JPH09260306A - 薄膜形成方法 - Google Patents
薄膜形成方法Info
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- JPH09260306A JPH09260306A JP6284696A JP6284696A JPH09260306A JP H09260306 A JPH09260306 A JP H09260306A JP 6284696 A JP6284696 A JP 6284696A JP 6284696 A JP6284696 A JP 6284696A JP H09260306 A JPH09260306 A JP H09260306A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハロゲンを含まないWSiNあるいはTaS
iNの薄膜をCVD法を用いて形成する。 【解決手段】 原料ガスとして、ビスメチルシクロペン
タジエニルタングステンハイドライドとNH3 とSH6
と用いて、減圧熱CVD法によってWSiN膜39を形
成し、更に、連続的にCVD法を用いてCu膜40を形
成した。本発明の薄膜形成方法は、原料ガスとして、W
(あるいはTa)を含む有機金属ガスを使用しているの
で、ハロゲン不純物の混入のない薄膜が形成される。こ
の様にして形成されたWSiNあるいはTaSiNなど
の薄膜を、W、Cuなどの金属配線用の金属接着層ある
いはバリアメタルとして使用することによって、信頼性
の高い高融点金属配線または低抵抗金属配線を形成する
ことが可能となる。
iNの薄膜をCVD法を用いて形成する。 【解決手段】 原料ガスとして、ビスメチルシクロペン
タジエニルタングステンハイドライドとNH3 とSH6
と用いて、減圧熱CVD法によってWSiN膜39を形
成し、更に、連続的にCVD法を用いてCu膜40を形
成した。本発明の薄膜形成方法は、原料ガスとして、W
(あるいはTa)を含む有機金属ガスを使用しているの
で、ハロゲン不純物の混入のない薄膜が形成される。こ
の様にして形成されたWSiNあるいはTaSiNなど
の薄膜を、W、Cuなどの金属配線用の金属接着層ある
いはバリアメタルとして使用することによって、信頼性
の高い高融点金属配線または低抵抗金属配線を形成する
ことが可能となる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜の形成方法に係
り、特に、半導体素子の製造工程において、Wの様な高
融点金属、あるいはCuの様な低抵抗金属膜を用いた電
極を形成する際に使用される金属接着膜あるいはバリア
メタルの形成方法に関する。
り、特に、半導体素子の製造工程において、Wの様な高
融点金属、あるいはCuの様な低抵抗金属膜を用いた電
極を形成する際に使用される金属接着膜あるいはバリア
メタルの形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LSIの高集積化を実現するために、高
アスペクト比のビアホールやコンタクトホールなど、微
細な配線部分に適用できる高信頼性の多層配線技術が要
求されている。例えば、高アスペクト比を実現する配線
埋込み技術として、六フッ化タングステン(WF6 )及
び水素(H2 )を用いたブランケットW−CVD法を始
めとするCVD技術が挙げられる。
アスペクト比のビアホールやコンタクトホールなど、微
細な配線部分に適用できる高信頼性の多層配線技術が要
求されている。例えば、高アスペクト比を実現する配線
埋込み技術として、六フッ化タングステン(WF6 )及
び水素(H2 )を用いたブランケットW−CVD法を始
めとするCVD技術が挙げられる。
【0003】ブランケットW−CVD法では、Si等の
下地基板との密着性が悪いために、下地基板とW膜との
間に窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、
チタンタングステン(TiW)、あるいは窒化タングス
テン(WN)等の金属接着層を設ける必要がある。これ
ら金属接着層は、従来、スパッタリングあるいは反応性
スパッタリングによって形成されているが、微細なビア
ホールやコンタクトホールへ適用する場合には、段差被
覆性が優れたCVD法を用いて形成することが望まし
い。
下地基板との密着性が悪いために、下地基板とW膜との
間に窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、
チタンタングステン(TiW)、あるいは窒化タングス
テン(WN)等の金属接着層を設ける必要がある。これ
ら金属接着層は、従来、スパッタリングあるいは反応性
スパッタリングによって形成されているが、微細なビア
ホールやコンタクトホールへ適用する場合には、段差被
覆性が優れたCVD法を用いて形成することが望まし
い。
【0004】TiN膜をCVD法によって形成する場
合、従来、原料ガスとして塩化チタン(TiCl4 )及
びアンモニア(NH3 )を用いて行われていたが、成膜
温度が600℃以上と高く、アルミ配線の形成後では採
用することができず、更に、膜中に塩素が残留するの
で、配線腐食の問題もあった。また、Ti系有機金属ガ
スとNH3 を用いたTiNの成膜についても検討されて
いるが、不純物、吸水性による抵抗増加等の問題があ
り、成膜法として確立されていない。この様に、CVD
法によるTiN、TaN、及びTiW膜の形成に関して
は、未解決の課題が多く残されている。
合、従来、原料ガスとして塩化チタン(TiCl4 )及
びアンモニア(NH3 )を用いて行われていたが、成膜
温度が600℃以上と高く、アルミ配線の形成後では採
用することができず、更に、膜中に塩素が残留するの
で、配線腐食の問題もあった。また、Ti系有機金属ガ
スとNH3 を用いたTiNの成膜についても検討されて
いるが、不純物、吸水性による抵抗増加等の問題があ
り、成膜法として確立されていない。この様に、CVD
法によるTiN、TaN、及びTiW膜の形成に関して
