JP6315699B2 - 炭窒化チタン膜を形成する方法 - Google Patents
炭窒化チタン膜を形成する方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6315699B2 JP6315699B2 JP2014253789A JP2014253789A JP6315699B2 JP 6315699 B2 JP6315699 B2 JP 6315699B2 JP 2014253789 A JP2014253789 A JP 2014253789A JP 2014253789 A JP2014253789 A JP 2014253789A JP 6315699 B2 JP6315699 B2 JP 6315699B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- film
- titanium
- cycle
- processing container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 92
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims description 84
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 83
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims description 83
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 344
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 78
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 35
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 description 31
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 20
- 230000006870 function Effects 0.000 description 12
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 6
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical compound C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 2
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 238000004402 ultra-violet photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
- C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/36—Carbonitrides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Composite Materials (AREA)
Description
本発明の実施形態は、炭窒化チタン膜の形成方法、及び成膜装置に関するものである。
電子デバイス等を構成する膜材料として、窒化チタンが知られている。窒化チタンから構成された膜、即ち、窒化チタン膜は、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）素子のキャパシタを構成する電極材料として用いられている。
また、電子デバイスについてはその更なる微細化が進んでいるが、これに伴い電子デバイスを構成する膜には優れた膜質が求められるようになっている。かかる要求に応えるために、例えば、特許文献１（特開２０１１−２１６８４６号公報）に記載されているように、窒化チタン膜に代わる膜として、炭窒化チタン膜が利用されるようになっている。
特許文献１に記載された炭窒化チタン膜の形成方法は、ウエハを収容した処理容器内に四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）ガスを供給し、次いで、当該処理容器内に炭素を含むガスを供給し、その後、当該処理容器内に窒素を含むガスを供給するサイクルを複数回実行することにより、炭窒化チタン膜を形成している。
特許文献１に記載された炭窒化チタン膜の形成方法では、炭素を含むガス及び窒素を含むガスを順に供給する、即ち、炭素を含むガスを処理容器内に供給し、次いで、窒素を含むガスを処理容器内に供給するので、限られたサイクル数内で炭窒化チタン膜中の炭素濃度を効率的に増加させることができない。また、当該方法は、限られたサイクル数内で炭窒化チタン膜中に取り込める炭素の濃度の制御性に劣る。
したがって、高い仕事関数を有する炭窒化チタン膜を提供可能であり、且つ、炭素濃度の制御性に優れた炭窒化チタン膜の形成技術が必要となっている。
一側面においては炭窒化チタン膜を形成する方法が提供される。この方法は、炭窒化チタン膜を形成するために複数回実行されるサイクル（以下、「第１サイクル」ということがある）を含む。複数回実行されるサイクルの各々は、（ａ）被処理体を収容した処理容器内にチタンの原料ガスを供給する工程（以下、「工程（ａ）」という）と、（ｂ）処理容器内に炭素及び水素を含有する第１のガスと窒素を含有する第２のガスとを同時に供給する工程（以下、「工程（ｂ）」という）と、を含む。
上記一側面に係る方法によれば、工程（ｂ）において第１のガス及び第２のガスが処理容器内に同時に供給されるので、工程（ａ）において形成された膜中のチタンに窒素を結合させ、また、当該膜中のチタンに、窒素によって置換されることを抑制しつつ炭素を結合させることができる。したがって、限られたサイクル数内で比較的多くの炭素を窒化チタン膜中に取り込むことができる。故に、本方法によれば、高い仕事関数を有する炭窒化チタン膜を提供可能であり、且つ、炭素濃度の制御性に優れた炭窒化チタン膜の形成方法が提供される。
一形態の方法は、第１サイクルの複数回の実行前又は実行後に、窒化チタン膜を形成するために実行される別のサイクル（以下、「第２サイクル」ということがある）を更に含んでいてもよく、第２サイクルは、（ｃ）被処理体を収容した処理容器内にチタンの原料ガスを供給する工程（以下、「工程（ｃ）」という）と、（ｄ）処理容器内に窒素を含有する第３のガスを供給する工程（以下、「工程（ｄ）」という）と、を含んでいてもよい。この方法によれば、炭窒化チタン膜の形成の前又は後に窒化チタン膜を形成することにより、炭窒化チタン膜と窒化チタン膜から構成される比較的厚い積層膜を提供することができる。なお、第２サイクルは一回以上実行され得る。
一形態において、第２サイクルを実行して誘電体膜上に窒化チタン膜を形成し、次いで、第１サイクルを複数回実行して、窒化チタン膜上に炭窒化チタン膜を形成してもよい。この形態によれば、炭窒化チタン膜と誘電体膜との間に窒化チタン膜を介在させることができるので、炭窒化チタン膜中の炭素が誘電体膜に拡散することが抑制され得る。
一形態において、複数回実行される第１サイクルの各々は、工程（ａ）と工程（ｂ）との間において、処理容器内に炭素及び水素を含有するガスを供給する工程を更に含んでいてもよい。この形態によれば、炭窒化チタン膜中の炭素の濃度を更に増加させることが可能となる。
