JPWO2007125837A1 - Method for forming Ti film - Google Patents

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Abstract

一対の平行平板電極として機能するシャワーヘッド（１０）および電極（８）を有するチャンバ（１）内に、間口径が０．１３μｍ以下および／またはアスペクト比が１０以上のホールを有するウエハＷを配置する。処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒガスよりも原子量が大きい希ガスを導入して前記プラズマが形成された際の前記ホールの底部に到達するイオン量を低減しつつＴｉ膜を成膜する。A wafer W having a hole having a pore size of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more is placed in a chamber (1) having a showerhead (10) functioning as a pair of parallel plate electrodes and an electrode (8). To do. A Ti gas is formed while reducing the amount of ions reaching the bottom of the hole when the plasma is formed by introducing a rare gas having a larger atomic weight than TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas as a processing gas.

Description

本発明は、チャンバ内においてシャワーヘッドからＴｉＣｌ４ガスを含む処理ガスを吐出させてチャンバ内に配置された被処理基板の表面にＴｉ膜を成膜するＴｉ膜の成膜方法に関する。The present invention relates to a Ti film forming method for forming a Ti film on a surface of a substrate to be processed disposed in a chamber by discharging a processing gas containing TiCl 4 gas from a shower head in the chamber.

半導体デバイスの製造においては、最近の高密度化および高集積化の要請に対応して、回路構成を多層配線構造にする傾向にあり、このため、下層の半導体基板と上層の配線層との接続部であるコンタクトホールや、上下の配線層同士の接続部であるビアホールなどの層間の電気的接続のための埋め込み技術が重要になっている。   In the manufacture of semiconductor devices, in response to recent demands for higher density and higher integration, the circuit configuration tends to have a multilayer wiring structure. For this reason, the connection between the lower semiconductor substrate and the upper wiring layer is required. An embedding technique for electrical connection between layers such as a contact hole as a part and a via hole as a connection part between upper and lower wiring layers is important.

このようなコンタクトホールやビアホールの埋め込みに用いられる金属や合金と下層のＳｉ基板やｐｏｌｙ−Ｓｉ層と間に良好なコンタクトを形成する必要がある。このために、これらの埋め込みに先立ってコンタクトホールやビアホールの内側にＴｉ膜を成膜することが行われている。   It is necessary to form a good contact between the metal or alloy used for filling such a contact hole or via hole and the underlying Si substrate or poly-Si layer. For this reason, a Ti film is formed inside the contact hole or via hole prior to filling them.

このようなＴｉ膜は、従来から物理的蒸着（ＰＶＤ）を用いて成膜されていたが、デバイスの微細化および高集積化の要求にともなってステップカバレッジ（段差被覆性）がより良好な化学的蒸着（ＣＶＤ）が多用されるようになってきている。   Such a Ti film has been conventionally formed by physical vapor deposition (PVD). However, with the demand for miniaturization and high integration of devices, chemicals with better step coverage (step coverage) are available. Chemical vapor deposition (CVD) is becoming increasingly used.

Ｔｉ膜のＣＶＤ成膜に関しては、以下のような技術が提案されている（例えば特開２００４−１９７２１９号公報(特許文献１)）。即ち、成膜ガスとしてＴｉＣｌ４ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスを用い、これらをチャンバへ導入し、半導体ウエハをステージヒーターにより加熱しながら、平行平板電極に高周波電力を印加する。これにより、上記ガスをプラズマ化してＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとを反応させるプラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する。The following techniques have been proposed for CVD deposition of Ti films (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-197219 (Patent Document 1)). That is, TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas are used as film forming gases, these are introduced into the chamber, and high frequency power is applied to the parallel plate electrodes while the semiconductor wafer is heated by a stage heater. Thus, a Ti film is formed by plasma CVD in which the gas is turned into plasma and TiCl 4 gas and H 2 gas are reacted.

しかしながら、近時、線幅やホールの開口径が一層小さくなり、しかも高アスペクト比化されるにつれ、特許文献１のようなプラズマＣＶＤによりＴｉ膜を成膜した場合には、チャージアップダメージにより素子が破壊されることがあるという新たな問題が発生するようになってきた。   However, recently, as the line width and the hole opening diameter are further reduced and the aspect ratio is increased, when the Ti film is formed by plasma CVD as in Patent Document 1, the element is caused by charge-up damage. There is a new problem that can be destroyed.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プラズマを用いたＣＶＤにより開口径が小さいおよび／または高アスペクト比のホールを有する被処理基板にＴｉを成膜する際に、チャージアップダメージによる素子の破壊が生じ難いＴｉ膜の成膜方法を提供することを目的とする。また、本発明はそのような方法を実行するためのコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and charge-up damage is caused when Ti is formed on a substrate to be processed having a small opening diameter and / or a high aspect ratio hole by CVD using plasma. An object of the present invention is to provide a method for forming a Ti film in which the element is not easily damaged by the above. It is another object of the present invention to provide a computer-readable storage medium for executing such a method.

本発明の第１の観点では、一対の平行平板電極を有するチャンバ内に、間口径が０．１３μｍ以下および／またはアスペクト比が１０以上のホールを有する被処理基板を配置する工程と、ＴｉＣｌ４ガスを含む処理ガスを導入しつつ前記平行平板電極の少なくとも一方に高周波電力を供給してこれらの間にプラズマを形成する工程と、前記ホールの底部に到達する前記プラズマにより前記処理ガスの反応を促進して前記被処理体にＴｉ膜を成膜する工程と、を具備するＴｉ膜の成膜方法であって、処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒガスよりも原子量が大きい希ガスを導入して前記プラズマが形成された際の前記ホールの底部に到達するイオン量を低減しつつＴｉ膜を成膜するＴｉ膜の成膜方法を提供する。In the first aspect of the present invention, a step of disposing a substrate to be processed having holes having a pore size of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more in a chamber having a pair of parallel plate electrodes, and TiCl 4 A step of supplying a high-frequency power to at least one of the parallel plate electrodes while introducing a processing gas containing a gas to form a plasma therebetween, and a reaction of the processing gas by the plasma reaching the bottom of the hole A method of forming a Ti film on the object to be promoted, and a method of forming a Ti film, wherein the process gas is a rare gas having a larger atomic weight than TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas And a Ti film forming method for forming a Ti film while reducing the amount of ions reaching the bottom of the hole when the plasma is formed.

この場合に、Ｔｉ膜成膜後、処理ガスとしてＮＨ３ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒより原子量の大きい希ガスを導入してプラズマの存在下でＴｉ膜表面の窒化処理を行うことがこのましい。この場合の、Ａｒより原子量の大きい希ガスは、ガス流量が８００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）またはガス分圧が１４．５８〜６６６．５０Ｐａであることが好ましい。また、Ｔｉ膜成膜後、処理ガスとしてＮＨ３ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒより原子量の大きい希ガスＡｒガスを導入してプラズマを存在させずにＴｉ膜表面の窒化処理を行うことがこのましい。In this case, after Ti film formation, NH 3 gas, H 2 gas, and rare gas having a larger atomic weight than Ar are introduced as processing gases, and nitriding treatment of the Ti film surface is performed in the presence of plasma. . In this case, the rare gas having an atomic weight larger than that of Ar preferably has a gas flow rate of 800 to 2000 mL / min (sccm) or a gas partial pressure of 14.58 to 666.50 Pa. In addition, after the Ti film is formed, NH 3 gas, H 2 gas, and a rare gas Ar gas having an atomic weight larger than that of Ar are introduced as processing gases to perform nitriding treatment on the surface of the Ti film without the presence of plasma. Yes.