は、未解決の課題が多く残されている。
【0005】また、WN膜をCVD法を用いた形成する
方法に関しては、フッ化タングステン(WF6 )とアン
モニア(NH3 )用いた方法が知られており、基板との
密着性についてもTiN等と同程度の結果が得られてい
る。しかし、WF6 の様な無機系の原料ガスを用いたC
VD法の場合、成膜された薄膜中に弗素(F)が残留す
るため、TiNの場合と同様に配線腐食の問題がある。
方法に関しては、フッ化タングステン(WF6 )とアン
モニア(NH3 )用いた方法が知られており、基板との
密着性についてもTiN等と同程度の結果が得られてい
る。しかし、WF6 の様な無機系の原料ガスを用いたC
VD法の場合、成膜された薄膜中に弗素(F)が残留す
るため、TiNの場合と同様に配線腐食の問題がある。
【0006】以上の様に、無機系の原料ガスを用いたC
VD法によって金属接着層を形成する場合には、無機系
ガスに起因するハロゲン系の不純物が形成された薄膜の
中に取り込まれて、その上部または下部に配置される配
線材料の腐食の原因となることが懸念される。
VD法によって金属接着層を形成する場合には、無機系
ガスに起因するハロゲン系の不純物が形成された薄膜の
中に取り込まれて、その上部または下部に配置される配
線材料の腐食の原因となることが懸念される。
【0007】ところで、近年になって、高速ロジック素
子の配線材料として、Alに較べて低抵抗であるCuの
採用が検討されているが、Cuは、酸化膜及びシリコン
中での拡散速度が大きく、また、シリコン中でホールと
電子との再結合中心となり、トランジスタ特性の劣化の
要因となる。このため、拡散バリアとなるバリアメタル
の使用が必要となる。Cu配線用のバリアメタルとし
て、WSiN、TaSiN、WNなどの、スパッタ膜の
粒界拡散が起こらないアモルファスバリアメタルの採用
が検討されている。しかし、ビアホール等の微細化、高
アスペクト比化が進む中で、段差被覆性の良いCVD法
を用いてアモルファスバリアメタルを形成する方法の確
立が求められている。
子の配線材料として、Alに較べて低抵抗であるCuの
採用が検討されているが、Cuは、酸化膜及びシリコン
中での拡散速度が大きく、また、シリコン中でホールと
電子との再結合中心となり、トランジスタ特性の劣化の
要因となる。このため、拡散バリアとなるバリアメタル
の使用が必要となる。Cu配線用のバリアメタルとし
て、WSiN、TaSiN、WNなどの、スパッタ膜の
粒界拡散が起こらないアモルファスバリアメタルの採用
が検討されている。しかし、ビアホール等の微細化、高
アスペクト比化が進む中で、段差被覆性の良いCVD法
を用いてアモルファスバリアメタルを形成する方法の確
立が求められている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、無機系の
原料ガスを使用したCVD法によるTiN、TaN、T
iW膜、及びWN膜などの形成に関しては、形成された
薄膜中へのハロゲン系の不純物の混入が問題となってい
る。また、Cu配線の際に使用されるバリアメタルにつ
いては、アモルファス状のWSiN、TaSiN、WN
などのCVD技術が、現状では確立されていないことが
問題となっている。従って、これらについてのCVD技
術を開発することが、LSIの高集積化を実現するため
の重要な課題となっている。
原料ガスを使用したCVD法によるTiN、TaN、T
iW膜、及びWN膜などの形成に関しては、形成された
薄膜中へのハロゲン系の不純物の混入が問題となってい
る。また、Cu配線の際に使用されるバリアメタルにつ
いては、アモルファス状のWSiN、TaSiN、WN
などのCVD技術が、現状では確立されていないことが
問題となっている。従って、これらについてのCVD技
術を開発することが、LSIの高集積化を実現するため
の重要な課題となっている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成方法
は、窒化タングステン(WN)あるいは窒化タンタル
(TaN)薄膜を気相成長法により形成する場合に、原
料ガスとして、タングステン(W)あるいはタンタル
(Ta)を含む有機金属ガス、及び窒化ガスの混合ガス
を使用することを特徴とする。また、WあるいはTaを
含むSiNの導電性の薄膜を気相成長法で形成する場合
には、原料ガスとして、WあるいはTaを含む有機金属
ガス、窒化ガス、及び無機シランガスの混合ガスを用い
る。
は、窒化タングステン(WN)あるいは窒化タンタル
(TaN)薄膜を気相成長法により形成する場合に、原
料ガスとして、タングステン(W)あるいはタンタル
(Ta)を含む有機金属ガス、及び窒化ガスの混合ガス
を使用することを特徴とする。また、WあるいはTaを
含むSiNの導電性の薄膜を気相成長法で形成する場合
には、原料ガスとして、WあるいはTaを含む有機金属
ガス、窒化ガス、及び無機シランガスの混合ガスを用い
る。
【0010】原料ガスとして、WあるいはTaを含む有
機金属ガス、及び窒化ガスを使用した結果、有機金属ガ
スにはハロゲンが含まれていないので、形成されたWN
あるいはTaNの薄膜にはハロゲンが含れていない。ま
た、この方法によって形成された薄膜には、カーボンも
含まれていない。
機金属ガス、及び窒化ガスを使用した結果、有機金属ガ
スにはハロゲンが含まれていないので、形成されたWN
あるいはTaNの薄膜にはハロゲンが含れていない。ま
た、この方法によって形成された薄膜には、カーボンも
含まれていない。
【0011】CVD法を使用しているので段差被覆性に
優れており、この様にして形成されたWN膜、TaN膜
などを金属接着層として用いた場合、配線金属への腐食
あるいは不純物による抵抗増加などを引起こす原因とは
ならず、金属接着層として優れた特性を有する。
優れており、この様にして形成されたWN膜、TaN膜
などを金属接着層として用いた場合、配線金属への腐食
あるいは不純物による抵抗増加などを引起こす原因とは
ならず、金属接着層として優れた特性を有する。
