JP2018188724A - Film deposition method and film deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、処理容器内に所定のガスを導入して所定の膜を成膜する成膜方法および成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus for forming a predetermined film by introducing a predetermined gas into a processing container.
基板である半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)に所定の膜を成膜する際に、原子層堆積法(Atomic Layer Deposition;ALD)が用いられる場合がある。ALDでは真空雰囲気とされた処理容器内に、ウエハの表面に吸着する原料ガスと、当該原料ガスと反応する反応ガスと、を交互に複数回供給して、ウエハの表面に反応生成物の原子層を堆積させて成膜する。また、処理容器内においてウエハの表面以外の領域で原料ガスと、反応ガスとが気相反応してパーティクルが発生してしまうことを防ぐために、原料ガスと反応ガスとは互いに間隔を空けて供給され、原料ガスの供給を行う時間帯と反応ガスの供給を行う時間帯との間には、不活性ガスを供給することにより処理容器内のパージが行われ、処理容器内は不活性ガス雰囲気に置換される。このようなALDを行う成膜装置は、例えば特許文献1、2に記載されている。
An atomic layer deposition (ALD) method is sometimes used when a predetermined film is formed on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) as a substrate. In ALD, a raw material gas adsorbed on the surface of a wafer and a reactive gas that reacts with the raw material gas are alternately supplied a plurality of times in a processing chamber in a vacuum atmosphere, and atoms of reaction products are supplied to the surface of the wafer. The layers are deposited to form a film. In addition, the source gas and the reactive gas are supplied at an interval from each other to prevent particles from being generated due to a gas phase reaction between the source gas and the reactive gas in a region other than the wafer surface in the processing vessel. Between the time zone in which the source gas is supplied and the time zone in which the reaction gas is supplied, the inside of the processing container is purged by supplying an inert gas, and the inside of the processing container is an inert gas atmosphere. Is replaced by For example,
すなわち、特許文献1には、処理ガス(原料ガスおよび反応ガス)に対するキャリアガスおよびパージガスであるN2(窒素)ガスの供給源と処理容器とを接続するガス流路に、上流端および下流端が接続されたバイパス流路を備えたALDを行う成膜装置について記載されている。また、特許文献2には、原料ガスの供給源と処理容器とを接続する原料ガス流路と、当該原料ガス流路から分岐した第1のN2ガス流路と、原料ガス流路及び第1のN2ガス流路とは独立して処理容器にパージガスであるN2ガスを供給する第2のN2ガス流路とを備えたALDを行う成膜装置について記載されている。
That is,
ALDにおいては、上述のように処理容器内を不活性ガスによりパージする必要があり、また、原料ガスまたは反応ガスが供給される間、不活性ガスがキャリアガスとして供給されるため、ALD処理の間、処理容器内に所定の流量で不活性ガスが連続して供給されることとなる。 In ALD, as described above, it is necessary to purge the inside of the processing container with an inert gas, and since the inert gas is supplied as a carrier gas while the source gas or the reactive gas is supplied, the ALD processing is performed. In the meantime, the inert gas is continuously supplied into the processing container at a predetermined flow rate.
一方、このようなALDにより所定の膜を成膜する際に所定の機能を有するガスでの処理が必要な場合がある。そのような技術として、特許文献3には、TiN膜を成膜する際に、TiCl4ガスとNH3ガスとをパージを挟んで交互に供給した後、膜中の塩素ガスを脱離させる機能を有するH2ガスを供給する技術が記載されている。
On the other hand, when a predetermined film is formed by such ALD, a treatment with a gas having a predetermined function may be required. As such a technique, in
ところで配線の微細化が進むことにより、ALDを行うウエハの表面にはアスペクト比が大きい凹部が形成される傾向にあり、そのような凹部が形成されている場合でも良好なステップカバレッジ(被覆性)を確保することができるようにALDを行うことが求められている。そのためには、原料ガスの流量を増加させて、処理容器内における原料ガスの分圧を高くすることが考えられる。 By the way, with the progress of miniaturization of wiring, there is a tendency that a concave portion having a large aspect ratio is formed on the surface of a wafer to be ALD. Even when such a concave portion is formed, good step coverage (coverability) is achieved. Therefore, it is required to perform ALD so as to ensure the above. For this purpose, it is conceivable to increase the partial pressure of the source gas in the processing container by increasing the flow rate of the source gas.
しかし、そのように原料ガスの流量が増加させた場合に、上記のパーティクルの発生を防ぐためにパージを行う時間を延長させると、成膜処理に要する時間が長くなり生産性(スループット)が低下してしまう。 However, when the flow rate of the source gas is increased, if the time for purging is extended in order to prevent the generation of the above particles, the time required for the film forming process becomes longer and the productivity (throughput) decreases. End up.
また、ALDにより所定の膜を成膜する際に、所定の機能を有するガスでの処理を特許文献3のようにALD工程の後に行う場合には、十分な効果を得ようとすると、その工程の時間が長くなってしまい、やはり生産性(スループット)が低下してしまう。
In addition, when a predetermined film is formed by ALD, if a treatment with a gas having a predetermined function is performed after the ALD process as in
したがって、本発明は、原料ガスと反応ガスとを交互に処理容器内の基板に供給してALDにより成膜を行うにあたり、高い生産性を確保しつつ、高い被覆性の膜を得ることができかつ所定の機能を有する添加ガスの供給を行うことができる技術を提供することを課題とする。 Therefore, according to the present invention, when the source gas and the reaction gas are alternately supplied to the substrate in the processing container and the film is formed by ALD, a film with high coverage can be obtained while ensuring high productivity. It is another object of the present invention to provide a technique capable of supplying an additive gas having a predetermined function.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点は、被処理基板が収容される処理容器と、被処理基板に所定の膜を成膜するための原料ガスおよび反応ガス、これらを前記処理容器に搬送するキャリアガス、および前記処理容器内をパージするパージガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内を排気し、前記処理容器内を真空雰囲気に保持する排気機構とを有し、前記ガス供給機構は、前記原料ガスを前記処理容器内に供給するための原料ガス流路と、前記反応ガスを前記処理容器内に供給するための反応ガス流路と、前記原料ガス流路および前記反応ガス流路にそれぞれ接続され、前記原料ガスと前記反応ガスのキャリアガスを供給するための第1のキャリアガス流路および第2のキャリアガス流路と、前記第1のキャリアガス流路および前記第2のキャリアガス流路とは別個に設けられ、前記処理容器内をパージするパージガスを、前記第1のキャリアガスおよび前記第2のキャリアガスとは別個に流量制御して前記処理容器内に供給するパージガス流路と、前記所定の膜に対して所定の機能を有する添加ガスを供給する添加ガス流路と、前記原料ガス流路、前記反応ガス流路、前記第1および第2のキャリアガス流路、前記パージガス流路、および前記添加ガス流路をそれぞれ独立して開閉する開閉バルブとを有する成膜装置を用いて前記所定の膜を成膜する成膜方法であって、前記処理容器内に被処理基板を配置した状態で、前記第1のキャリアガス流路および前記第2のキャリアガス流路を介して前記処理容器内にキャリアガスを常時供給する第1工程と、前記原料ガス流路を介して前記処理容器内に前記原料ガスを供給して前記被処理基板の表面に前記原料ガスを吸着する第2工程と、前記原料ガスの供給を停止して、前記パージガス流路を介して前記処理容器内にパージガスを供給して原料ガスをパージする第3工程と、前記反応ガス流路を介して前記処理容器内に前記反応ガスを供給して前記原料ガスと前記反応ガスとを反応させる第4工程と、前記反応ガスの供給を停止して、前記パージガス流路を介して前記処理容器内にパージガスを供給して反応ガスをパージする第5工程とを含み、前記第2工程から前記第5工程を所定サイクル実施し、前記原料ガスをパージする第3工程および前記反応ガスをパージする第5工程のいずれか、または両方で、前記パージガスの少なくとも一部として前記添加ガス流路を介して前記所定の機能を有する添加ガスを供給することを特徴とする成膜方法を提供する。
In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is to provide a processing container in which a substrate to be processed is accommodated, a raw material gas and a reactive gas for forming a predetermined film on the substrate to be processed, A gas supply mechanism for supplying a carrier gas to be transported to the container and a purge gas for purging the inside of the processing container; an exhaust mechanism for exhausting the inside of the processing container and maintaining the inside of the processing container in a vacuum atmosphere; The gas supply mechanism includes a source gas channel for supplying the source gas into the processing vessel, a reaction gas channel for supplying the reaction gas into the processing vessel, the source gas channel, and the A first carrier gas channel and a second carrier gas channel connected to the reaction gas channel, respectively, for supplying the source gas and the carrier gas of the reaction gas, and the first carrier gas channel. In addition, the processing vessel is provided separately from the second carrier gas flow path, and a purge gas for purging the inside of the processing vessel is controlled in flow rate separately from the first carrier gas and the second carrier gas. A purge gas flow path for supplying an internal gas, an additive gas flow path for supplying an additive gas having a predetermined function to the predetermined film, the source gas flow path, the reactive gas flow path, the first and second A film forming method for forming the predetermined film using a film forming apparatus having an opening / closing valve that independently opens and closes the carrier gas flow path, the purge gas flow path, and the additive gas flow path, A first step of constantly supplying a carrier gas into the processing container via the first carrier gas flow path and the second carrier gas flow path in a state where a substrate to be processed is disposed in the processing container; The raw material A second step of supplying the source gas into the processing vessel via a gas flow channel and adsorbing the source gas on the surface of the substrate to be processed; A third step of purging the raw material gas by supplying a purge gas into the processing vessel via the gas, and supplying the reactive gas into the processing vessel via the reaction gas channel to supply the raw material gas and the reactive gas And a fourth step of stopping the supply of the reaction gas and supplying a purge gas into the processing vessel via the purge gas flow path to purge the reaction gas, The addition of the purge gas as at least part of the purge gas in either or both of the third step of purging the source gas and the fifth step of purging the reaction gas is performed in a predetermined cycle from
本発明の第2の観点は、被処理基板が収容される処理容器と、被処理基板に所定の膜を成膜するための原料ガスおよび反応ガス、これらを前記処理容器に搬送するキャリアガス、および前記処理容器内をパージするパージガスを供給するガス供給機構と、前記処理容器内を排気し、前記処理容器内を真空雰囲気に保持する排気機構と、前記ガス供給機構と前記排気機構とを制御する制御部とを有し、前記ガス供給機構は、前記原料ガスを前記処理容器内に供給するための原料ガス流路と、前記反応ガスを前記処理容器内に供給するための反応ガス流路と、前記原料ガス流路および前記反応ガス流路にそれぞれ接続され、前記原料ガスと前記反応ガスのキャリアガスを供給するための第1のキャリアガス流路および第2のキャリアガス流路と、前記第1のキャリアガス流路および前記第2のキャリアガス流路とは別個に設けられ、前記処理容器内をパージするパージガスを、前記第1のキャリアガスおよび前記第2のキャリアガスとは別個に流量制御して前記処理容器内に供給するパージガス流路と、前記所定の膜に対して所定の機能を有する添加ガスを供給する添加ガス流路と、前記原料ガス流路、前記反応ガス流路、前記第1および第2のキャリアガス流路、前記パージガス流路、および前記添加ガス流路をそれぞれ独立して開閉する開閉バルブとを有し、前記制御部は、前記処理容器内に被処理基板を配置した状態で、前記第1のキャリアガス流路および前記第2のキャリアガス流路を介して前記処理容器内にキャリアガスを常時供給する第1工程と、前記原料ガス流路を介して前記処理容器内に前記原料ガスを供給して前記被処理基板の表面に前記原料ガスを吸着する第2工程と、前記原料ガスの供給を停止して、前記パージガス流路を介して前記処理容器内にパージガスを供給して原料ガスをパージする第3工程と、前記反応ガス流路を介して前記処理容器内に前記反応ガスを供給して前記原料ガスと前記反応ガスとを反応させる第4工程と、前記反応ガスの供給を停止して、前記パージガス流路を介して前記処理容器内にパージガスを供給して反応ガスをパージする第5工程とを含み、前記第2工程から前記第5工程を所定サイクル実施し、前記原料ガスをパージする第3工程および前記反応ガスをパージする第5工程のいずれか、または両方で、前記パージガスの少なくとも一部として前記添加ガス流路を介して前記所定の機能を有する添加ガスを供給するように制御することを特徴とする成膜装置を提供する。 A second aspect of the present invention is a processing container in which a substrate to be processed is accommodated, a raw material gas and a reactive gas for forming a predetermined film on the substrate to be processed, a carrier gas for transporting these to the processing container, And a gas supply mechanism for supplying a purge gas for purging the inside of the processing container, an exhaust mechanism for exhausting the inside of the processing container and maintaining the inside of the processing container in a vacuum atmosphere, and controlling the gas supply mechanism and the exhaust mechanism. And a gas supply mechanism for supplying the source gas into the processing vessel and a reaction gas channel for supplying the reaction gas into the processing vessel. A first carrier gas channel and a second carrier gas channel connected to the source gas channel and the reaction gas channel, respectively, for supplying the source gas and a carrier gas of the reaction gas, The purge gas that is provided separately from the first carrier gas channel and the second carrier gas channel and purges the inside of the processing vessel is separated from the first carrier gas and the second carrier gas. A purge gas passage for controlling the flow rate to be supplied into the processing vessel, an additive gas passage for supplying an additive gas having a predetermined function to the predetermined film, the raw material gas passage, and the reaction gas flow An open / close valve that independently opens and closes the first, second carrier gas flow path, the purge gas flow path, and the additive gas flow path, and the control unit is disposed in the processing container. A first step of constantly supplying a carrier gas into the processing container via the first carrier gas flow path and the second carrier gas flow path in a state where the processing substrate is disposed; and the source gas flow path Through A second step of supplying the source gas into the processing vessel and adsorbing the source gas on the surface of the substrate to be processed; and stopping the supply of the source gas and passing the purge gas channel through the processing vessel A third step of purging the source gas by supplying a purge gas therein, and a fourth step of supplying the reaction gas into the processing vessel via the reaction gas flow path to react the source gas and the reaction gas. And a fifth step of stopping the supply of the reaction gas and supplying the purge gas into the processing container through the purge gas flow path to purge the reaction gas, and from the second step to the fifth step. The process is carried out for a predetermined cycle, and either or both of the third step of purging the raw material gas and the fifth step of purging the reaction gas, or both, is passed through the additive gas flow path as at least a part of the purge gas. Thus, a film forming apparatus is provided that controls to supply an additive gas having the predetermined function.
