JP3336402B2 - Thin film formation method - Google Patents
Thin film formation methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造におい
て、試料の表面にバリヤ膜としてのTiN膜を形成する
方法に関し、より詳細には、マイクロ波プラズマCVD
法を用いて前記TiN膜を形成する薄膜の形成方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is manufactured smell of semiconductors devices
And a method for forming a TiN film as a barrier film on the surface of a sample , and more particularly , to microwave plasma CVD.
The present invention relates to a method for forming a thin film for forming the TiN film by using a method.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体装置におけるコンタクトホールや
バイア(Via)ホールにはバリヤ膜としてのTiN膜
が成膜されており、このバリヤ膜は前記コンタクトホー
ルや前記バイアホール内に形成されるW(タングステ
ン)やAl(アルミニウム)のプラグ(電極)が下地層
と反応したり、下地層に拡散するのを防止するためのも
のである。従来、TiN膜は反応性スパッタ法を用いて
成膜されていたが、反応性スパッタ法によるTiN膜
は、ステップカバレッジが悪く、コンタクトホール底部
にはほとんど成膜せず、微細化するLSIには使用でき
ないという問題があった。そこでマイクロ波プラズマC
VD法、その中でも指向性に優れたECRプラズマCV
D法が注目され、このECRプラズマCVD法はホール
底部に対しても十分な成膜性を示すことから、次世代の
ULSIにおけるバリア膜形成方法として有望視されて
いる。2. Description of the Related Art A TiN film as a barrier film is formed in a contact hole or a via hole in a semiconductor device, and this barrier film is formed of W (tungsten) formed in the contact hole or the via hole. ) Or Al (aluminum) plugs (electrodes) are prevented from reacting with or diffusing into the underlayer. Conventionally, a TiN film has been formed by a reactive sputtering method. However, a TiN film formed by a reactive sputtering method has poor step coverage, and is hardly formed at the bottom of a contact hole. There was a problem that it could not be used. Then microwave plasma C
VD method, among which ECR plasma CV with excellent directivity
Attention has been paid to the D method, and since the ECR plasma CVD method shows a sufficient film-forming property even at the bottom of the hole, it is considered to be promising as a barrier film forming method in the next generation ULSI.
【0003】図12は一般に薄膜の形成に使用するプラ
ズマCVD装置を模式的に示した断面図である。該プラ
ズマCVD装置は、プラズマ生成室31と反応室32と
からなる装置本体33と、プラズマ生成室31の周囲に
配設されて直流電源(図示せず)が接続された励磁コイ
ル34と、マイクロ波発振器(図示せず)から発振され
たマイクロ波をプラズマ生成室31に導入する導波管3
5等とから構成されている。36はマイクロ波導入窓、
37はマイクロ波導入窓36に高周波(RF)を印加す
る高周波発生源、38は試料39が載置される試料台を
それぞれ表している。FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a plasma CVD apparatus generally used for forming a thin film. The plasma CVD apparatus includes an apparatus main body 33 including a plasma generation chamber 31 and a reaction chamber 32, an excitation coil 34 disposed around the plasma generation chamber 31 and connected to a DC power supply (not shown), Waveguide 3 for introducing microwaves oscillated from a wave oscillator (not shown) into plasma generation chamber 31
5 and so on. 36 is a microwave introduction window,
Reference numeral 37 denotes a high-frequency source for applying a high frequency (RF) to the microwave introduction window 36, and reference numeral 38 denotes a sample table on which a sample 39 is placed.
【0004】プラズマ生成室31は略円筒形状に形成さ
れ、このプラズマ生成室31の上部壁の略中央部にはマ
イクロ波を導入するための第1の孔40が形成されてお
り、プラズマ生成室31の下方には、このプラズマ生成
室31よりも大口径を有する反応室32が一体的に形成
されている。また、この反応室32とプラズマ生成室3
1とは、仕切板41によって仕切られており、この仕切
板41の略中央部には第2の孔(プラズマ引出窓)42
が形成されている。The plasma generation chamber 31 is formed in a substantially cylindrical shape, and a first hole 40 for introducing a microwave is formed in a substantially central portion of an upper wall of the plasma generation chamber 31. A reaction chamber 32 having a larger diameter than the plasma generation chamber 31 is integrally formed below the plasma generation chamber 31. The reaction chamber 32 and the plasma generation chamber 3
1 is partitioned by a partition plate 41, and a second hole (plasma extraction window) 42 is provided at a substantially central portion of the partition plate 41.
Are formed.
【0005】さらに、反応室32の側壁には第1の導入
配管43が接続され、反応室32の底部には排気系(図
示せず)に連通している排気配管44が接続されてい
る。また、プラズマ生成室31の上部壁には第2の導入
配管45が接続されている。Further, a first introduction pipe 43 is connected to a side wall of the reaction chamber 32, and an exhaust pipe 44 communicating with an exhaust system (not shown) is connected to a bottom of the reaction chamber 32. A second introduction pipe 45 is connected to an upper wall of the plasma generation chamber 31.
【0006】高周波発生源37は高周波発生器46とマ
ッチングボックス47とから構成され、マイクロ波導入
窓36と導波管35との間に挟着された平板電極48を
介してマイクロ波導入窓36に高周波が印加されるよう
になっている。The high-frequency generator 37 is composed of a high-frequency generator 46 and a matching box 47, and the microwave introduction window 36 is interposed between the microwave introduction window 36 and the waveguide 35 via a plate electrode 48. Is applied with a high frequency.
【0007】試料台38には試料39に高周波を印加す
るための高周波発振器51が、マッチングボックス50
を介して接続されている。この高周波発振器51より試
料39に所定の高周波を印加して薄膜の形成を行なうこ
とより、試料39にかかるバイアス電圧が作用し、試料
39表面の凹凸面が微細な場合でも段差被覆性の良好な
薄膜を形成できる。A high frequency oscillator 51 for applying a high frequency to the sample 39 is mounted on the sample table 38 by a matching box 50.
Connected through. By applying a predetermined high frequency to the sample 39 from the high-frequency oscillator 51 to form a thin film, a bias voltage applied to the sample 39 acts, and even when the uneven surface of the surface of the sample 39 is fine, good step coverage can be obtained. A thin film can be formed.
【0008】上記装置を用いてTiN薄膜を形成するに
は、まず排気系を操作して装置本体33内を所定の圧力
に減圧し、この後TiCl4 を第1の導入配管43から
反応室32内に供給する一方、Ar、H2 及びN2 を第
2の導入配管45からプラズマ生成室31内に供給す
る。この後装置本体33を所定の圧力に設定する。In order to form a TiN thin film using the above-described apparatus, the inside of the apparatus main body 33 is first reduced to a predetermined pressure by operating an exhaust system, and then TiCl 4 is supplied from the first introduction pipe 43 to the reaction chamber 32. While supplying Ar, H 2, and N 2 from the second introduction pipe 45 into the plasma generation chamber 31. Thereafter, the apparatus main body 33 is set to a predetermined pressure.