【0012】また、原料ガス中に無機シランガスを添加
することによって、薄膜中にSiを取り込ませること可
能であり、その結果、Cuに対する拡散バリア性に優れ
たアモルファス状のバリアメタルを形成することができ
る。好ましくは、形成されるSiNの導電性の薄膜中の
Si含有量が10%以上30%以下となるように、無機
シランガスの流量を設定する。
することによって、薄膜中にSiを取り込ませること可
能であり、その結果、Cuに対する拡散バリア性に優れ
たアモルファス状のバリアメタルを形成することができ
る。好ましくは、形成されるSiNの導電性の薄膜中の
Si含有量が10%以上30%以下となるように、無機
シランガスの流量を設定する。
【0013】WあるいはTaを含む前記有機金属ガスと
しては、水素、シクロペンタジエニル基、及び低級アル
キル基が結合しているシクロペンタジエニル基の中から
選択された一つあるいは複数の有機基と、WあるいはT
aとが結合している構造を備えた有機金属のガスが使用
できる。また、前記有機金属ガスとして、ジメチルアミ
ノ基あるいはジエチルアミノ基のいずれかと、Wあるい
はTaとが結合している構造を備えた有機金属のガスも
使用できる。
しては、水素、シクロペンタジエニル基、及び低級アル
キル基が結合しているシクロペンタジエニル基の中から
選択された一つあるいは複数の有機基と、WあるいはT
aとが結合している構造を備えた有機金属のガスが使用
できる。また、前記有機金属ガスとして、ジメチルアミ
ノ基あるいはジエチルアミノ基のいずれかと、Wあるい
はTaとが結合している構造を備えた有機金属のガスも
使用できる。
【0014】望ましくは、Wを含む前記有機金属ガスと
して、ビスシクロペンタジエニルタングステンハイドラ
イド、またはビスメチルシクロペンタジエニルタングス
テンハイドライドを使用する。同様に、望ましくは、T
aを含む前記有機金属ガスとして、ペンタジメチルアミ
ノタンタル、またはビスシクロペンタジエチルタンタル
ハイドライドを使用する。
して、ビスシクロペンタジエニルタングステンハイドラ
イド、またはビスメチルシクロペンタジエニルタングス
テンハイドライドを使用する。同様に、望ましくは、T
aを含む前記有機金属ガスとして、ペンタジメチルアミ
ノタンタル、またはビスシクロペンタジエチルタンタル
ハイドライドを使用する。
【0015】前記窒化ガスとしては、アンモニア、窒素
ガス、ヒドラジン、あるいはモノメチルヒドラジンなど
が使用できる。前記無機シランガスとしては、シラン、
ジシラン、ジクロロシラン、三塩化シラン、四塩化シリ
コン、あるいは四フッ化シリコンなどが使用できる。な
お、気相成長法で薄膜を形成する際に、反応ガス中に水
素を添加することによって、気相反応が抑制され、パー
ティクルを減少させる効果がある。
ガス、ヒドラジン、あるいはモノメチルヒドラジンなど
が使用できる。前記無機シランガスとしては、シラン、
ジシラン、ジクロロシラン、三塩化シラン、四塩化シリ
コン、あるいは四フッ化シリコンなどが使用できる。な
お、気相成長法で薄膜を形成する際に、反応ガス中に水
素を添加することによって、気相反応が抑制され、パー
ティクルを減少させる効果がある。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて詳細に説明する。先ず、本発明の気相成長方
法の実施に使用される装置構成の概要を、図1を使用し
て説明する。図1は、枚葉型の減圧熱CVD装置の一例
である。チャンバ11には、真空ポンプ20及び原料ガ
スの供給配管が接続されている。原料ガスの供給配管
は、SiH4 、NH3 、及びW系有機金属ガスの各供給
配管16、17、18から構成され、各配管の途中には
マスフローコントローラ19a、19b、19cが取付
けられている。チャンバ11の内部にはサセプタ12が
配置され、サセプタ12は、その内部に抵抗加熱式ヒー
タ13が組み込まれている。サセプタ12に対向する様
に整流板15が配置され、反応ガスは整流板15を通っ
てチャンバ11の内部に導入される。
面を用いて詳細に説明する。先ず、本発明の気相成長方
法の実施に使用される装置構成の概要を、図1を使用し
て説明する。図1は、枚葉型の減圧熱CVD装置の一例
である。チャンバ11には、真空ポンプ20及び原料ガ
スの供給配管が接続されている。原料ガスの供給配管
は、SiH4 、NH3 、及びW系有機金属ガスの各供給
配管16、17、18から構成され、各配管の途中には
マスフローコントローラ19a、19b、19cが取付
けられている。チャンバ11の内部にはサセプタ12が
配置され、サセプタ12は、その内部に抵抗加熱式ヒー
タ13が組み込まれている。サセプタ12に対向する様
に整流板15が配置され、反応ガスは整流板15を通っ
てチャンバ11の内部に導入される。
【0017】ウエハ14はサセプタ13に保持され、抵
抗加熱式ヒータ13により加熱される。原料ガスである
SiH4 、NH3 、及びW系有機金属ガスは、それぞれ
独立に、マスフローコントローラ19a、19a、19
cで流量を制御されてチャンバ11内へ導入される。特
に、W系有機金属ガスの供給配管18は、有機金属の蒸
気圧が低いため、ライン加熱が施されている。加熱温度
は100℃〜200℃の範囲であり、原料ガスの蒸気圧
が十分、確保され、且つガスの自己分解が進まない温度
に設定される。また、一般的に有機金属は固体または液
体であるため、気化器を用いて供給することもできる。
また、チャンバ11自体も、有機金属の付着を防ぐた
め、加熱される様になっている。更に、チャンバ11内
のガスは真空ポンプ20により排気されるが、排気系の
内部にも付着物が堆積しない様に、チャンバ11と同様
に加熱できる様になっている。 (例1)図2(a)〜(c)に、窒化タングステン(W
N)膜を金属接着層として使用したタングステン(W)
電極配線の形成方法の例を示す。
抗加熱式ヒータ13により加熱される。原料ガスである
SiH4 、NH3 、及びW系有機金属ガスは、それぞれ
独立に、マスフローコントローラ19a、19a、19
