JP2000058484A - プラズマcvdによる薄膜形成方法とプラズマcvd装置 - Google Patents

プラズマcvdによる薄膜形成方法とプラズマcvd装置

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JP2000058484A JP10230007A JP23000798A JP2000058484A JP 2000058484 A JP2000058484 A JP 2000058484A JP 10230007 A JP10230007 A JP 10230007A JP 23000798 A JP23000798 A JP 23000798A JP 2000058484 A JP2000058484 A JP 2000058484A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 TiCl4 を原料としたプラズマCVDでチ
タン膜とチタンシリサイド膜を形成するとき、段差被覆
性が良くかつ下地Si層の浸食を抑制し、信頼性の高い
素子を製造する薄膜形成方法とプラズマCVD装置を提
供する。 【解決手段】 基板26を配置した容器11内に四塩化チタ
ンと水素を導入してプラズマを生成し、基板上にチタン
膜びチタンシリサイド膜を形成する方法であり、チタン
膜およびチタンシリサイド膜を形成する薄膜形成工程
は、容器内に水素を導入してプラズマを生成する第1ス
テップ41と、水素によるプラズマ中に四塩化チタンを所
定流量まで単位時間当たり一定の割合で増大させて導入
し、その後一定流量で流し、基板の絶縁膜表面上にチタ
ン膜を形成し、かつ基板のシリコン露出部分にはチタン
シリサイド膜を形成する第2ステップ42とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を製造
する工程においてプラズマによる気相成長(CVD)を
利用して配線用薄膜を形成する薄膜形成方法およびプラ
ズマCVD装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近の半導体装置製造の分野において素
子の集積化と微細化はますます進んでいる。素子の微細
化は製造工程に新しい技術を要求する。ここでは、コン
タクトホール底部における配線材料と下地Si(シリコ
ン)との電気的接触を良好し、オーミックコンタクトを
得るためのコンタクト形成について説明する。
【0003】従来のコンタクト形成は、配線材料と下地
Siとのバリア膜であるチタン膜をスパッタリング法で
形成し、次いでアニールによるコンタクトホール底部の
チタンと下地Siとの固相反応を起こし、チタンシリサ
イドを形成することによって行われていた。このチタン
シリサイドが十分に形成されることによって接触抵抗の
低い良好なコンタクトが形成された。しかしながら、ス
パッタリング法を用いる従来のコンタクト形成では、高
アスペクト比の微細ホールの底部に十分な厚さのTiを
形成することが困難であった。
【0004】そこで、近年では、段差被覆性の良好なC
VD法によるコンタクト形成が提案される。CVD法に
よるコンタクト形成によればチタン膜やチタンシリサイ
ド膜が成膜される。CVD法によるコンタクト形成の技
術では従来2つの例が知られている。第1の例は、チタ
ンのハロゲン化ガス、例えばTiCl4 (四塩化チタ
ン)などを原料とし、コンタクトホール底部に直接Ti
Cl4 と下地Siとを反応させてチタンシリサイド層を
形成する技術である(例えば C.Arena,J.Faguet,R.F.Fo
ster,J.T.Hillman,F.Martin and Y.Morand:Advanced Me
tallization forULSI Applications in 1994,eds. R Bl
umenthal and G.Janssen (MRS, Pittsburgh, PA, 1995)
p.259 )。第2の例は、チタンのハロゲン化ガス(例
えばTiCl4 )とシラン系ガス(Sin 2n+2)とを
原料とし、コンタクトホールの内部全体にチタンシリサ
イド膜を堆積する技術である(例えば、S.Mizuno,M.Tag
