【課題】抵抗率が改善された、共形性の高い拡散バリアの、インシチュウによる構築を遂行する。
【解決手段】本発明の一態様では、処理チャンバと、シャワーヘッドと、ウエハ支持体と、ＲＦシグナル手段とを有していてもよい。シャワーヘッドを具備することにより、処理チャンバ内にガスを供給する。ウエハ支持体は、処理チャンバ内でウエハを支持するために具備される。シャワーヘッドに第１のＲＦシグナルを供給しまたウエハ支持体に第２のＲＦシグナルを供給するために、ＲＦシグナル手段がシャワーヘッドとウエハ支持体の両方に結合していてもよい。あるいは、ＲＦシグナル手段は、ウエハ支持体にＲＦシグナルを供給するためにウエハ支持体だけに結合していてもよい。本発明の態様を実施することによりアルミニウムや銅等のコンタクトメタルの拡散を防止する拡散バリアの能力を、向上させることができる。

【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、集積回路製造の分野を指向するものである。
【従来の技術】
【０００２】
集積回路を製造する場合、堆積プロセスを用いてウエハの上に絶縁材料や導電材料の薄い層を堆積させる。堆積は、化学気相堆積（ＣＶＤ）や物理気相堆積（ＰＶＤやスパッタリング）等の様々な既知のプロセスによって行われる。
【０００３】
ＣＶＤプロセスでは、化学気相堆積チャンバの中にウエハが搬入される。従来からのＣＶＤプロセスでは、反応性のガスをウエハ表面に供給し、そこでは、熱誘起化学反応が生じ、被処理ウエハの表面の上に薄膜層が形成される。ＣＶＤの用途には、メタロ有機化合物を含有するプロセスガスから、窒化チタン等のチタン含有化合物をウエハの上に堆積させることが挙げられる。このメタル有機化合物の１つに、以下の構造式を有するテトラキス（ジアルキルアミド）チタン（Ｔｉ（ＮＲ₂）₄）がある。
【０００４】
【化１】



