JPH11131233A - Production of titanium nitride thin coating film and cvd device - Google Patents

Production of titanium nitride thin coating film and cvd device

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JPH11131233A
JPH11131233A JP24113898A JP24113898A JPH11131233A JP H11131233 A JPH11131233 A JP H11131233A JP 24113898 A JP24113898 A JP 24113898A JP 24113898 A JP24113898 A JP 24113898A JP H11131233 A JPH11131233 A JP H11131233A
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carrier gas
sccm
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仁志 神馬
Atsushi Sekiguchi
敦 関口
Riyouko Tobe
了己 戸部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the formation of a coating film good in step coverage even to a contact hole high in an aspect ratio, at the time of producing titanium nitride thin coating film by using TDAAT and a trace amt. (10 to 100 sccm) of gas to be added, by suitably deciding the flow rates and flow velocities of various gases. SOLUTION: The flow rate of TDAAT is set to 0.004 to 0.2 g/min, the flow rate of a primary carrier gas is set to 100 to 1000 sccm, the flow rate of the gas to be added is set to 10 to 100 scc, and the flow rate of a secondary carrier gas is set to 10 to 500 sccm. A gaseous mixture (a primary gaseous mixture 10) of the TDAAT and the primary carrier gas is fed to the inside of a reaction vessel from a primary exhaust nozzle 56, and a gaseous mixture (a secondary gaseous mixture 70) of the gas to be added and the secondary carrier gas is fed to the inside of the reaction vessel from a secondary exhaust nozzle 58. The pressure in the reaction vessel is regulated to 0.1 to 10 Pa. Preferably, the flow velocity of the secondary gaseous mixture is regulated to >=0.17 m/sec, and the center distance L between the primary exhaust nozzle 56 and the secondary exhaust nozzle 58 is preferably regulated to >=1 cm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、CVD法による
窒化チタン薄膜の作製方法及びそのためのCVD装置に
関する。
The present invention relates to a method for producing a titanium nitride thin film by a CVD method and a CVD apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスや、各種電子部品、各種
センサーなどの基板上に窒化チタン薄膜を成長させる方
法としては、従来、金属チタンターゲットと窒素ガスと
を利用した反応性スパッタリング法が主に使われてい
る。近年、シリコン大規模集積回路の極微細化により、
64メガビット以上のDRAMの設計ルールは、ほぼ
0.35μm以下になり、さらにデバイスのコンタクト
ホールのアスペクト比は増加してきている。このコンタ
クトホールのバリアメタルとして窒化チタン薄膜を使う
場合に、従来の反応性スパッタリング法で窒化チタン薄
膜を形成すると、そのステップカバレッジが良好でない
という問題がある。ステップカバレッジが劣っている
と、コンタクトホールの電気特性が劣化して、次世代デ
バイスを製造する上での深刻な問題となることが予想さ
れる。したがって、コンタクトホールの埋め込み特性や
カバレッジ特性に優れたCVD法を用いてコンフォーマ
ルなバリヤメタルを形成することが期待されている。
2. Description of the Related Art As a method for growing a titanium nitride thin film on a substrate such as a semiconductor device, various electronic parts, and various sensors, a reactive sputtering method using a titanium metal target and nitrogen gas has been mainly used. Have been done. In recent years, with the miniaturization of silicon large-scale integrated circuits,
The design rule for DRAMs of 64 megabits or more has been reduced to about 0.35 μm or less, and the aspect ratio of contact holes of devices has been increasing. When a titanium nitride thin film is used as a barrier metal for this contact hole, if a titanium nitride thin film is formed by a conventional reactive sputtering method, there is a problem that the step coverage is not good. If the step coverage is inferior, it is expected that the electrical characteristics of the contact hole will deteriorate, which will be a serious problem in manufacturing a next-generation device. Therefore, it is expected that a conformal barrier metal is formed by using a CVD method having excellent contact hole filling characteristics and coverage characteristics.

【0003】このような背景から、CVD(化学的気相
蒸着)法による窒化チタン薄膜の作製技術が近年注目さ
れている。窒化チタン薄膜の作製のために、現在、様々
なCVD法や原料ガスが提案されているが、その一つ
に、有機金属化合物の一種であるテトラキスジアルキル
アミノチタン(以下、TDAATと略記する。)を用い
た技術がある。このTDAATの化学構造式を図8に示
す。この化学構造式において、Rはアルキル基である。
このRをエチル基にしたものが、テトラキスジエチルア
ミノチタン(以下、TDEATと略記する。)であり、
メチル基にしたものが、テトラキスジメチルアミノチタ
ン(以下、TDMATと略記する。)である。
[0003] Against such a background, a technique for producing a titanium nitride thin film by a CVD (chemical vapor deposition) method has recently attracted attention. At present, various CVD methods and source gases have been proposed for producing a titanium nitride thin film. One of them is tetrakisdialkylaminotitanium (hereinafter abbreviated as TDAAT), which is a kind of organometallic compound. There is a technology using. FIG. 8 shows the chemical structural formula of this TDAAT. In this chemical formula, R is an alkyl group.
What converted this R into an ethyl group is tetrakis diethylaminotitanium (hereinafter abbreviated as TDEAT),
What converted to a methyl group is tetrakisdimethylaminotitanium (hereinafter abbreviated as TDMAT).

【0004】これらの有機チタン化合物は、室温・大気
圧の条件で液体であるが、これを気化させてから、
2、Ar、N2のようなキャリアガスと共に、シャワー
ヘッドを通して反応容器内に供給する。また、有機チタ
ン化合物と化学反応する添加ガス(例えばアンモニアガ
ス)も反応容器内に供給する。反応容器内には基板があ
り、この基板は所定の反応温度に保っている。
[0004] These organic titanium compounds are liquids at room temperature and atmospheric pressure.
Along with a carrier gas such as H 2 , Ar, or N 2 , the gas is supplied into the reaction vessel through a shower head. Further, an additive gas (for example, ammonia gas) that chemically reacts with the organic titanium compound is also supplied into the reaction vessel. A substrate is provided in the reaction vessel, and the substrate is maintained at a predetermined reaction temperature.

【0005】有機チタン化合物と添加ガスは窒化チタン
を生成する反応を生じ、基板上に窒化チタンの膜が付着
する。付着した窒化チタンの電気的な特性やステップカ
バレッジは、反応容器内で反応する有機チタン化合物と
添加ガスの流量や基板温度や反応圧力に依存することが
知られている。
The reaction between the organic titanium compound and the additive gas produces titanium nitride, and a titanium nitride film adheres to the substrate. It is known that the electrical characteristics and the step coverage of the attached titanium nitride depend on the flow rate of the organic titanium compound reacting in the reaction vessel with the additive gas, the substrate temperature and the reaction pressure.

【0006】例えば、Raajimakerは、「Thin solid fil
ms, 247(1994)85」やその引用文献で、原料のTDAA
Tを、キャリアガスのArと共に反応容器に供給し、さ
らに添加ガスとしてアンモニアガス(NH3)を用い
て、窒化チタン薄膜を作製している。アンモニアガスの
流量は1000sccmあるいはそれ以上である。得られた
窒化チタン薄膜は、直径が0.8μmでアスペクト比が
1のコンタクトホールに堆積した場合には、ステップカ
バレッジが85%と良好であった。しかし、64メガビ
ットDRAMで使われるような直径が0.35μm以下
のコンタクトホールにおいては、ステップカバレッジが
20%以下にしかならないことが予想されている。
For example, Raajimaker states that “Thin solid fil
ms, 247 (1994) 85 ”and references cited therein,
T is supplied to a reaction vessel together with Ar as a carrier gas, and a titanium nitride thin film is prepared using ammonia gas (NH 3 ) as an additional gas. The flow rate of the ammonia gas is 1000 sccm or more. When the obtained titanium nitride thin film was deposited in a contact hole having a diameter of 0.8 μm and an aspect ratio of 1, the step coverage was as good as 85%. However, in a contact hole having a diameter of 0.35 μm or less as used in a 64-Mbit DRAM, it is expected that the step coverage will be less than 20%.

