JP5171192B2 - 金属膜成膜方法 - Google Patents
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Description
本発明にかかる金属膜成膜方法を実行可能な処理室を備える基板処理装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は本実施形態にかかる基板処理装置の一例を示す概略構成図である。図1に示すように,基板処理装置100は,略多角形状(例えば六角形状)に形成された共通搬送室(処理室側搬送室)102,真空引き可能に構成された複数(例えば4つ)の処理室104A〜104D,真空引き可能に構成された2つのロードロック室108A,108B,略長方形状の搬入側搬送室110,被処理基板の一例としての半導体シリコンウエハ(以下,単に「ウエハ」とも称する)Wを複数枚収容できるカセットを載置する複数(例えば3つ)の導入ポート112A〜112C,及びウエハWを回転してこの偏心量を光学的に求めて位置合わせを行うオリエンタ114を有する。
基板処理装置100の制御部200の構成例を図面を参照しながら説明する。制御部200は,図2に示すように,CPU(中央処理装置)210,CPU210が各部を制御するデータなどを格納するROM(Read−Only Memory)220,CPU210が行う各種データ処理のために使用されるメモリエリアなどを設けたRAM(Random−Access Memory)230,操作画面や選択画面などを表示する液晶ディスプレイなどで構成される表示手段240,オペレータによる種々のデータの入出力などを行うことができる入出力手段250,例えばブザーのような警報器などで構成される報知手段260,基板処理装置100の各部を制御するための各種コントローラ270,基板処理装置100に適用される各種プログラムデータを格納するプログラムデータ記憶手段280,及びプログラムデータに基づくプログラム処理を実行するときに使用する各種設定情報を記憶する設定情報記憶手段290を備える。プログラムデータ記憶手段280と設定情報記憶手段290は,例えばフラッシュメモリ,ハードディスク,CD−ROMなどの記録媒体で構成され,必要に応じてCPU210によってデータが読み出される。
次に,図1に示す基板処理装置100における処理室の構成例を説明する。基板処理装置100は,ウエハWに形成されたコンタクトホール底部に露出したシリコン含有表面上の自然酸化膜などの異物を水成分や減圧下でプラズマを用いずに除去する異物除去処理,この異物除去処理が施されたウエハWのシリコン含有表面上にチタンシリサイド膜を形成しつつ窒化チタン膜を形成する窒化チタン膜形成処理,窒化チタン膜上にタングステン膜を形成するタングステン膜形成処理を,ウエハWを大気に晒すことなく連続実行できるように構成されている。
ここで,本実施形態にかかる窒化チタン膜形成処理を実行可能な処理室の構成例について図面を参照しながら説明する。窒化チタン膜形成処理室は,上記のように,ウエハWのシリコン表面上にチタンシリサイド膜を形成しつつ窒化チタン膜を形成する処理を行うためのものである。この窒化チタン膜形成処理室としては,例えば図3に示すような平行平板型のPECVD処理ユニット300を用いることができる。このPECVD処理ユニット300は,気密に構成された略円筒状の処理容器からなる処理室311を有している。
次に,上述した本実施形態にかかる基板処理装置100が行うウエハに対する処理ついて図面を参照しながら説明する。図4は,本実施形態にかかるウエハ処理の工程を示すフローチャートである。また,図5A〜図5Cは,工程ごとのウエハ400の膜構造を示す断面図である。
上述した各プロセス処理のうち本発明の主要プロセス処理である窒化チタン膜形成処理の具体例について図面を参照しながら詳細に説明する。上述のように,この窒化チタン膜形成処理は,ウエハ400のシリコン含有表面上にチタンシリサイド膜を形成しつつウエハ400の表面全体にわたって窒化チタン膜を形成するためのものであり,PECVD処理ユニット300(処理室104C)にて行われる。この窒化チタン膜形成処理における各処理ガスの処理室311への供給タイミングの具体例を図6に示す。
・・・(1)
・・・(2)
なお,ウエハ400の表面のうちシリコン含有表面412以外の部分,例えばコンタクトホール430の側壁を含む層間絶縁膜420の表面には,窒素ガスの供給開始からチタンの窒素還元反応(例えば化学反応式(2))が起こり始めるので,窒化チタン膜も窒素ガスの供給開始から徐々に形成される。
次に,本実施形態にかかる窒化チタン膜形成処理における実験結果について比較例と比較しながら説明する。先ず,窒素ガスを時刻t2から設定流量まで徐々に増加しながら供給した本実施形態の場合(Ts=10s)と,窒素ガスを時刻t2にて最初から設定流量で供給した比較例の場合(Ts=0s)とについて,チタンシリサイド膜の形成状況を確認した実験の結果を図7に示す。
続いて,本実施形態にかかる窒化チタン膜形成処理において形成される窒化チタン膜の特性について説明する。先ず,本実施形態により形成される窒化チタン膜の比抵抗について図12を参照しながら説明する。図12は,窒化チタン膜の膜厚と比抵抗との関係を示すグラフである。この図12において黒丸は本実施形態のようにチタン膜形成過程を経ないで形成した窒化チタン膜(PECVD−TiN)の特性を示しており,白丸はチタン膜を成膜した後にそれを窒化する比較例としての窒化チタン膜形成方法によって形成した窒化チタン膜(PECVD−Ti(N))の特性を示している。すなわち,比較例の窒化チタン膜形成方法は,先ずウエハ上にチタン膜を形成することにより,コンタクトホールの底部のシリコン含有表面に自己整合的にチタンシリサイド膜を形成し,その後にアンモニアガスを用いてPECVD法等によりチタン膜を窒化することにより窒化チタン膜が形成した場合である。
