(57)【要約】【課題】  コンタクトホール内の金属窒化膜の形成方法、及びその方法によって形成された金属窒化膜を提供する。【解決手段】  リセス内に金属窒化膜を形成し、金属窒化膜は、リセスの底面では第１窒素濃度であり、リセスの入口に隣接した部分では第２窒素濃度を有し、第１窒素濃度は、第２窒素濃度より低いことを特徴とする集積回路に金属膜を形成できる半導体集積回路の製造方法である。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リセス内に金属窒化膜を形成するが、前記リセスの底面では第１窒素濃度を有し、前記リセスの入口に隣接した部分では第２窒素濃度を有し、前記第１窒素濃度は前記第２窒素濃度より低くなるように前記金属窒化膜を形成するステップと、
前記リセス内に含まれる金属窒化膜上に金属膜を形成するステップと、を含むことを特徴とする集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２】
前記金属窒化膜の形成ステップは、Ｗ、Ｔｉ、及び／またはＴａを使用して前記金属窒化膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項３】
前記金属窒化膜の形成ステップは、約３.０ないし１０.０秒間チタンターゲットをスパッタリングするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項４】
前記金属窒化膜の形成ステップは、約４.０ないし６.０秒間メタリックモードのＨＣＭを使用してチタンをスパッタリングするステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項５】
前記金属窒化膜を形成するステップは、テーパー形成された厚さを有する金属窒化膜を有する前記金属窒化膜を形成するステップを含むが、前記テーパー形成された厚さは、前記底面での第１厚さと前記入口に隣接した部分での第２厚さとを有し、前記第１厚さは、前記第２厚さの約１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項６】
前記テーパー形成された厚さを有する前記金属窒化膜の形成ステップでは、前記第２厚さが約５０Å以下であり、前記第１厚さが約５Å以下である前記金属窒化膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項７】
前記金属窒化膜を形成するステップは、テーパー形成された厚さを有する前記金属窒化膜を形成するステップを含むが、前記テーパー形成された厚さは、前記底面での第１厚さと、前記入口に隣接した部分での第２厚さを有し、前記第２厚さは、前記第１厚さより更に厚いことを特徴とする請求項１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項８】
前記金属窒化膜のテーパー形成された厚さは、前記金属窒化膜が前記底面から前記入口方向に延びるにつれて次第に厚くなることを特徴とする請求項７に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項９】
前記金属窒化膜の形成ステップは、メタリックモードＨＣＭスパッタリングを利用して、前記リセス内にＴｉリッチＴｉＮ膜を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項１０】
メタリックモードで前記リセス内にＴｉリッチＴｉＮ膜を形成するステップは、
ＨＣＭスパッタリング中にＡｒ及びＮ２を相異なる流量で導入するステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項１１】
メタリックモードで前記リセス内にＴｉリッチＴｉＮ膜を形成するステップは、
ＡｒガスをＮ２ガスの流量より更に多い流量で導入するステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項１２】
スパッタリング中にＡｒガスをＮ２ガスの流量より更に多い流量で導入するステップは、Ａｒを約１３５ｓｃｃｍの流量で導入し、Ｎ２を約２８ｓｃｃｍの流量で導入するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項１３】
メタリックモードＨＣＭスパッタリングを利用して前記リセス内にＴｉリッチＴｉＮ膜を形成するステップは、Ｔｉターゲットと関連したカソードを約２０ないし４０ｋＷのパワーで維持させるステップを更に含むことを特徴とする請求項９に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項１４】
前記金属窒化膜を形成するステップは、
ＨＣＭの内部領域を約１５０ないし３５０℃の温度を維持するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項１５】
前記金属膜形成ステップは、前記金属窒化膜形成に続いて真空破壊なしにＣＶＤ−Ａｌ膜を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項１６】
前記金属膜を形成するステップは、約１２０ないし１３０℃の温度及び約５.０トルないし約１０.０トルの圧力で、約３００ないし５００ｓｃｃｍの流量でＡｒガスを供給しつつＣＶＤ−Ａｌ膜を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項１７】
前記金属窒化膜の形成ステップは、
Ｎ２に比べて更に多いＡｒ流量を使用して、約４ないし１０秒間前記リセスを含む基板上にＴｉターゲットをスパッタリングするステップと、
前記時間が経過した後に前記Ｔｉターゲットのスパッタリングを止めるステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項１８】
基板のリセス内にＴｉＮ湿潤層を形成するが、前記リセスの底面では、前記湿潤層で第１Ｎ２濃度を有し、前記リセスの入口に隣接した部分では、前記湿潤層で第２Ｎ２濃度を有し、前記第１Ｎ２濃度は、前記第２Ｎ２濃度より低い前記ＴｉＮ湿潤層を形成するステップと、
ＣＶＤを利用して前記ＴｉＮ湿潤層上に金属膜を形成するステップと、を含むことを特徴とする集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項１９】
前記ＴｉＮ湿潤層を形成するステップは、約３.０ないし１０.０秒間チタンターゲットをスパッタリングし、
前記時間が経過した後に前記ターゲットのスパッタリングを止めることを特徴とする請求項１８に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２０】
前記ＴｉＮ湿潤層を形成するステップは、メタリックモードＨＣＭスパッタリング中にＡｒ及びＮ２ガスを相異なる流量で導入するステップを含むことを特徴とする請求項１９に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２１】
前記ＴｉＮ湿潤層を形成するステップは、Ｎ２ガスの流量より更に多い流量でＡｒガスを導入するステップを更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２２】
スパッタリング中にＮ２ガスの流量より更に多い流量でＡｒガスを導入するステップは、約１３５ｓｃｃｍのＡｒと約２８ｓｃｃｍのＮ２とを導入するステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２３】
前記ＴｉＮ湿潤層を形成するステップは、Ｔｉターゲットと関連したカソードを約２０ないし４０ｋＷのパワーで維持させるステップを更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２４】
前記金属膜形成ステップは、
約１２０ないし１３０℃の温度及び約５.０ないし１０.０トルの圧力で、Ａｒガスを約３００ないし５００ｓｃｃｍの流量で供給しつつＣＶＤ−Ａｌ膜を形成するステップを含むことを特徴とする請求項１８に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２５】
