KR100996012B1 - METHOD FOR DEPOSITING Ti FILM - Google Patents

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Abstract

한 쌍의 평행 평판 전극으로서 기능하는 샤워 헤드(10) 및 전극(8)을 갖는 챔버(1) 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 어스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 웨이퍼(W)를 배치한다. 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스보다 원자량이 큰 희가스를 도입하여 상기 플라즈마가 형성되었을 때의 상기 홀의 저부에 도달하는 이온량을 저감하면서 Ti막을 성막한다.

Figure R1020077028037

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. do. As the processing gas, a Ti film 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 and H 2 gas and Ar gas.

Figure R1020077028037

Description

Ｔｉ막의 성막 방법{METHOD FOR DEPOSITING Ti FILM}METHOD FOR DEPOSITING Ti FILM}

본 발명은, 챔버 내에서 샤워 헤드로부터 TiCl4 가스를 포함하는 처리 가스를 토출시켜 챔버 내에 배치된 피처리 기판의 표면에 Ti막을 성막하는 Ti막의 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 the shower head in the chamber.

반도체 디바이스의 제조에 있어서는, 최근의 고밀도화 및 고집적화의 요청에 대응하여, 회로 구성을 다층 배선 구조로 하는 경향이 있고, 이를 위해, 하층의 반도체 기판과 상층의 배선층의 접속부인 콘택트홀이나, 상하의 배선층끼리의 접속부인 비어홀 등의 층간의 전기적 접속을 위한 매입(埋入; embedding) 기술이 중요하게 되고 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. For this purpose, contact holes, which are connection portions between lower semiconductor substrates and upper wiring layers, and upper and lower wiring layers are used. Embedding technology for electrical connection between layers, such as via holes, which are connections between each other, has become important.

이러한 콘택트홀이나 비어홀의 매입에 사용되는 금속이나 합금과 하층의 Si 기판이나 poly-Si층과의 사이에 양호한 콘택트를 형성할 필요가 있다. 이를 위해서, 이들의 매입에 앞서 콘택트홀이나 비어홀의 내측에 Ti막을 성막하는 것이 실시되고 있다. It is necessary to form a good contact between the metal or alloy used for embedding such a contact hole or via hole, and the underlying Si substrate or poly-Si layer. To this end, a Ti film is formed inside the contact hole or the via hole prior to the embedding thereof.

이러한 Ti막은, 종래부터 물리적 증착(PVD)을 이용하여 성막되어 왔지만, 디바이스의 미세화 및 고집적화의 요구에 동반하여 스텝 커버리지(단차 피복성)가 보다 양호한 화학적 증착(CVD)이 다용되게 되었다. Although such a Ti film has been conventionally formed by using physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD) with better step coverage (step coverage) has become common with the demand for miniaturization and high integration of devices.

Ti막의 CVD 성막에 관해서는, 이하와 같은 기술이 제안되어 있다(예컨대 일본 특허공개 2004-197219호 공보(특허문헌 1)). 즉, 성막 가스로서 TiCl4 가스, H2 가스, Ar 가스를 이용하여, 이들을 챔버로 도입하고, 반도체 웨이퍼를 스테이지 히터에 의해 가열하면서, 평행 평판 전극에 고주파 전력을 인가한다. 이것에 의해, 상기 가스를 플라즈마화하여 TiCl4 가스와 H2 가스를 반응시키는 플라즈마 CVD에 의해 Ti막을 성막한다. Regarding CVD film formation of a Ti film, the following technique is proposed (for example, Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-197219 (patent document 1)). Namely, TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas are used as the film forming gas, these are introduced into the chamber, and the high frequency power is applied to the parallel plate electrode while the semiconductor wafer is heated by the stage heater. As a result, a Ti film is formed by plasma CVD in which the gas is converted into plasma to react the TiCl 4 gas with the H 2 gas.

그러나, 최근에는 선폭이나 홀의 개구 직경이 한층 더 작게 되고, 더구나 고 어스펙트비(aspect ratio)화됨에 따라서, 특허문헌 1과 같은 플라즈마 CVD에 의해 Ti막을 성막한 경우에는, 차지업 손상(charge-up damage)에 의해 소자가 파괴될 수 있다고 하는 새로운 문제가 발생하게 되었다. However, in recent years, as the line width and the aperture diameter of the holes become smaller, and further, the aspect ratio becomes higher, when the Ti film is formed by plasma CVD as in Patent Document 1, charge-up damage (charge- up damage) caused a new problem that the device could be destroyed.

발명의 개시Disclosure of Invention

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 플라즈마를 이용한 CVD에 의해 개구 직경이 작은 및/또는 고어스펙트비의 홀을 갖는 피처리 기판에 Ti를 성막할 때에, 차지업 손상에 의한 소자의 파괴가 생기기 어려운 Ti막의 성막 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 그와 같은 방법을 실행하기 위 한 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and when the Ti is deposited on a substrate having a small opening diameter and / or having a hole-spectr ratio hole by CVD using plasma, destruction of the device due to charge-up damage is prevented. It is an object of the present invention to provide a film forming method of a Ti film which is difficult to occur. It is also an object of the present invention to provide a computer readable storage medium for carrying out such a method.

본 발명의 제 1 관점에서는, 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 어스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하는 공정, TiCl4 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극의 적어도 한편에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하는 공정, 및 상기 홀의 저부에 도달하는 상기 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 상기 피처리체에 Ti막을 성막하는 공정을 구비하는 Ti막의 성막 방법으로서, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스보다 원자량이 큰 희(希)가스를 도입하여 상기 플라즈마가 형성되었을 때의 상기 홀의 저부에 도달하는 이온량을 저감하면서 Ti막을 성막하는 Ti막의 성막 방법을 제공한다. In a first aspect of the invention, a process of arranging 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 in a chamber having a pair of parallel plate electrodes, comprising a TiCl 4 gas Supplying a high frequency power to at least one side of the parallel plate electrode while introducing a processing gas to form a plasma therebetween; and promoting the reaction of the processing gas by the plasma reaching the bottom of the hole, thereby advancing to the target object. A Ti film forming method comprising the steps of forming a Ti film, wherein a rare gas having a higher atomic weight than TiCl 4 gas and H 2 gas and Ar gas is introduced as a processing gas to the bottom of the hole when the plasma is formed. Provided is a Ti film forming method for forming a Ti film while reducing the amount of ions reached.

이 경우에, Ti막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스 및 H2 가스 및 Ar보다 원자량이 큰 희가스를 도입하여 플라즈마의 존재 하에서 Ti막 표면의 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. 이 경우의, Ar보다 원자량이 큰 희가스는, 가스 유량이 800 내지 2000mL/min(sccm) 또는 가스 분압이 14.58 내지 666.50Pa인 것이 바람직하다. 또한, Ti막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스 및 H2 가스 및 Ar보다 원자량이 큰 희가스 Ar 가스를 도입하여 플라즈마를 존재시키지 않고서 Ti막 표면의 질화 처리를 행하는 것이 바람직하다. In this case, it is preferable to carry out nitriding treatment of the Ti film surface in the presence of plasma by introducing a rare gas having an atomic weight greater than that of NH 3 gas, H 2 gas, and Ar as the processing gas after forming the Ti film. In this case, the rare gas having a higher atomic weight than 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 formation, it is preferable to introduce a nitrogen gas on the surface of the Ti film without introducing a plasma by introducing a rare gas Ar gas having an atomic weight greater than that of the NH 3 gas and the H 2 gas and Ar as the processing gas.

