[发明专利]TiN系膜及其形成方法

说明书

本发明提供一种TiN系膜及其形成方法，该TiN系膜即便薄膜化也能够作为阻挡膜保持高阻挡性，或者能够作为栅极金属抑制阈值电压的偏差。TiN系膜(201)由氧含量为50at％以上的TiON膜(202)和TiN膜(203)在基板(200)上交替叠层而成的叠层膜形成。TiON膜(202)和TiN膜(203)通过ALD法成膜。

技术领域

本发明涉及TiN系膜及其形成方法。

背景技术

在存储设备中，将单元间连接的字线或者位线使用钨配线。为了形成钨配线，使用WF₆气体作为原料气体，但在使用WF₆气体时，在成膜的过程中作为副产物生成反应性高的F类气体，因此在钨膜成膜之前，作为遮蔽上述钨膜的阻挡膜，形成TiN膜(例如专利文献1)。

最近，为了提高器件性能，半导体器件的微细化逐步发展，还出现了如VNAND那样的具有3D结构的器件，伴随上述状况，需求字线和位线的细线化。因此，为了尽可能增大配线内的钨的截面积以使配线低电阻化，还需求阻挡膜的薄膜化。但是，在将由TiN膜形成的阻挡膜薄膜化时，F类的气体经由晶界入侵，可能导致阻挡性劣化，因而期待即使薄膜化也能够维持良好的阻挡性的阻挡膜。

另一方面，TiN膜也作为逻辑器件的栅极金属使用(例如专利文献2)，随着半导体器件的微细化，栅极金属也薄膜化。因此，出现因TiN膜的晶粒大小的偏差而导致的阈值电压的偏差的问题。

专利文献1：日本特开2003-193233号公报

专利文献2：日本特开2014-154790号公报

如上所述，使用TiN膜作为钨配线的阻挡膜或者栅极金属，但是伴随着器件的微细化而逐步薄膜化，因而难以得到预期的特性。

发明内容

因此，本发明的技术课题在于提供一种即使薄膜化也能够作为阻挡膜保持高阻挡性、或者能够作为栅极金属抑制阈值电压的偏差的、TiN系膜及其形成方法。

为了解决上述技术课题，本发明的第一观点提供一种TiN系膜，其由氧含量为50at％以上的TiON膜和TiN膜在基板上交替叠层而成的叠层膜形成。

优选上述TiN系膜整体的膜厚在3nm以下。另外，优选在上述基板上最先形成有上述TiON膜。进一步优选上述TiON膜和上述TiN膜是通过ALD形成的膜。

本发明的第二观点提供一种TiN系膜的形成方法，在基板上交替地形成氧元素含量在50at％以上的TiON膜和TiN膜。

在上述TiN系膜的形成方法中，优选在上述基板上最先形成上述TiON膜。

上述TiON膜和TiN膜优选通过ALD法成膜。在该情况下，上述TiON膜通过如下方法成膜：在处理容器内配置有基板的状态下，将上述处理容器内保持在减压状态，在规定的处理温度下，交替地反复进行X次向上述处理容器内供给含Ti气体的步骤和向上述处理容器内供给氮化气体的步骤，形成单位TiN膜，之后，向上述处理容器内供给氧化剂将上述单位TiN膜氧化，将上述一系列的处理作为1个循环，反复进行多次上述循环以形成预期的膜厚。作为上述氧化剂，能够使用选自O₂气体、O₃气体、H₂O、NO₂中的含氧气体、或者将上述含氧气体等离子体化而形成的物质。上述TiN膜能够通过如下方法成膜：在处理容器内配置有基板的状态下，将上述处理容器内保持在减压状态，在规定的处理温度下，交替地反复进行向上述处理容器内供给含Ti气体的步骤和向上述处理容器内供给氮化气体的步骤。上述含Ti气体适合使用TiCl₄气体，上述氮化气体适合使用NH₃气体。

优选在同一处理容器内连续地形成上述TiON膜和上述TiN膜。