ami,S.Hasegawa and Y.Numasawa:Jpn.J.Appl. Phys.Vo
l. 36(1997) p.5651 )。以下に、図を参照して、プラ
ズマCVD法によるコンタクト形成技術における上記第
1の例と第2の例を詳述する。
【0005】図5は、上記第1の例を示し、プラズマC
VD法によるシリコン基板上の微細コンタクトホール内
へのチタン膜およびチタンシリサイド膜の形成工程につ
いて模式的に示している。図5で、下方のグラフは、横
軸に基板処理の経過時間とそれに対応するステップ(処
理工程)をとり、縦軸に膜形成方法で重要となるTiC
4 の流量をとり、各ステップでのTiCl4 の流量制
御を示している。上方のコンタクトホールの図は各ステ
ップにおける膜形成状態を示す。図5で、71は基板で
ある下地Si、72は絶縁膜(SiO2 )、73はコン
タクトホールである。膜形成は、加熱昇温された基板の
直上にH2 (水素)によってプラズマを生成する第1ス
テップ74と、プラズマ中にTiCl4 を導入して、コ
ンタクトホール73の底部にチタンシリサイド膜76を
形成し、さらにコンタクトホール側壁部や上部平坦部に
チタン膜77を形成する第2ステップ75によって行わ
れる。
【0006】シリコン酸化物(SiO2 )であるコンタ
クトホール側壁部および上部平坦部の表面には、TiC
4 または上記プラズマによってTiCl4 が分解して
生成した前駆体(TiClx :以下「TiClx 」と示
す)が、プラズマ中で生成された水素ラジカルによって
還元される結果、チタン膜が形成される。しかし、コン
タクトホール底部ではSiが露出しているため、TiC
4 またはTiClxはSiと反応し、コンタクトホー
ル底部の下地Siの或る厚さ部分がチタンシリサイド層
76に置き換わる。この反応の速度は、チタンシリサイ
ド層76中における下地Si71からのSiの拡散また
はプラズマ中で生成し表面に吸着したTiClx の拡散
によって律速されるので、チタンシリサイド層76の厚
さは、温度、TiCl4 の分圧、および時間によって制
御される。またこの方法は、コンタクトホール側壁部お
よび上部平坦部に形成されるチタン膜77の堆積速度
が、コンタクトホール底部に形成されるチタンシリサイ
ド層76の形成速度よりも非常に遅いため、コンタクト
ホール側面部および上部平坦部の膜厚に対するコンタク
トホール底部の膜厚の比、すなわち底部膜被覆率は非常
に良好である。そして、このチタンシリサイド層76
が、後の工程でホール内に形成される配線材料と下地S
iとの間の拡散バリアとして働き、かつ電気的接触を良
好にするという役目を持つ。
【0007】図6は、上記第2の例を示し、プラズマC
VD法によるSi基板上の微細コンタクトホール内への
チタンシリサイド膜の形成について模式的に示してい
る。図6で、下方のグラフは、横軸に基板処理の経過時
間とそれに対応するステップをとり、縦軸にTiCl4
とSiH4 の各流量をとって各ステップでのTiCl4
およびSiH4 の流量制御を示す。上方のコンタクトホ
ールの図は、図5と同様に、各ステップにおける膜形成
状態を示した図である。膜形成は、加熱昇温された基板
の直上にH2 によってプラズマを生成する第1ステップ
81と、プラズマ中にTiCl4 およびSiH4 を導入
してコンタクトホール73の内外の表面全体にチタンシ
リサイド膜83を形成する第2ステップ82とから行わ
れる。第2の例では、チタンのハロゲン化ガス(例えば
TiCl4 )とシラン系ガス(Sin 2n+2)とを原料
としてチタンシリサイド膜83を形成するため、上記プ
ラズマ中に生成するTiClx や塩素ラジカルと下地S
iとの反応が非常に抑制されるという利点を有する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】プラズマCVD法を利
用したコンタクト形成における上記第1の例では、反応
初期、コンタクトホール底部に露出した下地Si71の
表面にチタンシリサイド層76が形成される前に、下地
Si表面に、プラズマによってTiCl4 が分解して生
成する塩素ラジカルが到達すると、下地Siと激しく反
応を起こし、Siが四塩化シリコン(SiCl4 )等と
して気化し、下地Si層がピット状に急激にエッチング