基板のリセス内に金属窒化膜を形成するステップと、
Ｎ２に比べて比較的高濃度のＡｒを含むＡｒ／Ｎ２雰囲気で前記基板上に金属ターゲットをスパッタリングして、前記リセスの底面では第１Ｎ２濃度を有し、前記リセスの入口では第２Ｎ２濃度を有し、前記第１Ｎ２濃度は、前記第２Ｎ２濃度より低い金属リッチ金属窒化膜を前記リセス内に形成するステップと、
前記スパッタリングに続いて真空破壊なしにＣＶＤを利用して、前記リセス内で前記金属リッチ金属窒化上に金属膜を蒸着するステップと、を含むことを特徴とする集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２６】
前記スパッタリングステップは、
約３.０ないし１０.０秒間チタンターゲットをスパッタリングするステップと、
前記時間が経過された後に前記ターゲットのスパッタリングを止めるステップと、を含むことを特徴とする請求項２５に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２７】
前記スパッタリングステップは、
スパッタリング中に、Ｎ２の流量より更に多い流量のＡｒを導入するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２８】
前記Ａｒを導入するステップでは、Ａｒを約１３５ｓｃｃｍの流量で導入し、Ｎ２を約２８ｓｃｃｍの流量で導入することを特徴とする請求項２７に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項２９】
前記スパッタリングステップは、
ターゲットと関連したカソードを約２０ないし４０ｋＷのパワーで維持しつつ、メタリックモードＨＣＭスパッタリングを利用して金属ターゲットをスパッタリングするステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項３０】
前記スパッタリングステップは、
ＨＣＭの内部領域を約１５０ないし３５０℃の温度で維持するステップを更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項３１】
前記スパッタリングステップは、
前記リセスの相異なる部分に金属膜を相異なる速度で蒸着するステップを更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項３２】
前記蒸着ステップは、
前記リセス内の前記金属リッチ金属窒化膜の厚さに反比例する相異なる蒸着速度で前記金属膜を蒸着するステップを更に含むことを特徴とする請求項３１に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項３３】
基板に形成されたリセスの底面では第１厚さを有し、前記基板上で前記リセスの外側では第２厚さを有する金属窒化膜を、前記第１厚さが前記第２厚さの約１０％以下になるように形成するステップと、
前記リセス内の前記金属窒化膜上に金属膜を形成するステップと、を含むことを特徴とする集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項３４】
前記第１厚さは、約５.０Å以下であることを特徴とする請求項３３に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項３５】
前記第２厚さは、約３０ないし１００Åであることを特徴とする請求項３３に記載の集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項３６】
テーパー形成された厚さを有する金属リッチ金属窒化膜上にＣＶＤ金属膜を形成するが、前記ＣＶＤ金属膜が蒸着される前記リセス内で前記金属リッチ金属窒化膜の厚さに反比例して、前記リセス内側で相異なる蒸着速度で蒸着するステップを含むことを特徴とする集積回路の金属膜の形成方法。
【請求項３７】
基板のリセス内に形成されており、前記リセスの底面では第１Ｎ２濃度を有し、前記リセスの入口では第２Ｎ２濃度を有し、前記第１Ｎ２濃度は、前記第２Ｎ２濃度より低い金属リッチ金属窒化膜と、
前記リセス内で前記金属リッチ金属窒化膜上に形成されているＣＶＤ金属膜と、を備えることを特徴とする集積回路の金属膜。
【請求項３８】
前記金属リッチ金属窒化膜は、前記リセスの外側では第１厚さを有し、前記リセスの底面では第２厚さを有し、前記第１厚さは、前記第２厚さの約１０％以下であることを特徴とする請求項３７に記載の集積回路の金属膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路の製造方法に係り、特に、半導体集積回路の金属配線層の形成方法、及びその方法によって形成される膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造工程で、比較的薄い薄膜を形成するに当ってスパッタリングが利用される。例えば、スパッタリングは、半導体構造をキャッピングするための金属拡散防止膜及び／または反射防止膜の形成に使用される。
【０００３】
図１は、従来のスパッタリング装置１００を概略的に示す図面である。特に、前記スパッタリング装置１００は、通常的にＨＣＭ（Ｈｏｌｌｏｗ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ）スパッタリング装置と称される。図１を参照すれば、ＨＣＭスパッタリング装置１００は、電磁コイル１０６Ａないし１０６Ｈで取り囲まれたカップ状のターゲット１０２を備える。
【０００４】
前記カップ状のターゲット１０２から基板１０８を支持する表面１１２までシールド１１４が延びている。前記基板１０８上には、スパッタリング工程によって金属薄膜が蒸着されうる。よく知られているように、ＨＣＭスパッタリング装置１００は、その内部領域１１６がカップ状のターゲット１０２によって限定されるため、“ホロー”とも称される。
【０００５】
動作時には、前記カップ状のターゲット１０２と基板１０８との間で、前記内部領域１１６が真空状態となる。前記内部領域１１６にアルゴンガスが導入され、このガスは、前記内部領域１１６に提供される磁界及び電界によってイオン化される。イオン化されたアルゴンガスは、カップ状のターゲット１０２方向に加速されて、カップ状のターゲット１０２を形成する材料部分が外部へ噴出される。前記ターゲットの噴出された部分は、電磁コイル１０６Ａないし１０６Ｈによって発生する電界及び磁界によって基板１０８方向に向かう。したがって、前記カップ状のターゲット１０２から噴出された材料が基板１０８上に蒸着される。従来のＨＣＭスパッタリング装置についての詳細な内容は、例えば、特許文献１（“Ｐａｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ Ｆｌａｋｉｎｇ Ｄｕｒｉｎｇ Ｎｉｔｒｉｔｅ Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ”、Ｌｕ等）に記載されており、本明細書ではその内容を参考として組み入れている。
【０００６】
前記した従来のＨＣＭ装置は、前記内部領域１１６でカップ状のチタン（Ｔｉ）ターゲット、アルゴン（Ａｒ）及び窒素（Ｎ２）を使用してＴｉＮ膜の形成に使用されると知られている。アルゴン（Ａｒ）をチタンターゲット１０２方向に加速させるために磁界／電界が印加され、それにより、チタンターゲットの一部が噴出されて基板１０８の側へ加速される。噴出されたチタンは、Ｎ２と結合して前記基板１０８上に蒸着されるＴｉＮ材料を形成する。そのようなＴｉＮ材料は、基板１０８で、コンタクトホールの底面において（前記コンタクトホール内に後続して形成される）導電性材料の拡散を減少させるためのＴｉＮバリア膜を形成すると知られている。
【０００７】
