KR100886989B1 - Method for forming ti film and computer readable storage medium - Google Patents
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Abstract
플라즈마를 이용한 CVD에 의해 개구 직경이 작고 및/또는 높은 아스펙트비의 홀을 갖는 피처리 기판에 Ti를 성막할 때에, 차지 업 데미지에 의한 소자의 파괴가 발생하기 어려운 Ti 막의 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한 쌍의 평행 평판 전극으로서 기능하는 샤워 헤드(10) 및 전극(8)을 갖는 챔버(1) 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 웨이퍼(W)를 배치하고, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 도입하면서 샤워 헤드(10)에 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하며, 이 플라즈마에 의해 처리 가스의 반응을 촉진하여 웨이퍼에 Ti 막을 성막할 때에, Ar 가스 유량을 1600mL/min(sccm)미만으로 제어하여 플라즈마가 형성되었을 때의 상기 홀의 바닥부에 도달하는 이온량을 저감하면서 Ti 막을 성막한다.
Provided is a method of forming a Ti film, which is unlikely to cause element breakage due to charge-up damage when Ti is formed on a substrate to be processed by a CVD using plasma, which has a small opening diameter and / or has a high aspect ratio hole. For the purpose of
In the chamber 1 having a shower head 10 and an electrode 8 serving as a pair of parallel plate electrodes, a wafer W having holes having an opening diameter of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more is disposed. Then, high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 34 to the shower head 10 while introducing TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas as the processing gas to form a plasma therebetween. When the Ti film is formed on the wafer by promoting the reaction, the Ti film is formed while controlling the flow rate of Ar gas to less than 1600 mL / min (sccm) while reducing the amount of ions reaching the bottom of the hole when plasma is formed.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예 에 관한 Ti 막의 성막 방법의 실시에 이용하는 Ti 막 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도,BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a Ti film deposition apparatus used for implementing a Ti film deposition method according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 적용되는 반도체 웨이퍼의 구조의 일례를 나타내는 단면도, 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a semiconductor wafer to which the present invention is applied;
도 3은 전자 셰이딩 효과에 의한 차지 업 데미지가 발생하는 메커니즘을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a mechanism in which charge up damage caused by the electronic shading effect occurs.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 챔버 2 : 서셉터1: chamber 2: susceptor
5 : 히터 10 : 샤워 헤드5: heater 10: shower head
20 : 가스 공급 기구 22 : TiCl4 가스 공급원20
23 : Ar 가스 공급원 24 : H2 가스 공급원23: Ar gas source 24: H 2 gas source
34 : 고주파 전원 101 : 실리콘 기판34: high frequency power supply 101: silicon substrate
102 : 게이트 절연막 103 : 게이트 전극102 gate
104, 108 : 층간 절연막 107 : 비어홀(홀)104, 108: interlayer insulating film 107: via hole (hole)
109 : 트렌치 P : 플라즈마 109: trench P: plasma
S : 이온 쉬스 W : 반도체 웨이퍼S: ion sheath W: semiconductor wafer
e : 전자 i : 이온e: electron i: ion
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 2004-197219호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2004-197219
본 발명은 챔버 내에서 샤워 헤드로부터 TiCl4 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시켜 챔버 내에 배치된 피처리 기판의 표면에 Ti 막을 성막하는 Ti 막의 성막 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming a Ti film in which a Ti film is formed on a surface of a substrate to be disposed in the chamber by discharging a processing gas containing TiCl 4 gas from a shower head in the chamber.
반도체 장치의 제조에 있어서는, 최근의 고밀도화 및 고집적화의 요청에 대응하여, 회로 구성을 다층 배선 구조로 하는 경향에 있고, 이 때문에 하층의 반도체 기판과 상층의 배선층과의 접속부인 콘택트 홀이나, 상하층 배선층끼리의 접속부인 비어홀 등의 층간의 전기적 접속을 위한 매립 기술이 중요해지고 있다. In the manufacture of semiconductor devices, in response to recent demands for higher density and higher integration, circuit configurations tend to have a multilayer wiring structure. Therefore, contact holes and upper and lower layers, which are connections between the lower semiconductor substrate and the upper wiring layer, are therefore tended to be used. The embedding technique for electrical connection between layers, such as a via hole which is a connection part of wiring layers, becomes important.
이러한 콘택트 홀이나 비어홀의 매립에 이용되는 금속이나 합금과 하층의 Si 기판이나 poly-Si 층과의 콘택트를 형성하기 위해서, 이들의 매립에 앞서서 콘택트 홀이나 비어홀의 내측에 Ti 막을 성막하는 것이 행해지고 있다. In order to form a contact between a metal or an alloy used for embedding such contact holes or via holes, and an underlying Si substrate or a poly-Si layer, a Ti film is formed inside the contact holes or via holes prior to their embedding. .
이러한 Ti 막은 종래부터 물리적 증착(PVD)을 이용하여 성막되고 있지만, 장치가 미세화 및 고집적화의 요구에 따라서 스텝 커버리지(단차 피복성)가 보다 양호한 화학적 증착(CVD)이 많이 사용되게 되었다. Such Ti films have been conventionally formed using physical vapor deposition (PVD), but the chemical vapor deposition (CVD) with better step coverage (step coverage) has been used in accordance with the demand for miniaturization and high integration.
Ti 막의 CVD 성막에 대해서는 성막 가스로서 TiCl4 가스, H2 가스, Ar 가스를 이용하여 이들을 챔버에 도입하고, 반도체 웨이퍼를 스테이지 히터에 의해 가열하면서 평행 평판 전극에 고주파 전력을 인가하여 상기 가스를 플라즈마화하여 TiCl4 가스와 H2 가스를 반응시키는 플라즈마 CVD에 의해 Ti 막을 성막하는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1). For CVD film formation of the Ti film, these gases are introduced into the chamber using TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas as the film forming gases, and high frequency power is applied to the parallel plate electrodes while the semiconductor wafer is heated by a stage heater. A technique for forming a Ti film by plasma CVD in which a TiCl 4 gas is reacted with a H 2 gas is proposed (for example, Patent Document 1).
