JP4451097B2 - Deposition method - Google Patents
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Description
本発明は、被処理体、例えばSi基板の表面や金属シリサイド層等のSi含有部分に対してプラズマ処理により金属シリサイド膜を形成する成膜方法に関する。 The present invention relates to a film forming method for forming a metal silicide film on a target object, for example, a Si-containing portion such as a surface of a Si substrate or a metal silicide layer by plasma treatment.
半導体デバイスの製造においては、最近の高密度化および高集積化の要請に対応して、回路構成を多層配線構造にする傾向にあり、このため、下層の半導体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や、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技術が重要になっている。 In the manufacture of semiconductor devices, in response to recent demands for higher density and higher integration, the circuit configuration tends to have a multilayer wiring structure. For this reason, the connection between the lower semiconductor device and the upper wiring layer is required. An embedding technique for electrical connection between layers such as a contact hole as a part and a via hole as a connection part between upper and lower wiring layers is important.
このようなコンタクトホールやビアホールの埋め込みには、一般的にAl(アルミニウム)やW(タングステン)、あるいはこれらを主体とする合金が用いられるが、このような金属や合金と下層のSi基板やpoly−Si層とのコンタクトを形成するために、これらの埋め込みに先立ってコンタクトホールやビアホールの内側にTi膜を成膜し、さらにバリア層としてTiN膜を成膜することが行われている。 In general, Al (aluminum), W (tungsten), or an alloy mainly composed of these is used for filling such contact holes and via holes. Such a metal or alloy and an underlying Si substrate or poly are used. In order to form a contact with the -Si layer, a Ti film is formed inside a contact hole or a via hole before the filling, and a TiN film is further formed as a barrier layer.
これらの膜の成膜には、デバイスの微細化および高集積化が進んでも電気抵抗が増加せず良質な膜を形成することができ、しかもステップカバレッジを良好にすることができる化学的蒸着(CVD)が用いられている。そして、TiCl4を原料としてCVDによりTi膜を成膜することにより下地のSiと反応させてコンタクトホールの底のSi拡散層上に自己整合的にTiSi2を選択成長させ、良好なオーミック抵抗を得ている(例えば特許文献1)。 These films can be formed by chemical vapor deposition (which can form a high-quality film without increasing the electrical resistance even when the device is miniaturized and highly integrated, and can improve the step coverage. CVD) is used. Then, by forming a Ti film by CVD using TiCl 4 as a raw material, it reacts with the underlying Si to selectively grow TiSi 2 in a self-aligned manner on the Si diffusion layer at the bottom of the contact hole, thereby providing good ohmic resistance. (For example, Patent Document 1).
CVD−Ti膜を成膜する場合には、原料ガスとして上述したようにTiCl4ガスが一般的に用いられ、還元ガスとしてH2ガス等が用いられるが、このTiCl4ガスの結合エネルギーはかなり高く、熱エネルギー単独では1200℃程度の高温でなければ分解しないので、プラズマエネルギーを併用するプラズマCVDによって、通常、プロセス温度650℃程度で成膜を行っている。 When a CVD-Ti film is formed, TiCl 4 gas is generally used as a source gas as described above, and H 2 gas or the like is used as a reducing gas. However, the binding energy of this TiCl 4 gas is considerably high. Since the thermal energy alone is not decomposed unless it is a high temperature of about 1200 ° C., the film is usually formed at a process temperature of about 650 ° C. by plasma CVD using plasma energy together.
一方、このようなメタル成膜においては、良好なコンタクト抵抗を得るために、成膜処理に先立って、下地の上に形成された自然酸化膜を除去する処理が施される。このような自然酸化膜の除去は一般的に希フッ酸により行われてきたが、自然酸化膜を除去する装置として特許文献2に示すような水素ガスとアルゴンガスを用いて誘導結合プラズマを形成するものが提案されている。 On the other hand, in such metal film formation, in order to obtain good contact resistance, a process of removing a natural oxide film formed on the base is performed prior to the film formation process. The removal of such a natural oxide film has generally been performed with dilute hydrofluoric acid. However, as an apparatus for removing the natural oxide film, inductively coupled plasma is formed using hydrogen gas and argon gas as shown in Patent Document 2. What to do has been proposed.
しかしながら、デバイスの微細化が一層進むにつれ、例えばSi拡散層の深さも浅くなり、従来のTi−CVD法によるTiSi2膜では要求されるコンタクト抵抗を得ることが困難となってきている。 However, as miniaturization of the device is further proceeds, for example, shallower depth of the Si diffusion layer, that in the conventional Ti-CVD method using TiSi 2 film obtain the required contact resistance is becoming difficult.
コンタクト抵抗を下げるためには、抵抗の低いC54結晶構造のTiSi2を多く形成してTiSi2膜自体の抵抗を低下させることが有効であるが、従来のTi−CVD法ではプロセス温度を高温にする必要があり、C54結晶構造のTiSi2の存在量が多いTiSi2膜を形成することは困難であった。 In order to lower the contact resistance is by increasing forming TiSi 2 in a lower C54 crystal structure resistance is effective to reduce the resistance of the TiSi 2 film itself, the process temperature to a high temperature in the conventional Ti-CVD method Therefore, it was difficult to form a TiSi 2 film having a large amount of TiSi 2 having a C54 crystal structure.
また、上述のように、従来のプラズマCVD法でTi膜を成膜すると、粒径が不均一なTiSi2結晶が形成される傾向がある。特に、TiSi2膜の成膜に先立ってアルゴンプラズマで自然酸化膜除去を行う場合には、Si拡散層表面がダメージを受けて不均一にアモルファス化しており、その状態でプラズマCVDでTi膜を成膜すると、形成されるTiSi2結晶が一層不均一になってしまう。そして、このような不均一な状態のTiSi2結晶は比較的疎に存在するため、比抵抗が高いとともにTiSi2膜と下地との接触が不均一となる。したがって、コンタクト抵抗が増加してしまう。 Further, as described above, when a Ti film is formed by a conventional plasma CVD method, TiSi 2 crystals having a nonuniform particle size tend to be formed. In particular, when the natural oxide film is removed by argon plasma prior to the formation of the TiSi 2 film, the surface of the Si diffusion layer is damaged and becomes non-uniformly amorphous, and in this state, the Ti film is formed by plasma CVD. When the film is formed, the formed TiSi 2 crystal becomes more non-uniform. Then, due to the presence in such a relatively sparse TiSi 2 crystals uneven state, the high resistivity contact between TiSi 2 film and the base becomes non-uniform. Accordingly, the contact resistance increases.
一方、上述のように、デバイスの微細化に伴ってSi拡散層の深さが浅くなると、コンタクトホール底のTiSi2膜も薄くなり、さらにSi拡散層とTiSi2膜との界面のモホロジーの良好なものが要求されるようになってきている。しかしながら、従来のTi−CVD法では、TiSi2結晶の粒径が大きく不均一であるため、十分な界面モホロジーを得ることが困難である。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、被処理体のSi含有部分上にチタンシリサイド膜のような金属シリサイド膜を成膜する場合に、成膜温度を上昇させることなく従来よりも低抵抗の金属シリサイド膜を形成することができる成膜方法を提供することを目的とする。また、結晶粒径が均一な金属シリサイド膜、特にチタンシリサイド膜を形成することができる成膜方法を提供することを目的とする。さらに、結晶粒を微細かつ均一にして界面モホロジーが良好な金属シリサイド膜、特にチタンシリサイド膜を形成することができる成膜方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in the case where a metal silicide film such as a titanium silicide film is formed on a Si-containing portion of an object to be processed, the conventional technique does not increase the film formation temperature. Another object of the present invention is to provide a film forming method capable of forming a low-resistance metal silicide film. It is another object of the present invention to provide a film forming method capable of forming a metal silicide film having a uniform crystal grain size, particularly a titanium silicide film. It is another object of the present invention to provide a film forming method capable of forming a metal silicide film, particularly a titanium silicide film, having fine and uniform crystal grains and good interface morphology.
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点では、被処理体のSi含有部分上に金属シリサイド膜を成膜する成膜方法であって、前記Si含有部分を高周波を用い、プラズマ処理用のガスとして、Ar、Ne、He、又はAr、Ne、HeのいずれかとH 2 との併用、又はAr、Ne、HeのいずれかとNF 3 との併用ガスを用いたプラズマにより処理する工程と、前記プラズマによる処理が施されたSi含有部分上に成膜しようとする金属シリサイド中の金属を含有する金属含有原料ガスを供給し、プラズマを生成して当該金属からなる金属膜を成膜し、その際の金属膜とSi含有部分のSiとの反応により金属シリサイド膜を形成する工程とを具備し、前記Si含有部分のプラズマによる処理は、被処理体に絶対値が200V以上のDCバイアス電圧(Vdc)を印加しつつ行い、前記金属シリサイド膜を形成する工程は、最初にプラズマを生成せずに金属含有原料ガスを所定時間供給して金属−シリコン結合を生じさせ、次いでプラズマを生成することを特徴とする成膜方法を提供する。
In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided a film forming method for forming a metal silicide film on a Si-containing portion of an object to be processed. as gas use, Ar, Ne, He, or Ar, and treating Ne, combined with any of He and H 2, or Ar, Ne, by plasma using combined gas and either the NF 3 of He Supplying a metal-containing source gas containing a metal in the metal silicide to be formed on the Si-containing portion that has been treated with the plasma, and generating a plasma to form a metal film made of the metal And a step of forming a metal silicide film by a reaction between the metal film at that time and Si in the Si-containing portion, and the treatment of the Si-containing portion with plasma has an absolute value of 200 V or more on the object to be processed. While applying a C bias voltage (Vdc) have rows, the step of forming the metal silicide film, a metal-containing raw material gas is supplied for a predetermined time metal without first generating a plasma - causing silicon bonds, then There is provided a film forming method characterized by generating plasma .