【0009】さらに、高周波発生源37に通電してマイ
クロ波導入窓36に電圧を印加し、高周波によるArイ
オンのスパッタ効果により、TiN薄膜がマイクロ波導
入窓36に付着するのを防止する。Further, a voltage is applied to the microwave introduction window 36 by energizing the high frequency generation source 37 to prevent the TiN thin film from adhering to the microwave introduction window 36 due to the sputtering effect of Ar ions by high frequency.
【0010】一方、マイクロ波をマイクロ波発振器から
導波管35を介してプラズマ生成室31に導入するとと
もに、励磁コイル34に直流電源を接続してプラズマ生
成室31内に磁場を生じさせる。そしてプラズマ生成室
31内で高エネルギー電子と原料ガスとを衝突させ、こ
の原料ガスを分解してイオン化し、プラズマを生成させ
る。On the other hand, a microwave is introduced from the microwave oscillator into the plasma generation chamber 31 via the waveguide 35, and a DC power supply is connected to the exciting coil 34 to generate a magnetic field in the plasma generation chamber 31. Then, high-energy electrons collide with the source gas in the plasma generation chamber 31, and the source gas is decomposed and ionized to generate plasma.
【0011】この生成されたプラズマは第2の孔42を
通過し、発散磁界により図中矢印A方向に加速されて反
応室32内に導かれ、試料台38に載置された試料39
の表面にTiN薄膜を形成する。The generated plasma passes through the second hole 42, is accelerated by a diverging magnetic field in the direction of arrow A in the figure, is guided into the reaction chamber 32, and is sampled on the sample stage 38.
A TiN thin film on the surface of the substrate.
【0012】また、バリヤ膜としてのTiN膜成長後
は、次工程としてコンタクトホールやバイアホール(以
下、バイアホールを含めてコンタクトホールと記す)内
へのプラグの埋め込み形成を行なっており、これはWを
LPCVD(減圧CVD)法により埋め込んだり、Al
を溶融させるリフロー法により行なっている。After the growth of the TiN film as a barrier film, plugs are buried in contact holes and via holes (hereinafter, referred to as contact holes including via holes) as a next step. W is buried by LPCVD (low pressure CVD),
Is carried out by a reflow method of melting.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】上記したように、EC
RプラズマCVD法を用いれば、微細なコンタクトホー
ル底部に対してもTiN膜を成膜することができる。し
かし、ECRプラズマCVD法は指向性が高く、コンタ
クトホール側壁部に成膜されたTiN膜はポーラス
(疎)な膜となりやすい。そして、このTiN膜がポー
ラスな膜であった場合、このTiN膜の形成後、次工程
であるW膜の成膜工程、続いてエッチバックによる前記
コンタクトホール部以外のW膜のエッチング除去工程を
行うと、側壁部に成膜したこのポーラスな膜がエッチン
グされ、コンタクトホールの側壁部に沿って溝が形成さ
れ、十分なコンタクトをとることができないという問題
があった。As described above, the EC
By using the R plasma CVD method, a TiN film can be formed even on the bottom of a fine contact hole. However, the ECR plasma CVD method has high directivity, and the TiN film formed on the side wall of the contact hole tends to be a porous (sparse) film. If the TiN film is a porous film, after the formation of the TiN film, the next step of forming a W film, and subsequently, the step of etching and removing the W film other than the contact hole by etching back, is performed. If this is done, the porous film formed on the side wall is etched, and a groove is formed along the side wall of the contact hole, so that there is a problem that a sufficient contact cannot be obtained.
【0014】また、コンタクトホール側壁部に成膜され
たTiN膜にはオーバーハング(突き出た状態)部が形
成され易く、さらに成膜を続けると、オーバーハング部
が相互に結合し、上部が閉塞されてTiN膜内にボイド
(空洞)が残存してデバイスの特性を劣化させるという
課題があった。したがって、このボイドの発生と上記し
たポーラスなTiN膜の生成とにより、TiN膜でプラ
グを形成するのが難しいという課題があった。Further, an overhang (protruding state) is likely to be formed in the TiN film formed on the side wall of the contact hole, and if the film formation is continued, the overhangs are connected to each other and the upper part is closed. As a result, there is a problem that voids (cavities) remain in the TiN film to deteriorate device characteristics. Therefore, there is a problem that it is difficult to form a plug with the TiN film due to the generation of the voids and the formation of the porous TiN film described above.
【0015】また、バリヤ膜としてのTiN膜の成膜後
にWやAlによるプラグ形成工程を組み入れることは、
工程数を増加させるとともに、WやAlによるプラグ形
成は歩留りが悪く、スループットも遅いため、量産ライ
ンにおけるコストアップの要因になるという課題があっ
た。In addition, incorporating a plug forming step using W or Al after forming a TiN film as a barrier film is necessary.
In addition to increasing the number of processes, the formation of plugs made of W or Al has a problem that the yield is low and the throughput is low, which causes a cost increase in a mass production line.
【0016】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、微細化するコンタクトホールへのTiN膜の成膜に
関し、コンタクトホール底部への十分な成膜はもちろ
ん、その後のコンタクトホールへのプラグの埋め込み形
成後においても十分なコンタクトを図ることが可能なバ
リヤ膜としてのTiN膜を形成することができ、またボ
イドの発生がなく、十分なコンタクトを図ることが可能
なプラグとしてのTiN膜を形成することができる薄膜
の形成方法を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above problems, and relates to the formation of a TiN film in a contact hole to be miniaturized. It is possible to form a TiN film as a barrier film capable of achieving a sufficient contact even after the buried formation, and to form a TiN film as a plug capable of achieving a sufficient contact without generation of voids. It is an object of the present invention to provide a method for forming a thin film that can be performed.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第1発明に係る薄膜の形成方法は、H 2 とA
rとN 2 との混合ガス、又はH 2 とN 2 との混合ガスが
供給されるプラズマ生成室の内部にマイクロ波の作用に
よりプラズマを生成し、生成されたプラズマをTiCl
4 ガスが供給される反応室に導き、該反応室の内部に配
した試料の表面にTiN膜を形成する薄膜の形成方法に
おいて、前記反応室に供給されるTiCl4 のガス流量
に対する前記プラズマ生成室に供給される混合ガス中の
H2 のガス流量の比を2以下とすることを特徴とし、ま
た、本発明の第2発明に係る薄膜の形成方法は、H 2 と
ArとN 2 との混合ガス、又はH 2 とN 2 との混合ガス
が供給されるプラズマ生成室の内部にマイクロ波の作用
によりプラズマを生成し、生成されたプラズマをTiC
l 4 ガスが供給される反応室に導き、該反応室の内部に
配した試料の表面にTiN膜を形成する薄膜の形成方法
において、前記反応室に供給されるTiCl4 のガス流
量に対する前記プラズマ生成室に供給される混合ガス中
のN2 のガス流量の比を1以下とすることを特徴とし、
また、本発明の第3発明に係る薄膜の形成方法は、第1
又は第2発明に係る薄膜の形成方法において、前記試料
に高周波を印加しながらTiN膜を形成することを特徴
としている。Means for Solving the Problems] method of forming engaging Ru thin film to the first aspect of the present invention in order to achieve the above object, H 2 and A