本発明によれば、原料ガスと反応ガスとを交互に処理容器内の基板に供給して成膜を行うにあたり、常時供給されるキャリアガスとは別個の流路で、別個に流量制御してパージガスを供給し、かつパージの際に所定の機能を有する添加ガスを供給するので、高い生産性を確保しつつ、高い被覆性の膜を得ることができかつ所定の機能を有する添加ガスの供給を行うことができる。 According to the present invention, when the source gas and the reaction gas are alternately supplied to the substrate in the processing container to perform film formation, the flow rate is controlled separately in the flow path different from the carrier gas that is constantly supplied. Since the purge gas is supplied and the additive gas having a predetermined function is supplied at the time of purging, the supply of the additive gas having a predetermined function can be obtained while ensuring high productivity. It can be performed.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
ここでは、成膜原料ガス(前駆体ガス)としてTiCl4を用い、反応ガスとしてNH3ガスを用い、改質ガスとしてH2ガスを用いて、ALDによりTiN膜を形成する例について説明する。 Here, an example in which a TiN film is formed by ALD using TiCl 4 as a deposition source gas (precursor gas), NH 3 gas as a reaction gas, and H 2 gas as a reforming gas will be described.
<成膜装置>
図1は本発明の実施形態に係る成膜方法を実施するための装置の一例を示す断面図である。成膜装置1は、被処理基板であるウエハWが収容される扁平な円形状をなす処理容器11を備えている。ウエハWとしては、表面に配線を形成するための凹部が形成されている。
<Deposition system>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an apparatus for carrying out a film forming method according to an embodiment of the present invention. The
成膜装置1は、ウエハWに対して、原料ガス(前駆体ガス)であるTiCl4(四塩化チタン)ガスと、反応ガスであるNH3(アンモニア)ガスとキャリアガスおよびパージガスとして用いるN2ガスと、改質ガスであるH2ガスとを処理容器11内に供給するガス供給機構2を有している。
Film-forming
処理容器11の側壁には、ウエハWの搬入出口12が形成されており、この搬入出口12はゲートバルブ13により開閉されるようになっている。また、処理容器11内には、ウエハWを水平状態で載置するための載置台21が設けられている。載置台21内には、ウエハWを所定の温度に加熱するヒーター22が埋設されている。また、載置台21の周囲には、載置台21を囲むように筒状のカバー部材23が設けられている。
A loading / unloading
載置台21は支柱24に支持されている。支柱24は、載置台21の底面中央から処理容器11の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器11の下方に延び、その下端が昇降機構25に接続されている。昇降機構25は、載置台21を、図中に実線で示す処理容器11内の上方側における処理位置と、図中に二点鎖線で示す処理容器11内の下方側における受け渡し位置との間で昇降させる。
The mounting table 21 is supported by the
支柱24における処理容器11の下方位置には、フランジ26が取り付けられており、処理容器11の底面とフランジ26の間には、処理容器11内の雰囲気を外気と区画し、載置台の昇降動作にともなって伸縮するベローズ27が設けられている。
A
処理容器11の底面近傍には、昇降板20aから上方に突出するように3本(2本のみ図示)のウエハ昇降ピン20が設けられている。ウエハ昇降ピン20は、処理容器11の下方に設けられた昇降機構28により昇降板20aを介して昇降可能になっている。ウエハ昇降ピン20は、受け渡し位置にある載置台21に設けられた貫通孔29に挿通されて載置台21の上面に対して突没可能となっている。このようにウエハ昇降ピン20を昇降させることにより、ウエハ搬送機構(図示せず)と載置台21との間でウエハWの受け渡しが行われる。
In the vicinity of the bottom surface of the
処理容器11の天井面は天板15により形成されている。天井面は、中央部から周縁部に向かうにつれて下降するように形成されており、載置台21が処理位置に位置するときに、載置台21の表面、カバー部材23の表面及び当該処理容器11の天井面によって囲まれる扁平な円錐状の処理空間10が形成される。天板15の中央部には、当該天板15を厚さ方向に貫通する2本のガス供給路31、32が形成されており、これらガス供給路31、32の下方には、ガス供給路31、32から吐出されるガスを処理空間10内に分散させるための分散板33が例えば水平に設けられている。
The ceiling surface of the
処理容器11の上部には、処理空間10の側面を囲繞するように円環状をなす排気ダクト17が設けられている。排気ダクト17には、内周面に沿ってスリット17aが形成されている。また、排気ダクト17の下部とカバー部材23との間には、環状部材16が形成されている。環状部材16の内周部は、カバー部材23に近接し、環状部材16の外周部は、排気ダクト17の下部に密着されている。カバー部材23と処理容器11の天板15との間には隙間18が形成されている。排気ダクト17の外壁には排気管34の一端が接続されており、排気管34の他端は、排気量を調整して処理空間10の真空圧を調整するための圧力制御バルブ35介して、真空ポンプ37に接続されている。真空ポンプ37を作動させることにより、処理空間10内のガスが、隙間18およびスリット17aを経て排気ダクト17内の排気空間に至り、排気管34を介して排出される。
An
ガス供給機構2は、上述したガス供給路31、32に、それぞれ一端が接続されたTiCl4ガスライン41およびNH3ガスライン61を有している。TiCl4ガスライン41には、原料ガスであるTiCl4ガスが供給され、NH3ガスライン61には、反応ガスであるNH3ガスが供給される。
The
TiCl4ガスライン41には、下側から順にバルブV1、ガス貯留タンク42、流量調整部43が介装され、その他端には処理ガスであるTiCl4ガスを供給するTiCl4ガス供給源44が接続されている。TiCl4ガス供給源44は、液体の状態でTiCl4を貯留するタンクと、当該タンクをヒーティング(加熱)してタンク内のTiCl4を気化させ、TiCl4ガス供給源44からTiCl4ガスライン41へは、このように気化したTiCl4が供給される。
The TiCl 4 gas line 41, valve V1 from the lower side in this order, a
TiCl4ガスライン41におけるバルブV1の下流側には、第1パージガスライン45の一端が接続されている。第1パージガスライン45には、下側から順にバルブV2、ガス貯留タンク46、流量調整部47が介装され、第1パージガスライン45の他端には、パージ用のN2ガスを供給する第1パージガス供給源48が接続されている。
One end of the first
さらに、第1パージガスライン45におけるバルブV2の下流側には、TiCl4ガスのキャリアガスとしてのN2ガスを供給する第1キャリアガスライン51の一端が接続されている。第1キャリアガスライン51には、下側から順にバルブV3、流量調整部52が介装され、第1キャリアガスライン51の他端にはTiCl4ガスのキャリアガスとしてのN2ガスの供給源である第1キャリアガス供給源53が接続されている。この第1キャリアガスライン51におけるバルブV3の下流側には、オリフィス54が形成されている。第1キャリアガスライン51におけるバルブV3の下流側の径は、第1キャリアガスライン51におけるバルブV3の上流側およびガスライン41、45の径よりも小さいため、ガス貯留タンク42、46によって、ガスライン41、45には比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス54によってこれらガスライン41、45に供給されたガスが、ガスライン51を逆流することが抑制される。
Furthermore, one end of a first
第1キャリアガス供給源53からのキャリアガスは、ウエハWの処理中は連続して処理容器11内に供給され、パージを行う際にはパージガスとして機能する。なお、このキャリアガスは、TiCl4ガスが第1キャリアガスライン51を逆流することを防止するための逆流防止用のガスとしても機能する。
The carrier gas from the first carrier
NH3ガスライン61は、上流側で2ラインに分岐した後、分岐ラインが合流する構成となっている。合流した後のNH3ガスライン61には、下側から順にガス貯留タンク62、流量調整部63が介装され、合流した後のNH3ガスライン61の端部にはNH3ガス供給源64が接続されており、NH3ガス供給源64から処理容器11内にNH3ガスが供給される。2つの分岐ラインには、それぞれバルブV4、V5が設けられている。このようにガス貯留タンク62の下流側において分岐した流路を形成することにより、コンダクタンスが大きくなって、大流量のNH3ガスを処理容器11に供給することができる。
The NH 3 gas line 61 has a structure in which the branch line joins after branching into two lines on the upstream side. The NH 3 gas line 61 after joining is sequentially provided with a
NH3ガスライン61における分岐した部分のバルブV5の下流側には、第2パージガスライン65の一端が接続されている。第2パージガスライン65には、下側から順にバルブV6、ガス貯留タンク66、流量調整部67が介装され、第2パージガスライン65の他端にはパージ用のN2ガスを供給する第2パージガス供給源68が接続されている。
One end of the second
さらに、第2パージガスライン65におけるバルブV6の下流側には、NH3ガスのキャリアガスとしてのN2ガスを供給する第2キャリアガスライン71の一端が接続されている。第2キャリアガスライン71には、下側から順にバルブV7、流量調整部72が介装され、第2キャリアガスライン71の他端にはNH3ガスのキャリアガスとしてのN2ガスの供給源である第2キャリアガス供給源73が接続されている。この第2キャリアガスライン71におけるバルブV7の下流側には、オリフィス74が形成されている。第2キャリアガスライン71におけるバルブV7の下流側の径は、第2キャリアガスライン71におけるバルブV7の上流側およびガスライン61、65の径よりも小さいため、ガス貯留タンク62、66によって、ガスライン61、65には比較的大きい流量でガスが供給されるが、オリフィス74によってこれらガスライン61、65に供給されたガスが、ガスライン71を逆流することが抑制される。
Further, one end of a second
第2キャリアガス供給源73からのキャリアガスは、ウエハWの処理中は連続して処理容器11内に供給され、パージを行う際にはパージガスとして機能する。なお、このキャリアガスは、NH3ガスが第2キャリアガスライン71を逆流することを防止するための逆流防止用のガスとしても機能する。
