JP3381774B2 - ＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法 - Google Patents
ＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法Info
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-
- 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
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-
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、半導体装置におい
て例えばコンタクトメタルまたはアドヒージョンとして
用いられるＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法に関する。
て例えばコンタクトメタルまたはアドヒージョンとして
用いられるＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、最近
の高密度化および高集積化の要請に対応して、回路構成
を多層配線構造にする傾向にあり、このため、下層の半
導体デバイスと上層の配線層との接続部であるコンタク
トホールや、上下の配線層同士の接続部であるビアホー
ルなどの層間の電気的接続のための埋め込み技術が重要
になっている。
の高密度化および高集積化の要請に対応して、回路構成
を多層配線構造にする傾向にあり、このため、下層の半
導体デバイスと上層の配線層との接続部であるコンタク
トホールや、上下の配線層同士の接続部であるビアホー
ルなどの層間の電気的接続のための埋め込み技術が重要
になっている。
【０００３】このようなコンタクトホールやビアホール
の埋め込みには、一般的にＡｌ（アルミニウム）やＷ
（タングステン）、あるいはこれらを主体とする合金が
用いられるが、このような金属や合金が下層のＳｉ（シ
リコン）基板やＡｌ配線と直接接触すると、これらの境
界部分においてＡｌの吸い上げ効果等に起因して両金属
の合金が形成されるおそれがある。このようにして形成
される合金は抵抗値が大きく、このような合金が形成さ
れることは近時デバイスに要求されている省電力化およ
び高速動作の観点から好ましくない。
の埋め込みには、一般的にＡｌ（アルミニウム）やＷ
（タングステン）、あるいはこれらを主体とする合金が
用いられるが、このような金属や合金が下層のＳｉ（シ
リコン）基板やＡｌ配線と直接接触すると、これらの境
界部分においてＡｌの吸い上げ効果等に起因して両金属
の合金が形成されるおそれがある。このようにして形成
される合金は抵抗値が大きく、このような合金が形成さ
れることは近時デバイスに要求されている省電力化およ
び高速動作の観点から好ましくない。
【０００４】また、ＷまたはＷ合金をコンタクトホール
の埋め込み層として用いる場合には、埋め込み層の形成
に用いるＷＦ6ガスがＳｉ基板に侵入して電気的特性等
を劣化させる傾向となり、やはり好ましくない結果をも
たらす。
の埋め込み層として用いる場合には、埋め込み層の形成
に用いるＷＦ6ガスがＳｉ基板に侵入して電気的特性等
を劣化させる傾向となり、やはり好ましくない結果をも
たらす。
【０００５】そこで、これらの不都合を防止するため
に、コンタクトホールやビアホールに埋め込み層を形成
する前に、これらの内壁にバリア層を形成し、その上か
ら埋め込み層を形成することが行われている。この場合
のバリア層としては、Ｔｉ（チタン）膜およびＴｉＮ
（窒化チタン）膜の２層構造のものを用いるのが一般的
である。
に、コンタクトホールやビアホールに埋め込み層を形成
する前に、これらの内壁にバリア層を形成し、その上か
ら埋め込み層を形成することが行われている。この場合
のバリア層としては、Ｔｉ（チタン）膜およびＴｉＮ
（窒化チタン）膜の２層構造のものを用いるのが一般的
である。
【０００６】従来、このようなバリア層は、物理的蒸着
（ＰＶＤ）を用いて成膜されていたが、最近のようにデ
バイスの微細化および高集積化が特に要求され、デザイ
ンルールが特に厳しくなって、それにともなって線幅や
ホールの開口径が一層小さくなり、しかも高アスペクト
比化されるにつれ、ＰＶＤ膜では電気抵抗が増加し、要
求に対応することが困難となってきた。
（ＰＶＤ）を用いて成膜されていたが、最近のようにデ
バイスの微細化および高集積化が特に要求され、デザイ
ンルールが特に厳しくなって、それにともなって線幅や
ホールの開口径が一層小さくなり、しかも高アスペクト
比化されるにつれ、ＰＶＤ膜では電気抵抗が増加し、要
求に対応することが困難となってきた。
【０００７】そこで、バリア層を構成するＴｉ膜および
ＴｉＮ膜を、より良質の膜を形成することが期待できる
化学的蒸着（ＣＶＤ）で成膜することが行われている。
この場合に、まずコンタクトメタルであるＴｉ膜をプラ
ズマＣＶＤにより成膜する。
