JP2003059861A - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents
成膜方法および成膜装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣｏＳｉ２膜にダメージを生じさせることな
く有効にＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を除去することが
でき、ＣｏＳｉ２膜上に良好な特性を有する金属膜、特
にＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜することができる成膜方法およ
び成膜装置を提供すること。 【解決手段】 自然酸化膜除去装置８において、ＣｏＳ
ｉ２膜が形成された基板ＷのＣｏＳｉ２膜上の自然酸化
膜を、励起されたガスにより除去し、次いで、基板Ｗを
搬送室１で大気暴露することなく基板ＷをＴｉ成膜装置
６に搬送し、そこでＣＶＤによりＣｏＳｉ２膜上にＴｉ
膜を形成する。
く有効にＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を除去することが
でき、ＣｏＳｉ２膜上に良好な特性を有する金属膜、特
にＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜することができる成膜方法およ
び成膜装置を提供すること。 【解決手段】 自然酸化膜除去装置８において、ＣｏＳ
ｉ２膜が形成された基板ＷのＣｏＳｉ２膜上の自然酸化
膜を、励起されたガスにより除去し、次いで、基板Ｗを
搬送室１で大気暴露することなく基板ＷをＴｉ成膜装置
６に搬送し、そこでＣＶＤによりＣｏＳｉ２膜上にＴｉ
膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣｏＳｉ２膜が形
成された基板のＣｏＳｉ２膜上に金属膜を成膜する成膜
方法および成膜装置に関する。
成された基板のＣｏＳｉ２膜上に金属膜を成膜する成膜
方法および成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの製造工程においては、
被処理体であるシリコンウエハに形成されたコンタクト
ホールにＴｉ膜およびＴｉＮ膜からなるバリア層を形成
し、その上にＡｌ、Ｗ、Ｃｕ等を成膜してホールの埋め
込みと配線の形成を行っている。
被処理体であるシリコンウエハに形成されたコンタクト
ホールにＴｉ膜およびＴｉＮ膜からなるバリア層を形成
し、その上にＡｌ、Ｗ、Ｃｕ等を成膜してホールの埋め
込みと配線の形成を行っている。
【０００３】近時、半導体デバイスにおいては配線コン
タクト部分の一層の低抵抗化が望まれており、そのため
上記コンタクトホール底部のコンタクト部分にＣｏＳｉ
２膜を形成し、その上にＴｉ／ＴｉＮ膜を形成すること
が行われている。
タクト部分の一層の低抵抗化が望まれており、そのため
上記コンタクトホール底部のコンタクト部分にＣｏＳｉ
２膜を形成し、その上にＴｉ／ＴｉＮ膜を形成すること
が行われている。
【０００４】一方、半導体デバイスの製造においては、
シリコンウエハ上に不可避的に自然酸化膜が形成される
が、この自然酸化膜が形成されたままＴｉ膜を形成する
とコンタクト部分の特性が劣化するため、従来から成膜
前にシリコンウエハ上の自然酸化膜を除去することが行
われている。シリコン上の自然酸化膜を除去する方法と
しては、従来からプラズマを用いたエッチングが採用さ
れている。
シリコンウエハ上に不可避的に自然酸化膜が形成される
が、この自然酸化膜が形成されたままＴｉ膜を形成する
とコンタクト部分の特性が劣化するため、従来から成膜
前にシリコンウエハ上の自然酸化膜を除去することが行
われている。シリコン上の自然酸化膜を除去する方法と
しては、従来からプラズマを用いたエッチングが採用さ
れている。
【０００５】しかしながら、ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化
膜はシリコン上の自然酸化膜とは異なり、プラズマを用
いたエッチング処理では下地のＣｏＳｉ２膜をエッチン
グすることなく自然酸化膜を有効に除去することが困難
であった。このため、ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜は希
フッ酸等の洗浄液によるウエットクリーニングを行って
除去している。
膜はシリコン上の自然酸化膜とは異なり、プラズマを用
いたエッチング処理では下地のＣｏＳｉ２膜をエッチン
グすることなく自然酸化膜を有効に除去することが困難
であった。このため、ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜は希
フッ酸等の洗浄液によるウエットクリーニングを行って
除去している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うなウエットクリーニングによって自然酸化膜を除去す
る場合には、洗浄液によってＣｏＳｉ２膜が腐食される
こと、およびこのようにして自然酸化膜が除去されて
も、その上に金属膜、特にＴｉ膜を形成した場合にその
特性が劣化してしまうといった問題点を有する。
うなウエットクリーニングによって自然酸化膜を除去す
る場合には、洗浄液によってＣｏＳｉ２膜が腐食される
こと、およびこのようにして自然酸化膜が除去されて
も、その上に金属膜、特にＴｉ膜を形成した場合にその
特性が劣化してしまうといった問題点を有する。
【０００７】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、ＣｏＳｉ２膜にダメージを生じさせることな
く有効にＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を除去することが
でき、ＣｏＳｉ２膜上に良好な特性を有する金属膜、特
にＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜することができる成膜方法およ
び成膜装置を提供することを目的とする。
であって、ＣｏＳｉ２膜にダメージを生じさせることな
く有効にＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を除去することが
でき、ＣｏＳｉ２膜上に良好な特性を有する金属膜、特
にＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜することができる成膜方法およ
び成膜装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために検討を重ねた結果、（１）処理方法お
よび条件等を適切に設定することによりＣｏＳｉ２膜上
の自然酸化物をプラズマ等の励起されたガスによって除
去可能なこと、（２）ＣｏＳｉ２膜はシリコンよりも拡
散阻害が生じやすく、従来のようにウエットクリーニン
グにより自然酸化膜を除去した後の大気暴露により再酸
化が生じると、その上に金属膜、特にＴｉ膜を形成した
際に、Ｃｏ，Ｓｉの拡散が阻害されて良好な拡散層が生
成されず、コンタクト抵抗が高い等、膜の特性が劣化す
ること、（３）ウエットクリーニングによるＣｏＳｉ２
膜のダメージおよび上述のようなＣｏＳｉ２膜の上に形
成される金属膜の特性劣化を防止するためには、プラズ
マ等の励起されたガスでドライプロセスによりＣｏＳｉ
２膜上の自然酸化物を除去した後、基板を大気暴露する
ことなく金属膜を成膜することが有効であることを見出
した。
を解決するために検討を重ねた結果、（１）処理方法お
よび条件等を適切に設定することによりＣｏＳｉ２膜上
の自然酸化物をプラズマ等の励起されたガスによって除
去可能なこと、（２）ＣｏＳｉ２膜はシリコンよりも拡
散阻害が生じやすく、従来のようにウエットクリーニン
グにより自然酸化膜を除去した後の大気暴露により再酸
化が生じると、その上に金属膜、特にＴｉ膜を形成した
際に、Ｃｏ，Ｓｉの拡散が阻害されて良好な拡散層が生
成されず、コンタクト抵抗が高い等、膜の特性が劣化す
ること、（３）ウエットクリーニングによるＣｏＳｉ２
膜のダメージおよび上述のようなＣｏＳｉ２膜の上に形
成される金属膜の特性劣化を防止するためには、プラズ
マ等の励起されたガスでドライプロセスによりＣｏＳｉ
２膜上の自然酸化物を除去した後、基板を大気暴露する
ことなく金属膜を成膜することが有効であることを見出
した。
【０００９】本発明はこのような知見に基づいてなされ
たものであって、第１に、ＣｏＳｉ ２膜が形成された基
板のＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスに
より除去する第１工程と、次いで、前記基板を大気暴露
することなく前記ＣｏＳｉ２膜上に金属膜を形成する第
２工程とを具備することを特徴とする成膜方法を提供す
る。
たものであって、第１に、ＣｏＳｉ ２膜が形成された基
板のＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスに
より除去する第１工程と、次いで、前記基板を大気暴露
することなく前記ＣｏＳｉ２膜上に金属膜を形成する第
２工程とを具備することを特徴とする成膜方法を提供す
る。
【００１０】第２に、ＣｏＳｉ２膜が形成された基板の
ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスにより
除去する第１工程と、次いで、前記基板を大気暴露する
ことなくＣＶＤにより前記ＣｏＳｉ２膜上にＴｉ膜を形
成する第２工程とを具備することを特徴とする成膜方法
を提供する。
ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスにより
除去する第１工程と、次いで、前記基板を大気暴露する
ことなくＣＶＤにより前記ＣｏＳｉ２膜上にＴｉ膜を形
成する第２工程とを具備することを特徴とする成膜方法
を提供する。
【００１１】第３に、ＣｏＳｉ２膜が形成された基板の
ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスにより
除去する自然酸化膜除去部と、前記ＣｏＳｉ２膜上に金
属膜を形成する成膜部と、前記自然酸化膜除去部と前記
成膜部とが接続され、これらの間で大気暴露することな
く前記基板を搬送する搬送室とを具備することを特徴と
する成膜装置を提供する。
ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスにより
除去する自然酸化膜除去部と、前記ＣｏＳｉ２膜上に金
属膜を形成する成膜部と、前記自然酸化膜除去部と前記
成膜部とが接続され、これらの間で大気暴露することな
く前記基板を搬送する搬送室とを具備することを特徴と
する成膜装置を提供する。
【００１２】第４に、ＣｏＳｉ２膜が形成された基板の
ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスにより
除去する自然酸化膜除去部と、前記ＣｏＳｉ２膜上にＣ
ＶＤによりＴｉ膜を形成する成膜部と、前記自然酸化膜
除去部と前記成膜部とが接続され、これらの間で大気暴
露することなく前記基板を搬送する搬送室とを具備する
ことを特徴とする成膜装置を提供する。
ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスにより
除去する自然酸化膜除去部と、前記ＣｏＳｉ２膜上にＣ
ＶＤによりＴｉ膜を形成する成膜部と、前記自然酸化膜
除去部と前記成膜部とが接続され、これらの間で大気暴
露することなく前記基板を搬送する搬送室とを具備する
ことを特徴とする成膜装置を提供する。
【００１３】自然酸化膜を除去する際には、導波管を介
してプラズマ生成部に導入されたマイクロ波によりＨを
含むガスおよび／またはＮを含むガスのプラズマを形成
し、そのプラズマを処理容器内に導入するとともに、前
記処理容器内に少なくともＮＦ３ガスを導入して前記プ
ラズマによりＮＦ３ガスをプラズマ化し、Ｈ、Ｎおよび
ＮＦ３を含むプラズマを前記ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化
膜に作用させるようにすることが好ましい。また、励起
されたガスを前記ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜に作用さ
せた後に、前記基板を熱処理することが好ましい。さら
に、Ｔｉ膜の成膜は、処理容器内にＴｉＣｌ４ガスおよ
び還元ガスを導入して行われることが好ましい。
してプラズマ生成部に導入されたマイクロ波によりＨを
含むガスおよび／またはＮを含むガスのプラズマを形成
し、そのプラズマを処理容器内に導入するとともに、前
記処理容器内に少なくともＮＦ３ガスを導入して前記プ
ラズマによりＮＦ３ガスをプラズマ化し、Ｈ、Ｎおよび
ＮＦ３を含むプラズマを前記ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化
膜に作用させるようにすることが好ましい。また、励起
されたガスを前記ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜に作用さ
せた後に、前記基板を熱処理することが好ましい。さら
に、Ｔｉ膜の成膜は、処理容器内にＴｉＣｌ４ガスおよ
び還元ガスを導入して行われることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一
実施形態に係る成膜システムを示す概略構成図である。
この成膜システム１００は、中央に搬送室１が配置さ
れ、その周囲に開閉手段であるゲートバルブ（図示せ
ず）を介して、２つのカセットチャンバー２，３、冷却
チャンバー４、アニールチャンバー５、Ｔｉ成膜装置
６、ＴｉＮ成膜装置７、自然酸化膜除去装置８、および
アジャストチャンバー９が設けられたマルチチャンバー
タイプである。
明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一
実施形態に係る成膜システムを示す概略構成図である。
この成膜システム１００は、中央に搬送室１が配置さ
れ、その周囲に開閉手段であるゲートバルブ（図示せ
ず）を介して、２つのカセットチャンバー２，３、冷却
チャンバー４、アニールチャンバー５、Ｔｉ成膜装置
６、ＴｉＮ成膜装置７、自然酸化膜除去装置８、および
アジャストチャンバー９が設けられたマルチチャンバー
タイプである。
【００１５】搬送室１は図示しない排気機構等により所
定の真空度に保持され、その中央にはウエハＷを搬送す
る多関節アーム構造の搬送装置１０が設けられている。
また、搬送室１のカセットチャンバー２，３近傍には、
光学的にウエハＷに形成されたノッチまたはオリエンテ
ーションフラットの位置を合わせる位置合わせ機構１１
が設けられている。
定の真空度に保持され、その中央にはウエハＷを搬送す
る多関節アーム構造の搬送装置１０が設けられている。
また、搬送室１のカセットチャンバー２，３近傍には、
光学的にウエハＷに形成されたノッチまたはオリエンテ
ーションフラットの位置を合わせる位置合わせ機構１１
が設けられている。
【００１６】このような成膜システム１００では、図２
の（ａ）に示すように、層間絶縁層２１にコンタクトホ
ール２２が形成され、その底部のコンタクト部分となる
ように基板２０上にＣｏＳｉ２膜２３が形成されたシリ
コンウエハ（以下、単にウエハという。）Ｗに対し、図
２の（ｂ）に示すように、コンタクト部分としてのＣｏ
Ｓｉ２膜２３上にコンタクトメタルとしてのＴｉ層２４
を形成し、さらに図２の（ｃ）に示すように、その上に
バリアメタルとしてのＴｉＮ層２５を形成する。
の（ａ）に示すように、層間絶縁層２１にコンタクトホ
ール２２が形成され、その底部のコンタクト部分となる
ように基板２０上にＣｏＳｉ２膜２３が形成されたシリ
コンウエハ（以下、単にウエハという。）Ｗに対し、図
２の（ｂ）に示すように、コンタクト部分としてのＣｏ
Ｓｉ２膜２３上にコンタクトメタルとしてのＴｉ層２４
を形成し、さらに図２の（ｃ）に示すように、その上に
バリアメタルとしてのＴｉＮ層２５を形成する。
【００１７】ところで、実際には、ＣｏＳｉ２膜２３上
には図３に示すように自然酸化膜２６が形成されている
ため、このままＴｉ層２４を形成するとコンタクト部の
特性が劣化する。そのため、この成膜システム１００で
は、自然酸化膜除去装置８によりＴｉ層２４の成膜に先
立ってＣｏＳｉ２膜２３上の自然酸化膜が除去される。
には図３に示すように自然酸化膜２６が形成されている
ため、このままＴｉ層２４を形成するとコンタクト部の
特性が劣化する。そのため、この成膜システム１００で
は、自然酸化膜除去装置８によりＴｉ層２４の成膜に先
立ってＣｏＳｉ２膜２３上の自然酸化膜が除去される。
【００１８】具体的には、この成膜システム１００にお
いては、まず所定の真空度に保持された搬送室１内の搬
送装置１０により、カセットチャンバー２からウエハＷ
を一枚取り出し、位置合わせ機構１１によりウエハＷの
位置合わせが行われる。その後、ウエハＷを自然酸化膜
除去装置８に搬入して、後述するようにコンタクト部分
のＣｏＳｉ２膜２３上に形成された自然酸化膜除去処理
を行い、次いで、ウエハＷをアニールチャンバー５に装
入してウエハＷにアニール（加熱）処理を施して自然酸
化膜除去処理の際の反応生成物を分解・気化させる。次