このように、成膜に先立って行われるSi含有層の高周波を用いたプラズマによる処理において、被処理体に絶対値が200V以上と高いDCバイアス電圧(Vdc)を印加することにより、被処理体表面には従来の自然酸化膜除去の場合よりも強くプラズマ中のイオンが作用する。このため、成膜下地のSi含有層が全体的にアモルファス化して反応性の高い状態(Siの場合にはSi単結晶よりも未結合Siの多い表面状態)を形成することができ、抵抗が低い結晶構造の金属シリサイド結晶、例えば金属がチタンである場合にはC54結晶構造のチタンシリサイドを従来よりも低い処理温度でより多く存在させることができる。したがって、成膜温度を上昇させることなく従来よりも薄膜で低抵抗の金属シリサイド膜を形成することができ、その結果、コンタクト抵抗を低くすることができる。さらに、従来よりも被処理体温度を低くして成膜を行っても、従来と同様の結晶性の金属シリサイド膜を得ることができる。 As described above, in the plasma processing using the high frequency of the Si-containing layer performed prior to the film formation, by applying a DC bias voltage (Vdc) having an absolute value as high as 200 V or more to the target object, the target object is processed. The ions in the plasma act on the surface more strongly than in the case of conventional natural oxide film removal. For this reason, the Si-containing layer of the film formation base is entirely amorphized to form a highly reactive state (in the case of Si, a surface state with more unbonded Si than Si single crystal), and resistance In the case where the metal silicide crystal having a low crystal structure, for example, the metal is titanium, more titanium silicide having a C54 crystal structure can be present at a lower processing temperature than in the prior art. Accordingly, it is possible to form a metal silicide film having a lower thickness and lower resistance than before without increasing the film formation temperature, and as a result, the contact resistance can be lowered. Furthermore, even when film formation is performed at a lower temperature of the object to be processed than before, a crystalline metal silicide film similar to the conventional one can be obtained.
上記第1の観点において、前記Si含有部分としてはSi基板、poly−Si、金属シリサイドを挙げることができ、単結晶Si基板(Siウエハ)に形成されたコンタクト拡散層を典型例として挙げることができる。Si基板にはB,P,As等をドープしたものも含む。また、前記Si含有部分のプラズマによる処理は、誘導結合プラズマを用いて行うことができる。他に、平行平板型プラズマ、またはマイクロ波プラズマを用いて行うこともできる。さらに、前記金属シリサイド膜を形成する工程は、金属含有原料ガスの供給とプラズマおよび還元ガスを供給することによる金属含有原料ガスの還元とを複数回繰り返すものであってもよい。これにより、より低温で成膜することができる。さらにまた、前記金属としては、上述したTiの他に、Ni、Co、Pt、Mo、Ta、Hf、Zrを挙げることができる。これら金属は、通常、高温で抵抗の低い金属シリサイドの結晶構造を形成し得るものである。 In the first aspect, examples of the Si-containing portion include a Si substrate, poly-Si, and metal silicide, and a contact diffusion layer formed on a single crystal Si substrate (Si wafer) is a typical example. it can. Si substrates include those doped with B, P, As or the like. The treatment of the Si-containing portion with plasma can be performed using inductively coupled plasma. Alternatively, parallel plate plasma or microwave plasma can be used. Further, the step of forming the metal silicide film may repeat the supply of the metal-containing source gas and the reduction of the metal-containing source gas by supplying plasma and a reducing gas a plurality of times. Thereby, the film can be formed at a lower temperature. Furthermore, examples of the metal include Ni, Co, Pt, Mo, Ta, Hf, and Zr in addition to Ti described above. These metals are usually capable of forming a metal silicide crystal structure having low resistance at high temperatures.
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。ここでは、金属含有原料ガスとしてTi含有原料ガスを用いて、Siウエハにチタンシリサイド膜を形成する場合を例に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る成膜方法を説明するための工程図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Here, a case where a titanium silicide film is formed on a Si wafer using a Ti-containing source gas as a metal-containing source gas will be described as an example.
FIG. 1 is a process diagram for explaining a film forming method according to the first embodiment of the present invention.
第1の実施形態においては、まず、図1の(a)に示すように、Siウエハ1上に層間絶縁膜2を形成し、エッチングによりSiウエハ1の表面に達するコンタクトホール3を形成する。次に、図1の(b)に示すように、Siウエハ1に絶対値が200V以上のDCバイアス電圧を印加しつつ、高周波を用いたプラズマによりSiウエハ1の表面を処理する。引き続き、図1の(c)に示すように、Siウエハ1にTiCl4等のTi含有原料ガスを供給し、プラズマを生成してTi膜を成膜し、Ti膜とSiウエハ1のSiとの反応によりTiSi2膜4を形成する。その後、必要に応じて、図1の(d)に示すように、次のTiN膜の成膜に前処理として、NH3を用いてTiSi2膜4の表面に窒化処理を施す。 In the first embodiment, first, as shown in FIG. 1A, an interlayer insulating film 2 is formed on a Si wafer 1, and a contact hole 3 reaching the surface of the Si wafer 1 is formed by etching. Next, as shown in FIG. 1B, the surface of the Si wafer 1 is treated with plasma using a high frequency while applying a DC bias voltage having an absolute value of 200 V or more to the Si wafer 1. Subsequently, as shown in FIG. 1C, a Ti-containing source gas such as TiCl 4 is supplied to the Si wafer 1 to generate plasma to form a Ti film. reaction by forming the TiSi 2 film 4. Then, if necessary, as shown in FIG. 1 (d), as a pretreatment to the formation of the next TiN film, subjected to a nitriding treatment to the surface of the TiSi 2 film 4 with NH 3.
次に、本実施形態の主要プロセスである図1(b)のプラズマによる処理を行う装置と、図1(c)のTiSi2膜の成膜処理を行う装置について説明する。 Next, an apparatus for performing the plasma processing of FIG. 1B, which is a main process of the present embodiment, and an apparatus for forming the TiSi 2 film of FIG. 1C will be described.
図2は、上記図1(b)の処理を行うプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。この装置は誘導結合プラズマ(ICP)方式であり、基本的に自然酸化膜を除去するためのものであるが、第1の実施形態では自然酸化膜の除去のみならず、Siウエハ1にRFバイアスを印加してSiウエハ1の面にイオンを引き込んでイオンによる処理を行う。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus that performs the process of FIG. This apparatus is an inductively coupled plasma (ICP) system, and is basically for removing a natural oxide film. In the first embodiment, not only the removal of the natural oxide film but also an RF bias is applied to the Si wafer 1. Is applied to attract ions to the surface of the Si wafer 1 to perform treatment with ions.
この高周波を用いてプラズマ処理を行うプラズマ処理装置10は、略円筒状のチャンバー11と、チャンバー11の上方にチャンバー11に連続して設けられた略円筒状のベルジャー12とを有している。チャンバー11内には被処理体であるSiウエハ1を水平に支持するための例えばAlN等のセラミックスからなるサセプタ13が円筒状の支持部材14に支持された状態で配置されている。サセプタ13の外縁部にはSiウエハ1をクランプするクランプリング15が設けられている。また、サセプタ13内にはSiウエハ1を加熱するためのヒーター16が埋設されており、このヒーター16はヒーター電源25から給電されることにより被処理体であるSiウエハ1を所定の温度に加熱する。 A plasma processing apparatus 10 that performs plasma processing using the high frequency includes a substantially cylindrical chamber 11 and a substantially cylindrical bell jar 12 that is provided continuously above the chamber 11 in the chamber 11. In the chamber 11, a susceptor 13 made of ceramics such as AlN for horizontally supporting the Si wafer 1 as an object to be processed is arranged in a state supported by a cylindrical support member 14. A clamp ring 15 that clamps the Si wafer 1 is provided on the outer edge of the susceptor 13. Further, a heater 16 for heating the Si wafer 1 is embedded in the susceptor 13, and the heater 16 is supplied with power from a heater power supply 25 to heat the Si wafer 1 as an object to be processed to a predetermined temperature. To do.
