JP5004432B2 - 金属シリサイド膜を形成する方法、前処理方法、成膜システム、制御プログラムおよびコンピュータ記憶媒体 - Google Patents
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Description
前記第1、第2のSi含有部分の露出した表面それぞれを、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、
前記プラズマによる物理的表面処理が施された前記第1、第2のSi含有部分の露出した表面それぞれを反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、
前記化学的表面処理が施された前記第1、第2のSi含有部分の露出した表面それぞれに金属シリサイド膜を形成する形成工程と、
を具備し、
前記化学的表面処理工程の後、かつ、前記形成工程の前に化学的表面処理の際に生成した反応生成物を除去するためのアニール工程を行なうことを特徴とする、金属シリサイド膜を形成する方法が提供される。
前記Si含有部分の露出した表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、
前記プラズマによる物理的表面処理が施された前記Si含有部分の露出した表面を反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、
を具備し、
前記化学的表面処理工程の後に、化学的表面処理の際に生成した反応生成物を除去するためのアニール工程を行なうことを特徴とする、前処理方法が提供される。
被処理体の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理装置と、
物理的に処理された被処理体の表面を、反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理装置と、
化学的に処理された被処理体の表面にTi膜を形成する成膜装置と、
これらの装置を用い、第1の観点の金属シリサイド膜を形成する方法が行なわれるように制御する制御部と
を具備することを特徴とする、成膜システムが提供される。
前記制御プログラムは、実行時に、第1の観点の金属シリサイド膜を形成する方法が行なわれるように、前記物理的表面処理工程で用いる物理的表面処理装置、前記化学的表面処理工程で用いる化学的表面処理装置および前記形成工程で用いる成膜装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体が提供される。
従って、被処理体が、配線コンタクト部の接合部位の構造として、Si接合構造とCoSi2などの金属シリサイド接合構造とが混在している混載デバイスである場合においても、配線コンタクト部の電気抵抗を低く抑え、デバイスの電気的特性を優れたものとすることができる。
Si基板201上の層間絶縁膜202には、エッチングによりコンタクトホール210,211が形成されている。図2(a)に示すように、Si基板201の表面には、Si含有部分としてCoSi2層やNiSi層などの金属シリサイド層203が形成された部位と、Si含有部分としてシリコンが露出した部位(金属シリサイド層203が形成されていない状態)とが設けられ、両者を覆うように層間絶縁膜202が形成されている。つまり、コンタクトホール210は、金属シリサイド層203に達するまで形成されており、コンタクトホール211は、シリコン基板201に対するまで形成されている。
なお、仮に、ステップS12の化学的表面処理を先に行ない、ステップS11の物理的表面処理をその後行なった場合には、物理的表面処理の際にスパッタされて生成した付着物がコンタクトホール210,211内に残存したままとなって、抵抗の増加を招くおそれがある。
図4は、上記物理的表面処理を行う物理的表面処理装置8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Arプラズマによる逆スパッタ作用を利用して物理エッチングを行ない、Si含有部分表面の自然酸化膜を除去するためのものであるが、自然酸化膜の除去のみならず、ウエハWにRFバイアスを印加してウエハWの面にイオンを引き込んでイオンによる処理を行うことも可能に構成されている。
図5は化学的表面処理装置9の構造の一例を示す断面図である。この化学的表面処理装置9は、マイクロ波リモートプラズマ方式であり、ウエハWを収容する気密に構成された略円筒状のチャンバー130と、チャンバー130内に処理ガスを供給するガス供給機構140と、マイクロ波により処理ガスを励起するためのプラズマを生成するプラズマ発生機構150とを有している。
図6はTi成膜装置の概略構成を示す断面図である。このTi成膜装置6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ウエハW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基板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ウエハWを所定の温度に加熱する。なお、サセプタ42に対するウエハW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(図示せず)でウエハWを持ち上げた状態で行われる。
