JP2022015848A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマＡＬＤ法による金属チタン膜の形成時に、金属チタン膜の下地に生じるダメージを低減する。
【解決手段】基板に金属チタン膜を成膜する方法であって、前記基板が収容された処理容器内に原料ガスを供給し、前記基板の表面に前記原料ガスを吸着させる吸着段階と、前記処理容器内に反応ガスを供給すると共に、前記反応ガスをプラズマ化させ、前記基板の表面に吸着した前記原料ガスに、プラズマ化した前記反応ガスを反応させる反応段階と、を交互に実施する原子層堆積（プラズマＡＬＤ）法により、金属チタン膜を形成する工程を含み、前記反応段階では、３８ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の周波数の高周波電力を用いて前記反応ガスをプラズマ化させる。
【選択図】図２
【解決手段】基板に金属チタン膜を成膜する方法であって、前記基板が収容された処理容器内に原料ガスを供給し、前記基板の表面に前記原料ガスを吸着させる吸着段階と、前記処理容器内に反応ガスを供給すると共に、前記反応ガスをプラズマ化させ、前記基板の表面に吸着した前記原料ガスに、プラズマ化した前記反応ガスを反応させる反応段階と、を交互に実施する原子層堆積（プラズマＡＬＤ）法により、金属チタン膜を形成する工程を含み、前記反応段階では、３８ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の周波数の高周波電力を用いて前記反応ガスをプラズマ化させる。
【選択図】図２
Description
本開示は、成膜装置及び成膜方法に関する。
特許文献１は、基板の表面に成膜を行う方法を記載している。
特許文献２は、基板表面に成膜処理を行う基板処理装置を記載している。
本開示にかかる技術は、プラズマＡＬＤ法による金属チタン膜の形成時に、金属チタン膜の下地に生じるダメージを低減する。
本開示の一態様は、基板に金属チタン膜を成膜する方法であって、前記基板が収容された処理容器内に原料ガスを供給し、前記基板の表面に前記原料ガスを吸着させる吸着段階と、前記処理容器内に反応ガスを供給すると共に、前記反応ガスをプラズマ化させ、前記基板の表面に吸着した前記原料ガスに、プラズマ化した前記反応ガスを反応させる反応段階と、を交互に実施する原子層堆積（プラズマＡＬＤ）法により、金属チタン膜を形成する工程を含み、前記反応段階では、３８ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の周波数の高周波電力を用いて前記反応ガスをプラズマ化させる。
本開示によれば、プラズマＡＬＤ法による金属チタン膜の形成時に、金属チタン膜の下地に生じるダメージを低減することができる。
例えば半導体デバイス等の製造プロセスにおいては、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）に対して、金属チタン膜（以下、「Ｔｉ膜」ということがある。）の成膜処理を行う場合がある。Ｔｉ膜の成膜処理ではＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法や原子層堆積（ＡＬＤ：AtomicLayer Deposition）法により成膜を行う。また、ＡＬＤ法としては、ウェハの表面に原料ガスを吸着させる工程と、その後、ウェハＷの表面に吸着した原料ガスにプラズマ化した反応ガスを反応させる工程と、を交互に繰り返し行うプラズマＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ：Plasma Enhanced ALD）法が知られている（特許文献１、２参照）。
ところで、ＣＶＤ法では、成膜の際に、比較的高温にしなければ、膜中の不純物濃度が高くなってしまうのに対し、ＰＥＡＬＤ法では、比較的低温であっても低不純物濃度で成膜可能であること等から、Ｔｉ膜の成膜にＰＥＡＬＤ法を採用することが考えられている。
しかし、ＰＥＡＬＤ法では、ＰＥＡＬＤ法によるＴｉ膜の形成時に、Ｔｉ膜の下地に生じるダメージを低減することがある。
しかし、ＰＥＡＬＤ法では、ＰＥＡＬＤ法によるＴｉ膜の形成時に、Ｔｉ膜の下地に生じるダメージを低減することがある。
そこで、本開示にかかる技術は、プラズマＡＬＤ法による金属チタン膜の形成時に、金属チタン膜の下地に生じるダメージを低減する。