ベルジャー12は、例えば石英、セラミックス材料等の電気絶縁材料で形成されており、その周囲にはアンテナ部材としてのコイル17が巻回されている。コイル17には高周波電源18が接続されている。高周波電源18は300kHz〜60MHz、好ましくは450kHzの周波数を有している。そして、高周波電源18からコイル17に高周波電力を供給することにより、ベルジャー12内に誘導電磁界が形成されるようになっている。 The bell jar 12 is made of an electrically insulating material such as quartz or a ceramic material, and a coil 17 serving as an antenna member is wound around the bell jar 12. A high frequency power source 18 is connected to the coil 17. The high frequency power source 18 has a frequency of 300 kHz to 60 MHz, preferably 450 kHz. An induction electromagnetic field is formed in the bell jar 12 by supplying high frequency power from the high frequency power supply 18 to the coil 17.
ガス供給機構20は、プラズマ処理用のガスをチャンバー11内に導入するためのものであり、所定のガスのガス供給源、ならびに各ガス供給源からの配管、開閉バルブ、および流量制御のためのマスフローコントローラ(いずれも図示せず)を有している。チャンバー11の側壁にはガス導入ノズル27が設けられており、上記ガス供給機構20から延びる配管21がこのガス導入ノズル27に接続されており、所定のガスがガス導入ノズル27を介してチャンバー11内に導入される。なお、各配管のバルブおよびマスフローコントローラは図示しないコントローラにより制御される。 The gas supply mechanism 20 is for introducing a gas for plasma processing into the chamber 11. The gas supply mechanism 20 is used to supply a predetermined gas supply source, piping from each gas supply source, an open / close valve, and a flow rate control. It has a mass flow controller (both not shown). A gas introduction nozzle 27 is provided on the side wall of the chamber 11, a pipe 21 extending from the gas supply mechanism 20 is connected to the gas introduction nozzle 27, and a predetermined gas passes through the gas introduction nozzle 27. Introduced in. Note that the valves and the mass flow controller of each pipe are controlled by a controller (not shown).
プラズマ処理用のガスとしては、Ar、Ne、Heが例示され、それぞれ単体で用いることができる。また、Ar、Ne、HeのいずれかとH2との併用、およびAr、Ne、HeのいずれかとNF3との併用であってもよい。これらの中では、Ar単独、Ar+H2が好ましい。 Examples of the plasma processing gas include Ar, Ne, and He, which can be used alone. Further, Ar, Ne, combined with any of He and H 2, and Ar, Ne, may be combined with any and NF 3 in He. Among these, Ar alone and Ar + H 2 are preferable.
チャンバー11の底壁には、排気管28が接続されており、この排気管28には真空ポンプを含む排気装置29が接続されている。そして排気装置29を作動させることによりチャンバー11およびベルジャー12内を所定の真空度まで減圧することができる。 An exhaust pipe 28 is connected to the bottom wall of the chamber 11, and an exhaust device 29 including a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 28. Then, by operating the exhaust device 29, the inside of the chamber 11 and the bell jar 12 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum.
また、チャンバー11の側壁にはゲートバルブ30が設けられており、このゲートバルブ30を開にした状態でウエハWが隣接するロードロック室(図示せず)との間で搬送されるようになっている。 Further, a gate valve 30 is provided on the side wall of the chamber 11, and the wafer W is transferred between adjacent load lock chambers (not shown) with the gate valve 30 opened. ing.
さらに、サセプタ13内には、例えば、タングステンやモリブデン線等をメッシュ状に編み込んでなる電極32が埋設され、この電極32には高周波電源31が接続されており、負のDCバイアスを印加することが可能となっている。 Further, in the susceptor 13, for example, an electrode 32 formed by weaving tungsten, molybdenum wire or the like in a mesh shape is embedded, and a high frequency power source 31 is connected to the electrode 32 to apply a negative DC bias. Is possible.
このように構成される装置において上述のプラズマ処理を行うに際しては、ゲートバルブ30を開にして、チャンバー11内にウエハWを装入し、サセプタ13にSiウエハWを載置しクランプリング15によりクランプする。その後、ゲートバルブ30を閉じ、排気装置29によりチャンバー11およびベルジャー12内を排気して所定の減圧状態にし、引き続き、ガス供給機構20からガス導入ノズル27を介してチャンバー11内に所定のガス、例えばArガス、またはArガスおよびH2ガスを導入しつつ、高周波電源18からコイル17に高周波電力を供給してベルジャー12内に誘導電磁界を形成することにより、プラズマが生成される。一方、サセプタ13には、高周波電源31から高周波電力が供給され、Siウエハ1には負のバイアス電圧すなわちDCバイアス電圧(Vdc)が印加された状態となる。このVdcが印加されることによりSiウエハ1にはプラズマ中のイオンが引き込まれる。本実施形態では、この際のVdcの絶対値が200V以上になるように高周波電源18,31のパワーが調整される。例えば、高周波電源18に500W、高周波電源31に800Wを印加することによりVdc=−530Vとすることができる。ちなみに、通常の酸化膜除去の際のVdcは−100〜−180V程度である。本実施形態では通常の自然酸化膜除去の場合よりも高いVdcが印加されるようにする。このようにVdcを高くすることにより、Siウエハ1の表面には従来の自然酸化膜除去の場合よりも強くプラズマ中のイオンが作用する。このため、成膜下地としてのSiウエハ1の表面が全体的にアモルファス化して反応性の高い状態となり、後述するようにその後にTiSi2膜を形成した際に、コンタクト抵抗をより低くすることができる結晶構造C54のTiSi2を多く形成することができる。Vdcの絶対値は250Vが好ましく300V以上が一層好ましい。 When performing the above-described plasma processing in the apparatus configured as described above, the gate valve 30 is opened, the wafer W is loaded into the chamber 11, the Si wafer W is placed on the susceptor 13, and the clamp ring 15 is used. Clamp. Thereafter, the gate valve 30 is closed, and the inside of the chamber 11 and the bell jar 12 is exhausted by the exhaust device 29 to be in a predetermined reduced pressure state. Subsequently, a predetermined gas is introduced into the chamber 11 from the gas supply mechanism 20 through the gas introduction nozzle 27. For example, plasma is generated by introducing high-frequency power from the high-frequency power source 18 to the coil 17 to form an induction electromagnetic field in the bell jar 12 while introducing Ar gas or Ar gas and H 2 gas. On the other hand, high frequency power is supplied from the high frequency power supply 31 to the susceptor 13, and a negative bias voltage, that is, a DC bias voltage (Vdc) is applied to the Si wafer 1. By applying this Vdc, ions in the plasma are drawn into the Si wafer 1. In the present embodiment, the power of the high frequency power supplies 18 and 31 is adjusted so that the absolute value of Vdc at this time is 200 V or more. For example, by applying 500 W to the high-frequency power source 18 and 800 W to the high-frequency power source 31, Vdc = −530V. Incidentally, Vdc at the time of normal oxide film removal is about −100 to −180V. In the present embodiment, a higher Vdc is applied than in the case of normal natural oxide film removal. By increasing Vdc in this way, ions in the plasma act on the surface of the Si wafer 1 more strongly than in the case of conventional natural oxide film removal. Therefore, the overall amorphous surface of the Si wafer 1 as a film-forming base becomes highly reactive state, when forming a subsequent TiSi 2 film as described later, that the contact resistance is lower They can be formed much TiSi 2 crystal structure C54. The absolute value of Vdc is preferably 250V, and more preferably 300V or more.
この際の処理条件は、例えば圧力が0.01〜13.3Pa、好ましくは0.04〜2.7Pa、ウエハ温度が室温〜500℃、ガス流量がArおよびH2とも:0.001〜0.02L/min、ICP用の高周波電源18の周波数が450kHz、パワーが200〜1500W、バイアス用の高周波電源31の周波数が13.56MHz、パワーが100〜1000Wである。 The processing conditions at this time are, for example, a pressure of 0.01 to 13.3 Pa, preferably 0.04 to 2.7 Pa, a wafer temperature of room temperature to 500 ° C., and gas flow rates of Ar and H 2 : 0.001 to 0 The frequency of the high frequency power supply 18 for ICP is 450 kHz, the power is 200 to 1500 W, the frequency of the high frequency power supply 31 for bias is 13.56 MHz, and the power is 100 to 1000 W.
次に、引き続き行われる図1(c)のTiSi2膜を形成する処理を行うTi成膜装置について説明する。
図3はTi成膜装置の概略構成を示す断面図である。この成膜装置40は、気密に構成された略円筒状のチャンバー41を有しており、その中には被処理体であるSiウエハ1を水平に支持するためのサセプタ42が円筒状の支持部材43により支持された状態で配置されている。このサセプタ42は、例えばAlN等のセラミックスで構成されている。サセプタ42の外縁部にはSiウエハWをガイドするためのガイドリング44が設けられている。このガイドリング44はプラズマのフォーカシング効果も奏する。また、サセプタ42にはモリブデンやタングステン線等からなる抵抗加熱型のヒーター45が埋め込まれており、このヒーター45はヒーター電源46から給電されることにより被処理体であるSiウエハ1を所定の温度に加熱する。なお、サセプタ42に対するSiウエハ1の受け渡しは、その中に突没自在に設けられた3本のリフトピンでSiウエハ1を持ち上げた状態で行われる。
Next, a Ti film forming apparatus that performs the subsequent process of forming the TiSi 2 film of FIG. 1C will be described.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the Ti film forming apparatus. This film forming apparatus 40 has a substantially cylindrical chamber 41 that is hermetically configured, and a susceptor 42 for horizontally supporting the Si wafer 1 that is an object to be processed is cylindrically supported therein. It is arranged in a state where it is supported by the member 43. The susceptor 42 is made of ceramics such as AlN. A guide ring 44 for guiding the Si wafer W is provided on the outer edge of the susceptor 42. The guide ring 44 also has a plasma focusing effect. In addition, a resistance heating type heater 45 made of molybdenum, tungsten wire, or the like is embedded in the susceptor 42, and the heater 45 is supplied with power from a heater power supply 46 so that the Si wafer 1 as an object to be processed has a predetermined temperature. Heat to. In addition, the delivery of the Si wafer 1 to the susceptor 42 is performed in a state where the Si wafer 1 is lifted by three lift pins provided so as to be freely projecting and retracting therein.