cで流量を制御されてチャンバ11内へ導入される。特
に、W系有機金属ガスの供給配管18は、有機金属の蒸
気圧が低いため、ライン加熱が施されている。加熱温度
は100℃〜200℃の範囲であり、原料ガスの蒸気圧
が十分、確保され、且つガスの自己分解が進まない温度
に設定される。また、一般的に有機金属は固体または液
体であるため、気化器を用いて供給することもできる。
また、チャンバ11自体も、有機金属の付着を防ぐた
め、加熱される様になっている。更に、チャンバ11内
のガスは真空ポンプ20により排気されるが、排気系の
内部にも付着物が堆積しない様に、チャンバ11と同様
に加熱できる様になっている。 (例1)図2(a)〜(c)に、窒化タングステン(W
N)膜を金属接着層として使用したタングステン(W)
電極配線の形成方法の例を示す。
【0018】図2(a)に示す様に、n型(100)S
i基板21の上に厚さ280nmのSiO2 酸化膜を堆
積し、次に、リソグラィとSF6 を用いたドライエッチ
ングによって、口径が0.1〜1.0μmの微細コンタ
クトホールを形成し、次に、イオン注入及び熱処理を行
って、p型の拡散層21aを形成した。
i基板21の上に厚さ280nmのSiO2 酸化膜を堆
積し、次に、リソグラィとSF6 を用いたドライエッチ
ングによって、口径が0.1〜1.0μmの微細コンタ
クトホールを形成し、次に、イオン注入及び熱処理を行
って、p型の拡散層21aを形成した。
【0019】その後、図2(b)に示す様に、CVD法
によりWN膜23を厚さ10〜50nmで堆積した。W
N膜の形成に使用した装置は、先に図1に示したもので
ある。成膜条件としては、ビスメチルシクロペンタジエ
ニルタングステンハイドライドの流量を30SCCM、
NH3 の流量を30SCCM、基板温度を400℃、成
膜圧力を0.1〜1Torrとした。その後、図2
(c)に示す様に、WF6とH2 とを用いて、W膜24
を厚さ300nmで堆積した。W膜は均一に堆積され、
成膜の遅れ時間は観察されなかった。
によりWN膜23を厚さ10〜50nmで堆積した。W
N膜の形成に使用した装置は、先に図1に示したもので
ある。成膜条件としては、ビスメチルシクロペンタジエ
ニルタングステンハイドライドの流量を30SCCM、
NH3 の流量を30SCCM、基板温度を400℃、成
膜圧力を0.1〜1Torrとした。その後、図2
(c)に示す様に、WF6とH2 とを用いて、W膜24
を厚さ300nmで堆積した。W膜は均一に堆積され、
成膜の遅れ時間は観察されなかった。
【0020】以上の様にして形成されたWN膜23は、
微細コンタクトホールにおいての段差被覆性が極めて良
好であり、口径0.10μm、アスペクト比3のコンタ
クトホールに対する段差被覆率として95%以上を得
た。WN膜と拡散層21aとの密着性は良好で、テープ
テストで問題は認められなかった。WN膜と拡散層21
aとの接触抵抗は低く、例えば、0.3μm径のコンタ
クトホールにおいて100Ω以下を示し、基板21との
接合リークの増大は認められなかった。WN膜23の抵
抗率は、100〜2000μΩcm程度の範囲となっ
た。
微細コンタクトホールにおいての段差被覆性が極めて良
好であり、口径0.10μm、アスペクト比3のコンタ
クトホールに対する段差被覆率として95%以上を得
た。WN膜と拡散層21aとの密着性は良好で、テープ
テストで問題は認められなかった。WN膜と拡散層21
aとの接触抵抗は低く、例えば、0.3μm径のコンタ
クトホールにおいて100Ω以下を示し、基板21との
接合リークの増大は認められなかった。WN膜23の抵
抗率は、100〜2000μΩcm程度の範囲となっ
た。
【0021】また、WN膜23との間でアンダーカット
の問題もなくW膜24を形成することができた。また、
WN膜23は、厚さ5nmでも接着層及びバリア層とし
て十分、機能し、Si基板中へのWF6 によるワームホ
ールの発生も認められず、W膜の剥離も認められなかっ
た。
の問題もなくW膜24を形成することができた。また、
WN膜23は、厚さ5nmでも接着層及びバリア層とし
て十分、機能し、Si基板中へのWF6 によるワームホ
ールの発生も認められず、W膜の剥離も認められなかっ
た。
【0022】成膜圧力、基板温度等は上記に限定される
ものでない。成膜圧力については、40Torrと高い
場合においても成膜の結果は良好であった。成膜温度に
ついては、250℃から600℃の範囲で安定的に成膜
が可能であった。ビスメチルシクロペンタジエニルタン
グステンハイドライド/NH3 の流量比については、
0.05〜10の間で良好な成膜特性が得られた。W系
有機金属ガスとしてビスシクロペンタジエニルタングス
テンハイドライドを用いた場合にも、優れたバリアメタ
ル特性が得られた。更に、原料ガスにH2 を添加した場
合には、気相反応が抑えられパーティクルの減少が見ら
れた。なお、各々の原料ガスにAr、N2を添加しても
良いことは言うまでもない。
ものでない。成膜圧力については、40Torrと高い
場合においても成膜の結果は良好であった。成膜温度に
ついては、250℃から600℃の範囲で安定的に成膜
が可能であった。ビスメチルシクロペンタジエニルタン
グステンハイドライド/NH3 の流量比については、
0.05〜10の間で良好な成膜特性が得られた。W系
有機金属ガスとしてビスシクロペンタジエニルタングス
テンハイドライドを用いた場合にも、優れたバリアメタ
ル特性が得られた。更に、原料ガスにH2 を添加した場
合には、気相反応が抑えられパーティクルの減少が見ら
れた。なお、各々の原料ガスにAr、N2を添加しても
良いことは言うまでもない。
【0023】以上のWN膜の金属接着層による結果は、
Wに代えて、配線金属として低抵抗金属であるAlを用
いた場合にも同様に良好であった。更に、Al配線を形
成する際、スパッタでAlを形成した後に高温でアニー
ルしてAlを溶融させたところ、550℃以上でAlが
コンタクトホール内に埋め込まれ、WN膜にも膜の剥離
や結晶性の変化が無く、良好なコンタクト特性が得られ