mixed gas of r and N 2, or a mixed gas of H 2 and N 2 is
Microwave action inside the supplied plasma generation chamber
Generates more plasma, and generates the generated plasma with TiCl
4 Lead to the reaction chamber to which the gas is supplied, and arrange inside the reaction chamber.
In the method of forming a thin film for forming a TiN film on the surface of a sample, the ratio of the gas flow rate of H 2 in the mixed gas supplied to the plasma generation chamber to the gas flow rate of TiCl 4 supplied to the reaction chamber is set to 2 characterized in that the less, the method of forming the engaging Ru thin film to the second aspect of the present invention, with H 2
A gas mixture of Ar and N 2, or a mixed gas of H 2 and N 2
Of microwaves inside the plasma generation chamber to which air is supplied
To generate plasma, and convert the generated plasma to TiC
l 4 gas is supplied to the reaction chamber, and the inside of the reaction chamber is
In the method of forming a thin film for forming a TiN film on the surface of a placed sample, the mixed gas supplied to the plasma generation chamber with respect to the gas flow rate of TiCl 4 supplied to the reaction chamber
The ratio of the N 2 gas flow rate to 1 or less,
The formation method of the third invention engaging Ru thin film of the present invention, first
Alternatively, in the method for forming a thin film according to the second invention, the TiN film is formed while applying a high frequency to the sample.
【0018】[0018]
【作用】TiN膜の反応のメカニズムとしては下記の反
応式が考えられる。 2TiCl4 + N2 + 4H2 → 2TiN+ 8HCl そこで、まずH2 の供給量をTiCl4 の供給量に対し
低下させる場合を考える。この場合には、TiCl4 か
らの塩素引き抜き効果が低下し、反応式は左から右に進
みにくくなる。しかしコンタクトホールの底部やコンタ
クトホール以外の部分のようにプラズマによるイオン衝
撃のあるところは、そのイオン衝撃のエネルギーによっ
てTiCl4 が分解し、TiN膜の成膜が進むと考えら
れる。一方、コンタクトホール側壁部は、イオン衝撃が
少ないのでTiCl4 の分解が進まず、その結果TiN
膜の成膜が抑制される。したがって、H2 の供給量をT
iCl4 の供給量に対し低下させることによって、ポー
ラスな膜であるか否かにかかわらず、側壁部へのTiN
膜の成膜を抑制し、エッチバックの際に問題となるポー
ラスなTiN膜のエッチングから生ずるコンタクトホー
ル側壁に沿う溝の発生を防ぎ、十分にコンタクトがとれ
たバリヤ膜としてのTiN膜を形成し得ることとなる。
また、さらに続けて成膜処理を施す場合には、コンタク
トホールの底部から上方に向けて次第に成膜が進み、ボ
イドの発生を防止しつつ、十分にコンタクトがとれたプ
ラグとしてのTiN膜を形成し得ることとなる。The following reaction formula can be considered as the mechanism of the reaction of the TiN film. 2TiCl 4 + N 2 + 4H 2 → 2TiN + 8HCl First, consider a case where the supply amount of H 2 is reduced with respect to the supply amount of TiCl 4 . In this case, the effect of extracting chlorine from TiCl 4 is reduced, and it becomes difficult for the reaction formula to proceed from left to right. However, where there is an ion bombardment by plasma, such as at the bottom of the contact hole or a part other than the contact hole, it is considered that TiCl 4 is decomposed by the energy of the ion bombardment and the formation of the TiN film proceeds. On the other hand, the side wall of the contact hole has little ion bombardment, so that decomposition of TiCl 4 does not proceed.
Film formation is suppressed. Therefore, the supply amount of H 2 is set to T
By reducing the supply amount of iCl 4 , regardless of whether the film is a porous film or not, TiN
The formation of the film is suppressed, and the generation of a groove along the side wall of the contact hole caused by the etching of the porous TiN film, which is a problem at the time of etching back, is prevented. You will get.
In the case where the film formation process is further continued, the film formation gradually progresses upward from the bottom of the contact hole to form a TiN film as a plug with sufficient contact while preventing generation of voids. Can be done.
【0019】次にN2 の供給量をTiCl4 の供給量に
対し低下させる場合を考える。この場合には、TiCl
4 が過剰となるので、TiCl4 がコンタクトホール部
全体、底部・側壁部にかかわらず吸着マイグレートした
状態となり、TiCl4 がマイグレートしている表面部
分にN2 及びH2 が到達した時に反応は起こる。すなわ
ち表面マイグレーションの効果の強い反応となりコンフ
ォーマルな成膜が行われる。その結果ポーラスでない良
質なTiN膜の成膜がコンタクトホール底部のみならず
側壁部にも行われ、エッチバックの際にもエッチングが
TiN膜のところだけ速く進むということがなくなり、
結果としてコンタクトホール側壁に沿う溝の発生を防
ぎ、十分にコンタクトがとれたバリヤ膜としてのTiN
膜を形成し得ることとなる。また、さらに続けて成膜処
理を施す場合には、コンタクトホールの側壁部における
オーバーハング部の形成が抑制され、ボイドの発生を防
止しつつ、十分にコンタクトがとれたプラグとしてのT
iN膜をより速く形成し得ることとなる。Next, consider a case where the supply amount of N 2 is reduced with respect to the supply amount of TiCl 4 . In this case, TiCl
4 becomes excessive, so that TiCl 4 is adsorbed and migrated irrespective of the entire contact hole portion, the bottom and the side wall, and reacts when N 2 and H 2 reach the surface portion where TiCl 4 is migrated. Happens. That is, a reaction having a strong effect of surface migration is obtained, and a conformal film is formed. As a result, a high-quality non-porous TiN film is formed not only on the bottom of the contact hole but also on the side wall, so that the etching does not proceed as fast as the TiN film even during the etch back.
As a result, the formation of a groove along the side wall of the contact hole is prevented, and TiN as a barrier film with sufficient contact is obtained.
A film can be formed. Further, when the film forming process is further performed, the formation of the overhang portion on the side wall portion of the contact hole is suppressed, and the generation of voids is prevented, and the T as a plug with sufficient contact is formed.
The iN film can be formed faster.