ＴｉＮ膜を、より良質の膜を形成することが期待できる
化学的蒸着（ＣＶＤ）で成膜することが行われている。
この場合に、まずコンタクトメタルであるＴｉ膜をプラ
ズマＣＶＤにより成膜する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】プラズマＣＶＤによる
Ｔｉ膜の成膜においては、通常、成膜ガスとしてＴｉＣ
ｌ４、Ｈ2、Ａｒを使用し、成膜時には下地のＳｉとＴ
ｉが反応し、ＳｉがＴｉ層に拡散していくが、その過程
で下地のＳｉとの界面のモホロジーが悪化し、コンタク
トホール形成のプロセスに使用した場合には、ジャンク
ションリークを起こしやすくなるし、ビアホールの場合
にも悪影響を及ぼす。
Ｔｉ膜の成膜においては、通常、成膜ガスとしてＴｉＣ
ｌ４、Ｈ2、Ａｒを使用し、成膜時には下地のＳｉとＴ
ｉが反応し、ＳｉがＴｉ層に拡散していくが、その過程
で下地のＳｉとの界面のモホロジーが悪化し、コンタク
トホール形成のプロセスに使用した場合には、ジャンク
ションリークを起こしやすくなるし、ビアホールの場合
にも悪影響を及ぼす。
【０００９】一方、近年益々デバイスの微細化が進み、
ＳｉＯｘ絶縁膜に形成されるコンタクトホールやビアホ
ールが高アスペクト比化されているため、良好なステッ
プカバレージ（段差被覆性）でＴｉ膜を形成することが
要求される。
ＳｉＯｘ絶縁膜に形成されるコンタクトホールやビアホ
ールが高アスペクト比化されているため、良好なステッ
プカバレージ（段差被覆性）でＴｉ膜を形成することが
要求される。
【００１０】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、絶縁膜に形成された微細なホール部位に、
良好なステップカバレージを維持しつつ、下地のＳｉと
の界面のモホロジーが良好となるＴｉ膜を成膜すること
ができるＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法を提供することを目
的とする。
のであって、絶縁膜に形成された微細なホール部位に、
良好なステップカバレージを維持しつつ、下地のＳｉと
の界面のモホロジーが良好となるＴｉ膜を成膜すること
ができるＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、Ｓｉ基板上またはその上のＳｉ膜上に
形成された絶縁膜のホールにＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜する
方法であって、チャンバー内にＳｉ基板を装入する工程
と、チャンバー内を所定の減圧雰囲気にする工程と、チ
ャンバー内にＴｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガス、Ｓｉ
Ｈ4ガスを導入する工程と、チャンバー内にプラズマを
生成して、Ｔｉ膜を成膜する工程とを具備し、成膜の際
の基板温度を５５０℃以上とし、前記ガスの流量を、成
膜における絶縁膜に対するＳｉの選択比が１以上となる
ように設定することを特徴とするＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜
方法を提供する。
に、第１発明は、Ｓｉ基板上またはその上のＳｉ膜上に
形成された絶縁膜のホールにＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜する
方法であって、チャンバー内にＳｉ基板を装入する工程
と、チャンバー内を所定の減圧雰囲気にする工程と、チ
ャンバー内にＴｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガス、Ｓｉ
Ｈ4ガスを導入する工程と、チャンバー内にプラズマを
生成して、Ｔｉ膜を成膜する工程とを具備し、成膜の際
の基板温度を５５０℃以上とし、前記ガスの流量を、成
膜における絶縁膜に対するＳｉの選択比が１以上となる
ように設定することを特徴とするＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜
方法を提供する。
【００１２】第２発明は、第１発明において、前記ガス
の流量を、成膜における絶縁膜に対するＳｉの選択比が
３以上となるように設定することを特徴とするＣＶＤ−
Ｔｉ膜の成膜方法を提供する。
の流量を、成膜における絶縁膜に対するＳｉの選択比が
３以上となるように設定することを特徴とするＣＶＤ−
Ｔｉ膜の成膜方法を提供する。
【００１３】第３発明は、第１発明において、前記Ｓｉ
Ｈ4ガスの量は、１〜５ＳＣＣＭであることを特徴とす
るＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法を提供する。
Ｈ4ガスの量は、１〜５ＳＣＣＭであることを特徴とす
るＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法を提供する。
【００１４】第４発明は、第３発明において、前記Ｓｉ
Ｈ4ガスの量は、１〜３ＳＣＣＭであることを特徴とす
るＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法を提供する。
Ｈ4ガスの量は、１〜３ＳＣＣＭであることを特徴とす
るＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法を提供する。
【００１５】第５発明は、第１発明ないし第４発明のい
ずれかにおいて、成膜の際の基板温度を５８０〜６３０
℃とすることを特徴とするＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法を
提供する。
ずれかにおいて、成膜の際の基板温度を５８０〜６３０
℃とすることを特徴とするＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法を
提供する。
【００１６】本発明者らは、良好なステップカバレージ
を維持しつつ界面モホロジーが良好なＣＶＤ−Ｔｉ膜を
成膜すべく検討を重ねた結果、基板温度を５５０℃以上
にし、かつ成膜ガスとしてＴｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａ
ｒガスに加えて、ＳｉＨ4ガスを添加し、ガス流量を調
整することにより、このようなＣＶＤ−Ｔｉ膜が得られ
ることを見出した。
を維持しつつ界面モホロジーが良好なＣＶＤ−Ｔｉ膜を
成膜すべく検討を重ねた結果、基板温度を５５０℃以上
にし、かつ成膜ガスとしてＴｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａ
ｒガスに加えて、ＳｉＨ4ガスを添加し、ガス流量を調
整することにより、このようなＣＶＤ−Ｔｉ膜が得られ
ることを見出した。
【００１７】Ｔｉ膜と下地Ｓｉの界面のモホロジーが悪
化するのは、成膜時にＳｉとＴｉとが反応しＳｉがＴｉ
膜へ不均一に拡散することに起因する。これに対して、
成膜ガスとしてＳｉＨ4を用いる場合には、この不均一
な拡散が抑制されるため界面のモホロジーが良好とな
る。しかし、ＳｉＨ4を用いる場合には、これが還元ガ
スであり、ＴｉＣｌ4との間の反応によりＴｉＳｉ2が生
成する反応が生じるため、ステップカバレージが悪化す
る。
化するのは、成膜時にＳｉとＴｉとが反応しＳｉがＴｉ
膜へ不均一に拡散することに起因する。これに対して、
成膜ガスとしてＳｉＨ4を用いる場合には、この不均一
な拡散が抑制されるため界面のモホロジーが良好とな
る。しかし、ＳｉＨ4を用いる場合には、これが還元ガ
スであり、ＴｉＣｌ4との間の反応によりＴｉＳｉ2が生
成する反応が生じるため、ステップカバレージが悪化す
る。
【００１８】このような界面モホロジーを良好にすると
いうＳｉＨ4の機能を維持しつつ、良好なステップカバ
レージを得るためには、基板温度を５５０℃以上にして
成膜の際の絶縁膜に対するＳｉの選択比を高め、その上
でガス流量、特にＳｉＨ4を選択比が１以上になるよう
に調整することが有効であることを見出したのである。
上記構成の本発明はこのような知見に基づいてなされた
ものである。
いうＳｉＨ4の機能を維持しつつ、良好なステップカバ
レージを得るためには、基板温度を５５０℃以上にして
成膜の際の絶縁膜に対するＳｉの選択比を高め、その上
でガス流量、特にＳｉＨ4を選択比が１以上になるよう
に調整することが有効であることを見出したのである。
上記構成の本発明はこのような知見に基づいてなされた
ものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発
明の実施に用いられるＴｉ成膜装置の一例を示す断面図
である。この成膜装置は、気密に構成された略円筒状の
チャンバー１を有しており、その中には被処理体である
ＳｉウエハＷを水平に支持するためのサセプター２がそ
の中央を昇降可能な円筒状の支持部材３により支持され
た状態で配置されている。また、サセプター２にはヒー
ター４が埋め込まれており、このヒーター５は図示しな
い電源から給電されることにより被処理体であるＳｉウ
エハＷを所定の温度に加熱する。
明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発
明の実施に用いられるＴｉ成膜装置の一例を示す断面図
である。この成膜装置は、気密に構成された略円筒状の
チャンバー１を有しており、その中には被処理体である
ＳｉウエハＷを水平に支持するためのサセプター２がそ
の中央を昇降可能な円筒状の支持部材３により支持され
た状態で配置されている。また、サセプター２にはヒー
ター４が埋め込まれており、このヒーター５は図示しな
い電源から給電されることにより被処理体であるＳｉウ
エハＷを所定の温度に加熱する。
【００２０】チャンバー１の上端部分には、シャワーヘ
ッド１０がサセプター２に支持された半導体ウエハＷと
対向するように設けられており、そのウエハＷと対向す
る下面には多数のガス吐出孔１０ａが形成されている。
シャワーヘッド１０の内部には空間１１が形成されてお
り、その中に多数の孔が形成された分散板１２が水平に
