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1. WO2005069358 - PROCEDE DE FORMATIONS D'UN FILM

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明 細書

成膜方法

技術分野

[0001] 本発明は、 CVDによる成膜方法に関し、特に、半導体装置において例えばバリア 層、キャパシタ上部電極、ゲート電極、コンタクト部等として用いられる TiN系薄膜の ような金属窒化膜を成膜する成膜方法に関する。

背景技術

[0002] 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つ ている。また、高集積ィ匕にともない、例えば DRAMメモリー部のキャパシタ材として T a 2 O 5、 HfO 2等の高誘電率材に対応した上部電極を高カバレージで成膜する技術が 重要となっている。

[0003] 近時、上述したようなコンタクトホール、ビアホールの埋め込み金属のバリア層や、 キャパシタの上部電極として TiN膜が用いられつつある。

[0004] このような、 TiN膜は従来 PVDにより成膜されてヽたが、最近のようにデバイスの微 細化および高集積ィ匕に伴って、より良質の膜を高カバレージで成膜可能な CVDが 多用されるようになってきた。

[0005] CVDの TiN膜を成膜する際には、反応ガスとして TiCl 4と窒素含有還元ガスである

NH 3または MMH (モノメチルヒドラジン)とを用いて、 500 600°Cの温度で成膜さ れる。また、成膜の際の下地への影響を回避すベぐ反応ガスおよび還元ガスを供 給する工程と、還元ガスのみを供給する工程とを交互に繰り返し、 450°C程度の低温 成膜を可能にした技術が提案されて、る (特許文献 1)。

[0006] しかしながら、 Ta 2 O 5や HfO 2等の高誘電率材は温度に敏感であり、その上に TiN 膜を上部電極として成膜する場合、下地層の熱的ダメージを防止するためには 450 °C未満というより低温での成膜が要求されるが、上述の特許文献 1に開示された技術

を用いてこのような低温で実用的な成膜を行おうとすると、金属窒化膜の成膜時に異 常成長が起こって膜質が劣化し、比抵抗値が増大してしまう、という不都合がある。

[0007] また、コンタクト材料として NiSi等を用いる場合、 NiSiは耐熱性が低ぐこの NiSiを 下地として金属窒化膜を成膜する場合も、 450°C以下の低温成膜が望まれている。

[0008] さらに、最近の高密度化および高集積化の要請に対応して、より良好なステップ力 バレージが要求されて!、る。

特許文献 1:特開 2003— 77864号公報

発明の開示

[0009] 本発明の目的は、 CVD法にぉ、て、 450°C未満の低、成膜温度で良質の金属窒 化膜を高ステップカバレージで成膜することが可能な成膜方法を提供することにある

[0010] 本発明の第 1の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより金属窒化物から なる膜を形成する第 1ステップと、前記金属化合物ガスを停止して前記窒素含有還 元ガスを供給する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被 処理基板上に所定厚さの金属窒化膜を成膜する方法であって、成膜の際における 前記被処理基板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、 前記第 1ステップにおける前記処理容器内の窒素含有還元ガスの分圧を 30pa以下 とする成膜方法が提供される。

[0011] 本発明の第 2の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に Tiィ匕合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより TiNカゝらなる膜を形 成する第 1ステップと、前記 Ti化合物ガスを停止して前記窒素含有還元ガスを供給 する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被処理基板上に 所定厚さの TiN膜を成膜する方法であって、成膜の際における前記被処理基板の 温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、前記第 1ステップに おける前記処理容器内の窒素含有還元ガスの分圧を 30pa以下とする成膜方法が 提供される。

[0012] 本発明の第 3の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板

に金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより金属窒化物から なる膜を形成する第 1ステップと、前記金属化合物ガスを停止して前記窒素含有還 元ガスを供給する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被 処理基板上に第 1の厚さで初期金属窒化膜を成膜し、その後被処理基板に金属化 合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して連続的な CVDにより第 2の厚さで残余 の金属窒化膜を成膜する方法であって、前記初期金属窒化膜の成膜は、前記被処 理基板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、前記第 1 ステップにおける前記処理容器内の窒素含有還元ガスの分圧を 30pa以下として行う 成膜方法が提供される。

[0013] 本発明の第 4の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより金属窒化物から なる膜を形成する第 1ステップと、前記金属化合物ガスを停止して前記窒素含有還 元ガスを供給する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返して前記被 処理基板上に第 1の厚さの初期金属窒化膜し、その上に前記第 1ステップと前記第 2 ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返して第 2の厚さの残余の金属窒化 膜を成膜する方法であって、前記初期金属窒化膜を成膜する際に、前記被処理基 板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、前記第 1ステツ プにおける前記処理容器内の窒素含有還元ガスの分圧を 30pa以下として行い、前 記残余の金属窒化膜を成膜する際に、前記第 1ステップにおける前記処理容器内の 窒素含有還元ガスの分圧を 30pa超として行う成膜方法が提供される。

[0014] 本発明の第 5の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより金属窒化物から なる膜を形成する第 1ステップと、前記金属化合物ガスを停止して前記窒素含有還 元ガスを供給する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被 処理基板上に所定厚さの金属窒化膜を成膜する方法であって、成膜の際における 前記被処理基板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、 かつ前記第 1ステップにおける処理容器内の前記窒素含有還元ガスの分圧を P N (P a)、 1サイクル当たりの膜厚を T (nm)としたとき、以下の (A)式で計算される金属窒 化膜の比抵抗値 Rが 800 Ω— cm以下となるようにする成膜方法が提供される。 R=115.75XLn(T hk )+71.576XLn(P N ) +

418.8 (A)

[0015] 本発明の第 6の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより金属窒化物から なる膜を形成する第 1ステップと、前記金属化合物ガスを停止して前記窒素含有還 元ガスを供給する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被 処理基板上に所定厚さの金属窒化膜を成膜する方法であって、成膜の際における 前記被処理基板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、 かつ前記第 1ステップにおける処理容器内の前記窒素含有還元ガスの分圧を P N (P a)、 1サイクル当たりの膜厚を T hk (nm)、前記第 1ステップにおける前記窒素含有還 元ガスの流量を F N (mLZ分)としたとき、以下の(B)式で計算される金属窒化膜の比 抵抗値 Rが 800 μ Ω cm以下となるようにする成膜方法が提供される。

R=115.75XLn(T hk )+71.576XLn(P N )

-57.685XLn(F N )+614 (B)

