KR20080007496A - Method for depositing ti film - Google Patents

Method for depositing ti film

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KR20080007496A
KR20080007496A KR1020077028046A KR20077028046A KR20080007496A KR 20080007496 A KR20080007496 A KR 20080007496A KR 1020077028046 A KR1020077028046 A KR 1020077028046A KR 20077028046 A KR20077028046 A KR 20077028046A KR 20080007496 A KR20080007496 A KR 20080007496A
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KR1020077028046A
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유키 이이타카
사토시 와카바야시
겐사쿠 나루시마
신야 오카베
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동경 엘렉트론 주식회사
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Abstract

In a chamber (1) having a shower head (10) and an electrode (8) functioning as a pair of parallel plate electrodes, a wafer (W) provided with a hole having a front diameter of 0.13 mum or less and/or an aspect ratio of 10 or more is arranged. While introducing a processing gas containing TiCl4 gas and H2 gas, a high frequency power is supplied from a high frequency power supply (34) to the shower head (10) and a plasma is formed between them. A Ti film is deposited on the wafer by accelerating the reaction of processing gas by the plasma. In this regard, the value of the high frequency power (W)/the flow rate (mL/min(sccm)) of TiCl4 gas is set at 67 or less.

Description

Ｔｉ막의 성막 방법{METHOD FOR DEPOSITING Ti FILM}METHOD FOR DEPOSITING Ti FILM}

본 발명은, 챔버 내에서 샤워 헤드로부터 TiCl4 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시켜 챔버 내에 배치된 피처리 기판의 표면에 Ti막을 성막하는 Ti막의 성막 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming a Ti film in which a Ti film is formed on a surface of a substrate to be disposed in the chamber by discharging a processing gas containing TiCl 4 gas from the shower head in the chamber.

반도체 디바이스의 제조에 있어서는, 최근의 고밀도화 및 고집적화의 요청에 대응하여, 회로 구성을 다층 배선 구조로 하는 경향이 있고, 이를 위해, 하층의 반도체 기판과 상층의 배선층의 접속부인 콘택트홀이나, 상하의 배선층끼리의 접속부인 비어홀 등의 층간의 전기적 접속을 위한 매입(埋入; embedding) 기술이 중요하게 되고 있다. In the manufacture of semiconductor devices, in response to recent demands for higher density and higher integration, circuit configurations tend to have a multilayer wiring structure. For this purpose, contact holes, which are connection portions between lower semiconductor substrates and upper wiring layers, and upper and lower wiring layers are used. Embedding technology for electrical connection between layers, such as via holes, which are connections between each other, has become important.

이러한 콘택트홀이나 비어홀의 매입에 사용되는 금속이나 합금과 하층의 Si 기판이나 poly-Si층과의 사이에 양호한 콘택트를 형성할 필요가 있다. 이를 위해서, 이들의 매입에 앞서 콘택트홀이나 비어홀의 내측에 Ti막을 성막하는 것이 실시되고 있다. It is necessary to form a good contact between the metal or alloy used for embedding such a contact hole or via hole, and the underlying Si substrate or poly-Si layer. To this end, a Ti film is formed inside the contact hole or the via hole prior to the embedding thereof.

이러한 Ti막은, 종래부터 물리적 증착(PVD)을 이용하여 성막되어 왔지만, 디바이스의 미세화 및 고집적화의 요구에 동반하여 스텝 커버리지(단차 피복성)가 보다 양호한 화학적 증착(CVD)이 다용되게 되었다. Although such a Ti film has been conventionally formed by using physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD) with better step coverage (step coverage) has become common with the demand for miniaturization and high integration of devices.

Ti막의 CVD 성막에 관해서는, 이하와 같은 기술이 제안되어 있다(예컨대 일본 특허공개 2004-197219호 공보(특허문헌 1)). 즉, 성막 가스로서 TiCl4 가스, H2 가스, Ar 가스를 이용하여, 이들을 챔버로 도입하고, 반도체 웨이퍼를 스테이지 히터에 의해 가열하면서, 평행 평판 전극에 고주파 전력을 인가한다. 이것에 의해, 상기 가스를 플라즈마화하여 TiCl4 가스와 H2 가스를 반응시키는 플라즈마 CVD에 의해 Ti막을 성막한다. Regarding CVD film formation of a Ti film, the following technique is proposed (for example, Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-197219 (patent document 1)). Namely, TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas are used as the film forming gas, these are introduced into the chamber, and the high frequency power is applied to the parallel plate electrode while the semiconductor wafer is heated by the stage heater. As a result, a Ti film is formed by plasma CVD in which the gas is converted into plasma to react the TiCl 4 gas with the H 2 gas.

그러나, 최근에는 선폭이나 홀의 개구 직경이 한층 더 작게 되고, 더구나 고 어스펙트비(aspect ratio)화됨에 따라서, 특허문헌 1과 같은 플라즈마 CVD에 의해 Ti막을 성막한 경우에는, 차지업 손상(charge-up damage)에 의해 소자가 파괴될 수 있다고 하는 새로운 문제가 발생하게 되었다. However, in recent years, as the line width and the aperture diameter of the holes become smaller, and further, the aspect ratio becomes higher, when the Ti film is formed by plasma CVD as in Patent Document 1, charge-up damage (charge- up damage) caused a new problem that the device could be destroyed.

발명의 개시Disclosure of the Invention

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 플라즈마를 이용한 CVD에 의해 개구 직경이 작은 및/또는 고어스펙트비의 홀을 갖는 피처리 기판에 Ti를 성막할 때에, 차지업 손상에 의한 소자의 파괴가 생기기 어려운 Ti막의 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 그와 같은 방법을 실행하기 위 한 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and when the Ti is deposited on a substrate having a small opening diameter and / or having a hole-spectr ratio hole by CVD using plasma, destruction of the device due to charge-up damage is prevented. It is an object of the present invention to provide a film forming method of a Ti film which is difficult to occur. It is also an object of the present invention to provide a computer readable storage medium for carrying out such a method.

본 발명의 제 1 관점에서는, 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 어스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하는 공정, TiCl4 가스 및 H2 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극의 적어도 한편에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하는 공정, 및 상기 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 상기 피처리체에 Ti막을 성막하는 공정을 구비하는 Ti막의 성막 방법으로서, 고주파 전력의 파워(W)/TiCl4 가스의 유량(mL/min(sccm))의 값을 67 이하로 하여 Ti막을 성막하는 Ti막의 성막 방법을 제공한다. In a first aspect of the invention, a process of arranging a substrate to be processed having a hole having an opening diameter of 0.13 µm or less and / or an aspect ratio of 10 or more in a chamber having a pair of parallel plate electrodes, TiCl 4 gas and H 2 Supplying a high frequency power to at least one of the parallel plate electrodes while introducing a processing gas containing a gas to form a plasma therebetween; and promoting a reaction of the processing gas by the plasma to form a Ti film on the target object. As a film forming method of a Ti film comprising the step of forming a film, there is provided a Ti film forming method for forming a Ti film by setting a value of a flow rate (mL / min (sccm)) of high frequency power (W) / TiCl 4 gas to 67 or less. do.

