(57)【要約】【課題】Ｃ、Ｎ含有量が低く、Ｔａ／Ｎ組成比が高く、Ｃｕ膜との密着性が確保されているバリア膜として有用な低抵抗タンタル窒化物膜の形成方法の提供。【解決手段】真空チャンバ内に、Ｔａ元素の周りにＮ＝(Ｒ,Ｒ')(Ｒ及びＲ'は、炭素原子数１〜６個のアルキル基を示し、それぞれが同じ基であっても異なった基であってもよい)が配位した配位化合物からなる原料ガスを導入して基板上に吸着させた後に、ハロゲンガスを導入してＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物(Ｈａｌは、ハロゲン原子を表す)を生成し、次いで活性化した反応ガスを導入してＴａに結合したＮ、Ｎに結合したＨａｌ、Ｎに結合したＲ(Ｒ')基を切断除去し、Ｔａリッチのタンタル窒化物膜を形成する。また、得られた膜中にスパッタリングによりタンタル粒子を打ち込み、さらにタンタルリッチとする。【選択図】図２
2006241522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に、タンタル元素(Ｔａ)の周りにＮ＝(Ｒ,Ｒ')(Ｒ及びＲ'は、炭素原子数１〜６個のアルキル基を示し、それぞれが同じ基であっても異なった基であってもよい)が配位した配位化合物からなる原料ガス及びハロゲンガスを導入して、基板上でＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物(式中、Ｈａｌは、ハロゲン原子を表す)からなる一原子層又は数原子層の表面吸着膜を形成し、次いでＨ原子含有ガスから生成されたラジカルを導入して前記生成化合物中のＴａに結合したＮを切断除去し、かつ、残っているＮに結合したＲ(Ｒ')基を切断除去し、タンタルリッチのタンタル窒化物膜を形成することを特徴とするタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項２】
前記原料ガス及びハロゲンガスを導入する際に、真空チャンバ内に、まず原料ガスを導入して基板上に吸着させた後に、ハロゲンガスを導入し、吸着された原料ガスと反応させてＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物からなる一原子層又は数原子層の表面吸着膜を形成することを特徴とする請求項１記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項３】
前記原料ガス及びハロゲンガスを導入する際に、真空チャンバ内に、両者を同時に導入して基板上で反応させ、ＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物からなる一原子層又は数原子層の表面吸着膜を形成することを特徴とする請求項１記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項４】
前記原料ガスが、ペンタジメチルアミノタンタル、tert-アミルイミドトリス(ジメチルアミド)タンタル、ペンタジエチルアミノタンタル、tert-ブチルイミドトリス（ジメチルアミド）タンタル、tert-ブチルイミドトリス（エチルメチルアミド）タンタル、Ｔａ(Ｎ(ＣＨ３)２)３(ＮＣＨ３ＣＨ２)２、ＴａＸ５（Ｘ：ハロゲン原子）から選ばれた少なくとも一種の配位化合物のガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項５】
前記ハロゲンガスが、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素から選ばれた少なくとも一種のガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項６】
前記Ｈ原子含有ガスが、Ｈ２、ＮＨ３、ＳｉＨ４から選ばれた少なくとも一種のガスであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項７】
前記タンタル窒化物膜において、タンタルと窒素との組成比が、Ｔａ／Ｎ≧２．０を満足する膜であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の形成方法によりタンタル窒化物膜を形成した後、得られたタンタル窒化物膜中に、タンタルを主構成成分とするターゲットを用いるスパッタリングにより、タンタル粒子を入射させることを特徴とするタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項９】
請求項２記載の吸着工程と反応工程とを交互に複数回繰り返した後、得られたタンタル窒化物膜中に、タンタルを主構成成分とするターゲットを用いるスパッタリングにより、タンタル粒子を入射させることを特徴とする請求項８記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項１０】
請求項２記載の吸着工程及び反応工程と、得られたタンタル窒化物膜中に、タンタルを主構成成分とするターゲットを用いるスパッタリングにより、タンタル粒子を入射させる工程とを、交互に複数回繰り返すことを特徴とする請求項８記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項１１】
請求項２記載の吸着工程と反応工程とを実施している間に、タンタルを主構成成分とするターゲットを用いるスパッタリングにより、タンタル粒子を入射させる工程を実施することを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項１２】
前記スパッタリングが、ＤＣパワーとＲＦパワーとを調整して、ＤＣパワーが低く、かつ、ＲＦパワーが高くなるようにして行われることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【請求項１３】
前記形成されたタンタル窒化物膜において、タンタルと窒素との組成比が、Ｔａ／Ｎ≧２．０を満足する膜であることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載のタンタル窒化物膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンタル窒化物膜の形成方法に関し、特に、ＡＬＤ法(Atomic Layer Deposition：原子層蒸着法)に従って配線膜用のバリア膜として有用なタンタル窒化物膜を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体分野の薄膜製造技術において微細加工の要求が加速しており、それに伴い様々な問題が生じている。
