(57)【要約】  ＭＯＣＶＤ法により基材（１０）上にＴｉＮ膜を形成する場合、ヒータ（２）によりシャワーヘッド（３）と捕獲部材（５）との間の空間を、ＴＤＭＡＴが熱分解する温度以上に加熱する。次いで、シャワーヘッド（３）からＴＤＭＡＴを含む原料ガス等をチャンバ（１）内に放出する。この結果、チャンバ（１）内に放出されたＴＤＭＡＴが、ヒータ（２）によりシャワーヘッド（３）と捕獲部材（５）の間の空間において、ＴｉＮ、炭素及び炭化水素に熱分解する。そして、ＴｉＮ、炭素及び炭化水素は、基材（１０）に向けて移動する。但し、炭素及び炭化水素は捕獲部材（５）により捕獲される。一方、ＴｉＮはそのまま捕獲部材（５）を通り抜け、基材（１０）まで到達する。この結果、基材（１０）の表面において、炭素及び炭化水素を含まないＴｉＮ膜が成長する。
2008111231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられたサセプタと、
前記チャンバ内に有機金属を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記供給手段から供給された有機金属を加熱することにより、分解させる加熱手段と、
前記有機金属の分解により生じた炭素及び炭化水素を、前記サセプタまで到達する前に捕獲する捕獲手段と、
を有することを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項２】
前記捕獲手段は、白金族元素を含有することを特徴とする請求項１に記載の化学気相成長装置。
【請求項３】
前記捕獲手段は、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする請求項１に記載の化学気相成長装置。
【請求項４】
前記有機金属は、Ｔｉ及びＮを含有することを特徴とする請求項１に記載の化学気相成長装置。
【請求項５】
前記捕獲手段は、Ｔｉ及びＮを通過させることを特徴とする請求項４に記載の化学気相成長装置。
【請求項６】
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられたサセプタと、
前記チャンバ内に有機金属を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記供給手段から供給された有機金属を加熱することにより、分解させる加熱手段と、
前記有機金属の分解により生じた炭素及び炭化水素を、前記サセプタまで到達する前に捕獲する捕獲手段と、
を有する化学気相成長装置の前記サセプタ上に基材を載置する工程と、
前記基材上に膜を化学気相成長させる工程と、
を有することを特徴とする膜の形成方法。
【請求項７】
前記捕獲手段として、白金族元素を含有するものを用いることを特徴とする請求項６に記載の膜の形成方法。
【請求項８】
前記捕獲手段として、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含有するものを用いることを特徴とする請求項６に記載の膜の形成方法。
【請求項９】
前記有機金属として、Ｔｉ及びＮを含有するものを用いることを特徴とする請求項６に記載の膜の形成方法。
【請求項１０】
前記捕獲手段として、Ｔｉ及びＮを通過させるものを用いることを特徴とする請求項９に記載の膜の形成方法。
【請求項１１】
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられたサセプタと、
前記チャンバ内に有機金属を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記供給手段から供給された有機金属を加熱することにより、分解させる加熱手段と、
前記有機金属の分解により生じた炭素及び炭化水素を、前記サセプタまで到達する前に捕獲する捕獲手段と、
を有する化学気相成長装置の前記サセプタ上に基材を載置する工程と、
前記基材上に膜を化学気相成長させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記捕獲手段として、白金族元素を含有するものを用いることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記捕獲手段として、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＩｒからなる群から選択された少なくとも１種の元素を含有するものを用いることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記有機金属として、Ｔｉ及びＮを含有するものを用いることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記捕獲手段として、Ｔｉ及びＮを通過させるものを用いることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記膜を、バリアメタル膜として形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記膜を、ハードマスクとして形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記膜を、電極の少なくとも一部として形成することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリアメタル膜の形成に好適な化学気相成長装置、成膜方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を構成する配線の形成に当たっては、ＴｉＮ膜及びＴｉ膜等のバリアメタル膜が形成されている。ＴｉＮ膜の形成方法としては、スパッタリング法及びＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等が挙げられる。ＭＯＣＶＤ法には、カバレッジが高いという利点がある。【０００３】
