KR101178743B1 - 배리어막의 형성 방법, 및 전극막의 형성 방법 - Google Patents

배리어막의 형성 방법, 및 전극막의 형성 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101178743B1
KR101178743B1 KR1020057020535A KR20057020535A KR101178743B1 KR 101178743 B1 KR101178743 B1 KR 101178743B1 KR 1020057020535 A KR1020057020535 A KR 1020057020535A KR 20057020535 A KR20057020535 A KR 20057020535A KR 101178743 B1 KR101178743 B1 KR 101178743B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tungsten
gas
film
supplying
vacuum atmosphere
Prior art date
Application number
KR1020057020535A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060127731A (ko
Inventor
노부유키 가토
Original Assignee
가부시키가이샤 알박
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 알박 filed Critical 가부시키가이샤 알박
Publication of KR20060127731A publication Critical patent/KR20060127731A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101178743B1 publication Critical patent/KR101178743B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45531—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making ternary or higher compositions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76843—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
    • H01L21/76846—Layer combinations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
    • H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
    • H01L21/76871—Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers
    • H01L21/76873—Layers specifically deposited to enhance or enable the nucleation of further layers, i.e. seed layers for electroplating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

본 발명에서는, 질화텅스텐막 (21) 을 형성한 후, 텅스텐 실리사이드막 (22) 을 형성하여 배리어막 (20) 을 형성하고 있고, 배리어막 (20) 의 표면에는 텅스텐 실리사이드막 (22) 이 노출되고, 전극막 (25') 은 이 텅스텐 실리사이드막 (22) 과 밀착하도록 형성된다. 전극막 (25') 을 구성하는 도전 재료는, 텅스텐 실리사이드막 (22) 중의 규소 원자와 화학적으로 결합하기 때문에, 배리어막 (20) 과 전극막 (25') 의 밀착성은 높고, 전극막 (25') 이 배리어막 (20) 으로부터 박리되기 어렵고, 또한 어닐화시에 전극막 (25') 의 응집이 일어나기 어렵다.
배리어막, 전극막