本発明の第２の観点では、一対の平行平板電極を有するチャンバ内に、間口径が０．１３μｍ以下および／またはアスペクト比が１０以上のホールを有する被処理基板を配置する工程と、ＴｉＣｌ４ガスを含む処理ガスを導入しつつ前記平行平板電極の少なくとも一方に高周波電力を供給してこれらの間にプラズマを形成する工程と、前記ホールの底部に到達する前記プラズマにより前記処理ガスの反応を促進して前記被処理体にＴｉ膜を成膜する工程と、を具備するＴｉ膜の成膜方法であって、処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒガスよりも原子量が大きい希ガスを導入して前記プラズマが形成された際の前記ホールの底部に到達するイオン量を低減しつつ第１段階の成膜を行い、第１段階の成膜により被処理体の全面にＴｉ膜が成膜された時点で、処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒガスを導入して第２段階の成膜を行ってＴｉ膜を成膜するＴｉ膜の成膜方法を提供する。In the second aspect of the present invention, a step of disposing a substrate to be processed having a hole having a pore size of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more in a chamber having a pair of parallel plate electrodes, and TiCl 4 A step of supplying a high-frequency power to at least one of the parallel plate electrodes while introducing a processing gas containing a gas to form a plasma therebetween, and a reaction of the processing gas by the plasma reaching the bottom of the hole A method of forming a Ti film on the object to be promoted, and a method of forming a Ti film, wherein the process gas is a rare gas having a larger atomic weight than TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas The first stage of film formation is performed while reducing the amount of ions reaching the bottom of the hole when the plasma is formed, and the first stage of film formation When the Ti film is formed on the surface, the film formation method of a Ti film for forming a Ti film by performing the deposition of the second stage by introducing TiCl 4 gas and H 2 gas and Ar gas as a process gas I will provide a.

本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、上記第１または第２の観点の方法が行われるように成膜装置を制御させるコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a computer-readable storage medium storing a control program that operates on a computer, and the control program is executed by the method of the first or second aspect at the time of execution. A computer-readable storage medium for controlling a film forming apparatus is provided.

なお、本発明において、ガスの流量の単位はｍＬ／ｍｉｎを用いているが、ガスは温度および気圧により体積が大きく変化するため、本発明では標準状態に換算した値を用いている。なお、標準状態に換算した流量は通常ｓｃｃｍ（Ｓｔａｎｄｅｒｄ Ｃｕｂｉｃ Ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅｓ）で表記されるためｓｃｃｍを併記している。ここにおける標準状態は、温度０℃（２７３．１５Ｋ）、気圧１ａｔｍ（１０１３２５Ｐａ）の状態（ＳＴＰ）である。   In the present invention, the unit of the gas flow rate is mL / min. However, since the volume of the gas varies greatly depending on the temperature and the atmospheric pressure, the value converted into the standard state is used in the present invention. In addition, since the flow volume converted into the standard state is normally expressed by sccm (Standard Cubic Centimeter per Minutes), sccm is also written together. The standard state here is a state (STP) at a temperature of 0 ° C. (273.15 K) and an atmospheric pressure of 1 atm (101325 Pa).

本発明者らは、チャージアップダメージが電子シェーディング効果によるものと考え、この電子シェーディング効果を低減させるために、イオンをより斜めの軌跡でホール内に入射させてホール底部に到達するイオン量を減少させることが有効であることに想到した。本発明では、このような知見を基に、プラズマガスとして従来から用いられているＡｒガスに代えてＡｒガスよりも原子量が大きい希ガス、つまりＫｒまたはＸｅを用いることにより、イオンの水平方向の運動エネルギーを大きくしてイオンをより斜めの軌跡でホール内に入射させるようにする。この点についてより詳しく説明する。通常、成膜の際における原料ガスは、成膜装置の上部に設けられているシャワーヘッドから供給されてサセプタ下の排気口より排気され、被処理基板表面のガス流れは被処理基板に対して平行である。プラズマ中のイオンは、イオンシース内で鉛直方向に加速され、ホール底に蓄積される。プラズマを構成するイオンの原子量が大きい場合、ガス流れによるイオンの被処理基板に平行な成分の運動エネルギーが、原子量の小さい元素を用いた場合よりも大きい。このため、イオンシース内で垂直方向に加速された場合でも、イオンはより斜めの軌跡でホール内に入射していくこととなり、ホール底部に到達するイオンの量が減少する。その結果、ホール底部での電荷の蓄積を減らすことができ、電子シェーディング効果によるチャージアップダメージを低減することができる。   The present inventors consider that the charge-up damage is due to the electron shading effect, and in order to reduce this electron shading effect, the amount of ions reaching the bottom of the hole is reduced by making ions enter the hole with a more oblique locus. I came up with the idea that it is effective. In the present invention, based on such knowledge, by using a rare gas having a larger atomic weight than Ar gas, that is, Kr or Xe, instead of Ar gas conventionally used as a plasma gas, ions in the horizontal direction can be obtained. The kinetic energy is increased so that ions enter the hole with a more oblique trajectory. This point will be described in more detail. Usually, the source gas during film formation is supplied from a shower head provided at the upper part of the film formation apparatus and exhausted from an exhaust port under the susceptor, and the gas flow on the surface of the substrate to be processed is relative to the substrate to be processed. Parallel. Ions in the plasma are accelerated in the vertical direction within the ion sheath and accumulated at the bottom of the hole. When the atomic weight of ions constituting the plasma is large, the kinetic energy of the component parallel to the substrate to be processed by the gas flow is larger than when an element having a small atomic weight is used. For this reason, even when accelerated in the vertical direction in the ion sheath, the ions enter the hole with a more oblique locus, and the amount of ions reaching the bottom of the hole is reduced. As a result, charge accumulation at the bottom of the hole can be reduced, and charge-up damage due to the electronic shading effect can be reduced.

このような手法で成膜する場合には、従来の条件とは全く異なる条件で成膜することとなるため、膜質均一性や成膜速度等が従来よりも劣ることがある。しかし、チャージアップダメージを低減可能な上記条件で第１段階の成膜を行い、全面にＴｉ膜が形成されてチャージアップダメージのおそれがなくなった時点で従来のＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒガスを用いた第２段階の成膜を行うようにする。これにより、第１段階の成膜でのデメリットを最小限にしてＴｉ膜を成膜することができる。When the film is formed by such a method, the film is formed under completely different conditions from the conventional conditions, so that the film quality uniformity, the film forming speed, and the like may be inferior to those of the prior art. However, when the first-stage film formation is performed under the above-described conditions capable of reducing the charge-up damage and the Ti film is formed on the entire surface and there is no risk of the charge-up damage, the conventional TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar A second stage film formation using a gas is performed. As a result, the Ti film can be formed while minimizing the disadvantages of the first stage film formation.