ここで、Ｒは、それぞれが別々のものであるが、アルキル基であり、例えば、炭素原子１〜５のアルキル基である。例えば、式Ｔｉ（Ｎ（ＣＨ₃）₂）₄を有するテトラキス（ジメチルアミド）チタン（ＴＤＭＡＴ）が普通に用いられる。
【０００５】
ヘリウム、アルゴン、窒素又は水素等の不活性ガスがチャンバ内に係る化合物を随伴し、エネルギーが与えられるようにする。このエネルギーは、熱ＣＶＤの場合は熱源により、プラズマ励起ＣＶＤの場合は高周波（ＲＦ）シグナル源により、発生させることができる。エネルギーが与えられた気相化合物は、ウエハ表面と反応して、物質の薄い層をウエハの上に生成する。ＴＤＭＡＴの気相化合物を用いる場合は、ウエハ表面に窒化チタン膜が生成する。
【０００６】
スパッタリングプロセスでは、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ内にウエハを配置させ、アルゴン等のガスでチャンバを満たす。チャンバ内に電界を発生することにより、正荷電イオンを有するプラズマがこのガスから生成する。正荷電イオンは加速されて、チャンバ内に設置されているターゲットに衝突する。これにより、ターゲットからターゲット材料の原子が分離してウエハに堆積し、ウエハ表面にターゲット材料の層を形成する。
【０００７】
従来からのスパッタリングプロセスでは、正荷電イオンによるターゲット材料の衝突は、ターゲット材料に負のバイアスを与えることにより増強される。これは、ターゲット材料を支持している電極に高周波シグナルを与えることにより実現される。
【０００８】
高密度プラズマＰＶＤチャンバ内に正荷電イオンを発生させるため、別個のＲＦシグナルをチャンバに誘導結合させてもよい。高密度プラズマＰＶＤチャンバは、ターゲット材料のウエハへの誘引を向上するため、ウエハ支持体に結合した別のＲＦシグナルを有していてもよい。
【０００９】
ＣＶＤチャンバやＰＶＤチャンバ等の堆積チャンバを用いて、集積回路に拡散バリアを堆積させてもよい。拡散バリアは、アルミニウムや銅等のコンタクトメタルが、シリコン基板の上に構築した半導体デバイスのアクティブ領域に拡散することを防止する。これにより、基板内へのコンタクトメタルの相互拡散が防止される。材料の絶縁層とは異なり、拡散バリアは、電流を流すことができる導電性の経路を成す。例えば、拡散バリアを用いて、コンタクトホールのベースにおいてシリコン基板の上を覆うとこもできる。
【００１０】
集積回路の温度が４５０℃を越えれば、コンタクトメタルとシリコン基板の間にひどい相互拡散の発生が開始することがある。相互拡散を発生させるままにすれば、コンタクトメタルがシリコン基板内に浸透してしまう。これにより、集積回路内にオープンコンタクトが発生し、集積回路が欠陥を有するようになる。
【００１１】
集積回路の製造においては、４５０℃を越える高温で操作がなされるアルミニウム及び銅のメタライゼーションプロセスを用いることが多かった。従って、拡散バリアは、アルミニウムや銅等のコンタクトメタルの拡散を防止する強力な能力を有していることが望ましい。
【００１２】
従来では、この要望をかなえるため、拡散バリアをより厚くしていた。しかし、集積回路の製造では、幾何関係をより小さくするようになってきた。幾何関係を小さくすることにより、コンタクトホールの寸法も小さくなり、そのため、核酸バリアはより薄く且つより共形になることが望ましくなってきた。
【００１３】
図１は、シリコン基板１０１の導電領域１０５とコンタクトプラグ１０２との間にある拡散バリア１００を例示する。基板１０１の上にある二酸化珪素等の材料の絶縁層１０４に、コンタクトホール１０３が形成されている。拡散バリア１００を理想的に形成するためには、これを薄く、且つ、コンタクトホール１０３の表面の等高線に実質的に共形となるようにする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
拡散バリア１００が薄く且つ共形度が高い場合は、コンタクトメタル１０２は、シリコン基板の導電領域１０５と十分な導電性を有するオーミックコンタクトを形成することができる。拡散バリア１００が厚すぎる場合又は図２に示されるようにうまく形成されない場合は、コンタクトメタル１０２が基板領域１０５と十分な導電性を有するオーミックコンタクトを形成できなくなるだろう。
【００１５】
図２では、うまく形成されない拡散バリア１００がコンタクトホール１０３の開口をひどく狭めてしまう。開口が狭くなることにより、コンタクトメタル１０２が形成される際、コンタクトホール１０３のベースに到達できなくなる。その結果、ボイド１０６が発生する。
【００１６】
コンタクトメタル１０２と基板領域１０５の間に良好なオーミックコンタクトを確保するため、拡散バリア１００の抵抗を最小にすることが望ましい。代表的には、抵抗率の値は、１０００μΩ−ｃｍ以下が許容される。拡散バリアとして用いることに成功した材料の１つは、窒化チタン（ＴｉＮ）である。
【００１７】
しかし、例えばＴＤＭＡＴ等、堆積プロセスによっては、抵抗率の高い不安定なバリア層を与えてしまう。ＴＤＭＡＴの場合では、堆積したバリア材料の大きな部分が炭素から構成されている（炭化水素、カーバイド等）ことが、その原因の一部である。更に、チタンは、化学反応性のメタルであるが、膜と完全に反応しきってしまうわけではない。このようなバリア材料の層を堆積後処理してやることにより、抵抗率を下げ安定化させることが望ましい。
【００１８】
集積回路の製造においては、堆積と堆積後処理、のように、連続する製造プロセスのステップを同じチャンバ内で行う（「インシチュウ」）ことが望ましい。インシチュウ操作により、ウエハが別々の製造装置間を移送することが必要な回数を減らすことにより、ウエハをさらす汚染の量を減らす。また、インシチュウ操作により、半導体製造者が購入し保守をする必要がある高価な製造装置の数を減らすことにもつながる。
【００１９】
従って、アルミニウムや銅等のコンタクトメタルの拡散を抑止する能力を高めた、共形性が高く薄い拡散バリアを構築することが望ましい。更に、この拡散バリアが、電流の導通のための良好な経路を成すような抵抗を有するようにすることが望ましい。また、この拡散バリアをインシチュウで構築することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に従った装置及び方法は、抵抗率が改善された、共形性の高い拡散バリアの、インシチュウによる構築を遂行することを提供する。本発明の態様を実施することにより、アルミニウムや銅等のコンタクトメタルの拡散を防止する拡散バリアの能力を、向上させることができる。このように拡散バリアの向上を行っても、その厚さや抵抗率は、許容限度を越えて大きくなることはない。
【００２１】
本発明の具体例を実施することができる半導体処理装置は、処理チャンバと、シャワーヘッドと、ウエハ支持体と、ＲＦシグナル手段とを有していてもよい。本発明の具体例の１つでは、半導体ウエハ処理装置は化学気相堆積を行うことができるものである。
【００２２】
シャワーヘッドを具備することにより、処理チャンバ内にガスを供給する。ウエハ支持体は、処理チャンバ内でウエハを支持するために具備される。シャワーヘッドに第１のＲＦシグナルを供給しまたウエハ支持体に第２のＲＦシグナルを供給するために、ＲＦシグナル手段がシャワーヘッドとウエハ支持体の両方に結合していてもよい。あるいは、ＲＦシグナル手段は、ウエハ支持体にＲＦシグナルを供給するためにウエハ支持体だけに結合していてもよい。
【００２３】
ウエハ支持体は、支持アームによって、処理チャンバ内に支持されている。支持アームは、ＲＦシグナル手段をウエハ支持体に結合させる。また、ウエハ支持体の温度を測定するため、支持アームは、ウエハ支持体内に収容された熱電対を温度測定装置に結合させる。熱電対は、ＲＦシグナル手段から電気的に絶縁される。
【００２４】
本発明の態様を実施する場合は、ウエハ上に膜を構築してもよい。第１に、材料の層をウエハの上に堆積させる。この材料は、２種原子の窒化メタル（Ｍ_xＮ_y）又は３種原子の窒化珪化メタル（Ｍ_xＳｉ_yＮ_z）であってもよい（Ｍは、チタンＴｉ、ジルコニウムＺｒ、ハフニウムＨｆ、タンタルＴａ、モリブデンＭｏ、タングステンＷ又はその他のメタルであってもよい。）。この材料の堆積操作は、化学気相堆積や物理気相堆積等、様々な手段で遂行することができる。
【００２５】
材料の堆積後、この材料の層の抵抗率を低減するため、材料をプラズマアニールする。このプラズマアニールは、イオンを有する環境下にこの材料を曝露する工程と、この材料の層に電気的バイアスを与えて、イオンがこの材料に衝撃を与えるようにする工程とを有していてもよい。
【００２６】
あるいは、アニールは、異なるガスを用いて連続的に行う多数のアニールステップから成っていてもよい。例えば、第１のアニールのステップには、窒素と水素の混合ガスを用い、また、次のアニールのステップでは、窒素とヘリウムの混合ガスを用いてもよい。この後の方のアニールのステップでは、材料から水素分子を除去して、抵抗率を低減する。
【００２７】
アニールが完了すれば、材料の層を酸化してもよい。この酸化により、アルミニウム等のコンタクトメタルの拡散をこの材料が抑止する能力が高められる。あるいは、アニールを施した材料の層をシランガスに曝露することにより、銅等の等のコンタクトメタルの拡散をこの材料が抑止する能力が高められる。
【００２８】
本発明に従い、堆積、アニール及び酸化若しくはシラン曝露の全てを、これら３つ全ての操作が完了する前にウエハをチャンバから取り出すことなく、１つのチャンバ内で行うことができる。従って、材料に対しての堆積、アニール及び酸化若しくはシラン曝露を、インシチュウで行うことができる。
【発明の実施の形態】
【００２９】
（Ａ．ウエハ処理のためのチャンバ）
（１．概説）図３（ａ）及び３（ｂ）を組み合わせて、従来のＣＶＤチャンバ１０が示される。ＣＶＤチャンバ１０は、処理チャンバ１２を有しており、この中でサセプタ等のウエハ支持体１６によりウエハ１４が支持される。ウエハ支持体１６は円形のディスク１８により支持され、このディスクは典型的には、アルミナセラミック等の材料でできている。ディスク１８は、支持アーム２２の自由端２０の上に載っている。支持アーム２２はステム２６に取り付けられているその固定端２４とともにカンチレバーをなす。ステム２６は、変位機構２８の動きの下で、垂直変位が可能である。変位機構２８を動作させて、支持アーム２０を処理チャンバ１２内で垂直に運動させる。
【００３０】
ウエハ１４の処理の間、シャワーヘッド３６を介してガスを処理チャンバ１２内に注入する。シャワーヘッド３６は、典型的な態様ではウエハ１４の真上に載置されている。
【００３１】
動作の際は、ＣＶＤチャンバ１０の下に設置されている１組の赤外ランプ３０により処理チャンバ１２の内部が加熱される。ランプ３０は、クオーツウィンドウ３２を介して処理チャンバの内部を照射するが、このウィンドウ３２はランプ３０と処理チャンバ１２の内部との間に配置される。ランプ３０は、処理チャンバ１２とウエハ支持体１６の両方を加熱する働きをする。その結果、ウエハ支持体１６上のウエハ１４も加熱される。
【００３２】
ウエハ支持体１６の加熱を高めるため、図３（ｂ）に示されるように、セラミック支持板１８には、数多くのホール（穴）３４が貫通して形成される。図３（ｂ）に示されるホール３４の典型的な配置により、何故このプレート１８がしばしば「スイスチーズ」プレートと呼ばれるかが明らかになる。
【００３３】
熱ＣＶＤウエハ処理は、ウエハ温度に非常に敏感である。ウエハが適切な温度に維持されることを確保するため、ウエハ温度が熱電対３８により測定される。熱電対３８は支持アーム２２の自由端２０で支持され、ウエハ支持体１６の本体の中に設置される。導電ケーブル４２によって熱電対３８が、処理チャンバ１２の外側に設置される温度測定装置４０につなげられる。ケーブル４２は典型的には、支持アーム２２の中心内部に形成される孔に沿って走っている。
【００３４】
図４は、集積回路を含むウエハの製造を遂行するために適したマルチチャンバ真空システムを示す。チャンバＡは、集積回路を形成しようとする基板のプレクリーニングのためのものである。プレクリーニングの後、基板の上に膜を堆積させることができるよう、基板はＣＶＤチャンバＢに移送される。そして、基板は、堆積膜の品質向上のため、堆積後処理チャンバＣに移送される。
【００３５】
拡散バリアのように膜動作を向上させる物質を膜に「詰める（スタッフする）」ことが望ましい場合は、基板を、この「詰め（スタッフィング）」を行うことができるチャンバＤに移送してもよい。例えば、膜は窒化チタン材料の層であってもよく、これには酸素が詰められ、膜のアルミニウムに対する拡散性が低減される。窒化チタンバリア層に酸素を詰める事は、 Ngan らの米国特許第５，３７８，６６０号、標題「バリア層及びアルミニウムコンタクト」に開示されている。
【００３６】
上述のシステムのいずれを用いても、本発明の態様を実施することができる。しかし、これらいずれのシステムも、ウエハ上への材料の堆積と材料への堆積後処理を行って膜を形成することを、１つのチャンバ内で行う能力を与えるものではない。この堆積後処理には、アニール、酸化、珪素への曝露又はこれらの組み合わせが含まれていることもある。
【００３７】
（２．インシチュウ操作のためのチャンバ）図５は、本発明に従った半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ａを例示する。ウエハ処理チャンバ１１０Ａは、半導体ウエハ１１４に対して、一連の堆積のステップと堆積後処理のステップとをインシチュウで行うことを提供する。本発明に従い、図５に示されたチャンバ１１０Ａは、米国特許出願０８／５６７，４６１号及び０８／６７７，１８５号に詳細が記載されるような化学気相堆積チャンバであってもよい。
【００３８】
ウエハ処理チャンバ１１０Ａは本発明に従い、材料の堆積及び処理を行うために多数のチャンバを用いる必要を排除する。例えば、ウエハ処理チャンバ１１０Ａを用い、ウエハの上に材料を堆積させこの堆積材料をアニールして安定化させ抵抗を低減することにより、ウエハの上に膜を形成してもよい。その結果、膜の形成中に、チャンバ１１０Ａの外部にあるダメージを与えるような不純物にウエハがさらされることはない。
【００３９】
図５に示されるように、半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ａは、アースにつながっている処理チャンバを有している。処理チャンバ１１２内では、半導体ウエハ１１４は、ウエハ支持体１１６の上に支持されていてもよく、これは、図３（ａ）及び３（ｂ）に示されるようなウエハ支持体１６と同じであってもよい。ウエハ支持体１１６は、サセプタ、ペデスタル、抵抗ヒータ、又はその他のウエハ１１４を支持するに適した手段であってもよい。
【００４０】
図５では、ウエハ支持体１１６はサセプタであり、これは、ランプを用いてウエハ支持体１１６を照射する場合にしばしば用いられるタイプのウエハ支持体である。このサセプタは、陽極酸化アルミニウム製であり、図３（ｂ）の支持プレート１８と同様の、従来からのアルミナセラミック支持プレート１１８である。
【００４１】
支持プレート１１８とウエハ支持体１１６とウエハ１１４とは一緒に、カンチレバーのアルミナ支持アーム１２２の自由端１２０の上に支持されている。支持アーム１２２の固定端１２４は、略垂直に運動可能であるステム１２６に載置され、このステムはアイソレータ１６０により処理チャンバから電気的に絶縁されている。この垂直方向に可動であるステム１２６は、変位機構１２８の動きの下で、垂直に変位することができる。
【００４２】
処理チャンバ１１２及びその内容物は、従来形のランプ１３０によって加熱され、このランプは、従来形のクオーツウィンドウ１３２を介してウエハ支持体１１６に照射する。半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ａは更に、温度測定装置１４０を有している。温度測定装置はウエハ支持体１１６につながっており、ウエハ支持体１１６の温度を感知する。圧力制御ユニット１５７には、真空ポンプ、圧力ゲージ及び圧力調整弁の全てが含まれている。圧力制御ユニット１５７は、処理チャンバ１１２内の圧力を調整し、処理チャンバ１１２からキャリアガスと反応副生成物の両方を排出する。
【００４３】
処理チャンバ１１２内のウエハ支持体１１６の上方には、シャワーヘッド１３６が配置され、これはアイソレータ１５９によってチャンバから電気的に絶縁されている。シャワーヘッド１３６には、ガスパネル５２からプロセスガスが供給される。ガスパネル５２は、コンピュータの形態のガスパネルコントローラ５０によって制御される。
【００４４】
堆積後アニールを行うため、半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ａは、ＲＦソース１４２を有している。ＲＦソース１４２はＲＦ電力を、第１の電極として機能するシャワーヘッド１３６と、第２の電極として機能するウエハ支持体１１６に印加する。ＲＦソース１４２は、１ＭＨｚ未満の周波数を有するシグナルを与える能力を有し、好ましくは周波数３５０ｋＨｚであるシグナルを与える能力を有している。ＲＦシグナルを２つの電極１３６及び１１６に与えることにより、他の従来形の半導体ウエハ処理チャンバ、例えばＰＶＤチャンバ等において２つの電極にＲＦシグナルを与える場合には存在しないような難問を克服する。
【００４５】
本発明の具体例では、シャワーヘッド１３６への過剰な負バイアスの印加を防止するこことが可能である。シャワーヘッド１３６に過剰な負バイアスが与えられれば、シャワーヘッド１３６のイオン衝突が増大し、その結果、汚染粒子が発生するようになる。
【００４６】
従来形のＰＶＤチャンバでは、ターゲット電極のイオン衝突の量が大きいことが望ましい。従来形のＰＶＤチャンバでは、ターゲット電極が、堆積しようとする材料のターゲットを支持している。このターゲット電極は大きな負バイアスが与えられているため、イオンはターゲット材料と直ちに衝突し、ターゲット材料を堆積させる。
