JP2002217133A - バリアメタル膜の形成方法 - Google Patents
バリアメタル膜の形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳｉＯ2膜が成膜された半導体ウェハ上にＷ
膜を成膜する場合に形成される、Ｔｉ膜及びＴｉＮ膜か
らなるバリアメタル膜のバリアメタル膜の密着性を改善
するための手段を提供すること。 【解決手段】 半導体ウェハ１上にＴｉ膜６を成膜した
後、処理チャンバ内にＴｉＣｌ4とＮＨ3を主成分とする
第１の成膜ガスを導入し、Ｔｉ膜上に第１のＴｉＮ膜７
を熱ＣＶＤ法により成膜する。この際、第１ガス中のＴ
ｉＣｌ4を熱化学反応の供給律速となるような量とし、
Ｔｉ膜に対する第１ガスのアタッキングを低減する。そ
の後、ＴｉＣｌ4とＮＨ3を主成分とする第２の成膜ガス
を導入し、第１のＴｉＮ膜７上に第２のＴｉＮ膜８を成
膜する。ここでは、ＴｉＣｌ4を熱化学反応における反
応律速とし、ステップカバレージに優れたＴｉＮ膜８を
形成する。第２ガスのアタッキングも第１のＴｉＮ膜に
より防護される。
膜を成膜する場合に形成される、Ｔｉ膜及びＴｉＮ膜か
らなるバリアメタル膜のバリアメタル膜の密着性を改善
するための手段を提供すること。 【解決手段】 半導体ウェハ１上にＴｉ膜６を成膜した
後、処理チャンバ内にＴｉＣｌ4とＮＨ3を主成分とする
第１の成膜ガスを導入し、Ｔｉ膜上に第１のＴｉＮ膜７
を熱ＣＶＤ法により成膜する。この際、第１ガス中のＴ
ｉＣｌ4を熱化学反応の供給律速となるような量とし、
Ｔｉ膜に対する第１ガスのアタッキングを低減する。そ
の後、ＴｉＣｌ4とＮＨ3を主成分とする第２の成膜ガス
を導入し、第１のＴｉＮ膜７上に第２のＴｉＮ膜８を成
膜する。ここでは、ＴｉＣｌ4を熱化学反応における反
応律速とし、ステップカバレージに優れたＴｉＮ膜８を
形成する。第２ガスのアタッキングも第１のＴｉＮ膜に
より防護される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
等で用いられる成膜技術に関し、特にＣＶＤ（化学気相
堆積）法により形成されたいわゆるバリアメタル膜の密
着性を改善するための手段に関する。
等で用いられる成膜技術に関し、特にＣＶＤ（化学気相
堆積）法により形成されたいわゆるバリアメタル膜の密
着性を改善するための手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体製造においては、ステップ
カバレッジに優れ、マイグレーション耐性に富み、且
つ、エッチングも容易であることから、タングステン
（Ｗ）の成膜技術が広く採用される傾向にある。このＷ
膜は、配線形成やコンタクトホールの埋込み等に用いら
れる。
カバレッジに優れ、マイグレーション耐性に富み、且
つ、エッチングも容易であることから、タングステン
（Ｗ）の成膜技術が広く採用される傾向にある。このＷ
膜は、配線形成やコンタクトホールの埋込み等に用いら
れる。
【０００３】Ｗ膜を形成する場合、下地層に対するＷ成
膜ガスであるＷＦ6のアタッキングを阻止するため、従
来一般には、チタン（Ｔｉ）膜及び窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）膜の混合膜をバリアメタル膜として形成した後、そ
の上にＷ膜を成膜することとしている。
膜ガスであるＷＦ6のアタッキングを阻止するため、従
来一般には、チタン（Ｔｉ）膜及び窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）膜の混合膜をバリアメタル膜として形成した後、そ
の上にＷ膜を成膜することとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】バリアメタル膜の形成
方法としてはスパッタリング法の他、ＣＶＤ法が用いら
れることがある。すなわち、Ｔｉ膜をプラズマＣＶＤ法
により成膜し、ＴｉＮ膜を熱ＣＶＤ法より成膜する場合
がある。また、Ｔｉ膜の形成後、Ｔｉ膜の表面を窒化し