The carrier gas from the second carrier
TiCl4ガスライン41における第1パージガスライン45の接続部より下流側には、所定の機能を有する添加ガスとしてのH2ガスを供給するためのH2ガスライン81の一端が接続されている。H2ガスライン81には、下側から順にバルブV8、ガス貯留タンク82、流量調整部83が介装され、H2ガスライン81の他端には、H2ガスを供給するH2ガス供給源84が接続されている。
One end of an H 2 gas line 81 for supplying H 2 gas as an additive gas having a predetermined function is connected downstream of the connection portion of the first
H2ガスライン81におけるバルブV8の下流側には、H2ガスのキャリアガスとしてのN2ガスを供給する第3キャリアガスライン91の一端が接続されている。第3キャリアガスライン91には、下側から順にバルブV9、流量調整部92が介装され、第3キャリアガスライン91の他端にはH2ガスのキャリアガスとしてのN2ガスの供給源である第3キャリアガス供給源93が接続されている。この第3キャリアガスライン91におけるバルブV9の下流側には、逆流防止用のオリフィス94が形成されている。なお、このキャリアガスは、H2ガスが第3キャリアガスライン91を逆流することを防止するための逆流防止用のガスとしても機能する。
One end of a third
なお、H2ガスラインおよびH2ガス供給源は、キャリアガスラインおよびキャリアガス供給源とともに、NH3ガスライン61側に接続されていてもよく、TiCl4ガスライン41側およびNH3ガスライン61側の両方に接続されていてもよい。 The H 2 gas line and the H 2 gas supply source may be connected to the NH 3 gas line 61 side together with the carrier gas line and the carrier gas supply source, and the TiCl 4 gas line 41 side and the NH 3 gas line 61 may be connected. It may be connected to both sides.
流量調整部43、47、52、63、67、72、83、92は、マスフローコントローラにより構成され、それぞれに対応するガスラインを流れるガスの流量を調整・制御する。なお、各流量調整部は、流量を調整するガスの温度に応じて適切なものが用いられる。TiCl4ガス用の流量調整部43については、加熱されて高温になったTiCl4ガスの流量を調整することができるように設計されたものが用いられる。
The flow
ガス貯留タンク42、46、62、66、82は、対応するガスラインに接続されたガス供給源から供給されたガスを処理容器11内に供給する前に一旦貯留するものであり、ガスを貯留することによりその中を所定の圧力に昇圧した後で、各ガス貯留タンクから処理容器11へ各ガスを供給する。これにより、大流量のガスを安定的に処理容器に供給することができる。これらガス貯留タンク42、46、62、66、82から処理容器11への各ガスの給断は、対応するバルブの開閉により行われる。
The
このように、ガス供給機構2において、第1キャリアガスライン51は、キャリアガスの供給制御機器としてバルブV3および流量調整部52を備えており、第1パージガスライン45にはこれらバルブV3および流量調整部52とは別個に、パージガスの供給制御機器として、バルブV2および流量調整部47が設けられていることになる。また、第2キャリアガスライン71は、キャリアガスの供給制御機器としてバルブV7および流量調整部72を備えており、第2パージガスライン65にはこれらバルブV7および流量調整部72とは別個に、パージガスの供給制御機器としてバルブV6および流量調整部67が設けられていることになる。
As described above, in the
また、パージガスは第1パージガスライン45および第2パージガスライン65から、それぞれ、TiCl4ガスライン41およびNH3ガスライン61ガスを経て処理容器11に供給されるように構成されているので、処理容器11内に残留するTiCl4ガスおよびNH3ガスだけではなく、TiCl4ガスライン41およびNH3ガスライン61において、バルブV1の下流側に残留するTiCl4
ガス、ならびにバルブV4およびV5の下流側に残留するNH3ガスについてもパージすることができる。
Further, the purge gas is configured to be supplied from the first
The gas and NH3 gas remaining downstream of the valves V4 and V5 can also be purged.
成膜装置1は制御部100を備えている。制御部100はコンピュータで構成されており、CPUを備えた主制御部と、入力装置(キーボード、マウス等)、出力装置(プリンタ等)、表示装置(ディスプレイ等)、記憶装置(記憶媒体)を有している。主制御部は、例えば、バルブV1〜V9の開閉、流量調整部43、47、52、63、67、72、83、92によるガスの流量の調整、圧力制御バルブ35による処理容器11内の圧力の調整、ヒーター22によるウエハWの温度の調整などの各構成部の動作を制御する。これらの動作の制御は、記憶装置に内蔵された記憶媒体(ハードディスク、光デスク、半導体メモリ等)に記憶された制御プログラムである処理レシピにより実行される。
The
<成膜方法の第1の実施形態>
次に、以上のように構成される成膜装置1における成膜方法の第1の実施形態について説明する。以下の処理動作は制御部100における記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて実行される。
<First Embodiment of Film Formation Method>
Next, a first embodiment of a film forming method in the
本実施形態に係る成膜方法は、微細な凹部を有する絶縁膜が形成されたウエハWの表面に比較的高温で比抵抗の低いTiN膜を成膜するものである。TiN膜としては、比抵抗が低いものが求められており、従来、ALDにより700℃程度の高温で成膜したTiN膜において膜厚10nmで130μΩ・cmという値が得られていたが、さらに低い比抵抗が求められつつある。本実施形態では、より低い比抵抗が得られるTiN膜を成膜するものである。 The film forming method according to the present embodiment forms a TiN film having a relatively high temperature and a low specific resistance on the surface of the wafer W on which an insulating film having fine recesses is formed. A TiN film having a low specific resistance has been demanded. Conventionally, a TiN film formed at a high temperature of about 700 ° C. by ALD has a value of 130 μΩ · cm at a film thickness of 10 nm, but it is even lower. Specific resistance is being demanded. In this embodiment, a TiN film capable of obtaining a lower specific resistance is formed.
まず、バルブV1〜V9を閉じ、載置台21を受け渡し位置に下降させた状態で、ゲートバルブ13を開放して搬送装置(図示せず)により真空搬送室(図示せず)から搬入出口12を介して処理容器11内にウエハWを搬入し、昇降ピン20上に載置し、搬送装置を退避させ、ゲートバルブ13を閉じる。そして、載置台21を処理位置まで上昇させることによりウエハWが載置台21上に載置される。載置台21はヒーター22により400〜750℃の範囲の温度に加熱されている。そして、バルブV3、V7、V9を開いて第1〜第3キャリアガス供給源53、73、93から第1〜第3キャリアガスライン51、71、91を介して処理容器11内にキャリアN2ガスを供給しつつ所定の減圧状態に保持し、ウエハWの温度を400〜750℃の範囲、例えば700℃に制御する(実際には、載置台21の温度はウエハWの温度よりも10℃程度高い)。このとき、バルブV1、V2、V4、V5、V6、V8は閉じたままである。一方、TiCl4ガス供給源44およびNH3ガス供給源64からTiCl4ガスおよびNH3ガスが、それぞれTiCl4ガスライン41およびNH3ガスライン61に供給されるが、バルブV1、V4、V5が閉じられていることで、TiCl4ガスおよびNH3ガスが、貯留タンク42および62に貯留され、ガス貯留タンク42および62内が昇圧する。
First, in a state where the valves V1 to V9 are closed and the mounting table 21 is lowered to the delivery position, the
この状態で、ALDによるTiN膜の成膜を開始する。図2は、ALDによるTiN膜の成膜の際のガス供給シーケンスの一例を示す図であり、図3は、ALDによるTiN膜の成膜の際に供給されるガス量の変化を模式的に示すタイミングチャートである。 In this state, deposition of a TiN film by ALD is started. FIG. 2 is a diagram showing an example of a gas supply sequence when a TiN film is formed by ALD, and FIG. 3 schematically shows a change in the amount of gas supplied when the TiN film is formed by ALD. It is a timing chart which shows.
図2、図3に示すように、ALDによるTiN膜の成膜においては、最初に、バルブV3、V7、V9を開いた状態のまま、第1〜第3キャリアガス供給源53、73、93から第1〜第3キャリアガスライン51、71、91を介してキャリアN2ガスを供給し続けた状態で、バルブV1を開き、ガス貯留タンク42に貯留されたTiCl4ガスを処理容器11(処理空間10)に供給し、ウエハWの表面に吸着させる(ステップS1)。
As shown in FIGS. 2 and 3, in forming the TiN film by ALD, first, the first to third carrier
このとき、第1〜第3キャリアガスライン51、71、91を介して供給されるキャリアガスであるN2ガスの流量は、それぞれ200〜10000sccm、合計で600〜30000sccmとすることが好ましく、例えば、333sccmずつ合計で1000sccmとすることができる。また、処理容器11内(処理空間10)の圧力は、1〜9Torr(113.3〜1199.7Pa)が好ましく、例えば5Torr(666.5Pa)とする。
At this time, the flow rate of the N 2 gas, which is the carrier gas supplied through the first to third
TiCl4ガスの流量は、50〜300sccmが好ましく、例えば150sccmとすることができる。ステップS1の時間は0.03〜30secの範囲が好ましく、例えば0.1secとすることができる。 The flow rate of TiCl 4 gas is preferably 50 to 300 sccm, for example, 150 sccm. The time of step S1 is preferably in the range of 0.03 to 30 sec, and can be set to 0.1 sec, for example.