【0007】また、Jacksonらは、「R.L.Jackson, E.J.
MCineney, B.Roberts, J.Strupp, A.Velaga, S.Patel,
and L.Halliday, Proc. Advanced Metallization for U
LSIApplication, ed. by D.P.Favreau, Y.Shacham-Diam
ond, and Y.Horiike (Mat.Res. Soc., Pittsburgh, PA,
1994), p.20」において、TDEAT原料を気化器を通
して気化させ、これをキャリアガスの窒素ガスと共に、
シャワーヘッドを通して反応容器中に供給している。さ
らに、アンモニアガス(NH3)を別の経路のシャワー
ヘッドを通して添加して、窒化チタン薄膜を作製してい
る。この文献では、特に、TDEAT原料とアンモニア
ガスの供給量の割合の影響を報告している。直径が0.
35μmでアスペクト比が3.4のコンタクトホールに
おいて、成膜温度が350℃、圧力が10〜50Tor
rの条件では、アンモニアガスの添加量の増加に伴って
ステップカバレッジが65%から約20%にまで減少し
ている。一方、成膜温度を425℃に上げた場合に、同
じコンタクトホールにおいてステップカバレッジが5%
まで低下している。このようにTDEATに対してアン
モニアガスの流量が増加すると、微細なコンタクトホー
ルのステップカバレッジは不十分になる。
[0007] Jackson et al., "RL Jackson, EJ
MCineney, B.Roberts, J.Strupp, A.Velaga, S.Patel,
and L. Halliday, Proc. Advanced Metallization for U
LSIApplication, ed. By DPFavreau, Y. Shacham-Diam
ond, and Y.Horiike (Mat.Res.Soc., Pittsburgh, PA,
1994), p.20 ”, the TDEAT raw material is vaporized through a vaporizer, and this is vaporized together with nitrogen gas as a carrier gas.
It is fed into the reaction vessel through a shower head. Further, an ammonia gas (NH 3 ) is added through a shower head in another path to produce a titanium nitride thin film. This document reports, in particular, the effect of the ratio of the TDEAT raw material and the supply amount of ammonia gas. The diameter is 0.
In a 35 μm contact hole having an aspect ratio of 3.4, the film forming temperature is 350 ° C. and the pressure is 10 to 50 Torr.
Under the condition r, the step coverage decreases from 65% to about 20% with an increase in the amount of added ammonia gas. On the other hand, when the film formation temperature was increased to 425 ° C., the step coverage was 5% in the same contact hole.
It has dropped to. When the flow rate of the ammonia gas is increased with respect to TDEAT, the step coverage of the fine contact hole becomes insufficient.

【0008】一方、Intermannらは、「A.Intermann and
H.Koerner, J. Electrochem. Soc., Vol.140, No.11(1
993)3215」において、前述のようなアンモニアガスの添
加によるステップカバレッジの劣化の原因に関して、T
DMATとアンモニアガスとの急激な化学反応に起因し
てステップカバレッジが劣化することを詳しく報告して
いる。
On the other hand, Intermann et al., "A. Intermann and
H.Koerner, J. Electrochem.Soc., Vol.140, No.11 (1
993) 3215 ", regarding the cause of the step coverage degradation due to the addition of ammonia gas as described above, T
It reports in detail that step coverage deteriorates due to a rapid chemical reaction between DMAT and ammonia gas.

【0009】また、特開平8−291385号公報は、
TDEATとアンモニアガスとを用いてCVD法で窒化
チタン薄膜を作製する場合においてガス導入用のシャワ
ーヘッドの構造を開示している。このシャワーヘッド
は、TDEATガスとアンモニアガスとが別個のガス流
路を通るようになっていて、これらのガスがシャワーヘ
ッド内で混じらないようになっている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-291385 describes that
A structure of a shower head for introducing a gas when a titanium nitride thin film is formed by a CVD method using TDEAT and ammonia gas is disclosed. In this shower head, the TDEAT gas and the ammonia gas pass through separate gas flow paths, so that these gases are not mixed in the shower head.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上述のJacksonら及びI
ntermannらの従来技術においては、TDAATにアンモ
ニアガスを添加するとコンタクトホールのステップカバ
レッジが悪化することが明らかとなり、この点が、有機
チタン化合物を用いたCVD法による窒化チタンの成膜
技術を半導体デバイスの量産技術として採用することの
大きな問題になっている。なお、アンモニアガスを添加
しなくても窒化チタン薄膜は出来るが、その場合は、膜
中に炭素が含まれてしまう問題がある。
The above-mentioned Jackson et al. And I
In the prior art of ntermann et al., it was clarified that the addition of ammonia gas to TDAAT deteriorated the step coverage of the contact hole. It has become a big problem to adopt it as mass production technology. Note that a titanium nitride thin film can be formed without adding ammonia gas, but in that case, there is a problem that carbon is included in the film.

【0011】この発明の目的は、TDAATを原料に用
いてCVD法で窒化チタン薄膜を作製する場合に、コン
タクトホールや溝のステップカバレッジを良好にできる
方法及び装置を提供することにある。この発明の別の目
的は、ガス供給のためのシャワーヘッドと基板との間の
空間で窒化チタン生成反応を抑制して、基板表面で窒化
チタン生成反応を促進する方法及び装置を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of improving the step coverage of contact holes and grooves when a titanium nitride thin film is formed by a CVD method using TDAAT as a raw material. Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for suppressing a titanium nitride generation reaction in a space between a shower head for gas supply and a substrate and promoting a titanium nitride generation reaction on a substrate surface. is there.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明の窒化チタン薄
膜の作製方法は、テトラキスジアルキルアミノチタン
(TDAAT)とこれと反応する添加ガスとを用いてC
VD法で窒化チタン薄膜を基体上に堆積するものであっ
て、TDAATと、そのための第1キャリアガスと、添
加ガスと、そのための第2キャリアガスとについて、そ
の流量範囲を適切に定めたことに主たる特徴がある。す
なわち、TDAATの流量は0.004〜0.2g/mi
nであり、第1キャリアガスの流量は100〜1000s
ccmであり、添加ガスの流量は10〜100sccmであ
り、第2キャリアガスの流量は10〜500sccmであ
る。TDAATと第1キャリアガスの混合ガス(第1混
合ガス)は第1噴出孔から反応容器内に供給し、添加ガ
スと第2キャリアガスの混合ガス(第2混合ガス)は第
2噴出孔から反応容器内に供給する。このように、第1
混合ガスと第2混合ガスはそれぞれ別系統の供給路を通
って反応容器内に供給するので、2種類の混合ガスが反
応容器内に入る前に互いに接触することはない。反応容
器内の圧力は0.1Pa〜15Paにする。
According to the present invention, there is provided a method for producing a titanium nitride thin film using a tetrakisdialkylaminotitanium (TDAAT) and an additive gas reacting therewith.
A titanium nitride thin film is deposited on a substrate by a VD method, and a flow rate range of TDAAT, a first carrier gas therefor, an additive gas, and a second carrier gas therefor is appropriately determined. Has the main features. That is, the flow rate of TDAAT is 0.004 to 0.2 g / mi.
n, and the flow rate of the first carrier gas is 100 to 1000 s
ccm, the flow rate of the additional gas is 10 to 100 sccm, and the flow rate of the second carrier gas is 10 to 500 sccm. A mixed gas of TDAAT and the first carrier gas (first mixed gas) is supplied into the reaction vessel from the first ejection hole, and a mixed gas of the additional gas and the second carrier gas (second mixed gas) is supplied from the second ejection hole. Supply into the reaction vessel. Thus, the first
Since the mixed gas and the second mixed gas are supplied into the reaction vessel through supply paths of different systems, the two types of mixed gas do not come into contact with each other before entering the reaction vessel. The pressure inside the reaction vessel is set to 0.1 Pa to 15 Pa.