てＴｉＮ膜の密着性を改善するために、ＮＨ3ガス中に
半導体ウェハを曝す表面改質処理が行われている。
方法としてはスパッタリング法の他、ＣＶＤ法が用いら
れることがある。すなわち、Ｔｉ膜をプラズマＣＶＤ法
により成膜し、ＴｉＮ膜を熱ＣＶＤ法より成膜する場合
がある。また、Ｔｉ膜の形成後、Ｔｉ膜の表面を窒化し
てＴｉＮ膜の密着性を改善するために、ＮＨ3ガス中に
半導体ウェハを曝す表面改質処理が行われている。
【０００５】しかし、このようなＣＶＤ法によりバリア
メタル膜を形成する場合、Ｔｉ膜の膜厚を厚くすると、
ＴｉＮ膜の成膜後或いはＷ膜の成膜後にバリアメタル膜
の部分で膜剥がれが生ずることがあることが分かってき
た。
メタル膜を形成する場合、Ｔｉ膜の膜厚を厚くすると、
ＴｉＮ膜の成膜後或いはＷ膜の成膜後にバリアメタル膜
の部分で膜剥がれが生ずることがあることが分かってき
た。
【０００６】そこで、本発明の目的は、このようなＴｉ
／ＴｉＮバリアメタル膜の膜剥がれを防止することので
きるＣＶＤ法によるバリアメタル膜の形成方法を提供す
ることにある。
／ＴｉＮバリアメタル膜の膜剥がれを防止することので
きるＣＶＤ法によるバリアメタル膜の形成方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意検討した結果、Ｔｉ膜の膜厚増加
に伴いその表面の粗さが増大し、ＴｉＮ膜との密着性が
損なわれて、それが原因となり膜剥がれが生じ易くなっ
ているのではないかと考えた。
に、本発明者らは鋭意検討した結果、Ｔｉ膜の膜厚増加
に伴いその表面の粗さが増大し、ＴｉＮ膜との密着性が
損なわれて、それが原因となり膜剥がれが生じ易くなっ
ているのではないかと考えた。
【０００８】更に、本発明者らはＴｉＮ膜の成膜方法に
も着目し、従来の熱ＣＶＤ法で用いられる塩化チタン
（ＴｉＣｌ4）ガス及びアンモニア（ＮＨ3）ガスの処理
チャンバへの導入量がバリアメタル膜の密着性に影響を
与えているのではないかと考えた。
も着目し、従来の熱ＣＶＤ法で用いられる塩化チタン
（ＴｉＣｌ4）ガス及びアンモニア（ＮＨ3）ガスの処理
チャンバへの導入量がバリアメタル膜の密着性に影響を
与えているのではないかと考えた。
【０００９】従来、近年の半導体デバイスの高集積化、
微細化に伴って良好なステップカバレッジを得ることが
必要なことから、例えばＮＨ3ガスが１００ｓｃｃｍの
流量で処理チャンバに導入されている場合、ＴｉＣｌ4
ガスを１７０ｍｇｍ（この単位はＴｉＣｌ4が液体ソー
スから液状で供給された後にガス化されるためであり、
ｓｃｃｍに換算すると概ね１７．０ｓｃｃｍとなる）程
度の流量とすることが一般的であった。このＴｉＣｌ4
ガスの導入流量はＮＨ3ガスの流量に対して供給過多の
状態ということができ、ＴｉＣｌ4が熱化学反応におけ
る反応律速となっている。この場合、Ｔｉ膜に対する成
膜ガスのアタッキング（衝撃）作用が強くなることが分
かっているが、このアッタキングによりＴｉ膜の表面を
更にあらし、ＴｉＮ膜とＴｉ膜との間の密着性を損なっ
ていると本発明者らは推定したのである。
微細化に伴って良好なステップカバレッジを得ることが
必要なことから、例えばＮＨ3ガスが１００ｓｃｃｍの
流量で処理チャンバに導入されている場合、ＴｉＣｌ4
ガスを１７０ｍｇｍ（この単位はＴｉＣｌ4が液体ソー
スから液状で供給された後にガス化されるためであり、
ｓｃｃｍに換算すると概ね１７．０ｓｃｃｍとなる）程
度の流量とすることが一般的であった。このＴｉＣｌ4
ガスの導入流量はＮＨ3ガスの流量に対して供給過多の
状態ということができ、ＴｉＣｌ4が熱化学反応におけ
る反応律速となっている。この場合、Ｔｉ膜に対する成
膜ガスのアタッキング（衝撃）作用が強くなることが分
かっているが、このアッタキングによりＴｉ膜の表面を
更にあらし、ＴｉＮ膜とＴｉ膜との間の密着性を損なっ
ていると本発明者らは推定したのである。
【００１０】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであり、シリコン酸化（ＳｉＯ2）膜が成膜され