以下、本実施形態にかかる成膜方法及び成膜装置を、図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
＜成膜装置＞
図１は、本実施形態にかかる成膜装置を概略的に示した縦断面図である。
図の成膜装置１は、枚葉式の装置である。また、成膜装置１は、基板としてのウェハＷにＴｉ膜を形成する。具体的には、成膜装置１は、ＰＥＡＬＤ法により、Ｔｉ膜を形成する。ＰＥＡＬＤ法では、以下の吸着段階と反応段階とを交互に実施する。吸着段階では、ウェハＷが収容された後述の処理容器１０内に原料ガスを供給し、ウェハＷの表面に原料ガスを吸着させる。反応段階では、上記処理容器１０内に反応ガスを供給すると共に、反応ガスをプラズマ化させ、ウェハＷの表面に吸着した原料ガスに、プラズマ化した反応ガスを反応させる。
図１は、本実施形態にかかる成膜装置を概略的に示した縦断面図である。
図の成膜装置１は、枚葉式の装置である。また、成膜装置１は、基板としてのウェハＷにＴｉ膜を形成する。具体的には、成膜装置１は、ＰＥＡＬＤ法により、Ｔｉ膜を形成する。ＰＥＡＬＤ法では、以下の吸着段階と反応段階とを交互に実施する。吸着段階では、ウェハＷが収容された後述の処理容器１０内に原料ガスを供給し、ウェハＷの表面に原料ガスを吸着させる。反応段階では、上記処理容器１０内に反応ガスを供給すると共に、反応ガスをプラズマ化させ、ウェハＷの表面に吸着した原料ガスに、プラズマ化した反応ガスを反応させる。
成膜装置１は、減圧可能に構成され、ウェハＷを収容する処理容器１０を備える。
処理容器１０は、有底の円筒形状に形成された容器本体１１を有する。
容器本体１１の側壁には、ウェハＷの搬入出口である開口１１ａと、該開口１１ａを開閉するゲートバルブ１２が設けられている。また、容器本体１１上には、処理容器１０の側壁の一部をなす、後述の排気ダクト１７が設けられている。
処理容器１０は、有底の円筒形状に形成された容器本体１１を有する。
容器本体１１の側壁には、ウェハＷの搬入出口である開口１１ａと、該開口１１ａを開閉するゲートバルブ１２が設けられている。また、容器本体１１上には、処理容器１０の側壁の一部をなす、後述の排気ダクト１７が設けられている。
また、処理容器１０内には、ウェハＷを載置する載置台２０が設けられている。この載置台２０は下部電極を構成する。載置台２０には、ウェハＷを加熱する加熱機構としてのヒータ（図示せず）が内蔵されており、これにより、載置台２０に載置されたウェハＷを所定の温度に加熱することができる。
載置台２０に対しては、処理容器１０の外部に設けられている高周波電源３０から、整合器３０ａを介して、バイアス用の高周波電力が供給される。
なお、高周波電源３０を省略し、載置台２０に対しバイアス用の高周波電力を供給しないようにしてもよい。
載置台２０に対しては、処理容器１０の外部に設けられている高周波電源３０から、整合器３０ａを介して、バイアス用の高周波電力が供給される。
なお、高周波電源３０を省略し、載置台２０に対しバイアス用の高周波電力を供給しないようにしてもよい。
また、載置台２０には、当該載置台２０を囲むように筒状のカバー部材２１が設けられており、その下面中央部には、上下方向に延在する支柱２２の上端が接続されている。支柱２２の下端は、処理容器１０の底部に設けられた開口部１１ｂを貫通して処理容器１０の外部へと伸び、昇降機構２３に接続されている。昇降機構２３の駆動によって、載置台２０は、一点鎖線で示す搬送位置と、その上方の処理位置とを、上下に移動することができる。搬送位置とは、処理容器１０の開口１１ａから処理容器１０内に進入するウェハＷの搬送機構（図示せず）と後述の支持ピン２６ａとの間で、ウェハＷを受け渡している時に、載置台２０が待機する位置である。また、処理位置とは、ウェハＷに処理が行われる位置である。
支柱２２における処理容器１０の外側には、フランジ２４が設けられている。フランジ２４と処理容器１０の底壁における支柱２２の貫通部との間には、支柱２２の外周部を囲むようにベローズ２５が設けられている。これによって、処理容器１０の気密が保たれる。
処理容器１０内における載置台２０の下方には、複数、例えば３本の支持ピン２６ａを有するウェハ昇降部材２６が設けられている。ウェハ昇降部材２６は、昇降機構２８により上下動自在である。また、上下動することにより、支持ピン２６ａが、ウェハＷの受け渡しのために、載置台２０に形成された貫通孔２０ａを介して、当該載置台２０の上面から突没する。