【0013】TDAATと添加ガスはそれぞれの流量制
御器で流量調節できる。また、添加ガス用の第2キャリ
アガスについても専用の流量制御器で流量調節できる。
これにより、添加ガスを微小流量(10〜100sccm)
で供給することが可能になった。すなわち、添加ガスを
このように微小流量にしても、第2キャリアガスの流量
を調節することで、添加ガスの流速を所望の値に保つこ
とができる。これにより、添加ガス導入系の圧力を下げ
ることなく、添加ガスを基体の表面まで輸送できる。し
たがって、TDAATと添加アンモニアガスの空間中で
の急激な化学反応を抑制できて、基体での表面反応を盛
んにでき、窒化チタン薄膜のステップカバレッジが良好
になる。
The flow rates of TDAAT and additive gas can be adjusted by respective flow controllers. Also, the flow rate of the second carrier gas for the additive gas can be adjusted by a dedicated flow controller.
Thereby, the additive gas is supplied at a very small flow rate (10 to 100 sccm).
It became possible to supply by. That is, even if the additive gas is set to such a small flow rate, the flow rate of the additive gas can be maintained at a desired value by adjusting the flow rate of the second carrier gas. This allows the additive gas to be transported to the surface of the substrate without lowering the pressure of the additive gas introduction system. Therefore, a rapid chemical reaction in the space between TDAAT and the added ammonia gas can be suppressed, the surface reaction on the substrate can be increased, and the step coverage of the titanium nitride thin film can be improved.

【0014】TDAATとしては、TDEATやTDM
ATを用いることができる。TDAATと反応する添加
ガスは、代表的にはアンモニアガスであり、それ以外に
は、メチルヒドラジンも用いることができる。第1キャ
リアガスと第2キャリアガスは、どちらも窒素ガスを用
いるのが最適である。キャリアガスはTDAATの化学
反応には寄与しないものである。このキャリアガスの流
量を調節することでTDAATと添加ガスの流速をそれ
ぞれ調節することができる。
TDAAT includes TDEAT and TDM
AT can be used. The additive gas that reacts with TDAAT is typically ammonia gas, and other than that, methylhydrazine can also be used. It is optimal to use nitrogen gas for both the first carrier gas and the second carrier gas. The carrier gas does not contribute to the chemical reaction of TDAAT. By adjusting the flow rate of the carrier gas, the flow rates of the TDAAT and the additive gas can be adjusted.

【0015】この発明は、添加ガス(代表的にはアンモ
ニアガス)の流量を10〜100sccmとしており、この
ように従来技術よりもかなり少なくすることでステップ
カバレッジを良好にしている。そして、そのような微量
の添加ガスを用いた場合におけるその他のガスの流量条
件を定めている。
In the present invention, the flow rate of the additive gas (typically, ammonia gas) is set to 10 to 100 sccm, and the step coverage is improved by making the flow rate considerably smaller than that of the conventional technique. The flow rate conditions of other gases when such a small amount of additive gas is used are determined.

【0016】TDAATの流量は、0.004〜0.2
g/minの範囲内としている。TDAATの流量を0.
004g/min未満にすると、窒化チタン薄膜の成膜速
度が約1nm/min以下と非常に小さくなり、現実的で
はなくなる。また、TDAATの流量の上限は気化可能
な流量の最大値であり、それは0.2g/min程度であ
る。
The flow rate of TDAAT is 0.004 to 0.2
g / min. Set the flow rate of TDAAT to 0.
If it is less than 004 g / min, the deposition rate of the titanium nitride thin film becomes very low, about 1 nm / min or less, which is not practical. The upper limit of the flow rate of TDAAT is the maximum value of the flow rate that can be vaporized, which is about 0.2 g / min.

【0017】第1キャリアガスの流量は100〜100
0sccmの範囲内としている。TDAATを気化させるた
めには最低でも100sccm程度の流量が必要である。一
方、第1キャリアガスの流量を大きくすると、反応容器
内の圧力が大きくなって好ましくない。このような観点
から、第1キャリアガスの流量は1000sccm以下にす
るのが好ましい。
The flow rate of the first carrier gas is 100 to 100
It is within the range of 0 sccm. In order to vaporize TDAAT, a flow rate of at least about 100 sccm is required. On the other hand, increasing the flow rate of the first carrier gas is not preferable because the pressure in the reaction vessel increases. From such a viewpoint, the flow rate of the first carrier gas is preferably set to 1000 sccm or less.

【0018】添加ガスの流量は10〜100sccmの範囲
内であり、従来技術よりも相当少なくしている。TDA
ATと添加ガスとの反応を利用している以上、添加ガス
の流量は少なくとも10sccm程度が必要である。一方、
添加ガスの流量を増やしていくと、ステップカバレッジ
は低下する傾向にあるが、およそ100sccm程度までが
ステップカバレッジの良好さを保つ実用的な限度であ
る。
The flow rate of the additive gas is in the range of 10 to 100 sccm, which is considerably smaller than in the prior art. TDA
Since the reaction between the AT and the additional gas is used, the flow rate of the additional gas needs to be at least about 10 sccm. on the other hand,
As the flow rate of the additive gas is increased, the step coverage tends to decrease, but up to about 100 sccm is a practical limit for maintaining good step coverage.

【0019】第2キャリアガスの流量は10〜500sc
cmの範囲内としている。第2キャリアガスの流量を10
sccm未満にすると、窒化チタン薄膜のステップカバレッ
ジが低下して好ましくない。第2キャリアガスの流量を
10sccm以上にするとステップカバレッジは良好にな
る。それ以上第2キャリアガスの流量を増やしてもステ
ップカバレッジはほとんど変わらない。一方、第2キャ
リアガスの流量を大きくすると、反応容器内の圧力が大
きくなって好ましくない。このような観点から、第2キ
ャリアガスの流量は500sccm以下にするのが好まし
い。
The flow rate of the second carrier gas is 10 to 500 sc
cm. The flow rate of the second carrier gas is set to 10
If the thickness is less than sccm, the step coverage of the titanium nitride thin film is undesirably reduced. When the flow rate of the second carrier gas is set to 10 sccm or more, the step coverage is improved. Even if the flow rate of the second carrier gas is further increased, the step coverage hardly changes. On the other hand, increasing the flow rate of the second carrier gas is not preferable because the pressure in the reaction vessel increases. From such a viewpoint, the flow rate of the second carrier gas is preferably set to 500 sccm or less.

【0020】この発明においては、第2混合ガスの流速
を0.17m/sec以上にするのが好ましい。第2混合
ガスの流速が0.17m/sec以上になると、窒化チタ
ン薄膜のステップカバレッジが向上する。第2混合ガス
には添加ガスが含まれているので、第2混合ガスの流速
を0.17m/sec以上にすることは、添加ガスの流速
を0.17m/sec以上にすることと同じである。
In the present invention, the flow rate of the second mixed gas is preferably set to 0.17 m / sec or more. When the flow rate of the second mixed gas is 0.17 m / sec or more, the step coverage of the titanium nitride thin film is improved. Since the second mixed gas contains an additional gas, setting the flow rate of the second mixed gas to 0.17 m / sec or more is the same as setting the flow rate of the additional gas to 0.17 m / sec or more. is there.

【0021】第1混合ガスと第2混合ガスはシャワーヘ
ッドに設けた第1噴出孔と第2噴出孔から反応容器内に
供給することになる。これらの噴出孔は、比較的小さな
孔径であり、このような噴出孔を多数個、分散して設け
ることにより、窒化チタン薄膜の膜厚分布が良好にな
る。第1噴出孔と第2噴出孔の孔径をそれぞれ4mm以
下にした場合に、第1噴出孔と第2噴出孔の中心間距離
L(以下、孔間隔という。)を1cm以上にすると、窒
化チタン薄膜のステップカバレッジが良好になる。
The first mixed gas and the second mixed gas are supplied into the reaction vessel from the first ejection port and the second ejection port provided in the shower head. These ejection holes have a relatively small diameter, and by dispersing and providing a large number of such ejection holes, the film thickness distribution of the titanium nitride thin film is improved. When the diameter of each of the first ejection hole and the second ejection hole is 4 mm or less, and the distance L between the centers of the first ejection hole and the second ejection hole (hereinafter, referred to as the hole interval) is 1 cm or more, titanium nitride is used. Better step coverage of the thin film.

