專利名稱：鉭氮化物膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉭氮化物膜的形成方法，特別是涉及根據(jù)CVD法形成作為配線膜用的阻擋膜有用的鉭氮化物膜的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，對(duì)半導(dǎo)體領(lǐng)域的薄膜制造技術(shù)中的微細(xì)加工的要求加快，伴隨其發(fā)生了各種各樣的問(wèn)題。
如以半導(dǎo)體器件中的薄膜配線加工為例，作為配線材料，由于電阻率小等理由，主流是使用銅。但是，由于銅具有刻蝕困難、在基底層的絕緣膜中容易擴(kuò)散的性質(zhì)，產(chǎn)生器件的可靠性低的問(wèn)題。
為了解決該問(wèn)題，以前，通過(guò)在多層配線構(gòu)造中的多層間連接孔的內(nèi)壁表面上用CVD法等形成金屬薄膜(即，導(dǎo)電性的阻擋膜)，在其上形成銅薄膜作為配線層，使得銅薄膜和基底層的硅氧化膜等絕緣膜不直接接觸，防止銅的擴(kuò)散(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
在該場(chǎng)合，伴隨上述多層配線化和圖案的微細(xì)化，要求用薄的阻擋膜將深寬比高的微細(xì)接觸孔和溝槽等階梯覆蓋(step coverage)良好地埋設(shè)。
專利文獻(xiàn)1特開(kāi)2002-26124號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求書(shū)等)發(fā)明內(nèi)容在上述現(xiàn)有技術(shù)的場(chǎng)合，存在下述問(wèn)題利用CVD法形成在確保與Cu配線膜的密合性的同時(shí)，作為阻擋膜有用的低電阻的鉭氮化物(TaN)膜是困難的。為了解決該問(wèn)題，有必要開(kāi)發(fā)將原料氣體中的烷基等有機(jī)基切斷除去，減少C含量，而且，切斷Ta和N的鍵，提高Ta/N組成比的可能的成膜工藝。
因此，本發(fā)明的課題在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供按照CVD法形成C、N含量低、Ta/N組成比高、并且作為確保和配線膜(例如，Cu配線膜)的密合性的阻擋膜有用的低電阻鉭氮化物膜的方法。
本發(fā)明的鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，按照CVD法，在成膜室內(nèi)同時(shí)導(dǎo)入含有在鉭元素(Ta)的周?chē)湮涣薔＝(R，R′)(R及R′表示碳原子數(shù)1-6的烷基，各自可以是相同的基團(tuán)，也可以是不同的基團(tuán))的配合物的原料氣體以及含有氧原子的氣體，在基板上形成含有TaOxNy(R，R′)z化合物的氧化化合物膜，然后導(dǎo)入含H原子的氣體，和前述氧化化合物膜反應(yīng)，將該膜中的與Ta鍵合的氧還原，并且將與N鍵合的R(R′)基切斷除去，形成富含鉭的鉭氮化物膜。如果上述配合物中的碳原子數(shù)超過(guò)6，存在膜中碳?xì)埓娑嗟膯?wèn)題。
本發(fā)明的鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，上述含有H原子的氣體在成膜室內(nèi)通過(guò)熱或者等離子體變成自由基，使該自由基與氧化化合物膜反應(yīng)，形成富含鉭的鉭氮化物膜。
如根據(jù)上述構(gòu)成，可以形成在所得到的膜中C、N含量減少，Ta/N組成比增大，并且作為確保和配線膜(例如，Cu配線膜)的密合性的阻擋膜有用的低電阻鉭氮化物膜。