【０００３】
半導体デバイスにおける薄膜配線加工を例にあげれば、配線材料としては、抵抗率が小さい等の理由から銅の使用が主流化している。しかし、銅は、エッチングが困難であり、下地層の絶縁膜中に拡散しやすいという性質があるため、デバイスの信頼性が低下するという問題が生じている。
【０００４】
この問題を解決するために、従来、多層配線構造における多層間接続孔の内壁表面にＣＶＤ法等で金属薄膜(すなわち、導電性のバリア膜)を形成し、その上に銅薄膜を形成して配線層とすることにより、銅薄膜と下地層のシリコン酸化膜等の絶縁膜とが直接接触しないようにして、銅の拡散を防いでいた。
【０００５】
この場合、上記多層配線化やパターンの微細化に伴い、アスペクト比の高い微細なコンタクトホールやトレンチ等を、薄いバリア膜で、ステップカバレッジ良く埋め込むことが要求されている。
【０００６】
そこで、例えば、真空槽内に搬入された基板を所定温度まで昇温させた後、含窒素ガスと含高融点金属化合物ガスとのうち、一方のガスを導入して基板上に吸着させた後、その一方のガスを真空排気し、次いで他方のガスを導入して基板上で反応せしめた後、その他方のガスを真空排気する工程を繰り返すことによって、基板上に原子層単位程度で金属窒化物薄膜を積層させるＡＬＤ法を用いて所望の膜厚のバリア膜を形成していた(例えば、特許文献１参照)。
【０００７】
また、ＡＬＤ法等を用いて、Ｔａ、ＴｉＮ、ＴａＮ等の材料層を堆積させてバリア膜を形成することも知られている(例えば、特許文献２参照)。
【０００８】
上記ＡＬＤ法は、前駆体間の化学反応を利用するという点でＣＶＤ法と類似している。しかし、通常のＣＶＤ法では、ガス状態の前駆体が互いに接触して反応が起きる現象を利用するのに対し、ＡＬＤ法では、二つの前駆体間の表面反応を利用するという点で異なる。すなわち、ＡＬＤ法によれば、一種類の前駆体(例えば、原料ガス)が基板表面に吸着されている状態で別の前駆体(例えば、反応ガス)を供給することにより、二つの前駆体が基板表面で互いに接触して反応し、所望の金属膜を形成する。この場合、基板表面に最初に吸着された前駆体と次いで供給される前駆体と間の反応が基板表面で非常に速い速度で起きる。前駆体としては、固体、液体、気体状態のいずれでも使用することができ、原料気体は、Ｎ２、Ａｒ等のようなキャリアガスにのせて供給される。このＡＬＤ法は、上記したように原料ガスの吸着工程と、吸着した原料ガスと反応ガスとの反応工程とを交互に繰り返し、原子層単位で薄膜を形成する方法であり、吸着・反応が常に表面運動領域で行われるため、非常に優れたステップカバレッジ性を有し、また、原料ガスと反応ガスとを別個に供給して反応させるので膜密度を高くできる等の理由から、近年注目されている。
【０００９】
上記ＡＬＤ法に従って薄膜形成を行う従来の原子層蒸着装置(ＡＬＤ装置)は、真空排気手段が設けられた成膜装置からなり、装置内に、加熱手段を有する基板ステージを設けると共に、基板ステージに対向してガス導入手段を成膜装置の天井部に配置している。このＡＬＤ装置として、例えば、所定の原料ガスと反応ガスとをガス導入手段を介して時間差をつけて装置内に導入し、原料ガスの吸着工程と、プラズマでアシストしつつ反応ガスと反応させる反応工程とを繰り返し行い、所定の膜厚の薄膜を得るように構成されている装置が知られている(例えば、特許文献３参照)。
【特許文献１】特開平１１−５４４５９号公報(請求項１等)
【特許文献２】特開２００４−６８５６号公報(特許請求の範囲等)
【特許文献３】特開２００３−３１８１７４号公報(特許請求の範囲等)。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来技術の場合、原料ガスとしてタンタル含有の有機金属化合物ガスを使用する場合、得られるタンタル窒化物膜中のＣ、Ｎの含有量は高く、また、Ｔａ／Ｎ組成比は低い。そのため、Ｃｕ配線膜との密着性を確保しながらバリア膜として有用な低抵抗のタンタル窒化物(ＴａＮ)膜を形成することは困難であるという問題がある。この問題を解決するためには、原料ガス中のアルキル基等の有機基を切断除去してＣ含有量を減らし、かつ、ＴａとＮとの結合を切断してＴａ／Ｎ組成比を高くすることの可能な成膜プロセスを開発することが必要になる。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、Ｃ、Ｎ含有量が低く、Ｔａ／Ｎ組成比が高く、また、配線膜(例えば、Ｃｕ配線膜)との密着性が確保されたバリア膜として有用な低抵抗タンタル窒化物膜を形成する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のタンタル窒化物膜の形成方法は、真空チャンバ内に、タンタル元素(Ｔａ)の周りにＮ＝(Ｒ,Ｒ')(Ｒ及びＲ'は、炭素原子数１〜６個のアルキル基を示し、それぞれが同じ基であっても異なった基であってもよい)が配位した配位化合物からなる原料ガス及びハロゲンガスを導入して、基板上でＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物(式中、Ｈａｌは、ハロゲン原子を表す)からなる一原子層又は数原子層の表面吸着膜を形成し、次いでＨ原子含有ガスから生成されたラジカルを導入して前記生成化合物のＴａに結合したＮを切断削除し、かつ、残っているＮに結合したＲ(Ｒ')基を切断除去し、タンタルリッチのタンタル窒化物膜を形成することを特徴とする。上記配位化合物中の炭素原子数が６を超えると、炭素が膜中に多く残存するという問題がある。
【００１３】
前記タンタル窒化物膜の形成方法において、原料ガス及びハロゲンガスを導入する際に、真空チャンバ内に、まず原料ガスを導入して基板上に吸着させた後に、ハロゲンガスを導入し、吸着された原料ガスと反応させてＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物からなる一原子層又は数原子層の表面吸着膜を形成させても、或いは両方のガスを同時に導入して基板上で反応させ、ＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物からなる一原子層又は数原子層の表面吸着膜を形成させてもよい。この場合、吸着工程と反応工程を交互に複数回繰り返すことにより、所望の膜厚を有する薄膜を形成することができる。
【００１４】