【0022】ここで、孔間隔Lの果たす役割を考察す
る。反応容器内の圧力を50mTorr(=6.7Pa)と
仮定すると、ガス分子の平均自由行程は約1mmとな
る。この圧力条件では、ガス分子が1cm進む間に平均
10回程度、他のガス分子と衝突することになる。そこ
で、孔間隔Lを1cmにすると、第1噴出孔から出たT
DAATが他のガス分子と5回程度衝突することで約5
mm進み、一方、第2噴出孔から出た添加ガスも他のガ
ス分子と5回程度衝突して約5mm進んだときに、両者
が出会うことになる。すなわち、TDAATと添加ガス
がすぐに出会って両者が急激に反応するようなことは起
こらない。このように、孔間隔を所定値以上にすること
で、添加ガスとTDAATとの空間反応を抑制できる。
Here, the role played by the hole interval L will be considered. Assuming that the pressure inside the reaction vessel is 50 mTorr (= 6.7 Pa), the mean free path of gas molecules is about 1 mm. Under this pressure condition, the gas molecules collide with other gas molecules about 10 times on average while traveling 1 cm. Therefore, if the hole interval L is set to 1 cm, T
DAAT collides with other gas molecules about 5 times, resulting in about 5
mm, on the other hand, when the additive gas emitted from the second ejection hole collides with other gas molecules about five times and advances about 5 mm, the two meet each other. That is, it does not occur that the TDAAT and the additive gas meet immediately, and the two react rapidly. By setting the hole interval to be equal to or larger than the predetermined value, a spatial reaction between the additive gas and TDAAT can be suppressed.

【0023】TDAATと添加ガスが化学反応をして窒
化チタン薄膜ができる場合に、その化学反応が生じる場
所として、反応容器内の空間と、基体表面、の二つの場
所が考えられる。反応容器内で生じる反応を空間反応と
呼び、基体表面で生じる反応を表面反応と呼ぶことにす
る。窒化チタン薄膜のステップカバレッジを良好にする
ためには、空間反応をできるだけ抑制して、表面反応を
主体にすることが大切である。第2混合ガスの流速を
0.17m/sec以上にすることや、孔間隔Lを1cm
以上にすることは、いずれも、空間反応を抑制すること
に効果がある。
When TDAAT and an additive gas undergo a chemical reaction to form a titanium nitride thin film, two places where the chemical reaction occurs are considered: a space in a reaction vessel and a substrate surface. The reaction that occurs in the reaction vessel is called a space reaction, and the reaction that occurs on the substrate surface is called a surface reaction. In order to improve the step coverage of the titanium nitride thin film, it is important to suppress the spatial reaction as much as possible and to mainly perform the surface reaction. The flow rate of the second mixed gas is set to 0.17 m / sec or more, and the hole interval L is set to 1 cm.
Any of the above is effective in suppressing the spatial reaction.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】図1は、この発明の窒化チタン薄
膜作製方法を実施するためのCVD装置の一例の構成図
である。反応容器10の内部には基体ホルダー18があ
り、この基体ホルダー18に基体20を取り付ける。こ
の基体20の表面に窒化チタン薄膜を作製する。基体ホ
ルダー18に対向するようにガス導入用のシャワーヘッ
ド54があり、このシャワーヘッド54を介して、原料
ガス導入系22から原料ガスを導入できるとともに、添
加ガス導入系24から添加ガスを導入できる。
FIG. 1 is a structural view of an example of a CVD apparatus for carrying out a method for producing a titanium nitride thin film according to the present invention. A substrate holder 18 is provided inside the reaction vessel 10, and a substrate 20 is attached to the substrate holder 18. A titanium nitride thin film is formed on the surface of the base 20. A shower head 54 for gas introduction is provided so as to face the base holder 18, and through this shower head 54, a source gas can be introduced from the source gas introduction system 22 and an additive gas can be introduced from the additive gas introduction system 24. .

【0025】反応容器10はステンレス鋼製で、排気系
12によって真空排気できて、内部を気密に保つことが
できる。排気系12はターボ分子ポンプ26とドライポ
ンプ28からなる。この排気系12で、反応容器10の
内部を10-4Paの圧力まで排気できて、所望の圧力に
維持できる。ドライポンプ28はアネルバ社製のV06
0Fドライポンプであり、排気速度は1000リットル
/minである。
The reaction vessel 10 is made of stainless steel, and can be evacuated by the exhaust system 12 to keep the inside airtight. The exhaust system 12 includes a turbo molecular pump 26 and a dry pump 28. The exhaust system 12 can evacuate the inside of the reaction vessel 10 to a pressure of 10 -4 Pa, and can maintain a desired pressure. The dry pump 28 is V06 manufactured by Anelva.
It is a 0F dry pump, and the pumping speed is 1000 liter / min.

【0026】反応容器10内の圧力を測定する真空計と
しては、低真空用の第1真空計14と高真空用の第2真
空計16がある。第1真空計14は、圧力の測定範囲が
0.1Pa〜133Paの高精度ダイヤフラム真空計で
あり、この実施形態ではMKS社製のバラトロンTYP
E128Aを用いている。第2真空計16は、圧力の測
定範囲が10-2Pa〜10-6Paの電離真空計であり、
この実施形態ではアネルバ社製のBAゲージUGD−1
Sを用いている。
As vacuum gauges for measuring the pressure in the reaction vessel 10, there are a first vacuum gauge 14 for low vacuum and a second vacuum gauge 16 for high vacuum. The first vacuum gauge 14 is a high-precision diaphragm vacuum gauge having a pressure measurement range of 0.1 Pa to 133 Pa. In this embodiment, a Baratron TYP manufactured by MKS is used.
E128A is used. The second vacuum gauge 16 is an ionization vacuum gauge having a pressure measurement range of 10 −2 Pa to 10 −6 Pa,
In this embodiment, a BA gauge UGD-1 manufactured by Anelva is used.
S is used.

【0027】基体ホルダー18は基体20を加熱するた
めの基体加熱装置30を備えている。この基体加熱装置
30は、基体20の温度を測定する熱電対32とヒータ
34と加熱電源35とを備えている。加熱電源35で
は、温度測定値に基づいて基体温度のPID制御(ある
いはPI制御、ON−OFF制御、ファジー制御などの
その他の制御方式)を実施している。
The substrate holder 18 has a substrate heating device 30 for heating the substrate 20. The substrate heating device 30 includes a thermocouple 32 for measuring the temperature of the substrate 20, a heater 34, and a heating power supply 35. The heating power supply 35 performs PID control of the substrate temperature (or other control methods such as PI control, ON-OFF control, and fuzzy control) based on the measured temperature value.

【0028】原料ガス導入系22は、液体原料であるT
DAATを収容した原料容器36と、液体のTDAAT
を気化させる気化器38と、気化されたTDAATガス
の流量を制御する第1の流量制御器40と、TDAAT
ガスのためのキャリアガス(第1キャリアガス)を収容
したガスボンベ42と、第1キャリアガスの流量を制御
する第2の流量制御器44とで構成されている。気化器
38はリンテック社製のVUー104であり、バブリン
グは行っていない。気化したTDAATは第1キャリア
ガスと混合されて第1供給路76を経てシャワーヘッド
54に供給される。
The raw material gas introducing system 22 is a liquid raw material T
Raw material container 36 containing DAAT and liquid TDAAT
, A first flow controller 40 for controlling the flow rate of the vaporized TDAAT gas, and a TDAAT
It comprises a gas cylinder 42 containing a carrier gas (first carrier gas) for gas, and a second flow controller 44 for controlling the flow rate of the first carrier gas. The vaporizer 38 is a VU-104 manufactured by Lintec Corporation and does not perform bubbling. The vaporized TDAAT is mixed with the first carrier gas and supplied to the shower head 54 via the first supply path 76.

【0029】添加ガス導入系24は、添加ガス(代表例
はアンモニアガス)を収容した添加ガスボンベ46と、
添加ガスの流量を制御する第3の流量制御器48と、添
加ガスのためのキャリアガス(第2キャリアガス)を収
容したガスボンベ50と、第2キャリアガスの流量を制
御する第4の流量制御器52とで構成されている。添加
ガスは第2キャリアガスと混合されて第2供給路78を
経てシャワーヘッド54に供給される。
The additive gas introduction system 24 includes an additive gas cylinder 46 containing an additive gas (a typical example is ammonia gas),
A third flow controller 48 for controlling the flow rate of the additional gas, a gas cylinder 50 containing a carrier gas (second carrier gas) for the additional gas, and a fourth flow control for controlling the flow rate of the second carrier gas And a container 52. The additive gas is mixed with the second carrier gas and supplied to the shower head 54 via the second supply path 78.