ＭＯＣＶＤ法によりＴｉＮ膜を形成する場合、原料としてテトラキス（ジメチルアミノ）チタン（ＴＤＭＡＴ：Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）が主に用いられている。ＴＤＭＡＴは比較的低温で熱分解するため、Ａｌ配線の形成後での使用に特に有効である。【０００４】
しかし、ＴＤＭＡＴには炭素が含まれているため、ＴｉＮ膜中に炭素及び炭化水素が取り込まれやすい。ＴｉＮ膜中に炭素又は炭化水素が取り込まれると、ＴｉＮ膜の比抵抗が増大してしまい、所望の特性が得られなくなってしまう。【０００５】
そこで、従来の方法では、厚さが１０ｎｍ程度以下のＴｉＮ膜を形成した後に、このＴｉＮ膜に対してプラズマを照射して炭素及び炭化水素を取り除くという処理を行っている。ＴｉＮ膜の厚さを１０ｎｍ程度以下としているのは、これよりも厚い場合には、プラズマを照射しても炭素等を除去しきれないからである。なお、プラズマ照射の際のＲＦパワーは７５０Ｗ程度である。【０００６】
しかしながら、この方法では、必要なＴｉＮ膜の厚さが厚くなるほど、処理数が増加してしまう。例えば、２０ｎｍのＴｉＮ膜が必要な場合には、少なくとも、２回のＴｉＮ膜の形成及び２回のプラズマの照射が必要となる。極端な例として、１００ｎｍのＴｉＮ膜が必要な場合には、少なくとも、１０回のＴｉＮ膜の形成及び１０回のプラズマの照射が必要となる。このため、スループットが十分とはいえない。また、プラズマの照射の回数が増加するほど、既に形成されているトランジスタ等の半導体素子に与えるダメージが増大してしまう。【０００７】
プラズマ照射のＲＦパワーを上げればスループットを向上することができるが、その分だけ半導体素子へのダメージが大きくなる。逆に、ＲＦパワーを下げれば半導体素子へのダメージを低減することができるが、その分だけスループットが低くなる。【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１６１１６３号公報
【特許文献２】特開２００１−３２６１９２号公報
【特許文献３】特開２０００−２８６２１５号公報
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、ＭＯＣＶＤ法におけるＴｉＮ膜への炭素及び炭化水素の混入を抑制することができる化学気相成長装置、膜の形成方法及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【００１１】
本発明に係る化学気相成長装置には、チャンバと、前記チャンバ内に設けられたサセプタと、前記チャンバ内に有機金属を含有する原料ガスを供給する供給手段と、が設けられている。更に、前記供給手段から供給された有機金属を加熱することにより、分解させる加熱手段と、前記有機金属の分解により生じた炭素及び炭化水素を、前記サセプタまで到達する前に捕獲する捕獲手段と、が設けられている。
【００１２】
本発明に係る半導体装置の製造方法では、上記化学気相成長装置の前記サセプタ上に基材を載置し、その後、前記基材上に膜を化学気相成長させる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る化学気相成長装置の構造を示す模式図である。
【図２Ａ】図２Ａは、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ｂに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ｃに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、図２Ｄに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、図２Ｅに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、図２Ｆに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る化学気相成長装置（ＣＶＤ装置）の構造を示す模式図である。【００１５】
本実施形態では、図１に示すように、チャンバ１の上部に、有機金属を含有する原料ガスを放出するシャワーヘッド３が設けられている。有機金属としては、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン（ＴＤＭＡＴ：Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）及びテトラキス（ジエチルアミノ）チタン（ＴＤＥＡＴ：Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４）が挙げられるが、これらに限定されない。また、シャワーヘッド３からは、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等のキャリアガスが放出されることもある。また、原料ガス中に、窒素原子の供給のためにアンモニアが含まれることもある。【００１６】