上述した第１のガスは、炭化水素（ＣＸＨＹ）ガス、例えば、エチレンガス、アセチレンガス、プロピレンガス、ブタジエンガス等であってもよく、トリエチルアミンであってもよい。また、上述した第２のガス及び第３のガスは、ＮＨ３ガス又はトリエチルアミンであってもよい。
一形態の工程（ｂ）では、第１のガス及び第２のガスのプラズマが処理容器内において生成されてもよい。この形態によれば、第１のガス及び第２のガスを励起させることにより、炭素及び窒素をチタンに結合させることが可能となる。また、工程（ｄ）においても、第３のガスのプラズマが生成されてもよい。なお、工程（ｂ）では、熱エネルギーによって炭素及び窒素をチタンに結合させてもよく、工程（ｄ）では、熱エネルギーによって窒素をチタンに結合させてもよい。
別の側面においては、上述した方法の実施に用いることが可能な成膜装置が提供される。この成膜装置は、処理容器、ガス供給系、及び制御部を備えている。ガス供給系は、チタンの原料ガス、炭素及び水素を含有する第１のガス、及び窒素を含有する第２のガスを処理容器内に供給可能である。制御部は、ガス供給系を制御する。制御部は、制御サイクル（以下、「第１の制御サイクル」ということがある）を複数回実行する。第１の制御サイクルの各々において、制御部は、処理容器内に前記原料ガスを供給するようガス供給系を制御し、処理容器内に第１のガスと第２のガスとを同時に供給するようガス供給系を制御する。
一形態において、ガス供給系は、窒素を含有する第３のガスを前記処理容器内に更に供給可能であってもよく、制御部は、第１の制御サイクルの複数回の実行前又は実行後に、別の制御サイクル（以下、「第２の制御サイクル」ということがある）を実行してもよく、第２の制御サイクルにおいて、処理容器内に前記原料ガスを供給するようガス供給系を制御し、次いで、第３のガスを供給するようガス供給系を制御し得る。第２の制御サイクルは複数回実行されてもよい。
一形態において、複数回実行される第１の制御サイクルの各々において、制御部は、処理容器内に原料ガスを供給するようガス供給系を制御した後、且つ、処理容器内に第１のガスと第２のガスとを同時に供給するようガス供給系を制御する前に、処理容器内に炭素及び水素を含有するガスを供給するようガス供給系を制御してもよい。
一形態の成膜装置は、処理容器内に供給されるガスを励起させるプラズマ生成部を更に備えていてもよく、制御部は、第１の制御サイクルにおいて処理容器内に同時に供給される第１のガス及び第２のガスを励起させるよう、プラズマ生成部を制御してもよい。また、第２サイクルにおいて供給される第３のガスがプラズマ制御部によって励起されてもよい。
以上説明したように、高い仕事関数を有する炭窒化チタン膜を提供可能となり、且つ、炭素濃度の制御性に優れた炭窒化チタン膜を形成することが可能となる。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る炭窒化チタン膜を形成する方法を示す流れ図である。また、図２は、被処理体の一例、及び、図１に示す方法の各工程が適用された被処理体の状態を示す図である。図１に示す方法ＭＴは、例えば、図２に示す被処理体に対して炭窒化チタン膜を形成するために用いることができる。
図２の（ａ）に示すように、一例の被処理体であるウエハＷは、基板ＳＢ及び誘電体膜ＤＬを有している。誘電体膜ＤＬは、基板ＳＢ上に設けられており、例えば、酸化ジルコニウムから構成され得る。このようなウエハＷの膜構成は、例えば、ＤＲＡＭ素子の一部を構成し得る。
一実施形態の方法ＭＴでは、サイクルＣＡの実行によって、図２の（ｂ）に示すように、窒化チタン膜ＴＮがウエハＷ上に形成される。次いで、サイクルＣ１の実行によって、図２の（ｃ）に示すように、窒化チタン膜ＴＮ上に炭窒化チタン膜ＴＣＮが形成される。なお、方法ＭＴにおいて、サイクルＣＡはオプションのサイクルであり、炭窒化チタン膜ＴＣＮのみが必要とされる用途においては、サイクルＣＡは不要である。また、用途によっては、サイクルＣ１の実行後にサイクルＣＡが実行されてもよい。
以下、図１を参照しつつ、方法ＭＴについて詳細に説明する。方法ＭＴのサイクルＣＡは、工程ＳＴａ及び工程ＳＴｂを含んでいる。工程ＳＴａでは、チタンの原料ガスがウエハＷを収容した処理容器内に供給される。この工程ＳＴａの実行により、ウエハＷ上に原料ガスを構成する分子が吸着する。原料ガスは、例えば、ＴｉＣｌ４ガスである。
続く工程ＳＴｂでは、処理容器内に窒素を含有するガス（第３のガス）が供給される。この第３のガスは、例えば、ＮＨ３ガス又はトリエチルアミンである。この工程ＳＴｂでは、第３のガスを分解させて窒素を発生させ、且つ、工程ＳＴａでウエハＷに吸着した分子から塩素を離脱させてチタンに窒素を結合させる。このため、工程ＳＴｂでは、処理容器内に供給されるガス及びウエハＷが加熱される。工程ＳＴｂでは、ガス及びウエハＷは例えば、３５０℃〜４５０℃の範囲内の温度に加熱される。或いは、工程ＳＴｂでは、第３のガスのプラズマが生成される。
サイクルＣＡでは、かかる工程ＳＴａ及び工程ＳＴｂにより窒化チタン膜ＴＮを形成することができ、後述するサイクルＣ１により形成される炭窒化チタン膜ＴＣＮと当該窒化チタン膜ＴＮを含む積層膜の厚みを増加させることができる。このサイクルＣＡの実行回数は、所望の積層膜の膜厚に応じて設定され得るものであり、一回以上であり得る。サイクルＣＡの実行回数が１回である場合には、一回のサイクルＣＡの実行後、方法ＭＴの処理はサイクルＣ１に進む。一方、サイクルＣＡの実行回数が複数回である場合には、工程ＳＴｃにおいて、停止条件が満たされるか否かが判断される。停止条件は、サイクルＣＡが所定回数実行されたときに満たされ得る。停止条件が満たされない場合には、サイクルＣＡが工程ＳＴａから再び繰り返される。一方、停止条件が満たされる場合には、方法ＭＴの処理はサイクルＣ１に進む。
サイクルＣ１は、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含む。サイクルＣ１の工程ＳＴ１は、工程ＳＴａと同様の工程である。この工程ＳＴ１により、ウエハＷ上には、チタンの原料ガスを構成する分子が吸着する。
続く工程ＳＴ２では、処理容器内に、炭素及び水素を含有する第１のガス、及び、窒素を含有する第２のガスが、同時に供給される。第１のガスは、例えば、炭化水素ガス又はトリエチルアミンである。より具体的には、第１のガスは、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガス、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）ガス、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）ガス、若しくは、トリエチルアミン、又は、これらガスのうち二以上の混合ガスであり得る。第２のガスは、第３のガスと同様のガスであってもよく、例えば、ＮＨ３ガス又はトリエチルアミンである。この工程ＳＴ２では、第１のガス及び第２のガスを分解させて炭素及び窒素を発生させ、且つ、工程ＳＴ１でウエハＷに吸着した分子から塩素を離脱させてチタンに炭素及び窒素を結合させる。このため、工程ＳＴ２では、処理容器内に供給されるガス及びウエハＷが加熱される。工程ＳＴ２では、ガス及びウエハＷは例えば、３５０℃〜４５０℃の範囲内の温度に加熱される。或いは、工程ＳＴ２では、第１のガス及び第２のガスのプラズマが生成される。