設けられている。シャワーヘッド１０の上部には、その
中にガスを導入するガス導入口１３が形成されており、
このガス導入口１３にはガス供給管１５が接続されてい
る。
ッド１０がサセプター２に支持された半導体ウエハＷと
対向するように設けられており、そのウエハＷと対向す
る下面には多数のガス吐出孔１０ａが形成されている。
シャワーヘッド１０の内部には空間１１が形成されてお
り、その中に多数の孔が形成された分散板１２が水平に
設けられている。シャワーヘッド１０の上部には、その
中にガスを導入するガス導入口１３が形成されており、
このガス導入口１３にはガス供給管１５が接続されてい
る。
【００２１】ガス供給管１５には、Ｈ2ガス源１６、Ａ
ｒガス源１７、ＴｉＣｌ4ガス源１８、ＳｉＨ4ガス源１
９が接続されており、これらガス源から各ガスがガス供
給管１５およびシャワーヘッド１０を通ってチャンバー
１内に供給され、ＳｉウエハＷにＴｉ膜が成膜される。
なお、各ガス源に接続される配管には、いずれもバルブ
２０およびマスフローコントローラー２１が設けられて
いる。
ｒガス源１７、ＴｉＣｌ4ガス源１８、ＳｉＨ4ガス源１
９が接続されており、これらガス源から各ガスがガス供
給管１５およびシャワーヘッド１０を通ってチャンバー
１内に供給され、ＳｉウエハＷにＴｉ膜が成膜される。
なお、各ガス源に接続される配管には、いずれもバルブ
２０およびマスフローコントローラー２１が設けられて
いる。
【００２２】シャワーヘッド１０にはマッチング回路２
２を介して高周波電源２３が接続されており、この高周
波電源２３からシャワーヘッド１０に高周波電力が印加
され得るようになっている。この高周波電力により、チ
ャンバー１内に成膜ガスのプラズマが形成される。な
お、シャワーヘッド１０とチャンバー１との間は、絶縁
部材１４により電気的に絶縁されており、チャンバー１
は接地されている。
２を介して高周波電源２３が接続されており、この高周
波電源２３からシャワーヘッド１０に高周波電力が印加
され得るようになっている。この高周波電力により、チ
ャンバー１内に成膜ガスのプラズマが形成される。な
お、シャワーヘッド１０とチャンバー１との間は、絶縁
部材１４により電気的に絶縁されており、チャンバー１
は接地されている。
【００２３】チャンバー１の底壁には、排気ポート８が
設けられており、この排気ポート８にはチャンバー１内
を排気するための排気系９が接続されている。また、チ
ャンバー１の側壁下部にはウエハＷの搬入出口２４が設
けられており、この搬入出口２４はゲートバルブ２５に
より開閉可能となっている。ウエハＷの搬入出はサセプ
タ２を下降させた状態で行われる。
設けられており、この排気ポート８にはチャンバー１内
を排気するための排気系９が接続されている。また、チ
ャンバー１の側壁下部にはウエハＷの搬入出口２４が設
けられており、この搬入出口２４はゲートバルブ２５に
より開閉可能となっている。ウエハＷの搬入出はサセプ
タ２を下降させた状態で行われる。
【００２４】このような成膜装置により、Ｔｉ膜を成膜
するためには、ゲートバルブ２５を開にしてチャンバー
１内にＳｉウエハＷを装入してサセプタ２上に載置し、
ヒーター４によりＳｉウエハＷを加熱しながら排気系９
の真空ポンプにより真空引きして高真空状態にし、引き
続き、ＴｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガス、ＳｉＨ4ガ
スを導入するとともに、高周波電源２３から高周波電力
を印加することによりプラズマを生成させる。
するためには、ゲートバルブ２５を開にしてチャンバー
１内にＳｉウエハＷを装入してサセプタ２上に載置し、
ヒーター４によりＳｉウエハＷを加熱しながら排気系９
の真空ポンプにより真空引きして高真空状態にし、引き
続き、ＴｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガス、ＳｉＨ4ガ
スを導入するとともに、高周波電源２３から高周波電力
を印加することによりプラズマを生成させる。
【００２５】ここで、Ｔｉ膜を形成する対象としては、
図２の（ａ）に示すように、Ｓｉ基板４１上に絶縁膜と
してＳｉＯ2膜４２が形成され、そこにコンタクトホー
ル４３が形成されたもの、および図２の（ｂ）に示すよ
うに、Ｓｉ基板４１に形成されたポリＳｉ膜４４の上に
層間絶縁膜としてＳｉＯ2膜４５が形成され、そこにビ
アホール４６が形成されたものが例示される。
図２の（ａ）に示すように、Ｓｉ基板４１上に絶縁膜と
してＳｉＯ2膜４２が形成され、そこにコンタクトホー
ル４３が形成されたもの、および図２の（ｂ）に示すよ
うに、Ｓｉ基板４１に形成されたポリＳｉ膜４４の上に
層間絶縁膜としてＳｉＯ2膜４５が形成され、そこにビ
アホール４６が形成されたものが例示される。
【００２６】本実施の形態においては、下地ＳｉとＴｉ
膜との間の界面のモホロジーを良好に維持しつつコンタ
クトホール４３の底部またはビアホール４６の底部に高
ステップカバレージでチタン膜を成膜するために、Ｓｉ
Ｈ4ガスを導入し、かつＳｉＯ2に対するＳｉのチタン膜
