JP2001023930A

JP2001023930A - バリア膜製造方法、及びバリア膜

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Publication number: JP2001023930A
Application number: JP11192026A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Harada; 雅通原田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2001-01-26
Anticipated expiration: 2019-07-06
Also published as: JP3938450B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低抵抗の窒化物薄膜を低い成膜温度で形成す
る。【解決手段】真空雰囲気中に高融点金属を有する原料ガ
スと窒素原子を有する含窒素還元ガスを導入し、高融点
金属の窒化物薄膜２４を形成する際、窒素を有しない補
助還元ガスを導入する。補助還元ガスによって析出した
高融点金属が、析出した窒化物の高融点金属の不足分を
補償し、低比抵抗の窒化物薄膜２４を成長させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイス用の
金属配線の技術分野にかかり、特に、銅配線膜と絶縁膜
の間に設けられるバリア膜とＳｉ、ＧａＡｓ等を含む膜
と金属配線の間に設け、シリサイデーションを防止する
バリア膜と、高誘電体膜又は強誘電体膜と電極間のバリ
ア膜との製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、半導体デバイスには増々高速
動作が要求されており、そのため、アルミニウム配線に
換え、低抵抗の銅配線が研究されている。

【０００３】しかし、銅は半導体結晶中では不純物であ
り、しかもシリコン結晶中やシリコン酸化物中での拡散
係数が大きいという問題がある。そのため、窒化タング
ステン薄膜等の高融点金属の窒化物薄膜をバリア膜に用
い、シリコン基板やシリコン酸化物薄膜表面にバリア膜
を形成した後、その表面に銅配線膜を形成している。

【０００４】バリア膜を形成するためには、スパッタリ
ング法や熱ＣＶＤ法やＰＥ−ＣＶＤ法が用いられてお
り、スパッタリング法の場合は高融点金属をターゲット
にし、熱ＣＶＤ法の場合は、下記のような還元反応によ
って窒化物薄膜を形成している。(１)式はタングステン
の場合、(２)式はチタンの場合である。４ＷＦ₆＋８ＮＨ₃ → ２Ｗ₂Ｎ＋２４ＨＦ＋３Ｎ₂ …(１) ＴｉＣｌ₄＋ＮＨ₃ → ＴｉＮ＋２ＨＣｌ＋１／２Ｈ₂ …(２)

【０００５】多層配線の半導体デバイスを形成する場
合、層間絶縁膜を挟んで銅配線を積層させる必要がある
が、高速動作を要求される半導体デバイスでは、信号の
伝達遅延を少なくするため、銅配線の抵抗値の他、層間
絶縁膜の容量値やバリア膜の抵抗値を小さくする必要が
ある。具体的にはバリア膜には、２００〜３００μΩｃ
ｍの低抵抗が求められている。

【０００６】スパッタリング法では、低抵抗の窒化物薄
膜を形成できるが、ステップカバレッジが悪く、高アス
ペクト比のヴィアホール内にバリア膜を均一に形成する
ことができない。

【０００７】他方、熱ＣＶＤ法の場合、ヴィアホール内
に均一なバリア膜を形成することができるが、低誘電率
の層間絶縁膜は５００℃以上の高温に曝されると誘電率
が高くなってしまうため、熱ＣＶＤ法での成膜温度は４
００℃〜５００℃が上限となっており、その成膜温度で
は、例えばタングステン窒化物の薄膜の場合は、比抵抗
が数千μΩｃｍにもなってしまい、低抵抗のバリア膜が
得られない。

