JP5492789B2 - 成膜方法および成膜装置 - Google Patents
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Description
まず、図2Aに示すように、チャンバ1内の所定位置に被処理基板としての半導体ウエハ(以下、単にウエハと記す)Wを配置する(工程1)。
Ti+3TiCl4 → 4TiCl3 ・・・(1)
Ti+TiCl4 → 2TiCl2 ・・・(2)
2TiCl3 → TiCl2+TiCl4 ・・・(3)
TiCl3生成反応の温度依存性は、図4のようになる。図4は、横軸に絶対温度Tの逆数×1000の値をとり、縦軸に反応の速度(エッチングレート)REの対数をとって、各温度でのエッチングレートをアレニウスプロットしたものである。この図に示すように、500℃から400℃付近までは直線となり一定の活性化エネルギーEa(=+0.76eV)を示すが、温度が400℃付近より低下するとエッチングレートが低下していることがわかる。
以下の実施形態においては、従来用いられていたTi膜の成膜装置を用いて本発明を実施する例について説明する。
i)高周波電源54からの高周波電力
周波数:300kHz〜27MHz
パワー:100〜1500W
ii)TiCl4ガス流量
300mmウエハ:1〜100mL/min(sccm)、好ましくは4〜50mL/min(sccm)
単位面積あたり:1.415×10−5〜1.415×10−3mL/min/mm2(sccm/mm2)、好ましくは5.66×10−5〜7.075×10−4mL/min/mm2(sccm/mm2)
iii)Arガス流量
300mmウエハ:100〜2000mL/min(sccm)、好ましくは500〜1800mL/min(sccm)
単位面積あたり:1.415×10−3〜2.831×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)、好ましくは7.077×10−3〜2.547×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)
iv)H2ガス流量
300mmウエハ:250〜5000mL/min(sccm)、好ましくは 2000〜5000mL/min(sccm)
単位面積あたり:3.539×10−3〜7.077×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)、好ましくは2.831×10−2〜7.077×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)
v)チャンバ内圧力:400〜1333Pa(3〜10Torr)、好ましくは400〜1067Pa(3〜8Torr)
TiCl2+H2 → Ti+2HCl ・・・(4)
i)TiCl4ガス流量
300mmウエハ:1〜100mL/min(sccm)、好ましくは4〜50mL/min(sccm)
単位面積あたり:1.415×10−5〜1.415×10−3mL/min/mm2(sccm/mm2)、好ましくは 5.66×10−5〜7.075×10−4mL/min/mm2(sccm/mm2)
iii)Arガス流量
300mmウエハ:100〜2000mL/min(sccm)、好ましくは500〜1800mL/min(sccm)
単位面積あたり:1.415×10−3〜2.831×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)、好ましくは7.077×10−3〜2.547×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)
iv)H2ガス流量
300mmウエハ:250〜5000mL/min(sccm)、好ましくは2000〜5000mL/min(sccm)
単位面積あたり:3.539×10−3〜7.077×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)、好ましくは2.831×10−2〜7.077×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)
v)チャンバ内圧力:1.33〜1333Pa(0.1〜10Torr)、好ましくは400〜1067Pa(3〜8Torr)
i)高周波電源54からの高周波電力
周波数:300kHz〜27MHz
パワー:100〜1500W
ii)NH3ガス流量
300mmウエハ:100〜2000mL/min(sccm)
単位面積あたり:1.415×10−3〜2.831×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)
iii)Arガス流量
300mmウエハ:100〜2000mL/min(sccm)
単位面積あたり:1.415×10−3〜2.831×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)
iv)H2ガス流量
300mmウエハ:250〜5000mL/min(sccm)
単位面積あたり:3.539×10−3〜7.077×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)
v)チャンバ内圧力:400〜1333Pa(3〜10Torr)
vi)シャワーヘッド温度:250〜600℃
vii)サセプタ温度:350〜700℃
i)NH3ガス流量
300mmウエハ:100〜2000mL/min(sccm)
単位面積あたり:1.415×10−3〜2.831×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)
ii)Arガス流量
300mmウエハ:100〜2000mL/min(sccm)
単位面積あたり:1.415×10−3〜2.831×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)
iii)H2ガス流量
300mmウエハ:250〜5000mL/min(sccm)