た。以上の様に、W系有機金属ガスを用いたWN膜は、
Fなどのハロゲンを含まず、バリアメタルとして優れた
特性を有する。
Wに代えて、配線金属として低抵抗金属であるAlを用
いた場合にも同様に良好であった。更に、Al配線を形
成する際、スパッタでAlを形成した後に高温でアニー
ルしてAlを溶融させたところ、550℃以上でAlが
コンタクトホール内に埋め込まれ、WN膜にも膜の剥離
や結晶性の変化が無く、良好なコンタクト特性が得られ
た。以上の様に、W系有機金属ガスを用いたWN膜は、
Fなどのハロゲンを含まず、バリアメタルとして優れた
特性を有する。
【0024】WN膜の代わりにTaN膜を使用すること
も可能である、この場合には、Ta系有機金属ガスとし
てペンタジメチルアミノタンタルあるいはビスシクロペ
ンタジエチルタンタルハイドライドを用いることができ
る。形成されたTaN膜は、いずれも優れたバリアメタ
ル特性を示す。
も可能である、この場合には、Ta系有機金属ガスとし
てペンタジメチルアミノタンタルあるいはビスシクロペ
ンタジエチルタンタルハイドライドを用いることができ
る。形成されたTaN膜は、いずれも優れたバリアメタ
ル特性を示す。
【0025】W系あるいはTa系有機金属ガスとNH3
ガスに、水素、またはSiN4 系ガスを添加した場合、
WN膜あるいはTaN膜中のNの量が減少し、低抵抗化
が図れる。また、この時、H2 とSiH4 系ガスとを同
時に流しても有効であることは言うまでもない。なお、
SiH4 系ガスの添加量が有機金属ガスよりも少ない場
合にSiの膜中混入がない。 (例2)図3に、バリアメタルとしてTaSiN膜を使
用した例を示す。図3(a)から(d)は、MOSFE
Tのコンタクトホール部へTaSiN膜を形成する工程
の概略を示す。
ガスに、水素、またはSiN4 系ガスを添加した場合、
WN膜あるいはTaN膜中のNの量が減少し、低抵抗化
が図れる。また、この時、H2 とSiH4 系ガスとを同
時に流しても有効であることは言うまでもない。なお、
SiH4 系ガスの添加量が有機金属ガスよりも少ない場
合にSiの膜中混入がない。 (例2)図3に、バリアメタルとしてTaSiN膜を使
用した例を示す。図3(a)から(d)は、MOSFE
Tのコンタクトホール部へTaSiN膜を形成する工程
の概略を示す。
【0026】先ず、図3(a)の示す様に、p型(10
0)Si基板31上にパターニングを行い、フィールド
酸化32を厚さ500nmで行った後、ゲート酸化膜3
3を厚さ5nmで形成した。その後、多結晶シリコン膜
を堆積し、不純物拡散によって低抵抗化を行った後、パ
ターニングを行ってゲート電極34を形成した。次い
で、ゲート電極34をマスクにして、Asのイオン注
入、及びそれに続く熱処理でソース及びドレインの各拡
散層31aを形成した。更に、CVD法によってSiO
2 膜35を堆積させた後、全面ドライエッチングをし、
謂ゆるLDD構造を形成し、更にイオン注入を行った。
0)Si基板31上にパターニングを行い、フィールド
酸化32を厚さ500nmで行った後、ゲート酸化膜3
3を厚さ5nmで形成した。その後、多結晶シリコン膜
を堆積し、不純物拡散によって低抵抗化を行った後、パ
ターニングを行ってゲート電極34を形成した。次い
で、ゲート電極34をマスクにして、Asのイオン注
入、及びそれに続く熱処理でソース及びドレインの各拡
散層31aを形成した。更に、CVD法によってSiO
2 膜35を堆積させた後、全面ドライエッチングをし、
謂ゆるLDD構造を形成し、更にイオン注入を行った。
【0027】次に、図3(b)の示す様に、BPSG膜
36をCVD法で堆積し、更に、SiN膜37を10n
m程度堆積し、SiN膜37をパターニングした後、更
に、BPSG膜38を堆積し、900℃で熱処理を行っ
た後、リソグラフとドライエッチングによってコンタク
トホールを形成した。
36をCVD法で堆積し、更に、SiN膜37を10n
m程度堆積し、SiN膜37をパターニングした後、更
に、BPSG膜38を堆積し、900℃で熱処理を行っ
た後、リソグラフとドライエッチングによってコンタク
トホールを形成した。
【0028】次に、図3(c)の示す様に、HFでコン
タクトホールの底部の自然酸化膜をエッチングした後、
CVD法によりTaSiN膜39を厚さ20mmで堆積
した。成膜条件は、ビスシクロペンタジエチルタンタル
ハイドライドの流量を30SCCM、NH3の流量を3
0SCCM、ジシラン(SiH6 )の流量を30SCC
Mとし、形成温度を400℃、成膜圧力を0.1〜1T
orrとした。更に、同一チャンバ内でCu膜40をC
VD法により堆積させた。
タクトホールの底部の自然酸化膜をエッチングした後、
CVD法によりTaSiN膜39を厚さ20mmで堆積
した。成膜条件は、ビスシクロペンタジエチルタンタル
ハイドライドの流量を30SCCM、NH3の流量を3
0SCCM、ジシラン(SiH6 )の流量を30SCC
Mとし、形成温度を400℃、成膜圧力を0.1〜1T
orrとした。更に、同一チャンバ内でCu膜40をC
VD法により堆積させた。
【0029】次に、図3(d)の示す様に、Cu膜40
をCMP法(Chemical MechanicalPolishing )を用い
て削り、コンタクトプラグと埋め込み配線を同時形成し
た。以上の様にして形成されたTaSiN膜を用いたバ
リアメタルは、微細コンタクトホールにおける段差被覆
性が極めて良好であり、口径0.10μm、アスペクト
比3のコンタクトホールの段差被覆率として95%以上
を得た。また、下地との密着性については、熱酸化膜、
BPSG、SiN膜のいずれとの間でも良好な密着性が
得られた。
をCMP法(Chemical MechanicalPolishing )を用い
て削り、コンタクトプラグと埋め込み配線を同時形成し
た。以上の様にして形成されたTaSiN膜を用いたバ
リアメタルは、微細コンタクトホールにおける段差被覆
性が極めて良好であり、口径0.10μm、アスペクト
比3のコンタクトホールの段差被覆率として95%以上
を得た。また、下地との密着性については、熱酸化膜、