図１は、本発明の一実施形態に係るＴｉ膜の成膜方法の実施に用いるＴｉ膜成膜装置の一例を示す概略断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a Ti film forming apparatus used for carrying out a Ti film forming method according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明に適用される半導体ウエハの構造の一例を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a semiconductor wafer applied to the present invention. 図３は、電子シェーディング効果によるチャージアップダメージが生じるメカニズムを説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining a mechanism that causes charge-up damage due to an electronic shading effect.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.

図１は本発明の一実施形態に係るＴｉ膜の成膜方法の実施に用いるＴｉ膜成膜装置の一例を示す概略断面図である。このＴｉ膜成膜装置１００は平行平板電極に高周波電界を形成することによりプラズマを形成しつつＣＶＤ成膜を行うプラズマＣＶＤ成膜装置として構成される。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a Ti film forming apparatus used for carrying out a Ti film forming method according to an embodiment of the present invention. The Ti film forming apparatus 100 is configured as a plasma CVD film forming apparatus that performs CVD film formation while forming plasma by forming a high-frequency electric field on parallel plate electrodes.

このＴｉ膜成膜装置１００は、略円筒状のチャンバ１を有している。チャンバ１の内部には、被処理基板であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ２がその中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持された状態で配置されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２にはヒーター５が埋め込まれており、このヒーター５はヒーター電源６から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。サセプタ２の表面近傍には平行平板電極の下部電極として機能する電極８が埋設されており、この電極８は接地されている。なお、サセプタ２はセラミックス例えばＡｌＮで構成することができ、この場合には、セラミックスヒーターが構成される。   The Ti film forming apparatus 100 has a substantially cylindrical chamber 1. Inside the chamber 1, a susceptor 2 for horizontally supporting a wafer W, which is a substrate to be processed, is arranged in a state of being supported by a cylindrical support member 3 provided at the center lower portion thereof. A guide ring 4 for guiding the wafer W is provided on the outer edge of the susceptor 2. In addition, a heater 5 is embedded in the susceptor 2, and the heater 5 is heated by a heater power supply 6 to heat the wafer W as a substrate to be processed to a predetermined temperature. An electrode 8 that functions as a lower electrode of a parallel plate electrode is embedded in the vicinity of the surface of the susceptor 2, and this electrode 8 is grounded. The susceptor 2 can be made of ceramics such as AlN. In this case, a ceramic heater is formed.

チャンバ１の天壁１ａには、絶縁部材９を介して平行平板電極の上部電極としても機能するシャワーヘッド１０が設けられている。このシャワーヘッド１０は、上段ブロック体１０ａ、中段ブロック体１０ｂ、下段ブロック体１０ｃで構成されており、略円盤状をなしている。上段ブロック体１０ａは、中段ブロック体１０ｂおよび下段ブロック体１０ｃとともにシャワーヘッド本体部を構成する水平部１０ｄとこの水平部１０ｄの外周上方に連続する環状支持部１０ｅとを有し、凹状に形成されている。そして、この環状支持部１０ｅによりシャワーヘッド１０全体が支持されている。そして、下段ブロック体１０ｃにはガスを吐出する吐出孔１７と１８とが交互に形成されている。上段ブロック体１０ａの上面には、第１のガス導入口１１と、第２のガス導入口１２とが形成されている。上段ブロック体１０ａの中では、第１のガス導入口１１から多数のガス通路１３が分岐している。中段ブロック体１０ｂにはガス通路１５が形成されており、上記ガス通路１３が水平に延びる連通路１３ａを介してこれらガス通路１５に連通している。さらにこのガス通路１５が下段ブロック体１０ｃの吐出孔１７に連通している。また、上段ブロック体１０ａの中では、第２のガス導入口１２から多数のガス通路１４が分岐している。中段ブロック体１０ｂにはガス通路１６が形成されており、上記ガス通路１４がこれらガス通路１６に連通している。さらにこのガス通路１６が中段ブロック体１０ｂ内に水平に延びる連通路１６ａに接続されており、この連通路１６ａが下段ブロック体１０ｃの多数の吐出孔１８に連通している。そして、上記第１および第２のガス導入口１１，１２は、ガス供給機構２０のガスラインに接続されている。   A shower head 10 that also functions as an upper electrode of a parallel plate electrode is provided on the top wall 1 a of the chamber 1 via an insulating member 9. The shower head 10 includes an upper block body 10a, a middle block body 10b, and a lower block body 10c, and has a substantially disk shape. The upper block body 10a has a horizontal portion 10d that constitutes a shower head main body together with the middle block body 10b and the lower block body 10c, and an annular support portion 10e that continues above the outer periphery of the horizontal portion 10d, and is formed in a concave shape. ing. The entire shower head 10 is supported by the annular support portion 10e. Discharge holes 17 and 18 for discharging gas are alternately formed in the lower block body 10c. A first gas inlet 11 and a second gas inlet 12 are formed on the upper surface of the upper block body 10a. In the upper block body 10 a, a large number of gas passages 13 are branched from the first gas inlet 11. Gas passages 15 are formed in the middle block body 10b, and the gas passages 13 communicate with the gas passages 15 through communication passages 13a extending horizontally. Further, the gas passage 15 communicates with the discharge hole 17 of the lower block body 10c. In the upper block body 10a, a large number of gas passages 14 branch from the second gas introduction port 12. Gas passages 16 are formed in the middle block body 10 b, and the gas passage 14 communicates with these gas passages 16. Further, the gas passage 16 is connected to a communication passage 16a extending horizontally into the middle block body 10b, and the communication passage 16a communicates with a number of discharge holes 18 of the lower block body 10c. The first and second gas inlets 11 and 12 are connected to a gas line of the gas supply mechanism 20.

ガス供給機構２０は、クリーニングガスであるＣｌＦ３ガスを供給するＣｌＦ３ガス供給源２１、Ｔｉ化合物ガスであるＴｉＣｌ４ガスを供給するＴｉＣｌ４ガス供給源２２、プラズマ生成ガスとしてＡｒよりも原子量が大きい希ガス、すなわちＫｒガスまたはＸｅガスを供給する希ガス供給源２３、還元ガスであるＨ２ガスを供給するＨ２ガス供給源２４、窒化ガスであるＮＨ３ガスを供給するＮＨ３ガス供給源２５を有している。そして、ＣｌＦ３ガス供給源２１にはＣｌＦ３ガス供給ライン２７および３０ｂが、ＴｉＣｌ４ガス供給源２２にはＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８が、希ガス供給源２３には希ガス供給ライン２９が、Ｈ２ガス供給源２４にはＨ２ガス供給ライン３０が、ＮＨ３ガス供給源２５にはＮＨ３ガス供給ライン３０ａが、それぞれ接続されている。また、図示しないが、Ｎ２ガス供給源も有している。そして、各ガスラインにはマスフローコントローラ３２およびマスフローコントローラ３２を挟んで２つのバルブ３１が設けられている。The gas supply mechanism 20 has a ClF 3 gas supply source 21 for supplying a ClF 3 gas as a cleaning gas, a TiCl 4 gas supply source 22 for supplying a TiCl 4 gas as a Ti compound gas, and an atomic weight more than Ar as a plasma generation gas. large noble gases, i.e. Kr gas or Xe gas rare gas supply source 23 for supplying, supplying H 2 gas as a reducing gas H 2 gas supply source 24, an NH 3 gas supply for supplying the NH 3 gas is a gas nitriding A source 25 is provided. The ClF 3 gas supply source 21 has ClF 3 gas supply lines 27 and 30b, the TiCl 4 gas supply source 22 has a TiCl 4 gas supply line 28, the noble gas supply source 23 has a noble gas supply line 29, H 2 H 2 gas supply line 30 to the gas supply source 24, the NH 3 gas supply source 25 NH 3 gas supply line 30a is connected, respectively. Moreover, although not shown, it also has an N2 gas supply source. Each gas line is provided with two valves 31 sandwiching the mass flow controller 32 and the mass flow controller 32.

