JP3469420B2 - Ｃｖｄ成膜方法 - Google Patents
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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-
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- C23C16/56—After-treatment
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、例えばＴｉ膜また
はＴｉＮ膜などの薄膜をＣＶＤで成膜するＣＶＤ成膜方
法に関する。
はＴｉＮ膜などの薄膜をＣＶＤで成膜するＣＶＤ成膜方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスにおいては、金属配線層
や、下層のデバイスと上層の配線層との接続部であるコ
ンタクトホール、上下の配線層同士の接続部であるビア
ホールなどの層間の電気的接続のための埋め込み層、さ
らには埋め込み層形成に先立って拡散防止のために形成
される、Ｔｉ（チタン）膜およびＴｉＮ（窒化チタン）
膜の２層構造のバリア層など金属系の薄膜が用いられ
る。
や、下層のデバイスと上層の配線層との接続部であるコ
ンタクトホール、上下の配線層同士の接続部であるビア
ホールなどの層間の電気的接続のための埋め込み層、さ
らには埋め込み層形成に先立って拡散防止のために形成
される、Ｔｉ（チタン）膜およびＴｉＮ（窒化チタン）
膜の２層構造のバリア層など金属系の薄膜が用いられ
る。
【０００３】このような金属系の薄膜は物理的蒸着（Ｐ
ＶＤ）を用いて成膜されていたが、最近のようにデバイ
スの微細化および高集積化が特に要求され、デザインル
ールが特に厳しくなって、それにともなって線幅やホー
ルの開口径が一層小さくなり、しかも高アスペクト比化
されるにつれ、特に、バリア層を構成するＴｉ膜やＴｉ
Ｎ膜においてはＰＶＤ膜ではホール底に成膜することが
困難となってきた。
ＶＤ）を用いて成膜されていたが、最近のようにデバイ
スの微細化および高集積化が特に要求され、デザインル
ールが特に厳しくなって、それにともなって線幅やホー
ルの開口径が一層小さくなり、しかも高アスペクト比化
されるにつれ、特に、バリア層を構成するＴｉ膜やＴｉ
Ｎ膜においてはＰＶＤ膜ではホール底に成膜することが
困難となってきた。
【０００４】そこで、バリア層を構成するＴｉ膜および
ＴｉＮ膜を、より良質の膜を形成することが期待できる
化学的蒸着（ＣＶＤ）で成膜することが行われている。
そして、ＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する場合には、反応
ガスとしてＴｉＣｌ４（四塩化チタン）およびＨ２（水
素）が用いられ、ＴｉＮ膜を成膜する場合には、反応ガ
スとしてＴｉＣｌ４とＮＨ３（アンモニア）またはＭＭ
Ｈ（モノメチルヒドラジン）とが用いられる。
ＴｉＮ膜を、より良質の膜を形成することが期待できる
化学的蒸着（ＣＶＤ）で成膜することが行われている。
そして、ＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する場合には、反応
ガスとしてＴｉＣｌ４（四塩化チタン）およびＨ２（水
素）が用いられ、ＴｉＮ膜を成膜する場合には、反応ガ
スとしてＴｉＣｌ４とＮＨ３（アンモニア）またはＭＭ
Ｈ（モノメチルヒドラジン）とが用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＶＤ
によって上記のような薄膜を成膜する場合、従来のレシ
ピでは膜に高いストレスが生じ、このストレスに起因し
て成膜後の半導体ウエハに結晶欠陥や反りが生じてしま
う。ウエハに反りが生じると、膜にクラックが発生した
り、フォトリソグラフィー工程において中央部と周辺部
とで露光装置の焦点深度が異なる等の問題が生じる。膜
にクラックが生じた場合には、導通不良が生じたり、下
地の膜をオーバーエッチングするなどの不都合が生じ
る。本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであっ
て、成膜された膜に生じるストレスが小さいＣＶＤ成膜
方法を提供することを目的とする。
によって上記のような薄膜を成膜する場合、従来のレシ
ピでは膜に高いストレスが生じ、このストレスに起因し
て成膜後の半導体ウエハに結晶欠陥や反りが生じてしま
う。ウエハに反りが生じると、膜にクラックが発生した
り、フォトリソグラフィー工程において中央部と周辺部
とで露光装置の焦点深度が異なる等の問題が生じる。膜
にクラックが生じた場合には、導通不良が生じたり、下
地の膜をオーバーエッチングするなどの不都合が生じ
る。本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであっ
て、成膜された膜に生じるストレスが小さいＣＶＤ成膜
方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、チャンバー内で被処理基板にＣＶＤに
より薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、被処理基