また、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。
まず、ヒーター45によりチャンバー41内を400〜650℃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200〜2000mL/min(sccm)、H2ガスを500〜5000mL/min(sccm)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1.5〜20mL/min(sccm)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100〜2000mL/min(sccm)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。
図7は、CoSi2層およびNiSi層に対し、物理的表面処理または化学的表面処理を行なった後、Ti膜成膜・シリサイド化を実施したコンタクトの電気的特性(コンタクト抵抗)を測定した結果を示している。図7の縦軸は、累積確率を示し、図7の横軸はコンタクト抵抗を示す。また、図中の符号aの曲線は、NiSi層に対し物理的表面処理のみを実施したデータを示し、符号bの曲線は、CoSi2層に対し物理的表面処理のみを実施したデータを示し、符号cの曲線は、NiSi層に対し化学的表面処理のみを実施したデータを示し、符号dの曲線は、CoSi2層に対し化学的表面処理のみを実施したデータを示している。
なお、物理的表面処理は、図4と同様の構成の物理的表面処理装置8を用い、また、化学的表面処理は、図5と同様の構成の化学的表面処理装置9を用いて、それぞれ下記の条件で実施した。
処理温度:200℃
処理圧力:0.067Pa(0.5mTorr)
ICP用パワー:500W
バイアス電圧用パワー:400W
処理ガス流量:Ar 4.6mL/min(sccm)
エッチ量:5nm
処理温度:16℃
処理圧力:533Pa(4Torr)
マイクロ波パワー:1000W
処理ガス流量:N2/H2/NF3=1000/50/150mL/min(sccm)
エッチ量:5nm
図3と同様の構成の成膜システム100を用い、図1のフロー図に示す手順に従って、ウエハWのコンタクトホールに前処理としての物理的表面処理、化学的表面処理、アニール(任意)を実施し、さらにCVDによるTi膜の堆積とシリサイド化、窒化処理、バリアメタル層としてのTiN膜の堆積、配線層の堆積を行なって製造した半導体デバイスについて、TiSi2膜の比抵抗を測定した(実施例1)。前処理の条件は、以下の通りとした。
処理温度:200℃
処理圧力:0.067Pa(0.5mTorr)
ICP用パワー:500W
バイアス電圧用パワー:400W
処理ガス流量:Ar 4.6mL/min(sccm)
エッチ量:5nm
処理温度:16℃
処理圧力:533Pa(4Torr)
マイクロ波パワー:1000W
処理ガス流量:N2/H2/NF3=1000/50/150mL/min(sccm)
処理時間:60秒
処理温度:200℃
雰囲気:N2ガス
ICP用パワーを271W、バイアス用パワーを65W、処理時間を50秒とした以外は、実施例1の物理的表面処理と同様の条件で実施した。
ICP用パワーを500W、バイアス用パワーを100W、処理時間を35秒とした以外は、実施例1の物理的表面処理と同様の条件で実施した。
ICP用パワーを500W、バイアス用パワーを400W、処理時間を8秒とした以外は、実施例1の物理的表面処理と同様の条件で実施した。
また、アニールを実施することによって、比抵抗がさらに低減していることから、2ステップの前処理の一部としてアニールを行なうことが、抵抗の抑制に有効であることが示された。
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。
なお、上記実施形態では、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などの金属含有膜を形成する場合にも同様な効果を得ることができる。
また、金属含有膜を形成するための成膜方法として、CVD法を挙げたが、成膜方法はこれに限定されるものではなく、例えば物理的蒸着(PVD)法による成膜も可能である。
5 アニールチャンバー
6 Ti成膜装置
7 TiN成膜装置
8 物理的表面処理装置
9 化学的表面処理装置
201 Si基板
202 層間絶縁膜
203 金属シリサイド層
204 Ti層
205 バリアメタル層
Claims (14)
- 被処理体が、第1のSi含有部分として金属シリサイド層が形成された部位及び第2のSi含有部分としてシリコンが露出した部位がそれぞれ形成されているSi基板と、前記Si基板上に形成され、前記金属シリサイド層に達するまで形成されたホール及び前記シリコンが露出した部位に達するまで形成されたホールをそれぞれ備えた層間絶縁膜とを備え、前記被処理体の前記第1、第2のSi含有部分の露出した表面それぞれに金属シリサイド膜を形成する方法であって、
前記第1、第2のSi含有部分の露出した表面それぞれを、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、