【0020】また、本発明に係る第3の薄膜の形成方法
によれば、試料に高周波を印加しながらTiN膜を形成
するので、成膜物質の指向性が高められ、コンタクトホ
ールの底部から成膜が進むこととなり、前記第1又は第
2の方法によりオーバーハング部が形成されたとして
も、このオーバーハング部が逆スパッタされて、TiN
膜上部が閉塞されるのが防止され、ボイドの発生が防げ
ることとなる。またイオンの衝撃作用により側壁部近傍
におけるポーラスなTiN膜の形成が抑制され、エッチ
バックの際にもコンタクトホール側壁に沿う態様の溝の
形成が防止され、十分にコンタクトがとれたバリヤ膜と
してのTiN膜を形成し得ることとなる。また、さらに
続けて成膜処理を施すことにより、コンタクトホールの
底部から上方に向けて次第に成膜が進み、ボイドの発生
を防止しつつ、十分にコンタクトがとれたプラグとして
のTiN膜を形成し得ることとなる。 Further, according to the third method of forming a thin film according to the present invention, since the TiN film is formed while applying a high frequency to the sample, the directivity of the film-forming substance is enhanced, and the film is formed from the bottom of the contact hole. The film advances, and the first or the second
As the overhang portion is formed by two methods
Also, this overhang portion is reverse sputtered, and TiN
It is possible to prevent the upper portion of the film from being closed, thereby preventing the occurrence of voids. In addition, the formation of a porous TiN film in the vicinity of the side wall portion is suppressed by the ion bombardment effect, and the formation of a groove along the side wall of the contact hole is also prevented during the etch back, so that a barrier film with sufficient contact can be obtained. A TiN film can be formed. Further, by performing a film forming process further continuously, the film is gradually formed upward from the bottom of the contact hole, and a TiN film as a sufficiently contacted plug is formed while preventing generation of voids. that Do and get.
【0021】なおArガスの添加はプラズマの強度を強
め、成膜速度を高める目的で用いられる。The addition of Ar gas is used for the purpose of increasing the intensity of plasma and increasing the film formation rate.
【0022】[0022]
【実施例】以下、本発明に係る薄膜の形成方法の一実施
例について説明する。本実施例においては、本発明にか
かる薄膜の形成方法、すなわちコンタクトホール部への
TiN膜の成膜に関し、その後のW膜の成膜および絶縁
膜上のW膜のエッチバックを含めて説明する。また、W
膜の成膜を行わず、そのまま続けて成膜処理を施し、T
iN膜によるプラグ埋め込みを行った場合についても説
明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the method for forming a thin film according to the present invention will be described below. In this embodiment, a method of forming a thin film according to the present invention, that is, a method of forming a TiN film in a contact hole portion, will be described, including a subsequent film formation of a W film and an etchback of the W film on an insulating film. . Also, W
Without performing film formation, the film formation process is continuously performed, and T
A case where plug embedding with an iN film is performed will also be described.
【0023】本実施例のTiN膜の成長に用いたプラズ
マCVD装置の構成は図12に示した従来のものと同様
であり、ここではその詳細な説明を省略することとす
る。また本実施例におけるTiN膜の成膜は、TiCl
4 の流量を10sccm、Arの流量を43sccmで
一定としてN2 流量またはH2 流量を変化させ(ただし
圧力は1mTorrに保持する)、マイクロ波パワー
2.8kw、試料温度460℃、マイクロ波窓のRFパ
ワー150wの条件で、直径が略1μmのコンタクトホ
ールを有する試料上に行った。次に、それぞれの試料上
にW膜をLPCVD法によって成膜した。成膜条件はW
F6 の流量150sccm、H2 の流量750scc
m、N2 の流量2700sccm、圧力45mTor
r、試料温度480℃であった。そして引き続き、EC
Rプラズマ法によりそれぞれの試料にエッチバック処理
を施した。エッチバックの条件はSF6 の流量100s
ccm、圧力1mTorr、マイクロ波パワー1.5k
w、試料温度100℃であった。また、W膜の成膜は行
わず、そのまま続けてTiNの成膜処理を施してTiN
膜によるプラグ埋め込みを行った後、CMP(Chemical
Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)によりコン
タクトホール上部におけるTiN膜を除去する操作も行
った。そしてそれぞれの試料のコンタクトホール部の断
面をSEM(走査型電子顕微鏡)を用いて観察した。The configuration of the plasma CVD apparatus used for growing the TiN film of this embodiment is the same as that of the conventional apparatus shown in FIG. 12, and a detailed description thereof will be omitted. In this embodiment, the TiN film is formed by TiCl
The N 2 flow rate or the H 2 flow rate was changed while keeping the flow rate of 4 at 10 sccm and the Ar flow rate at 43 sccm (however, the pressure was maintained at 1 mTorr), microwave power of 2.8 kw, sample temperature of 460 ° C., and microwave window. The test was performed on a sample having a contact hole having a diameter of about 1 μm under the condition of RF power of 150 w. Next, a W film was formed on each sample by an LPCVD method. Film formation conditions are W
F 6 flow rate 150 sccm, H 2 flow rate 750 scc
m, N 2 flow rate 2700 sccm, pressure 45 mTorr
r, sample temperature was 480 ° C. And then, EC
Each sample was subjected to an etch-back process by the R plasma method. Etch-back of the conditions the flow rate of SF 6 100s
ccm, pressure 1mTorr, microwave power 1.5k
w, sample temperature was 100 ° C. In addition, the W film is not formed, and the TiN film is continuously
After embedding the plug with the film, CMP (Chemical
An operation of removing the TiN film above the contact hole by Mechanical Polishing (chemical mechanical polishing) was also performed. And the cross section of the contact hole part of each sample was observed using SEM (scanning electron microscope).
【0024】先ず、TiCl4 の流量を10sccm、
Arの流量を43sccm、N2 の流量を15sccm
で一定とし、H2 の流量を10sccm、20scc
m、30sccm、50sccmと変化させてTiN膜
を成膜した。それぞれの条件でのコンタクトホール部近
傍の断面図を図1に示しており、(a)は10scc
m、(b)は20sccm、(c)は30sccm、
(d)は50sccmの場合を示している。またその後
のW膜の成膜後及びエッチバック後におけるコンタクト
ホール部近傍の断面をそれぞれ図2、図3に示す。図2
(a)、図3(a)は図1(a)に対応するものであ
り、他も同様である。この断面図によると、H2流量が
20sccm以下(TiCl4 の流量に対するH2 の流
量比が2以下)の時、TiN膜12はコンタクトホール
11の底部11b及び絶縁膜(SiO2 膜)20の上部
には均一に成膜されたが、側壁部11aにはほとんど成
膜せず(図1(a)、(b))、その結果エッチバック
を行ってもコンタクトホール側壁11aに沿っての溝が
見られなかった(図3(a)、(b))。またH2 流量
が30sccm以上(TiCl4 の流量に対するH2 の
流量比が3以上)のときは、TiN膜12が側壁部11
aにも成膜したが(図1(c)、(d))、側壁部11
aの成膜はコンタクトホールの入り口部の方が底部に近
い方に比べて厚く成膜したので、W16の成膜時にはボ
イド13が発生し(図2(c)、(d))、さらにエッ
チバック時にはコンタクトホールの側壁に沿って溝14
が発生し、またボイド13はホール15となった(図3
(c)、(d))。First, the flow rate of TiCl 4 was set at 10 sccm,
Ar flow rate is 43 sccm, N 2 flow rate is 15 sccm
And the flow rate of H 2 is set to 10 sccm and 20 scc.
m, 30 sccm, and 50 sccm were changed to form a TiN film. FIG. 1 is a cross-sectional view of the vicinity of the contact hole under each condition, and FIG.
m, (b) is 20 sccm, (c) is 30 sccm,
(D) shows the case of 50 sccm. FIGS. 2 and 3 show cross sections near the contact hole portion after the subsequent formation of the W film and after the etch back, respectively. FIG.