た半導体ウェハ上にＷ膜のような金属膜を成膜する場合
に、Ｔｉ膜及びＴｉＮ膜からなる混合膜をバリアメタル
膜として形成する方法において、Ｔｉ膜をプラズマＣＶ
Ｄ法により成膜する第１ステップと、第１ステップの
後、半導体ウェハが配置された処理チャンバ内にＴｉＣ
ｌ4とＮＨ3を主成分とする第１の成膜ガスを導入し、Ｔ
ｉ膜上に比較的薄い第１のＴｉＮ膜を熱ＣＶＤ法により
成膜する第２ステップと、第２ステップの後、前記処理
チャンバ内にＴｉＣｌ4とＮＨ3を主成分とする第２の成
膜ガスを導入し、第１のＴｉＮ膜上に第２のＴｉＮ膜を
熱ＣＶＤ法により成膜する第３ステップとを含み、第１
の成膜ガス中のＴｉＣｌ4が熱化学反応における供給律
速となりＮＨ3が反応律速となるようＴｉＣｌ4及びＮＨ
3のそれぞれの前記処理チャンバ内への導入量を調整
し、且つ、第２の成膜ガス中のＴｉＣｌ4が熱化学反応
における反応律速となり且つＮＨ3が供給律速となるよ
うＴｉＣｌ4及びＮＨ3のそれぞれの前記処理チャンバ内
への導入量を調整したことを特徴としている。
たものであり、シリコン酸化（ＳｉＯ2）膜が成膜され
た半導体ウェハ上にＷ膜のような金属膜を成膜する場合
に、Ｔｉ膜及びＴｉＮ膜からなる混合膜をバリアメタル
膜として形成する方法において、Ｔｉ膜をプラズマＣＶ
Ｄ法により成膜する第１ステップと、第１ステップの
後、半導体ウェハが配置された処理チャンバ内にＴｉＣ
ｌ4とＮＨ3を主成分とする第１の成膜ガスを導入し、Ｔ
ｉ膜上に比較的薄い第１のＴｉＮ膜を熱ＣＶＤ法により
成膜する第２ステップと、第２ステップの後、前記処理
チャンバ内にＴｉＣｌ4とＮＨ3を主成分とする第２の成
膜ガスを導入し、第１のＴｉＮ膜上に第２のＴｉＮ膜を
熱ＣＶＤ法により成膜する第３ステップとを含み、第１
の成膜ガス中のＴｉＣｌ4が熱化学反応における供給律
速となりＮＨ3が反応律速となるようＴｉＣｌ4及びＮＨ
3のそれぞれの前記処理チャンバ内への導入量を調整
し、且つ、第２の成膜ガス中のＴｉＣｌ4が熱化学反応
における反応律速となり且つＮＨ3が供給律速となるよ
うＴｉＣｌ4及びＮＨ3のそれぞれの前記処理チャンバ内
への導入量を調整したことを特徴としている。
【００１１】前述したように、第１の成膜ガス中のＴｉ
Ｃｌ4を供給律速として、ＮＨ3が熱化学反応を支配する
ようにした場合、成膜ガスのＴｉ膜に対するアタッキン
グ作用は弱く、Ｔｉ膜との密着性が良好となる。そし
て、そのような第１のＴｉＮ膜を形成した後、従来と同
様な第２の成膜ガスを導入し、第２のＴｉＮ膜を積んだ
場合には、密着性及びステップカバレージに優れたＴｉ
Ｎ膜が全体としてＴｉ膜上に形成されることになる。
Ｃｌ4を供給律速として、ＮＨ3が熱化学反応を支配する
ようにした場合、成膜ガスのＴｉ膜に対するアタッキン
グ作用は弱く、Ｔｉ膜との密着性が良好となる。そし
て、そのような第１のＴｉＮ膜を形成した後、従来と同
様な第２の成膜ガスを導入し、第２のＴｉＮ膜を積んだ
場合には、密着性及びステップカバレージに優れたＴｉ
Ｎ膜が全体としてＴｉ膜上に形成されることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について詳細に説明する。
適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】図１は、本発明の方法を用いて半導体ウェ
ハ１上のＳｉＯ2膜２のコンタクトホール３にタングス
テン４を埋め込む場合の手順を示す図である。第１段階
では、バリアメタル膜５を構成するＴｉ膜６を形成す
る。
ハ１上のＳｉＯ2膜２のコンタクトホール３にタングス
テン４を埋め込む場合の手順を示す図である。第１段階
では、バリアメタル膜５を構成するＴｉ膜６を形成す
る。
【００１４】Ｔｉ膜６の成膜方法は従来から行われてい
るものであり、まず、プラズマＣＶＤ装置（図示しな
い）の処理チャンバ内に半導体ウェハ１を配置し、処理
チャンバ内を所定の真空度に減圧すると共に、処理チャ
ンバ内にＴｉＣｌ4ガス及びＨ2ガスを含む成膜ガスを導