このステップS1と並行して、第1パージガス供給源48および第2パージガス供給源68から第1パージガスライン45および第2パージガス供給ライン65にパージガスが供給されるが、バルブV2およびV6が閉じられていることで、パージガスはガス貯留タンク46および66に貯留され、ガス貯留タンク46および66内が昇圧する。
In parallel with this step S1, purge gas is supplied from the first purge
次に、バルブV3、V7、V9を開いた状態のまま、第1〜第3キャリアガス供給源53、73、93から第1〜第3キャリアガスライン51、71、91を介してキャリアN2ガスを同じ流量で供給し続けた状態で、バルブV1を閉じてTiCl4ガスを停止し、バルブV2、V6を開き、ガス貯留タンク46および66に貯留されたパージガスを処理容器11内(処理空間10)に供給するとともに、真空ポンプ37により排気管34を介して排気し、処理容器11内(処理空間10)をパージする(ステップS2)。
Next, the carrier N 2 from the first to third carrier
このように、キャリアガスとは別ラインで、かつ圧力が上昇した状態のガス貯留タンク46および66から供給されることにより、処理容器11内(処理空間10)には大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量でパージガスとしてのN2ガスを供給して、短時間で処理容器11内のTiCl4ガスをパージすることができる。
As described above, by supplying from the
このとき、第1および第2パージガスライン45および65を介して供給されるパージガスの流量は、それぞれ200〜10000sccm、合計で400〜20000sccmとすることが好ましく、例えば、9000sccmずつ合計で18000sccmとすることができる。ステップS2の時間は0.03〜30secの範囲が好ましく、例えば0.2secとすることができる。
At this time, the flow rate of the purge gas supplied through the first and second
このステップS2と並行して、TiCl4ガス供給源44からTiCl4ガスライン41にTiCl4ガスが供給されるが、バルブV1が閉じられていることで、TiCl4ガスはガス貯留タンク42に貯留され、ガス貯留タンク42内が昇圧する。
In parallel with this step S2, but the TiCl 4 gas is supplied from the TiCl 4
次に、バルブV3、V7、V9を開いた状態のまま、第1〜第3キャリアガス供給源53、73、93から第1〜第3キャリアガスライン51、71、91を介してキャリアN2ガスを同じ流量で供給し続けた状態で、バルブV2およびV6を閉じてパージガスを停止し、バルブV4およびV5を開き、ガス貯留タンク62に貯留されたNH3ガスを処理容器11(処理空間10)に供給し、ウエハW表面のTiCl4ガスと反応させる(ステップS3)。これによりTiNの分子層が形成される。
Next, the carrier N 2 from the first to third carrier
このときNH3ガスの流量は、200〜10000sccmが好ましく、例えば3800sccmとすることができる。ステップS3の時間は0.03〜30secの範囲が好ましく、例えば0.25secとすることができる。 At this time, the flow rate of NH 3 gas is preferably 200 to 10,000 sccm, and can be set to 3800 sccm, for example. The time of step S3 is preferably in the range of 0.03 to 30 seconds, and can be set to, for example, 0.25 seconds.
このステップS3と並行して、第1パージガス供給源48および第2パージガス供給源68から第1パージガスライン45および第2パージガス供給ライン65にパージガスが供給され、H2ガス供給源84からH2ガスライン81にH2ガスが供給されるが、バルブV2、V6およびV8が閉じられていることで、パージガスはガス貯留タンク46および66に貯留され、H2ガスはガス貯留タンク82に貯留され、ガス貯留タンク46、66、および82内が昇圧する。
In parallel with this step S3, purge gas is supplied from the first purge
次に、バルブV3、V7、V9を開いた状態のまま、第1〜第3キャリアガス供給源53、73、93から第1〜第3キャリアガスライン51、71、91を介してキャリアN2ガスを同じ流量で供給し続けた状態で、バルブV4およびV5を閉じてNH3ガスを停止し、バルブV2、V6およびV8を開き、ガス貯留タンク46および66に貯留されたパージガス、ならびにガス貯留タンク82に貯留されたH2ガスを処理容器11内(処理空間10)に供給するとともに、真空ポンプ37により排気管34を介して排気し、処理容器11内(処理空間10)をパージする(ステップS4)。
Next, the carrier N 2 from the first to third carrier
ステップS2と同様、キャリアガスとは別ラインで、かつ圧力が上昇した状態のガス貯留タンク46および66から供給されることにより、処理容器11内(処理空間10)には大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量でパージガスとしてのN2ガスを供給して、短時間で処理容器11内のNH3ガスをパージすることができる。また、このパージの際にH2ガスを供給することにより、TiNの分子層がH2ガスにより改質される。また、パージの際にH2ガスによる処理を行うため、スループットを低下させずに改質処理を行うことができる。また、H2ガスの流量を任意の流量で供給することができ、大流量のH2ガスを供給することにより短時間のパージ工程でH2による改質を行うことが可能となる。
As in step S2, a large flow rate, for example, carrier gas, is supplied into the processing container 11 (processing space 10) by being supplied from the
このとき、第1および第2パージガスライン45および65を介して供給されるパージガスの流量は、それぞれ200〜10000sccm、合計で400〜20000sccmとすることが好ましく、例えば、9000sccmずつ合計で18000sccmとすることができる。また、H2ガスライン81を介して供給されるH2ガスの流量は、200〜10000sccmとすることが好ましく、例えば、7000sccmとすることができる。ステップS4の時間は0.03〜30secの範囲が好ましく、例えば0.3secとすることができる。
At this time, the flow rate of the purge gas supplied through the first and second
このステップS4と並行して、NH3ガス供給源64からNH3ガスライン61にNH3ガスが供給されるが、バルブV4およびV5が閉じられていることで、NH3ガスはガス貯留タンク62に貯留され、ガス貯留タンク62内が昇圧する。
In parallel with this step S4, although NH 3 gas is supplied from the NH 3
以上のようなステップS1〜S4を1サイクル以上の所定サイクル行うことにより、所定の膜厚の改質されたTiN膜を得ることができる。すなわち、本実施形態では、TiNの分子層が形成された後のパージ工程(ステップS4)で、H2ガス雰囲気でアニールされることになるので、TiN結晶粒が大きくなり、上記ステップS1〜S4を所定サイクル行うことにより、TiN膜の結晶粒を大きくすることができる。このため、比抵抗率の低いTiN膜を得ることができる。 By performing steps S1 to S4 as described above for a predetermined cycle of one cycle or more, a modified TiN film having a predetermined film thickness can be obtained. That is, in the present embodiment, annealing is performed in a H 2 gas atmosphere in the purge process (step S4) after the TiN molecular layer is formed, so that the TiN crystal grains become large, and the above steps S1 to S4 are performed. By performing a predetermined cycle, the crystal grains of the TiN film can be enlarged. For this reason, a TiN film having a low specific resistivity can be obtained.
このようにして、所定の膜厚のTiN膜を成膜した後、処理容器11内をパージガスによりパージし、載置台21を受け渡し位置まで下降させ、次いでゲートバルブ13を開放し、搬送装置(図示せず)により搬入出口12を介して処理後のウエハWを真空搬送室(図示せず)に搬出する。
After the TiN film having a predetermined thickness is formed in this manner, the inside of the
従来は、図4に示すように、TiCl4ガスおよびNH3ガスのキャリアガスを連続的に供給し、キャリアガスをパージガスとして用いていたが、キャリアガスを処理容器のパージに必要な量供給しなければならず、キャリアガスの供給量が多くなってしまう。一方、良好なステップカバレッジ(被覆性)を確保する場合、原料ガスであるTiCl4ガスの供給量を増加させて、処理容器内における原料ガスの分圧を高くすることが求められるが、パージガスとして供給されるキャリアガスの流量が多いため、TiCl4ガスの分圧を高くしようとすると、TiCl4ガスの供給量を極めて多くする必要があり、パージ時間が長くなってスループット、すなわち生産性が低下してしまう。また、TiCl4ガスの供給量を多くした場合には、処理容器や配管へのTiCl4ガスの付着量が多くなるため、メンテナンス頻度も高くなる。さらに、特許文献3に示すように、H2ガスによる処理をALDプロセスとは別個に行っているため、その分さらに生産性(スループット)が低下してしまう。
Conventionally, as shown in FIG. 4, the carrier gas of TiCl 4 gas and NH 3 gas was continuously supplied and the carrier gas was used as the purge gas, but the carrier gas was supplied in an amount necessary for purging the processing vessel. This increases the amount of carrier gas supplied. On the other hand, in order to ensure good step coverage (coverability), it is required to increase the supply amount of the TiCl 4 gas, which is the raw material gas, to increase the partial pressure of the raw material gas in the processing vessel. the flow rate of the carrier gas supplied is large, an attempt to increase the partial pressure of TiCl 4 gas, it is necessary to extremely increase the supply amount of the TiCl 4 gas, throughput becomes longer purge time, i.e. the productivity decreases Resulting in. Further, when increasing the supply amount of the TiCl 4 gas, since the deposition amount of the TiCl 4 gas into the processing vessel and piping increases, the frequency of maintenance is also increased. Furthermore, as shown in
これに対し、本実施形態では、TiCl4ガスおよびNH3ガスのキャリアガスを供給するための第1および第2キャリアガスライン51および71とは別個に第1および第2パージガスライン45および65を設け、第1および第2パージガスライン45および65には、第1および第2キャリアガスライン51および71のバルブV3、V7、および流量調整部52、72とは別個に、バルブV2、V6、および流量調整部47、67が設けられているので、パージのときだけパージガスの流量を増加させることができ、キャリアガスの流量を増加させる必要がない。このため、原料ガスであるTiCl4ガスの流量を大きく増加させることなく被覆性(ステップカバレッジ)を高めることができ、生産性を低下させずに90%以上という良好な被覆性(ステップカバレッジ)を得ることができる。また、比抵抗を低下させるためのH2ガスによる処理をNH3ガス供給後のパージの際に行うので、ALDに影響を与えず、かつH2ガス処理による生産性(スループット)の低下をほとんど生じさせることがない。また、パージの際にキャリアガスを少なくしてパージガスおよびH2ガスを供給することができるので、大流量のH2ガスを供給することにより短時間のパージ工程でH2による改質を行うことが可能となる。
In contrast, in the present embodiment, the first and second
さらに、パージガスは、圧力が上昇した状態のガス貯留タンク46および66から供給されることにより、処理容器11内(処理空間10)には大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量でパージガスを供給して、短時間で処理容器11内のTiCl4ガスまたはNH3ガスをパージすることができる。このため、さらにスループットを高めることができる。
Further, the purge gas is supplied from the
なお、本実施形態においては、ステップS1〜S4を複数サイクル行い、最終サイクルのステップS4の時間を長時間化してもよい。このときの時間は60sec以下が好ましい。これにより、スループットが多少低下するものの、H2ガス処理の効果をより高めることができ、比抵抗をより低下させることができる。 In the present embodiment, steps S1 to S4 may be performed for a plurality of cycles, and the time of step S4 in the final cycle may be increased. The time at this time is preferably 60 sec or less. Thereby, although the throughput is somewhat reduced, the effect of the H 2 gas treatment can be further increased and the specific resistance can be further decreased.
また、ステップS1〜S4を複数回行う際に、所定周期的にステップS4の時間を長時間化してもよい。この場合は、さらにスループットが低下するが、H2ガス処理の効果をさらに高めることができ、比抵抗をさらに低下させることができる。 Further, when steps S1 to S4 are performed a plurality of times, the time of step S4 may be lengthened for a predetermined period. In this case, the throughput is further reduced, but the effect of the H 2 gas treatment can be further enhanced, and the specific resistance can be further reduced.