特に、従来のＨＣＭスパッタリング装置１００は、２つのモード、すなわち、メタリックＴｉＮモード及びポイズンＴｉＮモードのうち、何れか一つのモードでＴｉＮ膜を形成するように動作すると知られている。メタリックＴｉＮモードでは、一般的に、ＴｉＮ膜でのＴｉの量が窒素（Ｎ）の量を超え、Ａｒ流量はＮ２の流量よりはるかに多い。例えば、従来のＨＣＭスパッタリング装置１００を使用してＴｉをスパッタリングするために、Ａｒは、約１３５ｓｃｃｍ、Ｎ２は、約２８ｓｃｃｍの流量を利用することが知られている。それに対し、ポイズンＴｉＮモード（“窒化ＴｉＮモード”とも称する）のＴｉの量は窒素（Ｎ）の量とほぼ同一であり、Ａｒ流量はＮ２流量より少ない。例えば、従来のＨＣＭスパッタリング装置１００を使用してポイズンＴｉＮモードでＴｉＮをスパッタリングするために、約２０ｓｃｃｍのＡｒ流量及び約７０ｓｃｃｍのＮ２流量を使用することが知られている。（すなわち、Ａｒ流量がＮ２流量より少ない）。公知とされたところによれば、ポイズンＴｉＮモードスパッタリングは、メタリックＴｉＮモードスパッタリングに比べて優れた拡散障壁層の特性を表し、パーティクルによる問題が比較的少ない。
【０００８】
図１を参照して前記した従来のＨＣＭスパッタリング装置１００の形態を使用する時、いくつかの問題点があると知られている。図２ないし図４は、そのうち、高密度集積回路の基板に形成されるコンタクトホールと関連した共通のいくつかの問題点を表す。高密度コンタクトホールは、比較的大きいアスペクト比を有し、コンタクトホールの深さがその幅に比べて非常に深い。公知とされたところによれば、高いアスペクト比を有するコンタクトホールに導電性材料を完全に充填することはむずかしい。
【０００９】
例えば、図２は、不純物ドーピング領域２０３を有する基板２０５上に、前記不純物ドーピング領域２０３を露出させるように形成された絶縁層２０５が図示されている。前記コンタクトホールには、前記不純物ドーピング領域２０３の露出された表面上に拡散障壁層２０７（例えば、ＴｉＮ拡散障壁層）が形成されている。前記コンタクトホール内にある前記拡散障壁層２０７上には、導電層２０９が形成される。図２によれば、コンタクトホールの高いアスペクト比によってオーバーハング部分２１５が形成され、それによって前記コンタクトホールに導電層２０９をそれ以上蒸着できなくなって、コンタクトホール内にボイド２１１が形成されうる（ピンチオフ現象）。コンタクトホール内に金属膜を形成する技術は、例えば、特許文献２（“Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ ａ Ｍｅｔａｌ Ｌａｙｅｒ ｉｎ ａｎ Ｏｐｅｎｉｎｇｉｎ ａ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒ ｂｙ Ｆｏｒｍｉｎｇ ａ Ｍｅｔａｌ−Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ−Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ Ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ Ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒ”、Ｌｅｅ等）にも記載されている。前記特許文献の内容は本明細書で参考として組み入れている。
【００１０】
図３は、ＨＣＭスパッタリングを利用して、高アスペクト比を有するコンタクトホール内に導電層を蒸着する間に引き起こされうる他の種類の欠陥を表す。基板３００の不純物領域３０３の露出された部分上にある絶縁層のコンタクトホール上に、導電層３０９が完全に浮いている状態で形成されて、ボイド３１１が形成されうる。すなわち、図２及び図３に示された欠陥の種類は、従来のＨＣＭスパッタリングを使用して発生しうる同じ形態の問題点の変形例である。
【００１１】
図４には、基板４００に形成された不純物ドーピング領域４０７を露出させるように、前記基板４００上に形成された絶縁層４０５に形成されているコンタクトホール４０２が示されている。特に、前記コンタクトホール４０２は、その入口に段差部４１６が形成されており、前記段差部４１６が形成された入口は、前記コンタクトホール４０２のうち、前記入口より深くに形成される部分に比べて更に広い。前記段差部４１６は、図２及び図３に示した問題点を解決するための対策として形成されうる。しかし、前記段差部４１６を形成することで“シャドー”効果が誘導されて、コンタクトホール４０２にオーバーハング部分４１５が形成され、これは、コンタクトホール内の導電層にボイドが形成される結果をもたらすことがある。特に、図４に示されたように、前記オーバーハング部分４１５によってコンタクトホール４０２の側壁部４０４には、導電層４０９が蒸着されていないままに残っている。
【特許文献１】米国特許第６,５８９,３９８号明細書
【特許文献２】米国特許第６,４３２,８２０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記問題点を解決しようとする本発明の目的は、大きいアスペクト比及び小さなＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を有するコンタクトホールのようなリセス領域を埋め込むための金属配線の形成工程時にピンチオフ現象を防止して、信頼性のある金属配線層を形成できる集積回路の金属膜の形成方法を提供するところにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、大きいアスペクト比及び小さなＣＤを有するリセス領域の内部でボイドまたは不連続的な蒸着のような欠陥を引き起こさず、金属配線層の良好な蒸着特性及び良好な埋め込み特性を確保できる集積回路の金属膜を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る一形態では、コンタクトホール内に金属窒化膜を形成する方法と、その方法によって形成された膜とを提供できる。本発明の形態によれば、集積回路の金属膜の形成方法では、リセス内に金属窒化膜を形成する。前記金属窒化膜は、前記リセスの底面では第１窒素濃度を有し、前記リセスの入口に隣接した部分では第２窒素濃度を有する。ここで、前記第１窒素濃度は、前記第２窒素濃度より低い。前記リセス内に含まれる金属窒化膜上に金属膜を形成する。
【００１５】
本発明に係る一形態では、前記金属窒化膜を形成するステップは、Ｗ、Ｔｉ、及び／またはＴａを使用できる。本発明に係る一形態では、前記金属窒化膜の形成ステップは、約３.０ないし１０.０秒間チタンターゲットをスパッタリングするステップを含む。本発明に係る一形態では、前記金属窒化膜の形成ステップは、約４.０ないし６.０秒間メタリックモードのＨＣＭを使用してチタンをスパッタリングするステップを含む。
【００１６】
本発明に係る一形態では、前記金属窒化膜を形成するステップは、テーパー形成された厚さを有する前記金属窒化膜を形成するステップを含む。前記テーパー形成された厚さは、前記底面での第１厚さと、前記入口に隣接した部分での第２厚さとを有し、前記第１厚さは、前記第２厚さの約１０％以下である。本発明に係る一形態では、前記テーパー形成された厚さを有する前記金属窒化膜の形成ステップでは、前記第２厚さが約５０Å以下であり、前記第１厚さが約５Å以下である前記金属窒化膜を形成する。
【００１７】
本発明に係る一形態では、前記金属窒化膜を形成するステップは、テーパー形成された厚さを有する金属窒化膜を形成するステップを含むが、前記テーパー形成された厚さは、前記底面での第１厚さと、前記入口に隣接した部分での第２厚さとを有し、前記第２厚さは、前記第１厚さより更に厚い。本発明に係る一形態では、前記金属窒化膜のテーパー形成された厚さは、前記金属窒化膜が前記底面から前記入口方向に延びるにつれて次第に厚くなる。
【００１８】
本発明に係る一形態では、前記金属窒化膜の形成ステップは、メタリックモードＨＣＭスパッタリングを利用して、前記リセス内にＴｉリッチＴｉＮ膜を形成するステップを含む。本発明に係る一形態では、メタリックモードで前記リセス内にＴｉリッチＴｉＮ膜を形成するステップは、ＨＣＭスパッタリング中にＡｒ及びＮ２を相異なる流量で導入するステップを更に含む。
【００１９】