【０００８】ＣＶＤ法でも、有機金属を使用したＭＯＣ
ＶＤ方法や、プラズマＣＶＤ方法によれば、低温で低抵
抗のバリア膜を形成できるが、有機金属は高価であり、
他方、プラズマＣＶＤ方法はステップカバレッジが悪い
という問題があり、採用には至っていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の不都合を解決するために創作されたものであり、その
目的は、低比抵抗でステップカバレッジが良好なバリア
膜を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者等は、従
来の熱ＣＶＤ方法で形成した高融点金属の窒化物薄膜を
分析したところ、高融点金属原子が不足した状態になっ
ていることを見出した。例えばタングステンの場合、従
来技術のタングステン窒化物では化学量論的な組成(Ｗ₂
Ｎ)になっておらず、ＷｘＮ(ｘは１．５乃至１．６程
度)になっている。このような窒化物中の金属原子の不
足が窒化物薄膜の結晶性を悪化させ、抵抗値を高くして
いる原因と考えられる。

【００１１】本発明は上記知見に基づいて創作されたも
のであり、高融点金属の窒化物の組成を化学量論的な値
に近づけるために、請求項１記載の発明は、化学構造中
に高融点金属を有する原料ガスと、窒素原子を有する含
窒素還元ガスとを真空雰囲気中に導入し前記真空雰囲気
中に置かれた基板上に前記高融点金属の窒化物薄膜を形
成するバリア膜製造方法であって、前記真空雰囲気中
に、窒素原子を有さない補助還元ガスを導入することを
特徴とする。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載のバ
リア膜製造方法であって、前記含窒素還元ガスを、前記
原料ガスの流量に対して１倍以上の流量で導入し、前記
補助還元ガスを、前記含窒素還元ガスの流量に対して１
倍以上１０倍以下の流量で導入することを特徴とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１記載のバ
リア膜製造方法であって、前記含窒素還元ガスを、前記
原料ガスの流量に対して１倍以上５倍以下の流量で導入
し、前記補助還元ガスを、前記含窒素還元ガスの流量に
対して２倍以上１０倍以下の流量で導入することを特徴
とする。請求項４記載の発明は、請求項１記載のバリア
膜製造方法であって、前記補助還元ガスの流量を前記高
融点金属を有する原料ガスの流量に対し、１倍以上１５
倍以下の流量で導入し、シリコン原子をバリア膜中に含
まないことを特徴とする。請求項５記載の発明は、バリ
ア膜製造方法であって、高融点金属の窒化物薄膜のバリ
ア膜を基板上に形成するバリア膜製造方法であって、ア
ルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスのうち、一種以上
のガスのプラズマ、又は該プラズマとプラズマ状態の水
素、窒素を混合したプラズマに、前記基板表面を曝した
後、前記高融点金属の窒化物薄膜を基板表面に形成する
ことを特徴とする。請求項６記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれか１項記載のバリア膜製造方法であ
って、前記高融点金属の窒化物薄膜を成長させる際に希
釈ガスと構造中に酸素原子を有するガスとを導入し、前
記真空雰囲気の圧力を１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の範囲
にすることを特徴とする。酸素ガス(Ｏ₂ガス)等の構造
中に酸素原子を有するガスは、原料ガスに対して１／１
０以上１０倍程度の量を導入する。請求項７記載の発明
は、高融点金属の窒化物薄膜を有するバリア膜であっ
て、前記窒化物薄膜は、化学量論組成比よりも前記高融
点金属の含有率が大きくされたことを特徴とする。

【００１４】本発明は上記のように構成されており、真
空雰囲気中に高融点金属原子を有する原料ガスと含窒素
還元ガスを導入し、原料ガスを含窒素還元ガスで還元し
て高融点金属の窒化物を析出させる際に、真空雰囲気中
に窒素原子を含まない補助還元ガスを導入し、高融点金
属も析出するようにしている。又、希釈ガスと酸素ガス
等の酸素原子を構造中に有するガスを原料ガスと一緒に
導入することにより、酸素原子を構造中に有するガスを
導入しない場合に比べてバリア性が向上し、比抵抗が更
に低い窒化膜を、形成することができる。

