JP2001192832A - 成膜方法 - Google Patents

成膜方法

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JP2001192832A
JP2001192832A JP2000004993A JP2000004993A JP2001192832A JP 2001192832 A JP2001192832 A JP 2001192832A JP 2000004993 A JP2000004993 A JP 2000004993A JP 2000004993 A JP2000004993 A JP 2000004993A JP 2001192832 A JP2001192832 A JP 2001192832A
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gas
film
film forming
sheet resistance
resistance value
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Toshio Hasegawa
敏夫 長谷川
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シート抵抗値の経時変化を大幅に抑制するこ
とができる成膜方法を提供する。 【解決手段】 真空引き可能な処理容器4内にて高融点
金属化合物ガスと還元ガスとを用いて被処理体Wの表面
に所定の膜を堆積させる成膜処理を行なう成膜方法にお
いて、前記成膜処理中に、或いは前記成膜処理の直後
に、酸化ガスを前記処理容器内へ流すようにする。これ
により、シート抵抗値の経時変化を大幅に抑制すること
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等に
膜を堆積させる成膜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、半導体集積回路を製造するため
には、半導体ウエハ等のシリコン基板に対して、成膜と
パターンエッチング等を繰り返し行なって、多数の所望
の素子を形成するようになっている。ところで、各素子
間を接続する配線、各素子に対する電気的コンタクトを
図る配線層の下層には、基板のSiと配線材料との相互
拡散を抑制する目的で、或いは下地層との剥離を防止す
る目的でバリヤメタルが用いられるが、このバリヤメタ
ルとしては、電気抵抗が低いことは勿論のこと、耐腐食
性に優れた材料を用いなければならない。このような要
請に対応できるバリヤメタルの材料として、特に、高融
点金属材料を用いた、例えばTiN膜等が多用される傾
向にある。
【0003】このTiN膜のバリヤメタルを形成するに
は、一般的には高融点金属化合物ガスであるTiCl4
と還元ガスであるNH3 ガスを用いて熱CVDで成膜す
るようになっている。ところで、上記したTiN膜に限
らず、半導体ウエハ等の表面に膜を堆積させる場合に
は、堆積膜の電気的特性等を均一に維持するために常
に、或いは毎日、同じような状態で膜を堆積させるよう
にして、再現性を高く維持する必要がある。成膜装置に
代表される半導体ウエハの処理装置にあっては、同じプ
ロセス条件に設定しても種々の要因によって処理装置自
体の動作状態が微妙に変動する場合があることから、定
期的或いは不定期的に、例えば毎朝テスト用の半導体ウ
エハに膜を堆積させ、そのシート抵抗値を測定するなど
してその時の処理装置の動作状態をチェックすることが
行なわれている。また、半導体集積回路自体の電気的特
性を設計通りに維持するためにも、堆積膜が所望する値
のシート抵抗値を維持することが望まれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、堆積膜のシ
ート抵抗値は、理想的には常に一定であることが望まし
いが、実際には、成膜時のプロセス温度や成膜後からシ
ート抵抗値の測定までの放置時間等に応じて、シート抵
抗値自体が大きく変動し、経時変化が大きいことが判明
した。この原因は、堆積膜が大気中のH2 O、或いはO
2 により酸化されることによるものと思われる。このた
め、成膜装置の動作状態を確認するつもりで毎朝テスト
用ウエハの堆積膜のシート抵抗値を測定してチェックし
たとしても、成膜後から測定までの時間が日によって異
なっていたりすると、例えば成膜装置自体は同じ状態で
稼働したとしていても、シート抵抗値は大きくずれてお
り、この結果、成膜装置を不必要に調整したり、或いは
その逆のケースが発生する問題があった。
【0005】また、このように堆積膜のシート抵抗値自
体が上述のように経時変化を生ずると、設計通りの半導
体集積回路を製造することが困難になるといった問題も
あった。この点について、図2及び図3を参照して説明
する。図2はTiN膜の成膜時のプロセス温度と成膜後
に大気放置で3日経過した時の膜中の酸素(O)濃度と
の関係を示すグラフであり、図3はTiN膜の成膜時の
プロセス温度と成膜後に大気放置で3日経過した時のシ
ート抵抗値の変化率を示すグラフである。図2に示すグ
ラフによれば、プロセス温度が530℃程度の時は3日
後の酸素濃度は4atms%とかなり高いが、プロセス
温度が700℃程度の時は3日後の酸素濃度は1.5a
tms%とかなり低くなっている。
【0006】図3では成膜直後のシート抵抗値とこれを