されるという問題がある。図5で77はエッチングされ
た箇所を指している。このエッチングは反応のごく初期
に急激に起こるので、制御することが難しい。その結
果、コンタクトホール底部付近にある拡散層を破壊し、
電気的不良(主にリーク電流)を発生させる等、素子の
信頼性や歩留まりを低下させるという問題を提起する。
【0009】またプラズマCVD法を利用したコンタク
ト形成における上記第2の例では、シラン系ガスの反応
性が高いため、十分な段差被覆性が得られないという問
題が提起される。
【0010】本発明の目的は、上記問題を解決すること
にあり、TiCl4 を原料としたプラズマCVDによっ
てチタン膜およびチタンシリサイド膜を形成するにあた
り、段差被覆性が良く、かつ下地Si層の浸食を抑制
し、信頼性の高い素子を製造する薄膜形成方法およびプ
ラズマCVD装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマC
VDによる薄膜形成方法は、上記目的を達成するため
に、次のように構成される。第1の薄膜形成方法(請求
項1に対応)は、基板を配置した容器内に四塩化チタン
および水素を導入してプラズマを生成し、基板上にチタ
ン膜およびチタンシリサイド膜を形成する方法であり、
チタン膜およびチタンシリサイド膜を形成する薄膜形成
工程は、容器内に水素を導入してプラズマを生成する第
1工程と、水素によるプラズマ中に四塩化チタンを所定
流量まで単位時間当たり一定の割合で増大させて導入
し、その後一定流量で流し、基板の絶縁膜表面上にチタ
ン膜を形成し、かつ基板のシリコン露出部分にはチタン
シリサイド膜を形成する第2工程とからなる。第2の薄
膜形成方法(請求項2に対応)は、基板を配置した容器
内に四塩化チタン、水素、およびシラン系ガスを導入し
てプラズマを生成し、基板上にチタン膜およびチタンシ
リサイド膜を形成する方法であり、チタン膜およびチタ
ンシリサイド膜を形成する薄膜形成工程は、容器内に水
素を導入してプラズマを生成する第1工程と、水素によ
るプラズマ中にシラン系ガスと四塩化チタンを所定流量
まで単位時間当たり一定の割合で増大させて導入し基板
全面にチタンシリサイド膜を形成する第2工程と、シラ
ン系ガスを停止し、四塩化チタンを第2工程に継続して
流し、基板の絶縁膜表面上に形成されたチタンシリサイ
ド膜上にチタン膜を形成しかつ基板のシリコン露出部分
上に形成されたチタンシリサイド膜上にはチタンシリサ
イド膜を形成する第3工程とからなる。第3の薄膜形成
方法(請求項3に対応)は、基板を配置した容器内に四
塩化チタン、水素、およびシラン系ガスを導入してプラ
ズマを生成し、基板上にチタンシリサイド膜を形成する
方法であり、チタン膜およびチタンシリサイド膜を形成
する薄膜形成工程は、容器内に水素を導入してプラズマ
を生成する第1工程と、水素によるプラズマ中にシラン
系ガスを一定時間導入し、水素によるプラズマによって
作成されたシランラジカルによって基板の表面にシリコ
ン原子またはシリコン水素化物の吸着層を形成する第2
工程と、水素によるプラズマ中に四塩化チタンを所定流
量まで単位時間当たり一定の割合で増大させて導入し、
四塩化チタンまたはプラズマによって四塩化チタンが分
解して生成される前駆体を第2工程で基板の表面に形成
された吸着層と反応させて、チタンシリサイド膜を形成
し、継続して基板の絶縁膜の表面上に形成されたチタン
シリサイド膜上にはチタン膜を形成する第3工程からな
る。本発明に係るプラズマCVD装置は、基板を保持す
る基板ホルダと基板を所定温度に保つ加熱機構を備えた
反応容器と、この反応容器の内部を排気する排気機構と
を備え、反応ガス導入部より反応ガスを導入してプラズ
マを生成して基板ホルダ上の基板に薄膜を形成する装置
であり、反応容器内にプラズマを生成するプラズマ生成
機構と、四塩化チタンと水素とシラン系ガスを工程に応
じて選択的に含む反応ガスを反応ガス導入部に供給する
反応ガス供給機構を備え、水素でプラズマを生成し、プ
ラズマの中に反応ガスを供給して基板の表面にチタン膜
およびチタンシリサイド膜を形成するように構成され
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。