Description

배리어막의 형성 방법, 및 전극막의 형성 방법 {METHOD FOR FORMING BARRIER FILM, AND METHOD FOR FORMING ELECTRODE FILM}
본 발명은 성막 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 장치의 배리어막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
종래부터, 듀얼 다마신 구조를 취하는 디바이스 상에 전극막과 플러그를 제작하는 방법으로서는, 디바이스 표면에 배리어막을 형성하고, 배리어막 표면에 도전막을 형성하고, 디바이스 상의 홈을 도전막으로 메운 후, CMP (Chemical Mechanical Polishing) 법에 의해 도전막을 연마하고, 홈 내에 남은 도전막을 분리하여 전극막을 얻는 방법이 있다.
배리어막의 구성 재료로서는 질화텅스텐이나 질화탄탈이 사용되고 있다. Cu 배선용의 도전막을 구성하는 도전 재료는, 배리어막의 구성 재료와 화학적으로 결합되어 있는 것이 아니고, 배리어막과 도전막 (특히 Cu) 의 밀착성이 낮기 때문에, 도전막을 형성한 후의 CMP 공정에서 도전막과 배리어막의 계면에서 박리가 일어나, 도전막이 디바이스로부터 박리되는 경우가 있다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2001-23930호
특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 평11-54459호
특허문헌 3 : 특허 제3415207호
특허문헌 4 : 일본 공개특허공보 평6-89873호
특허문헌 5 : 일본 공개특허공보 2000-212749호
특허문헌 6 : 일본 공개특허공보 2001-319930호
특허문헌 7 : 일본 공개특허공보 평7-252660호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 그 목적은, 전극막과의 밀착성이 높은 배리어막을 형성하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 처리대상물을 진공분위기에 두고, 상기 처리대상물 표면에 배리어막을 형성하는 배리어막 형성 방법으로서, 상기 처리대상물 표면에 질화텅스텐막을 형성하는 질화텅스텐막 형성 공정과, 상기 질화텅스텐막 표면에 텅스텐 실리사이드막을 형성하는 텅스텐실리사이드막 형성 공정을 포함하고, 상기 텅스텐 실리사이드막 형성 공정은, 텅스텐 화합물 가스를 함유하는 텅스텐 함유 가스를 상기 진공분위기에 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 텅스텐 함유 가스를 배기하는 텅스텐 공급 공정과, 규소 화합물 가스를 함유하는 규소 함유 가스를 상기 진공분위기에 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 규소 함유 가스를 배기하는 규소 공급 공정을 포함하는 배리어막의 형성 방법이다.
본 발명은 배리어막의 형성 방법으로서, 상기 텅스텐 실리사이드막 형성 공정은, 상기 텅스텐 공급 공정과, 상기 규소 공급 공정을 교대로 실시하는 배리어막의 형성 방법이다.
본 발명은 배리어막의 형성 방법으로서, 상기 질화텅스텐막 형성 공정은, 상기 진공분위기 중에, 텅스텐 화합물의 가스를 함유하는 제 1 원료 가스를 공급한 후, 상기 제 1 원료 가스를 상기 진공분위기로부터 배기하는 제 1 원료 가스 공급 공정과, 상기 진공분위기 중에 상기 텅스텐 화합물을 환원하는 환원 가스를 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 환원 가스를 배기하는 환원 공정과, 상기 진공분위기 중에 텅스텐 화합물의 가스를 함유하는 제 2 원료 가스를 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 제 2 원료 가스를 배기하는 제 2 원료 가스 공급 공정과, 상기 진공분위기 중에, 화학구조 중에 질소를 함유하고, 텅스텐과 반응하여 질화텅스텐을 생성하는 질화 가스를 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 질화 가스를 배기하는 질화 공정을 포함하는 배리어막의 형성 방법이다.
본 발명은 배리어막의 형성 방법으로서, 상기 제 1 원료 가스 공급 공정과, 상기 환원 공정 중 어느 하나 일방의 공정을 먼저, 타방의 공정을 나중에 하여, 상기 제 1 원료 가스 공급 공정과, 상기 환원 공정을 연속 실시하고, 텅스텐 화합물의 환원물을 석출하는 환원물 석출 공정과, 상기 제 2 원료 가스 공급 공정과, 상기 질화 가스 공정 중 어느 하나 일방의 공정을 먼저, 타방의 공정을 나중에 하여, 상기 제 2 원료 가스 공급 공정과, 상기 질화 공정을 연속 실시하고, 질화텅스텐을 석출하는 질화텅스텐 석출 공정을 포함하고, 상기 환원물 석출 공정과, 상기 질화텅스텐 석출 공정을 교대로 반복 실시하는 배리어막의 형성 방법이다.
본 발명은 배리어막의 형성 방법으로서, 상기 질화텅스텐막 형성 공정과, 상기 텅스텐 실리사이드막 형성 공정을 동일한 진공조 내에서 실시하는 배리어막의 형성 방법이다.
처리대상물을 진공분위기에 두고, 상기 처리대상물의 표면에 배리어막을 형성한 후, 상기 배리어막의 표면에 전극막을 형성하는 전극막의 형성 방법으로서, 상기 배리어막을 형성하는 공정은, 상기 처리대상물 표면에 질화텅스텐막을 형성하는 질화텅스텐막 형성 공정과, 상기 질화텅스텐막 표면에 텅스텐 실리사이드막을 형성하는 텅스텐 실리사이드막 형성 공정을 포함하고, 상기 텅스텐 실리사이드막 형성 공정은, 텅스텐 화합물 가스를 함유하는 텅스텐 함유 가스를 상기 진공분위기에 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 텅스텐 함유 가스를 배기하는 텅스텐 공급 공정과, 규소 화합물 가스를 함유하는 규소 함유 가스를 상기 진공분위기에 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 규소 함유 가스를 배기하는 규소 공급 공정을 포함하고, 상기 전극막을 형성하는 공정은, 상기 배리어막의 표면에 구리를 주성분으로 하는 도전층을 배치하는 전극막의 형성 방법이다.
본 발명은 전극막의 형성 방법으로서, 구리를 주성분으로 하는 도전 재료를 스퍼터링하여, 상기 배리어막 표면에 구리를 주성분으로 하는 상기 도전층을 배치하는 전극막의 형성 방법이다.
발명의 효과
규소 원자를 함유하는 텅스텐 실리사이드막은, 질화텅스텐이나 텅스텐 단체 등 다른 배리어막 재료에 비교하여, 전극막을 구성하는 도전 재료와의 밀착성이 높기 때문에, 전극막이 배리어막으로부터 박리되기 어렵다.
도 1 은 배리어막의 성막에 사용하는 성막 장치의 일례를 나타내는 단면도.
도 2 는 전극막의 성막에 사용하는 스퍼터 장치의 일례를 나타내는 단면도.
도 3(a)～ 도 3(d) 는 전극막을 형성하는 공정의 전반을 설명하는 단면도.
도 4(e) 및 도4(f) 는 전극막을 형성하는 공정의 후반을 설명하는 단면도.
도 5(a)～도 5(g) 는 질화텅스텐막이 형성되는 공정을 설명하는 확대단면도.
도 6(a)～도 6(c) 는 텅스텐 실리사이드막이 형성되는 공정을 설명하는 확대단면도.
도 7 은 실시예 5 에서 형성된 텅스텐 실리사이드막을 AES 분석한 결과를 나타내는 그래프.
도 8 은 실시예 6 에서 형성된 텅스텐 실리사이드막을 AES 분석한 결과를 나타내는 그래프.
도 9 는 실시예 4 에서 형성된 배리어막을 AES 분석한 결과를 나타내는 그래프.
도 10 은 비교예 6 에서 형성된 배리어막을 AES 분석한 결과를 나타내는 그래프.
도 11 은 박리시험에서 형성된 흠집 부분과 판정 영역을 설명하기 위한 평면도.
도 12(a)～ 도 12(e) 는 박리시험의 평가점을 설명하기 위한 도면.
도 13 은 실시예 2 의 전극막을 200℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 14 는 실시예 2 의 전극막을 250℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 15 는 실시예 2 의 전극막을 300℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 16 은 실시예 3 의 전극막을 300℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 17 은 비교예 2 의 전극막을 200℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 18 은 비교예 2 의 전극막을 250℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 19 는 비교예 2 의 전극막을 300℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 20 은 비교예 3 의 전극막을 200℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 21 은 비교예 3 의 전극막을 250℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 22 는 비교예 3 의 전극막을 300℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 23 은 비교예 4 의 전극막을 200℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 24 는 비교예 4 의 전극막을 250℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 25 는 비교예 4 의 전극막을 300℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 26 은 비교예 5 의 전극막을 200℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 27 은 비교예 5 의 전극막을 250℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
도 28 은 비교예 5 의 전극막을 300℃ 에서 가열한 경우의 전자현미경사진.
(도면의 부호에 대한 주요 설명)
1…성막 장치
2…진공조
5…가스공급계
11…반도체 기판
12…제 1 전극막
13…처리기판
15…처리대상물
16…절연막
17…홈
18…구멍
19…절연성 박막
20…배리어막
21…질화텅스텐막
22…텅스텐 실리사이드막
25'…제 2 전극막
50…스퍼터 장치
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
도 3(a) 의 부호 15 는 본 발명에 사용하는 처리대상물을 나타내고 있고, 이 처리대상물 (15) 은 처리기판 (13) 을 포함하고 있다. 처리기판 (13) 은 규소기판인 반도체 기판 (11) 을 가지며, 반도체 기판 (11) 의 표면에는 산화규소막인 절연성 박막 (19) 이 형성되어 있다.