かかる工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むサイクルＣ１は、複数回実行される。したがって、工程ＳＴ３では、停止条件が満たされるか否かが判断される。停止条件は、サイクルＣ１が所定回数実行されたときに満たされ得る。停止条件が満たされない場合には、サイクルＣ１が工程ＳＴ１から再び繰り返される。一方、停止条件が満たされる場合には、方法ＭＴの処理が終了する。このように複数回繰り返されるサイクルＣ１によって、炭窒化チタン膜ＴＣＮが形成される。
ここで、図３を参照する。図３は、第１のガス及び第２のガスを順に供給する場合に生じる現象（図３中の（ａ）〜（ｃ）参照）と第１のガス及び第２のガスを同時に供給する場合に生じる現象（図３中の（ｄ）〜（ｅ）参照）を説明する図である。図３の（ａ）に示すようにチタンの原料ガスが供給されるとウエハＷにチタンの原料ガスを構成する分子が吸着する。次いで、第１のガスが単独で供給されると、図３の（ｂ）に示すように、第１のガスを構成する分子（同図では、ＨｙＣ＝ＣｘＨ）がチタン（Ｔｉ）に結合する。しかる後に、第２のガスが単独で供給されると、第１のガスを構成する分子とチタンとの結合が第２のガスを構成する分子によって切断され、図３の（ｃ）に示すように、チタンには第２のガスを構成する分子（同図では、ＮＨ２）が結合する。即ち、第１のガス及び第２のガスが順に供給されると、炭窒化チタン膜中に含まれる炭素の濃度が低くなる。
一方、方法ＭＴにおいても、サイクルＣ１の工程ＳＴ１においてチタンの原料ガスが供給されると、図３の（ｄ）に示すように、ウエハＷにチタンの原料ガスを構成する分子が吸着する。そして、方法ＭＴのサイクルＣ１では、工程ＳＴ２において第１のガス及び第２のガスが処理容器内に同時に供給されるので、図３の（ｅ）に示すように、工程ＳＴ１において形成された膜中のチタンに窒素（同図では、ＮＨ２）を結合させ、また、当該膜中のチタンに、窒素によって置換されることを抑制しつつ炭素（同図では、ＨｙＣ−ＣＨ）を結合させることができる。したがって、限られたサイクル数内で比較的多くの炭素を膜中に取り込むことができる。故に、サイクルＣ１によれば、高い仕事関数を有する炭窒化チタン膜ＴＣＮを提供することが可能となり、炭素濃度の制御性に優れた炭窒化チタン膜を提供することが可能となる。
また、一実施形態においては、上述したように、サイクルＣ１の実行前にサイクルＣＡが実行される。かかるサイクルＣＡによって誘電体膜ＤＬと炭窒化チタン膜ＴＣＮとの間に介在する窒化チタン膜ＴＮを形成することができる。これにより、誘電体膜ＤＬに対する炭窒化チタン膜ＴＣＮからの炭素の拡散を抑制することが可能となる。
以下、別の実施形態に係る炭窒化チタン膜を形成する方法について説明する。図４は、別の実施形態に係る炭窒化チタン膜を形成する方法を示す流れ図である。図４に示す方法ＭＴ２は、サイクルＣ１が工程ＳＴ１と工程ＳＴ２との間に工程ＳＴ４を含む点において方法ＭＴとは異なっている。方法ＭＴ２の工程ＳＴ４では、処理容器内に炭素及び水素を含有するガスが供給される。このガスは、上述した第１のガスと同様のガスであり得る。この工程ＳＴ４では、炭素及び水素を含有するガス及びウエハＷが、例えば、３５０℃〜４５０℃の範囲内の温度に加熱されてもよい。或いは、工程ＳＴ４では、炭素及び水素を含有するガスのプラズマが生成されてもよい。この方法ＭＴ２によれば、工程ＳＴ１において形成された膜中のチタンに、工程ＳＴ４において炭素を結合させ、しかる後、工程ＳＴ３が実行される。したがって、炭窒化チタン膜中の炭素の濃度を更に増加させることが可能となる。
以下、方法ＭＴ及び方法ＭＴ２の実施に用いることが可能な成膜装置の幾つかの実施形態について説明する。図５は、一実施形態に係る成膜装置を概略的に示す図であり、当該成膜装置の縦断面構造を示している。図６は、図５に示す成膜装置の横断面構造を示す図である。
図５及び図６に示す成膜装置１は、処理容器４を備えている。処理容器４は、本体部５、区画壁５６、及び、カバー部材６６を含んでいる。本体部５は、略円筒形状を有しており、下端において開口され、上端において閉じられている。本体部５は、例えば、石英により形成されている。この本体部５内の上端部には、石英製の天井板６が設けられている。また、この本体部５の下端開口部には、マニホールド８が、Ｏリング等のシール部材１０を介して連結されている。マニホールド８は、例えばステンレススチールから構成されており、略円筒形状を有し得る。
処理容器４内には、ウエハボート１２が設けられている。ウエハボート１２は、複数枚のウエハＷを支持するように構成されている。一例において、ウエハボート１２は、支柱１２Ａを有している。支柱１２Ａは、複数枚のウエハＷを所定のピッチで多段に支持するよう構成されている。
ウエハボート１２は、石英製の保温筒１４を介してテーブル１６上に載置されている。テーブル１６は、回転軸２０によって支持されている。回転軸２０は、蓋部１８を鉛直方向に貫通しており、当該蓋部１８はマニホールド８の下端開口部を閉じている。この回転軸２０と蓋部１８との間には、例えば磁性流体シール２２が設けられている。また、蓋部１８の周辺部とマニホールド８の下端部との間には、例えば、Ｏリングといったシール部材２４が設けられている。
回転軸２０は、アーム２６の先端に取り付けられた駆動装置２１に結合されている。この駆動装置２１は、回転軸２０を回転させるように構成されている。また、アーム２６は、例えばボートエレベータ等の昇降機構によって支持されている。これにより、ウエハボート１２及び蓋部１８等を一体的に昇降して、ウエハボート１２を処理容器４内へ挿入すること、或いは処理容器４内から取り出すことが可能となっている。
また、成膜装置１は、ガス供給系ＧＳを更に備えている。ガス供給系ＧＳは、ガス供給部２８、ガス供給部３０、及びガス供給部３２を含んでいる。ガス供給部２８は、チタンの原料ガスを処理容器４内に供給する。ガス供給部２８は、ガスソース２８ａ、流量制御器２８ｂ、及び開閉弁２８ｃを有している。ガスソース２８ａは、チタンの原料ガス、例えば、ＴｉＣｌ４ガスのソースである。流量制御器２８ｂは、マスフローコントローラといった流量制御器であり、原料ガスの流量を調整する機能を有する。開閉弁２８ｃは、原料ガスの供給及びその停止を切換える機能を有する。これら流量制御器２８ｂ及び開閉弁２８ｃは、制御部４８によって制御される。ガスソース２８ａは、流量制御器２８ｂ及び開閉弁２８ｃを介して、ガス分散ノズル３６に接続されている。一実施形態においては、二つのガス分散ノズル３６が設けられている。ガス分散ノズル３６は、マニホールド８を貫通し、本体部５内の空間において鉛直方向に延びている。本体部５内において延在するガス分散ノズル３６には、複数のガス噴射口３６Ａが形成されている。かかるガス供給部２８によれば、流量が調整された原料ガスを処理容器４内に供給することができる。また、原料ガスの処理容器４内への供給とその停止とを制御することができる。
ガス供給部３０は、第１のガス、即ち、炭素及び水素を含有するガスを処理容器４内に供給する。ガス供給部３０は、ガスソース３０ａ、流量制御器３０ｂ、及び開閉弁３０ｃを有している。ガスソース３０ａは、第１のガスのソースである。流量制御器３０ｂは、マスフローコントローラといった流量制御器であり、第１のガスの流量を調整する機能を有する。開閉弁３０ｃは、第１のガスの供給及びその停止を切換える機能を有する。これら流量制御器３０ｂ及び開閉弁３０ｃは、制御部４８によって制御される。ガスソース３０ａは、流量制御器３０ｂ及び開閉弁３０ｃを介して、ガス分散ノズル３４に接続されている。ガス分散ノズル３４は、マニホールド８を貫通し、本体部５内において鉛直方向に延びた後、区画壁５６によって提供される空間５４内において鉛直方向に延びている。このガス分散ノズル３４には、複数のガス噴射口３４Ａが形成されている。かかるガス供給部３０によれば、流量が調整された第１のガスを供給することができる。また、第１のガスの供給とその停止とを制御することができる。