【００４７】
更に、従来からのスパッタリングプロセスにおいて、ウエハ支持体に負バイアスを与える事と、ウエハ温度を制御する事は、典型的な場合ではさほど重要ではない。このことは、本発明の具体例においては真実ではない。ウエハ支持体１１６への負バイアスを制御することは、ウエハ１１４へ向かうイオン流束を最適レベルとするために望ましい。ウエハ１１４の温度を正確に設定することは、堆積と、堆積材料の堆積後処理の両方を行うために望ましい。
【００４８】
従って、ウエハ支持体１１６は、ＲＦソース１４２につながっている機能と、熱電対温度感知機構（図示せず）を収容する機能の、２つの機能を与える。ＲＦソース１４２は、ウエハ支持体１１６への負バイアス供給を制御し、熱電対はウエハ１１４の温度をモニタする。
【００４９】
正確なウエハ温度読み出しを得るため、熱電対シグナルからＲＦソースシグナルを絶縁するようにウエハ支持体１１６及び支持アーム１２２が設計される。この絶縁により、熱電対シグナルとＲＦソースシグナルの両方とも、チャンバ１１０Ａの中で適正に伝達されるため、ウエハ１１４には適正にバイアスが与えられ、且つ適正に加熱される。ウエハ支持アーム１２２の詳細は、図６〜１４を参照して以下に説明される。
【００５０】
（３．ウエハ支持アーム）図６〜９（ｂ）を概略的に参照すれば、ウエハ１１４がウエハ支持体１１６の上に支持されており、このウエハ支持体自体は、従来からの「スイスチーズ」アルミナセラミック支持板１１８に支持されている。薄いクオーツプレート１１９が、支持板１１８とウエハ支持体１１６の間に配置されている。クオーツは、支持板１１６とウエハ処理チャンバ１１０Ａ内の他の部品との間のアーク発生を防止する。クオーツプレート１１９は、ランプ１３０によって与えられるエネルギーを放射するため、透明である。これにより、ランプ１３０はウエハ支持体１１６を速く加熱できるようになる。
【００５１】
ウエハ支持体１１６は、クオーツシールド１５０によって取り囲まれている。クオーツシールド１５０は、アルミナ支持板１１８の上に置かれており（図７に部分的に示される）、ウエハ支持体１１６の上方に伸び、ウエハ支持体１１６とウエハ１１４の両方がその中に存在するウエハ受容ポケットを画成する。ウエハ１１４をウエハ支持体１１６から出し入れする際にウエハ１１４を容易に受容できるよう、クオーツシールド１５０の上エッジは外側に向かう方に面取りがされている。クオーツシールド１５０は、ウエハ支持体１１６のエッジがアーク誘発する事を防止する重要な機能を有している。
【００５２】
処理においては、ウエハ支持体１１６内に設置した熱電対１５２によりウエハ支持体１１６の温度を測定する。熱電対１５２は、ウエハ支持体１１６の本体の中にぴったりとフィットするアルミナ窒化物シース１５４の中に設置される。シース１５４は、熱電対１５２とウエハ支持体１１６の本体との間を電気的に絶縁する。シース１５４は、電気抵抗が高いが、良好な熱伝導体である。シース１５４は熱容量が低いため、熱的慣性が低く、このため、熱電対１５２と共に用いることが適している。更に、シース１５４は、処理チャンバ１１２の処理環境の中で化学的に安定である。
【００５３】
熱電対１５２は、導電ケーブル１５６により温度測定装置１４０に接続される。以下に述べていくように、ケーブル１５６は、支持アーム１２２の中心部分に沿って通過し、処理チャンバ１１２の中であらゆる高周波エネルギーから電気的に絶縁される。
【００５４】
熱電対１５２は、導電ケーブル１５６にクリンプしたニッケル小球１５８によって適所に配置される。球１５８は、キー状のセラミック保持部品１６２に形成されたスロット１６０の中に保持される。キー状保持部品１６２は、ウエハ支持体１１６の下側の中央突起スタブ１６６に形成されたグルーブ１６４の中に鍵状に嵌合する。この構成により、ウエハ支持体１１６が支持アーム１２２から離されれば、熱電対１５２を比較的容易に取り出し交換することができることが確保される。上述の構成により、熱電対をウエハ支持体１１６の本体の中に適所にしっかりと保持しつつ、ウエハ支持体１１６と熱電対１５２の間の電気絶縁を維持することが、確保される。
【００５５】
ウエハ支持体１１６は、中央スタブ１６６内にねじ止めされる１対のボルト１６８により支持アーム１２２に固定される。図８は、支持アーム１２０が主に、逆Ｕ字形セラミック部分１７０により構成されることを示している。このＵ字形部分１７０の水平部を貫くホールのそれぞれの中をボルト１６８が通っている。ボルトがＵ字形部分１７０の水平部上に過剰な負荷を与えることを防止するため、各ヘッドはベルベディアばねワッシャ１７４によって水平部分から間隔がおかれている。ボルト１６８のヘッドがセラミックＵ字形部分１７０へ過剰な負荷を与える事を防止することは重要であり、何故なら、セラミック、特に薄い部分のセラミックは比較的脆いからである。過剰な負荷の力は、Ｕ字形部分１７０を破壊してしまうことがある。
【００５６】
ＲＦ導通ストリップ１８０が、支持アーム１２２に沿って通っている。ストリップ１８０は、ウエハ支持体１１６の下側のスタブ１６６のところに電気的に接続する。ＲＦ導通ストリップ１８０は、高温でエラストマー的な性質の誘電材料、ポリイミド等、例えばデュポンエレクトリック社から Pyralin の商品名で入手可能な材料等、によりコーティングされている。
【００５７】
このポリイミドコーティングが、ＲＦ導通ストリップ１８０に電気的絶縁を与える。加えて、ＲＦ導通ストリップ１８０は、セラミックアイソレータ１８２により導電ケーブル１５６から電気的に絶縁される。セラミックアイソレータの詳細は、図１０（ａ）及び１０（ｂ）を参照して以下に説明する。更に、ＲＦ導通ストリップ１８０は、逆Ｕ字形部分１７０の「脚」により、またアイソレータ１８４により、処理チャンバ１１２の内部から絶縁される。アイソレータの詳細は、図１１（ａ）及び１１（ｂ）を参照して下記に説明する。
【００５８】
組立中に、熱電対１５２及びこれに係るシース１５４をウエハ支持体１１６内に挿入する。次いで、熱電対のリードケーブル１５６をＵ字形部分１７０の中に供給する。ボルト１６８を用いて、ウエハ支持体１１６をＵ字形部分１７０の上に留める。導電ケーブル１５６の上にアイソレータを配置して、導電ケーブルをＲＦストリップ１８０から絶縁する。そして、ＲＦ導通ストリップ１８０はアイソレータ１８２の上に導かれ、また、アイソレータ１８４はＲＦ導通ストリップ１８０の上に配置される。
【００５９】
その後、Ｕ字形部分１７０の「脚」の自由端に近接して形成されたグルーブ１８８の中に平坦なセラミックリテーナ１８６を挿入する。リテーナ１８６は、Ｕ字形部分１７０の本体の中に配置された様々な部品全てに対してのリテーナとして機能する。リテーナ１８６の詳細は、図１２に示される。
【００６０】
図９（ａ）及び９（ｂ）に示されるように、支持アーム１２２は、比較的細身の部分に、その自由端１２０及び固定端１２２において大きくなった部分を有する構成を有している。支持アーム１２２の自由端１２０は２つのボルト穴１７２を有し、これらは、自由端１２０の上面に形成されたスロット１９０のそれぞれいずれかの側に形成されている。このスロット１９０は、ウエハ支持体１１６の底部のスタブ１６６から下向きにウエハ支持体１１６まで伸びるキー状構成物１９２を受容する。このキー状構成物１９２は、スロット１９０に嵌合し、ウエハ支持体１１６が支持アーム１２２上に配置されたときにこれを更に安定にする。キー状構成物１９２の詳細は、図８及び１４に示される。支持アーム１２２の固定端１２４は、垂直可動ステム１９４に固定されるが、その詳細は図１３を参照して説明する。
【００６１】
図１０（ａ）及び１０（ｂ）から、アイソレータ１８２がＵ字形チャンネルの形態でありその中に導電ケーブル１５６が入っていることがわかる。このＵ字形チャンネルは、大きくなった部分１９６を一方の端部に有している。この大きくなった部分１９６は、支持アーム１２２の固定端１２４でＲＦ導通ストリップ１８０をカバーする。
【００６２】
図１１（ａ）及び１１（ｂ）に示されるように、アイソレータ１８４は大きくなった部分１９８を有し、この部分は、支持アーム１２２の自由端１２０の中に比較的しっかりとフィットしている。大きくなった部分１９８はその中にチャンネル２００を有している。装置を組み立てるときは、ＲＦ導通ストリップ１８０がアイソレータ１８４の上面２０２の上に置かれている。また、ＲＦ導通ストリップ１８０は、チャンネル２００の内側の等高線に沿うように変形する。この構成は図７に示されており、ＲＦ導通ストリップ１８０を接続ボルト１６８から分離させる。図７から理解されるように、適切なスペーサー部品２０４がチャンネル２００の中にフィットするように具備され、ＲＦ導通ストリップ１８０とボルト１６８の間に電気的絶縁を与える。
【００６３】
リテーナ１８６の詳細は、図１２に例示される。リテーナ１８６は、略スプーン状であり、支持アーム１２２の自由端１２０に形成されたグルーブの中に受容されるようなサイズを有する大きくなった部分２０６を有している。組立中は、リテーナ１８６は、支持アーム１２２の自由端１２０からスロット１８８の中に挿入される。
【００６４】
支持アーム１２２の固定端１２４は、図１３に例示されるように、ステム１９４に接続される。ステム１９４は、中空のチューブであり、その上端で広がってフランジ２１０を画し、このフランジに、支持アーム１２２の固定端１２４がボルト２１２によりボルト留めされる。ボルト２１２とセラミック固定端１２４の間に過剰な負荷力が働くのを防止するため、各ボルト２１２と支持アーム１２２の固定端１２４の間に皿ばねワッシャ２１４が与えられる。
【００６５】
ステンレス鋼のベローズ２１６が、フランジ２１０と処理チャンバ１１２の下壁の間に配置される。ベローズ２１６により、支持アーム１２２が垂直上下に動くことができつつ、同時に、これが処理チャンバ１１２の壁２１８を貫いて通過するときにステム１９４の周りにシールを与えることが可能となる。
【００６６】
前に指摘したように、ステム１９４は中空のチューブの形態である。ステム１９４を形成するチューブの内側に、非導電チューブ２２０が配置される。非導電チューブ２２０は、典型的には、ポリイミド製であり、処理チャンバ１１２と中空ＲＦ導通チューブ２２２との間を電気的に絶縁する。ＲＦ導通チューブ２２０は、ＲＦソース１４２とＲＦ導通ストリップ１８０とに接続される。熱電対１５２と温度測定装置１４０の間を連通させる導電ケーブルが、ＲＦ導通チューブ２２２に形成された中心孔を下に通過する。
【００６７】
図１４は、図１３と共に、ＲＦ導通ストリップ１８０とＲＦ導通チューブ２２２との間をどのように接続するかを例示する。図１３に示されるように、ＲＦ導通チューブ２２２はその上端で広がり、円形のフランジ２２４を画する。ＲＦ導通ストリップ１８０は、図１４に例示されているが、円形の導電フープ２２６のところで終了している。支持アーム１２２が組み立てられるとき、フープ２２６はＲＦ導通チューブ２２２の円形フランジ２２４の上に置かれている。
【００６８】
これにより、ウエハ支持体１１６につながっているＲＦ導通ストリップ１８０へのＲＦ導通接続が与えられる。この接続によって、支持アーム１２２の組立及び分解が容易になる。また、この接続により、支持アーム１２２の固定端１２４がステム１９４のフランジ２１０の上に配置される場合に、決まった量の（ステム１９４の縦のアクセスの上方の）回転の自由度が与えられる。
【００６９】
（４．整合回路網）本発明に従い、ＲＦソースは、ウエハ支持体１１６とシャワーヘッド１３６の両方に、整合回路網１４５を介して結合する。整合回路網１４５は、抵抗器／インダクタ／キャパシタの回路網である。整合回路網１４５は、与えられた周波数においてソースにより与えられる電力を最大にするため、負荷インピーダンスをソースインピーダンスにマッチングさせる。また、整合回路網１４５は、ＲＦ電力をウエハ支持体１１６とシャワーヘッド１３６に分け、シャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６に与えられるＲＦシグナルの位相シフトを設定する。
【００７０】
本発明の一具体例で用いられる整合回路網１４５が、図１５（ａ）に例示される。図１５（ａ）に示される整合回路網１４５は、負荷整合トランス７０と、２つのインダクタ８０，８２と２つのキャパシタ７２，７４とを有している。負荷整合トランス７０は、一端でＲＦソース１４２とアースに、他方の端でインダクタ８０及び８２に結合している。インダクタ８０はキャパシタ７２を介してシャワーヘッド１３６に、インダクタ８２はキャパシタ７４を介してウエハ支持体１１６に、それぞれ結合する。
【００７１】
負荷整合トランス７０は、１次巻き線と２次巻き線の比が１：１〜１：４であってもよく、１：１．２２が典型的である。本発明に従い、負荷整合トランス７０の１次コイルは１８巻きであってもよく、また、負荷整合トランス７０の２次巻き線は４７巻きであってもよい。インダクタ８０及び８２はそれぞれ、インダクタンスが５０μＨであってもよく、キャパシタ７２及び７４はそれぞれ、キャパシタンスが０．０１μＦであってもよい。
【００７２】
負荷整合トランス７０の巻き線比を変えることにより、シャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６との間のＲＦシグナルの分解及び移動シフトを変えることができる。あるいは、図１５（ｂ）に示されるように、負荷整合トランス７１が選択可能接地タップ７８を有していてもよい。この選択可能接地タップ７８により、接地タップの位置を変えて選択して、シャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６との間のＲＦシグナルの分解及び移動シフトを変えることができるようになる。
【００７３】
整合回路網１４５のまた別の具体例が図１５（ｃ）に示される。キャパシタ７２とシャワーヘッド１３６は両方とも、誘導チョーク８３を介してアースにつながっている。キャパシタ７４とウエハ支持体１１６は両方とも、誘導チョーク８４を介してアースにつながっている。誘導チョーク８３及び誘導チョーク８４はそれぞれ、５００μＨである。この具体例を用いる場合は、シャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６にはＤＣバイアスが与えられなくなる。
【００７４】
プラズマアニール及び／又は酸化のために処理チャンバ１１２を用いる場合には、整合回路網１４５を介してシャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６をＲＦソース１４２に結合することは有利である。シャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６におけるＲＦシグナルの位相シフトを設定して、堆積後処理中に生成するプラズマの均一性を向上させる。シャワーヘッド１３６のシグナルとウエハ支持体１１６のシグナルの間の位相の関係がずれれば、プラズマ中のイオンが、接地されている処理チャンバ１１２よりもウエハ支持体１１６の方へと誘引される。また、この位相のずれは、シャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６の間の電圧ポテンシャルを上げるため、ウエハ１１４へ向かうイオン流束の均一性を向上させる。
【００７５】
シャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６へのシグナルの電力分割を調節することにより、ウエハ１１４とシャワーヘッド１３６のイオン衝突の強度を制御することが可能となる。プラズマ生成中にウエハ支持体１１６に負のバイアスを与えれば、一般に、ウエハ１１４へ向かうイオンの加速度が上がる。ウエハ支持体１１６に過剰な負バイアスを与えれば、ウエハ１１４にダメージを与えるようなエネルギーでイオンがウエハ１１４に衝突するようになる。プラズマ生成中にシャワーヘッド１３６に過剰な負のバイアスを与えれば、一般に、イオンがシャワーヘッド１３６に衝突するようになり、汚染粒子が発生する。
【００７６】
本発明の具体例においては、ＲＦソース１４５のシグナルの電力分割の選択は、チャンバ１１０Ａのオペレータにより行うことができる。シャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６の負バイアスが前述の汚染及びウエハにダメージを与えるイオン衝突を生じる可能性を最小にするように、この電力分割を設定することができる。
【００７７】
本発明に従い、ウエハ支持体１１６とシャワーヘッド１３６とに供給されるシグナルが同じ電力及び周波数を有するが位相は１８０度ずれるように、整合回路網１４５の構成を与えてもよい。これにより、処理チャンバ１１２内のガスをプラズマへ変換するため、ＲＦ電力を効率よくシャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６に結合させる。
【００７８】
ＲＦ分割電力の構成の具体例は、 Sugiyama らへの米国特許第５，３１４，６０３号、標題「チャンバ内の電極において実際のＲＦ電力を検出し制御することが可能なプラズマ処理装置」や、Ogle らへの米国特許第４，８７１，４２１号、標題「プラズマエッチングシステムのための分割位相ドライバ」を参照して理解することができる。
【００７９】
（５．チャンバ動作）堆積プロセス中は、ガスパネルコントローラ５０により、ガスパネル５２がＴＤＭＡＴ等のＣＶＤプロセスガスをシャワーヘッド１３６へ供給するようになる。シャワーヘッド１３６を介してプロセスガスが処理チャンバ１１２内に導入され、加熱されているウエハ１１４へと輸送される。その結果、材料の薄い層がウエハ１１４の上面に堆積する。ＴＤＭＡＴを用いる場合は、形成される材料の薄膜は窒化チタンＴｉＮ である。
【００８０】