前記構成によれば、得られた膜中のＣ、Ｎ含有量が減少し、Ｔａ／Ｎ組成比が増大し、また、Ｃｕ膜との密着性が確保されたＣｕ配線のバリア膜として有用な低抵抗タンタル窒化物膜を形成することができる。
【００１５】
前記原料ガスは、ペンタジメチルアミノタンタル（ＰＤＭＡＴ）、tert-アミルイミドトリス(ジメチルアミド)タンタル（ＴＡＩＭＡＴＡ）、ペンタジエチルアミノタンタル（ＰＥＭＡＴ）、tert-ブチルイミドトリス（ジメチルアミド）タンタル（ＴＢＴＤＥＴ）、tert-ブチルイミドトリス（エチルメチルアミド）タンタル（ＴＢＴＥＭＴ）、Ｔａ(Ｎ(ＣＨ３)２)３(ＮＣＨ３ＣＨ２)２（ＤＥＭＡＴ）、ＴａＸ５（Ｘ：塩素、臭素及びヨウ素から選ばれたハロゲン原子）から選ばれた少なくとも一種の配位化合物のガスであることが望ましい。
【００１６】
前記ハロゲンガスが、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素から選ばれた少なくとも一種のガスであることが望ましい。このようなハロゲンガスを用いれば、上記ＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物を生成することができる。
【００１７】
前記Ｈ原子含有ガスは、Ｈ２、ＮＨ３、ＳｉＨ４から選ばれた少なくとも一種のガスであることが望ましい。
【００１８】
前記タンタル窒化物膜の形成方法によれば、膜中のタンタルと窒素との組成比がＴａ／Ｎ≧２．０を満足するタンタルリッチの低抵抗の薄膜が得られる。
【００１９】
本発明のタンタル窒化物膜の形成方法はまた、上記形成方法によりタンタル窒化物膜を形成した後、得られたタンタル窒化物膜中に、タンタルを主構成成分とするターゲットを用いるスパッタリングにより、タンタル粒子を入射させることを特徴とする。これにより、さらにタンタルリッチな、Ｔａ／Ｎ≧２．０を十分に満足するタンタル窒化物膜が形成され得る。
【００２０】
上記吸着工程と反応工程とを交互に複数回繰り返した後、得られたタンタル窒化物膜中に、タンタルを主構成成分とするターゲットを用いるスパッタリングにより、タンタル粒子を入射させてもよく、また、上記吸着工程及び反応工程と、得られたタンタル窒化物膜中に、タンタルを主構成成分とするターゲットを用いるスパッタリングにより、タンタル粒子を入射させる工程とを、交互に複数回繰り返してもよい。スパッタリング工程を繰り返すことにより、得られるバリア膜の付着力が向上し、炭素等の不純物の除去が可能になる。さらに上記吸着工程と反応工程とを実施している間に、タンタルを主構成成分とするターゲットを用いるスパッタリングにより、タンタル粒子を入射させてもよい。
【００２１】
前記スパッタリングが、ＤＣパワーとＲＦパワーとを調整して、ＤＣパワーが低く、かつ、ＲＦパワーが高くなるようにして行われることが望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、低いＣ、Ｎ含有量、かつ、高いＴａ／Ｎ組成比を有し、配線膜(例えば、Ｃｕ配線膜)との密着性が確保されたバリア膜として有用な低抵抗のタンタル窒化物膜を形成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明によれば、低いＣ、Ｎ含有量、高いＴａ／Ｎ組成比を有する低抵抗のタンタル窒化物膜は、真空チャンバ内における上記タンタル含有配位化合物からなる原料ガスとハロゲンガスとの反応によって基板上にＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物を生成させ、この生成物と、Ｈ原子含有化合物から生成されたＨ２ガス又はＨＮ３ガス由来の由来のＨラジカル、ＮＨ３ガス由来のＮＨｒラジカル等のラジカルとを反応させて得られる。
【００２４】
原料ガス、ハロゲンガス及びＨ原子含有ガスは、上記したものをそのまま導入しても、Ｎ２ガスやＡｒ等の不活性ガスと共に導入してもよい。これらの反応体の量に関しては、ハロゲンガスは、原料ガスに対して、例えば、原料ガス５ｓｃｃｍに対して５ｓｃｃｍ以下の流量で用い、また、Ｈ原子含有化合物ガスは、原料ガスに対してハロゲンガスに比べて多量、例えば、原料ガス５ｓｃｃｍに対して１００〜１０００ｓｃｃｍ(Ｈ２換算)の流量で用いることが望ましい。
【００２５】
上記二つの反応の温度は、反応が生じる温度であればよく、例えば、原料ガスとハロゲンガスとの反応では、一般に３００℃以下、好ましくは１５０〜３００℃、また、この反応のハロゲン化生成物とラジカルとの反応では、一般に３００℃以下、好ましくは１５０〜３００℃である。この場合、２０℃以下の温度で原料ガスの吸着を行うと、その吸着量が増加し、その結果としてタンタル窒化物の成膜レートを上げることが可能である。また、真空チャンバ内の圧力は最初のハロゲン化反応の場合１〜１０Ｐａ、次の成膜反応の場合１〜１００Ｐａであることが望ましい。
【００２６】
配位化合物は、上記したように、タンタル元素(Ｔａ)の周りにＮ＝(Ｒ,Ｒ')(Ｒ及びＲ'は、炭素原子数１〜６個のアルキル基を示し、それぞれが同じ基であっても異なった基であってもよい)が配位したものである。このアルキル基は、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル基であり、直鎖でも分岐したものでもよい。この配位化合物は、通常、Ｔａの周りに４つから５つのＮ−(Ｒ,Ｒ')が配位した化合物である。
【００２７】
上記本発明の方法は、真空チャンバ内において、例えば、原料ガスを基板上に吸着させた後、ハロゲンガスを導入してハロゲン反応を行ってＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物を生成、次いで水素原子含有化合物から生成されたラジカルを導入してタンタル窒化物膜を形成し、その後このプロセスを所望の回数繰り返してもよいし、この吸着及びハロゲン化反応を所望の回数繰り返した後、ラジカルを導入してタンタル窒化物膜を形成し、その後このプロセスを所望の回数繰り返してもよいし、或いは原料ガスとハロゲンガスとを同時に導入して基板上で反応を行った後、ラジカルを導入してタンタル窒化物膜を形成し、その後このプロセスを所望の回数繰り返してもよい。
【００２８】
本発明のタンタル窒化物の形成方法は、いわゆるＡＬＤ法を実施できる成膜装置であれば特に制約なく実施できる。例えば、図１に示すような、真空チャンバ内の基板上に薄膜を形成させる成膜装置であって、薄膜の構成元素であるタンタルを含む原料ガスを導入する原料ガス導入系と、ハロゲンガスを導入するハロゲンガス導入系と、反応ガスを導入する反応ガス導入系とを備えたものであればよい。また、その変形である図４に示すような成膜装置であっても使用できる。上記反応ガス導入系には、反応ガスのラジカルを生成するためのラジカル生成装置が備えられていることが好ましく、ラジカル生成方法は、いわゆるプラズマ方式でも触媒方式でもよい。