【0030】各種のガスの代表例を述べると、原料ガス
はTDEATであり、添加ガスはアンモニアガスであ
り、第1キャリアガスと第2キャリアガスは窒素ガスで
ある。以下の説明では、特にことわらない限り、この代
表例のガスを用いている。
To describe typical examples of various gases, the source gas is TDEAT, the additive gas is ammonia gas, and the first carrier gas and the second carrier gas are nitrogen gas. In the following description, the gas of this representative example is used unless otherwise specified.

【0031】図2はガス導入のためのシャワーヘッド5
4の平面図であり、図3は図2のA−A線断面図であ
る。図2において、シャワーヘッド54の上面には原料
ガス(TDAAT)を吹き出すための多数の第1噴出孔
56があり、それぞれの第1噴出孔56の周囲には、添
加ガス(アンモニアガス)を吹き出すための8個の第2
噴出孔58がある。この図面は模式的に描いたものであ
り、実際のシャワーヘッド54では、直径250mm程
度の上面に30〜40個程度の第1噴出孔56が形成さ
れていて、各第1噴出孔56の周囲に8個の第2噴出孔
58が形成されている。これらの8個の第2噴出孔58
は、第1噴出孔56を中心とする同一円周上において互
いに等間隔に配置されている。この実施形態では第1噴
出孔56の孔径は3mmであり、第2噴出孔58の孔径
は1.5mmである。第1噴出孔56と第2噴出孔58
との中心間距離Lは、後述するように重要な意味を持っ
ている。以下、この中心間距離Lを孔間隔と呼ぶことに
する。
FIG. 2 shows a shower head 5 for introducing gas.
4 is a plan view, and FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. In FIG. 2, on the upper surface of the shower head 54, there are a large number of first ejection holes 56 for ejecting a source gas (TDAAT), and around the first ejection holes 56, an additive gas (ammonia gas) is ejected. 8 second for
There is a spout 58. This drawing is a schematic drawing, and in the actual shower head 54, about 30 to 40 first ejection holes 56 are formed on the upper surface having a diameter of about 250 mm. Are formed with eight second ejection holes 58. These eight second ejection holes 58
Are arranged at equal intervals on the same circumference around the first ejection hole 56. In this embodiment, the diameter of the first ejection hole 56 is 3 mm, and the diameter of the second ejection hole 58 is 1.5 mm. The first ejection hole 56 and the second ejection hole 58
Has an important meaning as described later. Hereinafter, this center-to-center distance L is referred to as a hole interval.

【0032】図3において、原料ガスとキャリアガスの
混合ガス(第1混合ガス)60は、第1供給路76を通
って、まずシャワーヘッド54の第1拡散室62に入
る。次に分散板64に形成された分散孔66を通って、
第2拡散室68に入る。そして、これらの拡散室64、
68で均等に混合されてから、第1噴出孔56を通って
反応容器の内部に出ていく。一方、添加ガスとキャリア
ガスの混合ガス(第2混合ガス)70は、第2供給路7
8を通って、シャワーヘッド54の第3拡散室72に入
り、第2噴出孔58を通って反応容器の内部に出てい
く。
In FIG. 3, a mixed gas (first mixed gas) 60 of a source gas and a carrier gas passes through a first supply path 76 and first enters a first diffusion chamber 62 of the shower head 54. Next, through a dispersion hole 66 formed in the dispersion plate 64,
It enters the second diffusion chamber 68. And these diffusion chambers 64,
After being uniformly mixed at 68, the mixture exits the reaction vessel through the first ejection holes 56. On the other hand, a mixed gas (second mixed gas) 70 of the additive gas and the carrier gas is supplied to the second supply path 7.
8, enters the third diffusion chamber 72 of the shower head 54, passes through the second ejection hole 58, and exits inside the reaction vessel.

【0033】図4は、図1のCVD装置を用いて作製し
た窒化チタン薄膜のステップカバレッジとシャワーヘッ
ドの孔間隔Lとの関係を示したグラフである。横軸には
シャワーヘッド上面における孔間隔Lをとり、縦軸には
穴径が0.5μmでアスペクト比が4のコンタクトホー
ルにおける窒化チタン薄膜のステップカバレッジをとっ
ている。窒化チタン薄膜の作製条件は次の通りである。
原料としてTDEATを用い、その流量は0.004〜
0.2g/minとした。第1キャリアガスとして窒素ガ
スを用い、その流量は350sccmとした。添加ガスとし
てアンモニアガスを用い、その流量は10sccmとした。
第2キャリアガスとして窒素ガスを用い、その流量は1
00sccmとした。成膜温度は573K、反応容器内の圧
力は6.7Paである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the step coverage of the titanium nitride thin film produced by using the CVD apparatus of FIG. 1 and the hole interval L of the shower head. The horizontal axis indicates the hole interval L on the upper surface of the shower head, and the vertical axis indicates the step coverage of the titanium nitride thin film in the contact hole having a hole diameter of 0.5 μm and an aspect ratio of 4. The conditions for producing the titanium nitride thin film are as follows.
TDEAT is used as raw material, and its flow rate is 0.004 ~
0.2 g / min. Nitrogen gas was used as the first carrier gas, and the flow rate was 350 sccm. Ammonia gas was used as an additive gas, and the flow rate was 10 sccm.
Nitrogen gas is used as the second carrier gas, and its flow rate is 1
00 sccm. The film forming temperature is 573 K, and the pressure in the reaction vessel is 6.7 Pa.

【0034】図4から分かるように、シャワーヘッドの
孔間隔Lが増加するとステップカバレッジは向上してい
る。孔間隔Lが1cm以上のときはステップカバレッジ
は20%以上を保っている。これに対して、孔間隔Lが
1cm未満になるとステップカバレッジは減少し、孔間
隔が0.5cmではステップカバレッジは数%程度に低
下する。この傾向は、原料としてTDMATを用いた場
合も同様であった。
As can be seen from FIG. 4, the step coverage increases as the hole interval L of the shower head increases. When the hole interval L is 1 cm or more, the step coverage is maintained at 20% or more. On the other hand, when the hole interval L is less than 1 cm, the step coverage decreases, and when the hole interval is 0.5 cm, the step coverage decreases to about several percent. This tendency was the same when TDMAT was used as a raw material.

【0035】ところで、第1噴出孔56同士の孔間隔は
膜厚分布に影響を及ぼす。第1噴出孔56同士の孔間隔
をあまり大きくすると膜厚分布の均一性が低下する。膜
厚分布の均一性を考慮すると、第1噴出孔56同士の孔
間隔は5cm以下にするのが好ましい。図2に示すよう
に第1噴出孔56の周囲に第2噴出孔58を配置するこ
とを考えると、第1噴出孔56とその周囲の第2噴出孔
58との孔間隔Lは、最大でも、第1噴出孔56同士の
孔間隔の2分の1となる。したがって、第1噴出孔56
同士の孔間隔を5cmにした場合は、第1噴出孔56と
第2噴出孔58の孔間隔Lは最大で2.5cmである。
ゆえに、膜厚分布まで考慮すると、孔間隔Lは1〜2.
5cmの範囲内に設定するのが適当である。
The distance between the first ejection holes 56 affects the film thickness distribution. If the space between the first ejection holes 56 is too large, the uniformity of the film thickness distribution is reduced. Considering the uniformity of the film thickness distribution, the hole interval between the first ejection holes 56 is preferably set to 5 cm or less. Considering that the second ejection holes 58 are arranged around the first ejection holes 56 as shown in FIG. 2, the hole interval L between the first ejection holes 56 and the second ejection holes 58 around the first ejection holes 56 is at most a maximum. , Which is one half of the hole interval between the first ejection holes 56. Therefore, the first ejection holes 56
When the distance between the holes is set to 5 cm, the distance L between the first ejection holes 56 and the second ejection holes 58 is 2.5 cm at the maximum.
Therefore, considering the film thickness distribution, the hole interval L is 1-2.
It is appropriate to set within the range of 5 cm.