チャンバー41の天壁41aには、絶縁部材49を介してシャワーヘッド50が設けられている。このシャワーヘッド50は、上段ブロック体50a、中段ブロック体50b、下段ブロック体50cで構成されている。そして、下段ブロック体50cにはガスを吐出する吐出孔57と58とが交互に形成されている。上段ブロック体50aの上面には、第1のガス導入口51と、第2のガス導入口52とが形成されている。上段ブロック体50aの中では、第1のガス導入口51から多数のガス通路53が分岐している。中段ブロック体50bにはガス通路55が形成されており、上記ガス通路53がこれらガス通路55に連通している。さらにこのガス通路55が下段ブロック体50cの吐出孔57に連通している。また、上段ブロック体50aの中では、第2のガス導入口52から多数のガス通路54が分岐している。中段ブロック体50bにはガス通路56が形成されており、上記ガス通路54がこれらガス通路56に連通している。さらにこのガス通路56が下段ブロック体50cの吐出孔58に連通している。そして、上記第1および第2のガス導入口51,52は、ガス供給機構60のガスラインに接続されている。 A shower head 50 is provided on the top wall 41 a of the chamber 41 via an insulating member 49. The shower head 50 includes an upper block body 50a, an intermediate block body 50b, and a lower block body 50c. Discharge holes 57 and 58 for discharging gas are alternately formed in the lower block body 50c. A first gas inlet 51 and a second gas inlet 52 are formed on the upper surface of the upper block body 50a. In the upper block body 50 a, a large number of gas passages 53 are branched from the first gas introduction port 51. Gas passages 55 are formed in the middle block body 50 b, and the gas passages 53 communicate with these gas passages 55. Further, the gas passage 55 communicates with the discharge hole 57 of the lower block body 50c. In the upper block body 50a, a large number of gas passages 54 are branched from the second gas introduction port 52. Gas passages 56 are formed in the middle block body 50 b, and the gas passages 54 communicate with the gas passages 56. Further, the gas passage 56 communicates with the discharge hole 58 of the lower block body 50c. The first and second gas inlets 51 and 52 are connected to a gas line of the gas supply mechanism 60.
ガス供給機構60は、クリーニングガスであるClF3ガスを供給するClF3ガス供給源61、Ti含有ガスであるTiCl4ガスを供給するTiCl4ガス供給源62、プラズマガスであるArガスを供給するArガス供給源63、還元ガスであるH2ガスを供給するH2ガス供給源64、NH3ガスを供給するNH3ガス供給源71を有している。そして、ClF3ガス供給源61にはガスライン65が、TiCl4ガス供給源62にはガスライン66が、Arガス供給源63にはガスライン67が、H2ガス供給源64にはガスライン68が、NH3ガス供給源71にはガスライン79がそれぞれ接続されている。また、各ラインにはバルブ69、バルブ77およびマスフローコントローラ70が設けられ、TiCl4ガス供給源62から延びるガスライン66には、排気装置76と繋がるガスライン80がバルブ78を介して接続されている。前記第1のガス導入口51にはTiCl4ガス供給源62から延びるガスライン66が接続されており、このガスライン66にはClF3ガス供給源61から延びるガスライン65およびArガス供給源63から延びるガスライン67が接続されている。また、前記第2のガス導入口52にはH2ガス供給源64から延びるガスライン68およびNH3ガス供給源71から延びるガスライン79が接続されている。したがって、プロセス時には、TiCl4ガス供給源62からのTiCl4ガスがArガスにキャリアされてガスライン66を介してシャワーヘッド50の第1のガス導入口51からシャワーヘッド50内に至り、ガス通路53,55を経て吐出孔57からチャンバー41内へ吐出される一方、H2ガス供給源64からのH2ガスがガスライン68を介してシャワーヘッド50の第2のガス導入口52からシャワーヘッド50内に至り、ガス通路54,56を経て吐出孔58からチャンバー41内へ吐出される。すなわち、シャワーヘッド50は、TiCl4ガスとH2ガスとが全く独立してチャンバー41内に供給されるポストミックスタイプとなっており、これらは吐出後に混合され反応が生じる。なお、各ガスラインのバルブやマスフローコントローラは図示しないコントローラにより制御される。 Gas supply mechanism 60 supplies a cleaning gas supplying ClF 3 gas is ClF 3 gas supply source 61, Ti-containing TiCl 4 gas TiCl 4 gas supply source 62 for supplying a gas, Ar gas is a plasma gas Ar gas supply source 63, a NH 3 gas supply source 71 for supplying H 2 gas to supply H 2 gas supply source 64, an NH 3 gas as a reducing gas. Then, ClF 3 gas line 65 to a gas supply source 61, a gas line 66 to the TiCl 4 gas supply source 62, a gas line 67 in an Ar gas supply source 63, H 2 gas supply source 64 gas in line 68, and a gas line 79 is connected to the NH 3 gas supply source 71, respectively. Each line is provided with a valve 69, a valve 77, and a mass flow controller 70. A gas line 80 connected to an exhaust device 76 is connected to a gas line 66 extending from the TiCl 4 gas supply source 62 via a valve 78. Yes. A gas line 66 extending from a TiCl 4 gas supply source 62 is connected to the first gas inlet 51, and a gas line 65 extending from a ClF 3 gas supply source 61 and an Ar gas supply source 63 are connected to the gas line 66. A gas line 67 extending from is connected. A gas line 68 extending from the H 2 gas supply source 64 and a gas line 79 extending from the NH 3 gas supply source 71 are connected to the second gas introduction port 52. Therefore, when the process reaches the first gas inlet port 51 of the shower head 50 through the TiCl 4 gas is a carrier of Ar gas gas line 66 from the TiCl 4 gas supply source 62 to the showerhead 50, the gas passage The H 2 gas from the H 2 gas supply source 64 is discharged from the second gas introduction port 52 of the shower head 50 through the gas line 68 while being discharged into the chamber 41 from the discharge hole 57 through 53 and 55. 50 is discharged from the discharge hole 58 into the chamber 41 through the gas passages 54 and 56. That is, the shower head 50 is a post-mix type in which TiCl 4 gas and H 2 gas are supplied into the chamber 41 completely independently, and these are mixed and reacted after discharge. The valves and mass flow controllers of each gas line are controlled by a controller (not shown).
シャワーヘッド50には、整合器72を介して高周波電源73が接続されており、この高周波電源73からシャワーヘッド50に高周波電力が供給されることにより、シャワーヘッド50を介してチャンバー41内に供給されたガスがプラズマ化され、これにより成膜反応が進行される。高周波電力が供給される電極として機能するシャワーヘッド50の対向電極として、サセプタ42の上部に、例えば、モリブデン線等をメッシュ状に編み込んでなる電極74が埋設されている。この電極74には整合器81を介して高周波電源82が接続されており、バイアス電圧を得るための高周波電圧が印加されるようになっている。 A high frequency power source 73 is connected to the shower head 50 via a matching unit 72. When the high frequency power is supplied from the high frequency power source 73 to the shower head 50, the shower head 50 is supplied into the chamber 41 via the shower head 50. The formed gas is turned into plasma, whereby the film formation reaction proceeds. As a counter electrode of the shower head 50 that functions as an electrode to which high-frequency power is supplied, an electrode 74 formed by weaving, for example, a molybdenum wire or the like in a mesh shape is embedded above the susceptor 42. A high-frequency power source 82 is connected to the electrode 74 via a matching unit 81 so that a high-frequency voltage for obtaining a bias voltage is applied.
チャンバー41の底壁41bには、排気管75が接続されており、この排気管75には真空ポンプを含む排気装置76が接続されている。そしてこの排気装置76を作動させることによりチャンバー41内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。 An exhaust pipe 75 is connected to the bottom wall 41 b of the chamber 41, and an exhaust device 76 including a vacuum pump is connected to the exhaust pipe 75. By operating the exhaust device 76, the inside of the chamber 41 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum.