ガス供給部３２は、第２のガス及び第３のガスとして共通に用いられる窒素含有ガス、例えば、ＮＨ３ガス又はトリエチルアミンを処理容器４内に供給する。ガス供給部３２は、ガスソース３２ａ、流量制御器３２ｂ、及び開閉弁３２ｃを有している。ガスソース３２ａは、窒素含有ガスのソースである。流量制御器３２ｂは、マスフローコントローラといった流量制御器であり、窒素含有ガスの流量を調整する機能を有する。開閉弁３２ｃは、窒素含有ガスの供給及びその停止を切換える機能を有する。これら流量制御器３２ｂ及び開閉弁３２ｃは、制御部４８によって制御される。ガスソース３２ａは、流量制御器３２ｂ及び開閉弁３２ｃを介して、ガス分散ノズル３４に接続されている。かかるガス供給部３２によれば、流量が調整された窒素含有ガスを供給することができる。また、窒素含有ガスの供給とその停止とを制御することができる。
上述した処理容器４の区画壁５６は、鉛直方向に延びる断面略矩形の空間５４を画成する壁であり、当該空間５４が本体部５内の空間と結合するように、本体部５に結合されている。上述したガス分散ノズル３４はこの区画壁５６によって画成された空間５４内において鉛直方向に延在している。
また、成膜装置１は、ガス分散ノズル３４から供給されるガスを励起させるためのプラズマ生成部５０を更に備えている。このプラズマ生成部５０は、一対の電極５８、及び、高周波電源６０を含んでいる。一対の電極５８は、空間５４を挟むように、区画壁５６の一対の側壁に設けられており、鉛直方向に延在している。高周波電源６０は、当該一対の電極５８に給電ライン６２を介して接続されている。この高周波電源６０は、例えば１３．５６ＭＨｚといった周波数を有する高周波電力を一対の電極５８に対して供給する。高周波電源６０から供給される高周波電力により、空間５４では高周波電界が形成され、当該空間５４内においてガス分散ノズル３４から供給されるガスが励起される。このように励起されたガス、即ち、プラズマは、本体部５内の空間に拡散する。
また、成膜装置１では、区画壁５６を覆うように、絶縁保護カバー６４が設けられている。絶縁保護カバー６４は、例えば、石英から構成されている。この絶縁保護カバー６４内には、冷媒流路が設けられていてもよく、冷媒を当該冷媒流路に供給することにより、電極５８が冷却されるようになっていてもよい。
上述した処理容器４のカバー部材６６は、本体部５に結合されている。カバー部材６６は、本体部５内の空間を介して空間５４に対向する排気口５２を提供している。また、カバー部材６６は、本体部５に沿って上方に延び、本体部５の上方においてガス出口６８を提供している。このガス出口６８には、真空ポンプといった排気装置６９が接続されている。
また、成膜装置１は、加熱装置７０を更に備えている。加熱装置７０は、略筒形状を有しており、処理容器４の外周を囲むように設けられている。この加熱装置７０によって、処理容器４内に供給されるガス、及びウエハＷが加熱される。
また、上述した制御部４８は、ガス供給系ＧＳの各部に加えて、高周波電源６０及び加熱装置７０も制御し得る。この制御部４８は、レシピを記憶するメモリといった記憶装置、オペレータの入力を受け付ける入力装置、ＣＰＵといったプロセッサ、及び、制御信号を送出するインタフェイスを有するコンピュータ装置であり得る。方法ＭＴを成膜装置１において実施する場合には、制御部４８は、以下に説明する制御を行う。
制御部４８は、方法ＭＴ及びＭＴ２の一回以上のサイクルＣＡを実行するために、制御サイクル、即ち、第２の制御サイクルを一回以上実行する。第２の制御サイクルの各々において、制御部４８は、チタンの原料ガスがガスソース２８ａから処理容器４内に供給されるよう、ガス供給部２８の流量制御器２８ｂ及び開閉弁２８ｃを制御する。これにより、サイクルＣＡの工程ＳＴａが実行される。次いで、第２の制御サイクルの各々において、制御部４８は、窒素含有ガスがガスソース３２ａから処理容器４内に供給されるよう、ガス供給部３２の流量制御器３２ｂ及び開閉弁３２ｃを制御する。これにより、サイクルＣＡの工程ＳＴｂが実行される。なお、工程ＳＴｂの実行においては、制御部４８は、プラズマ生成部５０を制御して窒素含有ガスのプラズマを生成させてもよい。この場合に、制御部４８は、一対の電極５８に高周波電力が供給されるよう、高周波電源６０を制御する。或いは、工程ＳＴ２の実行において、制御部４８は、加熱装置７０を制御して、当該加熱装置７０に熱エネルギーを供給させてもよい。
また、制御部４８は、方法ＭＴ及び方法ＭＴ２の複数回のサイクルＣ１を実行するために、制御サイクル、即ち第１の制御サイクルを複数回実行する。第１の制御サイクルの各々において、制御部４８は、チタンの原料ガスがガスソース２８ａからの処理容器４内に供給されるよう、ガス供給部２８の流量制御器２８ｂ及び開閉弁２８ｃを制御する。これにより、サイクルＣ１の工程ＳＴ１が実行される。方法ＭＴ２が実施される場合には、次いで、制御部４８は、第１のガスがガスソース３０ａから処理容器４内に供給されるよう、ガス供給部３０の流量制御器３０ｂ及び開閉弁３０ｃを制御する。これにより、サイクルＣ１の工程ＳＴ４が実行される。そして、方法ＭＴが実施される場合には、工程ＳＴ１に続く工程ＳＴ２を実行するために、また、方法ＭＴ２が実施される場合には工程ＳＴ４に続く工程ＳＴ２を実行するために、制御部４８は、第１のガスがガスソース３０ａから処理容器４内に供給されるよう、ガス供給部３０の流量制御器３０ｂ及び開閉弁３０ｃを制御する。同時に、制御部４８は、窒素含有ガスがガスソース３２ａから処理容器４内に供給されるよう、ガス供給部３２の流量制御器３２ｂ及び開閉弁３２ｃを制御する。これにより、サイクルＣ１の工程ＳＴ２が実行される。なお、工程ＳＴ２の実行においては、制御部４８は、プラズマ生成部５０を制御して第１のガス及び窒素含有ガスのプラズマを生成させてもよい。この場合に、制御部４８は、一対の電極５８に高周波電力が供給されるよう、高周波電源６０を制御する。或いは、工程ＳＴ２の実行において、制御部４８は、加熱装置７０を制御して、加熱装置７０に熱エネルギーを供給させてもよい。
以下、方法ＭＴの実施に用いることが可能な成膜装置の別の実施形態について説明する。図７は、別の実施形態に係る成膜装置の縦断面を概略的に示す図である。図８は、図７に示す成膜装置の斜視図であり、天板を取り除いた状態を示す斜視図である。図９は、図７に示す成膜装置の平面図であり、当該成膜装置を横断する水平面において当該成膜装置を破断した状態を示す平面図である。なお、図７は、図９のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って取った成膜装置の断面を示している。
図７〜９に示す成膜装置１００は、処理容器１０１を備えている。処理容器１０１は、略円盤形状の空間をその内部空間として提供している。この処理容器１０１の内部空間は、後述する中心軸線に対して周方向に並ぶ領域Ｐ１、分離領域Ｄ１、領域Ｐ２、及び分離領域Ｄ２を提供している。処理容器１０１は、天板１１１及び本体部１１２を有している。本体部１１２は、略筒形状を有しており、処理容器１０１の側壁及び底部を構成している。本体部１１２によって提供される側壁には、搬送口１１５が形成されている。搬送アーム１１０によって保持されたウエハＷは、搬送口１１５を介して搬入及び搬出されるようになっている。また、この搬送口１１５は、ゲートバルブによって開閉可能となっている。
