KR101290957B1 - Film formation method and film formation apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 반응 율속 영역에서 성막 반응을 일으키게 함으로써, 어스펙트비가 큰 콘택트 홀이라도, 보다 얇고 커버리지가 양호한 티탄막을 성막하여, 콘택트 홀의 저항을 저감시키는 것이다.
기판(W)을 적재하는 서셉터(112)와, 처리 가스를 처리실(111) 내에 공급하는 샤워 헤드(120)와, 플라즈마를 생성하기 위한 고주파를 소정의 파워로 샤워 헤드에 공급하는 고주파 전원(143)과, 처리실 내를 배기하여 소정의 압력으로 감압하는 배기 장치(152)와, 티탄막의 성막 처리에 적용하려고 하는 성막 가스의 유량이, 성막 처리의 반응 율속 영역에 들어가도록, 환원 가스의 유량, 처리실 내의 압력, 고주파 파워 중 어느 하나를 바꿈으로써, 상기 반응 율속 영역을 제어하는 제어부(190)를 설치하였다.An object of the present invention is to cause a film formation reaction in a reaction rate region, so that even a contact hole having a large aspect ratio is formed into a thinner and better coverage titanium film, thereby reducing the resistance of the contact hole.
A high frequency power supply for supplying the susceptor 112 for loading the substrate W, the shower head 120 for supplying the processing gas into the process chamber 111, and the high frequency for generating plasma to the shower head at a predetermined power ( 143, the exhaust device 152 which exhausts the inside of the processing chamber and reduces the pressure to a predetermined pressure, and the flow rate of the reducing gas so that the flow rate of the film forming gas to be applied to the film forming process of the titanium film enters the reaction rate rate region of the film forming process. The controller 190 which controls the reaction rate region by changing any one of pressure in the processing chamber and high frequency power was provided.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼, FPD(Flat Panel Display) 기판, 액정 기판, 태양 전지용 기판 등의 피처리 기판 상에 소정의 막을 성막하는 성막 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming method and a film forming apparatus for depositing a predetermined film on a substrate to be processed, such as a semiconductor wafer, a flat panel display (FPD) substrate, a liquid crystal substrate, or a solar cell substrate.
CMOS 트랜지스터 등의 반도체 디바이스에서는 배선층과 기판, 배선층과 배선층 등의 접속 구조를 갖는다. 구체적으로는, 예를 들어 도 17에 도시한 바와 같이, Si 기판(Si 웨이퍼)의 p/n 불순물 확산층(확산층)(10)과 제1 배선 사이에는 콘택트 홀(20)이 형성되고, 제1 배선과 제2 배선 사이에는 비어 홀(30)이 형성된다. 이와 같은 콘택트 홀(20) 및 비어 홀(30)에는 텅스텐이나 구리 등의 금속이 매립되어, Si 기판이나 배선층이 전기적으로 접속된다. 최근에는, 이 금속의 매립에 앞서, 콘택트 홀(20) 및 비어 홀(30)에 Ti/TiN 적층막 등의 배리어층을 성막하여, 배리어층(22, 32)이 형성된다.A semiconductor device such as a CMOS transistor has a connection structure such as a wiring layer and a substrate, and a wiring layer and a wiring layer. Specifically, for example, as shown in FIG. 17, a
종래, 이와 같은 Ti막이나 TiN막의 형성에는 물리적 증착(PVD)법이 사용되어 왔다. 그런데, 반도체 디바이스의 미세화 및 고집적화가 진행된 현재에 있어서는, 콘택트 홀이나 비어 홀의 어스펙트비(구경과 깊이의 비)가 극히 크게 되어 있다. 이로 인해, 배리어층의 형성에는 스텝 커버리지가 양호한 화학적 증착(CVD)법이 많이 채용되고 있다.Conventionally, physical vapor deposition (PVD) has been used to form such a Ti film or a TiN film. By the way, in the present time of miniaturization and high integration of a semiconductor device, the aspect ratio (ratio of a diameter and a depth) of a contact hole and a via hole becomes extremely large. For this reason, the chemical vapor deposition (CVD) method with favorable step coverage is employ | adopted for formation of a barrier layer.
그런데, 확산층(10)과 콘택트 홀(20) 내의 금속의 콘택트 저항을 내리기 위해서는, 예를 들어 배리어층(22)과 확산층(10) 사이에 TiSix막(티탄실리사이드막) 등의 합금층(12)을 개재시켜, 배리어층(22)과 확산층(10)의 계면에 있어서의 일함수를 조절함으로써, 그 일함수 차에 기초하는 쇼트키 장벽을 낮게 하는 것이 바람직하다.By the way, in order to lower the contact resistance of the metal in the
이와 같은 TiSix막의 형성에는, 예를 들어 플라즈마 CVD법을 사용할 수 있다. 이 방법에서는, 원료 가스로서 TiCl4를 사용하는 동시에, 환원 가스로서 H2 가스 등을 사용하여, 온도 650℃ 정도에서 Ti막을 성막하고, 동시에 그 일부를 Si 기판과 반응시켜 자기 정합적으로 합금층(12)을 형성한다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).For example, plasma CVD can be used to form such a TiSi x film. In this method, TiCl 4 is used as the source gas and H 2 gas or the like is used as the reducing gas, and a Ti film is formed at a temperature of about 650 ° C., and at the same time, a portion thereof is reacted with the Si substrate to self-align the alloy layer. (12) is formed (for example, refer patent document 1).
그런데, 종래에는 상술한 바와 같은 Ti막을 성막하는 경우에는, 특허 문헌 1과 같이 성막 레이트를 높여 성막 효율을 올리기 위해, 환원 가스에 대한 성막 가스의 유량비를 적게 하고 있었으므로(특허 문헌 1에서는 유량비 0.01 정도), Ti막의 성막 반응은 TiCl4 가스가 공급되면, 그것과 함께 반응이 진행되는 공급 율속 영역에서 성막 반응이 일어나고 있었다.By the way, when forming the above-mentioned Ti film | membrane conventionally, since the flow rate ratio of the film-forming gas with respect to reducing gas was reduced in order to raise a film-forming rate like patent document 1, and to raise a film-forming efficiency (patent document 1 in flow rate ratio 0.01 Degree), when the TiCl 4 gas was supplied, the film formation reaction occurred in the feed rate region where the reaction proceeds with TiCl 4 gas.
즉, 공급 율속 영역에서는 성막 가스의 유량비를 올릴수록 성막 레이트도 커진다. 이에 대해, 일반적으로 반응 율속 영역에서는, 성막 반응이 온도에 율속되므로, 공급한 성막 가스가 모두 반응하는 경우는 없고, 성막 효율은 현저하게 저하된다.That is, in the supply rate region, the deposition rate increases as the flow rate ratio of the deposition gas increases. On the other hand, in general, in the reaction rate region, since the film formation reaction is controlled at a temperature, all of the supplied film forming gases do not react, and the film forming efficiency is significantly reduced.
그러나, 종래와 같은 공급 율속 영역에서의 성막 반응은 기판 표면 부근에서 성막 반응이 일어나고, 거기서 성막 가스가 소비되므로, 콘택트 홀의 홀 직경이 작고, 어스펙트비가 커질수록, 저부까지 좀처럼 도달하기 어려워진다. 특히 최근에는 콘택트 홀이나 비어 홀의 어스펙트비(구경과 깊이의 비)가 점점 커지고 있으므로, 그와 같은 콘택트 홀의 저부의 막 두께는 기판 표면의 막 두께에 비해 얇아져 버려, 커버리지가 악화된다고 하는 문제가 있다.However, in the conventional film formation reaction in the supply rate region, the film formation reaction occurs near the substrate surface, and the film forming gas is consumed therein, so that the hole diameter of the contact hole is small, and the aspect ratio becomes hard to reach the bottom. In particular, in recent years, since the aspect ratio of the contact hole and the via hole (a ratio between the diameter and the depth) is gradually increasing, the film thickness of the bottom of such a contact hole becomes thinner than the film thickness of the substrate surface, resulting in a deterioration in coverage. have.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 반응 율속 영역에서 성막 반응을 일으키게 함으로써, 어스펙트비가 큰 콘택트 홀이라도, 보다 얇고 커버리지가 양호한 티탄막을 성막할 수 있어, 콘택트 홀 저부의 저항을 저감시킬 수 있는 성막 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to cause a film formation reaction in the reaction rate region, so that even a contact hole having a large aspect ratio can form a thinner and better coverage titanium film. The present invention provides a film forming method capable of reducing the resistance of the bottom of a contact hole.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 어떤 관점에 따르면, 처리실 내에 티탄 함유 성막 가스와 환원 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하여 플라즈마를 생성함으로써, 피처리 기판 상에 티탄막을 성막하는 방법이며, 상기 티탄막의 성막 처리에 적용하려고 하는 상기 성막 가스의 유량이, 상기 성막 처리의 반응 율속 영역에 들어가도록, 상기 환원 가스의 유량, 상기 처리실 내의 압력, 상기 플라즈마를 생성하기 위해 전극에 인가하는 고주파 파워 중 어느 하나를 바꿈으로써, 상기 반응 율속 영역을 제어하는 것을 특징으로 하는 성막 방법이 제공된다.In order to solve the said subject, according to some aspect of this invention, it is a method of forming a titanium film on a to-be-processed substrate by supplying the process gas containing a titanium containing film-forming gas and a reducing gas to a process chamber, and forming a plasma, The said Among the high frequency power applied to the electrode for generating the flow rate of the reducing gas, the pressure in the processing chamber, and the plasma so that the flow rate of the film forming gas to be applied to the film forming process of the titanium film enters the reaction rate region of the film forming process. By changing any one of them, there is provided a film forming method characterized by controlling the reaction rate region.
이 경우, 상기 환원 가스 유량을 증가시킴으로써, 상기 성막 처리의 반응 율속 영역의 경계가 되는 상기 원료 가스의 유량이 커지도록 제어하도록 해도 좋다. 또한, 상기 처리실 내 압력을 증가시킴으로써, 상기 성막 처리의 반응 율속 영역의 경계가 되는 상기 원료 가스의 유량이 커지도록 제어하도록 해도 좋다. 또한, 상기 고주파 파워를 증가시킴으로써, 상기 성막 처리의 반응 율속 영역의 경계가 되는 상기 원료 가스의 유량이 커지도록 제어해도 좋다.In this case, you may control so that the flow volume of the said source gas used as the boundary of the reaction rate speed area | region of the said film-forming process may become large by increasing the said reducing gas flow volume. Moreover, you may make it control so that the flow volume of the said source gas used as the boundary of the reaction rate speed area | region of the said film-forming process may become large by increasing the pressure in the said process chamber. Moreover, you may control so that the flow volume of the said source gas used as the boundary of the reaction rate speed area | region of the said film-forming process may become large by increasing the said high frequency power.