また、チャンバ１の下部には、半導体基板等の基材１０が載置されるステージ（サセプタ）４が設けられている。なお、基材１０としては、例えばシリコン基板、化合物半導体基板、これらの上に絶縁膜及び／又は絶縁膜等が形成されたものが用いられる。更に、シャワーヘッド３とステージ４との間に、炭素原子及び炭化水素分子を捕獲する捕獲部材５が設置されている。捕獲部材５は、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ等のＰｔ族元素から構成されている。また、チャンバ１の内部に、シャワーヘッド３と捕獲部材５との間の空間を暖めるヒータ２が設けられている。【００１７】
次に、上述のように構成されたＣＶＤ装置を用いて、ＭＯＣＶＤ法により基材１０上にＴｉＮ膜を形成する方法について説明する。【００１８】
先ず、ステージ４上に基材１０を載置する。次に、ヒータ２によりシャワーヘッド３と捕獲部材５との間の空間を、ＴＤＭＡＴが熱分解する温度（１５０℃程度）以上に加熱する。次いで、シャワーヘッド３からＴＤＭＡＴを含む原料ガス及びキャリアガスをチャンバ１内に放出する。この結果、チャンバ１内に放出されたＴＤＭＡＴが、ヒータ２によりシャワーヘッド３と捕獲部材５との間の空間において、ＴｉＮ、炭素（Ｃ）及び炭化水素（ＣＨＸ）に熱分解する。そして、ＴｉＮ、炭素及び炭化水素は、基材１０に向けて移動する。但し、基材１０への移動経路に捕獲部材５が設置されている。このため、炭素及び炭化水素は捕獲部材５により捕獲される。一方、ＴｉＮはそのまま捕獲部材５を通り抜け、基材１０まで到達する。この結果、基材１０の表面において、炭素及び炭化水素を含まないＴｉＮ膜が成長する。【００１９】
このように、本実施形態によれば、炭素及び炭化水素を含まないＴｉＮ膜を基材１０上に成長させることができる。このため、ＴｉＮ膜の形成後にＴｉＮ膜から炭素及び炭化水素を除去するためのプラズマ処理が不要となる。従って、厚いＴｉＮ膜が必要な場合であっても、ＴｉＮ膜を複数回に分けて成長させる必要がない。従って、必要とされる処理数及び処理時間を大幅に低減し、スループットを向上することができる。更に、プラズマ処理に伴う半導体素子等のダメージを防止することもできる。また、プラズマ処理用の設備が不要となるため、ＣＶＤ装置全体の構成が簡素化される。【００２０】
なお、ＴｉＮ膜を形成する場合は、原料ガスにアンモニア等の窒素原子を含有する物質を含ませておくことが好ましい。これは、原料ガスに、窒素原子を含有する物質がＴＤＭＡＴ等の他に含まれていない場合には、窒素原子が不足してＴｉ膜が形成されたり、Ｔｉ過多のＴｉＮ膜が形成されたりするからである。逆に、Ｔｉ膜を形成しようとする場合には、ＴＤＭＡＴのみを含有する原料ガスを用いてもよい。【００２１】
また、ＴｉＮ膜又はＴｉ膜を形成する際には基材１０を加熱する必要はない。従来のＣＶＤ装置には、ヒータ２に相当するものが存在しないため、基材１０の温度を４００℃程度まで加熱してその表面においてＴＤＭＡＴ等を熱分解させる必要があるが、本実施形態では、基材１０の表面における熱分解は必要とされない。従来、Ａｌ配線を含む基材を４００℃より高い温度まで加熱することは避けられており、このため、使用可能な有機金属の種類が限られている。これに対し、本実施形態では、ヒータ２の加熱により有機金属が熱分解するので、基材を加熱する必要がなく、高い温度で熱分解する有機金属を使用することも可能である。【００２２】
シャワーヘッド３と捕獲部材５との間の空間の温度は、ＴＤＭＡＴ等の有機金属が熱分解する温度以上であればよく、高すぎてもヒータ２の負荷が大きくなるだけである。このため、この空間の温度は、１５０℃〜８００℃程度とすることが好ましい。【００２３】
次に、上述のＣＶＤ装置を用いて半導体装置を製造する方法について説明する。図２Ａ乃至図２Ｇは、半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。【００２４】
先ず、図２Ａに示すように、半導体基板１０１の表面に素子分離絶縁膜１０２をＳＴＩ（shallow trench isolation）法により形成する。なお、素子分離絶縁膜１０２をＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）法等により形成してもよい。次に、素子分離絶縁膜１０２により画定された素子領域内に電界効果トランジスタを形成する。電界効果トランジスタの形成では、先ず、ゲート絶縁膜１０３及びゲート電極１０４を形成する。次に、低濃度不純物拡散層１０６、サイドウォール絶縁膜１０５及び高濃度不純物拡散層１０７を順次形成する。【００２５】
その後、図２Ｂに示すように、電界効果トランジスタを覆う層間絶縁膜１０８を形成する。続いて、高濃度不純物拡散層１０７まで到達するコンタクトホール１０９を層間絶縁膜１０８に形成する。【００２６】
次に、図１に示すＣＶＤ装置を用いて、ＭＯＣＶＤ法により、図２Ｃに示すように、コンタクトホール１０９の底面及び側面並びに層間絶縁膜１０８の表面上に、バリアメタル膜としてＴｉＮ膜１１０を形成する。なお、ＴｉＮ膜１１０の形成前にＴｉ膜を形成することにより、バリアメタル膜を２層構造としてもよい。【００２７】
次いで、図２Ｄに示すように、ＴｉＮ膜１１０上に、コンタクトホール１０９を埋め込むＷ膜１１１を形成する。Ｗ膜１１１の形成の際に、図１に示すＣＶＤ装置を用いてもよい。【００２８】
その後、図２Ｅに示すように、Ｗ膜１１１及びＴｉＮ膜１１０を層間絶縁膜１０８の表面が露出するまで、ＣＭＰ（chemical mechanical Polishing）法等により研磨する。この結果、コンタクトホール１０９内に、ＴｉＮ膜１１０及びＷ膜１１１からなるコンタクトプラグが残る。【００２９】