【0013】図1と図2を参照して本発明に係るプラズ
マCVDを利用した薄膜形成方法の第1の実施形態を説
明する。図1はコンタクトホールへの薄膜形成方法を模
式的に示す。図1で下方のグラフは、横軸に基板処理の
経過時間とそれに対応するステップ(処理工程)を示
し、縦軸に本発明の膜形成方法で重要となるTiCl4
およびSiH4 の流量をとり、各ステップでのTiCl
4 およびSiH4 の流量制御を示している。上方のコン
タクトホールの図は各ステップの最後における膜形成状
態を示した図である。図2は本薄膜形成方法を実施する
プラズマCVD装置の構成を示す。
【0014】最初に図2を参照してプラズマCVD装置
の構成を説明する。処理チャンバを形成する容器11は
導電性部材で形成され、アース電位に保持される。容器
11の側壁には排気口12が形成され、この排気口12
には排気管13を介して排気機構14が接続される。排
気機構14によって容器11の内部は所要の減圧状態に
保持される。容器11の内部には、天井部に絶縁体15
を介して上部電極16が設けられ、底部に絶縁体17を
介して基板ホルダ18が設けられる。基板ホルダ18は
下部電極として設けられ、上部電極16の下面に平行に
設けられている。上部電極16はガス供給部としての機
能を有し、反応ガス供給機構19に接続されると共に下
面部にガス導入部20が形成されている。反応ガス供給
機構19は、H2 供給源19aおよびその供給量を調整
するマスフローコントローラ19bと、TiCl4 供給
源19cおよびその供給量を調整するマスフローコント
ローラ19cと、シラン系ガス供給源19eとその供給
量を調整するマスフローコントローラ19fとから構成
されている。この反応ガス供給機構19によれば、以下
の各実施形態による薄膜形成方法で説明されるごとく、
マスフローコントローラ19b,19d,19fの各々
によって各ガスの供給量を制御することにより、H
2 (水素)とTiCl4 (四塩化チタン)とシラン系ガ
スを工程に応じて選択的に含む反応ガスをガス導入部2
0に供給することができる。また上部電極16には、高
周波電源21と整合回路22からなる高周波電力供給機
構23が接続され、処理に必要な電力が供給される。基
板ホルダ18の内部には、基板ホルダ18を加熱するた
めのヒータ24が内蔵され、さらに温度状態を検出する
ための熱電対25が設けられている。基板ホルダ18の
上面には、処理すべき基板26が搭載される。基板26
を搬送する機構、基板26を搬入・搬出するポートの図
示は省略されている。
【0015】上記プラズマCVD装置において、容器1
1の内部は排気口12を通し排気機構14によって減圧
状態に維持され、その容器11内の基板ホルダ18上に
基板26が載置される。基板ホルダ18はヒータ24と
熱電対25によって所定の温度となるように加熱され、
基板26の温度は400℃〜650℃の範囲の含まれる
一定温度に維持される。基板26はシリコン基板であ
る。図1において31は下地Siであり、基板26に対
応する。図1に示すごとく、下地Si31の上には絶縁
膜(SiO2 ;シリコン酸化物)32が形成され、絶縁
膜32にはコンタクトホール33が形成されている。コ
ンタクトホール33にはチタン膜34およびチタンシリ
サイド膜35が形成される。チタン膜34およびチタン
シリサイド膜35の形成は2つのステップによって構成
されている。すなわち膜形成は、加熱昇温された基板の
直上にH2 によってプラズマを生成する第1ステップ4
1と、プラズマ中にTiCl4 を導入して、コンタクト
ホール33の底部にチタンシリサイド膜35を形成し、
さらにコンタクトホール側壁部や上部平坦部にチタン膜
34を形成する第2ステップ42によって行われる。
【0016】第1ステップ41では、反応ガス供給機構
19からH2 を100〜1000sccmの範囲内の流量で
供給し、ガス導入部20より容器11内にH2 を導入
し、容器11内を0.01〜1Torrの範囲内の一定圧力
に保った後、高周波電力を高周波電力供給機構23から
上部電極16に印加して、容器11内の基板26の直上
にプラズマを生成する。本実施形態における印加電力は
200〜1000Wであり、印加電力の周波数は13.