前述原料氣體優(yōu)選選自五(二甲基氨基)鉭(PDMAT)、叔-戊基亞氨基三(二甲基酰胺)鉭(TAIMATA)、五(二乙基氨基)鉭(PEMAT)、叔-丁基亞氨基三(二甲基酰胺)鉭(TBTDET)、叔-丁基亞氨基三(乙基甲基酰胺)鉭(TBTEMT)、Ta(N(CH3)2)3(NCH3CH2)2(DEMAT)、TaX5(X選自氯、溴、碘中的鹵原子)的至少一種的配合物的氣體。
上述含氧原子氣體優(yōu)選為選自O(shè)、O2、O3、NO、N2O、CO、CO2的至少一種氣體。如果使用這樣的含氧原子的氣體，可以生成上述TaOxNy(R，R′)z。
上述含H原子的氣體，優(yōu)選為選自H2、NH3、SiH4的至少一種氣體。
根據(jù)上述鉭氮化物膜的形成方法，可得到膜中的鉭和氮的組成比滿足Ta/N≥2.0的富含鉭的低電阻的薄膜。
本發(fā)明的鉭氮化物膜的形成方法，其特征還在于，對(duì)利用上述形成方法獲得的鉭氮化物膜，通過(guò)使用以鉭作為主構(gòu)成成分的靶的濺射，使鉭粒子入射。這樣，可以形成進(jìn)一步富含鉭的、充分滿足Ta/N≥2.0的鉭氮化物膜。
上述濺射優(yōu)選調(diào)整DC功率和RF功率，使DC功率變低，并且使RF功率變高來(lái)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，按照CVD法，可實(shí)現(xiàn)能形成具有C、N含量低、并且Ta/N組成比高，作為確保和配線膜(例如，Cu配線膜)的密合性的阻擋膜有用的低電阻的富含鉭的鉭氮化物膜的效果。
另外根據(jù)本發(fā)明，對(duì)根據(jù)上述CVD法得到的鉭氮化物膜，利用濺射法等PVD法打入鉭，可實(shí)現(xiàn)能形成進(jìn)一步富含鉭的鉭氮化物膜的效果。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)在上述阻擋膜上兼有好的密合性和平滑性、形成配線膜的效果。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明[

圖1]模式上表示用于實(shí)施本發(fā)明的成膜方法的成膜裝置的一例的構(gòu)成圖。
組裝了用于實(shí)施本發(fā)明的成膜方法的成膜裝置的復(fù)合型配線膜形成裝置的模式構(gòu)成圖。
符號(hào)的說(shuō)明1真空室 2真空排氣系3電極 4高頻電源5加熱手段 6基板載置用臺(tái)7氣體室 8孔9氣體導(dǎo)入系 S基板具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明，具有C、N含量低、Ta/N組成比高的低電阻的鉭氮化物膜以下述方法形成，按照熱CVD法或者等離子體CVD法等的CVD法，在載置于作為成膜室的真空室內(nèi)的基板上，通過(guò)使含有上述含鉭配合物的原料氣體和含有氧原子的氣體的反應(yīng)，生成TaOxNy(R，R′)z化合物膜，然后使該氧化化合物膜與自由基反應(yīng)，該自由基是使導(dǎo)入到真空室內(nèi)的含H原子的氣體通過(guò)熱或者等離子體活化而生成的H2氣體或NH3氣體由來(lái)的H自由基、NH3氣體由來(lái)的NHx自由基等的自由基。
作為原料氣體、含有氧原子的氣體、含氫原子氣體可以按照上述氣體那樣直接導(dǎo)入，也可以和N2氣體或Ar氣體等惰性氣體一起導(dǎo)入。關(guān)于這些反應(yīng)體的量，優(yōu)選含氧原子氣體相對(duì)于原料氣體以微量使用，例如，相對(duì)于原料氣體5sccm，以1sccm左右以下(O2換算)的流量使用，另外，含氫原子化合物氣體相對(duì)于原料氣體的量比含氧原子氣體要多，例如，相對(duì)于原料氣體5sccm，以100～1000sccm(H2換算)的流量使用。