半導体処理チャンバ１１０Ａ内で行われる堆積後処理の間、下記のように、アニール、酸化又は珪素への曝露を行ってもよい。プラズマアニールプロセス中は、ガスパネルコントローラ５０の制御の下、ガスパネル５２により、窒素、水素、アルゴン又はこれらの混合物等のプラズマガスをシャワーヘッド１３６に供給する。堆積後の酸化プロセスにおいては、ガスパネルコントローラ５０の制御の下、ガスパネル５２により、Ｏ₂又はＮ₂／Ｏ₂の混合物等の酸素ベースのガスをシャワーヘッド１３６に供給する。珪素曝露プロセス中は、ガスパネルコントローラ５０の制御の下、ガスパネル５２により、シラン（ＳｉＨ₄）等の珪素ベースのガスをシャワーヘッド１３６に供給する。
【００８１】
プラズマアニールプロセスと酸化プロセスでは共に、シャワーヘッド１３６により供給されるガスは、ウエハ１１４と反応する正荷電イオンを含むプラズマへと変換される。珪素曝露プロセスでは、ウエハ１１４及びウエハ支持体１１６の加熱によって、ガスにエネルギーが与えられる。堆積や堆積後処理の何れにおいて用いられるいかなるキャリアガスも、堆積や堆積後処理の副生成物と共に、圧力制御ユニット１５７によって処理チャンバ１１２から排出される。
【００８２】
（６．代替的なチャンバの構成）図１６は、本発明に従ってプロセスを遂行するための本発明の代替的な具体例を内包する半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ｂを例示する。半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ｂは、シャワーヘッド１３６がＲＦソースと結合していない点を除いて、図５に示されるチャンバ１１０Ａと同じである。ＲＦソース６２は、整合回路網６３を介してウエハ支持体１１６に結合し、また、シャワーヘッド１３６は接地されている。
【００８３】
整合回路網６３は、ウエハ支持体１１６の負荷インピーダンスをＲＦソース６２のインピーダンスに整合させるための従来からの手段を用いている。この整合により、ＲＦソース６２によって与えられる電力が、所与の周波数において最大になる。本発明に従って、ウエハ１１４に過剰な負バイアスを与えることなくプラズマアニールや酸化を行うために十分なＲＦエネルギーを提供するよう、整合回路網６３及びＲＦソース６２がＲＦシグナルをウエハ支持体１１６に提供できるように構成されてもよい。
【００８４】
図１７は、本発明の代替的な具体例を内包し本発明に従ってプロセスを遂行することができる半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ｃを例示する。半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ｃは、シャワーヘッド１３６がＲＦソース１４３に、ウエハ支持体１１６がＲＦシグナルソース１４４にそれぞれ別々に結合している点を除いて、図５に示されるチャンバ１１０Ａと同じである。ＲＦソース１４３は、整合回路網１４６を介してシャワーヘッド１３６に結合し、ＲＦソース１４４は、整合回路網１４７を介してウエハ支持体１１６に結合している。
【００８５】
整合回路網１４６はシャワーヘッド１３６を、整合回路網１４７はウエハ支持体１１６を、それぞれソースインピーダンスに整合させるための、従来からの手段をそれぞれ用いている。この整合により、各ソースによって与えられる電力が、所与の周波数において最大になる。好ましくは、シャワーヘッド１３６に与えられるＲＦシグナルとウエハ支持体１１６に与えられるＲＦシグナルの間の位相シフトと電力分割を制御できるよう、ＲＦソース１４３と１４４とはつながれている（図示せず）。本発明に従い、ウエハ支持体１１６へのＲＦシグナルとシャワーヘッド１３６へのＲＦシグナルを、同じ電力及び周波数で且つ位相が１８０度ずれるように供給できるよう、整合回路網１４６及び１４７とＲＦソース１４３及び１４４を構成してもよい。
【００８６】
本発明のまた別の具体例では、図５、図１６又は図１７の何れのウエハ支持体１１６も、抵抗ヒータを有していてもよい。この抵抗ヒータはウエハ１１４を支持し且つウエハ１１４加熱のため抵抗コイルを内包する。
【００８７】
図５、図１６及び図１７に示される半導体ウエハ処理チャンバを用いて、数多くのプロセスを行ってもよい。本発明の更なる特徴においては、拡散バリアを形成するためのプロセスが与えられる。本発明のプロセスは前述の諸装置において行うことが有利であることが認識される。しかし、ここに開示する方法は、適切なチャンバを何個でも利用して行うことができることが、更に認識される。
【００８８】
（Ｂ．膜の構築）
（１．概説）本発明の具体例は、集積回路において改良された抵抗値を有する膜を構築するものである。ここで構築できる膜の１つは、拡散バリアである。しかし、アルミニウムや銅等のコンタクトメタルの拡散を抑止する目的で、本発明の具体例を用いて他の膜を構築することもできる。
【００８９】
本発明に従って、半導体ウエハ等の基板上に、材料の層が堆積される。次いで、この材料にはプラズマアニールが施され、この堆積材料の抵抗率が低減される。続いて、この堆積した層の上に、材料の新たな層が堆積する。この材料をまたアニールして、材料の抵抗率を低減させる。材料の堆積及びアニールを数回繰り返して、ウエハの上面に配置される膜を形成してもよい。
【００９０】
本発明の別の具体例では、分子で詰められる（スタッフされる）べきウエハ上の材料をアニールする。このスタッフィングを行うことにより、アルミニウムや銅等のコンタクトメタルの拡散を抑止する材料の能力が向上する。アルミニウムに対するバリアとしての膜の機能を向上させるため、アニールを施した材料に酸化を施すことによりスタッフィングを行ってもよい。銅に対するバリアとしての膜の機能を向上させるため、アニールを施した材料をシラン（ＳｉＨ₄）に曝露することによりスタッフィングを行ってもよい。あるいは、３元素の窒化珪化メタルである材料を堆積させることにより、銅の拡散を低減してもよい。
【００９１】
本発明のまた別の特徴は、ウエハ上の膜の堆積、アニール及びスタッフィングに関して、インシチュウで行ってもよいことである。
【００９２】
（２．膜抵抗率の低下のためのアニール）本発明に従い、その抵抗率を下げるように、ウエハ上に材料の層を堆積させこの材料の層をプラズマアニールすることにより、ウエハ上に膜を形成してもよい。
【００９３】
ウエハ上への材料の膜の堆積は、従来のＣＶＤを行うことができるチャンバ、例えば図３（ａ）のチャンバ１０、図５のチャンバ１１０Ａ、図１６のチャンバ１１０Ｂや図１７のチャンバ１１０Ｃ等において、行うことができる。窒化チタン材料の堆積は、メタロ有機チタン化合物、好ましくはテトラキス（ジアルキルアミド）チタン（Ｔｉ（ＮＲ₂）₄）を用いて実現することができる。
【００９４】
キャリアガス、例えばヘリウム、アルゴン、窒素又は水素が、チタン化合物をチャンバ内に同伴させる。チャンバ内では、チタン化合物は、別の場所で生成した反応性種、例えばハロゲンラジカル、アンモニウムラジカルや水素ラジカル等と反応する。窒化チタンの堆積を促進するため、ウエハ温度を約２００〜６００℃に設定し、処理チャンバの圧力を約０．１〜１００トールに設定する。
【００９５】
堆積した窒化チタンは、少なからぬ量の炭素を含有しているため、窒化チタン膜は化学反応性を有することとなる。従って、この膜を空気やその他の酸素含有ガスに曝露すれば、膜に酸素が吸収される。この酸素吸収は調節できないため、膜の安定性は損なわれ、膜の抵抗率は悪化上昇する。このことにより、ウエハ上に形成するデバイスの信頼性が低くなることがある。
【００９６】
空気への曝露後、窒化チタン膜のシート抵抗率は、約１０，０００μΩ−ｃｍ／ｓｑから約１００，０００μΩ−ｃｍ／ｓｑの値まで上昇する。これは、堆積した窒化チタンが導電性のコンタクト及びバイアに対するバリアとして機能している場合に、甚だ望ましくない。バリア層に対しては、抵抗率は、約１，０００μΩ−ｃｍ／ｓｑ未満のオーダーであることが望ましい。
【００９７】
本発明に従い、高エネルギーイオンを含む不活性プラズマによって、堆積窒化チタン膜をプラズマアニールする。ＤＣバイアス電圧をウエハに印加することにより、これらイオンが得られる。このＤＣバイアス電圧のウエハへの印加は、ウエハ支持体に結合して前駆体ガスからプラズマを生成するに十分な電力を与える低電力のＲＦソースによって行われてもよい。ウエハへの電圧の印加は、約１００〜１，０００ボルトであれば十分である。例えば、１００ワットのＲＦ電力を有する４００ボルトを印加してプラズマを生成してもよい。これは高エネルギーイオンの生成に十分であり、また、経時的に安定であるように窒化チタン膜をパッシベーション又は密度化させるに十分である。
【００９８】
本発明に従ってアニールを施した窒化チタン膜を、空気、酸素又は水蒸気に曝露した場合、酸素は吸収されないか、あるいは、ウエハにバイアス電圧を印加しない場合に較べて著しく少ない量しか吸収されない。本発明に従って堆積しアニールを施した窒化チタン膜は、メタロ有機チタン化合物の従来からの熱ＣＶＤによって生成した窒化チタン膜に較べて、結晶性が高く、窒素をより多く含み、酸素及び炭素の含有量が低い。本発明に従ってアニールを施した堆積窒化チタン膜は、低く且つ安定なシート抵抗率も有している。
【００９９】
本発明の厳密なメカニズムは知られるところではない。しかし、バイアスが与えられている基板上の堆積材料に高エネルギーイオンが衝突することにより、膜の密度が高められると考えられる。
【実施例】
【０１００】
（ａ．窒素プラズマ）本発明の１つの具体例では、堆積窒化チタンをアニールするためのプラズマの生成に用いるガスは、いかなるガスであってもよいが、酸素及び炭素を含有しないガス、例えば、窒素、アンモニアやアルゴン等であることが好ましい。窒素は、窒化チタン材料のパッシベーションに最も有効である。あるいは、イオンソース等の非ガス種から生成したイオンを、堆積材料に衝突させてもよい。堆積窒化チタンのプラズマ処理は、堆積材料の粒子の性能、ステップカバレージ、堆積速度やバリア性能に悪影響を与えない。
【０１０１】
従来からの真空化学気相堆積チャンバ１０において、以下の条件の下に、窒化チタンをシリコンウエハ上に堆積した。処理チャンバ１２内の圧力は０．４５トールであり、ウエハ支持体１６の温度を４２０℃に設定した。ヘリウム流量は、Ｔｉ（ＮＲ₂）₄のバブラを介して４０ｓｃｃｍを採用し、窒素希釈の流量は１００ｓｃｃｍに設定した。窒化チタンの堆積に続いて、アルゴンパージガスをチャンバ内に２００ｓｃｃｍで流入させた。窒化チタンを堆積させるための従来からのＣＶＤプロセスは、 Sandhu らに発行の米国特許第５，２４６，８８１号に開示されている。開示されている。
【０１０２】
この結果、毎分約４２５オングストロームの堆積速度で窒化チタンが堆積した。この結果堆積した窒化チタン膜は、厚さが非常に均一であり、４枚のウエハの厚さ変動は３．０３％であった。しかし、シート抵抗率（ウエハ４枚の平均）は、１１，３６０μΩ−ｃｍ／ｓｑと高かった。また、抵抗率は不安定であった。
【０１０３】
図１８は、堆積窒化チタンのシート抵抗率（Ω／ｓｑ）の時間（ｈｏｕｒ）に対するグラフである。四角（□）で示される測定値は、所望の膜厚が得られた後堆積チャンバから取り出した膜から得られた値である。丸（○）で示される測定値は、堆積チャンバから取り出す前に温度１５０℃に冷却した膜から得られた値である。丸で示される膜のシート抵抗率は四角で示される膜のそれよりも低いが、両方の膜ともに安定性は低く、シート抵抗率は経時的に上昇している。このような特性は、拡散バリアには望ましくない。
【０１０４】
堆積窒化チタン膜にラザフォード後方散乱測定を行った。得られたスペクトルは図１９に与えられる。炭素のピークＣ、窒素のピークＮ及び酸素のピークＯが、珪素界面のものとしてスペクトル中に示される。窒化チタン中の様々な物質の含有量は、以下の通りである。炭素含有量は約３０％、窒素含有量は約２４％、酸素含有量は約２５％、チタン含有量は約２３％である。これは、堆積窒化チタン膜が比較的高いレベルの炭素及び酸素の不純物を含んでいることを示すものである。
【０１０５】
窒化チタンのシート抵抗率を低減するための試みとして、堆積の操作中に様々なガスを添加することにより、窒化チタンの堆積方法を変えた。その結果は図２０の表Ｉに当てられる。表Ｉの「コントロール」欄のチタンは、この直前で述べた方法を用いて堆積したものである。窒化チタンのシート抵抗率を下げるために最も成功した試行は、堆積中にＮＦ₃（７ｓｃｃｍ）の流入を含めた試行である。これにより、シート抵抗率が２，２００μΩ−ｃｍに下げられた。しかし、ＮＦ₃処理材料のラザフォード後方散乱スペクトル（図２３参照）では、膜中に弗素が不純物として包含されていることが示されている。弗素の包含は望ましいことではない。
【０１０６】
次に、堆積前及び堆積後のガス流入及びプラズマ処理を用いて、このような処理が堆積窒化チタンのシート抵抗率に影響するか否かを求めた。２つのケースでは、窒化チタンの化学気相堆積の前後にプラズマを点火した。プラズマの生成は、１００ワットの低電力で行われ、窒化チタン堆積を受ける基板シリコンウエハへバイアスを与えなかった。その結果を、図２１に示される表ＩＩにまとめた。堆積前処理及び堆積後処理のいずれも、堆積窒化チタンのシート抵抗率にさほど影響を与えなかった。このように、プラズマ中でウエハにバイアス電圧を印加することにより、シート抵抗率を下げ且つこれを経時的に安定させることは、甚だ予測困難である。
【０１０７】
本発明の特徴を、以下の実施例によって更に説明するが、本発明はここに記載される詳細事項に制限されると解されるものではない。窒化チタン層を有するシリコンウエハ基板にバイアス電圧４００ボルトを印加する一連のテストを行った。窒化チタン層のウエハ上への堆積は、図１６のチャンバ１１０Ｂで行い、約１００ワットのＲＦ電力を印加してプラズマによりアニールを行った。堆積とバイアス印加を連続的にサイクルさせた。これら２つのステップを〜５回サイクルさせた。堆積物の厚さ、サイクルの回数及び経時的に得られる抵抗率を、図２２の表ＩＩＩに与える。「コントロール」は、停止せずに５ステップで堆積させたものであり、堆積と他の間にはプラズマ中のアニール行わなかったものである。
【０１０８】
表ＩＩＩのデータによれば、窒化チタンの堆積後アニールを行うことにより、窒化チタンの抵抗率が著しく低減し安定性が劇的に向上した事を示している。表ＩＩＩの各実施例において、「コントロール」のケースに較べて抵抗率及び抵抗率の経時変化が向上している。アニールを施した窒化チタンの初期抵抗率は低く、経時的に抵抗率はほとんど上昇しない。
【０１０９】
図２４は、実施例１の窒化チタン膜のオージェ分析のグラフである。このグラフは、膜のスパッタエッジ深さ（オングストローム）に対する膜中の元素の原子濃度を表している。窒化チタンにバイアスが３０秒間２回与えられた（表ＩＩＩ参照）。図２４に示されるように、チタン濃度は安定に維持されるが、このグラフによれば、炭素及び窒素が低いままで膜表面の窒素濃度が高いことが明らかに示される。この炭素及び酸素の不純物レベルの低減は、深さ約１００オングストロームに対して維持される。深さ４００オングストロームでは、膜が先ず高エネルギーイオンでアニールを受ければ、窒素濃度が上昇し、他方炭素及び酸素の濃度は低下する。図２４のグラフは、本発明に従ったアニール後の膜の元素組成における変化も示している。深さに関する元素分析は、図２５の表ＩＶに示される。
【０１１０】
バリア層には、厚さ１００オングストロームの窒化チタン層が適しているため、当該堆積後アニールは、窒化チタンバリア層の安定性を高め抵抗率を下げるのに理想的である。堆積後アニールを行った実施例７の窒化チタンに存在する表面元素を示すオージェスペクトルが、図２６に示される。このスペクトルには、堆積した膜のバルクは窒化チタンであり少量のチタンが存在していることが示される。表面には炭素及び酸素が不純物として存在している。
【０１１１】
しかし、図２７に示されるように、実施例７の膜のオージェスパッタリング分析では、膜のバルクにおいて酸素濃度が低いレベルへと著しく低下していることが示される。酸素以外の主な不純物は炭素だけであるが、これは当該アニールプロセスによって影響を受けないままである。深さ２００オングストロームにおいては、膜中の元素の濃度（原子パーセント）は、酸素２．８％、炭素２０．９％、チタン３８．８％、窒素３７．５％である。珪素は存在しなかった。
【０１１２】
比較のため、コントロール膜の表面オージェ分析を図２８に示し、コントロル膜のスパッタオージェ分析を図２９に示す。コントロール膜の酸素濃度は著しく高い。深さ２００オングストロームにおいては、コントロール膜の元素の濃度（原子パーセント）は、酸素１０．８％、炭素２０．７％、チタン４１．０％、窒素２７．５％である。珪素は存在しなかった。
【０１１３】
実施例８の窒化チタン膜の表面オージェ分析を図３０に示し、深さ（オングストローム）に対するスパッタオージェ分析を図３１に示す。この膜の酸素濃度は低かった。深さ４３オングストロームにおいては、元素の濃度（原子パーセント）は、酸素３．１％、炭素１３．７％、チタン４０．０％、窒素４３．２％である。珪素は存在しなかった。
【０１１４】
ラザフォード後方散乱を用いて、コントロール窒化チタン堆積膜と実施例の窒化チタン堆積膜の濃度（原子／ｃｍ³）を求めた。これらのデータを図３２の表Ｖにまとめた。表Ｖのデータからわかるように、高エネルギーイオンによる堆積窒化チタンの衝突を含んだプラズマアニールにより、窒化チタン膜の濃度が、コントロール膜に較べて増加する。
【０１１５】
本発明は、窒化チタンバリア膜に限定されるものではない。本発明は、アルミニウム、銅、タンタル、五酸化タンタル、珪化物、その他窒化物等の他の物質の性能を向上させ化学組成を向上させるものでもある。例えば、二元素の窒化メタルＭ_XＮ_Y 及び三元素の窒化珪化メタル Ｍ_XＳｉ_YＮ_Z の性質及び化学組成（ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及びその他のメタル）は、本発明の特徴を実行することにより向上させることができる。ステンレス鋼、メタル、酸化物、ガラスや珪化物等、シリコンウエハ以外の基板を用いることもできる。
【０１１６】