成膜の際の選択比が１以上となる条件で成膜を行う。す
なわち、ＳｉＯ2膜におけるＴｉ膜の成膜速度よりも、
ホール内のＳｉにおけるＴｉの成膜速度を大きくする。
具体的には、成膜の際の基板温度を５５０℃以上にし、
ガス流量、特にＳｉＨ4の流量を制御して、上記選択比
を１以上とする。これにより、ホールの入口に堆積する
Ｔｉ膜を少なくし、ホール内にＴｉ膜を高ステップカバ
レージで成膜することができる。一層良好なステップカ
バレージを得る観点からは上記選択比を３以上とする。
膜との間の界面のモホロジーを良好に維持しつつコンタ
クトホール４３の底部またはビアホール４６の底部に高
ステップカバレージでチタン膜を成膜するために、Ｓｉ
Ｈ4ガスを導入し、かつＳｉＯ2に対するＳｉのチタン膜
成膜の際の選択比が１以上となる条件で成膜を行う。す
なわち、ＳｉＯ2膜におけるＴｉ膜の成膜速度よりも、
ホール内のＳｉにおけるＴｉの成膜速度を大きくする。
具体的には、成膜の際の基板温度を５５０℃以上にし、
ガス流量、特にＳｉＨ4の流量を制御して、上記選択比
を１以上とする。これにより、ホールの入口に堆積する
Ｔｉ膜を少なくし、ホール内にＴｉ膜を高ステップカバ
レージで成膜することができる。一層良好なステップカ
バレージを得る観点からは上記選択比を３以上とする。
【００２７】良好な界面モホロジーと高い選択比を得る
観点からは、ＳｉＨ4の量を１〜５ＳＣＣＭとすること
が好ましい。その量が１ＳＣＣＭ未満ではモホロジーを
良好にする効果が小さく、逆に５ＳＣＣＭを超えると選
択比を所望の値にすることが困難となる。さらに好まし
くは１〜３ＳＣＣＭである。
観点からは、ＳｉＨ4の量を１〜５ＳＣＣＭとすること
が好ましい。その量が１ＳＣＣＭ未満ではモホロジーを
良好にする効果が小さく、逆に５ＳＣＣＭを超えると選
択比を所望の値にすることが困難となる。さらに好まし
くは１〜３ＳＣＣＭである。
【００２８】基板温度を５５０℃以上とするのは、５５
０℃以上になるとＴｉＳｉ2がＣ４９相と称される結晶
相に相転移し、良好な選択比が得られるようになるから
である。より選択比を向上させる観点からは基板温度は
５８０〜６３０℃の範囲であることが好ましい。基板温
度の上限は特に規定する必要はないが、ＴｉＳｉ2のＣ
５４相と称される結晶相が現れ始める６５０℃以下であ
ることが好ましい。
０℃以上になるとＴｉＳｉ2がＣ４９相と称される結晶
相に相転移し、良好な選択比が得られるようになるから
である。より選択比を向上させる観点からは基板温度は
５８０〜６３０℃の範囲であることが好ましい。基板温
度の上限は特に規定する必要はないが、ＴｉＳｉ2のＣ
５４相と称される結晶相が現れ始める６５０℃以下であ
ることが好ましい。
【００２９】その他のＴｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガ
スの量は、それぞれ、ＴｉＣｌ4：５〜１５ＳＣＣＭ、
Ｈ2：０．５〜３．５ＳＬＭ、Ａｒ：０．５〜２ＳＬＭ
の範囲とすることが好ましい。また、高周波電源への投
入電力を２００〜８００Ｗ、チャンバー内圧力を０．５
〜３．０Torrに設定することが好ましい。
スの量は、それぞれ、ＴｉＣｌ4：５〜１５ＳＣＣＭ、
Ｈ2：０．５〜３．５ＳＬＭ、Ａｒ：０．５〜２ＳＬＭ
の範囲とすることが好ましい。また、高周波電源への投
入電力を２００〜８００Ｗ、チャンバー内圧力を０．５
〜３．０Torrに設定することが好ましい。
【００３０】一例として、チャンバー内圧力：１．０To
rr、高周波電源（１３．５６ＭＨｚ）への投入電力：２
００Ｗ、Ｈ2ガス流量：１ＳＬＭ、Ａｒガス流量：１Ｓ
ＬＭ、ＴｉＣｌ4ガス流量：１０ＳＣＣＭの条件でＳｉ
Ｈ4ガス流量を１〜５ＳＣＣＭまで変化させてコンタク
トホールが形成されたＳｉＯ2膜にＴｉ膜の成膜を行っ
た。図３は基板温度を６２０℃とした場合におけるＳｉ
Ｈ4ガスの量とステップカバレージとの関係を示す。こ
の図に示すように、ＳｉＨ4ガスの量が増加するとステ
ップカバレージが低下する傾向にあることが確認され
る。
rr、高周波電源（１３．５６ＭＨｚ）への投入電力：２
００Ｗ、Ｈ2ガス流量：１ＳＬＭ、Ａｒガス流量：１Ｓ
ＬＭ、ＴｉＣｌ4ガス流量：１０ＳＣＣＭの条件でＳｉ
Ｈ4ガス流量を１〜５ＳＣＣＭまで変化させてコンタク
トホールが形成されたＳｉＯ2膜にＴｉ膜の成膜を行っ
た。図３は基板温度を６２０℃とした場合におけるＳｉ
Ｈ4ガスの量とステップカバレージとの関係を示す。こ
の図に示すように、ＳｉＨ4ガスの量が増加するとステ
ップカバレージが低下する傾向にあることが確認され
る。
【００３１】一方、ＳｉＨ4の量を０ＳＣＣＭ、１ＳＣ
ＣＭ、５ＳＣＣＭとし、基板温度を６２０℃まで変化さ
せてＳｉおよびＳｉＯ2上にＴｉ膜の成膜を行った結
果、Ｓｉ上でのＴｉ膜の膜厚は図４に示すようになり、
ＳｉＯ2上での膜厚は図５に示すようになった。これら
の図から、基板温度が５５０℃以上となるとＳｉのＳｉ
Ｏ2に対する選択比が上昇する傾向にあり、特に５８０
℃以上で選択比が大きくなることがわかる。ＳｉＨ4の
流量が５ＳＣＣＭであっても６２０℃では選択比が１を