上述兩個(gè)反應(yīng)的溫度，只要是反應(yīng)發(fā)生的溫度即可，例如，原料氣體和含有氧原子的氣體的氧化反應(yīng)，一般在300℃以下，優(yōu)選為150～300℃，另外，該氧化反應(yīng)的生成物和自由基的反應(yīng)，一般在300℃以下，優(yōu)選為150～300℃。真空室內(nèi)的壓力優(yōu)選在最初的氧化反應(yīng)的場(chǎng)合為1～10Pa，在接下來(lái)的成膜反應(yīng)的場(chǎng)合為1～100Pa。
如上所述，配合物是在鉭元素(Ta)的周?chē)湮籒＝(R，R′)(R及R′表示碳原子數(shù)1-6的烷基，各自可以是相同的基團(tuán)，也可以是不同的基團(tuán))的化合物。該烷基可以是例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基，可以是直鏈的，也可以是支鏈的。該配合物通常為在Ta的周?chē)湮?個(gè)至5個(gè)N-(R，R′)的化合物。
上述本發(fā)明的方法，根據(jù)CVD法，可在作為成膜室的真空室內(nèi)，例如導(dǎo)入原料氣體和含有氧原子的氣體進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成TaOxNy(R，R′)z化合物膜，然后導(dǎo)入含H原子化合物氣體，使通過(guò)熱或者等離子體生成的自由基與上述氧化生成物反應(yīng)，形成鉭氮化物膜，另外也可以在其后將該工藝重復(fù)所希望的數(shù)次，或者也可以在將上述氧化反應(yīng)重復(fù)所希望的次數(shù)后，進(jìn)行和自由基的反應(yīng)。
本發(fā)明的鉭氮化物膜的形成方法，只要是可以實(shí)施所謂CVD法的成膜裝置，就可以沒(méi)有特別限制地進(jìn)行實(shí)施。例如，對(duì)使用如圖1所示的等離子體CVD成膜裝置實(shí)施本發(fā)明方法的場(chǎng)合的一實(shí)施方式，以下進(jìn)行說(shuō)明。
圖1所示的等離子體CVD裝置包含作為成膜室的真空室1，該真空室的側(cè)壁上連接真空排氣系2，在真空室的上方部以與真空室絕緣的狀態(tài)配置電極3。在該電極3上連接的高頻電源4的構(gòu)成為配置在真空室1的外部，在電極上施加高頻電力，可以使真空室內(nèi)產(chǎn)生等離子體。在真空室1內(nèi)，在其下方部配設(shè)內(nèi)藏加熱器等的加熱手段5的基板載置用臺(tái)6，使該基板載置面與電極面相互平行、對(duì)向。
在電極3的內(nèi)部設(shè)置氣體室7，在與電極的基板載置用臺(tái)6對(duì)著的面上開(kāi)口有作為噴淋?chē)娮炱鹱饔玫亩鄠€(gè)孔8，形成可以從該孔把氣體導(dǎo)入真空室內(nèi)，向基板表面供給的構(gòu)成，該電極發(fā)揮噴淋盤(pán)(シヤワ一プレ一ト)的作用。
氣體室7與氣體導(dǎo)入系9的一端連接，該氣體導(dǎo)入系的另一端連接著分別填充了原料氣體和含有氧原子的氣體和含H原子的氣體等的多個(gè)氣瓶(沒(méi)有圖示)。該場(chǎng)合，氣體室7上也可以連接多個(gè)氣體導(dǎo)入系9，它們分別連接在另外的氣瓶上。圖中沒(méi)有圖示，但是可以用質(zhì)流控制器控制各氣體流量。
原料氣體可以采用原料氣體填充氣瓶進(jìn)行導(dǎo)入，除此之外，也可以將上述含鉭的有機(jī)金屬化合物收納到加熱保溫了的容器內(nèi)，通過(guò)質(zhì)流控制器等把作為鼓泡氣體的Ar等惰性氣體供給到容器內(nèi)，使原料升華，將該鼓泡氣體和原料氣體一起導(dǎo)入真空室內(nèi)，也可以通過(guò)氣化器等把氣化了的原料氣體導(dǎo)入到真空室內(nèi)。
使用圖1所示的等離子體CVD成膜裝置，實(shí)施本發(fā)明的鉭氮化物形成方法的工藝的一實(shí)施方式如下所述。
