JP2004158828A - 成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Siウエハ1上にチタンシリサイド膜4を成膜するにあたり、Siウエハ1を高周波を用いたプラズマにより処理する工程と、プラズマによる処理が施されたSi含有部分上にTi含有原料ガスを供給し、プラズマを生成してTi膜を成膜し、その際のTi膜とSi含有部分のSiとの反応によりチタンシリサイド膜4を形成する工程とを具備し、Siウエハ1のプラズマによる処理は、Siウエハ1に絶対値が200V以上のDCバイアス電圧(Vdc)を印加しつつ行う。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る成膜方法を説明するための工程図である。
図3はTi成膜装置の概略構成を示す断面図である。この成膜装置40は、気密に構成された略円筒状のチャンバー41を有しており、その中には被処理体であるSiウエハ1を水平に支持するためのサセプタ42が円筒状の支持部材43により支持された状態で配置されている。このサセプタ42は、例えばAlN等のセラミックスで構成されている。サセプタ42の外縁部にはSiウエハWをガイドするためのガイドリング44が設けられている。このガイドリング44はプラズマのフォーカシング効果も奏する。また、サセプタ42にはモリブデンやタングステン線等からなる抵抗加熱型のヒーター45が埋め込まれており、このヒーター45はヒーター電源46から給電されることにより被処理体であるSiウエハ1を所定の温度に加熱する。なお、サセプタ42に対するSiウエハ1の受け渡しは、その中に突没自在に設けられた3本のリフトピンでSiウエハ1を持ち上げた状態で行われる。
まず、ヒーター45によりチャンバー41内を500〜700℃に加熱しながら排気装置76によりチャンバー41内を排気して所定の真空状態とし、ArガスおよびH2ガスを所定の流量比で、例えばArガスを0.1〜5L/min、H2ガスを0.5〜10L/minでチャンバー41内に導入しつつ、高周波電源73からシャワーヘッド50に高周波電力を供給してチャンバー41内にプラズマを生成させ、さらに所定流量のTiCl4ガスを、例えば0.001〜0.05L/minで供給してチャンバー41内にTi膜のプリコート処理を行う。その後、TiCl4ガスを停止して、NH3ガスを例えば0.1〜3L/minでチャンバー41内に導入して、プラズマを生成してプリコートTi膜を窒化して安定化させる。
第2の実施形態においては、図4の(a)に示すように上記図1の(a)と同様の処理を行い、次いで、図4の(b)に示すように、高周波を用いたプラズマによりSiウエハ1の表面の自然酸化膜を除去する。引き続き、図4の(c)に示すように、Siウエハ1にTiCl4ガス等のTi含有原料ガスを供給し、プラズマを生成してTi膜を成膜し、Ti膜とSiウエハ1のSiとの反応によりTiSi2膜4を形成する。この処理は図1の(c)と基本的には同様であるが、ここでは、最初にH2ガス,Arガスを供給し、その後、プラズマを生成せずにTiCl4ガス等のTi含有原料ガスを所定時間供給してTi−Si結合を生じさせ、次いでプラズマを生成する。その後、必要に応じて図4の(d)に示すように、図1の(d)と同様の処理を行い、TiSi2膜4の表面にプラズマ窒化処理を施す。
第3の実施形態においては、上記図4(a)および図4(b)と同様にして、Siウエハ1上にコンタクトホールを形成後、高周波を用いたプラズマによりSiウエハの表面の酸化膜を除去する。引き続き、上記図4(c)と同様に、TiSi2膜を形成する。このTiSi2膜の形成工程は、図4(c)と基本的には同様であるが、ここでは、最初にプラズマを生成せずにTi含有原料ガスであるTiCl4ガスを所定時間供給してTi−Si結合を生じさせた後、プラズマを生成してTi膜の成膜を行う際に、Ti含有原料ガスであるTiCl4ガスを、最初に低流量で供給し、次いで高流量で供給する。その後、必要に応じて図4(d)と同様に、TiSi2膜の表面に窒化処理を施す。
(1)第1の実施形態の実験
ここでは、まず、図2の装置を用いてSiウエハ表面に高周波を用いたプラズマ処理を施した。この際の条件は高周波電源18のパワーを500W、バイアス用の高周波電源31のパワーを800Wとして、Vdcが−530Vになるようにして行った。その後、図3の装置を用いて、サセプタ温度640℃、ウエハ温度620℃で31秒間処理を行い、厚さ43nmのTiSi2膜を成膜した。
ここでは、図2の装置を用いて自然酸化膜を除去した後、図3の装置によるTiSi2膜の成膜において、プラズマ生成に先立って10秒間TiCl4を供給した。サセプタ温度640℃、ウエハ温度620℃で20秒間処理を行い、厚さ27nmのTiSi2膜を成膜した。