【0036】図5はコンタクトホールに窒化チタン薄膜
を形成した状態の断面図である。コンタクトホール80
のアスペクト比は、「深さH」÷「穴径D」で定義され
る。また、コンタクトホール80でのステップカバレッ
ジは、窒化チタン薄膜74のコンタクトホール以外での
堆積厚さaに対するコンタクトホール底面での堆積厚さ
bの比率として定義される。すなわち、ステップカバレ
ッジ(%)=(b/a)×100である。ステップカバ
レッジはSEM観察によって測定した。
FIG. 5 is a sectional view showing a state where a titanium nitride thin film is formed in a contact hole. Contact hole 80
Is defined as “depth H” ÷ “hole diameter D”. The step coverage in the contact hole 80 is defined as the ratio of the deposition thickness b at the bottom of the contact hole to the deposition thickness a of the titanium nitride thin film 74 other than in the contact hole. That is, step coverage (%) = (b / a) × 100. Step coverage was measured by SEM observation.

【0037】図6は窒化チタン薄膜のステップカバレッ
ジと添加ガス(アンモニアガス)の流速(第2噴出孔付
近の流速)との関係を示したグラフである。横軸はアン
モニアガスの流速(これは、第2混合ガスの流速に等し
い。)であり、縦軸は上述のコンタクトホールにおける
窒化チタン薄膜のステップカバレッジである。窒化チタ
ン薄膜の作製条件は次の通りである。孔間隔Lは25m
mとした。原料としてTDEATを用い、その流量は
0.004〜0.2g/minとした。第1キャリアガス
として窒素ガスを用い、その流量は350sccmとした。
添加ガスとしてアンモニアガスを用い、その流量は10
〜20sccmの間で変化させた。第2キャリアガスとして
窒素ガスを用い、その流量は、第2混合ガスの流速が所
望の値になるように変化させた。成膜温度は573K、
反応容器内の圧力は6.7Paである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the step coverage of the titanium nitride thin film and the flow rate of the additional gas (ammonia gas) (flow rate near the second ejection hole). The horizontal axis is the flow rate of the ammonia gas (this is equal to the flow rate of the second mixed gas), and the vertical axis is the step coverage of the titanium nitride thin film in the above-described contact hole. The conditions for producing the titanium nitride thin film are as follows. Hole spacing L is 25m
m. TDEAT was used as a raw material, and the flow rate was 0.004 to 0.2 g / min. Nitrogen gas was used as the first carrier gas, and the flow rate was 350 sccm.
Ammonia gas was used as the additive gas, and its flow rate was 10
It varied between 2020 sccm. Nitrogen gas was used as the second carrier gas, and the flow rate was changed so that the flow rate of the second mixed gas became a desired value. The deposition temperature is 573K,
The pressure inside the reaction vessel is 6.7 Pa.

【0038】図6ら分かるように、アンモニアガスの流
速を速くすることによってステップカバレッジは急に上
昇する。流速が約0.17m/sec以上になると、ステ
ップカバレッジは良好になり、アンモニアガスの流量を
10、15、20sccmのどの値にしても、70%以上の
良好なステップカバレッジが得られる。アンモニアガス
の流量を10sccmから20sccmまで増加させると、ステ
ップカバレッジは低下していく傾向にあるが、アンモニ
アガスの流量が20sccmのときでも、流速が0.17m
/sec以上であれば、ステップカバレッジは70%を確
保できる。
As can be seen from FIG. 6, the step coverage sharply increases by increasing the flow rate of the ammonia gas. When the flow velocity is about 0.17 m / sec or more, the step coverage becomes good, and a good step coverage of 70% or more is obtained regardless of the flow rate of the ammonia gas at 10, 15, or 20 sccm. When the flow rate of the ammonia gas is increased from 10 sccm to 20 sccm, the step coverage tends to decrease. However, even when the flow rate of the ammonia gas is 20 sccm, the flow rate is 0.17 m.
/ Sec or more, 70% of step coverage can be secured.

【0039】なお、アンモニアガスの「流量」を所定値
に設定して、かつ、アンモニアガスの「流速」を変化さ
せるには、第2キャリアガスの流量を変化させればよ
い。アンモニアガスの流速(第2混合ガスの流速に等し
い。)は、第2混合ガスの流量と第2噴出孔の孔径と反
応容器内の圧力とから求めることができる。
In order to set the "flow rate" of the ammonia gas to a predetermined value and to change the "flow rate" of the ammonia gas, the flow rate of the second carrier gas may be changed. The flow rate of the ammonia gas (equal to the flow rate of the second mixed gas) can be determined from the flow rate of the second mixed gas, the diameter of the second ejection hole, and the pressure in the reaction vessel.

【0040】図7は窒化チタン薄膜のステップカバレッ
ジと第2キャリアガスの流量との関係を示したグラフで
ある。横軸は第2キャリアガスの流量であり、縦軸は上
述のコンタクトホールにおける窒化チタン薄膜のステッ
プカバレッジである。窒化チタン薄膜の作製条件は次の
通りである。孔間隔Lは25mmとした。原料としてT
DEATを用い、その流量は0.004〜0.2g/mi
nとした。第1キャリアガスとして窒素ガスを用い、そ
の流量は350sccmとした。添加ガスとしてアンモニア
ガスを用い、その流量は10sccmとした。成膜温度は5
73K、反応容器の圧力は6.7Paである。そして、
第2キャリアガスの流量を0〜100sccmの範囲で変化
させて窒化チタン薄膜を作製した。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the step coverage of the titanium nitride thin film and the flow rate of the second carrier gas. The horizontal axis indicates the flow rate of the second carrier gas, and the vertical axis indicates the step coverage of the titanium nitride thin film in the above-described contact hole. The conditions for producing the titanium nitride thin film are as follows. The hole interval L was 25 mm. T as raw material
Using DEAT, the flow rate is 0.004-0.2 g / mi
n. Nitrogen gas was used as the first carrier gas, and the flow rate was 350 sccm. Ammonia gas was used as an additive gas, and the flow rate was 10 sccm. The deposition temperature is 5
73K, the pressure of the reaction vessel is 6.7 Pa. And
A titanium nitride thin film was prepared by changing the flow rate of the second carrier gas in the range of 0 to 100 sccm.

【0041】図7から分かるように、第2キャリアガス
を流さないときはステップカバレッジは約20%であ
る。第2キャリアガスの流量をゼロから増加させていく
と、ステップカバレッジが急に上昇することがわかる。
第2キャリアガスの流量を10sccmまで増やすと、ステ
ップカバレッジは約85%まで増加する。第2キャリア
ガスの流量をさらに20sccmまで増やすと、ステップカ
バレッジは約90%になる。しかし、第2キャリアガス
の流量をそれ以上増やしても、ステップカバレッジはそ
れ以上大きくならない。むしろ、第2キャリアガスの流
量を100sccmまで増加するとステップカバレッジはわ
ずかに低下する傾向がある。原料ガスをTDMATにし
た場合でも、同様の結果が得られた。
As can be seen from FIG. 7, when the second carrier gas is not supplied, the step coverage is about 20%. It can be seen that the step coverage sharply increases as the flow rate of the second carrier gas is increased from zero.
Increasing the flow rate of the second carrier gas to 10 sccm increases the step coverage to about 85%. If the flow rate of the second carrier gas is further increased to 20 sccm, the step coverage becomes about 90%. However, even if the flow rate of the second carrier gas is further increased, the step coverage does not increase any more. Rather, increasing the flow rate of the second carrier gas to 100 sccm tends to slightly reduce step coverage. Similar results were obtained when the source gas was TDMAT.