首先，通過(guò)真空排氣系2，將真空室1內(nèi)真空排氣，直到規(guī)定的壓力(例如10-4～10-5Pa)，在基板載置用臺(tái)6上載置基板S后，對(duì)加熱手段5進(jìn)行通電，將基板加熱到規(guī)定的溫度(例如150～300℃)。然后，從氣體導(dǎo)入系9向氣體室7導(dǎo)入原料氣體和含有氧原子的氣體，從孔8向基板S表面供給。作為該基板S，沒(méi)有特別的限制，例如可以是公知的把基底密合層設(shè)置在絕緣層上的基板，也可以使對(duì)其表面進(jìn)行了脫氣等的前處理的基板。
真空室1內(nèi)的壓力穩(wěn)定為規(guī)定的壓力后，從高頻電源4輸出頻率27.12MHz、功率密度0.2W/cm2的高頻交流電壓。來(lái)自該高頻電源的交流電壓如果施加在電極3上，則在發(fā)揮陰極功能構(gòu)成的電極3和發(fā)揮陽(yáng)極功能構(gòu)成的載置在基板保持裝置6上的基板S表面之間，產(chǎn)生原料氣體和含有氧原子的氣體的等離子體。在該等離子體中生成原料氣體以及含有氧原子的氣體的自由基，在基板S表面上引起氧化反應(yīng)，形成TaOxNy(R，R′)z化合物膜。在形成具有規(guī)定膜厚的氧化化合物膜后，停止高頻電源4的運(yùn)作，停止導(dǎo)入原料氣體和含有氧原子的氣體。
接著，通過(guò)氣體導(dǎo)入系9將含H原子的氣體將導(dǎo)入真空室1內(nèi)進(jìn)行活化。即，如上述那樣操作，使在室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，將在該等離子體中產(chǎn)生的自由基入射到如上述那樣形成的氧化化合物膜的表面，使其反應(yīng)，將該氧化化合物膜中與Ta鍵合的氧還原，且切斷除去與殘留的N鍵合的R(R′)基，形成富含鉭的鉭氮化物膜。一形成具有規(guī)定厚度的鉭氮化物膜，就停止高頻電源4的運(yùn)作，停止含有H原子的氣體的導(dǎo)入，將基板S搬出真空室1外。
對(duì)于如上述那樣操作形成的鉭氮化物膜，利用AES分析時(shí)，C為2％以下、N為33～35％、Ta/N＝1.9～2.0，電阻率為700μΩ·cm以下。
如上述那樣，在等離子體CVD法中，由于含有氧原子的氣體和含H原子的氣體等的反應(yīng)氣體在等離子體中被活化，所以即使在比較低的溫度下也可以形成薄膜。另外，利用熱CVD法，在公知的工藝條件下也能與上述同樣地操作形成富含鉭的鉭氮化物膜。
對(duì)如上述那樣操作形成了具有期望膜厚的鉭氮化物膜的基板，例如根據(jù)公知的濺射成膜法，使用Ar等的濺射氣體，對(duì)靶施加電壓，使其產(chǎn)生等離子體，濺射靶，在上述鉭氮化物膜的表面也可以形成金屬薄膜、即，配線膜側(cè)密合層(阻擋膜側(cè)基底層)。
經(jīng)過(guò)以上的工序，在基板S上形成層疊膜，然后在上述配線膜側(cè)密合層上，通過(guò)公知的方法形成配線膜(例如Cu配線膜)。
但是，在本發(fā)明的鉭氮化物形成方法中，在形成該阻擋膜前，需要進(jìn)行除去吸附在基板S表面的氣體等雜質(zhì)的公知的脫氣處理，另外在該基板上形成阻擋膜后，最終形成例如包含Cu的配線膜。因此，如果形成通過(guò)可以真空排氣的搬送室將該成膜裝置至少與脫氣室和配線膜形成室連接，通過(guò)搬送用機(jī)器人，將基板可以從搬送室在成膜裝置和脫氣室和配線膜形成室間進(jìn)行搬送的這樣構(gòu)成的復(fù)合型配線膜形成裝置，可以用該裝置實(shí)施從前處理到形成配線膜的一系列工序。
對(duì)于如上述那樣操作形成的鉭氮化物膜，也可以通過(guò)濺射法等的PVD法打入鉭粒子，形成進(jìn)一步富含鉭的鉭氮化物膜。例如，可以使用在真空室的上方，在與基板保持裝置對(duì)著的位置設(shè)置靶的公知的濺射裝置進(jìn)行實(shí)施。