前記第１のガス導入口１１にはＴｉＣｌ４ガス供給源２２から延びるＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８が接続されており、このＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８にはＣｌＦ３ガス供給源２１から延びるＣｌＦ３ガス供給ライン２７および希ガス供給源２３から延びる希ガス供給ライン２９が接続されている。また、前記第２のガス導入口１２にはＨ２ガス供給源２４から延びるＨ２ガス供給ライン３０が接続されており、このＨ２ガス供給ライン３０には、ＮＨ３ガス供給源２５から延びるＮＨ３ガス供給ライン３０ａおよびＣｌＦ３ガス供給源２１から延びるＣｌＦ３ガス供給ライン３０ｂが接続されている。したがって、プロセス時には、ＴｉＣｌ４ガス供給源２２からのＴｉＣｌ４ガスが希ガス供給源２３からの希ガスとともにＴｉＣｌ４ガス供給ライン２８を介してシャワーヘッド１０の第１のガス導入口１１からシャワーヘッド１０内に至り、ガス通路１３，１５を経て吐出孔１７からチャンバ１内へ吐出される一方、Ｈ２ガス供給源２４からのＨ２ガスがＨ２ガス供給ガスライン３０を介してシャワーヘッド１０の第２のガス導入口１２からシャワーヘッド１０内に至り、ガス通路１４，１６を経て吐出孔１８からチャンバ１内へ吐出される。すなわち、シャワーヘッド１０は、ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスとが全く独立してチャンバ１内に供給されるポストミックスタイプとなっており、これらは吐出後に混合され反応が生じる。なお、これに限らずＴｉＣｌ４とＨ２とが混合された状態でこれらをチャンバ１内に供給するプリミックスタイプであってもよい。A TiCl 4 gas supply line 28 extending from a TiCl 4 gas supply source 22 is connected to the first gas introduction port 11, and a ClF 3 gas extending from a ClF 3 gas supply source 21 is connected to the TiCl 4 gas supply line 28. A rare gas supply line 29 extending from the supply line 27 and the rare gas supply source 23 is connected. An H 2 gas supply line 30 extending from an H 2 gas supply source 24 is connected to the second gas introduction port 12, and the H 2 gas supply line 30 extends from an NH 3 gas supply source 25. The NH 3 gas supply line 30 a and the ClF 3 gas supply line 30 b extending from the ClF 3 gas supply source 21 are connected. Therefore, when the process, the shower head from the first gas inlet port 11 of the shower head 10 through the TiCl 4 gas supply line 28 TiCl 4 gas with rare gas from the rare gas supply source 23 from the TiCl 4 gas supply source 22 10, and is discharged into the chamber 1 from the discharge hole 17 through the gas passages 13 and 15, while the H 2 gas from the H 2 gas supply source 24 passes through the H 2 gas supply gas line 30 to the shower head 10. The second gas inlet 12 reaches the shower head 10 and is discharged from the discharge hole 18 into the chamber 1 through the gas passages 14 and 16. That is, the shower head 10 is a post-mix type in which TiCl 4 gas and H 2 gas are supplied into the chamber 1 completely independently, and these are mixed and reacted after discharge. However, the present invention is not limited to this, and a premix type in which TiCl 4 and H 2 are mixed and supplied into the chamber 1 may be used.

シャワーヘッド１０には、整合器３３を介して高周波電源３４が接続されており、この高周波電源３４からシャワーヘッド１０に高周波電力が供給されるようになっている。高周波電源３４から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に供給されたガスをプラズマ化して成膜処理を行う。   A high frequency power supply 34 is connected to the shower head 10 via a matching unit 33, and high frequency power is supplied from the high frequency power supply 34 to the shower head 10. By supplying high-frequency power from the high-frequency power source 34, the gas supplied into the chamber 1 through the shower head 10 is turned into plasma to perform film formation.

また、シャワーヘッド１０の上段ブロック体１０ａの水平部１０ｄには、シャワーヘッド１０を加熱するためのヒーター４５が設けられている。このヒーター４５にはヒーター電源４６が接続されており、ヒーター電源４６からヒーター４５に給電することによりシャワーヘッド１０が所望の温度に加熱される。上段ブロック体４０ａの凹部にはヒーター４５による加熱効率を上げるために断熱部材４７が設けられている。   Further, a heater 45 for heating the shower head 10 is provided in the horizontal portion 10d of the upper block body 10a of the shower head 10. A heater power source 46 is connected to the heater 45, and the shower head 10 is heated to a desired temperature by supplying power to the heater 45 from the heater power source 46. A heat insulating member 47 is provided in the concave portion of the upper block body 40a in order to increase the heating efficiency of the heater 45.

チャンバ１の底壁１ｂの中央部には円形の穴３５が形成されており、底壁１ｂにはこの穴３５を覆うように下方に向けて突出する排気室３６が設けられている。排気室３６の側面には排気管３７が接続されており、この排気管３７には排気装置３８が接続されている。そしてこの排気装置３８を作動させることによりチャンバ１内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。   A circular hole 35 is formed at the center of the bottom wall 1b of the chamber 1, and an exhaust chamber 36 is provided on the bottom wall 1b so as to protrude downward so as to cover the hole 35. An exhaust pipe 37 is connected to a side surface of the exhaust chamber 36, and an exhaust device 38 is connected to the exhaust pipe 37. By operating the exhaust device 38, the inside of the chamber 1 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum.

サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン３９がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン３９は支持板４０に固定されている。そして、ウエハ支持ピン３９は、エアシリンダ等の駆動機構４１により支持板４０を介して昇降される。   The susceptor 2 is provided with three (only two are shown) wafer support pins 39 for supporting the wafer W to be moved up and down so as to protrude and retract with respect to the surface of the susceptor 2. It is fixed to the plate 40. The wafer support pins 39 are lifted and lowered via the support plate 40 by a drive mechanism 41 such as an air cylinder.

チャンバ１の側壁には、チャンバ１と隣接して設けられた図示しないウエハ搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口４２と、この搬入出口４２を開閉するゲートバルブ４３とが設けられている。   On the side wall of the chamber 1, a loading / unloading port 42 for loading / unloading the wafer W to / from a wafer transfer chamber (not shown) provided adjacent to the chamber 1, and a gate valve 43 for opening / closing the loading / unloading port 42, Is provided.