처리기판 (13) 의 절연성 박막 (19) 이 형성된 측의 면에는, 가늘고 길게 패터닝된 제 1 전극막 (12) 이 복수개 배치되어 있고, 처리기판 (13) 의 제 1 전극막 (12) 이 배치된 측의 면에는 절연막 (16) 이 형성되어 있다. 절연막 (16) 표면에는, 절연막 (16) 의 막두께보다도 얕은 홈 (17) 이 복수개 형성되어 있고, 각 홈 (17) 의 저면에는 절연막 (16) 이 노출되어 있다.
각 홈 (17) 은 가늘고 길고, 제 1 전극막 (12) 과 교차하도록 위치하고 있고, 홈 (17) 과 제 1 전극막 (12) 이 교차하는 영역 중, 소정 영역에 있는 홈 (17) 의 저면에는 구멍 (18) 이 형성되고, 구멍 (18) 의 저면에는 제 1 전극막 (12) 의 표면이 노출되어 있다.
이 처리대상물 (15) 에 배리어막과 전극막을 형성하기 위해서는, 먼저 도시하지 않은 처리장치의 내부에 처리대상물 (15) 을 반입하고, 그 처리장치 내부에 진공분위기를 형성한 후, 그 처리장치 내부에 클리닝 가스를 공급하여, 클리닝 가스의 플라즈마를 발생시키면, 처리대상물 (15) 에 부착된 유기물이 플라즈마에 의해서 분해, 제거되어, 구멍 (18) 의 저면에는 청정 (淸淨) 한 제 1 전극막 (12) 표면이 노출된다 (전처리공정).
도 1 의 부호 1 은 성막 장치를 나타내고 있고, 성막 장치 (1) 는 진공조 (2) 를 포함하고 있다. 진공조 (2) 에는 진공 배기계 (9) 가 접속되어 있고, 진공 배기계 (9) 를 기동하여, 진공조 (2) 내부에 소정 압력의 진공분위기를 형성한다.
진공조 (2) 내부에는 기판 홀더 (7) 가 배치되어 있고, 진공 배기를 계속하 여, 그 진공분위기를 유지한 채로, 전처리공정 후의 처리대상물 (15) 을 진공조 (2) 내부에 반입하여 기판 홀더 (7) 에 유지시켜, 처리대상물 (15) 을 진공분위기에 배치한다.
기판 홀더 (7) 는 도시하지 않은 가열수단을 포함하고 있고, 기판 홀더 (7) 는 가열수단에 의해 미리 가열되어 있기 때문에, 처리대상물 (15) 을 기판 홀더 (7) 에 유지시키면, 열전도에 의해 처리대상물 (15) 이 승온된다. 처리대상물 (15) 과 대향하는 진공조 (2) 의 벽면에는 샤워 헤드 (3) 가 장착되어 있고, 진공조 (2) 외부에는 가스공급계 (5) 가 배치되고, 샤워 헤드 (3) 는 가스공급계 (5) 에 접속되어 있다.
샤워 헤드 (3) 의 처리대상물 (15) 과 대향하는 면에는 복수의 분출 구멍 (4) 이 형성되어 있고, 처리대상물 (15) 이 소정의 성막 온도로 승온된 시점에서, 그 온도를 유지하면서, 텅스텐 화합물 가스로 이루어지는 제 1 원료 가스를 가스공급계 (5) 로부터 샤워 헤드 (3) 에 공급하면, 샤워 헤드 (3) 의 내부에 공급된 제 1 원료 가스는, 각 분출 구멍 (4) 으로부터 진공조 (2) 내부에 분출된다.
처리대상물 (15) 은 절연막 (16) 이 형성된 면이 샤워 헤드 (3) 를 향한 상태에서 기판 홀더 (7) 에 유지되어 있고, 제 1 원료 가스는, 각 분출 구멍 (4) 으로부터 처리대상물 (15) 의 절연막 (16) 이 형성된 면에 분사된다.
제 1 원료 가스의 공급과 함께 진공 배기를 계속하면, 처리대상물 (15) 의 절연막 (16) 이 배치된 측의 면에 노출되는 표면, 즉, 절연막 (16) 의 표면과, 홈 (17) 의 내벽과, 구멍 (18) 의 내벽과, 구멍 (18) 저면에 노출되는 제 1 전극막 (12) 표면에 제 1 원료 가스를 구성하는 텅스텐 화합물 분자가 흡착되어, 제 1 원료 가스의 분자층이 형성된다.
제 1 원료 가스를 소정 시간 공급 후, 처리대상물 (15) 을 성막 온도로 유지한 상태에서, 진공 배기를 계속하면서 제 1 원료 가스의 공급을 중단하면, 제 1 원료 가스가 배출되어, 진공조 (2) 내부의 압력이 저하된다 (제 1 원료 가스 공급 공정).
제 1 원료 가스가 진공조 (2) 내부로부터 배기될 때에는, 제 1 원료 가스의 분자층으로부터 텅스텐 화합물 분자의 일부가 이탈되지만, 나머지 분자는 처리대상물 (15) 에 흡착된 상태로 남아, 그 분자층이 유지된다.
도 5(a) 는 제 1 원료 가스 공급 공정 직후의, 처리대상물 (15) 의 절연막 (16) 이 배치된 측의 표면 (여기서는 절연막 (16) 표면) 을 나타내는 확대단면도로, 상기 도면의 부호 31 은 제 1 원료 가스의 분자층을 나타내고 있다.
여기서는, 제 1 원료 가스를 구성하는 텅스텐 화합물의 가스는 WF6 가스 (6불화텅스텐) 이고, 제 1 원료 가스의 분자층 (31) 은 그 텅스텐 화합물 분자의 단분자층, 또는 텅스텐 화합물 분자가 2개 이상 겹쳐진 다분자층으로 구성되어 있다.
다음으로, 처리대상물 (15) 을 성막 온도로 유지한 상태에서, 진공 배기를 계속하면서, 환원성 화합물의 가스로 이루어지는 환원 가스를 가스공급계 (5) 로부터 진공조 (2) 내부에 공급하여, 처리대상물 (15) 이 배치된 진공분위기의 압력을 올리면, 제 1 원료 가스의 분자층 (31) 표면에 환원 가스를 구성하는 환원성 화합물의 분자가 흡착되어, 환원 가스의 분자층이 형성된다.
환원 가스를 소정 시간 공급 후, 처리대상물 (15) 을 성막 온도로 유지한 상태에서, 진공 배기를 계속하면서 환원 가스의 공급을 중단하면, 환원 가스가 배출되어, 진공조 (2) 의 내부의 압력이 저하된다.
환원 가스가 진공조 (2) 내부로부터 배기될 때에는, 환원 가스의 분자층으로부터 환원성 화합물 분자의 일부가 이탈되지만, 나머지의 분자는 제 1 원료 가스의 분자층 (31) 표면에 흡착된 상태로 남아 그 분자층이 유지된다.
도 5(b) 의 부호 32 는 제 1 원료 가스의 분자층 (31) 표면에 유지된 환원 가스의 분자층을 나타내고 있고, 그 분자층 (32) 은 환원성 화합물 분자의 단분자층, 또는 환원성 화합물 분자가 2개 이상 겹친 다분자층으로 구성되어 있다.
여기서는, 환원 가스를 구성하는 환원성 화합물은 모노실란 (SiH4) 이고, 환원 가스의 분자층 (32) 이 형성된 상태로 처리대상물 (15) 을 성막 온도로 유지하면, 제 1 원료 가스의 분자층 (31) 의 텅스텐 화합물 분자가, 환원 가스의 분자층 (32) 의 환원성 화합물 분자와 반응하여 환원되는 환원반응이 진행되어, 텅스텐 실리사이드 (WSiX : x 는 임의의 정수) 인 텅스텐 화합물의 환원물이 석출되어, 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이 환원물의 막 (35) 이 형성된다 (환원 공정).
다음으로, 진공 배기를 계속하면서, 가스공급계 (5) 로부터 텅스텐 화합물의 가스로 이루어지는 제 2 원료 가스를 공급하여, 진공조 (2) 내부의 압력을 올리면, 환원물의 막 (35) 표면에, 제 2 원료 가스를 구성하는 텅스텐 화합물의 분자가 흡착되어, 제 2 원료 가스의 분자층이 형성된다.
제 2 원료 가스를 소정 시간 공급 후, 처리대상물 (15) 을 성막 온도로 유지한 상태에서, 진공 배기를 계속하면서 제 2 원료 가스의 공급을 정지하면, 제 2 원료 가스가 배기되어, 진공조 (2) 내부의 압력이 내려간다.
제 2 원료 가스가 배기될 때에는, 제 2 원료 가스의 분자층으로부터 텅스텐 화합물 분자의 일부가 이탈되지만, 나머지의 분자는 환원물의 막 (35) 에 흡착된 상태로 남아, 그 분자층이 유지된다.
도 5(d) 의 부호 33 은 환원물의 막 (35) 표면에 남은 제 2 원료 가스의 분자층을 나타내고 있고, 그 분자층 (33) 은 텅스텐 화합물의 분자 (여기서는 WF6) 의 단분자층 또는 텅스텐 화합물이 2개 이상 겹친 다분자층으로 구성되어 있다.
그 상태에서, 처리대상물 (15) 을 성막 온도로 유지한 채로 두면, 제 2 원료 가스의 분자층 (33) 을 구성하는 텅스텐 화합물과, 환원물의 막 (35) 을 구성하는 텅스텐 실리사이드와의 반응이 진행되어, 텅스텐 실리사이드 중의 규소가, 텅스텐 화합물의 불소와 결합하여, 불화실란으로 되어 환원물의 막 (35) 으로부터 진공조 (2) 내부로 이탈되어 배기됨과 함께, 텅스텐 실리사이드의 텅스텐과, 텅스텐 화합물의 텅스텐이 처리대상물 (15) 표면에 석출되어, 도 5(e) 에 나타내는 바와 같이 텅스텐의 원자층 (36) 이 형성된다 (제 2 원료 가스 공급 공정).
다음에, 처리대상물 (15) 을 성막 온도로 유지한 상태에서, 진공 배기를 계속하면서, 텅스텐을 질화시키는 질소 화합물의 가스 (질화 가스) 를 가스공급계 (5) 로부터 진공조 (2) 내부에 공급하여, 진공조 (2) 내부의 압력을 올리면, 원자 층 (36) 의 표면에 질소 화합물의 분자가 흡착되어, 질화 가스의 분자층이 형성된다.
질화 가스를 소정 시간 공급 후, 처리대상물 (15) 의 온도를 성막 온도로 유지한 상태에서, 진공 배기를 계속하면서 질화 가스의 공급을 정지하면, 질화 가스가 배기되어, 진공조 (2) 내부의 압력이 내려간다.
질화 가스가 배기될 때에는, 질화 가스의 분자층으로부터 질소 화합물 분자의 일부가 이탈되기 때문에, 나머지의 분자는 원자층 (36) 에 흡착된 상태로 남아, 그 분자층은 유지된다.
도 5(f) 의 부호 34 는 원자층 (36) 표면에 남은 질소 화합물 분자의 분자층을 나타내고 있고, 그 분자층 (34) 은 질소 화합물 분자 (여기서는 NH3) 의 단분자층, 또는 질소 화합물 분자가 2개 이상 겹친 다분자층으로 구성되어 있다.
질소 화합물 분자의 분자층 (34) 이 형성된 상태에서, 처리대상물 (15) 을 성막 온도로 유지하면, 원자층 (36) 의 텅스텐 원자가, 질소 화합물에 의해 질화되어, 도 5(g) 에 나타내는 바와 같이 질화텅스텐막 (21) 이 형성된다.
질화 가스를 소정 시간 공급 후, 진공 배기를 계속하면서 질화 가스의 공급을 정지하면, 질화 가스가 배기되어 진공조 (2) 내부의 압력이 저하된다 (질화 공정).
제 1 원료 가스 공급 공정과, 환원 공정에서 환원물 석출 공정으로 하고, 제 2 원료 가스 공급 공정과, 질화 공정에서 질화텅스텐 석출 공정으로 하면, 환원물 석출 공정과, 질화텅스텐 석출 공정을 교대로 반복 실시하면, 질화텅스텐막이 성장되어, 막두께가 두꺼운 질화텅스텐막 (21) 이 형성된다.
도 3(b) 는 질화텅스텐막 (21) 이 소정 막두께가 되도록, 환원물 석출 공정과 질화텅스텐 석출 공정을 반복한 후의 상태를 나타내고 있다. 상기 기술한 바와 같이, 제 1 원료 가스의 텅스텐 화합물 분자는 절연막 (16) 의 표면과, 홈 (17) 의 내벽과, 구멍 (18) 의 내벽과, 구멍 (18) 저면에 노출되는 제 1 전극막 (12) 표면에 흡착되어, 텅스텐 화합물 분자와 환원성 화합물이 반응하여, 환원물이 생성되는 반응과, 그 환원물과 제 2 원료 가스의 텅스텐 화합물이 반응하여, 텅스텐 원자가 석출되는 반응과, 텅스텐 원자와 질소 화합물이 반응하여, 질화텅스텐이 생성되는 반응은, 각 표면에서 일어나기 때문에, 질화텅스텐막 (21) 은 절연막 (16) 의 표면과, 홈 (17) 의 내벽과, 구멍 (18) 의 내벽과, 구멍 (18) 저면에 노출되는 제 1 전극막 (12) 표면에 연속하여 형성되어 있다.