[0016] 本発明の第 7の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより金属窒化物から なる膜を形成する第 1ステップと、前記金属化合物ガスを停止して前記窒素含有還 元ガスを供給する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被 処理基板上に所定厚さの金属窒化膜を成膜する方法であって、成膜の際における 前記被処理基板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、 かつ前記第 1ステップにおける処理容器内の前記窒素含有還元ガスの分圧を P N (P a)、 1サイクル当たりの膜厚を T hk (nm)、前記第 1ステップにおける前記窒素含有還 元ガスの流量を F N (mLZ分)、被処理基板の温度を T W (°C)としたとき、以下の(C) 式で計算される金属窒化膜の比抵抗値 Rが 800 μ Ω cm以下となるようにする成膜 方法が提供される。

R=115.75XLn(T hk )+71.576XLn(P N )

-57.685XLn(F )-2844.6Ln(T )

+ 17658. 3 (C)

[0017] 本発明の第 8の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより金属窒化物から なる膜を形成する第 1ステップと、前記金属化合物ガスを停止して前記窒素含有還 元ガスを供給する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被 処理基板上に所定厚さの金属窒化膜を成膜するにあたり、成膜の際における前記被 処理基板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、前記第 1ステップにおける前記処理容器内の窒素含有還元ガスの分圧を 30pa以下とするよ うに、コンピュータが成膜装置を制御するソフトウェアを含む、コンピュータにより読み 取り可能な記録媒体が提供される。

[0018] 本発明の第 9の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に Tiィ匕合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより TiNカゝらなる膜を形 成する第 1ステップと、前記 Ti化合物ガスを停止して前記窒素含有還元ガスを供給 する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被処理基板上に 所定厚さの TiN膜を成膜するにあたり、成膜の際における前記被処理基板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、前記第 1ステップにおける 前記処理容器内の窒素含有還元ガスの分圧を 30pa以下とするように、コンピュータ が成膜装置を制御するソフトウェアを含む、コンピュータにより読み取り可能な記録媒 体が提供される。

[0019] 本発明の第 10の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより金属窒化物から なる膜を形成する第 1ステップと、前記金属化合物ガスを停止して前記窒素含有還 元ガスを供給する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被 処理基板上に所定厚さの金属窒化膜を成膜するにあたり、成膜の際における前記被 処理基板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、かつ前 記第 1ステップにおける処理容器内の前記窒素含有還元ガスの分圧を P N (Pa) , 1サ イタル当たりの膜厚を T hk (nm)としたとき、以下の (A)式で計算される金属窒化膜の 比抵抗値 Rが 800 Ω— cm以下となるように、コンピュータが成膜装置を制御するソ フトウェアを含む、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体が提供される。

R= 115. 75 X Ln (T hk ) + 71. 576 X Ln (P N ) +

418. 8 (A)

[0020] 本発明の第 11の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより金属窒化物から なる膜を形成する第 1ステップと、前記金属化合物ガスを停止して前記窒素含有還 元ガスを供給する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被 処理基板上に所定厚さの金属窒化膜を成膜するにあたり、成膜の際における前記被 処理基板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、かつ前 記第 1ステップにおける処理容器内の前記窒素含有還元ガスの分圧を P N (Pa) , 1サ イタル当たりの膜厚を T hk (nm)、前記第 1ステップにおける前記窒素含有還元ガスの 流量を F N (mLZ分)としたとき、以下の (B)式で計算される金属窒化膜の比抵抗値 R

Ω— cm以下となるように、コンピュータが成膜装置を制御するソフトウェアを 含む、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体が提供される。

R= 115. 75 X Ln (T hk ) + 71. 576 X Ln (P N )

-57. 685 X Ln (F N ) +614 (B)

[0021] 本発明の第 12の観点によれば、処理容器内で成膜温度に加熱された被処理基板 に金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを供給して CVDにより金属窒化物から なる膜を形成する第 1ステップと、前記金属化合物ガスを停止して前記窒素含有還 元ガスを供給する第 2ステップとからなるサイクルを 1サイクル以上繰り返し、前記被 処理基板上に所定厚さの金属窒化膜を成膜するにあたり、成膜の際における前記被 処理基板の温度を 450°C未満とし、前記処理容器内の全圧を lOOPa超とし、かつ前 記第 1ステップにおける処理容器内の前記窒素含有還元ガスの分圧を P N (Pa) , 1サ イタル当たりの膜厚を T hk (nm)、前記第 1ステップにおける前記窒素含有還元ガスの 流量を F N (mLZ分)、被処理基板の温度を T W (°C)としたとき、以下の (C)式で計算 される金属窒化膜の比抵抗値 Rが 800 Ω— cm以下となるように、コンピュータが成 膜装置を制御するソフトウェアを含む、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体が 提供される。

R= 115. 75 X Ln (T hk ) + 71. 576 X Ln (P N )

-57. 685 X Ln (F N )-2844. 6Ln (T W )

+ 17658. 3 (C)

[0022] 上記した本発明の第 1および第 2の観点によれば、窒素含有還元ガスの分圧を 30 pa以下とすることにより成膜速度を下げ、金属化合物ガスと窒素含有還元ガスとの反 応時間を長くすることができ、金属化合物ガスを窒素含有還元ガスによって十分に還 元することができる。また、全圧を lOOPa超とすることにより、高ステップカバレージを 実現することができる。このため、 450°C未満の低い成膜温度でも、比抵抗値が低く 、異常成長の少ない良質の TiN膜等の金属窒化膜を高ステップカバレージで成膜 することができる。従来から、金属化合物ガスおよび窒素含有還元ガスを用いて金属 窒化膜を成膜する場合、窒素含有還元ガスの分圧を高くして成膜速度の大き!ヽ成膜 が指向されていた力本発明では、このように窒素含有還元ガスの分圧を 30pa以下 に下げることにより、低温成膜において良質の金属窒化膜を成膜することに成功した

[0023] また、本発明の第 3および第 4の観点によれば、それぞれ上記第 1および第 2の観 点の方法により第 1の厚さで初期金属窒化膜を成膜し、その後高スループットの成膜 が可能な方法により第 2の厚さで残余の金属窒化膜を成膜するので、下地に影響を 与える初期金属窒化膜を低温成膜による比抵抗値の低い良質の膜とし、下地に影 響を与えな、残余の膜を高スループットで成膜することができ、低温成膜による比抵 抗値の低い良質の金属窒化膜の形成と、当該金属窒化膜の成膜のスループットの 向上とを両立させることが可能になる。