天板１１１は、処理容器１０１の天部を構成している。天板１１１は、本体部１１２の上端面上に設けられており、天板１１１と本体部１１２との間には、Ｏリング１１３が介在している。Ｏリング１１３は、天板１１１と本体部１１２との間の気密を確保する。
処理容器１０１内には、回転テーブル１０２が設けられている。回転テーブル１０２は、略円盤形状を有している。この回転テーブル１０２は、その中心部にて円筒形状のコア部１２１に固定されている。このコア部１２１は、回転軸１２２の上端に固定されている。回転軸１２２は、鉛直方向に延びて、処理容器１０１の本体部１１２の底部１１４を貫通している。この回転軸１２２の下端は、駆動部１２３に連結されている。駆動部１２３は、回転軸１２２をその中心軸線周りに回転させる。回転軸１２２及び駆動部１２３は、筒状のケース１２０内に収容されている。このケース１２０は、底部１１４に対して気密に結合されている。
図８及び図９に示すように、回転テーブル１０２の上面部には、ウエハＷを載置するための五つの凹部１２４が形成されている。これら凹部１２４は、回転テーブル１０２の回転軸線、即ち、中心軸線に対して周方向に配列されている。この凹部１２４の直径は、ウエハＷの直径よりも僅かに大きくなっており、また凹部１２４の深さはウエハＷの厚みと略同等の深さに設定されている。
図８及び図９に示すように、回転テーブル１０２の上方には、ガスノズル１３１、二つの分離ガスノズル１４１及び１４２、並びに、活性化ガスインジェクタ２２０が設けられている。ガスノズル１３１、二つの分離ガスノズル１４１及び１４２、並びに、活性化ガスインジェクタ２２０は、回転テーブル１０２の上面に対面するように設けられており、周方向に配列されており、且つ、放射方向に延在している。
ガスノズル１３１は領域Ｐ１に設けられており、活性化ガスインジェクタ２２０は領域Ｐ２に設けられている。分離ガスノズル１４１は、領域Ｐ２から領域Ｐ１までの間の分離領域Ｄ１の上方に設けられている。また、分離ガスノズル１４２は、領域Ｐ１から領域Ｐ２までの間の分離領域Ｄ２の上方に設けられている。
ガスノズル１３１には、下方に向いた多数のガス吐出口が形成されている。これらガス吐出口は、ウエハＷに均一にガスが照射されるよう、放射方向に配列されている。ガスノズル１３１の基端部にはガス導入ポート１３１ａが設けられている。ガス導入ポート１３１ａは、処理容器１０１の外部に設けられている。ガス導入ポート１３１ａには、ガス供給部２８が接続されている。このガス供給部２８は、上述した成膜装置１のガス供給部２８と同様のガス供給部である。この成膜装置１００では、ガス供給部２８及びガスノズル１３１が、一実施形態のガス供給系の一部を構成している。かかるガス供給系によれば、ウエハＷは、領域Ｐ１においてチタンの原料ガスに晒されるようになっている。
また、分離ガスノズル１４１及び分離ガスノズル１４２には、下方に向いた多数のガス吐出口が形成されている。分離ガスノズル１４１及び分離ガスノズル１４２のそれぞれの基端部には、ガス導入ポート１４１ａ及びガス導入ポート１４２ａが設けられている。ガス導入ポート１４１ａ及びガス導入ポート１４２ａは、処理容器１０１の外部に設けられている。ガス導入ポート１４１ａ及びガス導入ポート１４２ａにはそれぞれ、流量制御器及び開閉弁を介して分離ガスのソースが接続されている。分離ガスは、領域Ｐ１に供給される原料ガスと、活性化ガスインジェクタ２２０から領域Ｐ２に供給されるガス（又は活性化ガス）とが混じり合わないように、領域Ｐ１と領域Ｐ２を分離するためのガスであり、不活性ガスであり得る。不活性ガスは、例えば、Ｎ２ガスであってもよく、或いは、希ガスであってもよい。
分離領域Ｄ１及び分離領域Ｄ２は、天板１１１の凸状部１０４によって上方から画成されている。凸状部１０４は、周方向において当該凸状部１０４の周囲に延在する天板１１１の処理容器１０１内の空間側の面よりも下方に突出している。また、凸状部１０４は、略扇型の平面形状を有している。さらに、凸状部１０４には、放射方向に延びる溝が形成されており、分離ガスノズル１４１及び分離ガスノズル１４２は、当該溝内に収められている。
また、天板１１１は、コア部１２１の外周面と対面する突出部１０５を提供している。さらに、凸状部１０４の径方向外側の部位は、回転テーブル１０２の外周面に対面するように屈曲された屈曲部１４６を提供している。これら突出部１０５及び屈曲部１４６により、領域Ｐ１に供給されるガスと領域Ｐ２に供給されるガス（又は活性化ガス）の分離性能が更に高められている。
また、処理容器１０１内の空間は、領域Ｐ１の放射方向の外側、及び、領域Ｐ２の放射方向の外側にそれぞれ、排気領域Ｅ１及び排気領域Ｅ２を提供している。排気領域Ｅ１の下方の底部１１４には排気口１６１が形成されている。また、排気領域Ｅ２の下方の底部１１４には排気口１６２が形成されている。排気口１６１及び排気口１６２は、排気管１６３及び圧力調整器１６５を介して、真空ポンプといった排気装置１６４に接続されている。
また、回転テーブル１０２と底部１１４の間の空間には、ヒータユニット１０７が設けられている。このヒータユニット１０７は、カバー部１０７ａ、１７１、及び、１１２ａによって囲まれた空間内に設けられている。カバー部１０７ａは、ヒータユニット１０７を上方から覆っており、カバー部１７１は、径方向外側からヒータユニット１０７を覆っており、カバー部１１２ａは、ヒータユニット１０７を径方向内側から覆っている。これらカバー部１０７ａ、１７１、及び、１１２ａによって囲まれた空間には、配管１７３を介してパージガス（例えば、Ｎ２ガス）が供給されるようになっている。また、カバー部１１２ａとコア部１２１との間にも、配管１７２を介してパージガスが供給されるようになっている。さらに、天板１１１の中心部には、配管１５１が接続されており、コア部１２１と天板１１１との間にも分離ガスが供給されるようになっている。
以下、活性化ガスインジェクタ２２０について説明する。図１０は、活性化ガスインジェクタの拡大斜視図である。図１１は、図１０に示す活性化ガスインジェクタの縦断面図である。活性化ガスインジェクタ２２０は、上述したように、領域Ｐ２に設けられている。活性化ガスインジェクタ２２０は、ガスノズル１３４を有している。ガスノズル１３４は、処理容器１０１の側壁から処理容器１０１内の空間の中央に向けて延在している。このガスノズル１３４には、多数のガス吐出口３４１が形成されている。ガスノズル１３４には、ガス供給部３０及びガス供給部３２が接続されている。これらガス供給部３０及びガス供給部３２は、上述した成膜装置１のガス供給部３０及びガス供給部３２とそれぞれ同様のガス供給部である。この成膜装置１００では、ガスノズル１３４、ガス供給部３０、及びガス供給部３２は、一実施形態に係るガス供給系の一部を構成している。
また、活性化ガスインジェクタ２２０は、活性化部１８０を有している。この活性化部１８０は、シース管１３５ａ及びシース管１３５ｂを含んでいる。シース管１３５ａ及びシース管１３５ｂは、保護管１３７によって覆われている。シース管１３５ａ及びシース管１３５ｂは、互いに平行に、処理容器１０１の側壁から処理容器１０１内の空間の中央に向けて延在している。これらシース管１３５ａ及びシース管１３５ｂは、例えば、石英、アルミナ、及びイットリアといった誘電体材料から構成されている。シース管１３５ａ及びシース管１３５ｂ内にはそれぞれ、電極１３６ａ及び電極１３６ｂが挿入されている。電極１３６ａ及び電極１３６ｂは平行電極を構成している。これら電極１３６ａ及び電極１３６ｂには、整合器２２５を介して高周波電源２２４が接続されている。高周波電源２２４は、電極１３６ａ及び電極１３６ｂに、例えば１３．５６ＭＨｚといった周波数を有する高周波電力を供給する。高周波電力が電極１３６ａ及び電極１３６ｂに供給されると、活性化部１８０の周囲には高周波電界が形成される。この高周波電界により第１のガス及び／又は窒素含有ガスが励起される。よって、成膜装置１００では、活性化部１８０、整合器２２５、及び高周波電源２２４は、一実施形態のプラズマ生成部を構成している。