또한, 상기 성막 가스의 유량은 상기 환원 가스 유량에 대한 상기 성막 가스의 유량비가 13sccm/100sccm 이상 55sccm/100sccm 이하로 되는 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 성막 가스의 유량은 상기 환원 가스 유량에 대한 상기 성막 가스의 유량비가 13sccm/100sccm 이상 45.6sccm/100sccm 이하로 되는 범위로 설정해도 좋고, 환원 가스 유량에 대한 상기 성막 가스의 유량비가 45.6sccm/100sccm 이상 55sccm/100sccm 이하로 되는 범위로 설정해도 좋다.The flow rate of the film forming gas is preferably set in a range such that the flow rate ratio of the film forming gas to the reducing gas flow rate is 13 sccm / 100 sccm or more and 55 sccm / 100 sccm or less. The flow rate of the film forming gas may be set in a range such that the flow rate ratio of the film forming gas to the reducing gas flow rate is 13 sccm / 100 sccm or more and 45.6 sccm / 100 sccm or less, and the flow rate ratio of the film forming gas to the reducing gas flow rate is 45.6 sccm. You may set in the range which becomes / 100sccm or more and 55sccm / 100sccm or less.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 처리실 내에 티탄 함유 성막 가스와 환원 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하여 플라즈마를 생성함으로써, 피처리 기판 상에 티탄막을 성막하는 방법이며, 상기 성막 가스의 유량, 상기 환원 가스의 유량, 상기 처리실 내의 압력, 상기 플라즈마를 생성하기 위해 전극에 인가하는 고주파 파워를 포함하는 상기 성막 처리의 처리 조건에 의해 결정된 상기 성막 처리의 반응 율속 영역에서 상기 성막 가스와 환원 가스를 반응시킴으로써, 상기 피처리 기판 상에 티탄막을 형성하는 것을 특징으로 하는 성막 방법이 제공된다.In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a titanium film on a substrate to be treated by supplying a processing gas containing a titanium-containing film forming gas and a reducing gas into the processing chamber to generate a plasma. The film formation in the reaction rate region of the film forming process determined by the processing conditions of the film forming process including a flow rate of the film forming gas, a flow rate of the reducing gas, a pressure in the processing chamber, and a high frequency power applied to an electrode to generate the plasma. A film forming method is provided by reacting a gas with a reducing gas to form a titanium film on the substrate to be processed.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 처리실 내에 티탄 함유 성막 가스와 환원 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하여 플라즈마를 생성함으로써, 콘택트 홀이 형성된 피처리 기판 상에 티탄막을 성막하는 성막 장치이며, 상기 피처리 기판을 적재하는 서셉터와, 상기 처리 가스를 처리실 내에 공급하는 샤워 헤드와, 상기 서셉터와의 사이에 플라즈마를 생성하기 위한 고주파를 소정의 파워로 상기 샤워 헤드에 공급하는 고주파 전원과, 상기 처리실 내를 배기하여 소정의 압력으로 감압하는 배기 장치와, 상기 티탄막의 성막 처리에 적용하려고 하는 상기 성막 가스의 유량이, 상기 성막 처리의 반응 율속 영역에 들어가도록, 상기 환원 가스의 유량, 상기 처리실 내의 압력, 상기 고주파 파워 중 어느 하나를 바꿈으로써, 상기 반응 율속 영역을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막 장치가 제공된다.In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, by forming a plasma by supplying a processing gas containing a titanium-containing film forming gas and a reducing gas into the processing chamber, to form a titanium film on the substrate to be processed contact hole formed A film forming apparatus, comprising: a susceptor for loading the substrate to be processed, a shower head for supplying the processing gas into the processing chamber, and a high frequency wave for generating a plasma between the susceptor with a predetermined power to the shower head. The high-frequency power supply to be exhausted, the exhaust device for evacuating the inside of the processing chamber to reduce the pressure to a predetermined pressure, and the flow rate of the film forming gas to be applied to the film forming process of the titanium film to enter the reaction rate rate region of the film forming process. The reaction is performed by changing one of a gas flow rate, a pressure in the processing chamber, and the high frequency power. The film forming apparatus comprising a control unit for controlling the inside region.
본 발명에 따르면, 반응 율속 영역에서 성막 반응을 일으키게 할 수 있으므로, 어스펙트비가 큰 콘택트 홀이라도, 보다 얇고 커버리지가 양호한 티탄막을 성막할 수 있어, 콘택트 홀의 저항을 저감시킬 수 있다.According to the present invention, the film formation reaction can be caused in the reaction rate region, so that even a contact hole having a large aspect ratio can form a thinner and better coverage titanium film, thereby reducing the resistance of the contact hole.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 2a는 도 1의 실시 형태에 관한 성막 처리를 설명하기 위한 공정도.
도 2b는 도 1의 실시 형태에 관한 성막 처리를 설명하기 위한 공정도.
도 3은 공급 율속 모드에서 어스펙트가 큰 콘택트 홀에 Ti막을 성막한 경우의 커버리지를 설명하기 위한 관념도.
도 4는 반응 율속 모드에서 어스펙트가 큰 콘택트 홀에 Ti막을 성막한 경우의 커버리지를 설명하기 위한 관념도.
도 5는 Si막 상에 Ti막을 성막한 경우에 있어서의 TiCl4 가스의 유량과 성막 레이트의 관계를 그래프로 나타낸 도면.
도 6은 SiO2막 상에 Ti막을 성막한 경우에 있어서의 TiCl4 가스의 유량과 성막 레이트의 관계를 그래프로 나타낸 도면.
도 7은 반응 율속 영역의 H2 가스 유량 의존성을 평가하는 실험 결과를 나타내는 도면.
도 8은 도 7에 나타내는 H2 가스의 유량과 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량의 관계를 나타내는 도면.
도 9는 반응 율속 영역의 처리실 내 압력 의존성을 평가하는 실험 결과를 나타내는 도면.
도 10은 도 9에 도시하는 처리실 내 압력과 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량의 관계를 나타내는 도면.
도 11은 반응 율속 영역의 RF 파워 의존성을 평가하는 실험 결과를 나타내는 도면.
도 12는 도 11에 나타내는 RF 파워와 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량의 관계를 나타내는 도면.
도 13은 TiCl4 가스의 유량과 성막한 Ti막의 비저항의 관계를 그래프로 나타낸 도면.
도 14는 도 6에 도시하는 H2 가스 유량 30sccm, RF 파워 500W인 경우의 성막 레이트의 그래프와 도 13에 나타내는 비저항의 그래프를 겹친 도면.
도 15는 실제로 콘택트 홀에 Ti막을 성막한 경우의 실험 결과를 나타내는 도면.
도 16은 도 15에 도시하는 각 부(상부, 측부, 하부)의 부분 확대도.
도 17은 반도체 디바이스의 배선 구조를 도시하는 모식도.1 is a cross-sectional view showing a configuration of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a process chart for explaining a film forming process according to the embodiment of FIG. 1. FIG.
FIG. 2B is a process chart for explaining the film forming process according to the embodiment of FIG. 1. FIG.
3 is a conceptual diagram for explaining the coverage in the case where a Ti film is formed in a contact hole having a large aspect in the supply rate mode.
4 is a conceptual diagram for explaining the coverage when a Ti film is formed in a contact hole having a large aspect in the reaction rate mode.
Fig. 5 is a graph showing the relationship between the flow rate of TiCl 4 gas and the film formation rate in the case where a Ti film is formed on a Si film.
Fig. 6 is a graph showing the relationship between the flow rate of TiCl 4 gas and the film formation rate when a Ti film is formed on a SiO 2 film.
7 shows experimental results for evaluating the H 2 gas flow rate dependency in a reaction rate region.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between the flow rate of the H 2 gas shown in FIG. 7 and the flow rate of the TiCl 4 gas at the boundary between the reaction rate region. FIG.
9 is a graph showing experimental results for evaluating pressure dependency in a processing chamber of a reaction rate region.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between the pressure in the processing chamber shown in FIG. 9 and the flow rate of TiCl 4 gas at the boundary between the reaction rate region. FIG.
11 shows experimental results for evaluating the RF power dependency of the reaction rate region.
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between the RF power and the flow rate of TiCl 4 gas at the boundary between the reaction rate region shown in FIG. 11; FIG.
Fig. 13 is a graph showing the relationship between the flow rate of TiCl 4 gas and the specific resistance of the formed Ti film.
FIG. 14 is a diagram of a graph of the film formation rate when the H 2
FIG. 15 is a diagram showing experimental results when a Ti film was actually formed in a contact hole. FIG.