板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を加熱する
とともにチャンバー内を真空引きした後、チャンバー内
を所定の圧力にして成膜工程を含む一連の工程を実施
し、これら一連の工程の間、常に前記チャンバー内の圧
力を前記所定の圧力で略一定にすることを特徴とするＣ
ＶＤ成膜方法を提供する。
に、第１発明は、チャンバー内で被処理基板にＣＶＤに
より薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、被処理基
板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を加熱する
とともにチャンバー内を真空引きした後、チャンバー内
を所定の圧力にして成膜工程を含む一連の工程を実施
し、これら一連の工程の間、常に前記チャンバー内の圧
力を前記所定の圧力で略一定にすることを特徴とするＣ
ＶＤ成膜方法を提供する。
【０００７】第２発明は、チャンバー内で被処理基板に
ＣＶＤにより薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、
被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、成膜
工程を含む一連の工程を実施する間、チャンバー内圧力
を成膜の際の圧力の±５０％の範囲内とすることを特徴
とするＣＶＤ成膜方法を提供する。
ＣＶＤにより薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、
被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、成膜
工程を含む一連の工程を実施する間、チャンバー内圧力
を成膜の際の圧力の±５０％の範囲内とすることを特徴
とするＣＶＤ成膜方法を提供する。
【０００８】第３発明は、チャンバー内で被処理基板に
ＣＶＤにより薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、
被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、チャ
ンバー内を所定の圧力にしてプリアニール工程と、成膜
工程と、アフターアニール工程とを連続して行い、これ
ら一連の工程を実施している間、常に前記チャンバー内
の圧力を前記所定の圧力で略一定にすることを特徴とす
るＣＶＤ成膜方法を提供する。
ＣＶＤにより薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、
被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、チャ
ンバー内を所定の圧力にしてプリアニール工程と、成膜
工程と、アフターアニール工程とを連続して行い、これ
ら一連の工程を実施している間、常に前記チャンバー内
の圧力を前記所定の圧力で略一定にすることを特徴とす
るＣＶＤ成膜方法を提供する。
【０００９】第４発明は、チャンバー内で被処理基板に
ＣＶＤにより薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、
被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、プリ
アニール工程と、成膜工程と、アフターアニール工程と
を連続して行い、これら一連の工程を成膜の際のチャン
バー内圧力の±５０％の範囲内とすることを特徴とする
ＣＶＤ成膜方法を提供する。
ＣＶＤにより薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、
被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、プリ
アニール工程と、成膜工程と、アフターアニール工程と
を連続して行い、これら一連の工程を成膜の際のチャン
バー内圧力の±５０％の範囲内とすることを特徴とする
ＣＶＤ成膜方法を提供する。
【００１０】第５発明は、チャンバー内で半導体ウエハ
にＣＶＤによりＴｉＮ薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法で
あって、半導体ウエハをチャンバー内に装入し、前記半
導体ウエハを加熱するとともにチャンバー内を真空引き
した後、Ｎ含有ガスを所定流量でチャンバー内に導入し
てチャンバー内を所定の圧力にし、半導体ウエハに対し
てプリアニール工程を行い、その後、チャンバー内圧力
を略前記所定の圧力に維持したまま、さらにＴｉＣｌ ４
ガスを所定流量でチャンバー内に導入して半導体ウエハ
に対してＴｉＮ成膜工程を行い、その後、チャンバー内
圧力を略前記所定の圧力に維持したまま、ＴｉＣｌ ４ ガ
スを停止してアフターアニール工程を行うことを特徴と
するＣＶＤ成膜方法を提供する。
にＣＶＤによりＴｉＮ薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法で
あって、半導体ウエハをチャンバー内に装入し、前記半
導体ウエハを加熱するとともにチャンバー内を真空引き
した後、Ｎ含有ガスを所定流量でチャンバー内に導入し
てチャンバー内を所定の圧力にし、半導体ウエハに対し