【００２９】
ところで、本発明のタンタル窒化物形成方法では、このバリア膜が形成される前に、基板表面に吸着しているガス等の不純物を除去する公知の脱ガス処理を行うことが必要であり、また、この基板上にバリア膜を形成した後に、最終的に例えばＣｕからなる配線膜が形成される。そのため、この成膜装置を、真空排気可能な搬送室を介して、少なくとも脱ガス室及び配線膜形成室に接続して、基板が搬送用ロボットによって搬送室から成膜装置と脱ガス室と配線膜形成室との間を搬送できるように構成された複合型配線膜形成装置とすれば、前処理から配線膜形成までの一連の工程をこの装置で実施できる。
【００３０】
以下、上記成膜装置として、図１及び４に示す装置を使用して本発明方法を実施する場合の一実施の形態について、図２及び５に示すフロー図に沿って説明する。
【００３１】
図１において、成膜装置１の真空チャンバ１１の下方には、基板１２を載置する基板ホルダー１３が設けられている。基板ホルダー１３は、基板１２を載置するステージ１３１と、このステージ上に載置される基板１２の加熱用ヒーター１３２とから構成されている。
【００３２】
真空チャンバ１１には、このチャンバの側壁に開口された導入口(図示せず)に原料ガス導入系１４、また、別の導入口にハロゲンガス導入系１５が接続されている。図１では、ガス導入系１４及び１５を、模式的に同じ側面に縦に並べて接続するように示したが、横に並べてもよいし、所望の目的を達成することができれば、その接続位置に制限はない。この原料ガスは、基板１２上に形成されるバリア膜の原料となる金属の構成元素(Ｔａ)を化学構造中に含む有機金属化合物のガスである。この原料ガス導入系１４は、原料ガスが充填されたガスボンベ１４１と、ガスバルブ１４２と、このバルブを介して原料ガス導入口に接続するガス導入管１４３とから構成され、図示していないが、マスフローコントローラで流量を制御できるようになっている。また、ハロゲンガス導入系１５も、同様に、ガスボンベ１５１、ガスバルブ１５２、ガス導入管１５３、マスフローコントローラ(図示せず)とから構成されている。
【００３３】
原料ガス導入系１４については、上記したように原料ガス充填ガスボンベを用いることもできるが、その他に、上記有機金属化合物を加熱保温された容器内に収容し、バブリングガスとしてのＡｒ等の不活性ガスをマスフローコントローラー等を介して容器内に供給して原料を昇華させ、バブリングガスと共に原料ガスを成膜装置内へ導入するようにしてもよいし、気化器等を介して気化された原料ガスを成膜装置内へ導入してもよい。
【００３４】
また、真空チャンバ１１には、原料ガスやハロゲンガスを導入する導入口が開口された位置とは別の位置に開口された導入口(図示せず)に反応ガス導入系１６が接続されている。この反応ガスは、原料ガスとハロゲンガスとの反応生成物と反応し、タンタルを化学構造中に含む金属薄膜(ＴａＮ)を析出させるガス、例えば水素ガス、アンモニアガス等である。この反応ガス導入系１６は、原料ガス導入系１４及びハロゲンガス導入系１５の場合と同様に、所望の目的を達成することができれば、その接続位置に制限はなく、例えば、ガス導入系１４及び１５と同じ側面に接続してもよい。
【００３５】
この反応ガス導入系１６は、反応ガスが充填されたガスボンベ１６１と、ガスバルブ１６２と、このバルブを介して反応ガス導入口に接続するガス導入管１６３と、ガスバルブ１６２と反応ガス導入口との間に介在させたラジカル生成装置１６４とから構成され、図示していないが、マスフローコントローラも接続されている。ガスバルブ１６２を開放し、ガスボンベ１６１からガス導入管１６３を通ってラジカル生成装置１６４内に反応ガスを供給し、このラジカル生成装置１６４内でラジカルを生成せしめる。このラジカルが真空チャンバ１１の内部に導入される。
【００３６】
ところで、原料ガスの導入口とハロゲンガスの導入口と反応ガスの導入口との位置関係は、原料ガスとハロゲンガスとを基板１２の表面で反応させると共に、得られた生成物と反応ガスとを反応せしめて所望のバリア膜を形成させるため、いずれのガスの導入口も基板ホルダー１３の近傍に開口することが望ましい。従って、図１に示す通り、例えば、原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスの導入口を真空チャンバ１１の側面であって基板１２の表面の水平方向よりやや上方に開口すればよい。また、ガス導入系１４、１５、１６は、それぞれのガスをウエハの上部部分から導入するように接続してもよい。
【００３７】
さらに、真空チャンバ１１には、上記各ガスの導入口とは別に真空排気系１７を接続するための排気口(図示せず)が開口されている。上記原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスを真空排気系１７から排気する際に、これらのガスが真空チャンバ天板方向に流れて壁面を汚染するのをできるだけ少なくするため、また、排気をできるだけ完全にするため、上記排気口を基板ホルダー１３近傍に開口することが好ましい。従って、図１に示す通り、排気口を真空チャンバ１１の底面に開口すればよい。
【００３８】
図１に示す成膜装置１を用いてタンタル窒化物膜を形成するプロセスの一実施の形態を説明するためのフロー図である図２に沿って以下説明する。
【００３９】
基板１２の表面の脱ガス等の前処理工程を終了した後、真空排気系１７によって公知の圧力下に真空排気された成膜装置１内にこの基板１２を搬入する(Ｓ１)。この基板上には、場合によっては、公知の下地密着層が絶縁層上に設けられていてもよい。例えば、通常のＡｒ等のスパッタリングガスを用い、ターゲットに電圧を印加してプラズマを発生させ、ターゲットをスパッタリングして基板の表面に金属薄膜として基板側密着層を形成させた基板であってもよい。
【００４０】
所定の圧力、好ましくは１０−５Ｐａ以下に真空排気されている成膜装置１内に上記基板１２を搬入した後、この基板をヒーター１３２で所定の温度、例えば３００℃以下に加熱する(Ｓ２)。次いで、Ａｒ、Ｎ２等の不活性ガスからなるパージガスを導入した（Ｓ３−１）後、基板の表面近傍に、原料ガス導入系１４からタンタル含有有機金属化合物からなる原料ガスを導入し、基板の表面にこの原料ガスを吸着させる(Ｓ３−２)。その後、原料ガス導入系１４のガスバルブ１４２を閉めて原料ガスの導入を停止し、真空排気系１７によって原料ガスを排出する(Ｓ３−３)。