に、必要に応じてアジャストチャンバー９にてウエハＷ
の向きを調整した後、ウエハＷをＴｉ成膜装置６に装入
してＴｉ層２４の成膜を行い、さらにＴｉＮ成膜装置７
に装入してＴｉＮ層２５の成膜を行う。その後ウエハＷ
は冷却チャンバー４で冷却され、カセットチャンバー３
に収容され、一連の処理が終了する。
いては、まず所定の真空度に保持された搬送室１内の搬
送装置１０により、カセットチャンバー２からウエハＷ
を一枚取り出し、位置合わせ機構１１によりウエハＷの
位置合わせが行われる。その後、ウエハＷを自然酸化膜
除去装置８に搬入して、後述するようにコンタクト部分
のＣｏＳｉ２膜２３上に形成された自然酸化膜除去処理
を行い、次いで、ウエハＷをアニールチャンバー５に装
入してウエハＷにアニール（加熱）処理を施して自然酸
化膜除去処理の際の反応生成物を分解・気化させる。次
に、必要に応じてアジャストチャンバー９にてウエハＷ
の向きを調整した後、ウエハＷをＴｉ成膜装置６に装入
してＴｉ層２４の成膜を行い、さらにＴｉＮ成膜装置７
に装入してＴｉＮ層２５の成膜を行う。その後ウエハＷ
は冷却チャンバー４で冷却され、カセットチャンバー３
に収容され、一連の処理が終了する。
【００１９】次に、自然酸化膜除去装置８の構造例につ
いて説明する。図４は自然酸化膜除去装置の構造の一例
を示す断面図である。この自然酸化膜除去装置８は、マ
イクロ波リモートプラズマ方式であり、ウエハＷを収容
する気密に構成された略円筒状のチャンバー３０と、チ
ャンバー３０内に処理ガスを供給するガス供給機構４０
と、マイクロ波により処理ガスを励起するためのプラズ
マを生成するプラズマ発生機構５０とを有している。
いて説明する。図４は自然酸化膜除去装置の構造の一例
を示す断面図である。この自然酸化膜除去装置８は、マ
イクロ波リモートプラズマ方式であり、ウエハＷを収容
する気密に構成された略円筒状のチャンバー３０と、チ
ャンバー３０内に処理ガスを供給するガス供給機構４０
と、マイクロ波により処理ガスを励起するためのプラズ
マを生成するプラズマ発生機構５０とを有している。
【００２０】チャンバー３０の中には被処理体であるウ
エハＷを水平に支持するためのサセプタ３２が円筒状の
支持部材３３により支持された状態で配置されている。
サセプタ３２の外縁部にはウエハＷをクランプするため
のクランプリング３４が設けられている。また、サセプ
タ３２の内部にはヒーター３５および冷媒流路３６が設
けられおり、ヒーター３５にはヒーター電源３７が接続
され、冷媒流路３６には冷媒供給源３８から冷媒が供給
されるようになっている。そして、冷媒流路３６に通流
する冷媒によりサセプタ３２を冷却しつつ、ヒーター３
５への給電を制御して、サセプタ３２の温度ひいてはウ
エハＷの温度を制御する。
エハＷを水平に支持するためのサセプタ３２が円筒状の
支持部材３３により支持された状態で配置されている。
サセプタ３２の外縁部にはウエハＷをクランプするため
のクランプリング３４が設けられている。また、サセプ
タ３２の内部にはヒーター３５および冷媒流路３６が設
けられおり、ヒーター３５にはヒーター電源３７が接続
され、冷媒流路３６には冷媒供給源３８から冷媒が供給
されるようになっている。そして、冷媒流路３６に通流
する冷媒によりサセプタ３２を冷却しつつ、ヒーター３
５への給電を制御して、サセプタ３２の温度ひいてはウ
エハＷの温度を制御する。
【００２１】ガス供給機構４０は、Ｎ２を供給するＮ２
供給源４１、Ｈ２を供給するＨ２供給源４２およびＮＦ
３を供給するＮＦ３供給源４３を有しており、これらに
はそれぞれガスライン４４，４５および４６が接続され
ている。各ガスラインにはバルブ４７およびマスフロー
コントローラ４８が設けられている。
供給源４１、Ｈ２を供給するＨ２供給源４２およびＮＦ
３を供給するＮＦ３供給源４３を有しており、これらに
はそれぞれガスライン４４，４５および４６が接続され
ている。各ガスラインにはバルブ４７およびマスフロー
コントローラ４８が設けられている。
【００２２】プラズマ発生機構５０は、チャンバー３０
の上方に設けられたプラズマ生成室５１と、マイクロ波
を発生するマイクロ波発生電源５２と、このマイクロ波
発生電源５２で発生したマイクロ波をプラズマ生成室５
１に導く導波管５３と、プラズマ生成室５１で生成した
プラズマをチャンバー３０の天壁３０ａを介してチャン
バー３０内に導くプラズマ導入筒５４とを有している。
の上方に設けられたプラズマ生成室５１と、マイクロ波
を発生するマイクロ波発生電源５２と、このマイクロ波
発生電源５２で発生したマイクロ波をプラズマ生成室５
１に導く導波管５３と、プラズマ生成室５１で生成した
プラズマをチャンバー３０の天壁３０ａを介してチャン
バー３０内に導くプラズマ導入筒５４とを有している。
【００２３】ガス供給機構４０のうち、Ｎ２供給源４１
に接続されたガスライン４４およびＨ２供給源４２に接
続されたガスライン４５はプラズマ生成室５１に繋がっ
ており、マイクロ波発生電源５２から導波管５３を経て
プラズマ生成室５１に導入されたマイクロ波によりガス
ライン４４，４５を経て供給されたＮ２ガスおよびＨ ２
ガスがプラズマ化され、そのプラズマがプラズマ導入筒
５４を経てチャンバー３０に導入される。一方、ＮＦ３
供給源４３に接続されたガスライン４６は、チャンバー
３０の天壁３０ａからチャンバー３０に挿入された複数
のガス導入ノズル４９に接続されており、ＮＦ３ガスが
このガス導入ノズル４９からチャンバー内に導入され
る。
に接続されたガスライン４４およびＨ２供給源４２に接
続されたガスライン４５はプラズマ生成室５１に繋がっ
ており、マイクロ波発生電源５２から導波管５３を経て
プラズマ生成室５１に導入されたマイクロ波によりガス
ライン４４，４５を経て供給されたＮ２ガスおよびＨ ２
ガスがプラズマ化され、そのプラズマがプラズマ導入筒
５４を経てチャンバー３０に導入される。一方、ＮＦ３
供給源４３に接続されたガスライン４６は、チャンバー
３０の天壁３０ａからチャンバー３０に挿入された複数
のガス導入ノズル４９に接続されており、ＮＦ３ガスが
このガス導入ノズル４９からチャンバー内に導入され
る。
【００２４】チャンバー３０の底壁には、排気管５５が
接続されており、この排気管５５には真空ポンプを含む
排気装置５６が接続されている。そして排気装置５６を
作動させることによりチャンバー３０内を所定の真空度
まで減圧することができる。
接続されており、この排気管５５には真空ポンプを含む
排気装置５６が接続されている。そして排気装置５６を
作動させることによりチャンバー３０内を所定の真空度
まで減圧することができる。
【００２５】また、チャンバー３０の側壁にはゲートバ
ルブ５７が設けられており、このゲートバルブ５７を開
にした状態でウエハＷが隣接する搬送室１との間で搬送
されるようになっている。
ルブ５７が設けられており、このゲートバルブ５７を開
にした状態でウエハＷが隣接する搬送室１との間で搬送
されるようになっている。
【００２６】このように構成される自然酸化膜除去装置
８においては、排気装置５６によりチャンバー３０内を
排気して所定の減圧状態にし、所定のガスを流した状態
で、ゲートバルブ５７を開にして、搬送装置１０により
真空状態の搬送室１からチャンバー３０内にウエハＷを
装入し、サセプタ３２上に載置してクランプリング３４
によりクランプする。その後、ゲートバルブ５７を閉じ
る。
８においては、排気装置５６によりチャンバー３０内を
排気して所定の減圧状態にし、所定のガスを流した状態
で、ゲートバルブ５７を開にして、搬送装置１０により
真空状態の搬送室１からチャンバー３０内にウエハＷを
装入し、サセプタ３２上に載置してクランプリング３４
によりクランプする。その後、ゲートバルブ５７を閉じ
る。
【００２７】そして、Ｎ２供給源４１およびＨ２供給源
４２からプラズマ生成室５１内にＮ ２およびＨ２を導入
しつつ、マイクロ波発生電源５２から導波管５３を介し
てプラズマ生成室５１内にマイクロ波を導入して、これ
らガスのプラズマを生成し、そのプラズマをチャンバー
３０内に導入する。一方、ＮＦ３供給源４３からガスラ
イン４６およびガス導入ノズル４９を介してチャンバー
３０内にＮＦ３を導入し、チャンバー３０内に導入され
たＮ２およびＨ２のプラズマによりＮＦ３ガスもプラズ
マ化させる。そして、このプラズマによりウエハＷのＣ
ｏＳｉ２膜表面の自然酸化膜に化学的作用が及ぼされ、
分解可能な（ＮＨ４）２ＳｉＦ６等が生成される。
４２からプラズマ生成室５１内にＮ ２およびＨ２を導入
しつつ、マイクロ波発生電源５２から導波管５３を介し
てプラズマ生成室５１内にマイクロ波を導入して、これ
らガスのプラズマを生成し、そのプラズマをチャンバー
３０内に導入する。一方、ＮＦ３供給源４３からガスラ