16 is a partially enlarged view of each part (upper part, side part, lower part) shown in FIG. 15;
17 is a schematic diagram illustrating a wiring structure of a semiconductor device.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.Best Modes for Carrying Out the Invention Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
(성막 장치)(Film forming apparatus)
본 발명의 실시 형태에 관한 성막 방법을 실시 가능한 성막 장치의 구성예를 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 성막 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 여기서의 성막 장치(100)는 플라즈마 CVD(PECVD:plasma-enhanced chemical vapor deposition)에 의해 피처리 기판으로서의 Si 기판(W) 상에 Ti막을 성막하는 플라즈마 CVD 장치로서 구성한 경우를 예로 든다.The structural example of the film-forming apparatus which can implement the film-forming method which concerns on embodiment of this invention is demonstrated, referring drawings. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a film forming apparatus according to the present embodiment. The
도 1에 도시한 바와 같이, 성막 장치(100)는 기밀하게 구성된 대략 원통 형상의 처리 용기에 의해 구성되는 처리실(챔버)(111)을 구비한다. 처리실(111) 내에는 Si 기판(W)을 수평으로 지지하기 위한 서셉터(112)가 그 중앙 하부에 설치된 원통 형상의 지지 부재(113)에 의해 지지된 상태로 배치되어 있다. 이 서셉터(112)는 AlN 등의 세라믹스로 이루어지고, 그 외측 테두리부에는 Si 기판(W)을 가이드하기 위한 가이드 링(114)이 설치되어 있다.As shown in FIG. 1, the film-forming
또한, 서셉터(112)에는 히터(115)가 매립되어 있고, 이 히터(115)는 히터 전원(140)으로부터 급전됨으로써 Si 기판(W)을 소정의 온도로 가열한다. 즉, 히터(115)와 히터 전원(140)은 온도 조정 수단을 구성한다. 서셉터(112)에는 하부 전극(116)이 히터(115) 상에 매설되어 있고, 하부 전극(116)은, 예를 들어 접지되어 있다.In addition, a
처리실(111)의 천장벽(111A)에는 절연 부재(119)를 통해 샤워 헤드(120)가 설치되어 있다. 이 샤워 헤드(120)는 크게 구별하면, 상방의 베이스 부재(121)와, 이 베이스 부재(121)의 하방에 설치된 샤워 플레이트(122)로 구성되어 있다. 베이스 부재(121)에는 샤워 헤드(120)를 가열하는 히터(123)가 매설되어 있다. 이 히터(123)에는 히터 전원(141)이 접속되어 있다. 제어부는 히터 전원(141)에 의해 히터(123)를 제어함으로써 샤워 헤드(120)를 소정 온도로 가열 제어한다.The
샤워 플레이트(122)에는 처리실(111) 내에 가스를 토출하는 다수의 토출 구멍(124)이 형성되어 있다. 각 토출 구멍(124)은 베이스 부재(121)와 샤워 플레이트(122) 사이에 형성되는 가스 확산 공간(125)에 연통하고 있다. 베이스 부재(121)의 중앙부에는 처리 가스를 가스 확산 공간(125)에 공급하기 위한 가스 도입 포트(126)가 설치되어 있다. 가스 도입 포트(126)는 후술하는 가스 공급 수단(130)의 혼합 가스 공급 라인(138)에 접속되어 있다.The
가스 공급 수단(130)은 Ti 화합물 가스인 TiCl4 가스를 공급하는 TiCl4 가스 공급원(131), Ar 가스를 공급하는 Ar 가스 공급원(132), 환원 가스인 H2 가스를 공급하는 H2 가스 공급원(133)을 갖고 있다.The gas supply means 130 includes a TiCl 4 gas source 131 for supplying TiCl 4 gas, which is a Ti compound gas, an Ar
그리고, TiCl4 가스 공급원(131)에는 TiCl4 가스 공급 라인(131L)이 접속되어 있고, Ar 가스 공급원(132)에는 Ar 가스 공급 라인(132L)이 접속되어 있고, H2 가스 공급원(133)에는 H2 가스 공급 라인(133L)이 접속되어 있다. 각 가스 라인(131L 내지 133L)에는 각각 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(131C 내지 133C) 및 이 매스 플로우 컨트롤러(131C 내지 133C)를 사이에 두고 2개의 밸브(131V 내지 133V)가 설치되어 있다.And, TiCl 4
가스 혼합부(137)는 상기한 프로세스 가스를 혼합하여 샤워 헤드(120)에 공급하는 기능을 갖는 것으로, 그 가스 유입측에는 각 가스 라인(131L 내지 133L)을 통해 프로세스 가스 공급원(131 내지 133)이 접속되어 있고, 그 가스 유출측에는 혼합 가스 공급 라인(138)을 통해 샤워 헤드(120)가 접속되어 있다.The
프로세스 시에는, TiCl4 가스, Ar 가스, H2 가스 중 선택된 1종류의 가스 또는 복수의 가스의 혼합 가스가, 샤워 헤드(120)의 가스 도입 포트(126)와 가스 확산 공간(125)을 경유하여, 복수의 토출 구멍(124)으로부터 처리실(111) 내에 도입된다.In the process, a gas selected from one of TiCl 4 gas, Ar gas, and H 2 gas or a mixed gas of a plurality of gases passes through the
이와 같이 본 실시 형태에 관한 샤워 헤드(120)는 프로세스 가스를 미리 혼합하여 처리실(111) 내에 공급하는 소위 프리 믹스 타입으로 구성되어 있지만, 각 프로세스 가스를 독립하여 처리실(111) 내에 공급하는 포스트 믹스 타입으로 구성되도록 해도 좋다.Thus, although the
샤워 헤드(120)에는 정합기(142)를 통해 고주파(RF) 전원(143)이 접속되어 있고, 성막 시에 이 고주파 전원(143)으로부터 샤워 헤드(120)로, 예를 들어 450㎑의 고주파(RF)를 공급함으로써, 샤워 헤드(120) 및 하부 전극(116) 사이에 고주파 전계가 발생하고, 처리실(111) 내에 공급된 프로세스 가스가 플라즈마화되어, Ti막이 형성된다.The high frequency (RF)
처리실(111)의 저벽(111B)의 중앙부에는 원형의 구멍(117)이 형성되어 있고, 저벽(111B)에는 이 구멍(117)을 덮도록 하방을 향해 돌출되는 배기실(150)이 설치되어 있다. 배기실(150)의 측면에는 배기관(151)이 접속되어 있고, 이 배기관(151)에는 배기 장치(152)가 접속되어 있다. 그리고, 이 배기 장치(152)에 의해 처리실(111) 내를 소정의 진공 압력까지 감압할 수 있다.The
서셉터(112)에는 Si 기판(W)을 지지하여 승강시키기 위한 복수(예를 들어, 3개)의 지지 핀(리프트 핀)(160)이 서셉터(112)의 표면에 대해 돌출 함몰 가능하게 설치되고, 이들 지지 핀(160)은 지지판(161)에 고정되어 있다. 그리고, 지지 핀(160)은 에어 실린더 등의 구동 기구(162)에 의해 지지판(161)을 통해 승강된다. 처리실(111)의 측벽(111C)에는 Si 기판(W)의 반입출을 행하기 위한 반입출구(118)와, 이 반입출구(118)를 개폐하는 게이트 밸브(G)가 설치되어 있다.The
이들 지지 핀(160)은 Si 기판(W)을 처리실(111)에 반입출할 때에 승강시킨다. 구체적으로는, Si 기판(W)을 처리실(111) 내로 반입할 때에는, 지지 핀(160)을 상승시킨다. 그리고, 도시하지 않은 반송 아암에 의해 Si 기판(W)을 반입출구(118)로부터 반입하여 지지 핀(160)에 적재한다. 계속해서 지지 핀(160)을 하강하여 Si 기판(W)을 서셉터(112) 상에 적재한다. 또한, Si 기판(W)을 처리실(111)로부터 반출할 때에는, 지지 핀(160)을 상승시켜 Si 기판(W)을 들어올린다. 그리고, 도시하지 않은 반송 아암에 의해 Si 기판(W)을 수취하여, 반입출구(118)로부터 반출한다.These support pins 160 raise and lower the Si substrate W when carrying in and out of the
성막 장치(100)에는 제어부(본디 제어 장치)(190)가 접속되어 있고, 이 제어부(190)에 의해 성막 장치(100)의 각 부가 제어되도록 되어 있다. 또한, 제어부(190)에는 오퍼레이터가 성막 장치(100)를 관리하기 위해 코맨드의 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 성막 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 조작부(192)가 접속되어 있다.A control unit (bonding control device) 190 is connected to the
또한, 제어부(190)에는 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리[Si 기판(W)에 대한 성막 처리 등]를 제어부(190)의 제어에 의해 실현하기 위한 프로그램이나 프로그램을 실행하기 위해 필요한 처리 조건(레시피) 등이 기억된 기억부(194)가 접속되어 있다.In addition, the
기억부(194)에는, 예를 들어 복수의 처리 조건(레시피)에서 사용하는 데이터가 기억되어 있다. 이 중 처리 조건에 대해서는, 성막 장치(100)의 각 부를 제어하는 제어 파라미터, 설정 파라미터 등의 복수의 파라미터값을 정리한 것이다. 각 처리 조건은, 예를 들어 성막 가스, 환원 가스 등의 유량비, 처리실(111) 내의 압력, 고주파 파워 등의 파라미터값을 갖는다.In the
또한, 이들 프로그램이나 처리 조건은 하드 디스크나 반도체 메모리에 기억되어 있어도 좋고, 또한 CD-ROM, DVD 등의 휴대용 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기억 매체에 수용된 상태로 기억부(194)의 소정 위치에 세트하도록 되어 있어도 좋다.In addition, these programs and processing conditions may be stored in a hard disk or a semiconductor memory, and set in a predetermined position of the
제어부(190)는 조작부(192)로부터의 지시 등에 기초하여 원하는 프로그램, 처리 조건을 기억부(194)로부터 판독하여 각 부를 제어함으로써, 성막 장치(100)에서의 원하는 처리를 실행한다. 또한, 조작부(192)로부터의 조작에 의해 처리 조건을 편집할 수 있도록 되어 있다.The
(성막 처리)(Film forming treatment)
다음에, 이와 같은 본 실시 형태에 관한 성막 장치(100)에 의해 실행되는 성막 처리에 대해 설명한다. 도 2a, 도 2b는 본 실시 형태에 관한 성막 처리를 설명하기 위한 공정도이다. 성막 장치(100)는, 예를 들어 도 2a에 도시한 바와 같은 막 구조를 갖는 Si 기판(200)에 대해 처리를 행한다. Si 기판(200)은 Si 기재(基材)(202) 상에 SiO2막 등의 층간 절연막(204)을 형성하고, 에칭에 의해 콘택트 홀(205)을 형성하고, 콘택트 홀(205)의 저부에 Si 표면(203)을 노출시킨 것이다.Next, the film forming process performed by the
여기서는, 도 2a에 도시한 바와 같은 층간 절연막(204) 상 및 콘택트 홀(205) 내에 Ti막을 형성하는 동시에, 콘택트 홀(205)의 저부의 Si 표면(203) 상에 TiSix막(Ti 실리사이드막)을 형성하는 경우를 예로 든다. 본 실시 형태에 관한 성막 장치(100)는, 도 2a에 도시한 바와 같은 Si 기판(200)을 반입하여 Ti막의 성막 처리를 실행한다.Here, a Ti film is formed on the
우선, 처리실(111) 내에 Si 기판(200)이 반입되어 서셉터(112) 상에 적재되면, 게이트 밸브(G)가 폐쇄되어, 히터(115, 123)에 의해 서셉터(112)와 샤워 헤드(120)가 소정의 온도로 가열된다. 그리고, 처리실(111) 내를 배기 장치(152)에 의해 소정의 진공 압력으로 감압한다.First, when the
이 상태에서 도 2a에 도시한 바와 같이, TiCl4 가스 등의 Ti 함유 성막 가스와, H2 가스 등의 환원 가스를 공급하고, 고주파 전원(143)에 의해 샤워 헤드(120)에 소정의 고주파를 소정의 파워로 공급하여 플라즈마를 생성한다. 이에 의해, 성막 가스와 환원 가스를 반응시켜, Si 기판(200) 상에 Ti막을 형성한다. 이와 같이 하여, 도 2b에 도시한 바와 같이 Si 표면(203) 및 층간 절연막(204)의 표면에는 Ti막(206)이 성막되고, 한편, Si 표면(203)의 표면, 즉 콘택트 홀(205)의 저부에서는 퇴적된 Ti가 기초의 Si 표면(203)의 Si와 규화 반응(실리사이드화)하여, 자기 정합적으로 TiSix막(207)이 형성된다.In this state, as shown in FIG. 2A, Ti-containing film forming gas such as TiCl 4 gas and reducing gas such as H 2 gas are supplied, and a predetermined high frequency is applied to the
그런데, 이와 같이 플라즈마를 생성하여 Ti막을 생성하는 경우에, 환원 가스(여기서는 H2 가스)를 과잉으로 도입하면, 환원 가스에 대한 TiCl4 가스의 유량비가 저하된다. 이로 인해, Ti막의 성막 반응은 TiCl4 가스가 공급되면, 그것과 함께 반응이 진행되는, 소위 공급 율속 모드(transfer limited mode)에 의한 반응이 주가 된다.However, if in this manner create a plasma to generate a Ti film, by introducing the reducing gas (in this case, H 2 gas) is excessive, the flow rate of TiCl 4 gas to the reducing gas is lowered. For this reason, the film-forming reaction of the Ti film is mainly performed by the so-called transfer limited mode in which the reaction proceeds with TiCl 4 gas supplied therethrough.