【００４１】
次いで、パージガスを止めて、パージガスの真空排気を行う(Ｓ３−４)。
【００４２】
パージガスの排気終了後、ハロゲンガス導入系１５から、例えば５ｓｃｃｍ以下のハロゲンガスを成膜装置１内へ導入し(Ｓ３−５)、基板上に吸着された原料ガスと反応させ、ＴａＮｘ(Ｈａｌ)ｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物を生成せしめる(Ｓ３−６)。この場合、５ｓｃｃｍを超えると、最終的に得られるバリア膜の抵抗値が所望の値とならない。上記化合物の生成後、ハロゲンガス導入系１５のガスバルブ１５２を閉めてハロゲンガスの導入を停止すると共に、パージガスを導入し(Ｓ３−７)、残留ハロゲンガスをパージした後、パージガスの真空排気を行う(Ｓ３−８)。
【００４３】
上記真空排気を継続しつつ、成膜装置１内に反応ガス導入系１６からラジカル生成装置１６４を介して反応ガスのラジカルを導入し(Ｓ３−９)、反応ガスのラジカルと基板１２の表面に吸着された上記生成物とを所定時間反応させ、この生成物を分解せしめる(Ｓ３−１０)。次いで、反応ガス導入系１６のガスバルブ１６２を閉めて反応ガスの導入を停止し、真空排気系１７によって反応ガスを排出する(Ｓ３−１１)。
【００４４】
上記Ｓ３−１からＳ３−１１までの工程を経て上記基板側密着層の上に原子層程度のごく薄い金属薄膜、すなわちバリア膜が形成される(Ｓ４)。
【００４５】
このバリア膜が所望の膜厚になるまで上記Ｓ３−１からＳ３−１１までの工程を繰り返し(Ｓ５)、所望の抵抗値を有するバリア膜としてタンタル窒化物膜を形成する。
【００４６】
所望の膜厚を有するタンタル窒化物膜が形成された基板に対して、場合によっては、例えば、公知のスパッタ法に従って、Ａｒ等のスパッタリングガスを用い、ターゲットに電圧を印加してプラズマを発生させ、ターゲットをスパッタリングして上記タンタル窒化物膜の表面に金属薄膜、すなわち配線膜側密着層(バリア膜側下地層)を形成させてもよい(Ｓ６)。
【００４７】
以上の工程を経て基板１２上に積層膜が形成され、次いで、上記配線膜側密着層の上に、配線膜を形成する。図２のフロー図に基づくガスフローシークエンスを図３に示す。
【００４８】
図４は、本発明のタンタル窒化物膜形成方法を実施するための別の成膜装置であり、図１の装置にさらにスパッタリングターゲットを設置してスパッタリングも同時に行えるようにした成膜装置である。図１と同じ構成要素には同じ符号を付け、その説明は省略する。
【００４９】
真空チャンバ１１の上方で、基板ホルダー１３に対向する位置にターゲット１８が設置されている。ターゲット１８には、その表面をスパッタリングし、ターゲット構成物質の粒子を放出させるプラズマを発生させるための電圧印加装置１９が接続されている。なお、ターゲット１８は、上記原料ガスに含まれる金属の構成元素(Ｔａ)を主成分とするもので構成されている。この電圧印加装置１９は、直流電圧発生装置１９１と、ターゲット１８に接続された電極１９２とから構成されている。この電圧印加装置は、直流に交流を重畳させたものでもよい。また、基板ホルダーに高周波発生装置が接続されていて、バイアスが印加できるような形でもよい。
【００５０】
真空チャンバ１１には、上記原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスを導入する導入口が開口された位置とは別の位置に開口された導入口(図示せず)にスパッタリングガス導入系２０が接続されている。このスパッタリングガスは、公知の不活性ガス、例えばアルゴンガス、キセノンガス等であればよい。このスパッタリングガス導入系２０は、スパッタリングガスが充填されたガスボンベ２０１と、ガスバルブ２０２と、このバルブを介してスパッタリングガスの導入口に接続するガス導入管２０３と、図示されていないがマスフローコントローラとから構成されている。
【００５１】
ところで、原料ガスの導入口、ハロゲンガスの導入口及び反応ガスの導入口の位置に関しては、上記したように、基板１２の表面で所定の反応を行って、所望のバリア膜を形成させるため、いずれのガスの導入口も基板ホルダー１３の近傍に開口することが望ましい。一方、上記スパッタリングガスの導入口は、スパッタリングガスがターゲット１８の表面をスパッタリングするプラズマの生成に利用されるものであるため、その導入口は、ターゲット１８の近傍に開口することが望ましい。
【００５２】
上記原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスの導入によってターゲット１８が汚染されることを防止するためには、原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスの導入口は、ターゲット１８から離れた位置に開口することが望ましい。また、スパッタリングガスによって上記原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスがターゲット１８側に拡散するのを阻止するためには、スパッタリングガスの導入口は、基板ホルダー１３から離れた位置に開口するのが望ましい。従って、図４に示す通り、原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスの導入口を真空チャンバ１１の側面であって基板１２の表面の水平方向よりやや上方に開口し、スパッタリングガスの導入口を真空チャンバ１１の側面であってターゲット１８の表面の水平方向よりやや下方に開口すればよい。
【００５３】
また、上記原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスを真空排気系１７から排気する際に、それらのガスがターゲット１８方向に流れてターゲットを汚染しないように、上記排気口を基板ホルダー１３近傍であってターゲット１８から離れた位置に開口することが望ましい。従って、図４に示す通り、上記したように、排気口を真空チャンバ１１の底面に開口すればよい。
【００５４】
上記の通り、図４の成膜装置は、同一の真空チャンバ１１内で、スパッタリングによる成膜と、加熱された基板上での原料ガス、ハロゲンガス、反応ガスによる成膜とが可能になる。
【００５５】
図５は、図４に示す成膜装置を用いて積層膜を形成する際のプロセスの一実施の形態を説明するためのフロー図である。図２のフロー図と異なる点を主体に以下説明する。
【００５６】