본 발명의 제 2 관점에서는, 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 어스펙트비가 10 이상인 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하는 공정, TiCl4 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극의 적어도 한편에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하는 공정, 및 상기 홀의 저부에 도달하는 상기 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 상기 피처리체에 Ti막을 성막하는 공정을 구비하는 Ti막의 성막 방법으로서, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스보다 원자량이 큰 희가스를 도입하여 상기 플라즈마가 형성되었을 때의 상기 홀의 저부에 도달하는 이온량을 저감하면서 제 1 단계의 성막을 행하고, 제 1 단계의 성막에 의해 피처리체의 전면(全面)에 Ti막이 성막된 시점에서, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 도입하여 제 2 단계의 성막을 행하여 Ti막을 성막하는 Ti막의 성막 방법을 제공한다. In a second aspect of the invention, a process of arranging 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 in a chamber having a pair of parallel plate electrodes, comprising a TiCl 4 gas Supplying a high frequency power to at least one side of the parallel plate electrode while introducing a processing gas to form a plasma therebetween; and promoting the reaction of the processing gas by the plasma reaching the bottom of the hole, thereby advancing to the target object. A Ti film forming method comprising the steps of forming a Ti film, wherein the amount of ions reaching the bottom of the hole when the plasma is formed by introducing a rare gas having a higher atomic weight than TiCl 4 gas and H 2 gas and Ar gas as a processing gas; At the time when the Ti film is formed on the entire surface of the object to be processed by the first step, the film is formed while reducing. A Ti film forming method is described in which a Ti film is formed by introducing TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas as a processing gas to form a second film.

본 발명의 제 3 관점에서는, 컴퓨터 상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서, 상기 제어 프로그램은, 실행시에 상기 제 1 또는 제 2 관점의 방법이 실시되도록 성막 장치를 제어시키는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체를 제공한다. In a third aspect of the invention, there is provided a computer-readable storage medium storing a control program operating on a computer, wherein the control program is a computer that controls the film forming apparatus such that the method of the first or second aspect is executed at execution time. A readable storage medium is provided.

한편, 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. 한편, 표준 상태로 환산한 유량은 보통 sccm(Standard Cubic Centimeter per Minutes)으로 표기되기 때문에 sccm을 병기하고 있다. 여기에서의 표준 상태는, 온도 0℃(273.15K), 기압 1atm(101325Pa)의 상 태(STP)이다. On the other hand, in the present invention, the unit of the flow rate of the gas is used in mL / min, but since the volume of the gas is greatly changed by the temperature and air pressure, the value converted to the standard state is used in the present invention. On the other hand, since the flow rate converted to the standard state is usually expressed in sccm (Standard Cubic Centimeter per Minutes), sccm is written together. The standard state here is the temperature (STP) of 0 degreeC (273.15K) and atmospheric pressure of 1 atm (101325 Pa).

본 발명자들은, 차지업 손상이 전자 셰이딩(shading) 효과에 의한 것이라고 생각하여, 이 전자 셰이딩 효과를 저감시키기 위해서, 이온을 보다 기울어진 궤적으로 홀 내에 입사시켜 홀 저부에 도달하는 이온량을 감소시키는 것이 유효하다는 것에 상도했다. 본 발명에서는, 이러한 지견을 기초로, 플라즈마 가스로서 종래부터 사용되고 있는 Ar 가스 대신에 Ar 가스보다 원자량이 큰 희가스, 즉 Kr 또는 Xe을 이용하는 것에 의해, 이온의 수평 방향의 운동 에너지를 크게 하여 이온을 보다 기울어진 궤적으로 홀 내에 입사되도록 한다. 이 점에 대하여 보다 자세히 설명한다. 보통, 성막시에 있어서의 원료 가스는, 성막 장치의 상부에 설치되어 있는 샤워 헤드로부터 공급되어 서셉터 밑의 배기구로부터 배기되고, 피처리 기판 표면의 가스 흐름은 피처리 기판에 대하여 평행하다. 플라즈마 중의 이온은, 이온 쉬스(sheath) 내에서 연직 방향으로 가속되어, 홀 밑바닥에 축적된다. 플라즈마를 구성하는 이온의 원자량이 큰 경우, 가스 흐름에 의한 이온의 피처리 기판에 평행한 성분의 운동 에너지가, 원자량이 작은 원소를 이용한 경우보다도 크다. 이 때문에, 이온 쉬스 내에서 수직 방향으로 가속된 경우에도, 이온은 보다 기울어진 궤적으로 홀 내에 입사하여 가게 되어, 홀 저부에 도달하는 이온의 양이 감소한다. 그 결과, 홀 저부에서의 전하의 축적을 감소시킬 수 있어, 전자 셰이딩 효과에 의한 차지업 손상을 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 is preferable to reduce the amount of ions that enter the hole with a more inclined trajectory and reach the bottom of the hole. It was considered valid. In the present invention, based on this knowledge, by using a rare gas having a larger atomic weight than Ar gas, that is, Kr or Xe, instead of Ar gas, which is conventionally used as plasma gas, the kinetic energy in the horizontal direction of the ions is increased to increase the ions. The inclined trajectory is to be incident in the hole. This point is explained in more detail. Usually, the raw material gas at the time of film-forming is supplied from the shower head provided in the upper part of the film-forming apparatus, and is exhausted from the exhaust port under a susceptor, and the gas flow on the surface of a to-be-processed substrate is parallel with respect to a to-be-processed substrate. Ions in the plasma are accelerated in the vertical direction in the ion sheath and accumulate at the bottom of the hole. When the atomic amount of ions constituting the plasma is large, the kinetic energy of a component parallel to the substrate to be processed by the ions by gas flow is larger than when an element having a small atomic amount is used. For this reason, even when accelerated in the vertical direction in the ion sheath, the ions enter the hole with a more inclined trajectory, and the amount of ions reaching the bottom of the hole decreases. As a result, the accumulation of charge at the hole bottom can be reduced, and charge-up damage due to the electron shading effect can be reduced.

이러한 수법으로 성막하는 경우에는, 종래의 조건과는 전혀 다른 조건으로 성막하게 되기 때문에, 막질 균일성이나 성막 속도 등이 종래보다도 뒤떨어질 수도 있다. 그러나, 차지업 손상을 저감 가능한 상기 조건에서 제 1 단계의 성막을 행하고, 전면에 Ti막이 형성되어 차지업 손상의 우려가 없어진 시점에서 종래의 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 이용한 제 2 단계의 성막을 행하도록 한다. 이에 의해, 제 1 단계의 성막에서의 결점을 최소한으로 하여 Ti막을 성막할 수 있다. In the case of forming a film by such a method, since the film is formed under conditions completely different from those of the conventional conditions, the film quality uniformity, the film forming speed, and the like may be inferior to the conventional one. However, the second step using the conventional TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas at the time when the film formation in the first step is performed under the above conditions capable of reducing the charge-up damage and there is no fear of charge-up damage due to the formation of the Ti film on the entire surface. The film formation of the stage is performed. As a result, the Ti film can be formed with minimum defects in the film formation in the first step.

도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 Ti막의 성막 방법의 실시에 이용하는 Ti막 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing which shows an example of the Ti film-forming apparatus used for implementation of the Ti film-forming method which concerns on one Embodiment of this 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 차지업 손상이 생기는 메커니즘을 설명하기 위한 도. 3 is a view for explaining a mechanism in which charge-up damage occurs due to the electronic shading effect.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태Best Mode for Carrying Out the Invention

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 구체적으로 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described concretely with reference to an accompanying drawing.

도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 Ti막의 성막 방법의 실시에 이용하는 Ti막 성막 장치의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 이 Ti막 성막 장치(100)는 평행 평판 전극에 고주파 전기장을 형성함으로써 플라즈마를 형성하면서 CVD 성막을 행하는 플라즈마 CVD 성막 장치로서 구성된다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing which shows an example of the Ti film-forming apparatus used for implementation of the Ti film-forming method which concerns on one Embodiment of this invention. This Ti film forming apparatus 100 is configured as a plasma CVD film forming apparatus which performs CVD film formation while forming plasma by forming a high frequency electric field in a parallel plate electrode.

이 Ti막 성막 장치(100)는, 대략 원통상의 챔버(1)를 갖고 있다. 챔버(1)의 내부에는, 피처리 기판인 웨이퍼(W)를 수평으로 지지하기 위한 서셉터(2)가 그 중앙 하부에 설치된 원통상의 지지 부재(3)에 의해 지지된 상태로 배치되어 있다. 서셉터(2)의 외연부에는 웨이퍼(W)를 가이드하기 위한 가이드 링(4)이 설치되어 있다. 또한, 서셉터(2)에는 히터(5)가 매입되어 있고, 이 히터(5)는 히터 전원(6)으로부터 급전(給電)됨으로써 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. 한편, 서셉터(2)는 세라믹스, 예컨대 AlN으로 구성할 수 있고, 이 경우에는, 세라믹스 히터가 구성된다. This Ti film forming apparatus 100 has a substantially cylindrical chamber 1. Inside the chamber 1, a susceptor 2 for horizontally supporting the wafer W as a substrate to be processed is arranged in a state supported by a cylindrical support member 3 provided below the center thereof. . At the outer edge of the susceptor 2, a guide ring 4 for guiding the wafer W is provided. In addition, a heater 5 is embedded in the susceptor 2, and the heater 5 is fed from the heater power supply 6 to heat the wafer W, which is the substrate to be processed, to a predetermined temperature. In the vicinity of the surface of the susceptor 2, an electrode 8 that functions as a lower electrode of the parallel plate electrode is embedded, and the electrode 8 is grounded. On the other hand, the susceptor 2 can be comprised with ceramics, for example, AlN, and in this case, a ceramic heater is comprised.

챔버(1)의 천벽(1a)에는, 절연 부재(9)를 통해서 평행 평판 전극의 상부 전극으로서도 기능하는 샤워 헤드(10)가 설치되어 있다. 이 샤워 헤드(10)는, 상단 블록체(10a), 중단 블록체(10b), 하단 블록체(10c)로 구성되어 있고, 대략 원반상을 하고 있다. 상단 블록체(10a)는, 중단 블록체(10b) 및 하단 블록체(10c)와 함께 샤워 헤드 본체부를 구성하는 수평부(10d)와 이 수평부(10d)의 외주 상방에 연속하는 환상 지지부(10e)를 갖고, 오목 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 이 환상 지지부(10e)에 의해 샤워 헤드(10) 전체가 지지되어 있다. 그리고, 하단 블록체(10c)에는 가스를 토출하는 토출 구멍(17과 18)이 교대로 형성되어 있다. 상단 블록체(10a)의 상면에는, 제 1 가스 도입구(11)와 제 2 가스 도입구(12)가 형성되어 있다. 상단 블록체(10a)의 안에서는, 제 1 가스 도입구(11)로부터 다수의 가스 통로(13)가 분기되어 있다. 중단 블록체(10b)에는 가스 통로(15)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(13)가 수평으로 연장되는 연통로(13a)를 통해서 이들 가스 통로(15)에 연통하여 있다. 또한 이 가스 통로(15)가 하단 블록체(10c)의 토출 구멍(17)에 연통하여 있다. 또한, 상단 블록체(10a)의 안에서는, 제 2 가스 도입구(12)로부터 다수의 가스 통로(14)가 분기되어 있다. 중단 블록체(10b)에는 가스 통로(16)가 형성되어 있고, 상기 가스 통로(14)가 이들 가스 통로(16)에 연통하여 있다. 또한 이 가스 통로(16)가 중단 블록체(10b) 내에 수평으로 연장되는 연통로(16a)에 접속되어 있고, 이 연통로(16a)가 하단 블록체(10c)의 다수의 토출 구멍(18)에 연통하여 있다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 가스 도입구(11, 12)는 가스 공급 기구(20)의 가스 라인에 접속되어 있다. In the top wall 1a of the chamber 1, the shower head 10 which functions also as an upper electrode of a parallel plate electrode is provided through the insulating member 9. As shown in FIG. This shower head 10 is comprised from the upper block body 10a, the interruption block body 10b, and the lower block body 10c, and is substantially disk-shaped. The upper block body 10a, together with the interruption block body 10b and the lower block body 10c, has a horizontal portion 10d constituting the shower head body portion and an annular support portion continuous on the outer circumference above the horizontal portion 10d ( 10e) and is formed in a concave shape. And the shower head 10 whole is supported by this annular support part 10e. In the lower block body 10c, discharge holes 17 and 18 for discharging gas are alternately formed. The first gas inlet 11 and the second gas inlet 12 are formed on the upper surface of the upper block body 10a. In the upper block body 10a, a plurality of gas passages 13 branch from the first gas inlet 11. The gas passage 15 is formed in the interruption block body 10b, and the gas passage 13 communicates with these gas passages 15 through a communication passage 13a extending horizontally. Moreover, this gas passage 15 communicates with the discharge hole 17 of the lower block body 10c. In addition, in the upper block body 10a, a plurality of gas passages 14 branch from the second gas inlet 12. The gas passage 16 is formed in the interruption block body 10b, and the gas passage 14 communicates with these gas passages 16. In addition, the gas passage 16 is connected to a communication path 16a extending horizontally in the interruption block body 10b, and this communication path 16a is a plurality of discharge holes 18 in the lower block body 10c. Are in communication with The first and second gas inlets 11 and 12 are connected to the gas line of the gas supply mechanism 20.

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 가스로서 Ar보다 원자량이 큰 희가스, 즉 Kr 가스 또는 Xe 가스를 공급하는 희가스 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 및 30b)이, TiCl4 가스 공급원(22)에는 TiCl4 가스 공급 라인(28)이, 희가스 공급원(23)에는 희가스 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 않았지만, N2 가스 공급원도 갖고 있다. 그리고, 각 가스 라인에는 매스 플로우 컨트롤러(32) 및 매스 플로우 컨트롤러(32)를 끼어 2개의 밸브(31)가 설치되어 있다. The gas supply mechanism 20 includes a ClF 3 gas supply source (21), Ti TiCl 4 gas supply source 22, the atomic weight than Ar as the plasma generation gas to the compound gas of TiCl supply 4 gas to supply ClF 3 gas of the cleaning gas Rare gas source 23 for supplying a large rare gas, that is, Kr gas or Xe gas, H 2 gas source 24 for supplying H 2 gas as reducing gas, and NH 3 gas source 25 for supplying NH 3 gas as nitride gas ) And, ClF 3 gas supply source 21, the ClF 3 gas supply line (27 and 30b) is, TiCl 4 gas supply source 22 is provided, the rare gas supply line TiCl 4 gas supply line 28 is, inert gas supply source 23 ( 29), the H 2 gas source 24 is provided with H 2 gas supply line 30 is, in the NH 3 gas supply line (30a NH 3 gas supply source 25) are connected, respectively. In addition, although not shown, also it has a N 2 gas supply source. Each gas line is provided with two valves 31 by sandwiching the mass flow controller 32 and the mass flow controller 32.

상기 제 1 가스 도입구(11)에는 TiCl4 가스 공급원(22)으로부터 연장되는 TiCl4 가스 공급 라인(28)이 접속되어 있고, 이 TiCl4 가스 공급 라인(28)에는 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 연장되는 ClF3 가스 공급 라인(27) 및 희가스 공급원(23)으로부터 연장되는 희가스 공급 라인(29)이 접속되어 있다. 또한, 상기 제 2 가스 도입구(12)에는 H2 가스 공급원(24)으로부터 연장되는 H2 가스 공급 라인(30)이 접속되어 있고, 이 H2 가스 공급 라인(30)에는, NH3 가스 공급원(25)으로부터 연장되는 NH3 가스 공급 라인(30a) 및 ClF3 가스 공급원(21)으로부터 연장되는 ClF3 가스 공급 라인(30b)이 접속되어 있다. 따라서, 프로세스시에는, TiCl4 가스 공급원(22)으로부터의 TiCl4 가스가 희가스 공급원(23)으로부터의 희가스와 함께 TiCl4 가스 공급 라인(28)을 통해서 샤워 헤드(10)의 제 1 가스 도입구(11)로부터 샤워 헤드(10) 내에 이르고, 가스 통로(13, 15)를 지나서 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 지나서 토출 구멍(18)으로부터 챔버(1) 내로 토출된다. 즉, 샤워 헤드(10)는 TiCl4 가스와 H2 가스가 완전히 독립적으로 챔버(1) 내에 공급되는 포스트믹스(post-mixing) 타입으로 되어 있고, 이들은 토출 후에 혼합되어 반응이 일어난다. 한편, 이것에 한하지 않고 TiCl4와 H2가 혼합된 상태로 이들을 챔버(1) 내에 공급하는 프리믹스(pre-mixing) 타입이더라도 좋다. Wherein 1 TiCl 4 the gas supply line 28 is connected, and the TiCl 4 gas supply line 28, the ClF 3 gas supply source (21) extending from the gas inlet 11, TiCl 4 gas supply source 22 The ClF 3 gas supply line 27 extending from and the rare gas supply line 29 extending from the rare gas supply source 23 are connected. Further, the second gas inlet (12) has a H 2 gas supply line 30 extending from the H 2 gas supply source 24 is connected, the H 2 gas supply line 30, NH 3 gas supply source there ClF 3 gas supply line (30b) extending from the NH 3 gas supply line (30a) and the ClF 3 gas supply source 21 is connected to and extending from (25). Thus, during the process, the first gas supply of the TiCl 4 gas supply source 22, a shower head (10) TiCl 4 gas through the TiCl 4 gas supply line 28 with a noble gas from the noble gas supply source (23) from the old reaches from 11 in the showerhead 10, the gas passage (13, 15) which after discharged into the discharge port chamber (1) (17) on the other hand, H 2 gas from the H 2 gas source 24 is H From the second gas inlet 12 of the shower head 10 through the two gas supply gas line 30 to the shower head 10, passing through the gas passages 14, 16 and from the discharge hole 18 to the chamber ( 1) is discharged into. That is, the shower head 10 is of a post-mixing type in which the TiCl 4 gas and the H 2 gas are completely independently supplied into the chamber 1, and they are mixed after discharge and reacted. On the other hand, the present invention is not limited to this, but may be a pre-mixing type for supplying them into the chamber 1 in a state where TiCl 4 and H 2 are mixed.

샤워 헤드(10)에는, 정합기(33)를 통해서 고주파 전원(34)이 접속되어 있고, 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 통해서 챔버(1) 내에 공급된 가스를 플라즈마화하여 성막 처리를 행한다. The high frequency power supply 34 is connected to the shower head 10 via the matching device 33, and high frequency power is supplied to the shower head 10 from the high frequency power supply 34. By supplying the high frequency power from the high frequency power supply 34, the gas supplied into the chamber 1 through the shower head 10 is converted into plasma to perform a film forming process.

또한, 샤워 헤드(10)의 상단 블록체(10a)의 수평부(10d)에는, 샤워 헤드(10)를 가열하기 위한 히터(45)가 설치되어 있다. 이 히터(45)에는 히터 전원(46)이 접속되어 있고, 히터 전원(46)으로부터 히터(45)로 급전함으로써 샤워 헤드(10)가 원하는 온도로 가열된다. 상단 블록체(10a)의 오목부에는 히터(45)에 의한 가열 효율을 높이기 위해서 단열 부재(47)가 설치되어 있다. In addition, 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 feeding power from the heater power source 46 to the heater 45. The heat insulation member 47 is provided in the recessed part of the upper block body 10a in order to raise the heating efficiency by the heater 45. As shown in FIG.

챔버(1)의 저벽(1b)의 중앙부에는 원형의 구멍(35)이 형성되어 있고, 저벽(1b)에는 이 구멍(35)을 덮도록 아래쪽을 향해 돌출하는 배기실(36)이 설치되어 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 가능해지고 있다. A circular hole 35 is formed in the center of the bottom wall 1b of the chamber 1, and an exhaust chamber 36 protruding downward to cover the hole 35 is provided in the bottom wall 1b. . An exhaust pipe 37 is connected to the side of the exhaust chamber 36, and an exhaust device 38 is connected to the exhaust pipe 37. By operating this exhaust device 38, the pressure in the chamber 1 can be reduced to a predetermined degree of vacuum.

서셉터(2)에는, 웨이퍼(W)를 지지하여 승강시키기 위한 3개(2개만 도시)의 웨이퍼 지지 핀(39)이 서셉터(2)의 표면에 대하여 돌몰(突沒) 가능하게 설치되고, 이들 웨이퍼 지지 핀(39)은 지지판(40)에 고정되어 있다. 그리고, 웨이퍼 지지 핀(39)은, 에어 실린더 등의 구동 기구(41)에 의해 지지판(40)을 통해서 승강된다.In the susceptor 2, three (only two) wafer support pins 39 for supporting and elevating the wafer W are provided so as to be capable of being driven against the surface of the susceptor 2. These wafer support pins 39 are fixed to the support plate 40. And the wafer support pin 39 is lifted up and down via the support plate 40 by the drive mechanism 41, such as an air cylinder.

챔버(1)의 측벽에는, 챔버(1)와 인접하여 설치된 도시하지 않은 웨이퍼 반송실과의 사이에서 웨이퍼(W)의 반입출(搬入出)을 하기 위한 반입출구(42)와, 이 반입출구(42)를 개폐하는 게이트 밸브(43)가 설치되어 있다. On the sidewall of the chamber 1, a carry-in and outlet 42 for carrying in and out of the wafer W between the chamber 1 and a wafer transfer chamber (not shown) provided adjacent to the chamber 1, The gate valve 43 which opens and closes 42 is provided.

Ti막 성막 장치(100)의 구성부는, 컴퓨터로 이루어진 제어부(50)에 접속되어 제어되는 구성으로 되어 있다. 또한, 제어부(50)에는, 공정 관리자가 Ti막 성막 장치(100)를 관리하기 위해서 커맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, Ti막 성막 장치(100)의 가동 상황을 가시화하고 표시하는 디스플레이 등으로 이루어진 유저 인터페이스(51)가 접속되어 있다. 또한, 제어부(50)에는, Ti막 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 제어부(50)의 제어로써 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 응하여 Ti막 성막 장치(100)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 레서피(recipe)가 격납된 기억부(52)가 접속되어 있다. 레서피는 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있더라도 좋고, CDROM, DVD 등의 운반가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(52)의 소정 위치에 세팅되게 되어 있더라도 좋다. 또한, 다른 장치로부터, 예컨대 전용 회선을 통해서 레서피를 적절히 전송시키도록 하여도 좋다. 그리고, 필요에 따라, 유저 인터페이스(51)로부터의 지시 등으로써 임의의 레서피를 기억부(52)로부터 호출하여 제어부(50)에 실행시킴으로써 제어부(50)의 제어하에서, Ti막 성막 장치(100)에서의 원하는 처리가 행하여진다. The component part of the Ti film-forming apparatus 100 is connected to the control part 50 which consists of computers, and is controlled. The control unit 50 includes a keyboard for performing a command input operation or the like for the process manager to manage the Ti film forming apparatus 100, a display for visualizing and displaying the operation status of the Ti film forming apparatus 100. The made user interface 51 is connected. In addition, the control part 50 is a control program for realizing various processes performed by the Ti film-forming apparatus 100 by the control of the control part 50, and each structural part of the Ti film-forming apparatus 100 according to process conditions. Is connected to a program for executing a process, that is, a storage unit 52 in which a recipe is stored. The recipe may be stored in a hard disk or a semiconductor memory, or may be set in a predetermined position of the storage unit 52 in a state accommodated in a portable storage medium such as a CDROM or a DVD. In addition, the recipe may be appropriately transmitted from another apparatus, for example, via a dedicated line. Then, if necessary, the Ti film deposition apparatus 100 is controlled under the control of the control unit 50 by calling an arbitrary recipe from the storage unit 52 and executing the control unit 50 by an instruction from the user interface 51 or the like. The desired processing in is performed.

다음으로, 이상과 같은 Ti막 성막 장치(100)에 있어서의 본 실시형태에 따른 Ti막 성막 방법에 대하여 설명한다. Next, the Ti film-forming method which concerns on this embodiment in the above-mentioned Ti film-forming apparatus 100 is demonstrated.

본 실시형태에 있어서는, Ti막을 성막하는 대상인 반도체 웨이퍼(W)로서, 예컨대 도 2에 나타내는 구조의 것을 이용한다. 즉, 실리콘 기판(101) 위에 게이트 절연막(102)을 통해서 게이트 전극(103)이 형성되고, 그 주위 및 위에 층간 절연막(104) 및 금속 배선층(105)이 형성되고, 금속 배선층(105)과 게이트 전극(103)이 매입 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, as the semiconductor wafer W which is a target for forming a Ti film, for example, one having a structure shown in FIG. 2 is used. That is, the gate electrode 103 is formed on the silicon substrate 101 through the gate insulating film 102, and 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 are formed. The electrode 103 is connected by the embedding wiring 106. In addition, an interlayer insulating film 108 having a via hole 107 is formed on the metal wiring layer 105. In addition, a trench 109 is formed in the interlayer insulating film 104.

이러한 구조의 웨이퍼(W)에 Ti막을 형성하기 위해서는, 우선, 챔버(1) 내를 게이트 밸브(43)를 통해서 접속되어 있는 외부 분위기와 같이 조정한 후, 게이트 밸브(43)를 열어서, 진공 상태의 도시하지 않은 웨이퍼 반송실로부터 반입출구(42)를 통해서 상기 구조를 갖는 웨이퍼(W)를 챔버(1) 내로 반입한다. 그리고, 챔버(1) 내에 희가스를 공급하면서 웨이퍼(W)를 예비 가열한다. 웨이퍼(W)의 온도가 거의 안정된 시점에서, 희가스, H2 가스 및 TiCl4 가스를 도시하지 않은 프리플로우(pre-flow) 라인에 소정 유량으로 흐르게 하여 프리플로우를 행한다. 그리고, 가스 유량 및 압력을 같게 유지한 채로 성막용의 라인으로 바꾸어, 이들 가스를 샤워 헤드(10)를 통해서 챔버(1) 내로 도입한다. 이 때, 샤워 헤드(10)에는 고주파 전원(34)으로부터 고주파 전력이 인가되고, 이것에 의해 챔버(1) 내에 도입된 희가스, 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 the Ti film on the wafer W having such a structure, first, the chamber 1 is adjusted in the same manner as in the external atmosphere connected through the gate valve 43, and then the gate valve 43 is opened to obtain a vacuum state. The wafer W having the above structure is carried into the chamber 1 from the wafer transfer chamber (not shown) via the inlet and outlet 42. Then, the wafer W is preheated while the rare gas is supplied into the chamber 1. When the temperature of the wafer W is almost stable, the pre-flow is performed by flowing the rare gas, the H 2 gas, and the TiCl 4 gas at a predetermined flow rate into a pre-flow line (not shown). Then, the gas flow is changed into a 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, the high frequency power is applied from the high frequency power source 34 to the shower head 10, whereby the rare gas, H 2 gas, and TiCl 4 gas introduced into the chamber 1 are converted into plasma. Then, the plasmaized gas reacts on the wafer W heated by the heater 5 to a predetermined temperature, and Ti is deposited on the wafer W.

이렇게 하여 플라즈마의 존재하에서 CVD에 의해 Ti막을 성막하는 경우에는, 종래에는 Ti막의 막질(전기 특성), 성막 속도 및 막 두께의 균일성 등을 고려하여 처리 조건을 결정하였다. 그러나, 최근에는 디바이스의 미세화에 따라 홀의 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 어스펙트비가 10 이상인 스펙(specification)이 요구되게 되어, 종래의 조건으로는 차지업 손상이 생기기 쉬움이 판명되었다. In this way, when the Ti film is formed by CVD in the presence of plasma, the processing conditions are conventionally determined in consideration of the film quality (electrical characteristic), the film formation speed, the uniformity of the film thickness, and the like of the Ti film. However, in recent years, specification of a hole having a hole diameter of 0.13 µm or less and / or an aspect ratio of 10 or more has been required as the device has been miniaturized, and it has been found that charge-up damage is likely to occur under conventional conditions.

차지업 손상이 생기는 메커니즘에 대하여 도 3을 참조하면서 설명한다. 우선, 플라즈마가 생성되면, 웨이퍼(W) 표면은 음으로 대전되고, 플라즈마(P)와 실리콘 기판(101) 사이에는 전위차(Vpp)가 발생하여, 플라즈마와 웨이퍼(W) 사이에는 이온 쉬스(S)가 형성된다. 본질적으로, 전자(e)는 가볍기 때문에 움직임이 활발하여 등방적인 운동을 하기 쉽고, 이온(i)은 무거워 움직임이 둔하므로 이방적인 운동을 하기 쉽다. 따라서, 전위차(Vpp)(플라즈마 전위)의 전기장이 생기고 있는 이온 쉬스(S)에서는, 전자(e)는 가로 방향의 운동량이 많은 등방적인 움직임을 하고, 이온(i)은 이온 쉬스(S)의 전기장 방향에 따라 웨이퍼(W)로 향하는 이방성이 높은 움직임을 한다. 따라서, 개구 직경이 작고 어스펙트비가 큰 비어홀(107)에서는, 전자(e)는 그 저부에 도달하기 어렵게 되지만, 이온(i)은 이온 쉬스(S)에 의해서 가속되어 홀의 밑바닥에 도달하기 때문에, 비어홀(107)의 저부가 양으로 대전된다(전자 셰이딩 효과). 한편, 트렌치(109)는 폭이 넓기 때문에, 등방적으로 연동하는 전자(e)도 용이하게 그 저부에 도달한다. 이 때문에, 비어홀(107)의 저부와 트렌치(109)의 저부 사이에 전위차가 생겨, 게이트 절연막(102)에 전기장이 발생한다. 비어홀(107)의 개구 직경이 작고 어스펙트비가 클수록 이러한 현상은 현저하여, 비어홀(107)의 저부와 트렌치(109)의 저부 사이의 전위차가 커지므로, 게이트 절연막(102)에는 강한 전기장이 걸려, 게이트 절연막(102)에 절연 파괴가 생겨 소자가 파괴되는 경우가 생긴다(차지업 손상). 이러한 차지업 손상은 종래에는 거의 생기지 않았지만, 홀의 개구 직경이 0.13㎛ 이하 및/또는 어스펙트비가 10 이상으로 됨으로써, 무시할 수 없을 정도로 생기게 되어 왔다. The mechanism by 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, and a potential difference Vpp occurs between the plasma P and the silicon substrate 101, and an ion sheath S between the plasma and the wafer W is generated. ) Is formed. In essence, the electrons (e) are light and therefore easy to move isotropically because of their movement, while the ions (i) are heavy and dull. Therefore, in the ion sheath S in which the electric field of the potential difference Vpp (plasma potential) is generated, the electron e performs an isotropic movement with a large amount of momentum in the lateral direction, and the ion i is the ion sheath S. Anisotropic movement toward the wafer W is performed along the electric field direction. Therefore, in the via hole 107 having a small opening diameter and a large aspect ratio, the electrons e are hard to reach the bottom, but since the ions i are accelerated by the ion sheath S and reach the bottom of the holes, The bottom of the via hole 107 is positively charged (electron shading effect). On the other hand, since the trench 109 is wide, the electrons e that isotropically interlock easily reach the bottom thereof. For this reason, a potential difference occurs 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, this phenomenon is more remarkable, and the electric potential difference between the bottom of the via hole 107 and the bottom of the trench 109 increases, so that a strong electric field is applied to the gate insulating film 102. Insulation breakage may occur in the gate insulating film 102 to cause the element to break down (charge-up damage). Such charge-up damage has hardly occurred in the past, but it has been caused to be negligible because the hole diameter of the hole is 0.13 µm or less and / or the aspect ratio is 10 or more.

본 발명자들은, 이러한 차지업 손상을 효과적으로 해소하는 수법에 대하여 검토를 거듭한 결과, 이온을 보다 기울어진 궤적으로 홀 내에 입사시켜 홀 저부에 도달하는 이온량을 감소시키는 것이 유효함을 발견했다. 그리고, 그것을 위해서는 플라즈마 가스로서 종래부터 사용되고 있는 Ar 가스 대신에 Ar 가스보다 원자량이 큰 희가스, 즉 Kr 또는 Xe을 이용하는 것이 유효함을 알아냈다. 성막시에 있어서의 원료 가스는, 샤워 헤드(10)로부터 공급되어 서셉터(2)의 아래 쪽의 배기관(37)으로부터 배기되고, 웨이퍼(W) 표면의 가스 흐름은 웨이퍼(W)에 대하여 평행하다. 플라즈마 중의 이온은, 이온 쉬스 내에서 연직 방향으로 가속되어, 홀(비어홀(107)) 밑바닥에 축적된다. 플라즈마를 구성하는 이온의 원자량이 큰 경우, 가스 흐름에 의한 이온의 웨이퍼(W)에 평행한 성분의 운동 에너지가, 원자량이 작은 원소를 이용한 경우보다도 크다. 이 때문에, 이온 쉬스 내에서 수직 방향으로 가속된 경우에도, 이온은 보다 기울어진 궤적으로 홀 내에 입사하여 가게 되어, 홀 저부에 도달하는 이온의 양이 감소한다. 그 결과, 홀 저부에서의 전하의 축적을 감소시킬 수 있어, 전자 셰이딩 효과에 의한 차지업 손상을 저감할 수 있다. As a result of extensive studies on a method of effectively eliminating such charge-up damage, the inventors have found that it is effective to reduce the amount of ions that enter ions into the holes with more inclined trajectories and reach the bottom of the holes. For this purpose, it was 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 the plasma gas. The raw material gas at the time of film formation is supplied from the shower head 10, and is 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. Do. Ions in the plasma are accelerated in the vertical direction in the ion sheath and accumulate at the bottom of the hole (via hole 107). When the atomic amount of ions constituting the plasma is large, the kinetic energy of a component parallel to the wafer W of ions due to the gas flow is larger than when an element having a small atomic amount is used. For this reason, even when accelerated in the vertical direction in the ion sheath, the ions enter the hole with a more inclined trajectory, and the amount of ions reaching the bottom of the hole decreases. As a result, the accumulation of charge at the hole bottom can be reduced, and charge-up damage due to the electron shading effect can be reduced.

본 실시형태에 있어서의 프로세스 조건은, 통상의 플라즈마 CVD에 의한 Ti막의 성막 조건에 준한 조건으로 실시되고, 이하에 나타내는 조건이 예시된다. Process conditions in this embodiment are implemented on the conditions corresponding to the film-forming conditions of the Ti film by normal plasma CVD, and the conditions shown below are illustrated.

고주파 전력의 주파수: 300kHz 내지 27MHz Frequency of high frequency power: 300kHz to 27MHz

고주파 전력의 파워: 200 내지 1500W High frequency power power: 200 to 1500 W

서셉터 온도: 300 내지 650℃Susceptor temperature: 300-650 ° C

TiCl4 가스 유량: 12 내지 20mL/min(sccm) TiCl 4 gas flow rate: 12-20 mL / min (sccm)

H2 가스 유량: 1000 내지 5000mL/min(sccm)H 2 gas flow rate: 1000 to 5000 mL / min (sccm)

희가스(Kr 또는 Xe) 유량: 2000mL/min(sccm) 이하, 바람직하게는 800 내지 2000mL/min(sccm)(가스 분압으로 18.28 내지 885.13Pa에 상당함)Rare gas (Kr or Xe) flow rate: 2000 mL / min (sccm) or less, preferably 800 to 2000 mL / min (sccm) (equivalent to 18.28 to 885.13 Pa at gas partial pressure)

챔버내 압력: 133 내지 1333Pa(1 내지 10Torr)Pressure in chamber: 133 to 1333 Pa (1 to 10 Torr)

한편, Ti막 성막의 시간은, 얻고자 하는 막 두께에 따라 적절히 설정된다. On the other hand, the time of Ti film film-forming is suitably set according to the film thickness to obtain.

이상과 같이 하여 Ti막의 성막을 행한 후, 필요에 따라 Ti막의 질화 처리를 실시할 수도 있다. 이 질화 처리에서는, 상기 Ti 퇴적 공정의 종료 후, TiCl4 가스를 정지하여, H2 가스 및 희가스를 흐르게 한 채로의 상태로 하고, 챔버(1) 내를 적절한 온도로 가열하면서, 질화 가스로서 NH3 가스를 흐르게 한다. 이와 함께, 고주파 전원(34)으로부터 샤워 헤드(40)에 고주파 전력을 인가하여 처리 가스를 플라즈마화하여, 플라즈마화한 처리 가스에 의해 웨이퍼(W)에 성막한 Ti 박막의 표면을 질화한다. 이 경우에, Ar 가스 라인을 따로 설치하여 희가스로서 Ar 가스를 이용함으로써, 종래와 같은 조건에서 질화 처리가 가능하지만, Ar 가스보다 원자량이 큰 희가스인 Kr 가스 또는 Xe 가스를 그대로 사용할 수도 있다. After the Ti film is formed as described above, the Ti film may be nitrided as necessary. In this nitriding treatment, after completion of the Ti deposition process, the TiCl 4 gas is stopped and H 2 gas and rare gas are allowed to flow, and the inside of the chamber 1 is heated to an appropriate temperature while NH is nitrided. 3 Let the gas flow. At the same time, the high frequency power is applied from the high frequency power supply 34 to the shower head 40 to make the processing gas into plasma, and the surface of the Ti thin film formed on the wafer W by the plasma processing gas is nitrided. In this case, by arranging the Ar gas line separately and using Ar gas as the rare gas, nitriding can be performed under the same conditions as in the prior art. However, Kr gas or Xe gas, which is a rare gas having a larger atomic weight than Ar gas, can be used as it is.

한편, Ti 성막 공정에 있어서, 콘택트홀이나 비어홀의 측벽에 Ti막이 퇴적되지 않을 수 있는데, 이 경우에는 홀 상부와 홀 저부에서 도통이 얻어지지 않기 때문에, Ar 가스를 이용한 질화 처리에서는 차지업 손상이 발생할 수 있다. 따라서, 질화 처리시의 차지업 손상을 억제하는 관점에서는, Ti막 성막의 경우와 같이 Ar 가스보다 원자량이 큰 희가스인 Kr 가스 또는 Xe 가스를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 완전히 차지업 손상을 방지하기 위해서는, 플라즈마를 생성하지 않고서 질화 처리를 하는 것이 바람직하다. On the other hand, in the Ti film forming process, the Ti film may not be deposited on the sidewalls of the contact hole or the via hole. In this case, since no conduction is obtained at the upper part of the hole and the lower part of the hole, the charge-up damage may occur in the nitriding treatment using Ar gas. May occur. Therefore, from the viewpoint of suppressing the charge-up damage during nitriding treatment, it is preferable to use Kr gas or Xe gas, which is a rare gas having a larger atomic weight than Ar gas as in the case of Ti film deposition. In addition, in order to completely prevent charge-up damage, it is preferable to perform nitriding without generating plasma.

희가스로서 Ar 가스를 이용했을 때의 질화 처리의 바람직한 조건은, 이하와 같다. Preferable conditions of the nitriding treatment when Ar gas is used as the rare gas are as follows.

고주파 전력의 주파수: 300kHz 내지 27MHz Frequency of high frequency power: 300kHz to 27MHz

고주파 파워: 200 내지 1500W High Frequency Power: 200-1500 W

서셉터 온도: 300 내지 650℃Susceptor temperature: 300-650 ° C

Ar 가스 유량: 2000mL/min(sccm) 이하, 바람직하게는 800 내지 2000mL/min(sccm) Ar gas flow rate: 2000 mL / min (sccm) or less, preferably 800 to 2000 mL / min (sccm)

H2 가스 유량: 1500 내지 4500mL/min(sccm) H 2 gas flow rate: 1500 to 4500 mL / min (sccm)

NH3 가스 유량: 500 내지 2000mL/min(sccm)NH 3 gas flow rate: 500-2000 mL / min (sccm)

챔버내 압력: 133 내지 1333Pa(1 내지 10Torr) Pressure in chamber: 133 to 1333 Pa (1 to 10 Torr)

Ar 가스보다 원자량이 큰 희가스를 이용한 경우에도, 이것에 준한 조건을 채용할 수 있다. 이 경우에, 희가스(Kr 또는 Xe) 유량은, 2000mL/min(sccm) 이하가 바람직하고, 더 바람직하게는 800 내지 2000mL/min(sccm)(가스 분압으로 14.58 내지 666.50Pa에 상당함)이다. Even when a rare gas having a larger atomic weight than that of Ar gas is used, the 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, and more preferably 800 to 2000 mL / min (sccm) (corresponding to 14.58 to 666.50 Pa in gas partial pressure).

한편, 이 공정은 필수적이지 않지만, Ti막의 산화 방지 등의 관점에서 실시하는 것이 바람직하다. On the other hand, this step is not essential, but is preferably performed from the viewpoint of preventing oxidation of the Ti film.

Ti막 성막 후 또는 질화 처리 후, 챔버(1) 내를 게이트 밸브(43)를 통해서 접속되어 있는 외부 분위기와 같이 조정한 후, 게이트 밸브(43)를 열어서, 반입출구(42)를 통해서 도시하지 않은 웨이퍼 반송실로 웨이퍼(W)를 반출한다. After the Ti film formation or after the nitriding treatment, the chamber 1 is adjusted in the same manner as in the external atmosphere connected through the gate valve 43, and then the gate valve 43 is opened and not shown through the inlet and outlet 42. The wafer W is carried out to the unused wafer transfer chamber.

이렇게 하여, Ti막의 성막 및 필요에 따라 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(27b)을 통해서 ClF3 가스를 도입하고, 샤워 헤드(10)를 적당한 온도로 가열하면서 드라이 클리닝을 하는 것에 의해 행한다. In this way, after forming the Ti film and performing a nitriding treatment on a predetermined number of wafers as necessary, the chamber 1 is cleaned. This process is, in a state that is not a wafer present in the chamber (1), ClF 3 gas supply line (27b) introduced into the ClF 3 gas, and the shower head through from the ClF 3 gas supply source 21 into the chamber 1 ( 10) is carried out by dry cleaning while heating to an appropriate temperature.

그런데, 상기 Ti막의 성막 조건은, 전자 셰이딩 효과에 의한 소자의 차지업 손상을 저감하기 위해서, 종래의 조건과는 전혀 다르고, 그 때문에, 막질 균일성이나 성막 속도 등이 종래보다도 뒤떨어질 수 있다. 이러한 결점을 극력 억제하는 관점에서는, 도 1의 장치에 있어서, 희가스 공급원(23)에 더하여 Ar 가스 공급원 및 배관을 설치하여, 제 1 단계로서, 상기 차지업 손상이 생기기 어려운 조건에서 Ti막을 성막하고, 차지업 손상이 생길 우려가 없어졌을 때에, 종래의 TiCl4 가스, H2 가스, Ar 가스를 이용한 막질 균일성이나 성막 속도 등이 양호하게 되는 조건으로 바꾸어 제 2 단계의 성막을 하는 것이 바람직하다. 차지업 손상은, Ti막이 웨이퍼 전면에 형성된 후에는 생기지 않기 때문에, Ti막이 웨이퍼 전면에 형성된 시점에서 제 2 단계의 성막 조건으로 바꾸면 좋다. 이에 의해, 차지업 손상이 생기기 어려운 막질 균일성이 낮은 조건에서의 성막을 최소한으로 하여 극력 막질 균일성이나 성막 속도 등이 양호하게 되는 조건에서 성막 처리를 할 수 있다. 이 제 2 단계의 조건에서는, TiCl4 가스 유량: 12 내지 20mL/min(sccm), H2 가스 유량: 1000 내지 5000mL/min(sccm), Ar 가스 유량: 1600 내지 2000mL/min(sccm)이 바람직하다. By the way, the film forming 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 electron shading effect, and therefore, the film quality uniformity, the film forming speed, and the like may be inferior to the conventional ones. In view of suppressing such defects as much as possible, in the apparatus of FIG. 1, an Ar gas supply source and a pipe are provided in addition to the rare gas supply source 23, and as a first step, a Ti film is formed under conditions where the charge up damage is unlikely to occur. When the charge-up damage is eliminated, it is preferable to perform the second step film formation under conditions such that the film uniformity and film formation speed using the conventional TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas are good. . Since the charge-up damage does not occur after the Ti film is formed on the entire surface of the wafer, the charge up damage may be changed to the film forming conditions of the second stage 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 by which film-forming uniformity, film-forming speed | rate, etc. are favorable with the minimum film-forming uniformity which is hard to generate | occur | produce charge up damage, and becomes favorable. Under the conditions of this second stage, TiCl 4 gas flow rate: 12-20 mL / min (sccm), H 2 gas flow rate: 1000-5000 mL / min (sccm), Ar gas flow rate: 1600-2000 mL / min (sccm) is preferable. Do.