てプリアニール工程を行い、その後、チャンバー内圧力
を略前記所定の圧力に維持したまま、さらにＴｉＣｌ ４
ガスを所定流量でチャンバー内に導入して半導体ウエハ
に対してＴｉＮ成膜工程を行い、その後、チャンバー内
圧力を略前記所定の圧力に維持したまま、ＴｉＣｌ ４ ガ
スを停止してアフターアニール工程を行うことを特徴と
するＣＶＤ成膜方法を提供する。
【００１１】本発明者らは、ＣＶＤで成膜した膜のスト
レスが高い原因を検討した結果、チャンバー内における
成膜工程を含む一連の工程において圧力変動が大きいこ
とが原因であることを見出した。すなわち、成膜の際の
被処理基板の加熱は、基板載置台であるサセプター中の
ヒーターにより行われるが、チャンバー内の圧力が変動
すると、それにともなってチャンバー内の気体の密度が
変化するため、サセプタから基板へ供給される熱量が変
化し、結果として基板温度が変動する。この場合、基板
とその上に形成された膜とには熱膨張係数の差が存在す
るため、上記圧力変動にともなう温度変動により膜にス
トレスが生じるのである。特に、基板がＳｉで形成され
た薄膜がＴｉ膜、ＴｉＮ膜のような金属系の膜の場合に
は、基板と膜との間の熱膨張係数が大きく異なり、極め
て大きなストレスが生じる。
レスが高い原因を検討した結果、チャンバー内における
成膜工程を含む一連の工程において圧力変動が大きいこ
とが原因であることを見出した。すなわち、成膜の際の
被処理基板の加熱は、基板載置台であるサセプター中の
ヒーターにより行われるが、チャンバー内の圧力が変動
すると、それにともなってチャンバー内の気体の密度が
変化するため、サセプタから基板へ供給される熱量が変
化し、結果として基板温度が変動する。この場合、基板
とその上に形成された膜とには熱膨張係数の差が存在す
るため、上記圧力変動にともなう温度変動により膜にス
トレスが生じるのである。特に、基板がＳｉで形成され
た薄膜がＴｉ膜、ＴｉＮ膜のような金属系の膜の場合に
は、基板と膜との間の熱膨張係数が大きく異なり、極め
て大きなストレスが生じる。
【００１２】そこで、第１発明においては、チャンバー
内に被処理基板を装入し、前記被処理基板を加熱すると
ともにチャンバー内を真空引きした後、チャンバー内を
所定の圧力にして成膜工程を含む一連の工程を実施し、
これら一連の工程の間、常に前記チャンバー内の圧力を
前記所定の圧力で略一定にする。また、第３発明におい
ては、被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理
基板を加熱するとともにチャンバー内を真空引きした
後、チャンバー内を所定の圧力にしてプリアニール工程
と、成膜工程と、アフターアニール工程とを連続して行
い、これら一連の工程を実施している間、常に前記チャ
ンバー内の圧力を前記所定の圧力で略一定にする。さら
に、第５発明においては、半導体ウエハをチャンバー内
に装入し、前記半導体ウエハを所定温度に加熱するとと
もにチャンバー内を真空引きした後 、Ｎ含有ガスを所定
流量でチャンバー内に導入してチャンバー内を所定の圧
力にし、半導体ウエハに対してプリアニール工程を行
い、その後、チャンバー内圧力を略前記所定の圧力に維
持したまま、さらにＴｉＣｌ ４ ガスを所定流量でチャン
バー内に導入して半導体ウエハに対してＴｉＮ成膜工程
を行い、その後、チャンバー内圧力を略前記所定の圧力
に維持したまま、ＴｉＣｌ ４ ガスを停止してアフターア
ニール工程を行う。したがって、圧力変動にともなう温
度変動が抑制され、成膜された薄膜のストレスを著しく
小さくすることができる。
内に被処理基板を装入し、前記被処理基板を加熱すると
ともにチャンバー内を真空引きした後、チャンバー内を
所定の圧力にして成膜工程を含む一連の工程を実施し、
これら一連の工程の間、常に前記チャンバー内の圧力を
前記所定の圧力で略一定にする。また、第３発明におい
ては、被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理
基板を加熱するとともにチャンバー内を真空引きした
後、チャンバー内を所定の圧力にしてプリアニール工程
と、成膜工程と、アフターアニール工程とを連続して行
い、これら一連の工程を実施している間、常に前記チャ
ンバー内の圧力を前記所定の圧力で略一定にする。さら
に、第５発明においては、半導体ウエハをチャンバー内
に装入し、前記半導体ウエハを所定温度に加熱するとと
もにチャンバー内を真空引きした後 、Ｎ含有ガスを所定
流量でチャンバー内に導入してチャンバー内を所定の圧
力にし、半導体ウエハに対してプリアニール工程を行
い、その後、チャンバー内圧力を略前記所定の圧力に維
持したまま、さらにＴｉＣｌ ４ ガスを所定流量でチャン
バー内に導入して半導体ウエハに対してＴｉＮ成膜工程
を行い、その後、チャンバー内圧力を略前記所定の圧力
に維持したまま、ＴｉＣｌ ４ ガスを停止してアフターア
ニール工程を行う。したがって、圧力変動にともなう温
度変動が抑制され、成膜された薄膜のストレスを著しく
小さくすることができる。
【００１３】また、第２発明においては、チャンバー内
に被処理基板を装入し、前記被処理基板を加熱するとと
もにチャンバー内を真空引きした後、成膜工程を含む一
連の工程を実施する間、チャンバー内圧力を成膜の際の