入する。次いで、処理チャンバ内の電極間に高周波電力
を印加してプラズマを発生させ、そのプラズマにより成
膜ガスを解離させて、Ｔｉを半導体ウェハ１上に堆積さ
せるのである（図１の（ａ）参照）。
るものであり、まず、プラズマＣＶＤ装置（図示しな
い）の処理チャンバ内に半導体ウェハ１を配置し、処理
チャンバ内を所定の真空度に減圧すると共に、処理チャ
ンバ内にＴｉＣｌ4ガス及びＨ2ガスを含む成膜ガスを導
入する。次いで、処理チャンバ内の電極間に高周波電力
を印加してプラズマを発生させ、そのプラズマにより成
膜ガスを解離させて、Ｔｉを半導体ウェハ１上に堆積さ
せるのである（図１の（ａ）参照）。
【００１５】Ｔｉ膜６が所定の膜厚に達したならば、次
に、Ｔｉ膜６をＮ2ガス、Ｈ2ガス及びＡｒガスの混合ガ
スで処理する。Ｔｉ膜６の膜厚は一般的には１００〜１
５０オングストローム（１．０×１０-5〜１．５×１０
-5mm）であるが、本実施形態では２００〜３００（２．
０×１０-5〜３．０×１０-5mm）オングストロームの比
較的厚いものとする。このプロセスでは、処理チャンバ
内を所定の真空度としてプラズマを発生させることで、
ガス中のＮによりＴｉ膜６の表面が窒化される。
に、Ｔｉ膜６をＮ2ガス、Ｈ2ガス及びＡｒガスの混合ガ
スで処理する。Ｔｉ膜６の膜厚は一般的には１００〜１
５０オングストローム（１．０×１０-5〜１．５×１０
-5mm）であるが、本実施形態では２００〜３００（２．
０×１０-5〜３．０×１０-5mm）オングストロームの比
較的厚いものとする。このプロセスでは、処理チャンバ
内を所定の真空度としてプラズマを発生させることで、
ガス中のＮによりＴｉ膜６の表面が窒化される。
【００１６】この処理を所定の時間行った後、熱ＣＶＤ
装置（図示しない）の処理チャンバ内に半導体ウェハ１
を移し、表面改質処理を行う。表面改質処理はＴｉ膜６
の表面を更に窒化させるためのものであり、処理チャン
バ内の真空度を所定値に維持した状態で、ＮＨ3ガスを
処理チャンバ内に導入し、その雰囲気に半導体ウェハ１
上のＴｉ膜６を曝すことで行われるこの表面改質処理が
所定時間行われたならば、前記熱ＣＶＤ装置の処理チャ
ンバ内において半導体ウェハ１を加熱し、ＴｉＣｌ4及
びＮＨ3を主成分として含む第１の成膜ガスを処理チャ
ンバ内に導入して、熱化学反応により半導体ウェハ１上
に４０〜８０オングストローム程度の薄い第１のＴｉＮ
膜７を堆積する（図１の（ｂ）参照）。この処理では、
ＮＨ3ガスが熱化学反応の反応律速となるような流量と
した。すなわち、ＴｉＣｌ4ガスの流量が１０〜１００
ｍｇｍの小流量としているのに対し、ＮＨ3ガスは５０
０ｓｃｃｍの大流量とした。このようにＮＨ3に反応を
支配させることで、ステップカバレージは低くなるが、
Ｔｉ膜６に対するアタッキング作用を抑制することが可
能となる。従って、かかる第１の成膜ガスを導入し成膜
処理を行うことで、Ｔｉ膜６の表面はあらされることな
く、Ｔｉ膜６の表面全域にわたり第１のＴｉＮ膜７が良
好に密着する。
装置（図示しない）の処理チャンバ内に半導体ウェハ１
を移し、表面改質処理を行う。表面改質処理はＴｉ膜６
の表面を更に窒化させるためのものであり、処理チャン
バ内の真空度を所定値に維持した状態で、ＮＨ3ガスを
処理チャンバ内に導入し、その雰囲気に半導体ウェハ１
上のＴｉ膜６を曝すことで行われるこの表面改質処理が
所定時間行われたならば、前記熱ＣＶＤ装置の処理チャ
ンバ内において半導体ウェハ１を加熱し、ＴｉＣｌ4及
びＮＨ3を主成分として含む第１の成膜ガスを処理チャ
ンバ内に導入して、熱化学反応により半導体ウェハ１上
に４０〜８０オングストローム程度の薄い第１のＴｉＮ
膜７を堆積する（図１の（ｂ）参照）。この処理では、
ＮＨ3ガスが熱化学反応の反応律速となるような流量と
した。すなわち、ＴｉＣｌ4ガスの流量が１０〜１００
ｍｇｍの小流量としているのに対し、ＮＨ3ガスは５０
０ｓｃｃｍの大流量とした。このようにＮＨ3に反応を
支配させることで、ステップカバレージは低くなるが、
Ｔｉ膜６に対するアタッキング作用を抑制することが可