Ｔｉ膜成膜装置１００の構成部は、コンピュータからなる制御部５０に接続されて制御される構成となっている。また、制御部５０には、工程管理者がＴｉ膜成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、Ｔｉ膜成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。さらに、制御部５０には、Ｔｉ膜成膜装置１００で実行される各種処理を制御部５０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてＴｉ膜成膜装置１００の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部５２が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリーに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部５２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出して制御部５０に実行させることで、制御部５０の制御下で、Ｔｉ膜成膜装置１００での所望の処理が行われる。   The constituent parts of the Ti film forming apparatus 100 are connected to and controlled by a control unit 50 made up of a computer. In addition, the control unit 50 includes a keyboard on which a process manager manages command input to manage the Ti film forming apparatus 100, a display that visualizes and displays the operating status of the Ti film forming apparatus 100, and the like. A user interface 51 is connected. Furthermore, the control unit 50 includes a control program for realizing various processes executed by the Ti film forming apparatus 100 under the control of the control unit 50, and each component of the Ti film forming apparatus 100 according to processing conditions. A storage unit 52 storing a program for causing the unit to execute processing, that is, a recipe, is connected. The recipe may be stored in a hard disk or a semiconductor memory, or may be set at a predetermined position in the storage unit 52 while being stored in a portable storage medium such as a CDROM or DVD. Furthermore, you may make it transmit a recipe suitably from another apparatus via a dedicated line, for example. Then, if necessary, an arbitrary recipe is called from the storage unit 52 by an instruction from the user interface 51 and is executed by the control unit 50, so that the Ti film forming apparatus 100 can control the control unit 50. The desired processing is performed.

次に、以上のようなＴｉ膜成膜装置１００における本実施形態に係るＴｉ膜成膜方法について説明する。   Next, a Ti film forming method according to this embodiment in the Ti film forming apparatus 100 as described above will be described.

本実施形態においては、Ｔｉ膜を成膜する対象の半導体ウエハＷとして、例えば、図２に示す構造のものを用いる。すなわち、シリコン基板１０１の上にゲート絶縁膜１０２を介してゲート電極１０３が形成され、その周囲および上に層間絶縁膜１０４および金属配線層１０５が形成され、金属配線層１０５とゲート電極１０３とが埋め込み配線１０６により接続されている。また、金属配線層１０５の上には、ビアホール１０７が形成された層間絶縁膜１０８が形成されている。さらに、層間絶縁膜１０４にはトレンチ１０９が形成されている。   In the present embodiment, for example, a semiconductor wafer having a structure shown in FIG. That is, the gate electrode 103 is formed on the silicon substrate 101 through the gate insulating film 102, the interlayer insulating film 104 and the metal wiring layer 105 are formed around and on the silicon substrate 101, and the metal wiring layer 105 and the gate electrode 103 are connected to each other. They are connected by a buried wiring 106. On the metal wiring layer 105, an interlayer insulating film 108 in which a via hole 107 is formed is formed. Further, a trench 109 is formed in the interlayer insulating film 104.

このような構造のウエハＷにＴｉ膜を形成するには、まず、チャンバ１内をゲートバルブ４３を介して接続されている外部雰囲気と同様に調整した後、ゲートバルブ４３を開にして、真空状態の図示しないウエハ搬送室から搬入出口４２を介して上記構造を有するウエハＷをチャンバ１内へ搬入する。そして、チャンバ１内に希ガスを供給しつつウエハＷを予備加熱する。ウエハＷの温度がほぼ安定した時点で、希ガス、Ｈ２ガスおよびＴｉＣｌ４ガスを図示しないプリフローラインに所定流量で流してプリフローを行う。そして、ガス流量および圧力を同じに保ったまま成膜用のラインに切り替え、これらガスをシャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に導入する。このとき、シャワーヘッド１０には高周波電源３４から高周波電力が印加され、これによりチャンバ１内に導入された希ガス、Ｈ２ガス、ＴｉＣｌ４ガスがプラズマ化される。そして、ヒーター５により所定温度に加熱されたウエハＷ上でプラズマ化されたガスが反応してウエハＷ上にＴｉが堆積される。In order to form a Ti film on the wafer W having such a structure, first, the inside of the chamber 1 is adjusted in the same manner as the external atmosphere connected via the gate valve 43, and then the gate valve 43 is opened and a vacuum is formed. The wafer W having the above structure is loaded into the chamber 1 through a loading / unloading port 42 from a wafer transfer chamber (not shown). Then, the wafer W is preheated while supplying a rare gas into the chamber 1. When the temperature of the wafer W is substantially stabilized, preflow is performed by flowing a rare gas, H 2 gas, and TiCl 4 gas through a preflow line (not shown) at a predetermined flow rate. Then, the film flow is switched to the film forming line while maintaining the same gas flow rate and pressure, and these gases are introduced into the chamber 1 through the shower head 10. At this time, high frequency power is applied to the shower head 10 from the high frequency power source 34, whereby the rare gas, H 2 gas, and TiCl 4 gas introduced into the chamber 1 are turned into plasma. Then, the gas converted into plasma on the wafer W heated to a predetermined temperature by the heater 5 reacts to deposit Ti on the wafer W.

このようにしてプラズマの存在下でＣＶＤによりＴｉ膜を成膜する場合には、従来、Ｔｉ膜の膜質（電気特性）、成膜速度および膜質の均一性等を考慮して処理条件を決定している。しかし、近時、デバイスの微細化によりホールの開口径が０．１３μｍ以下および／またはアスペクト比が１０以上のスペックが要求されるようになり、従来の条件ではチャージアップダメージが生じやすいことが判明した。   In the case where a Ti film is formed by CVD in the presence of plasma in this way, conventionally, the processing conditions are determined in consideration of the film quality (electrical characteristics) of the Ti film, the film formation speed, and the uniformity of the film quality. ing. However, recently, due to device miniaturization, it has become necessary to have a hole opening diameter of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more, and it has been found that charge-up damage is likely to occur under conventional conditions. did.