상기 제 1 관점에 있어서, TiCl4 가스의 유량이 12mL/min보다 크거나 또는 TiCl4 가스의 분압이 0.23Pa보다 큰 것이 바람직하고, 고주파 전력의 파워가 800W보다 작은 것이 바람직하다. 또한, Ti막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 도입하여 플라즈마를 존재시키지 않고서 Ti막 표면의 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. In the first aspect, it is preferable that the flow rate of the TiCl 4 gas is greater than 12 mL / min, or the partial pressure of the TiCl 4 gas is greater than 0.23 Pa, and the power of the high frequency power is preferably less than 800 W. After the Ti film formation, it is preferable to introduce the NH 3 gas, the H 2 gas, and the Ar gas as the processing gas to perform nitriding treatment on the Ti film surface without the presence of plasma.

본 발명의 제 2 관점에서는, 컴퓨터 상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서, 상기 제어 프로그램은, 실행시에 상기 제 1 관점의 방법이 실시되도록 성막 장치를 제어시키는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체를 제공한다. In a second aspect of the present invention, a computer readable storage medium having stored thereon a control program operating on a computer, the control program being computer readable storage for controlling the film forming apparatus so that the method of the first aspect is implemented at the time of execution. Provide the medium.

한편, 본 발명에 있어서, 가스의 유량의 단위는 mL/min을 이용하고 있지만, 가스는 온도 및 기압에 의해 부피가 크게 변화되기 때문에, 본 발명에서는 표준 상태로 환산한 값을 이용하고 있다. 한편, 표준 상태로 환산한 유량은 보통 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minutes)으로 표기되기 때문에 sccm을 병기하고 있다. 여기에서의 표준 상태는, 온도 0℃(273.15K), 기압 1atm(101325Pa)의 상태(STP)이다. On the other hand, in the present invention, the unit of the flow rate of the gas is used in mL / min, but since the volume of the gas is greatly changed by the temperature and air pressure, the value converted to the standard state is used in the present invention. On the other hand, since the flow rate converted to the standard state is usually expressed in sccm (Standard Cubic Centimeter per Minutes), sccm is written together. The standard state here is the state (STP) of temperature 0 degreeC (273.15K) and atmospheric pressure 1atm (101325Pa).

본 발명자들은, 차지업 손상이 전자 셰이딩(shading) 효과에 의한 것이라고 생각하여, 이 전자 셰이딩 효과를 저감시키기 위해서, 홀 저부에의 양이온의 축적량을 감소시키는 것이 유효하다는 것에 상도했다. 본 발명에서는, 이러한 지견을 기초로, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 어스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판에 Ti막을 성막할 때에, 고주파 전력의 파워(W)/TiCl4 가스의 유량(mL/min(sccm))의 값을 67 이하로 한다. The present inventors considered that the charge-up damage was due to the electron shading effect, and it was effective to reduce the amount of cations accumulated in the hole bottom in order to reduce the electron shading effect. In the present invention, the flow rate of high-frequency power (W) / TiCl 4 gas when a Ti film is formed on a substrate to be processed having a hole having an aperture diameter of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more is based on this knowledge. The value of (mL / min (sccm)) is set to 67 or less.

즉, 원료 가스인 TiCl4 가스는 플라즈마 중에서 전리하여, Cl의 음이온을 생성한다. 음이온은 전자를 얻어 생성되기 때문에, TiCl4의 양이 많을수록 플라즈마 중에 존재하는 전자는 소비되어, 전자 밀도는 저하된다. 이와 같이 플라즈마 중의 전자 밀도의 감소에 의해서 양이온과 전자 이동도의 차이가 원인으로 생기는 쉬스(sheath) 전압(이온 쉬스의 전압)이 저하된다. 쉬스 전압은 양이온을 홀 밑바닥에 수직한 방향으로 가속하는 힘이기 때문에, 이 쉬스 전압이 저하함으로써 양이온이 홀 저부에 도달하는 확률이 저하되어, 홀 저부에의 양이온(정전하)의 축적을 저 감할 수 있다. 또한, 고주파 파워(Pw), 플라즈마 전위(Vpp), 플라즈마 밀도(PD)의 관계는, That is, TiCl 4 gas, which is a raw material gas, is ionized in plasma to generate anion of Cl. Since the anion is generated by obtaining electrons, the larger the amount of TiCl 4, the more electrons present in the plasma are consumed, and the electron density is lowered. As described above, the decrease in the electron density in the plasma lowers the sheath voltage (the voltage of the ion sheath) caused by the difference between the cation and the electron mobility. Since the sheath voltage is a force that accelerates the cations in the direction perpendicular to the bottom of the hole, the decrease in the sheath voltage decreases the probability that the cations reach the bottom of the hole, thereby reducing the accumulation of cations (electrostatic charges) at the bottom of the hole. Can be. In addition, the relationship between the high frequency power Pw, the plasma potential Vpp, and the plasma density PD is

Pw=Vpp×PDPw = Vpp × PD

로 나타낼 수 있다. 전술한 바와 같이 TiCl4 가스 유량 또는 분압이 증가하여 전자 밀도가 저하됨으로써 플라즈마 자체의 저항이 증가하여, 상기 식의 Vpp가 증가한다. 따라서, 고주파 파워가 같은 경우에는 플라즈마 밀도는 TiCl4의 증가에 따라 감소하고, 차지업 손상의 원인인 양이온의 밀도가 감소하여, 이 작용에 의해서도 홀 저부에의 양이온의 축적을 저감할 수 있다. 한편, 고주파 파워(Pw)가 상승하면, 상기 식에 있어서 Vpp를 일정하게 한 경우에 플라즈마 밀도를 상승시키기 때문에, 양이온의 밀도를 증가시켜, 홀 저부에 축적하는 양이온이 증가하여 차지업 손상을 촉진하고 만다. 이 때문에, 고주파 파워는 낮은 편이 좋다. 이상으로부터, 본 발명에서는, (고주파 전력의 파워/TiCl4 가스의 유량)의 값을 소정치 이하, 구체적으로는 67 이하로 하는 것에 의해, 전자 셰이딩 효과에 의한 차지업 손상을 저감할 수 있다. It can be represented as. As described above, the TiCl 4 gas flow rate or partial pressure is increased to decrease the electron density, thereby increasing the resistance of the plasma itself, thereby increasing Vpp in the above formula. Therefore, when the high frequency power is the same, the plasma density decreases with the increase of TiCl 4 , and the density of the cation, which is the cause of the charge-up damage, decreases, and this action can also reduce the accumulation of cations at the bottom of the hole. On the other hand, when the high frequency power Pw rises, the plasma density is increased when Vpp is constant in the above formula, so that the cation density is increased, and the cation accumulated at the bottom of the hole increases, thereby promoting charge-up damage. I do it. For this reason, the higher frequency power is better. As described above, in the present invention, the charge-up damage due to the electronic shading effect can be reduced by setting the value of (flow rate of high frequency electric power / TiCl 4 gas) to a predetermined value or less, specifically, 67 or less.

도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 Ti막의 성막 방법의 실시에 이용하는 Ti막 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing which shows an example of the Ti film-forming apparatus used for implementation of the Ti film-forming method which concerns on one Embodiment of this invention.

도 2는 본 발명에 적용되는 반도체 웨이퍼의 구조의 일례를 나타내는 단면 도. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a semiconductor wafer to which the present invention is applied.

도 3은 전자 셰이딩 효과에 의한 차지업 손상이 생기는 메커니즘을 설명하기 위한 도. 3 is a view for explaining a mechanism in which charge-up damage occurs due to the electronic shading effect.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 구체적으로 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described concretely with reference to an accompanying drawing.