공급 율속 모드에 의한 성막 반응은 기판 표면 부근에서 성막 반응이 일어나고, 거기서 TiCl4 가스가 소비되므로, 콘택트 홀(205)의 홀 직경이 작고, 어스펙트비가 커질수록, 저부까지 좀처럼 도달하기 어려워진다. 이로 인해, 도 3에 도시한 바와 같이 콘택트 홀(205)의 홀 직경이 작고, 어스펙트비가 큰 경우에는, 콘택트 홀(205)의 저부의 막 두께는 기판 표면의 막 두께에 비해 얇아져 버려, 커버리지가 악화된다고 하는 문제가 있다.In the film forming reaction by the feed rate mode, the film forming reaction occurs near the substrate surface, and since TiCl 4 gas is consumed, the smaller the hole diameter of the
이로 인해, 본 발명자들은 H2 가스를 감소시키는 동시에 TiCl4 가스의 유량을 증대시켜, H2 가스에 대한 TiCl4 가스의 유량비를 증대시켜 본 바, Ti막은 도 4에 도시한 바와 같이, 콘택트 홀(205)의 저부의 막 두께는 기판 표면의 막 두께와 대략 동등해져, 커버리지가 개선되었다.For this reason, the present inventors reduced the H 2 gas and increased the flow rate of the TiCl 4 gas to increase the flow rate ratio of the TiCl 4 gas to the H 2 gas. As shown in FIG. 4, the Ti film has a contact hole. The film thickness of the bottom of 205 became approximately equal to the film thickness of the substrate surface, thereby improving coverage.
이는, TiCl4 가스의 유량비를 증대시킴으로써, Ti막의 성막 반응은 TiCl4 가스의 공급보다도 성막 반응의 쪽이 진행되는, 소위 반응 율속 모드(reaction limited mode)에 의한 반응이 주로 되어 있기 때문이라고 생각된다.Which, by increasing the flow rate of TiCl 4 gas, Ti film formation reaction is a reaction by the supply of all the so-called reaction rate determining mode (reaction limited mode) is proceeding side of the film forming reaction of TiCl 4 gas is thought to be due mainly .
이 경우, 만약 공급 율속 모드로부터 반응 율속 모드로 전환되는 경계의 TiCl4 가스의 유량비를 알면, TiCl4 가스의 유량을 그 경계의 유량 이상으로 함으로써 항상 커버리지가 양호한 반응 율속 모드에 의해 성막 반응을 일으키게 할 수 있다. 따라서, 공급 율속 모드로부터 반응 율속 모드로 전환하는 경계의 TiCl4 가스의 유량비를 구하는 실험을 행하였다.In this case, if the flow rate ratio of the TiCl 4 gas at the boundary which is switched from the feed rate mode to the reaction rate mode is known, the flow rate of the TiCl 4 gas is more than the flow rate at the boundary so that the film formation reaction is always caused by the reaction rate mode having good coverage. can do. Therefore, an experiment was performed to determine the flow rate ratio of the TiCl 4 gas at the boundary of switching from the feed rate mode to the reaction rate mode.
우선, Si막을 표면 전체에 형성한 베어 기판의 Si막 상에 Ti막을 성막하는 실험을 행한 결과에 대해 설명한다. Si막의 베어 기판을 사용한 것은, 콘택트 홀(205)의 저부의 Si 표면(203) 상에서의 성막 반응을 평가하기 위해서이다. 이 실험에서는, 처리 가스로서는, 환원 가스인 H2 가스의 유량을 100sccm으로 고정하고, TiCl4 가스의 유량을 12sccm 내지 80sccm 사이에서 변화시켜 Ti막의 성막 처리를 행하여 성막 레이트를 구하였다.First, the result of having performed the experiment which forms a Ti film on the Si film of the bare substrate which formed the Si film in the whole surface is demonstrated. The bare substrate of the Si film was used to evaluate the film formation reaction on the
도 5에 이 실험의 결과를 나타낸다. 도 5는 종축에 성막 레이트를 취하고, 횡축에 TiCl4 가스의 유량을 취하고, Si막 상에 Ti막을 성막한 경우에 있어서의 TiCl4 가스의 유량과 성막 레이트의 관계를 그래프로 나타낸 것이다. 또한, 이 실험에 의한 다른 처리 조건은 하부 전극(116)의 온도를 550℃, 샤워 헤드(120)의 온도를 420℃, 처리실(111) 내의 압력을 666㎩로 하고, TiCl4 가스와 H2 가스 외에 2000sccm의 Ar 가스를 공급하고, 샤워 헤드(120)에 450㎑의 고주파(RF)를 800W의 파워로 공급하여 플라즈마를 생성하여, 30초간 성막 처리를 행하였다.5 shows the results of this experiment. FIG. 5 graphically shows the relationship between the flow rate of the TiCl 4 gas and the deposition rate in the case where the Ti axis is formed on the vertical axis, the TiCl 4 gas is flown on the horizontal axis, and the Ti film is formed on the Si film. In addition, according to the other treatment conditions according to this experiment, the temperature of the
도 5에 도시하는 실험 결과에 따르면, 공급 율속 모드로부터 반응 율속 모드로 전환하는 경계의 TiCl4 가스의 유량은 25.3sccm인 것을 알 수 있다. 즉, TiCl4 가스의 유량비가 경계 유량 25.3sccm 이하의 영역은 공급 율속 모드에 의한 반응 영역인 공급 율속 영역으로 된다. 그리고, TiCl4 가스의 유량이 경계 유량 25.3sccm 이상의 영역은 반응 율속 모드에 의한 반응 영역인 반응 율속 영역으로 된다. 이 반응 율속 영역의 경계 유량을 H2 가스에 대한 TiCl4 가스의 유량비(TiCl4 가스의 유량/H2 가스의 유량)로 나타내면, 25.3sccm/100sccm으로 된다.Fig. According to the experimental results shown in Figure 5, the flow rate of TiCl 4 gas as a reaction rate determining a boundary for switching modes from the feed rate determining mode is found to be 25.3sccm. That is, the region where the flow rate ratio of TiCl 4 gas is less than or equal to the boundary flow rate 25.3 sccm becomes the supply rate region, which is a reaction region by the supply rate mode. The region of the TiCl 4 gas having a flow rate of 25.3 sccm or more at the boundary flow rate is a reaction rate region, which is a reaction region by the reaction rate mode. Represents the boundary of a reaction flow rate determining area (the flow rate of the flow rate / H 2 gas, TiCl 4 gas) flow rate of TiCl 4 gas to H 2 gas, and the 25.3sccm / 100sccm.
공급 율속 영역에서는, Ti막의 성막 레이트는 TiCl4 가스의 유량을 크게 할수록 증대되고, 경계 유량 25.3sccm에서 성막 레이트가 최대로 된다. 한편, 반응 율속 영역에서는, Ti막의 성막 레이트는 TiCl4 가스의 유량을 크게 할수록 감소한다. 또한, TiCl4 가스의 유량을 크게 하면, 감소가 완만해진다. 이에 따르면, TiCl4 가스의 유량이 과잉으로 되면 포화 경향으로 되는 것을 알 수 있다.In the supply rate region, the deposition rate of the Ti film increases as the flow rate of the TiCl 4 gas increases, and the deposition rate becomes maximum at the boundary flow rate 25.3 sccm. On the other hand, in the reaction rate region, the deposition rate of the Ti film decreases as the flow rate of TiCl 4 gas increases. In addition, when the flow rate of the TiCl 4 gas is increased, the decrease becomes gentle. Accordingly, it can be seen that the flow rate of TiCl 4 gas as a saturated tendency when in excess.