질화텅스텐막 (21) 이 형성된 상태에서 진공 배기를 계속하여, 진공조 (2) 내부로부터 제 1 및 제 2 원료 가스, 환원 가스, 질화 가스가 배기된 시점에서, 진공 배기를 계속하면서, 가스공급계 (5) 로부터 텅스텐 화합물로 이루어지는 텅스텐 함유 가스를 공급하여 진공조 (2) 내부의 압력을 올리면, 텅스텐 화합물의 분자가 질화텅스텐막 (21) 의 표면에 흡착되어, 텅스텐 함유 가스의 분자층이 형성된다.
텅스텐 함유 가스를 소정 시간 공급 후, 진공 배기를 계속하면서 텅스텐 함유 가스의 공급을 중단하면, 텅스텐 함유 가스가 배기되어, 진공조 (2) 내부의 압력이 저하된다.
이 때, 텅스텐 함유 가스의 분자층으로부터 텅스텐 화합물 분자의 일부가 이탈되지만, 상기 기술한 제 1 원료 가스 공급 공정시와 동일하게, 나머지의 분자는 질화텅스텐막 (21) 에 흡착된 상태로 남아, 그 분자층이 남는다 (텅스텐 공급 공정).
도 6(a) 의 부호 41 은 질화텅스텐막 (21) 표면에 남은 텅스텐 함유 가스의 분자층을 나타내고 있다. 여기서는, 텅스텐 함유 가스는 상기 기술한 제 1 및 제 2 원료 가스와 동일한 가스(WF6 가스) 로 구성되어 있고, 텅스텐 함유 가스의 분자층 (41) 은 텅스텐 화합물 분자의 단분자층, 또는 텅스텐 화합물 분자가 2개 이상 겹친 다분자층으로 구성되어 있다.
다음으로, 진공 배기를 계속하면서, 규소 화합물 가스로 이루어지는 규소 함유 가스를 공급하여, 진공조 (2) 내부의 압력을 올리면, 텅스텐 함유 가스의 분자층 (41) 표면에, 규소 함유 가스의 규소 화합물 분자가 흡착되어, 규소 함유 가스의 분자층이 형성된다.
규소 함유 가스를 소정 시간 공급 후, 진공 배기를 계속하면서 규소 함유 가스의 공급을 정지하면, 규소 함유 가스가 배기되어, 진공조 (2) 내부의 압력이 저하된다. 이 때, 규소 함유 가스의 분자층으로부터 규소 화합물 분자의 일부가 이탈되지만, 나머지의 분자는 텅스텐 함유 가스의 분자층 (41) 에 흡착된 상태로 남아, 분자층이 유지된다 (규소 공급 공정).
도 6(b) 의 부호 42 는, 텅스텐 함유 가스의 분자층 (41) 표면에 남은 규소 함유 가스의 분자층을 나타내고 있다. 여기서는, 규소 함유 가스는 상기 기술한 환원 가스와 동일한 가스 (SiH4 가스) 로 구성되어 있고, 규소 함유 가스의 분자층 (42) 은 규소 화합물 분자의 단분자층, 또는 규소 화합물 분자가 2개 이상 겹친 다분자층으로 구성되어 있다.
규소 함유 가스의 분자층 (42) 이 형성된 상태에서 처리대상물 (15) 을 성막 온도로 유지하면, 텅스텐 함유 가스의 텅스텐 화합물이, 규소 함유 가스의 분자층 (42) 의 규소 화합물과 반응하여 환원되고, 도 6(c) 에 나타내는 바와 같이, 질화텅스텐막 (21) 의 표면에, WSix (x 는 1 이상의 정수) 로 이루어지는 텅스텐 실리사이드막 (22) 이 형성된다.
질화 가스를 공급하지 않고, 텅스텐 공급 공정과, 규소 공급 공정만을 교대로 반복 실시하면, 텅스텐이 질화되지 않고, 텅스텐 실리사이드막 (22) 이 성장한다.
도 3(c) 는 원하는 막두께의 텅스텐 실리사이드막 (22) 이 성장할 때까지, 텅스텐 공급 공정과 규소 공급 공정을 반복한 후의 상태를 나타내고 있고, 동 도면의 부호 20 은 질화텅스텐막 (21) 과 텅스텐 실리사이드막 (22) 으로 구성되는 배리어막을 나타내고 있다.
상기 기술한 바와 같이, 질화텅스텐막 (21) 은 절연막 (16) 의 표면과, 홈 (17) 의 내벽과, 구멍 (18) 의 내벽과, 구멍 (18) 저면에 노출되는 제 1 전극막 (12) 표면에 연속하여 형성되어 있고, 텅스텐 실리사이드막 (22) 은 질화텅스텐막 (21) 의 표면 전부를 덮도록 형성되기 때문에, 텅스텐 실리사이드막 (22) 은, 절연막 (16) 의 표면 위와, 홈 (17) 의 내벽 위와, 구멍 (18) 의 내벽 위와, 구멍 (18) 의 저면에 노출되는 제 1 전극막 (12) 표면에 연속하여 형성되어 있다.
도 2 의 부호 50 은 스퍼터링 장치를 나타내고 있고, 이 스퍼터링 장치 (50) 는 진공조 (51) 를 포함하고 있다. 진공조 (51) 에 접속된 진공 배기계 (58) 를 기동하여, 진공조 (51) 내부에 진공분위기를 형성한 후, 그 진공분위기를 유지하면서 배리어막 (20) 이 형성된 상태의 처리대상물 (15) 을 스퍼터링 장치 (50) 의 진공조 (51) 내부에 반입하고, 기판 홀더 (52) 에 유지시킨다.
이어서, 진공 배기를 계속하면서, 스퍼터 가스 공급계 (57) 로부터 스퍼터 가스를 공급하여, 진공조 (51) 내부에 소정 압력의 스퍼터 분위기를 형성한다. 진공조 (51) 내부에는, 기판 홀더 (52) 에 유지된 처리대상물 (15) 과 대향하는 위치에, 도전 재료 (여기서는 Cu) 로 이루어지는 타겟 (55) 이 배치되어 있고, 전원 (56) 을 기동하여, 타겟 (55) 에 전압을 인가하면 타겟 (55) 이 스퍼터되어, 스퍼터 입자가 방출된다.
처리대상물 (15) 은 배리어막 (20) 이 형성된 면이 타겟 (55) 을 향한 상태에서 기판 홀더 (52) 에 유지되어 있고, 타겟 (55) 으로부터 방출된 스퍼터 입자는 배리어막 (20) 의 표면에 부착되어, 도 3(d) 에 나타내는 바와 같이 배리어막 (20) 의 표면에 도전 재료로 이루어지는 제 1 도전층 (26) 이 형성된다.
제 1 도전층 (26) 은 분할되어 있지 않고, 절연막 (16) 표면 위와, 홈 (17) 내벽 위와, 구멍 (18) 내벽 위와, 구멍 (18) 저면 위의 위치에서 배리어막 (20) 표 면에 연속하여 형성되어 있기 때문에, 제 1 도전층 (26) 의 일부에 전압을 인가하면, 제 1 도전층 (26) 전체에 같은 극성의 전압이 인가되도록 되어 있다.
따라서, 제 1 도전층 (26) 이 형성된 상태의 처리대상물 (15) 을 전해도금액에 침지하고, 전해도금액 중에 침지된 전극에 정전압, 제 1 도전층 (26) 에 부전압을 인가하면, 전해도금액 중의 금속이온 (여기서는 Cu 이온) 이 제 1 도전층 (26) 표면을 향하여 영동하고, 제 1 도전층 (26) 표면에 금속이 석출되어 제 2 도전층이 성장된다.
제 1 도전층 (26) 으로의 전압인가를 계속하여, 제 2 도전층이 성장되면, 도 4(e) 에 나타내는 바와 같이 구멍 (18) 과 홈 (17) 이 제 2 도전층 (27) 으로 충전된 상태가 된다. 도 4(e) 의 부호 25 는 제 1 도전층 (26) 과 제 2 도전층 (27) 으로 이루어지는 도전막을 나타내고 있다.
전해도금법으로 성장하는 제 2 도전층 (27) 은 치밀성이 낮고, 마이크로 보이드라고 불리는 미세한 빈 구멍이 생기는 경우가 있어, 마이크로 보이드는 전극막의 전기저항을 증가시키는 원인이 된다.
도전막 (25) 이 형성된 상태의 처리대상물 (15) 을 전해도금액으로부터 추출한 후, 가열장치 내부에 배치한다. 가열장치의 내부는 진공 배기됨과 함께 어닐 가스가 공급됨으로써, 미리 소정 압력으로 유지되어 있고, 진공 배기와 어닐 가스의 공급을 계속하면서, 처리대상물을 200℃ 이상으로 가열하면, 도전막 (25) 이 소성되어, 마이크로 보이드가 사라진다 (어닐화 처리).
일반적으로, 도전막 (25) 과 같은 금속막과 질화텅스텐막의 밀착성은 낮아, 질화텅스텐막 (21) 표면에 직접 도전막 (25) 을 형성하면, 어닐화시에 도전막 (25) 의 금속이 응집되어, 도전막 (25) 의 막질이 저하되거나, 도전막 (25) 이 질화텅스텐막 (21) 으로부터 박리되는 경우가 있다.
특히, 도전막 (25) 을 구리로 형성하는 경우에는, 질화텅스텐막과의 밀착성에 문제가 생기는 경우가 있다. 구리로 도전막 (25) 을 형성하는 경우에 밀착성이 좋은 배리어막이 요망된다.
본 발명에서는, 질화텅스텐막 (21) 의 표면에 텅스텐 실리사이드막 (22) 을 형성한 후, 텅스텐 실리사이드막 (22) 의 표면에 도전막 (25) 이 형성되어 있고, 텅스텐 실리사이드막 (22) 중의 Si 와, 도전막 (25) 중의 금속 (여기서는 구리) 이 화학적으로 결합함으로써, 텅스텐 실리사이드막 (22) 과 도전막 (25) 의 밀착성이 매우 높게 되어 있다. 따라서, 어닐화시에 도전막 (25) 의 금속응집이 일어나지 않는다.
다음으로, 처리대상물 (15) 의 도전막 (25) 이 형성된 측의 면을, 절연막 (16) 의 표면이 노출될 때까지 연마하면, 절연막 (16) 상에 위치하는 도전막 (25) 과, 배리어막 (20) 이 제거되지만, 각 홈 (17) 과, 각 구멍 (18) 내부에 위치하는 도전막 (25) 과 배리어막 (20) 은 제거되지 않고 남는다 (연마 공정). 따라서, 각 홈 (17) 내부에 남은 도전막 (25) 은 서로 분리되어, 도 4(f) 에 나타내는 바와 같은 반도체 장치 (10) 가 얻어진다.
도 4(f) 의 부호 25' 는, 서로 분리된 도전막 (25) 으로 이루어지는 제 2 전극막을 나타내고 있고, 도전막 (25) 과 배리어막 (20) 의 밀착성은 높기 때문에 연 마공정시에 도전막 (25) 의 박리가 일어나지 않고, 따라서 제 2 전극막 (25') 에 결손이 생기지 않는다. 제 2 전극막 (25') 과 절연막 (16) 사이에는 배리어막 (20) 이 배치되어 있기 때문에, 절연막 (16) 중에 제 2 전극막 (25') 을 구성하는 금속이 주입되는 일이 없다.
상기 기술한 바와 같이, 홈 (17) 의 저면 중, 구멍 (18) 이외의 부분에는 절연막 (16) 이 배치되어 있기 때문에, 구멍 (18) 이외의 부분에서는 제 2 전극막 (25') 은 절연막 (16) 에 의해서 제 1 전극막 (12) 으로부터 절연되어 있지만, 구멍 (18) 이 위치하는 부분에는 절연막 (16) 이 배치되어 있지 않고, 구멍 (18) 내부는 연마공정에서 분리된 제 2 도전층 (27') 으로 충전되어 있기 때문에, 구멍 (18) 이 위치하는 부분에서는 제 1 및 제 2 전극막 (12, 25') 은 서로 접속되어 있다.
제 1 전극막 (12) 과 반도체 기판 (11) 사이에는 절연성 박막 (19) 이 배치되어 있지만, 절연성 박막 (19) 에는 반도체 기판 (11) 의 내부 회로와, 제 1 전극막 (12) 을 접속하는 컨택트홀이 형성되어 있고, 제 1 전극막 (12) 과 반도체 기판 (11) 의 내부회로는 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 제 2 전극막 (25') 을 외부 회로에 접속하면, 반도체 기판 (11) 과 외부회로 사이에서 전기신호를 입출력할 수 있다.
실시예
<실시예 1>