処理容器１０における排気ダクト１７の上側には、円環状の絶縁支持部材１３が設けられている。絶縁支持部材１３の下面側には、石英からなるシャワーヘッド支持部材１４が設けられている。シャワーヘッド支持部材１４には、処理容器１０内に処理ガスを導入するガス導入部であり上部電極を構成するシャワーヘッド１５が支持されている。
シャワーヘッド１５は、円板状のヘッド本体部１５ａと、ヘッド本体部１５ａに接続されたシャワープレート１５ｂとを有しており、ヘッド本体部１５ａとシャワープレート１５ｂとの間には、ガス拡散空間Ｓ１が形成されている。ヘッド本体部１５ａとシャワープレート１５ｂとは金属製である。ヘッド本体部１５ａには、ガス拡散空間Ｓ１に通ずる２つのガス供給路１５ｃ、１５ｄが形成され、シャワープレート１５ｂには、ガス拡散空間Ｓ１から通ずる多数のガス吐出孔１５ｅが形成されている。
また、シャワーヘッド１５に対しては、処理容器１０の外部に設けられている高周波電源３１から、整合器３１ａを介して、プラズマ生成用の高周波電力が供給される。
また、シャワーヘッド１５に対しては、処理容器１０の外部に設けられている高周波電源３１から、整合器３１ａを介して、プラズマ生成用の高周波電力が供給される。
さらに、処理容器１０の内部には、開口１１ａの上方において処理容器１０の内壁が突出するように形成された環状部材１６が設けられている。環状部材１６は、上記処理位置における載置台２０のカバー部材２１の外側に近接し当該カバー部材２１を囲むように配置されている。また、処理容器１０の側壁における上部には、円環状に湾曲させて構成された排気ダクト１７が設けられている。この排気ダクト１７の内周面側は、環状部材１６上において周方向に亘って開口しており、カバー部材２１とシャワープレート１５ｂの下側周縁部との間に形成された隙間１８を介して、処理空間Ｓ２を排気することができる。
排気ダクト１７には、処理容器１０内を排気する排気機構４０が接続されている。排気機構４０は、排気管４１と、真空排気ポンプ４２と、を有する。排気管４１の一端は、排気ダクト１７に接続されており、排気管４１の他端は、真空排気ポンプ４２に接続されている。排気管４１における排気ダクト１７と真空排気ポンプ４２との間には、ＡＰＣバルブ４３と、開閉バルブ４４とが、上流側から順に設けられている。
さらに、前述のガス供給路１５ｃ、１５ｄには、原料ガスや反応ガスを処理容器１０に供給するガス供給機構５０が接続され、具体的には、ガス供給機構５０のガス流路５１、６１の下流端がそれぞれ接続されている。
原料ガス流路であるガス流路５１の上流端は、バルブＶ１、流量調整部５２を下流側からこの順に介して、原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスの供給源５３に接続されている。
流量調整部５２は、マスフローコントローラにより構成され、供給源５３からのＴｉＣｌ４ガスの下流側への供給流量を調整する。なお、後述する他の各流量調整部５５、６２、６５についても、この流量調整部５２と同様に構成されており、流路の下流側へのガスの供給流量を調整する。
バルブＶ１は、当該バルブＶ１の開閉により、供給源５３から処理容器１０へのＴｉＣｌ４ガスの給断を行う。後述のＶ１～Ｖ４もそれぞれ、当該バルブの開閉によって、各供給源５６、６３、６６から処理容器１０へのガスの給断を行う。
流量調整部５２は、マスフローコントローラにより構成され、供給源５３からのＴｉＣｌ４ガスの下流側への供給流量を調整する。なお、後述する他の各流量調整部５５、６２、６５についても、この流量調整部５２と同様に構成されており、流路の下流側へのガスの供給流量を調整する。
バルブＶ１は、当該バルブＶ１の開閉により、供給源５３から処理容器１０へのＴｉＣｌ４ガスの給断を行う。後述のＶ１～Ｖ４もそれぞれ、当該バルブの開閉によって、各供給源５６、６３、６６から処理容器１０へのガスの給断を行う。
また、ガス流路５１におけるバルブＶ１の下流側には、ガス流路５４の下流端が接続されている。ガス流路５４の上流端は、バルブＶ２、流量調整部５５を下流側からこの順に介して、Ａｒガスの供給源５６に接続されている。供給源５６からのＡｒガスは、原料ガスであるＴｉＣｌ４ガスの希釈用に処理容器１０内に供給される。
続いて、処理容器１０のガス供給路１５ｄに接続されるガス流路６１について説明する。
反応ガス流路であるガス流路６１の上流端は、バルブＶ３、流量調整部６２を下流側からこの順に介して、反応ガスであるＨ２ガスの供給源６３に接続されている。
反応ガス流路であるガス流路６１の上流端は、バルブＶ３、流量調整部６２を下流側からこの順に介して、反応ガスであるＨ２ガスの供給源６３に接続されている。