BPSG、SiN膜のいずれとの間でも良好な密着性が
得られた。
【0030】原料ガスの流量については、ビスシクロペ
ンタジエチルタンタルハイドライドの流量を10SCC
Mとした場合、NH3の流量が5〜100SCCM、ジ
シランの流量が30〜100SCCMの範囲で、良好な
TaSiN成膜が可能であった。
ンタジエチルタンタルハイドライドの流量を10SCC
Mとした場合、NH3の流量が5〜100SCCM、ジ
シランの流量が30〜100SCCMの範囲で、良好な
TaSiN成膜が可能であった。
【0031】図4に、ビスシクロペンタジエチルタンタ
ルハイドライドの流量を30SCCM、NH3の流量の
流量を30SCCM、成膜温度を400℃とした場合
の、ジシランの流量と膜中のSi含有量との関係を示
す。なお、膜の組成分析はXPSによって行った。シジ
ランの添加量の増加とともにSiが膜中に取り込まれる
のが分かる。ジシランの流量を30SCCM以上にすれ
ば、Siが膜中に取り込まれて、TaSiN膜が形成さ
れる。結晶性については、平坦部の堆積膜をX膜回折に
より分析すると、ジシランの添加量が少量の場合には弱
いTaNの配向が見られたが、ジシランの添加量を増加
するとピークが消えてアモルファス状の膜が観察され
た。
ルハイドライドの流量を30SCCM、NH3の流量の
流量を30SCCM、成膜温度を400℃とした場合
の、ジシランの流量と膜中のSi含有量との関係を示
す。なお、膜の組成分析はXPSによって行った。シジ
ランの添加量の増加とともにSiが膜中に取り込まれる
のが分かる。ジシランの流量を30SCCM以上にすれ
ば、Siが膜中に取り込まれて、TaSiN膜が形成さ
れる。結晶性については、平坦部の堆積膜をX膜回折に
より分析すると、ジシランの添加量が少量の場合には弱
いTaNの配向が見られたが、ジシランの添加量を増加
するとピークが消えてアモルファス状の膜が観察され
た。
【0032】図5に、膜中のSi含有量と抵抗率との関
係を示す。抵抗率は膜中のSi含有量が20%の場合に
最低値を示し、概ね、Si含有量が10〜30%の範囲
で低抵抗化が実現されている。
係を示す。抵抗率は膜中のSi含有量が20%の場合に
最低値を示し、概ね、Si含有量が10〜30%の範囲
で低抵抗化が実現されている。
【0033】なお、成膜圧力、基板温度等は上記の条件
に限定されるものではない。成膜圧力については、40
Torrと高い場合においても成膜の結果は良好であっ
た。成膜温度については、200℃から600℃の範囲
で安定的に成膜が可能であった。更に、原料ガスにH2
を添加した場合には気相反応が抑えられパーティクルの
減少が見られた。
に限定されるものではない。成膜圧力については、40
Torrと高い場合においても成膜の結果は良好であっ
た。成膜温度については、200℃から600℃の範囲
で安定的に成膜が可能であった。更に、原料ガスにH2
を添加した場合には気相反応が抑えられパーティクルの
減少が見られた。
【0034】この例では、TaSiNの形成温度を40
0℃としたが、形成温度は300℃以上であれば、Cu
に対して良好な拡散バリアとなる。また、無機シランガ
スとして、ジシランのかわりに、シラン、ジクロロシラ
ン四塩化シリコン、四フッ化シリコン、三塩化シランな
どを使用しても、TaSiN、WSiN膜形成は可能で
ある。各々原料ガスにAr、N2 を添加しても良いこと
は言うまでもない。また、Cu膜40の加工には、CP
M法の他にドライエッチングを用いることもできる。
0℃としたが、形成温度は300℃以上であれば、Cu
に対して良好な拡散バリアとなる。また、無機シランガ
スとして、ジシランのかわりに、シラン、ジクロロシラ
ン四塩化シリコン、四フッ化シリコン、三塩化シランな
どを使用しても、TaSiN、WSiN膜形成は可能で
ある。各々原料ガスにAr、N2 を添加しても良いこと
は言うまでもない。また、Cu膜40の加工には、CP
M法の他にドライエッチングを用いることもできる。
【0035】この例ではCuプラグを形成しているが、
プラグの材料はCuに限らず、Al、W、TiNを主材
料とするものであってもよい。また、この例では、拡散
層に対するコンタクトホールでバリアメタルとして使用
しているが、多層配線構造の接続部においても、同様に
使用することができる。
プラグの材料はCuに限らず、Al、W、TiNを主材
料とするものであってもよい。また、この例では、拡散
層に対するコンタクトホールでバリアメタルとして使用
しているが、多層配線構造の接続部においても、同様に
使用することができる。
【0036】使用するCVD装置としては、試料導入室
と成膜室とを二以上備えたマルチチャンバ型であること
が望ましく、TaSiN膜とCu膜とを同一装置内で堆
積することができればスループットが増大する。但し、
真空搬送または窒素搬送をして、Cu膜の堆積を別のチ
ャンバを用いて行うこともできる。
と成膜室とを二以上備えたマルチチャンバ型であること
が望ましく、TaSiN膜とCu膜とを同一装置内で堆
積することができればスループットが増大する。但し、
真空搬送または窒素搬送をして、Cu膜の堆積を別のチ
ャンバを用いて行うこともできる。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、CVD法の原料ガスと
して、WあるいはTaを含む有機金属ガスを使用した結
果、有機金属ガスにはハロゲンが含まれていないので、
形成されたWNあるいはTaNの薄膜にはハロゲンが含
れていない。従って、この様にして形成されたWN膜、
TaN膜などを金属接着層として用いた場合、段差被覆
性に優れ、且つ、配線金属への腐食あるいは不純物によ
る抵抗増加などを引起こす原因とはならず、金属接着層
として優れた特性を有する。
して、WあるいはTaを含む有機金属ガスを使用した結
果、有機金属ガスにはハロゲンが含まれていないので、
形成されたWNあるいはTaNの薄膜にはハロゲンが含
れていない。従って、この様にして形成されたWN膜、
TaN膜などを金属接着層として用いた場合、段差被覆
