ガス、窒化剤ガスおよび還元剤ガス
を含む混合ガスの放電解離によりプラズマを生成し、被
処理基板上に金属窒化物膜を形成する工程を有する電子
装置の製造方法であって、この金属窒化物膜の形成工程
は、プラズマの発光スペクトルから観測される金属イオ
ンの主発光スペクトル強度が、同じプラズマの発光スペ
クトルから観測される金属原子の主発光スペクトル強度
よりも強いプラズマ生成条件を用いた工程であることを
特徴とする。
【００１４】さらに本発明の請求項８の電子装置の製造
方法は、金属化合物ガス、窒化剤ガスおよび還元剤ガス
を含む混合ガスの放電解離によりプラズマを生成し、被
処理基板上に金属窒化物膜を形成する工程を有する電子
装置の製造方法であって、この金属窒化物膜の形成工程
における、混合ガスに対する金属化合物ガスの流量比
は、プラズマの発光スペクトルから観測される金属イオ
ンの主発光スペクトル強度が、同じプラズマの発光スペ
クトルから観測される金属原子の主発光スペクトル強度
よりも強くなる流量比であることを特徴とする。
方法は、金属化合物ガス、窒化剤ガスおよび還元剤ガス
を含む混合ガスの放電解離によりプラズマを生成し、被
処理基板上に金属窒化物膜を形成する工程を有する電子
装置の製造方法であって、この金属窒化物膜の形成工程
における、混合ガスに対する金属化合物ガスの流量比
は、プラズマの発光スペクトルから観測される金属イオ
ンの主発光スペクトル強度が、同じプラズマの発光スペ
クトルから観測される金属原子の主発光スペクトル強度
よりも強くなる流量比であることを特徴とする。
【００１５】いずれの発明においても、金属化合物ガス
としては、金属フッ化物、金属塩化物、金属臭化物ある
いは金属沃化物等の金属ハロゲン化物ガスが例示される
が、有機金属化合物であってもよい。金属としては、Ｔ
ｉ、Ｔａ、Ｗ等の高融点金属が望ましい。一例として、
ＴｉＣｌ4 （ｍｐ＝−２５℃、ｂｐ＝１３６℃）、Ｔｉ
Ｂｒ4 （ｍｐ＝３９℃、ｂｐ＝２３０℃）、ＴｉＩ
4 （ｍｐ＝１３０℃、ｂｐ＝３７７．１℃）、ＷＦ
6 （ｍｐ＝２．５℃、ｂｐ＝１７．５℃）あるいはＴａ
Ｆ5 （ｍｐ＝９６．８℃、ｂｐ＝２２９．５℃）があげ
られる。これらのうち、ＴｉＣｌ4 のように室温で液体
の金属化合物は、取り扱いの簡便さから好ましく使用す
ることができる。これら金属化合物は、公知の加熱バブ
リング法やバーニング法等により気化し、加熱配管を経
由してプラズマＣＶＤチャンバに導入すればよい。
としては、金属フッ化物、金属塩化物、金属臭化物ある
いは金属沃化物等の金属ハロゲン化物ガスが例示される
が、有機金属化合物であってもよい。金属としては、Ｔ
ｉ、Ｔａ、Ｗ等の高融点金属が望ましい。一例として、
ＴｉＣｌ4 （ｍｐ＝−２５℃、ｂｐ＝１３６℃）、Ｔｉ
Ｂｒ4 （ｍｐ＝３９℃、ｂｐ＝２３０℃）、ＴｉＩ
4 （ｍｐ＝１３０℃、ｂｐ＝３７７．１℃）、ＷＦ
6 （ｍｐ＝２．５℃、ｂｐ＝１７．５℃）あるいはＴａ
Ｆ5 （ｍｐ＝９６．８℃、ｂｐ＝２２９．５℃）があげ
られる。これらのうち、ＴｉＣｌ4 のように室温で液体
の金属化合物は、取り扱いの簡便さから好ましく使用す
ることができる。これら金属化合物は、公知の加熱バブ
リング法やバーニング法等により気化し、加熱配管を経
由してプラズマＣＶＤチャンバに導入すればよい。
【００１６】つぎに、本発明で採用する窒化剤ガスとし
ては、Ｎ2 、ＮＨ3 あるいはＮ2 Ｈ4 等を例示すること
ができる。これらは、単独でも、混合して用いてもよ
い。
ては、Ｎ2 、ＮＨ3 あるいはＮ2 Ｈ4 等を例示すること
ができる。これらは、単独でも、混合して用いてもよ
い。
【００１７】本発明が対象とする金属窒化物膜として
は、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａ2 Ｎ、ＷＮ、Ｗ2 Ｎ、Ｔｉ−
Ｓｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｓｉ−ＮあるいはＷ−Ｓｉ−Ｎ等が例
示される。Ｓｉを含む金属窒化物膜は、原料ガス中にＳ
ｉＨ4 等のシラン系ガスを添加することにより形成する
ことができる。これら金属窒化物膜は、単層で用いても
複層で用いてもよい。またＴｉ金属等の密着層と積層し
て用いてもよい。
は、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａ2 Ｎ、ＷＮ、Ｗ2 Ｎ、Ｔｉ−
Ｓｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｓｉ−ＮあるいはＷ−Ｓｉ−Ｎ等が例
示される。Ｓｉを含む金属窒化物膜は、原料ガス中にＳ
ｉＨ4 等のシラン系ガスを添加することにより形成する
ことができる。これら金属窒化物膜は、単層で用いても
複層で用いてもよい。またＴｉ金属等の密着層と積層し
て用いてもよい。
【００１８】金属窒化物膜の形成工程においては、金属
イオンを、被処理基板表面に対し、略垂直に入射させつ
つ金属窒化物膜を形成することが望ましい。金属イオン
の垂直入射は、被処理基板上での電界あるいは磁界を制
御することにより達成することができる。本発明の金属
窒化物膜の化学的気相成長方法に用いるプラズマＣＶＤ
装置としては、ＥＣＲ (Electron Cyclotron Resonanc
e) プラズマＣＶＤ装置やヘリコン波プラズマＣＶＤ装
置のように、高密度プラズマ発生源を有するものが、成
膜速度や均一性の点から好ましい。しかしながら、より
一般的な平行平板型プラズマＣＶＤ装置であってもよ
い。これらプラズマＣＶＤ装置の基板ステージあるいは
基板載置電極の下部に、永久磁石あるいは電磁石を配設
することにより、磁界を制御することができる。また基
板ステージあるいは基板載置電極に、基板バイアス電位
を印加することにより、電界を制御することができる。
基板バイアスは、セルフバイアスであっても、別途バイ
アス電源を加えてもよい。
イオンを、被処理基板表面に対し、略垂直に入射させつ
つ金属窒化物膜を形成することが望ましい。金属イオン
の垂直入射は、被処理基板上での電界あるいは磁界を制
御することにより達成することができる。本発明の金属
窒化物膜の化学的気相成長方法に用いるプラズマＣＶＤ
装置としては、ＥＣＲ (Electron Cyclotron Resonanc
e) プラズマＣＶＤ装置やヘリコン波プラズマＣＶＤ装
置のように、高密度プラズマ発生源を有するものが、成
膜速度や均一性の点から好ましい。しかしながら、より
一般的な平行平板型プラズマＣＶＤ装置であってもよ
い。これらプラズマＣＶＤ装置の基板ステージあるいは
基板載置電極の下部に、永久磁石あるいは電磁石を配設
することにより、磁界を制御することができる。また基
板ステージあるいは基板載置電極に、基板バイアス電位
を印加することにより、電界を制御することができる。
基板バイアスは、セルフバイアスであっても、別途バイ
アス電源を加えてもよい。
【００１９】つぎに作用の説明に移る。本発明の金属窒
化物膜の形成工程においては、金属化合物ガス、窒化剤
ガスおよび還元剤ガスを含む混合ガスの放電解離により
プラズマが生成される。このプラズマ中では、金属化合
物ガスは主として電子との衝突により解離し、金属イオ
ンおよび中性の金属原子が生成される。金属イオンおよ
び金属原子は、いずれも下位のエネルギレベルに落ちる
際に固有の発光スペクトルを放射するので、この発光ス
ペクトル強度を観測することにより、プラズマ中の金属
イオンおよび金属原子の濃度を知ることができる。した
がって、金属化合物ガスの流量比等のプラズマＣＶＤ条
件の選択により、プラズマ中の金属イオンの生成が、金
属原子の生成よりも優勢な状態を出現することができ
る。
化物膜の形成工程においては、金属化合物ガス、窒化剤
ガスおよび還元剤ガスを含む混合ガスの放電解離により
プラズマが生成される。このプラズマ中では、金属化合
物ガスは主として電子との衝突により解離し、金属イオ
ンおよび中性の金属原子が生成される。金属イオンおよ
び金属原子は、いずれも下位のエネルギレベルに落ちる