在這樣的濺射裝置的場(chǎng)合，在靶上連接有用于產(chǎn)生等離子體的電壓施加裝置，該等離子體濺射靶表面、使靶構(gòu)成物質(zhì)的粒子放出。這里所用的靶，其構(gòu)成是以含在上述原料氣體中的金屬的構(gòu)成元素(Ta)作為主成分，此外電壓施加裝置由高頻發(fā)生裝置和連接在靶上的電極構(gòu)成。濺射氣體只要是公知的惰性氣體、例如氬氣、氙氣等就可以。
將形成了如上述那樣獲得的作為鉭氮化物膜的阻擋膜的基板S載置在濺射室內(nèi)后，將Ar等惰性氣體導(dǎo)入濺射室內(nèi)，使其放電，對(duì)以原料氣體構(gòu)成成分的鉭作為主構(gòu)成成分的靶進(jìn)行濺射，使作為濺射粒子的鉭粒子入射到形成在基板上的薄膜中。這樣，通過(guò)濺射，由于可以使鉭從靶入射到基板表面的薄膜中，所以，可以進(jìn)一步增加阻擋膜中的鉭的含率，可以得到所期望的低電阻的富含鉭的鉭氮化物膜。另外，由于原料氣體是有機(jī)鉭化合物，所以通過(guò)利用上述濺射，構(gòu)成元素(鉭)入射到基板的表面，促進(jìn)了分解，使C和N等的雜質(zhì)從阻擋膜排擠出，可以得到雜質(zhì)少的低電阻的阻擋膜。
該濺射是為了將鉭粒子打入鉭氮化物膜中，濺射除去C和N，對(duì)該膜進(jìn)行改質(zhì)而進(jìn)行的，由于不層疊鉭膜，需要在不形成鉭膜的條件、即可以利用鉭粒子進(jìn)行刻蝕的條件下進(jìn)行。因此，例如需要調(diào)整DC功率和RF功率，使DC功率變低，且RF功率變高。例如，通過(guò)將DC功率設(shè)定在5kW以下，提高RF功率，例如為400～800W，可以達(dá)到不形成鉭膜的條件。由于RF功率依賴于DC功率，所以通過(guò)適當(dāng)調(diào)整DC功率和RF功率，可以調(diào)整膜的改質(zhì)程度。另外，濺射溫度可以是通常的濺射溫度，例如與鉭氮化物膜的形成溫度相同的溫度。
對(duì)于如上述那樣做形成了具有期望的膜厚的阻擋膜的基板S，例如根據(jù)公知的濺射成膜法，導(dǎo)入Ar等的濺射氣體、從電壓施加裝置對(duì)靶施加電壓使等離子體產(chǎn)生、濺射靶，在上述阻擋膜的表面也可以形成金屬薄膜、即配線膜側(cè)密合層(阻擋膜側(cè)基底層)。
經(jīng)過(guò)以上的工序在基板S上形成層疊膜，然后，在上述配線膜側(cè)密合層上用公知的方法形成配線膜。
圖2模式上表示具備圖1所示的成膜裝置的復(fù)合型配線膜形成裝置的構(gòu)成圖。
該復(fù)合型配線膜形成裝置100由前處理部101、成膜處理部103和連接它們的中轉(zhuǎn)部102構(gòu)成。各個(gè)部在進(jìn)行處理前，預(yù)先使其內(nèi)部為真空氛圍。
首先，在前處理部101中，將搬入室101a中配置的處理前基板利用前處理部側(cè)搬出搬入機(jī)器人101b搬入脫氣室101c。在該脫氣室101c中加熱處理前基板，使表面的水分等蒸發(fā)進(jìn)行脫氣處理。然后，將該脫氣處理過(guò)的基板利用搬出搬入機(jī)器人101b搬入還原處理室101d中。在該還原處理室101d內(nèi)，進(jìn)行下述的退火處理，即，加熱上述基板，利用氫氣體等還原性氣體除去底層配線的金屬氧化物。
退火處理結(jié)束后，利用搬出搬入機(jī)器人101b從還原處理室101d取出上述基板，搬入中轉(zhuǎn)部102。被搬入的基板在中轉(zhuǎn)部102交接到成膜處理部103的成膜處理部側(cè)搬出搬入機(jī)器人103a中。
被交接的上述基板利用搬出搬入機(jī)器人103a搬入成膜室103b中。該成膜室103b相當(dāng)于上述成膜裝置1。在成膜室103b中形成了阻擋膜以及密合層的層疊膜，利用搬出搬入機(jī)器人103a從成膜室103b搬出，搬入到配線膜室103c中。這里，在上述阻擋膜(在阻擋膜上形成密合層的場(chǎng)合，是密合層)的上面形成配線膜。形成配線膜之后，將該基板利用搬出搬入機(jī)器人103a從配線膜室103c移動(dòng)到搬出室103d而搬出。