[0024] 本発明の第 5の観点によれば、金属窒化膜の膜質に与える、窒素含有還元ガスの 分圧、および間欠的供給のサイクル数の双方の影響を考慮して、双方の最適な組み 合わせとすることができ、かつ全圧を lOOPa超とするので、必要以上にサイクル数を 増大させることなぐ 450°C未満の低い成膜温度下において、良質の TiN膜等の金 属窒化膜を高ステップカバレージで成膜することができる。従来から、金属化合物ガ スおよび窒素含有還元ガスを間欠的に供給して金属窒化膜を成膜する場合、間欠 的供給の反復 (サイクル)数を増大させれば金属窒化膜の比抵抗値は減少し、金属

窒化膜の膜質が向上することが知られていたが、スループットが極端に低下する。本 発明では、このように窒素含有還元ガスの分圧、および間欠的供給のサイクル数を 最適化することにより、スループットを極端に低下させることなく低温成膜により良質 の金属窒化膜を成膜することに成功した。

[0025] 本発明の第 6, 7の観点によれば、窒素含有還元ガスの分圧、および間欠的供給の サイクル数の他、膜質に影響を及ぼす他のパラメータである窒素含有還元ガスの流 量や被処理基板の温度をも考慮して、最適な組み合わせで金属窒化膜を成膜する ことができるので、 450°C未満の低い成膜温度下において、より確実に良質の TiN膜 等の金属窒化膜を高ステップカバレージで成膜することができる。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]本発明に係る成膜方法に用いられる成膜装置の構成の一例を示す略断面図。

[図 2]本発明に係る成膜方法の一実施形態におけるガス供給制御の一例を示す線 図。

[図 3]本発明に係る成膜方法の第 1の実施形態を実施した際の効果を示すグラフ。

[図 4]第 1ステップの NH 3ガス分圧と成膜された TiN膜の比抵抗との関係を示す図。

[図 5]1サイクル当たりの TiNカゝらなる膜の膜厚と成膜された TiN膜の比抵抗との関係 を示す図。

[図 6]第 1ステップの NH3ガス流量と成膜された TiN膜の比抵抗との関係を示す図。

[図 7]成膜の際の半導体ウェハの温度と成膜された TiN膜の比抵抗との関係を示す 図。

[図 8]1サイクル当たりの膜厚 T hkを横軸にとり、(8)式により計算した TiN膜の比抵抗

Rを縦軸にとって、これらの関係を示すグラフ。

[図 9] (8)式により計算した TiN膜の比抵抗 Rと実際の比抵抗の値の関係を示すダラ フ。本発明の一実施の形態である成膜方法の変形例の作用の一例を示す線図。

[図 10]本発明に係る成膜方法による TiN薄膜をメタル配線層のコンタクト部に用いた 例を示す断面図。

[図 11]本発明に係る成膜方法による TiN薄膜を DRAM等のキャパシタ構造に用い た例を示す断面図。

[図 12]本発明に係る成膜方法による TiN薄膜を DRAM等のキャパシタ構造に用い た他の例を示す断面図。

[図 13]本発明に係る成膜方法による TiN薄膜を DRAM等のキャパシタ構造に用い たさらに他の例を示す断面図。

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。

ここでは、金属化合物ガスとして TiCl 4ガスを用い、窒素含有還元ガスとして NH 3ガ スを用いて、熱 CVDで窒化チタン (TiN)の薄膜を成膜する場合を例にとって説明す る。

[0028] 図 1は、本発明の成膜方法の実施に用いられる成膜装置の一例を示す概略構成 図である。

[0029] 成膜装置 40は、気密に構成された略円筒状のチャンバ一 51を有しており、その中 には被処理体であるウェハ Wを水平に支持するためのサセプタ 52がその中央下部 に設けられた円筒状の支持部材 53により支持された状態で配置されている。このサ セプタ 52は A1N等のセラミックス力もなり、その外縁部にはウェハ Wをガイドするため のガイドリング 54が設けられている。また、サセプタ 52にはヒーター 55が埋め込まれ ており、このヒーター 55はヒーター電源 56から給電されることにより被処理基板である ウエノ、 Wを所定の温度に加熱する。サセプタ 52には、下部電極として機能する電極 58がヒーター 55の上に埋設されて!、る。

[0030] チャンバ一 51の側面部には搬入出口 92が開口され、この搬入出口 92は、ゲート バルブ Gを介して外部の図示しない真空状態のウェハ搬送室から図示しないウェハ 搬送装置によりサセプタ 52との間におけるウエノ、 Wの搬入出が行われる構成となつ ている。

[0031] サセプタ 52のウェハ Wの載置領域には、図示しない前記ウェハ搬送装置との間に おけるウェハ Wの受け渡しを行う際に、当該ウェハ Wを昇降させるための複数の昇 降ピン 89が貫通して設けられ、これらの昇降ピン 89は、駆動アーム 90を介して昇降 機構 91にて昇降駆動される。

[0032] チャンバ一 51の底部には、排気室 86が設けられ、排気管 87を介して排気装置 88 に接続されており、チャンバ一 51の内部を所望の真空度に均一に排気することが可 會こなっている。

[0033] チャンバ一 51の天壁 51aには、シャワーヘッド 60が設けられている。このシャワー ヘッド 60は、上段ブロック体 60a、中段ブロック体 60b、下段ブロック体 60cで構成さ れている。

[0034] 下段ブロック体 60cにはガスを吐出する吐出孔 67と 68とが交互に形成されている。

上段ブロック体 60aの上面には、第 1のガス導入口 61と、第 2のガス導入口 62とが形 成されている。上段ブロック体 60aの中では、第 1のガス導入口 61から多数のガス通 路 63が分岐している。中段ブロック体 60bにはガス通路 65が形成されており、上記 ガス通路 63が水平に延びる連通路 63aを介してこれらガス通路 65に連通している。 さらにこのガス通路 65が下段ブロック体 60cの吐出孔 67に連通している。また、上段 ブロック体 60aの中では、第 2のガス導入口 62から多数のガス通路 64が分岐してい る。中段ブロック体 60bにはガス通路 66が形成されており、上記ガス通路 64がこれら ガス通路 66に連通している。さらにこのガス通路 66が中段ブロック体 60b内に水平 に延びる連通路 66aに接続されており、この連通路 66aが下段ブロック体 60cの多数 の吐出孔 68に連通している。そして、上記第 1および第 2のガス導入口 61, 62は、そ れぞれ後述するガス供給機構 110に接続されてヽる。

[0035] ガス供給機構 110は、クリーニングガスである C1F 3ガスを供給する C1F 3ガス供給源

111、 Ti含有ガスである TiCl 4ガスを供給する TiCl 4ガス供給源 112、 N 2ガスを供給 する第 1の N 2ガス供給源 113、窒化ガスである NH 3ガスを供給する NH 3ガス供給源