그러나, 최근, 선폭이나 홀의 개구 직경이 한층 더 작아지고, 더구나 고 아스펙트비화됨에 따라서, 특허 문헌 1과 같은 플라즈마 CVD에 의해 Ti 막을 성막하는 경우에는 차지 업 데미지에 의해 소자가 파괴되는 일이 있는 새로운 문제가 발생하게 되었다. However, in recent years, as the line width and the opening diameter of the holes become smaller, and the aspect ratio becomes higher, moreover, when the Ti film is formed by plasma CVD as in
본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로서 플라즈마를 이용한 CVD에 의해 개구 직경이 작고 및/또는 고 아스펙트비의 홀을 갖는 피처리 기판에 Ti를 성막할 때에, 차지 업 데미지에 의한 소자의 파괴가 발생하기 어려운 Ti 막의 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이와 같은 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and when the Ti is deposited on a substrate having a small opening diameter and / or having a high aspect ratio hole by CVD using plasma, destruction of the device due to charge-up damage is prevented. An object of the present invention is to provide a film forming method of a Ti film which is hard to occur. It is also an object of the present invention to provide a computer readable storage medium for performing such a method.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 관점에서는, 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하고, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하며, 이 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 피처리체에 Ti 막을 성막하는 Ti 막의 성막 방법으로서, Ar 가스 유량을 1600mL/min(sccm) 미만으로 제어하여 플라즈마가 형성되었을 때의 상기 홀의 바닥부에 도달하는 이온량을 저감하면서 Ti 막을 성막하는 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법을 제공한다. In order to solve the said subject, in the 1st viewpoint of this invention, the to-be-processed board | substrate which has a hole with an aperture diameter of 0.13 micrometer or less and / or an aspect ratio of 10 or more is arrange | positioned in the chamber which has a pair of parallel plate electrode, and is processed A high-frequency power is supplied to at least one of the parallel plate electrodes while introducing TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas as a gas to form a plasma therebetween, and the plasma promotes the reaction of the process gas to be treated. A Ti film deposition method for depositing a Ti film on a film, wherein the Ti film is formed while controlling the flow rate of Ar gas to less than 1600 mL / min (sccm) while reducing the amount of ions reaching the bottom of the hole when plasma is formed. Provided is a method for forming a Ti film.
상기 제 1 관점에서, Ar 가스 유량을 800mL/min(sccm) 이하로 제어하는 것이 보다 바람직하다. 또한, Ti 막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 도입하고 Ar 가스의 유량을 100~1600mL/min(sccm)로 해서 플라즈마의 존재 하에서 Ti 막 표면의 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 또한, Ti 막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 도입하고 플라즈마를 존재시키지않고서 Ti 막 표면의 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. In the first aspect, the Ar gas flow rate is more preferably controlled to 800 mL / min (sccm) or less. After the Ti film is formed, NH 3 gas, H 2 gas, and Ar gas are introduced as the processing gas, and the Ti film surface is nitrided in the presence of plasma with Ar flow rate of 100 to 1600 mL / min (sccm). It is preferable. In addition, after the Ti film film formation, it is preferable to introduce the NH 3 gas, the H 2 gas, and the Ar gas as the processing gas, and to perform nitriding treatment on the Ti film surface without the presence of plasma.
본 발명의 제 2 관점에서는 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배 치하고, TiCl4 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하며, 상기 홀의 바닥부에 도달하는 그 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 피처리체에 Ti 막을 성막하는 Ti 막의 성막 방법으로서, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스, 또는 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스보다 원자량이 적은 희가스를 도입하여 플라즈마가 형성되었을 때의 상기 홀의 바닥부에 도달하는 이온량을 저감하면서 Ti 막을 성막하는 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법을 제공한다. In a second aspect of the present invention, a treatment comprising a TiCl 4 gas is placed in a chamber having a pair of parallel plate electrodes having a hole having an opening diameter of 0.13 µm or less and / or an aspect ratio of 10 or more, and containing TiCl 4 gas. While introducing gas, high frequency power is supplied to at least one of the parallel plate electrodes to form a plasma therebetween, and the Ti film is formed on the target object by promoting the reaction of the processing gas by the plasma reaching the bottom of the hole. A method of forming a Ti film, comprising: introducing a TiCl 4 gas and a H 2 gas or a rare gas having a smaller atomic weight than TiCl 4 gas and H 2 gas and Ar gas as a processing gas to reach the bottom of the hole when a plasma is formed; Provided is a Ti film forming method characterized by forming a Ti film while reducing the amount of ions.
이 경우에, Ti 막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스 및 H2 가스, 또는 NH3 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스보다 원자량이 적은 희가스를 도입하고 플라즈마의 존재 하에서 Ti 막 표면의 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 또한, Ti 막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스보다 원자량이 적은 희가스를 도입하고 플라즈마를 존재시키지 않고서 Ti 막 표면의 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. In this case, Ti after the film deposition, NH 3 gas and H 2 gas or NH 3 gas and H 2 introducing the gas and a low atomic weight rare gases than Ar gas, and the Ti film nitriding treatment of the surface in the presence of plasma as a process gas It is preferable to carry out. In addition, after the Ti film film formation, it is preferable to introduce a nitride gas having a smaller atomic weight than the NH 3 gas, the H 2 gas, and the Ar gas as the processing gas, and to perform nitriding treatment on the Ti film surface without the presence of plasma.
본 발명의 제 3 관점에서는 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하고, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하며, 이 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 피처리체에 Ti 막을 성막하는 Ti 막의 성막 방법으로서, Ar 가스 유량을 1600mL/min(sccm) 미만으로 제어하여 플라즈마가 형성되었을 때의 상기 홀의 바닥부에 도달하는 이온량을 저감하면서 제 1 단계의 성막을 행하고, 제 1 단계의 성막에 의해 피처리체의 전면에 Ti 막이 성막된 시점에, Ar 가스 유량을 1600mL/min(sccm) 이상으로 하여 제 2 단계의 성막을 행하여 Ti 막을 성막하는 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법을 제공한다. In a third aspect of the present invention, a substrate to be processed having a hole having an opening diameter of 0.13 µm or less and / or an aspect ratio of 10 or more is disposed in a chamber having a pair of parallel plate electrodes, and a TiCl 4 gas and H as a processing gas. A high frequency power is supplied to at least one of the parallel plate electrodes while introducing 2 gases and Ar gas to form a plasma therebetween, and the plasma promotes the reaction of the processing gas to form a Ti film on the target object. In the film formation method, the Ar gas flow rate is controlled to less than 1600 mL / min (sccm) to reduce the amount of ions reaching the bottom of the hole when the plasma is formed, and to form the first step, and to form the first step. When the Ti film is formed on the entire surface of the object to be processed, the Ti film is formed by performing a second step of film formation with an Ar gas flow rate of 1600 mL / min (sccm) or more. It provides a Ti film formation method according to Gong.
상기 제 3 관점에서, 상기 제 1 단계는 Ar 가스 유량을 800mL/min(sccm) 이하로 제어하는 것이 바람직하다. In the third aspect, the first step is preferably to control the Ar gas flow rate to 800mL / min (sccm) or less.