超えている。すなわち、基板温度を５５０℃以上の所定
値に制御すれば、ＳｉＨ4の量が１〜５ＳＣＣＭの間で
選択比１以上を達成できることがわかる。選択比が上昇
するとステップカバレージも良好となり、選択比が１以
上であればステップカバレージが許容値となる。
ＣＭ、５ＳＣＣＭとし、基板温度を６２０℃まで変化さ
せてＳｉおよびＳｉＯ2上にＴｉ膜の成膜を行った結
果、Ｓｉ上でのＴｉ膜の膜厚は図４に示すようになり、
ＳｉＯ2上での膜厚は図５に示すようになった。これら
の図から、基板温度が５５０℃以上となるとＳｉのＳｉ
Ｏ2に対する選択比が上昇する傾向にあり、特に５８０
℃以上で選択比が大きくなることがわかる。ＳｉＨ4の
流量が５ＳＣＣＭであっても６２０℃では選択比が１を
超えている。すなわち、基板温度を５５０℃以上の所定
値に制御すれば、ＳｉＨ4の量が１〜５ＳＣＣＭの間で
選択比１以上を達成できることがわかる。選択比が上昇
するとステップカバレージも良好となり、選択比が１以
上であればステップカバレージが許容値となる。
【００３２】図６に基板温度６２０℃でＳｉＨ4の量を
１ＳＣＣＭとした際のコンタクトホールにチタン膜を成
膜した状態を示す電子顕微鏡写真である。この写真で示
すように、ホールの中に高ステップカバレージでＴｉ膜
が形成されているのがわかる。また、図７は同様の場合
の下地のＳｉとその上に形成されたＴｉ膜（実際にはＳ
ｉの拡散によりＴｉＳｉ2膜となっている）との界面の
状態を示す電子顕微鏡写真である（成膜後に希フッ酸で
ＴｉＳｉ2膜を剥離した後に撮影）。この図からＳｉＨ4
を添加したために界面のモホロジーが良好になっている
ことが確認される。
１ＳＣＣＭとした際のコンタクトホールにチタン膜を成
膜した状態を示す電子顕微鏡写真である。この写真で示
すように、ホールの中に高ステップカバレージでＴｉ膜
が形成されているのがわかる。また、図７は同様の場合
の下地のＳｉとその上に形成されたＴｉ膜（実際にはＳ
ｉの拡散によりＴｉＳｉ2膜となっている）との界面の
状態を示す電子顕微鏡写真である（成膜後に希フッ酸で
ＴｉＳｉ2膜を剥離した後に撮影）。この図からＳｉＨ4
を添加したために界面のモホロジーが良好になっている
ことが確認される。
【００３３】以上のように、チャンバー１内にＴｉＣｌ
4ガスおよびＨ2ガス、Ａｒガスに加えてＳｉＨ4ガスを
導入し、基板温度を５５０℃以上にするとともに、ガス
流量、特にＳｉＨ4量を制御することにより、下地Ｓｉ
とＴｉ膜との界面のモホロジーとステップカバレージと
の双方とも良好にすることが可能であることが確認され
た。
4ガスおよびＨ2ガス、Ａｒガスに加えてＳｉＨ4ガスを
導入し、基板温度を５５０℃以上にするとともに、ガス
流量、特にＳｉＨ4量を制御することにより、下地Ｓｉ
とＴｉ膜との界面のモホロジーとステップカバレージと
の双方とも良好にすることが可能であることが確認され
た。
【００３４】このようにしてＴｉ膜を成膜した後、Ｔｉ
Ｃｌ4ガス、Ａｒガス、ＮＨ3ガス、ＭＭＨ（モノメチル
ヒドラジン）ガスを導入してＴｉ膜の上にＴｉＮ膜を形
成して２層構造のバリア層とし、その後、Ａｌ等の配線
金属を成膜する。
Ｃｌ4ガス、Ａｒガス、ＮＨ3ガス、ＭＭＨ（モノメチル
ヒドラジン）ガスを導入してＴｉ膜の上にＴｉＮ膜を形
成して２層構造のバリア層とし、その後、Ａｌ等の配線
金属を成膜する。
【００３５】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の
形態では、ＴｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガス、ＳｉＨ
4ガスを用いたが、他のガスが含まれていてもよい。ま
た、製造条件についても上記条件に限るものではなく、
所望のＴｉ膜が形成されるよう適宜設定すればよい。
れることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の
形態では、ＴｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガス、ＳｉＨ
4ガスを用いたが、他のガスが含まれていてもよい。ま
た、製造条件についても上記条件に限るものではなく、
所望のＴｉ膜が形成されるよう適宜設定すればよい。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
Ｓｉ基板上またはその上のＳｉ膜上に形成された絶縁膜
のホールにＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜するにあたり、ＴｉＣ
ｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガスに加えてＳｉＨ4ガスを用
い、基板温度を５５０℃以上にすることにより、良好な
ステップカバレージを維持しつつ、下地のＳｉとの界面
のモホロジーが良好となるＴｉ膜を成膜することができ
る。
Ｓｉ基板上またはその上のＳｉ膜上に形成された絶縁膜
のホールにＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜するにあたり、ＴｉＣ
ｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガスに加えてＳｉＨ4ガスを用
い、基板温度を５５０℃以上にすることにより、良好な
ステップカバレージを維持しつつ、下地のＳｉとの界面
のモホロジーが良好となるＴｉ膜を成膜することができ
る。
【図１】本発明に係るＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法を実施
するための成膜装置の一例を示す断面図。
するための成膜装置の一例を示す断面図。
【図２】本発明が適用されるＳｉウエハを示す断面図。
【図３】ＳｉＨ4の流量とステップカバレージとの関係
を示す図。
を示す図。
【図４】ＳｉＨ4を０ＳＣＣＭ、１ＳＣＣＭ、５ＳＣＣ
Ｍとした場合における基板温度とＳｉ上のＴｉ膜厚との
関係を示す図。
Ｍとした場合における基板温度とＳｉ上のＴｉ膜厚との
関係を示す図。
【図５】ＳｉＨ4を０ＳＣＣＭ、１ＳＣＣＭ、５ＳＣＣ
Ｍとした場合における基板温度とＳｉＯ2上のＴｉ膜厚
との関係を示す図。
Ｍとした場合における基板温度とＳｉＯ2上のＴｉ膜厚
との関係を示す図。
【図６】基板温度６２０℃でＳｉＨ4の量を１ＳＣＣＭ
とした際のコンタクトホールにチタン膜を成膜した状態
を示す電子顕微鏡写真。
とした際のコンタクトホールにチタン膜を成膜した状態
を示す電子顕微鏡写真。
【図７】図６の場合における下地のＳｉとその上に形成
されたＴｉ膜との界面の状態を示す電子顕微鏡写真。
されたＴｉ膜との界面の状態を示す電子顕微鏡写真。
１……チャンバー
２……サセプタ
４……ヒーター
１０……シャワーヘッド
１４……絶縁部材
１５……ガス配管
１６……Ｈ2ガス源
１７……Ａｒガス源
１８……ＴｉＣｌ4ガス源
１９……ＳｉＨ4ガス源
２３……高周波電源
４１……Ｓｉ基板
４２，４５……ＳｉＯ2膜
４４……ポリＳｉ膜
４３，４６……ホール
Ｗ……Ｓｉウエハ
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｓｉ基板上またはその上のＳｉ膜上に形
成された絶縁膜のホールにＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜する方
法であって、 チャンバー内にＳｉ基板を装入する工程と、 チャンバー内を所定の減圧雰囲気にする工程と、 チャンバー内にＴｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、Ａｒガス、Ｓ
ｉＨ4ガスを導入する工程と、 チャンバー内にプラズマを生成して、Ｔｉ膜を成膜する
工程とを具備し、 成膜の際の基板温度を５５０℃以上とし、前記ガスの流
量を、成膜における絶縁膜に対するＳｉの選択比が１以
上となるように設定することを特徴とするＣＶＤ−Ｔｉ
膜の成膜方法。 - 【請求項２】 前記ガスの流量を、成膜における絶縁膜
に対するＳｉの選択比が３以上となるように設定するこ
とを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜
方法。 - 【請求項３】 前記ＳｉＨ4ガスの量は、１〜５ＳＣＣ
Ｍであることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ−Ｔ
ｉ膜の成膜方法。 - 【請求項４】 前記ＳｉＨ4ガスの量は、１〜３ＳＣＣ
Ｍであることを特徴とする請求項３に記載のＣＶＤ−Ｔ
ｉ膜の成膜方法。 - 【請求項５】 成膜の際の基板温度を５８０〜６３０℃
とすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいず
れか１項に記載のＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36606697A JP3381774B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | ＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法 |
| US09/216,938 US6177149B1 (en) | 1997-12-24 | 1998-12-21 | Method of forming titanium film by CVD |
| US09/713,008 US6451388B1 (en) | 1997-12-24 | 2000-11-16 | Method of forming titanium film by chemical vapor deposition |
| US10/216,398 US6841203B2 (en) | 1997-12-24 | 2002-08-12 | Method of forming titanium film by CVD |
| US11/028,736 US7484513B2 (en) | 1997-12-24 | 2005-01-05 | Method of forming titanium film by CVD |