114、 N 2ガスを供給する第 2の N 2ガス供給源 115を有している。そして、 C1F 3ガス供 給源 111には C1F 3ガス供給ライン 116が、 TiCl 4ガス供給源 112には TiCl 4ガス供給 ライン 117が、第 1の N 2ガス供給源 113には第 1の N 2ガス供給ライン 118が、 NH 3ガ ス供給源 114には NH 3ガス供給ライン 119が、第 2の N 2ガス供給源 115には第 2の

N 2ガス供給ライン 120が、それぞれ接続されている。また、図示しないが Arガス供給 源も有している。そして、各ガス供給ラインにはマスフローコントローラ 122およびマス フローコントローラ 122を挟んで 2つのバルブ 121が設けられている。

[0036] シャワーヘッド 60の第 1のガス導入口 61には TiClガス供給源 112から延びる TiCl 4ガス供給ライン 117が接続されており、この TiCl 4ガス供給ライン 117には C1F 3ガス 供給源 111から延びる C1F 3ガス供給ライン 116および第 1の N 2ガス供給源 113から 延びる第 1の N 2ガス供給ライン 118が接続されている。また、第 2のガス導入口 62〖こ は NH 3ガス供給源 114から延びる NH 3ガス供給ライン 119が接続されており、この N

H 3ガス供給ライン 119には、第 2の N 2ガス供給源 115から延びる第 2の N 2ガス供給 ライン 120が接続されている。

[0037] したがって、プロセス時には、 TiCl 4ガス供給源 112からの1じ14ガスが第 1の N 2ガ ス供給源 113からの N 2ガスとともに TiCl 4ガス供給ライン 117を介してシャワーヘッド 6

0の第 1のガス導入口 61からシャワーヘッド 60内に至り、ガス通路 63, 65を経て吐出 孔 67からチャンバ一 51内へ吐出される一方、 NH 3ガス供給源 114からの窒素含有 還元ガスである NH 3ガスが第 2の N 2ガス供給源 115からの N 2ガスとともに NH 3ガス 供給ライン 119を介してシャワーヘッド 60の第 2のガス導入口 62からシャワーヘッド 6 0内に至り、ガス通路 64, 66を経て吐出孔 68からチャンバ一 51内へ吐出される。

[0038] すなわち、シャワーヘッド 60は、 TiCl 4ガスと NH 3ガスとが全く独立してチャンバ一 5

1内に供給されるポストミックスタイプとなっており、これらは吐出後に混合され熱エネ ルギ一によつて反応が生じる。

[0039] なお、バルブ 121およびマスフローコントローラ 122はコントローラ 123によって制御 される。

[0040] 成膜装置 40の各構成部は、プロセスコントローラ 130に接続されて制御される構成 となっている。プロセスコントローラ 130には、工程管理者が成膜装置 40を管理する ためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置 40の稼働状況を可視化 して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース 131が接続されている

[0041] また、プロセスコントローラ 130には、成膜装置 40で実行される各種処理をプロセス コントローラ 130の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプ ラズマエッチング装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシ ピが格納された記憶部 132が接続されてヽる。レシピはハードディスクや半導体メモ リに記憶されていてもよいし、 CDROM、 DVD等の可搬性の記憶媒体に収容された

状態で記憶部 132の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置 から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもょヽ

[0042] そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース 131からの指示等にて任意のレ シピを記憶部 132から呼び出してプロセスコントローラ 130に実行させることで、プロ セスコントローラ 130の制御下で、成膜装置 40での所望の処理が行われる。

[0043] 次に、このような装置を用いた成膜方法の第 1の実施形態について説明する。

まず、チャンバ一 51内を排気装置 88により引き切り状態とし、第 1の N 2ガス供給源

113および第 2の N 2ガス供給源 115から N 2ガスをシャワーヘッド 60を介してチャンバ 一 51内に導入しつつ、ヒーター 55によりチャンバ一 51内を予備加熱する。温度が安 定した時点で、第 1の N 2ガス供給源 113、 NH 3ガス供給源 114および TiCl 4ガス供給 源 112からそれぞれ N 2ガス、 NH 3ガスおよび TiCl 4ガスを流し、シャワーヘッド 60を 介して所定流量で導入し、チャンバ一内圧力を所定値に維持する。 TiCl 4ガスにつ

V、ては、最初にプリフローライン(図示せず)を介して排気して流量を安定ィ匕させてか らシャワーヘッド 60側に切り換えてチャンバ一 51内に導入する。ヒーター 55によるカロ 熱によりチャンバ一 51内壁、サセプタ 52、ガイドリング 54およびシャワーヘッド 60等 のチャンバ一内部材表面に TiN膜をプリコートする。

[0044] プリコート処理が終了後、 NH 3ガスおよび TiCl 4ガスを停止し、第 1および第 2の N 2 ガス供給源 113および 115から N 2ガスをパージガスとしてチャンバ一 51内に供給し てチャンバ一 51内のパージを行い、その後、必要に応じて、 N 2ガスおよび NH 3ガス を流し、プリコートした TiN薄膜の表面の窒化処理を行い、プリコート膜を安定化させ る。

[0045] その後、排気装置 88によりチャンバ一 51内を急激に真空排気して引き切り状態と し、ゲートバルブ Gを開にして、搬入出口 92を介してウェハ Wをチャンバ一 51内へ 搬入する。そして、チャンバ一 51内に N 2ガスを供給してウエノ、 Wを予備加熱する。ゥ ェハの温度が成膜温度にほぼ安定した時点で、 TiN膜の成膜を開始する。

[0046] TiN膜を成膜する際には、ヒーター 55によりウェハ温度を 450°C未満、好ましくは 4 00°C未満、さらに好ましくは 350°C以下にする。これにより、下地膜としてキャパシタ 材として用いられる例えば Ta O、 HfO、 HfSiO、 PZT、 BST、 RuO、 ReOゃコン

タクト材料として用いられる例えば NiSiのような熱的影響を受けやすい膜が形成され ていても、下地にダメージを与えることなく成膜可能となる。

[0047] ウェハ温度をこのように設定した状態で、図 2のタイミングチャートに示すようにして TiN成膜を行う。最初に、 TiCl 4ガス供給源 112、 NH 3ガス供給源 114から、 TiCl 4ガ ス Gl、 NH 3ガス G2を、第 1および第 2の N 2ガス供給源 113, 115力らの N 2ガス G3に キャリアさせてチャンバ一 51内に供給し、熱 CVDにより TiN力もなる薄い膜を成膜す る第 1ステップを行い、次いで、 TiCl 4ガス Gl、 NH 3ガス G2を停止し、図示しないパ ージガスラインからパージガスとして N 2ガス G3をチャンバ一 51内に導入し、チャンバ 一 51内のパージを行い、その後、 NH 3ガス供給源 114から NH 3ガス G2を、第 2の N 2 ガス供給源 115からの N 2ガス G3にキャリアさせてチャンバ一 51内に供給してァニー ルを行う第 2ステップを行う。引き続き、 NH 3ガス G2を停止し、図示しないパージガス ラインからパージガスとして N 2ガス G3をチャンバ一 51内に導入し、チャンバ一 51内 のパージを行う。