さらに、ステップS4において、パージガスとH2ガスを両方用いたが、H2ガスもパージガスと機能するため、パージガスとH2ガスの割合は任意であり、全てがH2ガスであってもよい。 Further, in step S4, both the purge gas and the H 2 gas are used. However, since the H 2 gas also functions as the purge gas, the ratio of the purge gas and the H 2 gas is arbitrary, and all may be H 2 gas.
さらにまた、本実施形態では、TiCl4ガス供給後のパージ工程であるステップS2においてもH2ガスを供給するようにしてもよい。 Furthermore, in the present embodiment, H 2 gas may be supplied also in step S2, which is a purge process after supplying TiCl 4 gas.
次に、本実施形態の実験結果について説明する。
図5は、ステップS4のNH3ガスフロー後のパージの際のH2ガス流量を変化させてステップS1〜S4を230サイクル繰り返してTiN膜を成膜した際の比抵抗率と膜厚を示す図である。この図に示すように、H2ガス流量が2000sccm以上で比抵抗が低下していることがわかる。
Next, the experimental results of this embodiment will be described.
FIG. 5 shows the resistivity and film thickness when a TiN film was formed by repeating steps S1 to S4 for 230 cycles while changing the H 2 gas flow rate during the purge after the NH 3 gas flow in step S4. FIG. As shown in this figure, it can be seen that the specific resistance decreases when the H 2 gas flow rate is 2000 sccm or more.
次に、種々のシーケンスの実験におけるレシピ時間、スループット、比抵抗率、を求めた。ここでは、TiCl4ガスおよびNH3ガスのキャリアガスであるN2ガスの流量を500sccmずつ連続して供給し、ステップS1のTiCl4ガス流量を150sccm、ステップS2およびS4のパージガスであるN2ガスの流量を9000sccmずつとし、ステップS3のNH3ガスの流量を3800sccmとし、ステップS4のH2ガス流量を7000sccmとし、ステップS1、S2、S3、S4の標準の時間を、それぞれ0.1sec、0.2sec、0.25sec、0.3secとした。そして、H2ガスを添加せずにステップS1〜S4を230サイクル繰り返した場合(シーケンス1)、ステップS4にH2ガスを添加してステップS1〜S4を230サイクル繰り返した場合(シーケンス2)、ステップS4にH2ガスを添加してステップS1〜S4を229サイクル繰り返し、最終サイクルのみステップS4の時間を15secにした場合(シーケンス3)、ステップS4にH2ガスを添加してステップS1〜S4を229サイクル繰り返し、最終サイクルのみステップS4の時間を60secにした場合(シーケンス4)、ステップS4にH2ガスを添加してステップS1〜S4を46サイクル繰り返し、47サイクル目のステップS4の時間を15secとし、この47サイクルを5回繰り返した場合(シーケンス5)について行った。結果を図6に示す。 Next, the recipe time, throughput, and resistivity in various sequence experiments were determined. Here, the flow rate of N 2 gas, which is a carrier gas of TiCl 4 gas and NH 3 gas, is continuously supplied at a rate of 500 sccm, the flow rate of TiCl 4 gas in Step S1 is 150 sccm, and the N 2 gas that is the purge gas in Steps S2 and S4 The flow rate of 9000 sccm, the NH 3 gas flow rate of step S3 is 3800 sccm, the H 2 gas flow rate of step S4 is 7000 sccm, and the standard times of steps S1, S2, S3, and S4 are 0.1 sec and 0 sec, respectively. .2 sec, 0.25 sec, and 0.3 sec. When steps S1 to S4 are repeated for 230 cycles without adding H 2 gas (sequence 1), when H 2 gas is added to step S4 and steps S1 to S4 are repeated for 230 cycles (sequence 2), It was added H 2 gas of step S1~S4 repeated 229 cycles to step S4, if the time of the last cycle only step S4 was 15 sec (sequence 3), with the addition of H 2 gas to step S4 step S1~S4 Is repeated for 229 cycles, and the time of step S4 is set to 60 sec only in the final cycle (sequence 4), H 2 gas is added to step S4, steps S1 to S4 are repeated for 46 cycles, and the time of step S4 of the 47th cycle is set. When this 47 cycle is repeated 5 times (15 seconds) Was performed on the scan 5). The results are shown in FIG.
図6では、各シーケンスにおけるレシピ時間、スループット(ウエハ/h)、比抵抗率(μΩ・cm)、スループット低下枚数を示している。この図に示すように、ステップS4にH2ガスを添加したシーケンス2では、H2ガスを添加しないシーケンス1に対し、スループットを低下させることなく、比抵抗を131μΩ・cmから117μΩ・cmまで低下することが確認された。また、最終サイクルのステップS4の時間を長くしたシーケンス3,4については、その時間に応じて、スループットはやや低下するものの、比抵抗は109μΩ・cm、104μΩ・cmとさらに低下することが確認された。また、周期的にステップS4の時間を長くしたシーケンス5についても比抵抗が105μΩ・cmと低下したが、スループットの低下が見られた。ただし、シーケンス3〜5ではスループットは低下するものの、許容範囲であった。また、ステップカバレッジについてはいずれも90%以上の良好な値が得られた。
FIG. 6 shows the recipe time, throughput (wafer / h), specific resistivity (μΩ · cm), and number of throughput drops in each sequence. As shown in this figure, in the
<成膜方法の第2の実施形態>
次に、成膜方法の第2の実施形態について説明する。
<Second Embodiment of Film Formation Method>
Next, a second embodiment of the film forming method will be described.
本実施形態に係る成膜方法は、ロジックなどに適用される低温成膜プロセスにより微細パターンに2nm以下、さらには1nm以下の極めて薄いTiN膜を高い被覆性のみならず高い連続性で成膜するものである。 The film forming method according to the present embodiment forms an extremely thin TiN film of 2 nm or less, further 1 nm or less on a fine pattern with a high continuity as well as high coverage by a low temperature film forming process applied to logic or the like. Is.
まず、第1の実施形態と同様、バルブV1〜V9を閉じ、載置台21を受け渡し位置に下降させた状態で、ゲートバルブ13を開放して搬送装置(図示せず)により真空搬送室(図示せず)から搬入出口12を介して処理容器11内にウエハWを搬入し、昇降ピン20上に載置し、搬送装置を退避させ、ゲートバルブ13を閉じる。そして、載置台21を処理位置まで上昇させることによりウエハWが載置台21上に載置される。本実施形態では、載置台21はヒーター22により400〜500℃の範囲の温度に加熱される。そして、バルブV3、V7、V9を開いて第1〜第3キャリアガス供給源53、73、93から第1〜第3キャリアガスライン51、71、91を介して処理容器11内にキャリアN2ガスを供給しつつ所定の減圧状態に保持し、ウエハWの温度を400〜500℃の範囲、例えば450℃に制御する。そして、第1の実施形態と同様、ガス貯留タンク42および62内の昇圧を行う。
First, as in the first embodiment, with the valves V1 to V9 closed and the mounting table 21 lowered to the delivery position, the
この状態で、例えば図7のガス供給シーケンス、および図8のタイミングチャートに示すようにALDによりTiN膜を成膜する。 In this state, for example, a TiN film is formed by ALD as shown in the gas supply sequence of FIG. 7 and the timing chart of FIG.
本実施形態では、第1の実施形態のステップS1〜S4に対応してステップS11〜S14を行う。ステップS11〜S14のうち、ステップS11、S13、S14は基本的に第1の実施形態のステップS1、S3、S4と同様に行われるが、ステップS12のTiCl4ガスのパージステップでは、パージガスの他にH2ガスを供給する。すなわち、本実施形態では、TiCl4ガスのパージ工程であるステップS12およびNH3ガスのパージ工程であるステップS14の両方でH2ガスの供給を行う。 In this embodiment, steps S11 to S14 are performed corresponding to steps S1 to S4 of the first embodiment. Of steps S11 to S14, steps S11, S13, and S14 are basically performed in the same manner as steps S1, S3, and S4 of the first embodiment. However, in the TiCl 4 gas purge step of step S12, other than purge gas. Is supplied with H 2 gas. That is, in the present embodiment, the H 2 gas is supplied both in step S12, which is a TiCl 4 gas purge process, and in step S14, which is an NH 3 gas purge process.
ステップS12およびS14のH2ガスの流量は、200〜30000sccmとすることが好ましく、例えば、7000sccmとすることができる。 The flow rate of the H 2 gas in steps S12 and S14 is preferably 200 to 30000 sccm, for example, 7000 sccm.
TiCl4ガス、NH3ガス、キャリアガス、パージガスの流量は第1の実施形態と同様であり、ステップS11〜S14の時間も、第1の実施形態のステップS1〜S4と同じである。 The flow rates of TiCl 4 gas, NH 3 gas, carrier gas, and purge gas are the same as those in the first embodiment, and the times of steps S11 to S14 are also the same as those in steps S1 to S4 of the first embodiment.
以上のようなステップS11〜S14を1サイクル以上の所定サイクル行うことにより、所定の膜厚の改質されたTiN膜を得ることができる。 By performing steps S11 to S14 as described above for a predetermined cycle of one cycle or more, a modified TiN film having a predetermined film thickness can be obtained.
ロジックに用いられるTiN膜は、低温成膜で2nm以下、さらには1nm以下の極めて薄いTiN膜を、高い被覆性のみならず高い連続性で成膜することが求められている。しかし、成膜原料としてTiCl4ガスを用いてTiN膜を成膜する場合、TiCl4どうしが電気的に反発するため、下地において本来吸着すべきところにTiCl4が吸着されず、膜の連続性を高めることが困難となる。これに対して、H2ガスを添加することにより、以下の(1)、(2)式の反応によりTiCl4が還元されることにより、1価のイオンである(TiCl3)+或いは2価のイオンである(TiCl2)++となる。
2TiCl4+H2→2(TiCl3)++2HCl ……(1)
TiCl4+H2→(TiCl2)+++2HCl ……(2)
この(TiCl3)+および(TiCl2)++は、イオン化することにより活性化しているため、TiCl4に比べて下地に対する吸着力は高くなり、連続性の高いTiN膜を得ることができる。
The TiN film used for logic is required to form a very thin TiN film of 2 nm or less, further 1 nm or less by low-temperature film formation with high continuity as well as high coverage. However, the case of forming a TiN film by using a TiCl 4 gas as the film forming material, since then if TiCl 4 is electrically repel, TiCl 4 is not adsorbed is described where suction originally in the base, the continuity of the film It becomes difficult to increase. On the other hand, by adding H 2 gas, TiCl 4 is reduced by the reaction of the following formulas (1) and (2), so that it is a monovalent ion (TiCl 3 ) + or divalent. (TiCl 2 ) ++
2TiCl 4 + H 2 → 2 (TiCl 3 ) + + 2HCl (1)
TiCl 4 + H 2 → (TiCl 2 ) ++ + 2HCl (2)
Since (TiCl 3 ) + and (TiCl 2 ) ++ are activated by ionization, the adsorption power to the base is higher than that of TiCl 4 , and a highly continuous TiN film can be obtained.
