JP5704766B2 - 基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
Deposition:CVD)法や原子層堆積(AtomicLayer Deposition:ALD)法によって形成することができる。これらの方法で窒化チタニウム膜を形成するには、前駆体(プリカーサ)ガスとして、塩素を含む四塩化チタニウム(TiCl4)ガスを用いる。窒化チタニウム膜を形成する方法は、例えば特許文献1に記載されている。
まず、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法を実施する基板処理装置の構成例について、図1を用いて説明する。図1は、かかる基板処理装置としてのMMT装置の断面構成図である。MMT装置とは、電界と磁界とにより高密度プラズマを発生できる変形マグネトロン型プラズマ源(ModifiedMagnetron
Typed Plasma Source)を用い、例えばシリコンウエハ等のシリコン基板100をプラズマ処理する装置である。
続いて、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として実施される基板処理工程について説明する。かかる工程は、基板処理装置としての上述のMMT装置により実施される。なお、以下の説明において、MMT装置を構成する各部の動作は、コントローラ121により制御される。ここでは、キャパシタの下部電極として形成された金属窒化膜(窒化チタニウム膜)を、プラズマを用いて窒化処理する例について説明する。
まず、シリコン基板100の搬送位置までサセプタ217を下降させて、サセプタ217の貫通孔217aにウエハ突上げピン266を貫通させる。その結果、突き上げピン266が、サセプタ217表面よりも所定の高さ分だけ突出した状態となる。
続いて、サセプタ217の内部に埋め込まれたヒータ217hに電力を供給し、シリコン基板100の表面を加熱する。シリコン基板100の表面温度は、200℃以上であって750℃未満の温度、好ましくは200℃以上から700℃以下とする。
ここでは、N2ガスとH2ガスとの混合ガスを反応ガスとして用いる例を説明する。
反応ガスの導入を開始した後、筒状電極215に対して、高周波電源273から整合器272を介して高周波電力を印加するとともに、上部磁石216a及び下部磁石216bによる磁力を処理室201内に印加することにより、処理室201内にマグネトロン放電を発生させる。その結果、シリコン基板100の上方のプラズマ生成領域224に高密度プラズマが発生する。なお、筒状電極215に印加する電力は、例えば100〜3000Wの範囲内とし、例えば800Wとする。このときシリコン基板100には、サセプタ217に設けられた第2の電極217cを介して電圧Vppを印加することができるようになっている。電圧Vppは、第2の電極217cに接続されたインピーダンス可変機構274により制御される。インピーダンス値(電圧Vpp)は、基板の搬入後に、予め所望の値に制御しておく。
される。この反応における化学式を以下に示す。
TiO+N*+2H*→TiN+H2O↑・・・・・(式2)
窒化チタニウム膜の窒化処理が終了したら、筒状電極215に対する電力供給を停止すると共に、バルブ252a,252bを閉めて処理室201内へのガス供給を停止する。そして、ガス排気管231を用いて処理室201内の残留ガスを排気する。そして、サセプタ217をシリコン基板100の搬送位置まで下降させ、サセプタ217の表面から突出させたウエハ突き上げピン266上にシリコン基板100を支持させる。そして、ゲートバルブ244を開き、図中省略の搬送機構を用いてシリコン基板100を処理室201の外へ搬出し、本実施形態に係る基板処理工程を終了する。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果を奏する。
低減できていることが分かる。
膜上に酸化膜が形成されたとしても、特性を維持することができる。このように、上述の基板処理工程を実施することで、窒化チタニウム膜の電気抵抗を低減することができる。また、窒化チタニウム膜上に形成されるHigh−k膜の形成時に用いられるオゾン(O3)やO2プラズマなどの活性な酸素種による耐酸化性を向上できることが分かる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
流すようにしても良い。
以下に、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
自然酸化膜が上部に形成され、塩素原子を含有する金属窒化膜が形成された基板が搬入される処理室と、
前記処理室内で前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
前記処理室内に窒素原子含有ガス及び水素原子含有ガスのいずれかを若しくは両方を供給するガス供給部と、
前記処理室内を排気するガス排気部と、
前記処理室内に供給された窒素原子含有ガス及び水素原子含有ガスを励起させるプラズマ生成部と、
前記基板支持部と、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
好ましくは、
付記1に記載の金属窒化膜は窒化チタニウム膜である。
また好ましくは、
付記1に記載の金属窒化膜は、キャパシタの下部電極である。
また好ましくは、
付記3に記載のキャパシタは、High−k膜である。
また好ましくは、