イン４６およびガス導入ノズル４９を介してチャンバー
３０内にＮＦ３を導入し、チャンバー３０内に導入され
たＮ２およびＨ２のプラズマによりＮＦ３ガスもプラズ
マ化させる。そして、このプラズマによりウエハＷのＣ
ｏＳｉ２膜表面の自然酸化膜に化学的作用が及ぼされ、
分解可能な（ＮＨ４）２ＳｉＦ６等が生成される。
【００２８】その後、ゲートバルブ５７が開かれ、ウエ
ハＷが搬送装置１０により搬送室１に取り出される。そ
の後、このウエハＷをアニールチャンバー５に搬入して
アニール処理することにより、上記反応成分が分解・揮
発して、自然酸化膜が除去される。
ハＷが搬送装置１０により搬送室１に取り出される。そ
の後、このウエハＷをアニールチャンバー５に搬入して
アニール処理することにより、上記反応成分が分解・揮
発して、自然酸化膜が除去される。
【００２９】このようなマイクロ波リモートプラズマは
高エネルギーであり、しかも上述のガスが自然酸化膜に
対して主に化学的作用を及ぼすから、下地のＣｏＳｉ２
膜に物理的ダメージを与えることなく高い化学的エネル
ギーで効率良くかつほぼ完全に自然酸化膜を除去するこ
とができる。したがって、条件を適切に選択することに
より、今までウエットクリーニングにより除去せざるを
得なかったＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜の除去処理をド
ライプロセスにて行うことが可能となった。
高エネルギーであり、しかも上述のガスが自然酸化膜に
対して主に化学的作用を及ぼすから、下地のＣｏＳｉ２
膜に物理的ダメージを与えることなく高い化学的エネル
ギーで効率良くかつほぼ完全に自然酸化膜を除去するこ
とができる。したがって、条件を適切に選択することに
より、今までウエットクリーニングにより除去せざるを
得なかったＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜の除去処理をド
ライプロセスにて行うことが可能となった。
【００３０】自然酸化膜除去装置８における処理条件
は、例えば圧力が０．１３３〜１３３Ｐａ、好ましくは
０．１３３〜２６．６Ｐａ、ウエハ温度が−２０〜１０
０℃、好ましくは０〜５０℃ガス流量がＨ２：０．０１
〜０．２Ｌ／ｍｉｎ好ましくは０．０２〜０．１Ｌ／ｍ
ｉｎ、ＮＦ３：０．０２〜０．２Ｌ／ｍｉｎ、好ましく
は０．０７〜０．１８Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２：０．２〜２Ｌ
／ｍｉｎ、好ましくは０．７〜１．５Ｌ／ｍｉｎ、マイ
クロ波発生電源５２の周波数が２．４５ＧＨｚ、出力が
１００〜１０００Ｗ、好ましくは２００から７００Ｗで
ある。
は、例えば圧力が０．１３３〜１３３Ｐａ、好ましくは
０．１３３〜２６．６Ｐａ、ウエハ温度が−２０〜１０
０℃、好ましくは０〜５０℃ガス流量がＨ２：０．０１
〜０．２Ｌ／ｍｉｎ好ましくは０．０２〜０．１Ｌ／ｍ
ｉｎ、ＮＦ３：０．０２〜０．２Ｌ／ｍｉｎ、好ましく
は０．０７〜０．１８Ｌ／ｍｉｎ、Ｎ２：０．２〜２Ｌ
／ｍｉｎ、好ましくは０．７〜１．５Ｌ／ｍｉｎ、マイ
クロ波発生電源５２の周波数が２．４５ＧＨｚ、出力が
１００〜１０００Ｗ、好ましくは２００から７００Ｗで
ある。
【００３１】また、アニールチャンバー５内では、例え
ば、チャンバー内をＡｒガス雰囲気として、ウエハ温度
を１００〜５００℃にしてアニール処理を行う。
ば、チャンバー内をＡｒガス雰囲気として、ウエハ温度
を１００〜５００℃にしてアニール処理を行う。
【００３２】本実施形態の成膜システム１００において
は、このようにして、自然酸化膜を除去した後、上述し
たようにＴｉ成膜装置６によりＴｉ成膜を行うが、この
Ｔｉ成膜装置６としては、図５に示すような構造のもの
を採用することができる。
は、このようにして、自然酸化膜を除去した後、上述し
たようにＴｉ成膜装置６によりＴｉ成膜を行うが、この
Ｔｉ成膜装置６としては、図５に示すような構造のもの
を採用することができる。
【００３３】すなわち、Ｔｉ成膜装置６は、気密に構成
された略円筒状のチャンバー６０を有しており、その中
には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサ
セプタ６２が円筒状の支持部材６３により支持された状
態で配置されている。サセプタ６２の外縁部にはウエハ
Ｗをガイドするためのガイドリング６４が設けられてい
る。また、サセプタ６２にはヒーター６５が埋め込まれ
ており、このヒーター６５はヒーター電源６６に接続さ
れており、ウエハＷを所定の温度に加熱する。
された略円筒状のチャンバー６０を有しており、その中
には被処理体であるウエハＷを水平に支持するためのサ
セプタ６２が円筒状の支持部材６３により支持された状
態で配置されている。サセプタ６２の外縁部にはウエハ
Ｗをガイドするためのガイドリング６４が設けられてい
る。また、サセプタ６２にはヒーター６５が埋め込まれ
ており、このヒーター６５はヒーター電源６６に接続さ
れており、ウエハＷを所定の温度に加熱する。
【００３４】チャンバー６０の天壁６０ａには、絶縁部
材６９を介してシャワーヘッド７０が設けられている。
このシャワーヘッド７０は、上段ブロック体７０ａ、中
段ブロック体７０ｂ、下段ブロック体７０ｃで構成され
ている。そして、下段ブロック体７０ｃにはガスを吐出
する吐出孔７７と７８とが交互に形成されている。上段
ブロック体７０ａの上面には、第１のガス導入口７１
と、第２のガス導入口７２とが形成されている。上段ブ
ロック体７０ａの中では、第１のガス導入口７１から多
数のガス通路７３が分岐している。中段ブロック体７０
ｂにはガス通路７５が形成されており、上記ガス通路７
３がこれらガス通路７５に連通している。さらにこのガ
ス通路７５が下段ブロック体７０ｃの吐出孔７７に連通
している。また、上段ブロック体７０ａの中では、第２
のガス導入口７２から多数のガス通路７４が分岐してい
る。中段ブロック体７０ｂにはガス通路７６が形成され
ており、上記ガス通路７４がこれらガス通路７６に連通
している。さらにこのガス通路７６が下段ブロック体７
０ｃの吐出孔７８に連通している。そして、上記第１お
よび第２のガス導入口７１，７２は、ガス供給機構８０
のガスラインに接続されている。
材６９を介してシャワーヘッド７０が設けられている。
このシャワーヘッド７０は、上段ブロック体７０ａ、中
段ブロック体７０ｂ、下段ブロック体７０ｃで構成され
ている。そして、下段ブロック体７０ｃにはガスを吐出
する吐出孔７７と７８とが交互に形成されている。上段
ブロック体７０ａの上面には、第１のガス導入口７１
と、第２のガス導入口７２とが形成されている。上段ブ
ロック体７０ａの中では、第１のガス導入口７１から多
数のガス通路７３が分岐している。中段ブロック体７０
ｂにはガス通路７５が形成されており、上記ガス通路７
３がこれらガス通路７５に連通している。さらにこのガ
ス通路７５が下段ブロック体７０ｃの吐出孔７７に連通
している。また、上段ブロック体７０ａの中では、第２
のガス導入口７２から多数のガス通路７４が分岐してい
る。中段ブロック体７０ｂにはガス通路７６が形成され
ており、上記ガス通路７４がこれらガス通路７６に連通
している。さらにこのガス通路７６が下段ブロック体７
０ｃの吐出孔７８に連通している。そして、上記第１お
よび第２のガス導入口７１，７２は、ガス供給機構８０
のガスラインに接続されている。
【００３５】ガス供給機構８０は、クリーニングガスで
あるＣｌＦ３を供給するＣｌＦ３供給源８１、Ｔｉ含有
ガスであるＴｉＣｌ４を供給するＴｉＣｌ４供給源８
２、Ａｒを供給するＡｒ供給源８３、Ｈ２を供給するＨ
２供給源８４を有している。そして、ＣｌＦ３供給源８
１にはガスライン８５が、ＴｉＣｌ４供給源８２にはガ
スライン８６が、Ａｒ供給源８３にはガスライン８７
が、Ｈ２供給源８４にはガスライン８８がそれぞれ接続
されている。そして、各ガスラインにはマスフローコン
トローラ９０およびマスフローコントローラ９０を挟ん
で２つのバルブ８９が設けられている。前記第１のガス
導入口７１にはＴｉＣｌ４供給源８２から延びるガスラ
イン８６が接続されており、このガスライン８６にはＣ
ｌＦ３供給源８１から延びるガスライン８５およびＡｒ
供給源８３から延びるガスライン８７が接続されてい
る。また、前記第２のガス導入口７２にはＨ２供給源８
４から延びるガスライン８８が接続されている。したが
って、プロセス時には、ＴｉＣｌ ４供給源８２からのＴ
ｉＣｌ４がＡｒにキャリアされてガスライン８６を介し
てシャワーヘッド７０の第１のガス導入口７１からシャ
ワーヘッド７０内に至り、ガス通路７３，７５を経て吐
出孔７７からチャンバー６０内へ吐出される一方、Ｈ２
