JP2011132589A - 成膜装置、成膜方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チタンナイトライド膜の成膜処理を行う時に、回転テーブル2と各ガスノズル31、32、41、42とを100rpm以上で相対的に回転させることによって、反応ガスの供給サイクル(反応生成物の成膜サイクル)を高速で行うことができるので、薄膜を速やかに形成することができ、またサイクル間の時間が極めて短いので、基板の表面に生成した反応生成物の結晶化による粒子径の粗大化が進行する前に次の反応生成物の層を上層側に積層して平滑な表面を得ることができる。
【選択図】図7
Description
更に、TiNのマイグレーションを抑えるために例えば低温で成膜を行う場合には、例えば反応ガスの分解が不十分となり、反応ガス中のCl(塩素)などが薄膜中に取り込まれて設定通りの電気特性が得られなくなってしまう場合もある。
特許文献1〜3には、ALD法などについて記載されているが、既述の課題については検討されていない。
真空容器内にてTiを含む第1の反応ガス及びNを含む第2の反応ガスを順番に基板の表面に供給してチタンナイトライド膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられ、基板を載置するための基板載置領域が設けられたテーブルと、
前記真空容器の周方向に互いに離れて設けられ、前記テーブル上の基板に前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスを夫々供給するための第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段と、
前記第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と前記第2の反応ガスが供給される第2の処理領域との間に設けられ、両反応ガスの混合を防止するための分離領域と、
前記第1の処理領域と前記第2の処理領域とを基板がこの順番で位置するように、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段と前記テーブルとを前記真空容器の周方向に相対的に回転させる回転機構と、
前記真空容器内を真空排気する真空排気手段と、
前記基板への成膜時に、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段と前記テーブルとを前記回転機構を介して100rpm以上で回転させる制御部と、を備えたことを特徴とする。
この活性化ガスインジェクターは、前記回転機構により、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段と共に前記テーブルに対して相対的に回転するように構成され、前記相対的な回転時に前記プラズマが前記第2の処理領域と前記第1の処理領域との間において基板に供給されるように配置されているても良い。
前記分離領域は、分離ガスを供給する分離ガス供給手段を備えていても良いし、更にこの分離ガス供給手段における前記周方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を前記テーブルとの間に形成するための天井面を備えていても良い。
前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段は、前記第1の処理領域及び前記第2の処理領域における夫々の天井面から離間して基板の近傍に夫々設けられ、前記基板の方向に向けて前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスを夫々供給する手段であることが好ましい。
真空容器内にてTiを含む第1の反応ガス及びNを含む第2の反応ガスを順番に基板の表面に供給してチタンナイトライド膜を形成する成膜方法において、
基板を載置するための基板載置領域が設けられたテーブル上に基板を載置する工程と、
次いで、前記真空容器の周方向に互いに離れて設けられた第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段から、前記テーブルの表面に対して夫々前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスを供給する工程と、
前記第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と前記第2の反応ガスが供給される第2の処理領域との間に設けられた分離領域において両反応ガスの混合を防止する工程と、
前記第1の処理領域と前記第2の処理領域とを基板がこの順番で位置するように、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段と前記テーブルとを相対的に前記真空容器の周方向に100rpm以上で回転させる工程と、
前記真空容器内を真空排気する工程と、を含むことを特徴とする。
前記テーブル上の基板に対して活性化ガスインジェクターからNH3ガスまたはH2ガスの少なくとも一方のプラズマを供給する工程を含み、
前記回転させる工程は、前記相対的回転時において前記第2の処理領域と前記第1の処理領域との間において前記プラズマが基板に対して供給されるように、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段と共に前記活性化ガスインジェクターを前記テーブルに対して相対的に回転させる工程であることが好ましい。
前記両ガスの混合を防止する工程は、分離ガス供給手段から前記分離領域に分離ガスを供給する工程を含んでいても良いし、更に前記分離ガス供給手段における前記周方向両側に位置し、前記分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるために前記テーブルと前記真空容器の天井面との間に形成された狭隘な空間に前記分離ガス供給手段から分離ガスを供給する工程を含んでいても良い。