【００１５】高融点金属の窒化物を低温で析出させた場
合、窒化物薄膜中の高融点金属が不足するが、補助還元
ガスで析出させた高融点金属原子が不足分を補充するの
で、得られる窒化物薄膜は化学量論的な組成や、又は化
学量論的な組成比よりも高融点金属の含有率が大きな組
成比になる。

【００１６】窒化物の析出量に対し、金属の析出量は少
なくてよいが、含窒化還元ガスの反応性に比べ、補助還
元ガスの反応性は低いので、析出量に比べると多めに導
入する必要がある。

【００１７】他方、補助還元ガスの導入量が多すぎる
と、高融点金属の含有率が大きくなりすぎ、窒化物薄膜
よりも高融点金属の特性に近くなってしまう。また、Ｓ
ｉを含んだ補助還元ガスを使用した場合は、窒化物薄膜
中のＳｉの含有率が上昇してしまうという問題がある。
従って、含窒素還元ガスと補助還元ガス、希釈ガス、構
造中に酸素原子を有するガスの導入量には適切な範囲が
ある。

【００１８】例えば六フッ化タングステンガス(原料ガ
ス)に対するアンモニアガス(含窒素還元ガス)の導入量
を１．０倍、２．６倍、５．０倍に設定し、アンモニア
ガスに対するシランガス(補助還元ガス)の導入量を変化
させた。

【００１９】その結果を図５のグラフに示す。横軸は、
アンモニアガスの導入量を１．０とした場合のシランガ
スの導入量を示しており、縦軸は、形成されたタングス
テン窒化物薄膜の比抵抗を示している。

【００２０】このグラフから、含窒素還元ガスの導入量
は、原料ガスの導入量に対して１倍以上、補助還元ガス
の導入量は、含窒素還元ガスの導入量に対して２倍以上
１０倍以下の範囲が望ましいことが分かる。

【００２１】また、バリア膜の実用的な比抵抗は２００
〜３００μΩ・ｃｍ程度であるから、このグラフから、
含窒素還元ガスを原料ガスの流量に対して１倍以上５倍
以下の流量範囲で導入し、補助還元ガスを、含窒素還元
ガスの流量に対して２倍以上５倍以下の流量範囲で導入
するとよいことが分かる。

【００２２】図６は、高融点金属窒化物を形成する際、
原料ガスと補助還元ガスの流量比を変えた場合の、各々
の高融点金属窒化物に含まれる元素の含有率を示したも
のである。ここでは原料ガスとしてＷＦ₆を使用し、補
助還元ガスとしてＳｉＨ₄を使用している。また、ここ
では酸素ガスは１．５ｓｃｃｍ導入している。

【００２３】ＳｉＨ₄／ＷＦ₆の値が１５以上になると、
高融点金属窒化物(ここではＷＮ)中にＳｉが含有される
ことがこのグラフから分かる。また、ＳｉＨ₄／ＷＦ₆の
値が１倍以上１５倍以下では、Ｗ_xＮ膜が形成されてい
ることが示されている。

【００２４】図７は、本発明により、４００℃の成膜温
度で形成したタングステン窒化物薄膜のオージェ分光分
析結果である。横軸のスパッタリング時間は表面からの
深さを示している。タングステンが多く含まれており
(窒素原子１に対し、タングステン原子は約４．０)、補
助還元ガス導入の効果が分かる。大気中に取り出したと
きにバリア膜が酸化されたため、表面に酸素が観察され
る。膜中にシリコンが存在するように見えるが、測定限
界以下であり、測定誤差である。

【００２５】このように窒化物薄膜中の高融点金属の含
有率を、化学量論的な組成比よりも、バリア性を維持で
きる範囲で大きくすれば、比抵抗を小さくすることがで
きる。ＣＭＰプロセスでは、窒化物薄膜と基板表面との
高い密着性が求められるが、バリア膜を形成する前にア
ルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスのうち一種以上の
ガスのプラズマ、又は前記プラズマとプラズマ状態の水
素、窒素を混合したプラズマで基板表面をクリーニング
すると、その表面に形成した窒化物薄膜は、テーピング
テストで１ｃｍ²当たり１ｋｇの荷重をかけても剥がれ
ず、ＣＭＰプロセスで使用できる密着性が得られる。