如上述，采用一連串地進(jìn)行上述阻擋膜形成前后的工序、即，脫氣工序和配線膜形成工序的上述復(fù)合型配線膜形成裝置100的構(gòu)成，可提高作業(yè)效率。
另外，上述復(fù)合型配線膜形成裝置100的構(gòu)成，在前處理部101設(shè)置脫氣室101c和還原處理室101d各一室，在成膜處理部103中設(shè)置成膜室103b和配線膜室103c各一室，但是并不限于該構(gòu)成。
據(jù)此，例如，使前處理部101以及成膜處理部103的形狀為多角形狀，在各個(gè)面上設(shè)置多個(gè)上述脫氣室101c以及還原處理室101d、以及成膜室103b以及配線膜室103c，可進(jìn)一步提高處理能力。
實(shí)施例1在本實(shí)施例中，使用圖1所示的成膜裝置1，作為原料氣體使用五(二甲基氨基)鉭(MO)氣體、作為含有氧原子的氣體，使用O2氣體，以及作為反應(yīng)氣體，使用NH3氣體，形成鉭氮化物膜。
根據(jù)公知的方法，在實(shí)施具有SiO2絕緣膜的基板S的表面的脫氣前處理工序后，把基板S搬入利用真空排氣系2真空排氣到10-5Pa以下的真空室1內(nèi)。作為該基板，沒(méi)有特別限制，例如也可以使用下述的基板，即，根據(jù)通常的濺射成膜法，使用Ar濺射氣體，對(duì)具有以Ta為主構(gòu)成成分的靶施加電壓使等離子體產(chǎn)生，濺射靶，在表面形成基板側(cè)密合層的基板。
在真空室1內(nèi)搬入基板S，將基板S載置在基板載置用臺(tái)6上之后，用加熱器5將該基板加熱到250℃，從氣體導(dǎo)入系9向氣體室7，以5sccm導(dǎo)入上述原料氣體，以1sccm導(dǎo)入上述含有氧原子的氣體，從孔8向基板S表面供給。
真空室1內(nèi)的壓力在規(guī)定的壓力穩(wěn)定后，從高頻電源4輸出頻率27.12MHz，功率密度0.2W/cm2的高頻交流電壓，在電極3和基板S的表面之間產(chǎn)生原料氣體和含有氧原子的氣體的等離子體。通過(guò)在該等離子體中生成原料氣體和含有氧原子的氣體的自由基，在基板S表面上的氧化反應(yīng)，形成TaOxNy(R，R′)z化合物膜。形成具有規(guī)定膜厚的氧化化合物膜后，停止高頻電源4的運(yùn)作，停止原料氣體和含有氧原子的氣體的導(dǎo)入。
然后，通過(guò)氣體導(dǎo)入系9將上述含有H原子的氣體導(dǎo)入到真空室1內(nèi)，如上述那樣操作，使室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，將該等離子體中產(chǎn)生的自由基入射到如上述那樣形成的氧化化合物膜的表面，使發(fā)生反應(yīng)。通過(guò)該反應(yīng)，使該氧化化合物膜中的與Ta鍵合的氧被還原，且切斷除去與N鍵合的R(R′)基。其結(jié)果，形成富含鉭的鉭氮化物膜。形成具有規(guī)定膜厚的鉭氮化物膜后，停止高頻電源4的運(yùn)作，停止含有H原子的氣體的導(dǎo)入，將基板S搬出真空室1外。
這樣獲得的阻擋膜的組成是Ta/N＝1.9，C含量為2％以下，N含量為35％。
另外，為了比較，對(duì)于使用上述原料氣體(MO氣體)和含有氧原子的氣體(O2)的場(chǎng)合，以及使用上述原料氣體和反應(yīng)氣體(NH3)的場(chǎng)合，根據(jù)上述方法成膜。
對(duì)用上述方法得到的各自的薄膜，算出電阻率ρ(μΩ·cm)。該電阻率是用4探針探針?lè)y(cè)定薄膜電阻(Rs)，用SEM測(cè)定膜厚(T)，基于式ρ＝Rs·T算出的。
用含有氧原子的氣體(O2氣體)氧化原料氣體(MO氣體)后，流通含有氫原子的氣體(H自由基)進(jìn)行成膜的場(chǎng)合，與使用MO氣體和H自由基成膜的場(chǎng)合(2000μΩ·cm)以及使用MO氣體和O2氣體成膜的場(chǎng)合(～106Ω·cm)相比較，獲得了低的電阻率(700μΩ·cm)。