単位面積あたり:3.539×10−3〜7.077×10−2mL/min/mm2(sccm/mm2)
iv)チャンバ内圧力:1.33〜1333Pa(0.1〜10Torr)
vi)シャワーヘッド温度:250〜600℃
vii)サセプタ温度:350〜700℃
ここでは、図11の装置を用い、サセプタ温度を640℃とし、ヒーター65の温度を370℃に設定してシャワーヘッド30の表面温度を480℃として、まず、チャンバ内にウエハを搬入せずに、TiCl4ガス流量:12mL/min(sccm)、H2ガス流量:4000mL/min(sccm)、Arガス流量:1600mL/min(sccm)としてこれらガスを流すとともに、高周波電源からシャワーヘッドに800Wの高周波電力を印加して、90secで約25nmのTi膜をシャワーヘッドの表面(外面)に成膜した。
Claims (33)
- チャンバ内に被処理基板を配置する工程と、
供給経路を通って塩素含有ガスを含む処理ガスを被処理基板が配置された前記チャンバ内へ供給する工程と、
前記処理ガスの供給経路にTiを含有するTi含有部を配置し、前記処理ガスを前記チャンバに供給する際に、前記処理ガス中の塩素含有ガスを前記Ti含有部に接触させて前記塩素含有ガスと前記Ti含有部のTiとを反応させる工程と、
前記チャンバ内の被処理基板を加熱しつつ、前記塩素含有ガスと前記Ti含有部のTiとの反応により生じたTi前駆体ガスを被処理基板上に供給し、熱反応により被処理基板の表面にTiを堆積し、その後、前記チャンバ内で処理ガスのプラズマを生成しつつ、Tiを堆積する工程とを有し、
前記供給経路は、ガス供給源から処理ガスを供給するガス配管と、ガス配管により供給されてきた処理ガスを前記チャンバに導入するガス導入機構を含み、前記Ti含有部は、前記ガス配管または前記ガス導入機構に配置されている、成膜方法。 - 前記Ti含有部は、前記ガス導入機構の外面または内面に設けられたTi膜を有する、請求項1に記載の成膜方法。
- 前記Ti含有部は、前記ガス導入機構またはガス供給配管に設けられたTi含有部材を有する、請求項1または請求項2に記載の成膜方法。
- 前記Ti含有部材は、粒状のTi部材が空間に充填された状態、またはメッシュ状のTi部材が配置された状態、または、通気可能なTi部材が配置された状態のTi部材配置部を有する、請求項3に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスと前記Ti含有部のTiとを反応させる工程は、200〜800℃で行われる、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記熱反応によるTiの堆積は、200〜800℃に被処理基板を加熱しながら行われる、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスはTiCl4ガスであり、前記Ti前駆体ガスはTiCl3ガスまたはTiCl2ガスである、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスと前記Ti含有部のTiとを反応させる温度を425〜500℃とすることにより、前記Ti前駆体ガスとしてTiCl3ガスを生成させる、請求項7に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスと前記Ti含有部のTiとを反応させる温度を500℃超とすることにより、前記Ti前駆体ガスとしてTiCl2ガスを生成させる、請求項7に記載の成膜方法。
- 前記熱反応によるTiの堆積は、被処理基板の温度を500℃超とし、被処理基板の表面にTiCl2を吸着させ、TiCl2からClを離脱させる反応を生じさせる、請求項7から請求項9のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記熱反応によるTiの堆積と、前記プラズマによるTiの堆積とを繰り返し行う、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスを含む処理ガスは、さらにH2ガスを含む、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスを含む処理ガスは、さらに不活性ガスを含む、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記Tiを堆積する工程により、被処理基板の表面にTi膜が形成される、請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 被処理基板の表面にSi含有部を有し、前記Tiを堆積する工程により、被処理基板の表面にTiSix膜が形成される、請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の成膜方法。
- チャンバ内に被処理基板を配置しない状態で、処理ガスを前記チャンバに導入するためのガス導入機構にTiCl4ガスを含むガスを供給して、前記ガス導入機構にTi膜を形成する工程と、
前記チャンバ内に被処理基板を搬入する工程と、
塩素含有ガスを含む処理ガスを前記ガス導入機構を介して前記チャンバ内に導入する工程と、
前記処理ガスを前記チャンバ内に導入する際に、前記処理ガス中の塩素含有ガスを前記Ti膜に接触させて前記塩素含有ガスと前記Ti膜のTiとを反応させる工程と、
前記チャンバ内の被処理基板を加熱しつつ、前記塩素含有ガスと前記Ti膜のTiとの反応により生じたTi前駆体ガスを被処理基板上に供給し、熱反応により被処理基板の表面にTiを堆積する工程と
を有する、成膜方法。 - 前記ガス導入機構にTi膜を形成する工程は、プラズマを生成しつつ行われる、請求項16に記載の成膜方法。
- 前記ガス導入機構にTi膜を形成する工程は、前記チャンバ内にプラズマを生成しつつ前記ガス導入機構の外面にTi膜を形成する、請求項17に記載の成膜方法。