圧力の±５０％の範囲内とする。第４発明においては、
被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、プリ
アニール工程と、成膜工程と、アフターアニール工程と
を連続して行い、これら一連の工程を成膜の際のチャン
バー内圧力の±５０％の範囲内とする。一連の工程にお
いてチャンバー内圧力がこの範囲であれば、圧力変動に
起因する基板の温度変動が小さく、従来よりも薄膜中の
ストレスを小さくすることができる。
に被処理基板を装入し、前記被処理基板を加熱するとと
もにチャンバー内を真空引きした後、成膜工程を含む一
連の工程を実施する間、チャンバー内圧力を成膜の際の
圧力の±５０％の範囲内とする。第４発明においては、
被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、プリ
アニール工程と、成膜工程と、アフターアニール工程と
を連続して行い、これら一連の工程を成膜の際のチャン
バー内圧力の±５０％の範囲内とする。一連の工程にお
いてチャンバー内圧力がこの範囲であれば、圧力変動に
起因する基板の温度変動が小さく、従来よりも薄膜中の
ストレスを小さくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発
明に係るＣＶＤ成膜方法を実施するためのＴｉＮ成膜装
置を示す断面図である。この成膜装置は、気密に構成さ
れた略円筒状のチャンバー１を有しており、その中には
被処理体である半導体ウエハＷを水平に支持するための
サセプター２が円筒状の支持部材３により支持された状
態で配置されている。サセプター２の外縁部には半導体
ウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられ
ている。また、サセプター２にはヒーター５が埋め込ま
れており、このヒーター５は電源６から給電されること
により被処理体である半導体ウエハＷを所定の温度に加
熱する。電源６にはコントローラー７が接続されてお
り、これにより図示しない温度センサーの信号に応じて
ヒーター５の出力が制御される。
明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発
明に係るＣＶＤ成膜方法を実施するためのＴｉＮ成膜装
置を示す断面図である。この成膜装置は、気密に構成さ
れた略円筒状のチャンバー１を有しており、その中には
被処理体である半導体ウエハＷを水平に支持するための
サセプター２が円筒状の支持部材３により支持された状
態で配置されている。サセプター２の外縁部には半導体
ウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられ
ている。また、サセプター２にはヒーター５が埋め込ま
れており、このヒーター５は電源６から給電されること
により被処理体である半導体ウエハＷを所定の温度に加
熱する。電源６にはコントローラー７が接続されてお
り、これにより図示しない温度センサーの信号に応じて
ヒーター５の出力が制御される。
【００１５】チャンバー１の天壁１ａには、シャワーヘ
ッド１０が設けられている。このシャワーヘッドには多
数のガス吐出孔１０ａおよび１０ｂが交互に形成されて
いる。ガス吐出孔１０ａにはＴｉＣｌ４源２１が配管１
３およびそこから分岐した配管１１を介して接続されて
おり、ガス吐出孔１０ｂにはＮＨ３源１９が配管１４お
よびそこから分岐した配管１２を介して接続されてい
る。すなわち、シャワーヘッド１０は、マトリックスタ
イプであり、反応ガスであるＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ
３ガスが交互に形成された異なる吐出孔から吐出し、吐
出後に混合されるポストミックス方式が採用されてい
る。
ッド１０が設けられている。このシャワーヘッドには多
数のガス吐出孔１０ａおよび１０ｂが交互に形成されて
いる。ガス吐出孔１０ａにはＴｉＣｌ４源２１が配管１
３およびそこから分岐した配管１１を介して接続されて
おり、ガス吐出孔１０ｂにはＮＨ３源１９が配管１４お
よびそこから分岐した配管１２を介して接続されてい
る。すなわち、シャワーヘッド１０は、マトリックスタ
イプであり、反応ガスであるＴｉＣｌ４ガスおよびＮＨ
３ガスが交互に形成された異なる吐出孔から吐出し、吐
出後に混合されるポストミックス方式が採用されてい
る。
【００１６】また、配管１３には、クリーニングガスで
あるＣｌＦ３源１２に接続された配管１５が接続されて
おり、バルブ２３を切り替えることにより、配管１１お
よび吐出孔１０ａを介してクリーニングガスであるＣｌ
Ｆ３ガスがチャンバー１内に供給される。一方、配管１
４には、Ｎ２源２０に接続された配管１６が接続されて
おり、バルブ２４を切り替えることにより、配管１２お
よび吐出孔１０ｂを介してＮ２ガスがチャンバー１内に
供給される。また、Ｎ２ガスの配管１６はバルブ２５を
介して配管１３にも接続されている。また、配管１４に
は、ＭＭＨ源１８から延びる配管１７が接続されてお
り、配管１４，１２を介してガス吐出孔１０ｂからチャ
ンバー１内にＭＭＨガスも供給可能となっている。な
お、各ガス源からの配管には、いずれもバルブ２６およ
びマスフローコントローラー２７が設けられている。