상기 기술한 제 1 원료 가스 공급 공정과, 환원 공정과, 제 2 원료 가스 공급 공정과, 질화 공정을 기재한 순서로 1회씩 실시하는 것을 1회의 제 1 성막 공정으로 하고, 텅스텐 공급 공정과, 규소 공급 공정을 기재한 순서로 1회씩 실시하는 것을 제 2 성막 공정으로 하면, 절연막 (16) 이 패터닝되어 있지 않은 상태의 규소 기판 (블랭킷 기판) 을 처리대상물 (15) 로서 사용하고, 제 1 성막 공정을 17회 실시하여, 질화텅스텐막 (21) 을 성막한 후, 제 2 성막 공정을 2회 실시하여, 텅스텐 실리사이드막 (22) 을 성막하여, 절연막 (16) 표면에 배리어막 (20) 을 형성한 후, 배리어막 (20) 의 표면에, 막두께 400㎚ 의 구리막을 스퍼터링법에 의해 성막하여 전극막을 형성하였다.
여기서는 제 1 및 제 2 원료 가스, 텅스텐 함유 가스는 동일한 가스 (WF6 가스) 를 사용하여, 각 가스의 유량을 5sccm 으로 하였다. 환원 가스와 규소 함유 가스는 동일한 가스 (SiH4 가스) 를 사용하여, 각 가스의 유량을 50sccm 으로 하였다. 질화 가스 (NH3 가스) 의 유량은 11sccm 으로 하였다.
17회의 제 1 성막 공정 중, 최초의 2회는, 제 1 및 제 2 원료 가스의 도입시간을 5초간, 배기시간을 2초간으로 하고, 환원 가스의 도입시간을 10초간, 배기시간을 10초간으로 하고, 계속되는 15회의 제 1 성막 공정에서는 제 1 및 제 2 원료 가스의 배기시간을 10초간으로 한 것 이외에는, 각 도입, 배기시간을 최초의 2회의 성막 공정과 동일하게 하였다. 제 2 성막 공정은, 텅스텐 함유 가스의 도입시간을 5초간, 배기시간을 10초간, 규소 함유 가스의 도입시간을 10초간, 배기시간을 10초간으로 하였다.
<비교예 1>
상기 기술한 실시예 1 과 동일한 처리대상물을 사용하여, 제 2 성막 공정을 하지 않고, 제 1 성막 공정을 19회 행하여 질화텅스텐막으로 이루어지는 배리어막을 성막한 후, 실시예 1 과 동일한 조건으로 배리어막의 표면에 전극막을 형성하였다.
여기서는, 각 가스의 종류와 유량은 실시예 1 과 동일하게 하여, 19회의 제 1 성막 공정 중, 최초의 5회는, 제 1 및 제 2 원료 가스의 도입시간을 5초간, 배기시간을 2초간으로 하고, 환원 가스의 도입시간을 10초간, 배기시간을 10초간으로 하여, 질화 가스의 도입시간을 20초간, 배기시간을 10초간으로 하고, 계속되는 14회는 제 1 및 제 2 원료 가스의 배기시간을 10초간으로 한 것 이외에는, 각 도입, 배기시간을 최초의 5회의 제 1 성막 공정과 동일하게 하였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 형성된 배리어막에 관해서, 하기에 나타내는 박리시험을 하였다.
〔박리시험〕
전극막 표면에 다이아몬드 펜으로 격자상의 흠집을 내고, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 흠집으로 둘러싸인 정사각형의 판정 영역 (62) 을 4개 포함하는 흠집 부분 (61) 을 9개소에 형성한 후, 전극막의 표면에 투명 점착 테이프를 부착, 박리하여, 전극막 표면을 관찰하였다.
판정 영역 (62) 에 전극막의 박리가 전혀 관찰되지 않은 경우를 4점 (도 12(a)), 직선상의 흠집을 따라 박리가 관찰된 경우를 3점 (도 12(b)), 판정 영역 (62) 의 모서리 부분에 박리가 관찰되는 것을 2점 (도면 12(c)), 1개의 판정 영역 (62) 이 전부 박리된 경우를 1점 (도 12(d)), 4개의 판정영역 (62) 이 모두 박리된 경우를 0점 (도 12(e)) 으로 하여 평가하여, 9개소의 흠집 부분 (61) 의 평가점의 합계를 구하였다. 평가점이 클수록, 구리막 (전극막) 과 배리어막의 밀착성이 높은 것을 나타내고, 9개소의 흠집 부분에서 전혀 박리가 관찰되지 않은 경우에 평가점의 합계는 36점이 된다.
실시예 1, 비교예 1 에서 성막된 전극막에 관해서 이 박리시험을 한 결과, 실시예 1 의 전극막에서는 박리는 관찰되지 않고, 평가점의 합계는 36점이었던데 대하여, 비교예 1 의 전극막은 평가점의 합계는 27점이었다. 비교예 1 의 전극막에 관해서 박리 개소를 관찰한 결과, 박리 개소에는 질화텅스텐막이 노출되어 있고, 질화 텅스텐막과 전극막과의 계면에서 박리가 일어난 것을 알 수 있다.
<실시예 2>
처리대상물 (15) 을 NH3 가스로 이루어지는 플라즈마 가스에 노출시켜 전처리하였다. 제 1 원료 가스 공급 공정과, 환원 공정과, 제 2 원료 가스 공급 공정과, 질화 공정을 기재한 순서로 1회씩 실시하는 것을 1회의 제 1 성막 공정으로 하고, 텅스텐 공급 공정과 규소 공급 공정을 기재한 순서로 1회씩 실시하는 것을 제 2 성막 공정으로 하면, 제 1 성막 공정을 16회 행하여 질화텅스텐막을 형성한 후, 제 2 성막 공정을 4회 행하여 텅스텐 실리사이드막 (22) 을 형성하여, 질화텅스텐막 (21) 과 텅스텐실리사이드막 (22) 으로 이루어지는 배리어막 (20) 을 형성하였다. 또한, 스퍼터링법에 의해, 배리어막 (20) 표면에 막두께 10nm 의 구리막을 성막하여, 구리로 이루어지는 전극막을 형성하였다.
<실시예 3>
실시예 2 와 동일한 조건으로 처리대상물 (15) 을 전처리하여, 절연막 (16) 표면에 스퍼터링법에 의해 질화텅스텐막 (21) 을 형성한 후, 그 질화텅스텐막 (21) 의 표면에, 실시예 2 와 동일한 조건으로 텅스텐 실리사이드막 (22) 을 형성하여, 질화텅스텐막 (21) 과 텅스텐실리사이드막 (22) 으로 이루어지는 배리어막 (20) 을 형성한 후, 실시예 2 와 동일한 조건으로 전극막을 형성하였다.
<비교예 2>
제 2 성막 공정을 하지 않고, 상기 제 1 성막 공정을 20회 행하여 전처리 후의 절연막 (16) 표면에 질화텅스텐막으로 이루어지는 배리어막을 형성한 후, 그 배리어막 표면에 실시예 2 와 동일한 조건으로 전극막을 형성하였다.
<비교예 3>
처리대상물 (15) 을 수소 가스 분위기 속에서 가열하고, 어닐화 처리한 후, SIS (Self Ionized Sputter) 법에 의해 절연막 (16) 표면에 막두께 7.5㎚ 의 TaN 막을 형성한 후, 그 TaN 막 표면에 막두께 7.5㎚ 의 Ta 막을 형성하여, Ta 막과 TaN 막으로 이루어지는 배리어막을 형성한 후, 그 배리어막 표면에 실시예 2 와 동일한 조건으로 전극막을 형성하였다.
<비교예 4, 5>
비교예 3 과 동일한 조건으로 처리대상물 (15) 을 어닐화 처리하여, 스퍼터 법에 의해, 텅스텐 또는 질화텅스텐으로 이루어지는 배리어막을 절연막 (16) 표면에 형성한 후, 각 배리어막 표면에 실시예 2 와 동일한 조건으로 전극막을 형성하였다.
상기 실시예 2, 비교예 2～4 에서 형성된 배리어막의 표면에, 스퍼터법에 의해 막두께 10nm 의 Cu 막을 형성하여, Cu 로 이루어지는 전극막을 형성하였다. 전극막이 형성된 상태의 각 처리대상물 (15) 을 가열장치 내부에 배치하였다. 가열장치 내부를 진공 배기를 하면서, H2 가스와 N2 가스의 혼합 가스 (H2 : 50%) 인 어닐 가스를 공급하고, 가열장치 내부의 압력을 13.3Pa 로 유지하면서, 각 처리대상물 (15) 을 200℃, 250℃, 300℃ 의 각 가열온도로 전극막을 어닐화하였다. 어닐화 처리 후의 전극막의 표면 (중앙부분) 의 전자현미경 사진을 도 13～도 28 에 나타낸다.
도 13～도 15 는 실시예 2 에서 성막된 전극막을 200℃, 250℃, 300℃ 에서 어닐화한 경우의 전자현미경사진이고, 전극막의 표면은 구리의 응집이 관찰되지 않고, 300℃ 로 가열한 경우이더라도 평탄한 상태 그대로였다. 또한, 도 16 은 실시예 3 에서 성막된 전극막을 300℃ 에서 어닐화한 경우의 전자현미경 사진으로, 이 경우도 전극막에 구리의 응집이 관찰되지 않았다.
도 17～도 19 는 비교예 2 에서 성막된 전극막을 200℃, 250℃, 300℃ 에서 어닐화한 경우의 전자현미경 사진으로, 가열온도가 250℃ 이상에서는 전극막의 응집이 확인되었다. 이것으로부터, 환원물 석출 공정과, 질화텅스텐 석출 공정을 반복하여 질화텅스텐막을 형성한 경우이더라도, 텅스텐 실리사이드막을 형성하지 않으면, 배리어막과 전극막의 밀착성이 나쁜 것을 알 수 있다.
도 20～도 22 는 비교예 3 에서 성막된 전극막을 200℃, 250℃, 300℃ 에서 어닐화한 경우의 전자현미경 사진으로, 질화텅스텐막과 텅스텐 실리사이드막 대신에, Ta 막과, TaN 막을 형성한 경우도, 가열온도가 250℃ 이상에서 전극막의 응집이 발생하였다.
또한, 도 23～도 25 는 비교예 4 에서 성막된 전극막을 200℃, 250℃, 300℃ 에서 어닐화한 경우의 전자현미경 사진으로, 도 26～도 28 은 비교예 5 에서 성막된 전극막을 200℃, 250℃, 300℃ 에서 어닐화한 경우이고, 비교예 4, 5 에서도 가열온도가 높아지면 전극막의 응집이 일어나는 것을 알 수 있으며, 특히, 텅스텐막으로 이루어지는 배리어막을 형성한 비교예 4 에서는, 250℃ 에서 응집이 일어나고 있어, 텅스텐은 질화텅스텐에 비교하여 전극막 (구리막) 과의 밀착성이 낮은 것을 알 수 있다.
비교예 4 에 비교하여, 텅스텐 실리사이드막을 배리어막 표면에 형성한 실시예 2, 3 의 전극막에 대한 밀착성이 매우 높은 것은, 텅스텐 실리사이드막 중의 규소와, 전극막의 구성 재료 (예를 들어 Cu) 가 반응하고 있기 때문으로 추측된다.
<실시예 4>
실시예 1 에 사용한 것과 동일한 처리대상물 (15) 을 사용하여, 상기 기술한 제 1 성막 공정을 46회 행하여 절연막 (16) 표면에 질화텅스텐막 (21) 을 형성한 후, 상기 기술한 제 2 성막 공정을 8회 행하여 질화텅스텐막 (21) 의 표면에 텅스텐 실리사이드막 (22) 을 형성하여 배리어막 (20) 을 얻었다.
여기서는, 각 성막 공정의 가스의 종류와, 각 가스의 유량은 실시예 1 과 동일한 조건으로 하고, 제 1 및 제 2 원료 가스와, 텅스텐 함유 가스의 도입시간은 5초간, 배기시간은 10초간, 환원 가스와 규소 함유 가스의 도입시간은 10초간, 배기시간은 10초간, 질화 가스의 도입시간은 20초간, 배기시간은 10초간으로 하였다.
<비교예 6>
실시예 1 에 사용한 것과 동일한 처리대상물 (15) 을 사용하여, 제 2 성막 공정을 하지 않고, 제 1 성막 공정만을 50회 반복하여 질화텅스텐막으로 이루어지는 배리어막을 얻었다. 여기서는, 각 가스의 종류는 실시예 1 과 동일하였다. 또한, 제 1 및 제 2 원료 가스의 유량은 6.9sccm, 환원 가스의 유량은 112sccm, 질화 가스의 유량은 11sccm 으로 하고, 각 가스의 도입시간과 배기시간은 각각 15초간으로 하였다.
도 9, 도 10 은 실시예 4, 비교예 6 에서 성막된 배리어막을 AES (Auger Electron Spectroscopy) 분석한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 9 및 도 10 의 세로축은 원자농도 (%) 를, 가로축은 스퍼터 시간 (분) 을 나타내고, 스퍼터 시간이 길수록 배리어막 (20) 표면으로부터의 깊이가 깊은 것을 나타내고 있다.