ガス流路６１におけるバルブＶ３の下流側にはガス流路６４の下流端が接続されている。ガス流路６４の上流端はバルブＶ４、流量調整部６５を下流側からこの順に介して、Ａｒガスの供給源６６に接続されている。供給源６６からのＡｒガスは、プラズマ形成用に処理容器１０内に供給される。
以上のように構成される成膜装置１には、制御部１００が設けられている。制御部１００は、例えばＣＰＵやメモリ等を備えたコンピュータにより構成され、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、載置台２０内のヒータ（図示せず）やゲートバルブ１２、バルブＶ１～Ｖ４、ＡＰＣバルブ４３、流量調整部５２、５５、６２、６５等の各機器を制御して、成膜装置１における後述のウェハ処理を実現するためのプログラム等が格納されている。なお、上記プログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部１００にインストールされたものであってもよい。また、プログラムの一部または全ては専用ハードウェア（回路基板）で実現してもよい。
＜成膜方法＞
続いて、成膜装置１におけるウェハ処理について、図２を用いて説明する。図２は、成膜装置１におけるウェハ処理のタイミングチャートである。
続いて、成膜装置１におけるウェハ処理について、図２を用いて説明する。図２は、成膜装置１におけるウェハ処理のタイミングチャートである。
（ステップＳ１：ウェハ搬入）
まず、バルブＶ１～Ｖ４が閉じられた状態で、ゲートバルブ１２が開かれる。次いで、排気機構４０によって予め真空排気された処理容器１０内に、当該処理容器１０に隣接する真空雰囲気の搬送室（図示せず）から、開口１１ａを介して、ウェハＷを保持した搬送機構（図示せず）が挿入される。次に、ウェハＷが前述の搬送位置に位置する載置台２０の上方に搬送される。そして、上昇した支持ピン２６ａの上にウェハＷが受け渡され、その後、上記搬送機構は処理容器１０から抜き出され、ゲートバルブ１２が閉じられる。それと共に、支持ピン２６ａの下降が行われ、載置台２０上にウェハＷが載置される。なお、載置台２０はその内部のヒータ（図示せず）によって予め所定の成膜温度、例えば、３００℃～４５０℃に調整されている。載置台２０へのウェハＷの載置後、載置台２０が前述の処理位置まで移動され、処理空間Ｓ２が形成されると共に、処理容器１０内の圧力が、ＡＰＣバルブ４３により、所望の真空圧力になるように調整される。
まず、バルブＶ１～Ｖ４が閉じられた状態で、ゲートバルブ１２が開かれる。次いで、排気機構４０によって予め真空排気された処理容器１０内に、当該処理容器１０に隣接する真空雰囲気の搬送室（図示せず）から、開口１１ａを介して、ウェハＷを保持した搬送機構（図示せず）が挿入される。次に、ウェハＷが前述の搬送位置に位置する載置台２０の上方に搬送される。そして、上昇した支持ピン２６ａの上にウェハＷが受け渡され、その後、上記搬送機構は処理容器１０から抜き出され、ゲートバルブ１２が閉じられる。それと共に、支持ピン２６ａの下降が行われ、載置台２０上にウェハＷが載置される。なお、載置台２０はその内部のヒータ（図示せず）によって予め所定の成膜温度、例えば、３００℃～４５０℃に調整されている。載置台２０へのウェハＷの載置後、載置台２０が前述の処理位置まで移動され、処理空間Ｓ２が形成されると共に、処理容器１０内の圧力が、ＡＰＣバルブ４３により、所望の真空圧力になるように調整される。
（ステップＳ２：ベースガス供給開始）
次いで、バルブＶ３、Ｖ４が開かれ、反応ガスとしてのＨ２ガスが供給源６３からガス流路６１を介して、プラズマ生成用ガスとしてのＡｒガスが供給源６６からガス流路６４を介して、それぞれ処理容器１０に供給される。反応ガスとしてのＨ２ガスとプラズマ生成用ガスとしてのＡｒガスは、成膜中、常時流される。反応ガスとしてのＨ２ガスの流量は、例えば３５００ｓｃｃｍ～７０００ｓｃｃｍであり、プラズマ生成用ガスとしてのＡｒガスの流量は、例えば３００ｓｃｃｍ～３５００ｓｃｃｍである。また、以下のステップＳ３～Ｓ６の工程を含む成膜処理中、処理容器１０内の圧力が、ＡＰＣバルブ４３により、所望の真空圧力、例えば、５００ｍＴｏｒｒ以上５Ｔｏｒｒ以下に調整される。