また、活性化ガスインジェクタ２２０は、カバー体２２１を更に有している。カバー体２２１は、例えば、石英といった絶縁体から構成されている。このカバー体２２１は、ガスノズル１３４、並びに、シース管１３５ａ及びシース管１３５ｂを上方及び側方から覆っている。また、このカバー体２２１の周方向の両側下端には規制面２２２が連続している。規制面２２２は、このカバー体２２１の周方向の両側下端から周方向に延在している。
かかる活性化ガスインジェクタ２２０によれば、ガスノズル１３４から供給される窒素含有ガス、又は、窒素含有ガスと第１のガスの混合ガスが、高周波電力に基づいて生成される高周波電界によって励起される。したがって、ウエハＷは、領域Ｐ２において窒素含有ガスのプラズマ、及び／又は、第１のガスのプラズマに晒されるようになっている。
また、成膜装置１００は、制御部１４８を更に備えている。制御部１４８は、レシピを記憶するメモリといった記憶装置、オペレータの入力を受け付ける入力装置、ＣＰＵといったプロセッサ、及び、制御信号を送出するインタフェイスを有するコンピュータ装置であり得る。方法ＭＴを成膜装置１００において実施する場合には、制御部１４８は、以下に説明する制御を行う。
制御部１４８は、方法ＭＴの一回以上のサイクルＣＡを実行するために、第２の制御サイクルを一回以上実行する。一回以上の第２の制御サイクルの実行中に、制御部１４８は、駆動部１２３を動作させて、回転テーブル１０２を回転させる。成膜装置１００を用いる場合には、ウエハＷが処理容器１０１内の空間を中心軸線周りに１回転することが１回の第２の制御サイクルの実行に相当する。一回以上の第２の制御サイクルの実行中、制御部１４８は、チタンの原料ガスがガスソース２８ａから領域Ｐ１に供給されるよう、ガス供給部２８の流量制御器２８ｂ及び開閉弁２８ｃを制御する。これにより、ウエハＷが領域Ｐ１を通過する際に、サイクルＣＡの工程ＳＴａが実行される。また、一回以上の第２の制御サイクルの実行中、制御部１４８は、窒素含有ガスがガスソース３２ａから供給されるよう、ガス供給部３２の流量制御器３２ｂ及び開閉弁３２ｃを制御し、また、窒素含有ガスのプラズマを生成させるようプラズマ生成部の高周波電源２２４を制御する。これにより、ウエハＷが領域Ｐ２を通過する際に、サイクルＣＡの工程ＳＴｂが実行される。なお、工程ＳＴｂの実行においては、制御部１４８は、プラズマの生成に関連する制御に代えて、ヒータユニット１０７を制御して、当該ヒータユニット１０７に熱エネルギーを供給させてもよい。
また、制御部１４８は、方法ＭＴの複数回のサイクルＣ１を実行するために、第１の制御サイクルを複数回実行する。複数回の第１の制御サイクルの実行中に、制御部１４８は、駆動部１２３を動作させて、回転テーブル１０２を回転させる。成膜装置１００を用いる場合には、ウエハＷが処理容器１０１内の空間を中心軸線周りに１回転することが１回の第１の制御サイクルの実行に相当する。複数回の第１の制御サイクルの実行中に、制御部１４８は、チタンの原料ガスがガスソース２８ａから領域Ｐ１に供給されるよう、ガス供給部２８の流量制御器２８ｂ及び開閉弁２８ｃを制御する。これにより、ウエハＷが領域Ｐ１を通過する際に、サイクルＣ１の工程ＳＴ１が実行される。また、複数回の第１の制御サイクルの実行中に、制御部１４８は、第１のガスがガスソース３０ａから供給されるよう、ガス供給部３０の流量制御器３０ｂ及び開閉弁３０ｃを制御する。また、制御部１４８は、窒素含有ガスがガスソース３２ａから供給されるよう、ガス供給部３２の流量制御器３２ｂ及び開閉弁３２ｃを制御する。さらに、制御部１４８は、第１のガス及び窒素含有ガスのプラズマを生成させるようプラズマ生成部の高周波電源２２４を制御する。これにより、ウエハＷが領域Ｐ２を通過する際に、サイクルＣ１の工程ＳＴ２が実行される。なお、工程ＳＴ２の実行においては、制御部１４８は、プラズマの生成に関連する制御に代えて、ヒータユニット１０７を制御して、当該ヒータユニット１０７に熱エネルギーを供給させてもよい。
以下、方法ＭＴの評価のために行った実験例１及び実験例２、並びに比較実験例について説明する。なお、以下に説明する実験例は単に例示のために示されるものであって、本発明を限定するものではない。
実験例１及び実験例２においては、成膜装置１００を用いて方法ＭＴのサイクルＣ１を実行することにより、シリコン基板上に炭窒化チタン膜を作成した。なお、実験例１における炭窒化チタン膜の形成の条件は、窒化チタン膜の形成のために最適化した条件をベースとし、第１のガスとして３０ｓｃｃｍのＣ２Ｈ４ガスを供給する条件であった。また、実験例２における炭窒化チタン膜の形成の条件は、Ｃ２Ｈ４ガスの流量が４０ｓｃｃｍである点において実験例１の条件とは異なる条件であった。また、参考実験例では、実験例１及び実験例２の上記条件がベースとしている窒化チタン膜の形成条件で、窒化チタン膜を形成した。
そして、実験例１及び実験例２のそれぞれで形成した炭窒化チタン膜、及び比較実験例で形成した窒化チタン膜の仕事関数（Ｗ．Ｆ．）を、紫外光電子分光法により求めた。また、実験例１及び実験例２のそれぞれで形成した炭窒化チタン膜、及び比較実験例で形成した窒化チタン膜の組成（各元素の濃度）を、Ｘ線光電子分光法により求めた。その結果を表１に示す。
表１に示すように、実験例１及び実験例２において形成した炭窒化チタン膜は、比較実験例において形成した窒化チタン膜の仕事関数よりも大きな仕事関数を有することが確認された。また、実験例１及び実験例２では、比較的多量の炭素を炭窒化チタン膜中に取り込むことが可能であることが確認された。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、方法ＭＴの実施に用いることができる成膜装置は、窒素含有ガス及び第１のガスを励起させるために、任意のプラズマ源を有していてもよい。また、方法ＭＴの実施には、枚葉式の成膜装置が用いられてもよい。
１…成膜装置、４…処理容器、ＧＳ…ガス供給系、２８，３０，３２…ガス供給部、４８…制御部、５０…プラズマ生成部、７０…加熱装置、１００…成膜装置、１０１…処理容器、１０２…回転テーブル、１４８…制御部、１８０…活性化部、２２４…高周波電源、２２５…整合器。
Claims (7)
- 炭窒化チタン膜を形成する方法であって、
炭窒化チタン膜を形成するために複数回実行されるサイクルを含み、
複数回実行される前記サイクルの各々が、
被処理体を収容した処理容器内にチタンの原料ガスを供給する工程と、
前記処理容器内に炭素及び水素を含有する第１のガスと窒素を含有する第２のガスとを同時に供給する工程と、
を含み、
該方法は、前記サイクルの複数回の実行前に、窒化チタン膜を形成するために実行される別のサイクルを更に含み、
複数回実行される前記別のサイクルの各々が、
前記被処理体を収容した処理容器内にチタンの原料ガスを供給する工程と、
前記処理容器内に窒素を含有する第３のガスを供給する工程と、
を含み、
前記別のサイクルを実行して前記被処理体の誘電体膜上に前記窒化チタン膜を形成し、
次いで、前記炭窒化チタン膜を形成するために実行される前記サイクルを複数回実行して、前記窒化チタン膜上に前記炭窒化チタン膜を形成する、
方法。 - 前記第３のガスはＮＨ３ガス又はトリエチルアミンである、請求項１に記載の方法。