大気中に放置して3日経過した時のシート抵抗値の比率
を示しており、プロセス温度が530℃程度の時には3
日経過するとシート抵抗値は略2倍(100%)も大き
くなっており、またプロセス温度が700℃程度の時に
は3日経過するとシート抵抗値は略1.1倍(10%)
程度と低くなってしいるが、いずれにしても変化率は、
目標とする5%よりも大きくなっており、早期にこの変
化率を小さく抑制することが望まれている。本発明は、
以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく
創案されたものである。本発明の目的は、シート抵抗値
の経時変化を大幅に抑制することができる成膜方法を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1に規定する発明
は、真空引き可能な処理容器内にて高融点金属化合物ガ
スと還元ガスとを用いて被処理体の表面に所定の膜を堆
積させる成膜処理を行なう成膜方法において、前記成膜
処理中に、或いは前記成膜処理の直後に、酸化ガスを前
記処理容器内へ流すようにしたものである。
【0008】このように、成膜処理中に、或いは成膜処
理の直後に酸化ガスを処理容器内に流すことにより、堆
積膜中に酸素が積極的に取り込まれたり、或いは堆積膜
の表面に酸素が積極的に取り込まれたりし、化学組成的
に安定化し、その結果、シート抵抗値の経時変化を抑制
することが可能となる。この場合、請求項2に規定する
ように、前記高融点金属化合物ガスはTiCl4 ガスで
あり、前記還元ガスはNH3 ガスである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る成膜方法の
一実施例を添付図面に基づいて詳述する。まず、本発明
方法を実施するための成膜装置の一例を説明する。図1
は本発明方法を実施する成膜装置を示す概略構成図であ
る。本実施例では、高融点金属化合物ガスとして高融点
金属ハロゲン化合物であるTiCl4 ガスと還元ガスと
してNH3 ガスを用いて、成膜装置によりTiN膜を形
成する場合を例にとって説明する。
【0010】図示するように、成膜装置2は、例えばス
テンレススチール等により円筒体状に成形された処理容
器4を有している。この処理容器4の底部6には、容器
内の雰囲気を排出するための排気口8が設けられてお
り、この排気口8には真空引きポンプを介設した排気系
(図示せず)が接続されて、処理容器4内を底部周辺部
から均一に真空引きできるようになっている。この処理
容器4内には、支柱10上に支持される円板状の載置台
12が設けられ、この円板状の載置台12上に被処理体
として例えば半導体ウエハWを載置し得るようになって
いる。具体的には、この載置台12は、例えばAlNな
どのセラミックよりなり、この内部に加熱手段として抵
抗加熱ヒータ14が埋め込まれている。そして、この載
置台12の表面にプリコート膜(図示せず)が全面的に
形成されている。
【0011】一方、処理容器4の天井部には、必要な処
理ガスを供給するシャワーヘッド16が一体的に設けら
れた天井板18が容器側壁に対して気密に取り付けられ
ている。このシャワーヘッド16は、上記載置台12の
上面の略全面を覆うように対向させて設けられており、
載置台12との間に処理空間Sを形成している。このシ
ャワーヘッド16は、処理空間Sに各種のガスをシャワ
ー状に導入するものであり、シャワーヘッド16の下面
の噴射面にはガスを噴射するための多数の噴射孔20が
形成される。
【0012】また、この処理容器4の側壁には、ウエハ
の搬入・搬出時に気密に開閉可能になされたゲートバル
ブ22が設けられる。そして、この処理容器4の側壁に
はこのゲートバルブ22を介して連通されるように、真
空引き可能になされたロードロック室24が設けられ、
このロードロック室24内には、ウエハWを搬送する多
関節アーム26が旋回及び屈伸可能に設けられる。この
ロードロック室24内へも必要に応じてN2 ガスを供給
できるようになっている。尚、ロードロック室24に代
えて、トランスファーチャンバを設ける場合もあるが、
特に問わない。また、このロードロック室24には図示
しないカセット室等が連結されている。
【0013】次に、以上のように構成された装置を用い
て行なわれる本発明方法について説明する。まず、ロー
ドロック室24内を真空引きして予め真空状態になされ
ている処理容器4内と略同圧になったならば、ゲートバ
ルブ22を開いて両室24、4を連通する。そして、多
関節アーム26を駆動してロードロック室24内の未処
理の半導体ウエハWを処理容器4内へロードして搬入
し、これを載置台12上に載置する。このように、ウエ
ハWのロードを行なったならば、成膜処理を開始する。
ここでは、例えばTiCl4 ガスとNH3 ガスとを用い
て例えばプロセス温度680℃にて熱CVDによりTi
N膜を成膜する。
【0014】この場合、キャリアガスとしてN2 ガスを
用いてもよい。また、この成膜処理中には、酸化ガスと
して、例えばO2 ガスやH2 Oガス(水蒸気)を過度に
ならない範囲で所定量だけ処理容器4内へ同時に供給
し、堆積膜を部分的に酸化しつつ成膜を行なう。ここで
は酸化ガスとしてO2 ガスを用いることとする。この時
のプロセス条件は、8インチウエハサイズの場合には例
えばプロセス圧力が40Pa(≒300mTorr)程