| US12/289,597 US20090071404A1 (en) | 1997-12-24 | 2008-10-30 | Method of forming titanium film by CVD |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36606697A JP3381774B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | ＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11186197A JPH11186197A (ja) | 1999-07-09 |
| JP3381774B2 true JP3381774B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=18485843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36606697A Expired - Fee Related JP3381774B2 (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | ＣＶＤ−Ｔｉ膜の成膜方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6177149B1 (ja) |
| JP (1) | JP3381774B2 (ja) |
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| US6841203B2 (en) * | 1997-12-24 | 2005-01-11 | Tokyo Electron Limited | Method of forming titanium film by CVD |
| JP3191290B2 (ja) * | 1999-01-07 | 2001-07-23 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造方法に用いられるプラズマｃｖｄ装置 |
| JP3872245B2 (ja) * | 2000-01-14 | 2007-01-24 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 試料の断面構造観察方法 |
| KR20030019613A (ko) * | 2000-07-28 | 2003-03-06 | 동경 엘렉트론 주식회사 | 성막방법 |
| WO2002070759A1 (en) * | 2001-02-28 | 2002-09-12 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Method and apparatus for the production of titanium |
| KR100884852B1 (ko) * | 2003-08-11 | 2009-02-23 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 성막 방법 |
| RU2404287C2 (ru) * | 2006-07-07 | 2010-11-20 | СИЛИКА ТЕК, ЭлЭлСи | Установка плазменного осаждения и способ получения поликристаллического кремния |
| JP5686261B2 (ja) | 2011-07-29 | 2015-03-18 | セメス株式会社ＳＥＭＥＳ ＣＯ．， Ｌｔｄ | 基板処理装置及び基板処理方法 |
| US8785310B2 (en) | 2012-01-27 | 2014-07-22 | Tokyo Electron Limited | Method of forming conformal metal silicide films |
| US11063151B2 (en) * | 2017-03-30 | 2021-07-13 | Intel Corporation | Metal chemical vapor deposition approaches for fabricating wrap-around contacts and resulting structures |
| JP6823533B2 (ja) * | 2017-04-24 | 2021-02-03 | 東京エレクトロン株式会社 | チタンシリサイド領域を形成する方法 |
| JP6814116B2 (ja) * | 2017-09-13 | 2021-01-13 | キオクシア株式会社 | 半導体装置の製造方法および半導体製造装置 |
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