あるＣｌＦ３源１２に接続された配管１５が接続されて
おり、バルブ２３を切り替えることにより、配管１１お
よび吐出孔１０ａを介してクリーニングガスであるＣｌ
Ｆ３ガスがチャンバー１内に供給される。一方、配管１
４には、Ｎ２源２０に接続された配管１６が接続されて
おり、バルブ２４を切り替えることにより、配管１２お
よび吐出孔１０ｂを介してＮ２ガスがチャンバー１内に
供給される。また、Ｎ２ガスの配管１６はバルブ２５を
介して配管１３にも接続されている。また、配管１４に
は、ＭＭＨ源１８から延びる配管１７が接続されてお
り、配管１４，１２を介してガス吐出孔１０ｂからチャ
ンバー１内にＭＭＨガスも供給可能となっている。な
お、各ガス源からの配管には、いずれもバルブ２６およ
びマスフローコントローラー２７が設けられている。
【００１７】チャンバー１の底壁１ｂには、排気管８が
接続されており、この排気管には真空ポンプ９が接続さ
れている。そしてこの真空ポンプ９を作動させることに
よりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することが
できる。
接続されており、この排気管には真空ポンプ９が接続さ
れている。そしてこの真空ポンプ９を作動させることに
よりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することが
できる。
【００１８】このような装置によりＴｉＮ膜を成膜する
には、まず、チャンバー１内に半導体ウエハＷを装入
し、ヒーター５によりウエハＷを例えば４５０〜６００
℃の温度に加熱しながら、真空ポンプ９により真空引き
して高真空状態にし、引き続き、Ｎ含有ガスであるＮ２
ガスおよびＮＨ３ガスを所定の流量比、例えばＮ２ガ
ス：５０〜５００SCCM、ＮＨ３ガス：２００〜４００SC
CMでチャンバー１内に導入してチャンバー３１内を例え
ば０．３Torrにし、プリアニールを行う。次に、チャン
バー３１内を同じ圧力とし、Ｎ２ガスおよびＮＨ３ガス
の流量を維持したまま、連続してＴｉＣｌ４を例えば５
〜２０SCCMの流量で５〜２０秒間程度プリフローし、引
き続き同じ条件でＴｉＮ膜の成膜を所定時間行う。この
際にＮＨ３ガスとＭＭＨガスを併用しても構わない。そ
の後、ＴｉＣｌ４の供給のみを停止し、同じ圧力で連続
してＮＨ３ガス雰囲気でのアフターアニールを例えば２
０秒間行い、成膜を終了する。なお、半導体ウエハＷを
チャンバー１内に装入してから成膜終了までの間、パー
ジガスとして例えばＮ２ガスを所定量流しておくことが
好ましい。アフターアニールの後チャンバー１内を真空
引きし、引き続いてチャンバー１を大気開放し、半導体
ウエハＷを搬出する。
には、まず、チャンバー１内に半導体ウエハＷを装入
し、ヒーター５によりウエハＷを例えば４５０〜６００
℃の温度に加熱しながら、真空ポンプ９により真空引き
して高真空状態にし、引き続き、Ｎ含有ガスであるＮ２
ガスおよびＮＨ３ガスを所定の流量比、例えばＮ２ガ
ス：５０〜５００SCCM、ＮＨ３ガス：２００〜４００SC
CMでチャンバー１内に導入してチャンバー３１内を例え
ば０．３Torrにし、プリアニールを行う。次に、チャン
バー３１内を同じ圧力とし、Ｎ２ガスおよびＮＨ３ガス
の流量を維持したまま、連続してＴｉＣｌ４を例えば５
〜２０SCCMの流量で５〜２０秒間程度プリフローし、引
き続き同じ条件でＴｉＮ膜の成膜を所定時間行う。この
際にＮＨ３ガスとＭＭＨガスを併用しても構わない。そ
の後、ＴｉＣｌ４の供給のみを停止し、同じ圧力で連続
してＮＨ３ガス雰囲気でのアフターアニールを例えば２
０秒間行い、成膜を終了する。なお、半導体ウエハＷを
チャンバー１内に装入してから成膜終了までの間、パー
ジガスとして例えばＮ２ガスを所定量流しておくことが
好ましい。アフターアニールの後チャンバー１内を真空
引きし、引き続いてチャンバー１を大気開放し、半導体
ウエハＷを搬出する。
【００１９】この際の各工程とチャンバー内圧力の関係
を図２に示す。この図に示すように、この実施形態で
は、プリパージ工程、成膜工程およびアフターパージ工
程を連続して、かつ例えば０．３Torrと略一定の圧力で
行う。したがって、これらの工程において圧力変動に起
因する温度変動はほとんど生じず、このため成膜された
ＴｉＮ膜のストレスを著しく小さくすることができる。
を図２に示す。この図に示すように、この実施形態で
は、プリパージ工程、成膜工程およびアフターパージ工
程を連続して、かつ例えば０．３Torrと略一定の圧力で
行う。したがって、これらの工程において圧力変動に起
因する温度変動はほとんど生じず、このため成膜された
ＴｉＮ膜のストレスを著しく小さくすることができる。
【００２０】従来は、図３に示すように、短時間で半導
体ウエハの温度を成膜温度まで上昇させるべく、プリア
ニールの際の圧力を１Torr程度と成膜の際の３倍程度の
圧力とし、さらにアフターアニールの前に真空引きを行
うとともに、アフターアニールの圧力をやはり１Torrと
高く設定していた。この従来のプロセスにおいては、圧
力変動が極めて大きいため、これに起因して半導体ウエ
ハの温度変動が大きくなる。このことを図４に示す。こ
の図に示すように、チャンバー内圧力が高いプリアニー
ルおよびアフターアニールの際には温度が高く、チャン
バー内圧力が低い成膜の際には温度が低くなっており、