際に固有の発光スペクトルを放射するので、この発光ス
ペクトル強度を観測することにより、プラズマ中の金属
イオンおよび金属原子の濃度を知ることができる。した
がって、金属化合物ガスの流量比等のプラズマＣＶＤ条
件の選択により、プラズマ中の金属イオンの生成が、金
属原子の生成よりも優勢な状態を出現することができ
る。
【００２０】このように、金属イオンの生成が優越する
プラズマからこの金属イオンを引き出し、電界あるいは
磁界の制御により被処理基板表面に対して略垂直に入射
させれば、大口径の被処理基板に対してもステップカバ
レッジ良く、かつ均一に金属窒化物膜を形成することが
できる。ことに、開口径が微細で高アスペクト比の接続
孔においては、接続孔底部におけるボトムカバレッジを
大幅に向上することができる。また、接続孔の側面に堆
積する金属窒化物膜の厚さは僅かであるので、開口径が
狭まることがなく、後工程で埋め込まれるコンタクトプ
ラグ等にボイドが発生する虞れはない。ボトムカバレッ
ジとは、平坦な層間絶縁膜表面に形成される膜の厚さ
と、接続孔底部に形成される膜の厚さの比として定義さ
れる。接続孔底部に形成される膜は、特にそのコーナ部
分の膜厚が薄く形成され、最も薄い部分の膜厚が、ボト
ムカバレッジの測定に際して採用される。
プラズマからこの金属イオンを引き出し、電界あるいは
磁界の制御により被処理基板表面に対して略垂直に入射
させれば、大口径の被処理基板に対してもステップカバ
レッジ良く、かつ均一に金属窒化物膜を形成することが
できる。ことに、開口径が微細で高アスペクト比の接続
孔においては、接続孔底部におけるボトムカバレッジを
大幅に向上することができる。また、接続孔の側面に堆
積する金属窒化物膜の厚さは僅かであるので、開口径が
狭まることがなく、後工程で埋め込まれるコンタクトプ
ラグ等にボイドが発生する虞れはない。ボトムカバレッ
ジとは、平坦な層間絶縁膜表面に形成される膜の厚さ
と、接続孔底部に形成される膜の厚さの比として定義さ
れる。接続孔底部に形成される膜は、特にそのコーナ部
分の膜厚が薄く形成され、最も薄い部分の膜厚が、ボト
ムカバレッジの測定に際して採用される。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的実施の形態
例につき添付図面を参照して説明する。
例につき添付図面を参照して説明する。
【００２２】まず本発明の金属窒化物膜の化学的気相成
長方法に採用したプラズマＣＶＤ装置につき、図７およ
び図８を参照して説明する。
長方法に採用したプラズマＣＶＤ装置につき、図７およ
び図８を参照して説明する。
【００２３】図７は、本発明の金属窒化物膜の化学的気
相成長方法で採用したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を示す
概略断面図である。すなわち、ＣＶＤチャンバ７内に
は、被処理基板１を載置した基板ステージ２が配設され
ている。この基板ステージ２に対向して、被処理基板１
に向けて開口したプラズマ生成室１１が連接されてい
る。プラズマ生成室１１の閉端面には、石英やアルミナ
等の誘電体材料からなるマイクロ波導入窓９が配設され
ており、マグネトロン（不図示）で発生した２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波をプラズマ生成室１１内に導入する。
このマイクロ波導入窓９は、実際にマイクロ波が透過す
る、中心の矩形部分を除いて、ＲＦ印加手段６が接続さ
れる板状電極（不図示）が形成されており、このマイク
ロ波導入窓９への金属窒化物膜の付着を防止する構成と
なっている。符号１０はプラズマ生成室１１を囲繞する
ソレノイドコイルであり、このソレノイドコイル１０で
発生する０．０８７５Ｔの磁界と２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波との相互作用により、ＥＣＲ条件を達成すること
ができる。プラズマ生成室１１の同じく閉端面には、第
１のガス導入孔４が配設されている。この第１のガス導
入孔４からは、窒化剤ガスと還元剤ガス等が導入され
る。一方、プラズマ生成室１１の解放端面には、金属化
合物ガスやキャリアガスを導入するガスリングヘッド状
の第２のガス導入孔５が配設されている。符号１２は電
磁石であり、基板ステージ２の裏面に配設され、ミラー
磁場１５を形成して被処理基板１への金属イオンの入射
方向を略垂直方向に制御する。ＣＶＤチャンバ７内のプ
ラズマ発光は、このＣＶＤチャンバ７の１側面に形成さ
れた石英等のモニタ窓を介して、プラズマモニタ１３に
より観測することができる。プラズマモニタ１３は、紫
外から可視光領域にかけて、プラズマを分光測定するこ
とが可能である。なおこのプラズマモニタの分光測定に
より得られる発光スペクトル強度信号を、不図示のマイ
クロコンピュータ等に入力し、予め入力しておいた設定
値と比較することにより、金属化合物ガスの流量比等を
最適値に制御する構成としてもよい。符号８は高真空ポ
ンプに接続される排気孔である。
相成長方法で採用したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を示す
概略断面図である。すなわち、ＣＶＤチャンバ７内に
は、被処理基板１を載置した基板ステージ２が配設され
ている。この基板ステージ２に対向して、被処理基板１
に向けて開口したプラズマ生成室１１が連接されてい
る。プラズマ生成室１１の閉端面には、石英やアルミナ
等の誘電体材料からなるマイクロ波導入窓９が配設され
ており、マグネトロン（不図示）で発生した２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波をプラズマ生成室１１内に導入する。
このマイクロ波導入窓９は、実際にマイクロ波が透過す
る、中心の矩形部分を除いて、ＲＦ印加手段６が接続さ
れる板状電極（不図示）が形成されており、このマイク
ロ波導入窓９への金属窒化物膜の付着を防止する構成と
なっている。符号１０はプラズマ生成室１１を囲繞する
ソレノイドコイルであり、このソレノイドコイル１０で
発生する０．０８７５Ｔの磁界と２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波との相互作用により、ＥＣＲ条件を達成すること
ができる。プラズマ生成室１１の同じく閉端面には、第
１のガス導入孔４が配設されている。この第１のガス導
入孔４からは、窒化剤ガスと還元剤ガス等が導入され
る。一方、プラズマ生成室１１の解放端面には、金属化
合物ガスやキャリアガスを導入するガスリングヘッド状
の第２のガス導入孔５が配設されている。符号１２は電
磁石であり、基板ステージ２の裏面に配設され、ミラー
磁場１５を形成して被処理基板１への金属イオンの入射
方向を略垂直方向に制御する。ＣＶＤチャンバ７内のプ
ラズマ発光は、このＣＶＤチャンバ７の１側面に形成さ
れた石英等のモニタ窓を介して、プラズマモニタ１３に
より観測することができる。プラズマモニタ１３は、紫
外から可視光領域にかけて、プラズマを分光測定するこ
とが可能である。なおこのプラズマモニタの分光測定に
より得られる発光スペクトル強度信号を、不図示のマイ
クロコンピュータ等に入力し、予め入力しておいた設定
値と比較することにより、金属化合物ガスの流量比等を
最適値に制御する構成としてもよい。符号８は高真空ポ
ンプに接続される排気孔である。
【００２４】図７に示したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置に
よれば、プラズマ中の金属イオンおよび金属原子の発光
スペクトル強度をモニタし、第２のガス導入孔５から導
入される金属化合物ガスの流量比等の条件の制御によ
り、金属イオンが金属原子より優越したプラズマＣＶＤ
条件での金属窒化物膜の形成が可能である。
よれば、プラズマ中の金属イオンおよび金属原子の発光
スペクトル強度をモニタし、第２のガス導入孔５から導
入される金属化合物ガスの流量比等の条件の制御によ