図12は、第1の実施形態に従って製造したサンプルの別の部分のX線回折プロファイル(A)と、Vdcを通常の自然酸化膜除去の条件でプラズマ処理を行った後に成膜したサンプルのX線回折プロファイル(B)およびこのようなプラズマ処理を行わずに成膜したサンプルのX線回折プロファイル(C)とを比較して示すものである。図12に示すように、(A)はC54のピークが高いのに対し、プラズマ処理を通常の条件で行った(B)の場合には、結晶構造C54のTiSi2のピークがほとんど見られず、ほぼC49の結晶構造となっており、(C)のプラズマ処理を行わなかった場合にはC49のピークも低く、結晶性が悪くなっていることが確認された。
2 層間絶縁層
3 コンタクトホール
4 TiSi2膜
10 プラズマ処理装置
11 チャンバー
12 ベルジャー
13 サセプタ
17 コイル
18 プラズマ形成用の高周波電源
20 ガス供給機構
31 バイアス印加用の高周波電源
40 Ti成膜装置
41 チャンバー
42 サセプタ
50 シャワーヘッド
60 ガス供給機構
62 TiCl4ガス源
73 高周波電源
Claims (25)
- 被処理体のSi含有部分上に金属シリサイド膜を成膜する成膜方法であって、
前記Si含有部分を高周波を用いたプラズマにより処理する工程と、
前記プラズマによる処理が施されたSi含有部分上に成膜しようとする金属シリサイド中の金属を含有する金属含有原料ガスを供給し、プラズマを生成して当該金属からなる金属膜を成膜し、その際の金属膜とSi含有部分のSiとの反応により金属シリサイド膜を形成する工程と
を具備し、
前記Si含有部分のプラズマによる処理は、被処理体に絶対値が200V以上のDCバイアス電圧(Vdc)を印加しつつ行うことを特徴とする成膜方法。 - 前記Si含有部分は、Si基板、poly−Siまたは金属シリサイドからなることを特徴とする請求項1に記載の成膜方法。
- 前記Si含有部分のプラズマによる処理は、誘導結合プラズマを用いて行われ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。
- 前記Si含有部分のプラズマによる処理は、平行平板型プラズマ、またはマイクロ波プラズマで行われ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。
- 前記金属シリサイド膜を形成する工程は、金属含有原料ガスの供給とプラズマおよび還元ガスを供給することによる金属含有原料ガスの還元とを複数回繰り返すことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記金属シリサイド膜を形成する工程は、最初にプラズマを生成せずに金属含有原料ガスを所定時間供給して金属−シリコン結合を生じさせ、次いでプラズマを生成することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記金属は、Ti、Ni、Co、Pt、Mo、Ta、HfおよびZrから選択されたものであることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれ1項に記載の成膜方法。
- 被処理体のSi含有部分上に金属シリサイド膜を成膜する成膜方法であって、
前記Si含有部分上の自然酸化膜を除去する工程と、
前記被処理体の自然酸化膜が除去されたSi含有部分上に金属シリサイド膜を形成する工程と
を具備し、
前記金属シリサイド膜を形成する工程は、最初にプラズマを生成せずに、成膜しようとする金属シリサイド中の金属を含有する金属含有原料ガスを所定時間供給して金属−シリコン結合を生じさせ、次いで金属含有原料ガスを供給しつつプラズマを生成して当該金属からなる金属膜を成膜し、その際の金属膜とSi含有部分との反応により金属シリサイド膜を形成することを特徴とする成膜方法。 - 被処理体のSi含有部分上にチタンシリサイド膜を成膜する成膜方法であって、
前記Si含有部分上の自然酸化膜を除去する工程と、
前記被処理体の自然酸化膜が除去されたSi含有部分上にチタンシリサイド膜を形成する工程と
を具備し、
前記チタンシリサイド膜を形成する工程は、最初にプラズマを生成せずに、Ti含有原料ガスを所定時間供給してTi−Si結合を生じさせ、次いでTi含有原料ガスを供給しつつプラズマを生成してTi膜を成膜し、その際のTi膜とSi含有部分との反応によりチタンシリサイド膜を形成することを特徴とする成膜方法。 - 前記チタンシリサイド膜を形成する工程において、最初にプラズマを生成せずにTi含有原料ガスを供給する時間は、2秒以上であることを特徴とする請求項9に記載の成膜方法。