도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 Ti막의 성막 방법의 실시에 이용하는 Ti막 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 이 Ti막 성막 장치(100)는 평행 평판 전극에 고주파 전기장을 형성함으로써 플라즈마를 형성하면서 CVD 성막을 행하는 플라즈마 CVD 성막 장치로서 구성된다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing which shows an example of the Ti film-forming apparatus used for implementation of the Ti film-forming method which concerns on one Embodiment of this invention. This Ti film forming apparatus 100 is configured as a plasma CVD film forming apparatus which performs CVD film formation while forming plasma by forming a high frequency electric field in a parallel plate electrode.

이 Ti막 성막 장치(100)는, 대략 원통상의 챔버(1)를 갖고 있다. 챔버(1)의 내부에는, 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(2)가 그 중앙 하부에 설치된 원통상의 지지 부재(3)에 의해 지지된 상태로 배치되어 있다. 서셉터(2)의 외연부에는 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 가이드 링(4)이 설치되어 있다. 또한, 서셉터(2)에는 히터(5)가 매입되어 있고, 이 히터(5)는 히터 전원(6)으로부터 급전(給電)됨으로써 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다. 서셉터(2)의 표면 근방에는 평행 평판 전극의 하부 전극으로서 기능하는 전극(8)이 매설되어 있고, 이 전극(8)은 접지되어 있다. 한편, 서셉터(2)는 세라믹스, 예컨대 AlN으로 구성할 수 있고, 이 경우에는, 세라믹스 히터가 구성된다. This Ti film forming apparatus 100 has a substantially cylindrical chamber 1. Inside the chamber 1, a susceptor 2 for horizontally supporting the wafer W as a substrate to be processed is arranged in a state supported by a cylindrical support member 3 provided below the center thereof. . At the outer edge of the susceptor 2, a guide ring 4 for guiding the wafer W is provided. In addition, a heater 5 is embedded in the susceptor 2, and the heater 5 is fed from the heater power supply 6 to heat the wafer W, which is the substrate to be processed, to a predetermined temperature. In the vicinity of the surface of the susceptor 2, an electrode 8 that functions as a lower electrode of the parallel plate electrode is embedded, and the electrode 8 is grounded. On the other hand, the susceptor 2 can be comprised with ceramics, for example, AlN, and in this case, a ceramic heater is comprised.

챔버(1)의 천벽(1a)에는, 절연 부재(9)를 통해서 평행 평판 전극의 상부 전극으로서도 기능하는 샤워 헤드(10)가 설치되어 있다. 이 샤워 헤드(10)는, 상단 블록체(10a), 중단 블록체(10b), 하단 블록체(10c)로 구성되어 있고, 대략 원반상을 하고 있다. 상단 블록체(10a)는, 중단 블록체(10b) 및 하단 블록체(10c)와 함께 샤워 헤드 본체부를 구성하는 수평부(10d)와 이 수평부(10d)의 외주 상방에 연속하는 환상 지지부(10e)를 갖고, 오목 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 이 환상 지지부(10e)에 의해 샤워 헤드(10) 전체가 지지되어 있다. 그리고, 하단 블록체(10c)에는 가스를 토출하는 토출 구멍(17과 18)이 교대로 형성되어 있다. 상단 블록체(10a)의 상면에는, 제 1 가스 도입구(11)와 제 2 가스 도입구(12)가 형성되어 있다. 상단 블록체(10a)의 안에서는, 제 1 가스 도입구(11)로부터 다수의 가스 통로(13)가 분기되어 있다. 중단 블록체(10b)에는 가스 통로(15)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(13)가 수평으로 연장되는 연통로(13a)를 통해서 이들 가스 통로(15)에 연통하여 있다. 또한 이 가스 통로(15)가 하단 블록체(10c)의 토출 구멍(17)에 연통하여 있다. 또한, 상단 블록체(10a)의 안에서는, 제 2 가스 도입구(12)로부터 다수의 가스 통로(14)가 분기되어 있다. 중단 블록체(10b)에는 가스 통로(16)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(14)가 이들 가스 통로(16)에 연통하여 있다. 또한 이 가스 통로(16)가 중단 블록체(10b) 내에 수평으로 연장되는 연통로(16a)에 접속되어 있고, 이 연통로(16a)가 하단 블록체(10c)의 다수의 토출 구멍(18)에 연통하여 있다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 가스 도입구(11, 12)는 가스 공급 기구(20)의 가스 라인에 접속되어 있다. In the top wall 1a of the chamber 1, the shower head 10 which functions also as an upper electrode of a parallel plate electrode is provided through the insulating member 9. As shown in FIG. This shower head 10 is comprised from the upper block body 10a, the interruption block body 10b, and the lower block body 10c, and is substantially disk-shaped. The upper block body 10a, together with the interruption block body 10b and the lower block body 10c, has a horizontal portion 10d constituting the shower head body portion and an annular support portion continuous on the outer circumference above the horizontal portion 10d ( 10e) and is formed in a concave shape. And the whole shower head 10 is supported by this annular support part 10e. In the lower block body 10c, discharge holes 17 and 18 for discharging gas are alternately formed. The first gas inlet 11 and the second gas inlet 12 are formed on the upper surface of the upper block body 10a. In the upper block body 10a, a plurality of gas passages 13 branch from the first gas inlet 11. The gas passage 15 is formed in the interruption block body 10b, and the gas passage 13 communicates with these gas passages 15 through a communication passage 13a extending horizontally. Moreover, this gas passage 15 communicates with the discharge hole 17 of the lower block body 10c. In addition, in the upper block body 10a, a plurality of gas passages 14 branch from the second gas inlet 12. The gas passage 16 is formed in the interruption block body 10b, and the gas passage 14 communicates with these gas passages 16. In addition, the gas passage 16 is connected to a communication path 16a extending horizontally in the interruption block body 10b, and this communication path 16a is a plurality of discharge holes 18 in the lower block body 10c. Are in communication with The first and second gas inlets 11 and 12 are connected to the gas line of the gas supply mechanism 20.

가스 공급 기구(20)는 클리닝 가스인 ClF3 가스를 공급하는 ClF3 가스 공급원(21), Ti 화합물 가스인 TiCl4 가스를 공급하는 TiCl4 가스 공급원(22), Ar 가스를 공급하는 Ar 가스 공급원(23), 환원 가스인 H2 가스를 공급하는 H2 가스 공급원(24), 질화 가스인 NH3 가스를 공급하는 NH3 가스 공급원(25)을 갖고 있다. 그리고, ClF3 가스 공급원(21)에는 ClF3 가스 공급 라인(27 및 30b)이, TiCl4 가스 공급원(22)에는 TiCl4 가스 공급 라인(28)이, Ar 가스 공급원(23)에는 Ar 가스 공급 라인(29)이, H2 가스 공급원(24)에는 H2 가스 공급 라인(30)이, NH3 가스 공급원(25)에는 NH3 가스 공급 라인(30a)이 각각 접속되어 있다. 또한, 도시하지 않았지만, N2 가스 공급원도 갖고 있다. 그리고, 각 가스 라인에는 매스 플로우 컨트롤러(32) 및 매스 플로우 컨트롤러(32)를 끼어 2개의 밸브(31)가 설치되어 있다. The gas supply mechanism 20 includes a ClF 3 gas source 21 for supplying ClF 3 gas, which is a cleaning gas, a TiCl 4 gas source 22 for supplying TiCl 4 gas, a Ti compound gas, and an Ar gas supply source for Ar gas. (23), H 2 gas supply source 24 for supplying H 2 gas as reducing gas, and NH 3 gas supply source 25 for supplying NH 3 gas as nitriding gas. And, ClF 3 gas supply source 21, the ClF 3 gas supply line (27 and 30b) is, TiCl 4 gas supply source 22, TiCl 4 gas supply line 28, a, Ar, the Ar gas supply source of gas (23) line 29 is, the H 2 gas source 24 is provided with H 2 gas supply line 30 is, in the NH 3 gas supply line (30a), NH 3 gas source 25 are connected, respectively. In addition, although not shown, also it has a N 2 gas supply source. Each gas line is provided with two valves 31 by sandwiching the mass flow controller 32 and the mass flow controller 32.