한편, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지로 변형 가능하다. 예컨대, 상기 실시형태에서는 TiCl4 가스와 H2 가스와 희가스를 동시에 공급하여 플라즈마 CVD를 행한 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, TiCl4 가스와 H2 가스와 희가스를 공급하는 제 1 단계와, H2 가스와 희가스를 공급하는 제 2 단계를 교대로 행하는 SFD 프로세스를 사용할 수도 있다. 대신에, TiCl4 가스와 희가스를 공급하는 제 1 단계와, H2 가스와 희가스를 공급하는 제 2 단계를 교대로 행하는 ALD 프로세스를 사용할 수도 있다. ALD 프로세스에서는 제 2 단계만 플라즈마를 생성하도록 할 수도 있다. 또한, 피처리 기판으로서는, 반도체 웨이퍼에 한하지 않고 예컨대 액정 표시 장치(LCD)용 기판 등의 다른 것이더라도 좋다. In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can variously deform. For example, the above embodiment has been described with respect to a case by supplying TiCl 4 gas and H 2 gas and the inert gas at the same time subjected to the plasma CVD, the present invention is not limited thereto. For example, an SFD process may be used in which the first step of supplying TiCl 4 gas, H 2 gas and rare gas and the second step of supplying H 2 gas and rare gas are alternately performed. Alternatively, an ALD process may be used in which the first step of supplying TiCl 4 gas and rare gas and the second step of supplying H 2 gas and rare gas are alternately performed. In the ALD process, only the second step may be generated. 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 발명은, 피처리 기판의 표면에 Ti막을 성막하는 Ti막의 성막 방법에 적용 가능하다. INDUSTRIAL APPLICABILITY 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)

한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하, 어스펙트비가 10 이상 또는 이들 둘 다를 만족시키는 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하는 공정, Disposing a substrate to be processed having a hole having an opening diameter of 0.13 µm or less, an aspect ratio of 10 or more, or both, in a chamber having a pair of parallel plate electrodes; TiCl4 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극의 적어도 한편에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하는 공정, 및 Supplying a high frequency power to at least one of the parallel plate electrodes while introducing a processing gas containing a TiCl 4 gas to form a plasma therebetween, and 상기 홀의 저부에 도달하는 상기 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 상기 피처리 기판에 Ti막을 성막하는 공정Promoting a reaction of the processing gas by the plasma reaching the bottom of the hole to form a Ti film on the substrate to be processed 을 구비하는 Ti막의 성막 방법으로서, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스보다 원자량이 큰 희가스를 도입하여 상기 플라즈마가 형성되었을 때의 상기 홀의 저부에 도달하는 이온량을 저감하면서 Ti막을 성막하는, A method of forming a Ti film, 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 a Ti film while reducing the amount of ions reaching the bottom of the hole when the plasma is formed. doing, Ti막의 성막 방법. Formation method of Ti film. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, Ti막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스 및 H2 가스 및 Ar보다 원자량이 큰 희가스를 도입하여 플라즈마의 존재 하에서 Ti막 표면의 질화 처리를 행하는 Ti막의 성막 방법. A method of forming a Ti film after nitriding the surface of the Ti film in the presence of plasma by introducing a NH 3 gas, a H 2 gas, and a rare gas having a larger atomic weight than Ar as a processing gas. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 질화 처리에 있어서, Ar보다 원자량이 큰 희가스의 유량이 800 내지 2000mL/min(sccm) 또는 가스 분압이 14.58 내지 666.50Pa인 Ti막의 성막 방법. In the nitriding treatment, a Ti film-forming method having a flow rate of a rare gas having an atomic weight greater than Ar is 800 to 2000 mL / min (sccm) or a gas partial pressure of 14.58 to 666.50 Pa. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, Ti막 성막 후, 처리 가스로서 NH3 가스, H2 가스, 및 Ar보다 원자량이 큰 희가스 또는 Ar 가스를 도입하여 플라즈마를 존재시키지 않고서 Ti막 표면의 질화 처리를 행하는 Ti막의 성막 방법. A method of forming a Ti film after nitriding the surface of the Ti film without introducing a plasma by introducing a NH 3 gas, an H 2 gas, and a rare gas or an Ar gas having a larger atomic weight than Ar as a processing gas. 한 쌍의 평행 평판 전극을 갖는 챔버 내에, 개구 직경이 0.13㎛ 이하, 어스펙트비가 10 이상 또는 이들 둘 다를 만족시키는 홀을 갖는 피처리 기판을 배치하는 공정, Disposing a substrate to be processed having a hole having an opening diameter of 0.13 µm or less, an aspect ratio of 10 or more, or both, in a chamber having a pair of parallel plate electrodes; TiCl4 가스를 포함하는 처리 가스를 도입하면서 상기 평행 평판 전극의 적어도 한편에 고주파 전력을 공급하여 이들 사이에 플라즈마를 형성하는 공정, 및 Supplying a high frequency power to at least one of the parallel plate electrodes while introducing a processing gas containing a TiCl 4 gas to form a plasma therebetween, and 상기 홀의 저부에 도달하는 상기 플라즈마에 의해 상기 처리 가스의 반응을 촉진하여 상기 피처리 기판에 Ti막을 성막하는 공정Promoting a reaction of the processing gas by the plasma reaching the bottom of the hole to form a Ti film on the substrate to be processed 을 구비하는 Ti막의 성막 방법으로서, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스보다 원자량이 큰 희가스를 도입하여 상기 플라즈마가 형성되었을 때의 상기 홀의 저부에 도달하는 이온량을 저감하면서 제 1 단계의 성막을 행하고, 제 1 단계의 성막에 의해 피처리체의 전면에 Ti막이 성막된 시점에서, 처리 가스로서 TiCl4 가스 및 H2 가스 및 Ar 가스를 도입하여 제 2 단계의 성막을 행하여 Ti막을 성막하는, A method of forming a Ti film comprising: a first step in which a rare gas having an atomic amount greater than TiCl 4 gas, H 2 gas, and Ar gas is introduced as a processing gas to reduce the amount of ions reaching the bottom of the hole when the plasma is formed; Is formed, and when the Ti film is formed on the entire surface of the object by the first step, the Ti film is formed by introducing TiCl 4 gas, H 2 gas and Ar gas as the processing gas to form the second step. doing, Ti막의 성막 방법. Formation method of Ti film. 컴퓨터 상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서, A computer-readable storage medium storing a control program running on a computer, 상기 제어 프로그램은, 실행시에 제 1 항에 기재된 방법이 실시되도록 성막 장치를 제어시키는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체. The control program is a computer readable storage medium which controls the film formation apparatus so that the method according to claim 1 is executed at the time of execution. 컴퓨터 상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서, A computer-readable storage medium storing a control program running on a computer, 상기 제어 프로그램은, 실행시에 제 5 항에 기재된 방법이 실시되도록 성막 장치를 제어시키는 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체. The control program is a computer readable storage medium which controls the film formation apparatus so that the method according to claim 5 is executed at the time of execution.
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