- 前記Si含有部分は、Si基板、poly−Siまたは金属シリサイドからなることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の成膜方法。
- 前記チタンシリサイド膜を形成する工程において、プラズマを生成している際には、Ti含有原料ガスを流したままの状態とされることを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記チタンシリサイド膜を形成する工程において、最初にプラズマを生成せずにTi含有原料ガスを所定時間供給してTi−Si結合を生じさせ、その後、プラズマを生成した際には、Ti含有原料ガスを停止し還元ガスを流してプラズマおよび還元ガスでTi含有原料ガスを還元し、引き続きTi含有原料ガスの供給とプラズマおよび還元ガスを供給することによるTi含有原料ガスの還元とを複数回繰り返すことを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記チタンシリサイド膜を形成する工程において、プラズマを生成してTi膜を成膜する際には、最初にTi含有原料ガスを低流量で供給し、次いで高流量で供給することを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記低流量は0.0005〜0.012L/minの範囲、前記高流量は0.0046〜0.020L/minの範囲であることを特徴とする請求項14に記載の成膜方法。
- 前記自然酸化膜を除去する工程は、高周波を用いたプラズマにより行われることを特徴とする請求項9から請求項15のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記自然酸化膜を除去する工程は、誘導結合プラズマを用いて行われることを特徴とする請求項16に記載の成膜方法。
- 前記自然酸化膜を除去する工程は、リモートプラズマを用いて行われることを特徴とする請求項16に記載の成膜方法。
- 前記自然酸化膜を除去する工程は、被処理体に絶対値が200V以上のDCバイアス電圧(Vdc)を印加しつつ行うことを特徴とする請求項16から請求項18のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 被処理体のSi含有部分上に金属シリサイド膜を成膜する成膜方法であって、
プラズマを生成せずに前記被処理体のSi含有部分上に成膜しようとする金属シリサイド中の金属を含有する金属含有原料ガスを所定時間供給して金属−シリコン結合を生じさせる第1工程と、
次いで金属含有原料ガスを供給しながらプラズマを生成して当該金属からなる金属膜を成膜し、その際の金属膜とSi含有部分との反応により金属シリサイド膜を形成する第2工程と
を具備し、
前記第2工程は、最初に金属含有原料ガスを低流量で供給し、次いで高流量で供給することを特徴とする成膜方法。 - 被処理体のSi含有部分上にチタンシリサイド膜を成膜する成膜方法であって、
プラズマを生成せずに前記被処理体のSi含有部分上にTi含有原料ガスを所定時間供給してTi−Si結合を生じさせる第1工程と、
次いでTi含有原料ガスを供給しながらプラズマを生成してTi膜を成膜し、その際のTi膜とSi含有部分との反応によりチタンシリサイド膜を形成する第2工程と
を具備し、
前記第2工程は、最初にTi含有原料ガスを低流量で供給し、次いで高流量で供給することを特徴とする成膜方法。 - 前記低流量は0.0005〜0.012L/minの範囲、前記高流量は0.0046〜0.020L/minの範囲であることを特徴とする請求項21に記載の成膜方法。
- 前記Ti膜の成膜は、TiCl4ガス、H2ガス、およびArガスを供給して行うことを特徴とする請求項9から請求項22のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記チタンシリサイド膜を形成する工程は、被処理体を載置する載置台の温度を350〜700℃の範囲として行うことを特徴とする請求項9から請求項23のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記金属は、Ti、Ni、Co、Pt、Mo、Ta、HfおよびZrから選択されたものであることを特徴とする請求項8または請求項20に記載の成膜方法。
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- 2003-08-11 JP JP2003291667A patent/JP4451097B2/ja not_active Expired - Fee Related
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