本発明に係る一形態では、メタリックモードで前記リセス内にＴｉリッチＴｉＮ膜を形成するステップは、ＡｒガスをＮ２ガスの流量より更に多い流量で導入するステップを更に含む。本発明に係る一形態では、スパッタリング中にＡｒガスをＮ２ガスの流量より更に多い流量で導入するステップは、Ａｒを約１３５ｓｃｃｍの流量で導入し、Ｎ２を約２８ｓｃｃｍの流量で導入する。
【００２０】
本発明に係る一形態では、メタリックモードＨＣＭスパッタリングを利用して前記リセス内にＴｉリッチＴｉＮ膜を形成するステップは、Ｔｉターゲットと関連したカソードを約２０ないし４０ｋＷのパワーで維持させるステップを更に含む。本発明に係る一形態では、前記金属窒化膜を形成するステップは、ＨＣＭの内部領域を約１５０ないし３５０℃の温度を維持するステップを更に含む。
【００２１】
本発明に係る一形態では、前記金属膜形成ステップは、前記金属窒化膜の形成に続いて真空破壊なしにＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）−Ａｌ膜を形成するステップを含む。本発明に係る一形態では、前記金属膜を形成するステップは、約１２０ないし１３０℃の温度及び約５.０ないし１０.０トルの圧力で、約３００ないし５００ｓｃｃｍの流量でＡｒガスを供給しつつＣＶＤ−Ａｌ膜を形成するステップを含む。
【００２２】
本発明に係る一形態では、前記金属窒化膜の形成ステップは、Ｎ２に比べて更に多いＡｒ流量を使用して、約４ないし１０秒間前記リセスを含む基板上にＴｉターゲットをスパッタリングするステップと、前記時間が経過した後に前記Ｔｉターゲットのスパッタリングを止めるステップとを含む。
【００２３】
本発明に係る一部の形態において、集積回路に金属膜を形成するために基板のリセス内にＴｉＮ湿潤層を形成する。前記ＴｉＮ湿潤層は、前記リセスの底面では、前記湿潤層で第１窒素（Ｎ）濃度を有し、前記リセスの入口に隣接した部分では、前記湿潤層で第２窒素（Ｎ）濃度を有し、前記第１窒素（Ｎ）濃度は前記第２窒素（Ｎ）濃度より低い。ＣＶＤを利用して前記ＴｉＮ湿潤層上に金属膜を形成する。
【００２４】
本発明に係る一形態では、前記ＴｉＮ湿潤層を形成するステップは、約３.０ないし１０.０秒間チタンターゲットをスパッタリングする。本発明に係る一形態では、前記時間が経過した後に前記ターゲットのスパッタリングを止める。
【００２５】
本発明に係る一形態では、前記ＴｉＮ湿潤層を形成するステップは、メタリックモードＨＣＭスパッタリング中にＡｒ及びＮ２ガスを相異なる流量で供給するステップを含む。本発明に係る一形態では、前記ＴｉＮ湿潤層を形成するステップは、Ｎ２ガスの流量より更に多い流量でＡｒガスを導入するステップを更に含む。
【００２６】
本発明に係る一形態では、スパッタリング中にＮ２ガスの流量より更に多い流量でＡｒガスを導入するステップは、約１３５ｓｃｃｍのＡｒと約２８ｓｃｃｍのＮ２とを導入するステップを含む。本発明に係る一形態では、前記ＴｉＮ湿潤層を形成するステップは、Ｔｉターゲットと関連したカソードを約２０ないし４０ｋＷのパワーで維持させるステップを更に含む。
【００２７】
本発明に係る一形態では、前記金属膜形成ステップは、約１２０ないし１３０℃の温度及び約５.０ないし１０.０トルの圧力で、Ａｒガスを約３００ないし５００ｓｃｃｍの流量で供給しつつＣＶＤ−Ａｌ膜を形成するステップを含む。
【００２８】
本発明に係る一形態では、集積回路の金属膜の形成方法では、基板のリセス内に金属窒化膜を形成する。Ｎ２に比べて比較的高濃度のＡｒを含むＡｒ／Ｎ２雰囲気で前記基板上に金属ターゲットをスパッタリングして、前記リセスの底面では第１窒素（Ｎ）濃度を有し、前記リセスの入口では第２窒素（Ｎ）濃度を有し、前記第１窒素（Ｎ）濃度は、前記第２窒素（Ｎ）濃度より低い金属リッチ金属窒化膜を前記リセス内に形成する。前記スパッタリングに続いて真空破壊なしにＣＶＤを利用して、前記リセス内で前記金属リッチ金属窒化膜上に金属膜を蒸着する。
【００２９】
本発明に係る一形態では、前記スパッタリングステップは、約３.０ないし１０.０秒間チタンターゲットをスパッタリングするステップと、前記時間が経過された後に前記ターゲットのスパッタリングを止めるステップとを含む。本発明に係る一形態では、前記スパッタリングステップは、スパッタリング中にＮ２の流量より更に多い流量のＡｒを導入するステップを更に含む。本発明に係る一形態では、前記Ａｒを導入するステップでは、Ａｒを約１３５ｓｃｃｍの流量で導入し、Ｎ２を約２８ｓｃｃｍの流量で導入する。
【００３０】
本発明に係る一形態では、前記スパッタリングステップは、ターゲットと関連したカソードを約２０ないし４０ｋＷのパワーで維持しつつ、メタリックモードＨＣＭスパッタリングを利用して金属ターゲットをスパッタリングするステップを含む。本発明に係る一形態では、前記スパッタリングステップは、ＨＣＭの内部領域を約１５０ないし３５０℃の温度で維持するステップを更に含む。本発明に係る一形態では、前記スパッタリングステップは、前記リセスの相異なる部分に金属膜を相異なる速度で蒸着するステップを更に含む。
【００３１】
本発明に係る一形態では、前記蒸着ステップは、前記リセス内の前記金属リッチ金属窒化膜の厚さに反比例する相異なる蒸着速度で前記金属膜を蒸着するステップを更に含む。
【００３２】
本発明に係る一形態では、集積回路に金属膜を形成するために、基板に形成されたリセスの底面では第１厚さを有し、前記基板上で、前記リセスの外側では第２厚さを有する金属窒化膜を、前記第１厚さが前記第２厚さの約１０％以下になるように形成する。前記リセス内の前記金属窒化膜上に金属膜を形成する。本発明に係る一形態では、前記第１厚さは、約５.０Å以下である。本発明に係る一形態では、前記第２厚さは、約３０ないし１００Åである。
【００３３】
本発明に係る一形態では、集積回路に金属膜を形成するために、テーパー形成された厚さを有する金属リッチ金属窒化膜上にＣＶＤ金属膜を形成するが、前記ＣＶＤ金属膜が蒸着される前記リセス内で前記金属リッチ金属窒化膜の厚さに反比例して、前記リセス内側で相異なる蒸着速度で蒸着する。
【００３４】
本発明に係る一形態では、集積回路の金属膜は、基板のリセス内に形成されている金属リッチ金属窒化膜を含む。前記金属リッチ金属窒化膜は、前記リセスの底面では第１窒素（Ｎ）濃度を有し、前記リセスの入口では第２窒素（Ｎ）濃度を有し、前記第１窒素（Ｎ）濃度は前記第２窒素（Ｎ）濃度より低い。また、前記リセス内で、前記金属リッチ金属窒化膜上に形成されているＣＶＤ金属膜を含む。本発明に係る一形態では、前記金属リッチ金属窒化膜は、前記リセスの外側では第１厚さを有し、前記リセスの底面では第２厚さを有し、前記第１厚さは、前記第２厚さの約１０％以下である。
【発明の効果】
【００３５】
前記したように、本発明に係る一形態では、金属窒化膜の比較的薄い部分（例えば、約５Å以下の厚さを有する部分）及び／または他の部分に比べて、比較的高い窒素濃度を有する部分は比較的多くの核形成サイトを提供できる。比較的多くの核形成サイトは、底面でのコンタクトホールの後続するＣＶＤ−Ａｌ膜形成を促進して、コンタクトホール内でのＣＶＤ−Ａｌ形成が完了する前に（すなわち、コンタクトホール内のボイドを充填する前に）、コンタクトホールの入口の近くでのＣＶＤ−Ａｌの成長によってコンタクトホールが塞がる可能性を減らしうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は、多様な形態に変形され、本発明の範囲が下記に記述する詳細な実施形態に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施形態は、本発明を更に完全に説明するために提供されるものである。図面で、層及び領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張されたものである。図面上で同じ符号は同じ要素を示す。本明細書で使用された用語“及び／または”は、それと関連して記載された項目のうち、何れか一つまたはそれ以上の任意の組合せ、またはあらゆる組合せを含む。