本実施形態においても、TiCl4ガスおよびNH3ガスのキャリアガスを供給するための第1および第2キャリアガスライン51および71とは別個に第1および第2パージガスライン45および65を設け、第1および第2パージガスライン45および65には、第1および第2キャリアガスライン51および71のバルブV3、V7、および流量調整部52、72とは別個に、バルブV2、V6、および流量調整部47、67が設けられているので、パージのときだけパージガスの流量を増加させることができ、キャリアガスの流量を増加させる必要がない。このため、原料ガスであるTiCl4ガスの流量を増加大きく増加させることなく被覆性(ステップカバレッジ)を高めることができ、生産性を低下させずに90%以上という良好な被覆性(ステップカバレッジ)を得ることができる。また、膜の連続性を高めるためのH2ガスによる処理をTiCl4ガス供給後およびNH3ガス供給後のパージの際に行うので、ALDに影響を与えず、かつH2ガス処理による生産性(スループット)の低下をほとんど生じさせることがない。また、パージの際にキャリアガスを少なくしてパージガスおよびH2ガスを供給することができるので、大流量のH2ガスを供給することにより短時間のパージ工程でH2による改質を行うことが可能となる。
Also in the present embodiment, first and second
もちろん、本実施形態においても、パージガスは、圧力が上昇した状態のガス貯留タンク46および66から供給されることにより、処理容器11内(処理空間10)には大きな流量、例えばキャリアガスの流量よりも大きい流量でパージガスを供給して、短時間で処理容器11内のTiCl4ガスまたはNH3ガスをパージすることができる。このため、さらにスループットを高めることができる。
Of course, also in this embodiment, the purge gas is supplied from the
なお、上記例では、TiCl4ガス供給後のパージ工程およびNH3ガス供給後のパージ工程の両方においてH2ガスを供給したが、本実施形態では、TiCl4ガス供給後のパージ工程のみにH2ガスを供給してもよい。 In the above example, the H 2 gas is supplied in both the purge process after the TiCl 4 gas supply and the purge process after the NH 3 gas supply, but in this embodiment, the H 2 gas is supplied only to the purge process after the TiCl 4 gas supply. Two gases may be supplied.
次に、本実施形態の実験結果について説明する。
最初に、H2ガス供給の効果を確認する基礎実験を行った。ここでは、成膜温度を460℃にして、連続的に供給するキャリアガスのN2ガスをパージガスとして用い、TiCl4ガスとNH3ガスのALDによりTiN膜の成膜を行う際に、H2を連続的に供給してH2ガスの効果を確認した。なお、ここでは、TiCl4ガス供給時間を0.05sec、TiCl4ガスのパージ時間を0.2sec、NH3ガス供給時間を0.3sec、NH3ガスのパージ時間を0.3secとした。
Next, the experimental results of this embodiment will be described.
First, a basic experiment was conducted to confirm the effect of H 2 gas supply. Here, when the film forming temperature is set to 460 ° C. and the continuously supplied carrier gas N 2 gas is used as a purge gas, when the TiN film is formed by ALD of TiCl 4 gas and NH 3 gas, H 2 is used. Was continuously supplied to confirm the effect of H 2 gas. Here, the TiCl 4 gas supply time was 0.05 sec, the TiCl 4 gas purge time was 0.2 sec, the NH 3 gas supply time was 0.3 sec, and the NH 3 gas purge time was 0.3 sec.
膜の連続性は、Rough Ratioを用いて把握した。Rough Ratioは、分光エリプソメトリにより、図9に示す密度の異なるBulk層およびRoughness層の2層の膜厚を測定し、全体の膜厚(Roughness層+bulk層)に対する密度の小さいRoughness層の膜厚の割合を示すものである。 The continuity of the film was grasped using a Rough Ratio. Rough Ratio measures the film thickness of two layers of the Bulk layer and the Roughness layer shown in FIG. 9 by spectroscopic ellipsometry, and the thickness of the Roughness layer having a small density with respect to the total film thickness (Roughness layer + bulk layer). The ratio is shown.
H2ガス流量を変化させてRough Ratio極小膜厚を求めた結果を図10および図11に示す。図10は、横軸にXRF膜厚をとり、縦軸にRough Ratioをとって、これらの関係を示した図である。Rough Ratioは0から核生成が始まった時点で増加して極大値となり、そこから徐々に低下する部分で膜の連続性が増加する。Rough Ratioが極小値となった膜厚であるRough Ratio極小膜厚が、連続性の程度を示す1つの指標である。図11は、H2ガス流量とRough Ratio極小膜厚との関係を示す図であり、縦軸はH2ガスを供給しない場合を基準としてRough Ratio極小膜厚の変化量として示している。これらの図に示すように、H2ガスの流量が増加するに従い、Rough Ratio極小膜厚が減少し、膜の連続性が改善することが確認された。 FIG. 10 and FIG. 11 show the results of obtaining the Rough Ratio minimum film thickness by changing the H 2 gas flow rate. FIG. 10 shows the relationship between the XRF film thickness on the horizontal axis and the Rough Ratio on the vertical axis. The Rough Ratio increases to a maximum value when nucleation starts from 0, and the continuity of the film increases at a portion where it gradually decreases. The Rough Ratio minimum film thickness, which is the film thickness at which the Rough Ratio has a minimum value, is one index indicating the degree of continuity. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the H 2 gas flow rate and the Rough Ratio minimum film thickness, and the vertical axis indicates the amount of change in the Rough Ratio minimum film thickness based on the case where H 2 gas is not supplied. As shown in these figures, it was confirmed that the Rough Ratio minimum film thickness decreased as the flow rate of H 2 gas increased, and the continuity of the film was improved.
図12は、各H2流量における膜厚と比抵抗との関係を示す図であるが、H2ガスの供給量を増加させることにより、比抵抗も低下することが確認された。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the film thickness and the specific resistance at each H 2 flow rate, and it was confirmed that the specific resistance decreases as the supply amount of H 2 gas is increased.
次に、成膜温度を460℃にして、連続的に供給するキャリアガスであるN2ガスをパージガスとして用い、TiCl4ガスとNH3ガスのALDによりH2ガスを添加せずにTiN膜を成膜した場合(サンプル1)、連続的に供給するキャリアガスであるN2の他に、パージの際にパージガスであるN2を供給し、TiCl4ガスとNH3ガスのALDによりH2ガスを添加せずにTiN膜を成膜した場合(サンプル2)、連続的に供給するキャリアガスであるN2の他に、パージの際にパージガスであるN2を供給し、パージの際にH2ガスを供給してTiCl4ガスとNH3ガスのALDによりTiN膜を成膜した場合(サンプル3)について、Rough Ratio極小膜厚を求めた。なお、ここでは、TiCl4ガス供給時間を0.05sec、TiCl4ガスのパージ時間を0.2sec、NH3ガス供給時間を0.3sec、NH3ガスのパージ時間を0.3secとした。 Next, the film forming temperature is set to 460 ° C., N 2 gas which is a continuously supplied carrier gas is used as a purge gas, and TiN film is added without adding H 2 gas by ALD of TiCl 4 gas and NH 3 gas. case of forming (sample 1), in addition to the N 2 is continuously supplied carrier gas, N 2 is a purge gas is supplied during the purge, H 2 gas by ALD of TiCl 4 gas and NH 3 gas case of forming the TiN film without the addition of (sample 2), in addition to the N 2 is continuously supplied carrier gas, N 2 was supplied a purge gas during the purge, H at the time of the purge When a TiN film was formed by supplying two gases and ALD of TiCl 4 gas and NH 3 gas (sample 3), the Rough Ratio minimum film thickness was determined. Here, the TiCl 4 gas supply time was 0.05 sec, the TiCl 4 gas purge time was 0.2 sec, the NH 3 gas supply time was 0.3 sec, and the NH 3 gas purge time was 0.3 sec.
サンプル1では、TiCl4ガスの流量を50sccm、NH3ガスの流量を2700sccmとし、キャリアガスであるN2ガスの流量をそれぞれ3000sccmとした。サンプル2では、TiCl4ガスの流量を140sccm、NH3ガスの流量を7000sccmとし、キャリアガスであるN2ガスの流量をそれぞれ3000sccmとし、パージガスであるN2ガスの流量をそれぞれ9000sccmとした。サンプル3では、H2ガスの流量を10000sccmとした他はサンプル2と同様とした。
In
その結果を図13に示す。キャリアガスをパージガスとして用い、H2ガスを添加しないサンプル1、およびキャリアガスとは別個にパージガスを用い、H2ガスを添加しないサンプル2は、Rough Ratio極小膜厚がそれぞれ2.13nm、1.88nmであったのに対し、パージの際にH2ガスを添加したサンプル3ではRough Ratio極小膜厚が1.8nmとさらに減少した。これにより、本実施形態において、膜の連続性が改善されたことが確認された。
The result is shown in FIG. Using a carrier gas as a purge gas, a
<第3の実施形態>
次に、成膜方法の第3の実施形態について説明する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the film forming method will be described.
本実施形態に係る成膜方法は、H2ガスの添加により、TiCl4ガスによるTiN膜自身のエッチングを抑制して、膜厚均一性を図るものである。 In the film forming method according to this embodiment, the addition of H 2 gas suppresses the etching of the TiN film itself by the TiCl 4 gas, thereby achieving film thickness uniformity.
比抵抗の低いTiN膜を得ることを目的として、例えば700℃程度の高温でTiN膜を成膜することが要求される場合があるが、このような高温では、高ステップカバレッジを得るために、Ti原料であるTiCl4ガスの流量を
50〜270sccm、例えば270sccmと比較的大流量にする必要がある。
In order to obtain a TiN film having a low specific resistance, it may be required to form a TiN film at a high temperature of about 700 ° C., for example. At such a high temperature, in order to obtain a high step coverage, The flow rate of TiCl 4 gas, which is a Ti raw material, needs to be a relatively large flow rate of 50 to 270 sccm, for example, 270 sccm.
しかし、大流量でTiCl4ガスを供給すると、TiN膜の膜厚は中央部で薄くなり、膜厚面内均一性が悪化する現象が見られた。この原因を検討した結果、TiCl4ガスはエッチング性の高いガスであり、上記のような大流量でTiCl4ガスを供給することにより、TiCl4ガスにより成膜されたTiN膜自身のエッチングが進行し、そのエッチング効果がウエハWの中央部において大きくなるためであることが判明した。 However, when TiCl 4 gas was supplied at a large flow rate, the thickness of the TiN film was reduced at the center, and a phenomenon that the in-plane uniformity of the film thickness deteriorated was observed. As a result of investigating the cause, TiCl 4 gas is a gas with high etching properties. By supplying TiCl 4 gas at a large flow rate as described above, the etching of the TiN film itself formed by TiCl 4 gas proceeds. It has been found that the etching effect is increased at the center of the wafer W.