상기 제 1 가스 도입구(11)에는 TiCl4 가스 공급원(22)으로부터 연장되는 TiCl4 가스 공급 라인(28)이 접속되어 있고, 이 TiCl4 가스 공급 라인(28)에는 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 연장되는 ClF3 가스 공급 라인(27) 및 Ar 가스 공급원(23)으로부터 연장되는 Ar 가스 공급 라인(29)이 접속되어 있다. 또한, 상기 제 2 가스 도입구(12)에는 H2 가스 공급원(24)으로부터 연장되는 H2 가스 공급 라인(30)이 접속되어 있고, 이 H2 가스 공급 라인(30)에는, NH3 가스 공급원(25)으로부터 연장되는 NH3 가스 공급 라인(30a) 및 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 연장되는 ClF3 가스 공급 라인(30b)이 접속되어 있다. 따라서, 프로세스시에는, TiCl4 가스 공급원(22)으로부터의 TiCl4 가스가 Ar 가스 공급원(23)으로부터의 Ar 가스와 함께 TiCl4 가스 공급 라인(28)을 통해서 샤워 헤드(10)의 제 1 가스 도입구(11)로부터 샤워 헤드(10) 내에 이르고, 가스 통로(13, 15)를 지나서 토출 구멍(17)으로부터 챔버(1) 내로 토출되는 한편, H2 가스 공급원(24)으로부터의 H2 가스가 H2 가스 공급 가스 라인(30)을 통해서 샤워 헤드(10)의 제 2 가스 도입구(12)로부터 샤워 헤드(10) 내에 이르고, 가스 통로(14, 16)를 지나서 토출 구멍(18)으로부터 챔버(1) 내로 토출된다. 즉, 샤워 헤드(10)는 TiCl4 가스와 H2 가스가 완전히 독립적으로 챔버(1) 내에 공급되는 포스트믹스(post-mixing) 타입으로 되어 있고, 이들은 토출 후에 혼합되어 반응이 일어난다. 한편, 이것에 한하지 않고 TiCl4와 H2가 혼합된 상태로 이들을 챔버(1) 내에 공급하는 프리믹스(pre-mixing) 타입이더라도 좋다. Wherein 1 TiCl 4 the gas supply line 28 is connected, and the TiCl 4 gas supply line 28, the ClF 3 gas supply source (21) extending from the gas inlet 11, TiCl 4 gas supply source 22 The ClF 3 gas supply line 27 extending from and the Ar gas supply line 29 extending from the Ar gas supply source 23 are connected. Further, the second gas inlet (12) has a H 2 gas supply line 30 extending from the H 2 gas supply source 24 is connected, the H 2 gas supply line 30, NH 3 gas supply source there ClF 3 gas supply line (30b) extending from the NH 3 gas supply line (30a) and the ClF 3 gas supply source 21 is connected to and extending from (25). Thus, during the process, the first gas of the TiCl 4 gas supply source 22, a shower head (10) TiCl 4 gas through the TiCl 4 gas supply line 28 with the Ar gas from the Ar gas supply source 23, from From the inlet 11 into the shower head 10 and discharged from the discharge hole 17 into the chamber 1 via the gas passages 13 and 15, while the H 2 gas from the H 2 gas supply 24; Reaches from the second gas inlet 12 of the shower head 10 to the shower head 10 via the H 2 gas supply gas line 30, and passes from the discharge holes 18 past the gas passages 14, 16. It is discharged into the chamber 1. That is, the shower head 10 is of a post-mixing type in which the TiCl 4 gas and the H 2 gas are completely independently supplied into the chamber 1, and they are mixed after discharge and reacted. On the other hand, the present invention is not limited to this, but may be a pre-mixing type for supplying them into the chamber 1 in a state where TiCl 4 and H 2 are mixed.

샤워 헤드(10)에는, 정합기(33)를 통해서 고주파 전원(34)이 접속되어 있고, 이 고주파 전원(34)으로부터 샤워 헤드(10)에 고주파 전력이 공급되게 되어 있다. 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력을 공급함으로써 샤워 헤드(10)를 통해서 챔버(1) 내에 공급된 가스를 플라즈마화하여 성막 처리를 행한다. The high frequency power supply 34 is connected to the shower head 10 via the matching device 33, and high frequency power is supplied to the shower head 10 from the high frequency power supply 34. By supplying the high frequency power from the high frequency power supply 34, the gas supplied into the chamber 1 through the shower head 10 is converted into plasma to perform a film forming process.

또한, 샤워 헤드(10)의 상단 블록체(10a)의 수평부(10d)에는, 샤워 헤드(10)를 가열하기 위한 히터(45)가 설치되어 있다. 이 히터(45)에는 히터 전원(46)이 접속되어 있고, 히터 전원(46)으로부터 히터(45)로 급전함으로써 샤워 헤드(10)가 원하는 온도로 가열된다. 상단 블록체(10a)의 오목부에는 히터(45)에 의한 가열 효율을 높이기 위해서 단열 부재(47)가 설치되어 있다. In addition, a heater 45 for heating the shower head 10 is provided in the horizontal portion 10d of the upper block body 10a of the shower head 10. A heater power source 46 is connected to the heater 45, and the shower head 10 is heated to a desired temperature by feeding power from the heater power source 46 to the heater 45. The heat insulation member 47 is provided in the recessed part of the upper block body 10a in order to raise the heating efficiency by the heater 45. As shown in FIG.

챔버(1)의 저벽(1b)의 중앙부에는 원형의 구멍(35)이 형성되어 있고, 저벽(1b)에는 이 구멍(35)을 덮도록 아래쪽을 향해 돌출하는 배기실(36)이 설치되어 있다. 배기실(36)의 측면에는 배기관(37)이 접속되어 있고, 이 배기관(37)에는 배기 장치(38)가 접속되어 있다. 그리고 이 배기 장치(38)를 작동시킴으로써 챔버(1) 내를 소정의 진공도까지 감압하는 것이 가능해지고 있다. A circular hole 35 is formed in the center of the bottom wall 1b of the chamber 1, and an exhaust chamber 36 protruding downward to cover the hole 35 is provided in the bottom wall 1b. . An exhaust pipe 37 is connected to the side of the exhaust chamber 36, and an exhaust device 38 is connected to the exhaust pipe 37. By operating this exhaust device 38, the pressure in the chamber 1 can be reduced to a predetermined degree of vacuum.