公知の方法に従って基板１２の表面の脱ガス等の前処理工程が終了した後、真空排気系１７によって所定の圧力に真空排気された成膜装置１に基板１２を搬入する(Ｓ１)。
【００５７】
基板１２を搬入した後、場合によっては、例えば、公知のスパッタ法に従って、スパッタリングガス導入系２０からＡｒ等のスパッタリングガスを導入して(Ｓ２)、電圧印加装置１９からターゲット１８に電圧を印加してプラズマを発生させ(Ｓ３)、ターゲット１８をスパッタリングして基板１２の表面に金属薄膜、すなわち基板側密着層(基板側下地層)を形成させてもよい(Ｓ４)。
【００５８】
工程Ｓ４の終了後、基板１２をヒーター１３２で所定の温度に加熱し(Ｓ５)、次いで、図５に示すＳ６−１からＳ６−１１までの工程を、図２の工程Ｓ３−１からＳ３−１１までの工程と同様に実施して、上記基板側密着層の上に原子層程度のごく薄い金属薄膜、すなわちバリア膜であるタンタル窒化物膜を形成する(Ｓ７)。このバリア膜が所望の膜厚になるまで上記Ｓ６−１からＳ６−１１までの工程を繰り返す(Ｓ８)。図５のフロー図に基づくガスフローシークエンスは図３の場合と同様である。
【００５９】
なお、図５のフロー図には示さなかったが、上記バリア膜の形成に際し、バリア膜の付着力の強化や不純物の除去を行なう場合は、上記Ｓ６−１からＳ６−１１までの工程とスパッタリングガス導入系２０によるスパッタリングガスの導入とを所望の膜厚になるまで交互に複数回繰り返すようにしてもよい。
【００６０】
次いで、上記Ｓ６−１からＳ６−１１までの工程が終了した後、又はこれらの工程を行なっている間に、Ａｒ等の不活性ガスを導入して放電させ、原料ガスの構成成分であるタンタルを主構成成分とするターゲット１８をスパッタリングし、基板１２上に形成された薄膜中にスパッタリング粒子であるタンタル粒子を入射させるようにする。このように、スパッタリングによって、ターゲット１８から基板１２にタンタルを入射させることができるので、バリア膜中のタンタルの含有率をさらに増加せしめることができ、所望の低抵抗のタンタルリッチのタンタル窒化物膜を得ることができる。なお、原料ガスが有機タンタル化合物であるので、上記スパッタリングによって構成元素(タンタル)が基板１２の表面に入射することにより、分解が促進されてＣやＮ等の不純物がバリア膜からはじき出されて、不純物の少ない低抵抗のバリア膜を得ることができる。
【００６１】
このスパッタリングは、タンタル粒子をタンタル窒化物膜中に打ち込んで、ＣやＮをスパッタ除去し、この膜の改質を行うために行われるのであって、タンタル膜を積層するのではないので、タンタル膜が形成されない条件、すなわちタンタル粒子によるエッチングができる条件で行うことが必要である。そのため、例えば、ＤＣパワーとＲＦパワーとを調整して、ＤＣパワーが低く、かつ、ＲＦパワーが高くなるようにする必要がある。例えば、ＤＣパワーを５ｋＷ以下に設定し、ＲＦパワーを高く、例えば４００〜８００Ｗとすることで、タンタル膜が形成されない条件が達成できる。ＲＦパワーはＤＣパワーに依存するので、ＤＣパワーとＲＦパワーを適宜調整することにより、膜の改質程度を調整できる。また、スパッタリング温度は、通常のスパッタリング温度でよく、例えばタンタル窒化物膜の形成温度と同一温度でよい。
【００６２】
上記したようにして所望の膜厚を有するバリア膜が形成された基板に対して、場合によっては、例えば、公知のスパッタ法に従って、スパッタリングガス導入系２０からＡｒ等のスパッタリングガスを導入し(Ｓ９)、電圧印加装置１９からターゲット１８に電圧を印加してプラズマを発生させ(Ｓ１０)、ターゲット１８をスパッタリングして上記バリア膜の表面に金属薄膜、すなわち配線膜側密着層(バリア膜側下地層)を形成させてもよい(Ｓ１１)。
【００６３】
以上の工程を経て基板１２上に積層膜が形成され、次いで、上記配線膜側密着層の上に、配線膜を形成する。
【００６４】
なお、前述の通り、ターゲット汚染を防止するために、上記工程において、原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスの導入は、ターゲット１８から離れた位置で行い、さらにスパッタリングガスによって上記原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスがターゲット１８側に拡散するのを阻止するために、スパッタリングガスの導入は、基板ホルダー１３から離れた位置で行うのが望ましい。
【００６５】
また、上記原料ガス、ハロゲンガス及び反応ガスを真空排気系１７から排気する際に、これらのガスがターゲット１８方向に流れてターゲットを汚染しないように、上記排気を基板ホルダー１３近傍であってターゲット１８から離れた位置で行うのが望ましい。
【００６６】
図６は、図１及び４に示す成膜装置１を備えた複合型配線膜形成装置の構成図を模式的に示す。
【００６７】
この複合型配線膜形成装置１００は、前処理部１０１と成膜処理部１０３とこれらをつなぐ中継部１０２とから構成されている。いずれも、処理を行う前には、内部を真空雰囲気にしておく。
【００６８】
まず、前処理部１０１では、搬入室１０１ａに配置された処理前基板を前処理部側搬出入ロボット１０１ｂによって脱ガス室１０１ｃに搬入する。この脱ガス室１０１ｃで処理前基板を加熱し、表面の水分等を蒸発させて脱ガス処理を行う。次に、この脱ガス処理された基板を搬出入ロボット１０１ｂによって還元処理室１０１ｄに搬入する。この還元処理室１０１ｄ内では、上記基板を加熱して水素ガス等の還元性ガスによって下層配線のメタル酸化物を除去するアニール処理を行う。
【００６９】
アニール処理の終了後、搬出入ロボット１０１ｂによって還元処理室１０１ｄから上記基板を取り出し、中継部１０２に搬入する。搬入された基板は、中継部１０２で成膜処理部１０３の成膜処理部側搬出入ロボット１０３ａに受け渡される。
【００７０】
受け渡された上記基板は、搬出入ロボット１０３ａによって成膜室１０３ｂに搬入される。この成膜室１０３ｂは、上記成膜装置１に相当する。成膜室１０３ｂでバリア膜及び密着層が形成された積層膜は、搬出入ロボット１０３ａによって成膜室１０３ｂから搬出され、配線膜室１０３ｃに搬入される。ここで、上記バリア膜(バリア膜上に密着層が形成されている場合は、密着層)の上に配線膜が形成される。配線膜が形成された後、この基板を搬出入ロボット１０３ａによって配線膜室１０３ｃから搬出室１０３ｄに移動し、搬出する。
【００７１】
以上の通り、上記バリア膜形成の前後の工程、すなわち、脱ガス工程と配線膜形成工程とを一連で行う上記複合型配線膜形成装置１００の構成をとれば、作業効率が向上する。
【００７２】