能となる。従って、かかる第１の成膜ガスを導入し成膜
処理を行うことで、Ｔｉ膜６の表面はあらされることな
く、Ｔｉ膜６の表面全域にわたり第１のＴｉＮ膜７が良
好に密着する。
【００１７】そして、引き続き同熱ＣＶＤ装置により第
１のＴｉＮ膜７上に第２のＴｉＮ膜８を成膜する。第２
のＴｉＮ膜８の成膜に際して、第２の成膜ガスは第１の
成膜ガスと同様、ＴｉＣｌ4及びＮＨ3を主成分とする
が、ＴｉＣｌ4が反応律速となるよう調整されている。
具体的には、第２の成膜ガスにおいては、ＴｉＣｌ4ガ
スの流量が例えば１７０ｍｇｍである場合、ＮＨ3ガス
の流量は１００ｓｃｃｍ程度とすることが好ましい。こ
の第２の成膜ガスは従来におけるものと同等であるの
で、ステップカバレージは良好であり、第１のＴｉＮ膜
７によってカバーできなかった部分も埋めることができ
る。また、アタッキングは強いものの、先に第１のＴｉ
Ｎ膜７が形成されているので、Ｔｉ膜６への影響は少な
い。勿論、第２のＴｉＮ膜８と第１のＴｉＮ膜７とは同
材質であるので、両者の密着性は極めて良いものであ
る。このようにして、Ｔｉ膜６及びＴｉＮ膜７，８から
なるバリアメタル膜５が形成される（図１の（ｃ）参
照）。
１のＴｉＮ膜７上に第２のＴｉＮ膜８を成膜する。第２
のＴｉＮ膜８の成膜に際して、第２の成膜ガスは第１の
成膜ガスと同様、ＴｉＣｌ4及びＮＨ3を主成分とする
が、ＴｉＣｌ4が反応律速となるよう調整されている。
具体的には、第２の成膜ガスにおいては、ＴｉＣｌ4ガ
スの流量が例えば１７０ｍｇｍである場合、ＮＨ3ガス
の流量は１００ｓｃｃｍ程度とすることが好ましい。こ
の第２の成膜ガスは従来におけるものと同等であるの
で、ステップカバレージは良好であり、第１のＴｉＮ膜
７によってカバーできなかった部分も埋めることができ
る。また、アタッキングは強いものの、先に第１のＴｉ
Ｎ膜７が形成されているので、Ｔｉ膜６への影響は少な
い。勿論、第２のＴｉＮ膜８と第１のＴｉＮ膜７とは同
材質であるので、両者の密着性は極めて良いものであ
る。このようにして、Ｔｉ膜６及びＴｉＮ膜７，８から
なるバリアメタル膜５が形成される（図１の（ｃ）参
照）。
【００１８】第１と第２のＴｉＮ膜７，８の膜厚の総計
が所定値、例えば２００オングストロームに達し、バリ
アメタル膜５の形成が完了したならば、従来と同様に、
別の熱ＣＶＤ装置（図示しない）に半導体ウェハ１を移
し、タングステンヘキサフルオライド（ＷＦ6）及びシ
ラン（ＳｉＨ4）又はＨ2を処理チャンバ内に導入する。
そして、熱化学反応により半導体ウェハ１のＴｉＮ７膜
上にブランケットＷ膜４を形成し、コンタクトホール３
にＷを埋め込む（図１の（ｄ）参照）。
が所定値、例えば２００オングストロームに達し、バリ
アメタル膜５の形成が完了したならば、従来と同様に、
別の熱ＣＶＤ装置（図示しない）に半導体ウェハ１を移
し、タングステンヘキサフルオライド（ＷＦ6）及びシ
ラン（ＳｉＨ4）又はＨ2を処理チャンバ内に導入する。
そして、熱化学反応により半導体ウェハ１のＴｉＮ７膜
上にブランケットＷ膜４を形成し、コンタクトホール３
にＷを埋め込む（図１の（ｄ）参照）。
【００１９】上述した方法によりバリアメタル膜５を形
成した場合、ＴｉＮ膜７，８の成膜中若しくは成膜後に
ＴｉＮ膜７，８又はＴｉ膜６の剥離、或いは、Ｗ膜４の
成膜中や成膜後にＷ膜４又はＴｉＮ膜７，８、Ｔｉ膜６
の剥離は防止される。
成した場合、ＴｉＮ膜７，８の成膜中若しくは成膜後に
ＴｉＮ膜７，８又はＴｉ膜６の剥離、或いは、Ｗ膜４の
成膜中や成膜後にＷ膜４又はＴｉＮ膜７，８、Ｔｉ膜６
の剥離は防止される。
【００２０】下の表１と表２はＷ成膜後のテープテスト
の結果を示すものである。両テストでは、半導体ウェハ
上にＳｉＯ2膜を成膜し、コンタクトホール等を形成す
ることなく、ほぼ平坦なＳｉＯ2膜の表面にＴｉ膜を成
膜したものを試料として用いた。各試料におけるＳｉＯ
2膜の膜厚は等しく、Ｔｉ膜の膜厚は２００オングスト
ローム一定とした。また、Ｔｉ膜成膜後、Ｎ2、Ｈ2及び
Ａｒからなる処理ガスを用いて一定の時間、表面処理し