다음에, SiO2막을 표면 전체에 형성한 베어 기판의 SiO2막 상에 Ti막을 성막하는 실험을 행한 결과에 대해 설명한다. SiO2막의 베어 기판을 사용한 것은 기판 표면 및 콘택트 홀(205)의 개구부 표면이나 내벽부 표면을 구성하는 층간 절연막(204) 상에서의 성막 반응을 평가하기 위해서이다. 여기서는, Si막의 베어 기판을 사용했을 때와 동일한 처리 조건으로 Ti막을 성막하였다.Next, SiO 2 film will be described the result of experiment that Ti film is formed on the SiO 2 film of a bare board is formed on the entire surface. The bare substrate of the SiO 2 film was used to evaluate the film formation reaction on the
도 6에 이 실험의 결과를 나타낸다. 도 6은 종축에 성막 레이트를 취하고, 횡축에 TiCl4 가스의 유량을 취하고, SiO2막 상에 Ti막을 성막한 경우에 있어서의 TiCl4 가스의 유량과 성막 레이트의 관계를 그래프로 나타낸 것이다. 또한, 도 6의 그래프에는 도 5에 나타내는 그래프를 겹쳐서 나타내고 있다.6 shows the results of this experiment. FIG. 6 graphically shows the relationship between the flow rate of the TiCl 4 gas and the deposition rate in the case where the Ti axis is formed on the vertical axis, the TiCl 4 gas is flown on the horizontal axis, and the Ti film is formed on the SiO 2 film. In addition, the graph shown in FIG. 5 is superimposed on the graph of FIG.
도 6에 있어서의 점선 그래프는 Si막 상의 Ti막의 성막 결과로부터 예측되는 SiO2막 상의 Ti막의 성막 결과를 나타낸 것이다. 통상의 플라즈마 CVD에 의한 Ti막의 성막에서는, 성막 온도에 의해 Si막 상과 SiO2막 상의 성막 레이트에 일정한 변화가 있는 것이 알려져 있다. 기판 온도가 고온으로 되면, Si막 상에서는 Ti막 성막 시에 H2 가스에 의한 Ti의 환원 반응과 동시에 기판의 Si에 의한 Ti의 환원 반응도 일어나므로, Si막 상의 성막 레이트는 SiO2막 상의 성막 레이트보다도 커진다.The dotted line graph in FIG. 6 shows the film forming result of the Ti film on the SiO 2 film predicted from the film forming result of the Ti film on the Si film. In the deposition of a Ti film by ordinary plasma CVD, it is known that there is a constant change in the deposition rate on the Si film and the SiO 2 film by the film formation temperature. When the substrate temperature becomes high, on the Si film, a reduction reaction of Ti by H 2 gas occurs simultaneously with the reduction reaction of Ti by Si of the substrate during the formation of the Ti film. Therefore, the deposition rate on the Si film is increased by the deposition rate on the SiO 2 film. Greater than
또한, Si막 상에서는 기판의 Si에 의한 Ti의 환원 반응과 동시에, 그 Si와 Ti의 실리사이드화 반응도 병행하여 진행하지만, 이들 반응 속도는 기판 온도에 의해 결정되므로, 기판 온도가 일정하면 성막 속도비도 일정해진다. 이로 인해, SiO2막 상의 성막 레이트의 그래프는 Si막 상의 성막 레이트의 그래프로부터 예측할 수 있다. 본 실험에서는, SiO2막 상의 성막 레이트의 예측값을 Si막 상의 성막 레이트의 실측값의 2/3배로서 계산하고, 도 6에 SiO2막 상의 성막 레이트의 예측 그래프(점선 그래프)로서 나타내고 있다.In addition, on the Si film, the reduction reaction of Ti by Si of the substrate and the silicideation reaction of Si and Ti also proceed in parallel, but these reaction rates are determined by the substrate temperature. Become. Therefore, the graph of the deposition rate on the SiO 2 film can be estimated from a graph of the deposition rate on the Si film. In this experiment, it indicates the predicted value of the deposition rate on the SiO 2 film to 2/3, and 6, calculated as the actual measurement value of the deposition rate on the Si film as a predictive graph (dotted graph) of the deposition rate on the SiO 2 film.
도 6에 나타내는 실험 결과에 따르면, SiO2막 상에 있어서도 Si막 상과 마찬가지로, 공급 율속 모드로부터 반응 율속 모드로 전환하는 경계의 TiCl4 가스의 유량은 25.3sccm인 것을 알 수 있다. 즉, TiCl4 가스의 유량이 경계 유량 25.3sccm 이하인 영역은 공급 율속 모드에 의한 반응 영역인 공급 율속 영역으로 된다. 그리고, TiCl4 가스의 유량이 경계 유량 25.3sccm 이상인 영역은 반응 율속 모드에 의한 반응 영역인 반응 율속 영역으로 된다.According to the experimental results shown in Figure 6, as with the Si layer even in the SiO 2 film, a flow rate of TiCl 4 gas as a reaction rate determining a boundary for switching modes from the feed rate determining mode it is found to be 25.3sccm. That is, the region where the flow rate of TiCl 4 gas is 25.3 sccm or less at the boundary flow rate becomes the supply rate region, which is a reaction region by the supply rate mode. The region where the flow rate of TiCl 4 gas is 25.3 sccm or more at the boundary flow rate is the reaction rate region, which is the reaction region by the reaction rate mode.
또한, SiO2막 상에 있어서도 Si막 상과 마찬가지로, 공급 율속 영역에서는, Ti막의 성막 레이트는 TiCl4 가스의 유량을 크게 할수록 증대하고, 경계 유량 25.3sccm에서 성막 레이트가 최대로 된다. 한편, 반응 율속 영역에서는, Ti막의 성막 레이트는 TiCl4 가스의 유량을 크게 할수록 감소한다. 또한 TiCl4 가스의 유량을 크게 하면, 감소가 완만해진다. 이것에 따르면, SiO2막 상에 있어서도 TiCl4 가스의 유량이 과잉으로 되면 포화 경향으로 되는 것을 알 수 있다.Also on the SiO 2 film, similarly to the Si film, in the feed rate region, the deposition rate of the Ti film increases as the flow rate of the TiCl 4 gas increases, and the deposition rate becomes maximum at the boundary flow rate 25.3 sccm. On the other hand, in the reaction rate region, the deposition rate of the Ti film decreases as the flow rate of TiCl 4 gas increases. In addition, when the flow rate of TiCl 4 gas is increased, the decrease becomes gentle. According to this, when a flow rate in excess of even TiCl 4 gas on the SiO 2 film can be seen that the saturation tendency.
그런데, SiO2막 상의 성막 레이트의 실측 그래프는, TiCl4 가스의 유량이 12 내지 40sccm인 영역에서는 예측 그래프와 대략 일치하는 것에 비해, TiCl4 가스의 유량이 40sccm을 초과하는 영역, 즉 포화 경향에 있는 영역에서는 실측 그래프의 쪽이 예측 그래프보다도 낮게 되어 있는 것을 알 수 있다.By the way, in a region, that is, saturation tendency that the actual graph, the flow rate is 12 to 40sccm-in area of the TiCl 4 gas of the deposition rate on the SiO 2 film as compared to approximately match the predicted graph, the flow rate of TiCl 4 gas exceeds 40sccm It can be seen that the measured graph is lower than the predicted graph in the region where there is.
이는, TiCl4 가스의 유량의 증가에 수반하여, Ti막의 성막 반응과 함께 Ti막의 에칭 반응이 동시에 일어나고 있기 때문이라고 생각된다. 도 6의 실험에 따르면, TiCl4 가스의 유량이 경계 유량 45.6sccm 이상인 영역에서, 에칭 반응이 성막 반응과 동시에 일어나게 된다. 이 에칭 반응 있음의 경계 유량을 H2 가스에 대한 TiCl4 가스의 유량비(TiCl4 가스의 유량/H2 가스의 유량)로 나타내면, 45.6sccm/100sccm으로 된다.This is considered to be due to an increase in the flow rate of the TiCl 4 gas, and simultaneously an etching reaction of the Ti film and a film forming reaction of the Ti film. According to the experiment of FIG. 6, in the region where the flow rate of TiCl 4 gas is 45.6 sccm or more at the boundary flow rate, the etching reaction occurs simultaneously with the film forming reaction. It represents the boundary of the flow rate that the etching reaction (rate of flow / H 2 gas, TiCl 4 gas) flow rate of TiCl 4 gas to H 2 gas, and the 45.6sccm / 100sccm.
이하, 이와 같은 성막 반응과 에칭 반응에 대해, SiO2막 상의 반응과 Si막 상의 반응과 비교하면서, 보다 상세하게 설명한다. SiO2막 상의 Ti막 성막에서는, 기상 중에서 플라즈마의 어시스트에 의해 분해된 TiCl4 가스가 기판 표면에서 환원 가스인 H2 가스나 H 라디칼과 열에너지에 의해 반응하여 Ti막이 성막된다. 그런데, 성막된 Ti막은 TiCl4 가스가 분해되어 발생한 Cl 가스나 Cl 라디칼에 의해, Cl+Ti→TiClx의 반응이 일어나기 때문에, 성막과 동시에 에칭 반응도 일어나고 있다고 생각된다.For the following, this film formation reaction and an etching reaction in the same, as compared to the reaction and the reaction on the Si film on the SiO 2 film, will be described in detail. In the Ti film deposition on the SiO 2 film, TiCl 4 gas decomposed by the assist of plasma in the gas phase reacts with H 2 gas or H radical, which is a reducing gas, on the substrate surface to form a Ti film. However, by the film deposition Ti TiCl 4 gas is decomposed gas generated Cl or Cl radical, as a reaction to occur in the Cl + Ti → TiClx, it is considered that the deposition and etch reactions occur simultaneously.
이에 대해, Si막 상의 Ti막 성막에서는, 분해된 TiClx 가스가 기판 표면에서 H2 가스나 H 라디칼의 환원 가스, 열에너지에 의해 Si와 반응하여, Ti 실리사이드(TiSix)를 형성한다. 이 실리사이드화 반응에 의해 형성된 Ti 실리사이드는 Ti 원자와 Si 원자가 견고하게 결합되어 있으므로, TiCl4 가스가 분해되어 발생한 Cl 가스나 Cl 라디칼과는 반응할 수 없어, 에칭 반응은 일어나지 않는다.On the other hand, in the Ti film deposition on the Si film, the decomposed TiClx gas reacts with Si by H 2 gas, H 2 gas, reducing gas of H radicals, or thermal energy to form Ti silicide (TiSix). Since the Ti silicide formed by this silicide reaction is firmly bonded to Ti atoms and Si atoms, the Ti silicide cannot react with Cl gas or Cl radicals generated by the decomposition of TiCl 4 gas, and no etching reaction occurs.