前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスを供給する工程は、前記第1の処理領域及び前記第2の処理領域における夫々の天井面から離間して基板の近傍に夫々設けられた前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段から、前記基板の方向に向けて前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスを夫々供給する工程であることが好ましい。
真空容器内にてTiを含む第1の反応ガス及びNを含む第2の反応ガスを順番に基板の表面に供給してチタンナイトライド膜を形成する成膜装置に用いられるプログラムを格納する記憶媒体であって、
前記プログラムは、前記いずれかの基板処理方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。
本発明の第1の実施の形態の成膜装置は、図1(図3のI−I’線に沿った断面図)〜図3に示すように、平面形状が概ね円形である扁平な真空容器(チャンバー)1と、この真空容器1内に設けられ、当該真空容器1の中心に回転中心を有する回転テーブル2と、を備えている。真空容器1は天板11が容器本体12から着脱できるように構成されている。この天板11は、真空容器1内が減圧されることにより、容器本体12の上面の周縁部にリング状に設けられたシール部材例えばOリング13を介して容器本体12側に引きつけられて気密状態を維持しているが、容器本体12から分離するときには図示しない駆動機構により上方に持ち上げられる。
この凹部24は、ウエハWを位置決めして回転テーブル2の回転に伴なう遠心力により飛び出さないようにするためのものであり、本発明の基板載置領域に相当する部位である。
これらのガスノズル31、32、41、42は、真空容器1の周壁部から真空容器1内に導入されている。
なお、溝部43は、本実施形態では凸状部4を二等分するように形成されているが、他の実施形態においては、例えば溝部43から見て凸状部4における回転テーブル2の回転方向上流側が前記回転方向下流側よりも広くなるように溝部43を形成してもよい。
即ち、分離ガスノズル41を例にとると、回転テーブル2の回転方向上流側からNH3ガスが侵入することを阻止し、また回転方向下流側からTiCl4ガスが侵入することを阻止する。
ここで処理パラメータの一例について記載しておくと、真空容器1の中心部の分離ガス供給管51からのN2ガスの流量は例えば5000sccmである。また1枚のウエハWに対する反応ガス供給のサイクル数、即ちウエハWが処理領域91、92の各々を通過する回数は目標膜厚に応じて変わるが、多数回例えば600回である。
第1の実施の形態では、TiCl4ガスの吸着膜151の形成と、この吸着膜151の窒化によるTiN膜152の形成と、からなる成膜サイクルを複数回繰り返して薄膜を成膜するようにしたが、例えばTiN膜152に不純物が含まれている場合などには、成膜サイクルの間にTiN膜152に対してプラズマ処理を行うようにしても良い。このようにプラズマ処理を行う場合の成膜装置の一例について、第2の実施の形態として図10〜図12を参照して以下に説明する。
また、既述の例においては、ガス供給系(ノズル31、32、41、42)に対して回転テーブル2を回転させるようにしたが、回転テーブル2に対してガス供給系を周方向に回転させる構成としても良い。
(実験例1)
先ず、回転テーブル2の回転数を以下に示すように種々変えてTiN膜の成膜を行い、得られたTiN膜の表面をSEM(電子顕微鏡)を用いて観察した。尚、その他の成膜条件例えば反応ガスの供給量や処理圧力などについては、各実験例において同じ条件としたため、説明を省略する。また、ウエハWの加熱温度としては250℃以上例えば400℃とした。
(回転テーブル2の回転数:rpm)
比較例1:30
実施例1:100、240
その結果、図14に得られたSEM写真を示すように、比較例1では表面状態が粗く、従来のCVD法やSFD法を用いて成膜した面状態に近くなっていた。既述のように、TiNは250℃以上で結晶化するため、この実験における加熱温度において特にTiN粒子の結晶化を妨げない場合には、このようにTiN粒子の結晶化に起因する凹凸が膜表面に現れると考えられる。
一方、実施例1に示すように、回転テーブル2の回転数を高くして100rpmとした場合には、TiN膜の表面モフォロジーが向上し、更に240rpmでは極めて表面が平滑になることが分かった。従って、回転テーブル2を高速で回転させることによって、既述のように成膜サイクル間の時間が短くなり、上層側のTiN膜により下層側のTiN膜の結晶化を抑制できることが分かった。
次いで、実験例1と同じ条件にて成膜した各サンプルについて、AFM(原子間力顕微鏡)を用いてTiN膜の表面粗さを測定した。尚、測定長としては10nmとした。
その結果、図15に示すように、回転テーブル2の回転数が30rpmの場合には表面粗さが2nm程度となっていたが、100rpm以上では0.5nm程度もの小さい値となっていた。
E 排気領域
1 真空容器
W ウエハ
31、32 反応ガスノズル
41、42 分離ガスノズル
61、62 排気口
91、92 処理領域
151 吸着膜
152 TiN膜
153 TiN膜
Claims (11)
- 真空容器内にてTiを含む第1の反応ガス及びNを含む第2の反応ガスを順番に基板の表面に供給してチタンナイトライド膜を形成する成膜装置において、
前記真空容器内に設けられ、基板を載置するための基板載置領域が設けられたテーブルと、
前記真空容器の周方向に互いに離れて設けられ、前記テーブル上の基板に前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスを夫々供給するための第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段と、