(A) and FIG. 3 (a) correspond to FIG. 1 (a), and the others are the same. According to this sectional view, when the H 2 flow rate is 20 sccm or less (the flow rate ratio of H 2 to the flow rate of TiCl 4 is 2 or less), the TiN film 12 becomes the bottom 11 b of the contact hole 11 and the insulating film (SiO 2 film) 20. Although a film was uniformly formed on the upper portion, the film was hardly formed on the side wall portion 11a (FIGS. 1A and 1B). As a result, even when the etch back was performed, the groove along the side wall 11a of the contact hole was formed. Was not observed (FIGS. 3A and 3B). When the flow rate of H 2 is 30 sccm or more (the flow rate ratio of H 2 to the flow rate of TiCl 4 is 3 or more), the TiN film 12
a (FIGS. 1C and 1D), but the side wall 11
Since the film a was formed thicker at the entrance of the contact hole than at the portion near the bottom, voids 13 were generated at the time of W16 film formation (FIGS. 2C and 2D), and furthermore, the etching was performed. At the time of backing, a groove 14 is formed along the side wall of the contact hole.
And the void 13 becomes a hole 15 (FIG. 3).
(C), (d)).
【0025】また図4は、図1に示した工程の後、W膜
の成膜を行わず、そのまま続けてTiNの成膜処理を施
した際におけるコンタクトホール部近傍を模式的に示し
た断面図であり、(a)は図1(a)のものに続けて成
膜処理を施した場合を示し、(b)は図1(b)、
(c)は図1(c)、(d)は図1(d)の場合にそれ
ぞれ対応している。図4より明らかなように、実施例に
係る図4(a)、図4(b)の場合、側壁部11aには
成膜され難いため、オーバーハング部が形成されず、コ
ンタクトホール11内にTiN膜12を確実に埋め込む
ことができた。しかしながら比較例における図4
(c)、図4(d)の場合、側壁部11aにも十分成膜
されるため、オーバーハング部17が形成され、これが
接合してTiN膜12中にボイド13が形成された。次
に、これらの試料におけるTiN膜12上部をCMPに
より除去した結果を図5に示す。図5(a)、図5
(b)、…は図4(a)、図4(b)、…の場合と対応
している。これより明らかなように、実施例に係る図5
(a)、図5(b)の場合にはTiN膜12によりプラ
グを確実に形成することができたが、比較例における図
5(c)、図5(d)の場合にはコンタクトホール11
が途中までしか埋まらず、プラグの形成が不完全であっ
た。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of a contact hole when a TiN film is continuously formed without forming a W film after the process shown in FIG. 1A shows a case where a film forming process is performed subsequently to that shown in FIG. 1A, and FIG.
(C) corresponds to FIG. 1 (c), and (d) corresponds to the case of FIG. 1 (d). As is clear from FIG. 4, in the case of FIGS. 4 (a) and 4 (b) according to the embodiment, since it is difficult to form a film on the side wall portion 11a, no overhang portion is formed and the contact hole 11 is formed. The TiN film 12 was surely buried. However, FIG.
4 (c) and FIG. 4 (d), since the film is sufficiently formed also on the side wall portion 11a, an overhang portion 17 is formed, which is joined to form a void 13 in the TiN film 12. Next, the result of removing the upper part of the TiN film 12 in these samples by CMP is shown in FIG. FIG. 5 (a), FIG.
(B),... Correspond to the cases of FIGS. 4 (a), 4 (b),. As is clear from this, FIG.
5 (a) and FIG. 5 (b), the plug could be reliably formed by the TiN film 12, but in the comparative examples of FIG. 5 (c) and FIG.
Was only partially buried, and the formation of the plug was incomplete.
【0026】次に、TiCl4 の流量と、Arの流量は
それぞれ10sccm、43sccmと先の実施例と同
じ条件で、N2 の流量を10sccm(TiCl4 の流
量に対するN2 の流量比が1)に減少させ一定とし、H
2 流量を20sccmと30sccmとした場合につい
てTiN膜を成膜した。それぞれのコンタクトホール部
近傍の断面を図6に示し、(a)は20sccm、
(b)は30sccmの場合を示している。またその後
のW膜の成膜後及びエッチバック後のコンタクトホール
部近傍の断面を図7、図8に示す。図7(a)、図8
(a)は図6(a)に対応するものであり、他も同様で
ある。この結果を先の実施例におけるN2 の流量を15
sccmとしH2 の流量を20sccmと30sccm
とした場合の図1(b)、(c)、図2(b)、
(c)、図3(b)、(c)と比較してみる。すると、
側壁部11aにも成膜するようなコンフォーマルな成膜
が行われ(図6(a)、(b)、ただし図6(b)はコ
ンフォーマル度はやや落ちるが)、しかもエッチバック
後もエッチングされずTiN膜12が側壁に残っており
(図8(a)、(b))、これより膜質の良いTiN膜
12が側壁部11aにも成膜されていることがわかる。
またコンフォーマルな成膜なので、W16成膜時におい
てもボイドが発生しない(図7(a)、(b))。ただ
しコンフォーマルといっても指向性の良いECRプラズ
マによって成膜したので、コンタクトホール底部に比べ
て側壁部の膜厚は20%以下であった。Next, the flow rate of TiCl 4, each flow rate of Ar is 10 sccm, under the same conditions as in Example of 43sccm the previous, 10 sccm flow rate of N 2 (flow ratio of N 2 to the flow rate of TiCl 4 is 1) To a constant
2 TiN films were formed when the flow rates were 20 sccm and 30 sccm. A cross section near each contact hole is shown in FIG.
(B) shows the case of 30 sccm. 7 and 8 show cross sections near the contact hole portion after the subsequent formation of the W film and after the etch back. FIGS. 7A and 8
(A) corresponds to FIG. 6 (a), and the same applies to other parts. The result was obtained by adjusting the flow rate of N 2 to 15 in the previous embodiment.
sccm and the flow rate of H 2 was 20 sccm and 30 sccm.
1 (b), (c), FIG. 2 (b),
(C) and comparison with FIGS. 3 (b) and (c). Then
A conformal film is formed on the side wall portion 11a (FIGS. 6 (a) and 6 (b); however, FIG. 6 (b) shows a slightly lower conformality), and even after the etch back. The TiN film 12 remains on the side wall without being etched (FIGS. 8A and 8B), and it can be seen that the TiN film 12 having good film quality is also formed on the side wall 11a.