温度が１５℃程度変動していることがわかる。
体ウエハの温度を成膜温度まで上昇させるべく、プリア
ニールの際の圧力を１Torr程度と成膜の際の３倍程度の
圧力とし、さらにアフターアニールの前に真空引きを行
うとともに、アフターアニールの圧力をやはり１Torrと
高く設定していた。この従来のプロセスにおいては、圧
力変動が極めて大きいため、これに起因して半導体ウエ
ハの温度変動が大きくなる。このことを図４に示す。こ
の図に示すように、チャンバー内圧力が高いプリアニー
ルおよびアフターアニールの際には温度が高く、チャン
バー内圧力が低い成膜の際には温度が低くなっており、
温度が１５℃程度変動していることがわかる。
【００２１】一方、半導体ウエハを構成するＳｉの熱膨
張係数は２．６×１０−６／℃で、ＴｉＮ膜は熱膨張係
数が７．１×１０−６／℃であるから両者間の熱膨張係
数の差は極めて大きく、したがって、上述のようなプロ
セス中の温度変動に起因してＴｉＮ膜に大きなストレス
が生じる。
張係数は２．６×１０−６／℃で、ＴｉＮ膜は熱膨張係
数が７．１×１０−６／℃であるから両者間の熱膨張係
数の差は極めて大きく、したがって、上述のようなプロ
セス中の温度変動に起因してＴｉＮ膜に大きなストレス
が生じる。
【００２２】一般に、金属系の材料はＳｉに比較して熱
膨張係数が高いため、両者の熱膨張係数の差が大きく、
したがってこのような温度変動にともなうストレスが大
きい傾向にある。例えば、Ｔｉの熱膨張係数は９．９５
×１０−６／℃であり、また、Ａｌの熱膨張係数および
Ｗの熱膨張係数はそれぞれ２．５５×１０−５／℃、
４．７６×１０−６／℃であって、Ｓｉの熱膨張係数よ
りもはるかに大きいため、これらの膜を成膜する際にも
やはり同様の問題が生じる。
膨張係数が高いため、両者の熱膨張係数の差が大きく、
したがってこのような温度変動にともなうストレスが大
きい傾向にある。例えば、Ｔｉの熱膨張係数は９．９５
×１０−６／℃であり、また、Ａｌの熱膨張係数および
Ｗの熱膨張係数はそれぞれ２．５５×１０−５／℃、
４．７６×１０−６／℃であって、Ｓｉの熱膨張係数よ
りもはるかに大きいため、これらの膜を成膜する際にも
やはり同様の問題が生じる。
【００２３】このように上記例では、プリアニール工
程、成膜工程およびアフターアニール工程でチャンバー
内圧力を略一定にして基板の温度変動を抑制したが、あ
る程度の温度差は許容されるから、圧力差も許容幅が存
在する。図４に示すように、０．３Torrの場合と１Torr
の場合とで、約１５℃の温度差が生じるのであるから、
これから概算すると０．１Torr圧力が変動すれば温度は
２℃程度変化することとなる。したがって、許容幅を約
３℃程度とすると、成膜圧力の±５０％の圧力変動は許
容されることとなる。
程、成膜工程およびアフターアニール工程でチャンバー
内圧力を略一定にして基板の温度変動を抑制したが、あ
る程度の温度差は許容されるから、圧力差も許容幅が存
在する。図４に示すように、０．３Torrの場合と１Torr
の場合とで、約１５℃の温度差が生じるのであるから、
これから概算すると０．１Torr圧力が変動すれば温度は
２℃程度変化することとなる。したがって、許容幅を約
３℃程度とすると、成膜圧力の±５０％の圧力変動は許
容されることとなる。
【００２４】次に、上述した本実施形態のプロセスレシ
ピおよび従来のプロセスレシピを用いて実際に種々の膜
厚のＴｉＮ膜を成膜し、膜中ストレスを測定した。その
際の膜厚と膜中ストレスとの関係を図５に示す。この図
に示すように、本発明に基づいて圧力を略一定にするこ
とにより、従来よりもＴｉＮ膜のストレスを著しく低減
できることが明らかとなった。
ピおよび従来のプロセスレシピを用いて実際に種々の膜
厚のＴｉＮ膜を成膜し、膜中ストレスを測定した。その
際の膜厚と膜中ストレスとの関係を図５に示す。この図
に示すように、本発明に基づいて圧力を略一定にするこ
とにより、従来よりもＴｉＮ膜のストレスを著しく低減
できることが明らかとなった。
【００２５】さらに、これらのＴｉＮ膜についてＴｉＮ
成膜後のウエハの反り量および比抵抗値についても測定
した。その際の膜厚とＴｉＮ成膜後のウエハの反り量の
ばらつきとの関係を図６に示し、膜厚と比抵抗値との関
係を図７に示す。これらから、本発明に従って圧力を一
定にしたプロセスを採用することにより、ＴｉＮ成膜後
のウエハの反り量のばらつきは若干小さくなっており、
比抵抗値は多少高くなる傾向にあるが問題のないレベル
であることが確認された。
成膜後のウエハの反り量および比抵抗値についても測定
した。その際の膜厚とＴｉＮ成膜後のウエハの反り量の
ばらつきとの関係を図６に示し、膜厚と比抵抗値との関
係を図７に示す。これらから、本発明に従って圧力を一
定にしたプロセスを採用することにより、ＴｉＮ成膜後
のウエハの反り量のばらつきは若干小さくなっており、
比抵抗値は多少高くなる傾向にあるが問題のないレベル
であることが確認された。
【００２６】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の
形態では、プリアニール工程、成膜工程、アフターアニ
ール工程を略一定の圧力で連続して行った例を示した
が、他の工程を付加してもよいし、またアフターアニー
ル工程を省略したプロセスであっても構わない。また、