続いて、図２Ｆに示すように、コンタクトプラグに接続される配線を形成する。配線の形成に当たっては、図１に示すＣＶＤ装置を用いてＴｉＮ膜１１２を形成し、Ａｌ膜１１３を形成し、図１に示すＣＶＤ装置を用いてＴｉＮ膜１１４を形成し、これらをパターニングする。なお、Ａｌ膜１１３の形成とＴｉＮ膜１１４の形成との間に、図１に示すＣＶＤ装置を用いてＴｉ膜を形成してもよい。また、Ａｌ膜１１３の形成の際に、図１に示すＣＶＤ装置を用いてもよい。【００３０】
配線の形成後には、図２Ｆに示すように、配線を覆う層間絶縁膜１１５を形成する。次に、配線まで到達するビアホール１１６を層間絶縁膜１１５に形成する。【００３１】
次いで、ＴｉＮ膜１１０及びＷ膜１１１からなるコンタクトプラグの形成と同様の要領で、ビアホール１１６内に、ＴｉＮ膜１１７及びＷ膜１１８からなるビアプラグを形成する。【００３２】
その後、上層配線等を形成して、半導体装置を完成させる。【００３３】
なお、上記の説明では、有機金属としてＴＤＭＡＴ又はＴＤＥＡＴのみが挙げられているが、他の有機金属を用いてもよい。また、形成される膜もＴｉＮ膜又はＴｉ膜に限定されない。【００３４】
また、本発明の用途はバリアメタル膜の形成に限定されることはなく、例えばＴｉＮ膜をハードマスクとして形成する場合、ＴｉＮ膜又はＴｉ膜を電極の全部又は一部として形成する場合等に本発明を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、有機金属がサセプタに到達する前に分解され、分解により生じた炭素及び炭化水素が捕獲手段に捕獲されるため、基材上に形成される膜への炭素及び炭化水素の混入を防止することができる。従って、炭素及び炭化水素を除去するためのプラズマ処理等を不要とすることができる。また、基材自体を加熱する必要がないため、分解する温度が比較的高い有機金属を用いることも可能となる。
【図１】
2008111231.tif 000003
【図２Ａ】
2008111231.tif 000004
【図２Ｂ】
2008111231.tif 000005
【図２Ｃ】
2008111231.tif 000006
【図２Ｄ】
2008111231.tif 000007
【図２Ｅ】
2008111231.tif 000008
【図２Ｆ】
2008111231.tif 000009
【図２Ｇ】
2008111231.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月7日(2009.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられたサセプタと、
前記チャンバ内に有機金属を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記供給手段から供給された有機金属を加熱することにより、分解させる加熱手段と、
前記有機金属の分解により生じた炭素及び炭化水素を、前記サセプタまで到達する前に捕獲する捕獲手段と、
を有することを特徴とする化学気相成長装置。
【請求項２】
前記捕獲手段は、白金族元素を含有することを特徴とする請求項１に記載の化学気相成長装置。
【請求項３】
前記有機金属は、Ｔｉ及びＮを含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の化学気相成長装置。
【請求項４】
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられたサセプタと、
前記チャンバ内に有機金属を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記供給手段から供給された有機金属を加熱することにより、分解させる加熱手段と、
前記有機金属の分解により生じた炭素及び炭化水素を、前記サセプタまで到達する前に捕獲する捕獲手段と、
を有する化学気相成長装置の前記サセプタ上に基材を載置する工程と、
前記基材上に膜を化学気相成長させる工程と、
を有することを特徴とする膜の形成方法。
【請求項５】
前記捕獲手段として、白金族元素を含有するものを用いることを特徴とする請求項４に記載の膜の形成方法。
【請求項６】
前記有機金属として、Ｔｉ及びＮを含有するものを用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の膜の形成方法。
【請求項７】
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられたサセプタと、
前記チャンバ内に有機金属を含有する原料ガスを供給する供給手段と、
前記供給手段から供給された有機金属を加熱することにより、分解させる加熱手段と、
前記有機金属の分解により生じた炭素及び炭化水素を、前記サセプタまで到達する前に捕獲する捕獲手段と、
を有する化学気相成長装置の前記サセプタ上に基材を載置する工程と、
前記基材上に膜を化学気相成長させる工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記捕獲手段として、白金族元素を含有するものを用いることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記有機金属として、Ｔｉ及びＮを含有するものを用いることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記膜を、バリアメタル膜として形成することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【国際調査報告】
2008111231.tif 000011
2008111231.tif 000012
2008111231.tif 000013
2008111231.tif 000014