【００３７】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を記述するための目的として使用されるものであり、本発明の範囲を制限するためのものではない。本明細書で単数の形態で使用された用語は、それについて単数であることを表す明白な背景に関する言及がない限り、複数の形態も含む。また、本明細書で使用される“含む”という用語は、言及された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／または成分の存在を特定するものであるが、一つまたはそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、成分、及び／またはグループの存在、または付加を除くものではない。
【００３８】
ある層、領域または基板のような要素が他の要素の“上部”にあると記載された場合、前記ある要素が前記他の要素の上部に直接存在する事もあり、それらの間に第３の要素が介在されることもある。それに対し、ある要素が他の要素の“真上”にあると記載されるか、または他の要素の“真上”に延びると記載された場合、それらの要素の間に介在される要素はない。また、ある要素が他の要素に“連結”または“結合”されていると記載された場合、前記ある要素が前記他の要素に直接連結または結合されることもあり、それらの間に第３の要素が介在されることもある。それに対し、ある要素が他の要素に“直接連結”または“直接結合”されていると記載された場合、それらの要素の間に介在される要素はない。
【００３９】
多様な要素、成分、領域、層及び／または断面を記述するために、第１、第２などの用語を使用できるが、それらの要素、成分、領域、層及び／または断面は、それらの用語に限定されると解釈されてはならない。それらの用語は、一つの要素、成分、領域、層または断面を、他の要素、成分、領域、層または断面と区別するために使用されるだけである。したがって、下記で使用する第１要素、成分、領域、層または断面は、本発明の開示されたところを逸脱せずに、第２要素、成分、領域、層または断面と称されることも可能である。
【００４０】
また、相対的な用語、例えば“下部”または“底面”と、“上部”または“上面”とは、図示されたような一つの要素の他の要素についての関係を説明するために使用されることが可能である。相対的な用語は、図示された方向だけでなく、素子の他の方向を含む。例えば、図面にある素子が回転すれば、他の素子の“下部”側にあると記載された素子は、前記他の素子の“上部”側に位置する。したがって、例示的な用語“下部”は、図面の特定の方向によって“下部”及び“上部”の方向を何れも含みうる。同様に、何れか一つの図面にある素子が回転すれば、他の要素の“下部”または“下”にあると記載された要素が、前記他の要素の“上部”に位置する。したがって、例示的な用語“下部”または“下”は、“上部”及び“下部”を何れも含みうる。
【００４１】
次いで、本発明が理想的な実施形態を概略的に示した断面図を参照して、本発明の実施形態を説明する。各実施形態は、例えば、製造技術及び／または許容誤差の結果として図示された形状からばらつきがあり得る。したがって、本発明の実施形態は、図示された特定の形状のみに制限されると解釈されてはならず、例えば、製造結果から得られる形状における逸脱を含むと解釈されねばならない。例えば、四角形で図示または記載されたエッチング領域は、典型的には、ラウンド形状または曲線的な特徴を有する。したがって、図示された領域は、事実上概略的なものであり、それらの形状は、素子の領域の正確な形状を説明しようとするものではなく、本発明の範囲を制限するものではない。
【００４２】
他の限定がない限り、本明細書で使用されたあらゆる用語（技術的用語及び科学的用語を含む）は、当業者に通常的によく知られた意味を有する。また、通常的に使用される辞典に定義されたような用語は、関連した技術分野を背景とする意味と同じ意味を有すると解釈されねばならず、別途の記載がない限り、理想的であるか、または過度に解釈されてはならない。また、当業者ならば、他の特徴に“隣接した”構造、または特徴についての言及は、その隣接した特徴と重畳されるか、またはその隣接した特徴に基づく部分を有しうるということがよく分かる。
【００４３】
本明細書に記載されたように、本発明に係る一部実施形態において、金属窒化物障壁層の比較的薄い部分（例えば、約５.０Å以下の厚さを有する部分）、及び／または他の部分に比べて、相対的に低い窒素濃度を有する部分は比較的多くの核形成サイトを有しうる。比較的多くの核形成サイトは、コンタクトホールの底面で後続するＣＶＤ−Ａｌ層の形成を促進できるため、コンタクトホールの内部でＣＶＤ−Ａｌの形成が完了する前に（すなわち、コンタクトホール内のボイドが完全に充填される前に）、コンタクトホールの入口がＣＶＤ−Ａｌの成長によって塞がる可能性が減少する。
【００４４】
図５は、本発明の一部実施形態によって、含まれる窒素濃度に変化があるテーパー形成された厚さを有する金属窒化物障壁層がコンタクトホール内に形成されている構成を示す断面図である。特に、層間絶縁膜５２０に形成されたコンタクトホール５２２には障壁金属層５３０が形成されている。前記コンタクトホール５２２内で、前記障壁金属層５３０上には、金属窒化物障壁層５４０が形成されている。図５に示されたように、前記金属窒化物障壁層５４０の厚さは、前記コンタクトホール５２２内の側壁でテーパー形成されて、前記金属窒化物障壁層５４０のうち、コンタクトホール５２２の底面部分での厚さｔ１は、前記金属窒化物障壁層５４０のうち、コンタクトホール５２２の外側（例えば、前記障壁金属層５３０の上面にある部分５４４）の厚さｔ２より薄い。
【００４５】
本発明に係る一実施形態では、前記障壁金属層５３０は、Ｔｉまたは多層のＴｉ／ＴｉＮ構造である。本発明に係る一実施形態では、前記金属窒化物障壁層５４０は、ＴｉリッチＴｉＮ膜である。本明細書で使用される用語“ＴｉリッチＴｉＮ”は、ＨＣＭメタリックモードＴｉＮ膜である。特に、Ｔｉ−リッチは、基板のコンタクトホールに蒸着されたＴｉＮ膜に含まれたＴｉが化学量論的にＮ２より多いことを意味する。
【００４６】
図５に示されたように、金属窒化物障壁層５４０の厚さは、コンタクトホール５２２の入口からその底面に向かって延びる側壁によって次第に減少する。本発明に係る一実施形態では、底面５４２での金属窒化物障壁層５４０の厚さｔ１は、前記金属窒化物障壁層５４０の上部５４４の厚さｔ２の約１０％（または、それ以下）より薄い。例えば、本発明に係る一実施形態では、ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０の上部５４０の厚さは約５０Åであり、ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０の下部５４２の厚さは約５Å以下である。
【００４７】
前記ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０の比較的薄い部分（例えば、約５Å以下の厚さを有する部分）は、比較的多くの核形成サイトを提供できるということが理解されるだろう。（また、本発明に係る一実施形態では、下地膜であるＴｉ／ＴｉＮ膜が露出されることもある）例えば、非常に薄い前記ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０が下地膜であるＣＶＤＴｉ／ＴｉＮ膜を露出させ、それは、Ｔｉ／ＴｉＮ膜のようなバリア金属層５３０に比べて、ＣＶＤ−Ａｌの蒸着を更に容易に加速させうる。比較的多くの核形成サイトは、コンタクトホール５２２の底面で後続のＣＶＤ−Ａｌ層の形成を加速させて、コンタクトホール５２２内部が完全に充填される前に（すなわち、前記コンタクトホール５２２内のボイドが充填される前に）入口の近くでのＣＶＤ−Ａｌの成長によって前記コンタクトホール５２２が塞がる可能性を減少させる。
【００４８】