서셉터(2)에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(39)이 서셉터(2)의 표면에 대하여 돌몰(突沒) 가능하게 설치되고, 이들 웨이퍼 지지 핀(39)은 지지판(40)에 고정되어 있다. 그리고, 웨이퍼 지지 핀(39)은, 에어 실린더 등의 구동 기구(41)에 의해 지지판(40)을 통해서 승강된다. In the susceptor 2, three (only two) wafer support pins 39 for supporting and elevating the wafer W are provided so as to be capable of being driven against the surface of the susceptor 2. These wafer support pins 39 are fixed to the support plate 40. And the wafer support pin 39 is lifted up and down via the support plate 40 by the drive mechanism 41, such as an air cylinder.

챔버(1)의 측벽에는, 챔버(1)와 인접하여 설치된 도시하지 않은 웨이퍼 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반입출(搬入出)을 하기 위한 반입출구(42)와, 이 반입출구(42)를 개폐하는 게이트 밸브(43)가 설치되어 있다. On the sidewall of the chamber 1, a carry-in and outlet 42 for carrying in and out of the wafer W between the chamber 1 and a wafer transfer chamber (not shown) provided adjacent to the chamber 1, The gate valve 43 which opens and closes 42 is provided.

Ti막 성막 장치(100)의 구성부는, 컴퓨터로 이루어진 제어부(50)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(50)에는, 공정 관리자가 Ti막 성막 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, Ti막 성막 장치(100)의 가동 상황을 가시화하고 표시하는 디스플레이 등으로 이루어진 유저 인터페이스(51)가 접속되어 있다. 또한, 제어부(50)에는, Ti막 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 제어부(50)의 제어로써 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 응하여 Ti막 성막 장치(100)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 레서피(recipe)가 격납된 기억부(52)가 접속되어 있다. 레서피는 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있더라도 좋고, CDROM, DVD 등의 운반가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(52)의 소정 위치에 세팅되게 되어 있더라도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해서 레서피를 적절히 전송시키도록 하여도 좋다. 그리고, 필요에 따라, 유저 인터페이스(51)로부터의 지시 등으로써 임의의 레서피를 기억부(52)로부터 호출하여 제어부(50)에 실행시킴으로써 제어부(50)의 제어하에서, Ti막 성막 장치(100)에서의 원하는 처리가 행하여진다. The component part of the Ti film-forming apparatus 100 is connected to the control part 50 which consists of computers, and is controlled. The control unit 50 includes a keyboard for performing a command input operation or the like for the process manager to manage the Ti film forming apparatus 100, a display for visualizing and displaying the operation status of the Ti film forming apparatus 100. The made user interface 51 is connected. In addition, the control part 50 is a control program for realizing various processes performed by the Ti film-forming apparatus 100 by the control of the control part 50, and each structural part of the Ti film-forming apparatus 100 according to process conditions. Is connected to a program for executing a process, that is, a storage unit 52 in which a recipe is stored. The recipe may be stored in a hard disk or a semiconductor memory, or may be set in a predetermined position of the storage unit 52 in a state accommodated in a portable storage medium such as a CDROM or a DVD. In addition, the recipe may be appropriately transmitted from another apparatus, for example, via a dedicated line. Then, if necessary, the Ti film deposition apparatus 100 is controlled under the control of the control unit 50 by calling an arbitrary recipe from the storage unit 52 and executing the control unit 50 by an instruction from the user interface 51 or the like. The desired processing in is performed.

다음으로, 이상과 같은 Ti막 성막 장치(100)에 있어서의 본 실시형태에 따른 Ti막 성막 방법에 대하여 설명한다. Next, the Ti film-forming method which concerns on this embodiment in the above-mentioned Ti film-forming apparatus 100 is demonstrated.

본 실시형태에 있어서는, Ti막을 성막하는 대상인 반도체 웨이퍼(W)로서, 예컨대 도 2에 나타내는 구조의 것을 이용한다. 즉, 실리콘 기판(101) 위에 게이트 절연막(102)을 통해서 게이트 전극(103)이 형성되고, 그 주위 및 위에 층간 절연막(104) 및 금속 배선층(105)이 형성되고, 금속 배선층(105)과 게이트 전극(103)이 매입 배선(106)에 의해 접속되어 있다. 또한, 금속 배선층(105) 위에는, 비어홀(107)이 형성된 층간 절연막(108)이 형성되어 있다. 또한, 층간 절연막(104)에는 트렌치(109)가 형성되어 있다. In this embodiment, as the semiconductor wafer W which is a target for forming a Ti film, for example, one having a structure shown in FIG. 2 is used. That is, the gate electrode 103 is formed on the silicon substrate 101 through the gate insulating film 102, and the interlayer insulating film 104 and the metal wiring layer 105 are formed around and on the silicon substrate 101, and the metal wiring layer 105 and the gate are formed. The electrode 103 is connected by the embedding wiring 106. In addition, an interlayer insulating film 108 having a via hole 107 is formed on the metal wiring layer 105. In addition, a trench 109 is formed in the interlayer insulating film 104.

이러한 구조의 웨이퍼(W)에 Ti막을 형성하기 위해서는, 우선, 챔버(1) 내를 게이트 밸브(43)를 통해서 접속되어 있는 외부 분위기와 같이 조정한 후, 게이트 밸브(43)를 열어서, 진공 상태의 도시하지 않은 웨이퍼 반송실로부터 반입출구(42)를 통해서 상기 구조를 갖는 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내로 반입한다. 그리고, 챔버(1) 내에 Ar 가스를 공급하면서 웨이퍼(W)를 예비 가열한다. 웨이퍼(W)의 온도가 거의 안정된 시점에서, Ar 가스, H2 가스 및 TiCl4 가스를 도시하지 않은 프리플로우(pre-flow) 라인에 소정 유량으로 흐르게 하여 프리플로우를 행한다. 그리고, 가스 유량 및 압력을 같게 유지한 채로 성막용의 라인으로 바꾸어, 이들 가스를 샤워 헤드(10)를 통해서 챔버(1) 내로 도입한다. 이 때, 샤워 헤드(10)에는 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력이 인가되고, 이것에 의해 챔버(1) 내에 도입된 Ar 가스, H2 가스, TiCl4 가스가 플라즈마화된다. 그리고, 히터(5)에 의해 소정 온도로 가열된 웨이퍼(W) 상에서 플라즈마화된 가스가 반응하여 웨이퍼(W) 상에 Ti가 퇴적된다. In order to form the Ti film on the wafer W having such a structure, first, the chamber 1 is adjusted in the same manner as in the external atmosphere connected through the gate valve 43, and then the gate valve 43 is opened to obtain a vacuum state. The wafer W having the above structure is carried into the chamber 1 from the wafer transfer chamber (not shown) via the inlet and outlet 42. Then, the wafer W is preheated while the Ar gas is supplied into the chamber 1. When the temperature of the wafer W is almost stable, preflow is performed by flowing Ar gas, H 2 gas, and TiCl 4 gas at a predetermined flow rate into a pre-flow line (not shown). Then, the gas flow is changed into a film forming line while maintaining the same gas flow rate and pressure, and these gases are introduced into the chamber 1 through the shower head 10. At this time, the high frequency power is applied from the high frequency power source 34 to the shower head 10, whereby Ar gas, H 2 gas, and TiCl 4 gas introduced into the chamber 1 are converted into plasma. Then, the plasmaized gas reacts on the wafer W heated by the heater 5 to a predetermined temperature, and Ti is deposited on the wafer W.