たが、Ｎ2ガス、Ｈ2ガス及びＡｒガスについての流量は
それぞれ８００ｓｃｃｍ一定とした。この処理の後は、
ＮＨ3ガスの雰囲気に半導体ウェハを一定時間曝す表面
改質処理を行った。
の結果を示すものである。両テストでは、半導体ウェハ
上にＳｉＯ2膜を成膜し、コンタクトホール等を形成す
ることなく、ほぼ平坦なＳｉＯ2膜の表面にＴｉ膜を成
膜したものを試料として用いた。各試料におけるＳｉＯ
2膜の膜厚は等しく、Ｔｉ膜の膜厚は２００オングスト
ローム一定とした。また、Ｔｉ膜成膜後、Ｎ2、Ｈ2及び
Ａｒからなる処理ガスを用いて一定の時間、表面処理し
たが、Ｎ2ガス、Ｈ2ガス及びＡｒガスについての流量は
それぞれ８００ｓｃｃｍ一定とした。この処理の後は、
ＮＨ3ガスの雰囲気に半導体ウェハを一定時間曝す表面
改質処理を行った。
【００２１】そして、表１のテストでは、第１のＴｉＮ
膜を形成しない試料と、膜厚が４０オングストロームと
７０オングストロームの２種類の第１のＴｉＮ膜を形成
した試料を用意した。そして、各試料に対して第２のＴ
ｉＮ膜及びＷ膜の成膜を行った。各試料における第１及
び第２のＴｉＮ膜の膜厚の総計は２００オングストロー
ム一定とし、Ｗ膜も一定の膜厚とした。
膜を形成しない試料と、膜厚が４０オングストロームと
７０オングストロームの２種類の第１のＴｉＮ膜を形成
した試料を用意した。そして、各試料に対して第２のＴ
ｉＮ膜及びＷ膜の成膜を行った。各試料における第１及
び第２のＴｉＮ膜の膜厚の総計は２００オングストロー
ム一定とし、Ｗ膜も一定の膜厚とした。
【００２２】一方、表２のテストでは、第１のＴｉＮ膜
の膜厚を７０オングストローム一定、第２のＴｉＮ膜の
膜厚を１３０オングストローム一定とし、第１の成膜ガ
スの流量比を、ＮＨ3ガスは５００ｓｃｃｍ一定、Ｔｉ
Ｃｌ4ガスは１５ｍｇｍ、３０ｍｇｍ、７０ｍｇｍ、１
００ｍｇｍ、１４０ｍｇｍと変えて５種類の試料を作製
した。その他の条件は上記と同様にした。
の膜厚を７０オングストローム一定、第２のＴｉＮ膜の
膜厚を１３０オングストローム一定とし、第１の成膜ガ
スの流量比を、ＮＨ3ガスは５００ｓｃｃｍ一定、Ｔｉ
Ｃｌ4ガスは１５ｍｇｍ、３０ｍｇｍ、７０ｍｇｍ、１
００ｍｇｍ、１４０ｍｇｍと変えて５種類の試料を作製
した。その他の条件は上記と同様にした。
【００２３】このようにして用意された数種の試料に対
して、Ｗ膜にテスト用テープを付着させて除去し、剥離
の程度を調べた結果が次表である。
して、Ｗ膜にテスト用テープを付着させて除去し、剥離
の程度を調べた結果が次表である。
【００２４】
【表１】
【００２５】この表１には、第１のＴｉＮ膜を形成した
場合に膜剥がれ防止の効果があることが明瞭に示されて
いる。
場合に膜剥がれ防止の効果があることが明瞭に示されて
いる。
【００２６】
【表２】
【００２７】この表２からは、ＴｉＣｌ4ガスの流量が
少なくなると、すなわちＮＨ3の反応律速の状態が強く
なると、膜剥がれ防止の効果が上がっていることが分か
る。なお、ＴｉＣｌ4ガスの流量が１００ｍｇｍの時に
若干の膜剥がれが生じた理由は、ＮＨ3の熱化学反応に
おける支配性が弱まっているからと考えられる。
少なくなると、すなわちＮＨ3の反応律速の状態が強く
なると、膜剥がれ防止の効果が上がっていることが分か
る。なお、ＴｉＣｌ4ガスの流量が１００ｍｇｍの時に
若干の膜剥がれが生じた理由は、ＮＨ3の熱化学反応に
おける支配性が弱まっているからと考えられる。
【００２８】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限られないこ
とはいうまでもない。例えば、上記実施形態における数
値については、本発明の方法が実施される装置構成が異
なることで適宜変更され得るものである。
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限られないこ
とはいうまでもない。例えば、上記実施形態における数
値については、本発明の方法が実施される装置構成が異
なることで適宜変更され得るものである。