供給源８４からのＨ２がガスライン８８を介してシャワ
ーヘッド７０の第２のガス導入口７２からシャワーヘッ
ド７０内に至り、ガス通路７４，７６を経て吐出孔７８
からチャンバー６０内へ吐出される。すなわち、シャワ
ーヘッド７０は、ＴｉＣｌ４とＨ２とが全く独立してチ
ャンバー６０内に供給されるマトリックスタイプとなっ
ており、これらは吐出後に混合され反応が生じる。
あるＣｌＦ３を供給するＣｌＦ３供給源８１、Ｔｉ含有
ガスであるＴｉＣｌ４を供給するＴｉＣｌ４供給源８
２、Ａｒを供給するＡｒ供給源８３、Ｈ２を供給するＨ
２供給源８４を有している。そして、ＣｌＦ３供給源８
１にはガスライン８５が、ＴｉＣｌ４供給源８２にはガ
スライン８６が、Ａｒ供給源８３にはガスライン８７
が、Ｈ２供給源８４にはガスライン８８がそれぞれ接続
されている。そして、各ガスラインにはマスフローコン
トローラ９０およびマスフローコントローラ９０を挟ん
で２つのバルブ８９が設けられている。前記第１のガス
導入口７１にはＴｉＣｌ４供給源８２から延びるガスラ
イン８６が接続されており、このガスライン８６にはＣ
ｌＦ３供給源８１から延びるガスライン８５およびＡｒ
供給源８３から延びるガスライン８７が接続されてい
る。また、前記第２のガス導入口７２にはＨ２供給源８
４から延びるガスライン８８が接続されている。したが
って、プロセス時には、ＴｉＣｌ ４供給源８２からのＴ
ｉＣｌ４がＡｒにキャリアされてガスライン８６を介し
てシャワーヘッド７０の第１のガス導入口７１からシャ
ワーヘッド７０内に至り、ガス通路７３，７５を経て吐
出孔７７からチャンバー６０内へ吐出される一方、Ｈ２
供給源８４からのＨ２がガスライン８８を介してシャワ
ーヘッド７０の第２のガス導入口７２からシャワーヘッ
ド７０内に至り、ガス通路７４，７６を経て吐出孔７８
からチャンバー６０内へ吐出される。すなわち、シャワ
ーヘッド７０は、ＴｉＣｌ４とＨ２とが全く独立してチ
ャンバー６０内に供給されるマトリックスタイプとなっ
ており、これらは吐出後に混合され反応が生じる。
【００３６】シャワーヘッド７０には、整合器９２を介
して高周波電源９３が接続されており、この高周波電源
９３からシャワーヘッド７０に高周波電力が供給される
ことにより、シャワーヘッド７０を介してチャンバー６
１内に供給されたガスがプラズマ化され、これにより成
膜反応が進行される。
して高周波電源９３が接続されており、この高周波電源
９３からシャワーヘッド７０に高周波電力が供給される
ことにより、シャワーヘッド７０を介してチャンバー６
１内に供給されたガスがプラズマ化され、これにより成
膜反応が進行される。
【００３７】チャンバー６０の底壁６０ｂには、排気管
９７が接続されており、この排気管９７には排気装置９
８が接続されている。そしてこの排気装置９８を作動さ
せることによりチャンバー６０内を所定の真空度まで減
圧することが可能となっている。また、チャンバー６０
の側壁にはゲートバルブ９９が設けられており、このゲ
ートバルブ９９を開にした状態でウエハＷが隣接する搬
送室１との間で搬送されるようになっている。
９７が接続されており、この排気管９７には排気装置９
８が接続されている。そしてこの排気装置９８を作動さ
せることによりチャンバー６０内を所定の真空度まで減
圧することが可能となっている。また、チャンバー６０
の側壁にはゲートバルブ９９が設けられており、このゲ
ートバルブ９９を開にした状態でウエハＷが隣接する搬
送室１との間で搬送されるようになっている。
【００３８】このような成膜装置によりＣｏＳｉ２膜上
にＴｉ薄膜を成膜するには、予め、ヒーター６５により
チャンバー６０内を加熱しながら排気装置９８によりチ
ャンバー６０内を排気しつつＡｒガスおよびＨ２ガスを
所定の流量比でチャンバー６０内に導入し、高周波電源
９３からシャワーヘッド７０に高周波電力を供給してチ
ャンバー６０内にプラズマを生成させ、さらに所定流量
のＴｉＣｌ４ガスを供給してチャンバー６０内のプリコ
ート処理を行っておく。
にＴｉ薄膜を成膜するには、予め、ヒーター６５により
チャンバー６０内を加熱しながら排気装置９８によりチ
ャンバー６０内を排気しつつＡｒガスおよびＨ２ガスを
所定の流量比でチャンバー６０内に導入し、高周波電源
９３からシャワーヘッド７０に高周波電力を供給してチ
ャンバー６０内にプラズマを生成させ、さらに所定流量
のＴｉＣｌ４ガスを供給してチャンバー６０内のプリコ
ート処理を行っておく。
【００３９】そして、ヒーター６５によりウエハＷを加
熱しながら排気装置９８によりチャンバー６０内を排気
してチャンバー６０内を１３〜６７００Ｐａ、好ましく
は１３〜１３５０Ｐａに維持した状態で、ゲートバルブ
９９を開け、搬送室１内の搬送装置１０によりウエハＷ
を搬送室１内からチャンバー６０へ装入する。
熱しながら排気装置９８によりチャンバー６０内を排気
してチャンバー６０内を１３〜６７００Ｐａ、好ましく
は１３〜１３５０Ｐａに維持した状態で、ゲートバルブ
９９を開け、搬送室１内の搬送装置１０によりウエハＷ
を搬送室１内からチャンバー６０へ装入する。
【００４０】Ｈ２を０．５〜５．０Ｌ／ｍｉｎ、好まし
くは０．５〜３．０Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒを０．１〜１．０
Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは０．３〜１．０Ｌ／ｍｉｎの流
量でチャンバー６０内に導入してプリフローを行いなが
ら、高周波電源９３からシャワーヘッド７０に３００ｋ
Ｈｚ〜６０ＭＨｚ、好ましくは４００ｋＨｚ〜１３．５
６ＭＨｚの周波数で、２００〜１０００Ｗ、好ましくは
２００〜５００Ｗのプラズマ生成用の高周波電力を供給
する。次いで、これらの流量を維持したままＴｉＣｌ４
を０．００１〜０．０５Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは０．０
０１〜０．０２Ｌ／ｍｉｎの流量でチャンバー６０内に
導入し、ヒーター６５によるウエハＷの加熱温度を５０
０〜７００℃程度、好ましくは６００℃程度にして高周
波電力によりプラズマ化したガスによりＴｉ膜を成膜す
る。成膜終了後、ゲートバルブ９９が開かれ、ウエハＷ
が搬送装置１０により搬送室１に取り出される。このよ
うにして所定枚数の成膜後、チャンバー６０内は、Ｃｌ
Ｆ３供給源８１からのＣｌＦ３によりクリーニングされ
る。
くは０．５〜３．０Ｌ／ｍｉｎ、Ａｒを０．１〜１．０
Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは０．３〜１．０Ｌ／ｍｉｎの流
量でチャンバー６０内に導入してプリフローを行いなが
ら、高周波電源９３からシャワーヘッド７０に３００ｋ
Ｈｚ〜６０ＭＨｚ、好ましくは４００ｋＨｚ〜１３．５
６ＭＨｚの周波数で、２００〜１０００Ｗ、好ましくは
２００〜５００Ｗのプラズマ生成用の高周波電力を供給
する。次いで、これらの流量を維持したままＴｉＣｌ４
を０．００１〜０．０５Ｌ／ｍｉｎ、好ましくは０．０
０１〜０．０２Ｌ／ｍｉｎの流量でチャンバー６０内に
導入し、ヒーター６５によるウエハＷの加熱温度を５０
０〜７００℃程度、好ましくは６００℃程度にして高周
波電力によりプラズマ化したガスによりＴｉ膜を成膜す
る。成膜終了後、ゲートバルブ９９が開かれ、ウエハＷ
が搬送装置１０により搬送室１に取り出される。このよ
うにして所定枚数の成膜後、チャンバー６０内は、Ｃｌ
Ｆ３供給源８１からのＣｌＦ３によりクリーニングされ
る。
【００４１】なお、本実施形態ではＴｉ膜成膜後、Ｔｉ
Ｎ成膜装置７によりＴｉ膜の上にＴｉＮ膜が成膜される
が、ＴｉＮ成膜装置７は成膜ガスとしてＨ２の代わりに
Ｎ２とＮＨ３を使用する他は、Ｔｉ成膜装置６と同様に
構成されており、ＴｉＣｌ４とＮ２およびＮＨ３を用い
て熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜が成膜される。
Ｎ成膜装置７によりＴｉ膜の上にＴｉＮ膜が成膜される
が、ＴｉＮ成膜装置７は成膜ガスとしてＨ２の代わりに
Ｎ２とＮＨ３を使用する他は、Ｔｉ成膜装置６と同様に
構成されており、ＴｉＣｌ４とＮ２およびＮＨ３を用い
て熱ＣＶＤによりＴｉＮ膜が成膜される。
【００４２】本実施形態の成膜システム１００において
は、搬送室１内が真空状態に保たれているため、ＣｏＳ
ｉ２膜上の自然酸化膜を除去した後、ウエハＷを大気暴
露することなく、上記Ｔｉ成膜装置６によってＴｉ膜を
成膜することができる。したがって、Ｔｉ膜成膜前にＣ
ｏＳｉ２膜上に再度自然酸化膜が形成されることがな
く、Ｔｉ成膜装置６によって成膜されたＴｉ膜の特性を
良好なものとすることができる。