次に、Ti膜成膜装置におけるTi膜形成プロセスについて説明する。
まず、ヒーター45によりチャンバー41内を500〜700℃に加熱しながら排気装置76によりチャンバー41内を排気して所定の真空状態とし、ArガスおよびH2ガスを所定の流量比で、例えばArガスを0.1〜5L/min、H2ガスを0.5〜10L/minでチャンバー41内に導入しつつ、高周波電源73からシャワーヘッド50に高周波電力を供給してチャンバー41内にプラズマを生成させ、さらに所定流量のTiCl4ガスを、例えば0.001〜0.05L/minで供給してチャンバー41内にTi膜のプリコート処理を行う。その後、TiCl4ガスを停止して、NH3ガスを例えば0.1〜3L/minでチャンバー41内に導入して、プラズマを生成してプリコートTi膜を窒化して安定化させる。
Next, a Ti film forming process in the Ti film forming apparatus will be described.
First, while the chamber 41 is heated to 500 to 700 ° C. by the heater 45, the chamber 41 is evacuated by the exhaust device 76 to a predetermined vacuum state, and Ar gas and H 2 gas are supplied at a predetermined flow ratio, for example, Ar gas. Is introduced into the chamber 41 at a rate of 0.1 to 5 L / min and H 2 gas at a rate of 0.5 to 10 L / min, and high frequency power is supplied from the high frequency power source 73 to the shower head 50 to generate plasma in the chamber 41. is allowed, the further predetermined flow rate TiCl 4 gas, performs pre-coating process of the Ti film in the chamber 41 is supplied, for example 0.001~0.05L / min. Then, stop the TiCl 4 gas, is introduced into the chamber 41 the NH 3 gas, for example in 0.1~3L / min, is stabilized by nitriding the precoat Ti film to generate plasma.
次いで、図示しないゲートバルブを開いて、図示しないロードロック室からチャンバー41内にSiウエハ1を装入し、サセプタ42上にSiウエハ1を載置し、排気装置76によりチャンバー41内を排気しつつ、ヒーター45によりウエハWを加熱し、H2ガスを0.5〜10.0L/min、好ましくは0.5〜5.0L/min、Arガスを0.1〜5.0L/min、好ましくは0.3〜2.0L/minの流量でチャンバー41内に導入する。次に、ArガスとH2ガスを維持したまま、チャンバー41内を40〜1333Pa、好ましくは133.3〜666.5Paにする。これらの流量を維持したまま、TiCl4ガスを0.001〜0.05L/min、好ましくは0.001〜0.02L/minの流量でチャンバー41内に導入してプリフローを行った後、ヒーター45によるSiウエハ1の加熱温度(サセプタ温度)を500〜700℃程度、好ましくは600℃程度に維持して、高周波電源73からシャワーヘッド50に300kHz〜60MHz、好ましくは400〜450kHzの周波数で、200〜1000W、好ましくは200〜500Wの高周波電力を供給し、チャンバー41内にプラズマを生成し、プラズマ化したガス中でTi膜を成膜する。 Next, the gate valve (not shown) is opened, the Si wafer 1 is loaded into the chamber 41 from a load lock chamber (not shown), the Si wafer 1 is placed on the susceptor 42, and the chamber 41 is exhausted by the exhaust device 76. While heating the wafer W with the heater 45, the H 2 gas is 0.5 to 10.0 L / min, preferably 0.5 to 5.0 L / min, the Ar gas is 0.1 to 5.0 L / min, Preferably, the gas is introduced into the chamber 41 at a flow rate of 0.3 to 2.0 L / min. Next, while maintaining the Ar gas and H 2 gas, the inside of the chamber 41 is set to 40 to 1333 Pa, preferably 133.3 to 666.5 Pa. While maintaining these flow rates, after pre-flowing by introducing TiCl 4 gas into the chamber 41 at a flow rate of 0.001 to 0.05 L / min, preferably 0.001 to 0.02 L / min, the heater The heating temperature (susceptor temperature) of the Si wafer 1 by 45 is maintained at about 500 to 700 ° C., preferably about 600 ° C., and the frequency of 300 kHz to 60 MHz, preferably 400 to 450 kHz, from the high frequency power source 73 to the shower head 50, A high frequency power of 200 to 1000 W, preferably 200 to 500 W, is supplied to generate plasma in the chamber 41, and a Ti film is formed in a plasma gas.
このようにしてTi膜が堆積されると同時に、このTi膜は下地のSiウエハ1からSiを吸い上げてTiとSiとの反応によりTiSi2膜が形成される。この場合に、上述したようにSiウエハ1の表面には絶対値が200Vと従来の自然酸化膜除去の場合よりも極めて高いVdcが印加されているので、Siウエハ1の表面では、自然酸化膜が除去されるのみならず、Siウエハ1の面にプラズマ中のイオンがより強く作用し、成膜下地のSiウエハ1の表面が全体的にアモルファス化し、Si単結晶よりも未結合Si(結合が切れた部分)が多く、反応性が高い状態が形成されている。これにより、抵抗が低いC54結晶構造のチタンシリサイドを従来よりも低いウエハ温度で多く存在させることが可能になる。したがって、成膜温度を上昇させることなく従来よりも薄膜で低抵抗のチタンシリサイド膜を形成することができ、その結果、コンタクト抵抗を低くすることができる。 At the same time as the Ti film is deposited in this way, this Ti film sucks up Si from the underlying Si wafer 1 and a TiSi 2 film is formed by the reaction between Ti and Si. In this case, as described above, an absolute value of 200 V is applied to the surface of the Si wafer 1, which is much higher than that in the case of conventional natural oxide film removal. Not only is removed, but ions in the plasma act more strongly on the surface of the Si wafer 1, and the surface of the Si wafer 1 as a base for film formation becomes amorphous as a whole. There are many broken portions), and a highly reactive state is formed. As a result, a large amount of titanium silicide having a C54 crystal structure with low resistance can be present at a lower wafer temperature than in the prior art. Therefore, it is possible to form a titanium silicide film having a lower thickness and lower resistance than before without increasing the film formation temperature, and as a result, the contact resistance can be lowered.
また、下地のSiウエハ1の表面がこのように反応性の高い状態となっているので、従来のTiSi2膜と同じ膜を形成するための温度を50〜100℃程度低くすることができる。 Further, since the surface of the underlying Si wafer 1 is in such a highly reactive state, the temperature for forming the same film as the conventional TiSi 2 film can be lowered by about 50 to 100 ° C.
Ti膜の成膜は、上記のようにTiCl4ガスの供給とH2ガスの供給とプラズマ生成とを同時的に行ってもよいが、最初にTiCl4ガスを短時間供給してTi膜の吸着反応(TiとSiとの反応)を生じさせた後、TiCl4ガスとH2ガスとArガスとプラズマ生成でTi膜を成膜する工程、H2ガスとArガスの導入+プラズマ生成を行う工程を複数回繰り返すプロセス、例えばALD(Atomic Layered Deposition)プロセスで行うこともできる。これにより成膜温度をさらに低下させることができ、500℃以下、例えば350℃程度でも成膜可能となる。また、Ti膜の成膜において、プラズマ生成に先立ってTiCl4ガスを所定時間供給してSiウエハ上にTi−Si結合を生じさせ、次いでプラズマを生成するようにしてもよい。これによりチタンシリサイド膜の抵抗を一層低下させることができる。 The Ti film may be formed by supplying TiCl 4 gas, supplying H 2 gas, and generating plasma simultaneously as described above. First, TiCl 4 gas is supplied for a short time to form the Ti film. after that caused the adsorption reaction (reaction between Ti and Si), a step of forming a Ti film with TiCl 4 gas and H 2 gas and Ar gas and plasma generation, the introduction + plasma generation of H 2 gas and Ar gas It can also be performed by a process in which the steps to be performed are repeated a plurality of times, for example, an ALD (Atomic Layered Deposition) process. As a result, the film formation temperature can be further lowered, and film formation can be performed at 500 ° C. or less, for example, about 350 ° C. Further, in the formation of the Ti film, causing Ti-Si bonds on the Si wafer of the TiCl 4 gas before the plasma generation is supplied a predetermined time, and then it may generate the plasma. Thereby, the resistance of the titanium silicide film can be further reduced.
その後、必要に応じてTiSi2膜4の表面の窒化処理を行うが、この場合には、サセプタ42の温度を350〜700℃程度、好ましくは600℃にして、図3の装置のチャンバー41内へNH3ガス供給源71からNH3ガスを例えば0.1〜3L/minの流量で、ArガスおよびH2ガスとともに流し、高周波の印加によりプラズマを生成して処理を行うことができる。窒化処理時のチャンバー41内圧力、温度、プラズマ生成条件、Arガス流量、およびH2ガス流量等は、Ti成膜時と同じである。 Thereafter, nitriding treatment of the surface of the TiSi 2 film 4 is performed as necessary. In this case, the temperature of the susceptor 42 is set to about 350 to 700 ° C., preferably 600 ° C., and the inside of the chamber 41 of the apparatus of FIG. The NH 3 gas can be supplied from the NH 3 gas supply source 71 at a flow rate of, for example, 0.1 to 3 L / min together with Ar gas and H 2 gas, and plasma can be generated by applying a high frequency. The pressure in the chamber 41, temperature, plasma generation conditions, Ar gas flow rate, H 2 gas flow rate, and the like during nitriding are the same as those during Ti film formation.