本発明は上述したように、ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜、Ａｌ膜の
ような金属系材料の薄膜を形成する場合に特に有効であ
るが、これに限らず、下地の基板との間に熱膨張係数の
差がある薄膜であれば一定の効果を得ることができる。
さらに、被処理基板としては、半導体ウエハに限らず他
のものであってもよく、また、基板上に他の層を形成し
たものであってもよい。
れることなく種々変形可能である。例えば、上記実施の
形態では、プリアニール工程、成膜工程、アフターアニ
ール工程を略一定の圧力で連続して行った例を示した
が、他の工程を付加してもよいし、またアフターアニー
ル工程を省略したプロセスであっても構わない。また、
本発明は上述したように、ＴｉＮ膜、Ｔｉ膜、Ａｌ膜の
ような金属系材料の薄膜を形成する場合に特に有効であ
るが、これに限らず、下地の基板との間に熱膨張係数の
差がある薄膜であれば一定の効果を得ることができる。
さらに、被処理基板としては、半導体ウエハに限らず他
のものであってもよく、また、基板上に他の層を形成し
たものであってもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
成膜工程を含む一連の工程を実施する間のチャンバー内
圧力を略一定にするので、圧力変動にともなう温度変動
が抑制され、成膜された薄膜のストレスを著しく小さく
することができる。また、成膜工程を含む一連の工程を
実施する間のチャンバー内圧力を成膜の際の圧力の±５
０％の範囲内とするので、圧力変動に起因する基板の温
度変動が小さく、従来よりも薄膜中のストレスを小さく
することができる。
成膜工程を含む一連の工程を実施する間のチャンバー内
圧力を略一定にするので、圧力変動にともなう温度変動
が抑制され、成膜された薄膜のストレスを著しく小さく
することができる。また、成膜工程を含む一連の工程を
実施する間のチャンバー内圧力を成膜の際の圧力の±５
０％の範囲内とするので、圧力変動に起因する基板の温
度変動が小さく、従来よりも薄膜中のストレスを小さく
することができる。
【図１】本発明に係るＣＶＤ成膜方法を実施するための
ＴｉＮ成膜装置を示す断面図。
ＴｉＮ成膜装置を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る方法における各工程
とチャンバー内圧力との関係を示す図。
とチャンバー内圧力との関係を示す図。
【図３】従来の方法における各工程とチャンバー内圧力
との関係を示す図。
との関係を示す図。
【図４】従来のプロセスレシピに従ってチャンバー内圧
力を変動させた際の基板の温度変動を示す図。
力を変動させた際の基板の温度変動を示す図。
【図５】本発明に従って成膜した場合と従来の方法で成
膜した場合におけるＴｉＮ膜の膜厚と膜のストレスとの
関係を示す図。
膜した場合におけるＴｉＮ膜の膜厚と膜のストレスとの
関係を示す図。
【図６】本発明に従って成膜した場合と従来の方法で成
膜した場合におけるＴｉＮ膜の膜厚とＴｉＮ成膜後のウ
エハの反り量との関係を示す図。
膜した場合におけるＴｉＮ膜の膜厚とＴｉＮ成膜後のウ
エハの反り量との関係を示す図。
【図７】本発明に従って成膜した場合と従来の方法で成
膜した場合におけるＴｉＮ膜の膜厚と比抵抗値との関係
を示す図。
膜した場合におけるＴｉＮ膜の膜厚と比抵抗値との関係
を示す図。
１……チャンバー
２……サセプター
５……ヒーター
８……排気管
９……真空ポンプ
１０……シャワーヘッド
１０ａ，１０ｂ……ガス吐出孔
１９……ＮＨ３源
２０……Ｎ２源
２１……ＴｉＣｌ４源
２２……ＣｌＦ３源
Ｗ……半導体ウエハ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C23C 14/00 - 16/56
H01L 21/203 - 21/205
H01L 21/285
Claims (8)
- 【請求項１】 チャンバー内で被処理基板にＣＶＤによ
り薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、 被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、チャ
ンバー内を所定の圧力にして成膜工程を含む一連の工程
を実施し、これら一連の工程の間、常に前記チャンバー
内の圧力を前記所定の圧力で略一定にすることを特徴と
するＣＶＤ成膜方法。 - 【請求項２】 チャンバー内で被処理基板にＣＶＤによ
り薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、 被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、成膜
工程を含む一連の工程を実施する間、チャンバー内圧力
を成膜の際の圧力の±５０％の範囲内とすることを特徴
とするＣＶＤ成膜方法。 - 【請求項３】 チャンバー内で被処理基板にＣＶＤによ
り薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともに チャンバー内を真空引きした後、チャ
ンバー内を所定の圧力にしてプリアニール工程と、成膜
工程と、アフターアニール工程とを連続して行い、これ