[0048] 以上の工程を 1サイクルとして 1サイクル以上、好ましくは複数サイクル、より好ましく は 3サイクル以上、例えば 12— 24回程度繰り返す。このときのガスの切替は、コント口 ーラ 123によりバルブを切り替えることにより行われる。

[0049] このように以上の工程を 1サイクル以上行うことにより、目的の厚さの TiN膜をウェハ

W上に成膜する。この TiN膜の膜厚は、たとえば、 5— 100nm、好ましくは 10— 50η mである。

[0050] なお、 TiN膜を成膜する前に、窒素原子または水素原子を含むガスを導入し、絶縁 膜表面を軽く窒化してもよい。

[0051] ところで、このような 450°C未満の低温成膜において、従来の TiN膜を成膜する際 と同様の高い NH 3分圧で成膜を行うと、異常成長が起こって膜質が低下し、比抵抗 が増大してしまう。

[0052] このため、本実施形態では、このような TiN成膜の際の第 1ステップにおける NH 3分 圧を 30Pa以下とする。これにより、実用的な成膜操作において異常成長が少なぐ 比抵抗の低い良質の TiN膜を成膜することができる。なお、 NH 3分圧は希釈ガスとし て導入される Nガスの流量によって調整することができる。

[0053] 従来は、 TiN膜の成膜にぉ、て、成膜速度が還元ガスである NH 3のガス分圧に比 例することから、有害な粉状の副生成物が生じない範囲で可能な限り NH 3分圧を大 きくして高スループットの成膜が指向されていたが、本実施形態では、従来の技術常 識に反して、成膜の際の NH 3分圧を 30Pa以下と低くする。これにより、 TiCl 4と NH 3 との反応時間を長くして成膜速度を下げることができ、 TiCl 4を NH 3によって十分に 還元することができる。したがって、上述のような低温成膜が可能となる。

[0054] 異常成長の少な!/ヽ、比抵抗の低!、良質の TiN膜を成膜するためのプロセスマージ ンをより広くする観点からは、成膜の際の NH 3分圧を 20Pa以下にすることが望ましい

。さらに望ましくは 15Pa以下である。

[0055] また、このような TiN成膜処理の際には、第 1ステップおよび第 2ステップともチャン バー 51内の全圧を lOOPaより大きくする。これによりステップカバレージを良好にす ることができる。チャンバ一 51内の全圧の上限は特に決める必要はないが、 1300Pa 程度が装置的に事実上の上限となる。好ましくは lOOPa超 667Pa以下である。

[0056] 従来の TiN膜の成膜処理においては、 TiN膜の異常成長を抑制して表面モホロジ 一の良好な膜を成膜するために、成膜の際のチャンバ一 51内の全圧を lOOPa以下 の低、値にして成膜して、たが、ステップカバレージが悪、と、う問題を抱えて!/、た 。これに対して、本実施形態では、 NH 3分圧を低下させることにより異常成長の小さ い良質の膜を形成可能として、るため、チャンバ一 51内の全圧を lOOPaより大きく することにより、膜質とステップカバレージとを両立させることができる。

[0057] なお、 1サイクルあたりの膜厚は、例えば、 0. 25-2. 50nmが例示される。

[0058] 以上のことを実験によって確認した結果を図 3に示す。この図 3は、図 2に例示され るような間欠的なガス供給による成膜にぉ、て、成膜対象のウェハ Wの温度 (成膜温 度)が 380°Cの場合における NH 3ガス G2の分圧(Pa)と、得られる TiN膜の比抵抗 値 Ω— cm)との関係を示している。なお、チャンバ一内の全圧は、 260Paとした。

[0059] この図 3から明らかなように、 1サイクルで形成される膜厚が大きいほど、必要なサイ クル数は少なくなる。たとえば、最終膜厚が 16nmの TiN膜を形成する場合、 1サイク ルで形成される膜厚 Τ hk Ι λ. 00 、 1. 00 、 0. 50 、 0. 25 では、それぞ れ、 8、 16、 32、 64サイクル反復する必要がある。そして、 1サイクルで形成される膜 厚が大きくサイクル数が少ないほど高スループットとなるが、異常成長や比抵抗の増 大も起こりやすくなる。

[0060] この図から、 NH 3ガス G2の分圧が 30Pa以下であれば、 1サイクル当たりの膜厚が 実用的な膜厚である 0. 50nm (32サイクル)において、上部電極として適正な比抵 抗値の目安であり、異常成長が生じにくい 800 Ω— cm以下となることが確認される 。また、 NH 3ガス G2の分圧力 20Pa以下であれば、 1サイクル当たりの膜厚がさらに 厚い 1. OOnm (16サイクル)や 2. OOnm (8サイクル)においても低比抵抗値で異常 成長のな、膜が成膜されることが確認される。

[0061] その他の条件としては以下の通りである。第 1ステップの TiCl 4ガス G1の分圧として は、 1一 lOOPaが例示され、ステップカバレージをより良好にする観点からは、 lOPa 超 lOOPa以下の範囲にすることが好ましい。また、第 2ステップの NH 3ガス G2の分圧 は 10— 1300Paが例示され、 40Pa以上が好ましぐ lOOPa超がより好ましい。すな わち、ガス圧のほとんど NH 3ガス圧になるようにすることが好ましい。各ガスの供給流 量については、 TiCl 4ガス G1は 5— 200mL/分が例示され、 NH 3ガス G2は、第 1ス テツプの成膜時は 5— 300mLZ分、第 2ステップのァニール時 30— 5000mLZ分 が例示される。また、パージ用の N 2ガス G3は、 50— 5000mLZ分、望ましくは 50— lOOOmLZ分が例示される。

[0062] より異常成長の少ない良質の膜を得る観点からは、第 1ステップにおける NH 3ガス

G2の流量を 20mLZ分以上とすることが好ましい。上限は特に存在しないが、実用 上 20— 300mLZ分が採用される。

[0063] 第 1ステップの NH 3ガス分圧および全圧以外の条件を加味した、好ましい条件は以 下のようになる。

全圧: lOOPa超

第 1ステップの NH 3分圧: 30Pa以下

(好ましくは 20Pa以下、より好ましくは 15Pa)

TiCl 4ガス分圧: lOPa超 lOOPa以下

第 1ステップにおける NH 3ガス流量: 20mLZ分以上

1サイクルの膜厚: NH分圧が 30Pa以下のとき 0. 50nm以下、 20Pa以下のとき 2.