り、金属イオンが金属原子より優越したプラズマＣＶＤ
条件での金属窒化物膜の形成が可能である。
【００２５】図８は本発明の金属窒化物膜の化学的気相
成長方法に用いた、他のプラズマＣＶＤ装置の例であ
る、平行平板型プラズマＣＶＤ装置である。図８では、
図７で示したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の構成要素と類
似の部分には、同じ参照符号を付してある。すなわち、
プラズマ生成室を兼ねるＣＶＤチャンバ７内には、被処
理基板１を載置する基板ステージ２と、これに対向して
ガスシャワーヘッド３が配設されている。ガスシャワー
ヘッド３にはＲＦ印加手段６からＲＦ電力が供給される
とともに、基板ステージ２にはバイアス電位を与えるバ
イアス電源１４が接続されている。ガスシャワーヘッド
３には、窒化剤ガスと還元剤ガス等が導入される第１の
ガス導入孔４と、金属化合物ガスやキャリアガスが導入
される第２のガス導入孔５が接続されている。またこの
ガスシャワーヘッド３には、被処理基板１に向けて導入
ガスを均一に噴出可能なように複数のノズルが開口され
ている。符号１３はプラズマモニタであり、その構成は
図７に示したものと同様である。符号８は高真空ポンプ
に接続される排気孔である。
成長方法に用いた、他のプラズマＣＶＤ装置の例であ
る、平行平板型プラズマＣＶＤ装置である。図８では、
図７で示したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の構成要素と類
似の部分には、同じ参照符号を付してある。すなわち、
プラズマ生成室を兼ねるＣＶＤチャンバ７内には、被処
理基板１を載置する基板ステージ２と、これに対向して
ガスシャワーヘッド３が配設されている。ガスシャワー
ヘッド３にはＲＦ印加手段６からＲＦ電力が供給される
とともに、基板ステージ２にはバイアス電位を与えるバ
イアス電源１４が接続されている。ガスシャワーヘッド
３には、窒化剤ガスと還元剤ガス等が導入される第１の
ガス導入孔４と、金属化合物ガスやキャリアガスが導入
される第２のガス導入孔５が接続されている。またこの
ガスシャワーヘッド３には、被処理基板１に向けて導入
ガスを均一に噴出可能なように複数のノズルが開口され
ている。符号１３はプラズマモニタであり、その構成は
図７に示したものと同様である。符号８は高真空ポンプ
に接続される排気孔である。
【００２６】図８に示した平行平板型プラズマＣＶＤ装
置によれば、プラズマ中の金属イオンおよび金属原子の
発光スペクトル強度をモニタし、これによる第２のガス
導入孔５から導入される金属化合物ガスの流量比等の条
件の制御により、金属イオンが金属原子より優越したプ
ラズマＣＶＤ条件での金属窒化物膜の形成が可能であ
る。また被処理基板１の表面に近接して形成されるプラ
ズマシースによる電界により、被処理基板１に略垂直に
入射する金属イオンによる金属窒化物膜の成膜が可能で
ある。
置によれば、プラズマ中の金属イオンおよび金属原子の
発光スペクトル強度をモニタし、これによる第２のガス
導入孔５から導入される金属化合物ガスの流量比等の条
件の制御により、金属イオンが金属原子より優越したプ
ラズマＣＶＤ条件での金属窒化物膜の形成が可能であ
る。また被処理基板１の表面に近接して形成されるプラ
ズマシースによる電界により、被処理基板１に略垂直に
入射する金属イオンによる金属窒化物膜の成膜が可能で
ある。
【００２７】つぎに本発明の金属窒化物膜の化学的気相
成長方法の概略を、図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明
する。
成長方法の概略を、図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明
する。
【００２８】図１（ａ）は本発明が適用される被処理基
板の一例であり、高集積度半導体装置の製造工程におけ
る一局面を示す要部概略断面図である。すなわち、不図
示のトランジスタ等の素子が形成されたシリコン等の半
導体基板２０上に、酸化シリコン等の層間絶縁膜２２を
形成し、ここに接続孔２３が開口されている。接続孔２
３の底部に露出する半導体基板２０表面には、不純物拡
散層２１が露出しいる。
板の一例であり、高集積度半導体装置の製造工程におけ
る一局面を示す要部概略断面図である。すなわち、不図
示のトランジスタ等の素子が形成されたシリコン等の半
導体基板２０上に、酸化シリコン等の層間絶縁膜２２を
形成し、ここに接続孔２３が開口されている。接続孔２
３の底部に露出する半導体基板２０表面には、不純物拡
散層２１が露出しいる。
【００２９】この不純物拡散層２１と上層配線を電気的
に接続するためには、少なくとも拡散防止用のバリア層
を形成する必要がある。図１（ｂ）はこのバリア層の形
成工程に本発明の金属窒化物膜の化学的気相成長方法を
適用している状態を示している。すなわち、金属化合物
ガス、窒化剤ガスおよび還元剤ガスを含む混合ガスを用
いたプラズマＣＶＤ法により、被処理基板上にバリア層
としての金属窒化物膜２４を形成しつつある状態であ
る。このとき、プラズマ中にはＭ+ で示す金属イオン
と、Ｍで示す中性の金属原子が存在する。これらの励起
種は、下位のエネルギレベルへ落ちる際には、それぞれ
固有でしかも複数の波長の発光スペクトルを示す。個々
の励起種の発光スペクトルのうち、最大の強度を示す主
発光スペクトルの波長は、プラズマＣＶＤ条件、例えば
流量比等により変動する場合がある。
に接続するためには、少なくとも拡散防止用のバリア層
を形成する必要がある。図１（ｂ）はこのバリア層の形
成工程に本発明の金属窒化物膜の化学的気相成長方法を
適用している状態を示している。すなわち、金属化合物
ガス、窒化剤ガスおよび還元剤ガスを含む混合ガスを用
いたプラズマＣＶＤ法により、被処理基板上にバリア層
としての金属窒化物膜２４を形成しつつある状態であ
る。このとき、プラズマ中にはＭ+ で示す金属イオン
と、Ｍで示す中性の金属原子が存在する。これらの励起
種は、下位のエネルギレベルへ落ちる際には、それぞれ
固有でしかも複数の波長の発光スペクトルを示す。個々
の励起種の発光スペクトルのうち、最大の強度を示す主
発光スペクトルの波長は、プラズマＣＶＤ条件、例えば
流量比等により変動する場合がある。
【００３０】本発明の金属窒化物膜の化学的気相成長方
法においては、金属イオンの主発光スペクトル強度が、
金属原子の主発光スペクトル強度より大きいプラズマ生
成条件を用いる。この状態においては、プラズマ中では
金属イオンの存在量は金属原子の存在量より優越する。
金属イオンは被処理基板上に形成される磁界あるいは電
界により、その運動方向の制御が可能であり、図示のよ
うに被処理基板表面に対し、ほぼ垂直に入射する。金属
イオンは、窒化剤ガスの放電解離によりプラズマ中に生
成した窒素活性種（不図示）により窒化され、被処理基
板上に金属窒化物膜２４が形成される。
法においては、金属イオンの主発光スペクトル強度が、
金属原子の主発光スペクトル強度より大きいプラズマ生
成条件を用いる。この状態においては、プラズマ中では
金属イオンの存在量は金属原子の存在量より優越する。
金属イオンは被処理基板上に形成される磁界あるいは電
界により、その運動方向の制御が可能であり、図示のよ
うに被処理基板表面に対し、ほぼ垂直に入射する。金属
イオンは、窒化剤ガスの放電解離によりプラズマ中に生
成した窒素活性種（不図示）により窒化され、被処理基
板上に金属窒化物膜２４が形成される。
【００３１】金属窒化物膜２４の拡散バリア性が最も問
題となる接続孔２３底部においては、金属イオンの垂直
入射の効果のため、充分な膜厚に、しかも対称性良く成
膜される。一方、接続孔２３の側面に形成される金属窒
化物膜２４の膜厚はわずかである。
題となる接続孔２３底部においては、金属イオンの垂直
入射の効果のため、充分な膜厚に、しかも対称性良く成
膜される。一方、接続孔２３の側面に形成される金属窒
化物膜２４の膜厚はわずかである。