なお、上記複合型配線膜形成装置１００の構成は、前処理部１０１に脱ガス室１０１ｃと還元処理室１０１ｄとを各々１室ずつ設け、成膜処理部１０３に成膜室１０３ｂと配線膜室１０３ｃとを各々１室ずつ設けたが、この構成に限定されるものではない。
【００７３】
従って、例えば、前処理部１０１及び成膜処理部１０３の形状を多角形状にし、各々の面に上記脱ガス室１０１ｃ及び還元処理室１０１、並びに成膜室１０３ｂ及び配線膜室１０３ｃを複数個設ければ、さらに処理能力は向上する。
【実施例１】
【００７４】
本実施例では、図１に示す成膜装置１を用い、原料ガスとしてペンタジメチルアミノタンタル(ＭＯ)ガス、ハロゲンガスとしてフッ素ガス及び反応ガスとしてＨ２ガスを用い、図２に示すプロセスフロー図に従ってタンタル窒化物膜を形成した。
【００７５】
公知の方法に従って、ＳｉＯ２絶縁膜を有する基板１２の表面の脱ガス前処理工程を実施した後、真空排気系１７によって１０−５Ｐａ以下に真空排気された成膜装置１内に基板１２を搬入した(Ｓ１)。この基板としては、特に制限はしないが、通常のスパッタ法に従って、Ａｒスパッタリングガスを用い、Ｔａを主構成成分として有するターゲットに電圧を印加してプラズマを発生させ、ターゲットをスパッタリングして表面に基板側密着層を形成させた基板を用いてもよい。
【００７６】
成膜装置１内に基板１２を搬入した後、この基板をヒーター１３２で２５０℃に加熱した(Ｓ２)。次いで、Ａｒパージガスを導入後、基板の表面近傍に、原料ガス導入系１４から上記原料ガスを５ｓｃｃｍ、５秒間供給した(Ｓ３−１、Ｓ３−２)。基板１２の表面に原料ガスを吸着させた後、原料ガス導入系１４のガスバルブ１４２を閉めて原料ガスの導入を停止し、真空排気系１７によって成膜装置１内を２秒間排気し、原料ガスを排出した(Ｓ３−３)。
【００７７】
次いで、Ａｒパージガスを止めて、パージガスの真空排気を行った(Ｓ３−４)。
【００７８】
この真空排気を継続しつつ、成膜装置１内に、ハロゲンガス導入系１５からフッ素ガスを５ｓｃｃｍ、５秒間導入し(Ｓ３−５)、基板上に吸着された原料ガス(ＭＯガス)と反応させてＴａＮｘＦｙ(Ｒ,Ｒ')ｚ化合物を生成せしめた(Ｓ３−６)。次いで、ハロゲンガスの導入を停止すると共に、Ａｒパージガスを導入し(Ｓ３−７)、残留フッ素ガスをパージした後、パージガスの真空排気を行った(Ｓ３−８)。
【００７９】
上記真空排気を継続しつつ、反応ガス導入系１６からＮＨ３ガス、あるいはＨ２ガスをラジカル生成装置１６４に流し、生成したＨラジカルを成膜装置１内へ２００ｓｃｃｍ、５秒間導入し(Ｓ３−９)、このラジカルと、基板１２の表面上の上記原料ガスとハロゲンガスとの生成物とを所定時間反応させ、生成物を分解せしめた(Ｓ３−１０)。
【００８０】
上記反応終了後、反応ガス導入系１６のガスバルブ１６２を閉めて反応ガスの導入を停止し、真空排気系１７によって成膜装置１内を２秒間排気し、反応ガスを排出した(Ｓ３−１１)。
【００８１】
上記Ｓ３−１からＳ３−１１までの工程を経て、上記基板側密着層の上に原子層程度のごく薄い金属薄膜、すなわちタンタルリッチのタンタル窒化物であるバリア膜が形成された(Ｓ４)。
【００８２】
このバリア膜が所望の膜厚になるまで上記Ｓ３−１からＳ３−１１までの工程を繰り返した(Ｓ５)。かくして得られたバリア膜の組成は、Ｔａ／Ｎ＝２．０であり、Ｃ含有量は１％以下であり、Ｎ含有量は３３％であった。
【００８３】
なお、比較のために、上記原料ガス(ＭＯガス)とフッ素ガスとを用いた場合、及び上記原料ガスとフッ素ガスとＨラジカルとを用いた場合(但し、Ｈラジカル照射による処理時間を、３秒、５秒、１０秒として行った)について、上記方法に準じて成膜した。
【００８４】
上記方法で得られたそれぞれの薄膜について、比抵抗ρ(μΩ・ｃｍ)を算出し、図７にプロットした。この比抵抗は、４探針プローブ法でシート抵抗(Ｒｓ)を測定し、ＳＥＭで膜厚(Ｔ)を測定して、式：ρ＝Ｒｓ・Ｔに基づいて算出したものである。
【００８５】
図７から明らかなように、原料ガス(ＭＯガス)をフッ素ガスで変換(ハロゲン化)した後に反応ガス(Ｈラジカル)を５秒間照射して成膜した場合には、ＭＯガスとフッ素ガスとを用いて成膜した場合(数百万μΩ・ｃｍ)、ＭＯガスとフッ素ガスとＨラジカル(３秒間照射)とを用いて成膜した場合(３００,０００μΩ・ｃｍ)、及びＭＯガスとフッ素ガスとＨラジカル(５秒間照射)とを用いて成膜した場合(４,８００μΩ・ｃｍ)よりも低い比抵抗(４５０μΩ・ｃｍ)が得られた。
【００８６】
このことから、ＭＯガスとフッ素ガスとの成膜で得られる膜はほとんど絶縁膜に近い状態であるが、この膜をＨラジカルで処理していくと、その処理時間に応じて比抵抗が変化し、処理時間が長くなるに従い比抵抗が下がっていくことが分かる。この結果から、Ｈラジカル処理を好ましくは１０秒以上で行うことで、効果的にハロゲン、Ｒ基及びＮが除去されることが分かる。
【００８７】
上記したように、ＭＯガスとハロゲンガスとラジカルとを用いた成膜では、ハロゲンにより原料ガスのＴａ−Ｎ−(Ｒ,Ｒ')結合のＮとＲとの結合が一部切断されて選択的にＲが除去されるが、次いでＨラジカルの照射により高抵抗のハロゲン化Ｔａ系化合物におけるＴａとＮとの結合、Ｎとハロゲン原子との結合及び残っているＮとＲとの結合が切断されて、ハロゲン原子、Ｃ及びＮが除去されることにより、Ｃ、Ｎの含有割合が減って形成された膜組成がＴａリッチとなり、膜の比抵抗が下がったことを示しているものと考えられる。
【００８８】
上記したようにして所望の膜厚を有するバリア膜が得られた基板に対し、場合によっては、例えば、公知の方法に従って、Ａｒスパッタリングガスを用い、ターゲットに電圧を印加してプラズマを発生させ、ターゲットをスパッタリングして上記バリア膜の表面に金属薄膜、すなわち下地層としての配線膜側密着層を形成させてもよい(Ｓ６)。
【００８９】
以上の工程を経て積層膜が形成された基板１２上に、すなわち上記バリア膜側密着層の上に、公知のプロセス条件に従ってＣｕ配線膜を形成した。各膜同士の接着性は優れていることが確認された。
【実施例２】
【００９０】
本実施例では、図４に示す成膜装置１を用い、原料ガスとしてペンタジメチルアミノタンタル(ＭＯ)のガス、ハロゲンガスとしてフッ素ガス及び反応ガスとしてＨ２ガスを用い、図５に示すプロセスフロー図に従ってタンタル窒化物膜を形成した。
【００９１】
実施例１と同様にして、表面の脱ガス前処理工程を行った基板１２を、真空排気系１７によって１０−５Ｐａ以下に真空排気された成膜装置１内に搬入した(Ｓ１)。
【００９２】