본 발명의 제 4 관점에서는 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하고, TiCl4 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극 중 적어도 한쪽에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하며, 상기 홀의 바닥부에 도달하는 이 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 피처리체에 Ti 막을 성막하는 Ti 막의 성막 방법으로서, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스, 또는 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스보다 원자량이 적은 희가스를 도입하여 플라즈마가 형성되었을 때의 상기 홀의 바닥부에 도달하는 이온량을 저감하면서 제 1 단계의 성막을 행하고, 제 1 단계의 성막에 의해 피처리체의 전면에 Ti 막이 성막된 시점에, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 소망하는 막질 균일성을 얻을 수 있는 범위에서 도입하여 제 2 단계의 성막을 행하여 Ti 막을 성 막하는 것을 특징으로 하는 Ti 막의 성막 방법을 제공한다. In a fourth aspect of the present invention, a processing gas comprising a TiCl 4 gas is disposed in a chamber having a pair of parallel plate electrodes having a hole having an opening diameter of 0.13 μm or less and / or an aspect ratio of 10 or more, and including TiCl 4 gas. While supplying a high frequency power to at least one of the parallel plate electrodes to form a plasma therebetween, the plasma reaching the bottom of the hole promotes the reaction of the processing gas to form a Ti film on the workpiece. a Ti film formation method, a process gas TiCl 4 gas and H 2 gas, or TiCl 4 gas and H 2 amount of ions reaching the bottom of a hole portion of the time the introduction of gas and low atomic weight rare gases than Ar gas when the plasma is formed Process gas at the time when the Ti film was formed on the whole surface of the to-be-processed object by the film formation of a 1st step, Standing TiCl 4 was introduced in the range that can achieve the film quality uniformity of the gas and H 2 gas and Ar gas desired by performing the film formation of the second stage provides a Ti film formation method, characterized in that the film that comprise Ti film.
본 발명의 제 5 관점에서는 컴퓨터 상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능 기억 매체로서, 상기 제어 프로그램은 실행시에, 상기 제 1 ~ 제 4 관점 중 어느 하나의 방법이 행해지도록 성막 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능 기억 매체를 제공한다. In a fifth aspect of the present invention, a computer-readable storage medium storing a control program operating on a computer, wherein the control program controls the film formation apparatus such that any one of the first to fourth aspects is performed when executed. A computer readable storage medium is provided.
또한, 본 발명에 있어서, 가스의 유량의 단위는 mL/min을 이용하고 있지만, 가스는 온도 및 기압에 의해 부피가 크게 변화되기 때문에, 본 발명에서는 표준 상태로 환산한 값을 이용하고 있다. 또한, 표준 상태로 환산한 유량은 통상 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minutes)로 표기되기 때문에 sccm을 병기하고 있다. 여기에 있어서의 표준 상태는 온도 0℃(273.15K), 기압 1atm(101325Pa)인 상태(STP)이다. In addition, in this invention, although the unit of the flow volume of gas uses mL / min, since gas changes a volume largely by temperature and atmospheric pressure, the value converted to the standard state is used in this invention. In addition, since the flow rate converted into the standard state is normally expressed in sccm (Standard Cubic Centimeter per Minutes), sccm is written together. The standard state here is a state (STP) with a temperature of 0 ° C. (273.15 K) and an atmospheric pressure of 1 atm (101325 Pa).
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 Ti 막의 성막 방법의 실시에 이용하는 Ti 막 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 이 Ti 막 성막 장치(100)는 평행 평판 전극에 고주파 전계를 형성함으로써 플라즈마를 형성하면서 CVD 성막을 행하는 플라즈마 CVD 성막 장치로서 구성된다. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a Ti film deposition apparatus used for implementing a Ti film deposition method according to an embodiment of the present invention. This Ti
이 Ti 막 성막 장치(100)는 대략 원통형인 챔버(1)를 갖고 있다. 챔버(1)의 내부에는 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(2)가 그 중앙 하부에 마련된 원통 형상의 지지 부재(3)에 의해 지지되는 상태로 배치되어 있다. 서셉터(2)의 바깥 가장자리부에는 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 가이드링(4)이 마련되어 있다. 또한, 서셉터(2)에는 히터(5)가 매립되어 있고, 이 히터(5)는 히터 전원(6)으로부터 급전받아서 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열한다. 서셉터(2)의 표면 근방에는 평행 평판 전극의 하부 전극으로서 기능하는 전극(8)이 매설되어 있고, 이 전극(8)은 접지되어 있다. 또한, 서셉터(2)는 세라믹 예컨대, AlN로 구성할 수 있으며, 이 경우에는 세라믹 히터가 구성된다. This Ti
챔버(1)의 천정 벽(1a)에는 절연 부재(9)를 사이에 두고 평행 평판 전극의 상부 전극으로서도 기능하는 샤워 헤드(10)가 마련되어 있다. 이 샤워 헤드(10)는 상단 블럭체(10a), 중단 블럭체(10b), 하단 블럭체(10c)로 구성되어 있고, 대략 원반 형상을 하고 있다. 상단 블럭체(10a)는 중단 블럭체(10b) 및 하단 블럭체(10c)와 함께 샤워 헤드 본체부를 구성하는 수평부(10d)와 이 수평부(10d)의 바깥 둘레 윗쪽에 연속하는 환상의 지지부(10e)를 갖고, 오목형으로 형성되어 있다. 그리고, 이 환상 지지부(10e)에 의해 샤워 헤드(10) 전체가 지지되어 있다. 그리고, 하단 블럭체(10c)에는 가스를 토출하는 토출 구멍(17, 18)이 교대로 형성되어 있다. 상단 블럭체(10a)의 상면에는 제 1 가스 도입구(11)와, 제 2 가스 도입구(12)가 형성되어 있다. 상단 블럭체(10a) 내에서는 제 1 가스 도입구(11)로부터 다수의 가스 통로(13)가 분기하고 있다. 중단 블럭체(10b)에는 가스 통로(15)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(13)가 수평으로 연장하는 연통로(13a)를 통해서 이들 가스 통 로(15)에 연통하고 있다. 또한 이 가스 통로(15)는 하단 블럭체(10c)의 토출 구멍(17)에 연통하고 있다. 또한, 상단 블럭체(10a) 내에서는 제 2 가스 도입구(12)로부터 다수의 가스 통로(14)가 분기하고 있다. 중단 블럭체(10b)에는 가스 통로(16)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(14)가 이들 가스 통로(16)에 연통하고 있다. 또한 이 가스 통로(16)가 중단 블럭체(10b) 내로 수평으로 연장하는 연통로(16a)에 접속되어 있고, 이 연통로(16a)가 하단 블럭체(10c)의 다수의 토출 구멍(18)에 연통하고 있다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 가스 도입구(11, 12)는 가스 공급 기구(20)의 가스 라인에 접속되어 있다. The