【００２６】また、窒化物薄膜中にシリコンが含まれる
と、タングステン等の高融点金属とシリコンとが高温で
反応し、タングステンシリサイド等のシリコン化合物が
生成され、比抵抗が増大してしまう。本発明の窒化物薄
膜は、シリコンを含有しないので、シリコン化合物が生
成されず、比抵抗が小さい値で安定する。

【００２７】比較のため、図８に、従来技術のＣＶＤ方
法によって４００℃の成膜温度で形成したタングステン
窒化物薄膜のオージェ分光分析結果を示す。窒素原子１
に対し、タングステン原子は約１．７であり、タングス
テン原子が少なくなっている。比抵抗も１０００μΩｃ
ｍ以上と高抵抗である。

【００２８】高融点金属の窒化物薄膜を形成するときの
圧力範囲については、１Ｐａ以上１００００Ｐａ以下が
適当であり、より好ましくは１Ｐａ以上１００Ｐａ以上
がよい。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図面を用いて
説明する。図１(ａ)〜(ｄ)は、本発明の一実施形態を示
す工程図である。同図(ａ)の符号２０は、処理対象物の
基板を示している。該基板２０は、シリコン単結晶から
成る半導体基板２１を有しており、その表面には、下地
膜２２と、シリコン酸化物から成る絶縁膜２３が形成さ
れている。下地膜２２と絶縁膜２３には、底面３２に半
導体基板２１表面が露出された孔３１が形成されてい
る。

【００３０】この基板２０表面に、バリア膜を形成す
る。図４を参照し、符号５０は、本発明を実施できるＣ
ＶＤ装置を示している。このＣＶＤ装置５０は真空槽５
１を有しており、該真空槽５１には、図示しない搬出入
室が接続されている。真空槽５１の底面側には基板ホル
ダ５３が配置されており、天井側には電極５５が配置さ
れている。

【００３１】このＣＶＤ装置５０で基板２０上にバリア
膜を形成する場合、先ず、搬出入室内に基板２０を搬入
し、搬出入室及び真空槽５１内を真空雰囲気にした後、
真空槽５１と搬出入室の間のゲートバルブ５２を開け、
基板２０をＣＶＤ装置５０内に搬入する。

【００３２】基板ホルダ５３には基板昇降機構５４が設
けられており、該基板昇降機構５４を動作させ、真空槽
５１内に搬入された基板を基板ホルダ５３上に載置す
る。図４はその状態の基板を示している。

【００３３】次いで、基板ホルダ５３内のヒータに通電
し、基板２０を３００℃以上４００℃以下の温度に昇温
させる。

【００３４】真空槽５１にはガス導入系５７が設けられ
ており、そのガス導入系５７からアルゴンガスとアンモ
ニアガスを所定流量で真空槽５１内に導入し、基板ホル
ダ５３と電極５５の間に高周波電圧を印加すると、アン
モニアガスから電離状態の窒素と水素が生成される。こ
のとき、電離したアルゴンガスは希釈ガスとなりそれら
が混合したプラズマが形成される。

【００３５】基板２０表面の絶縁膜２３は電極５５に近
接して対向配置されており、生成されたプラズマによ
り、絶縁膜２３表面、孔３１内の半導体基板２１表面が
その混合プラズマに曝され、付着していた有機物が分解
される(クリーニング)。