56〜200MHzである。
【0017】次に第2ステップ42では、TiCl4
導入して、コンタクトホール33の底部にチタンシリサ
イド膜35を形成する。基板26の温度、容器11内の
圧力、H2 の流量および高周波電力については第1ステ
ップ41の条件と同じである。TiCl4 の導入は、流
量0sccmから所定流量(好ましくは3.5sccm)まで単
位時間当たり一定の割合で増大させて導入し、その後一
定流量で流してチタンシリサイド膜35を形成する。本
実施形態におけるTiCl4 の流量は1〜5sccmであ
り、0sccmから所定流量まで5秒から15秒の時間をか
けて増加させる。図1において第2ステップ42で示さ
れた流量特性の前縁の傾斜部43がTiCl4 の上記流
量制御の状態を示している。このTiCl4 の流量制御
によって、反応初期の塩素ラジカルの量を減少させ、下
地Si31のエッチングが抑制された状態でチタンシリ
サイド膜35が形成される。一旦チタンシリサイド膜3
5が形成されると、チタンシリサイド膜35の塩素ラジ
カルに対する化学的耐性が強く下地Si31の保護膜と
なるため、塩素ラジカルによる下地Si31のエッチン
グは抑制される。従ってその後は一定流量のTiCl4
が導入される(状態44)。TiCl4 の導入量が一定
流量下におけるチタンシリサイド膜35の成長速度は、
チタンシリサイド中を、下地Si31からのSiまたは
プラズマ中で生成し表面に吸着したTiClx が拡散す
る速度によって律速される。そのために下地Si31が
チタンシリサイド膜35で置換される量を、時間で制御
することが可能となる。またコンタクトホール側壁部に
形成されるチタン膜34の堆積速度は、チタンシリサイ
ド膜35の成長速度よりも非常に小さいため、底部の膜
被覆性が良好となる。
【0018】上記の第1実施形態による薄膜形成方法に
よれば、下地Si31のエッチングが抑制され、コンタ
クトホール底部の膜被覆率が良好なチタン膜34および
チタンシリサイド膜35が形成される。
【0019】次に図3と前述の図2を参照して本発明に
係る薄膜形成方法の第2の実施形態を説明する。第2実
施形態による薄膜形成方法が実施される装置構成も図2
で示した構成と実質的に同じである。相違する点は反応
ガス供給機構19および上部電極16のガス導入部20
からTiCl4 に加え、シラン系ガス(Si
n 2n+2)、例えばSiH4 が導入される点である。第
2実施形態による薄膜形成方法は図3に図解される。図
3に示した内容も図1で説明した内容と類似しており、
図3で同じ要素には同じ符号を付している。すなわち図
3で、31は下地Si、32は絶縁膜、33はコンタク
トホール、35はチタンシリサイド膜、34はチタン膜
である。相違する点は、下方のグラフにおいて、横軸の
経過時間で第1ステップ51、第2ステップ52、第3
ステップ53が示され、縦軸の流量で「TiCl4 また
はSiH4 」と示されていることである。第2実施形態
によるチタン膜およびチタンシリサイド膜の形成は、第
1〜第3の3つのステップ51〜53によって行われ
る。
【0020】上記第1ステップ51は第1実施形態の第
1ステップ41と同じである。すなわち第1ステップ5
1では、基板ホルダ18上の基板26の温度は400〜
650℃の範囲の一定温度に維持され、ガス導入部20
からH2 が100〜1000sccm導入され、容器11内
を0.01〜1Torrの一定圧力に保ち、高周波電力を高
周波電力供給機構23から高周波電力を上部電極16に
供給・印加して、容器11内の基板26の直上にプラズ
マを生成する。印加電力は200〜1000W、周波数
は13.56〜200MHzである。
【0021】上記第2ステップ52では、SiH4 とT
iCl4 が導入され、コンタクトホール33の内部およ
び上部平坦部の全体にチタンシリサイド膜35を堆積す
る。SiH4 およびTiCl4 の導入は、流量0sccmか
らそれぞれの所定流量(好ましくはSiH4 =1.0sc
cm、TiCl4 =3.5sccm)まで、単位時間当たり一
定の割合で増大させて導入する。本実施形態における条
件は、TiCl4 の流量が1〜5sccm、SiH4 の流量
が0.2〜1.5sccmであり、0sccmから所定流量まで
の5秒から15秒の時間をかけて各ガスの流量を増大さ
せる。またTiCl4 とSiH4 の流量比は常に一定値
(好ましくは(TiCl4 /SiH4 )=3.5)を保