【0042】第2キャリアガスを所定の流量以上で流す
ことによってステップカバレッジが向上する理由は、次
のようなメカニズムによって説明できる。第2キャリア
ガスを使わずに添加ガスを10〜20sccm程度の微小流
量で供給すると、次のような現象が生じると考えられ
る。図3において、微小流量の添加ガスは、流速がそれ
ほど大きくないので、第2噴出孔58から出たあとに、
その一部は、第1噴出孔56を通ってシャワーヘッドの
第2拡散室68まで拡散していく。その理由は、反応容
器内よりも第2拡散室68の方が添加ガスの分圧が低い
からである。これにより、反応容器内から第2拡散室6
8へと、添加ガスの逆拡散が自然に発生する。その結
果、第2拡散室68の内部で原料ガスと添加ガスの化学
反応が生じてしまい、空間反応が増加する。したがっ
て、基体での表面反応が生じにくくなり、ステップカバ
レッジが低下する。さらに、シャワーヘッドには窒化チ
タン薄膜が堆積しやすくなり、この堆積に起因するパー
チクルが発生する問題も生じる。以上のような理由によ
り、添加ガスを微小流量で供給するだけでは、ステップ
カバレッジの向上は期待できない。これに対して、添加
ガスに第2キャリアガスを混合して、ある程度の流速を
確保すると、添加ガスが第2拡散室68まで拡散するこ
とがほとんどなくなる。
The reason why the step coverage is improved by flowing the second carrier gas at a predetermined flow rate or more can be explained by the following mechanism. If the additional gas is supplied at a small flow rate of about 10 to 20 sccm without using the second carrier gas, the following phenomenon is considered to occur. In FIG. 3, since the flow rate of the additive gas at the minute flow rate is not so large, after the gas flows out of the second ejection hole 58,
A part thereof diffuses through the first ejection holes 56 to the second diffusion chamber 68 of the shower head. The reason is that the partial pressure of the added gas is lower in the second diffusion chamber 68 than in the reaction vessel. As a result, the second diffusion chamber 6 is removed from the inside of the reaction vessel.
8, the reverse diffusion of the additive gas occurs spontaneously. As a result, a chemical reaction occurs between the source gas and the additive gas inside the second diffusion chamber 68, and the spatial reaction increases. Therefore, the surface reaction on the substrate is less likely to occur, and the step coverage is reduced. Further, a titanium nitride thin film is easily deposited on the shower head, and there is a problem that particles are generated due to the deposition. For the reasons described above, improvement of the step coverage cannot be expected only by supplying the additive gas at a very small flow rate. On the other hand, when the second carrier gas is mixed with the additional gas to secure a certain flow rate, the additional gas hardly diffuses to the second diffusion chamber 68.

【0043】上述の図4、図6、図7のグラフを得た実
験では、TDEATの流量を0.004〜0.2g/mi
nとしているが、TDEATの流量は、この範囲内であ
れば、ステップカバレッジにほとんど影響を及ぼさなか
ったために、このような数値範囲を指定したような実験
条件としている。TDEATの流量は成膜速度には影響
する。
In the experiments in which the graphs of FIGS. 4, 6 and 7 were obtained, the flow rate of TDEAT was set to 0.004 to 0.2 g / mi.
Although the flow rate of the TDEAT is negligible when the flow rate is within this range, the experimental conditions are such that such a numerical range is designated. The flow rate of TDEAT affects the deposition rate.

【0044】これまでに説明したいくつかの実験結果か
ら、窒化チタン薄膜の作製において良好なステップカバ
レッジを得るためには、次のような条件が望ましいこと
が分かる。まず、図4のグラフから分かるように、シャ
ワーヘッドの孔間隔Lは1cm以上にすることが望まし
い。次に、図6のグラフから分かるように、添加ガスの
流速は0.17m/sec以上にすることが望ましい。さ
らに、図7のグラフから分かるように、第2キャリアガ
スの流量は10sccm以上にすることが望ましい。
From the results of several experiments described above, it can be seen that the following conditions are desirable in order to obtain good step coverage in producing a titanium nitride thin film. First, as can be seen from the graph of FIG. 4, it is desirable that the hole interval L of the shower head be 1 cm or more. Next, as can be seen from the graph of FIG. 6, it is desirable that the flow rate of the additional gas be 0.17 m / sec or more. Further, as can be seen from the graph of FIG. 7, the flow rate of the second carrier gas is desirably set to 10 sccm or more.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、TDAATと微小流量
(10〜100sccm)の添加ガスとを用いて窒化チタン
薄膜を作製する場合に、TDAATと第1キャリアガス
と第2キャリアガスの流量範囲を適切に定めることによ
り、アスペクト比の大きなコンタクトホールに対しても
ステップカバレッジの良好な成膜が可能になった。そし
て、添加ガスと第2キャリアガスからなる第2混合ガス
の流速を0.17m/sec以上にすることで、また、シ
ャワーヘッドの第1噴出孔と第2噴出孔の孔間隔を1c
m以上にすることで、TDAATと添加ガスの空間反応
を抑制できて、基体での表面反応を盛んにし、これによ
り、アスペクト比の大きなコンタクトホールに対しても
ステップカバレッジが良好になった。
According to the present invention, the flow rate range of TDAAT, the first carrier gas, and the second carrier gas when a titanium nitride thin film is prepared using TDAAT and an additive gas having a very small flow rate (10 to 100 sccm). By appropriately determining the thickness, it is possible to form a film with good step coverage even for a contact hole having a large aspect ratio. The flow rate of the second mixed gas comprising the additive gas and the second carrier gas is set to 0.17 m / sec or more, and the hole interval between the first ejection hole and the second ejection hole of the shower head is set to 1c.
By setting m or more, the spatial reaction between TDAAT and the additional gas could be suppressed, and the surface reaction on the substrate was increased, thereby improving the step coverage even for a contact hole having a large aspect ratio.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の窒化チタン薄膜作製方法を実施する
ためのCVD装置の一例の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an example of a CVD apparatus for performing a titanium nitride thin film manufacturing method of the present invention.

【図2】シャワーヘッドの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a shower head.

【図3】図2のA−A線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;

【図4】窒化チタン薄膜のステップカバレッジとシャワ
ーヘッドの孔間隔Lとの関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between step coverage of a titanium nitride thin film and a hole interval L of a shower head.

【図5】コンタクトホールに窒化チタン薄膜を形成した
状態の断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a state where a titanium nitride thin film is formed in a contact hole.

【図6】窒化チタン薄膜のステップカバレッジとアンモ
ニアガスの流速との関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the step coverage of a titanium nitride thin film and the flow rate of ammonia gas.

【図7】窒化チタン薄膜のステップカバレッジと第2キ
ャリアガスの流量との関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the step coverage of a titanium nitride thin film and the flow rate of a second carrier gas.