도 9 를 보면, 실시예 4 에서 성막된 배리어막은, 표면부터 스퍼터 시간 (s) 에 상당하는 깊이까지는, 텅스텐 (W) 과, 규소 (Si) 의 원자농도가 높게 되어 있고, 텅스텐 함유 가스와, 규소 함유 가스를 교대로 공급함으로써, 텅스텐이 많이 석출됨과 동시에, 규소 함유 가스의 환원반응시에 반응하지 않은 미반응의 규소가 처리대상물 (15) 상에 남아, 텅스텐 실리사이드막 (22) 이 형성된 것을 알 수 있다.
또, 표면으로부터의 깊이가 스퍼터 시간 (s) 에 상당하는 깊이를 초과하면, 질소 (N) 의 농도가 높아지고, 반대로 텅스텐과 규소의 원자농도가 낮게 되어 있어, 텅스텐 실리사이드막 (22) 의 아래에는 질화텅스텐막이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.
도 10 에 나타내는 바와 같이, 비교예 6 에서 성막된 배리어막은, 표면부터 절연막 (16) 이 노출되기까지의 깊이 (스퍼터 시간 약 13분) 까지 Si 의 원자농도가 매우 낮아, 환원물 석출 공정과 질화텅스텐 석출 공정을 반복한 경우에는, Si 원자가 환원반응시에 이탈되어, 막 중에 Si 원자가 남지 않은 것을 알 수 있다.
<실시예 5, 6>
실시예 1～4 에서 사용한 것과 동일한 처리대상물 (15) 의 절연막 (16) 표면에, 텅스텐 공급 공정과, 규소 공급 공정을 1회씩 행하여 텅스텐 실리사이드막 (22) 을 형성하였다 (실시예 5). 또한, 이것과는 별도로, 실시예 5 와 동일한 처리대상물에, 텅스텐 공급 공정과, 규소 공급 공정과, 텅스텐 공급 공정을 1회씩 기재한 순서로 행하여 텅스텐 실리사이드막을 형성하였다 (실시예 6).
도 7, 8 은 실시예 5, 6 에서 형성된 텅스텐 실리사이드막에 관해서 AES 분석한 결과를 나타내는 그래프로, 도 7, 8 을 비교하면 명확한 바와 같이 실시예 6 은 실시예 5 에 비교하여 텅스텐의 원자농도가 높고, 텅스텐 공급 공정의 수를 늘리면, 텅스텐의 원자농도가 높은 텅스텐 실리사이드막이 형성되는 것을 알 수 있다.
따라서, 텅스텐 공급 공정과, 규소 공급 공정의 수를 변경함으로써, 텅스텐 실리사이드막에 함유되는 규소 농도와 텅스텐 농도를 원하는 수치로 조정할 수 있다.
이상은, 반도체 기판 (11) 으로서 규소 기판을 사용하는 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 갈륨비소 기판 등 여러 가지의 반도체 기판을 사용할 수 있다. 제 2 전극막 (25') 을 구성하는 도전 재료는, 텅스텐 실리사이드와 밀착성이 높은 것이면, 구리에 한정되는 것이 아니다.
이상은 제 1 도전층 (26) 을 성막하는 데에 스퍼터법을 사용하는 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 증착법, CVD 법 (ChemicaI Vapor Deposition) 등 여러 가지의 성막 방법을 이용할 수 있다.
질화텅스텐막의 성막 방법은 특별히 한정되지 않고, 상기 기술한 바와 같이 스퍼터법 등도 이용할 수 있지만, 실시예 1 및 2 와 같이 환원물 석출 공정과 질화텅스텐 석출 공정을 반복 실시하여, 질화텅스텐막을 형성하는 방법으로서는, 텅스텐 실리사이드막을 성막하는 공정을 동일한 진공조 내에서 실행할 수 있기 때문에, 성막 공정이 간단하고, 제조 비용도 저렴하게 된다.
전극막을 형성한 후 어닐화하는 경우, 본원에 알맞은 가열온도는 200℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 250℃ 이상이다.
이상은 제 1 및 제 2 원료 가스와, 텅스텐 함유 가스를 동일한 가스로 구성하는 경우에 관해서 설명하였는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 제 1 및 제 2 원료 가스와, 텅스텐 함유 가스에 서로 다른 종류의 가스를 사용해도 되고, 이들 3개의 가스 중, 2개의 가스를 동일한 종류의 가스로 구성하고, 나머지의 하나를 다 른 종류의 가스로 구성해도 되는데, 제 1 및 제 2 원료 가스와 텅스텐 함유 가스를 동일한 종류의 가스로 구성하면, 제 1 및 제 2 원료 가스 공급 공정과, 텅스텐 공급 공정의 각 공정에서 동일한 가스 봄베 (bombe) 로부터 가스를 공급할 수 있기 때문에, 장치 구조가 간단하게 된다.
제 1 및 제 2 원료 가스와 텅스텐 함유 가스에 사용하는 텅스텐 화합물의 가스로서는, 6불화텅스텐가스나 6염화텅스텐 (WCl6) 가스와 같은 할로겐화텅스텐가스 외에, WOF2 와, WOF4 와, WOCl2 와, WOCl4 와 같은 옥시할로겐화텅스텐 가스, W(OC2H5)5 와, W(OC2H5)6 과 같은 유기금속화합물의 가스, W(CO)5 와, W(CO)6 과 같은 카르보닐화텅스텐 가스 등이 있다.
또한, 제 1 및 제 2 원료 가스와, 텅스텐 함유 가스는 1종류의 텅스텐 화합물의 가스로 구성해도 되고, 2 종류 이상의 텅스텐 화합물의 가스를 혼합하여 사용할 수도 있다.
또한, 제 1 및 제 2 원료 가스와, 텅스텐 함유 가스를 진공조 내에 공급할 때에, Ar 가스와 같은 희석가스를 함께 공급하면, 제 1 및 제 2 원료 가스나 텅스텐 함유 가스가 희석가스로 희석됨으로써, 처리대상물에 흡착되는 양을 제어할 수 있다.
또한, 환원 가스, 질화 가스, 및 규소 함유 가스를 공급할 때에도, 아르곤 가스와 같은 희석가스를 함께 공급함으로써, 각 가스의 농도를 제어하여, 처리대상물에 흡착되는 양을 조정할 수 있다.
또한, 환원 가스와 함께 첨가 가스로서 산소 가스를 공급하면, 석출되는 텅스텐과 기판의 밀착성이 향상된다는 효과가 있다.
환원 가스나 규소 함유 가스는 모노실란 (SiH4) 가스에 한정되지 않고, 텅스텐 화합물을 환원하는 것이면, 예를 들어 디실란가스 (Si2H6), 디크롤실란 가스 (SiH2Cl2) 를 사용할 수 있다.
질화 가스는 암모니아 가스에 한정되지 않고, 텅스텐을 질화하는 것이면, 예를 들어 히드라진 가스 (N2H4) 나, 히드라진 중의 수소가 CxHy (x, y 는 임의의 정수를 나타낸다) 기로 치환된 히드라진 유도체의 가스를 사용할 수 있다.
전처리 공정에서 사용하는 클리닝 가스의 종류도 암모니아 가스에 한정되지 않고, 아르곤 가스 등 목적에 맞춰 여러 가지의 가스를 선택할 수 있다. 또한, 기판 홀더 (7) 에 회전축을 형성하고, 회전축에 의해 처리대상물 (15) 을 수평면 내에서 회전시키면서, 각 성막 공정을 하면, 처리대상물 (15) 의 표면에 막두께 균일한 질화텅스텐막을 형성할 수 있다.
각 가스를 공급할 때의 도달압력은 특별히 한정되지 않고, 10-2Pa 이상 102Pa 미만, 보다 바람직하게는 수 Pa 이하의 범위에서 성막 목적에 맞춰 설정되는 것이다.
이상은, 제 1 및 제 2 원료 가스 공급 공정과, 환원 공정과, 질화 공정과, 텅스텐 공급 공정과, 규소 공급 공정에서, 처리대상물 (15) 의 온도를 동일 온도로 유지하는 경우에 관해서 설명하였는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 각 공정에서 처리대상물 (15) 의 온도를 변경할 수도 있지만, 그 가열온도는 200℃ 이상 350℃ 이하인 것이 바람직하다.
이상은, 제 1 및 제 2 가스 공급 공정과, 환원 공정과, 질화 공정과, 텅스텐 공급 공정과, 규소 공급 공정을 각각 동일한 진공조 (2) 의 내부에서 실시하는 경우에 관해서 설명하였는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 각 공정을 다른 진공조 내부에서 행할 수도 있다.
제 1 원료 가스 공급 공정과, 환원 공정과, 제 2 원료 가스 공급 공정과, 질화 공정을 1회의 사이클로 하여, 그 사이클을 복수회 반복하여 성막하는 경우, 제 1 및 제 2 원료 가스와, 환원 가스와, 질화 가스는, 모든 사이클에서 각각 동일한 가스를 사용해도 되고, 또한 사이클마다 제 1 및 제 2 원료 가스와, 환원 가스와, 질화 가스의 종류를 각각 변경해도 된다.
또한, 텅스텐 공급 공정과 규소 공급 공정으로 1회의 사이클로 하여, 그 사이클을 복수회 반복하여 텅스텐 실리사이드막을 형성하는 경우, 텅스텐 함유 가스와 규소 함유 가스는 모든 사이클에서 각각 동일한 가스를 사용해도 되고, 사이클마다 각 가스의 종류를 변경해도 된다.
또한, 각 사이클에서 제 1 원료 가스 공급 공정의 수와, 환원 공정의 수와, 제 2 원료 가스 공급 공정의 수와, 질화 공정의 수를 같게 할 필요는 없다.
이상은, 환원물 석출 공정이, 제 1 원료 가스 공급 공정 후에 환원 공정을 하는 경우에 관해서 설명하였는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 환원 공정에서 처리대상물 (15) 표면에 환원 가스를 흡착시킨 후, 제 1 원료 가스 공급 공정에서 처리대상물 (15) 표면에 흡착된 환원 가스와, 제 1 원료 가스를 접촉시켜 환원물을 석출시켜도 된다.
또한, 질화텅스텐 석출 공정도, 제 2 원료 가스 공급 공정 후에 질화 공정을 하는 경우에 한정되지 않고, 먼저, 질화 공정에서 처리대상물 (15) 에 질화 가스를 흡착시킨 후, 제 2 원료 가스 공급 공정에서 처리대상물 (15) 에 흡착된 질화 가스와 제 2 원료 가스를 접촉시키고, 질화 텅스텐을 석출시켜도 된다. 또한, 질화텅스텐 석출 공정과 환원물 석출 공정을 기재한 순서로 반복하여 질화텅스텐막 (21) 을 형성할 수도 있다.
이상은, 제 1 및 제 2 원료 가스나, 환원 가스나, 질화 가스, 텅스텐 함유 가스, 규소 함유 가스의 각 가스의 공급을 정지한 후, 진공조 (2) 내부를 진공 배기하는 경우에 관해서 설명하였는데, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 각 가스의 공급을 정지한 후, 진공 배기를 계속하면서 진공조 (2) 에 퍼지 가스를 공급하여, 퍼지 가스에 의해서 가스를 진공조 (2) 내부로부터 흘려보낼 수도 있다. 본 발명에 사용하는 퍼지 가스의 종류는 특히 한정되지 않지만, 제 1 및 제 2 원료 가스, 텅스텐 함유 가스, 텅스텐, 질화텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 및, 처리대상물 표면에 노출되는 반도체나 금속과 반응하지 않는 것이 바람직하고 예를 들어, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 가스를 사용할 수 있다.
또한 제 1 및 제 2 원료 가스, 환원 가스, 질화 가스, 텅스텐 함유 가스, 규소 함유 가스의 각 가스를 공급할 때에, 상기 기술한 퍼지 가스를 희석 가스로 하 여 함께 진공조 (2) 내부에 공급할 수도 있다. 이 경우에는, 제 1 및 제 2 원료 가스나, 환원 가스나, 질화 가스의 공급을 정지할 때에, 퍼지 가스의 공급을 정지할 필요가 없다.