OOnm以下

[0064] そして、 TiN膜の成膜に際し、図 2に示す第 1ステップの時間としては 2— 8秒間が 例示され、その後のパージの時間としては 0. 5— 20秒間が例示され、第 2ステップの 時間としては 0. 5— 8秒間が例示され、その後のパージの時間としては 0. 5— 20秒 間が例示される。

[0065] TiN成膜工程が終了後、 NH 3ガスおよび TiCl 4ガスを停止し、図示しないパージガ スラインから N 2ガスをパージガスとして好ましくはそれぞれ 0. 5— lOLZminの流量 で流して、チャンバ一 51内のパージを行い、その後、 N 2ガスおよび NH 3ガスを流し、 ウエノ、 Wに成膜した TiN薄膜の表面のナイトライド処理を行う。この際の N 2ガスの供 給は、第 1および第 2の N 2ガス供給源 113および 115のいずれか、または両方から 行われる。なお、このナイトライド処理は必須なものではない。

[0066] 所定時間経過後、 N 2ガスおよび NH 3ガスを徐々に停止し、これらのガスの供給が 完全に停止された時点でプロセスを終了する。

[0067] このように、本第 1の実施形態では、 450°C未満、好ましくは 400°C未満、例えば 38 0°Cの成膜温度下において、前後にパージをはさんだ第 1ステップおよび第 2ステツ プという交互的なガスフローを行うことにより成膜する場合において、窒素含有還元 ガスである NH 3ガス G2の分圧を 30Pa以下、好ましくは 20Pa以下、より好ましくは 15

Pa未満としているので、第 1ステップで成膜速度を抑制して、十分な時間をかけて成 膜された TiN膜が第 2ステップのァニールにより効率的に脱 C1され、膜中の残留塩素 を著しく低くすることができ、低温成膜であっても残留塩素の少ない低比抵抗値の良 質の TiN膜を成膜することができ、かつ、全圧を lOOPa超と高くしているのでステップ カバレージを良好にすることができる。

[0068] すなわち、 DRAMメモリー部のキャパシタ材として用いられる例えば Ta 2 O 5、 HfO 2

、 HfSiO、 PZT、 BST、 RuO 2、 ReO 2のような高誘電率膜や、コンタクト材料として用 いられる NiSi膜に代表される熱的に不安定な下地膜上に形成する場合でも問題の ない 450°C未満、さらには 400°C未満の低温で、比抵抗値が低ぐ異常成長のない 良質の TiN膜を高ステップカバレージで成膜することが可能となる。

[0069] なお、 TiN薄膜の成膜初期のみ、上述の NH分圧を 30Pa以下にした交互的成膜

を 450°C未満の低温で行、 (第 1成膜工程)、下地に対して影響を与えな、厚さまで 成膜後、連続して、温度 450°C以上で通常の連続的な CVD - TiN成膜 (連続成膜) 、または NH 3分圧を 30Pa以上で図 2のサイクルを実施する成膜 (第 2成膜工程)を行 つてもよい。これにより、スループットを向上させることができる。

[0070] この場合に、第 1成膜工程の TiN膜の膜厚よりも第 2成膜工程の TiN膜の膜厚のほ うが大きい方が好ましい。ただし、第 1成膜工程の TiN膜の膜厚のほうが厚くてもよい 。第 1成膜工程による TiN膜の膜厚は、例えば 5— 50nmであり、第 2成膜工程による TiN膜の膜厚は、例えば 5— 95nmである。

[0071] 次に第 2の実施形態について説明する。

上述の、図 3からも読み取れるように、 1サイクルあたりの膜厚を小さくしてサイクル 数を増やせば、スループットは低下するものの、 NH 3ガス G2の分圧が 30Paを超えて も良質な TiN膜を形成することは可能である。そこで、本実施形態では、まず、 NH 3 ガスの分圧およびの膜質に対する相互作用を考慮して製造条件を設定する。

[0072] 上述したように、形成された膜の膜質は比抵抗で把握することができ、比抵抗が 80 Ο μ Ω— cm以下であれば異常成長がほとんど存在しない良好な膜であることが把握 されていることから、ここでは比抵抗が 800 Ω— cm以下になるように NH 3ガス分圧 および 1サイクルあたりの膜厚を決定する。

[0073] 図 4は、 NH 3ガス分圧 P Nと TiN膜の比抵抗との関係を示すグラフである。ここでは、

1サイクル当たりの膜厚 T hkを 0· 5nm、 NH 3ガスの流量 F Nを 30mLZmin、ウェハ温 度 T Wを 400°Cとしている。図 4に示すように、 NH 3ガス分圧 P Nが上昇するに従って比 抵抗が上昇する曲線が描かれ、 TiN膜の比抵抗を Rとしてこの曲線の式を計算する と以下の(1)式となる。

R= 71. 576Ln (P N ) + 338. 88 ( 1)

[0074] 図 5は、 1サイクル当たりの膜厚 T hkと TiN膜の比抵抗との関係を示すグラフである。

ここでは、 NH 3ガス分圧 P Nを 30Pa、 NH 3ガスの流量 F Nを 30mL/min、ウェハ温度

T Wを 400°Cとしている。図 5に示すように、 1サイクル当たりの膜厚 T hkが大きくなるに 従って比抵抗が上昇する曲線が描かれ、 TiN膜の比抵抗を Rとしてこの曲線の式を 計算すると以下の(2)式となる。

R=115.75Ln(T hk )+662.55 (2)

[0075] :れら図 4および図 5の関係から、 NHガス分圧 P NHおよび 1サイクル当たりの膜厚

T hkの TiN膜の比抵抗 Rへの影響を示す式を求めると、以下の(3)式となる。

R=115.75XLn(T hk )+71.576XLn(P N ) +

418.8 (3)

[0076] したがって、上記(3)式の TiN膜の比抵抗 Rが 800 Ω— cmを超えないように、 N H 3ガス分圧 P Nおよび 1サイクル当たりの膜厚 T hkを決定する。これにより、異常成長の ほとんど存在しない良質の膜を得ることができる。また、本実施形態においても第 1の 実施形態と同様、高ステップカバレージを得る観点から、成膜の際のチャンバ一 51 内の全圧を lOOPa超とする。なお、 NH 3ガス分圧 P Nは、希釈ガスとして流入される N