이렇게 하여 플라즈마의 존재하에서 CVD에 의해 Ti막을 성막하는 경우에는, 종래에는 Ti막의 막질(전기 특성), 성막 속도 및 막 두께의 균일성 등을 고려하여 처리 조건을 결정하였다. 그러나, 최근에는 디바이스의 미세화에 따라 홀의 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 어스펙트비가 10 이상인 스펙(specification)이 요구되게 되어, 종래의 조건으로는 차지업 손상이 생기기 쉬움이 판명되었다. In this way, when the Ti film is formed by CVD in the presence of plasma, the processing conditions are conventionally determined in consideration of the film quality (electrical characteristic), the film formation speed, the uniformity of the film thickness, and the like of the Ti film. However, in recent years, specification of a hole having a hole diameter of 0.13 µm or less and / or an aspect ratio of 10 or more has been required as the device has been miniaturized, and it has been found that charge-up damage is likely to occur under conventional conditions.

차지업 손상이 생기는 메커니즘에 대하여 도 3을 참조하면서 설명한다. 우선, 플라즈마가 생성되면, 웨이퍼(W) 표면은 음으로 대전되고, 플라즈마(P)와 실리콘 기판(101) 사이에는 전위차(Vpp)가 발생하여, 플라즈마와 웨이퍼(W) 사이에는 이온 쉬스(S)가 형성된다. 본질적으로, 전자(e)는 가볍기 때문에 움직임이 활발하여 등방적인 운동을 하기 쉽고, 이온(i)은 무거워 움직임이 둔하므로 이방적인 운동을 하기 쉽다. 따라서, 전위차(Vpp)의 전기장이 생기고 있는 이온 쉬스(S)에서는, 전자(e)는 가로 방향의 운동량이 많은 등방적인 움직임을 하고, 이온(i)은 이온 쉬스(S)의 전기장 방향에 따라 웨이퍼(W)로 향하는 이방성이 높은 움직임을 한다. 따라서, 개구 직경이 작고 어스펙트비가 큰 비어홀(107)에서는, 전자(e)는 그 저부에 도달하기 어렵게 되지만, 이온(i)은 이온 쉬스(S)에 의해서 가속되어 홀의 밑바닥에 도달하기 때문에, 비어홀(107)의 저부가 양으로 대전된다(전자 셰이딩 효과). 한편, 트렌치(109)는 폭이 넓기 때문에, 등방적으로 연동하는 전자(e)도 용이하게 그 저부에 도달한다. 이 때문에, 비어홀(107)의 저부와 트렌치(109)의 저부 사이에 전위차가 생겨, 게이트 절연막(102)에 전기장이 발생한다. 비어홀(107)의 개구 직경이 작고 어스펙트비가 클수록 이러한 현상은 현저하여, 비어홀(107)의 저부와 트렌치(109)의 저부 사이의 전위차가 커지므로, 게이트 절연막(102)에는 강한 전기장이 걸려, 게이트 절연막(102)에 절연 파괴가 생겨 소자가 파괴되는 경우가 생긴다(차지업 손상). 이러한 차지업 손상은 종래에는 거의 생기지 않았지만, 홀의 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 어스펙트비가 10 이상으로 됨으로써, 무시할 수 없을 정도로 생기게 되어 왔다. The mechanism by which charge-up damage occurs will be described with reference to FIG. 3. First, when plasma is generated, the surface of the wafer W is negatively charged, and a potential difference Vpp occurs between the plasma P and the silicon substrate 101, and an ion sheath S between the plasma and the wafer W is generated. ) Is formed. In essence, the electrons (e) are light and therefore easy to move isotropically because of their movement, while the ions (i) are heavy and dull. Therefore, in the ion sheath S in which the electric field of the potential difference Vpp is generated, the electron e performs isotropic movement with a large amount of momentum in the lateral direction, and the ion i is in accordance with the electric field direction of the ion sheath S. High anisotropy movement toward the wafer W is achieved. Therefore, in the via hole 107 having a small opening diameter and a large aspect ratio, the electrons e are hard to reach the bottom, but since the ions i are accelerated by the ion sheath S and reach the bottom of the holes, The bottom of the via hole 107 is positively charged (electron shading effect). On the other hand, since the trench 109 is wide, the electrons e that isotropically interlock easily reach the bottom thereof. For this reason, a potential difference occurs between the bottom of the via hole 107 and the bottom of the trench 109, and an electric field is generated in the gate insulating film 102. As the opening diameter of the via hole 107 is smaller and the aspect ratio is larger, this phenomenon is more remarkable, and the electric potential difference between the bottom of the via hole 107 and the bottom of the trench 109 increases, so that a strong electric field is applied to the gate insulating film 102. Insulation breakage may occur in the gate insulating film 102 to cause the element to break down (charge-up damage). Such charge-up damage has hardly occurred in the past, but it has been caused to be negligible because the hole diameter of the hole is 0.13 µm or less and / or the aspect ratio is 10 or more.

본 발명자들은, 이러한 차지업 손상을 효과적으로 해소하는 방법에 대하여 검토를 거듭한 결과, 홀 저부에의 양이온이 도달하는 구동력을 저하시켜 축적량을 감소시키는 것이 유효함을 발견했다. 그리고, 그것을 위해서는, 고주파 전력의 파워(W)/TiCl4 가스의 유량(mL/min(sccm))의 값을 67 이하로 하면 좋음을 발견했다. 즉, 원료 가스인 TiCl4 가스는 플라즈마 중에서 전리하여, Cl의 음이온을 생성하지만, 음이온은 전자를 얻어 생성하기 때문에, TiCl4의 양이 많을수록 플라즈마 중에 존재하는 전자는 소비되어, 전자 밀도는 저하된다. 이와 같이 플라즈마 중의 전자 밀도의 감소에 의해서 양이온과 전자 이동도의 차이가 원인으로 생기는 쉬스 전압(이온 쉬스의 전압)이 저하된다. 쉬스 전압은 양이온을 홀(비어홀(107))의 저부에 수직의 방향으로 가속하는 힘이기 때문에, 이 쉬스 전압이 저하함으로써 양이온이 홀 저부에 도달하는 확률이 저하되어, 홀 저부에의 양이온(정전하)의 축적을 저감할 수 있다. 또한, 고주파 파워(Pw), 플라즈마 전위(Vpp), 플라즈마 밀도(PD)의 관계는, As a result of extensive studies on how to effectively eliminate such charge-up damage, the present inventors found that it is effective to reduce the amount of accumulation by lowering the driving force that the cation reaches the bottom of the hole. Then, for that purpose, it was found that the value of the flow rate (mL / min (sccm)) of the power (W) / TiCl 4 gas of the high frequency electric power should be 67 or less. That is, TiCl 4 gas, which is a raw material gas, is ionized in the plasma to generate anions of Cl, but anions generate electrons. Therefore, as the amount of TiCl 4 increases, electrons present in the plasma are consumed, and the electron density decreases. . As described above, the decrease in the electron density in the plasma decreases the sheath voltage (voltage of the ion sheath) caused by the difference between the cation and the electron mobility. Since the sheath voltage is a force that accelerates the cation in the direction perpendicular to the bottom of the hole (via hole 107), the probability of the cation reaching the bottom of the hole decreases due to the decrease of the sheath voltage. Accumulation of lower) can be reduced. In addition, the relationship between the high frequency power Pw, the plasma potential Vpp, and the plasma density PD is