- 前記炭窒化チタン膜を形成するために複数回実行される前記サイクルの各々は、前記チタンの原料ガスを供給する前記工程と、前記処理容器内に前記第１のガスと前記第２のガスとを同時に供給する前記工程との間において、前記処理容器内に炭素及び水素を含有するガスを供給する工程を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記第１のガスは炭化水素ガス又はトリエチルアミンである、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
- 前記第２のガスはＮＨ３ガス又はトリエチルアミンである、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
- 前記チタンの原料ガスは、ＴｉＣｌ４ガスである、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
- 前記処理容器内に前記第１のガスと前記第２のガスとを同時に供給する前記工程においては、前記第１のガス及び前記第２のガスのプラズマが前記処理容器内において生成される、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014253789A JP6315699B2 (ja) | 2014-03-17 | 2014-12-16 | 炭窒化チタン膜を形成する方法 |
| KR1020150030422A KR20150108313A (ko) | 2014-03-17 | 2015-03-04 | 탄질화티타늄 막을 형성하는 방법, 및 성막 장치 |
| US14/658,355 US20150259792A1 (en) | 2014-03-17 | 2015-03-16 | Method of Forming Titanium Carbonitride Film and Film Formation Apparatus Therefor |
| TW104108249A TWI618810B (zh) | 2014-03-17 | 2015-03-16 | 碳氮化鈦膜形成方法及成膜裝置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014053453 | 2014-03-17 | ||
| JP2014053453 | 2014-03-17 | ||
| JP2014253789A JP6315699B2 (ja) | 2014-03-17 | 2014-12-16 | 炭窒化チタン膜を形成する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015193902A JP2015193902A (ja) | 2015-11-05 |
| JP6315699B2 true JP6315699B2 (ja) | 2018-04-25 |
Family
ID=54068287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2014253789A Active JP6315699B2 (ja) | 2014-03-17 | 2014-12-16 | 炭窒化チタン膜を形成する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150259792A1 (ja) |
| JP (1) | JP6315699B2 (ja) |
| KR (1) | KR20150108313A (ja) |
| TW (1) | TWI618810B (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7455013B2 (ja) * | 2020-07-10 | 2024-03-25 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4670024A (en) * | 1985-09-23 | 1987-06-02 | Bhat Deepak G | Silicon nitride cutting tool and process for making |
| DE3841731C1 (en) * | 1988-12-10 | 1990-04-12 | Krupp Widia Gmbh, 4300 Essen, De | Process for coating a tool base, and tool produced by this process |
| US6727169B1 (en) * | 1999-10-15 | 2004-04-27 | Asm International, N.V. | Method of making conformal lining layers for damascene metallization |
| JP3408527B2 (ja) * | 2000-10-26 | 2003-05-19 | 松下電器産業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US20070116888A1 (en) * | 2005-11-18 | 2007-05-24 | Tokyo Electron Limited | Method and system for performing different deposition processes within a single chamber |
| JP4924437B2 (ja) * | 2007-02-16 | 2012-04-25 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜方法及び成膜装置 |
| US7851915B2 (en) * | 2007-04-30 | 2010-12-14 | Stmicroelectronics S.A. | Electronic component comprising a titanium carbonitride (TiCN) barrier layer and process of making the same |
| US8557702B2 (en) * | 2009-02-02 | 2013-10-15 | Asm America, Inc. | Plasma-enhanced atomic layers deposition of conductive material over dielectric layers |
| KR101094386B1 (ko) * | 2009-11-30 | 2011-12-15 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 장치의 전극 및 캐패시터 제조 방법 |
| KR101094375B1 (ko) * | 2009-11-30 | 2011-12-15 | 주식회사 하이닉스반도체 | 탄소함유 전극을 갖는 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
| JP5651451B2 (ja) * | 2010-03-16 | 2015-01-14 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理方法及び基板処理装置 |
| JP5572447B2 (ja) * | 2010-05-25 | 2014-08-13 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理方法及び基板処理装置 |