堆積とプラズマアニールは、チャンバ１１０Ａ、１１０Ｂ及び１１０Ｃ等の前駆体ガス及びプラズマの機能を有するＣＶＤチャンバ１つの中で行うことができる。チャンバ１１０Ａ、１１０Ｂ又は１１０Ｃを用いる場合は、窒化チタンを堆積した後同じチャンバでアニールを行うことができる。あるいは、図３（ａ）に示されるような装置を本発明の実施に用いる場合は、チャンバ１つ以上を使用してもよい。チャンバ１つ以上を用いる場合は、基板をＣＶＤチャンバ１０からからアニールチャンバへ移送させる間、真空状態を維持することが好ましい。
【０１１７】
堆積窒化チタンのプラズマアニールをチャンバ１１０Ｂで行う場合は、以下の手順をその後に行うことができる。ウエハ１１４はウエハ支持体１１６上に置かれ、シャワーヘッド１３６から約０．３〜０．８インチ、好ましくは０．６〜０．７インチの間隔が置かれている。約３５０ｋＨｚ、電力１００〜５００ワットでＲＦシグナルソースから基板にエネルギーを印加することにより、エネルギーが与えられたイオンが得られる。これは言い換えれば、ウエハ１１４の表面積の平方センチメートル（ｃｍ²）当たり約０．３〜１．６ワットということである。
【０１１８】
ウエハ支持体１１６及びシャワーヘッド１３６に負の電力が与えられ、チャンバ壁が接地されて、５０〜１，０００ボルトのＤＣ自己バイアス電圧が誘起される。ウエハ１１４と接地の間には、自己バイアス電圧が２００〜８００ボルトであることが好ましい。これは、イオンを誘引してウエハ１１４表面に高いエネルギーで衝撃を与えるに十分である。その結果、堆積窒化チタンは、パッシベーション又は密度化が施され、経時的に安定を維持するようになる。
【０１１９】
図３３は、本発明に従って形成した窒化チタンの２つの異なる層に対して、空気曝露時間に対する原子酸素濃度のグラフである。これら両方の窒化チタン膜は、同じチャンバ内で堆積しプラズマアニールが施された。このチャンバは、上述のチャンバ１１０Ｂと同様のものである。
【０１２０】
各膜について、堆積とアニールのサイクルを繰り返すことにより、厚さ２００オングストロームの窒化チタン膜が形成された。これを行うには、１００オングストロームの層を堆積し、次いで、アニールを行い、この後、第２の１００オングストロームの層を堆積しアニールする。アニールは、Ｎ₂プラズマを用いて行った。原子酸素のパーセンテージは、２つの膜に対して、２４時間の期間繰り返し測定され、これはプロット３１２に反映されている。
【０１２１】
プロット３１２からわかるように、酸素の濃度は最初は約２％であった。２４時間後の濃度は２．５％未満であり、堆積膜が非常に安定であったことが示された。これに較べ、プロット３１４はアニールを行わない従来からのＣＶＤを用いて堆積した窒化チタン膜について測定した酸素濃度測定を例示する。これらの膜は、最初から高い酸素濃度（１５％）を有していただけでなく、高い速度で酸素を吸収していた。また、従来技術により形成した膜は安定性が低く、抵抗率は経時的に著しく上昇した。比較のため、図３４における点３１６は、物理気相堆積により堆積した窒化チタン膜の典型的な酸素濃度（約１％）を例示する。
【０１２２】
図３４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ別の膜についてのＸＰＳスペクトルのグラフである。図３４（ａ）は、２００オングストロームの非アニール膜のスペクトルを表し、３１６において有機結合炭素のレベルが比較的高いことを示している。これとは対称的に、図３４（ｂ）及び３４（ｃ）の作成に用いた２００オングストローム膜の測定結果は、それぞれ３１７，３１８において、有機結合炭素のレベルが下がったことを示している。図３４（ｂ）のために用いた膜の形成は、１００オングストロームの窒化チタン層を堆積し、本発明に従ってプラズマアニールし、その後第２の窒化チタンの１００オングストローム層を堆積しアニールすることにより行われたことを、注記すべきである。図３４（ｃ）は、窒化チタンの５０オングストローム厚の層４つを連続的に堆積及びアニールしたものである。
【０１２３】
図３５（ａ）及び（ｂ）は、本発明による向上を更に例示するものである。図３５（ａ）は、堆積しＮ₂でプラズマアニールしたＣＶＤ窒化チタン膜を用いたバイアの抵抗率を示す。これらバイアは、先ずＣＶＤ窒化チタン接着層によってラインが形成され、その後、ＣＶＤタングステンプラグにより充填された。図３５（ａ）は、膜堆積厚に対するバイア抵抗率のグラフである。このグラフは、アスペクト比が約２．５の０．５μｍバイアについて作成されたものである。図示のように、プラズマアニール膜についてバイア抵抗率（プロット３２０）は、非アニールの従来法で堆積した膜（プロット３２２）よりも実質的に低い。比較のため、ＰＶＤ堆積窒化チタン膜が矢印３２４によって例示される。
【０１２４】
窒化チタン厚さに対するサリサイドコンタクト抵抗を表す図３５（ｂ）のグラフにより、同様の向上が例示される。このグラフは、アスペクト比が約２．５の０．５μｍバイアについてプロットしたものである。プロット３３０は、本発明に従ってＮ₂プラズマ処理により作ったコンタクトの抵抗を示す。プロット３３０は、従来からのＣＶＤ堆積によって得られらたコンタクト抵抗を表すプロット３３２で例示される抵抗よりも実質的に低い抵抗を例示する。比較のため、ＰＶＤチタンコントロールコンタクト抵抗が、矢印３３４によって与えられる。
【０１２５】
図３６は、所望の厚さの膜１つを形成するために用いる堆積及びアニールのサイクルの数の効果を例示する。図３６では、総厚みが２００オングストロームの窒化チタン膜が化学気相堆積によって堆積されＮ₂プラズマでアニールされた。プロット３４０で例示される第１のケースでは、プロセスは４サイクルで行い、この４層のそれぞれにおいては、厚さ５０オングストロームの層を堆積させプラズマアニールを次の層の堆積の前に行った。プロット３４２で例示される第２のケースでは、１００オングストロームの２層を堆積し別々にアニールした。
【０１２６】
プロット３４０で示されるケースでは、曲線３４２で与えられるケース（７００〜８００μΩ−ｃｍ）よりも低い抵抗率（５００〜６００μΩ−ｃｍ）が示される。しかし、プロット３４０及び３４２の両方で示される膜の抵抗率は、上限である１０００μΩ−ｃｍよりも低い。また、各ケースにおいて８日後の抵抗率の上昇は、両ケースにおいてほぼ同じであり５％未満であった。
【０１２７】
プラズマ処理プロセスの圧力が膜の抵抗率とＤＣバイアス電圧に及ぼす影響を調べるため、更にテストを行った。このテストの結果は、図３７に例示される。図３７は、印加電力が約２０ワットでプラズマ中で６０秒処理を行った２００オングストロームの窒化チタン堆積物に対して作成したものである。
【０１２８】
プロット３５０に示されるように、本発明のプロセスにより生成した膜によって示される向上した抵抗率は、プロセス圧力には概略的には依存しない。しかし、プロセス圧力が２００ミリトールよりも低い場合では、低い抵抗率が実現されなかった。
【０１２９】
プロット３５２に例示されるように、プロセス圧力が約２００ミリトールから１０００ミリトールへと上昇するにつれて、プラズマ全体で誘起されるＤＣバイアスは実質的に下がった。その後、約１５０ボルトで比較的一定に維持された。
【０１３０】
図３８（ａ）は、処理時間及び周波数の膜抵抗率への影響を例示する。総膜圧が４００オングストロームの４つの異なる膜の比較を行った。プロット３６０で示される膜は、最初に５０オングストロームの層を１層堆積及びアニールし、その後、２５オングストロームの層を６層堆積及びアニールして、形成した。これらの層それぞれは、堆積させた後に次の層の他の前にアニールを施したものである。プロット３６２で示される第２の膜は、５０オングストロームの層を４層それぞれ堆積及びアニールして形成したものである。プロット３６４で示される第３の膜は、１００オングストロームの層を２層それぞれ堆積及びアニールして形成したものである。プロット３６６で示される最後の膜は、２００オングストロームの層１層を堆積させた後、本発明に従ってアニールして形成したものである。
【０１３１】
図３８（ａ）のこれらのプロットから、数多くの観測が可能である。最終的な層を作るための個々の層の数が多くなれば、抵抗率が低くなるだろう。また、個々の層が薄くなれば、プラズマ処理の時間が抵抗率に与える影響が小さくなる。図３８（ｂ）は、プラズマ処理時間の膜抵抗率に及ぼす影響についての別の例を例示する。
【０１３２】
抵抗の低減及び膜の安定性の上昇に加えて、本発明の方法を他の目的に用いることができるだろう。Ｎ₂プラズマを用いてアニールを施した膜の分析は、膜の表面近くの窒素の量が上昇することを示した。これは、窒素イオンの一部が膜中に埋め込まれ膜と反応したと思われる。従って、プラズマからのイオン／分子を膜中に増やすために、このアニールプロセスを用いることができるだろう。更に、このプロセスを用いて、膜から不要な分子／イオンを排除ないし交代させることができるだろう。図３４（ｂ）〜（ｃ）は、膜に衝突したイオンが炭素原子を追い出すことを示している。
【０１３３】
（ｂ．窒素／水素プラズマ）本発明の別の具体例では、窒素と水素の混合ガスを用いて、ウエハ１１４上に堆積した膜のプラズマアニール中にプラズマを生成する。第１のステップとして、従来からの熱ＣＶＤ処理を用いて、ウエハ１１４上に窒化チタン膜を堆積させる。その後、窒素と水素の混合ガスを有するガスから生成したプラズマを用いて、堆積材料をアニールする。
【０１３４】
チャンバ１１０Ａ、１１０Ｂ又は１１０Ｃの何れを用いてこれらのステップを行う場合は、ＣＶＤ処理及びアニールは同じチャンバ内で行ってもよい。あるいは、１つのチャンバで窒化チタンをウエハ１１４上に堆積させ、堆積後プラズマアニールのためにウエハ１１４を別のチャンバ内に移送してもよい。
【０１３５】
チャンバ１１０Ａを用いる場合は、ウエハ１１４をウエハ支持体１１６上に配置させ、シャワーヘッド１３６から約０．３〜０．８インチ、好ましくは０．６〜０．７インチ間隔をとる。上述の如く、窒化チタン膜の層をウエハ１１４上に堆積させてもよい。最初に堆積させる窒化チタン層は、厚さ５０〜２００オングストロームであってもよい。
【０１３６】
堆積が完了した後、堆積材料のプラズマアニールを開始させる。シャワーヘッド１３６を介して、窒素と水素が３：１の混合ガスを備えるガスを処理チャンバ１１２内に導入する。窒素と水素の混合ガスは、窒素の流量が約３０ｓｃｃｍで導入させる。次いで、ＲＦソース１４２は、整合回路網１４５を介して、３５０ワットのＲＦ電力を３５０ｋＨｚで供給し、ＲＦシグナルをウエハ支持体１１６及びシャワーヘッド１３６に発生させる。シャワーヘッド１３６のＲＦシグナルとウエハ支持体１１６のＲＦシグナルは、位相が１８０度ずれていることが好ましい。
【０１３７】
上述の混合ガスは窒素と水素の比が３：１であるが、３：１〜２：１の間であれば何れの比を用いることができる。一般的には、混合ガス中の水素の割合が多いほど、膜が長期間の安定性を有するようになる。しかし、プラズマ中の水素が多すぎる場合は、水素が膜中の炭素と結合してポリマーを生成し、膜の抵抗率を上昇させる。
【０１３８】
シャワーヘッド１３６及びウエハ支持体１１６に供給されるＲＦ電力の影響下で、プラズマに含有される正荷電の窒素及び水素イオンが生成する。プラズマは典型的には、１０〜３０秒間維持される。上述の如く、処理チャンバ１１２は接地されている。シャワーヘッド１３６は、−１００〜−４００ボルト、典型的には−２００ボルトの負バイアスを得る。ウエハ１１４は自己バイアスにより、−１００〜−４００ボルト、典型的には−３００ボルトの負バイアスを得る。この負バイアス電圧は、衝突の時間中はおよそ一定に維持される。
【０１３９】
衝突の時間中は、プラズマからの正荷電イオンは、ウエハ１１４の表面における電圧勾配により加速される。これにより、イオンがウエハ表面に衝突して５０〜１００オングストロームの深さまで浸透するようになる。また、エネルギーを受けた中性の原子粒子がウエハ１１４に衝突することもある。
【０１４０】
イオン衝突の結果、堆積材料の圧縮が生じ、その厚さが２０〜５０％減少することがある。この減少は、ウエハ温度とプラズマ処理の時間及びエネルギーに依存する。所望により、続けて、窒化チタンの層を更に堆積させアニールしてもよい。この更に形成する層はそれぞれ、厚さが５０〜１００オングストロームであることが好ましい。
【０１４１】
アニールが完了した後、得られたアニール済み窒化チタン膜は、数多くの性能の向上を示す。酸素含有量は２０〜２５％減少し、酸素は堆積アニール材料の１％未満を占めるだけとなる。膜の密度は、立方センチメートル当たり３．１グラム（３．１ｇ／ｃｍ³ ）未満であったのが、約３．９ ｇ／ｃｍ³ に増加する。堆積膜中に含まれる炭素の分率は２５％以上減少し、炭素は堆積膜の３％を占めるだけとなる。膜の構造の変化が起こり、膜の抵抗率が処理前の１０，０００μΩ−ｃｍから１５０μΩ−ｃｍへと降下する。アニールした膜を酸素、空気又は水蒸気に曝露した場合、堆積膜にアニールをしない場合に較べて、酸素の吸収量が著しく小さくなる。プラズマアニールにより、このように堆積させた膜中の炭素及び窒素をプラズマからの窒素に交代させる。
【０１４２】
プラズマ生成ガスへ水素を添加することにより、イオン衝突により膜から追い出され処理チャンバ１１２の内側をコーティングする炭素の量を著しく低減させることが見出された。処理チャンバ１１２の炭素コーティングを低減することは利益があり、何故なら、このような炭素コーティングはチャンバのインピーダンスを変化させ、プラズマの正確な制御を困難にしてしまうからである。炭素コーティングを減らすことにより、クリーニングが必要になるまで処理チャンバ１１２を使用できる回数が多くなる。
【０１４３】
図３９（ａ）は、二酸化珪素層の上に厚さ１００オングストロームの窒化チタン層を堆積し、続けてアニールして形成した窒化チタン膜に対してのオージェ電子分光深さプロファイルである。図３９（ａ）に示されるように、炭素含有量及び酸素含有量は、膜のほぼ全域で均一であり、炭素は９原子パーセント、酸素は２原子パーセントである。アニールした窒化チタン膜の抵抗率は、約２５０μΩ−ｃｍである。
【０１４４】
図３９（ｂ）は、窒化チタンの５０オングストロームの層を堆積しアニールして得られた場合の更なる向上を示す。図３９（ｂ）は、二酸化珪素層の上面に厚さ５０オングストロームの窒化チタン層を堆積し、続けてアニールして形成した窒化チタン膜に対してのオージェ電子分光深さのプロファイルである。ここでも、炭素含有量及び酸素含有量は、膜のほぼ全域で均一であり、炭素は３原子パーセント、酸素は１原子パーセントである。チタンと窒素の割合は、１００オングストロームのプロセスにおけるよりも高い。アニールした窒化チタン膜の抵抗率は、約１８０μΩ−ｃｍである。
【０１４５】
（ｃ．窒素／水素／希ガスのプラズマ）本発明のまた別の具体例では、アニールプラズマを生成するために用いる窒素及び水素の混合ガスは、他のガス、例えばアルゴン、ヘリウムやアンモニア等を含んでいてもよい。また、希ガスを更に含むことにより、イオン衝突処理が向上する。アルゴン原子はヘリウム原子よりも重いため、アルゴン原子の方が優れた衝突能力を与えるだろう。
【０１４６】
更に、窒化チタン以外の材料でできた膜の組成を、本発明と同様の方法で変えてもよいことが考えられる。膜中に含有させるか、膜に存在する不純物と反応させるかのいずれかにより、膜の化学組成を変えるために他のガスをプラズマに加えてもよい。例えば、ＮＨ₃及びＣＨ₄を用いてもよい。酸素ベースのプラズマガスは、Ｔａ₂Ｏ₅ 等の酸化膜を処理するためにより適している。
【０１４７】
本発明をプラズマ衝突ＣＶＤ堆積膜について説明してきたが、本発明は、ＰＶＤ堆積膜にも適用性がある。更に、本発明は、二元素の窒化メタルＭ_XＮ_Y 及び三元素の窒化珪化メタル Ｍ_XＳｉ_YＮ_Z （ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及びその他のメタル）の処理において顕著な用途が見出されている。
【０１４８】
また、本発明を用いて、膜のモルフォロジーを有利な方へ変えることもできる。薄いバリア材料は、その粒子配向（グレインオリエンテーション）の均一性を向上させるために、本発明の高密度イオン衝突を受けてもよい。下にある層のグレインの配向がその次に堆積する層の構造に影響を与えるため、本発明は、下の層の結晶構造及び／又は成長方向を変えることにより、その次に堆積する層のモルフォロジーを変え向上させる能力を提供する。
【０１４９】
多数の層のモルフォロジーを制御するには、厚さ５０オングストローム未満の薄い核界面層を堆積し、次いで高密度イオン衝突によりこれを変化させ、そして、標準的な技術によりバルク又は残りの膜を堆積させればよい。上にある層の構造は、前に変化させた下層の構造により決定できる。
【０１５０】
このことは、図４０を参照して例示することができる。窒化チタン膜については、好ましい結晶及び配向は＜２００＞であると決められてきた。水素をプラズマに加えれば、結晶性を高めることにより膜を向上できることが考えられる。図４０は、シリコンウエハ上に堆積させた厚さ１０００オングストロームの従来形ＣＶＤ窒化チタン層の、角度走査に係るＸ線回折である。＜２００＞方向に配向するグレインの数を表すカーブの点は、ラベル３００によって示される。このグラフからわかるように、明確なＴｉＮ＜２００＞ピークは存在しない。このことは、従来からのＣＶＤプロセスを用いて形成した膜中には、結晶性ＴｉＮ＜２００＞は弱いことを示している。
【０１５１】
図４１は、本発明に従ってシリコンウエハ上に堆積させアニールを施した、厚さ１０００オングストロームのＣＶＤ窒化チタン層の、角度走査に係るＸ線回折である。この回折パターンから、ラベル３５０で示されるように、膜が好ましい配向＜２００＞を有する微少結晶性であることが示される。４０〜４５度の間においては、ほぼ＜２００＞方向に配向したグレインの数が多い。更に、図４０のピーク３１０は、図４１において著しく低い。
【０１５２】