は、搬送室１内が真空状態に保たれているため、ＣｏＳ
ｉ２膜上の自然酸化膜を除去した後、ウエハＷを大気暴
露することなく、上記Ｔｉ成膜装置６によってＴｉ膜を
成膜することができる。したがって、Ｔｉ膜成膜前にＣ
ｏＳｉ２膜上に再度自然酸化膜が形成されることがな
く、Ｔｉ成膜装置６によって成膜されたＴｉ膜の特性を
良好なものとすることができる。
【００４３】このことを実験結果に基づいて説明する。
シリコンウエハ上に形成したＣｏＳｉ２膜の表面を希フ
ッ酸で洗浄して自然酸化膜を除去した後に上述のＴｉ成
膜装置６と同様の装置によりＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜した
サンプル（以下、サンプルＡとする）と、本実施形態の
成膜システム１００を用いて、ＣｏＳｉ２膜上の自然酸
化膜除去した後にウエハを大気暴露することなくＣＶＤ
−Ｔｉ膜を成膜したサンプル（以下、サンプルＢとす
る）について、断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観
察するとともに、制限視野電子線回折像を撮影した。図
６はサンプルＡのＴｉ／ＣｏＳｉ２界面付近の断面を示
すＴＥＭ写真およびその制限視野電子線回折を示す写真
であり、図７はサンプルＢのＴｉ／ＣｏＳｉ２界面付近
の断面を示すＴＥＭ写真およびその制限視野電子線回折
を示す写真である。これら図において（ａ）がＴＥＭ写
真、（ｂ）がＴｉ膜のＴｉ／ＣｏＳｉ２界面から離隔し
た位置の制限視野電子線回折像、（ｃ）がＣＶＤ−Ｔｉ
膜のＴｉ／ＣｏＳｉ２界面近傍領域の制限視野電子線回
折像を示す。
シリコンウエハ上に形成したＣｏＳｉ２膜の表面を希フ
ッ酸で洗浄して自然酸化膜を除去した後に上述のＴｉ成
膜装置６と同様の装置によりＣＶＤ−Ｔｉ膜を成膜した
サンプル（以下、サンプルＡとする）と、本実施形態の
成膜システム１００を用いて、ＣｏＳｉ２膜上の自然酸
化膜除去した後にウエハを大気暴露することなくＣＶＤ
−Ｔｉ膜を成膜したサンプル（以下、サンプルＢとす
る）について、断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観
察するとともに、制限視野電子線回折像を撮影した。図
６はサンプルＡのＴｉ／ＣｏＳｉ２界面付近の断面を示
すＴＥＭ写真およびその制限視野電子線回折を示す写真
であり、図７はサンプルＢのＴｉ／ＣｏＳｉ２界面付近
の断面を示すＴＥＭ写真およびその制限視野電子線回折
を示す写真である。これら図において（ａ）がＴＥＭ写
真、（ｂ）がＴｉ膜のＴｉ／ＣｏＳｉ２界面から離隔し
た位置の制限視野電子線回折像、（ｃ）がＣＶＤ−Ｔｉ
膜のＴｉ／ＣｏＳｉ２界面近傍領域の制限視野電子線回
折像を示す。
【００４４】希フッ酸によりクリーニング処理したサン
プルＡは、図６の（ａ）に示すように、ＣｏＳｉ２膜の
表面がエッチングされている状態が観察されたが、サン
プルＢでは、図７の（ａ）に示すように、そのような状
態は見られなかった。また、図６の（ａ）からは、ＣＶ
Ｄ−Ｔｉ膜の界面近傍領域は約５ｎｍ程度にわたってア
モルファスに近いとみられる状態が観察され、その部分
は図６の（ｃ）に示すように制限視野電子線回折像から
も、明確なスポットが観察されずアモルファスに近い状
態であることが確認された。その部分より上には２０ｎ
ｍほどの大きな結晶粒が成長しており、これがＣＶＤ−
Ｔｉ膜の表面モホロジーを悪化させていることが確認さ
れた。一方、サンプルＢでは、図７の（ａ）に示すよう
にＴｉ／ＣｏＳｉ２界面付近より３〜４ｎｍ程度の微結
晶が均一に生成していることが観察され、その部分は図
７の（ｃ）に示すように制限視野電子線回折像結晶格子
像でも明確なスポットが観察され、結晶であることが確
認された。このように、サンプルＢではＣＶＤ−Ｔｉ膜
の結晶がＣｏＳｉ２膜の結晶と良好な格子整合性を保っ
ていると推測される。なお、図６の（ｂ）および図７の
（ｂ）に示すように、サンプルＡおよびＢともに、Ｔｉ
膜のＴｉ／ＣｏＳｉ２界面から離隔した位置では制限視
野電子線回折像結晶格子像で明確なスポットが観察さ
れ、結晶であることが確認された。
プルＡは、図６の（ａ）に示すように、ＣｏＳｉ２膜の
表面がエッチングされている状態が観察されたが、サン
プルＢでは、図７の（ａ）に示すように、そのような状
態は見られなかった。また、図６の（ａ）からは、ＣＶ
Ｄ−Ｔｉ膜の界面近傍領域は約５ｎｍ程度にわたってア
モルファスに近いとみられる状態が観察され、その部分
は図６の（ｃ）に示すように制限視野電子線回折像から
も、明確なスポットが観察されずアモルファスに近い状
態であることが確認された。その部分より上には２０ｎ
ｍほどの大きな結晶粒が成長しており、これがＣＶＤ−
Ｔｉ膜の表面モホロジーを悪化させていることが確認さ
れた。一方、サンプルＢでは、図７の（ａ）に示すよう
にＴｉ／ＣｏＳｉ２界面付近より３〜４ｎｍ程度の微結
晶が均一に生成していることが観察され、その部分は図
７の（ｃ）に示すように制限視野電子線回折像結晶格子
像でも明確なスポットが観察され、結晶であることが確
認された。このように、サンプルＢではＣＶＤ−Ｔｉ膜
の結晶がＣｏＳｉ２膜の結晶と良好な格子整合性を保っ
ていると推測される。なお、図６の（ｂ）および図７の
（ｂ）に示すように、サンプルＡおよびＢともに、Ｔｉ
膜のＴｉ／ＣｏＳｉ２界面から離隔した位置では制限視
野電子線回折像結晶格子像で明確なスポットが観察さ
れ、結晶であることが確認された。
【００４５】次に、これらサンプルのＴｉ／ＣｏＳｉ２
界面付近について二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）によ
って各元素の深さ方向の分析を行った。図８、図９、図
１０にそれぞれその部分のＳＩＭＳによるＯ、Ｓｉ、Ｃ
ｏの深さ方向プロファイルを示す。図８から、Ｔｉ膜中
に含まれる酸素原子の量は希フッ酸によりクリーニング
処理したサンプルＡに比べてサンプルＢが一桁低いこと
がわかる。また、図９、図１０に示すように、サンプル
ＢではＴｉ膜のＴｉ／ＣｏＳｉ２界面近傍部分でＣｏお
よびＳｉが一定量拡散しているが、サンプルＡではＴｉ
膜に入ってからこれらが急激に低下していることが確認
される。
界面付近について二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）によ
って各元素の深さ方向の分析を行った。図８、図９、図
１０にそれぞれその部分のＳＩＭＳによるＯ、Ｓｉ、Ｃ
ｏの深さ方向プロファイルを示す。図８から、Ｔｉ膜中
に含まれる酸素原子の量は希フッ酸によりクリーニング
処理したサンプルＡに比べてサンプルＢが一桁低いこと
がわかる。また、図９、図１０に示すように、サンプル
ＢではＴｉ膜のＴｉ／ＣｏＳｉ２界面近傍部分でＣｏお
よびＳｉが一定量拡散しているが、サンプルＡではＴｉ
膜に入ってからこれらが急激に低下していることが確認
される。
【００４６】以上のことから、サンプルＡではＴｉ成膜
前にＣｏＳｉ２膜にアモルファスである自然酸化膜が残
存しているために、Ｔｉ膜（特に表面部分）に酸素量が
多く、またＴｉ／ＣｏＳｉ２界面近傍においてＴｉ膜が
アモルファスに近い形態になっており、このようなＴｉ
／ＣｏＳｉ２界面の自然酸化膜層によりＣｏおよびＳｉ
のＴｉ膜への拡散が阻害されて低抵抗化に必要なＴｉ−
Ｃｏ−Ｓｉ相およびＴｉ−Ｓｉ相が形成されにくくなっ
ていることを理解することができる。これに対し、本実
施形態の成膜システムにより、プラズマによる自然酸化
膜除去処理を行った後、大気暴露をともなわずにＴｉ膜
を成膜したサンプルＢでは、ＣｏＳｉ２膜の再酸化量が
少ないからＴｉ膜中の酸素量が少なく、Ｔｉ膜のＴｉ／
ＣｏＳｉ ２界面近傍の結晶性が良好であり、その部分に
低抵抗化に必要なＴｉ−Ｃｏ−Ｓｉ相領域およびＴｉ−
Ｓｉ相領域が形成され、コンタクト抵抗の一層の低減が
可能であることがわかる。
前にＣｏＳｉ２膜にアモルファスである自然酸化膜が残
存しているために、Ｔｉ膜（特に表面部分）に酸素量が
多く、またＴｉ／ＣｏＳｉ２界面近傍においてＴｉ膜が
アモルファスに近い形態になっており、このようなＴｉ
／ＣｏＳｉ２界面の自然酸化膜層によりＣｏおよびＳｉ
のＴｉ膜への拡散が阻害されて低抵抗化に必要なＴｉ−
Ｃｏ−Ｓｉ相およびＴｉ−Ｓｉ相が形成されにくくなっ
ていることを理解することができる。これに対し、本実
施形態の成膜システムにより、プラズマによる自然酸化
膜除去処理を行った後、大気暴露をともなわずにＴｉ膜
を成膜したサンプルＢでは、ＣｏＳｉ２膜の再酸化量が
少ないからＴｉ膜中の酸素量が少なく、Ｔｉ膜のＴｉ／
ＣｏＳｉ ２界面近傍の結晶性が良好であり、その部分に
低抵抗化に必要なＴｉ−Ｃｏ−Ｓｉ相領域およびＴｉ−
Ｓｉ相領域が形成され、コンタクト抵抗の一層の低減が
可能であることがわかる。
【００４７】なお、このような現象はシリコン上では生
じない。すなわち、シリコンはウエットクリーニングに
より自然酸化膜を除去した後の大気暴露により再酸化が
生じてもＴｉ−Ｓｉ反応時の酸素還元作用があることか
らＳｉのＴｉ膜への拡散は阻害されずに良好なＴｉ−Ｓ
ｉ拡散層が形成されるが、ＣｏＳｉ２膜は上述の還元作
用が生じにくいため拡散し難く、ＣｏＳｉ２上の自然酸
化膜による拡散阻害をうけやすい。したがって、従来の
ようにウエットクリーニングにより自然酸化膜を除去し
た後の大気暴露により再酸化が生じると、Ｃｏ，Ｓｉの
拡散が阻害されやすく、良好な拡散層が生成されずにコ
ンタクト抵抗が高くなる。
じない。すなわち、シリコンはウエットクリーニングに
より自然酸化膜を除去した後の大気暴露により再酸化が
生じてもＴｉ−Ｓｉ反応時の酸素還元作用があることか
らＳｉのＴｉ膜への拡散は阻害されずに良好なＴｉ−Ｓ
ｉ拡散層が形成されるが、ＣｏＳｉ２膜は上述の還元作
用が生じにくいため拡散し難く、ＣｏＳｉ２上の自然酸
化膜による拡散阻害をうけやすい。したがって、従来の
ようにウエットクリーニングにより自然酸化膜を除去し
た後の大気暴露により再酸化が生じると、Ｃｏ，Ｓｉの
拡散が阻害されやすく、良好な拡散層が生成されずにコ
ンタクト抵抗が高くなる。
【００４８】以上のように、本実施形態によれば、Ｎ２
ガス、Ｈ２ガスおよびＮＦ３ガスを用いてマイクロ波リ
モートプラズマにより、ＣｏＳｉ２膜にダメージを与え
ることなくその上の自然酸化膜を効率的にかつほぼ完全
に除去することができ、ウエットクリーニングのような
ＣｏＳｉ２膜エッチングが生じない。しかも、自然酸化
膜除去後にウエハを大気暴露することなくＣＶＤ−Ｔｉ
膜を成膜するので、ＣｏＳｉ２膜の再酸化を防止するこ
とができ、ＣｏＳｉ２上の自然酸化膜によるＴｉ膜への
Ｃｏ，Ｓｉ拡散阻害が生じないためＴｉ−Ｃｏ−Ｓｉ相
互拡散層を良好に形成することができ、コンタクト抵抗
を低下させることができる。
ガス、Ｈ２ガスおよびＮＦ３ガスを用いてマイクロ波リ
モートプラズマにより、ＣｏＳｉ２膜にダメージを与え
ることなくその上の自然酸化膜を効率的にかつほぼ完全
に除去することができ、ウエットクリーニングのような
ＣｏＳｉ２膜エッチングが生じない。しかも、自然酸化
膜除去後にウエハを大気暴露することなくＣＶＤ−Ｔｉ
膜を成膜するので、ＣｏＳｉ２膜の再酸化を防止するこ
とができ、ＣｏＳｉ２上の自然酸化膜によるＴｉ膜への
Ｃｏ，Ｓｉ拡散阻害が生じないためＴｉ−Ｃｏ−Ｓｉ相
互拡散層を良好に形成することができ、コンタクト抵抗
を低下させることができる。
【００４９】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態で
はＣｏＳｉ２膜上にＴｉ膜を形成する場合について示し
たが、Ｔｉ膜に限らず他の金属膜であってもよい。ま
た、ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜をＮ２ガス、Ｈ２ガス
およびＮＦ３ガスを用いたマイクロ波リモートプラズマ
方式で除去したが、ガスおよび方式はこれに限るもので
はなく、例えば、Ａｒガスのような希ガスおよびＨ２ガ
スを用いた誘導結合プラズマ方式で自然酸化膜を除去し
てもよい。
ことなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態で
はＣｏＳｉ２膜上にＴｉ膜を形成する場合について示し
たが、Ｔｉ膜に限らず他の金属膜であってもよい。ま
た、ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜をＮ２ガス、Ｈ２ガス
およびＮＦ３ガスを用いたマイクロ波リモートプラズマ
方式で除去したが、ガスおよび方式はこれに限るもので
はなく、例えば、Ａｒガスのような希ガスおよびＨ２ガ
スを用いた誘導結合プラズマ方式で自然酸化膜を除去し
てもよい。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＣｏＳｉ２膜が形成された基板のＣｏＳｉ２膜上の自然
酸化膜を、励起されたガスにより除去し、次いで、前記
基板を大気暴露することなくＣｏＳｉ２膜上にＴｉ膜に
代表される金属膜を形成するので、ウエットクリーニン
グの場合のような洗浄液によるＣｏＳｉ２膜のエッチン
グの問題が生じず、また、大気暴露しないことによりＣ
ｏＳｉ２膜の再酸化を防止することができ、酸素による
拡散阻害が生じず金属膜に十分なシリサイドを形成する
ことができ、コンタクト抵抗が低い等の良好な特性の金
属膜を得ることができる。
ＣｏＳｉ２膜が形成された基板のＣｏＳｉ２膜上の自然
酸化膜を、励起されたガスにより除去し、次いで、前記
基板を大気暴露することなくＣｏＳｉ２膜上にＴｉ膜に
代表される金属膜を形成するので、ウエットクリーニン
グの場合のような洗浄液によるＣｏＳｉ２膜のエッチン
グの問題が生じず、また、大気暴露しないことによりＣ
ｏＳｉ２膜の再酸化を防止することができ、酸素による
拡散阻害が生じず金属膜に十分なシリサイドを形成する
ことができ、コンタクト抵抗が低い等の良好な特性の金
属膜を得ることができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る成膜システムを示す
概略構成図。
概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態に係る成膜システムを用い
た成膜が適用される部分および成膜工程を説明するため
の断面図。
た成膜が適用される部分および成膜工程を説明するため
の断面図。
【図３】ＣｏＳｉ２膜表面に自然酸化膜が形成された状
態を示す断面図。
態を示す断面図。
【図４】本発明の一実施形態に係る成膜システムに搭載
された自然酸化膜除去装置を示す断面図。
された自然酸化膜除去装置を示す断面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る成膜システムに搭載
されたＴｉ成膜装置を示す断面図。
されたＴｉ成膜装置を示す断面図。
【図６】ＣｏＳｉ２膜の表面を希フッ酸で洗浄して自然
酸化膜を除去した後にＴｉ膜を成膜したサンプルＡの透
過型電子顕微鏡写真、ならびにＴｉ膜のＴｉ／ＣｏＳｉ
２界面から離隔した位置およびＴｉ／ＣｏＳｉ２界面近
傍領域の制限視野電子線回折像を示す写真。
酸化膜を除去した後にＴｉ膜を成膜したサンプルＡの透
過型電子顕微鏡写真、ならびにＴｉ膜のＴｉ／ＣｏＳｉ
２界面から離隔した位置およびＴｉ／ＣｏＳｉ２界面近
傍領域の制限視野電子線回折像を示す写真。
【図７】本発明の一実施形態に係る成膜システムを用い
てＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜除去およびＴｉ膜成膜を
行ったサンプルＢの透過型電子顕微鏡写真、ならびにＴ
ｉ膜のＴｉ／ＣｏＳｉ２界面から離隔した位置およびＴ
ｉ／ＣｏＳｉ２界面近傍領域の制限視野電子線回折像を
示す写真。
てＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜除去およびＴｉ膜成膜を
行ったサンプルＢの透過型電子顕微鏡写真、ならびにＴ
ｉ膜のＴｉ／ＣｏＳｉ２界面から離隔した位置およびＴ
ｉ／ＣｏＳｉ２界面近傍領域の制限視野電子線回折像を
示す写真。
【図８】サンプルＡおよびサンプルＢのＴｉ／ＣｏＳｉ
２界面付近の二次イオン質量分析によるＯの深さ方向プ
ロファイルを示す図。
２界面付近の二次イオン質量分析によるＯの深さ方向プ
ロファイルを示す図。
【図９】サンプルＡおよびサンプルＢのＴｉ／ＣｏＳｉ
２界面付近の二次イオン質量分析によるＳｉの深さ方向
プロファイルを示す図。
２界面付近の二次イオン質量分析によるＳｉの深さ方向
プロファイルを示す図。
【図１０】サンプルＡおよびサンプルＢのＴｉ／ＣｏＳ
ｉ２界面付近の二次イオン質量分析によるＣｏの深さ方
向プロファイルを示す図。
ｉ２界面付近の二次イオン質量分析によるＣｏの深さ方
向プロファイルを示す図。
１；搬送室
５；アニールチャンバー
６；Ｔｉ成膜装置
８；自然酸化膜除去装置
３０；チャンバー
３２；サセプタ
４１；Ｎ２供給源
４２；Ｈ２供給源
４３；ＮＦ３供給源
５１；プラズマ生成室
５２；マイクロ波発生電源
５３；導波管
１００；成膜システム
Ｗ；シリコンウエハ
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 21/768 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｎ
Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA13 AA16 AA17 BA01
BA18 CA04 DA03 LA15
4M104 AA01 BB14 BB20 CC01 DD22
DD23 DD43 DD78 DD84 FF18
FF22 HH15 HH20
5F004 AA14 BD04 DA17 DB13 EA38
EB02 FA07
5F033 HH08 HH11 HH18 HH19 HH33
JJ01 JJ08 JJ11 JJ18 JJ19
JJ33 KK25 MM08 MM13 NN06
NN07 PP06 QQ00 QQ09 QQ12
QQ70 QQ73 QQ94 QQ98 XX00
XX09 XX18 XX20
Claims (10)
- 【請求項１】 ＣｏＳｉ２膜が形成された基板のＣｏＳ
ｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスにより除去す
る第１工程と、 次いで、前記基板を大気暴露することなく前記ＣｏＳｉ
２膜上に金属膜を形成する第２工程とを具備することを
特徴とする成膜方法。 - 【請求項２】 ＣｏＳｉ２膜が形成された基板のＣｏＳ
ｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスにより除去す
る第１工程と、 次いで、前記基板を大気暴露することなくＣＶＤにより
前記ＣｏＳｉ２膜上にＴｉ膜を形成する第２工程とを具
備することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項３】 前記第１工程は、導波管を介してプラズ
マ生成部に導入されたマイクロ波によりＨを含むガスお
よび／またはＮを含むガスのプラズマを形成し、そのプ
ラズマを処理容器内に導入するとともに、前記処理容器
内に少なくともＮＦ３ガスを導入して前記プラズマによ
りＮＦ３ガスをプラズマ化し、Ｈ、ＮおよびＮＦ３を含
むプラズマを前記ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜に作用さ
せることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
成膜方法。 - 【請求項４】 励起されたガスを前記ＣｏＳｉ２膜上の
自然酸化膜に作用させた後に、前記基板を熱処理するこ
とを特徴とする請求項３に記載の成膜方法。 - 【請求項５】 前記第２工程は、処理容器内にＴｉＣｌ
４ガスおよび還元ガスを導入して行われることを特徴と
する請求項２に記載の成膜方法。 - 【請求項６】 ＣｏＳｉ２膜が形成された基板のＣｏＳ
ｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスにより除去す
る自然酸化膜除去部と、 前記ＣｏＳｉ２膜上に金属膜を形成する成膜部と、 前記自然酸化膜除去部と前記成膜部とが接続され、これ
らの間で大気暴露することなく前記基板を搬送する搬送
室とを具備することを特徴とする成膜装置。 - 【請求項７】 ＣｏＳｉ２膜が形成された基板のＣｏＳ
ｉ２膜上の自然酸化膜を、励起されたガスにより除去す
る自然酸化膜除去部と、 前記ＣｏＳｉ２膜上にＣＶＤによりＴｉ膜を形成する成
膜部と、 前記自然酸化膜除去部と前記成膜部とが接続され、これ
らの間で大気暴露することなく前記基板を搬送する搬送
室とを具備することを特徴とする成膜装置。 - 【請求項８】 前記自然酸化膜除去部は、前記基板が収
容される処理容器と、マイクロ波発生手段と、マイクロ
波を導く導波管と、導波管によって導かれたマイクロ波
およびＨを含むガスおよび／またはＮを含むガスが供給
され、そのガスのプラズマを形成し、そのプラズマを前
記処理容器に導くプラズマ形成部と、前記処理容器に少
なくともＮＦ３ガスを供給するガス供給手段とを有し、
前記処理容器内に供給されたＮＦ３ガスを前記処理容器
内に導入された前記プラズマによりプラズマ化し、Ｈ、
ＮおよびＮＦ３を含むプラズマを前記ＣｏＳｉ２膜上の
自然酸化膜に作用させることを特徴とする請求項６また
は請求項７に記載の成膜装置。 - 【請求項９】 前記自然酸化膜除去部は、励起されたガ
スを前記ＣｏＳｉ２膜上の自然酸化膜に作用させた後
に、前記基板を熱処理する熱処理手段を有することを特
徴とする請求項８に記載の成膜装置。 - 【請求項１０】前記成膜部は、前記自然酸化膜除去後の
前記基板が収容される処理容器と、前記処理容器内にＴ
ｉＣｌ４ガスおよび還元ガスを供給するガス供給手段と
を有することを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001241836A JP2003059861A (ja) | 2001-08-09 | 2001-08-09 | 成膜方法および成膜装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001241836A JP2003059861A (ja) | 2001-08-09 | 2001-08-09 | 成膜方法および成膜装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003059861A true JP2003059861A (ja) | 2003-02-28 |
Family
ID=19072202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001241836A Pending JP2003059861A (ja) | 2001-08-09 | 2001-08-09 | 成膜方法および成膜装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003059861A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006294861A (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-26 | Tokyo Electron Ltd | 成膜方法、前処理方法および成膜システム |
| WO2007023639A1 (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-01 | Tokyo Electron Limited | 基板処理装置，基板処理装置の基板搬送方法，プログラム，プログラムを記録した記録媒体 |
| JP2009141015A (ja) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Ulvac Japan Ltd | 基板収容容器及び基板処理方法 |
| JP2009531838A (ja) * | 2006-03-24 | 2009-09-03 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 電着されたコンタクトを形成する構造体及び方法 |
| JP2010503204A (ja) * | 2006-08-30 | 2010-01-28 | ラム リサーチ コーポレーション | 銅配線のバリア界面調整のための方法および装置 |
| US7737005B2 (en) | 2004-04-09 | 2010-06-15 | Tokyo Electron Limited | Method for forming Ti film and TiN film, contact structure, computer readable storing medium and computer program |
| KR101487564B1 (ko) * | 2006-08-30 | 2015-01-29 | 램 리써치 코포레이션 | 구리 상호접속부의 배리어 계면 제작 방법 및 장치 |
| CN110010465A (zh) * | 2017-12-21 | 2019-07-12 | 东京毅力科创株式会社 | 去除方法和处理方法 |
-
2001
- 2001-08-09 JP JP2001241836A patent/JP2003059861A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN110010465A (zh) * | 2017-12-21 | 2019-07-12 | 东京毅力科创株式会社 | 去除方法和处理方法 |
| CN110010465B (zh) * | 2017-12-21 | 2023-09-05 | 东京毅力科创株式会社 | 去除方法和处理方法 |
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