| JP6022228B2 (ja) * | 2011-09-14 | 2016-11-09 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム |
| US8617985B2 (en) * | 2011-10-28 | 2013-12-31 | Applied Materials, Inc. | High temperature tungsten metallization process |
| JP6039996B2 (ja) * | 2011-12-09 | 2016-12-07 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム |
| JP5951443B2 (ja) * | 2011-12-09 | 2016-07-13 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム |
| JP2013145796A (ja) * | 2012-01-13 | 2013-07-25 | Tokyo Electron Ltd | ＴｉＳｉＮ膜の成膜方法および記憶媒体 |
| JP6047039B2 (ja) * | 2012-04-20 | 2016-12-21 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理方法、基板処理装置およびプログラム |
| JP5847783B2 (ja) * | 2013-10-21 | 2016-01-27 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理装置、プログラム及び記録媒体 |
-
2014
- 2014-12-16 JP JP2014253789A patent/JP6315699B2/ja active Active
-
2015
- 2015-03-04 KR KR1020150030422A patent/KR20150108313A/ko not_active Application Discontinuation
- 2015-03-16 US US14/658,355 patent/US20150259792A1/en not_active Abandoned
- 2015-03-16 TW TW104108249A patent/TWI618810B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150108313A (ko) | 2015-09-25 |
| US20150259792A1 (en) | 2015-09-17 |
| TWI618810B (zh) | 2018-03-21 |
| JP2015193902A (ja) | 2015-11-05 |
| TW201602384A (zh) | 2016-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6804270B2 (ja) | 基板処理装置、および基板処理方法 | |
| US7351668B2 (en) | Film formation method and apparatus for semiconductor process | |
| JP6267080B2 (ja) | シリコン窒化物膜の成膜方法および成膜装置 | |
| US7964241B2 (en) | Film formation method and apparatus for semiconductor process | |
| KR100954243B1 (ko) | 반도체 처리용 성막 장치 및 방법과 컴퓨터로 판독 가능한 매체 | |
| US7758920B2 (en) | Method and apparatus for forming silicon-containing insulating film | |
| JP5258229B2 (ja) | 成膜方法および成膜装置 | |
| US11047044B2 (en) | Film forming apparatus and film forming method | |
| US8563096B2 (en) | Vertical film formation apparatus and method for using same | |
| US9478410B2 (en) | Method of forming nitride film with plasma | |
| US7964516B2 (en) | Film formation apparatus for semiconductor process and method for using same | |
| US10573512B2 (en) | Film forming method | |
| US20070167028A1 (en) | Film formation method and apparatus for semiconductor process | |
| US9970110B2 (en) | Plasma processing apparatus | |
| KR101991574B1 (ko) | 성막 장치, 및 그것에 이용하는 가스 토출 부재 | |
| KR100983452B1 (ko) | 실리콘 질화막의 형성 방법 | |
| TW201717253A (zh) | 用於大體積原子層沉積反應器中之邊緣均勻性調變的組成物匹配簾幕氣體混合物 | |
| JP6426893B2 (ja) | コンタクト層の形成方法 | |
| JP2010073823A (ja) | 成膜装置、成膜方法、及びコンピュータ可読記憶媒体 | |
| KR20130093029A (ko) | 가스 공급 장치 및 열처리 장치 | |
| JP6315699B2 (ja) | 炭窒化チタン膜を形成する方法 | |
| JP6832785B2 (ja) | シリコン窒化膜の成膜方法および成膜装置 | |
| JP2011074413A (ja) | 成膜装置および成膜方法、ならびに基板処理装置 | |
| WO2022054225A1 (ja) | 基板処理装置、半導体装置の製造方法およびプラズマ生成装置 | |
| US20160284543A1 (en) | Substrate processing apparatus, program and method of manufacturing semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170426 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180124 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180130 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180227 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180320 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180323 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6315699 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |