JP2002060954A - 成膜装置の評価方法および調整方法ならびにＴｉＮ膜の成膜方法 - Google Patents
成膜装置の評価方法および調整方法ならびにＴｉＮ膜の成膜方法Info
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- JP2002060954A JP2002060954A JP2000243737A JP2000243737A JP2002060954A JP 2002060954 A JP2002060954 A JP 2002060954A JP 2000243737 A JP2000243737 A JP 2000243737A JP 2000243737 A JP2000243737 A JP 2000243737A JP 2002060954 A JP2002060954 A JP 2002060954A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＶＤによりＴｉＮ膜を成膜する成膜装置の
ガス濃度および基板温度の評価・調整方法を提供する。 【解決手段】 まず、Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流
量を変化させて基板１０２の表面にＴｉＮ膜を成膜し、
設定流量を横軸に成膜速度を縦軸にとるグラフを作成す
る。Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量が小さい領域に
おけるＴｉＮ膜の成膜速度から混合ガス中のＴＤＭＡＴ
濃度を、Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量が大きい領
域におけるＴｉＮ膜の成膜速度から基板１０２の温度を
求める。混合ガス中のＴＤＭＡＴ濃度が異なる場合には
アンプル加熱機構１０６の、基板１０２の温度が異なる
場合にはサセプタ加熱機構１０３の設定温度を調整す
る。
ガス濃度および基板温度の評価・調整方法を提供する。 【解決手段】 まず、Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流
量を変化させて基板１０２の表面にＴｉＮ膜を成膜し、
設定流量を横軸に成膜速度を縦軸にとるグラフを作成す
る。Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量が小さい領域に
おけるＴｉＮ膜の成膜速度から混合ガス中のＴＤＭＡＴ
濃度を、Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量が大きい領
域におけるＴｉＮ膜の成膜速度から基板１０２の温度を
求める。混合ガス中のＴＤＭＡＴ濃度が異なる場合には
アンプル加熱機構１０６の、基板１０２の温度が異なる
場合にはサセプタ加熱機構１０３の設定温度を調整す
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、成膜装置のガス濃
度または基板温度の評価方法および調整方法、ならびに
ＣＶＤによりＴＩＮ膜を成膜状態・段差被覆性を制御し
つつ成膜するＴｉＮ膜の成膜方法に関するものである。
度または基板温度の評価方法および調整方法、ならびに
ＣＶＤによりＴＩＮ膜を成膜状態・段差被覆性を制御し
つつ成膜するＴｉＮ膜の成膜方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の微細化・高機能化に伴い、
拡散防止材料である窒化チタン（ＴｉＮ）膜の成膜にあ
たっては、化学的気相成長（ＣＶＤ）法を用いることが
一般的になっている。
拡散防止材料である窒化チタン（ＴｉＮ）膜の成膜にあ
たっては、化学的気相成長（ＣＶＤ）法を用いることが
一般的になっている。
【０００３】ＣＶＤ法によるＴｉＮ膜の成膜には、材料
や励起方法などの違いにより様々な形態があるが、以上
のような目的には、テトラキスジメチルチタン（ＴＤＭ
ＡＴ）のような、チタンを含む有機化合物を原材料とす
る方法が用いられる。これは、２５０〜４５０℃といっ
た比較的低い温度でＴｉＮ膜の成膜が可能なためであ
る。
や励起方法などの違いにより様々な形態があるが、以上
のような目的には、テトラキスジメチルチタン（ＴＤＭ
ＡＴ）のような、チタンを含む有機化合物を原材料とす
る方法が用いられる。これは、２５０〜４５０℃といっ
た比較的低い温度でＴｉＮ膜の成膜が可能なためであ
る。
【０００４】ＴＩＮ膜をＣＶＤ法で成膜する場合、ＴＩ
Ｎ膜の膜厚は、成膜装置のチャンバ圧力を一定としサセ
プタ（基板保持台）の温度を制御することにより行なっ
ていた。
Ｎ膜の膜厚は、成膜装置のチャンバ圧力を一定としサセ
プタ（基板保持台）の温度を制御することにより行なっ
ていた。
【０００５】図６にＴｉＮ膜の成膜に使用される成膜装
置の構造を示す。図６において、１はチャンバ、２は基
板、３はサセプタ、４はサセプタ加熱機構、５はＨｅ流
量制御機構、６はアンプル、７はアンプル加熱機構、８
は液体ＴＤＭＡＴ、９はＮ２流量制御機構、１０はガス
導入口、１１はガス排気口、１２は圧力計、１３は排気
速度制御機構である。
置の構造を示す。図６において、１はチャンバ、２は基
板、３はサセプタ、４はサセプタ加熱機構、５はＨｅ流
量制御機構、６はアンプル、７はアンプル加熱機構、８
は液体ＴＤＭＡＴ、９はＮ２流量制御機構、１０はガス
導入口、１１はガス排気口、１２は圧力計、１３は排気
速度制御機構である。
【０００６】この成膜装置の動作は以下の通りである。
まず、チャンバ１の内部に基板２を導入し、サセプタ加
熱機構４によって加熱されたサセプタ３の上部に設置す
る。次に、ヘリウム（Ｈｅ）流量制御機構５を動作さ
せ、アンプル加熱機構７によって加熱されたアンプル６
の内部にＨｅを導入する。アンプル６の内部に導入した
Ｈｅは、液体ＴＤＡＭＴ８の内部を気泡となって通過す
る。この際、気泡の内部でＴＤＭＡＴの気化が起こるた
め、アンプル６からはＨｅとＴＤＭＡＴの混合ガスが取
り出される。窒素（Ｎ２）流量制御機構９によりＮ２を
導入し、アンプル６から取り出したＨｅとＴＤＭＡＴの
混合ガスを希釈する。希釈した混合ガスをガス導入口１
０からチャンバ１内に導入し、ガス排気口１１から排気
する。チャンバ１の内部の圧力を圧力計１２を用いて計
測し、チャンバ１の内部の圧力が一定になるように、ガ
ス排気口１１に接続された排気速度制御機構１３を制御
する。これにより、混合ガス中に含まれるＴＤＭＡＴが
基板２の表面で熱分解反応を起こし、ＴｉＮ膜が成膜さ
れる。
まず、チャンバ１の内部に基板２を導入し、サセプタ加
熱機構４によって加熱されたサセプタ３の上部に設置す
る。次に、ヘリウム（Ｈｅ）流量制御機構５を動作さ
せ、アンプル加熱機構７によって加熱されたアンプル６
の内部にＨｅを導入する。アンプル６の内部に導入した
Ｈｅは、液体ＴＤＡＭＴ８の内部を気泡となって通過す
る。この際、気泡の内部でＴＤＭＡＴの気化が起こるた
め、アンプル６からはＨｅとＴＤＭＡＴの混合ガスが取
り出される。窒素（Ｎ２）流量制御機構９によりＮ２を
導入し、アンプル６から取り出したＨｅとＴＤＭＡＴの
混合ガスを希釈する。希釈した混合ガスをガス導入口１
０からチャンバ１内に導入し、ガス排気口１１から排気
する。チャンバ１の内部の圧力を圧力計１２を用いて計
測し、チャンバ１の内部の圧力が一定になるように、ガ
ス排気口１１に接続された排気速度制御機構１３を制御
する。これにより、混合ガス中に含まれるＴＤＭＡＴが
基板２の表面で熱分解反応を起こし、ＴｉＮ膜が成膜さ
れる。
【０００７】さて、半導体装置の製造にあたっては、Ｔ
ｉＮ膜を成膜する厚さが、半導体装置の性能や歩留まり
を大きく左右する。そこで、所望の厚さのＴｉＮ膜が成
膜されるように、装置の状態を調整することが必要とな
る。このような調整は、以下のようにして行われる。
ｉＮ膜を成膜する厚さが、半導体装置の性能や歩留まり
を大きく左右する。そこで、所望の厚さのＴｉＮ膜が成
膜されるように、装置の状態を調整することが必要とな
る。このような調整は、以下のようにして行われる。
【０００８】まず、Ｈｅ流量制御機構５およびＮ2 流量
制御機構９を動作させ、排気速度制御機構１３によって
チャンバ１の内部の圧力を一定に制御して、基板２の表
面にＴｉＮ膜を成膜する。次に、分光エリプソメトリー
法もしくは蛍光Ｘ線法により基板２の表面に成膜された
ＴｉＮ膜の厚さを測定する。このようにして得られたＴ
ｉＮ膜の厚さが所望の値よりも大きければサセプタ加熱
機構４の温度を低下させ、所望の値よりも小さければ、
サセプタ加熱機構４の温度を上昇させる。
制御機構９を動作させ、排気速度制御機構１３によって
チャンバ１の内部の圧力を一定に制御して、基板２の表
面にＴｉＮ膜を成膜する。次に、分光エリプソメトリー
法もしくは蛍光Ｘ線法により基板２の表面に成膜された
ＴｉＮ膜の厚さを測定する。このようにして得られたＴ
ｉＮ膜の厚さが所望の値よりも大きければサセプタ加熱
機構４の温度を低下させ、所望の値よりも小さければ、
サセプタ加熱機構４の温度を上昇させる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上のような方法で成
膜装置の調整を行なうと、以下のような課題が発生する
ことが、発明者により見出された。
膜装置の調整を行なうと、以下のような課題が発生する
ことが、発明者により見出された。
【００１０】混合ガス中に含まれるＴＤＭＡＴの濃度
は、アンプル６とガス導入口１０を接続する配管の内部
の状態によって大きく変化する。この機構は以下の通り
である。配管の内部の状態が変わると、配管のコンダク
タンスが変わり、結果的にアンプル６の内部の圧力が変
化する。ところが、アンプル６内のＴＤＭＡＴの分圧
は、液体ＴＤＭＡＴ８の温度で決まる一定の値であるた
め、アンプル６の内部の圧力が高い場合には混合ガス中
のＴＤＭＡＴ濃度は低く、逆に、アンプル６の内部の圧
力が低い場合には混合ガス中のＴＤＭＡＴ濃度は高くな
ることになる。
は、アンプル６とガス導入口１０を接続する配管の内部
の状態によって大きく変化する。この機構は以下の通り
である。配管の内部の状態が変わると、配管のコンダク
タンスが変わり、結果的にアンプル６の内部の圧力が変
化する。ところが、アンプル６内のＴＤＭＡＴの分圧
は、液体ＴＤＭＡＴ８の温度で決まる一定の値であるた
め、アンプル６の内部の圧力が高い場合には混合ガス中
のＴＤＭＡＴ濃度は低く、逆に、アンプル６の内部の圧
力が低い場合には混合ガス中のＴＤＭＡＴ濃度は高くな
ることになる。
【００１１】混合ガスに含まれるＴＤＭＡＴの濃度が低
くなると、チャンバ１の内部におけるＴＤＭＡＴの分圧
が低くなるため、ＴｉＮ膜の成膜速度が低下する。この
効果を補償するために、サセプタ加熱機構４の温度を高
くすると、ＴＤＭＡＴの熱分解反応が供給律速的にな
る。この結果、成膜されるＴｉＮ膜の段差被覆性が低下
し、スルーホール内部における拡散防止性能が低下する
ため、半導体装置の歩留まりが低下する。
くなると、チャンバ１の内部におけるＴＤＭＡＴの分圧
が低くなるため、ＴｉＮ膜の成膜速度が低下する。この
効果を補償するために、サセプタ加熱機構４の温度を高
くすると、ＴＤＭＡＴの熱分解反応が供給律速的にな
る。この結果、成膜されるＴｉＮ膜の段差被覆性が低下
し、スルーホール内部における拡散防止性能が低下する
ため、半導体装置の歩留まりが低下する。
【００１２】また、混合ガスに含まれるＴＤＭＡＴの濃
度が高くなると、チャンバ１の内部におけるＴＤＭＡＴ
の分圧が高くなるため、ＴｉＮ膜の成膜速度が増大す
る、この効果を補償するために、サセプタ加熱機構４の
温度を低く設定すると、ＴＤＭＡＴの熱分解反応が反応
律速的になる。この結果、成膜されるＴｉＮ膜の段差被
覆性が向上し、スルーホール内部において過剰な厚さの
ＴｉＮ膜が成膜されることになる。過剰な厚さのＴｉＮ
膜は、タングステン膜の成膜を妨げることにより半導体
装置の歩留まりを低下させ、スルーホールの接続抵抗を
増大させることにより半導体装置の性能を低下させる。
度が高くなると、チャンバ１の内部におけるＴＤＭＡＴ
の分圧が高くなるため、ＴｉＮ膜の成膜速度が増大す
る、この効果を補償するために、サセプタ加熱機構４の
温度を低く設定すると、ＴＤＭＡＴの熱分解反応が反応
律速的になる。この結果、成膜されるＴｉＮ膜の段差被
覆性が向上し、スルーホール内部において過剰な厚さの
ＴｉＮ膜が成膜されることになる。過剰な厚さのＴｉＮ
膜は、タングステン膜の成膜を妨げることにより半導体
装置の歩留まりを低下させ、スルーホールの接続抵抗を
増大させることにより半導体装置の性能を低下させる。
【００１３】このように、アンプル（液体状のチタンを
含む有機化合物を溜めておくところ）内部の圧力が変化
するのに成膜に寄与する原料ガスのアンプル内部の圧力
が変化する分圧は温度で決まる一定の値であるため、結
果としてＴｉＮ膜の原料ガスの濃度が変化してしまう。
すなわち、配管のコンダクタンスが変化すると、Ｈｅと
ＴＤＭＡＴの混合ガスが流れにくくなるため、アンプル
内部の圧力が変化する。ところが、ＴＤＭＡＴの分圧は
アンプル内で気液平衡が成立しているため、温度で決ま
る一定の値に保たれる。よって、結局アンプル内のＨｅ
分圧のみが変化することになるので、配管のコンダクタ
ンスが変化するとＴＤＭＴとＨｅの分圧比すなわち濃度
が変わることとなる。
含む有機化合物を溜めておくところ）内部の圧力が変化
するのに成膜に寄与する原料ガスのアンプル内部の圧力
が変化する分圧は温度で決まる一定の値であるため、結
果としてＴｉＮ膜の原料ガスの濃度が変化してしまう。
すなわち、配管のコンダクタンスが変化すると、Ｈｅと
ＴＤＭＡＴの混合ガスが流れにくくなるため、アンプル
内部の圧力が変化する。ところが、ＴＤＭＡＴの分圧は
アンプル内で気液平衡が成立しているため、温度で決ま
る一定の値に保たれる。よって、結局アンプル内のＨｅ
分圧のみが変化することになるので、配管のコンダクタ
ンスが変化するとＴＤＭＴとＨｅの分圧比すなわち濃度
が変わることとなる。
【００１４】その結果、成膜速度が安定化せず、成膜速
度の安定化をサセプタの温度制御で行なうと、今度はＴ
ｉＮ膜の段差被覆性が悪化する。
度の安定化をサセプタの温度制御で行なうと、今度はＴ
ｉＮ膜の段差被覆性が悪化する。
【００１５】以上の課題に鑑み、本発明のＴｉＮ膜の成
膜方法は、化学的気層成長法によりＴｉＮ膜を成膜する
場合においても、半導体装置の製造に適した状態に成膜
装置を調整制御でき、高性能の半導体装置を高い歩留ま
りで提供することができることを目的としている。
膜方法は、化学的気層成長法によりＴｉＮ膜を成膜する
場合においても、半導体装置の製造に適した状態に成膜
装置を調整制御でき、高性能の半導体装置を高い歩留ま
りで提供することができることを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の成膜装置
の評価方法は、チャンバと、このチャンバ内に設置され
たサセプタと、このサセプタを加熱するサセプタ加熱機
構と、サセプタ上に設置された基板と、チャンバ内に設
置されたガス導入口と、このガス導入口に接続されたア
ンプルと、このアンプル内に貯蔵された原材料と、アン
プルを加熱するアンプル加熱機構と、アンプルに接続さ
れた流量制御機構とを備えた成膜装置のガス濃度評価方
法であって、流量制御機構の設定流量を変化させて基板
の表面に成膜することにより得られる設定流量に対する
成膜速度の関係から、ガス導入口よりチャンバ内に導入
される原材料のガス濃度を評価することを特徴とするも
のである。
の評価方法は、チャンバと、このチャンバ内に設置され
たサセプタと、このサセプタを加熱するサセプタ加熱機
構と、サセプタ上に設置された基板と、チャンバ内に設
置されたガス導入口と、このガス導入口に接続されたア
ンプルと、このアンプル内に貯蔵された原材料と、アン
プルを加熱するアンプル加熱機構と、アンプルに接続さ
れた流量制御機構とを備えた成膜装置のガス濃度評価方
法であって、流量制御機構の設定流量を変化させて基板
の表面に成膜することにより得られる設定流量に対する
成膜速度の関係から、ガス導入口よりチャンバ内に導入
される原材料のガス濃度を評価することを特徴とするも
のである。
【００１７】請求項１記載の成膜装置の評価方法によれ
ば、チャンバ内に導入される原材料の濃度を評価するこ
とが可能となるので、半導体装置の製造に適した状態に
成膜装置を調整制御でき、高性能の半導体装置を高い歩
留まりで提供することが可能となる。
ば、チャンバ内に導入される原材料の濃度を評価するこ
とが可能となるので、半導体装置の製造に適した状態に
成膜装置を調整制御でき、高性能の半導体装置を高い歩
留まりで提供することが可能となる。
【００１８】請求項２記載の成膜装置の調整方法は、請
求項１記載の成膜装置の評価方法により評価される原材
料の濃度を標準値になるようにアンプル加熱機構の設定
温度を調節することを特徴とするものである。
求項１記載の成膜装置の評価方法により評価される原材
料の濃度を標準値になるようにアンプル加熱機構の設定
温度を調節することを特徴とするものである。
【００１９】請求項２記載の成膜装置の調整方法によれ
ば、成膜速度を安定化できるとともに請求項１と同効果
がある。
ば、成膜速度を安定化できるとともに請求項１と同効果
がある。
【００２０】請求項３記載の成膜装置の評価方法は、チ
ャンバと、このチャンバ内に設置されたサセプタと、こ
のサセプタを加熱するサセプタ加熱機構と、サセプタ上
に設置された基板と、チャンバ内に設置されたガス導入
口と、このガス導入口に接続されたアンプルと、このア
ンプル内に貯蔵された原材料と、アンプルを加熱するア
ンプル加熱機構と、アンプルに接続された流量制御機構
とを備えた成膜装置の基板温度の評価方法であって、流
量制御機構の設定流量を変化させて基板の表面に成膜す
ることにより得られる設定流量に対する成膜速度の関係
から、基板の温度を評価することを特徴とするものであ
る。
ャンバと、このチャンバ内に設置されたサセプタと、こ
のサセプタを加熱するサセプタ加熱機構と、サセプタ上
に設置された基板と、チャンバ内に設置されたガス導入
口と、このガス導入口に接続されたアンプルと、このア
ンプル内に貯蔵された原材料と、アンプルを加熱するア
ンプル加熱機構と、アンプルに接続された流量制御機構
とを備えた成膜装置の基板温度の評価方法であって、流
量制御機構の設定流量を変化させて基板の表面に成膜す
ることにより得られる設定流量に対する成膜速度の関係
から、基板の温度を評価することを特徴とするものであ
る。
【００２１】請求項３記載の成膜装置の評価方法によれ
ば、基板温度が評価できるので、請求項１と同様な効果
がある。
ば、基板温度が評価できるので、請求項１と同様な効果
がある。
【００２２】請求項４記載の成膜装置の調整方法は、請
求項３記載の評価方法により評価される基板の温度を標
準値になるようにサセプタ加熱機構の設定温度を調節す
ることを特徴とするものである。
求項３記載の評価方法により評価される基板の温度を標
準値になるようにサセプタ加熱機構の設定温度を調節す
ることを特徴とするものである。
【００２３】請求項４記載の成膜装置の調整方法によれ
ば、段差被覆性を向上できるとともに請求項１と同様な
効果がある。
ば、段差被覆性を向上できるとともに請求項１と同様な
効果がある。
【００２４】請求項５記載のＴｉＮ膜の成膜方法は、チ
ャンバと、このチャンバ内に設置されたサセプタと、こ
のサセプタを加熱するサセプタ加熱機構と、サセプタ上
に設置された基板と、チャンバ内に設置されたガス導入
口と、このガス導入口に接続されたアンプルと、このア
ンプル内に貯蔵された原材料と、アンプルを加熱するア
ンプル加熱機構と、アンプルに接続された流量制御機構
とを備えたＴｉＮ膜の成膜方法であって、あらかじめ求
めておいたＴｉＮ膜の成長速度と流量制御機構の設定流
量との関係から、設定流量が小さい領域における成膜速
度からガス濃度を求め、設定流量が大きい領域における
成膜速度から基板温度を求め、ガス濃度が標準値と異な
るときアンプル加熱機構の設定温度を調節し、基板の温
度が異なるときサセプタ加熱機構の設定温度を調節する
ことを特徴とするものである。
ャンバと、このチャンバ内に設置されたサセプタと、こ
のサセプタを加熱するサセプタ加熱機構と、サセプタ上
に設置された基板と、チャンバ内に設置されたガス導入
口と、このガス導入口に接続されたアンプルと、このア
ンプル内に貯蔵された原材料と、アンプルを加熱するア
ンプル加熱機構と、アンプルに接続された流量制御機構
とを備えたＴｉＮ膜の成膜方法であって、あらかじめ求
めておいたＴｉＮ膜の成長速度と流量制御機構の設定流
量との関係から、設定流量が小さい領域における成膜速
度からガス濃度を求め、設定流量が大きい領域における
成膜速度から基板温度を求め、ガス濃度が標準値と異な
るときアンプル加熱機構の設定温度を調節し、基板の温
度が異なるときサセプタ加熱機構の設定温度を調節する
ことを特徴とするものである。
【００２５】請求項５記載のＴｉＮ膜の成膜方法によれ
ば、原料ガス流量を変化させる機構を設けて原材料の濃
度を制御して成膜速度を安定化する一方、あらかじめ求
めておいたＴｉＮ膜の成長速度の違いと流量制御機構の
設定流量との関係から、基板温度を求めてサセプタ加熱
機構の温度制御機構へとフィードバックさせて、段差被
覆性の向上を図ることができ、請求項１と同様な効果が
ある。
ば、原料ガス流量を変化させる機構を設けて原材料の濃
度を制御して成膜速度を安定化する一方、あらかじめ求
めておいたＴｉＮ膜の成長速度の違いと流量制御機構の
設定流量との関係から、基板温度を求めてサセプタ加熱
機構の温度制御機構へとフィードバックさせて、段差被
覆性の向上を図ることができ、請求項１と同様な効果が
ある。
【００２６】
【発明の実施の形態】図１に、ＴｉＮ膜の成膜に使用さ
れる成膜装置の構造を示す。図１において、１０１はチ
ャンバ、１０２は基板、１０３はサセプタ、１０４はサ
セプタ加熱機構、１０５はＨｅ流量制御機構、１０６は
アンプル、１０７はアンプル加熱機構、１０８は液体Ｔ
ＤＭＡＴ、１０９はＨｅ流量制御機構、１１０はＮ２流
量制御機構、１１１はガス導入口、１１２はガス排気
口、１１３は圧力計、１１４は排気速度制御機構であ
る。
れる成膜装置の構造を示す。図１において、１０１はチ
ャンバ、１０２は基板、１０３はサセプタ、１０４はサ
セプタ加熱機構、１０５はＨｅ流量制御機構、１０６は
アンプル、１０７はアンプル加熱機構、１０８は液体Ｔ
ＤＭＡＴ、１０９はＨｅ流量制御機構、１１０はＮ２流
量制御機構、１１１はガス導入口、１１２はガス排気
口、１１３は圧力計、１１４は排気速度制御機構であ
る。
【００２７】この成膜装置の動作は以下の通りである。
まず、チャンバ１０１の内部に基板１０２を導入し、サ
セプタ加熱機構１０４によってあらかじめ４５０℃に加
熱されたサセプタ１０３の上部に設置する。次に、Ｈｅ
流量制御機構１０５を動作させ、アンプル加熱機構１０
７によってあらかじめ５０℃に加熱されたアンプル１０
６の内部にＨｅを導入する。本実施の形態では、Ｈｅ流
量制御機構１０５の設定流量を２２５ｓｃｃｍとしてい
る。アンプル１０６の内部に導入したＨｅは、液体ＴＤ
ＡＭＴ１０８の内部を気泡となって通過する。この際、
気泡の内部でＴＤＭＡＴの気化が起こるため、アンプル
１０６からはＨｅとＴＤＭＡＴの混合ガスが取り出され
る。Ｈｅ流量制御機構１０９によりＨｅを、Ｎ2 流量制
御機構１１０によりＮ2 をそれぞれ導入し、アンプル１
０６から取り出したＨｅとＴＤＭＡＴの混合ガスを希釈
する。本実施の形態では、Ｈｅ流量制御機構１０９の設
定流量を２７５ｓｃｃｍ、Ｎ2 流量制御機構１１０の設
定流量を３００ｓｃｃｍとしている。希釈した混合ガス
をガス導入口１１１からチャンバ１０１内に導入し、ガ
ス排気口１１２から排気する。チャンバ１０１の内部の
圧力を圧力計１１３を用いて計測し、チャンバ１０１の
内部の圧力が１．５Ｔｏｒｒになるように、ガス排気口
１１２に接続された排気速度制御機構１１４を制御す
る。これにより、混合ガス中に含まれるＴＤＭＡＴが基
板１０２の表面で熱分解反応を起こし、ＴｉＮ膜が成膜
される。
まず、チャンバ１０１の内部に基板１０２を導入し、サ
セプタ加熱機構１０４によってあらかじめ４５０℃に加
熱されたサセプタ１０３の上部に設置する。次に、Ｈｅ
流量制御機構１０５を動作させ、アンプル加熱機構１０
７によってあらかじめ５０℃に加熱されたアンプル１０
６の内部にＨｅを導入する。本実施の形態では、Ｈｅ流
量制御機構１０５の設定流量を２２５ｓｃｃｍとしてい
る。アンプル１０６の内部に導入したＨｅは、液体ＴＤ
ＡＭＴ１０８の内部を気泡となって通過する。この際、
気泡の内部でＴＤＭＡＴの気化が起こるため、アンプル
１０６からはＨｅとＴＤＭＡＴの混合ガスが取り出され
る。Ｈｅ流量制御機構１０９によりＨｅを、Ｎ2 流量制
御機構１１０によりＮ2 をそれぞれ導入し、アンプル１
０６から取り出したＨｅとＴＤＭＡＴの混合ガスを希釈
する。本実施の形態では、Ｈｅ流量制御機構１０９の設
定流量を２７５ｓｃｃｍ、Ｎ2 流量制御機構１１０の設
定流量を３００ｓｃｃｍとしている。希釈した混合ガス
をガス導入口１１１からチャンバ１０１内に導入し、ガ
ス排気口１１２から排気する。チャンバ１０１の内部の
圧力を圧力計１１３を用いて計測し、チャンバ１０１の
内部の圧力が１．５Ｔｏｒｒになるように、ガス排気口
１１２に接続された排気速度制御機構１１４を制御す
る。これにより、混合ガス中に含まれるＴＤＭＡＴが基
板１０２の表面で熱分解反応を起こし、ＴｉＮ膜が成膜
される。
【００２８】本発明による成膜装置の調整方法は以下の
通りである。まず、標準流量計を用いてＨｅ流量制御機
構１０５、Ｈｅ流量制御機構１０９、Ｎ2 流量制御機構
１１０を、標準圧力計を用いて圧力計１１３を、それぞ
れ校正する。次に、Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量
を５０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量制御機構１０９の設定流量を
４５０ｓｃｃｍ、Ｎ2 流量制御機構１１０の設定流量を
３００ｓｃｃｍとし、排気速度制御機構１１４によって
チャンバ１０１の内部の圧力を１．５Ｔｏｒｒに制御し
て、基板１０２の表面にＴｉＮ膜を成膜する。混合ガス
の導入時間は３０ｓｅｃとする。次に、分光エリプソメ
トリー法もしくは蛍光Ｘ線法により基板１０２の表面に
成膜されたＴｉＮ膜の膜さを測定することにより、Ｔｉ
Ｎ膜の成膜速度を算出する。以降、同様に、表１に示す
ような条件でＴｉＮ膜の成膜を行ない、ＴｉＮ膜の成膜
速度を算出する。
通りである。まず、標準流量計を用いてＨｅ流量制御機
構１０５、Ｈｅ流量制御機構１０９、Ｎ2 流量制御機構
１１０を、標準圧力計を用いて圧力計１１３を、それぞ
れ校正する。次に、Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量
を５０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量制御機構１０９の設定流量を
４５０ｓｃｃｍ、Ｎ2 流量制御機構１１０の設定流量を
３００ｓｃｃｍとし、排気速度制御機構１１４によって
チャンバ１０１の内部の圧力を１．５Ｔｏｒｒに制御し
て、基板１０２の表面にＴｉＮ膜を成膜する。混合ガス
の導入時間は３０ｓｅｃとする。次に、分光エリプソメ
トリー法もしくは蛍光Ｘ線法により基板１０２の表面に
成膜されたＴｉＮ膜の膜さを測定することにより、Ｔｉ
Ｎ膜の成膜速度を算出する。以降、同様に、表１に示す
ような条件でＴｉＮ膜の成膜を行ない、ＴｉＮ膜の成膜
速度を算出する。
【００２９】表１は、実施の形態におけるＨｅ流量制御
機構１０５、Ｈｅ流量１０９、Ｎ２流量制御機構１１０
の設定流量を示す。
機構１０５、Ｈｅ流量１０９、Ｎ２流量制御機構１１０
の設定流量を示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】このようにして得られた実験結果に基づ
き、Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量を横軸に、Ｔｉ
Ｎ膜の成膜速度を縦軸にとり、図２のようなグラフを作
成する。
き、Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量を横軸に、Ｔｉ
Ｎ膜の成膜速度を縦軸にとり、図２のようなグラフを作
成する。
【００３２】このようにして作成したグラフから、成膜
装置の状態を詳細に把握することが可能となる。例え
ば、混合ガス中に含まれるＴＤＭＡＴの濃度が正常な場
合に比べて小さいと、流量制御機構１０５の設定流量と
ＴｉＮ膜の成膜速度の関係は図３中の（ｂ）のようにな
る。この場合、流量制御機構１０５の設定流量が小さい
領域においては、図３中の（ａ）で示した標準の状態に
比べてＴｉＮ膜の成膜速度が小さくなる。これは、ＴＤ
ＭＡＴの分解反応が供給律速的になり、ＴｉＮ膜の成長
速度がＴＤＭＡＴの分圧のみの関数となるので、ＴＤＭ
ＡＴ濃度の違いが成膜速度に反映されるようになるため
である。すなわち、流量制御機構１０５の設定流量が小
さい領域におけるＴｉＮ膜の成長速度の違いは、混合ガ
ス中に含まれるＴＤＭＡＴの濃度の違いを反映してい
る。
装置の状態を詳細に把握することが可能となる。例え
ば、混合ガス中に含まれるＴＤＭＡＴの濃度が正常な場
合に比べて小さいと、流量制御機構１０５の設定流量と
ＴｉＮ膜の成膜速度の関係は図３中の（ｂ）のようにな
る。この場合、流量制御機構１０５の設定流量が小さい
領域においては、図３中の（ａ）で示した標準の状態に
比べてＴｉＮ膜の成膜速度が小さくなる。これは、ＴＤ
ＭＡＴの分解反応が供給律速的になり、ＴｉＮ膜の成長
速度がＴＤＭＡＴの分圧のみの関数となるので、ＴＤＭ
ＡＴ濃度の違いが成膜速度に反映されるようになるため
である。すなわち、流量制御機構１０５の設定流量が小
さい領域におけるＴｉＮ膜の成長速度の違いは、混合ガ
ス中に含まれるＴＤＭＡＴの濃度の違いを反映してい
る。
【００３３】このように、混合ガス中に含まれるＴＤＭ
ＡＴの濃度が低いことが判明した場合には、加熱機構１
０７の設定温度を高くしてＴＤＭＡＴの飽和蒸気圧を上
げ、混合ガス中に含まれるＴＤＭＡＴの濃度を増大させ
ることにより、流量制御機構１０５の設定流量とＴｉＮ
膜の成膜速度の関係を合わせ込む。これにより、ＴｉＮ
膜の段差被覆性を一致させることができる。
ＡＴの濃度が低いことが判明した場合には、加熱機構１
０７の設定温度を高くしてＴＤＭＡＴの飽和蒸気圧を上
げ、混合ガス中に含まれるＴＤＭＡＴの濃度を増大させ
ることにより、流量制御機構１０５の設定流量とＴｉＮ
膜の成膜速度の関係を合わせ込む。これにより、ＴｉＮ
膜の段差被覆性を一致させることができる。
【００３４】また、基板１０２の温度が正常な場合に比
べて高いと、流量制御機構１０５の設定流量とＴｉＮ膜
の成膜速度の関係は図５中の（ｂ）のようになる。この
場合、流量制御機構１０５の設定流量が大きい領域にお
いては、図５中の（ａ）で示した標準の状態に比べてＴ
ｉＮ膜の成膜速度が大きくなる。これは、ＴＤＭＡＴの
分解反応が反応律速的になり、ＴｉＮ膜の成長速度が基
板１０２の温度のみの関数となるので、基板１０２の温
度の違いが成膜速度に反映されるようになるためであ
る。すなわち、流量制御機構１０５の設定流量が大きい
領域におけるＴｉＮ膜の成長速度の違いは、基板１０２
の温度の違いを反映している。
べて高いと、流量制御機構１０５の設定流量とＴｉＮ膜
の成膜速度の関係は図５中の（ｂ）のようになる。この
場合、流量制御機構１０５の設定流量が大きい領域にお
いては、図５中の（ａ）で示した標準の状態に比べてＴ
ｉＮ膜の成膜速度が大きくなる。これは、ＴＤＭＡＴの
分解反応が反応律速的になり、ＴｉＮ膜の成長速度が基
板１０２の温度のみの関数となるので、基板１０２の温
度の違いが成膜速度に反映されるようになるためであ
る。すなわち、流量制御機構１０５の設定流量が大きい
領域におけるＴｉＮ膜の成長速度の違いは、基板１０２
の温度の違いを反映している。
【００３５】このように、基板１０２の温度が高いこと
が判明した場合には、サセプタ加熱機構１０４の設定温
度を低くして、サセプタ１０３の温度、ひいては基板１
０２の温度を低下させることにより、流量制御機構１０
５の設定流量とＴｉＮ膜の成膜速度の関係を合わせ込
む。これにより、ＴｉＮ膜の段差被覆性を一致させるこ
とができる。
が判明した場合には、サセプタ加熱機構１０４の設定温
度を低くして、サセプタ１０３の温度、ひいては基板１
０２の温度を低下させることにより、流量制御機構１０
５の設定流量とＴｉＮ膜の成膜速度の関係を合わせ込
む。これにより、ＴｉＮ膜の段差被覆性を一致させるこ
とができる。
【００３６】また、混合ガス中に含まれるＴＤＭＡＴの
濃度が正常な場合に比べて小さく、基板１０２の温度が
正常な場合に比べて高いと、流量制御機構１０５の設定
流量とＴｉＮ膜の成膜速度の関係は図５中の（ｂ）のよ
うになる。この場合、流量制御機構１０５の設定流量が
小さい領域においては、図３中の（ａ）で示した標準の
状態に比べてＴｉＮ膜の成膜速度が小さくなり、流量制
御機構１０５の設定流量が大きい領域においては、図４
中の（ａ）で示した標準の状態に比べてＴｉＮ膜の成膜
速度が大きくなる。これは、すでに説明したように、流
量制御機構１０５の設定流量が小さい領域でのＴｉＮ膜
の成長速度の違いは混合ガス中におけるＴＤＭＡＴの濃
度の違いを反映し、流量制御機構１０５の設定流量が大
きい領域でのＴｉＮ膜の成長速度の違いは基板１０２の
温度の違いを反映しているためである。
濃度が正常な場合に比べて小さく、基板１０２の温度が
正常な場合に比べて高いと、流量制御機構１０５の設定
流量とＴｉＮ膜の成膜速度の関係は図５中の（ｂ）のよ
うになる。この場合、流量制御機構１０５の設定流量が
小さい領域においては、図３中の（ａ）で示した標準の
状態に比べてＴｉＮ膜の成膜速度が小さくなり、流量制
御機構１０５の設定流量が大きい領域においては、図４
中の（ａ）で示した標準の状態に比べてＴｉＮ膜の成膜
速度が大きくなる。これは、すでに説明したように、流
量制御機構１０５の設定流量が小さい領域でのＴｉＮ膜
の成長速度の違いは混合ガス中におけるＴＤＭＡＴの濃
度の違いを反映し、流量制御機構１０５の設定流量が大
きい領域でのＴｉＮ膜の成長速度の違いは基板１０２の
温度の違いを反映しているためである。
【００３７】このように、混合ガス中に含まれるＴＤＭ
ＡＴの濃度が正常な場合に比べて小さく、基板１０２の
温度が正常な場合に比べて高いことが判明した場合に
は、加熱機構１０７の設定温度を高くしてＴＤＭＡＴの
飽和蒸気圧を上げ、サセプタ加熱機構１０４の設定温度
を低くすることにより、流量制御機構１０５の設定流量
とＴｉＮ膜の成膜速度の関係を合わせ込む。これによ
り、ＴｉＮ膜の段差被覆性を一致させることができる。
ＡＴの濃度が正常な場合に比べて小さく、基板１０２の
温度が正常な場合に比べて高いことが判明した場合に
は、加熱機構１０７の設定温度を高くしてＴＤＭＡＴの
飽和蒸気圧を上げ、サセプタ加熱機構１０４の設定温度
を低くすることにより、流量制御機構１０５の設定流量
とＴｉＮ膜の成膜速度の関係を合わせ込む。これによ
り、ＴｉＮ膜の段差被覆性を一致させることができる。
【００３８】以上、実施の形態に沿って本発明の説明を
行ってきたが、本発明は以上の実施の形態に限定される
ものではない。例えば、以上の実施の形態では、原材料
としてＴＤＭＡＴを用いているが、ＴＤＭＡＴの代わり
に他の物質を用いることができる。この場合、原材料に
対応して成膜される膜が変化することは言うまでもな
い。また、以上の実施の形態では、原材料であるＴＤＭ
ＡＴをチャンバ１０１に導入するためにＨｅを使用して
いるが、原材料に対して不活性なガスを代わりに使用す
ることができる。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範
囲で、種々の形態に変形して実施可能である。
行ってきたが、本発明は以上の実施の形態に限定される
ものではない。例えば、以上の実施の形態では、原材料
としてＴＤＭＡＴを用いているが、ＴＤＭＡＴの代わり
に他の物質を用いることができる。この場合、原材料に
対応して成膜される膜が変化することは言うまでもな
い。また、以上の実施の形態では、原材料であるＴＤＭ
ＡＴをチャンバ１０１に導入するためにＨｅを使用して
いるが、原材料に対して不活性なガスを代わりに使用す
ることができる。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範
囲で、種々の形態に変形して実施可能である。
【００３９】
【発明の効果】請求項１記載の成膜装置の評価方法によ
れば、チャンバ内に導入される原材料の濃度を評価する
ことが可能となるので、半導体装置の製造に適した状態
に成膜装置を調整制御でき、高性能の半導体装置を高い
歩留まりで提供することが可能となる。
れば、チャンバ内に導入される原材料の濃度を評価する
ことが可能となるので、半導体装置の製造に適した状態
に成膜装置を調整制御でき、高性能の半導体装置を高い
歩留まりで提供することが可能となる。
【００４０】請求項２記載の成膜装置の調整方法によれ
ば、成膜速度を安定化できるとともに請求項１と同効果
がある。
ば、成膜速度を安定化できるとともに請求項１と同効果
がある。
【００４１】請求項３記載の成膜装置の評価方法によれ
ば、基板温度が評価できるので、請求項１と同様な効果
がある。
ば、基板温度が評価できるので、請求項１と同様な効果
がある。
【００４２】請求項４記載の成膜装置の調整方法によれ
ば、段差被覆性を向上できるとともに請求項１と同様な
効果がある。
ば、段差被覆性を向上できるとともに請求項１と同様な
効果がある。
【００４３】請求項５記載のＴｉＮ膜の成膜方法によれ
ば、原料ガス流量を変化させる機構を設けて原材料の濃
度を制御して成膜速度を安定化する一方、あらかじめ求
めておいたＴｉＮ膜の成長速度の違いと流量制御機構の
設定流量との関係から、基板温度を求めてサセプタ加熱
機構の温度制御機構へとフィードバックさせて、段差被
覆性の向上を図ることができ、請求項１と同様な効果が
ある。
ば、原料ガス流量を変化させる機構を設けて原材料の濃
度を制御して成膜速度を安定化する一方、あらかじめ求
めておいたＴｉＮ膜の成長速度の違いと流量制御機構の
設定流量との関係から、基板温度を求めてサセプタ加熱
機構の温度制御機構へとフィードバックさせて、段差被
覆性の向上を図ることができ、請求項１と同様な効果が
ある。
【図１】本発明の一実施の形態における成膜装置を示す
構成図である。
構成図である。
【図２】Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量とＴｉＮ膜
の成膜速度の関係を示すグラフである。
の成膜速度の関係を示すグラフである。
【図３】Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量とＴｉＮ膜
の成膜速度の関係を示すグラフ（混合ガス中に含まれる
ＴＤＭＡＴの濃度が低い場合）である。
の成膜速度の関係を示すグラフ（混合ガス中に含まれる
ＴＤＭＡＴの濃度が低い場合）である。
【図４】Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量とＴｉＮ膜
の成膜速度の関係を示すグラフ（基板１０２の温度が高
い場合）である。
の成膜速度の関係を示すグラフ（基板１０２の温度が高
い場合）である。
【図５】Ｈｅ流量制御機構１０５の設定流量とＴｉＮ膜
の成膜速度の関係を示すグラフ（混合ガス中に含まれる
ＴＤＭＡＴの濃度が低く基板１０２の温度が高い場合）
である。
の成膜速度の関係を示すグラフ（混合ガス中に含まれる
ＴＤＭＡＴの濃度が低く基板１０２の温度が高い場合）
である。
【図６】従来例の説明に使用した成膜装置の構成図であ
る。
る。
１ チャンバ ２ 基板 ３ サセプタ ４ サセプタ加熱機構 ５ Ｈｅ流量加熱機構 ６ アンプル ７ アンプル加熱機構 ８ 液体ＴＤＭＡＴ ９ Ｎ２流量制御機構 １０ ガス導入口 １１ ガス排気口 １２ 圧力計 １３ 排気速度調節機構 １０１ チャンバ １０２ 基板 １０３ サセプタ １０４ サセプタ加熱機構 １０５ Ｈｅ流量加熱機構 １０６ アンプル １０７ アンプル加熱機構 １０８ 液体ＴＤＭＡＴ １０９ Ｈｅ流量制御機構 １１０ Ｎ２流量制御機構 １１１ ガス導入口 １１２ ガス排気口 １１３ 圧力計 １１４ 排気速度調節機構
Claims (5)
- 【請求項１】 チャンバと、このチャンバ内に設置され
たサセプタと、このサセプタを加熱するサセプタ加熱機
構と、前記サセプタ上に設置された基板と、前記チャン
バ内に設置されたガス導入口と、このガス導入口に接続
されたアンプルと、このアンプル内に貯蔵された原材料
と、前記アンプルを加熱するアンプル加熱機構と、前記
アンプルに接続された流量制御機構とを備えた成膜装置
のガス濃度評価方法であって、前記流量制御機構の設定
流量を変化させて前記基板の表面に成膜することにより
得られる設定流量に対する成膜速度の関係から、前記ガ
ス導入口より前記チャンバ内に導入される原材料のガス
濃度を評価することを特徴とする成膜装置の評価方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の成膜装置の評価方法によ
り評価される原材料の濃度を標準値になるようにアンプ
ル加熱機構の設定温度を調節することを特徴とする成膜
装置の調整方法。 - 【請求項３】 チャンバと、このチャンバ内に設置され
たサセプタと、このサセプタを加熱するサセプタ加熱機
構と、前記サセプタ上に設置された基板と、前記チャン
バ内に設置されたガス導入口と、このガス導入口に接続
されたアンプルと、このアンプル内に貯蔵された原材料
と、前記アンプルを加熱するアンプル加熱機構と、前記
アンプルに接続された流量制御機構とを備えた成膜装置
の基板温度の評価方法であって、前記流量制御機構の設
定流量を変化させて前記基板の表面に成膜することによ
り得られる設定流量に対する成膜速度の関係から、前記
基板の温度を評価することを特徴とする成膜装置の評価
方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の成膜装置の評価方法によ
り評価される基板の温度を標準値になるようにサセプタ
加熱機構の設定温度を調節することを特徴とする成膜装
置の調整方法。 - 【請求項５】 チャンバと、このチャンバ内に設置され
たサセプタと、このサセプタを加熱するサセプタ加熱機
構と、前記サセプタ上に設置された基板と、前記チャン
バ内に設置されたガス導入口と、このガス導入口に接続
されたアンプルと、このアンプル内に貯蔵された原材料
と、前記アンプルを加熱するアンプル加熱機構と、前記
アンプルに接続された流量制御機構とを備えたＴｉＮ膜
の成膜方法であって、あらかじめ求めておいたＴｉＮ膜
の成膜速度と前記流量制御機構の設定流量との関係か
ら、前記設定流量が小さい領域における前記成膜速度か
らガス濃度を求め、前記設定流量が大きい領域における
前記成膜速度から基板温度を求め、前記ガス濃度が標準
値と異なるとき前記アンプル加熱機構の設定温度を調節
し、前記基板の温度が異なるとき前記サセプタ加熱機構
の設定温度を調節することを特徴とするＴｉＮ膜の成膜
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000243737A JP2002060954A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | 成膜装置の評価方法および調整方法ならびにＴｉＮ膜の成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000243737A JP2002060954A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | 成膜装置の評価方法および調整方法ならびにＴｉＮ膜の成膜方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002060954A true JP2002060954A (ja) | 2002-02-28 |
Family
ID=18734541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000243737A Pending JP2002060954A (ja) | 2000-08-11 | 2000-08-11 | 成膜装置の評価方法および調整方法ならびにＴｉＮ膜の成膜方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002060954A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020242648A1 (en) * | 2019-05-31 | 2020-12-03 | Applied Materials, Inc. | Methods and systems for forming films on substrates |
-
2000
- 2000-08-11 JP JP2000243737A patent/JP2002060954A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020242648A1 (en) * | 2019-05-31 | 2020-12-03 | Applied Materials, Inc. | Methods and systems for forming films on substrates |
| US11505863B2 (en) | 2019-05-31 | 2022-11-22 | Applied Materials, Inc. | Methods for forming films on substrates |
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