このようにして所定枚数の成膜後、チャンバー41内にClF3ガス供給源61からClF3ガスを供給し、チャンバー内のクリーニングを行う。 After forming a predetermined number of the way, to supply ClF 3 gas from ClF 3 gas supply source 61 into the chamber 41, for cleaning the chamber.
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
第2の実施形態においては、図4の(a)に示すように上記図1の(a)と同様の処理を行い、次いで、図4の(b)に示すように、高周波を用いたプラズマによりSiウエハ1の表面の自然酸化膜を除去する。引き続き、図4の(c)に示すように、Siウエハ1にTiCl4ガス等のTi含有原料ガスを供給し、プラズマを生成してTi膜を成膜し、Ti膜とSiウエハ1のSiとの反応によりTiSi2膜4を形成する。この処理は図1の(c)と基本的には同様であるが、ここでは、最初にH2ガス,Arガスを供給し、その後、プラズマを生成せずにTiCl4ガス等のTi含有原料ガスを所定時間供給してTi−Si結合を生じさせ、次いでプラズマを生成する。その後、必要に応じて図4の(d)に示すように、図1の(d)と同様の処理を行い、TiSi2膜4の表面にプラズマ窒化処理を施す。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the second embodiment, as shown in FIG. 4 (a), the same processing as in FIG. 1 (a) is performed, and then, as shown in FIG. 4 (b), plasma using high frequency is used. Thus, the natural oxide film on the surface of the Si wafer 1 is removed. Subsequently, as shown in FIG. 4C, a Ti-containing source gas such as TiCl 4 gas is supplied to the Si wafer 1, plasma is generated to form a Ti film, and the Ti film and the Si wafer 1 are formed. The TiSi 2 film 4 is formed by the reaction. This process is basically the same as in FIG. 1C, but here, H 2 gas and Ar gas are first supplied, and then a Ti-containing raw material such as TiCl 4 gas is generated without generating plasma. A gas is supplied for a predetermined time to generate a Ti-Si bond, and then a plasma is generated. Thereafter, as shown in FIG. 4D, the same processing as in FIG. 1D is performed as necessary, and the surface of the TiSi 2 film 4 is subjected to plasma nitriding.
本実施形態では、図4(b)の自然酸化膜を除去する処理は、第1の実施形態の図1(b)を実施する装置と同様の装置を用いて行うことができる。この実施形態では自然酸化膜を除去するだけでよいので、SiウエハのVdcの絶対値を100〜180V程度にし、他の条件は上記条件と同様にして処理を行うことができる。ただし、この実施形態においてもVdcの絶対値が200V以上として処理を行うことが有効である。 In the present embodiment, the process of removing the natural oxide film in FIG. 4B can be performed using an apparatus similar to the apparatus that implements FIG. 1B of the first embodiment. In this embodiment, since only the natural oxide film needs to be removed, the absolute value of Vdc of the Si wafer can be set to about 100 to 180 V, and the other conditions can be processed in the same manner as the above conditions. However, also in this embodiment, it is effective to perform the processing with the absolute value of Vdc being 200 V or more.
次の図4(c)に示すTiSi2膜の成膜処理は、上述の図3に示す装置によって基本的に同様の成膜条件により処理が行われるが、本実施形態では、プラズマ形成せずにTiCl4を供給し、その後にプラズマを形成して処理を行う。具体的には、サセプタ42上にSiウエハ1を載置した後、ヒーター45によりウエハWを加熱しながら排気装置76によりチャンバー41内を排気してチャンバー41内を上記所定圧力にし、図5にタイミングを示すように、H2ガスおよびArガスを上記所定流量でチャンバー41内に導入してプリフローを行った後、これらの流量を維持したままTiCl4ガスを上記所定の流量でT秒間流してSiウエハ1上にTi−Si結合を生じさせ、その後、高周波電源73から上記所定の高周波電力を供給し、チャンバー41内にプラズマを生成して、成膜処理を継続する。このプラズマ生成の前のTiCl4ガスの供給時間Tは2秒間以上、好ましくは2〜30秒間、例えば10秒間に設定される。 The film forming process for the TiSi 2 film shown in FIG. 4C is performed under basically the same film forming conditions by the apparatus shown in FIG. 3, but in this embodiment, no plasma is formed. TiCl 4 is supplied to the substrate, and then plasma is formed to perform processing. Specifically, after the Si wafer 1 is placed on the susceptor 42, the chamber 41 is evacuated by the exhaust device 76 while the wafer W is heated by the heater 45, and the chamber 41 is brought to the predetermined pressure. As shown in the timing, after introducing H 2 gas and Ar gas into the chamber 41 at the predetermined flow rate and performing preflow, TiCl 4 gas is allowed to flow at the predetermined flow rate for T seconds while maintaining these flow rates. Ti—Si bonds are generated on the Si wafer 1, and then the predetermined high frequency power is supplied from the high frequency power source 73 to generate plasma in the chamber 41, and the film forming process is continued. The supply time T of TiCl 4 gas before the plasma generation is set to 2 seconds or more, preferably 2 to 30 seconds, for example, 10 seconds.
従来は、Ti含有原料ガスであるTiCl4ガス供給とプラズマ形成とを同時に行っていたため、Siウエハ1の表面に十分なTiCl4ガスが供給される前にプラズマが形成され、コンタクト底面であるSiウエハ1の表面上のTi−Si結合が少ない状態でTiSi2が急な結晶成長を開始し、コンタクトホールの底面上においてTi−Si結合の数に依存し異状成長して不均一な結晶が形成されていた。例えば直径が0.2μmのSiコンタクト面に比較的大きな50nm程度であると数個のTiSi2結晶が形成され、比較的小さな20nm程度であると10〜20個のTiSi2結晶が形成される。従来はこれに起因してコンタクト抵抗の増大が生じていたが、本実施形態のように、最初にプラズマを生成せずにTi含有原料ガスであるTiCl4ガスを所定時間供給してSiウエハ1の表面全体に徐々にTi−Si結合を生じさせることにより、TiSi2が結晶成長を開始する前に十分なTi−Si結合が生じる。したがって、所定時間後のプラズマ生成により均一なTiSi2結晶の成長を生じ、結晶粒、結晶性(配向性)も均一になる。このため、チタンシリサイド自体が低抵抗となるとともに、チタンシリサイドとSiウエハ1との接触が均一となり、コンタクト抵抗を低くすることができる。 Conventionally, TiCl 4 gas supply, which is a Ti-containing source gas, and plasma formation are performed at the same time. Therefore, plasma is formed before sufficient TiCl 4 gas is supplied to the surface of the Si wafer 1, and Si is the bottom surface of the contact. TiSi bonds on the surface of the wafer 1 starts TiSi 2 is a rapid crystal growth with less, depending on the number of TiSi bonds on the bottom surface of the contact hole to grow abnormal uneven crystals formed It had been. For example diameter several TiSi 2 crystals when a relatively large 50nm about the Si contact surface of 0.2μm is formed, relatively is small 20nm about the 10-20 TiSi 2 crystals are formed. Conventionally, the contact resistance has been increased due to this. However, as in this embodiment, TiCl 4 gas, which is a Ti-containing source gas, is supplied for a predetermined time without first generating plasma. By gradually forming Ti-Si bonds over the entire surface, sufficient Ti-Si bonds are formed before TiSi 2 starts crystal growth. Therefore, uniform TiSi 2 crystal growth is caused by plasma generation after a predetermined time, and crystal grains and crystallinity (orientation) become uniform. For this reason, the titanium silicide itself has a low resistance, and the contact between the titanium silicide and the Si wafer 1 becomes uniform, so that the contact resistance can be lowered.
なお、本実施形態においても、第1の実施形態と同様、Ti膜成膜において、TiCl4ガスの供給と還元ガスであるH2ガスの供給+プラズマ生成とを交互的に行うことができる。この場合には、最初のTiCl4の供給がプリフローに相当する。 In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the TiCl 4 gas supply and the reduction gas H 2 gas supply + plasma generation can be alternately performed in the Ti film formation. In this case, the first supply of TiCl 4 corresponds to the preflow.
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
第3の実施形態においては、上記図4(a)および図4(b)と同様にして、Siウエハ1上にコンタクトホールを形成後、高周波を用いたプラズマによりSiウエハの表面の酸化膜を除去する。引き続き、上記図4(c)と同様に、TiSi2膜を形成する。このTiSi2膜の形成工程は、図4(c)と基本的には同様であるが、ここでは、最初にプラズマを生成せずにTi含有原料ガスであるTiCl4ガスを所定時間供給してTi−Si結合を生じさせた後、プラズマを生成してTi膜の成膜を行う際に、Ti含有原料ガスであるTiCl4ガスを、最初に低流量で供給し、次いで高流量で供給する。その後、必要に応じて図4(d)と同様に、TiSi2膜の表面に窒化処理を施す。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In the third embodiment, a contact hole is formed on the Si wafer 1 in the same manner as in FIGS. 4A and 4B, and then an oxide film on the surface of the Si wafer is formed by plasma using high frequency. Remove. Subsequently, a TiSi 2 film is formed as in FIG. The process of forming this TiSi 2 film is basically the same as that in FIG. 4C, but here, TiCl 4 gas, which is a Ti-containing source gas, is supplied for a predetermined time without first generating plasma. After Ti—Si bond is generated, when Ti film is formed by generating plasma, TiCl 4 gas, which is a Ti-containing source gas, is first supplied at a low flow rate and then at a high flow rate. . Thereafter, as necessary, the surface of the TiSi 2 film is subjected to nitriding as in FIG.