付記1に記載のプラズマ生成部は、前記処理室内にプラズマを生成するよう設けられている。
また好ましくは、
付記1に記載の窒素原子含有ガスは、窒素ガス、アンモニアガス、モノメチルヒドラジンガスのいずれかであり、水素原子含有ガスは、水素ガス、アンモニアガス、モノメチルヒドラジンガスのいずれかである。
また好ましくは、
付記1に記載の処理室内に供給する水素ガスに対する窒素ガスの割合が0以上、0.75以下の範囲内である。
さらに好ましくは、
付記1記載の処理室に供給する水素ガスに対する窒素ガスの割合が0より大きく、0.75以下の範囲内である。
また好ましくは、
付記1に記載の処理室内に供給する窒素と水素を含有するガスに対する窒素ガスの割合は0以上0.87以下の範囲内である。
本発明の他の態様によれば、
自然酸化膜が上部に形成され塩素原子を含有する金属窒化膜が形成された基板を処理室内に搬入して基板支持部により支持する工程と、
前記基板を前記基板支持部により加熱する工程と、
窒素原子含有ガス及び水素原子含有ガスをガス供給部により前記処理室内に供給しつつ前記処理室内をガス排気部により排気する工程と、
前記処理室内に供給された窒素原子含有ガス及び水素原子含有ガスをプラズマ生成部により励起する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
自然酸化膜が上部に形成され塩素原子を含有する金属窒化膜が形成された基板が処理室内へ搬入される工程と、
前記処理室内にて、前記基板を、励起状態である窒素原子を含有した反応ガスで処理する工程と、
前記基板を前記処理室内から搬出する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
好ましくは、付記11に記載の反応ガスに更に水素原子を含有させる。
また好ましくは、付記11に記載の金属窒化膜はチタニウム含有膜である。
また好ましくは、付記11に記載の反応ガスはアンモニアガス、もしくは窒素成分及びアンモニア成分の混合ガスである。
本発明の更に他の態様によれば、付記1〜付記14に記載された反応ガスは希ガスによって希釈されている。
本発明の更に他の態様によれば、
自然酸化膜が上部に形成され、塩素原子を含有する金属窒化膜が形成された基板が搬入される処理室と、
前記処理室内に反応ガスを供給するガス供給部と、
前記反応ガスを、前記処理室内で励起させるプラズマ生成部と、
前記処理室内にて、前記基板を、励起状態である窒素原子を含有した反応ガスで処理するよう、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、
自然酸化膜が上部に形成され、塩素原子を含有する金属窒化膜が形成された基板が搬入される処理室と、
前記処理室内で前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
前記処理室内に窒素原子を含有する第一の処理ガスと水素原子を含有する第二の処理ガスを交互に供給するガス供給部と、
前記処理室内を排気するガス排気部と、
前記処理室内に供給された第一の処理ガスと第二の処理ガスを励起するプラズマ生成部と、
前記基板支持部と前記ガス供給部と前記ガス排気部と前記プラズマ生成部を制御する制御部と、
を有する基板処理装置が提供される。
本発明の更に他の態様によれば、付記1〜付記17に記載された基板支持部には、第2の電極が設けられており、基板には電圧Vppが印加される。
201 処理室
121 コントローラ(制御部)
Claims (4)
- 自然酸化膜が上部に形成された塩素原子を含有する窒化チタニウム膜が形成された基板が搬入される処理室と、
前記処理室内で前記基板を支持して加熱する基板支持部と、
前記処理室内に水素ガスと窒素ガスを含む処理ガスであって、水素ガスに対する窒素ガスの割合が0よりも大きく、0.75以下の範囲である処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理室内を排気するガス排気部と、
前記処理室内に供給された前記処理ガスを励起させるプラズマ生成部と、
前記基板支持部、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御する制御部と、を有する基板処理装置。 - 前記基板支持部には、第2の電極が設けられるとともにインピーダンス可変機構が接続され、前記制御部が、前記基板に電圧Vppを印加するように当該インピーダンス可変機構を制御することを特徴とする請求項1記載の基板処理装置。
- 自然酸化膜が上部に形成された塩素原子を含有する窒化チタニウム膜が形成された基板を処理室内に搬入して基板支持部により支持する工程と、
前記基板を前記基板支持部により加熱する工程と、
ガス供給部が、水素ガスと窒素ガスを含む処理ガスであって、水素ガスに対する窒素ガスの割合が0よりも大きく、0.75以下の範囲である処理ガスを前記処理室内に供給する工程と、
プラズマ生成部が、前記処理室内に供給された前記処理ガスを励起する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記基板支持部には、第2の電極が設けられるとともにインピーダンス可変機構が接続され、
前記処理ガスを励起する工程では、前記基板に電圧Vppを印加するように当該インピーダンス可変機構を制御することを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。
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