가스 공급 기구(20)는 클리닝 가스인 ClF3 가스를 공급하는 ClF3 가스 공급원(21), Ti 화합물 가스인 TiCl4 가스를 공급하는 TiCl4 가스 공급원(22), 플라즈마 생성 가스인 Ar 가스를 공급하는 Ar 가스 공급원(23), 환원 가스인 H2 가스를 공급하는 H2 가스 공급원(24), 질화 가스인 NH3 가스를 공급하는 NH3 가스 공급원(25)을 갖고 있다. 그리고, ClF3 가스 공급원(21)에는 ClF3 가스 공급 라인(27, 30b)이, TiCl4 가스 공급원(22)에는 TiCl4 가스 공급 라인(28)이, Ar 가스 공급원(23)에는 Ar 가스 공급 라인(29)이, H2 가스 공급원(24)에는 H2 가스 공급 라인(30)이, NH3 가스 공급원(25)에는 NH3 가스 공급 라인(30a)이 각각 접속되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, N2 가스 공급원도 갖고 있다. 그리고, 각 가스 라인에는 매스 플로우 컨트롤러(32) 및 매스 플로우 컨트롤러(32)를 사이에 두고 2개의 밸브(31)가 마련되어 있다. A
상기 제 1 가스 도입구(11)에는 TiCl4 가스 공급원(22)으로부터 연장하는 TiCl4 가스 공급 라인(28)이 접속되어 있고, 이 TiCl4 가스 공급 라인(28)에는 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 연장하는 ClF3 가스 공급 라인(27) 및 Ar 가스 공급원(23)으로부터 연장하는 Ar 가스 공급 라인(29)이 접속되어 있다. 또한, 상기 제 2 가스 도입구(12)에는 H2 가스 공급원(24)으로부터 연장하는 H2 가스 공급 라인(30)이 접속되어 있고, 이 H2 가스 공급 라인(30)에는 NH3 가스 공급원(25)으로부터 연장하는 NH3 가스 공급 라인(30a) 및 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 연장하는 ClF3 가스 공급 라인(30b)이 접속되어 있다. 따라서, 프로세스시에는 TiCl4 가스 공급원(22)으로부터의 TiCl4 가스가 Ar 가스 공급원(23)으로부터의 Ar 가스와 함께 TiCl4 가스 공급 라인(28)을 거쳐서 샤워 헤드(10)의 제 1 가스 도입구(11)로부터 샤워 헤드(10) 내에 이르고, 가스 통로(13, 15)를 거쳐서 토출 구멍(17)으로부터 챔버(1) 내로 토출되는 한편, H2 가스 공급원(24)으로부터의 H2 가스가 H2 가스 공급 가스 라인(30)을 통해서 샤워 헤드(10)의 제 2 가스 도입구(12)로부터 샤워 헤드(10) 내에 이르고, 가스 통로(14, 16)를 거쳐서 토출 구멍(18)으로부터 챔버(1) 내로 토출된다. 즉, 샤워 헤드(10)는 TiCl4 가스와 H2 가스가 완전히 독립해서 챔버(1) 내에 공급되는 포스트믹스 타입으로 되어 있어서, 이들은 토출 후에 혼합되어 반응이 발생한다. 또한, 이에 한하지 않고 TiCl4와 H2가 혼합된 상태로 이들을 챔버(1) 내에 공급되는 프리믹스 타입이여도 된다. Wherein 1 TiCl 4 gas supply line and the 28 is connected, the TiCl 4
샤워 헤드(10)에는 정합기(33)를 통해서 고주파 전원(34)이 접속되어 있어서, 이 고주파 전원(34)으로부터 샤워 헤드(10)에 고주파 전력이 공급되게 되어 있다. 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력을 공급함으로써, 샤워 헤드(10)를 거쳐서 챔버(1) 내에 공급된 가스를 플라즈마화하여 성막 처리를 행한다. The high
또한, 샤워 헤드(10)의 상단 플레이트(10a)의 수평부(10d)에는 샤워 헤드(10)를 가열하기 위한 히터(45)가 마련되어 있다. 이 히터(45)에는 히터 전원(46)이 접속되어 있어서, 히터 전원(46)으로부터 히터(45)로 급전함으로써 샤워 헤드(10)가 소망하는 온도로 가열된다. 상단 플레이트(40a)의 오목부에는 히터(45)에 의한 가열 효율을 높히기 위해서 단열 부재(47)가 마련되어 있다. In addition, a
챔버(1)의 바닥벽(1b)의 중앙부에는 원형의 구멍(35)이 형성되어 있고, 바닥벽(1b)에는 이 구멍(35)을 덮도록 아래쪽을 향해서 돌출한 배기실(36)이 마련되어 있다. 배기실(36)의 측면에는 배기관(37)이 접속되어 있고, 이 배기관(37)에는 배기 장치(38)가 접속되어 있다. 그리고 이 배기 장치(38)를 작동시킴으로써 챔버(1) 내를 소정의 진공도까지 감압하는 것이 가능하게 되어 있다. A
서셉터(2)에는 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지핀(39)이 서셉터(2)의 표면에 대하여 올라오고 들어가기(突沒) 가능하게 마련되고, 이들 웨이퍼 지지핀(39)은 지지판(40)에 고정되어 있다. 그리고, 웨이퍼 지지핀(39)은 에어 실린더 등의 구동 장치(41)에 의해 지지판(40)을 통해서 승강된다. The
챔버(1)의 측벽에는 챔버(1)와 인접하여 마련된 도시하지 않는 웨이퍼 반송실과의 사이에 웨이퍼(W)의 반입 반출을 행하기 위한 반입 반출구(42)와, 이 반입 반출구(42)를 개폐하는 게이트 밸브(43)가 마련되어 있다. A carry-in / out
Ti 막 성막 장치(100)의 구성부는 컴퓨터로 이루어지는 제어부(50)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(50)에는 공정 관리자가 Ti 막 성막 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, Ti 막 성막 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스(51)가 접속되어 있다. 또한, 제어부(50)에는 Ti 막 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 제어부(50)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 Ti 막 성막 장치(100)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 레시피가 저장된 기억부(52)가 접속되어 있다. 레시피는 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있어도 되고, CDROM, DVD 등의 운반 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(52)의 소정 위치에 세트하도록 되어 있어도 된다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해서 레시피를 적절하게 전송하도록 해도 된다. 그리고, 필요에 따라서, 유저 인터페이스(51)로부터의 지시 등으로 임의의 레시피를 기억부(52)로부터 호출하여 제어부(50)에 실행시킴으로써 제어부(50)의 제어 하에서, Ti 막 성막 장치(100)에서의 소망하는 처리가 행해진다. The component part of the Ti film-forming
다음으로, 이상과 같은 Ti 막 성막 장치(100)에 있어서의 본 실시예에 관한 Ti 막 성막 방법에 대하여 설명한다. Next, the Ti film film-forming method concerning this Example in the above-mentioned Ti film film-forming
본 실시예에 있어서는 Ti 막을 성막하는 대상인 반도체 웨이퍼(W)로서 예컨대, 도 2에 도시하는 구조의 것을 이용한다. 즉, 실리콘 기판(101) 위에 게이트 절연막(102)을 통해서 게이트 전극(103)이 형성되며, 그 주위 및 위에 층간 절연막(104) 및 금속 배선층(105)이 형성되고, 금속 배선층(105)과 게이트 전극(103)이 매립 배선(106)에 의해 접속되어 있다. 또한, 금속 배선층(105) 위에는 비어홀(107)이 형성된 층간 절연막(108)이 형성되어 있다. 또한, 층간 절연막(104)에는 트렌치(109)가 형성되어 있다. In this embodiment, for example, the semiconductor wafer W as a target for forming a Ti film is used as the structure shown in FIG. That is, the