【００３６】ここでのクリーニング条件は、アンモニア
ガス流量７５ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量２４０ｓｃｃ
ｍ、圧力４０Ｐａ、高周波電力１００Ｗとした。５０秒
間程度のクリーニングを行った後、高周波電圧の印加を
停止し、プラズマを消滅させる。なお、ここではアルゴ
ンガス(Ａｒガス)を用いたが、アルゴンガスの代わりに
窒素ガス(Ｎ₂ガス)、ヘリウムガス(Ｈｅガス)を用いて
もよいｓに、それらの混合ガスを用いてもよい。

【００３７】次いで、上記アンモニアガス流量及びアル
ゴンガス流量を変えると共に、アンモニアガスとアルゴ
ンガスに加え、ガス導入系５７から真空槽５１内に六フ
ッ化タングステンガス(ＷＦ₆ガス)とシランガスと酸素
ガスを導入する。

【００３８】アンモニアガスの反応性はシランガスに比
べて高いので、六フッ化タングステンガスが原料ガス、
アンモニアガスが含窒素還元ガスとなり、原料ガスの還
元反応が進行する。アンモニアガスは窒素を有している
ので、上記(１)式のような還元反応により、絶縁膜２３
表面及び孔３１内の半導体基板２１表面にタングステン
窒化物が析出する。

【００３９】真空槽５１内に導入されたシランガスも還
元性を有しているが、アンモニアガスに比べて反応性は
低いので、補助的な還元ガス(補助還元ガス)となる。ま
た、シランガスは窒素原子を有していないので、下記
(３)式のような反応で原料ガスを還元し、金属タングス
テンを析出させる。ＷＦ₆＋３／２ＳｉＨ₄ → Ｗ＋３／２ＳｉＦ₄＋３Ｈ₂ ……(３)

【００４０】金属タングステンが析出すると、成長中の
タングステン窒化物薄膜内に取り込まれる。従って、タ
ングステンの窒化物薄膜の成長中に、金属タングステン
が供給されるので、低温で成長する場合のタングステン
の不足分が補償され、化学量論組成に近似した組成、又
は化学量論組成比よりも高融点金属の含有率が大きな組
成のバリア膜(窒化タングステン薄膜)が形成される。

【００４１】タングステンの窒化物薄膜の成長条件の一
例としては、基板温度３８０℃、原料ガス流量５ｓｃｃ
ｍ、含窒素還元ガス流量を１３ｓｃｃｍ、補助還元ガス
流量３９ｓｃｃｍ、アルゴンガス流量２４０ｓｃｃｍ、
酸素ガス導入量１．５ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａである。

【００４２】含窒素還元ガス及び補助還元ガスによる原
料ガスの還元反応を所定時間行うと、図１(ｂ)の符号２
４に示すように、絶縁膜２３及び半導体基板２１表面に
タングステンの窒化物薄膜が形成される。

【００４３】次いで、含窒素還元ガスの導入を停止し、
補助還元性ガスの流量を増加させると、補助還元性ガス
によって原料ガスが還元され、金属タングステンが析出
する。図１(ｃ)の符号２５は、窒化物薄膜２４表面に成
長した金属タングステン薄膜を示している。

【００４４】金属タングステン薄膜２５の形成条件の一
例としては、基板温度３８０℃、原料ガス導入量２０ｓ
ｃｃｍ、補助還元ガス導入量５ｓｃｃｍ、希釈ガス(ア
ルゴンガス)導入量２４０ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａであ
る。

【００４５】窒化物薄膜２４は銅に対する高いバリア性
を有しているが、高融点金属に比べると比抵抗が高い。
他方、金属タングステン薄膜２５等の高融点金属の薄膜
は、銅に対するバリア性は低いものの、比抵抗は窒化物
薄膜２４よりも非常に小さい。

【００４６】従って、上記のように窒化物薄膜２４をバ
リア膜とし、その上に高融点金属薄膜を積層させると、
銅に対する高いバリア性を維持したまま、比抵抗を小さ
くすることができる。また、逆に高融点金属薄膜上に窒
化物薄膜を形成してもよいし、窒化物薄膜単層で形成し
てもよい。