実際に、図1の装置を用い、温度:700℃、圧力:5Torr(666Pa)、TiCl4ガス流量:50sccm、NH3ガス流量:3500sccmの条件でTiN膜を成膜後、700℃でTiCl4ガスの流量を50sccm、80sccm、180sccm、270sccmと変化させ、TiCl4ガス供給0.05sec、パージ(N2ガス流量:各ライン7000sccm)0.8secのサイクルを300サイクル繰り返してTiN膜をエッチングした。その結果を図14に示す。図14は、各TiCl4流量における、ウエハ径方向の位置とTiN膜のエッチング量との関係を示す図である。この図に示すように、TiCl4ガスの流量が増大するに従って、エッチング量が増加するとともに、中心部が多くエッチングされることが確認された。このことから、TiCl4ガス流量を大流量化したときの膜厚面内均一性の悪化は、TiCl4ガスのエッチングの影響であると考えられる。 Actually, using the apparatus shown in FIG. 1, a TiN film was formed under the conditions of temperature: 700 ° C., pressure: 5 Torr (666 Pa), TiCl 4 gas flow rate: 50 sccm, NH 3 gas flow rate: 3500 sccm, and then TiCl 4 at 700 ° C. The TiN film was etched by changing the gas flow rate to 50 sccm, 80 sccm, 180 sccm, and 270 sccm, repeating the cycle of TiCl 4 gas supply for 0.05 sec and purge (N 2 gas flow rate: 7000 sccm for each line) for 0.8 sec for 300 cycles. The result is shown in FIG. FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the position in the wafer radial direction and the etching amount of the TiN film at each TiCl 4 flow rate. As shown in this figure, it was confirmed that as the flow rate of the TiCl 4 gas increased, the etching amount increased and the central part was etched much. Therefore, TiCl 4 deterioration of film thickness in-plane uniformity when the gas flow rate was large flow rate of is considered to be the influence of the etching of the TiCl 4 gas.
次に、同じ条件でTiN膜を成膜後、エッチングの際のTiCl4ガスの流量を270sccmに固定し、温度を400℃、500℃、600℃、700℃と変化させ、同様のエッチングサイクルを300サイクル行ってエッチング量を確認した。図15はその際のウエハ径方向の位置とTiN膜のエッチング量との関係を示す図である。この図から、700℃のときのみエッチングが顕著であり、600℃まではエッチングは生じておらず、むしろ増膜していることが確認された。 Next, after forming a TiN film under the same conditions, the flow rate of TiCl 4 gas during etching is fixed at 270 sccm, the temperature is changed to 400 ° C., 500 ° C., 600 ° C., and 700 ° C., and the same etching cycle is performed. The etching amount was confirmed after 300 cycles. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the position in the wafer radial direction and the etching amount of the TiN film at that time. From this figure, it was confirmed that etching was significant only at 700 ° C., and etching did not occur up to 600 ° C., but rather increased.
次に、装置構成を一部変更した他は同じ条件でTiN膜を成膜後、エッチングの際のTiCl4ガスの流量を270sccmに固定し、温度を625℃、650℃、675℃、700℃と変化させ、同様のエッチングサイクルを300サイクル行ってエッチング量を確認した。図16はその際のウエハ径方向の位置とTiN膜のエッチング量との関係を示す図である。この図から、TiCl4ガスによるエッチングの影響は625℃から生じ、温度が上昇するに従って増大することがわかる。 Next, a TiN film was formed under the same conditions except that the apparatus configuration was partially changed, and the flow rate of TiCl 4 gas during etching was fixed at 270 sccm, and the temperatures were 625 ° C., 650 ° C., 675 ° C., 700 ° C. The amount of etching was confirmed by performing 300 similar etching cycles. FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the position in the wafer radial direction and the etching amount of the TiN film at that time. From this figure, it can be seen that the effect of etching with TiCl 4 gas occurs from 625 ° C. and increases as the temperature increases.
次に、図16の場合と同じ装置を用い、同様の条件でTiN膜を成膜した後、温度:700℃、TiCl4ガスの流量:270sccmとして、上述したエッチングのサイクルを100サイクル、200サイクル、300サイクルと変化させた際のエッチング量を確認した。図17はその際のウエハ径方向の位置とTiN膜のエッチング量との関係を示す図である。この図から、TiCl4ガスのエッチングの影響はサイクル数が少ない場合は小さいが、サイクル数が増加するに従って大きくなることがわかる。 Next, after forming a TiN film under the same conditions using the same apparatus as in FIG. 16, the temperature is 700 ° C., the flow rate of TiCl 4 gas is 270 sccm, and the above-described etching cycle is 100 cycles, 200 cycles. The etching amount when changed to 300 cycles was confirmed. FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the position in the wafer radial direction and the etching amount of the TiN film at that time. From this figure, it can be seen that the influence of etching with TiCl 4 gas is small when the number of cycles is small, but increases as the number of cycles increases.
本実施形態では、このようなTiCl4ガス流量の増大にともなうエッチング作用をH2ガス添加により抑制する。 In the present embodiment, the etching action associated with the increase in the TiCl 4 gas flow rate is suppressed by adding H 2 gas.
このことを確認した実験結果について説明する。
ここでは、図16の場合と同じ装置を用い、同様の条件でTiN膜を成膜した後、温度:700℃、TiCl4ガスの流量;270sccmで、TiCl4ガス供給0.05sec、パージ(N2ガス流量:各ライン7000sccm)0.8secのサイクルを300サイクル繰り返してTiN膜をエッチングした場合(TiN膜成膜時H2添加なし)と、パージの際に、N2ガス(流量:各ライン7000sccm)に、さらにH2ガス(流量:7000sccm)を添加した以外は同様の条件で成膜したTiN膜を、温度:700℃、TiCl4ガスの流量;270sccmで、TiCl4ガス供給0.05sec、パージ(N2ガス流量:各ライン7000sccm)0.85secのサイクルを300サイクル繰り返してTiN膜をエッチングした場合(TiN膜成膜時H2添加あり)について、エッチング量を確認した。図18はその際のウエハ径方向の位置とTiN膜のエッチング量との関係を示す図である。この図から、TiN膜成膜時にH2ガスを添加することにより、TiN膜のエッチングを抑制することができることが確認された。
The experimental results confirming this will be described.
Here, after using the same apparatus as in FIG. 16 to form a TiN film under the same conditions, the temperature: 700 ° C., the flow rate of TiCl 4 gas: 270 sccm, TiCl 4 gas supply 0.05 sec, purge (N (2 gas flow rate: 7000 sccm for each line) When the TiN film is etched by repeating a cycle of 0.8 sec for 300 cycles (no addition of H 2 when forming the TiN film) and N 2 gas (flow rate: each line) The TiN film was formed under the same conditions except that H 2 gas (flow rate: 7000 sccm) was further added to 7000 sccm). Temperature: 700 ° C., TiCl 4 gas flow rate: 270 sccm, TiCl 4 gas supply 0.05 sec purge: T is repeated 300 cycles of the (N 2 gas flow rate each line 7000sccm) 0.85sec If the N film is etched for (there added when H 2 TiN film formation), and confirmed the etching amount. FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the position in the wafer radial direction and the etching amount of the TiN film at that time. From this figure, it was confirmed that the etching of the TiN film can be suppressed by adding H 2 gas when forming the TiN film.
以上の実験結果を踏まえて、本実施形態では、好ましくは、温度:625℃以上、TiCl4ガス流量:50〜270sccmの条件で、第1の実施形態または第2の実施形態と同様のシーケンスでH2ガスを添加してTiN膜を成膜する。 Based on the above experimental results, in the present embodiment, preferably, the temperature is 625 ° C. or higher and the TiCl 4 gas flow rate is 50 to 270 sccm, in the same sequence as in the first embodiment or the second embodiment. A TiN film is formed by adding H 2 gas.
具体的には、まず、第1および第2の実施形態と同様、バルブV1〜V9を閉じ、載置台21を受け渡し位置に下降させた状態で、ゲートバルブ13を開放して搬送装置(図示せず)により真空搬送室(図示せず)から搬入出口12を介して処理容器11内にウエハWを搬入し、昇降ピン20上に載置し、搬送装置を退避させ、ゲートバルブ13を閉じる。そして、載置台21を処理位置まで上昇させることによりウエハWが載置台21上に載置される。本実施形態では、載置台21はヒーター22により625〜740℃の範囲に加熱される。そして、バルブV3、V7、V9を開いて第1〜第3キャリアガス供給源53、73、93から第1〜第3キャリアガスライン51、71、91を介して処理容器11内にキャリアN2ガスを供給しつつ所定の減圧状態に保持し、ウエハWの温度を625〜740℃の範囲、例えば700℃に制御する。そして、第1および第2の実施形態と同様、ガス貯留タンク42および62内の昇圧を行う。
Specifically, first, similarly to the first and second embodiments, the valves V1 to V9 are closed and the
この状態で、例えば、第1の実施形態における図2のガス供給シーケンスおよび図3のタイミングチャート、または第2の実施形態における図7のガス供給シーケンスおよび図8のタイミングチャートに示すようにALDによりTiN膜を成膜する。すなわち、本実施形態では、TiCl4ガスの供給、TiCl4ガスのパージ、NH3ガスの供給、NH3ガスのパージを繰り返して所定膜厚のTiN膜を成膜するが、この際に、NH3ガス供給後のパージステップのみでH2ガスの供給を行ってもよいし、TiCl4ガス供給後およびNH3ガス供給後の両方のパージステップでH2ガスを供給してもよい。 In this state, for example, by ALD as shown in the gas supply sequence of FIG. 2 and the timing chart of FIG. 3 in the first embodiment, or the gas supply sequence of FIG. 7 and the timing chart of FIG. 8 in the second embodiment. A TiN film is formed. That is, in this embodiment, TiN 4 gas supply, TiCl 4 gas purge, NH 3 gas supply, and NH 3 gas purge are repeated to form a TiN film having a predetermined thickness. 3 to only purge step after the gas supply may be carried out the supply of H 2 gas may be supplied H 2 gas in both purge step after TiCl 4 after the gas supply and the NH 3 gas supply.
このときのH2ガスの流量は、200〜30000sccmとすることが好ましく、例えば、7000sccmとすることができる。 At this time, the flow rate of the H 2 gas is preferably 200 to 30000 sccm, for example, 7000 sccm.
TiCl4ガス、NH3ガス、キャリアガス、パージガスの流量は第1の実施形態および第2の実施形態と同様であり、これら工程の時間も第1の実施形態および第2の実施形態のステップS1〜S4およびステップS11〜S14と同じである。 The flow rates of TiCl 4 gas, NH 3 gas, carrier gas, and purge gas are the same as those in the first embodiment and the second embodiment, and the time of these processes is also step S1 of the first embodiment and the second embodiment. To S4 and steps S11 to S14.
本実施形態では、以上のような工程により、成膜温度が高く、TiCl4ガス流量が大流量の場合でも、パージの際に、H2ガスを供給してTiCl4ガスのエッチング作用を抑制するので、高い生産性を確保しつつ、高い被覆性の膜を得ることができかつTiN膜の膜厚を均一にすることができる。 In the present embodiment, even when the film formation temperature is high and the TiCl 4 gas flow rate is large, the etching action of the TiCl 4 gas is suppressed by supplying H 2 gas at the time of purging by the above process. Therefore, it is possible to obtain a highly covering film while ensuring high productivity and to make the thickness of the TiN film uniform.
<他の適用>
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変形可能である。
<Other applications>
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified within the scope of the technical idea of the present invention.
例えば、上記実施形態では、原料ガスとしてTiCl4ガスを用い、反応ガスとしてNH3ガスを用いてTiN膜を成膜する場合について説明したが、Ti原料ガスおよび反応ガスはこれに限るものではない。 For example, in the above embodiment, the case where the TiN film is formed using TiCl 4 gas as the source gas and NH 3 gas as the reaction gas has been described, but the Ti source gas and the reaction gas are not limited to this. .