っている。基板26の温度、容器11内の温度、H2
量および高周波電力は第1ステップ51と同じである。
【0022】ここで第2ステップ52の効果は、まずプ
ラズマ中で生成する非常に活性なシランラジカルと、同
様にプラズマ中で生成するTiClx とが反応して、チ
タンシリサイド膜35が形成される結果、塩素ラジカル
による下地Si31のエッチングはほぼなくなる。この
場合、第1実施形態と同様にTiCl4 の導入における
流量制御が、塩素ラジカルの生成量を一層減少させるこ
と、さらに、シランラジカルが塩素ラジカルと、プラズ
マ中か、または表面において反応するため、塩素ラジカ
ルが消費され減少することによって、一層塩素ラジカル
による下地Si31のエッチングは抑制されることにな
る。また反応初期にシランラジカルとTiClx との反
応によってチタンシリサイド膜35を形成するため、T
iClxと下地Si31との置換反応も抑制され、下地
Si31の表面にチタンシリサイド膜35が堆積する。
ここでSiH4 の導入についてもTiCl4 と同じ流量
制御が行われ、TiCl4 とSiH4 の流量比は常に一
定に保られる。図3において第2ステップ52の流量特
性の傾斜部54,55はそれぞれTiCl4 の流量制御
の状態とSiH4 の流量制御の状態を示している。
【0023】次に上記第3ステップ53では、SiH4
の導入を停止し、TiCl4 は第2ステップ54に継続
して一定流量で流し、チタン膜34およびチタンシリサ
イド膜35を堆積する。本実施形態における条件は、T
iCl4 流量が1〜5sccmである。基板26の温度、容
器11内の温度および高周波電力は第1ステップと同じ
である。この第3ステップ53では、第2ステップ52
で形成されたチタンシリサイド膜35中を、下地Si3
1からのSiまたはプラズマ中で生成し表面に吸着した
TiClx が拡散移動することによって、さらにチタン
シリサイド膜35が成長する。第1実施形態と同様に、
下地Si31がチタンシリサイド膜35で置換される量
を時間で制御することが可能となる。一方、コンタクト
ホール33の側面および上部平坦部においても第2ステ
ップ52においてチタンシリサイド膜35が形成されて
いるが、第3ステップ53では、このチタンシリサイド
膜上にチタン膜34が堆積する。それは、下地がシリコ
ン酸化膜の場合と同じで、Si原子の供給がないからで
ある。このチタン膜34の堆積速度は、コンタクトホー
ル底部におけるチタンシリサイド膜35の成長速度より
も非常に遅いので、やはり第1実施形態と同様にコンタ
クトホール底部の膜被覆率は良好である。
【0024】従って第2実施形態の薄膜形成方法によれ
ば、下地Siのエッチングが非常に抑制され、コンタク
トホール底部の膜被覆率が良好なチタン膜およびチタン
シリサイド膜が形成される。
【0025】次に図4と前述の図2を参照して本発明に
係る薄膜形成方法の第3の実施形態を説明する。第3実
施形態による薄膜形成方法が実施される装置構成も図2
で示した構成と実質的に同じである。この実施形態で
も、反応ガス供給機構19および上部電極16のガス導
入部20からTiCl4 とSiH4 が導入される。第3
実施形態による薄膜形成方法は図4に図解される。図4
に示した内容も図1で説明した内容と類似しており、図
4で同じ要素には同じ符号を付している。すなわち図4
で、31は下地Si、32は絶縁膜、33はコンタクト
ホール、35はチタンシリサイド膜、34はチタン膜で
ある。下方のグラフに示すごとく、横軸の経過時間で第
1ステップ61、第2ステップ62、第3ステップ63
が示され、縦軸の流量で「TiCl4 またはSiH4
と示される。第3実施形態によるチタン膜およびチタン
シリサイド膜の形成は第1〜第3の3つのステップ61
〜63によって行われる。
【0026】第3実施形態による薄膜形成方法における
第1ステップ61の内容は前述した第1ステップ41,
51とまったく同じである。
【0027】次の第2ステップ62では、反応ガス供給
機構26からSiH4 のガスのみを供給しガス導入部2
0を通して容器11内に一定時間、一定流量で導入す
る。本実施形態によるSiH4 の導入流量は5〜100
sccm、導入時間は5秒から20秒である。基板26の温
度、容器11内の温度、H2 流量および高周波電力は第
1ステップ61と同じである。第2ステップ62におい
ては、導入したSiH4が、プラズマ中で分解されるこ