【００４７】上記の条件でタングステン薄膜２５を２０
〜３０秒間成長させた後、基板２０をＣＶＤ装置５０の
外部に搬出し、メッキ法やスパッタリング法等により、
高融点金属薄膜２５表面に銅薄膜を成長させる。図１
(ｄ)の符号２６は、その銅薄膜を示している。

【００４８】銅薄膜２６形成後、ＣＭＰ法によって表面
研磨し、絶縁膜２３上の銅薄膜２６及び窒化物薄膜２４
と金属薄膜２５とを研磨除去すると、孔３１や溝内に銅
薄膜２６で構成された配線膜２７が形成される。その配
線膜２７と半導体基板２１の間、及び絶縁膜２３の間に
は窒化物薄膜２４が存しており、銅が拡散しないように
なっている。

【００４９】次いで、図２(ｆ)のように、下地膜４１、
４３と、絶縁膜４２、４４とを２層ずつ交互に積層さ
せ、同図(ｇ)のように、配線膜２７表面を窓開けし、孔
や溝を形成する。同図(ｇ)の符号３２は、溝又は孔を示
している。この溝又は孔３２底面には配線膜２７が露出
している。次いで、ＣＶＤ装置５０内に基板２０を搬入
し、図１(ｂ)で示した窒化物薄膜２４と同じ条件で窒化
物薄膜(窒化タングステン薄膜)を形成する。図２(ｈ)の
符号３３はその窒化物薄膜を示しており、溝又は孔３２
内と、絶縁膜４４及び配線膜２７表面が窒化物薄膜３３
で覆われる。

【００５０】次いで、メッキ法やスパッタリング法によ
り、図３(ｉ)に示すように銅薄膜３４を成長させると、
溝又は孔３２内は銅薄膜３４によって充填される。

【００５１】最後に、ＣＭＰ法によって表面研磨する
と、溝又は孔３２内に充填された銅薄膜３４によって、
図３(ｊ)に示すように、配線膜３５が形成される。この
配線膜３５と絶縁膜４２、４４の間にはバリア膜３３が
配置されているので、絶縁膜４２、４４中に銅が拡散し
ないようになっている。

【００５２】以上は高融点金属にタングステン、含窒素
還元ガスにアンモニアガス、補助還元ガスにシランガス
を用い、タングステンの窒化物薄膜を形成する場合を説
明したが、原料ガスには六フッ化タングステンガスの
他、Ｗ(ＣＯ)₆ガスを用いることができる。

【００５３】また、タングステン以外の高融点金属を用
い、それらの窒化物薄膜をバリア膜として形成する場合
も本発明に含まれる。チタン(Ｔｉ)を高融点金属に用い
る場合は、ＴｉＦ₄やＴｉＣｌ₄等のチタンハライドガス
を原料ガスにすることができる。タンタル(Ｔａ)を高融
点金属に用いる場合は、ＴａＣｌ₅等のタンタルハライ
ドガス等を原料ガスにすることができる。また、Ｍｏや
Ｎｂのハロゲン化物を原料ガスにすることもできる。

【００５４】窒素原子を有する含窒素還元ガスには、Ｎ
Ｈ₃ガスの他、Ｎ₂Ｈ₄ガス、ＮＦ₃ガス、Ｎ₂Ｏガス等を
用いることができる。

【００５５】窒素原子を有さない補助還元ガスとして
は、ＳｉＨ₄ガスの他、Ｈ₂ガス、Ｓｉ ₂Ｈ₆ガス、ＰＨ₃
ガス、Ｂ₂Ｈ₆ガス等を用いることができる。また、希釈
ガスとしてはアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス
や、それらの混合ガスを使用することもできる。