チャージアップダメージが生じるメカニズムについて図３を参照しながら説明する。まず、プラズマが生成されると、ウエハＷ表面は負に帯電され、プラズマＰとシリコン基板１０１との間には電位差Ｖｐｐが発生し、プラズマとウエハＷとの間にはイオンシースＳが形成される。本質的に、電子ｅは軽いため動きが活発であり等方的な運動をしやすく、イオンｉは重いため動きが鈍く異方的な運動をしやすい。したがって、電位差Ｖｐｐ（プラズマ電位）の電場が生じているイオンシースＳでは、電子ｅは横方向の運動量が多い等方的な動きをし、イオンｉはイオンシースＳの電場方向に沿ってウエハＷに向かう異方性の高い動きをする。したがって、開口径が小さいおよび／またはアスペクト比が大きいビアホール１０７では、電子ｅはその底部に到達し難くなるが、イオンｉはイオンシースＳによって加速されてホールの底に到達するため、ビアホール１０７の底部がプラスに帯電される（電子シェーディング効果）。一方、トレンチ１０９は幅が広いため、等方的に運動する電子ｅも容易にその底部に到達する。このため、ビアホール１０７の底部とトレンチ１０９の底部との間に電位差を生じ、ゲート絶縁膜１０２に電界が発生する。ビアホール１０７の開口径が小さく、アスペクト比が大きいほどこのような現象は顕著となり、ビアホール１０７の底部とトレンチ１０９の底部との間の電位差が大きくなって、ゲート絶縁膜１０２には強い電界がかかり、ゲート絶縁膜１０２に絶縁破壊が生じて素子が破壊される場合が生じる（チャージアップダメージ）。このようなチャージアップダメージは従来はほとんど生じなかったが、ホールの開口径が０．１３μｍ以下および／またはアスペクト比が１０以上となることにより、無視し得ない程度に生じるようになってきた。   A mechanism that causes charge-up damage will be described with reference to FIG. First, when plasma is generated, the surface of the wafer W is negatively charged, a potential difference Vpp is generated between the plasma P and the silicon substrate 101, and an ion sheath S is formed between the plasma and the wafer W. The In essence, the electron e is light and moves vigorously and easily moves isotropically. The ion i is heavy and moves slowly and tends to move anisotropically. Therefore, in the ion sheath S in which an electric field having a potential difference Vpp (plasma potential) is generated, the electrons e move in an isotropic manner with a large amount of lateral movement, and the ions i move along the electric field direction of the ion sheath S. It moves with high anisotropy. Therefore, in the via hole 107 having a small opening diameter and / or a large aspect ratio, the electron e is difficult to reach the bottom, but the ions i are accelerated by the ion sheath S and reach the bottom of the hole. The bottom is positively charged (electronic shading effect). On the other hand, since the trench 109 is wide, electrons e that move isotropically easily reach the bottom thereof. For this reason, a potential difference is generated between the bottom of the via hole 107 and the bottom of the trench 109, and an electric field is generated in the gate insulating film 102. As the opening diameter of the via hole 107 is smaller and the aspect ratio is larger, such a phenomenon becomes more prominent, the potential difference between the bottom of the via hole 107 and the bottom of the trench 109 becomes larger, and a strong electric field is applied to the gate insulating film 102. In some cases, dielectric breakdown occurs in the gate insulating film 102 and the element is destroyed (charge-up damage). Such charge-up damage has hardly occurred in the past, but it has come to occur to a degree that cannot be ignored when the hole opening diameter is 0.13 μm or less and / or the aspect ratio is 10 or more.

本発明者らは、このようなチャージアップダメージを効果的に解消する手法について検討を重ねた結果、イオンをより斜めの軌跡でホール内に入射させてホール底部に到達するイオン量を減少させることが有効であることを見出した。そして、そのためにはプラズマガスとして従来から用いられているＡｒガスに代えてＡｒガスよりも原子量が大きい希ガス、つまりＫｒまたはＸｅを用いることが有効であることを見出した。成膜の際における原料ガスは、シャワーヘッド１０から供給されてサセプタ２の下方の排気管３７より排気され、ウエハＷ表面のガス流れはウエハＷに対して平行である。プラズマ中のイオンは、イオンシース内で鉛直方向に加速され、ホール（ビアホール１０７）底に蓄積される。プラズマを構成するイオンの原子量が大きい場合、ガス流れによるイオンのウエハＷに平行な成分の運動エネルギーが、原子量の小さい元素を用いた場合よりも大きい。このため、イオンシース内で垂直方向に加速された場合でも、イオンはより斜めの軌跡でホール内に入射していくこととなり、ホール底部に到達するイオンの量が減少する。その結果、ホール底部での電荷の蓄積を減らすことができ、電子シェーディング効果によるチャージアップダメージを低減することができる。   As a result of repeated investigations on a method for effectively eliminating such charge-up damage, the present inventors have made ions enter the hole with a more oblique trajectory and reduce the amount of ions reaching the bottom of the hole. Was found to be effective. For this purpose, it has been found that it is effective to use a rare gas having a larger atomic weight than Ar gas, that is, Kr or Xe, instead of Ar gas conventionally used as plasma gas. The source gas in film formation is supplied from the shower head 10 and exhausted from the exhaust pipe 37 below the susceptor 2, and the gas flow on the surface of the wafer W is parallel to the wafer W. Ions in the plasma are accelerated in the vertical direction within the ion sheath and accumulated at the bottom of the hole (via hole 107). When the atomic weight of ions constituting the plasma is large, the kinetic energy of the component parallel to the wafer W of ions due to the gas flow is larger than when using an element with a small atomic weight. For this reason, even when accelerated in the vertical direction in the ion sheath, the ions enter the hole with a more oblique locus, and the amount of ions reaching the bottom of the hole is reduced. As a result, charge accumulation at the bottom of the hole can be reduced, and charge-up damage due to the electronic shading effect can be reduced.

本実施形態におけるプロセス条件は、通常のプラズマＣＶＤによるＴｉ膜の成膜の条件に準じた条件で行われ、以下に示す条件が例示される。   The process conditions in the present embodiment are performed in accordance with conditions for forming a Ti film by normal plasma CVD, and the following conditions are exemplified.

高周波電力の周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
高周波電力のパワー：２００〜１５００Ｗ
サセプタ温度：３００〜６５０℃
ＴｉＣｌ４ガス流量：１２〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２ガス流量：１０００〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
希ガス（ＫｒまたはＸｅ）流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下、好ましくは８００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）（ガス分圧で１８．２８〜８８５．１３Ｐａに相当する）
チャンバ内圧力：１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）
なお、Ｔｉ膜成膜の時間は、得ようとする膜厚に応じて適宜設定される。Frequency of high frequency power: 300 kHz to 27 MHz
High frequency power: 200-1500W
Susceptor temperature: 300-650 ° C
TiCl 4 gas flow rate: 12 to 20 mL / min (sccm)
H 2 gas flow rate: 1000 to 5000 mL / min (sccm)
Noble gas (Kr or Xe) flow rate: 2000 mL / min (sccm) or less, preferably 800 to 2000 mL / min (sccm) (corresponding to 18.28 to 885.13 Pa in gas partial pressure)
Chamber pressure: 133 to 1333 Pa (1 to 10 Torr)
The time for forming the Ti film is appropriately set according to the film thickness to be obtained.

以上のようにしてＴｉ膜の成膜を行った後、必要に応じてＴｉ膜の窒化処理を実施してもよい。この窒化処理では、上記Ｔｉ堆積工程が終了後、ＴｉＣｌ４ガスを停止し、Ｈ２ガスおよび希ガスを流したままの状態とし、チャンバ１内を適宜の温度に加熱しつつ、窒化ガスとしてＮＨ３ガスを流す。これとともに、高周波電源３４からシャワーヘッド４０に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、プラズマ化した処理ガスによりウエハＷに成膜したＴｉ薄膜の表面を窒化する。この場合に、Ａｒガスラインを別に設けて希ガスとしてＡｒガスを用いることにより、従来と同様の条件で窒化処理が可能であるが、Ａｒガスより原子量が大きい希ガスであるＫｒガスまたはＸｅガスをそのまま用いてもよい。After the Ti film is formed as described above, the Ti film may be subjected to nitriding treatment as necessary. In this nitriding treatment, after the Ti deposition step is finished, the TiCl 4 gas is stopped, the H 2 gas and the rare gas are kept flowing, and the inside of the chamber 1 is heated to an appropriate temperature while the NH 3 gas is used as a nitriding gas. Flow 3 gases. At the same time, high-frequency power is applied from the high-frequency power source 34 to the shower head 40 to turn the processing gas into plasma, and the surface of the Ti thin film formed on the wafer W is nitrided with the plasma-ized processing gas. In this case, nitriding can be performed under the same conditions as before by using a separate Ar gas line and using Ar gas as a rare gas, but Kr gas or Xe gas, which is a rare gas having a larger atomic weight than Ar gas. May be used as they are.