Pw=Vpp×PDPw = Vpp × PD

로 나타낼 수 있다. 전술한 바와 같이 TiCl4 가스 유량 또는 분압이 증가하여 전자 밀도가 저하됨으로써 플라즈마 자체의 저항이 증가하여, 상기 식의 Vpp가 증가한다. 따라서, 고주파 파워가 같은 경우에는 플라즈마 밀도는 TiCl4의 증가에 따라 감소하고, 차지업 손상의 원인인 양이온의 밀도가 감소하여, 이 작용에 의해서도 홀 저부에의 양이온의 축적을 저감할 수 있다. 한편, 고주파 파워(Pw)가 상승하면, 상기 식에 있어서 Vpp를 일정하게 한 경우에 플라즈마 밀도를 상승시키기 때문에, 양이온의 밀도를 증가시켜, 홀 저부에 축적하는 양이온이 증가하여 차지업 손상을 촉진하고 만다. 이 때문에, 고주파 파워는 낮은 편이 좋다. 이와 같이, 차지업 손상을 억제하는 관점에서는, TiCl4 유량 또는 분압이 높고 또한 고주파 파워가 낮은 편이 좋고, 그와 같은 관점에서, (고주파 전력의 파워/TiCl4 가스의 유량)의 값을 소정치 이하로 한다. 종래의 표준 조건인 TiCl4 가스의 유량: 12mL/min(sccm), 고주파 파워: 800W를 기준으로 하여, TiCl4 가스 유량이 12mL/min보다 크거나 또는 TiCl4 가스의 분압이 0.23Pa보다 크고 또한 고주파 파워가 800W보다 작은 범위로 하는 것에 의해 전자 셰이딩 효과에 의해 차지업 손상이 생기지 않음이 밝혀졌다. 따라서, 이것에 따라서, 고주파 전력의 파워(W)/TiCl4 가스의 유량(mL/min(sccm))의 값을 67 이하로 한다. It can be represented as. As described above, the TiCl 4 gas flow rate or partial pressure is increased to decrease the electron density, thereby increasing the resistance of the plasma itself, thereby increasing Vpp in the above formula. Therefore, when the high frequency power is the same, the plasma density decreases with the increase of TiCl 4 , and the density of the cation, which is the cause of the charge-up damage, decreases, and this action can also reduce the accumulation of cations at the bottom of the hole. On the other hand, when the high frequency power Pw rises, the plasma density is increased when Vpp is constant in the above formula, so that the cation density is increased, and the cation accumulated at the bottom of the hole increases, thereby promoting charge-up damage. I do it. For this reason, the higher frequency power is better. Thus, from the viewpoint of suppressing charge-up damage, it is preferable that the TiCl 4 flow rate or partial pressure is high and the high frequency power is low, and from such a viewpoint, the value of (high frequency power power / TiCl 4 gas flow rate) is set to a predetermined value. It is set as follows. Based on conventional standard conditions, the flow rate of TiCl 4 gas: 12 mL / min (sccm), high frequency power: 800 W, the TiCl 4 gas flow rate is greater than 12 mL / min, or the partial pressure of TiCl 4 gas is greater than 0.23 Pa, It has been found that the charge-up damage is not caused by the electronic shading effect by setting the high frequency power to be smaller than 800W. Thus, according to this, the value of the flow rate of the high-frequency electric power (W) / TiCl 4 gas (mL / min (sccm)) to less than 67.

따라서, 이 경우에, TiCl4 가스의 유량이 12mL/min(sccm)보다 크거나 또는 TiCl4 가스의 분압이 0.23Pa보다 크고, 고주파 파워가 800W보다 작은 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, TiCl4 가스의 유량이 12 내지 20mL/min(sccm) 또는 TiCl4 가스의 분압이 0.23 내지 17.54Pa이고, 고주파 파워가 200 내지 800W 미만이다. 이러한 관점에서는, 고주파 전력의 파워(W)/TiCl4 가스의 유량(mL/min(sccm))의 값의 바람직한 범위는 10 내지 67이다. Therefore, in this case, it is preferable that the flow rate of the TiCl 4 gas is larger than 12 mL / min (sccm) or the partial pressure of the TiCl 4 gas is larger than 0.23 Pa and the high frequency power is smaller than 800 W. More preferably, the flow rate of the TiCl 4 gas of 12 to 20mL / min (sccm) or the partial pressure of TiCl 4 gas to 0.23 17.54Pa, a high frequency power of less than 200 to 800W. From this viewpoint, the preferable range of the value of the flow rate (mL / min (sccm)) of the power (W) / TiCl 4 gas of the high frequency electric power is 10 to 67.

그 밖의 프로세스 조건은, 통상의 플라즈마 CVD에 의한 Ti막의 성막과 같으면 되고, 이하에 나타내는 조건이 예시된다. The other process conditions may be the same as those of forming a Ti film by ordinary plasma CVD, and the conditions shown below are exemplified.

고주파 전력의 주파수: 300kHz 내지 27MHz Frequency of high frequency power: 300kHz to 27MHz

서셉터 온도: 300 내지 650℃Susceptor temperature: 300-650 ° C

Ar 가스 유량: 500 내지 2000mL/min(sccm) Ar gas flow rate: 500-2000 mL / min (sccm)

H2 가스 유량: 1000 내지 5000mL/min(sccm)H 2 gas flow rate: 1000 to 5000 mL / min (sccm)

챔버내 압력: 133 내지 1333Pa(1 내지 10Torr)Pressure in chamber: 133 to 1333 Pa (1 to 10 Torr)

한편, Ti막 성막의 시간은, 얻고자 하는 막 두께에 따라 적절히 설정된다. On the other hand, the time of Ti film film-forming is suitably set according to the film thickness to obtain.

이상과 같이 하여 Ti막의 성막을 행한 후, 필요에 따라 Ti막의 질화 처리를 실시할 수도 있다. 이 질화 처리에서는, 상기 Ti 퇴적 공정의 종료 후, TiCl4 가스를 정지하여, H2 가스 및 Ar 가스를 흐르게 한 채로의 상태로 하고, 챔버(1) 내를 적절한 온도로 가열하면서, 질화 가스로서 NH3 가스를 흐르게 한다. 이와 함께, 고주파 전원(34)으로부터 샤워 헤드(40)에 고주파 전력을 인가하여 처리 가스를 플라즈마화하여, 플라즈마화한 처리 가스에 의해 웨이퍼(W)에 성막한 Ti 박막의 표면을 질화한다. 한편, Ti 성막 공정에서, 콘택트홀이나 비어홀의 측벽에 Ti막이 퇴적되지 않을 수 있는데, 이 경우에는, 홀 상부와 홀 저부에서 도통이 얻어지지 않기 때문에, 질화 처리시에 플라즈마를 생성하면 차지업 손상이 발생할 수 있다. 이것을 회피하는 관점에서는 플라즈마를 형성하지 않고서 질화 처리를 하는 것이 바람직하다. After the Ti film is formed as described above, the Ti film may be nitrided as necessary. In this nitriding treatment, after completion of the Ti deposition process, the TiCl 4 gas is stopped and the gas is kept in the state of flowing H 2 gas and Ar gas, and the inside of the chamber 1 is heated to an appropriate temperature as a nitride gas. Flow NH 3 gas. At the same time, the high frequency power is applied from the high frequency power supply 34 to the shower head 40 to make the processing gas into plasma, and the surface of the Ti thin film formed on the wafer W by the plasma processing gas is nitrided. On the other hand, in the Ti film forming process, the Ti film may not be deposited on the sidewalls of the contact hole or the via hole. In this case, since conduction is not obtained at the top of the hole and at the bottom of the hole, if the plasma is generated during the nitriding treatment, charge-up damage may occur. This can happen. In view of avoiding this, it is preferable to perform nitriding without forming plasma.