이와 같이 하여, 도 6에 도시하는 TiCl4 가스의 유량이 경계 유량 45.6sccm 이상인 영역에서는, TiCl4 가스의 유량의 증가에 수반하여 기상 중에 TiCl4 가스가 분해되어 발생한 Cl 가스나 Cl 라디칼의 농도가 높아져, 적극적으로 에칭 반응이 일어난 결과로서, SiO2막 상의 성막 레이트의 실측 그래프는 예측 그래프보다도 낮아진 것이라고 생각된다.In this way, the Cl gas or the concentration of Cl radical in the flow boundary flow 45.6sccm or more areas of the TiCl 4 gas, along with the increase in the flow rate of TiCl 4 gas is TiCl 4 gas is decomposed in the gas phase occurs as shown in Figure 6 As a result of the increase in the etching reaction, the measured graph of the film forming rate on the SiO 2 film is considered to be lower than the predicted graph.
또한, 상술한 바와 같이 TiCl4 가스의 유량을 크게 하면, SiO2막 상에서는 성막 반응과 동시에 에칭 반응이 일어나는 것에 비해, Si막 상에서는, 에칭 반응은 일어나지 않으므로, TiCl4 가스의 유량을 크게 해도, Si막 상은 에칭에 의한 데미지를 받지 않는 것을 알 수 있다.In addition, to increase the flow rate of TiCl 4 gas as described above, compared to the SiO 2 film On the etching reaction takes place at the same time as the film forming reaction, On the Si film, the etching reaction does not occur, larger even if the flow rate of TiCl 4 gas, Si It can be seen that the film phase is not damaged by etching.
이상에 따르면, 도 6에 도시하는 반응 율속 영역에 TiCl4 가스의 유량이 들어가도록 함으로써, 홀 직경이 작고, 어스펙트가 큰 콘택트 홀(205)이라도, Ti막의 커버리지를 대폭으로 개선할 수 있는 것을 알 수 있다.According to the above, by allowing the flow rate of TiCl 4 gas to enter the reaction rate region shown in FIG. 6, even in the contact holes 205 having a small hole diameter and a large aspect, the coverage of the Ti film can be significantly improved. Able to know.
즉, 반응 율속 영역에서는, 기판 온도가 반응의 율속 과정으로 되므로, 기판 표면 근방에서 TiCl4 가스가 소비되어 콘택트 홀(205) 내에서의 TiCl4 가스의 유량이 감소되어도 성막 레이트가 변화되지 않는다. 이로 인해, 콘택트 홀(205) 내에 공급 율속 영역의 경우보다도 양호한 커버리지의 Ti막을 형성할 수 있고, 또한 콘택트 홀(205)의 저부의 Si 표면(203) 상에는 공급 율속 영역의 경우보다도 두꺼운 Ti막을 성막할 수 있다.That is, in the reaction rate region, since the substrate temperature is a rate rate process of the reaction, even if the TiCl 4 gas is consumed near the substrate surface and the flow rate of the TiCl 4 gas in the
또한, 도 6에 도시하는 반응 율속 영역 중 에칭 반응 있음의 영역에 TiCl4 가스의 유량이 들어가도록 함으로써, 콘택트 홀(205)의 저부의 Si 표면(203) 상에 더욱 두꺼운 Ti막을 성막할 수 있다. 즉, 에칭 반응 있음의 영역에서는, 기판 표면을 구성하는 SiO2막 등의 층간 절연막(204) 상에서는 성막 반응과 에칭 반응이 동시에 일어나는 것에 비해, 콘택트 홀(205)의 저부의 Si 표면(203) 상에서는 에칭 반응이 일어나지 않는다. 이로 인해, 상대적으로 기판 표면에 형성되는 Ti막보다도, 콘택트 홀(205)의 저부의 Si 표면(203)에 형성되는 Ti막의 쪽을 두껍게 할 수 있다.Further, by allowing the flow rate of TiCl 4 gas to enter the region with etching reaction in the reaction rate region shown in FIG. 6, a thicker Ti film can be formed on the
그런데, 상술한 Ti막 성막 반응에 있어서의 공급 율속 영역과 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량은 TiCl4 가스의 유량 이외의 처리 조건을 바꿈으로써 조정할 수 있다. 이에 따르면, Ti막 성막 반응의 반응 율속 영역을 TiCl4 가스의 유량 이외의 처리 조건에 의해 제어할 수 있다.By the way, the flow rate of TiCl 4 gas in the boundary region of the feed rate determining the reaction rate determining region of the Ti film formed in the above reaction can be adjusted by changing the processing conditions other than the flow rate of TiCl 4 gas. According to this, the reaction rate region of the Ti film forming reaction can be controlled by processing conditions other than the flow rate of the TiCl 4 gas.
구체적으로는, H2 가스 등의 환원 가스의 유량, 처리실(111) 내의 압력, 고주파 전원(143)의 RF 파워에 의해 반응 율속 영역을 제어할 수 있으므로, 그 실험 결과에 대해 이하에 설명한다. 또한, 도 6에서도 설명한 바와 같이, 공급 율속 영역과 반응 율속 영역의 경계는 Si막 상에 Ti막을 성막하는 경우도, SiO2막 상에 Ti막을 성막하는 경우와 마찬가지이므로, 이하의 실험에서는 SiO2막의 베어 기판을 사용하여, SiO2막 상에 Ti막을 성막하였다.Specifically, since the reaction rate region can be controlled by the flow rate of reducing gas such as H 2 gas, the pressure in the
(반응 율속 영역의 H2 가스 유량 의존성)(H 2 gas flow rate dependence of reaction rate range)
우선, 반응 율속 영역의 H2 가스 유량 의존성을 평가하는 실험을 행한 결과에 대해 설명한다. 이 실험에서는, H2 가스의 유량을 30sccm 내지 100sccm 사이에서 변화시키고, 각각의 H2 가스의 유량으로 도 6의 경우와 마찬가지로 베어 기판의 SiO2막 상에 Ti막의 성막 처리를 행하여 성막 레이트를 구하였다. 또한, 다른 처리 조건은 도 5에 도시하는 실험일 때와 마찬가지이다.First, a description will be given of a result of an experiment evaluating the H 2 gas flow rate dependence of the reaction rate determining area. In this experiment, the flow rate of H 2 gas 30sccm to changing between 100sccm, the flow rate in each of H 2 gas, as in the case of Figure 6 performs the Ti film formation process on the bare substrate SiO 2 film, obtain a film-forming rate It was. In addition, other processing conditions are the same as that of the experiment shown in FIG.
도 7, 도 8에 이 실험 결과를 나타낸다. 도 7은 종축에 성막 레이트를 취하고, 횡축에 TiCl4 가스의 유량을 취하고, H2 가스의 유량을 30sccm, 40sccm, 50sccm, 100sccm으로 했을 때의 성막 레이트의 그래프를 각각 겹쳐서 나타낸 것이다. 도 8은 종축에 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량을 취하고, 횡축에 H2 가스의 유량을 취하여, 이들의 관계를 정리한 것이다. 도 8의 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량은, 도 7에 있어서 성막 레이트가 피크일 때의 TiCl4 가스의 유량이다.7 and 8 show the results of this experiment. Fig. 7 shows the graphs of the film formation rates when the film formation rate is taken along the vertical axis, the TiCl 4 gas flow rate is taken along the horizontal axis, and the flow rate of the H 2 gas is 30sccm, 40sccm, 50sccm, 100sccm. 8 shows the flow rate of TiCl 4 gas at the boundary of the reaction rate region on the vertical axis, and the flow rate of H 2 gas on the horizontal axis, and summarizes these relationships. The flow rate of the TiCl 4 gas at the boundary of the reaction rate region in FIG. 8 is the flow rate of the TiCl 4 gas when the film formation rate is the peak in FIG. 7.
도 7, 도 8의 실험 결과에 따르면, H2 가스의 유량의 증가에 수반하여, 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량도 비교적 크게 증가하는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 이것에 따르면, H2 가스의 유량을 증가시킴으로써, 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량이 증가하도록 제어할 수 있다.According to the experimental results of FIGS. 7 and 8, with the increase in the flow rate of H 2 gas, it can be seen that the flow rate of TiCl 4 gas at the boundary of the reaction rate region also tends to increase relatively. By this, it is possible to control so that, by increasing the flow rate of H 2 gas, the flow rate of TiCl 4 gas in the perimeter of the reaction zone increases the rate limiting.
(반응 율속 영역의 처리실 내 압력 의존성)(Pressure dependence in the process chamber in the reaction rate range)
다음에, 반응 율속 영역의 처리실 내 압력 의존성을 평가하는 실험을 행한 결과에 대해 설명한다. 이 실험에서는, RF 파워 1000W일 때에 처리실(111) 내의 압력을 400㎩, 500㎩, 666㎩로 변화시키고, 각각의 압력으로 TiCl4 가스의 유량을 12sccm 내지 80sccm 사이에서 변화시켜 도 6의 경우와 마찬가지로 베어 기판의 SiO2막 상에 Ti막의 성막 처리를 행하여 성막 레이트를 구하였다. 또한, RF 파워 800W일 때에 처리실(111) 내의 압력을 500㎩, 666㎩로 변화시켜 상기와 동일한 성막 처리를 행하여 성막 레이트를 구하였다. 또한, 다른 처리 조건은 도 5에 도시하는 실험일 때와 마찬가지이다.Next, the result of having performed the experiment which evaluates the pressure dependence in the process chamber of a reaction rate area | region is demonstrated. In this experiment, the pressure in the
도 9, 도 10에 이 실험 결과를 나타낸다. 도 9는 종축에 성막 레이트를 취하고, 횡축에 TiCl4 가스의 유량을 취하고, 각 성막 처리에서의 성막 레이트의 그래프를 겹쳐서 나타낸 것이다. 도 10은 종축에 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량을 취하고, 횡축에 처리실 내 압력을 취하여, 이들의 관계를 정리한 것이다. 도 10의 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량은 도 9에 있어서 성막 레이트가 피크일 때의 TiCl4 가스의 유량이다.9 and 10 show the results of this experiment. 9 shows the film formation rate on the vertical axis, the flow rate of TiCl 4 gas on the horizontal axis, and superimposes the graphs of the film formation rate on each film forming process. Fig. 10 shows the flow rate of TiCl 4 gas at the boundary of the reaction rate region on the vertical axis, and the pressure in the processing chamber on the horizontal axis, to summarize these relationships. The flow rate of the TiCl 4 gas at the boundary of the reaction rate region in FIG. 10 is the flow rate of the TiCl 4 gas when the film formation rate is the peak in FIG. 9.