Claims (7)

  1. 처리대상물을 진공분위기에 두고, 상기 처리대상물 표면에 배리어막을 형성하는 배리어막 형성 방법으로서,
    상기 처리대상물 표면에 질화텅스텐막을 형성하는 질화텅스텐막 형성 공정, 및
    상기 질화텅스텐막 표면에 텅스텐 실리사이드막을 형성하는 텅스텐 실리사이드막 형성 공정을 포함하며,
    상기 질화텅스텐막 형성 공정은,
    상기 진공분위기 중에 텅스텐 화합물의 가스를 함유하는 제 1 원료 가스를 공급한 후, 상기 제 1 원료 가스를 상기 진공분위기로부터 배기하는 제 1 원료 가스 공급 공정,
    상기 진공분위기 중에 상기 텅스텐 화합물을 환원하는 환원 가스를 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 환원 가스를 배기하는 환원 공정,
    상기 진공분위기 중에 텅스텐 화합물의 가스를 함유하는 제 2 원료 가스를 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 제 2 원료 가스를 배기하는 제 2 원료 가스 공급 공정, 및
    상기 진공분위기 중에, 화학구조 중에 질소를 함유하고 텅스텐과 반응하여 질화텅스텐을 생성하는 질화 가스를 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 질화 가스를 배기하는 질화 공정을 포함하고,
    상기 텅스텐 실리사이드막 형성 공정은, 텅스텐 화합물 가스를 함유하는 텅스텐 함유 가스를 상기 진공분위기에 공급한 후 상기 진공분위기로부터 상기 텅스텐 함유 가스를 배기하는 텅스텐 공급 공정, 및 규소 화합물 가스를 함유하는 규소 함유 가스를 상기 진공분위기에 공급한 후 상기 진공분위기로부터 상기 규소 함유 가스를 배기하는 규소 공급 공정을 포함하고,
    상기 규소 공급 공정이 상기 배리어막의 하부에서 수행되는 횟수보다 상부에서 수행되는 횟수가 더 많은, 배리어막의 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 텅스텐 실리사이드막 형성 공정은, 상기 텅스텐 공급 공정과 상기 규소 공급 공정을 교대로 실시하는, 배리어막의 형성 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 원료 가스 공급 공정과 상기 환원 공정 중 어느 일방의 공정을 먼저, 타방의 공정을 나중에 하여, 상기 제 1 원료 가스 공급 공정과 상기 환원 공정을 연속하여 실시하고, 텅스텐 화합물의 환원물을 석출하는 환원물 석출 공정, 및
    상기 제 2 원료 가스 공급 공정과 상기 질화 공정 중 어느 일방의 공정을 먼저, 타방의 공정을 나중에 하여, 상기 제 2 원료 가스 공급 공정과 상기 질화 공정을 연속 실시하고, 질화텅스텐을 석출하는 질화텅스텐 석출 공정을 포함하며,
    상기 환원물 석출 공정과 상기 질화텅스텐 석출 공정을 교대로 반복 실시하는, 배리어막의 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 질화텅스텐막 형성 공정과 상기 텅스텐 실리사이드막 형성 공정을 동일한 진공조 내에서 실시하는, 배리어막의 형성 방법.
  6. 처리대상물을 진공분위기에 두고 상기 처리대상물의 표면에 배리어막을 형성한 후, 상기 배리어막의 표면에 전극막을 형성하는 전극막의 형성 방법으로서,
    상기 배리어막을 형성하는 공정은, 상기 처리대상물 표면에 질화텅스텐막을 형성하는 질화텅스텐막 형성 공정 및 상기 질화텅스텐막 표면에 텅스텐 실리사이드막을 형성하는 텅스텐 실리사이드막 형성 공정을 포함하고,
    상기 질화텅스텐막 형성 공정은,
    상기 진공분위기 중에 텅스텐 화합물의 가스를 함유하는 제 1 원료 가스를 공급한 후, 상기 제 1 원료 가스를 상기 진공분위기로부터 배기하는 제 1 원료 가스 공급 공정,
    상기 진공분위기 중에 상기 텅스텐 화합물을 환원하는 환원 가스를 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 환원 가스를 배기하는 환원 공정,
    상기 진공분위기 중에 텅스텐 화합물의 가스를 함유하는 제 2 원료 가스를 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 제 2 원료 가스를 배기하는 제 2 원료 가스 공급 공정, 및
    상기 진공분위기 중에, 화학구조 중에 질소를 함유하고 텅스텐과 반응하여 질화텅스텐을 생성하는 질화 가스를 공급한 후, 상기 진공분위기로부터 상기 질화 가스를 배기하는 질화 공정을 포함하고,
    상기 텅스텐 실리사이드막 형성 공정은, 텅스텐 화합물 가스를 함유하는 텅스텐 함유 가스를 상기 진공분위기에 공급한 후 상기 진공분위기로부터 상기 텅스텐 함유 가스를 배기하는 텅스텐 공급 공정, 및 규소 화합물 가스를 함유하는 규소 함유 가스를 상기 진공분위기에 공급한 후 상기 진공분위기로부터 상기 규소 함유 가스를 배기하는 규소 공급 공정을 포함하며,
    상기 규소 공급 공정이 상기 배리어막의 하부에서 수행되는 횟수보다 상부에서 수행되는 횟수가 더 많고,
    상기 전극막을 형성하는 공정은, 상기 배리어막의 표면에 구리를 함유하는 도전층을 배치하는, 전극막의 형성 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    구리를 함유하는 도전 재료를 스퍼터링하여, 상기 배리어막 표면에 구리를 함유하는 상기 도전층을 배치하는, 전극막의 형성 방법.
KR1020057020535A 2004-04-12 2005-04-07 배리어막의 형성 방법, 및 전극막의 형성 방법 KR101178743B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004116379 2004-04-12
JPJP-P-2004-00116379 2004-04-12
PCT/JP2005/006854 WO2005101473A1 (ja) 2004-04-12 2005-04-07 バリア膜の形成方法、及び電極膜の形成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060127731A KR20060127731A (ko) 2006-12-13
KR101178743B1 true KR101178743B1 (ko) 2012-09-07