なお、Ｔｉ成膜工程において、コンタクトホールやビアホールの側壁にＴｉ膜が堆積されないことあり、この場合には、ホール上部とホール底部で導通がとれていないため、Ａｒガスを用いた窒化処理ではチャージアップダメージが発生することがある。したがって、窒化処理の際のチャージアップダメージを抑制する観点からは、Ｔｉ膜成膜の場合と同様、Ａｒガスより原子量が大きい希ガスであるＫｒガスまたはＸｅガスを用いることが好ましい。また、より完全にチャージアップダメージを防止するためには、プラズマを生成せずに窒化処理を行うことが好ましい。   In the Ti film forming process, the Ti film may not be deposited on the side walls of the contact hole or via hole. In this case, since conduction is not established between the top and bottom of the hole, charging is performed in the nitriding process using Ar gas. Up damage may occur. Therefore, from the viewpoint of suppressing charge-up damage during nitriding, it is preferable to use Kr gas or Xe gas, which is a rare gas having an atomic weight larger than that of Ar gas, as in the case of Ti film formation. In order to prevent charge-up damage more completely, it is preferable to perform nitriding without generating plasma.

希ガスとしてＡｒガスを用いた際の窒化処理の好ましい条件は、以下の通りである。   Preferred conditions for the nitriding treatment when Ar gas is used as the rare gas are as follows.

高周波電力の周波数：３００ｋＨｚ〜２７ＭＨｚ
高周波パワー：２００〜１５００Ｗ
サセプタ温度：３００〜６５０℃
Ａｒガス流量：２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下、好ましくは８００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
Ｈ２ガス流量：１５００〜４５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
ＮＨ３ガス流量：５００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
チャンバ内圧力：１３３〜１３３３Ｐａ（１〜１０Ｔｏｒｒ）
Ａｒガスよりも原子量が大きい希ガスを用いた場合にも、これに準じた条件を採用することができる。この場合に、希ガス（ＫｒまたはＸｅ）流量は、２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下が好ましく、さらに好ましくは８００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）（ガス分圧で１４．５８〜６６６．５０Ｐａに相当する）である。Frequency of high frequency power: 300 kHz to 27 MHz
High frequency power: 200-1500W
Susceptor temperature: 300-650 ° C
Ar gas flow rate: 2000 mL / min (sccm) or less, preferably 800 to 2000 mL / min (sccm)
H 2 gas flow rate: 1500-4500 mL / min (sccm)
NH 3 gas flow rate: 500 to 2000 mL / min (sccm)
Chamber pressure: 133 to 1333 Pa (1 to 10 Torr)
Even in the case where a rare gas having an atomic weight larger than that of Ar gas is used, conditions according to this can be adopted. In this case, the flow rate of the rare gas (Kr or Xe) is preferably 2000 mL / min (sccm) or less, more preferably 800 to 2000 mL / min (sccm) (corresponding to a gas partial pressure of 14.58 to 666.50 Pa). ).

なお、この工程は必須ではないが、Ｔｉ膜の酸化防止等の観点から実施することが好ましい。   This step is not essential, but is preferably performed from the viewpoint of preventing oxidation of the Ti film.

Ｔｉ膜成膜後または窒化処理後、チャンバ１内をゲートバルブ４３を介して接続されている外部雰囲気と同様に調整した後、ゲートバルブ４３を開にして、搬入出口４２を介して図示しないウエハ搬送室へウエハＷを搬出する。   After the Ti film is formed or nitrided, the inside of the chamber 1 is adjusted in the same manner as the external atmosphere connected via the gate valve 43, then the gate valve 43 is opened and a wafer (not shown) is connected via the loading / unloading port 42. The wafer W is unloaded into the transfer chamber.

このようにして、Ｔｉ膜の成膜および必要に応じて窒化処理を所定枚のウエハに対して行った後、チャンバ１のクリーニングを行う。この処理は、チャンバ１内にウエハが存在しない状態で、チャンバ１内にＣｌＦ３ガス供給源２１からＣｌＦ３ガス供給ライン２７を介してＣｌＦ３ガスを導入し、シャワーヘッ１０を適当な温度に加熱しながらドライクリーニングを行うことにより行う。In this manner, after forming the Ti film and performing nitriding treatment on a predetermined number of wafers as necessary, the chamber 1 is cleaned. In this process, ClF 3 gas is introduced into the chamber 1 from the ClF 3 gas supply source 21 through the ClF 3 gas supply line 27 in a state where no wafer is present in the chamber 1, and the shower head 10 is brought to an appropriate temperature. This is done by dry cleaning while heating.

ところで、前記Ｔｉ膜の成膜条件は、電子シェーディング効果による素子のチャージアップダメージを低減するために、従来の条件とは全く異なっており、そのため、膜質均一性や成膜速度等が従来よりも劣ることがある。このようなデメリットを極力抑制する観点からは、図１の装置において、希ガス供給源２３に加えてＡｒガス供給源および配管を設け、第１段階として、上記チャージアップダメージが生じ難い条件でＴｉ膜を成膜し、チャージアップダメージが生じるおそれがなくなった際に、従来のＴｉＣｌ４ガス、Ｈ２ガス、Ａｒガスを用いた膜質均一性や成膜速度等が良好になる条件に切り替えて第２段階の成膜を行うことが好ましい。チャージアップダメージは、Ｔｉ膜がウエハ全面に形成された後は生じないので、Ｔｉ膜がウエハ全面に形成された時点で第２段階の成膜条件に切り替えればよい。これにより、チャージアップダメージが生じ難い膜質均一性の低い条件での成膜を最小限にして極力膜質均一性や成膜速度等が良好になる条件で成膜処理を行うことができる。この第２段階の条件としては、ＴｉＣｌ４ガス流量：１２〜２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ２ガス流量：１０００〜５０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒガス流量：１６００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）が好ましい。By the way, the film formation conditions of the Ti film are completely different from the conventional conditions in order to reduce the charge-up damage of the element due to the electronic shading effect. May be inferior. From the viewpoint of suppressing such disadvantages as much as possible, an Ar gas supply source and piping are provided in addition to the rare gas supply source 23 in the apparatus of FIG. When the film is deposited and there is no longer any risk of charge-up damage, the conditions are changed to conditions that improve the film quality uniformity and film formation speed using conventional TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas. It is preferable to perform two-stage film formation. Since the charge-up damage does not occur after the Ti film is formed on the entire surface of the wafer, it is only necessary to switch to the second-stage film formation conditions when the Ti film is formed on the entire surface of the wafer. As a result, the film formation process can be performed under the conditions that the film quality uniformity, the film formation speed, etc. are as good as possible while minimizing film formation under low film quality uniformity where charge-up damage is unlikely to occur. As the conditions of the second stage, TiCl 4 gas flow rate: 12 to 20 mL / min (sccm), H 2 gas flow rate: 1000 to 5000 mL / min (sccm), Ar gas flow rate: 1600 to 2000 mL / min (sccm) preferable.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態ではＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスと希ガスを同時に供給してプラズマＣＶＤを行った場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＴｉＣｌ４ガスとＨ２ガスと希ガスを供給する第１ステップと、Ｈ２ガスと希ガスを供給する第２ステップとを交互に行うＳＦＤプロセスを用いてもよい。代わりに、ＴｉＣｌ４ガスと希ガスを供給する第１ステップと、Ｈ２ガスと希ガスを供給する第２ステップとを交互に行うＡＬＤプロセスを用いてもよい。ＡＬＤプロセスでは第２ステップのみプラズマを生成するようにしてもよい。さらに、被処理基板としては、半導体ウエハに限らず例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）用基板等の他のものであってもよい。The present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified. For example, in the above-described embodiment, the case where TiCl 4 gas, H 2 gas, and rare gas are simultaneously supplied to perform plasma CVD has been described, but the present invention is not limited to this. For example, an SFD process in which a first step for supplying TiCl 4 gas, H 2 gas, and a rare gas and a second step for supplying H 2 gas and a rare gas are alternately performed may be used. Instead, an ALD process in which a first step for supplying TiCl 4 gas and a rare gas and a second step for supplying H 2 gas and a rare gas are alternately performed may be used. In the ALD process, plasma may be generated only in the second step. Furthermore, the substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer, but may be another substrate such as a liquid crystal display (LCD) substrate.