（３．続けて行うアニール）堆積膜の抵抗率を更に下げるため、本発明に従ってプラズマアニールプロセスを変え、２つの連続したプラズマアニールのステップを含めるようにしてもよい。第１のアニールのステップは、上述のように窒素及び水素を含む混合ガスから生成したプラズマを用いて行う。第２のプラズマアニールのステップは、アニールした材料から水素を除去するために行われるが、それは水素は酸素との親和力が高く、このため抵抗率を上げてしまうからである。
【０１５３】
第２のプラズマで生成したイオンは、堆積及びアニールした材料に衝突し、材料の表面にある水素を、膜から不要な副生成物として追い出す。水素が低減することにより、酸素に対する材料の親和力が低減し、これによって、膜の抵抗率が低くなり向上した安定性を示すことが可能となる。
【０１５４】
続けて行う第２のアニールのステップにおいてプラズマ生成のために用いるガスは、窒素又は、ヘリウムとアルゴンとネオンとの何れかと窒素との混合ガスを有していてもよい。ヘリウムは、窒素分子のイオン化を促進しＮ⁺、Ｎ₂⁺、Ｎ₃⁺及びＮ₄⁺の各イオンの再結合の確率を低減するため好ましい。窒素及びヘリウムの混合ガスは、窒素単独で用いるよりも好ましく、その理由は、ヘリウムベースのプラズマのイオンは、イオン化効率を向上させることが可能であり、そのため、イオン反応性を促進し浸透深さを大きくすることができる。浸透深さが深くなれば、追い出される水素の量が多くなり、堆積材料の抵抗率の低減を最大にすることができるようになる。更に、少量のヘリウムがあれば、水素原子が存在していたため堆積材料に残された空隙であって、窒素原子で充填するには小さすぎる空隙を充填することが可能となる。
【０１５５】
本発明に従い、チャンバ１１０Ａ等のチャンバ内にウエハ１１４を配置させ、上述のようにウエハ上に材料の層を堆積させる。堆積材料は、拡散バリアとして用いるための窒化チタンであってもよい。
【０１５６】
材料の層を堆積した後は、イオン衝突の第１のアニールのプロセスを行う。ウエハ１１４は、ウエハ支持体１１６上に置かれているが、シャワーヘッド１３６から約０．３〜０．８インチのところにあってもよい。ウエハ１１４はシャワーヘッド１３６から０．６〜０．７インチであることが好ましい。
【０１５７】
イオン衝突は、先ずシャワーヘッド１３６を介してガスを処理チャンバ１１２へ移動させることにより実現される。本発明の一具体例では、ガスは、窒素対水素の比が２：３の窒素と水素の混合ガスであり、窒素の流量が約６００ｓｃｃｍで処理チャンバ１１２内に導入される。処理チャンバ１１２内の圧力は、約１．０トールに設定され、ウエハ温度は３５０〜４５０℃に設定される。本発明の代替的な具体例では、ガスは、窒素対水素の比が３：１〜１：２の混合ガスを含んでいてもよい。
【０１５８】
第１のアニールのプロセスに次いで、ＲＦソース１４２がシャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６にＲＦシグナルを供給する。これにより、ガスが、正荷電イオンを含むプラズマを生成する。ＲＦソース１４２は、整合回路網１４５を介して、３５０ワットのＲＦ電力を３５０ｋＨｚで供給し、位相が１８０度ずれているＲＦシグナルをウエハ支持体１１６及びシャワーヘッド１３６に発生させる。典型的には、プラズマを２０秒間維持する。あるいは、ＲＦソース１４２は、１ＭＨｚ未満の周波数で３５０ワットのＲＦ電力を供給してもよい。
【０１５９】
ＲＦソース１４２から電圧を繰り返しサイクルさせることにより、ウエハ１１４の近隣において電子が過剰になり、これがウエハ１１４に負バイアスを発生させる。ウエハ支持体１１６は、−１００〜−４００ボルト、典型的には−２００ボルトの負バイアスを得ることができる。処理チャンバ１１２は接地され、ウエハ１１４の負バイアスは、−１００〜−４００ボルト、典型的には−３００ボルトであり、これは、衝突の時間中はおよそ一定に維持される。
【０１６０】
イオン衝突中は、プラズマからの正荷電イオンは、ウエハ１１４の表面における電圧勾配により加速され、１００〜１１０オングストロームの深さまで浸透する。また、エネルギーを受けた中性の原子粒子がウエハ１１４に衝突することもある。２０秒間の第１のアニールが完了すれば、処理チャンバ１１２をパージする。
【０１６１】
次いで、第２のアニールのプロセスを開始させる。本発明の一具体例では、プラズマ発生ガスは窒素のみである。このガスを、窒素流量約５００〜１０００ｓｃｃｍで処理チャンバ１１２内に導入する。処理チャンバ１１２内の圧力は約１．０トールに設定され、ウエハ温度は３５０〜４５０℃に設定される。
【０１６２】
本発明の代替的な具体例では、ガスは窒素とヘリウムの混合ガスで、窒素とヘリウムの比が０．２〜１．０であってもよい。アルゴン、ネオン、ヘリウム又はこれらの混合ガスと、窒素との組み合わせを含むガスを用いてもよい。
【０１６３】
次に、第２のアニールのプロセスでは、ＲＦソース１４２はシャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６にＲＦシグナルを供給する。これにより、正荷電を有するプラズマがガスから生成する。ＲＦソース１４２は、整合回路網１４５を介して、３００〜１，５００ワットのＲＦ電力を３００〜４００ｋＨｚで供給し、位相が１８０度ずれているＲＦシグナルをウエハ支持体１１６及びシャワーヘッド１３６に発生させる。典型的には、プラズマを１５秒間維持する。あるいは、ＲＦソース１４２は、１３．５ＭＨｚの周波数で３００〜１，５００ワットのＲＦ電力を供給してもよい。ソースの電力は、処理するウエハのサイズの変更に対する必要性を基に縮尺させてもよい。
【０１６４】
第１のアニールのケースにおけると同様に、ＲＦソース１４２から電圧を繰り返しサイクルさせることにより、ウエハ１１４の近隣において電子が過剰になり、これがウエハ１１４に負バイアスを発生させる。ウエハ支持体１１６は、−１００〜−４００ボルト、典型的には−３００ボルトの負バイアスを得ることができ、シャワーヘッド１３６は−１００〜−４００ボルト、典型的には−２００ボルトの負バイアスを得ることができる。処理チャンバ１１２は接地され、ウエハ１１４の負バイアスは、−１００〜−４００ボルト、典型的には−３００ボルトであり、これは、衝突の時間中はおよそ一定に維持される。
【０１６５】
イオン衝突中は、プラズマからの正荷電イオンは、ウエハ１１４の表面における電圧勾配により加速され。イオンはウエハ１１４の表面に浸透し、堆積しアニールした材料の水素分子を追い出す。また、エネルギーを受けた中性の原子粒子がウエハ１１４に衝突することもある。１５秒間の第２のアニールが完了すれば、処理チャンバ１１２をパージする。
【０１６６】
窒素ガスを用いる場合は、イオンは深さ７０〜８０オングストロームまで浸透する。ガスが窒素とヘリウムの混合ガスである場合は、イオンは深さ１００〜１２５オングストロームまで浸透する。従って、窒素とヘリウムの混合ガスでアニールすれば、窒素のみを用いてアニールした場合よりもさらに多くの水素分子を追い出すことができる。
【０１６７】
所望の厚さ、例えば１５０〜３００オングストロームの拡散バリアを形成するため、上述のＣＶＤ堆積及び連続アニールするプロセスを繰り返す。所望の厚さを実現するまで、厚さ５０〜１００オングストロームのバリア材料の層を順番に、堆積及び連続アニールすることにより、堆積させる。
【０１６８】
チャンバ１１０Ａ、１１０Ｂ又は１１０Ｃの何れかにおいて、続けて行うアニールのプロセスを行う場合は、堆積、第１のアニール及び第２のアニールの全てを同じチャンバで行ってもよい。従って、堆積及び連続的なアニールをインシチュウで行ってもよい。しかし、堆積及び連続的なアニールのプロセスステップはインシチュウで行う必要はなく、別のチャンバを用いてもよい。
【０１６９】
図４２の表ＶＩは、連続的なアニールのプロセスを、１回アニールを行うプロセスと比較するために得られた実験結果を反映する。表ＶＩのデータを収集するために、１組のウエハがそれぞれ本発明の別の具体例に従って処理された。厚さ２００オングストロームの窒化チタン層を、本発明に従って各ウエハ上に形成した。
【０１７０】
第１のウエハは、上述のアニール１回のプロセスに従い、アニールプラズマを生成するために窒素及び水素のガスを用いて処理した。第２のウエハは、窒素のみを含むプラズマガスを用い、連続アニールにより処理した。第３のウエハは、窒素とヘリウムを含むプラズマガスを用い、連続アニールにより処理した。第４のウエハは、３相の連続アニール、即ち順番に、窒素−水素プラズマアニールを１５秒間、窒素プラズマアニールを１５秒間、そして窒素−水素プラズマアニールを５秒間行うことにより処理した。
【０１７１】
第２のウエハは、窒素ガスで連続アニールしたものであるが、１つのアニールステップのみ行った第１のウエハよりも著しく抵抗率が小さいことが示された。第２のウエハの抵抗率は、４５０〜５００μΩ−ｃｍであり、第１のウエハの抵抗率は、５７０〜６３０μΩ−ｃｍであった。さらに、第２のウエハは５０時間後の抵抗率の増加は７〜８％しかなかったが、第１のウエハのこの増加は１１〜１２％であった。
【０１７２】
第２のプラズマアニールにおいて窒素とヘリウムの混合ガスを用いた第３のウエハにおいては、さらに良好な結果が確認された。第３のウエハは、抵抗率は４４０〜４８０μΩ−ｃｍであり、５０時間で３〜７％しか増加しなかった。また、第３のウエハは酸素濃度が小さかった。第２のウエハに較べて第３のウエハの方が酸素濃度のレベルが低かったのは、窒素−ヘリウムの混合ガスの窒化チタン層から水素を追い出す性能が優れていたことによる。
【０１７３】
第４のウエハは、窒素と水素の混合ガスにより第３のアニールを行うが、抵抗率及び抵抗率の劣化の測定値は第１のウエハに近かった。これは、第２のアニールの後に水素を再び導入することにより、水素過剰の状態を作り出していることを示している。この水素過剰は、第２のアニールにおいて実現した利益を損ねてしまう。
【０１７４】
（４．拡散性低減のための酸化）ウエハ上の膜の抵抗率を向上させることに加えて、次のプロセスを行うことにより、膜の下の基板へのコンタクトメタルの拡散に対して、膜がさらに抑止をすることが可能となる。特に、アルミニウムの拡散をよりつよく抑止するため、膜を処理することになる。
【０１７５】
先ず、材料の層をウエハ１１４の上面にインシチュウ（層形成中のあらゆる時点においても処理チャンバ１１２からウエハを取り出さず）で形成する。本発明の一具体例では、材料の堆積とそれに続くアニールをチャンバ１１０Ａで大古成って膜を形成する。熱ＣＶＤを用いてウエハ１１４の上面に材料の層を堆積させ、材料がウエハ１１４上面に適合できるようにしてもよい。堆積中は、処理チャンバ内の圧力が０．６〜１．２トールとなるように圧力制御ユニット１５７を設定してもよく、ウエハ１１４の温度が３６０〜３８０℃となるようにランプ１３０を設定してもよい。
【０１７６】
本発明の一具体例では、堆積材料はバリア材料であってもよく、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）のような二元素メタル窒化物等である。本発明の別の具体例では、二元素メタル窒化物の代わりに、三元素メタル窒化珪化物をバリア材料として用いてもよい。堆積材料は、厚さ５０〜３００オングストロームであってもよく、好ましくは５０〜１００オングストロームである。
【０１７７】
バリア材料を堆積させた後、イオン衝突のプロセスを通じてこれをアニールする。ウエハ１１４は、ウエハ支持体１１６上に置かれているが、シャワーヘッド１３６から０．３〜０．８インチのところにあってもよい。ウエハ１１４はシャワーヘッド１３６から０．６〜０．７インチのところにあることが好ましい。
【０１７８】
イオン衝突を行うには、先ず、シャワーヘッド１３６を介してガスを処理チャンバ１１２内に導入する。本発明の一具体例では、ガスは窒素と水素の混合ガスであり、これは、窒素と水素の比が２：３であり、窒素流量が約４００ｓｃｃｍで処理チャンバ１１２内に導入される。処理チャンバ１１２内の圧力は約１．０トールに設定され、ウエハ温度は３００〜４００℃（好ましくは３６０℃）に設定される。
【０１７９】
本発明の別の具体例では、ガスは窒素と水素の比が３：１〜１：２であるガスを備えていてもよい。窒素及び水素に、アルゴン又はヘリウム又はアンモニアを組み合わせた別のガスを用いてもよい。
【０１８０】
次に、アニールプロセスにおいて、ＲＦソース１４２がシャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６にＲＦシグナルを供給することにより、ガス２０６が正荷電イオンを含有するプラズマを生成する。ＲＦソース１４２は整合回路網１４５を介して３５０ワットのＲＦ電力を３５０ｋＨｚで供給し、位相が１８０度ずれているＲＦシグナルをウエハ支持体１１６及びシャワーヘッド１３６に発生させてもよい。典型的には、プラズマを１０〜３０秒間維持する。あるいは、ＲＦソース１４２は、１ＭＨｚ未満の異なる周波数で３５０ワットのＲＦ電力を供給してもよい。
【０１８１】
ウエハ１１４には負バイアスが発生する。ウエハ支持体１１６は、−１００〜−４００ボルト、典型的には−３００ボルトの負バイアスを得ることができ、シャワーヘッド１３６は、−１００〜−４００ボルト、典型的には−２００ボルトの負バイアスを得ることができる。処理チャンバ１１２は接地され、ウエハ１１４の負バイアスは、−１００〜−４００ボルト、典型的には−３００ボルトであり、これは、衝突の時間中はおよそ一定に維持される。
【０１８２】
イオン衝突中は、プラズマからの正荷電イオンは、ウエハ１１４の表面における電圧勾配により加速され、５０〜２００オングストロームの深さまで浸透する。また、エネルギーを受けた中性の原子粒子がウエハ１１４に衝突することもある。
【０１８３】
イオン衝突の結果、バリア材料の堆積材料の厚さが、基板温度とプラズマ処理時間及びエネルギーに依存して、２０〜５０％減少する。上述のように、厚さが５０〜１００オングストロームのバリア材料の層を用いたＣＶＤ堆積及びアニールを繰り返し、所望の厚さの材料の層を形成してもよい。
【０１８４】
あるいは、ウエハ１１４上への材料の堆積及びアニールは、これとは異なる数多くの手段により遂行してもよい。米国特許出願０８／４９８，９９０号、標題「薄膜のバイアスプラズマアニール」、米国特許出願０８／５６７，４６１号、標題「薄膜のプラズマアニール」、米国特許出願０８／６８０，９１３号、標題「薄膜のプラズマ衝突」の、それぞれには、ＣＶＤプロセス及びプラズマアニールを用いて、ウエハ上面へバリア材料の層を形成するためのプロセスが開示される。これらの出願のそれぞれは、参照としてここに包含される。これらの出願で開示されるプロセスのそれぞれは、ウエハ上に材料の層を形成するための本発明の具体例に用いることができる。
【０１８５】
本発明の一具体例では、物理気相堆積を行うことができる装置の中にウエハを配置させ、従来からのスパッタリングプロセスにより材料の層を形成する。本発明の他の具体例では、化学気相堆積を行うことができるチャンバの中にウエハを配置させ、ＣＶＤにより材料の層を形成し、付加的なアニールは行わない。
【０１８６】
集積回路の製造においては、アルミニウムはコンタクトメタルとして頻繁に用いられる。アルミニウムは酸素に対して親和性を有するため、酸素リッチメタルにおいてアルミニウムの拡散性が下げられることもある。従って、材料に酸素を浸透させることにより、アルミニウムコンタクトメタルへの向上した拡散バリアとして機能するように、ウエハ１１４上に形成された材料の層を処理することができる。
【０１８７】
材料に酸素を浸透させるため、ウエハ１１４上の材料をインシチュウ（材料の層を形成した後、酸化が完了するまで、処理チャンバ１１２から取り出さずに）で酸化させる。即ち、材料の層の形成及び材料の層の酸化のプロセス全体を、１つのチャンバ内でインシチュウで行うことができる。材料の粒界は酸化されるが材料の粒（グレイン）自身はほとんど酸化されないように、酸化が行われる。
【０１８８】
材料の粒界の酸化は、図５に示す半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ａを用いてインシチュウで行ってもよい。材料をウエハ１１４上に形成（堆積及びアニール）した後、ウエハ１１４を処理チャンバ１１２内に残す。圧力制御ユニット１５７により、処理チャンバ１１２内の圧力を０．５〜１．０トールに設定する。ウエハ１１４の温度を、３００〜４００℃（好ましくは３６０℃）となるように設定する。
【０１８９】
材料の層を、Ｎ₂／Ｏ₂混合ガス又はＯ₂等の酸素含有ガスに曝露する。このガスは、流量１００〜１０００ｓｃｃｍでシャワーヘッド１３６を介して処理チャンバ１１２内に移送される。ガス２０８は、窒素と酸素の両方を含んでいてもよく、窒素対酸素の混合比は４：１であってもよい。次いで、ＲＦソース１４２がウエハ支持体１１６とシャワーヘッド１３６の双方へ整合回路網１４５を介してシグナルを供給し、ガスを正荷電酸素イオンを含むプラズマに変換する。
【０１９０】
ＲＦソース１４２は、整合回路網１４５を介して３５０ワットのＲＦ電力を３５０ｋＨｚで約２０秒間供給し、シャワーヘッド１３６とウエハ支持体１１６に１８０度位相がずれたＲＦシグナルを発生させる。シャワーヘッド１３６、ウエハ支持体１１６及びウエハ１１４のそれぞれは、アニールプロセスについて上述したように、負バイアスを得る。その結果、正荷電酸素イオンが、ウエハ１１４の方へ加速され、材料の層の表面に浸透し、材料の粒界に付着する。
【０１９１】
本発明の一具体例においてこの酸化が完了した後は、酸化した材料の層は酸化した窒化チタンである。この酸化した窒化チタンは、酸素に対する親和性を有するコンタクトメタル（例えばアルミニウム等）に対して向上した拡散バリアとして機能することが可能である。あるいは、材料の層が、他の二元素の窒化メタルＭ_XＮ_Y 又は三元素の窒化珪化メタル Ｍ_XＳｉ_YＮ_Z （ＭはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ及びその他のメタル）とした場合にも、向上した拡散バリアを本発明に従って形成することができる。
【０１９２】