【００３２】この後、図１（ｃ）に示すように上層配線
２５を形成する。上層配線材料としては、タングステン
等の高融点金属、Ａｌ系金属、Ｃｕ系金属、Ａｇ系金属
あるいは多結晶シリコン等いかなる材料であってもよ
い。またその成膜方法は選択ＣＶＤ法、ブランケットＣ
ＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法あるいはめっき
法等、特に限定されない。
２５を形成する。上層配線材料としては、タングステン
等の高融点金属、Ａｌ系金属、Ｃｕ系金属、Ａｇ系金属
あるいは多結晶シリコン等いかなる材料であってもよ
い。またその成膜方法は選択ＣＶＤ法、ブランケットＣ
ＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法あるいはめっき
法等、特に限定されない。
【００３３】Ｃｕ系金属は、その比抵抗が小さいために
配線材料として期待されているが、一方、拡散しやすい
金属でもある。したがって、本発明の金属窒化物膜の形
成方法によるバリア層はＣｕ系金属配線に好適に採用す
ることができる。Ｃｕ系金属配線材料層の形成は電解メ
ッキ法が用いられるが、ＣＶＤ法によってもよい。この
場合の原料ガスとしては、Ｃｕ(hfac)やＣｕ(hfac)(tmv
s)を好適に用いることができる。Ｃｕ(hfac)は、Ｃｕ原
子にhfac (Hexafluoroacetylacetonate)が結合した化合
物、Ｃｕ(hfac)(tmvs)は〔化１〕に示すように、Ｃｕ(h
fac)にさらにtmvs (Trimethylvinylsilane) が結合した
化合物である。
配線材料として期待されているが、一方、拡散しやすい
金属でもある。したがって、本発明の金属窒化物膜の形
成方法によるバリア層はＣｕ系金属配線に好適に採用す
ることができる。Ｃｕ系金属配線材料層の形成は電解メ
ッキ法が用いられるが、ＣＶＤ法によってもよい。この
場合の原料ガスとしては、Ｃｕ(hfac)やＣｕ(hfac)(tmv
s)を好適に用いることができる。Ｃｕ(hfac)は、Ｃｕ原
子にhfac (Hexafluoroacetylacetonate)が結合した化合
物、Ｃｕ(hfac)(tmvs)は〔化１〕に示すように、Ｃｕ(h
fac)にさらにtmvs (Trimethylvinylsilane) が結合した
化合物である。
【００３４】
【化１】
【００３５】これらの上層配線材料層を成膜後、ドライ
エッチング等によりパターニングして上層配線２５とす
る。上層配線材料を成膜後、エッチバック法あるいは化
学的機械研磨法により、層間絶縁膜２２上の上層配線材
料層および金属窒化物膜２４を除去し、接続孔２３内に
残してコンタクトプラグとしてもよい。
エッチング等によりパターニングして上層配線２５とす
る。上層配線材料を成膜後、エッチバック法あるいは化
学的機械研磨法により、層間絶縁膜２２上の上層配線材
料層および金属窒化物膜２４を除去し、接続孔２３内に
残してコンタクトプラグとしてもよい。
【００３６】
【実施例】以下、本発明の金属窒化物膜の化学的気相成
長方法を適用し、電子装置の一例として、高集積度半導
体装置の多層配線層間の層間絶縁膜に形成された接続孔
を、金属窒化物膜およびＣｕ金属膜で埋め込む実施例
を、図１〜図６を参照して更に詳細に説明する。ただし
本発明はこれら実施例になんら限定されるものではな
い。
長方法を適用し、電子装置の一例として、高集積度半導
体装置の多層配線層間の層間絶縁膜に形成された接続孔
を、金属窒化物膜およびＣｕ金属膜で埋め込む実施例
を、図１〜図６を参照して更に詳細に説明する。ただし
本発明はこれら実施例になんら限定されるものではな
い。
【００３７】〔実施例１〕本実施例は、図７に示したＥ
ＣＲプラズマＣＶＤ装置により、ＴｉＮからなる金属窒
化物膜を形成した例である。
ＣＲプラズマＣＶＤ装置により、ＴｉＮからなる金属窒
化物膜を形成した例である。
【００３８】本実施例で採用した被処理基板は、先に図
１（ａ）を参照して説明したものであるので、重複する
説明は省略する。図１（ａ）に示す被処理基板を、図７
に示したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の基板ステージ２上
にセッティングし、第１のガス導入孔４から窒化剤ガス
としてのＮ2 、還元剤ガスとしてのＨ2 、およびＡｒガ
スを導入する。プラズマ生成室１１およびＣＶＤチャン
バ７を所定の圧力に減圧して、マイクロ波導入窓から
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入するとともに、ソレ
ノイドコイル１０により０．０８７５Ｔの磁界を印加
し、ＥＣＲ放電によりＮ2 ／Ｈ2 ／Ａｒ混合ガスのプラ
ズマを生成する。
１（ａ）を参照して説明したものであるので、重複する
説明は省略する。図１（ａ）に示す被処理基板を、図７
に示したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の基板ステージ２上
にセッティングし、第１のガス導入孔４から窒化剤ガス
としてのＮ2 、還元剤ガスとしてのＨ2 、およびＡｒガ
スを導入する。プラズマ生成室１１およびＣＶＤチャン
バ７を所定の圧力に減圧して、マイクロ波導入窓から
２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入するとともに、ソレ
ノイドコイル１０により０．０８７５Ｔの磁界を印加
し、ＥＣＲ放電によりＮ2 ／Ｈ2 ／Ａｒ混合ガスのプラ
ズマを生成する。
【００３９】つぎに、第２のガス導入孔５から金属化合
物ガスとしてＴｉＣｌ4 ガスを導入し、プラズマ生成室
１１から引き出したＮ2 ／Ｈ2 ／Ａｒ混合ガスのプラズ
マと反応させる。この反応過程では、主としてプラズマ
中の電子とＴｉＣｌ4 ガスとの衝突により、ＴｉＣｌ4
ガスが解離し、Ｔｉ+ イオンおよびＴｉ原子が生成され
る。またＴｉＣｌ4 ガスの水素活性種による還元反応に
よっても、Ｔｉ原子が生成される。
物ガスとしてＴｉＣｌ4 ガスを導入し、プラズマ生成室
１１から引き出したＮ2 ／Ｈ2 ／Ａｒ混合ガスのプラズ
マと反応させる。この反応過程では、主としてプラズマ
中の電子とＴｉＣｌ4 ガスとの衝突により、ＴｉＣｌ4
ガスが解離し、Ｔｉ+ イオンおよびＴｉ原子が生成され
る。またＴｉＣｌ4 ガスの水素活性種による還元反応に
よっても、Ｔｉ原子が生成される。
【００４０】金属窒化物膜（ＴｉＮ）のプラズマＣＶＤ
条件（実施例） ＴｉＣｌ4 ７（５〜７） ｓｃｃｍ Ｈ2 ５０ ｓｃｃｍ Ｎ2 １００ ｓｃｃｍ Ａｒ １７０（１５０〜１７０） ｓｃｃｍ マイクロ波電力 ２８００ Ｗ 被処理基板温度 ２００〜５００ ℃ ガス流量の括弧内の値は、この範囲であればほぼ同様の
良好な結果が得られる範囲を示す。
条件（実施例） ＴｉＣｌ4 ７（５〜７） ｓｃｃｍ Ｈ2 ５０ ｓｃｃｍ Ｎ2 １００ ｓｃｃｍ Ａｒ １７０（１５０〜１７０） ｓｃｃｍ マイクロ波電力 ２８００ Ｗ 被処理基板温度 ２００〜５００ ℃ ガス流量の括弧内の値は、この範囲であればほぼ同様の
良好な結果が得られる範囲を示す。
【００４１】本プラズマＣＶＤ条件におけるプラズマの
発光スペクトルを図２に示す。同図には、Ｔｉ+ イオ
ン、Ｔｉ原子、および窒素系活性種であるＮ2 + イオン
およびＮＨ中性種の発光スペクトルも見られる。図２か
ら明らかなように、Ｔｉ+ イオンの主発光スペクトルで
ある３３４．９ｎｍあるいは３３６．１ｎｍの発光強度
は、Ｔｉ原子の主発光スペクトルである４５３．５ｎｍ
の発光強度よりも強い。このことは、プラズマ中ではＴ
ｉ+ イオンの生成の方が、Ｔｉ原子の生成より卓越して
いることを示す。
発光スペクトルを図２に示す。同図には、Ｔｉ+ イオ
ン、Ｔｉ原子、および窒素系活性種であるＮ2 + イオン
およびＮＨ中性種の発光スペクトルも見られる。図２か
ら明らかなように、Ｔｉ+ イオンの主発光スペクトルで
ある３３４．９ｎｍあるいは３３６．１ｎｍの発光強度