이러한 구조의 웨이퍼(W)에 Ti 막을 형성하기 위해서는 우선, 챔버(1) 내를 게이트 밸브(43)를 통해서 접속되어 있는 외부 분위기와 같게 조정한 후, 게이트 밸브(43)를 열어서, 진공 상태인 도시하지 않는 웨이퍼 반송실로부터 반입 반출구(42)를 거쳐서 상기 구조를 가진 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내로 반입한다. 그리고, 챔버(1) 내에 Ar 가스를 공급하면서 웨이퍼(W)를 예비 가열한다. 웨이퍼(W)의 온도가 거의 안정된 시점에, Ar 가스, H2 가스 및 TiCl4 가스를 도시하지 않는 프리플로우 라인에 소정 유량 흘려서 프리 플로우를 행한다. 그리고, 가스 유량 및 압력을 동일하게 유지하는 채로 성막용 라인으로 전환하여, 이들 가스를 샤워 헤드(10)를 통해서 챔버(1) 내에 도입한다. 이 때, 샤워 헤드(10)에는 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력이 인가되고, 이에 따라 챔버(1) 내에 도입된 Ar 가스, H2 가스, TiCl4 가스가 플라즈마화된다. 그리고, 히터(5)에 의해 소정 온도로 가열된 웨이퍼(W) 상에서 플라즈마화된 가스가 반응하여 웨이퍼(W) 상에 Ti가 퇴적된다. In order to form a Ti film on the wafer W having such a structure, first, the inside of the
이렇게 하여 플라즈마의 존재 하에서 CVD에 의해 Ti 막을 성막하는 경우에는 종래, Ti 막의 막질(전기 특성), 성막 속도 및 막질의 균일성 등을 고려하여 처리 조건을 결정했지만, 최근 장치의 미세화에 의해 홀의 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 스펙이 많아지고 있어서, 종래의 조건으로서는 차지 업 데미지가 발생하기 쉽다는 것이 밝혀졌다. In this way, when a Ti film is formed by CVD in the presence of plasma, processing conditions are conventionally determined in consideration of the film quality (electrical characteristics), film formation speed, and film uniformity of the Ti film. It became clear that the specification of 0.13 micrometer or less in diameter, and / or an aspect ratio of 10 or more became large, and charge up damage was easy to generate | occur | produce as a conventional condition.
차지 업 데미지가 발생하는 메커니즘에 대하여 도 3을 참조하면서 설명한다. 우선, 플라즈마가 생성되면, 웨이퍼(W) 표면은 음으로 대전되고, 플라즈마(P)와 실리콘 기판(101) 사이에는 전위차 Vpp가 발생하며, 플라즈마와 웨이퍼(W) 사이에는 이온 쉬스(ion sheath)(S)가 형성된다. 본질적으로, 전자 e는 가볍기 때문에 움직임이 활발해서 등방적인 운동을 하기 쉽고, 이온 i는 무겁기 때문에 움직임이 둔하여 이방적인 운동을 하기 쉽다. 따라서, 전위차 Vpp(플라즈마 전위)의 전장이 발생하고 있는 이온 쉬스(S)에서는 전자 e는 가로 방향의 운동량이 많은 등방적인 움직임을 하고, 이온 i는 이온 쉬스(S)의 전장 방향을 따라서 웨이퍼(W)를 향하는 이방성이 높은 움직임을 한다. 따라서, 개구 직경이 작고 및/또는 아스펙트비가 큰 비어홀(107)에서는 전자 e는 그 바닥부에 도달하기 어렵게 되지만, 이온 i는 이온 쉬스(S)에 의해서 가속되어 홀의 밑바닥에 도달하기 때문에, 비어홀(107)의 바닥부가 플러스로 대전된다(전자 셰이딩 효과). 한편, 트렌치(109)는 폭이 넓기 때문에, 등방적으로 운동하는 전자 e도 용이하게 그 바닥부에 도달한다. 이 때문에, 비어홀(107)의 바닥부와 트렌치(109)의 바닥부와의 사이에 전위차를 발생하여, 게이트 절연막(102)에 전계가 발생한다. 비어홀(107)의 개구 직경이 작고, 아스펙트비가 클수록 이러한 현상은 현저하게 되어서, 비어홀(107)의 바닥부와 트렌치(109)의 바닥부와의 사이의 전위차가 커져서, 게이트 절연막(102)에는 강한 전계가 인가되고, 게이트 절연막(102)에 절연 파괴가 발생하여 소자가 파괴되는 경우가 발생한다(차지 업 데미지). 이러한 차지 업 데미지는 종래는 거의 발생하지 않았지만, 홀의 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상이 됨으로써, 무시할 수 없을 정도로 발생하게 되었다. A mechanism in which charge up damage occurs will be described with reference to FIG. 3. 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
이러한 차지 업 데미지를 효과적으로 해소하는 수법에 대하여 검토를 거듭한 결과, 이온의 직진성을 낮춰서 홀바닥부에 도달하는 이온량을 감소시키는 것이 유효하다는 것을 알았다. 그리고, 이를 위해서는 플라즈마 가스로서 이용되는 Ar 가스의 유량을 저감시키는 것이 유효하다는 것을 알았다. 즉, Ar는 원자량이 39.95로 비교적 크기 때문에, Ar 이온은 직진성이 높아서, 홀(비어홀(107))의 바닥부에 도달하기 쉽지만, Ar 가스 유량을 저감시키면, 원자량이 작고 직진성이 낮은 H 이온이 상대적으로 많아져서, 이온 전체의 직진성을 저감시킬 수 있어서, 이온을 홀바닥부에 도달하기 어렵게 하여 홀바닥부의 이온의 양을 적게 할 수 있다. 따라서, 비어홀(107)의 바닥부와 트렌치(109)의 바닥부 사이의 전위차를 작게 하여 게이트 절연막의 절연 파괴를 억제할 수 있다. As a result of repeated studies on the method of effectively eliminating the charge-up damage, it was found that it is effective to lower the linearity of the ions and reduce the amount of ions reaching the hole bottom. And for this purpose, it turned out that it is effective to reduce the flow volume of Ar gas used as a plasma gas. That is, since Ar has a relatively high atomic weight of 39.95, Ar ions have a high straightness, and easily reach the bottom of the hole (via hole 107). However, when the Ar gas flow rate is reduced, H ions having a small atomic weight and low straightness are obtained. It becomes relatively large, and the linearity of the whole ion can be reduced, and it becomes difficult to reach | attain ion from a hole bottom part, and the quantity of the ion of a hole bottom part can be reduced. Therefore, the potential difference between the bottom portion of the via
종래의 플라즈마 CVD에 의한 Ti의 성막에 있어서는 플라즈마 밀도를 상승시키는 관점이나 막질을 균일로 하는 관점 등으로부터, Ar 가스를 비교적 다량으로, 전형적으로는 1600mL/min(sccm) 이상 도입했었지만, 이에 따라, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 아스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 웨이퍼(W)에 Ti 막을 성막할 때에 차지 업 데미지가 무시할 수 없을 정도로 발생하고 있었다. 이에 반하여, 본 발명에서는 Ar 가스 유량을 1600mL/min 미만으로 하여 상기 메커니즘에 의해 차지 업 데미지를 허용 범위 내로 저감한다. 차지 업 데미지를 보다 유효하게 저감하는 관점에서는 Ar 가스 유량을 800mL/min 이하로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 500mL/min 이하다. In the conventional film formation of Ti by plasma CVD, Ar gas is introduced in a relatively large amount, typically 1600 mL / min (sccm) or more, from the viewpoint of increasing the plasma density, the uniformity of film quality, and the like. Charge-up damage occurred to the extent that a Ti film was formed into a wafer W having an aperture diameter of 0.13 µm or less and / or an aspect ratio of 10 or more. On the contrary, in the present invention, the Ar gas flow rate is less than 1600 mL / min, and the charge up damage is reduced within the allowable range by the above mechanism. From the viewpoint of reducing the charge up damage more effectively, the Ar gas flow rate is preferably 800 mL / min or less, and more preferably 500 mL / min or less.