2ガスの流量により調整することができる。

[0077] ところで、 TiN膜の比抵抗は NH 3ガス流量 F Nとも相関があり、これらの関係は図 6の ようになる。ここでは、 NH 3ガス分圧 P Nを 30Pa、 1サイクル当たりの膜厚 T hkを 0· 5nm

、ウェハ温度 T Wを 400°Cとしている。図 6に示すように、 NH 3ガス流量 F Nが大きくなる に従って比抵抗が低下する曲線が描かれ、 TiN膜の比抵抗を Rとしてこの曲線の式 を計算すると以下の (4)式となる。

R=-57.685Ln(F N ) +778.92 (4)

[0078] この図 6の関係と、上記図 4および図 5の関係とから、上記 NH 3ガス分圧 P Nおよび 1 サイクル当たりの膜厚 T hkに加えて NH 3ガス流量 F Nを考慮した場合の TiN膜の比抵 抗を示す式を求めると、以下の(5)式となる。

R=115.75XLn(T hk )+71.576XLn(P N )

-57.685XLn(F N ) +614 (5)

[0079] したがって、 NH 3ガス分圧 P Nおよび 1サイクル当たりの膜厚 T hkに加えて NH 3ガス 流量 F Nを考慮する場合には、上記(5)式の TiN膜の比抵抗 Rが 800 Ω— cmを超 えないように、 NH 3ガス分圧 P N、 1サイクル当たりの膜厚 T hk、および NH 3ガス流量 F N を決定すればよい。

[0080] 本実施形態は、成膜温度 450°C未満の低温成膜が前提であり、このような低温成 膜においても比抵抗の低い良好な膜質の TiN膜を得ようとするものであるが、 TiN膜

の比抵抗は成膜の際のウェハ温度 T Wとも相関があり、これらの関係は図 7のようにな る。ここでは、 ΝΗ 3ガス分圧 Ρ Nを 30Pa、 1サイクル当たりの膜厚 T hkを 0· 5nm、 NH 3 ガス流量 F Nを 30mLZminとしている。図 7に示すように、ウェハ温度が高くなるに従 つて比抵抗が低下する曲線が描かれ、 TiN膜の比抵抗を Rとしてこの曲線の式を計 算すると以下の(6)式となる。

R=-2844. 6Ln(T w ) + 17568 (6)

[0081] この図 7の関係と、上記図 4、図 5および図 6の関係とから、上記 NH 3ガス分圧 P N、 1 サイクル当たりの膜厚 T hk、および NH 3ガス流量 F Nにカ卩えて、ウェハ温度 T Wを考慮し た場合の TiN膜の比抵抗を示す式を求めると、以下の(7)式となる。

R= 115. 75 X Ln (T hk ) + 71. 576 X Ln (P N )

-57. 685 X Ln (F N )-2844. 6Ln (T W )

+ 17658. 3 (7)

[0082] したがって、 NH 3ガス分圧 P N、 1サイクル当たりの膜厚 T hk、および NH 3ガス流量 F N に加えてウェハ温度 T Wを考慮する場合には、上記(8)式の TiN膜の比抵抗 Rが 800 μ Ω— cmを超えないように、 NH 3ガス分圧 P N、 1サイクル当たりの膜厚 T hk、 NH 3ガス 流量 F N、およびウェハ温度 T Wを決定すればよい。

[0083] 上記複数のパラメータを変化させた場合において、 1サイクル当たりの膜厚 T hkを横 軸にとり、上記(7)式で計算した TiN膜の比抵抗 Rを縦軸にとって、これらの関係を示 すグラフを図 8に示し、このような比抵抗の計算値と実際の比抵抗の値の関係を図 9 に示す。図 9に示すように、 TiN膜の比抵抗の値が 800 Ω cmまでは、実際の値と 計算値がほぼ一致しているのがわかる。比抵抗の値が 800 Ω— cmを超えると、計 算値よりも実際の値のほうが上昇する傾向にある力これは、 800 /z Ω— cmまでは比 抵抗上昇の要因のほとんどが膜中の C1濃度の上昇によるものであるのに対し、 800 μ Ω cmを超えると異常成長により急激に膜が粗雑となり、このことによる比抵抗上 昇分が加わるためである。逆に、このような計算上の比抵抗と実際の比抵抗との間の ずれが、 800 ^ Ω— cmを超えた際における異常成長の証左となる。いずれにしても、 上記計算式は比抵抗の値が 800 μ Ω cmまでは実際の値とほぼ一致して、ることか ら、上記計算式で計算した TiN膜の比抵抗 Rが 800 Ω— cm以下であれば、実際に

も異常成長がほとんど生じて、な、と言える。

[0084] 本実施形態においては、上記(3)式、(5)式、(7)式のいずれかを満たし、かつチ ヤンバー 51内の全圧を lOOPa超にすればよいが、第 1ステップの NH 3ガス分圧、 N

H 3ガス流量、 1サイクルの膜厚、ウェハ温度の好ましい範囲は、以下のとおりである。 第 1ステップの NH 3分圧: 70Pa以下

第 1ステップの NH 3ガス流量: lOmLZ分以上

1サイクルの膜厚: 2. 5nm以下

ウェハ温度: 300— 450°C

[0085] その他、第 1の実施形態と同様、 TiCl 4ガス分圧が lOPa超 lOOPa以下であることが 好ましい。その他の条件は第 1の実施形態に例示した条件を採用することができる。

[0086] このように本実施形態においては、上記(3)式、(5)式、(7)式のいずれかを満たし 、かつ全圧を lOOPa超とすることにより、 DRAMメモリー部のキャパシタ材として用い られる例えば Ta 2 O 5、 HfO 2、 HfSiO、 PZT、 BST、 RuO 2、 ReO 2のような高誘電率 膜や、コンタクト材料として用いられる NiSi膜に代表される熱的に不安定な下地膜上 に形成する場合でも問題のない 450°C未満、さらには 400°C未満の低温で、比抵抗 値が低ぐ異常成長のない良質の TiN膜を高ステップカバレージで成膜することが可 能となる。