次いで、バルブＶ３、Ｖ４が開かれ、反応ガスとしてのＨ２ガスが供給源６３からガス流路６１を介して、プラズマ生成用ガスとしてのＡｒガスが供給源６６からガス流路６４を介して、それぞれ処理容器１０に供給される。反応ガスとしてのＨ２ガスとプラズマ生成用ガスとしてのＡｒガスは、成膜中、常時流される。反応ガスとしてのＨ２ガスの流量は、例えば３５００ｓｃｃｍ～７０００ｓｃｃｍであり、プラズマ生成用ガスとしてのＡｒガスの流量は、例えば３００ｓｃｃｍ～３５００ｓｃｃｍである。また、以下のステップＳ３～Ｓ６の工程を含む成膜処理中、処理容器１０内の圧力が、ＡＰＣバルブ４３により、所望の真空圧力、例えば、５００ｍＴｏｒｒ以上５Ｔｏｒｒ以下に調整される。
（ステップＳ３：吸着）
反応ガス及びプラズマ生成用ガスの供給開始から予め設定された時間経過後、バルブＶ１、Ｖ２が開かれる。これにより、原料ガスとしてのＴｉＣｌ４ガスが供給源５３からガス流路５１を介して、希釈用ガスとしてのＡｒガスが供給源５６からガス流路５４を介して、それぞれ処理容器１０に供給される。なお、原料ガスとしてのＴｉＣｌ４ガスの流量は、例えば５ｓｃｃｍ～１５ｓｃｃｍであり、希釈用ガスとしてのＡｒガスの流量は、例えば３００ｓｃｃｍ～３５００ｓｃｃｍである。この吸着段階は、例えば０．０５秒～０．１秒に亘って行われる。
反応ガス及びプラズマ生成用ガスの供給開始から予め設定された時間経過後、バルブＶ１、Ｖ２が開かれる。これにより、原料ガスとしてのＴｉＣｌ４ガスが供給源５３からガス流路５１を介して、希釈用ガスとしてのＡｒガスが供給源５６からガス流路５４を介して、それぞれ処理容器１０に供給される。なお、原料ガスとしてのＴｉＣｌ４ガスの流量は、例えば５ｓｃｃｍ～１５ｓｃｃｍであり、希釈用ガスとしてのＡｒガスの流量は、例えば３００ｓｃｃｍ～３５００ｓｃｃｍである。この吸着段階は、例えば０．０５秒～０．１秒に亘って行われる。
（ステップＳ４：原料ガス等の排出）
吸着段階の終了後、バルブＶ１、Ｖ２が閉じられ、ＴｉＣｌ４ガス及び希釈用ガスとしてのＡｒガスの供給が停止されると共に、反応ガスとしてのＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスの供給が継続され、これらＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスによって、ＴｉＣｌ４ガス等が処理容器１０内からが排出（パージ）される。このように、反応ガスとしてのＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスはパージガスとしても用いられる。なお、この原料ガス等の排出工程は、例えば０．４秒～１秒に亘って行われる。
吸着段階の終了後、バルブＶ１、Ｖ２が閉じられ、ＴｉＣｌ４ガス及び希釈用ガスとしてのＡｒガスの供給が停止されると共に、反応ガスとしてのＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスの供給が継続され、これらＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスによって、ＴｉＣｌ４ガス等が処理容器１０内からが排出（パージ）される。このように、反応ガスとしてのＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスはパージガスとしても用いられる。なお、この原料ガス等の排出工程は、例えば０．４秒～１秒に亘って行われる。
（ステップＳ５：反応）
バルブＶ１、Ｖ２が閉じられてから、予め設定された時間経過後、高周波電源３０からのバイアス用の高周波電力の供給及び高周波電源３１からのプラズマ生成用の高周波電力の供給を行う。これにより、処理容器１０内の反応ガスとしてのＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスをプラズマ化させ、プラズマ化させた反応ガスとＴｉＣｌ４ガスとを反応させる。具体的には、上記プラズマ化により生成される、Ｈ３ ＋イオンなどの活性種によって、ウェハＷに吸着したＴｉＣｌ４を還元させ、金属チタンとする。この反応段階で、高周波電源３１から供給されるプラズマ生成用の高周波電力の周波数は、３８ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下である。なお、この反応段階は、例えば１秒～４秒に亘って行われる。