前記プラズマによる物理的表面処理が施された前記第1、第2のSi含有部分の露出した表面それぞれを反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、
前記化学的表面処理が施された前記第1、第2のSi含有部分の露出した表面それぞれに金属シリサイド膜を形成する形成工程と、
を具備し、
前記化学的表面処理工程の後、かつ、前記形成工程の前に化学的表面処理の際に生成した反応生成物を除去するためのアニール工程を行なうことを特徴とする、金属シリサイド膜を形成する方法。 - 前記第2のSi含有部分は、Si基板、またはpoly−Siであることを特徴とする、請求項1に記載の金属シリサイド膜を形成する方法。
- 前記第1のSi含有部分の前記金属シリサイド層は、CoSi2またはNiSiであることを特徴とする、請求項1に記載の金属シリサイド膜を形成する方法。
- 前記金属シリサイド膜は、形成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のプラズマによって当該金属からなる金属膜を成膜した後、該金属膜と前記第1、第2のSi含有部分それぞれのSiとの反応により形成されることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の金属シリサイド膜を形成する方法。
- 前記物理的表面処理工程では、Arガスプラズマの逆スパッタ作用による物理エッチング処理を行なうことを特徴とする、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の金属シリサイド膜を形成する方法。
- 前記物理エッチング処理は、誘導結合プラズマを用いて行うことを特徴とする、請求項5に記載の金属シリサイド膜を形成する方法。
- 前記物理エッチング処理を、被処理体に絶対値が50V以上のDCバイアス電圧(Vdc)を印加しつつ行うことを特徴とする、請求項6に記載の金属シリサイド膜を形成する方法。
- 前記化学的表面処理工程は、前記反応性ガスのプラズマによる化学エッチング処理であ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項に記載の金属シリサイド膜を形成する方法。
- 前記反応性ガスのプラズマとして、リモートプラズマを用いることを特徴とする、請求項8に記載の金属シリサイド膜を形成する方法。
- 前記金属シリサイド膜中の金属は、Ti、Ni、Co、Pt、Mo、Ta、HfおよびZrから選択されたものであることを特徴とする、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の金属シリサイド膜を形成する方法。
- 被処理体が、Si含有部分として金属シリサイド層が形成された部位及びSi含有部分としてシリコンが露出した部位がそれぞれ形成されているSi基板と、前記Si基板上に形成され、前記金属シリサイド層に達するまで形成されたホール及び前記シリコンが露出した部位に達するまで形成されたホールをそれぞれ備えた層間絶縁膜とを備え、前記被処理体の前記Si含有部分の露出した表面に金属シリサイド膜を形成する形成処理の前に行なわれる前処理方法であって、
前記Si含有部分の露出した表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理工程と、
前記プラズマによる物理的表面処理が施された前記Si含有部分の露出した表面を反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理工程と、
を具備し、
前記化学的表面処理工程の後に、化学的表面処理の際に生成した反応生成物を除去するためのアニール工程を行なうことを特徴とする、前処理方法。 - 被処理体の表面に金属シリサイド膜を形成するための成膜システムであって、
被処理体の表面を、高周波を用いたプラズマにより物理的に処理する物理的表面処理装置と、
物理的に処理された被処理体の表面を、反応性ガスにより化学的に処理する化学的表面処理装置と、
化学的に処理された被処理体の表面にTi膜を形成する成膜装置と、
これらの装置を用い、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載された金属シリサイド膜を形成する方法が行なわれるように制御する制御部と
を具備することを特徴とする、成膜システム。 - コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載された金属シリサイド膜を形成する方法が行なわれるように、前記物理的表面処理工程で用いる物理的表面処理装置、前記化学的表面処理工程で用いる化学的表面処理装置および前記形成工程で用いる成膜装置を制御するものであることを特徴とする、制御プログラム。
- コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載された金属シリサイド膜を形成する方法が行なわれるように、前記物理的表面処理工程で用いる物理的表面処理装置、前記化学的表面処理工程で用いる化学的表面処理装置および前記形成工程で用いる成膜装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。
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