그 밖의 프로세스 조건은 통상의 플라즈마 CVD에 의한 Ti 막의 성막과 동일하면 되고, 이하에 나타내는 조건이 예시된다. Other process conditions should just be the same as that of the film formation of a Ti film by normal plasma CVD, and the conditions shown below are illustrated.
고주파 전력의 주파수 : 300kHz~27MHz Frequency of high frequency power: 300kHz to 27MHz
고주파 전력의 파워 : 200~1500W High Frequency Power Power: 200 ~ 1500W
서셉터 온도 : 300~650℃Susceptor Temperature: 300 ~ 650 ℃
TiCl4 가스 유량 : 12~20mL/min(sccm) TiCl 4 gas flow rate: 12 ~ 20mL / min (sccm)
H2 가스 유량 : 1000~5000mL/min(sccm)H 2 gas flow rate: 1000 ~ 5000mL / min (sccm)
챔버내 압력 : 133~1333Pa(1~10 Torr)Pressure in chamber: 133 ~ 1333Pa (1 ~ 10 Torr)
또한, Ti 막의 성막 시간은 얻고자 하는 막 두께에 따라 적절하게 설정된다. The deposition time of the Ti film is appropriately set according to the film thickness to be obtained.
이상과 같이 하여 Ti 막의 성막을 행한 후, 필요에 따라서 Ti 막의 질화 처리를 실시해도 된다. 이 질화 처리에서는 상기 Ti 퇴적 공정의 종료 후, TiCl4 가 스를 정지하고, H2 가스, 또는 H2 가스 및 Ar 가스를 흘리는 상태로 그대로, 챔버(1) 내를 적절한 온도로 가열하면서, 질화 가스로서 NH3 가스를 흘림과 아울러, 고주파 전원(34)으로부터 샤워 헤드(40)에 고주파 전력을 인가하여 처리 가스를 플라즈마화하여, 플라즈마화한 처리 가스에 의해 웨이퍼(W)에 성막된 Ti 박막의 표면을 질화한다. 또한, Ti 성막 공정에서, 콘택트 홀이나 비어홀의 측벽에 Ti 막이 퇴적되지 않고, 이 경우에는 홀상부와 홀바닥부에 도통이 이루어지지 않기 때문에, Ar 가스를 이용한 질화 처리에서는 차지 업 데미지가 발생하는 일이 있다. 따라서, 질화 처리시의 차지 업 데미지를 억제하는 관점에서는 Ti 막 성막의 경우와 같이 Ar를 저감하는 것이 바람직하고, Ar를 도입하지 않는 것이 보다 바람직하다. 또한, 보다 완전하게 차지 업 데미지를 방지하기 위해서는 플라즈마를 생성하지 않고 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. After the Ti film is formed as described above, the Ti film may be nitrided as necessary. In the nitriding treatment after the end of the Ti deposition process, TiCl and 4 stops the bus, as a state for passing the H 2 gas or H 2 gas and Ar gas, while heating the inside of the chamber (1) at a suitable temperature, nitriding In addition to flowing NH 3 gas as a gas, high-frequency power is applied from the high-
질화 처리의 바람직한 조건은 이하와 같다. Preferable conditions of the nitriding treatment are as follows.
고주파 전력의 주파수 : 300kHz~27MHz Frequency of high frequency power: 300kHz to 27MHz
고주파 파워 : 200~1500W High Frequency Power: 200 ~ 1500W
서셉터 온도 : 300~650℃Susceptor Temperature: 300 ~ 650 ℃
Ar 가스 유량 : 2000mL/min(sccm) 이하, 바람직하게는 100~1600mL/min(sccm) Ar gas flow rate: 2000 mL / min (sccm) or less, preferably 100 to 1600 mL / min (sccm)
H2 가스 유량 : 1500~4500mL/min(sccm) H 2 gas flow rate: 1500 ~ 4500mL / min (sccm)
NH3 가스 유량 : 500~2000mL/min(sccm)NH 3 gas flow rate: 500 ~ 2000mL / min (sccm)
챔버내 압력 : 133~1333Pa(1~10Torr)Pressure in chamber: 133 ~ 1333Pa (1 ~ 10Torr)
또한, 이 공정은 필수적인 것은 아니지만, Ti 막의 산화 방지 등의 관점에서 실시하는 것이 바람직하다. In addition, although this process is not essential, it is preferable to carry out from a viewpoint of oxidation prevention of a Ti film | membrane, etc.