도 9, 도 10의 실험 결과에 따르면, 처리실 내 압력의 증가에 수반하여, 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량도 약간이지만 증가하는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 이것에 따르면, 처리실 내 압력을 증가시킴으로써도, 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량이 증가하도록 제어할 수 있다.According to the experimental results of FIGS. 9 and 10, it can be seen that with the increase in the pressure in the process chamber, the flow rate of TiCl 4 gas at the boundary of the reaction rate region also tends to increase slightly. By this, it is possible to control also, so that the flow rate of TiCl 4 gas in the boundary between the reaction rate determining area increased by increasing the chamber pressure.
(반응 율속 영역의 RF 파워 의존성)(RF power dependence of response rate range)
다음에, 반응 율속 영역의 RF 파워 의존성을 평가하는 실험을 행한 결과에 대해 설명한다.Next, the result of experiment which evaluates the RF power dependency of the reaction rate area | region is demonstrated.
이 실험에서는, H2 가스의 유량을 100sccm으로 고정하고, 고주파 전원(143)의 RF 파워를 500W, 800W, 1000W, 1200W로 변화시켜 도 6의 경우와 마찬가지로 베어 기판의 SiO2막 상에 Ti막의 성막 처리를 행하여 성막 레이트를 구하였다. 또한, H2 가스를 30sccm으로 고정하고, RF 파워를 500W, 800W로 변화시켜 상기한 경우와 마찬가지로 베어 기판의 SiO2막 상에 Ti막의 성막 처리를 행하여 성막 레이트를 구하였다. 또한, 다른 처리 조건은 도 5에 나타내는 실험일 때와 마찬가지이다.In this experiment, the flow rate of the H 2 gas was fixed at 100 sccm, and the RF power of the high
도 11, 도 12에 이 실험 결과를 나타낸다. 도 11은 종축에 성막 레이트를 취하고, 횡축에 TiCl4 가스의 유량을 취하고, 각 성막 처리에서의 성막 레이트의 그래프를 겹쳐서 나타낸 것이다. 도 12는 종축에 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량을 취하고, 횡축에 RF 파워를 취하여, 이들의 관계를 정리한 것이다. 도 12의 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량은, 도 11에 있어서 성막 레이트가 피크일 때의 TiCl4 가스의 유량이다.11 and 12 show the results of this experiment. 11 shows the film formation rate on the vertical axis, the flow rate of TiCl 4 gas on the horizontal axis, and superimposes the graphs of the film formation rate on each film forming process. Fig. 12 shows the flow rate of TiCl 4 gas at the boundary of the reaction rate region on the vertical axis, RF power on the horizontal axis, and summarizes these relationships. The flow rate of the TiCl 4 gas at the boundary of the reaction rate region in FIG. 12 is the flow rate of the TiCl 4 gas when the film formation rate is the peak in FIG. 11.
도 11, 도 12의 실험 결과에 따르면, H2 가스의 유량이 큰 경우(100sccm)뿐만 아니라, H2 가스의 유량이 작은 경우(30sccm)라도, RF 파워의 증가에 수반하여, 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량도 비교적 크게 증가하는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 이것에 따르면, RF 파워를 증가시킴으로써도, 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량이 증가하도록 제어할 수 있다.According to the experimental results of FIGS. 11 and 12, not only when the flow rate of the H 2 gas is large (100 sccm), but also when the flow rate of the H 2 gas is small (30 sccm), with the increase of the RF power, It can be seen that the flow rate of TiCl 4 gas at the boundary also tends to increase relatively large. By this, it is possible to control so as to also increase the flow rate of TiCl 4 gas in the boundary between the reaction rate determining area by increasing the RF power.
이와 같이, TiCl4 가스의 유량 이외의 처리 조건, 예를 들어 H2 가스의 유량, 처리실 내 압력, RF 파워에 의해 Ti막 성막 반응의 반응 율속 영역을 제어할 수 있다. 또한, 이들 처리 조건에 의해 도 6에 도시하는 에칭 반응 있음의 영역도 제어할 수 있다.In this way, the reaction rate region of the Ti film forming reaction can be controlled by processing conditions other than the flow rate of the TiCl 4 gas, for example, the flow rate of the H 2 gas, the pressure in the processing chamber, and the RF power. Moreover, the area | region with the etching reaction shown in FIG. 6 can also be controlled by these process conditions.
따라서, 본 실시 형태에 관한 Ti막의 성막 처리에서는, 이 성막 처리에 적용하려고 하는 TiCl4 가스의 유량이 반응 율속 영역이나 에칭 반응 있음의 영역에 들어가도록, TiCl4 가스의 유량 이외의 처리 조건을 바꿈으로써 반응 율속 영역이나 에칭 반응 있음의 영역을 제어한다. 이에 의해, 항상 반응 율속 영역에서 성막 처리를 행할 수 있으므로, 어스펙트비가 큰 콘택트 홀이 형성되어 있어도, 항상 커버리지가 양호한 Ti막을 형성할 수 있다.Therefore, in the film forming process of the Ti film according to the present embodiment, the processing conditions other than the flow rate of the TiCl 4 gas are changed so that the flow rate of the TiCl 4 gas to be applied to the film forming process enters the reaction rate region or the region with the etching reaction. This controls the reaction rate region or the region with the etching reaction. Thereby, since a film-forming process can always be performed in a reaction rate area | region, even if the contact hole with a large aspect ratio is formed, a Ti film with a good coverage can always be formed.
그런데, 반응 율속 영역이나 에칭 반응 있음의 영역에서 성막 처리를 행하기 위해서는, 단순히 TiCl4 가스의 유량을 증가시키면 된다고도 생각된다. 그런데, TiCl4 가스의 유량이 지나치게 많으면, 성막한 Ti막의 비저항이 상승해 버린다고 하는 문제가 있는 것을 알 수 있었다. 이로 인해, 비저항이 상승하지 않는 범위에서 TiCl4 가스의 유량을 증가시킬 필요가 있다.By the way, in order to perform film-forming process in a reaction zone or area of the rate determining that the etching reaction, and is also simply thought that increasing the flow rate of TiCl 4 gas. By the way, the flow rate of TiCl 4 gas is too large, the film forming the Ti film resistivity was found to have a problem that it rises. For this reason, it is necessary to increase the flow rate of TiCl 4 gas in the range of the specific resistance does not increase.
여기서, TiCl4 가스의 유량과 성막한 Ti막의 비저항의 관계에 대한 실험을 행한 결과를 도 13에 나타낸다. 이 실험에서는, 처리실 내 압력을 500㎩, RF 파워를 1000W로 하고, 그 이외의 처리 조건은 도 5의 경우와 마찬가지로 하여, 베어 기판의 Si막 상에 Ti막의 성막 처리를 행하고, 그것에 의해 형성된 Ti막의 비저항을 측정하였다.Here, FIG. 13 shows the results of experiments on the relationship between the flow rate of the TiCl 4 gas and the specific resistance of the formed Ti film. In this experiment, the pressure in the processing chamber was 500 kPa and the RF power was 1000 W. The other processing conditions were the same as those in FIG. 5, and the Ti film was formed on the Si film of the bare substrate, thereby forming Ti. The resistivity of the membrane was measured.
도 13은 종축에 비저항을 취하고, 횡축에 TiCl4 가스의 유량을 취하여, TiCl4 가스의 유량과 성막한 Ti막의 비저항의 관계를 그래프로 나타낸 것이다. 이것에 따르면, TiCl4 가스의 유량이 55sccm을 초과한 곳에서, 비저항이 상승하기 시작한다.FIG. 13 graphically shows the relationship between the flow rate of TiCl 4 gas and the specific resistance of the formed Ti film by taking the specific resistance on the vertical axis and the flow rate of TiCl 4 gas on the horizontal axis. According to this, where the flow rate of the TiCl 4 gas exceeds 55 sccm, the specific resistance starts to rise.
이상의 실험 결과를 근거로 하여, Ti막 성막 처리에 있어서, 가장 적절한 TiCl4 가스의 유량의 실용 범위에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 도 14는 상술한 실험 중 반응 율속 영역의 경계의 TiCl4 가스의 유량이 가장 작았던 13sccm으로 되는 성막 레이트의 그래프(도 11)와, 비저항의 그래프(도 13)를 겹쳐서 나타낸 것이다.By the above experimental results on the basis, a description will be given, with Ti in the film deposition process, refer to the drawings for a practical range of the flow rate of TiCl 4 gas most appropriate. FIG. 14 shows a graph of a film formation rate (FIG. 11) and a graph of specific resistance (FIG. 13) at which the flow rate of TiCl 4 gas at the boundary of the reaction rate region in the above-described experiment was 13 sccm, which was the smallest.
이것에 따르면, TiCl4 가스의 유량의 실용 범위는 유량비(TiCl4 가스의 유량/H2 가스의 유량)로 나타내면, 13sccm/100sccm 내지 55sccm/100sccm의 범위로 정함으로써, 커버리지가 양호한 Ti막을 성막할 수 있다. 또한, 콘택트 홀(205)의 저부를 두껍게 하고 싶은 경우에는 에칭 반응 있음의 영역인 45.6sccm/100sccm 내지 55sccm/100sccm의 범위로 정하는 것이 바람직하고, 에칭 반응을 진행시키고 싶지 않은 경우에는, 13sccm/100sccm 내지 45.6sccm/100sccm의 범위로 정하는 것이 바람직하다.According to this, when the practical range of the flow rate of TiCl 4 gas is expressed by the flow rate ratio (flow rate of TiCl 4 gas / flow rate of H 2 gas), the Ti film having good coverage can be formed by setting it in the range of 13sccm / 100sccm to 55sccm / 100sccm. Can be. In addition, when the bottom of the
다음에, 실제로 콘택트 홀에 Ti막을 성막한 경우의 실험 결과를 도 15, 도 16에 나타낸다. 도 15는 도 6에 도시하는 경우에 있어서 TiCl4 가스의 유량을 12sccm으로 하여 공급 율속 영역에서 성막한 경우와, TiCl4 가스의 유량을 40sccm으로 하여 반응 율속 영역이고 또한 에칭 있음의 영역에서 성막한 경우에 대해 콘택트 홀 전체를 도시하는 도면이다. 도 16은 도 15에 도시하는 콘택트 홀의 상부(Top), 측부(Side), 저부(Bottom)의 확대도이다. 하기 표 1은, 도 15, 도 16에 도시하는 각 부의 막 두께와 커버리지를 정리한 것이다.Next, Fig. 15 and Fig. 16 show experimental results when a Ti film is actually formed in a contact hole. 15 is in the case shown in Fig. 6 when the film formation in the feed rate determining area, the flow rate of TiCl 4 gas to 12sccm, and to the flow rate of TiCl 4 gas as 40sccm and the reaction rate determining area, also a film-forming in the area of that etch It is a figure which shows the whole contact hole about a case. FIG. 16 is an enlarged view of the top, side, and bottom of the contact hole shown in FIG. 15. Table 1 below summarizes the film thickness and coverage of each part shown in FIGS. 15 and 16.