は、Ｔｉ原子の主発光スペクトルである４５３．５ｎｍ
の発光強度よりも強い。このことは、プラズマ中ではＴ
ｉ+ イオンの生成の方が、Ｔｉ原子の生成より卓越して
いることを示す。
【００４２】さて、このようにして生成したＴｉ+ イオ
ンは、電磁石１２が形成するミラー磁場１５が形成する
磁力線に沿って、被処理基板１に対し、ほぼ垂直に入射
する。入射したＴｉ+ イオンは、被処理基板表面でＮ2
+ イオンおよびＮＨ中性種により窒化され、ＴｉＮから
なる金属窒化物膜が形成される。
ンは、電磁石１２が形成するミラー磁場１５が形成する
磁力線に沿って、被処理基板１に対し、ほぼ垂直に入射
する。入射したＴｉ+ イオンは、被処理基板表面でＮ2
+ イオンおよびＮＨ中性種により窒化され、ＴｉＮから
なる金属窒化物膜が形成される。
【００４３】被処理基板上に形成された金属窒化物膜の
状態を図３に示す。図３は、厚さ１μｍの層間絶縁膜に
開口した接続孔部分に、上述のプラズマＣＶＤ条件で金
属窒化物膜を形成した被処理基板要部の電子顕微鏡写真
の模写図である。このうち、図３（ａ）は接続孔のアス
ペクト比（Ａ．Ｒ．）が２．９、図３（ｂ）は３．３、
そして図３（ｃ）は４．０にそれぞれ対応する。
状態を図３に示す。図３は、厚さ１μｍの層間絶縁膜に
開口した接続孔部分に、上述のプラズマＣＶＤ条件で金
属窒化物膜を形成した被処理基板要部の電子顕微鏡写真
の模写図である。このうち、図３（ａ）は接続孔のアス
ペクト比（Ａ．Ｒ．）が２．９、図３（ｂ）は３．３、
そして図３（ｃ）は４．０にそれぞれ対応する。
【００４４】金属窒化物膜は、層間絶縁膜表面の平坦部
で８０ｎｍの厚さに形成した。このとき、接続孔底部の
コーナ部分に形成された金属窒化物膜の膜厚は、図３
（ａ）では３０ｎｍ、図３（ｂ）は２４ｎｍ、そして図
３（ｃ）では１６ｎｍであった。これは、ボトムカバレ
ッジ（Ｂ．Ｃ．）に換算すると、図３（ａ）では３７
％、図３（ｂ）は３０％、そして図３（ｃ）では２０％
に相当する。また被処理基板中心部に形成された接続孔
においても、周辺部に形成された接続孔においても、形
成された金属窒化物膜の形状は対称性に優れたものであ
った。
で８０ｎｍの厚さに形成した。このとき、接続孔底部の
コーナ部分に形成された金属窒化物膜の膜厚は、図３
（ａ）では３０ｎｍ、図３（ｂ）は２４ｎｍ、そして図
３（ｃ）では１６ｎｍであった。これは、ボトムカバレ
ッジ（Ｂ．Ｃ．）に換算すると、図３（ａ）では３７
％、図３（ｂ）は３０％、そして図３（ｃ）では２０％
に相当する。また被処理基板中心部に形成された接続孔
においても、周辺部に形成された接続孔においても、形
成された金属窒化物膜の形状は対称性に優れたものであ
った。
【００４５】〔比較例１〕本比較例は、使用したプラズ
マＣＶＤ装置、被処理基板および原料ガスの種類は前実
施例１と同様である。しかしながら、本比較例では原料
ガス中に占める金属化合物ガスの流量比を変えることに
より、プラズマ中の金属イオンの主発光スペクトル強度
が、金属原子の主発光スペクトル強度よりも弱い条件と
した。
マＣＶＤ装置、被処理基板および原料ガスの種類は前実
施例１と同様である。しかしながら、本比較例では原料
ガス中に占める金属化合物ガスの流量比を変えることに
より、プラズマ中の金属イオンの主発光スペクトル強度
が、金属原子の主発光スペクトル強度よりも弱い条件と
した。
【００４６】金属窒化物膜（ＴｉＮ）のプラズマＣＶＤ
条件（比較例） ＴｉＣｌ4 ２０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ８ ｓｃｃｍ Ｈ2 ２６ ｓｃｃｍ Ａｒ １７０ ｓｃｃｍ マイクロ波電力 ２８００ Ｗ 被処理基板温度 ２００〜５００ ℃
条件（比較例） ＴｉＣｌ4 ２０ ｓｃｃｍ Ｎ2 ８ ｓｃｃｍ Ｈ2 ２６ ｓｃｃｍ Ａｒ １７０ ｓｃｃｍ マイクロ波電力 ２８００ Ｗ 被処理基板温度 ２００〜５００ ℃
【００４７】本プラズマＣＶＤ条件におけるプラズマの
発光スペクトルを図４に示す。同図には、Ｔｉ+ イオ
ン、Ｔｉ原子、および窒素系活性種であるＮ2 + イオン
およびＮＨ中性種の発光スペクトルも見られるが、その
発光強度分布は図２とは様子を異にしている。すなわ
ち、図４から明らかなように、Ｔｉ+ イオンの主発光ス
ペクトルは３２３．４ｎｍあるいは３７６．１ｎｍに移
り、その発光強度は、Ｔｉ原子の主発光スペクトルであ
る４５３．５ｎｍの発光強度よりも弱い。このことは、
プラズマ中ではＴｉ原子の生成の方が、Ｔｉ+ イオンの
生成より卓越していることを示す。
発光スペクトルを図４に示す。同図には、Ｔｉ+ イオ
ン、Ｔｉ原子、および窒素系活性種であるＮ2 + イオン
およびＮＨ中性種の発光スペクトルも見られるが、その
発光強度分布は図２とは様子を異にしている。すなわ
ち、図４から明らかなように、Ｔｉ+ イオンの主発光ス
ペクトルは３２３．４ｎｍあるいは３７６．１ｎｍに移
り、その発光強度は、Ｔｉ原子の主発光スペクトルであ
る４５３．５ｎｍの発光強度よりも弱い。このことは、
プラズマ中ではＴｉ原子の生成の方が、Ｔｉ+ イオンの
生成より卓越していることを示す。
【００４８】生成されたＴｉ原子は、磁界あるいは電界
でその方向性を制御することは不可能であるので、被処
理基板１に対し、ランダムな角度をもって入射する。入
射したＴｉ原子は、被処理基板表面でＮ2 + イオンおよ
びＮＨ中性種により窒化され、ＴｉＮからなる金属窒化
物膜が形成される。
でその方向性を制御することは不可能であるので、被処
理基板１に対し、ランダムな角度をもって入射する。入
射したＴｉ原子は、被処理基板表面でＮ2 + イオンおよ
びＮＨ中性種により窒化され、ＴｉＮからなる金属窒化
物膜が形成される。
【００４９】被処理基板上に形成された金属窒化物膜の
状態を図５に示す。図５は、図３と同じく厚さ１μｍの
層間絶縁膜に開口した接続孔部分に、上述のプラズマＣ
ＶＤ条件で金属窒化物膜を形成した被処理基板要部の電
子顕微鏡写真の模写図である。このうち、図５（ａ）は
接続孔のアスペクト比が２．７、図５（ｂ）は３．５、
そして図５（ｃ）は４．４にそれぞれ対応する。
状態を図５に示す。図５は、図３と同じく厚さ１μｍの
層間絶縁膜に開口した接続孔部分に、上述のプラズマＣ
ＶＤ条件で金属窒化物膜を形成した被処理基板要部の電
子顕微鏡写真の模写図である。このうち、図５（ａ）は
接続孔のアスペクト比が２．７、図５（ｂ）は３．５、
そして図５（ｃ）は４．４にそれぞれ対応する。
【００５０】金属窒化物膜は、層間絶縁膜表面の平坦部
で８０ｎｍの厚さに形成した。このとき、接続孔底部の
コーナ部分に形成された金属窒化物膜の最も薄い膜厚
は、図５（ａ）では１４ｎｍ、図５（ｂ）は１２ｎｍ、
そして図５（ｃ）では８ｎｍであった。バリア層として
機能する最小膜厚は、最低でも十数ｎｍは必要であるの
で、本比較例ではいずれもこの膜厚に達していない。こ
れは、ボトムカバレッジに換算すると、図５（ａ）では
１８％、図５（ｂ）は１５％、そして図５（ｃ）では１
０％に相当する。また形成された金属窒化物膜の形状
は、接続孔の片側は厚く、反対側は薄い、非対称なもの
であった。
で８０ｎｍの厚さに形成した。このとき、接続孔底部の
コーナ部分に形成された金属窒化物膜の最も薄い膜厚
は、図５（ａ）では１４ｎｍ、図５（ｂ）は１２ｎｍ、
そして図５（ｃ）では８ｎｍであった。バリア層として
機能する最小膜厚は、最低でも十数ｎｍは必要であるの
で、本比較例ではいずれもこの膜厚に達していない。こ
れは、ボトムカバレッジに換算すると、図５（ａ）では
１８％、図５（ｂ）は１５％、そして図５（ｃ）では１
０％に相当する。また形成された金属窒化物膜の形状
は、接続孔の片側は厚く、反対側は薄い、非対称なもの
であった。
【００５１】〔実験例〕本実験例は、Ｈ2 、Ｎ2 および
Ａｒの流量はそれぞれ一定としておき、ＴｉＣｌ4 の流
量を漸増していった場合のプラズマの発光スペクトルを
モニタしたものである。使用したプラズマＣＶＤ装置、