102 共通搬送室
104(104A〜104D) 処理室
105(105A〜105D) 載置台
106A〜106D ゲートバルブ
107A,107B ゲートバルブ
108(108A,108B) ロードロック室
109(109A,109B) 搬送口
110 搬入側搬送室
112(112A〜112C) 導入ポート
114 オリエンタ
116 処理室側搬送機構
118 搬入側搬送機構
200 制御部
210 CPU
220 ROM
230 RAM
240 表示手段
250 入出力手段
260 報知手段
270 各種コントローラ
280 プログラムデータ記憶手段
282 搬送処理プログラム
284 プロセス処理プログラム
290 設定情報記憶手段
292 搬送設定情報
294 プロセス処理設定情報
300 PECVD処理ユニット
311 処理室
311G ゲートバルブ
312 サセプタ
313 支持部材
314 ガイドリング
315,323 ヒータエレメント
316 下部電極
317 穴
318 搬入出口
319 絶縁部材
320 シャワーヘッド
321 ベース部材
322 シャワープレート
324 吐出孔
325 ガス拡散空間
326 ガス導入ポート
330 ガス供給手段
331 四塩化チタンガス供給源
331C〜334C マスフローコントローラ
331V〜334V バルブ
331L 四塩化チタンガス供給ライン
332 アルゴンガス供給源
332L アルゴンガス供給ライン
333 水素ガス供給源
333L 水素ガス供給ライン
334 窒素ガス供給源
334L 窒素ガス供給ライン
337 ガス混合部
338 混合ガス供給ライン
340,341 ヒータ電源
342 整合器
343 高周波電源
350 排気室
351 排気管
352 排気装置
360 ウエハ支持ピン
361 支持板
362 駆動機構
400,500,502 ウエハ
410,510 シリコンベアウエハ
412,512 シリコン含有表面
420,520 層間絶縁膜
430,530,532 コンタクトホール
440 チタンシリサイド膜
450 窒化チタン膜
460 タングステン膜
Claims (8)
- シリコン含有表面を有する基板上に金属膜を成膜する金属膜成膜方法であって,
前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスと窒素ガスとを供給しつつプラズマを生成することによって前記基板上に窒化チタン膜を成膜する工程を有し,
前記工程において前記窒素ガスはその供給開始から所定の設定流量に達するまでその供給流量を徐々に増加させるように供給することによって,前記シリコン含有表面にチタンシリサイド膜を形成しながら前記基板上に窒化チタン膜を成膜し,
その際,前記窒素ガスの供給開始から前記設定流量に達するまでの時間を変えることにより,前記チタンシリサイド膜の膜厚を制御することを特徴とする金属膜成膜方法。 - 前記窒素ガスの供給開始から前記設定流量に達するまで供給流量の経時変化率を一定にすることを特徴とする請求項1に記載の金属膜成膜方法。
- 前記窒素ガスの供給開始から前記設定流量に達するまで供給流量の経時変化率を時間経過とともに徐々に大きくさせることを特徴とする請求項1に記載の金属膜成膜方法。
- 前記窒素ガスの供給を開始するタイミングを変えることにより,前記チタンシリサイド膜の膜厚を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の金属膜成膜方法。
- 前記チタン化合物ガスと前記還元ガスとを供給するタイミングは,前記プラズマを生成するタイミングよりも前又は前記プラズマを生成するタイミングと同時期であり,
前記窒素ガスの供給を開始するタイミングは,前記基板上にチタン化合物ガスと前記還元ガスとを供給して前記プラズマを生成するタイミングと同時期であることを特徴とする請求項4に記載の金属膜成膜方法。 - 前記チタン化合物ガスと前記還元ガスとを供給するタイミングは,前記プラズマを生成するタイミングよりも前又は前記プラズマを生成するタイミングと同時期であり,
前記窒素ガスの供給を開始するタイミングは,前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスとを供給して前記プラズマを生成するタイミングから所定時間遅延させることを特徴とする請求項4に記載の金属膜成膜方法。 - 前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスは,前記プラズマを生成する前に供給を開始することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の金属膜成膜方法。
- シリコン含有表面上の絶縁膜に前記シリコン含有表面まで達するホールが形成された基板上に金属膜を成膜する金属膜成膜方法であって,
前記基板上にチタン化合物ガスと還元ガスと窒素ガスとを供給しつつプラズマを生成することによって窒化チタン膜を成膜する工程を有し,
前記工程において前記窒素ガスはその供給開始から所定の設定流量に達するまでその供給流量を徐々に増加させるように供給することによって,前記ホールの底部に露出した前記シリコン含有表面にチタンシリサイド膜を形成しながら前記基板上に窒化チタン膜を成膜し,
前記窒素ガスの供給を開始するタイミングは,前記ホールの形状に応じて変えるようにし,その際,前記ホールのアスペクト比が小さいほど,前記窒素ガスの供給を開始するタイミングを遅延させることを特徴とする金属膜成膜方法。
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