Ti 막 성막 후 또는 질화 처리 후, 챔버(1) 내를 게이트 밸브(43)를 통해서 접속되어 있는 외부 분위기와 같게 조정한 후, 게이트 밸브(43)를 열어서, 반입 반출구(42)를 통해서 도시하지 않는 웨이퍼 반송실로 웨이퍼(W)를 반출한다. After the Ti film formation or after the nitriding treatment, the
이렇게 하여, Ti 막의 성막 및 필요에 따라서 질화 처리를 소정 매수의 웨이퍼에 대하여 행한 후 챔버(1)의 클리닝을 행한다. 이 처리는 챔버(1) 내에 웨이퍼가 존재하지 않는 상태로, 챔버(1) 내에 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 ClF3 가스 공급 라인(27, 30b)을 거쳐서 ClF3 가스를 도입하고, 샤워 헤드(10)를 적당한 온도로 가열하면서 드라이 클리닝을 행함으로써 실행한다. In this way, the deposition of the Ti film and, if necessary, the nitriding treatment are performed on a predetermined number of wafers, and then the
이상의 실시예에 있어서, Ti 막 성막시에는 TiCl4 가스, H2 가스, Ar 가스를 이용하는 것을 전제로 설명했지만, 플라즈마 생성 가스로서의 Ar 가스를 도입하지않고서, TiCl4 가스, H2 가스만을 도입하여 Ti 막을 성막해도 된다. 이 경우에는 막질의 균일성 등에 문제가 남지만, 원자량이 큰 Ar 가스를 이용하지 않음으로써, 이온의 직진성을 한층 더 저감시켜 홀바닥부의 이온의 양을 보다 적게 할 수 있어서, 한층 더 효과적으로 전자 셰이딩 효과에 의한 차지 업 데미지를 저감할 수 있다. In the above embodiment, the Ti film is formed on the premise that TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas are used. However, only TiCl 4 gas and H 2 gas are introduced without introducing Ar gas as the plasma generating gas. A Ti film may be formed. In this case, there is a problem in the uniformity of the film quality, but by not using Ar gas having a large atomic weight, the linearity of ions can be further reduced to reduce the amount of ions at the bottom of the hole, which makes the electron shading effect more effective. Charge up damage by can be reduced.
이온의 직진성을 저감시키는 관점에서는 플라즈마 생성 가스로서 원자량이 큰 Ar 가스 대신에, 보다 원자량이 적은 희가스, 즉 He 가스 또는 Ne 가스를 이용 하는 것도 바람직하다. 이 경우에는 도 1의 장치에 있어서, Ar 가스 공급원(23) 대신에 He 가스 공급원 또는 Ne 가스 공급원을 마련하고, 플라즈마 생성 가스로서 He 가스 및 Ne 가스를 공급할 수 있게 한다. 즉, He의 원자량은 4.00이며, Ne의 원자량은 20.18로서, 모두 Ar의 39.95보다도 작고, 따라서 He 이온, Ne 이온은 Ar 이온보다도 직진성이 낮고, Ar 이온보다도 홀의 바닥부에 도달하는 양이 적어져서 전자 셰이딩 효과에 의한 차지 업 데미지를 저감할 수 있다From the viewpoint of reducing the linearity of ions, it is also preferable to use a rare gas having a smaller atomic weight, that is, a He gas or a Ne gas, instead of an Ar gas having a large atomic weight as the plasma generation gas. In this case, in the apparatus of FIG. 1, a He gas supply source or a Ne gas supply source is provided in place of the Ar
또한, Ar 가스 대신에 He 가스, Ne 가스를 이용하는 경우에는 그 유량은 모두 100~1600mL/min(sccm)가 바람직하다. In addition, when He gas and Ne gas are used instead of Ar gas, the flow volume is preferably 100 to 1600 mL / min (sccm).
상술한 바와 같이, Ti 성막 공정에서, 콘택트 홀이나 비어홀의 측벽에 Ti 막이 퇴적되지 않는 경우에는 종래의 Ar 가스를 이용한 질화 처리를 행하면 차지 업 데미지가 발생하는 경우가 있지만, 희가스로서, Ar보다도 원자량이 작은 He 가스, Ne 가스를 이용하여 질화 처리를 행함으로써, 차지 업 데미지를 억제할 수 있다. 또한, 이 경우에도, 보다 완전하게 차지 업 데미지를 방지하기 위해서는 플라즈마를 생성하지 않고서 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 때의 He 가스, Ne 가스의 유량은 모두 100~1600mL/min(sccm)가 바람직하다. As described above, when the Ti film is not deposited on the sidewalls of the contact hole or the via hole in the Ti film forming process, charge up damage may occur when conventional nitriding treatment using Ar gas is performed. Charge-up damage can be suppressed by performing nitriding treatment using this small He gas or Ne gas. Also in this case, in order to completely prevent charge-up damage, it is preferable to perform nitriding without generating plasma. As for the flow volume of He gas and Ne gas at this time, 100-1600 mL / min (sccm) is preferable.
이상의 조건은 전자 셰이딩 효과에 의한 소자의 차지 업 데미지를 저감하기 위한 것이지만, 이들 조건은 막질의 균일성(시트 저항의 면내 균일성)을 고려한 것이 아니기 때문에, 반드시 충분한 균일성을 얻을 수 있는 것은 아니다. 예컨대, TiCl4 가스의 유량을 12mL/min(sccm)로 하고, H2 가스의 유량을 4000mL/min(sccm), Ar 가스의 유량을 1600mL/min(sccm)로 하는 경우에는 막질의 편차(시트 저항의 면내 균일성)가 2.2% 정도인 균일한 Ti 막을 형성할 수 있지만, TiCl4 가스의 유량을 12mL/min(sccm), H2 가스의 유량을 4000mL/min(sccm) 그대로 하고, Ar 가스만 정지하는 경우에는 막질의 편차가 커져 버린다. Although the above conditions are for reducing the charge-up damage of the device due to the electronic shading effect, these conditions are not necessarily considering the uniformity of the film quality (in-plane uniformity of sheet resistance), so that sufficient uniformity is not necessarily obtained. . For example, when the flow rate of the TiCl 4 gas is 12 mL / min (sccm), the flow rate of the H 2 gas is 4000 mL / min (sccm), and the flow rate of the Ar gas is 1600 mL / min (sccm). In-plane uniformity of resistance) of about 2.2%, a uniform Ti film can be formed, but the flow rate of TiCl 4 gas is 12 mL / min (sccm) and the flow rate of H 2 gas is 4000 mL / min (sccm), and the Ar gas is maintained. If it stops only, the film quality will increase.