- 前記ガス導入機構にTi膜を形成する工程は、前記ガス導入機構の内部にプラズマを生成しつつ前記ガス導入機構の内面にTi膜を形成する、請求項17に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスと前記Ti膜とを反応させる工程は、200〜800℃で行われる、請求項16から請求項19のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記熱反応により被処理基板の表面にTiを堆積する工程は、200〜800℃に被処理基板を加熱しながら行われる、請求項16から請求項20のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスはTiCl4ガスであり、前記Ti前駆体ガスはTiCl3ガスまたはTiCl2ガスである、請求項16から請求項21のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスと前記Ti含有部のTiとを反応させる温度を425〜500℃とすることにより、前記Ti前駆体ガスとしてTiCl3ガスを生成させる、請求項22に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスと前記Ti含有部のTiとを反応させる温度を500℃超とすることにより、前記Ti前駆体ガスとしてTiCl2ガスを生成させる、請求項22に記載の成膜方法。
- 熱反応により被処理基板の表面にTiを堆積する工程は、被処理基板の温度を500℃超とし、被処理基板の表面にTiCl2を吸着させ、TiCl2からClを離脱させる反応を生じさせる、請求項22から請求項24のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記熱反応により被処理基板の表面にTiを堆積した後、前記チャンバ内で処理ガスのプラズマを生成しつつ、さらにTiを堆積する、請求項16から請求項25のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記熱反応によるTiの堆積と、前記プラズマによるTiの堆積とを繰り返し行う、請求項26に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスを含む処理ガスは、さらにH2ガスを含む、請求項16から請求項27のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記塩素含有ガスを含む処理ガスは、さらに不活性ガスを含む、請求項16から請求項28のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 前記Tiを堆積する工程により、被処理基板の表面にTi膜が形成される、請求項16から請求項29のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 被処理基板の表面にSi含有部を有し、前記Tiを堆積する工程により、被処理基板の表面にTiSix膜が形成される、請求項16から請求項30のいずれか1項に記載の成膜方法。
- 被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で被処理基板を載置する載置台と、
前記載置台上の被処理基板を加熱する第1のヒーターと、
ガス供給源からガス配管を介して前記チャンバ内に処理ガスを導入するガス導入機構と、
前記処理ガスの供給経路に設けられたTiを含有するTi含有部と、
前記Ti含有部を加熱可能な第2のヒーターと、
前記チャンバ内を排気する排気手段と、
前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記チャンバ内での処理を制御する制御部と
を具備する成膜装置であって、
前記制御部は、
前記チャンバ内に被処理基板を搬入させるとともに、前記載置台上に載置させ、
塩素含有ガスを含む処理ガスを前記ガス配管およびガス導入機構を介して前記チャンバ内に導入させ、
前記処理ガスを前記チャンバ内に導入させる際に、前記処理ガス中の塩素含有ガスを前記Ti含有部に接触させて前記第2のヒーターにより加熱することにより前記塩素含有ガスと前記Ti含有部のTiとを反応させ、
前記第1のヒーターにより前記載置台上の被処理基板を加熱させつつ、前記塩素含有ガスと前記Ti含有部のTiとの反応により生じたTi前駆体ガスを被処理基板上に供給し、熱反応により被処理基板の表面にTiを堆積させ、その後、前記プラズマ生成機構により前記チャンバ内に処理ガスのプラズマを生成させつつ、Tiを堆積させる、成膜装置。 - 被処理基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内で被処理基板を載置する載置台と、
前記載置台上の被処理基板を加熱する第1のヒーターと、
ガス供給源からガス配管を介して前記チャンバ内に処理ガスを導入するガス導入機構と、
前記ガス導入機構を加熱する第2のヒーターと、
前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構と、
前記チャンバ内を排気する排気手段と、
前記チャンバ内での処理を制御する制御部と
を具備する成膜装置であって、
前記制御部は、
前記チャンバ内に被処理基板を配置しない状態で、前記ガス導入機構にTiCl4ガスを含むガスを供給して、前記ガス導入機構にTi膜を形成させ、
前記チャンバ内に被処理基板を搬入させるとともに、前記載置台上に載置させ、
塩素含有ガスを含む処理ガスを前記ガス配管およびガス導入機構を介して前記チャンバ内に導入させ、
前記処理ガスを前記チャンバ内に導入させる際に、前記処理ガス中の塩素含有ガスを前記Ti膜に接触させて前記第2のヒーターにより加熱することにより前記塩素含有ガスと前記Ti膜のTiとを反応させ、
前記第1のヒーターにより前記載置台上の被処理基板を加熱させつつ、前記塩素含有ガスと前記Ti膜のTiとの反応により生じたTi前駆体ガスを被処理基板上に供給し、熱反応により被処理基板の表面にTiを堆積させる、成膜装置。
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