度、プロセス温度が680℃程度、TiCl4 ガスの流
量が30sccm程度、NH3 ガスの流量が400sc
cm程度、N2 ガスの流量が500sccm程度、そし
て、O2 ガスの流量が5sccm程度である。
【0015】このようにして、O2 ガスにより部分的に
酸化されることにより、TiON分子が含有されたTi
N膜を略20nm(成膜時間は略50秒)の厚さで成膜
した。このTiON分子が含有するTiN膜のシート抵
抗値を、成膜直後と成膜後3日経過した時に、それぞれ
測定したところ、シート抵抗値の増加率(変化率)は、
僅か数%程度であり、目標とする5%以内に抑制するこ
とができ、良好な結果を得ることができた。ここで、O
2 ガスの供給量を種々変更して同様な成膜処理を行なっ
てシート抵抗値を測定したところ、原料ガスであるTi
Cl4 ガスの流量の略7〜67%(2〜20sccm)
の範囲内、より好ましくは略17〜33%(5〜10s
ccm)の範囲内にO2 ガスの供給量を設定するのが良
好であった。
【0016】上記実施例では、TiN膜の成膜中に、原
料ガスと共にO2 ガスを処理容器4内へ導入するように
したが、これに限定されず、TiN膜の成膜後に、ウエ
ハ存在下にて後処理として処理容器4内へ酸化ガスを所
定の時間だけ流すようにしてもよい。すなわち、この場
合には、TiN膜の膜中には酸化ガスであるO2 ガスを
供給しないで、まず、従来の通常の成膜方法でTiN膜
を熱CVDで堆積する。そして、所定の膜厚のTiN膜
を形成したならば、ウエハをアンロードすることなくそ
のままの状態にしておいて、TiCl4 ガスやNH3
スの供給を停止し、これと同時に酸化ガスとして例えば
2 ガスを所定の時間だけ処理容器4内へ供給して流
し、TiN膜の表面を酸化して部分的にTiON膜を形
成する。
【0017】この場合のプロセス条件は、前述のように
TiN膜の成膜中にO2 ガスを流した時と同じであり、
プロセス圧力及びプロセス温度はそれぞれ40Pa及び
680℃を維持し、O2 ガスの流量は2〜20sccm
の範囲内、好ましくは5〜10sccmの範囲内に設定
すればよい。また、この後処理工程の時間は、例えば5
〜30秒程度の範囲内でよく、過度に長く後処理工程を
行なうと、TiN膜の酸化が進み過ぎて好ましくない。
このように、TiN膜の成膜後に、後処理工程としてO
2 ガスを流した場合にも、TiN膜のシート抵抗値が経
時変化することを大幅に抑制することが可能となり、こ
のシート抵抗値の変化を5%以内に抑えることができ
た。
【0018】上記各実施例では酸化ガスとしてO2 ガス
を用いた場合を例にとって説明したが、これに限定され
ず、他の酸化ガス、例えばH2 O(水蒸気)等を用いて
もよい。また、ここでは高融点金属を含む膜としてTi
N膜を堆積させる場合を例にとって説明したが、これに
限定されず、例えばWN(タングステンナイトライド)
膜を堆積させる場合にも本発明方法を適用できるのは勿
論である。更には、ここでは被処理体として半導体ウエ
ハを例にとって説明したが、これに限定されず、LCD
基板、ガラス基板等にも本発明方法を適用することがで
きる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜方法
によれば、次のように優れた作用効果を発揮することが
できる。高融点金属を含む窒化膜を堆積する際に、成膜
処理中に、或いは成膜処理後に酸化ガスを流して一部を
酸化させて安定化させるようにしたので、堆積膜のシー
ト抵抗値の経時変化を大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施する成膜装置を示す概略構成
図である。
【図2】TiN膜の成膜時のプロセス温度と成膜後に大
気放置で3日経過した時の膜中の酸素(O)濃度との関
係を示すグラフである。
【図3】TiN膜の成膜時のプロセス温度と成膜後に大
気放置で3日経過した時のシート抵抗値の変化率を示す
グラフである。
【符号の説明】
2 成膜装置 4 処理容器 12 載置台 14 抵抗加熱ヒータ 16 シャワーヘッド 24 ロードロック室 W 半導体ウエハ(被処理体)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空引き可能な処理容器内にて高融点金
    属化合物ガスと還元ガスとを用いて被処理体の表面に所
    定の膜を堆積させる成膜処理を行なう成膜方法におい
    て、前記成膜処理中に、或いは前記成膜処理の直後に、
    酸化ガスを前記処理容器内へ流すようにしたことを特徴
    とする成膜方法。
  2. 【請求項2】 前記高融点金属化合物ガスはTiCl4
    ガスであり、前記還元ガスはNH3 ガスであることを特
    徴とする請求項1記載の成膜方法。
JP2000004993A 1999-11-17 2000-01-13 成膜方法 Pending JP2001192832A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013507248A (ja) * 2009-10-12 2013-03-04 マン ウント フンメル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング フィルタ装置

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