本発明の代替的な具体例では、同じ半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ａを用いて、材料の熱酸化を行う。酸素含有ガス、例えば酸素、オゾン、空気や水等を、流量１００〜１０００ｓｃｃｍで、シャワーヘッド１３６を介して処理チャンバ１１２内に移送する。次いで、ランプ１３０によりウエハ１１４を３００〜４００℃の温度に加熱する一方、処理チャンバ内の圧力を０．５〜１００トール（好ましくは１．０トール）に設定する。
【０１９３】
この結果、酸素含有ガスにおける酸素がバリア材料層の表面に浸透し、バリア材料の粒界に付着する。バリア材料の粒界を酸化させるプロセスの１つが、 Ngan らの米国特許第５，３７８，６６０号、標題「バリア層及びアルミニウムコンタクト」に開示されており、これは参照としてここに包含される。材料の層２００を形成し酸化させた後、ウエハ１１４は処理チャンバ１１２から取り出される。
【０１９４】
ウエハ１１４上の材料の層の形成及び酸化について、具体的に、図５の半導体ウエハ処理チャンバ１１０Ａにおいて行われるように説明してきたが、このプロセスはチャンバ１１０Ａ内で行われることに限定されない。このプロセスは、図１６のチャンバ１１０Ｂ、図１７のチャンバ１１０Ｃ等、本発明に従ってインシチュウで形成及び酸化処理を行うためのあらゆる半導体ウエハ処理チャンバにおいて行うことも可能である。
【０１９５】
従来では、コンタクトメタルの拡散に対して十分な保護を与えるためには、拡散バリアを厚くしていた。本発明の具体例の結果、コンタクトメタルの拡散を抑止するために、拡散バリアは厚くしなくてもよい。本発明の具体例では、バリアメタルの酸化により、酸素に対する親和性を有するコンタクトメタル（アルミニウム等）の拡散が低減する。このコンタクトメタルがバリア材料の酸化層の中に拡散を開始したとき、コンタクトメタルは酸素イオンと結合し、この酸素イオンがバリア材料の粒界に付着する。その結果、コンタクトメタルは、その下の拡散バリアの領域に到達することができない。
【０１９６】
図４３（ａ）におけるチャートは、酸化は行わず本発明に従ってバリア材料の層を堆積及びプラズマアニールした後の、ウエハの化学組成を深さを変えて示す。図４３（ｂ）は、本発明に従ってバリア材料の層を堆積及びプラズマアニールし酸化を行った後の、ウエハの化学組成を深さを変えて示すグラフが含まれる。
【０１９７】
これらのチャートのそれぞれは、窒化チタンのバリア層によってその上が覆われたシリコン基板を有するウエハからとったデータを表している。オージェ電子分光分析によりウエハを調べた。各チャートは、ウエハの深さが異なる場合に、化合物毎の原子濃度を示している。この２つのチャートを比較してわかるように、ウエハの頂部、すなわちバリア材料で構成される部分の酸素レベルは、酸化しないバリア材料（図４３（ａ））よりも酸化させたバリア材料（図４３（ｂ））の方が著しく高くなっている。
【０１９８】
バリア材料中に酸素が存在することにより、アルミニウム等のコンタクトメタルは、バリア材料中の酸素イオンと結合することにより、その拡散性が著しく低くなる。従って、酸化させたバリア材料（図４３（ｂ））の方が、酸化しないバリア材料（図４３（ａ））よりも、コンタクトメタル（アルミニウム等）とその下のシリコン基板との間に良好な拡散バリアを与える。
【０１９９】
加えて、本発明の具体例により形成した拡散バリアのシート抵抗は、酸化プロセスにより、許容できる程度に妥協できないわけではない。図４４は、この事実を例示する表を例示する。この表に示されるように、本発明に従って堆積及びプラズマアニールを行ったが酸化を行っていない窒化チタンバリア材料の２００オングストローム層は、４１０Ω／ｓｑのシート抵抗値を有し、シート抵抗値の標準偏差は２．２％であるだろう。このバリア材料の層の抵抗率は、８２０μΩ−ｃｍと得られる。本発明に従って堆積、プラズマアニールを行い２０秒間酸化を行った窒化チタンバリア材料の２００オングストローム層は、６３０Ω／ｓｑのシート抵抗値を有し、シート抵抗値の標準偏差は３．７％であるだろう。このバリア材料の層の抵抗率は、１２６０μΩ−ｃｍと得られる。
【０２００】
また、図４４の表は、窒化チタンバリア材料の３００オングストローム層に対するシート抵抗を示す。本発明に従って堆積及びプラズマアニールを行った後、窒化チタンバリア材料の３００オングストローム層は、２３５Ω／ｓｑのシート抵抗値を有し、シート抵抗値の標準偏差は２．０％であるだろう。本発明に従って堆積、プラズマアニール及び２０秒間の酸化を行った後は、窒化チタンバリア材料の３００オングストローム層は、２５０Ω／ｓｑのシート抵抗値を有し、シート抵抗値の標準偏差は２．７％であるだろう。従って、酸化しないバリア材料の３００オングストローム層の抵抗率は７０５μΩ−ｃｍであるが、酸化したバリア材料の３００オングストローム層の抵抗率は７５０μΩ−ｃｍであろう。
【０２０１】
図４４の表に表されている窒化チタンバリア材料の酸化しない層と酸化した層の相対的な有効性は、以下のように評価された。上面に酸化しない窒化チタンバリア材料を有するウエハと酸化した窒化チタンバリア材料を有するウエハに、アルミニウムの１０００オングストロームの層を堆積させた。ウエハ上への堆積を行った後、アルミニウムを５５０℃の炉内で１時間アニールした。酸化していない窒化チタンバリア材料の２００オングストロームの層を有するウエハと３００オングストロームの層を有するウエハは、ウエハの基板へのアルミニウムの拡散により重大な欠陥が認められた。本発明に従って堆積、プラズマアニール及び酸化を行った窒化チタンバリア材料の２００オングストロームの層を有するウエハは、アルミニウムの拡散による軽微な欠陥のみ認められ、３００オングストロームの層を有するウエハは、この欠陥が全く認められなかった。
【０２０２】
図４３（ａ）、４３（ｂ）及び４４のデータは、本発明の具体例を行って得ることができる結果の一例に過ぎない。これらの図表に示される結果は、本発明の具体例が同じ結果又は実質的に同じ結果を実現することに限定することを意味するものではない。
【０２０３】
（５．拡散性低減のための珪素の濃縮）本発明の別の具体例では、酸化のステップは、珪素のスタッフィングの操作により置き換えられる。珪素スタッフィングの操作により、銅等のコンタクトメタルの、基板を覆う材料層（窒化チタン等）への拡散性が、低減する。珪素が窒素と結合して堆積窒化チタンの粒界を充填する能力は、窒化チタンのバリア性能の向上を促進するメカニズムである。
【０２０４】
本発明に従って、窒化チタン等の材料のウエハ上への堆積及びアニールは、酸化のステップを含むプロセスに対して上述と同じ方法で行われる。窒化チタンの１００オングストローム層を堆積させることが好ましい。窒素と水素の混合ガスを含むプラズマでこの材料をアニールした後の窒化チタン層の厚さは、約５０オングストロームである。
【０２０５】
窒化チタン材料の堆積及びアニールは、チャンバ１１０Ａ、１１０Ｂ又は１１０Ｃの何れかで行ってもよい。あるいは、堆積のステップ及びアニールのステップを行うことができる他のチャンバやチャンバ群を用いてもよい。チャンバ１１０Ａ、１１０Ｂ又は１１０Ｃを用いた場合は、堆積及びアニールを行ったと同じチャンバで珪素スタッフィングを行ってもよい。その結果、珪素スタッフィングプロセスの全体をインシチュウで行うことができる。
【０２０６】
堆積及びアニールの後、アニールした窒化チタンをシラン（ＳｉＨ₄）に曝露することにより、珪素スタッフィングが行われる。シランを、流量３０ｓｃｃｍで約３０秒間チャンバ１１０Ａに流入させる。シラン曝露の間は、チャンバ圧力を１．２トールに設定し、ウエハ支持体１１６を４２０℃に加熱し、窒素をチャンバ１１０Ａに流量１４０ｓｃｃｍで流入させる。２００ｓｃｃｍのアルゴンパージの流入を採用する。シランへの曝露に続いて、排気パージを行い、チャンバ１０Ａ及び供給ラインから残留のＳｉＨ₄を掃引する。
【０２０７】
この曝露を行っている間は、珪素は窒化チタン表面に結合して、堆積材料の粒界を充填する。このスタッフィングされた珪素により、この後堆積する銅等のコンタクトメタルの拡散が抑止される。
【０２０８】
構築する膜が所望の厚さになるまで、窒化チタン材料の堆積、アニール及び珪素スタッフィングのステップを続けて繰り返す。２００オングストローム膜の構築の場合、窒化チタンの堆積、アニール及び曝露は全部で３回行うことが好ましく、各回に堆積させる窒化チタンは１００オングストローム層である。この結果、珪素をスタッフィングした厚さ１５０オングストロームの窒化チタン層が構築される。求める厚さの２００オングストロームに到達させるため、最後の１００オングストロームの窒化チタンのキャップ層を堆積させアニールして、厚さ５０オングストロームとする。この窒化チタンのキャップ層のアニールは、上述のように、窒素及び水素の両方を含むプラズマを用いて行ってもよい。この最終の堆積及びアニールを行った材料のキャップ層は、シランへの曝露を行わない。
【０２０９】
堆積しアニールした材料の最終の部分をシランに曝露しないのは、シランの酸素に対する親和性にその理由がある。シランへの曝露により窒化チタン膜の最終表面キャップに珪素が導入されれば、膜の抵抗率は許容できないほど高くなるだろう。膜に窒化チタンのアニール層でキャップを被せた後は、この膜の抵抗率は約５２０μΩ−ｃｍである。窒化チタンの上層をシランに曝露すれば、膜の抵抗率はおそらく非常に高くなるだろう。
【０２１０】
ラザフォード後方散乱分光分析により、本発明に従って珪素をスタッフィングした膜は以下の特徴を有していたことがわかった。Ｓｉ含有量は５原子パーセント、Ｔｉ含有量は３５．２原子パーセント、Ｎ含有量は５２．８原子パーセント、Ｈ含有量は７原子パーセントであった。本発明に従って形成した膜のオージェ深さプロファイルが図４５に示される。このオージェ深さプロファイルによれば、窒素含有量とチタン含有量が均一であり珪素含有量は上下しており、これは、窒化チタンにキャッピングしようとする珪素含有材料が１５０オングストロームであることと一致している。
【０２１１】
上記の測定及び手順は、本発明に従って珪素スタッフィングをいかに行うかの非限定的な例として与えられることに、注意すべきである。本発明の別の具体例では、基板上に堆積した材料の層をアニールするステップとこの材料をシランに曝露するステップとを相互に交換してもよい。この結果、窒化チタン等の堆積材料を、珪素スタッフィングの目的で先ずシランに曝露し、その後、プラズマを用いてアニールして、この材料の抵抗率を低減する。加えて、ＣＶＤ以外の堆積プロセス、例えばスパッタリング等を行ってもよい。
【０２１２】
珪素スタッフィングに代替するものとして、三元素の珪化窒化メタル、例えばチタニアシリカ カーボナイトライド（ＴｉＳｉＣＮ）等を、窒化チタン材料の代わりに堆積させてもよい。そして、堆積させた珪素リッチな材料をアニールして、抵抗率を下げることができるだろう。上記のプロセスのように、堆積及びアニールを繰り返して、所望の厚さの膜を形成することができるのである。
【０２１３】
本発明のこのような具体例に従って、堆積プロセスを行うことができるチャンバの中にウエハを配置させる。このチャンバは、珪素リッチ膜をインシチュウで構築することが可能なチャンバ１１０Ａ、１１０Ｂ又は１１０Ｃの何れかであってもよい。あるいは、珪素リッチ膜を形成する以下のステップを行うために用いることができる他のチャンバやチャンバ群を用いてもよい。
【０２１４】
ウエハをチャンバ内に配置させた後、チタニアシリカ カーボナイトライド（ＴｉＳｉＣＮ）材料をウエハ上に堆積させる。この堆積操作は、ＴＤＭＡＴを用いた従来からの熱ＣＶＤを用いて行ってもよい。珪素を導入するため、或る体積のシランをチャンバ内に流入させる。ＴＤＭＡＴを用いたＣＶＤで窒化チタンを堆積させる場合に用いる容量と比較して、等しい体積の窒素希釈ガスを随伴させる。
【０２１５】
堆積操作を行うにあたり、チャンバ圧力を１．２トールに設定し、ウエハ支持体の温度を４２０℃に設定し、シランを１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ／ＴＤＭＡＴを７０ｓｃｃｍ、窒素希釈ガスを９０ｓｃｃｍで、チャンバ内に流入させる。アルゴンパージを流量２００ｓｃｃｍで行う。堆積を３２秒間行い、厚さ１００オングストロームの材料の層を形成することができる。窒化チタンの化学気相堆積では、シランを用いず、窒素の流量は１００ｓｃｃｍとなる。
【０２１６】
この堆積に続いて、酸素スタッフィングを含むプロセスについて上述したように、窒素及び水素のプラズマを用いてＴｉＳｉＣＮのアニールを行う。堆積材料の開始厚さが１００オングストロームであり層の厚さが５０オングストロームであることが望ましい場合は、このアニールには、２０秒間行われるイオン衝突の工程が含まれる。堆積及びアニールを続けて繰り返し、所望の厚さの膜を構築する。本発明の一具体例では、２００オングストロームの膜が望ましい。１００オングストロームのＴｉＳｉＣＮの層を堆積させ、次いでアニールして、５０オングストロームの材料の層とする。ＴｉＳｉＣＮの１００オングストロームの堆積とアニールを４回行って、求める２００オングストロームの膜を得る。
【０２１７】
一例では、得られた２００オングストローム膜は、Ｓｉを１５原子パーセント、Ｔｉを２５．３原子パーセント、Ｎを４９．７原子パーセント、Ｈを１０原子パーセント含んでいたことが、ラザフォード後方散乱分光分析によって示された。この膜のオージェ深さプロファイルが図４６に示される。オージェ深さプロファイルにより、約５原子パーセントの低い炭素含有量と、１原子パーセントの酸素含有量を有する、均一な組成であることが示される。この膜の抵抗率は、２，４００μΩ−ｃｍである。図４７は、珪素スタッフィングを用いて形成した２００オングストローム膜と、チタニアシリカ カーボナイトライドを堆積させて形成した２００オングストローム膜の、抵抗率及び組成の比較を示す。
【０２１８】
拡散バリアとして機能させるため非常に珪素リッチな膜を得ることとの引き替えに、抵抗率が高くなる。１，０００μΩ−ｃｍの抵抗率は、拡散バリアとして十分許容されるものである。堆積のステップで用いるシランの量を減らして、膜の抵抗率を下げてもよい。最良の抵抗率が得られるのは、上述の如く、堆積及びアニールの後に材料の層の中に珪素をスタッフィングする場合である。しかし、珪素をスタッフィングさせた拡散バリアは、銅の拡散に対して、珪素含有材料を堆積させて形成した膜と同様の強力な抑止効果は与えない。例えば、珪素をスタッフィングさせた二元素窒化メタル（例えば窒化チタン等）は、銅の拡散を防止できず、これは、三元素窒化珪化メタル（例えばＴｉＳｉＣＮ等）を堆積させて構築した膜についても同様である。集積回路の製造者は、膜の構築における製造者の要求に最もよく適合する珪素濃縮の方法を選択することができる。
【０２１９】
また、上述の珪素濃縮プロセスのそれぞれにおいて採用した堆積プロセスを変形することができることは注記すべきである。化学気相堆積の代わりに、スパッタリング等他の堆積プロセスを用いてもよい。ＴｉＳｉＣＮ以外の他の三元素窒化珪化メタルを本発明の具体例に用いてもよい。
【０２２０】
更に、上述のアニールのステップは、窒素と水素だけから成るプラズマを用いることに限定されない。堆積材料の抵抗率を下げるように作用する他のプラズマ組成を用いてもよい。このようなプラズマの一例は、窒素、水素及びアルゴンを含有する上述のプラズマである。これに続けてアニールを行ってもよい。
【０２２１】
シランへ曝露することによる珪素スタッフィングを含むプロセスにおいては、この曝露のステップは、エネルギーを熱により受ける点に制限されない。本発明の代替的な具体例では、珪素イオンを含有するプラズマは、ＲＦシグナルによりエネルギーを受けた珪素リッチなガスにより生成することができる。また、珪素スタッフィングしようとする材料を含むウエハにバイアスを与えて、材料への珪素の衝撃を高めてもよい。プラズマを用いて珪素スタッフィングを行う場合は、珪素スタッフィングは、抵抗率を低くするための材料のアニールのステップの前に行ってもよいし、後に行ってもよい。
【０２２２】
（ｃ．プロセッサにより制御を行う膜の構築）上述の材料の堆積、アニール、酸化及び珪素スタッフィングのプロセスは、プロセッサに基づく制御ユニットにより制御を行うチャンバにて行ってもよい。ず４８は、このような場合において使用できる制御ユニット６００を示す。この制御ユニットは、プロセッサユニット６０５と、メモリ６１０と、マスストレージデバイス６２０と、入力制御ユニット６７０と、ディスプレイユニット６５０とを有し、これら全ては、制御ユニットバス６２５につながっている。
【０２２３】
プロセッサユニット６０５は、マイクロプロセッサ又は、メモリに保存された命令を実行することができるその他のエンジンであってもよい。メモリ６１０は、ハードディスクドライブ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ＲＡＭとＲＯＭの組み合わせ又はその他のメモリを備えていてもよい。メモリ６１０は、プロセッサユニット６０５が実行して上述のプロセスステップの遂行を促す命令を備えている。メモリ６１０の中の命令は、プログラムコード緒の形態であってもよい。プログラムコードは、多種多様なプログラム言語のいずれにも適合することができる。例えば、プログラムコードは、Ｃ＋、Ｃ＋＋、ＢＡＳＩＣ、Ｐａｓｃａｌ、又はその他の様々な言語に書き換えることができる。
【０２２４】
マスストレージデバイス６２０は、データ及び命令を保存し、また、磁気ディスクや磁気テープ等のプロセッサ読み出し可能な保存媒体からデータ及び命令を読み込む。例えば、マスストレージデバイス６２０は、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブ、テープドライブ又は光ディスクドライブであってもよい。マスストレージデバイス６２０は、プロセッサユニットから受け取った指示に応じて、命令を保存したり読み込んだりする。マスストレージデバイス６２０によって保存したり読み込んだりするデータ及び命令は、上述のプロセスステップを行うため、プロセッサユニット６０５によって用いられる。先ず、データ及び命令は、マスストレージデバイス６２０により媒体から読み込まれ、次いで、プロセッサユニット６０５で用いるためメモリ６１０に転送される。