性に優れ、且つ、配線金属への腐食あるいは不純物によ
る抵抗増加などを引起こす原因とはならず、金属接着層
として優れた特性を有する。
【0038】また、原料ガス中に無機シランガスを添加
することによって、アモルファス状のWSiN、TaS
iN膜のバリアメタルを形成することができる。この様
にした形成されたバリアメタルは、Cuに対する拡散バ
リア性に優れている。以上の様にして形成された薄膜を
金属接着層あるいはバリアメタルとして用いることによ
って、信頼性の高い配線及びコンタクト形成が可能とな
った。
することによって、アモルファス状のWSiN、TaS
iN膜のバリアメタルを形成することができる。この様
にした形成されたバリアメタルは、Cuに対する拡散バ
リア性に優れている。以上の様にして形成された薄膜を
金属接着層あるいはバリアメタルとして用いることによ
って、信頼性の高い配線及びコンタクト形成が可能とな
った。
【図1】本発明の方法に実施に使用されるCVD装置の
概略構成図。
概略構成図。
【図2】本発明の方法に基いてコンタクトホールに電極
を形成する例を説明する図、(a)〜(c)は電極を形
成する工程を順に示す。
を形成する例を説明する図、(a)〜(c)は電極を形
成する工程を順に示す。
【図3】本発明の方法に基いてMOSFETのコンタク
トホールに電極を形成する例を説明する図、(a)〜
(d)は電極を形成する工程を順に示す。
トホールに電極を形成する例を説明する図、(a)〜
(d)は電極を形成する工程を順に示す。
【図4】原料ガス中のジシラン(SiH6 )の流量とT
iSiN膜中のSi含有量との関係を示す図。
iSiN膜中のSi含有量との関係を示す図。
【図5】TiSiN膜の抵抗率と膜中のSi含有量との
関係を示す図。
関係を示す図。
11・・・チャンバ、 12・・・サセプタ、 13・・・抵抗加熱ヒータ、 14・・・ウエハ、 15・・・整流板、 16・・・SiH4 供給配管、 17・・・NH3 供給配管、 18・・・W系有機金属供給配管、 19a、19b、19c・・・マスフローコントロー
ラ、 20・・・真空ポンプ、 21・・・Si基板、 21a・・・p型拡散層、 22・・・CVD−SiO2 膜、 23・・・WN膜、 24・・・W膜、 31・・・Si基板、 31a・・・拡散層、 32・・・SiO2膜、 33・・・ゲート酸化膜、 34・・・ゲート電極(多結晶シリコン)、 35・・・サイドウォール、 36・・・BPSG膜、 37・・・SiN膜、 38・・・BPSG膜、 39・・・TaSiN膜、 40・・・Cu膜。
ラ、 20・・・真空ポンプ、 21・・・Si基板、 21a・・・p型拡散層、 22・・・CVD−SiO2 膜、 23・・・WN膜、 24・・・W膜、 31・・・Si基板、 31a・・・拡散層、 32・・・SiO2膜、 33・・・ゲート酸化膜、 34・・・ゲート電極(多結晶シリコン)、 35・・・サイドウォール、 36・・・BPSG膜、 37・・・SiN膜、 38・・・BPSG膜、 39・・・TaSiN膜、 40・・・Cu膜。
Claims (4)
- 【請求項1】 タングステンあるいはタンタルを含む有
機金属ガス、及び窒化ガスの混合ガスを用いて、パター
ニングされた被処理基板上に、気相成長法により窒化タ
ングステンあるいは窒化タンタルの薄膜を形成すること
を特徴とする薄膜形成方法。 - 【請求項2】 タングステンあるいはタンタルを含む有
機金属ガス、窒化ガス、及び無機シランガスの混合ガス
を用いて、パターニングされた被処理基板上に、気相成
長法によりタングステンあるいはタンタルを含むSiN
の導電性の薄膜を形成することを特徴とする薄膜形成方
法。 - 【請求項3】 気相成長法で薄膜を形成する際に、反応
ガス中に水素を添加することを特徴とする請求項1また
は2に記載の薄膜形成方法。 - 【請求項4】 前記SiNの導電性の薄膜中のSi含有
量が10%以上30%以下となるように、前記無機シラ
ンガス流量を設定することを特徴とする請求項2記載の
薄膜形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6284696A JPH09260306A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6284696A JPH09260306A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 薄膜形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09260306A true JPH09260306A (ja) | 1997-10-03 |
Family
ID=13212089
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6284696A Pending JPH09260306A (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 薄膜形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09260306A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999023694A1 (en) * | 1997-11-05 | 1999-05-14 | Tokyo Electron Limited | Wiring structure of semiconductor device, electrode, and method for forming them |
WO2000057462A1 (fr) * | 1999-03-19 | 2000-09-28 | Tokyo Electron Limited | Dispositif a semi-conducteur et procede de production associe |