【図8】TDAATの化学構造式を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a chemical structural formula of TDAAT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 反応容器 12 排気系 18 基体ホルダー 20 基体 22 原料ガス導入系 24 添加ガス導入系 26 ターボ分子ポンプ 28 ドライポンプ 30 基体加熱装置 36 原料容器 38 気化器 40 第1の流量制御器 42 第1キャリアガスのガスボンベ 44 第2の流量制御器 46 添加ガスのガスボンベ 48 第3の流量制御器 50 第2キャリアガスのガスボンベ 52 第4の流量制御器 54 シャワーヘッド 56 第1噴出孔 58 第2噴出孔 60 第1混合ガス 62 第1拡散室 64 分散板 66 分散孔 68 第2拡散室 70 第2混合ガス 72 第3拡散室 74 窒化チタン薄膜 76 第1供給路 78 第2供給路 80 コンタクトホール DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Reaction container 12 Exhaust system 18 Substrate holder 20 Substrate 22 Source gas introduction system 24 Additive gas introduction system 26 Turbo molecular pump 28 Dry pump 30 Substrate heating device 36 Source container 38 Vaporizer 40 First flow controller 42 First carrier gas Gas cylinder 44 second flow controller 46 gas cylinder for additional gas 48 third flow controller 50 gas cylinder for second carrier gas 52 fourth flow controller 54 showerhead 56 first ejection hole 58 second ejection hole 60 1 mixed gas 62 first diffusion chamber 64 dispersion plate 66 dispersion hole 68 second diffusion chamber 70 second mixed gas 72 third diffusion chamber 74 titanium nitride thin film 76 first supply path 78 second supply path 80 contact hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸部 了己 東京都府中市四谷5丁目8番1号 アネル バ株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Romi Tobe 5-7-1 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Inside Anelva Co., Ltd.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 テトラキスジアルキルアミノチタンとこ
れと反応する添加ガスとを反応容器内に供給して、所定
温度に加熱した基体の表面上に窒化チタン薄膜を堆積す
る窒化チタン薄膜の作製方法において、次の(ア)〜
(キ)の特徴を備える方法。 (ア)テトラキスジアルキルアミノチタンの流量を0.
004〜0.2g/minの範囲内に設定する。 (イ)テトラキスジアルキルアミノチタンと混合する第
1キャリアガスの流量を100〜1000sccmの範囲内
に設定する。 (ウ)テトラキスジアルキルアミノチタンと反応する添
加ガスの流量を10〜100sccmの範囲内に設定する。 (エ)添加ガスと混合する第2キャリアガスの流量を1
0〜500sccmの範囲内に設定する。 (オ)テトラキスジアルキルアミノチタンと第1キャリ
アガスとを混合して、この第1混合ガスを第1噴出孔か
ら反応容器内に供給する。 (カ)添加ガスと第2キャリアガスとを混合して、この
第2混合ガスを第2噴出孔から反応容器内に供給する。 (キ)反応容器内の圧力を0.1Pa〜15Paに設定
する。
1. A method for producing a titanium nitride thin film, comprising supplying a tetrakisdialkylaminotitanium and an additive gas reacting with the tetrakisdialkylaminotitanium into a reaction vessel and depositing the titanium nitride thin film on a surface of a substrate heated to a predetermined temperature. Next (A) ~
A method having the characteristic of (g). (A) The flow rate of the tetrakisdialkylaminotitanium is set to 0.
Set within the range of 004 to 0.2 g / min. (A) The flow rate of the first carrier gas mixed with the tetrakisdialkylaminotitanium is set in the range of 100 to 1000 sccm. (C) The flow rate of the additive gas that reacts with the tetrakisdialkylaminotitanium is set within the range of 10 to 100 sccm. (D) The flow rate of the second carrier gas mixed with the additive gas is set to 1
Set within the range of 0 to 500 sccm. (E) A tetrakisdialkylaminotitanium is mixed with a first carrier gas, and the first mixed gas is supplied into the reaction vessel from the first ejection hole. (F) The additive gas and the second carrier gas are mixed, and the second mixed gas is supplied into the reaction vessel from the second ejection hole. (G) The pressure in the reaction vessel is set to 0.1 Pa to 15 Pa.
【請求項2】 請求項1に記載の方法において、第2噴
出孔における第2混合ガスの流速を0.17m/sec以
上にしたことを特徴とする方法。
2. The method according to claim 1, wherein the flow rate of the second mixed gas in the second ejection hole is 0.17 m / sec or more.
【請求項3】 請求項1に記載の方法において、第1噴
出孔と第2噴出孔の孔径を4mm以下にして、任意の第
1噴出孔と任意の第2噴出孔との中心間距離を1cm以
上にしたことを特徴とする方法。
3. The method according to claim 1, wherein the diameter of each of the first and second ejection holes is 4 mm or less, and the distance between the centers of any of the first ejection holes and any of the second ejection holes is reduced. A method characterized in that the length is 1 cm or more.
【請求項4】 請求項3に記載の方法において、任意の
第1噴出孔とその第1噴出孔に一番近い第2噴出孔との
中心間距離を1〜2.5cmの範囲内にしたことを特徴
とする方法。
4. The method according to claim 3, wherein a center-to-center distance between an arbitrary first ejection hole and a second ejection hole closest to the first ejection hole is within a range of 1 to 2.5 cm. A method comprising:
【請求項5】 請求項1に記載の方法において、前記テ
トラキスジアルキルアミノチタンがテトラキスジエチル
アミノチタンであり、前記添加ガスがアンモニアガスで
あることを特徴とする方法。
5. The method according to claim 1, wherein said tetrakisdialkylaminotitanium is tetrakisdiethylaminotitanium and said additive gas is ammonia gas.
【請求項6】 真空排気可能な反応容器と、反応容器内
を排気してこの反応容器内を所定の圧力に維持できる排
気装置と、反応容器内に原料ガスを導入するためのガス
供給装置と、窒化チタン薄膜をその上に堆積させる基体
を保持する基体ホルダーと、基体を加熱する加熱装置と
を備える窒化チタン薄膜作製用のCVD装置において、
前記ガス供給装置は次の(ア)〜(ク)を備えることを
特徴とするCVD装置。 (ア)液体原料のテトラキスジアルキルアミノチタンを
気化する気化器。 (イ)気化したテトラキスジアルキルアミノチタンの流
量を0.004〜0.2g/minの範囲内の少なくとも
いずれかの値に設定できる第1の流量制御器。 (ウ)テトラキスジアルキルアミノチタンと混合する第
1キャリアガスの流量を100〜1000sccmの範囲内
の少なくともいずれかの値に設定できる第2の流量制御
器。 (エ)テトラキスジアルキルアミノチタンと反応する添
加ガスの流量を10〜100sccmの範囲内の少なくとも
いずれかの値に設定できる第3の流量制御器。 (オ)添加ガスと混合する第2キャリアガスの流量を1
0〜500sccmの範囲内の少なくともいずれかの値に設
定できる第4の流量制御器。 (カ)テトラキスジアルキルアミノチタンと第1キャリ
アガスとを混合してこの第1混合ガスを反応容器内に導
く第1供給路。 (キ)添加ガスと第2キャリアガスとを混合してこの第
2混合ガスを反応容器内に導く第2供給路。 (ク)第1供給路に通じる第1噴出孔と第2供給路に通
じる第2噴出孔とをそれぞれ多数備えていて、これらの
噴出孔から第1混合ガスと第2混合ガスとを反応容器内
に供給するようにしたシャワーヘッド。
6. A reaction container capable of vacuum evacuation, an exhaust device capable of exhausting the inside of the reaction container and maintaining the inside of the reaction container at a predetermined pressure, and a gas supply device for introducing a raw material gas into the reaction container. A substrate holder for holding a substrate on which a titanium nitride thin film is deposited, and a heating apparatus for heating the substrate, a CVD apparatus for producing a titanium nitride thin film,
The said gas supply apparatus is provided with the following (A)-(C), The CVD apparatus characterized by the above-mentioned. (A) A vaporizer for vaporizing tetrakisdialkylaminotitanium as a liquid raw material. (A) A first flow controller capable of setting the flow rate of vaporized tetrakisdialkylaminotitanium to at least one of the values in the range of 0.004 to 0.2 g / min. (C) A second flow controller capable of setting the flow rate of the first carrier gas mixed with the tetrakisdialkylaminotitanium to at least any value within a range of 100 to 1000 sccm. (D) A third flow controller capable of setting the flow rate of the additive gas reacting with the tetrakisdialkylaminotitanium to at least any value within the range of 10 to 100 sccm. (E) The flow rate of the second carrier gas mixed with the additive gas is set to 1
A fourth flow controller that can be set to at least any value within a range of 0 to 500 sccm. (F) a first supply path for mixing the tetrakisdialkylaminotitanium with the first carrier gas and introducing the first mixed gas into the reaction vessel; (G) a second supply path that mixes the additive gas and the second carrier gas and guides the second mixed gas into the reaction vessel. (H) A plurality of first ejection holes leading to the first supply passage and a large number of second ejection holes leading to the second supply passage are provided, and the first mixed gas and the second mixed gas are supplied from these ejection holes to the reaction vessel. Shower head to be supplied inside.
【請求項7】 請求項6に記載のCVD装置において、
第1噴出孔と第2噴出孔の孔径を4mm以下にして、任
意の第1噴出孔と任意の第2噴出孔との中心間距離を1
cm以上にしたことを特徴とするCVD装置。
7. The CVD apparatus according to claim 6, wherein
The diameter of the first and second ejection holes is set to 4 mm or less, and the center distance between any of the first ejection holes and any of the second ejection holes is set to 1
cm or more.
【請求項8】 請求項7に記載のCVD装置において、
任意の第1噴出孔とその第1噴出孔に一番近い第2噴出
孔との中心間距離を1〜2.5cmの範囲内にしたこと
を特徴とするCVD装置。
8. The CVD apparatus according to claim 7, wherein
A CVD apparatus characterized in that a center-to-center distance between an arbitrary first ejection hole and a second ejection hole closest to the first ejection hole is within a range of 1 to 2.5 cm.
【請求項9】 請求項6〜8のいずれか1項に記載のC
VD装置において、任意の第1噴出孔を中心とする同一
円周上に複数の第2噴出孔を互いに等間隔に配置したこ
とを特徴とするCVD装置。
9. C according to any one of claims 6 to 8,
In a VD apparatus, a plurality of second ejection holes are arranged at equal intervals on the same circumference centered on an arbitrary first ejection hole.
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