本発明に係る一実施形態では、ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０での窒素（Ｎ）濃度は、上部５４４が下部５４２より更に高いということが理解されるだろう。すなわち、本発明に係る一実施形態では、ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０での窒素（Ｎ）濃度は、コンタクトホール５２２の内側、特に、コンタクトホール５２２の底部５４２よりコンタクトホール５２２の外側で更に高い。また、本発明に係る一実施形態では、ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０での窒素（Ｎ）濃度は、前記コンタクトホール５２２の側壁で、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０のテーパー形成された厚さによって変化する、ということがさらに理解されるだろう。
【００４９】
本発明に係る一実施形態では、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０で変化する窒素（Ｎ）濃度は、前記コンタクトホール５２２でのＣＶＤ−Ａｌ膜の成長速度にも影響を及ぼす。特に、ＣＶＤ−Ａｌは、ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０のうち、比較的低い窒素（Ｎ）濃度を有する部分では、比較的高い濃度を有する部分に比べて更に容易に蒸着されうる。したがって、ＣＶＤ−Ａｌは、比較的低い窒素（Ｎ）濃度を有する部分（例えば、コンタクトホール５２２の底面）では、比較的高い窒素（Ｎ）濃度を有する部分（例えば、コンタクトホール５２２の外側）に比べて更に速く蒸着されうる。
【００５０】
前記コンタクトホール５２２の内部及びＴｉリッチＴｉＮ膜５４０の上面に形成されるＣＶＤ−Ａｌ膜５５０は、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０の形成と共にインシチュでＣＶＤ方法によって形成されうる。前記コンタクトホール５２２の底面で下地膜である障壁金属層５３０では、前記コンタクトホール５２２内にあるＴｉリッチＴｉＮ膜５４０の他の部分と比較して相対的な核形成サイト数を有するため、前記コンタクトホール５２２の内側では、前記ＣＶＤ−Ａｌ膜５５０が可変的な速度で成長しうる。
【００５１】
すなわち、本発明の一実施形態では、前記ＣＶＤ−Ａｌ膜５５０は、コンタクトホール５２２の底面でＴｉ／ＴｉＮ膜５３０が部分的に露出された部分（すなわち、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０の薄い部分）上で更に早く形成されうる。その理由は、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜（５４０）の比較的薄い部分では前記ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０の比較的厚い部分に比べて相対的に多くの核形成サイトを提供するためである。また、前記ＣＶＤ−Ａｌ膜５５０は、その内部でのＮ２濃度及び／または厚さの増加によって、前記コンタクトホール５２２の入口に隣接した側壁上では、比較的遅く形成される。
【００５２】
本発明に係る一実施形態では、前記ＣＶＤ−Ａｌ膜５５０は、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０の厚さに反比例する速度、及び／または前記ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０内での窒素濃度に反比例する速度で前記ＴｉリッチＴｉＮ膜５４０上に形成されうる。
【００５３】
したがって、前記ＣＶＤ−Ａｌ膜５５０は、初期には、前記コンタクトホール５２２の入口の近く及び前記コンタクトホール５２２の外側よりも、前記コンタクトホール５２２の底面で比較的速く蒸着されて、前記コンタクトホール５２２の底面から入口に向かってＣＶＤ−Ａｌが蒸着され、その結果、従来技術で言及した形態の問題を避けうる。
【００５４】
図６及び図７は、本発明の一部実施形態によって、基板にコンタクトホールを形成した状態を示す断面図である。特に、図６に示されたように、基板６１０上に形成された層間絶縁膜パターン６２０には、前記基板６１０の一部を露出させるコンタクトホール６２２が形成されている。図６には、前記コンタクトホール６２２が図示されているが、ここで説明する実施形態は、層間絶縁膜に形成されるトレンチまたはホールのような更に一般的な“リセス”にも同じく適用されうる。
【００５５】
図７を参照すれば、金属障壁層６３０が前記コンタクトホール６２２内に形成されて、例えば、後続工程でその上に形成される接着層を提供する。本発明に係る一実施形態では、前記金属障壁層６３０はＴｉＮまたはＴｉ／ＴｉＮ（すなわち、Ｔｉ膜及びＴｉＮ膜を含む多層バリア金属膜）である。前記Ｔｉ及びＴｉＮ膜は、ＣＶＤ、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、及び／またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用して形成されうる。本発明に係る一実施形態では、Ｔｉ／ＴｉＮ膜は、ＴｉＣｌ４を使用するプラズマＣＶＤを利用して形成され、ＴｉＮ膜は、ＴｉソースとしてＴｉＣｌ４を使用し、窒素ソースとしてＮＨ３を使用するＣＶＤを通じて形成されうる。本発明に係る一実施形態では、前記金属障壁層６３０は、前記したような方法で形成されたＴｉＮのような単一層である。
図８は、本発明の一部実施形態によって、コンタクトホール内にＴｉリッチＴｉＮ膜を形成するのに使用されるメタリックモードで作動するＨＣＭスパッタリング装置８００を概略的に示す図面である。本発明の一実施形態では、層間絶縁膜パターンと金属障壁層とを含む基板８０８をＨＣＭスパッタリング装置８００の内部領域８１６に置く。前記ＨＣＭスパッタリング装置８００は、電磁石８０６Ａないし８０６で取り囲まれたカップ状のＴｉターゲット８０２を含む。本発明の一部実施形態による動作において、前記Ｔｉターゲット８０２がスパッタリングされる間に、前記基板８１０は、約１５０〜３００℃の温度に維持される。前記内部領域８１６には、Ａｒ及びＮ２ガスがそれぞれ異なる流速で供給される。また、本発明に係る一実施形態では、蒸着工程が行なわれる間に、前記カップ状のＴｉターゲット８０２と関連したカソードは、約２０−４０ｋＷのパワーに維持される。
【００５６】
本発明に係る一実施形態では、前記内部領域８１６に供給されるＡｒガスの流量は、Ｎ２ガスの流量より多い。したがって、前記基板８１０のコンタクトホール６２２内にＴｉリッチＴｉＮ膜が形成されうる（ここでは、“メタリックモード”で動作すると言及する）。そのような方法で形成されたＴｉＮ膜内では、Ｎ２よりＴｉの含量が更に多い。
【００５７】
前記のような蒸着工程の結果として、図９に示されたように、内部での窒素（Ｎ）の濃度が可変的なテーパー形成された厚さを有するＴｉリッチＴｉＮ膜９４０が形成されうる。前記コンタクトホール９２２の底面は、前記コンタクトホール９２２の外側よりＴｉターゲットから更に遠くにあるため、ＴｉリッチＴｉＮ膜９４０は、前記コンタクトホール９２２の外側（すなわち、Ｔｉターゲットに近い部分）では、コンタクトホール９２２の内側（及び根本的には、コンタクトホール９２２の底面）より更に厚くなるということが理解されるだろう。したがって、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜９４０のうち、コンタクトホール９２２の外側にある部分は、前記コンタクトホール９２２の内側にある部分（特に、前記コンタクトホール９２２の底面にある部分）より厚い。
【００５８】
また、本発明に係る一実施形態では、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜９４０のうち、前記コンタクトホール９２２の内側の比較的遠い部分は、その中の他の部分よりＮ２濃度が更に低い。その理由は、前記コンタクトホール９２２の内部のＴｉリッチＴｉＮ膜９４０は、前記内部領域８１６に導入されるＮ２ガスから比較的遠くに位置して、Ｔｉターゲットに比較的近くにある部分よりＮ２に少なく露出されうるためである。したがって、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜９４０のうち、比較的少量のＮ２に露出される部分は、コンタクトホール９２２の外側にあるＴｉリッチＴｉＮ膜９４０の部分に比べて窒素（Ｎ）濃度が更に低い。また、前記コンタクトホール９２２の側壁上でテーパー形成されたプロファイルを有する前記ＴｉリッチＴｉＮ膜９４０は、コンタクトホール９２２の入口からコンタクトホール９２２の底面に向かって延びる方向に従って次第にＮ２濃度が減少する。