また、上記実施形態では、Ti原料ガスおよび反応ガスとしての窒化ガスによりTiN膜を成膜する場合について説明したが、成膜する膜は、原料ガスと反応ガスにより膜形成するものであれば特に限定されず、例えばWN膜、W膜、TiON膜、SiN膜、SiO2膜等、種々の膜の成膜に適用することができる。 In the above embodiment, the case where the TiN film is formed with the Ti source gas and the nitriding gas as the reaction gas has been described. However, the film to be formed is particularly suitable if it is formed by the source gas and the reaction gas. The present invention is not limited, and can be applied to the formation of various films such as a WN film, a W film, a TiON film, a SiN film, and a SiO 2 film.
さらに、本実施形態ではキャリアガスやパージガスとして用いる不活性ガスとしてN2ガスを用いた例について示したが、N2ガスに限らず、ArガスやHeガスのような希ガス等、他の不活性ガスを用いてもよい。 Furthermore, in the present embodiment, an example in which N 2 gas is used as an inert gas used as a carrier gas or a purge gas has been described. However, the present invention is not limited to N 2 gas, but other inert gases such as a rare gas such as Ar gas and He gas. An active gas may be used.
さらにまた、上記実施形態では、TiN膜に対し比抵抗を低下させる機能、膜の連続性を改善する機能を有する添加ガスとしてH2ガスを用いた例を示したが、これに限らず、膜に対して所定の機能を及ぼす添加ガスであればよく、H2ガスに限らず、O2ガス、NH3ガス、BCl3ガス、SiH4ガス、SiH2Cl2ガス等、種々のガスを用いることができる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the example in which H 2 gas is used as the additive gas having the function of reducing the specific resistance with respect to the TiN film and the function of improving the continuity of the film has been described. As long as it is an additive gas that has a predetermined function, various gases such as O 2 gas, NH 3 gas, BCl 3 gas, SiH 4 gas, and SiH 2 Cl 2 gas are used without being limited to H 2 gas. be able to.
1;成膜装置
2;ガス供給機構
10;処理空間
11;処理容器
17;排気ダクト
21;載置台
34;排気管
37;真空ポンプ
41;TiCl4ガスライン
42,46,62,66,82;ガス貯留タンク
44;TiCl4ガス供給源
45,65;パージガスライン
48,68;パージガス供給源
51,71,91;キャリアガスライン
53,73;キャリアガス供給源
61;NH3ガスライン
64;NH3ガス供給源
81;H2ガスライン
84;H2ガス供給源
100;制御部
V1〜V9;バルブ
W;半導体ウエハ
1;
Claims (13)
被処理基板に所定の膜を成膜するための原料ガスおよび反応ガス、これらを前記処理容器に搬送するキャリアガス、および前記処理容器内をパージするパージガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内を排気し、前記処理容器内を真空雰囲気に保持する排気機構と
を有し、
前記ガス供給機構は、前記原料ガスを前記処理容器内に供給するための原料ガス流路と、
前記反応ガスを前記処理容器内に供給するための反応ガス流路と、
前記原料ガス流路および前記反応ガス流路にそれぞれ接続され、前記原料ガスと前記反応ガスのキャリアガスを供給するための第1のキャリアガス流路および第2のキャリアガス流路と、
前記第1のキャリアガス流路および前記第2のキャリアガス流路とは別個に設けられ、前記処理容器内をパージするパージガスを、前記第1のキャリアガスおよび前記第2のキャリアガスとは別個に流量制御して前記処理容器内に供給するパージガス流路と、
前記所定の膜に対して所定の機能を有する添加ガスを供給する添加ガス流路と、
前記原料ガス流路、前記反応ガス流路、前記第1および第2のキャリアガス流路、前記パージガス流路、および前記添加ガス流路をそれぞれ独立して開閉する開閉バルブと
を有する成膜装置を用いて前記所定の膜を成膜する成膜方法であって、
前記処理容器内に被処理基板を配置した状態で、
前記第1のキャリアガス流路および前記第2のキャリアガス流路を介して前記処理容器内にキャリアガスを常時供給する第1工程と、
前記原料ガス流路を介して前記処理容器内に前記原料ガスを供給して前記被処理基板の表面に前記原料ガスを吸着する第2工程と、
前記原料ガスの供給を停止して、前記パージガス流路を介して前記処理容器内にパージガスを供給して原料ガスをパージする第3工程と、
前記反応ガス流路を介して前記処理容器内に前記反応ガスを供給して前記原料ガスと前記反応ガスとを反応させる第4工程と、
前記反応ガスの供給を停止して、前記パージガス流路を介して前記処理容器内にパージガスを供給して反応ガスをパージする第5工程と
を含み、前記第2工程から前記第5工程を所定サイクル実施し、
前記原料ガスをパージする第3工程および前記反応ガスをパージする第5工程のいずれか、または両方で、前記パージガスの少なくとも一部として前記添加ガス流路を介して前記所定の機能を有する添加ガスを供給することを特徴とする成膜方法。 A processing container in which a substrate to be processed is stored;
A gas supply mechanism for supplying a source gas and a reaction gas for forming a predetermined film on the substrate to be processed, a carrier gas for conveying these to the processing container, and a purge gas for purging the inside of the processing container;
An exhaust mechanism for exhausting the inside of the processing container and maintaining the inside of the processing container in a vacuum atmosphere;
The gas supply mechanism includes a source gas flow path for supplying the source gas into the processing container,
A reaction gas flow path for supplying the reaction gas into the processing container;
A first carrier gas channel and a second carrier gas channel connected to the source gas channel and the reaction gas channel, respectively, for supplying the source gas and a carrier gas of the reaction gas;
The first carrier gas flow path and the second carrier gas flow path are provided separately, and a purge gas for purging the inside of the processing container is separated from the first carrier gas and the second carrier gas. A purge gas passage for controlling the flow rate to be supplied into the processing vessel,
An additive gas flow path for supplying an additive gas having a predetermined function to the predetermined film;
A film forming apparatus having an open / close valve that independently opens and closes the source gas flow path, the reaction gas flow path, the first and second carrier gas flow paths, the purge gas flow path, and the additive gas flow path A film forming method for forming the predetermined film using
With the substrate to be processed disposed in the processing container,
A first step of constantly supplying a carrier gas into the processing container via the first carrier gas channel and the second carrier gas channel;
A second step of supplying the source gas into the processing vessel via the source gas flow path and adsorbing the source gas on the surface of the substrate to be processed;
A third step of stopping the supply of the source gas and supplying the purge gas into the processing vessel via the purge gas flow path to purge the source gas;
A fourth step of supplying the reaction gas into the processing container via the reaction gas flow path to react the source gas and the reaction gas;
A fifth step of stopping the supply of the reaction gas and supplying the purge gas into the processing container through the purge gas flow path to purge the reaction gas, and the steps from the second step to the fifth step are predetermined. Cycle run,
The additive gas having the predetermined function as the at least part of the purge gas through the additive gas flow path in one or both of the third step of purging the source gas and the fifth step of purging the reaction gas A film forming method characterized by supplying
被処理基板に所定の膜を成膜するための原料ガスおよび反応ガス、これらを前記処理容器に搬送するキャリアガス、および前記処理容器内をパージするパージガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内を排気し、前記処理容器内を真空雰囲気に保持する排気機構と、
前記ガス供給機構と前記排気機構とを制御する制御部と
を有し、
前記ガス供給機構は、前記原料ガスを前記処理容器内に供給するための原料ガス流路と、
前記反応ガスを前記処理容器内に供給するための反応ガス流路と、
前記原料ガス流路および前記反応ガス流路にそれぞれ接続され、前記原料ガスと前記反応ガスのキャリアガスを供給するための第1のキャリアガス流路および第2のキャリアガス流路と、
前記第1のキャリアガス流路および前記第2のキャリアガス流路とは別個に設けられ、前記処理容器内をパージするパージガスを、前記第1のキャリアガスおよび前記第2のキャリアガスとは別個に流量制御して前記処理容器内に供給するパージガス流路と、
前記所定の膜に対して所定の機能を有する添加ガスを供給する添加ガス流路と、
前記原料ガス流路、前記反応ガス流路、前記第1および第2のキャリアガス流路、前記パージガス流路、および前記添加ガス流路をそれぞれ独立して開閉する開閉バルブと
を有し、
前記制御部は、
前記処理容器内に被処理基板を配置した状態で、
前記第1のキャリアガス流路および前記第2のキャリアガス流路を介して前記処理容器内にキャリアガスを常時供給する第1工程と、
前記原料ガス流路を介して前記処理容器内に前記原料ガスを供給して前記被処理基板の表面に前記原料ガスを吸着する第2工程と、
前記原料ガスの供給を停止して、前記パージガス流路を介して前記処理容器内にパージガスを供給して原料ガスをパージする第3工程と、
前記反応ガス流路を介して前記処理容器内に前記反応ガスを供給して前記原料ガスと前記反応ガスとを反応させる第4工程と、
前記反応ガスの供給を停止して、前記パージガス流路を介して前記処理容器内にパージガスを供給して反応ガスをパージする第5工程と
を含み、前記第2工程から前記第5工程を所定サイクル実施し、
前記原料ガスをパージする第3工程および前記反応ガスをパージする第5工程のいずれか、または両方で、前記パージガスの少なくとも一部として前記添加ガス流路を介して前記所定の機能を有する添加ガスを供給するように制御することを特徴とする成膜装置。 A processing container in which a substrate to be processed is stored;
A gas supply mechanism for supplying a source gas and a reaction gas for forming a predetermined film on the substrate to be processed, a carrier gas for conveying these to the processing container, and a purge gas for purging the inside of the processing container;
An exhaust mechanism for exhausting the inside of the processing container and maintaining the inside of the processing container in a vacuum atmosphere;
A control unit for controlling the gas supply mechanism and the exhaust mechanism;
The gas supply mechanism includes a source gas flow path for supplying the source gas into the processing container,
A reaction gas flow path for supplying the reaction gas into the processing container;
A first carrier gas channel and a second carrier gas channel connected to the source gas channel and the reaction gas channel, respectively, for supplying the source gas and a carrier gas of the reaction gas;
The first carrier gas flow path and the second carrier gas flow path are provided separately, and a purge gas for purging the inside of the processing container is separated from the first carrier gas and the second carrier gas. A purge gas passage for controlling the flow rate to be supplied into the processing vessel,
An additive gas flow path for supplying an additive gas having a predetermined function to the predetermined film;
An open / close valve that independently opens and closes the source gas channel, the reaction gas channel, the first and second carrier gas channels, the purge gas channel, and the additive gas channel,
The controller is
With the substrate to be processed disposed in the processing container,
A first step of constantly supplying a carrier gas into the processing container via the first carrier gas channel and the second carrier gas channel;
A second step of supplying the source gas into the processing vessel via the source gas flow path and adsorbing the source gas on the surface of the substrate to be processed;
A third step of stopping the supply of the source gas and supplying the purge gas into the processing vessel via the purge gas flow path to purge the source gas;
A fourth step of supplying the reaction gas into the processing container via the reaction gas flow path to react the source gas and the reaction gas;
A fifth step of stopping the supply of the reaction gas and supplying the purge gas into the processing container through the purge gas flow path to purge the reaction gas, and the steps from the second step to the fifth step are predetermined. Cycle run,
The additive gas having the predetermined function via the additive gas flow path as at least a part of the purge gas in one or both of the third step of purging the source gas and the fifth step of purging the reaction gas The film formation apparatus is controlled to supply the film.
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