本発明は、被処理基板の表面にＴｉ膜を成膜するＴｉ膜の成膜方法に適用可能である。   The present invention is applicable to a Ti film forming method for forming a Ti film on the surface of a substrate to be processed.

Claims (7)

一対の平行平板電極を有するチャンバ内に、間口径が０．１３μｍ以下および／またはアスペクト比が１０以上のホールを有する被処理基板を配置する工程と、
ＴｉＣｌ４ガスを含む処理ガスを導入しつつ前記平行平板電極の少なくとも一方に高周波電力を供給してこれらの間にプラズマを形成する工程と、
前記ホールの底部に到達する前記プラズマにより前記処理ガスの反応を促進して前記被処理体にＴｉ膜を成膜する工程と、
を具備するＴｉ膜の成膜方法であって、処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒガスよりも原子量が大きい希ガスを導入して前記プラズマが形成された際の前記ホールの底部に到達するイオン量を低減しつつＴｉ膜を成膜する。Disposing a substrate to be processed having a hole having a pore size of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more in a chamber having a pair of parallel plate electrodes;
Supplying a high-frequency power to at least one of the parallel plate electrodes while introducing a processing gas containing TiCl 4 gas to form a plasma therebetween;
Accelerating the reaction of the processing gas by the plasma reaching the bottom of the hole to form a Ti film on the object to be processed;
A Ti film forming method comprising: introducing a rare gas having a larger atomic weight than TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas as a processing gas, and forming the plasma at the bottom of the hole. A Ti film is formed while reducing the amount of ions to reach. Ｔｉ膜成膜後、処理ガスとしてＮＨ３ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒより原子量の大きい希ガスを導入してプラズマの存在下でＴｉ膜表面の窒化処理を行う請求項１に記載のＴｉ膜の成膜方法。2. The Ti film according to claim 1, wherein after the Ti film is formed, NH 3 gas, H 2 gas, and a rare gas having an atomic weight larger than that of Ar are introduced as processing gases to perform nitriding treatment of the Ti film surface in the presence of plasma. Film forming method. 前記窒化処理において、Ａｒより原子量の大きい希ガスの流量は８００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）またはガス分圧が１４．５８〜６６６．５０Ｐａである請求項２に記載のＴｉ膜の成膜方法。   3. The method of forming a Ti film according to claim 2, wherein in the nitriding treatment, a flow rate of a rare gas having an atomic weight larger than that of Ar is 800 to 2000 mL / min (sccm) or a gas partial pressure is 14.58 to 666.50 Pa. Ｔｉ膜成膜後、処理ガスとしてＮＨ３ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒより原子量の大きい希ガスＡｒガスを導入してプラズマを存在させずにＴｉ膜表面の窒化処理を行う請求項１に記載のＴｉの成膜方法。 2. The nitriding treatment is performed on the surface of the Ti film without introducing plasma by introducing NH 3 gas, H 2 gas, and a rare gas Ar gas having an atomic weight larger than Ar as the processing gas after forming the Ti film. Ti film forming method. 一対の平行平板電極を有するチャンバ内に、間口径が０．１３μｍ以下および／またはアスペクト比が１０以上のホールを有する被処理基板を配置する工程と、
ＴｉＣｌ４ガスを含む処理ガスを導入しつつ前記平行平板電極の少なくとも一方に高周波電力を供給してこれらの間にプラズマを形成する工程と、
前記ホールの底部に到達する前記プラズマにより前記処理ガスの反応を促進して前記被処理体にＴｉ膜を成膜する工程と、
を具備するＴｉ膜の成膜方法であって、処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒガスよりも原子量が大きい希ガスを導入して前記プラズマが形成された際の前記ホールの底部に到達するイオン量を低減しつつ第１段階の成膜を行い、第１段階の成膜により被処理体の全面にＴｉ膜が成膜された時点で、処理ガスとしてＴｉＣｌ４ガスおよびＨ２ガスおよびＡｒガスを導入して第２段階の成膜を行ってＴｉ膜を成膜する。Disposing a substrate to be processed having a hole having a pore size of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more in a chamber having a pair of parallel plate electrodes;
Supplying a high-frequency power to at least one of the parallel plate electrodes while introducing a processing gas containing TiCl 4 gas to form a plasma therebetween;
Accelerating the reaction of the processing gas by the plasma reaching the bottom of the hole to form a Ti film on the object to be processed;
A Ti film forming method comprising: introducing a rare gas having a larger atomic weight than TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas as a processing gas, and forming the plasma at the bottom of the hole. The first stage of film formation is performed while reducing the amount of ions to reach, and when the Ti film is formed on the entire surface of the object to be processed by the first stage film formation, TiCl 4 gas and H 2 gas are used as process gases. Then, a Ti film is formed by introducing a second gas and introducing Ar gas. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１に記載の方法が行われるように成膜装置を制御させるコンピュータ読取可能な記憶媒体。A computer-readable storage medium storing a control program that runs on a computer,
The computer-readable storage medium that, when executed, controls the film forming apparatus so that the method according to claim 1 is performed. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項５に記載の方法が行われるように成膜装置を制御させるコンピュータ読取可能な記憶媒体。A computer-readable storage medium storing a control program that runs on a computer,
The computer-readable storage medium that controls the film forming apparatus so that the method according to claim 5 is performed when the control program is executed.
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