被処理基板および原料ガスの種類は前実施例１と同様で
ある。
Ａｒの流量はそれぞれ一定としておき、ＴｉＣｌ4 の流
量を漸増していった場合のプラズマの発光スペクトルを
モニタしたものである。使用したプラズマＣＶＤ装置、
被処理基板および原料ガスの種類は前実施例１と同様で
ある。
【００５２】金属窒化物膜（ＴｉＮ）のプラズマＣＶＤ
条件（実験例） ＴｉＣｌ4 ２〜３０ ｓｃｃｍ（変動） Ｈ2 ５０ ｓｃｃｍ Ｎ2 １００ ｓｃｃｍ Ａｒ １５０ ｓｃｃｍ マイクロ波電力 ２８００ Ｗ 被処理基板温度 ２００〜５００ ℃
条件（実験例） ＴｉＣｌ4 ２〜３０ ｓｃｃｍ（変動） Ｈ2 ５０ ｓｃｃｍ Ｎ2 １００ ｓｃｃｍ Ａｒ １５０ ｓｃｃｍ マイクロ波電力 ２８００ Ｗ 被処理基板温度 ２００〜５００ ℃
【００５３】本プラズマＣＶＤ条件における、プラズマ
発光から観測されるＴｉ+ イオンの主発光スペクトルで
ある３３４．９ｎｍの発光強度と、Ｔｉ原子の主発光ス
ペクトルである４５３．５ｎｍの発光強度とを、図６に
示す。図６は、横軸にＴｉＣｌ4 流量を、縦軸に発光強
度を示すグラフである。図６から明らかなように、Ｔｉ
Ｃｌ4 流量比が小さい範囲ではＴｉ+ イオンの発光スペ
クトル強度の方が、Ｔｉ原子の発光スペクトル強度より
大きい。この関係はＴｉＣｌ4 流量比が大きくなると逆
転し、Ｔｉ原子の発光スペクトル強度の方が、Ｔｉ+ イ
オンの発光スペクトル強度より大きくなる。これは、Ｔ
ｉＣｌ4 流量がある一定量の範囲、図６の例では１０ｓ
ｃｃｍ程度以下の範囲ではプラズマ中のＴｉ+ イオンの
生成がＴｉ原子の生成よりも優勢であることを示してい
る。
発光から観測されるＴｉ+ イオンの主発光スペクトルで
ある３３４．９ｎｍの発光強度と、Ｔｉ原子の主発光ス
ペクトルである４５３．５ｎｍの発光強度とを、図６に
示す。図６は、横軸にＴｉＣｌ4 流量を、縦軸に発光強
度を示すグラフである。図６から明らかなように、Ｔｉ
Ｃｌ4 流量比が小さい範囲ではＴｉ+ イオンの発光スペ
クトル強度の方が、Ｔｉ原子の発光スペクトル強度より
大きい。この関係はＴｉＣｌ4 流量比が大きくなると逆
転し、Ｔｉ原子の発光スペクトル強度の方が、Ｔｉ+ イ
オンの発光スペクトル強度より大きくなる。これは、Ｔ
ｉＣｌ4 流量がある一定量の範囲、図６の例では１０ｓ
ｃｃｍ程度以下の範囲ではプラズマ中のＴｉ+ イオンの
生成がＴｉ原子の生成よりも優勢であることを示してい
る。
【００５４】したがって、この範囲のプラズマＣＶＤ条
件を採用すれば、金属イオンを主体とする成膜種が被処
理基板のほぼ垂直方向から入射する状態を用いることが
できるので、成膜した金属窒化物膜のボトムカバレッジ
は、いずれも満足すべき値が得られる。また接続孔内部
での成膜状態の対称性もよい。
件を採用すれば、金属イオンを主体とする成膜種が被処
理基板のほぼ垂直方向から入射する状態を用いることが
できるので、成膜した金属窒化物膜のボトムカバレッジ
は、いずれも満足すべき値が得られる。また接続孔内部
での成膜状態の対称性もよい。
【００５５】しかしながら、この範囲内であっても、Ｔ
ｉＣｌ4 流量が過少であると金属窒化物膜の成膜速度が
低下する。またＴｉＣｌ4 流量が過大であると、Ｔｉ+
イオンの発光スペクトル強度の方が、Ｔｉ原子の発光ス
ペクトル強度より大きくても、ボトムカバレッジや対称
性は、実用範囲内であっても次第に低下してくる。した
がって、この実験例では、ＴｉＣｌ4 流量は５〜７ｓｃ
ｃｍ程度が好ましい。好ましいＴｉＣｌ4 流量は、プラ
ズマＣＶＤ装置のチャンバ容量や放電励起方式等に依存
する設計事項である。したがって、個々のプラズマＣＶ
Ｄ装置で図６のグラフのような発光スペクトル強度の検
量線を作成し、最適流量範囲を予め設定することが望ま
しい。
ｉＣｌ4 流量が過少であると金属窒化物膜の成膜速度が
低下する。またＴｉＣｌ4 流量が過大であると、Ｔｉ+
イオンの発光スペクトル強度の方が、Ｔｉ原子の発光ス
ペクトル強度より大きくても、ボトムカバレッジや対称
性は、実用範囲内であっても次第に低下してくる。した
がって、この実験例では、ＴｉＣｌ4 流量は５〜７ｓｃ
ｃｍ程度が好ましい。好ましいＴｉＣｌ4 流量は、プラ
ズマＣＶＤ装置のチャンバ容量や放電励起方式等に依存
する設計事項である。したがって、個々のプラズマＣＶ
Ｄ装置で図６のグラフのような発光スペクトル強度の検
量線を作成し、最適流量範囲を予め設定することが望ま
しい。
【００５６】〔実施例２〕本実施例は、図８に示した平
行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、ＴｉＮからなる金
属窒化物膜を形成した例である。
行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、ＴｉＮからなる金
属窒化物膜を形成した例である。
【００５７】本実施例で採用した被処理基板は、先に図
１を参照して説明したものと同様であるので、重複する
説明は省略する。図１（ａ）に示す被処理基板を、図８
に示した平行平板型プラズマＣＶＤ装置の基板ステージ
２上にセッティングする。第１のガス導入孔４からＨ2
／Ｎ2 ／Ａｒの混合ガスを、第２のガス導入孔５からは
ＴｉＣｌ4 ガスを導入し、ＣＶＤチャンバ７内を所定の
圧力に減圧する。ＲＦ印加手段６から１３．５６ＭＨｚ
の高周波を印加し、高周波放電解離によりプラズマを生
成する。また基板ステージ２には、バイアス電源１４か
らバイアス電位を与える。
１を参照して説明したものと同様であるので、重複する
説明は省略する。図１（ａ）に示す被処理基板を、図８
に示した平行平板型プラズマＣＶＤ装置の基板ステージ
２上にセッティングする。第１のガス導入孔４からＨ2
／Ｎ2 ／Ａｒの混合ガスを、第２のガス導入孔５からは
ＴｉＣｌ4 ガスを導入し、ＣＶＤチャンバ７内を所定の
圧力に減圧する。ＲＦ印加手段６から１３．５６ＭＨｚ
の高周波を印加し、高周波放電解離によりプラズマを生
成する。また基板ステージ２には、バイアス電源１４か
らバイアス電位を与える。
【００５８】このとき、プラズマ中では主として電子と
ＴｉＣｌ4 ガスとの衝突によりＴｉＣｌ4 が解離し、Ｔ
ｉ+ イオンおよび中性のＴｉ原子が生成する。またＴｉ
Ｃｌ4 ガスの水素活性種による還元反応によっても、Ｔ
ｉ原子が生成する。
ＴｉＣｌ4 ガスとの衝突によりＴｉＣｌ4 が解離し、Ｔ
ｉ+ イオンおよび中性のＴｉ原子が生成する。またＴｉ
Ｃｌ4 ガスの水素活性種による還元反応によっても、Ｔ
ｉ原子が生成する。
【００５９】 金属窒化物膜（ＴｉＮ）のプラズマＣＶＤ条件（実施例） ＴｉＣｌ4 ５〜７ ｓｃｃｍ Ｈ2 ５０〜２００ ｓｃｃｍ Ｎ2 １００〜５００ ｓｃｃｍ Ａｒ １０００ ｓｃｃｍ ＲＦ電力 １０００〜３０００ Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） バイアス電源 １００〜５００ Ｗ （３５０ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚ） 被処理基板温度 ２００〜５００ ℃ ガス流量等の数値の幅は、この範囲であればほぼ同様の
良好な結果が得られる範囲を示す。
良好な結果が得られる範囲を示す。
【００６０】本プラズマＣＶＤ条件におけるプラズマの
発光スペクトルは図２に示したものと同様であり、Ｔｉ
+ イオンの主発光スペクトルである３３４．９ｎｍある
いは３３６．１ｎｍの発光強度は、Ｔｉ原子の主発光ス
ペクトルである４５３．５ｎｍの発光強度よりも強い。
このことは、プラズマ中ではＴｉ+ イオンの生成の方
が、Ｔｉ原子の生成より卓越していることを示す。
発光スペクトルは図２に示したものと同様であり、Ｔｉ
+ イオンの主発光スペクトルである３３４．９ｎｍある
いは３３６．１ｎｍの発光強度は、Ｔｉ原子の主発光ス
ペクトルである４５３．５ｎｍの発光強度よりも強い。
このことは、プラズマ中ではＴｉ+ イオンの生成の方
が、Ｔｉ原子の生成より卓越していることを示す。