バルブＶ１、Ｖ２が閉じられてから、予め設定された時間経過後、高周波電源３０からのバイアス用の高周波電力の供給及び高周波電源３１からのプラズマ生成用の高周波電力の供給を行う。これにより、処理容器１０内の反応ガスとしてのＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスをプラズマ化させ、プラズマ化させた反応ガスとＴｉＣｌ４ガスとを反応させる。具体的には、上記プラズマ化により生成される、Ｈ３ ＋イオンなどの活性種によって、ウェハＷに吸着したＴｉＣｌ４を還元させ、金属チタンとする。この反応段階で、高周波電源３１から供給されるプラズマ生成用の高周波電力の周波数は、３８ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下である。なお、この反応段階は、例えば１秒～４秒に亘って行われる。
（ステップＳ６：活性種の排出）
反応段階の終了後、高周波電源３０からのバイアス用の高周波電力の供給及び高周波電源３１からのプラズマ生成用の高周波電力の供給が停止されると共に、反応ガスとしてのＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスの供給が継続される。これらＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスによって、処理容器１０内に残存した活性種等が排出される。この活性種の排出工程は、例えば０．３秒～１秒に亘って行われる。
反応段階の終了後、高周波電源３０からのバイアス用の高周波電力の供給及び高周波電源３１からのプラズマ生成用の高周波電力の供給が停止されると共に、反応ガスとしてのＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスの供給が継続される。これらＨ２ガス及びプラズマ生成用のＡｒガスによって、処理容器１０内に残存した活性種等が排出される。この活性種の排出工程は、例えば０．３秒～１秒に亘って行われる。
上述のステップＳ３～Ｓ６を一つのサイクルとすると、このサイクルが繰り返し行われ、Ｔｉの原子層がウェハＷの表面に堆積され、Ｔｉ膜が形成される。
（ステップＳ７：搬出）
そして、予め定められた回数の上記サイクルが実行され、所望の膜厚のＴｉ膜が形成されると、処理容器１０内への搬入時とは逆の手順でウェハＷが処理容器１０から搬出される。これで、一連のウェハ処理は終了する。
そして、予め定められた回数の上記サイクルが実行され、所望の膜厚のＴｉ膜が形成されると、処理容器１０内への搬入時とは逆の手順でウェハＷが処理容器１０から搬出される。これで、一連のウェハ処理は終了する。
以上のように、本実施形態に係る成膜方法は、前述の吸着段階と反応段階と、を交互に実施するＰＥＡＬＤ法により、Ｔｉ膜を形成する工程を含む。そして、反応段階では、３８ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の周波数の高周波電力を用いて反応ガスをプラズマ化させる。
本実施形態では、反応ガスをプラズマ化させるための高周波電力すなわちプラズマ生成用の高周波電力の周波数が３８ＭＨｚ以上であるため、後に示すように、ＰＥＡＬＤ法によるＴｉ膜の形成時にＴｉ膜の下地に生じるダメージを非常に小さくすることができる。
また、本実施形態では、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が６０ＭＨｚ以下であるため、以下の効果がある。すなわち、下部電極としての載置台２０を含むバイアス用の高周波電力供給回路のインピーダンスを十分に下げることができない関係から、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が高くなるに従い、生成されるプラズマが容器本体１１の側壁の方向へ向かう割合が多くなり、載置台２０近傍のプラズマ密度が低下する。それに対し、本実施形態では、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が６０ＭＨｚ以下であるため、生成されるプラズマが容器本体１１の側壁の方向へ向かう割合が少なく、載置台２０近傍のプラズマ密度が十分に高いため、Ｔｉ膜の成膜効率が低下することがない。
つまり、本実施形態では、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が３８ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下であるため、ＰＥＡＬＤ法によるＴｉ膜の形成時にＴｉ膜の下地に生じるダメージを、生産性を損なわずに、抑えることができる。