[0087] なお、本実施形態にお!ヽても、 TiN薄膜の成膜初期のみ、成膜ガスおよび還元ガ スを用いた、上記条件を満たす交互的成膜を 450°C未満の低温で行!、 (第 1成膜ェ 程)、下地に対して影響を与えない厚さまで成膜後、連続して、温度 450°C以上で通 常の連続的な CVD— TiN成膜 (連続成膜)(第 2成膜工程)を行ってもよい。これによ り、スループットを向上させることができる。この場合にも第 1の実施形態の場合と同 様、上記第 1の実施形態の場合と同様、第 1成膜工程の TiN膜の膜厚よりも第 2成膜 工程の TiN膜の膜厚のほうが大きい方が好ましい。ただし、第 1成膜工程の TiN膜の 膜厚のほうが厚くてもよい。また、この場合の膜厚も、第 1の実施形態と同様、第 1成 膜工程では、例えば 5— 50nmであり、第 2成膜工程では、例えば 5— 95nmである。

[0088] 次に、本発明に係る成膜方法によって成膜された TiN薄膜をメタル配線層のコンタ タト部の形成工程に用いた例について図 10を参照しながら説明する。この図 10の例

では、 Si基板上に形成された配線層等の NiSi膜 10上に層間絶縁膜 11が形成され ており、層間絶縁膜 11には NiSi膜 10に達するコンタクトホール 12が形成されている 。層間絶縁膜 11およびコンタクトホール 12には Ti薄膜 13が形成され、 Ti薄膜 13と N iSi膜 10の接合部には、 Ti薄膜 13側からの Tiと、 NiSi膜 10側からの Siが相互に拡 散し合うことで TiSi部 10aが形成されている。 Ti薄膜 13の上には本発明の方法で低 温形成された TiN薄膜 14が積層されて、る。

[0089] TiN薄膜 14の下地となる NiSi膜 10は耐熱性が低く熱に敏感である力本発明で は TiN薄膜 14を 450°C未満の低温で形成するため、 NiSi膜 10は熱的なダメージを 受けること力よく、良好なコンタクトを形成することができる。

[0090] この TiN薄膜 14の上には例えば Cuまたは Wからなるメタル配線層 16が形成されて いる。このメタル配線層 16はコンタクトホール 12内にも充填され、 TiSi部 10aを介し て NiSi膜 10とメタル配線層 16とが導通される。上述のように TiSi部 10aの低抵抗値 を維持しつつ、 TiN薄膜 14が形成できるため、 TiSi部 10aを介したメタル配線層 16 と NiSi膜 10との良好な電気的導通が達成される。なお、下地が CoSi膜の場合にも 適用可能である。

[0091] 次に、本発明に係る TiN薄膜を DRAM等のキャパシタ構造に用いた例について図 11を参照しながら説明する。この図 11の例では、 Si基板 20の不純物拡散領域 20a には、表面が凹凸をなすことで大きな表面積 (すなわちキャパシタの大きな電荷蓄積 量)を実現する HSG (hemispherical grained)多結晶シリコンからなる下部電極層 21 が接続されており、この下部電極層 21の上部は、 RTN (Rapid

Thermal Nitrization)処理を施すことにより極薄い SiNバリア層 22が形成され、その上 に Ta 2 O 5からなる誘電体層 23が形成され、さら〖こ、その上には本発明の成膜方法で 形成された TiN薄膜からなる上部電極層 24が誘電体層 23の凹部内を含み高力バレ ージで形成されている。そして、上部電極層 24の上にはメタル配線層(図示せず)が 形成される。

[0092] TiN薄膜からなる上部電極層 24の成膜に際して下地となる Ta 2 O 5からなる誘電体 層 23は、熱的に不安定でダメージを受けやすいが、本発明では、上部電極層 24を 構成する TiN膜の成膜の際に 450°C未満の低温成膜が可能であるため、熱に敏感

な Ta 2 O 5力もなる絶縁層 23がダメージを受けることがなぐ良好なキャパシタンスを維 持することができ、キャパシタ部、延いてはメモリ素子全体の歩留りが向上する。

[0093] 次に、本発明に係る TiN薄膜を DRAM等のキャパシタ構造に用いた他の例につ いて図 12を参照しながら説明する。この図 12の例では、大きな表面積 (すなわちキヤ パシタの大きな電荷蓄積量)を実現できるように高アスペクト比のフィン状をなす多結 晶シリコン力なる下部電極 2 が Si基板の不純物拡散領域(図示せず)上に形成 されている。このフィン状の下部電極 21/ のアスペクト比は 12以上であり、好ましくは 15— 100である。この下部電極層 21/ の上部は、 RTN (Rapid Thermal Nitrization) 処理を施すことにより極薄い SiNバリア層 22' が形成され、その上に Ta 2 O 5からなる 誘電体層 23' が形成され、さら〖こ、その上には本発明の成膜方法で形成された TiN 薄膜からなる上部電極層 24' が誘電体層 2 の凹部内を含み高カバレージで形 成されている。そして、上部電極層 24' の上にはメタル配線層(図示せず)が形成さ れる。

[0094] この構造の場合にも、上部電極層 24^ を構成する TiN膜の成膜の際に 450°C未 満の低温成膜が可能であるため、熱に敏感な Ta 2 O 5カゝらなる誘電体層 23' がダメー ジを受けることがなぐ良好なキャパシタンスを維持することができ、キャパシタ部、延 いてはメモリ素子全体の歩留りが向上する。

[0095] 次に、本発明に係る TiN薄膜を DRAM等のキャパシタ構造に用いたさらに他の例 について図 13を参照しながら説明する。この図 13の例では、 Si基板 30の不純物拡 散領域 30aには、アモルファス S もなる下部電極層 31が接続されており、この下部 電極層 31の上には、シリコンに RTN (Rapid Thermal Nitrization)処理を施して开成 された SiNバリア層 32を介して Ta 2 O 5からなる誘電体層 33が形成され、その上には 本発明の TiN系薄膜からなる上部電極層 34が形成されている。そして、上部電極層 34の上にはメタル配線層(図示せず)が形成されている。

[0096] この構造の場合にも、上部電極層 34を構成する TiN膜の成膜の際に 450°C未満 の低温成膜が可能であるため、熱に敏感な Ta 2 O 5力もなる誘電体層 33がダメージを 受けること力よく、良好なキャパシタンスを維持することができ、キャパシタ部、延いて はメモリ素子全体の歩留りが向上する。

なお、本発明は、上記実施の形態に限らず種々変形可能である。例えば、上記実 施の形態では Ti含有ィ匕合物ガスとして TiCl 4を用いたが、例えば有機 Tiィ匕合物等、 他のガスを用いても良い。また窒素含有還元ガスとして NH 3を用いたが、 MMH等の 他のガスを用いても良い。さら〖こ、上記実施の形態では、 TiNの成膜に適用した場合 について示した力 TaNや WN等の一般の金属窒化膜にも適用することができる。さ らにまた、被処理基板として半導体ウェハを用いた例を示したが、液晶表示装置用 基板等の他の基板であってもよ、。