Further, since the film is conformal, no void is generated even when the film W16 is formed (FIGS. 7A and 7B). However, since the film was formed by ECR plasma having good directivity even though it was conformal, the film thickness of the side wall was 20% or less as compared with the bottom of the contact hole.
【0027】また図9は、図6に示した工程の後、W膜
の成膜を行わず、そのまま続けてTiNの成膜処理を施
した際におけるコンタクトホール部近傍を模式的に示し
た断面図であり、(a)、(b)はそれぞれ図6におけ
る(a)、(b)のものに続けて成膜処理を施した場合
を示し、(c)は図6(a)の場合に対応し、ただし直
径が略0.5μmの微細なコンタクトホール11を有す
る試料にTiNの成膜処理を連続して施した場合を示し
ている。図9より明らかなように、実施例に係る図9
(a)、図9(b)の場合、コンフォーマルに成膜する
ことができ、コンタクトホール11の側壁部11aにお
けるオーバーハング部の形成を抑制することができ、コ
ンタクトホール11の底部11b側はもとより側壁部1
1a側からも成膜することができた。したがってボイド
の発生を防止しつつ、十分にコンタクトがとれたTiN
膜12をより速くコンタクトホール11内に埋め込むこ
とが可能となった。また微細なコンタクトホール11に
成膜する実施例に係る(c)の場合においても、側壁部
11aからコンフォーマルに成膜することができ、ボイ
ドのないTiN膜12をコンタクトホール11内に埋め
込むことができた。次に、これらの試料におけるTiN
膜12上部をCMPにより除去した結果を図10に示
す。これより明らかなように、実施例における図10
(a)、図10(b)、図10(c)の場合にはTiN
膜12によりプラグを確実に形成することができた。な
お実施例に係る図9(c)の場合、コンフォーマル度が
高く、TiN膜12に溝も発生しないため、CMPに限
らず、エッチバック処理を施しても図10(c)に示し
たようなプラグを形成することができた。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the vicinity of the contact hole portion when the TiN film is continuously formed without forming the W film after the process shown in FIG. 6 (a) and 6 (b) show the case where the film forming process is performed subsequently to those shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), and FIG. Corresponding, however, shows a case where a sample having fine contact holes 11 having a diameter of about 0.5 μm is continuously subjected to a TiN film forming process. As is clear from FIG. 9, FIG.
9A and 9B, the film can be formed conformally, and the formation of an overhang portion on the side wall 11a of the contact hole 11 can be suppressed. Of course the side wall 1
A film could be formed from the side of 1a. Therefore, a TiN which is sufficiently contacted while preventing generation of voids
The film 12 can be embedded in the contact hole 11 more quickly. Also, in the case of (c) according to the embodiment in which the film is formed in the fine contact hole 11, the TiN film 12 which can be formed conformally from the side wall portion 11 a and has no void is embedded in the contact hole 11. Was completed. Next, the TiN in these samples was
FIG. 10 shows the result of removing the upper portion of the film 12 by CMP. As is clear from this, FIG.
(A), FIG. 10 (b), FIG. 10 (c), TiN
The plug was successfully formed by the film 12. In the case of FIG. 9C according to the embodiment, the conformal degree is high and no groove is formed in the TiN film 12, so that not only the CMP but also the etch back process is performed as shown in FIG. 10C. A good plug could be formed.
【0028】次に、試料に高周波を印加した場合につい
て説明する。成膜条件は、TiCl4 の流量10scc
m、N2 の流量15sccm、H2 の流量50scc
m、Arの流量43sccm、マイクロ波パワー2.8
kw、試料温度460℃、マイクロ波窓のRFパワー1
50wであり、試料には高周波発振器51(図12)を
用いて13.56MHz(500w)の高周波を印加し
た。図11はTiN成膜処理時間と成膜状態との関係及
び成膜後のプラグを模式的に示した断面図であり、
(a)は成膜2分間後、(b)は(a)よりさらに成膜
2分間(合計4分間)後、(c)は(b)よりさらに成
膜1分間(合計5分間)後の場合を示し、(d)はCM
P処理を施した後のプラグを示している。高周波を印加
しなければオーバーハング部とポーラス膜とが形成され
るような条件下においても、試料に高周波を印加すると
逆スパッタ作用によりオーバーハング部の形成を防止す
ることができ、底部11b近傍における付き回りを改善
することができる。またイオンの衝撃作用により側壁部
11a近傍におけるポーラスなTiN膜の形成を防止す
ることができ、したがって十分にコンタクトがとれたバ
リヤ膜としてのTiN膜12の形成が可能となった
(a)。さらに成膜を続けると、コンタクトホール11
にTiN膜12を埋め込むことができ((b)、
(c))、CMPプロセスを用いてTiN膜12上部を
除去することにより、TiN膜12のプラグを確実に形
成することができた。Next, a case where a high frequency is applied to the sample will be described. The film formation condition is TiCl 4 flow rate 10 scc.
m, N 2 flow rate 15 sccm, H 2 flow rate 50 sccc
m, Ar flow rate 43 sccm, microwave power 2.8
kw, sample temperature 460 ° C, microwave window RF power 1
A high frequency of 13.56 MHz (500 w) was applied to the sample using the high frequency oscillator 51 (FIG. 12). FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the relationship between the TiN film formation processing time and the film formation state and the plug after film formation.
(A) after 2 minutes of film formation, (b) after 2 minutes of film formation (total of 4 minutes) than (a), and (c) after 1 minute of film formation (total of 5 minutes) after (b) (D) shows CM
The plug after P processing is shown. Even under conditions where an overhang portion and a porous film are formed unless high frequency is applied, the application of high frequency to the sample can prevent the overhang portion from being formed due to the reverse sputtering effect, and can prevent the overhang portion from being formed near the bottom portion 11b. The follow-up can be improved. Further, the formation of a porous TiN film in the vicinity of the side wall 11a can be prevented by the ion bombardment effect, and thus the TiN film 12 as a barrier film with sufficient contact can be formed (a). If film formation is further continued, contact hole 11
Can be embedded with the TiN film 12 ((b),
(C)) By removing the upper part of the TiN film 12 by using the CMP process, the plug of the TiN film 12 could be surely formed.
【0029】また、本実施例では試料に13.56MH
zの高周波を印加したが、別の実施例では2MHz、4
00kHzの高周波を印加し、実施例の場合と同様の効
果を得ることができる。In this embodiment, the sample is 13.56 MH.
Although a high frequency of z was applied, in another embodiment 2 MHz, 4 MHz
By applying a high frequency of 00 kHz, the same effect as in the embodiment can be obtained.
【0030】このような高周波の印加は、図1(a)、
(b)あるいは図6(a)、(b)に示した実施例に係
る薄膜の形成方法に併用することにより、処理時間の短
縮を図ることができる。 The application of such a high frequency is shown in FIG.
(B) or FIG. 6 (a), the the combined use in the method of forming a thin film according to the embodiment shown in (b), it is possible to shorten the processing time.