【００２９】また、上記実施形態ではＴｉ膜が２００オ
ングストロームを越えた場合について説明したが、本発
明の方法によれば２００オングストローム以下の薄いＴ
ｉ膜に対してもＴｉＮ膜の密着性は、より一層向上する
と考えられる。
ングストロームを越えた場合について説明したが、本発
明の方法によれば２００オングストローム以下の薄いＴ
ｉ膜に対してもＴｉＮ膜の密着性は、より一層向上する
と考えられる。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、Ｔ
ｉ膜の膜厚を大きくした場合にもバリアメタル膜の密着
性が良好なものとなり、成膜中や成膜後の膜剥がれが防
止され、ひいては半導体デバイスの性能や歩留まりの向
上にも寄与することとなる。
ｉ膜の膜厚を大きくした場合にもバリアメタル膜の密着
性が良好なものとなり、成膜中や成膜後の膜剥がれが防
止され、ひいては半導体デバイスの性能や歩留まりの向
上にも寄与することとなる。
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明のバリアメタル形成方
法を用いてのＷ膜成膜の手順を示す図である。
法を用いてのＷ膜成膜の手順を示す図である。
１…半導体ウェハ、２…ＳｉＯ2膜、３…コンタクトホ
ール、４…Ｗ膜、５…バリアメタル膜、６…Ｔｉ膜、７
…第１のＴｉＮ膜、８…第２のＴｉＮ膜。
ール、４…Ｗ膜、５…バリアメタル膜、６…Ｔｉ膜、７
…第１のＴｉＮ膜、８…第２のＴｉＮ膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 啓一 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 樋爪 俊一 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 横山 靖典 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 (72)発明者 島川 真由美 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA13 AA17 AA18 BA18 BA38 BB12 CA04 CA12 FA01 FA10 HA15 JA05 4M104 BB14 DD43 DD45 DD78 DD86 FF16 FF22 HH08 5F033 HH18 HH19 HH33 JJ18 JJ19 JJ33 KK01 PP04 PP06 PP12 XX13
Claims (1)
- 【請求項１】 シリコン酸化膜が成膜された半導体ウェ
ハ上に金属膜を成膜する場合に、チタン膜及び窒化チタ
ン膜からなる混合膜をバリアメタル膜として形成する方
法において、 前記チタン膜をプラズマＣＶＤ法により成膜する第１ス
テップと、 前記第１ステップの後、前記半導体ウェハが配置された
処理チャンバ内に塩化チタンとアンモニアを主成分とす
る第１の成膜ガスを導入し、前記チタン膜上に比較的薄
い第１の窒化チタン膜を熱ＣＶＤ法により成膜する第２
ステップと、 前記第２ステップの後、前記処理チャンバ内に塩化チタ
ンとアンモニアを主成分とする第２の成膜ガスを導入
し、前記第１の窒化チタン膜上に第２の窒化チタン膜を
熱ＣＶＤ法により成膜する第３ステップとを含み、 前記第１の成膜ガス中の塩化チタンが熱化学反応におけ
る供給律速となりアンモニアが反応律速となるよう塩化
チタン及びアンモニアのそれぞれの前記処理チャンバ内
への導入量を調整し、 前記第２の成膜ガス中の塩化チタンが熱化学反応におけ
る反応律速となり且つアンモニアが供給律速となるよう
塩化チタン及びアンモニアのそれぞれの前記処理チャン
バ内への導入量を調整したことを特徴とするバリアメタ