이러한 막질의 편차의 영향을 최대한 억제하는 관점에서는 Ti 막의 성막에 있어서, 제 1 단계로서, 상기 차지 업 데미지가 발생하기 어려운 조건에서 Ti 막을 성막하고, 차지 업 데미지가 발생할 염려가 없어졌을 때, TiCl4 가스, H2 가스, Ar 가스를 소정의 비율로 한 막질의 균일성이 양호하게 되는 조건으로 전환하여 제 2 단계의 성막을 행하는 것이 바람직하다. 차지 업 데미지는 Ti 막이 웨이퍼 전면에 형성된 후에는 발생하지 않기 때문에, Ti 막이 웨이퍼 전면에 형성된 시점에 제 2 단계의 성막 조건으로 전환하면 된다. 이에 따라, 차지 업 데미지가 발생하기 어려운 막질 균일성이 낮은 조건에서의 성막을 최소한으로 하여 최대한 막질 균일성이 높은 조건으로 성막 처리를 행할 수 있다. 이 제 2 단계의 조건으로서는 TiCl4 가스 유량 : 12~20mL/min(sccm), H2 가스 유량 : 1000~5000mL/min(sccm), Ar 가스 유량 : 1600~2000mL/min(sccm)이 바람직하다. From the viewpoint of minimizing the influence of such film quality variation, TiCl is formed as a first step in forming a Ti film, when the Ti film is formed under a condition where the charge up damage is hard to occur, and there is no fear of charge up damage occurring. 4 gas, H 2 gas, switching the Ar gas under the condition that the uniformity of the film quality is good with a predetermined ratio and it is preferable to perform the deposition of the second step. Since charge up damage does not occur after the Ti film is formed on the entire surface of the wafer, it is sufficient to switch to the film forming conditions of the second step at the time when the Ti film is formed on the entire surface of the wafer. Thereby, the film-forming process can be performed on the conditions with the highest film | membrane uniformity as much as possible, with the minimum film-forming in the condition of low film | membrane uniformity which is hard to generate charge up damage. The fourth gas as in
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 여러 가지로 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시예에서는 TiCl4 가스와 H2 가스, 또는 TiCl4 가스와 H2 가스와 희가스(Ar 또는 He 또는 Ne)를 동시에 공급하여 플라즈마 CVD를 행하는 경우에 대하 여 설명했지만, 본 발명은 이에 한하지 않고, TiCl4 가스+H2 가스(+희가스)를 공급하는 제 1 단계와, H2 가스(+희가스)를 공급하는 제 2 단계를 교대로 실행하는 SFD 프로세스를 이용해도 되고, TiCl4 가스(+희가스)를 공급하는 제 1 단계와, H2 가스(+희가스)를 공급하는 제 2 단계를 교대로 실행하는 ALD 프로세스를 이용해도 된다. ALD 프로세스에서는 제 2 단계만 플라즈마를 생성하도록 해도 된다. 또한, 피처리 기판으로서는 반도체 웨이퍼에 한하지 않고, 예컨대 액정 표시 장치(LCD)용 기판 등의 다른 것이여도 된다. In addition, this invention is not limited to the said Example, It can variously change. For example, in the above embodiment, the plasma CVD was performed by simultaneously supplying TiCl 4 gas and H 2 gas, or TiCl 4 gas, H 2 gas, and rare gas (Ar, He, or Ne). In addition, the SFD process may be used to alternately perform a first step of supplying TiCl 4 gas + H 2 gas (+ rare gas) and a second step of supplying H 2 gas (+ rare gas), and TiCl 4 a first step of a gas (inert gas +) feed, it may be used for an ALD process to run a second step of supplying the H 2 gas (the noble gas +) alternately. In the ALD process, only the second step may generate the plasma. The substrate to be processed is not limited to a semiconductor wafer, but may be another one such as a substrate for a liquid crystal display device (LCD).
본 발명자 등은 차지 업 데미지가 전자 셰이딩 효과에 의한 것이라고 생각하여, 이 전자 셰이딩 효과를 저감시키기 위해서 이온의 직진성을 낮춰서 홀 바닥부에 도달하는 이온량을 감소시키는 것이 유효하다는 생각에 이르렀다. 본 발명의 제 1 관점에서는 이러한 지견을 기초로, Ar 가스 유량을 저감하여 원자량이 크고 직진성이 높은 Ar 이온을 감소시킴으로써 원자량이 적고 직진성이 낮은 이온인 H 이온을 상대적으로 증가시켜 이온 전체의 직진성을 저감시켜, 홀 바닥부에 도달하는 이온량을 감소시키기 때문에, 전자 셰이딩 효과에 의한 차지 업 데미지를 저감할 수 있다. The inventors believe that the charge-up damage is due to the electron shading effect, and in order to reduce the electron shading effect, it has been thought that it is effective to reduce the amount of ions reaching the bottom of the hole by decreasing the linearity of the ions. In the first aspect of the present invention, based on this knowledge, the Ar gas flow rate is reduced to reduce Ar ions having a high atomic weight and high straightness, thereby relatively increasing H ions having a low atomic weight and low linearity to relatively increase the straightness of the ions. Since the amount of ions reaching the bottom of the hole is reduced, the charge up damage due to the electron shading effect can be reduced.
또한, 제 2 관점에서는 이러한 원자량이 큰 희가스인 Ar 가스를 전혀 이용하지 않고서 H 이온만으로 하던지, 또는 Ar 가스의 대신에 Ar 가스보다 원자량이 적 은 희가스, 즉 He 또는 Ne을 이용함으로써 Ar 가스를 이용하는 경우보다 이온의 직진성을 저감시킬 수 있어서, 홀바닥부에 도달하는 이온량을 감소시켜, 전자 셰이딩 효과에 의한 차지 업 데미지를 저감할 수 있다. In the second aspect, the Ar gas is used by using only H ions without using Ar gas, which is a rare gas having a large atomic weight, or by using a rare gas having a lower atomic weight than Ar gas, that is, He or Ne, instead of Ar gas. Since the linearity of ions can be reduced more than in the case, the amount of ions reaching the hole bottom can be reduced, and the charge up damage due to the electron shading effect can be reduced.
이러한 수법으로 차지 업 데미지를 저감하는 경우에는 소망하는 막질 균일성을 얻을 수 있는 조건으로부터 벗어나 있기 때문에, 막질 균일성이 불충분하게 될 우려가 있지만, 차지 업 데미지를 저감 가능한 상기 제 1 또는 제 2 관점의 조건으로 제 1 단계의 성막을 행하고, 전면에 Ti 막이 형성되어 차지 업 데미지의 염려가 없어진 시점에 막질 균일성이 충분한 제 2 단계의 성막을 행하도록 함으로써, 차지 업이 발생하기 어려운, 성막 속도가 느린 조건에서의 성막을 최소한으로 행하여 상당히 막질 균일성을 높인 성막 처리를 행할 수 있다. When the charge up damage is reduced by such a method, the film quality uniformity may be insufficient since the desired film quality uniformity is deviated. However, the first or second aspect of the present invention can reduce the charge up damage. The film formation rate is difficult to cause charge up by forming the second step by forming the first step and forming the second step with sufficient film quality uniformity when the Ti film is formed on the entire surface and the charge-up damage is eliminated. The film formation process can be performed in which the film formation in the slow conditions is minimized and the film quality uniformity is considerably improved.
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