【０２２５】
ディスプレイユニット６５０はプロセッサユニット６０５の制御の下、チャンバオペレータに対して、情報をグラフィックディスプレイ及び文字数字キャラクタの形態で与える。入力制御ユニット６７０は、データ入力デバイス、例えばキーボード、マウスやライトペン等を制御ユニットに結合させ、チャンバオペレータの入力を受けることができるようにする。
【０２２６】
制御ユニットバス６２５は、データ及び制御信号を、制御ユニットバス６２５につながっている全てのデバイスの間で転送させる。ここでは制御ユニットバスは１つのバスであって制御ユニット６００のデバイスに直接続しているように示されているが、制御ユニットバス６２５はバスの集合であってもよい。例えば、ディスプレイユニット６５０、入力制御ユニット６７０及びマスストレージデバイス６２０が入力−出力周辺バスにつながり、他方でプロセッサユニット６０５及びメモリ６１０はローカルプロセッサバスにつながっていてもよい、このローカルプロセッサバスと入力−出力周辺バスとがつながり、制御ユニットバス６２５を形成してもよい。
【０２２７】
制御ユニット６００は、基板上に膜を形成するために用いるチャンバの要素につながっている。このような要素のそれぞれが制御ユニットバス６２５につながり、制御ユニット６００とこれら要素の間の連絡を容易にしてもよい。これら要素は、ガスパネル５２と、ランプ１３０等の加熱要素と、圧力制御ユニット１５７と、ＲＦソース又はソース６２，１４２，１４３，１４４と、チャンバ温度測定装置１４０とを有している。本発明の一具体例では、制御ユニット６００は、チャンバ１１０Ａ、１１０Ｂ及び１１０Ｃで必要なガスパネルコントローラ５０である。
【０２２８】
基板上への材料の堆積、アニール、酸化及び珪素スタッフィングのプロセスステップについて上述した操作を、これら要素が行うように、制御ユニット６００はこれら要素に信号を与える。また、制御ユニット６００は、前述のプロセスステップの実行の制御をいかに進行させるかを決定するため、これら要素から信号を受け取る。例えば、制御ユニット６００は温度測定デバイス１４０から信号を受け取り、ランプ１３０がチャンバに与えるべき熱量を決定する。
【０２２９】
図４９は、メモリ６１０から読み込まれたプログラムコードの命令に応じてプロセッサユニット６０５が行うことができるプロセスステップのシーケンスを例示する。基板上への膜の形成を開始するに当たり、堆積ステップ７００が行われる。堆積ステップ７００では、プロセッサユニット６０５が、メモリ６１０から読み込まれた命令を実行する。このような命令の実行の結果、チャンバの要素が、上述のような基板上への材料の層の堆積を行うよう動作する。例えば、読み込まれた命令に応答してプロセッサユニット６０５により、ガスパネルがチャンバ内に前駆体ガスを供給し、ランプ１３０がチャンバを加熱し、圧力制御ユニット１５７がチャンバ内の圧力を設定するようになる。
【０２３０】
堆積素７００が完了した後、メモリ６１０から読み込まれた命令により、プロセッサユニット６０５がチャンバの要素に対して、上述のアニールプロセスの中の１つ等のアニールのステップ７０１を行わせる。このアニールの操作は、窒素、窒素と水素の混合ガス、窒素と水素と他のガス（アルゴン等）との混合ガスの何れかを用いたプラズマアニールを含んでいてもよい。あるいは、アニールのステップ７０１は、上述のように連続アニールステップを実行させてもよい。
【０２３１】
アニールのステップ７０１の完了後、制御ユニット６００に酸化プロセスステップが実行するか否かを決定する酸化決定のステップ７０２を行わせる。酸化を行わない場合は、ステップ７０３でメモリから命令を読み込み、プロセッサユニット６０５に珪素スタッフィングを行うか否かを決定させる。珪素スタッフィングを行わない場合は、制御ユニット６００はステップ７０６において他の堆積操作を行うべきか否かを決定する。堆積操作は、既に堆積した材料の厚さが所望の膜厚と実質的に等しくなるまで行われる。所望の膜厚に達した場合は、基板上への膜の構築のプロセスは完了する。あるいは、新たな堆積のステップ７００を行う。
【０２３２】
酸化決定のステップ７０２において酸化を行うことを決定した場合は、プロセッサユニット６０５は酸化のステップ７０４を実行させる。酸化のステップ７０４では、読み込まれた命令により、プロセッサユニット６０５は、チャンバの要素に、上述の堆積材料の酸化のプロセスステップを遂行するに必要な操作を行わせる。この酸化は、プラズマに基づくものであってもよいし、熱によるものであってもよい。酸化ステップ７０４が完了すれば、プロセッサユニット６０５は、新たな堆積のステップ７００をステップ７０６において行うべきか否かを決定する。
【０２３３】
ステップ７０３において珪素スタッフィングを行うと決定した場合は、プロセスユニット６０５は珪素スタッフィングのステップ７０５を実行させる。プロセッサユニット６０５は、メモリ６１０内の珪素スタッフィングの命令を読み込みこれを実行させる。この命令に応答して、プロセッサユニット６０５は、上述の珪素スタッフィングの手順を実行することを可能にする方法で、チャンバの要素を作動させる。この珪素スタッフィングは、熱によりエネルギーが与えられたシランガスに堆積材料を曝露させることにより行ってもよい。あるいは、珪素スタッフィングは、ＲＦシグナルを用いてプラズマを発生させて生成した珪素イオン含有環境に堆積材料を曝露させることにより行ってもよい。珪素スタッフィングのステップ７０５が完了すれば、堆積ステップ７００を繰り返す。
【０２３４】
図５０は、メモリ６１０から読み込んだプログラムコード命令に応答してプロセッサユニット６０５が実行することができる、別のプロセスステップのシーケンスを例示する。このプロセスステップのシーケンスは、図４９に示されると同じステップを含んでいる。しかし、ステップの順番を変え、アニールのステップ７０１の前に珪素スタッフィングのステップ７０５を行っている。
【０２３５】
堆積のステップ７００を行った直後、プロセッサユニット６０５は、ステップ７０３において命令を実行し、珪素スタッフィングを行うか否かを決定する。行う場合、珪素スタッフィングのステップ７０５を行い、次いで、アニールのステップ７０１を行う。行わない場合は、アニール７０１を行う。アニールのステップ７０１の後、プロセッサユニット６０５がステップ７０２において酸化を行うか否かを決定する。行う場合は、酸化のステップ７０４を実行させる。行わない場合は、ステップ７０６において、新たな堆積を行うか否かを決定する。また、酸化のステップ７０４を行った後、ステップ７０６において係る決定を行う。新たな堆積が必要なときは、堆積のステップ７００を実行する。そうでない場合は、膜の構築のプロセスは完了する。
【０２３６】
ここまで特定の具体例について本発明の説明を行ってきたが、特許請求の範囲における本発明の本質及び範囲から離れることなく、いわゆる当業者により様々な変形や変更を行うことができることが認識されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０２３７】
【図１】拡散バリアを含む、集積回路のコンタクトプラグを例示する図である。
【図２】拡散バリアによりふさがれた集積回路のコンタクトホールを例示する図である。
【図３】（ａ）は化学気相堆積チャンバを例示する図であり、（ｂ）は（ａ）に示されるチャンバのためのウエハ支持体及び支持アームを例示する図である。
【図４】マルチチャンバ処理装置を例示する図である。
【図５】本発明に従ったウエハ処理チャンバの一具体例を例示する図である。
【図６】図５に示されるウエハ支持体及び支持アームの縦断面図である。
【図７】図６の支持アームの断面図において支持アームがウエハ支持を支持しているところの拡大図である。
【図８】図７の６−６線に沿った部分断面図である。
【図９】（ａ）は図６に示される支持アームの上面図であり、（ｂ）は図９（ａ）の７−７線に沿った縦断面図である。
【図１０】（ａ）は図６に示される支持アームの熱電対アイソレータの上面図であり、（ｂ）は図１０（ａ）の８−８線に沿った縦断面図である。
【図１１】（ａ）は図６に示される支持アームのＲＦ電力ストリップアイソレータの上面図であり、（ｂ）は図１１（ａ）に示されるアイソレータの部分的に断面図である正面図である。
【図１２】図６の支持アームの下側保持プレートの上面図である。
【図１３】図６の支持アーム固定端における詳細を示す断面図である。
【図１４】図６の支持アームに配置されるＲＦ電力ストリップのコネクタの詳細を表す図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）とも、図５で示される整合回路網の具体例を例示する図である。
【図１６】本発明に従った半導体ウエハ処理チャンバの別の具体例を例示する図である。
【図１７】本発明に従った半導体ウエハ処理チャンバのまた別の具体例を例示する図である。
【図１８】従来からの堆積プロセスを用いて堆積させた窒化チタン膜についてのシート抵抗値の時間に対するグラフである。
【図１９】従来からの堆積プロセスを用いてシリコンウエハ上に堆積させた窒化チタン膜のラザフォード後方散乱スペクトルのチャートである。
【図２０】表Ｉを示す図である。
【図２１】表ＩＩを示す図である。
【図２２】表ＩＩＩを示す図である。
【図２３】ＮＦ₃のガスを流入させる化学気相堆積を用いて堆積させた窒化チタン膜のラザフォード後方散乱スペクトルのチャートである。
【図２４】本発明に従った窒化チタン膜のオージェスパッタ分析のグラフである。
【図２５】表ＩＶを示す図である。
【図２６】本発明に従った他の窒化チタン膜の元素のオージェ表面スペクトルである。
【図２７】図２６の窒化チタン膜における様々な元素の原子濃度のグラフである。
【図２８】コントロール窒化チタン膜の元素のオージェ表面スペクトルである。
【図２９】図２８のコントロール窒化チタン膜における様々な元素の原子濃度のグラフである。
【図３０】本発明に従った他の窒化チタン膜の元素のオージェ表面スペクトルである。
【図３１】図３０の窒化チタン膜における様々な元素の原子濃度のグラフである。
【図３２】表Ｖを示す図である。
【図３３】本発明に従って生じさせた膜による酸素の吸収を例示するグラフである。
【図３４】（ａ）〜（ｃ）とも、本発明に従って行った膜の有機炭素含有量の低減を例示するグラフである。
【図３５】（ａ）〜（ｂ）とも、本発明に従って形成したバイア及びサリサイドコンタクトの膜抵抗が改善される事を示すグラフである。
【図３６】堆積及びプラズマ処理のサイクルの数を変えて生成させた膜の抵抗率を示すグラフである。
【図３７】膜の抵抗率とバイアス電圧をプラズマ処理圧力の関数としてプロットしたグラフである。
【図３８】（ａ）は、アニール時間と周波数が膜の抵抗率に与える影響を表すグラフであり、（ｂ）は、アニール時間の膜抵抗率に対する影響についての別の例を表すグラフである。
【図３９】（ａ）〜（ｂ）とも、窒化チタンを連続的に堆積及びアニールして形成した窒化チタン膜についての、オージェ電子分光分析深さプロファイルのグラフである。
【図４０】シリコンウエハ上に堆積させた厚さ１０００オングストロームの従来形ＣＶＤ窒化チタン層の、角度走査に係るＸ線回折のグラフである。
【図４１】シリコンウエハ上に堆積させアニールを施した厚さ１０００オングストロームのＣＶＤ窒化チタン層の、角度走査に係るＸ線回折のグラフである。
【図４２】表ＶＩを示す図である。
【図４３】（ａ）〜（ｂ）とも、本発明の一具体例に従って形成した、非酸化拡散バリア（ａ）と酸化拡散バリア（ｂ）の化学組成を例示するグラフである。
【図４４】本発明の一具体例に従って形成した拡散バリア抵抗特性を例示するグラフである。
【図４５】本発明に従った珪素スタッフィングを用いて形成した膜のオージェ深さプロファイルを例示するグラフである。
【図４６】本発明に従って珪素を含有する材料を堆積させることにより形成される膜のオージェ深さプロファイルを例示するグラフである。
【図４７】図４５と図４６に示される膜の抵抗率及び組成を比較するグラフである。
【図４８】本発明に従って基板上に膜を構築するために用いた、チャンバ制御のための制御ユニットを例示する構成図である。
【図４９】本発明の一具体例に従って、図４８の制御ユニットにより行う操作のシーケンスを例示するフローチャートである。
【図５０】本発明の別の具体例に従って、図４８の制御ユニットにより行う操作のシーケンスを例示するフローチャートである。
【符号の説明】
【０２３８】
１０…ＣＶＤチャンバ、１２…処理チャンバ、１４…ウエハ、１６…ウエハ支持体、１８…ディスク、２０…自由端、２２…支持アーム、２４…固定端、２６…ステム、２８…変位機構、３０…ランプ、３２…ウィンドウ、３４…ホール、３６…シャワーヘッド、３８…熱電対、４０…温度測定装置、４２…ケーブル、１００…拡散バリア、１０１…シリコン基板、１０２…コンタクトプラグ、１０３…コンタクトホール、１０５…導電領域、１０６…ボイド、１１０…半導体ウエハ処理チャンバ、１１２…処理チャンバ、１１４…ウエハ、１１６…ウエハ支持体、１３６…シャワーヘッド、１４２…ＲＦソース。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に窒化メタル膜を構築する方法であって、
（ａ）前記ウエハ上にメタロ有機前駆体から前記窒化メタル膜を形成するステップと、
（ｂ）珪素を含有する環境において前記窒化メタル膜をプラズマ処理するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）の前記窒化メタル膜上に窒化メタルのキャップ層を形成するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記ステップ（ａ）が、
（ａ１）チャンバ内において、前記ウエハ上に前記窒化メタル膜を堆積するステップと、
（ａ２）窒素を含有するプラズマにおいて前記窒化メタル膜を処理するステップと、
を有しており、
前記ステップ（ａ１）と前記ステップ（ａ２）との間において、前記チャンバから前記ウエハが取り出されない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｂ）の前記環境がシランを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ａ２）の前記窒素を含有するプラズマが更に水素を含有する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記窒素を含有するプラズマが含む窒素と水素の比が、３：１から１：２の間である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップ（ａ）が、
（ａ１）チャンバ内において、前記ウエハ上に前記窒化メタル膜を堆積するステップと、
（ａ２）窒素及び水素を含有する第１のプラズマにおいて前記窒化メタル膜を処理するステップと、
（ａ３）前記ステップ（ａ２）の後で、本質的に窒素及び不活性ガスから成る第２のプラズマにおいて、前記窒化メタル膜を処理するステップと、
を有しており、
前記ステップ（ａ１）と前記ステップ（ａ２）との間において、前記チャンバから前記ウエハが取り出されない、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ステップ（ａ３）の前記不活性ガスが、ヘリウム、アルゴン及びネオンのグループから選択される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｂ）が約１トールの圧力で実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｂ）が約４２０℃の温度で実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップ（ｂ）中に、珪素が前記窒化メタル膜に加えられる、請求項１に記載の方法。

【図１】

【図２】

【図３（ａ）】

【図３（ｂ）】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９（ａ）】

【図９（ｂ）】

【図１０（ａ）】

【図１０（ｂ）】

【図１１（ａ）】

【図１１（ｂ）】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５（ａ）】

【図１５（ｂ）】

【図１５（ｃ）】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【図２７】

【図２８】

【図２９】

【図３０】

【図３１】

【図３２】

【図３３】

【図３４（ａ）】

【図３４（ｂ）】

【図３４（ｃ）】

【図３５（ａ）】

【図３５（ｂ）】

【図３６】

【図３７】

【図３８（ａ）】

【図３８（ｂ）】

【図４０】

【図４１】

【図４２】

【図４３（ａ）】

【図４３（ｂ）】

【図４４】

【図４５】

【図４６】

【図４７】

【図４８】

【図４９】

【図５０】

【図３９】

【公開番号】特開２００９−７１２９３（Ｐ２００９−７１２９３Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−２０８１１１（Ｐ２００８−２０８１１１）
【出願日】平成２０年８月１２日（２００８．８．１２）
【分割の表示】特願平９−２１８８８７の分割
【原出願日】平成９年７月９日（１９９７．７．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド　マテリアルズ　インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ　ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】