ル膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000392821A JP2002217133A (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | バリアメタル膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000392821A JP2002217133A (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | バリアメタル膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002217133A true JP2002217133A (ja) | 2002-08-02 |
Family
ID=18858748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000392821A Pending JP2002217133A (ja) | 2000-12-25 | 2000-12-25 | バリアメタル膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002217133A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005064041A1 (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Tokyo Electron Limited | 窒化チタン膜の成膜 |
| CN103165439A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-06-19 | 上海华力微电子有限公司 | 接触孔中的阻隔层及其制造方法 |
| CN113206001A (zh) * | 2020-01-31 | 2021-08-03 | 株式会社国际电气 | 半导体装置的制造方法、记录介质和基板处理装置 |
-
2000
- 2000-12-25 JP JP2000392821A patent/JP2002217133A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005064041A1 (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Tokyo Electron Limited | 窒化チタン膜の成膜 |
| JP2005194540A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-21 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法及び半導体装置 |
| KR100885834B1 (ko) * | 2003-12-26 | 2009-02-26 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 질화티타늄막의 성막 |
| JP4545433B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2010-09-15 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜方法 |
| CN103165439A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-06-19 | 上海华力微电子有限公司 | 接触孔中的阻隔层及其制造方法 |
| CN113206001A (zh) * | 2020-01-31 | 2021-08-03 | 株式会社国际电气 | 半导体装置的制造方法、记录介质和基板处理装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050824 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050830 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060207 |