這認(rèn)為是在MO氣體和H自由基的成膜中，反應(yīng)中不能充分除去R(烷基)、即C，顯示出電阻率不降低，以及在MO氣體和含有氧原子的氣體的成膜中，Ta完全氧化，形成絕緣膜狀。
另一方面，認(rèn)為是在使用MO氣體和含有氧原子的氣體和含有H原子的氣體的成膜中，首先通過(guò)氧使原料氣體的Ta和O的鍵一部分被切斷，然后高電阻的氧化Ta系化合物中的Ta和氧的鍵被H自由基切斷，通過(guò)除去氧的同時(shí)，除去殘留的R、R′(烷基)，C、N的含有比例降低，其結(jié)果，顯示形成的膜組成變?yōu)楦缓琓a，膜的電阻率降低。
對(duì)于如上述那樣獲得了具有期望的膜厚的阻擋膜的基板，例如，根據(jù)公知的濺射成膜方法，使用Ar濺射氣體，對(duì)靶施加電壓使等離子體產(chǎn)生，濺射靶，也可以在上述阻擋膜的表面形成金屬薄膜、即，作為基底層的配線膜側(cè)密合層。
經(jīng)過(guò)以上的工序形成層疊膜的基板S上，即在上述阻擋膜側(cè)密合層上，根據(jù)公知的工藝條件形成Cu配線膜。確認(rèn)各膜之間的粘合性優(yōu)異。
實(shí)施例2本實(shí)施例中，對(duì)實(shí)施例1獲得的鉭氮化物膜，使用公知的濺射裝置，通過(guò)濺射打入鉭粒子，形成進(jìn)一步富含鉭的鉭氮化物膜。
在濺射裝置內(nèi)導(dǎo)入Ar濺射氣體，從電壓施加裝置對(duì)靶施加電壓使其放電，使等離子體產(chǎn)生，濺射以鉭作為主構(gòu)成成分的靶，在基板S上形成的薄膜中入射作為濺射粒子的鉭粒子。該濺射條件是DC功率5kW、RF功率600W。此外，濺射溫度為-30～150℃。
通過(guò)打入上述鉭粒子的濺射，可以進(jìn)一步增加阻擋膜中的鉭的含率，可以得到所期望的低電阻的富含鉭的鉭氮化物膜。另外，通過(guò)將鉭入射到基板S的表面薄膜中，促進(jìn)了薄膜的分解，使C和N等雜質(zhì)從膜中排出，可以得到雜質(zhì)少的低電阻的阻擋膜。這樣得到的薄膜，Ta/N＝3.0、C和N的含量C＝0.1％以下、N＝25％、以及得到的薄膜的比阻抗280μΩ·cm。
如上述那樣，形成期望的膜厚的改質(zhì)鉭氮化物膜后，例如，導(dǎo)入Ar濺射氣體，根據(jù)公知的濺射成膜工藝條件，從電壓施加裝置向靶施加電壓，使等離子體產(chǎn)生，濺射靶，也可以在上述阻擋膜的表面形成金屬薄膜、即，作為基底層的配線膜側(cè)密合層。
在經(jīng)過(guò)以上的工序形成了層疊膜的基板S上，即，在上述配線膜側(cè)密合層上根據(jù)公知的工藝條件，形成Cu配線膜。確認(rèn)各膜之間的粘合性優(yōu)異。
實(shí)施例3作為原料氣體，替代五(二甲基氨基)鉭，使用叔-戊基亞氨基三(二甲基氨基)鉭，除此以外，根據(jù)實(shí)施例1實(shí)施成膜工藝時(shí)，得到富含鉭的低電阻的鉭氮化物膜。對(duì)于得到的膜，是Ta/N＝1.8、C含量5％、N含量35.7％，以及得到的薄膜的電阻率為800μΩ·cm。
實(shí)施例4作為含有氧原子的氣體，替代O2氣體，使用O、O3、NO、N2O、CO或CO2，此外，作為生成H自由基的反應(yīng)氣體，使用H2氣體，除此以外，根據(jù)實(shí)施例1實(shí)施成膜工藝時(shí)，得到與實(shí)施例1同樣的結(jié)果。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，按照CVD法，可以形成C、N含量低、Ta/N組成比高、作為確保與Cu膜的密合性的阻擋膜有用的低電阻的鉭氮化物膜。因此，本發(fā)明可以適用于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的薄膜形成工藝中。
權(quán)利要求