【００５９】
本発明に係る一実施形態では、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜９４０のＮ２濃度及び厚さは、前記ＴｉＮ膜の蒸着時間に依存する。本発明に係る一実施形態では、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜９４０でのＮ２濃度は、Ｔｉターゲットと関連したカソードに印加されるパワーだけでなく、工程ガスの相対的な流量にも影響を受ける。本発明に係る他の実施形態では、Ｔｉターゲットのスパッタリングは、約３.０ないし１０.０秒、好ましくは、約４.０秒ないし６.０秒間行われる。
【００６０】
前記工程時間は、ＴｉリッチＴｉＮ膜９４０の形成を促進して、コンタクトホールの底面での厚さがコンタクトホール９２２の外側でのＴｉリッチＴｉＮ膜９４０の厚さの約１０％（または、それ以下）になる。例えば、本発明に係る一実施形態では、コンタクトホール９２２の底面での前記ＴｉリッチＴｉＮ膜９４０の厚さは、下地膜であるＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ金属障壁層または下地膜であるＣＶＤ−Ｔｉ金属障壁層を露出させる程度に薄く（または、底面での厚さが約５.０Å以下）、コンタクトホールの外側でのＴｉリッチＴｉＮ膜９４０の厚さは、約５０.０Åと厚い。
【００６１】
図１０ないし図１４は、本発明の一部実施形態によって形成されたコンタクトホール１０２２内にＣＶＤ−Ａｌ膜１０５０を形成する状態を示す断面図である。特に、図１０ないし図１４に示された断面図は、図９に示されたＴｉリッチＴｉＮ膜９４０上にＣＶＤ−Ａｌ蒸着工程を利用して形成されうる。本発明に係る一実施形態では、前記ＣＶＤ−Ａｌ膜１０５０がインシチュで形成されうるように、真空破壊なしに前記基板を前記内部領域８１６からＣＶＤチャンバに移動させる。前記ＣＶＤ−Ａｌ工程は、約１２０ないし１３０℃、好ましくは、約１２５℃の温度で行われうる。前記ＣＶＤ−Ａｌ蒸着は、約５.０ないし１０.０トル、好ましくは、約９.０トルの圧力で行われうる。キャリアガスとして約３００ないし５００ｓｃｃｍの流量で提供されるＡｒを使用でき、ここで、前記ＣＶＤ−Ａｌ膜１０５０は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を利用して形成される。ＡｌソースとしてＭＰＡ（Ｍｅｔｈｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｉｎｅ ａｌａｎｅ）、ＤＭＥＡＡ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ ａｌａｎｅ）、ＤＭＡＨ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｉｄｅ）、及び／またはＴＭＡＡ（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ ａｌａｎｅ）を使用できる。
【００６２】
（下地膜であるＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ障壁層または下地膜であるＣＶＤ−ＴｉＮ障壁層を効果的に露出させうる）前記ＴｉリッチＴｉＮ膜１０４０の薄い部分に含まれている比較的多くの核形成サイトは、図１２に示されたように、コンタクトホール１０２２の底面で開始されて、コンタクトホール１０２２の入口の方に進行するＣＶＤ−Ａｌ膜１０５０の蒸着を促進できる。
【００６３】
本発明に係る一実施形態では、図１３に示されたように、ＡｌまたはＡｌ合金などから形成される金属膜１３００が前記ＣＶＤ−Ａｌ膜１０５０上に形成され、それは、約３５０ないし５００℃の温度で加熱されてリフローされる。前記金属膜１３００がリフローによって平坦化され、図１４に示されたように、金属配線層１４７０が提供される。
【００６４】
図１５ないし図１８は、本発明の一部実施形態によって形成されたコンタクトホール内にＣＶＤ−Ａｌを選択的に蒸着した結果を示すＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）写真である。図１５ないし図１８に例示されたサンプルは、ＣＤが７０ｎｍであり、深さが約３５０ｎｍであるコンタクトから形成された。Ｔｉ及びＮ２ソースとしてそれぞれＴｉＣｌ４及びＮＨ３を使用して、プラズマＣＶＤ及び熱ＣＶＤ工程によってコンタクトホールを含む層間絶縁膜パターン上にＴｉ／ＴｉＮ障壁層を形成した。
【００６５】
前記したように、メタリックモードＨＣＭを利用して前記コンタクトホール内にＴｉリッチＴｉＮ膜を形成した。前記ＴｉリッチＴｉＮ膜上にインシチュでＣＶＤ−Ａｌ膜を形成した。具体的に、図１５ないし図１８は、それぞれ１０秒、２０秒、３０秒、及び４０秒の間隔のＣＶＤ−Ａｌ蒸着状態を示す。また、図１５ないし図１８では、前記ＣＶＤ−Ａｌ層が、初期にはコンタクトホールの底面に蒸着され（図１５を参照）、コンタクトホールの入口の方に進行（図１６から図１８を参照）することを示す。前記ＨＣＭ装置には、Ａｒ及びＮ２ガスがそれぞれ１３５ｓｃｃｍ及び２８ｓｃｃｍの流量で供給された。また、前記ＴｉリッチＴｉＮ膜の形成に使用されたスパッタリング工程は、約５秒間行われた。
【００６６】
図１９は、図１８に示された構造上に、リフローされたＰＶＤ−Ａｌ膜を形成した結果を示す写真である。図１９に示されたように、リセス領域の内側がボイドなしにＣＶＤ−Ａｌで充填された。
【００６７】
図２０Ａ及び図２０Ｂは、前記のように形成されたＣＶＤ−Ａｌ膜を評価した実験結果を示す。具体的に、図２０Ａ及び図２０Ｂは、（リセス内に金属障壁層としてＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜を形成した後の）コンタクトホール内でのＣＶＤ−Ａｌ膜の表面モーフォロジーを示す。前記ＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜は、Ｔｉ及びＮ２ソースとしてそれぞれＴｉＣｌ４及びＮＨ３を使用して、プラズマＣＶＤ工程及び熱ＣＶＤ工程によって形成された。
【００６８】
図２１Ａ及び図２１Ｂは、ＣＶＤ−Ａｌ膜の形成状態を評価した実験結果を示す。具体的に、図２１Ａ及び図２１Ｂは、ＴｉリッチＴｉＮ膜を形成してその上にＣＶＤ−Ａｌ膜を形成した結果の表面モーフォロジーを表す。図２１Ａ及び図２１Ｂに示した実験結果から分かるように、本発明に係る一実施形態では、ＣＶＤ−Ａｌ膜をＴｉリッチＴｉＮ膜上に形成する場合に比べて、ＣＶＤ−Ａｌ膜をコンタクトホールの底面で部分的に露出されたＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜上に形成する場合が、ＣＶＤ−Ａｌが更に容易に蒸着される。それは、相異なる形態の膜によって提供される核形成サイト数の差による。
【００６９】