【0031】以上説明したように本発明においては、反
応室32に供給されるTiCl 4 のガス流量に対し、プ
ラズマ生成室31に供給される混合ガス中のH 2 又はN
2 のガス流量の比を適正化し、更に、反応室32内部の
試料39(シリコン21)に高周波を印加した結果、コ
ンタクトホール側壁部11aへも膜質の良いTiN膜1
2をコンフォーマルに成膜することができ、あるいは逆
スパッタ作用とイオン衝撃作用とにより、その後のW膜
16の成膜、エッチバック工程によっても、溝14の発
生によるコンタクトの悪化などのないバリヤ膜としての
TiN膜12を形成することができた。また、いずれの
場合もその結果としてボイド13の発生も防ぐことがで
きた。また、W膜16の成膜をせずに、そのままTiN
成膜を続けることによりプラグとしてのTiN膜12を
形成することができた。 As described above, in the present invention,
The flow rate of TiCl 4 supplied to the reaction chamber 32 is
H 2 or N in the mixed gas supplied to the plasma generation chamber 31
The ratio of the gas flow rates of the two is optimized, and
Sample 39 result of applying a high frequency (silicon 21), co <br/> contact hole sidewall portions good TiN film 1 also film quality to 11a
2 can be formed in a conformal manner, or the barrier can be formed without the deterioration of the contact due to the formation of the groove 14 even in the subsequent formation of the W film 16 and the etch back process by the reverse sputtering action and the ion bombardment action. The TiN film 12 as a film could be formed. Further, in each case, the generation of the voids 13 could be prevented as a result. Further, without forming the W film 16, the TiN
By continuing the film formation, the TiN film 12 as a plug could be formed .
【0032】[0032]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
第1発明に係る薄膜の形成方法によれば、プラズマ生成
室に供給されるH 2 とN 2 との混合ガス、又はこれらと
Arとの混合ガスをマイクロ波の作用によりプラズマ化
して反応室に導入し、該反応室内に供給されるTiCl
4 ガスと反応させてTiN膜を形成するに際し、TiC
l4 のガス流量に対するH2 のガス流量の比を2以下と
したから、ホール側壁部へのTiN膜の成膜が抑制され
てポーラスなTiN膜が成膜されることを防止でき、次
工程のW膜の成膜及びエッチバック時においても、ホー
ル側壁部からの溝の発生が無く、結果としてコンタクト
特性に優れたデバイスを作製することができる。またW
膜などの成膜をせずにTiN膜をコンタクトホールに埋
め込み、プラグを形成することができ、工程数の削減、
スループット及び歩留の向上を図ることができる。 Of the present invention As apparent from the above description, according to the invention
According to the method for forming a thin film according to the first invention , plasma generation
Mixed gas of H 2 and N 2 supplied to the chamber , or
Plasma mixed gas with Ar by microwave
Introduced into the reaction chamber and supplied to the reaction chamber.
Upon 4 is reacted with the gas to form a TiN film, TiC
l 4 of the ratio of gas flow rates of H 2 to a gas flow rate <br/> 2 or less treasure, the formation of TiN film on the side wall of the hole portion is suppressed
Therefore, the formation of a porous TiN film can be prevented , and no groove is formed from the side wall of the hole even in the formation of the W film and the etch back in the next step, so that a device having excellent contact characteristics can be obtained. Can be made. Also W
Embedded a TiN film without the formation of such film in the contact hole, plug can be formed, reducing the number of higher engineering,
The throughput and the yield can be improved.
【0033】また、第2発明に係る薄膜の形成方法によ
れば、プラズマ生成室に供給されるH 2 とN 2 との混合
ガス、又はこれらとArとの混合ガスをマイクロ波の作
用によりプラズマ化して反応室に導入し、該反応室内に
供給されるTiCl 4 ガスと反応させてTiN膜を形成
するに際し、TiCl4 のガス流量に対するN2 のガス
流量の比を1以下としたから、ホール側壁部においても
膜質の良いTiN膜が形成され、次工程のW膜の成膜及
びエッチング時においても、ホール側壁部からの溝の発
生は無く、結果としてコンタクト特性の優れたデバイス
を作成することができる。またW膜などの成膜をせずに
TiN膜をコンタクトホールに埋め込み、プラグを形成
することができ、工程数の削減、スループット及び歩留
の向上を図ることができる。Further , according to the method for forming a thin film according to the second invention,
Then, mixing of H 2 and N 2 supplied to the plasma generation chamber
Gas or a mixture of these gases with Ar
Into a reaction chamber and introduce it into the reaction chamber.
Upon reacted with TiCl 4 gas supplied to form a TiN film, treasure and the ratio of gas flow rate of N 2 to the gas flow rate of TiCl 4 and 1 or less, a good TiN films also quality Oite the side wall of the hole portion is formed Therefore, even when the W film is formed and etched in the next step, no groove is generated from the hole side wall, and as a result, a device having excellent contact characteristics can be manufactured. The embedded TiN film without the film formation, such as W film in the contact hole, the plug can be formed, reducing the number of higher engineering, it is possible to improve the throughput and yield.
【0034】また、第3発明に係る薄膜の形成方法によ
れば、第1又は第2発明の方法において、試料に高周波
を印加しながらTiN膜を形成するから、次工程のW膜
の成膜及びエッチング時においても、ホール側壁部から
の溝の発生は無く、結果としてコンタクト特性の優れた
デバイスを作成することができる。またW膜などの成膜
をせずにTiN膜をコンタクトホールに埋め込み、プラ
グを形成することができ、工程数の削減、スループット
及び歩留の向上を図ることができる。Further , according to the thin film forming method of the third invention,
Lever, in the method of the first or second invention, since a TiN film while applying a high frequency to the sample, even when the deposition and etching of the W film in the next process, the generation of the groove from the side wall of the hole portion As a result, a device having excellent contact characteristics can be produced. The embedded TiN film without the film formation, such as W film in the contact hole, the plug can be formed, reducing the number of higher engineering, it is possible to improve the throughput and yield.
【図1】(a)〜(d)はECRプラズマCVD装置を
用い、TiCl4 に対するH2の流量比を変化させ、T
iN膜を成長させた場合のコンタクトホール部近傍の形
状を示した模式的断面図である。1 (a) to 1 (d) show an ECR plasma CVD apparatus in which the flow rate ratio of H 2 to TiCl 4 is changed,
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a shape near a contact hole when an iN film is grown.
【図2】(a)〜(d)は図1(a)〜(d)に示した
工程の後、LPCVD法によりW膜を成長させた場合の
コンタクトホール部近傍の形状を示した模式的断面図で
ある。FIGS. 2A to 2D are schematic diagrams showing shapes near a contact hole portion when a W film is grown by an LPCVD method after the steps shown in FIGS. 1A to 1D. It is sectional drawing.