基板１２を搬入した後、場合によっては、例えば、スパッタリングガス導入系２０からスパッタリングガスとしてＡｒを導入し(Ｓ２)、電圧印加装置１９からＴａ含有ターゲット１８に電圧を印加してプラズマを発生させ(Ｓ３)、ターゲット１８をスパッタリングして基板１２の表面に金属薄膜、すなわち基板側密着層を形成させてもよい(Ｓ４)。
【００９３】
工程Ｓ４の終了後、基板１２をヒーター１３２で２５０℃に加熱し(Ｓ５)、Ａｒパージガスを流した後、基板の表面近傍に、原料ガス導入系１４から上記原料ガスを、５ｓｃｃｍ、５秒間供給した。
【００９４】
図４に示す工程Ｓ６−１からＳ６−１１までを、実施例１の工程Ｓ３−１からＳ３−１１までと同様に実施して、上記基板側密着層の上に原子層程度のごく薄い金属薄膜を析出せしめ、Ｔａリッチのタンタル窒化物膜であるバリア膜を形成した(Ｓ７)。なお、反応ガス由来のラジカルの照射による処理時間は１０秒とした。
【００９５】
このバリア膜が所望の膜厚になるまで上記Ｓ６−１からＳ６−１１までの工程を所定回数繰り返した(Ｓ８)。かくして得られたタンタル窒化物において、Ｔａ／Ｎ組成比、Ｃ及びＮの含有量、並びに得られた薄膜の比抵抗は、実施例１の場合と同じであった。
【００９６】
なお、上記バリア膜の形成に際し、バリア膜の付着力の強化や不純物の除去を行なう場合は、上記Ｓ６−１からＳ６−１１までの工程とスパッタリングガス導入系２０によるスパッタリングガスの導入とを所望の膜厚になるまで交互に複数回繰り返すようにしてもよい。
【００９７】
次いで、上記Ｓ６−１からＳ６−１１までの工程が終了した後、又はこれらの工程を行なっている間に、Ａｒを導入して放電させ、タンタルを主構成成分とするターゲット１８をスパッタリングし、基板１２上に形成された薄膜中にスパッタリング粒子であるタンタル粒子を入射させるようにした。このスパッタリング条件は、ＤＣパワー：５ｋＷ、ＲＦパワー：６００Ｗとした。また、スパッタリング温度は、２５０℃で行った。
【００９８】
上記タンタル粒子を打ち込むスパッタリングにより、バリア膜中のタンタルの含有率をさらに増加せしめることができ、所望の低抵抗のタンタルリッチのタンタル窒化物膜を得ることができた。なお、タンタルが基板１２の表面に入射することにより、分解が促進されてＯやＣやＮ等の不純物がバリア膜からはじき出されて、不純物の少ない低抵抗のバリア膜を得ることができた。かくして得られた薄膜は、Ｔａ／Ｎ＝３．４、Ｃ含有量：０．１％以下、Ｎ含有量：２２．７％及び得られた薄膜の比抵抗：２５０μΩ・ｃｍであった。
【００９９】
上記のようにして所望の膜厚の改質タンタル窒化物膜を形成した後、場合によっては、例えば、公知の方法に従って、スパッタリングガス導入系２０からＡｒスパッタリングガスを導入し(Ｓ９)、電圧印加装置１９からターゲット１８に電圧を印加してプラズマを発生させ(Ｓ１０)、ターゲット１８をスパッタリングして上記バリア膜の表面に金属薄膜、すなわち下地層としての配線膜側密着層を形成させてもよい(Ｓ１１)。
【０１００】
以上の工程を経て積層膜が形成された基板１２上に、上記配線膜側密着層を形成させた場合には、その上に、公知のプロセス条件に従ってＣｕ配線膜を形成した。各膜同士の接着性は優れていることが確認された。
【０１０１】
なお、前述の通り、ターゲット汚染を防止するために、上記工程において、原料ガス、ハロゲンガス、反応ガスの導入は、ターゲット１８から離れた位置で行い、さらにスパッタリングガスによってこれらのガスがターゲット１８側に拡散するのを阻止するために、スパッタリングガスの導入は、基板ホルダー１３から離れた位置で行うのが望ましい。
【０１０２】
また、上記原料ガス、ハロゲンガス、反応ガスを真空排気系１７から排気する際に、これらのガスがターゲット１８方向に流れてターゲットを汚染しないように、上記排気を基板ホルダー１３近傍であってターゲットから離れた位置で行うのが望ましい。
【実施例３】
【０１０３】
原料ガスとして、ペンタジメチルアミノタンタルの代わりにtert-アミルイミドトリス(ジメチルアミノ)タンタルを用いたこと以外は、実施例１に準じて成膜プロセスを実施したところ、Ｔａリッチの低抵抗のタンタル窒化物膜が得られた。得られた膜において、Ｔａ／Ｎ＝１．９、Ｃ含有量：１％以下、Ｎ含有量：３４．５％、比抵抗：５５０μΩ・ｃｍであった。
【実施例４】
【０１０４】
ハロゲンガスとして、フッ素ガスの代わりに塩素ガス、臭素ガス又はヨウ素ガスを用いたこと、また、Ｈラジカルを生成する反応ガスとして、Ｈ２ガスを用いたこと以外は、実施例１に準じて成膜プロセスを実施したところ、実施例１と同様な結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明によれば、Ｃ、Ｎ含有量が低く、Ｔａ／Ｎ組成比が高く、Ｃｕ膜との密着性が確保されるバリア膜として有用な低抵抗のタンタル窒化物膜を形成することができる。そのため、本発明は、半導体デバイス分野の薄膜形成プロセスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の一例を模式的に示す構成図。
【図２】図１の装置を用いて薄膜を形成するプロセスを説明するためのフロー図。
【図３】図２のフロー図に基づくガスフローシークエンス図。
【図４】本発明の成膜方法を実施するための成膜装置の別の例を模式的に示す構成図。
【図５】図３の装置を用いて薄膜を形成するプロセスを説明するためのフロー図。
【図６】本発明の成膜方法を実施するための成膜装置を組み込んだ複合型配線膜形成装置の模式的構成図。
【図７】実施例１で得られた各薄膜の比抵抗ρ(μΩ・ｃｍ)をそれぞれ示すグラフ。
【符号の説明】
【０１０７】
１      成膜装置                        １１    真空チャンバ
１２    基板                            １３    基板ホルダー
１４    原料ガス導入系                  １５    ハロゲンガス導入系
１６    反応ガス導入系                  １７    真空排気系
１８    ターゲット                      １９    電圧印加装置
２０    スパッタリングガス導入系        １２１  基板側密着層
１２２  バリア膜                        １２３  配線膜側密着層
【図１】
2006241522.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006241522.tif 000009