前記第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と前記第2の反応ガスが供給される第2の処理領域との間に設けられ、両反応ガスの混合を防止するための分離領域と、
前記第1の処理領域と前記第2の処理領域とを基板がこの順番で位置するように、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段と前記テーブルとを前記真空容器の周方向に相対的に回転させる回転機構と、
前記真空容器内を真空排気する真空排気手段と、
前記基板への成膜時に、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段と前記テーブルとを前記回転機構を介して100rpm以上で回転させる制御部と、を備えたことを特徴とする成膜装置。 - 前記テーブル上の基板に対してNH3ガスまたはH2ガスの少なくとも一方のプラズマを供給するための活性化ガスインジェクターを備え、
この活性化ガスインジェクターは、前記回転機構により、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段と共に前記テーブルに対して相対的に回転するように構成され、前記相対的な回転時に前記プラズマが前記第2の処理領域と前記第1の処理領域との間において基板に供給されるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。 - 前記分離領域は、分離ガスを供給する分離ガス供給手段を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の成膜装置。
- 前記分離領域は、前記分離ガス供給手段と、この分離ガス供給手段における前記周方向両側に位置し、当該分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるための狭隘な空間を前記テーブルとの間に形成するための天井面と、を備えていることを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。
- 前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段は、前記第1の処理領域及び前記第2の処理領域における夫々の天井面から離間して基板の近傍に夫々設けられ、前記基板の方向に向けて前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスを夫々供給する手段であることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一つに記載の成膜装置。
- 真空容器内にてTiを含む第1の反応ガス及びNを含む第2の反応ガスを順番に基板の表面に供給してチタンナイトライド膜を形成する成膜方法において、
基板を載置するための基板載置領域が設けられたテーブル上に基板を載置する工程と、
次いで、前記真空容器の周方向に互いに離れて設けられた第1の反応ガス供給手段及び第2の反応ガス供給手段から、前記テーブルの表面に対して夫々前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスを供給する工程と、
前記第1の反応ガスが供給される第1の処理領域と前記第2の反応ガスが供給される第2の処理領域との間に設けられた分離領域において両反応ガスの混合を防止する工程と、
前記第1の処理領域と前記第2の処理領域とを基板がこの順番で位置するように、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段と前記テーブルとを相対的に前記真空容器の周方向に100rpm以上で回転させる工程と、
前記真空容器内を真空排気する工程と、を含むことを特徴とする成膜方法。 - 前記テーブル上の基板に対して活性化ガスインジェクターからNH3ガスまたはH2ガスの少なくとも一方のプラズマを供給する工程を含み、
前記回転させる工程は、前記相対的回転時において前記第2の処理領域と前記第1の処理領域との間において前記プラズマが基板に対して供給されるように、前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段と共に前記活性化ガスインジェクターを前記テーブルに対して相対的に回転させる工程であることを特徴とする請求項6に記載の成膜方法。 - 前記両ガスの混合を防止する工程は、分離ガス供給手段から前記分離領域に分離ガスを供給する工程を含むことを特徴とする請求項6または7に記載の成膜方法。
- 前記分離ガスを供給する工程は、前記分離ガス供給手段における前記周方向両側に位置し、前記分離領域から処理領域側に分離ガスが流れるために前記テーブルと前記真空容器の天井面との間に形成された狭隘な空間に前記分離ガス供給手段から分離ガスを供給する工程であることを特徴とする請求項8に記載の成膜方法。
- 前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスを供給する工程は、前記第1の処理領域及び前記第2の処理領域における夫々の天井面から離間して基板の近傍に夫々設けられた前記第1の反応ガス供給手段及び前記第2の反応ガス供給手段から、前記基板の方向に向けて前記第1の反応ガス及び前記第2の反応ガスを夫々供給する工程であることを特徴とする請求項6ないし9のいずれか一つに記載の成膜方法。
- 真空容器内にてTiを含む第1の反応ガス及びNを含む第2の反応ガスを順番に基板の表面に供給してチタンナイトライド膜を形成する成膜装置に用いられるプログラムを格納する記憶媒体であって、
前記プログラムは、請求項6ないし10のいずれか一つに記載の基板処理方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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