また、本発明者らが鋭意調査したところによれば、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が３８ＭＨｚ以上であるため、３８Ｍ未満のときに比べて、Ｔｉ膜の表面粗さを小さくすることができる。さらに、プラズマ生成用の高周波電力の周波数を３８ＭＨｚ以上としつつ、プラズマ生成用の高周波電力の出力を下げることによって、Ｔｉ膜の表面粗さをより小さくすることができる。
なお、上述のように、プラズマ生成用の高周波電力の周波数を３８ＭＨｚ以上とすることで、Ｔｉ膜の下地に生じるダメージを非常に小さくすることができる理由としては、以下の理由が考えられる。すなわち、プラズマ生成用の高周波電力の周波数を高くすることで、（Ａ）プラズマ中のＨラジカルの密度が高くなり相対的にＨ３
＋イオンの密度が低くなり、且つ、（Ｂ）Ｈ３
＋イオンのエネルギーが小さくなる。その結果、Ｈ３
＋イオンがＴｉ膜の下地に打ち込まれる量と深さが低減し、窒素や酸素等が取り込まれにくくなるから、と考えられる。
＜実験例＞
プラズマ生成用の高周波電力の周波数を変化させながら、上述と同様にしてＳｉウェハＷ上にＰＥＡＬＤ法でＴｉ膜を形成し、裏面ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）分析を行った。その結果を、図３及び図４に示す。図３及び図４において、横軸は周波数を示している。また、図３の縦軸は、Ｔｉ膜が形成されたＳｉウェハＷにおける、窒素濃度が１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３以上である部分の厚さ（以下、窒素の拡散深さ）を示す。図４の縦軸は、同ウェハＷにおける、酸素濃度が１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３以上である部分の厚さ（以下、酸素の拡散深さ）を示している。なお、各周波数でＴｉ膜を成膜したときの、プラズマ生成用の高周波電力の出力は共通とした。
プラズマ生成用の高周波電力の周波数を変化させながら、上述と同様にしてＳｉウェハＷ上にＰＥＡＬＤ法でＴｉ膜を形成し、裏面ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）分析を行った。その結果を、図３及び図４に示す。図３及び図４において、横軸は周波数を示している。また、図３の縦軸は、Ｔｉ膜が形成されたＳｉウェハＷにおける、窒素濃度が１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３以上である部分の厚さ（以下、窒素の拡散深さ）を示す。図４の縦軸は、同ウェハＷにおける、酸素濃度が１０２０ａｔｍｓ／ｃｍ３以上である部分の厚さ（以下、酸素の拡散深さ）を示している。なお、各周波数でＴｉ膜を成膜したときの、プラズマ生成用の高周波電力の出力は共通とした。
図３に示すように、ＳｉウェハＷ上にＰＥＡＬＤ法でＴｉ膜を形成した場合、プラズマ生成用の高周波電力の周波数の増加と共に、窒素の拡散深さは減少していた。そして、窒素の拡散深さは、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が３８ＭＨｚ以上である場合、４５０ｋＨｚである場合に比べて、１／２以下となっていた。
また、図４に示すように、ＳｉウェハＷ上にＰＥＡＬＤ法でＴｉ膜を形成した場合、プラズマ生成用の高周波電力の周波数の増加と共に、窒素の拡散深さも減少していた。そして、窒素の拡散深さも、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が３８ＭＨｚ以上である場合、４５０ｋＨｚである場合に比べて、１／２以下となっていた。
また、図４に示すように、ＳｉウェハＷ上にＰＥＡＬＤ法でＴｉ膜を形成した場合、プラズマ生成用の高周波電力の周波数の増加と共に、窒素の拡散深さも減少していた。そして、窒素の拡散深さも、プラズマ生成用の高周波電力の周波数が３８ＭＨｚ以上である場合、４５０ｋＨｚである場合に比べて、１／２以下となっていた。
図３及び図４に示した結果から、ＳｉウェハＷ上にＰＥＡＬＤ法でＴｉ膜を形成した場合、プラズマ生成用の高周波電力の周波数の増加をさせることで、窒素や酸素の深さ（厚さ）方向への拡散の度合いを減少させることができることが分かる。特に、プラズマ生成用の高周波電力の周波数を３８ＭＨｚ以上とすると、上記拡散の度合いを非常に小さくすることができることが分かる。つまり、プラズマ生成用の高周波電力の周波数を３８ＭＨｚ以上とすると、ＰＥＡＬＤ法でＴｉ膜を形成したときに、下地のＳｉウェハＷに対するダメージを非常に小さくすることができる。