ら一連の工程を実施している間、常に前記チャンバー内
の圧力を前記所定の圧力で略一定にすることを特徴とす
るＣＶＤ成膜方法。 - 【請求項４】 チャンバー内で被処理基板にＣＶＤによ
り薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、被処理基板をチャンバー内に装入し、前記被処理基板を
加熱するとともに チャンバー内を真空引きした後、プリ
アニール工程と、成膜工程と、アフターアニール工程と
を連続して行い、これら一連の工程を成膜の際のチャン
バー内圧力の±５０％の範囲内とすることを特徴とする
ＣＶＤ成膜方法。 - 【請求項５】 前記薄膜は、被処理基板よりも熱膨張係
数が大きい金属 系材料で形成されていることを特徴とす
る請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＣＶＤ
成膜方法。 - 【請求項６】 前記薄膜は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ、Ｗか
ら選択される材料で形成されていることを特徴とする請
求項５に記載のＣＶＤ成膜方法。 - 【請求項７】 チャンバー内で半導体ウエハにＣＶＤに
よりＴｉＮ薄膜を形成するＣＶＤ成膜方法であって、 半導体ウエハをチャンバー内に装入し、前記半導体ウエ
ハを加熱するとともにチャンバー内を真空引きした後、
Ｎ含有ガスを所定流量でチャンバー内に導入してチャン
バー内を所定の圧力にし、半導体ウエハに対してプリア
ニール工程を行い、その後、チャンバー内圧力を略前記
所定の圧力に維持したまま、さらにＴｉＣｌ ４ ガスを所
定流量でチャンバー内に導入して半導体ウエハに対して
ＴｉＮ成膜工程を行い、その後、チャンバー内圧力を略
前記所定の圧力に維持したまま、ＴｉＣｌ ４ ガスを停止
してアフターアニール工程を行うことを特徴とするＣＶ
Ｄ成膜方法。 - 【請求項８】 前記チャンバー内に被処理基板を装入し
てから前記一連の工程が終了するまでの間、常にチャン
バー内にパージガスを供給することを特徴とする請求項
１から請求項７のいずれか１項に記載のＣＶＤ成膜方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35460496A JP3469420B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Ｃｖｄ成膜方法 |
| TW086118856A TW408388B (en) | 1996-12-20 | 1997-12-13 | CVD film forming method |
| KR1019970068891A KR100393751B1 (ko) | 1996-12-20 | 1997-12-15 | 씨브이디성막방법 |
| US08/990,982 US6080444A (en) | 1996-12-20 | 1997-12-15 | CVD film forming method including annealing and film forming performed at substantially the same pressure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35460496A JP3469420B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Ｃｖｄ成膜方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10189489A JPH10189489A (ja) | 1998-07-21 |
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Family
ID=18438689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35460496A Expired - Lifetime JP3469420B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Ｃｖｄ成膜方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6080444A (ja) |
| JP (1) | JP3469420B2 (ja) |
| KR (1) | KR100393751B1 (ja) |
| TW (1) | TW408388B (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3667038B2 (ja) * | 1997-06-23 | 2005-07-06 | 東京エレクトロン株式会社 | Ｃｖｄ成膜方法 |
| US6555455B1 (en) * | 1998-09-03 | 2003-04-29 | Micron Technology, Inc. | Methods of passivating an oxide surface subjected to a conductive material anneal |
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