1.鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，按照CVD法，在成膜室內(nèi)，同時(shí)導(dǎo)入含有在鉭元素(Ta)的周?chē)湮涣薔＝(R，R′)(R及R′表示碳原子數(shù)1-6的烷基，各自可以是相同的基團(tuán)，也可以是不同的基團(tuán))的配合物的原料氣體、以及含有氧原子的氣體，在基板上形成含有TaOxNy(R，R′)z化合物的氧化化合物膜，然后導(dǎo)入含H原子的氣體，與上述氧化化合物膜反應(yīng)，使該膜中的與Ta鍵合的O還原，且切斷除去與N鍵合的R(R′)基，形成富含鉭的鉭氮化物膜。
2.權(quán)利要求1記載的鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，上述含有H原子的氣體在成膜室內(nèi)通過(guò)熱或者等離子體變換成自由基，使該自由基與氧化化合物膜反應(yīng)，形成富含鉭的鉭氮化物膜。
3.權(quán)利要求1或者2記載的鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，前述原料氣體是從五(二甲基氨基)鉭、叔-戊基亞氨基三(二甲基酰胺)鉭、五(二乙基氨基)鉭、叔-丁基亞氨基三(二甲基酰胺)鉭、叔-丁基亞氨基三(乙基甲基酰胺)鉭、Ta(N(CH3)2)3(NCH3CH2)2、TaX5(X鹵原子)中選出的至少一種的配合物的氣體。
4.權(quán)利要求1～3的任一項(xiàng)記載的鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，上述含氧原子氣體為選自O(shè)、O2、O3、NO、N2O、CO、CO2的至少一種氣體。
5.權(quán)利要求1～4的任一項(xiàng)記載的鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，前述含有H原子的氣體是選自H2、NH3、SiH4的至少一種氣體。
6.權(quán)利要求1～5的任一項(xiàng)記載的鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，前述鉭氮化物膜是鉭和氮的組成比滿足Ta/N≥2.0的膜。
7.鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，對(duì)于利用權(quán)利要求1～6的任一項(xiàng)記載的形成方法獲得的鉭氮化物膜，通過(guò)使用以鉭作為主構(gòu)成成分的靶的濺射，使鉭粒子入射。
8.權(quán)利要求7記載的鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，前述濺射是通過(guò)調(diào)整DC功率和RF功率，使DC功率變低，并且使RF功率變高來(lái)進(jìn)行的。
9.權(quán)利要求7或者8記載的鉭氮化物膜的形成方法，其特征在于，入射了前述鉭粒子的鉭氮化物膜是鉭與氮的組成比滿足Ta/N≥2.0的膜。
全文摘要
本發(fā)明按照CVD法在成膜室內(nèi)導(dǎo)入含有在Ta元素的周?chē)湮涣薔＝(R，R′)(R及R′表示碳原子數(shù)1－6的烷基，各自可以是相同的基團(tuán)，也可以是不同的基團(tuán))的配合物的原料氣體、以及含有氧原子的氣體，使其在基板上反應(yīng)，形成TaO
文檔編號(hào)H01L21/285GK101091001SQ200680001459
公開(kāi)日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2006年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月3日
發(fā)明者五戶成史, 豐田聰, 牛川治憲, 近藤智保, 中村久三 申請(qǐng)人:株式會(huì)社愛(ài)發(fā)科