표 1에 따르면, 도 6에 도시하는 반응 율속 영역의 경우(여기서는 또한 에칭 있음의 영역이기도 함)에는 콘택트 홀의 저부의 두께가 공급 율속 영역인 경우에 비해, 69% 내지 207.3%로 대폭으로 개선되어 있는 것을 알 수 있다.According to Table 1, in the case of the reaction rate region shown in FIG. 6 (here is also the region with etching), the thickness of the bottom of the contact hole is significantly improved from 69% to 207.3% compared to the case of the supply rate region. I can see that there is.
또한, 콘택트 홀의 측벽으로의 성막도, 공급 율속 영역의 경우에는 상부로부터 하부에 걸쳐서 막 두께가 감소하고 있다. 이에 대해, 반응 율속 영역의 경우에는 상부로부터 하부에 걸쳐서 막 두께가 대략 일정하게 되어 있고, 공급 율속 영역의 경우에 비해 커버리지가 개선되어 있다. 이것에 따르면, 콘택트 홀 내에서는 상부로부터 하부에 걸쳐서 대략 동등한 성막 레이트로 성막할 수 있는 것을 알 수 있다.In addition, in the case of the supply rate region, the film thickness on the sidewall of the contact hole also decreases from the top to the bottom. On the other hand, in the case of the reaction rate region, the film thickness is substantially constant from the top to the bottom, and the coverage is improved as compared with the case of the supply rate region. According to this, it turns out that it can form into a film at a film formation rate substantially equal from the upper part to the lower part in a contact hole.
또한, 기판 표면의 막 두께에 대해서도, 반응 율속 영역의 경우에는, 공급 율속 영역의 경우에 비해 12.4㎚ 내지 5.1㎚로 얇게 되어 있다. 이것에 따르면, 기판 표면에서의 에칭 반응이 진행하고 있는 것을 알 수 있다. 이 기판 표면의 두께를 얇게 할 수 있음으로써, 콘택트 홀 측벽으로의 커버리지도 대폭으로 개선할 수 있다.In the case of the reaction rate region, the film thickness of the substrate surface is also thinner at 12.4 nm to 5.1 nm than in the case of the supply rate region. According to this, it turns out that the etching reaction in the surface of a board | substrate is progressing. By reducing the thickness of the substrate surface, the coverage to the contact hole sidewall can be greatly improved.
이에 의해, 이 Ti막 성막 처리의 후에 실행되는 배리어막(예를 들어, TiN막)이나 콘택트 플러그용 막(예를 들어, 텅스텐막)을 커버리지 양호하게 형성할 수 있다. 또한, 콘택트 홀 측벽에도 충분한 두께의 Ti막이 형성되므로, 배리어막을 형성하지 않고 Ti막 상에 직접 콘택트 플러그용 막을 형성하는 것도 가능해지고, 나아가서는 처리량을 향상시킬 수 있어, 제조 비용도 저하시킬 수 있다.Thereby, the barrier film (for example, TiN film) and the contact plug film (for example, tungsten film) performed after this Ti film film-forming process can be formed in good coverage. In addition, since a Ti film having a sufficient thickness is formed on the sidewalls of the contact holes, it is also possible to form a contact plug film directly on the Ti film without forming a barrier film, thereby improving the throughput and reducing the manufacturing cost. .
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는 것은 물론이다. 당업자라면, 특허청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this example. It is apparent to those skilled in the art that various modifications or modifications can be made within the scope described in the claims, and that they naturally belong to the technical scope of the present invention.
[산업상의 이용 가능성][Industrial Availability]
본 발명은 반도체 웨이퍼, FPD 기판, 액정 기판, 태양 전지용 기판 등의 피처리 기판 상에 소정의 막을 성막하는 성막 방법 및 성막 장치에 적용 가능하다.INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable to a film forming method and a film forming apparatus for forming a predetermined film on a substrate to be processed, such as a semiconductor wafer, an FPD substrate, a liquid crystal substrate, or a solar cell substrate.
100 : 성막 장치
111 : 처리실
111A : 천장벽
111B : 저벽
111C : 측벽
112 : 서셉터
113 : 지지 부재
114 : 가이드 링
115 : 히터
116 : 하부 전극
117 : 원형의 구멍
118 : 반입출구
119 : 절연 부재
120 : 샤워 헤드
121 : 베이스 부재
122 : 샤워 플레이트
123 : 히터
124 : 토출 구멍
125 : 가스 확산 공간
126 : 가스 도입 포트
130 : 가스 공급 수단
131 내지 133 : 각 가스 공급원
131C 내지 133C : 매스 플로우 컨트롤러
131V 내지 133V : 밸브
131L 내지 133L : 각 가스 공급 라인
137 : 가스 혼합부
138 : 혼합 가스 공급 라인
140, 141 : 히터 전원
142 : 정합기
143 : 고주파 전원
150 : 배기실
151 : 배기관
152 : 배기 장치
160 : 지지 핀
161 : 지지판
162 : 구동 기구
190 : 제어부
192 : 조작부
194 : 기억부
200, W : Si 기판
202 : Si 기재
203 : Si 표면
204 : 층간 절연막
205 : 콘택트 홀100: Deposition device
111: treatment chamber
111A: Ceiling Wall
111B: Bottom Wall
111C: sidewall
112: susceptor
113: support member
114: guide ring
115: heater
116: lower electrode
117: circular hole
118: carrying in and out
119: insulation member
120: shower head
121: base member
122: shower plate
123: heater
124: discharge hole
125: gas diffusion space
126 gas introduction port
130: gas supply means
131 to 133: each gas supply source
131C to 133C: Mass Flow Controller
131V to 133V: Valve
131L to 133L: each gas supply line
137 gas mixing unit
138: mixed gas supply line
140, 141: heater power
142: matcher
143: high frequency power
150: exhaust chamber
151: exhaust pipe
152: exhaust device
160: support pin
161: support plate
162: drive mechanism
190:
192: control panel
194 memory
200, W: Si substrate
202 Si substrate
203: Si surface
204: interlayer insulating film
205: contact hole
Claims (9)
상기 티탄막의 성막 처리에 적용하려고 하는 상기 성막 가스의 유량이, 상기 성막 처리의 반응 율속 영역에 들어가도록, 상기 환원 가스의 유량, 상기 처리실 내의 압력, 상기 플라즈마를 생성하기 위해 전극에 인가하는 고주파 파워 중 어느 하나를 바꿈으로써, 상기 반응 율속 영역을 제어하고,
상기 환원 가스 유량, 상기 처리실 내 압력, 상기 고주파 파워 중 어느 하나를 증가시킴으로써, 상기 성막 처리의 반응 율속 영역의 경계가 되는 상기 성막 가스의 유량이 커지도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 성막 방법.It is a method of forming a titanium film on the to-be-processed substrate by which the contact hole was formed by supplying the process gas containing a titanium containing film-forming gas and a reducing gas into a process chamber,
High frequency power applied to the electrode to generate the flow rate of the reducing gas, the pressure in the processing chamber, and the plasma so that the flow rate of the film forming gas to be applied to the film forming process of the titanium film enters the reaction rate region of the film forming process. By changing any one of the, to control the reaction rate region,
The film forming method, wherein the flow rate of the film forming gas, which is the boundary of the reaction rate region of the film forming process, is increased by increasing one of the reducing gas flow rate, the pressure in the processing chamber, and the high frequency power.
상기 피처리 기판을 적재하는 서셉터와,
상기 처리 가스를 처리실 내에 공급하는 샤워 헤드와,
상기 서셉터와의 사이에 플라즈마를 생성하기 위한 고주파를 소정의 파워로 상기 샤워 헤드에 공급하는 고주파 전원과,
상기 처리실 내를 배기하여 소정의 압력으로 감압하는 배기 장치와,
상기 티탄막의 성막 처리에 적용하려고 하는 상기 성막 가스의 유량이, 상기 성막 처리의 반응 율속 영역에 들어가도록, 상기 환원 가스의 유량, 상기 처리실 내의 압력, 상기 고주파 파워 중 어느 하나를 바꿈으로써, 상기 반응 율속 영역을 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 환원 가스 유량, 상기 처리실 내 압력, 상기 고주파 파워 중 어느 하나를 증가시킴으로써, 상기 성막 처리의 반응 율속 영역의 경계가 되는 상기 성막 가스의 유량이 커지도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.It is a film-forming apparatus which forms a titanium film on the to-be-processed substrate in which the contact hole was formed by supplying the process gas containing a titanium containing film-forming gas and a reducing gas into a process chamber,
A susceptor for loading the substrate to be processed;
A shower head for supplying the processing gas into the processing chamber;
A high frequency power supply for supplying a high frequency for generating plasma between the susceptor and the shower head with a predetermined power;
An exhaust device for exhausting the inside of the processing chamber and reducing the pressure to a predetermined pressure;
The reaction is performed by changing one of the flow rate of the reducing gas, the pressure in the processing chamber, and the high frequency power so that the flow rate of the film forming gas to be applied to the film forming process of the titanium film enters the reaction rate region of the film forming process. A control unit for controlling the speed range region,
The control unit controls to increase the flow rate of the film forming gas, which is a boundary of the reaction rate region of the film forming process, by increasing any one of the reducing gas flow rate, the pressure in the processing chamber, and the high frequency power. Device.
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