Family

ID=35150246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057020535A KR101178743B1 (ko) 2004-04-12 2005-04-07 배리어막의 형성 방법, 및 전극막의 형성 방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7419904B2 (ko)
JP (1) JP4974676B2 (ko)
KR (1) KR101178743B1 (ko)
CN (1) CN100370585C (ko)
TW (1) TWI383426B (ko)
WO (1) WO2005101473A1 (ko)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9076843B2 (en) 2001-05-22 2015-07-07 Novellus Systems, Inc. Method for producing ultra-thin tungsten layers with improved step coverage
KR100760920B1 (ko) * 2006-07-25 2007-09-21 동부일렉트로닉스 주식회사 반도체 집적회로 소자에서 구리 배선을 형성하는 방법
US20080054466A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
KR100842914B1 (ko) * 2006-12-28 2008-07-02 주식회사 하이닉스반도체 반도체 소자의 금속배선 형성방법
US8623733B2 (en) * 2009-04-16 2014-01-07 Novellus Systems, Inc. Methods for depositing ultra thin low resistivity tungsten film for small critical dimension contacts and interconnects
US9159571B2 (en) 2009-04-16 2015-10-13 Lam Research Corporation Tungsten deposition process using germanium-containing reducing agent
US10256142B2 (en) 2009-08-04 2019-04-09 Novellus Systems, Inc. Tungsten feature fill with nucleation inhibition
WO2012049823A1 (ja) * 2010-10-15 2012-04-19 株式会社アルバック 半導体装置の製造方法および半導体装置
US8865594B2 (en) * 2011-03-10 2014-10-21 Applied Materials, Inc. Formation of liner and barrier for tungsten as gate electrode and as contact plug to reduce resistance and enhance device performance
JP2013122970A (ja) * 2011-12-09 2013-06-20 Ulvac Japan Ltd 配線構造の形成方法
KR102131581B1 (ko) 2012-03-27 2020-07-08 노벨러스 시스템즈, 인코포레이티드 텅스텐 피처 충진
US8853080B2 (en) 2012-09-09 2014-10-07 Novellus Systems, Inc. Method for depositing tungsten film with low roughness and low resistivity
US9153486B2 (en) 2013-04-12 2015-10-06 Lam Research Corporation CVD based metal/semiconductor OHMIC contact for high volume manufacturing applications
US9589808B2 (en) 2013-12-19 2017-03-07 Lam Research Corporation Method for depositing extremely low resistivity tungsten
US9997405B2 (en) 2014-09-30 2018-06-12 Lam Research Corporation Feature fill with nucleation inhibition
US9953984B2 (en) 2015-02-11 2018-04-24 Lam Research Corporation Tungsten for wordline applications
US9978605B2 (en) 2015-05-27 2018-05-22 Lam Research Corporation Method of forming low resistivity fluorine free tungsten film without nucleation
US9613818B2 (en) 2015-05-27 2017-04-04 Lam Research Corporation Deposition of low fluorine tungsten by sequential CVD process
US9754824B2 (en) 2015-05-27 2017-09-05 Lam Research Corporation Tungsten films having low fluorine content
US10121671B2 (en) * 2015-08-28 2018-11-06 Applied Materials, Inc. Methods of depositing metal films using metal oxyhalide precursors
KR20200032756A (ko) 2017-08-14 2020-03-26 램 리써치 코포레이션 3차원 수직 nand 워드라인을 위한 금속 충진 프로세스
CN118841317A (zh) 2017-09-25 2024-10-25 株式会社国际电气 基板处理方法、半导体装置的制造方法、基板处理装置及存储介质
US11549175B2 (en) 2018-05-03 2023-01-10 Lam Research Corporation Method of depositing tungsten and other metals in 3D NAND structures
CN112105758A (zh) 2018-05-04 2020-12-18 应用材料公司 金属膜沉积
US11972952B2 (en) 2018-12-14 2024-04-30 Lam Research Corporation Atomic layer deposition on 3D NAND structures
WO2020210260A1 (en) 2019-04-11 2020-10-15 Lam Research Corporation High step coverage tungsten deposition
CN114269963A (zh) 2019-08-12 2022-04-01 朗姆研究公司 钨沉积
JP7295749B2 (ja) * 2019-09-13 2023-06-21 キオクシア株式会社 半導体装置の製造方法
JP7547732B2 (ja) * 2020-01-23 2024-09-10 Ｔｏｐｐａｎホールディングス株式会社 ガスバリア性積層体

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3415207B2 (ja) 1992-07-24 2003-06-09 東京エレクトロン株式会社 化学気相成長による金属薄膜形成方法
JPH07252660A (ja) 1994-01-19 1995-10-03 Rikagaku Kenkyusho 薄膜の製造方法およびその製造装置
JPH0845878A (ja) * 1994-08-02 1996-02-16 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JP4097747B2 (ja) 1997-08-07 2008-06-11 株式会社アルバック バリア膜形成方法
JPH11102909A (ja) * 1997-09-29 1999-04-13 Sony Corp 銅合金配線の形成方法
US6861356B2 (en) * 1997-11-05 2005-03-01 Tokyo Electron Limited Method of forming a barrier film and method of forming wiring structure and electrodes of semiconductor device having a barrier film
JP2000212749A (ja) 1999-01-22 2000-08-02 Ulvac Japan Ltd 薄膜形成装置、及び窒化タングステン薄膜製造方法
JP3938450B2 (ja) 1999-07-06 2007-06-27 株式会社アルバック バリア膜製造方法
JP4817210B2 (ja) * 2000-01-06 2011-11-16 東京エレクトロン株式会社 成膜装置および成膜方法
JP4331414B2 (ja) 2000-03-02 2009-09-16 東京エレクトロン株式会社 半導体装置の製造方法
US6984591B1 (en) * 2000-04-20 2006-01-10 International Business Machines Corporation Precursor source mixtures
US6428859B1 (en) * 2000-12-06 2002-08-06 Angstron Systems, Inc. Sequential method for depositing a film by modulated ion-induced atomic layer deposition (MII-ALD)
US6660126B2 (en) * 2001-03-02 2003-12-09 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques
US20020132473A1 (en) * 2001-03-13 2002-09-19 Applied Materials ,Inc. Integrated barrier layer structure for copper contact level metallization
US6635965B1 (en) * 2001-05-22 2003-10-21 Novellus Systems, Inc. Method for producing ultra-thin tungsten layers with improved step coverage
US7005372B2 (en) * 2003-01-21 2006-02-28 Novellus Systems, Inc. Deposition of tungsten nitride
US6656835B2 (en) * 2001-06-21 2003-12-02 Micron Technology, Inc. Process for low temperature atomic layer deposition of Rh
US6833161B2 (en) * 2002-02-26 2004-12-21 Applied Materials, Inc. Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode
CN1270362C (zh) * 2002-09-18 2006-08-16 上海宏力半导体制造有限公司 形成自行对准金属硅化物的方法
US20040238876A1 (en) * 2003-05-29 2004-12-02 Sunpil Youn Semiconductor structure having low resistance and method of manufacturing same
US7211508B2 (en) * 2003-06-18 2007-05-01 Applied Materials, Inc. Atomic layer deposition of tantalum based barrier materials

Also Published As

Publication number Publication date
CN100370585C (zh) 2008-02-20
JP4974676B2 (ja) 2012-07-11
WO2005101473A1 (ja) 2005-10-27
US7419904B2 (en) 2008-09-02
JPWO2005101473A1 (ja) 2008-03-06
TW200537571A (en) 2005-11-16
CN1788336A (zh) 2006-06-14
KR20060127731A (ko) 2006-12-13
TWI383426B (zh) 2013-01-21
US20060264038A1 (en) 2006-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101178743B1 (ko) 배리어막의 형성 방법, 및 전극막의 형성 방법
US20220025513A1 (en) Selective deposition on metal or metallic surfaces relative to dielectric surfaces
US10903113B2 (en) Selective deposition of aluminum and nitrogen containing material
US6849122B1 (en) Thin layer metal chemical vapor deposition
US7262125B2 (en) Method of forming low-resistivity tungsten interconnects
US7589017B2 (en) Methods for growing low-resistivity tungsten film
JP4113099B2 (ja) 半導体基板の表面に金属層を堆積する方法
KR101188503B1 (ko) 카보닐 원료를 사용한 금속막의 성막 방법, 다층 배선 구조의 형성 방법, 반도체 장치의 제조 방법 및 성막 장치
KR101035221B1 (ko) 질화 텅스텐막의 형성 방법
TWI661080B (zh) 金屬矽化物的選擇性形成
US20030022509A1 (en) Plasma treatment for copper oxide reduction
JP2017041632A (ja) アルミニウム及び窒素を含む材料の選択的堆積
US20180144973A1 (en) Electromigration Improvement Using Tungsten For Selective Cobalt Deposition On Copper Surfaces
KR20210059791A (ko) 루테늄 전구체를 사용하는 peald 공정
KR100942684B1 (ko) 탄탈 질화물막의 형성 방법
KR100942686B1 (ko) 탄탈 질화물막의 형성 방법
KR100942683B1 (ko) 탄탈 질화물막의 형성 방법
KR101233525B1 (ko) 반도체기판 표면의 클리닝 방법, 박막 제조방법,반도체장치의 제조방법 및 반도체장치
US7014709B1 (en) Thin layer metal chemical vapor deposition
JP2002329682A (ja) Ｃｕ薄膜作製方法
KR20210120129A (ko) 금을 포함하는 박막의 기상 증착
TWI410517B (zh) Method for forming tantalum nitride film
JP3718297B2 (ja) 薄膜作製方法および薄膜作製装置
JP2006024668A (ja) 半導体装置の製造方法
TWI397952B (zh) Method for forming tantalum nitride film

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150723

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160708

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170704

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180604

Year of fee payment: 7