【００６１】さて、このようにして生成したＴｉ+ イオ
ンは、バイアス電源１４の印加により形成される電界に
より、被処理基板１に対し、ほぼ垂直に入射する。入射
したＴｉ+ イオンは、被処理基板表面でＮ2 + イオンお
よびＮＨ中性種により窒化され、ＴｉＮからなる金属窒
化物膜が形成される。
ンは、バイアス電源１４の印加により形成される電界に
より、被処理基板１に対し、ほぼ垂直に入射する。入射
したＴｉ+ イオンは、被処理基板表面でＮ2 + イオンお
よびＮＨ中性種により窒化され、ＴｉＮからなる金属窒
化物膜が形成される。
【００６２】被処理基板上に形成された金属窒化物膜の
状態は、図３で示したものと同様であり、いずれのアス
ペクト比の接続孔においても、良好なボトムカバレッジ
を示した。
状態は、図３で示したものと同様であり、いずれのアス
ペクト比の接続孔においても、良好なボトムカバレッジ
を示した。
【００６３】〔比較例２〕一方、このプラズマＣＶＤ条
件から外れる条件である、ＴｉＣｌ4 ガス流量がＨ2 ／
Ｎ2 ／Ａｒ混合ガスの流量に比較して過大となる場合に
は、図４に示したものと同様の発光スペクトルが得られ
る。すなわち、Ｔｉ原子の主発光スペクトルがＴｉ+ イ
オンの主発光スペクトル強度より強くなり、プラズマ中
ではＴｉ原子の存在量の方がＴｉ+ イオンの存在量より
多くなる。生成されたＴｉ原子は、電界でその方向性を
制御することは不可能であるので、被処理基板１に対
し、ランダムな角度をもって入射する。入射したＴｉ原
子は、被処理基板表面でＮ2 + イオンおよびＮＨ中性種
により窒化され、ＴｉＮからなる金属窒化物膜が形成さ
れる。
件から外れる条件である、ＴｉＣｌ4 ガス流量がＨ2 ／
Ｎ2 ／Ａｒ混合ガスの流量に比較して過大となる場合に
は、図４に示したものと同様の発光スペクトルが得られ
る。すなわち、Ｔｉ原子の主発光スペクトルがＴｉ+ イ
オンの主発光スペクトル強度より強くなり、プラズマ中
ではＴｉ原子の存在量の方がＴｉ+ イオンの存在量より
多くなる。生成されたＴｉ原子は、電界でその方向性を
制御することは不可能であるので、被処理基板１に対
し、ランダムな角度をもって入射する。入射したＴｉ原
子は、被処理基板表面でＮ2 + イオンおよびＮＨ中性種
により窒化され、ＴｉＮからなる金属窒化物膜が形成さ
れる。
【００６４】被処理基板上に形成された金属窒化物膜の
状態は図５に示したものと同様の傾向を示し、いずれの
アスペクト比の接続孔においても、必要とされるボトム
カバレッジに達しなかった。
状態は図５に示したものと同様の傾向を示し、いずれの
アスペクト比の接続孔においても、必要とされるボトム
カバレッジに達しなかった。
【００６５】以上、本発明の金属窒化物膜の化学的気相
成長方法およびこれをもちいた電子装置の製造方法につ
き詳細な説明を加えたが、本発明はこれら実施例に限定
されることなく、各種の実施態様が可能である。
成長方法およびこれをもちいた電子装置の製造方法につ
き詳細な説明を加えたが、本発明はこれら実施例に限定
されることなく、各種の実施態様が可能である。
【００６６】例えば金属窒化物膜の材料として例示した
ＴｉＮの他に、ＴａＮ、Ｔａ2 Ｎ、ＷＮ、Ｗ2 Ｎ、Ｔｉ
−Ｓｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｓｉ−ＮあるいはＷ−Ｓｉ−Ｎ等、
各種の金属窒化物膜あるいは珪素を含む金属窒化物膜の
形成に適用することができる。これら金属窒化物膜は、
対応する金属化合物ガス、好ましくは金属ハロゲン化物
ガスを採用することにより形成することができる。また
シリコンを含む金属窒化物膜は、シラン等のシリコン化
合物を添加することにより成膜することができる。
ＴｉＮの他に、ＴａＮ、Ｔａ2 Ｎ、ＷＮ、Ｗ2 Ｎ、Ｔｉ
−Ｓｉ−Ｎ、Ｔａ−Ｓｉ−ＮあるいはＷ−Ｓｉ−Ｎ等、
各種の金属窒化物膜あるいは珪素を含む金属窒化物膜の
形成に適用することができる。これら金属窒化物膜は、
対応する金属化合物ガス、好ましくは金属ハロゲン化物
ガスを採用することにより形成することができる。また
シリコンを含む金属窒化物膜は、シラン等のシリコン化
合物を添加することにより成膜することができる。
【００６７】窒素剤ガスとしてＮ2 を用いたが、先述し
たようにＮＨ3 やＮ2 Ｈ4 を用いてもよい。
たようにＮＨ3 やＮ2 Ｈ4 を用いてもよい。
【００６８】本発明の金属窒化物膜の化学的気相成長方
法は、半導体装置等各種電子装置の配線やコンタクトプ
ラグの拡散バリア層として、特に高アスペクト比の段差
を有する被処理基板に対し、好適に用いることができ
る。
法は、半導体装置等各種電子装置の配線やコンタクトプ
ラグの拡散バリア層として、特に高アスペクト比の段差
を有する被処理基板に対し、好適に用いることができ
る。
【００６９】本発明が適用される電子装置として、高密
度半導体装置の接続孔を埋め込む配線への応用の他に、
各種半導体装置や磁気ヘッド装置、薄膜コイル装置、薄
膜インダクタ装置、マイクロマシン装置等、配線材料の
拡散、あるいは配線材料への拡散が懸念される各種電子
装置に適用することができる。
度半導体装置の接続孔を埋め込む配線への応用の他に、
各種半導体装置や磁気ヘッド装置、薄膜コイル装置、薄
膜インダクタ装置、マイクロマシン装置等、配線材料の
拡散、あるいは配線材料への拡散が懸念される各種電子
装置に適用することができる。
【００７０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の金属窒化物膜の化学的気相成長方法によれば、高段差
を有する被処理基板に対しても、良好なカバレッジを有
する金属窒化物膜を形成することができる。
の金属窒化物膜の化学的気相成長方法によれば、高段差
を有する被処理基板に対しても、良好なカバレッジを有
する金属窒化物膜を形成することができる。
【００７１】また本発明の電子装置の製造方法によれ
ば、上述した金属窒化物膜の化学的気相成長方法を用
い、これをバリア層に適用することにより、配線材料の
拡散を防止した、信頼性の高い電子装置を製造すること
ができる。特に、低抵抗ではあるが拡散性の強いＣｕ等
の金属膜を配線材料に用いることが可能になる。これに
より、高集積度半導体装置をはじめとする、各種電子装
置の動作周波数が向上し、消費電力が低減され、またマ
イグレーション耐性にも優れた高信頼性の電子装置を安
定に供給できる。
ば、上述した金属窒化物膜の化学的気相成長方法を用
い、これをバリア層に適用することにより、配線材料の
拡散を防止した、信頼性の高い電子装置を製造すること
ができる。特に、低抵抗ではあるが拡散性の強いＣｕ等
の金属膜を配線材料に用いることが可能になる。これに
より、高集積度半導体装置をはじめとする、各種電子装
置の動作周波数が向上し、消費電力が低減され、またマ
イグレーション耐性にも優れた高信頼性の電子装置を安
定に供給できる。
【図１】本発明の金属窒化物膜の化学的気相成長方法を
示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
【図２】実施例の金属窒化物膜の化学的気相成長方法に
おけるプラズマの発光スペクトル図である。
おけるプラズマの発光スペクトル図である。
【図３】実施例により形成した金属窒化物膜の電子顕微
鏡写真の模写図である。
鏡写真の模写図である。
【図４】比較例の金属窒化物膜の化学的気相成長方法に
おけるプラズマの発光スペクトル図である。
おけるプラズマの発光スペクトル図である。
【図５】比較例により形成した金属窒化物膜の電子顕微
鏡写真の模写図である。
鏡写真の模写図である。
【図６】ＴｉＣｌ4 の流量と、発光スペクトル強度の関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図７】本発明の金属窒化物膜の化学的気相成長方法に
採用したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略断面図であ
る。