とによって、基板表面に、シリコン原子(Si)層また
はシリコン水素化物(SiHx )の吸着層64が形成さ
れる。
【0028】次の第3ステップ63では、反応ガス供給
機構19からTiCl4 のガスのみを供給し、ガス導入
部20を通して容器11内に一定時間、一定流量で導入
する。TiCl4 の導入に際しては、前述した第1と第
2の実施形態と同様に、流量0sccmから所定流量まで単
位時間当たり一定の割合で増大させて導入する。すなわ
ち本実施形態におけるTiCl4 の流量は1〜5sccmで
あり、0sccmから所定流量まで5秒から15秒の時間を
かけて増加させる。この第3ステップでは、反応初期、
プラズマ中で生成するTiClx が、第2ステップ62
で形成されたシリコン原子層またはシリコン水素化物の
吸着層64と反応し、チタンシリサイド膜35を形成す
る。このチタンシリサイド膜35の形成において、前述
の各実施形態と同様なTiCl4 の導入における流量制
御によって塩素ラジカルの生成量が減少し、下地Si3
1のエッチングが抑制される。その後、TiCl4 の流
量一定下で、チタンシリサイド膜35の成長は、上記各
実施形態と同様にチタンシリサイド膜31中のSiまた
はTiClx の拡散移動によって継続して起こる。上記
各実施形態と同様に、下地Si31がチタンシリサイド
膜35で置換される量を時間で制御することが可能とな
る。またコンタクトホール33の側面、上部平坦部にお
いてもプラズマ中で生成したTiClx が、第2ステッ
プ62で形成されたシリコン原子層またはシリコン水素
化物の吸着層64と反応し、チタンシリサイド膜35を
形成するが、シリコン原子層またはシリコン水素化物が
消費された後はチタン膜34が形成される。ここで、第
2ステップ62で形成されたシリコン原子層またはシリ
コン水素化物の吸着層64は段差被覆性が良好であるた
め、第3ステップ63で形成されるチタンシリサイド膜
35は、第2実施形態で形成されるSiH4 とTiCl
4 の反応で形成されるチタンシリサイド膜よりも、より
段差被覆率が良好である。さらに上部平坦部に形成され
るチタン膜の堆積速度は、コンタクトホール底部におけ
るチタンシリサイド膜の成長速度よりも非常に遅いの
で、やはり底部の膜被覆率が良好である。
【0029】従って第3実施形態の薄膜形成方法によれ
ば、塩素ラジカルによる下地Siのエッチングが抑制さ
れ、コンタクトホールにおける側壁部の段差被覆率およ
び底部の膜被覆率が良好なチタン膜およびチタンシリサ
イド膜が形成される。
【0030】上記の実施形態では、本発明に係る薄膜形
成方法を平行平板型プラズマCVD装置に適用した例を
説明したが、本発明を他の形式のプラズマCVD装置、
例えばECR型プラズマCVD装置、誘導結合型プラズ
マCVD装置などを用いることも可能である。
【0031】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、プラズマCVDを利用して基板の表面に配線用薄
膜を形成する薄膜形成方法において、プラズマの中に導
入する反応ガスの初期の導入量あるいは導入の仕方を所
定方法で制御するようにしたため、下地Siのエッチン
グが抑制され、さらに段差被覆性やコンタクトホール底
部への膜被覆性に優れたチタン膜およびチタンシリサイ
ド膜の成膜を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る薄膜形成方法の第1実施形態を示
す説明図である。
【図2】本発明に係る薄膜形成方法が実施されるプラズ
マCVD装置の内部構造を示した縦断面図である。
【図3】本発明に係る薄膜形成方法の第2実施形態を示
す説明図である。
【図4】本発明に係る薄膜形成方法の第3実施形態を示
す説明図である。
【図5】従来の薄膜形成方法の第1の例を説明する図で
ある。
【図6】従来の薄膜形成方法の第2の例を説明する図で
ある。
【符号の説明】
11 容器 16 上部電極 18 基板ホルダ 20 ガス導入部 26 基板 31 下地Si(シリコン) 32 絶縁膜(SiO2 ) 33 コンタクトホール 34 チタン膜 35 チタンシリサイド膜 64 Si吸着層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 英樹 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA02 AA06 AA17 BA18 BA48 BB13 CA04 DA03 EA01 FA01 HA01 JA05 KA30 LA15 4M104 BB25 CC01 DD44 DD45 FF16 HH04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板を配置した容器内に四塩化チタンお
