[发明专利]金属膜成膜方法和计算机能够读取的存储介质

说明书

技术领域

本发明涉及在半导体晶片、FPD(Flat Panel Display：平板显示器)基板等基板上形成氮化钛膜的金属膜成膜方法和计算机能够读取的存储介质。 

背景技术

近年来，高集成化发展的半导体器件具有由多个配线层构成的所谓多层配线结构。而且在硅(Si)基板与配线层之间形成有接触孔，在上侧配线与下侧配线之间形成有导通孔(via hole)。在这样的接触孔和导通孔中埋入钨(W)、铜(Cu)等金属，硅基板与配线层、以及上侧配线层与下侧配线层被电连接。另外，在埋入该金属之前，在接触孔内和导通孔内形成氮化钛(TiN)膜等金属势垒(barrier)层，防止被埋入孔内的上述金属向基底层扩散并与基底层反应。 

特别是近年来，随着半导体器件的高集成化，接触孔的作为口径与深度的比的深宽比(aspect ratio)变得极大，因此，为了形成上述TiN膜等势垒层，采用阶梯覆盖良好的CVD(化学蒸镀)法。 

具体地说，例如在接触孔内仅形成TiN膜作为势垒层的情况下，向Si基板上供给四氯化钛(TiCl₄)气体和氮气(N₂)等，并通过生成等离子体的PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：等离子体增强化学气相沉积)法等，在包括接触孔内的硅基板的整个表面上形成氮化钛膜(例如参照专利文献1、2)。 

为了降低这样的接触孔内与扩散层的接触电阻，例如优选在上述势垒层与扩散层之间设置TiSi_x(硅化钛)等硅化物膜，并调节势垒层与扩散层的界面中的功函数，从而基于该功函数差降低肖特基势垒。 

但是，如上所述，在由PECVD法仅形成TiN膜作为势垒层的情况下，存在难以形成这样的硅化物膜的问题。即，现有技术中，在硅基板上供给四氯化钛(TiCl₄)气体和氮气(N₂)并生成等离子体，因此， 四氯化钛(TiCl₄)气体与被等离子体活性化的氮自由基(活性氮)的反应成为主导，因此，难以发生与孔底部的含硅表面的硅化反应，难以形成硅化物膜。 

从该点出发，也有以下技术，例如通过不供给氮气，供给四氯化钛气体并形成Ti膜，之后对该Ti膜的表面进行氮化的工序，和进一步在其上形成TiN膜的工序这两个阶段，形成势垒层(例如，参照专利文献3)。据此，在形成Ti膜的工序中也能够容易地产生四氯化钛气体与含硅表面的硅化反应，因此，在孔底部也能够容易地形成硅化物膜。 

此处，图14表示具有在以Ti膜成膜和TiN膜成膜这两个阶段的工序形成的势垒膜上埋入钨的一般的接触结构的硅晶片的膜结构。为了获得这样的接触结构，在形成在硅基板10上的绝缘膜20上的接触孔30中埋入钨膜60之前，采用以下方法形成势垒膜。 

即，首先，在包括接触孔30内的硅基板10的整个表面上形成钛膜。具体地说，在硅基板10上例如供给四氯化钛(TiCl₄)气体和氢气(H₂)并通过生成等离子体的PECVD法等形成钛膜。此时，因为未供给氮气(N₂)，所以四氯化钛(TiCl₄)气体、在等离子体中生成的低级(lower order)氯化物的前体TiCl_X(X＝2、3)也容易地到达接触孔30内的底部。因此，进行硅化反应，在从接触孔30内的底部露出的含硅表面上，即在杂质扩散层12的表面上，自对准(self align)地形成硅化钛(TiSi_X)膜70。接着，在硅基板上供给氨气(NH₃)并对钛膜进行氮化，形成氮化钛膜40。 

接着，在该硅基板上供给例如四氯化钛气体和氨气，通过热CVD法形成氮化钛膜50。通过上述两个阶段形成势垒膜之后，在硅基板上例如使用硅烷(SiH₄)气体和氢气这两者中的一种气体以及六氟化钨(WF₆)气体，通过热CVD法形成钨膜60。 

专利文献1：日本特开平6-140348号公报 

专利文献2：日本特开平8-170174号公报 

专利文献3：日本特开平8-8212号公报 

发明内容