本実施形態のTiSi2膜の形成工程においては、図6のタイミングチャートに示すように、まず、H2ガスおよびArガスを所定流量でチャンバー41内に導入してプリフローを行った後、これらの流量を維持したままTiCl4ガスを所定流量(低流量F1)でT1秒間流してSiウエハ1上にTi−Si結合を生じさせる。そして、引き続きTiCl4ガスを上記低流量F1で流した状態で、高周波電源73から上記所定の高周波電力を供給し、チャンバー41内にプラズマを生成して成膜処理を開始する。この低流量F1でのTiCl4ガスの供給をT2秒間維持することにより、Siとの反応を緩やかに進行させる。次いで、TiCl4ガスの流量を高流量F2に上げ、成膜速度を上げて成膜する。TiCl4ガス流量は、チャンバーの容積に応じて0.0005〜0.02L/minの範囲で適宜設定される。300mmφウエハ対応のTi成膜装置チャンバ−においては、例えば、低流量F1は0.001〜0.012L/minに、高流量F2は0.012〜0.020L/minに設定され、200mmφウエハ対応のチャンバーにおいては、例えば、低流量F1は0.0005〜0.0046L/minに、高流量F2は0.0046〜0.010L/minに設定される。また、プラズマ生成に先立つTiCl4の供給時間T1は、例えば1〜30秒間に、低流量F1でのTiCl4の供給時間T2は、例えば5〜60秒、好ましくは5〜30秒に設定される。 In the step of forming the TiSi 2 film of the present embodiment, as shown in the timing chart of FIG. 6, first, after the pre-flow by introducing H 2 gas and Ar gas into the chamber 41 at a predetermined flow rate, these causing Ti-Si bonds on the Si wafer 1 to leave the TiCl 4 gas was maintained flow flowing T1 seconds at a predetermined flow rate (low flow F1). Then, the predetermined high frequency power is supplied from the high frequency power source 73 with the TiCl 4 gas flowing at the low flow rate F1, and plasma is generated in the chamber 41 to start the film forming process. By maintaining the supply of the TiCl 4 gas at the low flow rate F1 for T2 seconds, the reaction with Si proceeds slowly. Next, the flow rate of TiCl 4 gas is increased to a high flow rate F2, and the film formation rate is increased to form a film. The TiCl 4 gas flow rate is appropriately set in the range of 0.0005 to 0.02 L / min according to the volume of the chamber. In a Ti film forming apparatus chamber compatible with a 300 mmφ wafer, for example, the low flow rate F1 is set to 0.001 to 0.012 L / min, and the high flow rate F2 is set to 0.012 to 0.020 L / min. In this chamber, for example, the low flow rate F1 is set to 0.0005 to 0.0046 L / min, and the high flow rate F2 is set to 0.0046 to 0.010 L / min. Further, the supply time T1 of TiCl 4 prior to plasma generation is set to, for example, 1 to 30 seconds, and the supply time T2 of TiCl 4 at the low flow rate F1 is set to, for example, 5 to 60 seconds, preferably 5 to 30 seconds. .
プラズマを生成してTi膜を成膜する際に、最初からTi含有原料ガスを成膜用の高流量で供給すると、Siとの反応が急激に進み、図7(a)に示すように、粒径の大きなTiSi2結晶が形成され、TiSi2膜とSiウエハ1との界面のモホロジーが悪化してしまうおそれがあるが、本実施形態の構成のように、最初に低流量のガスを供給してSiとの反応を緩やかに進行させることにより、図7(b)に示すように、粒径の小さい均一なTiSi2結晶を形成することが可能になる。したがって、その後の高流量ガスの供給により成膜速度を上昇させた際にも均一な結晶成長を生じさせることができ、その結果、微細かつ均一な結晶粒を有するチタンシリサイド膜を形成することができるので、界面モホロジーを良好にすることができる。 When forming a Ti film by generating plasma, if a Ti-containing source gas is supplied from the beginning at a high flow rate for film formation, the reaction with Si proceeds rapidly, as shown in FIG. Although a TiSi 2 crystal having a large particle size is formed and the morphology of the interface between the TiSi 2 film and the Si wafer 1 may be deteriorated, a low flow rate gas is first supplied as in the configuration of this embodiment. Then, by slowly advancing the reaction with Si, it becomes possible to form a uniform TiSi 2 crystal having a small particle size, as shown in FIG. 7B. Accordingly, even when the film formation rate is increased by the subsequent supply of a high flow rate gas, uniform crystal growth can be caused, and as a result, a titanium silicide film having fine and uniform crystal grains can be formed. Therefore, the interface morphology can be improved.
なお、第1の実施形態のように、Siウエハに絶対値200V以上のVdcを印加してTiSi2成膜処理を行った場合には、粒径の大きなTiSi2結晶が形成されやすく、界面モホロジーが悪化しやすいから、本実施形態のプラズマ生成に先立ってTiCl4を所定時間供給し、その後、最初に低流量でTiCl4を供給しながらプラズマを生成してTi膜を成膜して界面モホロジーを改善する方法は、特にこのようなる場合に有効である。 In addition, as in the first embodiment, when a TiSi 2 film forming process is performed by applying Vdc of an absolute value of 200 V or more to the Si wafer, a TiSi 2 crystal having a large particle size is likely to be formed, and the interface morphology Since TiCl 4 is supplied for a predetermined time prior to plasma generation in this embodiment, plasma is first generated while TiCl 4 is supplied at a low flow rate, and a Ti film is formed to form an interface morphology. The method of improving is particularly effective in such a case.
次に、本発明の効果を確認した実験結果について説明する。
(1)第1の実施形態の実験
ここでは、まず、図2の装置を用いてSiウエハ表面に高周波を用いたプラズマ処理を施した。この際の条件は高周波電源18のパワーを500W、バイアス用の高周波電源31のパワーを800Wとして、Vdcが−530Vになるようにして行った。その後、図3の装置を用いて、サセプタ温度640℃、ウエハ温度620℃で31秒間処理を行い、厚さ43nmのTiSi2膜を成膜した。
Next, experimental results confirming the effects of the present invention will be described.
(1) Experiment of 1st Embodiment Here, first, plasma processing using high frequency was performed on the Si wafer surface using the apparatus of FIG. The conditions at this time were such that the power of the high frequency power supply 18 was 500 W, the power of the bias high frequency power supply 31 was 800 W, and Vdc was −530 V. Thereafter, using the apparatus shown in FIG. 3, a treatment was performed at a susceptor temperature of 640 ° C. and a wafer temperature of 620 ° C. for 31 seconds to form a 43 nm thick TiSi 2 film.
その際のX線回折プロファイルを図8に示す。図8に示すように、実施形態1に従って形成したTiSi2膜はこれらに示すように、結晶構造C54のTiSi2のピーク強度が強く、C54が70%程度形成していることが確認された。 The X-ray diffraction profile at that time is shown in FIG. As shown in FIG. 8, the TiSi 2 film formed according to Embodiment 1 has a strong peak intensity of TiSi 2 having a crystal structure C54, and it has been confirmed that C54 is formed about 70%.
また、そのサンプルのホール部分の断面のSEM写真を図9に示す。なお、図9はフッ酸でエッチングしており、TiSi2膜がエッチングにより抜けている。図9に示すように、TiSi2膜の存在していた部分が薄く均一であり、結晶粒径が揃っていることが推測される。 Further, an SEM photograph of the cross section of the hole portion of the sample is shown in FIG. In FIG. 9, etching is performed with hydrofluoric acid, and the TiSi 2 film is removed by etching. As shown in FIG. 9, it is estimated that the portion where the TiSi 2 film was present was thin and uniform, and the crystal grain size was uniform.
(2)第2の実施形態の実験
ここでは、図2の装置を用いて自然酸化膜を除去した後、図3の装置によるTiSi2膜の成膜において、プラズマ生成に先立って10秒間TiCl4を供給した。サセプタ温度640℃、ウエハ温度620℃で20秒間処理を行い、厚さ27nmのTiSi2膜を成膜した。
(2) Experiment of Second Embodiment Here, after removing the natural oxide film using the apparatus of FIG. 2, in the formation of the TiSi 2 film by the apparatus of FIG. 3, TiCl 4 is formed for 10 seconds prior to plasma generation. Supplied. Susceptor temperature 640 ° C., at a wafer temperature 620 ° C. for 20 seconds treatment was deposited TiSi 2 film having a thickness of 27 nm.
その際のX線回折プロファイルを図10に示す。図10に示すように、結晶構造C54のTiSi2のピークが見られC54が生成されているのが確認された。 The X-ray diffraction profile at that time is shown in FIG. As shown in FIG. 10, the peak of TiSi 2 having a crystal structure C54 was observed, confirming that C54 was generated.