    よび水素を導入してプラズマを生成し、前記基板上にチ
    タン膜およびチタンシリサイド膜を形成するプラズマC
    VDによる薄膜形成方法において、 前記チタン膜および前記チタンシリサイド膜を形成する
    薄膜形成工程は、前記容器内に水素を導入してプラズマ
    を生成する第1工程と、水素によるプラズマ中に四塩化
    チタンを所定流量まで単位時間当たり一定の割合で増大
    させて導入し、その後一定流量で流し、前記基板の絶縁
    膜表面上にチタン膜を形成し、かつ前記基板のシリコン
    露出部分にはチタンシリサイド膜を形成する第2工程と
    からなることを特徴とするプラズマCVDによる薄膜形
    成方法。
  2. 【請求項2】 基板を配置した容器内に四塩化チタン、
    水素、およびシラン系ガスを導入してプラズマを生成
    し、前記基板上にチタン膜およびチタンシリサイド膜を
    形成するプラズマCVDによる薄膜形成方法において、 前記チタン膜および前記チタンシリサイド膜を形成する
    薄膜形成工程は、前記容器内に水素を導入してプラズマ
    を生成する第1工程と、水素によるプラズマ中にシラン
    系ガスと四塩化チタンを所定流量まで単位時間当たり一
    定の割合で増大させて導入し基板全面にチタンシリサイ
    ド膜を形成する第2工程と、シラン系ガスを停止し、四
    塩化チタンを前記第2工程に継続して流し、前記基板の
    絶縁膜表面上に形成されたチタンシリサイド膜上にチタ
    ン膜を形成しかつ前記基板のシリコン露出部分上に形成
    された前記チタンシリサイド膜上にはチタンシリサイド
    膜を形成する第3工程とからなることを特徴とするプラ
    ズマCVDによる薄膜形成方法。
  3. 【請求項3】 基板を配置した容器内に四塩化チタン、
    水素、およびシラン系ガスを導入してプラズマを生成
    し、前記基板上にチタンシリサイド膜を形成するプラズ
    マCVDによる薄膜形成方法において、 前記チタン膜および前記チタンシリサイド膜を形成する
    薄膜形成工程は、前記容器内に水素を導入してプラズマ
    を生成する第1工程と、前記水素によるプラズマ中にシ
    ラン系ガスを一定時間導入し、前記水素によるプラズマ
    によって作成されたシランラジカルによって前記基板の
    表面にシリコン原子またはシリコン水素化物の吸着層を
    形成する第2工程と、前記水素によるプラズマ中に四塩
    化チタンを所定流量まで単位時間当たり一定の割合で増
    大させて導入し、四塩化チタンまたは前記プラズマによ
    って四塩化チタンが分解して生成される前駆体を前記第
    2工程で前記基板の表面に形成された前記吸着層と反応
    させて、チタンシリサイド膜を形成し、継続して前記基
    板の絶縁膜の表面上に形成されたチタンシリサイド膜上
    にはチタン膜を形成する第3工程からなることを特徴と
    するプラズマCVDによる薄膜形成方法。
  4. 【請求項4】 基板を保持する基板ホルダと前記基板を
    所定温度に保つ加熱機構を備えた反応容器と、この反応
    容器の内部を排気する排気機構とを備え、反応ガス導入
    部より反応ガスを導入してプラズマを生成して前記基板
    ホルダ上の前記基板に薄膜を形成するプラズマCVD装
    置において、 前記反応容器内に前記プラズマを生成するプラズマ生成
    機構と、四塩化チタンと水素とシラン系ガスを工程に応
    じて選択的に含む反応ガスを前記反応ガス導入部に供給
    する反応ガス供給機構を備え、前記水素で前記プラズマ
    を生成し、前記プラズマの中に前記反応ガスを供給して
    前記基板の表面にチタン膜およびチタンシリサイド膜を
    形成することを特徴とするプラズマCVD装置。
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