【図3】(a)〜(d)は図2(a)〜(d)に示した
工程の後、絶縁膜上部のW膜をエッチバックした場合の
コンタクトホール部近傍の形状を示した模式的断面図で
ある。FIGS. 3A to 3D are schematic diagrams showing shapes near a contact hole portion when a W film on an insulating film is etched back after the process shown in FIGS. 2A to 2D; FIG.
【図4】(a)〜(d)は図1(a)〜(d)に示した
工程の後、W膜を成長させずに続けてTiN膜を成長さ
せた場合のコンタクトホール部近傍の形状を示した模式
的断面図である。FIGS. 4A to 4D show the vicinity of a contact hole portion when a TiN film is continuously grown without growing a W film after the process shown in FIGS. 1A to 1D. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a shape.
【図5】(a)〜(d)は図4(a)〜(d)に示した
工程の後、絶縁膜上部のTiN膜をCMPにより除去し
た場合のコンタクトホール部近傍の形状を示した模式的
断面図である。FIGS. 5A to 5D show shapes near the contact hole when the TiN film on the insulating film is removed by CMP after the process shown in FIGS. 4A to 4D; It is a typical sectional view.
【図6】(a)、(b)はECRプラズマCVD装置に
て、TiCl4 に対するN2 の流量比を1として、Ti
N膜を成長させた場合のコンタクトホール部近傍の形状
を示した模式的断面図である。FIGS. 6 (a) and (b) show an ECR plasma CVD apparatus in which the flow rate ratio of N 2 to TiCl 4 is 1,
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a shape near a contact hole when an N film is grown.
【図7】(a)、(b)は図6(a)、(b)に示した
工程の後、LPCVD法によりW膜を成長させた場合の
コンタクトホール部近傍の形状を示した模式的断面図で
ある。FIGS. 7A and 7B are schematic diagrams showing the shapes near the contact hole when a W film is grown by the LPCVD method after the process shown in FIGS. 6A and 6B; It is sectional drawing.
【図8】(a)、(b)は図7(a)、(b)に示した
工程の後、絶縁膜上部のW膜をエッチバックした場合の
コンタクトホール部近傍の形状を示した模式的断面図で
ある。FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams showing the shape near the contact hole when the W film on the insulating film is etched back after the process shown in FIGS. 7A and 7B; FIG.
【図9】(a)、(b)は図6(a)、(b)に示した
工程の後、W膜を成長させずに続けてTiN膜を成長さ
せた場合、(c)は図6(a)に対応し、ただしコンタ
クトホールの直径が0.5μmの試料にW膜を成長させ
ずに続けてTiN膜を成長させた場合のコンタクトホー
ル部近傍の形状を示した模式的断面図である。9 (a) and 9 (b) show a case where a TiN film is continuously grown without growing a W film after the steps shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). FIG. 6 (a) is a schematic cross-sectional view showing the shape near the contact hole when a TiN film is continuously grown without growing a W film on a sample having a contact hole diameter of 0.5 μm. It is.
【図10】(a)、(b)は図9(a)、(b)に示し
た工程の後、絶縁膜上部のTiN膜をCMPにより除去
した場合、(c)は図9(c)に示した工程の後、絶縁
膜上部のTiN膜をCMPにより除去した場合のコンタ
クトホール部近傍の形状を示した模式的断面図である。FIGS. 10A and 10B show the case where the TiN film on the insulating film is removed by CMP after the process shown in FIGS. 9A and 9B, and FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the shape near the contact hole when the TiN film on the insulating film is removed by CMP after the process shown in FIG.
【図11】TiN成膜処理時間と成膜状態との関係及び
成膜後のプラグを模式的に示した断面図であり、(a)
は成膜2分間後、(b)は(a)よりさらに成膜2分間
(合計4分間)後、(c)は(b)よりさらに成膜1分
間(合計5分間)後の場合を示し、(d)はCMP処理
後のプラグを示している。11A and 11B are cross-sectional views schematically showing a relationship between a TiN film formation processing time and a film formation state and plugs after film formation.
Shows the case after 2 minutes of film formation, (b) shows the case after 2 minutes of film formation further than (a) (total 4 minutes), and (c) shows the case after 1 minute of film formation further than (b) (total 5 minutes). , (D) shows the plug after the CMP process.
【図12】一般に用いられるプラズマCVD装置を示し
た模式的断面図である。FIG. 12 is a schematic sectional view showing a generally used plasma CVD apparatus.
11 コンタクトホール 11a 側壁部 11b 底部 12 TiN膜 20 絶縁膜 21 シリコン DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Contact hole 11a Side wall part 11b Bottom part 12 TiN film 20 Insulating film 21 Silicon
Claims (3)
2 とN 2 との混合ガスが供給されるプラズマ生成室の内
部にマイクロ波の作用によりプラズマを生成し、生成さ
れたプラズマをTiCl 4 ガスが供給される反応室に導
き、該反応室の内部に配した試料の表面にTiN膜を形
成する薄膜の形成方法において、前記反応室に供給され
るTiCl4 のガス流量に対する前記プラズマ生成室に
供給される混合ガス中のH2 のガス流量の比を2以下と
することを特徴とする薄膜の形成方法。1. A mixed gas of H 2 , Ar and N 2 , or H 2
Inside the plasma generation chamber to which a mixed gas of 2 and N 2 is supplied
Plasma is generated by the action of microwaves in the
Plasma into the reaction chamber where the TiCl 4 gas is supplied.
A thin film forming method for forming a TiN film on a surface of a sample disposed inside the reaction chamber;
To the plasma generation chamber for the TiCl 4 gas flow rate
A method for forming a thin film, wherein a ratio of a gas flow rate of H 2 in a supplied mixed gas is 2 or less.
2 とN 2 との混合ガスが供給されるプラズマ生成室の内
部にマイクロ波の作用によりプラズマを生成し、生成さ
れたプラズマをTiCl 4 ガスが供給される反応室に導
き、該反応室の内部に配した試料の表面にTiN膜を形
成する薄膜の形成方法において、前記反応室に供給され
るTiCl4 のガス流量に対する前記プラズマ生成室に
供給される混合ガス中のN2 のガス流量の比を1以下と
することを特徴とする薄膜の形成方法。 2. A mixed gas of H 2 , Ar and N 2 , or H 2
Inside the plasma generation chamber to which a mixed gas of 2 and N 2 is supplied
Plasma is generated by the action of microwaves in the
Plasma into the reaction chamber where the TiCl 4 gas is supplied.
A thin film forming method for forming a TiN film on a surface of a sample disposed inside the reaction chamber;
To the plasma generation chamber for the TiCl 4 gas flow rate
The thin film forming method which is characterized in that the ratio of gas flow rate of N 2 in the mixed gas supplied to one or less.
膜を形成することを特徴とする請求項1又は請求項2記
載の薄膜の形成方法。3. A TiN while applying a high frequency to said sample
3. The method according to claim 1 , wherein a film is formed.
Method of forming the thin film.
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JP24484792 | 1992-09-14 | ||
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- 1993-06-04 JP JP13422693A patent/JP3336402B2/en not_active Expired - Fee Related
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