また、そのサンプルのホール部分の断面のSEM写真を図11に示す。なお、図11はフッ酸でエッチングしており、TiSi2膜がエッチングにより抜けている。図11に示すように、この場合にもTiSi2膜の存在していた部分が薄く均一であり、結晶粒径が揃っていることが推測される。 Further, an SEM photograph of a cross section of the hole portion of the sample is shown in FIG. In FIG. 11, etching is performed with hydrofluoric acid, and the TiSi 2 film is removed by etching. As shown in FIG. 11, in this case as well, it is assumed that the portion where the TiSi 2 film was present was thin and uniform, and the crystal grain sizes were uniform.
(3)従来サンプル
図12は、第1の実施形態に従って製造したサンプルの別の部分のX線回折プロファイル(A)と、Vdcを通常の自然酸化膜除去の条件でプラズマ処理を行った後に成膜したサンプルのX線回折プロファイル(B)およびこのようなプラズマ処理を行わずに成膜したサンプルのX線回折プロファイル(C)とを比較して示すものである。図12に示すように、(A)はC54のピークが高いのに対し、プラズマ処理を通常の条件で行った(B)の場合には、結晶構造C54のTiSi2のピークがほとんど見られず、ほぼC49の結晶構造となっており、(C)のプラズマ処理を行わなかった場合にはC49のピークも低く、結晶性が悪くなっていることが確認された。
(3) Conventional Sample FIG. 12 shows an X-ray diffraction profile (A) of another part of the sample manufactured according to the first embodiment and Vdc after plasma treatment under normal natural oxide film removal conditions. The X-ray diffraction profile (B) of the filmed sample is compared with the X-ray diffraction profile (C) of the sample formed without performing such plasma treatment. As shown in FIG. 12, (A) has a high peak of C54, whereas in the case of (B) in which the plasma treatment was performed under normal conditions, the TiSi 2 peak of crystal structure C54 was hardly seen. The crystal structure was substantially C49, and when the plasma treatment of (C) was not performed, the peak of C49 was low and it was confirmed that the crystallinity was poor.
また、本発明の処理を行わない従来のサンプルのホール部分の断面のSEM写真を図13に示す。なお、図13はフッ酸でエッチングしており、TiSi2膜がエッチングにより抜けている。図13に示すように、TiSi2膜の存在していた部分が厚く不均一に抜けており、結晶粒径が不均一であることが推測される。 Further, FIG. 13 shows an SEM photograph of a cross section of a hole portion of a conventional sample not subjected to the processing of the present invention. In FIG. 13, etching is performed with hydrofluoric acid, and the TiSi 2 film is removed by etching. As shown in FIG. 13, the portion where the TiSi 2 film was present is thick and non-uniform, and it is estimated that the crystal grain size is non-uniform.
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく本発明の思想の範囲内で種々変更可能である。例えば、上記実施形態ではTiSi2膜の形成に先立って行われる高周波を用いたプラズマでの処理をICPプラズマにより行ったが、これに限定されずに平行平板型プラズマ(容量結合プラズマ)で行ってもよし、チャンバー内に直接マイクロ波を導入するマイクロ波プラズマで行ってもよい。ただし、ICPプラズマのほうが不必要なダメージを被処理体に与える懸念が小さく好ましい。また、第2の実施形態のように自然酸化膜の除去の場合には、基板へのダメージの小さいリモートプラズマを好適に用いることができる。さらに、TiSi2膜の下地としてSiウエハを用いた例について示したが、これに限らずpoly−Siであってもよいし、Siに限らず金属シリサイドであってもよい。さらにまた、原料ガスとしてTiCl4ガスを用いた場合を例にとって説明したが、これに限定されず、Ti含有原料ガスならばどのようなものでもよく、例えば有機チタンとしてTDMAT(ジメチルアミノチタニウム)、TDEAT(ジエチルアミノチタン)等を用いることもできる。さらにまた、Ti含有原料ガスを用いてチタンシリサイド膜を形成する場合を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば、Ni、Co、Pt、Mo、Ta、Hf、Zr等の金属含有原料ガスを用いてこれら金属のシリサイド膜を形成する場合にも同様な効果を得ることができる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the idea of the present invention. For example, in the above embodiment, the plasma processing using the high frequency performed prior to the formation of the TiSi 2 film is performed using ICP plasma, but the present invention is not limited to this, and parallel plate plasma (capacitive coupling plasma) is used. Alternatively, it may be performed by microwave plasma in which microwaves are directly introduced into the chamber. However, ICP plasma is preferable because it is less likely to cause unnecessary damage to the object to be processed. In the case of removing the natural oxide film as in the second embodiment, remote plasma with little damage to the substrate can be suitably used. Furthermore, although the example using the Si wafer as the base of the TiSi 2 film has been shown, the present invention is not limited to this, and poly-Si may be used, and not only Si but also metal silicide may be used. Furthermore, the case where TiCl 4 gas is used as the source gas has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and any Ti-containing source gas may be used. For example, TDMAT (dimethylamino titanium) as organic titanium, TDEAT (diethylamino titanium) or the like can also be used. Furthermore, the case where a titanium silicide film is formed using a Ti-containing source gas has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a metal-containing source such as Ni, Co, Pt, Mo, Ta, Hf, Zr, etc. The same effect can be obtained when a silicide film of these metals is formed using a gas.
また、上記第3の実施形態においては、自然酸化膜を除去後に、プラズマを生成せずにTi含有原料ガスを所定時間供給し、その後Ti含有原料ガスを最初は低流量で、次いで高流量で供給しながらプラズマを生成してTiSi2膜を形成したが、このようなTiSi2膜の形成方法を、自然酸化膜除去を実施しない場合に適用することもできる。この場合にはTiSi2膜の結晶粒径を小さくすることができるという効果を維持することができ、結果として、界面モホロジーを良好にすることができる。 In the third embodiment, after removing the natural oxide film, the Ti-containing source gas is supplied for a predetermined time without generating plasma, and then the Ti-containing source gas is initially supplied at a low flow rate and then at a high flow rate. While the TiSi 2 film is formed by generating plasma while supplying, such a method of forming the TiSi 2 film can also be applied when the natural oxide film is not removed. In this case, the effect that the crystal grain size of the TiSi 2 film can be reduced can be maintained, and as a result, the interface morphology can be improved.
1 Siウエハ
2 層間絶縁層
3 コンタクトホール
4 TiSi2膜
10 プラズマ処理装置
11 チャンバー
12 ベルジャー
13 サセプタ
17 コイル
18 プラズマ形成用の高周波電源
20 ガス供給機構
31 バイアス印加用の高周波電源
40 Ti成膜装置
41 チャンバー
42 サセプタ
50 シャワーヘッド
60 ガス供給機構
62 TiCl4ガス源
73 高周波電源
1 Si wafer 2 interlayer insulating layer 3 contact hole 4 TiSi 2 film 10 plasma processing apparatus 11 chamber 12 the bell jar 13 susceptor 17 coil 18 plasma formation high-frequency power supply 40 Ti film formation apparatus of the high frequency power source 20 a gas supply mechanism 31 bias applied for 41 Chamber 42 Susceptor 50 Shower head 60 Gas supply mechanism 62 TiCl 4 gas source 73 High frequency power supply
Claims (4)
前記Si含有部分を高周波を用い、プラズマ処理用のガスとして、Ar、Ne、He、又はAr、Ne、HeのいずれかとH 2 との併用、又はAr、Ne、HeのいずれかとNF 3 との併用ガスを用いたプラズマにより処理する工程と、
前記プラズマによる処理が施されたSi含有部分上に成膜しようとする金属シリサイド中の金属を含有する金属含有原料ガスを供給し、プラズマを生成して当該金属からなる金属膜を成膜し、その際の金属膜とSi含有部分のSiとの反応により金属シリサイド膜を形成する工程と
を具備し、
前記Si含有部分のプラズマによる処理は、被処理体に絶対値が200V以上のDCバイアス電圧(Vdc)を印加しつつ行い、
前記金属シリサイド膜を形成する工程は、最初にプラズマを生成せずに金属含有原料ガスを所定時間供給して金属−シリコン結合を生じさせ、次いでプラズマを生成することを特徴とする成膜方法。 A film forming method for forming a metal silicide film on a Si-containing portion of an object to be processed,
Using a high frequency of the Si-containing moiety, as a gas for plasma treatment, Ar, Ne, He, or Ar, Ne, combined with any of He and H 2, or Ar, Ne, and either the NF 3 of He a step of processing by plasma using combined gas,
Supplying a metal-containing source gas containing a metal in a metal silicide to be formed on the Si-containing portion that has been treated with the plasma, generating a plasma to form a metal film made of the metal, A step of forming a metal silicide film by a reaction between the metal film at that time and Si in the Si-containing portion,
The treatment by plasma of the Si-containing moieties, have row while applying the absolute value of 200V or more DC bias voltage to the workpiece (Vdc),
The step of forming the metal silicide film is characterized in that a metal-containing source gas is supplied for a predetermined time without first generating plasma to generate a metal-silicon bond, and then plasma is generated .
4. The film forming method according to claim 1 , wherein the metal is selected from Ti, Ni, Co, Pt, Mo, Ta, Hf, and Zr. 5.
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