＜他の適用＞
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
１ 成膜装置
１１ 容器本体
３１ 高周波電源
１００ 制御部
Ｗ ウェハ
１１ 容器本体
３１ 高周波電源
１００ 制御部
Ｗ ウェハ
Claims (6)
- 基板に金属チタン膜を成膜する方法であって、
前記基板が収容された処理容器内に原料ガスを供給し、前記基板の表面に前記原料ガスを吸着させる吸着段階と、前記処理容器内に反応ガスを供給すると共に、前記反応ガスをプラズマ化させ、前記基板の表面に吸着した前記原料ガスに、プラズマ化した前記反応ガスを反応させる反応段階と、を交互に実施する原子層堆積（プラズマＡＬＤ）法により、金属チタン膜を形成する工程を含み、
前記反応段階では、３８ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の周波数の高周波電力を用いて前記反応ガスをプラズマ化させる、成膜方法。 - 前記原料ガスはＴｉＣｌ４を含み、前記反応ガスはＨ２を含む、請求項１に記載の成膜方法。
- 前記金属チタン膜を形成する工程における、前記処理容器内の圧力は、５００ｍＴｏｒｒ以上５Ｔｏｒｒ以下である、請求項１または２に記載の成膜方法。
- 基板に金属チタン膜を成膜する装置であって、
前記基板を収容する処理容器と
前記処理容器内に原料ガス及び反応ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内にプラズマを発生させるための高周波電力を出力する高周波電源と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記基板が収容された処理容器内に原料ガスを供給し、前記基板の表面に前記原料ガスを吸着させる吸着段階と、前記処理容器内に反応ガスを供給すると共に、前記反応ガスをプラズマ化させ、前記基板の表面に吸着した前記原料ガスに、プラズマ化した前記反応ガスを反応させる反応段階と、を交互に実施する原子層堆積（プラズマＡＬＤ）法により、金属チタン膜を形成する工程が実行され、且つ、前記反応段階では、３８ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の周波数の高周波電力を用いて前記反応ガスがプラズマ化されるよう、前記ガス供給機構及び前記高周波電源を制御する、成膜装置。 - 前記ガス供給機構は、前記原料ガスとしてＴｉＣｌ４を供給し、前記反応ガスとしてＨ２を供給する、請求項４に記載の成膜装置。
- 前記処理容器内を排気する排気機構をさらに備え、
前記制御部は、前記金属チタン膜を形成する工程において前記処理容器内の圧力が５００ｍＴｏｒｒ以上５Ｔｏｒｒ以下となるよう、前記ガス供給機構及び前記排気機構を制御する、請求項４または５に記載の成膜装置。
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|---|---|---|---|
| JP2020118965A JP2022015848A (ja) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | 成膜装置及び成膜方法 |
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| KR1020237003931A KR20230033722A (ko) | 2020-07-10 | 2021-06-30 | 성막 장치 및 성막 방법 |
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|---|---|---|---|
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| JP2022015848A5 JP2022015848A5 (ja) | 2023-05-15 |
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|---|---|---|---|
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Family Cites Families (5)
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