採用したＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の概略断面図であ
る。
【図８】本発明の金属窒化物膜の化学的気相成長方法に
採用した平行平板型プラズマＣＶＤ装置の概略断面図で
ある。
採用した平行平板型プラズマＣＶＤ装置の概略断面図で
ある。
１…被処理基板、２…基板ステージ、３…ガスシャワー
ヘッド、４…第１のガス導入孔、５…第２のガス導入
孔、６…ＲＦ印加手段、７…ＣＶＤチャンバ、８…排気
孔、９…マイクロ波導入窓、１０…ソレノイドコイル、
１１…プラズマ生成室、１２…電磁石、１３…プラズマ
モニタ、１４…バイアス電源、１５…ミラー磁場 ２０…半導体基板、２１…不純物拡散層、２２…層間絶
縁膜、２３…接続孔、２４…金属窒化物膜、２５…上層
配線
ヘッド、４…第１のガス導入孔、５…第２のガス導入
孔、６…ＲＦ印加手段、７…ＣＶＤチャンバ、８…排気
孔、９…マイクロ波導入窓、１０…ソレノイドコイル、
１１…プラズマ生成室、１２…電磁石、１３…プラズマ
モニタ、１４…バイアス電源、１５…ミラー磁場 ２０…半導体基板、２１…不純物拡散層、２２…層間絶
縁膜、２３…接続孔、２４…金属窒化物膜、２５…上層
配線
Claims (12)
- 【請求項１】 金属化合物ガス、窒化剤ガスおよび還元
剤ガスを含む混合ガスの放電解離によりプラズマを生成
し、被処理基板上に金属窒化物膜を形成する工程を有す
る金属窒化物膜の化学的気相成長方法であって、 前記金属窒化物膜の形成工程は、 前記プラズマの発光スペクトルから観測される金属イオ
ンの主発光スペクトル強度が、 前記プラズマの発光スペクトルから観測される金属原子
の主発光スペクトル強度よりも強いプラズマ生成条件を
用いた工程であることを特徴とする金属窒化物膜の化学
的気相成長方法。 - 【請求項２】 金属化合物ガス、窒化剤ガスおよび還元
剤ガスを含む混合ガスの放電解離によりプラズマを生成
し、被処理基板上に金属窒化物膜を形成する工程を有す
る金属窒化物膜の化学的気相成長方法であって、 前記金属窒化物膜の形成工程における、前記混合ガスに
対する前記金属化合物ガスの流量比は、 前記プラズマの発光スペクトルから観測される金属イオ
ンの主発光スペクトル強度が、 前記プラズマの発光スペクトルから観測される金属原子
の主発光スペクトル強度よりも、強くなる流量比である
ことを特徴とする金属窒化物膜の化学的気相成長方法。 - 【請求項３】 前記金属化合物ガスは、金属のハロゲン
化物ガスであることを特徴とする請求項１または２記載
の金属窒化物膜の化学的気相成長方法。 - 【請求項４】 前記窒化剤ガスは、Ｎ2 、ＮＨ3 および
Ｎ2 Ｈ4 のうちのいずれか１種であることを特徴とする
請求項１または２記載の金属窒化物膜の化学的気相成長
方法。 - 【請求項５】 前記金属窒化物膜の形成工程において
は、前記金属イオンを、前記被処理基板表面に対し、略
垂直に入射させつつ前記金属窒化物膜を形成することを
特徴とする請求項１または２記載の金属窒化物膜の化学
的気相成長方法。 - 【請求項６】 前記金属窒化物膜は、 ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａ2 Ｎ、ＷＮ、Ｗ2 Ｎ、Ｔｉ−Ｓｉ
−Ｎ、Ｔａ−Ｓｉ−ＮおよびＷ−Ｓｉ−Ｎのうちのいず
れか１種の材料を含むことを特徴とする請求項１または
２記載の金属窒化物膜の化学的気相成長方法。 - 【請求項７】 金属化合物ガス、窒化剤ガスおよび還元
剤ガスを含む混合ガスの放電解離によりプラズマを生成
し、被処理基板上に金属窒化物膜を形成する工程を有す
る電子装置の製造方法であって、 前記金属窒化物膜の形成工程は、 前記プラズマの発光スペクトルから観測される金属イオ
ンの主発光スペクトル強度が、 前記プラズマの発光スペクトルから観測される金属原子
の主発光スペクトル強度よりも強いプラズマ生成条件を
用いた工程であることを特徴とする電子装置の製造方
法。 - 【請求項８】 金属化合物ガス、窒化剤ガスおよび還元
剤ガスを含む混合ガスの放電解離によりプラズマを生成
し、被処理基板上に金属窒化物膜を形成する工程を有す
る電子装置の製造方法であって、 前記金属窒化物膜の形成工程における、前記混合ガスに
対する前記金属化合物ガスの流量比は、 前記プラズマの発光スペクトルから観測される金属イオ
ンの主発光スペクトル強度が、 前記プラズマの発光スペクトルから観測される金属原子
の主発光スペクトル強度よりも強くなる流量比であるこ
とを特徴とする電子装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記金属化合物ガスは、金属のハロゲン
化物ガスであることを特徴とする請求項７または８記載
の電子装置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記窒化剤ガスは、Ｎ2 、ＮＨ3 およ
びＮ2 Ｈ4 のうちのいずれか１種であることを特徴とす
る請求項７または８記載の電子装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記金属窒化物膜の形成工程において
は、前記金属イオンを、前記被処理基板表面に対し、略
垂直に入射させつつ前記金属窒化物膜を形成することを
特徴とする請求項７または８記載の電子装置の製造方
法。 - 【請求項１２】 前記金属窒化物膜は、 ＴｉＮ、ＴａＮ、Ｔａ2 Ｎ、ＷＮ、Ｗ2 Ｎ、Ｔｉ−Ｓｉ
−Ｎ、Ｔａ−Ｓｉ−ＮおよびＷ−Ｓｉ−Ｎのうちのいず
れか１種の材料を含むことを特徴とする請求項７または
８記載の電子装置の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05535198A JP4032487B2 (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 金属窒化物膜の化学的気相成長方法およびこれを用いた電子装置の製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05535198A JP4032487B2 (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 金属窒化物膜の化学的気相成長方法およびこれを用いた電子装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11256335A true JPH11256335A (ja) | 1999-09-21 |
| JP4032487B2 JP4032487B2 (ja) | 2008-01-16 |
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|---|---|---|---|
| JP05535198A Expired - Fee Related JP4032487B2 (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 金属窒化物膜の化学的気相成長方法およびこれを用いた電子装置の製造方法 |
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100722847B1 (ko) | 2005-11-30 | 2007-05-30 | 주식회사 아이피에스 | 자기장을 이용한 박막 증착 방법 및 장비 |
| WO2010001931A1 (ja) * | 2008-07-02 | 2010-01-07 | 東京エレクトロン株式会社 | 薄膜の成膜方法及び成膜装置 |
| CN107924829A (zh) * | 2015-09-30 | 2018-04-17 | 株式会社日立国际电气 | 半导体器件的制造方法、衬底处理装置及记录介质 |
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1998
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