질화 처리의 바람직한 조건은 이하와 같다. Preferable conditions of the nitriding treatment are as follows.

고주파 전력의 주파수: 300kHz 내지 27MHz Frequency of high frequency power: 300kHz to 27MHz

고주파 파워: 200 내지 1500W High Frequency Power: 200-1500 W

서셉터 온도: 300 내지 650℃Susceptor temperature: 300-650 ° C

Ar 가스 유량: 2000mL/min(sccm) 이하, 바람직하게는 800 내지 2000mL/min(sccm) Ar gas flow rate: 2000 mL / min (sccm) or less, preferably 800 to 2000 mL / min (sccm)

H2 가스 유량: 1500 내지 4500mL/min(sccm) H 2 gas flow rate: 1500 to 4500 mL / min (sccm)

NH3 가스 유량: 500 내지 2000mL/min(sccm)NH 3 gas flow rate: 500-2000 mL / min (sccm)

챔버내 압력: 133 내지 1333Pa(1 내지 10Torr)Pressure in chamber: 133 to 1333 Pa (1 to 10 Torr)

한편, 이 공정은 필수적이지는 않지만, Ti막의 산화 방지 등의 관점에서 실시하는 것이 바람직하다. On the other hand, this step is not essential, but is preferably performed from the viewpoint of preventing oxidation of the Ti film.

Ti막 성막 후 또는 질화 처리 후, 챔버(1) 내를 게이트 밸브(43)를 통해서 접속되어 있는 외부 분위기와 같이 조정한 후, 게이트 밸브(43)를 열어서, 반입출구(42)를 통해서 도시하지 않은 웨이퍼 반송실로 웨이퍼(W)를 반출한다. After the Ti film formation or after the nitriding treatment, the chamber 1 is adjusted in the same manner as in the external atmosphere connected through the gate valve 43, and then the gate valve 43 is opened and not shown through the inlet and outlet 42. The wafer W is carried out to the unused wafer transfer chamber.

이렇게 하여, Ti막의 성막 및 필요에 따라 질화 처리를 소정 매수의 웨이퍼에 대하여 행한 후, 챔버(1)의 클리닝을 행한다. 이 처리는, 챔버(1) 내에 웨이퍼가 존재하지 않는 상태로, 챔버(1) 내에 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 ClF3 가스 공급 라인(27 및 30b)을 통해서 ClF3 가스를 도입하고, 샤워 헤드(10)를 적당한 온도로 가열하면서 드라이 클리닝을 하는 것에 의해 행한다. In this way, after forming the Ti film and performing a nitriding treatment on a predetermined number of wafers as necessary, the chamber 1 is cleaned. This process is, in a state that is not a wafer present in the chamber (1), and introduced into the ClF 3 gas through the ClF 3 gas supply line (27 and 30b) from the ClF 3 gas supply source 21 into the chamber 1, the shower Dry cleaning is performed while the head 10 is heated to an appropriate temperature.

한편, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지로 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는 TiCl4 가스와 H2 가스와 Ar 가스를 동시에 공급하여 플라즈마 CVD를 행한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, TiCl4 가스와 H2 가스와 Ar 가스를 공급하는 제 1 단계와, H2 가스와 Ar 가스를 공급하는 제 2 단계를 교대로 행하는 SFD 프로세스를 사용할 수도 있다. 대신에, TiCl4 가스와 Ar 가스를 공급하는 제 1 단계와, H2 가스와 Ar 가스를 공급하는 제 2 단계를 교대로 행하는 ALD 프로세스를 사용할 수도 있다. ALD 프로세스에서는 제 2 단계만 플라즈마를 생성하도록 할 수도 있다. 또한, 피처리 기판으로서는, 반도체 웨이퍼에 한하지 않고 예컨대 액정 표시 장치(LCD)용 기판 등의 다른 것이더라도 좋다. In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can variously deform. For example, in the above embodiment, the case where plasma CVD is performed by simultaneously supplying TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas is described, but the present invention is not limited to this. For example, an SFD process may be used in which the first step of supplying TiCl 4 gas, H 2 gas and Ar gas and the second step of supplying H 2 gas and Ar gas are alternately performed. Alternatively, an ALD process may be used in which the first step of supplying TiCl 4 gas and Ar gas and the second step of supplying H 2 gas and Ar gas are alternately performed. In the ALD process, only the second step may be generated. The substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer, but may be another one such as a substrate for a liquid crystal display device (LCD).

본 발명은, 피처리 기판의 표면에 Ti막을 성막하는 Ti막의 성막 방법에 적용 가능하다. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to a Ti film forming method for forming a Ti film on the surface of a substrate to be processed.

Claims (5)

한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 어스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하는 공정, Disposing a substrate to be processed having a hole having an opening diameter of 0.13 µm or less and / or an aspect ratio of 10 or more in a chamber having a pair of parallel plate electrodes; TiCl4 가스 및 H2 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극의 적어도 한편에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하는 공정, 및 Supplying a high frequency power to at least one of said parallel plate electrodes while introducing a processing gas comprising a TiCl 4 gas and a H 2 gas to form a plasma therebetween, and 상기 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 상기 피처리체에 Ti막을 성막하는 공정Accelerating the reaction of the processing gas by the plasma to form a Ti film on the target object 을 구비하는 Ti막의 성막 방법으로서, 고주파 전력의 파워(W)/TiCl4 가스의 유량(mL/min(sccm))의 값을 67 이하로 하여 Ti막을 성막하는 A Ti film forming method comprising: forming a Ti film by setting a value of a flow rate (mL / min (sccm)) of high frequency power (W) / TiCl 4 gas to 67 or less; Ti막의 성막 방법. Formation method of Ti film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, TiCl4 가스의 유량이 12mL/min보다 크거나 또는 TiCl4 가스의 분압이 O.23Pa보다 큰 Ti막의 성막 방법. A method for forming a Ti film in which the flow rate of TiCl 4 gas is larger than 12 mL / min or the partial pressure of TiCl 4 gas is larger than 0.23 Pa. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 고주파 전력의 파워가 800W보다 작은 Ti막의 성막 방법. A method of forming a Ti film whose power of high frequency power is less than 800W. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, Ti막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 도입하여 플라즈마를 존재시키지 않고서 Ti막 표면의 질화 처리를 행하는 Ti막의 성막 방법. After Ti film formation, NH 3 as a processing gas A method of forming a Ti film, which introduces a gas, a H 2 gas, and an Ar gas to perform nitriding treatment on the Ti film surface without the presence of plasma. 컴퓨터 상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서, A computer-readable storage medium storing a control program running on a computer, 상기 제어 프로그램은, 실행시에 제 1 항에 기재된 방법이 실시되도록 성막 장치를 제어시키는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체. The control program is a computer readable storage medium which controls the film formation apparatus so that the method according to claim 1 is executed at the time of execution.
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