US6475912B1 (en) | 1998-06-01 | 2002-11-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method and apparatus for fabricating the same while minimizing operating failures and optimizing yield |
WO2002073689A3 (en) * | 2001-03-13 | 2003-04-10 | Applied Materials Inc | Integrated barrier layer structure for copper contact level metallization |
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 |
JP2006128611A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-05-18 | Tri Chemical Laboratory Inc | 膜形成材料、膜形成方法、及び素子 |
JP2009246379A (ja) * | 1997-11-05 | 2009-10-22 | Tokyo Electron Ltd | 半導体集積装置の製造方法 |
US7829144B2 (en) | 1997-11-05 | 2010-11-09 | Tokyo Electron Limited | Method of forming a metal film for electrode |
-
1996
- 1996-03-19 JP JP6284696A patent/JPH09260306A/ja active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6838376B2 (en) | 1997-11-05 | 2005-01-04 | Tokyo Electron Limited | Method of forming semiconductor wiring structures |
JPH11195621A (ja) * | 1997-11-05 | 1999-07-21 | Tokyo Electron Ltd | バリアメタル、その形成方法、ゲート電極及びその形成方法 |
US7829144B2 (en) | 1997-11-05 | 2010-11-09 | Tokyo Electron Limited | Method of forming a metal film for electrode |
JP2009246379A (ja) * | 1997-11-05 | 2009-10-22 | Tokyo Electron Ltd | 半導体集積装置の製造方法 |
KR100588887B1 (ko) * | 1997-11-05 | 2006-06-13 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 질화막 형성 방법, 반도체 장치의 배선 형성 방법 |
WO1999023694A1 (en) * | 1997-11-05 | 1999-05-14 | Tokyo Electron Limited | Wiring structure of semiconductor device, electrode, and method for forming them |
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 |
US6906420B2 (en) | 1998-06-01 | 2005-06-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device |
US6683381B2 (en) | 1998-06-01 | 2004-01-27 | Matsushita Electric Industrsial Co., Ltd. | Semiconductor device having a copper interconnect layer |
US6475912B1 (en) | 1998-06-01 | 2002-11-05 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method and apparatus for fabricating the same while minimizing operating failures and optimizing yield |
US6753610B1 (en) | 1999-03-19 | 2004-06-22 | Tokyo Electron Limited | Semiconductor device having multilayer interconnection structure and method of making the same |
WO2000057462A1 (fr) * | 1999-03-19 | 2000-09-28 | Tokyo Electron Limited | Dispositif a semi-conducteur et procede de production associe |
WO2002073689A3 (en) * | 2001-03-13 | 2003-04-10 | Applied Materials Inc | Integrated barrier layer structure for copper contact level metallization |
JP2006128611A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-05-18 | Tri Chemical Laboratory Inc | 膜形成材料、膜形成方法、及び素子 |
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