すなわち、ＣＶＤ−Ａｌ膜は、ＴｉリッチＴｉＮ膜上でよりも、コンタクトホールの底面に部分的に露出されたＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜上で比較的早く形成されうる。それは、ＴｉリッチＴｉＮ膜の場合に比べて、コンタクトホールの底面に部分的に露出されたＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜の形態によって提供される核形成サイト数が相対的に多いためである。したがって、ＣＶＤ−Ａｌ膜は、初期にはコンタクトホールの入口の近く及びコンタクトホールの外側よりは、コンタクトホールの底面にまず蒸着されて、ＣＶＤ−Ａｌ蒸着がコンタクトホールの底面から入口に向かって進行することで、従来技術について前記したような形態の問題点を避けることができる。前記したように、ＴｉリッチＴｉＮ膜は、Ｔｉスパッタリング中に比較的短時間に形成されて、コンタクトホールの底面では、下地膜であるＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜の部分的な露出を誘導する。しかし、コンタクトホールの入口の近くにあるＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜は、Ｔｉスパッタリングによって形成されるＴｉリッチＴｉＮ膜によって更に完全に覆われ得る。
【００７０】
図２２及び図２３は、それぞれ従来技術による方法及び本発明の一部実施形態による方法により、コンタクトホールにＣＶＤ−Ａｌ材料を蒸着した結果の断面を示すＳＥＭ写真である。図２２によれば、層間絶縁膜パターン上に従来技術による湿潤層（ＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜）を約１５０Åの厚さに形成し、前記ＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜上にＣＶＤ−Ａｌ膜を形成した。図２２に示されたように、前記ＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜がコンタクトホールの入口の近くで比較的速く成長して、前記コンタクトホールの底面にＣＶＤ−Ａｌ膜が蒸着される前に前記コンタクトホールの入口がピンチオフされうる。
【００７１】
それに対し、図２３に示されたように、本発明の実施形態による場合には、ＴｉリッチＴｉＮ膜がコンタクトホール内に形成されており、コンタクトホールの入口の近くよりも、コンタクトホールの底面でＣＶＤ−Ａｌの蒸着が更に容易に進行して、ＣＶＤ−Ａｌの蒸着が経時的にコンタクトホールの底面から入口の方に進行することで、コンタクトホール内のボイドを減らしたＣＶＤ−Ａｌ膜を形成できる。
【００７２】
図２４及び図２５に示したように、真空破壊のない場合及び真空破壊した場合のそれぞれについて、コンタクトホール内のＣＶＤ−Ｔｉ／ＴｉＮ膜及びＴｉリッチＴｉＮ膜上のそれぞれに、前記ＣＶＤ−Ａｌ膜を形成した。具体的に、図２４は、ＣＶＤ−Ａｌ膜を、ＴｉリッチＴｉＮ膜を形成した後に約５秒間インシチュで（すなわち、ＴｉリッチＴｉＮ膜形成とＣＶＤ−Ａｌ膜形成との間に真空破壊なしに）形成したものを示す。
【００７３】
それに対し、図２５は、ＴｉリッチＴｉＮ膜の形成後に真空を破壊してＣＶＤ−Ａｌ膜を形成したものを示す。この結果、図２４及び図２５の構造での相違点は、ＴｉリッチＴｉＮ膜の形成とＣＶＤ−Ａｌ膜の形成との間に真空破壊なしに形成されたＣＶＤ−Ａｌ膜が相対的に有利であることを示す。
【００７４】
当業者ならば、本明細書に開示された内容から本発明の思想及び範囲を逸脱せずに、多様な変形及び変更が可能である。したがって、ここに提示された実施形態は、単に例示のためのものであり、特許請求の範囲で定義するような本発明の範囲を制限するものではない。したがって、特許請求の範囲は、記載されたような要素が組合せだけでなく、実質的に同じ結果を得るために、実質的に同じ方法で実質的に同じ機能を行う均等なあらゆる要素も含むと理解されねばならない。したがって、特許請求の範囲は、特定的に例示されて記載された事項、概念的な均等物、及び本発明の基本思想を結合した全てを含むと理解されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、半導体集積回路に関連した技術分野に好適に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】従来技術に係るＨＣＭスパッタリング装置を概略的に示す図面である。
【図２】従来技術によって形成された、内部にボイドが形成されている導電性材料を有するコンタクトホールの断面図である。
【図３】従来技術によって形成された、内部にボイドが形成されている導電性材料を有するコンタクトホールの断面図である。
【図４】従来技術によって形成された、内部にボイドが形成されている導電性材料を有するコンタクトホールの断面図である。
【図５】本発明の一部実施形態に係る障壁金属膜を含んだコンタクトホールの断面図である。
【図６】本発明の一部実施形態によってコンタクトホールを形成した状態を示す断面図である。
【図７】本発明の一部実施形態によってコンタクトホール内に第１金属障壁層を形成した状態を示す断面図である。
【図８】本発明の一部実施形態によって金属−窒化膜を形成するために、メタリックモードで使用されうるＨＣＭスパッタリング装置を概略的に示す図面である。
【図９】本発明の一部実施形態によって形成されたテーパー形成された厚さを持った第２金属窒化膜を有するコンタクトホールが形成されたところを示す断面図である。
【図１０】本発明の一部実施形態によって形成されたテーパー形成された厚さを持った第２金属窒化膜を有するコンタクトホールが形成されたところを示す断面図である。
【図１１】本発明の一部実施形態によって形成されたテーパー形成された厚さを持った第２金属窒化膜を有するコンタクトホールが形成されたところを示す断面図である。
【図１２】本発明の一部実施形態によって形成されたテーパー形成された厚さを持った第２金属窒化膜を有するコンタクトホールが形成されたところを示す断面図である。
【図１３】本発明の一部実施形態によって形成されたテーパー形成された厚さを持った第２金属窒化膜を有するコンタクトホールが形成されたところを示す断面図である。
【図１４】本発明の一部実施形態によって形成されたテーパー形成された厚さを持った第２金属窒化膜を有するコンタクトホールが形成されたところを示す断面図である。
【図１５】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図１６】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図１７】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図１８】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図１９】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図２０Ａ】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図２０Ｂ】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図２１Ａ】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図２１Ｂ】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図２２】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図２３】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図２４】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【図２５】本発明の一部実施形態によって形成された例示的なコンタクトのＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００７７】
５１０  基板
５２０  層間絶縁膜
５２２  コンタクトホール
５３０  障壁金属層
５４０  金属窒化物障壁層
５４２  ＴｉリッチＴｉＮ膜の下部
５４４  金属窒化物障壁層の上部
５５０  ＣＶＤ−Ａｌ膜
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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