【００５６】上述のクリーニング条件は一例であり、他
の条件でも行うことができる。その一例としてアルゴン
ガス流量１００ｓｃｃｍ、圧力１．０Ｐａ、高周波電力
１５０Ｗ、クリーニング時間６０秒で行っても同様の効
果が得られた。また、それらの条件でクリーニングを行
った後、更に、アルゴンガス中にアンモニアガスを追加
してクリーニングを行ってもよい。

【００５７】

【発明の効果】ＣＶＤ法により、５００℃以下、特に３
５０℃〜４５０℃の温度範囲で低比抵抗のバリア膜(高
融点金属の窒化物薄膜)を形成できる。従って、層間絶
縁膜にダメージを与えることがない。また、熱ＣＶＤ法
で窒化物薄膜を形成するので、ステップカバレッジが良
好である。

【図面の簡単な説明】

【図１】(ａ)〜(ｅ)：本発明方法を説明するための工程
図の前半

【図２】(ｆ)〜(ｈ)：本発明方法を説明するための工程
図の中半

【図３】(ｉ)〜(ｊ)：本発明方法を説明するための工程
図の中半

【図４】本発明方法を実施できるＣＶＤ装置の一例

【図５】本発明方法により形成したタングステン窒化物
薄膜の比抵抗と、原料ガス、含窒素還元ガス、及び補助
還元ガスの流量との関係を示すグラフ

【図６】本発明方法により形成したタングステン窒化物
薄膜のＳｉＨ₄／ＷＦ₆流量比による元素含有率の変化を
示すグラフ

【図７】本発明方法により形成したタングステン窒化物
の深さ方向の組成を示すグラフ

【図８】従来技術のタングステン窒化物の深さ方向の組
成を示すグラフ

【符号の説明】

２０……基板２４、３３……窒化物薄膜(バリア膜)
２５……金属薄膜２７、３５……配線膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学構造中に高融点金属を有する原料ガス
と、窒素原子を有する含窒素還元ガスとを真空雰囲気中
に導入し前記真空雰囲気中に置かれた基板上に前記高融点金属の
窒化物薄膜を形成するバリア膜製造方法であって、前記真空雰囲気中に、窒素原子を有さない補助還元ガス
を導入することを特徴とするバリア膜製造方法。
【請求項２】前記含窒素還元ガスを、前記原料ガスの流
量に対して１倍以上の流量で導入し、前記補助還元ガス
を、前記含窒素還元ガスの流量に対して１倍以上１０倍
以下の流量で導入することを特徴とする請求項１記載の
バリア膜製造方法。
【請求項３】前記含窒素還元ガスを、前記原料ガスの流
量に対して１倍以上５倍以下の流量で導入し、前記補助
還元ガスを、前記含窒素還元ガスの流量に対して２倍以
上１０倍以下の流量で導入することを特徴とする請求項
１記載のバリア膜製造方法。
【請求項４】前記補助還元ガスの流量を前記高融点金属
を有する原料ガスの流量に対し、１倍以上１５倍以下の
流量で導入し、シリコン原子をバリア膜中に含まないこ
とを特徴とする請求項１記載のバリア膜製造方法。
【請求項５】高融点金属の窒化物薄膜のバリア膜を基板
上に形成するバリア膜製造方法であって、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスのうち、一種以
上のガスのプラズマ、又は該プラズマとプラズマ状態の
水素、窒素を混合したプラズマに、前記基板表面を曝し
た後、前記高融点金属の窒化物薄膜を基板表面に形成す
ることを特徴とするバリア膜製造方法。
【請求項６】前記高融点金属の窒化物薄膜を成長させる
際に希釈ガスと構造中に酸素原子を有するガスとを導入
し、前記真空雰囲気の圧力を１Ｐａ以上１００Ｐａ以下
の範囲にすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の
いずれか１項記載のバリア膜製造方法。
【請求項７】高融点金属の窒化物薄膜を有するバリア膜
であって、前記窒化物薄膜は、化学量論組成比よりも前記高融点金
属の含有率が大きくされたことを特徴とするバリア膜。